JP3828221B2 - 内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用内燃機関のシリンダ内へ燃料を直接噴射する方式の筒内噴射式燃料制御装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガソリンエンジンにおけるシリンダ内へ直接燃料を噴射する筒内噴射方式のエンジン制御システムとしては、例えば特開平４−２３７８５４号公報に記載されたものが知られており、このようなエンジン制御システムは大きく以下の４種の効果が期待される理想的なエンジンとして注目されてきている。
【０００３】
１． 排ガスの排出量の低減
従来のシリンダ外部で燃料を噴射する方式では、噴射燃料の一部がシリンダに吸入される前に吸気弁、吸気管壁に付着するため、特に燃料が気化しにくい低温での始動運転時、及び比較的早い供給燃料変化応答が必要な過渡運転時には、上記付着燃料を考慮する必要があるが、筒内噴射では前記燃料の輸送遅れを考慮せずに空燃比を希薄にできるために、ＨＣ、Ｃ０の排出量を低減することが可能となる。
【０００４】
２． 燃費低減
気筒内に燃料を噴射する場合、点火直前で点火タイミングに合わせて燃料を噴射し、点火時に点火プラグ周辺に可燃燃料が形成される混合気分布の不均一性、すなわち、成層燃焼が可能となるため、シリンダへ吸入される空気量と燃料量の見かけ上の供給空燃比を大幅に希薄化することが可能となり、また、成層燃焼の実現によりＥＧＲ（還流排気ガス）を大量に燃焼室内に導入しても燃焼悪化への影響が少ないため、ポンピングロスの低減も加わり燃費の向上が図れる。
【０００５】
３． 高出力
成層燃焼により、点火プラグ周辺に混合気が集まることで、ノッキングの原因であるエンドガスが少ないため耐ノック性が向上し、エンジンの圧縮比を大きくすることが可能となる。また、シリンダ内で燃料が気化するため、シリンダ内で吸入空気の気化熱を奪うことにより吸入空気密度が上昇し、体積効率の上昇が図れ、出力向上が期待できる。
【０００６】
４． ドライバビリティ向上
気筒内に直接燃料を噴射するため、従来のエンジン（シリンダ外部で燃料を噴射するもの）と比べて燃料を供給してから、燃料が燃焼して出力が発生するまでの遅れが短く、運転者の要求に対しハイレスポンスなエンジンを実現することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような筒内噴射内燃機関では、燃料（ガソリン）をシリング内に直接供給することになり、結果的に上記従来のエンジン（シリンダ外部で燃料を噴射するもの）に比べて点火プラグ近傍に燃料が収束することとなり、点火プラグにカーボンが付着しやすい傾向がある。特に成層燃焼（圧縮行程噴射）では、プラグ周辺だけに燃料が集中するため本現象が顕著に現れやすい。このように点火プラグにカーボンが付着した状態のままエンジンを停止した場合、次回始動時に点火プラグの状態が悪くなり、始動性悪化を招く恐れがある。もともと始動運転時自体、エンジンが低回転のため、エンジンの回転に同期して作動する燃料ポンプを使用している場合には、ポンプ能力の関係で特に燃圧（噴射燃料圧力）が低い状態で変動しやすく実際のシリンダへの供給燃料量も不安定であり、また低温の場合には、燃料供給量が多いため燃焼的にはさらに不利な状態となる。
【０００８】
また、従来のエンジンでは、運転者がイグニッションスイッチをオフすれば、外部回路により点火系電源が強制的に遮断されて以後点火制御はできなくなり、イグニッションスイッチオフ後のシリンダには、イグニッションスイッチオン時に既に噴射された燃料だけが残存した状態でエンジン停止に至ることとなり、次回の始動性への影響が懸念される。
【０００９】
本発明は、筒内噴射内燃機関に於いて上記問題点を解決しようとするものであり、エンジンにおける燃焼状態を安定な状態にして点火プラグを浄化させたままでエンジンを停止させて次の始動性の向上を図ることができる内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、
内燃機関への吸入空気量またはこれに該当するパラメータを検出する吸気量センサと、
前記内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出するクランク角センサと、
前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェク夕と、
前記吸気量センサ及びクランク角センサからの情報をもとに前記内燃機関への燃料供給量を演算し、演算結果に基づいて前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射するよう前記インジェクタを制御するエンジン制御装置とを備え、
前記エンジン制御装置は、
エンジン停止直前に吸気行程噴射を行うよう前記インジェクタを制御するとともに、
前記内燃機関の停止直前での吸気行程噴射制御実施時に、前記内燃機関への吸入空気量を通常制御時より増量するように構成される。
【００１２】
請求項２に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、前記エンジン制御装置が、前記内燃機関での吸気行程噴射制御実施後、燃料をカットした後各気筒に対して１回以上点火処理を実施するように構成される。
【００１３】
請求項３に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御方法は、
内燃機関への吸入空気量またはこれに該当するパラメータを検出する工程と、 前記内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出する工程と、
前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射する工程と、
前記内燃機関の吸入空気量またはこれに該当するパラメータ、回転速度及びクランク角度をもとに前記内燃機関への燃料供給量を演算し、演算結果に基づいて前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射する工程と、
内燃機関停止直前に吸気行程噴射を行う工程とを備え、
前記内燃機関の停止直前での吸気行程噴射工程において、前記内燃機関への吸入空気量を通常制御時より増量するものである。
【００１５】
請求項４に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、前記内燃機関での吸気行程噴射後、燃料をカットした後各気筒に対して１回以上点火処理を実施する工程を更に備えるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は本発明による内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置の構成を示す概略図、図２はその制御装置により実施される本発明の筒内噴射式燃料制御方法を示す制御動作図、図３は比較のための従来の燃料制御装置の制御フローチャート図、図４は本発明による内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置により実施される本発明の燃料制御方法を示す制御フローチャート図である。
【００１８】
図１において、１は自動車用のエンジン、２はエンジンへ吸入される空気量を計測するためのエアフローセンサ、３は通常は自動車の運転者が操作するアクセルペダルと連動して動作し、エンジンへ吸入される空気量を調節するスロットル弁、４はスロットル弁３の位置を検出するスロットル開度センサ、５はエンジンの回転速度とクランク軸の位置を検出するためのクランク角センサ、６はエンジンの暖機状態を検出する手段としてエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、７はエンジンから排出される排ガスの酸素濃度を検出するための酸素センサ、８はエンジン各部に装着された各種センサからの情報を受けて、エンジンの運転状態を判断し、運転状態に応じた各種制御量を演算してエンジンの吸入混合気を所望の空燃比で燃焼させるためのエンジン制御装置、９は通常使用される点火プラグ、１０はスロットル弁３をバイパスする空気量を制御するエアバイパスバルブで、スロットルが全閉の場合のアイドリング運転時のエンジン回転数制御及び走行時のトルク制御を行うものである。
【００１９】
エンジン１は少なくとも１つのシリンダ１ａ（図示例では４つ、但し１つのみ図示）を有し、各シリンダ１ａのシリンダヘッドには、各シリンダ１ａ内へ直接燃料を供給するためのインジェクタ１１が装着されており、該インジェクタ１１の先端は各シリンダ１ａ内に形成された燃焼室１ｂに臨むように配置されている。各シリンダ１ａ内には、その中で往復動するピストン１ｃが摺合され、各ピストン１ｃはピストンロッド１ｄを介してクランク軸１ｅに連結されている。前記点火プラグ９、エアバイパスバルブ１０及びインジェクタ１１はいずれもエンジン制御装置８により制御される。
【００２０】
１２は燃料タンク、１３は燃料タンク１２から燃料を取り出すための燃料ポンプ、１４はインジェクタ１１へ供給する燃料の圧力（ｂ部）を制御する燃圧レギュレータである。燃圧レギュレータ１４は、インジェクタ１１へ供給する燃料の圧力（すなわち、インジェクタ１１と燃圧レギュレータ１４との間の燃料通路１５内の燃料圧力）を、図中（ａ部）により導入、検出された大気圧を基準として、約数十気圧に一定となるように制御している。
【００２１】
１６はクランク軸１ｅに連動して回転駆動されるカム軸（図示せず）に取り付けられ、気筒識別を行うための気筒識別センサである。
【００２２】
図２は、図１のエンジン制御装置８によるエンジン制御動作を横軸時間にて示す動作図である。図中、上段からクランク角信号（ＳＧＴ）、気筒識別信号、イグニッションスイッチ信号（ＩＧＳ）、各シリンダ（＃１、＃３、＃４、＃２）のインジェクタ１１の駆動信号、各シリンダ（＃１、＃３、＃４、＃２）の点火コイル電流波形、及びバイパス通路を通るバイパスエアの流量を各々表している。
【００２３】
クランク角信号（ＳＧＴ）は、図１のクランク角センサ５の出力信号であり、エンジンクランク軸１ｅの位置、つまりピストン１ｃの位置を示しており、信号立ち下がりエッジがいずれかのシリンダ１ａのピストン１ｃが上死点にあることを示す。本実施例である４気筒エンジンの場合には、クランク角信号の周期は各気筒１ａの点火間隔と同じく１８０゜ＣＡ（クランク角）となる。
【００２４】
気筒識別信号は、図１の気筒識別センサ１６の出力信号であり、クランク角センサ５の立下がり（ピストン上死点）時にハイレベル（Ｈ）信号を検出した時（時刻Ｔ2）、第１気筒が圧縮行程の上死点位置にあることを示す。
【００２５】
イグニッションスイッチ信号（ＩＧＳ）は、運転者がエンジンをかけるときにオン（ハイ出力Ｈ）、エンジンを停止させるときにオフ（ロー出力Ｌ）するキースイッチの状態を示している。
【００２６】
インジェクタ駆動信号は、各気筒１ａ（＃１〜＃４）に装着されたインジェクタ９（＃１〜＃４）へのエンジン制御装置８からの制御信号を示しており、各気筒のインジェクタ駆動信号がハイレベルＨの時にインジェクタオンを示す。
【００２７】
点火コイル電流波形は、エンジン制御装置８からの点火制御信号に従い、各気筒１ａに装着された点火プラグ９（＃１〜＃４）に通電されたときの電流値を示しており、電流の立ち下がりタイミングで点火が行われる。
【００２８】
バイパスエア量は、エンジン制御装置８からの制御信号に従って作動するバイパスエアバルブ１０により制御された、エンジンのスロットル弁３をバイパスするバイパス通路を流れる空気量を示す。
【００２９】
次に、図２の動作図によりこの実施の形態の動作について説明する。
【００３０】
この動作図は、イグニッションスイッチがオフされる（図中Ｔｏｆｆ）直前まで圧縮行程噴射制御が行われている場合の動作を示している。つまり、第１気筒＃１に関して言えば、圧縮行程で上死点位置にピストン１ｃがくるタイミング（時刻Ｔ2）近傍で、第１気筒（＃１）の点火が行われ、時刻Ｔ2の約６０゜手前（時刻Ｔ1）で対応するインジェクタを駆動しており、この後、順次第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）、第２気筒（＃２）とクランク信号周期（１８０゜ＣＡ）毎に同じ制御が行われる。
【００３１】
次にイグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後の動作について説明する。従来では、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後は燃料、点火とも制御を行わないが、本発明装置ではＴｏｆｆ後も暫く燃料噴射（インジェクション）を実施している。Ｔｏｆｆ後直ぐにインジェクションが行われる第３気筒＃３はこの第３気筒＃３の圧縮行程の上死点（時刻Ｔ4）の３００゜手前（クランク角信号で約２周期半）のタイミング（時刻Ｔ3）、つまり第３気筒＃３にとっては吸気行程で対応するインジェクタ１１を駆動している（図２中＊１の吸気行程噴射）。
【００３２】
また、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後、気筒＃３〜＃４〜＃２〜＃１の順序で各気筒の吸気行程で噴射を行っている間、バイパスエアバルブ１０を制御してバイパス通路よりバイパスエアを大量に導入する。バイパスエア量は超希薄燃焼を行う圧縮行程噴射時には大量に導入されており（図２中Ｑ1）、その後イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）と同時にバイパスエアバルブ１０への通電が絶たれ、バイパスエア量は急減する（図２中Ｑ2）。
【００３３】
また、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後に吸気行程噴射を行うため、吸気行程噴射時に必要なバイパスエアを導入する（図２中Ｑ3）。
【００３４】
本発明では、さらに積極的にバイパスエアの強制導入を行っている（図２中Ｑ4）。
【００３５】
さらにまた、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後、気筒＃３〜＃４〜＃２〜＃１と各気筒の吸気行程噴射を行った後インジェクタ駆動を停止し、その後点火制御のみ実施する。具体的には、最後の気筒＃１へのインジェクション（時刻Ｔ5）による噴射燃料は気筒＃１への点火（時刻Ｔ6）により燃焼するため、これ以後、燃料はエンジンへ新規に供給されず、点火信号だけが出力される（図２中＊２、時刻Ｔ7）。この方式では、本来全気筒に対して点火処理だけを行うことが望ましいが、実際には燃料が供給されていないためエンジンは惰性で運転されることになり、４気筒とも点火制御が行われる保証はない。
【００３６】
次に、図３及び図４により従来装置及び本発明装置の制御シーケンスを説明する。図３は比較のための従来装置の制御フロー図、図４は本発明装置の制御フロー図をそれぞれ示しており、図中左側はＳＧＴ信号（図２のクランク角信号）の立ち下がりのタイミング毎に同期してエンジン制御装置８の中でＣＰＵ等により実行される処理内容であるインジェクション制御とバイパスエア制御を、同様に図中右側はＳＧＴ信号立ち上がりのタイミング毎に同期して実行される処理内容である点火時期制御を示している。
【００３７】
まず、比較のため、図３により従来装置（シリンダの外側で燃料噴射を行うもの）のインジェクション制御及び点火時期制御について説明を行う。
【００３８】
従来装置では、図３の（ａ）に示すように、ＳＧＴ立ち下がり時、イグニッションスイッチがオンの場合には（ステップ２０１）、エンジン各部に取り付けられたセンサからの情報を基にエンジンの運転状態（モード）を判定し、運転状態に応じたバイパスエア制御量を算出し（ステップ２０２）、インジェクション駆動幅（インジェクタ駆動信号のパルス幅）及び駆動タイミングを算出して各制御量に応じた電気信号を出力する（ステップ２０３）。
【００３９】
また、ステップ２０１でイグニッションスイッチがオフの場合には、バイパスエア制御を行わず、インジェクタ１１をオンさせずにＳＧＴ立ち下がり処理を終了する。
【００４０】
同様に、図３の（ｂ）に示すように、ＳＧＴ立上り時に、イグニッションスイッチがオンの場合には（ステップ２２１）、点火モードを判定して（ステップ２２２）、点火モードに従って点火時期を算出して点火時期制御信号（点火プラグ通電信号）を出力する（ステップ２２３）。
【００４１】
次に、図４により本発明装置のインジェクション制御及び点火時期制御について説明する。図４は、請求項１及び２の全実施例を含んでおり、処理ステップ１０５、１０６、１２３は請求項１での処理内容を、処理ステップ１０４、１０７、１０８、１２４、１２５、１２６は請求項２での処理内容を、その他は全請求項共通の処理内容を示している。
【００４２】
まず、図４の（ａ）によりクランク角信号ＳＧＴ立ち下がり時の処理説明を行う。イグニッションスイッチがオンの場合には（ステップ１０１）、従来装置と同様に、エンジン各部に取り付けられたセンサからの情報に基づいてエンジンの運転状態を判断し（ステップ１０２）、エンジン運転状態に応じたバイパスエア制御量を算出した後（ステップ１０３）、イグニッションスイッチオフ時のインジェクションのためのインジェクションカウンタをクリアし（ステップ１０４）、インジェクション駆動幅（インジェクタ駆動信号のパルス幅）を算出し（ステップ１０９）、インジェクタ駆動タイミング制御（ステップ１１０）及びバイパスエア量制御（ステップ１１１）を行う。
【００４３】
ステップ１０１でイグニッションスイッチオフの場合には、制御モードを強制的に吸気行程噴射モードに設定し（ステップ１０５）、バイパスエア制御量を増量する（ステップ１０６）。
【００４４】
次いで、ステップ１０７において、前記インジェクションカウンタが４回以内（イグニッションスイッチオフ後４回以内のインジェクション）と判定された場合には、インジェクションカウンタを１カウントアップし（ステップ１０８）、ステップ１０９及びステップ１１０のインジェクタ制御を行う。
【００４５】
ステップ１０７で上記インジェクションカウンタが４以上の場合には、インジェクション制御は行わずにバイパスエア制御を行う（ステップ１１１）。
【００４６】
次に、図４の（ｂ）によりクランク角信号ＳＧＴの立ち上がり時の処理説明を行う。ステップ１２１において、イグニッションスイッチがオンの場合には、従来装置と同様、エンジンの運転モードを判定し（ステップ１２２）、イグニッションスイッチオフ時の点火制御のための点火カウンタをクリアし（ステップ１２９）、前記運転モードに従って、目標点火時期算出（ステップ１２７）及び点火タイミング制御（ステップ１２８）等の点火時期制御（点火プラグ通電信号制御）を行う。
【００４７】
ステップ１２１でイグニッションスイッチオフの場合には、制御モードを強制的に吸気行程噴射モードに設定する（ステップ１２３）。
【００４８】
次いで、ステップ１２４において、前記インジェクションカウンタが４回以内（イグニッションスイッチオフ後４回以内のインジェクション）の場合には、点火カウンタを１カウントアップし（ステップ１２５）、ステップ１２７及びステップ１２８の点火時期制御を行う。
【００４９】
ステップ１２４で前記点火カウンタが４以上の場合には、そのままＳＧＴ立ち上がり時処理を終了する。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、エンジン停止直前に、強制的に燃焼の比較的安定な吸気行程噴射（均一混合気燃焼）運転を行い、安定燃焼にて点火プラグの状態が良い状態でエンジンを停止させるので、次回のエンジン始動時の始動性を改善することができる。
【００５１】
また、如何なる運転状態でエンジンを停止させても、安定な始動性能を確保することができる。
【００５２】
さらに、吸気行程噴射に加え、さらにバイパスエアをシリンダ内に供給し点火プラグを大量の均一混合気にさらすことにより、点火プラグに付着したカーボンを少しでも吹き飛ばした状態でエンジンを停止させることができ、次回のエンジン始動時の始動性を更に改善することができる。
【００５３】
さらにまた、吸気行程噴射を各気筒１回以上（４気筒の場合は４インジェクション以上）実施した後、カーボン源である燃料をカットし、その後、各気筒１回以上点火のみを行い末燃焼残留ガスを完全に燃焼、掃気するとともに、点火プラグにカーボンが付着している場合には、これを焼けきった状態でエンジンを停止させる。これにより、次回のエンジン始動時の始動性を更に一層改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関の筒内噴射式燃料制御方法を実施する装置の構成を表す概略図である。
【図２】 本発明装置の制御動作を表す動作図である。
【図３】 従来装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図４】 本発明装置の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン、１ａ シリンダ、１ｂ 燃焼室、１ｃ ピストン、１ｄ ピストンロッド、１ｅ クランク軸、２ エアフローセンサ、３ スロットル弁、４スロットル開度センサ、５ クランク角センサ、６ 水温センサ、７ 酸素センサ、８ エンジン制御装置、９ 点火プラグ、１０ エアバイパスバルブ、１１ インジェクタ、１２ 燃料タンク、１３ 燃料ポンプ、１４ 燃圧レギュレータ、１５ 燃料通路、１６ 気筒識別センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用内燃機関のシリンダ内へ燃料を直接噴射する方式の筒内噴射式燃料制御装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガソリンエンジンにおけるシリンダ内へ直接燃料を噴射する筒内噴射方式のエンジン制御システムとしては、例えば特開平４−２３７８５４号公報に記載されたものが知られており、このようなエンジン制御システムは大きく以下の４種の効果が期待される理想的なエンジンとして注目されてきている。
【０００３】
１． 排ガスの排出量の低減
従来のシリンダ外部で燃料を噴射する方式では、噴射燃料の一部がシリンダに吸入される前に吸気弁、吸気管壁に付着するため、特に燃料が気化しにくい低温での始動運転時、及び比較的早い供給燃料変化応答が必要な過渡運転時には、上記付着燃料を考慮する必要があるが、筒内噴射では前記燃料の輸送遅れを考慮せずに空燃比を希薄にできるために、ＨＣ、Ｃ０の排出量を低減することが可能となる。
【０００４】
２． 燃費低減
気筒内に燃料を噴射する場合、点火直前で点火タイミングに合わせて燃料を噴射し、点火時に点火プラグ周辺に可燃燃料が形成される混合気分布の不均一性、すなわち、成層燃焼が可能となるため、シリンダへ吸入される空気量と燃料量の見かけ上の供給空燃比を大幅に希薄化することが可能となり、また、成層燃焼の実現によりＥＧＲ（還流排気ガス）を大量に燃焼室内に導入しても燃焼悪化への影響が少ないため、ポンピングロスの低減も加わり燃費の向上が図れる。
【０００５】
３． 高出力
成層燃焼により、点火プラグ周辺に混合気が集まることで、ノッキングの原因であるエンドガスが少ないため耐ノック性が向上し、エンジンの圧縮比を大きくすることが可能となる。また、シリンダ内で燃料が気化するため、シリンダ内で吸入空気の気化熱を奪うことにより吸入空気密度が上昇し、体積効率の上昇が図れ、出力向上が期待できる。
【０００６】
４． ドライバビリティ向上
気筒内に直接燃料を噴射するため、従来のエンジン（シリンダ外部で燃料を噴射するもの）と比べて燃料を供給してから、燃料が燃焼して出力が発生するまでの遅れが短く、運転者の要求に対しハイレスポンスなエンジンを実現することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような筒内噴射内燃機関では、燃料（ガソリン）をシリング内に直接供給することになり、結果的に上記従来のエンジン（シリンダ外部で燃料を噴射するもの）に比べて点火プラグ近傍に燃料が収束することとなり、点火プラグにカーボンが付着しやすい傾向がある。特に成層燃焼（圧縮行程噴射）では、プラグ周辺だけに燃料が集中するため本現象が顕著に現れやすい。このように点火プラグにカーボンが付着した状態のままエンジンを停止した場合、次回始動時に点火プラグの状態が悪くなり、始動性悪化を招く恐れがある。もともと始動運転時自体、エンジンが低回転のため、エンジンの回転に同期して作動する燃料ポンプを使用している場合には、ポンプ能力の関係で特に燃圧（噴射燃料圧力）が低い状態で変動しやすく実際のシリンダへの供給燃料量も不安定であり、また低温の場合には、燃料供給量が多いため燃焼的にはさらに不利な状態となる。
【０００８】
また、従来のエンジンでは、運転者がイグニッションスイッチをオフすれば、外部回路により点火系電源が強制的に遮断されて以後点火制御はできなくなり、イグニッションスイッチオフ後のシリンダには、イグニッションスイッチオン時に既に噴射された燃料だけが残存した状態でエンジン停止に至ることとなり、次回の始動性への影響が懸念される。
【０００９】
本発明は、筒内噴射内燃機関に於いて上記問題点を解決しようとするものであり、エンジンにおける燃焼状態を安定な状態にして点火プラグを浄化させたままでエンジンを停止させて次の始動性の向上を図ることができる内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、
内燃機関への吸入空気量またはこれに該当するパラメータを検出する吸気量センサと、
前記内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出するクランク角センサと、
前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェク夕と、
前記吸気量センサ及びクランク角センサからの情報をもとに前記内燃機関への燃料供給量を演算し、演算結果に基づいて前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射するよう前記インジェクタを制御するエンジン制御装置とを備え、
前記エンジン制御装置は、
エンジン停止直前に吸気行程噴射を行うよう前記インジェクタを制御するとともに、
前記内燃機関の停止直前での吸気行程噴射制御実施時に、前記内燃機関への吸入空気量を通常制御時より増量するように構成される。
【００１２】
請求項２に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、前記エンジン制御装置が、前記内燃機関での吸気行程噴射制御実施後、燃料をカットした後各気筒に対して１回以上点火処理を実施するように構成される。
【００１３】
請求項３に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御方法は、
内燃機関への吸入空気量またはこれに該当するパラメータを検出する工程と、 前記内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出する工程と、
前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射する工程と、
前記内燃機関の吸入空気量またはこれに該当するパラメータ、回転速度及びクランク角度をもとに前記内燃機関への燃料供給量を演算し、演算結果に基づいて前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射する工程と、
内燃機関停止直前に吸気行程噴射を行う工程とを備え、
前記内燃機関の停止直前での吸気行程噴射工程において、前記内燃機関への吸入空気量を通常制御時より増量するものである。
【００１５】
請求項４に係る内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置は、前記内燃機関での吸気行程噴射後、燃料をカットした後各気筒に対して１回以上点火処理を実施する工程を更に備えるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は本発明による内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置の構成を示す概略図、図２はその制御装置により実施される本発明の筒内噴射式燃料制御方法を示す制御動作図、図３は比較のための従来の燃料制御装置の制御フローチャート図、図４は本発明による内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置により実施される本発明の燃料制御方法を示す制御フローチャート図である。
【００１８】
図１において、１は自動車用のエンジン、２はエンジンへ吸入される空気量を計測するためのエアフローセンサ、３は通常は自動車の運転者が操作するアクセルペダルと連動して動作し、エンジンへ吸入される空気量を調節するスロットル弁、４はスロットル弁３の位置を検出するスロットル開度センサ、５はエンジンの回転速度とクランク軸の位置を検出するためのクランク角センサ、６はエンジンの暖機状態を検出する手段としてエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、７はエンジンから排出される排ガスの酸素濃度を検出するための酸素センサ、８はエンジン各部に装着された各種センサからの情報を受けて、エンジンの運転状態を判断し、運転状態に応じた各種制御量を演算してエンジンの吸入混合気を所望の空燃比で燃焼させるためのエンジン制御装置、９は通常使用される点火プラグ、１０はスロットル弁３をバイパスする空気量を制御するエアバイパスバルブで、スロットルが全閉の場合のアイドリング運転時のエンジン回転数制御及び走行時のトルク制御を行うものである。
【００１９】
エンジン１は少なくとも１つのシリンダ１ａ（図示例では４つ、但し１つのみ図示）を有し、各シリンダ１ａのシリンダヘッドには、各シリンダ１ａ内へ直接燃料を供給するためのインジェクタ１１が装着されており、該インジェクタ１１の先端は各シリンダ１ａ内に形成された燃焼室１ｂに臨むように配置されている。各シリンダ１ａ内には、その中で往復動するピストン１ｃが摺合され、各ピストン１ｃはピストンロッド１ｄを介してクランク軸１ｅに連結されている。前記点火プラグ９、エアバイパスバルブ１０及びインジェクタ１１はいずれもエンジン制御装置８により制御される。
【００２０】
１２は燃料タンク、１３は燃料タンク１２から燃料を取り出すための燃料ポンプ、１４はインジェクタ１１へ供給する燃料の圧力（ｂ部）を制御する燃圧レギュレータである。燃圧レギュレータ１４は、インジェクタ１１へ供給する燃料の圧力（すなわち、インジェクタ１１と燃圧レギュレータ１４との間の燃料通路１５内の燃料圧力）を、図中（ａ部）により導入、検出された大気圧を基準として、約数十気圧に一定となるように制御している。
【００２１】
１６はクランク軸１ｅに連動して回転駆動されるカム軸（図示せず）に取り付けられ、気筒識別を行うための気筒識別センサである。
【００２２】
図２は、図１のエンジン制御装置８によるエンジン制御動作を横軸時間にて示す動作図である。図中、上段からクランク角信号（ＳＧＴ）、気筒識別信号、イグニッションスイッチ信号（ＩＧＳ）、各シリンダ（＃１、＃３、＃４、＃２）のインジェクタ１１の駆動信号、各シリンダ（＃１、＃３、＃４、＃２）の点火コイル電流波形、及びバイパス通路を通るバイパスエアの流量を各々表している。
【００２３】
クランク角信号（ＳＧＴ）は、図１のクランク角センサ５の出力信号であり、エンジンクランク軸１ｅの位置、つまりピストン１ｃの位置を示しており、信号立ち下がりエッジがいずれかのシリンダ１ａのピストン１ｃが上死点にあることを示す。本実施例である４気筒エンジンの場合には、クランク角信号の周期は各気筒１ａの点火間隔と同じく１８０゜ＣＡ（クランク角）となる。
【００２４】
気筒識別信号は、図１の気筒識別センサ１６の出力信号であり、クランク角センサ５の立下がり（ピストン上死点）時にハイレベル（Ｈ）信号を検出した時（時刻Ｔ2）、第１気筒が圧縮行程の上死点位置にあることを示す。
【００２５】
イグニッションスイッチ信号（ＩＧＳ）は、運転者がエンジンをかけるときにオン（ハイ出力Ｈ）、エンジンを停止させるときにオフ（ロー出力Ｌ）するキースイッチの状態を示している。
【００２６】
インジェクタ駆動信号は、各気筒１ａ（＃１〜＃４）に装着されたインジェクタ９（＃１〜＃４）へのエンジン制御装置８からの制御信号を示しており、各気筒のインジェクタ駆動信号がハイレベルＨの時にインジェクタオンを示す。
【００２７】
点火コイル電流波形は、エンジン制御装置８からの点火制御信号に従い、各気筒１ａに装着された点火プラグ９（＃１〜＃４）に通電されたときの電流値を示しており、電流の立ち下がりタイミングで点火が行われる。
【００２８】
バイパスエア量は、エンジン制御装置８からの制御信号に従って作動するバイパスエアバルブ１０により制御された、エンジンのスロットル弁３をバイパスするバイパス通路を流れる空気量を示す。
【００２９】
次に、図２の動作図によりこの実施の形態の動作について説明する。
【００３０】
この動作図は、イグニッションスイッチがオフされる（図中Ｔｏｆｆ）直前まで圧縮行程噴射制御が行われている場合の動作を示している。つまり、第１気筒＃１に関して言えば、圧縮行程で上死点位置にピストン１ｃがくるタイミング（時刻Ｔ2）近傍で、第１気筒（＃１）の点火が行われ、時刻Ｔ2の約６０゜手前（時刻Ｔ1）で対応するインジェクタを駆動しており、この後、順次第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）、第２気筒（＃２）とクランク信号周期（１８０゜ＣＡ）毎に同じ制御が行われる。
【００３１】
次にイグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後の動作について説明する。従来では、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後は燃料、点火とも制御を行わないが、本発明装置ではＴｏｆｆ後も暫く燃料噴射（インジェクション）を実施している。Ｔｏｆｆ後直ぐにインジェクションが行われる第３気筒＃３はこの第３気筒＃３の圧縮行程の上死点（時刻Ｔ4）の３００゜手前（クランク角信号で約２周期半）のタイミング（時刻Ｔ3）、つまり第３気筒＃３にとっては吸気行程で対応するインジェクタ１１を駆動している（図２中＊１の吸気行程噴射）。
【００３２】
また、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後、気筒＃３〜＃４〜＃２〜＃１の順序で各気筒の吸気行程で噴射を行っている間、バイパスエアバルブ１０を制御してバイパス通路よりバイパスエアを大量に導入する。バイパスエア量は超希薄燃焼を行う圧縮行程噴射時には大量に導入されており（図２中Ｑ1）、その後イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）と同時にバイパスエアバルブ１０への通電が絶たれ、バイパスエア量は急減する（図２中Ｑ2）。
【００３３】
また、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後に吸気行程噴射を行うため、吸気行程噴射時に必要なバイパスエアを導入する（図２中Ｑ3）。
【００３４】
本発明では、さらに積極的にバイパスエアの強制導入を行っている（図２中Ｑ4）。
【００３５】
さらにまた、イグニッションスイッチオフ（Ｔｏｆｆ）後、気筒＃３〜＃４〜＃２〜＃１と各気筒の吸気行程噴射を行った後インジェクタ駆動を停止し、その後点火制御のみ実施する。具体的には、最後の気筒＃１へのインジェクション（時刻Ｔ5）による噴射燃料は気筒＃１への点火（時刻Ｔ6）により燃焼するため、これ以後、燃料はエンジンへ新規に供給されず、点火信号だけが出力される（図２中＊２、時刻Ｔ7）。この方式では、本来全気筒に対して点火処理だけを行うことが望ましいが、実際には燃料が供給されていないためエンジンは惰性で運転されることになり、４気筒とも点火制御が行われる保証はない。
【００３６】
次に、図３及び図４により従来装置及び本発明装置の制御シーケンスを説明する。図３は比較のための従来装置の制御フロー図、図４は本発明装置の制御フロー図をそれぞれ示しており、図中左側はＳＧＴ信号（図２のクランク角信号）の立ち下がりのタイミング毎に同期してエンジン制御装置８の中でＣＰＵ等により実行される処理内容であるインジェクション制御とバイパスエア制御を、同様に図中右側はＳＧＴ信号立ち上がりのタイミング毎に同期して実行される処理内容である点火時期制御を示している。
【００３７】
まず、比較のため、図３により従来装置（シリンダの外側で燃料噴射を行うもの）のインジェクション制御及び点火時期制御について説明を行う。
【００３８】
従来装置では、図３の（ａ）に示すように、ＳＧＴ立ち下がり時、イグニッションスイッチがオンの場合には（ステップ２０１）、エンジン各部に取り付けられたセンサからの情報を基にエンジンの運転状態（モード）を判定し、運転状態に応じたバイパスエア制御量を算出し（ステップ２０２）、インジェクション駆動幅（インジェクタ駆動信号のパルス幅）及び駆動タイミングを算出して各制御量に応じた電気信号を出力する（ステップ２０３）。
【００３９】
また、ステップ２０１でイグニッションスイッチがオフの場合には、バイパスエア制御を行わず、インジェクタ１１をオンさせずにＳＧＴ立ち下がり処理を終了する。
【００４０】
同様に、図３の（ｂ）に示すように、ＳＧＴ立上り時に、イグニッションスイッチがオンの場合には（ステップ２２１）、点火モードを判定して（ステップ２２２）、点火モードに従って点火時期を算出して点火時期制御信号（点火プラグ通電信号）を出力する（ステップ２２３）。
【００４１】
次に、図４により本発明装置のインジェクション制御及び点火時期制御について説明する。図４は、請求項１及び２の全実施例を含んでおり、処理ステップ１０５、１０６、１２３は請求項１での処理内容を、処理ステップ１０４、１０７、１０８、１２４、１２５、１２６は請求項２での処理内容を、その他は全請求項共通の処理内容を示している。
【００４２】
まず、図４の（ａ）によりクランク角信号ＳＧＴ立ち下がり時の処理説明を行う。イグニッションスイッチがオンの場合には（ステップ１０１）、従来装置と同様に、エンジン各部に取り付けられたセンサからの情報に基づいてエンジンの運転状態を判断し（ステップ１０２）、エンジン運転状態に応じたバイパスエア制御量を算出した後（ステップ１０３）、イグニッションスイッチオフ時のインジェクションのためのインジェクションカウンタをクリアし（ステップ１０４）、インジェクション駆動幅（インジェクタ駆動信号のパルス幅）を算出し（ステップ１０９）、インジェクタ駆動タイミング制御（ステップ１１０）及びバイパスエア量制御（ステップ１１１）を行う。
【００４３】
ステップ１０１でイグニッションスイッチオフの場合には、制御モードを強制的に吸気行程噴射モードに設定し（ステップ１０５）、バイパスエア制御量を増量する（ステップ１０６）。
【００４４】
次いで、ステップ１０７において、前記インジェクションカウンタが４回以内（イグニッションスイッチオフ後４回以内のインジェクション）と判定された場合には、インジェクションカウンタを１カウントアップし（ステップ１０８）、ステップ１０９及びステップ１１０のインジェクタ制御を行う。
【００４５】
ステップ１０７で上記インジェクションカウンタが４以上の場合には、インジェクション制御は行わずにバイパスエア制御を行う（ステップ１１１）。
【００４６】
次に、図４の（ｂ）によりクランク角信号ＳＧＴの立ち上がり時の処理説明を行う。ステップ１２１において、イグニッションスイッチがオンの場合には、従来装置と同様、エンジンの運転モードを判定し（ステップ１２２）、イグニッションスイッチオフ時の点火制御のための点火カウンタをクリアし（ステップ１２９）、前記運転モードに従って、目標点火時期算出（ステップ１２７）及び点火タイミング制御（ステップ１２８）等の点火時期制御（点火プラグ通電信号制御）を行う。
【００４７】
ステップ１２１でイグニッションスイッチオフの場合には、制御モードを強制的に吸気行程噴射モードに設定する（ステップ１２３）。
【００４８】
次いで、ステップ１２４において、前記インジェクションカウンタが４回以内（イグニッションスイッチオフ後４回以内のインジェクション）の場合には、点火カウンタを１カウントアップし（ステップ１２５）、ステップ１２７及びステップ１２８の点火時期制御を行う。
【００４９】
ステップ１２４で前記点火カウンタが４以上の場合には、そのままＳＧＴ立ち上がり時処理を終了する。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、エンジン停止直前に、強制的に燃焼の比較的安定な吸気行程噴射（均一混合気燃焼）運転を行い、安定燃焼にて点火プラグの状態が良い状態でエンジンを停止させるので、次回のエンジン始動時の始動性を改善することができる。
【００５１】
また、如何なる運転状態でエンジンを停止させても、安定な始動性能を確保することができる。
【００５２】
さらに、吸気行程噴射に加え、さらにバイパスエアをシリンダ内に供給し点火プラグを大量の均一混合気にさらすことにより、点火プラグに付着したカーボンを少しでも吹き飛ばした状態でエンジンを停止させることができ、次回のエンジン始動時の始動性を更に改善することができる。
【００５３】
さらにまた、吸気行程噴射を各気筒１回以上（４気筒の場合は４インジェクション以上）実施した後、カーボン源である燃料をカットし、その後、各気筒１回以上点火のみを行い末燃焼残留ガスを完全に燃焼、掃気するとともに、点火プラグにカーボンが付着している場合には、これを焼けきった状態でエンジンを停止させる。これにより、次回のエンジン始動時の始動性を更に一層改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関の筒内噴射式燃料制御方法を実施する装置の構成を表す概略図である。
【図２】 本発明装置の制御動作を表す動作図である。
【図３】 従来装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図４】 本発明装置の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン、１ａ シリンダ、１ｂ 燃焼室、１ｃ ピストン、１ｄ ピストンロッド、１ｅ クランク軸、２ エアフローセンサ、３ スロットル弁、４スロットル開度センサ、５ クランク角センサ、６ 水温センサ、７ 酸素センサ、８ エンジン制御装置、９ 点火プラグ、１０ エアバイパスバルブ、１１ インジェクタ、１２ 燃料タンク、１３ 燃料ポンプ、１４ 燃圧レギュレータ、１５ 燃料通路、１６ 気筒識別センサ。
Claims (4)
- 内燃機関への吸入空気量またはこれに該当するパラメータを検出する吸気量センサと、
前記内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出するクランク角センサと、
前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタと、
前記吸気量センサ及びクランク角センサからの情報をもとに前記内燃機関への燃料供給量を演算し、演算結果に基づいて前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射するよう前記インジェクタを制御するエンジン制御装置とを備え、
前記エンジン制御装置は、
エンジン停止直前に吸気行程噴射を行うよう前記インジェクタを制御するとともに、
前記内燃機関の停止直前での吸気行程噴射制御実施時に、前記内燃機関への吸入空気量を通常制御時より増量することを特徴とする内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置。 - 前記エンジン制御装置は、前記内燃機関での吸気行程噴射制御実施後、燃料をカットした後各気筒に対して１回以上点火処理を実施することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の筒内噴射式燃料制御装置。
- 内燃機関への吸入空気量またはこれに該当するパラメータを検出する工程と、
前記内燃機関の回転速度及びクランク角度を検出する工程と、
前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射する工程と、
前記内燃機関の吸入空気量またはこれに該当するパラメータ、回転速度及びクランク角度をもとに前記内燃機関への燃料供給量を演算し、演算結果に基づいて前記内燃機関の各シリンダ内に燃料を直接噴射する工程と、
内燃機関停止直前に吸気行程噴射を行う工程とを備え、
前記内燃機関の停止直前での吸気行程噴射工程において、前記内燃機関への吸入空気量を通常制御時より増量することを特徴とする内燃機関の筒内噴射式燃料制御方法。 - 前記内燃機関での吸気行程噴射後、燃料をカットした後各気筒に対して１回以上点火処理を実施する工程を更に備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の筒内噴射式燃料制御方法。
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