(57)【要約】【課題】各気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関において、機関停止中にインジェクタから内燃機関本体への燃料の漏れが発生することがあり、始動時の排気エミッションの悪化を招いている。【解決手段】ＥＣＵ３０は、カム角センサ３５およびクランク角センサ４６の信号により吸気弁３１が開いている気筒１６およびその数を判別し（Ｓ１６）、制御燃圧と、冷却水の温度をもとに、制御燃圧を目標とする圧力まで低下させるのに必要な総噴射量ΔＶを算出する（Ｓ１８）。ＥＣＵ３０は、一気筒当たりの噴射量Ｑを算出し（Ｓ２０）、吸気弁３１が開いていると判別された気筒１６のインジェクタ１４から燃料を噴射する（Ｓ２２）。【選択図】　　　　図３
2004108190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料配管内の燃料を気筒毎に設けられた燃料噴射弁から各気筒内に直接噴射する内燃機関に適用され、吸気系に蒸発燃料を吸着する吸着材が設けられた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記内燃機関のクランク位置を検出する検出手段と、前記検出されたクランク位置に基づいて吸気弁が開弁されている気筒を判別する判別手段と、前記内燃機関が停止された直後において、前記判別された気筒に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射を実行する実行手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記実行手段は、前記燃料配管内の燃料圧力を所定圧力とするのに要求される要求噴射量を求めるとともに、この求められた要求噴射量に応じた時間だけ前記燃料噴射弁を開弁して燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式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、多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置、特に、燃料配管内の燃料を気筒毎に設けられた燃料噴射弁（以下「インジェクタ」ともいう）から各気筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気系に蒸発燃料を吸着する吸着材を設け、エンジン停止中に蒸発燃料が吸気系を介して外部に洩れるのを防止した内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。特に特許文献２においては、エンジン停止中にインジェクタから漏出した燃料の蒸気を上記吸着材により吸着除去することで、次回のエンジン始動時における排気エミッションの悪化を抑制することが開示されている。
【０００３】
すなわち、多気筒内燃機関においては、燃料タンクから燃料ポンプによって汲み上げられた燃料がデリバリパイプを介して気筒毎に設けられたインジェクタに分配供給される。そして、エンジンの停止動作がなされると、インジェクタの燃料噴射が停止され、エンジンが停止するが、エンジン停止後もデリバリパイプ内には高圧の燃料が保持される。そのため、一般的な問題として、デリバリパイプ内の燃料がエンジン停止中にインジェクタから漏出し、この漏出した燃料が次回のエンジン始動時に筒内に多く存在すると、異常燃焼が生じ、炭化水素が排出され、排気エミッションの悪化を招く。
【０００４】
したがって、吸気系に蒸発燃料を吸着する吸着材を設け、エンジン停止中にインジェクタから漏出した燃料の蒸気を上記吸着材により吸着除去すれば、次回のエンジン始動時における異常燃焼の発生を抑えることができ、排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４９５６号公報　（第３−５頁、図１）
【特許文献２】
特開平１１−８２１９２号公報　（第３−４頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内に直接燃料を噴射するタイプの内燃機関の場合、吸気系に蒸発燃料を吸着する吸着材を設けたとしても、特に、吸気弁が閉弁した気筒にあっては、インジェクタから漏出した燃料が吸気系に蒸発されることがなく、筒内にはインジェクタから漏出した燃料が多く存在することになる。そのため、機関始動時において炭化水素が排出され、排気エミッションが悪化するという課題が改善されていない。
【０００７】
本発明はこうした現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内噴射式内燃機関において、機関停止中にインジェクタから燃料が漏出することに起因して機関始動時に筒内に存在する燃料が多くなるのを防止する技術を提供することにある。また、別の目的は、機関停止直後に燃料配管内の燃料圧力（以下、「制御燃圧」ともいう）を低下させる際に、燃料圧力が低下しすぎないようにする技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。この筒内噴射式内燃機関は、燃料配管内の燃料を気筒毎に設けられた燃料噴射弁から各気筒内に直接噴射する内燃機関であり、吸気系に蒸発燃料を吸着する吸着材が設けられている。そして燃料噴射制御装置は、内燃機関のクランク位置を検出する検出手段と、検出されたクランク位置に基づいて吸気弁が開弁されている気筒を判別する判別手段と、内燃機関が停止された直後において、判別された気筒に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射を実行する実行手段とを備える。
【０００９】
また、この実行手段は、燃料配管内の燃料圧力を所定圧力とするのに要求される要求噴射量を求めるとともに、この求められた要求噴射量に応じた時間だけ燃料噴射弁を開弁して燃料噴射を実行してもよい。ここで、前記の所定圧力は、異常燃焼を招くことがないような圧力に設定されることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態に係る直噴ガソリンエンジンである内燃機関１の概略を示している。内燃機関１はさらに機関本体１５を備える。機関本体１５は、シリンダヘッド２２と、複数の気筒１６（本図では一気筒のみ図示する）および冷却水を保持するウォータジャケット４３を形成したシリンダブロック４１を備える。
【００１１】
気筒１６内にはピストン３９が往復動可能に設けられており、このピストン３９の頂面、気筒１６の内壁面およびシリンダヘッド２２の下面により燃焼室４４が形成される。シリンダヘッド２２には、インジェクタ１４と、混合気の点火を行う点火プラグ２３が設けられている。さらに、シリンダヘッド２２には、燃焼室４４に通じる吸気通路３６および排気通路３７が形成されており、これら吸気通路３６および排気通路３７は、それぞれ吸気弁３１および排気弁３２の開閉動作により燃焼室４４に対して連通および遮断される。吸気弁３１および排気弁３２の開閉動作は、それぞれ吸気カム３３および排気カム３４の回転に同期して行われる。
【００１２】
クランク位置を検出する検出手段として、クランク角センサ４６がクランクシャフト近傍に設けられており、クランクシャフトの回転に同期した信号を出力する。また、カム角センサ３５は、吸気カム３３を駆動するカムシャフトの近傍に設けられており、カムシャフトの回転に同期した信号を出力する。クランク角センサ４６とカム角センサ３５の信号により、電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）３０がクランク角を算出し、この算出結果により、吸気弁３１が開弁状態である気筒１６の判別が行われる。
【００１３】
吸気通路３６の上流には、順に吸気の脈動を抑えるサージタンク３８と、蒸発した燃料を吸着し外部への放出を防止する吸着材５０、および粉塵等を捕集し吸気を清浄化するエアクリーナエレメント５３がその内部に設けられたエアクリーナ５２とが設けられている。特にこの吸着材５０は、内燃機関１の停止時に、吸気弁３１が開いている気筒１６内に噴射され蒸発し還流してきた燃料を吸着する。吸着材５０に吸着された燃料は、内燃機関１の運転中に、吸気とともに燃焼室４４にパージされる。
【００１４】
低圧燃料ポンプ３は燃料タンク２内の燃料を汲み上げ、フィード圧で高圧燃料ポンプ９にフィードする。高圧燃料ポンプ９はフィードされた燃料をさらに加圧してデリバリパイプ１３内に圧送する。インジェクタ１４は高圧燃料を気筒１６内に直接噴射する。高圧燃料ポンプ９による圧送タイミングやインジェクタ１４による噴射タイミングなどは、ＥＣＵ３０により制御される。以降、低圧燃料ポンプ３から高圧燃料ポンプ９までの燃料経路を「低圧燃料配管」と、高圧燃料ポンプ９からインジェクタ１４までの燃料経路を「高圧燃料配管」と呼ぶ。
【００１５】
例えば運転者などのユーザによりイグニションスイッチ２０がオンされると、ＥＣＵ３０が内燃機関１の始動操作を検知し、まず低圧燃料ポンプ３に駆動指示を出す。イグニションスイッチ２０はキー差込タイプ、ユーザが携帯する無線認証タイプなど、その形式は問わない。低圧燃料ポンプ３はバッテリにより駆動される電動式で、燃料タンク２内の燃料を汲み上げ、その吐出通路から低圧燃料配管にフィードする。フィード圧は、仮に高圧燃料ポンプ９が作動しない場合でも異常燃焼を招かない程度の高さに設定されており、例えば０．４ＭＰａに設定されている。汲み上げられた燃料は、低圧燃料配管である吸入管７を通って高圧燃料ポンプ９に供給される。一方、高圧燃料ポンプ９は機械式で、それが備える電磁弁の制御を通じて高圧燃料配管であるデリバリパイプ１３内の燃料圧力を例えば１２ＭＰａの目標圧力に昇圧する。
【００１６】
高圧燃料配管において、加圧された燃料が、吐出管１２を介してデリバリパイプ１３に供給される。デリバリパイプ１３は、１回の燃料噴射によってその燃料圧力が急降下しないよう十分な容積を有し、かつその降圧分が高圧燃料ポンプ９の吐出で補えるよう配慮されている。燃圧センサ１７は高圧燃料配管内の燃料圧力、具体的にはデリバリパイプ１３内の燃料圧力を検出し、その検出結果をＥＣＵ３０に伝達する。一般に燃圧センサ１７は、コスト低減の観点から高圧測定用にレンジ設定されており、低圧側の例えば０．１ＭＰａオーダの圧力については良好なセンシング能力を有しない。
【００１７】
インジェクタ１４は、ＥＣＵ３０からの噴射指示を受け、所期のタイミングで必要量の燃料を噴射する。ＥＣＵ３０はデリバリパイプ１３内の燃料圧力が目標圧力となるように高圧燃料ポンプ９を、より具体的には高圧燃料ポンプ９が備える電磁弁をフィードバック制御する。また、ウォータジャケット４３には、冷却水の温度を検出する水温センサ２１が設けられ、その検出結果はＥＣＵ３０に伝達される。
【００１８】
高圧燃料ポンプ９の動作と、インジェクタ１４の噴射動作が同時に停止すると、デリバリパイプ１３内の燃料圧力がその停止時の制御燃圧で保持される。デリバリパイプ１３内の燃料圧力は、高圧燃料ポンプ９の吐出側に設けられたチェックバルブ、インジェクタ１４、およびデリバリパイプ１３に設けられたリリーフバルブのシール特性により決定される燃料漏れ量に応じて低下する。一般に、高圧燃料ポンプ９の吐出効率や燃焼成立性などの観点から、シール特性は限りなくゼロに近い値に設定されているため、内燃機関１の停止後も高圧燃料配管内の圧力は高圧に維持される。そのため、インジェクタ１４からの燃料漏れが生じやすくなる。そこで、内燃機関１を停止した際に、吸気弁３１が開状態である気筒１６のインジェクタ１４から燃料を噴射し、デリバリパイプ１３内の燃料圧力を低下させる。以下、この噴射動作を「降圧噴射」とも呼ぶ。
【００１９】
以上の構成において、図２に示すブロック図のように特にインジェクタ１４、燃圧センサ１７、水温センサ２１、ＥＣＵ３０、カム角センサ３５、およびクランク角センサ４６によって燃料噴射制御装置１００が構成される。
【００２０】
図３は、以上の構成による降圧噴射の手順を示すフローチャートである。イグニションスイッチ２０がオフとなり、ＥＣＵ３０に対して内燃機関１の停止信号が送信されると（Ｓ１０）、ＥＣＵ３０はその信号の検知後、点火、低圧燃料ポンプ３および高圧燃料ポンプ９を停止する（Ｓ１２）。このとき、ＥＣＵ３０は、降圧噴射を行う条件が満されているかを確認し（Ｓ１４）、条件が満されない場合は（Ｓ１４のＮ）、降圧噴射は行われず内燃機関１が停止する。例えば内燃機関１の始動直後に停止操作がなされた場合、ピストン３９は燃料を蒸発させるに十分な温度に達していないケースが想定できる。そこで、降圧噴射を行わない条件として、始動直後において所定時間経過していない場合や冷却水の温度が低い場合を設定する。
【００２１】
降圧噴射条件が満されている場合（Ｓ１４のＹ）、カム角センサ３５およびクランク角センサ４６から得られる信号により、ＥＣＵ３０は吸気弁３１が開いている気筒１６およびその数を判別する（Ｓ１６）。さらに続いて、ＥＣＵ３０は、燃圧センサ１７が測定した制御燃圧と、水温センサ２１が測定した冷却水の温度をもとに、制御燃圧を目標とする圧力、例えばフィード圧まで低下させるのに要求される総噴射量ΔＶを算出する（Ｓ１８）。総噴射量ΔＶは、降圧噴射による燃料噴射の総量であり、制御燃圧ＰＨ、フィード圧ＰＬ、高圧燃料配管の容積Ｖ、燃料の体積弾性率Ｋを用いて、次式より求めることができる。
ΔＶ＝（ＰＨ−ＰＬ）Ｖ／Ｋ
ここで、体積弾性率Ｋは、燃料の温度によって変化する。冷却水の温度は、燃料の温度と高い相関を有することから、ＥＣＵ３０は、水温センサ２１が測定した冷却水の温度に基づいて体積弾性率Ｋを求めるとともに、上式より総噴射量ΔＶを算出する。
【００２２】
続いて、ＥＣＵ３０は、算出された総噴射量ΔＶおよび吸気弁３１が開いている気筒１６の数に基づき、一気筒当たり、つまりインジェクタ１４一本当たりの噴射量Ｑを算出し（Ｓ２０）、吸気弁３１が開いていると判別されたすべての気筒１６のインジェクタ１４から燃料を噴射する（Ｓ２２）。内燃機関１の停止直後は、ピストンの温度は高く、インジェクタ１４から噴射された燃料は主にピストン３９の頂面で蒸発する。蒸発した燃料は、開いている吸気弁３１および吸気通路３６を通り吸着材５０によって吸着除去される。
【００２３】
以上、本実施の形態によれば、内燃機関１の停止中におけるインジェクタ１４からの燃料の漏れ量を低減できる。すなわち、一般に、インジェクタ１４からの燃料の漏れ量は、燃料圧力の１／２乗に比例することが知られている。本実施の形態によって制御燃圧を例えば１２ＭＰａから０．４ＭＰａへ低下させた場合、内燃機関１の停止中の燃料の漏れ量は、（０．４／１２）１／２倍＝約０．１８倍、つまり１／５〜１／６に低下する。また、降圧噴射による必要以上の制御燃圧の低下を回避できる。すなわち、デリバリパイプ１３内の制御燃圧を下げすぎると、ベーパが発生し次回内燃機関１を始動する際の始動性を悪化させる可能性があるが、本実施の形態では適切な燃料噴射量を算出しているため、この制御燃圧の下げ過ぎを防止できる。
【００２４】
本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そうした変形例を挙げる。
【００２５】
実施の形態では、吸着材５０はエアクリーナエレメント５３のすぐ下流側に設けられたがこれに限る趣旨ではなく、吸気弁３１より上流側に設けられ、降圧噴射により生じる蒸発燃料を吸着除去できれば設置場所は問わない。すなわち、内燃機関の吸気系には、燃料タンク内に発生する燃料蒸気をパージするためのパージ配管やブローバイガス配管などが接続され、これら配管を介して蒸発燃料が外部に洩れることになる。したがって、吸着材は、前記配管の接続部よりも上流側に配置されることが望ましいが、パージ配管やブローバイガス配管などからの蒸発燃料を考慮する必要がなければ設置位置は問わない。また、前記配管からの蒸発燃料を吸着する吸着材とは別に、降圧噴射により生じる蒸発燃料を吸着除去する吸着材を配置してもよい。
【００２６】
実施の形態では、降圧噴射として吸気弁３１が開いていると判別されたすべての気筒１６のインジェクタ１４から燃料を噴射させるようにしたがこれに限る趣旨ではなく、吸気弁３１が開いていると判別された気筒１６のうちの一部の気筒１６のインジェクタ１４から燃料を噴射させるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、内燃機関の始動時の異常燃焼の発生を抑制できる。また、別の観点では内燃機関の停止中におけるインジェクタからの燃料の漏れが低減できる。さらに別の観点では、内燃機関の始動時における排気エミッションの悪化が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態に係る燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係る内燃機関の停止直後の降圧噴射の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関、　２　燃料タンク、　３　低圧燃料ポンプ、　９　高圧燃料ポンプ、　１３　デリバリパイプ、　１４　インジェクタ、　１５　機関本体、　１６　気筒、　１７　燃圧センサ、　２０　イグニションスイッチ、　２１　水温センサ、　２２　シリンダヘッド、　３０　電子制御装置、　３１　吸気弁、３２　排気弁、　３３　吸気カム、　３５　カム角センサ、　３９　ピストン、　４４　燃焼室、　４６　クランク角センサ、　５０　吸着材、　１００　燃料噴射制御装置。
【図１】
2004108190.tif 000003
【図２】
2004108190.tif 000004
【図３】
2004108190.tif 000005