(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射バルブを備えた火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
吸気行程の中期から後期の期間に第１回目の燃料噴射を行うとともに、圧縮行程の前期から中期の期間に第２回目の燃料噴射を行う第１噴射モードと、吸気行程の前期から中期の期間にのみ燃料噴射を行う第２噴射モードとを切り換える制御信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第２噴射モードから前記第１噴射モードへの切り換え時に、吸気行程の中期から後期の期間にのみ燃料噴射を行う制御信号を出力する燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記第１噴射モードのとき、クランク角度９０〜１３０°ＡＴＤＣの期間に前記第１回目の燃料噴射を行うとともに、クランク角度１８０〜２４０°ＡＴＤＣの期間に前記第２回目の燃料噴射を行う制御信号を出力する燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記第１噴射モードのとき、前記第２回目の燃料噴射量に対する前記第１回目の燃料噴射量の分割比を大きくするほど前記第２回目の燃料の噴射時期を遅角させる制御信号を出力する燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高負荷又は高回転領域における混合気の均質性を高めるために、吸気行程の中期に燃料噴射を行ったのち、圧縮行程の中期以降に少なくとも２回の燃料噴射を行う火花点火式直噴エンジンが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５６６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では噴射モードを切り換える際にトルク段差が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、噴射モードの切り換え時のトルク段差を抑制できる燃料噴射制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、吸気行程の前期から中期の期間にのみ燃料噴射を行う第２噴射モードから、吸気行程の中期から後期に第１回目の燃料噴射を行ったのち圧縮行程の前期から中期に第２回目の燃料噴射を行う第１噴射モードへの切り換え時に、吸気行程の中期から後期の期間にのみ燃料噴射を行うことによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第２噴射モードから第１噴射モードへの切り換え時に燃料噴射時期及び分割比が徐々に切り換えられるので、噴射モードの切り換え時のトルク段差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した内燃機関を示すブロック図である。
【図２】図１に示す内燃機関の燃料噴射タイミングを示すタイムチャートである。
【図３】図１に示す内燃機関の第１回目の噴射量と第２回目の噴射時期との関係を示す制御マップである。
【図４】図１に示す内燃機関の第１噴射モードと第２噴射モードとの切換時の燃料噴射タイミングを示すタイムチャートである。
【図５】図１に示す内燃機関の燃料噴射時期とサージトルクとの関係を示すグラフである。
【図６】図１に示す内燃機関の燃料噴射時期と出力トルクとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施の形態を適用した火花点火式直噴エンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。
【００１１】
スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。
【００１２】
燃料噴射バルブ１１８は、燃焼室１２３に臨ませて設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を、運転要求に応じた噴射量となるように所定のタイミングで筒内に直接噴射する。本例における燃料噴射時期の詳細は後述する。
【００１３】
シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。
【００１４】
一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。
【００１５】
また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。
【００１６】
排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで良い場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。
【００１７】
なお、図１において１２９はマフラである。
【００１８】
エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。
【００１９】
エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。
【００２０】
さて、背景技術の欄で触れたとおり、直噴エンジンの低回転高負荷領域では混合気の均質性が悪く燃焼変動が大きいが、本発明者が探求したところ以下の事項が判明した。
【００２１】
図５に示す「△」のプロットは、スロットルバルブ１１４を全開とし、吸気行程及び圧縮行程のうちクランク角度ＣＡが０〜２３０°ＡＴＤＣの範囲において、１０°間隔でストイキ（空気過剰率λ＝１）の燃料を１回噴射したときのサージトルクを測定した結果を示すグラフである。
【００２２】
これによると、低回転高負荷領域では、Ｐ１で示すＣＡ＝４０〜５０°ＡＴＤＣの期間で燃料噴射するのが最もサージトルクが小さく運転性が良好であることが理解されるが、Ｐ２で示すＣＡ＝９０〜１３０°ＡＴＤＣの期間に燃料噴射してもこれと同等の小さいサージトルクとなることが確認された。このＣＡ＝９０〜１３０°ＡＴＤＣといった吸気行程の中期から後期の期間は、筒内のタンブル流を壊さない均質性の充分に高い領域と考えられるからである。
【００２３】
また、Ｐ３で示すＣＡ＝１９０〜２２０°ＡＴＤＣの期間に燃料噴射してもサージトルクが小さくなることが確認された。このＣＡ＝１９０〜２２０°ＡＴＤＣという圧縮行程の前期から中期の期間は、シリンダ容積が大きい故、空気と燃料の混合体積が大きく均質性が高い領域と考えられるからである。
【００２４】
そこで、本発明者は、ＣＡ＝９０°ＡＴＤＣの時期（固定）に第１回目の燃料噴射（ストイキ）を行ったのち、ＣＡ＝１６０〜２６０°ＡＴＤＣの範囲において、１０°間隔で第２回目の燃料噴射を行ったときのサージトルクを測定した。第１回目の燃料噴射量と第２回目の燃料噴射量との分割比は７：３とした。図５に示す「○」のプロットがこの結果を示すグラフである。
【００２５】
これによると、ＣＡ＝９０°ＡＴＤＣで行う第１回目の燃料噴射に対し、Ｐ４で示すＣＡ＝１８０〜２４０°ＡＴＤＣ、より好ましくはＣＡ＝２００〜２３０°ＡＴＤＣ、さらにより好ましくはＣＡ＝２１０〜２２０°ＡＴＤＣの期間に第２回目の燃料噴射を行うとサージトルクが約２５％小さくなることが確認された。これは、上述したようにＣＡ＝１８０〜２４０°ＡＴＤＣという圧縮行程の前期から中期の期間は、シリンダ容積が大きい故、空気と燃料の混合体積が大きく均質性が高い領域と考えられるからである。
【００２６】
したがって、低回転高負荷領域において、ＣＡ＝９０〜１３０°ＡＴＤＣという吸気行程の中期から後期の期間に第１回目の燃料噴射を行ったのち、ＣＡ＝１８０〜２４０°ＡＴＤＣという圧縮行程の前期から中期の期間に第２回目の燃料噴射を行うと、すなわち均質燃焼するようなタイミングで２度の燃料噴射を行うことで、サージトルクが小さくなり運転性が向上する。
【００２７】
またこうした燃料噴射時期の制御はサージトルク、すなわち燃焼変動の改善だけでなく出力の向上にも寄与する。すなわち、低回転高負荷領域では、高回転領域に比べてノック余裕度が小さいために、点火時期が最小点火進角値ＭＢＴから離れた時期に設定される。このため、燃焼変動が大きくなるだけでなく出力も低下するといった問題があるが、上記の時期に第１回目と第２回目の燃料噴射を行うことで燃焼変動だけでなく出力も向上する。
【００２８】
図６に示す「△」のプロットは、スロットルバルブ１１４を全開とし、吸気行程及び圧縮行程のうちクランク角度ＣＡが５０〜２５０°ＡＴＤＣの範囲において、１０°間隔でストイキ（空気過剰率λ＝１）よりリッチの燃料を１回噴射したときの出力トルクを測定した結果を示すグラフである。
【００２９】
これによると、ＣＡ＝１００°ＡＴＤＣの時期に燃料噴射を行うと出力トルクが最大となることが確認されたので、第１回目の燃料噴射時期をＣＡ＝１００°ＡＴＤＣ（固定）で行ったのち、ＣＡ＝１５０〜２６０°ＡＴＤＣの範囲において、１０°間隔で第２回目の燃料噴射を行ったときの出力トルクを測定した。第１回目の燃料噴射量と第２回目の燃料噴射量との分割比は７：３とした。図６に示す「○」のプロットがこの結果を示すグラフである。
【００３０】
これによると、Ｐ５で示すＣＡ＝１８０〜２４０°ＡＴＤＣの時期に第２回目の燃料噴射を行うと、出力トルクが約５％向上することが確認された。
【００３１】
以上の知見に基づき、本例では以下の制御を実行する。
【００３２】
図２は本例の直噴エンジンＥＧの燃料噴射タイミングを示すタイムチャートであり、運転状態に応じて第１噴射モードと第２噴射モードとを選択し、切り換える。同図の上に示す第１噴射モードは、図５及び図６を参照して説明したように、吸気行程の中期から後期の期間に第１回目の燃料噴射を行い、続く圧縮行程の前期から中期の期間に第２回目の燃料噴射を行うモードであり、これにより均質燃焼が行われる。
【００３３】
この第１噴射モードは、たとえば低回転高負荷の運転条件の際に実行される。言い換えると、低回転高負荷以外の運転条件の際に第１噴射モードの実行を禁止する。これにより、第１噴射モードによって必ずしも燃焼変動の抑制あるいは出力トルクの向上が得られない運転条件では第１噴射モードを禁止して、燃焼変動あるいは出力トルクの改善を図る。第１噴射モードを禁止する低回転高負荷以外の運転条件では、たとえば第２噴射モードを実行する。
【００３４】
第１噴射モードにおける第１回目の燃料噴射量と第２回目の燃料噴射量との分割比は運転条件に応じて適宜設定することができるが、本例では図３に示すように、第１回目の燃料噴射量の分割比を大きくするほど第２回目の燃料噴射時期を遅角させることとしている。図３は直噴エンジンＥＧの第１回目の噴射量と第２回目の噴射時期との関係を示す制御マップである。
【００３５】
これにより増量された第１回目の燃料により均質性が低下するおそれもあるが、第２回目の噴射をリタードさせることで両噴射間隔が長くなるので、燃料の均質性が低下するのを抑制することができる。
【００３６】
これに対し、たとえば低回転高負荷以外の運転状態では図２の下に示す第２噴射モードを選択する。第２噴射モードは吸気行程の前期から中期の期間に１回だけ燃料噴射を行うモードであり、これにより均質燃焼が行われる。
【００３７】
そして、第１噴射モードから第２噴射モードへ切り換える場合、又は第２噴射モードから第１噴射モードへ切り換える場合は、燃料噴射時期を図２に示すように直接切り換えることもできるが、本例では切り換え時のトルク段差を抑制するために図４に示すように制御する。
【００３８】
図４は、直噴エンジンＥＧの第１噴射モードと第２噴射モードとの切換時の燃料噴射タイミングを示すタイムチャートであり、一番上が第２噴射モードの燃料噴射時期を示し、一番下が第１噴射モードの燃料噴射時期を示す。
【００３９】
そしてたとえば、第２噴射モードから第１噴射モードへ切り換える場合は、まず上から二番目及び三番目に示すように吸気行程の前期から中期の期間に行われている１回のみの燃料噴射の時期を第１噴射モードの第１回目の噴射時期まで遅角し、次いで上から四番目に示すように第１噴射モードと同様に吸気行程にて第１回目の燃料噴射を行ったのち圧縮行程で第２回目の燃料噴射を行う。このとき、燃料噴射量に変更がない場合は、第２回目の燃料噴射量の分割比を徐々に増加させる。
【００４０】
逆に第１噴射モードから第２噴射モードへ切り換える場合は、一番下及び下から二番目に示すように第２回目の燃料噴射量の分割比を徐々に減少させ、下から三番目に示すように第２噴射モードと同じ１回のみの燃料噴射に移行したのち、下から四番目及び一番上に示すように吸気行程における１回のみの燃料噴射時期を進角させる。
【００４１】
このように第１噴射モードと第２噴射モードとを燃料噴射時期及び分割比について徐々に切り換えることで切り換え時のトルク段差の発生を抑制することができる。
【００４２】
以上のとおり、本例の直噴エンジンＥＧによれば、特に低回転高負荷における混合気の均質性が高くなってサージトルクが小さくなり、運転性が向上する。また、ノックが改善され出力トルクも向上する。
【００４３】
上記エンジンコントロールユニット１１は本発明に係る制御手段に相当する。
【符号の説明】
【００４４】
ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントローラ
１１１…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
１３４…温度センサ
【図１】
0005435157.tif 000002
【図２】
0005435157.tif 000003
【図３】
0005435157.tif 000004
【図４】
0005435157.tif 000005
【図５】
0005435157.tif 000006
【図６】
0005435157.tif 000007