(57)【要約】  本発明は、有害排出物の排出量を減少させることのできる燃料噴射制御システムを提供することを目的とする。  エンジンの燃焼室への燃料の噴射を制御する燃料噴射制御システムにおいて、前記燃焼室に空気を供給するための上流側吸気ポートの中に燃料を噴射する上流側噴射弁と、前記上流側吸気ポートの下流側で分岐した複数の下流側吸気ポートの各々の中に燃料を噴射する下流側噴射弁とを備え、前記エンジンの通常運転時に、燃料を噴射するときは常に前記上流側噴射弁が燃料を噴射するようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室への燃料の噴射を制御する燃料噴射制御システムにおいて、
前記燃焼室に空気を供給するための上流側吸気ポートの中に燃料を噴射する上流側噴射弁と、
前記上流側吸気ポートの下流側で分岐した複数の下流側吸気ポートの各々の中に燃料を噴射する下流側噴射弁とを備え、
前記エンジンの通常運転時に、燃料を噴射するときは常に前記上流側噴射弁が燃料を噴射することを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記エンジンのアイドル運転時に、前記上流側噴射弁のみが燃料を噴射することを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記上流側噴射弁が燃料を噴射する流量は、外部環境に応じて変化することを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記上流側噴射弁の噴射角は、前記下流側噴射弁の噴射角よりも大きいことを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記上流側噴射弁が噴射可能な最大燃料噴射流量は、前記下流側噴射弁の各々が噴射可能な最大燃料噴射流量よりも少ないことを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記上流側吸気ポートは、前記下流側吸気ポートよりも流路が広いことを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記上流側吸気ポートは、サージタンクであることを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記上流側噴射弁は、燃料を噴射するときは常に前記エンジンにアイドル運転をさせる程度の流量で燃料を噴射することを特徴とする燃料噴射制御システム。
【請求項９】
請求項３乃至８のいずれか一項に記載の燃料噴射制御システムにおいて、
前記外部環境は、温度と圧力とであることを特徴とする燃料噴射制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室に供給される燃料の噴射を制御する燃料噴射制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃焼室への燃料の噴射を制御する燃料噴射制御システムが知られている。この種の燃料噴射制御システムは、気筒毎に噴射弁を備えており、エンジン電子制御装置による制御下でこれらの噴射弁を用いて燃料を吸気ポート内に噴射していた（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
このような燃料噴射制御システムとして、上流側吸気ポートに配置された上流側噴射弁と、下流側吸気ポートに配置された下流側噴射弁とを備え、エンジンの運転状態に応じて、下流側噴射弁に加えて上流側噴射弁も燃料を噴射させるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
また、エンジンが通常運転時にあるときには下流側噴射弁のみを用いて燃料を噴射し、エンジンが特定の運転状態にあるときに上流側噴射弁のみを用いて燃料を噴射する燃料噴射制御システムが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００-１８１３７号公報
【特許文献２】特開２００２-１８０９３５号公報
【特許文献３】特開２００１-３３６４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術による燃料噴射制御システムでは、エンジンの運転状態に応じて各噴射弁が燃料を噴射可能な最大の流量が多く、最大流量の多い噴射弁を用いなければならなかった。噴射弁は、最大流量が多いほど燃料の微粒化が促進され難く、有害排出物の排出量が増加してしまう。上流噴射弁及び下流噴射弁を備えた上記従来の技術による燃料噴射制御システムによっても、噴射弁毎の最大流量を抑えて有害排出物の排出量を減らすことができ得るが、上流側噴射弁から噴射された燃料と空気との混合を避けるべく、上流側噴射弁からはなるべく燃料を噴射しないようなシステムになっていた。このため、上流側噴射弁は燃料の噴射流量が低く設定されて最大流量も低く、結果的に下流側噴射弁の最大流量は従来のものとあまり変わらず、有害物質の排出量を減少させる効果が低かった。【０００７】
本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、有害排出物の排出量を減少させることのできる燃料噴射制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エンジンの燃焼室への燃料の噴射を制御する燃料噴射制御システムにおいて、前記燃焼室に空気を供給するための上流側吸気ポートの中に燃料を噴射する上流側噴射弁と、前記上流側吸気ポートの下流側で分岐した複数の下流側吸気ポートの各々の中に燃料を噴射する下流側噴射弁とを備え、前記エンジンの通常運転時に、燃料を噴射するときは常に前記上流側噴射弁が燃料を噴射することを特徴とする。【０００９】
この場合において、前記エンジンのアイドル運転時に、前記上流側噴射弁のみが燃料を噴射してもよい。前記上流側噴射弁が燃料を噴射する流量は、外部環境に応じて変化してもよい。前記上流側噴射弁の噴射角は、前記下流側噴射弁の噴射角よりも大きくてもよい。前記上流側噴射弁が噴射可能な最大燃料噴射流量は、前記下流側噴射弁の各々が噴射可能な最大燃料噴射流量よりも少なくてもよい。前記上流側吸気ポートは、前記下流側吸気ポートよりも流路が広くてもよい。前記上流側吸気ポートは、サージタンクであってもよい。前記上流側噴射弁は、燃料を噴射するときは常に前記エンジンにアイドル運転をさせる程度の流量で燃料を噴射してもよい。前記外部環境は、温度と圧力とであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、有害排出物の排出量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る燃料噴射制御システムを示す側面図である。
【図２】燃料噴射制御システムを示す上面図である。
【図３】静的流量と燃料粒径との関係を示す図である。
【図４】燃料粒径と有害排出物との関係を示す図である。
【図５】燃料噴射制御システムによる噴射弁の制御を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る燃料噴射制御システムと下流側噴射弁のみを備えた従来技術Ａによる燃料噴射システムとを比較した図である。
【図７】本実施形態に係る燃料噴射制御システムと上流側噴射弁及び下流側噴射弁を備えた従来技術Ｂによる燃料噴射システムとを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御システムを示す側面図であり、図２は、燃料噴射制御システムを示す上面図である。
【００１４】
燃料噴射制御システム１００は、図１に示すように、自動車等のエンジン１に取り付けられ、エンジン１の燃焼室への燃料の噴射を制御する。
【００１５】
エンジン１は、シリンダブロック１ａを備えており、シリンダブロック１ａの内部に形成されたシリンダ１ｂに沿ってピストン２が往復移動可能になっている。
【００１６】
シリンダブロック１ａの上部にはシリンダヘッド１ｃが取り付けられている。このシリンダヘッド１ｃには、燃焼室１ｄ内を点火するためのプラグ３、燃焼室１ｄへの吸気を制御する吸気バルブ４、燃焼室１ｄからの排気を制御する排気バルブ５が組み込まれている。
【００１７】
シリンダヘッド１ｃの排気側には、燃焼室１ｄからの排気ガスを排気するためのエキゾーストマニホールド６が接続されている。
【００１８】
シリンダヘッド１ｃの吸気側には、燃焼室１ｄに空気や燃料を供給するためのインテークマニホールド７が接続されている。
【００１９】
インテークマニホールド７は、上流側吸気ポート７ａと、下流側吸気ポート７ｂとを備えている。サージタンクである上流側吸気ポート７ａは、下流側吸気ポート７ｂよりも流路が広く形成されており、インテークマニホールド７は、図２に示すように、上流側吸気ポート７ａの下流側で４つの下流側吸気ポート７ｂに分岐している。これら分岐した各下流側吸気ポート７ｂは、対応するシリンダ１ｂにそれぞれ接続されている。
【００２０】
上流側吸気ポート７ａには、燃料を噴射するための上流側噴射弁８が取り付けられている。また、下流側吸気ポート７ａの各々には、下流側噴射弁９が取り付けられている。上流側噴射弁８は、下流側噴射弁９の各々よりも流量の小さな噴射弁が用いられており、上流側噴射弁８が噴射可能な最大燃料噴射流量は、下流側噴射弁９の各々が噴射可能な最大燃料噴射流量よりも少なくなっている。また、上流側噴射弁８の燃料の噴射角は下流側噴射弁９よりも大きくなっているが、上流側吸気ポート７ａは下流側吸気ポート７ｂよりも流路が広いため、噴射した燃料が上流側吸気ポート７ａの壁面に付着し難くなっている。
【００２１】
上流側噴射弁８及び下流側噴射弁９は、図１に示すように、燃料を貯留するための燃料タンク２０に接続されている。燃料タンク２０に貯留された燃料は、燃料ポンプ２１によって吸引され、燃料をろ過するための燃料フィルタ２２を介して上流側噴射弁８及び下流側噴射弁９に供給されるようになっている。なお、燃料フィルタ２２から上流側噴射弁８及び下流側噴射弁９に燃料を供給するための燃料ライン２３は、途中で上流側噴射弁８に接続された上流側燃料ライン２４と下流側噴射弁９に接続された下流側燃料ライン２５とに分岐している。
【００２２】
インテークマニホールド７の上流側には、スロットルバルブ１０が設けられたスロットルボディや外部から流入した空気をろ過するためのエアークリーナ１１等が取り付けられている。
【００２３】
燃料噴射制御システム１００は、エンジン電子制御装置であるＥＣＵ３０を備えており、このＥＣＵ３０は、上流側噴射弁８、下流側噴射弁９、スロットルバルブ１０、及び燃料ポンプ２１等を制御している。
【００２４】
図３は、静的流量と燃料粒径との関係を示す図であり、図４は、燃料粒径と有害排出物との関係を示す図である。なお、図３において、横軸は静的流量Ｑｓｔａｔ（Ｑｕａｎｔｉｔｙ  Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）、すなわち実質的に噴射弁が燃料を噴射可能な最大流量に相当する流量を示し、縦軸は燃料粒径ＳＭＤ（Ｓａｕｔｅｒ  ｍｅａｎ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）を示している。一方、図４において、横軸は燃料粒径ＳＭＤを示し、縦軸は有害排出物ＨＣ（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）を示している。
【００２５】
燃料粒径ＳＭＤは、図３に示すように、噴射弁の静的流量Ｑｓｔａｔに略比例して大きくなる。
【００２６】
一方、有害排出物ＨＣは、図４に示すように、ある一定の領域から増加率は減少するが、全体的に燃料粒径ＳＭＤの増加とともに大きくなる。
【００２７】
したがって、各噴射弁の静的流量が大きくなると、燃料の微粒化が促進されず、有害排出物の排出量が増加し、逆に各噴射弁の静的流量を小さくなると、燃料の微粒化が促進されて、有害排出物の排出量が減少する。
【００２８】
また、通常、噴射弁が燃料を噴射するときの噴射角を大きくする、すなわち噴射弁を広角にする程、燃料の微粒化を促進させることができる。本実施形態では、上流側噴射弁８に広角の噴射弁を用いており、上流側噴射弁８の噴射角は、下流側噴射弁９の噴射角よりも大きくなっている。ここで、広角とは、広角である上流側噴射弁８を下流側吸気ポート７ｂに取り付けたときに、下流側吸気オート７ｂ内の壁面に多量の燃料が付着する程度の角度である。
【００２９】
図５は、燃料噴射制御システムによる噴射弁の制御を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、エンジン１の通常運転時にＥＣＵ３０が実行する処理であり、通常運転時とはエンジン１が搭載された車両が普通に走行したりアイドル運転したりしている状態と定義する。
【００３０】
燃料噴射制御システム１００がエンジン１への燃料の噴射を制御する際に、先ず、ＥＣＵ３０は、エンジン１が運転しているか否かを判断する（ステップＳ１）。このとき、エンジン１が運転していないと判断すると（ステップＳ１：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は、上流側噴射弁８及び下流側噴射弁９の燃料噴射を実行することなく（ステップＳ２）、一連の処理を終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ１において、エンジン１が運転していると判断すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０は、上流側噴射弁８に燃料を噴射させる（ステップＳ３）。このとき、上流側噴射弁８は、エンジン１のクランク角度に基づく燃料噴射タイミング毎に、常に略一定流量の燃料を噴射する。すなわち、上流側噴射弁８は、エンジン１の通常運転時に、燃料を噴射するときは常に略一定流量で燃料を噴射する。上流側噴射弁８は、エンジン１のアイドル運転時を含む通常運転時に、燃料を噴射するときは常に略一定流量で燃料を噴射するため、エンジン１にアイドル運転をさせる程度の流量で燃料を噴射する。これにより、ＥＣＵ３０は、下流側噴射弁９の燃料の噴射を停止させるだけで、エンジン１のアイドル運転を維持することができる。なお、上流側噴射弁８が燃料を噴射する流量は、外気の温度や圧力等の外部環境に応じて変化してもよい。
【００３２】
上流側噴射弁８に燃料を噴射させると、ＥＣＵ３０は、センサ等を介して、エンジン１の負荷を決定するための負荷決定因子を取得する（ステップＳ４）。ここで、負荷決定因子として、充填効率と、マニホールド圧力、及びエンジン回転数の組み合わせと、スロットル開度、及びエンジン回転数の組み合わせと、アクセルペダル開度、及びメカスロットルの際のエンジン回転数と、空気流量、エンジン回転数、及び燃焼室容積の組み合わせと、マニホールド圧力、エンジン回転数、大気温度、及び外気圧力の組み合わせと、スロットル開度、エンジン回転数、大気温度、及び外気圧力の組み合わせと、アクセルペダル開度、エンジン回転数、大気温度、及びメカスロットルの際の外気圧力の組み合わせと等のいずれかを用いる。
【００３３】
負荷決定因子を取得すると、ＥＣＵ３０は、取得した負荷決定因子に基づいて下流側噴射弁９の噴射流量を決定する（ステップＳ５）。
【００３４】
下流側噴射弁９の噴射流量を決定すると、ＥＣＵ３０は、上流側噴射弁８に加えて下流側噴射弁９も燃料を噴射させ、一連の処理を終了する。このとき、ＥＣＵ３０は、図示せぬ記憶部に格納した燃料噴射マップのデータに基づき、上流側噴射弁８の燃料噴射流量だけでは不足している分の燃料流量を、上流側噴射弁８の燃料噴射タイミングと同じ燃料噴射タイミングで下流側噴射弁９に噴射させる。
【００３５】
以上の処理により、ＥＣＵ３０は、エンジン１が運転している場合に、エンジン１のアイドル運転時の燃料流量に相当する燃料流量で上流側噴射弁８に燃料を噴射させる。また、ＥＣＵ３０は、回転数を上昇させる等によりエンジン１の負荷を増やすときに、上流側噴射弁８に加えて下流側噴射弁９に燃料を噴射させる。
【００３６】
本実施形態では、燃料噴射制御システム１００は、上流側吸気ポート７ａに配置された上流側噴射弁８と、下流側吸気ポート７ｂに配置された下流側噴射弁９とを備えており、エンジン１の通常運転時に、燃料を噴射するときは常に上流側噴射弁８が燃料を噴射する。これにより、エンジン１の通常運転時に下流側噴射弁９は上流側噴射弁８の燃料噴射の不足分を補うだけでよく、燃料噴射制御システム１００は、静的流量のより少ない噴射弁を下流側噴射弁９として用いることができる。このため、燃料噴射制御システム１００は、有害排出物の排出量を減少させることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、燃料噴射制御システム１００は、エンジン１の通常運転時は、アイドル運転時も含めて略一定の燃料噴射流量で上流側噴射弁８に燃料を噴射させている。これにより、燃料噴射制御システム１００は、エンジン１の通常運転時に、エンジン１の負荷に応じて上流側噴射弁８の燃料噴射流量を変化させる必要がないため、ＥＣＵ３０による上流側噴射弁８の制御が容易となる。
【００３８】
さらに、本実施形態では、燃料噴射制御システム１００は、流路の広い上流側吸気ポート７ａを利用して、上流側噴射弁８が燃料を噴射する噴射角が、下流側噴射弁９が燃料を噴射する噴射角よりも大きくなっている。これにより、燃料噴射制御システム１００は、上流噴射弁８が噴射した燃料の微粒化を促進させ、有害排出物の排出量をさらに減少させることができる。
【００３９】
以下、本実施形態に係る燃料噴射制御システム１００の従来技術との比較についてさらに説明する。なお、以下の説明では、エンジン回転数＝６５００ｒｐｍ、充填効率＝１、ラムダ（空燃比）＝０．７の高回転高負荷運転時に、上流側噴射弁は全ての気筒をエンジン回転数＝７００ｒｐｍ、充填効率＝０．２、ラムダ（空燃比）＝１のアイドル運転に保てる程度の燃料流量で燃料を噴射している。
【００４０】
上流側噴射弁及び下流側噴射弁を備えた従来の技術による燃料噴射制御システムでは、過渡時や冷間始動時等の燃料過多の際のみに上流側噴射弁を用いて燃料を噴射していた。このため、下流側噴射弁の静的流量は、上流側噴射弁を備えていない燃料噴射制御システムと実質的に同じであった。従って、本実施形態に係る下流側噴射弁９の静的流量をＱｓｔａｔａ、本実施形態に係る上流側噴射弁８の静的流量をＱｓｔａｔｂ、及び、従来技術に係る下流側噴射弁の静的流量をＱｓｔａｔｃとすると、Ｑｓｔａｔａは、
【００４１】
【数１】
2013077135.tif 000003
【００４２】
【数２】
2013077135.tif 000004
【００４３】
【数３】
2013077135.tif 000005
となる。
【００４４】
図６は、エンジンが高回転高負荷で運転しているときの、本実施形態に係る燃料噴射制御システム１００と下流側噴射弁のみを備えた従来技術Ａによる燃料噴射システムとを比較した図である。この図において、縦軸は、従来技術Ａに係る噴射弁の静的流量に対する本実施形態に係る噴射弁の静的流量の比を示しており、横軸は、気筒数を示している。
【００４５】
なお、従来技術Ａの燃料噴射システムは、上流噴射弁を備えないため、図中の点線は、本実施形態の上流側噴射弁８と従来技術Ａの下流側噴射弁とを比較した結果を示している。
【００４６】
エンジンが高回転高負で運転しているときにエンジンが必要とする燃料流量をαとすると、従来技術Ａの下流側噴射弁の流量は、α／気筒数、となる。
【００４７】
一方、本実施形態の上流側噴射弁８の流量は、アイドル運転に必要な燃料流量は約α／５、であるため、下流側噴射弁９の流量は、（α−α／５）／気筒数、となる。
【００４８】
これらにより、図６に示すように、上流側噴射弁は、気筒数が増える程比率が上昇する。また、下流側噴射弁は、気筒数に関わらず約（α−α／５）／α＝８０％の一定値であることがわかる。これにより、本実施形態に係る燃料噴射制御システム１００は、従来技術Ａによる燃料噴射システムに対して、気筒数に関わらず上流側噴射弁及び下流側噴射弁の静的流量を少なくすることができる。
【００４９】
図７は、エンジンが高回転高負荷で運転しているときの、本実施形態に係る燃料噴射制御システム１００と上流側噴射弁及び下流側噴射弁を備えた従来技術Ｂによる燃料噴射システムとを比較した図である。この図において、縦軸は、従来技術Ｂに係る噴射弁の流量に対する本実施形態に係る噴射弁の流量の比を示しており、横軸は、気筒数を示している。
【００５０】
従来技術Ｂの燃料噴射システムは、外気温度が低い状態にエンジンを始動させる冷間始動時のみ、上流側噴射弁が燃料を噴射するようになっている。
【００５１】
エンジンが高回転高負で運転しているときにエンジンが必要とする燃料流量をαとすると、従来技術Ｂの上流側噴射弁の流量は、冷間始動に必要な燃料流量である約１０×α、であり、下流側噴射弁の流量は、α／気筒数、となる。
【００５２】
一方、本実施形態の上流側噴射弁８の流量は、アイドル運転に必要な燃料流量は約α／５、であるため、下流側噴射弁９の流量は、（α−α／５）／気筒数、となる。
【００５３】
これらにより、図７に示すように、上流側噴射弁は、気筒数に関わらず約（α／５）／１０α＝２％の一定値である。また、下流側噴射弁は、気筒数に関わらず約（α−α／５）／α＝８０％の一定値である。これにより、本実施形態に係る燃料噴射制御システム１００は、従来技術Ｂによる燃料噴射システムに対して、気筒数に関わらず上流側噴射弁及び下流側噴射弁の静的流量を少なくすることができることがわかる。
【００５４】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記実施形態では、４つの燃焼室１ｄが形成された４気筒のエンジン１を用いて本発明を説明したが、これに限定されることはない。上流側噴射弁と複数の下流側噴射弁とを備えていれば、その他の気筒数であってもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、上流側噴射弁８は、エンジン１にアイドル運転をさせる程度の流量で燃料を噴射しているが、これに限定されることはない。アイドル運転をさせるときの燃料流量を超えなければ、上流側噴射弁は、アイドル運転をさせるときの燃料流量よりも少ない流量で燃料を噴射してもよい。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、上流側噴射弁８は、エンジン１のクランク角度に基づく燃料噴射タイミング毎に、常に略一定流量の燃料を噴射しているが、これに限定されることはない。燃料を噴射するときに常に上流側噴射弁が燃料を噴射していれば、上流側噴射弁の噴射流量は変動してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１      エンジン
１ａ    シリンダブロック
１ｂ    シリンダ
１ｃ    シリンダヘッド
１ｄ    燃焼室
２      ピストン
３      プラグ
４      吸気バルブ
５      排気バルブ
６      エキゾーストマニホールド
７      インテークマニホールド
７ａ    上流側吸気ポート
７ｂ    下流側吸気ポート
８      上流側噴射弁
９      下流側噴射弁
１０      スロットルバルブ
１１      エアークリーナ
２０      燃料タンク
２１      燃料ポンプ
２２      燃料フィルタ
２３      燃料ライン
２４      上流側燃料ライン
２５      下流側燃料ライン
【図１】
2013077135.tif 000006
【図２】
2013077135.tif 000007
【図３】
2013077135.tif 000008
【図４】
2013077135.tif 000009
【図５】
2013077135.tif 000010
【図６】
2013077135.tif 000011
【図７】
2013077135.tif 000012
【国際調査報告】
2013077135.tif 000013
2013077135.tif 000014
2013077135.tif 000015
2013077135.tif 000016