JP2001090592A

JP2001090592A - 筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2001090592A
Application number: JP27119499A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料の分割噴射時における燃料噴射量のばら
つきを防止し、これによって燃料噴射制御の精度を向上
させる。【解決手段】燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタ１８と、所定の運転領域で上記インジェクタ１８か
ら必要量の燃料を複数回に分けて噴射させるように制御
する燃料噴射制御手段８３とを備えた筒内噴射式エンジ
ンにおいて、上記燃料の分割噴射時に、前段の燃料噴射
終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔
を、噴射パルスに対する燃料噴射のばらつきを防止する
ために必要とされる基準時間以上に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射するインジェクタを備えた筒内噴射式エンジン
の燃料噴射制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から燃焼室内に直接燃料を噴射する
筒内噴射式エンジンにおいて、特定運転状態の燃焼性向
上等のため、インジェクタが必要量の燃料を複数回に分
けて噴射させるようにした装置は種々知られている。例
えば特開平８−１８９４０５号公報に示された装置で
は、筒内噴射式エンジンにおいて成層燃焼領域から均一
燃焼領域への過渡期に分割噴射領域を設定し、この領域
で吸気行程の前期噴射と圧縮行程の後期噴射とに分けて
燃料の噴射を行うようにしている。

【０００３】上記のような筒内噴射式エンジンでは、予
め設定されたマップ等から運転状態に応じて求められた
基本燃料噴射量に各種の補正値を加算することにより目
標燃料噴射量を演算し、この目標燃料噴射量に対応した
パルス幅を有する電気信号をインジェクタのソレノイド
コイルに出力することにより、当該パルス幅に相当する
時間だけインジェクタを開いて燃料を噴射させるといっ
た燃料噴射制御が行われるようになっている。そして、
燃料の分割噴射時には、上記目標燃料噴射量に基づいて
換算されたパルス幅を有する噴射パルスを複数に分割す
るとともに、予め設定されたマップ等から運転状態に対
応した最適な噴射時期を読み出すことにより行われるよ
うに構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにエンジン
の運転状態に応じて設定された噴射タイミングで燃料を
複数回に分割して噴射するように構成した場合には、前
段の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点まで
の時間間隔、例えば燃料を前期と後期との二回に分けて
噴射する際において、前期噴射の終了時点から後期噴射
の開始時点までの時間間隔が短いと、燃料噴射量にばら
つきが生じ易いという問題がある。

【０００５】すなわち、上記筒内噴射式エンジンでは、
燃料の噴射圧力が高いために、高圧で燃料噴射を行って
いる状態から、インジェクタのニードル弁を閉止して燃
料噴射の停止状態に移行する際に、デリバリパイプから
インジェクタに至る燃料供給管内において燃料圧力が急
変することに起因した燃料の脈動が発生する。したがっ
て、前段の燃料噴射終了後に、上記燃料脈動が十分に収
まらないうちに後段の燃料噴射を開始すると、この燃料
脈動の影響を受けて後段に噴射される燃料の噴射量にば
らつきが生じるのを避けられないという問題があった。

【０００６】また、上記のように燃料を前段と後段とに
分割して噴射する際には、インジェクタの弁体、つまり
ニードル弁が、一回目に噴射される燃料により熱を奪わ
れて熱収縮する等により、二回目の燃料噴射時に燃料噴
射量が増大する傾向が生じるとともに、燃料密度が熱影
響を受けて変化することにより、燃料噴射制御の精度が
低下し易いという問題があった。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、燃料の分割噴射時における燃料噴射量の
ばらつきを防止し、これによって燃料噴射制御の精度を
向上させることができる筒内噴射式エンジンの燃料制御
装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、所定の
運転領域で上記インジェクタから必要量の燃料を複数回
に分けて噴射させるように制御する燃料噴射制御手段と
を備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記燃料の分割
噴射時に、前段の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射
開始時点までの時間間隔を、噴射パルスに対する燃料噴
射のばらつきを防止するために必要とされる基準時間以
上に設定したものである。

【０００９】上記構成によれば、所定の運転領域で燃料
を複数回に分けて噴射する際に、前段の燃料噴射終了時
点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔が一定値
以上に設定されることになる。これによって燃料の分割
噴射時に、噴射パルスに対する後段の燃料噴射にばらつ
きが生じるのを防止して燃料噴射制御の精度を向上させ
ることができる。

【００１０】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
の筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置において、上
記基準時間を、インジェクタのニードル弁リフトに起因
して燃料供給管に生じる燃料脈動が収まる時間に対応さ
せて設定したものである。

【００１１】上記構成によれば、所定の運転領域で燃料
を複数回に分けて噴射する際に、前段の燃料噴射終了時
点から、上記ニードル弁リフトに起因した燃料脈動が収
まった後に後段の燃料噴射が開始されることになる。こ
れによって噴射パルスに対する後段の燃料噴射にばらつ
きが生じるのを防止して燃料噴射制御の精度を向上させ
ることができる。

【００１２】請求項３に係る発明は、上記請求項１また
は２記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置にお
いて、エンジンの高回転領域に、吸気行程で燃料の分割
噴射を行う分割噴射領域を設けるとともに、この分割噴
射領域における前段の燃料噴射終了時点から後段の燃料
噴射開始時点までの時間間隔を、上記基準時間以上に設
定したものである。

【００１３】上記構成によれば、エンジンの高回転領域
において、吸気行程で燃料の分割噴射を行う際に、前段
の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの
時間間隔が一定値以上に設定されることにより、エンジ
ン回転数が高いことに起因して上記分割噴射時の時間間
隔が極端に短くなることが防止され、噴射パルスに対す
る燃料噴射のばらつきが大きくなることが効果的に防止
される。

【００１４】請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３
のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御
装置において、上記燃料の分割噴射領域を、空燃比が略
理論空燃比となる運転領域で、排気通路に設けられた空
燃比センサの検出値に基づいて燃料噴射量のフィードバ
ック制御を実行するフィードバック制御領域に設定した
ものである。

【００１５】上記構成によれば、空燃比が略理論空燃比
となる運転領域で、排気通路に設けられた空燃比センサ
の検出値に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を
実行するフィードバック制御時に、燃料が複数回に分け
て噴射されるとともに、前段の燃料噴射終了時点から後
段の燃料噴射開始時点までの時間間隔が一定値以上に設
定されることになる。これによって後段の燃料噴射時
に、噴射パルスに対する燃料噴射のばらつきが生じるの
を防止して、燃料の総噴射量を目標燃料噴射量に一致さ
せるフィードバック制御を適正に実行することができ
る。

【００１６】請求項５に係る発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射するインジェクタと、排気通路に設けられた空
燃比センサの検出値に基づいて空燃比が略理論空燃比と
なるように燃料噴射量をフィードバック制御するフィー
ドバック制御手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおい
て、上記フィードバック制御が行われる特定運転時に、
インジェクタから燃料を複数回に分けて噴射させるよう
に制御する燃料噴射制御手段と、この分割された噴射燃
料の１回分に相当する噴射パルス幅と燃料噴射量との対
応関係を学習する噴射特性学習手段とを備え、この学習
制御の実行時に、前段の燃料噴射終了時点から後段の燃
料噴射開始時点までの時間間隔を、上記噴射パルスに対
する燃料噴射のばらつきを防止するために必要とされる
基準時間以上に設定したものである。

【００１７】上記構成によれば、空燃比が略理論空燃比
となるように上記フィードバック制御が実行されている
ときに、インジェクタの噴射特性のばらつき等を是正す
るための学習が行われ、この場合に、成層燃焼によるリ
ーン運転時よりも熱効率が悪いことから上記リーン運転
時と比べて燃料噴射量は多くなるが、燃料噴射が吸気行
程で分割して行われることにより、その分割された一回
の噴射パルスに対応する噴射量が微少な噴射領域とな
る。そして、上記学習制御の実行時に、前段の燃料噴射
終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔が
一定値以上に設定されることにより、噴射パルスに対す
る後段の燃料噴射量にばらつきが生じることが防止され
て燃料の微少な噴射領域における噴射特性の学習が精度
良く行われることになる。

【００１８】請求項６に係る発明は、上記請求項５記載
の筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置において、エ
ンジンのアイドル運転領域またはアイドル近傍の運転領
域で上記噴射特性学習手段による学習を行う際に、分割
された噴射燃料の１回分に相当する噴射パルス幅が成層
リーン運転時の最小噴射パルス幅と略同等になるように
設定された燃料噴射量に対応した吸入空気量を確保する
吸入空気量調節手段と、点火時期をリタードさせる点火
時期リタード手段とを備えたものである。

【００１９】上記構成によれば、エンジンのアイドル運
転領域またはアイドル近傍の運転領域で、インジェクタ
の噴射特性のばらつき等を是正するための学習が行われ
るとともに、この学習制御の実行時に、空燃比を理論空
燃比としつつ、分割噴射の一回分の噴射パルス幅が成層
リーン運転時の最小パルス幅と略同等となるように燃料
噴射量およびこれに対応した吸入空気量の調節が行われ
るとともに、点火時期がリタードされることにより、エ
ンジン回転数の上昇が抑制された状態で、上記学習が精
度良く行われることになる。

【００２０】請求項７に係る発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射するインジェクタと、所定の運転領域で上記イ
ンジェクタから必要量の燃料を複数回に分けて噴射させ
るように制御する燃料噴射制御手段とを備えた筒内噴射
式エンジンにおいて、上記燃料の分割噴射時に、前段の
燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの時
間間隔を、３ｍｓｅｃ以上に設定したものである。

【００２１】上記構成によれば、所定の運転領域で燃料
を複数回に分けて噴射する際に、前段の燃料噴射終了時
点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔が３ｍｓ
ｅｃ以上に設定されることにより、噴射パルスに対する
後段の燃料噴射にばらつきが生じるのを防止して燃料噴
射制御の精度を向上させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１〜図５は、本発明に係る筒内
噴射式エンジンの制御装置の第１実施形態をしている。
図１および図２に示すように、エンジン本体１は、複数
の気筒２ａ〜２ｄを有し、その各気筒２ａ〜２ｄには、
シリンダボアに挿入されたピストン４の上方に燃料室５
が形成されている。この燃焼室５には吸気ポート７およ
び排気ポート８が開口し、これらの吸気ポート７および
排気ポート８は、吸気弁９および排気弁１０によってそ
れぞれ開閉されるとともに、これらの吸気弁９および排
気弁１０は、カムシャフト１１，１２等からなる動弁機
構により開閉作動されるように構成されている。

【００２３】上記燃焼室５の中央部には点火プラグ１５
が配設され、そのプラグ先端が燃焼室５に臨んでいる。
上記点火プラグ１５は、点火コイル１６に接続されてい
る。また、上記燃焼室５内には、その側方からインジェ
クタ１８の先端部が臨み、このインジェクタ１８から燃
焼室５内に直接燃料が噴射されるようになっている。上
記各気筒２ａ〜２ｄのインジェクタ１８は、燃料回路２
０のデリバリパイプ２１に接続されている。

【００２４】上記燃料回路２０は、デリバリパイプ２１
に接続される燃料供給通路２２およびリターン通路２３
を備え、燃料タンク２４と燃料供給通路２２との間に、
タンク内燃料ポンプ２５、フィルタ２６，２７、高圧燃
料ポンプ２８および高圧側プレッシャレギュレータ２９
および低圧側プレッシャレギュレータ３０が配設され、
かつ高圧側プレッシャレギュレータ２９をバイパスする
通路（図示せず）が設けられるとともに、この通路を開
閉するバイパスバルブ３１が設けられている。

【００２５】そして、上記バイパスバルブ３１の作動に
よって燃圧の変更が可能となっている。すなわち、高圧
燃料ポンプ２８が作動している状態で、上記バイパスバ
ルブ３１が閉じられたときには、高圧側プレッシャレギ
ュレータ２９の調圧作用で燃圧が所定の高圧に調整さ
れ、上記バイパスバルブ３１が開かれたときには、高圧
側プレッシャレギュレータ２９が実質的に機能せずに低
圧側プレッシャレギュレータ３０の調圧作用で燃圧が所
定の低圧に調整されるようになっている。

【００２６】また、エンジン本体１には、吸気通路４０
および排気通路４１が接続されている。上記吸気通路４
０には、その上流側から順に、エアクリーナ４３、エア
フローセンサ４４、モータ４６により駆動されるスロッ
トル弁４５およびサージタンク４７が設けられている。
さらに、上記スロットル弁４５をバイパスするＩＳＣ通
路５０が設けられ、このＩＳＣ通路５０には、この通路
の空気流量をコントロールするＩＳＣバルブ５１が設け
られている。

【００２７】上記サージタンク４７の下流には、各気筒
２ａ〜２ｄの吸気ポート７に連通する気筒別の独立吸気
通路５３が設けられている。各独立吸気通路５３には、
スワール制御弁５４が設けられており、このスワール制
御弁５４は、ステップモータ等からなるアクチュエータ
５５により駆動されて開閉作動し、その開閉作用により
吸気スワールがコントロールされるようになっている。

【００２８】一方、上記排気通路４１には、排気ガス中
の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ₂
センサ５７からなる空燃比センサが設けられている。当
実施形態では、上記Ｏ₂センサ５７として、理論空燃比
（λ＝１）で出力が反転する所謂λＯ₂センサが用いら
れており、このＯ₂センサ５７が排気マニホールドの集
合部近傍に配設されている。さらに、上記Ｏ₂センサ５
７の下流には、排気ガス浄化用の触媒５８が設けられて
いる。

【００２９】図１において６０は、エンジン制御用のコ
ントロールユニット（ＥＣＵ）であり、このＥＣＵ６０
には、上記エアフローセンサ４４、スロットル開度セン
サ４８およびＯ₂センサ５７からの各検出信号ａ，ｂ，
ｃが入力されるとともに、カムシャフト１２に連動する
ディストリビュータ６１からエンジン回転数検出用等の
クランク角信号ｄおよび気筒判別信号ｅが入力され、さ
らにアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）を検出
するアクセル開度センサ６２、吸入空気の温度を検出す
る吸気温センサ６３、エンジン冷却水の温度を検出する
水温センサ６４等からの検出信号ｆ，ｇ，ｈも入力され
るようになっている。

【００３０】また、上記ＥＣＵ６０は、インジェクタド
ライブユニット６６を介してインジェクタ１８に燃料噴
射を制御する信号ｊを出力するとともに、点火コイル１
６に対して点火時期を制御する信号ｋを出力し、またス
ロットル弁駆動用のモータ４６に、スロットルドライブ
ユニット６７を介してスロットル開度を制御する信号ｌ
を出力し、さらにＩＳＣバルブ５１を制御する信号ｍ、
燃料回路２０のバイパスバルブ３１を制御する信号ｎ等
を出力するように構成されている。

【００３１】図３は、上記インジェクタ１８の具体的構
造の一例を示している。このインジェクタ１８は、先端
部に噴射口７０ａおよびバルブシート７０ｂを有するハ
ウジング７０と、その内部に配設されて噴射口７０ａを
開閉するニードル弁７１と、このニードル弁７１をスト
ロークさせるプランジャー７２と、閉弁保持用のスプリ
ング７３と、コイル７４とを備え、インジェクタ１８の
中心部に設けられた中空部に燃料が導入されるようにな
っている。

【００３２】そして、上記ＥＣＵ６０から出力される噴
射パルス信号によりインジェクタドライブユニット６６
を介してコイル７４への通電が行われ、これに応じてニ
ードル弁７１をリフトさせるようにプランジャー７２が
駆動され、それに伴って噴射口７０ａから燃料が噴射さ
れるようになっている。

【００３３】上記ＥＣＵ６０には、図４に示すように、
燃料の噴射量および噴射時期を演算する噴射量・噴射時
期演算手段８０と、燃料噴射量に対応したパルス幅を有
する噴射パルス信号を出力する噴射パルス出力手段８１
と、燃料噴射量をフィードバック制御するフィードバッ
ク制御手段８２と、後述する分割噴射を実行する燃料噴
射制御手段８３とが設けられている。

【００３４】上記噴射量・噴射時期演算手段８０は、エ
アフローセンサ４４等の各センサから出力される検出信
号に基づいてエンジンの運転状態が、例えば図５に示す
グラフのいずれの運転領域に属するのか判定し、この運
転領域に対応した燃料の噴射量および噴射時期を演算す
るものである。

【００３５】上記マップにおいて、燃料噴射量の少ない
低回転低負荷運転領域は、圧縮行程でのみ燃料を噴射す
ることにより、燃焼室５内の全体は燃料リーンの状態に
しながら点火プラグ１５の近傍のみを、他の領域と比較
して相対的かつ局所的にリッチ状態にして点火する成層
燃焼領域とし、この領域では、図６（ａ）に示すように
圧縮行程の一括噴射を行うように噴射パルスＴｄを設定
する。

【００３６】この成層燃焼領域よりも高回転側あるいは
高負荷側の領域は、吸気行程で燃料を噴射して筒内に十
分拡散させてから点火を行う均一燃焼領域とされる。こ
の均一燃焼領域の中でも、比較的拡散速度の高い高回転
領域では、図６（ｂ）に示すように吸気行程の一括噴射
を行うように噴射パルスＴａを設定する一方、比較的拡
散速度の低い中・低回転領域αでは、燃料の拡散不良に
よるスモークの発生を避けるため、同図（ｃ）に示すよ
うに吸気行程中に必要燃料を２回に分けて噴射する吸気
行程の分割噴射を行うように噴射パルスＴｂ，Ｔｃを設
定する。。

【００３７】上記噴射パルス出力手段８１は、噴射量・
噴射時期演算手段８０により演算された燃料噴射量をパ
ルス幅に換算し、このパルス幅を有する噴射パルスを上
記燃料の噴射時期に応じたタイミングで、ドライブユニ
ット５１を介してインジェクタ１８に出力することによ
り、このインジェクタ１８を駆動するように構成されて
いる。

【００３８】また、上記フィードバック制御手段８２
は、所定のフィードバック条件が成立したときに、排気
通路４１に設けられたＯ₂センサ５７による空燃比の検
出値に応じて、空燃比を理論空燃比とするように燃料噴
射量をフィードバック制御するように構成されている。
すなわち、上記Ｏ₂センサ５７の出力に基づいてＰＩ制
御等により燃料噴射量のフィードバック補正項が上記フ
ィードバック制御手段８２において求められ、このフィ
ードバック補正項と、吸入空気量等に基づいて求められ
る基本燃料噴射量とに基づいて最終的な燃料噴射量が算
出されることにより、上記フィードバック制御が実行さ
れる。

【００３９】このフィードバック制御は、上記均一燃焼
領域のうちで理論空燃比とされる運転領域（全負荷付近
のエンリッチ領域を除く均一燃焼領域）で実行される
が、このほかにエンジン暖機前の半暖機時においても、
暖機促進のために理論空燃比で実行される。したがっ
て、エンジンの低負荷時においてエンジン温度が所定温
度に昇温したエンジンの暖機時点から混合気が成層化さ
れることにより空燃比が理論空燃比よりもリーンとさ
れ、上記所定温度よりも低い設定温度に昇温したエンジ
ンの半暖機時には、空燃比を理論空燃比とするようにイ
ンジェクタ１８からの燃料噴射量がフィードバック制御
される。

【００４０】上記燃料噴射制御手段８３は、上記フィー
ドバック制御が行われる特定運転時、例えば上記比較的
高負荷高回転の均一燃焼領域αにあるとき、およびエン
ジンの半暖機状態において後述の学習制御が行われてい
るときに、燃料噴射を吸気行程で複数回に分けて行わせ
るものである。この燃料の分割噴射は、上記噴射パルス
出力手段８１において燃料噴射量を換算することにより
求められた噴射パルスを複数に分割することにより行わ
れるものであり、当実施形態では、図６（ｃ）に示すよ
うに、目標燃料噴射量の１／２ずつの分割比で二つの噴
射パルスＴｂ，Ｔｃに分割している。

【００４１】また、上記燃料噴射制御手段８３は、燃料
の分割噴射時に、前段の燃料噴射終了時点から後段の燃
料噴射開始時点までの時間間隔、例えば燃料を前期と後
期との二回に分けて燃料を噴射する場合において、前期
噴射の終了時点から後期噴射の開始時点までの時間間隔
を、噴射パルスに対する燃料噴射のばらつきを防止する
ために必要とされる基準時間、例えば３ｍｓｅｃ以上に
設定するように構成されている。

【００４２】上記ＥＣＵ６０において実行される制御動
作を、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
上記制御動作がスタートすると、まずエンジンの運転領
域が図５の分割噴射領域αであるか否かを判定し（ステ
ップＳ１）、ＹＥＳと判定された場合には、上記噴射量
・噴射時期演算手段８０において求めた前期側の燃料噴
射量と、前後期の燃料噴射時期と、エンジン回転数とに
基づいて前期の燃料噴射終了時点から後期の燃料噴射開
始時点までの時間間隔Ｔを算出する（ステップＳ２）。

【００４３】次いで、上記ステップＳ２で算出された時
間間隔Ｔが３ｍｓｅｃ以上であるか否かを判定し（ステ
ップＳ３）、ＹＥＳと判定された場合には、上記噴射量
・噴射時期演算手段８０で求めた燃料の噴射量および噴
射時期に対応させて燃料を噴射するためのタイマーを設
定する（ステップＳ４）。

【００４４】一方、上記ステップＳ３でＮＯと判定され
て上記時間間隔Ｔが３ｍｓｅｃ未満であることが確認さ
れた場合には、上記前期の燃料噴射終了時点から後期の
燃料噴射開始時点までの時間間隔Ｔが３ｍｓｅｃとなる
ように、前後期の噴射時期を再計算した後（ステップＳ
５）、上記ステップＳ４に移行する。

【００４５】このように燃焼室内に直接燃料を噴射する
インジェクタ１８と、所定の運転領域で上記インジェク
タ１８から必要量の燃料を複数回に分けて噴射させるよ
うに制御する燃料噴射制御手段８３とを備えた筒内噴射
式エンジンにおいて、上記燃料の分割噴射時に、前段
（前期）の燃料噴射終了時点から後段（後期）の燃料噴
射開始時点までの時間間隔を、噴射パルスに対する燃料
噴射のばらつきを防止するために必要とされる基準時間
以上に設定したため、この燃料噴射のばらつきに起因し
て後段の燃料噴射量が不正確になるという事態の発生を
防止し、燃料の総噴射量を目標燃料噴射量に一致させる
制御を適正に実行することができる。

【００４６】すなわち、上記燃料の分割噴射を実行する
際に、噴射パルスのパルス幅を０．３〜０．７５ｍｓｅ
ｃの範囲内で種々の値に設定するとともに、エンジン回
転数を３０００ｒｐｍまたは１５００ｒｐｍに設定し、
かつエンジンの冷却水温度を５０〜９０#の範囲内で種
々の値に設定するとともに、基本点火時期に対する点火
リタード量を０〜２５ｄｅｇの範囲内で種々の値に設定
した条件下で、前段の燃料噴射終了時点から後段の燃料
噴射開始時点までの時間間隔を、種々に変化させた場
合、図７に示すように、上記分割噴射の時間間隔が３ｍ
ｓｅｃ未満の領域では、後段の燃料噴射量が顕著に変動
する傾向がある。

【００４７】これは、燃料の噴射圧力が高い筒内噴射式
エンジンにおいて、前段の燃料噴射終了後に、デリバリ
ーパイプ２１からインジェクタ１８に至る燃料供給管内
において燃料圧力が急変することに起因した燃料の脈動
が発生し、この燃料脈動が十分に収まらないうちに後段
の燃料噴射を開始すると、上記脈動の影響を受けて後段
に噴射される燃料噴射量にばらつきが生じるためである
と考えられる。

【００４８】したがって、上記前段の燃料噴射終了時点
から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔を、３ｍｓ
ｅｃ程度に設定された基準時間よりも短くした場合に
は、噴射パルスに対する後段の燃料噴射量にばらつきが
生じるために燃料噴射量の制御が困難であるのに対し、
上記のように分割噴射の時間間隔を、３ｍｓｅｃ程度の
基準時間以上に設定した場合には、上記燃料噴射のばら
つきに起因した制御不良の発生を防止して、燃料の総噴
射量を目標燃料噴射量に一致させる制御を適正に実行す
ることができる。

【００４９】図７において、線βは、上記各条件下で、
前段の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点ま
での時間間隔を、種々に変化させた場合における燃料の
平均噴射量を示すものである。この線βで示す燃料の平
均噴射量は、上記時間間隔が短くなるのに応じ、多くな
る傾向がある。これは、上記時間間隔が短いほど、前段
に噴射される燃料によりニードル弁７１が熱を奪われて
熱収縮すること等に起因して、単位時間当たりの燃料噴
射量が増大するためであると考えられる。

【００５０】そして、前段の燃料噴射終了時点から後段
の燃料噴射開始時点までの時間間隔が３ｍｓｅｃ未満の
領域では、上記のようにニードル弁７１の熱収縮に起因
して燃料噴射量が増大するとともに、燃料脈動の影響を
受けて後段に噴射される燃料噴射量にばらつきが生じる
ことにより、エンジンの運転状態に応じて演算された燃
料の目標燃料噴射量と、実際の燃料噴射量とのずれが著
しく大きくなることが避けられない。これに対して分割
噴射時の上記時間間隔が３ｍｓｅｃ以上となる領域で
は、上記線βで示す燃料の平均噴射量に対して実際の燃
料噴射量のばらつきが小さいため、演算により求めた目
標燃料噴射量を上記燃料の平均噴射量に基づいて補正す
ることにより、燃料の総噴射量を目標燃料噴射量の制御
を正確に実行することができる。

【００５１】上記実施形態では、図７に示すように、各
種の運転状態で、燃料の噴射パルスに対する燃料噴射の
ばらつきを実験的に求め、この実験データに基づいて上
記ばらつきを防止するために必要とされる基準時間を３
ｍｓｅｃに設定し、燃料の分割噴射時に、前段の燃料噴
射終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔
を、一律に３ｍｓｅｃ以上に設定するようにしたため、
簡単な構成を有する制御装置により、噴射パルスに対す
る後段の燃料噴射のばらつきが生じるのを防止して、燃
料の総噴射量を目標燃料噴射量に一致させる制御を迅速
かつ適正に実行することができる。

【００５２】なお、上記構成に代えて、噴射パルスに対
する燃料噴射のばらつきを防止するための基準時間を、
インジェクタ１８の個体差または各運転状態等に対応さ
せてそれぞれ個別に求め、この基準時間に応じて上記前
段の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点まで
の時間間隔を個別に設定して燃料の噴射タイミングを制
御するように構成してもよい。

【００５３】また、上記インジェクタ１８のニードル弁
リフトに起因して燃料供給管に生じる燃料脈動が収まる
時間を実験的または演算等により求め、この値に基づい
て上記基準時間を設定してもよい。このように構成した
場合には、燃料の分割噴射時に、前段の燃料噴射終了時
点から、上記ニードル弁リフトに起因した燃料脈動が収
まった後に、後段の燃料噴射が開始されることになるた
め、上記燃料脈動に起因した制御誤差が発生するのを防
止して、後段の燃料噴射量にばらつきが生じるのを効果
的に防止することができる。

【００５４】また、上記実施形態では、成層燃焼領域よ
りも高回転側の領域に設けられた均一燃焼領域に、吸気
行程で燃料の分割噴射を行う分割噴射領域αを設けると
ともに、この分割噴射領域αにおける前段の燃料噴射終
了時点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔を、
上記基準時間以上に設定したため、エンジン回転数が高
いことに起因して上記分割噴射時の時間間隔が極端に短
くなるのを防止することができる。したがって、エンジ
ンの高回転領域で、上記燃料脈動等に起因した制御誤差
の発生を確実に防止し、後段の燃料噴射量にばらつきが
生じるのを防止することができる。

【００５５】さらに、上記燃料の分割噴射領域を、空燃
比が理論空燃比となる運転領域で、排気通路４１に設け
られたＯ₂センサ５７からなる空燃比センサの検出値に
基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を実行するフ
ィードバック制御領域に設定した場合には、このフィー
ドバック制御時に、燃料を複数回に分けて噴射するとと
もに、前段の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始
時点までの時間間隔を上記基準時間以上に設定すること
により、後段の燃料噴射量のばらつきを防止することが
できるため、上記フィードバック制御を適正に実行でき
るという利点がある。

【００５６】なお、図９に示すように、上記ＥＣＵ６０
に、燃料の噴射パルス幅と燃料噴射量との対応関係を学
習して学習補正値を求める噴射特性学習手段８４と、こ
の学習の実行時に上記ＩＳＣバルブ５１を制御して吸入
空気量を調節するＩＳＣ制御手段８５および吸入空気量
調節手段８６と、基本点火時期演算手段９１によりエン
ジンの運転状態に応じて算出された点火時期を、上記学
習制御の実行時にリタードさせるように制御する点火時
期リタード手段９２とを設けた構造としてもよい。

【００５７】上記噴射特性学習手段８４は、フィードバ
ック制御手段８２による上記燃料噴射量のフィードバッ
ク制御が実行される特定運転時に、吸気行程で燃料を複
数回に分割して噴射させつつ、フィードバック補正項
（フィードバック制御による制御量）に基づき、分割さ
れた燃料噴射の一回分に相当する噴射パルス幅と、燃料
噴射量との対応関係を学習して学習補正値を求めるもの
である。

【００５８】また、上記ＩＳＣ制御手段８５は、エンジ
ンのアイドル運転時に上記ＩＳＣバルブ５１を制御して
吸気流量を調節することにより、アイドル回転数を目標
値に一致させるように制御するものである。さらに、上
記吸入空気量調節手段８６は、吸気行程で上記燃料噴射
制御手段８３による燃料の分割噴射および上記噴射特性
学習手段８４による学習が、エンジンのアイドル運転領
域またはアイドル近傍の運転領域において行われている
ときに、上記ＩＳＣ制御手段８５による吸気流量の制御
を規制するものである。

【００５９】具体的には、アイドル運転領域等の無負荷
低回転領域において、分割噴射の一回分に相当する噴射
パルス幅が、成層リーン運転時の最小噴射パルス幅と略
同等になるように設定された燃料噴射量に応じ、吸入空
気量が調節されるようになっている。すなわち、上記学
習のために吸気行程で分割噴射を行うときに、通常のア
イドル運転時よりも基本燃料噴射量を多くするように設
定された場合に、これに対応させて通常時よりも多い所
定の吸入空気量を確保するように、上記吸入空気量調節
手段８６によりＩＳＣバルブ５１の制御量を設定するよ
うにしている。この結果、空燃比が理論空燃比とされつ
つ、分割噴射の一回分に相当するパルス幅が成層リーン
運転時の最小パルス幅と略同等となるように、燃料噴射
量およびこれに応じた吸入空気量の調節が行われること
になる。

【００６０】また、上記点火時期リタード手段９２は、
エンジンのアイドル運転領域またはアイドル近傍の運転
領域で、上記のように吸入空気量および燃料噴射量の調
節が行われることに伴うエンジン回転数の上昇を抑制す
るために、点火時期をリタードさせてトルクを抑えるも
のであり、これによって上記噴射特性学習手段８４によ
る学習の実行時に、エンジン回転数をアイドル運転時等
の目標値とする制御を実行するように構成されている。

【００６１】上記ＥＣＵ６０において実行される制御動
作を、図１０に示すフローチャートに基づいて説明す
る。上記制御動作がスタートすると、まずエンジンの運
転領域が図５の分割噴射領域αであるか否かを判定し
（ステップＳ１１）、ＮＯと判定された場合には、上記
噴射特性学習手段８４による学習が行われる運転領域で
あるか否かが判別される（ステップＳ１２）。

【００６２】すなわち、エンジン暖機前の半暖機状態
で、上記フィードバック制御手段８２によるフィードバ
ック制御の実行時に分割噴射を行うと、燃料噴射量が図
１１中の特異領域Ｂに入るような低負荷域である場合
に、上記噴射特性の学習が行われる運転領域であると判
定される。上記図１１は、インジェクタ１８の特性を示
すものであり、燃料噴射可変範囲における大部分の一般
領域Ａでは、噴射パルス幅と燃料噴射量とが比例的な一
定の対応関係を有している。これに対して燃料の噴射量
少ない上記特異領域Ｂでは、閉弁期間に対する弁リフト
途中期間の割合が大きくなること等に起因して、上記一
般領域Ａとは異なる特性を有している。

【００６３】上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されて
学習が行われる領域であることが確認された場合、また
は上記ステップＳ１１でＹＥＳと判定されて分割噴射領
域αであることが確認された場合には、上記噴射量・噴
射時期演算手段８０において求めた前期側の燃料噴射量
と、前後期の燃料噴射時期と、エンジン回転数とに基づ
いて前期の燃料噴射終了時点から後期の燃料噴射開始時
点までの時間間隔Ｔを算出する（ステップＳ１３）。

【００６４】次いで、上記時間間隔Ｔが３ｍｓｅｃ程度
に設定された基準時間以上であるか否かを判定し（ステ
ップＳ１４）、ＹＥＳと判定された場合には、上記噴射
量・噴射時期演算手段８０で求めた燃料の噴射量および
噴射時期に対応させて燃料を噴射するためのタイマーを
設定する（ステップＳ１５）。

【００６５】一方、上記ステップＳ１４でＮＯと判定さ
れた場合には、上記前期の燃料噴射終了時点から後期の
燃料噴射開始時点までの時間間隔Ｔが、３ｍｓｅｃ程度
に設定された基準時間となるように、前後期の噴射時期
を再計算した後（ステップＳ１６）、上記ステップＳ１
５に移行する。

【００６６】上記のような実施形態によれば、図１１に
示すインジェクタ１８の噴射特性のうちで、上記微少噴
射量となる特異領域Ｂにおける噴射パルス幅と、燃料噴
射量との対応関係を適正に把握して、上記フィートバッ
ク制御時の学習補正値を精度よく求めることができる。
すなわち、インジェクタ１８の個体差等による噴射パル
ス幅と燃料噴射量との対応関係のずれにより噴射パルス
幅の換算に誤差が生じると、その分が上記空燃比フィー
ドバック制御におけるフィードバック補正項に現れるの
で、このフィードバック補正項から上記対応関係のずれ
に応じた学習補正値を求めることができる。

【００６７】上記分割噴射時の学習補正が行われた後
は、暖機後における低速低回転領域で圧縮行程噴射によ
り成層燃焼が行われる場合の燃料噴射制御に反映され
る。つまり、低速低回転領域で圧縮行程噴射により成層
燃焼が行われて空燃比がリーンとされるときには、熱効
率が高められることに伴い噴射量が少なくされて上記特
異領域Ｂ内の噴射量ポイントｂとなることがあるが、こ
の場合にアクセル開度、エンジン回転数等に基づいて燃
料噴射量が求められ、これを噴射パルス幅に換算する際
に、上記学習補正値が読み出されて、これを加味した制
御が実行されることにより、燃料噴射制御の精度を向上
させることができる。

【００６８】また、上記実施形態では、燃料噴射特性の
学習時に上記ＩＳＣバルブ５１を制御して吸入空気量を
調節するＩＳＣ制御手段８５および吸入空気量調節手段
８６と、基本点火時期演算手段９１において算出された
点火時期をリタードさせる点火時期リタード手段９２と
を設けたため、半暖機中における上記空燃比フィードバ
ック制御中で、特にアイドリング運転領域またはその近
傍の運転領域における燃料噴射特性の学習精度が低下す
るのを防止することができる。

【００６９】すなわち、Ｏ₂センサ５７の検出値に基づ
くフィードバック制御中に吸気行程の分割噴射を行って
特異領域Ｂの学習補正値を求める場合に、アイドル運転
領域等における通常の制御状態では、成層リーン運転の
場合と比べて熱効率が悪いために燃料噴射量が多くなる
ものの、２倍にまではならないので、その燃料噴射量に
応じた噴射パルス幅を分割すると、分割後の噴射パルス
幅は成層リーン運転領域等の最小パルス幅よりも小さく
なってしまう。

【００７０】そこで、当実施形態では、空燃比フィード
バック制御中のアイドル運転領域等に吸気行程の分割噴
射を行う場合に、吸入空気量および基本燃料噴射量を通
常時よりも多くすることにより、分割後の噴射パルス幅
が成層リーン運転時の最小パルス幅と同等となるように
設定し、これによって最小パルス幅付近の学習精度を向
上させることができるようにしている。

【００７１】そして、上記のように吸入空気量および燃
料噴射量を通常時よりも多くするように制御するだけで
は、アイドル回転数が必要以上に上昇することにより、
運転者に違和感を与えたり、自動変速機付の車両にあっ
ては、Ｄレンジでのアイドル運転時に不必要なクリープ
走行が生じたりする不都合がある。このため、当実施形
態では、上記のような場合に点火時期をリタードして吸
入空気量および燃料噴射量の増加によるエンジン回転数
の上昇を抑制することにより上記不都合を回避し、エン
ジン回転数をアイドル運転時等の目標値とする制御を適
正に実行できるようにしている。

【００７２】なお、上記各実施形態では、燃料噴射制御
手段８３により吸気行程で燃料を二回に分けて噴射する
ようにした例について説明したが、燃料を前期と中期と
後期との三回に分けて燃料を噴射するようにしてもよ
い。この場合には、前期噴射の終了時点から中期噴射の
開始時点までの時間間隔と、中期噴射の終了時点から後
期噴射の開始時点までの時間間隔が、それぞれ上記基準
時間以上に設定されることになる。

【００７３】また、上記空燃比センサとしてλＯ₂セン
サを用い、その出力に応じて理論空燃比とするように燃
料噴射量をフィードバック制御するときの燃料噴射特性
の学習を行うように構成した上記実施形態に代え、空燃
比に応じて出力が略リニアに変化するリニアＯ₂センサ
を用いてもよく、この場合には、理論空燃比以外の運転
領域でも上記フィードバック制御を実行できる。ただ
し、上記リニアＯ₂センサを用いた場合でも、理論空燃
比付近における検出精度が最も高く、理論空燃比から遠
ざかるにつれて検出精度が低下する傾向があるので、理
論空燃比または略理論空燃比でのフィードバック制御時
に燃料噴射特性の学習を行うようにすることが好まし
い。

【００７４】このような学習制御の実行時に、後段の燃
料噴射量にばらつきが生じると、学習制御自体の精度が
悪くなり、これが燃料噴射量の制御に反映されると、そ
の後の制御精度が却って悪化する。また、上記学習制御
が実行されることにより通常のアイドル時よりも前後段
の噴射時間間隔が短くなって燃料脈動の影響を受け易く
なる可能性があるため、上記のように前後段の噴射時間
間隔を基準時間以上に設定することによる効果が顕著で
ある。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明は、燃焼室内に直接
燃料を噴射するインジェクタと、所定の運転領域で上記
インジェクタから必要量の燃料を複数回に分けて噴射さ
せるように制御する燃料噴射制御手段とを備えた筒内噴
射式エンジンにおいて、上記燃料の分割噴射時に、前段
の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの
時間間隔を、噴射パルスに対する燃料噴射のばらつきを
防止するために必要とされる基準時間以上に設定したた
め、この燃料噴射のばらつきに起因して後段の燃料噴射
量が不正確になるという事態の発生を防止し、燃料の総
噴射量を目標燃料噴射量に一致させる制御を適正に実行
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの全体構成図
である。

【図２】エンジン本体およびその付近の概略平面図であ
る。

【図３】上記エンジンに設けられたインジェクタの断面
図である。

【図４】ＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。

【図５】上記エンジンにおいて設定された各運転領域を
示すグラフである。

【図６】上記各運転領域での燃料噴射時期を示すグラフ
である。

【図７】分割噴射の時間間隔と燃料噴射量の変動状態と
の関係を示すグラフである。

【図８】上記ＥＣＵにおいて実行される制御動作を示す
フローチャートである。

【図９】ＥＣＵの別の具体例を示すブロック図である。

【図１０】上記ＥＣＵにおいて実行される制御動作を示
すフローチャートである。

【図１１】インジェクタの燃料噴射量と噴射パルス幅と
の対応関係の特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１エンジン本体５燃焼室１８インジェクタ５７Ｏ₂センサ（空燃比センサ）６０ＥＣＵ７１ニードル弁８２フィードバック制御手段８３燃料噴射制御手段８４噴射特性学習手段８６吸入空気量調節手段９２点火時期リタード手段

フロントページの続きＦターム(参考） 3G022 AA07 AA08 BA01 CA03 CA06 CA09 DA02 EA07 GA05 GA06 GA08 GA09 GA11 3G084 AA04 BA13 BA15 BA17 CA03 CA04 CA09 DA04 DA23 EA07 EB11 EB17 EC02 EC03 FA02 FA07 FA10 FA13 FA17 FA20 FA29 FA33 FA39 3G301 HA04 HA16 HA17 JA00 JA05 KA07 KA08 KA09 KA24 LA00 LA04 LA05 LB01 LB04 LC04 MA01 MA12 MA19 MA20 MA26 MA27 ND01 ND33 NE14 NE15 NE23 PA01Z PA10Z PA11Z PA15A PB03A PB03Z PB05Z PD03A PD04A PE01A PE01Z PE05Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタと、所定の運転領域で上記インジェクタから必要量
の燃料を複数回に分けて噴射させるように制御する燃料
噴射制御手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、
上記燃料の分割噴射時に、前段の燃料噴射終了時点から
後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔を、噴射パルス
に対する燃料噴射のばらつきを防止するために必要とさ
れる基準時間以上に設定したことを特徴とする筒内噴射
式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】請求項１記載の筒内噴射式エンジンの燃
料噴射制御装置において、上記基準時間を、インジェク
タのニードル弁リフトに起因して燃料供給管に生じる燃
料脈動が収まる時間に対応させて設定したことを特徴と
する筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】請求項１または２記載の筒内噴射式エン
ジンの燃料噴射制御装置において、エンジンの高回転領
域に、吸気行程で燃料の分割噴射を行う分割噴射領域を
設けるとともに、この分割噴射領域における前段の燃料
噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの時間間
隔を、上記基準時間以上に設定したことを特徴とする筒
内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴
射式エンジンの燃料噴射制御装置において、上記燃料の
分割噴射領域を、空燃比が略理論空燃比となる運転領域
で、排気通路に設けられた空燃比センサの検出値に基づ
いて燃料噴射量のフィードバック制御を実行するフィー
ドバック制御領域に設定したことを特徴とする筒内噴射
式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタと、排気通路に設けられた空燃比センサの検出値に
基づいて空燃比が略理論空燃比となるように燃料噴射量
をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを
備えた筒内噴射式エンジンにおいて、上記フィードバッ
ク制御が行われる特定運転時に、インジェクタから燃料
を複数回に分けて噴射させるように制御する燃料噴射制
御手段と、この分割された噴射燃料の１回分に相当する
噴射パルス幅と燃料噴射量との対応関係を学習する噴射
特性学習手段とを備え、この学習制御の実行時に、前段
の燃料噴射終了時点から後段の燃料噴射開始時点までの
時間間隔を、上記噴射パルスに対する燃料噴射のばらつ
きを防止するために必要とされる基準時間以上に設定し
たことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御
装置。
【請求項６】請求項５記載の筒内噴射式エンジンの燃
料噴射制御装置において、エンジンのアイドル運転領域
またはアイドル近傍の運転領域で上記噴射特性学習手段
による学習を行う際に、分割された噴射燃料の１回分に
相当する噴射パルス幅が成層リーン運転時の最小噴射パ
ルス幅と略同等になるように設定された燃料噴射量に対
応した吸入空気量を確保する吸入空気量調節手段と、点
火時期をリタードさせる点火時期リタード手段とを備え
たことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御
装置。
【請求項７】燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェ
クタと、所定の運転領域で上記インジェクタから必要量
の燃料を複数回に分けて噴射させるように制御する燃料
噴射制御手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、
上記燃料の分割噴射時に、前段の燃料噴射終了時点から
後段の燃料噴射開始時点までの時間間隔を、３ｍｓｅｃ
以上に設定したことを特徴とする筒内噴射式エンジンの
燃料噴射制御装置。