(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁と、前記燃焼室に接続される吸気通路内に燃料を噴射する通路内噴射用の燃料噴射弁と、内燃機関の冷却水を循環させる電動式のウォーターポンプとを備える内燃機関の制御装置であって、
内燃機関が冷間運転中であると判定した場合に、前記筒内噴射の割合が大きくなるにつれて前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を減らす一方で、
内燃機関が温間運転中であると判定した場合に、前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を、前記通路内噴射と筒内噴射との噴き分け比率に関係なく、内燃機関の負荷と機関回転数とをパラメータとして前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を設定した流量制御マップに従い決定する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通路内噴射（ポート噴射とも言う）と筒内噴射（直噴とも言う）とを行うデュアルインジェクションシステムを備えるとともに、ウォーターポンプを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの冷間運転中つまり暖機運転中は、シリンダ内壁面の温度が低くなっている関係より、燃焼室内に供給された燃料がシリンダ内壁面に付着すると、この燃料が揮発しにくくなるために、この揮発しなかった燃料がピストンとシリンダ内壁面との隙間からクランク室へ漏れ出て、クランク室内のオイルに混ざるといった「燃料希釈」が発生しやすくなる。
【０００３】
ところで、近年では、燃焼効率の向上や低燃費化等のために、内燃機関にデュアルインジェクションシステムを備えることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このようなデュアルインジェクションシステムを備える内燃機関は、シリンダヘッドの吸気ポートに燃料を噴射するためのポートインジェクタと、燃焼室内に燃料を噴射するための筒内インジェクタとを備えている。
【０００５】
この特許文献１では、燃焼室内に噴射した燃料がピストンや吸気弁に付着したまま完全燃焼しなかった場合に排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）の発生量が増えることを考慮し、ピストンの温度が基準値より低くかつ吸気弁の温度が基準値より低い場合に、ピストンの温度が基準値より高くかつ吸気弁の温度が基準値より高い場合よりも、通路内噴射の比率を高くするようにしている。
【０００６】
この他、例えば特許文献２には、メカ式ウォーターポンプと電動ウォーターポンプとを備える内燃機関において、前記電動ウォーターポンプによってシリンダヘッドの熱負荷に見合った流量の冷却水をシリンダヘッドの排気ポート近傍に流すように、電動ウォーターポンプの動作を制御することが記載されている。なお、この特許文献２では、燃料噴射形式が通路内噴射（ポート噴射とも言う）や筒内噴射（直噴とも言う）であるといった記載はないが、この特許文献２の図２の記載を見ると筒内噴射用のインジェクタがないので一般的な通路内噴射になっているものと予想される。つまり、この特許文献２に示す従来例は、デュアルインジェクションシステムを備えていない内燃機関が提示されていると言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１９７７０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３６７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１には、デュアルインジェクションシステムを備える内燃機関が示されているものの、筒内噴射の比率が大きくなることに伴う燃料希釈に関する記載はないうえ、ウォーターポンプの制御に関する記載もない。
【０００９】
また、上記特許文献２は、メカ式ウォーターポンプと電動ウォーターポンプとを備える内燃機関において、電動ウォーターポンプの動作を制御することの記載はあるものの、この特許文献２の内燃機関は、デュアルインジェクションシステムを備える構成ではなく通路内噴射を行う構成であるために、冷間運転中のように冷却水温度が低い状況で通路内噴射と筒内噴射とのうち筒内噴射の割合が大きくなると、燃料希釈が発生しやすくなるという不具合を見出してない。
【００１０】
このような事情に鑑み、本発明は、通路内噴射と筒内噴射とを行うデュアルインジェクションシステムを備えるとともに、ウォーターポンプを備える内燃機関の制御装置に関するものであって、内燃機関の冷間運転中において筒内噴射の割合が大きくなる場合に燃料希釈の発生を抑制可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁と、前記燃焼室に接続される吸気通路内に燃料を噴射する通路内噴射用の燃料噴射弁と、内燃機関の冷却水を循環させる電動式のウォーターポンプとを備える内燃機関の制御装置であって、内燃機関が冷間運転中であると判定した場合に、前記筒内噴射の割合が大きくなるにつれて前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を減らす一方で、内燃機関が温間運転中であると判定した場合に、前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を、前記通路内噴射と筒内噴射との噴き分け比率に関係なく、内燃機関の負荷と機関回転数とをパラメータとして前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を設定した流量制御マップに従い決定する、ことを特徴としている。
【００１２】
そもそも、内燃機関の冷間運転中または暖機運転中のように冷却水温度が低い状況では燃料希釈が比較的発生しやすく、また、内燃機関の温間運転中つまり暖機運転が終了した後のように冷却水温度が高い状況では燃料希釈が比較的発生しにくくなる。
【００１３】
特に、通路内噴射と筒内噴射とを行うデュアルインジェクションシステムを備える内燃機関では、内燃機関の冷間運転中のようにシリンダ内壁面の温度が比較的低いときに筒内噴射の割合が大きくなるにつれて燃料希釈が発生しやすくなる。
【００１４】
そこで、本発明では、内燃機関の冷間運転中のように冷却水温度が燃料希釈の発生しやすい低温域である状況において筒内噴射の割合が大きくなるにつれてウォーターポンプによる冷却水吐出流量を減らすようにしている。
【００１５】
これにより、前記のような状況で筒内噴射の割合が大きくなっても、シリンダ内壁面が過冷却されなくなって昇温が促進されるようになる。そのため、前記筒内噴射によってシリンダ内壁面に燃料が付着しても当該燃料の揮発が促進されるようになって、クランク室内のオイル中に燃料が混じることを抑制できるようになるなど、燃料希釈の発生を抑制することが可能になる。したがって、燃費向上に貢献できるようになるとともに、オイルの劣化を回避することが可能になる。
【００１６】
しかも、前記冷間運転中のように冷却水温度が燃料希釈の発生しやすい低温域である状況においてウォーターポンプによる冷却水吐出流量を減らすと、通路内噴射のみとする状況であれば内燃機関がノッキングする可能性が高くなるのであるが、前記のように筒内噴射の割合が大きくなる状況であれば筒内噴射の割合を大きくすることに伴う吸気冷却効果が増すので、ノッキングが発生する可能性を低くできるようになる。つまり、前記のように冷却水吐出流量を減少させることに伴う弊害が発生せずに済む。なお、ノッキングが発生しやすくなる温度域は、内燃機関の圧縮比により変わる。例えば圧縮比が高くなるにつれて、ノッキングが発生しやすくなる温度域は低くなる。
【００１８】
さらに、上記制御装置では、内燃機関の温間運転中のように冷却水温度が高温域になっていてシリンダ内壁面に付着する燃料が揮発しやすい状況における前記ウォーターポンプの制御形態を特定している。
【００２０】
好ましくは、前記制御装置は、内燃機関の冷却水温度が冷間運転中の温度域であるか否かを判定する判定手段と、前記通路内噴射と筒内噴射との噴き分け比率を決定する比率決定手段と、前記ウォーターポンプの冷却水吐出流量を、内燃機関の負荷と機関回転数とをパラメータとして電動式ウォーターポンプの冷却水吐出流量を設定した流量制御マップに基づいて決定する吐出流量決定手段と、前記判定手段で内燃機関の冷却水温度が冷間運転中の温度域であると判定した場合に、前記吐出流量決定手段で決定した冷却水吐出流量を、前記比率決定手段により決定される筒内噴射の割合が大きくなるにつれて減らすように補正する第１対処手段と、内燃機関の冷却水温度が温間運転中の温度域であると判定した場合に、前記吐出流量決定手段で決定した冷却水吐出流量を、前記比率決定手段により決定される噴き分け比率に関係なく補正しない第２対処手段とを含む、構成とすることができる。
【００２１】
この構成では、制御装置の機能実現手段を特定している。これにより、制御装置の制御形態を具体化することが容易になる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、通路内噴射と筒内噴射とを行うデュアルインジェクションシステムを備えるとともに、ウォーターポンプを備える内燃機関の制御装置において、内燃機関が冷間運転中で筒内噴射の割合が大きくなる場合に燃料希釈の発生を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用する内燃機関の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関の冷却システムの概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す内燃機関の負荷と回転数とをパラメータとして電動式ウォーターポンプの冷却水吐出流量を設定した流量制御マップである。
【図４】図１に示す制御装置による電動式ウォーターポンプの動作制御に関するフローチャートである。
【図５】図１に示す通路内噴射と筒内噴射との噴き分け比率をパラメータとして電動式ウォーターポンプの冷却水吐出流量の補正割合を設定した補正マップである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１から図５に、本発明の一実施形態を示している。まず、図１を参照して、内燃機関１の概略構成を説明する。
【００２６】
内燃機関１のシリンダブロック２のシリンダ４内には、ピストン５が往復移動可能に配置されている。このピストン５はコンロッド６を介してクランクシャフト７に連結されている。
【００２７】
クランクシャフト７には、シグナルロータ２０１が取り付けられている。このシグナルロータ２０１の外周面には複数の歯（突起）が等角度〔例えば１０°ＣＡ（クランク角）〕ごとに設けられているが、その円周所定位置における所定数の歯が欠落された欠歯部が設けられている。シグナルロータ２０１の側方近傍にはクランクポジションセンサ２０２が配置されている。このクランクポジションセンサ２０２は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト７が回転する際にシグナルロータ２０１の歯に対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。そして、制御装置１００は、クランクポジションセンサ２０２の出力信号に基づいてクランクシャフト７の回転角、回転速度、回転数Ｎｅなどを算出する。
【００２８】
内燃機関１のシリンダヘッド３には、吸気弁８および排気弁９が組み付けられている。これら吸気弁８および排気弁９はそれぞれ図示省略のカムシャフトにより個別に開閉動作させられる。
【００２９】
また、内燃機関１の吸気通路１１は、シリンダヘッド３に設けられる吸気ポート３ａと、この吸気ポート３ａに接続される吸気管１２とを含んで構成されている。この吸気通路１１にはエアフローメータ２０３が設けられている。このエアフローメータ２０３は吸気管１２内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量である吸入空気流量Ｇａに対応する信号を出力する。
【００３０】
また、吸気通路１１の途中には、吸入空気流量Ｇａを調整するための電子制御式のスロットルバルブ１３が設けられている。このスロットルバルブ１３は、スロットルモータ１４により駆動される。また、スロットルバルブ１３の開度は、スロットルポジションセンサ２０４により検出され、制御装置１００により制御される。スロットルポジションセンサ２０４は、スロットルバルブ１３の回転位相（スロットルバルブ開度）に対応する信号を制御装置１００に入力する。通常、図示省略のアクセルペダルの踏み込み量がゼロになった場合、つまりアクセルオフの場合には、制御装置１００がスロットルバルブ１３の開度をアイドリング開度とする。このアイドリング開度とは、内燃機関１がアイドリング回転数を保つのに必要な開度のことである。
【００３１】
さらに、内燃機関１の排気通路１５は、シリンダヘッド３に設けられる排気ポート３ｂと、排気管１６とを含んで構成されている。この排気管１６には触媒コンバータ１７が設置されている。
【００３２】
そして、内燃機関１には、吸気通路１１に燃料を噴射するための通路内噴射用の燃料噴射弁１８と、燃焼室１ａに燃料を直接噴射するための筒内噴射用の燃料噴射弁１９とが設けられている。この実施形態では、通路内噴射用の燃料噴射弁１８が吸気通路１１の吸気ポート３ａに燃料を噴射するように設置されている。これらの燃料噴射弁１８，１９の燃料噴射動作は制御装置１００により制御される。
【００３３】
なお、内燃機関１は、この実施形態においてガソリンエンジンとされるので、シリンダヘッド３に設置される点火プラグ（図示省略）の点火タイミングと燃料噴射弁１８，１９の燃料噴射タイミングとを制御装置１００で制御することにより内燃機関１の運転を制御している。
【００３４】
次に、図２を参照して、内燃機関１の冷却システムを説明する。この実施形態で示す冷却システムは、公知の構成であるので、簡単に説明することにする。
【００３５】
内燃機関１には、電動式ウォーターポンプ２１が装備されている。この電動式ウォーターポンプ２１を作動させると、内燃機関１の内部通路と外部通路との間で冷却水が循環される。この電動式ウォーターポンプ２１は、制御装置１００により制御される。
【００３６】
なお、前記内部通路としては、シリンダブロック２に設けられるウォータージャケット２ａ、シリンダヘッド３に設けられるウォータージャケット３ｃなどが挙げられる。また、前記外部通路としては、ラジエータ２２に冷却水を送るためのラジエータ通路２３、ラジエータ２２をバイパスするためのバイパス路２４、ヒータコア２５に冷却水を送るためのヒータ通路２６などが挙げられる。
【００３７】
この実施形態ではシリンダブロック２のウォータージャケット２ａに冷却水温度センサ２０５が設置されている（図１参照）。この冷却水温度センサ２０５は、ウォータージャケット２ａ内の冷却水の温度に対応する信号を出力する。
【００３８】
例えば内燃機関１の冷間運転中は、つまり冷却水温度が適宜の基準値未満であると、サーモスタット２７は冷却水をラジエータ２２を通さないようにバイパス通路２４を流してから内燃機関１に戻す状態にする。一方、内燃機関１の温間運転中、つまり冷却水温度が前記基準値以上であると、サーモスタット２７は冷却水をラジエータ２２を通すようにラジエータ通路２３に流してから内燃機関１に戻す状態にする。
【００３９】
制御装置１００は、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）であり、詳細に図示していないが、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（プログラムメモリ）、ＲＡＭ（データメモリ）、ならびにバックアップＲＡＭ（不揮発性メモリ）などを備える公知の構成とされる。
【００４０】
ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、内燃機関１の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。この実施形態において制御装置１００に接続されるセンサとしては、例えばクランクポジションセンサ２０２、エアフローメータ２０３、スロットルポジションセンサ２０４、冷却水温度センサ２０５などが挙げられる。その他の各種センサの図示を省略している。
【００４１】
この制御装置１００は、例えば内燃機関１の運転に関する各種制御を実行する他、下記するような電動式ウォーターポンプ２１の動作を制御する。
【００４２】
なお、制御装置１００は、内燃機関１の運転状態を目標とする運転状態へと制御するために、内燃機関１の負荷と内燃機関１の回転数とをパラメータとして通路内噴射用の燃料噴射弁１８と筒内噴射用の燃料噴射弁１９とによる燃料の噴き分け比率を設定したマップ（図示省略）に従い制御する。前記内燃機関１の負荷は、エアフローメータ２０３の出力信号から特定される吸入空気流量Ｇａ（または図示省略のアクセル開度センサの出力信号から特定されるアクセル開度）とされる。内燃機関１の回転数は、クランクポジションセンサ２０２の出力信号から求められる。
【００４３】
さらに、制御装置１００は、電動式ウォーターポンプ２１の動作を図３に示す流量制御マップに基づいて制御する。この流量制御マップとは、内燃機関１の負荷と内燃機関１の回転数とをパラメータとして電動式ウォーターポンプ２１の冷却水吐出流量を設定したマップである。
【００４４】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、制御装置１００による実行する電動式ウォーターポンプ２１の動作制御を説明する。なお、制御装置１００は、内燃機関１が始動されると、一定周期毎に図４に示すフローチャートの処理を実行する。
【００４５】
まず、ステップＳ１では、内燃機関１の冷却水温度が冷間運転中つまり暖機運転中の温度域であるか否かを判定する。ここでは、冷却水温度センサ２０５からの出力信号に基づいて冷却水温度を認識し、この認識した冷却水温度が、冷間運転中の温度域、好ましくは燃料希釈の発生しやすい低温域（例えば２０℃以下）であるか否かを判定するようにしている。この燃料希釈が発生しやすい低温域とは、内燃機関１の冷間運転中のような状況のことである。
【００４６】
ここで、冷却水温度が温間運転中のように燃料希釈が発生しにくい高温域である場合には、前記ステップＳ１で否定判定して、ステップＳ２に移行する。このステップＳ２では、電動式ウォーターポンプ２１による冷却水吐出流量を図３に示す流量制御マップに従い決定し、その決定結果のまま補正しないようにする。つまり、前記決定結果が、例えば図５の線分ｂ−ｃで示す値であるとすると、噴き分け比率を考慮せずに、その決定結果を最終的な冷却水吐出流量とする。このステップＳ２の後、このフローチャートを終了する。
【００４７】
その一方で、冷却水温度が冷間運転中のように燃料希釈が発生しやすい低温域である場合には、前記ステップＳ１で肯定判定して、ステップＳ３に移行する。このステップＳ３では、筒内噴射の割合がゼロであるか否かを判定する。ここでは、制御装置１００が別制御により内燃機関１の負荷と回転数とをパラメータとして決定する噴き分け比率の決定値に基づいて、筒内噴射の割合を認識する。
【００４８】
そして、筒内噴射の割合がゼロである場合、言い換えれば通路内噴射の割合が１００％である場合には、前記ステップＳ３で肯定判定して、前記ステップＳ２に移行する。このステップＳ２では、前記同様、電動式ウォーターポンプ２１による冷却水吐出流量を図３に示す流量制御マップに従い決定し、その決定結果のまま補正しないようにする。つまり、前記決定結果が、例えば図５の点ｂで示す値であるとすると、噴き分け比率を考慮せずに、その決定結果を最終的な冷却水吐出流量とする。
【００４９】
その一方で、筒内噴射の割合がゼロでない場合、言い換えれば通路内噴射と筒内噴射とを適宜の比率で行う場合には、前記ステップＳ３で否定判定して、ステップＳ４に移行する。このステップＳ４では、電動式ウォーターポンプ２１による冷却水吐出流量を図３に示す流量制御マップに従い決定し、その決定結果を噴き分け比率に応じて減らすように補正する。この補正は、例えば図５の線分ａ−ｂに示すように、筒内噴射の比率が大きくなるにつれて電動式ウォーターポンプ２１による冷却水吐出流量を減らすように補正する。このステップＳ４の後、このフローチャートを終了する。
【００５０】
以上説明したように本発明を適用した実施形態では、内燃機関１の冷間運転中のように冷却水温度が燃料希釈の発生しやすい低温域である状況において、筒内噴射の割合が大きくなるにつれて電動式ウォーターポンプ２１による冷却水吐出流量を減らすようにしている。
【００５１】
これにより、前記のような状況で筒内噴射の割合が大きくなっても、シリンダ内壁面が過冷却されなくなって昇温が促進されるようになる。そのため、前記筒内噴射によってシリンダ内壁面に燃料が付着しても当該燃料の揮発が促進されるようになって、クランク室内のオイル中に燃料が混じることを抑制できるようになるなど、燃料希釈の発生を抑制することが可能になる。したがって、燃費向上に貢献できるようになるとともに、オイルの劣化を回避することが可能になる。
【００５２】
しかも、前記冷間運転中のように冷却水温度が低温域である状況において電動式ウォーターポンプ２１による冷却水吐出流量を減らすと、通路内噴射のみとする状況であれば内燃機関１がノッキングする可能性が高くなるのであるが、前記のように筒内噴射の割合が大きくなる状況であれば筒内噴射の割合を大きくすることに伴う吸気冷却効果が増すので、ノッキングが発生する可能性を低くできるようになる。つまり、前記のように冷却水吐出流量を減少させることに伴う弊害が発生せずに済む。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明は、通路内噴射と筒内噴射とを行うデュアルインジェクションシステムを備えるとともに、ウォーターポンプを備える構成の内燃機関の制御装置として利用される。
【符号の説明】
【００５４】
１      内燃機関
１ａ    燃焼室
２      シリンダブロック
２ａ    ウォータージャケット
３      シリンダヘッド
３ａ    吸気ポート
３ｃ    ウォータージャケット
４      シリンダ
７      クランクシャフト
１１      吸気通路
１８      通路内噴射用の燃料噴射弁
１９      筒内噴射用の燃料噴射弁
２１      電動式ウォーターポンプ
１００      制御装置
２０５      冷却水温度センサ
【図１】
0005672930.tif 000002
【図２】
0005672930.tif 000003
【図３】
0005672930.tif 000004
【図４】
0005672930.tif 000005
【図５】
0005672930.tif 000006