(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の先端位置を制御することで、ＰＭ発生などを適切に低減することが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射制御装置は、冷間時である場合に、燃料噴射弁の先端位置を燃焼室に対して遠ざける制御を行う。これにより、低貫徹力化による噴霧のボアアタック低減による希釈を低減することができると共に、低貫徹力化による吸気弁付着量・ピストン付着量を低減することができる。よって、ＰＭ及びスモークを低減することが可能となる。【選択図】図６
2010174793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端位置が燃焼室に対して可変に構成された燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
冷間時である場合に、前記燃料噴射弁の先端位置を前記燃焼室に対して遠ざける制御を行う先端位置制御手段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。
【請求項２】
前記先端位置制御手段は、前記冷間時であっても、触媒暖機成層燃焼を行うファーストアイドル時である場合には、前記燃料噴射弁の先端位置を前記燃焼室に対して近付ける制御を行う請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記先端位置制御手段は、水温に基づいて、前記冷間時であるか否かの判定を行う請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記先端位置制御手段は、燃料中のアルコール濃度に基づいて判定値を設定し、水温と前記判定値とを比較することで、前記冷間時であるか否かの判定を行う請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術が、例えば特許文献１及び２に提案されている。特許文献１には、壁流燃料の形成状態を水温や外気温に基づいて推定し、推定結果に基づいて燃圧をコントロールする技術が提案されている。この技術では、冷機時に燃圧を増加させて燃料気化を促進することを図っている。特許文献２には、２つの燃料噴射弁を用いて、貫徹力を変更する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２８６５３８号公報
【特許文献２】特開２００８−２５５９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷間時においては、貫徹力（噴霧貫徹力）大による燃料のボアアタック量が増大することでオイル希釈を招いてしまうため、オイル希釈悪化を最小限にするためにも貫徹力はできるだけ小さいほうが望ましいと言える。また、貫徹力増大により噴霧のピストン付着量・吸気弁付着量も増大してしまうことにより、ＰＭ、スモークが悪化してしまう場合がある。冷間時のみ燃圧を下げることで貫徹力をコントロールすることは可能であるが、低燃圧化による低貫徹力化は、噴霧微粒化を悪化させてしまい、基本的には、オイル希釈悪化を抑制することはできないと言える。
【０００５】
このように、燃圧と貫徹力と粒径とは独立したものでないため、燃圧制御による低貫徹力化・高微粒化を実現することは困難であると言える。そのため、一般的には、成層燃焼・性能向上による高貫徹力化の要求と、オイル希釈低減、ＰＭ低減による低貫徹力化の要求との双方の妥協点を探して、最適な貫徹力を持つ噴霧設計が行われている。
【０００６】
上記した特許文献１に記載された技術では、燃料気化を促進させるとＰＭが増加してしまう場合があった。また、特許文献２に記載された技術では、低貫徹力・高微粒化噴霧と、高貫徹力・低微粒化噴霧とを使い分けることができるが、燃料噴射弁を２つ用いているため、搭載上の問題、コスト高、システムの複雑化などを招いてしまう場合があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁の先端位置を制御することで、ＰＭ発生などを適切に低減することが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、先端位置が燃焼室に対して可変に構成された燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御装置は、冷間時である場合に、前記燃料噴射弁の先端位置を前記燃焼室に対して遠ざける制御を行う先端位置制御手段を備える。
【０００９】
上記の内燃機関の燃料噴射制御装置は、冷間時である場合に、燃料噴射弁の先端位置を燃焼室に対して遠ざける制御を行う。つまり、ＰＭ増大などが予測される場合に、このような制御を行う。これにより、低貫徹力化による噴霧のボアアタック低減による希釈を低減することができると共に、低貫徹力化による吸気弁付着量・ピストン付着量を低減することができる。よって、ＰＭ及びスモークを適切に低減することが可能となる。
【００１０】
上記の内燃機関の燃料噴射制御装置の一態様では、前記先端位置制御手段は、前記冷間時であっても、触媒暖機成層燃焼を行うファーストアイドル時である場合には、前記燃料噴射弁の先端位置を前記燃焼室に対して近付ける制御を行うことができる。
【００１１】
上記の内燃機関の燃料噴射制御装置において好適には、前記先端位置制御手段は、水温に基づいて、前記冷間時であるか否かの判定を行う。つまり、ＰＭ発生を水温に基づいて予測する。
【００１２】
また、好適には、前記先端位置制御手段は、燃料中のアルコール濃度に基づいて判定値を設定し、水温と前記判定値とを比較することで、前記冷間時であるか否かの判定を行う。これにより、アルコール濃度を考慮に入れて、冷間時の判定（ＰＭ発生の予測）を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に一形態に係る燃料噴射制御装置が適用された内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の断面を拡大して模式的に示した断面模式図。
【図３】オイル通路がオイル供給状態にある場合の燃料噴射弁を示す図。
【図４】燃料噴射弁に作用する油圧の説明図。
【図５】オイル通路がオイル排出状態にある場合の燃料噴射弁を示す図。
【図６】第１実施例における制御フローを示す図。
【図７】アルコール濃度から判定水温を求めるためのマップの一例を示す図。
【図８】第２実施例における制御フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１５】
［装置構成］
図１は本発明に一形態に係る燃料噴射制御装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関１は複数の気筒２が適宜のレイアウトで並べられた火花点火式内燃機関として構成されており、不図示の車両に走行用動力源として搭載される。図１では一つの気筒２のみを示している。気筒２の上部には気筒２を塞ぐようにシリンダヘッド４が取り付けられている。各気筒２には吸気通路５及び排気通路６がそれぞれ設けられている。各気筒２には図示しないクランク軸にコンロッド７を介して連結されたピストン８が往復運動可能な状態で挿入されている。各気筒２には不図示の点火プラグがその電極を気筒２内に突出させるようにして取り付けられている。また、気筒２毎に燃焼室２ａ内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が取り付けられている。燃料噴射弁１０は、不図示の燃料通路から導かれる燃料を各燃料噴射弁１０に導くデリバリパイプ１１にクランプ１２によって固定されている。デリバリパイプ１１内の燃料圧力は内燃機関１の運転状態を適正に制御するためのコンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１３によって制御される。デリバリパイプ１１は周知な構造でよいため、詳細な説明は省略する。
【００１６】
吸気通路５は気筒２毎に設けられた吸気ポート５ａを含み、排気通路６は気筒２毎に設けられた排気ポート６ａを含んでいる。吸気ポート５ａ及び排気ポート６ａは気筒２内に通じている。吸気ポート５ａと気筒２との間は吸気弁１４にて開閉され、排気ポート６ａと気筒２との間は排気弁１５にて開閉される。吸気ポート５ａには吸気ポート５ａ毎に設けられ、吸気ポート５ａに燃料を噴射する吸気ポート燃料噴射弁（ＰＦＩ燃料噴射弁）１６が取り付けられている。ＰＦＩ燃料噴射弁１６は、燃料通路から導かれる燃料を各ＰＦＩ燃料噴射弁１６に導く不図示のＰＦＩデリバリパイプに図示しない固定部材によって固定されている。ＰＦＩ燃料噴射弁１６及び燃料噴射弁１０の燃料噴射動作はＥＣＵ１３によって制御される。また、１サイクルあたりに噴射される燃料噴射量が運転状態に応じて適切な比率でＰＦＩ燃料噴射弁１６と燃料噴射弁１０との間で噴き分けられるように両噴射弁１６、１０間の噴き分け比率についてもＥＣＵ１３によって制御されている。
【００１７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線の断面を拡大して模式的に示した断面模式図である。図２に示すように、シリンダヘッド４には気筒２に開口する孔２０が気筒２毎に設けられており、燃料噴射弁１０はこの孔２０に配置されている。孔２０には、その軸線Ａｘに沿って開口から上部に向かって径の小さい小径部２１及び小径部２１より径の大きい中径部２２が設けられている。また、クランプ１２には、間隔ΔＬが設けられており、クランプ１２は、この間隔ΔＬ分軸線Ａｘ方向の長さが伸縮するように構成されている。さらに、クランプ１２は、弾性力を有しており、軸線Ａｘ方向にΔＬ移動した場合には燃料噴射弁１０を軸線Ａｘ方向の下方に付勢するように構成されている。即ち、燃料噴射弁１０はクランプ１２によってΔＬ分軸線Ａｘ方向の上下に移動可能な状態でデリバリパイプ１１に固定されている。
【００１８】
燃料噴射弁１０には、燃焼室２ａ内に燃料を噴射する噴射部２５と、噴射部２５に接続されて噴射部２５より径の大きい本体部２６とが設けられている。燃料噴射弁１０は、孔２０の軸線Ａｘと軸線を一致させて、孔２０の小径部２１に噴射部２５が、孔２０の中径部２２に本体部２６が、それぞれ収まるように配置されている。これにより、噴射部２５と本体部２６との境界に位置する本体部下面２６ａは、段差部としての小径部２１の上面２１ａと対向するように配置される。また、燃料噴射弁１０は、噴射部２５が孔２０からΔＬ分突出する状態で配置されている。このため、燃料噴射弁１０が軸線Ａｘ方向の上方に移動した場合には噴射部２５が孔２０内に収まり突出しない状態となる。孔２０と燃料噴射弁との間には半径方向に非接触状態となるように所定の間隔Ｃが設けられている。
【００１９】
燃料噴射弁１０の外周には、燃料噴射弁１０とシリンダヘッド４とをシールする第１シール部２８が噴射部２５に、第２シール部２９が本体部２６に、それぞれ装着されている。これにより、第１シール部２８と第２シール部２９との間には密閉空間３０が形成されている。密閉空間３０にはシリンダヘッド４に設けられた流体通路としてのオイル通路４１が接続されている。オイル通路４１にはオイル供給通路４２とオイル排出通路４３とが接続部にて接続されている。オイル通路４１の接続部には圧力を調整するための切替弁４５が設けられており、オイル通路４１はこの切替弁４５によってオイル通路４１の接続先を切り替えられる。これにより、オイル通路４１は、切替弁４５によってオイル供給通路４２に接続されたオイル供給状態とオイル排出通路４３に接続されたオイル排出状態との間で切り替えられるように構成されている。さらに、オイル通路４１はこの切替弁４５によってこれらのいずれの通路４２、４３にも接続されていない独立状態にも切り替えられる。つまり、オイル通路４１は切替弁４５によってオイル供給状態、オイル排出状態、及び独立状態の３つの状態の間で切り替えられる。オイル供給通路４２には内燃機関１で駆動されるオイルポンプ４６によってオイルが供給される。また、オイル排出通路４３は不図示のオイルパンまで延びている。
【００２０】
図３は、オイル通路４１がオイル供給状態にある場合の燃料噴射弁１０を示している。切替弁４５がオイル通路４１をオイル供給通路４２に接続する状態に切り替えられると密閉空間３０にはオイルが供給される。図３の破線矢印４７はオイルの流れを示している。この密閉空間３０に供給されたオイルによって軸線Ａｘ方向の上方に作用する油圧が発生する。燃料噴射弁１０はクランプ１２によって軸線Ａｘ方向の上方にΔＬ分移動可能に固定されている。このため、図３に示すように、密閉空間３０へのオイルの供給により燃料噴射弁１０はΔＬ分軸線Ａｘ方向の上方に移動する。図３の矢印４８は、燃料噴射弁１０の移動方向を、破線４９は燃料噴射弁１０が軸線Ａｘ方向の上方に移動する前の噴射部２５の先端の位置を、それぞれ示している。また、燃料噴射弁１０のΔＬ分軸線Ａｘ方向の上方への移動にともなってクランプ１２の軸線Ａｘ方向の長さはΔＬ分短くなっている。
【００２１】
ここで、図４を参照して燃料噴射弁１０に作用する油圧について説明する。図４は、密閉空間３０の要部を拡大して模式的に示した図である。図４の一点鎖線矢印５０は軸線Ａｘ方向の下方向に作用する力、つまり、デリバリパイプ１１から導かれる燃料圧力Ｐａ及びクランプ１２の弾性力Ｆを示している。図４の二点鎖線矢印５１は軸線Ａｘ方向の上方向に作用する力、つまり、気筒２内の圧力Ｐｂを示している。細い矢印５２は油圧の作用を示しており、そのうち軸線Ａｘ方向の上方向に作用する油圧Ｐｃを太い矢印５３で示している。油圧Ｐｃには、孔２０の小径部２１の上面２１ａと第２シール部２９の底面２９ａ及び本体部下面２６ａとの間で作用する圧力が相当する。また、燃料圧力Ｐａを受ける面積をＡ、気筒２内の圧力Ｐｂを受ける面積をＢ、油圧Ｐｃを受ける面積をＣとすると、燃料噴射弁１０を軸線Ａｘ方向の上方へ移動させるために必要となる油圧Ｐｃは次の式（１）で示される。
【００２２】
Ｐｃ＝（Ｐａ×Ａ−Ｐｂ×Ｂ−Ｆ）／Ｃ    式（１）
式（１）から明らかなように、燃料噴射弁１０を軸線Ａｘ方向の上方へ移動させるために必要となる油圧Ｐｃは変数である燃料圧力Ｐａ及び気筒２内の圧力Ｐｂによって変化する。
【００２３】
図５は、オイル通路４１がオイル排出状態にある場合の燃料噴射弁１０を示している。切替弁４５がオイル通路４１をオイル排出通路４３に接続する状態に切り替えられると燃料圧力Ｐａ及びクランプ１２の弾性力Ｆが作用して密閉空間３０からオイルが排出される。図４の破線矢印５４はオイルの流れを示している。オイル通路４１がオイル排出通路４３に接続されるとオイル供給通路４２を介してオイルポンプ４６が供給するオイルによって発生していた軸線Ａｘ方向の上方に作用するオイル油圧Ｐｃがなくなる。このため、燃料圧力Ｐａ及びクランプ１２の弾性力Ｆによって燃料噴射弁１０はΔＬ分軸線Ａｘ方向の下方に移動する。図５の矢印５５は燃料噴射弁１０の移動方向を、破線５６は燃料噴射弁１０が軸線Ａｘ方向の下方に移動する前、つまり、図３の状態にあった場合の噴射部２５の先端の位置を、それぞれ示している。また、燃料噴射弁１０のΔＬ分軸線Ａｘ方向の下方への移動にともなってクランプ１２には間隔ΔＬが形成される。切替弁４５の切り替え動作はＥＣＵ１３によって制御される。
【００２４】
ＥＣＵ１３は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、不図示の各種センサから出力された信号を参照しつつ所定のプログラムに従って制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ１３は、主に、燃料噴射弁１０の先端位置を変更する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁１０の先端位置を燃焼室２ａに対して遠ざけたり近付けたりする制御（言い換えると引き込めたり突き出したりする制御）を行う。
【００２５】
以下で、ＥＣＵ１３が行う制御方法の実施例について、具体的に説明する。
【００２６】
［第１実施例］
第１実施例における制御方法について説明する。第１実施例では、ＥＣＵ１３は、オイル希釈・ＰＭ悪化を招くような冷間時である場合には、燃料噴射弁１０の先端位置を燃焼室２ａから遠ざける制御を行う。つまり、燃料噴射弁１０の先端位置を引き込める制御を行う。これに対して、ＥＣＵ１３は、冷間時でない場合（つまり温間である場合）には、燃料噴射弁１０の先端位置を燃焼室２ａに対して近づける制御を行う。つまり、燃料噴射弁１０の先端位置を燃焼室２ａ方向に突き出す制御を行う。更に、ＥＣＵ１３は、冷間時であっても、触媒暖機成層燃焼を行うファーストアイドル時である場合には、燃料噴射弁１０の先端位置を燃焼室２ａ方向に突き出す制御を行う。
【００２７】
こうすることにより、冷間時において燃料噴射弁１０の先端位置を引き込めている際には、低貫徹力化による噴霧のボアアタック低減による希釈を低減することができると共に、低貫徹力化による吸気弁１４の付着量・ピストン８の付着量を低減することができる。よって、ＰＭ及びスモークを適切に低減することが可能となる。言い換えると、噴孔からボアまでの距離を稼ぐことで、オイル希釈量を低減でき、また、噴孔先端部と吸気弁１４との距離が大きくなるので、微粒化の良くない噴霧ブレイク前の吸気弁干渉を回避することができ、ＰＭ・スモークを低減することが可能となる。
【００２８】
これに対して、温間時において燃料噴射弁１０の先端位置を突き出している際には、噴霧貫徹力向上により、出力を向上させることができる。また、噴霧貫徹力向上により、圧縮行程噴射時における噴霧ロバスト性を確保することができる。
【００２９】
以上のように、第１実施例における制御方法によれば、燃料噴射弁１０の先端位置の引き込め時及び突き出し時における各々の効果を、適切に両立させることが可能となる。
【００３０】
なお、ＥＣＵ１３は、上記したような冷間時であるか否かの判断を、水温（エンジン水温）に基づいて行う。具体的には、水温センサなどによって計測された水温が、予め定められた判定値（以下、「判定水温」と呼ぶ。）よりも低い場合、ＥＣＵ１３は、冷間時であると判断する。
【００３１】
図６は、第１実施例における制御フローを示す。この制御フローは、ＥＣＵ１３によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、この制御フローの実行開始時においては、燃料噴射弁１０の先端位置は突き出し状態にあるものとする（つまり突き出し状態を初期状態とする）。
【００３２】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１３は、水温センサなどから水温を取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１３は、メモリなどから判定水温を取得する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。
【００３３】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１３は、触媒暖機成層燃焼を行うファーストアイドル時であるか否かの判定を行う。つまり、ファーストアイドルを実行する条件（ファーストアイドル条件）が成立しているか否かを判定する。ファーストアイドル条件が成立している場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、処理は終了する。この場合には、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁１０の先端位置を突き出し状態に維持する。これに対して、ファーストアイドル条件が成立していない場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に進む。
【００３４】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０１で取得された現在の水温が、ステップＳ１０２で取得された判定水温よりも低いか否かを判定する。つまり、冷間時であるか否かを判定する。
【００３５】
現在の水温が判定水温よりも低い場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、冷間時であるため、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁１０の先端位置を引き込める制御（先端位置を燃焼室２ａから遠ざける制御）を行う。そして、処理は終了する。
【００３６】
これに対して、現在の水温が判定水温以上である場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理は終了する。この場合には、冷間時ではないため、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁１０の先端位置を突き出し状態に維持する（つまり初期状態を維持する）。
【００３７】
［第２実施例］
次に、第２実施例における制御方法について説明する。第２実施例では、ＥＣＵ１３は、燃料内のアルコール濃度を考慮して冷間時であるか否かの判定を行って、第１実施例で示したような燃料噴射弁１０の先端位置に対する制御を行う。つまり、第２実施例における制御方法は、アルコール含有燃料を使用する内燃機関に対して適用される。より具体的には、第２実施例では、燃料内のアルコール濃度に基づいて判定水温を変更し、当該判定水温と現在の水温とを比較することで、冷間時であるか否かの判定（言い換えると温間時であるか否かの判定）を行う。
【００３８】
図７は、アルコール濃度から判定水温を求めるためのマップの一例を示している。図７は、横軸にアルコール濃度を示し、縦軸に判定水温を示している。図示のように、アルコール濃度が高いほど、判定水温が低くなることが見て取れる。具体的には、アルコール濃度に比例して判定水温が低くなることが見て取れる。
【００３９】
こうしているのは、アルコール濃度が高いほど、希釈、ＰＭ量が低減するため、判定水温を下げるべきと言えるからである。つまり、アルコールはガソリンと異なり高沸点成分が存在しなく、ある水温以上で燃料はほとんど上昇してしまうからである。
【００４０】
図８は、第２実施例における制御フローを示す。この制御フローは、ＥＣＵ１３によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、この制御フローの実行開始時においては、燃料噴射弁１０の先端位置は突き出し状態にあるものとする。
【００４１】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１３は、水温センサなどから水温を取得すると共に、アルコールセンサなどから燃料中のアルコール濃度を取得する。そして、処理はステップＳ２０２に進む。
【００４２】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１３は、ステップＳ２０１で取得されたアルコール濃度から判定水温を求める。例えば、ＥＣＵ１３は、図７に示したようなマップを参照して、アルコール濃度に対応する判定水温を得る。そして、処理はステップＳ２０３に進む。
【００４３】
ステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理は、前述したステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理と同様であるため、その説明を省略する。
【００４４】
［変形例］
上記では、水温に基づいて冷間時であるか否かの判定を行って、燃料噴射弁１０の先端位置に対する制御を行う実施例を示したが、水温の代わりに油温に基づいて冷間時であるか否かの判定を行っても良い。この場合にも、アルコール濃度に基づいて、油温の判定に用いる判定値を設定することができる。
【００４５】
また、本発明は、図１などに示した内燃機関１への適用に限定はされない。つまり、本発明は、先端位置が燃焼室に対して可変に構成された燃料噴射弁を有する内燃機関に対して好適に適用でき、燃料噴射弁の先端位置を変更する機構は、図１乃至図５に示したものに限定はされない。
【符号の説明】
【００４６】
１  内燃機関
２  気筒
２ａ  燃焼室
４  シリンダヘッド
１０  燃料噴射弁
１１  デリバリパイプ
１２  クランプ
１３  ＥＣＵ
２０  孔
２１  小径部
２１  上面
２２  中径部
２５  噴射部
２６  本体部
２６ａ  本体部下面
２８  第１シール部
２９  第２シール部
３０  密閉空間
【図１】
2010174793.tif 000003
【図２】
2010174793.tif 000004
【図３】
2010174793.tif 000005
【図４】
2010174793.tif 000006
【図５】
2010174793.tif 000007
【図６】
2010174793.tif 000008
【図７】
2010174793.tif 000009
【図８】
2010174793.tif 000010