JP2010024986A

JP2010024986A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2010024986A
Application number: JP2008187628A
Authority: JP
Inventors: Eriko Matsumura; 恵理子松村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: JP5104616B2

Abstract

【課題】機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが実行される際においても、直噴インジェクタのデポジットの堆積を十分に抑制することを可能とすること。
【解決手段】本燃料噴射制御装置は、直噴インジェクタとポートインジェクタとを備え、機関運転時にキャニスタに吸着させたベーパを離脱させ、機関運転中の吸入負圧を利用して吸気系に放出させるキャニスタパージが行われる燃料噴射制御装置であって、キャニスタ内のベーパ濃度を検出するベーパ濃度検出手段を有し、直噴インジェクタ内に堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべく、ポートインジェクタのみによる機関運転中に一時的に直噴インジェクタにより燃料噴射を行うデポジット処理制御を実行し、デポジット処理制御時における直噴インジェクタの燃料噴射の燃圧は、該デポジット処理制御が実行される際のベーパ濃度に基づいて制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタとの両方を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタとを備え、機関のリーン空燃比運転中に機関運転空燃比を短時間リッチ空燃比に切り換えて運転するリッチスパイク操作を行う内燃機関の燃料噴射制御装置であって、直噴インジェクタ内に滞留した燃料の炭化により直噴インジェクタ内の生成されるデポジットの堆積を抑制するために、ポートインジェクタによる機関のリーン空燃比運転中にリッチスパイク操作を行う場合に、リッチスパイク操作時の全量の燃料噴射を直噴インジェクタにより実行する内燃機関の燃料噴射制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−９７０２号公報

ところで、自動車用エンジンにおいては、大気汚染防止及び燃料損失防止を目的として、燃料タンクから蒸発した燃料蒸気（以下、ベーパという。）を一時的に貯蔵し、活性炭などの吸着剤を収納した容器であるキャニスタにベーパを吸着させ、内燃機関運転時にその吸着させたベーパを離脱させ、機関運転中の吸入負圧を利用して吸気系に放出（以下、キャニスタパージという。）する蒸発燃料処理が一般的に行われている。

このようなキャニスタパージが実行されている際には、燃料噴射弁から噴射される燃料に加え、キャニスタパージによる燃料がキャニスタから内燃機関本体に供給されることとなるため、空燃比制御などの観点から、キャニスタパージによる燃料量（以下、パージ燃料量という）に応じて燃料噴射量を補正する必要がある。

上記のような内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタとを備え、機関のリーン空燃比運転中に機関運転空燃比を短時間リッチ空燃比に切り換えて運転するリッチスパイク操作を行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、ポートインジェクタによる機関のリーン空燃比運転中にリッチスパイク操作を行う場合にリッチスパイク操作時の全量の燃料噴射を直噴インジェクタにより実行することにより、直噴インジェクタ内に生成されるデポジットの堆積を抑制することが可能となる。

しかしながら、キャニスタパージに対する燃料噴射量の補正を考慮する場合、直噴インジェクタによる燃料噴射の燃圧（燃料の圧力）は、機関負荷やパージ燃料量に制限され、直噴インジェクタ内に生成され堆積したデポジットを剥離するために十分な高燃圧まで直噴インジェクタによる燃料噴射の燃圧を昇圧できない場合がある。例えば、直噴インジェクタから燃料を噴射することにより直噴インジェクタ内に堆積したデポジットを洗浄剥離処理する際に、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが実行される場合においては、機関運転状態が低負荷運転状態にあるが故に必要燃料噴射量は少なく、また、キャニスタパージが実行されるが故にパージ燃料量に応じて直噴インジェクタにより燃料噴射できる燃料噴射量を減少させるような補正を行う必要があり、直噴インジェクタによる燃料噴射の燃圧を、直噴インジェクタに堆積したデポジットの洗浄剥離処理に十分な高燃圧に昇圧することができない場合がある。

従来技術において、一連の機関運転状態を通して最もパージ燃料量が多くなる予測最大パージ燃料量を予め設定し、該予測最大パージ量を、機関運転状態にかかわらず直噴インジェクタのデポジットの洗浄剥離処理を実行する際の直噴インジェクタの燃料噴射量の補正量として常に適用するものがある。このような場合には、実際のパージ燃料量が予測最大パージ燃料量よりも小さい場合にも、上記予測最大パージ燃料量にて直噴インジェクタの燃料噴射量が補正されてしまうために、より大きな燃料噴射量の直噴インジェクタによる最適な燃料噴射が可能であるにもかかわらず、該最適な燃料噴射が直噴インジェクタにより実行されない場合がある。

従って、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが実行される場合においても、直噴インジェクタからの燃料噴射よる直噴インジェクタ内のデポジットの堆積の十分な抑制を実現するためには、直噴インジェクタのデポジットの洗浄剥離処理を実行する際の実際のパージ燃料量を精度良く把握して直噴インジェクタにより可能な燃料噴射の許容最大燃圧を算出し、該許容最大燃圧にて直噴インジェクタによる最適な燃料噴射を実行することが必要となる。

本発明は上記課題に鑑み、直噴インジェクタ内に堆積したデポジットの洗浄剥離処理を実行する際の実際のパージ燃料量を精度良く把握して直噴インジェクタにより可能な燃料噴射の許容最大燃圧を算出し、該許容最大燃圧にて直噴インジェクタによる最適な燃料噴射を実行することで、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが実行される際においても、直噴インジェクタのデポジットの堆積を十分に抑制することを可能とする内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタとを備え、機関運転状態に応じて前記直噴インジェクタと前記ポートインジェクタとの燃料噴射比率を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記内燃機関の燃料タンクからのベーパを一時的に吸着して貯蔵するキャニスタと、該キャニスタと前記内燃機関の吸気通路とを連通するベーパ通路とを備え、機関運転時に前記キャニスタに吸着させたベーパを離脱させ機関運転中の吸入負圧を利用して吸気系に放出させるキャニスタパージが行われる内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記キャニスタ内のベーパ濃度を検出するベーパ濃度検出手段を有し、前記燃料噴射制御装置は、前記直噴インジェクタに堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべく、前記ポートインジェクタのみによる機関運転中に一時的に前記直噴インジェクタにより燃料噴射を行うデポジット処理制御を実行し、前記デポジット処理制御時における前記直噴インジェクタの燃料噴射の燃圧は、該デポジット処理制御が実行される際の前記ベーパ濃度検出手段により検出されたベーパ濃度に基づいて制御される、内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、キャニスタ内のベーパ濃度を検出するベーパ濃度検出手段を有し、直噴インジェクタに堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべくポートインジェクタのみによる機関運転中に一時的に直噴インジェクタにより燃料噴射を行うデポジット処理制御が実行され、該デポジット処理制御時における直噴インジェクタの燃料噴射の燃圧が、該デポジット処理制御が実行される際のキャニスタ内のベーパ濃度に基づいて制御される。このような請求項１に記載の発明によれば、デポジット処理制御時におけるキャニスタ内のベーパ濃度を検出することができ、該ベーパ濃度に基づいてデポジット処理制御時におけるキャニスタパージによる燃料量（パージ燃料量）を精度良く把握することが可能となる。そして、該精度良く把握されたパージ燃料量に基づいて直噴インジェクタにより可能な燃料噴射の許容最大燃圧を算出することができ、該許容最大燃圧にて直噴インジェクタによる最適な燃料噴射を実行することが可能となる。これにより、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが行われる場合においても、直噴インジェクタからの燃料噴射よる直噴インジェクタ内のデポジットの堆積の十分な抑制が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、前記デポジット処理制御時における前記直噴インジェクタの燃料噴射の燃圧は、前記ベーパ濃度検出手段により検出されたベーパ濃度が大きいほど小さく制御される、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタとを備え、機関運転状態に応じて直噴インジェクタとポートインジェクタとの燃料噴射比率を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、内燃機関の燃料タンクからのベーパを一時的に吸着して貯蔵するキャニスタと、該キャニスタと内燃機関の吸気通路とを連通するベーパ通路とを備え、機関運転時にキャニスタに吸着させたベーパを離脱させ、機関運転中の吸入負圧を利用して吸気系に放出させるキャニスタパージが行われる内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが行われる場合においても、直噴インジェクタからの燃料噴射よる直噴インジェクタ内のデポジットの堆積の十分な抑制を可能とする共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の燃料噴射制御装置を適用した内燃機関の全体図の一実施形態を示す図である。図１において、１は内燃機関本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室（以下、気筒ともいう。）、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示している。ピストン３の燃焼室５側の壁面には、キャビティ１２が設けられている。

また、シリンダヘッド４には、気筒５内に燃料を直接噴射することができる燃料噴射弁（以下、直噴インジェクタという。）１１が配置されている。また、シリンダヘッド４には、吸気通路となる吸気ポート７に燃料を噴射することができる燃料噴射弁（以下、ポートインジェクタという。）１１ａも配置されている。そして、機関運転状態に応じて直噴インジェクタ１１とポートインジェクタ１１ａとの燃料噴射比率が制御される。

吸気ポート７には、吸気通路となる吸気枝管１３を介してサージタンク１４が接続されている。また、サージタンク１４は、吸気通路となる吸気管１５を介してエアフローメータ１６に接続されている。吸気管１５内には、スロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８には、ステップモータ１７が接続されている。

また、図１において、２０は燃料タンクである。燃料タンク２０内の燃料は、燃料ポンプ（図示せず）によって、各燃料噴射弁１１，１１ａに供給される。また、燃料タンク２０は、第１のベーパ通路２１を介して、燃料タンク２０からのベーパを一時的に吸着して貯蔵するキャニスタ２２に接続されている。キャニスタ２２内には、活性炭２３が配置されている。この活性炭２３には、燃料タンク２０内で発生した蒸発燃料（以下、ベーパという。）が吸着される。さらに、キャニスタ２２と内燃機関の吸気通路とを連通する第２のベーパ通路２４を備え、キャニスタ２２は、第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に接続されている。第２のベーパ通路２４には、該第２のベーパ通路２４を遮断したり開放したりする弁（以下、パージ制御弁という。）２５が配置されている。パージ制御弁２５が閉弁されると、第２のベーパ通路２４は遮断され、パージ制御弁２５が開弁されると、第２のベーパ通路２４は開放される。

サージタンク１４内に負圧が発生しているときに、パージ制御弁２５を開弁すると、活性炭２３に吸着されているベーパ（および、燃料タンク２０内のベーパ）が第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に導入され、これらベーパは、最終的には、各気筒５に供給される。もちろん、パージ制御弁２５を閉弁すれば、第２のベーパ通路２４を介してサージタンク１４に導入されるベーパの量は零となる。

また、排気ポート９には、排気管２８が接続されている。また、排気管２８からサージタンク１４まで、排気管２８内の排気ガスをサージタンク１４に導入するための通路（以下、ＥＧＲ通路という。）２６が延びている。ＥＧＲ通路２６には、サージタンク１４に導入される排気ガスの量を制御するための弁（以下、ＥＧＲ制御弁という。）２７が配置されている。ＥＧＲ制御弁２７の開度は、内燃機関の運転状態に応じて、所望の量の排気ガスが各気筒内に供給されるように制御される。

本内燃機関は、全ての機関運転状態において、ポートインジェクタ１１ａにより吸気同期(吸気弁開弁中）または吸気非同期（吸気弁開弁以前）で燃料を噴射して吸気と共に微粒化された燃料を気筒内へ供給するための均質燃焼を実行する。直噴インジェクタ１１は、例えば、低回転高負荷時にノッキングを抑制するために、及び、高回転高負荷時に吸気充填効率を高めるために吸気行程で気筒内への燃料を噴射して筒内温度を低下させるために設けられている。

それにより、図２に示す運転領域Ｂの領域においては、必要燃料量に対する直噴インジェクタ１１の燃料噴射の割合及びポートインジェクタ１１ａの燃料噴射の割合を、それぞれ５０％としている。一方、低回転低負荷時を含む図２に示す運転領域Ａでは、機関運転にとって直噴インジェクタ１１による燃料噴射は特に必要ではなく、良好な均質混合気の形成には必要燃料量を全てポートインジェクタにより噴射することが好ましい。

しかしながら、直噴インジェクタ１１は、気筒内に開口する噴孔を有するために、燃料噴射を停止すると、噴孔が高温度となってデポジットが堆積し易く、最悪の場合にはデポジットの堆積によって噴孔が詰まることがある。それにより、機関運転には必要なくても直噴インジェクタ１１による燃料噴射を実施しなければならない。本内燃機関において、運転領域Ａにおいて直噴インジェクタ内におけるデポジットの堆積を抑制すべく直噴インジェクタ１１による燃料噴射を行う場合には、直噴インジェクタ１１のみにより燃料噴射するように設定される。但しこれに制限されることはなく、デポジットの堆積を抑制しうる最少量の燃料が直噴インジェクタ１１から噴射されるように、直噴インジェクタ１１及びポートインジェクタ１１ａの燃料噴射割合が設定されてもよい。

ところで、自動車用エンジンにおいては、大気汚染防止及び燃料損失防止を目的として、燃料タンクから蒸発したベーパを一時的に貯蔵し、活性炭などの吸着剤を収納した容器であるキャニスタにベーパを吸着させ、エンジン運転時にその吸着させたベーパを離脱させ、機関運転中の吸入負圧を利用して吸気系に放出するキャニスタパージが一般的に行われている。

このようなキャニスタパージが実行されている際には、燃料噴射弁から噴射される燃料に加え、キャニスタパージによる燃料がキャニスタから内燃機関本体に供給されることとなるため、空燃比制御などの観点などから、キャニスタパージによる燃料量（パージ燃料量）に応じて燃料噴射量を補正する必要がある。

そのために、キャニスタパージによるパージ燃料量に応じた燃料噴射量の補正を考慮する場合、直噴インジェクタによる燃料噴射の燃圧は、機関負荷やパージ燃料量に制限され、直噴インジェクタ内で生成され堆積したデポジットを洗浄剥離処理するために十分な高燃圧まで直噴インジェクタによる燃料噴射の燃圧を昇圧できない場合がある。例えば、直噴インジェクタから燃料を噴射することにより直噴インジェクタ内に堆積したデポジットを洗浄剥離処理する際に、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが実行される場合においては、機関運転状態が低負荷運転状態にあるが故に必要燃料噴射量は少なく、また、キャニスタパージが実行されるが故にパージ燃料量に応じて直噴インジェクタにより燃料噴射できる燃料噴射量を減少させるような補正を行う必要があり、直噴インジェクタによる燃料噴射の燃圧を、直噴インジェクタに堆積したデポジットの洗浄剥離処理に十分な高燃圧に昇圧することができない場合がある。

このことに基づいて、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、キャニスタ内のベーパ濃度を検出するベーパ濃度検出手段３０をキャニスタ２２に配設し、直噴インジェクタ１１に堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべくポートインジェクタ１１ａよる機関運転中に一時的に直噴インジェクタ１１により燃料噴射を行うデポジット処理制御時におけるキャニスタパージによるパージ燃料量を精度良く把握することを可能とする。そして、該精度良く把握されたパージ燃料量に基づいて直噴インジェクタ１１により可能な燃料噴射の許容最大燃圧を算出し、該許容最大燃圧にて直噴インジェクタによる最適な燃料噴射の実行を可能とする。これにより、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが行われる場合においても、直噴インジェクタ１１からの燃料噴射よる直噴インジェクタ内のデポジットの堆積の十分な抑制が可能となる。

以下に、直噴インジェクタ内に堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべくポートインジェクタ１１ａによる機関運転中に一時的に直噴インジェクタ１１により燃料噴射を行うデポジット処理制御について説明する。図３は、本燃料噴射制御装置によるデポジット処理制御の一実施形態を示すフローチャートである。

まず、ステップ１０１にてデポジット処理制御の要求の有無が確認され、デポジット処理制御の要求が有ると確認されるとステップ１０２に進む。本実施形態においては、デポジット処理制御の要求は、ポートインジェクタ１１ａによる燃料噴射が実行されている運転機関運転中において、所定周期ごとにデポジット処理制御の要求がなされるものとする。

ステップ１０２においては、キャニスタ内のベーパ濃度を検出するベーパ濃度検出手段としてキャニスタ２２に配設されたベーパ濃度センサ３０により、デポジット処理制御時におけるキャニスタ内のベーパ濃度を検出する。図４は、キャニスタ内のベーパ濃度の時間変化の一例を示す図である。

ステップ１０２にてデポジット処理制御時におけるキャニスタ内のベーパ濃度が検出されると、ステップ１０３にて、該ベーパ濃度に基づいてデポジット処理制御時におけるキャニスタパージによるパージ燃料量が算出され、該パージ燃料量に基づいて直噴インジェクタ１１により可能な燃料噴射の許容最大燃圧が算出される。具体的には、機関運転状態に基づいて必要燃料量が算出され、該必要燃料量からデポジット処理制御時におけるキャニスタパージによるパージ燃料量を引き算することにより直噴インジェクタ１１から噴射可能な最大燃料噴射量が算出され、該最大燃料噴射量に基づいてデポジット処理制御時における直噴インジェクタ１１により可能な燃料噴射の許容最大燃圧が算出される。図５は、デポジット処理制御時における直噴インジェクタ１１により可能な燃料噴射の許容最大燃圧の時間変化の一例を示す図である。

ステップ１０３に続くステップ１０４においては、ステップ１０３に算出された直噴インジェクタ１１により可能な燃料噴射の許容最大燃圧にて、直噴インジェクタ１１による燃料噴射が行われデポジット処理制御が実行され、該デポジット処理制御の終了により本フローチャートは終了する。

このような図３に示す、直噴インジェクタ１１に堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべくポートインジェクタ１１ａのみによる機関運転中に一時的に直噴インジェクタ１１により燃料噴射を行うデポジット処理制御よれば、機関運転状態が低負荷運転状態にありキャニスタパージが行われる場合においても、直噴インジェクタ１１からの燃料噴射よる直噴インジェクタ内のデポジットの堆積の十分な抑制が可能となる。

本発明の燃料噴射制御装置を適用した内燃機関の全体図の一実施形態を示す図である。機関回転数と機関負荷とに基づく二つの運転領域Ａ、Ｂを示すマップである。本燃料噴射制御装置によるデポジット処理制御の一実施形態を示すフローチャートである。キャニスタ内のベーパ濃度の時間変化の一例を示す図である。デポジット処理制御時における直噴インジェクタにより可能な燃料噴射の許容最大燃圧の時間変化の一例を示す図である。

符号の説明

１内燃機関本体
１１直噴インジェクタ
１１ａポートインジェクタ
２０燃料タンク
２２キャニスタ
３０ベーパ濃度検出センサ（ベーパ濃度検出手段）

Claims

内燃機関の各気筒内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポートインジェクタとを備え、機関運転状態に応じて前記直噴インジェクタと前記ポートインジェクタとの燃料噴射比率を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の燃料タンクからのベーパを一時的に吸着して貯蔵するキャニスタと、該キャニスタと前記内燃機関の吸気通路とを連通するベーパ通路とを備え、機関運転時に前記キャニスタに吸着させたベーパを離脱させ機関運転中の吸入負圧を利用して吸気系に放出させるキャニスタパージが行われる内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記キャニスタ内のベーパ濃度を検出するベーパ濃度検出手段を有し、
前記燃料噴射制御装置は、前記直噴インジェクタに堆積したデポジットの洗浄剥離処理を行うべく、前記ポートインジェクタのみによる機関運転中に一時的に前記直噴インジェクタにより燃料噴射を行うデポジット処理制御を実行し、
前記デポジット処理制御時における前記直噴インジェクタの燃料噴射の燃圧は、該デポジット処理制御が実行される際の前記ベーパ濃度検出手段により検出されたベーパ濃度に基づいて制御される、内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記デポジット処理制御時における前記直噴インジェクタの燃料噴射の燃圧は、前記ベーパ濃度検出手段により検出されたベーパ濃度が大きいほど小さく制御される、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。