JP2005201074A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の運転領域を広げて筒内噴射用インジェクタを保護しつつエミッションの向上を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタ１１と吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタ１２とを備え、所定の運転状態では吸気ポート噴射用インジェクタ１２のみから噴射を行わせるようにした内燃機関において、吸気ポート噴射用インジェクタ１２で噴射を行わせるときには、一部気筒を交互に休止させる減筒運転を行わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳しくは、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備える、いわゆるデュアル噴射型内燃機関の制御装置に関する。

一般に、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気ポート噴射用インジェクタとを備え，機関の運転状態に応じてこれらのインジェクタを切替え使用することにより、低負荷運転領域での成層燃焼と高負荷運転領域での均質燃焼を実現させ、燃費特性や出力特性の改善を図った、いわゆるデュアル噴射型内燃機関が知られている。

ところで、このようなデュアル噴射型内燃機関では、この吸気ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射による運転が長時間継続する場合に、カーボンが点火プラグのギャップ部や筒内噴射用インジェクタの噴口周りにデポジットとして付着するという問題があり、このような問題を解決するために、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。

このものは、吸気ポート噴射用インジェクタからの燃料噴射による均質燃焼運転時には、筒内噴射用インジェクタからも燃料を噴射し、燃料の気化に伴う冷却作用により筒内温度延いては筒内噴射用インジェクタの温度を下げ、デポジットの堆積を抑制するようにしている。

特開２００２−３６４４０９号公報

しかしながら、かかる特許文献１に記載の技術では、均質燃焼運転領域において吸気ポート噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとを併用することにより、筒内温度を下げデポジットの堆積を抑制するようにしていることから、かかる運転領域においてエミッションの悪化をもたらすおそれがあった。というのも、吸気ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の場合には、吸入空気との混合、拡散が良好に行われることからエミッションの悪化が抑制されるのに対し、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射の場合には、燃料の拡散時間が十分にとれないことからエミッションの悪化が避けられないからである。エミッションを良好にするためには、吸気ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の運転領域を広げることが望まれるが、筒内噴射用インジェクタの高温化による劣化やデポジットの堆積を避けるという観点から、このように、エミッションを犠牲にしつつ筒内噴射用インジェクタを併用せざるを得ないというのが現状である。

そこで、本発明の目的は、かかる従来技術の問題に着目し、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射によらずともその温度を低下させ、吸気ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の運転領域を広げて筒内噴射用インジェクタを保護しつつエミッションの向上を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置は、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備え、所定の運転状態では前記吸気ポート噴射用インジェクタのみから噴射を行わせるようにした内燃機関において、前記吸気ポート噴射用インジェクタで噴射を行わせるときには、一部気筒を交互に休止させる減筒運転を行わせるようにしたことを特徴とする。

ここで、特定の運転状態のときには、前記減筒運転を停止するようにしてもよい。この特定の運転状態としては、加速中または登坂走行中などのエンジンが所定以上のトルク要求状態にあるときである。

本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置によれば、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備え、所定の運転状態では前記吸気ポート噴射用インジェクタのみから噴射を行わせるようにした内燃機関において、前記吸気ポート噴射用インジェクタで噴射を行わせるときには、一部気筒を交互に休止させる減筒運転が行われるので、気筒当たりの燃焼回数が減り、筒内温度延いては筒内噴射用インジェクタの温度を下げることができる。この結果、筒内噴射用インジェクタの冷却のための筒内噴射を行う必要がなく、吸気ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の運転領域を広げることができる。従って、噴射から点火までの期間が長く吸入空気との混合、拡散が良好に行われ、均質な混合気が形成される吸気ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の運転領域を広げて筒内噴射用インジェクタを保護しつつエミッションの向上を図ることが可能である。

ここで、特定の運転状態のときには、前記減筒運転を停止するようにした形態によれば、エンジンが所定以上のトルク要求状態にあるときには減筒運転が停止されるので、エンジンの加速性能や出力性能に影響を及ぼさない。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明が適用されるデュアル噴射型内燃機関の概略構成図が示されている図１を参照するに、機関全体１は４つの気筒１ａを備えている。各気筒１ａはそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続されている。サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアフローメータ４ａに接続され、エアフローメータ４ａはエアクリーナ５に接続されている。吸気ダクト４内にはステップモータ６によって駆動されるスロットル弁７が配置されている。一方、各気筒１ａは共通の排気マニホルド８に連結され、この排気マニホルド８は三元触媒コンバータ９に連結されている。

各気筒１ａには、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１と吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気ポート噴射用インジェクタ１２とがそれぞれ取り付けられている。これらインジェクタ１１、１２は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各筒内噴射用インジェクタ１１は共通の燃料分配管１３に接続されており、この燃料分配管１３は燃料分配管１３に向けて流通可能な逆止弁１４を介して、機関駆動式の高圧ポンプ１５に接続されている。

図１に示すように、高圧ポンプ１５の吐出側は電磁弁１５ａを介して高圧ポンプ１５の吸入側に連結されており、この電磁弁１５ａの開度が小さいとき程、高圧ポンプ１５から燃料分配管１３内に供給される燃料量が増大され、電磁弁１５ａが全開にされると、高圧ポンプ１５から燃料分配管１３への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁弁１５ａは電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。

一方、各吸気ポート噴射用インジェクタ１２は共通の燃料分配管１６に接続されており、燃料分配管１６および高圧ポンプ１５は共通の燃料圧レギュレータ１７を介して、低圧ポンプ１８に接続されている。さらに、低圧ポンプ１８は燃料フィルタ１９を介して燃料タンク２０に接続されている。燃料圧レギュレータ１７は低圧ポンプ１８から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧ポンプ１８から吐出された燃料の一部を燃料タンク２０に戻すように構成されており、したがって吸気ポート噴射用インジェクタ１２に供給されている燃料圧および高圧ポンプ１５に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。さらに、図１に示すように、高圧ポンプ１５と燃料圧レギュレータ１７との間には流通弁２１が設けられている。この流通弁２１は通常開弁されており、この流通弁２１が閉弁されると低圧ポンプ１８から高圧ポンプ１５への燃料供給が停止される。なお、この流通弁２１の開閉は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。

また、電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備している。エアフローメータ４ａは吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４ａの出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。燃料タンク２０には燃料タンク内の燃料量に比例した出力電圧を発生する燃料量センサ３８が取付けられ、この燃料量センサ３８の出力電圧はＡＤ変換器３９を介して入力ポート３５に入力される。燃料分配管１３には燃料分配管１３内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４０が取付けられ、この燃料圧センサ４０の出力電圧はＡＤ変換器４１を介して入力ポート３５に入力される。触媒９上流の排気マニホルド８には排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する酸素濃度センサ４２が取付けられ、この酸素濃度センサ４２の出力電圧はＡＤ変換器４３を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル１０はアクセルペダル１０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４４に接続され、負荷センサ４４の出力電圧はＡＤ変換器４５を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４６が接続されている。電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２には、上述の負荷センサ４４および回転数センサ４６により得られる機関負荷および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値が予めマップ化されて記憶されている。

さらに、図２には気筒１ａの側断面図が示されている。図２を参照するに、６１はシリンダブロック、６２は頂面上に凹部６２ａが形成されたピストン、６３はシリンダブロック６１上に固締されたシリンダヘッド、６４はピストン６２とシリンダヘッド６３間に形成された燃焼室、６５は吸気バルブ、６６は排気バルブ、６７は吸気ポート、６８は排気ポート、６９は点火プラグをそれぞれ示している。吸気ポート６７は燃焼室６４内に流入した空気がシリンダ軸線周りの旋回流を発生するように形成されている。凹部６２ａは筒内噴射用インジェクタ１１側に位置するピストン６２の周縁部からピストン６２中央部に向かって延び、また点火プラグ６９の下方において上方に延びるように形成されている。

また、吸気バルブ６５および排気バルブ６６は、それぞれ、吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１に連係されている。吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１は、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して、それぞれ、吸気バルブ６５と排気バルブ６６とを進退駆動する電磁駆動機構から構成され、電子制御ユニット３０の信号に基づき、開閉のタイミングおよびリフト量が任意に制御可能に構成されている。従って、例えば電子制御ユニット３０からの信号に基づいて吸気バルブ駆動機構７０および／または排気バルブ駆動機構７１が作動されると、吸気バルブ６５および／または吸気バルブ６５の開閉時期、延いては開期間が長く或いは短く可変制御されることになる。

ここで、電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対応する駆動回路４７を介して、ステップモータ６、各筒内噴射用インジェクタ１１、各吸気ポート噴射用インジェクタ１２、電磁弁１５ａ、流通弁２１、吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１に接続されている。

次に、上記構成を有する本発明の実施形態の制御について以下に説明する。
まず、制御が開始されると、前述の機関負荷と機関回転数とにより機関の運転状態が判断される。そして、この判断により高負荷運転領域である場合には、筒内噴射用インジェクタ１１により筒内の燃焼室に向けて燃料が噴射され、燃焼室内に吸入されている空気と混合されて均質燃焼運転が行われる。一方、低・中負荷運転領域である場合には、吸気ポート噴射用インジェクタ１２により吸気ポート６７に向けて燃料が噴射され、燃焼室内に吸入される空気と混合しつつ燃焼室内に吸入され均質燃焼運転が行われる。そこで、かかる吸気ポート噴射用インジェクタ１２による均質燃焼運転状態において、減筒運転を行うべきか否かが判断される。この判断は、アクセルペダル１０の踏込み量、すなわちアクセル開度の変化量に応じて行われる。例えば、エンジンが加速中や登坂中などの所定以上のトルク要求状態にある特定の運転状態にあるか否かが判断されるのである。

この特定の運転状態にあるときには、減筒運転には移行せずに吸気ポート噴射用インジェクタ１２による均質燃焼運転が続行される。これに対し、特定の運転状態でないと判断されると、電子制御ユニット３０は、減筒運転を行わせるように制御する。すなわち、休止される気筒の吸気バルブ駆動機構７０および排気バルブ駆動機構７１が制御されて、その吸気バルブ６５および排気バルブ６６が共に閉じられたままに維持されると共に、稼動する気筒については、吸気ポート噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射量が制御される。より詳述すると、低・中負荷運転領域での通常運転では、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から全気筒に対し気筒当たり所定量Ｑの燃料が噴射されて均質燃焼運転が行われているが、減筒運転を行わせる場合には、電子制御ユニット３０は、吸気ポート噴射用インジェクタ１２での部分気筒噴射に切替え、部分気筒噴射の噴射燃料量を上述の所定量Ｑのほぼ２倍の量とするのである。

例えば、この減筒運転への移行時に、＃１気筒と＃３気筒への燃料噴射が停止され、＃２気筒および＃４気筒について、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から増量された燃料が噴射されて供給されたとした場合、＃２気筒および＃４気筒においては、上述の全気筒による通常運転に比べより高負荷での運転が行われ、機関出力はほぼ一定のまま維持される。そして、この減筒運転に移行した後は、所定時間（例えば、１分）毎、または所定回転（例えば、１回転や１サイクル）毎に、休止気筒と稼動気筒とが切替えられる。すなわち、本実施の形態では、稼動気筒であった＃２気筒および＃４気筒を上記所定時間経過後に休止させ、その代わりに、＃１気筒と＃３気筒とを稼動させるのである。なお、運転状態の変動等により上述の所定時間の経過が満足されない場合、例えば、所定時間経過前に運転状態が変わった場合には、上記所定時間は減筒運転を継続させるか、一旦減筒運転を停止してもよい。いずれにしても、次回に減筒運転に移行するときには、前回休止気筒であった気筒を稼動気筒として減筒運転を行わせるようにするのが好ましい。

このようにして、所定時間毎、または所定回転毎に、休止気筒と稼動気筒とを切替えて減筒運転を行わせると、一つの気筒について見た場合、単位時間当たり、または単位回転当たりでの燃焼回数が減少することになる。この結果、休止気筒における筒内噴射用インジェクタ１１に関しては、その加熱回数が減少することを意味し、筒内噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射による冷却作用を行わせる必要がなく、エミッションが良好な吸気ポート噴射用インジェクタ１２による均質燃焼運転領域を広げることができるのである。

この様子をさらに図３の運転状態を示すグラフを参照して説明する。図３（Ａ）は本発明を適用しない場合であり、図３（Ｂ）は上述の本実施の形態による場合である。図３において、[１]は、エンジンの高負荷運転領域であって、筒内噴射用インジェクタ１１から燃料が全量筒内に噴射されて均質燃焼が行われる領域、[２]は、エンジンの低・中負荷運転領域であって、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から燃料が全量吸気ポート６７に噴射されて均質燃焼が行われる領域、および[３]は、同じくエンジンの低・中負荷運転領域であって、筒内噴射用インジェクタ１１および吸気ポート噴射用インジェクタ１２の両方から燃料が噴射されて均質燃焼が行われる領域を示している。図３（Ａ）に示す本発明を適用しない場合には、筒内噴射用インジェクタ１１からの噴射がないエンジンの低・中負荷で中・高回転運転領域において、筒内噴射用インジェクタ１１の噴口周りの先端部温度が高くなり過ぎることから、これを避け耐熱性を確保すべく、筒内噴射用インジェクタ１１からも燃料噴射を行わざるを得なかったので、いきおい[３]の併用領域がエンジンの中回転運転領域にまで拡大されていたのである。ところが、本実施の形態による場合には、図３（Ｂ）に示すように、[２]のエンジンの低・中負荷運転領域であって、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から燃料が全量噴射されて均質燃焼が行われる領域が、エンジンの高回転運転領域の一部を含む領域まで拡大される。

なお、図３（Ｂ）には、エンジンの低・中負荷運転領域であって、最高回転数付近では、上述の[３]の併用領域が残されているが、これは、筒内噴射用インジェクタ１１の温度が高くない限り必要でないことは云うまでもない。従って、このために、例えば、筒内噴射用インジェクタ１１の温度を熱電対などで検出し、その温度が所定値を超えるときのみ、筒内噴射用インジェクタ１１と吸気ポート噴射用インジェクタ１２との両方から燃料を噴射する運転を行い、それ以外の場合には、上述の減筒運転を行うようにしてもよい。

また、上記[２]のエンジンの低・中負荷運転領域であって、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から燃料が全量噴射されて均質燃焼が行われる領域を拡大することのみを達成するためには、減筒運転に移行する際の判断を、上述のエンジンの負荷状態に併せて、回転数によっても行い、少なくとも領域拡大効果が顕著であるエンジンの中回転（例えば、２０００〜４０００ｒｐｍ）領域において、減筒運転が行われるようにしてもよい。

なお、上述の本発明による制御は、４気筒機関のみに限られず、より気筒の多い多気筒機関で行うことも可能であることはいうまでもない。例えば、Ｖ型６気筒や８気筒機関の場合には、左右のバンク毎に稼動気筒と休止気筒とに切替えてもよい。

本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の制御装置の概略構成図を示す模式図である。 図１に示す機関の側断面図である。 運転状態を示すグラフであり、（Ａ）は本発明を適用しない場合、（Ｂ）は本発明の実施の形態による場合を示す。

符号の説明

１１ 筒内噴射用インジェクタ
１２ 吸気ポート噴射用インジェクタ
３０ 電子制御ユニット
４４ 負荷センサ
４６ 回転数センサ
６５ 吸気バルブ
６６ 排気バルブ
７０ 吸気バルブ駆動機構
７１ 排気バルブ駆動機構

Claims (2)

1. 筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気ポート噴射用インジェクタとを備え、所定の運転状態では前記吸気ポート噴射用インジェクタのみから噴射を行わせるようにした内燃機関において、
   前記吸気ポート噴射用インジェクタで噴射を行わせるときには、一部気筒を交互に休止させる減筒運転を行わせるようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 特定の運転状態のときには、前記減筒運転を停止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
   

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