JP4323975B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射供給する筒内噴射用インジェクタと同機関の吸気通路中に燃料を噴射供給する吸気通路噴射用インジェクタとを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関としては、例えば特許文献１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置がある。
この内燃機関の燃料噴射制御装置は、吸気通路噴射用インジェクタを通じて吸気ポート（吸気通路）に燃料を噴射することで、空気と燃料とを十分混合させて均質性の高い燃焼（均質燃焼）を実現するようにしている。一方、筒内噴射用インジェクタを通じて燃焼室に直接燃料を噴射する場合は、例えば圧縮行程後期に燃料を噴射して成層燃焼（希薄燃焼）を行うことで燃費性能の向上を図るようにしている。なお、この筒内噴射用インジェクタによっても、空気と燃料とを十分に混合させて燃焼室全域で略同じ空燃比にすることで上述の均質燃焼を行うことはできる。すなわちこの場合には、機関の吸気行程で燃料を噴射することにより燃料の拡散時間を長くとり、これによって空気と燃料との混合を促進させて燃焼を行うこととなる。そして、この筒内噴射用インジェクタによって均質燃焼を行うこととすれば、燃焼室に直接噴射された燃料の気化に伴いシリンダ内が冷却され、筒内噴射用インジェクタの噴孔部へのデポジットの堆積も抑制され、その後成層燃焼に移行される場合であっても、その要求される噴霧形状や燃料噴射量が維持されるようにもなる。
特開２００２−３６４４０９

ところで、上記特許文献１に記載の燃料噴射制御装置は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関において、各気筒毎に筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備え、その機関全体として複数のインジェクタを備えた構成となっている。このようなものにあっては、複数のインジェクタを噴射制御するとインジェクタの着座音（閉弁音）が重なって騒音が増大する惧れがある。例えば、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの２系統噴射より、最良の燃焼状態のタイミングでインジェクタの噴き分けを行うと、同インジェクタの着座音（閉弁音）が大きくなる場合がある。すなわち、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの閉弁タイミングが一定時間内に入ることで、閉弁タイミングが重なり、同インジェクタの着座音が増幅されてしまうという問題が生じることになる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、インジェクタの着座音による騒音が増大することを好適に防止することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射供給する筒内噴射用インジェクタと同機関の吸気通路中に燃料を噴射供給する吸気通路噴射用インジェクタと、機関運転状態に基づいてそれらインジェクタによる燃料噴射態様を制御する電子制御装置とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記電子制御装置は、前記筒内噴射用インジェクタと前記吸気通路噴射用インジェクタとのそれぞれについて燃料噴射時期及び燃料噴射時間を算出し、それら算出した各燃料噴射時期及び各燃料噴射時間に基づいてそれらインジェクタの各閉弁時期が一定時間内にあると判断されるとき、閉弁時期を変更してそれらインジェクタの実閉弁時期が前記一定時間内に入らないようにすることをその要旨とする。

このような構成によれば、筒内噴射用インジェクタと前記吸気通路噴射用インジェクタの実閉弁時期が一定時間内に入らないようにすることで、インジェクタの着座音の重なりによる騒音の増幅を防止でき、着座音の騒音を低減できる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記インジェクタの閉弁時期の変更は燃料噴射時期をずらすことによって行われることをその要旨とする。

このような構成によれば、推定される複数のインジェクタの閉弁時期が一定時間内にある場合には、燃料噴射時期をずらす。すなわち実閉弁時期を遅らせる、あるいは早めることによって、複数のインジェクタの実閉弁時期が上記一定時間内に入らないように制御することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記インジェクタの閉弁時期の変更は燃料噴射時間を増減することによって行われることをその要旨とする。

このような構成によれば、推定される複数のインジェクタの閉弁時期が一定時間内にある場合には、燃料噴射時期を増減することによって、インジェクタの実閉弁時期を遅らせる、あるいは早めることができるようになる。そして、この場合であっても複数のインジェクタの実閉弁時期が上記一定時間内に入らないよう制御することが可能となる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記閉弁時期を変更するインジェクタは、吸気通路噴射用インジェクタ、あるいは筒内噴射用インジェクタのどちらか一方とすることをその要旨とする。

このような構成によれば、推定される複数のインジェクタの閉弁時期が一定時間内にある場合には、吸気通路噴射用インジェクタ、あるいは筒内噴射用インジェクタのどちらか一方の実閉弁時期を変更することで、好適にインジェクタの着座音の増大を防止することが可能となる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記閉弁時期を変更するインジェクタは、吸気通路噴射用インジェクタ、及び筒内噴射用インジェクタの両方とすることをその要旨とする。

このような構成によれば、推定される複数のインジェクタの閉弁時期が一定時間内にある場合には、吸気通路噴射用インジェクタ、及び筒内噴射用インジェクタの両方の実閉弁時期を変更できることで、より確実にインジェクタの着座音の増大を防止することが可能となる。

図１に、この発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施の形態を示す。
以下、図１の参照のもとに、この実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置について詳細に説明する。なお、この実施の形態にかかる燃料噴射制御装置も、基本的には前述した従来の燃料噴射制御装置と同様、吸気ポートに燃料を噴射供給する吸気通路噴射用インジェクタと燃焼室に燃料を噴射供給する筒内噴射用インジェクタとを備える。ただし、この実施の形態の燃料噴射制御装置では、以下に説明する制御を通じて、インジェクタの着座音の重なりによる増幅を防止し、騒音を低減するようにしている。

図１に示されるように、この燃料噴射制御装置は、４サイクルのレシプロ機関である内燃機関Ｅを中心として構成される。ここで、内燃機関Ｅとしては、６つのシリンダを備えるＶ型６気筒ガソリン機関を想定しているが、同図１では説明の便宜上、代表して１つのシリンダのみを示している。そしてこの内燃機関Ｅは、大きくは、シリンダブロック１ａと該シリンダブロック１ａの上部に連結されるシリンダヘッド１ｂとを備えるシリンダ１と、該シリンダ１内を往復動するピストン２とを有して構成される。このピストン２は、内燃機関Ｅの出力軸であるクランクシャフト２ａにコンロッド２ｂ及びクランクアーム２ｃを介して連結され、そのコンロッド２ｂによりピストン２の往復運動がクランクシャフト２ａの回転に置き換えられるようになっている。そして上記シリンダ１内においては、上記シリンダブロック１ａ及びシリンダヘッド１ｂの内壁とピストン２の頂面とによって、混合気を燃焼されるための燃焼室３が区画形成されている。

また、シリンダヘッド１ｂには、この燃焼室３に突出する態様で混合気に点火を行う点火プラグ４、並びに同燃焼室３に燃料を噴射供給する燃料供給手段として筒内噴射用インジェクタ５が配設されている。さらに、上記燃焼室３には、吸気通路６及び排気通路７がそれぞれ吸気弁８及び排気弁９を介して連通されている、そして、吸気通路６には、該吸気通路６と燃焼室３との連通部分、すなわち吸気ポート６ａに燃料を噴射供給する燃料供給手段として吸気ポート噴射用インジェクタ１０が取り付けられている。また、図示は割愛しているが、上記吸気通路６の上流側には、吸入空気量を調節すべく開閉動作を行うスロットルバルブが設けられている。そしてこのスロットルバルブのさらに上流には、吸入空気量を検出するエアフローメータが配設されている。

また、この実施の形態の装置には更に、アクセルセンサ２１、クランクセンサ２２が設けられている。
ここで、アクセルセンサ２１は、図示しないアクセルペダルの近傍に設けられてその操作量（踏み込み量）を検出するセンサであり、この検出された値は電子制御装置１００で適宜にＡ／Ｄ変換された後、同電子制御装置１００内に設けられているマイクロコンピュータに取り込まれる。

また、クランクセンサ２２は、内燃機関Ｅのクランクシャフト２ａに装着されたロータと、その近傍に配設されて同ロータの外周に設けられた突起の通過を検出する電磁ピックアップとを備えて構成されるものであり、クランクシャフト２ａの回転位相（クランク角）、及び内燃機関Ｅの回転速度を検出するためのセンサである。このクランクセンサ２２の出力は、電子制御装置１００内で適宜に波形整形された後、上記クランクシャフト２ａの回転速度に対応したパルス信号（ＮＥパルス）として同電子制御装置１００内の上記マイクロコンピュータに取り込まれる。

ここで、電子制御装置１００は上述のように、マイクロコンピュータをはじめ、Ａ／Ｄ変換器や波形整形回路、更には各種アクチュエータ等を駆動するためのドライバ（駆動回路）を備えている。そして、上記取り込まれる各センサからの信号に基づき、上記点火プラグ４の点火時期や、吸気ポート噴射用インジェクタ１０及び筒内噴射用インジェクタ５の開閉、そしてスロットルバルブを通じた吸入空気量の調量態様、等々を制御する。

以下、図２〜図４を併せ参照して、この実施の形態にかかる燃料噴射制御装置による燃料噴射制御について詳述する。
はじめに、図２及び図３を参照して、ここで行う燃料噴射制御によるインジェクタの噴射閉弁タイミングの一例について説明する。なお、この実施の形態にかかる燃料噴射制御では、筒内噴射用インジェクタ５による筒内噴射と吸気ポート噴射用インジェクタ１０による吸気ポート噴射との燃料噴射領域として、いわゆる両インジェクタ５、１０による噴き分け運転領域を想定している。なお、ここで噴き分け運転領域とは、筒内噴射用インジェクタ５及び吸気ポート噴射用インジェクタ１０による燃料噴射領域である。

図２は、同一気筒について、推定される筒内噴射用インジェクタ５と吸気ポート噴射用インジェクタ１０との噴射閉弁時期が重なる（一定時間内にある）例について示している。

同図２のように、筒内噴射と吸気ポート噴射との噴き分け運転領域においては、筒内噴射用インジェクタ５の閉弁時期と吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期とが時間Ｔ（重なっていると判断する時間Ｔ）に重なる場合がある。このように、インジェクタ５、１０の閉弁時期が時間Ｔにある場合には、インジェクタ５、１０の着座音の重なりによる増幅が起こり、その騒音も無視できないものとなる（変更前）。そこで、例えば同図２のように、同気筒の吸気ポート噴射時期を進角させることで、吸気ポート噴射用インジェクタ１０の吸気ポート噴射期間がずれる。このことによって、インジェクタ５、１０の実閉弁時期が時間Ｔに入らないようにすることができるようになる（変更後）。

一方、図３は、点火の前後の気筒について、推定される筒内噴射用インジェクタ５と吸気ポート噴射用インジェクタ１０との噴射閉弁時期が重なる（一定時間内にある）例について示している。

同図３において、ｉ気筒（同一気筒）では推定される吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期と筒内噴射用インジェクタ５の閉弁時期とは時間Ｔには重ならない。しかし、ｉ＋１気筒の吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期は時間Ｔに存在することとなる（変更前）。そして、この場合例えばｉ＋１気筒の燃焼状態をｉ＋１気筒のＴＤＣ（上死点）に近づけるかたちでｉ＋１気筒の吸気ポート噴射時期を遅角させることによって、ｉ＋１気筒の吸気ポート噴射用インジェクタ１０の実閉弁時期が時間Ｔに入らないようにすることができるようになる（変更後）。

図４に、このような態様で燃料噴射制御を行う際の制御手順をフローチャートとして示す。なお、この制御は、上記電子制御装置１００を通じて、例えば所定の時間毎に繰り返し実行される。

この燃料噴射制御に際してはまず、内燃機関Ｅの運転状態が筒内噴射用インジェクタ５による筒内噴射と、吸気ポート噴射用インジェクタ１０による吸気ポート噴射との噴き分け運転中か否かを判定する（ステップＳ１０１）。この判定は例えば、クランクセンサ２２により内燃機関Ｅの回転速度を検知することに基づいて行われる。

そして、内燃機関の運転状態が筒内噴射と、吸気ポート噴射との噴き分け運転状態であると判定されれば、次に筒内噴射用インジェクタ５と吸気ポート噴射用インジェクタ１０との燃料噴射時期を計算（推定）する（ステップＳ１０２）。

そして、筒内噴射用インジェクタ５、あるいは吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期が時間Ｔに入っているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３では、上記ステップＳ１０２にて、計算（推定）された筒内噴射用インジェクタ５と吸気ポート噴射用インジェクタ１０との燃料噴射時期及び別ルーチンで算出される燃料噴射時間に基づいて、上記閉弁時期が時間Ｔに入っているか否かが判断される。

上記ステップＳ１０３において「ＹＥＳ」と判定される場合は、吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期が重なっていると判定する時間Ｔに入らないように吸気ポート噴射時期を進角または遅角させる（ステップＳ１０４）。このように、閉弁時期が重なっていると判断する時間Ｔに入らないように吸気ポート噴射時期を進角または遅角にすることで、閉弁時期がずれてインジェクタ５、１０の着座音が増幅して騒音が増大することを防止することが可能となる。

以上詳述したようにこの実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、以下に列記するような優れた効果が得られるようになる。
（１）筒内噴射用インジェクタ５による筒内噴射、及び吸気ポート噴射用インジェクタ１０による吸気通路噴射を切り替える燃料噴射態様において、筒内噴射用インジェクタ５の実閉弁時期と吸気ポート噴射用インジェクタ１０の実閉弁時期とが時間Ｔ内に入らないようにした。このように、時間Ｔ内に実閉弁時期が入らないようにすることで、インジェクタの着座音の重なりによる騒音の増幅を防止でき、好適に着座音の騒音を低減できるようになる。

（２）推定される筒内噴射用インジェクタ５及び吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期が時間Ｔ内にある場合には、燃料噴射時期をずらす。すなわち閉弁時期を遅角させる、あるいは進角させることによって、複数のインジェクタ５、１０の閉弁時期が上記一定時間内に入らないよう制御することが可能となる。

（３）複数のインジェクタ５、１０の閉弁時期が上記一定時間内に入らないよう制御するに際しては、吸気ポート噴射用インジェクタ１０の閉弁時期をずらすことにより、これを行った。このことで、容易にインジェクタ５、１０の着座音の増大を防止することが可能となる。

なお、この発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は上記実施の形態に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施の形態では、図４に示す燃料噴射制御の制御手順は所定の時間毎に繰り返し実行されるとしたが、この制御処理は上述の噴き分け運転領域に入る毎に一度だけ実行されてもよい。すなわち、噴き分け運転領域に入ったときに噴射時期の変更を行い、以後はその変更後の噴射時期で燃料噴射を行ってもよい。

・上記実施の形態では、時間Ｔにおいて、推定されるインジェクタ５、１０の閉弁時期が重なる場合には、吸気ポート噴射用インジェクタ１０の実閉弁時期を変更するとしたが、筒内噴射用インジェクタ５の実閉弁時期を併せて変更してもよい。このように吸気ポート噴射用インジェクタ１０、及び筒内噴射用インジェクタ５の両方の噴射時期を変更することでもインジェクタ５、１０の着座音の増大を防止することが可能となる。

・また、上記実施の形態では、推定されるインジェクタ５、１０の閉弁時期が重なる場合には、吸気ポート噴射用インジェクタ１０の実閉弁時期を変更するとしたが、筒内噴射用インジェクタ５の実閉弁時期を変更してもよい。

・上記実施の形態では、インジェクタ５、１０の閉弁時期の変更は燃料噴射時期をずらすことによって実行するとしたが、閉弁時期の変更方法としては、燃料噴射時間を増減することによって実行してもよい。このような場合であっても、上記実施の形態と同様、もしくはそれに準じた効果を得ることはできる。

・上記実施の形態では、同一気筒について、推定されるインジェクタ５、１０の閉弁時期が重なる場合には、吸気ポート噴射時期を進角させるとしたが、遅角させてもよい。また、点火の前後の気筒について、推定されるインジェクタ５、１０の閉弁時期が重なる場合には、ｉ＋１気筒の吸気ポート噴射時期を遅角させるとしたが、進角させて実閉弁時期をずらしてもよい。同様に、筒内噴射時期を進角、あるいは遅角することによっても上記実施の形態と同様の効果、もしくはそれに準じた効果を得ることはできる。

・上記実施の形態では、吸気通路内に燃料を噴射するインジェクタとして、各気筒毎に設けられて各々の吸気ポート６ａに燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタ１０（マルチポイントインジェクション）について例示したが、同インジェクタとしては、吸気通路６内のいずれかの箇所に燃料を噴射することのできるインジェクタであればよい。すなわち、吸気通路噴射用インジェクタであればよく、例えば、各気筒の分岐前に一つだけ設けられたインジェクタを用いる、いわゆるシングルポイントインジェクションの内燃機関にもこの発明は適用可能である。

この発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施の形態についてその全体の構造を示す略図及びブロック図。 同実施の形態による燃料噴射制御の概念として、同一気筒について噴射閉弁時期が重なる一例を示すグラフ。 同実施の形態による燃料噴射制御の概念として、点火の前後気筒について噴射閉弁時期が重なる一例を示すグラフ。 同実施の形態による燃料噴射制御の制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…シリンダ、１ａ…シリンダブロック、１ｂ…シリンダヘッド、２…ピストン、２ａ…クランクシャフト、２ｂ…コンロッド、２ｃ…クランクアーム、３…燃焼室、４…点火プラグ、５…筒内噴射用インジェクタ、６…吸気通路、６ａ…吸気ポート、７…排気通路、８…吸気弁、９…排気弁、１０…吸気ポート（通路）噴射用インジェクタ、２１…アクセルセンサ、２２…クランクセンサ、１００…電子制御装置、Ｅ…内燃機関。

Claims (5)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射供給する筒内噴射用インジェクタと同機関の吸気通路中に燃料を噴射供給する吸気通路噴射用インジェクタと、機関運転状態に基づいてそれらインジェクタによる燃料噴射態様を制御する電子制御装置とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記電子制御装置は、前記筒内噴射用インジェクタと前記吸気通路噴射用インジェクタとのそれぞれについて燃料噴射時期及び燃料噴射時間を算出し、それら算出した各燃料噴射時期及び各燃料噴射時間に基づいてそれらインジェクタの各閉弁時期が一定時間内にあると判断されるとき、閉弁時期を変更してそれらインジェクタの実閉弁時期が前記一定時間内に入らないようにする
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記インジェクタの閉弁時期の変更は燃料噴射時期をずらすことによって行われる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記インジェクタの閉弁時期の変更は燃料噴射時間を増減することによって行われる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記閉弁時期を変更するインジェクタは、吸気通路噴射用インジェクタ、あるいは筒内噴射用インジェクタのどちらか一方とする
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記閉弁時期を変更するインジェクタは、吸気通路噴射用インジェクタ、及び筒内噴射用インジェクタの両方とする
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

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