(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室又は吸気系への燃料噴射を行う燃料噴射弁と、逆止弁を介して高圧燃料が供給され、上記燃料噴射弁へ燃料を供給する高圧燃料配管と、を有する内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射を一時的に停止する燃料カット運転から燃料噴射を再開する燃料カットリカバー運転の開始時に、予め設定された所定期間、効率低下運転を行い、この効率低下運転では、燃焼効率を低下するように補正しつつ、燃料噴射量を要求燃料噴射量と比して増加するように補正するとともに、吸入空気量を要求吸入空気量と比して増加するように補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室又は吸気系への燃料噴射を行う燃料噴射弁と、逆止弁を介して高圧燃料が供給され、上記燃料噴射弁へ燃料を供給する高圧燃料配管と、を有する内燃機関の制御装置において、
上記燃料噴射を一時的に停止する燃料カット運転から燃料噴射を再開する燃料カットリカバー運転の開始時であって、かつ、燃圧が所定値より大きいと判定された場合に、燃焼効率を低下させつつ、燃料噴射量を増加するとともに、吸入空気量を増加する効率低下運転を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記効率低下運転では、燃焼効率を低下するために、１サイクル中に燃料噴射を複数回に分けて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記効率低下運転では、燃焼効率を低下するために、点火時期を遅角化することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記燃料カットリカバー運転の開始時に燃料カット運転の継続時間が所定の第１判定時間を超えている場合に、上記効率低下運転を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記効率低下運転の経過時間が所定の第２判定時間を超えるまで、上記効率低下運転を継続することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記高圧燃料配管内の燃圧を検出する燃圧検出手段を有し、
上記燃料カットリカバー運転の開始時の燃圧が所定の上限値以上のときに、上記効率低下運転を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の燃焼室又は吸気系への燃料噴射を行う燃料噴射弁と、逆止弁を介して高圧燃料が供給され、上記燃料噴射弁へ燃料を供給する高圧燃料配管と、を有する内燃機関の制御方法において、
上記燃料噴射を一時的に停止する燃料カット運転から燃料噴射を再開する燃料カットリカバー運転の開始時に、予め設定された所定期間、効率低下運転を行い、この効率低下運転では、燃焼効率を低下するように補正しつつ、燃料噴射量を要求燃料噴射量と比して増加するように補正するとともに、吸入空気量を要求吸入空気量と比して増加するように補正することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧燃料配管を備えた内燃機関の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直噴式火花点火内燃機関では、高い燃料噴射圧力を安定して得るために、機関出力により機械的に駆動される高圧燃料ポンプにより昇圧した高圧燃料を、複数の燃料噴射弁に接続する高圧燃料配管へ逆止弁を介して供給する燃料システムが知られている。このような燃料システムでは、機関減速時やアイドルストップ時のように燃料噴射を一時的に停止する燃料カット運転から燃料噴射を再開する燃料カットリカバー（以下、単にリカバーとも呼ぶ）運転の開始時に、燃料噴射期間を最小にしても燃料噴射量を十分に低減することができず、一時的に機関出力トルクが増大して不快なトルク変動を招く、という課題があった。
【０００３】
このようなトルク変動を低減・解消するために、特許文献１には、下記の三つの手法が提案されている。第１の手法では、高圧燃料配管の燃圧室内の燃料を逃すための逃し弁を追加し、燃料カットリカバー時に逃し弁を開くことにより、高圧燃料配管内の燃圧を下げている。第２の手法では、成層燃焼運転と均質燃焼運転の双方を実現可能な内燃機関において、上記燃料カットリカバー時に、吸入空気量を減少するとともに吸気行程中に燃料を噴射する均質燃焼運転を行うことによって、高圧燃料配管内の燃圧を低下させている。第３の手法では、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用燃料噴射弁と、燃焼室内に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、の双方を備える内燃機関において、上記燃料カットリカバー時に、吸入空気量を減少させるとともに、吸気通路噴射用燃料噴射弁から燃料噴射を行うことによって、高圧燃料配管内の燃圧を低下させている。
【特許文献１】特許第３１７０９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記第１及び第３の手法では、逃し弁や吸気通路噴射用燃料噴射弁及び筒内噴射用燃料噴射弁といった追加の部品が必要となり、大型化・重量増加やコストの増加を招いてしまう。また、上記第２の手法は成層燃焼運転と均質燃焼運転の双方を実現可能な内燃機関でないと採用できない。更に、第２及び第３の手法では、燃料カットリカバー後の運転条件がアイドル運転のように元々吸入空気量が少ない運転状態である場合、スロットル弁により吸入空気量を更に減少させることが非常に困難である。しかも、第２及び第３の手法のようにリカバー時の吸入空気量を減少させると、排気の空燃比がリッチ化して排気性能を阻害するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の燃焼室又は吸気系への燃料噴射を行う燃料噴射弁と、逆止弁を介して高圧燃料が供給され、上記燃料噴射弁へ燃料を供給する高圧燃料配管と、を有する内燃機関の制御に関し、上記燃料噴射を一時的に停止する燃料カット運転から燃料噴射を再開する燃料カットリカバー運転の開始時に、予め設定された所定期間、効率低下運転を行い、この効率低下運転では、燃焼効率を低下するように補正しつつ、燃料噴射量を要求燃料噴射量と比して増加するように補正するとともに、吸入空気量を要求吸入空気量と比して増加するように補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、追加部品を敢えて必要とすることのない簡素な構成で、排気性能を低下させることなく、またトルク変動を招くことなく、燃料カットリカバー運転の開始後に高圧燃料配管の燃圧を速やかに低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の一実施例に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料システムを簡略的に示す構成図である。この燃料システムには、内燃機関の各気筒の燃焼室（図示せず）へ燃料を直接的に噴射する高圧タイプの複数の燃料噴射弁１１と、機関出力により機械的に駆動される高圧燃料ポンプ１２と、この高圧燃料ポンプ１２により昇圧された高圧燃料が逆止弁１５を介して供給され、この高圧燃料を複数の燃料噴射弁１１へ供給する高圧燃料配管１３と、を有している。
【０００８】
高圧燃料ポンプ１２は、機関出力軸であるクランクシャフト（図示せず）により回転駆動されるカムシャフトのカム１２Ａによって、プランジャ１２Ｂがリターンスプリング１２Ｃのバネ力に抗して往復駆動されることによって、クランクシャフトの回転に連動して機械的に駆動される。高圧燃料配管１３には、複数の燃料噴射弁１１と接続された高圧燃料レール１４と、高圧燃料レール１４から高圧燃料ポンプ１２側への逆流を防止する逆止弁１５と、が設けられている。また、高圧燃料レール１４内（燃圧室）の燃圧を検出する燃圧センサ１６が設けられている。
【０００９】
燃料が貯留される燃料タンク１７と高圧燃料ポンプ１２とは低圧燃料配管１８により接続されている。この低圧燃料配管１８には、ポンプ駆動モータ２０により駆動される低圧燃料ポンプ１９と、燃料圧レギュレータ２１と、燃料フィルタ２２，２３と、電磁弁２４と、が設けられている。燃料圧レギュレータ２１は、低圧燃料ポンプ１９から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１９から吐出された燃料の一部を燃料タンク１７に戻すことにより、高圧燃料ポンプ１２に供給される燃料圧を一定に維持する。電磁弁２４は、低圧燃料ポンプ１９から高圧燃料ポンプ１２側への燃料供給を断続することによって、高圧燃料ポンプ１２から高圧燃料配管１３側へ供給される燃料量を調整する。
【００１０】
制御部２５は、周知のように、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータであり、上記燃圧センサ１６の他、機関水温を検出する水温センサ２７や吸気温度を検出する吸気温センサ２８等の各種センサからの検出信号に基づいて、上記の燃料噴射弁１１，ポンプ駆動モータ２０及び電磁弁２４の他、吸気通路（図示せず）を開閉する電制のスロットル弁２６等へ制御信号を出力して、その動作を制御する。
【００１１】
なお、この燃料システムは、高圧燃料配管１３から燃料タンク１７への戻りラインのないリターンレス方式となっている。このようなリターンレス方式は、配管類が簡素化されて小型・軽量化を図れるとともに、高圧・高温の燃料が燃料タンク１７に戻されることがないので、燃料タンク１７内での蒸発燃料の発生を抑制することができるといった利点がある。
【００１２】
図２は本実施例の制御の流れを簡略的に示すフローチャートである。機関減速時やアイドルストップ車両におけるアイドルストップ時には、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を一時的に停止する燃料カット運転が行われる。このような燃料カット運転の開始時Ｐ０（図３参照）には、ステップ１１からステップ１２へ進み、各種センサ１６，２７，２８等により検出される燃圧，水温，吸気温等の機関運転状態を読み込むとともに、ステップ１３において、燃料カット運転の継続時間Ｔの計測を開始する。ステップ１４では、機関運転状態に基づいて燃料噴射を再開する燃料カットリカバー運転を行うか否かを判定する。例えば、減速状態からの車両停止時やアイドルストップからの車両再発進時に燃料カットリカバー運転を開始すべきと判定されて、ステップ１５へ進み、燃料カットリカバー運転を開始する。
【００１３】
そして本実施例では、このような燃料カットリカバー運転の開始時Ｐ１（図３参照）に、ステップ１６〜１８の所定の判定条件が成立すると、ステップ２０又はステップ２１において、燃焼効率を低下させつつ、燃料噴射量を増加するとともに、吸入空気量を増加する燃焼効率低下運転を行う。具体的には、ステップ１６では、燃料カット運転の継続時間Ｔが、機関温度に対応する水温又は吸気温に基づいて設定される所定の第１判定時間ＴＴＷ以下であるかを判定する。この第１判定時間ＴＴＷは、燃料カット運転による排気温度の低下によって排気通路に配設される触媒が非活性温度まで低下する時間に相当する。ステップ１７では、リカバー後の要求燃料噴射量に基づいて、燃圧の上限値Ａを算出する。この上限値Ａは、要求燃料噴射量を安定して実現し得る燃圧の上限値に相当する。ステップ１８では、燃圧センサ１６により検出される燃圧が上記の燃圧上限値Ａ以上であるかを判定する。継続時間Ｔが第１判定時間ＴＴＷ以下であり、かつ、燃圧が上限値Ａ未満である場合に限り、ステップ１９へ進んで通常運転を行い、それ以外の場合には、ステップ２０又は２１へ進み、上記の効率低下運転を行う。
【００１４】
ステップ１９の通常運転では、通常通りの制御、つまりスロットル開度がリカバー後の要求スロットル開度に設定され、燃料噴射時期が１サイクル中に１回で吸気行程に設定され、その燃料噴射量がリカバー後の要求燃料噴射量に設定され、点火時期が圧縮行程中の最適点火時期に設定される。
【００１５】
一方、ステップ２０や２１の効率低下運転では、燃焼効率を低下させるために、図４に示すように、１サイクル中の燃料噴射が複数回に分けて行われる。より具体的には、圧縮行程と膨張行程の二回に分けて燃料噴射が行われる。この場合、燃料噴射量は１サイクル中の各噴射の総和となる。典型的には、前半の燃料噴射量と後半の燃料噴射量との割合が約６：４である。加えて、この効率低下運転では、燃焼効率を低下させるために、図５に示すように、点火時期を遅角化している。より具体的には、点火時期を通常の要求点火時期よりも圧縮上死点側へ遅角させている。そして、燃料噴射量及び吸入空気量を、上記通常通りの制御に比して増加させている（図３参照）。
【００１６】
継続時間Ｔが第１判定時間ＴＴＷを越える場合には、ステップ２２において、リカバー後の経過時間、つまり燃焼効率低下運転の経過時間ＴＲが、上記の第１判定時間ＴＴＷに基づいて設定される所定の第２判定時間ＴＴＲに達するまで、上記の効率低下運転が継続される。この第２判定時間ＴＴＲは、排気通路に設けられた触媒を活性化させるのに十分な時間に対応している。
【００１７】
図３は、機関減速による燃料カット運転を経て燃料カットリカバー運転を行う運転状況での燃料噴射量（燃料流量）や吸入空気量（スロットル開度）等の変化の様子を示すタイムチャートである。図中、実線の特性が上記効率低下運転を実施する本実施例に対応し、破線の特性が上記効率低下運転を行わない比較例に対応している。
【００１８】
燃料カット運転の開始時Ｐ０には、燃料噴射を停止して燃料噴射量を０（ゼロ）とし、かつ、リカバー後の運転状態（典型的にはアイドル運転）での要求吸入空気量に応じて、吸入空気量（スロットル開度）を減少させる。このような燃料カット運転中であっても、上述したリターンレス方式の燃料システムでは高圧燃料配管１３内の燃圧が高く維持される。
【００１９】
そして本実施例では燃料カットリカバー運転の開始時Ｐ１における燃圧が上限値Ａよりも高く、要求される燃料噴射量に抑制することができない場合に、効率低下運転が行われる。つまり、燃焼効率を低下させつつ、燃料噴射量が本来のリカバー後の要求燃料噴射量（比較例参照）よりも増加され、かつ、吸入空気量が本来のリカバー後の要求吸入空気量（比較例参照）よりも増加される。このため、燃焼効率の低下により燃料噴射量の増量分のトルク増加を吸収・相殺することができ、燃料噴射量を増加しているにもかかわらず、これによるトルク変動を十分に低減又は解消することができる。また、吸入空気量を増加させることによって、点火時期の遅角化（燃焼効率の低下）に伴う燃焼安定性の低下を相殺して所期の燃焼安定性を確保することができ、かつ、燃料増加に伴う排気の空燃比のリッチ化を抑制・回避して、この効率低下運転時の排気性能の低下を防止することができる。しかも、複数回の燃料噴射や点火時期の遅角化によって燃焼効率を低下させており、上記従来例のように追加部品を敢えて必要とすることがないので、簡素化・軽量化・小型化及び低コスト化等を図ることができる。そして、このように追加部品を敢えて必要とすることのない簡素な構成で、排気性能を低下させることなく、またトルク変動を招くことなく、燃料カットリカバー後に高圧燃料配管１３内の燃圧を速やかに低下させることができ、ひいては燃料噴射弁を適切なサイズに選択でき、流量のばらつきを抑制して、排気・燃費・出力の向上を図ることができる。
【００２０】
燃料カット運転中には、排気温度が低下するため、この燃料カット運転が長引くと、排気通路に配設される触媒（図示せず）の温度が過度に低下して、燃料カットリカバー後における排気エミッションの低下を招くおそれがある。本実施例では、燃料カット運転の継続時間Ｔが第１判定時間ＴＴＷを越えると、強制的に燃焼効率低下運転が行われて、燃料効率の低下分により排気温度の上昇、ひいては触媒の昇温が促進され、この燃焼効率運転の経過時間ＴＲが所定の第２判定時間ＴＴＲを超えるまで、この燃焼効率低下運転が継続される。従って、燃料カット運転による触媒温度の過度な低下を回避することができるとともに、リカバー後に触媒を速やかに昇温することができ、燃料カット運転に伴う排気エミッションの低下を効果的に低減・回避することができる。
【００２１】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、吸気系の吸気ポートへ燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関に本発明を適用することもできる。また、上記実施例では、燃焼効率を低下させる手法として、複数回の燃料噴射と点火時期の遅角化とを併用しているが、いずれか一方の手法を用いても良く、また、その他の手法を組み合わせて又は単独で用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の燃料システムを簡略的に示す構成図。
【図２】本実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図３】燃料カット運転を経て燃料カットリカバー運転を行う運転状況での燃料噴射量や吸入空気量等の変化の様子を示すタイムチャート。
【図４】燃焼効率を低下させるために燃料噴射を複数回に分割する手法を説明するための説明図。
【図５】燃焼効率を低下させるために点火時期を遅角化する手法を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１１…燃料噴射弁
１２…高圧燃料ポンプ
１３…高圧燃料配管
１５…逆止弁
２５…制御部
【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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