JP4743183B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置に関するものである。

従来の燃料噴射制御装置として、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御するエンジン制御用コントロールユニットを備えた直噴火花点火式内燃機関の燃焼制御装置が知られている（特許文献１参照）。

この燃焼制御装置では、エンジン制御用コントロールユニットが、エンジンの運転条件に応じて、燃焼室に配設した点火プラグの近傍に噴霧を集中させる成層運転、または燃焼室全体に噴霧を均質に分散させる均質運転となるように制御している。そして、エンジン制御用コントロールユニットは、均質運転時において、１燃焼サイクル中に複数回燃料を噴射する分割噴射を行うよう燃料噴射弁を制御しており、分割噴射は、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じて、その噴射間隔および噴射量割合が変更されている。

これにより、均質運転時に、噴射を複数回に分割して噴霧の分散を図ることで、燃料が一部に集中することや、燃焼室壁面に燃料が付着することがない。

特開２００２−１６１７９０号公報

ところで、燃焼室内を上下移動するピストンが上死点近傍に臨んだ状態で、燃料噴射弁から燃料が噴射されると、噴射した燃料が、ピストンのヘッド面に付着しやすい。この場合、ピストンのヘッド面の温度が高ければ、付着した燃料は、点火時期までに十分に気化するが、一方、ピストンのヘッド面の温度が低ければ、付着した燃料の気化は不十分となる。ここで、ピストンのヘッド面の温度が低くなる原因の一つとして、燃料噴射弁から常に同じ燃料噴射時期で燃料が噴射されることが挙げられる。つまり、燃料は、ピストンのヘッド面の同じ部位に繰り返し付着すると、燃料が付着するヘッド面の温度は、他のヘッド面の温度に比して低くなってしまう。

例えば、エンジンが所定の回転数および所定の負荷で運転する定常運転時において、噴射した燃料がピストンのヘッド面に付着したとしても、ピストンのヘッド面の温度は、付着した燃料を気化するに十分な温度となっているため、ピストンのヘッド面に付着した燃料を、点火時期までに十分に気化することができる。ところが、エンジンが定常運転状態から加速運転状態に移行すると、エンジン負荷が大きくなるため、燃料噴射量が増加する。このとき、燃料がピストンのヘッド面に付着すると、増加した分の燃料により、ピストンのヘッド面の熱が奪われるため、ピストンのヘッド面における温度の上昇が遅れる。これにより、ヘッド面に付着した燃料を早期に気化することができない。

また、エンジンの冷間始動時において、ピストンのヘッド面は十分に温まっていないため、噴射した燃料がピストンのヘッド面に付着すると、付着した燃料を早期に気化することができない。

このように、ピストンのヘッド面に付着した燃料が早期に気化されないと、燃焼が悪化して、大量のＰＭ（Particulate Matter）およびスモークが発生する虞があった。

そこで、本発明は、燃料噴射弁の燃料噴射時期を周期的に変更することで、燃焼室内において良好に燃料の燃焼を行うことができる燃料噴射制御装置を提供することを課題とする。

本発明の燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置において、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射弁から噴射する燃料の燃料噴射量を設定する噴射量設定手段と、内燃機関の運転状態に応じて、燃焼室内に噴射した燃料が十分に気化可能な気化可能燃料噴射量を設定する気化噴射量設定手段と、噴射量設定手段により設定された燃料噴射量が、気化噴射量設定手段により設定された気化可能燃料噴射量を上回ったか否かを判別する噴射量判別手段と、噴射量判別手段により、燃料噴射量が気化可能燃料噴射量を上回ったと判別された場合、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射時期を周期的に変更する噴射時期変更手段とを備えたことを特徴とする。

この場合、気化可能燃料噴射量は、燃焼室の壁面温度に応じて設定された燃料噴射量であることが好ましい。

これらの場合、気化可能燃料噴射量は、内燃機関が所定の回転数および所定の負荷で運転する定常運転において、燃料噴射弁から噴射される定常燃料噴射量であり、噴射量判別手段は、内燃機関が加速運転状態になったか否かを判別する加速判別手段であり、加速判別手段により内燃機関が加速運転状態になったと判別された場合、噴射時期変更手段は、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射時期を周期的に変更することが好ましい。

また、この場合、噴射量判別手段は、燃焼室の壁面温度が、予め設定された所定の冷間温度範囲内であるか否かを判別する冷間判別手段であり、冷間判別手段により燃焼室の壁面温度が、冷間温度範囲内である場合、噴射時期変更手段は、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射時期を周期的に変更しても良い。

これらの場合、噴射時期変更手段は、燃料噴射時期を少なくとも進角または遅角させて変更することが好ましい。

また、これらの場合、噴射時期変更手段は、燃料噴射時期を燃焼サイクル毎に変更していることが好ましい。

また、これらの場合、燃料噴射弁は、噴射量設定手段により設定された燃料噴射量および噴射時期変更手段により設定された燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射動作が制御されると共に、複数回連続して燃料の噴射を行うマルチパイロット噴射を行うことが可能な構成となっており、噴射時期変更手段は、変更される燃料噴射時期が、予め設定された所定の燃料噴射終了時期を超えると予測した場合、少なくともマルチパイロット噴射の最終噴射における燃料噴射時期の変更を禁止することが好ましい。

また、これらの場合、燃料噴射弁は、噴射量設定手段により設定された燃料噴射量および噴射時期変更手段により設定された燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射動作が制御されると共に、複数回連続して燃料の噴射を行うマルチパイロット噴射を行うことが可能な構成となっており、噴射時期変更手段は、マルチパイロット噴射の最初の噴射における燃料噴射時期を変更しても良い。

本発明にかかる燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁の燃料噴射時期を周期的に変更することで、燃焼室内において良好に燃料を燃焼することができるという効果を奏する。

以下、添付した図面を参照して、本発明にかかる燃料噴射制御装置を適用したエンジンＥＣＵについて説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

ここで、図１は、筒内噴射式のガソリンエンジンの概略構成図であり、図２は、標準噴射開始時期および遅角噴射開始時期における燃料噴射弁の駆動波形図である。また、図３−１は、標準噴射開始時期における燃料噴射弁廻りを模式的に表した断面図であり、図３−２は、遅角噴射開始時期における燃料噴射弁廻りを模式的に表した断面図である。さらに、図４は、燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期と遅角噴射開始時期との間で変更するフローチャートである。

先ず、図１を参照して、実施例１にかかるエンジンＥＣＵ２に制御される内燃機関（以下、エンジンという）について説明する。このエンジン１は、筒内噴射式のガソリンエンジンであり、エンジンＥＣＵ２により制御されている。

エンジン１は、下部からクランクケース１０と、クランクケース１０の上部に設けられたシリンダブロック１１と、ヘッドガスケット（図示省略）を介してシリンダブロック１１の上部に設けられたシリンダヘッド１２とで外郭が形成されている。シリンダブロック１１の上方内部には、上下動可能にピストン１３が収容され、また、クランクケース１０およびシリンダブロック１１の下部により形成された収容部には、クランクシャフト１４が収容されている。ピストン１３とクランクシャフト１４とは、コンロッド１５により連結されており、ピストン１３の上下動作をクランクシャフト１４に伝達している。そして、上記のシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３により、ペントルーフ型の燃焼室１６が形成されている。

クランクケース１０には、クランク角センサ２０が配設されており、クランクシャフト１４の回転角度を検知している。クランク角センサ２０は、エンジンＥＣＵ２に接続されており、エンジンＥＣＵ２は、クランク角センサ２０の検出結果に基づいて、後述する点火プラグ４４による点火時期や、後述する燃料噴射弁４５による燃料噴射時期を制御している。

シリンダブロック１１は、その内部にピストン１３を収容するためのシリンダボア２４が形成されている。そして、ピストン１３は、シリンダボア２４に嵌合するように円柱状に形成されており、このシリンダボア２４内で上死点と下死点との間を上下動可能に支持されている。また、ピストン１３のヘッド面には、ピストンキャビティ２５が没入形成されている。さらに、シリンダブロック１１の内部には、エンジン１を冷却する冷却水の冷却水循環通路となるウォータージャケット２６が形成されており、ウォータージャケット２６はシリンダボア２４の周りを取り囲むように配設されている。そして、シリンダブロック１１には、冷却水の水温を検出するエンジン水温検出センサ２７が配設され、エンジン水温検出センサ２７は、エンジンＥＣＵ２に接続されている。

シリンダヘッド１２は、その内部に燃焼室１６に連通する吸気ポート３０と、吸気ポート３０に対向配置され、燃焼室１６に連通する排気ポート３１とが形成されている。

また、燃焼室１６と吸気ポート３０との間の吸気側連通口３２には、吸気弁３４が配設され、また、燃焼室１６と排気ポート３１との間の排気側連通口３３には、排気弁３５が配設されている。

吸気弁３４および排気弁３５は、ラッパ形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、吸気側連通口３２および排気側連通口３３を開放する開放位置（下降端位置）と、吸気側連通口３２および排気側連通口３３を閉塞する閉塞位置（上昇端位置）との間で移動自在に構成されている。そして、吸気弁３４の基端部には吸気側カムシャフト４０が、また、排気弁３５の基端部には排気側カムシャフト４１が、それぞれ配設されており、各カムシャフト４０，４１が回転することにより吸気弁３４および排気弁３５が開閉可能となっている。

また、燃焼室１６の頂部には、先端部が突出するように点火プラグ４４が配設され、また、シリンダヘッド１２の吸気ポート３０の下部には、燃焼室１６に燃料を噴射する燃料噴射弁４５が配設されている。燃料噴射弁４５は、設計上、ピストンキャビティ２５に向かって燃料が噴射されるような噴射角度となっている（図３参照）。

ここで、エンジン１における一連の燃焼動作について説明する。ピストン１３が上死点から下死点へ向けて移動を開始すると共に、各吸気弁３４を下降移動させて各吸気側連通口３２を開放する。すると、燃焼室１６の負圧により空気が各吸気側連通口３２を介して燃焼室１６内に吸入され、この後、各吸気弁３４を上昇移動させて各吸気側連通口３２を閉塞する。このとき、燃料噴射弁４５から燃料が噴射されることで、吸入された空気と燃料とが混合して混合気となる。ピストン１３は、下死点到達後、上死点へ向けて移動する。ピストン１３が上死点に移動すると、この移動に伴って混合気は圧縮される。そして、ピストン１３が上死点近傍に達すると、点火プラグ４４をスパークさせて、混合気に着火させることで燃焼させる。すると、混合気は膨張（爆発）して、ピストン１３を上死点から下死点へ向けて移動させる。ピストン１３は、下死点到達後、その慣性により、再び上死点へ向けて移動する。このとき、各排気弁３５を下降移動させて各排気側連通口３３を開放し、ピストン１３の上死点への移動に伴って、燃焼後の排気ガスを各排気側連通口３３から排出させる。排気ガスの排出後、各排気弁３５を上昇移動させて各排気側連通口３３を閉塞する。以上の燃焼サイクルを繰り返し行うことで、ピストン１３を上下動作させ、この動力をコンロッド１５を介してクランクシャフト１４に伝達することで、エンジン１は駆動力を得ることができる。

次に、エンジンＥＣＵ２について説明する。エンジンＥＣＵ２は、主としてＣＰＵ７０、ＲＯＭ７１、ＲＡＭ７２、入力ポート７３および出力ポート７４等により構成され、内部バス７５を介して互いに接続されている。ＣＰＵ７０は、各種センサ等から入力された各種検出信号に基づいて演算処理を行うものである。ＲＯＭ７１は、各種プログラムやデータを記憶している。ＲＡＭ７２は、各種プログラムを実行するための作業領域となっている。

エンジンＥＣＵ２には、上記の点火プラグ４４や燃料噴射弁４５が制御可能に接続され、また、エンジンＥＣＵ２には、上記したクランク角センサ２０やエンジン水温検出センサ２７の他、アクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ７８、図示しないスロットル弁のスロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ７７や、外部から吸入される吸入空気量を検出するエアフローセンサ７９等の各種センサが接続されている。

エンジンＥＣＵ２のＲＯＭ７１内には、燃料噴射弁４５を制御するための燃料噴射制御プログラム８０や、エンジン１が加速運転したか否かを判定する加速判定プログラム８１等が記憶されており、ＣＰＵ７０が、ＲＯＭ７１内から、各種プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開したプログラムを実行することにより、点火プラグ４４や燃料噴射弁４５を制御することが可能となっている。つまり、請求項で言う燃料噴射制御装置はエンジンＥＣＵ２であり、ＣＰＵ７０が、ＲＯＭ７１内に記憶された燃料噴射制御プログラム８０を実行することにより、燃料噴射弁４５を制御することが可能となっている。

また、エンジンＥＣＵ２が、加速判定プログラム８１を実行すると、ＣＰＵ７０は、アクセルポジションセンサ７８の検出結果から算出されるアクセル開度の変化率に基づいて、エンジン１が加速運転を行ったか否かを判定する（加速判別手段）。

ここで、燃料噴射制御プログラム８０は、エンジン１の運転状態に応じて燃料噴射弁４５からの燃料噴射量を設定する噴射量設定プログラム８３と、燃料噴射弁４５の燃料噴射開始時期および燃料噴射終了時期を含む燃料噴射時期を制御するための噴射時期制御プログラム８４とを有している。

エンジンＥＣＵ２が、噴射量設定プログラム８３を実行すると、ＣＰＵ７０は、エンジン１の運転状態、例えば、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量やエンジン負荷等に応じて、燃料噴射弁４５から噴射する燃料の燃料噴射量を設定する（噴射量設定手段および気化噴射量設定手段）。

また、エンジンＥＣＵ２が、噴射時期制御プログラム８４を実行すると、ＣＰＵ７０は、例えば、デフォルト設定された基準となる標準噴射開始時期Ｔ１（詳細は後述）に対し、燃料噴射開始時期を遅角させたり、進角させたりして、燃料噴射開始時期を制御することが可能となっている（噴射時期変更手段）。

ところで、エンジン１を、一定のエンジン回転数および一定のエンジン負荷で運転する定常運転状態から加速運転状態に移行させる。すると、エンジン負荷が大きくなるため、定常運転時において燃料噴射弁４５から噴射される定常燃料噴射量に比して、燃料噴射弁４５から噴射される燃料噴射量は増加する。ここで、定常燃料噴射量は、エンジン１の定常運転状態において、燃焼室１６内に噴射した燃料が十分に気化可能な燃料噴射量である。エンジン１を加速運転状態に移行させることにより燃料噴射量が増加すると、ピストン１３のヘッド面の温度上昇は遅れるため、ヘッド面の温度を、増加した燃料を気化するに必要な温度とすることができない。これにより、ヘッド面に付着した燃料を早期に気化することができず、燃焼が悪化して、大量のＰＭ（Particulate Matter）およびスモークが発生する虞がある。

この問題を解消するべく、本実施例において、エンジンＥＣＵ２は、加速判定プログラム８１により、エンジン１が加速運転を行っているか否かを判別し、エンジン１が加速運転を行っている場合、燃料噴射弁４５から噴射される燃料の燃料噴射開始時期を周期的に変更するように制御している。これにより、ピストン１３のヘッド面に付着する燃料の燃料付着位置を変えることができるため、局所的に温度が低い部分を減らすことができる。

以下、図２を参照して、エンジンＥＣＵ２による燃料噴射弁４５の燃料噴射開始時期の変更制御について詳細に説明する。図２は、１サイクル目から４サイクル目までの燃焼サイクルにおける燃料噴射開始時期を表した燃料噴射弁の駆動波形図であり、横軸は時間となっている。エンジンＥＣＵ２は、エンジン１が加速運転を行うと、噴射時期制御プログラム８４に基づいて、燃料噴射弁４５の燃料噴射開始時期を、デフォルト設定された標準噴射開始時期Ｔ１と標準噴射開始時期Ｔ１よりも遅角させた遅角噴射開始時期Ｔ２との間で、燃焼サイクル毎に変更している。本実施例では、エンジン１の加速運転後の１サイクル目において、燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期Ｔ１としており、２サイクル目において、燃料噴射開始時期を遅角噴射開始時期Ｔ２、３サイクル目において標準噴射開始時期Ｔ１、４サイクル目において、遅角噴射開始時期Ｔ２としており、以降、燃料噴射開始時期を交互に変更している。なお、燃料噴射開始時期の変更に伴って、燃料噴射終了時期も相対的に変更させることで、燃料噴射間隔を所定の長さとしている。

図３−１に示すように、標準噴射開始時期Ｔ１において、燃料噴射弁４５から燃焼室１６に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、ピストンキャビティ２５の中央部２５ａ付近に噴き当てられる。すなわち、標準噴射開始時期は、ピストン１３が上死点から下死点へ向けて移動した直後に、燃料噴射弁４５から燃料が噴射されるタイミングである。

一方、図３−２に示すように、遅角噴射開始時期Ｔ２において、燃料噴射弁４５から燃焼室１６に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、ピストンキャビティ２５の奥側（図示右側）湾曲部２５ｂ付近に噴き当てられる。すなわち、遅角噴射開始時期Ｔ２は、標準噴射開始時期Ｔ１よりも遅いタイミングであり、この場合、ピストン１３の位置が、標準噴射開始時期Ｔ１におけるピストン１３の位置よりも、下死点側に移動した位置となっている。

従って、燃料噴射開始時期を、標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で相互に変更することにより、ピストンキャビティ２５に付着する燃料の燃料付着位置を、ピストンキャビティ２５の中央部２５ａとピストンキャビティ２５の奥側湾曲部２５ｂとの間で相互に変更することができる。

以下、図４のフローチャートを参照して、燃焼サイクル毎に、標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で、燃料噴射開始時期を変更する一連の制御フローについて説明する。なお、エンジンＥＣＵ２には、燃料噴射開始時期を変更するためのフラグＮが、０と１との間で設定変更可能に設けられている。

エンジン１の定常運転時において、エンジンＥＣＵ２は、燃料噴射弁４５からの燃料噴射量を定常燃料噴射量となるように、また、常に標準噴射開始時期Ｔ１となるように、燃料噴射弁４５の燃料噴射動作を制御している（Ｓ１）。このとき、上記したフラグはＮ＝０に設定されている。

この状態において、エンジンＥＣＵ２は、加速判定プログラム８１に基づいて、エンジン１が加速運転となっているか否かを判別している（Ｓ２）。アクセルペダルを踏み込んでエンジン１を加速運転させると、エンジンＥＣＵ２は、加速判定プログラム８１に基づいてエンジン１が加速運転していると判定する。具体的には、アクセルポジションセンサ７８の検出結果から算出されるアクセル開度の変化率が、予め設定された所定の変化率を上回った場合、エンジンＥＣＵ２は、エンジン１が加速運転していると判定する。なお、この検出方法に限らず、上記のエアフローセンサ７９により検出された吸入空気量に基づいて加速の有無を判別したり、あるいは、図示しない加速度センサの検出結果に基づいて加速の有無を判別しても良い。

エンジン１が加速運転したと判別されると、エンジンＥＣＵ２は、フラグがＮ＝０であるか否かを判別する（Ｓ３）。このとき、Ｎ＝０であれば、フラグをＮ＝１に設定変更する（Ｓ４）。そして、エンジンＥＣＵ２は、フラグをＮ＝１とした状態で、標準噴射開始時期Ｔ１に基づいて、燃料噴射弁４５から燃料を噴射する（Ｓ５）。そして、再び上記の制御フローを繰り返す。

この後、エンジン１が未だ加速運転を維持した状態であれば、Ｓ１において燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期Ｔ１に設定し、また、Ｓ２においてエンジン１が加速運転していると判定され、さらに、Ｓ３においてフラグがＮ＝０であるか否かが判別される。このとき、前回の制御フロー時において、フラグがＮ＝１に設定されたため、Ｓ３において、Ｎ＝０でないと判別される。すると、エンジンＥＣＵ２は、燃料噴射開始時期を遅角噴射開始時期Ｔ２に設定し（Ｓ６）、この後、フラグをＮ＝０に設定変更する（Ｓ７）。そして、Ｓ５において遅角噴射開始時期Ｔ２に基づいて、燃料噴射弁４５から燃料を噴射する。

これにより、エンジン１の加速運転状態において、燃料噴射開始時期は、燃焼サイクル毎に標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で交互に変更される。なお、Ｓ２において、エンジン１が加速運転していないと判定されると、Ｓ７において、フラグがＮ＝０に設定され、標準噴射開始時期Ｔ１に基づいて、燃料が噴射される（Ｓ５）。

以上の構成によれば、エンジン１の加速運転状態において、燃料噴射開始時期は、燃焼サイクル毎に標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で交互に変更されるため、ピストンキャビティ２５に対する燃料付着位置が、燃料サイクル毎に変化する。つまり、常に同じ燃料付着位置に燃料が付着することを抑制することができる。このため、エンジン１の加速運転により燃料噴射量が増加し、ピストンキャビティ２５に燃料が付着しても、付着した燃料によるピストンキャビティ２５の局所的な温度低下を招くことがない。これにより、ピストンキャビティ２５の温度上昇の遅れを軽減し、付着した燃料を早期に気化させることができるため、燃焼室１６内において良好に燃料を燃焼させることができ、ＰＭ（Particulate Matter）およびスモークの発生を抑制することができる。

なお、本実施例においては、燃料噴射開始時期を、標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で相互に変更したが、標準噴射開始時期Ｔ１と標準噴射開始時期Ｔ１から進めた燃料噴射開始時期である進角噴射開始時期との間で相互に変更しても良い。さらに、進角噴射開始時期、標準噴射開始時期Ｔ１および遅角噴射開始時期Ｔ２の間で相互に変更しても良い。

次に、図５を参照して、実施例２にかかる燃料噴射制御装置（エンジンＥＣＵ２）について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。実施例２にかかるエンジンＥＣＵ２は、燃料噴射弁４５を制御して、複数回（本実施例では３回）の燃料噴射を連続して行うマルチパイロット噴射を行うことが可能な構成となっている。そして、エンジンＥＣＵ２は、エンジン１が加速運転を行うと、噴射時期制御プログラム８４に基づいて、マルチパイロット噴射の燃料噴射開始時期を、標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で、燃焼サイクル毎に変更している。

図５は、１サイクル目から４サイクル目までの燃焼サイクルにおける燃料噴射開始時期を表した燃料噴射弁の駆動波形図であり、横軸は時間となっている。エンジン１の加速運転後の１サイクル目において、燃料噴射弁４５は、順に第１燃料噴射Ｑ１、第２燃料噴射Ｑ２および第３燃料噴射Ｑ３からなるマルチパイロット噴射を実行しており、第１燃料噴射Ｑ１の燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期Ｔ１としている。そして、これに伴って第２燃料噴射Ｑ２および第３燃料噴射Ｑ３の燃料噴射開始時期も標準噴射開始時期Ｔ１としている。

２サイクル目においては、各燃料噴射Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の燃料噴射開始時期を遅角噴射開始時期Ｔ２、３サイクル目においては、各燃料噴射Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期Ｔ１、４サイクル目においては、各燃料噴射Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の燃料噴射開始時期を遅角噴射開始時期Ｔ２としており、以降、燃料噴射開始時期を交互に変更している。この場合も、燃料噴射開始時期の変更に伴って、各燃料噴射Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の燃料噴射終了時期も相対的に変更させることで、総燃料噴射間隔を所定の長さとしている。

以上のように、マルチパイロット噴射においても、各燃料噴射Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の燃料噴射開始時期を、標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で変更することにより、付着した燃料を早期に気化することができるため、燃焼室１６内において良好に燃料を燃焼させることができ、ＰＭ（Particulate Matter）およびスモークの発生を抑制することができる。

ところで、所定の燃料噴射終了時期Ｔ３を超えて燃料噴射弁４５から燃料が噴射されると、噴射された燃料が気化するために必要な気化時間を確保することができず、燃料の気化が不十分となり、ＰＭおよびスモークが発生する虞がある。

このため、図６に示すように、エンジン１の加速運転時において、噴射時期制御プログラム８４により遅角した第３燃料噴射Ｑ３の遅角噴射終了時期Ｔ４が、予め設定された燃料噴射終了時期Ｔ３を超えると予測される場合、マルチパイロット噴射の第３燃料噴射（最終噴射）Ｑ３の燃料噴射開始時期を遅角噴射開始時期Ｔ２に変更することを禁止する、すなわち、マルチパイロット噴射の第１燃料噴射Ｑ１および第２燃料噴射Ｑ２の燃料噴射開始時期のみを遅角噴射開始時期Ｔ２に変更している。

これにより、燃料噴射終了時期Ｔ３を超えて、燃料噴射弁４５から燃料を噴射することがないため、噴射された燃料を気化させるに十分な気化時間を確保することができ、これにより、ＰＭおよびスモークの発生を軽減することができ、燃焼室１６内において良好に燃料を燃焼させることができる。なお、少なくともマルチパイロット噴射の第３燃料噴射Ｑ３の燃料噴射開始時期の遅角を禁止させればよいため、場合によっては、第２燃料噴射Ｑ２の燃料噴射開始時期の遅角を禁止しても良い。

次に、図７を参照して、実施例３にかかる燃料噴射制御装置（エンジンＥＣＵ２）について説明する。この場合も同様に、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、実施例３にかかるエンジンＥＣＵ２では、マルチパイロット噴射の第１燃料噴射Ｑ１のみを遅角させている。すなわち、燃料噴射弁４５から噴射した燃料が、ピストンキャビティ２５に付着しやすいのは、燃料噴射弁４５とピストン１３のヘッド面とが近接しているときに燃料が噴射されるためである。このため、燃料噴射弁４５とピストン１３のヘッド面との近接時における噴射のみ燃料噴射開始時期を変更させればよい。つまり、マルチパイロット噴射においては、第１燃料噴射Ｑ１が、燃料噴射弁４５とピストン１３のヘッド面との近接時における噴射である。

これにより、マルチパイロット噴射の第１燃料噴射Ｑ１のみ燃料噴射開始時期を遅角噴射開始時期に変更することができるため、燃料噴射弁４５とピストン１３のヘッド面との近接時において、燃料付着位置を変更することができる。これにより、付着した燃料を早期に気化させることができるため、ＰＭおよびスモークを発生させることなく、燃焼室１６内において良好に燃料を燃焼させることができる。

次に、実施例４にかかる燃料噴射制御装置（エンジンＥＣＵ２）について、簡単に説明する。この場合も、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。実施例１において、エンジンＥＣＵ２は、エンジン１が加速運転を行った場合に、燃料噴射弁４５の燃料噴射開始時期を変更したが、実施例４にかかるエンジンＥＣＵ２では、エンジン１の冷間始動時において、燃料噴射弁４５の燃料噴射開始時期を変更している。すなわち、エンジン１の冷間始動時には、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３で形成される燃焼室１６の壁面温度が低く燃料噴射量を増量している。このため、噴射した燃料がピストンキャビティ２５に付着すると、ピストンキャビティ２５は燃料を気化するに十分な温度となっていないため、燃料の気化が不十分となり、ＰＭおよびスモークが発生する虞がある。

実施例４にかかるエンジンＥＣＵ２は、そのＲＯＭ７１内に予め設定された所定の冷間温度範囲が記憶されている。そして、エンジンＥＣＵ２は、上記のエンジン水温検出センサ２７により検出したエンジン水温が所定の冷間温度範囲内である場合、燃焼サイクル毎に燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で相互に変更させている。つまり、図８に示すように、図４におけるＳ２に代えて、検出したエンジン水温が所定の冷間温度範囲内であるか否かを判別する冷間判別ステップ（Ｓ１０：冷間判別手段）が設けられている。

以上の構成においても、エンジン１の冷間始動時において、燃料噴射時期は、燃焼サイクル毎に標準噴射開始時期Ｔ１と遅角噴射開始時期Ｔ２との間で交互に変更することができるため、ピストンキャビティ２５に対し、付着する燃料の位置を変えることができる。これにより、付着した燃料を早期に気化させることができるため、ＰＭおよびスモークを発生させることなく、燃焼室１６内において良好に燃料を燃焼させることができる。

以上のように、本発明にかかる燃料噴射制御装置は、筒内噴射式のガソリンエンジンに有用であり、特に、ピストンキャビティに燃料が付着する場合に適している。

筒内噴射式のガソリンエンジンの概略構成図である。 標準噴射開始時期および遅角噴射開始時期における燃料噴射弁の駆動波形図である。 標準噴射開始時期における燃料噴射弁廻りを模式的に表した断面図である。 遅角噴射開始時期における燃料噴射弁廻りを模式的に表した断面図である。 燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期と遅角噴射開始時期との間で変更するフローチャートである。 実施例２にかかる標準噴射開始時期および遅角噴射開始時期における燃料噴射弁の駆動波形図である。 実施例２において遅角噴射開始時期の一部を禁止した燃料噴射弁の駆動波形図である。 実施例３にかかる標準噴射開始時期および遅角噴射開始時期における燃料噴射弁の駆動波形図である。 実施例４における燃料噴射開始時期を標準噴射開始時期と遅角噴射開始時期との間で変更するフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ エンジンＥＣＵ
１３ ピストン
１６ 燃焼室
２７ エンジン水温検出センサ
４５ 燃料噴射弁
７０ ＣＰＵ
７１ ＲＯＭ
７２ ＲＡＭ
７８ アクセルポジションセンサ
８０ 燃料噴射制御プログラム
８１ 加速判定プログラム
８３ 噴射量設定プログラム
８４ 噴射時期制御プログラム

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置において、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の燃料噴射量を設定する噴射量設定手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃焼室内に噴射した前記燃料が気化可能な気化可能燃料噴射量を設定する気化噴射量設定手段と、
   前記噴射量設定手段により設定された前記燃料噴射量が、前記気化噴射量設定手段により設定された前記気化可能燃料噴射量を上回ったか否かを判別する噴射量判別手段と、
   前記噴射量判別手段により、前記燃料噴射量が前記気化可能燃料噴射量を上回ったと判別された場合、前記燃料噴射弁から噴射される一方の燃料噴射時期と他方の燃料噴射時期との間で、燃焼サイクル毎に交互に変更する噴射時期変更手段とを備えたことを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記気化可能燃料噴射量は、前記燃焼室の壁面温度に応じて設定された燃料噴射量であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記気化可能燃料噴射量は、前記内燃機関が所定の回転数および所定の負荷で運転する定常運転において、前記燃料噴射弁から噴射される定常燃料噴射量であり、
   前記噴射量判別手段は、前記内燃機関が加速運転状態になったか否かを判別する加速判別手段であり、
   前記加速判別手段により前記内燃機関が加速運転状態になったと判別された場合、前記噴射時期変更手段は、前記燃料噴射弁から噴射される一方の燃料噴射時期と他方の燃料噴射時期との間で、燃焼サイクル毎に交互に変更することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記噴射量判別手段は、前記燃焼室の壁面温度が、予め設定された所定の冷間温度範囲内であるか否かを判別する冷間判別手段であり、
   前記冷間判別手段により前記燃焼室の壁面温度が、前記冷間温度範囲内である場合、前記噴射時期変更手段は、前記燃料噴射弁から噴射される一方の燃料噴射時期と他方の燃料噴射時期との間で、燃焼サイクル毎に交互に変更することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記噴射時期変更手段は、前記燃料噴射時期を少なくとも進角または遅角させて変更することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記燃料噴射弁は、前記噴射量設定手段により設定された前記燃料噴射量および前記噴射時期変更手段により設定された前記燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射動作が制御されると共に、複数回連続して燃料の噴射を行うマルチパイロット噴射を行うことが可能な構成となっており、
   前記噴射時期変更手段は、変更される前記燃料噴射時期が、予め設定された所定の燃料噴射終了時期を超えると予測した場合、少なくとも前記マルチパイロット噴射の最終噴射における燃料噴射時期の変更を禁止することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記燃料噴射弁は、前記噴射量設定手段により設定された前記燃料噴射量および前記噴射時期変更手段により設定された前記燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射動作が制御されると共に、複数回連続して燃料の噴射を行うマルチパイロット噴射を行うことが可能な構成となっており、
   前記噴射時期変更手段は、前記マルチパイロット噴射の最初の噴射における燃料噴射時期を変更することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。

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