JP7171531B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

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料噴射制御装置に関する。

この種の装置として、従来、燃焼室に面した燃料噴射弁から噴射されるガソリンとアルコールの混合燃料の噴射タイミングを制御す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、エンジンが低温かつ高負荷高回転の運転領域にあるときに、吸気行程中に開始した燃料噴射を圧縮行程中に終了させるとともに、燃料の必要な気化時間を確保するために、アルコール濃度が高いほど、燃料の噴射終了時期を進角させる。

特開２０１４－２２７９８１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように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。

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、燃料は、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であり、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、内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサと、燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、アルコール濃度に応じた目標空燃比となるような１サイクルあたりの目標噴射量を噴射するように燃料噴射部を制御する噴射制御部と、ピストンが上死点から下死点に至る吸気行程および下死点から上死点に至る圧縮行程で、ピストンの上面に燃料が付着する上死点を中心としたクランク角の領域であるピストン付着領域と、気筒の内壁であるスリーブに燃料が付着する下死点を中心としたクランク角の領域であるスリーブ付着領域と、の境界である吸気行程側の第１クランク角と圧縮行程側の第２クランク角とを記憶する記憶部と、を備える。噴射制御部は、回転数検出部により検出された回転数が所定値以下で、かつ、負荷検出部により検出された負荷が所定値以下であるとき、ピストンが圧縮行程で複数回の燃料の噴射を行うように燃料噴射部を制御するとともに、複数回の燃料の噴射のうちの最初の噴射の開始時点が記憶部に記憶された第２クランク角よりも遅角側の第１所定時点となり、最後の噴射の終了時点が上死点よりも進角側の第２所定時点となるように燃料噴射部を制御し、さらに、噴射制御部は、回転数検出部により検出された回転数が所定値より大きいとき、または、負荷検出部により検出された負荷が所定値より大きいとき、記憶部に記憶された第１クランク角よりも進角側の吸気行程と第２クランク角よりも遅角側の圧縮行程とでそれぞれ燃料を噴射、または、第１クランク角よりも進角側の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し、第２所定時点は、クランク角が上死点よりも所定クランク角以上進角した時点であり、該所定クランク角は、燃料のアルコール濃度と冷却水の温度とに応じて設定される。

本発明によれば、燃料の気化時間を確保しつつ、気筒の内壁に付着した燃料の混入によるダイリューションを好適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。 噴射モードが圧縮２段モードに決定されたときの燃料の噴射タイミングを示す図。 インジェクタからの燃料の噴射領域とピストンの位置関係とを模式的に示す図。 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る。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、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。なお、図示は省略するが、コントローラ３０には、エンジン１の冷却水の温度を検出する水温センサ、燃料のアルコール濃度を検出する濃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３５と、記憶部３６とを有する。記憶部３６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。なお、図示は省略するが、コントローラ３０は、アクセルペダルの操作（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３５は、目標噴射量算出部３５１と、噴射モード決定部３５２と、噴射タイミング決定部３５３と、信号出力部３５４とを有する。

目標噴射量算出部３５１は、予め記憶部３６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、アルコール濃度に応じた目標空燃比（例えば理論空燃比）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。

噴射モード決定部３５２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と、負荷センサ３２により検出されたエンジン１の負荷（エンジントルク）とに基づいて、予め記憶部３６に記憶された特性（例えばマップ）に従い燃料の噴射モードを決定する。図３は、エンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｅとをパラメータとした複数の燃料噴射モードを示す図である。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に示すように、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所定値Ｔｅ１以下（Ｔｅ≦Ｔｅ１）の低負荷低回転の運転領域（第１領域）ＡＲ１では、噴射モード決定部３５２は、圧縮行程で２回の噴射を行う圧縮２段モードを設定する。圧縮２段モードとは、例えば圧縮行程前半で１回、圧縮行程後半で１回の噴射を行う噴射モードである。

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所定値Ｔｅ１より大きい第２所定値Ｔｅ２以下（Ｔｅ≦Ｔｅ２）で、第１領域ＡＲ１を除く中負荷中回転の運転領域（第２領域）ＡＲ２では、噴射モード決定部３５２は、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段モードを設定する。

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所定値Ｔｅ２より大きい（Ｔｅ＞Ｔｅ２）高負荷高回転の運転領域（第３領域）ＡＲ３では、噴射モード決定部３５２は、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。

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所定値Ｔｅ１および第２所定値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が所定値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所定値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所定値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所定値Ｔｅ１および第２所定値Ｔｅ２等の閾値は、予め実験や解析によって求められ、記憶部３６に記憶される。

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。このため、図３に示すように、第１領域ＡＲ１で圧縮２段モードを設定することで、燃料の気化率が向上し、失火を抑えた安定した燃焼が得られるとともに、燃焼変動率を低下させることができる。また、燃料の気化率の向上により、シリンダ２の内壁への燃料の付着も抑えることができる。さらに、圧縮行程で２回に分けて噴射することで、１回当たりの噴射量が減少して燃料噴射のペネトレーションが低減され、燃料付着の抑制効果が高まる。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、圧縮行程で燃焼させるので、ダイリューションを効果的に抑えることができる。

第２領域ＡＲ２では、吸圧２段モードが設定され、圧縮行程で燃料が噴射される。第２領域ＡＲ２は第３領域ＡＲ３よりもエンジン１の低負荷低回転の領域であるため、第３領域ＡＲ３に比べて燃焼温度が低く、ダイリューションが生じやすい。しかし、圧縮行程で燃料を噴射することで、第３領域ＡＲ３の吸気単発モードに比べて、燃料の気化が促進され、燃焼変動率を低下させることができるとともに、シリンダ２の内壁への燃料の付着を抑えることができ、ダイリューションを抑制できる。

噴射タイミング決定部３５３は、噴射モード決定部３５２により決定された噴射モードに応じて燃料の噴射タイミングを決定する。図４は、噴射モードが圧縮２段モードに決定されたときの燃料の噴射タイミングを示す図である。図４では、吸気行程の開始時点（上死点ＴＤＣ）を基準（０°）として、吸気行程の開始から圧縮行程の終了までの時計回りのクランク角θの変化に対応した燃料噴射時点を示す。

図５は、インジェクタ１９からの燃料の噴射領域とピストン３の位置関係とを模式的に示す図である。図５に点線で示すように、ピストン３が上死点ＴＤＣの近傍に位置するとき、燃料は主にピストン３の冠面（上面）に付着する。一方、図５に実線で示すように、ピストン３が下死点ＢＤＣの近傍に位置するとき、燃料は主にシリンダ２の内壁であるスリーブに付着する。スリーブに燃料が付着すると、付着した燃料はスリーブに沿って滴下し、ケース８内のエンジンオイル９に混入してエンジンオイル９が希釈されるおそれがある。この点を考慮して、本実施形態では以下のように圧縮２段モードでの燃料噴射タイミングを決定する。

図４において、下死点ＢＤＣを中心とした所定範囲のクランク角Δθ１０によって示される領域、すなわちクランク角θ１１～θ１２の領域ＡＲ１０は、主にシリンダ２の内壁であるスリーブに燃料が付着するスリーブ付着領域である。一例を挙げると、θ１１は１３０°、θ２は２３０°である。これらクランク角θ１１、θ１２は、インジェクタ１９からの燃料の噴射方向等に基づいて定まるものであり、予め実験や解析等により求められ、記憶部３６に記憶される。一方、上死点ＴＤＣを中心とした所定範囲のクランク角Δθ２０によって示される領域、すなわちクランク角θ１１～θ１２以外の領域ＡＲ２０は、主にピストン３の上面に燃料が付着するピストン付着領域である。

クランク角θ１～θ２の期間ＡＲ１１は、圧縮行程で１回目に燃料を噴射するクランク角θの期間であり、クランク角θ３～θ４の期間ＡＲ１２は、圧縮行程で２回目に燃料を噴射する期間である。なお、クランク角θ２とクランク角θ３との間には所定のインターバルが必要である。クランク角θ１～θ２の期間とクランク角θ３～θ４の期間とは互いに等しく、これらの期間は、目標噴射量算出部３５１により算出された目標噴射量（パルス幅）に応じて定まる。

噴射タイミング決定部３５３は、１回目の噴射開始のクランク角θ１（噴射開始クランク角と呼ぶ）を、スリーブ付着領域を規定するクランク角θ１２を基準として設定する。例えば、クランク角θ１２よりも所定クランク角だけ遅角して噴射開始クランク角θ１を設定する（θ１＞θ１２）。これにより、スリーブに対する燃料の付着を抑制することができ、エンジンオイルのダイリューションの発生を抑えることができる。なお、噴射開始クランク角θ１はθ１２と等しくてもよい。すなわち、θ１はθ１２以降に設定されるのであればよい。

噴射タイミング決定部３５３は、さらに２回目の噴射終了のクランク角θ４（噴射終了クランク角と呼ぶ）を、圧縮行程終了時のクランク角３６０°（上死点ＴＤＣ）よりも所定角だけ進角したクランク角θ１３を基準として設定する。クランク角θ１３は、燃料の十分な気化時間を確保するために設定されるクランク角であり、一例を挙げると３００°である。クランク角θ１３は、予め実験や解析によって求められ、記憶部３６に記憶される。クランク角θ１３は固定値でもよく可変値でもよい。クランク角θ１３を可変値とする場合、燃料のアルコール濃度やエンジン冷却水温等に応じて設定すればよい。例えば、例えばアルコール濃度が高いほど、気化率が低下するため、クランク角θ１３を遅角側に設定すればよい。

噴射タイミング決定部３５３は、クランク角θ１３よりも所定クランク角だけ進角して噴射終了クランク角θ４を設定する（θ４＜θ１３）。これにより、失火を抑えた安定した燃焼が得られ、燃焼変動率を低下させることができる。なお、噴射終了クランク角θ４はθ１３と等しくてもよい。すなわち、θ４はθ１３以前に設定されるのであればよい。

噴射タイミング決定部３５３は、噴射モード決定部３５２により噴射モードを吸圧２段モードに決定されたとき、吸気行程と圧縮行程とでそれぞれ燃料が噴射されるように噴射タイミングを決定する。この場合、スリーブへの燃料の付着を抑えるため、１回目の噴射終了のクランク角θ２を、クランク角θ１１よりも進角してあるいはクランク角θ１１に設定する。さらに、２回目の噴射開始のクランク角θ３を、クランク角θ１２よりも遅角してあるいはクランク角θ１２に設定する。すなわち、所定クランク角θ１１～θ１２以外で噴射が行われるようにクランク角θ２，θ３を設定する。これに加え、燃焼変動率を低下させるため、２回目の噴射終了のクランク角θ４を、クランク角θ１３よりも進角してあるいはクランク角θ１３に設定する。

噴射タイミング決定部３５３は、噴射モード決定部３５２により噴射モードを吸気単発モードに決定されたとき、吸気行程で燃料が噴射されるように噴射タイミングを決定する。吸気単発モードでは、２段噴射のようなクランク角θ２とクランク角θ３との間のインターバルはなく、噴射開始クランク角θ１～噴射終了クランク角θ４までの連続した期間で燃料が噴射される。この場合、スリーブへの燃料の付着を抑えるため、噴射終了クランク角θ４を、クランク角θ１１よりも進角してあるいはクランク角θ１１に設定する。

信号出力部３５４は、目標噴射量算出部３５１で算出された目標噴射量に相当する量の燃料を、噴射タイミング決定部３５３で決定され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。

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、センサ３１～３３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。

ステップＳ３、ステップＳ４では、燃料の噴射モードを判定する。すなわち、ステップＳ３では、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所定値Ｔｅ１以下であるか否かを判定する。ステップＳ３で肯定されると、圧縮２段モードと判定してステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、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所定値Ｔｅ２以下であるか否かを判定する。ステップＳ４で肯定されると吸圧２段モードと判定してステップＳ６に進み、否定されると吸気単発モードと判定してステップＳ７に進む。

ステップＳ５では、圧縮２段モードにおける噴射タイミングを決定する。すなわち、予め記憶部３６に記憶されたクランク角θ１２～θ１３の範囲で２段噴射が行われるとともに、ステップＳ２で算出された目標噴射量に相当する燃料量が噴射されるように噴射タイミングを決定する。ステップＳ６では、吸圧２段モードにおける噴射タイミングを決定する。すなわち、予め記憶部３６に記憶されたクランク角θ１１以前に１回の噴射が行われ、さらにクランク角θ１２～θ１３の範囲で１回の噴射が行われるように噴射タイミングを決定する。ステップＳ７では、吸気単発モードにおける噴射タイミングを決定する。すなわち、クランク角θ１１以前に１回の噴射が行われるとともに、目標噴射量に相当する燃料量が噴射されるように噴射タイミングを決定する。

ステップＳ５～ステップＳ７のいずれかで噴射タイミングを決定すると、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ５～ステップＳ７の噴射タイミングに従い燃料を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、インジェクタ１９を制御するインジェクタ制御部３５を備える（図２）。インジェクタ制御部３５は、圧縮２段モードにおいて、ピストン３が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに至る圧縮行程で２回の燃料の噴射を行うようにインジェクタ１９を制御するとともに、２回の燃料の噴射のうちの１回目の噴射の開始時点が下死点ＢＤＣよりも遅角側の所定時点、すなわちクランク角がθ１になる時点となり、２回目の噴射の終了時点が上死点ＴＤＣよりも進角側の所定時点、すなわちクランク角がθ４になる時点となるようにインジェクタ１９を制御する（図４）。

このように１回目の噴射の開始時点が下死点ＢＤＣよりも遅角側（下死点ＢＣＤを越えた後の時点）となることで、インジェクタ１９から噴射した燃料がスリーブに付着することを抑制することができ、エンジンオイルのダイリューションの発生を抑えることができる。また、２回目の噴射の終了時点が上死点ＴＤＣよりも進角側（上死点ＴＤＣに至る前の時点）となることで、燃料の気化時間を確保することができ、燃焼室４での失火を抑えて燃焼変動率を低下させることができる。

（２）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、をさらに備える（図２）。インジェクタ制御部３５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所定値Ｔｅ１以下であるとき、圧縮行程で２回の噴射を行う圧縮２段モードで燃料を噴射し、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より大きいとき、または、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所定値Ｔｅ１より大きいとき、圧縮２段モード以外（吸圧２段モード、吸気単発モード）で燃料を噴射するようにインジェクタ１９を制御する（図３）。このようにエンジン１が低回転低トルクで作動し、圧縮行程でインジェクタ１９が２回噴射することが可能であるときには、燃料の噴射モードを圧縮２段モードにするので、燃料の温度が上昇して気化が促進され、燃焼安定性が高まる。

（３）圧縮２段モードでの噴射終了時点（噴射終了クランク角θ４）を規定する所定のクランク角θ１３は、燃料の気化時間に基づいて予め定められる、上死点ＴＤＣよりも所定のクランク角だけ進角したクランク角である（図４）。これにより、燃焼室４での失火を好適に防止することができる。

（４）圧縮２段モードでの噴射開始時点（噴射開始クランク角θ１）を規定する所定のクランク角θ１２は、インジェクタ１９から噴射される燃料の噴射方向に基づいて予め定められる、下死点ＢＤＣよりも所定のクランク角だけ遅角したクランク角である（図４）。これにより、エンジンオイルのダイリューションを好適に防止することができる。

（５）インジェクタ制御部３５は、圧縮２段モードで、ピストン３が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに至る圧縮行程で２回の燃料の噴射を行うようにインジェクタ１９を制御するとともに、２回の燃料の噴射のうちの１回目の噴射の開始時点（噴射開始クランク角θ１）が下死点ＢＤＣよりも所定クランク角（第１所定クランク角）θ１２以上遅角した所定時点、すなわちθ１２以降の時点となり、２回目の噴射の終了時点（噴射終了クランク角θ４）が上死点ＴＤＣよりも所定クランク角（第２所定クランク角）θ１３以上進角した所定時点、すなわちθ１３以前の時点となるようにインジェクタ１９を制御する。これによりエンジンオイルのダイリューションと燃焼室４での失火とを良好に防止することができる。なお、第１所定クランク角は、例えば５０°（＝２３０°－１８０°）であり、第２所定クランク角は、例えば６０°（＝３６０°－３００°）である。

（６）インジェクタ１９から噴射される燃料は、アルコールを含む燃料、すなわち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である。このような燃料は、ガソリンに比べて気化率が低いため、失火やダイリューションが問題となりやすく、本実施形態の燃料噴射制御装置１００を好適に適用することができる。

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、噴射制御部としてのインジェクタ制御部３５が、圧縮行程のみで燃料を噴射する圧縮２段モードにおいて、圧縮行程で２回燃料を噴射させるようにしたが、３回以上燃料を噴射させるようにしてもよい。すなわち、圧縮行程における最初の噴射の開始時点が下死点ＢＤＣよりも遅角側の第１所定時点（図４のクランク角θ１相当）、つまり下死点ＢＤＣよりも後の時点となり、最後の噴射の終了時点が上死点ＴＤＣよりも進角側の第２所定時点（図４のクランク角θ４相当）、つまり上死点ＴＤＣよりも前の時点となるのであれば、噴射回数は上述したものに限らない。

上記実施形態では、燃焼室４に面してインジェクタ１９を取り付けるようにしたが、燃料噴射部の構成（取り付け位置や姿勢等）は上述したものに限らない。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。

上記実施形態では、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数が第１所定回転数（所定値）Ｎｅ１より大きいとき、または、負荷センサ３２により検出された負荷が第１所定値（所定値）Ｔｅ１より大きいとき、吸圧２段モードまたは吸気単発モードで燃料を噴射するようにしたが、圧縮行程で複数回の噴射を行うモード以外であれば、他の噴射モードで燃料を噴射するようにしてもよい。上記実施形態では、アルコールを含む燃料を用いたが、他の燃料を用いることもできる。

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、３５ インジェクタ制御部、１００ 燃料噴射制御装置

Claims (2)

1. 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、
   前記燃料は、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であり、
   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、
   前記内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサと、
   前記燃料のアルコール濃度を検出する濃度センサと、
   前記アルコール濃度に応じた目標空燃比となるような１サイクルあたりの目標噴射量を噴射するように前記燃料噴射部を制御する噴射制御部と、
   前記ピストンが上死点から下死点に至る吸気行程および前記下死点から前記上死点に至る圧縮行程で、前記ピストンの上面に前記燃料が付着する前記上死点を中心としたクランク角の領域であるピストン付着領域と、前記気筒の内壁であるスリーブに燃料が付着する前記下死点を中心としたクランク角の領域であるスリーブ付着領域と、の境界である吸気行程側の第１クランク角と圧縮行程側の第２クランク角とを記憶する記憶部と、を備え、
   前記噴射制御部は、前記回転数検出部により検出された回転数が所定値以下で、かつ、前記負荷検出部により検出された負荷が所定値以下であるとき、前記ピストンが圧縮行程で複数回の燃料の噴射を行うように前記燃料噴射部を制御するとともに、前記複数回の燃料の噴射のうちの最初の噴射の開始時点が前記記憶部に記憶された前記第２クランク角よりも遅角側の第１所定時点となり、最後の噴射の終了時点が前記上死点よりも進角側の第２所定時点とな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、前記回転数検出部により検出された回転数が前記所定値より大きいとき、または、前記負荷検出部により検出された負荷が前記所定値より大きいとき、前記記憶部に記憶された前記第１クランク角よりも進角側の吸気行程と前記第２クランク角よりも遅角側の圧縮行程とでそれぞれ燃料を噴射、または、前記第１クランク角よりも進角側の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、
   前記第２所定時点は、クランク角が前記上死点よりも所定クランク角以上進角した時点であり、該所定クランク角は、前記燃料のアルコール濃度と前記冷却水の温度とに応じて設定されることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記第１所定時点は、クランク角が前記下死点よりも所定クランク角以上遅角した時点であり、該所定クランク角は、前記燃料噴射部から噴射される燃料の噴射方向に基づいて予め定められることを特徴とする燃料噴射制御装置。

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