JP2004092488A

JP2004092488A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2004092488A
Application number: JP2002253551A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tsuji; 辻　宏彰
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【目的】この発明の目的は、筒内混合気の最適な成層化を実現し得て、ＨＣの低減を果たすことにある。
【構成】このため、この発明は、燃料噴射弁とクランク角検出手段と機関回転数検出手段と冷却水温度検出手段とを少なくとも備え、各種検出手段の検出する信号に基づいて算出された燃料噴射量と燃料噴射時期とにより燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、内燃機関の１サイクル毎に各気筒に噴射される燃料噴射量を第１の噴射量と第２の噴射量とに分割して設定し、１サイクルの膨張行程から排気行程において第１の噴射量の燃料を噴射するとともに１サイクルの排気行程から吸気行程において第２の噴射量の燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、筒内混合気の最適な成層化を実現し得て、ＨＣの低減を果たし得る内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される内燃機関には、燃料噴射制御装置を設けているものがある。燃料噴射制御装置は、機関回転数や冷却水温度等の機関運転状態を検出する各種検出手段を設け、これら各種検出手段の検出する信号に基づいて燃料噴射量と燃料噴射時期とを算出し、算出された燃料噴射量と燃料噴射時期とにより燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御している。
【０００３】
この燃料噴射制御装置においては、内燃機関の冷機時にＨＣを低減するために、混合気のリーン化を実施しているものがある。
【０００４】
このような内燃機関の燃料噴射制御装置としては、特開平１０−２１２９８７号公報、特開２０００−５４８７１号公報に開示されるものがある。
【０００５】
特開平１０−２１２９８７号公報に開示されるものは、排気ガス浄化用の触媒が冷機状態のときに、燃料を直接燃焼室に噴射するインジェクタで吸気行程と圧縮行程との分割噴射を行い、燃焼室内の点火プラグ付近に理論空燃比ないしリッチな空燃比の混合気を形成するとともにその周囲にリーンな混合気を形成して燃焼を行わせ、ＨＣ、ＮＯｘの排出量を低減している。
【０００６】
特開２０００−５４８７１号公報に開示されるものは、バルブタイミング可変手段と排気干渉手段とを設け、触媒の活性化を要するときに、バルブタイミング可変手段により排気弁の開弁期間を拡大して気筒間のオーバラップを増加させ、各気筒からの排気ガスを排気干渉手段内でより長時間にわたって干渉させ、未燃ＨＣを余剰酸素と反応させて燃焼させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の燃料噴射制御装置においては、内燃機関の冷機時に、ＨＣを低減するための手法として、混合気のリーン化を実施しているものがある。しかし、単に燃料噴射量を減少させただけでは、アイドルラフ等のドライバビリティの悪化を招く問題がある。
【０００８】
また、内燃機関の燃料噴射制御装置には、内燃機関の冷機時にＨＣを低減するために、図６に示す如く、１サイクルの燃料噴射時期ＡＮＧを吸気行程に設定し、筒内混合気の成層化により、ドライバビリティを損なうことなくリーン化を実施するものがある。
【０００９】
しかし、この燃料噴射制御装置は、成層化の度合いが強いことから、図７に示す如く、燃料噴射量に対するＨＣ排出量の割合が多くなってしまい、リーン化によるＨＣ低減効果が薄れる不都合がある。また、１気筒につき１サイクルに１回の噴射では、図７に示す如く、燃料噴射時期から見たＨＣ排出量とリーン限界とに相反する関係があったため、燃料噴射時期の最適化によりＨＣ排出量の低減とリーン限界の拡大とを高い次元で両立させることが困難な不都合があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段とを少なくとも備え、前記各種検出手段の検出する信号に基づいて算出された燃料噴射量と燃料噴射時期とにより燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御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１サイクル毎に各気筒に噴射される燃料噴射量を第１の噴射量と第２の噴射量とに分割して設定し、１サイクルの膨張行程から排気行程において前記第１の噴射量の燃料を噴射するとともに１サイクルの排気行程から吸気行程において前記第２の噴射量の燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、制御手段によって、内燃機関の１サイクル毎に各気筒に噴射される燃料噴射量を第１の噴射量と第２の噴射量とに分割して設定し、１サイクルの膨張行程から排気行程において第１の噴射量の燃料を噴射するとともに１サイクルの排気行程から吸気行程において第２の噴射量の燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御することにより、第１の噴射量の燃料を一旦吸気弁に当てて筒内混合気の均一化を図ることができるとともに、第２の噴射量の燃料を筒内の点火プラグ近傍に集めることができ、過剰な成層化を抑えて、最適な筒内混合気を形成することができる。
【００１２】
【実施例】
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図３において、２は図示しない車両に搭載される内燃機関、４はシリンダブロック、６はシリンダヘッド、８はシリンダ、１０はピストン、１２はコンロッド、１４は燃焼室、１６はウォータジャケットである。
【００１３】
内燃機関２のシリンダヘッド６には、吸気ポート１８及び排気ポート２０を形成して設け、吸気ポート１８の吸気口２２及び排気ポート２０の排気口２４を夫々開閉する吸気弁２６及び排気弁２８を設け、点火プラグ３０を設けている。点火プラグ３０には、シリンダヘッドカバー８に取付けられたイグニションコイル３２を接続して設けている。
【００１４】
また、シリンダヘッド６には、吸気マニホルド３４を連絡して吸気ポート１８に連通する吸気通路３６を形成して設け、排気マニホルド３８を連絡して排気ポート２０に連通する排気通路４０を形成して設けている。吸気通路３６の上流側には、図示しないスロットルバルブが設けられている。
【００１５】
この内燃機関２は、吸気マニホルド３４に燃料噴射弁４２を取付けて設けている。燃料噴射弁４２は、吸気ポート１８に臨ませるとともに、吸気口２２から燃焼室１４に指向させて設けている。
【００１６】
前記イグニションコイル３２と燃料噴射弁４２とは、内燃機関２の燃料噴射制御装置４４を構成する制御手段４６に接続して設けている。制御手段４６には、内燃機関２のクランク角を検出するクランク角検出手段たるクランク角センサ４８と、内燃機関２の機関回転数を検出する機関回転数検出手段たる機関回転数センサ５０と、内燃機関２のウォータジャケット１６の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段たる冷却水温度センサ５２とを接続して設けている。
【００１７】
燃料噴射制御装置４４は、制御手段４６によって、各種センサ４８〜５２の検出する信号に基づいて燃料噴射量ＴＩＢと燃料噴射時期ＡＮＧとを算出し、算出された燃料噴射量ＴＩＢと燃料噴射時期ＡＮＧとにより燃料を噴射するように、燃料噴射弁４２の動作を制御する。
【００１８】
この燃料噴射制御装置４４は、制御手段４６によって、内燃機関２の１サイクル毎に各気筒ｎのシリンダ８に噴射される燃料噴射量ＴＩＢｎを第１の噴射量ＴＩＢｎａと第２の噴射量ＴＩＢｎｂとに分割して設定し、１サイクルの膨張行程から排気行程において第１の噴射量ＴＩＢｎａの燃料を噴射するとともに１サイクルの排気行程から吸気行程において第２の噴射量ＴＩＢｎｂの燃料を噴射するように、燃料噴射弁４２を制御する。
【００１９】
前記制御手段４６は、燃料噴射量ＴＩＢｎを第１の噴射量ＴＩＢｎａと第２の噴射量ＴＩＢｎｂとに分割する割合を、機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定する。また、前記制御手段４６は、第１の噴射量ＴＩＢｎａが噴射される第１の燃料噴射時期ＡＮＧａと第２の噴射量ＴＩＢｎｂが噴射される第２の燃料噴射時期ＡＮＧｂとを、機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定する。
【００２０】
次に、この実施例の作用を説明する。
【００２１】
燃料噴射制御装置４４は、図１に示す如く、制御手段４６によって、内燃機関２の冷機時にプログラムがスタート（１００）すると、各気筒ｎの要求する燃料噴射量（噴射パルス幅）ＴＩＢｎを算出する（１０２）。
【００２２】
算出された燃料噴射量ＴＩＢｎから第１、第２の噴射量（噴射パルス幅）ＴＩＢｎａ、ＴＩＢｎｂを分割して算出する（１０４）。第１の噴射量ＴＩＢｎａは、ＴＩＢｎａ＝ＴＩＢｎ−ＴＩＢｎｂの式より求められる。第２の噴射量ＴＩＢｎｂは、ＴＩＢｎｂ＝ＴＩＢｎ＊ＫＴＩＢＴＷ（ｎｅ，ｗｔ）の式より求められる。ＫＴＩＢＴＷ（ｎｅ，ｗｔ）は、第２の噴射量を補正するための第２の噴射量水温補正値であり、機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定される。
【００２３】
前記（１０４）において求められた第１、第２の噴射量ＴＩＢｎａ、ＴＩＢｎｂを、夫々第１、第２の角度（ＴＩＢｎａ→ａｎｇＴＩＢｎａ、ＴＩＢｎｂ→ａｎｇＴＩＢｎｂ）に変換する（１０６）。
【００２４】
この変換された第１、第２の角度ａｎｇＴＩＢｎａ、ａｎｇＴＩＢｎｂから、第１、第２の燃料噴射開始時期として、基準角からの第１、第２の噴射開始角ＡＮＧａＳＴ、ＡＮＧｂＳＴを算出する（１０８）。第１の噴射開始角ＡＮＧａＳＴは、ＡＮＧａＳＴ＝ＡＮＧａ−ａｎｇＴＩＢｎａの式より求められる。第２の噴射開始角ＡＮＧｂＳＴは、ＡＮＧｂＳＴ＝ＡＮＧｂ−ａｎｇＴＩＢｎｂの式より求められる。ＡＮＧａ、ＡＮＧｂは、夫々基準角からの第１、第２の噴射終了角である。
【００２５】
前記（１０８）において求められた第１、第２の噴射開始角ＡＮＧａＳＴ、ＡＮＧｂＳＴにしたがって、気筒ｎの１サイクルの膨張行程から排気行程におけるクランク角ＡＮＧａＳＴにおいて第１の噴射量ＴＩＢｎａの燃料を噴射するように燃料噴射弁４２を制御し（１１０）、気筒ｎの１サイクルの排気行程から吸気行程におけるクランク角ＡＮＧｂＳＴにおいて第２の噴射量ＴＩＢｎｂの燃料を噴射するように燃料噴射弁４２を制御し（１１２）、エンドとする（ステップ１１４）。
【００２６】
この燃料噴射制御装置４４による内燃機関２の第１気筒＃１についての燃料噴射制御を説明する。
【００２７】
燃料噴射制御装置４４は、図２に示す如く、制御手段４６によって、制御がスタートすると、内燃機関２の第１気筒＃１の要求する燃料噴射量（噴射パルス幅）ＴＩＢ１を算出し、この燃料噴射量ＴＩＢ１から第１の噴射量（噴射パルス幅）ＴＩＢ１ａをＴＩＢ１ａ＝ＴＩＢ１−ＴＩＢ１ｂの式より求め、第２の噴射量（噴射パルス幅）ＴＩＢ１ｂをＴＩＢ１ｂ＝ＴＩＢ１＊ＫＴＩＢＴＷ（ｎｅ，ｗｔ）の式より求める。ＫＴＩＢＴＷ（ｎｅ，ｗｔ）は、第２の噴射量水温補正値であり、機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定される。
【００２８】
燃料噴射量ＴＩＢ１を分割して求められた第１、第２の噴射量ＴＩＢｎａ、ＴＩＢｎｂを夫々第１、第２の角度ａｎｇＴＩＢ１ａ、ａｎｇＴＩＢ１ｂに変換し、第１の角度ａｎｇＴＩＢ１ａから第１の噴射終了時期ＡＮＧａをＡＮＧａ＝ＴＴＡＮＧａ（ｎｅ，ｗｔ）の式より求め、第２の角度ａｎｇＴＩＢ１ｂから第２の噴射終了時期ＡＮＧｂをＡＮＧｂ＝ＴＴＡＮＧｂ（ｎｅ，ｗｔ）の式より求める。ＴＴＡＮＧａ（ｎｅ，ｗｔ）、ＴＴＡＮＧｂ（ｎｅ，ｗｔ）は、夫々基準角からの第１、第２の噴射終了時期であり、機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定される。
【００２９】
求められた第１、第２の噴射終了時期ＡＮＧａ、ＡＮＧｂにしたがって、第１気筒＃１の１サイクルの膨張行程から排気行程におけるクランク角ＡＮＧａＳＴにおいて第１の噴射量ＴＩＢ１ａの燃料を噴射するように燃料噴射弁４２を制御し、第１気筒＃１の１サイクルの排気行程から吸気行程におけるクランク角ＡＮＧｂＳＴにおいて第２の噴射量ＴＩＢ１ｂの燃料を噴射するように燃料噴射弁４２を制御し、エンドにする。
【００３０】
このように、燃料噴射制御装置４４は、制御手段４６によって、内燃機関２の１サイクル毎に各気筒ｎのシリンダ１２に噴射される燃料噴射量ＴＩＢｎを第１の噴射量ＴＩＢｎａと第２の噴射量ＴＩＢｎｂとに分割して設定し、１サイクルの膨張行程から排気行程において第１の噴射量ＴＩＢｎａの燃料を噴射するとともに１サイクルの排気行程から吸気行程において第２の噴射量ＴＩＢｎｂの燃料を噴射するように、燃料噴射弁４２を制御する。
【００３１】
これにより、燃料噴射制御装置４４は、第１の噴射量ＴＩＢｎａの燃料を一旦吸気弁２６に当てて筒内混合気の均一化を図ることができるとともに、第２の噴射量ＴＩＢｎｂの燃料を筒内の点火プラグ３０近傍に集めることができ、過剰な成層化を抑えて、最適な筒内混合気を形成することができる。
【００３２】
このため、この燃料噴射制御装置４４は、筒内混合気の最適な成層化を実現することができ、内燃機関２の特に冷機時に混合気のリーン化を実施する場合に、ＨＣの低減を果たしつつリーン限界を拡大することができる。
【００３３】
また、燃料噴射制御装置４４は、燃料噴射量ＴＩＢ１を第１の噴射量ＴＩＢｎａと第２の噴射量ＴＩＢｎｂとに分割する割合を機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定し、第１の噴射量ＴＩＢｎａが噴射される第１の燃料噴射時期ＡＮＧａと第２の噴射量ＴＩＢｎｂが噴射される第２の燃料噴射時期ＡＮＧｂとを機関回転数ｎｅと冷却水温度ｗｔとにより決定している。
【００３４】
このため、この燃料噴射制御装置４４は、ＨＣの低減とリーン限界の拡大とを両立させることができる。
【００３５】
なお、この発明は、上述実施例に限定されるものではなく、種々応用改変が可能である。例えば、この実施例においては、噴き終わり制御に適用したが、噴き始め制御においても適用が可能である。
【００３６】
また、１サイクル毎に各気筒に噴射される第１の噴射量と第２の噴射量とは、図４に示す如く、夫々次第に増大するように複数に分割して噴射することにより、第１の噴射量の燃料によって筒内混合気をリーンからリッチに向かって変化する層状に形成することができるとともに、第２の噴射量の燃料によって筒内の点火プラグ３０近傍に集まる混合気をリーンからリッチに向かって変化する層状に形成することができ、これにより、第１の噴射量による混合気と第２の噴射量による混合気とをリーンからリッチに向かって連続して変化する層状に形成することができ、最適な筒内混合気を形成することができるとともに燃焼性を向上することができ、ＨＣの低減を果たしつつリーン限界を拡大することができる。
【００３７】
さらに、１サイクルの排気行程から吸気行程において噴射される第２の噴射量は、図５に示す如く、吸気行程初期に開弁動作される吸気弁２６の開度割合いに応じて次第に噴射量が増大するように複数に分割して噴射することにより、吸気口２２を通過する空気量に対応する量の燃料を供給することができ、点火プラグ３０近傍に集まる混合気を均一化することができ、着火性を向上して筒内混合気の燃焼性を向上することができ、ＨＣの低減を果たしつつリーン限界を拡大すことができる。
【００３８】
【発明の効果】
このように、この発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、第１の噴射量の燃料を一旦吸気弁に当てて筒内混合気の均一化を図ることができるとともに、第２の噴射量の燃料を筒内の点火プラグ近傍に集めることができ、過剰な成層化を抑えて、最適な筒内混合気を形成することができる。
【００３９】
このため、この発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内混合気の最適な成層化を実現することができ、ＨＣの低減を果たしつつリーン限界を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す燃料噴射制御装置のフローチャートである。
【図２】実施例を示す燃料噴射制御装置のタイムチャートである。
【図３】実施例を示す燃料噴射制御装置のシステム構成図である。
【図４】第１の応用例を示す燃料噴射制御装置のタイミングチャートである。
【図５】第２の応用例を示す燃料噴射制御装置のタイミングチャートである。
【図６】従来例を示す燃料噴射制御装置のタイミングチャートである。
【図７】噴射時期から見たＨＣ排出量とリーン限界との関係を示す図である。
【符号の説明】
２　内燃機関
８　シリンダ
１４　燃焼室
４２　燃料噴射弁
４４　燃料噴射制御装置
４６　制御手段
４８　クランク角センサ
５０　機関回転数センサ
５２　冷却水温度センサ

Claims

内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段とを少なくとも備え、前記各種検出手段の検出する信号に基づいて算出された燃料噴射量と燃料噴射時期とにより燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御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１サイクル毎に各気筒に噴射される燃料噴射量を第１の噴射量と第２の噴射量とに分割して設定し、１サイクルの膨張行程から排気行程において前記第１の噴射量の燃料を噴射するとともに１サイクルの排気行程から吸気行程において前記第２の噴射量の燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、前記第１の噴射量と前記第２の噴射量とに分割する割合を機関回転数と冷却水温度とにより決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、前記第１の噴射量が噴射される第１の燃料噴射時期と前記第２の噴射量が噴射される第２の燃料噴射時期とを機関回転数と冷却水温度とにより決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。