(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁が設けられた吸気管と、このスロットル弁より上流側に設けられた上流側燃料噴射弁と、スロットル弁より下流側に設けられた下流側燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、
スロットル開度θＴＨおよびエンジン回転数ＮＥを含む複数のパラメータに基づいて、上流側および下流側燃料噴射弁の各燃料噴射量を決定する手段と、
スロットル開度の閉弁方向への変化率を検知する手段と、
前記変化率が基準変化率よりも大きいときに、前記上流側燃料噴射弁による燃料噴射を停止する手段と、
前記上流側燃料噴射弁の噴射量を停止したときに、前記下流側燃料噴射弁の噴射量を所定期間だけ減量する手段とを具備したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記下流側燃料噴射弁の噴射量を減量させる割合が、前記スロットル開度の閉弁方向への変化率に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記下流側燃料噴射弁の噴射量を減量させる所定時間が、前記スロットル開度の閉弁方向への変化率に基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に、スロットルバルブを挟んで上流側と下流側のそれぞれ噴射弁を設けた燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁をスロットル弁よりも上流側に設けると、噴射燃料が気化する際に吸入空気から熱を奪うので体積効率が向上する。したがって、燃料噴射弁をスロットル弁よりも下流側に設けた場合に較べてエンジン出力を向上させることができる。その一方、燃料噴射弁を上流側に設けると、その燃料噴射口と燃焼室との距離が必然的に長くなるので、燃料噴射弁をスロットル弁よりも下流側に設けた場合に較べて燃料輸送に応答遅れが生じる。
【０００３】
エンジンの出力を向上させ、かつ応答遅れを解消するために、スロットル弁を挟んで吸気管の上流側および下流側のそれぞれに燃料噴射弁を設けた燃料噴射装置が、例えば特開平４−１８３９４９号公報、特開平１０−１９６４４０号公報に開示されている。
【０００４】
図１０は、２つの燃料噴射弁が配置された従来の内燃機関の主要部の断面図であり、吸気管５１のスロットル弁５２を挟んで下流側（エンジン側）の側部に下流側燃料噴射弁５０ａが配置され、上流側（エアクリーナ側）に上流側燃料噴射弁５０ｂが配置されている。吸気管５１の下端部は吸気通路５２に接続され、この吸気通路５２の燃焼室に臨む吸気ポート５３は吸気弁５４で開閉される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
各燃料噴射弁の噴射量は、スロットル開度やエンジン回転数を含む複数のパラメータに基づいて決定され、スロットル開度が小さい状態では噴射量が制限される。しかしながら、上記した従来技術では、上流側燃料噴射弁５０ｂの噴射口がスロットル弁を指向しており、また上流側燃料噴射弁５０ｂでは、その燃料噴射口から燃焼室までの距離が遠くなるために応答遅れが生じる。
【０００６】
したがって、スロットル弁５２が急に全閉状態まで閉じられたり、全閉状態までではないが閉弁方向へ大きな変化率で閉じられると、上流側燃料噴射弁５０ｂから噴射された燃料がスロットル弁５２に付着し、かつ滞留する。
【０００７】
したがって、次にスロットル弁５２が開かれると、そのときにはスロットル開度に応じて各燃料噴射弁から噴射された燃料のみならず、スロットル弁５２に滞留していた燃料までもが燃焼室に同時に送り込まれてしまうために、吸入空気量に対して燃料量が過多になってしまう可能性があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、スロットル弁の上流側と下流側のそれぞれに燃料噴射弁が配置される構造において、スロットル弁の急閉時にも燃料がスロットル弁に付着、滞留せず、燃焼室へ常に適量の燃料が供給されるようにした内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、スロットル弁が設けられた吸気管と、このスロットル弁より上流側に設けられた上流側燃料噴射弁と、スロットル弁より下流側に設けられた下流側燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1)スロットル開度θTHおよびエンジン回転数NEを含む複数のパラメータに基づいて、上流側および下流側燃料噴射弁の各燃料噴射量を決定する手段と、スロットル開度の閉弁方向への変化率を検知する手段と、前記変化率が基準変化率よりも大きいときに、前記上流側燃料噴射弁による燃料噴射を停止する手段
(2)前記上流側燃料噴射弁の噴射量を停止したときに、前記下流側燃料噴射弁の噴射量を所定期間だけ減量する手段。
【００１０】
上記した特徴(1)によれば、スロットル弁が急閉されると上流側噴射弁からの燃料噴射が直ちに停止されるので、スロットル弁への燃料の付着および滞留が最小限に抑えられる。
【００１１】
上記した特徴(2)によれば、スロットル弁の急閉に応答して上流側噴射弁からの燃料噴射が停止されると、下流側燃料噴射弁からの噴射量が減ぜられるので、スロットル弁に僅かに付着および滞留した燃料が、その後、スロットル弁が再び開かれた際に燃焼室へ供給されても、燃料の総供給量を適正値に維持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である燃料噴射装置の全体構成図であり、エンジン２０の燃焼室２１には、吸気ポート２２および排気ポート２３が開口し、各ポート２２，２３には吸気弁２４および排気弁２５がそれぞれ設けられるとともに、点火プラグ２６が設けられる。
【００１３】
吸気ポート２２に通じる吸気通路２７には、その開度θTHに応じて吸入空気量を調節するスロットル弁２８、ならびに前記開度θTHを検出するスロットルセンサ５および吸入負圧PBを検知する負圧センサ６が設けられている。吸気通路２７の終端にはエアクリーナ２９が設けられている。エアクリーナ２９内にはエアフィルタ３０が設けられ、このエアフィルタ３０を通じて吸気通路２７へ外気が取り込まれる。
【００１４】
吸気通路２７には、スロットル弁２８よりも下流側に下流側噴射弁８ｂが配置され、スロットル弁２８よりも上流側のエアクリーナ２９には、前記吸気通路２７を指向するように上流側噴射弁８ａが配置されると共に、吸気（大気）温度TAを検知する吸気温度センサ２が設けられている。
【００１５】
エンジン２０のピストン３１にコンロッド３２を介して連結されたクランク軸３３には、クランクの回転角度に基づいてエンジン回転数NEを検知するエンジン回転数センサ４が対向配置される。さらに、クランク軸３３に連結されて回転するギヤ等の回転体３４には、車速Vを検知する車速センサ７が対向配置されている。エンジン２０の周りに形成されたウォータジャケットには、エンジン温度を代表する冷却水温度TWを検出する水温センサ３が設けられている。
【００１６】
ECU（エンジン制御装置）１は、燃料噴射制御部１０および点火タイミング制御部１１を含む。燃料噴射制御部１０は、前記各センサにより検知された信号（プロセス値）に基づいて、前記上流側および下流側の各噴射弁８ａ、８ｂへ噴射信号Qupper、Qlowerを出力する。この噴射信号は噴射量に応じたパルス幅を有するパルス信号であり、各噴射弁８ａ、８ｂは、このパルス幅に相当する時間だけ開弁されて燃料を噴射する。点火タイミング制御部１１は、点火プラグ２６の点火タイミングを制御する。
【００１７】
図２は、前記燃料噴射制御部１０の機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１８】
総噴射量決定部１０１は、エンジン回転数NE、スロットル開度θTHおよび吸気圧PBに基づいて、上流側および下流側の各燃料噴射弁８ａ，８ｂから噴射する燃料の総量Qtotalを決定する。噴射比率決定部１０２は、エンジン回転数NEおよびスロットル開度θTHに基づいて噴射比率テーブルを参照し、上流側噴射弁８ａの噴射比率Rupperを求める。下流側噴射弁８ｂの噴射比率Rlowerは、（１−Rupper）として求められる。
【００１９】
図３は、噴射比率テーブルの一例を示した図であり、本実施形態では、エンジン回転数NEとして１５点（Cne00〜Cne14）、スロットル開度θTHとして１０点（Cth0〜Cth9）を基準にして噴射比率マップを構成し、各エンジン回転数NEとスロットル開度θTHとの組み合わせごとに、上流側噴射弁８ａの噴射比率Rupperを予め登録している。噴射比率決定部１０２は、検知されたエンジン回転数NEおよびスロットル開度θTHに対応した噴射比率Rupperを、前記噴射比率マップ上で４点補間により求める。
【００２０】
図２へ戻り、補正係数算出部１０３は、検知された吸気温度TAや冷却水温度TWに基づいてデータテーブルを参照し、吸気温補正係数KTARUや冷却温度補正係数KTWRUを含む各種の補正係数を求める。噴射量決定部１０５において、上流側噴射量決定部１０５１は、前記噴射比率Rupperおよび総噴射量Qtotalに基づいて上流側噴射弁８ａの基本噴射量を求め、この基本噴射量に前記補正係数KTARU，KTWRUを含む各種の補正係数を乗じて上流側噴射弁８ａの噴射量Qupperを決定する。下流側噴射量決定部１０５２は、前記上流側噴射量Qupperおよび総噴射量Qtotalに基づいて、下流側噴射弁８ｂの噴射量Qlowerを決定する。
【００２１】
噴射量補正部１０４は、加速時やスロットル開度θTHの急閉時等に各噴射弁８ａ，８ｂの噴射量を補正する。噴射量補正部１０４はさらに、上流側停止部１０４ａおよび下流側リーン化部１０４ｂを含む。
【００２２】
前記上流側停止部１０４ａは、スロットル弁２８の急閉時に燃料がスロットル弁に多量に付着しないように、各気筒の上流側噴射弁８ａ（８a1〜８a4）の動作を停止させる。下流側リーン化部１０４ｂは、スロットル弁２８に僅かに付着した燃料が燃焼室内に供給されることによる混合気のリッチ化を防止するために、下流側噴射弁８ｂの燃料噴射量を減じて常時よりもリーン化する。前記上流側停止部１０４ａおよび下流側リーン化部１０４ｂの制御手順に関しては、後にフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００２３】
次いで、上記した燃料噴射制御部１０の動作を、図４のフローチャートを参照して詳細に説明する。この処理は、所定ステージにおけるクランクパルスによる割り込みで実行される。
【００２４】
ステップＳ１０では、エンジン回転数NE、スロットル開度θTH、吸気負圧PB、吸気温度TAおよび冷却水温度TWが、上記各センサにより検知される。ステップＳ１１では、前記総噴射量決定部１０１において、上流側および下流側の各燃料噴射弁８ａ，８ｂから噴射する燃料の総量Qtotalが、エンジン回転数NE、スロットル開度θTHおよび吸気圧PBに基づいて決定される。
【００２５】
ステップＳ１２では、前記噴射比率決定部１０２において、前記エンジン回転数Neおよびスロットル開度θTHに基づいて噴射比率テーブルが参照され、上流側噴射弁８ａの噴射比率Rupperが決定される。ステップＳ１３では、前記噴射量補正部１０４の上流側停止部１０４ａにおいて、上流側噴射弁８ａの燃料噴射を停止させるか否かが決定される。
【００２６】
図５は、前記上流側停止部１０４ａにおいて実行される「上流側噴射停止判定処理」の手順を示したフローチャートであり、ここでは、４気筒エンジンにおける制御を例にして説明する。
【００２７】
ステップＳ２１では、現在のスロットル開度θTHが、上流側の噴射をカットするか否かの判定基準となる上流側噴射カット判定開度θTHrefと比較される。θTH≦θTHrefであれば更に、ステップＳ２２において、スロットル開度が閉方向に操作されているか否かが判定される。
【００２８】
閉操作中であれば更に、ステップＳ２３において、スロットル開度θTHの時間変化率ΔθTHが、上流側の噴射をカットするか否かの判定基準となる上流側噴射カット判定変化率ΔθTHrefと比較される。ΔθTH≧ΔθTHrefであって、スロットル弁２８の急な閉操作と判定されれば、作動中の上流側噴射弁８ｂを停止させるべくステップＳ２４以降へ進む。
【００２９】
ステップＳ２４では、第１気筒の上流側燃料噴射弁８a1が噴射中であるか否かが判定される。噴射中であれば、ステップＳ２５において、燃料噴射弁８a1の動作が停止され、ステップＳ２６において、上流側噴射カットフラグFcutがセットされる。
【００３０】
同様に、ステップＳ２７では、第２気筒の上流側燃料噴射弁８a2が噴射中であるか否かが判定される。噴射中であれば、ステップＳ２８において、燃料噴射弁８a2の動作が停止され、ステップＳ２９において、上流側噴射カットフラグFcutがセットされる。
【００３１】
同様に、ステップＳ３０では、第３気筒の上流側燃料噴射弁８a3が噴射中であるか否かが判定される。噴射中であれば、ステップＳ３１において、燃料噴射弁８a3の動作が停止され、ステップＳ３２において、上流側噴射カットフラグFcutがセットされる。
【００３２】
同様に、ステップＳ３３では、第４気筒の上流側燃料噴射弁８a4が噴射中であるか否かが判定される。噴射中であれば、ステップＳ３４において、燃料噴射弁８a4の動作が停止され、ステップＳ３５において、上流側噴射カットフラグFcutがセットされる。
【００３３】
ステップＳ３６では、前記上流側噴射カットフラグFcutが参照され、これがセットされていれば、ステップＳ３７において、スロットル開度θTHの今回の変化率ΔθTHが、上流側噴射を停止させた際のスロットル開度θTHの変化率、すなわち噴射カット時変化率ΔθTHcutとして登録される。
【００３４】
図４へ戻り、ステップＳ１４では、前記下流側リーン化部１０４ｂにおいて、スロットル弁の急閉に応答して上流側噴射弁からの燃料噴射が停止された際に、下流側噴射を常時よりも減量する「下流側リーン化制御」が実行される。
【００３５】
図６は、前記下流側リーン化部１０４ｂにおいて実行される下流側リーン化処理」の手順を示したフローチャートであり、図７は、そのタイミングチャートである。
【００３６】
ステップＳ５１では、下流側噴射弁８ｂのリーン化処理が継続中であるか否かが、後述するリーン化中フラグFleanに基づいて判定される。最初は継続中ではないと判定されるのでステップＳ５２へ進む。ステップＳ５２では、上流側噴射が停止中であるか否かが、前記上流側噴射カットフラグFcutに基づいて判定され、停止中であればステップＳ５３へ進む。
【００３７】
ステップＳ５３では、スロットル開度θTHが上流側噴射停止解除開度θTHcutcancelと比較され、θTH≧θTHcutcancelであれば、下流側のリーン化を中止すべくステップＳ６４へ進み、各種変数を初期化して当該処理を終了する。これに対して、θTH＜θTHcutcancelであれば、リーン化処理を継続すべくステップＳ５４へ進む。ステップＳ５４では、スロットル開度θTHがリーン化中止開度θTHleanstopと比較され、θTH≧θTHleanstopであればステップＳ６６へ進み、θTH＜θTHleanstopであれば、リーン化処理を継続すべくステップＳ５５へ進む。
【００３８】
前記ステップＳ６６では、スロットルが開操作されているか否かが判定され、開操作されていなければ、リーン化処理を継続すべくステップＳ５５へ進み、開操作されていれば、ステップＳ６７において、その変化率ΔθTHが基準変化率と比較される。変化率ΔθTHが基準変化率を超えていれば、リーン化処理を中止すべくステップＳ６４へ進む。変化率ΔθTHが基準変化率を下回っていれば、リーン化処理を継続すべくステップＳ５５へ進む。
【００３９】
ステップＳ５５では、今回のリーン化処理が何回目であるかが判定され、最初は１回目と判定されるのでステップＳ５６へ進む。ステップＳ５６では、リーン化中フラグFleanがセットされ、リーン化回数をカウントするリーン化回数カウンタNcountに、初期値として「１」がセットされる。ステップＳ５７では、エンジン回転数NEに基づいて、下流側噴射をリーン化する時間（回数）を代表するリーン化継続時間Nlean、リーン化から復帰する際の復帰速度を代表するスロットルの復帰開度ΔKlnrtn、および別途に求められた燃料噴射量に乗じて噴射量を減じるためのリーン化補正係数Kleanを検索するためのリーン化係数テーブルが選択される。
【００４０】
図８は、前記リーン化係数テーブルの一例を示した図であり、リーン化補正係数Kleanが、前記噴射カット時変化率ΔθTHcut（図５のステップＳ３７）の関数として登録されている。前記リーン化係数テーブルはエンジン回転数NE毎に複数用意されており、エンジン回転数NEに応じて、リーン化補正係数Kleanと噴射カット時変化率ΔθTHcutとの関係が微妙に異なっている。
【００４１】
図６へ戻り、ステップＳ５８では、前記リーン化係数テーブルと噴射カット時変化率ΔθTHcutとに基づいて今回のリーン化補正係数Kleanが、図７の時刻t1において検索・決定される。ステップＳ５９では、前記噴射カット時変化率ΔθTHcutに基づいてリーン化継続時間テーブルが検索され、前記噴射カット時変化率ΔθTHcutに応じたリーン化継続時間Nleanが決定される。
【００４２】
図９は、前記リーン化継続時間テーブルの一例を示した図であり、下流側噴射のリーン化を継続する時間Nleanが、前記噴射カット時変化率ΔθTHcutの関数として予め登録されている。ステップＳ６１では、リーン化回数カウンタNcountとリーン化継続時間Nlean とが比較され、最初はNcount≦Nleanなので、そのまま当該処理を終了する。
【００４３】
図４へ戻り、ステップＳ１５では、次式(1)に基づいて上流側燃料噴射弁８ａの噴射比率Rupperが補正される。
Rupper＝Rupper×KTWRU×KTARU  …(1)
ステップＳ１６では、前記上流側噴射カットフラグFcutが参照され、これがセットされていれば、ステップＳ１８において噴射量Qupperに「０」がセットされる。フラグFcutがセットされていなければ、ステップＳ１７において、前記上流側噴射量決定部１０５１により、次式(2)に基づいて上流側噴射弁８ａの噴射量Qupperが算出される。
Qupper＝Qtotal ×Rupper  …(2)
ステップＳ１９では、下流側噴射量決定部１０５２により、次式(3)に基づいて、下流側噴射弁８ｂの噴射量Qlowerが算出される。
Qlower＝（Qtotal −Qupper）×Klean  …(3)
ここで、前記リーン化補正係数Kleanは、図７に示したように「１．０」よりも小さい係数なので、下流側噴射弁８ｂの噴射量Qlowerは常時よりも減ぜられることになる。
【００４４】
図６へ戻り、次の周期では、前記ステップＳ５５においてリーン化処理が２回目以降と判断されるのでステップＳ６０へ進み、リーン化回数カウンタNcountが「１」だけインクリメントされる。
【００４５】
その後、ステップＳ６１において、Ncount＞Nleanと判定されるまでは、上記した各処理が繰り返されるので、下流側噴射は前記リーン化補正係数Kleanに応じてリーン化され続ける。
【００４６】
その後、図７の時刻t2においてNcount＞Nleanとなり、これが前記ステップＳ６１で検知されるとステップＳ６２へ進む。ステップＳ６２では、リーン化補正係数Kleanと復帰開度ΔKlnrtnとの加算値（Klean＋ΔKlnrtn）が、新たなリーン化補正係数Kleanとして更新登録される。すなわち、図７に示したように、時刻t2以降はリーン化補正係数Kleanが復帰開度ΔKlnrtnずつ漸増する。したがって、前記図４のステップＳ１９において算出される下流側噴射弁８ｂの噴射量Qlowerも漸増する。
【００４７】
ステップＳ６３では、更新後のリーン化補正係数Kleanが上限値の「１．０」を上回ったか否かが判定され、上回っていなければ、当該リーン化補正係数Kleanがそのまま採用される。その後、図７の時刻t3において、リーン化補正係数Kleanが「１．０」に達し、これがステップＳ６３で検知されるとステップＳ６４へ進み、各種補正係数が初期化されると共に、リーン化補正係数Kleanが上限値の「１．０」に規制される。したがって、前記図４のステップＳ１９において算出される下流側噴射弁８ｂの噴射量Qlowerも常時の噴射量に復帰する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)スロットル弁が急閉されると上流側噴射弁からの燃料噴射が直ちに停止されるので、スロットル弁への燃料の付着および滞留が最小限に抑えられる。
(2)スロットル弁の急閉に応答して上流側噴射弁からの燃料噴射が停止されると、下流側燃料噴射弁からの噴射量が減ぜられるので、スロットル弁に僅かに付着および滞留した燃料が、その後、スロットルが再び開かれた際に燃焼室へ供給されても、燃料の総供給量を適正値に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態である燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】  燃料噴射制御部１０の機能ブロック図である。
【図３】  噴射率テーブルの一例を示した図である。
【図４】  燃料噴射の制御手順を示したフローチャートである。
【図５】  「上流側噴射停止判定処理」のフローチャートである。
【図６】  「下流側リーン化処理」のフローチャートである。
【図７】  「下流側リーン化処理」のタイミングチャートである。
【図８】  リーン化補正係数（Klean）テーブルの一例を示した図である。
【図９】  リーン化継続時間（Nlean）テーブルの一例を示した図である。
【図１０】  ２つの燃料噴射弁が配置された従来技術の断面図である。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ，２…吸気温度（TA）センサ，３…水温（TW）センサ，４…エンジン回転数（NE）センサ，５…スロットル開度（θTH）センサ，６…吸気圧（PB）センサ，８ａ…上流側噴射弁，８ｂ…下流側噴射弁，１０…燃料噴射制御部，２０…エンジン，２１…燃焼室，２２…吸気ポート，２３…排気ポート，２４…吸気弁，２５…排気弁，２６…点火プラグ，２７…吸気通路，２８…スロットル弁，２９…エアクリーナ，３０…エアフィルタ，３１…ピストン，３２…コンロッド，３３…クランク軸，３４…回転体，１０１…総噴射量決定部，１０２…噴射比率決定部，１０３…補正係数算出部，１０４…噴射量補正部，１０５…噴射量決定部，１０５１…上流側噴射量決定部，１０５２…下流側噴射量決定部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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