(57)【要約】【課題】分割噴射の各噴射についてその機能を確実に確保して効果的な分割噴射を実行することのできる直噴内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御部３０は、機関運転状態に基づいて設定される燃料噴射量を所定の噴射量比率に基づいて吸気行程及び圧縮行程に分割する。そして、制御部３０はそれら吸気行程噴射量及び圧縮行程噴射量のうち、圧縮行程噴射量について下限値を設定し、同圧縮行程噴射量がその下限値を下回るときに同圧縮行程噴射量と同下限値とを等しく設定するとともにそれらの差分（同圧縮行程噴射量と同下限値との差分）を吸気行程噴射量から減量する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状態に基づいて設定される燃料噴射量を所定の噴射量比率に基づいて吸気行程及び圧縮行程に分割する燃料噴射制御手段を備える直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射制御手段は前記噴射量比率に基づいて可変設定される前記吸気行程の燃料噴射量及び前記圧縮行程の燃料噴射量の少なくとも一方について下限値を設定し、その一方の燃料噴射量が前記下限値を下回るときにこれらを等しく設定するとともにそれらの差分を他方の燃料噴射量から減量する
ことを特徴とする直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射制御手段は機関始動に際しての燃料噴射量増量がなされるときに前記噴射量比率に基づく燃料噴射量の分割を行う
直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射制御手段は前記圧縮行程の燃料噴射量が前記吸気行程の燃料噴射量よりも少なくなるように前記噴射量比率を設定する
直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射制御手段は前記可変設定される圧縮行程の燃料噴射量について下限値を設定し、同圧縮行程の燃料噴射量が前記下限値を下回るときにこれらを等しく設定するとともにそれらの差分を前記可変設定される吸気行程の燃料噴射量から減量する
直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射制御手段は機関回転速度を監視し、同監視される機関回転速度が所定値以上に上昇したことを条件に前記噴射量比率による分割噴射を停止して吸気行程のみの燃料噴射を許可する
直噴内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項４記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射制御手段は燃料噴射量が所定量未満であることを条件に前記噴射量比率による分割噴射を停止して吸気行程のみの燃料噴射を許可する
直噴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】
機関運転状態に基づいて設定される燃料噴射量を所定の噴射量比率に基づいて吸気行程及び圧縮行程に分割する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の始動に際しては通常運転時と比較して燃料噴射量を増量することによりその始動性を向上させるようにしている。そしてこの場合、例えば特許文献１や特許文献２等にみられるように、始動時或いは始動後所定期間に必要とされる燃料を一度に噴射するのではなく、これを例えば吸気行程と圧縮行程とに分けて噴射する、いわゆる分割噴射が従来より行われている。このように燃料を分割して噴射することにより、例えば吸気行程に燃料を噴射することにより混合気の均質性を圧縮行程に先立ち高めておくことができ、またこれに続く圧縮行程の燃料噴射により点火プラグ近傍に燃料濃度の高い混合気層、いわば火種を形成することができる。その結果、混合気の着火性を高めつつ、その後の安定した混合気の燃焼、ひいては機関始動性の向上を図ることができるようになる。
【特許文献１】特開２００３−３２８８１６号公報
【特許文献２】特開平１１−３６９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
但し、こうした分割噴射は吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射がその意図する機能を発揮してはじめて意味を持つものとなる。例えば、機関始動に際して増量された燃料噴射量を徐々に減量していく場合、その減量に伴って圧縮行程に噴射される燃料の量が過度に少なくなると、もはや火種としての機能を失ってしまい、着火性の低下、ひいては機関始動性の悪化を招くこととなる。また、吸気行程に噴射される燃料の量についても同様に、これが過度に少なくなると、混合気の均質性が低下し、混合気の着火性は確保されるものの、その後の安定した燃焼は望めなくなる。また、こうした不都合は機関始動時に顕著にみられるが、通常運転時に実行される分割噴射についても概ね共通したものといえる。
【０００４】
因みに、こうした分割噴射の代表例として、メイン噴射に先立ちパイロット噴射を行うものがあり、これは特にディーゼル機関の燃焼騒音を低減するための噴射方式として多用されている。そしてこの場合、パイロット噴射での燃料噴射量指令値が燃料噴射弁の最小燃料噴射量を下回る場合には、通常、パイロット噴射を停止するか或いはパイロット噴射量をその最小燃料噴射量以下にならないよう制限している。但し、これは燃料噴射弁の機械的応答性により定まる最小燃料噴射量以下の燃料噴射量を噴射することができないために燃料噴射量を制限するものであり、本発明が課題とするような分割噴射における各噴射の機能に着目したものとは本質的に異なる。
【０００５】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は分割噴射の各噴射についてその機能を確実に確保して効果的な分割噴射を実行することのできる直噴内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を達成するための手段並びにその作用効果について説明する。
請求項１記載の発明は、機関運転状態に基づいて設定される燃料噴射量を所定の噴射量比率に基づいて吸気行程及び圧縮行程に分割する燃料噴射制御手段を備える直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御手段は前記噴射量比率に基づいて可変設定される前記吸気行程の燃料噴射量及び前記圧縮行程の燃料噴射量の少なくとも一方について下限値を設定し、その一方の燃料噴射量が前記下限値を下回るときに前記一方の燃料噴射量と前記下限値とを等しく設定するとともにそれらの差分（前記一方の燃料噴射量と前記下限値との差分）を前記可変設定される他方の燃料噴射量から減量するものであるとしている。
【０００７】
同構成によれば燃料を所定の噴射量比率に基づいて吸気行程及び圧縮行程に分割して噴射する際に、各燃料噴射量がそれらに対応して設定された下限値を下回ることのないように制限される。従って、その制限される行程での燃料噴射は少なくとも下限値以上の噴射量をもって行われるようになり、各行程での噴射についてその機能を確実に確保して効果的な分割噴射を実行することができるようになる。
【０００８】
特に、こうした分割噴射に際しての燃料噴射量について下限値を設定することは、請求項２記載の発明によるように、機関始動に際しての燃料噴射量増量がなされるとき、すなわち機関燃焼状態が不安定な傾向にあるときにその極めて有効である。
【０００９】
更に、こうした機関始動に際して分割噴射を行う場合には、請求項３記載の発明によるように、請求項２記載の発明において、圧縮行程の燃料噴射量が吸気行程の燃料噴射量よりも少なくなるように噴射量比率を設定することにより、吸気行程噴射により混合気の均質性を圧縮行程に先立ち高め、またこれに続く圧縮行程噴射により点火プラグ近傍に燃料濃度の高い混合気層、いわば火種を形成することができるようになるため、機関始動性を向上させるとともに、機関燃焼状態を安定化させる上で望ましい。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御手段は前記可変設定される圧縮行程の燃料噴射量について下限値を設定し、同圧縮行程の燃料噴射量が前記下限値を下回るときにこれらを等しく設定するとともにそれらの差分を前記可変設定される吸気行程の燃料噴射量から減量するものであるとしている。
【００１１】
同構成によれば、機関始動に際して火種として機能する圧縮行程での燃料噴射量が確保されるようになるため、機関始動性を一層高めることができるようになる。
ところで、こうした圧縮行程噴射を行う場合にあって、同噴射により噴射される燃料を火種として十分に機能させるためには、点火プラグによる点火時期についても併せて考慮する必要があり、具体的には、圧縮行程で噴射された燃料が点火プラグの近傍に偏在している期間に点火時期を設定する必要がある。このため分割噴射の実行中は点火時期については自ずと制限を受けることとなる。一般に、点火時期はこれを進角させることで機関出力の向上を図ることができるが、こうした制限下では点火時期の進角を行うことが困難になり、機関出力についても制限されるようになる。
【００１２】
そこで、請求項５記載の発明は、請求項４記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御手段は機関回転速度を監視し、同監視される機関回転速度が所定値以上に上昇したことを条件に前記噴射量比率による分割噴射を停止して吸気行程のみの燃料噴射を許可するものであるとしている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の直噴内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御手段は燃料噴射量が所定量未満であることを条件に前記噴射量比率による分割噴射を停止して吸気行程のみの燃料噴射を許可するものであるとしている。
【００１４】
機関始動に際して機関回転速度が所定回転数以上にまで上昇した場合には、内燃機関が自立運転可能な状態となっており（請求項５）、また、燃焼噴射量が所定量未満にまで低下した場合には、燃料噴射量の増量が終了しつつあり、燃焼状態が既に安定状態に移行している（請求項６）。このため、これら請求項５又は請求項６記載の各構成では、こうした場合に分割噴射を停止して吸気行程のみの燃料噴射を許可するようにしている。このように、吸気行程のみの燃料噴射が許可されて圧縮行程噴射が停止されると、上述したような点火時期の制限がなくなるため、これを進角させることによりそれに基づく機関出力の向上を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をＶ型の気筒配列を有した６気筒内燃機関の燃料噴射制御装置に適用した例について図面を参照して説明する。
図１はこの例にかかる燃料噴射制御装置を示している。内燃機関の各気筒１０（図１ではその一つのみを示す）内には機関ピストン１３が設けられており、同機関ピストン１３の上方に燃焼室１１が区画形成されている。各気筒１０にはそれぞれ燃料噴射弁１４が設けられており、同燃料噴射弁１４の先端部に形成された噴孔（図示略）から燃焼室１１内に燃料が直接噴射供給される。燃焼室１１には吸気通路１８及び排気通路１９が接続されている。また、各気筒１０には、吸気通路１８を通じて燃焼室１１に導入される吸入空気と混合された燃料、すなわち混合気に着火する点火プラグ１６が設けられている。
【００１６】
内燃機関は、燃料噴射制御や点火時期制御等、機関にかかる制御を統括して実行する制御部３０を備えている。この制御部３０には、機関冷却水温を検出する水温センサ２０、機関回転速度及びクランク角を検出する回転速度センサ２１、並びに吸入空気量を検出する吸入空気量センサ２２等々、各種センサがそれぞれ接続されている。制御部３０はそれらセンサの検出信号を取り込み、それら検出信号に基づいて適宜演算処理を行うことにより、燃料噴射制御等、各種の機関制御を実行する。
【００１７】
以下、こうした制御部３０により実行される各種制御のうち、機関始動時の燃料噴射制御について説明する。本例では機関始動に際して燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射する分割噴射を行うようにしている。また、吸気行程の燃料噴射量（吸気行程噴射量ＦＩ）及び圧縮行程の燃料噴射量（圧縮行程噴射量ＦＣ）は、
ＦＩ：ＦＣ＝Ｔ・（１−α）：Ｔ・α  …（１）
０＜α＜１（例えば０．２）
なる式が満たされるように、所定の噴射量比率αに基づいて可変設定される。
【００１８】
ところで、機関始動時には、その始動性を向上させ、燃焼状態を安定させるために通常運転時と比較して燃料噴射量の増量がなされる。また、機関燃焼状態は各気筒１０において混合気の燃焼が行われるのに伴って徐々に安定するようになる。このため、図２に示されるように、通常、機関始動開始時（タイミングｔ１）からの時間の経過に伴って燃料噴射量Ｔは徐々に減少するようになる。このように燃料噴射量Ｔが減少する場合にも、吸気行程噴射量ＦＩ及び圧縮行程噴射量ＦＣは上述した式（１）に基づいて算出される。
【００１９】
但しここで、圧縮行程噴射量ＦＣについてはその下限値ＦＣＭＩＮを設定しており、上式（１）に基づいて設定される圧縮行程噴射量ＦＣがこの下限値ＦＣＭＩＮを下回る場合には、同圧縮行程噴射量ＦＣをこの下限値ＦＣＭＩＮと等しく設定するようにしている。これに加えて、それらの差分、即ち（ＦＣＭＩＮ−ＦＣ）を吸気行程噴射量ＦＩから減量するようにしている。この下限値ＦＣＭＩＮは、圧縮行程で噴射される燃料がそれに引き続き実行される混合気の燃焼の火種として機能するのに十分な量に設定されている。換言すれば、この下限値ＦＣＭＩＮ未満の燃料噴射量をもって圧縮行程噴射を実行したとしても、その実効性は極めて低く、本来の分割噴射の意図とする機能が発揮できないことになる。
【００２０】
以下、こうした始動時の燃料噴射制御の詳細について説明する。図３はこの燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、本装置にかかる燃料噴射制御手段の一部を構成する制御部３０により実行される。
【００２１】
この一連の処理では、まず機関回転速度及び吸入空気量等に基づいて基本燃料噴射量が算出され、更に機関冷却水温、機関始動開始時からの経過時間等に基づいて始動増量値が算出される。そして、これらを加算して燃料噴射量Ｔが算出される（ステップＳ１００）。因みに、始動増量値は水温が高いほど、また機関始動開始時からの経過時間が長いほど少なく設定される。従って、基本燃料噴射量が一定とすれば、ここで算出される燃料噴射量Ｔは機関始動開始時から徐々に減少するようになる。
【００２２】
次に、以下の演算式に基づいて圧縮行程噴射量ＦＣが算出される（ステップＳ１１０）。
ＦＣ←Ｔ・α  …（２）
このように圧縮行程噴射量ＦＣが算出されると、次に機関回転速度ＮＥがその判定値ＮＥＭＩＮ未満であり（条件１）、且つ、燃料噴射量Ｔがその判定値ＴＭＩＮを上回っているか（条件２）が判断される（ステップＳ１２０）。ここで、機関回転速度ＮＥにかかる判定値ＮＥＭＩＮは、内燃機関が自立運転可能な状態に移行したか否かを判定し得る値（例えば１２００ｒｐｍ）に設定されている。また、燃料噴射量Ｔにかかる判定値ＴＭＩＮは、機関始動開始時から所定時間が経過して機関燃焼が安定した状態にあることを判定し得る値に設定されている。
【００２３】
ここで、上記各条件１，２のいずれか一方が成立していない場合には（ステップＳ１２０：ＮＯ）、始動時燃料噴射制御から通常運転時燃料噴射制御（ステップＳ２００）に処理が移される。このように、通常運転時燃料噴射制御に処理が移行すると、必要に応じて分割噴射が停止され、吸気行程噴射のみが実行されるようになる。従って、この場合には、上述したような圧縮行程噴射を実行することによる点火時期の制約が無くなり、点火時期を必要に応じて進角させることにより機関出力の向上を図ることができるようになる。
【００２４】
一方、上記各条件１，２の双方が成立している場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、通常運転時燃料噴射制御に移行することなく始動時燃料噴射制御がそのまま継続される。即ちこの場合には、まず、圧縮行程噴射量ＦＣがその下限値ＦＣＭＩＮを下回っているか否かが判断される（ステップＳ１３０）。ここで、圧縮行程噴射量ＦＣが下限値ＦＣＭＩＮを下回っている場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、圧縮行程噴射量ＦＣを制限すべく、これが下限値ＦＣＭＩＮと等しく設定される（ステップＳ１４０）。一方、圧縮行程噴射量ＦＣが下限値ＦＣＭＩＮ以上である場合には（ステップＳ１３０：ＮＯ）、こうした圧縮行程噴射量ＦＣにかかる制限は行われず、先のステップＳ１１０において算出された圧縮行程噴射量ＦＣの値がそのまま採用される。
【００２５】
このように圧縮行程噴射量ＦＣの下限値制限処理（ステップＳ１３０、ステップＳ１４０）を実行した後、以下の演算式に基づいて吸気行程噴射量ＦＩが算出される（ステップＳ１５０）。
【００２６】
ＦＩ←Ｔ−ＦＣ  …（３）
そして、制御部３０は上記各処理を通じて算出された吸気行程噴射量ＦＩ及び圧縮行程噴射量ＦＣに基づいて燃料噴射弁１４に駆動することにより分割噴射を実行する。
【００２７】
本例にかかる装置では上述した燃料噴射制御を通じて以下に記載する作用効果を奏することができる。
・機関始動に際して所定の噴射量比率に基づいて分割噴射を実行するようにし、その噴射量比率に基づいて可変設定される圧縮行程噴射の噴射量がその下限値を下回る場合には、同噴射量と同下限値とを等しく設定するとともにそれらの差分（同噴射量と同下限値との差分）を吸気行程噴射量から減量するようにしている。このため、圧縮行程噴射についてその機能を確実に確保して効果的な分割噴射を実行することができ、機関始動性の向上並びに燃焼状態の安定化を図ることができるようになる。
【００２８】
・また、機関回転速度ＮＥがその判定値ＮＥＭＩＮ以上となった場合、或いは燃料噴射量がその判定値ＴＭＩＮ以下となっている場合には、自立運転が可能となっており、また燃焼状態も安定しているとみなして、始動時燃料噴射制御を通常運転時燃料噴射に切り換えるようにしている。従って、必要に応じて分割噴射を停止させて吸気行程噴射のみを実行することができるようになる。その結果、圧縮行程噴射を実行することによる点火時期の制約を解除し、必要に応じて点火時期を進角させることができ、同進角処理を通じて機関出力の向上を図ることができるようになる。
【００２９】
尚、本例は以下のようにその制御構造の一部を変更して実施することも可能である。
・本例では圧縮行程噴射量についてのみ下限値を設定するようにしたが、吸気行程噴射量、或いは圧縮行程噴射量及び吸気行程噴射量の双方に下限値を設定するようにしてもよい。
【００３０】
・本例では噴射量比率αを一定にした場合を例示したが、例えばこれを機関運転状態に基づいて可変設定するようにしてよい。また、圧縮行程噴射量ＦＣの下限値ＦＣＭＩＮについても同様にこれを機関運転状態に基づいて可変設定するようにしてもよい。
【００３１】
・本例では、機関回転速度ＮＥがその判定値ＮＥＭＩＮ以上であるか、或いは燃料噴射量Ｔがその判定値ＴＭＩＮ以下であるときに通常運転時燃料噴射制御に切り換えるようにしたが、これら条件の双方が成立したときに通常運転時燃料噴射制御に切り換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】内燃機関の燃料噴射制御装置の構成図。
【図２】燃料噴射量の推移を示すタイムチャート。
【図３】燃料噴射制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１０…気筒、１１…燃焼室、１３…機関ピストン、１４…燃料噴射弁、１６…点火プラグ、１８…吸気通路、１９…排気通路、２０…水温センサ、２１…回転速度センサ、２２…吸入空気量センサ、３０…制御部、α…噴射量比率、ＦＣＭＩＮ…下限値、ＮＥ…機関回転速度、Ｔ…燃料噴射量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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