(57)【要約】【課題】冷間始動時に、点火時期を圧縮上死点後までリタードし、圧縮行程での噴射と膨張行程での噴射との２回に分けて燃料噴射を行わせるときに、燃焼安定性を確保しつつ、排気中のＨＣ濃度を低下させる。【解決手段】膨張行程での噴射量を圧縮行程での噴射量よりも多くすると共に、圧縮行程での噴射を、他気筒の膨張行程噴射が開始されてから開始させ、かつ、噴射終了時期を略一致させる。圧縮行程での噴射が、膨張行程噴射によって燃料圧力が低下している状態で行われることで、噴霧のペネトレーションが弱められ、噴霧が広がって均質混合気が形成されると共に、シリンダボア等に対する燃料の付着量が減って、排気中のＨＣ濃度が低下する。一方、膨張行程噴射の初期は高い燃料圧力によって強いペネトレーションとなり、ガス流動の強化によって火炎伝播が促進される。【選択図】図３
2008202464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒それぞれに燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
各気筒における燃料噴射を１サイクル当たり異なる行程で２回に分けて行わせ、前記２回の燃料噴射の一方の燃料噴射量を他方の燃料噴射量よりも多くすると共に、前記他方の燃料噴射を、当該気筒以外の気筒における前記一方の燃料噴射の開始後に遅れて開始させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記他方の燃料噴射の終了時期を、当該気筒以外の気筒における前記一方の燃料噴射の終了時期に一致させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
点火時期を圧縮上死点後に設定すると共に、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火時期前でかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行う構成とし、前記一方の燃料噴射を膨張行程中の噴射とし、前記他方の燃料噴射を圧縮行程中の噴射とすることを特徴とする請求項１又は２記載の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し、詳しくは、燃料噴射を２回に分けて異なる行程でそれぞれ行わせるときに、２回の燃料噴射における燃料圧力を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、排気系に備えられる触媒コンバータの早期昇温が要求される冷間始動時に、点火時期を圧縮上死点後に設定すると共に、燃料噴射を２回に分割し、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火時期前でかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行うことが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２８３６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記点火直前の膨張行程噴射のみでは、筒内の一部に燃料が偏り過ぎ、燃焼安定性の悪化を招くため、圧縮行程での燃料噴射によって筒内に均質混合気を形成させるようにしている。
しかし、圧縮行程噴射において、燃料噴霧のペネトレーションが強すぎると、噴霧が充分に広がらずに均質化が疎外されると共に、燃料噴射弁から噴射された燃料がシリダンボアやピストン冠面を直撃してしまい、これが、壁流となってしまうため、排気中の未燃焼成分濃度が増大してしまうことになる。
【０００４】
燃料噴霧のペネトレーションは、燃料圧力を低下させることで弱めることができ、ペネトレーションが弱くなれば、噴霧が広がって筒内の均質化を図れると共に、壁流量を減らして排気中の未燃焼成分濃度を減少させることができる。
しかしながら、２回目の燃料噴射ではガス流動を強化させることが望まれるため、燃料圧力の設定を低くすると、前記ガス流動の強化が図れなくなり、逆に、２回目の燃料噴射によるガス流動の強化を実現するために燃料圧力の設定を高くすると、今度は、１回目の燃料噴射によって均質化が図れず、また、壁流量が多くなって排気中の未燃焼成分濃度が高くなってしまうという問題を生じる。
【０００５】
ここで、燃圧制御（燃料ポンプの吐出量制御及び／又は燃料のリリーフ量制御）によって１回目の燃料噴射における燃圧と、２回目の燃料噴射における燃圧とを異ならせることは実際上困難であり、１回目及び２回目の燃料噴射においてそれぞれに適切なペネトレーションに設定させることができなった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃圧制御を行うことなく、異なる行程での２回に分けた燃料噴射を、異なる燃料圧力条件下で行わせることができるようにして、例えば、前記触媒コンバータの早期昇温が要求されるときに行われる噴射制御において、圧縮上死点後の点火で安定した燃焼を可能にしつつ、壁流量を減らして排気中の未燃焼成分濃度（HC濃度）を低下させることが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】
【０００６】
そのため請求項１記載の発明は、各気筒における燃料噴射を１サイクル当たり異なる行程で２回に分けて行わせ、前記２回の燃料噴射の一方の燃料噴射量を他方の燃料噴射量よりも多くすると共に、前記他方の燃料噴射を、当該気筒以外の気筒における前記一方の燃料噴射の開始後に遅れて開始させることを特徴とする。
上記発明によると、他方の燃料噴射は、当該気筒以外の気筒における前記一方の燃料噴射の開始後に遅れて開始されるから、一方の燃料噴射が比較的高い燃圧条件で開始された後、（燃料ギャラリー内の）燃料圧力が低下した状態で、他方の燃料噴射が開始されることになり、しかも、一方の燃料噴射量を他方での燃料噴射量よりも多くしてあるから、前記他方の燃料噴射の全て或いは殆どを、一方の燃料噴射中に重ねて行わせ、低燃圧で噴射させることが可能となる。
【０００７】
従って、前記他方の燃料噴射を、燃料圧力の比較的低い状態で行わせることができ、これによってペネトレーションが弱めることができる一方、前記一方の燃料噴射の開始直後（他方の燃料噴射が開始されるまでの間）は比較的高い燃料圧力で燃料が噴射されることになり、ガス流動の強化などに寄与できる。
請求項２記載の発明では、前記他方の燃料噴射の終了時期を、当該気筒以外の気筒における前記一方の燃料噴射の終了時期に一致させることを特徴とする。
【０００８】
上記発明によると、前記一方の燃料噴射中に前記他方の燃料噴射が全て行われることになって、前記他方の燃料噴射の全てを低燃圧で行わせることができると共に、前記一方の燃料噴射の開始から最大限に遅らせて前記他方の燃料噴射を開始させるので、一方の燃料噴射によって確実に燃料圧力が低下してから前記他方の燃料噴射を開始させることができる。
【０００９】
従って、前記他方の燃料噴射によって生じる壁流量を最大限に抑制できると共に、前記他方の燃料噴射による燃料噴霧を充分に広げて、筒内の均質化を図ることができる。
請求項３記載の発明では、点火時期を圧縮上死点後に設定すると共に、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火時期前でかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行う構成とし、前記一方の燃料噴射を膨張行程中の噴射とし、前記他方の燃料噴射を圧縮行程中の噴射とすることを特徴とする。
【００１０】
上記発明によると、例えば、冷間始動時で触媒コンバータを早期に活性温度にまで昇温させるべく、点火時期を圧縮上死点後に設定すると共に、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火時期前でかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行うときに、前記圧縮行程中の１回目の燃料噴射が低燃圧下で行われることで、ペネトレーションが弱められ、壁流量を減らしつつ筒内に均質混合気を形成させることができると共に、２回目の膨張行程での燃料噴射の初期は、比較的高い燃圧で燃料が噴射されることで、ガス流動を強化して安定燃焼に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される内燃機関を示すシステム図である。
図１に示す内燃機関１は、直列４気筒の筒内直接噴射式火花点火機関である。
前記内燃機関１のピストン２により形成される燃焼室３には、吸気弁（図示せず）を介して吸気通路４が接続され、かつ、排気弁（図示せず）を介して排気通路５が接続されている。
【００１２】
前記吸気通路４には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフロメータ６が配設されていると共に、アクチュエータ８によって開閉され吸入空気量を調整する電子制御スロットル弁７が配設されている。
また、前記排気通路５には、排気浄化用の触媒コンバータ１０が配設されている。
前記触媒コンバータ１０の上流側の排気通路５には、排気中の酸素濃度に基づいて内燃機関１における空燃比を検出する空燃比センサ１１が設けられている。
【００１３】
前記燃焼室３の中央頂上部には、点火プラグ１４が配置されている。
また、燃焼室３の吸気通路４側の側部に、該燃焼室３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５が配置されている。
気筒毎に設けられる前記燃料噴射弁１５は、燃料ギャラリーパイプ１８にそれぞれ接続され、該燃料ギャラリーパイプ１８から各燃料噴射弁１５に燃料が分配供給されるようになっており、前記燃料ギャラリーパイプ１８には、高圧燃料ポンプ１６及びプレッシャレギュレータ１７によって所定圧力に調圧された燃料が供給される。
【００１４】
前記燃料ギャラリーパイプ１８には、該燃料ギャラリーパイプ１８内の燃圧を検出する燃圧センサ１９が配設され、該燃圧センサ１９で検出される燃料圧力が設定圧に維持されるようにプレッシャレギュレータ１７が制御される。
尚、前記高圧燃料ポンプ１６には、図示省略した燃料タンク内の燃料が低圧燃料ポンプ２０によって供給されるようになっている。
【００１５】
また、内燃機関１には、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ２１、クランク角を検出するクランク角センサ２２、運転者によるアクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２３などが設けられている。
上記内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期，点火時期等は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット２５によって制御されるようになっており、前記コントロールユニット２５は、上述した各種のセンサ類からの検出信号を入力して、予め記憶されたプログラムによって演算処理を行うことで、噴射制御信号や点火制御信号などを出力する。
【００１６】
詳細には、前記コントロールユニット２５は、各種のセンサ類からの検出信号により検出される機関運転条件に応じて、燃焼方式つまり均質燃焼とするか成層燃焼とするかを決定すると共に、これに合わせて、電子制御スロットル弁７の開度、燃料噴射弁１５の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１４の点火時期等を制御する。
前記コントロールユニット２５による燃料噴射制御は、以下のようにして行われる。
【００１７】
内燃機関１の暖機完了後の低回転低負荷領域では、通常の成層燃焼運転として、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ、圧縮上死点前の時期に点火が行われる。前記圧縮行程における燃料噴射によって、燃料噴霧は点火プラグ１４近傍に層状に集められ、これにより、空燃比を３０〜４０程度とした極リーンの成層燃焼が実現される。
また、暖機完了後の高回転高負荷領域では、通常の均質燃焼運転として、吸気行程中に燃料噴射を行うことで筒内に均質な混合気が生成され、かつ、圧縮上死点前のＭＢＴ点近傍において点火が行われる。
【００１８】
前記均質燃焼運転においては、運転条件に応じて、目標空燃比を理論空燃比とする均質ストイキ燃焼と、目標空燃比を２０〜３０程度のリーンとする均質リーン燃焼とに切り換えられる。
更に、触媒コンバータ１０の早期昇温（早期活性）が要求される内燃機関１の冷間始動時（冷却水温度が基準温度以下であるとき）には、排気温度をなるべく高くするように、燃焼タイミングを大幅に遅らせる超リタード燃焼を行う。
【００１９】
即ち、本実施形態の内燃機関１では、図２のフローチャートに示すように、冷間始動時であるか否か（Ｓ１）、低回転低負荷領域であるか否か（Ｓ３）などによって、燃焼方式が、超リタード燃焼（Ｓ２）・成層リーン燃焼（Ｓ４）・均質燃焼（Ｓ５）のいずれかに切り換えられる。
前記超リタード燃焼においては、点火時期を圧縮上死点以後まで大幅に遅らせると共に、圧縮行程において１回目の燃料噴射を行わせ、更に、点火直前の膨張行程において２回目の燃料噴射を行わせることで、各気筒における燃料噴射を１サイクル当たり異なる行程で２回に分けて行わせる。
【００２０】
点火直前の膨張行程噴射によってガス流動を強化し、これによって、圧縮上死点後の点火による火炎伝播を促進する一方、圧縮行程での燃料噴射によって筒内に均質混合気を形成することで、燃焼安定性を確保できるようにしている。
前記超リタード燃焼における点火時期は、例えば、圧縮上死点後１５°〜３０°に設定される。
【００２１】
図３は、本実施形態における超リタード燃焼における噴射パルス幅（燃料噴射量）及び噴射時期を示す。
本実施形態の４サイクル機関１では、排気行程→吸気行程→圧縮行程→膨張行程を気筒毎に繰り返すことになるが、直列４気筒機関である内燃機関１では、気筒間での行程位相差がクランク角で１８０degに設定され、例えば、第１気筒における排気行程と、第２気筒の吸気行程と、第３気筒の膨張行程と、第４気筒の圧縮行程とが重なり、常にある気筒が圧縮行程であれば他の１気筒は膨張行程になる。
【００２２】
即ち、前記超リタード燃焼では、第１気筒が圧縮行程であって１回目の燃料噴射を行うときに、第２気筒では、膨張行程における２回目の燃料噴射を行うことになる。
ここで、本実施形態では、１回目の圧縮行程噴射における燃料噴射量が、２回目の膨張行程噴射における燃料噴射量よりも少なくなるように設定し、かつ、膨張行程噴射の開始から遅れて他の気筒での圧縮行程噴射を開始させ、それぞれ別の気筒で行われる圧縮行程噴射の終了時期と膨張行程噴射の終了時期とを略一致させるように、各気筒での噴射タイミングが設定される。
【００２３】
上記のように、噴射量及び噴射タイミングを設定すると、膨張行程噴射の開始時は、他の気筒での燃料噴射が行われておらず、燃料圧力が設定圧の状態で燃料噴射が開始されることになり、強いペネトレーションによって燃焼室内のガス流動を強化し、点火後の火炎伝播が促進される。
ここで、膨張行程噴射の開始から遅れて、当該気筒が膨張行程であるときに圧縮行程である他の気筒における圧縮行程噴射が開始されることになるが、膨張行程噴射の開始に伴って燃料ギャラリーパイプ１８内の燃料圧力が低下しており、他気筒の圧縮行程噴射は、膨張行程噴射によって燃料圧力が低下している状態で開始されることになる。
【００２４】
従って、圧縮行程噴射は、膨張行程噴射と重なることなく行われる場合に比べて、燃料圧力が低い状態で行われることになり、燃料噴霧のペネトレーションが弱められることになる。
尚、膨張行程噴射の圧力も圧縮行程噴射が開始されることで低下するが、圧縮行程噴射が開始されるまでは、比較的高い燃料圧力で燃料噴射がなされることで、ガス流動の強化による火炎伝播の促進を図ることが可能である。
【００２５】
圧縮行程噴射を、他気筒での膨張行程噴射によって落ち込んでいる燃料圧力のときに行わせることで、圧縮行程で噴射される燃料噴霧のペネトレーションが弱められ、これによって燃料噴霧が広がって筒内に均質混合気を形成でき、燃焼安定性を確保できると共に、シリンダやピストン冠面に付着する燃料量を減じて排気中の未燃焼成分濃度を低下させることができる。
【００２６】
前記圧縮行程で噴射させる燃料量は、空燃比２７程度のリーン混合気を形成させることができる量とする。そして、２回の噴射を合わせた燃料による空燃比は、理論空燃比若しくは理論空燃比よりも若干リーン（１６〜１７程度）に設定され、この空燃比に見合う燃料量から、圧縮行程噴射での目標空燃比（空燃比２７程度）に見合う燃料量を減算した結果を、膨張行程噴射での噴射量とすることができる。
【００２７】
また、圧縮行程噴射の開始タイミングは、他気筒の膨張行程噴射の終了タイミングから圧縮行程噴射させる燃料量に相当する時間だけ前のクランク角位置として決定される。
ところで、上記実施形態では、異なる行程での２回に分けた噴射を、圧縮行程での噴射と膨張行程での噴射としたが、一方の噴射時の圧力を低下させる本願発明は、圧縮行程での噴射と膨張行程での噴射とに限定されるものではなく、例えば吸気行程噴射と圧縮行程噴射とを行わせる場合にも適用できることは明らかである。
【００２８】
更に、１回目の噴射における燃料噴射量を２回目よりも多くし、１回目の燃料噴射の開始後に、他気筒での２回目の燃料噴射を開始させることで、２回目の燃料噴射を最初から低い燃料圧力下で行わせることができる。
また、圧縮行程での燃料噴射量又は圧縮行程噴射と膨張行程噴射との燃料量比率を、負荷・始動開始からの経過時間・冷却水温度・排気温度などから決定することもできる。
【００２９】
また、膨張行程噴射での噴射量を圧縮行程噴射での噴射量よりも充分に大きく設定することができない場合には、圧縮行程噴射と膨張行程噴射とが重ねて実行されることがないように、噴射タイミングをずらすことができる。
次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
（イ）前記内燃機関が直列４気筒機関であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【００３０】
上記発明によると、直列４気筒機関では、気筒間の行程位相差がクランク角で１８０degに設定され、例えば第１気筒が圧縮行程であるときに、第２気筒は膨張行程であり、圧縮行程での燃料噴射と膨張行程での燃料噴射とを容易に同期させることができる。
（ロ）前記他方の燃料噴射で噴射させる燃料量を、第１目標空燃比に見合う燃料量とし、前記第１目標空燃比よりも濃い第２目標空燃比に見合う燃料量から、前記第１目標空燃比に見合う燃料量を減算した燃料量を、前記一方の燃料噴射で噴射させる燃料量とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【００３１】
上記発明によると、例えば、一方の燃料噴射を１回目の噴射としたときに、１回目の噴射のみで形成される均質混合気の空燃比を目標値に制御でき、更に、２回の噴射の総合として得られる空燃比も目標値に制御でき、これによって高い燃焼安定性を維持できる。
（ハ）内燃機関の冷間始動時に、前記点火時期を圧縮上死点後に設定すると共に、圧縮行程中に１回目の燃料噴射を行い、点火時期前でかつ膨張行程中に２回目の燃料噴射を行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【００３２】
上記発明によると、リタード燃焼によって排気温度の上昇を図り、引いては、排気通路に介装される触媒コンバータの早期昇温が図られ、しかも、前記リタード燃焼において高い燃焼安定性を確保すると共に、排気中の未燃焼成分濃度を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態における内燃機関のシステム図。
【図２】本発明の実施形態における燃焼方式の切り換えを示すフローチャート。
【図３】本発明の実施形態における超リタード燃焼時の燃料噴射時期及び燃料噴射量を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００３４】
１…内燃機関、２…ピストン、３…燃焼室、４…吸気通路、１０…触媒コンバータ、１４…点火プラグ、１５…燃料噴射弁、１６…高圧燃料ポンプ、１７…プレッシャレギュレータ、１８…燃料ギャラリーパイプ、１９…燃圧センサ、２５…コントロールユニット
【図１】
2008202464.tif 000003
【図２】
2008202464.tif 000004
【図３】
2008202464.tif 000005