(57)【要約】【課題】ポート噴射式の内燃機関において、インジェクタから噴射した燃料をより確実に霧化または気化させて気筒に吸引させる。【解決手段】気筒に連なる吸気ポートに向けてインジェクタから燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、気筒の一サイクルに必要な量の燃料を複数回に分けてインジェクタから噴射することとし、その少なくとも一部の回の燃料噴射を当該気筒の圧縮行程中または膨張行程中に実施する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に連なる吸気ポートに向けてインジェクタから燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、
気筒の一サイクルに必要な量の燃料を複数回に分けてインジェクタから噴射することとし、その少なくとも一部の回の燃料噴射を当該気筒の圧縮行程中または膨張行程中に実施する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒に連なる吸気ポートに向けてインジェクタから燃料を噴射するポート噴射（Ｐｏｒｔ  Ｆｕｅｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）式の内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポート噴射式の内燃機関において、気筒で燃焼させるべき燃料をインジェクタから噴射するタイミングは、対象の気筒の吸気バルブが開弁するタイミングに合わせる必要がある。典型的には、吸気バルブが開弁する前の排気行程中からインジェクタを開弁して燃料噴射を開始し、吸気バルブが開弁する直前または開弁と略同時にインジェクタを閉弁して燃料噴射を終了する。
【０００３】
場合によっては、吸気バルブが開弁した後もなお、インジェクタを閉弁せずに開いておくことがある。ポート噴射式の内燃機関では、インジェクタから噴射した燃料の一部が液状となって吸気ポートの内壁面や吸気バルブの弁体に付着し、気筒の燃焼室に吸引されないポートウェットが生じる。吸気バルブの開弁後もインジェクタを開弁しておけば、燃料を確実に気筒の燃焼室に吸引させることができる（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１６８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸気ポートの内壁面や吸気バルブの弁体に付着した液状燃料が霧化または気化せず、後の吸気バルブの開弁時に液滴として気筒の燃焼室内に入り込むことがある。液相の燃料は燃焼室内で完全燃焼しきれず、煤または粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を発生させ、あるいは未燃のまま排出されて、エミッションを悪化させる。また、燃料が完全燃焼しないことは、内燃機関の熱機械変換効率の低下にも繋がる。
【０００６】
本発明は、以上の問題に着目してなされたものであり、ポート噴射式の内燃機関において、インジェクタから噴射した燃料をより確実に霧化または気化させて気筒に吸引させることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、気筒に連なる吸気ポートに向けてインジェクタから燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、気筒の一サイクル（４ストロークエンジンでは、吸気行程−圧縮行程−膨脹行程−排気行程の一連を一サイクルとする）に必要な量の燃料を複数回に分けてインジェクタから噴射することとし、その少なくとも一部の回の燃料噴射を当該気筒の圧縮行程中または膨張行程中に実施する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ポート噴射式の内燃機関において、インジェクタから噴射した燃料をより確実に霧化または気化させて気筒に吸引させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の制御装置による燃料噴射制御の内容を説明するタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１１】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁である電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１２】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１３】
排気通路４における触媒４１の上流及び／または下流には、排気通路４を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４は、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよいし、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよい。
【００１４】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００１５】
内燃機関には、各気筒１の吸気バルブ１３及び／または排気バルブ１４の開閉タイミングを可変制御できる可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構５が付随することがある。ＶＶＴ機構５は、各気筒１の吸排気バルブ１３、１４を駆動する吸気カムシャフト及び／または排気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧（潤滑油圧）によって変化させるベーン式のものや、電動機によって変化させる電動式のもの（モータドライブＶＶＴ）である。周知の通り、カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトとカムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、タイミングベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構５は、カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブ１３及び／または排気バルブ１４の開閉タイミングを変更する。
【００１６】
無論、ＶＶＴ機構５の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、吸排気バルブ１３、１４を開弁駆動するカムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動機を介して変化させるもの、吸排気バルブ１３、１４を電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００１７】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。
【００１８】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、排気通路４における触媒４１の上流側及び／または下流側の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３、４４から出力される空燃比信号ｆ、内燃機関の吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。
【００１９】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構５に対して吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミングの制御信号ｍ等を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、気筒１に充填される吸入空気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミング等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
また、停止した内燃機関を始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの再始動であることもある）するに際して、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ））に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が内燃機関の温度（特に、冷却水温）等に応じて定まる閾値を超えたときに、内燃機関が完爆したものと見なして終了する。
【００２２】
ＥＣＵ０は、一つの気筒１の一サイクルに必要な（一サイクルにおいてインジェクタ１１から気筒１に向けて噴射する、一つの気筒１の一サイクル中に同気筒１で燃焼させるべき）燃料噴射量Ｔを決定するにあたり、まず気筒１に吸入される空気の量を求め、その吸入空気量に応じて、理論空燃比またはその近傍の目標空燃比を具現できるような燃料噴射量の基本量ＴＰを決定する。言うまでもなく、基本噴射量ＴＰは、吸入空気量に比例し、吸入空気量が多いほど多くなる。吸入空気量は、現在のエンジン回転数及びサージタンク３３内吸気圧を基に推算する。必要であれば、その推算値に、吸気温や大気圧等に応じた補正を加えることができる。尤も、吸気通路３にエアフローメータが設置されているならば、エアフローメータを介して吸入空気量を直接計測することが可能である。
【００２３】
次いで、この基本噴射量ＴＰを、空燃比センサ４３、４４の出力信号ｆに応じて定まる補正係数ＦＡＦで補正する。補正係数ＦＡＦは、１を中心に増減する正数であり、空燃比センサ４３、４４を介して検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに減少し、空燃比センサ４３、４４を介して検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに増加する。
【００２４】
さらに、状況に応じて定まる各種補正係数Ｋによる補正を加えて、一つの気筒１の一サイクルに必要な燃料噴射量Ｔを算定する。燃料噴射量Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ
となる。ＥＣＵ０が決定した燃料噴射量Ｔにより最終的に実現される、気筒１に充填される混合気の空燃比は、常に理論空燃比であるとは限られず、理論空燃比よりもリッチになることもあれば、理論空燃比よりもリーンになることもある。
【００２５】
従前のポート噴射式の内燃機関の制御では、対象の気筒１の吸気バルブ１３の開弁前の排気行程中からインジェクタ１１を開弁して燃料噴射を開始し、同気筒１の吸気バルブ１３が開弁する直前または開弁と略同時にインジェクタ１１を閉弁して燃料噴射を終了することが通常であった。換言すれば、一つの気筒１の一サイクル中に、特に排気行程から吸気行程に亘る期間に、一回だけインジェクタ１１を開弁し、その一回の燃料噴射において必要とされる燃料噴射量Ｔの全量を噴射していた。
【００２６】
これに対し、本実施形態のＥＣＵ０は、一つの気筒１の一サイクルに必要な量Ｔの燃料を、一サイクル中に複数回に分けて噴射するように、インジェクタ１１を開閉制御する。その上で、図２に例示しているように、一つの気筒１の一サイクル中の複数回の燃料噴射うちの少なくとも一部を、当該気筒１の圧縮行程中または膨張行程中に実施する。
【００２７】
一つの気筒１の一サイクルで燃焼させる必要量Ｔの燃料を複数回に分けて噴射すれば、各回の噴射量を、その噴射した燃料が容易に霧化または気化し得るような量に低減することができる。仮に、インジェクタ１１から噴射した燃料が液状となって吸気ポートの内壁面や吸気バルブ１３の弁体に付着したとしても、その液状燃料の塊は小さく、吸気通路３を流れる吸気に触れる表面積が相対的に大きくなるので、付着した燃料は霧化または気化しやすくなる。しかも、気筒１の圧縮行程ないし膨脹行程の期間に噴射した燃料は、それが次に迎える吸気行程にて気筒１の燃焼室に吸引されるまでの間に、つまりは吸気バルブ１３が開弁するまでの間に、霧化または気化するのに充分な待ち時間を得ることができる。総じて、インジェクタ１１から噴射した燃料の霧化または気化が促進され、液滴として気筒１の燃焼室に入り込む燃料の量がより少なくなる。
【００２８】
一つの気筒１の一サイクル中での燃料噴射の回数、各回の燃料噴射のタイミング、並びに、各回の燃料噴射量即ち各回の噴射におけるインジェクタ１１の開弁時間の長さは、噴射した燃料が必要十分に霧化または気化するように設定することが望ましい。噴射した燃料が霧化または気化しにくい条件下では、噴射した燃料が霧化または気化しやすい条件下と比較して、燃料噴射回数を増やして一回あたりの燃料噴射量を減らしたり、初回または早い回の燃料噴射タイミングを進角し（早め）たり、初回または早い回の燃料噴射量を増やしてその分遅い回の燃料噴射量を減らしたりする。ＥＣＵ０は、例えば、下記の何れか少なくとも一つに基づき、燃料噴射回数、各回の燃料噴射タイミング、各回の燃料噴射量を調整する：
・現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，エンジン負荷率（または、エンジントルク、サージタンク内吸気圧、気筒に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）］。エンジン回転数が高いほど、吸気通路３を気筒１に向かって流通する吸気の流速が高まる。エンジン負荷率が高いほど、吸気の流量が多くなる。これらは何れも、噴射した燃料の霧化または気化のしやすさに影響を与え得る
・現在のサージタンク３３内吸気温。吸気温が低いほど、噴射した燃料が霧化または気化しにくい
・現在の内燃機関の冷却水温または潤滑油温。冷却水温または潤滑油温は、内燃機関の温度、特に吸気ポートの内壁面や吸気バルブ１３の弁体の温度を示唆する。吸気ポートの内壁面や吸気バルブ１３の弁体の温度が低いほど、噴射した（または、これらに付着した）燃料が霧化または気化しにくい
・吸気バルブ１３及び／または排気バルブ１４の開閉タイミング。吸気バルブ１３の開弁タイミングを進角し、または吸気バルブ１３と排気バルブ１４とがともに開くバルブオーバラップ期間を長く（バルブオーバラップ量を大きく）することで、高温の排気ガスが吸気通路３側に逆流する量が増し、吸気ポートの内壁面や吸気バルブ１３の弁体の温度が高くなって、燃料が霧化または気化しやすくなる
各回の燃料噴射のためにインジェクタ１１を開弁／閉弁するタイミング、及びインジェクタ１１の開弁時間の長さを設定する際には、燃料噴射に寄与しない無効噴射時間を加味する必要がある。さらに、インジェクタ１１の性能、特性を考慮することも欠かせない。一般的なインジェクタ１１は、燃料噴射量がその開弁時間の長さ即ち燃料噴射信号ｊの通電時間の長さに概ね比例するが、より応答性のよい、またはより高度な制御が可能な流量制御弁をインジェクタ１１として採用し、詳細条件に応じた細かやな制御を実現することも考えられる。何れにせよ、各回の燃料噴射を通じて気筒１に供給される燃料の総和が必要量Ｔとなるように、燃料噴射回数、各回の燃料噴射タイミング、各回の燃料噴射量を決定することとなる。
【００２９】
本実施形態では、気筒１に連なる吸気ポートに向けてインジェクタ１１から燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、気筒１の一サイクルに必要な量の燃料を複数回に分けてインジェクタ１１から噴射することとし、その少なくとも一部の回の燃料噴射を当該気筒１の圧縮行程中または膨張行程中に実施する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３０】
本実施形態によれば、ポート噴射式の内燃機関において、インジェクタ１１から噴射した燃料をより確実に霧化または気化させて気筒１に吸引させることができる。吸気ポートの内壁面または吸気バルブ１３の弁体にポートウェットとして付着した後、気筒１の燃焼室に流下する燃料の液滴が減少するため、液状燃料の不完全燃焼に起因する煤または粒子状物質の発生や、未燃の燃料成分の排出が抑制され、エミッションが良化する。ポートウェットの霧化または気化が促進されて、気筒１に吸引されずに残留するポートウェットの量が減少することは、気筒１に充填される混合気の空燃比制御の高精度化に寄与し、それもまたエミッションの良化へと繋がる。そして、燃料の完全燃焼により、内燃機関の熱機械変換効率が向上し、燃費性能のより一層の改善を期待できる。
【００３１】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態には限られない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、車両等に搭載されるポート噴射式の内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１３…吸気バルブ
３…吸気通路
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｄ…吸気温・吸気圧信号
ｅ…冷却水温信号
ｊ…燃料噴射信号
【図１】
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【図２】
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