(57)【要約】【課題】機関始動時に排気エミッションをより確実に低減する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁と、機関冷却水を動力伝達装置の潤滑油により加熱するとともに、加熱された機関冷却水を内燃機関に供給することによりシリンダボア壁を加熱するように構成された加熱機構と、を備える。先の機関運転停止からあらかじめ定められた設定時間を経過した後の機関再始動時には、ボア壁向け噴射をボア壁向け噴射時間ｔＢにわたり行った後に、ピストン向け噴射を行う。機関再始動時に加熱機構が既に作動されているときには機関再始動時に加熱機構が停止されているときに比べて、ボア壁向け噴射時間ｔＢを長く設定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
燃料噴射軸線に沿いつつ燃料を燃焼室内に直接噴射するように構成された燃料噴射弁と、
機関冷却水を前記内燃機関とは異なる熱源により加熱するとともに、加熱された機関冷却水を前記内燃機関に供給することによりシリンダボア壁を加熱するように構成された加熱機構と、
前記燃料噴射弁を制御して、先の機関運転停止からあらかじめ定められた設定時間を経過した後の機関再始動時に、前記燃料噴射軸線が前記燃料噴射弁からピストンに遮られることなくシリンダボア壁に到る吸気行程クランク角範囲において燃料を噴射するボア壁向け噴射をボア壁向け噴射時間にわたり行った後に、前記燃料噴射軸線が前記ピストンに遮られる吸気行程クランク角範囲内において燃料を噴射するピストン向け噴射を行うとともに、前記機関再始動時に前記加熱機構が既に作動されているときには前記機関再始動時に前記加熱機構が停止されているときに比べて、前記ボア壁向け噴射時間を長く設定するように構成された制御器と、
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。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備え、機関冷却水温に基づいてピストンの温度が所定温度以下であるか否かを判別し、ピストンの温度が所定温度以下であると判別されたときに燃料噴射時期を基本燃料噴射時期から遅角する、内燃機関の燃料噴射制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、燃料噴射時期が遅角されるとピストンに付着する燃料量が減少されるので、ピストンの温度が低い機関始動時に粒子状物質の数、すなわちＰＮ（パティキュレートナンバー）が低減される。
【０００３】
また、機関冷却水を動力伝達装置の潤滑油により加熱するとともに、加熱された機関冷却水を機関本体に供給することによりシリンダボア壁を加熱するように構成された加熱機構を備えた、内燃機関が公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１８６９６５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２５９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１において、燃料噴射時期が遅角されると、シリンダボア壁に付着する液体燃料の量が増加するおそれがあり、このときシリンダボア壁の温度が低いと、ＰＮを十分に低減することができないおそれがある。この点、特許文献２を特許文献１に組み入れれば、燃料噴射時期が遅角されたときにもＰＮを十分に低減できるかもしれない。しかしながら、機関運転が開始されてからの経過時間が長くなってピストンの温度が所定温度よりも高くなったときには、ＰＮ低減のために、燃料噴射時期を基本燃料噴射時期に戻す又は進角する必要がある。特許文献１では上述のように、機関冷却水温に基づいてピストンの温度が所定温度以下であるか否かが判別される。ところが、特許文献１に特許文献２を組み入れた場合には機関冷却水温はピストンの温度を必ずしも正確に表していない。このため、ピストンの温度が所定温度以下であるか否かを正確に判別できないおそれがあり、燃料噴射時期を基本燃料噴射時期に戻すべきか否かを正確に判断できないおそれがある。すなわち、特許文献１に特許文献２をただ単に組み入れるだけでは、ＰＮを十分に低減することができないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、内燃機関の燃料噴射制御装置であって、燃料噴射軸線に沿いつつ燃料を燃焼室内に直接噴射するように構成された燃料噴射弁と、機関冷却水を前記内燃機関とは異なる熱源により加熱するとともに、加熱された機関冷却水を前記内燃機関に供給することによりシリンダボア壁を加熱するように構成された加熱機構と、前記燃料噴射弁を制御して、先の機関運転停止からあらかじめ定められた設定時間を経過した後の機関再始動時に、前記燃料噴射軸線が前記燃料噴射弁からピストンに遮られることなくシリンダボア壁に到る吸気行程クランク角範囲において燃料を噴射するボア壁向け噴射をボア壁向け噴射時間にわたり行った後に、前記燃料噴射軸線が前記ピストンに遮られる吸気行程クランク角範囲内において燃料を噴射するピストン向け噴射を行うとともに、前記機関再始動時に前記加熱機構が既に作動されているときには前記機関再始動時に前記加熱機構が停止されているときに比べて、前記ボア壁向け噴射時間を長く設定するように構成された制御器と、を備える、内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
機関始動時に排気エミッションをより確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による実施例のハイブリッド車両の概略全体図である。
【図２】ピストン向け噴射を説明するための内燃機関の概略断面図である。
【図３】クランク角範囲を説明するための線図である。
【図４】ボア壁向け噴射を説明するための内燃機関の概略断面図である。
【図５】ボア壁向け噴射時間ｔＢのマップを示す線図である。
【図６】本発明による実施例の燃料噴射制御を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明による実施例の燃料噴射制御を説明するためのタイムチャートである。
【図８】本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明による実施例のハイブリッド車両１を概略的に示している。図１を参照すると、本発明による実施例のハイブリッド車両１は、内燃機関１０及び動力伝達装置２０を備える。内燃機関１０は複数、例えば４つの気筒１１を備える。各気筒１１は燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁１２を備える。また、内燃機関１０は気筒１１の周り、例えばシリンダボア壁に沿って延びる冷却水通路１３を備える。冷却水通路１３は内燃機関１０の外部の冷却水管１４に連結される。冷却水管１４には電気駆動式の冷却水ポンプ１５が配置される。内燃機関１０の運転時には冷却水ポンプ１５が作動され、それにより機関冷却水が冷却水通路１３及び冷却水管１４内を循環する。
【００１０】
一方、動力伝達装置２０は例えば、第１及び第２のモータジェネレータ、遊星歯車、自動変速機、などを含む。一例では、遊星歯車のサンギアに第１のモータジェネレータの回転軸が連結され、プラネタリギアキャリアに内燃機関１０の出力軸が連結され、リングギアに第２のモータジェネレータ及び自動変速機の入力軸が連結される。自動変速機の出力軸はハイブリッド車両の駆動軸に連結される。したがって、内燃機関１０並びに第１及び第２のモータジェネレータの出力の少なくとも１つによりハイブリッド車両が駆動される。
【００１１】
動力伝達装置２０は、モータジェネレータなどの構成要素に潤滑油を供給する潤滑油通路２１を備える。潤滑油通路２１は動力伝達装置２０外部の潤滑油管２２に連結される。潤滑油管２２には電気駆動式の潤滑油ポンプ２３が配置される。動力伝達装置２０の作動時には潤滑油ポンプ２３が作動され、それにより潤滑油が潤滑油通路２１及び潤滑油管２２内を循環する。
【００１２】
本発明による実施例では、冷却水管１４の一部と潤滑油管２２の一部とにより熱交換器３０が構成される。すなわち、冷却水ポンプ１５が作動されて機関冷却水が熱交換器３０に供給され、潤滑油ポンプ２３が作動されて動力伝達装置２０の潤滑油が熱交換器３０に供給されると、機関冷却水と潤滑油との間で熱交換が行われる。
【００１３】
例えば、内燃機関１０が停止されつつモータジェネレータにより車両走行が行われているときには、動力伝達装置２０の潤滑油の温度が機関冷却水の温度よりも高い場合がある。このような場合に、機関冷却水及び動力伝達装置２０の潤滑油を熱交換器３０に供給すると、機関冷却水が潤滑油により加熱され、この加熱された機関冷却水により内燃機関１０本体、特にシリンダボア壁を加熱することができる。したがって、例えば内燃機関１０の停止時に、潤滑油により加熱された機関冷却水を用いてシリンダボア壁をあらかじめ加熱することにより、機関運転が再開されたときにシリンダボア壁に付着する液体燃料の量を低減することができる。
【００１４】
そうすると、本発明による実施例は、機関冷却水を内燃機関１０とは異なる熱源により加熱するとともに、加熱された機関冷却水を内燃機関１０本体に供給することによりシリンダボア壁を加熱するように構成された加熱機構Ｈを備えている、ということになる。この場合、図１に示される例では、内燃機関１０とは異なる熱源は動力伝達装置２０又はその潤滑油から構成される。
【００１５】
なお、図１に示される例では、潤滑油管２２に、熱交換器３０をバイパスするバイパス管２４と、バイパス管２４への潤滑油の流れを制御する電磁式バイパス制御弁２５とが設けられる。したがって、図１に示される例では、冷却水ポンプ１５及び潤滑油ポンプ２３が作動され、潤滑油が熱交換器３０に流れるようにバイパス制御弁２５が制御されると、加熱機構Ｈが作動される。これに対し、冷却水ポンプ１５が停止されることと、潤滑油ポンプ２３が停止されることと、潤滑油が熱交換器３０をバイパスするようにバイパス制御弁２５が制御されることのうち少なくとも１つが生じると、加熱機構Ｈが停止される。
【００１６】
図２は内燃機関１０の気筒１１を概略的に示している。図２を参照すると、５０はシリンダブロック、５１はシリンダボア壁、５２は燃焼室、５３はピストン、５４はシリンダヘッド、５５は吸気ポート、５６は吸気弁、５７は排気ポート、５８は排気弁、５９は点火栓、Ｌはシリンダ軸線、をそれぞれ示す。上述の燃料噴射弁１２はシリンダ軸線Ｌの一側に位置し、シリンダ軸線Ｌの他側に位置するシリンダボア壁５１に向かう燃料噴射軸線Ｆに沿って燃料噴射弁１２から燃料が噴射される。本発明による実施例では燃料としてガソリンのような液体燃料が用いられる。一方、上述の冷却水通路１３はシリンダボア壁５１又はライナ周りのシリンダブロック５０内に形成される。
【００１７】
図２は、図３にＰで示されるクランク角範囲内の吸気行程において燃料噴射が行われた場合を示している。この例では、燃料噴射軸線Ｆが燃料噴射弁１２からピストン５３に遮られる。その結果、燃料噴射弁１２から噴射された液体燃料は主としてピストン５３の頂面に衝突する。
【００１８】
一方、図４は、図３にＢで示されるクランク角範囲内の吸気行程において燃料噴射が行われた場合を示している。この例では、燃料噴射軸線Ｆが燃料噴射弁１２からピストン５３に遮られることなくシリンダボア壁５１に到る。その結果、燃料噴射弁１２から噴射された液体燃料は主としてシリンダボア壁５１に衝突する。以下では、燃料噴射時期をクランク角範囲Ｐ内のクランク角に設定して行われる燃料噴射をピストン向け噴射と称し、燃料噴射時期をクランク角範囲Ｂ内のクランク角に設定して行われる燃料噴射をボア壁向け噴射と称することにする。
【００１９】
なお、図３に示される例において、クランク角範囲Ｐは３６０°ＢＴＤＣ（圧縮上死点前クランク角）からあらかじめ定められた設定クランク角θｘまでのクランク角範囲であり、クランク角範囲Ｂは設定クランク角θｘから１８０°ＢＴＤＣまでのクランク角範囲である。また、設定クランク角θｘは例えば２４０°ＢＴＤＣである。
【００２０】
再び図１を参照すると、制御器又は電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、互いに接続されたプロセッサ、メモリ、及び入出力ポートを備える。冷却水管１４には機関冷却水温を検出するための温度センサ１６が設けられており、温度センサ１６の出力は入出力ポートを介して制御器４０に入力される。また、アクセルペダル（図示しない）にはアクセルペダルの踏み込み量を検出するための負荷センサ４１が接続されており、負荷センサ４１の出力は入出力ポートを介して制御器４０に入力される。アクセルペダルの踏み込み量は機関負荷を表している。更に、内燃機関１０の出力軸又はクランクシャフトにはクランクシャフトがあらかじめ定められた角度だけ回転するごとにパルスを発生するクランク角センサ４２が設けられており、クランク角センサ４２の出力が入出力ポートを介して制御器４０に入力される。プロセッサではクランク角センサ４２の出力に基づいて機関回転数が算出される。一方、制御器４０からの制御信号が入出力ポートを介して、燃料噴射弁１２を含む内燃機関１０、動力伝達装置２０、冷却水ポンプ１５、潤滑油ポンプ２３、及びバイパス制御弁２５にそれぞれ出力される。なお、制御器４０のメモリに記憶されたプログラムが制御器４０のプロセッサで実行されることにより、種々の制御が実行される。
【００２１】
さて、先の機関運転停止からの経過時間が長いときには当該経過時間が短いときに比べて、ピストン５３の頂面の温度が低い。ピストン５３の頂面温度が低いときにピストン向け噴射を行うと、ピストン５３の頂面に付着する液体燃料の量が多くなるおそれがあり、内燃機関１０から排出されるＨＣ，ＣＯ，粒子状物質といった排気エミッションが増大するおそれがある。
【００２２】
そこで本発明による実施例では、先の機関運転停止からあらかじめ定められた設定時間を経過した後に内燃機関１０を再始動するときには、まずボア壁向け噴射が行われる。その結果、燃料がピストン５３にほとんど衝突しないので、ピストン５３の頂面に付着する燃料量が低減される。また、ボア壁向け噴射において燃料が燃料噴射弁１２からシリンダボア壁５１に衝突するまでの時間は、ピストン向け噴射において燃料が燃料噴射弁１２からピストン５３に衝突するまでの時間よりも長いので、ボア壁向け噴射では噴射燃料が蒸発しうる時間がより長い。その結果、シリンダボア壁５１に付着する燃料量が低減される。したがって、排気エミッションがより確実に低減される。
【００２３】
内燃機関１０が再始動されると、燃焼熱によりピストン５３の頂面温度が次第に高くなる。そこで本発明による実施例では、ボア壁向け噴射がボア壁向け噴射時間にわたり行われた後に、ピストン向け噴射に切り換えられる。その結果、燃料が主としてピストン５３の頂面に衝突することになるけれども、このときピストン５３の頂面温度は高くなっており、したがってピストン５３の頂面に付着する燃料量が低減される。また、燃料はシリンダボア壁５１にほとんど付着しない。したがって、排気エミッションがより確実に低減される。
【００２４】
本発明による実施例では、ボア壁向け噴射は、機関再始動時に加熱機構Ｈが既に作動されているときには機関再始動時に加熱機構Ｈが停止されているときに比べて、長く設定される。すなわち、機関再始動時に加熱機構Ｈが既に作動されているときには、シリンダボア壁５１の温度が比較的高くなっているので、ピストン向け噴射に切り換えるよりも、ボア壁向け噴射を継続したほうが排気エミッション低減のために好ましい。これに対し、機関再始動時に加熱機構Ｈが停止されているときには、シリンダボア壁５１の温度は低いので、できるだけ速やかにピストン向け噴射に切り換えるほうが、排気エミッション低減のために好ましい。
【００２５】
この点、シリンダボア壁５１の温度は機関冷却水温によって表される。また、加熱機構Ｈが作動されているときには加熱機構Ｈが停止されているときに比べて、機関冷却水温は高くなる。そこで本発明による実施例では、図５に示されるように、機関再始動時の機関冷却水温ＴＨＷが高いときには機関再始動時の機関冷却水温ＴＨＷが低いときに比べてボア壁向け噴射時間ｔＢが長く設定される。ボア壁向け噴射時間ｔＢは図５に示されるマップの形であらかじめ制御器４０のメモリに記憶されている。
【００２６】
図６及び図７は、先の機関運転停止からあらかじめ定められた設定時間が経過した後の内燃機関１０の再始動時における、内燃機関１０のピストン５３の温度ＴＰ、シリンダボア壁５１の温度ＴＢ、燃料噴射時期、付着燃料量ＱＡ，ＱＡＰ，ＱＡＢをそれぞれ示している。図６及び図７において、付着燃料量ＱＡは筒内（ピストン５３、シリンダボア壁５１など）に付着する液体燃料の量を示しており、付着燃料量ＱＡＰはピストン向け噴射が継続的に行われたと仮定したときに筒内に付着する液体燃料の量を示しており、付着燃料量ＱＡＢはボア壁向け噴射が継続的に行われたと仮定したときに筒内に付着する液体燃料の量を示している。また、図６及び図７において、時間ｔ０は内燃機関１０が再始動されたタイミングを示しており、時間ｔ１はボア壁向け噴射からピストン向け噴射に切り換えられたタイミングを示している。
【００２７】
図６は、機関再始動時（ｔ０）において加熱機構Ｈが既に作動されており、したがってボア壁向け噴射時間ｔＢが比較的長い場合を示している。これに対し、図７は、機関再始動時（ｔ０）において加熱機構Ｈが停止されており、したがってボア壁向け噴射時間ｔＢが比較的短い場合を示している。いずれの例でも、時間ｔ０から時間ｔ１までは、ボア壁向け噴射が行われたと仮定したときの付着燃料量ＱＡＢが、ピストン向け噴射が行われたと仮定したときの付着燃料量ＱＡＰよりも少なくなっており、このときボア壁向け噴射が行われる。一方、時間ｔ１以降は、付着燃料量ＱＡＰが付着ＱＡＢよりも少なくなり、このときピストン向け噴射が行われる。その結果、付着燃料量ＱＡがより確実に低減され、排気エミッションがより確実に低減される。
【００２８】
この点、図６及び図７の例では、ボア壁向け噴射時間ｔＢは、内燃機関１０が始動されてから、付着燃料量ＱＡＰが付着燃料量ＱＡＢよりも少なくなるのに要する時間に設定されている、という見方もできる。
【００２９】
一方、先の機関運転停止から設定時間を経過していないときに内燃機関１０を再始動するときには、ボア壁向け噴射が行われることなく、ピストン向け噴射が行われる。この場合、ピストン５３の頂面温度は比較的高く、したがってこの場合にも排気エミッションをより確実に低減することができる。
【００３０】
図８は本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンを示している。このルーチンは機関始動時に行われる。図８を参照すると、ステップ１００では内燃機関１０の始動が要求されているか否かが判別される。内燃機関１０の始動が要求されていないときには処理サイクルを終了する。内燃機関１０の始動が要求されているときには次いでステップ１０１に進み、先の機関運転停止からあらかじめ定められた設定時間を経過しているか否かが判別される。先の機関運転停止から設定時間を経過しているときには次いでステップ１０２に進み、ボア壁向け噴射時間ｔＢが図５のマップから算出される。続くステップ１０３ではボア壁向け噴射時間ｔＢにわたりボア壁向け噴射が行われる。次いでステップ１０４に進む。一方、ステップ１０１において先の機関運転停止から設定時間を経過していないときにはステップ１０４にジャンプする。ステップ１０４ではピストン向け噴射が行われる。
【符号の説明】
【００３１】
１０    内燃機関
１２    燃料噴射弁
１３    冷却水通路
２０    動力伝達装置
２１    潤滑油通路
２２    潤滑油管
３０    熱交換器
４０    制御器
５１    シリンダボア壁
５２    燃焼室
５３    ピストン
Ｆ    燃料噴射軸線
Ｈ    加熱機構
【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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