(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置され噴射ノズルに燃料室を形成した構造の燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
燃料カット実行中に前記吸気通路の吸気負圧を燃料カット実行状態での通常の吸気負圧よりも一時的に増加させる負圧制御手段と、
燃料カットを実行した後の燃料噴射再開時に、機関運転状態に基づいて設定される少なくとも初回分の燃料噴射量を増加させる噴射量制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記負圧制御手段は、
燃料カット開始後の前記吸気負圧が所定値以下であるときに前記吸気負圧の一時的増加を実行し、当該吸気負圧が前記所定値を上回るときには前記吸気負圧の一時的増加を実行しないことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記噴射量制御手段による少なくとも初回分の燃料噴射量が、前記吸気通路の吸気負圧に関連して増加されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃機関における燃料噴射弁の制御に関連した技術が以下に開示される。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気通路に備えられた燃料噴射弁について、噴霧の改良、特に微粒化の研究が進められている。最近では、特許文献１に開示されるような、弁座（１４ａ）を有する弁ボディ（１３）、弁座に着座する弁体としてのノズルニードル（２０）、及び弁ボディ噴射端面の噴孔プレート（２５）で構成される噴射ノズルを備えた燃料噴射弁が提案されている。特許文献１の燃料噴射弁では、噴孔プレートに沿って平行で平坦な円板状の燃料室（５１）が形成され、噴孔プレートに向けて流入した燃料は、その燃料室内で噴孔プレートに沿って旋回し、噴孔から噴射される。これにより、噴孔から噴射される燃料の微粒化が促進される構造になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４６９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、噴射ノズルに燃料室を形成した構造の燃料噴射弁の場合、着座した弁体から先の燃料室に係る容量が、燃料カット運転時に燃料が残留するデッドボリュームとして作用する。このデッドボリュームの残留燃料量が吸気負圧の影響で変動するため、燃料噴射再開時の燃料噴射量に不足が生じることがある。本発明はここに着目し、燃料噴射再開時の燃料噴射量不足が生じないように制御可能な燃料噴射制御装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に対して提案するのは、内燃機関の吸気通路に配置され噴射ノズルに燃料室を形成した構造の燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
燃料カット実行中に前記吸気通路の吸気負圧を燃料カット実行状態での通常の吸気負圧よりも一時的に増加させる負圧制御手段と、
燃料カットを実行した後の燃料噴射再開時に、機関運転状態に基づいて設定される少なくとも初回分の燃料噴射量を増加させる噴射量制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
上記提案に係る燃料噴射制御装置によれば、負圧制御手段による一時的負圧増加制御でデッドボリュームとなる燃料室を空に近づけ、噴射量制御手段によりデッドボリューム相当の燃料噴射量増加制御を行うことにより、燃料噴射再開時の少なくとも初回の燃料噴射量に不足を生じないように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料噴射制御装置に関わる内燃機関の要部概略を示した図。
【図２】燃料カット時に実行される制御の一例を説明するタイムチャート。
【図３】燃料カット時に実行される制御の他の例を説明するタイムチャート。
【図４】燃料噴射制御装置が実行する制御の一例を示したフローチャート。
【図５】燃料噴射制御装置が実行する制御の他の例を示したフローチャート。
【図６】デッドボリュームの残留燃料と吸気負圧の関係を説明する図。
【図７】吸気負圧と残留燃料割合の関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、前述のような、噴射ノズルに燃料室を形成した構造の燃料噴射弁におけるデッドボリュームの残留燃料に関し説明する。このデッドボリュームの残留燃料量は、噴孔外側の雰囲気負圧、すなわち吸気負圧の増減に影響されて変動する。これについて、図６を参照して説明する。
【０００９】
弁ボディの噴射端面及び噴孔プレートによって、着座した弁体より先に（下流側に）燃料室が形成されて、これに係る容量がデッドボリュームとなっており、ここに燃料が残留している。弁体の上流側に供給される燃料の供給圧力がＰ１、デッドボリューム内の圧力がＰ２、噴孔プレート外側の吸気通路における吸気負圧がＰ３である。吸気負圧Ｐ３が小さい領域Ａ（例えば−４０ｋＰａ以下）では、デッドボリューム残留燃料に気泡が発生せず、デッドボリュームに残留燃料がほぼ充満している状態である。これより吸気負圧Ｐ３が増大した領域Ｂになると、その負圧によりデッドボリュームの残留燃料に減圧沸騰が生じ、気泡が発生してデッドボリューム内燃料密度が低下する。そして、さらに吸気負圧Ｐ３が増大した領域Ｃ（例えば−８０ｋＰａ以上）になると、デッドボリュームの残留燃料が瞬時に気化して空の状態になり、デッドボリューム内圧力Ｐ２＝吸気負圧Ｐ３となって、燃料の供給圧力Ｐ１とデッドボリューム内圧力Ｐ２との圧力差が大きくなる。
【００１０】
一例として、自動車が燃料カット走行するときを想定する。この場合、燃料カット開始で燃料噴射が停止された後、燃料カットリカバーで燃料噴射が再開されるときに、図６に示す吸気負圧に関係したデッドボリューム残留燃料の状態によって、再開初期の燃料噴射量が目標値に対して一時的に不足することがある。すなわち、燃料カット実行中に吸気負圧Ｐ３が領域Ｂにあると、デッドボリュームにある残留燃料が減圧沸騰して気泡が発生し、密度が下がる。この状態で燃料噴射が再開されると、最初の燃料噴射のときに残留燃料の減量分がデッドボリューム内で補われることになる結果、噴孔から噴射される燃料量が不足し、空燃比に影響が出る。
【００１１】
図７に示すように、残留燃料の割合（残留燃料量／デッドボリューム容量）は、領域Ｂにある吸気負圧Ｐ３の値に応じてかなり変化するので、吸気負圧Ｄのときに燃料カットリカバーするとき、吸気負圧Ｅのときに燃料カットリカバーするとき、吸気負圧Ｆのときに燃料カットリカバーするときで、それぞれ燃料噴射再開初期の不足量は異なり、一定ではない。このため、燃料カットリカバー時にデッドボリュームの残留燃料量を予測することは難しく、燃料噴射の再開にあたってフィードフォワード的に燃料の不足量を補う制御を実行するのは難しい。
【００１２】
これに関連する燃料噴射制御装置を備えた内燃機関の要部を図１に概略的に示す。当該内燃機関１は多気筒であり、その中の１気筒について要部を図示してある。
図示の内燃機関１において、燃料噴射弁１ａは、吸気通路である各気筒の吸気ポート１ｂ又はこれより上流側の吸気マニホールド１ｃに設けられる。そして、この燃料噴射弁１ａよりも上流側の吸気通路に、スロットル１ｄ及び吸気圧センサ１ｆが配置されている。燃料噴射弁1ａは、先端部に、図６に示すような噴射ノズルを備えており、燃料ポンプ１ｅから所定圧力で供給される燃料を、吸気中に噴射する。
【００１３】
本実施形態では、電子制御ユニット（ＥＣＵ）であるエンジン制御装置に、負圧制御手段及び噴射量制御手段を含んで構成された燃料噴射制御装置１０が備えられる。このようにエンジン制御装置内に燃料噴射制御装置の機能を組み込む他にも、エンジン制御装置と通信する別体のものとして燃料噴射制御装置を備えることも可能である。燃料噴射制御装置１０は、機関運転状態に応じて燃料噴射弁１ａへ燃料噴射パルスを送って制御し、また、スロットル１ｄの開度を制御する。
【００１４】
ＥＣＵである燃料噴射制御装置１０は、内蔵のプログラムに従って負圧制御手段及び噴射量制御手段として機能する。負圧制御手段は、内燃機関１が燃料カット運転されるときに、吸気通路の吸気負圧を一時的に増加させる。また、噴射量制御手段は、燃料カット実行後の燃料カットリカバー、すなわち燃料噴射再開時に、そのときの機関運転状態に基づいて燃料噴射量を設定し、且つ燃料噴射再開時の少なくとも初回分の燃料噴射量については、設定された燃料噴射量を増加させる。そのために、負圧制御手段はスロットル１ｄの開度を制御し、噴射量制御手段は燃料噴射パルスにより燃料噴射弁１ａの噴射時間を制御する。
【００１５】
図２は、燃料カット時に燃料噴射制御装置１０により実行される吸気負圧及び燃料噴射制御を説明するタイムチャートである。一例として、図２Ａが、車両の減速時や坂道走行時における燃料カット走行、図２Ｂが、ハイブリッド型車両のモータ走行時の燃料カット走行に関する。
【００１６】
図２Ａにおいて、車両のアクセル開度が減速になると、これに従って燃料噴射制御装置１０が目標スロットル開度を現在の機関運転状態に従う開度に設定し、スロットル１ｄを制御する。そして、燃料カット要求等の所定の燃料カット条件が成立すると燃料噴射制御装置１０が燃料噴射パルスを止めることで燃料噴射弁１ａによる燃料噴射が停止される。さらに、負圧制御手段として機能する燃料噴射制御装置１０は、燃料噴射停止後に目標スロットル開度を一時的にさらに閉の方へ制御し、スロットル１ｄを一時的に閉めて吸気通路の吸気負圧を一時的に増加させるように制御する（ポイントＸ）。
【００１７】
この燃料噴射制御装置１０による一時的負圧増加制御により、燃料噴射弁１ａにおいてデッドボリュームの残留燃料が気化し、デッドボリューム内がほぼ空に近い状態になる。
【００１８】
この後、燃料カット走行中にアクセル開度が加速になる等で所定の燃料カットリカバー条件が成立すると、燃料噴射制御装置１０は、燃料噴射を再開するべく、燃料噴射弁１ａに対する燃料噴射パルスを再開する。このときに、燃料噴射制御装置１０は噴射量制御手段として機能し、各気筒の少なくとも初回の燃料噴射パルスを長くして出力する（ポイントＹ）。
【００１９】
この燃料噴射制御装置１０による初回燃料噴射量増加制御により、ほぼ空になっている燃料噴射弁１ａのデッドボリュームを満たし且つ吸気へ噴射される目標量の燃料が供給される。上記一時的負圧増加制御により、燃料カットが実行されるとデッドボリュームの残留燃料を空に近づけるように制御されているので、燃料噴射再開時の初回燃料噴射量増加制御では、デッドボリュームの容量分（つまり一定値）を考慮した値にすればよく、適切な噴射量を設定することができる。したがって、燃料噴射再開時に燃料噴射量の不足が生じることを回避できる。
【００２０】
図２Ｂにおいても、燃料噴射制御装置１０により同様の一時的負圧増加制御（ポイントＸ）及び初回燃料噴射量増加制御（ポイントＹ）が実行される。図２Ｂの場合は、モータ走行条件が成立して内燃機関１の運転が停止されるときに燃料カットが実行され、図２Ａ同様の燃料噴射制御装置１０による一時的負圧増加制御及び初回燃料噴射量増加制御が実行される。すなわち、ハイブリッド車両の場合は、図２Ａのような減速に伴う燃料カット運転の他に、図２Ｂのようにモータ走行時に内燃機関１を停止させる場合にも、燃料噴射制御装置１０が負圧制御手段及び噴射量制御手段として機能する。
【００２１】
図２Ａのように燃料カット実行に伴って一時的負圧増加制御を行った場合、そのポイントＸでトルク段差が生じ、運転者に違和感を与えることが考察される。そこで、図３のタイムチャートにポイントＸ’で示すように、燃料噴射制御装置１０が一時的負圧増加制御のために目標スロットル開度を制御するときに、スロットル１ｄの変化速度を緩慢に「なます」ように出力信号を調節することもできる。すなわち、吸気負圧を一時的に増加させるときに、例えば数秒程度の所定の時間をかけて増加させることによって、トルクの急変を緩和することができる。また、増加後の負圧を元に戻すときにも同様に所定の時間をかけて負圧を減少させ、トルクの急変を緩和してもよい。
【００２２】
図４に、燃料噴射制御装置１０が負圧制御手段及び噴射量制御手段として機能するときのフローチャートを示す。
燃料噴射制御装置１０は、制御スタート後のステップＳ１で、例えば燃料カット要求を監視することで燃料カット条件成立か否かを判断する。燃料カット条件成立と判断した場合の燃料噴射制御装置１０は、負圧制御手段としてステップＳ２へ進み、目標スロットル開度を現在の機関運転状態（負荷、回転速度）に応じて設定すると共に、図２の一時的負圧増加制御（ポイントＸ）を実行するためのスロットル開度補正量を決定する。この補正量は、図４中にステップＳ２から引き出して図示したように、内燃機関１の回転速度に関連付けてマッピングされたデータを読み出した値で、予め燃料噴射制御装置１０の内部メモリ等に記憶されている。補正量を決定した燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ３で、現在の機関運転状態に応じ設定される通常の目標スロットル開度にステップＳ２の補正量を加え増加させた補正目標スロットル開度で、スロットル１ｄを制御する。このスロットル開度の補正量は、現在の機関運転状態に応じ設定される通常の目標スロットル開度に加算したときに、吸気負圧が図６に示す領域Ｃとなる値である。これにより、燃料カットの間にデッドボリュームを空に近づけることができる。
【００２３】
このときの燃料噴射制御装置１０は、吸気通路の吸気負圧を表すパラメータとして、機関運転状態で設定される目標スロットル開度を使用し、これに応じて吸気負圧の増加量を、スロットル開度の補正量として決めている。吸気負圧の増加量を決めるにあたって、吸気圧センサ１ｆの吸気圧測定値を直接使用することもできるが、測定値には脈動等の影響が考えられるので、エンジン回転速度と関連させたスロットル開度補正量のマップを予め用意しておく方が好ましい。
【００２４】
ステップＳ３により補正目標スロットル開度で制御を行う燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ４で、スロットル開度補正時間が経過するか否かを監視し、経過しない間は、ステップＳ３による補正目標スロットル開度を維持する。スロットル開度補正時間は、燃料噴射弁１ａの弁体から噴孔までのデッドボリュームにある残留燃料の全量気化に要する時間に相当する。この時間は、噴孔数やデッドボリュームの容量など、燃料噴射弁１ａの特性に従って決まる時間である。
【００２５】
ステップＳ４でスロットル開度補正時間が経過したと判断した燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ５へ進み、現在の機関運転状態に応じ設定される通常の目標スロットル開度を適用してスロットル１ｄを制御する。すなわち、吸気負圧の増加制御が停止され、以降は、通常の目標スロットル開度（通常の吸気負圧）で燃料カットが継続される。
【００２６】
燃料カット実行中の燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ６で、例えば燃料カット要求の解除を監視することで燃料カットリカバー条件が成立するか否か判断する。燃料噴射制御装置１０は、燃料カット条件が成立しない間はステップＳ５を継続し、燃料カット条件が成立したときに、ステップＳ７へ進む。
【００２７】
ステップＳ７で、噴射量制御手段として機能する燃料噴射制御装置１０は、燃料噴射弁１ａに対し出力する燃料噴射パルスを現在の機関運転状態に応じて設定すると共に、図２の初回燃料噴射量増加制御（ポイントＹ）を実行するための燃料噴射パルス補正量を決定する。この補正量は、図４中にステップＳ７から引き出して示すように、内燃機関１の機関回転速度と目標スロットル開度に関連付けてテーブルとしたデータを読み出した値で、予め燃料噴射制御装置１０の内部メモリ等に記憶されている。補正量を決定した燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ８で、現在の機関運転状態に応じ設定される通常の燃料噴射パルスにステップＳ７の補正量を加えたパルス幅（例えばミリ秒単位）の補正燃料噴射パルスを燃料噴射弁１ａに出力する。この燃料噴射パルスの補正量は、現在の機関運転状態に応じ設定される通常の燃料噴射パルスに加算することで、ほぼ空となっているデッドボリュームの容量分を埋め合わせるだけの分量が追加された燃料噴射量を指示する値である。
【００２８】
このときの燃料噴射制御装置１０は、機関運転状態で設定される目標スロットル開度を吸気通路の吸気負圧を表すパラメータとして使用し、これに関連付けて燃料噴射の増加量をパルス補正量として決めている。すなわち、噴射量制御手段として機能する燃料噴射制御装置１０により、少なくとも初回分の燃料噴射量は、そのときの吸気通路の吸気負圧に関連して増加される。吸気圧センサ１ｆの吸気圧測定値を直接使用してこのようなパルス補正量を決めることもできるが、測定値には脈動等の影響が考えられるので、スロットル開度と関連させたパルス補正量のテーブルを予め用意しておく方が好ましい。また、このように吸気負圧に関連して増加量を決めずとも、デッドボリュームの容量に対して決められた１点データとした増加量であってもよい。
【００２９】
ステップＳ８による補正燃料噴射パルスを出力した燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ９で、各気筒の初回噴射がすべて終了したか否かを判断し、未噴射の気筒が残っていれば、ステップＳ７以降を繰り返す。各気筒初回噴射が終了したと判断した燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ１０で、機関運転状態に応じ設定される通常の燃料噴射パルスを燃料噴射弁１ａに出力して通常の噴射制御を実行する。すなわち、燃料噴射量の増加制御が停止され、以降は、通常の燃料噴射量が適用される。
【００３０】
ステップＳ７〜Ｓ９の噴射量制御手段による燃料噴射量増加制御は、燃料カットリカバーに伴う初回の燃料噴射時にのみ適用しているが、燃料噴射弁１ａの特性や吸気負圧の大きさによっては、初回以降の燃料噴射パルスに対しても燃料噴射量増加制御を実行する場合もあり得る。
【００３１】
図５は、燃料噴射制御装置１０が負圧制御手段及び噴射量制御手段として機能するときのフローチャートの他の例である。図４のフローチャートと共通するステップには同じ符号を付し、重複説明は省略する。
【００３２】
ステップＳ１で燃料カット条件が成立し、負圧制御手段として機能する燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ２の前にステップＳ１’を実行し、燃料カット開始後の吸気負圧が所定値を上回るか否か判断する。この結果に応じて燃料噴射制御装置１０は、一時的負圧増加制御を実行するかしないか決める。すなわち、図６の領域Ｃに吸気負圧があれば負圧をそれ以上増加させる必要はないので、図６の領域Ｂと領域Ｃとの境界にあたる吸気負圧の所定値を決めてこれをしきい値とし、例えば吸気圧センサ１ｆによる検知負圧を当該しきい値と比較して判断することができる。又は、吸気圧センサ１ｆによる検知負圧を用いる代わりに、機関運転状態に応じ設定される目標スロットル開度が所定の開度を下回る（所定の開度より閉じている）か否かによって、吸気負圧が所定値を上回るか否かを判断することにしてもよい。すなわち、前記しきい値とした吸気負圧の所定値に該当するスロットル開度を機関回転速度に対し予め決めておき、機関運転状態に応じ設定される目標スロットル開度をそのしきい値該当開度と比較して判断することができる。このような判断のための吸気負圧の所定値は、燃料噴射弁１ａの特性に応じ、例えば図７に示す−８０ｋＰａとするなどが可能である。
【００３３】
この判断ステップＳ１’を組み入れた場合の燃料噴射制御装置１０は、吸気負圧が所定値以下であると判断したときにステップＳ２以降の吸気負圧の一時的増加を実行し、吸気負圧が所定値を上回ると判断したときには吸気負圧の一時的増加を実行せず、ステップＳ５へ進んで以降のステップを実行する。
【００３４】
上記図４及び図５に示す制御において、燃料噴射制御装置１０が負圧制御手段として吸気負圧を一時的に増加させているときに（ステップＳ３〜Ｓ４）、燃料カットリカバー条件成立、つまり燃料噴射の再開が要求された場合、燃料噴射制御装置１０は、一時的負圧増加制御を優先させる。すなわち、ステップＳ４でスロットル開度補正時間が経過したと判断される前に燃料噴射再開要求となった場合、燃料噴射制御装置１０は、ステップＳ４の時間経過を確認して、吸気負圧の一時的増加を終わらせた後に、ステップＳ７以降の少なくとも初回分の燃料噴射量増加を実行する。
【００３５】
以上の制御を燃料噴射制御装置１０が実行することにより、デッドボリュームの残留燃料を気化させることができ、燃料噴射再開時の少なくとも初回の燃料噴射は、デッドボリュームの容量分（一定値）を考慮した値にすればよいことになる。したがって、燃料カット実行後の燃料噴射再開時に適切な噴射量を設定することができ、燃料噴射再開時の燃料噴射量不足が生じないように制御可能である。
【００３６】
上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【００３７】
（イ）請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記負圧制御手段は、
前記燃料噴射弁の弁体から噴孔までにある残留燃料の気化に要する時間、前記吸気負圧を増加させる。
この燃料噴射制御装置によると、デッドボリュームの残留燃料をほぼ空にすることがより確実になり、燃料噴射再開時の初回噴射量の安定化に寄与する。
【００３８】
（ロ）請求項１〜３又は（イ）のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記噴射量制御手段は、
前記負圧制御手段が前記吸気負圧を一時的に増加させているときに燃料噴射再開の要求があると、当該吸気負圧の一時的増加が終了してから、前記少なくとも初回分の燃料噴射量の増加を実行する。
この燃料噴射制御装置によると、デッドボリュームの残留燃料が燃料噴射再開時にほぼ空になっていることがより確実になり、初回燃料噴射量の安定化に寄与する。
【００３９】
（ハ）請求項１〜３又は（イ）〜（ロ）のいずれか１項に記載の燃料噴射装置において、
前記負圧制御手段は、
前記吸気通路の吸気負圧又は該吸気負圧を表すパラメータに応じて前記吸気負圧の増加量を決定する。
この燃料噴射制御装置によると、デッドボリュームの残留燃料をほぼ空にすることがより確実になり、燃料噴射再開時の初回噴射量の安定化に寄与する。
【００４０】
（ニ）請求項１〜３又は（イ）〜（ハ）のいずれか１項に記載の燃料噴射装置において、
前記負圧制御手段は、
前記吸気負圧を一時的に増加させるときに、所定の時間をかけて増加させる。
この燃料噴射制御装置によると、吸気負圧を増加させることにより生じ得るトルク段差に係る違和感を緩和することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  内燃機関
１ａ  燃料噴射弁
１ｂ  吸気ポート
１ｃ  吸気マニホールド
１ｄ  スロットル
１ｅ  燃料ポンプ
１ｆ  吸気圧センサ
１０  燃料噴射制御装置
【図１】
0005833483.tif 000002
【図２】
0005833483.tif 000003
【図３】
0005833483.tif 000004
【図４】
0005833483.tif 000005
【図５】
0005833483.tif 000006
【図６】
0005833483.tif 000007
【図７】
0005833483.tif 000008