JP2007032323A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 直噴式エンジンの高圧燃料ポンプにおいて、良好な制御特性を実現する。
【解決手段】 エンジンECUは、筒内噴射用インジェクタからの噴射復帰条件が成立すると(S230にてYES)、エンジン回転数NEを検知するステップ、高圧デリバリパイプ内の燃料の圧力(燃圧)Pを検知するステップ、要求吐出量Qを検知するステップおよび要求吐出量Qを満足するような電磁スピル弁を閉じるタイミングを表わすクランク角を算出するステップを含むフィードバック制御を直ちに開始するステップ(S240)を含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図6
【解決手段】 エンジンECUは、筒内噴射用インジェクタからの噴射復帰条件が成立すると(S230にてYES)、エンジン回転数NEを検知するステップ、高圧デリバリパイプ内の燃料の圧力(燃圧)Pを検知するステップ、要求吐出量Qを検知するステップおよび要求吐出量Qを満足するような電磁スピル弁を閉じるタイミングを表わすクランク角を算出するステップを含むフィードバック制御を直ちに開始するステップ(S240)を含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図6
Description
本発明は、筒内に向けて高圧で燃料を噴射する燃料噴射手段(筒内噴射用インジェクタ)を備えた内燃機関またはこの燃料噴射手段に加えて吸気通路に向けて燃料を噴射する燃料噴射手段(吸気通路噴射用インジェクタ)とを備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関の燃料系統を制御する技術に関する。
ガソリンエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するための第1の燃料噴射弁(筒内噴射用インジェクタ)と、吸気通路内に燃料を噴射するための第2の燃料噴射弁(吸気通路噴射用インジェクタ)とを備え、エンジンの回転数や内燃機関の負荷に応じて、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料を噴き分けるエンジンが公知である。また、ガソリンエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射弁(筒内噴射用インジェクタ)のみを備える直噴エンジンも公知である。筒内噴射用インジェクタを含む高圧燃料系統においては、高圧燃料ポンプで燃圧が高められた燃料がデリバリーパイプを介して筒内噴射用インジェクタに供給され、筒内噴射用インジェクタは、内燃機関の各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射する。
また、コモンレール式燃料噴射系統を有するディーゼルエンジンも公知である。このコモンレール式燃料噴射系統においては、高圧燃料ポンプで燃圧が高められた燃料をコモンレールに蓄えておき、電磁弁の開閉によりコモンレールからディーゼルエンジンの各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射する。
このような高圧燃料を発生させるために、内燃機関のクランクシャフトに連結されたドライブシャフトに設けられたカムによりシリンダを駆動する高圧燃料ポンプが用いられる。高圧燃料ポンプは、カムの回転によりシリンダ内で往復移動するポンププランジャーと、シリンダとポンププランジャーとにより構成される加圧室とを備えている。この加圧室には、燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプと連通するポンプ供給パイプ、加圧室から燃料を流出させて燃料タンクに戻すリターンパイプおよび加圧室内の燃料を筒内噴射用インジェクタに向けて圧送する高圧デリバリパイプがそれぞれ接続されている。また、高圧燃料ポンプには、ポンプ供給パイプおよびリターンパイプと加圧室との間を開閉する電磁スピル弁が設けられている。
電磁スピル弁が開いた状態にあって、加圧室の容積が大きくなる方向にポンププランジャーが移動するとき、すなわち高圧燃料ポンプが吸入行程にあるとき、ポンプ供給パイプから加圧室内に燃料が吸入される。また、加圧室の容積が小さくなる方向にポンププランジャーが移動するとき、すなわち高圧燃料ポンプが圧送行程にあるときに電磁スピル弁を閉じると、ポンプ供給パイプおよびリターンパイプと加圧室との間が遮断され、加圧室内の燃料が高圧デリバリパイプを介して筒内噴射用インジェクタに圧送される。
このような高圧燃料ポンプにおいては、圧送行程中における電磁スピル弁の閉弁期間中のみ筒内噴射用インジェクタに向けて燃料が圧送されるため、電磁スピル弁の閉弁開始時期を制御することで(電磁スピル弁の閉弁期間を調整することで)燃料圧送量が調整されるようになる。すなわち、電磁スピル弁の閉弁開始時期を早めて閉弁期間を長くすることで燃料圧送量が多くなり、電磁スピル弁の閉弁開始時期を遅らせて閉弁期間を短くすることで燃料圧送量が少なくなる。
このように、フィードポンプから送り出された燃料を高圧燃料ポンプで加圧し、この加圧後の燃料を筒内噴射用インジェクタに向けて圧送することで、燃焼室に直接燃料を噴射供給する内燃機関にあっても、その燃料噴射を的確に行なうことができる。
この高圧燃料ポンプの圧送行程において、電磁スピル弁が閉じるときには、加圧室の容積が小さくなる過程にあるので、燃料が高圧デリバリパイプ側だけでなくリターンパイプ側にも流れようとする。この状態で、電磁スピル弁を閉じると、この閉弁動作に、上記のように流れようとする燃料による力が付勢され、電磁スピル弁が閉弁するときの衝撃力が大きくなる。そして、この衝撃の増大に伴い電磁スピル弁の作動音(閉弁の音)も大きくなり、こうした電磁スピル弁の作動音が電磁スピル弁の閉弁毎に連続的に発生するようになる。
特開2001−41088号公報(特許文献1)は、電磁スピル弁の閉弁毎に生じる連続的な作動音を低減することができる燃料ポンプの制御装置を開示する。この公報に開示された制御装置は、カムの回転によるシリンダとポンププランジャーとの相対移動に基づき加圧室の容積を変化させて加圧室に燃料を吸入するとともに同燃料を内燃機関の燃料噴射弁に向けて圧送する燃料ポンプと、加圧室から燃料を流出させるスピル通路と同加圧室との間を開閉するスピル弁とを備え、スピル弁を閉弁期間を制御することにより燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料圧送量を調整する燃料ポンプの制御装置であって、内燃機関の運転状態に基づきスピル弁を制御することより、所定期間中における燃料ポンプの燃料圧送回数を調節して同燃料圧送一回当たりの燃料噴射弁の燃料噴射回数を変更するものであって、機関低負荷時には燃料圧送一回当たりの燃料噴射回数を低減する制御手段を備える。
この燃料ポンプの制御装置によると、電磁スピル弁の連続的な作動音が相対的に大きくなる機関低負荷時に、燃料圧送一回当たりの燃料噴射回数を低減するので、一回の燃料圧送量が少なくてすむ。そのため、電磁スピル弁の閉弁開始時期を一層上死点寄りの時期とすることができる。上死点に向かうほど、ポンププランジャーとシリンダとの相対移動量を示すカム速度は小さくなる。これにより、電磁スピル弁の閉弁時におけるカム速度を小さくして電磁スピル弁の閉じる音を一層小さくすることができる。このように、電磁スピル弁の閉弁する音を小さくすることで、電磁スピル弁の閉弁毎に生じる連続的な作動音が低減できる。
特開2001−41088号公報
上述した特許文献1においては、電磁スピル弁(の閉弁タイミング)をデューティ比で制御している。制御ユニットは、電磁スピル弁の閉弁開始時期を制御するためのデューティ比DTを算出する。このデューティ比DTは、カムにおける一定のカム角度、たとえば高圧燃料ポンプの圧送行程に相当するカム角度θ(0)の間で、電磁スピル弁が閉弁しているカム角度θの割合(θ/θ(0))を示すものである。このデューティ比を用いて、制御ユニットが電磁スピル弁を閉弁する制御を実行する。
しかしながら、このような比率を用いて制御していたので、燃料の圧力やエンジン回転数の変化に、十分に対応することができず、良好な制御特性を発現し得なかった。
さらに、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備えたエンジンにおけるフューエルカット復帰時に筒内噴射用インジェクタを用いて燃料を噴射する場合や吸気通路噴射用インジェクタのみで燃料を噴射していた状態(燃焼の均質性を求めるとき)から筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射するように切換えられた場合に以下のような問題がある、この問題は、筒内噴射用インジェクタのみを備えたエンジンにおいてフューエルカット復帰時に(筒内噴射用インジェクタを用いて)燃料を噴射する場合にも当てはまる。筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射が停止されている場合においても、筒内噴射用インジェクタへ高圧燃料を供給する高圧燃料系統においては、制御装置からの指令に基づいて、直ちに筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射できるように高圧ポンプである程度高い燃圧を維持している(ただし、筒内噴射用インジェクタからは燃料を噴射させていない)。このときに高圧燃料は、燃料が噴射されない(消費されない)で、かつ内燃機関から熱を受けて高温になり燃料圧力が上昇する傾向がある。このような状態において、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射開始直後から燃圧のフィードバック制御を開始すると、受熱により上昇している燃圧と目標燃圧とに偏差があり、フィードバック制御における積分項にその偏差分が影響して制御が安定しない。そこで、受熱による燃圧上昇分が低下する(筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を開始するので燃圧は低下する)までフィードバック制御の開始を遅らせる技術がある。
しかしながら、このようにフィードバック制御の開始を遅らせると、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射の開始直後から要求噴射量が大きいとフィードバック制御の遅れから大きくアンダーシュートしてしまう。デューティ比を用いた制御においては、制御精度が高くなく、フィードバック制御の開始を遅らせないと、上述したように、フィードバック制御における積分項にその偏差分が影響して制御が安定しないという問題がある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、良好な制御特性を実現できる、内燃機関の制御装置を提供することである。
第1の発明に係る制御装置は、燃料タンクから燃料噴射手段に高圧燃料を供給する機関駆動式の高圧燃料ポンプを含む内燃機関を制御する。高圧燃料ポンプは内燃機関のカムにより駆動され、カムを駆動するシャフトの角度に基づく所望のタイミングで高圧燃料ポンプの入口側の開閉弁を閉じることにより所望の吐出量の高圧燃料が吐出される。この制御装置は、内燃機関の回転数を検知するための手段と、高圧燃料の圧力を検知するための手段と、検知された高圧燃料の圧力が目標圧力になるように、高圧燃料ポンプをフィードバック制御するための制御手段とを含む。この制御手段は、検知された高圧燃料の圧力と目標圧力との偏差を算出するための手段と、偏差に基づいてフィードバック操作量を算出するための手段と、フィードバック操作量に基づいて、高圧燃料ポンプの要求吐出量を算出するための算出手段と、内燃機関の回転数と検知された高圧燃料の圧力とを考慮して、要求吐出量を満足するシャフトの角度を算出するための手段と、算出されたシャフトの角度に到達したときに開閉弁を閉じるように制御するための手段とを含む。制御装置は、燃料噴射手段が燃料噴射を停止している状態から燃料噴射を開始したときから、制御手段によるフィードバック制御を実行するための実行手段をさらに含む。
第1の発明によると、従来のようにデューティ比を介して間接的に開閉弁(電磁スピル弁)を閉じるタイミングを制御するのではなく、高圧燃料ポンプの要求吐出量に基づいて要求吐出量を満足するクランクシャフトやカムシャフト(以下、シャフトはクランクシャフトに代表させて記載する。)の角度を算出して、直接的にクランクシャフトの角度に到達したときに開閉弁を閉じるように制御される。高圧燃料ポンプの要求吐出量に基づいて要求吐出量を満足するクランクシャフトの角度を算出するときには、内燃機関の回転数と高圧燃料の圧力とが考慮される。これにより、内燃機関の回転数や高圧燃料の圧力が変動した場合であっても、従来のようにデューティ比のみでフィードバック制御されずに、要求吐出量で制御されるので、制御特性が向上する。さらに、燃料噴射手段が燃料噴射を停止している状態から燃料噴射を開始したときから(遅れ時間を設けることなく)、制御手段によるフィードバック制御を実行するようにした。これは、燃料噴射手段が燃料噴射を停止しているときでも、燃料噴射手段に燃料を供給する燃料系統における燃料の圧力は所望の圧力に維持される。この燃料系統が内燃機関から熱を受け、燃料噴射手段が燃料を噴射していないので閉じた系にある燃料は、この受熱により閉じた系の中で圧力(燃圧)を上昇させる。このため、燃料噴射を開始したときからフィードバック制御を実行すると受熱により上昇した燃圧分だけ偏差が大きく、燃料噴射開始後の制御性が良好でないので遅れ時間を設けていたが、復帰後の目標燃圧の値によっては燃圧が大きくアンダーシュートしたりオーバーシュートしたりして制御性が良好ではなかった。第1の発明では、要求吐出量で制御され制御特性が向上されたことに相俟って、燃料噴射手段が燃料噴射を停止している状態から燃料噴射を開始したときから(遅れ時間を設けることなく)、制御手段によるフィードバック制御を実行して、大きな行き過ぎ量をなくし、かつ、受熱による影響も回避することができる。その結果、良好な制御特性を実現できる高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置を提供することができる。
第2の発明に係る制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、実行手段は、フューエルカットから復帰したときから、制御手段によるフィードバック制御を実行するための手段を含む。
第2の発明によると、要求吐出量で制御され制御特性が向上されたことに相俟って、フューエルカットにより燃料噴射手段が燃料噴射を停止している状態から燃料噴射を開始したときから(遅れ時間を設けることなく)、制御手段によるフィードバック制御を実行する。これにより、大きな行き過ぎ量をなくし、かつ、受熱による影響も回避することができ、良好な制御特性を実現できる。
第3の発明に係る制御装置においては、第1または2の発明の構成に加えて、制御手段は、検知された高圧燃料の圧力と目標圧力との偏差を算出するための手段と、偏差に基づいてフィードバック操作量を算出するための手段と、フィードバック操作量と要求噴射量とに基づいて、高圧燃料ポンプの要求吐出量を算出するための算出手段と、内燃機関の回転数と検知された高圧燃料の圧力とを考慮して、要求吐出量を満足するシャフトの角度を算出するための手段と、算出されたシャフトの角度に到達したときに開閉弁を閉じるように制御するための手段とを含む。
第3の発明によると、運転者によりアクセルが操作されたときや一定速で走行中(クルーズコントロール)に登坂路を走行し始めたとき等のように、内燃機関の出力を上昇させる場合には、要求噴射量とともにフィードバック操作量を用いて要求吐出量が算出される。このため、出力変化時の過渡特性も良好な制御特性を実現できる。
第4の発明に係る制御装置においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、算出手段は、内燃機関の回転数と検知された高圧燃料の圧力とをパラメータとして作成されたマップを用いて、高圧燃料ポンプの要求吐出量を算出するための手段を含む。
第4の発明によると、高圧燃料ポンプの要求吐出量に基づいて要求吐出量を満足するクランクシャフトの角度を算出するときには、内燃機関の回転数と検知された高圧燃料の圧力とをパラメータとして作成されたマップを用いて算出されるので、内燃機関の回転数と高圧燃料の圧力とが考慮される。これにより、内燃機関の回転数や高圧燃料の圧力が変動した場合であっても、従来のようにデューティ比を介して間接的に開閉弁(電磁スピル弁)を閉じるタイミングを制御するのではなく、高圧燃料ポンプの要求吐出量に基づいて要求吐出量を満足するクランクシャフトの角度を算出して、直接的にクランクシャフトの角度に到達したときに開閉弁を閉じるように制御されるので、制御特性が向上する。
第5の発明に係る制御装置においては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、開閉弁は、電磁スピル弁である。
第5の発明によると、電磁スピル弁を閉じるタイミングが、デューティ比によるものではなく、要求吐出量に基づいて求められた電磁スピル弁の閉弁タイミングが制御されるので、制御特性が向上する。
第6の発明に係る制御装置においては、第1〜5のいずれかの発明の構成に加えて、燃料噴射手段は、筒内に高圧燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段であって、内燃機関は、フィードポンプと、吸気通路内にフィード圧の燃料を噴射するための第2の燃料噴射手段とをさらに含む。
第6の発明によると、筒内に燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段のみを有する内燃機関のみならず、筒内に燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段および吸気通路内に燃料を噴射するための第2の燃料噴射手段を有する内燃機関に適用が好適な、良好な制御特性を有する高圧燃料ポンプを備えた、内燃機関の制御装置を提供することができる。
第7の発明に係る制御装置においては、第6の発明の構成に加えて、第1の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第2の燃料噴射手段は、吸気通路噴射用インジェクタである。
第7の発明によると、第1の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第2の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関に適用が好適な、良好な制御特性を有する高圧燃料ポンプを備えた内燃機関を提供することができる。
第8の発明に係る制御装置においては、第6または7の発明の構成に加えて、実行手段は、第1の燃料噴射手段から燃料を噴射することによりフューエルカットから復帰したときから、制御手段によるフィードバック制御を実行するための手段を含む。
第8の発明によると、要求吐出量で制御され制御特性が向上されたことに相俟って、フューエルカットにより第1の燃料噴射手段および第2の燃料噴射手段が燃料噴射を停止している状態から少なくとも第1の燃料噴射手段が燃料噴射を開始したときから(遅れ時間を設けることなく)、制御手段によるフィードバック制御を実行する。これにより、大きな行き過ぎ量をなくし、かつ、受熱による影響も回避することができ、良好な制御特性を実現できる。
第9の発明に係る制御装置においては、第6または7の発明の構成に加えて、実行手段は、第2の燃料噴射手段のみにより燃料を噴射していた状態から第1の燃料噴射手段から燃料を噴射するように変更されたときから、制御手段によるフィードバック制御を実行するための手段を含む。
第9の発明によると、要求吐出量で制御され制御特性が向上されたことに相俟って、第2の燃料噴射手段のみが燃料噴射している状態から少なくとも第1の燃料噴射手段が燃料噴射を開始したときから(遅れ時間を設けることなく)、制御手段によるフィードバック制御を実行する。これにより、大きな行き過ぎ量をなくし、かつ、受熱による影響も回避することができ、良好な制御特性を実現できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンECU(Electronic Control Unit)で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図1には、エンジンとして直列4気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのような形式のエンジンに限定されるものではなく、V型6気筒、V型8気筒、直列6気筒などの形式であってもよく、少なくとも、各気筒毎に筒内噴射用インジェクタを有するエンジンであれば、本発明は適用できる。なお、以下の説明では、各気筒毎に筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタを有する場合について説明する。
図1に示すように、エンジン10は、4つの気筒112を備え、各気筒112はそれぞれ対応するインテークマニホールド20を介して共通のサージタンク30に接続されている。サージタンク30は、吸気ダクト40を介してエアクリーナ50に接続され、吸気ダクト40内にはエアフローメータ42が配置されるとともに、電動モータ60によって駆動されるスロットルバルブ70が配置されている。このスロットルバルブ70は、アクセルペダル100とは独立してエンジンECU300の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒112は共通のエキゾーストマニホールド80に連結され、このエキゾーストマニホールド80は三元触媒コンバータ90に連結されている。
各気筒112に対しては、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110と、吸気ポートまたは/および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ120とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ110、120はエンジンECU300の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ110は共通の燃料分配管130に接続されており、この燃料分配管130は燃料分配管130に向けて流通可能な逆止弁を介して、機関駆動式の高圧燃料圧送装置150に接続されている。なお、本実施の形態においては、2つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような1個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。
図1に示すように、高圧燃料圧送装置150の吐出側は電磁スピル弁を介して燃料分配管130の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁の開度が小さいときほど、高圧燃料圧送装置150から燃料分配管130内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁が全開にされると、高圧燃料圧送装置150から燃料分配管130への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁はエンジンECU300の出力信号に基づいて制御される。この詳細については後述する。
一方、各吸気通路噴射用インジェクタ120は、共通する低圧側の燃料分配管160に接続されており、燃料分配管160および高圧燃料圧送装置150は共通の燃料圧レギュレータ170を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ180に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ180は燃料フィルタ190を介して燃料タンク200に接続されている。燃料圧レギュレータ170は低圧燃料ポンプ180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、低圧燃料ポンプ180から吐出された燃料の一部を燃料タンク200に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ120に供給されている燃料圧および高圧燃料圧送装置150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。
エンジンECU300は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス310を介して相互に接続されたROM(Read Only Memory)320、RAM(Random Access Memory)330、CPU(Central Processing Unit)340、入力ポート350および出力ポート360を備えている。
エアフローメータ42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42の出力電圧はA/D変換器370を介して入力ポート350に入力される。エンジン10には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ380が取付けられ、この水温センサ380の出力電圧は、A/D変換器390を介して入力ポート350に入力される。
燃料分配管130には、燃料分配管130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(燃圧センサ)400が取付けられ、この燃料圧センサ400の出力電圧は、A/D変換器410を介して入力ポート350に入力される。三元触媒コンバータ90上流のエキゾーストマニホールド80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空燃比センサ420が取付けられ、この空燃比センサ420の出力電圧は、A/D変換器430を介して入力ポート350に入力される。
本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ420は、エンジン10で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ(リニア空燃比センサ)である。なお、空燃比センサ420としては、エンジン10で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するO2センサを用いてもよい。
アクセルペダル100は、アクセルペダル100の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ440に接続され、アクセル開度センサ440の出力電圧は、A/D変換器450を介して入力ポート350に入力される。また、入力ポート350には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ460が接続されている。エンジンECU300のROM320には、上述のアクセル開度センサ440および回転数センサ460により得られる機関負荷率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や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。
図2を参照して、上述したエンジン10の燃料供給機構について説明する。図2に示すように、この燃料供給機構は、燃料タンク200に設けられ、低圧(プレッシャーレギュレータ圧力である0.3MPa程度)の吐出圧で燃料を供給するフィードポンプ1100と(図1の低圧燃料ポンプ180と同じ)、カム1210により駆動される高圧燃料圧送装置150(高圧燃料ポンプ1200)と、筒内噴射用インジェクタ110に高圧燃料を供給するために設けられた高圧デリバリパイプ1110(図1の燃料分配管130と同じ)と、高圧デリバリパイプ1110に設けられた各気筒1個ずつの筒内噴射用インジェクタ110と、吸気通路噴射用インジェクタ120に燃料を供給するために設けられた低圧デリバリパイプ1120と、低圧デリバリパイプ1120に設けられた各気筒のインテークマニホールドに1個ずつの吸気通路噴射用インジェクタ120とを含む。
燃料タンク200のフィードポンプ1100の吐出口は、低圧供給パイプ1400に接続され、低圧供給パイプ1400は、低圧デリバリ連通パイプ1410とポンプ供給パイプ1420とに分岐する。低圧デリバリ連通パイプ1410は、吸気通路噴射用インジェクタ120が設けられた低圧デリバリパイプ1120に接続されている。
ポンプ供給パイプ1420は、高圧燃料ポンプ1200の入り口に接続される。高圧燃料ポンプ1200の入り口の手前には、パルセーションダンパー1220が設けられ、燃料脈動の低減を図っている。
高圧燃料ポンプ1200の吐出口は、高圧デリバリ連通パイプ1500に接続され、高圧デリバリ連通パイプ1500は、高圧デリバリパイプ1110に接続される。高圧デリバリパイプ1110に設けられたリリーフバルブ1140は、高圧デリバリリターンパイプ1610を介して高圧燃料ポンプリターンパイプ1600に接続される。高圧燃料ポンプ1200のリターン口は、高圧燃料ポンプリターンパイプ1600に接続される。高圧燃料ポンプリターンパイプ1600は、リターンパイプ1630に接続され、燃料タンク200に接続される。
図3に、図2の高圧燃料圧送装置150付近の拡大図を示す。高圧燃料圧送装置150は、高圧燃料ポンプ1200と、カム1210で駆動され上下に摺動するポンププランジャー1206と、電磁スピル弁1202とリーク機能付きチェックバルブ1204とを主な構成部品としている。
カム1210によりポンププランジャー1206が下方向に移動しているときであって電磁スピル弁1202が開いているときに燃料が導入され(吸い込まれ)、カム1210によりポンププランジャー1206が上方向に移動しているときに電磁スピル弁1202を閉じるタイミングを変更して、高圧燃料ポンプ1200から吐出される燃料量を制御する。ポンププランジャー1206が上方向に移動している加圧行程中における電磁スピル弁1202を閉じる時期が早いほど多くの燃料が吐出され、遅いほど少ない燃料が吐出される。
この高圧燃料ポンプ1200の特性を図4を用いて説明する。図4(A)は、燃圧が4MPaの場合における電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)と吐出量Qとの関係を、エンジン10の回転数NEをパラメータとした、ポンプ特性曲線である。図4(B)は、燃圧が13MPaの場合における電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)と吐出量Qとの関係を、エンジン10の回転数NEをパラメータとした、ポンプ特性曲線である。なお、燃圧Pは、この4MPaおよび13MPa以外にも、これらの4MPa〜13MPaの間で適宜な間隔を開けて燃圧Pをパラメータとして特性曲線が解析されている。
図4(A)および図4(B)に示すように、いずれの場合にも、高圧燃料ポンプ1200の吐出量Qは、燃圧Pとエンジン回転数NEとをパラメータとしている。このため、必要な吐出量(目標吐出量)が決定されると、図4(A)や図4(B)に矢印で示すように、電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)を算出することができる。
たとえば、要求吐出量がQ(1)の場合であって、エンジン回転数NEがNE(3)であっても、燃圧Pが異なれば電磁スピル弁1202を閉じるクランク角CAは異なる。具体的には、この場合、燃圧Pが4MPaのときには電磁スピル弁1202を閉じるクランク角CAはCA(1)となり、燃圧Pが13MPaのときには電磁スピル弁1202を閉じるクランク角CAはCA(2)となる。
さらに、要求吐出量がQ(1)の場合であって、燃圧Pが4MPaであっても、エンジン回転数NEが異なれば電磁スピル弁1202を閉じるクランク角CAは異なる。具体的には、この場合、エンジン回転数NEがNE(3)のときには電磁スピル弁1202を閉じるクランク角CAはCA(1)となり、エンジン回転数NEがNE(1)のときには電磁スピル弁1202を閉じるクランク角CAはCA(3)となる。
電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)が早いと高圧燃料ポンプ1200から多くの燃料が吐出され、電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)が遅いと高圧燃料ポンプ1200から少ない燃料が吐出される。電磁スピル弁1202を閉じないと開いたままの状態になり、カム1210が回転している限り(エンジン10が回転している限り)ポンププランジャー1206は上下方向に摺動するが、電磁スピル弁1202が閉じないので、燃料は加圧されないので、吐出量Qは0になる。
加圧された燃料は、リーク機能付きチェックバルブ1204(設定圧60kPa程度)を押し開けて高圧デリバリ連通パイプ1500を介して高圧デリバリパイプ1110へ圧送される。このとき、高圧デリバリパイプ1110に設けられた燃料圧センサ400により検知された燃圧を用いてフィードバック制御される。
電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)が早いと(電磁スピル弁1202が閉じている時間が長く)、高圧燃料ポンプ1200の燃料吐出量が増加して燃圧Pが上昇するようになる。また、電磁スピル弁1202を閉じるクランク角(CA)が遅いと(電磁スピル弁1202が閉じている時間が短く)、高圧燃料ポンプ1200の燃料吐出量が減少して燃圧Pが低下するようになる。
以下、図5に示すフローチャートを参照して、エンジンECU300で実行される高圧燃料ポンプ1200のフィードバック制御プログラムについて説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する。)100にて、エンジンECU300は、エンジン回転数NEを検知する。このとき、エンジンECU300は、回転数センサ460から入力された信号に基づいてエンジン回転数NEを検知する。S110にて、エンジンECU300は、高圧燃料の圧力(燃圧)Pを検知する。このとき、エンジンECU300は、燃料分配管130に設けられた燃料圧センサ400から入力された信号に基づいて燃圧Pを検知する。
S120にて、エンジンECU300は、高圧燃料ポンプ1200からの燃料の吐出量である要求吐出量Qを算出する。以下、この算出手順について説明する。高圧燃料ポンプ1200は、燃圧Pが燃圧目標値P(0)になるようにP動作とI動作とでフィードバック制御される。
要求吐出量Qは、
Q=Qp+Qi+F … (1)
ここで、Qp項はPIフィードバック制御における比例項であって、Qi項はPIフィードバック制御における積分項であって、F項は要求噴射量を表わす。
Q=Qp+Qi+F … (1)
ここで、Qp項はPIフィードバック制御における比例項であって、Qi項はPIフィードバック制御における積分項であって、F項は要求噴射量を表わす。
要求噴射量Fは、fを関数として、
F=f(負荷、増量、DI比率r) … (2)
により算出される。
F=f(負荷、増量、DI比率r) … (2)
により算出される。
また、実際の燃圧Pおよび予め設定される目標燃圧P(0)等に基づき下記の式(3)を用いて比例項Qpが算出される。
Qp=K(1)・(P(0)−P) … (3)
ここで、K(1)は係数、Pは検知された実際の燃圧、P(0)は目標燃圧である。式(3)から分かるように、実際の燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも小さい値であって両者の差(「P(0)−P」)(>0である)が大きい値になるほど、比例項Qp(>0)は大きい値になり、高圧燃料ポンプ1200の燃料吐出量を多くする側へと変化させる。逆に、実際の燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも大きい値になり両者の差(「P(0)−P」)(<0である)が小さい値になるほど、比例項Qp(<0)は小さい値になり、高圧燃料ポンプ1200の燃料吐出量を少なくする側へと変化させる。
ここで、K(1)は係数、Pは検知された実際の燃圧、P(0)は目標燃圧である。式(3)から分かるように、実際の燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも小さい値であって両者の差(「P(0)−P」)(>0である)が大きい値になるほど、比例項Qp(>0)は大きい値になり、高圧燃料ポンプ1200の燃料吐出量を多くする側へと変化させる。逆に、実際の燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも大きい値になり両者の差(「P(0)−P」)(<0である)が小さい値になるほど、比例項Qp(<0)は小さい値になり、高圧燃料ポンプ1200の燃料吐出量を少なくする側へと変化させる。
さらに、前回の積分項Qi、実際の燃圧Pおよび予め設定される目標燃圧P(0)等に基づき下記の式(4)を用いて積分項Qiが算出される。
Qi=Qi+K(2)・(P(0)−P) … (4)
ここで、K(2)は係数、Pは実際の燃圧、P(0)は目標燃圧である。式(4)から分かるように、実際の燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも小さい値である間は、両者の差(「P(0)−P」)(>0である)に対応した値が所定周期毎に積分項Qiに加算される。その結果、積分項Qiは、徐々に大きい値へと更新され、高圧燃料ポンプ1200の要求吐出量Qを多くする側へ変化させる。逆に燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも大きい値である間は、両者の差(「P(0)−P」)(<0である)に対応した値が所定周期毎に積分項Qiから減算される。その結果、積分項Qiは、徐々に小さい値に更新され、高圧燃料ポンプの要求吐出量Qを少なくする側へ変化させる。
ここで、K(2)は係数、Pは実際の燃圧、P(0)は目標燃圧である。式(4)から分かるように、実際の燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも小さい値である間は、両者の差(「P(0)−P」)(>0である)に対応した値が所定周期毎に積分項Qiに加算される。その結果、積分項Qiは、徐々に大きい値へと更新され、高圧燃料ポンプ1200の要求吐出量Qを多くする側へ変化させる。逆に燃圧Pが目標燃圧P(0)よりも大きい値である間は、両者の差(「P(0)−P」)(<0である)に対応した値が所定周期毎に積分項Qiから減算される。その結果、積分項Qiは、徐々に小さい値に更新され、高圧燃料ポンプの要求吐出量Qを少なくする側へ変化させる。
S130にて、エンジンECU300は、算出された要求吐出量を満足するような電磁スピル弁1202を閉じるタイミングを表わすクランク角(CA)を算出する。このとき、エンジンECU300は、エンジン回転数NEと燃圧Pとをパラメータとした、図4に示すマップを用いて、高圧燃料ポンプ1200からの燃料の吐出量が要求吐出量になるような、電磁スピル弁1202を閉じるタイミングを表わすクランク角(CA)を算出する。
S140にて、エンジンECU300は、現在のクランク角が算出されたクランク角に到達したか否かを判断する。なお、現在のクランク角は、図示しないクランク角センサにより検知される。現在のクランク角が算出されたクランク角に到達すると(S140にてYES)、処理はS150へ移される。もしそうでないと(S140にてNO)、処理はS140へ戻される。
S150にて、エンジンECU300は、電磁スピル弁1202を閉じるように、電磁スピル弁1202へ制御信号を出力する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンECU300を搭載した車両の動作(特に、エンジン10の高圧燃料ポンプ1200におけるPIフィードバック制御の動作)について説明する。
高圧燃料ポンプ1200を作動させる場合においては、エンジン回転数NEが検知され(S100)、高圧燃料系の燃圧Pが検知され(S110)、検知された燃圧Pと目標燃圧P(0)との偏差をなくするようにPIフィードバック制御が行なわれる。このPIフィードバック制御において、上記した式(1)〜(4)を用いて要求吐出量Qが算出される(S120)。
要求吐出量Qを満足するような電磁スピル弁1202を閉じるタイミングを表わすクランク角CAが図4に示すマップを用いて(エンジン回転数NEおよび燃圧Pをパラメータとして)算出される。
実際の燃圧(制御値)が目標燃圧(目標値)になるように(偏差がなくなるように)、フィードバック制御する点では従来の方法と同じである。従来の方法においては、フィードバック制御において操作量である、高圧燃料ポンプの圧送行程に相当するカム角度θ(0)に対する電磁スピル弁1202が閉弁しているカム角度θの割合(θ/θ(0))を制御値であるデューティ比として算出して、このデューティ比を用いて電磁スピル弁1202が制御された。本実施の形態に於いては、偏差等を用いて算出された要求吐出量Qから操作量として、電磁スピル弁1202の閉弁タイミングをデューティ比で算出するのではなく、要求吐出量Qを、F項といわれる要求噴射量に偏差に対する比例項と積分項とが加算して算出し、この要求吐出量Qから、高圧燃料ポンプ1200からの燃料の吐出量が要求吐出量Qになるような、電磁スピル弁1202を閉じるタイミングを表わすクランク角(CA)を算出するようにした。この電磁スピル弁1202を閉じるタイミングを表わすクランク角(CA)を算出するときには、図4に示すように、エンジン回転数NEと燃圧Pとをパラメータとしたので、それらの影響を受けても十分に良好な制御特性を得られることになる。
以下、図6に示すフローチャートを参照して、エンジンECU300で実行される高圧燃料ポンプ1200を含む筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射再開プログラムについて説明する。
S200にて、エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110から燃料を噴射するように噴射指令信号を出力する。S210にて、エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110の噴射停止条件が成立したか否かを判断する。このとき、たとえば、フューエルカット条件が成立した場合や、後述する噴き分けマップ等においてポート噴射の比率が100%(DI比率0%)である場合に、筒内噴射用インジェクタ110の噴射停止条件が成立したと判断される。エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110の噴射停止条件が成立すると(S210にてYES)、処理はS220へ移される。もしそうでないと(S210にてNO)、処理はS200へ戻される。
S220にて、エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110から燃料を噴射することを停止するように噴射指令信号の出力を停止する。S230にて、エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110の噴射開始条件が成立したか否かを判断する。このとき、たとえば、フューエルカット復帰条件が成立した場合や、後述する噴き分けマップ等においてポート噴射の比率が100%(DI比率0%)でなくなった場合に、筒内噴射用インジェクタ110の噴射開始条件が成立したと判断される。エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110の噴射開始条件が成立すると(S230にてYES)、処理はS240へ移される。もしそうでないと(S230にてNO)、処理はS220へ戻される。
S240にて、エンジンECU300は、高圧燃料系統の燃圧のフィードバック制御を開始する。S250にて、エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110から燃料を噴射するように噴射指令信号を出力する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンECU300を搭載した車両の動作(特に、エンジン10の筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射が停止されていた状態から開始される場合の動作)について説明する。
筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120とを備えたエンジン10において、吸気通路噴射用インジェクタ120が100%の噴き分け率で燃料を噴射してエンジン10が運転されるようになったり、フューエルカット条件が成立すると、筒内噴射用インジェクタ噴射停止条件が成立する(S210にてYES)。このとき、エンジン冷却水温THWがある程度高い場合には、筒内噴射用インジェクタ110に燃料を供給する高圧デリバリパイプ1110内の燃料がエンジン10から受熱する。受熱した燃料の温度は上昇して高温となり、温度の上昇とともに閉じた系(筒内噴射用インジェクタ110から燃料を噴射していない)である高圧デリバリパイプ1110内の燃料の圧力は上昇する。
すなわち、図7に示すように、時刻t(1)〜t(2)の間において、筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射が停止していると、目標燃圧P(0)が一定であっても、受熱により燃圧Pが上昇する。このため、筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射開始と同時にフィードバック制御を開始すると、受熱による燃圧上昇で偏差があるので、たとえば積分項Qiが大きく積算され過ぎて制御が安定しない。このため、従来技術では、図7に示すディレー時間を経過した時刻t(3)から、フィードバック制御を開始していた。
吸気通路噴射用インジェクタ120が100%ではない噴き分け率で燃料を噴射してエンジン10が運転されるようになったり、フューエルカット復帰条件が成立すると、筒内噴射用インジェクタ噴射復帰条件が成立する(S230にてYES)。このとき、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンECU300は従来のようにディレー時間の経過後ではなく、直ちにフィードバック制御を開始する(S240)。
すなわち、図8に示すように、本発明においては、筒内噴射用インジェクタ110からの延量噴射の開始と同時に(ディレー時間を経過することなく)フィードバック制御を開始している(時刻t(2))。このため、図8に実線で示された本発明に係る制御装置により制御される燃圧Pは速やかに目標燃圧P(0)に到達する。一方、図8に一点鎖線で示された従来技術に係る制御装置により制御される燃圧Pは大きくアンダーシュートした後に目標燃圧P(0)に到達する。
以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンECUによると、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担するエンジンにおいて、高圧燃料ポンプのフィードバック制御の制御特性を格段に向上させることができるとともに、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射の再開時の制御特性を向上させることができる。なお、デューティ比を用いた制御において筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射再開時にディレー時間を入れないでフィードバック制御した場合には、図7において説明したように受熱による燃圧上昇による積分項Qiが精度を欠くために良好な制御性能は発現し得ないと考えられる。
<筒内噴射用インジェクタのみを有するエンジンへの適用>
上述した筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射再開時におけるフィードバック制御の開始タイミングに、ディレー時間を入れないことは、筒内噴射用インジェクタのみを有するエンジンにおけるフューエルカットにも適用が可能である。
上述した筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射再開時におけるフィードバック制御の開始タイミングに、ディレー時間を入れないことは、筒内噴射用インジェクタのみを有するエンジンにおけるフューエルカットにも適用が可能である。
すなわち、筒内噴射用インジェクタのみを有するエンジンでもフューエルカット時には筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射が停止しているがエンジンのピストンが往復動しており摩擦熱等を発生させている。このため、高圧デリバリパイプ内の燃料はエンジンから熱を受けて燃圧が上昇する。この状態で筒内噴射用インジェクタ燃料噴射が再開したときにもディレー時間を入れないで直ちにフィードバックを開始する。これにより、目標燃圧P(0)が大きく上昇された場合であっても、大きくアンダーシュートすることなく、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射の再開時の制御特性を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態においては、フィードバック制御がP動作とI動作とを有するものとして説明したが本発明はこれに限定されない。フィードバックは、P動作のみを有するフィードバック制御であってもよいし、P動作およびI動作に加えてD動作を有するフィードバック制御であってもよい。
<この制御装置が適用されるに適したエンジン(その1)>
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン(その1)について説明する。
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン(その1)について説明する。
図9および図10を参照して、エンジン10の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120との噴き分け比率(DI比率rとも記載する。)を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンECU300のROM320に記憶される。図9は、エンジン10の温間用マップであって、図10は、エンジン10の冷間用マップである。
図9および図10に示すように、これらのマップは、エンジン10の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ110の分担比率がDI比率rとして百分率で示されている。
図9および図10に示すように、エンジン10の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、DI比率rが設定されている。「DI比率r=100%」とは、筒内噴射用インジェクタ110からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「DI比率r=0%」とは、吸気通路噴射用インジェクタ120からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「DI比率r≠0%」、「DI比率r≠100%」および「0%<DI比率r<100%」とは、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ110は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ120は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる2種類のインジェクタを、エンジン10の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン10が通常運転状態(たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる)である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。
さらに、これらの図9および図10に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120のDI分担率rを規定した。エンジン10の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ110および吸気通路噴射用インジェクタ120の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン10の温度を検知して、エンジン10の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図9の温間時のマップを選択して、そうではないと図10に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン10の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ110および/または吸気通路噴射用インジェクタ120を制御する。
図9および図10に設定されるエンジン10の回転数と負荷率について説明する。図9のNE(1)は2500〜2700rpmに設定され、KL(1)は30〜50%、KL(2)は60〜90%に設定されている。また、図10のNE(3)は2900〜3100rpmに設定されている。すなわち、NE(1)<NE(3)である。その他、図9のNE(2)や、図10のKL(3)、KL(4)も適宜設定されている。
図9および図10を比較すると、図9に示す温間用マップのNE(1)よりも図10に示す冷間用マップのNE(3)の方が高い。これは、エンジン10の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ120の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン10が冷えている状態であるので、(たとえ、筒内噴射用インジェクタ110から燃料を噴射しなくても)筒内噴射用インジェクタ110の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ120を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。
図9および図10を比較すると、エンジン10の回転数が、温間用マップにおいてはNE(1)以上の領域において、冷間用マップにおいてはNE(3)以上の領域において、「DI比率r=100%」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはKL(2)以上の領域において、冷間用マップにおいてはKL(4)以上の領域において、「DI比率r=100%」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ110のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ110のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ110のみで燃料を噴射しても、エンジン10の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ110のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ110から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い(燃焼室から熱を奪い)気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。
図9に示す温間用マップでは、負荷率KL(1)以下では、筒内噴射用インジェクタ110のみが用いられる。これは、エンジン10の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ110のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン10が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ110の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ110を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ110を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ110を用いた領域としている。
図9および図10を比較すると、図10の冷間用マップにのみ「DI比率r=0%」の領域が存在する。これは、エンジン10の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域(KL(3)以下)では吸気通路噴射用インジェクタ120のみが使用されるということを示す。これはエンジン10が冷えていてエンジン10の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ110による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ110を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ110を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ120のみを用いる。
また、通常運転時以外の場合、エンジン10がアイドル時の触媒暖気時の場合(非通常運転状態であるとき)、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ110が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。
<この制御装置が適用されるに適したエンジン(その2)>
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン(その2)について説明する。なお、以下のエンジン(その2)の説明において、エンジン(その1)と同じ説明については、ここでは繰り返さない。
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン(その2)について説明する。なお、以下のエンジン(その2)の説明において、エンジン(その1)と同じ説明については、ここでは繰り返さない。
図11および図12を参照して、エンジン10の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンECU300のROM320に記憶される。図11は、エンジン10の温間用マップであって、図12は、エンジン10の冷間用マップである。
図11および図12を比較すると、以下の点で図9および図10と異なる。エンジン10の回転数が、温間用マップにおいてはNE(1)以上の領域において、冷間用マップにおいてはNE(3)以上の領域において、「DI比率r=100%」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くKL(2)以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くKL(4)以上の領域において、「DI比率r=100%」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ110のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ110のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ110から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ110の噴射比率を減少させるようにしている。これらのDI比率rの変化を図11および図12に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ110の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ110の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域(図11および図12で十字の矢印が記載された領域)以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ110のみで燃料を噴射している領域(高回転側、低負荷側)においては、筒内噴射用インジェクタ110のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ110から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い(燃焼室から熱を奪い)気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。
なお、図9〜図12を用いて説明したこのエンジン10においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ110の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ110の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ110の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ110の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。
また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ120を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ110を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖気時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖気時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態(アイドル状態)を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖気時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。
また、図9〜図12を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ110による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン10は、基本的な大部分の領域には(触媒暖気時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ120を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ110を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という)、筒内噴射用インジェクタ110による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ110の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。
筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。
さらに、エンジン10の温度によらず(すなわち、温間時および冷間時のいずれの場合であっても)、オフアイドル時(アイドルスイッチがオフの場合、アクセルペダルが踏まれている場合)には、図9または図11に示す温間用マップを用いるようにしてもよい(冷間温間を問わず、低負荷領域において筒内噴射用インジェクタ110を用いる)。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 エンジン、20 インテークマニホールド、30 サージタンク、40 吸気ダクト、42 エアフローメータ、50 エアクリーナ、60 電動モータ、70 スロットルバルブ、80 エキゾーストマニホールド、90 三元触媒コンバータ、100 アクセルペダル、110 筒内噴射用インジェクタ、112 気筒、119 点火プラグ、120 吸気通路噴射用インジェクタ、121 排気バルブ、122 吸気バルブ、123 ピストン、130 燃料分配管、150 高圧燃料圧送装置、160 燃料分配管(低圧側)、170 燃料圧レギュレータ、180 低圧燃料ポンプ、190 燃料フィルタ、200 燃料タンク、300 エンジンECU、310 双方向性バス、320 ROM、330 RAM、340 CPU、350 入力ポート、360 出力ポート、370,390,410,430,450 A/D変換器、380 水温センサ、400 燃料圧センサ、420 空燃比センサ、440 アクセル開度センサ、460 回転数センサ、1100 フィードポンプ、1110 高圧デリバリパイプ、1120 低圧デリバリパイプ、1140 リリーフバルブ、1200 高圧燃料ポンプ、1202 電磁スピル弁、1204 リーク機能付きチェックバルブ、1206 ポンププランジャー、1210 カム、1220 パルセーションダンパー、1400 低圧供給パイプ、1410 低圧デリバリ連通パイプ、1420 ポンプ供給パイプ、1500 高圧デリバリ連通パイプ、1600 高圧燃料ポンプリターンパイプ、1610 高圧デリバリリターンパイプ、1630 リターンパイプ。
Claims (9)
- 燃料タンクから燃料噴射手段に高圧燃料を供給する機関駆動式の高圧燃料ポンプを含む内燃機関の制御装置であって、前記高圧燃料ポンプは内燃機関のカムにより駆動され、前記カムを駆動するシャフトの角度に基づく所望のタイミングで前記高圧燃料ポンプの入口側の開閉弁を閉じることにより所望の吐出量の高圧燃料が吐出され、前記制御装置は、
前記内燃機関の回転数を検知するための手段と、
前記高圧燃料の圧力を検知するための手段と、
前記検知された高圧燃料の圧力が目標圧力になるように、前記高圧燃料ポンプをフィードバック制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記検知された高圧燃料の圧力と目標圧力との偏差を算出するための手段と、
前記偏差に基づいてフィードバック操作量を算出するための手段と、
前記フィードバック操作量に基づいて、前記高圧燃料ポンプの要求吐出量を算出するための算出手段と、
前記内燃機関の回転数と前記検知された高圧燃料の圧力とを考慮して、前記要求吐出量を満足する前記シャフトの角度を算出するための手段と、
前記算出されたシャフトの角度に到達したときに前記開閉弁を閉じるように制御するための手段とを含み、
前記制御装置は、前記燃料噴射手段が燃料噴射を停止している状態から燃料噴射を開始したときから、前記制御手段によるフィードバック制御を実行するための実行手段をさらに含む、内燃機関の制御装置。 - 前記実行手段は、フューエルカットから復帰したときから、前記制御手段によるフィードバック制御を実行するための手段を含む、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、
前記検知された高圧燃料の圧力と目標圧力との偏差を算出するための手段と、
前記偏差に基づいてフィードバック操作量を算出するための手段と、
前記フィードバック操作量と要求噴射量とに基づいて、前記高圧燃料ポンプの要求吐出量を算出するための算出手段と、
前記内燃機関の回転数と前記検知された高圧燃料の圧力とを考慮して、前記要求吐出量を満足する前記シャフトの角度を算出するための手段と、
前記算出されたシャフトの角度に到達したときに前記開閉弁を閉じるように制御するための手段とを含む、請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記算出手段は、前記内燃機関の回転数と前記検知された高圧燃料の圧力とをパラメータとして作成されたマップを用いて、前記高圧燃料ポンプの要求吐出量を算出するための手段を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記開閉弁は、電磁スピル弁である、請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記燃料噴射手段は、筒内に高圧燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段であって、
前記内燃機関は、フィードポンプと、吸気通路内にフィード圧の燃料を噴射するための第2の燃料噴射手段とをさらに含む、請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記第1の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
前記第2の燃料噴射手段は、吸気通路噴射用インジェクタである、請求項6に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記実行手段は、前記第1の燃料噴射手段から燃料を噴射することによりフューエルカットから復帰したときから、前記制御手段によるフィードバック制御を実行するための手段を含む、請求項6または7に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記実行手段は、前記第2の燃料噴射手段のみにより燃料を噴射していた状態から前記第1の燃料噴射手段から燃料を噴射するように変更されたときから、前記制御手段によるフィードバック制御を実行するための手段を含む、請求項6または7に記載の内燃機関の制御装置。
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JP2013002309A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Denso Corp | 燃料ポンプの制御装置 |
JP2020045870A (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | 株式会社デンソー | 高圧燃料供給システムの制御装置 |
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