(57)【要約】【課題】  吸気行程に同期して燃料噴射させた場合にも十分な燃料霧化を実現し、ＨＣの発生を抑制することのできるエンジンの燃料供給装置を提供する。【解決手段】  ＥＣＵ４０は、燃料噴射タイミングが吸気行程に非同期して設定されている場合には、インジェクタ１０からの燃料の噴射方向を閉弁状態の吸気バルブ３６に指向させる第１の燃料噴射形態に設定し、燃料噴射タイミングが吸気行程に同期して設定されている場合には、インジェクタ１０からの燃料の噴射方向を吸気ポート２ａの壁面に指向させる第２の燃料噴射形態に設定する。これにより、エンジン１の運転状態に応じて排気行程から吸気行程までの間に設定される全ての燃料噴射タイミングにおいて燃料霧化を効果的に促進し、ＨＣの発生量を効果的に抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブに指向させて燃料を噴射する第１の燃料噴射形態、或いは、吸気ポートの壁面に指向させて燃料を噴射する第２の燃料噴射形態の何れかの燃料噴射形態で上記吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
上記燃料噴射手段による燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程の間で可変に制御する燃料噴射タイミング制御手段と、
上記燃料噴射タイミング設定手段によって吸気行程に非同期の燃料噴射タイミングが設定されているとき当該燃料噴射の形態を上記第１の燃料噴射形態とし、吸気行程に同期した燃料噴射タイミングが設定されているとき当該燃料噴射の形態を上記第１の燃料噴射形態から上記第２の燃料噴射形態に切り換える切換制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
上記切換制御手段は、吸気行程に同期した燃料噴射タイミングが設定されている場合であっても、冷態時には上記燃料噴射手段による燃料噴射形態を上記第２の燃料噴射形態に切り換えないことを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタの燃料噴射タイミングが可変に制御されるエンジンの燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、インジェクタから吸気ポート内に燃料を噴射するポート内噴射式のガソリンエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて、燃料噴射タイミングが可変制御される。この燃料噴射は、排気行程中に燃料を噴射する吸気非同期噴射を前提として、エンジンの高負荷時等に、吸気行程に同期して燃料を噴射する吸気同期噴射に移行されることが一般的である。
【０００３】
ところで、燃焼室内で発生した燃焼熱の吸気ポート内への伝達は、エンジンの排気行程等においては、一般に、主として吸気バルブを介して行われる。従って、吸気非同期噴射時に吸気ポート内での燃料霧化を効果的に促進するため、インジェクタから噴射される燃料の噴射方向は、閉弁位置に位置する吸気バルブに指向して設定されることが一般的である。
【０００４】
その一方で、エンジンの高負荷運転時等に吸気非同期噴射が行われると、大量に噴射される燃料の一部が吸気行程までの間に霧化されることなく吸気ポート内に残留し、ドライバビリティの悪化等を招く虞がある。そこで、高負荷運転時等には、一般に、吸気同期噴射に移行させることで、インジェクタから噴射された燃料をそのまま燃焼室内に導入させ、通常時よりも相対的に高い燃焼熱を気液間で伝達することにより、燃料霧化が図られている。
【特許文献１】特開平９−１１２３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにエンジンの高負荷運転時等に燃料噴射を吸気同期噴射に移行すると、吸気ポート内での燃料の残留を抑制することができるものの、燃焼室内に多量に導入される燃料は、気液間の熱伝達だけでは十分に霧化されない場合がある。そして、このように霧化が不十分な燃料液滴を燃焼させると、ＨＣの排出量が増加する等して排気の悪化等を招く虞がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、吸気行程に同期して燃料噴射させた場合にも十分な燃料霧化を実現し、ＨＣの発生を抑制することのできるエンジンの燃料供給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】
【０００７】
本発明は、吸気バルブに指向させて燃料を噴射する第１の燃料噴射形態、或いは、吸気ポートの壁面に指向させて燃料を噴射する第２の燃料噴射形態の何れかの燃料噴射形態で上記吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、上記燃料噴射手段による燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程の間で可変に制御する燃料噴射タイミング制御手段と、上記燃料噴射タイミング設定手段によって吸気行程に非同期の燃料噴射タイミングが設定されているとき当該燃料噴射の形態を上記第１の燃料噴射形態とし、吸気行程に同期した燃料噴射タイミングが設定されているとき当該燃料噴射の形態を上記第１の燃料噴射形態から上記第２の燃料噴射形態に切り換える切換制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のエンジンの燃料供給装置によれば、吸気行程に同期して燃料噴射させた場合にも十分な燃料霧化を実現し、ＨＣの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図１はエンジン制御系の概略図、図２はエンジンの吸気ポート近傍を示す要部断面図、図３はインジェクタによる各燃料噴射形態を示す説明図、図４は燃料噴射パルス幅と噴射タイミングの設定ルーチンを示すフローチャート、図５は燃料噴射形態切換ルーチンを示すフローチャート、図６は各燃料噴射形態により各タイミングで燃料噴射を行った際のＨＣ発生量を示す図表である。
【００１０】
図１において符号１はエンジンを示し、本形態においては水平対向４気筒エンジンである。このエンジン１は、シリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａにインテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３に、各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介して吸気管５が連通されている。
【００１１】
また、吸気管５の吸入空気取り入れ口側にエアクリーナ６が取付けられ、このエアクリーナ６の下流に、例えばホットワイヤ式等の吸入空気量センサ７が介装されている。さらに、吸気管５の中途に設けられたスロットルバルブ８に、スロットル開度を検出するスロットルセンサ９が連設されている。
【００１２】
また、インテークマニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａの直上流側にインジェクタ１０が臨まされ、シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ１１が各気筒毎に取り付けられている。この点火プラグ１１には、点火コイル１２が連設され、この点火コイル１２にイグナイタ１３が接続されている。
【００１３】
各気筒のインジェクタ１０はデリバリパイプ１４に装着され、このデリバリパイプ１４が燃料供給配管１５を介して燃料タンク１６に連通されている。この燃料タンク１６内にはインタンク式の燃料ポンプ１７が設置されており、この燃料ポンプ１７からの燃料が、燃料供給配管１５に介装された燃料フィルタ１８を経てデリバリパイプ１４からプレッシャレギュレータ１９に圧送される。そして、このプレッシャレギュレータ１９によって所定の燃料圧力に調圧された燃料が各気筒のインジェクタ１０に分配される。
【００１４】
プレッシャレギュレータ１９は、調圧用バルブを連設したダイヤフラムにより、燃料ポンプ１７から圧送された燃料が導入される燃料室１９ａと、調圧用バルブを閉方向に付勢するスプリングを収納するスプリング室１９ｂとに仕切られた周知のレギュレータで構成されている。このプレッシャレギュレータ１９において、スプリング室１９ｂには、エアチャンバ４に連通する負圧導入通路２０を介して吸気管圧力が導入される。また、燃料室１９ａにはデリバリパイプ１４が連通されており、燃料室１９ａは、スプリング室１９ｂに導入される吸気管負圧に応じて調圧バルブを開閉することにより、リターン配管２１を介して余剰燃料を燃料タンク１６へリターンする。これにより、プレッシャレギュレータ１９は、インジェクタ１０の噴射雰囲気であるスロットルバルブ８下流の吸気管圧力に対して燃料圧力を一定の設定圧力に調圧する。
【００１５】
ここで、本実施形態において、吸気ポート２ａは、図３に示すように、隔壁３４を介して二股のポート部３５に分岐された２ポートタイプの吸気ポートで構成されている。また、インジェクタ１０は、分岐した各ポート部３５に対してそれぞれ個別に燃料を噴射するよう構成されており、インジェクタ１０による各燃料の噴射方向は、各ポート部３５を開閉する吸気バルブ３６に指向するよう設定されている（図２、及び図３（ａ）参照）。さらに、各インジェクタ１０の直上流において、各インテークマニホルド３には、吸気ポート２ａ内を流通する吸入空気を偏流させる偏流弁３７が介装されている。この偏流弁３７にはアクチュエータ３８が連接されており、偏流弁３７は、アクチュエータ３８によって閉弁側に動作された際に、インテークマニホルド３の中央部での吸入空気の流通を制限する。これにより、偏流弁３７の閉弁時には、吸気ポート２ａ内の周辺部を流通する吸入空気の流速が増加し、インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射方向が隔壁３４の方向へと変更される（図３（ｂ）参照）。すなわち、本実施形態において、インジェクタ１０及び偏流弁３７は、吸気バルブ３６に指向させて燃料を噴射する第１の燃料噴射形態、或いは、吸気ポート２ａの壁面（本実施形態では隔壁３４）に指向させて燃料を噴射する第２の噴射形態の何れかの燃料噴射形態で吸気ポート２ａ内に燃料を噴射する燃料噴射手段として機能する。
【００１６】
また、エンジン１のシリンダブロック１ａにノックセンサ２２が取り付けられるとともに、シリンダヘッド２の冷却水路２３に水温センサ２４が臨まされている。また、シリンダブロック１ａに支承されたクランクシャフト１ｂに、クランク角検出用のクランクロータ２５が軸着され、このクランクロータ２５の外周に、電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ２６が対設されている。さらに、クランクシャフト１ｂには、クランク角検出用のクランクロータ２５と同軸的に気筒判別用のクランクロータ２７が軸着されており、この気筒判別用のクランクロータ２７の外周に、同様に電磁ピックアップ等からなる気筒判別センサ２８が対設されている。
【００１７】
また、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂにはエグゾーストマニホルド２９が連通され、このエグゾーストマニホルド２９によって各気筒からの排気通路が合流する合流部に、触媒コンバータ３０が介装され、排気管３１に連通されている。この排気管３１の終端にはマフラ３２が配設され、触媒コンバータ３０の上流側に空燃比センサ３３が介装されている。
【００１８】
一方、図中符号４０は、エンジン１の電子制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）を示す。このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、メモリに記憶されている制御プログラムに従い、各センサ、スイッチ類からの出力信号を読み込んでエンジン運転状態を検出し、検出したエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）及び噴射タイミング、点火時期等を演算し、エンジン制御を所定周期毎に実行する。その際、ＥＣＵ４０は、演算した燃料噴射タイミングに応じ、アクチュエータ３８を通じて燃料噴射形態を可変に切換制御する。すなわち、ＥＣＵ４０は、燃料噴射タイミング制御手段、及び切換手段としての機能を有する。
【００１９】
次に、ＥＣＵ４０で実行される燃料噴射パルス幅及び噴射タイミングの設定ルーチンについて、図４に示すフローチャートに従って説明する。このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行されるもので、先ず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ４０は、例えば、冷却水温センサ１１で検出した冷却水温度ＴＷに基づき、ＲＯＭ内に格納された燃料噴射終了時期マップを参照して燃料噴射終了時期（角度）ＩＮＪENDを補間計算付きで設定する。
【００２０】
続くステップＳ１０２において、ＥＣＵ４０は、燃料噴射終了タイミングＴINJENDを算出する。この燃料噴射終了タイミングＴINJENDは、クランク角センサ２６からから入力される基準クランク角の信号（θ1パルス）を基準として、周知の演算により、角度データとしての燃料噴射終了時期ＩＮＪENDを時間データに変換したものである。
【００２１】
そして、ステップＳ１０３に進むと、ＥＣＵ４０は、クランク角センサ２６からの出力信号に基づくエンジン回転数ＮEと吸入空気量センサ７からの出力信号に基づく吸入空気量Ｑとに基づき、演算或いはマップ検索等により基本燃料噴射パルス幅ＴPを設定する。
【００２２】
その後、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４において、基本燃料噴射パルス幅ＴP を、混合比補正、高負荷補正、エアコン増量補正などの各種増量分補正係数ＣＯＥＦ、空燃比フィードバック補正係数α、各種センサの経時劣化などを補償する学習補正係数ＫBLRC、および、電圧補正係数ＴS で補正して燃料噴射パルス幅Ｔi を設定する（Ｔi ←ＴP ×ＣＯＥＦ×α×ＫBLRC＋Ｔs）。
【００２３】
次いで、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ４０は、燃料噴射パルス幅Ｔi と燃料噴射終了タイミングＴINJENDに基づき、θ1 パルスを基準とする燃料噴射開始時期、すなわち、燃料噴射開始タイミングＴINJST を設定し（ＴINJST←ＴINJEND−Ｔi）、ルーチンを抜ける。これにより、燃料噴射タイミングは、エンジン１の排気行程から吸気行程の間で可変に設定される。
【００２４】
次に、ＥＣＵ４０で実行される燃料噴射形態切換ルーチンについて、図５に示すフローチャートに従って説明する。このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行されるもので、ＥＣＵ４０は、先ず、ステップＳ２０１において、上述のルーチンで設定した燃料噴射開始タイミングＴINJSTと燃料噴射終了タイミングＴINJENDとに基づいて、現在の燃料噴射タイミングが吸気行程に同期して設定されているか否かを調べる。ここで、本実施形態において、吸気行程に同期した燃料噴射タイミングとは、少なくとも燃料噴射終了タイミングＴINJENDが吸気行程中にあることをいう。
【００２５】
そして、ステップＳ２０１において、燃料噴射タイミングが吸気行程に同期しておらず、排気行程に同期して設定されていると判定した場合には、ＥＣＵ４は、ステップＳ２０４に進む。
【００２６】
一方、ステップＳ２０１において、燃料噴射タイミングが吸気行程に同期して設定されていると判定した場合には、ＥＣＵ４は、ステップＳ２０２に進み、現在、エンジン１の暖機が完了しているか否かを調べる。本実施形態において、このエンジン１の暖機完了は、冷却水温センサ１１で検出した冷却水温度ＴＷが、例えば４０℃以上であるか否かによって判定され、冷却水温度ＴＷが４０℃以下でありエンジン１の暖機が完了していないと判定した場合（すなわち、未だ冷態時であると判定した場合）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０４に進む。
【００２７】
そして、ステップＳ２０１或いはステップＳ２０２からステップＳ２０４に進むと、ＥＣＵ４０は、アクチュエータ３８を通じて偏流弁３７を開弁することにより、インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射方向を吸気バルブ３６に指向する方向に設定した後、ルーチンを抜ける。すなわち、ＥＣＵ４０は、燃料噴射タイミングが排気行程に非同期して設定されていると判定した場合、或いは、吸気行程に同期している場合であってもエンジン１の暖機が完了していないと判定した場合には、インジェクタ１０の燃料噴射形態を第１の燃料噴射形態に設定する。
【００２８】
一方、エンジン１の冷却水温度ＴＷが４０℃以上でありエンジン１の暖機が完了していると判定すると、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０３に進む。そして、ステップＳ２０３において、ＥＣＵ４０は、アクチュエータ３８を通じて偏流弁３７を閉弁することにより、インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射方向を吸気ポート２ａの壁面に指向する方向に設定した後、ルーチンを抜ける。すなわち、ＥＣＵ４０は、燃料噴射タイミングが吸気行程に同期して設定されており、且つ、エンジン１の暖機が完了していると判定した場合には、インジェクタ１０の燃料噴射形態を第２の燃料噴射形態に設定する。
【００２９】
このような実施形態によれば、燃料噴射タイミングが吸気行程に非同期して設定されている場合には、インジェクタ１０からの燃料の噴射方向を閉弁位置に位置する吸気バルブ３６に指向させる第１の燃料噴射形態に設定し、燃料噴射タイミングが吸気行程に同期して設定されている場合には、インジェクタ１０からの燃料の噴射方向を吸気ポート２ａの壁面に指向させる第２の燃料噴射形態に設定することにより、エンジン１の運転状態に応じて排気行程から吸気行程までの間に設定される全ての燃料噴射タイミングにおいて燃料霧化を効果的に促進し、ＨＣの発生量を効果的に抑制することができる。
【００３０】
すなわち、燃料噴射タイミングが吸気行程に非同期して設定されている場合には、吸気バルブ３６に伝達される燃焼熱によって吸気ポート２ａ内での燃料霧化を効果的に促進させることができる。その一方で、燃料噴射タイミングが吸気行程に同期して設定されている場合には、吸気ポート２ａの壁面に伝達される燃焼熱によって予備的に加熱した後の燃料を燃焼室内に導入することができるので、燃焼室内での燃料霧化を効果的に促進させることができる。ここで、エンジン回転数ＮE＝一定、イグニッションタイミングＩｇｔ＝一定、図示平均有効圧＝一定、空燃比フィードバック補正係数α＝１の運転状態において、各燃料噴射形態により各タイミングで燃料噴射を行った際のＨＣ発生量の実験結果を図６に示す。同図からも明らかなように、吸気行程に非同期の燃料噴射タイミングでは第１の燃料噴射形態での燃料噴射（バルブ方向への噴霧）を行い、吸気行程に同期する燃料噴射タイミングでは第２の燃料噴射形態での燃料噴射（ポート壁面方向への噴霧）を行うことで、燃料霧化を効果的に促進してＨＣの発生量を抑制できることが分かる。
【００３１】
さらに、吸気行程に同期した燃料タイミングが設定されている場合であっても、エンジン１の暖機が完了する前（すなわち、冷態時）には第２の燃料噴射形態への切換を禁止することにより、インジェクタ１０から噴射された燃料が吸気ポート２ａの壁面で液滴して残留することを防止できる。
【００３２】
なお、上述の実施形態においては、燃料噴射タイミングに加え、エンジン１の暖機状態に応じて吸気ポート２ａ内での燃料噴射形態を切り換える構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、燃料噴射タイミングのみによって燃料噴射形態を切り換えてもよい。
【００３３】
また、燃料噴射形態を可変に切り換えるための構成についても、上述の実施形態で説明したインジェクタ１０に偏流弁３７を付加した構成に限定されるものではなく、例えば、異なる方向に指向する２つのインジェクタを吸気ポート２ａに配設し、燃料噴射に供するインジェクタを選択的に切り換えることで燃料噴射形態を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】エンジン制御系の概略図
【図２】エンジンの吸気ポート近傍を示す要部断面図
【図３】インジェクタによる各燃料噴射形態を示す説明図
【図４】燃料噴射パルス幅と噴射タイミングの設定ルーチンを示すフローチャート
【図５】燃料噴射形態切換ルーチンを示すフローチャート
【図６】各燃料噴射形態により各タイミングで燃料噴射を行った際のＨＣ発生量を示す図表
【符号の説明】
【００３５】
１  …  エンジン
２ａ  …  吸気ポート
１０  …  インジェクタ（燃料噴射手段）
３４  …  隔壁（吸気ポートの壁面）
３７  …  偏流弁（燃料噴射手段）
４０  …  電子制御装置（燃料噴射タイミング制御手段、切換制御手段）
代理人    弁理士      伊    藤      進
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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