(57)【要約】【課題】  機関性能を損なうことのない内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】  筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタ１４０と吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタ１５０とを備えた内燃機関において、運転状態に応じ両インジェクタからの噴き分け率が変化し、筒内噴射用インジェクタ１４０からの燃料噴射量がその最小燃料噴射量を下回るときは、機関負荷に応じて両インジェクタからの噴き分け率を変更する変更制御手段を備えている。この変更制御手段は、機関負荷が所定値以下のときは筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を０とし、所定値を超えるときは筒内噴射用インジェクタ１４０からの燃料噴射量を最小燃料噴射量とし、それぞれに対応させて吸気ポート噴射用インジェクタ１５０からの燃料噴射量を補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備えた内燃機関において、
運転状態に応じ両インジェクタからの噴き分け率が変化し、前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量がその最小燃料噴射量を下回るときは、機関負荷に応じて両インジェクタからの噴き分け率を変更する変更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】
前記変更制御手段は、機関負荷が所定値以下のときは前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を０とし、機関負荷が前記所定値を超えるときは前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を最小燃料噴射量とし、それぞれに対応させて前記吸気ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１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、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、より詳しくは、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備える、いわゆるデュアル噴射型の内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気ポート噴射用インジェクタとを備え，機関の運転状態に応じてこれらのインジェクタを切替え使用することにより、例えば低負荷運転領域での成層燃焼と高負荷運転領域での均質燃焼を実現させたり、運転状態に応じて所定の噴き分け率で燃料噴射するようにして、燃費特性や出力特性の改善を図った、いわゆるデュアル噴射型の内燃機関が知られている（特許文献１、２等）。
【０００３】
ところで、このようなデュアル噴射型の内燃機関において、運転状態に応じて所定の噴き分け率で燃料噴射を行なわせるようにした場合、運転状況によっては筒内噴射用インジェクタからの要求噴射量がその最小噴射量を下回るときがある。このように要求噴射量が最小噴射量を下回ると、開弁時間で設定されている燃料噴射量の制御が不安定となるおそれがある。そこで、最小開弁時間を維持したまま要求噴射量を満たすために、インジェクタに供給される燃圧を低下させることも考えられるが、このように燃圧を低下させると噴射燃料の微粒化が促進されず、燃焼やエミッションが悪化するという新たな問題が生ずるおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献３には、デュアル噴射型の内燃機関ではないが、このように要求噴射量が燃料噴射弁の最小噴射量を下回るときには、かかる燃料噴射弁から２サイクルに１回噴射するようにした技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、同じくデュアル噴射型の内燃機関ではないが、要求噴射時間が最小噴射時間を割り込むときには、燃料噴射時間を最小噴射時間に変更すると共に、点火時期を遅角制御するようにした技術が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献５には、筒内噴射用インジェクタと筒外噴射用インジェクタとを備えた２サイクル内燃機関において、混合気の吹き抜け抑制と点火時の空燃比制御のために、筒内噴射用インジェクタからの燃料の噴射時期および噴射量と筒外噴射用インジェクタからの噴射量を制御するようにした技術が開示されている。但し、要求噴射量がインジェクタの最小噴射量を下回る場合については言及されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２０８３７号公報
【特許文献２】特開平５−２３１２２１号公報
【特許文献３】特開２００３−１２０３７９号公報
【特許文献４】特開平８−１６５９７２号公報
【特許文献５】特開平１１−１３５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のように筒内噴射用インジェクタからの要求噴射量がその最小噴射量を下回った場合、単に特許文献３に記載のように筒内噴射用インジェクタからの噴射を２サイクルに１回、換言すると、１サイクルで噴射量をゼロとしたり、特許文献４に記載のように最小噴射量に設定したりするのみでは、デュアル噴射型の内燃機関の場合に適切ではない。例えば、高負荷領域で筒内噴射用インジェクタからの噴射をゼロとすると、この筒内噴射用インジェクタは高温の燃焼ガスに曝されるにもかかわらず自らの噴射による冷却作用がないので、当該インジェクタの噴口周りにデポジットが付着する結果、筒内噴射用インジェクタが詰まるおそれがある。他方、低負荷領域で最小噴射量に設定すると要求噴射量以上の燃料が筒内に噴射される結果、未燃成分が多く残りエミッションの悪化を招くおそれがあるからである。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し機関性能を損なうことのない内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備えた内燃機関において、運転状態に応じ両インジェクタからの噴き分け率が変化し、前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量がその最小燃料噴射量を下回るときは、機関負荷に応じて両インジェクタからの噴き分け率を変更する変更制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記変更制御手段は、機関負荷が所定値以下のときは前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を０とし、機関負荷が前記所定値を超えるときは前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を最小燃料噴射量とし、それぞれに対応させて前記吸気ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射量を補正することを特徴とする
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備えた内燃機関において、運転状態に応じ両インジェクタからの噴き分け率が変化し、前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量がその最小燃料噴射量を下回るときは、変更制御手段によって両インジェクタからの噴き分け率が機関負荷に応じて変更される。従って、筒内噴射用インジェクタからその最小燃料噴射量を下回る燃料が噴射されることが回避されるので、燃料噴射量が不安定となることが抑制され機関性能を損なうことが防止される。
【００１３】
ここで、前記変更制御手段が、機関負荷が所定値以下のときは前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を０とし、機関負荷が前記所定値を超えるときは前記筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を最小燃料噴射量とし、それぞれに対応させて前記吸気ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射量を補正する形態によれば、機関負荷が所定値以下の、例えば低負荷時には全燃料噴射量が吸気ポート噴射用インジェクタから噴射され、均質混合気を得やすく未燃成分が少ないので、エミッションの悪化が抑制される。また、機関負荷が所定値を超える、例えば高負荷時には筒内噴射用インジェクタからその最小燃料噴射量が噴射されるので、高温の燃焼ガスに曝されるにも拘わらず自らの噴射による冷却作用もあり、デポジットの付着が抑制されその詰まりが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
まず、本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図が示されている図１を参照するに、機関（以下、エンジンとも称す）１００はシリンダブロック１０１に複数（図１には１個のみ示す）の気筒１０２を備えている。１０３は例えば頂面上にキャビティが形成されたピストン、１０４はシリンダブロック１０１上に固締されたシリンダヘッド、１０５はピストン１０３とシリンダヘッド１０４間に形成された燃焼室、１０６は吸気バルブ、１０７は排気バルブ、１０８は吸気ポート、１０９は排気ポート、１１０は点火プラグをそれぞれ示している。ピストン１０３はコネクティングロッド１１１を介してクランクシャフト１１２に連結されている。
【００１６】
各気筒１０２はそれぞれ対応する吸気マニフォルド１１３を介して共通のサージタンク１１４に接続されている。サージタンク１１４は吸気ダクト１１５を介してエアフローメータ１１６に接続され、エアフローメータ１１６はエアクリーナ１１７に接続されている。吸気ダクト１１５内には電動モータ１１８によって駆動されるスロットル弁１１９が配置されている。このスロットル弁１１９は後述するアクセルペダル１６０の操作とは独立して、後述の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００により電子的に開閉制御される。一方、各気筒１０２は共通の排気マニフォルド１２０に連結され、この排気マニフォルド１２０は三元触媒コンバータ１２２に連結されている。
【００１７】
各気筒１０２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１４０と吸気ポート１０８（ないしは吸気通路内）に向けて燃料を噴射するための吸気ポート噴射用インジェクタ１５０とがそれぞれ取り付けられている。これらインジェクタ１４０、１５０は電子制御ユニット２００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各筒内噴射用インジェクタ１４０は共通のデリバリパイプ１４２に接続されており、このデリバリパイプ１４２は不図示の逆止弁を介して、機関駆動式の高圧ポンプに接続されている。なお、高圧ポンプの吐出側はスピル電磁弁を介して高圧ポンプの吸入側に連結されており、このスピル電磁弁の開度が小さいとき程、高圧ポンプからデリバリパイプ１４２内に供給される燃料量が増大され、スピル電磁弁が全開にされると、高圧ポンプからデリバリパイプ１４２への燃料供給が停止されるように構成されている。このスピル電磁弁は電子制御ユニット２００の出力信号に基づいて制御される。
【００１８】
一方、各吸気ポート噴射用インジェクタ１５０は共通のデリバリパイプ１５２に接続されており、デリバリパイプ１５２および高圧ポンプは不図示の共通の燃料圧レギュレータを介して、電動モータ駆動式の低圧ポンプに接続されている。さらに、低圧ポンプは燃料フィルタを介して燃料タンクに接続されている。燃料圧レギュレータは低圧ポンプから吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧ポンプから吐出された燃料の一部を燃料タンクに戻すように構成されており、したがって吸気ポート噴射用インジェクタ１５０に供給されている燃料圧および高圧ポンプに供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。
【００１９】
また、電子制御ユニット２００はデジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポートおよび出力ポート等を具備している。エアフローメータ１１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ１１６の出力電圧はＡＤ変換器を介して入力ポートに入力される。
【００２０】
さらに、機関１００には冷却水温度に比例した出力電圧を発生する水温センサ２０２が取付けられ、この水温センサ２０２の出力電圧はＡＤ変換器を介して入力ポート３５に入力される。また、三元触媒１２２上流の排気マニフォルド１２０には排気ガス中の空燃比に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ２０４が取付けられ、この空燃比センサ２０４の出力電圧もＡＤ変換器を介して入力ポートに入力される。
【００２１】
アクセルペダル１６０はアクセルペダル１６０の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ２０６に接続されており、また、上述のスロットル弁１１９の開度はスロットル開度センサ２０８にて検出される。これらのアクセル開度センサ２０６およびスロットル開度センサ２０８の出力電圧はＡＤ変換器を介して入力ポートに入力される。さらに、入力ポートには機関回転数を表す出力パルスを発生するクランク角センサ２１０が接続されている。電子制御ユニット２００のＲＯＭ３２には、上述のエアフローメータ１１６やアクセル開度センサ２０６およびクランク角センサ２１０により得られる機関負荷および機関回転数に基づき、運転領域に対応させて設定されている燃料噴射量の値や噴き分け率が予めマップ化されて記憶されている。
【００２２】
ここで、電子制御ユニット２００の出力ポートは対応する駆動回路を介して、電動モータ１１８、各筒内噴射用インジェクタ１４０、各吸気ポート噴射用インジェクタ１５０および点火プラグ１１０のイグナイタに接続されている。
【００２３】
次に、上記構成を有する本発明の実施形態の制御の一例について、図２のフローチャートを参照して以下に説明する。まず、制御が開始されると、電子制御ユニット２００は、ステップＳ２０１において、所定時間毎にアクセル開度センサ２０６およびクランク角センサ２１０により得られる機関要求負荷と機関回転数とにより、運転者により要求されている機関の運転条件ないしは領域を検知する。そして、この検知に基づき、次のステップＳ２０２においてマップに記憶されている総燃料噴射量Ｑが求められる。次に、ステップＳ２０３に進み、上記の運転条件における筒内噴射用インジェクタ１４０および吸気ポート噴射用インジェクタ１５０からの噴き分け率ｋ１ｓｔが同じくマップから求められる。この噴き分け率ｋ１ｓｔは、例えば図３に示すマップのように予め設定されている。
【００２４】
具体的には、本実施の形態では、例えば、機関１００のアイドリングおよび／または減速運転領域のような極低負荷の極低充填効率領域ではｋ１ｓｔ＝０、すなわち、筒内噴射用インジェクタ１４０からの燃料噴射割合が０で、吸気ポート噴射用インジェクタ１５０からの燃料噴射割合が１とされている。また、機関１００の低負荷の低充填効率領域ではｋ１ｓｔ＝１、すなわち、筒内噴射用インジェクタ１４０からの燃料噴射割合が１で、吸気ポート噴射用インジェクタ１５０からの燃料噴射割合が０とされている。さらに、機関１００の高負荷の高充填効率領域では、低負荷領域から最大負荷（ＷＯＴ）領域に向かうにつれ吸気ポート噴射用インジェクタ１５０からの燃料噴射割合が増大される形態で、両インジェクタから同時に燃料が噴射されるように設定されている。そして、機関１００の最大負荷（ＷＯＴ）の最大充填効率領域では、ｋ１ｓｔ＝１とされ、筒内噴射用インジェクタ１４０からのみ燃料が噴射されるように設定されている。
【００２５】
そこで、再度、図３のフローチャートに戻り、そのステップＳ２０４においては、ステップＳ２０３で求めた噴き分け率ｋ１ｓｔに基づき、筒内燃料噴射量Ｑｄおよびポート筒内燃料噴射量Ｑｐが次式（１）および（２）によりそれぞれ求められる。
（１）Ｑｄ＝Ｑ×ｋ１ｓｔ
（２）Ｑｐ＝Ｑ×（１−ｋ１ｓｔ）
【００２６】
そして、次のステップＳ２０５では上述のステップＳ２０４で求められた筒内燃料噴射量Ｑｄおよびポート燃料噴射量Ｑｐに基づき、所定の燃圧の下に筒内噴射用インジェクタ１４０および吸気ポート噴射用インジェクタ１５０の開弁時間である筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudおよび吸気ポート噴射用インジェクタ噴射時間taupがそれぞれ算出され、ステップＳ２０６に進む。
【００２７】
ステップＳ２０６では、この筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudが、０より大きく且つ筒内噴射用インジェクタ１４０の最小燃料噴射量に対応する筒内噴射用インジェクタ最小燃料噴射時間tauminよりも小さいか、すなわち、下回るか否かが判定される。筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudが筒内噴射用インジェクタ最小燃料噴射時間tauminより大きいときは、ステップＳ２１７に進み、ステップＳ２０５で算出された筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudおよび吸気ポート噴射用インジェクタ噴射時間taupにより、燃料噴射が実行されて本制御ルーチンは終了する。
【００２８】
一方、筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudが筒内噴射用インジェクタ最小燃料噴射時間tauminを下回るときはステップＳ２０７に進み、エンジン１００の充填効率ＫＬが境界充填効率ＫＬｂ以上か否かが判定される。
【００２９】
この充填効率ＫＬは、本実施の形態ではエアフローメータ１１６により求められる吸入空気量に基づいて求められる。そして、境界充填効率ＫＬｂはエンジン１００の負荷に対応させて、その低負荷領域と高負荷領域との境界領域に設定されている。
【００３０】
そして、ステップＳ２０７において充填効率ＫＬが境界充填効率ＫＬｂ以上であると判定されるとステップＳ２０８に進み、筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudが筒内噴射用インジェクタ最小燃料噴射時間tauminに変更して設定される。その後さらに、ステップＳ２０９において筒内燃料噴射量Ｑｄが再度算出され、この再算出された筒内燃料噴射量Ｑｄと前述の総燃料噴射量Ｑとにより、噴き分け率ｋ１ｓｔも再算出（＝Ｑｄ／Ｑ）される（ステップＳ２１０）。そして、ステップＳ２１１において、再算出された噴き分け率ｋ１ｓｔを用いてポート燃料噴射量Ｑｐが求められ、さらに吸気ポート噴射用インジェクタ噴射時間taupが再度求められる（ステップＳ２１２）。換言すると、吸気ポート噴射用インジェクタ１５０からの燃料噴射量Ｑｐが補正される。その後はステップＳ２１８に進み、ステップＳ２０８で設定された筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudおよびステップＳ２１２で再算出された吸気ポート噴射用インジェクタ噴射時間taupにより、燃料噴射が実行されて本制御ルーチンは終了する。
【００３１】
他方、ステップＳ２０７において充填効率ＫＬが境界充填効率ＫＬｂ未満であると判定されるとステップＳ２１３に進み、筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudが０に変更されて設定される。その後さらに、ステップＳ２１４において筒内燃料噴射量Ｑｄが０とされ、この０とされた筒内燃料噴射量Ｑｄに対応して噴き分け率ｋ１ｓｔも０とされる（ステップＳ２１５）。そして、ステップＳ２１６において、ポート燃料噴射量Ｑｐが総燃料噴射量Ｑとされ、さらに吸気ポート噴射用インジェクタ噴射時間taupが再度求められる（ステップＳ２１７）。その後はステップＳ２１８に進み、ステップＳ２１３で０に設定された筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudおよびステップＳ２１７で再算出された吸気ポート噴射用インジェクタ噴射時間taupにより、燃料噴射が実行されて本制御ルーチンは終了する。
【００３２】
かくて、本実施の形態によれば、筒内噴射用インジェクタ噴射時間taudが筒内噴射用インジェクタ最小燃料噴射時間tauminを下回るときに、機関負荷が所定値を超える、すなわち、エンジン１００の充填効率ＫＬが境界充填効率ＫＬｂ以上のときは、筒内噴射用インジェクタ１４０からその最小燃料噴射量が噴射されるので、高温の燃焼ガスに曝されるにも拘わらず自らの噴射による冷却作用もあり、デポジットの付着が抑制されその詰まりが抑制される。そして、機関負荷が所定値以下、すなわち、エンジン１００の充填効率ＫＬが境界充填効率ＫＬｂ未満のときは、全燃料噴射量が吸気ポート噴射用インジェクタ１５０から噴射され、均質混合気を得やすく未燃成分が少ないので、エミッションの悪化が抑制される。
【００３３】
なお、本発明は、１気筒当たりそれぞれ２つの吸気ポートおよび排気ポートを備える、いわゆる４バルブ機関のみならず、いわゆる２バルブ機関においても同様に適用できることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図を示す模式図である。
【図２】本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の制御形態の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における噴き分け率の一設定例を示すマップである。
【符号の説明】
【００３５】
１１６    エアフローメータ
１１９    スロットル弁
１４０    筒内噴射用インジェクタ
１５０    吸気ポート噴射用インジェクタ
２００    電子制御ユニット
２０６    アクセル開度センサ
２０８    スロットル開度センサ
２１０    クランク角センサ（回転数センサ）
【図１】
2006336620.tif 000003
【図２】
2006336620.tif 000004
【図３】
2006336620.tif 000005