(57)【要約】【課題】  機関の始動性を良好にすると共に、アイドルラフネスを生じさせることのない内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ１２とを備える内燃機関において、始動時の第１回目または数回目までの燃料噴射を、圧縮行程にある気筒へ筒内噴射用インジェクタ１１により行わせ、それ以降のスタータスイッチ４９がオンである始動中の燃料噴射を吸気通路噴射用インジェクタ１２で行わせるようにした。  【選択図】  図１
2005113693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備える内燃機関において、
始動時の第１回目または数回目までの燃料噴射を、圧縮行程にある気筒へ前記筒内噴射用インジェクタにより行わせ、それ以降の始動中の燃料噴射を前記吸気通路噴射用インジェクタで行わせるようにしたことを特徴とする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】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、より詳しくは、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを備える、いわゆるデュアル噴射型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、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタとを備え、機関の運転状態に応じてこれらのインジェクタを切替え使用することにより、低負荷運転領域での成層燃焼と高負荷運転領域での均質燃焼を実現させ、燃費特性や出力特性の改善を図った、いわゆるデュアル噴射型内燃機関が知られている。
【０００３】
ころで、このようなデュアル噴射型内燃機関において、その始動性を良好とするために、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。
【０００４】
このものは、始動時において、高圧燃料ポンプから供給される燃料噴射圧が所定圧より高いときには筒内噴射用インジェクタによる圧縮行程噴射を行い、所定圧より低いときには筒内噴射用インジェクタによる吸気行程噴射を行うか、または必要に応じ吸気通路噴射用インジェクタによる吸気行程噴射を行うように燃料噴射形態を切替え制御するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７６５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかる特許文献１に記載の技術では、始動時において、燃料噴射圧に応じて燃料噴射形態を切替え制御するようにしているが、筒内噴射用インジェクタによる筒内直接噴射を続けると、この直噴の燃料噴射量は多いので燃料噴射圧が低下し、かえって失火等のおそれがあった。特に、機関温度が低いときには、燃料ポンプの圧送量よりも噴射量が多くなり、所定の設定圧になるまで多くの時間を要するので、始動したとしてもアイドルラフネスが生ずる等の問題があった。一方、始動時に吸気通路噴射用インジェクタが用いられた場合には、噴射から点火までの時間を必要とし、直噴特有の燃料追従性が失われ始動性が悪化するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、機関の始動性を良好にすると共に、アイドルラフネスを生じさせることのない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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備える内燃機関において、始動時の第１回目または数回目までの燃料噴射を、圧縮行程にある気筒へ前記筒内噴射用インジェクタにより行わせ、それ以降の始動中の燃料噴射を前記吸気通路噴射用インジェクタで行わせるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によると、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備える内燃機関において、始動時の第１回目または数回目までの燃料噴射は、圧縮行程にある気筒へ前記筒内噴射用インジェクタにより行われるので、速やかに始動が行われる。また、それ以降の始動中は、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射が行われず、前記吸気通路噴射用インジェクタにより行われるので、筒内噴射用インジェクタの燃料噴射圧が速やかに上昇され、始動後のアイドルラフネスを生じさせることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
まず、本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図が示されている図１を参照するに、機関１は４つの気筒１ａを備えている。各気筒１ａはそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続されている。サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアフローメータ４ａに接続され、エアフローメータ４ａはエアクリーナ５に接続されている。吸気ダクト４内にはステップモータ６によって駆動されるスロットル弁７が配置されている。このスロットル弁７は機関負荷が極く低いときのみ或る程度閉弁しており、機関負荷が少し高くなると全開状態に保持される。一方、各気筒１ａは共通の排気マニホルド８に連結され、この排気マニホルド８は三元触媒コンバータ９に連結されている。
【００１１】
各気筒１ａには、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１と吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２とがそれぞれ取り付けられている。これらインジェクタ１１、１２は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各筒内噴射用インジェクタ１１は共通の燃料分配管１３に接続されており、この燃料分配管１３は燃料分配管１３に向けて流通可能な逆止弁１４を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５に接続されている。
【００１２】
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５の吐出側はスピル電磁弁１５ａを介して高圧燃料ポンプ１５の吸入側に連結されており、このスピル電磁弁１５ａの開度が小さいとき程、高圧燃料ポンプ１５から燃料分配管１３内に供給される燃料量が増大され、スピル電磁弁１５ａが全開にされると、高圧燃料ポンプ１５から燃料分配管１３への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、スピル電磁弁１５ａは電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。
【００１３】
一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２は共通の燃料分配管１６に接続されており、燃料分配管１６および高圧燃料ポンプ１５は共通の燃料圧レギュレータ１７を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８は燃料フィルタ１９を介して燃料タンク２０に接続されている。燃料圧レギュレータ１７は低圧燃料ポンプ１８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１８から吐出された燃料の一部を燃料タンク２０に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。さらに、図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５と燃料圧レギュレータ１７との間には流通弁２１が設けられている。この流通弁２１は通常開弁されており、この流通弁２１が閉弁されると低圧燃料ポンプ１８から高圧燃料ポンプ１５への燃料供給が停止される。なお、この流通弁２１の開閉は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。
【００１４】
また、電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備している。エアフローメータ４ａは吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４ａの出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。機関１には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８が取付けられ、この水温センサ３８の出力電圧はＡＤ変換器３９を介して入力ポート３５に入力される。燃料分配管１３には燃料分配管１３内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４０が取付けられ、この燃料圧センサ４０の出力電圧はＡＤ変換器４１を介して入力ポート３５に入力される。触媒９上流の排気マニホルド８には排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する酸素濃度センサ４２が取付けられ、この酸素濃度センサ４２の出力電圧はＡＤ変換器４３を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル１０はアクセルペダル１０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４４に接続され、負荷センサ４４の出力電圧はＡＤ変換器４５を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４６が接続されている。さらに、入力ポート３５にはクランクの所定角度の検出により制御対象の気筒を判別する気筒判別センサ４８及びスタータのオン・オフ信号を検出するスタータスイッチ４９が接続されている。電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２には、上述の負荷センサ４４および回転数センサ４６により得られる機関負荷および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値等が予めマップ化されて記憶されている。
【００１５】
さらに、図２には気筒１ａの側断面図が示されている。図２を参照するに、６１はシリンダブロック、６２は頂面上に凹部６２ａが形成されたピストン、６３はシリンダブロック６１上に固締されたシリンダヘッド、６４はピストン６２とシリンダヘッド６３間に形成された燃焼室、６５は吸気バルブ、６６は排気バルブ、６７は吸気ポート、６８は排気ポート、６９は点火プラグをそれぞれ示している。吸気ポート６７は燃焼室６４内に流入した空気がシリンダ軸線周りの旋回流を発生するように形成されている。凹部６２ａは筒内噴射用インジェクタ１１側に位置するピストン６２の周縁部からピストン６２中央部に向かって延び、また点火プラグ６９の下方において上方に延びるように形成されている。
【００１６】
また、吸気バルブ６５および排気バルブ６６は、それぞれ、吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１に連係されている。吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１は、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して、それぞれ、吸気バルブ６５と排気バルブ６６とを進退駆動する電磁駆動機構から構成され、電子制御ユニット３０の信号に基づき、開閉のタイミングおよびリフト量が任意に制御可能に構成されている。従って、例えば電子制御ユニット３０からの信号に基づいて吸気バルブ駆動機構７０および／または排気バルブ駆動機構７１が作動されると、吸気バルブ６５および／または吸気バルブ６５の開閉時期、延いては開期間が長く或いは短く可変制御されることになる。
【００１７】
ここで、電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対応する駆動回路４７を介して、ステップモータ６、各筒内噴射用インジェクタ１１、各吸気通路噴射用インジェクタ１２、スピル電磁弁１５ａ、流通弁２１、吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１に接続されている。
【００１８】
次に、上記構成を有する本発明の実施形態の始動時の制御について、以下、図３に示すフローチャートを参照して説明する。まず、不図示のアクセサリスイッチのオンにより制御が開始されると、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８が駆動開始され、流通弁２１が開、スピル電磁弁１５ａが閉に維持される。そこで、燃料噴射モード判定ルーチンにおけるステップＳ３１の判断で、スタータスイッチ４９がオンとされたときには、ステップＳ３２に進み、ルーチン進入後一回目の判断か否かが判断される。ここで、一回目であるときには、ステップＳ３３に進み、後で詳述する筒内噴射用インジェクタ１１による筒内直噴（以下、Ｄ４噴射と称す）が実行される。さらに、上述のステップＳ３２における判断で、一回目でないときと、上述のステップＳ３３の後は、ステップＳ３４に進み、後述する吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内噴射（以下、ＰＦi噴射と称す）が実行される。
【００１９】
一方、上述のステップＳ３１の判断において、スタータスイッチ４９がオンでないとき、すなわち、スタータスイッチ４９が一旦オンされた後にオフされているときには、ステップＳ３５に進み、燃料圧センサ４０により検出される燃料分配管１３内の実際の燃料圧が目標燃料圧に達しているか否かが判断される。このステップＳ３５の判断で、実燃圧が目標燃圧に達していないときには、ステップＳ３６に進み、強制的に吸気通路噴射用インジェクタ１２によるＰＦi噴射が実行される。また、実燃圧が目標燃圧に達しているときには、ステップＳ３７に進み、後述するように前述の機関負荷と機関回転数とによる機関の運転状態からＰＦi噴射域か否かが判断される。そして、この判断によりＰＦi噴射域でない場合には、ステップＳ３８に進み、筒内噴射用インジェクタ１１により筒内の燃焼室６４に向けてのＤ４噴射が実行され、成層燃焼運転が行われる。一方、ＰＦi噴射域である場合には、上述のステップＳ３６に進み、吸気通路噴射用インジェクタ１２でのＰＦi噴射が実行され均質燃焼運転が行われる。
【００２０】
ここで、上述のステップＳ３３におけるＤ４噴射の実行ルーチンについて、さらに説明する。図４に、＃１気筒から＃４気筒におけるＤ４噴射可能域をクランク角度との関係で示す。図４において、直線状矢印は吸気バルブ６５が開いている期間を、黒塗り部分はＤ４噴射可能域ないしは期間を、また、蛇状矢印は点火時期を示している。今、クランク角度０を基準に考えると、クランク角度０から１８０Ａ°において、＃１気筒では燃焼行程、＃２気筒では排気行程、＃３気筒では圧縮行程、＃４気筒では吸入行程にあることが分かる（なお、図４において、Ａは後、Ｂは前を意味している）。
【００２１】
そこで、ステップＳ３３におけるＤ４噴射の実行ルーチンでは、スタータスイッチ４９がオンされた後のルーチン進入後一回目でのＤ４噴射であるので、クランク角度を検出して気筒判別センサ４８によりＤ４噴射可能な気筒を判別する。すなわち、例えば、クランク角度が１８０Ａ°の位置にあれば、＃４気筒が圧縮行程にあるので、＃４気筒にＤ４噴射を行うことになる。そして、このＤ４噴射における燃料噴射量は、図５に示すマップに基づいて決定される。すなわち、水温センサ３８による機関水温の検出に対応させて、機関水温が高くなるにつれ量が減らされる関係で燃料噴射量が決定される。これは、機関水温が高くなる程、燃料の気化が促進されるのでより少量の燃料で点火燃焼が可能であるからである。そして、この決定された燃料噴射量が上記一発目または第１回目の燃料噴射として、上述の例では、＃４気筒にのみＤ４噴射される。
【００２２】
また、ステップＳ３４におけるＰＦi噴射実行ルーチンでは、ＰＦi噴射における燃料噴射量が、図６に示すマップに基づいて決定される。すなわち、水温センサ３８による機関水温の検出と回転数センサ４６による機関回転数（クランキング回転数）の検出とに対応させて、機関水温が高くなるにつれ、且つ、回転数が大きくなるにつれ量が減らされる関係で燃料噴射量が決定される。そして、この決定された燃料噴射量が一発目の以降の始動中の燃料噴射として、上述の例では、＃２、＃１、＃３、＃４気筒の順にＰＦi噴射されるのである。
【００２３】
上述した始動時における本発明の制御について、図７に示すタイムチャートを参照してさらに説明する。まず、前述のように、アクセサリスイッチのオンにより電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８が駆動開始され、燃料分配管１３および１６に燃圧Ｐ１が発生する。しかして、時点ｔ１において、スタータスイッチ４９がオンとされスタータによるクランキングが行われるのと同時にスタータ信号が入力されると、前述の筒内噴射用インジェクタ１１による筒内直噴であるＤ４噴射が最初の一気筒（例えば、＃４気筒）についてのみ圧縮行程で行われ、他の気筒（＃２、＃１、＃３気筒および２サイクル目の＃４気筒等）については吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内噴射であるＰＦi噴射が吸気行程で行われる。この一発目のＤ４噴射は、燃圧Ｐ１の下に行われるが、筒内への直接噴射であるので速やかに始動が行われる。また、スタータ信号がオンであるそれ以降の始動中は、筒内噴射用インジェクタ１１による燃料噴射が行われず、吸気通路噴射用インジェクタ１２により行われるので、クランキングによる高圧燃料ポンプ１５の駆動により、燃料分配管１３の燃圧が目標燃圧Ｐ２にまで速やかに上昇される。この様子が、図７において実線で示されている。
【００２４】
一方、従来技術のように、始動中に全量を筒内直噴する場合には、破線で示すように、燃圧が目標燃圧Ｐ２にまで上昇するのに時間がかかり、仮に、始動に成功したとしても、始動後のアイドリングにおいて目標燃圧Ｐ２にまで至らない期間が存在する。その結果、Ｄ４噴射を続けて行うと所定の燃料量が得られず、アイドルラフネスを生じさていたのである。ところで、本発明においては、燃料分配管１３の燃圧が目標燃圧Ｐ２にまで速やかに上昇されるので、スタータ信号がオフとなる時点ｔ２より後、すなわち、始動後のアイドリングにおけるアイドルラフネスを生じさせることがない。
【００２５】
また、上述のステップＳ３７におけるＰＦi噴射域か否かの判断においては、図８に示す制御領域マップに基づいて、負荷センサ４４による機関負荷と回転数センサ４６による機関回転数とをパラメータとする機関の運転状態からＤ４噴射域かＰＦi噴射域かが判断される。一般に、始動後のアイドリングでは、図８の制御領域マップから明らかなように、Ｄ４噴射が行われる。
【００２６】
なお、上述した本発明の実施形態では、始動時の第１回目の燃料噴射を、圧縮行程にある一つの気筒へ筒内噴射用インジェクタ１１により行わせる例につき説明したが、これは目標燃圧Ｐ２への速やかな上昇が阻害されない限り、第２回目および／または第３回目等の数回目や１サイクルの燃料噴射を、圧縮行程にある気筒へ筒内噴射用インジェクタ１１により行わせるようにしてもよい。さらに、上述の本発明による制御は、４気筒機関のみに限られず、より気筒の多い多気筒機関で行うことも可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図を示す模式図である。
【図２】図１に示す機関の側断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における燃料噴射モード判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態において、＃１気筒から＃４気筒における筒内直接噴射可能域をクランク角度との関係で示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態において、筒内直接噴射量と水温の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態において、吸気通路内噴射量と水温および機関回転数との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態において、始動時における制御の様子を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の一実施形態における制御領域マップを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１１    筒内噴射用インジェクタ
１２    吸気通路噴射用インジェクタ
３０    電子制御ユニット
４０    燃料圧センサ
４４    負荷センサ
４６    回転数センサ
４８    気筒判別センサ
４９    スタータスイッチ
【図１】
2005113693.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005113693.tif 000007
【図６】
2005113693.tif 000008
【図７】
2005113693.tif 000009
【図８】
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