JP7111674B2

JP7111674B2 - 燃料噴射制御装置

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Publication number: JP7111674B2
Application number: JP2019173232A
Authority: JP
Inventors: 宏文大原; 尚平岡崎; 一志菊池; 孝義奥田; 和輝上野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: BR102020019035A2; BR102020019035B1; JP2021050642A

Description

本発明は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部を制御する燃焼噴射制御装置に関する。

この種の装置として、従来、エンジンの低負荷低回転運転時に圧縮行程で燃料を噴射し、中負荷中回転時に吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射し、高負荷高回転時に吸気行程で燃料を噴射させるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、燃料の噴射方向が排気弁に向かう方向とピストン頂面に向かう方向とに切換可能に燃料噴射弁が構成され、中負荷中回転時では、エンジン回転数が低くなるに従い排気弁に向かう燃料の割合を増加させる。

特開２００５－６９１２６号公報

ところで、燃焼室に燃料を噴射する場合、噴射した燃料が気筒の内壁に付着してエンジンオイルに混ざり、エンジンオイルのダイリューション（希釈）が生じるおそれがある。ダイリューションの発生を抑えるために、例えば上記文献１記載の装置のように、燃料噴射方向を排気弁に向かう方向に切換可能に構成すると、燃料噴射弁の構成が複雑化し、装置の価格上昇を招く。

本発明の一態様である燃料噴射制御装置は、気筒と、気筒の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストンと、ピストンの上方の燃焼室に面して設けられた燃料噴射部と、を有する内燃機関における燃料噴射制御装置であって、燃料噴射部から噴射される燃料はアルコールを含み、内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出部と、回転数検出部により検出された回転数と負荷検出部により検出された負荷とに基づいて、燃料噴射部を制御する噴射制御部と、燃料のアルコール濃度を特定する濃度特定部と、を備える。噴射制御部は、内燃機関の運転領域が、回転数検出部により検出された回転数が第１回転数以下で、かつ、負荷検出部により検出された負荷が第１所定値以下である低負荷低回転領域であるとき、圧縮行程のみで燃料を噴射し、内燃機関の運転領域が、回転数検出部により検出された回転数が第１回転数よりも大きい第２回転数以下で、かつ、負荷検出部により検出された負荷が第１所定値よりも大きい第２所定値以下で、かつ、低負荷低回転領域を除く中負荷中回転領域であるとき、圧縮行程と吸気行程とで燃料を噴射し、内燃機関の運転領域が、回転数検出部により検出された回転数が第２回転数よりも大きい、または、負荷検出部により検出された負荷が第２所定値よりも大きい高負荷高回転領域であるとき、吸気行程のみで燃料を噴射するように燃料噴射部を制御する。さらに、噴射制御部は、内燃機関の運転領域が、中負荷中回転領域のうちの、回転数検出部により検出された回転数が第１回転数と第２回転数との間の第３回転数以下で、かつ、負荷検出部により検出された負荷が第１所定値と第２所定値との間の第３所定値以下である第１中負荷中回転領域であるとき、中負荷中回転領域から第１中負荷中回転領域を除いた第２中負荷中回転領域であるときよりも、吸気行程での燃料噴射量に対する圧縮行程での燃料噴射量の割合である噴射割合が大きくなるように燃料噴射部を制御し、第１回転数、第２回転数、第３回転数、第１所定値、第２所定値および第３所定値の少なくともいずれかは、アルコール濃度に応じて変化する可変値であり、噴射制御部は、濃度特定部により特定されたアルコール濃度が高いほど、アルコール濃度に応じて変化する可変値を大きい値に設定する。

本発明によれば、簡易な構成により、エンジンオイルのダイリューションの発生を良好に抑制することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置が適用されるエンジンの要部構成を概略的に示す図。本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置の要部構成を示すブロック図。エンジン回転数とエンジントルクとをパラメータとした複数の燃料噴射モードを示す図。エンジン冷却水温に応じた噴射モード毎の必要燃料量を示す図。アルコール濃度とエンジン冷却水温とに応じた閾値の例を、エンジン回転数と吸入空気量とのマップ上に示す図。図２のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１～図６を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置は、内燃機関としての火花点火式のエンジンに適用される。このエンジンは、例えば動作周期（１サイクル）の間に吸気、膨張、圧縮および排気の４つの行程を経る４サイクルエンジンであ。エンジンには、エタノールなどのアルコール燃料が用いられる。なお、アルコールとガソリンとを混合した燃料、すなわち所定割合（例えば８５％）のアルコールを含む混合燃料を用いることもできる。

図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置が適用されるエンジン１の要部構成を概略的に示す図である。なお、エンジン１は多気筒エンジンであるが、図１には単一の気筒のみを示す。図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロックに形成された複数のシリンダ２と、各シリンダ２の内部に摺動可能に配置されたピストン３と、ピストン３とシリンダヘッドとの間に形成された燃焼室４と、を有する。ピストン３は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結され、シリンダ２の内壁に沿ってピストン３が往復動することにより、クランクシャフト６が回転する。なお、シリンダ２の内壁をスリーブと呼ぶことがある。

シリンダヘッドには、吸気ポート１１と排気ポート１２とが設けられる。燃焼室４には、吸気ポート１１を介して吸気通路１３が連通する一方、排気ポート１２を介して排気通路１４が連通する。吸気ポート１１は吸気バルブ１５により開閉され、排気ポート１２は排気バルブ１６により開閉される。吸気バルブ１５の上流側の吸気通路１３には、スロットルバルブ１７が設けられる。

スロットルバルブ１７は、例えばバタフライ弁により構成され、スロットルバルブ１７により燃焼室４へ流れる吸気量が調整される。なお、スロットルバルブ１７は、電動モータなどのスロットル用アクチュエータにより駆動される。吸気バルブ１５と排気バルブ１６とは、不図示の動弁機構により、クランクシャフト６の回転に同期した所定のタイミングで開閉駆動される。なお、バルブ１５，１６の開閉のタイミングは適宜変更可能である。

シリンダヘッドおよびシリンダブロックのいずれか（例えばシリンダヘッド）には、各シリンダ２の燃焼室４に臨むようにそれぞれ点火プラグ１８および直噴式のインジェクタ１９が装着される。点火プラグ１８は、吸気ポート１１と排気ポート１２との間に配置され、電気エネルギーにより火花を発生し、燃焼室４内の燃料と空気との混合気を点火する。インジェクタ１９は、シリンダブロックの側方かつ吸気バルブ１５の近傍に、例えば先端の燃料噴射口を斜め下方に向けて配置される。

インジェクタ１９は、後述するコントローラからの制御信号により駆動され、所定の噴射タイミングでかつ所定のパルス幅で開弁し、燃焼室４内に燃料を噴射する。すなわち、インジェクタ１９は、筒内噴射型の燃料噴射弁として構成される。なお、インジェクタ１９の配置はこれに限らず、点火プラグ１８の近傍に配置することもできる。インジェクタ１９は、例えばピエゾアクチュエータにより駆動され、高い応答性を有する。

インジェクタ１９には、燃料供給部２０から燃料が供給される。燃料供給部２０は、燃料タンク２１に貯留されたアルコール燃料またはアルコールとガソリンの混合燃料を吸い込む低圧ポンプ２２と、低圧ポンプ２２により吸い込まれた燃料を昇圧する高圧ポンプ２３とを有する。高圧ポンプ２３で目標圧まで昇圧された燃料が各インジェクタ１９に供給される。なお、燃料タンク２１に貯留される燃料のアルコール濃度は、燃料の全体積に対するアルコールの占める割合（％）であり、燃料の供給元によって決定される。インジェクタ１９からの燃料噴射量は、実空燃比がアルコール濃度に応じた理論空燃比となるようにエンジン１の吸入空気量に応じて制御される。

このようなアルコール燃料またはアルコール濃度が高い混合燃料を用いる構成では、例えばエンジン冷却水温が低い状態であるとき、インジェクタ１９から噴射した燃料は気化しにくく、燃焼安定性が悪化して、失火の可能性がある。また、インジェクタ１９から噴射した燃料がシリンダ２の内壁面に付着し、付着した燃料が滴下してエンジンオイルと混ざり、エンジンオイルのダイリューション（希釈）が生じるおそれがある。この点を考慮し、本実施形態は以下のように燃料噴射制御装置を構成する。

図２は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置１００の要部構成を示すブロック図である。図２に示すように、燃料噴射制御装置１００は、エンジン制御用のコントローラ３０を中心として構成され、コントローラ３０に接続されたクランク角センサ３１と、負荷センサ３２と、空燃比センサ３３と、水温センサ３４と、濃度センサ３５と、インジェクタ１９と、を有する。

クランク角センサ３１は、クランクシャフト６に設けられ、クランクシャフト６の回転に伴いパルス信号を出力するように構成される。コントローラ３０は、クランク角センサ３１から出力されたパルス信号に基づいて、エンジン回転数を算出する。すなわち、クランク角センサ３１は、エンジン回転数を検出する回転数センサとしても機能する。

さらにコントローラ３０は、クランク角センサ３１から出力された信号に基づいて、各シリンダ２の吸気行程開始時のクランク角、すなわちピストン３の上死点の位置を基準（０°）としたクランク角（位相）を特定する。吸入行程のクランク角は、ピストン３が上死点から下死点まで降下するときのクランク角であり、０°～１８０°の範囲内で定まる。圧縮行程のクランク角は、ピストン３が下死点から上死点まで上昇する時のクランク角であり、１８０°～３６０°までの範囲内で定まる。

負荷センサ３２は、エンジン１の負荷を検出する。負荷センサ３２は、エンジン１の負荷と相関関係を有する物理量を検出するセンサであり、例えばスロットルバルブ１７の下流の吸気圧を検出する圧力センサ、吸入空気量を検出するエアフローメーター、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ等を用いることができる。

空燃比センサ３３は、排気通路１４に設けられた酸素濃度を検出するセンサにより構成され、空燃比センサ３３により出力された信号に基づいて、実空燃比が検出される。水温センサ３４は、エンジン１の冷却水が循環する循環経路に設けられ、水温センサ３４から出力された信号により、エンジン冷却水温が検出される。濃度センサ３５は、燃料タンク２１に設けられ、濃度センサ３５から出力された信号により、燃料のアルコール濃度が検出される。なお、図示は省略するが、コントローラ３０には、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ等も接続される。

コントローラ３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭおよびＩ／Ｏインターフェース等のその他の周辺回路を有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ３０は、クランク角センサ３１と、負荷センサ３２と、空燃比センサ３３と、水温センサ３４と、濃度センサ３５と、からの信号に基づいて、インジェクタ１９に制御信号を出力する。

コントローラ３０は、機能的構成として、インジェクタ制御部３６と、記憶部３７とを有する。記憶部３７には、予め各種マップや閾値、制御プログラム等が記憶される。より具体的には、アルコール濃度に対応する目標空燃比（例えば理論空燃比）、噴射モードを設定する際のアルコール濃度およびエンジン冷却水温にそれぞれ対応する閾値等が記憶される。なお、図示は省略するが、コントローラ３０は、アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度に基づいてスロットルバルブ１７の駆動用アクチュエータに制御信号を出力し、スロットル開度を制御するスロットル制御部も有する。

インジェクタ制御部３６は、目標噴射量算出部３６１と、閾値設定部３６２と、噴射モード決定部３６３と、信号出力部３６４とを有する。

目標噴射量算出部３６１は、予め記憶部３７に記憶されたアルコール濃度に対応する目標空燃比の関係を用いて、濃度センサ３５により検出されたアルコール濃度に応じた目標空燃比（理論空燃比）を算出する。さらに、空燃比センサ３３により検出された実空燃比が目標空燃比となるようなフィードバック制御を行いながら、エアフローセンサ等により検出された吸気量に応じて１サイクル当たりの目標噴射量を算出する。なお、目標噴射量の算出の手法はこれに限らない。

閾値設定部３６２は、燃料の噴射モードを決定するための閾値を設定する。この閾値は、予め記憶部３７に記憶されたエンジン冷却水温との対応関係およびアルコール濃度との対応関係を用いて、水温センサ３４により検出されたエンジン冷却水温と濃度センサ３５により検出されたアルコール濃度とに応じて設定する。噴射モード決定部３６３は、閾値設定部３６２により設定された閾値を用いて燃料の噴射モードを決定する。

図３は、閾値設定部３６２により設定される閾値の一例を、横軸をエンジン回転数Ｎｅ、縦軸をエンジントルクＴｅとしたマップ上に示す図である。このマップは、エンジン冷却水温が０℃以下の低温で、かつ、アルコール濃度が１００％の高濃度のときのマップであり、図中の特性ｆ１は、スロットルバルブ１７の全開時のエンジン１の最大トルクを表すエンジン性能曲線である。

図３では、特性ｆ１の内側が３つの領域ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３に大別される。領域ＡＲ１は、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１以下（Ｎｅ≦Ｎｅ１）、かつ、エンジントルクＴｅが第１所定トルクＴｅ１以下（Ｔｅ≦Ｔｅ１）の低負荷低回転領域である。領域ＡＲ２は、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１より大きい第２所定回転数Ｎｅ２以下（Ｎｅ≦Ｎｅ２）、かつ、エンジントルクＴｅが第１所定トルクＴｅ１より大きい第２所定トルクＴｅ２以下（Ｔｅ≦Ｔｅ２）で、低負荷低回転領域ＡＲ１を除く中負荷中回転領域である。領域ＡＲ３は、エンジン回転数Ｎｅが第２所定回転数Ｎｅ２より大きい（Ｎｅ＞Ｎｅ２）、または、エンジントルクＴｅが第２所定トルクＴｅ２より大きい（Ｔｅ＞Ｔｅ２）高負荷高回転領域である。

噴射モード決定部３６３は、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数Ｎｅと負荷センサ３２により検出されたエンジントルクＴｅとにより、マップ上のエンジン１の動作点を特定する。そして、エンジン１の動作点が低負荷低回転領域ＡＲ１にあるとき、圧縮行程で２回の噴射を行う圧縮２段モードに噴射モードを決定する。圧縮２段モードでは、例えば圧縮行程前半で１回、圧縮行程後半で１回、燃料が噴射される。

噴射モード決定部３６３は、エンジン１の動作点が中負荷中回転領域ＡＲ２にあるとき、吸気行程で１回かつ圧縮行程で１回の噴射を行う吸圧２段モードに噴射モードを決定する。吸圧２段モードでは、例えば吸気行程後半で１回、圧縮行程後半で１回、燃料が噴射される。噴射エンジン１の動作点が高負荷高回転領域ＡＲ３にあるとき、吸気行程で１回の噴射を行う吸気単発モードを設定する。なお、低負荷低回転領域ＡＲ１は、点火プラグ１８の近傍での混合気の燃焼である成層燃焼領域である。高負荷高回転領域ＡＲ３は、混合気全体の燃焼である均質燃焼領域である。中負荷中回転領域ＡＲ２は、成層燃焼領域と均質燃焼領域との間の弱成層燃焼領域である。

図３の第１所定回転数Ｎｅ１は、インジェクタ１９の能力などによって定まる２段噴射が可能な回転数である。すなわち、インジェクタ１９が２段噴射する場合には、１回目の噴射と２回目の噴射との間に、所定時間以上のインターバルが必要であり、２段噴射の開始（１回目の噴射開始）から終了（２回目の噴射終了）までには、例えば所定時間Δｔ以上を要する。この所定時間Δｔが圧縮行程に要する時間よりも短ければ、圧縮２段モードでの噴射が可能である。しかし、エンジン回転数Ｎｅの増加に従い圧縮行程に要する時間が短くなるため、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１を超えると、圧縮２段モードでの噴射が困難となる。したがって、第１所定回転数Ｎｅ１は、圧縮２段モードを実現可能な最大回転数である。

第２所定回転数Ｎｅ２は、コントローラ３０の能力によって定まる吸気圧縮行程で２段噴射が可能な回転数である。すなわち、エンジン回転数Ｎｅの増加に従い、吸圧２段噴射、つまり吸気行程で１段噴射、圧縮行程で１段噴射するためのコントローラ３０の負荷（主に熱負荷）は高くなる。このため、エンジン回転数Ｎｅが第２所定回転数Ｎｅ２を超えると、吸圧２段モードでの噴射が困難となる。したがって、第２所定回転数Ｎｅ２は、吸圧２段モードを実現可能な最大回転数である。なお、インジェクタ１９の能力によって定まる吸圧２段モードを実現可能な回転数は、第２所定回転数Ｎｅ２よりも高い。もし、インジェクタ１９の能力によって定まる回転数がコントローラ３０の負荷によって定まる回転数よりも低ければ、インジェクタ１９の能力によって定まる回転数が第２所定回転数Ｎｅ２となる。

第１所定トルクＴｅ１および第２所定トルクＴｅ２は、それぞれインジェクタ１９の能力などによって定まるエンジントルクである。すなわち、エンジントルクＴｅが大きくなると、必要な燃料噴射量も増加するため、エンジントルクＴｅが所定トルクＴｅ１を越えると、圧縮行程での２段噴射が困難になる。したがって、第１所定トルクＴｅ１は、圧縮２段モードを実現可能な最大エンジントルクである。同様に、第２所定トルクＴｅ２は、吸圧２段モードを実現可能な最大エンジントルクである。なお、以上の第１所定回転数Ｎｅ１、第２所定回転数Ｎｅ２、第１所定トルクＴｅ１および第２所定トルクＴｅ２は、予め実験や解析によって求められ、記憶部３７に記憶される。

記憶部３７には、上述した閾値の他、さらに第１所定回転数Ｎｅ１と第２所定回転数Ｎｅ２との間の第３所定回転数Ｎｅ３（Ｎｅ１＜Ｎｅ３＜Ｎｅ２）と、第１所定トルクＴｅ１と第２所定トルクＴｅ２との間の第３所定トルクＴｅ３（Ｔｅ１＜Ｔｅ３＜Ｔｅ２）と、第１所定トルクＴｅ１よりも小さい最小トルクＴｅ０とが記憶される。

最小トルクＴｅ０は、インジェクタ１９が１回の噴射で噴射可能な最小流量によって規定されるトルクである。すなわち、インジェクタ１９は、その構造上、最小噴射流量が規定されており、最小流量以下の流量は噴射できない。このため、エンジントルクＴｅの最小値である最小トルクＴｅ０が規定される。

第３所定回転数Ｎｅ３と第３所定トルクＴｅ３とは、図３に異なるハッチングで示すように、中負荷中回転領域ＡＲ２を第１中負荷中回転領域ＡＲ２１および第２中負荷中回転領域ＡＲ２２の２つの領域に分割するために設定される。第１中負荷中回転領域ＡＲ２１は、中負荷中回転領域ＡＲ２のうち、エンジン回転数Ｎｅが第３所定回転数Ｎｅ３以下であり、エンジントルクＴｅが第３所定トルクＴｅ３以下かつ最小トルクＴｅ０以上の領域である。すなわち、中負荷中回転領域ＡＲ２のうち、相対的に低負荷低回転の領域である。第２中負荷中回転領域ＡＲ２２は、中負荷中回転領域ＡＲ２のうち、第１中負荷中回転領域ＡＲ２１を除く領域である。すなわち、中負荷中回転領域ＡＲ２のうち、相対的に高負荷高回転の領域である。

噴射モード決定部３６３は、吸圧２段噴射モードにおいて、領域ＡＲ２１，ＡＲ２２毎に、吸気行程での燃料噴射量に対する圧縮行程での燃焼噴射量の割合である噴射割合αを変更する。具体的には、第１中負荷中回転領域ＡＲ２１における噴射モードを第１吸圧２段モード、第２中負荷中回転領域ＡＲ２２における噴射モードを第２吸圧２段モードと定義するとき、第１吸圧２段モードの噴射割合α１を第２吸圧２段モードの噴射割合α２よりも大きくする。

より具体的には、第１吸圧２段モードの吸気行程と圧縮行程の噴射量の比を４：６（噴射割合α１＝６／４）に設定し、第２吸圧２段モードの吸気行程と圧縮行程の噴射量の比を５：５（噴射割合α２＝５／５）に設定する。これにより中負荷中回転領域ＡＲ２のうち、低負荷低回転であるほど、圧縮行程での燃料噴射の割合が増加する。

図３では、最小トルクＴｅ０によって領域ＡＲ２１，ＡＲ２２が区画されるが、この理由は、吸気行程と圧縮行程の噴射量の比が４：６になると、吸気行程での噴射量がインジェクタ１９の最小噴射量以下まで減少し、４：６での噴射が不能となるからである。なお、圧縮２段モードで２回噴射するときの噴射量の比は５：５であり、圧縮行程前半と圧縮行程後半の噴射量は互いに等しい。また、吸気単発モードにおける吸気行程と圧縮行程の噴射量の比は１０：０である。

信号出力部３６４は、目標噴射量算出部３６１で算出された目標噴射量に相当する量の燃料を、噴射モード決定部３６３で決定された噴射モードに応じた所定の噴射タイミングで噴射するように、インジェクタ１９に制御信号を出力する。すなわち、クランク角センサ３１からの信号に基づいて現在のクランク角を特定し、燃料を所定のタイミングで噴射させる。例えば、噴射モード決定部３６３により圧縮２段モードが設定されると、信号出力部３６４は、目標噴射量算出部３６１により算出された量の燃料を、圧縮行程で２回に分けて噴射するように制御信号を出力する。吸圧２段モードが設定されると、吸気行程と圧縮行程の２回に分けて燃料を噴射するように制御信号を出力する。吸気単発モードが設定されると、２回に分けずに吸気行程で連続的に燃料を噴射するように制御信号を出力する。

この場合、信号出力部３６４は、吸圧２段モードのうち、噴射モード決定部３６３により第１吸圧２段モードが設定されると、吸気行程と圧縮行程との噴射量の比が４：６となるように、インジェクタ１９に制御信号を出力する。噴射モード決定部３６３により第２吸圧２段モードが設定されると、吸気行程と圧縮行程との噴射量の比が５：５となるように、インジェクタ１９に制御信号を出力する。

図４は、図３の低負荷低回転領域ＡＲ１内の所定動作点Ｐ１における、各噴射モードでの必要燃料量を示す図である。横軸は、エンジン冷却水温Ｔｗ、縦軸は水温補正係数ＫＴＷである。水温補正係数ＫＴＷとは、燃料の気化率が低い低水温時に、必要燃料量をどの程度増量させるかを示す値である。水温補正係数ＫＴＷが大きいほど、必要燃料量が多くなり、シリンダ２の内壁（スリーブ）への燃料の付着量が増大する。したがって、水温補正係数ＫＴＷとエンジンオイルのダイリューションの生じやすさとは相関関係があり、水温補正係数ＫＴＷが大きいほど、エンジンオイルのダイリューションが生じやすくなる。

図４の特性ｆ１（太い実線）は、圧縮２段モードでの特性、すなわち圧縮行程で５：５の比で２回に分けて噴射する場合の水温補正係数ＫＴＷの特性である。特性ｆ２（太い点線）は、第１吸圧２段モードでの特性、すなわち、吸気行程と圧縮行程とで４：６の比で噴射する場合の特性である。特性ｆ３（細い実線）は、第２吸圧２段モードでの特性、すなわち、吸気行程と圧縮行程とで４：６の比で噴射する場合の特性である。特性ｆ４（細い点線）は、吸圧２段モードでの他の特性の例であり、吸気行程と圧縮行程とで６：４の比で噴射する場合の特性である。これらの特性ｆ１～ｆ４は、例えば実験により得られる。

図４に示すように、圧縮２段モード（特性ｆ１）がスリーブへの燃料の付着量が最も小さい。これは、圧縮行程ではシリンダ２内の吸気温度が上昇し、燃料の気化が促進されるためである。したがって、噴射モードとして圧縮２段モードを設定することで、燃料の気化率が向上し、スリーブへの燃料の付着を抑えることができる。特に、エンジン１の低負荷低回転の運転状態では、燃焼温度が低いため、ダイリューションが起こりやすいが、圧縮行程で燃料を噴射することで、ダイリューションを効果的に抑えることができる。また、燃料の気化率の向上により、失火を抑えた安定した成層燃焼を実現できるとともに、燃焼変動率を低下させることができる。

吸気行程よりも圧縮行程の方が燃料の気化が促進される。このため、特性ｆ２～ｆ４に示すように、吸圧２段モードにおいて吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射する場合には、圧縮行程における燃料の噴射割合αを高めること（特性ｆ２）が、スリーブへの燃料付着量を低減する点でより効果的である。特に、低負荷低回転の運転状態のときは燃焼温度が低いため、圧縮行程における燃料の噴射割合を高めることの効果が大きい。この点、本実施形態では、図３に示すように、吸圧２段モードにおいて、高負荷高回転の領域ＡＲ２２よりも低負荷低回転の領域ＡＲ２１で圧縮行程における燃料の噴射割合αを増大させるので、スリーブへの燃料の付着量が抑えられ、ダイリューションの発生を効果的に抑制することができる。

図５は、予め記憶部３７に記憶された、アルコール濃度Ｅとエンジン冷却水温Ｔｗとに応じた閾値の例を、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇとのマップ上に示す図である。なお、吸入空気量ＧとエンジントルクＴｅとは、吸入空気量Ｇの増加に伴いエンジントルクＴｅが増加するような相関関係を有しており、図５のマップは図３のマップとほぼ同様の形状である。図５では、噴射モードを規定する吸入空気量Ｇの値が閾値として示されているが、図３と同様に、エンジントルクＴｅの値を閾値としてもよい。すなわち、縦軸の閾値はエンジン１の負荷に対応する値であればよい。

図５のＥ１，Ｅ２，Ｅ３はそれぞれアルコール濃度Ｅの一例であり、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の順に（図５の下側ほど）アルコール濃度Ｅが低くなる。例えば、Ｅ１はアルコール濃度が１００％、Ｅ２は８５％、Ｅ３は６０％である。図５のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４はそれぞれエンジン冷却水温Ｔｗの一例であり、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の順に（図５の右側ほど）エンジン冷却水温Ｔｗが高くなる。例えば、Ｔ１はエンジン冷却水温が０℃、Ｔ２は２５℃、Ｔ３は４０℃、Ｔ４は６０℃である。

図５に示すように、例えばエンジン冷却水温ＴｗがＴ１の状態では、アルコール濃度が高いほど、圧縮２段モードの領域ＡＲ１を規定するエンジン回転数（第１所定回転数Ｎｅ１）と吸入空気量（第１所定トルクＴｅ１に相当）とが増加し、かつ、吸圧２段モードの領域ＡＲ２を規定するエンジン回転数（第２所定回転数Ｎｅ２）と吸入空気量（第２所定トルクＴｅ２に相当）とが増加する。図示は省略するが、この場合には、第１吸圧２段モードＡＲ２２を規定するエンジン回転数（第３所定回転数Ｎｅ３）と吸入空気量（第３所定トルクＴｅ３に相当）も増加する。

また、例えばアルコール濃度ＥがＥ１の状態では、エンジン冷却水温Ｔｗが低いほど、圧縮２段モードの領域ＡＲ１を規定するエンジン回転数（第１所定回転数Ｎｅ１）と吸入空気量（第１所定トルクＴｅ１に相当）とが増加し、かつ、吸圧２段モードの領域ＡＲ２を規定するエンジン回転数（第２所定回転数Ｎｅ２）と吸入空気量（第２所定トルクＴｅ２に相当）とが増加する。図示は省略するが、この場合には、第１吸圧２段モードＡＲ２２を規定するエンジン回転数（第３所定回転数Ｎｅ３）と吸入空気量（第３所定トルクＴｅ３に相当）も増加する。

このように、アルコール濃度Ｅが高いほど、および、エンジン冷却水温Ｔｗが高いほど、圧縮２段モードの領域ＡＲ１が拡大し、かつ、吸気単発モードの領域ＡＲ３が縮小する。これにより、ダイリューションが生じやすい条件において燃料の気化率を高めることができ、ダイリューションの発生を効果的に抑制することができる。

なお、アルコール濃度ＥがＥ１，Ｅ２，Ｅ３以外のとき、およびエンジン冷却水温ＴｗがＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４以外のときは、例えば以下のように閾値が設定される。すなわち、アルコール濃度ＥがＥ１とＥ２の間のＥ４（例えば９０％）以上のとき（Ｅ２＜Ｅ４＜Ｅ１）、アルコール濃度ＥがＥ１のときと同一の閾値が設定され、アルコール濃度ＥがＥ３以下のとき、アルコール濃度ＥがＥ３のときと同一の閾値が設定される。アルコール濃度がＥ３以上Ｅ２以下のとき、およびＥ２以上Ｅ４以下のとき、それぞれアルコール濃度Ｅに応じて線形補間するように閾値が設定される。エンジン冷却水温ＴｗがＴ１以下のとき、エンジン冷却水温ＴｗがＴ１のときと同一の閾値が設定され、エンジン冷却水温ＴがＴ４以上のとき、エンジン冷却水温ＴｗがＴ４のときと同一の閾値が設定される。エンジン冷却水温がＴ１以上Ｔ２以下のとき、Ｔ２以上Ｔ３以下のとき、およびＴ３以上Ｔ４以下のとき、それぞれエンジン冷却水温Ｔｗに応じて線形補間するように閾値が設定される。

図６は、予め記憶されたプログラムに従い図２のコントローラ３０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジン１の起動が指令されると開始され、エンジン１の停止が指令されるまで、所定周期で繰り返される。

まず、ステップＳ１で、図２のセンサ３１～３５および他のセンサ等から入力された信号を読み込む。次いで、ステップＳ２で、空燃比センサ３３により検出された実空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行いながら、エアフローセンサ等により検出された吸気量に応じて１サイクル当たりの目標噴射量を算出する。次いで、ステップＳ３で、記憶部３７に記憶された関係に基づき、濃度センサ３５により検出されたアルコール濃度Ｅと水温センサ３４により検出されたエンジン冷却水温Ｔｗとに応じた閾値を設定する。例えば、図３に示すように、エンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅの閾値Ｎｅ１，Ｎｅ２，Ｎｅ３，Ｔｅ１，Ｔｅ２，Ｔｅ３を設定する。なお、図５に示すように、エンジントルクＴｅの閾値に代えて吸入空気量Ｇの閾値を設定してもよい。

次いで、ステップＳ４で、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１以下で、かつ、負荷センサ３２により検出されたエンジントルクＴｅが第１所定トルクＴｅ１以下であるか否かを判定する。ステップＳ４で肯定されるとステップＳ７に進み、噴射モードを圧縮２段モードに決定する。ステップＳ４で否定されるとステップＳ５に進み、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数Ｎｅが第２所定回転数Ｎｅ２以下で、かつ、負荷センサ３２により検出されたエンジントルクＴｅが第２所定トルクＴｅ２以下であるか否かを判定する。ステップＳ５で否定されるとステップＳ１０に進み、噴射モードを吸気単発モードに決定する。

一方、ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数Ｎｅが第３所定回転数Ｎｅ３以下で、かつ、負荷センサ３２により検出されたエンジントルクＴｅが第３所定トルクＴｅ３以下であるか否かを判定する。ステップＳ６で肯定されるとステップＳ８に進み、噴射モードを第１吸圧２段モードに決定する。ステップＳ６で否定されるとステップＳ９に進み、噴射モードを第２吸圧２段モードに決定する。

ステップＳ７～ステップＳ１０のいずれかで噴射モードが決定されると、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ステップＳ２で算出された目標噴射量を、ステップＳ７～ステップＳ１０の噴射モードに従い１回のサイクルで噴射するようにインジェクタ１９に制御信号を出力し、処理を終了する。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）燃料噴射制御装置１００に用いられるエンジン１は、シリンダ２と、シリンダ２の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストン３と、ピストン３の上方の燃焼室４に面して設けられたインジェクタ１９と、を有する（図１）。燃料噴射制御装置１００は、エンジン１の回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ３１と、エンジン１の負荷（エンジントルクＴｅ）を検出する負荷センサ３２と、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数Ｎｅと負荷センサ３２により検出されたエンジントルクＴｅとに基づいて、インジェクタ１９を制御するインジェクタ制御部３６と、を備える（図２）。インジェクタ制御部３６は、エンジン１の運転領域が、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１以下で、かつ、エンジントルクＴｅが第１所定トルクＴｅ１以下である低負荷低回転領域ＡＲ１であるとき、圧縮行程のみで燃料を噴射し（圧縮２段モード）、エンジン１の運転領域が、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１よりも大きい第２所定回転数Ｎｅ２以下で、かつ、エンジントルクＴｅが第１所定トルクＴｅ１よりも大きい第２所定トルクＴｅ２以下で、かつ、低負荷低回転領域ＡＲ１を除く中負荷中回転領域ＡＲ２であるとき、圧縮行程と吸気行程とで燃料を噴射し（吸圧２段モード）、エンジン１の運転領域が、エンジン回転数Ｎｅが第２所定回転数Ｎｅ２よりも大きい、または、エンジントルクＴｅが第２所定トルクＴｅ２よりも大きい高負荷高回転領域ＡＲ３であるとき、吸気行程のみで燃料を噴射するように（吸気単発モード）、インジェクタ１９を制御する（図３）。さらに、インジェクタ制御部３６は、エンジン１の運転領域が、中負荷中回転領域ＡＲ２のうちの、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数Ｎｅ１と第２所定回転数Ｎｅ２との間の第３所定回転数Ｎｅ３以下で、かつ、エンジントルクＴｅが第１所定トルクＴｅ１と第２所定トルクＴｅ２との間の第３所定トルクＴｅ３以下である第１中負荷中回転領域ＡＲ２１であるとき、中負荷中回転領域ＡＲ２から第１中負荷中回転領域ＡＲ２１を除いた第２中負荷中回転領域ＡＲ２２であるときよりも、吸気行程での燃料噴射量に対する圧縮行程での燃料噴射量の割合である噴射割合αが大きくなるように（α１＞α２）、インジェクタ１９を制御する（図３）。

このように、エンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅとに応じて噴射モードを切り換えるとともに、中負荷中回転領域ＡＲ２における吸気行程と圧縮行程の噴射割合αを切り換えるように構成することで、燃料の噴射方向が切換可能となるように構成されたインジェクタを用いることなく、簡易な構成でインジェクタ１９から噴射した燃料のスリーブへの付着を抑制することができる。したがって、装置の価格上昇を抑えることができる。特に、本実施形態では、中負荷中回転領域ＡＲ２において、エンジン回転数Ｎｅが相対的に低く、エンジントルクＴｅが相対的に小さい領域ＡＲ２１の噴射割合αを大きくするので、燃焼温度が低く燃料が付着しやすい運転状態であっても、燃料の付着を効果的に抑制することができる。

（２）燃料噴射制御装置１００は、インジェクタ１９から噴射される燃料のアルコール濃度Ｅを検出する濃度センサ３５をさらに備える（図２）。第１所定回転数Ｎｅ１、第２所定回転数Ｎｅ２、第３所定回転数Ｎｅ３、第１所定トルクＴｅ１、第２所定トルクＴｅ２および第３所定トルクＴｅ３は、アルコール濃度Ｅに応じて変化する閾値である。インジェクタ制御部３６は、濃度センサ３５により検出されたアルコール濃度Ｅが高いほど、閾値を大きい値に設定する。アルコール濃度Ｅが高いほど燃料の気化率は低下するが、アルコール濃度Ｅが高いほど閾値を大きくすることで、圧縮行程で噴射する運転領域が拡大し、高アルコール濃度時の燃焼安定性を向上させることができる。

（３）燃料噴射制御装置１００は、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ３４をさらに備える（図２）。第１所定回転数Ｎｅ１、第２所定回転数Ｎｅ２、第３所定回転数Ｎｅ３、第１所定トルクＴｅ１、第２所定トルクＴｅ２および第３所定トルクＴｅ３は、エンジン冷却水温Ｔｗに応じて変化する閾値である。インジェクタ制御部３６は、水温センサ３４により検出されたエンジン冷却水温Ｔｗが低いほど、閾値を大きい値に設定する。エンジン冷却水温Ｔｗはエンジン１の温度と相関関係を有し、エンジン冷却水温Ｔｗが高いほど燃料の気化率は低下するが、エンジン冷却水温Ｔｗが高いほど閾値を大きくすることで、圧縮行程で噴射する運転領域が拡大し、エンジン冷却水温が低温時の燃焼安定性を向上させることができる。

上記実施形態は種々の形態に変更することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、インジェクタ制御部３６が、エンジン回転数Ｎｅが第１所定回転数（第１回転数）Ｎ１以下で、かつ、エンジントルクＴｅが第１所定トルク（第１所定値）Ｔｅ以下である低負荷低回転領域ＡＲ１であるとき、圧縮行程で２回燃料を噴射させるようにしたが、３回以上噴射させるようにしてもよい。また、インジェクタ制御部３６は、エンジン回転数Ｎｅが第２所定回転数（第２回転数）Ｎｅ２以下で、かつ、エンジントルクＴｅが第２所定トルク（第２所定値）Ｔｅ２以下で、かつ、低負荷低回転領域ＡＲ１を除く中負荷中回転領域ＡＲ２であるとき、圧縮行程と吸気行程とで１回ずつ燃料を噴射させるようにしたが、圧縮行程と吸気行程のいずれかまたは両方で、複数回燃料を噴射させるようしてもよい。すなわち、燃料噴射部としてのインジェクタ１９を制御する噴射制御部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、中負荷中回転領域ＡＲ２のうちのエンジン回転数Ｎｅが第３所定回転数（第３回転数）Ｎｅ３（Ｎｅ１＜Ｎｅ３＜Ｎｅ２）以下で、かつ、エンジントルクＴｅが第３所定トルク（第３所定値）Ｔｅ３（Ｔｅ１＜Ｔｅ３＜Ｔｅ２）以下である第１中負荷中回転領域ＡＲ２１であるとき、吸気行程と圧縮行程の燃料噴射量の比を４：６に設定し、中負荷中回転領域ＡＲ２から第１中負荷中回転領域ＡＲ２１を除いた第２中負荷中回転領域ＡＲ２２であるとき、吸気行程と圧縮行程の燃料噴射量の比を５：５に設定した。しかし、第１中負荷中回転領域ＡＲ２１における吸気行程での燃料噴射量に対する圧縮行程での燃料噴射量の割合である噴射割合α１が、第２中負荷中回転領域ＡＲ２２における噴射割合α２より大きくなるように噴射割合αを設定するのであれば、噴射割合αは上述した以外の値に設定してもよい。

上記実施形態では、クランク角センサ３１により内燃機関としてのエンジン１の回転数Ｎｅを検出するようにしたが、回転数検出部の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、負荷センサ３２によりエンジントルクＴｅを検出するようにしたが、負荷検出部の構成は上述したものに限らない。吸入空気量Ｇに応じて閾値を設定するとき（図５）、吸入空気量を検出するセンサ（吸気圧センサやエアフォローメータ等）を負荷検出部として用いればよい。

上記実施形態では、濃度センサ３５によりアルコール濃度Ｅを検出するようにしたが、アルコール濃度を特定する濃度特定部はこれに限らない。例えばアルコール濃度が既知の燃料が車両に供給されるとき、そのアルコール濃度をドライバがコントローラ３０に対し指定することで、アルコール濃度を特定してもよい。この場合には、濃度センサを省略することができる。所定のアルコール濃度（例えば濃度１００％）の燃料のみが用いられるようにしてもよい。アルコールを含まない燃料を用いることもできる。上記実施形態では、水温センサ３４によりエンジン冷却水温Ｔｗを検出するようにしたが、内燃機関の温度と相関関係を有する物理量を検出するのであれば、他の温度検出部を用いてもよい。

上記実施形態では、第１所定回転数Ｎｅ１、第２所定回転数Ｎｅ２、第３所定回転数Ｎｅ３、第１所定トルクＴｅ１、第２所定トルクＴｅ２および第３所定トルクＴｅ３の全ての閾値を、アルコール濃度Ｅに応じて変化する可変値としたが、これらの一部のみをアルコール濃度に応じた可変値とし、残りをアルコール濃度によっては変化しない固定値としてもよい。上記実施形態では、第１所定回転数Ｎｅ１、第２所定回転数Ｎｅ２、第３所定回転数Ｎｅ３、第１所定トルクＴｅ１、第２所定トルクＴｅ２および第３所定トルクＴｅ３の全ての閾値を、エンジン冷却水温Ｔｗに応じて変化する可変値としたが、これらの一部のみを内燃機関の温度に応じて変化する可変値とし、残りを内燃機関の温度によっては変化しない固定値としてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１エンジン、２シリンダ、３ピストン、４燃焼室、１９インジェクタ、３０コントローラ、３１クランク角センサ、３２負荷センサ、３３空燃比センサ、３４水温センサ、３５濃度センサ、３６インジェクタ制御部、１００燃料噴射制御装置

Claims

気筒と、前記気筒の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストンと、前記ピストンの上方の燃焼室に面して設けられた燃料噴射部と、を有する内燃機関における燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射部から噴射される燃料はアルコールを含み、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出部と、
前記回転数検出部により検出された回転数と前記負荷検出部により検出された負荷とに基づいて、前記燃料噴射部を制御する噴射制御部と、
燃料のアルコール濃度を特定する濃度特定部と、を備え、
前記噴射制御部は、
前記内燃機関の運転領域が、前記回転数検出部により検出された回転数が第１回転数以下で、かつ、前記負荷検出部により検出された負荷が第１所定値以下である低負荷低回転領域であるとき、圧縮行程のみで燃料を噴射し、
前記内燃機関の運転領域が、前記回転数検出部により検出された回転数が前記第１回転数よりも大きい第２回転数以下で、かつ、前記負荷検出部により検出された負荷が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以下で、かつ、前記低負荷低回転領域を除く中負荷中回転領域であるとき、圧縮行程と吸気行程とで燃料を噴射し、
前記内燃機関の運転領域が、前記回転数検出部により検出された回転数が前記第２回転数よりも大きい、または、前記負荷検出部により検出された負荷が前記第２所定値よりも大きい高負荷高回転領域であるとき、吸気行程のみで燃料を噴射するように前記燃料噴射部を制御し、
さらに、前記噴射制御部は、
前記内燃機関の運転領域が、前記中負荷中回転領域のうちの、前記回転数検出部により検出された回転数が前記第１回転数と前記第２回転数との間の第３回転数以下で、かつ、前記負荷検出部により検出された負荷が前記第１所定値と前記第２所定値との間の第３所定値以下である第１中負荷中回転領域であるとき、前記中負荷中回転領域から前記第１中負荷中回転領域を除いた第２中負荷中回転領域であるときよりも、吸気行程での燃料噴射量に対する圧縮行程での燃料噴射量の割合である噴射割合が大きくなるように前記燃料噴射部を制御し、
前記第１回転数、前記第２回転数、前記第３回転数、前記第１所定値、前記第２所定値および前記第３所定値の少なくともいずれかは、アルコール濃度に応じて変化する可変値であり、
前記噴射制御部は、前記濃度特定部により特定されたアルコール濃度が高いほど、アルコール濃度に応じて変化する前記可変値を大きい値に設定することを特徴とする燃料噴射制御装置。
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記内燃機関の温度と相関関係を有する物理量を検出する温度検出部をさらに備え、
前記第１回転数、前記第２回転数、前記第３回転数、前記第１所定値、前記第２所定値および前記第３所定値の少なくともいずれかは、前記温度検出部により検出された物理量に応じて変化する可変値であり、
前記噴射制御部は、前記温度検出部により検出された物理量と相関関係を有する前記内燃機関の温度が低いほど、前記物理量に応じて変化する前記可変値を大きい値に設定することを特徴とする燃料噴射制御装置。