JP2004346912A

JP2004346912A - Fuel injection control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004346912A
Application number: JP2003148062A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kako; 純一加古; Koji Miwa; 晃司三輪; Masashi Komaki; 正志古牧
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection control device for an internal combustion engine capable of performing fuel injection control for suitable combustion even at a time of cold start. <P>SOLUTION: The fuel injection control device for the internal combustion engine is provided with a control part 6 controlling quantity of fuel supplied by a fuel injection device 27 with using a fuel behavior model in which dynamic behavior of fuel flowing from the fuel injection device 27 into a cylinder 10 of the internal combustion engine 1 is modeled, and is provided with an adhesion area increasing means 7 increasing fuel adhesion area on an inner surface of an intake port 21 and/or surface of an intake valve 16 at a time of fuel injection to the intake port 21. The control part 6 increases fuel adhesion area by using the adhesion area increasing means 7 at a time of cold start of the internal combustion engine 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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】
【特許文献１】
特開２００２−２１３２８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内燃機関の冷間始動時などは、噴射された燃料の蒸発が促進されにくく、吸気ポート内面などへの燃料付着量が多くなる。付着量が多すぎると液ダレが生じて空燃比制御が悪化することが懸念され、モデル制御を行う上での障害となる。即ち、冷間始動時には、もともと付着している燃料が少ないので、吸気ポート内面などを濡らすために消費される燃料量を考慮して噴射燃料が増量されるが、付着した燃料は温度が低いために蒸発しにくく、液ダレが発生しやすい。液ダレが発生すると、液ダレした燃料がうまく燃焼せず、エミッションやドライバビリティーの悪化を招く原因となる。従って、本発明の目的は、冷間始動時においても的確な燃焼を行う燃料噴射制御が可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の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、吸気ポートへの燃料噴射時に、吸気ポート内面及び／又は吸気バルブ表面への燃料付着面積を増大させる付着面積増大手段を備え、制御部は、内燃機関の冷間始動時に、付着面積増大手段を用いて燃料付着面積を増大させることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、付着面積増大手段が、燃圧を変化させて噴霧広がり角を変化させるものであることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、付着面積増大手段が、空気を燃料と同時に噴射させることで、噴霧広がり角又は噴射方向を変化させるものであることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。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共に示す構成図である。
【０００９】
図１に示されるエンジン（内燃機関）１は、多気筒エンジンであるが、図にはそのうちの一気筒についてのみ示してある。エンジン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バルブ２４が配置されると共にこのスロットルバルブ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。なお、スロットルバルブ２４は、いわゆる電子制御式のスロットルバルブであってもよい。
【００１０】
吸気管２上にはサージタンク２０が配設されており、このサージタンク２０内には、吸気管２内部の圧力を検出するための圧力センサ２６が配置されている。さらに、エンジン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。燃料は、燃料タンク５内の燃料ポンプ７によってインジェクタ２７に送出される。燃料ポンプ７は電動タイプであり、後述するエンジンＥＣＵ６に接続されており、このエンジンＥＣＵ６によってその駆動が制御される。本実施形態のエンジン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。
【００１１】
エンジン１の各気筒を構成するシリンダ１０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１５が配置されると共に、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。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３１が配置されている。
【００１２】
エンジン１を制御するエンジンＥＣＵ６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、圧力センサ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共に、点火プラグ１５、インジェクタ２７、燃料ポンプ７の動作を制御するものである。
【００１３】
本発明に係る内燃機関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の概要について図２を参照して説明する。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。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）を示している。
【００１４】
また、Ｆｗ（ｋ）は、時刻ｋにおいて吸気ポート２１の内面や吸気バルブ１６の吸気ポート２１側表面（以下、単に吸気バルブ１６の表面と言う）に付着している燃料量（壁面付着燃料量）を示している。さらに、この吸気ポート２１の内面と吸気バルブ１６の表面とを、以下、吸気ポート２１の壁面等と呼ぶこととする。さらに、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）に供給される燃料量（筒内供給燃料量）を示している。
【００１５】
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。
【００１６】
【数１】

【００１７】
なお、Ｐ（ｋ），Ｒ（ｋ）は、機関負荷ＫＬ，エンジン回転数Ｎｅ，バルブタイミング（バルブオーバーラップ量）ＶＴ，吸気ポート２１等の壁温Ｔｗをパラメータとしてマップ化されており、エンジンＥＣＵ６内に格納されている。この、Ｐ（ｋ），Ｒ（ｋ）は、制御中に補正され、常に最適な値が維持されるようになっている。また、本実施形態の場合は、冷間始動時にのみ用いる冷間始動専用のＰＲマップと、それ以外の時に用いるＰＲマップとが用意されている。上述した式（１），（２）式のＦｃ（ｋ）から求められる燃焼室１４内の空燃比がストイキとなるように、Ｆｉ（ｋ）が算出される。
【００１８】
しかし、エンジン１の冷間始動時には、上述した吸気ポート２１の壁面等の温度は低く、かつ、その表面にはほとんど燃料が付着していない。このため、冷間始動直後は、壁面を濡らすために消費される燃料分と、温度が低くて蒸発しにくい分の燃料量を見込んで、始動時増量が行われる。そのような状況下では、壁面に付着した燃料が流下して液ダレによって液滴状に燃焼室１４内に滴下してしまうことがある。このような液ダレが生じると、上述した燃料モデルによる制御（推定）の誤差が大きくなり、制御精度が悪化してしまう。
【００１９】
上述した制御では、付着燃料は吸気流によって持ち去られる分を（１−Ｐ）Ｆｗとして考慮しているが、これは上述した液ダレのような状況を考慮したものではない。上述した制御は、燃料は混合気（気相）として燃焼室１４に入ることを想定した制御であり、液ダレのように液相として燃焼室１４に入る現象が生じると制御精度が悪化する。そこで、本実施形態では、冷間始動時には、インジェクタ２７からの燃料噴射によって吸気ポート２１の壁面等に付着する燃料の面積、即ち、燃料付着面積を広くするように燃料噴射制御を行う。
【００２０】
冷間始動時の燃料付着面積を広くすることで、広い範囲に薄く燃料が付着して液ダレが生じにくくなり、上述した燃料モデルによる制御精度の悪化を防止することができる。また、壁面を通じて付着燃料に伝達する熱量が増加するので、付着燃料の蒸発も促進され、燃焼が安定しやすくなるという利点もある。本実施形態では、燃圧を変化させて、インジェクタ２７から噴射される燃料流の噴霧広がりを変化させて、燃料付着面積を増大させる。
【００２１】
上述したように、本実施形態における燃料ポンプ７はエンジンＥＣＵ６によって、その駆動を制御できる。そこで、冷間始動時には、燃料ポンプ７によって発生させる燃圧を通常時よりも上げ、図３のように噴霧広がり角θを通常時よりも大きくする。なお、本実施形態のインジェクタ２７の噴霧広がりは、インジェクタ２７の軸線に対して垂直な平面上で円形となるが長円形や楕円形などとなっていてもよい。噴霧広がり角θが大きくなるということは、これらの図形の面積が広くなることを意味する。
【００２２】
この制御を行う際の、上記式（１），（２）に関する部分のフローチャートを図４に示す。図４のフローチャートの制御は、エンジン１の始動後に所定時間毎に繰り返し実行される。まず、エンジン１の状態や車両の運転状態などに関する各種パラメータを取得する（ステップ４００）。これは、上述した各種センサの出力値がエンジンＥＣＵ６に入力されることである。取得した情報に基づいて、燃焼室１４に供給すべき筒内供給燃料量Ｆｃが算出される（ステップ４０５）。
【００２３】
次いで、冷間始動時か否かを判定するのであるが、ここでは、まず、前回エンジン１が停止されていた時間（エンジン停止期間）を取得し、この時間が所定時間（α秒）以上であるか否かを判定する（ステップ４１０）。エンジン停止時間は、前回のイグニッションオフから今回のエンジン始動完了判定（または、イグニッションオン）までの時間をエンジンＥＣＵ６内部のタイマなどを用いて取得すればよい。
【００２４】
この所定時間α秒は、燃焼によって暖まったエンジン１が停止後に十分に冷えるまでの時間として設定される。ステップ４１０が否定される場合は、まだエンジン１は熱を有しており、冷間始動にはあたらないとして、通常のＰＲマップを用いて残留率Ｐ及び付着率Ｒが算出（マップに基づいて決定）される（ステップ４１５）。この場合の燃料噴射は通常の燃料噴射となる。一方、ステップ４１０が肯定され、エンジン停止期間が所定時間α秒を超えている場合は、次にエンジン始動後からの経過時間を取得し、この時間が所定時間（β秒）以上であるか否かを判定する（ステップ４２０）。
【００２５】
エンジン始動後の経過時間は、エンジン停止期間の場合と同様に、今回のエンジン始動完了判定（または、イグニッションオン）からの時間をエンジンＥＣＵ６内部のタイマなどを用いて取得すればよい。この所定時間β秒は、エンジン１が冷間始動されてから十分に暖まるまでの時間として設定される。ステップ４２０が肯定される場合は、冷間始動であったとしても既に十分に暖まっていると考えられるので、やはり通常のＰＲマップを用いて残留率Ｐ及び付着率Ｒが算出される（ステップ４１５）。この場合の燃料噴射も通常の燃料噴射となる。
【００２６】
一方、ステップ４２０が否定され、エンジン始動後の経過時間が所定時間β秒未満である場合は、エンジン１が冷間始動されてまだ十分に暖まっていないと判断できる。この場合は、噴射燃料の付着面積を拡大させる制御機構を作動させる（ステップ４２５）。本実施形態でいえば、燃料ポンプ７の駆動を制御して噴霧広がり角θを通常時よりも大きくする。そしてさらに、この場合は、冷間始動時専用のＰＲマップによって残留率Ｐ及び付着率Ｒが算出される（ステップ４３０）。
【００２７】
冷間始動時は、噴射された燃料が吸気ポート２１の壁面などに付着する現象と付着していた燃料が脱離する現象とが、通常時とは異なる。そこで、本実施形態のように、冷間始動時専用のＰＲマップを利用することで、より正確な燃料噴射制御を行うことができる。ただし、冷間始動時専用のＰＲマップを用いなければ燃料噴射制御を行えないということではなく、冷間始動時専用のＰＲマップを用いることでより一層制御精度を向上できるということである。
【００２８】
なお、ステップ４１５において用いられる壁温Ｔｗと、ステップ４３０において用いられる壁温Ｔｗ（Ｔｗ’）とを異ならせても良い。具体的には、燃料付着面積を増大させることによって、燃料が付着する部位が異なる場合があり得る。即ち、付着面積が小さいときは主として吸気バルブ１６の裏側に燃料が付着されるが、付着面積を増大させることで主として吸気ポート２１の内壁に燃料が付着されるようになる場合がある。このような場合は、通常時は吸気バルブ１６の温度をＴｗとして用い、付着面積増大時には吸気ポート２１内壁温度（エンジンブロック内の冷却水温度などとほぼ等しい）をＴｗ’として用いることができる。
【００２９】
ステップ４１５又はステップ４３０の後、算出されたＰ（ｋ），Ｒ（ｋ）に基づいて燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）が算出され（ステップ４４０）、さらに、この燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）及び壁面付着量Ｆｗ（ｋ）から次回の壁面付着量Ｆｗ（ｋ＋１）が算出される（ステップ４４５）。このようにすることで液ダレが防止され、燃料モデルによる制御精度の悪化が防止される。また、付着面積増大によって、壁面を通じて付着燃料に伝達する熱量が増加し、付着燃料の蒸発も促進されて燃焼も安定しやすくなる。
【００３０】
上述した実施形態では、燃圧を変化させて燃料付着面積を増大させたが、いわゆるエアアシストを用いて燃料付着面積を増大させても良い。エアアシストとは、燃料と同時に空気を噴射させることで噴射燃料の微細化を図り、燃焼を促進させるものである。ここでは、これを利用して燃料付着面積を増大させる。なお、エアアシストによって噴射燃料が微細化されることで、吸気ポート２１の内壁などへの付着量自体が抑制され、排出ＨＣ量が抑制されるという利点もある。また、エアアシストによって燃焼を改善し、混合比をリーン化して排出ＮＯｘ量を低減させることも可能となる。
【００３１】
図５に、エアアシストを用いて燃料付着面積を増大させる場合の図１相当図を示す。図５に示されるエンジン１においては、スロットルバルブ２４の近傍からインジェクタ２７の噴射口までエアアシスト配管８が配設されている。そして、このエアアシスト配管８上にはバルブ９が設けられており、バルブ９はエンジンＥＣＵ６に接続されている。バルブ９が開かれていれば、インジェクタ２７によって燃料を噴射することで、エアアシスト配管８からの空気が噴射される燃料に混合される。本実施形態のバルブ９は、エンジンＥＣＵ６によって開度制御（又は開閉ＤＵＴＹ比制御）され、エアアシスト量を制御し得る。ただし、バルブ９は、単に開閉の二段階で制御されても良い。その他の部分に関しては、図１の場合と同様であるため詳しい説明は省略する。
【００３２】
本実施形態の場合は、エアアシストを行うことによって、噴射された燃料の
噴霧広がり角θを広げ、燃料付着面積を増大させている。また、インジェクタ２７の燃料噴射口とエアアシストを行うエア噴射口との位置によっては、燃料噴射の方向を変化させることで、燃料付着面積を増大させることも可能となる。エアアシストによって、噴霧広がり角θと噴射方向の両方を同時に変えることで燃料付着面積を増大させることも可能である。
【００３３】
噴射方向を変える場合を図６に示す。通常時は、最も温度の高い吸気バルブ１６をねらって燃料噴射を行い、燃料の気化を促進させる。しかし、冷間始動時は、吸気バルブ１６を狙って燃料噴射を行うと、吸気バルブ１６が暖まっていないので、吸気バルブ１６から燃焼室１４内への液ダレが生じやすくなる。そこで、ここでは、燃料噴射が吸気ポート２１の内壁に向くように、エアアシストによって噴射方向を変更している。このとき、同時に付着面積も増加されている。
【００３４】
付着面積増大に関しては、噴射方向と吸気ポート２１の内面とが斜めとなるようにして燃料付着面積がより広くなるようになされており、壁面を通じて付着燃料に伝達される単位面積あたりの熱量を増加させて付着燃料の蒸発も促進させている。このようにすることで、噴射燃料が吸気ポート２１の内面に薄く（蒸発も促進される）付着し、液ダレが生じにくくなる。このエアアシストを用いた実施形態も、上述した図４のフローチャートの制御によって制御し得る。このとき、ステップ４２５においては、エアアシストを作動させることが付着面積拡大制御機能を作動させることになる。なお、通常時もエアアシストを行う場合は、通常時と冷間始動時とでエアアシスト量を変えることで付着面積を増大させることも可能である。この場合は、バルブ９の開度を調節して、付着面積を増大させればよい。
【００３５】
上述した実施形態では、燃料ポンプ７やエアアシスト機構（エアアシスト配管８及びバルブ９）が付着面積増大手段として、エンジンＥＣＵ６が制御部として、エンジンＥＣＵ６やインジェクタ２７が燃料噴射装置として機能している。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、燃圧を変えたり、エアアシストインジェクタを利用することで、燃料付着面積を変化させたが、一気筒あたり二つ以上のインジェクタを配設して（全ての気筒についてでなくても良い）燃料付着面積を変化させることも考えられる。冷間始動時には二つのインジェクタから噴射して燃料付着面積を増大させ、通常時は一方のインジェクタのみを用いるようにしても良い。あるいは、二つのインジェクタによる燃料付着面積が異ならせてあり、冷間始動時には燃料付着面積の広い方を用い、通常時は他方を用いるようにしても良い。
【００３７】
あるいは、インジェクタの噴霧孔を複数設け、冷間時には複数用いて噴霧させ、通常時はいくつかの噴霧孔を使用しないようにしても良い。噴霧孔を選択的に使用することも考えられる。あるいは、インジェクタ自体（あるいは噴霧部分のみ）を傾けることができるような機構を採用してもよい。また、上述した実施形態では、冷間始動であるか否かを経過時間から判定したが、冷却水温やエンジンオイル温度などから判定しても良い。もちろん、冷却水温やエンジンオイル温度と外気温とを比較するなどしても良い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の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と、吸気ポートへの燃料噴射時に、吸気ポート内面及び／又は吸気バルブ表面への燃料付着面積を増大させる付着面積増大手段とを備えており、制御部は、内燃機関の冷間始動時に、付着面積増大手段を用いて燃料付着面積を増大させる。このため、冷間始動時には吸気ポートの内面や吸気バルブの表面への燃料付着を分散させることで液ダレを発生させにくくできる。この結果、液ダレによるエミッションやドライバビリティーの悪化を抑止し、冷間始動時においても的確な燃焼を行う燃料噴射制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射装置の第一実施形態を適用した内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】燃料挙動モデルを説明する図である。
【図３】噴射広がり角θを変えて燃料付着面積を増大させることを説明する断面図である。
【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。
【図５】本発明の燃料噴射装置の第二実施形態を適用した内燃機関を示す概略構成図である。
【図６】噴射方向を変えて燃料付着面積を増大させることを説明する断面図である。
【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、７…燃料ポンプ、８…エアアシスト配管、９…バルブ９、１４…燃焼室、２１…吸気ポート、２７…インジェクタ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine, and more particularly, to a fuel injection control device for an internal combustion engine that controls the amount of fuel supplied by the fuel injection device using a fuel behavior model that models the dynamic behavior of fuel.
[0002]
[Prior art]
As a device that controls the fuel supply amount of the internal combustion engine according to the operating conditions, a mathematical model that describes the fuel behavior in the intake system is set, and the fuel behavior is simulated by calculating the mathematical model set from the operating conditions and the fuel conditions. A control technique based on a fuel behavior model for controlling a fuel injection device by obtaining a required fuel supply amount by controlling the fuel supply amount is known.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-213281
[Problems to be solved by the invention]
However, at the time of a cold start of the internal combustion engine or the like, evaporation of the injected fuel is not easily promoted, and the amount of fuel adhering to the inner surface of the intake port or the like increases. If the amount of adhesion is too large, there is a concern that liquid dripping will occur and air-fuel ratio control will deteriorate, which will be an obstacle to performing model control. That is, during cold start, the amount of fuel originally attached is small, so the amount of injected fuel is increased in consideration of the amount of fuel consumed to wet the inner surface of the intake port, but the attached fuel has a low temperature. Hardly evaporates and liquid dripping easily occurs. When the liquid dripping occurs, the liquid dripping fuel does not burn well, which causes deterioration of emission and drivability. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine capable of performing fuel injection control for performing accurate combustion even during a cold start.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a fuel supply amount by the fuel injection device using a fuel behavior model that models a dynamic behavior of fuel flowing from the fuel injection device into a cylinder of the internal combustion engine. A fuel injection control device for an internal combustion engine, the control unit comprising: a control unit configured to control a control unit for controlling a fuel injection amount of fuel to an intake port inner surface and / or an intake valve surface during fuel injection to an intake port; Is characterized in that at the time of a cold start of the internal combustion engine, the fuel adhesion area is increased by using an adhesion area increasing means.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, in the fuel injection control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the adhesion area increasing means changes the spray pressure by changing the fuel pressure.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, in the fuel injection control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the adhesion area increasing means changes the spray spread angle or the injection direction by injecting air simultaneously with the fuel. It is characterized by being.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a fuel injection amount control device for an internal combustion engine according to the present invention, together with an internal combustion engine to which the embodiment is applied.
[0009]
The engine (internal combustion engine) 1 shown in FIG. 1 is a multi-cylinder engine, but only one of the cylinders is shown in the figure. An intake pipe 2 and an exhaust pipe 3 are connected to the engine 1. The intake pipe 2 is provided with an intake air temperature sensor 22 for detecting the temperature of intake air, an air flow meter 23 for detecting the amount of intake air, and a throttle valve 24 interlocked with the operation of the accelerator pedal 4. A throttle opening sensor 25 for detecting the opening is provided. The throttle valve 24 may be a so-called electronically controlled throttle valve.
[0010]
A surge tank 20 is disposed on the intake pipe 2, and a pressure sensor 26 for detecting a pressure inside the intake pipe 2 is disposed in the surge tank 20. Further, an electromagnetically driven injector 27 is provided in the intake port 21 connected to each cylinder of the engine 1, and gasoline as fuel is supplied from the fuel tank 5 to the injector 27. The fuel is delivered to the injector 27 by the fuel pump 7 in the fuel tank 5. The fuel pump 7 is of an electric type, and is connected to an engine ECU 6 described later, and its driving is controlled by the engine ECU 6. The engine 1 of the present embodiment is a multipoint injection system in which an injector 27 is independently arranged for each cylinder.
[0011]
A piston 11 that reciprocates vertically in the drawing is provided in a cylinder 10 that constitutes each cylinder of the engine 1. The piston 11 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 12. Above the piston 11, a combustion chamber 14 defined by the cylinder 10 and the cylinder head 13 is formed. An ignition plug 15 is disposed above the combustion chamber 14, and is connected to the intake pipe 2 and the exhaust pipe 3 via an intake valve 16 and an exhaust valve 17 which can be opened and closed, respectively. An air-fuel ratio sensor 31 that outputs a predetermined electric signal according to the oxygen concentration in the exhaust gas is disposed in the exhaust pipe 3.
[0012]
The engine ECU 6 for controlling the engine 1 is mainly composed of a microcomputer, and includes the above-described sensors (intake air temperature sensor 22, air flow meter 23, throttle opening sensor 25, pressure sensor 26, air-fuel ratio sensor 31) and vehicle speed. The output signals of the sensor 60 and the crank position sensor 61 are input, and the operation of the spark plug 15, the injector 27, and the fuel pump 7 is controlled.
[0013]
The outline of a fuel behavior model used in the fuel injection control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a simulation model of the fuel behavior near the injector 27 (near the intake port 21). In the following description, a counter value representing a time is represented by “k” in consideration of a digitization process by a computer. In FIG. 2, Fi (k) indicates the amount of fuel (injector injection amount) injected from injector 27 at time k.
[0014]
Fw (k) is the amount of fuel adhering to the inner surface of the intake port 21 or the surface of the intake valve 16 on the intake port 21 side (hereinafter simply referred to as the surface of the intake valve 16) at time k (the amount of fuel adhering to the wall surface). ). Further, the inner surface of the intake port 21 and the surface of the intake valve 16 are hereinafter referred to as the wall surface of the intake port 21 and the like. Further, Fc (k) indicates the amount of fuel (in-cylinder supplied fuel amount) supplied into the cylinder (inside the combustion chamber 14 in the cylinder 10) at time k.
[0015]
Here, of the injector injection amount Fi (k) at time k, the ratio of adhering to the wall surface or the like of the intake port 21 (wall adhesion ratio) is R (k). When the ratio (wall residual ratio) remaining on the wall surface of the intake port 21 without vaporization is P (k), the following expressions (1) and (2) are established. These equations are given in C.I. F. Commonly known as the Aquino equation.
[0016]
(Equation 1)

[0017]
Note that P (k) and R (k) are mapped using the engine load KL, the engine speed Ne, the valve timing (valve overlap amount) VT, and the wall temperature Tw of the intake port 21 and the like as parameters. It is stored in the ECU 6. These P (k) and R (k) are corrected during the control so that the optimum values are always maintained. Further, in the case of the present embodiment, a PR map dedicated to cold start used only at cold start and a PR map used at other times are prepared. Fi (k) is calculated so that the air-fuel ratio in the combustion chamber 14 obtained from Fc (k) in the above-described equations (1) and (2) becomes stoichiometric.
[0018]
However, at the time of cold start of the engine 1, the temperature of the above-described wall surface of the intake port 21 and the like is low, and the fuel hardly adheres to the surface thereof. Therefore, immediately after the cold start, the starting amount is increased in anticipation of the amount of fuel consumed for wetting the wall surface and the amount of fuel that is low in temperature and difficult to evaporate. In such a situation, the fuel adhering to the wall surface may flow down and drop into the combustion chamber 14 in the form of droplets due to liquid dripping. When such liquid dripping occurs, an error in control (estimation) by the above-described fuel model increases, and control accuracy deteriorates.
[0019]
In the above-described control, the amount of the attached fuel carried away by the intake air flow is considered as (1-P) Fw, but this does not take into account the situation such as the liquid dripping described above. The above control is a control assuming that the fuel enters the combustion chamber 14 as an air-fuel mixture (gas phase). If a phenomenon that the fuel enters the combustion chamber 14 as a liquid phase like liquid dripping occurs, the control accuracy deteriorates. Therefore, in the present embodiment, at the time of the cold start, the fuel injection control is performed so that the area of the fuel adhering to the wall surface or the like of the intake port 21 by the fuel injection from the injector 27, that is, the fuel adhering area is increased.
[0020]
By increasing the fuel attachment area at the time of the cold start, the fuel adheres thinly over a wide range, so that liquid dripping hardly occurs, and it is possible to prevent the control accuracy from being deteriorated by the above-described fuel model. Further, since the amount of heat transmitted to the attached fuel through the wall surface increases, the evaporation of the attached fuel is also promoted, and there is an advantage that the combustion is easily stabilized. In the present embodiment, the fuel pressure is changed to change the spray spread of the fuel flow injected from the injector 27, thereby increasing the fuel attachment area.
[0021]
As described above, the drive of the fuel pump 7 in the present embodiment can be controlled by the engine ECU 6. Therefore, at the time of the cold start, the fuel pressure generated by the fuel pump 7 is made higher than usual, and the spray spread angle θ is made larger than usual as shown in FIG. Note that the spray spread of the injector 27 of the present embodiment is circular on a plane perpendicular to the axis of the injector 27, but may be oval or elliptical. An increase in the spray divergence angle θ means an increase in the area of these figures.
[0022]
FIG. 4 shows a flowchart of a portion related to the above equations (1) and (2) when performing this control. The control in the flowchart of FIG. 4 is repeatedly executed at predetermined time intervals after the engine 1 is started. First, various parameters relating to the state of the engine 1 and the driving state of the vehicle are acquired (step 400). This means that the output values of the various sensors described above are input to the engine ECU 6. Based on the acquired information, the in-cylinder supply fuel amount Fc to be supplied to the combustion chamber 14 is calculated (step 405).
[0023]
Next, it is determined whether or not a cold start is being performed. Here, first, a time during which the engine 1 was stopped last time (engine stop period) is obtained, and this time is equal to or longer than a predetermined time (α seconds). It is determined whether or not there is (Step 410). The engine stop time may be obtained using a timer or the like in the engine ECU 6 from the previous ignition off to the present engine start completion determination (or ignition on).
[0024]
The predetermined time α seconds is set as a time until the engine 1 warmed by combustion cools sufficiently after stopping. If step 410 is negative, it is determined that the engine 1 still has heat and does not correspond to the cold start, and the residual rate P and the adhesion rate R are calculated using a normal PR map (based on the map). Determined) (step 415). The fuel injection in this case is a normal fuel injection. On the other hand, if step 410 is affirmative and the engine stop period exceeds the predetermined time α seconds, then the elapsed time after starting the engine is obtained, and whether or not this time is equal to or longer than the predetermined time (β seconds) Is determined (step 420).
[0025]
As in the case of the engine stop period, the elapsed time after the start of the engine may be obtained by using the timer inside the engine ECU 6 or the like from the present engine start completion determination (or ignition ON). This predetermined time β seconds is set as the time from when the engine 1 is cold started to when it is sufficiently warmed up. If step 420 is affirmative, it is considered that the engine has already been sufficiently warmed even if it is a cold start, so the residual ratio P and the adhesion ratio R are calculated using the ordinary PR map (step 415). ). The fuel injection in this case is also a normal fuel injection.
[0026]
On the other hand, if step 420 is denied and the elapsed time after the engine start is less than the predetermined time β seconds, it can be determined that the engine 1 has been cold started and has not yet warmed up sufficiently. In this case, a control mechanism for increasing the area of the fuel to be injected is operated (step 425). In this embodiment, the driving of the fuel pump 7 is controlled to increase the spray divergence angle θ as compared with the normal state. Further, in this case, the residual ratio P and the adhesion ratio R are calculated using the PR map dedicated to the cold start (step 430).
[0027]
At the time of cold start, the phenomenon that the injected fuel adheres to the wall surface of the intake port 21 and the like that the adhered fuel desorbs are different from the normal state. Therefore, more accurate fuel injection control can be performed by using the PR map dedicated to the cold start as in the present embodiment. However, this does not mean that fuel injection control cannot be performed unless a PR map dedicated to cold start is used, but that control accuracy can be further improved by using a PR map dedicated to cold start.
[0028]
Note that the wall temperature Tw used in step 415 may be different from the wall temperature Tw (Tw ') used in step 430. Specifically, by increasing the fuel attachment area, the portion where the fuel attaches may be different. That is, when the attachment area is small, the fuel is mainly attached to the back side of the intake valve 16, but the fuel may be attached mainly to the inner wall of the intake port 21 by increasing the attachment area. In such a case, the temperature of the intake valve 16 can be used as Tw in the normal state, and the temperature of the inner wall of the intake port 21 (substantially equal to the temperature of the cooling water in the engine block, etc.) can be used as Tw 'when the adhesion area increases.
[0029]
After step 415 or step 430, the fuel injection amount Fi (k) is calculated based on the calculated P (k) and R (k) (step 440), and the fuel injection amount Fi (k) and the wall surface are further calculated. The next wall surface adhesion amount Fw (k + 1) is calculated from the adhesion amount Fw (k) (step 445). By doing so, liquid dripping is prevented, and deterioration of control accuracy by the fuel model is prevented. In addition, due to the increase in the adhesion area, the amount of heat transmitted to the adhesion fuel through the wall surface increases, the evaporation of the adhesion fuel is promoted, and the combustion is easily stabilized.
[0030]
In the embodiment described above, the fuel adhesion area is increased by changing the fuel pressure. However, the fuel adhesion area may be increased using so-called air assist. The air assist is to inject air at the same time as the fuel, thereby miniaturizing the injected fuel and promoting combustion. Here, this is used to increase the fuel attachment area. It is to be noted that, by making the injected fuel finer by the air assist, the amount of adhesion itself to the inner wall of the intake port 21 or the like is suppressed, and there is also an advantage that the amount of discharged HC is suppressed. Further, it is also possible to improve combustion by air assist and make the mixture ratio lean to reduce the amount of exhausted NOx.
[0031]
FIG. 5 shows a diagram corresponding to FIG. 1 in the case where the fuel attachment area is increased using air assist. In the engine 1 shown in FIG. 5, an air assist pipe 8 is provided from the vicinity of the throttle valve 24 to the injection port of the injector 27. A valve 9 is provided on the air assist pipe 8, and the valve 9 is connected to the engine ECU 6. When the valve 9 is open, the fuel is injected by the injector 27, whereby the air from the air assist pipe 8 is mixed with the injected fuel. The opening degree (or opening / closing duty ratio control) of the valve 9 of the present embodiment is controlled by the engine ECU 6 to control the air assist amount. However, the valve 9 may be simply controlled in two stages of opening and closing. The other parts are the same as those in FIG.
[0032]
In the case of the present embodiment, by performing the air assist, the spray divergence angle θ of the injected fuel is increased, and the fuel adhesion area is increased. In addition, depending on the position of the fuel injection port of the injector 27 and the position of the air injection port that performs air assist, it is possible to increase the fuel attachment area by changing the direction of fuel injection. It is also possible to increase the fuel attachment area by changing both the spray spread angle θ and the injection direction at the same time by air assist.
[0033]
FIG. 6 shows a case where the injection direction is changed. Normally, fuel injection is performed by aiming at the intake valve 16 having the highest temperature to promote the vaporization of fuel. However, at the time of cold start, if fuel injection is performed aiming at the intake valve 16, the intake valve 16 is not warm, so that liquid dripping from the intake valve 16 into the combustion chamber 14 is likely to occur. Therefore, here, the injection direction is changed by air assist so that the fuel injection is directed to the inner wall of the intake port 21. At this time, the attachment area is also increased at the same time.
[0034]
Regarding the increase in the adhesion area, the injection direction and the inner surface of the intake port 21 are inclined so that the fuel adhesion area is made larger, and the amount of heat per unit area transmitted to the attached fuel through the wall surface is increased. This also promotes evaporation of the attached fuel. By doing so, the injected fuel is thinly attached to the inner surface of the intake port 21 (the evaporation is also promoted), and liquid dripping hardly occurs. The embodiment using the air assist can also be controlled by the control of the above-described flowchart of FIG. At this time, in step 425, activating the air assist activates the adhesion area enlargement control function. In the case where air assist is performed also in the normal state, it is possible to increase the adhesion area by changing the air assist amount between the normal state and the cold start. In this case, the adhesion area may be increased by adjusting the opening of the valve 9.
[0035]
In the above-described embodiment, the fuel pump 7 and the air assist mechanism (the air assist pipe 8 and the valve 9) function as an attachment area increasing unit, the engine ECU 6 functions as a control unit, and the engine ECU 6 and the injector 27 function as a fuel injection device. .
[0036]
The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the fuel adhesion area is changed by changing the fuel pressure or using the air-assisted injector. However, two or more injectors are arranged per cylinder (even if not all the cylinders are used). (Good) It is conceivable to change the fuel attachment area. At the time of cold start, fuel may be injected from two injectors to increase the fuel attachment area, and only one of the injectors may be used in normal times. Alternatively, the fuel adhering areas of the two injectors may be different, and the one with the larger fuel adhering area may be used during cold start, and the other may be used during normal operation.
[0037]
Alternatively, a plurality of spray holes of the injector may be provided, and a plurality of spray holes may be used at the time of a cold state, and some spray holes may not be used in a normal state. It is also conceivable to use the spray holes selectively. Alternatively, a mechanism that can tilt the injector itself (or only the spray portion) may be employed. Further, in the above-described embodiment, whether or not a cold start is performed is determined from the elapsed time, but may be determined from the cooling water temperature, the engine oil temperature, and the like. Of course, a comparison may be made between the cooling water temperature or the engine oil temperature and the outside air temperature.
[0038]
【The invention's effect】
The fuel injection control device for an internal combustion engine of the present invention controls the fuel supply amount by the fuel injection device using a fuel behavior model that models the dynamic behavior of the fuel flowing from the fuel injection device to the cylinder of the internal combustion engine. A control unit; and an adhesion area increasing unit configured to increase an adhesion area of fuel to an intake port inner surface and / or an intake valve surface when fuel is injected into the intake port. Then, the fuel adhesion area is increased by using the adhesion area increasing means. For this reason, at the time of a cold start, the liquid dripping can be made less likely to occur by dispersing the adhesion of the fuel to the inner surface of the intake port and the surface of the intake valve. As a result, it is possible to suppress deterioration of emission and drivability due to liquid dripping, and to perform fuel injection control for performing accurate combustion even during cold start.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which a first embodiment of a fuel injection device of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating a fuel behavior model.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining that the fuel spread area is increased by changing the injection spread angle θ.
FIG. 4 is a flowchart illustrating fuel injection control according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which a second embodiment of the fuel injection device of the present invention is applied.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining increasing a fuel attachment area by changing an injection direction.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Intake pipe, 3 ... Exhaust pipe, 4 ... Accelerator pedal, 5 ... Fuel tank, 6 ... Engine ECU, 7 ... Fuel pump, 8 ... Air assist piping, 9 ...

Valve

9, 14 ... Combustion chamber , 21 ... intake port, 27 ... injector.

Claims

In a fuel injection control device for an internal combustion engine having a control unit that controls a fuel supply amount by the fuel injection device using a fuel behavior model that models a dynamic behavior of fuel flowing into a cylinder of the internal combustion engine from the fuel injection device. ,
At the time of fuel injection to the intake port, there is provided an attachment area increasing means for increasing an attachment area of the fuel to the inner surface of the intake port and / or the surface of the intake valve,
The fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the control unit increases the fuel adhesion area by using the adhesion area increasing means at a cold start of the internal combustion engine.

2. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said adhesion area increasing means changes a spray spread angle by changing a fuel pressure.

2. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the adhesion area increasing means changes the spray divergence angle or the injection direction by injecting air simultaneously with the fuel.