(57)【要約】【課題】本発明は、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなることを抑制することを目的とする。【解決手段】筒内噴射弁からの燃料噴射量とポート噴射弁からの燃料噴射量の和に対するポート噴射弁からの燃料噴射量の割合であるポート噴射率が、内燃機関の気筒内に供給される空気の量に対するバルブオーバーラップ期間中の吹き抜け空気量の割合である空気吹き抜け率以下となるように、筒内噴射弁及びポート噴射弁からの燃料噴射量を制御する。【選択図】図２
2014134144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を有する内燃機関の燃料噴射システムであって、
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、
内燃機関の気筒内に供給される空気の量に対する、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜ける空気の量の割合である空気吹き抜け率を算出する空気吹き抜け率算出部と、
前記筒内噴射弁からの燃料噴射量と前記ポート噴射弁からの燃料噴射量の和に対する前記ポート噴射弁からの燃料噴射量の割合であるポート噴射率が空気吹き抜け率以下となるように前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を制御する制御部と、を備える内燃機関の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁との両方を備えた内燃機関が知られている。
【０００３】
ここで、内燃機関が過給機を有する場合、吸気圧が排気圧よりも高くなる場合がある。この場合、内燃機関において吸気弁と排気弁との両方が開弁した状態にある期間であるバルブオーバーラップ期間においては、吸気ポートから気筒内に流入した吸気（空気）がそのまま排気ポートに流出する、所謂「吹き抜け」が生じる。このとき、吸気ポート内の吸気弁近傍にポート噴射弁から噴射された燃料が存在していると、該燃料も気筒内での燃焼に供されることなく空気と共に吸気ポートから気筒内を通過して排気ポートに吹き抜ける。従来、このようなバルブオーバーラップ期間中における燃料の吹き抜けを考慮した種々の技術が開発されている。
【０００４】
特許文献１には、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、該内燃機関が均質燃焼領域で運転されているときに、許容できない燃料の吹き抜けが発生していると判定された場合は、ポート噴射弁からの燃料噴射を禁止するとともに、排気弁が閉じてから筒内噴射弁により燃料を噴射する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、該内燃機関が排気圧力に比べて吸気圧力が高い運転領域において運転されている際のバルブオーバーラップ期間中に、ポート噴射弁から燃料を噴射するとともに、排気通路に設けられた三元触媒の周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比となるように、その燃料噴射量を調整する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、吸入空気量と、気筒内に供給された吸入空気のうち燃焼に寄与しない吹き抜け空気の割合である吹き抜け率と、ポート噴射弁から噴射された燃料のうち気筒内に残留する燃料の量である残留燃料量と、筒内噴射弁からの燃料噴射量とに基づいて、気筒内の空燃比を算出し、筒内噴射弁及びポート噴射弁の少なくとも一方からの燃料噴射量を制御することにより気筒内の空燃比を目標空燃比に制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３３６３２号公報
【特許文献２】特開２００８−１０１５４０号公報
【特許文献３】特開２００６−１７７１９３号公報
【特許文献４】特開２００７−３３２９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、バルブオーバーラップ期間中に空気の吹き抜けが発生した際に該空気と共に吹き抜ける燃料の量が多くなると、気筒内での燃焼に供される燃料の量が減少する。そのため、燃料の吹き抜け量が過剰に多くなる
と、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比が高くなることによって内燃機関の出力の低下や失火を招く虞がある。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムは、
過給機を有する内燃機関の燃料噴射システムであって、
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、
内燃機関の気筒内に供給される空気の量に対する、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜ける空気の量の割合である空気吹き抜け率を算出する空気吹き抜け率算出部と、
前記筒内噴射弁からの燃料噴射量と前記ポート噴射弁からの燃料噴射量の和に対する前記ポート噴射弁からの燃料噴射量の割合であるポート噴射率が空気吹き抜け率以下となるように前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を制御する制御部と、を備える。
【００１１】
ポート噴射率が空気吹き抜け率より高いと、ポート噴射弁から噴射された燃料の全てがバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに吹き抜けた場合に、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなる。本発明においては、制御部によって、ポート噴射率が空気吹き抜け率以下となるように、筒内噴射弁及びポート噴射弁からの燃料噴射量が制御される。これにより、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えた内燃機関において、気筒内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る燃料噴射制御のフローを示すフローチャートである。
【図３】実施例２に係る燃料噴射制御のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
＜実施例１＞
（概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する車両駆動用のガソリンエンジンである。
【００１６】
気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。
【００１７】
また、内燃機関１には、ポート噴射弁１０、筒内噴射弁１１及び点火プラグ１２が設け
られている。ポート噴射弁１０は、吸気ポート４内に燃料を噴射する燃料噴射弁である。筒内噴射弁１１は、気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁である。点火プラグ１２は気筒２内の燃焼室において混合気に点火する。
【００１８】
吸気ポート４は吸気通路８に接続されており、排気ポート５は排気通路９に接続されている。吸気通路８には、ターボチャージャ１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。排気通路９には、ターボチャージャ１９のタービンハウジング１９ｂが設けられている。尚、ターボチャージャ１９に代えて、内燃機関１のクランクシャフトにより駆動される機械式の過給機を用いてもよい。
【００１９】
吸気通路８におけるコンプレッサハウジング１９ａより上流側にはエアフローメータ１３が設けられている。吸気通路８におけるコンプレッサハウジング１９ａより下流側にはスロットル弁１４が設けられている。エアフローメータ１３は内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁１４は、吸気通路８の流路断面積を変更することで、該吸気通路８を流通する吸気の流量を調節する。
【００２０】
また、吸気通路８におけるスロットル弁１４より下流側には吸気圧センサ１５が設けられている。吸気圧センサ１５は、吸気通路８内の圧力（吸気圧）を検出する。
【００２１】
排気通路９におけるタービンハウジング１９ｂより上流側には排気圧センサ１６および空燃比センサ１７が設けられている。排気圧センサ１６は、排気通路９内の圧力（排気圧）を検出する。空燃比センサ１７は排気の空燃比を検出する。排気通路９におけるタービンハウジング１９ｂより下流側には排気浄化触媒として三元触媒１８が設けられている。尚、三元触媒１８に代えて、又は三元触媒１８に加えて、排気浄化のために適宜選択された他の触媒（例えば、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等）を設けてもよい。
【００２２】
本実施例に係る内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が設けられている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１３、吸気圧センサ１５、排気圧センサ１６、空燃比センサ１７、クランク角センサ２１及びアクセル開度センサ２２等の各種センサが電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。
【００２３】
クランク角センサ２１は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。また、アクセル開度センサ２２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２２の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。
【００２４】
また、ＥＣＵ２０には、ポート噴射弁１０、筒内噴射弁１１、点火プラグ１２、及びスロットル弁１４等が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらの装置が制御される。
【００２５】
［燃料噴射制御］
本実施例においては、ポート噴射弁１０からの燃料噴射量（以下、ポート噴射量と称する場合もある）と筒内噴射弁１１からの燃料噴射量（以下、筒内噴射量と称する場合もある）との和と吸入空気量との比が目標空燃比（例えば、理論空燃比）となるようにポート噴射量及び筒内噴射量と吸入空気量とが制御される。
【００２６】
また、ポート噴射量と筒内噴射量との割合が、基本的には、内燃機関１の運転状態に基
づいて決定される。具体的には、ポート噴射量と筒内噴射量との和に対するポート噴射量の割合であるポート噴射率の基準値が内燃機関１の運転状態に基づいて算出される。
【００２７】
ポート噴射弁１０からは吸気ポート４内において吸気弁６に向けて燃料が噴射される。そして、吸気弁６が開弁されると、吸気ポート４内の吸気弁６の近傍に存在していた燃料が吸入空気とともに気筒２内に流入する。
【００２８】
また、内燃機関１においては、吸気弁６と排気弁７との両方が開弁した状態となる期間であるバルブオーバーラップ期間が発生する。そして、ターボチャージャ１９によって過給されることで吸気圧が排気圧よりも高くなっているときにバルブオーバーラップ期間が発生すると、吸気ポート４から気筒２内に流入した吸気（空気）がそのまま排気ポート５に流出する空気の吹き抜けが生じる。このとき、吸気ポート４内の吸気弁６近傍にポート噴射弁１０から噴射された燃料が存在していると、該燃料も気筒２内での燃焼に供されることなく空気と共に吸気ポート４から気筒２内を通過して排気ポート５に吹き抜ける。
【００２９】
ここで、内燃機関１の気筒２内に供給される空気の量に対するバルブオーバーラップ期間中の吹き抜け空気量の割合を空気吹き抜け率とする。また、ポート噴射弁１０から噴射された燃料の全てがバルブオーバーラップ期間中に排気ポート５に吹き抜けた場合、ポート噴射量と筒内噴射量との和に対するバルブオーバーラップ期間中の吹き抜け燃料量の割合はポート噴射率と同一となる。
【００３０】
従って、ポート噴射率が空気吹き抜け率より高いと、ポート噴射弁１０から噴射された燃料の全てがバルブオーバーラップ期間中に排気ポート５に吹き抜けた場合、気筒２内に残る空気量（気筒２内に供給される空気の全量からバルブオーバーラップ期間中の吹き抜け空気量を減算した量）に対して気筒２内の燃料量（筒内噴射弁１１から噴射された燃料の量）が少なくなる。つまり、気筒２内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなる。その結果、内燃機関１の出力の低下や失火を招く虞がある。
【００３１】
そこで、本実施例では、ポート噴射率が空気吹き抜け率以下となるようにポート噴射量及び筒内噴射量を制御する。以下、本実施例に係る燃料噴射制御のフローについて図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る燃料噴射制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
【００３２】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、バルブオーバーラップ期間における空気吹き抜け率ＳＣＡが算出される。空気吹き抜け率ＳＣＡは、例えば、吸気圧センサ１５によって検出される吸気圧と排気圧センサ１６によって検出される排気圧との差、および内燃機関１の機関回転速度に基づいて算出することができる。尚、吸気圧と排気圧との差および内燃機関１の機関回転速度と、空気吹き抜け率との関係は、実験等に基づいて求めることができ、マップ又は関数としてＥＣＵ２０に予め記憶されている。
【００３３】
また、排気通路９におけるタービンハウジング１９ｂよりも上流側に排気の流量を検出する排気流量センサを設けた場合、バルブオーバーラップ期間中にエアフローメータ１３によって検出される吸入空気量と排気流量センサによって検出される排気の流量とに基づいて空気吹き抜け率ＳＣＡを算出することもできる。
【００３４】
次に、ステップＳ１０２において、ポート噴射率の基準値ＫＰＦＩｂａｓｅが内燃機関１の運転状態に基づいて算出される。内燃機関１の運転状態とポート噴射率の基準値ＫＰＦＩｂａｓｅとの関係は、実験等に基づいて定められており、マップ又は関数としてＥＣＵ２０に予め記憶されている。
【００３５】
次に、ステップＳ１０３において、ポート噴射率の基準値ＫＰＦＩｂａｓｅが空気吹き抜け率ＳＣＡより大きいか否かが判別される。そして、ステップＳ１０３において否定判定された場合、即ちポート噴射率の基準値ＫＰＦＩｂａｓｅが空気吹き抜け率ＳＣＡ以下の場合、次にステップＳ１０５において、ポート噴射率ＫＰＦＩが基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定される。これにより、ポート噴射率が基準値ＫＰＦＩｂａｓｅとなるようにポート噴射量と筒内噴射量とが制御される。
【００３６】
一方、ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ１０４において、ポート噴射率ＫＰＦＩが空気吹き抜け率ＳＣＡと同一の値に設定される。これにより、ポート噴射率が空気吹き抜け率ＳＣＡと同一の値となるようにポート噴射量と筒内噴射量とが制御される。
【００３７】
本実施例によれば、ポート噴射率が空気吹き抜け率以下となるように、ポート噴射量と筒内噴射量とが制御される。これにより、気筒２内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなることを抑制することができる。その結果、内燃機関１の出力の低下や失火の発生を抑制することができる。
【００３８】
＜実施例２＞
本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。以下、本実施例に係る燃料噴射制御について、実施例１に係る燃料噴射制御と異なる点を中心に説明する。
【００３９】
図３は、本実施例に係る燃料噴射制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおいて図２に示すフローと同様の処理を実行するステップについては、図２と同様の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
本フローにおいても、ステップＳ１０３において否定判定された場合、即ちポート噴射率の基準値ＫＰＦＩｂａｓｅが空気吹き抜け率ＳＣＡ以下の場合は、ポート噴射率ＫＰＦＩが基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定される。
【００４１】
一方、ステップＳ１０３において肯定判定された場合、次にステップＳ２０４の処理が実行される。ステップＳ２０４においては、ポート噴射弁１０からの燃料噴射の開始時期を排気弁７の閉弁時期以降に設定する。ポート噴射弁１０からの燃料噴射の開始時期を排気弁７の閉弁時期以降とすることにより、ポート噴射弁１０から噴射された燃料の吹き抜けの発生を抑制することができる。
【００４２】
次に、ステップＳ２０５において、ポート噴射率ＫＰＦＩを基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定した場合のポート噴射弁１０からの燃料噴射の終了時期を算出する。この場合のポート噴射弁１０からの燃料噴射の終了時期は、ポート噴射率ＫＰＦＩを基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定した場合のポート噴射量に基づいて算出することができる。つまり、ポート噴射量が多いほどポート噴射弁１０からの燃料噴射の終了時期は遅くなる。
【００４３】
次に、ステップＳ２０６において、ステップＳ２０５で算出されたポート噴射弁１０からの燃料噴射の終了時期が吸気弁６の閉弁時期以前であるか否かが判別される。ステップＳ２０６において肯定判定された場合、ポート噴射率ＫＰＦＩを基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定しても、ポート噴射弁１０から噴射すべき量の燃料の全てを吸気弁６が閉弁する前にポート噴射弁１０から噴射することができる。そこで、この場合は、次にステップＳ１０５において、ポート噴射率ＫＰＦＩが基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定される。
【００４４】
一方、ステップＳ２０６において否定判定された場合、ポート噴射率ＫＰＦＩを基準値ＫＰＦＩｂａｓｅに設定すると、ポート噴射弁１０から噴射すべき量の燃料の全てを吸気弁６が閉弁する前にポート噴射弁１０から噴射することができない。そこで、この場合は、次にステップＳ２０７において、ポート噴射量が、吸気弁６の閉弁時期にポート噴射弁１０からの燃料噴射が終了するような量となる目標ポート噴射率ＫＰＦＩ１が算出される。この目標ポート噴射率ＫＰＦＩ１は基準値ＫＰＦＩｂａｓｅよりも小さい値となる。
【００４５】
次に、ステップＳ２０８において、ポート噴射率ＫＰＦＩが目標ポート噴射率ＫＰＦＩ１に設定される。
【００４６】
本実施例によれば、ポート噴射率の基準値が空気吹き抜け率より高い場合、ポート噴射の実行時期が、排気弁７が閉弁してから吸気弁６が閉弁するまでの間に制御される。従って、ポート噴射弁１０から噴射された燃料がバルブオーバーラップ期間中に吹き抜けることが抑制される。これによっても、実施例１に係る燃料噴射制御を実行した場合と同様、気筒２内での燃焼に供される混合気の空燃比が過剰に高くなることを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
１０・・ポート噴射弁
１１・・筒内噴射弁
１３・・エアフローメータ
１４・・スロットル弁
１５・・吸気圧センサ
１９・・ターボチャージャ
１９ａ・・コンプレッサハウジング
１９ｂ・・タービンハウジング
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランク角センサ
２２・・アクセル開度センサ
【図１】
2014134144.tif 000003
【図２】
2014134144.tif 000004
【図３】
2014134144.tif 000005