JP5890228B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関する。

従来、エンジンの吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタが知られている。特許文献１に開示されたインジェクタは、噴孔を有するプレートがエンジン暖機時に燃料の噴射方向に凸状となることにより、燃料の噴射範囲を広くし、エンジンの出力の向上を図っている。

特開２００８−１４１５６号公報

特許文献１に開示されたインジェクタは、弁部材とプレートとの間に比較的大きなデッドボリュームを有するため、燃料噴射量の精度が低く、噴射する燃料の粒径が大きい。したがって、エンジンから大気中に放出される大気汚染物質すなわちエミッションが多いという問題がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの出力の向上とエミッションの低減とを両立させることができる燃料噴射制御装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、圧力調節手段、インジェクタ、冷機判定手段および燃圧制御手段を備える燃料噴射制御装置である。圧力調節手段は、燃料供給管からインジェクタに供給される燃料の供給圧力を第１燃圧とそれよりも低い第２燃圧とに調節可能である。インジェクタは、供給圧力に応じて噴射方向が変化し、供給圧力が第１燃圧であるとき噴射方向が吸気バルブの中心部を通り、供給圧力が第２燃圧であるとき噴射方向が吸気バルブの縁部、または吸気バルブと吸気ポートの内壁との隙間を通るように配置される。

冷機判定手段は、エンジンの冷却水温関連値に基づきエンジンが冷機状態か否かを判定する。圧力調節手段は、エンジンが冷機状態であると判定されたとき供給圧力が第１燃圧となるように圧力調節手段を制御し、エンジンが冷機状態ではないと判定されたとき供給圧力が第２燃圧となるように圧力調節手段を制御する。

したがって、本発明によれば、エンジンが冷機状態であるときインジェクタから噴射される燃料は、比較的に微粒であるとともに、吸気バルブの中心部を指向する。そのため、吸気ポート全体に広がった微粒な燃料が吸気バルブの隙間から気筒内に流入するので、粗粒な燃料が気筒内に流入するのを防止し、未燃焼ガスが排気とともに大気に放出されることに起因してエミッションが増大することを抑制可能である。

また、本発明によれば、エンジンが暖機状態であるときインジェクタから噴射された燃料は、吸気バルブの隙間を通じて直接気筒内に流入する。そのため、燃料が吸気バルブの上面や吸気ポートの内壁に衝突することを抑制し、燃料が吸気バルブや内壁から受熱することを抑制可能である。それゆえ、吸気温度の上昇が抑制されるので、充填効率が高まることによりエンジンの出力が向上する。

したがって、エンジンの出力の向上とエミッションの低減とを両立させることができる。
本明細書において「噴射方向」とは、インジェクタの燃料噴射部の中心位置と、噴霧到達範囲の中心位置すなわち噴霧中心位置とを通る方向のことである。

本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置が適用された燃料供給システムの概略構成を示す図である。 図１のインジェクタへの供給圧力が第１燃圧であるときの噴射方向を示す概略図である。 図１のインジェクタへの供給圧力が第２燃圧であるときの噴射方向を示す概略図である。 図１のインジェクタへの供給圧力を変更することにより噴射方向を変更する燃料噴射制御に関するフローチャートである。 エンジンの始動時の未燃炭化水素の排出量と、インジェクタの噴霧中心位置との関係を示す図である。 エンジンの暖機時の出力トルクと、燃料の噴射時期との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態による燃料噴射制御装置が適用された燃料供給システムの概略構成を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置は、図１に示す車両用の燃料供給システムに適用されている。燃料供給システム１０は、エンジン３０に燃料を供給するシステムであり、燃料タンク１２、燃料ポンプ１４、燃料吸入管１６、燃料供給管１８および燃料噴射制御装置２０から構成されている。燃料噴射制御装置２０は、圧力調節手段２２、インジェクタ２４および電子制御装置２６を備えている。燃料タンク１２内の燃料は、燃料ポンプ１４により燃料吸入管１６を経由して燃料供給管１８に圧送された後、インジェクタ２４からエンジン３０の吸気ポート３２内に噴射される。燃料供給管１８は、特許請求の範囲に記載の「燃料供給管」に相当する。

先ず、燃料噴射制御装置２０の構成を図１〜図３に基づき説明する。
圧力調節手段２２は、燃料供給管１８内の燃料の圧力、すなわちインジェクタ２４に供給される燃料の圧力を第１燃圧Ｐ１とそれよりも低い第２燃圧Ｐ２とに調整可能である。本実施形態では、圧力調節手段２２はスピードコントローラから構成されている。以下、インジェクタ２４に供給される燃料の圧力のことを「供給圧力Ｐｆ」と記載する。

インジェクタ２４は、斜流インジェクタから構成されている。斜流インジェクタは、弁軸すなわち軸心φに対して交差する方向に燃料を噴射する燃料噴射装置である。インジェクタ２４の噴射方向は供給圧力Ｐｆに応じて変化する。具体的には、噴射方向は、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１であるとき図２に示すように軸心φに対して角度θ１傾く。また、噴射方向は、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき図３に示すように軸心φに対して角度θ２傾く。角度θ２は、設計角に近く、角度θ１よりも小さい。インジェクタ２４の噴射方向は、供給圧力Ｐｆが高いときほど軸心φに対して大きく偏角する。

インジェクタ２４は、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１であるとき、噴射方向が吸気バルブ３８の中心部３９を通り、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき、噴射方向が吸気バルブ３８の縁部のうちエンジン３０の気筒３６の中心側、且つ吸気流れの上流から見て手前側の点ＰＯを通るように配置されている。言い換えれば、インジェクタ２４の噴霧中心位置は、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１であるときの吸気バルブ３８の中心部３９と、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるときの吸気バルブ３８の縁部の点ＰＯである。吸気バルブ３８の中心部３９は、吸気バルブ３８のステムの根元に対応する。

電子制御装置２６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力装置などを備えたマイクロコンピュータから構成されている。電子制御装置２６には、燃圧センサ４０および水温センサ４２等から各種検出信号が入力される。燃圧センサ４０は、供給圧力Ｐｆを検出する。水温センサ４２は、エンジン３０の冷却水の水温Ｔｗを検出する。電子制御装置２６は、各種検出信号に基づきインジェクタ２４および圧力調節手段２２等を駆動する。

具体的には、電子制御装置２６は、例えばエンジン３０の運転状態などに基づき燃料噴射量を算出し、所望の噴射時期に同期して、上記算出した燃料噴射量での燃料噴射を指示する噴射制御信号をインジェクタ２４に出力する。上記所望の噴射時期は、燃料が吸気バルブ３８と吸気ポート３２の内壁３４との隙間を通過するように設定されている。

また、電子制御装置２６は、水温Ｔｗに基づきエンジン３０が冷機状態か否かを判定する。具体的には、電子制御装置２６は、水温Ｔｗの情報を取得し、水温Ｔｗが予め設定された閾値以下である場合にエンジン３０が冷機状態であると判定し、水温Ｔｗが前記閾値よりも大きい場合にエンジン３０が冷機状態ではないと判定する。電子制御装置２６は、特許請求の範囲に記載の「冷機判定手段」として機能する。

また、電子制御装置２６は、エンジン３０が冷機状態か否かの判定結果に基づき圧力調節手段２２を制御する。具体的には、電子制御装置２６は、エンジン３０が冷機状態であると判定された場合、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１となるように指示する燃圧制御信号を圧力調節手段２２に出力する。また、電子制御装置２６は、エンジン３０が冷機状態ではないと判定された場合、エンジン３０が暖機状態であると判断し、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２となるように指示する燃圧制御信号を圧力調節手段２２に出力する。電子制御装置２６は、特許請求の範囲に記載の「燃圧制御手段」として機能する。

次に、電子制御装置２６の制御作動を図４に基づき説明する。図４のフローチャートは、エンジン３０の状態に応じて供給圧力Ｐｆを変更することにより噴射方向を変更する燃料噴射制御に関する処理フローである。以下の処理は、電子制御装置２６のＲＯＭに記憶されたプログラムに基づき、エンジン３０の始動後から停止時まで所定時間毎に繰り返し実行される。また、以下の処理で用いられる各種パラメータは、例えばＲＡＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

図４の処理が開始すると、先ずステップＳ１０１では、供給圧力Ｐｆおよび水温Ｔｗが取得される。以下、「ステップ」を省略し、単に「Ｓ」で示す。Ｓ１０１の後、処理はＳ１０２に移行する。
Ｓ１０２では、エンジン３０が冷機状態か否かが判定される。Ｓ１０２の判定が肯定された場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、処理はＳ１０３に移行する。一方、Ｓ１０２の判定が否定された場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、処理はＳ１０５に移行する。

Ｓ１０３では、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１であるか否かが判定される。Ｓ１０３の判定が肯定された場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、処理は図４に示す一連のルーチンを抜ける。一方、Ｓ１０３の判定が否定された場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、処理はＳ１０４に移行する。
Ｓ１０４では、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１となるように指示する燃圧制御信号が圧力調節手段２２に出力され、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブの中心部３９とされる。Ｓ１０４の後、処理は図４に示す一連のルーチンを抜ける。

Ｓ１０５では、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるか否かが判定される。Ｓ１０５の判定が肯定された場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、処理は図４に示す一連のルーチンを抜ける。そして、Ｓ１０５の判定が否定された場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、処理はＳ１０６に移行する。
Ｓ１０６では、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２となるように指示する燃圧制御信号が圧力調節手段２２に出力され、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブの縁部の点ＰＯとされる。Ｓ１０６の後、処理は図４に示す一連のルーチンを抜ける。

図５は、エンジン３０の始動時の未燃炭化水素（ＨＣ）の排出量ＱＨＣと、インジェクタ２４の噴霧中心位置との関係を示す図である。図５に示すように、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブ３８の中心部３９であるとき、最も未燃炭化水素の排出量ＱＨＣが小さくなる。

図６は、エンジン３０の暖機時のエンジン３０の出力トルクＮＴと、燃料の噴射時期θｆとの関係を示す図である。図６において、実線は、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブ３８の縁部の点ＰＯであるときの関係を示すものである。また、破線は、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブ３８の中心部３９であるときの関係を示すものである。インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブ３８の縁部の点ＰＯであるときの方が、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブ３８の中心部３９であるときよりもエンジン３０の出力トルクＮＴが大きい。そして、インジェクタ２４の噴霧中心位置が吸気バルブ３８の縁部の点ＰＯであるときの中でも、所定の噴射時期θｆ１においてエンジン３０の出力トルクＮＴが最も大きくなる。本実施形態では、燃料の噴射時期θｆは、上記噴射時期θｆ１に設定されている。

以上説明したように、第１実施形態による燃料噴射制御装置２０は、圧力調節手段２２、インジェクタ２４、及び、冷機判定手段および燃圧制御手段として機能する電子制御装置２６を備えている。圧力調節手段２２は、供給圧力Ｐｆを第１燃圧Ｐ１とそれよりも低い第２燃圧Ｐ２とに調節可能である。インジェクタ２４は、燃料供給管１８から供給される燃料の供給圧力Ｐｆに応じて噴射方向が変化し、供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１であるとき噴射方向が吸気バルブ３８の中心部３９を通り、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき噴射方向が吸気バルブ３８の縁部の点ＰＯを通るように配置されている。

電子制御装置２６は、エンジン３０の冷却水の水温Ｔｗに基づきエンジン３０が冷機状態か否かを判定する。また、電子制御装置２６は、エンジン３０が冷機状態であると判定されたとき供給圧力Ｐｆが第１燃圧Ｐ１となるように圧力調節手段２２を制御し、エンジン３０が冷機状態ではないと判定されたとき供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２となるように圧力調節手段２２を制御する。

したがって、第１実施形態によれば、エンジン３０が冷機状態であるときインジェクタ２４から噴射される燃料は、比較的に微粒であるとともに、吸気バルブ３８の中心部３９を指向する。そのため、吸気ポート３２全体に広がった微粒な燃料が吸気バルブ３８の隙間から気筒３６内に流入するので、粗粒な燃料が気筒３６内に流入するのを防止し、未燃焼ガスが排気とともに大気に放出されることに起因してエミッションが増大することを抑制可能である。

また、第１実施形態によれば、エンジン３０が暖機状態であるとき、インジェクタ２４から噴射された燃料が吸気バルブ３８の隙間を指向し、この隙間を通じて直接気筒３６内に流入する。そのため、燃料が吸気バルブ３８の上面や吸気ポート３２の内壁３４に衝突することを抑制し、燃料が吸気バルブ３８や内壁３４から受熱することを抑制可能である。それゆえ、吸気温度の上昇が抑制されるので、充填効率が高まることによりエンジン３０の出力が向上する。
したがって、エンジン３０の暖機時の出力の向上と、エンジン３０の冷機時のエミッションの低減とを両立させることができる。

また、第１実施形態では、インジェクタ２４は、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき、噴射方向が吸気バルブ３８の縁部のうちエンジン３０の気筒３６の中心側、且つ吸気流れの上流から見て手前側の点ＰＯを通るように配置されている。
したがって、エンジン３０の暖機時に噴射方向が吸気バルブ３８の中心部３９を通る場合よりもエンジン３０の出力を向上させることができる。

また、第１実施形態では、インジェクタ２４は斜流インジェクタから構成されている。
したがって、インジェクタ２４の噴射方向を供給圧力Ｐｆに応じて変化させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射制御装置を図７に基づき説明する。図７に示すように、燃料噴射制御装置５０のインジェクタ５２は、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき噴射方向が吸気流れ方向に対して平行となるように配置されている。供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき、インジェクタ５２の噴霧中心位置は、吸気バルブ３８と吸気ポート３２の内壁３４との隙間のうちエンジン３０の気筒３６の中心側、且つ吸気流れの上流から見て手前側の点ＰＯである。

したがって、第２実施形態によれば、供給圧力Ｐｆが第２燃圧Ｐ２であるとき、インジェクタ５２から噴射される燃料が吸気流れに乗り易く、燃料が気筒３６内に直接流入し易い。そのため、燃料が吸気バルブ３８の上面や吸気ポート３２の内壁３４に衝突することを一層抑制可能である。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、圧力調節手段は、例えばリターンバルブ、または、燃料ポンプの出力を変更するモータ等から構成されてもよい。要するに、圧力調節手段は、インジェクタの上流側の燃料の圧力が調節可能であればよい。
本発明の他の実施形態では、インジェクタは、斜流インジェクタ以外の噴射装置から構成されてもよい。要するに、インジェクタは、供給圧力に応じて噴射方向が変更する噴射装置であればよい。
本発明の他の実施形態では、供給圧力が第１燃圧であるときの噴霧中心位置は、吸気バルブのステムの根元以外に設定されてもよい。すなわち、供給圧力が第１燃圧であるとき噴射方向が通る吸気バルブの中心部は、吸気バルブのステム以外を含むこともあり得る。

本発明の他の実施形態では、供給圧力が第２燃圧であるときの噴霧中心位置は、吸気バルブの縁部、または、吸気バルブと吸気ポートの内壁との隙間のどこに設定されてもよい。すなわち、供給圧力が第２燃圧であるとき、噴射方向は、吸気バルブの縁部、または、吸気バルブと吸気ポートの内壁との隙間のどこを通ってもよい。
本発明の他の実施形態では、電子制御装置がエンジンの冷機状態を判定するとき用いる冷却水温関連値は、冷却水の水温以外であってもよい。例えば、エンジンや変速機の油温、または、外気温などであってもよい。
本発明の他の実施形態では、１つの気筒に対して設けられるインジェクタの数は、２つに限らない。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１８・・・燃料供給管
２０、５０・・・燃料噴射制御装置
２２・・・圧力調節手段
２４、５２・・・インジェクタ
２６・・・電子制御装置（冷機判定手段、燃圧制御手段）
３０・・・エンジン
３２・・・吸気ポート
３４・・・内壁
３８・・・吸気バルブ
３９・・・中心部

Claims (6)

1. 燃料供給管内の燃料の供給圧力を第１燃圧と当該第１燃圧よりも低い第２燃圧とに調節可能な圧力調節手段と、
   エンジンの冷却水温関連値に基づき当該エンジンが冷機状態か否かを判定する冷機判定手段と、
   前記エンジンが冷機状態であると判定されたとき前記供給圧力が前記第１燃圧となるように前記圧力調節手段を制御し、前記エンジンが冷機状態ではないと判定されたとき前記供給圧力が前記第２燃圧となるように前記圧力調節手段を制御する燃圧制御手段と、
   前記燃料供給管から供給される燃料を前記エンジンの吸気ポート内に噴射可能であり、前記供給圧力に応じて噴射方向が変化し、前記供給圧力が前記第１燃圧であるとき噴射方向が吸気バルブの中心部を通り、前記供給圧力が前記第２燃圧であるとき噴射方向が前記吸気バルブの縁部、または前記吸気バルブと前記吸気ポートの内壁との隙間を通るように配置されるインジェクタと、
   を備え、
   前記インジェクタは、前記エンジンの１つの気筒に対して２つ設けられていることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 燃料供給管内の燃料の供給圧力を第１燃圧と当該第１燃圧よりも低い第２燃圧とに調節可能な圧力調節手段と、
   エンジンの冷却水温関連値に基づき当該エンジンが冷機状態か否かを判定する冷機判定手段と、
   前記エンジンが冷機状態であると判定されたとき前記供給圧力が前記第１燃圧となるように前記圧力調節手段を制御し、前記エンジンが冷機状態ではないと判定されたとき前記供給圧力が前記第２燃圧となるように前記圧力調節手段を制御する燃圧制御手段と、
   前記燃料供給管から供給される燃料を前記エンジンの吸気ポート内に噴射可能であり、前記供給圧力に応じて噴射方向が変化し、前記供給圧力が前記第１燃圧であるとき噴射方向が吸気バルブの中心部を通り、前記供給圧力が前記第２燃圧であるとき噴射方向が前記吸気バルブの縁部、または、前記吸気バルブと前記吸気ポートの内壁との隙間を通るように配置されるインジェクタと、
   を備え、
   前記インジェクタの噴射方向は、前記インジェクタの燃料噴射部の中心位置と噴霧到達範囲の中心位置とを通る方向であり、前記供給圧力が前記第２燃圧であるとき、前記吸気バルブの縁部の周方向の一部または前記隙間の周方向の一部を通ることを特徴とする燃料噴射制御装置。
3. 前記吸気バルブは、前記エンジンの１つの気筒に対して２つ設けられ、
   前記インジェクタは、前記吸気バルブ毎に１つずつ設けられ、
   前記インジェクタの噴射方向は、前記供給圧力が前記第２燃圧であるとき、前記吸気バルブの縁部または前記隙間のうち、他の前記吸気バルブ側を通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. 前記インジェクタの噴射方向は、前記供給圧力が前記第２燃圧であるとき、前記吸気バルブの縁部または前記隙間のうち、前記中心部に対して排気バルブとは反対側を通ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記インジェクタは斜流インジェクタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記インジェクタは、噴射方向が吸気流れ方向に対して平行となるように配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

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