(57)【要約】【課題】筒内燃料噴射式内燃機関において、燃料噴射時期が切り替わった際に、燃料の霧化・混合が円滑でない場合があり、その結果、空燃比がリーン気味になることがあった。【解決手段】内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内燃料噴射式内燃機関において、運転状態に応じて燃焼行程に近い燃料噴射時期と遠い燃料噴射時期とにおいて燃料を噴射するための燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期切替手段と、暖機時に、燃料噴射時期切替手段が燃料噴射時期を燃焼行程に近い側に切り替えた際に燃料を増量する燃料増量手段とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態に応じて燃焼行程に近い燃料噴射時期と遠い燃料噴射時期とにおいて燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内燃料噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
運転状態に応じて燃料を噴射するための燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期切替手段と、
暖機時に、燃料噴射時期切替手段が燃料噴射時期を燃焼行程に近い側に切り替えた際に燃料を増量する燃料増量手段とを備えてな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】
燃料増量手段が、内燃機関の温度に基づいて燃料の増量を設定する暖機時増量補正係数を、燃料噴射時期を燃焼行程に近い側に切り替えた場合に、燃料増量が増加するように変更す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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車に搭載される内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの冷却水温が低い時には、燃料の気化が悪いために、例えば吸気ポートに燃料を噴射するものでは、吸気ポート壁面に燃料が付着し、そのために空燃比がリーン気味になることがある。このような状況鑑みて、例えば特開平７−２０８２５０号公報に記載のもののように、冷却水温に基づいて燃料供給量の暖機増量補正係数を設定し、燃料の気化を適正に制御するものが知られている。
【０００３】
また、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内燃料噴射式内燃機関（以下、筒内噴射エンジンと称する）では、吸気管圧力つまり負荷とエンジン回転数とに基づいて設定された運転領域に応じて、吸気行程において、ピストンが下死点付近にある時、言い換えれば燃焼行程に近い時期である時に燃料を噴射するための燃料噴射時期を設定するとともに、ピストンが上死点近傍にある時、言い換えれば燃焼行程から遠い時期である時に燃料を噴射するための燃料噴射時期を設定しているものが知られている。
【０００４】
このような構成にあって、ピストンが下死点近傍にある時の燃料噴射開始時期を吸気ボトム噴射時期と称し、ピストンが上死点近傍にある時のものを吸気トップ噴射時期と称している。通常、吸気ボトム噴射と吸気トップ噴射との切り替えは、エンジン回転数と吸気管圧力とによって、マップにより設定してある。
【０００５】
マップは、吸気管圧力の高い高負荷低回転の運転状態では吸気ボトム噴射を実行するように吸気ボトム噴射時期を設定するとともに、低負荷低回転から高負荷高回転の運転状態にかけては吸気トップ噴射を実行するように吸気トップ噴射時期を設定してある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成のものであると、燃料噴射時期を運転状態に応じて切り替えると、以下に説明する吸気ボトム噴射において上記した吸気ポートに燃料を噴射するものと同様の不具合が生じた。
【０００７】
すなわち、暖機運転中に暖機増量補正係数により増量補正を行っている状態で吸気ボトム噴射を行うと、エンジンの温度が低いこと、及び燃焼行程が開始されるまでの時間が短いことにより、噴射された燃料が十分に霧化・混合されないことがある。つまり、吸気ボトム噴射では、燃焼行程に近い時期に燃料が噴射されるので、噴射された燃料がエンジンの温度が低く、かつ十分な時間がないために霧化が進まず、また混合に要する時間も十分でない状態で燃焼行程に移行することになる。この結果、噴射された燃料が霧化・混合されないままで燃焼することになるので、適正な空燃比を設定することが困難になった。
【０００８】
また、吸気ボトム噴射は、ピストンが下死点近傍にまで降下した状態で実行されるので、シリンダ内壁が十分に暖まっていないと噴射された燃料が内壁に衝突しても蒸発（霧化）せず、燃料がシリンダ内壁に付着することがある。その付着された燃料は、潤滑油内に吸収されてオイルパンに落ちてしまうため、シリンダ内に拡散する燃料量は噴射された燃料量より減量されることになる。一方、吸気トップ噴射では、噴射された燃料はピストン頂面に反射して、シリンダ内に拡散する。このため、吸気ボトム噴射の場合と吸気トップ噴射の場合とでは、暖機増量補正を実施しているにもかかわらず等しく増量補正されたことにならず、吸気ボトム噴射の場合に適正な空燃比とならずに空燃比がリーン気味になった。
【０００９】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、運転状態に応じて燃焼行程に近い燃料噴射時期と遠い燃料噴射時期とにおいて燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内燃料噴射式内燃機関において、運転状態に応じて燃料を噴射するための燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期切替手段と、暖機時に、燃料噴射時期切替手段が燃料噴射時期を燃焼行程に近い側に切り替えた際に燃料を増量する燃料増量手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、燃料噴射時期が燃焼行程に近い側に切り替わった際に、空燃比の変動を防止することが可能になる。すなわち、燃料噴射時期に応じて噴射された燃料の燃焼に寄与する有効な燃料量が変化する場合に、燃料噴射時期が下死点近傍側であると、燃料を増量補正する。このため、燃焼行程に近い側つまりピストンが下死点近傍付近にあって、霧化が促進されなかったり噴射された燃料がシリンダ内壁に付着しても、燃料が増量補正されているので、燃料に寄与する燃料量が適正な量に維持されることになる。したがって、燃料噴射時期が切り替えられた場合でも、空燃比の変動を防止することが可能になる。
【００１２】
燃料を適正に増量するためには、燃料増量手段が、内燃機関の温度に基づいて燃料の増量を設定する暖機時増量補正係数を、燃料噴射時期をピストンが下死点近傍となる側に切り替えた場合に、燃料増量が増加するように変更するものが好ましい。このような構成によれば、暖機時増量補正係数が機能している場合にのみ、燃料増量を増加するように補正するので、燃料増量が増加するように変更する際に、別途にその実施判定の制御を省略することが可能になる。
【００１３】
本発明において、内燃機関の温度とは、直接測定されたシリンダの温度、間接的に測定されたピストンの温度、潤滑油の温度、液（水）冷式の内燃機関にあっては、冷却液（水）の温度、冷間始動後からの経過時間から換算した温度が挙げられる。始動後の判定は、例えば機関回転数が所定回転数を上回ることにより行うものであってよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、多気筒を有する筒内燃料噴射式のガソリンエンジン１００の１つの気筒について要部を拡大して示す断面図である。図１にあっては、説明の都合上、ピストンリング、コネクティングロッド、スロットルバルブ、サージタンク、Ｏ２センサなどを含む吸排気系などについては、この分野で広く知られているものを用いることができるので、図示を省略している。このエンジン１００は、水冷式のもので、吸気ポート１には、二つの吸気弁、及び排気ポート２には排気弁（図示しない）を装備するシリンダヘッド３とシリンダブロック４とでエンジン本体部分が構成されている。シリンダブロック４の内部には、シリンダ４ａが設けてあり、そのシリンダ４ａ内をピストン９が往復動するものである。シリンダヘッド３の内部には、燃焼室６が形成してある。
【００１５】
また、エンジン本体部分には、冷却水が流通するウォータジャケット５が設けてあり、エンジン１００の温度である冷却水の温度を温度センサにより検出する構成である。加えて、シリンダヘッド３における燃焼室６の上壁に対応する位置には、そのほぼ中央にスパークプラグ７が着脱可能に取り付けられているとともに、一対の吸気弁間において燃焼室６内に燃料を直接噴射し得るように噴射口を向けて、燃料噴射弁８が取り付けられている。なお、図示及び説明を省略するが、吸気系にはスロットルバルブを内蔵するスロットルボディが取り付けられ、そのスロットルボディの下流に吸気脈動を抑制するためのサージタンクが設けてあり、そのサージタンクにおいて吸気管圧力を検出するように構成してある。
【００１６】
このエンジン１００における燃料噴射は、燃料噴射制御装置を構成する、図２に概略構成を示す電子制御装置１０により制御される。電子制御装置１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１０ａと記憶装置１０ｂと入、出力インターフェース１０ｃ，１０ｄとを具備してなるマイクロコンピュータシステムから構成されている。
【００１７】
入力インターフェース１０ｃには、吸気管圧力を検出する吸気圧センサ１１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブの開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ１５から出力される水温信号ｅ、排気系に装備されるＯ２センサ１６から出力される出力信号ｆなどが入力される。これらの各センサが電子制御装置１０と協働して、運転状態を検出するものである。また、出力インターフェース１０ｄからは、燃料噴射弁８に対して燃料噴射信号ｇ、イグナイタを介してスパークプラグ７に対して点火信号ｈなどが出力される。
【００１８】
そして、電子制御装置１０には、吸気圧センサ１１からの吸気圧信号ａと回転数センサ１２からの回転数信号ｂとを主な情報として基本燃料噴射量を演算し、演算された基本噴射量を暖機運転時にあっては少なくとも暖機増量補正係数ＦＷＬにより補正し、補正して得られた全燃料噴射量に対応する燃料噴射弁開成時間を決定し、その決定により燃料噴射弁８を制御してエンジン負荷に応じた燃料を燃料噴射弁８からシリンダ４ａ内に噴射させるためのプログラムが内蔵させてある。そして、以下に説明するプログラムと電子制御装置１０とが協働して、燃料増量手段として機能するものである。なお、暖機増量補正係数ＦＷＬによる増量補正は、始動後、冷却水温度が所定温度に達するまでの間だけ実行されるものである。
【００１９】
この燃料噴射制御装置における概略的な制御手順を、図３から図４により説明する。
【００２０】
この実施の形態にあって、ピストン９が上死点近傍にある場合の燃料噴射である吸気トップ噴射は、吸気行程が開始されて、ピストン９が上死点に達した時から例えばクランク角度で約４５°ＣＡ程度の範囲で設定された吸気トップ噴射時期において行うもので、ピストン９が下死点近傍にある場合の吸気ボトム噴射は、吸気行程において、ピストン９が下死点前の例えばクランク角度で４５°程度の位置から、下死点に達するまでの範囲で設定された吸気行程において燃焼行程に近い側の燃料噴射時期である吸気ボトム噴射時期において行うものである。
【００２１】
まず、ステップＳ１では、この時点の運転状態を吸気管圧力ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとで検出し、検出した運転状態における吸気管圧力ＰＭＴＰが噴射時期判定圧力ＳＯＩＰＭを上回っているか否かを判定する。この判定は、吸気管圧力ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとで設定されたフラグ判定基準に基づいて行われるものある。判定圧力ＳＯＩＰＭは、図５に示すような傾向を示すもので、エンジン回転数ＮＥが所定回転数まではほぼ一定であり、所定回転数より高い領域ではエンジン回転数が高くなるにしたがって段階的に高くなるように設定してある。
【００２２】
ステップＳ１において、検出した吸気管圧力ＰＭＴＰが噴射時期判定圧力ＳＯＩＰＭを上回っていると判定した場合は、ステップＳ２に進み、噴射時期判定フラグＸＳＯＩＮＥＰＭをセット（＝１）する。一方、検出した吸気管圧力ＰＭＴＰが噴射時期判定圧力ＳＯＩＰＭを下回っていると判定した場合は、ステップＳ３に進み、噴射時期判定フラグＸＳＯＩＮＥＰＭをリセット（＝０）する。このようにして、検出された運転状態において、吸気ボトム噴射時期により燃料噴射を実行するのか、あるいは吸気トップ噴射時期により燃料噴射を実行するのかを設定するものである。
【００２３】
次に、ステップＳ１１では、水温センサ１５から出力される水温信号ｅに基づいて検出した冷却水温度に対応するベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢを算出する。このベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢは、所定温度毎に代表的な値がマップに設定してあり、検出した冷却水温度により補間計算をして算出される。マップにあっては、図６に示すように、冷却水温度が高くなるほど、ベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢは小さくなるように設定してある。したがって、冷却水温度が所定温度に到達した場合には、暖機増量補正係数ＦＷＬによる燃料の増量補正は終了するものである。なお、このベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢは、この分野でよく知られたものと同じ構成であってよく、水温補正項、吸気管補正項、負荷補正項などを含んでなるものである。また、増量補正値ＦＷＬＡについても、所定温度毎に代表的な値がマップに設定してあり、検出した冷却水温度により補間計算をして算出される。このマップにおいても、前記所定温度になるまでの冷却水温度において、冷却水温度が高くなるほど、増量補正値ＦＷＬＡが小さくなるように設定してある。
【００２４】
ステップＳ１２では、噴射時期判定フラグＸＳＯＩＮＥＰＭがリセットされているか否かを判定し、リセットされている場合すなわち吸気トップ噴射時期により燃料噴射を制御する場合はステップＳ１３に進み、セットされている場合すなわち吸気ボトム噴射時期により燃料噴射を制御する場合はステップＳ１４に移行する。
【００２５】
ステップＳ１３では、暖機増量補正係数ＦＷＬとして、ステップＳ１１で算出したベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢを採用する。ステップＳ１４では、暖機増量補正係数ＦＷＬとして、ステップＳ１１で算出したベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢに増量補正値ＦＷＬＡを加算する。
【００２６】
このような構成において、図６に示すように、エンジン１００を始動した後、暖機運転状態において、吸気管圧力ＰＭＴＰが変化することにより、吸気トップ噴射と吸気ボトム噴射とが交互に実行される場合を説明する。まず、暖機運転状態において、吸気管圧力ＰＭＴＰが変化して噴射時期判定圧力ＳＯＩＰＭを下回る状態となると、吸気トップ噴射時期を設定して噴射時期判定フラグＸＳＯＩＮＥＰＭをリセットする（ステップＳ１、ステップＳ３）ので、この時点の冷却水温度に対応するベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢを暖機増量補正係数ＦＷＬとする（ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１４）。したがって、暖機運転状態であっても、吸気トップ噴射を実施する場合には、ベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢによる増量補正であるので、暖機運転時の従来と同様な燃料増量となり、空燃比Ａ／Ｆは適正な値に維持される。
【００２７】
この後、吸気管圧力ＰＭＴＰが変化し噴射時期判定圧力ＳＯＩＰＭを下回る状態となると、吸気ボトム噴射時期を設定して噴射時期判定フラグＸＳＯＩＮＥＰＭをセットする（ステップＳ１、ステップＳ３）ので、この時点の冷却水温度に対応するベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢに増量補正値ＦＷＬＡを加算して暖機増量補正係数ＦＷＬを算出する（ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１１）。
【００２８】
すなわち、吸気ボトム噴射を実行する場合には、ベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢより増量補正値ＦＷＬＡだけ大きい値の暖機増量補正係数ＦＷＬにより燃料噴射量を増量する。このため、吸気行程において燃焼行程に近い側で燃料を噴射して、燃料を十分に霧化させるのに必要な時間が短くとも、つまり燃焼行程に移行するまでの時間が吸気トップ噴射に比較して短くとも、またシリンダ４ａの内壁に燃料が付着したとしても、図６に点線で示すような、空燃比Ａ／Ｆが一時的にリーン気味になることを防止することができる。それゆえ、燃料噴射時期が吸気トップ噴射時期から吸気ボトム噴射時期に切り替わっても、吸気ボトム噴射における空燃比Ａ／Ｆは吸気トップ噴射時期における空燃比Ａ／Ｆと同等の傾向で目標空燃比となるように推移し、吸気ボトム噴射において空燃比Ａ／Ｆが変動することがない。したがって、適正な空燃比Ａ／Ｆを維持することができ、エミッションの低下を防止することができる。
【００２９】
また、この実施の形態の場合、ベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢに対して増量補正値ＦＷＬＡを加算することにより噴射する燃料量を増量しているので、暖機増量補正係数ＦＷＬによる暖機増量制御が実行されている場合にのみ、増量補正を行うことができる。したがって、吸気ボトム噴射時期による燃料噴射において、燃料を増量する制御を実行する際に、例えばその時の運転状態等を検出すると言った別段の実施判定のための制御を行う必要がなくなり、制御を簡素化することができる。
【００３０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態にあっては、燃料噴射時期を吸気トップ噴射時期から吸気ボトム噴射時期に切り替えた際の吸気ボトム噴射において、暖機増量補正係数ＦＷＬの特性をベース暖機増量補正係数ＦＷＬＢに増量補正値ＦＷＬＡを加算して変更したが、吸気トップ噴射におけるトップ噴射暖機増量補正係数と吸気ボトム噴射時期におけるボトム噴射暖機増量補正係数とを個別にマップにより設定しておき、燃料噴射時期を決定した後、決定した燃料噴射時期に対応するマップを検索して増量補正係数ＦＷＬを設定する。なお、トップ噴射暖機増量補正係数及びボトム噴射暖機増量補正係数はそれぞれ、エンジン１００の冷却水温度に基づいて設定されるものであってよい。
【００３１】
また、暖機増量補正係数は、冷却水温度に基づいて設定するものを説明したが、例えば、潤滑油の温度や、始動後を判定した後の経過時間に基づいて設定するものであってもよい。経過時間に基づくものでは、始動後に運転が連続している場合、エンジンの温度はほぼ比例的に上昇するものであるので、単位時間あたりの温度上昇率を測定しておき、経過時間によりエンジンの温度を推測するものである。
【００３２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料噴射時期が燃焼行程に近い側に切り替わった際に、噴射された燃料の燃焼に寄与する有効な燃料量が変化しても、空燃比の変動を防止することができる。このため、ピストンが下死点近傍付近にあって、燃料が霧化するために付与される時間つまり燃焼行程に移行するまでの時間噴射された燃料がシリンダ内壁に付着しても、燃料が増量補正されているので、燃料に寄与する燃料量を適正な量に維持することができ、したがって、燃料噴射時期が切り替えられた場合でも、空燃比の変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施の形態の電子制御装置のブロック図。
【図３】同実施の形態の概略制御手順を示すフローチャート。
【図４】同実施の形態の概略制御手順を示すフローチャート。
【図５】同実施の形態の作用説明図。
【図６】同実施の形態の作用説明図。
【符号の説明】
１０…電子制御装置
１０ａ…中央演算処理装置
１０ｂ…記憶装置
１０ｃ…入力インターフェース
１０ｄ…出力インターフェース
【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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