JP2013068128A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸気バルブの閉弁中に噴射が終了する第1噴射タイミングFIT1と、吸気バルブの開弁中に噴射が終了する第2噴射タイミングFIT2とを1サイクル毎に切り替える。第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2とでは、燃料の付着部位が異なるから、吸気通路内壁に対して広くかつ薄く燃料を付着させることができ、更に、同一部位に対して新たなに燃料が付着する時間間隔が長くなり、その間で気化を促進させることができ、平衡付着量が低減する。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明に係る燃料噴射制御装置を含む、車両用エンジンのシステム図である。
図1において、エンジン(内燃機関)1は、吸気通路2に燃料噴射弁3を備え、燃料噴射弁3は略吸気バルブ4に向けて燃料を噴射する。
吸気通路2の燃料噴射弁3が配設される部分よりも上流側には、スロットルモータ9で開閉される電子制御スロットル10が配され、この電子制御スロットル10の開度によってエンジン1の吸入空気量を調整する。
燃料供給装置13は、燃料タンク11、燃料ポンプ12、燃料ギャラリー配管14、燃料供給配管15を含んで構成される。
燃料ポンプ12は、モータでポンプインペラを回転駆動する電動式流体用ポンプであり、燃料タンク11内に配置される。
燃料噴射弁3による燃料噴射、点火プラグ6による点火、電子制御スロットル10の開度などを制御するエンジン制御ユニットとして、コンピュータを備えるECM(エンジン・コントロール・モジュール)31を設けてある。即ち、ECM31は、燃料噴射制御装置としての機能を備えている。
ECM31とFPCM30とは相互に通信可能に構成され、ECM31からFPCM30に向けては、燃料ポンプ12のPWM制御におけるデューティ比及び周波数を指示する信号などが送信され、FPCM30からECM31に向けては、診断情報などが送信される。
そして、ECM31は、前述の各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁3による燃料噴射量及び噴射タイミング、点火プラグ6による点火時期、電子制御スロットル10の開度を制御する。
まず、エアフローセンサ35の出力信号に基づき吸入空気流量QAを検出し、また、回転センサ36の出力信号に基づきエンジン回転速度NEを検出し、これら吸入空気流量QA、エンジン回転速度NEに基本噴射パルス幅TP(基本燃料噴射量)を算出する。
そして、基本噴射パルス幅TPを各種補正係数で補正して、最終的な燃料噴射パルス幅TIを算出し、各気筒における噴射タイミングにおいて、燃料噴射パルス幅TIの噴射パルス信号を燃料噴射弁3に出力する。
図2のフローチャートは、噴射タイミングの切り替え制御の一例を示す。
図2のフローチャートに示すルーチンは、1サイクル毎(4サイクルでエンジン1の2回転毎)に割り込み実行される。
ここで、燃料噴射が第1噴射タイミングFIT1で行われていた場合には、ステップS102へ進み、第1噴射タイミングFIT1とは異なる第2噴射タイミングFIT2を選択し、以後は第2噴射タイミングFIT2に従って燃料噴射が行われるようにする。
即ち、各気筒の噴射タイミングを、噴射毎に第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2とに交互に切り替える。
尚、第2噴射タイミングFIT2の噴射終了時期は、吸気バルブ4の開弁中であって、吸気バルブ4を通過する吸気の流速が最も速くなる時期付近に設定することが好ましい。このように噴射終了時期を設定すれば、吸気流れを利用して燃料付着を可及的に少なくできる。
このため、前回の付着燃料に重なるように今回の噴射で新たな付着が発生することが抑制されるから、付着部位を広範囲としてかつ付着燃料の膜厚を薄くできる一方、同じタイミングで噴射が行われる間隔が噴射間隔の2倍になって、その間で付着燃料からの気化が進むことで、平衡付着量を低減できる。
第1噴射タイミングFIT1では、吸気バルブ4の閉弁中に燃料を噴射し、吸気通路2中に吸気の流れがない状態で噴射が行われることになるため、燃料噴射弁3から噴射された燃料噴霧は、略そのまま直進し、例えば、図4(A)に示すように、吸気バルブ4の傘部の全体や、吸気通路2の下流端(ピストンに近い側)の内壁などに付着する。
このように、排気行程噴射となる第1噴射タイミングFIT1と、吸気行程噴射となる第2噴射タイミングFIT2とは、噴射中における吸気流れの有無などによって、燃料が付着する部位に違いが生じる。
換言すれば、噴射タイミングを切り替えることで、燃料が付着する部位が分散し、分散することで、付着燃料の膜厚を薄くでき、膜厚が薄いことで気化し易くなると共に、再度の付着までの時間を長く確保し、この長い時間で付着部位から燃料が気化するので、平衡付着量を少なくできる。
従って、第1噴射タイミングFIT1での噴射と第2噴射タイミングFIT2での噴射とを1サイクル毎(噴射毎)に交互に切り替えれば、第1噴射タイミングFIT1で噴射を毎回行わせる場合に比べて、同じ部位に対する時間当たりの付着量が少なくなり、かつ、気化時間をより長く確保でき、平衡付着量を低減できる。
そして、平衡付着量を低減できれば、過渡運転に伴う平衡付着量の変化が少なくなって、平衡付着量の変化に影響される空燃比変動が抑制される結果、過渡運転時の排気性状の悪化を抑制できる。
図5のフローチャートは、複数サイクル毎に第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2とに交互に切り替える、噴射タイミングの切り替え制御を示す。
まず、ステップS201では、サイクル数を計数するカウンタCNTを1だけ増大させ、次のステップS202では、ステップS201で増大させたカウンタCNTの値が設定値SLになっているか否かを判断する。
ステップS202で、カウンタCNTの値が設定値SLに達していないと判断されると、そのまま本ルーチンを終了させることで、前回までの噴射タイミングを、切り替えることなくそのまま継続して用いるようにする。
そして、それまで第1噴射タイミングFIT1で噴射が行われていた場合には、ステップS204へ進み、噴射タイミングを第2噴射タイミングFIT1に切り替える。
噴射タイミングの切り替えを行った場合には、更にステップS206へ進み、カウンタCNTを零にリセットする。
従って、設定値SL=2とすれば、2サイクル毎に噴射タイミングが切り替えられ、図6に示すように、第1噴射タイミングFIT1での噴射を2回連続して行った後に、第2噴射タイミングFIT2に切り替えて2回連続で噴射を行わせることを繰り返すことになる。
上記のように、噴射タイミングを複数サイクル毎に切り替えるようにすれば、同じ噴射タイミングでの噴射が連続するものの、その後に別の噴射タイミングでの噴射が連続して行われる間で、付着した燃料が気化することで、平衡付着量の低下を図ることができる。
また、図7のフローチャートは、設定時間毎に第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2とに交互に切り替える、噴射タイミングの切り替え制御を示す。
図7のフローチャートに示すルーチンは、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行される。
次の302では、タイマTMの値が設定時間TSLになっているか否かを判断する。
ステップS302で、タイマTMの値が設定時間SLに達していないと判断されると、そのまま本ルーチンを終了させることで、前回までの噴射タイミングを、切り替えることなくそのまま継続して用いるようにする。
そして、それまで第1噴射タイミングFIT1で噴射が行われていた場合には、ステップS304へ進み、噴射タイミングを第2噴射タイミングFIT2に切り替える。
噴射タイミングの切り替えを行った場合には、更にステップS306へ進み、タイマTMを零にリセットする。
ここで、設定時間TSLが長いと、同じ噴射タイミングでの噴射が繰り返され、同じ部位に対する付着量が多くなって気化し難くなるため、設定時間TSLは、燃料噴射弁3の噴霧角、噴霧粒径、吸気通路2に対する配置などのエンジン特性に応じて、平衡付着量を許容量未満に抑制できる値として予め適合する。
また、前述の噴射タイミングの切り替え制御では、噴射タイミングを第1噴射タイミングFIT1と、第2燃料噴射タイミングFIT2との2種類に切り替えるが、3種類以上に切り替え、付着部位の更なる分散を図ることができる。
図8において、第1噴射タイミングFIT1及び第2噴射タイミングFIT2は、図2,5,7のフローチャートに示した噴射タイミングの切り替え制御に用いたタイミングと同じである。即ち、第1噴射タイミングFIT1は、吸気バルブ4の閉弁中に噴射が終了する排気行程噴射であり、第2噴射タイミングFIT2は、吸気バルブ4の開弁中に噴射が終了する吸気行程噴射であって、噴射終了時期を、吸気バルブ4を通過する吸気の流速が最も速くなる時期付近に設定した噴射タイミングである。
また、第4噴射タイミングFIT4は、吸気バルブ4が吸気TDCよりも進角した位置で開弁する場合に、吸気下死点BDC付近を噴射終了時期とする噴射タイミングであり、吸気通路2内の吸気の流れが殆ど無くなる時期に噴射されるため、図9(B)に示すように、第3噴射タイミングでの噴射した場合(図4(B)参照)と略同様な付着特性を示す。
上記第1噴射タイミングFIT1〜第4噴射タイミングFIT4を周期的に切り換える場合、例えば、設定サイクル数毎又は設定時間毎に、第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第3噴射タイミングFIT3→第4噴射タイミングFIT4→第1噴射タイミングFIT1・・・と順次切り替える。
そして、切り替える噴射タイミングの種類を増やすことで、より広範囲に分散して燃料を付着させることが可能となり、平衡付着量の更なる低減を図ることが可能である。
ここで、第1噴射タイミングFIT1での排気行程噴射では、燃料噴霧が吸気通路2内に広く付着するが、エンジン1の暖機後であれば、エンジン1(吸気通路2)の熱を利用して付着燃料の気化を促進させることができるため、第1噴射タイミングFIT1での噴射を頻繁に行わせても平衡付着量の低減が可能である。
そこで、第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2との間で切り替える場合に、エンジン1(吸気通路2)の温度に応じて、噴射タイミングの切り替えパターンを変更することで、平衡付着量の低減効果を可及的に大きくすることができる。
図10のフローチャートに示すルーチンは、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行され、まず、ステップS401では、冷却水温度TWが、設定温度TWSLよりも高いか否かを判断する。
従って、ステップS401で、冷却水温度TWが設定温度TWSLよりも高いと判断した場合には、ステップS402へ進んで、第1噴射タイミングFIT1での噴射の頻度がより高い、切り替えパターンXを選択し、切り替えパターンXに従って第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2との間での切り替えを行わせる。
一方、ステップS401で、冷却水温度TWが設定温度TWSL以下であると判断した場合には、ステップS403へ進み、第1噴射タイミングFIT1での噴射の頻度がより低い、切り替えパターンYを選択し、切り替えパターンYに従って第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2との間での切り替えを行わせる。
尚、上記の切り替えパターンの選択制御では、温度領域を、設定温度TWSLを境に、設定温度TWSLよりも高い温度領域と設定温度TWSL以下である温度領域とに2分したが、設定温度TWSLよりも低い設定温度TWSLLに基づき、設定温度TWSL以下の温度領域を高い側と低い側とに2分することで、温度領域を高中低の3領域に分けることができ、更に、温度領域を4領域以上に区分することができる。
切り替えパターンZは、例えば、1サイクル毎に、第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第2噴射タイミングFIT2→第2噴射タイミングFIT2→第1噴射タイミングFIT1→・・・と順次切り替えるパターンであり、第2噴射タイミングFIT2での噴射を3回挟んで第1噴射タイミングFIT1での噴射を繰り返すことで、第1噴射タイミングFIT1での噴射の頻度を、切り替えパターンYよりも更に低くする。
そして、上記切り替えパターンの選択制御では、エンジン1(吸気通路2)の温度が低いほど、第2噴射タイミングFIT2での噴射の連続回数を多くして、第1噴射タイミングFIT1での噴射の頻度を低くしている。
そこで、第2噴射タイミングFIT2での噴射の連続回数を多くして、第1噴射タイミングFIT1での噴射から次に第1噴射タイミングFIT1で噴射させるまでの間隔を長くし、その間で付着燃料の気化が進んで、第1噴射タイミングFIT1による噴射での付着部位における付着量の増大を抑制する。
従って、低温時に第1噴射タイミングFIT1での噴射頻度を低くすれば、低温時に平衡付着量が増えてしまうことを抑制できる。
例えば、第1噴射タイミングFIT1、第2噴射タイミングFIT2、第3噴射タイミングFIT3の3種類に切り替える場合に、エンジン1(吸気通路2)の温度が高い場合には、例えば、1サイクル毎に、第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第3噴射タイミングFIT3→第1噴射タイミングFIT1・・・と順次切り替え、低温時には、1サイクル毎に、第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第2噴射タイミングFIT2→第3噴射タイミングFIT3→第1噴射タイミングFIT1・・・と順次切り替えることで、第1噴射タイミングFIT1による噴射の頻度を低下させることができる。
また、噴射タイミングの切り替えパターンの変更を、エンジン1の運転条件(エンジン負荷及び/又はエンジン回転速度)に応じて行わせることで、平衡付着量の安定的低減を図ることができる。
図11のフローチャートに示すルーチンは、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行され、まず、ステップS501では、そのときのエンジン負荷(基本噴射パルス幅TP)及びエンジン回転速度NEが、高負荷側の運転領域αに該当するか、低中負荷側の運転領域βに該当するかを判断する。
そのときのエンジン負荷及びエンジン回転速度NEが運転領域αに該当し、エンジン1が高負荷域で運転されている場合には、ステップS503へ進み、切り替えパターンX1を選択し、切り替えパターンX1に従って第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2との間での切り替えを行わせる。
高負荷側では、1回当たりの噴射量(噴射時間)が多くなり、平衡付着量も増大する傾向となるので、同じ噴射タイミングでの噴射が連続することがないように、1サイクル毎に噴射タイミングを切り替え、平衡付着量を低減させる。
切り替えパターンX2は、1サイクル毎に、第1噴射タイミングFIT1→第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第2噴射タイミングFIT2→第1噴射タイミングFIT1→第1噴射タイミングFIT1→・・・と順次切り替えるパターンである。
ここで、高負荷側で、1サイクル毎に、第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第3噴射タイミングFIT3→第1噴射タイミングFIT1→・・・と順次切り替え、3種類の噴射タイミングを均等に用いることで、平衡付着量を低下させる一方、低中負荷側では、1サイクル毎に、第1噴射タイミングFIT1→第2噴射タイミングFIT2→第1噴射タイミングFIT1→・・・と順次切り替え、2種類の噴射タイミングを均等に用いることで、演算負荷を軽減しつつ平衡付着量を低下させることができる。
また、噴射タイミングの切り替えパターンを、内部EGR量(バルブオーバーラップ期間)に応じて変更することで、平衡付着量をより一層低減させることが可能である。
そして、内部EGRは燃焼温度を低下させるから、エンジン1からのNOx排出量が低減し、また、未燃ガスの再吸入、再燃焼によって、エンジン1からのHC排出量を低減する。
従って、バルブオーバーラップ期間が長く内部EGR量が多い場合には、吹き戻しの燃焼ガスと燃料噴霧とが混じる噴射タイミングをより高い頻度で用いることで、平衡付着量を更に低減することが可能である。
図12のフローチャートは、内部EGR量に応じて噴射タイミングの切り替えパターンを変更する制御を示す。
吸気バルブ4のバルブタイミングを可変とする吸気側可変バルブタイミング機構41と、排気バルブ7のバルブタイミングを可変とする排気側可変バルブタイミング機構42とを備えたエンジン1では、吸気バルブ4のバルブタイミング(開時期)が進角するほど、また、排気バルブ7のバルブタイミング(閉時期)が遅角するほど、バルブオーバーラップ期間が長くなり、内部EGR量が多くなる。
ステップS602では、バルブオーバーラップ期間(内部EGR量)が、最小領域に該当しているか否かを判別し、バルブオーバーラップ期間(内部EGR量)の最小領域であれば、ステップS603へ進み、切り替えパターンXを選択し、切り替えパターンXに従って第1噴射タイミングFIT1と第2噴射タイミングFIT2との間での切り替えを行わせる。
一方、ステップS602でバルブオーバーラップ期間(内部EGR量)の最小領域に該当していないと判断すると、ステップS604へ進み、バルブオーバーラップ期間(内部EGR量)の中間領域に該当しているか否かを判別し、バルブオーバーラップ期間(内部EGR量)の中間領域であれば、ステップS605へ進み、切り替えパターンXEGR1を選択し、切り替えパターンXEGR1に従って、第1噴射タイミングFIT1、第2噴射タイミングFIT2、第5噴射タイミングFIT5の間で、噴射タイミングを切り替える。
また、ステップS604で、バルブオーバーラップ期間(内部EGR量)の中間領域に該当していないと判別した場合は、残る最大領域に該当しているものと判別して、ステップS606へ進み、切り替えパターンXEGR2を選択し、切り替えパターンXEGR2に従って、第1噴射タイミングFIT1、第2噴射タイミングFIT2、第5噴射タイミングFIT5の間で、噴射タイミングを切り替える。
第5噴射タイミングFIT5は、前述のように、吸気バルブ4の開時期IVO付近を噴射終了時期とするタイミングであり、開時期IVO直前に噴射された燃料は、吸気バルブ4の開弁に伴って吸気通路2内に吹き戻される燃焼ガスによって気化が促進される。
一方、内部EGR量が少ない場合では、第5噴射タイミングFIT5で噴射した燃料を、吹き戻しの燃焼ガスで十分に気化させることができず、また、第5噴射タイミングFIT5による燃料噴射では、第1噴射タイミングFITでの噴射で燃料が付着する部位に近い部位に燃料が付着することになるため、第5噴射タイミングFIT5を周期的に実施しても平衡付着量は殆ど軽減できない。
このように、第5噴射タイミングFIT5は、内部EGRによって気化を促進できる噴射タイミングであり、内部EGR量が多く、十分に気化を促進できる場合に、第5噴射タイミングFIT5での噴射を周期的に実施すれば、第5噴射タイミングFIT5で噴射した燃料は気化して吸気通路2に対する付着量が少なく、かつ、他の噴射タイミングで噴射された燃料の気化時間を長くして、平衡付着量をより低減できる。
また、冷却水温度TW、エンジン負荷、エンジン回転速度、内部EGR量などのエンジン1の運転条件を複数組み合わせて、噴射タイミングの切り替えパターンを選択することができる。
以上、好ましい実施形態を具体的に説明したが、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
(イ)請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
噴射タイミングの切り替えパターンを複数備え、前記内燃機関の運転条件に応じて、切り替えパターンを選択する、内燃機関の燃料噴射制御装置。
上記発明によると、内燃機関の運転条件に基づき、平衡付着量の低減により適切な切り替えパターンを選択することができ、運転条件が変化しても、安定して平衡付着量を低減できる。
前記内燃機関の運転条件として、機関温度、機関負荷、機関回転速度、内部EGR量のうちの少なくとも1つを含む、内燃機関の燃料噴射制御装置。
上記発明によると、機関温度による気化性能の違い、機関負荷,機関回転速度による付着量や気化時間の違い、内部EGR量による気化性能の違いなどに対応して、平衡付着量を低減できる切り替えパターンを選択できる。
前記内燃機関における内部EGR量に応じて切り替えパターンを選択し、かつ、吸気バルブの開時期付近を噴射終了時期とする噴射タイミングでの噴射頻度を、内部EGR量の増大に応じて多くする、内燃機関の燃料噴射制御装置。
上記発明によると、吸気バルブの開時期付近を噴射終了時期とする噴射タイミングで噴射された燃料は、吸気通路に吹き戻す内部EGRによって気化されるので、内部EGR量が多い場合にこの噴射タイミングでの噴射頻度を多くすることで、平衡付着量を低減できる。
前記内燃機関の温度に応じて切り替えパターンを選択し、かつ、吸気バルブの開弁中に噴射が終了する噴射タイミングでの噴射頻度を、前記内燃機関の温度の低下に応じて多くする、内燃機関の燃料噴射制御装置。
上記発明によると、吸気バルブの開弁中に噴射が終了する噴射タイミングでは、吸気の流れに燃料噴霧が乗るため、吸気通路の内壁などへの燃料付着量が、吸気バルブの閉弁中に噴射が終了する噴射タイミングで噴射する場合よりも少なくなるので、内燃機関の温度が低く、付着燃料の気化性能が低下する条件で、吸気バルブの開弁中に噴射が終了する噴射タイミングでの噴射頻度を多くすることで、平衡付着量を低減できる。
前記内燃機関の負荷に応じて切り替えパターンを選択し、かつ、前記内燃機関の負荷の増大に応じて、同じ噴射タイミングでの連続噴射回数を低下させる、内燃機関の燃料噴射制御装置。
上記発明によると、内燃機関の高負荷域では、燃料噴射量が多くなって、気化時間が短くなるので、噴射タイミングをより頻繁に切り替えて、付着量の低減及び付着部位の分散を図り、平衡付着量を低減する。
設定サイクル数毎、又は、設定時間毎に噴射タイミングを切り替える、内燃機関の燃料噴射制御装置。
上記発明によると、サイクル数又は時間で、噴射タイミング切り替えの間隔を設定し、平衡付着量を低減できる間隔で、噴射タイミングを順次切り替える。
Claims (2)
- 吸気通路に燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁の噴射タイミングを周期的に切り替える、内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記噴射タイミングとして、吸気バルブの閉弁中に噴射が終了する第1噴射タイミングと、前記吸気バルブの開弁中に噴射が終了する第2噴射タイミングとを含む、請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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