内燃機関
【課題】 負荷が急変する過渡時の負荷変化や、燃料カット時の負荷変化が生じても、空燃比を的確に制御する。
【解決手段】 負荷変化が検出された場合（ステップＳ３３）、負荷が急変する過渡時の負荷変化であれば、負荷が急変している際に吸気行程で、燃料噴射期間の中心位置が吸気バルブの閉動作以前に位置するように燃料を噴射し（ステップＳ３２）、燃料カット時の負荷変化であれば、燃料カットが行われる前及び燃料カットからの復帰時に吸気行程で、燃料噴射期間の中心位置が吸気バルブの閉動作以前に位置するように燃料を噴射し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出する。
【解決手段】 負荷変化が検出された場合（ステップＳ３３）、負荷が急変する過渡時の負荷変化であれば、負荷が急変している際に吸気行程で、燃料噴射期間の中心位置が吸気バルブの閉動作以前に位置するように燃料を噴射し（ステップＳ３２）、燃料カット時の負荷変化であれば、燃料カットが行われる前及び燃料カットからの復帰時に吸気行程で、燃料噴射期間の中心位置が吸気バルブの閉動作以前に位置するように燃料を噴射し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路への燃料噴射の状況を制御することで、負荷変化時の燃料噴射量を適正に制御することができる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）では、燃料の気化が遅い運転領域では吸気通路の内壁に燃料が付着して液膜が形成される。このため、吸気通路の内壁に付着した燃料を考慮して燃料噴射が実施されている。即ち、吸気通路の内壁に付着している燃料量と噴射する燃料量、及び新たに吸気通路の内壁に付着する燃料量に基づいて、運転状態に応じた空燃比となるように燃料噴射量が決定される。
【０００３】
一方、エンジンの運転は負荷の変化を伴うもので、負荷の変化に伴い燃料噴射量を変化させている。また、減速時等には燃料の供給を停止して燃費の向上が図られている。このため、吸気通路の内壁に付着している燃料の状態や吸気通路の内壁に付着する燃料の状況に応じて燃料噴射量を設定すると共に、負荷の変化に応じて燃料噴射量を設定する必要があり、燃料量の算出が複雑になり空燃比設定精度が低下する（目標空燃比と実空燃比に誤差が生じる）虞があるのが現状である。
【０００４】
このような状況から、過渡運転状態の際に吸気行程中に燃料を供給し、燃料の大部分を吸気の気流に乗せて燃焼室に送る技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、要求に応じた量の燃料を供給することが可能になる。しかし、吸気行程であっても吸気バルブの動作状況によっては吸気が促進されないこともあり、必ずしも要求に応じた量の燃料が供給されているとはいえず、空燃比設定精度が低下する虞は否めないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１０６９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関は、燃料を吸気通路内に噴射するインジェクタと、前記吸気通路と筒内とを連通する吸気開口と、吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、負荷の変化を検出する負荷変化検出手段と、前記負荷変化検出手段により負荷変化が検出された際に前記吸気行程噴射手段を制御し、前記吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させ、前記吸気開口から前記筒内に燃料を導入する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記インジェクタからの燃料噴射期間の中心が、吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に位置するように（吸気バルブの閉じ方向の変位速度が生じる以前に）前記吸気行程噴射手段を動作させて燃料を噴射させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る本発明では、負荷変化検出手段により負荷変化が検出された際に吸気行程中にインジェクタから燃料を吸気通路内に噴射させる。吸気行程中の燃料噴射は、吸気通路の内壁等に新たな燃料の付着がないので、負荷変化が検出された際に、吸気行程で燃料を噴射することにより、吸気通路の内壁等に付着していた燃料は急減し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出することができる。
【０００９】
そして、吸気行程での燃料噴射は、インジェクタからの燃料噴射期間の中心が、吸気バルブに閉じ動作方向の変位速度が生じる以前に位置するようにインジェクタから燃料を噴射させるので、混合気の筒内への吸引が促進される期間に少なくとも燃料の大半を噴射することができる。
【００１０】
このため、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができ、負荷変化が生じる運転状態における空燃比設定精度を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明の内燃機関は、請求項１に記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に前記吸気行程噴射手段を動作させて前記インジェクタからの燃料噴射を完了させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に、即ち、吸気バルブの変位速度がゼロ以上である期間に、インジェクタからの燃料噴射を完了させるので、吸気バルブの開動作時により燃料が筒内に最も引き込まれる状態で、所定量の燃料全てを筒内に噴射することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の内燃機関は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関において、前記負荷変化検出手段は、機関回転速度及びスロットル開閉状態に基づいて負荷変化が生じている（過渡時の）状態であることを検出し、前記制御手段は、過渡時の状態にある時に前記吸気行程噴射手段を動作させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、機関回転速度及びスロットル開閉状態に基づいて、負荷変化が生じている（過渡時の）状態であることを検出し、過渡負荷変化に応じた燃料量を的確に算出する。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の内燃機関は、請求項３に記載の内燃機関において、前記負荷変化検出手段は、燃料噴射を停止させる状態の負荷変化（減速やエンジン停止）を検出し、前記制御手段は、燃料噴射を停止させる前及び後に前記吸気行程噴射手段を動作させることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、燃料噴射を停止する状態（燃料カット時）の負荷変化を検出し、燃料カット時の前及び燃料噴射を復帰させる時（燃料復帰時）の燃料量を的確に算出する。燃料噴射停止直後は、吸気管内壁に付着した燃料のみが燃焼室内に吸引され、燃焼室内は燃焼が成立しないレベルのリーンな空燃比となるため、燃料は未燃のまま排出され、排ガスの悪化を招く。燃料カット前に吸気行程噴射手段を動作させることで、吸気管内壁への燃料の付着を抑制し、排ガスの悪化を防止できる。一方、燃料カット中の排気は酸素を大量に含む（空気）ため、排気管に設置された排気浄化触媒に酸素が大量にストレージされ、触媒の浄化効率が低下してしまう。このため、燃料復帰時には燃料を多めに噴射する（リッチ空燃比とする）ことで触媒上の酸素を放出し、浄化効率を回復させる技術が一般的である。燃料を多めに噴射する際にも、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を的確に算出できるため、空燃比設定精度が向上して排ガス性能を低下させる虞がない。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の内燃機関は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記吸気バルブの開閉時期が前記制御手段により変更されるバルブ開閉時期変更手段を備え、前記制御手段は、前記バルブ開閉時期変更手段により前記吸気バルブの閉時期を吸気下死点近傍に設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、吸気バルブの閉時期を吸気下死点近傍に設定することで、ピストンが上昇する際には吸気バルブが閉じられていることになり、燃焼室内の燃料が吸気通路に吹き返して、吸気通路の内壁に付着することがない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内燃機関は、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】噴射制御の機能を表した概略ブロック図である。
【図３】燃料噴射の制御フローチャートである。
【図４】吸気バルブのリフト動作と変位速度の経時変化の図である。
【図５】燃料噴射時期を説明する吸気バルブの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１、図２に基づいて本発明の内燃機関を説明する。
【００２２】
図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の全体の概略構成を示してある。
【００２３】
図１に示すように、内燃機関（エンジン）であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５（吸気通路）が形成され、各吸気ポート５の燃焼室６側には吸気バルブ７がそれぞれ設けられている。吸気バルブ７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。
【００２４】
各吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート５に吸気マニホールド９が連通している。吸気マニホールド９（またはシリンダヘッド２）には電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）１０が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプ８を介してインジェクタ１０に燃料が供給される。
【００２５】
また、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１１が形成され、各排気ポート１１の燃焼室６側には排気バルブ１２がそれぞれ設けられている。排気バルブ１２は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１１と燃焼室６との連通・遮断を行うようになっている。そして、各排気ポート１１には排気マニホールド１３の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１１に排気マニホールド１３が連通している。
【００２６】
尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。
【００２７】
インジェクタ１０の上流側における吸気マニホールド９には吸気管１４が接続され、吸気管１４には電磁式のスロットルバルブ１５が取り付けられ、スロットルバルブ１５の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１６が設けられている。アクセルペダル６１の踏み込み状態がアクセルポジションセンサ６２で検出され、アクセルポジションセンサ６２の検出情報に基づいてスロットルバルブ１５が動作される。また、アクセルポジションセンサ６２によりアクセルペダル６１の踏み込みの解除（減速・下り坂走行）が検出される。
【００２８】
スロットルバルブ１５の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ１７が設けられている。エアフローセンサ１７としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド９とスロットルバルブ１５との間における吸気管１４にはサージタンク１８が設けられている。
【００２９】
排気マニホールド１３の他端には排気管２０が接続され、排気マニホールド１３には排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）２１が分岐している。ＥＧＲポート２１にはＥＧＲ管２２の一端が接続され、ＥＧＲ管２２の他端はサージタンク１８の上流部の吸気管１４に接続されている。サージタンク１８に近接するＥＧＲ管２２にはＥＧＲバルブ２３が設けられ、ＥＧＲバルブ２３が開かれることにより排気ガスの一部がＥＧＲ管２２を介してサージタンク１８の上流部の吸気管１４に導入される。
【００３０】
つまり、ＥＧＲ管２２及びＥＧＲバルブ２３により排気ガス還流手段（ＥＧＲ装置）が構成されている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させ、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるための装置であり、ＥＧＲバルブ２３が開閉動作されることにより開度に応じて所定のＥＧＲ率で排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される。
【００３１】
また、ＥＧＲ装置により排気ガスをエンジン１の吸気系に還流させることにより、スロットルバルブ１５で規制される空気量を減らすことができ、即ち、スロットルバルブ１５を開いても大量の空気が流入することがなく、スロットルバルブ１５の絞り損失を減少させることができる。また、低速、低回転領域であっても、燃焼室に流入する吸気に乱れを生じさせることができる。
【００３２】
一方、吸気マニホールド９にはタンブルフラップ２５が設けられ、タンブルフラップ２５は負圧アクチュエータ等のアクチュエータ２６によって開閉される。タンブルフラップ２５はバタフライバルブやシャッターバルブ等の開閉式のバルブで構成され、タンブルフラップ２５は、図１に示したように、吸気通路の下半分を開閉するようになっている。即ち、タンブルフラップ２５を閉じることにより、吸気通路の断面の上側に開口部を形成し、吸気通路の断面積を狭くすることで燃焼室６の内部に縦タンブル流を発生させるようになっている。
【００３３】
また、サージタンク１８の上流部の吸気管１４には過給機５１が備えられ、過給機５１はエンジン１の排気ガスが、排気マニホールド１３に設けられた排気タービン５１ａを回転させ、排気タービン５１ａに直結した吸気コンプレッサ５１ｂの作動により、吸気が加圧されて体積密度が高められ、加圧されて体積密度が高められた吸気が燃焼室６に送られる（過給される）。
【００３４】
排気マニホールド１３に接続された排気管２０には、排気浄化触媒（例えば、三元触媒）５５が介装され、排気浄化触媒５５により排気ガスが浄化される。排気浄化触媒５５には触媒温度センサ５６が設けられ、触媒温度センサ５６で検出された温度情報により排気浄化触媒５５の活性状態（例えば、冷態状態か否か）が判断される。
【００３５】
尚、排気浄化触媒５５の温度を検出する場合、触媒温度センサ５６を用いる代わりに、エンジン１の運転状態等からＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１で推定（演算）することも可能である。
【００３６】
例えば、排気浄化触媒５５では、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍の時に排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。また、排気空燃比が酸化雰囲気（リーン空燃比）になった際に、ＨＣやＣＯが酸化・浄化されると共に、排気空燃比が還元雰囲気（リッチ空燃比）となるまで酸素（Ｏ２）がストレージされ、リッチ空燃比となった際に、ＮＯｘが還元・浄化されると共に、ストレージされたＯ２が放出され、ＨＣやＣＯが酸化・浄化される。
【００３７】
エンジン１には、吸気バルブ７及び排気バルブ１２のリフト量及びリフト時期（バルブ動作状態）を任意に変更する可変動弁機構６３が設けられ、可変動弁機構６３によりカムの位相が変更される等して、吸気バルブ７及び排気バルブ１２の動作状態が任意に設定される。また、燃料パイプ８にはインジェクタ１０に供給される燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ６４が備えられている。更に、エンジン１には、クランク角を検出してエンジン回転速度（Ｎｅ）を求めるクランク角センサ３２、冷却水温を検出する水温センサ３３が備えられている。
【００３８】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００３９】
ＥＣＵ３１の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ１６、エアフローセンサ１７、クランク角センサ３２、水温センサ３３、触媒温度センサ５６、アクセルポジションセンサ６２、燃料圧力センサ６４等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。また、ＥＣＵ３１には、可変動弁機構６３の情報が入力され、吸気バルブ７及び排気バルブ１２のリフト量及びリフト時期の情報が送られる。
【００４０】
一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の点火コイル４、スロットルバルブ１５、インジェクタ１０の駆動装置、ＥＧＲバルブ２３、タンブルフラップ２５のアクチュエータ２６、可変動弁機構６３等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３１で演算された燃料噴射量、燃料噴射期間、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲバルブ２３の操作時期・操作量、タンブルフラップ２５の操作時期、吸気バルブ７及び排気バルブ１２の動作状態（バルブ動作状態）等がそれぞれ出力される。
【００４１】
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングでインジェクタ１０から噴射され、また、スロットルバルブ１５が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００４２】
本実施例のエンジン１は、負荷変化が生じる際に、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射する。尚、噴射した燃料が吸気バルブ７の近傍に到達した際に吸気バルブ７が開弁していれば吸気行程噴射と定義し、吸気バルブ７が開弁前である場合を排気行程噴射と定義する。実際にはインジェクタ駆動指令から燃料が吸気バルブ７の近傍に到達するまでインジェクタ針弁の開弁遅れやインジェクタ１０から吸気バルブ７までの輸送遅れなど時間遅れが存在するので、吸気行程噴射のインジェクタ駆動指令が排気行程中に行われる場合もある。
【００４３】
吸気行程中に（吸気バルブ７が開いている間に）燃料を噴射することにより、吸気ポート５や吸気バルブ７の傘部等への燃料の付着を抑制して燃料を供給することができ、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用できる。このため、混合気の温度を下げてノッキングの発生を抑制すると共に、空気密度を高めて全負荷時の吸入空気量を増大させ、ポート噴射であっても、吸気冷却の効果を最大限に引き出すことができる。
【００４４】
また、本実施例のエンジン１は、負荷変化が生じる際に、吸気行程中に燃料を噴射する場合、必要に応じて、可変動弁機構６３により吸気バルブ７の閉じられる時期が、ピストンの吸気下死点近傍の時期とされる。これにより、ピストンが上昇した後には吸気バルブ７が閉じられていることになり、燃焼室内の燃料が吸気ポートに吹き返して、吸気通路の内壁に付着することがない。
【００４５】
エンジン１の負荷変化はエンジン１の運転状況に応じてＥＣＵ３１の噴射制御手段により設定される。
【００４６】
図２から図５に基づいて具体的な制御の状況を説明する。
【００４７】
図２には噴射制御の機能を表した概略ブロック、図３には噴射制御手段による燃料噴射の状況を説明するフロー、図４には吸気バルブのリフト動作と変位速度の経時変化状態、図５には燃料噴射状況と吸気バルブのリフト動作および変位速度の経時変化状態を示してある。
【００４８】
図２に示すように、ＥＣＵ３１には、クランク角センサ３２の検出情報によるエンジン回転速度（Ｎｅ）、エアフローセンサ１７の検出情報、アクセルポジションセンサ６２の検出情報、スロットルポジションセンサ１６の検出情報，燃料圧力センサ６４の検出情報による実燃料圧力（Ｐｒｅａｌ）、可変動弁機構６３の情報による位相リフト情報（バルブ位相、バルブリフト）、車速情報が入力される。
【００４９】
ＥＣＵ３１には、エンジン１のエンジン回転速度（Ｎｅ）及び負荷（吸気量等）に応じて燃料圧力（目標燃料圧力：Ｐｏｂｊ）を設定する燃料圧力設定手段７１が備えられ、燃料圧力設定手段７１で設定された目標燃料圧力（Ｐｏｂｊ）は噴射制御手段７２に送られる。一方、エンジン回転速度（Ｎｅ）及び負荷（吸気量等）に応じて負荷変化を検出する負荷変化検出手段７５が備えられ、負荷変化検出手段７５により負荷変化が検出された際に負荷変化の情報が噴射制御手段７２に送られる。
【００５０】
そして、ＥＣＵ３１には、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる吸気行程噴射手段７３と、排気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる排気行程噴射手段７４が備えられている。吸気行程噴射手段７３及び排気行程噴射手段７４からインジェクタ１０に駆動指令が送られ、所定量の燃料が噴射される。
【００５１】
負荷変化検出手段７５により負荷変化が検出されて負荷変化の情報が噴射制御手段７２に送られることで、吸気行程噴射手段７３からインジェクタ１０に駆動指令が送られ、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる。
【００５２】
負荷変化が生じた際における吸気行程での燃料噴射の噴射終了時期は、吸気ポート５への吹き返しや吸気バルブ７の傘部の付着量の変化による空燃比の変動を抑制するため、噴射終了時期を固定している。図４に示すように、吸気バルブ７のリフトが開始されてからリフトが最大になるまでの期間は、吸気バルブ７の開き動作方向の変位速度が発生している期間とされ、燃料が吸気バルブ７に付着し難く、筒内に直入しやすい。
【００５３】
一方、リフトが最大になった以降は吸気バルブ７に閉じ動作方向の変位速度が生じる期間とされ、燃料が吸気バルブ７に付着しやすく筒内に直入し難くなる。また、ピストンが吸気下死点（吸気ＢＤＣ）以降で吸気バルブ７のリフトがゼロでない期間に燃料噴射を行うと、ピストンの上昇により筒内から吸気ポート５への吹き返しが起こり、燃料が筒内に直入しなくなるため望ましくない。
【００５４】
このため、燃料噴射期間の中心位置が、吸気バルブ７の閉じ動作以前に位置するように燃料を噴射し、筒内への燃料の吸引を促進している。この場合、吸気バルブ７の最大リフト時期までに（吸気バルブ７に閉動作方向の変位速度が生じる以前に）燃料噴射を終了させることも可能である。
【００５５】
図３、図５に基づいて負荷変化が生じた際の具体的な処理の状況を説明する。本実施例では、負荷が急変する過渡時の状態の負荷変化及び減速時や下り坂走行で燃料の供給を停止する時（燃料カット時）の状態の負荷変化の際に、吸気行程噴射手段７３の指令に基づいて吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる処理となっている。
【００５６】
図３に示すように、処理がスタートすると、ステップＳ１でエンジン回転速度（Ｎｅ）とアクセル開度（θａｐｓ）から目標トルク（Ｔｏｂｊ）を算出する。ステップＳ２１で車速センサやアクセルポジション、スロットル開度などから燃料カット条件成立か否かが判断され、燃料カット条件が不成立と判断された場合、ステップＳ３３でエンジン回転数やアクセルポジション、スロットル開度の変化量などから負荷変化を検出する。即ち、負荷（回転）検知か否かが判断される。
【００５７】
ステップＳ３３の負荷（回転）検知は、エンジン回転変化量が所定値を超えているか、または、アクセル踏込変化量が所定値を超えているか、または、スロットル開度変化量が所定値を超えているか、または、燃料カット復帰条件成立後における所定行程数内かが判断され、いずれかが否であると判断された場合、負荷（回転）検知ではない、即ち、負荷変化がないと判断される。負荷変化がないと判断された場合、ステップＳ３０で排気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる処理（排気行程噴射）に移行してリターンとなる。
【００５８】
ステップＳ２１で燃料カット条件成立と判断された場合、ステップＳ３１で燃料カット条件成立後所定行程数内か否かが判断される。ステップＳ３１で燃料カット条件成立後所定行程数内と判断された場合、ステップＳ３２で過渡時の吸気行程噴射を設定する。つまり、燃料噴射停止前に吸気行程で燃料を噴射する状態にされる。
【００５９】
ステップＳ３１で燃料カット条件成立後所定行程数内でないと判断された場合、ステップＳ３４の燃料噴射停止の処理に移行してリターンとなる。
【００６０】
ステップＳ３３で所定値以上の負荷（回転）変化が検出された場合、ステップＳ３２で過渡時の吸気行程噴射を設定する。つまり、負荷変化が生じている際に吸気行程で燃料を噴射する状態にされる。
【００６１】
即ち、負荷変化が検出された際に吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を吸気通路内に噴射させるようにしている。吸気通路の内壁等に新たな燃料の付着がないので、吸気通路の内壁等に付着していた燃料は急減し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出することができる。このため、負荷変化が生じても空燃比を的確に制御することが可能になる。
【００６２】
ステップＳ３２で過渡時の吸気行程噴射を設定した後、以下のステップＳ２４からステップＳ２７の処理により吸気行程噴射における吸気バルブ７の開閉時期、燃料噴射の時期が設定される。
【００６３】
即ち、ステップＳ２４でエンジン回転速度（Ｎｅ）と目標トルク（Ｔｏｂｊ）を基に、目標スロットル開度（θｔｐｓ）、目標燃圧（Ｐｏｂｊ）、目標燃料噴射量（Ｑｏｂｊ）、目標点火時期（θｓａ）がＥＣＵマップから読込まれて設定される。
【００６４】
ステップＳ２５でエンジン回転速度（Ｎｅ）、バルブ位相、バルブリフトから吸気バルブ７の開弁時期（θＩＯ）及び閉弁時期（θＩＣ）を算出し、ピストンの吸気上死点（ＴＤＣ）をθＩＴＤＣと設定し、吸気下死点（ＢＤＣ）をθＩＢＤＣと設定する。ステップＳ２６で吸気バルブ７の変位速度がゼロ以上から負に変わる時期、即ち、閉じ動作方向の変位速度が生じる時期（θＡＣＣ０）を算出する。
【００６５】
ステップＳ２６で吸気バルブ７の変位速度がゼロ以上から負に変わる時期（θＡＣＣ０）が算出された後、ステップＳ２７に移行して負荷変化時における吸気行程噴射の燃料噴射時期が設定される。
【００６６】
この場合、図５に示すように、ピストンの圧縮上死点が０°とされ、吸気下死点（θＩＢＤＣ）が−１８０°、吸気上死点（θＩＴＤＣ）が−３６０°、排気下死点が−５４０°とされている時の角度の大小により時期が設定される。尚、図５中の一点鎖線は、排気行程噴射の時期及び排気バルブ１２のリフトの状態を示してある。
【００６７】
ステップＳ２７で噴射開始時期（θＳＯＩ）と噴射終了時期（θＥＯＩ）が設定され、ステップＳ３５で吸気行程噴射が実行される。
【００６８】
噴射開始時期（θＳＯＩ）は、吸気バルブ７の開弁時期（θＩＯ）と吸気上死点（θＩＴＤＣ）の大きい方（遅い方）から、噴射した燃料が吸気バルブ７に到達するまでの遅れ時間（θｄｌｙ：インジェクタ針弁の開弁遅れも含む）を減じた（早めた）時期よりも遅い時期に設定される。つまり、吸気バルブ７が開いている状態で燃料が噴射されて燃料が筒内に噴射されるように噴射開始時期（θＳＯＩ）が設定される。
即ち、噴射開始時期（θＳＯＩ）＞Ｍａｘ（θＩＯ、θＩＴＤＣ）−θｄｌｙ
とされる。
【００６９】
噴射終了時期（θＥＯＩ）は、吸気バルブ７の変位速度がゼロ以上から負に変わる時期（θＡＣＣ０）と吸気下死点（θＩＢＤＣ）の小さい方（早い方）から噴射した燃料が吸気バルブ７に到達するまでの遅れ時間（θｄｌｙ）を減じた（早めた）時期よりも早い時期に設定される。
即ち、噴射終了時期（θＥＯＩ）＜Ｍｉｎ（θＡＣＣ０、θＩＢＤＣ）−θｄｌｙ
とされる。
【００７０】
ステップＳ３５で吸気行程噴射が実行された後、リターンとなる。
【００７１】
上述したエンジン１では、負荷変化が検出された場合、吸気行程で燃料を噴射するように設定されている。即ち、負荷が急変する過渡時の負荷変化であれば、負荷が急変している際に吸気行程で燃料を噴射するようにしている。また、減速時や下り坂走行時、エンジン停止等の燃料カット時の負荷変化であれば、燃料カットが行われる前及び燃料カットからの復帰時に吸気行程で燃料を噴射するようにしている。
【００７２】
吸気行程中の燃料噴射は、吸気通路の内壁等に新たな燃料の付着がないので、吸気通路の内壁等に付着していた燃料は急減し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出することができる。このため、負荷が急変する過渡時の負荷変化や、燃料カット時の負荷変化が生じても、空燃比を的確に制御することが可能になる。
【００７３】
そして、吸気行程の燃料噴射の期間は、燃料噴射期間の中心位置が吸気バルブ７の閉動作以前に位置するように噴射される期間とされ、バルブ７の開き動作方向の変位速度が発生している期間とされている。このため、混合気の筒内への吸引が促進される期間に燃料を噴射することができる。また、吸気バルブ７の閉じられる時期が、ピストンの吸気下死点近傍の時期とされる。これにより、ピストンが上昇した後には吸気バルブ７が閉じられていることになり、燃焼室内の燃料が吸気ポートに吹き返して吸気通路内に付着することがない。
【００７４】
特に、燃料カット時の負荷変化の場合、燃料噴射停止前及び燃料噴射を復帰させる時（燃料復帰時）の燃料量を的確に算出することができる。このため、燃料噴射停止直後の未燃燃料の排出を低減できる。また、燃料噴射停止中の排気は酸素を大量に含み、排気浄化触媒に酸素がストレージされ浄化効率が低下するため、燃料復帰時には触媒上の酸素を放出し、浄化効率を改善するため燃料を多めに噴射（リッチ空燃比）するが、燃料を多めに噴射する際にも、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を的確に算出できるため、排ガス性能を低下させる虞がない。
【００７５】
従って、上述したエンジン１は、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができ、混合気の筒内への吸引が促進される期間に少なくとも燃料の大半を噴射することが可能になる。このため、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができ、負荷変化が生じる運転状態における空燃比の設定精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、吸気通路への燃料噴射の状況を制御することで、負荷変化時の燃料噴射量を適正に制御することができる内燃機関の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気バルブ
８ 燃料パイプ
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁（インジェクタ）
１１ 排気ポート
１２ 排気バルブ
１３ 排気マニホールド
１４ 吸気管
１５ スロットルバルブ
１６ スロットルポジションセンサ
１７ エアフローセンサ
１８ サージタンク
２０ 排気管
２１ 排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）
２２ ＥＧＲ管
２５ タンブルフラップ
２６ アクチュエータ
３１ ＥＣＵ
３２ クランク角センサ
３３ 水温センサ
５１ 過給機
５５ 排気浄化触媒
５６ 触媒温度センサ
６１ アクセルペダル
６２ アクセルポジションセンサ
６３ 可変動弁機構
６４ 燃料圧力センサ
７１ 燃料圧力設定手段
７２ 噴射制御手段
７３ 吸気行程噴射手段
７４ 排気行程噴射手段
７５ 負荷変化検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路への燃料噴射の状況を制御することで、負荷変化時の燃料噴射量を適正に制御することができる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）では、燃料の気化が遅い運転領域では吸気通路の内壁に燃料が付着して液膜が形成される。このため、吸気通路の内壁に付着した燃料を考慮して燃料噴射が実施されている。即ち、吸気通路の内壁に付着している燃料量と噴射する燃料量、及び新たに吸気通路の内壁に付着する燃料量に基づいて、運転状態に応じた空燃比となるように燃料噴射量が決定される。
【０００３】
一方、エンジンの運転は負荷の変化を伴うもので、負荷の変化に伴い燃料噴射量を変化させている。また、減速時等には燃料の供給を停止して燃費の向上が図られている。このため、吸気通路の内壁に付着している燃料の状態や吸気通路の内壁に付着する燃料の状況に応じて燃料噴射量を設定すると共に、負荷の変化に応じて燃料噴射量を設定する必要があり、燃料量の算出が複雑になり空燃比設定精度が低下する（目標空燃比と実空燃比に誤差が生じる）虞があるのが現状である。
【０００４】
このような状況から、過渡運転状態の際に吸気行程中に燃料を供給し、燃料の大部分を吸気の気流に乗せて燃焼室に送る技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、要求に応じた量の燃料を供給することが可能になる。しかし、吸気行程であっても吸気バルブの動作状況によっては吸気が促進されないこともあり、必ずしも要求に応じた量の燃料が供給されているとはいえず、空燃比設定精度が低下する虞は否めないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１０６９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関は、燃料を吸気通路内に噴射するインジェクタと、前記吸気通路と筒内とを連通する吸気開口と、吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、負荷の変化を検出する負荷変化検出手段と、前記負荷変化検出手段により負荷変化が検出された際に前記吸気行程噴射手段を制御し、前記吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させ、前記吸気開口から前記筒内に燃料を導入する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記インジェクタからの燃料噴射期間の中心が、吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に位置するように（吸気バルブの閉じ方向の変位速度が生じる以前に）前記吸気行程噴射手段を動作させて燃料を噴射させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る本発明では、負荷変化検出手段により負荷変化が検出された際に吸気行程中にインジェクタから燃料を吸気通路内に噴射させる。吸気行程中の燃料噴射は、吸気通路の内壁等に新たな燃料の付着がないので、負荷変化が検出された際に、吸気行程で燃料を噴射することにより、吸気通路の内壁等に付着していた燃料は急減し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出することができる。
【０００９】
そして、吸気行程での燃料噴射は、インジェクタからの燃料噴射期間の中心が、吸気バルブに閉じ動作方向の変位速度が生じる以前に位置するようにインジェクタから燃料を噴射させるので、混合気の筒内への吸引が促進される期間に少なくとも燃料の大半を噴射することができる。
【００１０】
このため、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができ、負荷変化が生じる運転状態における空燃比設定精度を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明の内燃機関は、請求項１に記載の内燃機関において、前記制御手段は、前記吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に前記吸気行程噴射手段を動作させて前記インジェクタからの燃料噴射を完了させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に、即ち、吸気バルブの変位速度がゼロ以上である期間に、インジェクタからの燃料噴射を完了させるので、吸気バルブの開動作時により燃料が筒内に最も引き込まれる状態で、所定量の燃料全てを筒内に噴射することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の内燃機関は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関において、前記負荷変化検出手段は、機関回転速度及びスロットル開閉状態に基づいて負荷変化が生じている（過渡時の）状態であることを検出し、前記制御手段は、過渡時の状態にある時に前記吸気行程噴射手段を動作させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、機関回転速度及びスロットル開閉状態に基づいて、負荷変化が生じている（過渡時の）状態であることを検出し、過渡負荷変化に応じた燃料量を的確に算出する。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の内燃機関は、請求項３に記載の内燃機関において、前記負荷変化検出手段は、燃料噴射を停止させる状態の負荷変化（減速やエンジン停止）を検出し、前記制御手段は、燃料噴射を停止させる前及び後に前記吸気行程噴射手段を動作させることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、燃料噴射を停止する状態（燃料カット時）の負荷変化を検出し、燃料カット時の前及び燃料噴射を復帰させる時（燃料復帰時）の燃料量を的確に算出する。燃料噴射停止直後は、吸気管内壁に付着した燃料のみが燃焼室内に吸引され、燃焼室内は燃焼が成立しないレベルのリーンな空燃比となるため、燃料は未燃のまま排出され、排ガスの悪化を招く。燃料カット前に吸気行程噴射手段を動作させることで、吸気管内壁への燃料の付着を抑制し、排ガスの悪化を防止できる。一方、燃料カット中の排気は酸素を大量に含む（空気）ため、排気管に設置された排気浄化触媒に酸素が大量にストレージされ、触媒の浄化効率が低下してしまう。このため、燃料復帰時には燃料を多めに噴射する（リッチ空燃比とする）ことで触媒上の酸素を放出し、浄化効率を回復させる技術が一般的である。燃料を多めに噴射する際にも、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を的確に算出できるため、空燃比設定精度が向上して排ガス性能を低下させる虞がない。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の内燃機関は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記吸気バルブの開閉時期が前記制御手段により変更されるバルブ開閉時期変更手段を備え、前記制御手段は、前記バルブ開閉時期変更手段により前記吸気バルブの閉時期を吸気下死点近傍に設定することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、吸気バルブの閉時期を吸気下死点近傍に設定することで、ピストンが上昇する際には吸気バルブが閉じられていることになり、燃焼室内の燃料が吸気通路に吹き返して、吸気通路の内壁に付着することがない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内燃機関は、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】噴射制御の機能を表した概略ブロック図である。
【図３】燃料噴射の制御フローチャートである。
【図４】吸気バルブのリフト動作と変位速度の経時変化の図である。
【図５】燃料噴射時期を説明する吸気バルブの動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１、図２に基づいて本発明の内燃機関を説明する。
【００２２】
図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の全体の概略構成を示してある。
【００２３】
図１に示すように、内燃機関（エンジン）であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５（吸気通路）が形成され、各吸気ポート５の燃焼室６側には吸気バルブ７がそれぞれ設けられている。吸気バルブ７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。
【００２４】
各吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート５に吸気マニホールド９が連通している。吸気マニホールド９（またはシリンダヘッド２）には電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）１０が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプ８を介してインジェクタ１０に燃料が供給される。
【００２５】
また、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１１が形成され、各排気ポート１１の燃焼室６側には排気バルブ１２がそれぞれ設けられている。排気バルブ１２は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１１と燃焼室６との連通・遮断を行うようになっている。そして、各排気ポート１１には排気マニホールド１３の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１１に排気マニホールド１３が連通している。
【００２６】
尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。
【００２７】
インジェクタ１０の上流側における吸気マニホールド９には吸気管１４が接続され、吸気管１４には電磁式のスロットルバルブ１５が取り付けられ、スロットルバルブ１５の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１６が設けられている。アクセルペダル６１の踏み込み状態がアクセルポジションセンサ６２で検出され、アクセルポジションセンサ６２の検出情報に基づいてスロットルバルブ１５が動作される。また、アクセルポジションセンサ６２によりアクセルペダル６１の踏み込みの解除（減速・下り坂走行）が検出される。
【００２８】
スロットルバルブ１５の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ１７が設けられている。エアフローセンサ１７としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド９とスロットルバルブ１５との間における吸気管１４にはサージタンク１８が設けられている。
【００２９】
排気マニホールド１３の他端には排気管２０が接続され、排気マニホールド１３には排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）２１が分岐している。ＥＧＲポート２１にはＥＧＲ管２２の一端が接続され、ＥＧＲ管２２の他端はサージタンク１８の上流部の吸気管１４に接続されている。サージタンク１８に近接するＥＧＲ管２２にはＥＧＲバルブ２３が設けられ、ＥＧＲバルブ２３が開かれることにより排気ガスの一部がＥＧＲ管２２を介してサージタンク１８の上流部の吸気管１４に導入される。
【００３０】
つまり、ＥＧＲ管２２及びＥＧＲバルブ２３により排気ガス還流手段（ＥＧＲ装置）が構成されている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させ、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるための装置であり、ＥＧＲバルブ２３が開閉動作されることにより開度に応じて所定のＥＧＲ率で排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される。
【００３１】
また、ＥＧＲ装置により排気ガスをエンジン１の吸気系に還流させることにより、スロットルバルブ１５で規制される空気量を減らすことができ、即ち、スロットルバルブ１５を開いても大量の空気が流入することがなく、スロットルバルブ１５の絞り損失を減少させることができる。また、低速、低回転領域であっても、燃焼室に流入する吸気に乱れを生じさせることができる。
【００３２】
一方、吸気マニホールド９にはタンブルフラップ２５が設けられ、タンブルフラップ２５は負圧アクチュエータ等のアクチュエータ２６によって開閉される。タンブルフラップ２５はバタフライバルブやシャッターバルブ等の開閉式のバルブで構成され、タンブルフラップ２５は、図１に示したように、吸気通路の下半分を開閉するようになっている。即ち、タンブルフラップ２５を閉じることにより、吸気通路の断面の上側に開口部を形成し、吸気通路の断面積を狭くすることで燃焼室６の内部に縦タンブル流を発生させるようになっている。
【００３３】
また、サージタンク１８の上流部の吸気管１４には過給機５１が備えられ、過給機５１はエンジン１の排気ガスが、排気マニホールド１３に設けられた排気タービン５１ａを回転させ、排気タービン５１ａに直結した吸気コンプレッサ５１ｂの作動により、吸気が加圧されて体積密度が高められ、加圧されて体積密度が高められた吸気が燃焼室６に送られる（過給される）。
【００３４】
排気マニホールド１３に接続された排気管２０には、排気浄化触媒（例えば、三元触媒）５５が介装され、排気浄化触媒５５により排気ガスが浄化される。排気浄化触媒５５には触媒温度センサ５６が設けられ、触媒温度センサ５６で検出された温度情報により排気浄化触媒５５の活性状態（例えば、冷態状態か否か）が判断される。
【００３５】
尚、排気浄化触媒５５の温度を検出する場合、触媒温度センサ５６を用いる代わりに、エンジン１の運転状態等からＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１で推定（演算）することも可能である。
【００３６】
例えば、排気浄化触媒５５では、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍の時に排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。また、排気空燃比が酸化雰囲気（リーン空燃比）になった際に、ＨＣやＣＯが酸化・浄化されると共に、排気空燃比が還元雰囲気（リッチ空燃比）となるまで酸素（Ｏ２）がストレージされ、リッチ空燃比となった際に、ＮＯｘが還元・浄化されると共に、ストレージされたＯ２が放出され、ＨＣやＣＯが酸化・浄化される。
【００３７】
エンジン１には、吸気バルブ７及び排気バルブ１２のリフト量及びリフト時期（バルブ動作状態）を任意に変更する可変動弁機構６３が設けられ、可変動弁機構６３によりカムの位相が変更される等して、吸気バルブ７及び排気バルブ１２の動作状態が任意に設定される。また、燃料パイプ８にはインジェクタ１０に供給される燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ６４が備えられている。更に、エンジン１には、クランク角を検出してエンジン回転速度（Ｎｅ）を求めるクランク角センサ３２、冷却水温を検出する水温センサ３３が備えられている。
【００３８】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
【００３９】
ＥＣＵ３１の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ１６、エアフローセンサ１７、クランク角センサ３２、水温センサ３３、触媒温度センサ５６、アクセルポジションセンサ６２、燃料圧力センサ６４等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。また、ＥＣＵ３１には、可変動弁機構６３の情報が入力され、吸気バルブ７及び排気バルブ１２のリフト量及びリフト時期の情報が送られる。
【００４０】
一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の点火コイル４、スロットルバルブ１５、インジェクタ１０の駆動装置、ＥＧＲバルブ２３、タンブルフラップ２５のアクチュエータ２６、可変動弁機構６３等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３１で演算された燃料噴射量、燃料噴射期間、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲバルブ２３の操作時期・操作量、タンブルフラップ２５の操作時期、吸気バルブ７及び排気バルブ１２の動作状態（バルブ動作状態）等がそれぞれ出力される。
【００４１】
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングでインジェクタ１０から噴射され、また、スロットルバルブ１５が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００４２】
本実施例のエンジン１は、負荷変化が生じる際に、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射する。尚、噴射した燃料が吸気バルブ７の近傍に到達した際に吸気バルブ７が開弁していれば吸気行程噴射と定義し、吸気バルブ７が開弁前である場合を排気行程噴射と定義する。実際にはインジェクタ駆動指令から燃料が吸気バルブ７の近傍に到達するまでインジェクタ針弁の開弁遅れやインジェクタ１０から吸気バルブ７までの輸送遅れなど時間遅れが存在するので、吸気行程噴射のインジェクタ駆動指令が排気行程中に行われる場合もある。
【００４３】
吸気行程中に（吸気バルブ７が開いている間に）燃料を噴射することにより、吸気ポート５や吸気バルブ７の傘部等への燃料の付着を抑制して燃料を供給することができ、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用できる。このため、混合気の温度を下げてノッキングの発生を抑制すると共に、空気密度を高めて全負荷時の吸入空気量を増大させ、ポート噴射であっても、吸気冷却の効果を最大限に引き出すことができる。
【００４４】
また、本実施例のエンジン１は、負荷変化が生じる際に、吸気行程中に燃料を噴射する場合、必要に応じて、可変動弁機構６３により吸気バルブ７の閉じられる時期が、ピストンの吸気下死点近傍の時期とされる。これにより、ピストンが上昇した後には吸気バルブ７が閉じられていることになり、燃焼室内の燃料が吸気ポートに吹き返して、吸気通路の内壁に付着することがない。
【００４５】
エンジン１の負荷変化はエンジン１の運転状況に応じてＥＣＵ３１の噴射制御手段により設定される。
【００４６】
図２から図５に基づいて具体的な制御の状況を説明する。
【００４７】
図２には噴射制御の機能を表した概略ブロック、図３には噴射制御手段による燃料噴射の状況を説明するフロー、図４には吸気バルブのリフト動作と変位速度の経時変化状態、図５には燃料噴射状況と吸気バルブのリフト動作および変位速度の経時変化状態を示してある。
【００４８】
図２に示すように、ＥＣＵ３１には、クランク角センサ３２の検出情報によるエンジン回転速度（Ｎｅ）、エアフローセンサ１７の検出情報、アクセルポジションセンサ６２の検出情報、スロットルポジションセンサ１６の検出情報，燃料圧力センサ６４の検出情報による実燃料圧力（Ｐｒｅａｌ）、可変動弁機構６３の情報による位相リフト情報（バルブ位相、バルブリフト）、車速情報が入力される。
【００４９】
ＥＣＵ３１には、エンジン１のエンジン回転速度（Ｎｅ）及び負荷（吸気量等）に応じて燃料圧力（目標燃料圧力：Ｐｏｂｊ）を設定する燃料圧力設定手段７１が備えられ、燃料圧力設定手段７１で設定された目標燃料圧力（Ｐｏｂｊ）は噴射制御手段７２に送られる。一方、エンジン回転速度（Ｎｅ）及び負荷（吸気量等）に応じて負荷変化を検出する負荷変化検出手段７５が備えられ、負荷変化検出手段７５により負荷変化が検出された際に負荷変化の情報が噴射制御手段７２に送られる。
【００５０】
そして、ＥＣＵ３１には、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる吸気行程噴射手段７３と、排気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる排気行程噴射手段７４が備えられている。吸気行程噴射手段７３及び排気行程噴射手段７４からインジェクタ１０に駆動指令が送られ、所定量の燃料が噴射される。
【００５１】
負荷変化検出手段７５により負荷変化が検出されて負荷変化の情報が噴射制御手段７２に送られることで、吸気行程噴射手段７３からインジェクタ１０に駆動指令が送られ、吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる。
【００５２】
負荷変化が生じた際における吸気行程での燃料噴射の噴射終了時期は、吸気ポート５への吹き返しや吸気バルブ７の傘部の付着量の変化による空燃比の変動を抑制するため、噴射終了時期を固定している。図４に示すように、吸気バルブ７のリフトが開始されてからリフトが最大になるまでの期間は、吸気バルブ７の開き動作方向の変位速度が発生している期間とされ、燃料が吸気バルブ７に付着し難く、筒内に直入しやすい。
【００５３】
一方、リフトが最大になった以降は吸気バルブ７に閉じ動作方向の変位速度が生じる期間とされ、燃料が吸気バルブ７に付着しやすく筒内に直入し難くなる。また、ピストンが吸気下死点（吸気ＢＤＣ）以降で吸気バルブ７のリフトがゼロでない期間に燃料噴射を行うと、ピストンの上昇により筒内から吸気ポート５への吹き返しが起こり、燃料が筒内に直入しなくなるため望ましくない。
【００５４】
このため、燃料噴射期間の中心位置が、吸気バルブ７の閉じ動作以前に位置するように燃料を噴射し、筒内への燃料の吸引を促進している。この場合、吸気バルブ７の最大リフト時期までに（吸気バルブ７に閉動作方向の変位速度が生じる以前に）燃料噴射を終了させることも可能である。
【００５５】
図３、図５に基づいて負荷変化が生じた際の具体的な処理の状況を説明する。本実施例では、負荷が急変する過渡時の状態の負荷変化及び減速時や下り坂走行で燃料の供給を停止する時（燃料カット時）の状態の負荷変化の際に、吸気行程噴射手段７３の指令に基づいて吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる処理となっている。
【００５６】
図３に示すように、処理がスタートすると、ステップＳ１でエンジン回転速度（Ｎｅ）とアクセル開度（θａｐｓ）から目標トルク（Ｔｏｂｊ）を算出する。ステップＳ２１で車速センサやアクセルポジション、スロットル開度などから燃料カット条件成立か否かが判断され、燃料カット条件が不成立と判断された場合、ステップＳ３３でエンジン回転数やアクセルポジション、スロットル開度の変化量などから負荷変化を検出する。即ち、負荷（回転）検知か否かが判断される。
【００５７】
ステップＳ３３の負荷（回転）検知は、エンジン回転変化量が所定値を超えているか、または、アクセル踏込変化量が所定値を超えているか、または、スロットル開度変化量が所定値を超えているか、または、燃料カット復帰条件成立後における所定行程数内かが判断され、いずれかが否であると判断された場合、負荷（回転）検知ではない、即ち、負荷変化がないと判断される。負荷変化がないと判断された場合、ステップＳ３０で排気行程中にインジェクタ１０から燃料を噴射させる処理（排気行程噴射）に移行してリターンとなる。
【００５８】
ステップＳ２１で燃料カット条件成立と判断された場合、ステップＳ３１で燃料カット条件成立後所定行程数内か否かが判断される。ステップＳ３１で燃料カット条件成立後所定行程数内と判断された場合、ステップＳ３２で過渡時の吸気行程噴射を設定する。つまり、燃料噴射停止前に吸気行程で燃料を噴射する状態にされる。
【００５９】
ステップＳ３１で燃料カット条件成立後所定行程数内でないと判断された場合、ステップＳ３４の燃料噴射停止の処理に移行してリターンとなる。
【００６０】
ステップＳ３３で所定値以上の負荷（回転）変化が検出された場合、ステップＳ３２で過渡時の吸気行程噴射を設定する。つまり、負荷変化が生じている際に吸気行程で燃料を噴射する状態にされる。
【００６１】
即ち、負荷変化が検出された際に吸気行程中にインジェクタ１０から燃料を吸気通路内に噴射させるようにしている。吸気通路の内壁等に新たな燃料の付着がないので、吸気通路の内壁等に付着していた燃料は急減し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出することができる。このため、負荷変化が生じても空燃比を的確に制御することが可能になる。
【００６２】
ステップＳ３２で過渡時の吸気行程噴射を設定した後、以下のステップＳ２４からステップＳ２７の処理により吸気行程噴射における吸気バルブ７の開閉時期、燃料噴射の時期が設定される。
【００６３】
即ち、ステップＳ２４でエンジン回転速度（Ｎｅ）と目標トルク（Ｔｏｂｊ）を基に、目標スロットル開度（θｔｐｓ）、目標燃圧（Ｐｏｂｊ）、目標燃料噴射量（Ｑｏｂｊ）、目標点火時期（θｓａ）がＥＣＵマップから読込まれて設定される。
【００６４】
ステップＳ２５でエンジン回転速度（Ｎｅ）、バルブ位相、バルブリフトから吸気バルブ７の開弁時期（θＩＯ）及び閉弁時期（θＩＣ）を算出し、ピストンの吸気上死点（ＴＤＣ）をθＩＴＤＣと設定し、吸気下死点（ＢＤＣ）をθＩＢＤＣと設定する。ステップＳ２６で吸気バルブ７の変位速度がゼロ以上から負に変わる時期、即ち、閉じ動作方向の変位速度が生じる時期（θＡＣＣ０）を算出する。
【００６５】
ステップＳ２６で吸気バルブ７の変位速度がゼロ以上から負に変わる時期（θＡＣＣ０）が算出された後、ステップＳ２７に移行して負荷変化時における吸気行程噴射の燃料噴射時期が設定される。
【００６６】
この場合、図５に示すように、ピストンの圧縮上死点が０°とされ、吸気下死点（θＩＢＤＣ）が−１８０°、吸気上死点（θＩＴＤＣ）が−３６０°、排気下死点が−５４０°とされている時の角度の大小により時期が設定される。尚、図５中の一点鎖線は、排気行程噴射の時期及び排気バルブ１２のリフトの状態を示してある。
【００６７】
ステップＳ２７で噴射開始時期（θＳＯＩ）と噴射終了時期（θＥＯＩ）が設定され、ステップＳ３５で吸気行程噴射が実行される。
【００６８】
噴射開始時期（θＳＯＩ）は、吸気バルブ７の開弁時期（θＩＯ）と吸気上死点（θＩＴＤＣ）の大きい方（遅い方）から、噴射した燃料が吸気バルブ７に到達するまでの遅れ時間（θｄｌｙ：インジェクタ針弁の開弁遅れも含む）を減じた（早めた）時期よりも遅い時期に設定される。つまり、吸気バルブ７が開いている状態で燃料が噴射されて燃料が筒内に噴射されるように噴射開始時期（θＳＯＩ）が設定される。
即ち、噴射開始時期（θＳＯＩ）＞Ｍａｘ（θＩＯ、θＩＴＤＣ）−θｄｌｙ
とされる。
【００６９】
噴射終了時期（θＥＯＩ）は、吸気バルブ７の変位速度がゼロ以上から負に変わる時期（θＡＣＣ０）と吸気下死点（θＩＢＤＣ）の小さい方（早い方）から噴射した燃料が吸気バルブ７に到達するまでの遅れ時間（θｄｌｙ）を減じた（早めた）時期よりも早い時期に設定される。
即ち、噴射終了時期（θＥＯＩ）＜Ｍｉｎ（θＡＣＣ０、θＩＢＤＣ）−θｄｌｙ
とされる。
【００７０】
ステップＳ３５で吸気行程噴射が実行された後、リターンとなる。
【００７１】
上述したエンジン１では、負荷変化が検出された場合、吸気行程で燃料を噴射するように設定されている。即ち、負荷が急変する過渡時の負荷変化であれば、負荷が急変している際に吸気行程で燃料を噴射するようにしている。また、減速時や下り坂走行時、エンジン停止等の燃料カット時の負荷変化であれば、燃料カットが行われる前及び燃料カットからの復帰時に吸気行程で燃料を噴射するようにしている。
【００７２】
吸気行程中の燃料噴射は、吸気通路の内壁等に新たな燃料の付着がないので、吸気通路の内壁等に付着していた燃料は急減し、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を容易に算出することができる。このため、負荷が急変する過渡時の負荷変化や、燃料カット時の負荷変化が生じても、空燃比を的確に制御することが可能になる。
【００７３】
そして、吸気行程の燃料噴射の期間は、燃料噴射期間の中心位置が吸気バルブ７の閉動作以前に位置するように噴射される期間とされ、バルブ７の開き動作方向の変位速度が発生している期間とされている。このため、混合気の筒内への吸引が促進される期間に燃料を噴射することができる。また、吸気バルブ７の閉じられる時期が、ピストンの吸気下死点近傍の時期とされる。これにより、ピストンが上昇した後には吸気バルブ７が閉じられていることになり、燃焼室内の燃料が吸気ポートに吹き返して吸気通路内に付着することがない。
【００７４】
特に、燃料カット時の負荷変化の場合、燃料噴射停止前及び燃料噴射を復帰させる時（燃料復帰時）の燃料量を的確に算出することができる。このため、燃料噴射停止直後の未燃燃料の排出を低減できる。また、燃料噴射停止中の排気は酸素を大量に含み、排気浄化触媒に酸素がストレージされ浄化効率が低下するため、燃料復帰時には触媒上の酸素を放出し、浄化効率を改善するため燃料を多めに噴射（リッチ空燃比）するが、燃料を多めに噴射する際にも、新たに付着する燃料量を考慮せずに、燃料供給量を的確に算出できるため、排ガス性能を低下させる虞がない。
【００７５】
従って、上述したエンジン１は、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができ、混合気の筒内への吸引が促進される期間に少なくとも燃料の大半を噴射することが可能になる。このため、負荷変化に拘わらず燃料噴射量を容易にしかも確実に設定することができ、負荷変化が生じる運転状態における空燃比の設定精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、吸気通路への燃料噴射の状況を制御することで、負荷変化時の燃料噴射量を適正に制御することができる内燃機関の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気バルブ
８ 燃料パイプ
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁（インジェクタ）
１１ 排気ポート
１２ 排気バルブ
１３ 排気マニホールド
１４ 吸気管
１５ スロットルバルブ
１６ スロットルポジションセンサ
１７ エアフローセンサ
１８ サージタンク
２０ 排気管
２１ 排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）
２２ ＥＧＲ管
２５ タンブルフラップ
２６ アクチュエータ
３１ ＥＣＵ
３２ クランク角センサ
３３ 水温センサ
５１ 過給機
５５ 排気浄化触媒
５６ 触媒温度センサ
６１ アクセルペダル
６２ アクセルポジションセンサ
６３ 可変動弁機構
６４ 燃料圧力センサ
７１ 燃料圧力設定手段
７２ 噴射制御手段
７３ 吸気行程噴射手段
７４ 排気行程噴射手段
７５ 負荷変化検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を吸気通路内に噴射するインジェクタと、
前記吸気通路と筒内とを連通する吸気開口と、
吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、
負荷の変化状態を検出する負荷変化検出手段と、
前記負荷変化検出手段により負荷変化が検出された際に前記吸気行程噴射手段を制御し、前記吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させ、前記吸気開口から前記筒内に燃料を導入する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記インジェクタからの燃料噴射期間の中心が、吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に位置するように前記吸気行程噴射手段を動作させて燃料を噴射させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記制御手段は、
前記吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に前記吸気行程噴射手段を動作させて前記インジェクタからの燃料噴射を完了させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関において、
前記負荷変化検出手段は、機関回転速度及びスロットル開閉状態に基づいて負荷変化が過渡時の状態であることを検出し、
前記制御手段は、過渡時の状態にある時に前記吸気行程噴射手段を動作させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関において、
前記負荷変化検出手段は、燃料噴射を停止させる状態の負荷変化を検出し、
前記制御手段は、燃料噴射を停止させる前及び後に前記吸気行程噴射手段を動作させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記吸気バルブの開閉時期が前記制御手段により変更されるバルブ開閉時期変更手段を備え、
前記制御手段は、
前記バルブ開閉時期変更手段により前記吸気バルブの閉時期を吸気下死点近傍に設定する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１】
燃料を吸気通路内に噴射するインジェクタと、
前記吸気通路と筒内とを連通する吸気開口と、
吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、
負荷の変化状態を検出する負荷変化検出手段と、
前記負荷変化検出手段により負荷変化が検出された際に前記吸気行程噴射手段を制御し、前記吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させ、前記吸気開口から前記筒内に燃料を導入する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記インジェクタからの燃料噴射期間の中心が、吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に位置するように前記吸気行程噴射手段を動作させて燃料を噴射させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記制御手段は、
前記吸気バルブに閉動作方向の変位速度が生じる以前に前記吸気行程噴射手段を動作させて前記インジェクタからの燃料噴射を完了させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関において、
前記負荷変化検出手段は、機関回転速度及びスロットル開閉状態に基づいて負荷変化が過渡時の状態であることを検出し、
前記制御手段は、過渡時の状態にある時に前記吸気行程噴射手段を動作させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関において、
前記負荷変化検出手段は、燃料噴射を停止させる状態の負荷変化を検出し、
前記制御手段は、燃料噴射を停止させる前及び後に前記吸気行程噴射手段を動作させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記吸気バルブの開閉時期が前記制御手段により変更されるバルブ開閉時期変更手段を備え、
前記制御手段は、
前記バルブ開閉時期変更手段により前記吸気バルブの閉時期を吸気下死点近傍に設定する
ことを特徴とする内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０２３２５（Ｐ２０１２−２０２３２５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８５１７（Ｐ２０１１−６８５１７）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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