可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置
【課題】 燃焼に寄与しない燃料供給を行う場合のタイミングの自由度を拡張する。
【解決手段】 休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第一のクランク角範囲Ａ内で、副噴射を許容する。この第一のクランク角範囲Ａは、当該範囲Ａ内ではボア壁への燃料の付着によるオイル希釈を生じない、あるいは生じるとしても許容範囲内であるような範囲である。前記第一のクランク角範囲Ａよりも狭く且つ当該休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第二のクランク角範囲Ｂ内では、副噴射を禁止することで、自然着火による不必要なトルク変動とスモークの増加とを抑制できる。
【解決手段】 休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第一のクランク角範囲Ａ内で、副噴射を許容する。この第一のクランク角範囲Ａは、当該範囲Ａ内ではボア壁への燃料の付着によるオイル希釈を生じない、あるいは生じるとしても許容範囲内であるような範囲である。前記第一のクランク角範囲Ａよりも狭く且つ当該休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第二のクランク角範囲Ｂ内では、副噴射を禁止することで、自然着火による不必要なトルク変動とスモークの増加とを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アイドル時や減速時等、エンジンの出力の必要が少ない場合に、燃料の消費量を低減するために特定の気筒の運転を休止する可変気筒エンジンが種々提案されている。
【０００３】
このような可変気筒エンジンにおいて、休止気筒に燃料を供給することで、燃料中のＨＣなどの未燃成分によって、エンジンの排気系に設けられた触媒を活性化する方法が試みられている（例えば、特許文献１）。この装置では、休止気筒において、排気上死点の直後に燃料を供給（ポスト噴射）し、その後当該気筒の主噴射を休止し、この主噴射を休止する気筒が連続しないように、休止気筒を所定サイクルごとに順次変更している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている装置では、排気上死点の近傍のみで燃料を供給するため、燃料供給量に限界がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、燃焼に寄与しない燃料供給を行う場合のタイミングの自由度を拡張することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、前記減筒運転の際に、所定の副噴射条件下で前記一部の気筒において前記燃料噴射弁に副噴射を実行させる副噴射手段を更に備え、前記副噴射手段は、前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第一のクランク角範囲内で、前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置である。
【０００８】
第１の本発明では、副噴射手段は、休止気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第一のクランク角範囲内で、副噴射を実行させる。したがって、第１の本発明によれば、燃焼に寄与しない燃料供給を行う場合のタイミングの自由度を圧縮上死点の近傍まで拡張することができる。
【０００９】
なお、上記第一のクランク角範囲は、ボア壁への燃料の付着によるオイル希釈を生じないような範囲に設定するのが特に好適である。
【００１０】
第２の本発明は、請求項１に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、前記副噴射手段は、前記副噴射条件下であっても、前記第一のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第二のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させないことを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置である。
【００１１】
圧縮上死点の近傍で燃料を供給すると、自然着火により、不規則なトルク変動を生じてしまうおそれがある。しかしながら、第２の本発明では、副噴射手段は、前記第一のクランク角範囲よりも狭く且つ当該休止気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第二のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させない。したがって、自然着火による不規則なトルク変動を抑制できる。
【００１２】
本発明における副噴射手段は、第３の本発明のように、圧縮上死点の前および後の双方において副噴射を実行させることとするのが好適であり、これによって燃料供給量を調整する際の自由度を更に促進することができる。
【００１３】
また、第４の本発明のように、第一および第二のクランク角範囲のうち少なくとも一方を、エンジンの温度に応じて可変する可変手段を更に備えることにより、エンジンの温度に応じて好適な制御を実現することが可能になる。
【００１４】
本発明では、第５の本発明のように、エンジンの排気通路に触媒が配置され、また副噴射手段が、休止気筒のピストンの圧縮上死点前の所定の第三のクランク角範囲内で副噴射を実行させることとするのが特に好適である。
【００１５】
また、第５の本発明の構成においては、第６の本発明のように、エンジンをディーゼルエンジンとし、且つ第三のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む第四のクランク角範囲内では副噴射を実行させないこととすれば、圧縮比が高く燃料の着火性が高いディーゼルエンジンにも本発明を好適に適用でき、触媒で反応すべき燃料の自然着火による消費を抑制することができる。
【００１６】
この場合において、第７の本発明のように、副噴射は自然着火を起さない少量の燃料を噴射するものとすれば、自然着火を効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適な実施形態につき、以下に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置１を示す。エンジン１０は、筒内燃料噴射式のディーゼルエンジンであって、吸気通路１１、排気通路１２及び燃焼室１６等を備えている。エンジン１０の各シリンダ１３にはピストン１４が上下動可能に配設されている。そのピストン１４の頂面１４ａの中央には、燃焼室１６を構成する凹部（キャビティ）１５が形成されている。燃焼室１６の上方には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。
【００１８】
インジェクタ１７は、各シリンダ１３のための共通の燃料蓄圧室であるコモンレール１８に接続されている。動作の際には、燃料タンク１８ａ内に備蓄された燃料が燃料ポンプ１８ｂによって汲み出され、高圧に加圧されてコモンレール１８に蓄圧される。こうして蓄圧された燃料の圧力は、コモンレール１８に連結された各シリンダ１３のインジェクタ１７に印加される。そのインジェクタ１７の先端部には、その背後圧が所定高圧となることで開弁し、燃料を噴射させるノズル（図示略）が設けられている。そして、そのインジェクタ１７の内部に設けられたソレノイドバルブ（図示略）によって、上記ノズルの背後圧を制御することで、燃料噴射の開始と終了とを決めるようにしている。したがって、こうしたコモンレールシステムでは、エンジン１０の回転速度に依存しない高精度の燃料噴射制御を行うことができる。
【００１９】
一方、吸気通路１１の上流には、ステップモータ２３によって開閉駆動されて、同吸気通路１１の流路面積を可変とする吸気絞り弁２２が設けられている。更にその上流には、吸気通路１１を流過する吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２１、及び吸入空気を浄化するエアクリーナ２０がそれぞれ設けられている。
【００２０】
排気通路１２には触媒装置２７が接続され、触媒装置２７の排気側にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２８が接続されている。ＤＰＦ２８の排気側は不図示の消音器を介して外部に開放している。触媒装置２７に収容される触媒物質としては、Ｐｔ系三元触媒、またはＰｄ系三元触媒を用いるのが好適である。ＤＰＦ２８はエンジン１０の燃焼室１６から排出される排ガスからＰＭ（Particulate Matter; 粒子状物質）を捕捉・除去するものであり、例えば多孔質のセラミックハニカムフィルタを用いるのが好適である。
【００２１】
一方、こうしたエンジン１０において、上記エアフローメータ２１をはじめとする各種センサの出力は、同エンジン１０の制御系及びその診断系としての役割を司る電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６に対し入力される。このＥＣＵ２６は、上記吸気絞り弁２２を開閉駆動するステップモータ２３、及び燃料噴射を行うインジェクタ１７等を駆動制御する。なおＥＣＵ２６は周知のワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、その詳細は図示しないが、各種演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムや各制御変数の初期値などを格納したＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に保持するＲＡＭ、入出力ポート、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器ならびに記憶装置等を含んで構成されている。
【００２２】
このＥＣＵ２６には、上記エアフローメータ２１の他、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト２４ａの回転位相を、そして更にはその回転速度を検知するＮＥセンサ２４、アクセルペダル２５ａの踏み込み量を検知するアクセルセンサ２５、コモンレール１８内に蓄圧された燃料の圧力を検知する燃圧センサ１９、不図示の駆動輪の近傍に設けられた車速センサ３７、吸気経路に設けられた吸気温センサ３８、エンジン冷却水経路に設けられた水温センサ３９等のエンジン１０の運転状態を検知する種々のセンサの出力が入力される。そしてＥＣＵ２６は、これらセンサの出力結果に基づきエンジン１０の運転状態を把握し、上記インジェクタ１７やステップモータ２３をはじめとする種々のアクチュエータを駆動制御して、同エンジン１０の各種制御を実行する。
【００２３】
こうしたエンジン制御の一環としてＥＣＵ２６は、インジェクタ１７の駆動制御に基づく燃料噴射量及び燃料噴射時期の制御を実行している。この燃料噴射制御は、ＥＣＵ２６において、所定の始動条件が成立している場合、例えば車室内のイグニッションスイッチがオンされている場合に繰り返し実行される。
【００２４】
まず、ＥＣＵ２６によって、所定の減筒条件が成立しているかが判断される（Ｓ１０）。この減筒条件は、例えば、排気系に設けられたＤＰＦ２８に捕捉されたＰＭの堆積量が所定量に達し、且つ、触媒装置２７内の触媒物質が所定の活性化可能温度に達したこととすることができる。このような減筒条件の判定は、吸気温度、エンジン水温、運転時間、走行距離などに基づく推定演算によって算出されたＰＭの堆積量や触媒温度の推定値に基づいて実行することができる。
【００２５】
減筒条件が成立していない場合には、ＥＣＵ２６は各気筒の主噴射量を通常運転モードに従って設定する（Ｓ５０）。この通常運転モードでは、全ての気筒を用いた通常の運転が行われる。したがって各気筒の主噴射量は、気筒間の各種のばらつき補正の要素を除いて互いに同一にされる。
【００２６】
減筒条件が成立している場合には、ＥＣＵ２６は、各気筒の主噴射量を減筒運転モードで設定する（Ｓ２０）。この減筒運転モードでは、一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転が行われる。したがって休止気筒の主噴射量はゼロにされ、他の気筒の主噴射量は運転を継続可能な値にされる。
【００２７】
次に、ＥＣＵ２６は、休止気筒につき副噴射量を設定する（Ｓ３０）。ここにいう副噴射量は、パイロット噴射量とポスト噴射量とをいう。本実施形態におけるパイロット噴射とは、圧縮上死点より進角側で行われる燃料噴射であって、それのみでは自然着火を起こさない程度の少量のものをいい、ここにいうポスト噴射とは、圧縮上死点より遅角側で行われる燃料噴射であって、それのみでは自然着火を起こさない程度の少量のものをいう。本発明における副噴射は、その噴射時期が主噴射が行われる場合の主噴射のクランク角領域と重なるか否かを問わない。
【００２８】
ここで、休止気筒での副噴射量すなわちパイロット噴射量及びポスト噴射量は、図３に示されるように、パイロット噴射量及びポスト噴射量に応じて定まる噴射期間が、当該休止気筒のピストンの圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）を含む所定の第一のクランク角範囲Ａ内、すなわちｔ１とｔ４との間になるように設定される。換言すれば、この第一のクランク角範囲Ａ（ｔ１〜ｔ４）の外では、触媒活性化のための燃料の供給が禁止される。この第一のクランク角範囲Ａは、当該範囲Ａ内ではシリンダ１３のボア壁への燃料の付着によるオイル希釈を生じない、あるいは生じるとしても許容範囲内であるような範囲である。第一のクランク角範囲Ａは、インジェクタ１７による噴射角度とシリンダ１３やピストン１４の直径などから、インジェクタ１７から噴射された燃料がボア壁に直接掛からないようなクランク角範囲として幾何学的に定めてもよく、また実験的に定めてもよい。
【００２９】
このような第一のクランク角範囲Ａの始期および終期となるｔ１およびｔ４の値（クランク角）は、固定値としてもよいし、それらのうち少なくとも一方を、エンジン水温などのエンジン温度の情報を含むパラメータに基づいて可変（すなわち、補正または動的に設定）してもよい。ｔ１および／またはｔ４を可変とする場合には、エンジンの温度に応じて好適な制御を実現することが可能になる。ｔ１および／またはｔ４の値を可変する場合には、例えば図４に示すように、温度が低くなるほどｔ１および／またはｔ４の値が圧縮ＴＤＣに近づくように設定するのが好適である。ｔ１およびｔ４は、例えば−４５＜ｔ１＜ｔ４＜４５［°ＡＴＤＣ］の範囲内に設定するのが好適である。
【００３０】
また、休止気筒での副噴射量すなわちパイロット噴射量及びポスト噴射量は、図３に示されるように、パイロット噴射量及びポスト噴射量に応じて定まる噴射期間が、前記第一のクランク角範囲Ａ（ｔ１〜ｔ４）よりも狭く且つ当該気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第二のクランク角範囲Ｂ内、すなわちｔ２とｔ３との間では、前記副噴射を実行させないように設定される。換言すれば、この第二のクランク角範囲Ｂ（ｔ２〜ｔ３）では、触媒活性化のための燃料の供給が禁止される。このｔ２からｔ３までのクランク角範囲Ｂは、当該範囲では自然着火を生じない、あるいは生じるとしてもこれに起因する不必要なトルク変動やスモークの増加が許容範囲内であるような範囲である。
【００３１】
ｔ２およびｔ３の値（クランク角）は、固定値としてもよいし、それらのうち少なくとも一方を、エンジン水温などのエンジン温度の情報を含むパラメータに基づいて可変（すなわち、補正または動的に設定）してもよい。ｔ２および／またはｔ３を可変とする場合には、エンジンの温度に応じて好適な制御を実現することが可能になる。ｔ２および／またはｔ３の値を可変する場合には、例えば図４に示すように、温度が高くなるほどｔ２および／またはｔ３の値が圧縮ＴＤＣから離れるように設定するのが好適である。
【００３２】
このようにして、休止気筒における触媒活性化のための燃料噴射は、ｔ１とｔ２との間、およびｔ３とｔ４との間に限って許容される。ある噴射量（供給量）に対して、ｔ１−ｔ２間の期間と、ｔ３−ｔ４間の期間とにそれぞれどれだけの噴射量を割り当てるかは、自然着火のおそれが少なくなるように所定のマップにより任意に定めることができる。
【００３３】
最後に、ステップＳ３０またはＳ５０で設定された燃料噴射量に従って、燃料噴射が実行される（Ｓ４０）。
【００３４】
以上の処理の結果、休止気筒では、図３に示されるとおり、第一のクランク角範囲Ａ内であって且つ第二のクランク角範囲Ｂ外のタイミングで、ＥＣＵ２６によってインジェクタ１７への燃料噴射指令が出力され、触媒活性化のための燃料噴射が行われる。この場合の燃料は自然着火されず、したがってシリンダ１３を通過して未燃状態で触媒装置２７に供給されることになる。その結果、未燃燃料中のＨＣ成分などにより触媒装置２７内の触媒物質が活性化され、また触媒温度の上昇によってＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼または酸化が促進される。また、休止する前の燃焼により燃焼室に残留する熱の作用により燃料が軽質化され、触媒の昇温性向上が期待できる。
【００３５】
以上のとおり、本実施形態では、休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第一のクランク角範囲Ａ内で、副噴射を許容する。したがって、燃焼に寄与しない燃料供給を圧縮ＴＤＣの近傍に拡張することができ、燃料供給のタイミングの自由度を促進できる。
【００３６】
また、圧縮ＴＤＣの近傍で燃料を供給すると、自然着火により、不必要なトルク変動とスモークの増加とが生じてしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態では、ＥＣＵ２６は、前記第一のクランク角範囲Ａよりも狭く且つ当該休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第二のクランク角範囲Ｂ内では、副噴射を禁止する。したがって、自然着火による不必要なトルク変動とスモークの増加とを抑制できる。
【００３７】
また、本実施形態では、ＥＣＵ２６は、圧縮ＴＤＣの前および後の双方において副噴射を実行させるので、これによって燃料供給量を調整する際の自由度を更に促進することができる。つまり、意図する触媒への燃料供給量が少ないときは、排気上死点(排気ＴＤＣ)の近傍のみ、或いは、圧縮ＴＤＣの前及び後のみ、或いは、圧縮ＴＤＣの前のみといったように、副噴射の燃料供給を行うタイミングを自由度をもって選択することができる。一方、圧縮ＴＤＣの前及び後、及び、排気ＴＤＣの近傍の全てで副噴射を実行すれば、従来よりも触媒への燃料供給量を増やすことができる。
【００３８】
なお、上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、上記実施形態ではパイロット噴射とポスト噴射との両方を実行することとしたが、本発明ではパイロット噴射のみ、或いはポスト噴射のみを実行する構成としてもよい。パイロット噴射のみを実行する構成では、第一のクランク角範囲Ａに代えて、当該範囲Ａのうち圧縮上死点前の領域のみからなる第三のクランク角範囲を用い、且つ第二のクランク角範囲Ｂに代えて、当該範囲Ｂのうち圧縮上死点前の領域の未からなる第四のクランク角範囲を用いることができる。
【００３９】
また、本実施形態では本発明を自然着火式内燃機関であるディーゼルエンジンに適用した例について説明したが、本発明はガソリンエンジンや、ＬＰＧや水素などを燃料とする気体燃料エンジンなどの各種の火花点火式内燃機関にも適用することも可能であって、いずれの構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態の動作を示すフロー図である。
【図３】第１実施形態における燃料噴射タイミングを示すタイミング図である。
【図４】第１実施形態におけるｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４の設定例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１ 可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置
１０ エンジン
１７ インジェクタ
２１ エアフローメータ
２２ 吸気絞り弁
２６ ＥＣＵ
２７ 触媒装置
２８ ＤＰＦ
３７ 車速センサ
３８ 吸気温センサ
３９ 水温センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アイドル時や減速時等、エンジンの出力の必要が少ない場合に、燃料の消費量を低減するために特定の気筒の運転を休止する可変気筒エンジンが種々提案されている。
【０００３】
このような可変気筒エンジンにおいて、休止気筒に燃料を供給することで、燃料中のＨＣなどの未燃成分によって、エンジンの排気系に設けられた触媒を活性化する方法が試みられている（例えば、特許文献１）。この装置では、休止気筒において、排気上死点の直後に燃料を供給（ポスト噴射）し、その後当該気筒の主噴射を休止し、この主噴射を休止する気筒が連続しないように、休止気筒を所定サイクルごとに順次変更している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２７９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている装置では、排気上死点の近傍のみで燃料を供給するため、燃料供給量に限界がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、燃焼に寄与しない燃料供給を行う場合のタイミングの自由度を拡張することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、前記減筒運転の際に、所定の副噴射条件下で前記一部の気筒において前記燃料噴射弁に副噴射を実行させる副噴射手段を更に備え、前記副噴射手段は、前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第一のクランク角範囲内で、前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置である。
【０００８】
第１の本発明では、副噴射手段は、休止気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第一のクランク角範囲内で、副噴射を実行させる。したがって、第１の本発明によれば、燃焼に寄与しない燃料供給を行う場合のタイミングの自由度を圧縮上死点の近傍まで拡張することができる。
【０００９】
なお、上記第一のクランク角範囲は、ボア壁への燃料の付着によるオイル希釈を生じないような範囲に設定するのが特に好適である。
【００１０】
第２の本発明は、請求項１に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、前記副噴射手段は、前記副噴射条件下であっても、前記第一のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第二のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させないことを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置である。
【００１１】
圧縮上死点の近傍で燃料を供給すると、自然着火により、不規則なトルク変動を生じてしまうおそれがある。しかしながら、第２の本発明では、副噴射手段は、前記第一のクランク角範囲よりも狭く且つ当該休止気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第二のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させない。したがって、自然着火による不規則なトルク変動を抑制できる。
【００１２】
本発明における副噴射手段は、第３の本発明のように、圧縮上死点の前および後の双方において副噴射を実行させることとするのが好適であり、これによって燃料供給量を調整する際の自由度を更に促進することができる。
【００１３】
また、第４の本発明のように、第一および第二のクランク角範囲のうち少なくとも一方を、エンジンの温度に応じて可変する可変手段を更に備えることにより、エンジンの温度に応じて好適な制御を実現することが可能になる。
【００１４】
本発明では、第５の本発明のように、エンジンの排気通路に触媒が配置され、また副噴射手段が、休止気筒のピストンの圧縮上死点前の所定の第三のクランク角範囲内で副噴射を実行させることとするのが特に好適である。
【００１５】
また、第５の本発明の構成においては、第６の本発明のように、エンジンをディーゼルエンジンとし、且つ第三のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む第四のクランク角範囲内では副噴射を実行させないこととすれば、圧縮比が高く燃料の着火性が高いディーゼルエンジンにも本発明を好適に適用でき、触媒で反応すべき燃料の自然着火による消費を抑制することができる。
【００１６】
この場合において、第７の本発明のように、副噴射は自然着火を起さない少量の燃料を噴射するものとすれば、自然着火を効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適な実施形態につき、以下に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置１を示す。エンジン１０は、筒内燃料噴射式のディーゼルエンジンであって、吸気通路１１、排気通路１２及び燃焼室１６等を備えている。エンジン１０の各シリンダ１３にはピストン１４が上下動可能に配設されている。そのピストン１４の頂面１４ａの中央には、燃焼室１６を構成する凹部（キャビティ）１５が形成されている。燃焼室１６の上方には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。
【００１８】
インジェクタ１７は、各シリンダ１３のための共通の燃料蓄圧室であるコモンレール１８に接続されている。動作の際には、燃料タンク１８ａ内に備蓄された燃料が燃料ポンプ１８ｂによって汲み出され、高圧に加圧されてコモンレール１８に蓄圧される。こうして蓄圧された燃料の圧力は、コモンレール１８に連結された各シリンダ１３のインジェクタ１７に印加される。そのインジェクタ１７の先端部には、その背後圧が所定高圧となることで開弁し、燃料を噴射させるノズル（図示略）が設けられている。そして、そのインジェクタ１７の内部に設けられたソレノイドバルブ（図示略）によって、上記ノズルの背後圧を制御することで、燃料噴射の開始と終了とを決めるようにしている。したがって、こうしたコモンレールシステムでは、エンジン１０の回転速度に依存しない高精度の燃料噴射制御を行うことができる。
【００１９】
一方、吸気通路１１の上流には、ステップモータ２３によって開閉駆動されて、同吸気通路１１の流路面積を可変とする吸気絞り弁２２が設けられている。更にその上流には、吸気通路１１を流過する吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２１、及び吸入空気を浄化するエアクリーナ２０がそれぞれ設けられている。
【００２０】
排気通路１２には触媒装置２７が接続され、触媒装置２７の排気側にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２８が接続されている。ＤＰＦ２８の排気側は不図示の消音器を介して外部に開放している。触媒装置２７に収容される触媒物質としては、Ｐｔ系三元触媒、またはＰｄ系三元触媒を用いるのが好適である。ＤＰＦ２８はエンジン１０の燃焼室１６から排出される排ガスからＰＭ（Particulate Matter; 粒子状物質）を捕捉・除去するものであり、例えば多孔質のセラミックハニカムフィルタを用いるのが好適である。
【００２１】
一方、こうしたエンジン１０において、上記エアフローメータ２１をはじめとする各種センサの出力は、同エンジン１０の制御系及びその診断系としての役割を司る電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６に対し入力される。このＥＣＵ２６は、上記吸気絞り弁２２を開閉駆動するステップモータ２３、及び燃料噴射を行うインジェクタ１７等を駆動制御する。なおＥＣＵ２６は周知のワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、その詳細は図示しないが、各種演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムや各制御変数の初期値などを格納したＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に保持するＲＡＭ、入出力ポート、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器ならびに記憶装置等を含んで構成されている。
【００２２】
このＥＣＵ２６には、上記エアフローメータ２１の他、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト２４ａの回転位相を、そして更にはその回転速度を検知するＮＥセンサ２４、アクセルペダル２５ａの踏み込み量を検知するアクセルセンサ２５、コモンレール１８内に蓄圧された燃料の圧力を検知する燃圧センサ１９、不図示の駆動輪の近傍に設けられた車速センサ３７、吸気経路に設けられた吸気温センサ３８、エンジン冷却水経路に設けられた水温センサ３９等のエンジン１０の運転状態を検知する種々のセンサの出力が入力される。そしてＥＣＵ２６は、これらセンサの出力結果に基づきエンジン１０の運転状態を把握し、上記インジェクタ１７やステップモータ２３をはじめとする種々のアクチュエータを駆動制御して、同エンジン１０の各種制御を実行する。
【００２３】
こうしたエンジン制御の一環としてＥＣＵ２６は、インジェクタ１７の駆動制御に基づく燃料噴射量及び燃料噴射時期の制御を実行している。この燃料噴射制御は、ＥＣＵ２６において、所定の始動条件が成立している場合、例えば車室内のイグニッションスイッチがオンされている場合に繰り返し実行される。
【００２４】
まず、ＥＣＵ２６によって、所定の減筒条件が成立しているかが判断される（Ｓ１０）。この減筒条件は、例えば、排気系に設けられたＤＰＦ２８に捕捉されたＰＭの堆積量が所定量に達し、且つ、触媒装置２７内の触媒物質が所定の活性化可能温度に達したこととすることができる。このような減筒条件の判定は、吸気温度、エンジン水温、運転時間、走行距離などに基づく推定演算によって算出されたＰＭの堆積量や触媒温度の推定値に基づいて実行することができる。
【００２５】
減筒条件が成立していない場合には、ＥＣＵ２６は各気筒の主噴射量を通常運転モードに従って設定する（Ｓ５０）。この通常運転モードでは、全ての気筒を用いた通常の運転が行われる。したがって各気筒の主噴射量は、気筒間の各種のばらつき補正の要素を除いて互いに同一にされる。
【００２６】
減筒条件が成立している場合には、ＥＣＵ２６は、各気筒の主噴射量を減筒運転モードで設定する（Ｓ２０）。この減筒運転モードでは、一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転が行われる。したがって休止気筒の主噴射量はゼロにされ、他の気筒の主噴射量は運転を継続可能な値にされる。
【００２７】
次に、ＥＣＵ２６は、休止気筒につき副噴射量を設定する（Ｓ３０）。ここにいう副噴射量は、パイロット噴射量とポスト噴射量とをいう。本実施形態におけるパイロット噴射とは、圧縮上死点より進角側で行われる燃料噴射であって、それのみでは自然着火を起こさない程度の少量のものをいい、ここにいうポスト噴射とは、圧縮上死点より遅角側で行われる燃料噴射であって、それのみでは自然着火を起こさない程度の少量のものをいう。本発明における副噴射は、その噴射時期が主噴射が行われる場合の主噴射のクランク角領域と重なるか否かを問わない。
【００２８】
ここで、休止気筒での副噴射量すなわちパイロット噴射量及びポスト噴射量は、図３に示されるように、パイロット噴射量及びポスト噴射量に応じて定まる噴射期間が、当該休止気筒のピストンの圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）を含む所定の第一のクランク角範囲Ａ内、すなわちｔ１とｔ４との間になるように設定される。換言すれば、この第一のクランク角範囲Ａ（ｔ１〜ｔ４）の外では、触媒活性化のための燃料の供給が禁止される。この第一のクランク角範囲Ａは、当該範囲Ａ内ではシリンダ１３のボア壁への燃料の付着によるオイル希釈を生じない、あるいは生じるとしても許容範囲内であるような範囲である。第一のクランク角範囲Ａは、インジェクタ１７による噴射角度とシリンダ１３やピストン１４の直径などから、インジェクタ１７から噴射された燃料がボア壁に直接掛からないようなクランク角範囲として幾何学的に定めてもよく、また実験的に定めてもよい。
【００２９】
このような第一のクランク角範囲Ａの始期および終期となるｔ１およびｔ４の値（クランク角）は、固定値としてもよいし、それらのうち少なくとも一方を、エンジン水温などのエンジン温度の情報を含むパラメータに基づいて可変（すなわち、補正または動的に設定）してもよい。ｔ１および／またはｔ４を可変とする場合には、エンジンの温度に応じて好適な制御を実現することが可能になる。ｔ１および／またはｔ４の値を可変する場合には、例えば図４に示すように、温度が低くなるほどｔ１および／またはｔ４の値が圧縮ＴＤＣに近づくように設定するのが好適である。ｔ１およびｔ４は、例えば−４５＜ｔ１＜ｔ４＜４５［°ＡＴＤＣ］の範囲内に設定するのが好適である。
【００３０】
また、休止気筒での副噴射量すなわちパイロット噴射量及びポスト噴射量は、図３に示されるように、パイロット噴射量及びポスト噴射量に応じて定まる噴射期間が、前記第一のクランク角範囲Ａ（ｔ１〜ｔ４）よりも狭く且つ当該気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第二のクランク角範囲Ｂ内、すなわちｔ２とｔ３との間では、前記副噴射を実行させないように設定される。換言すれば、この第二のクランク角範囲Ｂ（ｔ２〜ｔ３）では、触媒活性化のための燃料の供給が禁止される。このｔ２からｔ３までのクランク角範囲Ｂは、当該範囲では自然着火を生じない、あるいは生じるとしてもこれに起因する不必要なトルク変動やスモークの増加が許容範囲内であるような範囲である。
【００３１】
ｔ２およびｔ３の値（クランク角）は、固定値としてもよいし、それらのうち少なくとも一方を、エンジン水温などのエンジン温度の情報を含むパラメータに基づいて可変（すなわち、補正または動的に設定）してもよい。ｔ２および／またはｔ３を可変とする場合には、エンジンの温度に応じて好適な制御を実現することが可能になる。ｔ２および／またはｔ３の値を可変する場合には、例えば図４に示すように、温度が高くなるほどｔ２および／またはｔ３の値が圧縮ＴＤＣから離れるように設定するのが好適である。
【００３２】
このようにして、休止気筒における触媒活性化のための燃料噴射は、ｔ１とｔ２との間、およびｔ３とｔ４との間に限って許容される。ある噴射量（供給量）に対して、ｔ１−ｔ２間の期間と、ｔ３−ｔ４間の期間とにそれぞれどれだけの噴射量を割り当てるかは、自然着火のおそれが少なくなるように所定のマップにより任意に定めることができる。
【００３３】
最後に、ステップＳ３０またはＳ５０で設定された燃料噴射量に従って、燃料噴射が実行される（Ｓ４０）。
【００３４】
以上の処理の結果、休止気筒では、図３に示されるとおり、第一のクランク角範囲Ａ内であって且つ第二のクランク角範囲Ｂ外のタイミングで、ＥＣＵ２６によってインジェクタ１７への燃料噴射指令が出力され、触媒活性化のための燃料噴射が行われる。この場合の燃料は自然着火されず、したがってシリンダ１３を通過して未燃状態で触媒装置２７に供給されることになる。その結果、未燃燃料中のＨＣ成分などにより触媒装置２７内の触媒物質が活性化され、また触媒温度の上昇によってＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼または酸化が促進される。また、休止する前の燃焼により燃焼室に残留する熱の作用により燃料が軽質化され、触媒の昇温性向上が期待できる。
【００３５】
以上のとおり、本実施形態では、休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第一のクランク角範囲Ａ内で、副噴射を許容する。したがって、燃焼に寄与しない燃料供給を圧縮ＴＤＣの近傍に拡張することができ、燃料供給のタイミングの自由度を促進できる。
【００３６】
また、圧縮ＴＤＣの近傍で燃料を供給すると、自然着火により、不必要なトルク変動とスモークの増加とが生じてしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態では、ＥＣＵ２６は、前記第一のクランク角範囲Ａよりも狭く且つ当該休止気筒のピストンの圧縮ＴＤＣを含む所定の第二のクランク角範囲Ｂ内では、副噴射を禁止する。したがって、自然着火による不必要なトルク変動とスモークの増加とを抑制できる。
【００３７】
また、本実施形態では、ＥＣＵ２６は、圧縮ＴＤＣの前および後の双方において副噴射を実行させるので、これによって燃料供給量を調整する際の自由度を更に促進することができる。つまり、意図する触媒への燃料供給量が少ないときは、排気上死点(排気ＴＤＣ)の近傍のみ、或いは、圧縮ＴＤＣの前及び後のみ、或いは、圧縮ＴＤＣの前のみといったように、副噴射の燃料供給を行うタイミングを自由度をもって選択することができる。一方、圧縮ＴＤＣの前及び後、及び、排気ＴＤＣの近傍の全てで副噴射を実行すれば、従来よりも触媒への燃料供給量を増やすことができる。
【００３８】
なお、上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、上記実施形態ではパイロット噴射とポスト噴射との両方を実行することとしたが、本発明ではパイロット噴射のみ、或いはポスト噴射のみを実行する構成としてもよい。パイロット噴射のみを実行する構成では、第一のクランク角範囲Ａに代えて、当該範囲Ａのうち圧縮上死点前の領域のみからなる第三のクランク角範囲を用い、且つ第二のクランク角範囲Ｂに代えて、当該範囲Ｂのうち圧縮上死点前の領域の未からなる第四のクランク角範囲を用いることができる。
【００３９】
また、本実施形態では本発明を自然着火式内燃機関であるディーゼルエンジンに適用した例について説明したが、本発明はガソリンエンジンや、ＬＰＧや水素などを燃料とする気体燃料エンジンなどの各種の火花点火式内燃機関にも適用することも可能であって、いずれの構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態の動作を示すフロー図である。
【図３】第１実施形態における燃料噴射タイミングを示すタイミング図である。
【図４】第１実施形態におけるｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４の設定例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１ 可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置
１０ エンジン
１７ インジェクタ
２１ エアフローメータ
２２ 吸気絞り弁
２６ ＥＣＵ
２７ 触媒装置
２８ ＤＰＦ
３７ 車速センサ
３８ 吸気温センサ
３９ 水温センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記減筒運転の際に、所定の副噴射条件下で前記一部の気筒において前記燃料噴射弁に副噴射を実行させる副噴射手段を更に備え、
前記副噴射手段は、前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第一のクランク角範囲内で、前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記副噴射手段は、前記副噴射条件下であっても、前記第一のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第二のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させないことを特徴とする可変気筒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に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記副噴射手段は、前記圧縮上死点の前および後の双方において前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記第一および第二のクランク角範囲のうち少なくとも一方を、前記エンジンの温度に応じて可変する可変手段を更に備えたことを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えると共に排気経路に触媒が配置されるエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記減筒運転の際に、所定の副噴射条件下で前記一部の気筒において前記燃料噴射弁に副噴射を実行させる副噴射手段を更に備え、
前記副噴射手段は、前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点前の所定の第三のクランク角範囲内で、前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記エンジンはディーゼルエンジンであり、
前記副噴射手段は、前記副噴射条件下であっても、前記第三のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第四のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させないことを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記副噴射は、自然着火を起さない少量の燃料を噴射するものであることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項１】
複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記減筒運転の際に、所定の副噴射条件下で前記一部の気筒において前記燃料噴射弁に副噴射を実行させる副噴射手段を更に備え、
前記副噴射手段は、前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第一のクランク角範囲内で、前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記副噴射手段は、前記副噴射条件下であっても、前記第一のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第二のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させないことを特徴とする可変気筒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に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記副噴射手段は、前記圧縮上死点の前および後の双方において前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記第一および第二のクランク角範囲のうち少なくとも一方を、前記エンジンの温度に応じて可変する可変手段を更に備えたことを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えると共に排気経路に触媒が配置されるエンジンにおいて、所定の減筒条件下で一部の気筒への燃料の主噴射を休止して残りの気筒で運転を継続する減筒運転を実行可能な可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記減筒運転の際に、所定の副噴射条件下で前記一部の気筒において前記燃料噴射弁に副噴射を実行させる副噴射手段を更に備え、
前記副噴射手段は、前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点前の所定の第三のクランク角範囲内で、前記副噴射を実行させることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記エンジンはディーゼルエンジンであり、
前記副噴射手段は、前記副噴射条件下であっても、前記第三のクランク角範囲よりも狭く且つ前記一部の気筒のピストンの圧縮上死点を含む所定の第四のクランク角範囲内では、前記副噴射を実行させないことを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置であって、
前記副噴射は、自然着火を起さない少量の燃料を噴射するものであることを特徴とする可変気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１６７４６（Ｐ２００７−１６７４６Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０１３１４（Ｐ２００５−２０１３１４）
【出願日】平成１７年７月１１日（２００５．７．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１１日（２００５．７．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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