JP2012159006A

JP2012159006A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2012159006A
Application number: JP2011017995A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Yamada; 晴彦山田; Masaaki Nagashima; 正明長島; Hiroshi Nakaune; 寛中畝; Tatsuto Ezaki; 達人江崎; Nobuaki Ito; 信彰伊東; Kentaro Miki; 健太郎三木; Yutaka Sugawara; 裕菅原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: US20120197511A1; US9217385B2; CN102619633A; JP5572107B2; CN102619633B

Abstract

【課題】暖機運転中およびそれ以外の運転中においても、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３の燃料噴射制御装置１はＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、暖機運転のときには、１回目の燃料噴射を吸気行程中に、２回目の燃料噴射を圧縮行程中にそれぞれ実行し（ステップ４〜７，１２）、暖機運転中でないときには、１回目および２回目の燃料噴射をいずれも吸気行程中に実行する（ステップ８〜１２）。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料を１燃焼サイクル中に２回に分割して噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、内燃機関の燃料噴射制御装置として特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、燃料が燃料噴射弁を介して燃焼室内に直接噴射される、いわゆる直噴式のガソリンエンジンタイプのものである。また、燃料噴射制御装置は、内燃機関の冷却水温度ＴＷを検出する冷却水温度センサやクランク角センサなどを備えており、このクランク角センサの出力信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥを算出する。

この燃料噴射制御装置では、特許文献１の図２に示すように、冷却水温度ＴＷが所定温度ＴＷ０よりも低いとき、すなわち暖機運転中のときには、吸気行程で噴射する燃料量を算出し、次いで、エンジン水温ＴＷに応じて、燃料分割比γを設定した後、噴射間隔Ｉｎｔを設定する。次に、エンジン回転数ＮＥなどに応じて、噴射終了時期を設定する（ステップ１４〜２２）。そして、ステップ２４で、以上のように算出された燃料量、燃料分割比γ、噴射間隔Ｉｎｔおよび噴射終了時期に基づいて、燃料が吸気行程中の２回に分割して噴射される（段落［００１８］〜［００２８］）。これは、暖機運転中、燃料噴射を吸気行程で１回のみ実行した場合、燃料噴射時間が長くなり、燃料のペネトレーションが大きくなることに起因して、燃料が燃焼室内の壁面に付着し、燃料の霧化度合が低下することによって、スモークが発生しやすくなるので、それを回避するためである（段落［００２２］，［００２３］）。一方、冷却水温度ＴＷが所定温度ＴＷ０以上のとき、すなわち暖機運転中でないときには、ステップ２６で、通常制御が実行され、燃料が吸気行程中に１回のみ噴射される（段落［００３１］）。

特許第３７５８００３号公報

上記従来の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、暖機運転中、燃料が吸気行程で２回に分割して噴射されるので、排気浄化用の触媒に供給される排ガスの温度が比較的、低くなってしまい、それに起因して、触媒の活性化に要する時間が長くなることで、排ガス特性が悪化するおそれがある。さらに、暖機運転以外の運転中、燃料が吸気行程中に１回のみ噴射されるので、燃料のペネトレーションが大きい場合には、燃料が燃焼室内の壁面に付着したり、燃料の霧化度合が低下したりすることによって、燃焼状態の悪化を招き、結果的に、排ガス中のＨＣ濃度が増大し、排ガス特性が悪化するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、暖機運転中およびそれ以外の運転中においても、排ガス特性を向上させることができ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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、触媒１１によって排気通路１０内の排ガスが浄化されるとともに、１燃焼サイクル中、燃料を１回目噴射とそれよりも後の２回目噴射とに分割して気筒３ａ内に噴射可能な内燃機関３において、燃料噴射を制御する内燃機関３の燃料噴射制御装置１であって、１回目噴射を吸気行程中に、２回目噴射を圧縮行程中にそれぞれ実行する第１噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４〜７，１２）と、１回目噴射および２回目噴射をいずれも吸気行程中に実行する第２噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ８〜１２）と、内燃機関３が暖機運転状態にあるときに、第１噴射制御手段による燃料噴射を選択し、内燃機関３が暖機運転状態にないときに、第２噴射制御手段による燃料噴射を選択する選択手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関が暖機運転状態にあるときには、第１噴射制御手段による燃料噴射が選択されることによって、１回目噴射が吸気行程中に、２回目噴射が圧縮行程中にそれぞれ実行されるので、１回目噴射および２回目噴射をいずれも吸気行程で実行する従来のものと比べて、２回目噴射分の燃料の点火時期が遅くなり、後燃えが生じやすくなることで、触媒に供給される排ガスの温度をより高めることができる。それにより、内燃機関の暖機運転中において、触媒をより迅速に活性化することができ、排ガス特性を向上させることができる。また、内燃機関が暖機運転状態にないときには、第２噴射制御手段による燃料噴射が選択されることによって、１回目噴射および２回目噴射がいずれも吸気行程中に実行されるので、燃料のペネトレーションが大きい場合でも、燃料噴射を吸気行程で１回のみ実行する従来のものと比べて、燃料の燃焼室内の壁面への付着量を低減でき、燃料の霧化度合を向上させることができる。それにより、良好な燃焼状態を確保できることによって、排ガス中のＨＣ濃度を低減でき、排ガス特性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の燃料噴射制御装置１において内燃機関３の温度として機関温度（エンジン水温ＴＷ）を検出する機関温度検出手段（水温センサ２１）をさらに備え、第１噴射制御手段は、検出された機関温度に応じて、１回目噴射における燃料量と２回目噴射における燃料量との割合［Ｒ１：（１−Ｒ１）］を決定することを特徴とする。

一般に、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射した場合、圧縮行程で噴射する燃料量の割合が多いほど、触媒をより迅速に活性化できる一方、スモークがより増大するおそれがある。これに対して、この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関が暖機運転状態にあるときに、検出された機関温度に応じて、１回目噴射における燃料量と２回目噴射における燃料量との割合が決定されるので、触媒の迅速な活性化とスモークの抑制とをバランスよく実現することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略的な構成を示す図である。燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。触媒昇温判定処理を示すフローチャートである。吸気分割比Ｒ１の算出に用いるマップの一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の燃料噴射制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、後述する燃料噴射制御処理などの各種の制御処理を実行する。

このエンジン３は、図示しない車両に搭載された直列４気筒型ガソリンエンジンであり、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）と、クランクシャフト３ｃなどを備えている。このエンジン３のシリンダヘッドには、燃焼室に臨むように、燃料噴射弁４および点火プラグ５が気筒３ａ毎に取り付けられており、エンジン運転中、燃料は燃料噴射弁４によって燃焼室内に直接噴射される。すなわち、エンジン３は、筒内噴射式エンジンとして構成されている。

この燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２によって、後述するように、その開弁時間である燃料噴射時間と、開弁タイミングおよび閉弁タイミングである噴射時期とが制御される。なお、この燃料噴射弁４の燃料噴射時間は、気筒内に噴射される燃料量すなわち燃料噴射量に相当するので、以下、燃料噴射弁４の燃料噴射時間を燃料噴射量という。

また、点火プラグ５もＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２から点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられることで放電し、それによって、燃焼室内の混合気を燃焼させる。

さらに、エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

一方、エンジン３の本体には、例えばサーミスタなどで構成された水温センサ２１が取り付けられている。この水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、それを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、水温センサ２１が機関温度検出手段に、エンジン水温ＴＷが機関温度にそれぞれ相当する。

また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２２が接続されており、このアクセル開度センサ２２は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、エンジン３の排気通路１０には、排ガスを浄化するための触媒１１が設けられている。この触媒１１は、三元触媒タイプのものであり、その温度が所定の活性化温度よりも高い領域にあるときに活性化し、排ガス中の有害な未燃成分を浄化する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２２の検出信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、運転状態に応じて、以下に述べるように、燃料噴射制御処理などを実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、第１噴射制御手段、第２噴射制御手段および選択手段に相当する。

次に、図２を参照しながら、本実施形態の燃料噴射制御処理について説明する。この燃料噴射制御処理は、以下に述べるように、燃料噴射量および噴射時期を算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、触媒昇温判定処理を実行する。この判定処理は、後述する触媒昇温制御処理（触媒１１を迅速に活性化させるための制御処理）を実行する必要があるか否かを判定するものであり、具体的には、図３に示すように実行される。同図に示すように、まず、ステップ２０で、始動モードフラグＦ＿ＳＴＭＯＤが「１」であるか否かを判別する。

この始動モードフラグＦ＿ＳＴＭＯＤは、図示しない判定処理において、エンジン３のクランキングが終了するまでの間は「１」に設定され、クランキングが終了し、エンジン３が完爆状態になったときに「０」に設定される。

ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、エンジン３のクランキング中のときには、ステップ２１に進み、エンジン水温ＴＷに応じて、図示しないマップを検索することにより、触媒昇温用値ＣＴＦＩＲＥを算出した後、本処理を終了する。このマップにおいて、触媒昇温用値ＣＴＦＩＲＥは、所定の暖機終了温度以上の領域では、値０に設定されている。これは、所定の暖機終了温度以上の領域では、触媒の昇温制御を実行する必要がないことによる。また、触媒昇温用値ＣＴＦＩＲＥは、所定の暖機終了温度未満の領域では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きい値に設定されている。これは、冷却水温度ＴＷが低いほど、すなわち触媒温度が低いほど、触媒が活性化するまでの時間がより長くなることによる。

一方、ステップ２０の判別結果がＮＯで、エンジン３が始動済みであるときには、ステップ２２に進み、始動モードフラグの前回値Ｆ＿ＳＴＭＯＤｚが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、今回の制御タイミングがエンジン３の始動が完了した直後であるときには、ステップ２３に進み、触媒昇温制御カウンタの計数値の前回値ＣＴｚを前述した触媒昇温用値ＣＴＦＩＲＥに設定する。

一方、ステップ２２の判別結果がＮＯのときには、ステップ２４に進み、触媒昇温制御カウンタの計数値の前回値ＣＴｚをＲＡＭ内に記憶されている触媒昇温制御カウンタの計数値ＣＴに設定する。ステップ２３または２４に続くステップ２５で、触媒昇温制御カウンタの計数値ＣＴを、その前回値ＣＴｚから値１を減算した値ＣＴｚ−１に設定する。すなわち、触媒昇温制御カウンタの計数値ＣＴを値１分、デクリメントする。

次いで、ステップ２６に進み、触媒昇温制御カウンタの計数値ＣＴが値０より大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ２７に進み、アイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別する。このアイドル運転フラグＦ＿ＩＤＬＥは、図示しない判定処理において、アイドル運転条件が成立しているときに「１」に設定され、それ以外のときに「０」に設定される。

ステップ２７の判別結果がＹＥＳで、アイドル運転条件が成立しているときには、触媒昇温制御を実行すべきであると判定して、ステップ２８に進み、それを表すために、触媒昇温制御フラグＦ＿ＦＩＲＥを「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ２６または２７の判別結果がＮＯのとき、すなわちＣＴ≦０のとき、またはアイドル運転条件が不成立であるときには、触媒昇温制御を実行すべきでないと判定して、ステップ２９に進み、それを表すために、触媒昇温制御フラグＦ＿ＦＩＲＥを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

図２に戻り、ステップ１の触媒昇温判定処理を以上のように実行した後、ステップ２に進み、総燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。この総燃料噴射量ＴＯＵＴは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、この要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することによって算出される。

次に、ステップ３に進み、上述した触媒昇温制御フラグＦ＿ＦＩＲＥが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのとき、すなわち触媒昇温制御を実行中であるときには、ステップ４に進み、エンジン水温ＴＷに応じて、図４に示すマップを検索することにより、吸気分割比Ｒ１を算出する。

この吸気分割比Ｒ１は、当該燃焼サイクル中に最初に吸気行程で噴射する燃料量の、総燃料噴射量ＴＯＵＴに対する割合を表すものである。同図に示すように、このマップでは、吸気分割比Ｒ１は、所定水温Ｔｒｅｆ（例えば２５℃）のときに所定値Ｒｒｅｆ（例えば値０．６）に設定されているとともに、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きい値に設定されている。これは、エンジン３の暖機運転中に圧縮行程噴射を実行した場合、エンジン水温ＴＷが低い領域であるほど、スモークの発生量がより多くなる可能性があるので、それを抑制するためである。

次いで、ステップ５に進み、吸気行程用の１回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ１を、吸気分割比Ｒ１と総燃料噴射量ＴＯＵＴの積Ｒ１・ＴＯＵＴに設定する。ステップ５に続くステップ６で、吸気行程用の２回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ２を値０に設定する。

次に、ステップ７で、圧縮行程用の噴射量ＴＯＵＴ＿ｃｍｐを値（１−Ｒ１）・ＴＯＵＴに設定する。

一方、ステップ３の判別結果がＮＯのとき、すなわち触媒昇温制御を実行していないときには、ステップ８に進み、吸気分割比Ｒ１を所定値Ｒｃｏｎｓｔ（例えば値０．５）に設定する。次いで、ステップ９に進み、吸気行程用の１回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ１を、吸気分割比Ｒ１と総燃料噴射量ＴＯＵＴの積Ｒ１・ＴＯＵＴに設定する。

ステップ９に続くステップ１０で、吸気行程用の２回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ２を値（１−Ｒ１）・ＴＯＵＴに設定する。次いで、ステップ１１に進み、圧縮行程用の噴射量ＴＯＵＴ＿ｃｍｐを値０に設定する。

ステップ７または１１に続くステップ１２で、以上のように算出された３つの噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ１，ＴＯＵＴ＿ｉｎ２，ＴＯＵＴ＿ｃｍｐおよびエンジン回転数ＮＥなどに応じて、噴射時期を算出した後、本処理を終了する。以上により、フラグＦ＿ＦＩＲＥ＝１で、触媒昇温制御を実行しているときには、上述した１回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ１分の燃料が、吸気行程中に噴射されるとともに、上述した圧縮行程用の噴射量ＴＯＵＴ＿ｃｍｐ分の燃料が圧縮行程中に噴射される。一方、触媒昇温制御を実行していないときには、上述した１回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ１分の燃料と、２回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ２分の燃料とが、吸気行程中に分割して噴射される。

以上のように、本実施形態の燃料噴射制御装置１によれば、ステップ１の触媒昇温判定処理において、ステップ２６，２７の判別結果がＹＥＳで、エンジン水温ＴＷが所定の暖機終了温度未満の領域にありかつアイドル運転中であるとき、すなわちエンジン３が暖機運転状態にあるときには、触媒昇温制御フラグＦ＿ＦＩＲＥが「１」に設定され、それ以外のときには「０」に設定される。それにより、エンジン３が暖機運転状態にあるときには、燃料噴射が吸気行程中と圧縮行程中とに分割して実行されるので、燃料噴射を吸気行程中に２回に分割して実行する従来のものと比べて、圧縮行程中に噴射される分の燃料の点火時期が遅くなり、後燃えが生じやすくなることで、触媒１１に供給される排ガスの温度をより高めることができる。それにより、エンジン３の暖機運転中において、触媒をより迅速に活性化することができ、排ガス特性を向上させることができる。

また、前述したように、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射する場合、圧縮行程で噴射する燃料量の割合が多いほど、触媒１１をより迅速に活性化できる一方、スモークがより増大するおそれがある。これに対して、本実施形態の燃料噴射制御装置１では、燃料噴射が吸気行程中と圧縮行程中とに分割して実行するときに、吸気分割比Ｒ１がエンジン水温ＴＷに応じて設定される。すなわち、吸気行程用の１回目噴射量ＴＯＵＴ＿ｉｎ１と、噴射量ＴＯＵＴ＿ｃｍｐとの割合がエンジン水温ＴＷに応じて設定されるので、触媒１１の迅速な活性化とスモークの抑制とをバランスよく実現することができる。

さらに、ステップ２６または２７の判別結果がＮＯのとき、すなわちエンジン３が暖機運転状態にないときには、燃料が吸気行程に２回に分割して噴射されるので、燃料のペネトレーションが大きい場合でも、燃料噴射を吸気行程で１回のみ実行する従来のものと比べて、燃料の燃焼室内の壁面への付着量を低減でき、燃料の霧化度合を向上させることができる。それにより、良好な燃焼状態を確保できることによって、排ガス中のＨＣ濃度を低減でき、排ガス特性を向上させることができる。

なお、実施形態は、内燃機関として、ガソリンエンジンタイプのものを用いた例であるが、本発明の内燃機関はこれに限らず、燃料を１燃焼サイクル中に１回目噴射と２回目噴射とに分割して気筒内に噴射可能なものであればよい。例えば、内燃機関として、軽油や天然ガスなどを燃料とする内燃機関を用いてもよい。

また、実施形態は、本発明の燃料噴射制御装置を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の燃料噴射制御装置はこれに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。

さらに、実施形態は、機関温度として冷却水温度ＴＷを用いた例であるが、本発明の機関温度はこれに限らず、内燃機関の温度を表すものであればよい。例えば、機関温度として、内燃機関の潤滑油の温度を機関温度として用いてもよい。

一方、実施形態は、吸気分割比Ｒ１をエンジン水温ＴＷに応じて設定した例であるが、吸気分割比Ｒ１の設定手法はこれに限定されるものではない。例えば、吸気分割比Ｒ１を、エンジン水温ＴＷに加えて他のパラメータにさらに応じて設定してもよい。

１燃料噴射制御装置
２ＥＣＵ（第１噴射制御手段、第２噴射制御手段、選択手段）
３内燃機関
３ａ気筒
１０排気通路
１１触媒
２１水温センサ（機関温度検出手段）
ＴＷエンジン水温（機関温度）
Ｒ１吸気分割比（１回目噴射における燃料量と２回目噴射における燃料量との割合を規定する値）

Claims

触媒によって排気通路内の排ガスが浄化されるとともに、１燃焼サイクル中、燃料を１回目噴射とそれよりも後の２回目噴射とに分割して気筒内に噴射可能な内燃機関において、燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記１回目噴射を吸気行程中に、前記２回目噴射を圧縮行程中にそれぞれ実行する第１噴射制御手段と、
前記１回目噴射および前記２回目噴射をいずれも吸気行程中に実行する第２噴射制御手段と、
前記内燃機関が暖機運転状態にあるときに、前記第１噴射制御手段による燃料噴射を選択し、前記内燃機関が暖機運転状態にないときに、前記第２噴射制御手段による燃料噴射を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記内燃機関の温度として機関温度を検出する機関温度検出手段をさらに備え、
前記第１噴射制御手段は、当該検出された機関温度に応じて、前記１回目噴射における燃料量と前記２回目噴射における燃料量との割合を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。