JP2002213276A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適切なタイミングでフューエルカットを行う
ことが可能で、排気エミッションの悪化や排ガス浄化触
媒の劣化を引き起こすことのない内燃機関の燃料噴射制
御装置を提供する。 【解決手段】 燃料噴射装置から内燃機関の気筒へと流
入する燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを
利用して燃料噴射装置による燃料供給量を制御する内燃
機関の燃料噴射制御装置は、機関運転条件により燃料噴
射停止条件が成立している場合に、燃料挙動モデルにお
ける付着燃料に関する演算結果に基づいて所定の条件が
満たされた段階で実際に燃料噴射を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料噴射
制御装置に関し、特に、燃料の動的挙動をモデル化した
燃料挙動モデルを用いて燃料噴射装置による燃料供給量
を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料供給量を運転条件に応じ
て制御する装置として、吸気系における燃料挙動を記述
する数式モデルを設定し、運転条件や燃料条件から設定
した数式モデルを演算することで燃料挙動をシミュレー
トすることにより必要な燃料供給量を求めて燃料噴射装
置を制御する燃料挙動モデルによる制御技術が知られて
いる。

【０００３】このような制御技術のうち、特開平６−２
９９８８４号公報に開示されている技術は、いわゆるフ
ューエルカットからの復帰時の噴射量についても燃料挙
動モデルを用いた制御を行う技術である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この技術はあくまで、
フューエルカットからの復帰時の噴射量制御に関するも
のであり、フューエルカットの実行制御に関するもので
はない。フューエルカットが実行されると、それまで吸
気管の壁面などに付着していた燃料が未燃燃料として排
出されるが、従来は、フューエルカットの条件が満たさ
れてからフューエルカット実行までに遅延時間を設ける
ことで対処していた。

【０００５】しかし、これでは、遅延時間が適切な遅延
時間より短い場合には、大量の未燃燃料が排出されるこ
とになり、排気エミッションの悪化や排ガス浄化触媒の
温度上昇による劣化を招くことになる。一方、遅延時間
が長すぎると、空気量の急激な低下に伴う失火を招くお
それがある。

【０００６】そこで本発明は、適切なタイミングでフュ
ーエルカットを行うことが可能で、排気エミッションの
悪化や排ガス浄化触媒の劣化を引き起こすことのない内
燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射
装置から内燃機関の気筒へと流入する燃料の動的挙動を
モデル化した燃料挙動モデルを利用して燃料噴射装置に
よる燃料供給量を制御する制御部を備える内燃機関の燃
料噴射制御装置において、この制御部は、機関運転条件
により燃料噴射停止条件が成立している場合に、燃料挙
動モデルにおける付着燃料に関する演算結果に基づいて
所定の条件が満たされた段階で実際に燃料噴射を停止さ
せることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、燃料挙動モデルにおける
付着燃料の演算結果に基づいてフューエルカットを行う
タイミングを制御するので、未燃燃料の排出量を効果的
に抑制しながら、フューエルカットを行うことが可能で
ある。

【０００９】ここで、制御部は、付着燃料からの脱離量
の演算結果が所定の閾値を下回った時点で燃料噴射を停
止させてもよく、あるいは、燃料噴射停止条件が成立し
た時点の付着燃料からの脱離量の演算結果に基づいて燃
料噴射継続時間を設定し、この継続時間経過後に燃料噴
射を停止させてもよい。

【００１０】このようにすると、未燃燃料の排出や空気
量の急激な低下に伴う失火を確実に抑制することができ
る。

【００１１】ここで、燃料噴射停止条件には、減速燃料
カット条件や内燃機関停止条件が含まれる。例えば、エ
ンジンブレーキ使用時やアイドリングストップ時、ハイ
ブリッド車両におけるエンジン停止時にも本発明による
フューエルカット制御を用いることで未燃燃料の排出量
を効果的に削減することができる。

【００１２】また、付着燃料からの脱離量に代えて付着
燃料量を用いて制御を行ってもよい。付着燃料量自体を
用いても同様に制御は可能である。

【００１３】さらに、制御部は、燃料噴射停止条件の成
立時から実際の燃料噴射停止時までの間、機関運転条件
に応じて設定される空気量に対して空気量を補正するこ
とが好ましい。これにより、失火を抑制しつつ、付着量
を早期に減少させることができ、未燃燃料の排出を最小
限に抑制することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。

【００１５】図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射
量制御装置の実施形態をこれを適用した内燃機関ととも
に示す構成図である。

【００１６】火花点火式のガソリン多気筒内燃機関（以
下、単に内燃機関と称する）１には吸気管２と排気管３
とが接続されている。吸気管２には吸入空気の温度を検
出する吸気温センサ２２と、吸入空気量を検出するエア
フローメータ２３と、アクセルペダル４の操作に連動す
るスロットル弁２４が配置されるとともにこのスロット
ル弁２４の開度を検出するスロットル開度センサ２５が
配置されている。また、吸気管２のサージタンク２０に
は、吸気管２の圧力を検出するための吸気圧センサ２６
が配置されている。さらに、内燃機関１の各気筒に接続
される吸気ポート２１には電磁駆動式のインジェクタ
（燃料噴射装置）２７が設けられており、このインジェ
クタ２７には燃料タンク５から燃料であるガソリンが供
給される。図示の内燃機関１は、各気筒ごとに独立して
インジェクタ２７が配置されているマルチポイントイン
ジェクションシステムである。

【００１７】内燃機関１の各気筒を構成するシリンダ１
０内には図の上下方向に往復動するピストン１１が設け
られ、このピストン１１はコンロッド１２を介して図示
していないクランク軸に連結されている。ピストン１１
の上方には、シリンダ１０とシリンダヘッド１３とによ
って区画された燃焼室１４が形成されている。この燃焼
室１４の上部には点火プラグ２０が配置されるととも
に、開閉可能な吸気バルブ１６と排気バルブ１７を介し
てそれぞれ吸気管２と排気管３に接続されている。

【００１８】そして、排気管３には、排気ガス中の酸素
濃度に応じた所定の電気信号を出力する空燃比センサ３
１が配置されている。

【００１９】内燃機関１を制御するエンジンＥＣＵ６
（本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を含む）
は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、上
述した各センサ（吸気温センサ２２、エアフローメータ
２３、スロットル開度センサ２５、吸気圧センサ２６、
空燃比センサ３１）や車速センサ６０、クランクポジシ
ョンセンサ６１の各出力信号が入力されるとともに、点
火プラグ１５、インジェクタ２７の動作を制御するもの
である。

【００２０】本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御を説
明する前に、この燃料噴射制御装置において使用される
燃料挙動モデルについて説明する。図２は、インジェク
タ２７近傍（吸気ポート２１付近）における燃料挙動の
シミュレーションモデルを示す模式図である。以下の説
明では、コンピュータによる数値化処理を考慮して時刻
を表すカウンタ値を「ｋ」で表す。

【００２１】図２において、Ｆｉ（ｋ）は、時刻ｋにお
いてインジェクタ２７から噴射される燃料量（インジェ
クタ噴射量）を、Ｆｗ（ｋ）は、時刻ｋにおいて吸気ポ
ート２１の壁面や吸気バルブ１６の吸気ポート２１側表
面（以下、吸気ポート２１の壁面等と呼ぶ）に付着して
いる燃料量（壁面付着燃料量）を、Ｆｃ（ｋ）は、時刻
ｋにおいて気筒内（シリンダ１０内の燃焼室１４内）へ
と流入する燃料量（筒内流入燃料量）をそれぞれ示して
いる。ここで、時刻ｋにおけるインジェクタ噴射量Ｆｉ
（ｋ）のうち、吸気ポート２１の壁面等に付着する割合
（壁面付着率）をＲ（ｋ）とし、時刻ｋにおいて壁面付
着燃料量Ｆｗ（ｋ）のうち、気化せずに吸気ポート２１
の壁面等に残留する割合（壁面残留率）をＰ（ｋ）とす
ると、以下の式（１）、（２）が成立する。これらの式
は、Ｃ．Ｆ．アキノの式として一般に知られている。

【００２２】

【数１】 一方、目標空燃比（混合比Ａ／Ｆ）λでの燃焼を実現す
る場合に時刻ｋにおいて実際に筒内に流入させるべき目
標筒内流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）は、吸気流量をＱ（ｋ）
とすると、

【００２３】

【数２】 で表せる。（１）〜（３）式より前記の筒内流入燃料量
Ｆｃ（ｋ）をこの目標筒内流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）に一
致させるためには、インジェクタ２７の噴射量Ｆｉ
（ｋ）を

【００２４】

【数３】 となるように制御すればよいことがわかる。

【００２５】壁面等に付着する燃料の量（Ｆｗ（ｋ））
は、図４に示されるように高負荷のときほど大量の燃料
が付着している。この状態から、つまり高負荷の状態か
らエンジンブレーキ状態などの燃料停止（フューエルカ
ット、以下、Ｆ／Ｃで表す）状態に移行した場合、Ｆ／
Ｃ状態では、壁面等に付着した燃料が脱離し、未燃のま
ま排出されるため、排気エミッションの悪化や排ガス浄
化触媒の温度上昇による劣化を招くおそれがある。そこ
で、本発明は、Ｆ／Ｃ条件が満たされても軽負荷で燃焼
を継続して、壁面付着量および脱離量を十分に軽減した
うえで、Ｆ／Ｃを実行することにより、燃料が未燃状態
で排出されるのを抑制するものである。

【００２６】以下、図４を参照して本発明に係る内燃機
関の燃料噴射装置による燃料噴射制御の具体的動作を説
明する。図４は、この制御の処理フローを示したフロー
チャートである。この制御はエンジンＥＣＵ６によって
実施されるものであり、車両の電源がオンにされてか
ら、所定のタイミングで繰り返し実行される。このタイ
ムサイクルのカウンタ値をｋで表す。つまり、ある時点
で本制御フローを実行した時のカウンタ値がｋであると
き、次に本制御フローが実行されるときのカウンタ値が
ｋ＋１となる。

【００２７】まず、ステップＳ１において、エンジンＥ
ＣＵ６は、機関運転条件を設定する。これは、車速セン
サ６０から得られた車速、クランクポジションセンサ６
１から得られたエンジン回転数等を基にして設定空燃比
を決定することになる。そして、ステップＳ２において
は、吸気温センサ２２、エアフローメータ２３、吸気圧
センサ２６、スロットル開度センサ２５の出力から吸入
空気量を算出することで、（３）式に基づいて筒内流入
燃料量の基準目標値Ｆｃｒ（ｋ）を設定する。

【００２８】ステップＳ３では、（１）、（２）、
（４）式において使用される各パラメータＰ（ｋ）、Ｒ
（ｋ）の設定を行う。これらのパラメータは実験等によ
り求めた値をエンジンＥＣＵ６のメモリ内に機関運転条
件に対するマップ形式で保持しておき、機関運転条件に
対応させて読み出すことで設定すればよい。

【００２９】ステップＳ４では、こうして読み出したパ
ラメータを基にして（１）〜（４）式により燃料モデル
計算を行い、壁面付着量Ｆｗ（ｋ）とインジェクタ噴射
量Ｆｉ（ｋ）を更新する。このとき、脱離量Ｆｗ（ｋ）
×（１−Ｐ（ｋ））を同時に求めることもできる。

【００３０】続くステップＳ５では、Ｆ／Ｃ条件を満た
しているか否かを判定する。ここで、Ｆ／Ｃには、アク
セル開度がＦ／Ｃ開度以下で、かつ、エンジン回転数が
所定値以上のいわゆるエンジンブレーキ作動時に行う減
速燃料カットのほか、ドライバーが内燃機関の停止操作
を行った場合や、アイドリングストップ車両やハイブリ
ッド車両における自動的な内燃機関停止の場合も含むこ
とが好ましい。

【００３１】Ｆ／Ｃ条件が成立していない場合には、ス
テップＳ６へと移行し、燃料挙動モデルを用いて求めた
インジェクタ噴射量Ｆｉ（ｋ）に相当する燃料をインジ
ェクタ２７から噴射し、サイクルｋにおける処理を終了
する。

【００３２】一方、Ｆ／Ｃ条件が成立している場合に
は、ステップＳ７へと移行し、求めた壁面付着量Ｆｗ
（ｋ）あるいは脱離量Ｆｗ（ｋ）×（１−Ｐ（ｋ））と
運転条件に基づいて、脱離量を低減するために必要な燃
焼継続条件を設定する。

【００３３】この燃焼継続条件としては、(1)脱離量Ｆ
ｗ（ｋ）×（１−Ｐ（ｋ））が所定の閾値を超えている
か、(2)壁面付着量Ｆｗ（ｋ）が所定の閾値を超えてい
るか、(3)Ｆ／Ｃ条件が満たされてからの経過時間が、
Ｆ／Ｃ条件が満たされた時点での壁面付着量、脱離量に
基づいて設定される所定の遅延時間以内であるか、(4)
空燃比センサ３１で計測されるＡ／Ｆ値が所定の閾値を
下回っているか、等が挙げられる。ここで、各閾値、遅
延時間の値は運転条件により調整することが好ましい。

【００３４】ステップＳ８では、こうして設定した燃焼
継続条件を満たしているか否かを判定する。条件が満た
されていない場合には、脱離量が十分に少なく、Ｆ／Ｃ
を実行しても未燃燃料量の排出量は十分に抑制されてい
ると判定して、ステップＳ９へと移行してＦ／Ｃを実行
し、カウンタ値ｋのサイクルの処理を終了する。

【００３５】一方、ステップＳ９で燃焼継続条件が満た
されており、脱離量が未だ多いと判定された場合には、
ステップＳ１０へと移行し、失火判定を行い、その状態
で正常燃焼を行うことができるかを判定する。

【００３６】ステップＳ１０で正常燃焼を行うことがで
きないと判定された場合には、ステップＳ１１へと移行
して、空気量の補正を行う。具体的には、脱離量自体が
多い等の理由で筒内流入燃料量Ｆｃ（ｋ）が多くそのま
までは燃料量が過大でリッチ失火する場合やスロットル
閉状態では空気量が極小となり、失火する可能性がある
場合には、空気量を一時的に増大させる。また、エンジ
ン保護などのため、スロットルが全開に近い状態でＦ／
Ｃ条件が成立しているような場合には、空気量が過大で
あるから、壁面付着量を早期に減らすため、失火しない
範囲まで空気量を減少させる。

【００３７】ステップＳ１０で失火領域にないと判定さ
れた場合およびステップＳ１１で空気量を補正した後
は、ステップＳ１２へと移行して必要ならば、求めた燃
料量Ｆｉ（ｋ）を燃料噴射装置２７から噴射することで
燃焼を継続する。この燃焼継続時には、バルブタイミン
グ、点火時期等を調整して燃料付着量をさらに少なくす
ることが好ましい。

【００３８】以上の制御を行うことで、Ｆ／Ｃ実行時に
おける未燃燃料の排出量を抑制することができ、排気エ
ミッションが向上する。さらに、再始動時にも壁面付着
からの脱離によって燃料供給が過剰になることがなく、
始動時の排気エミッションと始動性が向上する。また、
吸気系を通して付着燃料から蒸発した燃料が外部へと排
出されることがなく、エバポエミッションが向上する。

【００３９】本発明で用いることのできる燃料挙動モデ
ルは必ずしも上述したモデルに限られるものではない。
例えば、燃料の付着位置を弁表面と吸気ポートの壁面表
面とに分けるなどさらに細分割してもよいし、気筒内に
おける付着を考慮したモデルであってもよい。これらの
モデルを用いた場合でも始動時に付着燃料の形成のみを
考慮することができ、それは本発明の技術的範囲に包含
される。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｆ
／Ｃ実行条件が満たされた場合でも、軽負荷で燃焼を継
続して脱離量が十分に軽減してから実際に燃料噴射を停
止するので、未燃燃料の排出を抑制することができると
ともに、再始動時の排気エミッションや始動性も向上す
る。

【００４１】この制御は、減速燃料カット条件のほか、
アイドリングストップやハイブリッド車両における内燃
機関停止条件にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射制御装置とこれを適用し
た内燃機関を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る燃料噴射制御装置における燃料挙
動モデルを説明する図である。

【図３】負荷と付着燃料量の関係を示す図である。

【図４】本発明に係る燃料噴射制御を説明するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…吸気管、３…排気管、４…アクセル
ペダル、５…燃料タンク、６…エンジンＥＣＵ、１４…
燃焼室、２１…吸気ポート、２７…インジェクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA13 CA06 CA07 DA02 DA05 DA10 FA05 FA07 FA10 FA11 FA13 FA18 FA20 FA26 FA29 3G301 HA01 JA02 JA12 JA26 KA17 KA27 KA28 LB02 LC01 LC10 MA25 NB02 NB20 ND45 NE06 NE22 PA01Z PA07Z PA11Z PA18Z PB03Z PB10Z PD02Z PE01Z PE03Z PE08Z PF01Z PF03Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射装置から内燃機関の気筒へと流
   入する燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを
   利用して燃料噴射装置による燃料供給量を制御する制御
   部を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記制御部は、機関運転条件により燃料噴射停止条件が
   成立している場合に、前記燃料挙動モデルにおける付着
   燃料に関する演算結果に基づいて所定の条件が満たされ
   た段階で実際に燃料噴射を停止させる内燃機関の燃料噴
   射制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、付着燃料からの脱離量の
   演算結果が所定の閾値を下回った時点で燃料噴射を停止
   させる請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、燃料噴射停止条件が成立
   した時点の付着燃料からの脱離量の演算結果に基づいて
   燃料噴射継続時間を設定し、該継続時間経過後に燃料噴
   射を停止させる請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御
   装置。
4. 【請求項４】 前記燃料噴射停止条件は、減速燃料カッ
   ト条件を含む請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記燃料噴射停止条件は、内燃機関停止
   条件を含む請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装
   置。
6. 【請求項６】 付着燃料からの脱離量に代えて付着燃料
   量を用いて制御を行う請求項２または３に記載の内燃機
   関の燃料噴射制御装置。
7. 【請求項７】 前記制御部は、燃料噴射停止条件の成立
   時から実際の燃料噴射停止時までの間、機関運転条件に
   応じて設定される空気量に対して空気量を補正する請求
   項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。