JP2005009467A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は内燃機関の燃料噴射量制御装置に関し、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を表す燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を精度良く算出することを目的とする。
【解決手段】燃料噴射弁から噴射された燃料がポートウェットとなる割合（付着率Ｒ）と、壁面に付着した燃料が吸気行程の課程で気化することなくポートウェットのまま残留する割合（残留率Ｐ）とを用いて、噴射量ｆｉと、壁面付着量ｆｗと、筒内燃焼要求量ｆｃ（現実に吸入される燃料量）との関係を規定するモデルを作成する。内燃機関の運転状態等に基づいて、付着率Ｒおよび残留率Ｐを適宜取得する。噴射燃料の温度を取得し、付着率Ｒには、燃料温度の影響を反映させる。
【選択図】 図２
【解決手段】燃料噴射弁から噴射された燃料がポートウェットとなる割合（付着率Ｒ）と、壁面に付着した燃料が吸気行程の課程で気化することなくポートウェットのまま残留する割合（残留率Ｐ）とを用いて、噴射量ｆｉと、壁面付着量ｆｗと、筒内燃焼要求量ｆｃ（現実に吸入される燃料量）との関係を規定するモデルを作成する。内燃機関の運転状態等に基づいて、付着率Ｒおよび残留率Ｐを適宜取得する。噴射燃料の温度を取得し、付着率Ｒには、燃料温度の影響を反映させる。
【選択図】 図２
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量制御装置に係り、特に、燃料噴射弁から噴射された後の燃料挙動を表す燃料挙動モデルを用いて燃料噴射量を算出する燃料噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポート噴射型の内燃機関においては、吸気通路に配置された燃料噴射弁によって、吸気ポート内部に燃料が噴射される。このようにして噴射された燃料は、吸気バルブの開弁に伴い、筒内負圧が吸気ポートに導かれることにより、空気と共に筒内に吸入される。吸気ポートに噴射された燃料の一部は、その内壁や吸気弁などに付着する。内燃機関が定常状態にある場合は燃料の付着量が一定値で平衡し、筒内に吸入される燃料の量は、噴射される燃料の量と等しくなる。
【０００３】
ところが、内燃機関の過渡運転時には、吸入空気量や燃料噴射量が変化することにより、その燃料付着量にも増減が生ずる。そして、この増減が生ずる間は、筒内に吸入される燃料の量と、噴射される燃料の量との間にずれが生ずる。従って、過渡運転時に所望量の燃料を筒内に吸入させるためには、上記燃料付着量の増減が相殺されるように燃料噴射量を補正することが必要である。
【０００４】
特許第２７５４７４４号公報は、ポート噴射型の内燃機関において、燃料噴射量に上記の補正を施す燃料噴射量制御装置を開示している。この装置は、吸気ポート等への燃料の付着量を状態変数とする燃料挙動モデルを有している。燃料挙動モデルのパラメータは、内燃機関の運転状態により更新される。そして、この装置は、内燃機関の運転状態に応じて更新された燃料挙動モデルに則って燃料付着量を算出し、その算出量に基づいて燃料噴射量の補正を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特許２７５４７４４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８０１８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、精度良く所望の燃料噴射量を算出するためには、燃料挙動モデルのパラメータを精度良く更新することが必要である。このパラメータは、既述した通り、内燃機関の運転状態に基づいて更新される。より具体的には、上記従来の装置において、燃料挙動モデルのパラメータは、吸気管圧力Ｐｍや機関回転数ＮＥ、更には吸気温度ＴＨＡ等との関係で更新される。しかしながら、上記従来の装置が用いるパラメータの更新手法は、必ずしも常に適切に燃料挙動モデルのパラメータを更新し得るものではなく、改良の余地を残すものであった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を表す燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を精度良く算出することのできる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を所定のパラメータとの関係で定めた燃料挙動モデルを用いて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、
前記パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
取得されたパラメータに対応する燃料の挙動を前提として燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度を取得する燃料温度取得手段とを備え、
前記パラメータ取得手段は、前記パラメータの少なくとも一つに前記燃料温度の影響を反映させる手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記パラメータは、噴射燃料の付着率と、付着燃料の残留率とを含み、
前記パラメータ取得手段は、前記付着率に前記燃料温度の影響を反映させることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、
内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、
前記パラメータ取得手段は、前記付着率に、前記燃料温度の影響と前記負荷の影響とを反映させることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記パラメータ取得手段は、
内燃機関の運転状態に基づいて前記付着率の基本値を算出する基本値算出手段と、
前記基本値を、前記燃料温度および前記負荷に基づいて補正する付着率補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示す構成は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温センサ１８が組み付けられている。
【００１４】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる吸入空気量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００１５】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンクの更に下流には、内燃機関１０の吸気ポート３０に燃料を噴射するための燃料噴射弁３２が配置されている。
【００１６】
内燃機関１０は、吸気バルブ３４を駆動する可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構３６、および排気弁３８を駆動するＶＶＴ機構４０を備えている。更に、内燃機関１０は、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２、機関回転数ＮＥを検出する回転数センサ４４、および図示しない燃料タンクの内部において燃料温度を検出する燃料温度センサ４６を備えている。
【００１７】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種センサと共に、燃料噴射弁３２や、ＶＶＴ機構３６，４０が接続されている。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３２を駆動して所望の燃料を噴射させることができると共に、ＶＶＴ機構３６，４０の状態を検出し、また、それらを適当に駆動することができる。
【００１８】
［燃料噴射量補正の必要性］
図２は、本実施形態の装置が用いる燃料挙動モデルを説明するための図である。この燃料挙動モデルは、燃料噴射弁３２から噴射された後の燃料の挙動を表すモデルである。図２に示す残留率Ｐ、付着率Ｒ、壁面付着量ｆｗ、噴射量ｆｉ、および筒内燃焼要求量ｆｃは、何れも、その燃料挙動モデルにおいて用いられるパラメータである。ここで、噴射量ｆｉは燃料噴射弁３２から噴射される燃料の量を意味する。また、壁面付着量ｆｗは、吸気ポート３０の内壁や吸気バルブ３４の上面などに付着している燃料の総量を意味する。そして、筒内燃焼要求量ｆｃは、内燃機関１０の筒内に現実に吸入される燃料の量を意味する。
【００１９】
燃料噴射料ｆｉは、燃料噴射弁３２から噴射された後、その一部が吸気ポート３０の内壁等に付着し、その残部が筒内に吸入される。この際、吸気ポート３０等の内壁に付着する噴射料ｆｉの割合を「付着率Ｒ」と定義すれば、筒内に吸入されることなくポートウェットの一部となる燃料の量は、「Ｒ×ｆｉ」で表されることとなり、一方、筒内に吸入される燃料の量は「（１−Ｒ）×ｆｉ」で表されることとなる。
【００２０】
内燃機関１０の筒内には、上記の演算式ｆｉ×（１−Ｒ）で表される量の燃料が燃料噴射弁３２から直接的に吸入される他、吸気ポート３０の内壁等に付着していた燃料の気化分が吸入される。ここで、吸気行程の実行後にポートウェットが壁面等に付着したままの状態で残る割合を「残留率Ｐ」とすれば、吸気行程の開始時に存在していた壁面付着量ｆｗは、その吸気行程の後には「Ｐ×ｆｗ」で表される量に減少していることになり、一方、その吸気行程の間には、「（１−Ｐ）×ｆｗ」で表される量の燃料がポートウェットの存在に起因して筒内に吸入されたことになる。
【００２１】
従って、第ｋサイクルにおける噴射行程の開始時における壁面付着量がｆｗｋであり、第ｋサイクルにおける燃料噴射量がｆｉｋである場合、第ｋサイクルの終了後に発生している壁面付着量（つまり、第ｋ＋１サイクルにおける壁面付着量）ｆｗｋ＋１、および、第ｋサイクルにおける筒内燃焼要求量ｆｃｋは、付着率Ｒおよび残留率Ｐを用いて次式のように表すことができる。
ｆｗｋ＋１＝Ｐ×ｆｗｋ＋Ｒ×ｆｉｋ ・・・（１）
ｆｃｋ＝（１−Ｐ）×ｆｗｋ＋（１−Ｒ）×ｆｉｋ ・・・（２）
【００２２】
以上説明した通り、内燃機関１０の筒内に現実に吸入される筒内燃焼要求量ｆｃｋは、上記（１）式および（２）式の関係を用いることにより、付着率Ｒおよび残留率Ｐをパラメータとして、個々のサイクル毎に演算により求めることができる（尚、壁面付着量ｆｗの初期値ｆｗ０はゼロである）。このため、本実施形態のシステムによれば、付着率Ｒおよび残留率Ｐを精度良く設定することができれば、壁面付着量ｆｗの変化に影響されることなく、内燃機関１０の過渡運転時においても筒内燃焼要求量ｆｃを精度良く演算により求めることが可能である。
【００２３】
燃料の付着率Ｒや残留率Ｐは、内燃機関１０の運転状態に応じて変化する。すなわち、噴射燃料ｆｉが吸気ポート３０の内壁等に付着する様子や、壁面に付着しているポートウェットが気化する様子は、内燃機関１０の負荷ＫＬや機関回転数Ｎｅ、或いは吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、更にはポート内壁面温度Ｔｗなどに応じて適宜変化する。このため、付着率Ｒや残留率Ｐの精度を確保するためには、それらのパラメータを、内燃機関１０の運転状態に応じて適宜設定することが必要である。
【００２４】
そこで、本実施形態では、付着率Ｒおよび残留率Ｐのそれぞれを、機関負荷ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、バルブタイミングＶＴ、およびポート内壁面温度Ｔｗとの関係で特定するための規則を予め作成しておき、ＥＣＵ５０に、その規則に従って付着率Ｒおよび残留率Ｐを設定させることとしている。このような手法によれば、内燃機関１０の運転状態が変化し、その変化に伴って噴射後の燃料の挙動が変化するのに対応して、適宜適切な付着率Ｒ及び残留率Ｐを取得することができるため、高精度な燃料噴射量制御を実現することが可能である。
【００２５】
ところで、図３は、吸気ポート３０に噴射された燃料の付着率Ｒと、その燃料の温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍとの関係を表した図である。吸気ポート３０に噴射された燃料は、その温度Ｔｉが高いほど気化し易い状態となる。このため、付着率Ｒは、燃料温度Ｔｉが高いほど小さな値となる。このように、燃料の付着率Ｒは、燃料温度Ｔｉに対して有意な依存性を有している。更に、図３は、付着率Ｒの温度依存性が、吸気管圧力Ｐｍに応じて有意に変化することも示している。
【００２６】
付着率Ｒがこのように燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに対して有意な依存性を示すのであれば、筒内燃料要求量ｆｃを求める前提として付着率Ｒを設定するにあたり、燃料温度Ｔｉや吸気管圧力Ｐｍを付着率Ｒに反映させることが望ましい。そこで、本実施形態では、既述した手法により、内燃機関１０の運転状態に基づいて、付着率Ｒの基本値を算出した後に、その算出値を更に燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに基づいて補正することにより、より現実の値に合致する付着率Ｒ´を算出することとした。
【００２７】
図４は、上述した機能を実現するために、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートを示す。尚、図４に示すルーチンは、内燃機関１０が１サイクル動作する毎に実行されるルーチンである。このルーチンでは、先ず、現在の内燃機関１０の状態を表す各種のパラメータが取得される（ステップ１００）。具体的には、ここでは、機関負荷ＫＬ（Ｇａ、Ｎｅ、ＴＡなどから算出）、機関回転数Ｎｅ、吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、ポート内壁面温度Ｔｗ（ＴＨＷから推定）、および吸気管圧力Ｐｍ（Ｇａ、Ｎｅなどから推定）など、内燃機関１０の運転状態を表す物理量が、計測により、或いは公知の演算により求められる。
【００２８】
図４に示すルーチンでは、次に、残留率Ｐの算出処理と、付着率Ｒ´の算出処理とが実行される。ＥＣＵ５０は、ポートウェットの残留率Ｐを、機関負荷ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、およびポート内壁面温度Ｔｗとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照して、現在の運転状態に応じた残留率Ｐが算出される（ステップ１０２）。
【００２９】
付着率Ｒ´の算出処理では、先ず、基本の付着率Ｒを算出するための処理が実行される（ステップ１０４）。ＥＣＵ５０は、基本の付着率Ｒを、機関負荷ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、およびポート内壁面温度Ｔｗとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照して、現在の運転状態に応じた基本の付着率Ｒが算出される。
【００３０】
次に、燃料温度Ｔｉが計測される（ステップ１０６）。ＥＣＵ５０は、燃料温度センサ４６の検出値を燃料温度Ｔｉとして検出する。燃料温度センサ４６が検出する値は、厳密には燃料タンクの内部における燃料の温度である。ここでは、その温度が噴射後の燃料の温度と大きく異ならないものとして、燃料温度センサ４６の検出値を噴射後の燃料の温度Ｔｉとして取り扱うこととしている。尚、両者の温度が大きく異なる場合には、燃料噴射弁３２の近傍に温度センサを配置して、より噴射位置に近い場所で燃料温度Ｔｉを検出し、或いは、燃料温度センサ４６の検出値に補正を施して燃料温度Ｔｉを算出することとしてもよい。
【００３１】
図４に示すルーチンでは、次に、燃料温度Ｔｉに基づいて付着率Ｒの補正値αを算出する処理が行われる（ステップ１０８）。ＥＣＵ５０は、図３に示すようなマップ、つまり、付着率Ｒの燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに対する依存性を表すマップ、更に換言すると、その依存性を付着率Ｒに反映させるための補正値αのマップを記憶している。本ステップ１０８では、そのマップを参照して、現在の燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに対応する補正値αが算出される。
【００３２】
次に、補正値αが基本の付着率Ｒに掛け合わされることにより、補正後の付着率Ｒ´＝Ｒ×αが算出される（ステップ１１０）。ＥＣＵ５０は、以上説明したステップ１０２〜１１０の処理を行うことにより、内燃機関１０の運転状態に精度良く適合した残留率Ｐ、および内燃機関１０の運転状態および燃料温度Ｔｉに精度良く適合した付着率Ｒを求めることができる。
【００３３】
図４に示すルーチンでは、次に、今回の吸気サイクルにおける筒内要求燃料噴射量ｆｃが算出される（ステップ１１２）。筒内要求噴射量ｆｃは、内燃機関１０において目標空燃比を実現するために必要な燃料噴射量である。ここでは、実現すべき目標空燃比と、現在の吸入空気量Ｇａなどに基づいて、筒内要求噴射量ｆｃが算出される。
【００３４】
その後、筒内要求噴射量ｆｃを実現するために必要な燃料噴射量ｆｉが算出され（ステップ１１４）、更に、今回の吸気サイクル後に吸気ポート３０内に残存すると推定される壁面付着量ｆｗが算出された後（ステップ１１６）、今回の処理サイクルが終了される。上記ステップ１１６の処理が行われることにより、ＥＣＵ５０は、吸気行程が行われる毎に、壁面付着量ｆｗを最新値に更新することができる。
【００３５】
既述した通り、筒内要求噴射量ｆｃと燃料噴射量ｆｉとの間には、上記（２）式の関係が成立する。ＥＣＵ５０は、上記ステップ１１４において、その（２）式に、上記ステップ１０２で算出した残留率Ｐ、上記ステップ１１０で算出した補正後の付着率Ｒ´、および前回の処理サイクル時に求めた壁面付着量ｆｗを代入することにより、筒内要求噴射量ｆｃを実現するための燃料噴射量ｆｉを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、そのようにして算出した燃料噴射量ｆｉを、残留率Ｐ、補正後の付着率Ｒ´、および前回の処理サイクル時に求めた壁面付着量ｆｗと共に（１）式に代入することにより、上記ステップ１１６において最新の壁面付着量ｆｗを算出する。
【００３６】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、噴射後の燃料の挙動を表すパラメータのうち、付着率Ｒに、燃料温度Ｔｉの影響と、吸気管圧力Ｐｍの影響とを反映させることができる。このため、本実施形態の装置によれば、付着率Ｒの算出にそれらが反映されない場合に比して、その算出精度を高めることができ、燃料噴射に関する制御精度を改善することができる。
【００３７】
ところで、上述した実施の形態１では、残留率Ｐおよび基本の付着率Ｒを、ＫＬ、Ｎｅ、ＶＴおよびＴｗの４パラメータを軸とする４軸マップで定め、かつ、付着率Ｒの補正値αをＴｉとＰｍの２パラメータを軸とする２軸マップで定めた上で、αとＲを掛け合わせることにより、最終的に必要なパラメータＰおよびＲ´を取得することとしている。しかしながら、残留率Ｐおよび補正後の付着率Ｒ´の取得方法は、このような手法に限定されるものではない。以下、それらを取得するための他のいくつかの手法を例示する。
【００３８】
第１に、補正値αを設定するための基礎パラメータは、燃料温度Ｔｉと吸気管圧力Ｐｍの組み合わせに限られるものではない。すなわち、補正値αは、燃料温度Ｔｉのみを基礎パラメータとして求めることとしても、或いは、燃料温度Ｔｉに加えて、吸気管圧力Ｐｍと共に、或いは、吸気管圧力Ｐｍに代えて、バルブタイミングＶＴや機関回転数Ｎｅなどをも基礎パラメータとして求めることとしてもよい。
【００３９】
第２に、補正値αは、必ずしもマップを参照して算出する必要はない。例えば、補正値αの燃料温度Ｔｉに対する依存性を表す関数ｆ（Ｔｉ）を予め準備しておき、基本の付着率Ｒに施すべき補正量を、ＥＣＵ５０に、その関数ｆ（Ｔｉ）に従って算出させることとしてもよい。図５は、このような手法を採用する場合にＥＣＵ５０に実行させるべきルーチンのフローチャートを示す。つまり、このルーチンは、補正後の付着率Ｒ´をＲ´＝ｆ（Ｔｉ）なる演算により算出するためのルーチンである（ステップ１２０）。尚、図５に示すルーチンは、補正値αが関数ｆ（Ｔｉ）に置き換えられている点を除き実質的に図４に示すルーチンと同様であるため、ここでは、これ以上の説明は省略する。
【００４０】
第３に、補正後の付着率Ｒ´は、必ずしも基本の付着率Ｒに補正値αを掛け合わせることにより取得する必要はなく、ＫＬ、Ｎｅ、ＶＴおよびＴｗにＴｉを加えた５パラメータを軸とする５軸マップから直接的に取得することとしてもよい。図６は、このような手法を採用する場合にＥＣＵ５０に実行させるべきルーチンのフローチャートを示す。つまり、このルーチンは、補正後の付着率Ｒ´を上記の５軸マップを用いて算出するためのルーチンである（ステップ１３０）。尚、図６に示すルーチンは、Ｒ´の算出手法が異なる他は図４に示すルーチンと同様であるため、ここでは、これ以上の説明は省略する。
【００４１】
第４に、補正後の付着率Ｒ´は、必ずしもマップを参照して算出する必要はない。すなわち、補正後の付着率Ｒ´は、その値を求めるための演算式を予め準備しておき、ＥＣＵ５０にその演算式に則った処理を行わせることにより取得することとしてもよい。この場合において、補正後の付着率Ｒ´は、例えば以下に示すような演算式を用いることにより算出することができる。尚、以下の説明では、Ｒ´を単に「付着率」と称することとする。また、以下の説明において、記号「´」は、これが付されたパラメータに燃料温度Ｔｉの影響が反映されていることを表しているものとする。
【００４２】
Ｒ´＝Ｒ１´×β×Ｒ２ ・・・（３）
燃料の付着率Ｒ´は、燃料噴射弁３２から噴射された後、飛行の過程で蒸発せずに壁面まで到達する燃料の割合Ｒ１´と、壁面に到達した後、反射により失われることなく壁面に付着する燃料の割合βと、壁面に付着した後、蒸発することなく付着状態を維持する燃料の割合Ｒ２とを掛け合わせることにより、上記（３）式のように算出することができる。上記（３）式に含まれる３つのパラメータＲ１´、βおよびＲ２は、それぞれ次式（４）、（５）、（６）のように表すことができる。尚、これら３つのパラメータのうち、後ろの２つは燃料温度Ｔｉの影響を殆ど受けないのに対して、最初のパラメータＲ１´はその影響を大きく受ける。このため、付着率Ｒ´の温度依存性は、主としてパラメータＲ１´の温度依存性により決定される。
【００４３】
【数１】
【００４４】
但し、上記（４）乃至（６）式に含まれる個々のパラメータは、それぞれ下記のような物理量である。尚、下記の説明において、「層流」とは、吸気工程が終了した後、次サイクルの吸気工程が開始されるまでの間、つまり、吸気バルブ３４が閉じられている間の吸気ポート３０の内部の状態を意味している。また、「乱流」とは吸気バルブ３４が開いている間の吸気ポート３０の内部の状態を意味している。
Ｓｃ１：層流用適合係数（既定値）
Ｓｃ２：乱流用適合係数（既定値）
ρｌ：液体燃料の密度（既定値）
ρｇ：空気の密度
ρｇ＝Ｐｇ／Ｒｃｏｎｓｔ・Ｔｇとして算出される。
但し、Ｐｇはポート内ガス圧力、Ｒｃｏｎｓｔは気体定数、Ｔｇはポート内ガス温度。
ｄｉ：液滴の代表粒径（既定値）
μｌ：液体燃料の粘性（既定値）
μｇ：空気の粘性（既定値）
Ｖ：液滴飛行速度（既定値）
Ｂ１´：層流時質量輸送係数（詳細は後述）
Ｂ２：乱流時質量輸送係数（詳細は後述）
Δｔｄｒｏｐ：液滴飛行時間（既定値）
＝（燃料噴射弁から吸気バルブまでの距離）／Ｖ
Δｔｔｕｒｂ：乱流期間、すなわち、吸気バルブ３４の開弁期間（作用角）
ｈ：付着燃料の膜厚
ｈ＝ｆｗ／ρｌ／ｓとして算出される。但し、ｓは濡れ面積（既定値）。
Ｄ：吸気ポートの径
Ｕｇ：ポート内ガス流速
Ｕｇ＝（Ｖｏｌｖａｌｖｅ／Ａｖａｌｖｅ）×（Ａｐｏｒｔ／Ａｖａｌｖｅ）として算出される。
但し、Ｖｏｌｖａｌｖｅ＝（バルブ通過流量）／ρｇ、
Ａｖａｌｖｅはバルブ面積、
Ａｐｏｒｔはポート面積
σ：燃料の表面張力
θＩ：噴射方向と衝突壁面のなす角度
【００４５】
上述した層流時質量輸送係数Ｂ１´および乱流時質量輸送係数Ｂ２は、それぞれ、層流時または乱流時における付着燃料の蒸発のし易さを表すパラメータである。それらの値Ｂ１´およびＢ２は、それぞれ以下のように表すことができる。
【００４６】
【数２】
【００４７】
上記（７）式において、Ｔは温度を意味するパラメータであり、層流時質量輸送係数Ｂ１´を算出する際には燃料温度ＴｉがそのＴとなり、一方、乱流時質量輸送係数Ｂ２の算出時には、ポート内壁面温度Ｔｗとポート内ガス温度Ｔｇとを次式に代入することで得られる温度ＴｆがそのＴとなる。尚、以下の記載においても、「Ｔ」は、Ｂ１´を算出する場合にはＴｉを、また、Ｂ２を算出する場合にはＴｆを、適宜意味しているものとする。
Ｔｆ＝ε・Ｔｗ＋（１−ε）Ｔｇ ・・・（８）
ここで、εは、０＜ε＜１を満たす値である。通常は、Ｙｓｊに対する影響度の大きさを考慮して、εには０．７程度の値が代入される。
【００４８】
また、上記（７）式において、ｊは、燃料に含まれる個々の成分に付した識別番号である。つまり、ΣＹｓｊ（Ｔ）、或いはΣＹｇｊは、それぞれ、燃料に含まれる個々の成分のＹｓ（Ｔ）やＹｇの積算値である。ここで、Ｙｓｊ（Ｔ）は、燃料に含まれる個々の成分の飽和蒸気濃度を意味している。飽和蒸気濃度Ｙｓｊ（Ｔ）は、温度Ｔに対して依存性を有する物理量であり、以下に示す（９）式により算出することができる。
【００４９】
【数３】
【００５０】
但し、上記（９）式に含まれる個々のパラメータは、それぞれ以下のような物理量である。
ｗｊ：燃料に含まれる個々の成分のモル質量（既定値）、
ｗａｉｒ：空気のモル質量（既定値）
Ｐｖｓｊ：アントンの式による個々の成分の飽和蒸気圧
飽和蒸気濃度Ｐｖｓｊは、次式（１０）により求めることができる。
【００５１】
【数４】
【００５２】
但し、上記（１０）式中、ａ１ｊ、ａ２ｊおよびａ３ｊは、燃料成分毎に既定のアントン係数である。また、ｙｆｊは、噴射燃料に含まれる個々の成分の質量割合である。
【００５３】
既述した（７）式に示す通り、層流時質量輸送係数Ｂ１´の関係式には、Ｙｇｊの項が含まれている。Ｙｇｊは、吸気ポート１０の内部における個々の燃料成分の蒸気濃度である。層流状態では、蒸気濃度Ｙｇｉが無視できない値（例えば１０％程度）となる。このため、層流時質量輸送係数Ｂ１´の式には、その項が含まれている。一方、乱流時には、吸気ポート３０内の個々の成分濃度がほぼ０となるため、乱流時質量輸送係数Ｂ２の式からは、その項が省かれている。
【００５４】
以上説明した通り、上述した（７）式〜（１０）式によれば、層流時質量輸送係数Ｂ１´と、乱流時質量輸送係数Ｂ２とを演算により求めることができる。そして、それらの係数値と、上記（３）式および（４）式の関係を用いれば、付着率Ｒ´を演算により求めることが可能である。このように、燃料温度Ｔｉの影響をも考慮した付着率Ｒ´は、上述した手法を用いることにより、マップに頼ることなく演算により取得することが可能である。
【００５５】
尚、上述した実施の形態１においては、上述した（１）式および（２）式の関係が前記第１の発明における「燃料挙動モデル」に、残留率Ｐおよび補正後の付着率Ｒ´が前記第１の発明における「パラメータ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理と、上記ステップ１１０、１２０および１３０の何れかの処理を実行することにより前記第１の発明における「パラメータ取得手段」が、上記ステップ１１２〜１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「噴射量算出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料温度取得手段」が、それぞれ実現されている。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、吸気管圧力Ｐｍを取得することにより前記第３の発明における「負荷検出手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「基本値算出手段」が、上記ステップ１１０または１２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「付着率補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を定めた燃料挙動モデルにおいて用いられるパラメータに、燃料温度を反映させることができる。噴射後の燃料挙動は、燃料温度に応じて異なる挙動を示す。本発明によれば、燃料の挙動を推定するにあたり、そのような燃料温度の影響を考慮することができるため、極めて高い精度で燃料噴射量を算出することができる。
【００５７】
第２の発明によれば、燃料の付着率と残留率とを用いて噴射後の燃料の挙動を表すことができる。そして、その付着率に燃料温度の影響を反映させることができる。燃料の付着率は、燃料温度の影響を大きく受ける。従って、本発明によれば、付着率と残留率とをパラメータとする燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を極めて精度良く算出することができる。
【００５８】
第３の発明によれば、燃料の付着率に内燃機関の負荷の影響をも反映させることができる。燃料の付着率は、内燃機関の負荷（吸気管圧力や吸入空気量）の影響を大きく受ける。従って、本発明によれば、付着率と残留率とをパラメータとする燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を極めて精度良く算出することができる。
【００５９】
第４の発明によれば、内燃機関の運転状態に基づいて付着率の基本値を算出したうえで、その基本値に、燃料温度と負荷とに基づく補正を施すことにより、現実の値と精度良く合致する付着率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を表すモデルの内容を説明するための図である。
【図３】図２に示すモデルにおいて用いられる付着率の、燃料温度および吸気管圧力に対する依存性を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの第１例のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの第２例のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの第３例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
２０ エアフロメータ
２２ スロットルバルブ
３２ 燃料噴射弁
３４ 吸気バルブ
３６、４０ 可変バルブタイミング機構
ｆｗ 燃料付着量
ｆｉ 燃料噴射量
ＶＴ 吸気バルブの開弁タイミング
Ｐ 残留率
Ｒ 付着率
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射量制御装置に係り、特に、燃料噴射弁から噴射された後の燃料挙動を表す燃料挙動モデルを用いて燃料噴射量を算出する燃料噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポート噴射型の内燃機関においては、吸気通路に配置された燃料噴射弁によって、吸気ポート内部に燃料が噴射される。このようにして噴射された燃料は、吸気バルブの開弁に伴い、筒内負圧が吸気ポートに導かれることにより、空気と共に筒内に吸入される。吸気ポートに噴射された燃料の一部は、その内壁や吸気弁などに付着する。内燃機関が定常状態にある場合は燃料の付着量が一定値で平衡し、筒内に吸入される燃料の量は、噴射される燃料の量と等しくなる。
【０００３】
ところが、内燃機関の過渡運転時には、吸入空気量や燃料噴射量が変化することにより、その燃料付着量にも増減が生ずる。そして、この増減が生ずる間は、筒内に吸入される燃料の量と、噴射される燃料の量との間にずれが生ずる。従って、過渡運転時に所望量の燃料を筒内に吸入させるためには、上記燃料付着量の増減が相殺されるように燃料噴射量を補正することが必要である。
【０００４】
特許第２７５４７４４号公報は、ポート噴射型の内燃機関において、燃料噴射量に上記の補正を施す燃料噴射量制御装置を開示している。この装置は、吸気ポート等への燃料の付着量を状態変数とする燃料挙動モデルを有している。燃料挙動モデルのパラメータは、内燃機関の運転状態により更新される。そして、この装置は、内燃機関の運転状態に応じて更新された燃料挙動モデルに則って燃料付着量を算出し、その算出量に基づいて燃料噴射量の補正を行う。
【０００５】
【特許文献１】
特許２７５４７４４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８０１８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、精度良く所望の燃料噴射量を算出するためには、燃料挙動モデルのパラメータを精度良く更新することが必要である。このパラメータは、既述した通り、内燃機関の運転状態に基づいて更新される。より具体的には、上記従来の装置において、燃料挙動モデルのパラメータは、吸気管圧力Ｐｍや機関回転数ＮＥ、更には吸気温度ＴＨＡ等との関係で更新される。しかしながら、上記従来の装置が用いるパラメータの更新手法は、必ずしも常に適切に燃料挙動モデルのパラメータを更新し得るものではなく、改良の余地を残すものであった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を表す燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を精度良く算出することのできる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を所定のパラメータとの関係で定めた燃料挙動モデルを用いて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、
前記パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
取得されたパラメータに対応する燃料の挙動を前提として燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度を取得する燃料温度取得手段とを備え、
前記パラメータ取得手段は、前記パラメータの少なくとも一つに前記燃料温度の影響を反映させる手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記パラメータは、噴射燃料の付着率と、付着燃料の残留率とを含み、
前記パラメータ取得手段は、前記付着率に前記燃料温度の影響を反映させることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、
内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、
前記パラメータ取得手段は、前記付着率に、前記燃料温度の影響と前記負荷の影響とを反映させることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記パラメータ取得手段は、
内燃機関の運転状態に基づいて前記付着率の基本値を算出する基本値算出手段と、
前記基本値を、前記燃料温度および前記負荷に基づいて補正する付着率補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１３】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示す構成は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温センサ１８が組み付けられている。
【００１４】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる吸入空気量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００１５】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンクの更に下流には、内燃機関１０の吸気ポート３０に燃料を噴射するための燃料噴射弁３２が配置されている。
【００１６】
内燃機関１０は、吸気バルブ３４を駆動する可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構３６、および排気弁３８を駆動するＶＶＴ機構４０を備えている。更に、内燃機関１０は、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２、機関回転数ＮＥを検出する回転数センサ４４、および図示しない燃料タンクの内部において燃料温度を検出する燃料温度センサ４６を備えている。
【００１７】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種センサと共に、燃料噴射弁３２や、ＶＶＴ機構３６，４０が接続されている。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３２を駆動して所望の燃料を噴射させることができると共に、ＶＶＴ機構３６，４０の状態を検出し、また、それらを適当に駆動することができる。
【００１８】
［燃料噴射量補正の必要性］
図２は、本実施形態の装置が用いる燃料挙動モデルを説明するための図である。この燃料挙動モデルは、燃料噴射弁３２から噴射された後の燃料の挙動を表すモデルである。図２に示す残留率Ｐ、付着率Ｒ、壁面付着量ｆｗ、噴射量ｆｉ、および筒内燃焼要求量ｆｃは、何れも、その燃料挙動モデルにおいて用いられるパラメータである。ここで、噴射量ｆｉは燃料噴射弁３２から噴射される燃料の量を意味する。また、壁面付着量ｆｗは、吸気ポート３０の内壁や吸気バルブ３４の上面などに付着している燃料の総量を意味する。そして、筒内燃焼要求量ｆｃは、内燃機関１０の筒内に現実に吸入される燃料の量を意味する。
【００１９】
燃料噴射料ｆｉは、燃料噴射弁３２から噴射された後、その一部が吸気ポート３０の内壁等に付着し、その残部が筒内に吸入される。この際、吸気ポート３０等の内壁に付着する噴射料ｆｉの割合を「付着率Ｒ」と定義すれば、筒内に吸入されることなくポートウェットの一部となる燃料の量は、「Ｒ×ｆｉ」で表されることとなり、一方、筒内に吸入される燃料の量は「（１−Ｒ）×ｆｉ」で表されることとなる。
【００２０】
内燃機関１０の筒内には、上記の演算式ｆｉ×（１−Ｒ）で表される量の燃料が燃料噴射弁３２から直接的に吸入される他、吸気ポート３０の内壁等に付着していた燃料の気化分が吸入される。ここで、吸気行程の実行後にポートウェットが壁面等に付着したままの状態で残る割合を「残留率Ｐ」とすれば、吸気行程の開始時に存在していた壁面付着量ｆｗは、その吸気行程の後には「Ｐ×ｆｗ」で表される量に減少していることになり、一方、その吸気行程の間には、「（１−Ｐ）×ｆｗ」で表される量の燃料がポートウェットの存在に起因して筒内に吸入されたことになる。
【００２１】
従って、第ｋサイクルにおける噴射行程の開始時における壁面付着量がｆｗｋであり、第ｋサイクルにおける燃料噴射量がｆｉｋである場合、第ｋサイクルの終了後に発生している壁面付着量（つまり、第ｋ＋１サイクルにおける壁面付着量）ｆｗｋ＋１、および、第ｋサイクルにおける筒内燃焼要求量ｆｃｋは、付着率Ｒおよび残留率Ｐを用いて次式のように表すことができる。
ｆｗｋ＋１＝Ｐ×ｆｗｋ＋Ｒ×ｆｉｋ ・・・（１）
ｆｃｋ＝（１−Ｐ）×ｆｗｋ＋（１−Ｒ）×ｆｉｋ ・・・（２）
【００２２】
以上説明した通り、内燃機関１０の筒内に現実に吸入される筒内燃焼要求量ｆｃｋは、上記（１）式および（２）式の関係を用いることにより、付着率Ｒおよび残留率Ｐをパラメータとして、個々のサイクル毎に演算により求めることができる（尚、壁面付着量ｆｗの初期値ｆｗ０はゼロである）。このため、本実施形態のシステムによれば、付着率Ｒおよび残留率Ｐを精度良く設定することができれば、壁面付着量ｆｗの変化に影響されることなく、内燃機関１０の過渡運転時においても筒内燃焼要求量ｆｃを精度良く演算により求めることが可能である。
【００２３】
燃料の付着率Ｒや残留率Ｐは、内燃機関１０の運転状態に応じて変化する。すなわち、噴射燃料ｆｉが吸気ポート３０の内壁等に付着する様子や、壁面に付着しているポートウェットが気化する様子は、内燃機関１０の負荷ＫＬや機関回転数Ｎｅ、或いは吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、更にはポート内壁面温度Ｔｗなどに応じて適宜変化する。このため、付着率Ｒや残留率Ｐの精度を確保するためには、それらのパラメータを、内燃機関１０の運転状態に応じて適宜設定することが必要である。
【００２４】
そこで、本実施形態では、付着率Ｒおよび残留率Ｐのそれぞれを、機関負荷ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、バルブタイミングＶＴ、およびポート内壁面温度Ｔｗとの関係で特定するための規則を予め作成しておき、ＥＣＵ５０に、その規則に従って付着率Ｒおよび残留率Ｐを設定させることとしている。このような手法によれば、内燃機関１０の運転状態が変化し、その変化に伴って噴射後の燃料の挙動が変化するのに対応して、適宜適切な付着率Ｒ及び残留率Ｐを取得することができるため、高精度な燃料噴射量制御を実現することが可能である。
【００２５】
ところで、図３は、吸気ポート３０に噴射された燃料の付着率Ｒと、その燃料の温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍとの関係を表した図である。吸気ポート３０に噴射された燃料は、その温度Ｔｉが高いほど気化し易い状態となる。このため、付着率Ｒは、燃料温度Ｔｉが高いほど小さな値となる。このように、燃料の付着率Ｒは、燃料温度Ｔｉに対して有意な依存性を有している。更に、図３は、付着率Ｒの温度依存性が、吸気管圧力Ｐｍに応じて有意に変化することも示している。
【００２６】
付着率Ｒがこのように燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに対して有意な依存性を示すのであれば、筒内燃料要求量ｆｃを求める前提として付着率Ｒを設定するにあたり、燃料温度Ｔｉや吸気管圧力Ｐｍを付着率Ｒに反映させることが望ましい。そこで、本実施形態では、既述した手法により、内燃機関１０の運転状態に基づいて、付着率Ｒの基本値を算出した後に、その算出値を更に燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに基づいて補正することにより、より現実の値に合致する付着率Ｒ´を算出することとした。
【００２７】
図４は、上述した機能を実現するために、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートを示す。尚、図４に示すルーチンは、内燃機関１０が１サイクル動作する毎に実行されるルーチンである。このルーチンでは、先ず、現在の内燃機関１０の状態を表す各種のパラメータが取得される（ステップ１００）。具体的には、ここでは、機関負荷ＫＬ（Ｇａ、Ｎｅ、ＴＡなどから算出）、機関回転数Ｎｅ、吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、ポート内壁面温度Ｔｗ（ＴＨＷから推定）、および吸気管圧力Ｐｍ（Ｇａ、Ｎｅなどから推定）など、内燃機関１０の運転状態を表す物理量が、計測により、或いは公知の演算により求められる。
【００２８】
図４に示すルーチンでは、次に、残留率Ｐの算出処理と、付着率Ｒ´の算出処理とが実行される。ＥＣＵ５０は、ポートウェットの残留率Ｐを、機関負荷ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、およびポート内壁面温度Ｔｗとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照して、現在の運転状態に応じた残留率Ｐが算出される（ステップ１０２）。
【００２９】
付着率Ｒ´の算出処理では、先ず、基本の付着率Ｒを算出するための処理が実行される（ステップ１０４）。ＥＣＵ５０は、基本の付着率Ｒを、機関負荷ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、吸気弁３４の開閉タイミングＶＴ、およびポート内壁面温度Ｔｗとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照して、現在の運転状態に応じた基本の付着率Ｒが算出される。
【００３０】
次に、燃料温度Ｔｉが計測される（ステップ１０６）。ＥＣＵ５０は、燃料温度センサ４６の検出値を燃料温度Ｔｉとして検出する。燃料温度センサ４６が検出する値は、厳密には燃料タンクの内部における燃料の温度である。ここでは、その温度が噴射後の燃料の温度と大きく異ならないものとして、燃料温度センサ４６の検出値を噴射後の燃料の温度Ｔｉとして取り扱うこととしている。尚、両者の温度が大きく異なる場合には、燃料噴射弁３２の近傍に温度センサを配置して、より噴射位置に近い場所で燃料温度Ｔｉを検出し、或いは、燃料温度センサ４６の検出値に補正を施して燃料温度Ｔｉを算出することとしてもよい。
【００３１】
図４に示すルーチンでは、次に、燃料温度Ｔｉに基づいて付着率Ｒの補正値αを算出する処理が行われる（ステップ１０８）。ＥＣＵ５０は、図３に示すようなマップ、つまり、付着率Ｒの燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに対する依存性を表すマップ、更に換言すると、その依存性を付着率Ｒに反映させるための補正値αのマップを記憶している。本ステップ１０８では、そのマップを参照して、現在の燃料温度Ｔｉおよび吸気管圧力Ｐｍに対応する補正値αが算出される。
【００３２】
次に、補正値αが基本の付着率Ｒに掛け合わされることにより、補正後の付着率Ｒ´＝Ｒ×αが算出される（ステップ１１０）。ＥＣＵ５０は、以上説明したステップ１０２〜１１０の処理を行うことにより、内燃機関１０の運転状態に精度良く適合した残留率Ｐ、および内燃機関１０の運転状態および燃料温度Ｔｉに精度良く適合した付着率Ｒを求めることができる。
【００３３】
図４に示すルーチンでは、次に、今回の吸気サイクルにおける筒内要求燃料噴射量ｆｃが算出される（ステップ１１２）。筒内要求噴射量ｆｃは、内燃機関１０において目標空燃比を実現するために必要な燃料噴射量である。ここでは、実現すべき目標空燃比と、現在の吸入空気量Ｇａなどに基づいて、筒内要求噴射量ｆｃが算出される。
【００３４】
その後、筒内要求噴射量ｆｃを実現するために必要な燃料噴射量ｆｉが算出され（ステップ１１４）、更に、今回の吸気サイクル後に吸気ポート３０内に残存すると推定される壁面付着量ｆｗが算出された後（ステップ１１６）、今回の処理サイクルが終了される。上記ステップ１１６の処理が行われることにより、ＥＣＵ５０は、吸気行程が行われる毎に、壁面付着量ｆｗを最新値に更新することができる。
【００３５】
既述した通り、筒内要求噴射量ｆｃと燃料噴射量ｆｉとの間には、上記（２）式の関係が成立する。ＥＣＵ５０は、上記ステップ１１４において、その（２）式に、上記ステップ１０２で算出した残留率Ｐ、上記ステップ１１０で算出した補正後の付着率Ｒ´、および前回の処理サイクル時に求めた壁面付着量ｆｗを代入することにより、筒内要求噴射量ｆｃを実現するための燃料噴射量ｆｉを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、そのようにして算出した燃料噴射量ｆｉを、残留率Ｐ、補正後の付着率Ｒ´、および前回の処理サイクル時に求めた壁面付着量ｆｗと共に（１）式に代入することにより、上記ステップ１１６において最新の壁面付着量ｆｗを算出する。
【００３６】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、噴射後の燃料の挙動を表すパラメータのうち、付着率Ｒに、燃料温度Ｔｉの影響と、吸気管圧力Ｐｍの影響とを反映させることができる。このため、本実施形態の装置によれば、付着率Ｒの算出にそれらが反映されない場合に比して、その算出精度を高めることができ、燃料噴射に関する制御精度を改善することができる。
【００３７】
ところで、上述した実施の形態１では、残留率Ｐおよび基本の付着率Ｒを、ＫＬ、Ｎｅ、ＶＴおよびＴｗの４パラメータを軸とする４軸マップで定め、かつ、付着率Ｒの補正値αをＴｉとＰｍの２パラメータを軸とする２軸マップで定めた上で、αとＲを掛け合わせることにより、最終的に必要なパラメータＰおよびＲ´を取得することとしている。しかしながら、残留率Ｐおよび補正後の付着率Ｒ´の取得方法は、このような手法に限定されるものではない。以下、それらを取得するための他のいくつかの手法を例示する。
【００３８】
第１に、補正値αを設定するための基礎パラメータは、燃料温度Ｔｉと吸気管圧力Ｐｍの組み合わせに限られるものではない。すなわち、補正値αは、燃料温度Ｔｉのみを基礎パラメータとして求めることとしても、或いは、燃料温度Ｔｉに加えて、吸気管圧力Ｐｍと共に、或いは、吸気管圧力Ｐｍに代えて、バルブタイミングＶＴや機関回転数Ｎｅなどをも基礎パラメータとして求めることとしてもよい。
【００３９】
第２に、補正値αは、必ずしもマップを参照して算出する必要はない。例えば、補正値αの燃料温度Ｔｉに対する依存性を表す関数ｆ（Ｔｉ）を予め準備しておき、基本の付着率Ｒに施すべき補正量を、ＥＣＵ５０に、その関数ｆ（Ｔｉ）に従って算出させることとしてもよい。図５は、このような手法を採用する場合にＥＣＵ５０に実行させるべきルーチンのフローチャートを示す。つまり、このルーチンは、補正後の付着率Ｒ´をＲ´＝ｆ（Ｔｉ）なる演算により算出するためのルーチンである（ステップ１２０）。尚、図５に示すルーチンは、補正値αが関数ｆ（Ｔｉ）に置き換えられている点を除き実質的に図４に示すルーチンと同様であるため、ここでは、これ以上の説明は省略する。
【００４０】
第３に、補正後の付着率Ｒ´は、必ずしも基本の付着率Ｒに補正値αを掛け合わせることにより取得する必要はなく、ＫＬ、Ｎｅ、ＶＴおよびＴｗにＴｉを加えた５パラメータを軸とする５軸マップから直接的に取得することとしてもよい。図６は、このような手法を採用する場合にＥＣＵ５０に実行させるべきルーチンのフローチャートを示す。つまり、このルーチンは、補正後の付着率Ｒ´を上記の５軸マップを用いて算出するためのルーチンである（ステップ１３０）。尚、図６に示すルーチンは、Ｒ´の算出手法が異なる他は図４に示すルーチンと同様であるため、ここでは、これ以上の説明は省略する。
【００４１】
第４に、補正後の付着率Ｒ´は、必ずしもマップを参照して算出する必要はない。すなわち、補正後の付着率Ｒ´は、その値を求めるための演算式を予め準備しておき、ＥＣＵ５０にその演算式に則った処理を行わせることにより取得することとしてもよい。この場合において、補正後の付着率Ｒ´は、例えば以下に示すような演算式を用いることにより算出することができる。尚、以下の説明では、Ｒ´を単に「付着率」と称することとする。また、以下の説明において、記号「´」は、これが付されたパラメータに燃料温度Ｔｉの影響が反映されていることを表しているものとする。
【００４２】
Ｒ´＝Ｒ１´×β×Ｒ２ ・・・（３）
燃料の付着率Ｒ´は、燃料噴射弁３２から噴射された後、飛行の過程で蒸発せずに壁面まで到達する燃料の割合Ｒ１´と、壁面に到達した後、反射により失われることなく壁面に付着する燃料の割合βと、壁面に付着した後、蒸発することなく付着状態を維持する燃料の割合Ｒ２とを掛け合わせることにより、上記（３）式のように算出することができる。上記（３）式に含まれる３つのパラメータＲ１´、βおよびＲ２は、それぞれ次式（４）、（５）、（６）のように表すことができる。尚、これら３つのパラメータのうち、後ろの２つは燃料温度Ｔｉの影響を殆ど受けないのに対して、最初のパラメータＲ１´はその影響を大きく受ける。このため、付着率Ｒ´の温度依存性は、主としてパラメータＲ１´の温度依存性により決定される。
【００４３】
【数１】
但し、上記（４）乃至（６）式に含まれる個々のパラメータは、それぞれ下記のような物理量である。尚、下記の説明において、「層流」とは、吸気工程が終了した後、次サイクルの吸気工程が開始されるまでの間、つまり、吸気バルブ３４が閉じられている間の吸気ポート３０の内部の状態を意味している。また、「乱流」とは吸気バルブ３４が開いている間の吸気ポート３０の内部の状態を意味している。
Ｓｃ１：層流用適合係数（既定値）
Ｓｃ２：乱流用適合係数（既定値）
ρｌ：液体燃料の密度（既定値）
ρｇ：空気の密度
ρｇ＝Ｐｇ／Ｒｃｏｎｓｔ・Ｔｇとして算出される。
但し、Ｐｇはポート内ガス圧力、Ｒｃｏｎｓｔは気体定数、Ｔｇはポート内ガス温度。
ｄｉ：液滴の代表粒径（既定値）
μｌ：液体燃料の粘性（既定値）
μｇ：空気の粘性（既定値）
Ｖ：液滴飛行速度（既定値）
Ｂ１´：層流時質量輸送係数（詳細は後述）
Ｂ２：乱流時質量輸送係数（詳細は後述）
Δｔｄｒｏｐ：液滴飛行時間（既定値）
＝（燃料噴射弁から吸気バルブまでの距離）／Ｖ
Δｔｔｕｒｂ：乱流期間、すなわち、吸気バルブ３４の開弁期間（作用角）
ｈ：付着燃料の膜厚
ｈ＝ｆｗ／ρｌ／ｓとして算出される。但し、ｓは濡れ面積（既定値）。
Ｄ：吸気ポートの径
Ｕｇ：ポート内ガス流速
Ｕｇ＝（Ｖｏｌｖａｌｖｅ／Ａｖａｌｖｅ）×（Ａｐｏｒｔ／Ａｖａｌｖｅ）として算出される。
但し、Ｖｏｌｖａｌｖｅ＝（バルブ通過流量）／ρｇ、
Ａｖａｌｖｅはバルブ面積、
Ａｐｏｒｔはポート面積
σ：燃料の表面張力
θＩ：噴射方向と衝突壁面のなす角度
【００４５】
上述した層流時質量輸送係数Ｂ１´および乱流時質量輸送係数Ｂ２は、それぞれ、層流時または乱流時における付着燃料の蒸発のし易さを表すパラメータである。それらの値Ｂ１´およびＢ２は、それぞれ以下のように表すことができる。
【００４６】
【数２】
上記（７）式において、Ｔは温度を意味するパラメータであり、層流時質量輸送係数Ｂ１´を算出する際には燃料温度ＴｉがそのＴとなり、一方、乱流時質量輸送係数Ｂ２の算出時には、ポート内壁面温度Ｔｗとポート内ガス温度Ｔｇとを次式に代入することで得られる温度ＴｆがそのＴとなる。尚、以下の記載においても、「Ｔ」は、Ｂ１´を算出する場合にはＴｉを、また、Ｂ２を算出する場合にはＴｆを、適宜意味しているものとする。
Ｔｆ＝ε・Ｔｗ＋（１−ε）Ｔｇ ・・・（８）
ここで、εは、０＜ε＜１を満たす値である。通常は、Ｙｓｊに対する影響度の大きさを考慮して、εには０．７程度の値が代入される。
【００４８】
また、上記（７）式において、ｊは、燃料に含まれる個々の成分に付した識別番号である。つまり、ΣＹｓｊ（Ｔ）、或いはΣＹｇｊは、それぞれ、燃料に含まれる個々の成分のＹｓ（Ｔ）やＹｇの積算値である。ここで、Ｙｓｊ（Ｔ）は、燃料に含まれる個々の成分の飽和蒸気濃度を意味している。飽和蒸気濃度Ｙｓｊ（Ｔ）は、温度Ｔに対して依存性を有する物理量であり、以下に示す（９）式により算出することができる。
【００４９】
【数３】
但し、上記（９）式に含まれる個々のパラメータは、それぞれ以下のような物理量である。
ｗｊ：燃料に含まれる個々の成分のモル質量（既定値）、
ｗａｉｒ：空気のモル質量（既定値）
Ｐｖｓｊ：アントンの式による個々の成分の飽和蒸気圧
飽和蒸気濃度Ｐｖｓｊは、次式（１０）により求めることができる。
【００５１】
【数４】
但し、上記（１０）式中、ａ１ｊ、ａ２ｊおよびａ３ｊは、燃料成分毎に既定のアントン係数である。また、ｙｆｊは、噴射燃料に含まれる個々の成分の質量割合である。
【００５３】
既述した（７）式に示す通り、層流時質量輸送係数Ｂ１´の関係式には、Ｙｇｊの項が含まれている。Ｙｇｊは、吸気ポート１０の内部における個々の燃料成分の蒸気濃度である。層流状態では、蒸気濃度Ｙｇｉが無視できない値（例えば１０％程度）となる。このため、層流時質量輸送係数Ｂ１´の式には、その項が含まれている。一方、乱流時には、吸気ポート３０内の個々の成分濃度がほぼ０となるため、乱流時質量輸送係数Ｂ２の式からは、その項が省かれている。
【００５４】
以上説明した通り、上述した（７）式〜（１０）式によれば、層流時質量輸送係数Ｂ１´と、乱流時質量輸送係数Ｂ２とを演算により求めることができる。そして、それらの係数値と、上記（３）式および（４）式の関係を用いれば、付着率Ｒ´を演算により求めることが可能である。このように、燃料温度Ｔｉの影響をも考慮した付着率Ｒ´は、上述した手法を用いることにより、マップに頼ることなく演算により取得することが可能である。
【００５５】
尚、上述した実施の形態１においては、上述した（１）式および（２）式の関係が前記第１の発明における「燃料挙動モデル」に、残留率Ｐおよび補正後の付着率Ｒ´が前記第１の発明における「パラメータ」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理と、上記ステップ１１０、１２０および１３０の何れかの処理を実行することにより前記第１の発明における「パラメータ取得手段」が、上記ステップ１１２〜１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「噴射量算出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料温度取得手段」が、それぞれ実現されている。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、吸気管圧力Ｐｍを取得することにより前記第３の発明における「負荷検出手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「基本値算出手段」が、上記ステップ１１０または１２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「付着率補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を定めた燃料挙動モデルにおいて用いられるパラメータに、燃料温度を反映させることができる。噴射後の燃料挙動は、燃料温度に応じて異なる挙動を示す。本発明によれば、燃料の挙動を推定するにあたり、そのような燃料温度の影響を考慮することができるため、極めて高い精度で燃料噴射量を算出することができる。
【００５７】
第２の発明によれば、燃料の付着率と残留率とを用いて噴射後の燃料の挙動を表すことができる。そして、その付着率に燃料温度の影響を反映させることができる。燃料の付着率は、燃料温度の影響を大きく受ける。従って、本発明によれば、付着率と残留率とをパラメータとする燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を極めて精度良く算出することができる。
【００５８】
第３の発明によれば、燃料の付着率に内燃機関の負荷の影響をも反映させることができる。燃料の付着率は、内燃機関の負荷（吸気管圧力や吸入空気量）の影響を大きく受ける。従って、本発明によれば、付着率と残留率とをパラメータとする燃料挙動モデルを用いて、所望の燃料噴射量を極めて精度良く算出することができる。
【００５９】
第４の発明によれば、内燃機関の運転状態に基づいて付着率の基本値を算出したうえで、その基本値に、燃料温度と負荷とに基づく補正を施すことにより、現実の値と精度良く合致する付着率を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を表すモデルの内容を説明するための図である。
【図３】図２に示すモデルにおいて用いられる付着率の、燃料温度および吸気管圧力に対する依存性を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの第１例のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの第２例のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンの第３例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
２０ エアフロメータ
２２ スロットルバルブ
３２ 燃料噴射弁
３４ 吸気バルブ
３６、４０ 可変バルブタイミング機構
ｆｗ 燃料付着量
ｆｉ 燃料噴射量
ＶＴ 吸気バルブの開弁タイミング
Ｐ 残留率
Ｒ 付着率
Claims (4)
- 燃料噴射弁から噴射された後の燃料の挙動を所定のパラメータとの関係で定めた燃料挙動モデルを用いて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置であって、
前記パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
取得されたパラメータに対応する燃料の挙動を前提として燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料の温度を取得する燃料温度取得手段とを備え、
前記パラメータ取得手段は、前記パラメータの少なくとも一つに前記燃料温度の影響を反映させる手段を含むことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 前記パラメータは、噴射燃料の付着率と、付着燃料の残留率とを含み、
前記パラメータ取得手段は、前記付着率に前記燃料温度の影響を反映させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、
前記パラメータ取得手段は、前記付着率に、前記燃料温度の影響と前記負荷の影響とを反映させることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 前記パラメータ取得手段は、
内燃機関の運転状態に基づいて前記付着率の基本値を算出する基本値算出手段と、
前記基本値を、前記燃料温度および前記負荷に基づいて補正する付着率補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003177604A JP2005009467A (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=34100117
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| JP2003177604A Pending JP2005009467A (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006322404A (ja) * | 2005-05-19 | 2006-11-30 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の燃料噴射量制御装置 |
| US7611352B2 (en) | 2006-08-31 | 2009-11-03 | Ultradent Products, Inc. | Lifestyle bracket system having interchangeable ligation covers |
| JP2010037984A (ja) * | 2008-08-01 | 2010-02-18 | Fuji Heavy Ind Ltd | エンジンの制御装置 |
| JP2016056702A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 三菱自動車工業株式会社 | 内燃機関の燃料温度推定装置 |
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-
2003
- 2003-06-23 JP JP2003177604A patent/JP2005009467A/ja active Pending
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