(57)【要約】【課題】燃焼室内での流体の流速を増速させるべく、燃料噴射弁からの燃料噴射として主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で副噴射を行う際、燃焼室内での燃料の燃焼を良好なものとすることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】噴き分け噴射において、インジェクタ６からの燃料噴射として主噴射を行った後にエンジン１の吸気行程で副噴射を行う際、インジェクタ６に供給される燃料の圧力（燃圧）が低下された状態になる。このように燃圧が低下された状況下では、インジェクタ６からの噴射される霧状の燃料の粒径が大きくなるため、その燃料の粒が燃焼室３に入って同燃焼室３内を移動するとき、同燃料の粒の移動によって燃焼室３内の流体の流速を効果的に増速させることができる。その結果、燃焼室３内での燃料と空気とを効果的に混合することができ、それによって燃焼室３内での燃料の良好な燃焼を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁からの燃料噴射を主噴射と副噴射とに分けて行う制御手段を備え、前記制御手段は前記主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で前記副噴射を行う内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を前記主噴射と前記副噴射とに分けて行う際、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記副噴射を内燃機関の吸気行程後半に行う請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、機関低回転時に前記燃料噴射弁からの燃料噴射を前記主噴射と前記副噴射とに分けて行う請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記副噴射として、前記燃料噴射弁の最小開弁時間に対応した量の燃料を同燃料噴射弁から噴射させる請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、自動車等に搭載される内燃機関においては、燃料噴射弁から噴射される霧状の燃料が空気と混合されて気化した状態で燃焼室内にて燃焼される。なお、この特許文献１には、燃料噴射弁からの燃料噴射を主噴射と副噴射とに分けて行うこと、より詳しくは燃料噴射弁からの燃料噴射として主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で副噴射を行うことも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５００８２公報（段落［０００６］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関における燃焼室での燃料の燃焼を良好に保つためには、その燃焼室内での燃料と空気とを効果的に混合することが好ましい。ここで、内燃機関のピストンの移動速度が速いときには、そのピストンの移動に伴い燃焼室内で流動する流体の流速が速くなることから、燃焼室内で燃料と空気とを効果的に混合することが可能になる。一方、内燃機関の吸気行程後半などピストンの移動速度が遅くなるときには、そのピストンの移動に伴い燃焼室内で流動する流体の流速が遅くなることから、同ピストンの移動に伴って燃焼室内での燃料と空気とを効果的に混合できなくなる。
【０００５】
ちなみに、特許文献１のように、燃料噴射弁からの燃料噴射として主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で副噴射を行うようにすれば、同副噴射により燃料噴射弁から噴射された霧状の燃料が吸気行程中に燃焼室に入り、その燃料の粒の燃焼室内での移動によって同燃焼室内の流体の流速を増速することが可能と推測される。
【０００６】
ただし、上記副噴射による燃焼室内での燃料の粒の移動により、その燃焼室内の流体の流速を効果的に増速させることができるとは限らない。このため、燃焼室内での流体の流れを効果的に増速させて同燃焼室内での燃料と空気とを効果的に混合し、それによって燃料の良好な燃焼を実現する面で更なる改善の余地がある。また、上記副噴射により燃焼室に入った燃料の粒は気化しにくいことから、同燃料の粒が燃焼室に過度に多く入ると、それが燃焼室内での燃料の良好な燃焼に悪影響を及ぼしかねず、この面でも燃料の良好な燃焼を実現するための改善が必要になる。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃焼室内での流体の流速を増速させるべく、燃料噴射弁からの燃料噴射として主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で副噴射を行う際、燃焼室内での燃料の燃焼を良好なものとすることができる内燃機関の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】
請求項１記載の発明によれば、燃焼室内の流体の流速を増速させるべく、燃料噴射弁からの燃料噴射を主噴射と副噴射とに分けて行う際、より詳しくは燃料噴射弁からの燃料噴射として主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で副噴射を行う際、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が低下される。燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が低下されると、燃料噴射弁からの噴射される霧状の燃料の粒径が大きくなるため、その燃料の粒が燃焼室に入って同燃焼室内を移動するとき、同燃料の粒の移動によって燃焼室内の流体の流速を効果的に増速させることができる。このように燃焼室内での流体の流相を効果的に増速させることができるため、同燃焼室内での燃料と空気とを効果的に混合することができ、それによって燃焼室内での燃料の良好な燃焼を実現することができる。
【０００９】
なお、上記副噴射については、請求項２記載の発明のように、内燃機関の吸気行程後半に行うことが好ましい。内燃機関の吸気行程後半では、内燃機関におけるピストンの移動速度が遅くなることから、同ピストンの移動に伴って燃焼室内で流動する流体の流速が遅くなりやすい。こうした状況のとき、上記副噴射により燃焼室内での流体の流速が効果的に増速されるため、その流体の流速が遅くなることを的確に抑制できる。
【００１０】
また、燃料噴射弁からの燃料噴射を主噴射と副噴射とに分けることについては、請求項３記載の発明のように、機関低回転時に行うことが好ましい。機関低回転時には、内燃機関におけるピストンの移動速度が遅くなることから、同ピストンが移動するときに燃焼室内で流動する流体の流速が遅くなりやすい。こうした状況のとき、上記副噴射により燃焼室内での流体の流速が効果的に増速されるため、その流体の流速が遅くなることを的確に抑制できる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、燃焼室内での流体の流速を増速させるべく、燃料噴射弁からの燃料噴射を主噴射と副噴射とに分けて行う際、より詳しくは燃料噴射弁からの燃料噴射として主噴射を行った後に内燃機関の吸気行程で副噴射を行う際、同副噴射として燃料噴射弁の最小開弁時間に対応した量の燃料が同燃料噴射弁から噴射される。このため、副噴射として燃料噴射弁から噴射される燃料の量を少なく抑えることができる。ここで、上記副噴射により燃焼室に入った燃料の粒は気化しにくいことから、同燃料の粒が燃焼室に過度に多く入ると、それが燃焼室内での燃料の良好な燃焼に悪影響を及ぼしかねない。しかし、上述したように副噴射として燃料噴射弁から噴射される燃料の量を少なく抑えることができるため、その燃料の粒が燃焼室に過度に多く入って同燃焼室内での燃料の良好な燃焼に悪影響が及ぶことを抑制でき、それによって燃焼室内での燃料の良好な燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】燃料噴射態様及び燃圧の変更手順を示すフローチャート。
【図３】噴き分け噴射を行うエンジン運転領域を示す説明図。
【図４】噴き分け噴射での燃料噴射態様を説明するためのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を自動車用エンジンに適用した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるエンジン１は、燃焼室３における吸気通路２との接続部分（吸気ポート２ａ）に向けて燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）６と、そのインジェクタ６に対し燃料を供給する燃料供給装置７とを備えている。また、燃料供給装置７には、燃料タンク８内に蓄えられた燃料を汲み上げるフィードポンプ９と、そのフィードポンプ９によって汲み上げられた燃料をインジェクタ６に送るための燃料配管３１と、その燃料配管３１内の燃料圧力（燃圧）の過上昇を抑制するプレッシャレギュレータ３２とが設けられている。
【００１４】
エンジン１においては、吸気通路２を流れる空気とインジェクタ６から噴射される燃料との混合気が燃焼室３に充填され、この混合気の燃焼によりピストン１３が往復移動してクランクシャフト１４が回転する。一方、燃焼後の混合気は排気として排気通路１５に送り出される。エンジン１における燃焼室３と吸気通路２との間は、吸気バルブ２５の開閉動作によって連通・遮断される。また、エンジン１における燃焼室３と排気通路１５との間は、エンジン１の排気バルブ２６の開閉動作によって連通・遮断される。これら吸気バルブ２５及び排気バルブ２６は、クランクシャフト１４からの回転伝達を受ける吸気カムシャフト２７及び排気カムシャフト２８の回転に伴って開閉動作する。
【００１５】
自動車には、エンジン１の各種運転制御を行う電子制御装置１６が搭載されている。同電子制御装置１６には、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。
【００１６】
電子制御装置１６の入力ポートには、以下に示す各種のセンサ等が接続されている。
・吸気通路２を通過する空気の量（エンジン１の吸入空気量）を検出するエアフローメータ１９。
【００１７】
・クランクシャフト１４の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ２０。
・吸気カムシャフト２７の回転に基づき同シャフト２７の回転位置に対応した信号を出力するカムポジションセンサ２１。
【００１８】
・燃料配管３１内の燃料の圧力（フィード圧）を検出する圧力センサ２３。
また、電子制御装置１６の出力ポートには、インジェクタ６及びフィードポンプ９といった各種機器のための駆動回路等が接続されている。
【００１９】
そして、電子制御装置１６は、上記各種センサ等から入力した信号に基づきエンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態を把握し、その把握したエンジン運転状態に基づいてインジェクタ６及びフィードポンプ９といった各種機器の駆動回路に対し指令信号を出力する。こうしてエンジン１の燃料噴射制御、及びインジェクタ６に供給される燃料の圧力制御（燃圧制御）など、エンジン１の各種運転制御が電子制御装置１６を通じて実施される。ちなみに、上記エンジン回転速度は、クランクポジションセンサ２０からの検出信号に基づき求められる。また、エンジン負荷は、エンジン１の吸入空気量に対応するパラメータと上記エンジン回転速度とから算出される。なお、吸入空気量に対応するパラメータとしては、エアフローメータ１９からの検出信号に基づき求められるエンジン１の吸入空気量の実測値等があげられる。
【００２０】
次に、エンジン１における燃料噴射制御及び燃圧制御の詳細について、インジェクタ６における燃料噴射態様の変更、及び同インジェクタ６に供給される燃料の圧力の変更を行う燃料供給ルーチンを示す図２のフローチャートを参照して説明する。この燃料供給ルーチンは、電子制御装置１６を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００２１】
同ルーチンにおいては、まず、エンジン回転速度及びエンジン負荷といったエンジン運転状態が図３に斜線で示す低回転領域にあるか否かが判断される（Ｓ１０１）。ここで否定判定であれば、エンジン運転状態が上記低回転領域にない旨の判断、言い換えればエンジン低回転時ではない旨の判断がなされる。
【００２２】
この場合、インジェクタ６に供給される燃料の圧力の制御として通常の燃圧制御が実行される（図２のＳ１０４）。具体的には、インジェクタ６に供給される燃料の圧力（燃圧）、すなわち燃料配管３１内の圧力がエンジン運転状態等に応じて設定される目標値となるよう、フィードポンプ９の駆動制御が行われる。なお、上記燃圧の目標値は、例えば、燃料配管３１内での燃料蒸気（ベーパ）の発生を抑制することを意図して、エンジン運転状態から推測される燃料配管３１周りの温度が高くなって同配管３１内にベーパが生じやすくなるほど高い値となるよう設定される。
【００２３】
更に、このように上記通常の燃圧制御が実行された状態のもと、インジェクタ６による通常の燃料噴射が実行される（Ｓ１０５）。詳しくは、インジェクタ６の駆動指令値としての噴射量指令値Ｑfin が、エンジン回転速度及びエンジン負荷といったエンジン運転状態に基づきエンジン１の出力要求に対応した値となるよう求められる。そして、その求められた噴射量指令値Ｑfin に対応した量の燃料がインジェクタ６から噴射されるよう、同インジェクタ６が駆動制御される。こうしたインジェクタ６の駆動制御は、より具体的には、例えば以下のように行われる。
【００２４】
すなわち、インジェクタ６から噴射量指令値Ｑfin に対応した量の燃料を噴射するために必要な同インジェクタ６の開弁時間ｔａが、エンジン回転速度及び同インジェクタ６に供給される燃料の圧力（燃圧）に基づいて求められる。そして、予め定められた燃料の噴射終了タイミングｔｂ１にてインジェクタ６からの燃料噴射が完了するよう、その噴射終了タイミングｔｂ１から開弁時間ｔａだけ遡ったタイミングにてインジェクタ６からの燃料噴射が開始される。なお、噴射終了タイミングｔｂ１として、この例では、圧縮上死点前５４０〜３６０°ＣＡの範囲内のタイミング（圧縮上死点前４３５°ＣＡなど）が採用されている。上述したようにインジェクタ６からの燃料噴射を開始した後、同インジェクタ６を上記開弁時間ｔａの間だけ開弁させることにより、噴射終了タイミングｔｂ１を迎えたときにインジェクタ６からの噴射量指令値Ｑfin に対応した量の燃料噴射が完了する。
【００２５】
一方、上記Ｓ１０１で肯定判定であれば、エンジン運転状態が図３の低回転領域にある旨の判断、言い換えればエンジン低回転時である旨の判断がなされる。
この場合、インジェクタ６に供給される燃料の圧力（燃圧）が上記通常の燃圧制御を実行したときの値よりも低下される（図２のＳ１０２）。このときの燃圧の低下量としては、予め実験等により最適値に定められた固定値としたり、エンジン運転状態に応じて最適値となるよう可変とされる可変値としたりすることが可能である。そして、上記低下量分の燃圧低下が実現されるよう、圧力センサ２３からの検出信号に基づいてフィードポンプ９が駆動制御される。
【００２６】
更に、このように燃圧の低下が実行された状態のもと、燃焼室３内で流動する流体の流速を増速させるための燃料噴射、すなわちインジェクタ６からの燃料噴射を主噴射と副噴射とに分けて行う噴き分け噴射が実行される（Ｓ１０３）。この噴き分け噴射では、インジェクタ６からの燃料噴射として、噴射量指令値Ｑｍ分の燃料の主噴射を行った後、エンジン１の吸気行程で噴射量指令値Ｑｓ分の燃料の副噴射が行われる。なお、それら噴射量指令値Ｑｍ及び噴射量指令値Ｑｓと上記噴射量指令値Ｑfin との関係は、次の式「Ｑfin ＝Ｑｍ＋Ｑｓ」を満たす関係となっている。
【００２７】
上記副噴射のための噴射量指令値Ｑｓは、インジェクタ６を最小開弁時間ｔｓの間だけ開弁したときに同インジェクタ６から噴射される燃料の量に対応した値となるよう、圧力センサ２３によって検出される燃圧等に基づいて求められる。なお、上記最小開弁時間ｔｓとしては、インジェクタ６において噴射される燃料の量を開弁時間の変更によって適切に調整し得る最小の開弁時間の真値を採用したり、その真値に対し誤差等を含む所定幅だけ増減させた値を採用したりすることが考えられる。
【００２８】
上記主噴射のための噴射量指令値Ｑｍは、噴射量指令値Ｑfin 及び噴射量指令値Ｑｓに基づき、上記式「Ｑfin ＝Ｑｍ＋Ｑｓ」を用いて求められる。そして、この噴射量指令値Ｑｍに対応した量の燃料を上記主噴射によって噴射するために必要な同インジェクタ６の開弁時間ｔｍが、エンジン回転速度及びインジェクタ６に作用する燃圧に基づいて求められる。
【００２９】
ここで、上記噴き分け噴射におけるインジェクタ６からの燃料の噴射態様について、図４のタイミングチャートを参照して詳しく説明する。
この噴き分け噴射においては、まずエンジン１の排気行程にて上記主噴射が実行される。詳しくは、上記噴射終了タイミングｔｂ１（この例では圧縮上死点前４３５°ＣＡ）にて主噴射によるインジェクタ６からの燃料噴射が完了するよう、その噴射終了タイミングｔｂ１から開弁時間ｔｍだけ遡ったタイミングＴｍにてインジェクタ６からの燃料噴射が開始される。その後、インジェクタ６を上記開弁時間ｔｍの間だけ開弁させることにより、噴射終了タイミングｔｂ１を迎えたときにインジェクタ６からの噴射量指令値Ｑｍに対応した量の燃料噴射、言い換えれば噴き分け噴射における主噴射が完了する。
【００３０】
こうした主噴射の完了後、エンジン１の吸気行程にて上記副噴射が実行される。詳しくは、予め定められた噴射終了タイミングｔｂ２にて副噴射によるインジェクタ６からの燃料噴射が完了するよう、その噴射終了タイミングｔｂ２から上記最小開弁時間ｔｓだけ遡ったタイミングＴｓにてインジェクタ６からの燃料噴射が開始される。なお、上記副噴射での噴射終了タイミングｔｂ２として、この例では、エンジン１の吸気行程後半に上記副噴射が行われるタイミング（例えば圧縮上死点前２４０°ＣＡ）が採用されている。上述したように副噴射のためのインジェクタ６からの燃料噴射を開始した後、同インジェクタ６を上記最小開弁時間ｔｓの間だけ開弁させることにより、噴射終了タイミングｔｂ２を迎えたときにインジェクタ６からの噴射量指令値Ｑｓに対応した量の燃料噴射、言い換えれば噴き分け噴射における副噴射が完了する。
【００３１】
上記噴き分け噴射では、副噴射によりインジェクタ６から噴射された霧状の燃料が、吸気バルブ２５の開弁期間中であるエンジン１の吸気行程で吸気ポート２ａを介して燃焼室３に入る。そして、燃焼室３内に入った上記霧状の燃料の粒が同燃焼室３内で移動することに伴って、その燃焼室３の流体の流相が増速されるようになる。このように燃焼室３内での流体の流速が増速されることで、燃焼室３内で燃料と空気とを効果的に混合することが可能になる。更に、燃焼室３内で燃料と空気との効果的な混合を通じて燃焼室３での燃料の燃焼を良好に保ち、それによって排気中の炭化水素（ＨＣ）の量を低減することが可能になる。
【００３２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）噴き分け噴射において、インジェクタ６からの燃料噴射として主噴射を行った後にエンジン１の吸気行程で副噴射を行う際、インジェクタ６に供給される燃料の圧力（燃圧）が低下された状態になる。このように燃圧が低下された状況下では、インジェクタ６からの噴射される霧状の燃料の粒径が大きくなるため、その燃料の粒が燃焼室３に入って同燃焼室３内を移動するとき、同燃料の粒の移動に伴って燃焼室３内の流体の流速を効果的に増速させることができる。このように燃焼室３内での流体の流速を効果的に増速させることができるため、同燃焼室３内での燃料と空気とを効果的に混合することができ、それによって燃焼室３内での燃料の良好な燃焼を実現することができる。
【００３３】
（２）上記副噴射では、噴射量指令値Ｑｓに対応した量の燃料、すなわちインジェクタ６の最小開弁時間ｔｓに対応した量の燃料が同インジェクタ６から噴射される。このため、副噴射としてインジェクタ６から噴射される燃料の量を少なく抑えることができる。ここで、上記副噴射により燃焼室３に入った燃料の粒は気化しにくいことから、同燃料の粒が燃焼室３に過度に多く入ると、それが燃焼室３内での燃料の良好な燃焼に悪影響を及ぼしかねない。しかし、上述したように副噴射としてインジェクタ６から噴射される燃料の量を少なく抑えることができるため、その燃料の粒が燃焼室３に過度に多く入って同燃焼室３内での燃料の良好な燃焼に悪影響が及ぶことを抑制でき、それによって燃焼室３内での燃料の良好な燃焼を実現することができる。
【００３４】
（３）エンジン１の吸気行程で行われる上記副噴射は、より詳しくはエンジン１の吸気行程後半で行われる。ここで、エンジン  １の吸気行程後半では、ピストン１３の移動速度が遅くなることから、同ピストン１３が移動するときに燃焼室３内で流動する流体の流速が遅くなりやすい。こうした状況のとき、上記副噴射により燃焼室３内の流体の流速が効果的に増速されるため、その流体の流速が遅くなることを的確に抑制できる。
【００３５】
（４）上記副噴射を行うためのインジェクタ６の噴き分け噴射は、エンジン運転状態が低回転領域にあるとき、言い換えればンジン低回転時に行われる。ここで、エンジン低回転時には、エンジン１におけるピストン１３の移動速度が遅くなることから、同ピストン１３が移動するときに燃焼室３内で流動する流体の流速が遅くなりやすい。こうした状況のとき、上記副噴射により燃焼室３内での流体の流速が効果的に増速されるため、その流体の流速が遅くなることを的確に抑制できる。
【００３６】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記噴き分け噴射をエンジン低回転時（図３の低回転領域）に限って行うようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３の低回転領域を高回転側に移動させたり高回転側に拡大したりしてもよい。
【００３７】
・上記噴き分け噴射における副噴射をエンジン１の吸気行程後半だけでなく吸気行程前半にも行うようにしたり、吸気行程前半のみに行うようにしたりしてもよい。
・上記噴き分け噴射を行うに当たって燃圧を低下させるようにしたが、その燃圧の低下については必ずしも行う必要はない。こうした燃圧の低下を行わないとしても、上記（２）の効果が得られるようにはなる。
【符号の説明】
【００３８】
１…エンジン、２…吸気通路、２ａ…吸気ポート、３…燃焼室、６…インジェクタ、７…燃料供給装置、８…燃料タンク、９…フィードポンプ、１３…ピストン、１４…クランクシャフト、１５…排気通路、１６…電子制御装置（制御手段）、１９…エアフローメータ、２０…クランクポジションセンサ、２１…カムポジションセンサ、２３…圧力センサ、２５…吸気バルブ、２６…排気バルブ、２７…吸気カムシャフト、２８…排気カムシャフト、３１…燃料配管、３２…プレッシャレギュレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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