JP4085900B2 - 筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置、特に始動時制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動の低圧ポンプにより供給される燃料をエンジン駆動の高圧燃料ポンプで高圧にして蓄圧室に蓄えておき、この蓄圧室より各気筒の燃料噴射弁に燃料を分配するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８９４０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷間始動時には早期に圧縮行程噴射を開始して理論空燃比に近い空燃比で成層燃焼を行わせたほうが、ＨＣの排出量を低減できる。これは、成層燃焼は見方を変えると混合気にムラのある状態で燃焼させることになり後燃えが生じ、これにより未燃燃料であるＨＣの燃焼が、吸気行程噴射による場合よりも促進されるためである。
【０００５】
ここで、圧縮行程噴射を行うためには、燃焼室に臨んでいる燃料噴射弁により圧縮行程での燃焼室内圧力に打ち勝って燃焼室内に燃料噴射を行わなければならない。このため、圧縮行程噴射許可燃圧が予め定められ、蓄圧室の実際の燃圧がこの圧縮行程噴射許可燃圧にまで上昇したときに圧縮行程噴射が許可される。
【０００６】
この場合、上記の従来装置では、高圧燃料ポンプは可変容量式の単筒プランジャポンプであり、プランジャ駆動カムをエンジン回転の１／２で回転させているため、エンジンの始動時にはプランジャ駆動カムのカム１回転当たりのプランジャの総ストローク量とクランキング回転速度とにより定まる吐出量に応じてしか蓄圧室の実際の燃圧が上昇してゆかない。
【０００７】
このため、蓄圧室の実際の燃圧が圧縮行程噴射許可燃圧に達する前には吸気行程噴射を行うしかないのが現状であり、このため圧縮行程噴射に切換わるまでの間でＨＣ排出量が増加してしまう。
【０００８】
さて、エンジンの始動時に圧縮行程噴射が可能になるか否かを判定するためのパラメータは燃圧だけに限らないことに本発明者が気がついた。
【０００９】
これについて図９を参照して説明すると、図９には横軸にエンジン回転速度を、縦軸に燃料噴射量を採り、この運転領域図に燃圧線を書き入れたものである。
【００１０】
ここで、燃圧線は、燃焼室内圧力に打ち勝って燃料噴射弁より圧縮行程噴射を適切に行うことのできる最低の燃圧線を表している。例えば１ＭＰａの線（二点鎖線で示す）は、この線より下側に運転点（燃料噴射量、エンジン回転速度）があれば圧縮行程噴射を適切に行うことができ、この線より上側に運転点（燃料噴射量、エンジン回転速度）があれば圧縮行程噴射を適切に行うことができないことを意味する。
【００１１】
ここで、成層燃焼域を書き入れてみると、これは、始動時を含めエンジン回転速度が所定値以下かつ燃料噴射量が所定値以下の領域（破線で囲った領域）である。従って、始動時を含めた成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射を可能とするためには燃圧は最低５〜７ＭＰａとする必要がある。すなわち、５〜７ＭＰａを上記の圧縮行程噴射許可燃圧として設定しなければならない。
【００１２】
しかしながら、始動時だけを考えれば、この始動時の運転点は例えば×で示したようにエンジン回転速度、燃料噴射量とも小さい点にあり、この運転点で始動して圧縮行程噴射を行わせるのであれば、燃圧は５〜７ＭＰａも要らず、１ＭＰａあれば十分である。すなわち、始動時に限れば、燃圧の他に燃料噴射量（つまり始動時燃料噴射量）とエンジン回転速度から定まる運転条件を加味することで早期に圧縮行程噴射を開始させることができることがわかったのである。
【００１３】
そこで本発明は、燃圧の他に始動時燃料噴射量とエンジン回転速度から定まる運転条件を加味して圧縮行程噴射が可能か否かを判定することにより、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧よりも小さくして早期に圧縮行程噴射を可能としＨＣ排出量を一段と低減することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料タンクからの燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料を開弁時にエンジンの燃焼室内に直接的に供給する燃料噴射弁と点火プラグとを燃焼室に対して臨設し、この燃料噴射弁から燃料を燃焼室に直接噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置において、エンジンの冷間始動時に理論空燃比付近の空燃比となるように前記燃料噴射弁からの始動時燃料供給量を定める手段と、始動時のエンジン回転速度を検出する手段と、前記燃料噴射弁に作用している燃圧を検出する手段とを備え、前記始動時燃料供給量の設定値と前記エンジン回転速度の検出値とから定まる運転点が、前記燃圧の検出値と一致する燃圧線から定まる所定の運転領域内にある場合に、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したと判定し、圧縮行程噴射を行わせるように構成した。
また、本発明は、燃料タンクからの燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料を開弁時にエンジンの燃焼室内に直接的に供給する燃料噴射弁と点火プラグとを燃焼室に対して臨設し、この燃料噴射弁から燃料を燃焼室に直接噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置において、エンジンの冷間始動時に理論空燃比付近の空燃比となるように前記燃料噴射弁からの始動時燃料供給量を定める始動時燃料供給量設定手段と、始動時のエンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記燃料噴射弁に作用している燃圧を検出する燃圧検出手段とを備え、エンジン回転速度を横軸に、始動時燃料供給量を縦軸に採った運転領域図に右肩上がりの燃圧線を異なる燃圧毎に所定の間隔で書き入れたものを予め作成してあり、前記エンジン回転速度の検出値と前記始動時燃料供給量の設定値により定まる運転点が前記燃圧の検出値と一致する燃圧線より上側にあるか下側にあるかにより、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせるように構成した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記始動時燃料供給量の設定値と前記エンジン回転速度の検出値とから定まる運転点が、前記燃圧の検出値と一致する燃圧線から定まる所定の運転領域内にある場合に、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したと判定し、圧縮行程噴射を行わせるようにしたので、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧よりも小さくできることから、早期に圧縮行程噴射に入らせることが可能となり、これによりＨＣ排出量を一段と低減することができる。
また、本発明によれば、エンジン回転速度を横軸に、始動時燃料供給量を縦軸に採った運転領域図に右肩上がりの燃圧線を異なる燃圧毎に所定の間隔で書き入れたものを予め作成してあり、前記エンジン回転速度の検出値と前記始動時燃料供給量の設定値により定まる運転点が前記燃圧の検出値と一致する燃圧線より上側にあるか下側にあるかにより、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせる。そのため、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧よりも小さくできることから、早期に圧縮行程噴射に入らせることが可能となり、これによりＨＣ排出量を一段と低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態の筒内直接噴射式火花点火エンジンの概略構成図を４気筒エンジンの場合で示している。図１において、１はエンジン本体で、電子スロットル装置の吸気絞り弁３により調量された空気は吸気通路を介して吸気マニホールドのコレクタ部５に一旦蓄えられ、このコレクタ部５より分岐管６を経て各気筒の燃焼室７に流入する。
【００１８】
図示しない燃料タンクからの燃料は低圧電動ポンプにより高圧燃料ポンプ１５に供給される。高圧燃料ポンプ１５はエンジンにより駆動される単筒プランジャポンプで、供給される低圧燃料をさらに燃圧を高めて高圧燃料供給通路に吐出する。この高圧燃料は蓄圧室としての燃料ギャラリー１６に蓄えられたあと、燃料ギャラリー１６から各気筒の燃料噴射弁８に分配供給される。
【００１９】
燃料噴射弁８は気筒毎にエンジンの燃焼室７に臨んで設けられ、エンジンコントローラ２１からの信号を受けて所定の時期に開かれ、その開弁時間と燃料噴射弁８に作用する燃料ギャラリー１６内の燃圧とに比例した燃料を燃焼室７内に直接的に噴射供給する。
【００２０】
ここで、燃料ギャラリー１６内の要求燃圧は運転条件（負荷と回転速度）に応じて定められ、負荷一定であればエンジン回転速度が大きくなるほど高くなり、また回転速度一定であれば負荷が大きくなるほど高くなる。要求燃圧の最小値は例えば０．５ＭＰａ程度、要求燃圧の最大値は例えば１１ＭＰａ程度であり、その圧力範囲は広い。要求燃圧を全ての運転条件で一定としたときには、大きく変化する要求燃料量に対応させて燃料噴射弁４の開弁時間を長くしたり短くしたりしなければならず、燃料噴射弁８に対する仕様（ダイナミックレンジの拡大）が厳しくなることも考え得るのであるが、このように、回転速度一定であれば高負荷ほど要求燃圧を高めることで、燃料噴射弁８の開弁時間を長くしなくても要求燃料量を供給できることになり、燃料噴射弁８に対する仕様が厳しくならないようにすることができる。
【００２１】
高圧燃料ポンプ１５の内部には吐出燃料を燃料タンクに連通するリターン通路へと逃す通路にデューティ制御可能な制御弁を備えており、この制御弁へのＯＮデューティ値（制御量）を大きくするほどリターン通路に逃される吐出燃料が多くなる。エンジンコントローラ２１では燃圧センサ２２により検出される燃料ギャラリー１６内の実際の燃圧がそのときの運転条件に応じた要求燃圧と一致するように制御弁に与えるＯＮデューティ値をフィードバック制御する。
【００２２】
ＰＯＳセンサ（ポジションセンサ）２３、ＰＨＡＳＥセンサ（フェーズセンサ）２４からの信号、エアフローメータ２５からの吸入空気流量の信号、水温センサ２６からのエンジン冷却水温の信号等が、イグニッションスイッチからの信号と共に入力されるエンジンコントローラ２１では、これらの信号に基づいて始動時であるか否かを判定し、始動時にはほぼ理論空燃比に近い空燃比となるように始動時燃料噴射パルス幅を算出し、基本的には各気筒の圧縮行程でこの算出した始動時燃料噴射パルス幅の期間だけ燃料噴射弁８を開いて成層燃焼を実現する。
【００２３】
分岐管の途中にはタンブルコントロールバルブ１７を備える。このタンブルコントロールバルブ１７を閉じると、燃焼室７内にタンブル流（縦渦流）が生成される。この燃焼室内に生成されるガス流動とピストン冠面に穿設されているキャビティとを利用して燃料噴射弁８より燃焼室７内に直接噴射された燃料の噴霧をまとめつつ、燃焼室７天井のほぼ中央に位置する点火プラグ９近傍へと導き、この過程で混合気の塊となったものに対して着火する。燃料噴射弁８により噴射された燃料を混合気の塊状態にして点火プラグ９に誘導するこの方法はエアガイド式といわれている。
【００２４】
点火プラグ９により燃焼したガスは、排気マニホールド１０へと排出される。排気マニホールド１０下流で１つにまとめられ、その合流部の下流に三元触媒機能を有するＮＯｘトラップ触媒１１が設けられている。
【００２５】
こうした筒内直接噴射式火花点火エンジンエンジンを前提として、本発明ではエンジンの始動時に始動時燃料噴射パルス幅（始動時燃料供給量）の設定値、エンジン回転速度の検出値、燃圧の検出値に基づいて圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせる。
【００２６】
エンジンコントローラ２１により行われるこの制御の内容を図２のフローチャートを参照しながら詳述する。
【００２７】
図２は圧縮行程噴射フラグを設定するためのもので、所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００２８】
ステップ１ではエンジン回転速度Ｎｅ、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴ、燃圧センサ２２により検出される燃圧Ｐｆを読み込む。
【００２９】
ここで、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴ［ｍｓ］は図示しない燃料噴射パルス幅の演算フローにおいて次式により算出される値である。
【００３０】
ＴＩＳＴ＝ＴＳＴ×ＭＫＩＮＪ×ＫＮＳＴ×ＫＴＳＴ…（１）
ただし、ＴＳＴ；始動時基本噴射パルス幅［ｍｓ］、
ＭＫＩＮＪ；燃圧補正係数［無名数］、
ＫＮＳＴ；回転速度補正係数［無名数］、
ＫＴＳＴ；時間補正係数［無名数］、
（１）式の始動時基本噴射パルス幅ＴＳＴは図５を内容とするテーブルを検索することにより得られる値である。すなわち、始動時基本噴射パルス幅ＴＳＴは基準燃圧、基準クランキング回転速度及び基準クランキング時間のときに理論空燃比に近い空燃比が得られるように設定されており、この値は冷却水温Ｔｗが低くなるほど大きくなる。
【００３１】
残りの燃圧補正係数ＭＫＩＮＪ、回転速度補正係数ＫＮＳＴ、時間補正係数ＫＴＳＴは、それぞれ図６〜図８を内容とするテーブルを検索することにより得られる値である。すなわち、残り三つの補正係数は、基準燃圧、基準クランキング回転速度及び基準クランキング時間から外れたときに補正を行うための係数で、燃圧補正係数ＭＫＩＮＪは燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｆ０より高くなるほど１．０より小さくなるように、回転速度補正係数ＫＮＳＴはエンジン回転速度（クランキング回転速度）が基準クランキング回転速度Ｎｅ０より大きくなると１．０より小さくなるように、時間補正係数ＫＴＳＴはクランキング時間が基準クランキング時間より長くなると１．０より小さくなるようにそれぞれ設定されている。
【００３２】
ステップ２ではこれら燃圧Ｐｆ、エンジン回転速度Ｎｅ、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴから図３を参照して圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立しているか否かをみる。例えばそのときの燃圧Ｐｆが１ＭＰａであったとして、この燃圧Ｐｆに等しい１ＭＰａの燃圧線より、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴから定まる運転点が下側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していると、これに対してＮｅ、ＴＩＳＴから定まる運転点が、燃圧Ｐｆに等しい１ＭＰａの燃圧線より上側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していないと判断する。同様にして、そのときの燃圧Ｐｆが２ＭＰａであったとして、この燃圧Ｐｆに等しい２ＭＰａの燃圧線より、そのときのＮｅ、ＴＩＳＴから定まる運転点が下側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していると、これに対してＮｅ、ＴＩＳＴから定まる運転点が、燃圧Ｐｆに等しい２ＭＰａの燃圧線より上側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していないと判断する。
【００３３】
ここでは簡単に燃圧線の間隔を１ＭＰａ毎と大きく採った場合で説明したが、燃圧ラインの間隔をさらに細かくすることもできる。
【００３４】
また、ここでは始動時の最大の燃圧が２ＭＰａまでである場合で説明したが、、最大の燃圧を何ＭＰａとするかは最終的にはマッチングにより定めることになる。
【００３５】
図２に戻りステップ２で圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していると判断したときにはステップ３に進んで圧縮行程噴射フラグ＝１とし、圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していないと判断したときにはステップ４に進んで圧縮行程噴射フラグ＝０とする。圧縮行程噴射フラグは圧縮行程噴射フラグ＝０のとき吸気行程噴射を、圧縮行程噴射フラグ＝１のとき圧縮行程噴射を指示するフラグである。
【００３６】
図４は燃料噴射制御を行うためのもので、図２に続けて所定のクランク角毎に実行する。ステップ１１では圧縮行程噴射フラグをみる。圧縮行程噴射フラグ＝０のときにはステップ１２に進んで吸気行程噴射を行い、圧縮行程噴射フラグ＝１のときにはステップ１３に進んで圧縮行程噴射を行う。この場合に、吸気行程噴射時には均質燃焼が、また圧縮行程噴射時にはエアガイド式の成層燃焼が行われる。
【００３７】
ここで、本実施形態の作用を図３を参照しながら説明する。
【００３８】
始動時を含めた成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように圧縮行程噴射許可燃圧を定めるとすれば５ＭＰａとなる。これに対して、本実施形態によれば、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧は最大で２ＭＰａである。
【００３９】
この場合に、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴとエンジン回転速度より定まる始動時の運転点が×印の位置にあるとすれば、燃圧Ｐｆが１ＭＰａであっても、圧縮行程噴射が可能であると判断され、圧縮行程噴射が実行される。
【００４０】
このように、 本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴ（始動時燃料供給量の設定値）、Ｎｅ（エンジン回転速度の検出値）、Ｐｆ（燃圧の検出値）に基づいて圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせるようにしたので、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧（１〜２ＭＰａ）を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧（５〜７ＭＰａ）よりも小さくできることから、早期に圧縮行程噴射に入らせることが可能となり、これによりＨＣ排出量を一段と低減することができる。
【００４１】
実施形態ではクランク角センサがＰＯＳセンサ２３とＰＨＡＳＥセンサ２４とで構成される場合で説明したが、これに限られるものでない。
【００４２】
請求項１に記載の許可条件判定手段の機能は図２のステップ２により、圧縮行程噴射実行手段の機能は図２のステップ３、図４のステップ１１、１３により果たされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の筒内直接噴射式火花点火エンジンの概略構成図。
【図２】圧縮行程噴射フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図３】運転領域図。
【図４】燃料噴射制御を説明するためのフローチャート。
【図５】エンジン回転速度と燃料噴射パルス幅に対する燃圧線の関係を示す特性図。
【図６】燃圧補正係数の特性図。
【図７】回転速度補正係数の特性図。
【図８】時間補正係数の特性図。
【図９】エンジン回転速度と燃料噴射量に対する燃圧線の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
８ 燃料噴射弁
２１ エンジンコントローラ
２２ 燃圧センサ（燃圧検出手段）
２３ ＰＯＳセンサ（回転速度検出手段）
２４ ＰＨＡＳＥセンサ（回転速度検出手段）
【発明の属する技術分野】
この発明は筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置、特に始動時制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動の低圧ポンプにより供給される燃料をエンジン駆動の高圧燃料ポンプで高圧にして蓄圧室に蓄えておき、この蓄圧室より各気筒の燃料噴射弁に燃料を分配するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８９４０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷間始動時には早期に圧縮行程噴射を開始して理論空燃比に近い空燃比で成層燃焼を行わせたほうが、ＨＣの排出量を低減できる。これは、成層燃焼は見方を変えると混合気にムラのある状態で燃焼させることになり後燃えが生じ、これにより未燃燃料であるＨＣの燃焼が、吸気行程噴射による場合よりも促進されるためである。
【０００５】
ここで、圧縮行程噴射を行うためには、燃焼室に臨んでいる燃料噴射弁により圧縮行程での燃焼室内圧力に打ち勝って燃焼室内に燃料噴射を行わなければならない。このため、圧縮行程噴射許可燃圧が予め定められ、蓄圧室の実際の燃圧がこの圧縮行程噴射許可燃圧にまで上昇したときに圧縮行程噴射が許可される。
【０００６】
この場合、上記の従来装置では、高圧燃料ポンプは可変容量式の単筒プランジャポンプであり、プランジャ駆動カムをエンジン回転の１／２で回転させているため、エンジンの始動時にはプランジャ駆動カムのカム１回転当たりのプランジャの総ストローク量とクランキング回転速度とにより定まる吐出量に応じてしか蓄圧室の実際の燃圧が上昇してゆかない。
【０００７】
このため、蓄圧室の実際の燃圧が圧縮行程噴射許可燃圧に達する前には吸気行程噴射を行うしかないのが現状であり、このため圧縮行程噴射に切換わるまでの間でＨＣ排出量が増加してしまう。
【０００８】
さて、エンジンの始動時に圧縮行程噴射が可能になるか否かを判定するためのパラメータは燃圧だけに限らないことに本発明者が気がついた。
【０００９】
これについて図９を参照して説明すると、図９には横軸にエンジン回転速度を、縦軸に燃料噴射量を採り、この運転領域図に燃圧線を書き入れたものである。
【００１０】
ここで、燃圧線は、燃焼室内圧力に打ち勝って燃料噴射弁より圧縮行程噴射を適切に行うことのできる最低の燃圧線を表している。例えば１ＭＰａの線（二点鎖線で示す）は、この線より下側に運転点（燃料噴射量、エンジン回転速度）があれば圧縮行程噴射を適切に行うことができ、この線より上側に運転点（燃料噴射量、エンジン回転速度）があれば圧縮行程噴射を適切に行うことができないことを意味する。
【００１１】
ここで、成層燃焼域を書き入れてみると、これは、始動時を含めエンジン回転速度が所定値以下かつ燃料噴射量が所定値以下の領域（破線で囲った領域）である。従って、始動時を含めた成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射を可能とするためには燃圧は最低５〜７ＭＰａとする必要がある。すなわち、５〜７ＭＰａを上記の圧縮行程噴射許可燃圧として設定しなければならない。
【００１２】
しかしながら、始動時だけを考えれば、この始動時の運転点は例えば×で示したようにエンジン回転速度、燃料噴射量とも小さい点にあり、この運転点で始動して圧縮行程噴射を行わせるのであれば、燃圧は５〜７ＭＰａも要らず、１ＭＰａあれば十分である。すなわち、始動時に限れば、燃圧の他に燃料噴射量（つまり始動時燃料噴射量）とエンジン回転速度から定まる運転条件を加味することで早期に圧縮行程噴射を開始させることができることがわかったのである。
【００１３】
そこで本発明は、燃圧の他に始動時燃料噴射量とエンジン回転速度から定まる運転条件を加味して圧縮行程噴射が可能か否かを判定することにより、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧よりも小さくして早期に圧縮行程噴射を可能としＨＣ排出量を一段と低減することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料タンクからの燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料を開弁時にエンジンの燃焼室内に直接的に供給する燃料噴射弁と点火プラグとを燃焼室に対して臨設し、この燃料噴射弁から燃料を燃焼室に直接噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置において、エンジンの冷間始動時に理論空燃比付近の空燃比となるように前記燃料噴射弁からの始動時燃料供給量を定める手段と、始動時のエンジン回転速度を検出する手段と、前記燃料噴射弁に作用している燃圧を検出する手段とを備え、前記始動時燃料供給量の設定値と前記エンジン回転速度の検出値とから定まる運転点が、前記燃圧の検出値と一致する燃圧線から定まる所定の運転領域内にある場合に、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したと判定し、圧縮行程噴射を行わせるように構成した。
また、本発明は、燃料タンクからの燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料を開弁時にエンジンの燃焼室内に直接的に供給する燃料噴射弁と点火プラグとを燃焼室に対して臨設し、この燃料噴射弁から燃料を燃焼室に直接噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置において、エンジンの冷間始動時に理論空燃比付近の空燃比となるように前記燃料噴射弁からの始動時燃料供給量を定める始動時燃料供給量設定手段と、始動時のエンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記燃料噴射弁に作用している燃圧を検出する燃圧検出手段とを備え、エンジン回転速度を横軸に、始動時燃料供給量を縦軸に採った運転領域図に右肩上がりの燃圧線を異なる燃圧毎に所定の間隔で書き入れたものを予め作成してあり、前記エンジン回転速度の検出値と前記始動時燃料供給量の設定値により定まる運転点が前記燃圧の検出値と一致する燃圧線より上側にあるか下側にあるかにより、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせるように構成した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記始動時燃料供給量の設定値と前記エンジン回転速度の検出値とから定まる運転点が、前記燃圧の検出値と一致する燃圧線から定まる所定の運転領域内にある場合に、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したと判定し、圧縮行程噴射を行わせるようにしたので、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧よりも小さくできることから、早期に圧縮行程噴射に入らせることが可能となり、これによりＨＣ排出量を一段と低減することができる。
また、本発明によれば、エンジン回転速度を横軸に、始動時燃料供給量を縦軸に採った運転領域図に右肩上がりの燃圧線を異なる燃圧毎に所定の間隔で書き入れたものを予め作成してあり、前記エンジン回転速度の検出値と前記始動時燃料供給量の設定値により定まる運転点が前記燃圧の検出値と一致する燃圧線より上側にあるか下側にあるかにより、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせる。そのため、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧よりも小さくできることから、早期に圧縮行程噴射に入らせることが可能となり、これによりＨＣ排出量を一段と低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態の筒内直接噴射式火花点火エンジンの概略構成図を４気筒エンジンの場合で示している。図１において、１はエンジン本体で、電子スロットル装置の吸気絞り弁３により調量された空気は吸気通路を介して吸気マニホールドのコレクタ部５に一旦蓄えられ、このコレクタ部５より分岐管６を経て各気筒の燃焼室７に流入する。
【００１８】
図示しない燃料タンクからの燃料は低圧電動ポンプにより高圧燃料ポンプ１５に供給される。高圧燃料ポンプ１５はエンジンにより駆動される単筒プランジャポンプで、供給される低圧燃料をさらに燃圧を高めて高圧燃料供給通路に吐出する。この高圧燃料は蓄圧室としての燃料ギャラリー１６に蓄えられたあと、燃料ギャラリー１６から各気筒の燃料噴射弁８に分配供給される。
【００１９】
燃料噴射弁８は気筒毎にエンジンの燃焼室７に臨んで設けられ、エンジンコントローラ２１からの信号を受けて所定の時期に開かれ、その開弁時間と燃料噴射弁８に作用する燃料ギャラリー１６内の燃圧とに比例した燃料を燃焼室７内に直接的に噴射供給する。
【００２０】
ここで、燃料ギャラリー１６内の要求燃圧は運転条件（負荷と回転速度）に応じて定められ、負荷一定であればエンジン回転速度が大きくなるほど高くなり、また回転速度一定であれば負荷が大きくなるほど高くなる。要求燃圧の最小値は例えば０．５ＭＰａ程度、要求燃圧の最大値は例えば１１ＭＰａ程度であり、その圧力範囲は広い。要求燃圧を全ての運転条件で一定としたときには、大きく変化する要求燃料量に対応させて燃料噴射弁４の開弁時間を長くしたり短くしたりしなければならず、燃料噴射弁８に対する仕様（ダイナミックレンジの拡大）が厳しくなることも考え得るのであるが、このように、回転速度一定であれば高負荷ほど要求燃圧を高めることで、燃料噴射弁８の開弁時間を長くしなくても要求燃料量を供給できることになり、燃料噴射弁８に対する仕様が厳しくならないようにすることができる。
【００２１】
高圧燃料ポンプ１５の内部には吐出燃料を燃料タンクに連通するリターン通路へと逃す通路にデューティ制御可能な制御弁を備えており、この制御弁へのＯＮデューティ値（制御量）を大きくするほどリターン通路に逃される吐出燃料が多くなる。エンジンコントローラ２１では燃圧センサ２２により検出される燃料ギャラリー１６内の実際の燃圧がそのときの運転条件に応じた要求燃圧と一致するように制御弁に与えるＯＮデューティ値をフィードバック制御する。
【００２２】
ＰＯＳセンサ（ポジションセンサ）２３、ＰＨＡＳＥセンサ（フェーズセンサ）２４からの信号、エアフローメータ２５からの吸入空気流量の信号、水温センサ２６からのエンジン冷却水温の信号等が、イグニッションスイッチからの信号と共に入力されるエンジンコントローラ２１では、これらの信号に基づいて始動時であるか否かを判定し、始動時にはほぼ理論空燃比に近い空燃比となるように始動時燃料噴射パルス幅を算出し、基本的には各気筒の圧縮行程でこの算出した始動時燃料噴射パルス幅の期間だけ燃料噴射弁８を開いて成層燃焼を実現する。
【００２３】
分岐管の途中にはタンブルコントロールバルブ１７を備える。このタンブルコントロールバルブ１７を閉じると、燃焼室７内にタンブル流（縦渦流）が生成される。この燃焼室内に生成されるガス流動とピストン冠面に穿設されているキャビティとを利用して燃料噴射弁８より燃焼室７内に直接噴射された燃料の噴霧をまとめつつ、燃焼室７天井のほぼ中央に位置する点火プラグ９近傍へと導き、この過程で混合気の塊となったものに対して着火する。燃料噴射弁８により噴射された燃料を混合気の塊状態にして点火プラグ９に誘導するこの方法はエアガイド式といわれている。
【００２４】
点火プラグ９により燃焼したガスは、排気マニホールド１０へと排出される。排気マニホールド１０下流で１つにまとめられ、その合流部の下流に三元触媒機能を有するＮＯｘトラップ触媒１１が設けられている。
【００２５】
こうした筒内直接噴射式火花点火エンジンエンジンを前提として、本発明ではエンジンの始動時に始動時燃料噴射パルス幅（始動時燃料供給量）の設定値、エンジン回転速度の検出値、燃圧の検出値に基づいて圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせる。
【００２６】
エンジンコントローラ２１により行われるこの制御の内容を図２のフローチャートを参照しながら詳述する。
【００２７】
図２は圧縮行程噴射フラグを設定するためのもので、所定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００２８】
ステップ１ではエンジン回転速度Ｎｅ、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴ、燃圧センサ２２により検出される燃圧Ｐｆを読み込む。
【００２９】
ここで、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴ［ｍｓ］は図示しない燃料噴射パルス幅の演算フローにおいて次式により算出される値である。
【００３０】
ＴＩＳＴ＝ＴＳＴ×ＭＫＩＮＪ×ＫＮＳＴ×ＫＴＳＴ…（１）
ただし、ＴＳＴ；始動時基本噴射パルス幅［ｍｓ］、
ＭＫＩＮＪ；燃圧補正係数［無名数］、
ＫＮＳＴ；回転速度補正係数［無名数］、
ＫＴＳＴ；時間補正係数［無名数］、
（１）式の始動時基本噴射パルス幅ＴＳＴは図５を内容とするテーブルを検索することにより得られる値である。すなわち、始動時基本噴射パルス幅ＴＳＴは基準燃圧、基準クランキング回転速度及び基準クランキング時間のときに理論空燃比に近い空燃比が得られるように設定されており、この値は冷却水温Ｔｗが低くなるほど大きくなる。
【００３１】
残りの燃圧補正係数ＭＫＩＮＪ、回転速度補正係数ＫＮＳＴ、時間補正係数ＫＴＳＴは、それぞれ図６〜図８を内容とするテーブルを検索することにより得られる値である。すなわち、残り三つの補正係数は、基準燃圧、基準クランキング回転速度及び基準クランキング時間から外れたときに補正を行うための係数で、燃圧補正係数ＭＫＩＮＪは燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｆ０より高くなるほど１．０より小さくなるように、回転速度補正係数ＫＮＳＴはエンジン回転速度（クランキング回転速度）が基準クランキング回転速度Ｎｅ０より大きくなると１．０より小さくなるように、時間補正係数ＫＴＳＴはクランキング時間が基準クランキング時間より長くなると１．０より小さくなるようにそれぞれ設定されている。
【００３２】
ステップ２ではこれら燃圧Ｐｆ、エンジン回転速度Ｎｅ、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴから図３を参照して圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立しているか否かをみる。例えばそのときの燃圧Ｐｆが１ＭＰａであったとして、この燃圧Ｐｆに等しい１ＭＰａの燃圧線より、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴから定まる運転点が下側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していると、これに対してＮｅ、ＴＩＳＴから定まる運転点が、燃圧Ｐｆに等しい１ＭＰａの燃圧線より上側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していないと判断する。同様にして、そのときの燃圧Ｐｆが２ＭＰａであったとして、この燃圧Ｐｆに等しい２ＭＰａの燃圧線より、そのときのＮｅ、ＴＩＳＴから定まる運転点が下側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していると、これに対してＮｅ、ＴＩＳＴから定まる運転点が、燃圧Ｐｆに等しい２ＭＰａの燃圧線より上側にあれば圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していないと判断する。
【００３３】
ここでは簡単に燃圧線の間隔を１ＭＰａ毎と大きく採った場合で説明したが、燃圧ラインの間隔をさらに細かくすることもできる。
【００３４】
また、ここでは始動時の最大の燃圧が２ＭＰａまでである場合で説明したが、、最大の燃圧を何ＭＰａとするかは最終的にはマッチングにより定めることになる。
【００３５】
図２に戻りステップ２で圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していると判断したときにはステップ３に進んで圧縮行程噴射フラグ＝１とし、圧縮行程噴射を許可し得る条件が成立していないと判断したときにはステップ４に進んで圧縮行程噴射フラグ＝０とする。圧縮行程噴射フラグは圧縮行程噴射フラグ＝０のとき吸気行程噴射を、圧縮行程噴射フラグ＝１のとき圧縮行程噴射を指示するフラグである。
【００３６】
図４は燃料噴射制御を行うためのもので、図２に続けて所定のクランク角毎に実行する。ステップ１１では圧縮行程噴射フラグをみる。圧縮行程噴射フラグ＝０のときにはステップ１２に進んで吸気行程噴射を行い、圧縮行程噴射フラグ＝１のときにはステップ１３に進んで圧縮行程噴射を行う。この場合に、吸気行程噴射時には均質燃焼が、また圧縮行程噴射時にはエアガイド式の成層燃焼が行われる。
【００３７】
ここで、本実施形態の作用を図３を参照しながら説明する。
【００３８】
始動時を含めた成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように圧縮行程噴射許可燃圧を定めるとすれば５ＭＰａとなる。これに対して、本実施形態によれば、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧は最大で２ＭＰａである。
【００３９】
この場合に、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴとエンジン回転速度より定まる始動時の運転点が×印の位置にあるとすれば、燃圧Ｐｆが１ＭＰａであっても、圧縮行程噴射が可能であると判断され、圧縮行程噴射が実行される。
【００４０】
このように、 本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴ（始動時燃料供給量の設定値）、Ｎｅ（エンジン回転速度の検出値）、Ｐｆ（燃圧の検出値）に基づいて圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定し、この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせるようにしたので、圧縮行程噴射が可能か否かの判定に用いる燃圧（１〜２ＭＰａ）を、従来装置において成層燃焼域の全域で圧縮行程噴射が可能となるように定めた圧縮行程噴射許可燃圧（５〜７ＭＰａ）よりも小さくできることから、早期に圧縮行程噴射に入らせることが可能となり、これによりＨＣ排出量を一段と低減することができる。
【００４１】
実施形態ではクランク角センサがＰＯＳセンサ２３とＰＨＡＳＥセンサ２４とで構成される場合で説明したが、これに限られるものでない。
【００４２】
請求項１に記載の許可条件判定手段の機能は図２のステップ２により、圧縮行程噴射実行手段の機能は図２のステップ３、図４のステップ１１、１３により果たされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の筒内直接噴射式火花点火エンジンの概略構成図。
【図２】圧縮行程噴射フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図３】運転領域図。
【図４】燃料噴射制御を説明するためのフローチャート。
【図５】エンジン回転速度と燃料噴射パルス幅に対する燃圧線の関係を示す特性図。
【図６】燃圧補正係数の特性図。
【図７】回転速度補正係数の特性図。
【図８】時間補正係数の特性図。
【図９】エンジン回転速度と燃料噴射量に対する燃圧線の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
８ 燃料噴射弁
２１ エンジンコントローラ
２２ 燃圧センサ（燃圧検出手段）
２３ ＰＯＳセンサ（回転速度検出手段）
２４ ＰＨＡＳＥセンサ（回転速度検出手段）
Claims (4)
- 燃料タンクからの燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料を開弁時にエンジンの燃焼室内に直接的に供給する燃料噴射弁と点火プラグとを燃焼室に対して臨設し、この燃料噴射弁から燃料を燃焼室に直接噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置において、
エンジンの冷間始動時に理論空燃比付近の空燃比となるように前記燃料噴射弁からの始動時燃料供給量を定める始動時燃料供給量設定手段と、
始動時のエンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記燃料噴射弁に作用している燃圧を検出する燃圧検出手段と、
前記始動時燃料供給量の設定値と前記エンジン回転速度の検出値とから定まる運転点が、前記燃圧の検出値と一致する燃圧線から定まる所定の運転領域内にある場合に、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したと判定する許可条件判定手段と、
この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせる圧縮行程噴射実行手段と、
を備えることを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記判定結果より圧縮行程噴射を許可しないとき吸気行程噴射を行わせることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置。
- 燃料タンクからの燃料を吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料を開弁時にエンジンの燃焼室内に直接的に供給する燃料噴射弁と点火プラグとを燃焼室に対して臨設し、この燃料噴射弁から燃料を燃焼室に直接噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置において、
エンジンの冷間始動時に理論空燃比付近の空燃比となるように前記燃料噴射弁からの始動時燃料供給量を定める始動時燃料供給量設定手段と、
始動時のエンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記燃料噴射弁に作用している燃圧を検出する燃圧検出手段と、
エンジン回転速度を横軸に、始動時燃料供給量を縦軸に採った運転領域図に右肩上がりの燃圧線を異なる燃圧毎に所定の間隔で書き入れたものを予め作成してあり、
前記エンジン回転速度の検出値と前記始動時燃料供給量の設定値により定まる運転点が前記燃圧の検出値と一致する燃圧線より上側にあるか下側にあるかにより、圧縮行程噴射を許可する条件が成立したか否かを判定する許可条件判定手段と、
この判定結果より圧縮行程噴射を許可する条件が成立したとき圧縮行程噴射を行わせる圧縮行程噴射実行手段と、
を備えることを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記エンジン回転速度の検出値と前記始動時燃料供給量の設定値により定まる運転点が前記燃圧の検出値と一致する燃圧線より下側にあるとき、前記圧縮行程噴射を許可すると判定することを特徴とする請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置。
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