JP2000045840A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気筒内における混合気の均質性を確保しつつ、
点火プラグへの燃料付着に起因した失火の発生を抑制す
ることのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供す
る。 【解決手段】インジェクタ２６はエンジン１０の燃焼室
１６内に燃料を直接噴射して供給する。水温センサ５０
はエンジン１０の冷却水の温度を機関温度と相関を有す
る状態量として検出する。エンジン１０の電子制御装置
（ＥＣＵ）４０はインジェクタ２６の電磁弁２６ａを制
御して燃料の噴射時期を調節する。ＥＣＵ４０は水温セ
ンサ５０により検出される冷却水温が所定値より低いと
きには燃料を吸気行程の前期と後期に分割して噴射す
る。この際、ＥＣＵ４０は吸気行程前期に噴射される燃
料の量が吸気行程後期に噴射される燃料の量よりも少な
くなるように燃料の分割比率を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は火花点火式内燃機
関の気筒内に燃料を吸気行程の前期及び後期に分割して
直接噴射するようにした内燃機関の燃料噴射制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁から気筒内に燃料を直接噴射
するようにした火花点火式の内燃機関においては、 ・圧縮行程中に燃料を噴射して点火プラグの近傍にのみ
着火可能な濃い混合気層を形成して燃焼を行う成層燃焼 ・吸気行程中に燃料を噴射して気筒内の混合気を均質な
状態にして燃焼を行う均質燃焼 といった燃焼形態が機関運転状態に応じて選択される。

【０００３】こうした筒内噴射式の内燃機関では、燃料
噴射弁から吸気通路内に燃料を噴射する内燃機関と比較
して噴射燃料と吸入空気とが均質に混合され難い傾向が
ある。吸気通路内に燃料を噴射する内燃機関では、噴射
燃料が吸気通路内を吸入空気とともに流れて同吸入空気
とある程度混合された状態となって気筒内に流入するの
に対して、筒内噴射式の内燃機関ではこのように噴射燃
料と吸入空気とが吸気通路内で混合されることがないか
らである。特に、機関低温時にあっては噴射燃料の粒径
が大きく拡散性が悪いため、噴射燃料と吸入空気とが更
に混合され難いものとなる。

【０００４】そこで、特開平７−１１９５０７号公報に
記載されるように、従来では機関負荷等の機関運転状態
に応じて必要となる燃料を一度に噴射するのではなく、
吸気行程の前期と後期とに分割して噴射するようにして
いる。このように燃料を分割して噴射することより、一
度に噴射される燃料の量を減少させてその拡散を促進さ
せることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機関温度が
低温になると、気筒内において機関熱による噴射燃料の
気化が促進され難くなるために、吸気行程の前期に噴射
された燃料の一部がピストンの頂面に衝突して跳ね返
り、点火プラグに付着するようになる。また、機関温度
が低温のときには、燃焼状態を安定化させるために噴射
燃料が高温時と比較して増量されることから付着量が多
くなる。その結果、点火プラグの各電極間における絶縁
抵抗が低下し、最悪の場合には失火を招くおそれがあっ
た。

【０００６】特に、成層燃焼を行う内燃機関では、ピス
トンの頂面に凹部を形成し、この凹部によって圧縮行程
後期に噴射される噴射燃料の流れを点火プラグ側に指向
させてその近傍に可燃混合気層を形成するようにしてい
る場合が多く、この場合には点火プラグの燃料付着量が
一層多いものとなる。

【０００７】こうした点火プラグへの燃料付着を抑制す
るうえでは、燃料を分割して噴射するのではなく、特開
平９−６８０７２号公報に記載されるように、燃料噴射
時期を吸気行程の後期に変更することも考えられる。こ
のように燃料を吸気行程の後期に噴射するようにすれ
ば、ピストンが下降して点火プラグから離間した位置に
あるときに燃料が噴射されるようになるため、ピストン
の頂面に衝突して跳ね返る噴射燃料の量が減少し、点火
プラグへの燃料付着が抑制されるようになる。

【０００８】しかしながら、このように機関温度が低温
であるときに燃料を一度に噴射するようにすると、噴射
燃料はその粒径が大きく拡散し難いため、混合気の均質
性が過度に悪化することになる。その結果、過濃な混合
気が気筒内に偏在するようになり、スモークの発生を招
くこととなる。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は気筒内における混合気の均質性を確保
しつつ、点火プラグへの燃料付着に起因した失火の発生
を抑制することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載した発明は、火花点火式内燃機関の
気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、気筒内でピ
ストンが下降する吸気行程の前期及び後期に機関運転状
態に基づき設定される目標燃料噴射量と等しい量の燃料
が分割されて噴射されるように燃料噴射弁を制御する制
御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置におい
て、内燃機関の機関温度を検出する検出手段を備えると
ともに、制御手段は検出される機関温度が燃料噴射弁か
ら噴射される燃料の気化が不十分となる温度領域にある
ときに吸気行程前期の燃料噴射量が吸気行程後期の燃料
噴射量よりも少なくなるように目標燃料噴射量の分割比
率を設定するものであるとしている。

【００１１】この構成によれば、機関温度が燃料噴射弁
から噴射される燃料の気化が不十分となる温度領域にあ
ると吸気行程前期の燃料噴射量が吸気行程後期の燃料噴
射量よりも少なくなるように目標燃料噴射量の分割比率
が設定されるため、吸気行程中にピストンの頂面で跳ね
返って点火プラグに付着する噴射燃料の量を減少させる
ことができる。

【００１２】請求項２に記載した発明は、請求項１に記
載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、制御手段
は機関温度が低温になるほど吸気行程前期の燃料噴射量
の割合が徐々に小さくなるように目標燃料噴射量の分割
比率を設定するものであるとしている。

【００１３】機関温度が低温になるほど気筒内において
噴射燃料に与えられる熱量が小さくなるため同噴射燃料
は気筒内で気化され難くなる傾向がある。この点、上記
構成によれば、請求項１に記載した発明の作用に加え
て、機関温度に応じて変化する噴射燃料の気化状態に対
応して吸気行程前期の燃料噴射量をより適切な量に設定
することができるようになる。

【００１４】請求項３に記載した発明は、請求項１又は
２に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、制
御手段は機関温度が前記温度領域にないときには前記温
度領域にあるときと比較して吸気行程前期の燃料噴射量
の割合が大きくなるように目標燃料噴射量の分割比率を
設定するものであるとしている。

【００１５】この構成によれば、請求項１又は２に記載
した発明の作用に加えて、機関温度が高温になって気筒
内で噴射燃料が気化されるようになった場合には、吸気
行程前期に噴射される燃料の量が多くなる。従って、気
筒内における噴射燃料の拡散時間をより長く確保するこ
とができるようになる。

【００１６】請求項４に記載した発明は、請求項３に記
載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、制御手段
は機関温度が前記温度領域にないときには吸気行程前期
の燃料噴射量が吸気行程後期の燃料噴射量よりも多くな
るように目標燃料噴射量の分割比率を設定するものであ
るとしている。

【００１７】この構成によれば、請求項３に記載した発
明の作用に加えて、気筒内における拡散時間をより多く
の噴射燃料に関して確保することができるようになる。
請求項５に記載した発明は、請求項１乃至４のいずれか
に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、制御
手段は機関温度が噴射燃料の気化が十分に行われる所定
温度よりも高いときには目標燃料噴射量と等しい量の燃
料が吸気行程前期において一度に噴射されるように燃料
噴射弁を制御するものであるとしている。

【００１８】この構成によれば、機関温度が噴射燃料の
気化が十分に行われる所定温度よりも高くなると、目標
燃料噴射量と等しい量の燃料が吸気行程前期に分割され
ることなく気筒内に噴射され、その噴射された燃料は機
関の熱により十分に気化されるようになる。従って、気
筒内における拡散時間を噴射される燃料全てに関してよ
り長く確保することができるようになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態について図１〜６を参照して説明する。図１は本実施
形態における燃料噴射制御装置の概略構成を示してい
る。

【００２０】エンジン１０はシリンダブロック１１と、
複数のシリンダ１３（図１ではその一つを示す）が形成
されたシリンダブロック１２とを備えている。各シリン
ダ１３内にはピストン１４が往復動可能に設けられてお
り、このピストン１４の頂面と、シリンダ１３の内壁面
及びシリンダブロック１１の下面とによって燃焼室１６
が区画形成されている。シリンダブロック１１には燃焼
室１６に通じる吸気通路３０及び排気通路３２が形成さ
れており、これら各通路３０，３２はシリンダブロック
１１に支持された吸気バルブ２０及び排気バルブ２２の
開閉動作によって開放及び閉鎖される。

【００２１】シリンダブロック１１には燃焼室１６内に
燃料を直接噴射するインジェクタ２６が各燃焼室１６に
対応して設けられている。このインジェクタ２６はデリ
バリパイプ（図示略）に接続されており、同デリバリパ
イプから燃料が供給されている。このデリバリパイプに
は高圧ポンプ（図示略）から高圧の燃料が圧送されてお
り、同デリバリパイプ内の燃料圧力、換言すればインジ
ェクタ２６から噴射される燃料の圧力（燃料噴射圧Ｐ
Ｆ）は高圧ポンプの燃料圧送量に基づいて調節されるよ
うになっている。インジェクタ２６には電磁弁２６ａが
内蔵されており、この電磁弁２６ａの開閉動作に基づい
て燃料噴射量及び燃料噴射時期が調節される。

【００２２】シリンダブロック１１には点火プラグ２４
が設けられており、その先端部の電極２４ａは燃焼室１
６内に突出している。吸気バルブ２０の開弁時に吸気通
路３０から燃焼室１６内に導入される吸気とインジェク
タ２６から同燃焼室１６内に直接噴射される燃料とによ
って形成される混合気はこの点火プラグ２４により着火
されて燃焼する。こうして燃焼した混合気は排気バルブ
２２の開弁時に燃焼室１６から排気として排気通路３２
に排出される。

【００２３】ピストン１４の頂面には凹部１４ａが形成
されており、圧縮行程後期のようにピストン１４がイン
ジェクタ２６に近接しているときにインジェクタ２６か
ら噴射される燃料はこの凹部１４ａによって点火プラグ
２４側にその流れの向きが変えられる。従って、圧縮行
程後期には点火プラグ２４の近傍に比較的濃い混合気の
層が形成されるようになり、安定した「成層燃焼」を実
行することができるようになる。

【００２４】本実施形態におけるエンジン１０は、その
燃焼形態が空燃比又は燃料噴射方式が異なる複数のモー
ドの間で切り換えるようになっている。［成層燃焼］
燃焼形態として成層燃焼が選択されると、燃料は圧縮行
程後期に噴射されるようになる。従って、点火プラグ２
４近傍の混合気は点火時において部分的に点火可能なリ
ッチな状態となる。また、混合気の平均的な空燃比（Ａ
／Ｆ）は理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりもリーン
（Ａ／Ｆ＝２５〜５０）に設定される。

【００２５】［弱成層燃焼］ 燃焼形態として弱成層燃
焼が選択されると、燃料は吸気行程と圧縮行程との２回
に分割して噴射されるようになり、空燃比は理論空燃比
よりもリーン（Ａ／Ｆ＝２０〜３０）に設定される。ま
た、この弱成層燃焼では、一部の燃料が吸気行程におい
て噴射されるため、点火時における燃焼室１６内の空燃
比の差は上記成層燃焼と比較して小さくなる。

【００２６】［均質燃焼］ 燃焼形態として均質燃焼が
選択されると、燃料は吸気行程で噴射されるようにな
る。この均質燃焼では、吸気行程で全ての燃料が噴射さ
れるため、点火時における燃焼室１６内の空燃比は均一
になる。また、その空燃比は運転状態に応じて理論空燃
比、リーン（Ａ／Ｆ＝１５〜２３）、及びリッチ（Ａ／
Ｆ＝１１〜１３）に適宜設定される。

【００２７】エンジン１０にはその運転状態を検出する
ためのセンサが各種設けられている。シリンダブロック
１２にはエンジン１０の冷却水の温度（冷却水温ＴＨ
Ｗ）を検出する水温センサ５０が設けられている。この
水温センサ５０により検出される冷却水温ＴＨＷはシリ
ンダ１３やピストン１４の温度、即ち機関温度と相関を
有する状態量として後述する燃料噴射制御に用いられ
る。

【００２８】ピストン１４の往復動に伴って回転するク
ランクシャフト（図示略）と同クランクシャフトと連動
して回転するカムシャフトの近傍には、クランクシャフ
トの回転速度（機関回転数ＮＥ）と回転角度（クランク
角ＣＡ）を検出するためのクランク角センサ５１及びカ
ム角センサ５２がそれぞれ設けられている。

【００２９】吸気通路３０には同通路３０内を流れる吸
入空気の量を調節するスロットルバルブ（図示略）が設
けられており、更に同バルブの下流側には吸入空気の圧
力（吸気圧ＰＭ）を検出する吸気圧センサ５３が設けら
れている。運転者によって踏込操作されるアクセルペダ
ル（図示略）の近傍にはその踏込量（アクセル開度ＡＣ
ＣＰ）を算出するアクセルセンサ５４が設けられてい
る。

【００３０】これら各種センサ５０〜５４の検出信号は
いずれもエンジン１０の各種制御を実行するための電子
制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）４０に入力さ
れる。このＥＣＵ４０は各センサ５０〜５４からの検出
信号に基づいてインジェクタ２６（電磁弁２６ａ）や高
圧ポンプ、点火プラグ２４の点火時期を調節するイグナ
イタ（図示略）等を駆動することにより、燃料噴射量、
燃料噴射時期、燃料噴射圧に係る制御や点火時期に係る
制御等を実行する。ＥＣＵ４０はこうした各種制御を実
行するための制御プラグラムや関数データが予め記憶さ
れたメモリ４２を備えている。

【００３１】以下、ＥＣＵ４０によって実行される各種
制御のうち燃料噴射に係る制御の実行手順について図２
に示すフローチャートを参照して説明する。ＥＣＵ４０
はこの「燃料噴射制御ルーチン」を所定のクランク角毎
の割込処理として繰り返し実行する。

【００３２】このルーチンの処理が開始されると、ステ
ップ１１０において、ＥＣＵ４０は冷却水温ＴＨＷと第
１の所定値ＴＨＷ１とを比較する。この第１の所定値Ｔ
ＨＷ１はエンジン１０の暖機が完了して燃焼室１６内に
おける混合気の燃焼が安定したか否かを判定するための
ものである。このステップ１１０において、冷却水温Ｔ
ＨＷが第１の所定値ＴＨＷ１より高いと判断された場
合、即ちエンジン１０の暖機が完了していると判断され
た場合、ＥＣＵ４０はステップ３１０〜３４０の処理を
実行する。

【００３３】まず、ステップ３１０において、ＥＣＵ４
０はアクセル開度ＡＣＣＰ及び機関回転数ＮＥに基づい
て総噴射量ＱＴＯＴＡＬを算出する。次に、ステップ３
２０において、ＥＣＵ４０は総噴射量ＱＴＯＴＡＬ及び
機関回転数ＮＥに基づいて燃焼形態を前述した「成層燃
焼」、「弱成層燃焼」、「均質燃焼」のいずれかに決定
する。そして、ステップ３３０において、ＥＣＵ４０は
総噴射量ＱＴＯＴＡＬ及び機関回転数ＮＥに基づいて燃
料噴射時期及び燃料噴射圧ＰＦを算出した後、ステップ
３４０において、総噴射量ＱＴＯＴＡＬ及び燃料噴射圧
ＰＦに基づいて燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。

【００３４】図３はインジェクタ２６の開閉状態の変化
をクランク角ＣＡと対応させて示すタイミングチャート
である。同図（ａ）に示すように、燃料噴射時期ＡＩＮ
Ｊは燃料噴射が開始される時期であり、燃料を噴射しよ
うとする気筒＃１〜＃４の圧縮上死点（ＴＤＣ）を基準
とし、その圧縮上死点前の相対的な角度として定義され
ている。また、燃料噴射時間ＴＡＵはインジェクタ２６
の電磁弁２６ａが駆動されることにより同インジェクタ
２６が開弁状態となって燃焼室１６内に燃料が噴射され
ている時間に相当する。

【００３５】一方、ステップ１１０において冷却水温Ｔ
ＨＷが第１の所定値ＴＨＷ１以下であると判断された場
合、即ちエンジン１０の暖機が未だ完了していないと判
断された場合、ＥＣＵ４０はステップ１２０〜２１０の
処理を実行する。このステップ１２０〜２１０の処理が
実行される場合には、燃焼形態として「均質燃焼」が選
択されることとなり、吸気行程中に総噴射量ＱＴＯＴＡ
Ｌと等しい量の燃料が一度に或いは分割されて燃焼室１
６内に噴射されるようになる。

【００３６】ステップ１２０において、ＥＣＵ４０は吸
気圧ＰＭに基づいて総噴射量ＱＴＯＴＡＬを算出した
後、ステップ１３０において、この総噴射量ＱＴＯＴＡ
Ｌ及び機関回転数ＮＥに基づいて燃料噴射圧ＰＦを算出
する。

【００３７】次に、ステップ１４０において、ＥＣＵ４
０は冷却水温ＴＨＷと第２の所定値ＴＨＷ２とを比較す
る。この第２の所定値ＴＨＷ２は、シリンダ１３やピス
トン１４の熱によって噴射燃料が十分に気化されるか否
かを判断するためのものであり、上記第１の所定値ＴＨ
Ｗ１よりも低い温度として設定されている。

【００３８】ステップ１４０において冷却水温ＴＨＷが
第２の所定値ＴＨＷ２よりも高いと判断された場合、即
ち噴射燃料が十分に気化されると判断された場合、ＥＣ
Ｕ４０は処理を各ステップ２００，２１０の処理を順次
実行する。このステップステップ２００，２１０の処理
が実行されることにより、総噴射量ＱＴＯＴＡＬと等し
い量の燃料が吸気行程において一度に噴射されるように
なる。

【００３９】まず、ステップ２００において、ＥＣＵ４
０は吸気圧ＰＭ及び機関回転数ＮＥに基づいて燃料噴射
時期ＡＩＮＪを算出する。本実施形態では、この燃料噴
射時期ＡＩＮＪを吸気行程の前期（例えば「３００°Ｃ
Ａ（ＣＡ：Crank Angle ）ＢＴＤＣ（Before TDC）」近
傍）に設定するようにしている。そして、ステップ２１
０において、ＥＣＵ４０は総噴射量ＱＴＯＴＡＬ及び燃
料噴射圧ＰＦに基づいて燃料噴射時間ＴＡＵを算出す
る。

【００４０】一方、ステップ１４０において冷却水温Ｔ
ＨＷが第２の所定値ＴＨＷ２以下であると判断された場
合、即ち噴射燃料の気化が不十分であると判断された場
合、ＥＣＵ４０はステップ１５０〜１９０の処理を実行
する。これら各ステップ１５０〜１９０の処理が実行さ
れることにより、燃料は、図１に示すようにピストン１
４が相対的にインジェクタ２６に近接した位置にある吸
気行程の前期と、図４に示すようにピストン１４が相対
的にインジェクタ２６から離間した位置にある吸気行程
の後期とに分割されて噴射されるようになる。このよう
に燃料が分割されて噴射されることにより、一度に噴射
される燃料の量を減少させることができ、その拡散を促
進させることができる。以下、吸気行程の前期における
燃料噴射を「前期燃料噴射」、吸気行程の後期における
燃料噴射を「後期燃料噴射」とそれぞれ称する。

【００４１】まず、ＥＣＵ４０はステップ１５０におい
て、機関回転数ＮＥ、吸気圧ＰＭ、及び冷却水温ＴＨＷ
に基づいて分割比率αを算出する。この分割比率αは前
期燃料噴射時に噴射される燃料の量（以下、「前期燃料
噴射量ＱＩＮＪＥ」という）と後期燃料噴射時に噴射さ
れる燃料の量（以下、「後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬ」と
いう）とを算出するためのものであり、総噴射量ＱＴＯ
ＴＡＬに対する前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥの比率（０≦
α≦１）として設定されている。従って、この分割比率
αが大きく設定されるほど、総噴射量ＱＴＯＴＡＬのう
ち前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥが占める割合（＝ＱＩＮＪ
Ｅ／ＱＴＯＴＡＬ）が大きく設定され、逆に総噴射量Ｑ
ＴＯＴＡＬのうち後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬの占める割
合（＝ＱＩＮＪＬ／ＱＴＯＴＡＬ）が小さく設定される
こととなる。

【００４２】ＥＣＵ４０のメモリ４２には図５に関数マ
ップとして示すような上記各パラメータＮＥ，ＰＭ，Ｔ
ＨＷと分割比率αとの関係を定義する関数データが記憶
されている。ＥＣＵ４０は分割比率αを算出する際にこ
の関数データを参照する。

【００４３】ここで、分割比率αと各パラメータＮＥ，
ＰＭ，ＴＨＷとの関係について定性的に説明する。吸気
圧ＰＭ及び冷却水温ＴＨＷをいずれも一定とした場合、
この分割比率αは機関回転数ＮＥが高くなるほど相対的
に大きく設定される。機関回転数ＮＥが高くなるほどピ
ストン１４の往復動速度が増大して燃焼室１６内に導入
される吸気の流速が速くなるため、噴射燃料は燃焼室１
６内で拡散され易くなる。上記のように機関回転数ＮＥ
が高くなるほど分割比率αを大きく設定するようにして
いるのは、前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥを増大させて、よ
り多くの噴射燃料に関して着火されるまでの拡散時間を
確保することによって混合気の均質性を向上させること
ができるからである。

【００４４】機関回転数ＮＥ及び冷却水温ＴＨＷをいず
れも一定とした場合、分割比率αは吸気圧ＰＭが高くな
るほど相対的に小さく設定される。吸気圧ＰＭが高くな
るほどエンジン１０の負荷が増大するため、総噴射量Ｑ
ＴＯＴＡＬが大きく設定されるようになる。従って、上
記のように吸気圧ＰＭが高くなるほど分割比率αを小さ
く設定して前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥを減少させること
により、点火プラグ２４への燃料付着量を減少させるこ
とができるようになる。

【００４５】また、図６に示すように、分割比率αは吸
気圧ＰＭ及び機関回転数ＮＥをいずれも一定にした場
合、冷却水温ＴＨＷが第２の所定値ＴＨＷ２よりも低く
なるほど相対的に小さく設定される。更に、分割比率α
は冷却水温ＴＨＷが所定の温度ＪＴＨＷ（以下、「気化
判定温度ＪＴＨＷ」という）を下回るようになると
「０．５」以下に設定されるようになる。このように分
割比率αが「０．５」以下に設定された場合には、前期
燃料噴射量ＱＩＮＪＥが後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬより
も少なく設定されるようになる。

【００４６】ここで気化判定温度ＪＴＨＷは機関温度と
しての冷却水温ＴＨＷがインジェクタ２６から噴射され
る燃料の気化が不十分となる温度領域にあるか否かを判
定するための値であり、実験等によって同定されるもの
である。冷却水温ＴＨＷがこの気化判定温度ＪＴＨＷよ
りも低い場合には、噴射燃料の気化が不十分となり、ピ
ストン１４の頂面で跳ね返って点火プラグ２４に付着す
る噴射燃料の量が増大するようになる。そこで、本実施
形態では、冷却水温ＴＨＷが気化判定温度ＪＴＨＷを下
回る場合には分割比率αを「０．５」以下に設定するこ
とにより前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥが後期燃料噴射量Ｑ
ＩＮＪＬよりも少なくなるようにしている。

【００４７】前述したステップ１５０において分割比率
αを算出した後、ＥＣＵ４０は続くステップ１６０，１
７０において、次の各式（１），（２）に基づき前期燃
料噴射量ＱＩＮＪＥ及び後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬをそ
れぞれ算出する。 ＱＩＮＪＥ＝ＱＴＯＴＡＬ×α ・・・（１） ＱＩＮＪＬ＝ＱＴＯＴＡＬ−ＱＩＮＪＥ ・・・（２） 次に、ステップ１８０において、ＥＣＵ４０は吸気圧Ｐ
Ｍ及び機関回転数ＮＥに基づいて前期燃料噴射時期ＡＩ
ＮＪＥ及び後期燃料噴射時期ＡＩＮＪＬをそれぞれ算出
する。そして、ステップ１９０において、ＥＣＵ４０は
前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥと燃料噴射圧ＰＦとに基づい
て前期燃料噴射時間ＴＡＵＥを算出するとともに、後期
燃料噴射量ＱＩＮＪＬと燃料噴射圧ＰＦとに基づいて後
期燃料噴射時間ＴＡＵＬを算出する。

【００４８】ここで、前期燃料噴射時期ＡＩＮＪＥ及び
後期燃料噴射時期ＡＩＮＪＬは吸気行程において燃料の
分割噴射がそれぞれ開始される時期である。これら各噴
射時期ＡＩＮＪＥ，ＡＩＮＪＬは、図３（ｂ）に示すよ
うに、前述した燃料噴射時期ＡＩＮＪと同様、圧縮上死
点（ＴＤＣ）を基準とし、その前の相対角度として定義
されている。本実施形態では、これら前期燃料噴射時期
ＡＩＮＪＥを吸気行程の前期（例えば「３００°ＣＡＢ
ＴＤＣ」近傍）に、後期燃料噴射時期ＡＩＮＪＬを吸気
行程の後期（例えば「２６０〜２４０°ＣＡＢＴＤ
Ｃ」）にそれぞれ設定するようにしている。

【００４９】また、前期燃料噴射時間ＴＡＵＥ及び後期
燃料噴射時間ＴＡＵＬは前述した燃料噴射時間ＴＡＵと
同様、インジェクタ２６が開弁状態となって燃焼室１６
内に燃料が噴射されている時間に相当する。

【００５０】上記ステップ１９０、２１０、３４０の処
理を実行した後、ＥＣＵ４０は本ルーチンの処理を一旦
終了する。そして、ＥＣＵ４０は以上のように算出され
た燃料噴射時期ＡＩＮＪ又は前期燃料噴射時期ＡＩＮＪ
Ｅ及び後期燃料噴射時期ＡＩＮＪＬ、燃料噴射時間ＴＡ
Ｕ又は前期燃料噴射時間ＴＡＵＥ及び後期燃料噴射時間
ＴＡＵＬに基づいてインジェクタ２６の電磁弁２６ａを
駆動することにより燃料を燃焼室１６内に噴射する。

【００５１】（１）このように、本実施形態に係る燃料
噴射制御によれば、冷却水温ＴＨＷが噴射燃料の気化が
不十分となる温度（＝気化判定温度ＪＴＨＷ）より低く
なると、前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥが後期燃料噴射量Ｑ
ＩＮＪＬよりも少なくなるように分割比率αが設定され
る。従って、吸気行程中にピストン１４の頂面で跳ね返
って点火プラグ２４に付着する噴射燃料の量を減少させ
ることができる。

【００５２】その結果、本実施形態によれば、吸気行程
の前期及び後期に燃料を分割噴射することにより混合気
の均質性を確保しつつ、点火プラグ２４への燃料付着に
起因した失火の発生を抑制することができるようにな
る。

【００５３】（２）更に、本実施形態では、冷却水温Ｔ
ＨＷが低温になるほど前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥの割合
が徐々に小さくなるように分割比率αを設定するように
しているため、冷却水温ＴＨＷに応じて変化する噴射燃
料の気化状態に対応して前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥをよ
り適切な量に設定することができるようになる。従っ
て、冷却水温ＴＨＷが相対的に低温であるとき、換言す
れば、燃焼室１６内において噴射燃料に与えられる熱量
が小さく、その気化が促進され難いときには、前期燃料
噴射量ＱＩＮＪＥが少なくなり点火プラグ２４への燃料
付着が抑制されるようになる。一方、冷却水温ＴＨＷが
相対的に高温となり燃料の気化が促進されるときには、
前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥが多くなり噴射燃料の拡散時
間が確保されるようになる。

【００５４】その結果、本実施形態によれば、混合気の
均質性をより効果的に確保しつつ失火の発生をも確実に
抑制することができるようになる。 （３）特に、本実施形態では、冷却水温ＴＨＷが気化判
定温度ＪＴＨＷ以上であるときには同温度ＪＴＨＷ以下
であるときと比較して、前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥの割
合を大きくして後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬよりも多くな
るように分割比率αを設定するようにしている。従っ
て、冷却水温ＴＨＷが高温になって噴射燃料が気化され
る場合には前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥの量が多くなり、
燃焼室１６内における噴射燃料の拡散時間をより長く確
保することができるとともに、より多くの噴射燃料に関
してその拡散時間を確保することができるようになる。

【００５５】その結果、本実施形態によれば、混合気の
均質性をより一層向上させることができるようになる。 （４）また、本実施形態では、冷却水温ＴＨＷが第２の
所定値ＴＨＷ２よりも高いときには噴射燃料の気化が十
分に行われるものとして総噴射量ＱＴＯＴＡＬと等しい
量の燃料を吸気行程の前期において一度に噴射するよう
にしている。従って、温間時の燃焼室１６内における拡
散時間を噴射される燃料全てに関してより長く確保する
ことができ、混合気の均質性を一層向上させることがで
きるようになる。

【００５６】以上説明した本実施形態は以下のように構
成を変更して実施することもできる。 （イ）上記実施形態では、冷却水温ＴＨＷが低くなるほ
ど分割比率α、即ち総噴射量ＱＴＯＴＡＬに対する前期
燃料噴射量ＱＩＮＪＥの割合（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡ
Ｌ）を徐々に小さく設定した。これに対して、例えば図
７に示すように、冷却水温ＴＨＷが気化判定温度ＪＴＨ
Ｗよりも低いときにはこの割合（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴ
ＡＬ）を（（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡＬ）＜０．５）を
満たす一定値に、冷却水温ＴＨＷが気化判定温度ＪＴＨ
Ｗ以上で第２の所定値ＴＨＷ２以下であるときには
（０．５≦（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡＬ）＜１．０）を
満たす一定値に設定するようにしてもよい。

【００５７】（ロ）更に、図８に示すように、冷却水温
ＴＨＷが気化判定温度ＪＴＨＷより低いときには、総噴
射量ＱＴＯＴＡＬに対する前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥの
割合（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡＬ）を「０．５」より小
さい一定値に、冷却水温ＴＨＷが気化判定温度ＪＴＨＷ
以上であるときには上記割合（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡ
Ｌ）を「１．０」に設定するようにしていもよい。

【００５８】（ハ）また、冷却水温ＴＨＷが第２の所定
値ＴＨＷ２よりも高いときに、燃料を吸気行程の前期に
一度に噴射するようにしたが、図９或いは図１０に示す
ように、冷却水温ＴＨＷが第２の所定値ＴＨＷ２（或い
は気化判定温度ＪＴＨＷ）よりも高いときにも総噴射量
ＱＴＯＴＡＬに対する前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥの割合
（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡＬ）を設定し、燃料を分割し
て噴射するようにしてもよい。

【００５９】尚、上記（イ）〜（ハ）に示す構成におい
て、気化判定温度ＪＴＨＷ、第２の所定値ＴＨＷ２、総
噴射量ＱＴＯＴＡＬに対する前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥ
の割合（ＱＩＮＪＥ／ＱＴＯＴＡＬ）（＝分割比率α）
の各値は上記実施形態における値と必ずしも一致させる
必要なない。

【００６０】（ニ）冷却水温ＴＨＷが低いときに前期燃
料噴射量ＱＩＮＪＥを少なくすることにより点火プラグ
２４への燃料付着を抑制し得ることについては既に述べ
たが、前期燃料噴射量ＱＩＮＪＥを過度に少なく設定し
た場合、点火プラグ２４への燃料付着はより確実に抑制
できるものの、後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬが過大になっ
て混合気の均質性を悪化させてしまうことが懸念され
る。そこで、（ａ）燃料噴射圧ＰＦを低下させる、
（ｂ）前期燃料噴射時期ＡＩＮＪＥを遅角側に変更す
る、（ｃ）後期燃料噴射量ＱＩＮＪＬを更に分割して噴
射する、といった方法を併用するようにしてもよい。

【００６１】（ホ）上記実施形態では機関温度と相関を
有する状態量として冷却水温ＴＨＷを採用するようにし
たが、この冷却水温ＴＨＷは燃焼室１６内の温度よりも
遅れて変化する傾向がある。そこで、以下のようにして
機関温度を検出するようにしてもよい。

【００６２】まず、機関始動時における冷却水温ＴＨＷ
を機関温度の初期温度として設定する。次に、総噴射量
ＱＴＯＴＡＬに関して機関始動時からの積算値を算出す
る。この総噴射量ＱＴＯＴＡＬの積算値は機関始動時か
ら燃焼室１６で発生した総発熱量に相当する。そして、
機関温度の初期温度と上記積算値に基づいて現在の機関
温度を算出する。尚、この総噴射量ＱＴＯＴＡＬの積算
値は吸気圧ＰＭから算出される吸入空気量の積算値で代
用することもできる。

【００６３】こうした構成によれば機関温度をより正確
に検出することができるようになり、噴射燃料の気化状
態を更に確実に把握することができるようになる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１乃至５に記載した発明では、機
関温度が燃料噴射弁から噴射される燃料の気化が不十分
となる温度領域にあると吸気行程前期の燃料噴射量を吸
気行程後期の燃料噴射量よりも少なくするようにしてい
るため、吸気行程中にピストンの頂面で跳ね返って点火
プラグに付着する噴射燃料の量を減少させることができ
る。その結果、分割噴射によって混合気の均質性を確保
しつつ、点火プラグへの燃料付着に起因した失火の発生
を抑制することができるようになる。

【００６５】特に、請求項２に記載した発明では、機関
温度が低温になるほど吸気行程前期の燃料噴射量の割合
を徐々に小さくするようにしているため、機関温度に応
じて変化する噴射燃料の気化状態に対応して吸気行程前
期の燃料噴射量をより適切な量に設定することができる
ようになる。従って、機関温度が相対的に低温であると
きには吸気行程前期の燃料噴射量が少なくなり、点火プ
ラグへの燃料付着が抑制される一方で、機関温度が相対
的に高温であるときには吸気行程前期の燃料噴射量が多
くなり、噴射燃料の拡散時間が確保されるようになる。
その結果、混合気の均質性をより効果的に確保しつつ失
火の発生をも抑制することができるようになる。

【００６６】更に、請求項３又は４に記載した発明で
は、機関温度が前記温度領域にないときには温度領域に
あるときと比較して吸気行程前期の燃料噴射量の割合を
大きくするようにしているため、気筒内で噴射燃料が気
化される場合には、吸気行程前期に噴射される燃料の量
が多くなり、噴射燃料の拡散時間をより長く確保するこ
とができるようになる。その結果、請求項１又は２に記
載した発明の効果に加えて、混合気の均質性を一層向上
させることができるようになる。

【００６７】特に、請求項４に記載した発明では、機関
温度が前記温度領域にないときには吸気行程前期の燃料
噴射量を吸気行程後期の燃料噴射量よりも多くなるよう
にしているため、気筒内における拡散時間をより多くの
噴射燃料に関して確保することができるようになる。そ
の結果、混合気の均質性をより一層向上させることがで
きるようになる。

【００６８】また、請求項５に記載した発明では、機関
温度が噴射燃料の気化が十分に行われる所定温度よりも
高いときには目標燃料噴射量と等しい量の燃料を吸気行
程前期において一度に噴射するようにしているため、気
筒内における拡散時間を噴射される燃料全てに関してよ
り長く確保することができ、温間時における混合気の均
質性を一層向上させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射制御装置を示す概略構成図。

【図２】燃料噴射に係る制御手順を示すフローチャー
ト。

【図３】インジェクタの開閉状態を示すタイミングチャ
ート。

【図４】吸気行程後期のピストンの位置を示す断面図。

【図５】分割比率を求める関数データの概念図。

【図６】分割比率と冷却水温との関係を示すグラフ。

【図７】前期燃料噴射量の占める割合と冷却水温との関
係を示すグラフ。

【図８】前期燃料噴射量の占める割合と冷却水温との関
係を示すグラフ。

【図９】前期燃料噴射量の占める割合と冷却水温との関
係を示すグラフ。

【図１０】前期燃料噴射量の占める割合と冷却水温との
関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…シリ
ンダブロック、１３…シリンダ、１４…ピストン、１４
ａ…凹部、１６…燃焼室、２０…吸気バルブ、２２…排
気バルブ、２６ａ…電磁弁、２４…点火プラグ、２６…
インジェクタ、２４ａ…電極、３０…吸気通路、３２…
排気通路、４０…ＥＣＵ、４２…メモリ、５０…水温セ
ンサ、５１…クランク角センサ、５２…カム角センサ、
５３…吸気圧センサ、５４…アクセルセンサ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月１日（１９９８．９．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】エンジン１０はシリンダヘッド１１と、複
数のシリンダ１３（図１ではその一つを示す）が形成さ
れたシリンダブロック１２とを備えている。各シリンダ
１３内にはピストン１４が往復動可能に設けられてお
り、このピストン１４の頂面と、シリンダ１３の内壁面
及びシリンダヘッド１１の下面とによって燃焼室１６が
区画形成されている。シリンダヘッド１１には燃焼室１
６に通じる吸気通路３０及び排気通路３２が形成されて
おり、これら各通路３０，３２はシリンダヘッド１１に
支持された吸気バルブ２０及び排気バルブ２２の開閉動
作によって開放及び閉鎖される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】シリンダヘッド１１には燃焼室１６内に燃
料を直接噴射するインジェクタ２６が各燃焼室１６に対
応して設けられている。このインジェクタ２６はデリバ
リパイプ（図示略）に接続されており、同デリバリパイ
プから燃料が供給されている。このデリバリパイプには
高圧ポンプ（図示略）から高圧の燃料が圧送されてお
り、同デリバリパイプ内の燃料圧力、換言すればインジ
ェクタ２６から噴射される燃料の圧力（燃料噴射圧Ｐ
Ｆ）は高圧ポンプの燃料圧送量に基づいて調節されるよ
うになっている。インジェクタ２６には電磁弁２６ａが
内蔵されており、この電磁弁２６ａの開閉動作に基づい
て燃料噴射量及び燃料噴射時期が調節される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】シリンダヘッド１１には点火プラグ２４が
設けられており、その先端部の電極２４ａは燃焼室１６
内に突出している。吸気バルブ２０の開弁時に吸気通路
３０から燃焼室１６内に導入される吸気とインジェクタ
２６から同燃焼室１６内に直接噴射される燃料とによっ
て形成される混合気はこの点火プラグ２４により着火さ
れて燃焼する。こうして燃焼した混合気は排気バルブ２
２の開弁時に燃焼室１６から排気として排気通路３２に
排出される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】 １０…エンジン、１１…シリンダヘッド、１２…シリン
ダブロック、１３…シリンダ、１４…ピストン、１４ａ
…凹部、１６…燃焼室、２０…吸気バルブ、２２…排気
バルブ、２６ａ…電磁弁、２４…点火プラグ、２６…イ
ンジェクタ、２４ａ…電極、３０…吸気通路、３２…排
気通路、４０…ＥＣＵ、４２…メモリ、５０…水温セン
サ、５１…クランク角センサ、５２…カム角センサ、５
３…吸気圧センサ、５４…アクセルセンサ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火花点火式内燃機関の気筒内に燃料を直
   接噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内でピストンが下降
   する吸気行程の前期及び後期に機関運転状態に基づき設
   定される目標燃料噴射量と等しい量の燃料が分割されて
   噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と
   を有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記内燃機関の機関温度を検出する検出手段を備えると
   ともに、 前記制御手段は前記検出される機関温度が前記燃料噴射
   弁から噴射される燃料の気化が不十分となる温度領域に
   あるときに前記吸気行程前期の燃料噴射量が前記吸気行
   程後期の燃料噴射量よりも少なくなるように前記目標燃
   料噴射量の分割比率を設定するものであることを特徴と
   する内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した内燃機関の燃料噴射
   制御装置において、前記制御手段は前記機関温度が低温
   になるほど前記吸気行程前期の燃料噴射量の割合が徐々
   に小さくなるように前記目標燃料噴射量の分割比率を設
   定するものであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射
   制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載した内燃機関の燃
   料噴射制御装置において、 前記制御手段は前記機関温度が前記温度領域にないとき
   には前記温度領域にあるときと比較して前記吸気行程前
   期の燃料噴射量の割合が大きくなるように前記目標燃料
   噴射量の分割比率を設定するものであることを特徴とす
   る内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載した内燃機関の燃料噴射
   制御装置において、 前記制御手段は前記機関温度が前記温度領域にないとき
   には前記吸気行程前期の燃料噴射量が前記吸気行程後期
   の燃料噴射量よりも多くなるように前記目標燃料噴射量
   の分割比率を設定するものであることを特徴とする内燃
   機関の燃料噴射制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載した内
   燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記制御手段は前記機関温度が噴射燃料の気化が十分に
   行われる所定温度よりも高いときには前記目標燃料噴射
   量と等しい量の燃料が前記吸気行程前期において一度に
   噴射されるように前記燃料噴射弁を制御するものである
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。