内燃機関の制御装置
【課題】吸気圧が異なる場合の吸気通路への燃料付着量のばらつきを抑制する。
【解決手段】内燃機関の吸気通路には、燃料が噴射される噴射範囲を変更可能な燃料噴射弁を配置する。吸気通路内の圧力を検出し、検出された圧力が大きい範囲内にある場合には、その圧力が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、燃料の噴射範囲が小さくなるよう燃料噴射が制御される。ここで例えば、燃料噴射弁は、それぞれ独立してリフトできる複数のニードルを有するものとし、リフトするニードルを変更することで噴射範囲を可変とする構成とすることができる。
【解決手段】内燃機関の吸気通路には、燃料が噴射される噴射範囲を変更可能な燃料噴射弁を配置する。吸気通路内の圧力を検出し、検出された圧力が大きい範囲内にある場合には、その圧力が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、燃料の噴射範囲が小さくなるよう燃料噴射が制御される。ここで例えば、燃料噴射弁は、それぞれ独立してリフトできる複数のニードルを有するものとし、リフトするニードルを変更することで噴射範囲を可変とする構成とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の複数の気筒それぞれに２つずつの吸気ポートが連通し、さらに吸気ポートそれぞれに１つずつ燃料噴射弁が設置された内燃機関が開示されている。この内燃機関では、１つの気筒に対し２つずつの燃料噴射弁が設置されている。特許文献１の技術では、このように吸気ポートそれぞれに燃料噴射弁を配置して、１つの燃料噴射弁あたりの燃料噴射量を減少させることで、燃料噴射弁の噴孔径の縮小化を図ると共に、燃料噴霧の微粒化を促進している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０２５００号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、燃料噴霧の粒径を小さくすることができる。しかし、それに伴い、燃料が拡散しやすくなるため、燃料噴霧全体の径が大きくなる。従って、より多くの燃料が吸気ポートと接触することとなる。さらに、特許文献１のように過給機を備える内燃機関の場合は特に、無過給式の内燃機関の場合に比べて燃料噴射量が多く、かつ、過給された吸気によって燃料噴霧が拡散しやすい状態となる。このため、吸気ポート壁面への燃料付着量は増加し、所望の空燃比制御が困難となることが考えられる。
【０００５】
この発明は、上記課題を解決することを目的とし、運転状態に応じて、吸気ポート壁面への燃料付着を制御することができるよう改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に配置され、燃料が噴射される噴射範囲を変更可能な燃料噴射弁と、
前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吸気通路内の圧力が大きい範囲内にある場合、圧力が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるよう燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
を備える。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
過給機と、
前記過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段とを、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記過給圧が大きい範囲内にある場合に、前記過給圧が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御する。
【０００８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
燃料噴射が、吸気同期噴射であるか、吸気非同期噴射であるかを検出する検出手段を、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気同期噴射である場合よりも、前記吸気非同期噴射である場合の方が、前記噴射範囲が小さくなるように制御する。
【０００９】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、
触媒温度又は前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間を設ける吸排気弁制御手段と、を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が低い範囲内にある場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が該範囲よりも高い範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御する。
【００１０】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、
前記燃料噴射弁は、
円筒状の複数のニードルと、
前記複数のニードルそれぞれを、独立してリフトする駆動手段と、
前記ニードル及び前記駆動手段を収納するボディ部と、
を備え、
前記複数のニードルは、中心軸を同じくし、該中心軸に垂直な断面において、該中心軸を中心とする半径方向に複数層に配置され、
前記ボディ部は、前記燃料噴射弁が閉弁した状態において、前記複数のニードルそれぞれの先端部が接する位置に、少なくとも１つずつの噴射孔を有し、
前記燃料噴射制御手段は、前記複数のニードルのなかで、前記駆動手段によりリフトするニードルを変更することで、前記噴射範囲を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
吸気通路内の圧力により噴射された燃料の拡散しやすさが異なり、圧力が大きい場合には、圧力が小さい場合に比べて噴射された燃料が拡散しやすい。このため、吸気通路内の圧力が異なる場合、同一条件（燃料量、噴射範囲等）で燃料が噴射されると、吸気通路への燃料付着量に差が生じることとなる。この点、第１の発明によれば、吸気通路内の圧力が大きい場合、噴射範囲が小さくなるように制御される。これにより、燃料の拡散しやすい高圧力の状態において、予め燃料噴射範囲を小さくすることでその拡散範囲を小さく抑え、一方、燃料が拡散しにくい低圧力の状態では、燃料を広い範囲に噴射することができる。従って、燃料の拡散範囲を均一化することができ、吸気通路壁面に付着する燃料量のばらつきを抑えることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、過給圧が大きい場合には過給圧が小さい場合よりも燃料の噴射範囲が小さくなるように制御される。このように、過給圧に応じて噴射範囲を制御することで、燃料の拡散を均一化することができ、吸気通路壁面に付着する燃料量のばらつきを抑えることができる。
【００１３】
ところで、吸気非同期噴射は吸気弁開弁前のタイミングで行なわれる。従って、吸気通路の内圧が高くなり、噴射された燃料が拡散し付着やすい状態となると考えられる。この点、第３の発明によれば、吸気非同期噴射の場合の噴射範囲が、吸気同期噴射である場合よりも小さくなるように制御される。これにより、吸気非同期噴射の場合にも吸気通路に付着する燃料量を小さく抑えることができる。
【００１４】
また、内燃機関の始動が低温始動である場合、触媒の暖機促進が望まれる。この点、第４の発明によれば、低温始動である場合にバルブオーバーラップ期間を設けられ、また、触媒温度又は冷却水の温度が低い場合には、高い場合に比べて噴射範囲が小さくなるように制御される。その結果、触媒温度等が低い場合ほど、より多くの未燃燃料を排気側に吹き抜けさせることができる。これにより、触媒又はその入口近傍での燃料の燃焼による触媒の昇温を図ることができる。
【００１５】
第５の発明によれば、燃料噴射弁は、同じ中心軸を中心として半径方向に複数層に配置された複数のニードルを備え、ニードルそれぞれを独立してリフト可能な構成とされている。これにより、リフトするニードルを変更するだけで、燃料の噴射範囲を制御することができ、より簡便なシステムで、燃料噴射範囲を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１のシステムの全体構成を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁を説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁を説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における燃料噴射の状態を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２における燃料噴射の状態を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態３における触媒床温と燃料噴射角との関係について説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３における水温と燃料噴射角との関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは車両に搭載される内燃機関２を備えている。内燃機関２は気筒４を備え、気筒４には、吸気ポート６及び排気ポート８が連通している。なお、簡略化のため、図１では、１の気筒と、それに連通する１つずつの吸気ポート６及び排気ポート８を図示している。しかしながら、実際には、内燃機関２は複数の気筒を備え、気筒４のそれぞれに、２つずつの吸気ポート６及び排気ポート８が連通した構成となっている。各吸気ポート６、各排気ポート８の気筒４との連結部にはそれぞれ、吸気弁１０、排気弁１２が設置されている。
【００１９】
吸気ポート６それぞれには、吸気ポート６内に燃料を噴射するためのインジェクタ１４（燃料噴射弁）が設けられている。即ち、図１のシステムでは、１つの吸気ポート６に１つのインジェクタ１４が設置され、各気筒４は、２つずつのインジェクタ１４を備えている。
【００２０】
全ての吸気ポート６は、１つの吸気マニホールド（図示せず）に集合している。吸気ポート６及び吸気マニホールドを含み、内燃機関２の吸気通路が構成される。吸気通路には、過給機のコンプレッサ１６が設置されている。
【００２１】
図１の内燃機関２の制御系には、制御装置１８が備えられる。制御装置１８は、内燃機関２のシステム全体を総合制御する制御装置である。制御装置１８の出力側にはインジェクタ１４のアクチュエータの他、各種アクチュエータが接続され、入力側には、吸気圧センサ、水温センサやクランク角センサ等、各種センサが接続される。制御装置１８は、センサ信号を受けて内燃機関２の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。なお、制御装置１８に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００２２】
図２及び図３は、この発明の実施の形態１のシステムのインジェクタ１４について説明するための図である。図２に示すように、インジェクタ１４は、中心軸を同じくし、３つのニードル２０、２２、２４を備えている。３つのニードル２０、２２、２４は、中心軸に垂直な断面（図２の紙面に垂直な断面）からみて、中心軸を中心とする半径方向に３層に配置されている。
【００２３】
より具体的に、ニードル２０は中空の円筒状に構成され、中心部は燃料タンク（図示せず）からの燃料が供給される燃料供給路２６となっている。中央のニードル２０の外側を囲むように、ニードル２０と中心軸を同じくする円筒状のニードル２２が配置され、更に、ニードル２２外側を囲むように、ニードル２０、２２と中心軸を同じくする円筒状のニードル２４が配置されている。
【００２４】
ニードル２０、２２、２４は、インジェクタのボディ部１４ａ内に、軸方向に変位可能に収納されている。ニードル２０、２２、２４は、インジェクタ１４閉弁時において、それぞれの先端がボディ部１４ａに形成された噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａを閉じるように配置されている。
【００２５】
図３は、図２におけるA-B断面、つまり、ボディ部１４ａの、ニードル２０の軸方向に垂直な断面を表している。図２では、左右対称に２つずつの噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａのみを表している。しかし、実際には、図３に示されるように、複数の噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａが、同心円２０ｂ、２２ｂ、２４ｂの一周に渡ってそれぞれ均等間隔に形成されている。また、各噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａは、その中心が、同心円２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ上に位置するように配置されている。
【００２６】
インジェクタ１４のボディ部１４ａ内部には、各ニードル２０、２２、２４を独立してリフトできる駆動手段（電磁石等）が設置され、制御装置１８からの電気信号により、各ニードル２０、２２、２４は、独立してリフトされる。
【００２７】
ニードル２０のみがリフトされると、噴射孔２０ａのみが開放され、噴射孔２０ａから最も狭い噴射角θ20で燃料が噴射される。ニードル２０及び２２がリフトされると、噴射孔２０ａ及び２２ｂが開放され、噴射角θ22で燃料が噴射される。全てのニードル２０、２２、２４がリフトされると、全ての噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａが開放され、最も広い噴射角θ24で燃料が噴射される。
【００２８】
ニードル２０のみがリフトされた場合の噴射角θ20、ニードル２０、２２がリフトされた場合の噴射角θ22、ニードル２０、２２、２４の全てがリフトされた場合の噴射角θ24は、θ20＜θ22＜θ24の関係を満たし、リフトされるニードルを変更することで、噴射角θが三段階で変化するように構成されている。なお、ここで「噴射角」は、噴射された噴霧燃料全体の広がり範囲を示すものであり、噴霧燃料がインジェクタ１４から噴射された直後の燃料全体の角度を噴射角としている。
【００２９】
この実施の形態１において、制御装置１８が実行する制御には、インジェクタ１４からの燃料噴射量の制御と共に、燃料噴射時における噴射角の制御が含まれている。制御装置１８は、インジェクタ１４の３つのニードル２０、２２、２４のなかでリフトするニードルを選択し制御することで、噴射角を制御する。
【００３０】
ところで、過給機による過給圧が高くなると、噴射された燃料は比較的霧化されやすい状態となる。従って、過給圧が高いときには、燃料噴霧が広く拡散し、吸気ポート６壁面への燃料付着量が多くなりやすい。一方、過給圧が低い場合には燃料の霧化や拡散が起こりにくい状態となる。従って、吸気ポート６壁面への燃料付着量も少なくなりやすい。このような燃料付着量の大きなばらつきは、空燃比制御に影響を及ぼすため、好ましいものではない。
【００３１】
従って、制御装置１８は、燃料付着量を一定範囲に抑えるため、過給圧が高い場合ほど、燃料噴射角θが小さくなるように制御する。図４は、この発明の実施の形態１における過給圧に応じた噴射角について説明するための図である。例えば、過給圧が低い場合には、噴射後の燃料の拡散範囲が小さくなりやすい。従って、図４（ａ）に示されるように、燃料噴射範囲が比較的大きくなるように、大きな噴射角で燃料が噴射される。一方、過給圧が高い場合、過給圧が低い場合に比べて、噴射された燃料が拡散しやすい。従って、過給圧が高い場合には、噴射後の拡散を見越して、図４（ｂ）に示されるように、小さな噴射角で燃料を噴射する。
【００３２】
より具体的に、ここでは、３段階で燃料噴射角を変更できるインジェクタ１４を用いる。従って、過給圧を３つの範囲に区切り、この範囲ごとに噴射角を制御する。つまり、過給圧が最も高い範囲では、燃料噴射時に最も内周側のニードル２０のみがリフトされ、最も小さな噴射角θ20で燃料が噴射されるようにする。過給圧が中程度の範囲では、ニードル２０及びニードル２２がリフトされ、噴射角θ22で燃料が噴射されるようにする。過給圧が最も低い範囲では、ニードル２０、２２、２４の全てがリフトされ、最も大きな噴射角θ24で燃料が噴射されるようにする。
【００３３】
実施の形態１において制御装置１８が実行する具体的な制御では、まず過給機による過給圧が検出される。過給圧は、例えば、吸気通路に設置された過給圧センサ（図示せず）等の出力に応じて検出される。検出された過給圧に応じた噴射角に従って、燃料噴射時にリフトされるニードル２０、２２、２４が選択される。これにより、過給圧に応じた噴射角で燃料噴射が実行される。
【００３４】
以上のように、過給圧に応じて燃料の噴射角を変更することで、吸気ポート６への燃料付着量を一定範囲にすることができる。これにより、より精度の高い空燃比制御を実現することができる。
【００３５】
なお、実施の形態１では、インジェクタ１４が３つのニードル２０、２２、２４を備える場合について説明した。しかし、この発明の燃料噴射弁は、これに限るものではなく、２以上のニードルを備え、複数段階で燃料噴射角を変更できるものであってもよい。この場合にも、同様に、過給圧の大きさを、変更可能な噴射角の段階数と同数の範囲に区切り、その過給圧の範囲が大きい順に噴射角が大きくなるように設定すればよい。あるいはまた、要求される空燃比制御の精度等を考慮して、何段階で燃料噴射角を変化させるかを決定し、これに対応する数のニードルを設けたインジェクタを用いることもできる。なお、これについては、以下の実施の形態においても同様である。
【００３６】
更に、この発明において燃料噴射弁は、複数のニードルを備え、リフトするニードルを変えることで段階的に燃料噴射角を変化させるものに限られるものではなく、他の構成により噴射角を変更するものであってもよい。また、例えば、無段階に噴射角を変化させることができる燃料噴射弁を用いる場合には、検出された過給圧に対し、無段階に燃料噴射角を設定することもできる。なお、これについては以下の実施の形態においても同様である。
【００３７】
また、実施の形態１では、過給圧に応じて、噴射角を制御する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、過給機を有さない内燃機関の場合にも適用し、吸気ポート６内の圧力に応じて噴射角を制御することもできる。具体的には、吸気ポート６内の吸気圧を検出し、この吸気圧が大きい場合に、噴射角が小さくなるように制御する。これにより、吸気ポート６内に付着する燃料量を均一化することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、図１と同様の構成を有している。但し、インジェクタ１４は、３段階に限らず多段階で燃料噴射角を変化させることができるものとする。実施の形態２のシステムは、実施の形態１の制御に加え、過給圧が高い場合に、吸気非同期噴射かあるいは吸気同期噴射かに応じて噴射角を変化させる制御を行なう。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態２における燃料噴射角について説明するための図である。ここで、吸気非同期噴射は、内燃機関の加速状態など所定の運転状態が検出された直後に、同期噴射とは別に行われる燃料噴射である。吸気非同期噴射は、クランク角基準位置信号には同期せずに、吸気弁開弁前のタイミングで行なわれる。吸気弁開弁前に行なわれる吸気非同期噴射の場合、吸気ポート６の内圧が高くなり、噴射された燃料が拡散しやすい状態となると考えられる。従って、吸気非同期噴射の場合には、噴射後の拡散を見越して、図５（ａ）に示されるように、燃料噴射角を小さな角度に設定する。
【００４０】
一方、吸気同期噴射は、クランク角基準位置信号に同期して常に同じクランク角で開始される燃料噴射であって、吸気弁開弁期間中に行なわれる。吸気同期噴射の場合には、吸気ポート６内の吸気流が強くなるため、吸気ポート６への燃料付着が抑制される。従って、図５（ｂ）に示されるように、燃料噴射角を大きくして広い範囲に燃焼を噴射する。
【００４１】
具体的な燃料噴射角（あるいはリフトするニードルの数）は、吸気非同期噴射と吸気同期噴射との場合の燃料付着量のばらつきが許容範囲となるように、実験等により最適な値に決定される。制御装置１８には、吸気非同期噴射、吸気同期噴射それぞれの場合における噴射角が予め記憶され、これに従って、それぞれの場合の噴射角が決定される。
【００４２】
実施の形態２において、制御装置１８が行なう具体的な制御では、まず、過給圧が検出され、検出された過給圧が規定値以上に高いか否か判別される。ここで、規定値は、実施の形態２の制御を行なうか否かの基準となる値であり、予め制御装置１８に記憶される。過給圧が規定以上であることが認められた場合に、更に、吸気非同期噴射か吸気同期噴射かが判別される。この判別結果に応じ、吸気非同期噴射であれば予め設定された小さな噴射角、吸気同期噴射であれば大きな噴射角となるように、インジェクタ１４のニードルのうちリフトされるニードルが決定される。それに応じ、所定のニードルがリフトされ、所望の噴射角で燃料が噴射される。
【００４３】
以上説明したように、実施の形態２のシステムでは、吸気非同期噴射であるか、吸気同期噴射であるかに応じて、燃料の噴射角を変化させる。これにより、燃料の付着しやすさの異なる吸気同期噴射と吸気非同期噴射との間で、燃料の噴射角、即ち、燃料が噴射される範囲を変化させることができる。従って、吸気ポート６への付着量を一定範囲に抑えることができ、より高い精度で空燃比制御を実現することができる。
【００４４】
なお、実施の形態２においては、過給圧が規定以上である場合に、吸気同期噴射か非同期噴射かによって噴射角を変化させる場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば、過給圧の一定範囲ごと、かつ、吸気非同期噴射の場合と吸気同期噴射の場合とのそれぞれにおいて、最適な噴射角（あるいはリフトするニードル）に制御するものであってよい。より具体的に、例えば、過給圧の各範囲と、各範囲での吸気非同期噴射、吸気同期噴射の場合の噴射角との関係をマップ等として記憶しておいて、過給圧と、噴射状態に応じて噴射角を決定し制御することができる。
【００４５】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３における触媒床温と燃料噴射角との関係について説明するための図である。横軸は触媒温度、縦軸は噴射角を表している。実施の形態３のシステムは、低温始動時の吸気同期噴射において、触媒床温に応じた噴射角の制御を行なう。
【００４６】
なお、実施の形態３のシステムでは、無段階に噴射角を変更することができるインジェクタを用いるものとする。また、図示を省略するが、この発明の実施の形態３においては、排気通路下流に触媒が設置されている。また、吸気弁１０、排気弁１２には、それぞれ可変動弁機構が設置され、吸気弁１０、排気弁１２のバルブタイミングを制御することができる構成となっている。
【００４７】
まず、実施の形態３のシステムでは、内燃機関２の低温始動時において、燃料噴射は吸気同期噴射とし、吸気弁１０と排気弁１２とが共に開弁するバルブオーバーラップの期間が設けられる。バルブオーバーラップを設けることで、吸気の吹き抜けが起こり、排気側に流出する未燃燃料が増加する。従って、触媒及びその近傍で燃焼する燃料量を多くすることができ、触媒の昇温を図ることができる。
【００４８】
更に、このとき、図６に示されるように、触媒温度が低い場合ほど噴射角は小さくなるように制御される。燃料噴射角が小さくなると、吸気ポート６内での燃料の拡散を小さく抑えることができ、より多くの燃料を吸気と共に排気側に吹き抜けさせることができる。従って、排気系での燃焼による昇温を加速することができ、低温となっている触媒の暖機を促進することができる。
【００４９】
この実施の形態３において制御装置１８が実行する制御においては、まず、始動時に所定の条件が満たされるか否かに基づき、低温始動であるか否かが判別される。低温始動と判別された場合、触媒温度が検出（あるいは推定）される。次に、その温度に応じて、インジェクタの噴射角が決定される。ここで触媒温度と噴射角との図６に示すような関係は予め実験等により求められ、マップ等として制御装置１８に記憶されている。燃料噴射は、算出された燃料噴射角となるように制御され、実行される。
【００５０】
以上説明したように、実施の形態３のシステムによれば、低温始動時の燃料噴射角を、触媒温度に応じた角度に制御することができる。これにより、触媒温度に応じて、排気側に吹き抜ける燃料量を増減させることができ、効果的に触媒の昇温を図ることができる。
【００５１】
図７は、この発明の実施の形態３の他の例について説明するためのグラフである。上記実施の形態３では、触媒床温を検出（推定）し、この温度に応じて燃料噴射角を設定する場合について説明した。しかし、この発明において、低温始動時における触媒昇温のための燃料噴射角の制御は、例えば、内燃機関２の冷却水温に応じて行なうこともできる。
【００５２】
この場合も、触媒昇温に応じた制御と同様であり、図７に示すような内燃機関の冷却水温と、燃焼噴射角との最適な関係を予め実験等により求める。この関係をマップ等として制御装置１８に記憶しておいて、始動時に内燃機関の冷却水の温度を検出し、水温検出値に応じて、燃料噴射角を設定する。これにより、水温に応じて噴射角を決定することができ、より簡単に燃料噴射角の制御を行なうことができる。
【００５３】
なお、実施の形態３では、無段階に噴射角を変更できるインジェクタを用いて、触媒床温や水温に応じて噴射角を無段階に制御する場合について説明した。しかし、この発明において、燃料噴射角の制御はこれに限るものではない。例えば、実施の形態１と同様に、２以上の複数本のニードルを用いたインジェクタにより、段階的に燃料噴射角を変更するものであってもよい。
【００５４】
図２に示すような３段階に噴射角を変更できるインジェクタ１４の場合には、例えば、図６又は図７に示すような、触媒床温や冷却水の温度を３つの温度域に区分けし、検出された温度の温度域に応じて、リフトするニードルを決定する。即ち、触媒昇温や水温が最も低い温度域では、もっと小さな噴射角θ20となるようにニードル２０のみをリフトする。中位の温度域では、中位の噴射角θ22となるようにニードル２０、２２をリフトする。高温の温度域では、最大の噴射角θ24となるように、全てのニードル２０、２２、２４をリフトする。これにより、触媒温度に応じて、段階的に燃料噴射角を変更することができ、効果的に触媒昇温を図ることができる。
【００５５】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００５６】
２ 内燃機関
４ 気筒
６ 吸気ポート
８ 排気ポート
１４ インジェクタ
１４ａ ボディ部
１６ コンプレッサ
１８ 制御装置
２０、２２、２４ ニードル
２０ａ、２２ａ、２４ａ 噴射孔
２６ 燃料供給路
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の複数の気筒それぞれに２つずつの吸気ポートが連通し、さらに吸気ポートそれぞれに１つずつ燃料噴射弁が設置された内燃機関が開示されている。この内燃機関では、１つの気筒に対し２つずつの燃料噴射弁が設置されている。特許文献１の技術では、このように吸気ポートそれぞれに燃料噴射弁を配置して、１つの燃料噴射弁あたりの燃料噴射量を減少させることで、燃料噴射弁の噴孔径の縮小化を図ると共に、燃料噴霧の微粒化を促進している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０２５００号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、燃料噴霧の粒径を小さくすることができる。しかし、それに伴い、燃料が拡散しやすくなるため、燃料噴霧全体の径が大きくなる。従って、より多くの燃料が吸気ポートと接触することとなる。さらに、特許文献１のように過給機を備える内燃機関の場合は特に、無過給式の内燃機関の場合に比べて燃料噴射量が多く、かつ、過給された吸気によって燃料噴霧が拡散しやすい状態となる。このため、吸気ポート壁面への燃料付着量は増加し、所望の空燃比制御が困難となることが考えられる。
【０００５】
この発明は、上記課題を解決することを目的とし、運転状態に応じて、吸気ポート壁面への燃料付着を制御することができるよう改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に配置され、燃料が噴射される噴射範囲を変更可能な燃料噴射弁と、
前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吸気通路内の圧力が大きい範囲内にある場合、圧力が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるよう燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
を備える。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
過給機と、
前記過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段とを、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記過給圧が大きい範囲内にある場合に、前記過給圧が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御する。
【０００８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
燃料噴射が、吸気同期噴射であるか、吸気非同期噴射であるかを検出する検出手段を、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気同期噴射である場合よりも、前記吸気非同期噴射である場合の方が、前記噴射範囲が小さくなるように制御する。
【０００９】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、
触媒温度又は前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間を設ける吸排気弁制御手段と、を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が低い範囲内にある場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が該範囲よりも高い範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御する。
【００１０】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、
前記燃料噴射弁は、
円筒状の複数のニードルと、
前記複数のニードルそれぞれを、独立してリフトする駆動手段と、
前記ニードル及び前記駆動手段を収納するボディ部と、
を備え、
前記複数のニードルは、中心軸を同じくし、該中心軸に垂直な断面において、該中心軸を中心とする半径方向に複数層に配置され、
前記ボディ部は、前記燃料噴射弁が閉弁した状態において、前記複数のニードルそれぞれの先端部が接する位置に、少なくとも１つずつの噴射孔を有し、
前記燃料噴射制御手段は、前記複数のニードルのなかで、前記駆動手段によりリフトするニードルを変更することで、前記噴射範囲を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
吸気通路内の圧力により噴射された燃料の拡散しやすさが異なり、圧力が大きい場合には、圧力が小さい場合に比べて噴射された燃料が拡散しやすい。このため、吸気通路内の圧力が異なる場合、同一条件（燃料量、噴射範囲等）で燃料が噴射されると、吸気通路への燃料付着量に差が生じることとなる。この点、第１の発明によれば、吸気通路内の圧力が大きい場合、噴射範囲が小さくなるように制御される。これにより、燃料の拡散しやすい高圧力の状態において、予め燃料噴射範囲を小さくすることでその拡散範囲を小さく抑え、一方、燃料が拡散しにくい低圧力の状態では、燃料を広い範囲に噴射することができる。従って、燃料の拡散範囲を均一化することができ、吸気通路壁面に付着する燃料量のばらつきを抑えることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、過給圧が大きい場合には過給圧が小さい場合よりも燃料の噴射範囲が小さくなるように制御される。このように、過給圧に応じて噴射範囲を制御することで、燃料の拡散を均一化することができ、吸気通路壁面に付着する燃料量のばらつきを抑えることができる。
【００１３】
ところで、吸気非同期噴射は吸気弁開弁前のタイミングで行なわれる。従って、吸気通路の内圧が高くなり、噴射された燃料が拡散し付着やすい状態となると考えられる。この点、第３の発明によれば、吸気非同期噴射の場合の噴射範囲が、吸気同期噴射である場合よりも小さくなるように制御される。これにより、吸気非同期噴射の場合にも吸気通路に付着する燃料量を小さく抑えることができる。
【００１４】
また、内燃機関の始動が低温始動である場合、触媒の暖機促進が望まれる。この点、第４の発明によれば、低温始動である場合にバルブオーバーラップ期間を設けられ、また、触媒温度又は冷却水の温度が低い場合には、高い場合に比べて噴射範囲が小さくなるように制御される。その結果、触媒温度等が低い場合ほど、より多くの未燃燃料を排気側に吹き抜けさせることができる。これにより、触媒又はその入口近傍での燃料の燃焼による触媒の昇温を図ることができる。
【００１５】
第５の発明によれば、燃料噴射弁は、同じ中心軸を中心として半径方向に複数層に配置された複数のニードルを備え、ニードルそれぞれを独立してリフト可能な構成とされている。これにより、リフトするニードルを変更するだけで、燃料の噴射範囲を制御することができ、より簡便なシステムで、燃料噴射範囲を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１のシステムの全体構成を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁を説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁を説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における燃料噴射の状態を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２における燃料噴射の状態を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態３における触媒床温と燃料噴射角との関係について説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態３における水温と燃料噴射角との関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは車両に搭載される内燃機関２を備えている。内燃機関２は気筒４を備え、気筒４には、吸気ポート６及び排気ポート８が連通している。なお、簡略化のため、図１では、１の気筒と、それに連通する１つずつの吸気ポート６及び排気ポート８を図示している。しかしながら、実際には、内燃機関２は複数の気筒を備え、気筒４のそれぞれに、２つずつの吸気ポート６及び排気ポート８が連通した構成となっている。各吸気ポート６、各排気ポート８の気筒４との連結部にはそれぞれ、吸気弁１０、排気弁１２が設置されている。
【００１９】
吸気ポート６それぞれには、吸気ポート６内に燃料を噴射するためのインジェクタ１４（燃料噴射弁）が設けられている。即ち、図１のシステムでは、１つの吸気ポート６に１つのインジェクタ１４が設置され、各気筒４は、２つずつのインジェクタ１４を備えている。
【００２０】
全ての吸気ポート６は、１つの吸気マニホールド（図示せず）に集合している。吸気ポート６及び吸気マニホールドを含み、内燃機関２の吸気通路が構成される。吸気通路には、過給機のコンプレッサ１６が設置されている。
【００２１】
図１の内燃機関２の制御系には、制御装置１８が備えられる。制御装置１８は、内燃機関２のシステム全体を総合制御する制御装置である。制御装置１８の出力側にはインジェクタ１４のアクチュエータの他、各種アクチュエータが接続され、入力側には、吸気圧センサ、水温センサやクランク角センサ等、各種センサが接続される。制御装置１８は、センサ信号を受けて内燃機関２の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。なお、制御装置１８に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００２２】
図２及び図３は、この発明の実施の形態１のシステムのインジェクタ１４について説明するための図である。図２に示すように、インジェクタ１４は、中心軸を同じくし、３つのニードル２０、２２、２４を備えている。３つのニードル２０、２２、２４は、中心軸に垂直な断面（図２の紙面に垂直な断面）からみて、中心軸を中心とする半径方向に３層に配置されている。
【００２３】
より具体的に、ニードル２０は中空の円筒状に構成され、中心部は燃料タンク（図示せず）からの燃料が供給される燃料供給路２６となっている。中央のニードル２０の外側を囲むように、ニードル２０と中心軸を同じくする円筒状のニードル２２が配置され、更に、ニードル２２外側を囲むように、ニードル２０、２２と中心軸を同じくする円筒状のニードル２４が配置されている。
【００２４】
ニードル２０、２２、２４は、インジェクタのボディ部１４ａ内に、軸方向に変位可能に収納されている。ニードル２０、２２、２４は、インジェクタ１４閉弁時において、それぞれの先端がボディ部１４ａに形成された噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａを閉じるように配置されている。
【００２５】
図３は、図２におけるA-B断面、つまり、ボディ部１４ａの、ニードル２０の軸方向に垂直な断面を表している。図２では、左右対称に２つずつの噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａのみを表している。しかし、実際には、図３に示されるように、複数の噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａが、同心円２０ｂ、２２ｂ、２４ｂの一周に渡ってそれぞれ均等間隔に形成されている。また、各噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａは、その中心が、同心円２０ｂ、２２ｂ、２４ｂ上に位置するように配置されている。
【００２６】
インジェクタ１４のボディ部１４ａ内部には、各ニードル２０、２２、２４を独立してリフトできる駆動手段（電磁石等）が設置され、制御装置１８からの電気信号により、各ニードル２０、２２、２４は、独立してリフトされる。
【００２７】
ニードル２０のみがリフトされると、噴射孔２０ａのみが開放され、噴射孔２０ａから最も狭い噴射角θ20で燃料が噴射される。ニードル２０及び２２がリフトされると、噴射孔２０ａ及び２２ｂが開放され、噴射角θ22で燃料が噴射される。全てのニードル２０、２２、２４がリフトされると、全ての噴射孔２０ａ、２２ａ、２４ａが開放され、最も広い噴射角θ24で燃料が噴射される。
【００２８】
ニードル２０のみがリフトされた場合の噴射角θ20、ニードル２０、２２がリフトされた場合の噴射角θ22、ニードル２０、２２、２４の全てがリフトされた場合の噴射角θ24は、θ20＜θ22＜θ24の関係を満たし、リフトされるニードルを変更することで、噴射角θが三段階で変化するように構成されている。なお、ここで「噴射角」は、噴射された噴霧燃料全体の広がり範囲を示すものであり、噴霧燃料がインジェクタ１４から噴射された直後の燃料全体の角度を噴射角としている。
【００２９】
この実施の形態１において、制御装置１８が実行する制御には、インジェクタ１４からの燃料噴射量の制御と共に、燃料噴射時における噴射角の制御が含まれている。制御装置１８は、インジェクタ１４の３つのニードル２０、２２、２４のなかでリフトするニードルを選択し制御することで、噴射角を制御する。
【００３０】
ところで、過給機による過給圧が高くなると、噴射された燃料は比較的霧化されやすい状態となる。従って、過給圧が高いときには、燃料噴霧が広く拡散し、吸気ポート６壁面への燃料付着量が多くなりやすい。一方、過給圧が低い場合には燃料の霧化や拡散が起こりにくい状態となる。従って、吸気ポート６壁面への燃料付着量も少なくなりやすい。このような燃料付着量の大きなばらつきは、空燃比制御に影響を及ぼすため、好ましいものではない。
【００３１】
従って、制御装置１８は、燃料付着量を一定範囲に抑えるため、過給圧が高い場合ほど、燃料噴射角θが小さくなるように制御する。図４は、この発明の実施の形態１における過給圧に応じた噴射角について説明するための図である。例えば、過給圧が低い場合には、噴射後の燃料の拡散範囲が小さくなりやすい。従って、図４（ａ）に示されるように、燃料噴射範囲が比較的大きくなるように、大きな噴射角で燃料が噴射される。一方、過給圧が高い場合、過給圧が低い場合に比べて、噴射された燃料が拡散しやすい。従って、過給圧が高い場合には、噴射後の拡散を見越して、図４（ｂ）に示されるように、小さな噴射角で燃料を噴射する。
【００３２】
より具体的に、ここでは、３段階で燃料噴射角を変更できるインジェクタ１４を用いる。従って、過給圧を３つの範囲に区切り、この範囲ごとに噴射角を制御する。つまり、過給圧が最も高い範囲では、燃料噴射時に最も内周側のニードル２０のみがリフトされ、最も小さな噴射角θ20で燃料が噴射されるようにする。過給圧が中程度の範囲では、ニードル２０及びニードル２２がリフトされ、噴射角θ22で燃料が噴射されるようにする。過給圧が最も低い範囲では、ニードル２０、２２、２４の全てがリフトされ、最も大きな噴射角θ24で燃料が噴射されるようにする。
【００３３】
実施の形態１において制御装置１８が実行する具体的な制御では、まず過給機による過給圧が検出される。過給圧は、例えば、吸気通路に設置された過給圧センサ（図示せず）等の出力に応じて検出される。検出された過給圧に応じた噴射角に従って、燃料噴射時にリフトされるニードル２０、２２、２４が選択される。これにより、過給圧に応じた噴射角で燃料噴射が実行される。
【００３４】
以上のように、過給圧に応じて燃料の噴射角を変更することで、吸気ポート６への燃料付着量を一定範囲にすることができる。これにより、より精度の高い空燃比制御を実現することができる。
【００３５】
なお、実施の形態１では、インジェクタ１４が３つのニードル２０、２２、２４を備える場合について説明した。しかし、この発明の燃料噴射弁は、これに限るものではなく、２以上のニードルを備え、複数段階で燃料噴射角を変更できるものであってもよい。この場合にも、同様に、過給圧の大きさを、変更可能な噴射角の段階数と同数の範囲に区切り、その過給圧の範囲が大きい順に噴射角が大きくなるように設定すればよい。あるいはまた、要求される空燃比制御の精度等を考慮して、何段階で燃料噴射角を変化させるかを決定し、これに対応する数のニードルを設けたインジェクタを用いることもできる。なお、これについては、以下の実施の形態においても同様である。
【００３６】
更に、この発明において燃料噴射弁は、複数のニードルを備え、リフトするニードルを変えることで段階的に燃料噴射角を変化させるものに限られるものではなく、他の構成により噴射角を変更するものであってもよい。また、例えば、無段階に噴射角を変化させることができる燃料噴射弁を用いる場合には、検出された過給圧に対し、無段階に燃料噴射角を設定することもできる。なお、これについては以下の実施の形態においても同様である。
【００３７】
また、実施の形態１では、過給圧に応じて、噴射角を制御する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、過給機を有さない内燃機関の場合にも適用し、吸気ポート６内の圧力に応じて噴射角を制御することもできる。具体的には、吸気ポート６内の吸気圧を検出し、この吸気圧が大きい場合に、噴射角が小さくなるように制御する。これにより、吸気ポート６内に付着する燃料量を均一化することができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、図１と同様の構成を有している。但し、インジェクタ１４は、３段階に限らず多段階で燃料噴射角を変化させることができるものとする。実施の形態２のシステムは、実施の形態１の制御に加え、過給圧が高い場合に、吸気非同期噴射かあるいは吸気同期噴射かに応じて噴射角を変化させる制御を行なう。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態２における燃料噴射角について説明するための図である。ここで、吸気非同期噴射は、内燃機関の加速状態など所定の運転状態が検出された直後に、同期噴射とは別に行われる燃料噴射である。吸気非同期噴射は、クランク角基準位置信号には同期せずに、吸気弁開弁前のタイミングで行なわれる。吸気弁開弁前に行なわれる吸気非同期噴射の場合、吸気ポート６の内圧が高くなり、噴射された燃料が拡散しやすい状態となると考えられる。従って、吸気非同期噴射の場合には、噴射後の拡散を見越して、図５（ａ）に示されるように、燃料噴射角を小さな角度に設定する。
【００４０】
一方、吸気同期噴射は、クランク角基準位置信号に同期して常に同じクランク角で開始される燃料噴射であって、吸気弁開弁期間中に行なわれる。吸気同期噴射の場合には、吸気ポート６内の吸気流が強くなるため、吸気ポート６への燃料付着が抑制される。従って、図５（ｂ）に示されるように、燃料噴射角を大きくして広い範囲に燃焼を噴射する。
【００４１】
具体的な燃料噴射角（あるいはリフトするニードルの数）は、吸気非同期噴射と吸気同期噴射との場合の燃料付着量のばらつきが許容範囲となるように、実験等により最適な値に決定される。制御装置１８には、吸気非同期噴射、吸気同期噴射それぞれの場合における噴射角が予め記憶され、これに従って、それぞれの場合の噴射角が決定される。
【００４２】
実施の形態２において、制御装置１８が行なう具体的な制御では、まず、過給圧が検出され、検出された過給圧が規定値以上に高いか否か判別される。ここで、規定値は、実施の形態２の制御を行なうか否かの基準となる値であり、予め制御装置１８に記憶される。過給圧が規定以上であることが認められた場合に、更に、吸気非同期噴射か吸気同期噴射かが判別される。この判別結果に応じ、吸気非同期噴射であれば予め設定された小さな噴射角、吸気同期噴射であれば大きな噴射角となるように、インジェクタ１４のニードルのうちリフトされるニードルが決定される。それに応じ、所定のニードルがリフトされ、所望の噴射角で燃料が噴射される。
【００４３】
以上説明したように、実施の形態２のシステムでは、吸気非同期噴射であるか、吸気同期噴射であるかに応じて、燃料の噴射角を変化させる。これにより、燃料の付着しやすさの異なる吸気同期噴射と吸気非同期噴射との間で、燃料の噴射角、即ち、燃料が噴射される範囲を変化させることができる。従って、吸気ポート６への付着量を一定範囲に抑えることができ、より高い精度で空燃比制御を実現することができる。
【００４４】
なお、実施の形態２においては、過給圧が規定以上である場合に、吸気同期噴射か非同期噴射かによって噴射角を変化させる場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば、過給圧の一定範囲ごと、かつ、吸気非同期噴射の場合と吸気同期噴射の場合とのそれぞれにおいて、最適な噴射角（あるいはリフトするニードル）に制御するものであってよい。より具体的に、例えば、過給圧の各範囲と、各範囲での吸気非同期噴射、吸気同期噴射の場合の噴射角との関係をマップ等として記憶しておいて、過給圧と、噴射状態に応じて噴射角を決定し制御することができる。
【００４５】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３における触媒床温と燃料噴射角との関係について説明するための図である。横軸は触媒温度、縦軸は噴射角を表している。実施の形態３のシステムは、低温始動時の吸気同期噴射において、触媒床温に応じた噴射角の制御を行なう。
【００４６】
なお、実施の形態３のシステムでは、無段階に噴射角を変更することができるインジェクタを用いるものとする。また、図示を省略するが、この発明の実施の形態３においては、排気通路下流に触媒が設置されている。また、吸気弁１０、排気弁１２には、それぞれ可変動弁機構が設置され、吸気弁１０、排気弁１２のバルブタイミングを制御することができる構成となっている。
【００４７】
まず、実施の形態３のシステムでは、内燃機関２の低温始動時において、燃料噴射は吸気同期噴射とし、吸気弁１０と排気弁１２とが共に開弁するバルブオーバーラップの期間が設けられる。バルブオーバーラップを設けることで、吸気の吹き抜けが起こり、排気側に流出する未燃燃料が増加する。従って、触媒及びその近傍で燃焼する燃料量を多くすることができ、触媒の昇温を図ることができる。
【００４８】
更に、このとき、図６に示されるように、触媒温度が低い場合ほど噴射角は小さくなるように制御される。燃料噴射角が小さくなると、吸気ポート６内での燃料の拡散を小さく抑えることができ、より多くの燃料を吸気と共に排気側に吹き抜けさせることができる。従って、排気系での燃焼による昇温を加速することができ、低温となっている触媒の暖機を促進することができる。
【００４９】
この実施の形態３において制御装置１８が実行する制御においては、まず、始動時に所定の条件が満たされるか否かに基づき、低温始動であるか否かが判別される。低温始動と判別された場合、触媒温度が検出（あるいは推定）される。次に、その温度に応じて、インジェクタの噴射角が決定される。ここで触媒温度と噴射角との図６に示すような関係は予め実験等により求められ、マップ等として制御装置１８に記憶されている。燃料噴射は、算出された燃料噴射角となるように制御され、実行される。
【００５０】
以上説明したように、実施の形態３のシステムによれば、低温始動時の燃料噴射角を、触媒温度に応じた角度に制御することができる。これにより、触媒温度に応じて、排気側に吹き抜ける燃料量を増減させることができ、効果的に触媒の昇温を図ることができる。
【００５１】
図７は、この発明の実施の形態３の他の例について説明するためのグラフである。上記実施の形態３では、触媒床温を検出（推定）し、この温度に応じて燃料噴射角を設定する場合について説明した。しかし、この発明において、低温始動時における触媒昇温のための燃料噴射角の制御は、例えば、内燃機関２の冷却水温に応じて行なうこともできる。
【００５２】
この場合も、触媒昇温に応じた制御と同様であり、図７に示すような内燃機関の冷却水温と、燃焼噴射角との最適な関係を予め実験等により求める。この関係をマップ等として制御装置１８に記憶しておいて、始動時に内燃機関の冷却水の温度を検出し、水温検出値に応じて、燃料噴射角を設定する。これにより、水温に応じて噴射角を決定することができ、より簡単に燃料噴射角の制御を行なうことができる。
【００５３】
なお、実施の形態３では、無段階に噴射角を変更できるインジェクタを用いて、触媒床温や水温に応じて噴射角を無段階に制御する場合について説明した。しかし、この発明において、燃料噴射角の制御はこれに限るものではない。例えば、実施の形態１と同様に、２以上の複数本のニードルを用いたインジェクタにより、段階的に燃料噴射角を変更するものであってもよい。
【００５４】
図２に示すような３段階に噴射角を変更できるインジェクタ１４の場合には、例えば、図６又は図７に示すような、触媒床温や冷却水の温度を３つの温度域に区分けし、検出された温度の温度域に応じて、リフトするニードルを決定する。即ち、触媒昇温や水温が最も低い温度域では、もっと小さな噴射角θ20となるようにニードル２０のみをリフトする。中位の温度域では、中位の噴射角θ22となるようにニードル２０、２２をリフトする。高温の温度域では、最大の噴射角θ24となるように、全てのニードル２０、２２、２４をリフトする。これにより、触媒温度に応じて、段階的に燃料噴射角を変更することができ、効果的に触媒昇温を図ることができる。
【００５５】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００５６】
２ 内燃機関
４ 気筒
６ 吸気ポート
８ 排気ポート
１４ インジェクタ
１４ａ ボディ部
１６ コンプレッサ
１８ 制御装置
２０、２２、２４ ニードル
２０ａ、２２ａ、２４ａ 噴射孔
２６ 燃料供給路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置され、燃料が噴射される噴射範囲を変更可能な燃料噴射弁と、
前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吸気通路内の圧力が大きい範囲内にある場合、圧力が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるよう燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
過給機と、
前記過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段とを、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記過給圧が大きい範囲内にある場合に、前記過給圧が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
燃料噴射が、吸気同期噴射であるか、吸気非同期噴射であるかを検出する検出手段を、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気同期噴射である場合よりも、前記吸気非同期噴射である場合の方が、前記噴射範囲が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
触媒温度又は前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間を設ける吸排気弁制御手段と、を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が低い範囲内にある場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が該範囲よりも高い範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、
円筒状の複数のニードルと、
前記複数のニードルそれぞれを、独立してリフトする駆動手段と、
前記ニードル及び前記駆動手段を収納するボディ部と、
を備え、
前記複数のニードルは、中心軸を同じくし、該中心軸に垂直な断面において、該中心軸を中心とする半径方向に複数層に配置され、
前記ボディ部は、前記燃料噴射弁が閉弁した状態において、前記複数のニードルそれぞれの先端部が接する位置に、少なくとも１つずつの噴射孔を有し、
前記燃料噴射制御手段は、前記複数のニードルのなかで、前記駆動手段によりリフトするニードルを変更することで、前記噴射範囲を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置され、燃料が噴射される噴射範囲を変更可能な燃料噴射弁と、
前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記吸気通路内の圧力が大きい範囲内にある場合、圧力が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるよう燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
過給機と、
前記過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段とを、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記過給圧が大きい範囲内にある場合に、前記過給圧が該範囲よりも小さい範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
燃料噴射が、吸気同期噴射であるか、吸気非同期噴射であるかを検出する検出手段を、更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記吸気同期噴射である場合よりも、前記吸気非同期噴射である場合の方が、前記噴射範囲が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
触媒温度又は前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間を設ける吸排気弁制御手段と、を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の始動が低温始動である場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が低い範囲内にある場合に、前記触媒温度又は前記冷却水の温度が該範囲よりも高い範囲内にある場合に比べて、前記噴射範囲が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、
円筒状の複数のニードルと、
前記複数のニードルそれぞれを、独立してリフトする駆動手段と、
前記ニードル及び前記駆動手段を収納するボディ部と、
を備え、
前記複数のニードルは、中心軸を同じくし、該中心軸に垂直な断面において、該中心軸を中心とする半径方向に複数層に配置され、
前記ボディ部は、前記燃料噴射弁が閉弁した状態において、前記複数のニードルそれぞれの先端部が接する位置に、少なくとも１つずつの噴射孔を有し、
前記燃料噴射制御手段は、前記複数のニードルのなかで、前記駆動手段によりリフトするニードルを変更することで、前記噴射範囲を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−９７７２０（Ｐ２０１２−９７７２０Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８７０９（Ｐ２０１０−２４８７０９）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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