JP2004183626A - Intake-air amount controller of internal combustion engine - Google Patents

Intake-air amount controller of internal combustion engine Download PDF

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake-air amount controller of an internal combustion engine capable of suppressing damage of a catalyst caused by decrease of injection pressure of fuel. <P>SOLUTION: The internal combustion engine 2 comprises a throttle valve 6 actuated by an actuator 12, and a fuel pressure sensor 22 for detecting fuel injection pressure. An electronic control device 10 sets, as a target suction air amount, the smaller one of a first suction air amount calculated based on a load request of a driver and a second suction air amount where the air-fuel ratio is set at the target air-fuel ratio with respect to the maximum injection amount of the fuel allowed by the injection amount of the fuel at that time. The actuator 12 is controlled so as to adjust an opening of the throttle valve 6 to the opening providing the set target suction air amount. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
圧縮天然ガス(CNG)を用いる内燃機関では、燃料タンク内に気体燃料(メタンガス等)が圧縮状態で貯蔵されており、気相状態の燃料を燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御では、まず、吸入空気量と機関回転速度等から燃料噴射量が求められ、この燃料噴射量の燃料を燃焼室に供給するのに必要な燃料噴射時間、すなわち燃料噴射弁の開弁時間が算出される。
【0003】
ここで、燃料として圧縮天然ガスを用いる内燃機関では、燃料タンク内の気体燃料が過度に減少するなどして同タンク内の圧力が低下すると、燃料の噴射圧も低下するようになる。このように燃料の噴射圧が低下すると、単位時間当たりの燃料噴射量が減少する。そのため、要求された燃料噴射量を燃焼室内に供給するためには、噴射圧が低下するほど燃料噴射時間を長くする必要がある。しかし、燃料を燃焼室に供給することのできる時間には限界があり、通常、燃料噴射時間は機関回転速度に応じた最大燃料噴射時間以上の値をとることはできない。従って、この最大燃料噴射時間をもってしても、要求される燃料噴射量を噴射しきれないほど噴射圧が低下した場合には、燃焼室に供給される燃料量が不足するようになる。
【0004】
他方、近年の内燃機関の排気系には、排気中の有害成分を浄化するための触媒が設けられている。この触媒は上述したような燃料不足の状況下において損傷するおそれのあることが知られている。
【0005】
例えば、燃料不足によって失火が起き、未燃焼ガスが排気通路に導入されると、高温になっている触媒上で未燃焼ガスが燃焼し、同触媒が過熱されてしまう。
また、燃料不足によって混合気の空燃比がリーンになり、排気中の酸素濃度が高くなる場合には、高温になっている触媒の劣化が進行し、これによっても触媒が損傷してしまうおそれがあることも知られている。
【0006】
そこで、このような圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関での燃料噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑えるために、例えば特許文献1に記載の装置では、燃料噴射圧が低下すると断続的に燃料カットを行うようにしている。このように燃料カットを行えば、未燃焼ガスの発生が抑えられるため、上述したような未燃焼ガスに起因する触媒の損傷を抑制することができるようになる。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−345921号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1に記載の装置では、断続的に燃料カットを行うようにしているため、燃料カット実行中には排気通路に空気のみが導入される。そのため、上述したような酸素濃度の高い雰囲気中で進行する触媒の劣化までも抑えることは難しい。
【0009】
なお、圧縮天然ガス用の内燃機関に限らず、気相状態や液相状態の燃料が燃料噴射弁から噴射される液化天然ガス用の内燃機関、あるいはガソリン機関やディーゼル機関等にあっても、燃料噴射圧の低下に起因する上記不具合は概ね共通のものになっている。
【0010】
この発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑制することのできる内燃機関の吸入空気量制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置であって、運転者の負荷要求に基づき算出された第1の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比とするための第2の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定することをその要旨とする。
【0012】
同構成では、そのときの燃料噴射圧で噴射できる最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比にするための吸入空気量を第2の吸入空気量としている。従って、燃料の噴射圧が低下し、要求された燃料噴射量を燃料噴射時間内に全て噴射できない場合であっても、目標吸入空気量として少なくともこの第2の吸入空気量が設定されれば、空燃比を目標空燃比にすることができる。
【0013】
そして、このような第2の吸入空気量と、運転者の負荷要求に基づき算出された第1の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方が目標吸入空気量として設定される。従って、目標吸入空気量として第2の吸入空気量以上の吸入空気量が設定されることはなく、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を目標空燃比にすることができる。このとき、目標空燃比を好適に設定することで、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑制することができるようになる。
【0014】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを、燃料の噴射圧に基づいて判定することをその要旨とする。
【0015】
燃料の噴射圧が高い場合、すなわち運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧であれば、上述したような燃料噴射圧の低下に起因する触媒の損傷は生じにくい。そこで、上記請求項2に記載の構成では、燃料の噴射圧に基づき、上記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを判定するようにしている。従って、触媒損傷のおそれがないときには上記目標吸入空気量の設定がなされなくなり、例えば該設定を行う制御装置の負荷を好適に軽減することができるようになる。
【0016】
請求項3に記載の発明は、内燃機関の吸入空気量制御装置であって、運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧よりも燃料の噴射圧が低下したときに、そのときの噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比とするための吸入空気量を目標吸入空気量として設定することをその要旨とする。
【0017】
同構成によれば、燃料の噴射圧が低下し、要求された燃料噴射量を燃料噴射時間内に全て噴射できない場合に、その燃料噴射圧で噴射できる最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比にするための吸入空気量が目標吸入空気量として設定される。従って、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を目標空燃比にすることができる。このとき、目標空燃比を好適に設定すれば、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷を抑制することができるようになる。
【0018】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標空燃比として、理論空燃比が設定されることをその要旨とする。
【0019】
同構成によれば、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比が理論空燃比にされる。このように混合気の空燃比が理論空燃比とされる場合には、失火に起因する未燃焼ガスの発生が抑制されるとともに、排気中の酸素濃度も低く抑えられるため、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標空燃比として、内燃機関の排気系に設けられる触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値が設定されることをその要旨とする。
【0021】
混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ触媒の損傷は抑制することができる。この点を考慮し、上記請求項5に記載の構成では、実験等を通じて設定され、かつ触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値が上記目標空燃比として設定される。従って、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記目標空燃比として、混合気の失火発生を回避し得る空燃比の最小値が設定されることをその要旨とする。
【0023】
混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ混合気の失火は生じにくく、触媒の損傷を抑制することができる。また、失火が生じにくい状況、すなわち燃料の燃焼が正常に行われる状況では、排気中の未燃焼ガスの量も低く抑えられている。この点を考慮し、上記請求項6に記載の構成では、実験等を通じて設定され、かつ混合気の失火を回避し得る空燃比の最小値が上記目標空燃比として設定される。従って、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、触媒の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【0024】
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記吸入空気量を表すパラメータとして、吸入空気量を調量する調量機構の制御量が用いられることをその要旨とする。
【0025】
同構成によれば、吸入空気量を調量する調量機構によって、上記第1の吸入空気量や第2の吸入空気量が実際に確保される。従って、実際の吸入空気量を上記目標吸入空気量に合わせることができるようになる。
【0026】
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記調量機構の制御量として、吸気通路内に設けられるスロットル弁の開度が用いられることをその要旨とする。
【0027】
同構成によれば、スロットル弁の制御量、すなわちスロットル開度が上記目標空気量を確保することのできる開度に設定されることで、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に確実に合わせることができるようになる。
【0028】
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、前記内燃機関は、気体燃料を用いる内燃機関であることをその要旨とする。
【0029】
気体燃料を用いる内燃機関では、燃料タンク内の燃料が減少した場合に燃料の噴射圧が低下しやすく、他の燃料を用いる内燃機関よりも、燃料の噴射圧の低下に起因する触媒の損傷が起こりやすい。この点、気体燃料を用いる内燃機関に、上記請求項1〜8のいずれかに記載の発明の構成を適用する上記請求項9に記載の構成によれば、こういった問題を有効に解決することができるようになる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置を具体化した一実施の形態について図1、図2に基づき、詳細に説明する。
【0031】
図1は、この吸入空気量制御装置が適用された圧縮天然ガスを燃料とする内燃機関2と、その燃料供給系を示す概略構成図である。
この内燃機関2は複数の気筒を有し、吸気通路4から吸入される空気及び燃料噴射弁16から噴射される燃料からなる混合気がシリンダ2a及びピストン2bによって区画形成される燃焼室2cに吸入される。そして、この混合気は燃焼室2cに備えられる点火プラグにより点火されて燃焼され、燃焼後は排気として前記燃焼室2cから排気通路18へ排出される。
【0032】
吸気通路4内には、吸入空気量の調量機構を構成するスロットル弁6が配設されており、このスロットル弁6の開度はアクチュエータ12によって調整される。また、排気通路18の途中には、排気中の有害成分を浄化する触媒19が設けられている。
【0033】
内燃機関2の燃料供給系は、燃料タンク30、高圧燃料配管31、低圧燃料配管33、減圧弁32、デリバリパイプ34、並びに複数の気筒に対応して設けられた燃料噴射弁16(図1には1つのみ図示)等から構成されている。
【0034】
燃料タンク30には、圧縮された気体燃料(例えばメタンガス等)が気相状態で貯蔵されている。この燃料タンク30内と減圧弁32とが、高圧燃料配管31が接続されている。
【0035】
減圧弁32は、燃料タンク30内の気体燃料を減圧して燃料噴射弁16に供給するための弁であり、この減圧弁32とデリバリパイプ34との間には、低圧燃料配管33によって接続されている。
【0036】
デリバリパイプ34には、内燃機関2の各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁16が接続されており、このデリバリパイプ34は、低圧燃料配管33から供給された気体燃料を各燃料噴射弁16に供給する燃料分配管とされている。
【0037】
このデリバリパイプ34には、同デリバリパイプ34内の燃料圧力、換言すれば燃料の噴射圧PFを検出する燃圧センサ22が配設されている。
他方、前記内燃機関2には、上記燃圧センサ22の他にも、機関運転状態を検出するための各種センサが備えられている。例えば内燃機関2の出力軸であるクランクシャフトに近接して設けられる機関回転速度センサ23は、内燃機関2(クランクシャフト)の機関回転速度NEを検出する。また、吸気通路4内に設けられる吸入空気量センサ20は、吸入空気量GNを検出する。また、スロットル開度センサ21は、スロットル弁6の開度、すなわちスロットル開度を検出する。また、アクセル開度センサ24は、運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度ACCPを検出する。
【0038】
上記内燃機関2の燃料噴射制御やスロットル弁の開度制御等の各種制御は、電子制御装置10によって行われる。この電子制御装置10は中央処理制御装置(CPU)を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えば電子制御装置10には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ(ROM)、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)が設けられている。また電子制御装置10には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップRAM、入力インターフェース、出力インターフェース等も設けられている。そして、吸入空気量センサ20、スロットル開度センサ21、燃圧センサ22、機関回転速度センサ23、アクセル開度センサ24等からの出力信号は前記入力インターフェースに入力される。これら各センサ等により、内燃機関2の運転状態が検出される。
【0039】
一方、出力インターフェースは、内燃機関2の各燃料噴射弁16を駆動する駆動回路、及びアクチュエータ12を駆動する駆動回路等に接続されている。そして、電子制御装置10は上記各センサ等からの信号に基づき、ROM内に格納された制御プログラム及び初期データに従って、各燃料噴射弁16の開弁時間、すなわち燃料噴射時間やスロットル弁6の開度等を制御する。
【0040】
さて、このように構成された電子制御装置10では、内燃機関2が搭載された車両を運転する運転者の負荷要求に応じて、すなわちアクセル開度ACCP等に基づいてスロットル開度TAが算出される。そして、このスロットル開度TAに基づいてアクチュエータ12の駆動量が算出され、この算出値に基づいてアクチュエータ12が駆動されることでスロットル弁6の開度が運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。そして、この開度調整に応じて吸入空気量GNが変化する。一方、吸入空気と燃料噴射弁16からの噴射燃料とからなる混合気の空燃比が理論空燃比となるように、吸入空気量GNに応じた燃料噴射量が電子制御装置10によって算出され、この算出された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁16の開弁時間、すなわち燃料噴射時間が決定される。
【0041】
ここで、圧縮天然ガスを用いる内燃機関2では、燃料タンク30内の気体燃料が過度に減少するなどして同燃料タンク30内の圧力が低下すると、上記燃料噴射時間にわたり燃料噴射弁16を開弁しても、吸入空気量GNに応じて算出された燃料噴射量を噴射できなくなる。そのため、燃焼室2cに供給される燃料量が不足するようになる。この場合には、吸入空気量GNに対する燃料の割合が少なくなり、空燃比はリーンになる。このように空燃比がリーン化する状況下では、失火に起因する未燃焼ガスが発生しやすく、また、排気中の酸素濃度も高くなる。そのため、前述したような理由により触媒19が損傷しやすくなる。
【0042】
そこで、本実施の形態では、燃料噴射圧の低下に起因して空燃比がリーンになる状況下では、運転者の負荷要求に基づいて算出されたスロットル開度よりもスロットル弁6の開度を小さくして吸入空気量を減少させることで、空燃比のリーン化を抑制し、もって触媒19の損傷を抑えるようにしている。
【0043】
より具体的には、運転者の負荷要求に基づき算出される第1の吸入空気量を表すパラメータとして、スロットル開度TAを用いる。また、燃圧センサ22で検出された燃料の噴射圧PFにより許容される最大燃料噴射量Qmaxに対して空燃比を理論空燃比とするための第2の吸入空気量を表すパラメータとして、最大許容スロットル開度TAmaxを用いる。そして、目標吸入空気量として、スロットル開度TAと最大許容スロットル開度TAmaxとのいずれか小さい方を選択し、最終スロットル開度TAFINとするようにしている。
【0044】
以下、本実施の形態にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置によるスロットル弁6の開度算出処理を、図2を併せ参照して詳細に説明する。
この図2は、上記開度算出処理の手順を示している。なお、本実施の形態において、この開度算出処理は、所定時間毎における割り込み処理として電子制御装置10により繰り返し実行される。
【0045】
この処理が開始されると、まず、アクセル開度ACCP及び機関回転速度NEに基づいてスロットル開度TAが求められる(S110)。
次に、燃圧センサ22で検出された噴射圧PFが所定値PFmin以下であるか否かが判定される(S120)。この所定値PFminは、触媒19の損傷を確実に回避できる噴射圧の最小値であり、予め実験等に基づいて設定されている。そして、噴射圧PFが所定値PFminよりも高いときには(S120でNO)、触媒19の損傷は生じ得ないと判断され、スロットル開度TAがそのまま最終スロットル開度TAFINとして設定され(S130)、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度TAFIN(この場合、スロットル開度TA)に対応した制御量でアクチュエータ12が駆動され、スロットル弁6の開度は運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。
【0046】
一方、噴射圧PFが所定値PFmin以下のときには(S120でYES)、触媒19の損傷が生じるおそれがあるとして、以下の処理が引き続き行われる。まず、噴射圧PF、機関回転速度NEに基づき、最大許容スロットル開度TAmaxが求められる(S140)。この最大許容スロットル開度TAmaxは、噴射圧PFにおいて許容される燃料の最大噴射量に対し、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度であり、次のようにして求められる。
【0047】
まず、燃料噴射が可能な噴射時間は、機関回転速度NEの増加に伴って短くなる傾向にある。そこで、このような傾向に基づき、現在の機関回転速度NEにおける最大燃料噴射時間TAUmaxが算出される。また、燃料噴射時間内に噴射される燃料量は、噴射圧PFが低くなるにつれて減少する傾向にある。そこで、このような傾向に基づき、現在の噴射圧PFにおいて、最大燃料噴射時間TAUmax内に噴射できる最大燃料噴射量Qmaxが算出される。すなわち、現在の噴射圧PFにより許容される燃料の最大噴射量が算出される。そして、この最大燃料噴射量Qmaxにおいて空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が求められ、この求められた吸入空気量が得られるスロットル開度として、上記最大許容スロットル開度TAmaxが求められる。
【0048】
次に、最大許容スロットル開度TAmaxと上記スロットル開度TAとが比較される(S150)。そして、スロットル開度TAが最大許容スロットル開度TAmax以上である場合には(S150でYES)、最大許容スロットル開度TAmaxが最終スロットル開度TAFINに設定され(S160)、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度TAFIN(この場合、最大許容スロットル開度TAmax)に対応した制御量でアクチュエータ12が駆動され、スロットル弁6の開度は、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度に調整される。
【0049】
他方、スロットル開度TAが最大許容スロットル開度TAmax未満である場合には(S150でNO)、スロットル開度TAが最終スロットル開度TAFINに設定され(S130)、本処理が終了される。その後、最終スロットル開度TAFIN(この場合、スロットル開度TA)に対応した制御量でアクチュエータ12が駆動され、スロットル弁6の開度が運転者の負荷要求に応じた開度に調整される。
【0050】
このように、本実施の形態における開度算出処理では、噴射圧PFにおいて許容される最大燃料噴射量Qmaxに対し、空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られる最大許容スロットル開度TAmaxを算出するようにしている。従って、スロットル弁6の開度が、この最大許容スロットル開度TAmaxを越えない限り、空燃比を理論空燃比にすることができる。
【0051】
そして、スロットル開度TAが、このように設定される最大許容スロットル開度TAmax以上である場合には、スロットル開度TAで得られる吸入空気量が、噴射圧PFにおいて噴射可能な最大燃料噴射量Qmaxに対して過剰になる場合であり、空燃比がリーンになる。そこで、スロットル弁6の開度は、スロットル開度TAよりも小さい上記最大許容スロットル開度TAmaxに設定され、理論空燃比を確保し得るスロットル開度に調整されるようにしている。
【0052】
一方、噴射圧PFが所定値PFmin以下であっても、運転者の負荷要求に応じて算出されたスロットル開度TAの値が小さく、吸入空気量GNが少ないときには、要求される燃料噴射量が上記最大燃料噴射量Qmaxよりも少なくなる場合もある。この場合には、上記スロットル開度TAで得られる吸入空気量でも、混合気の空燃比を理論空燃比にすることができるため、あえてスロットル開度を最大許容スロットル開度TAmaxよりも小さくする必要はない。そこで上記開度算出処理では、スロットル開度TAが最大許容スロットル開度TAmax未満である場合には、運転者の負荷要求に応じた吸入空気量を確保するべく、上記スロットル開度TAにスロットル弁6の開度が調整される。
【0053】
このように、本実施の形態では、燃料の噴射圧が低下する場合であっても、空燃比を理論空燃比にすることができるため、噴射圧の低下に起因して生じやすくなる空燃比のリーン化を回避することができ、もって触媒19の損傷を抑えることができる。
【0054】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
(1)現在の噴射圧PFで噴射できる最大燃料噴射量Qmaxに対して空燃比を理論空燃比にすることのできる吸入空気量が得られるスロットル開度を最大許容スロットル開度TAmaxとして算出するようにしている。
【0055】
そして、この最大許容スロットル開度TAmaxと運転者の負荷要求に基づき算出されたスロットル開度TAのうち、いずれか小さい方を最終スロットル開度TAFINに設定している。従って、スロットル開度として最大許容スロットル開度TAmax以上の開度が設定されることはなく、燃料の噴射圧PFが低下する場合であっても、空燃比を理論空燃比にすることができる。そのため、燃料の噴射圧PFの低下に起因する空燃比のリーン化が回避され、触媒19の損傷を抑制することができるようになる。
【0056】
(2)燃料の噴射圧PFと所定値PFminとの比較に基づき、最大許容スロットル開度TAmaxの算出、及び最大許容スロットル開度TAmaxとスロットル開度TAとの比較を実行するか否かの判断を行うようにしている。そのため、触媒19の損傷のおそれがないときには、最大許容スロットル開度TAmaxの算出やスロットル開度TAとの比較が行われなくなり、同算出や比較を実行する電子制御装置10の負荷を好適に軽減することができるようになる。
【0057】
(3)空燃比を理論空燃比にすることのできるスロットル開度を最大許容スロットル開度TAmaxとして算出するようにしている。従って、燃料の噴射圧PFが低下し、空燃比がリーン化する場合であっても、空燃比が理論空燃比にされる。そのため、失火に起因する未燃焼ガスの発生が抑制されるとともに、排気中の酸素濃度も低く抑えられ、もって触媒19の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【0058】
(4)吸入空気量を調量するスロットル弁6の制御量、すなわちスロットル弁6の開度と吸入空気量とは相関関係にある。そこで、運転者の負荷要求に基づき算出された第1の吸入空気量を表すパラメータとしてスロットル開度TAを用いるようにしている。また、そのときの燃料の噴射圧PFにより許容される最大燃料噴射量Qmaxに対して空燃比を理論空燃比とすることのできる第2の吸入空気量を表すパラメータとして最大許容スロットル開度TAmaxを用いるようにしている。そして、目標吸入空気量として、スロットル開度TAと最大許容スロットル開度TAmaxとのいずれか小さい方を選択し、最終スロットル開度TAFINとするようにしている。従って、吸入空気量を調量する調量機構を構成するスロットル弁6の開度が上記スロットル開度TAや最大許容スロットル開度TAmaxに設定されることで、実際の吸入空気量を目標吸入空気量に確実に合わせることができるようになる。
【0059】
(5)気体燃料を用いる内燃機関2では、燃料タンク30内の燃料が減少した場合に燃料の噴射圧PFが低下しやすい。このような内燃機関2に、本実施の形態にかかる吸入空気量制御装置を適用している。従って、燃料の噴射圧が低下しやすい内燃機関2において、触媒19の損傷を抑制することができるようになる。
【0060】
(6)本実施の形態では、触媒19の損傷を抑制するために、前述した公報に記載の装置のような燃料カットを行っていない。そのため、燃料カットに起因するドライバビリティの悪化を防ぐこともできるようになる。
【0061】
なお、上記各実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、触媒19の損傷を確実に回避できる噴射圧の最小値を所定値PFminとして設定した。これに代えて、運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧よりも燃料の噴射圧PFが低下したときには、必ず上記最大許容スロットル開度TAmaxを最終スロットル開度TAFINとして設定するようにしてもよい。例えば、触媒19の損傷が確実に発生する噴射圧の最大値を実験等を通じて予め求め、その実験から得られた値を上記所定値PFminとして設定し、図2に示したスロットル開度TAと最大許容スロットル開度TAmaxとの比較処理(S150)を省略するようにしてもよい。
【0062】
・上記実施の形態では、噴射圧PFが所定値PFmin以下のときに、最大許容スロットル開度TAmaxの算出、及び同最大許容スロットル開度TAmaxとスロットル開度TAとの比較を行うようにした。これに代えて、図2に示したS120の処理、すなわち噴射圧PFと所定値PFminとの比較判定処理を省略するようにしてもよい。この場合には、噴射圧PFにかかわらず、常に最大許容スロットル開度TAmaxの算出、及び同最大許容スロットル開度TAmaxとスロットル開度TAとの比較が行われるようにはなるものの、上記実施の形態に準ずる作用効果を得ることができるようになる。
【0063】
・上記実施の形態では、目標空燃比を理論空燃比に設定した場合の開度算出処理について説明した。ここで、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ触媒19の損傷は抑制することができる。この点を考慮し、目標空燃比として、触媒19の損傷を回避し得る空燃比の最小値を実験等により求め、この空燃比の最小値を目標空燃比として設定するようにしてもよい。
【0064】
また、混合気の空燃比がリーンになる場合であっても、過度のリーンでなければ混合気の失火は生じにくく、触媒19の損傷は抑制することができる。さらに、失火が生じにくい状況、すなわち燃料の燃焼が正常に行われる状況では、排気中の未燃焼ガスの量も低く抑えられている。この点を考慮し、目標空燃比として、混合気の失火発生を回避し得る空燃比の最小値を実験等により求め、この空燃比の最小値を目標空燃比として設定するようにしてもよい。これらの場合であっても、燃料の噴射圧PFの低下による触媒19の損傷を確実に抑制することができるようになる。
【0065】
・上記実施の形態では、吸入空気量を表すパラメータとしてスロットル弁6の開度を用いた。この他にも、吸気バルブや排気バルブのリフト量、あるいはバルブタイミングなどを機関運転状態に応じて変更することで、吸入空気量を調量する調量機構を備える内燃機関にあっては、吸入空気量を表すパラメータとして、上記リフト量やバルブタイミングなどを用いるようにしてもよい。
【0066】
・上記実施の形態では、燃圧センサ22をデリバリパイプ34に設けたが、燃料噴射弁16の噴射圧PFを検出することができる箇所であれば、どこに設けてもよい。
【0067】
・上記実施の形態では、圧縮天然ガスを燃料として用いる内燃機関に本発明にかかる吸入空気量制御装置を適用した場合について例示した。しかしながら、気相状態や液相状態の燃料が燃料噴射弁から噴射される液化天然ガス用の内燃機関、あるいはガソリン機関やディーゼル機関等にあっても、燃料の噴射圧が低下すると、上述した理由により触媒の損傷が生じるおそれはあり、このような各内燃機関にも本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる内燃機関の吸入空気量制御装置の一実施の形態について、その概略構成を示す図。
【図2】同実施の形態によるスロットル弁の開度算出の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
2…内燃機関、2a…シリンダ、2b…ピストン、2c…燃焼室、4…吸気通路、6…スロットル弁、10…電子制御装置、12…アクチュエータ、16…燃料噴射弁、18…排気通路、19…触媒、20…吸入空気量センサ、21…スロットル開度センサ、22…燃圧センサ、23…機関回転速度センサ、24…アクセル開度センサ、30…燃料タンク、31…高圧燃料配管、32…減圧弁、33…低圧燃料配管、34…デリバリパイプ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake air amount control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine using compressed natural gas (CNG), gaseous fuel (methane gas or the like) is stored in a compressed state in a fuel tank, and fuel injection control for injecting fuel in a gaseous state from a fuel injection valve is performed. In this fuel injection control, first, a fuel injection amount is obtained from the intake air amount and the engine speed, and the fuel injection time required to supply the fuel of this fuel injection amount to the combustion chamber, that is, the opening of the fuel injection valve. The valve time is calculated.
[0003]
Here, in an internal combustion engine that uses compressed natural gas as fuel, if the pressure in the fuel tank decreases due to an excessive decrease in gaseous fuel in the fuel tank, the fuel injection pressure also decreases. When the fuel injection pressure decreases in this way, the fuel injection amount per unit time decreases. Therefore, in order to supply the required fuel injection amount into the combustion chamber, it is necessary to increase the fuel injection time as the injection pressure decreases. However, there is a limit to the time during which fuel can be supplied to the combustion chamber, and usually, the fuel injection time cannot take a value longer than the maximum fuel injection time according to the engine speed. Therefore, even if the maximum fuel injection time is reached, if the injection pressure is so low that the required fuel injection amount cannot be injected, the amount of fuel supplied to the combustion chamber becomes insufficient.
[0004]
On the other hand, a recent exhaust system of an internal combustion engine is provided with a catalyst for purifying harmful components in exhaust gas. It is known that this catalyst can be damaged in the shortage of fuel conditions described above.
[0005]
For example, when a misfire occurs due to a shortage of fuel and unburned gas is introduced into the exhaust passage, the unburned gas burns on the hot catalyst, and the catalyst is overheated.
In addition, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes lean due to a shortage of fuel and the oxygen concentration in the exhaust gas becomes high, the deterioration of the high-temperature catalyst proceeds, which may damage the catalyst. It is also known that there are.
[0006]
Therefore, in order to suppress damage to the catalyst due to a decrease in the fuel injection pressure in an internal combustion engine using such compressed natural gas as a fuel, for example, in the device described in Patent Document 1, when the fuel injection pressure is reduced, the device is intermittent. To cut fuel. If the fuel cut is performed in this manner, the generation of unburned gas is suppressed, so that the above-described damage to the catalyst due to the unburned gas can be suppressed.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-345921 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the device described in Patent Document 1, since the fuel cut is performed intermittently, only air is introduced into the exhaust passage during the fuel cut. Therefore, it is difficult to suppress the deterioration of the catalyst which proceeds in the atmosphere having a high oxygen concentration as described above.
[0009]
Not only the internal combustion engine for compressed natural gas, but also in an internal combustion engine for liquefied natural gas in which fuel in a gas phase or a liquid phase is injected from a fuel injection valve, or in a gasoline engine or a diesel engine, The above problems caused by a decrease in the fuel injection pressure are generally common.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an intake air amount control device for an internal combustion engine that can suppress catalyst damage due to a decrease in fuel injection pressure. is there.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below.
The invention according to claim 1 is an intake air amount control device for an internal combustion engine, which is permitted by a first intake air amount calculated based on a driver's load request and a fuel injection pressure at that time. The gist is to set the smaller one of the second intake air amount for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount as the target intake air amount.
[0012]
In this configuration, the intake air amount for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio with respect to the maximum injection amount that can be injected with the fuel injection pressure at that time is set as the second intake air amount. Therefore, even if the injection pressure of the fuel is reduced and the required fuel injection amount cannot be completely injected within the fuel injection time, if at least the second intake air amount is set as the target intake air amount, The air-fuel ratio can be set to the target air-fuel ratio.
[0013]
The smaller of the second intake air amount and the first intake air amount calculated based on the driver's load request is set as the target intake air amount. Therefore, an intake air amount equal to or larger than the second intake air amount is not set as the target intake air amount, and the air-fuel ratio can be set to the target air-fuel ratio even when the fuel injection pressure decreases. . At this time, by appropriately setting the target air-fuel ratio, it is possible to suppress the damage to the catalyst due to the decrease in the fuel injection pressure.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to the first aspect, it is determined whether or not to execute the setting of the target intake air amount based on a fuel injection pressure. Is the gist.
[0015]
If the fuel injection pressure is high, that is, if the injection pressure is such that the fuel injection amount can be ensured in accordance with the driver's load request, the above-described reduction in the fuel injection pressure hardly causes damage to the catalyst. Therefore, in the configuration of the second aspect, it is determined whether or not to execute the setting of the target intake air amount based on the fuel injection pressure. Therefore, when there is no risk of catalyst damage, the setting of the target intake air amount is not performed, and, for example, the load on the control device that performs the setting can be reduced appropriately.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an intake air amount control device for an internal combustion engine, wherein the fuel injection pressure is lower than an injection pressure capable of securing a fuel injection amount according to a load demand of a driver. The gist is to set the intake air amount for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount permitted by the injection pressure at that time as the target intake air amount.
[0017]
According to this configuration, when the injection pressure of the fuel decreases and the required fuel injection amount cannot be completely injected within the fuel injection time, the air-fuel ratio is set to the target air-fuel ratio with respect to the maximum injection amount that can be injected at the fuel injection pressure. The intake air amount for setting the fuel ratio is set as the target intake air amount. Therefore, even when the fuel injection pressure decreases, the air-fuel ratio can be set to the target air-fuel ratio. At this time, if the target air-fuel ratio is appropriately set, it is possible to suppress the damage to the catalyst due to the decrease in the fuel injection pressure.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the gist is that a stoichiometric air-fuel ratio is set as the target air-fuel ratio.
[0019]
According to this configuration, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio even when the fuel injection pressure decreases. When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to the stoichiometric air-fuel ratio in this way, the generation of unburned gas due to misfire is suppressed, and the oxygen concentration in the exhaust gas is also kept low. Can be suppressed.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the intake air amount control apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, damage to a catalyst provided in an exhaust system of the internal combustion engine is avoided as the target air-fuel ratio. The gist is that the minimum value of the obtained air-fuel ratio is set.
[0021]
Even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes lean, damage to the catalyst can be suppressed unless it is excessively lean. In view of this point, in the configuration according to the fifth aspect, the minimum value of the air-fuel ratio that is set through experiments and the like and that can avoid damage to the catalyst is set as the target air-fuel ratio. Therefore, even if the fuel injection pressure decreases, damage to the catalyst can be reliably suppressed.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, the target air-fuel ratio is a minimum value of an air-fuel ratio capable of avoiding occurrence of misfire of the air-fuel mixture. Is set as the gist.
[0023]
Even in the case where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes lean, unless the air-fuel ratio is excessively lean, misfire of the air-fuel mixture hardly occurs and damage to the catalyst can be suppressed. Further, in a situation where misfire is unlikely to occur, that is, in a situation where fuel combustion is performed normally, the amount of unburned gas in exhaust gas is also kept low. In view of this point, in the configuration of the sixth aspect, the minimum value of the air-fuel ratio that is set through experiments and the like and that can avoid misfire of the air-fuel mixture is set as the target air-fuel ratio. Therefore, even if the fuel injection pressure decreases, damage to the catalyst can be reliably suppressed.
[0024]
According to a seventh aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of the first to sixth aspects, a metering mechanism for adjusting an intake air amount as a parameter representing the intake air amount is provided. The gist is that a controlled variable is used.
[0025]
According to this configuration, the first intake air amount and the second intake air amount are actually secured by the adjustment mechanism that adjusts the intake air amount. Therefore, the actual intake air amount can be adjusted to the target intake air amount.
[0026]
According to an eighth aspect of the present invention, in the intake air amount control apparatus for an internal combustion engine according to the seventh aspect, an opening degree of a throttle valve provided in an intake passage is used as a control amount of the metering mechanism. This is the gist.
[0027]
According to this configuration, the control amount of the throttle valve, that is, the throttle opening is set to an opening that can secure the target air amount, so that the actual intake air amount is reliably adjusted to the target intake air amount. Will be able to do it.
[0028]
According to a ninth aspect of the present invention, in the intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of the first to eighth aspects, the gist is that the internal combustion engine is an internal combustion engine using a gaseous fuel.
[0029]
In an internal combustion engine that uses gaseous fuel, the fuel injection pressure tends to decrease when the fuel in the fuel tank decreases, and the damage to the catalyst due to a decrease in the fuel injection pressure is lower than in internal combustion engines that use other fuels. Easy to happen. In this regard, according to the configuration of the ninth aspect of the present invention, in which the configuration of the first aspect is applied to an internal combustion engine using a gaseous fuel, such a problem is effectively solved. Will be able to do it.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an intake air amount control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0031]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine 2 using compressed natural gas as a fuel to which the intake air amount control device is applied, and a fuel supply system thereof.
The internal combustion engine 2 has a plurality of cylinders, and a mixture of air sucked from an intake passage 4 and fuel injected from a fuel injection valve 16 is sucked into a combustion chamber 2c defined by a cylinder 2a and a piston 2b. Is done. Then, the air-fuel mixture is ignited by an ignition plug provided in the combustion chamber 2c and burned, and after combustion, is discharged from the combustion chamber 2c to the exhaust passage 18 as exhaust gas.
[0032]
A throttle valve 6 constituting a mechanism for adjusting the amount of intake air is disposed in the intake passage 4, and the opening of the throttle valve 6 is adjusted by an actuator 12. A catalyst 19 for purifying harmful components in the exhaust gas is provided in the exhaust passage 18.
[0033]
The fuel supply system of the internal combustion engine 2 includes a fuel tank 30, a high-pressure fuel pipe 31, a low-pressure fuel pipe 33, a pressure reducing valve 32, a delivery pipe 34, and a fuel injection valve 16 (see FIG. (Only one is shown).
[0034]
In the fuel tank 30, compressed gaseous fuel (for example, methane gas or the like) is stored in a gaseous state. The high pressure fuel pipe 31 is connected to the inside of the fuel tank 30 and the pressure reducing valve 32.
[0035]
The pressure reducing valve 32 is a valve for reducing the pressure of the gaseous fuel in the fuel tank 30 and supplying it to the fuel injection valve 16. The pressure reducing valve 32 is connected between the pressure reducing valve 32 and the delivery pipe 34 by a low pressure fuel pipe 33. ing.
[0036]
The fuel injection valves 16 provided for the respective cylinders of the internal combustion engine 2 are connected to the delivery pipes 34. The delivery pipes 34 supply the gas fuel supplied from the low-pressure fuel pipe 33 to the fuel injection valves 16. A fuel distribution pipe for supplying to the fuel supply line 16 is provided.
[0037]
The delivery pipe 34 is provided with a fuel pressure sensor 22 for detecting a fuel pressure in the delivery pipe 34, in other words, a fuel injection pressure PF.
On the other hand, the internal combustion engine 2 is provided with various sensors for detecting an engine operating state in addition to the fuel pressure sensor 22. For example, an engine speed sensor 23 provided close to a crankshaft which is an output shaft of the internal combustion engine 2 detects an engine speed NE of the internal combustion engine 2 (crankshaft). Further, an intake air amount sensor 20 provided in the intake passage 4 detects an intake air amount GN. The throttle opening sensor 21 detects the opening of the throttle valve 6, that is, the throttle opening. The accelerator opening sensor 24 detects the amount of depression of an accelerator pedal operated by the driver, that is, the accelerator opening ACCP.
[0038]
Various controls such as the fuel injection control of the internal combustion engine 2 and the throttle valve opening control are performed by the electronic control unit 10. The electronic control device 10 is mainly configured by a microcomputer having a central processing control device (CPU). For example, the electronic control unit 10 is provided with a read-only memory (ROM) in which various programs, maps, and the like are stored in advance, and a random access memory (RAM) in which calculation results of the CPU and the like are temporarily stored. The electronic control unit 10 is also provided with a backup RAM, an input interface, an output interface, and the like for storing calculation results, pre-stored data, and the like even after the engine stops. Output signals from the intake air amount sensor 20, the throttle opening sensor 21, the fuel pressure sensor 22, the engine speed sensor 23, the accelerator opening sensor 24, and the like are input to the input interface. The operating state of the internal combustion engine 2 is detected by these sensors and the like.
[0039]
On the other hand, the output interface is connected to a drive circuit for driving each fuel injection valve 16 of the internal combustion engine 2, a drive circuit for driving the actuator 12, and the like. Then, based on the signals from the sensors and the like, the electronic control unit 10 operates according to the control program and the initial data stored in the ROM to open the fuel injection valves 16, that is, the fuel injection time and the opening time of the throttle valve 6. Control the degree etc.
[0040]
Now, in the electronic control device 10 configured as described above, the throttle opening TA is calculated according to the load request of the driver who drives the vehicle equipped with the internal combustion engine 2, that is, based on the accelerator opening ACCP and the like. You. Then, a driving amount of the actuator 12 is calculated based on the throttle opening TA, and the actuator 12 is driven based on the calculated value, so that the opening of the throttle valve 6 is adjusted according to the load demand of the driver. It is adjusted to. Then, the intake air amount GN changes according to the opening degree adjustment. On the other hand, the electronic control unit 10 calculates a fuel injection amount according to the intake air amount GN so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture composed of the intake air and the fuel injected from the fuel injection valve 16 becomes the stoichiometric air-fuel ratio. The opening time of the fuel injection valve 16, that is, the fuel injection time is determined based on the calculated fuel injection amount.
[0041]
Here, in the internal combustion engine 2 using compressed natural gas, when the pressure in the fuel tank 30 decreases due to an excessive decrease in gaseous fuel in the fuel tank 30, the fuel injection valve 16 is opened for the fuel injection time. Even if the valve is opened, the fuel injection amount calculated according to the intake air amount GN cannot be injected. Therefore, the amount of fuel supplied to the combustion chamber 2c becomes insufficient. In this case, the ratio of fuel to the intake air amount GN decreases, and the air-fuel ratio becomes lean. In such a situation where the air-fuel ratio is lean, unburned gas due to misfire is likely to be generated, and the oxygen concentration in the exhaust gas is also high. Therefore, the catalyst 19 is easily damaged for the above-described reason.
[0042]
Therefore, in the present embodiment, in a situation where the air-fuel ratio becomes lean due to a decrease in the fuel injection pressure, the opening of the throttle valve 6 is set smaller than the throttle opening calculated based on the driver's load request. By reducing the intake air amount to make it smaller, the leaning of the air-fuel ratio is suppressed, and thus the damage of the catalyst 19 is suppressed.
[0043]
More specifically, the throttle opening degree TA is used as a parameter indicating the first intake air amount calculated based on the driver's load request. The maximum allowable throttle is used as a parameter representing the second intake air amount for setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount Qmax allowed by the fuel injection pressure PF detected by the fuel pressure sensor 22. The opening degree TAmax is used. Then, the smaller of the throttle opening TA and the maximum allowable throttle opening TAmax is selected as the target intake air amount, and the final throttle opening TAFIN is selected.
[0044]
Hereinafter, an opening degree calculation process of the throttle valve 6 by the intake air amount control device for the internal combustion engine according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 2 shows a procedure of the opening degree calculation processing. In the present embodiment, the opening degree calculation process is repeatedly executed by the electronic control unit 10 as an interruption process at predetermined time intervals.
[0045]
When this process is started, first, the throttle opening TA is obtained based on the accelerator opening ACCP and the engine speed NE (S110).
Next, it is determined whether the injection pressure PF detected by the fuel pressure sensor 22 is equal to or less than a predetermined value PFmin (S120). This predetermined value PFmin is a minimum value of the injection pressure that can reliably avoid damage to the catalyst 19, and is set in advance based on experiments and the like. When the injection pressure PF is higher than the predetermined value PFmin (NO in S120), it is determined that the catalyst 19 cannot be damaged, and the throttle opening TA is directly set as the final throttle opening TAFIN (S130). The process ends. Thereafter, the actuator 12 is driven by a control amount corresponding to the final throttle opening TAFIN (in this case, the throttle opening TA), and the opening of the throttle valve 6 is adjusted to an opening according to the load demand of the driver.
[0046]
On the other hand, when the injection pressure PF is equal to or less than the predetermined value PFmin (YES in S120), it is determined that the catalyst 19 may be damaged, and the following processing is continuously performed. First, the maximum allowable throttle opening degree TAmax is determined based on the injection pressure PF and the engine speed NE (S140). The maximum allowable throttle opening TAmax is a throttle opening at which an intake air amount capable of setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount permitted at the injection pressure PF is obtained as follows. Is required.
[0047]
First, the injection time during which fuel injection is possible tends to become shorter as the engine speed NE increases. Therefore, based on such a tendency, the maximum fuel injection time TAUmax at the current engine speed NE is calculated. The amount of fuel injected within the fuel injection time tends to decrease as the injection pressure PF decreases. Therefore, based on such a tendency, the maximum fuel injection amount Qmax that can be injected within the maximum fuel injection time TAUmax at the current injection pressure PF is calculated. That is, the maximum fuel injection amount allowed by the current injection pressure PF is calculated. Then, at this maximum fuel injection amount Qmax, an intake air amount capable of setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio is obtained. As the throttle opening at which the obtained intake air amount is obtained, the maximum allowable throttle opening TAmax is obtained. Desired.
[0048]
Next, the maximum allowable throttle opening TAmax is compared with the throttle opening TA (S150). If the throttle opening TA is equal to or larger than the maximum allowable throttle opening TAmax (YES in S150), the maximum allowable throttle opening TAmax is set to the final throttle opening TAFIN (S160), and the process ends. . Thereafter, the actuator 12 is driven with a control amount corresponding to the final throttle opening TAFIN (in this case, the maximum allowable throttle opening TAmax), and the opening of the throttle valve 6 is adjusted so that the air-fuel ratio can be set to the stoichiometric air-fuel ratio. The throttle opening is adjusted to obtain the amount of air.
[0049]
On the other hand, if the throttle opening TA is less than the maximum allowable throttle opening TAmax (NO in S150), the throttle opening TA is set to the final throttle opening TAFIN (S130), and the process is terminated. Thereafter, the actuator 12 is driven by a control amount corresponding to the final throttle opening TAFIN (in this case, the throttle opening TA), and the opening of the throttle valve 6 is adjusted to the opening in accordance with the load demand of the driver.
[0050]
As described above, in the opening degree calculation process according to the present embodiment, the maximum allowable throttle that can obtain the intake air amount that can set the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount Qmax allowed at the injection pressure PF. The opening degree TAmax is calculated. Therefore, as long as the opening of the throttle valve 6 does not exceed the maximum allowable throttle opening TAmax, the air-fuel ratio can be set to the stoichiometric air-fuel ratio.
[0051]
When the throttle opening TA is equal to or larger than the maximum allowable throttle opening TAmax set in this way, the intake air amount obtained at the throttle opening TA is the maximum fuel injection amount that can be injected at the injection pressure PF. This is a case where the air-fuel ratio becomes excessive with respect to Qmax, and the air-fuel ratio becomes lean. Therefore, the opening of the throttle valve 6 is set to the maximum allowable throttle opening TAmax smaller than the throttle opening TA, and is adjusted to a throttle opening that can secure the stoichiometric air-fuel ratio.
[0052]
On the other hand, even when the injection pressure PF is equal to or less than the predetermined value PFmin, when the value of the throttle opening TA calculated according to the driver's load request is small and the intake air amount GN is small, the required fuel injection amount is small. The maximum fuel injection amount Qmax may be smaller than the maximum fuel injection amount Qmax. In this case, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be set to the stoichiometric air-fuel ratio even with the intake air amount obtained at the above-mentioned throttle opening TA. Therefore, it is necessary to intentionally make the throttle opening smaller than the maximum allowable throttle opening TAmax. There is no. Therefore, in the opening degree calculation processing, when the throttle opening degree TA is less than the maximum allowable throttle opening degree TAmax, the throttle opening degree TA is set to the throttle opening degree TA in order to secure an intake air amount according to the load demand of the driver. 6 is adjusted.
[0053]
As described above, in the present embodiment, even when the fuel injection pressure decreases, the air-fuel ratio can be set to the stoichiometric air-fuel ratio. Leaning can be avoided, and damage to the catalyst 19 can be suppressed.
[0054]
As described above, according to the intake air amount control device for an internal combustion engine according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The throttle opening degree at which the intake air amount that can make the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount Qmax that can be injected at the current injection pressure PF is calculated as the maximum allowable throttle opening degree TAmax. I have to.
[0055]
The smaller of the maximum allowable throttle opening TAmax and the throttle opening TA calculated based on the driver's load request is set as the final throttle opening TAFIN. Therefore, the throttle opening is not set to a value equal to or greater than the maximum allowable throttle opening TAmax, and the air-fuel ratio can be set to the stoichiometric air-fuel ratio even when the fuel injection pressure PF decreases. Therefore, leaning of the air-fuel ratio due to a decrease in the fuel injection pressure PF is avoided, and damage to the catalyst 19 can be suppressed.
[0056]
(2) Based on the comparison between the fuel injection pressure PF and the predetermined value PFmin, the calculation of the maximum allowable throttle opening TAmax and the determination of whether to execute the comparison between the maximum allowable throttle opening TAmax and the throttle opening TA are performed. To do. Therefore, when there is no risk of damage to the catalyst 19, the calculation of the maximum allowable throttle opening TAmax and the comparison with the throttle opening TA are not performed, and the load on the electronic control device 10 performing the calculation and comparison is reduced appropriately. Will be able to
[0057]
(3) The throttle opening capable of setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio is calculated as the maximum allowable throttle opening TAmax. Therefore, even when the fuel injection pressure PF decreases and the air-fuel ratio becomes lean, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the generation of unburned gas due to the misfire is suppressed, and the oxygen concentration in the exhaust gas is also kept low, so that the damage to the catalyst 19 can be surely suppressed.
[0058]
(4) There is a correlation between the control amount of the throttle valve 6 for adjusting the intake air amount, that is, the opening degree of the throttle valve 6 and the intake air amount. Therefore, the throttle opening degree TA is used as a parameter representing the first intake air amount calculated based on the driver's load request. Further, the maximum allowable throttle opening degree TAmax is set as a parameter representing a second intake air amount that can set the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the maximum fuel injection amount Qmax allowed by the fuel injection pressure PF at that time. I use it. Then, the smaller of the throttle opening TA and the maximum allowable throttle opening TAmax is selected as the target intake air amount, and the final throttle opening TAFIN is selected. Therefore, the actual intake air amount is reduced to the target intake air amount by setting the opening degree of the throttle valve 6 constituting the adjusting mechanism for adjusting the intake air amount to the above-mentioned throttle opening degree TA or the maximum allowable throttle opening degree TAmax. It will be possible to reliably adjust to the amount.
[0059]
(5) In the internal combustion engine 2 using gaseous fuel, when the fuel in the fuel tank 30 decreases, the fuel injection pressure PF tends to decrease. The intake air amount control device according to the present embodiment is applied to such an internal combustion engine 2. Therefore, in the internal combustion engine 2 in which the fuel injection pressure tends to decrease, damage to the catalyst 19 can be suppressed.
[0060]
(6) In the present embodiment, in order to suppress damage to the catalyst 19, a fuel cut as in the apparatus described in the above-mentioned publication is not performed. Therefore, deterioration of drivability due to the fuel cut can be prevented.
[0061]
The above embodiments can be modified and implemented as follows.
In the above embodiment, the minimum value of the injection pressure that can reliably avoid damage to the catalyst 19 is set as the predetermined value PFmin. Instead, when the fuel injection pressure PF is lower than the injection pressure capable of securing the fuel injection amount according to the driver's load request, the maximum allowable throttle opening TAmax is always set as the final throttle opening TAFIN. You may make it set. For example, the maximum value of the injection pressure at which the catalyst 19 is surely damaged is obtained in advance through an experiment or the like, and the value obtained from the experiment is set as the predetermined value PFmin, and the throttle opening TA shown in FIG. The comparison processing (S150) with the allowable throttle opening TAmax may be omitted.
[0062]
In the above embodiment, when the injection pressure PF is equal to or less than the predetermined value PFmin, the calculation of the maximum allowable throttle opening TAmax and the comparison between the maximum allowable throttle opening TAmax and the throttle opening TA are performed. Instead of this, the process of S120 shown in FIG. 2, that is, the process of comparing and determining the injection pressure PF and the predetermined value PFmin may be omitted. In this case, regardless of the injection pressure PF, the calculation of the maximum allowable throttle opening TAmax and the comparison between the maximum allowable throttle opening TAmax and the throttle opening TA are always performed. The function and effect according to the form can be obtained.
[0063]
In the above-described embodiment, the opening degree calculation processing when the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio has been described. Here, even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes lean, damage to the catalyst 19 can be suppressed unless it is excessively lean. In consideration of this point, the minimum value of the air-fuel ratio that can avoid the damage to the catalyst 19 may be determined by an experiment or the like as the target air-fuel ratio, and the minimum value of the air-fuel ratio may be set as the target air-fuel ratio.
[0064]
Further, even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes lean, misfire of the air-fuel mixture hardly occurs unless the air-fuel ratio is excessively lean, and damage to the catalyst 19 can be suppressed. Furthermore, in a situation where misfire is unlikely to occur, that is, in a situation where fuel combustion is performed normally, the amount of unburned gas in exhaust gas is also kept low. In consideration of this point, the minimum value of the air-fuel ratio that can avoid the occurrence of misfire of the air-fuel mixture may be determined by experiment or the like as the target air-fuel ratio, and the minimum value of the air-fuel ratio may be set as the target air-fuel ratio. Even in these cases, damage to the catalyst 19 due to a decrease in the fuel injection pressure PF can be reliably suppressed.
[0065]
In the above embodiment, the opening degree of the throttle valve 6 is used as a parameter indicating the intake air amount. In addition, in the case of an internal combustion engine having a metering mechanism for adjusting the intake air amount by changing the lift amount of the intake valve or the exhaust valve or the valve timing according to the engine operating state, The lift amount, valve timing, or the like may be used as a parameter representing the air amount.
[0066]
In the above embodiment, the fuel pressure sensor 22 is provided on the delivery pipe 34, but may be provided at any location where the injection pressure PF of the fuel injection valve 16 can be detected.
[0067]
In the above embodiment, the case where the intake air amount control device according to the present invention is applied to an internal combustion engine using compressed natural gas as fuel has been described. However, even in an internal combustion engine for liquefied natural gas in which fuel in a gaseous state or a liquid state is injected from a fuel injection valve, or in a gasoline engine or a diesel engine, if the injection pressure of the fuel is reduced, the above-mentioned reason is considered. Therefore, the catalyst may be damaged, and the present invention can be similarly applied to such internal combustion engines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an intake air amount control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for calculating a throttle valve opening according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
2 ... internal combustion engine, 2a ... cylinder, 2b ... piston, 2c ... combustion chamber, 4 ... intake passage, 6 ... throttle valve, 10 ... electronic control unit, 12 ... actuator, 16 ... fuel injection valve, 18 ... exhaust passage, 19 ... catalyst, 20 ... intake air amount sensor, 21 ... throttle opening degree sensor, 22 ... fuel pressure sensor, 23 ... engine speed sensor, 24 ... accelerator opening degree sensor, 30 ... fuel tank, 31 ... high pressure fuel pipe, 32 ... pressure reduction Valve, 33: low pressure fuel pipe, 34: delivery pipe.

Claims (9)

運転者の負荷要求に基づき算出された第1の吸入空気量と、そのときの燃料の噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比とするための第2の吸入空気量とのうち、いずれか小さい方を目標吸入空気量として設定する
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
A second air-fuel ratio for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio with respect to the first intake air amount calculated based on the load request of the driver and the maximum fuel injection amount allowed by the fuel injection pressure at that time. An intake air amount control device for an internal combustion engine, wherein a smaller one of the intake air amount and the intake air amount is set as a target intake air amount.
請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置において、
前記目標吸入空気量の設定を実行するか否かを、燃料の噴射圧に基づいて判定する
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1,
An intake air amount control device for an internal combustion engine, wherein whether to execute the setting of the target intake air amount is determined based on a fuel injection pressure.
運転者の負荷要求に応じた燃料の噴射量を確保し得る噴射圧よりも燃料の噴射圧が低下したときに、そのときの噴射圧により許容される燃料の最大噴射量に対して空燃比を目標空燃比とするための吸入空気量を目標吸入空気量として設定する
ことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。
When the fuel injection pressure is lower than the injection pressure that can secure the fuel injection amount according to the driver's load request, the air-fuel ratio is set to the maximum fuel injection amount allowed by the injection pressure at that time. An intake air amount control device for an internal combustion engine, wherein an intake air amount for setting a target air-fuel ratio is set as a target intake air amount.
前記目標空燃比として、理論空燃比が設定される
請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a stoichiometric air-fuel ratio is set as the target air-fuel ratio.
前記目標空燃比として、内燃機関の排気系に設けられる触媒の損傷を回避し得る空燃比の最小値が設定される
請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a minimum value of an air-fuel ratio that can avoid damage to a catalyst provided in an exhaust system of the internal combustion engine is set as the target air-fuel ratio.
前記目標空燃比として、混合気の失火発生を回避し得る空燃比の最小値が設定される
請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a minimum value of an air-fuel ratio capable of avoiding misfire of the air-fuel mixture is set as the target air-fuel ratio.
前記吸入空気量を表すパラメータとして、吸入空気量を調量する調量機構の制御量が用いられる
請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein a control amount of a metering mechanism for adjusting the intake air amount is used as the parameter representing the intake air amount.
前記調量機構の制御量として、吸気通路内に設けられるスロットル弁の開度が用いられる
請求項7に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein an opening degree of a throttle valve provided in an intake passage is used as a control amount of the adjustment mechanism.
前記内燃機関は、気体燃料を用いる内燃機関である
請求項1〜8のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the internal combustion engine is an internal combustion engine that uses gaseous fuel.
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