JP5249978B2 - 車両用内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、吸気通路に複数の燃料噴射弁を備えた車両用内燃機関に適用される燃料噴射制御装置に関する。

従来、吸気通路に複数の燃料噴射弁を備えた内燃機関として、例えば、特許文献１に開示される装置があった。このものは、吸気通路に、噴霧粒径の比較的大きな第１の燃料噴射弁と、第１の燃料噴射弁よりも下流側に噴霧粒径の比較的小さい第２の燃料噴射弁とを備えている。

特開２００３‐２６２１７４号公報

しかし、噴霧粒径が比較的小さい燃料噴射弁を下流側に配置する構成では、噴霧粒径が比較的小さい燃料噴霧が滞留する吸気通路容積が小さく、アイドルストップからの再始動時に、噴霧粒径が比較的小さい燃料噴射弁から噴射され、吸気バルブの上流側に滞留していた燃料噴霧が、機関が回転し始めてシリンダ内に吸引されるときに、燃料が均一にシリンダ内に吸引されず、混合気が不均一になってしまう可能性があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、アイドルストップからの再始動時に、均一な混合気を形成できる車両用内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明は、吸気通路に設けた第１燃料噴射弁と、第１燃料噴射弁よりも上流側の吸気通路に設けた、第１燃料噴射弁よりも燃料噴霧の粒径が小さい第２燃料噴射弁と、を備えた車両用内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、前記車両用内燃機関がアイドルストップから再始動するときに、吸気行程で停止していた気筒については前記第２燃料噴射弁により吸気行程において初回の燃料噴射を行い、次に吸気行程となる気筒以降は前記第２燃料噴射弁により排気行程において燃料噴射を行い、前記車両用内燃機関の運転条件がノッキングの発生条件であるときに、少なくとも燃料噴射量の一部を前記第１燃料噴射弁で吸気行程において噴射するようにした。
また、本願発明は、吸気通路に設けた第１燃料噴射弁と、前記第１燃料噴射弁よりも上流側の吸気通路に設けた、前記第１燃料噴射弁よりも燃料噴霧の粒径が小さい第２燃料噴射弁と、を備えた車両用内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、前記車両用内燃機関がアイドルストップから再始動するときに、吸気行程で停止していた気筒については前記第２燃料噴射弁により吸気行程において初回の燃料噴射を複数回に分割して行い、次に吸気行程となる気筒以降は前記第２燃料噴射弁により排気行程において燃料噴射を行うようにした。

上記発明によると、吸気行程で停止した気筒に対する初回の燃料噴射で均一な混合気を形成し、アイドルストップからの再始動性を向上させることができる。

実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 実施形態における第１，第２燃料噴射弁の配置及び噴霧方向を示す図である。 実施形態における第１，第２燃料噴射弁の配置及び噴霧方向の別の例を示す図である。 実施形態における第１燃料噴射弁の２方向噴射の噴霧パターンを示す図である。 実施形態における第１燃料噴射弁の１方向噴射の噴霧パターンを示す図である。 実施形態における第１，第２燃料噴射弁の噴射制御を示すフローチャートである。 実施形態におけるアイドルストップからの再始動時における噴射パターンを示すタイムチャートである。 実施形態におけるアイドルストップからの再始動時における噴射パターンを示すタイムチャートである。 実施形態におけるノッキング領域を示す線図である。 実施形態におけるノッキング領域に入ったときの噴射パターンを示すタイムチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。

図１は、実施形態における車両用の内燃機関を示す。

図１に示す内燃機関１は、左右２つのバンクからなる４サイクルＶ型機関であるが、直列機関や水平対向機関であってもよい。

内燃機関１の各気筒の燃焼室２内は、吸気ダクト３、吸気マニホールド４ａ，４ｂ、吸気ポート５を介して大気側と連通している。

シリンダヘッドに形成した燃焼室２（シリンダ）の吸気口２ａは、吸気弁６で開閉され、ピストン７が降下するときに吸気弁６が開くと、燃焼室２内に空気を吸引する。

一方、吸気マニホールド４ａ，４ｂのブランチ部４０ａ，４０ｂ（吸気通路）には、気筒毎に第１燃料噴射弁８ａ，第２燃料噴射弁８ｂを設けてあり、該燃料噴射弁８ａ，８ｂが噴射した燃料を空気と共に燃焼室２内に吸引する。

燃焼室２内の燃料は、点火プラグ９による火花点火によって着火燃焼し、このときの爆発力がピストン７を押し下げ、該押し下げ力によってクランク軸１０を回転駆動する。

また、シリンダヘッドに形成した燃焼室２の排気口２ｂは、排気弁１１で開閉され、ピストン７が上昇するときに排気弁１１が開くと、燃焼室２内の燃焼排ガスが排気ポート１２に排出される。

内燃機関１の各気筒に、２つの吸気口２ａ及び２つの排気口２ｂを設け、これらを開閉すべく２つの吸気弁６及び２つの排気弁１１を備える。

本実施形態の内燃機関１は、各気筒のシリンダヘッドそれぞれに２つの吸気口２ａ及び２つの排気口２ｂが開口され、これらを開閉すべく２つの吸気弁６及び２つの排気弁１１を気筒毎に備える。

吸気弁６及び排気弁１１は、クランク軸の回転力が伝達されるカム軸に一体的に設けたカムによって、軸方向に往復動し、各気筒の行程に合わせて開閉する。

但し、吸気弁６及び排気弁１１が電磁アクチュエータによって開閉駆動される電磁駆動弁であってもよく、また、カム軸によって開閉される構成において、バルブ作動角の中心位相やバルブリフト量やバルブ作動角を可変とする可変動弁機構を備えることができる。

可変動弁機構としては、例えば特開２００１−２８０１６７号公報や特開２００７−１２７１８９号公報（米国特許出願公開第２００７／０１３７６１４Ａ１）に開示されるようなものがあり、更に、可変動弁機構に用いるアクチュエータは、油圧アクチュエータ、モータ、電磁ブレーキなどのいずれであっても良い。

排気ポート１２は、排気マニホールド１３ａ，１３ｂの各ブランチ部に接続し、更に、排気マニホールド１３ａ，１３ｂの各集合部は合流して、排気ダクト１４に接続されている。

排気ダクト１４には、排気を浄化するための触媒コンバータ１５を設けている。

また、吸気ダクト３には、内燃機関１の吸入空気量を調整する電子制御スロットル１６を設けてある。

尚、吸気弁６の閉時期やバルブリフト量を可変とする可変動弁機構、又は、電磁駆動式の吸気弁を備え、内燃機関１の吸入空気量を、吸気弁６の閉時期やバルブリフト量の制御によって調整するシステムであってもよい。

燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射量及び燃料噴射時期は、ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）２１によって制御される。

ＥＣＭ２１は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの信号を入力し、該入力信号を予め記憶しているプログラムに従って演算処理して、燃料噴射弁８ａ，８ｂに対して噴射パルス信号を出力する。

燃料噴射弁８ａ，８ｂには、単位開弁時間当たりの噴射量が一定になるように圧力調整した燃料が供給され、燃料噴射弁８ａ，８ｂはその開弁時間に比例する量の燃料を噴射する。

各種センサとしては、アクセル開度ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ２２、内燃機関１の冷却水温度ＴＷ（機関温度）を検出する水温センサ２３、内燃機関１が搭載される車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ２４、クランク軸１０が単位角度だけ回転する毎の単位クランク角信号ＰＯＳと基準クランク角位置毎の基準クランク角信号ＲＥＦとをそれぞれに出力するクランク角センサ２５、各バンクの排気マニホールド１３ａ，１３ｂの集合部にそれぞれ配置され、排気中の酸素濃度に基づいて各バンクの空燃比ＡＦをそれぞれに検出する空燃比センサ２６ａ，２６ｂ、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ２７、電子制御スロットル１６の開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ２８、電子制御スロットル１６下流側の吸気通路内の圧力（吸気管負圧）ＰＢを検出する圧力センサ２９、車両のブレーキペダル（図示省略）が踏み込まれたときにオンとなるブレーキスイッチ１７、カム軸の回転に同期して既定のピストン位置の気筒を示す気筒判別信号ＣＡＭを出力するカムセンサ１８などを備えている。

図２（ａ），（ｂ）は、燃料噴射弁８ａ，８ｂの配置及び噴霧形状を示す。

各気筒の吸気管３０は、下流側に向けて２つに分岐して各吸気口２ａに接続し、吸気管３０の分岐部３１よりも上流側の吸気管上部３０ａに燃料噴射弁８ａ，８ｂを配置し、更に、第２燃料噴射弁８ｂを第１燃料噴射弁８ａよりも上流側の吸気通路に配置している。

吸気管３０は、吸気マニホールド４ａ，４ｂのブランチ部４０ａ，４０ｂ、及び、ブランチ部４０ａ，４０ｂに接続するシリンダヘッドに形成した吸気ポート５から構成される。

また、第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂは、２つ吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）それぞれに向けて２方向に燃料を噴射する。

そして、第２燃料噴射弁８ｂは、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）の略全域を指向するように、２つ吸気口２ａそれぞれに向かう噴霧の角度が第１燃料噴射弁８ａの噴霧角よりも広角に設定してある。

一方、第１燃料噴射弁８ａは、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側の一部を指向するように、２つ吸気口２ａそれぞれに向かう噴霧の角度が第２燃料噴射弁８ｂの噴霧角よりも狭角に設定してある。

尚、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側とは、排気口２ｂから遠い側であり、吸気管の中心軸の延設方向の手前側（上流側）である。

また、第１燃料噴射弁８ａの噴霧粒径が、第２燃料噴射弁８ｂの噴霧粒径よりも大きくなるように設定してあり、これにより、粒径がより小さい第２燃料噴射弁８ｂの燃料噴霧は、第１燃料噴射弁８ａの燃料噴霧よりも気化性能が高く、気化し易い。

一方、第１燃料噴射弁８ａは、その噴霧粒径が第２燃料噴射弁８ｂよりも大きいことで、第２燃料噴射弁８ｂに比べて、噴霧の流速が速く、かつ、噴霧の貫通力が強く、より高い指向性を有する。

そして、第１燃料噴射弁８ａが噴射する噴霧角が狭くかつ貫通力の高い燃料噴霧は、吸気口２ａのシリンダボア３２に近い側を指向して噴射されることで、吸気弁６が開弁する吸気行程において噴射すると、吸気弁６がリフトして開いた開口を介して直接的にシリンダ内に燃料噴霧が導入され、かつ、燃料噴霧の殆どがシリンダ内に導入された後にシリンダ内で気化する。

前記第１燃料噴射弁８ａの噴霧は、直接ピストン上面に衝突しない程度の貫通力を持たせるよう設定することが好ましく、これにより、ピストンに付着する付着燃料を低減し、燃焼性の悪化を低減できる。

尚、第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂには、同じ供給圧で燃料が圧送され、噴霧角，粒径の違いは、噴孔の形状（向き，径，長さ）・配置・個数などによって設定することができ、また、異なる噴孔から噴射された噴霧を衝突させて微粒化し、噴霧粒径を小さくする噴射弁であってもよい。

また、第１燃料噴射弁８ａが吸気行程で噴射する噴霧は、直接的にシリンダ内に吸引され、燃料噴霧の殆どがシリンダ内に導入された後にシリンダ内で気化すればよく、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１燃料噴射弁８ａを２つ吸気口２ａの一方側に偏らせて配置し、２つ吸気口２ａの一方のみに向けて噴射するようにできる。

この場合も、第１燃料噴射弁８ａは、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側の一部を指向するように設定する。

上記のように、第１燃料噴射弁８ａを１方向弁とすれば、２方向に噴射する場合に比べて噴霧の貫通力が増し、吸気弁６を通過する前に噴霧が広がって吸気ポート内壁などに燃料が付着することを抑制できる。

更に、第１燃料噴射弁８ａの噴霧が指向する吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）の領域は、種々に変更可能であり、第１燃料噴射弁８ａが２つ吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）それぞれに向けて２方向に燃料を噴射する場合における、第１燃料噴射弁８ａの噴霧パターンの変更例を図４に示してある。

図４（ａ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面が楕円になるようにし、かつ、分岐部３１を挟む方向が噴霧横断面の長手方向になるように、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側を噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図４（ｂ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面が略円形になるようにし、かつ、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１を挟んで両噴霧が離れる位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図４（ｃ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面が略円形になるようにし、かつ、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１を挟んで両噴霧が近接する位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図４（ｄ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面を、吸気弁６の傘部の径に近似する径の９０deg程度の円弧状とし、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１を挟んで両噴霧が離れる位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図４（ｅ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面を、吸気弁６の傘部の径に近似する径の９０deg程度の円弧状とし、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１を挟んで両噴霧が近接する位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図４（ｆ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面を、吸気弁６の傘部の径に近似する径の１８０deg程度の円弧状とし、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

一方、図５は、第１燃料噴射弁８ａが１つ吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）に向けて１方向にのみ燃料を噴射する場合における、第１燃料噴射弁８ａの噴霧パターンの変更例を示す。

図５（ａ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面が楕円になるようにし、かつ、分岐部３１を挟む方向が噴霧横断面の長手方向になるように、一方の吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側を噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図５（ｂ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面が略円形になるようにし、かつ、一方の吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１から離れた位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図５（ｃ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面が略円形になるようにし、かつ、一方の吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１に近接する位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図５（ｄ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面を、吸気弁６の傘部の径に近似する径の９０deg程度の円弧状とし、一方の吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１から離れた位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図５（ｅ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面を、吸気弁６の傘部の径に近似する径の９０deg程度の円弧状とし、一方の吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側であって、分岐部３１に近接する位置に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

図５（ｆ）は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の横断面を、吸気弁６の傘部の径に近似する径の１８０deg程度の円弧状とし、一方の吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）のシリンダボア３２に近い側に噴霧が指向するようにした噴霧パターンである。

上記のようにして、配置及び噴霧特性が設定される第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂによる燃料噴射は、ＥＣＭ２１が制御される。

ここで、ＥＣＭ２１は、アイドルストップ制御機能（アイドルストップ手段としての機能）を有している。

アイドルストップ制御機能とは、内燃機関１のアイドル運転状態で自動停止条件が成立すると内燃機関１を自動停止させ、内燃機関１０１を自動停止させた後に再始動条件が成立すると、内燃機関１を自動的に再始動させる制御機能であり、点火プラグ９、燃料噴射弁８ａ，８ｂ及びスタータモータの制御を通じて行われる。

アイドルストップ制御においては、例えば、車速ＶＳＰが０km/h、機関回転速度ＮＥがアイドル回転速度付近、アクセル開度ＡＣＣが全閉、ブレーキスイッチ１７がＯＮ（制動状態）、冷却水温度ＴＷが暖機後に相当する温度域であるなどの条件が全て成立しているときに、アイドルストップ条件（自動停止条件）が成立していると判断し、燃料噴射・点火を停止させ、内燃機関１を自動停止させる。

具体的には、車両が信号待ちで停止しているときなどに、内燃機関１を自動停止させるように、自動停止条件が設定される。

一方、内燃機関１を自動停止させている状態で、例えば、ブレーキスイッチ１７がＯＦＦ（非制動状態）に切り替わったり、アクセルペダルが踏み込まれたり、自動停止状態の継続時間が基準時間よりも長くなったり、バッテリ電圧の低下を判断したりすると、再始動条件が成立したと判断して、スタータモータによって内燃機関１をクランキングさせると共に、燃料噴射・点火を再開させる。

これにより、信号待ちの停止状態からの発進を可能し、また、機関１の停止によってバッテリ電圧が低下することを抑制する。

尚、アイドルストップ制御における自動停止条件及び自動再始動条件を、上記に示した条件に限定するものではなく、公知のアイドルストップ制御であればよい。

次に、ＥＣＭ２１による燃料噴射制御の詳細を、図６のフローチャートに従って説明する。

図６のフローチャートに示すルーチンは、一定時間（例えば１０ms）毎に実行され、まず、ステップＳ１０１では、アイドルストップ制御機能において内燃機関１を停止させる条件が成立しているか否かを判断する。

自動停止条件の成立時であれば、ステップＳ１０２へ進み、停止条件が成立した初回であるか否か、換言すれば、運転継続条件から停止条件への切り替わり時点であるか否かを判断する。

停止条件成立の初回であれば、ステップＳ１０３へ進み、燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射、及び、点火プラグ９による点火動作を停止させることで、内燃機関１の運転を停止する。

次のステップＳ１０４（気筒判別手段）では、カムセンサ１８が出力する気筒判別信号ＣＡＭに基づいて、内燃機関１の停止時に吸気行程途中で停止した気筒を判別し、判別結果を記憶する。

ステップＳ１０２で初回でないと判断した場合は、継続して内燃機関１を停止させておくので、燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射、及び、点火プラグ９による点火動作を停止させた状態のままとして、本ルーチンでの処理を終わらせる。

また、ステップＳ１０１で停止条件の成立でないと判断すると、ステップＳ１０５へ進み、停止条件を脱した初回であるか否か、換言すれば、停止条件の成立状態から、再始動条件の成立状態に切り替わった時点であって、再始動を開始させるタイミングであるか否かを判断する。

再始動を開始させる（スタータモータをオンする）タイミングであれば、ステップＳ１０６（噴射制御手段）へ進み、アイドルストップ制御で内燃機関１を停止させたときに吸気行程途中（吸気弁６が開いている状態）で停止した気筒の第２燃料噴射弁８ｂを直ちに駆動して初回噴射を行わせ、始動時用の燃料噴射量を供給する。

尚、ＥＣＭ２１は、始動時用の燃料噴射量を、例えば、機関温度を代表する冷却水温度ＴＷに基づいて演算する。

図７は、内燃機関１が４気筒であって、点火順が第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒とする場合であって、アイドルストップ制御で内燃機関１を停止させたときに、第１気筒（＃１cyl）が吸気行程中であった場合の噴射制御の様子を示すタイムチャートである。

この図７において、アイドルストップからの再始動要求が、時刻ｔ１の時点で発生すると、吸気行程で停止している第１気筒の第２燃料噴射弁８ｂを駆動して、初回の燃料噴射を直ちに開始させる。

この初回噴射で第１気筒の吸気通路内に噴射した燃料は、スタータモータによってクランク軸が回転し始めた時刻ｔ２以降で、第１気筒のピストンが更に下降することでシリンダ内に吸い込まれ、その後、ピストン上昇による圧縮行程を経て、点火プラグ９の火花点火で着火燃焼する。

吸気行程途中で停止した気筒に対する第２燃料噴射弁８ｂによる燃料噴射は、始動時用の燃料噴射量の全量を１回の噴射で供給しても良いし、複数回に分けて噴射してもよい。

図８は、アイドルストップ制御で内燃機関１を停止させたときに、第１気筒（＃１cyl）が吸気行程中であった場合の噴射制御の様子を示すタイムチャートであって、初回噴射を２回に分けて行う例を示す。

図８において、時刻ｔ１の時点で、アイドルストップからの再始動要求が発生すると、吸気行程で停止している第１気筒の第２燃料噴射弁８ｂを駆動して、燃料噴射を直ちに開始させるが、まずは始動時用燃料噴射量の半量程度を噴射し、この噴射が終了した後、間隔時間Δｔが経過してから２回目の燃料噴射を開始させ、残りの半量を噴射する。

即ち、始動時用燃料噴射量を２回に分けて同じ吸気行程中に噴射させるものであり、２回に分けて噴射した燃料は、スタータモータによってクランク軸が回転し始めた時刻ｔ２以降で、第１気筒のピストンが更に下降することでシリンダ内に吸い込まれ、その後、ピストン上昇による圧縮行程を経て、点火プラグ９の火花点火で着火燃焼する。

尚、吸気行程で停止している気筒に対する初回噴射を複数回に分けて行う場合に、分割回数は２回以上であればよく、また、各噴射における噴射量は、均等割りにする必要はなく、段階的に噴射量を減らしたり、逆に、段階的に噴射量を増やしたりしてもよい。

第２燃料噴射弁８ｂは、第１燃料噴射弁８ａよりも吸気通路の上流側に配置されるから、第２燃料噴射弁８ｂから吸気弁６までの吸気容積が、第１燃料噴射弁８ａから吸気弁６までの吸気容積よりも大きく、更に、第２燃料噴射弁８ｂの噴霧粒径は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧粒径よりも小さく、第２燃料噴射弁８ｂの噴霧の貫通力は、第１燃料噴射弁８ａの噴霧の貫通力よりも小さい。

従って、吸気行程で停止していた気筒に対する初回噴射であって、吸気流れが無い状態において、第２燃料噴射弁８ｂによって燃料を噴射させれば、吸気弁６の上流側に噴霧を漂わせることができ、燃料が吸気弁６の傘部や吸気ポートの内周壁に付着することを抑制できる。

更に、第２燃料噴射弁８ｂから吸気弁６までの吸気容積が比較的大きいから、機関１が回転し始めて、それまで吸気弁６の上流側に滞留していた噴霧がシリンダ内に吸引されるときに、元々分散していて燃料濃度が比較的低い予混合気を吸い込むことになるから、吸気行程の途中から回転開始されシリンダ内での混合気攪拌が充分に行えない状態であっても、混合気の均一化を図れる。

従って、初回噴射で形成した混合気に対する着火燃焼性を向上させることができ、アイドルストップ状態から始動応答性を改善できる。

これに対し、噴霧粒径が充分に小さい噴射弁であっても、吸気弁６により近い位置に配置した場合には、噴射弁から吸気弁６までの吸気容積が小さくなるために、燃料噴霧の壁面への付着を抑制できたとしても、吸気弁６の上流側の狭い空間に燃料噴霧を漂わせることになり、係る空間では燃料濃度が濃い状態になるから、機関１が回転し始めて予混合気を吸い込んだときに、燃料と空気とを個別に吸い込んだ状態に近くなり、混合気が不均一になって初回噴射に対する着火燃焼性が悪化する。

アイドルストップ状態では、機関温度が高いため、混合気が不均一なままピストンが上昇すると、燃焼室内で燃料濃度の濃い部分が圧縮熱で点火プラグによる点火時期前に自己着火する所謂プレイグニッションが発生し、これによって振動が発生するなどして、アイドルストップからの再始動性が悪化するという問題が生じるが、本実施形態では、第２燃料噴射弁８ｂから吸気弁６までの吸気容積が比較的大きく、初回噴射燃料を吸引して形成される混合気が均一化し、プレイグニッションの発生を抑制することができる。

また、本実施形態において、吸気行程で停止した気筒に対する第２燃料噴射弁８ｂによる初回噴射を複数回に分けて行わせれば、より一層付着燃料の抑制と混合気の均一化を図ることができる。

即ち、第２燃料噴射弁８ｂが始動時用の燃料噴射量の全量を１回で噴射すると、噴霧が後から噴射される噴霧に押されて、吸気弁６の傘部に向けて押し込まれるようになり、第２燃料噴射弁８ｂから吸気弁６までの容積を有効利用できず、吸気弁６の傘部に近い領域で燃料が濃くなってしまい、結果、混合気の均一性を損ねてしまう可能性がある。

これに対し、第２燃料噴射弁８ｂが始動時用の燃料噴射量を複数回に分けて噴射すれば、噴射終了から次の噴射が開始されるまでの間で噴霧が拡散することで、第２燃料噴射弁８ｂから吸気弁６までの容積における燃料噴霧の分散が改善され、付着燃料の抑制と混合気の均一化をより促進させることができる。

尚、噴射の分割回数及び噴射間隔時間を長くすれば、燃料を周壁に付着させることなく、第２燃料噴射弁８ｂから吸気弁６までの容積内に広く分散させることが可能であるが、噴射開始から最終的に噴射を終えるまでの時間（１回目の噴射開始から、最終回の噴射終了までの時間）が長くなると、吸気行程中に要求燃料量を噴き終わることができなくなる場合があり、また、吸気行程が終わる直前（吸気弁６が閉じる直前）に噴射すると、混合気を不均一にしてしまう場合がある。

そこで、噴射の分割数（噴射回数、１回当たりの噴射量）及び／又は噴射間隔時間は、始動時燃料噴射量、噴射開始から吸気弁６が閉じるまでの時間、吸気行程内における吸気流速の変化などに応じて、最適値を予め実験やシミュレーションで求めておき、該最適値に基づいて決定することが好ましい。

上記のようにして、アイドルストップ状態からの初回の燃料噴射を、第２燃料噴射弁８ｂを用いて吸気行程で停止していた気筒に対して行うと、次回からは、ステップＳ１０５
で、再始動の開始タイミングではないと判断することで、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７（ノック判定手段）では、図９に示すように、機関回転速度ＮＥと機関負荷（機関トルク）とで区分される運転領域において、予め設定した低回転高負荷側のノッキング発生領域に該当しているか否かを判断する。

ノッキング発生領域とは、ノッキングが発生する運転領域であり、機関温度又は吸気温度の条件でノッキング発生領域は変化するので、機関温度又は吸気温度が標準温度のときにノッキングが発生する運転領域をノッキング発生領域に設定してもよく、また、機関温度又は吸気温度の条件毎に異なるノッキング発生領域を設定してもよい。

尚、機関温度の標準温度とは、暖機後温度であって、具体的には、冷却水温度ＴＷで例えば８０℃〜９０℃の範囲内の温度（例えば８６℃）であり、吸気温度の標準温度とは、例えば２０℃〜３０℃に範囲内に設定される温度、又は、ＪＩＳ規格などによって規定される標準状態での温度（例えば２５℃）である。

ノッキング発生領域に該当していない場合には、ステップＳ１０８へ進み、ノッキング発生領域に該当していれば、ステップＳ１０９へ進む。

尚、ステップＳ１０７において、機関１の運転条件がノッキングの発生が予測される条件であるか否かを判断させる代わりに、ノッキング発生による振動を検知するノックセンサの検出信号に基づいて、ノッキング発生の有無を判断し、ノッキングが発生していないときに、ステップＳ１０８へ進み、ノッキングが発生していれば、ステップＳ１０９へ進むようにしてもよい。

アイドルストップ状態からの再始動時であれば、ノッキング発生領域には該当せず、ノッキングは発生しないので、ステップＳ１０８へ進むことになる。

ステップＳ１０８（噴射制御手段）では、排気行程の気筒に対して、第２燃料噴射弁８ｂによって燃料を噴射させる。

第２燃料噴射弁８ｂからの燃料噴霧の粒径は比較的小さく、また、吸気口２ａ（吸気弁６の傘部）の略全域を指向するように噴射されるから、吸気弁６の傘部に付着したとしても広範囲に薄く付着することになり、アイドルストップは暖機後に行われるから、吸気ポートや吸気弁６の熱で容易に気化することになる。

従って、第２燃料噴射弁８ｂで排気行程中に噴射すれば、吸気行程が開始されるまでの長い気化時間で気化を促進させることができ、充分に気化した燃料を吸気行程の開始に伴ってシリンダ内に空気と共に吸い込んで、均一混合気を形成させることができる。

アイドルストップからの再始動時には、吸気行程で停止していた気筒に対する燃料噴射を、第２燃料噴射弁８ｂを用いて行うと、当該気筒以降に点火を行う気筒については、排気行程で第２燃料噴射弁を用いて燃料噴射を行う。

尚、排気行程での噴射は、噴射の開始が排気行程中であればよく、吸気行程になってから噴射を終了してもよい。

図７及び図８に示す例では、アイドルストップ制御で内燃機関１を停止させたときに、第１気筒（＃１cyl）が吸気行程中であり、再始動時には、第２燃料噴射弁８ｂを用いる初回噴射を第１気筒に対して行うが、第１気筒が吸気行程中である場合には、第３気筒が排気行程中であるので、第１気筒に対する初回噴射に並行して、第３気筒に対する第２燃料噴射弁８ｂを用いた噴射を時刻ｔ１から開始させている。

第３気筒に噴射した燃料は、排気行程後の吸気行程でシリンダ内に吸引され、圧縮行程を経て、点火プラグ９によって着火燃焼し、これが第１気筒に続く燃焼となる。そして、以後、排気行程の気筒に対する第２燃料噴射弁８ｂを用いた噴射を行わせ、順次点火プラグ９による火花点火で着火燃焼させる。

一方、ステップＳ１０７でノッキング発生領域である（ノッキングが発生している）と判断されてステップＳ１０９（ノック時噴射制御手段）へ進むと、少なくとも噴射量の一部を第１燃料噴射弁８ａで噴射させる。

即ち、ノッキング発生領域である（ノッキングが発生している）場合には、シリンダ吸入空気量に見合う燃料量の全量を、第１燃料噴射弁８ａで噴射させるか、第１燃料噴射弁８ａと第２燃料噴射弁８ｂとに分担して噴射させる。

ここで、第２燃料噴射弁８ｂによる燃料噴射は、排気行程中に行わせるが、第１燃料噴射弁８ａによる燃料噴射は、吸気行程中に行わせる。

第１燃料噴射弁８ａによる燃料噴霧の粒径は、第２燃料噴射弁８ｂよりも大きく、高い貫通力を有して早い流速で進み、かつ、吸気弁６がリフトしたときの開口から直接シリンダ内に噴射されるように、噴霧の方向、噴霧形状を設定してあるので、吸気行程中に噴射させると、吸気弁６の上流側では殆ど気化することなく、シリンダ内に入ってから気化する。

そして、シリンダ内で燃料が気化することで、周囲から熱を奪い、吸気温度を低下させるから、ノッキングが発生し難くなり、ノッキングの発生を抑制することができる。

ステップＳ１０９では、第２燃料噴射弁８ｂによる噴射を停止させ、噴射量の全量を、第１燃料噴射弁８ａで吸気行程中に噴射させてもよいし、予め設定された一定量又は一定割合だけ第１燃料噴射弁８ａで吸気行程中に噴射させ、残りを第２燃料噴射弁８ｂによって排気行程中に噴射させてもよい。

更に、ノッキングがより発生し易い運転条件であるほど、具体的には、機関負荷が高く、機関温度が高いほど、第１燃料噴射弁８ａで噴射する燃料量をより多く又は燃料割合（分担率）をより高くしたり、ノックセンサでノッキングの発生を検出する場合には、ノッキング強度が高いほど、第１燃料噴射弁８ａで噴射する燃料量をより多く又は燃料割合（分担率）をより高くしたりすることができる。

また、ノッキングの発生状態が継続する場合に、第１燃料噴射弁８ａで噴射する燃料量を徐々に多く又は燃料割合（分担率）を徐々に大きくしてもよい。

図１０は、ノッキングの非発生領域から発生領域に入ったときの噴射制御の変化を示すタイムチャートであり、時刻ｔ１においてノッキング発生領域に入ったことを判断している。

時刻ｔ１では、第１気筒に対する第２燃料噴射弁８ｂを用いた排気行程噴射が終了しており、また、排気行程中である第３気筒に対する第２燃料噴射弁８ｂを用いた排気行程噴射が直前に開始されているため、第１気筒及び第３気筒については、第１燃料噴射弁８ａを用いた噴射に切り替えるタイミングを過ぎている。

そこで、時刻ｔ１後に排気行程になる第４気筒から、第２燃料噴射弁８ｂを用いた排気行程噴射と、第１燃料噴射弁８ａを用いた吸気行程噴射との２回に分けて、そのときのシリンダ吸入空気量に見合った量の燃料を噴射させている。

尚、内燃機関１の気筒数は、４気筒に限定されず、また、各気筒に備える吸気弁６及び排気弁１１の数を、吸気弁６＝２個、排気弁１１＝２個に限定するものでもない。

また、第１燃料噴射弁８ａへの燃料の供給圧と、第２燃料噴射弁８ｂへの燃料供給圧とを異ならせるようにしてもよい。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記第２燃料噴射弁の噴霧角が、第１燃料噴射弁８ａの噴霧角よりも広角である車両内燃機関の燃料噴射制御装置。

上記発明によると、第２燃料噴射弁は、第１燃料噴射弁よりも燃料噴霧の粒径が小さく、かつ、第１燃料噴射弁よりも噴霧角が広角であって、第２燃料噴射弁の噴霧は、第１燃料噴射弁の噴霧よりも貫通力が弱く、吸気行程で停止していた気筒に対し、第２燃料噴射弁で初回噴射を行えば、吸気ポート内壁や吸気弁の傘部に対する燃料の付着を抑制できる。
（ロ）請求項（イ）記載の車両内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記第２燃料噴射弁の噴霧が、吸気弁の傘部の略全域を指向し、前記第１燃料噴射弁の噴霧が、吸気弁の傘部のシリンダボアに近い側の一部を指向する車両内燃機関の燃料噴射制御装置。

上記発明によると、第２燃料噴射弁は、吸気弁の傘部の略全域を指向するので、第２燃料噴射弁で初回噴射を行えば、吸気ポート内壁や吸気弁の傘部に対する燃料の付着を抑制できる一方、第１燃料噴射弁の噴霧が、吸気弁の傘部のシリンダボアに近い側の一部を指向することで、第１燃料噴射弁による燃料噴射を吸気行程で行えば、噴霧をシリンダ内に直接導入させ、シリンダ内で気化させることができる。
（ハ）請求項（ロ）記載の車両内燃機関の燃料噴射制御装置において、
内燃機関が気筒毎に２つの吸気弁を備え、前記第２燃料噴射弁が、各吸気弁に向けて２方向に燃料を噴射し、前記第１燃料噴射弁が、一方の吸気弁に向けて１方向に燃料を噴射する車両内燃機関の燃料噴射制御装置。

上記発明によると、第２燃料噴射弁は、２つの吸気弁の双方に向けて２方向に噴射することで、貫通力のより弱い噴霧となり、吸気ポート内壁や吸気弁の傘部に対する燃料の付着を抑制する一方、第１燃料噴射弁は、一方の吸気弁に向けて１方向に燃料を噴射することで、貫通力のより高い噴霧となり、噴霧をシリンダ内に直接導入させることができる。

１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気ダクト、４ａ，４ｂ…吸気マニホールド、５…吸気ポート、６…吸気弁、７…ピストン、８ａ…第１燃料噴射弁、８ｂ…第２燃料噴射弁、９…点火プラグ、１０…クランク軸、１１…排気弁、１６…電子制御スロットル、１７…ブレーキスイッチ、１８…カムセンサ、２１…ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）、２２…アクセル開度センサ、２３…水温センサ、２４…車速センサ、２５…クランク角センサ、２６ａ，２６ｂ…空燃比センサ、２７…エアフローセンサ、２８…スロットル開度センサ

Claims (3)

1. 吸気通路に設けた第１燃料噴射弁と、
   前記第１燃料噴射弁よりも上流側の吸気通路に設けた、前記第１燃料噴射弁よりも燃料噴霧の粒径が小さい第２燃料噴射弁と、
   を備えた車両用内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、
   前記車両用内燃機関がアイドルストップから再始動するときに、吸気行程で停止していた気筒については前記第２燃料噴射弁により吸気行程において初回の燃料噴射を行い、次に吸気行程となる気筒以降は前記第２燃料噴射弁により排気行程において燃料噴射を行い、
   前記車両用内燃機関の運転条件がノッキングの発生条件であるときに、少なくとも燃料噴射量の一部を前記第１燃料噴射弁で吸気行程において噴射する、車両用内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 吸気通路に設けた第１燃料噴射弁と、
   前記第１燃料噴射弁よりも上流側の吸気通路に設けた、前記第１燃料噴射弁よりも燃料噴霧の粒径が小さい第２燃料噴射弁と、
   を備えた車両用内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、
   前記車両用内燃機関がアイドルストップから再始動するときに、吸気行程で停止していた気筒については前記第２燃料噴射弁により吸気行程において初回の燃料噴射を複数回に分割して行い、次に吸気行程となる気筒以降は前記第２燃料噴射弁により排気行程において燃料噴射を行う、車両用内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記車両用内燃機関の運転条件がノッキングの発生条件であるときに、少なくとも燃料噴射量の一部を前記第１燃料噴射弁で吸気行程において噴射する、請求項２記載の車両用内燃機関の燃料噴射制御装置。

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