JPH10311234A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気筒内に吸入される混合気の均一化を実現し、
低燃費及び空燃比制御域の拡大を図る。 【解決手段】エンジン１の吸気管２には、エアアシスト
式のインジェクタ１８が配設されている。インジェクタ
１８の噴射燃料は吸気バルブ１４を介して燃焼室１３内
（気筒内）に流入する。ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３３は、
気筒内への吸入空気の流速に追従させて単位時間当たり
の燃料の筒内流入量を制御すると共に、吸気流速が所定
のしきい値以上となる吸気行程期間で燃料が気筒内に流
入するよう、インジェクタ１８の駆動を制御する。この
場合、吸気流速に比例する燃料流速で燃料が気筒内に流
入されるか、或いは、吸気流速の時間平均値に応じた一
定の燃料流速で燃料が気筒内に流入される。これによ
り、比較的速い吸気流速に乗って燃料が筒内に導入さ
れ、当該気筒内にて燃料と空気とからなる混合気が均一
に混合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、特開平３−９
５０号公報の「内燃機関用混合気供給装置」が提案され
ている。同公報の装置では、気筒への吸入空気量の増減
に比例させて燃料噴射量を増減させ、気筒内に吸入され
る混合気の混合比（空燃比）が吸気行程中のクランク角
に対して常に一定になるようにしていた。そしてこの構
成により、気筒内の混合気の分布が均一になり、燃焼が
安定化できる旨が記載されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報の
従来装置では、以下に示す問題があった。つまり、上記
装置では、吸気バルブが開弁状態となる吸気行程の全期
間にて気筒内に混合気を吸入させていたため、吸気流速
が微小な期間にも気筒内への混合気の吸入が行われる。
かかる場合、混合気の均一化が不十分となり、良好なる
燃焼を実現することができなかった。その結果、低燃
費、低ＮＯx を狙った空燃比リーン領域での燃料噴射制
御、すなわちリーンバーン制御を何ら支障無く実現する
ことができなかった。

【０００４】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、気筒内に吸入さ
れる混合気の均一化を実現し、低燃費及び空燃比制御域
の拡大を図ることができる内燃機関の燃料噴射制御装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、気筒内への吸入空気の
流速に追従させて単位時間当たりの燃料の筒内流入量を
制御する燃料流入量制御手段と、吸入空気の流速が所定
値以上となる吸気行程期間で燃料が気筒内に流入するよ
う、前記インジェクタの駆動を制御するインジェクタ駆
動制御手段とを備える。

【０００６】要するに、吸気流速に追従させて単位時間
当たりの燃料の筒内流入量を制御し、且つ吸気流速が所
定値以上となる吸気行程内で、インジェクタの噴射燃料
が筒内に流入されるようにすれば、比較的速い吸気流速
に乗って燃料が筒内に導入される。そのため、当該気筒
内にて燃料と空気とからなる混合気が均一に混合され
る。その結果、気筒内に吸入される混合気の均一化が実
現でき、燃料が安定状態で燃焼して低燃費及び空燃比制
御域の拡大を図ることができる。また、混合気の均一化
により空燃比リーン領域での燃料噴射制御（リーンバー
ン制御）が安定して実現でき、リーンバーン制御時にお
ける排気ガス中のＮＯｘを低減させることもできる。

【０００７】上記請求項１の発明をより具体化した発明
として、 ・請求項２に記載の発明では、燃料流入量制御手段が、
吸気流速に比例する燃料流速で燃料を筒内に流入させる
ものであるとし、 ・請求項３に記載の発明では、燃料流入量制御手段が、
吸気流速の時間平均値に応じた一定の燃料流速で燃料を
筒内に流入させるものであるとしている。これら請求項
２，３の構成によれば、混合気の均一化をより確実に実
現することができるようになる。

【０００８】また、請求項４に記載の発明では、燃料流
入量制御手段は、吸気流速に比例する燃料流速で燃料を
筒内に流入させる第１の制御手段と、吸気流速の時間平
均値に応じた一定の燃料流速で燃料を筒内に流入させる
第２の制御手段とを有し、第１の制御手段による燃料流
入と、第２の制御手段による燃料流入とを機関回転数に
応じて選択的に実施するようにしている。

【０００９】この場合、前記第１及び第２の制御手段を
機関回転数に応じて使い分けることにより、マイクロコ
ンピュータ等の演算負荷に応じた制御が可能となる。例
えば、機関回転数が比較的高い場合には、第２の制御手
段により一定の制御信号（一定燃圧）にて燃料を気筒内
に流入させ、演算負荷を軽減させるとよい。

【００１０】また、上記燃料流入量制御手段の具体的構
成としては、次の請求項５又は請求項６に記載の発明が
考えられる。つまり、請求項５に記載の発明では、燃料
流入量制御手段として、燃料ポンプを駆動させて燃料タ
ンクからインジェクタに供給される燃料の圧力（燃圧）
を制御する燃圧制御手段を有する。この構成によれば、
燃圧を変化させることで単位時間当たりの噴射流量が変
更され、気筒内への燃料流入量を吸気流速に追従させる
ことが可能となる。

【００１１】請求項６に記載の発明では、燃料流入量制
御手段として、ピエゾ素子の伸縮量を調整してインジェ
クタの単位時間当たりの噴射流量を制御する噴射流量制
御手段を有する。この構成によれば、ピエゾ素子を伸縮
させてインジェクタの開弁リフト量を増減させることで
単位時間当たりの噴射流量が変更され、かかる場合にも
やはり、気筒内への燃料流入量を吸気流速に追従させる
ことが可能となる。この構成は、ピエゾ駆動式のインジ
ェクタを使用することに相当する。

【００１２】一方、請求項７に記載の発明では、インジ
ェクタ駆動制御手段は、吸気バルブの開弁開始時期に基
づく特定時間内にインジェクタによる噴射燃料が気筒内
に流入するよう、当該インジェクタの駆動を制御する。
この場合、機関の吸気行程の特定時期までに気筒内への
燃料流入が終了するため、流入燃料の多くが早期に気化
され、吸気バルブの開弁期間内にて気化燃料と吸入空気
との混合が促進される。つまり、吸気バルブが閉弁され
て吸気が終了するまでに、気筒内の流入燃料の気化が完
了する。このとき、燃料が気化する時に周りの空気から
気化熱が奪われて気筒内の空気温度が低下することによ
り、気筒内に吸入される空気の単位体積当たりの重量
（密度）が増加する。その結果、吸入空気の充填効率が
高められると共に、燃料燃焼状態を安定化させることが
できるようになる。また、機関の同一運転条件で比較し
た場合、従来装置よりも多くの空気が吸入でき、機関の
出力トルクを向上させることが可能になる。因みに、吸
気バルブの開弁開始時期に基づく特定時間は、吸気バル
ブの全開弁期間のうち開弁当初の１／３程度の期間内に
設定するのが望ましい。

【００１３】請求項８に記載の発明では、その時々の機
関運転状態に基づく燃料噴射量を算出する燃料噴射量算
出手段と、吸気バルブの開弁前の所定時間までに、前記
算出した燃料噴射量に応じてインジェクタを駆動し、吸
気ポート内に燃料を噴射させる早期噴射手段とを備え
る。同請求項の構成において、早期噴射手段は、吸気バ
ルブの開弁前にて、吸気ポートでの燃料気化の所要時間
だけ早いタイミングでインジェクタによる燃料噴射を行
なわせるようにするのが望ましい（請求項９）。

【００１４】上記請求項８及び請求項９の構成によれ
ば、インジェクタによる噴射燃料が吸気ポート内で滞留
している間に、当該噴射燃料の気化、並びにその気化燃
料と吸入空気とが均一に混合されるようになる。その結
果、均一混合気が気筒内に流入して燃料が安定状態で燃
焼し、低燃費及び空燃比制御域の拡大を図ることができ
る。また、混合気の均一化により空燃比リーン領域での
燃料噴射制御（リーンバーン制御）が安定して実現で
き、リーンバーン制御時における排気ガス中のＮＯｘを
低減させることもできる。

【００１５】また、請求項１０に記載の発明では、早期
噴射手段による所定気筒への燃料噴射後、燃料噴射量算
出手段により算出された燃料噴射量の前回値と今回値と
の差分を当該気筒の吸気行程内で気筒内に流入させるよ
うインジェクタを駆動させる。つまり、上記請求項８，
９のように、燃料を早期噴射させる場合、時々刻々と変
化する機関運転状態によっては、その早期噴射による燃
料流入量が実際の理想燃焼を行なわせるための燃料量よ
りも不足するおそれがある。そこで本構成では、早期噴
射手段による所定気筒への燃料噴射後において、燃料噴
射量の前回値と今回値との差分に応じてインジェクタを
駆動させ、燃料の不足分を補うようにしている。これに
より、最適燃料量での理想燃焼が可能となる。こうした
不足分の燃料流入は吸気行程後期に行わせるとよい。な
お、不足分を補うための燃料量は僅かであるため、既述
のような混合気の均一化を妨げるものではない。

【００１６】一方、請求項１１に記載の発明では、イン
ジェクタによる噴射燃料を微粒化する噴射燃料微粒化手
段を備える。この噴射燃料微粒化手段としては、 ・エアアシスト式のインジェクタを用い、当該インジェ
クタに給送されるエア圧力を調整すること、 ・インジェクタによる燃料噴霧を高温の吸気バルブの傘
部に向けて噴射すること、 ・多孔タイプ（例えば１２孔タイプ）のインジェクタを
使用すること、といった構成が採用される。

【００１７】かかる場合には、噴射燃料を微粒化するこ
とで、気筒内での燃料の気化が促進されるようになる。
従って、気筒内への空気吸入時において、燃料の気化熱
により空気温度が低下し、吸入空気の充填効率が確実に
向上する。そして、機関の出力トルクが増大される。こ
のことは、本発明者による実験結果からも確認されてい
る（図７参照）。なお、噴射燃料の粒径（ＳＭＤ）の最
適範囲は、請求項１２に記載したように、１０〜３０μ
ｍであることが本発明者により確認されている。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を具体化した第１の
実施の形態を図面に従って説明する。

【００１９】本実施の形態の装置は、ガソリン噴射式多
気筒内燃機関（エンジン）の燃料噴射量を最適に制御す
るものであり、各気筒に燃料を噴射供給するためのイン
ジェクタは、マイクロコンピュータを主体とする電子制
御装置（以下、ＥＣＵという）によりその駆動が制御さ
れるようになっている。ここで、ＥＣＵは、吸気ポート
に配設されたインジェクタによる噴射燃料と吸入空気と
の混合気の均一化を図るべく、燃料流速を調整すると共
にインジェクタの駆動を制御するものであり、以下には
本装置の詳細を説明する。

【００２０】図１は、本実施の形態にかかるエンジンの
燃料噴射制御装置をより詳細に示す構成図である。図１
において、エンジン１には吸気管２と排気管３とが接続
されている。吸気管２には、アクセルペダル４に連動す
るスロットル弁５が設けられ、同スロットル弁５の開度
は、スロットル開度センサ６により検出されるようにな
っている。また、吸気管２のサージタンク７には、吸気
圧センサ８が配設されている。

【００２１】エンジン１の気筒を構成するシリンダ９内
には図の上下方向に往復動するピストン１０が配設され
ており、同ピストン１０はコンロッド１１を介して図示
しないクランク軸に連結されている。ピストン１０の上
方にはシリンダ９及びシリンダヘッド１２にて区画され
た燃焼室１３が形成されており、燃焼室１３は、吸気バ
ルブ１４及び排気バルブ１５を介して前記吸気管２及び
排気管３に連通している。排気管３には、排気ガス中の
酸素濃度（或いは、未燃ガスである一酸化炭素の濃度）
に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する、
限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ１６が設
けられている。また、シリンダ９（ウォータジャケッ
ト）には、冷却水温を検出する水温センサ２３が配設さ
れている。

【００２２】エンジン１の吸気ポート１７には電磁駆動
式のインジェクタ１８が設けられており、このインジェ
クタ１８には燃料タンク１９から燃料（ガソリン）が供
給される。本実施の形態では、吸気マニホールドの各分
岐管毎に１つずつインジェクタ１８を有するマルチポイ
ントインジェクション（ＭＰＩ）システムが構成されて
おり、各気筒毎のインジェクタ１８はデリバリパイプ２
５により連結されている。なお、本実施の形態では、４
孔タイプのエアアシスト式インジェクタ１８を採用して
おり、その詳細な構成については後述する。燃料タンク
１９とインジェクタ１８との間には、燃料圧力（燃圧）
を調整しつつ燃料をデリバリパイプ２５に供給する燃料
ポンプ２６が配設されている。この場合、吸気管上流か
ら供給される新気とインジェクタ１８による噴射燃料と
が吸気ポート１７にて混合され、その混合気が吸気バル
ブ１４の開弁動作に伴い燃焼室１３内（シリンダ９内）
に流入される。

【００２３】シリンダヘッド１２に配設された点火プラ
グ２７は、イグナイタ２８からの点火電圧により発火す
る。イグナイタ２８には、点火電圧を各気筒の点火プラ
グ２７に分配するためのディストリビュータ２０が接続
され、同ディストリビュータ２０にはクランク軸の回転
状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力するク
ランク角センサ２１と、より細かなクランク角毎（例え
ば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角セン
サ２２が配設されている。

【００２４】一方、ＥＣＵ３０は例えばマイクロコンピ
ュータシステムを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換器３１、
入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３２、ＣＰＵ３３、
ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５、バックアップＲＡＭ３６等を
備える。前記吸気圧センサ８の検出信号、Ａ／Ｆセンサ
１６の検出信号及び水温センサ２３の検出信号は、Ａ／
Ｄ変換器３１に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバス３
７を介してＣＰＵ３３に入力される。また、前記スロッ
トル開度センサ６の検出信号、クランク角センサ２１の
パルス信号、及び回転角センサ２２のパルス信号は、入
出力インターフェース３２及びバス３７を介してＣＰＵ
３３に入力される。ＣＰＵ３３は、各検出信号に基づい
て吸気圧ＰＭ、空燃比（Ａ／Ｆ）、冷却水温Ｔｗ、スロ
ットル開度、基準クランク位置（Ｇ信号）及びエンジン
回転数Ｎｅを検知する。

【００２５】このとき、ＣＰＵ３３は、Ｇ信号に基づき
燃料噴射制御時の噴射気筒の判別を実施する。また、Ｃ
ＰＵ３３は、エンジン運転状態を表す上記の各種検出信
号に基づいてインジェクタ１８による燃料噴射量を制御
する。このＣＰＵ３３の燃料噴射制御により、エンジン
１が排気行程から吸気行程に移行する所定期間内に燃料
が噴射され、この噴射燃料が吸気行程での吸気バルブ１
４の開弁に伴い気筒内（燃焼室１３内）に流入される。

【００２６】次に、図２を用いてインジェクタ１８の詳
細な構成を説明する。なお本実施の形態のインジェクタ
１８は、電磁式の常閉弁として構成されるものとする。
図２において、インジェクタ１８の主要部は、バルブボ
ディ４１、弁体４２、電磁アクチュエータ４３及びエア
アシストアダプタ４４に大別される。略筒状をなすバル
ブボディ４１において、その一端（図の下端面）には燃
料を吸気管２内に噴射するための噴射口４５が形成さ
れ、バルブボディ４１内部には弁体４２を摺動可能に収
容する摺動孔４６が形成されている。バルブボディ４１
の噴射口４５と摺動孔４６との間には、円錐面からなる
弁座４７が形成されている。

【００２７】エアアシストアダプタ４４は、バルブボデ
ィ４１の噴射口４５側に装着されており、噴射口４５よ
り噴射される燃料を吸気管２内に案内する役目を果た
す。当該アダプタ４４には、燃料噴霧を促進するための
補助空気を導入するためのエア導入孔４８が複数箇所に
設けられると共に、前記噴射口４５から噴射される燃料
とエア導入孔４８から導入される補助空気との混合気を
所定角度にて複数方向に分岐して噴射させる分岐通路４
９が設けられている。かかる場合、分岐通路４９は、各
気筒２個ずつの吸気バルブ１４の傘部中心に向くよう構
成されている。なお因みに、本実施の形態のインジェク
タ１８では、エアアシストアダプタ４４の分岐通路４９
が４方向に分岐されており、その下端面に４つの噴射孔
が形成されることから前記インジェクタ１８を「４孔タ
イプインジェクタ」と称する。

【００２８】また、エアアシストアダプタ４４のエア導
入孔４８には、この孔４８に供給するエアの圧力を調整
するためのプレッシャレギュレータ７１が接続されてお
り、エアの供給圧は吸気管２のスロットル弁下流の圧力
に対して一定の差圧が生じるよう調整される。さらに、
このプレッシャレギュレータ７１には、ＩＧキーのオン
操作に伴い駆動されるエア供給ポンプ７２が接続されて
いる。よって、スロットル弁下流の吸気負圧に対して所
定の差圧を有するエアがエア導入孔４８から導入される
ことで、前記噴射口４５から噴射される燃料噴霧の微粒
化が促進されるようになる。本実施の形態では、前記プ
レッシャレギュレータ７１及びエア供給ポンプ７２によ
りエア導入孔４８に３ｋｇ／ｃｍ^2程度の加圧エアが連
続的に給送されるよう構成されている。なお、加圧エア
の供給方法としては、燃料噴射のタイミングに同期させ
てエア供給ポンプ７２によるエア加圧を行うようにして
もよく、かかる場合には例えば噴射開始直前からエア加
圧を開始し、噴射終了と共に加圧を停止すればよい。こ
うした方法によっても、燃料の微粒化には十分な効果が
得られる。

【００２９】ニードル形状の弁体４２にはその軸方向の
二位置に摺接部５１ａ，５１ｂが形成されており、この
摺接部５１ａ，５１ｂが摺動孔４６の内周面に当接する
ことで、弁体４２が摺動孔４６内を摺動する。また、こ
の摺接部５１ａ，５１ｂに周方向に隣接する部位には平
坦部５２ａ，５２ｂが形成されており、平坦部５２ａ，
５２ｂと摺動孔４６の内周面との間に形成される隙間を
燃料が流通するようになっている。また、弁体４２に
は、バルブボディ４１の弁座４７に当接する当接部５３
が形成されており、弁体４２は、その当接部５３が弁座
４７に当接して噴射口４５を閉鎖する閉弁位置（図示す
る位置）と、当接部５３が弁座４７から所定量だけ離れ
て噴射口４５を開放する開弁位置との間で移動可能とな
っている。

【００３０】一方、バルブボディ４１の図の上端面には
リング状をなすストッパ５４が配設されており、弁体４
２はこのストッパ５４に挿通されてケーシング５５側に
突出している。ここで、弁体４２には周方向に張り出し
たフランジ５６が形成されており、弁体４２が電磁アク
チュエータ４３の駆動により引き上げられた時には、フ
ランジ５６がストッパ５４に当たり弁体４２の開弁位置
が規制されるようになっている。

【００３１】ケーシング５５内に収容された電磁アクチ
ュエータ４３は、大別してコア（アーマチュア）５７、
ステータ５８及び電磁コイル５９から構成されている。
コア５７は、弁体４２に一体移動可能に連結され、リタ
ーンスプリング６０によって常に弁体４２の閉弁側（図
２の下側）に付勢されている。筒状の磁性体からなるス
テータ５８は、コア５７と同軸上に配設され、そのフラ
ンジ部５８ａがケーシング５５の端部によりカシメ着さ
れることによりケーシング５５に対して固定されてい
る。ステータ５８内には円管状の筒体６１が配設されて
いる。筒体６１の上流部には燃料を流入するための流入
口６２が形成され、同流入口６２にはフィルタ６３が配
設されている。

【００３２】電磁コイル５９には、外部（ＥＣＵ３０）
からの制御信号を取り込むための端子６４が接続されて
いる。この端子６４はコネクタ６５内に支持されるもの
であって、同コネクタ６５はケーシング５５端部に配設
されたモールド樹脂６６により形成されている。

【００３３】このように構成されたインジェクタ１８で
は、燃料が流入口６２から流入すると、同燃料はフィル
タ６３、筒体６１、コア５７、さらにストッパ５４と弁
体４２との間の間隙を介して摺動孔４６内に導かれる。
そして、電磁コイル５９がＥＣＵ３０によって通電され
ると、磁力が発生しコア５７がリターンスプリング６０
の付勢力に抗して図２の上方へ引き上げられる。これに
より、弁座４７と当接部５３との隙間が開放され、噴射
口４５並びにエアアシストアダプタ４４の分岐通路４９
を介して燃料が吸気管２内に噴射されることになる。

【００３４】次に、上記の如く構成される本実施の形態
の燃料噴射制御装置の作用を説明する。本実施の形態の
装置では、（イ）気筒内への吸気流速に比例する燃料流
速で燃料を筒内に流入させ、混合気の均一化を図ること
（燃料流速の比例化）、（ロ）気筒内への吸気流速の時
間平均値に応じた一定の燃料流速で燃料を筒内に流入さ
せ、混合気の均一化を図ること（燃料流速の平均化）、
（ハ）エンジン運転状態に応じて燃料噴射を分割噴射と
すること（燃料の分割噴射）、（ニ）気筒内に流入され
る燃料を微粒化すること（噴射燃料の微粒化）、を要旨
としており、以下には、上記（イ）〜（ニ）の詳細につ
いて順を追って説明する。

【００３５】先ずは、（イ）に記した「燃料流速の比例
化」について図３を用いて説明する。図３は、吸気及び
排気バルブ１４，１５の開弁に伴うバルブリフト量と、
インジェクタ１８の燃料噴射時期と、吸気バルブ１４の
開弁に伴う吸気流速の変化と、筒内流入燃料の燃料流速
とを表すタイムチャートであり、図中の横軸にはピスト
ン１０の１サイクル中のＴＤＣ（上死点）及びＢＤＣ
（下死点）を示している。なお実際には、吸気バルブ１
４の開弁のタイミングよりも若干遅れて吸気流速が増加
し始めるのであるが、便宜上、同図ではこれら両タイミ
ングを同期させて示す。

【００３６】図３において、排気バルブ１５はＢＤＣの
直前に開弁し、ＴＤＣ（吸気ＴＤＣ）の直後に閉弁して
いる。また、吸気バルブ１４は吸気ＴＤＣの直前に開弁
し、ＢＤＣ直後に閉弁している。このとき、吸気バルブ
１４の開弁に伴い吸気流速が所定のしきい値Ｖｒを越え
る期間は、同図の「Ｔ」で表され、この「Ｔ期間」は吸
気バルブ１４のバルブリフト量が全開時（１００％時）
に対して約２０％以上となる期間に相当する。

【００３７】そして、本実施の形態では、前記のＴ期間
内にて吸気流速に追従させつつ、当該吸気流速に比例す
る燃料流速で燃料を気筒内に流入させる。この場合、図
示する燃料流入期間（図の斜線区間）において、吸気管
２の上流側から吸入される空気とインジェクタ１８によ
る噴射燃料との混合が均一化できる。つまり、燃焼室１
３内において混合気の均一化が実現できるようになる。

【００３８】ここで、既述のように燃料流速を可変に調
整するには、インジェクタ１８による単位時間当たりの
燃料の噴射流量を時間毎に変化させる必要がある。そこ
で本実施の形態では、燃料ポンプ２６への指令電流（ポ
ンプ電流）を制御することでインジェクタ１８に給送さ
れる燃料の圧力（燃圧Ｐｆ）を可変とし、単位時間当た
りの噴射流量を調整している。

【００３９】次に、前記（ロ）に記した「燃料流速の平
均化」について図４を用いて説明する。図４は、前記図
３と同様に、吸気及び排気バルブ１４，１５の開弁に伴
うバルブリフト量と、インジェクタ１８の燃料噴射時期
と、吸気バルブ１４の開弁に伴う吸気流速の変化と、筒
内流入燃料の燃料流速とを表すタイムチャートであり、
吸気バルブ１４の開弁に伴い吸気流速が所定のしきい値
Ｖｒを越える期間は、同図の「Ｔ」で表されている。

【００４０】そして、かかる場合には、前記のＴ期間内
にて吸気流速の時間平均値に応じた一定の燃料流速で燃
料を気筒内に流入させる。この場合にも、前記（イ）に
記載の「燃料流速の比例化」と同様に、図示する燃料流
入期間（図の斜線区間）において、吸気管２の上流側か
ら吸入される空気とインジェクタ１８による噴射燃料と
の混合が均一化できる。つまり、燃焼室１３内において
混合気の均一化が実現できるようになる。なお、前記
（イ）の場合に比べると、燃圧Ｐｆの制御が簡素化で
き、ＥＣＵ３０の演算負荷が軽減できるという点で有利
である。この場合、予め計測され既知の吸気バルブ付近
の空気流速に対し、燃圧Ｐｆを調整することにより所定
の燃料流速が得られるようにしている。

【００４１】次に、前記（ハ）に記した「燃料の分割噴
射」について図５を用いて説明する。要するに、エンジ
ン気筒内への吸入空気の充填効率を高めるには、吸気行
程の初期にインジェクタ１８による噴射燃料を気筒内に
流入させるのが望ましい。これは、以下の理由による。
つまり、吸気行程初期に燃料を吸入させると燃料の気化
が早められ、この時の気化熱により空気温度が低下し
て、気筒内に吸入される空気の単位体積当たりの重量
（密度）が増加する。その結果、吸入空気の充填効率が
高められると共に、燃料噴射状態を安定させることがで
き、エンジン出力トルクが向上する。

【００４２】より具体的に説明すれば本実施の形態の装
置では、図５（ｂ）に示すように、吸気行程内の吸気流
速が所定のしきい値Ｖｒ以上となる期間を「Ｔ」とした
時に、そのＴ期間の初期「Ｔ／３」の期間にて、気筒内
への燃料流入を行なわせるようにしている。また、特に
エンジン１の高回転状態或いは高負荷状態下において
は、未燃ＨＣの排出量を抑制することを目的として、前
記「Ｔ／３」の期間内で全燃料のうち約５０％を噴射す
ると共に残りの５０％分の燃料を吸気行程外で噴射する
ようにしている。以下、図５（ａ）に示すように、前記
「Ｔ」の期間内で一度に全燃料（１００％）を噴射する
モードを「１回噴射モード」と称し、図５（ｂ）に示す
ように、前記「Ｔ／３」の期間内で全燃料のうち約５０
％を噴射すると共に残りの５０％分の燃料を吸気行程外
で噴射するモードを「分割噴射モード」と称する。

【００４３】さらに、前記（ニ）に記した「噴射燃料の
微粒化」について図６及び図７を用いて説明する。すな
わち本実施の形態では、上述したようにエアアシスト式
のインジェクタ１８を用いており、同インジェクタ１８
に給送される加圧エアを調整することで、所定範囲内の
燃料粒径（ザウタ平均粒径ＳＭＤ：Sauter's mean diam
eter）を生成するようにしている。なおここで、燃料粒
径ＳＭＤは、インジェクタ１８の加圧エア圧力に対して
図６に示す関係を有し、加圧エア圧力が大きくなるほ
ど、燃料粒径ＳＭＤは小さくなり微粒化されるようにな
る。

【００４４】図７は、燃料粒径ＳＭＤがトルクアップに
対してどのような効果を持っているかを実機で調査確認
した結果を示す。同図では、Ｎｅ＝２０００ｒｐｍ，Ｗ
ＯＴ（全負荷）という条件下でインジェクタ１８へのエ
ア圧力の調整（０〜５００ｋＰａ）により燃料粒径ＳＭ
Ｄを変化させた時のトルクアップ率を縦軸に示してい
る。図７に示すように、燃料粒径ＳＭＤが小さくなるほ
ど、トルクアップ率は増加する（数％程度）。また、燃
料粒径ＳＭＤとして、気化熱効果を最大限引き出すため
には最適値があると考えられ、このグラフの結果等から
推定してＳＭＤの最適値が１０〜３０μｍ程度であるこ
とを導き出した。

【００４５】次に、上記のような燃料供給動作を制御す
るために、ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３３により実施される
各種演算処理について図８〜図１０のフローチャートを
用いて説明する。ここで、図８は最終の燃料噴射時間で
あるＴＡＵの算出ルーチンを、図９はインジェクタ１８
の駆動制御ルーチンを、図１０は燃圧制御ルーチンを、
それぞれに示すフローチャートである。図８のＴＡＵ算
出ルーチンは、各気筒の燃料噴射に同期して（本実施形
態では１８０°ＣＡ毎に）ＣＰＵ３３により実行され、
その他の図９，図１０のルーチンは所定周期のタイマ割
り込みでＣＰＵ３３により実行されるようになってい
る。

【００４６】さて、図８のＴＡＵ算出ルーチンがスター
トすると、ＣＰＵ３３は、先ずステップ１０１でＲＯＭ
３４内に予め格納されている基本噴射マップを用い、そ
の時のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じた燃料
の基本噴射時間Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３３は、
ステップ１０２で周知の空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立してい
るか否かを判別する。ここで、空燃比Ｆ／Ｂ条件とは、
冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、高回転・高負
荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ１６が活性状態である
こと等を含む。

【００４７】この場合、ステップ１０２が否定判別され
れば、ＣＰＵ３３はステップ１０４に進んで、Ｆ／Ｂ補
正係数ＦＡＦを「１．０」とする。つまり、ＦＡＦ＝
１．０となることは、空燃比がオープン制御されること
を意味する。また、ステップ１０２が肯定判別されれ
ば、ＣＰＵ３３はステップ１０４に進んでＦ／Ｂ補正係
数ＦＡＦを設定する。

【００４８】ここで、本実施の形態では、現代制御理論
に基づく空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実施す
るようにしている。つまり、現代制御理論を用いて空燃
比Ｆ／Ｂ制御を実施する際には、Ａ／Ｆセンサ１６の検
出結果を目標空燃比に一致させるためのＦ／Ｂ補正係数
ＦＡＦを次の式（１），（２）を用いて算出する。な
お、このＦ／Ｂ補正係数ＦＡＦの設定手順については特
開平１−１１０８５３号公報に開示されている。

【００４９】 ＦＡＦ＝Ｋ1 ・λ＋Ｋ2 ・ＦＡＦ1 ＋ ・・・＋Ｋn+1 ・ＦＡＦn ＋ＺＩ …（１） ＺＩ＝ＺＩ1 ＋Ｋａ・（λＴＧ−λ） …（２） 上記式（１），（２）において、λはＡ／Ｆセンサ１６
による検出電流の空燃比変換値を、λＴＧは目標空燃比
を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋ
ａは積分定数をそれぞれに表す。また、添字ｉはサンプ
リング開始からの制御回数を示す変数である。

【００５０】ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３３は、ステッ
プ１０５で次の（３）式を用い、基本噴射時間Ｔｐ、Ｆ
／Ｂ補正係数ＦＡＦ、その他の補正係数ＦＡＬＬ（水
温、エアコン負荷等の各種補正係数）及び無効噴射時間
Ｔｖから最終の燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。

【００５１】 ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ＋Ｔｖ …（３） 燃料噴射時間ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３３は、本ルーチ
ンを一旦終了する。また、図９のインジェクタ駆動制御
ルーチンが所定周期（例えば、４ｍｓｅｃ）のタイマ割
り込みにより起動されると、ＣＰＵ３３は、先ずステッ
プ２０１でエンジン回転数Ｎｅ，吸気圧ＰＭ，冷却水温
Ｔｗ等のエンジン運転状態を読み込み、続くステップ２
０２で上記読み込んだ運転状態に基づいて燃料噴射モー
ドを決定する。この燃料噴射モードの決定に際し、基本
的には図１１のマップを用い、エンジン回転数Ｎｅが低
回転域、中回転域及び高回転域のいずれにあるか、或い
はエンジン負荷（吸気圧ＰＭ）が低負荷域、中負荷域及
び高負荷域のいずれにあるかに応じて「１回噴射モー
ド」又は「分割噴射モード」のいずれかが選定される。

【００５２】つまり、図１１は、前記図５（ａ）に示す
「１回噴射モード」と、図５（ｂ）に示す「分割噴射モ
ード」とを選別するためのエンジン１の回転域及び負荷
域を示すマップである。同図において、低中回転域及び
低中負荷域（図の斜線域）は、１回噴射モードにてイン
ジェクタ１８による燃料噴射が実施される領域（１回噴
射領域）を表し、高回転域又は高負荷域は、分割噴射モ
ードにてインジェクタ１８による燃料噴射が実施される
領域（分割噴射領域）を表す。但し、本実施の形態で
は、例えばエンジン１の低温始動時には上記２つのモー
ドの燃料噴射を行なわず、「低温モード」による燃料噴
射を行うこととしており、前記ステップ２０２のモード
決定時には、低温モードを加えた上記３つのモードの中
から１つの燃料噴射モードが選定される。

【００５３】その後、ＣＰＵ３３は、ステップ２０３で
前記決定した燃料噴射モードを判定する。この場合、例
えばエンジン１の低温始動時であって「低温モード」で
ある旨が判別されれば、ＣＰＵ３３はステップ２０４に
進み、当該低温モードでインジェクタ１８を駆動させて
燃料噴射を実施する。この低温モードでのインジェクタ
駆動とは、吸気行程前に燃料噴射を実施すると共に、そ
の噴射燃料を吸気行程全域にかけて筒内に流入させるも
のであり、従来装置の燃料噴射動作と同等のものであ
る。

【００５４】また、「１回噴射モード」である旨が判別
された場合、ＣＰＵ３３はステップ２０５に進み、当該
１回噴射モードでインジェクタ１８を駆動させて燃料噴
射を実施する（図５（ａ）参照）。さらに、「分割噴射
モード」である旨が判別された場合、ＣＰＵ３３はステ
ップ２０６に進み、当該分割噴射モードでインジェクタ
１８を駆動させて燃料噴射を実施する（図５（ｂ）参
照）。

【００５５】一方、図１０の燃圧制御ルーチンが所定周
期（例えば、３２ｍｓｅｃ）のタイマ割り込みにより起
動されると、ＣＰＵ３３は、先ずステップ３０１でエン
ジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭのエンジン運転状態を読
み込み、続くステップ３０２で上記読み込んだ運転状態
に基づいて燃圧Ｐｆを決定する。この燃圧Ｐｆの決定に
際しては、図１２のマップを用い、エンジン回転数Ｎｅ
及びエンジン負荷（吸気圧ＰＭ）に応じて燃圧Ｐｆが選
定される。

【００５６】図１２は、エンジン回転数及びエンジン負
荷に応じて燃圧Ｐｆを設定するためのマップである。図
１２の斜線域は前記図１１のマップの１回噴射領域と同
じ領域であり、同領域内には、前記（イ）で説明した
「燃料流速の比例化」のための燃圧領域と、前記（ロ）
で説明した「燃料流速の平均化」のための燃圧領域とが
エンジン回転数に応じて設定されている。ここで、流速
比例化のための燃圧領域は比較的低回転域に設定され、
流速平均化のための燃圧領域は比較的高回転域に設定さ
れている。なお、前記図１１の分割噴射領域に相当する
領域（高回転及び高負荷領域）には、固定燃圧領域が設
定されている。

【００５７】図１３は、前記図１２のマップの斜線域内
における「流速比例化のための燃圧領域」での燃圧Ｐｆ
の推移と、「流速平均化のための燃圧領域」での燃圧Ｐ
ｆの推移とを、インジェクタ１８の燃料噴射時期に対応
させつつ示すタイムチャートである。同図においては、
（ａ）に示すインジェクタ１８の燃料噴射に対して
（ｂ），（ｃ）に示すように燃圧Ｐｆが推移しており、
この燃圧Ｐｆの推移は燃料噴射の開始時期よりも僅かに
早い時期に開始されるようになっている。詳細には、図
１３（ｂ）では、吸気流速に比例するように燃圧Ｐｆが
制御され（前記図３を参照のこと）、図１３（ｂ）で
は、吸気流速の時間平均値に対応するように燃圧Ｐｆが
制御されることが分かる（前記図４を参照のこと）。

【００５８】その後、ＣＰＵ３３は、ステップ３０３で
前記決定した燃圧Ｐｆに応じたポンプ電流にて燃料ポン
プ２６を駆動させる。これにより、インジェクタ１８の
単位時間当たりの噴射流量が決定される。その結果、エ
ンジン回転数及びエンジン負荷の変動にかかわらず、上
記の１回噴射（燃料流速の比例化，平均化）や分割噴射
が実現できるようになる。

【００５９】なお本実施の形態では、図９のルーチンが
請求項記載のインジェクタ駆動制御ルーチンに相当し、
図１０のルーチンが燃料流入量制御手段（燃圧制御手
段）に相当する。また、図１０のステップ３０２及び図
１２のマップが燃料流入量制御手段の第１の制御手段及
び第２の制御手段に相当する。すなわち、前記（イ）に
記載した「燃料流速の比例化」の処理が第１の制御手段
による処理に相当し、前記（ロ）に記載した「燃料流速
の平均化」の処理が第２の制御手段による処理に相当す
ることになる。

【００６０】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
の効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、気筒内（燃焼室１３内）への
吸入空気の流速に追従させて（比例又は平均化させて）
単位時間当たりの燃料の筒内流入量を制御すると共に、
吸気流速が所定のしきい値Ｖｒ以上となる吸気行程期間
で燃料が気筒内に流入するよう、インジェクタ１８の駆
動を制御するようにした。この場合、比較的速い吸気流
速に乗って燃料が筒内に導入され、当該気筒内にて燃料
と空気とからなる混合気が均一に混合される。その結
果、気筒内に吸入される混合気の均一化が実現でき、燃
料が安定状態で燃焼して低燃費及び空燃比制御域の拡大
を図ることができる。また、混合気の均一化により空燃
比リーン領域での燃料噴射制御（リーンバーン制御）が
安定して実現でき、リーンバーン制御時における排気ガ
ス中のＮＯｘを低減させることもできる。

【００６１】（ｂ）特に本実施の形態では、吸気流速に
比例する燃料流速で燃料を筒内に流入させる「燃料流速
の比例化」の処理と、吸気流速の時間平均値に応じた一
定の燃料流速で燃料を筒内に流入させる「燃料流速の平
均化」の処理とを、エンジン回転数に応じて選択的に実
施するようにした。この場合、エンジン回転数が比較的
高い場合には、「燃料流速の平均化」の処理による一定
の制御信号（一定燃圧）にて燃料を気筒内に流入させる
ことで、ＥＣＵ３０（ＣＰＵ３３）の演算負荷が軽減さ
れるようになる。

【００６２】（ｃ）燃料ポンプ２６を駆動して燃料タン
ク１９からインジェクタ１８に供給される燃料の圧力
（燃圧Ｐｆ）を制御するようにした。この構成によれ
ば、燃圧Ｐｆを変化させることで単位時間当たりの噴射
流量が変更され、気筒内への燃料流入量を吸気流速に追
従させることが容易に可能となる。

【００６３】（ｄ）また本実施の形態では、エンジン運
転状態の高回転又は高負荷条件下において、吸気バルブ
１４の開弁期間内のうち開弁当初の約１／３の時間内に
インジェクタ１８による噴射燃料が気筒内に流入するよ
う、当該インジェクタ１８の駆動を制御するようにした
（図５（ｂ）参照）。本構成によれば、気筒内への流入
燃料の多くが早期に気化され、吸気バルブ１４が閉弁さ
れて吸気が終了するまでに、気筒内の流入燃料の気化が
完了する。このとき、燃料の気化熱により空気温度が低
下することで、気筒内に吸入される空気の単位体積当た
りの重量（密度）が増加する。その結果、吸入空気の充
填効率が高められると共に、燃料燃焼状態を安定化させ
ることができるようになる。また、エンジン１の同一運
転条件で比較した場合、従来装置よりも多くの空気が吸
入でき、出力トルクを向上させることが可能になる。す
なわち、高回転又は高負荷状態下では、トルク重視のエ
ンジン運転が可能となる。

【００６４】（ｅ）また、本実施の形態では、エアアシ
スト式のインジェクタ１８を用いて当該インジェクタ１
８に給送されるエア圧力を調整すること、並びに燃料噴
霧を高温の吸気バルブ１４の傘部に向けて噴射すること
により、インジェクタ１８による噴射燃料を微粒化する
ようにした。かかる場合には、噴射燃料を微粒化するこ
とで、気筒内での燃料の気化が促進されるようになる。
従って、気筒内への空気吸入時において、燃料の気化熱
により空気温度が低下し、吸入空気の充填効率が確実に
向上する。そして、エンジン１の出力トルクが増大され
る。このことは、本発明者による実験結果からも確認さ
れている（図７参照）。なお、噴射燃料の粒径（ＳＭ
Ｄ）の最適範囲は、１０〜３０μｍであることが本発明
者により確認されている。

【００６５】ところで、図１４（ａ）は、前記「燃料流
速の平均化」の処理を実施した際において、燃料粒径Ｓ
ＭＤに応じた最適（最低）の燃費点Ａ，Ｂ、並びに点
Ａ，Ｂに応じた空燃比の推移の実験結果を示す。同図に
おいて、点Ａは、実線にて示すＳＭＤ＝１０μｍの特性
線上で燃費が最低となる点であり、点Ｂは、二点鎖線に
て示すＳＭＤ＝２００μｍの特性線上で燃費が最低とな
る点である。これら点Ａ，Ｂを比較すれば、点Ａの方が
低燃費が実現でき、それと共に空燃比がリーン側に移行
していることが分かる。また、図１４（ｂ）は、燃料粒
径ＳＭＤが１０μｍ，２００μｍでのＨＣ，ＮＯｘの排
出量を示しており、図中の点Ａ，Ｂは前記図１４（ａ）
の各点に対応している。図１４（ｂ）によれば、燃料粒
径ＳＭＤが細かい点Ａの方がＨＣ，ＮＯｘの排出量が低
減できるのが分かる。

【００６６】（第２の実施の形態）次に、本発明におけ
る第２の実施の形態を図１５〜図１７を用いて説明す
る。但し、第２の実施の形態の構成において、上述した
第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同
一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、
以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明す
る。なお、本実施の形態では、前記ＥＣＵ３０内のＣＰ
Ｕ３３により、請求項記載の燃料噴射量算出手段及び早
期噴射手段が構成されるようになっている（フローチャ
ートでの図示は省略する）。

【００６７】つまり本実施の形態では、吸気バルブ１４
の開弁前の所定時期までに、インジェクタ１８を駆動し
て吸気ポート１７に燃料を噴射すると共に（便宜上、早
期噴射という）、当該早期噴射後においてその時々のエ
ンジン運転状態に応じた燃料不足分を補足的に噴射する
こと（便宜上、補助噴射という）をその要旨としてい
る。

【００６８】図１５は、前記の「早期噴射」を説明する
ためのタイムチャートである。同図において、エンジン
運転状態に応じた燃料噴射量（ＴＡＵ）は例えば圧縮Ｔ
ＤＣ付近にて演算され（前記図８のルーチン参照）、そ
のＴＡＵ値に応じてインジェクタ１８が駆動（ＯＮ）さ
れる。このとき、遅くとも吸気バルブ１４の開弁前の時
間Ｔｓｔまでに燃料噴射を終了させる。これにより、時
間Ｔｓｔが経過する期間内においては、インジェクタ１
８による噴射燃料が吸気ポート１７内に滞留し、その際
に燃料噴霧が気化されると共に、その気化燃料と吸入空
気とが均一に混合される。その結果、吸気バルブ１４の
開弁に従い均一化された混合気が気筒内（燃焼室１３
内）に吸入されることになる。

【００６９】ここで、図１５に「Ｔｓｔ」で示す滞留時
間は、燃料気化並びに燃料と吸入空気との均一なる混合
を実現するために必要な時間であり、燃料粒径ＳＭＤ等
に依存するが、燃料粒径ＳＭＤが１０〜３０μｍ程度で
あれば、滞留時間Ｔｓｔを１２〜１５ｍｓｅｃの範囲内
で設定すればよいことが実験的に確認されている。これ
は以下の理由によるものであると考えられる。

【００７０】すなわち、温度２００℃程度の雰囲気内
（気筒内）に燃料を噴射した場合、その燃料が完全に気
化するための所要時間は約２〜２．５ｍｓｅｃであるこ
とが分かっている。これに対して、通常の吸気ポートの
温度は５０℃程度であるため、この吸気ポートに噴射さ
れた燃料が略完全に気化するための所要時間は、次のよ
うに推定できる。燃料粒子の温度が２０℃であってそれ
が２００℃雰囲気の筒内に噴射される場合、温度差は１
８０℃であり（２００−２０＝１８０℃）、他方、同じ
く燃料粒子の温度が２０℃であってそれが５０℃雰囲気
の吸気ポートに噴射される場合、温度差は５０℃である
（５０−２０＝３０℃）。従って、上記２つの場合を比
較すると熱量の移動時間の比は１：６となり、前記筒内
噴射時の燃料の気化所要時間（約２〜２．５ｍｓｅｃ）
を６倍すれば、吸気ポート噴射時の気化所要時間が求め
られる。つまり、吸気ポート噴射時の気化所要時間は、
約１２〜１５ｍｓｅｃ程度であることが分かる（２〜
２．５×６＝１２〜１５ｍｓｅｃ）。

【００７１】一方、上記のように燃料の早期噴射を行う
場合、噴射燃料（混合気）が吸気バルブ１４の開弁に伴
い筒内に吸入されるまでには、例えば図１５において最
大で約３６０度クランク角のずれが生じる（圧縮ＴＤＣ
と吸気ＴＤＣとの間のずれ）。この場合、時々刻々と変
化するエンジン運転状態によっては、実際の筒内への流
入燃料が理想燃焼を行なわせるための燃料量よりも不足
するおそれがある。そこで本実施の形態では、所定気筒
への燃料の早期噴射後に、補助噴射を実施する。つま
り、ＴＡＵ値の前回値と今回値との差分を求め、その差
分に応じてインジェクタ１８を駆動させる。

【００７２】より具体的には、図１６のタイムチャート
において、図中の吸気ＴＤＣ付近で最新のＴＡＵ値が算
出された場合、そのＴＡＵ値（ＴＡＵnew とする）と、
図１６に示す吸気行程期間に対して早期噴射されたＴＡ
Ｕ値（前記図１５の圧縮ＴＤＣ付近で算出したＴＡＵ
値：ＴＡＵold とする）との差ΔＴＡＵを求め（ΔＴＡ
Ｕ＝ＴＡＵnew −ＴＡＵold ）、ΔＴＡＵが正値であれ
ばそのΔＴＡＵ分だけインジェクタ１８を駆動させる。
なお、図１６に示すように、ΔＴＡＵ分の噴射燃料は、
吸気流速が所定のしきい値Ｖｒを超える期間Ｔ内の後期
１／５の期間にて気筒内に流入されるようになってい
る。

【００７３】因みに、上記「早期噴射」と「補助噴射」
とを実施する際には、例えば燃圧Ｐｆを制御して上記２
つの燃料噴射がオーバーラップしないようにインジェク
タ１８を駆動させる。

【００７４】そして、本実施の形態では、以下のような
効果が得られる。つまり、吸気バルブ１４の開弁前に
て、吸気ポート１７での燃料気化の所要時間（図１５の
時間Ｔｓｔ）だけ早いタイミングでＴＡＵ値に応じてイ
ンジェクタ１８を駆動し、吸気ポート１７内に燃料を噴
射させるようにした（早期噴射）。本構成によれば、イ
ンジェクタ１８による噴射燃料が吸気ポート１７内で滞
留している間に、噴射燃料の気化、並びにその気化燃料
と吸入空気との均一な混合が促進される。その結果、均
一混合気が気筒内に流入して燃料が安定状態で燃焼し、
低燃費及び空燃比制御域の拡大を図ることができる。ま
た、混合気の均一化により空燃比リーン領域での燃料噴
射制御（リーンバーン制御）が安定して実現でき、リー
ンバーン制御時における排気ガス中のＮＯｘを低減させ
ることもできるようになる。

【００７５】また、補助噴射を実施することにより、燃
焼時の燃料不足が回避でき、最適燃料量での理想燃焼が
可能となる。なお、補助噴射分の燃料量は僅かであるた
め、既述のような混合気の均一化を妨げるものではな
い。

【００７６】また本実施の形態の装置でも、燃料粒径Ｓ
ＭＤを微粒化することにより、低燃費化及び空燃比のリ
ーン化が実現できる。これを図１７を用いて説明する。
図１７（ａ）は、前記の「早期噴射」を実施した際にお
いて、燃料粒径ＳＭＤに応じた最適（最低）の燃費点
Ｃ，Ｄ、並びに点Ｃ，Ｄに応じた空燃比の推移の実験結
果を示す。同図において、点Ｃは、実線にて示すＳＭＤ
＝１０μｍの特性線上で燃費が最低となる点であり、点
Ｄは、二点鎖線にて示すＳＭＤ＝２００μｍの特性線上
で燃費が最低となる点である。これら点Ｃ，Ｄを比較す
れば、点Ｃの方が低燃費が実現でき、それと共に空燃比
がリーン側に移行していることが分かる。また、図１７
（ｂ）は、燃料粒径ＳＭＤが１０μｍ，２００μｍでの
ＨＣ，ＮＯｘの排出量を示しており、図中の点Ｃ，Ｄは
前記図１７（ａ）の各点に対応している。図１７（ｂ）
によれば、燃料粒径ＳＭＤが細かい点Ｃの方がＨＣ，Ｎ
Ｏｘの排出量が低減できるのが分かる。

【００７７】（第３の実施の形態）次に、本発明におけ
る第３の実施の形態を図１８〜図２０を用いて説明す
る。上記第１，第２の実施の形態では、燃圧Ｐｆを可変
に調整することでインジェクタ１８の単位時間当たりの
噴射流量を変更していたが、本実施の形態では、燃圧Ｐ
ｆを一定値に保持し、インジェクタの弁体リフト量を可
変に調整することで噴射流量を変更する。図１８は、ピ
エゾ駆動式のインジェクタ８１の構成を示す図である。

【００７８】図１８のインジェクタ８１において、バル
ブボディ８２はケース部８２ａ及びノズル部８２ｂを有
し、それら各部材８２ａ，８２ｂはリテーニングリング
８２ｃにより一体化されている。ノズル部８２ｂには、
摺動孔８３、燃料室８４及び噴射口８５が形成されてお
り、前記摺動孔８３には、ニードル形状の弁体８６がそ
の軸線方向へ摺動可能に嵌挿されている。ケース部８２
ａには摺動孔８３と連通する背圧室８７が形成され、同
背圧室８７にはコイルスプリング８８が収容されてい
る。従って、コイルスプリング８８の弾性力により弁体
８６は常時、ノズル部８２ｂの先端側（図の下側）に付
勢される。これにより、通常（非駆動時）においてスプ
リング８８の弾性力により弁体８６がノズル部８２ｂの
先端と接触し、噴射口８５を閉鎖する。なお、ノズル部
８２ｂの先端には、前記図２にて説明したエアアシスト
アダプタ４４が装着されており、このエアアシストアダ
プタ４４が噴射口８５より噴射される燃料の微粒化を促
進すると共にその噴射燃料を吸気管２内に案内する役目
を果たす。

【００７９】また、前記ケース部８２ａ内には、電圧の
印加に伴い伸縮するピエゾスタック８９が配設されてい
る。このピエゾスタック８９は、ピエゾ素子としての多
数のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を積層して構成さ
れるものであって、ＥＣＵ３０により所定の電圧が印加
される。なお、ピエゾ素子として圧電セラミックの一種
であるＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛）を
使用することも可能である。このピエゾスタック８９の
下端面には、移動体９０及びピストン９１が固定連結さ
れており、同ピストン９１はピエゾスタック８９の歪み
変形に伴って移動する。また、ピストン９１の図の下方
には圧力制御室９２が形成され、この圧力制御室９２と
前記背圧室８７との間は連通路９３により連通されてい
る。

【００８０】一方、バルブボディ８２には燃料供給通路
９４が形成され、その通路９４の一端（ケース部８２ａ
の開放端）は燃料タンク１９内の燃料を汲み上げるため
の燃料ポンプ２６に連結されている。また、燃料供給通
路９４の他端はノズル部８２ｂの燃料室８４に連通して
いる。

【００８１】そして、上記構成のインジェクタ８１によ
る燃料噴射時には、ＥＣＵ３０からの電圧信号によりピ
エゾスタック８９が収縮方向に変形してピストン９１の
後退（図１８の上方移動）が許容される。それにより、
圧力制御室９２内に負圧が発生し、弁体８６がコイルス
プリング８８の弾性力に抗して上方に移動する。その結
果、弁体８６とノズル部８２ｂ先端との接触が解除され
て噴射口８５から燃料が噴射される。また、ピエゾスタ
ック８９が逆方向（伸長方向）に変形してピストン９１
が前進すると、弁体８６が前進し、噴射口８５が閉鎖さ
れる。

【００８２】上記構成によれば、ピエゾスタック８９に
印加する電圧を変えることで、前記弁体８６のリフト量
を任意の値に設定することができる。つまり、燃料の通
過面積が可変となり、結果的に燃圧Ｐｆを変更せずに燃
料の噴射流量を変化させることができるようになる。具
体的には通常、０〜５００（ボルト）の直流電圧をピエ
ゾスタック８９に印加してリフト量を制御する。図１９
は、ピエゾスタック８９への印加電圧とインジェクタ８
１の弁体リフト量との関係を示し、図２０は、ピエゾス
タック８９への印加電圧とインジェクタ８１の単位時間
当たりの噴射流量との関係を示す。

【００８３】以上のピエゾスタック８９による噴射流量
の制御は、例えば前記図１２のマップに示すように、エ
ンジン回転数及びエンジン負荷（吸気圧ＰＭ）に応じて
実施される。そして、燃料流速の比例化や平均化の処理
が適宜実施される。

【００８４】以上本実施の形態では、ピエゾスタック８
９の伸縮量を調整してインジェクタ８１から噴射される
単位時間当たりの噴射流量を制御するようにした（なお
この場合、ＥＣＵ３０が、請求項記載の噴射流量制御手
段に相当する）。この構成によれば、ピエゾスタック８
９を伸縮させてインジェクタ８１の開弁リフト量を増減
させることで単位時間当たりの噴射流量が変更され、か
かる場合にもやはり、気筒内（燃焼室１３内）への燃料
流入量を吸気流速に追従させることが可能となる。

【００８５】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記実施の形態では、吸気流
速に比例する燃料流速で燃料を筒内に流入させるための
「燃料流速の比例化」の制御と、吸気流速の時間平均値
に応じた一定の燃料流速で燃料を筒内に流入させるため
の「燃料流速の平均化」の制御とを、エンジン回転数に
応じて選択的に実施していたが（図１２のマップ参
照）、この構成を変更してもよい。例えば前記「燃料流
速の比例化」の制御、又は「燃料流速の平均化」の制御
のいずれか一方のみを採用した装置を具体化してもよ
く、かかる場合にも混合気の均一化といった効果が得ら
れる。

【００８６】上記実施の形態では、エンジン運転状態の
高回転又は高負荷条件下において、吸気バルブ１４の開
弁期間内のうち開弁当初の約１／３の時間内にインジェ
クタ１８による噴射燃料が気筒内に流入するよう、「分
割噴射モード」による燃料噴射を実施したが（図５
（ｂ）参照）、この処理を省略して具体化することも可
能である。

【００８７】上記第２の実施の形態において、インジェ
クタ１８による早期噴射を実施する際の滞留時間Ｔｓｔ
（図１５参照）を例えば吸気温度に応じて可変に設定す
るようにしてもよい。

【００８８】噴射燃料微粒化手段として、既述の手法以
外に次のように具体化してもよい。多孔タイプ（例えば
１２孔タイプ）のインジェクタを使用する。すなわち、
既述の４孔タイプのインジェクタよりも噴射孔の径（具
体的には、前記図２の分岐通路４９の開口部の径）を微
小化すると共に、孔数を１２個、或いはそれ以上に増や
す。かかる場合、エア圧が比較的低くても燃料微粒化の
効果が得られるため、エア加圧により燃料流速が過剰に
大きくなってシリンダウェット量が増加するといった不
都合も回避できる。この場合には、前記図２のエア供給
ポンプ７２によるエア加圧を省略することも可能であ
る。

【００８９】また、噴射燃料の微粒化を行なわずに、本
発明を具体化することもできる。かかる場合には、発明
の効果が若干劣るものの、気筒内に吸入される混合気の
均一化を実現し、低燃費及び空燃比制御域の拡大を図る
といった本発明の目的を達成することはできる。

【００９０】上記実施の形態では、燃料噴射モードの領
域や燃圧領域を設定するに当たり、エンジン運転状態を
表すパラメータとしてエンジン回転数Ｎｅと吸気圧ＰＭ
とを用いたが、これらパラメータは上記Ｎｅ，ＰＭ以外
でもよく、例えばエンジン負荷を表すパラメータとして
スロットル開度や吸入空気量を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの燃料噴射
制御装置の概要を示す構成図。

【図２】エアアシスト式のインジェクタの詳細な構成を
示す断面図。

【図３】燃料流速の比例化の処理において、吸気及び排
気バルブの開弁に伴うバルブリフト量と、インジェクタ
の燃料噴射時期と、吸気バルブの開弁に伴う吸気流速の
変化と、筒内流入燃料の燃料流速とを表すタイムチャー
ト。

【図４】燃料流速の平均化の処理において、吸気及び排
気バルブの開弁に伴うバルブリフト量と、インジェクタ
の燃料噴射時期と、吸気バルブの開弁に伴う吸気流速の
変化と、筒内流入燃料の燃料流速とを表すタイムチャー
ト。

【図５】１回噴射モードと分割噴射モードとの概要を説
明するための図。

【図６】インジェクタの加圧エア圧力と燃料粒径ＳＭＤ
との関係を示すグラフ。

【図７】燃料粒径ＳＭＤとトルクアップ率との関係を示
すグラフ。

【図８】ＴＡＵ算出ルーチンを示すフローチャート。

【図９】インジェクタの駆動制御ルーチンを示すフロー
チャート。

【図１０】燃圧制御ルーチンを示すフローチャート。

【図１１】エンジン運転状態に応じた１回噴射領域と分
割噴射領域とを示すマップ。

【図１２】エンジン運転状態に応じた燃圧領域を示すマ
ップ。

【図１３】インジェクタの燃料噴射時期と燃圧制御の概
要とを示すタイムチャート。

【図１４】燃料粒径ＳＭＤの違いによる効果の差を説明
するためのグラフ。

【図１５】第２の実施の形態において、早期噴射の概要
を示すタイムチャート。

【図１６】第２の実施の形態において、補助噴射の概要
を示すタイムチャート。

【図１７】第２の実施の形態において、燃料粒径ＳＭＤ
の違いによる効果の差を説明するためのグラフ。

【図１８】第３の実施の形態において、ピエゾ駆動式の
インジェクタを示す構成図。

【図１９】ピエゾスタックへの印加電圧と弁体リフト量
との関係を示すグラフ。

【図２０】ピエゾスタックへの印加電圧と噴射流量との
関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、１３…燃焼室、１４…吸気
バルブ、１７…吸気ポート、１８…噴射燃料微粒化手段
を構成するエアアシスト式のインジェクタ、１９…燃料
タンク、２６…燃料ポンプ、３３…燃料流入量制御手
段，インジェクタ駆動制御手段，第１の制御手段，第２
の制御手段，燃圧制御手段，噴射流量制御手段，燃料噴
射量算出手段，早期噴射手段を構成するＣＰＵ、８１…
インジェクタ、８９…ピエゾスタック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｈ Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｍ 69/00 ３１０ 69/00 ３１０Ａ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気ポートに配設されたインジェクタを有
   する内燃機関に適用され、吸気バルブの開弁に伴う吸気
   行程期間に対応させて前記インジェクタによる燃料噴射
   を実施する燃料噴射制御装置であって、 気筒内への吸入空気の流速に追従させて単位時間当たり
   の燃料の筒内流入量を制御する燃料流入量制御手段と、 吸入空気の流速が所定値以上となる吸気行程期間で燃料
   が気筒内に流入するよう、前記インジェクタの駆動を制
   御するインジェクタ駆動制御手段とを備えることを特徴
   とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】前記燃料流入量制御手段は、吸気流速に比
   例する燃料流速で燃料を筒内に流入させるものである請
   求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】前記燃料流入量制御手段は、吸気流速の時
   間平均値に応じた一定の燃料流速で燃料を筒内に流入さ
   せるものである請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制
   御装置。
4. 【請求項４】前記燃料流入量制御手段は、 吸気流速に比例する燃料流速で燃料を筒内に流入させる
   第１の制御手段と、 吸気流速の時間平均値に応じた一定の燃料流速で燃料を
   筒内に流入させる第２の制御手段とを有し、 前記第１の制御手段による燃料流入と、前記第２の制御
   手段による燃料流入とを機関回転数に応じて選択的に実
   施する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 【請求項５】燃料タンクからインジェクタに燃料を圧送
   する燃料ポンプを備えた燃料噴射制御装置において、 前記燃料流入量制御手段は、燃料ポンプを駆動させて前
   記燃料タンクからインジェクタに供給される燃料の圧力
   を制御する燃圧制御手段からなる請求項１〜請求項４の
   いずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 【請求項６】ピエゾ素子を用いてインジェクタの開弁リ
   フト量を制御可能とした燃料噴射制御装置において、 前記燃料流入量制御手段は、ピエゾ素子の伸縮量を調整
   して前記インジェクタの単位時間当たりの噴射流量を制
   御する噴射流量制御手段からなる請求項１〜請求項４の
   いずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 【請求項７】前記インジェクタ駆動制御手段は、前記吸
   気バルブの開弁開始時期に基づく特定時間内に前記イン
   ジェクタによる噴射燃料が気筒内に流入するよう、当該
   インジェクタの駆動を制御するものである請求項１〜請
   求項６のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装
   置。
8. 【請求項８】吸気ポートに配設されたインジェクタを有
   する内燃機関に適用され、吸気バルブの開弁に伴う吸気
   行程期間に対応させて前記インジェクタによる燃料噴射
   を実施する燃料噴射制御装置であって、 その時々の機関運転状態に基づく燃料噴射量を算出する
   燃料噴射量算出手段と、 前記吸気バルブの開弁前の所定時間までに、前記算出し
   た燃料噴射量に応じて前記インジェクタを駆動し、吸気
   ポート内に燃料を噴射させる早期噴射手段とを備えるこ
   とを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
9. 【請求項９】前記の早期噴射手段は、前記吸気バルブの
   開弁前において、吸気ポートでの燃料気化の所要時間だ
   け早いタイミングで前記インジェクタによる燃料噴射を
   行なわせるものである請求項８に記載の内燃機関の燃料
   噴射制御装置。
10. 【請求項１０】請求項８又は請求項９に記載の内燃機関
    の燃料噴射制御装置において、 前記の早期噴射手段による所定気筒への燃料噴射後、前
    記燃料噴射量算出手段により算出された燃料噴射量の前
    回値と今回値との差分を当該気筒の吸気行程内で気筒内
    に流入させるよう前記インジェクタを駆動させる内燃機
    関の燃料噴射制御装置。
11. 【請求項１１】請求項１〜請求項１０のいずれかに記載
    の内燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記インジェクタによる噴射燃料を微粒化する噴射燃料
    微粒化手段を備える内燃機関の燃料噴射制御装置。
12. 【請求項１２】前記噴射燃料微粒化手段は、噴射燃料の
    粒径を１０〜３０μｍに微粒化するものである請求項１
    １に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。