(57)【要約】【課題】ポート噴射式の内燃機関において、閉じたインジェクタから燃料が吸い出されて漏洩する問題を回避ないし抑制する。【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、インジェクタの周囲の吸気負圧が所定値よりも大きくなることが想定される場合、そうでない場合と比較してインジェクタの閉弁タイミングを早めることで、当該インジェクタが指向する気筒の吸気バルブが開弁する前に当該インジェクタを閉弁する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
2020051391.tif 000002
【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、
インジェクタの周囲の吸気負圧が所定値よりも大きくなることが想定される場合、そうでない場合と比較してインジェクタの閉弁タイミングを早めることで、当該インジェクタが指向する気筒の吸気バルブが開弁する前に当該インジェクタを閉弁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式の内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒で燃焼させるべき燃料を噴射するインジェクタには、ニードルバルブが用いられることが多い（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００３】
ポート噴射式の内燃機関において、インジェクタから燃料を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、吸気バルブの開弁前からインジェクタを開弁して燃料噴射を開始し、吸気バルブの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。最適な燃料噴射タイミングは、可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構が具現する吸気バルブの開弁タイミングによっても変化する（例えば、下記特許文献２を参照）。
【０００４】
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開いておくこともある。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壁面や吸気バルブの傘部等に付着するポートウェットが生じる。吸気バルブの開弁後にインジェクタを開弁しておけば、ポートウェット分を減らして燃料を確実に気筒の燃焼室内に吸引させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−３４０３２０号公報
【特許文献２】特開２０１６−０９４９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自然吸気エンジン、またはターボエンジンであっても過給機が過給を行っていないときには、吸気通路におけるスロットルバルブの下流の気圧が大気圧を下回る。周知の通り、吸気負圧は、気筒の吸気バルブが開弁し同気筒が空気を吸引することにより生じる。スロットルバルブが殆ど完全に閉じているような極軽負荷の運転領域では、吸気負圧が非常に大きくなる。
【０００７】
インジェクタの周囲の吸気負圧が巨大となっている状況下で、開弁していたインジェクタを閉弁する操作を実行すると、制御としては閉止したはずのインジェクタの弁体と弁座との間に燃料が侵入して、インジェクタの噴孔からの意図せざる燃料の漏洩が発生する。例えば、粗大な燃料粒子が形成されたり、弁体が弁座に着座せずに燃料が漏出し続けたりする。漏洩した燃料は、気筒に充填される混合気の空燃比を過リッチ化し、燃焼不良やエミッションの悪化の要因となる。
【０００８】
本発明は、閉じたインジェクタから燃料が吸い出されて漏洩する問題を回避ないし抑制することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、インジェクタの周囲の吸気負圧が所定値よりも大きくなることが想定される場合、そうでない場合と比較してインジェクタの閉弁タイミングを早めることで、当該インジェクタが指向する気筒の吸気バルブが開弁する前に当該インジェクタを閉弁する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ポート噴射式の内燃機関において、閉じたインジェクタから燃料が吸い出されて漏洩する問題を回避ないし抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
内燃機関には、各気筒１の吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構５が付随することがある。ＶＶＴ機構５は、各気筒１の吸気バルブを駆動する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、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。
【００１８】
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、吸気バルブ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、吸気バルブ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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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タイミングの制御信号ｍ等を出力する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
ＥＣＵ０は、燃料噴射量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。
【００２５】
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、ｇ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。
【００２６】
さらに、状況に応じて定まる各種補正係数Ｋや、インジェクタ１１の無効噴射時間ＴＡＵＶをも加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ１１に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に信号ｊを入力、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。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。
【００２７】
平時の燃料噴射タイミング、即ちインジェクタ１１の開閉タイミングは、燃料を供給するべき対象の気筒１の吸気バルブが開弁するタイミングに合わせる。典型的には、吸気バルブの開弁前からインジェクタ１１を開弁して燃料噴射を開始し、吸気バルブの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。最適な燃料噴射タイミングは、ＶＶＴ機構５が具現する吸気バルブの開弁タイミングによって変化する。
【００２８】
また、場合によっては、吸気バルブの開閉タイミングをより遅らせ、吸気バルブが開弁した後もなおインジェクタ１１を閉弁せずに開いておくことがある。
【００２９】
インジェクタ１１は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２よりも下流に所在する。インジェクタ１１の噴孔の周囲の雰囲気圧は、吸気負圧によって大気圧よりも低くなる。内燃機関の始動時やアイドリング中、またはアイドリングに近い極軽負荷の運転領域では、スロットルバルブ３２が殆ど完全に閉じており、気筒１が空気を吸引することで生ずる吸気負圧が顕著に大きくなる。
【００３０】
インジェクタ１１の周囲の吸気負圧が巨大となっている（気圧としては顕著に低下している）状況下で、開弁していたインジェクタ１１を閉弁する操作を実行すると、制御としては閉止したはずのインジェクタ１１の弁体と弁座との間に燃料が侵入して、インジェクタの噴孔からの意図せざる燃料の漏洩が発生する。燃料の漏洩は、空燃比の過リッチ化を招き、燃焼不良、内燃機関の始動時であれば始動不良、またはエミッションの悪化の要因となるため、決して好ましくない。
【００３１】
閉じたインジェクタ１１から燃料が吸い出されて漏洩する問題を回避ないし抑制するべく、本実施形態のＥＣＵ０は、図２に示すように、インジェクタ１１の周囲の吸気負圧が所定値（例えば、−６０ｋＰａ。これは、インジェクタ１１の周囲の雰囲気圧が大気圧よりも６０ｋＰａ低いことを意味する）よりも大きくなる（即ち、インジェクタ１１の雰囲気圧が所定値よりも低下する）ことが想定される場合（ステップＳ１）、そうでない場合と比較してインジェクタ１１の閉弁タイミングを早める（ステップＳ２）。
【００３２】
ステップＳ１では、吸気温・吸気圧センサを介して実測しているスロットルバルブ３２の下流の吸気圧の推移に基づき、気筒１の吸気バルブの開弁により吸気負圧が所定値よりも大きくなるか否かを判断してもよいし、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，アクセル開度（または、エンジントルク、気筒１に充填される空気量若しくは燃料噴射量等）］及び大気圧等に基づき、吸気バルブの開弁により吸気負圧が所定値よりも大きくなるか否かを推測してもよい。後者では、ＥＣＵ０のメモリに予め、内燃機関の運転領域及び大気圧等と、吸気負圧の推測値との関係を規定したマップデータを格納しておく。そして、ＥＣＵ０が、現在の運転領域及び大気圧等をキーとして当該マップを検索し、吸気負圧の推測値を知得、その推測値が所定値を上回るか否かを判定する。
【００３３】
インジェクタ１１の周囲の吸気負圧が所定値よりも大きくなる状況下では、インジェクタ１１が指向する気筒１の吸気バルブが開弁するよりも前に、確実に当該インジェクタ１１を閉弁するようにする（ステップＳ２）。翻って、インジェクタ１１の周囲の吸気負圧が所定値よりも大きくならない状況下では、平常通りのタイミングでインジェクタ１１を閉弁する（ステップＳ３）。エンジン回転数やアクセル開度、吸気バルブの開弁タイミングといった他の条件が同等である下において、ステップＳ２におけるインジェクタ１１の閉弁タイミングは、ステップＳ３における平時のインジェクタ１１の閉弁タイミングよりも進角する。
【００３４】
ＥＣＵ０は、そのようにしてインジェクタ１１の閉弁タイミングを決定した上で、必要な燃料噴射時間Ｔを具現できるように、インジェクタ１１の開弁タイミングを決定する。
【００３５】
本実施形態によれば、ポート噴射式の内燃機関において、閉じたインジェクタ１１から燃料が漏洩し、気筒１に充填される混合気が過剰にリッチ化する問題を回避ないし抑制することができる。従って、燃焼不良やこれに起因する始動不良を防止することができ、エミッションの悪化も招かずに済む。
【００３６】
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】
【００３７】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
５…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
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
ｈ…大気圧信号
ｊ…燃料噴射信号
【図１】
2020051391.tif 000003
【図２】
2020051391.tif 000004