(57)【要約】【課題】機関低温時の噴射燃料の気化を促進してＨＣ排出量を低減する。【解決手段】  クランキング開始後、クランク角信号を読み取りつつ（Ｓ１）低水温の冷機時（Ｓ２がＹＥＳ）に、気筒判別終了（Ｓ４がＹＥＳ）後、吸気行程直後にある気筒から１回目の分割噴射を行い（Ｓ５，Ｓ６）、その後、２回目の分割噴射を当該気筒の吸気行程前に噴射し終えるように噴射する（Ｓ７，Ｓ８）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の吸気ポートに燃料噴射弁から燃料噴射するエンジンの燃料噴射制御装置において、運転状態に基づいて設定された１行程分の量の燃料を、吸気行程前に噴射終了するように複数回に分割して噴射することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃料の分割噴射を、始動時の気筒判別後に行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記始動時の気筒判別後、設定されたタイミングでの燃料の分割噴射が可能な気筒に対しては、該設定されたタイミングでの燃料の分割噴射を行い、前記設定されたタイミングでの燃料の分割噴射が可能でなく、吸気行程前に１回での燃料噴射が可能な気筒に対しては、気筒判別直後に１回での燃料噴射を行うことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料の分割噴射を、エンジンの冷機時に行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料の分割噴射時の１行程分の燃料噴射量を、１回で燃料噴射するときの燃料噴射量より分割噴射による気化促進分だけ少なく設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジン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、各気筒の吸気ポートに燃料噴射するエンジンの燃料噴射制御装置に関し、特に、燃料の気化を促進して排気性状を改善した技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各気筒の吸気ポートに燃料噴射するエンジンの燃料噴射制御装置として、特許文献１に記載されたものがある。
【特許文献１】特開２００３−２６９２２２号公報参照
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
車両搭載エンジンで、燃料を各気筒の吸気ポートに噴射供給する燃料噴射制御装置においては、運転状態に応じて設定した量の燃料が吸気ポートに噴射されると、吸気ポート内で気化した上で、シリンダに吸入されるが、始動時などの冷機やそれに近い状態では気化が促進されず、壁流となって吸気ポートに残留したり、液状のままシリンダに流入するが十分に燃焼できなかったりして、設定した空燃比からのずれや、ＨＣなど排気性状の悪化につながっていた。
【０００４】
上記、特許文献１のように噴射パルスを２回に分割して噴射し、始動性向上（始動時間短縮）を図っているが、２回目に噴射された燃料は、吸気弁開時期にシリンダ内に向けて噴射されるため、上記問題点が解消されていなかった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吸気ポートに噴射された燃料をできるだけ気化してからシリンダに吸入されるようにして、特に冷機時の排気性状悪化を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、請求項１に係る発明は、
各気筒の吸気ポートに燃料噴射弁から燃料噴射するエンジンの燃料噴射制御装置において、運転状態に基づいて設定された１行程分の量の燃料を、吸気行程前に噴射終了するように複数回に分割して噴射することを特徴とする。
１行程分の燃料を１回で噴射する場合と、複数に分割して噴射する場合を比較すると、１回で噴射した場合は、初期に噴射した燃料の気化による温度低下により、後で噴射される燃料ほど、気化されずに吸気ポート壁に付着する割合が大きくなるのに対し、分割して噴射する場合は、初めに噴射した燃料が気化して温度低下するが、その後間をおいて、噴射されるため、再噴射されるまでの間に温度が回復されるので、再噴射された燃料の気化も良好に行われ、トータルとして、シリンダ内に気化された燃料が吸入される割合は、複数に分割して噴射する方が大きい。このことは、実験でも確認された（図６参照）。
【０００６】
また、吸気弁が開く吸気行程で噴射された燃料は、そのままシリンダに吸入され、十分に気化されないまま燃焼され、あるいは、シリンダ内での気化で筒内温度を低下させることにより、ＨＣなどの排気性状を大きく悪化させることとなる。
そこで、請求項１に係る発明によると、
１行程分の量の燃料を複数回に分割して、吸気弁が開弁する吸気行程前に噴射終了するように噴射することにより、できるだけ気化を促進させた燃料がシリンダに吸入されるので、設定した空燃比からのずれや、ＨＣなど排気性状の悪化を抑制できる。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、
前記燃料の分割噴射を、始動時の気筒判別後に行うことを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
始動時、気筒判別された気筒から本発明に係る分割噴射を開始することで、排気浄化性能を最大限高めることができる。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、
前記始動時の気筒判別後、設定されたタイミングでの燃料の分割噴射が可能な気筒に対しては、該設定されたタイミングでの燃料の分割噴射を行い、前記設定されたタイミングでの燃料の分割噴射が可能でなく、吸気行程前に１回での燃料噴射が可能な気筒に対しては、気筒判別直後に１回での燃料噴射を行うことを特徴とする。
【０００９】
分割噴射による気化促進を高めるためには、判別された気筒に対して吸気行程前のなるべく早いタイミングで初回の噴射を行うのがよいが、その場合、この気筒の燃焼行程で初爆を得るのが遅れてしまう。そこで、分割噴射が不可能であるが吸気行程前での１回噴射は可能な気筒に対しては、気筒判別直後に１回での燃料噴射を行うことにより、排気性状の悪化を抑制しながら、初爆の遅れも抑制して良好な始動性を確保することができる。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、
前記燃料の分割噴射を、エンジンの冷機時に行うことを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
燃料が気化しにくい冷機時に本発明にかかる分割噴射を行うことで、排気浄化性能の向上を効果的に発揮できる。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、
前記燃料の分割噴射時の１行程分の燃料噴射量を、１回で燃料噴射するときの燃料噴射量より分割噴射による気化促進分だけ少なく設定することを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
分割噴射によって気化促進分だけ燃料噴射量を少なくすることで、シリンダに吸入される燃料量を適正に設定できると共に、燃費を改善することができる。
【発明の実施の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用する車両用内燃機関の構成図であり、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１３】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のリフト量及び作動角（開から閉までのクランク角）を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブリフト機構１１２によってリフト量及び作動角、すなわちバルブの開度が連続的に変えられるようになっている。なお、リフト量と作動角とは、一方の特性が決まれば他方の特性も決まるように同時に変えられる。
【００１４】
同じく吸気側には、前記クランク軸と吸気側カム軸との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（弁開閉タイミング）を進遅角する機構で構成される可変バルブタイミング機構２０１及び該吸気側カム軸の回転位置を検出するための吸気側カム角センサ２０２が吸気側カム軸の両端部に設けられる。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１１４は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の開特性によってアクセル開度ＡＣＣに対応する目標吸入空気量が得られるように、アクセル開度センサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度等に応じて前記電子制御スロットル１０４、可変バルブリフト機構１１２を制御する。
【００１５】
前記コントロールユニット１１４には、前記アクセル開度センサＡＰＳ１１６、回転角センサ１２７、前記吸気側カム角センサ２０２の他、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランク軸から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８，機関１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９等からの検出信号が入力される。
【００１６】
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記コントロールユニット１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
ここで、本発明に係る燃料噴射制御について説明する。
【００１７】
図２は、上記燃料噴射制御の基本的な第１実施形態のフローを示す。このフローは、エンジンキースイッチのＯＮ操作をトリガとして開始される。
ステップＳ１では、前記クランク角センサ１１７からの信号（気筒判別信号を含む）を入力する。
ステップＳ２では、前記水温センサ１１９によって検出された水温Ｔｗが所定温度Ｔｗ０未満の冷機状態であるかを判定する。
【００１８】
Ｔｗ≧Ｔｗ０と判定されたときは、通常の燃料噴射制御を実行する。具体的には、気筒判別終了後、各気筒毎に所定の噴射時期に１行程当たり１回の噴射を行う。該噴射時期は、応答性を重視して吸気行程近くあるいは吸気行程中に設定されるが、水温に応じて気化時間を確保すべく可変に設定してもよい。また、始動（完爆）にようする時間を短縮するため、気筒判別終了前に全気筒または複数気筒に同時に燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００１９】
一方、Ｔｗ＜Ｔｗ０の冷機状態と判定されたときは、ステップＳ３以降へ進んで、本発明にかかる分割噴射を行う。
ステップＳ３では、前記クランク角センサ１２からの信号に基づいて気筒判別が終了したかを判定する。
気筒判別が終了したと判定されると、ステップＳ４へ進み、気筒判別終了時点からの単位クランク角毎の信号をカウントしてクランク角位置を検出し、分割噴射が開始される気筒の１回目の燃料噴射時期に達したかを判定する。
【００２０】
ここで、分割噴射による燃料の気化促進効果を最大限高めるためには、１回目の噴射時期を、噴射してから吸気行程までの間隔をできるだけ大きくして気化時間を稼ぎ、２回目の噴射は、１回目に噴射された燃料の多くが気化された後で、かつ、２回目に噴射された燃料も、吸気行程開始前までに相当量が気化される時間を確保できる時期に設定される。
具体的には、４気筒エンジンで、気筒間の行程位相差（クランク角）が１８０°の場合、１回目の噴射時期は吸気上死点前４９０°、２回目の噴射時期は吸気上死点前１９０°に設定される。
【００２１】
そこで、ステップＳ４で各気筒の１回目の噴射時期に達したと判定される毎に、当該気筒の１回目の噴射を行い、ステップＳ５で各気筒の２回目の噴射時期に達したと判定される毎に、当該気筒の２回目の噴射を行う。
燃料噴射量は、総噴射量ＴＩＳＴに対し、例えば１回目と２回目とで半分ずつそれぞれＴＩＳＴ／２の噴射量とすればよいが、１回目と２回目の気化効率に応じて適度な噴射量割合に設定することができる。
【００２２】
図３は、上記冷機始動時の燃料噴射制御の様子を示す。始動後、気筒判別終了時点で最初に分割噴射が可能な気筒は、その時点で吸気行程末期にある＃２気筒であり、該吸気行程直後に１回目の噴射を行い、次いで、＃４気筒の１回目の噴射を行なった後、＃２気筒の２回目の噴射を行い、その直後に＃１気筒の１回目の噴射を行った後、＃４気筒の２回目の噴射を行うというように、順次分割噴射が行われる。
【００２３】
このようにすれば、気筒毎に分割噴射が行われ１回目に噴射された燃料が十分に気化された後、２回目の噴射が行われ、該２回目の噴射燃料も吸気行程までに吸気ポート内で相当分が気化された後、シリンダ内に吸入されるので、可及的に気化が促進され、ＨＣ排出量を十分に低減することができる。
なお、気筒１行程当たりの総噴射量は、始動（クランキング）時または始動開始直後は、水温等に基づいて始動用に設定された値ＴＩＳＴを用いるが、その後は、吸入空気量と機関回転速度に基づいて算出されたシリンダ吸入空気量を基本とし、水温等による補正を行って設定された値Ｔｉを用いる。
【００２４】
ここで、上記分割噴射により燃料の気化が、１回噴射による燃料の気化より促進された分、シリンダに吸入されて燃焼に供する燃料量を１回噴射時より減少することで、始動時の空燃比を適正に維持することができ、この結果、燃費を向上できる。
次に、第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、ＨＣ低減効果は最大限得られるが、始動開始後、初めに分割噴射された気筒が燃焼行程で初爆するまでに、約２回転半の回転を要することになるので、始動性にやや難点がある。
【００２５】
そこで、第２の実施形態では、始動性を満たしながら、ＨＣ低減効果もできるだけ確保するようにした。
図４は、上記第２の実施形態における燃料噴射制御のフローを示す。
ステップＳ１１〜Ｓ１４は、図２のステップＳ１〜Ｓ３同様であり、ステップＳ１４で気筒判別終了が判定された後、ステップＳ１５では、現時点で分割噴射が可能な気筒と、分割噴射が可能ではないが、吸気行程前の１回噴射は可能な気筒とを判別する。
【００２６】
そして、ステップＳ１６では、前記吸気行程前の１回噴射は可能な気筒に対し、同時に設定された量ＴＩＳＴの燃料を噴射する
次に、ステップＳ１７では、ステップＳ１５で前記分割噴射が可能と判定された気筒の１回目の噴射時期に達したかを判定し、達したと判定されたときに、当該気筒に１回目の噴射を行う。
【００２７】
以下、第１の実施形態と同様にして、ステップＳ１８で分割噴射が可能と判定された気筒の２回目の噴射を行う。
図５は、上記第２の実施形態における燃料噴射制御の様子を示す。始動後、気筒判別終了直後に、分割噴射が可能ではないが、吸気行程前の１回噴射は可能な＃１気筒と＃３気筒に対して同時に、設定量ＴＩＳＴの燃料を１回で噴射し、その後、最初に分割噴射が可能な＃２気筒の吸気行程直後に１回目の噴射を行う。
【００２８】
ここで、＃４気筒は、気筒判別終了直後に１回で噴射すると、吸気行程に入ってしまい、気化不足によりＨＣ排出量が増大することとなるので、同時噴射を行わない気筒と判別する。
以下、＃４気筒の１回目の噴射を行なった後、＃２気筒の２回目の噴射を行い、その直後に＃１気筒の１回目の噴射を行った後、＃４気筒の２回目の噴射を行うというように、順次分割噴射が行われることは同様である。
【００２９】
このようにすれば、気筒判別終了直後に同時噴射された気筒のうち、燃焼行程が早い順に燃焼が開始されるので、気筒判別終了後、約１回転半で初爆が行われることとなり、第１の実施形態に比較して始動（クランキング）時間を短縮できる。また、同時噴射された燃料の気化は、分割噴射された燃料の気化ほどには促進されないが、吸気行程前には噴射し終わり、吸気ポートである程度気化されてからシリンダ内に吸入されるので、ＨＣ排出量の悪化を抑制でき、始動性向上とＨＣ排出量低減とを両立できる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、１行程当たりの分割噴射の回数を２回としたが、３回以上であってもよい。ただし、分割回数を多くしすぎると噴射間隔が短くなりすぎて気化時間が不足し、制御が複雑となり噴射量精度を悪くするだけとなるので、適正な分割数、噴射間隔となるように設定するのがよい。
また、実施形態のように可変バルブリフト機構１１２を備えて、吸気バルブ１０５の作動角変更により開時期が変更される場合は、該変更される吸気バルブ１０５の開時期に合わせて分割噴射の１回目の噴射時期、および第２実施形態の場合は、同時噴射可能な気筒の判別を行う。
【００３１】
更に、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、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記複数回に分割して噴射されるときの１回目の噴射タイミングを、吸気行程直後に設定したことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【００３２】
かかる構成によると、１回目に噴射された燃料を、次の吸気行程開始までの間の気化時間を最大限大きくすることができるので、気化促進効果が高められる。
（ロ）請求項１〜請求項４、上記（イ）のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記複数回に分割して噴射されるときの分割数を２回としたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【００３３】
かかる構成によると、１回目と２回目との間の噴射間隔と、２回目の噴射から吸気行程までの間隔とを、所定以上確保することができるので、全体として気化促進効果が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る実施形態のシステム構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態における燃料噴射制御のフローチャート。
【図３】同上燃料噴射制御時の様子を示すタイムチャート。
【図４】第２の実施形態における燃料噴射制御のフローチャート。
【図５】同上燃料噴射制御時の様子を示すタイムチャート。
【図６】分割噴射時の気化状態を１回噴射時の気化状態と比較して示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１０１…内燃機関        １１４…コントロールユニット    １１５…エアフローメータ    １１６…アクセル開度センサ    １１７…クランク角センサ    １１９…水温センサ    １３０…吸気ポート    １３１…燃料噴射弁
【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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