JP2007247454A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関への燃料の供給を停止させなくても燃料モデルの修正を行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、通路内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bによって噴射された燃料の機関吸気通路及び燃焼室5の壁面への付着率等をパラメータとして用いて燃焼室5内に充填すべき目標蒸発燃料量に基づいて両燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を算出する燃料モデルを具備し、算出された噴射すべき燃料量だけ燃料を噴射する。この制御装置は、いずれか一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させると共にその後この燃料噴射弁からの燃料噴射を再開させるように燃料噴射を制御し、燃料噴射が再開された後に推定された蒸発燃料量に基づいて壁面への燃料の付着率を算出する。一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させているときには他方の燃料噴射弁から燃料を噴射する。
【選択図】図1
【解決手段】制御装置は、通路内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bによって噴射された燃料の機関吸気通路及び燃焼室5の壁面への付着率等をパラメータとして用いて燃焼室5内に充填すべき目標蒸発燃料量に基づいて両燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を算出する燃料モデルを具備し、算出された噴射すべき燃料量だけ燃料を噴射する。この制御装置は、いずれか一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させると共にその後この燃料噴射弁からの燃料噴射を再開させるように燃料噴射を制御し、燃料噴射が再開された後に推定された蒸発燃料量に基づいて壁面への燃料の付着率を算出する。一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させているときには他方の燃料噴射弁から燃料を噴射する。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
内燃機関を適切に運転するためには内燃機関の燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射弁からの噴射する燃料量を制御することが必要であり、このように燃料量を制御するために燃料噴射弁から噴射した燃料の挙動を表す燃料モデルを用いることが知られている。
この燃料モデルは、或るサイクルにおいて燃料噴射弁から噴射された燃料の全てがそのサイクルにおいて燃焼室内で燃焼するわけではなく、噴射された燃料のうち一部は吸気ポートや燃焼室の壁面に付着したり、吸気ポートや燃焼室の壁面に付着している燃料の一部が蒸発したりすることを考慮して作成された数値計算モデルである。この燃料モデルでは、目標空燃比に応じて算出された燃焼室内に充填すべき蒸発燃料量(以下、「目標蒸発燃料量」と称す)に基づいて、燃料の挙動をモデル化した計算式を用いて燃料噴射弁から噴射すべき燃料量(以下、「目標噴射燃料量」と称す)が算出される。
このような燃料モデルでは燃料の挙動をモデル化した計算式に基づいて目標噴射燃料量を算出するため、燃料の挙動のモデル化の際に誤差があると適切な目標噴射燃料量を算出することができない問題がある。
また、仮に初期状態では実際の燃料の挙動を正確にモデル化していた場合であっても、例えば、長期間の運転の間に徐々に吸気ポート等の壁面にデポジットが付着して燃料の吸気ポート等への付着特性が変化するような場合がある。また、初期状態においても吸気ポートや燃焼室には製造誤差があるため、実際の燃料の挙動が必ずしも正確にモデルと一致しない場合がある。したがって、モデル計算式によって適切な目標噴射燃料量を算出するためには、例えば機関運転中にモデル計算式の誤差を修正することが必要となる。
そこで、特許文献1に記載の装置では、内燃機関への燃料の供給を停止する燃料カット制御中に内燃機関に所定の燃料を噴射供給すると共に、このようにして噴射供給された燃料量と、この燃料と共に燃焼室内に流入した空気量と、空燃比センサによって検出された排気ガスの空燃比とに基づいて噴射燃料の吸気ポート壁面への付着率を算出し、算出された付着率に基づいて燃料モデルの修正を行うこととしている。これにより、燃料の付着特性の経時変化や吸気ポートの製造誤差等が補償されるようにモデル計算式の誤差が修正されるため、燃料モデルによって適切な目標燃料噴射量を算出することができるようになるとされている。
ところで、特許文献1に記載の装置では、燃料モデルの修正は燃料カット制御を行っているときでなければ実行することができず、よって燃料モデルの修正を行うことができる時期が限られてしまう。また、燃料カット制御を行っているときに数サイクルに亘って突然燃料が供給されて燃焼室内での燃焼が行われるため急激なトルク変動が起こり、よってドライバビリティの悪化を招いてしまう。
そこで、本発明の目的は、内燃機関への燃料の供給を停止する燃料カット制御の実行とは無関係に内燃機関への燃料の供給を停止させなくても燃料モデルの修正を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、第1の発明では、機関吸気通路内に燃料を噴射する通路内燃料噴射弁と、機関燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁とを具備する内燃機関の制御装置であって、通路内燃料噴射弁によって噴射された燃料の機関吸気通路の壁面への付着率又は筒内燃料噴射弁によって噴射された燃料の燃焼室の壁面への付着率をパラメータとして用いて燃焼室内に充填すべき目標蒸発燃料量に基づいて通路内燃料噴射弁から噴射すべき燃料量と筒内燃料噴射弁から噴射すべき燃料量とを算出する燃料モデルを具備し、目標蒸発燃料量に基づいて上記燃料モデルを用いて上記噴射すべき燃料量を算出すると共に算出された噴射すべき燃料量だけ上記通路内燃料噴射弁及び上記筒内燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関の制御装置において、燃焼室内に充填された蒸発燃料量を推定する蒸発燃料量推定手段と、通路内燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁のいずれか一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させると共にその後上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を開始させるように燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段と、上記燃料モデルのパラメータを修正するモデル修正手段とを更に具備し、上記モデル修正手段は、上記噴射制御手段によって上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射が開始された後に上記蒸発燃料量推定手段によって推定された蒸発燃料量に基づいて上記機関吸気通路の壁面又は燃焼室の壁面への燃料の付着率を算出すると共に算出された付着率に基づいて上記燃料モデルで用いられる付着率を修正し、上記噴射制御手段は、上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させているときには他方の燃料噴射弁から燃料を噴射する。
第1の発明によれば、燃料モデルの修正を行うために一方の燃料噴射弁から燃料噴射を停止させているときであっても他方の燃料噴射弁から燃料噴射が行われる。このため、両燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させて内燃機関への燃料の供給を停止する燃料カット制御を実行しなくても燃料モデルの修正を行うことができる。
第1の発明によれば、燃料モデルの修正を行うために一方の燃料噴射弁から燃料噴射を停止させているときであっても他方の燃料噴射弁から燃料噴射が行われる。このため、両燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させて内燃機関への燃料の供給を停止する燃料カット制御を実行しなくても燃料モデルの修正を行うことができる。
第2の発明では、第1の発明において、上記燃料モデルは機関吸気通路の壁面に付着していた燃料の蒸発率又は燃焼室の壁面に付着していた燃料の蒸発率をパラメータとして更に有し、上記モデル修正手段は、上記噴射制御手段によって上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射が開始された後に上記蒸発燃料量推定手段によって推定された蒸発燃料量に基づいて上記機関吸気通路の壁面又は燃焼室の壁面に付着していた燃料の蒸発率を算出すると共に算出された蒸発率に基づいて上記燃料モデルで用いられる蒸発率を修正する。
第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記噴射制御手段は、上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させるときには、燃料噴射の停止前後で燃焼室内に充填される蒸発燃料量が変化しないように、他方の燃料噴射弁から噴射する燃料量を増量するようにしている。
第4の発明では、第1又は第2の発明において、上記噴射制御手段は、上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を開始するときには、燃料噴射の開始前後で燃焼室内に充填される蒸発燃料量が変化しないように、他方の燃料噴射弁から噴射する燃料量を減量するようにしている。
本発明によれば、内燃機関への燃料の供給を停止する燃料カット制御を実行しなくても燃料モデルの修正を行うことができる。
図1を参照すると機関本体1は4つの気筒1aを具備し、これら各気筒1aの燃焼室構造が図2から図4に示されている。図2から図4を参照すると、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は一対の吸気弁、7aは第1吸気ポート、7bは第2吸気ポート、8は一対の排気弁、9は一対の排気ポートをそれぞれ示し、図2に示されるようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置される。また、第2吸気ポート7b内に向けて燃料を噴射するためのポート内燃料噴射弁11aが各気筒1aに対してそれぞれ設けられ、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には筒内燃料噴射弁11bが配置される。図2および図3に示されるようにピストン3の頂面上には筒内燃料噴射弁11bの下方から点火プラグ10の下方まで延びるほぼ円形の輪郭形状を有する浅皿部12が形成され、浅皿部12の中央部にはほぼ半球形状をなす深皿部13が形成される。また、点火プラグ10下方の浅皿部12と深皿部13との接続部にはほぼ球形状をなす凹部14が形成される。
図1に示されるように各気筒1aの第1吸気ポート7aおよび第2吸気ポート7bはそれぞれ各吸気枝管15を介してサージタンク16内に連結される。このサージタンク16は吸気管17を介してエアクリーナ18に連結され、吸気管17内にはステップモータ19により駆動されるスロットル弁20が配置される。一方、排気ポート9は、排気マニホルド21に連結され、排気マニホルド21は排気管(図示せず)に連結される。
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RAM(ランダムアクセスメモリ)32、ROM(リードオンリメモリ)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を具備する。機関本体1には機関冷却水温に応じた出力電圧を発生する水温センサ22が取付けられ、サージタンク16にはサージタンク16内の圧力に応じた出力電圧を発生する圧力センサ23が取付けられる。また、吸気管17には吸気管17内を通過する空気の流量に応じた出力電圧を発生するエアフロメータ24が取付けられ、スロットル弁20にはスロットル弁20の開度に応じた出力電圧を発生するスロットル弁開度センサ25が取り付けられる。さらに、排気マニホルド21には排気マニホルド21内を通過する排気ガスの空燃比に応じた出力電圧を発生する空燃比センサ26が取り付けられる。これら水温センサ22、圧力センサ23、エアフロメータ24、スロットル弁開度センサ25、空燃比センサ26の出力電圧がAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
また、アクセルペダル27にはアクセルペダル27の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ28が接続され、負荷センサ28の出力電圧がAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。クランク角センサ29は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート35に入力される。CPU34ではクランク角センサ29の出力パルスから現在のクランク角が計算され、クランク角センサ29の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路40を介して各ポート内燃料噴射弁11aおよび各筒内燃料噴射弁11b、スロットル弁20駆動用のステップモータ19に接続される。
本実施形態では図2においてF1およびF2で示したように筒内燃料噴射弁11bからは二つの方向に向けて燃料が噴射(以下、「筒内噴射」と称す)され、ポート内燃料噴射弁11aからは図4のF3で示したように第2吸気ポート7b内に向けて燃料が噴射(以下、「ポート噴射」と称す)される。筒内燃料噴射弁11bから噴射すべき燃料量とポート内燃料噴射弁11aから噴射すべき燃料量とは下記のようにして算出される。
図5はこれらポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bからの目標蒸発燃料量、燃料噴射時期、後述するポート噴射比率を示している。なお、図5において、横軸は燃焼室5内に充填されていることが必要とされる蒸発した燃料の量(以下、「目標蒸発燃料量」と称す)Qtを示しており、この目標蒸発燃料量Qtは燃焼室5内で燃焼する混合気の空燃比が目標空燃比になるように、エアフロメータ24の出力に基づいて算出された筒内吸入空気量Mcに基づいて算出される。なお、ポート噴射比率αは、総目標蒸発燃料量のうちポート噴射される燃料の占める割合を表す。
図5に示したように目標蒸発燃料量QtがQtaよりも少ない機関低負荷運転時(Qt<Qta)には圧縮行程末期に筒内噴射が行われ、ポート噴射は行われない。従って、機関低負荷運転時においては、ポート噴射比率αが0%となっている。
一方、目標蒸発燃料量QtがQtaとQtbの間の機関中負荷運転時(Qta≦Qt<Qtb)にはポート噴射が行われると共に圧縮行程末期に筒内噴射が行われる。即ち、機関中負荷運転時には両燃料噴射弁11a、11bから燃料噴射が行われる。図5から分かるように、このとき目標蒸発燃料量Qtに関わらず筒内噴射される燃料量はほぼ一定であり、従って機関中負荷運転時においては目標蒸発燃料量Qtが増大するのに伴ってポート噴射比率αが徐々に増大していく。
また、目標蒸発燃料量QtがQtb以上である機関高負荷運転時(Qtb≦Qt)にはポート噴射が行われ、筒内噴射は行われない。従って機関高負荷運転時においてはポート噴射比率αが100%となっている。なお、図5においてθSおよびθEは圧縮行程末期に筒内燃料噴射弁11bによって行われる燃料噴射の噴射開始時期と噴射完了時期をそれぞれ示している。
目標蒸発燃料量Qtは、筒内吸入空気量Mcを目標空燃比AFtで除算することによって算出される(Qt=Mc/AFt)。ここで、筒内吸入空気量Mcは、吸気弁6が閉弁するまでに各気筒の燃焼室5内に流入する空気量であり、エアフロメータ24によって検出された吸気管内を通過する空気の流量(以下、「吸気管内通過空気流量」と称す)に基づいて算出される。一方、目標空燃比AFtは、例えばアクセルペダル27の踏込み量Accpに基づいて算出され、機関負荷が低い場合には希薄燃焼を行うべくリーンとされ、機関負荷が高い場合には高い出力トルクを得るべくほぼ理論空燃比又はリッチとされる。
図5に示したように目標蒸発燃料量QtがQtaよりも少ない機関低負荷運転時には圧縮行程末期に筒内噴射が行われる。このとき各噴射燃料F1、F2は図6(a)および(b)に示したように深皿部13の周壁面に衝突する。深皿部13の周壁面に衝突した燃料は旋回流Sによって気化せしめられつつ拡散され、それによって図6(c)に示されるように凹部14および深皿部13内に混合気Gが形成される。このとき凹部14および深皿部13以外の燃焼室5内は空気で満たされている。次いで混合気Gが点火プラグ10によって着火せしめられる。
一方、図5において目標蒸発燃料量QtがQtaとQtbの間である機関中負荷運転時にはポート噴射が行われ、さらに圧縮行程末期に筒内噴射が行われる。このときポート噴射された燃料によって燃焼室5内には均一な稀薄混合気が形成され、この稀薄混合気は筒内噴射された燃料により図6(c)に示すように形成された混合気が火種となって燃焼せしめられる。
一方、図5において目標蒸発燃料量QtがQtbよりも多い機関高負荷運転時にはポート噴射が行われ、このポート噴射によって燃焼室5内に形成された均一混合気が点火プラグ10によって着火せしめられる。
ところで、ポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bから噴射された燃料の一部はそれぞれ吸気ポート7bの壁面及び燃焼室5の壁面に付着してしまう。従って、ポート噴射及び筒内噴射された燃料全てがそのサイクルにおいて蒸発燃料として燃焼室5内に供給されるわけではなく、一部の燃料は蒸発燃料として供給されることなくこれら壁面に付着したままとなってしまう。また、これら壁面に付着している燃料の一部は蒸発し、燃焼室5内で燃焼せしめられる。
従って、ポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bから噴射された全燃料量と燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量とが一致しない場合がある。このため、例えば目標蒸発燃料量と等量の燃料をポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bから噴射しても、燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量が目標蒸発燃料量と異なったものとなってしまうことがある。
そこで、燃料噴射弁11a、11bから噴射された燃料量に基づいて数値計算によって燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量を算出する燃料モデルを用いた内燃機関の制御装置が検討されている。斯かる燃料モデルは、噴射された燃料の挙動、すなわち燃料の吸気ポート7b及び燃焼室5の壁面への付着や、これら壁面に付着している燃料の蒸発等を考慮して燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量を算出するため、斯かる蒸発燃料量を正確に算出することができる。このような燃料モデルの例について以下に説明する。
まず、ポート噴射について考える。第nサイクルにおいて燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量のうちポート噴射に起因する燃料量Qcp(n)は、第nサイクルにおいてポート噴射された燃料のうち吸気ポート7bの壁面に付着しなかった燃料量と、第nサイクルにおいて吸気ポート7bの壁面に付着している燃料のうち蒸発した燃料量とを合計したものに等しい。そこで、第nサイクルにおいてポート噴射された燃料量をQip(n)、第nサイクルにおいて吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量をQiw(n)とすると、第nサイクルにおいて燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量のうちポート噴射に起因する燃料量Qcp(n)は下記式(1)のように表せる。
ここで、式(1)中のRpはポート噴射された燃料のうち吸気ポート7bの壁面に付着する燃料の比率(以下、「ポート付着率」と称す)、Ppは吸気ポート7bの壁面に付着している燃料のうち蒸発せずに残留する燃料の比率(以下、「ポート残留率」と称す)をそれぞれ表している。これらポート付着率Rp及びポート残留率Ppは、燃焼室5等の温度、吸気管内の圧力等の機関運転パラメータの値に基づいて変化するため、これら機関運転パラメータの領域毎に定められる。本実施形態では、図7に示したように燃焼室5等の温度と吸気管内の圧力とに基づいたマップとしてECU30のROM33に保存されている。
また、第n+1サイクルにおいて吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量Qwp(n+1)は、第nサイクルにおいて蒸発せずに残留した燃料量(Pp・Qwp(n))と、第nサイクルにおいてポート噴射された燃料のうち吸気ポート7bの壁面に付着した燃料量(Rp・Qip(n))とを合計したものに等しい。そこで、第n+1サイクルにおいて吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量Qwp(n+1)は、下記式(2)のように表せる。
上記式(1)をQip(n)について解くと下記式(3)のように表せ、上記式(2)は下記式(4)のように表せる。すなわち、下記式(3)によれば、目標蒸発燃料量Qtのうちポート噴射に起因する燃料量Qtpを式(3)のQcpに代入することにより、ポート噴射すべき燃料量Qipが算出される。逆に考えると、ポート内燃料噴射弁11aから燃料量Qipだけ燃料を噴射すると、燃焼室5内では燃料量Qtp分だけ燃焼室5内に蒸発燃料が充填されることになる。また、式(3)で用いられる吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量Qwp(n)は式(4)によって算出される。なお、式(4)におけるQip(n−1)は、前回のサイクルにおいてポート噴射された燃料量を表しており、またQwp(n−1)は前回のサイクルにおいて式(4)によって算出された吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量を表している。
従って、本実施形態によれば、燃料モデルは、目標蒸発燃料量Qtのうちポート噴射に起因する燃料量Qtpに基づいて上記式(3)及び(4)を用いてポート内燃料噴射弁11aから噴射すべき燃料量が算出される。
次に、筒内噴射について考える。第nサイクルにおいて燃焼室5内に実際に充填せしめられる蒸発燃料量のうち筒内噴射に起因する燃料量Qcc(n)は、第nサイクルにおいて筒内噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着しなかった燃料量((1−Rc)・Qic(n))と、第nサイクルにおいて燃焼室5の壁面に付着している燃料のうち蒸発した燃料量((1−Pc)・Qwc(n))とを合計したものに等しい。また、第nサイクルにおいて燃焼室5の壁面に付着している燃料量Qwc(n)は、第nサイクルにおいて蒸発せずに残留した燃料量(Pp・Qwc(n))と、第nサイクルにおいて筒内噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着した燃料量(Rc・Qic(n))とを合計したものに等しい。このことから、上記式(3)及び式(4)と同様に、下記式(5)及び式(6)が成り立つ。なお、式(5)及び式(6)において、Qip(n)は第nサイクルにおいてポート噴射された燃料量を、Qiw(n)は第nサイクルにおいて吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量をそれぞれ表している。
すなわち、上記式(5)によれば、目標蒸発燃料量Qtのうち筒内噴射に起因する燃料量Qtcを式(5)のQccに代入することにより、筒内燃料噴射弁11bから噴射すべき燃料量Qicが算出される。逆に考えると、筒内燃料噴射弁11bから燃料量Qicだけ燃料を噴射すると、燃焼室5内では燃料量Qtcだけ燃焼室5内に蒸発燃料が充填されることになる。
ここで、式(5)及び式(6)中のRcは筒内燃料噴射弁11bから噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着する燃料の比率(以下、「筒内付着率」と称す)、Pcは燃焼室5の壁面に付着している燃料のうち蒸発せずに残留する燃料の比率(以下、「筒内残留率」と称す)をそれぞれ表している。これら筒内付着率Rc及び筒内残留率Pcは、筒内温度、筒内圧力等の機関運転パラメータの値に基づいて変化するため、これら機関運転パラメータの領域毎に定められ、図7に示したマップと同様にしてECU30のROM33に保存されている。
従って、本実施形態によれば、燃料モデルは、目標蒸発燃料量Qtのうち筒内噴射に起因する燃料量に基づいて上記式(5)及び(6)を用いて筒内燃料噴射弁11bから噴射すべき燃料量を算出する。
そして機関運転時においては、上述したように目標蒸発燃料量Qtが燃焼室5内に充填された混合気の空燃比が目標空燃比になるようにエアフロメータ24の出力等に基づいて算出され、機関運転状態(例えば、機関負荷、機関回転数等)に応じてポート噴射比率αが算出される。そして、目標蒸発燃料量Qtのうちポート噴射に起因する燃料量Qtpは目標燃焼燃料Qtにポート噴射比率αを乗算することによって(Qtp=α・Qt)、目標蒸発燃料量Qtのうち筒内噴射に起因する燃料量Qtcは目標蒸発燃料量Qtに筒内噴射比率(1−α)を乗算することによって(Qtc=(1−α)・Qt)、それぞれ算出される。
このようにして算出された燃料量Qtp及びQtcが燃料モデルの式(3)及び式(5)にそれぞれ代入され、ポート内燃料噴射弁11aから噴射すべき燃料量Qip及び筒内燃料噴射弁11bから噴射すべき燃料量Qicがそれぞれ算出され、このようにして算出された燃料量の燃料がポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bからそれぞれ噴射される。これにより、目標蒸発燃料量Qtとほぼ同量の燃料が燃焼室5で燃焼することになり、混合気の空燃比を目標空燃比とほぼ一致させることができるようになる。
ところで、内燃機関を長期間に亘って運転すると、その間に徐々に吸気ポートの壁面上にデポジット等が付着するため、燃料の吸気ポート壁面への付着特性等が変化する場合がある。また、初期状態において、吸気ポートや燃焼室には製造誤差が生じている場合があり、このような場合には同一形式の内燃機関であっても各内燃機関毎に付着特性等が異なるものとなってしまう。このように吸気ポートや燃焼室の壁面への燃料の付着特性が変化したりすると、実際の燃料の挙動が燃料モデルと一致しなくなってしまう場合がある。
このように燃料モデルが実際の燃料の挙動に一致していない状態で燃料モデルを用いてポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bから噴射すべき燃料量を算出しても最適な値を算出することができず、よって混合気の空燃比を目標空燃比に一致させることができない。
ここで、燃料モデルでは、上述したように吸気ポートや燃焼室の壁面への燃料の付着特性が変化したりすると、ポート付着率Rp、ポート残留率Pp、筒内付着率Rc及び筒内残留率Pc等のパラメータの値に誤差が生じることになる。そこで、本実施形態では、実際に燃焼室5内に充填された蒸発燃料量を検出すると共に、検出された蒸発燃料量に基づいて上記パラメータの値を修正することとしている。以下、燃料モデルのこれらパラメータの値の修正方法について説明する。
図8は、各サイクル当たりのポート噴射燃料量、各サイクル当たりの筒内噴射燃料量、及び混合気の空燃比(A/F)のタイムチャートである。図示した例では、時刻t0までポート噴射のみによって燃料噴射が行われていると共に、時刻t0においてポート噴射も停止せしめられ、燃焼室5内への燃料の供給が停止される。その後、時刻t1において再びポート噴射が開始される。このとき、ポート噴射によって噴射される燃料量は、ポート噴射の停止前(すなわち、時刻t0前)にポート噴射されていた燃料量とほぼ同一である。
燃料噴射弁11a、11bから噴射される燃料量がこのように制御されると、図8に示したように、混合気の空燃比は時刻t0において急激に上昇すると共に、時刻t1において急激に低下し、時刻t1からある程度経過した時刻t2においてポート噴射停止前の空燃比に戻る。混合気の空燃比がこのように推移する理由としては以下のことが考えられる。
すなわち、時刻t0以前から時刻t1以降までに亘って筒内噴射は行われていないため、斯かる期間に亘って燃焼室5の壁面上に燃料はほとんど付着していない。一方、時刻t0以前においてはポート噴射が行われているため、吸気ポート7bの壁面には燃料が付着しているが、時刻t0から時刻t1に亘ってポート噴射が停止されるためこの期間中に吸気ポート7bの壁面に付着していた燃料はほとんど蒸発してしまう。その後、時刻t1においてポート噴射が再開されると、再びポート噴射された燃料の一部が吸気ポート7bの壁面に付着することとなる。ここで、時刻t1において、ポート噴射する燃料量をポート噴射停止前の燃料量にしているにも関わらず混合気の空燃比がポート噴射停止前の空燃比に直ぐに戻らないのは、ポート噴射した燃料の一部が吸気ポート7bの壁面に付着していると共に、吸気ポート7bの壁面に燃料が付着していないことにより壁面に付着した燃料の蒸発がないことによるものだと考えられる。
ここで、時刻t1においてポート噴射を開始した直後のサイクル(第nサイクルとする)において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量は、吸気ポート7bの壁面に燃料が付着していないことを考慮すると、(1−Rp)・Qip(n)で表せる。一方、上記サイクルにおいてエアフロメータ24の出力に基づいて算出された筒内吸入空気量をMc(n)、空燃比センサ26によって検出された上記サイクルにおける混合気の空燃比をAF1とすると、上記サイクルにおいて燃焼室5内に充填された蒸発燃料量はMc(n)/AF1とも表せる。このことから下記式(7)が成立し、この式(7)をポート付着率Rpについて解くと下記式(8)が求められる。
次に、時刻t1においてポート噴射を開始してから2サイクル目(第n+1サイクルとする)において吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量がRp・Qip(n)で表せることから、2サイクル目において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量は、(1−Rp)・Qip(n+1)+(1−Pp)・Rp・Qip(n)で表せる。一方、上記2サイクル目においてエアフロメータ24の出力に基づいて算出された筒内吸入空気量をMc(n+1)、空燃比センサ26によって検出された上記2サイクル目における混合気の空燃比をAF2とすると、上記2サイクル目において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量はMc(n+1)/AF2とも表せる。このことから下記式(9)が成立し、この式(9)をポート蒸発率Ppについて解くと下記式(10)が求められる。
このようにして算出されたポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppは、比較的正確に実際のポート付着率及びポート蒸発率を示している。従って、本実施形態では、燃料モデルの式(3)及び(4)において用いられるポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppを、このように算出されたポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppに修正することとしている。或いは、現在式(3)及び(4)で用いられているポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppの値が上記算出されたポート付着率及びポート蒸発率の値に近づくように、現在式(3)及び(4)で用いられているポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppを修正してもよい。これにより式(3)及び(4)で用いられるポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppを適切に修正することができ、よって燃料モデルに生じた誤差を除去することができる。
なお、上述したようなポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppの修正は機関運転領域毎に行われる。すなわち、上述したように、ポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppは、機関運転領域毎に、すなわち燃焼室5等の温度と吸気管内の圧力毎に定められている。したがって、本実施形態では、上述したように算出されたポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppに基づいて、上述したような操作を行った機関運転領域(すなわち、燃料噴射形態の変更、エアフロメータ及び空燃比センサによる検出を行ったときの機関運転領域)に対応するポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppのマップ値Rpi,j及びPpi,jを修正することとしている。
また、同様な操作により式(3)及び(4)で用いられる筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcを適切に修正することができるようになる。この場合、筒内噴射のみによって燃料噴射を行うと共に、一時的に筒内噴射をも停止し、その後筒内噴射を再び開始するように、燃料噴射弁11a、11bからの燃料噴射を制御することが必要となる。そして、上記式(8)及び(10)の代わりに下記式(11)及び(12)を用いて筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcを算出する。本実施形態では、燃料モデルの式(5)及び(6)において用いられる筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcを、このように算出された筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcに基づいて修正することとしている。
図9は、燃料モデルの修正制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図9に示した制御ルーチンでは、まずステップ101において、燃料噴射量の変更条件が成立したか否かが判定される。図8のt0以前に示したように、本実施形態では、筒内噴射が行われずにポート噴射のみによって燃料噴射が行われていることがポート噴射を停止する前提となっていることから、燃料噴射量の変更条件が成立したときとはポート噴射のみによって燃料噴射が行われていることを意味する。ステップ101において、燃料噴射量の変更条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。
次いで、ステップ102では、燃料噴射量の変更が行われる。具体的には、筒内噴射に加えてポート噴射を停止すると共に、所定時間経過後再びポート噴射を開始する。ここで、所定時間とは、少なくとも吸気ポート7bに付着している燃料がほとんど蒸発してなくなるのに必要な時間である。
次いでステップ103では、空燃比センサ26によって排気空燃比(混合気の空燃比とほぼ同一)A/Fが検出されると共に、エアフロメータ24によって吸気管内通過空気流量AFMが検出される。さらに、水温センサ22によって機関冷却水温Twが検出されると共に、圧力センサ23によってサージタンク16内の圧力が検出される。ステップ104では、ステップ103においてエアフロメータ24によって検出された吸気管内通過空気流量AFMに基づいて筒内吸入空気量Mcが算出される。
次いで、ステップ105では、ステップ103で検出された排気空燃比A/F、ステップ104で算出された筒内吸入空気量Mcに基づいて、式(8)及び式(10)を用いてポート付着率Rp、ポート残留率Ppが算出される。次いで、ステップ106では、燃料噴射量の変更操作が行われたときの機関運転領域が算出されると共に、この機関運転領域に対応するポート付着率Rpのマップ値Rpi,j、ポート残留率Ppi,jが修正せしめられる。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。上述した実施形態では、一時的にポート噴射及び筒内噴射の両燃料噴射が停止せしめられることになる。このように両燃料噴射を一時的に停止させると、内燃機関の出力トルクや回転数が急激に落ち込み、いわゆるドライバビリティの悪化を招くことになると共に、場合によっては内燃機関が停止してしまう。このようなドライバビリティの悪化や機関停止を防止するためには、両燃料噴射を停止させずに、少なくとも一方の燃料噴射弁から燃料噴射をしている必要がある。
そこで、本実施形態では、一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を継続しつつ、他方の燃料噴射弁からの燃料噴射のみを一時的に停止し、その後の燃焼室5内に実際に充填された蒸発燃料量に基づいて燃料モデルの修正を行うこととしている。
図10は、図8と同様な図であり、各サイクル当たりのポート噴射燃料量、各サイクル当たりの筒内噴射燃料量、及び混合気の空燃比(A/F)のタイムチャートである。図示した例では、時刻t3までポート噴射及び筒内噴射によって燃料噴射が行われていると共に、時刻t3においてポート噴射のみが停止せしめられる。その後、時刻t4において再びポート噴射が開始される。このとき、ポート噴射によって噴射される燃料量は、ポート噴射の停止前(すなわち、時刻t3前)にポート噴射されていた燃料量とほぼ同一である。
燃料噴射弁11a、11bから噴射される燃料量がこのように制御されると、図10に示したように、混合気の空燃比は時刻t3において急激に上昇すると共に、時刻t4において急激に低下し、時刻t4から或る程度経過した時刻t5においてポート噴射停止前の空燃比に戻る。時刻t4以降に直ぐに空燃比がポート噴射停止前の空燃比に戻らないのは、上記実施形態の場合と同様に、ポート噴射された燃料の一部が吸気ポート7bの壁面に付着すると共に、吸気ポート7bの壁面に燃料が付着していないことにより壁面に付着した燃料の蒸発がないことによるものであると考えられる。
ここで、時刻t3においてポート噴射を開始した直後のサイクル(第nサイクルとする)において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量は、吸気ポート7bの壁面に燃料が付着していないことを考慮すると、ポート噴射された燃料のうち吸気ポート7bの壁面に付着しなかった燃料量(1−Rp)・Qip(n)と、筒内噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着しなかった燃料量(1−Rc)・Qic(n)と、燃焼室5の壁面に付着していた燃料のうち蒸発した燃料量(1−Pc)・Qwc(n)との和であると考えられる。一方、上記サイクルにおいてエアフロメータ24の出力に基づいて算出された筒内吸入空気量をMc(n)、空燃比センサ26によって検出された上記サイクルにおける混合気の空燃比をAF1とすると、上記サイクルにおいて燃焼室5内に充填された蒸発燃料量はMc(n)/AF1と表せる。このことから下記式(13)が成立し、この式(13)をポート付着率Rpについて解くと下記式(14)が求められる。
上記式(14)において、第nサイクルにおけるポート噴射量Qip(n)及び第nサイクルにおける筒内噴射量Qic(n)は、ECU30からポート内燃料噴射弁11a及び筒内燃料噴射弁11bへの指令値に基づいて算出される。また、式(14)中の燃焼室5の壁面に付着している燃料量Qwc(n)は、上記式(6)によって算出される。
したがって、筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcが適切な値となっている場合には、上記式(14)によってポート付着率Rcが算出される。
次に、時刻t4においてポート噴射を開始してから2サイクル目(第n+1サイクルとする)において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量は、ポート噴射された燃料のうち吸気ポート7bの壁面に付着しなかった燃料量(1−Rp)・Qip(n+1)と、吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量Qwp(n+1)(=Rp・Qip(n))のうち蒸発した燃料量(1−Pp)・Rp・Qip(n)と、筒内噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着しなかった燃料量(1−Rc)・Qic(n+1)と、燃焼室5の壁面に付着している燃料のうち蒸発した燃料量(1−Pc)・Qwc(n+1)との和であると考えられる。一方、上記2サイクル目においてエアフロメータ24の出力に基づいて算出された筒内吸入空気量をMc(n+1)、空燃比センサ26によって検出された上記2サイクル目における混合気の空燃比をAF2とすると、上記2サイクル目において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量はMc(n+1)/AF2とも表せる。このことから下記式(15)が成立し、この式(15)をポート蒸発率Ppについて解くと下記式(16)が求められる。
上記式(16)において、ポート付着率Rpは上記式(14)で算出された値が用いられる。このようにして算出されたポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppは、比較的正確に実際のポート付着率及びポート蒸発率を示しており、これら算出されたポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppに基づいて式(3)及び式(4)で用いられる値が修正される。従って、本実施形態では、ポート噴射及び筒内噴射の両燃料噴射を同時に停止させることなく、式(3)及び式(4)で用いられるポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppを適切に修正することができる。
なお、同様な操作により式(5)及び式(6)で用いられる筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcを適切に修正することができる。
次に、本発明の第三実施形態について説明する。上記第二実施形態では、一時的にポート噴射又は筒内噴射のいずれか一方を停止させている。このようにポート噴射又は筒内噴射のいずれか一方を停止させると、内燃機関の出力トルクや回転数が大きく変化してしまい、その結果或る程度のドライバビリティの悪化を招くことになる。このようなドライバビリティの悪化を防止するためには、ポート噴射又は筒内噴射のいずれか一方を停止させても両燃料噴射弁から噴射される総燃料量を一定に維持する必要がある。
そこで、本実施形態では、燃料モデルの修正操作を行うべく一方の燃料噴射弁からの燃料噴射量を急激に変化させた場合には、この燃料噴射量の急激な変化の前後で総燃料噴射量が変わらないように他方の燃料噴射弁から燃料噴射を行い、一方の燃料噴射弁からの燃料噴射量を急激に変化させた後に燃焼室5内に充填された蒸発燃料量に基づいて燃料モデルの修正を行うこととしている。
図11は、図8及び図10と同様な図であり、各サイクル当たりのポート噴射燃料量、各サイクル当たりの筒内噴射燃料量及び混合気の空燃比(A/F)のタイムチャートである。図示した例では、時刻t6まで筒内噴射にみによって燃料噴射が行われており、時刻t6において1サイクルのみポート噴射が行われると共にポート噴射によって噴射された燃料量分だけ筒内噴射によって噴射される燃料量が減少せしめられる。そして、時刻t6から1サイクル経過した時刻t7において再びポート噴射が停止せしめられると共に筒内噴射によって噴射される燃料量が元に戻される。
燃料噴射弁11a、11bから噴射される燃料量がこのように制御されると、図11に示したように、混合気の空燃比は時刻t6において僅かに上昇する。これは、一般に筒内付着率Rcはポート付着率Rpに比べて小さいため、筒内噴射からポート噴射に切り換えると壁面に付着する燃料量が増大することによるものある。次いで、混合気の空燃比は時刻t7において低下する。これは、吸気ポート7bに付着していた燃料が蒸発して燃焼室5内に流入することによるものである。
ここで、時刻t6においてポート噴射を開始した直後のサイクル(第nサイクルとする)において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量は、吸気ポート7bの壁面に燃料が付着していないことを考慮すると、ポート噴射された燃料のうち吸気ポート7bの壁面に付着しなかった燃料量(1−Rp)・Qip(n)と、筒内噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着しなかった燃料量(1−Rc)・Qic(n)と、燃焼室5の壁面に付着していた燃料のうち蒸発した燃料量(1−Pc)・Qwc(n)との和であると考えられる。また、上記実施形態と同様に、上記サイクルにおいて燃焼室5内に充填された蒸発燃料量はMc(n)/AF1と表せる。従ってこの場合、上記実施形態と同様に式(13)が成立し、この式(13)をポート付着率Rpについて解くと上記式(14)が求められる。従って、本実施形態の場合も、筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcが適切な値となっている場合には、上記式(14)によってポート噴射率Rcが算出される。
次に、時刻t7においてポート噴射を開始してから2サイクル目(第n+1サイクルとする)、すなわちポート噴射を停止した直後のサイクルにおいて燃焼室5内に充填された蒸発燃料量は、吸気ポート7bの壁面に付着している燃料量Qwp(n+1)(=Rp・Qip(n))のうち蒸発した燃料量(1−Pp)・Qwp(n+1)と、筒内噴射された燃料のうち燃焼室5の壁面に付着しなかった燃料量(1−Rc)・Qic(n+1)と、燃焼室5の壁面に付着している燃料のうち蒸発した燃料量(1−Pc)・Qwc(n+1)との和であると考えられる。また、上記実施形態と同様に、上記2サイクル目において燃焼室5内に充填された蒸発燃料量はMc(n+1)/AF2と表せる。このことから下記式(17)が成立し、この式(17)をポート蒸発率Ppについて解くと下記式(18)が求められる。
上記式(18)において、ポート付着率Rpは上記式(14)で算出された値が用いられる。このようにして算出されたポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppは、比較的正確に実際のポート付着率及びポート蒸発率を示しており、これら算出されたポート付着率Rpおよびポート蒸発率Ppに基づいて式(3)及び式(4)で用いられる値が修正される。従って、本実施形態では、ポート噴射及び筒内噴射による総燃料噴射量を大きく変動させてしまうことなく、式(3)及び式(4)で用いられるポート付着率Rp及びポート蒸発率Ppを適切に修正することができる。
なお、同様な操作により式(5)及び式(6)で用いられる筒内付着率Rc及び筒内蒸発率Pcを適切に修正することができる。
3 ピストン
5 燃焼室
10 点火プラグ
11a 第1燃料噴射弁
11b 第2燃料噴射弁
22 水温センサ
23 圧力センサ
24 エアフロメータ
26 空燃比センサ
30 ECU
5 燃焼室
10 点火プラグ
11a 第1燃料噴射弁
11b 第2燃料噴射弁
22 水温センサ
23 圧力センサ
24 エアフロメータ
26 空燃比センサ
30 ECU
Claims (4)
- 機関吸気通路内に燃料を噴射する通路内燃料噴射弁と、機関燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁とを具備する内燃機関の制御装置であって、
通路内燃料噴射弁によって噴射された燃料の機関吸気通路の壁面への付着率又は筒内燃料噴射弁によって噴射された燃料の燃焼室の壁面への付着率をパラメータとして用いて燃焼室内に充填すべき目標蒸発燃料量に基づいて通路内燃料噴射弁から噴射すべき燃料量と筒内燃料噴射弁から噴射すべき燃料量とを算出する燃料モデルを具備し、目標蒸発燃料量に基づいて上記燃料モデルを用いて上記噴射すべき燃料量を算出すると共に算出された噴射すべき燃料量だけ上記通路内燃料噴射弁及び上記筒内燃料噴射弁から燃料を噴射する内燃機関の制御装置において、
燃焼室内に充填された蒸発燃料量を推定する蒸発燃料量推定手段と、
通路内燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁のいずれか一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させると共にその後上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を開始させるように燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
上記燃料モデルのパラメータを修正するモデル修正手段とを更に具備し、
上記モデル修正手段は、上記噴射制御手段によって上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射が開始された後に上記蒸発燃料量推定手段によって推定された蒸発燃料量に基づいて上記機関吸気通路の壁面又は燃焼室の壁面への燃料の付着率を算出すると共に算出された付着率に基づいて上記燃料モデルで用いられる付着率を修正し、
上記噴射制御手段は、上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させているときには他方の燃料噴射弁から燃料を噴射する、内燃機関の制御装置。 - 上記燃料モデルは機関吸気通路の壁面に付着していた燃料の蒸発率又は燃焼室の壁面に付着していた燃料の蒸発率をパラメータとして更に有し、上記モデル修正手段は、上記噴射制御手段によって上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射が開始された後に上記蒸発燃料量推定手段によって推定された蒸発燃料量に基づいて上記機関吸気通路の壁面又は燃焼室の壁面に付着していた燃料の蒸発率を算出すると共に算出された蒸発率に基づいて上記燃料モデルで用いられる蒸発率を修正する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 上記噴射制御手段は、上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止させるときには、燃料噴射の停止前後で燃焼室内に充填される蒸発燃料量が変化しないように、他方の燃料噴射弁から噴射する燃料量を増量するようにしている、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 上記噴射制御手段は、上記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を開始するときには、燃料噴射の開始前後で燃焼室内に充填される蒸発燃料量が変化しないように、他方の燃料噴射弁から噴射する燃料量を減量するようにしている、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
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JP2006069206A JP2007247454A (ja) | 2006-03-14 | 2006-03-14 | 内燃機関の制御装置 |
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- 2006-03-14 JP JP2006069206A patent/JP2007247454A/ja active Pending
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