JP6252777B2 - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに関する。
周知のように、内燃機関の燃料噴射システムとして、排気性状の向上のため、燃料の微量噴射を行うものがある。こうした微量噴射の高精度化には、下記の問題があった。すなわち、インジェクターの噴射量のばらつきの要因の一つに、ニードル弁の全開時のバウンス運動がある。このバウンス運動が噴射精度に与える影響は、噴射量が少ないときほど相対的に大きくなる。そのため、噴射精度を確保可能な噴射量には、こうしたインジェクターの機構的要因による下限が存在していた。
こうした問題に対して、特許文献1に見られるようなパーシャルリフト噴射技術が提案されている。パーシャルリフト噴射は、ニードル弁が全開となるために必要な時間よりもインジェクターの通電時間を短くして行われる燃料噴射であり、上記のようなニードル弁のバウンス運動の影響を受けずに微量の燃料を噴射することができる。
特開2013−181454号公報
ところで、上記のようなパーシャルリフト噴射では、ニードル弁が全開に至るフルリフト噴射に比して、噴射精度を確保可能な噴射量の範囲が狭い。そのため、パーシャルリフト噴射による微量噴射の実施時に、要求噴射量の補正が要求され、それにより、そうしたパーシャルリフト噴射の噴射量が変更されると、微量噴射の噴射精度が悪化して、排気性状の改善効果が損なわれる虞がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、微量噴射をより高い精度で行うことのできる内燃機関の燃料噴射システムを提供することにある。
上記課題を解決する内燃機関の燃料噴射システムは、インジェクターのニードル弁が全開に至らないパーシャルリフト噴射と、ニードル弁が全開に至るフルリフト噴射とを実行可能に構成される。そして、要求噴射量分の燃料をパーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とに分担して噴射するパーシャルリフト噴射域での内燃機関の運転中に要求噴射量の補正が要求される場合、その要求分の補正をフルリフト噴射の分担分の噴射量に対して行うようにしている。
こうした内燃機関の燃料噴射システムでは、パーシャルリフト噴射により燃料の微量噴射を高精度に行うことで、排気性状の改善を図ることができる。ただし、パーシャルリフト噴射では、噴射量の増減が噴射精度に大きく影響するため、要求噴射量の補正によりパーシャルリフト噴射の噴射量が変更されると、その影響で微量噴射の精度が悪化してしまう。その点、上記燃料噴射システムでは、要求噴射量の補正が要求される場合、フルリフト噴射の分担分の噴射量にその要求分の補正が適用される。そのため、要求噴射量が補正されても、パーシャルリフト噴射の噴射量は維持されるようになる。したがって、微量噴射をより高い精度で行うことができる。
ちなみに、こうした場合のパーシャルリフト噴射は、その噴射のためのインジェクターの通電時間を、同パーシャルリフト噴射を実施可能な通電時間の範囲の最大値に設定して行うようにするとよい。このように通電時間を設定すれば、微量噴射の噴射量のばらつきを最小に抑えることが可能となる。
ところで、フルリフト噴射の噴射量にも設定可能な下限が存在する。そのため、要求噴射量の大幅な減量補正が要求される場合、噴射形態を維持したままでは、パーシャルリフト噴射の噴射量を減量せざるを得なくなることがある。そうした場合にも、要求噴射量の補正の結果、フルリフト噴射の分担分の噴射量が同フルリフト噴射の噴射量の下限値に満たなくなる場合、同フルリフト噴射の分担分の噴射量の燃料を複数回のパーシャルリフト噴射に分割して行うようにすれば、フルリフト噴射の分担分の噴射量に対して、フルリフト噴射の下限を下回る更なる減量を適用可能となる。そのため、要求噴射量の大幅な減量補正が要求されたときにも、パーシャルリフト噴射による微量噴射の噴射精度の悪化が抑えられる。
また、上記のようなフルリフト噴射の分担分の噴射量の分割は、分割後の各回のパーシャルリフト噴射の噴射量がいずれも、パーシャルリフト噴射の噴射量の下限値となるように行うことが望ましい。こうした場合、フルリフト噴射の分担分の燃料をパーシャルリフト噴射により噴射させるために必要な演算処理をより簡単とすることができる。
なお、上記分割の仕方によっては、分割前の噴射量と、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量の合計とが不一致となることがある。そうした場合にも、分割前のフルリフト噴射の分担分の噴射量と分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量の合計とに差分が生じる場合、パーシャルリフト噴射の分担分の噴射量をその差分の分増減するようにすれば、噴射全体の噴射量の合計が変化しないようすることができる。
なお、こうした燃料噴射システムは、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクターと気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクターとをインジェクターとして備える内燃機関に適用する場合には、フルリフト噴射はポートインジェクターにより、パーシャルリフト噴射は筒内インジェクターによりそれぞれ行うように構成することができる。また、こうした燃料噴射システムは、フルリフト噴射およびパーシャルリフト噴射の双方を、気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクターにより行うように構成することも可能である。
第1実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射システムの構成を模式的に示す略図。 同実施形態に設けられた筒内インジェクターの断面図。 (a)、(b)同実施形態に設けられた筒内インジェクターの噴射量及びそのばらつきの通電時間に対する変化を示すグラフ。 (a)〜(f)同実施形態の燃料噴射システムでのパーシャルリフト噴射域での要求噴射量の減量補正に応じた燃料噴射の実施態様の変化を示す図。 同実施形態の燃料噴射システムで実行される噴射制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 (a)〜(f)第2実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射システムでのパーシャルリフト噴射域での要求噴射量の減量補正に応じた燃料噴射の実施態様の変化を示す図。
以下、内燃機関の燃料噴射システムの第1実施形態を、図1〜図5を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、内燃機関の吸気通路10には、その上流側から順に、吸入空気量を検出するエアフローメーター11、吸入空気量を調整するスロットルバルブ12が設けられている。吸気通路10は、スロットルバルブ12の下流において分岐して、吸気ポート13を介して各気筒の燃焼室14に接続されている。
こうした内燃機関の燃料噴射システムは、ポートインジェクター20と筒内インジェクター30との2種のインジェクターを備える。ポートインジェクター20は、各気筒の吸気ポート13にそれぞれ設置され、吸気ポート13の内部に燃料を噴射する。また、筒内インジェクター30は、各気筒にそれぞれ設置され、気筒内に燃料を噴射する。
また、燃料噴射システムにおける燃料タンク40の内部には、燃料を汲み出すフィードポンプ41が設置されている。フィードポンプ41は、低圧燃料通路42を介して、同フィードポンプ41が汲み上げられた燃料が蓄えられる低圧燃料配管43に接続されている。そして、低圧燃料配管43には、各気筒のポートインジェクター20がそれぞれ接続されている。
一方、低圧燃料通路42の途中からは、高圧燃料通路44が分岐している。高圧燃料通路44には、フィードポンプ41により汲み上げられた燃料を更に加圧して吐出する高圧燃料ポンプ45が設けられている。高圧燃料通路44は、高圧燃料ポンプ45により加圧された燃料が蓄えられる高圧燃料配管46に接続されている。そして、高圧燃料配管46には、各気筒の筒内インジェクター30がそれぞれ接続されている。なお、高圧燃料配管46には、その内部に蓄えられた燃料の圧力を、すなわち筒内インジェクター30に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサー47が設置されている。
こうした燃料噴射システムを備える内燃機関は、制御装置50により制御されている。そして、この制御装置50は、内燃機関の制御の一環として、燃料噴射システムの制御も実施する。制御装置50には、上述のエアフローメーター11や燃圧センサー47の他、機関回転速度の算出に使用されるクランク角信号を出力するクランク角センサー48、機関冷却水の温度を検出する水温センサー49などの各種センサーの検出信号が入力されている。そして、制御装置50には、そうしたセンサーの検出信号に基づいて、ポートインジェクター20、筒内インジェクター30、高圧燃料ポンプ45などを駆動することで各種制御を実行する。
制御装置50は、そうした制御の一つとして、ポートインジェクター20、筒内インジェクター30からの燃料噴射の制御を行う。燃料噴射制御では、現状の内燃機関の運転状況に応じた要求噴射量を演算し、その要求噴射量分の燃料が噴射されるようにポートインジェクター20や筒内インジェクター30の通電制御を行う。
こうした燃料噴射制御における噴射量の制御精度には、ポートインジェクター20や筒内インジェクター30の機械的構造も関連している。そこで、ここでは、筒内インジェクター30を例にインジェクターの構造を説明する。
図2に示すように、筒内インジェクター30のハウジング31の内部における図中上方の部分には、固定コア32が固定されている。固定コア32の外周部分には、通電に応じて固定コア32を磁化するコイル35が配設されている。
また、ハウジング31の内部には、固定コア32に隣接して、可動コア33が図中上下方向に摺動可能に設けられている。可動コア33には、ニードル弁36が一体に変位可能に連結されている。さらに、可動コア33は、スプリング34により、図中下方に、すなわち固定コア32から離間する方向に常時付勢されている。
一方、ハウジング31の先端部(図中下方の部分)には、ニードル弁36の先端部分の周囲を囲むようにノズルボディ37が取り付けられている。ノズルボディ37の先端部には、その内外を連通する、細長いスリット状の噴孔38が形成されている。ニードル弁36とノズルボディ37との間には、燃料室39が形成されている。燃料室39は、上述の高圧燃料配管46に接続されており、高圧燃料配管46に蓄えられた高圧の燃料がその内部に導入されるようになっている。
こうした筒内インジェクター30では、コイル35への通電が行われると、固定コア32が磁化されて、スプリング34の付勢力に抗して可動コア33が固定コア32に引き寄せられる。これにより、ニードル弁36が噴孔38から離間(リフト)して開弁すると、燃料室39に導入された燃料が、噴孔38を通って外部に噴射される。なお、同図のように、可動コア33が固定コア32に当接すると、ニードル弁36は全開となる。
一方、コイル35への通電を行っていないときには、可動コア33は、スプリング34の付勢力により固定コア32から離間する。そして、ニードル弁36がノズルボディ37に当接して噴孔38を塞ぐことで、筒内インジェクター30の燃料噴射が停止される。
図3(a)に、こうした筒内インジェクター30のコイル35への通電時間と噴射量との関係を、図3(b)に、同通電時間と噴射量のばらつきとの関係をそれぞれ示す。同図において、「T0」は、ニードル弁36のリフトの開始に必要な通電時間であり、「Tmax」は、ニードル弁36を全開とするために必要な通電時間である。T0〜Tmaxの区間では、通電中のニードル弁36の最大リフトが変化していくため、通電時間に対する噴射量の変化率は大きくなる。なお、以下の説明では、ニードル弁36が全開に至らない、T0〜Tmaxまでの通電時間の区間を、パーシャルリフト区間と記載し、ニードル弁36が全開に達するTmax以降の通電時間の区間をフルリフト区間と記載する。
一方、噴射量のばらつきは、パーシャルリフト区間では、通電時間の増加に応じて減少していくが、通電時間がフルリフト区間に入った直後に一旦増大する。これは次の理由による。すなわち、ニードル弁36は、可動コア33が固定コア32に突き当たることで全開に達するが、このときの突き当りの反動で、ニードル弁36にバウンス運動が生じる。そして、このバウンス運動によるニードル弁36のリフト量の脈動が、噴射量のばらつきを増大させる。
なお、こうしたニードル弁36のバウンス運動の影響は、通電時間の増大、すなわち噴射量の増大に応じて相対的に小さくなる。そのため、噴射量のばらつきは、フルリフト区間の開始直後に一旦増加した以降は、通電時間の増大に応じて減少する。よって、Tmaxよりも大きい規定の時間(F/L噴射時最小通電時間Tfmin)以上に通電時間を設定して、ニードル弁36が全開に至る燃料噴射(フルリフト噴射)を行えば、噴射量のばらつきを許容上限値以下に抑えることができる。
一方、上述のように、ニードル弁36が全開に至らないパーシャルリフト区間においても、フルリフト区間に入る直前の通電時間では、噴射量のばらつきは比較的小さくなっている。よって、通電時間を規定の時間(P/L噴射時最小通電時間Tpmin)以上、Tmax未満の範囲に設定して燃料噴射を行っても、噴射量のばらつきを許容上限値以下に抑えられる。すなわち、こうした範囲に通電時間を設定しての、ニードル弁36が全開に至らない燃料噴射、いわゆるパーシャルリフト噴射を行えば、高精度の微量の燃料噴射を行うことが可能となる。ちなみに、筒内インジェクター30のコイル35への通電時間をTmaxに設定すれば、すなわちパーシャルリフト噴射を実施可能な通電時間の範囲(パーシャルリフト区間)の最大値に設定すれば、噴射量のばらつきはパーシャルリフト噴射時における最小値となる。
なお、同図(b)に示すように、パーシャルリフト区間では、通電時間の増減に対して噴射量のばらつきが大きく変化する。そのため、パーシャルリフト区間において、噴射量のばらつきを許容上限値以下に抑えられる通電時間の範囲は、非常に狭いものとなる。
ちなみに、ポートインジェクター20も、基本的な構造は、筒内インジェクター30と同様である。そして、そうしたポートインジェクター20の通電時間と噴射量のばらつきとの関係も、筒内インジェクター30に準じたものとなっている。
本実施形態の燃料噴射システムでは、内燃機関の特定の運転域において、要求噴射量分の燃料をパーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とに分担して噴射するようにしている。そしてこれにより、内燃機関の排気性状の改善を図っている。
以下の説明では、こうした態様で燃料噴射を行う内燃機関の運転域を、パーシャルリフト噴射域と記載する。なお、そうした形態の燃料噴射を内燃機関の運転域全体で行うことも可能であり、そうした場合、内燃機関の運転域の全体がパーシャルリフト噴射域となる。なお、本実施形態の燃料噴射システムでは、パーシャルリフト噴射域でのパーシャルリフト噴射、フルリフト噴射の双方を、筒内インジェクター30から行うように、すなわち筒内噴射により行うようにしている。
一方、筒内インジェクター30のパーシャルリフト噴射の噴射量(P/L噴射量Qp)には、噴射精度を確保するための下限値(最小P/L噴射量Qpmin)および上限値(最大P/L噴射量Qpmax)が設定されている。最小P/L噴射量Qpminには、上記P/L噴射時最小通電時間Tpmin分の通電を行ったときの筒内インジェクター30の噴射量が設定されている。また、最大P/L噴射量Qpmaxには、パーシャルリフト区間における通電時間の最大値(P/L噴射時最大通電時間Tpmax)分の通電を行ったときの筒内インジェクター30の噴射量が設定されている。なお、P/L噴射時最大通電時間Tpmaxは、ニードル弁36が確実に全開に至らないだけの余裕分を、Tmaxから差し引いた時間に設定されている。
さらに、筒内インジェクター30のフルリフト噴射の噴射量(F/L噴射量Qf)には、噴射精度を確保するための下限値(最小F/L噴射量Qfmin)が設定されている。この最小F/L噴射量Qfminには、上記F/L噴射時最小通電時間Tfmin分の通電を行ったときの筒内インジェクター30の噴射量が設定されている。
なお、筒内インジェクター30への燃料の供給圧が変化すれば、通電時間と噴射量との関係も変化する。筒内インジェクター30の噴射量は、通電時間が同じでも、燃料供給圧が高いときには、より多くなり、燃料供給圧が低いときには、より少なくなる。そのため、上記最小P/L噴射量Qpmin、最大P/L噴射量Qpmaxおよび最小F/L噴射量Qfminの値は、燃圧センサー47の検出結果に基づき、逐次演算されている。
図4を参照して、パーシャルリフト噴射域での詳細な燃料噴射の実施態様について説明する。
本実施形態では、パーシャルリフト噴射域において要求噴射量Qの補正が要求されていない場合、図4(b)に示すように、筒内噴射によるP/L噴射量Qp分のパーシャルリフト噴射と、同じく筒内噴射によるF/L噴射量Qf分のフルリフト噴射とを行う。このときのP/L噴射量QpおよびF/L噴射量Qfは、それらの合計が、機関運転状態(機関回転速度、機関負荷)に応じて設定された要求噴射量Qと一致するようにそれぞれ設定される。なお、本実施形態では、P/L噴射量Qpのばらつきを最小とするため、P/L噴射量Qpを最大P/L噴射量Qpmaxに固定している。よって、このときのF/L噴射量Qfには、要求噴射量Qから最大P/L噴射量Qpmaxを差し引いた値が設定される。
ところで、燃料噴射制御では、内燃機関の運転状況に応じて、例えば空燃比フィードバック補正やパージ補正といった、要求噴射量Qに対する各種の補正が行われる。空燃比フィードバック補正は、目標空燃比と実際の空燃比とのずれを縮小するための要求噴射量Qの補正である。また、パージ補正は、燃料タンク40内に発生した燃料蒸気(ベーパー)を吸気中にパージして処理する際に、吸気と共に燃焼室14に流入するベーパーの分、噴射量を減量するための要求噴射量Qの補正である。
一方、上述のように、パーシャルリフト区間では、通電時間の増減に対して噴射量のばらつきが大きく変化する。そのため、要求噴射量Qの補正に応じてP/L噴射量Qpを増減すると、噴射精度の著しい悪化を招く虞がある。
そこで、本実施形態では、パーシャルリフト噴射域での内燃機関の運転中に要求噴射量Qの補正が要求される場合、その要求分の補正を、F/L噴射量Qf、すなわち、フルリフト噴射の分担分の噴射量に優先的に適用するようにしている。すなわち、要求噴射量Qの増量補正が要求される場合には、図4(a)のように、P/L噴射量Qpを最大P/L噴射量Qpmaxに保持したまま、F/L噴射量Qfがその補正量ΔQ分増量される。また、要求噴射量Qの減量補正が要求され、かつその減量補正の量があまり大きくない場合には、図4(c)のように、P/L噴射量Qpを最大P/L噴射量Qpmaxに保持したまま、F/L噴射量Qfがその補正量ΔQ分減量される。
なお、燃料蒸気のパージ処理により、大量のベーパーが吸気中に導入されると、パージ補正により、要求噴射量Qの大幅な減量が要求される。こうした場合、要求分の減量補正のすべてをF/L噴射量Qfに適用すると、F/L噴射量Qfが、フルリフト噴射の噴射量の下限である最小F/L噴射量Qfminを下回ってしまうことがある。本実施形態では、そうした場合、すなわち要求噴射量Qの補正の結果、F/L噴射量Qfが最小F/L噴射量Qfminに満たなくなる場合、F/L噴射量Qf分の燃料を、フルリフト噴射に替えて、複数回のパーシャルリフト噴射に分割して噴射するようにしている。すなわち、このときには、P/L噴射量Qp分の燃料とF/L噴射量Qf分の燃料とが、それぞれ筒内インジェクター30からのパーシャルリフト噴射によって噴射される。
なお、本実施形態では、このとき複数回のパーシャルリフト噴射へのF/L噴射量Qfの分割を、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量が最小P/L噴射量Qpminとなうように行っている。例えば、図4(d)の例では、F/L噴射量Qf分の燃料が、最小P/L噴射量Qpminでの3回のパーシャルリフト噴射に分割されている。
こうした場合の分割後のパーシャルリフト噴射の噴射量の総量は、その回数を増減することで調整される。例えば図4(d)の場合から更にF/L噴射量Qfが減量されたときには、図4(f)のように最小P/L噴射量Qpminをその噴射量とするパーシャルリフト噴射の回数が3回から2回に減らされる。
この場合、分割後の噴射量の合計は、最小P/L噴射量Qpminの倍数にしか設定できないため、分割前のF/L噴射量Qfと、パーシャルリフト噴射への分割後の噴射量の合計とが不一致となることがある。そこで、本実施形態では、それらに差分が生じた場合、図4(e)のように、それらの差分(ΔQp)の分、P/L噴射量Qpを調整するようにしている。ちなみに、本実施形態では、P/L噴射量Qpが最大P/L噴射量Qpmaxに設定されており、それ以上の増量側への調整は行えない。そのため、本実施形態では、このときのP/L噴射量Qpの調整が常に減量側に行われるように、分割後のパーシャルリフト噴射の回数を、分割後のパーシャル噴射の噴射量の合計がF/L噴射量Qf以上となるように設定している。
図5に、本実施形態の燃料噴射システムで実行される噴射制御ルーチンの処理手順を示す。同ルーチンの処理は、各気筒の燃料噴射の都度、制御装置50により実行される。
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップS100において、機関回転速度および機関負荷に基づく要求噴射量Qが演算され、次のステップS101において、要求噴射量Qに対する補正量ΔQの演算が行われる。そして、続くステップS102において、ここで演算した補正量ΔQによる要求噴射量Qの補正が行われる。なお、ここでの補正量ΔQは、個別に演算される各種の補正量の合計を、増量側を正として表したものである。
続いて、ステップS103において、現状の内燃機関の運転域がパーシャルリフト噴射域にあるか否かが判定される。ここで、パーシャルリフト噴射域になければ(NO)、ステップS104において、フルリフト噴射による要求噴射量Q分の燃料噴射が実行された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。フルリフト噴射を筒内噴射で行うか、ポート噴射で行うかといった、このときの具体的な噴射形態は、内燃機関の運転条件や内燃機関の形式により異なったものとなる。ちなみに、内燃機関の運転域全体をパーシャルリフト噴射域とする場合には、ステップS103およびステップS104の処理は割愛され、ステップS102の処理後、そのままステップS105に処理が進められる。
一方、現状の内燃機関の運転域がパーシャルリフト噴射域にあれば(S103:YES)、ステップS105に処理が進められる。そして、そのステップS105において、P/L噴射量QpおよびF/L噴射量Qfが演算される。上述したように、このときのP/L噴射量Qpは、最大P/L噴射量Qpmaxに設定され、F/L噴射量Qfは、要求噴射量Qから最大P/L噴射量Qpmaxを減算した値に設定される。なお、P/L噴射量Qpは、最大P/L噴射量Qpmaxに固定されているため、ステップS101で演算された補正量ΔQの補正はすべて、F/L噴射量Qfに適用されることになる。
続いて、ステップS106において、ステップS105で演算されたF/L噴射量Qfが最小F/L噴射量Qfmin未満であるか否かが判定される。ここで、F/L噴射量Qfが最小F/L噴射量Qfmin以上であれば(NO)、ステップS107に処理が進められる。そして、そのステップS107において、P/L噴射量Qp分のパーシャルリフト噴射、およびF/L噴射量Qf分のフルリフト噴射が筒内噴射によりそれぞれ実行された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
一方、F/L噴射量Qfが最小F/L噴射量Qfmin未満であれば(S106:NO)、ステップS108に処理が進められる。そして、そのステップS108において、分割数Nが演算される。分割数Nは、F/L噴射量Qfを最小P/L噴射量Qpminで除算した値の小数部分を切り捨てた値として演算される。そして、続くステップS109では、最小P/L噴射量Qpminと分割数Nとの積と、F/L噴射量Qfとが一致するか否かが、すなわちF/L噴射量Qfが最小P/L噴射量Qpminで割り切れるか否かが判定される。ここで、F/L噴射量Qfが最小P/L噴射量Qpminで割り切れるのであれば(YES)、ステップS110〜ステップS112の処理をスキップして、ステップS113に処理が進められる。このときには、ステップS113において、ステップS105で演算されたP/L噴射量Qp、すなわち最大P/L噴射量Qpmax分のパーシャルリフト噴射と、それぞれ最小P/L噴射量Qpmin分のN回のパーシャルリフト噴射とが筒内噴射により実行される。そして、その実行後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
一方、F/L噴射量Qfが最小P/L噴射量Qpminで割り切れないときには(S109:NO)、ステップS110〜ステップS112の処理後にステップS113に処理が進められる。すなわち、ステップS110では、分割数Nの値に「1」が加算される。ステップS111では、その加算後の分割数Nと最小P/L噴射量Qpminとの積をF/L噴射量Qfから減算した値(Qf−Qpmin×N)として、P/L噴射調整量ΔQpが演算される。そしてステップS112では、P/L噴射調整量ΔQp分のP/L噴射量Qpの減量調整が行われる。このときのステップS113の処理では、そうした減量調整後のP/L噴射量Qp分のパーシャルリフト噴射と、「N」回の最小P/L噴射量Qpmin分のパーシャルリフト噴射とが、筒内噴射により実行される。そして、その実行後に今回の本ルーチンの処理が終了される。この場合は、分割前のフルリフト噴射の分担分の噴射量(F/L噴射量Qf)と、分割後のパーシャルリフト噴射の噴射量の合計(最小P/L噴射量Qpmin×N)とに差分が生じている場合となる。そしてこの場合には、その差分がP/L噴射調整量ΔQpとして求められ、P/L噴射量Qpがその差分の分調整されることになる。
続いて、本実施形態の燃料噴射システムの作用を説明する。
本実施形態では、内燃機関の運転域がパーシャルリフト噴射域に入ると、燃料性状改善のためのパーシャルリフト噴射による微量噴射と、フルリフト噴射による主たる噴射とに分けて燃料噴射が行われる。こうしたパーシャルリフト噴射域において要求噴射量Qの補正が要求された場合、その要求分の補正は、まずフルリフト噴射の分担分の噴射量(F/L噴射量Qf)に適用される。また、補正の結果、フルリフト噴射の分担分の噴射量がその下限値を下回るような大幅な要求噴射量Qの減量補正が要求された場合には、そのフルリフト噴射の分担分の燃料を複数回のパーシャル噴射に分割して噴射することで、フルリフト噴射の分担分の噴射量に対する、フルリフト噴射の下限値を下回る更なる減量補正が可能とされる。そのため、要求噴射量Qの補正に応じて、パーシャルリフト噴射による微量噴射の噴射量が増減され難くなり、その噴射精度の悪化が抑えられるようになる。
さらに、パーシャルリフト噴射は、設定可能な噴射量の範囲が狭いため、上記のような複数回のパーシャルリフト噴射へのF/L噴射量Qfの分割に際し、その分割数、および分割後の各噴射の量が不定であると、分割後の各噴射量が設定可能範囲に収まる、分割数および噴射量の組み合わせを探索する複雑な演算処理が必要となる。その点、本実施形態では、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量が最小P/L噴射量Qpminに固定されているため、分割のための演算処理が簡単となっている。
ちなみに、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量を固定すると、分割の前と後とで噴射量の合計が不一致となることがある。そうした場合、噴射全体のトータルの噴射量を維持するには、その差分の分の、パーシャルリフト噴射による微量噴射の噴射量の調整が必要となる。しかしながら、パーシャルリフト噴射の噴射量の変更は、その噴射精度の悪化を招くため、そうした調整の量は可能な限り小さくすることが望ましい。その点、本実施形態では、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量を、同パーシャルリフト噴射の噴射量の下限である最小P/L噴射量Qpminに固定することで、そうした調整によるパーシャルリフト噴射による微量噴射の精度悪化が必要最小に抑えられている。
以上の本実施形態の内燃機関の燃料噴射システムによれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本実施形態では、パーシャルリフト噴射により、排気性状改善のための微量噴射を行っているため、そうした微量噴射を高精度に行うことができ、排気性状の改善をより好適に行うことができる。
(2)要求噴射量Qの補正が要求される場合にも、その要求分の補正が、フルリフト噴射の分担分の噴射量(F/L噴射量Qf)に優先的に適用される。そのため、要求噴射量Qの補正に応じたP/L噴射量Qpの変更を、ひいてはパーシャルリフト噴射による微量噴射の噴射精度の悪化を好適に抑制できる。
(3)補正の結果、F/L噴射量Qfが最小F/L噴射量Qfminに満たなくなる場合に、F/L噴射量Qf分の燃料噴射を複数回のパーシャルリフト噴射に分割して行うことで、最小F/L噴射量Qfminを下回るF/L噴射量Qfの減量補正を可能としている。したがって、要求噴射量Qの大幅な減量補正が要求される場合にも、その補正に応じたP/L噴射量Qpの変更を抑えて、微量噴射の精度悪化を抑制することができる。
(4)最小F/L噴射量Qfminに満たなくなるときの、F/L噴射量Qf分のパーシャルリフト噴射による燃料噴射を、固定した噴射量での複数回のパーシャルリフト噴射により行うようにしている。そのため、複数回のパーシャルリフト噴射へのF/L噴射量Qfの分割にかかる演算処理を簡単とすることができる。
(5)上記固定した噴射量を最小P/L噴射量Qpminとしているため、分割前後の噴射量の差分が大きくならないようにすることができる。
(6)上記のような差分が生じる場合、P/L噴射量Qpをその差分の分増減しているため、噴射全体のトータルの噴射量に変化が生じないようにすることができる。
(第2実施形態)
次に、内燃機関の燃料噴射システムの第2実施形態を、図6を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態にあって、上記実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
第1実施形態では、パーシャルリフト噴射域におけるパーシャルリフト噴射およびフルリフト噴射の双方を、筒内インジェクター30からの筒内噴射によりで行うようにしていた。これに対して、本実施形態では、パーシャルリフト噴射域での燃料噴射のうち、フルリフト噴射は、ポートインジェクター20からのポート噴射により、パーシャルリフト噴射は、筒内インジェクター30からの筒内噴射により、それぞれ行うようにしている。
図6(a)〜(f)は、こうした本実施形態におけるパーシャルリフト噴射域での要求噴射量の減量補正に応じた燃料噴射の実施態様の変化を示している。なお、同図における[DI]は、筒内噴射を、[PFI]は、ポート噴射をそれぞれ意味している。また、以下の説明においても、噴射形態を区別するため、筒内噴射に係る噴射量には、その符号の末尾に[DI]を、ポート噴射に係る噴射量には、その符号の末尾に[PFI]をそれぞれ付している。
図6(b)に示すように、パーシャルリフト噴射域において要求噴射量Qの補正が要求されていない場合、P/L噴射量Qp[DI]およびF/L噴射量Qf[PFI]が、それらの合計が要求噴射量Qと一致するようにそれぞれ設定される。そして、P/L噴射量Qp[DI]分のパーシャルリフト噴射が筒内噴射により、F/L噴射量Qf[PFI]分のフルリフト噴射がポート噴射により、それぞれ実行される。
本実施形態においても、ばらつきを最小とするため、P/L噴射量Qp[DI]を最大P/L噴射量Qpmax[DI]に固定している。よって、このときのF/L噴射量Qf[PFI]には、要求噴射量Qから最大P/L噴射量Qpmax[DI]を差し引いた分の噴射量が設定される。
一方、パーシャルリフト噴射域での内燃機関の運転中に要求噴射量Qの補正が要求された場合、その要求分の補正を、F/L噴射量Qf[PFI]に優先適用している。すなわち、要求噴射量Qの増量補正が要求される場合には、図6(a)のように、P/L噴射量Qp[DI]を最大P/L噴射量Qpmax[DI]に保持したまま、F/L噴射量Qf[PFI]をその補正量ΔQ分増量している。また、要求噴射量Qの減量補正が要求され、かつその減量補正の量があまり大きくない場合には、図6(c)のように、P/L噴射量Qp[DI]を最大P/L噴射量Qpmax[DI]に保持したまま、F/L噴射量Qf[PFI]をその補正量ΔQ分減量している。
さらに、F/L噴射量Qf[PFI]が最小F/L噴射量Qfmin[PFI]未満となるような要求噴射量Qの大幅な減量補正が要求される場合には、図6(d)のように、F/L噴射量Qf[PFI]分の燃料を、最小P/L噴射量Qpmin[DI]での複数回(同図では3回)のパーシャルリフト噴射により噴射する。
ちなみに、最小F/L噴射量Qfmin[PFI]も、筒内噴射の最小F/L噴射量Qfmin[DI]と同様に、ポートインジェクター20における通電時間と噴射量のばらつきとの関係から求められている。すなわち、ポートインジェクター20にも、その通電時間には、ポートインジェクター20のニードル弁が全開に至らないパーシャルリフト区間と、全開に至るフルリフト区間とが存在する。そして、最小F/L噴射量Qfmin[PFI]には、そのフルリフト区間における、ポートインジェクター20の噴射量のばらつきが許容上限値以下となる通電時間の最小値分、通電を行ったときのポートインジェクター20の噴射量が設定されている。
なお、筒内インジェクター30の場合に比して、ポートインジェクター20への燃料供給圧の変動は小さいため、本実施形態では、最小F/L噴射量Qfmin[PFI]は固定値としている。勿論、そうした変動の影響が無視し得ない場合には、最小F/L噴射量Qfmin[PFI]を、ポートインジェクター20への燃料供給圧に基づき逐次演算して求めるようにしてもよい。
こうした場合の分割後の噴射量の調整は、分割するパーシャルリフト噴射の回数を増減することで調整される。例えば図6(d)の場合から更にF/L噴射量Qf[PFI]が減量されたときには、図6(f)のように、最小P/L噴射量Qpmin[DI]でのパーシャルリフト噴射の回数が3回から2回に減らされる。
また、このときの最小P/L噴射量Qpmin[DI]でのパーシャルリフト噴射の噴射量の総計(Qpmin[DI]×N)とF/L噴射量Qf[PFI]との間に差分が生じる場合、図6(f)のように、P/L噴射調整量ΔQpによる、その差分の分のP/L噴射量Qp[DI]の調整が行われる。本実施形態でも、調整前のP/L噴射量Qp[DI]は最大P/L噴射量Qpmax[DI]に設定されており、増量側には調整できないようになっている。そのため、上記最小P/L噴射量Qpmin[DI]でのパーシャルリフト噴射の回数(分割数N)は、その噴射量の総計がF/L噴射量Qf[PFI]以上となるように設定される。そして、これにより、このときのP/L噴射量Qp[DI]の調整が常に減量側となるようにしている。
以上説明した本実施形態の内燃機関の燃料噴射システムでも、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、パーシャルリフト噴射域でのP/L噴射量Qpを最大P/L噴射量Qpmaxに設定していたが、パーシャルリフト噴射において設定可能なそれ以外の噴射量(例えば最小P/L噴射量Qpmin)に設定してもよい。また、P/L噴射量Qpの値を固定せず、内燃機関の運転状況に応じて可変とするようにしてもよい。
・P/L噴射量Qpが増量側に調整可能な値に設定されている場合、噴射制御ルーチンのステップS112におけるP/L噴射量Qpの調整を増量側に行うようにしてもよい。なお、P/L噴射量Qpが増量側にのみ調整可能な値である場合には、分割数Nの値は、F/L噴射量Qf分の燃料を噴射するための「N」回のパーシャルリフト噴射の噴射量の総計がF/L噴射量Qf以下となるように設定する必要がある。
・上記実施形態では、複数回のパーシャルリフト噴射へのF/L噴射量Qfの分割に際し、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量を最小P/L噴射量Qpminとしていたが、その値をパーシャルリフト噴射の噴射量の設定範囲内の他の値としてもよい。また、分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量を固定せず、噴射制御ルーチンの実行の都度、演算して求めるようにしてもよい。例えば、パーシャルリフト噴射の回数をまず定め、その回数でF/L噴射量Qfを割った値を、各回のパーシャルリフト噴射の噴射量とするようにすることもできる。この場合、そうした分割後のパーシャルリフト噴射の噴射量の合計は、F/L噴射量Qfと常に一致するため、P/L噴射量Qpの調整は不要となる。また、このとき、各回のパーシャルリフト噴射に対し、F/L噴射量Qfを不均等に分割するようにしてもよい。
・上記実施形態では、最小P/L噴射量Qpmin、最大P/L噴射量Qpmaxおよび最小F/L噴射量Qfminを燃圧センサー47の検出結果に基づき、逐次演算して求めていたが、それらを固定した値としてもよい。それらを固定値としても良い場合には、筒内インジェクター30の燃料供給圧の変動がその噴射特性に与える影響が十分小さい場合などがある。
・上記実施形態では、要求噴射量Qの補正の結果、F/L噴射量Qfが最小F/L噴射量Qfminに満たなくなる場合、そのF/L噴射量Qf分の燃料を複数回のパーシャルリフト噴射に分割して噴射するようにしていたが、そのままフルリフト噴射を行うようにしてもよい。また、そうした場合には、パーシャルリフト噴射による微量噴射を中止して、全燃料をフルリフト噴射で噴射するようにしてもよい。
・第1実施形態のようにパーシャルリフト噴射域での燃料噴射を筒内噴射のみで行い、かつそれ以外の運転域でも筒内噴射のみを行うのであれば、上記実施形態の噴射制御は、インジェクターとして筒内インジェクターのみが設けられた内燃機関にも、同様あるいはそれに準じた態様で適用することが可能である。
10…吸気通路、11…エアフローメーター、12…スロットルバルブ、13…吸気ポート、14…燃焼室、20…ポートインジェクター、30…筒内インジェクター、31…ハウジング、32…固定コア、33…可動コア、34…スプリング、35…コイル、36…ニードル弁、37…ノズルボディ、38…噴孔、39…燃料室、40…燃料タンク、41…フィードポンプ、42…低圧燃料通路、43…低圧燃料配管、44…高圧燃料通路、45…高圧燃料ポンプ、46…高圧燃料配管、47…燃圧センサー、48…クランク角センサー、49…水温センサー、50…制御装置。

Claims (9)

  1. インジェクターのニードル弁が全開に至らないパーシャルリフト噴射と前記ニードル弁が全開に至るフルリフト噴射とを気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクターにより実行可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、
    要求噴射量の分の燃料をパーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とに分担して噴射するパーシャルリフト噴射域で前記内燃機関が運転されているときに、前記要求噴射量の補正が要求される場合、その要求分の補正を前記フルリフト噴射の分担分の噴射量に対して行う、
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
  2. 前記パーシャルリフト噴射は、その噴射のための前記インジェクターの通電時間を、同パーシャルリフト噴射を実施可能な通電時間の範囲の最大値に設定して行われる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
  3. インジェクターのニードル弁が全開に至らないパーシャルリフト噴射と前記ニードル弁が全開に至るフルリフト噴射とを実行可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、
    要求噴射量の分の燃料をパーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とに分担して噴射するパーシャルリフト噴射域で前記内燃機関が運転されているときに、前記要求噴射量の補正が要求される場合、その要求分の補正を前記フルリフト噴射の分担分の噴射量に対して行い、
    前記パーシャルリフト噴射は、その噴射のための前記インジェクターの通電時間を、同パーシャルリフト噴射を実施可能な通電時間の範囲の最大値に設定して行われる、
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
  4. 前記内燃機関は、前記インジェクターとして、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクターと気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクターとを備え、
    前記フルリフト噴射は、前記ポートインジェクターにより行われ、前記パーシャルリフト噴射は、前記筒内インジェクターにより行われる、
    請求項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
  5. インジェクターのニードル弁が全開に至らないパーシャルリフト噴射と前記ニードル弁が全開に至るフルリフト噴射とを実行可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、
    要求噴射量の分の燃料をパーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とに分担して噴射するパーシャルリフト噴射域で前記内燃機関が運転されているときに、前記要求噴射量の補正が要求される場合、その要求分の補正を前記フルリフト噴射の分担分の噴射量に対して行い、
    前記補正の結果、前記フルリフト噴射の分担分の噴射量が、同フルリフト噴射の噴射量の下限値に満たなくなる場合、同フルリフト噴射の分担分の噴射量を複数回のパーシャルリフト噴射に分割して噴射する、
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
  6. 前記内燃機関は、前記インジェクターとして、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクターと気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクターとを備え、
    前記フルリフト噴射は、前記ポートインジェクターにより行われ、前記パーシャルリフト噴射は、前記筒内インジェクターにより行われる、
    請求項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
  7. 前記補正の結果、前記フルリフト噴射の分担分の噴射量が、同フルリフト噴射の噴射量の下限値に満たなくなる場合、同フルリフト噴射の分担分の噴射量を複数回のパーシャルリフト噴射に分割して噴射する、
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
  8. 前記フルリフト噴射の分担分の噴射量の分割は、分割後の各回のパーシャルリフト噴射の噴射量がいずれも、同パーシャルリフト噴射の噴射量の下限値となるように行われる、
    ことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
  9. 分割前の前記フルリフト噴射の分担分の噴射量と分割後の各パーシャルリフト噴射の噴射量の合計とに差分が生じる場合、前記パーシャルリフト噴射の分担分の噴射量をその差分の分増減する、
    ことを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
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