JP2005220887A

JP2005220887A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005220887A
Application number: JP2004032643A
Authority: JP
Inventors: Junichi Mori; 純一森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2005-08-18
Also published as: EP1561936A2; CN1654797A; EP1561936A3; US20050172931A1; US6978762B2; CN100347429C

Abstract

【課題】筒内噴射用インジェクタと吸気ポート噴射用インジェクタとの切替えの際に、トルク変動を生ずるのを抑制する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】高負荷時に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と低・中負荷時に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、運転状態に応じて両者を切替えて用いる内燃機関において、吸気ポート噴射用インジェクタ１２および筒内噴射用インジェクタ１１のいずれか一方を用いた運転状態領域から、それらのいずれか他方を用いる運転状態領域に切替えられるときは、該切替えの際の所定期間に亘り、いずれか一方からの燃料噴射量を徐々に減少させると共に、いずれか他方からの燃料噴射量を徐々に増加させて切替えるようにした。さらに、該切替えに際し、点火時期およびスロットル開度の少なくとも一方を徐々に変化させるようにした。
【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、高負荷時に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低・中負荷時に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、運転状態に応じて両者を切替えて用いる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、機関の運転状態領域に応じてこれらのインジェクタを切替え使用するようにした内燃機関は、特許文献１ないしは特許文献３等により知られている。

この特許文献１に記載のものは、低負荷運転領域でのダイレクト噴射による成層燃焼と高負荷運転領域でのマニホルド噴射による均質燃焼とに切替えて運転を行なうようにしたエンジンにおいて、ダイレクト噴射およびマニホルド噴射間の切替え時に、両方の噴射を同時に行なわせ、応答遅れや追従遅れに起因する着火性の悪化を防止するようにしている。

また、特許文献２に記載のものは、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とを実現させ、燃費特性や出力特性の改善を図ると共に、成層燃焼運転から移行した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。

さらに、特許文献３に記載のものは、筒内噴射用インジェクタによる気筒内噴射から吸気ポート噴射用インジェクタによるマニホルド噴射に切替えるとき、筒内噴射用インジェクタの作動状態で、吸気量を減少させるとともに燃料を増量させ、しかる後に吸気ポート噴射用インジェクタの作動状態に切替えトルク変動を抑えるようにしている。また、吸気ポート噴射用インジェクタから筒内噴射用インジェクタに作動切替えするときは、吸気ポート噴射用インジェクタから筒内噴射用インジェクタの作動状態に切替えた後、吸気量を増加させるとともに燃料供給量を減少させるようにしている。

特開昭６３−１５４８１６号公報特開２００２−３６４４０９号公報特開平６−１９３４９６号公報

上記特許文献１および２に記載のものは、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とに切替えて運転を行なうことを意図したエンジンであり、その燃料供給形式の変更によっては大きなトルク変動が生ずることはない。従って、かかるトルク変動についての言及はない。

ところで、高負荷時に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低・中負荷時に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たエンジンにおいては、例えば、低・中負荷時の吸気ポート噴射用インジェクタから筒内噴射用インジェクタに切替えられた場合には、筒内噴射用インジェクタから筒内に直接に噴射された燃料の気化潜熱により、吸気ポート噴射による場合に比べて充填効率が向上するので、吸入空気量が増えてトルク変動（増大）が生ずる。逆に、高負荷時の筒内噴射用インジェクタから吸気ポート噴射用インジェクタに切替えられた場合には、充填効率が低下して、トルク変動（減少）が生ずるのである。

そこで、このようなトルク変動を抑制するために、上記特許文献３に記載の技術を適用することも考えられる。しかしながら、上記特許文献３に記載の技術を、高負荷時に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低・中負荷時に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、運転状態に応じて両者を切替えて用いる内燃機関に適用すると、その切替え時において、かえってトルク変動を生ずるという問題がある。何故ならば、例えば、低・中負荷時の吸気ポート噴射用インジェクタから筒内噴射用インジェクタに切替えられた場合には、上述のように、筒内噴射用インジェクタから筒内に直接に噴射された燃料の気化潜熱により、吸気ポート噴射による場合に比べて充填効率が向上するので、吸入空気量の変化によりトルク変動が生ずるからである。

そこで、本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、筒内噴射用インジェクタと吸気ポート噴射用インジェクタとの切替えの際に、トルク変動を生ずるのを抑制することのできる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、高負荷時に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低・中負荷時に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、運転状態に応じて両者を切替えて用いる内燃機関において、前記吸気ポート噴射用インジェクタおよび前記筒内噴射用インジェクタのいずれか一方を用いた運転状態領域から、それらのいずれか他方を用いる運転状態領域に切替えられるときは、該切替えの際の所定期間に亘り、前記いずれか一方からの燃料噴射量を徐々に減少させると共に、前記いずれか他方からの燃料噴射量を徐々に増加させて切替えるようにしたことを特徴とする。

ここで、前記切替えの際の所定期間において、スロットル開度および点火時期の少なくともいずれか一方を、前記いずれか一方を用いた運転状態領域における最適値から前記いずれか他方を用いる運転状態領域における最適値に徐々に変化させるようにするのが好ましい。

本発明の一形態に係る内燃機関の制御装置によると、高負荷時に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低・中負荷時に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、運転状態に応じて両者を切替えて用いる内燃機関において、前記吸気ポート噴射用インジェクタおよび前記筒内噴射用インジェクタのいずれか一方を用いた運転状態領域から、それらのいずれか他方を用いる運転状態領域に切替えられるときは、該切替えの際の所定期間に亘り、前記いずれか一方からの燃料噴射量が徐々に減少されると共に、前記いずれか他方からの燃料噴射量が徐々に増加されて切替えられるので、トルクの急激な変動が生ぜずショックが抑制される。

また、前記切替えの際の所定期間において、スロットル開度および点火時期の少なくともいずれか一方を、前記いずれか一方を用いた運転状態領域における最適値から前記いずれか他方を用いる運転状態領域における最適値に徐々に変化させるようにした形態によれば、これによってもトルクの急激な変動が防止されるので、さらにショックが抑制される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

まず、本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成図が示されている図１を参照するに、エンジン１は複数、例えば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マニホルドを介して吸気ダクト３に接続され、吸気ダクト３はエアフローメータ４を介してエアクリーナ５に接続されている。吸気ダクト３内にはステップモータ等のスロットルモータ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に連結され、この排気マニホルド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（不図示）に接続されており、この燃料分配管は高圧ポンプに接続されている。一方、各吸気ポート噴射用インジェクタ１２も同様に共通の燃料分配管（不図示）に接続されており、この燃料分配管は低圧ポンプに接続されている。

さらに、１３はシリンダブロック、１４は頂面上に凹部１４ａが形成されたピストン、１５はシリンダブロック１３上に固締されたシリンダヘッド、１６はピストン１４とシリンダヘッド１５間に形成された燃焼室、１７は吸気バルブ、１８は排気バルブ、１９は吸気ポート、２０は排気ポート、２１は不図示のイグナイタを介して通電される点火プラグをそれぞれ示している。吸気ポート１９は燃焼室１６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１４ａは筒内噴射用インジェクタ１１側に位置するピストン１４の周縁部から中央部に向かって延び、また点火プラグ２１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、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵとも称す）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入出力ポート等を具備している。エアフローメータ４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４の出力電圧はＡＤ変換器を介してＥＣＵ３０の入力ポートに入力される。また、冷却水温度に比例した出力電圧を発生する水温センサ３１、機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ３２およびアクセルペダルの踏込み量（以下、アクセル開度と称する）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３３等が設けられ、これらの出力電圧は同様にＥＣＵ３０に入力される。なお、ＥＣＵ３０のＲＯＭには、上述のエアフローメータ４および回転数センサ３２により得られる吸入空気量および機関回転数に基づき、運転領域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。また、点火時期およびスロットル開度については、負荷センサ３３および回転数センサ３２により得られるアクセル開度および機関回転数に基づき、運転領域に対応させて設定されている最適な点火時期およびスロットル開度の値が予めマップ化されて記憶されている。さらに、ＥＣＵ３０の出力ポートは対応する駆動回路を介して、スロットルモータ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および点火プラグ２１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の一例について以下に説明する。まず、一般に制御が開始されると、電子制御ユニット３０は所定時間毎に、アクセル開度を検出する負荷センサ３３および回転数センサ３２により得られる機関負荷と機関回転数とにより機関の運転状態ないしは領域を判断する。そして、機関負荷が低・中負荷の場合には、図２に示すように、吸気ポート噴射用インジェクタ１２による噴射領域（以下、ポート噴射領域[１]と称す）を選択し、高負荷の場合には、筒内噴射用インジェクタ１１による噴射領域（以下、筒内直噴領域[２]と称す）を選択する。同時に、吸入空気量と機関回転数とをパラメータとしてマップに記憶されている燃料噴射量を求め、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の選択されたいずれかからこの求めた燃料量を噴射するように制御する。

ここで、上述の吸気ポート噴射用インジェクタ１２によるポート噴射領域[１]から、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内直噴領域[２]に運転状態が移行する場合を例にとって、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から筒内噴射用インジェクタ１１への切替時の制御の一例を図３のフローチャートを参照して説明する。図３のフローチャートのステップＳ３０においてポート噴射運転が行われており、この状態からステップＳ３１に進み、運転状態領域の移行要求があるか否かが判断される。より具体的には、アクセル開度を検出する負荷センサ３３および回転数センサ３２から得られる機関負荷と機関回転数とにより、機関の要求運転条件が筒内直噴領域[２]であるか否かが判断される。この判断で、「Ｎｏ」、すなわち、ポート噴射領域[１]のままであるときは、ステップＳ３０に戻り、吸気ポート噴射用インジェクタ１２によるポート噴射運転を継続する。一方、ステップＳ３１における判断が、「Ｙｅｓ」、すなわち、筒内直噴領域[２]への移行要求があるときは、ステップＳ３２に進む。

そして、ステップＳ３２において、予め実験等により運転状態に対応させて最適値が定められている切替えの際の所定期間ｔ、筒内直噴領域での点火時期ＳＡ_Ｄおよびスロットル開度ＴＡ_Ｄがそれぞれマップから読み込まれる。次に、ステップＳ３３に進み、この移行中の所定期間ｔにおけるそれぞれのインジェクタからの燃料噴射量、点火時期およびスロットル開度が算出される。

このうちエンジン１に供給される全燃料噴射量は、前述の如く吸入空気量と機関回転数とをパラメータとしてマップに記憶された値として求められるが、切替開始ｔｓ時点より前では全燃料噴射量が、図４（ａ）に示すように、吸気ポート噴射用インジェクタ１２により全量（１００％）噴射され、筒内噴射用インジェクタ１１からは噴射されていない。そこで、所定期間ｔ経過後の切替終了ｔｆ時には全燃料噴射量が筒内噴射用インジェクタ１１から全量（１００％）噴射され、吸気ポート噴射用インジェクタ１２からの噴射が０となるように、吸気ポート噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射量が徐々に減少される（図４（ａ）ａ参照）と共に、筒内噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射量が徐々に増加される（図４（ａ）ｂ参照）ように、各インジェクタからの燃料噴射量が算出される。

また、点火時期については、アクセル開度と機関回転数とをパラメータとしてマップに記憶された値として求められるが、切替開始ｔｓ時点より前ではポート噴射領域で最適な点火時期ＳＡ_Ｐで運転されている。そこで、ステップＳ３２で読み込まれた筒内直噴領域で最適な点火時期ＳＡ_Ｄとこのポート噴射領域で最適な点火時期ＳＡ_Ｐとに基づき、点火時期が、図４（ｂ）に示すように、ポート噴射運転状態領域における最適値ＳＡ_Ｐから筒内直噴運転状態領域における最適値ＳＡ_Ｄに徐々に変化するように、移行中である所定期間ｔにおける点火時期が算出される。

また、スロットル開度については、同様に、アクセル開度と機関回転数とをパラメータとしてマップに記憶された値として求められるが、切替開始ｔｓ時点より前ではポート噴射領域で最適なスロットル開度ＴＡ_Ｐで運転されている。そこで、ステップＳ３２で読み込まれた筒内直噴領域で最適なスロットル開度ＴＡ_Ｄとこのポート噴射領域で最適なスロットル開度ＴＡ_Ｐとに基づき、図４（ｃ）に示すように、ポート噴射運転状態領域における最適値ＴＡ_Ｐから筒内直噴運転状態領域における最適値ＴＡ_Ｄに徐々に変化するように、移行中である所定期間ｔにおけるスロットル開度が算出される。

そして、ステップＳ３４において、上述のステップＳ３３にて算出された移行中の噴射比率に応じて、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からそれぞれ所定の燃料量が噴射され均質燃焼が行なわれる。従って、燃料噴射比率が徐々に変えられて切替えられるので、トルクの急激な変動が生ぜずショックが抑制される。また、点火時期およびスロットル開度についても、算出された値に対応して、不図示のイグナイタおよびスロットルモータ６が駆動され制御される。

なお、上には吸気ポート噴射用インジェクタ１２によるポート噴射領域[１]から、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内直噴領域[２]に運転状態が移行する場合を例にとって、吸気ポート噴射用インジェクタ１２から筒内噴射用インジェクタ１１への切替時の制御について説明したが、その逆方向に移行する場合も同様に制御すればよい。

また、上述の燃料の切替制御と点火時期およびスロットル開度の変更制御とは必ずしも同時に行なう必要はなく、少なくとも燃料の切替制御を行なえばよい。また、点火時期およびスロットル開度の変更制御についても、必ずしも同時に行なう必要はなく、少なくともいずれか一方のみでもよい。但し、同時に行なえば、トルクの急激な変動がさらに緩和されショックが抑制されることはいうまでもない。

本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成図を示す模式図である。本発明の一実施形態において、運転領域に対応させた噴射形態を示すグラフである。本発明の一実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。本発明の一実施形態において、移行の際の様子を説明するグラフであり、（ａ）は燃料噴射量比率、（ｂ）は点火時期、（ｃ）はスロットル開度を示す。

符号の説明

４エアフローメータ
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
２１点火栓
３０電子制御ユニット
３１水温センサ
３２回転数センサ
３３負荷（アクセル開度）センサ

Claims

高負荷時に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低・中負荷時に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、運転状態に応じて両者を切替えて用いる内燃機関において、
前記吸気ポート噴射用インジェクタおよび前記筒内噴射用インジェクタのいずれか一方を用いた運転状態領域から、それらのいずれか他方を用いる運転状態領域に切替えられるときは、該切替えの際の所定期間に亘り、前記いずれか一方からの燃料噴射量を徐々に減少させると共に、前記いずれか他方からの燃料噴射量を徐々に増加させて切替えるようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記切替えの際の所定期間において、スロットル開度および点火時期の少なくともいずれか一方を、前記いずれか一方を用いた運転状態領域における最適値から前記いずれか他方を用いる運転状態領域における最適値に徐々に変化させ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。