JP2010065623A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1燃料噴射弁と、該第1燃料噴射弁よりも気化性能が高い燃料噴霧を噴射する第2燃料噴射弁とを、気筒毎に吸気通路に備えた内燃機関において、吸気弁の開弁時期に略同期させて第1燃料噴射弁の噴射を開始させ、第1燃料噴射弁の噴射終了に略同期させて開始させた第2燃料噴射弁の噴射を、吸気弁の閉弁時期に略同期して終了させることで、機関の要求燃料量が噴射されるようにする。
【選択図】図4
Description
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料噴霧の気化性能が異なる2つの燃料噴射弁を気筒毎に吸気通路に備えた内燃機関において、筒内冷却による機関の出力の向上を充分に達成することができるようにすることを目的とする。
図1は、実施形態における車両用の内燃機関を示す。
図1に示す内燃機関1は、左右2つのバンクからなるV型機関であるが、直列機関や水平対向機関であってもよい。
内燃機関1の各気筒の燃焼室2内は、吸気ダクト3、吸気マニホールド4a,4b、吸気ポート5を介して大気側と連通している。
一方、前記吸気マニホールド4a,4bのブランチ部40a,40bには、各気筒それぞれに第1燃料噴射弁8a、第2燃料噴射弁8bが介装されており、該燃料噴射弁8a,8bから噴射された燃料が空気と共に燃焼室2内に吸引される。
また、前記燃焼室2(シリンダ)の排気口2bは、排気弁11で開閉され、ピストン7が上昇するときに前記排気弁11が開くと、燃焼室2内に排気ガスが排気ポート12に排出される。
但し、吸気弁6及び排気弁11が電磁アクチュエータによって開閉駆動される電磁駆動弁であってもよく、また、カム軸によって開閉される構成において、バルブ作動角の中心位相やバルブリフト量やバルブ作動角を可変とする可変動弁機構を備えることができる。
前記排気ポート12には、排気マニホールド13a,13bの各ブランチ部が接続され、更に、排気マニホールド13a,13bの各集合部は合流して、排気ダクト14に接続されている。
また、前記吸気ダクト3には、電子制御スロットル16が介装されており、内燃機関1の吸入空気量が前記電子制御スロットル16で制御される。
尚、吸気弁6の閉時期やバルブリフト量を可変とする可変動弁機構、又は、電磁駆動式の吸気弁を備え、内燃機関1の吸入空気量を、吸気弁6の閉時期やバルブリフト量の調整によって制御するシステムであってもよい。
前記ECM21は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの信号を入力し、該入力信号を予め記憶されているプログラムに従って演算処理して、前記燃料噴射弁8a,8bに対して噴射パルス信号を出力する。
前記各種センサとしては、アクセル開度ACCを検出するアクセル開度センサ22、内燃機関1の冷却水温度TW(機関温度)を検出する水温センサ23、内燃機関1が搭載される車両の走行速度(車速)VSPを検出する車速センサ24、クランク軸10が単位角度だけ回転する毎の単位クランク角信号POSと基準クランク角位置毎の基準クランク角信号REFとをそれぞれに出力するクランク角センサ25、各バンクの排気マニホールド13a,13bの集合部にそれぞれ配置され、排気中の酸素濃度に基づいて各バンクの空燃比AFをそれぞれに検出する空燃比センサ26a,26b、内燃機関1の吸入空気流量QAを検出するエアフローセンサ27、前記電子制御スロットル16の開度TVOを検出するスロットル開度センサ28、電子制御スロットル16下流側の吸気通路内の圧力(吸気管負圧)PBを検出する圧力センサ(負圧センサ)29などが設けられている。
内燃機関1の各気筒には、2つの吸気口2aと2つの排気口2bが設けられ、これらを開閉すべく2つの吸気弁6と2つの排気弁11とが備えられる。
各気筒の吸気管30は、下流側に向けて2つに分岐して各吸気口2aに接続され、前記吸気管30の分岐部31よりも上流側の吸気管上部30aに燃料噴射弁8a,8bが配置され、更に、第1燃料噴射弁8aは、第2燃料噴射弁8bよりも下流側に配置されている。
また、各燃料噴射弁8a,8bは、2つ吸気口2a(吸気弁6の傘部)それぞれに向けて2方向に燃料を噴射するが、第2燃料噴射弁8bは、吸気口2a(吸気弁6の傘部)の略全域を指向するように、2つ吸気口2aそれぞれに向かう噴霧の角度が第1燃料噴射弁8aの噴霧角よりも広角であり、第1燃料噴射弁8aは、吸気口2a(吸気弁6の傘部)のシリンダボア32に近い側の一部を指向するように、2つ吸気口2aそれぞれに向かう噴霧の角度が第2燃料噴射弁8bの噴霧角よりも狭角になるように設定されている。
図2中の矢印は、シリンダ内における吸気行程中(吸気弁6の開弁期間中)における吸入空気の流れを示す。
図2に示すように、筒内に導入される吸入空気の流れは、吸気口2a側のシリンダボア32に近い側の流れ61と排気口2b側への流れ62との2方向の流れが強く、シリンダボア32に近い側の流れ61に比較して排気口2b側への吸入空気の流れ62の方が強く、また、それぞれシリンダボア32に沿ってシリンダ内を下降してピストン上面に流れ、両方向から流れる吸入空気が衝突しながら点火プラグ付近に向けて上昇する所謂タンブル流が生じる。
前記第1燃料噴射弁8aの噴霧は、直接ピストン上面に衝突しないように筒内で気化される程度の貫通力を持たせるよう設定することが好ましく、これにより、ピストンに付着する付着燃料を低減し、燃焼性の悪化を低減できる。
ここで、吸気管30の上側・下側とは、シリンダ軸方向において、クランク軸10により近い側を下側、クランク軸10からより遠い側を上側と称するものとする。
ここで、第2燃料噴射弁8bの燃料噴霧の粒径が、第1燃料噴射弁8aの燃料噴霧の粒径よりも小さいことで、第2燃料噴射弁8bの燃料噴霧は、第1燃料噴射弁8aの燃料噴霧よりも気化性能が高い(気化し易い)。
第1燃料噴射弁8a及び第2燃料噴射弁8bには、同じ圧力の燃料が供給されるようになっており、前記噴霧角,燃料噴射率(単位時間当たりの噴射量),粒径の違いは、噴孔の形状(向き,径,長さ)・配置・個数などの設定によって決定される。
前記ECM21は、後述するように、第1燃料噴射弁8a及び第2燃料噴射弁8bの噴射タイミングを制御し、2つの噴射弁を併用する場合に第1燃料噴射弁8a及び第2燃料噴射弁8bの噴射割合を制御し、また、第1燃料噴射弁8a及び第2燃料噴射弁8bに供給する燃圧を制御する。
また、第2燃料噴射弁8bは、気化性能が比較的高いので、機関始動時や暖機中、又は、アイドル運転時を含む低負荷領域では、第2燃料噴射弁8b単独で燃料噴射を行わせることで、気化効率を向上し、排気エミッションや機関始動性を良好とし、また、機関運転性を安定化させることができる。
前記第1燃料噴射弁8aは、噴射率が比較的高いので、多量の燃料噴射量を確保することができ、出力要求のある運転領域で使用することで、出力不足を抑制することができる。
図3のフローチャートは、前記ECM21による噴射タイミングの設定処理及び噴射パルス信号の出力処理を示す。
図3のフローチャートに示すルーチンは、車両のイグニッションスイッチのオン状態で一定の周期毎に実行されるようになっている。
ステップS101では、機関回転速度NE(機関回転数rpm)のデータを取り込む。
前記クランク角センサ25から出力される単位クランク角信号POS又は基準クランク角信号REFに基づいて算出される。
前記基本噴射パルス幅TPは、例えば、前記エアフローセンサ27で検出される吸入空気流量QA(質量流量)と、クランク角センサ25から出力される単位クランク角信号POS又は基準クランク角信号REFに基づいて算出される機関回転速度NE(機関回転数rpm)と、定数Kとに基づいて、TP=K・QA/NEとして算出される。
また、前記基本噴射パルス幅TPは、シリンダ吸入空気量に比例する値であり、内燃機関1の負荷(トルク)を代表するパラメータでもある。
ステップS103では、基本噴射パルス幅TP(機関負荷)と機関回転速度NEとに基づいて、第1燃料噴射弁8aの噴射開始タイミングDBTITM1、及び、第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングDBTITM2を演算する。
前記マップのパラメータとしては、前記基本噴射パルス幅TPではなく、噴射パルス幅TI、即ち、基本噴射パルス幅TPを、冷機時や加速時の燃料を増量するための補正係数などを含む各種補正係数や、空燃比のズレを修正するための空燃比フィードバック補正係数や空燃比学習値、更に、無効パルス補正分などのうちの少なくとも1つに基づいて補正して算出されるパルス幅としてもよく、更に、機関出力トルクや機関負荷に相関する他のパラメータ(吸気管負圧、スロットル開度など)を用いることができる。
また、噴射終了タイミングDBTITM2は、第2燃料噴射弁8bの動作遅れや燃料噴霧の移送時間を考慮し、吸気弁6の閉弁時期IVCに全ての燃料がシリンダ内に入りきるように、換言すれば、第2燃料噴射弁8bから最後に噴射された燃料が、吸気弁6が閉じる前に吸気口2aを通過するように設定される。
このように噴射タイミングDBTITM1,DBTITM2を設定することで、第1燃料噴射弁8aから噴射された燃料噴霧が、吸気弁6に到達すると略同時に吸気弁6の開弁が開始されるから、第1燃料噴射弁8aから噴射された燃料噴霧は、吸気弁6の開弁直後に吸気弁6を通過することになり、吸気弁6上流側の吸気通路内で殆ど滞留することなく筒内に導入される。
また、第2燃料噴射弁8bから噴射された燃料噴霧が、全て筒内に導入された直後に吸気弁6が閉弁されることになるから、第2燃料噴射弁8bから噴射される燃料を全て筒内に導入させることが可能となる。
ステップS104では、後述するフローチャートで算出される、第1燃料噴射弁8aの最終噴射パルス幅DBSETIF1、及び、第2燃料噴射弁8bの最終噴射パルス幅DBSETIF2のデータを読み込む。
ステップS106では、前記噴射終了タイミングDBTITM2から、前記最終噴射パルス幅DBSETIF2に相当するクランク角度だけ前の時点を第2燃料噴射弁8bの噴射開始タイミングに設定し、この噴射開始タイミングにおいて前記最終噴射パルス幅DBSETIF2の噴射パルス信号を第2燃料噴射弁8bに出力し、最終噴射パルス幅DBSETIF1の間だけ、第2燃料噴射弁8bを開弁させて燃料を噴射させる。
以上より、吸気弁6が開いている間に要求燃料量の全てを、第1燃料噴射弁8aと第2燃料噴射弁8bとから噴射させることができる。
ステップS201では、前記基本噴射パルス幅TPを、冷機時や加速時の燃料を増量するための補正係数などを含む各種補正係数、空燃比のズレを修正するための空燃比フィードバック補正係数や空燃比学習値、更に、無効パルス補正分などに基づいて補正して、噴射パルス幅TIを算出する。
ステップS203では、図3のフローチャートのステップS103で算出した第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングDBTITM2のデータを読込む。
ステップS204では、第1燃料噴射弁8aの噴射開始タイミングDBTITM1から第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングまでの時間として、燃料噴射期間DBITSE12を算出する。
ステップS205では、第1燃料噴射弁8aのパルス幅DBLSETI1と第2燃料噴射弁8bのパルス幅DBLSETI2とを設定する。
ここでは、初期設定値として、DBLSETI1=DBITSE12、DBLSETI2=0に設定し、第1燃料噴射弁8aによる燃料噴射を、燃料噴射期間DBITSE12の全域で継続して行わせる一方で、第2燃料噴射弁8bによる燃料噴射を行わない設定とする。
具体的には、第1燃料噴射弁8aの燃料噴射量を、第1燃料噴射弁8aのパルス幅DBLSETI1と第1燃料噴射弁8aの噴射率MKDBL1とから算出し、第2燃料噴射弁8bの燃料噴射量を、第2燃料噴射弁8bのパルス幅DBLSETI2と第2燃料噴射弁8bの噴射率MKDBL2とから算出し、両噴射量の合計を実燃料噴射量とする。
一方、噴射パルス幅TIの元になった基本噴射パルス幅TPは、基準噴射率MKBASEで要求の燃料量が噴射されるように算出されているから、噴射パルス幅TI×MKBASEが目標燃料噴射量に相当する。
そして、差DBLTIFMを、DBLTIFM=(DBLSETI1×MKDBL1+DBLSETI2×MKDBL2)−(TI×MKBASE)として算出する。
尚、第1燃料噴射弁8a及び第2燃料噴射弁8bにおける噴射パルス幅(通電時間)TIと噴射量との相関は、図15に示すように、ある噴射パルス幅(通電時間)TIs(例えば2.5ms)を超える領域では、噴射パルス幅(通電時間)TIの増大に比例して噴射量が増大するのに対し、前記噴射パルス幅(通電時間)TIsを下回る領域では、噴射パルス幅(通電時間)TIと噴射量とが正確な比例関係を示さずに、噴射量がばらつきを示す特性を有し、更に、噴射パルス幅(通電時間)TIsを下回る燃料噴射弁の開弁遅れ時間が存在する。
ここで、前記差DBLTIFMの演算において、上記噴射量qdynの演算式(式(1))を適用すると、以下の式(2)のようになる。
式(2)・・・「DBLTIFM={(MKDBL1/60)×(DBLSETI1−TIs)+DBLQ1}+{(MKDBL2/60)×(DBLSETI2−TIs)+DBLQ2}−{(MKBASE/60)×(TI−TIs)+DBLQBA}」
式2において、DBLQ1は、第1燃料噴射弁8aにおけるTIsでの燃料噴射量、DBLQ2は、第2燃料噴射弁8bにおけるTIsにおける燃料噴射量、DBLQBAは、基準噴射率MKBASEでのTIsにおける燃料噴射量である。
式(3)・・・「DBLTIFM=(DBLQDYN1+DBLQDYN2)−BASQDYN」
ステップS207では、目標燃料噴射量よりも実燃料噴射量が多いか否か、即ち、DBLTIFM>0であるか否かを判断する。
ステップS208では、第1燃料噴射弁8aの噴射パルス幅DBLSETI1を予め記憶された補正値だけ減算補正する一方、第2燃噴射弁8bの噴射パルス幅DBLSETI2を前記補正値だけ加算補正する。
ここで、DBLSETI1+DBLSETI2=DBITSE12の関係は保持され、噴射パルス幅DBLSETI1,DBLSETI2は、第1燃料噴射弁8aの噴射終了に同期して第2燃料噴射弁8bの噴射を開始させる設定となる。
初期設定状態では、DBLSETI1=DBITSE12、DBLSETI2=0であり、第1燃料噴射弁8aによる燃料噴射を、燃料噴射期間DBITSE12の全域で継続して行わせた場合に噴射される燃料量と、目標燃料噴射量との差が算出されるから、目標燃料噴射量よりも実燃料噴射量が多いということは、第1燃料噴射弁8aの噴射率MKDBL1での噴射を燃料噴射期間DBITSE12の全域で行わせた場合に、過剰に燃料が噴射されることになる。
従って、目標燃料噴射量よりも実燃料噴射量が多い場合に、噴射パルス幅DBLSETI1を減算補正する一方、噴射パルス幅DBLSETI2を前記減算分だけ加算補正することは、実燃料噴射量を減らして目標燃料噴射量に近づける処理になる。
そして、ステップS207でDBLTIFM≦0であると判別されるようになるまで、ステップS206〜208の処理を繰り返し、ステップS207でDBLTIFM≦0であると判断されると、ステップS209へ進む。
具体的には、以下の式(4)を演算する。
これにより、第1燃料噴射弁8aの噴射パルス幅DBLSETIB1のみを補正することで、前記差DBLTIFMを零にすることになる。
ところで、前記式(1)を、噴射パルス幅TIを求める式に変換すると、以下の式(5)のようになる。
従って、前記式(4)は、実際の噴射特性を考慮すると、式(6)のように書き換えることができる。
式(6)・・・「DBLSETIB1=DBLSETIB1−{(60/MKDBL1)×(DBLTIFMB−DBLQ1)+TIs}」
ステップS208で用いる補正値を微小値とすれば、DBLTIFMが略零になった時点で、ステップS206〜ステップS208のループを抜け出すことになり、そのときの噴射パルス幅DBLSETI1,DBLSETI2による噴射で目標燃料噴射量を噴射させることができることになる。
そこで、目標燃料噴射量よりも実燃料噴射量が多く、かつ、その差が最も小さい状態であったときを基準に、差DBLTIFMを零にする補正を施し、演算負荷を抑制しつつ燃料噴射量が不足することを防止する。
但し、第2燃料噴射弁8b側のパルス幅DBLSETIB2から減算してもよく(DBLSETIB2←DBLSETIB2−DBLTIFMB/MKDBL2)、噴射率の小さい側のパルス幅を減算することで、目標燃料噴射量と実燃料噴射の差分の燃料噴射量を精度よく減量でき、噴射量のバラツキを抑制することができる。
ステップS210では、第1燃料噴射弁8a側のパルス幅DBLSETIB1から減算したDBLTIFMB/MKDBL1だけ、第2燃料噴射弁8bの噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングを進角させる。
第2燃料噴射弁8bの噴射終了が早まれば、第2燃料噴射弁8bの噴射終了から点火までの時間が長く取れ、第2燃料噴射弁8bからの燃料噴霧の全量が気化してから点火を行わせることができる。
このとき、吸気流速や取り付け位置等の関係から第1燃料噴射弁8aの燃料噴霧に干渉しない範囲で第2燃料噴射弁8bの噴射開始タイミングを設定することが好ましい。
また、低負荷時ほど同時噴射期間が長くなるように第2燃料噴射弁8bの噴射開始タイミングを、第1燃料噴射弁8aの噴射終了タイミングよりも早め、高負荷になるにつれて上記噴射終了タイミングに近づくように設定することができる。
具体的には、前記差DBLTIFMが小さくなるに従って、前記ステップS208で用いる補正値を小さく変更することができる。
以上により、吸気弁6の開弁期間(吸気行程)中に目標燃料噴射量を噴射するための第1及び第2燃料噴射弁8a,8bの各噴射期間となる噴射パルス幅DBSETIF1,DBSETIF2が設定される。
また、第1燃料噴射弁8aは、噴射開始タイミングを基点に噴射終了タイミングが最終噴射パルス幅DBSETIF1に基づいて設定され、第2燃料噴射弁8bは、噴射終了タイミングを基点に噴射開始タイミングが最終噴射パルス幅DBSETIF2に基づいて設定される。
これにより、吸気弁6が開いている間を燃料噴射期間とし、機関に必要な燃料量を第1燃料噴射弁8aと第2燃料噴射弁8bとから噴霧干渉無く噴射することができ、出力性能及び排気性能が向上する。
「気化潜熱効果による充填効率の向上」
上記実施形態によると、吸気弁6の開弁時期IVOに同期して、燃料噴射が第1燃料噴射弁8aで開始される一方、吸気弁6の閉弁時期IVCに同期して第2燃料噴射弁8bの噴射が終了され、吸気弁6の開弁中に機関が要求する量の燃料を噴射する構成であり、これにより、吸入空気の流れによって燃料噴霧が直接筒内に導入されることで、筒内で気化する燃料の割合が高くなり、気化潜熱による筒内冷却効果を得ることができる。
更に、吸気弁6の閉弁時期IVCに同期して第2燃料噴射弁8bの噴射を終了させることで、吸気導入状態での第2燃料噴射弁8bの噴射期間をできるだけ長く取ることが可能となり、第2燃料噴射弁8bの依存度を上げることができ、気化特性上有利となる。
「燃料付着量の低減による排気性能の向上」
上記実施形態では、燃料噴霧の粒径が小さい(気化性能が高い)第2燃料噴射弁8bによる燃料噴射を、燃料噴霧の粒径がより大きな第1燃料噴射弁8aの噴射後に開始させることで、吸気通路内で燃料噴霧を滞留させること無く筒内に導入し、ポート壁流を低減しつつ筒内で積極的に気化を行わせることが可能となり、第1燃料噴射弁8a及び第2燃料噴射弁8bの双方の燃料噴霧による筒内冷却効果を得ることができる。
また、吸気弁6の開弁直後は、高温の筒内燃焼ガスが吸気通路に吹き返されるので、比較的気化性能の低い第1燃料噴射弁8aからの噴射を行わせることで、吹き返される高温の燃焼ガスによって気化が促進されるため、吸気通路や筒内壁面への燃料付着を低減させることができる。
また、第1燃料噴射弁8aから噴射された燃料噴霧は、第2燃料噴射弁8bの燃料噴霧に比較して気化時間を必要とすることから、第1燃料噴射弁8aの噴射を先行させることで、筒内での気化時間を稼ぐことができ、筒内での気化率を向上させることができる。
次に、噴射パルス幅DBSETIF1,DBSETIF2の算出処理の第2実施形態を、図6のフローチャートに従って説明する。
ステップS301では、機関回転速度NEのデータを読み込む。
ステップS302では、基本噴射パルス幅TP(ms)のデータを読み込む。
ステップS303では、基本噴射パルス幅TP(機関負荷)と機関回転速度NEとに基づいて第1燃料噴射弁8aと第2燃料噴射弁8bの噴射パルス幅DBLSETI1,DBLSETI2を算出する。
本実施形態では、基本噴射パルス幅TP(機関負荷)と機関回転速度NEとに対応して第1燃料噴射弁8aの噴射パルス幅DBLSETI1を記憶したマップと、基本噴射パルス幅TP(機関負荷)と機関回転速度NEとに対応して第2燃料噴射弁8bの噴射パルス幅DBLSETI2を記憶したマップとをそれぞれ予め備え、これらのマップを参照して、そのときの基本噴射パルス幅TP(機関負荷)と機関回転速度NEとに対応する噴射パルス幅DBLSETI1,DBLSETI2を求める。
また、第1燃料噴射弁8aと第2燃料噴射弁8bとのうちの一方の噴射パルス幅をマップなどから求め、他方の噴射パルス幅を、一方の噴射パルス幅との総和で機関要求燃料量を噴射できるパルス幅として求めることができる。
ステップS401では、前記基本噴射パルス幅TPを、冷機時や加速時の燃料を増量するための補正係数などを含む各種補正係数、空燃比のズレを修正するための空燃比フィードバック補正係数や空燃比学習値、更に、無効パルス補正分などに基づいて補正して、噴射パルス幅TIを算出する。
ステップS403では、図3のフローチャートのステップS103で算出した第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングDBTITM2のデータを読込む。
ステップS404では、燃料噴射パルス幅TIと機関回転速度NEとに基づいて、第2燃料噴射弁8bの噴射パルス幅DBLSETI2を算出する。
これにより、噴射開始タイミングDBTITM1から噴射パルス幅DBLSETI1の噴射を開始させ、第1燃料噴射弁8aの噴射が終了した時点で噴射パルス幅DBLSETI2の噴射を開始させることで、噴射終了タイミングDBTITM2で第2燃料噴射弁8bの噴射が終了する設定となる。
尚、図中の点線は、第1燃料噴射弁8aよりも燃料噴霧が微粒化される(粒径が小さい)噴霧での特性を示す。
この図8に示すように、吸気弁6のバルブリフト量が最大値となるタイミング付近で、第1燃料噴射弁8aの燃料噴射を終了させると、充填効率は向上するが、燃焼性の悪化(トルクの低下、HC濃度の増大)が生じる。
前記混合気形成の不均一化や壁面付着量の増加は、特に高回転高負荷域で生じる可能性が高い。これは、出力増大要求に伴う燃料噴射量の増大に対して、高回転であるが故に気化時間が短くなることで、粒径の大きい第1燃料噴射弁8aでは、混合気を均一化することが困難であり、また、壁面への付着が多くなってしまうためである。
尚、第1燃料噴射弁8aのパルス幅DBLSETI1を、機関出力トルクの低下が発生する直前のタイミングで第1燃料噴射弁8aの噴射を終了させることができる値としてマップから求め、第2燃料噴射弁8bの噴射パルス幅DBLSETI2は、噴射期間DBITSE12から第1燃料噴射弁8aのパルス幅DBLSETI1を減算して求めるようにすることができる。
具体的には、第1燃料噴射弁8aの燃料噴射量を、第1燃料噴射弁8aのパルス幅DBLSETI1、第1燃料噴射弁8aの噴射率MKDBL1、設定燃圧に応じた噴射率補正値MKDBHOSから算出し、第2燃料噴射弁8bの燃料噴射量を、第2燃料噴射弁8bのパルス幅DBLSETI2、第2燃料噴射弁8bの噴射率MKDBL2、設定燃圧に応じた噴射率補正値MKDBHOSから算出し、第1燃料噴射弁8aの燃料噴射量と第2燃料噴射弁8bの燃料噴射量との合計を実燃料噴射量とする。
そして、実燃料噴射量と目標燃料噴射量の差DBLTIFMを、DBLTIFM=(DBLSETI1×MKDBL1×MKDBHOS+DBLSETI2×MKDBL2×MKDBHOS)−TI×MKBASEとして算出する。
ここでも、前記ステップS206と同様に、前記式(1)を適用して、差DBLTIFMを、式(7)に従って演算させることができる。
更に、上記式(7)による演算に代えて、図16〜図18に示すように、各噴射率での噴射特性テーブルを予め記憶し、各テーブルに基づいて各噴射パルス幅DBLSETI1,DBITSE12,TIを噴射量DBLQDYN1,DBLQDYN2,BASQDYNに変換し、前記差DBLTIFMを下記式(8)に従って演算させることができる。
ステップS406では、目標燃料噴射量より実燃料噴射量の方が多いか否か、換言すれば、DBLTIFM≧0であるか否かを判定する。
ここで、目標燃料噴射量より実燃料噴射量の方が少ない(DBLTIFM<0)場合には、ステップS407へ進んで目標燃圧の増大設定を行い、目標燃料噴射量より実燃料噴射量の方が多い(DBLTIFM≧0)場合には、目標燃圧を確定すべくステップS408へ進む。
そして、目標燃圧TRFUPRの増大修正に基づいて、噴射率補正値MKDBHOSを更新すると、ステップS405に戻り、目標燃圧TRFUPRの増大修正に応じて噴射率が増大変化した状態での実燃料噴射量と目標燃料噴射量の差DBLTIFMを演算させ、ステップS406で、目標燃料噴射量より実燃料噴射量の方が多いと判定されるようになるまで、ステップS407の処理を繰り返し、目標燃料噴射量より実燃料噴射量の方が多いと判定されると、ステップS408へ進む。
ステップS409では、実燃料噴射量と目標燃料噴射量の差DBLTIFM、即ち、目標燃料噴射量よりも実燃料噴射量が多い分(余分分)だけ、第1燃料噴射弁8aの噴射パルス幅DBLSETI1を減算補正する。
具体的には、以下の式(9)に従って、噴射パルス幅DBLSETI1を算出する。
ここで、上記の式(9)に前記式(5)を適用して書き換えると、式(10)のようになる。
式(10)・・・「DBLSETI1=DBLSETI1−{(60/MKDBL1)×(DBLTIFM−DBLQ1)+TIs}×MKDBHOS)」
ステップS410では、ステップS409で第1燃料噴射弁8aの噴射パルス幅DBLSETI1を減算補正した分(DBLTIFM/(MKDBL1×MKDBHOS))だけ、第2燃料噴射弁8bの噴射期間を進角方向にシフトさせる。
ステップS411では、第1燃料噴射弁8aと第2燃料噴射弁8bのパルス幅DBLSETI1,DBLSETI2を、最終噴射パルス幅DBSETIF1、DBSETIF2とする。
このとき、吸気流速や取り付け位置等の関係から第1燃料噴射弁8aの燃料噴霧に干渉しない範囲で第2燃料噴射弁8bの噴射開始タイミングを設定することが好ましい。
また、低負荷時ほど同時噴射期間が長くなるように第2燃料噴射弁8bの噴射開始タイミングを、第1燃料噴射弁8aの噴射終了タイミングよりも早め、高負荷になるにつれて上記噴射終了タイミングに近づくように設定することができる。
これによって、第2燃料噴射弁8bによる噴射割合を増加するため、微粒化噴霧の増加、及び、燃圧上昇により微粒化が促進され、これによって、以下の効果が得られ、出力性能及び排気性能が向上する。
第3実施形態では、燃料圧力を上昇させ、かつ、気化性能が高い(粒径が小さい)燃料噴霧を形成する第2燃料噴射弁8bの噴射期間が長いので、気化効率が向上し、燃料噴霧の気化に要する時間を短縮することができるので、燃焼性を向上させることができる。
また、第1実施例に比較しても、微粒化噴霧(第2燃料噴射弁8bの噴射期間)の増大により、気化効率を向上させることができるので、機関出力を向上させることができる。
更に、第1燃料噴射弁8aの噴射終了時期を機関出力トルクが低下するバルブリフト状態となる前(吹き返し期間の終期)に設定し、気化性能が低い(粒径が大きな)噴霧で燃料噴射させると、機関出力トルクが低下するクランク角領域では第2燃料噴射弁8bを使用して燃料を噴射することで、微粒化による気化特性が向上でき、燃焼性が向上し、機関出力トルクの低下を抑制することができる。
第1実施形態と同様に、第3実施形態によると、吸気弁6の開弁時期IVOに略同期して、燃料噴射が第1燃料噴射弁8aで開始される一方、吸気弁6の閉弁時期IVCに略同期して第2燃料噴射弁8bの噴射が終了され、吸気弁6の開弁中に機関が要求する量の燃料を噴射する構成であり、これにより、吸入空気の流れによって燃料噴霧が直接筒内に導入されることで、筒内で気化する燃料の割合が高くなり、気化潜熱による筒内冷却効果を得ることができる。
「燃料付着量の低減による排気性能の向上」
第1燃料噴射弁8aの噴射終了時期を、最大バルブリフトになる前に設定するので、バルブリフトが大きくなって吸入空気量が大きくなることでガス流動が速くなり、燃料噴霧が筒内壁面に付着し易くなる状態において、噴霧粒径が小さく気化性能が高い第2燃料噴射弁8bで燃料が噴射されるから、筒内壁面への付着を低減し、燃焼性の悪化を低減することができる。
ステップS501では、機関回転速度NEのデータを読み込み、ステップS502では、基本噴射パルス幅TPのデータを読み込む。
ステップS503では、基本噴射パルス幅TP(機関負荷)と機関回転速度NEとに基づいて目標燃圧値TRFUPRを算出する。
尚、上記の目標燃圧値TRFUPRの算出において、基本噴射パルス幅TPではなく、燃料噴射パルス幅TIを用いることができる。
前記目標燃圧値TRFUPRは、第1燃料噴射弁8aの噴射終了時期を、最大バルブリフトになる前に設定し、その後の燃料噴射を第2燃料噴射弁8bによって行わせる場合に、目標燃料噴射量を噴射させることができる燃圧として、予め設定されている。
従って、第4実施形態によると、目標燃圧値を予め記憶しておくことで演算処理負荷の低減を図ることが可能となり、これにより、マイコンの負荷を低減することができ、比較的安価なマイコンを使用することで製品コストを低減することができる。
前記目標燃圧に基づく燃圧フィードバック制御は、図10に示すような燃料供給装置を用いて行われる。
図10において、燃料タンク51内に電動式の燃料ポンプ52が配置されており、該燃料ポンプ52は、燃料タンク51内の燃料を吸い込んで、燃料供給管53を介して燃料ギャラリー管54に燃料を圧送する。
前記燃料ギャラリー管54内の燃料圧力を検出する燃圧センサ55が設けられており、該燃圧センサ55の検出信号は、FPCM(フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール)56に入力される。
そして、前記FPCM56は、前記燃圧センサ55で検出される実際の燃圧が、前記目標燃圧に近づくように、前記燃料ポンプ52の印加電圧(燃料ポンプ52の吐出量)を、通電のオン・オフのデューティ比を変化させることでフィードバック制御する。
ステップS601では、最終燃圧値DBLFUPRのデータを読み込む。
ステップS602では、前記燃圧センサ55で検出される実際の燃圧FUPRのデータを読み込む。
ステップS604では、機関回転速度NEのデータを読み込む。
ステップS605では、基本噴射パルス幅TPのデータを読み込む。
ステップS607では、基本デューティ比BDUTYとフィードバック補正分F/Bとを加算して、出力デューティ比PFDUTYを算出する。
前記出力デューティ比PFDUTYに基づいて前記燃料ポンプ52の通電のオン・オフを制御することで、燃料ポンプ52の吐出量を変化させる。
本補正制御は、第1、第2、第3実施形態に適用可能であり、吸気弁6の開弁時期IVOを変更可能な可変動弁機構(可変バルブタイミング機構)を備える場合に、吸気弁6の開弁時期IVOが吸気上死点よりも進角すると、第1燃料噴射弁8aの噴射開始タイミングを吸気上死点に変更するものである。
ステップS702では、第1燃料噴射弁8aの噴射開始タイミングDBTITM1が、吸気上死点TDCよりも早い(進角している)か否かを判定する。
噴射開始タイミングDBTITM1が吸気上死点TDC(ピストン上死点)よりも早い(進角している)場合にはステップS703へ進み、噴射開始タイミングDBTITM1が吸気上死点TDC以降である場合には、そのまま一連の処理を終了させる。
吸気上死点TDC前の吸気弁6の開弁中に燃料を噴射すると、ピストンが上死点TDCに向けて上昇している状態であるため、吸気通路への吹き返しが大きく、これにより、吸気通路内での燃料噴霧が乱れてしまい、ポート壁流となる(吸気ポートの壁面に付着する)割合が増大して、気化効率が低下するおそれがある。
尚、吸気弁6の開弁時期IVOが吸気上死点よりも進角した位置に固定の内燃機関において、吸気上死点TDC若しくは吸気上死点TDCよりも僅かに遅角した角度位置を、第1燃料噴射弁8aの噴射開始タイミングDBTITM1とすることができる。
本補正制御は、第1、第2、第3実施形態に適用可能であり、吸気弁6の閉弁時期IVCを変更可能な可変動弁機構(可変バルブタイミング機構)を備える場合に、吸気弁6の閉弁時期IVCが吸気下死点BDCよりも遅角している(遅い)場合には、第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングを吸気下死点BDCに変更するものである。
ステップS802では、第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングDBTITM2が、吸気下死点BDCよりも遅いか否かを判定する。
噴射終了タイミングDBTITM2が吸気下死点BDCよりも遅い(遅角している)場合にはステップS803へ進み、噴射終了タイミングDBTITM2が吸気下死点BDC以前(吸気下死点BDC若しくはより進角したクランク角位置)である場合には、そのまま一連の処理を終了させる。
吸気下死点BDC後の吸気弁6の開弁中に燃料を噴射すると、ピストンが上死点に向けて上昇している状態であるため、吸気通路への吹き返しが大きく、これにより、吸気通路内での燃料噴霧が乱れてしまい、ポート壁流となる(吸気ポートの壁面に付着する)割合が増大して、気化効率が低下するおそれがある。
尚、吸気弁6の閉弁時期IVCが吸気下死点よりも遅角した位置に固定の内燃機関において、吸気下死点BDC若しくは吸気下死点BDCよりも進角した角度位置を、第2燃料噴射弁8bの噴射終了タイミングDBTITM2とすることができる。
また、第1燃料噴射弁8aに対する燃料の供給圧と、第2燃料噴射弁8bに対する燃料の供給圧とを異ならせることができる。
更に、各気筒に2つの吸気口2a及びこれらを開閉する吸気弁6を備える構成に限定されず、各気筒に1つ或いは3つの吸気口2a及びこれらを開閉する吸気弁6を備える内燃機関であっても良い。
Claims (8)
- 第1燃料噴射弁と、該第1燃料噴射弁よりも気化性能が高い燃料噴霧を噴射する第2燃料噴射弁とを、気筒毎に吸気通路に備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記第1燃料噴射弁の燃料噴射を吸気弁の開弁と略同時に開始させ、前記吸気弁の開弁中に前記第1燃料噴射弁の燃料噴射を終了させる一方、
前記吸気弁の開弁中に前記第2燃料噴射弁の燃料噴射を開始させ、前記第2燃料噴射弁の燃料噴射を前記吸気弁の閉弁と同期して終了させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記内燃機関が、前記吸気弁の開弁時期を可変とする可変動弁機構を備え、
該可変動弁機構の作動により前記吸気弁の開弁時期が、ピストン上死点よりも進角した場合、ピストン上死点若しくはピストン上死点よりも遅角側で前記第1燃料噴射弁の燃料噴射を開始させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記第1燃料噴射弁の噴射終了時期と前記第2燃料噴射弁の噴射開始時期とを一致させることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記第1燃料噴射弁からの燃料噴霧と前記第2燃料噴射弁からの燃料噴霧とが前記吸気通路内で干渉しないように、前記第1燃料噴射弁の噴射終了時期及び前記第2燃料噴射弁の噴射開始時期を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記第1燃料噴射弁の噴射終了後、遅れて前記第2燃料噴射弁の噴射を開始させることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記吸気弁の開弁直後の筒内ガスが吸気通路側に吹き返す吹き返し期間において前記第1燃料噴射弁からの燃料噴射を行わせ、前記吹き返し期間の終了時点から前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を開始させることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 機関運転状態に基づいて機関の要求燃料噴射量を算出し、
前記吸気弁の開弁期間と前記要求燃料噴射量とに基づいて、前記第1燃料噴射弁の噴射期間と前記第2燃料噴射弁の噴射期間とをそれぞれ設定する一方、
前記両噴射期間で前記要求燃料噴射量が噴射されるように、前記第1燃料噴射弁及び前記第2燃料噴射弁の燃料圧力を調整することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 予め決められた燃料圧力下で、前記第1燃料噴射弁が前記噴射期間だけ噴射し、前記第2燃料噴射弁が前記噴射期間だけ噴射した場合の燃料噴射量を推定し、
前記推定した燃料噴射量と前記要求燃料噴射量とに基づいて目標燃料圧力を算出し、前記目標燃料圧力となるように、前記第1燃料噴射弁及び前記第2燃料噴射弁の燃料圧力を調整することを特徴とする請求項7記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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