(57)【要約】【課題】内燃機関始動時の燃料噴射量とを最適化し、内燃機関の排気浄化性能及び燃費性能を向上させることのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、機関運転状況に基づいて基本燃料噴射量を算出すると共に、吸入空気量に基づいて吸気通路４内面及び／又は燃焼室３内部表面への燃料付着量を推定し、推定した燃料付着量に基づいて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射制御手段２９と、吸気通路内又はシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段１５とを備えており、燃料噴射制御手段２９が、内燃機関１の始動時には、圧力検出手段１５によって検出された吸気通路４内又はシリンダ３内の圧力に基づいて、燃料付着量の推定値を補正することを特徴としている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状況に基づいて基本燃料噴射量を算出すると共に、吸入空気量に基づいて吸気通路内面及び／又は燃焼室内部表面への燃料付着量を推定し、推定した燃料付着量に基づいて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記吸気通路内又はシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、前記燃料噴射制御手段が、前記内燃機関の始動時には、前記圧力検出手段によって検出された前記吸気通路内又はシリンダ内の圧力に基づいて、前記燃料付着量の推定値を補正す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】
機関運転状況に基づいて基本燃料噴射量を算出すると共に、吸入空気量に基づいて吸気通路内面及び／又は燃焼室内部表面への燃料付着量を推定し、推定した燃料付着量に基づいて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記吸気通路内又はシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、前記燃料噴射制御手段が、前記内燃機関の始動時には、前記燃料付着量の推定に、前記圧力検出手段によって検出された前記吸気通路内又はシリンダ内の圧力を反映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３】
前記燃料噴射制御手段が、吸入空気量に基づいて機関負荷率を算出し、算出した機関負荷率に基づいて燃料付着量を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンを燃料とする内燃機関（エンジン）は、エアフロメータや圧力センサで吸入空気量を検出／推定し、この吸入空気量に基づいてまず基本燃料噴射量を算出し、この基本燃料噴射量に対して種々の補正を行って最終的な燃料噴射量を決定するのが一般的である。基本燃料噴射量の補正に関して、吸気ポート内面への燃料の付着及び吸気ポート内面に付着した燃料の剥離を考慮した補正が行われている。噴射された燃料の一部は吸気ポート内面（及び／又はシリンダ内面やピストン上面などの燃焼室内部表面：特に、直噴エンジンの場合）に付着するので、噴射した燃料の全てが燃焼に寄与しない。また、既に付着していた燃料が剥離する分もある。そこで、この分を補正する。このような制御を行っている内燃機関の制御装置としては、特開平８−９３５２８号公報に記載のものなどが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に記載の制御装置などでは、吸気通路内を空気が連続的に流れている状況では良好な補正結果が得られるが、吸気通路内の圧力（負圧）が安定していないエンジン始動時では補正精度があまり良くなかった。上述した燃料付着量は機関負荷率に基づいて求められている。機関負荷率とは、１回転あたりのエンジン吸入空気量（質量流量）であり、吸入空気量とエンジン回転数とから求められる。なお、バルブタイミングやバルブリフト量を可変制御している場合はこれらも考慮して機関負荷率が求められる。
【０００４】
燃料付着量は吸気管負圧によって変わり得る。始動時でなければ、吸気通路内には吸入空気が連続的に流れて負圧が確保されている。このような場合は、負圧と上述した機関負荷率との間の相関が高く、機関負荷率のみに基づいて燃料付着量を推定しても精度の高い制御を行える。しかし、始動時には上述した負圧が十分に確保されていないため上述した相関が低く、燃料付着量に基づく補正の精度が十分であるとは言えなかった。通常のエンジンであれば、エンジンを一旦始動させてしまえば運行が終了するまでエンジンは運転され続けられたので始動時の精度があまり良くなくても影響は少なかった。
【０００５】
しかし、近年になって環境保全に注目が集まり、始動時であっても燃料噴射量の制御精度を上げる要望が強くなってきた。また、ハイブリッド車やアイドルストップ車なども実用化されてきており、一回の運行に際してエンジンの始動／停止が繰り返されるような状況も生まれ、始動時の燃料噴射量の制御精度を向上させる必要が生じてきたという側面もある。本発明は、このような状況を鑑みて発明されたもので、内燃機関始動時の燃料噴射量とを最適化し、内燃機関の排気浄化性能及び燃費性能を向上させることのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、機関運転状況に基づいて基本燃料噴射量を算出すると共に、吸入空気量に基づいて吸気通路内面及び／又は燃焼室内部表面への燃料付着量を推定し、推定した燃料付着量に基づいて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射制御手段と、吸気通路内又はシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段とを備えており、燃料噴射制御手段が、内燃機関の始動時には、圧力検出手段によって検出された吸気通路内又はシリンダ内の圧力に基づいて、燃料付着量の推定値を補正することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、機関運転状況に基づいて基本燃料噴射量を算出すると共に、吸入空気量に基づいて吸気通路内面及び／又は燃焼室内部表面への燃料付着量を推定し、推定した燃料付着量に基づいて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射制御手段と、吸気通路内又はシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段とを備えており、燃料噴射制御手段が、内燃機関の始動時には、燃料付着量の推定に、圧力検出手段によって検出された吸気通路内又はシリンダ内の圧力を反映させることを特徴としている。
【０００８】
なお、請求項１及び２に記載の発明において、圧力検出手段の検出には、実際の圧力を直接的に検出する場合のみならず、他の情報量に基づいて演算などによって推定する場合も含む。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射制御手段が、吸入空気量に基づいて機関負荷率を算出し、算出した機関負荷率に基づいて燃料付着量を推定することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の制御装置の第一実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。本実施形態の制御装置を有する内燃機関（エンジン）１を図１に示す。
【００１１】
以下に説明するエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみを断面図として示す。エンジン１は、燃料を吸気バルブ６の上流側に位置する吸気ポートに噴射するタイプのエンジンである。エンジン１は、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合されて混合気となる。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、上述した吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００１２】
吸気通路４上には、最も上流側にエアクリーナ１７が配設されており、そのすぐ下流側にエアフロメータ１６が配設されている。エアフロメータ１６は、ホットワイヤー式のもので、通過する吸入空気の流量質量を直接検出することができる。エアフロメータ１６は、吸入空気の温度を検出することも可能である。エアフロメータ１６の下流側には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度を検出するスロットルポジションセンサ１０が接続されている。
【００１３】
スロットルバルブ９に付随して、アクセルペダル１１の踏み込み位置を検出するアクセルポジションセンサ１２や、スロットルバルブ９を駆動するスロットルモータ１３なども配設されている。また、図１には示されていないが、吸気通路４上には吸入空気の温度を検出する吸気温センサも取り付けられている。また、スロットルバルブ９の下流側には、サージタンク１４が形成されており、サージタンク１４の内部に、バキュームセンサ１５が配設されている。バキュームセンサ１５は、吸気通路４内の圧力（吸気管負圧）を検出する。このバキュームセンサ１５は、圧力検出手段として機能している。サージタンク１４のさらに下流側には、上述したインジェクタ５が配設されている。
【００１４】
エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３が取り付けられている。クランクポジションセンサ２３の出力からは、シリンダ３内のピストン２４の位置や、エンジン回転数を求めることができる。エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ２５や冷却水温度を検出する水温センサ２６も取り付けられている。
【００１５】
一方、排気通路７上には、エンジン１本体に近い側に、通常の三元触媒である始動時触媒２１が配設されている。始動時触媒２１は、シリンダ３に近く、エンジン始動直後により早期に触媒活性温度に達して、より早期に排気浄化性能を発揮する。このエンジン１は四気筒であり、二気筒毎に一つずつ、計二つの始動時触媒２１が取り付けられている。各始動時触媒２１の上流側には、各始動時触媒２１に流入する排気ガスの排気空燃比を検出する上流側空燃比センサ２２が取り付けられている。始動時触媒２１の下流側で排気管が一つにまとめられた後に床下触媒２７が配設されている。床下触媒２７の下流側には、床下触媒２７から流出する排気ガスの排気空燃比を検出する下流側空燃比センサ２８が取り付けられている。
【００１６】
エンジン１のインジェクタ５には、燃料タンク１８に貯蔵された燃料がフューエルポンプ１９によって送出され、フューエルフィルタ２０を介して供給されている。インジェクタ５からの燃料噴射量は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２９によって演算され、決定される。ＥＣＵ２９は、決定した燃料噴射量に基づいてインジェクタ５を制御して燃料を噴射する。即ち、ＥＣＵ２９は燃料噴射制御手段として機能している。なお、燃料噴射量の算出時には、吸気通路内面（吸気ポート内面）に付着する燃料量を推定し、これに基づく補正も行っている。本実施形態のエンジン１はポート噴射式であるが、筒内直噴型のエンジンであればシリンダ３内面への燃料付着量を推定することとなる。燃料付着については追って詳しく説明する。
【００１７】
上述した点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１２、スロットルモータ１３、バキュームセンサ１５、エアフロメータ１６、クランクポジションセンサ２３、ノックセンサ２５、水温センサ２６、空燃比センサ２２，２８やその他のアクチュエータ類・センサ類も、エンジン１を総合的に制御する上述したＥＣＵ２９と接続されている。これらのアクチュエータ類・センサ類は、ＥＣＵ２９からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をＥＣＵ２９に対して送出している。ＥＣＵ２９は、内部に演算を行うＣＰＵや演算結果などの各種情報量を記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、各制御プログラムを格納したＲＯＭ等を有している。
【００１８】
実際にインジェクタ５によって噴射される燃料噴射量（あるいは、燃料噴射のためのインジェクタ５の開弁時間）ＴＡＵは、ＥＣＵ２９内において以下の式によって決定される。
ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ×α＋β
ここで、ＴＡＵＰは、吸入空気量Ｇａとエンジン回転数ＮＥとから求められる基本燃料噴射量である。ＥＣＵ２９内には、吸入空気量Ｇａとエンジン回転数ＮＥと基本燃料噴射量ＴＡＵＰとの関係を示したマップが格納されている。この基本燃料噴射量ＴＡＵＰを上述した燃料付着量に関する補正係数を含む各種補正係数α，βで補正することによって、最終的な燃料噴射量ＴＡＵが決定される。上述した補正係数α，βの一例としては、空燃比フィードバック係数ＦＡＦがよく知られている。
【００１９】
噴射された燃料は、その一部が吸気ポート内面に付着する一方で、既に付着していた燃料の一部が剥離する。燃料付着量とは、この吸気ポート内面に付着している燃料量のことである。燃料付着量は、絶対量として把握して制御しても良いし、相対量として把握して制御しても良い。本実施形態では、エンジン１の始動完了後は、機関負荷率に基づいて燃料付着量が推定され、これに基づいて補正係数（上記式中のβに含まれる）が決定される。これは従来の制御と同様である。なお、機関負荷率とは、１回転あたりのエンジン吸入空気量（質量流量）であり、吸入空気量Ｇａとエンジン回転数ＮＥとから求められる。なお、バルブタイミングやバルブリフト量を可変制御している場合はこれらも考慮して機関負荷率が求められる。
【００２０】
燃料付着量は吸気管負圧によって変わり得るものである。エンジン１の始動完了後であれば吸気通路４内部の負圧が安定的に確保されており（吸気通路４内に連続的な気流が発生しており）、吸気管負圧と上述した機関負荷率との相関は高い。このため、始動完了後は機関負荷率のみに基づいて燃料付着量を推定し、これに基づいて燃料噴射制御を行えば十分である。しかし、エンジン１の始動時には、負圧が十分に確保されておらず、吸気通路４の内部に停滞していた空気が流れ始める状況であり、吸気管負圧と機関負荷率との相関は低い。即ち、エンジン１の始動時には、機関負荷率のみからでは正確な燃料付着量を推定することが困難である。
【００２１】
そこで、本実施形態では、エンジン１の始動時には、実際の吸気管負圧を検出し、従来の機関負荷率に基づいて推定した燃料付着量をこの吸気管負圧で補正する（あるいは、従来の方法で算出した機関負荷率を補正するとも言える）。なお、エンジン１の始動が完了したら、通常通りの機関負荷率のみに基づく燃料付着量の推定に移行する。どのように補正するかを、図２及び図３のグラフを参照しつつ説明する。まず、エンジン始動直後に、バキュームセンサ１５によって吸気通路４内の実際の負圧（実負圧）を検出する。検出した実負圧が収束負圧と一致するか否かを判定する。収束負圧とは、回転数・スロットル開度（可変バルブタイミング・リフトの場合は、バルブタイミング・リフト量）が一定のときに吸気管負圧が収束する値である。即ち、実負圧が収束負圧と一致している場合は、既に吸気通路４内に負圧が安定的に確保されたとみなせる。
【００２２】
反対に、実負圧と収束負圧とが一致していない場合は、吸気通路４内に負圧が安定的に確保されていないとみなせる。この場合は、燃料付着量を補正することとなる。まず図２に示されるように、負荷率差ΔＲを求める。図２中の直線Ｘは、吸気管負圧−負荷率グラフ上に上述した収束負圧の点をプロットとして結んだ線である。即ち、吸気通路４内の負圧が確保された後は、吸気管負圧と負荷率との交点はこの直線Ｘ上に位置すると言える。このグラフ上に、検出した実負圧Ｐｒと吸入空気量及びエンジン回転数（場合によってはバルブタイミング・リフト量も）から求めた負荷率Ｒｃとを示す。
【００２３】
吸気管負圧が安定的に確保される以前であるため、実負圧Ｐｒと負荷率Ｒｃとの交点は直線Ｘ上には来ない。言い換えれば、このとき、実負圧Ｐｒと算出した負荷率Ｒｃから推定される負圧Ｐｃとの間には負圧差ΔＰが存在する。また、算出された負荷率Ｒｃと実負圧Ｐｒから推定される負荷率Ｒｒとの間には負荷率差ΔＲが存在する。そこで、この負荷率差ΔＲを用いて、算出された負荷率Ｒｃを補正する（本実施形態では、実負圧Ｐｒに基づいて算出される負荷率Ｒｒを採用することと同じ）。
【００２４】
即ち、図３に示されるように、始動時でなければ、吸入空気量及びエンジン回転数に基づいて負荷率Ｒｃが算出され、これに対応する付着量Ａｃに基づいて、基本燃料噴射量ＴＡＵＰを補正する。しかし、始動時は、算出された負荷率Ｒｃに対して負荷率差ΔＲを加えた補正された負荷率Ｒｒに基づいて補正された付着量Ａｒに基づいて、基本燃料噴射量ＴＡＵＰを補正する。このように、始動時には、実際の吸気管負圧を検出（推定）して、この実負圧に基づいて燃料付着量を補正することで、より正確な燃料噴射制御を行うことが可能になる。
【００２５】
より正確な燃料噴射制御を行えるようになるので、燃費性能や排ガス浄化性能を向上させることができる。また、既に述べたが、ハイブリッド車やアイドルストップ車などでは、一回の運行に際してエンジンの始動／停止が繰り返されるような状況が生じるため、このような車種ではより一層効果的である。
【００２６】
本発明の燃料噴射制御装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態はポート噴射型のエンジンであったため、吸気管負圧に基づいて説明したが、筒内直噴型エンジンではシリンダ内の負圧に基づいて燃料付着量の補正を行えばよい。即ち、燃料が供給される部分の負圧に基づいて燃料付着量の補正を行えばよい。ただし、筒内直噴型エンジンであっても、吸気管負圧と燃料付着量との間に十分な相関があれば、吸気管負圧に基づいて補正することも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関の始動時には、噴射制御手段が、吸気通路内（シリンダ内）の圧力に基づいて、燃料付着量の推定値を補正する、あるいは、吸気通路内（シリンダ内）の圧力を燃料付着量の推定に反映させることで、内燃機関始動時の燃料噴射量とを最適化し、内燃機関の排気浄化性能及び燃費性能を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射制御装置の一実施形態を有する内燃機関の構成図である。
【図２】負荷率と吸気管負圧との関係を示すグラフである。
【図３】負荷率と燃料付着量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、２…点火プラグ、３…シリンダ、４…吸気通路、５…インジェクタ、６…吸気バルブ、７…排気通路、８…排気バルブ、９…スロットルバルブ、１０…スロットルポジションセンサ、１１…アクセルペダル、１２…アクセルポジションセンサ、１３…スロットルモータ、１４…サージタンク、１５…バキュームセンサ（圧力検出手段）、１６…エアフロメータ、１７…エアクリーナ、１８…燃料タンク、１９…フューエルポンプ、２０…フューエルフィルタ、２１…始動時触媒、２２…上流側空燃比センサ、２３…クランクポジションセンサ、２４…ピストン、２５…ノックセンサ、２６…水温センサ、２７…床下触媒、２８…下流側空燃比センサ、２９…ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）。
【図１】
2004092424.tif 000003
【図２】
2004092424.tif 000004
【図３】
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