JP2013124577A

JP2013124577A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2013124577A
Application number: JP2011273339A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyashita; 茂樹宮下; Takakiyo Natori; 孝恭名取
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-24

Abstract

【課題】この発明は、筒内噴射弁による分割噴射時の残留磁気の影響を低減し、噴射制御の精度を向上させることの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。
【解決手段】筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、１燃焼サイクル中に前記筒内噴射弁により燃料を１回噴射する第１噴射モードと、複数回噴射する第２噴射モードとを、運転状態に応じて変更する噴射モード変更手段とを備える。前記第２噴射モードにおいて要求燃圧に応じて設定される前記筒内噴射弁のピーク電流は、前記第１噴射モードにおいて前記要求燃圧に応じて設定されるピーク電流よりも低い。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、エンジン回転数が比較的低い領域において、高負荷になるほど燃料を噴射する際の分割数を増大させる内燃機関の燃料噴射制御装置が開示されている。

特開２０１１−０５２６７０号公報特開２００８−２９１７７８号公報特開２０１１−０３２９２２号公報特開２００５−２０１０９１号公報特開２００１−３４２８８３号公報特開２００５−２５６６３０号公報

通常、低負荷で要求燃圧が低い場合、筒内噴射弁のピーク電流は低い値に設定される。一方、高負荷で要求燃圧が高い場合、ピーク電流は高い値に設定される。上記構成のように１燃焼サイクル中に複数回燃料噴射を実施する場合、噴射間隔が短いため、前回噴射した際に生じた残留磁気が影響しやすい。通常通りに高い要求燃圧に応じた高いピーク電圧を設定すると、残留磁気の影響により、インジェクタの閉弁性が悪化する。インジェクタの閉弁性が悪化すれば、電流値に対する噴射量のリニアリティが悪化する。その結果、２回目以降の噴射制御の精度が低下するおそれがある。特に、燃料噴射量が多い高負荷ほど必要な噴射期間が長くなるため、噴射制御の自由度が狭くなる。そのため、ピストンアタック、バルブアタック、燃焼悪化領域を避けた好適な噴射制御が難しくなる。分割噴射時には、各噴射の残留磁気の影響を考慮し一定以上の噴射間隔を設ける必要があるが、この噴射間隔を極力短くできることが望まれる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内噴射弁による分割噴射時の残留磁気の影響を低減し、噴射制御の精度を向上させることの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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、
１燃焼サイクル中に前記筒内噴射弁により燃料を１回噴射する第１噴射モードと、複数回噴射する第２噴射モードとを、運転状態に応じて変更する噴射モード変更手段と、を備え、
前記第２噴射モードにおいて要求燃圧に応じて設定される前記筒内噴射弁のピーク電流は、前記第１噴射モードにおいて前記要求燃圧に応じて設定されるピーク電流よりも低いことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
燃焼室に向けて吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、
前記第２噴射モードにおける前記筒内噴射弁と前記ポート噴射弁との吹き分け比率及び、前記筒内噴射弁による噴射回数や噴射時期を、運転状態に応じて制御する制御手段と、を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、筒内噴射弁による分割噴射時の残留磁気の影響を低減させることができ、インジェクタの閉弁性が向上する。インジェクタの閉弁性が向上するため、電流値に対する噴射量のリニアリティが高まる。その結果、噴射制御の精度を向上させ、噴射間隔を短くすることが可能となる。

第２の発明によれば、ポート噴射弁と筒内噴射弁との吹き分け比率に応じた好適な分割噴射が可能となる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。ピーク電流制御時の筒内噴射弁１４のインジェクタ電流を示す図である。第１噴射モードと第２噴射モードとにおける等要求燃圧に対するピーク電流の違いについて説明するための図である。本発明における燃料噴射制御の具体例について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示す車両はガソリン等を燃料として用いる内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。エンジン１０は複数の気筒１２を有している。図１には、そのうち１つの気筒１２が表されている。エンジン１０には、気筒１２内に直接燃料を供給する筒内噴射弁１４と、気筒１２内の混合気に点火する点火プラグ１６が取付けられている。気筒１２内には、筒内を往復運動するピストン１８が設けられている。ピストン１８の往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ２０が設けられている。

気筒１２内の燃焼室２２には、吸気通路２４および排気通路２６が接続されている。吸気通路２４の上流部には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２８が設けられている。エアフローメータ２８の下流には、電子制御式のスロットルバルブ３０が設けられている。吸気通路２４の下流部には吸気ポート３２が形成されている。吸気通路２４の下流端には、吸気ポート３２と燃焼室２２との間を開閉する吸気バルブ３４が設けられている。吸気通路２４には、燃焼室２２に向けて吸気ポート３２内に燃料を噴射するポート噴射弁３５が取付けられている。また、排気通路２６の上流端には、排気通路２６と燃焼室２２との間を開閉する排気バルブ３６が設けられている。排気通路２６には、空燃比センサ３８が取付けられている。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述のクランク角センサ２０、エアフローメータ２８、空燃比センサ３８の他、エンジン冷却水の水温を取得するための水温センサ５２等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述の筒内噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットルバルブ３０、ポート噴射弁３５の他、筒内噴射弁１４に燃料を供給される燃料噴射圧を変更制御する燃圧変更装置５４、筒内噴射弁１４の電磁ソレノイドに供給される弁駆動用のピーク電流を変更制御するピーク電流変更装置５６等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。

ＥＣＵ５０は、筒内噴射弁１４が噴射すべき燃料噴射量を、１燃焼サイクル中に１回で噴射する第１噴射モードと、複数回に分けて分割噴射する第２噴射モードとを運転状態に応じて変更する噴射モード変更機能を備えている。一例として、ＥＣＵ５０は、水温センサ５２によりエンジン冷却水の水温を検出し、水温が所定値以下である場合には暖機前と判定する。暖機前と判定した場合には、第１噴射モードが選択され、暖機後と判定した場合には、第２噴射モードが選択される。また、ＥＣＵ５０は、運転状態に応じて、筒内噴射弁１４とポート噴射弁３５とによる総燃料噴射量の吹き分け率及び、筒内噴射弁１４による噴射回数や燃焼を考慮した噴射時期を制御する制御機能を備えている。

［実施の形態１における特徴的制御］
図２は、ピーク電流制御時の筒内噴射弁１４のインジェクタ電流を示す図である。噴射パルスＯＮ中にインジェクタ電流が供給される。ピーク電流を高く設定（Ｉｐ−１）すれば、噴射パルスＯＮ後、開弁までの応答性が向上する。しかしながら、残留磁気の影響によりインジェクタの閉弁性が悪化する。インジェクタの閉弁性が悪化するため、噴射制御の精度が悪化する。特に、高負荷において分割噴射をする場合に、一定の噴射間隔を確保することが難しくなり、噴射制御の精度が悪化しやすい。

一方、ピーク電流を低く設定（Ｉｐ−２）した場合には、開弁までの応答性は低下するものの、残留磁気の影響は小さくなる。そのため、噴射制御の精度を向上させることができる。特に、高負荷において分割噴射をする場合に、噴射間隔を短くすることが可能となり、分割噴射を精度高く実施することが可能となる。

図３は、第１噴射モードと第２噴射モードとにおける等要求燃圧に対するピーク電流の違いについて説明するための図である。ＥＣＵ５０は、吹き分け比率や負荷に応じて筒内噴射弁１４に供給される要求燃圧を決定し、要求燃圧と噴射モードに基づいてピーク電流を設定する。第１噴射モードにおいては、負荷が低負荷、中負荷、高負荷と大きくなるに従って、ピーク電流も大きく設定されている（実線６０）。一方、分割噴射を実施する第２噴射モードでは、同じ要求燃圧におけるピーク電流が第１噴射モードよりも低く設定されている（破線６２）。図３の例では、中負荷のピーク電流を低負荷時のピーク電流程度に設定する例が示されている。これは説明容易のための一例に過ぎず、高負荷において低負荷（Ｉｐ−２）乃至中負荷（Ｉｐ−１）のピーク電流程度に設定することとしてもよい。次に説明する図４に示す具体例では、高負荷において低ピーク電流化を図ることとしている。

図４は、本発明における燃料噴射制御の具体例について説明するための図である。まず、図４に示す各領域について説明する。ピストンウェット領域７０は、ピストンが吸気行程の上死点（吸気ＴＤＣ）近傍にあり、この領域で燃料噴射すればピストンに噴霧が衝突してしまう領域である。バルブ干渉・ボアウェット領域７２は、開弁中の吸気バルブ３４傘表面に拡散した噴霧が衝突し、衝突した噴霧がボアに衝突してしまう領域である。なお、筒内噴射弁１４は、扇状の噴霧（ファン噴霧）を噴射するスリットインジェクタである。燃焼改善領域７４は、吸気流の流速が低い領域であり筒内噴射弁１４による噴流で燃焼改善を図るように予め設計された領域である。なお、本実施形態のシステムでは吸気ＢＤＣ直前に設定されている。混合悪化領域７６は、吸気ＢＤＣ近傍で流速が低く吸気と噴霧とのミキシングが悪化する領域及び、圧縮ＴＤＣまでの時間が短いためミキシングが十分に図れない領域である。

図４に示す例において、低負荷及び中負荷時は、要求される噴射期間が短く、要求燃圧も低いため、分割噴射により、ピストンアタック、バルブアタック、混合悪化領域、ＷＩＴ（Worst Injection Timing）を回避した噴射制御が可能である。

しかしながら、高負荷において、通常通り、高い要求燃圧に応じた高いピーク電圧が設定されれば噴射制御の精度が悪化する。これは、高いピーク電圧による残留磁気の影響によりインジェクタの閉弁性が悪化し、分割噴射の２回目以降の噴射制御の精度が低下するためである。噴射制御の精度を維持するには一定噴射間隔を空ける必要があるが、燃料噴射量が多い高負荷では、必要な噴射期間が長くなるため、噴射制御の自由度が狭くなる。このままでは、８０に示すように、噴射期間がピストンウェット領域７０やバルブ干渉・ボアウェット領域７２に大きくかかり、ピストンアタックやバルブアタックを生じてしまう。

そこで、本発明では、特に高負荷での低ピーク電流化を図ることとした。本発明では、分割噴射を実施する第２噴射モードにおいて要求燃圧に応じて設定されるピーク電流を、第１噴射モードにおいて同じ要求燃圧に応じて設定されるピーク電流よりも低く設定することとした。

これにより、高負荷で要求燃圧が高い場合のピーク電流が通常よりも低く設定され、残留磁気の影響を小さくすることができる。残留磁気の影響を小さくすることで、インジェクタの開弁性が向上し、電流値に対するリニアリティが改善されるため、分割噴射時の２回目以降の噴射精度を向上させることができる。分割噴射時の噴射間隔を短くできるため、噴射制御の余裕度が向上し、噴霧のピストンアタック、バルブアタック、混合悪化領域、ＷＩＴを避けることができ、ＰＭ／ＰＮ低減にもつながる。

本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内噴射弁１４とポート噴射弁３５の両方を備えるエンジンには限定されない。少なくとも筒内噴射弁１４を備えるエンジンであればよい。

尚、上述した実施の形態１においては、筒内噴射弁１４が前記第１の発明における「筒内噴射弁」に、ポート噴射弁３５が前記第２の発明における「ポート噴射弁」に、ＥＣＵ５０が有する上述の噴射モード変更機能が前記第１の発明における「噴射モード変更手段」に、ＥＣＵ５０が有する上述の制御機能が前記第２の発明における「制御手段」に、それぞれ相当している。

１０エンジン
１２気筒
１４筒内噴射弁
１６点火プラグ
１８ピストン
２０クランク角センサ
２２燃焼室
２４吸気通路
２６排気通路
２８エアフローメータ
３０スロットルバルブ
３２吸気ポート
３４吸気バルブ
３５ポート噴射弁
３６排気バルブ
３８空燃比センサ
５０ＥＣＵ
５２水温センサ
５４燃圧変更装置
５６ピーク電流変更装置
７０ピストンウェット領域
７２バルブ干渉・ボアウェット領域
７４燃焼改善領域
７６混合悪化領域

Claims

筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、
１燃焼サイクル中に前記筒内噴射弁により燃料を１回噴射する第１噴射モードと、複数回噴射する第２噴射モードとを、運転状態に応じて変更する噴射モード変更手段と、を備え、
前記第２噴射モードにおいて要求燃圧に応じて設定される前記筒内噴射弁のピーク電流は、前記第１噴射モードにおいて前記要求燃圧に応じて設定されるピーク電流よりも低いこと、
を特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
燃焼室に向けて吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、
前記第２噴射モードにおける前記筒内噴射弁と前記ポート噴射弁との吹き分け比率及び、前記筒内噴射弁による噴射回数や噴射時期を、運転状態に応じて制御する制御手段と、
を更に備え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。