(57)【要約】      （修正有）【課題】ニードル閉弁速度を適正に設定することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】吸気圧力Ｐｉｍを変数として予め定められた関数ｆ（Ｐｉｍ）が用いられることで、フライバック電圧Ｖｆｂが算出される（ステップＳ１１６）。ここで算出されるフライバック電圧Ｖｆｂは、要求されるニードル閉弁速度を実現するために必要な電圧値である。筒内圧つまりニードル背圧が高いほどフライバック電圧Ｖｆｂが一次関数的に増大するように設定されてもよい。エンジン電子制御ユニットがステップＳ１１６の処理を実行することで、推定された噴射終了時筒内圧力Ｐｉｅが高いほど、直噴インジェクタのニードル閉弁速度を速めるようにフライバック電圧Ｖｆｂを増大させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の直噴インジェクタを噴射させるときに前記直噴インジェクタのニードル開閉用のフライバック電圧を設定するフライバック電圧設定手段と、
前記直噴インジェクタが燃料の噴射を終了する時期における前記内燃機関の筒内圧力を推定する筒内圧力推定手段と、
前記筒内圧力推定手段で推定された前記筒内圧力が高いほど、前記直噴インジェクタのニードル閉弁速度を速めるように前記フライバック電圧を増大させるフライバック電圧補正手段と、
を備える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するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００７−３０３４４９号公報に記載されているように、インジェクタに逆起電力を印加することでインジェクタの閉弁応答性を向上させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直噴インジェクタを噴射させるときには、直噴インジェクタのニードルを開閉するためのフライバック電圧が、直噴インジェクタに与えられる。このフライバック電圧の大きさは、ニードル閉弁速度を決定するパラメータである。ニードルの閉弁速度が速すぎるとバウンスが発生することがあり好ましくない。バウンスによる二次噴射によって、噴射孔およびインジェクタ先端に残存燃料が付着してしまういわゆる先端濡れが起きるおそれがある。この先端濡れにより輝炎が発生すると、エミッション特性が悪化する問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ニードル閉弁速度を適正に設定することができる内燃機関の燃料噴射制御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】
【０００６】
本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置は、
内燃機関の直噴インジェクタを噴射させるときに前記直噴インジェクタのニードル開閉用のフライバック電圧を設定するフライバック電圧設定手段と、
前記直噴インジェクタが燃料の噴射を終了する時期における前記内燃機関の筒内圧力を推定する筒内圧力推定手段と、
前記筒内圧力推定手段で推定された前記筒内圧力が大きいほど、前記直噴インジェクタのニードル閉弁速度を速めるように前記フライバック電圧を増大させるフライバック電圧補正手段と、
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
ニードル閉弁速度が速すぎると、ニードルバウンスによる二次噴射が発生するおそれがある。ニードル閉弁速度が遅すぎて噴射のキレが悪化することで、先端濡れが発生するおそれもある。本発明によれば、筒内圧力に応じて適切なフライバック電圧を付与することができるので、ニードル背圧に応じてニードル閉弁速度を適正に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図４】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置で実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図６】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図７】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図８】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図９】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。
【図１０】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置で解決される課題を説明するための図である。
【図１１】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置で解決される課題を説明するための図である。
【図１２】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置で解決される課題を説明するための図である。
【図１３】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置で解決される課題を説明するための図である。
【図１４】実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置で解決される課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１０〜図１４は、実施の形態にかかる内燃機関１０の燃料噴射制御装置で解決される課題を説明するための図である。ＰＮ排出要因の一つである先端輝炎を低減するためには、直噴インジェクタ先端の濡れを低減することが有効である。先端濡れは噴射終了時つまりニードル閉弁時に発生することが多いので、ニードル閉弁速度を速くすることで先端濡れの低減が可能となる。しかし、過度にニードル閉弁速度を速くすると、閉弁バウンスによる二次噴射の要因となる。その一方で、ニードル背圧が高い条件では、ニードル閉弁速度の低下により先端濡れが発生してしまう。
【００１０】
ＰＮ／ＰＭ排出について詳しく説明すると、ＰＮ／ＰＭ排出の要因が下記のようにいくつか挙げられる。第一要因として、ボア壁面およびピストン頂面への燃料ウェットがある。第二要因として、インジェクタ先端部の濡れによる先端輝炎がある。第三要因として、空間リッチによる空間輝炎がある。ＰＮ排出は、図１０および図１１に示すように、温間時には先端輝炎が原因となり、冷間時にはボア壁面およびピストン頂面への燃料ウェットが原因となる。
【００１１】
上記の第二要因にかかる先端輝炎は、燃料噴射後におけるインジェクタ先端部の燃料濡れが原因である。先端濡れは、燃料噴射終了時の噴射のキレによる影響が大きい。噴射のキレが悪い条件においては、粗悪噴霧が増加し、先端濡れが増加してしまう。
【００１２】
噴射のキレを良くするためには、ニードル閉弁速度を増加させることが有効である。しかし、ニードル閉弁速度が速すぎると、閉弁バウンスによる二次噴射の要因となる。この点を考慮に入れた上で、適切なニードル閉弁速度が設定されることが好ましい。
【００１３】
その一方で、実機運転条件下では、筒内圧力が高い噴射時期が使用される条件もある。筒内圧力つまりニードル背圧が高い条件では、ニードル閉弁速度の低下により先端濡れが発生してしまう。この点に関し、図１２には、ニードル閉弁速度が早い場合と遅い場合とについて噴射中の様子、噴射終了時の様子および先端濡れの様子がそれぞれ模式的に図示されている。
【００１４】
図１３は、直噴インジェクタにかかる力ＦｓｅｔおよびＦｓａｃを矢印で模式的に図示したものである。図１４は、直噴インジェクタのニードルリフト量の時間推移を、高背圧と低背圧について模式的に図示したものである。従来技術では、噴射初期、あるいはニードルの最大リフト量を可変とすることで、噴射中の噴霧特性が条件に応じて制御されるものもある。
【００１５】
しかし、先端濡れに対して影響が大きいのは、ニードル閉弁時期である。ニードル閉弁時期のニードルの挙動および噴霧の制御が、ここで説明している先端濡れの課題には重要である。ニードル閉弁速度を常に大きめに設定した場合、ニードルバウンスによって二次噴射が発生し、先端濡れの悪化が懸念される。
【００１６】
上述した点が考慮に入れられた上で、実施の形態では、ニードル背圧つまり筒内圧に応じて、ニードル閉弁速度を決める通電量が適切に制御される。これにより、筒内圧が高いときの噴射であっても先端濡れを小さくすることができるなどの効果が得られる。
【００１７】
図１は、実施の形態にかかる内燃機関１０の燃料噴射制御装置を示す図である。図１に示すように、実施の形態にかかる内燃機関１０は、筒内直噴エンジンである。内燃機関１０は、シリンダブロックに形成されたシリンダ１と、燃焼室２と、シリンダ１の内部に設けられたピストン３と、点火プラグ６および直噴インジェクタ７と、吸気バルブ４および排気バルブ５と、を備えている。シリンダブロック上には、シリンダヘッドが組み付けられている。燃焼室２は、シリンダヘッドの一部が凹まされた燃焼室天井面で構成されている。
【００１８】
点火プラグ６および直噴インジェクタ７は、シリンダヘッドの燃焼室天井面の中央に設けられている。吸気バルブ４および排気バルブ５は、点火プラグ６および直噴インジェクタ７を囲むようにシリンダヘッドの燃焼室天井面の周縁に配置されている。図１に示す内燃機関１０は、燃焼室天井面の中央に燃料噴射インジェクタが配置されたいわゆるセンタ噴射構造とされているが、燃焼室の周縁から燃料噴射を行ういわゆるサイド噴射構造でも良い。
【００１９】
直噴インジェクタ７を噴射させるときには、直噴インジェクタ７のニードル開閉用のフライバック電圧Ｖｆｂが設定および出力される。エンジン電子制御ユニット２０は、ニードル閉弁速度を制御する通電量調整処理と、閉弁時ニードル背圧に対応する筒内圧力の推定演算処理と、噴射終了時期における内燃機関１０の各種運転条件パラメータの推定制御処理と、をそれぞれ実行するように構築されている。
【００２０】
図２および図３は、実施の形態にかかる内燃機関１０の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。図２に示すタイミングチャートにおいて最下段には昇圧電圧波形が図示されており、破線Ｐで囲った部位はニードル閉弁時におけるフライバック電圧Ｖｆｂを表している。この破線Ｐで示したフライバック電圧Ｖｆｂの電圧値が大きいほど閉弁速度が速くなり、この破線Ｐで示したフライバック電圧Ｖｆｂの電圧値が小さいほど閉弁速度が遅くなる。
【００２１】
図３（ａ）は低背圧噴射時の噴射期間および昇圧電圧のタイミングチャートであり、図３（ｂ）は同様に高背圧噴射時のタイミングチャートであり、図３（ｃ）は筒内圧力とクランク角度との関係を表したグラフである。低背圧噴射は、第一クランク角度のタイミングｔ１において噴射終了するように噴射期間が設定されている。第二クランク角度では、第一クランク角度よりも筒内圧力が増加している。高背圧噴射は、第二クランク角度のタイミングｔ２において噴射終了するように噴射期間が設定されている。この第二クランク角度のタイミングｔ２でニードル閉弁速度を増大させるために、図３（ｂ）では矢印を付したようにフライバック電圧Ｖｆｂが増加させられている。
【００２２】
実施の形態にかかる制御処理を説明する。エンジン電子制御ユニット２０は、温間時に先端輝炎が発生する条件において、インジェクタ先端濡れを低減するために必要なニードル閉弁速度を実現可能なフライバック電圧Ｖｆｂを算出する。エンジン電子制御ユニット２０は、油温および水温から、先端輝炎の発生の有無を判定するように構築されている。また、エンジン電子制御ユニット２０は、要求負荷から燃料噴射量を算出するように構築されている。
【００２３】
さらに、エンジン電子制御ユニット２０は、要求噴射量、燃圧および噴射開始時期に基づいて、噴射終了時期を算出する。エンジン電子制御ユニット２０は、吸気圧力およびバルブタイミングにより、噴射終了時期の筒内圧力すなわちニードル背圧の推定値を算出する。エンジン電子制御ユニット２０、噴射終了時の筒内圧力により、要求されるニードル閉弁速度を実現するために必要なフライバック電圧Ｖｆｂを算出する。最終的に、エンジン電子制御ユニット２０は、算出されたフライバック電圧Ｖｆｂを直噴インジェクタ７に与えるための制御信号を発することで燃料噴射を実施する。
【００２４】
実施の形態によれば、ニードル背圧に対応する筒内圧力に応じてニードル閉弁速度を可変調整することで、噴射終了時に発生する先端濡れを低減することができる。多段噴射時に一回目の噴射と二回目の噴射とでそれぞれニードル閉弁速度を制御することで、多段噴射時における先端濡れを低減してもよい。その結果、筒内圧力が高いときに燃料噴射が行われる条件において、ニードル閉弁速度の低下による先端濡れを低減することができる。先端輝炎によるＰＮ排出量増加を抑制することもできる。
【００２５】
図４は、実施の形態にかかる内燃機関１０の燃料噴射制御装置で実行されるルーチンのフローチャートである。エンジン電子制御ユニット２０の内蔵メモリに、図４のルーチンの各ステップを順次実行するためのプログラムが記憶されている。
【００２６】
図４のルーチンでは、まず、要求噴射量Ｑｖおよび燃料圧力Ｐｃが取得される（ステップＳ１００）。これらのパラメータは、内燃機関１０の運転条件に基づいて算出され、例えばエンジン回転速度ＮＥおよびトルクＴＱなどから算出されても良い。
【００２７】
次に、上記ステップＳ１００で得られた情報が関数ｆ（Ｑｖ、Ｐｃ）に代入されることで、噴射期間ｔｉｎｊが算出される（ステップＳ１０２）。関数ｆ（Ｑｖ、Ｐｃ）は、ＱｖおよびＰｃを変数として予め定められた関数である。次に、噴射時期θｉｓおよびエンジン回転速度ＮＥが取得される（ステップＳ１０４）。
【００２８】
次に、上記ステップＳ１０４で得られた情報が関数ｆ（ｔｉｎｊ、θｉｓ、ＮＥ）に代入されることで、噴射終了時期θｉｅが算出される（ステップＳ１０６）。関数ｆ（ｔｉｎｊ、θｉｓ、ＮＥ）は、ｔｉｎｊ、θｉｓおよびＮＥを変数として予め定められた関数である。
【００２９】
次に、吸気圧力Ｐｉｍおよび吸気バルブ閉時期θｉｖｃが取得される（ステップＳ１０８）。次に、吸気バルブが閉じられた時の筒内体積Ｖｉｖｃが取得される（ステップＳ１１０）。
【００３０】
次に、噴射終了時の筒内体積Ｖｉｅが取得される（ステップＳ１１２）。
【００３１】
次に、上記で取得されたＰｉｍ、ＶｉｖｃおよびＶｉｅが関数ｆ（Ｐｉｍ、Ｖｉｖｃ、Ｖｉｅ）に代入されることで、噴射終了時の筒内圧Ｐｉｅが取得される（ステップＳ１１４）。関数ｆ（Ｐｉｍ、Ｖｉｖｃ、Ｖｉｅ）は、Ｐｉｍ、ＶｉｖｃおよびＶｉｅを変数として予め定められた関数である。関数ｆ（Ｐｉｍ、Ｖｉｖｃ、Ｖｉｅ）の一例を下記に示す。
Ｐｉｅ  ＝  Ｐｉｍ×（Ｖｉｖｃ／Ｖｉｅ）Ｋ
【００３２】
次に、Ｐｉｍを変数として予め定められた関数ｆ（Ｐｉｍ）が用いられることで、フライバック電圧Ｖｆｂが算出される（ステップＳ１１６）。ここで算出されるフライバック電圧Ｖｆｂは、要求されるニードル閉弁速度を実現するために必要な電圧値である。一例としては、後述する図７に例示した特性ラインに従って、筒内圧つまりニードル背圧が高いほどフライバック電圧Ｖｆｂが一次関数的に増大するように設定されてもよい。その後、今回のルーチンが終了する。
【００３３】
エンジン電子制御ユニット２０が上記のステップＳ１１４の処理を実行することで、直噴インジェクタ７が燃料の噴射を終了する時期における内燃機関１０の筒内圧力を推定することができる。エンジン電子制御ユニット２０が上記のステップＳ１１６の処理を実行することで、推定された噴射終了時筒内圧力Ｐｉｅが高いほど、直噴インジェクタ７のニードル閉弁速度を速めるようにフライバック電圧Ｖｆｂを増大させることができる。これにより、ニードル背圧に応じて適切なフライバック電圧Ｖｆｂを付与することができる。その結果、ニードル閉弁速度が速すぎてニードルバウンスによる二次噴射が発生することを抑制できる。また、ニードル閉弁速度が遅すぎて噴射のキレが悪化することで先端濡れが発生することも抑制でき、エミッション悪化を抑制できる。
【００３４】
図５〜図９は、実施の形態にかかる内燃機関１０の燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。図５（ａ）には、ステップＳ１０２で述べた噴射期間ｔｉｎｊが図示されており、ステップＳ１０６で述べた噴射終了時期θｉｅが特定のクランク角度に決まる様子が図示されている。図５（ｂ）ではＡＴＤＣ−１２０〜ＡＴＤＣ−９０の間に噴射終了時期θｉｅが存在している。
【００３５】
図６には、ステップＳ１０８で述べた吸気圧力Ｐｉｍおよび吸気バルブ閉時期θｉｖｃが図示されており、ステップＳ１１４で述べた噴射終了時筒内圧力Ｐｉｅが決まる様子が表されている。図７には、噴射終了時筒内圧力Ｐｉｅとフライバック電圧Ｖｆｂとの関係を右肩上がりに定めた特性ラインが図示されている。この特性ラインに従って、筒内圧つまりニードル背圧が高いほどフライバック電圧Ｖｆｂが大きく設定される。
【００３６】
図８は、低背圧噴射時と高背圧噴射時のそれぞれと、吸気圧力Ｐｉｍおよび吸気バルブ閉時期θｉｖｃとの関係を表す具体例である。図９は、低背圧噴射時と高背圧噴射時のそれぞれと、噴射終了時期θｉｅとの関係を表す具体例である。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリンダ
２  燃焼室
３  ピストン
４  吸気バルブ
５  排気バルブ
６  点火プラグ
７  直噴インジェクタ
１０  内燃機関
２０  エンジン電子制御ユニット
Ｐｉｅ  筒内圧（噴射終了時筒内圧力）
ｔｉｎｊ  噴射期間
Ｖｆｂ  フライバック電圧
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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