JP2012117472A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置に関し、エミッションの低減、特に冷間時におけるエミッションの低減を図る。
【解決手段】吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、ポートインジェクタと筒内インジェクタとの双方から所定の噴射量割合で燃料を噴射し、且つ冷間時と温間時とで噴射量割合が異なる運転領域において、燃料噴射量を補正するための学習値を取得する学習を行う学習手段とを備える。学習手段は、温間時に学習を行うに際して、ポートインジェクタと筒内インジェクタとの噴射量割合を一時的に冷間用の噴射量割合に切り替えた上で冷間用の学習を実行し、該冷間用の学習が完了した場合には、ポートインジェクタと筒内インジェクタとの噴射量割合を温間用の噴射量割合に戻した上で温間用の学習を実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特開２００５−２１４０１５号公報には、気筒内へ直接的に燃料を噴射する第一燃料噴射弁（筒内インジェクタ）と、吸気ポートへ燃料を噴射する第二燃料噴射弁（ポートインジェクタ）とを具備し、第一燃料噴射弁と第二燃料噴射弁との両方を使用して気筒内へ燃料を供給する運転領域を有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、この運転領域における第一燃料噴射弁および第二燃料噴射弁の噴射量割合を固定し、この運転領域において第一燃料噴射弁および第二燃料噴射弁に共通の燃料噴射量補正係数を学習し、この燃料噴射量補正係数（学習値）に基づき第一燃料噴射弁および第二燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する技術が開示されている。

特開２００５−２１４０１５号公報 特開平３−１８５２４２号公報

上記従来の技術では、筒内インジェクタとポートインジェクタとの双方から燃料を噴射する運転領域において、両者の噴射量割合を固定しているが、エミッションを改善することを考えた場合、筒内インジェクタとポートインジェクタとの噴射量割合を冷間時と温間時とで異なる割合にした方が望ましい場合がある。しかしながら、噴射量割合を冷間時と温間時とで異なる割合にした場合、次のような問題がある。

噴射量割合が異なると、燃料噴射量を補正するための学習値も、異なった値となる。学習は、通常は温間時に行われる。このため、温間時に学習された学習値は、噴射量割合の異なる冷間時には使用できない。冷間時に学習を行うことも考えられるが、冷間時はエンジン冷却水温などの条件が安定していないため、学習を適切に行うことが困難である。このようなことから、冷間時には、燃料噴射量を適切に補正することが困難となり、空燃比ずれが生じて、エミッションの悪化を招くことが予想される。冷間時のエミッションは、エミッション全体に占める割合が大きい。このため、冷間時のエミッションの悪化は、影響が多大である。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エミッションの低減、特に冷間時におけるエミッションの低減を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとの双方から所定の噴射量割合で燃料を噴射する運転領域であって、且つ冷間時と温間時とで前記噴射量割合が異なる運転領域において、燃料噴射量を補正するための学習値を取得する学習を行う学習手段と、
を備え、
前記学習手段は、温間時に学習を行うに際して、前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとの噴射量割合を一時的に冷間用の噴射量割合に切り替えた上で冷間用の噴射量割合に対応する学習値を取得するための学習を実行し、該冷間用の学習が完了した場合には、前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとの噴射量割合を温間用の噴射量割合に戻した上で温間用の噴射量割合に対応する学習値を取得するための学習を実行することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記学習値に基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備え、
前記燃料噴射量補正手段は、冷間用の学習が完了しており温間用の学習が未完である場合に、冷間用の学習値に基づいて暫定的な温間用の学習値を算出し、該暫定的な温間用の学習値に基づいて温間運転時の燃料噴射量を補正することを特徴とする。

第１の発明によれば、ポートインジェクタと筒内インジェクタとの噴射量割合が温間時と冷間時とで異なる運転領域において、冷間用の学習値を温間用の学習値に優先して取得することができる。このため、学習値のない初期状態から内燃機関が運転された場合に、冷間用の学習値を早い段階で取得することができるので、冷間運転時の空燃比ずれを早期に補正することができる。よって、冷間運転時のエミッションを確実に低減することができる。冷間運転時のエミッションは、温間運転時のエミッションより多いので、エミッション全体に対する影響が大きい。第１の発明によれば、影響の大きい冷間運転時のエミッションを確実に低減することができるので、全体としてのエミッションを十分に低減することができる。

第２の発明によれば、温間用の学習の完了時期が遅れた場合であっても、温間運転時の空燃比ずれが大きくなることを確実に回避することができるので、エミッションの悪化を確実に抑制することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 温間用の噴射量割合のマップである。 冷間用の噴射量割合のマップである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関６を備えている。図１には、内燃機関６が備える気筒の一つの断面が示されている。この内燃機関６は、車両等の動力源として好ましく用いられる。内燃機関６の各気筒には、ピストン８と、燃焼室１０と、吸気弁１２と、排気弁１４と、点火プラグ１６と、筒内に連通する吸気ポート１８および排気ポート２０とが設けられている。吸気弁１２は、燃焼室１０と吸気ポート１８とを導通状態または遮断状態とするように開閉する。排気弁１４は、燃焼室１０と排気ポート２０とを導通状態または遮断状態とするように開閉する。

また、内燃機関６の各気筒には、吸気ポート１８内に燃料を噴射するポートインジェクタ２２と、筒内（燃焼室１０内）に燃料を直接に噴射する筒内インジェクタ２４とが設けられている。ポートインジェクタ２２および筒内インジェクタ２４には、それぞれ、図示しないポンプにより加圧された燃料が送り込まれている。内燃機関６では、各気筒に対して、ポートインジェクタ２２と筒内インジェクタ２４との双方から燃料を供給することができ、また、何れか一方から燃料を供給することもできる。

吸気ポート１８は、吸気通路３０に連通している。吸気通路３０の上流端にはエアクリーナ３２が設けられ、空気はエアクリーナ３２を介して吸気通路３０内に取り込まれる。エアクリーナ３２の下流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ３３が配置されている。吸気通路３０の下流部は、分岐して各気筒に接続されている。その分岐部にはサージタンク３４が設けられている。吸気通路３０のサージタンク３４の上流にはスロットルバルブ３６が配置されている。スロットルバルブ３６には、その開度を検出するためのスロットルポジションセンサ３７が付設されている。スロットルバルブ３６より下流には、吸気管圧力を検出する吸気圧センサ３８が設けられている。

排気ポート２０には、燃焼室１０内での燃焼により生成された燃焼ガスを排出ガスとして排出するための排気通路４０が接続されている。排気通路４０には、排出ガスを浄化するための触媒４２と、排出ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４４とが設置されている。

内燃機関６のクランク軸４５の近傍には、クランク軸４５の回転角度を検出するクランク角センサ４６が設置されている。また、内燃機関６には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４８が備えられている。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述したエアフロメータ３３、空燃比センサ４４、水温センサ４８等の各種センサと、上述したポートインジェクタ２２、筒内インジェクタ２４等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらの各センサの出力に基づいて、各アクチュエータを駆動制御することにより、内燃機関６の運転状態を制御することができる。

本実施形態では、ポートインジェクタ２２からの燃料噴射量と、筒内インジェクタ２４からの燃料噴射量との割合を「噴射量割合」と称する。この噴射量割合は、燃料噴射量全体を１としたときのポートインジェクタ２２からの燃料噴射量（以下、「ポート噴射量」と称する）の比率を表すものとする。本実施形態では、運転領域に応じて噴射量割合を変更するほか、一部の運転領域においては噴射量割合を温間時と冷間時とで異なる値とする。

図２は、噴射量割合を制御するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３は、温間用の噴射量割合のマップである。図４は、冷間用の噴射量割合のマップである。図３および図４中では、噴射量割合を記号Ｒｎ（ｎは運転領域の番号）で表す。

図２に示すルーチンによれば、まず、水温センサ４８により検出される冷却水温ｔｈｗと所定値αとが比較される（ステップ１００）。所定値αは、内燃機関６の温間状態と冷間状態とを区別する値として予め設定された値である。ステップ１００で、冷却水温ｔｈｗがαより高い場合には、温間状態に相当するので、図３に示す温間用のマップに従って噴射量割合Ｒｎが制御される（ステップ１０２）。一方、冷却水温ｔｈｗがα以下である場合には、冷間状態に相当するので、図４に示す冷間用のマップに従って噴射量割合Ｒｎが制御される（ステップ１０４）。

図３および図４に示すマップにおいては、機関回転速度と機関負荷とに応じてＳ１〜Ｓ５の五つの運転領域が設定され、各運転領域ごとに噴射量割合Ｒｎが定められている。具体的には、低回転側の運転領域Ｓ１と、高回転側の極低負荷運転領域Ｓ２と、高回転側の低負荷運転領域Ｓ３と、高回転側の中負荷運転領域Ｓ４と、高回転側の高負荷運転領域Ｓ５との五つの運転領域に分割されている。図３に示す温間用のマップにおいては、低回転側の運転領域Ｓ１における噴射量割合Ｒ１は１であり、高回転側の極低負荷運転領域Ｓ２における噴射量割合Ｒ２は１であり、高回転側の低負荷運転領域Ｓ３における噴射量割合Ｒ３は０．５であり、高回転側の中負荷運転領域Ｓ４における噴射量割合Ｒ４は０．５であり、高回転側の高負荷運転領域Ｓ５における噴射量割合Ｒ５は０．３である。一方、図４に示す冷間用のマップにおいては、運転領域Ｓ１およびＳ２における噴射量割合は温間用と同じく１であるが、高回転側の低負荷運転領域Ｓ３における噴射量割合Ｒ３は０．７であり、高回転側の中負荷運転領域Ｓ４における噴射量割合Ｒ４は０．６であり、高回転側の高負荷運転領域Ｓ５における噴射量割合Ｒ５は０．４である。このように、運転領域Ｓ３〜Ｓ５では、温間時の噴射量割合よりも冷間時の噴射量割合が高くされている。すなわち、運転領域Ｓ３〜Ｓ５では、冷間時には、温間時と比べて、ポート噴射量の割合が高くされる。これにより、次のような効果が得られる。

筒内インジェクタ２４から燃料を気筒内に直接に噴射すると、噴射された燃料が筒内で気化熱を奪うことにより混合気の温度が下がるので、体積効率ηｖを向上することができる。このため、筒内インジェクタ２４からの燃料噴射量（以下、「筒内噴射量」と称する）の割合を高くした方が、内燃機関６の出力を向上することができるという利点がある。しかしながら、筒内噴射量の割合が高いと、冷間時に、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の量が多くなり易い。これに対し、本実施形態によれば、冷間時には、温間時と比べ、筒内噴射量の割合を低くしてポート噴射量の割合を高くすることにより、粒子状物質の排出量を確実に抑制することができる。一方、温間時には、筒内噴射量の割合が高くされるので、体積効率ηｖが向上し、内燃機関６の出力を向上することができる。

本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４４により検出される排気ガスの空燃比をフィードバックして燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を実行可能である。この空燃比フィードバック制御によれば、排気ガスの空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に近づけることができるので、触媒４２の浄化率を高め、エミッションを低減することが可能となる。

また、ＥＣＵ５０は、空燃比フィードバック制御と共に、内燃機関６の個体差や経時変化などによって生ずる恒常的な燃料噴射量の誤差を補正するための学習制御を実行する。学習制御においては、空燃比フィードバック制御による補正値に恒常的に内在する成分が学習値として算出される。この学習制御により得られた学習値をＥＣＵ５０に記憶しておき、この学習値に基づいて燃料噴射量を補正することにより、空燃比をより速やかに目標空燃比に近づけることができるので、エミッションを更に低減することができる。

噴射量割合の値が異なると、学習値も異なる。このため、学習制御は、運転領域ごとに実行される。また、学習を適切に行うためには、エンジン冷却水温などの条件が安定した状態にあることが望ましい。このため、冷間時には、学習を適切に行うことが困難である。そこで、本実施形態では、学習制御は温間時に行うこととしている。しかしながら、前述したように、運転領域Ｓ３〜Ｓ５においては、温間時と冷間時とで噴射量割合が異なる。このため、運転領域Ｓ３〜Ｓ５においては、温間時の噴射量割合の下で学習された学習値を冷間運転時に使用すると、燃料噴射量を適切に補正することできず、空燃比ずれが生じ、エミッションが悪化する。一般に、エミッションは、温間運転時よりも冷間運転時の方が多い。よって、冷間運転時のエミッションは、エミッション全体への影響が大きい。このため、全体としてのエミッションを低減するためには、冷間運転時のエミッション抑制を、温間運転時のエミッション抑制よりも優先的に考慮することが必要である。

以上の事項に鑑みて、本実施形態では、温間時の運転領域Ｓ３〜Ｓ５において学習を行うに際して、ポートインジェクタ２２および筒内インジェクタ２４の実際の噴射量割合を一時的に冷間用の噴射量割合に切り替えた上で学習を行い、冷間用の噴射量割合に対応する学習値をまず取得することとした。そして、この冷間用の学習が完了した後、実際の噴射量割合を温間用の噴射量割合に戻した上で学習を行い、温間用の噴射量割合に対応する学習値を取得することとした。

図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、温間時、運転領域Ｓ３〜Ｓ５の各々について実行されるものとする。図５に示すルーチンによれば、まず、学習を適切に実行するために必要な所定の学習実行条件の成否が判断される（ステップ２００）。この学習実行条件とは、例えば運転条件が安定していること、空燃比センサ４４が活性していることなどである。学習実行条件が成立している場合には、次に、実際の噴射量割合を図４に示す冷間用の噴射量割合に切り替える処理が行われる（ステップ２０２）。そして、冷間用の学習値を取得するための学習制御が実行される（ステップ２０４）。続いて、ステップ２０６では、この冷間用の学習が完了したかどうかが判断される。冷間用の学習が完了していない場合は、学習が継続される。一方、冷間用の学習が完了したと認められた場合には、実際の噴射量割合を図３に示す温間用の噴射量割合に切り替える処理が行われる（ステップ２０８）。そして、温間用の学習値を取得するための学習制御が実行される（ステップ２１０）。続いて、ステップ２１２では、この温間用の学習が完了したかどうかが判断される。温間用の学習が完了していない場合は、学習が継続される。一方、温間用の学習が完了したと認められた場合には、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明した制御によれば、温間時と冷間時とで噴射量割合が異なる運転領域において、冷間用の学習値を温間用の学習値に優先して取得することができる。このため、学習値のない初期状態から内燃機関６が運転された場合に、冷間用の学習値を早い段階で取得することができるので、冷間運転時の空燃比ずれを早期に補正することができる。よって、冷間運転時のエミッションを確実に低減することができる。冷間運転時のエミッションは、温間運転時のエミッションより多いので、エミッション全体に対する影響が大きい。本実施形態によれば、影響の大きい冷間運転時のエミッションを確実に低減することができるので、全体としてのエミッションを十分に低減することができる。

上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、図５に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「学習手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

本実施形態では、前述した実施の形態１と同様に、温間時と冷間時とで噴射量割合が異なる運転領域において学習を行う際、冷間用の学習を温間用の学習に優先して実行する。学習が完了するにはある程度の時間がかかるため、学習の途中で運転状態が変化するなどして、学習が中断する場合がある。このため、冷間用の学習と温間用の学習とが一度に終了しない場合もある。冷間用の学習が完了した後、温間用の学習を完了できなかった場合には、学習実行条件が次に成立して学習を再開し、温間用の学習が完了するまでの間、温間運転時の燃料噴射量を補正するための学習値がない状態となるので、空燃比ずれがおおきくなり、温間運転時のエミッションが悪化するおそれがある。

本実施形態では、上記の事項に鑑みて、以下のような制御を行うこととした。図６は、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンによれば、まず、温間用の噴射量割合での学習が完了しているかどうかが判断される（ステップ３００）。この判断は、温間時と冷間時の噴射量割合が異なる運転領域Ｓ３〜Ｓ５ごとに行われる。その結果、温間用の噴射量割合での学習が完了していない運転領域があった場合には、その運転領域の冷間用の学習値が所定値βより大きいかどうかが判断される（ステップ３０２）。学習値が大きいことは、学習値による補正がなされていない状態での燃料噴射量の誤差が大きく、空燃比ずれが大きいことを意味している。そして、冷間の学習値が大きい場合には、温間用の学習値も大きくなる傾向がある。冷間用の学習値がβより大きい場合には、温間時においても学習値が大きくなることが予想され、学習値による補正がなされないと空燃比ずれが大きくなる可能性が高いと判断できる。そこで、上記ステップ３０２で、冷間用の学習値がβより大きい場合には、冷間用の学習値に所定値γを乗じた値が、暫定的な温間用の学習値として算出される（ステップ３０４）。γは、冷間用の学習値と温間用の学習値との平均的な比率に相当する値として、予め実験的に定められた値である。この上記ステップ３０４で暫定的な温間用の学習値が算出された運転領域においては、温間用の学習が完了して温間用の学習値が取得されるまでの間は、この暫定的な学習値を用いて温間運転時の燃料噴射量が補正される。

上述した実施の形態２の制御によれば、温間用の学習の完了時期が遅れた場合であっても、温間運転時の空燃比ずれが大きくなることを確実に回避することができるので、エミッションの悪化を確実に抑制することができる。実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、図６に示すルーチンの処理を実行することにより前記第５の発明における「燃料噴射量補正手段」が実現されている。

６ 内燃機関
１２ 吸気弁
１４ 排気弁
１６ 点火プラグ
１８ 吸気ポート
２２ ポートインジェクタ
２４ 筒内インジェクタ
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
４２ 触媒
４４ 空燃比センサ
４６ クランク角センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、
   前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
   前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとの双方から所定の噴射量割合で燃料を噴射する運転領域であって、且つ冷間時と温間時とで前記噴射量割合が異なる運転領域において、燃料噴射量を補正するための学習値を取得する学習を行う学習手段と、
   を備え、
   前記学習手段は、温間時に学習を行うに際して、前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとの噴射量割合を一時的に冷間用の噴射量割合に切り替えた上で冷間用の噴射量割合に対応する学習値を取得するための学習を実行し、該冷間用の学習が完了した場合には、前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとの噴射量割合を温間用の噴射量割合に戻した上で温間用の噴射量割合に対応する学習値を取得するための学習を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記学習値に基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備え、
   前記燃料噴射量補正手段は、冷間用の学習が完了しており温間用の学習が未完である場合に、冷間用の学習値に基づいて暫定的な温間用の学習値を算出し、該暫定的な温間用の学習値に基づいて温間運転時の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

Images