(57)【要約】【課題】燃料噴射弁から噴射される燃料がピストンに付着することによって生じる燃料の燃焼悪化を防止することができる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁２００と、燃料噴射弁２００から気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段（エンジン制御手段８内に包含）と、燃焼状態検出手段によって検出される燃料の燃焼状態に基づいて気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化したと判定されると、燃料噴射弁２００から気筒内に噴射される燃料が気筒内のピストン１００に付着しないように燃料の噴射圧力を補正する燃料噴射圧力補正手段（エンジン制御手段８内に包含）を備え。【選択図】図１
2007321616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃焼状態検出手段によって検出される燃料の燃焼状態に基づいて前記気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化したと判定されると、前記燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料が前記気筒内のピストンに付着しないように燃料の噴射圧力を補正する燃料噴射圧力補正手段を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射圧力補正手段は、前記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を低下させる側に補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃焼状態検出手段は、クランク角センサの信号に基づいて検出されるクランク軸の回転速度変化量によって燃料の燃焼悪化状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出するステップと、
検出された燃料の燃焼状態に基づいて前記気筒内に噴射される燃料の燃焼状態の悪化を判定するステップと、
燃料の燃焼状態が悪化していると判定されると、前記燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料が前記気筒内のピストンに付着しないように燃料の圧力を補正するステップとを有したことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などに搭載される筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置およびに燃料噴射制御方法係わり、更に詳しくは、燃料の燃焼悪化に応じて燃料噴射圧力を適切に変化させる燃料噴射制御装置およびに燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の筒内噴射型火花点火式内燃機関としては、低回転域において十分な燃料の充填効率を得ながら、高回転域においても良好な混合気を得ると共に、特に、前期噴射モードと後期噴射モードとに切り換るものでは、燃費が悪化しないように適正な噴射時期を設定することができるようにした筒内噴射型火花点火式内燃機関が知られている。
例えば、特開平９−７９０８１号公報（特許文献１）には、ピストンが吸入工程前期にあるときに、その噴射軸線が当該ピストンの頂面に向くように配設された燃料噴射弁と、当該燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段を有し、少なくとも、主として吸気行程で燃料噴射が行われる前期燃料噴射モードに基づいて、燃焼室内に燃料が直接噴射される筒内噴射型火花点火式内燃機関において、燃料噴射時期制御手段は、当該前期噴射モードでは、燃料噴射弁から噴射される燃料が当該ピストンの頂面に付着しないように燃料噴射時間を設定することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関が開示されている。
【０００３】
特開平９−７９０８１号公報に示されたような従来の筒内噴射型火花点火式内燃機関では、ピストンへの燃料付着を防止するために燃料噴射時期が設定されている。
しかし、燃料噴射時期の設定は、燃料噴射装置の製造時の設計値を基準としている。
そのため、燃料噴射時期の設定範囲や燃料噴霧形状は、燃料噴射装置の製造誤差を含む範囲までとなる。
従って、燃料噴射弁の性能悪化に伴い、燃料噴霧形状に前述の製造誤差を超えるような極端な偏りが発生した場合には、噴射した燃料がピストン頂面に付着する量が増えることが想定される。
ピストン頂面への付着燃料の増量は、燃料リーン（噴射される燃料中の酸素濃度が過剰な状態）のような燃焼悪化を引き起こし、内燃機関の回転変動もしくは失火へと至ることとなる。
【特許文献１】特開平９−７９０８１号公報（図６、段落０００８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、燃料噴射弁の性能悪化に伴って燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状が変化し、噴射された燃料がピストンに付着することに起因する燃料の燃焼悪化を防止することができる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を提供することを目的とる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、前記燃焼状態検出手段によって検出される燃料の燃焼状態に基づいて前記気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化したと判定されると、前記燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料が前記気筒内のピストンに付着しないように燃料の噴射圧力を補正する燃料噴射圧力補正手段を備えたものである。
【０００６】
また、この発明に係わる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御方法は、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出するステップと、検出された燃料の燃焼状態に基づいて前記気筒内に噴射される燃料の燃焼状態の悪化を判定するステップと、燃料の燃焼状態が悪化していると判定されると、前記燃料噴射弁から前記気筒内に噴射される燃料が前記気筒内のピストンに付着しないように燃料の圧力を補正するステップとを有したものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、燃料の燃焼状態に基づいて気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化したと判定されると、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料が気筒内のピストンに付着しないように燃料の噴射圧力を補正するので、燃料噴射弁の性能悪化に伴って燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状が変化して噴射された燃料がピストンに付着することに起因する燃料の燃焼悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１に係わる筒内噴射型火花点火式内燃機関（以下、筒内噴射型内燃機関と略す）の燃料噴射制御装置の全体構成を概念的に示す図である。
図において、１は自動車用のエンジン（内燃機関）、２はエンジン１に吸入される空気量あるいはこれに関連するパラメータを計測する吸気量センサとしてのエアフローセンサ、３は、運転者が操作するアクセルペダル（図示なし）と連動して回動し、エンジン１に吸入される空気量を調節するスロットル弁、４はスロットル弁３の位置を検出するためのスロットル開度センサ、５はエンジン１の回転速度とクランク軸の位置を検出するためのクランク角センサ、６はエンジンの暖機状態を検出する暖機状態検出手段として冷却水温を検出する水温センサ、７はエンジン１から排出される排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサである。
なお、暖機状態とは、内燃機関内の温度状態を示すものであり、内燃機関内の温度は燃料噴射制御に大きく影響する。
【０００９】
８は、エンジン１の各部に装着された各種のセンサからの情報を受けてエンジン１の運転状態を判断し、運転状態に応じた各種制御量を演算し、各種の制御を行うエンジン制御手段である。
エンジン制御手段８は、エンジンを所望の空燃比で燃焼させるための空燃比制御、エンジンを最高の効率で運転するためのノッキング制御などを含む点火時期制御、排気ガスを吸気に環流して再燃焼することによりＮＯｘの生成を抑制するための排気ガス環流制御、エンジンの運転状態に応じて燃料の噴射タイミングを変更する燃料噴射タイミング制御、アイドリング運転時の回転数制御及び走行時のトルク制御などを行う。
また、エンジン制御手段８は、エンジン１の燃焼の悪化を抑制する抑制手段を包含している。
【００１０】
９はエンジン１の気筒に設けられ混合気を着火する点火プラグ、１０はスロットル弁３をバイパスしてエンジン１に流入する空気量を調節するためのエアバイパスバルブであり、エアバイパスバルブ１０はスロットル弁３が全閉となるアイドリング運転時の回転数制御及び走行時のトルク制御を行うためのものである。
１１はエンジン１の各気筒に設けられ、燃料を噴射供給するインジェクタであり、その内部には後述する燃料噴射弁２００が配置されている。
点火プラグ９、エアバイパスバルブ１０およびインジェクタ１１も、エンジン制御手段８により制御される。
１２は燃料タンク、１３は燃料タンク１２から燃料を取り出すための燃料ポンプである。
１４は高圧ポンプに供給する燃料圧力を制御する燃圧レギュレータであり、ａ部で検出した大気圧を基準としてｂ部の燃料圧力が所定の一定圧力になるよう調節する。
【００１１】
１８はインジェクタ１１に供給する燃料の噴射圧力を制御する燃料高圧ポンプ（単に、高圧ポンプとも略す）であり、ａ部で検出した大気圧を基準としてインジェクタ１１へ供給される燃料噴射圧力が制御値になるよう調節する。
筒内噴射式内燃機関においては、気筒の内部圧力以上の燃料圧力をインジェクタに印加する必要があるので、所定の一定圧力は大気圧力を基準として数十気圧に設定される。
１５はエンジン１に取り付けられエンジン１のノッキングを検出するためのノッキングセンサ、１６はエンジン１のカム軸に取り付けられ燃焼気筒の識別を行う気筒識別センサ、１７はエンジン１の吸気に排気ガスを環流し再燃焼させる排気ガス環流制御における排気ガス環流量を調節するＥＧＲバルブ、１００はピストンである。
【００１２】
図２は、気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化した際の燃料噴射圧力の補正手順を示すフローチャートである。
図２のフローチャートを用いて、燃料の燃焼悪化を検出したときにおける燃料噴射圧力補正の手順について説明する。
まず、内燃機関（エンジン１）の運転状態を検出する。（ステップＳ１）
内燃機関（エンジン１）の運転状態の検出は、各気筒に対応したクランク角センサ５の信号周期に基づいて、クランクの回転に対する特定気筒を判別すると共にエンジン回転数Ｎeを検出し、また、スロットル弁３の開度θTHやその全閉状態を検出し、更には、吸入空気量Ｑａを検出するなどして行われる。
【００１３】
このような内燃機関（エンジン１）運転状態の検出結果に基づいて内燃機関の負荷状態が判定され、吸気行程噴射、圧縮行程噴射などの燃料噴射モードが選択的に設定される。（ステップＳ２）
噴射モードが設定されると、基準となる燃料噴射圧力の設定が行われる。（ステップＳ３）
ここで、図３は基本燃料噴射圧力の設定を説明するための模式図であり、図において、１００はピストン、２００は燃料噴射弁、３００は燃料噴射弁２００から噴霧された燃料（燃料噴霧）である。
基本燃料噴射圧力は、燃料噴霧３００がピストン１００に付着しない燃料噴射圧力Ｐｉとして設定される。
このようにして決定した燃料噴射圧力Ｐｉに基づいて燃料噴射弁１００を駆動すれば、燃料噴霧３００がピストン１００に付着しない範囲で燃料を噴射し、燃料がピストンに付着することに起因する燃焼悪化を防ぐことができる。
基本燃料噴射圧力Ｐｉが設定されると、次に筒内に噴霧された燃料の燃焼状態の判別が行われる。（図２のステップＳ４）
【００１４】
図４は、本次津市の形態における燃焼状態検出手段の動作を示すタイムチャートであり、この燃焼状態検出手段はエンジン制御手段８に包含されている。
気筒識別センサ１６は、第１気筒を検出して図４（ａ）に示すような信号を出力する。
また、図４（ｂ）に示すクランク角センサ５の出力信号の立ち上がり時は、ある気筒のＴＤＣ（TOP DEAD CENTER：ピストンが一番上となるポンイトのことであり圧縮上死点と言われる）７５°前であることを示すと共に、該信号の立ち下がり時は、ある気筒のＴＤＣ（圧縮上死点）であることを示している。
図４（ｃ）は、各気筒の点火コイルの電圧の変化状態を表しており、例えば、＃１は第１気筒の点火コイルを表している。
【００１５】
また、図４（ｄ）は、クランク角センサ５の信号周期の長さを示しており、図４（ｂ）のＴ１３−Ｔ１１の期間は燃焼状態が正常時におけるクランク角センサ信号周期である。
また、図４（ｃ）から図４（ｄ）にかけての波線の矢印は、＃２（第２気筒のコイル）の点火に際して、第２気筒にて失火が発生するとエンジン１の回転数低下を引き起こし、図４（ｂ）に示すように、クランク角センサ出力信号の立ち下がり時間の間隔（Ｔ１５−Ｔ１４）が大きくなり、クランク角センサ信号周期が延びることを示している。
また、図４（ｅ）は、燃焼工程にある気筒を示している。
更に、図４（ｆ）は、失火判定対象の気筒を示しており、前回燃焼工程の気筒が対象となる。つまり、図４（ｆ）は、燃焼悪化（失火）と判定された際、どの気筒が判定の対象であるのかを示している。
【００１６】
以上述べたように、気筒識別センサ１６の信号とクランク角センサ５の信号とにより、気筒の識別とその状態が判別できる。
例えば、時刻Ｔ１０では気筒識別センサ１６の信号がＨレベルになっているので、第１気筒であることが解り、クランク角センサ５の信号が立ち上がっていることから当該気筒がＴＤＣ７５°前にあることが解る。
同様に、時刻Ｔ１１では第１気筒がＴＤＣにあることが解る。
また、気筒識別センサ１６は第１気筒以外の気筒については信号を出力していないが、予め定められた各気筒の順序によりいずれの気筒であるのか判別される。
即ち、エンジン１の気筒の順序は予め定められており、例えば４気筒の場合では、第１気筒、第３気筒、第４気筒そして最後に第２気筒となっている。
従って、気筒識別センサ１６が第１気筒を識別したとき、次に来る気筒が第３気筒であることが解っている。
これにより時刻Ｔ１２では、第３気筒のＴＤＣ７５°前であることが解る。
他の気筒についても同様の方法で判別が行われる。
【００１７】
エンジン１の回転変動は、クランク角センサ５の信号周期、即ち、クランク軸が所定角度を回る時間を測定することにより検出される。
例えば、クランク角センサ５の信号周期として該信号の立ち下がり時の周期を計測したとする。
まず、時刻Ｔ１１（図４参照）の点火により発生した出力は、その発生した出力の大きさに応じた速度でクランク軸を回転させる。
このため、発生した出力が大きいほど次の立ち下がり時を早く検出することになる。
従って、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１３までの時間を測定して、その周期が短いほど第１気筒における燃焼が良好に行われていると判断できると共に、その周期が長いほど第１気筒における燃焼が悪化していると判断することができる。
以後同様に、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順で当該気筒の燃焼状態が検出される。
なお、燃焼悪化判別方法に関しては、前記方法に限るものではなく、他にはイオン電流や加速度変化を計測する方法が考えられる。
【００１８】
本発明では、気筒内に噴射される燃料の燃焼状態の判別結果に基づいて、燃料噴射圧力Ｐｉの燃焼悪化補正演算が行われる。（図２のステップＳ５）
ピストン１００の頂面への燃料付着を防止するためには、燃料の噴射圧力を下げる必要がある。
ここで、補正後の燃料噴射圧力をＰｉ＊、補正前の燃料噴射圧力（即ち、基本燃料噴射圧力）をＰｉ、燃料噴射弁の性能に対して設定される基本補正量をＰK、エンジン回転数Ｎeの変動幅に応じて設定される補正係数をＫ1、エンジン冷却水温Ｗtに応じて設定される補正係数Ｋ2とすると、補正後の燃料噴射圧力Ｐｉ＊は、
Ｐｉ＊ ＝ Ｐｉ ＋ Ｐk × Ｋ1 × Ｋ2
なる補正演算を施すことによって得られる。
なお、Ｐkは、燃料噴射圧力を下げるための補正値であるので負値であり、上式の補正によって燃料噴射圧力は低下することとなる。
【００１９】
このようにして決定した燃料噴射圧力Ｐｉ＊となるように高圧ポンプ１８の制御を実行することにより、燃料噴射弁１００から噴射される燃料のピストン１００への燃料付着を防止し、燃焼悪化を抑制することが可能となる。
なお、燃焼悪化補正演算に関しては、前記演算式に限るものではなく、他には
Ｐｉ＊ ＝ Ｐｉ ＋Ｐｉ＊−１ × Ｋ1 × Ｋ2
など、前回補正値（Ｐｉ＊−１）を演算式に設定する方法などが考えられる。
【００２０】
図５は、本実施の形態による燃焼悪化補正効果を説明するための模式図である。
図において、図５（ａ）は燃料の噴霧形状が正常な場合、図５（ｂ）は燃料の噴霧形状が異常となり燃料がピストン１００の頂面中心部に集まる場合、図５（ｃ）は燃料の噴霧形状を補正した後の場合を示している。
燃料噴射弁の性能悪化によって、燃料噴射弁２００から噴射される燃料噴霧３００の形状が、図５（ａ）に示した正常時の状態（即ち、噴霧燃料３００がピストン１００の頂面にほとんど付着しない状態）から、燃焼状態が悪化して燃料噴霧３００がピストン１００に付着してしまう燃料噴霧形状に変化すると、燃焼悪化を引き起こす要因となり得る。
しかし、図５（ｃ）に示すように、燃料噴霧３００がピストン１００に付着しない範囲で燃料を噴射するように燃料噴射圧力を補正をすることによって、燃料噴射弁２００から気筒内に噴射された燃料がピストン１００に付着することを防ぐことができる。
【００２１】
なお、本発明の実施態様は、この実施形態に限るものではない。
例えば、上記実施の形態は、本発明を直列４気筒の筒内噴射ガソリンエンジンに適用した場合についてものであるが、単気筒エンジンやＶ型６気筒エンジン等、気筒数やその配列が異なる種々のエンジンに適用してもよい。
また、メタノール等のガソリン以外の燃料を使用するエンジンに適用してもよいし、後期噴射モードを備えない筒内噴射ガソリンエンジンに適用してもよい。
更に、制御システムの具体的構成等については、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【００２２】
以上説明したように、本実施の形態による筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁２００と、燃料噴射弁２００から気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段（エンジン制御手段８内に包含）と、この燃焼状態検出手段によって検出される燃料の燃焼状態に基づいて気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化したと判定されると、燃料噴射弁２００から気筒内に噴射される燃料が気筒内のピストン１００に付着しないように燃料の噴射圧力を補正する燃料噴射圧力補正手段（エンジン制御手段８内に包含）を備えている。
また、燃料噴射圧力補正手段は、燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を低下させる側に補正する。
また、燃焼状態検出手段は、クランク角センサの信号に基づいて検出されるクランク軸の回転速度の変化量によって燃料の燃焼悪化状態を検出する。
【００２３】
また、本実施の形態による筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の燃焼状態を検出するステップと、検出された燃料の燃焼状態に基づいて気筒内に噴射される燃料の燃焼状態の悪化を判定するステップと、燃料の燃焼状態が悪化していると判定されると、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料が気筒内のピストンに付着しないように燃料の圧力を補正するステップとを有している。
【００２４】
その結果、本発明によれば、燃料噴射弁固体のばらつきによって燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧形状が極端に偏った場合にピストンに燃料が付着することが原因で発生するリーン失火を防止することが可能である。
また、燃料圧力制御手段による燃料圧力の低下によって燃料の燃焼悪化を抑制するため、燃料リッチ化によるＨＣ（炭化水素）増加のような排ガスへの悪影響を招くことがない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
この発明は、燃料噴射弁から噴射される燃料がピストンに付着することによって生じる燃料の燃焼悪化を防止することができる筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１による燃料噴射制御装置の全体構成を概念的に示す図である。
【図２】気筒内に噴射される燃料の燃焼状態が悪化した際の燃料噴射圧力の補正手順を示すフローチャートである。
【図３】基本燃料噴射圧力の設定を説明するための模式図である。
【図４】燃焼状態検出手段の動作を示すタイムチャートであり
【図５】実施の形態１による燃焼悪化補正効果を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  エンジン              ２  エアフローセンサ      ３  スロットル弁
４  スロットル開度センサ  ５  クランク角センサ      ６  水温センサ
７  酸素センサ            ８  エンジン制御手段      ９  点火プラグ
１０  エアバイパスバルブ  １１  インジェクタ        １２  燃料タンク
１３  燃料ポンプ          １４  燃圧レギュレータ    １５  ノッキングセンサ
１６  気筒識別センサ      １７  ＥＧＲバルブ        １８  高圧ポンプ
１００  ピストン          ２００  燃料噴射弁        ３００  噴霧された燃料
【図１】
2007321616.tif 000003
【図２】
2007321616.tif 000004
【図３】
2007321616.tif 000005
【図４】
2007321616.tif 000006
【図５】
2007321616.tif 000007