JP2004084532A

JP2004084532A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2004084532A
Application number: JP2002245551A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Watanabe; 渡辺　智
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】燃焼室内に実際に供給される燃料の量が正規の量からずれるのを抑制する。
【解決手段】機関が始動されると機関回転数Ｎが上昇してピークＰＫＮに達し、次いで低下するようになっている内燃機関において、機関が始動されて機関回転数ＮがピークＰＫＮに達した後に低下するときに、全要求燃料噴射量を吸気非同期噴射量と吸気同期噴射量とに分割して吸気非同期噴射量だけ吸気非同期噴射により噴射すると共に吸気同期噴射量だけ吸気同期噴射により噴射する２回噴射を行う。全要求燃料噴射量に対する吸気同期噴射量の割合である同期噴射割合ＳＲを、機関冷却水温が低いときには高いときに比べて大きくなるようにかつ吸気圧力変化率が大きいときには小さいときに比べて大きくなるように設定する。
【選択図】　　　図４

Description

【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する。
【０００２】
【従来の技術】
全要求燃料噴射量を吸気非同期噴射量と吸気同期噴射量とに分割して吸気非同期噴射量だけ吸気非同期噴射により噴射すると共に吸気同期噴射量だけ吸気同期噴射により噴射する２回噴射を行うようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
吸気弁が閉弁している例えば排気行程中に燃料を噴射する吸気非同期噴射を行うと、燃料が吸気通路内壁面や吸気弁かさ部背面に一旦付着し、次いで吸気通路内壁面などから蒸発して燃焼室内に吸入されるので、燃料の霧化を促進することができる。ところが、例えばスロットル弁下流の吸気通路内の負圧が大きくなって吸気通路内壁面などに付着している燃料の量が少なくなると、燃焼室内に実際に供給される燃料の量が正規の量よりも一時的に少なくなる恐れがある。
【０００４】
一方、吸気弁が開弁している吸気行程中に燃料を噴射する吸気同期噴射を行うと、燃料が燃焼室内に直接流入し、従って吸気非同期噴射を行うよりも燃焼室内に実際に供給される燃料の量が多くなる。そこで上述の内燃機関では２回噴射を行うようにしている。
【０００５】
また、この内燃機関では、全要求燃料噴射量に対する吸気同期噴射量の割合である同期噴射割合が結局のところ、吸入空気量に基づいて設定される。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６３−９６５６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸気通路内壁面などに付着した燃料がどの程度蒸発するか、即ち燃焼室内に実際に供給される燃料の量は吸入空気量では必ずしも正確に評価できず、従って吸入空気量に基づいて同期噴射割合を設定したとしても、燃焼室内に実際に供給される燃料の量が正規の量よりも少なくなるのを阻止することができない。このため、機関回転数が好ましくなく低下したり空燃比が好ましくなくリーンになったりする。
【０００８】
そこで本発明の目的は、燃焼室内に実際に供給される燃料の量が正規の量からずれるのを抑制することが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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、全要求燃料噴射量を吸気非同期噴射量と吸気同期噴射量とに分割して該吸気非同期噴射量だけ吸気非同期噴射により噴射すると共に該吸気同期噴射量だけ吸気同期噴射により噴射する２回噴射を行うようにした内燃機関の燃料噴射制御装置において、全要求燃料噴射量に対する吸気同期噴射量の割合である同期噴射割合を機関温度に基づいて設定している。
【００１０】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、機関温度が低いときには高いときに比べて大きくなるように前記同期噴射割合を設定している。
【００１１】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、機関温度と、スロットル弁下流の吸気通路内の圧力の変化率とに基づいて設定している。
【００１２】
また、４番目の発明によれば３番目の発明において、機関温度が低いときには高いときに比べて大きくなるようにかつ前記圧力の変化率が大きいときには小さいときに比べて大きくなるように前記同期噴射量割合を設定している。
【００１３】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、機関が始動されると機関回転数が上昇してピークに達し、次いで低下するようになっており、機関が始動されて機関回転数がピークに達した後に低下するときに、２回噴射が行われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結される。各吸気枝管１１内には吸気ポート８内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１５が配置され、吸気ダクト１３内にはスロットル弁１６が配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７及び排気管１８を介して触媒コンバータ１９に連結される。
【００１５】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、Ｂ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ４０が取り付けられ、サージタンク１２にはサージタンク１２内の圧力である吸気圧力Ｐを検出するための圧力センサ４１がとりつけられる。これらセンサ４０，４１の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。ここで、機関冷却水温ＴＨＷは機関温度を表している。更に入力ポート４５には機関回転数Ｎを表す出力パルスを発生する回転数センサ４２が接続される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火栓６及び燃料噴射弁１５にそれぞれ接続される。
【００１６】
本発明による実施例では、１燃焼サイクル中に１回だけ燃料が噴射される１回噴射と、１燃焼サイクル中に２回だけ燃料が噴射される２回噴射とのうちいずれかが行われるようになっている。
【００１７】
１回噴射では図２の（Ｉ）に示されるように、１燃焼サイクル中に、吸気弁７が閉弁している例えば排気行程中に燃料を噴射する吸気非同期噴射ＦＡＳのみが行われる。即ち、全要求燃料噴射量に相当する全要求燃料噴射時間ＴＰだけ吸気非同期噴射により噴射される。
【００１８】
これに対し、２回噴射では図２の（ＩＩ）又は（ＩＩＩ）に示されるように、１燃焼サイクル中に、吸気非同期噴射ＦＡＳと、吸気弁７が開弁している吸気行程中に燃料を噴射する吸気同期噴射ＦＳとが行われる。即ち、全要求燃料噴射時間ＴＰが吸気非同期噴射時間ＴＡＳと吸気同期噴射時間ＴＳとに分割され、吸気非同期噴射時間ＴＡＳだけ吸気非同期噴射により噴射され、吸気同期噴射時間ＴＳ（＝ＴＰ−ＴＡＳ）だけ吸気同期噴射により噴射される。
【００１９】
ここで、全要求燃料噴射時間ＴＰに対する吸気同期噴射時間ＴＳの割合ＴＳ／ＴＰを同期噴射割合ＳＲと称すると、図２の（ＩＩ）は同期噴射割合ＳＲが小さい場合を示しており、図２の（ＩＩＩ）は同期噴射割合ＳＲが大きい場合を示している。また、吸気同期噴射時間ＴＳはＴＰ・ＳＲで表され、吸気非同期噴射時間ＴＡＳはＴＰ・（１−ＳＲ）で表されることになる。なお、図２の（Ｉ）に示される１回噴射は同期噴射割合ＳＲがゼロの場合に相当する。
【００２０】
次に、機関始動時、即ち例えば機関が始動されてから機関冷却水温ＴＨＷが下限値ＴＬ以上になるまで、における燃料噴射制御に本発明を適用した場合について説明する。機関始動時における全要求燃料噴射時間ＴＰは図３に示されるように、機関冷却水温ＴＨＷに応じて定められ、具体的には機関冷却水温ＴＨＷが高くなるにつれて全要求燃料噴射時間ＴＰが短くなる。
【００２１】
図４は機関始動時における機関回転数Ｎ、吸気圧力Ｐ、空燃比Ａ／Ｆ、及び同期噴射割合ＳＲの経時変化を示しており、図４において矢印Ｘは機関始動が開始されたときを示している。
【００２２】
本発明による実施例では、１回噴射を行いながら機関が始動される。即ち、吸気非同期噴射のみが行われる。吸気非同期噴射が行われると、燃料が吸気ポート８内壁面や吸気弁７のかさ部背面に一旦付着し、次いで吸気ポート８内壁面などから蒸発して燃焼室５内に吸入されるので、燃料の霧化を促進することができる。その結果、機関回転数Ｎが上昇する。
【００２３】
機関始動時のアイドル運転時にはスロットル弁１６が閉弁されているので、機関回転数Ｎが上昇するにつれて吸気圧力Ｐが次第に低下する。また、燃焼室５内に実際に吸入される空気量も次第に少なくなるので、空燃比Ａ／Ｆが次第に小さくなる。
【００２４】
ところが、吸気圧力Ｐが低くなると即ち吸気負圧が大きくなると、吸気ポート８内壁面などに付着している燃料の量が少なくなり、このとき吸気非同期噴射を継続してもこのときの燃料の多くが吸気ポート内壁面８などに付着し続け、従って燃焼室５内に実際に供給される燃料の量が一時的に少なくなる。このため、機関回転数ＮがピークＰＫＮに達した後に次第に低下し、これに伴って吸気圧力Ｐが上昇し、空燃比Ａ／Ｆが小さくなる。
【００２５】
一方、吸気同期噴射を行うと燃料が燃焼室５内に直接流入し、従って吸気非同期噴射を行うよりも燃焼室内に実際に供給される燃料の量が多くなることは冒頭で述べたとおりである。
【００２６】
そこで本発明による実施例では、機関回転数ＮがピークＰＫＮに達した後に低下するときには、２回噴射を行うようにしている。即ち、図４において矢印Ｙで示されるように機関回転数Ｎが低下し始めると１回噴射から２回噴射に切り替えられ、１燃焼サイクル中に吸気同期噴射と吸気非同期噴射とが行われる。
【００２７】
この場合、燃焼室５内に実際に供給される燃料の量の、正規の量からのずれが大きくなるにつれて、同期噴射割合ＳＲを大きくすべきであり、このずれは吸気ポート８内壁面などに付着した燃料が蒸発しにくいときほど大きくなる。一方、吸気圧力Ｐの変化率ΔＰが大きいとき、即ち吸気圧力Ｐが大幅に上昇するときには、吸気ポート８内壁面などに付着した燃料が蒸発しにくくなっている。
【００２８】
そこで本発明による実施例では、同期噴射割合ＳＲを吸気圧力変化率ΔＰに基づいて設定するようにし、具体的には図５（Ｂ）に示されるように吸気圧力変化率ΔＰが大きいときには小さいときに比べて大きくなるように設定している。
【００２９】
更に、吸気ポート８内壁面などの温度即ち機関温度も、吸気ポート８内壁面などに付着した燃料の蒸発のしやすさに影響し、即ち機関温度が低いときには吸気ポート８内壁面などに付着した燃料が蒸発しにくくなっている。
【００３０】
そこで本発明による実施例では、同期噴射割合ＳＲを吸気圧力変化率ΔＰだけでなく、機関温度にも基づいて設定するようにし、具体的には図５（Ａ）に示されるように機関冷却水温度ＴＨＷが低いときには高いときに比べて大きくなるように設定している。
【００３１】
このように、吸気圧力変化率ΔＰと機関冷却水温ＴＨＷとに基づいて同期噴射割合ＳＲを設定しているので、燃焼室５内に実際に供給される燃料の量が正規の量からずれるのを確実に抑制することができる。その結果、図４に矢印Ｚで示されるように、機関回転数Ｎが目標アイドル回転数ＮＴよりも大幅に低下するのを阻止することができる。なお、同期噴射割合ＳＲは図５（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３２】
２回噴射が開始されると、同期噴射割合ＳＲが図４に示されるようにゼロから次第に増大してピークＰＫＳＲに達し、次いで減少するようになる。この場合、同期噴射割合ＳＲが急激に減少し即ち燃焼室５内に直接流入する燃料の量が急激に減少すると、空燃比Ａ／Ｆが一時的に過度にリーンになる恐れがある。
【００３３】
そこで本発明による実施例では、同期噴射割合ＳＲがピークＰＫＳＲに達した後に減少するときには、同期噴射割合ＳＲの減少率が限界減少率よりも大きくならないようにしている。言い換えると、上述した機関冷却水温ＴＨＷ及び吸気圧力変化率ΔＰに基づき算出される計算上の同期噴射割合の減少率が限界減少率よりも大きいときには、限界減少率でもって同期噴射割合ＳＲが減少せしめられる。
【００３４】
具体的には、前回の同期噴射割合ＳＲＯＬＤと、計算上の同期噴射割合ＳＲとの差ΔＳＲ（＝ＳＲＯＬＤ−ＳＲ）が限界減少率に相当する限界減少分ＬＭＴよりも大きいときには、ＳＲＯＬＤからＬＭＴを減算したものが新たな同期噴射割合ＳＲとされる（ＳＲ＝ＳＲＯＬＤ−ＬＭＴ）。
【００３５】
この限界減少分ＬＭＴは機関冷却水温ＴＨＷと同期噴射割合ＳＲのピーク値ＳＲＰとに基づいて設定され、具体的には図６（Ａ）に示されるように機関冷却水温ＴＨＷが低いときには高いときに比べて小さくなるように、かつ図６（Ｂ）に示されるようにピーク値ＳＲＰが大きいときには小さいときに比べて小さくなるように設定される。
【００３６】
この場合、機関冷却水温ＴＨＷが低いときには、上述したように吸気ポート８内壁面などに付着した燃料が蒸発しにくく、従って空燃比Ａ／Ｆがリーンになりやすい。また、同期噴射割合ＳＲのピーク値ＳＲＰが大きいときには、燃焼が悪化しているか又は燃料性状が重質であると考えられるので、このときにも空燃比Ａ／Ｆがリーンになりやすい。
【００３７】
そこで本発明による実施例では、限界減少分ＬＭＴを機関冷却水温ＴＨＷと同期噴射割合ＳＲのピーク値ＳＲＰとに基づいて設定するようにし、具体的には図６（Ａ）に示されるように機関冷却水温ＴＨＷが低いときには高いときに比べて小さくなるように、かつ図６（Ｂ）に示されるようにピーク値ＳＲＰが大きいときには小さいときに比べて小さくなるように設定している。
【００３８】
その結果、図４に矢印Ｗで示されるように、空燃比Ａ／Ｆが過度にリーンになるのを阻止することができる。なお、限界減少分ＬＭＴは図６（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３９】
このようにして同期噴射割合ＳＲが減少され、次いで同期噴射割合ＳＲがゼロになると１回噴射に戻されることになる。このとき、図４に示される例では、機関回転数Ｎは目標アイドル回転数ＮＴに維持されており、空燃比Ａ／Ｆは目標空燃比例えば理論空燃比に維持されている。
【００４０】
図７及び８は上述した燃料噴射制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。
【００４１】
図７及び８を参照すると、まずステップ１００では機関冷却水温ＴＨＷが下限値ＴＬよりも低いか否かが判別される。ＴＨＷ≧ＴＬのときには次いでステップ１０１に進んで通常制御が行われ、続くステップ１０２ではフラグＸＮ及びＸＳＲがそれぞれリセットされる。フラグＸＮは機関が始動された後機関回転数ＮにピークＰＫＮが発生するまでリセットされ続け（ＸＮ＝０）、ピークＰＫＮが発生するとセットされる（ＸＮ＝１）。一方、フラグＸＳＲは２回噴射が開始された後同期噴射割合ＳＲにピークＰＫＳＲが発生するまでリセットされ続け（ＸＳＲ＝０）、ピークＰＫＳＲが発生するとセットされる（ＸＳＲ＝１）
ＴＨＷ＜ＴＬのときにはステップ１００からステップ１０３に進み、全要求燃料噴射時間ＴＰが図３のマップから算出される。続くステップ１０４ではフラグＸＳＲがセットされているか否かが判別される。フラグＸＳＲがリセットされているときには次いでステップ１０５に進み、フラグＸＮがセットされているか否かが判別される。フラグＸＮがセットされていないときには次いでステップ１０６に進み、同期噴射割合ＳＲがゼロにされる。即ち、１回噴射が行われる。続くステップ１０７では、現在の機関回転数Ｎが前回の機関回転数ＮＯＬＤよりも低いか否かが判別される。Ｎ≧ＮＯＬＤのときには次いでステップ１１８にジャンプし、Ｎ＜ＮＯＬＤのときには次いでステップ１０８に進んでフラグＸＮをセットした後にステップ１１８にジャンプする。
【００４２】
フラグＸＮがセットされるとステップ１０５からステップ１０９に進み、同期噴射割合ＳＲが図５（Ｃ）のマップから算出される。続くステップ１１０では、ステップ１０９で算出された同期噴射割合ＳＲが前回の同期噴射割合ＳＲＯＬＤよりも小さいか否かが判別される。ＳＲ≧ＳＲＯＬＤのときにはステップ１１８にジャンプし、ＳＲ＜ＳＲＯＬＤのときには次いでステップ１１１に進んでフラグＸＳＲがセットされ、続くステップ１１２では同期噴射割合のピーク値ＳＲＰを前回の同期噴射割合ＳＲＯＬＤとした後にステップ１１８にジャンプする。
【００４３】
フラグＸＳＲがセットされるとステップ１０４からステップ１１３に進み、同期噴射割合ＳＲが図５（Ｃ）のマップから算出される。続くステップ１１４では、前回の処理ルーチンにおける同期噴射割合ＳＲＯＬＤと、ステップ１１３で算出された同期噴射割合ＳＲとの差ΔＳＲが算出される（ΔＳＲ＝ＳＲＯＬＤ−ＳＲ）。続くステップ１１５では、図６（Ｃ）のマップから限界減少分ＬＭＴが算出される。続くステップ１１６では、差ΔＳＲが限界減少分ＬＭＴよりも大きいか否かが判別される。ΔＳＲ≦ＬＭＴのときにはステップ１１８にジャンプし、即ちステップ１１３で算出された同期噴射割合ＳＲでもって２回噴射が行われる。これに対し、ΔＳＲ＞ＬＭＴのときにがステップ１１７に進み、前回の同期噴射割合ＳＲＯＬＤから限界減少分ＬＭＴだけ減少することによって同期噴射割合ＳＲが算出される（ＳＲ＝ＳＲＯＬＤ−ＬＭＴ）。次いでステップ１１８に進む。
【００４４】
ステップ１１８では吸気同期噴射時間ＴＳ及び吸気非同期噴射時間ＴＡＳが算出される（ＴＳ＝ＴＰ・ＳＲ、ＴＡＳ＝ＴＰ・（１−ＳＲ））。燃料噴射弁１５からは排気行程にＴＡＳだけ非同期噴射が行われ、吸気行程にＴＳだけ同期噴射が行われる。続くステップ１１９では、現在の機関回転数ＮがＮＯＬＤとされ、現在の同期噴射割合ＳＲがＳＲＯＬＤとされる。
【００４５】
なお、吸気圧力変化率ΔＰの代わりに機関回転数Ｎの変化率に基づいて同期噴射割合ＳＲ又は限界減少分ＬＭＴをそれぞれ設定することもできる。このようにすると、応答性よく機関回転数Ｎの低下や空燃比Ａ／Ｆのリーン化を抑制することが可能になる。
【００４６】
【発明の効果】
燃焼室内に実際に供給される燃料の量が正規の量からずれるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】１回噴射及び２回噴射を説明するための図である。
【図３】全要求燃料噴射時間ＴＰを示す線図である。
【図４】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図５】同期噴射割合ＳＲを示す線図である。
【図６】限界減少分ＬＭＴを示す線図である。
【図７】燃料噴射制御を実行するためのフローチャートである。
【図８】燃料噴射制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
１１…吸気枝管
１５…燃料噴射弁
４０…水温センサ
４１…圧力センサ

Claims

全要求燃料噴射量を吸気非同期噴射量と吸気同期噴射量とに分割して該吸気非同期噴射量だけ吸気非同期噴射により噴射すると共に該吸気同期噴射量だけ吸気同期噴射により噴射する２回噴射を行うようにした内燃機関の燃料噴射制御装置において、全要求燃料噴射量に対する吸気同期噴射量の割合である同期噴射割合を機関温度に基づいて設定した内燃機関の燃料噴射制御装置。
機関温度が低いときには高いときに比べて大きくなるように前記同期噴射割合を設定した請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記同期噴射割合を機関温度と、スロットル弁下流の吸気通路内の圧力の変化率とに基づいて設定した請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
機関温度が低いときには高いときに比べて大きくなるようにかつ前記圧力の変化率が大きいときには小さいときに比べて大きくなるように前記同期噴射量割合を設定した請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
機関が始動されると機関回転数が上昇してピークに達し、次いで低下するようになっており、機関が始動されて機関回転数がピークに達した後に低下するときに、２回噴射が行われる請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。