JPH11159423A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】良好なる燃料の微粒化を実施しつつ、機関運転
時の省エネルギ化を図る。 【解決手段】エアアシスト式のインジェクタ１８は、吸
気バルブ１４の傘部１４ａを狙って吸気ポート１７に燃
料を噴射供給し、且つインジェクタ噴口部が多孔化され
て所定の燃料噴霧粒径（例えばＳＭＤ＝５０μｍ程度）
を得るものとなっている。ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１
は、吸気バルブ１４の傘部温度が低いとみなされる低中
回転及び低中負荷域ではエア供給ポンプ７２によるエア
アシストを実施して燃料粒径を１０μｍ程度に微粒化す
る。また、傘部温度が高いとみなされる高回転又は高負
荷域ではエア供給ポンプ７２によるエアアシストを中止
する。エアアシストによる燃料微粒化が中止される場
合、インジェクタ１８の噴射燃料の粒径は５０μｍ程度
であるが、高温のバルブ傘部１４ａで燃料霧化が促進さ
れ、筒内に流入する燃料はエアアシストを実施した時と
同程度に微粒化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用内
燃機関の燃料噴射装置に係り、詳しくは内燃機関の出力
の一部を使ってインジェクタによる噴射燃料を微粒化す
る、エア供給ポンプなどの燃料微粒化手段を備えた内燃
機関の燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、排ガス中の未燃ＨＣの低減や
燃焼の安定化を主たる目的として、インジェクタによる
噴射燃料を微粒化する技術が各種具体化されている。例
えばスロットル弁の上流側と下流側との差圧を利用して
その差圧分のエアをインジェクタの噴口部から噴射され
る燃料に衝突させ、それにより燃料を微粒化させる技術
がある。これは、差圧タイプのエアアシスト式インジェ
クタとして一般に知られており、当該インジェクタによ
れば、平均粒径が８０〜１００μｍ程度の燃料噴霧粒径
が得られるようになっていた。

【０００３】ところが近年では、燃料噴霧粒径をより一
層微細化するといった要望があり、その要望に応えるべ
く、バッテリ電源によるモータ出力やクランク軸出力を
動力源としてエア供給ポンプを駆動し、当該ポンプから
給送される加圧エアにより燃料微粒化を図る技術が提案
されている。こうした加圧エアタイプのエアアシスト式
インジェクタによれば、数１０μｍ程度の燃料噴霧粒径
が得られるようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記エ
ア供給ポンプによる加圧エアタイプのエアアシスト式イ
ンジェクタでは、例えばモータ駆動に伴いバッテリの電
力エネルギが消費され、バッテリ電圧が不用意に低下す
るといった問題を招く。この場合、内燃機関の発電負荷
が増大し、これを回避するには大容量のバッテリを必要
とする。また一方、クランク軸出力を駆動源とする場合
には、機関出力の一部がエアアシストに用いられてエネ
ルギ損失を生じ、予期せぬ出力ダウンを招く。この場
合、内燃機関の負荷が増大することで、燃費が悪化する
おそれも生ずる。

【０００５】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、良好なる燃料の
微粒化を実施しつつ、機関運転時の省エネルギ化を図る
ことができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することで
ある。

【０００６】

【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に記載の発明は、内燃機関の出力の一部を
使ってインジェクタによる噴射燃料を微粒化する燃料微
粒化手段を備え、且つ内燃機関の吸気バルブの傘部を狙
って前記インジェクタから吸気ポートに燃料を噴射供給
する燃料噴射装置であって、前記吸気バルブの傘部の温
度を推定する傘部温度推定手段と、前記推定した吸気バ
ルブの傘部温度が低ければ前記燃料微粒化手段による燃
料微粒化を実施し、当該傘部温度が高ければ前記燃料微
粒化手段による燃料微粒化を中止する微粒化調整手段と
を備えることをその要旨とする。

【０００７】またここで請求項１の発明は、請求項２に
記載したように、前記インジェクタはその噴口部を多孔
化して所定の燃料噴霧粒径（例えば、平均粒径＝５０μ
ｍ程度）を得るものとするのが望ましい。

【０００８】要するに、前記燃料微粒化手段による燃料
微粒化を実施又は中止することは、当該燃料微粒化のた
めの内燃機関のエネルギ負担量（出力の負担量）が変更
されることを意味する。つまり、燃料微粒化を実施すれ
ば、内燃機関の負担が増大し、燃料微粒化を中止すれ
ば、内燃機関の負担が軽減される。燃料微粒化の要否の
判定は、吸気バルブの傘部温度に基づいて行うのが望ま
しく、これはバルブ傘部が高温であれば比較的粒径の大
きな燃料をバルブ近傍に噴射しても、バルブ傘部への衝
突時の破砕分離、霧化促進効果により微粒化が達成され
るためである。仮に前記燃料微粒化手段による燃料微粒
化を中止した場合、上記の如くインジェクタ噴口部を多
孔化することで５０μｍ程度の燃料噴霧粒径が得られ
（請求項２）、この燃料噴霧が高温のバルブ傘部にて前
記の燃料微粒化時と同程度にまで微粒化される。

【０００９】上記構成によれば、前記の燃料微粒化を適
宜中止することにより、過度なバッテリ電圧の低下や予
期せぬトルクダウンなどの諸問題が抑制される。その結
果、良好なる燃料の微粒化を実施しつつ、機関運転時の
省エネルギ化を図ることができる。

【００１０】なお本明細書において、「内燃機関の出力
の一部」とは、広くは内燃機関を中心とした車両のエネ
ルギ系全体を指し、具体的には機関のクランク軸出力や
バッテリ電源により駆動されるモータ出力を使うことな
どが機関出力の一部を使うことに相当する。

【００１１】例えば請求項３に記載したように、前記推
定した吸気バルブの傘部温度が高いほど、燃料微粒化手
段による燃料微粒化を止める方向に徐変させるといった
構成を採用する。この場合、吸気バルブの傘部温度が高
いほど、バルブ傘部での霧化促進効果が大きくなるた
め、それに合わせてインジェクタによる燃料噴霧粒径を
大きくしてバルブ傘部での燃料霧化を行わせる。これに
より、前記燃料微粒化手段による燃料微粒化の過不足が
回避される。

【００１２】また、請求項４に記載したように、機関の
高回転又は高負荷運転域では燃料微粒化手段による燃料
微粒化を中止するといった構成を採用する。つまり、機
関の高回転又は高負荷運転域では、機関の燃焼熱により
バルブ傘部の温度（及びバルブ近傍のポート壁面温度）
が比較的高くなるため、既述の通りバルブ傘部での霧化
促進効果により燃料微粒化が達成できる。また、高回転
又は高負荷運転域で機関出力を使った燃料微粒化を中止
することで、例えば車両の加速要求時においてその加速
性能が向上する。

【００１３】請求項５に記載の発明では、機関出力によ
りエア供給ポンプを駆動させてインジェクタ噴口部に加
圧エアを供給するエアアシスト式のインジェクタでもっ
て前記燃料微粒化手段が構成される。そして、微粒化調
整手段は、前記推定した吸気バルブの傘部温度が低けれ
ばエア供給ポンプによるエアアシストを必要とし、当該
傘部温度が高ければエア供給ポンプによるエアアシスト
を不要とする。

【００１４】かかる場合、バルブ傘部が高温となる条件
下（例えば機関の高回転又は高負荷運転時）では、エア
供給ポンプを駆動させなくてもよいため、機関出力の損
失が軽減される。そのため、上記各発明と同様に、機関
運転時の省エネルギ化を図ることができる。

【００１５】請求項６に記載の発明では、前記吸気バル
ブの開弁期間内のうち開弁当初の所定期間内に前記イン
ジェクタによる噴射燃料が気筒内に流入するよう、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を
備える。

【００１６】上記請求項６の構成によれば、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
料の燃焼状態を安定化させることができる。また、機関
の同一運転条件で比較した場合、上記のインジェクタ制
御を実施しない場合よりも多量の空気が吸入でき、機関
の出力トルクが向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図面に従って説明する。本実施の形態の装置
は、ガソリン噴射式内燃機関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。本実施の形態では、エアアシスト式インジェク
タを用いて燃料を微粒化することとし、この燃料微粒化
に際し、内燃機関の出力の一部を使ってエア供給ポンプ
を駆動させる。以下には本装置の詳細を説明する。

【００１８】図１は、本実施の形態における燃料噴射制
御装置の概要を示す全体構成図である。図１において、
内燃機関は４気筒４サイクルエンジン（以下、単にエン
ジン１という）として構成されており、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
られており、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。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。

【００１９】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。

【００２０】排気管３には、排ガス中の酸素濃度（或い
は、未燃ガス中の一酸化炭素などの濃度）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
却水温を検出するための水温センサ２３が配設されてい
る。

【００２１】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、各気筒のインジェクタ１８はデリバリパイプ２５
により連結されている。なお、本実施の形態では、多孔
化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に給送する燃料
ポンプ２６が配設されている。

【００２２】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からの点火用高電圧により発
火する。イグナイタ２８には、点火用高電圧を各気筒の
点火プラグ２７に分配するためのディストリビュータ２
０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
力する基準位置センサ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。

【００２３】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）に流入する。そし
て、点火プラグ２７の点火火花により、燃焼室１３内に
流入した混合気が燃焼に供される。

【００２４】ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュー
タシステムを中心に構成され、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３
２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、Ａ／Ｄ変換
器３５、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３６等を備
える。前記スロットル開度センサ６、吸気圧センサ８、
Ａ／Ｆセンサ１６及び水温センサ２３の各検出信号は、
Ａ／Ｄ変換器３５に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバ
ス３７を介してＣＰＵ３１に取り込まれる。また、前記
基準位置センサ２１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３６及びバス３７を介して
ＣＰＵ３１に取り込まれる。

【００２５】ＣＰＵ３１は、前記各センサの検出信号に
基づいてスロットル開度ＴＨ、吸気圧ＰＭ、空燃比（Ａ
／Ｆ）、冷却水温Ｔｗ、基準クランク位置（Ｇ信号）及
びエンジン回転数Ｎｅなどのエンジン運転状態を検知す
る。また、ＣＰＵ３１は、エンジン運転状態に基づいて
燃料噴射量や点火時期等の制御信号を演算し、その制御
信号をインジェクタ１８やイグナイタ２８に出力する。
特にインジェクタ制御に際し、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１４の開弁に伴い
気筒内（燃焼室１３内）に流入する。

【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である。
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内に案内する役割をなす。
当該アダプタ４４には、燃料霧化を促進するための補助
空気を導入するエア導入孔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４９が設けら
れている。分岐通路４９は、各気筒２個ずつの吸気バル
ブ１４の傘部１４ａの中心を向くように２方向に分岐さ
れ、エアアシストアダプタ４４の下端面には計１２個の
噴口が形成されている。

【００２８】エアアシストアダプタ４４のエア導入孔４
８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。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
るモータ駆動式のエア供給ポンプ７２が接続されてい
る。エア供給ポンプ７２のモータ７２ａは、車両搭載の
バッテリ電源＋Ｂから電力が供給されて駆動される。

【００２９】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。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２００〜３００ｋＰａ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。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。

【００３０】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
の弁体４２において、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。

【００３１】弁体４２には、バルブボディ４１の弁座４
７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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】こうして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。

【００３６】次に、上記の如く構成される燃料噴射制御
装置の作用を説明する。本実施の形態の装置では、
（イ）気筒内に流入される燃料を微粒化すること（噴射
燃料の微粒化）、（ロ）吸気バルブ１４の傘部温度に応
じて燃料微粒化の程度を変更すること（燃料粒径の変
更）、（ハ）気筒内への燃料流入時期を吸気行程初期の
特定時期に調整すること（燃料の流入時期調整）、
（ニ）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）、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。

【００３７】先ずは、前記（イ）の「噴射燃料の微粒
化」について図３及び図４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、燃料粒径（ザウタ
平均粒径ＳＭＤ：Sauter's mean diameter）を１０μｍ
程度にまで微粒化している。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３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
小さくなり微粒化が促進される。

【００３８】また、既述したようにインジェクタ１８の
噴口部は多孔化されていることから（噴口数＝１２
個）、エアアシストのない状態では燃料粒径ＳＭＤが５
０μｍ程度に調整されるようになっている。

【００３９】図４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。なおこのとき、後述する（ハ）の「燃料の流入時期
調整」を行い、吸気流速が所定値以上の期間Ｔに対して
当初のＴ／３の期間で気筒内への燃料流入を行なわせる
ようにしている。図４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）。

【００４０】次に、前記（ロ）の「燃料粒径の変更」に
ついて図５〜図７を用いて説明する。本実施の形態で
は、エンジン運転状態に応じて燃料粒径ＳＭＤを調整す
る。特に吸気バルブ１４の傘部１４ａの温度（傘部温
度）をエンジン運転状態から推定し、該推定した傘部温
度に応じて燃料粒径ＳＭＤを２段階に設定する。

【００４１】具体的には、傘部温度が低ければ、図５
（ａ）に示すように、エア供給ポンプ７２による加圧エ
アをＯＮし、エアアシストにより燃料粒径ＳＭＤを微粒
化する。このとき、ＳＭＤ＝１０μｍレベルの燃料がイ
ンジェクタ１８から噴射される。これに対して傘部温度
が高ければ、図５（ｂ）に示すように、エア供給ポンプ
７２による加圧エアをＯＦＦし、バルブ傘部１４ａの熱
で燃料を微粒化させる。このとき、ＳＭＤ＝５０μｍレ
ベルの燃料がインジェクタ１８から噴射される。

【００４２】つまり、インジェクタ１８は、加圧エアア
シストでＳＭＤ＝１０μｍレベルの微粒化を得る状態
と、加圧エアアシストを中止して先の多孔化によるＳＭ
Ｄ＝５０μｍレベルの状態とを切り換えて燃料を噴射供
給する。ここで、バルブ傘部１４ａ並びにバルブ近傍の
ポート壁面が高温であれば、ＳＭＤ＝約５０μｍの比較
的粒径の大きな燃料をバルブ近傍に噴射した場合、バル
ブ傘部１４ａへの衝突時の破砕分離、霧化促進効果によ
り、ＳＭＤ＝１０μｍ程度の微粒化が達成される。

【００４３】図６は、傘部温度とエアアシスト量との好
適なる関係の一例を示す。同図によれば、 ・傘部温度が４０℃以下の場合にはエアアシスト量を最
大量とし、 ・傘部温度が４０〜１２０℃の場合にはエアアシスト量
を中間量とし、 ・傘部温度が１２０℃以上の場合にはエアアシスト量を
「０」とする。

【００４４】また本実施の形態では、前記吸気バルブ１
４の傘部温度に相当するパラメータとしてエンジン回転
数Ｎｅとエンジン負荷（吸気圧ＰＭ）とを用い、これら
回転数や負荷に応じてエア供給ポンプ７２によるエアア
シストを要するエンジン運転領域（以下、エアアシスト
領域という）と、エアアシストを不要とするエンジン運
転領域（以下、エアアシスト不要領域）とを設定してい
る。

【００４５】図７は、エアアシスト領域とエアアシスト
不要領域とを示すマップである。同図によれば、エンジ
ン１の低中回転及び低中負荷域にはエアアシスト領域が
設定され、エンジン１の高回転又は高負荷域にはエアア
シスト不要領域が設定されている。

【００４６】次いで、前記（ハ）の「燃料の流入時期調
整」について図８〜図１１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。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。

【００４７】図８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。

【００４８】図８において、排気バルブ１５はＢＤＣの
直前に開弁し、ＴＤＣ（吸気ＴＤＣ）の直後に閉弁す
る。また、吸気バルブ１４は吸気ＴＤＣの直前に開弁
し、ＢＤＣ直後に閉弁する。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。

【００４９】そして、本実施の形態では、前記Ｔ期間当
初の「１／３の期間」内にインジェクタ１８による噴射
燃料を気筒内に流入させるようにしている。このとき、
インジェクタ１８により噴射された霧化燃料は、吸気バ
ルブ開弁時の初期において吸入空気の流れに乗って筒内
に流入する。なお、インジェクタ１８による実際の燃料
噴射時期は、筒内への燃料流入時期を図８の「Ｔ／３」
とした時に対応させて逆算されることになる。つまり、
吸気ポート１７にて噴射された燃料が吸気バルブ１４に
まで到達するまでの遅れ時間を見込んで、その分だけ早
い時期に燃料噴射時期が設定される。

【００５０】こうしてバルブリフトが２０％以上となる
期間、すなわち吸気流速が所定のしきい値Ｖｒを越える
期間内の図の「Ｔ／３」の期間で筒内への燃料吸入を行
わせることで、吸入空気の充填効率が高められ、エンジ
ン１の出力トルクが向上するようになる。また、上記の
燃料供給方法によれば、未燃ＨＣを増加させずに大幅な
トルクアップが得られる。

【００５１】図９は、未燃ＨＣの増加を招くことなくト
ルクアップできることを裏付けるための実験データを示
しており、同図では、吸気行程初期における気筒内への
燃料流入の時間割合（＝実際の燃料流入時間／吸気バル
ブのリフト量２０％以上の全時間）を横軸に、トルクア
ップ率及びＨＣ増加量を縦軸にしている。図９によれ
ば、燃料流入の時間割合を約３０％よりも小さくする
と、最大のトルクアップ率が得られることが分かる。但
し、燃料流入の時間割合を小さくし過ぎると、すなわち
吸気行程初期での燃料流入を短時間に集中させ過ぎる
と、シリンダウエット量が増大して未燃ＨＣが増加傾向
に転じることがある。従って、未燃ＨＣの増加を抑えて
且つ最大のトルクアップ率を狙うには燃料流入の時間割
合を、２５〜３０％程度とするのが望ましいことにな
る。こうした理由により、本実施の形態では、吸気流速
が所定のしきい値を越える期間Ｔ内の初期１／３の期間
で燃料を気筒内に流入させるようにしている。

【００５２】上記方法にて各気筒に燃料を供給すれば、
燃料が吸気バルブ１４の開弁時に空気の流れに乗りやす
く、吸気ポート１７への燃料付着（ポートウエット）が
低減されて、エンジン過渡時の空燃比スパイクが大幅に
減少する。また、この空燃比スパイクの減少効果は、燃
料粒径ＳＭＤを所定値に調整することで、より一層高め
られる。この効果を実機で確認した結果を図１０を用い
て説明する。図１０に示す実験結果は、Ｎｅ＝２０００
ｒｐｍ、Ｔｗ＝２０℃、空燃比＝ストイキの状態下から
低温補正なしの条件で吸気管圧力を増減させ、空燃比の
リーンスパイク又はリッチスパイクを発生させたもので
ある。

【００５３】なおかかる実験では、空燃比のリーンスパ
イク時において、図１１（ａ）に示すように、吸気管圧
力を４００ｍｍＨｇから６００ｍｍＨｇにステップ的に
変化させ、逆に空燃比のリッチスパイク時において、図
１１（ｂ）に示すように、吸気管圧力を６００ｍｍＨｇ
から４００ｍｍＨｇにステップ的に変化させている。

【００５４】図１０の縦軸には、燃料粒径ＳＭＤが２０
μｍ，５０μｍ，２００μｍであるそれぞれについて、
リーン又はリッチスパイク時のリーン側又はリッチ側へ
の空燃比ずれ幅ΔＡ／Ｆをプロットしている。図１０の
横軸はエンジン１のクランク角度であり、同図には、気
筒内への燃料流入までの時間を見込んだ噴射終了時期を
それぞれ吸気ＴＤＣ前３０°ＣＡ、吸気ＴＤＣ後１２０
°ＣＡ（吸気バルブ開弁中央）、圧縮ＴＤＣ後３０°Ｃ
Ａとして、これらクランク角でのΔＡ／Ｆを各々に示し
ている。

【００５５】図１０によれば、リーン及びリッチスパイ
ク時のいずれの場合にも、燃料粒径ＳＭＤが小さいほ
ど、空燃比ずれ量ΔＡ／Ｆが小さくなることが分かる。
また、吸気行程初期に気筒内に燃料が流入するよう、吸
気バルブ開弁前に噴射終了時期を設定した場合、空燃比
ずれ量ΔＡ／Ｆが最も小さくなることが判明した。これ
は、吸気バルブ開弁前に噴射終了させることにより、燃
料が吸入空気の流れに乗って吸気ポート１７に付着する
ことなく筒内に流入するためであると考えられる。この
結果から、過渡時の空燃比ズレによるエミッションの悪
化が抑制される。この現象は、冷却水温Ｔｗが８０℃の
高温時でも同様に得られることが確認されている。

【００５６】また、吸気ポート１７の燃料噴霧の可視化
による実験結果でも、微粒化後の燃料を吸気バルブ１４
の開弁直前時期（吸気ＴＤＣ前３０°ＣＡ）で噴射した
場合において、良好なる噴霧が形成され、理想的に筒内
へ混合気が流入しているのが観察されている。

【００５７】次に、前記（ニ）の「燃料の分割噴射」に
ついて図１２〜図１４を用いて説明する。要するに、エ
ンジン回転数が高くなると、前記図８に「Ｔ／３」で示
す時間が短くなる。また、エンジン負荷が大きくなる
と、同じく「Ｔ／３」での燃料噴射量が増加する。かか
る場合、同「Ｔ／３」で示す期間内にて燃料噴射量の全
て（１００％）を気筒内に一度に流入させると、未燃Ｈ
Ｃの排出量が増加するおそれがある。そのため本実施の
形態では、図１２（ａ）に示すように、前記「Ｔ／３」
の期間内で一度に全燃料（１００％）を噴射するモード
（以下、１回噴射モードという）と、図１２（ｂ）に示
すように、前記「Ｔ／３」の期間内で全燃料のうち約５
０％を噴射すると共に残りの約５０％の燃料を吸気行程
外で噴射するモード（以下、分割噴射モードという）と
を設定している。

【００５８】但し、上記図１２に燃料噴射時期として示
す時期は、実際には吸気ポート１７内での噴射燃料の飛
行時間だけ早い時期にインジェクタ１８から噴射される
ものであるが、同図では説明の便宜上、噴射燃料の飛行
時間を無視して図示している。

【００５９】図１３は、前記の「１回噴射モード」と
「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。

【００６０】こうして高回転又は高負荷域において、燃
料の分割噴射を実施することで、大量の燃料が短時間に
噴射供給された際に生じ易いシリンダウエットが回避さ
れる。その結果、シリンダウエットを原因とするトルク
ダウンやＨＣ排出といった不具合が解消される。

【００６１】ところで、既述のような前記「Ｔ／３期
間」での燃料流入をエンジン運転の全領域で実現するに
は、インジェクタ１８による単位時間当たりの燃料の噴
射流量を運転条件に応じて変化させる必要がある。つま
り、前記の１回噴射モードの場合、低回転及び低負荷時
にはインジェクタ１８の単位時間当たりの噴射流量は少
なくてよいが、エンジン回転数又は負荷が高くなるとイ
ンジェクタ１８の単位時間当たりの噴射流量を多くする
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。

【００６２】図１４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
１４の斜線域は、前記図１３のマップの１回噴射領域と
同じ領域であり、同領域内にはエンジン回転数及びエン
ジン負荷に応じて低燃圧領域、中燃圧領域及び高燃圧領
域が設定されている。なお、前記図１３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、中燃圧
領域が設定されている。

【００６３】次に、上記のような燃料噴射動作を制御す
るために、ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１により実施される
各種演算処理について図１５〜図１７のフローチャート
を用いて説明する。ここで、図１５は最終の燃料噴射時
間であるＴＡＵ算出のルーチンを示すフローチャートで
あり、同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）ＣＰＵ３１により実行さ
れる。また、図１６はインジェクタ１８の駆動を制御す
るための４ｍｓ割込みルーチンを、図１７はエアアシス
トと燃圧Ｐｆを制御するための３２ｍｓ割込みルーチン
を、それぞれに示すフローチャートである。

【００６４】さて、図１５のＴＡＵ算出ルーチンがスタ
ートすると、ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でＲＯ
Ｍ３２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、ＣＰＵ３１
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。

【００６５】この場合、ステップ１０２が否定判別され
れば、ＣＰＵ３１はステップ１０３に進んで、空燃比補
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、ＣＰＵ３１はステップ１０４に進んで空燃比補正係
数ＦＡＦを設定する。

【００６６】本実施の形態では、現代制御理論に基づく
空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／
Ｂ制御に際し、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空燃比補正係数ＦＡＦを次の式
（１），（２）を用いて算出する。なお、この空燃比補
正係数ＦＡＦの設定手順については特開平１−１１０８
５３号公報に詳細に開示されている。

【００６７】 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
による限界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表す。また、添字１〜ｎ＋１は
サンプリング開始からの制御回数を示す変数である。

【００６８】ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステッ
プ１０５で次の（３）式を用い、基本噴射時間Ｔｐ、空
燃比補正係数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。

【００６９】 ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ＋Ｔｖ …（３） 燃料噴射時間ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、本ルーチ
ンを一旦終了する。また、図１６の４ｍｓ割込みルーチ
ンが起動されると、ＣＰＵ３１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２０２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、基本的には前
記図１３のマップを用い、エンジン回転数Ｎｅが低・中
・高のいずれの回転域にあるか、或いはエンジン負荷
（吸気圧ＰＭ）が低・中・高のいずれの負荷域にあるか
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。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。

【００７０】その後、ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１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区間にかけて筒内に流入させるも
のであり、従来一般の装置の燃料噴射動作に相応する。

【００７１】また、「１回噴射モード」である旨が判別
された場合、ＣＰＵ３１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。この１回噴射モードでは、前記図１２
（ａ）に示す通り、吸気行程前期の１／３の時期に燃料
噴射時期が設定される（実際には、燃料の飛行時間だけ
早い時期）。

【００７２】さらに、「分割噴射モード」である旨が判
別された場合、ＣＰＵ３１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。この分割噴射モードでは、前記図１２
（ｂ）に示す通り、吸気行程前期の１／３の時期、並び
に吸気行程後の所定時期に燃料噴射時期が設定される
（実際には、燃料の飛行時間だけ早い時期）。

【００７３】上記ステップ２０４，２０５，２０６で
は、ＣＰＵ３１は各々の噴射モードに応じた駆動信号を
図示しないインジェクタ駆動回路に出力し、これら各ス
テップの処理後、図１６のルーチンを一旦終了する。

【００７４】一方、図１７の３２ｍｓ割込みルーチンが
起動されると、ＣＰＵ３１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でエア供給ポンプ７２に
よるインジェクタ１８のエアアシストの要否を判別す
る。このエアアシストの要否判定には、前記図７のマッ
プが用いられる。つまり、エンジン１の低中回転及び低
中負荷域では、吸気バルブ１４の傘部温度が比較的低い
とみなされ、エアアシストを要する旨が判別される。ま
た、エンジン１の高回転又は高負荷域では、吸気バルブ
１４の傘部温度が比較的高いとみなされ、エアアシスト
を不要とする旨が判別される。

【００７５】エアアシストを要する場合、ＣＰＵ３１
は、ステップ３０３でエア供給ポンプ７２をＯＮする。
これにより、当該ポンプ７２の駆動源であるモータ７２
ａが駆動され、インジェクタ１８の噴射燃料がエアアシ
ストにより微粒化される。エアアシストを不要とする場
合、ＣＰＵ３１は、ステップ３０４でエア供給ポンプ７
２をＯＦＦする。これにより、当該ポンプ７２のモータ
７２ａが停止され、エアアシストによる燃料微粒化が中
断される。

【００７６】かかる場合、エンジン１の高回転又は高負
荷域では一般に燃焼温度が高くなるために、吸気バルブ
１４の傘部温度が上昇する傾向にある。よって、傘部表
面に噴射燃料を衝突させることで、液滴な燃料の分離微
細化が促進される。但し、燃料の一部は気化まで進行
し、この気化分についてはシリンダ内部での燃料微粒子
気化による空気冷却効果は期待できないが、その割合は
十分に小さいと考えられる。

【００７７】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０５で
上記読み込んだ運転状態に基づいて燃料ポンプ２６によ
る燃圧Ｐｆを決定する。この燃圧Ｐｆの決定に際して
は、前記図１４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）に応じて低・中・高のい
ずれかの燃圧Ｐｆが選定される。さらに、ＣＰＵ３１
は、続くステップ３０６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回噴射や分割噴射が実
現できる。

【００７８】なお本実施の形態では、前記図１７のステ
ップ３０２が請求項記載の「傘部温度推定手段」に相当
し、同ステップ３０３，３０４が「微粒化調整手段」に
相当する。また、前記図１６のルーチンが「インジェク
タ駆動制御手段」に相当する。

【００７９】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、その前提として吸気バルブ１
４の傘部１４ａを狙ってインジェクタ１８から吸気ポー
ト１７に燃料を噴射供給し、且つインジェクタ噴口部を
多孔化して所定の燃料噴霧粒径（例えば、平均粒径＝５
０μｍ程度）を得るものとした。そして、吸気バルブ１
４の傘部温度が低いとみなされる低中回転及び低中負荷
域ではエア供給ポンプ７２によるエアアシストを必要と
し、当該傘部温度が高いとみなされる高回転又は高負荷
域ではエア供給ポンプ７２によるエアアシストを不要と
した。

【００８０】要するに、エア供給ポンプ７２の駆動をＯ
Ｎ／ＯＦＦすることは、当該燃料微粒化のためのエンジ
ン１のエネルギ負担量が変更されることを意味する。こ
こで、エア供給ポンプ７２の駆動をＯＦＦして燃料微粒
化を中止すれば、過度なバッテリ電圧の低下が抑制さ
れ、エンジン１の負担（発電負荷など）が軽減される。
エアアシストによる燃料微粒化を中止した場合、インジ
ェクタ１８の噴射燃料の粒径は５０μｍ程度であるが、
高温のバルブ傘部１４ａで燃料霧化が促進され、筒内に
流入する燃料はエアアシストを実施した時と同程度（Ｓ
ＭＤ＝１０μｍ程度）に微粒化される。その結果、良好
なる燃料の微粒化を実施しつつ、機関運転時の省エネル
ギ化を図ることができる。

【００８１】かかる場合、エンジン１の高回転又は高負
荷運転域では、トルク損失が軽減され、例えば車両の加
速要求時においてその加速性能が向上する。 （ｂ）上記の如くエア供給ポンプ７２のエアアシストに
よる微粒化でＳＭＤ＝１０μｍ程度が達成される場合に
おいて、かかる燃料噴霧は空気の流れに乗り易くなる。
そのため、噴霧角度の制約が緩和され、比較的ラフな角
度公差で済むという利点も生じる。

【００８２】（ｃ）また本実施の形態では、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による噴射燃料が筒内（燃焼室１３
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（前記図８参照）。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、吸入空気の充填効率が高
められると共に、燃料の燃焼状態を安定化させることが
できる。また、エンジン１の同一運転条件で比較した場
合、上記制御を実施しない場合よりも出力トルクが向上
する。

【００８３】（ｄ）インジェクタ１８による噴射燃料の
筒内流入時期を、吸気バルブ１４の開弁に伴う吸気流速
が所定のしきい値Ｖｒを越えるような期間内で制限した
（前記図８参照）。従って、インジェクタ１８の噴射燃
料が吸気バルブ開弁時の吸入空気の流れに乗り易くな
り、噴射燃料が吸気ポート壁面に付着するといった不都
合が回避できる（ポートウエット量が減少する）。燃料
のポートウエット量が低減されることにより、エンジン
１の過渡運転時において空燃比スパイクが大幅に減少す
るという効果も得られる。

【００８４】（ｅ）また、インジェクタ１８の駆動制御
方法として、エンジン１の回転及び負荷状態に応じて
「１回噴射モード」と「分割噴射モード」とを選択的に
実施するようにした（前記図１２参照）。この場合、分
割噴射モードを設定することで、例えばエンジン１の高
回転又は高負荷運転時における未燃燃料（ＨＣ）の排出
が抑制できる。

【００８５】（ｆ）さらに、吸気行程内での燃料の早期
流入並びに燃料微粒化に伴う吸入空気の温度低下によ
り、ノック限界が向上するという効果も得られる。つま
り、ノック限界が進角側に移行し、例えばエンジンの圧
縮比を高めることが可能になる。

【００８６】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、前記図
７のマップにてエア供給ポンプ７２による「エアアシス
ト領域」と「エアアシスト不要領域」とを設定したが、
これを変更する。前記図６に示すように、例えば吸気バ
ルブ１４の傘部温度＝４０〜１２０℃の範囲では、要求
されるエアアシスト量の特性が略リニアに変化する。そ
こで、傘部温度＝４０〜１２０℃と推定される領域で
は、図６に示すリニアな特性を用いてエアアシスト量を
徐変させる。かかる場合、エア供給ポンプ７２の駆動源
たるモータ７２ａの電流値を徐変させるとよい。又は、
当該モータ７２ａとエア供給ポンプ７２とが電磁クラッ
チを介して接続される構成において、電磁クラッチのス
リップ率を可変に制御する。つまり、吸気バルブ１４の
傘部温度が高いほど、バルブ傘部での霧化促進効果が大
きくなるため、それに合わせてインジェクタ１８による
燃料噴霧粒径を大きくしてバルブ傘部１４ａでの燃料霧
化を行わせる。これにより、エア供給ポンプ７２による
燃料微粒化の過不足が回避される。

【００８７】上記実施の形態では、吸気バルブ１４の傘
部温度の推定に際し、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン
負荷（吸気圧ＰＭ）から間接的に推定したが、これを変
更する。燃焼温度と排ガス温度とは所定条件下で比例関
係にあると考えられる。そこで、エンジン排気管に排気
温センサを設け、当該センサの検出結果に基づき吸気バ
ルブ１４の傘部温度を推定する。

【００８８】又は、エンジンの低温始動時の所定期間と
アイドル運転時とだけ、傘部温度が比較的低いとしてエ
ア供給ポンプ７２によるエアアシストを実施するように
してもよい。

【００８９】上記実施の形態では、前記エア供給ポンプ
７２をモータ駆動とし、エアアシスト時にはモータＯ
Ｎ、それ以外はモータＯＦＦとしたが、これを変更す
る。例えばエンジンのクランク軸出力を駆動源としてエ
ア供給ポンプ７２を駆動させる。この際、エアアシスト
時にはクランク軸とポンプ７２とを連結し、それ以外は
クランク軸とポンプ７２との連結を遮断する。かかる場
合、エアアシストを中止する際においてエンジン負荷が
軽減され、燃費が悪化するなどの問題が回避できる。

【００９０】また、燃料微粒化を達成する他の手段とし
て、ピエゾ素子や超音波振動子の振動効果を利用する。
例えばピエゾ素子への印加電圧を正負で切り換えて同素
子を振動させ、この振動により燃料を微粒化する。この
場合、エア圧力を使って微粒化する場合に較べて、燃料
噴霧の貫通力が小さくなる。そのため、エアアシストに
よる微粒化の場合よりも燃料噴霧が空気流に乗り易くな
り、ポートウエットがより一層低減できると考えられ
る。

【００９１】上記実施の形態では、１２孔タイプのイン
ジェクタを用いたが、通常一般に使用される４孔タイプ
のインジェクタを用いて本発明を具体化することも可能
である。

【００９２】上記実施の形態では、前記図１３及び図１
４のマップを用い、エンジン運転状態に応じて燃料噴射
モード及び燃圧Ｐｆを設定したが、これを以下のように
変更する。例えば燃料噴射モードを設定するためのマッ
プとして図１８を用い、燃圧Ｐｆを設定するためのマッ
プとして図１９を用いる。

【００９３】図１８では、低中回転・低中負荷域に加え
て、低回転・高負荷域及び高回転・低負荷域に「１回噴
射領域」を設定している（図の斜線域）。そして、それ
以外の領域を「分割噴射領域」としている。この場合、
１回噴射モードにて燃料流入される時間が、前記図１３
のマップを用いる場合よりも長くなる。そのため、より
広域なエンジン運転状態下にて、吸入空気の充填効率が
向上するようになる。但し、前記図１３のマップ又は図
１８のマップのいずれを採用するかはエンジン仕様に応
じて決定される。

【００９４】図１９の斜線域は、前記図１８のマップの
１回噴射領域と同じ領域であり、同領域内ではエンジン
回転数及びエンジン負荷に応じて低燃圧領域、中燃圧領
域及び高燃圧領域が設定されている。なお、前記図１９
の分割噴射領域に相当する領域（斜線域以外の領域）に
は、中燃圧領域が設定されている。

【００９５】上記実施の形態では、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、これを変更する。燃圧Ｐｆ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。これにより、インジ
ェクタから噴射される単位時間当たりの噴射流量を制御
し、インジェクタの噴射燃料を吸気行程内の特定時期
（吸気行程初期の１／３の期間）に流入させる。かかる
場合、図２０のピエゾ駆動式のインジェクタ８１を使用
する。インジェクタ８１の主要な構成を略述すれば、当
該インジェクタ８１は、常に閉弁方向（図の下方向）に
付勢されるニードル弁８２と、噴射口８３に装着された
エアアシストアダプタ４４（前記図２と同じもの）と、
ピエゾ素子としての多数のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸
鉛）を積層したピエゾスタック８４と、ピエゾスタック
８４の歪み変形に伴って移動するピストン８５とを有す
る。インジェクタ８１による燃料噴射時には、ＥＣＵ３
０からの電圧信号によりピエゾスタック８４が収縮方向
に変形してピストン８５の後退する（図２０の上方に移
動する）。これにより、圧力制御室８６内に負圧が発生
し、ニードル弁８２が上方に移動して噴射口８３から燃
料が噴射される。また、ピエゾスタック８４が逆方向
（伸長方向）に変形してピストン８５が前進すると、ニ
ードル弁８２が前進し、噴射口８３が閉鎖して燃料噴射
が停止される。

【００９６】上記構成によれば、ピエゾスタック８４の
印加電圧を変えることで、ニードル弁８２のリフト量が
任意に設定できる。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が変
化する。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８４に印加してリフト量を制御す
る。図２１は、ピエゾスタック８４への印加電圧とイン
ジェクタ８１の弁体リフト量との関係を示し、図２２
は、ピエゾスタック８４への印加電圧とインジェクタ８
１の単位時間当たりの噴射流量との関係を示す。以上の
ピエゾスタック８４による噴射流量の制御は、例えば前
記図１４や図１９に示す各領域を用い、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
（図１４，１９の高圧域ほど、噴射流量を増加させ
る）。

【００９７】但し、本発明の具体化に際し、気筒内への
燃料流入時期を吸気行程初期の特定時期に調整すること
（燃料の流入時期調整）や、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）は必
須要件ではなく、これらの構成を省略して具体化しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における内燃機関の燃料噴射
制御装置の概要を示す全体構成図。

【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】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４】燃料粒径ＳＭＤとトルクアップ率との関係を示
すグラフ。

【図５】ＳＭＤ＝１０μｍ，５０μｍでの燃料噴射の様
子を示すエンジン断面図。

【図６】バルブの傘部温度とエアアシスト量との関係を
示すグラフ。

【図７】エンジン運転状態に応じたエアアシストの要否
の領域を示すマップ。

【図８】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を表すタイムチャート。

【図９】燃料流入の時間割合とトルクアップ率との関係
を示すグラフ。

【図１０】噴射終了時期と空燃比ずれ量ΔＡ／Ｆとの関
係を燃料粒径毎に示す図。

【図１１】過渡運転時における空燃比のリーンスパイク
とリッチスパイクとを示す図。

【図１２】１回噴射モードと分割噴射モードとの概要を
説明するためのタイムチャート。

【図１３】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１４】エンジン運転状態に応じた燃圧領域を示すマ
ップ。

【図１５】ＴＡＵ算出ルーチンを示すフローチャート。

【図１６】４ｍｓ割込みルーチンを示すフローチャー
ト。

【図１７】３２ｍｓ割込みルーチンを示すフローチャー
ト。

【図１８】他の実施の形態において、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１９】他の実施の形態において、エンジン運転状態
に応じた燃圧領域を示すマップ。

【図２０】他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２１】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２２】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）、１４…吸気バルブ、１４ａ
…傘部、１７…吸気ポート、１８…エアアシスト式のイ
ンジェクタ、３１…傘部温度推定手段，微粒化調整手
段，インジェクタ駆動制御手段を構成するＣＰＵ、４４
…インジェクタ噴口部を構成するエアアシストアダプ
タ、７２…燃料微粒化手段を構成するエア供給ポンプ、
７２ａ…モータ、８１…エアアシスト式のインジェク
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 69/04 Ｆ０２Ｍ 69/04 Ｇ Ｒ Ｌ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の出力の一部を使ってインジェク
   タによる噴射燃料を微粒化する燃料微粒化手段を備え、
   且つ内燃機関の吸気バルブの傘部を狙って前記インジェ
   クタから吸気ポートに燃料を噴射供給する燃料噴射装置
   であって、 前記吸気バルブの傘部の温度を推定する傘部温度推定手
   段と、 前記推定した吸気バルブの傘部温度が低ければ前記燃料
   微粒化手段による燃料微粒化を実施し、当該傘部温度が
   高ければ前記燃料微粒化手段による燃料微粒化を中止す
   る微粒化調整手段とを備えることを特徴とする内燃機関
   の燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記インジェクタはその噴口部を多孔化し
   て所定の燃料噴霧粒径を得るものである請求項１に記載
   の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記微粒化調整手段は、前記推定した吸気
   バルブの傘部温度が高いほど、前記燃料微粒化手段によ
   る燃料微粒化を止める方向に徐変させる請求項１又は請
   求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記傘部温度推定手段は、機関運転状態に
   応じて傘部温度を推定するものであり、 前記微粒化調整手段は、機関の高回転又は高負荷運転域
   では前記燃料微粒化手段による燃料微粒化を中止する請
   求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかに記載の燃
   料噴射装置において、 前記燃料微粒化手段は、機関出力によりエア供給ポンプ
   を駆動させてインジェクタ噴口部に加圧エアを供給する
   エアアシスト式のインジェクタでもって構成され、 前記微粒化調整手段は、前記推定した吸気バルブの傘部
   温度が低ければ前記エア供給ポンプによるエアアシスト
   を必要とし、当該傘部温度が高ければ前記エア供給ポン
   プによるエアアシストを不要とする内燃機関の燃料噴射
   装置。
6. 【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかに記載の燃
   料噴射装置において、 前記吸気バルブの開弁期間内のうち開弁当初の所定期間
   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、インジェクタの駆動を制御するインジェクタ駆
   動制御手段を備える内燃機関の燃料噴射装置。