JP2013151942A

JP2013151942A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2013151942A
Application number: JP2013079834A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Miyamoto; 勝彦宮本; Takashi Kawabe; 敬川辺; Kiyotaka Hosono; 清隆細野; Taketoshi Hirata; 健敏平田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: JP5867441B2

Abstract

【課題】空燃比フィードバック制御を最適に改良し、燃費低減、ＣＯ_２、ＨＣ排出量の削減、車両の走行性、操縦性を常に最良の状態に維持できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の運転状態に応じて、吸気路噴射インジェクタ１２のみによる燃料噴射と、吸気路噴射インジェクタと筒内噴射インジェクタ１１とによる燃料噴射との分担率を決定する分担率決定手段と、空燃比センサ２３の出力に基づき燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段とを有する。空燃比フィードバック制御手段は、吸気路噴射インジェクタのみにより燃料が噴射されているときに吸気路噴射インジェクタの燃料噴射量の最適値である第１の最適値を学習し、吸気路噴射インジェクタと筒内噴射インジェクタとにより燃料が噴射されているときに第１の最適値を用いて筒内噴射インジェクタの燃料噴射量の最適値である第２の最適値を学習する。
【選択図】図１

Description

この発明は、一気筒に対し複数のインジェクタを有する内燃機関の制御装置に関する。

筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射インジェクタ、および吸気路に燃料を噴射する吸気路燃料噴射インジェクタと複数のインジェクタを有する内燃機関では、筒内燃料噴射および吸気路燃料噴射をエンジン回転数や負荷に応じた所定の分担率で実行するとともに、噴射燃料と吸込み空気との混合気が理論空燃比となるよう空燃比フィードバック制御を行う（例えば特許文献１）。

特開２００５−３０７７５６号公報

空燃比フィードバック制御の要素としてフィードバック補正係数があり、そのフィードバック補正係数が固定のままでは、車両状態や環境の変化などにより、最適な空燃比フィードバック制御が困難となる。結果として、燃費の悪化、ＣＯ_２（二酸化炭素）排出量の増加、ＨＣ（炭化水素）排出量の増加、車両の走行性および操縦性の悪化を招いてしまう。そこでインジェクタ毎のフィードバック補正係数を学習するため、各インジェクタを単独噴射させて学習の機会を設定する必要がある。しかしながら、フィードバックの補正係数を学習する運転状態が、各インジェクタの単独噴射に適切なものであるとは限らない。したがって、この学習のために一時的に燃費の悪化、ＣＯ_２（二酸化炭素）排出量の増加、ＨＣ（炭化水素）排出量の増加、車両の走行性および操縦性の悪化等を招いてしまうこととなる。

この発明は、上記事情を考慮したもので、その目的は、各インジェクタの単独噴射を行わずとも空燃比フィードバック制御の学習を最適に行うことができ、これにより燃費の低減、ＣＯ_２排出量の削減、ＨＣ排出量の削減、車両の走行性および操縦性などの改善が図れる内燃機関の制御装置を提供することである。

請求項１に係る発明の内燃機関の制御装置は、吸気路に燃料を噴射するための吸気路噴射インジェクタと筒内に燃料を噴射するための筒内噴射インジェクタとを備えた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記吸気路噴射インジェクタのみによる燃料噴射と、前記吸気路噴射インジェクタと前記筒内噴射インジェクタとによる燃料噴射との分担率を決定する分担率決定手段と、空燃比センサの出力に基づき燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段とを有する。空燃比フィードバック制御手段は、前記吸気路噴射インジェクタのみにより燃料が噴射されているときに前記吸気路噴射インジェクタの燃料噴射量の最適値である第１の最適値を学習し、前記吸気路噴射インジェクタと前記筒内噴射インジェクタとにより燃料が噴射されているときに前記第１の最適値を用いて前記筒内噴射インジェクタの燃料噴射量の最適値である第２の最適値を学習する。

この発明の内燃機関の制御装置によれば、一気筒に対し複数あるインジェクタの学習を特別な運転状態にすることなく行えるため、迅速にかつ燃費、ＣＯ２排出量、ＨＣ排出量等の抑制、または車両走行性または操縦性を低下させることなくフィードバック制御の学習を行える。

一実施形態の構成を示す図。一実施形態の作用を説明するためのフローチャート。一実施形態におけるフィードバック補正係数の変化を示す図。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１において、１は内燃機関で、シリンダ２、ピストン３、点火プラグ４、吸気弁５、排気弁６を有し、ピストン３の下降により、シリンダ２内の燃焼室に、吸気ポート７および吸気弁５を通して空気を吸込む（吸気行程）。

吸気ポート７には、吸気量を検知するエアーフローメータ２１を設けるとともに、吸気量を決定するスロットル弁２２を設けている。また、シリンダ２内の燃焼室に臨む状態に筒内噴射インジェクタ１１を設けるとともに、吸気ポート７の吸気路に臨む状態に吸気路噴射インジェクタ１２を設けている。筒内噴射インジェクタ１１は、燃焼室に燃料を噴射する。吸気路噴射インジェクタ１２は、吸気路内の吸気弁５に向けて燃料を噴射する。

筒内噴射インジェクタ１１が噴射する燃料は、燃焼室内で、吸気路および吸気弁５からの吸込み空気と混合される。吸気路噴射インジェクタ１２が噴射する燃料は吸気路内の吸込み空気と混合され、その混合気が吸気弁５を介して燃焼室内に供給される。

これら混合気はピストン３の上昇によって圧縮され（圧縮行程）、その圧縮混合気が点火プラグ４の火花により着火して燃焼・爆発する（燃焼行程）。この燃焼・爆発によってピストン３が再び下降し、上記動作が繰り返される。燃焼・爆発によって生じるガスは、排気弁６および排気ポート８を通って排出される（排気行程）。

排気ポート８には、排気弁６を経た排出ガスの空燃比を検知する空燃比センサ２３を設けるとともに、その排出ガスを浄化する触媒２４を設けている。

３０は燃料タンクで、燃料を送り出すためのフィードポンプ３１を有する。このフィードポンプ３１から燃料パイプ３２に燃料が送り出され、その燃料が燃料パイプ３２、分岐パイプ３２ａ、およびその分岐パイプ３２ａ上の高圧ポンプ３３によって筒内噴射インジェクタ１１に供給される。また、燃料パイプ３２内の燃料が分岐パイプ３２ｂによって筒内噴射インジェクタ１１に供給される。

一方、制御部であるＥＣＵ４０に、インジェクタ１１，１２、上記エアーフローメータ２１、スロットル弁２２、空燃比センサ２３、フィードポンプ３１、高圧ポンプ３３、点火コイル４１、クランク角センサ４２、冷却水温センサ４３、アクセル開度センサ４４などが接続される。

点火コイル４１は、上記点火プラグ４に点火用の駆動電圧を供給する。クランク角センサ４２は、上記ピストン３の上下動に連動するクランクの角度を検知する。冷却水温センサ４３は、内燃機関１の冷却水温度を検知する。アクセル開度センサ４４は、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）を検知する。

そして、ＥＣＵ４０は、内燃機関１の制御に関する主要な機能として次の（１）〜（７）の手段を有する。
（１）クランク角センサ４２の検知角度から内燃機関１の回転数Ｎｅを検出（算出）する回転数検出手段。

（２）アクセル開度センサ４４の検知開度およびエアーフローメータ２１の検知量から内燃機関１の負荷Ｌを検出する負荷検出手段。

（３）筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射と吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射の分担率を上記検出される回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに応じて決定する分担率決定手段。

（４）上記検出される回転数Ｎｅおよび負荷Ｌが予め定められた空燃比フィードバック制御域に入っているか否かを判定する判定手段。

（５）上記判定手段の判定結果が肯定の場合に、空燃比センサ２３で検知される空燃比が理論空燃比となるよう、インジェクタ１１，１２の一方または両方の燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段。

（６）上記判定手段の判定結果が肯定の場合に、かつ所定の学習タイミングに際し、吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射のみを行い空燃比フィードバック制御の比例補正（Ｐ１）と積分補正（Ｉ１）を実行しながら、その比例補正係数Ｋｐ１と積分補正係数Ｋｉ１の最適値を学習して更新記憶する第１学習手段。所定の学習タイミングとは、例えば、予め定められている一定時間のことである。

（７）上記の第１学習手段の学習が完了した後、吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射および筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射を行い、吸気路噴射インジェクタ１２を第１学習手段で学習した比例補正係数Ｋｐ１で空燃比フィードバック制御し、かつ筒内噴射インジェクタ１１の空燃比フィードバック制御の積分補正（Ｉ２）を実行しながら、その積分補正係数Ｋｉ２の最適値を学習して更新記憶する第２学習手段。

つぎに、図２のフローチャートを参照しながら作用について説明する。
クランク角センサ４２の検知角度から回転数Ｎｅが検出され（ステップ１０１）、アクセル開度センサ４４の検知開度およびエアーフローメータ２１の検知量から負荷Ｌが検出される（ステップ１０２）。そして、筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射と吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射の分担率が、上記検出された回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに応じて決定される（ステップ１０３）。この場合、分担率決定用の条件データがＥＣＵ４０の内部メモリに格納されており、その条件データが回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに基づいて参照されることにより、分担率が決定される。基本的には、低負荷では吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射を行い、高負荷では筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射と吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射の両方を行う。これは、筒内噴射インジェクタ１１から噴射された燃料が吸気路に付着することなく空気中の熱により気化するため充填効率が向上して高負荷運転に有利となる。

また、回転数Ｎｅおよび負荷Ｌが予め定められた空燃比フィードバック制御域に入っているか否かが判定される（ステップ１０５）。この判定結果が否定であれば（ステップ１０５のＮＯ）、インジェクタ１１，１２の一方または両方の燃料噴射に関わる空燃比のオープンループ制御が実行される（ステップ１０６）。つまり、空燃比フィードバック制御は実行されない。

上記判定結果が肯定であれば（ステップ１０５のＹＥＳ）、つまり回転数Ｎｅおよび負荷Ｌが空燃比フィードバック制御域に入っていれば、空燃比センサ２３で検知される空燃比が理論空燃比となるよう、インジェクタ１１，１２の一方または両方の燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御が実行される（ステップ１０７）。

この筒内噴射インジェクタ１１と吸気路噴射インジェクタ１２の両方のインジェクタで燃料噴射を行う際の空燃比フィードバック制御のフィードバック補正係数Ｋの変化を図３に示す。すなわち、吸気路噴射インジェクタ１２の燃料噴射に際しては空燃比フィードバック制御の比例補正（Ｐ１）が実行され、空燃比がリッチからリーンに反転した際に、フィードバック補正係数Ｋが比例補正係数Ｋｐ１の分だけ増加される。空燃比がリーンからリッチに反転すると、フィードバック補正係数Ｋが比例補正係数Ｋｐ１の分だけ減少される。

一方、筒内噴射インジェクタ１１の燃料噴射に際しては空燃比フィードバック制御の積分補正（Ｉ）が実行され、空燃比がリッチの場合に、フィードバック補正係数Ｋが積分補正係数Ｎｘの分だけ減少される。空燃比がリーンであれば、フィードバック補正係数Ｋが積分補正係数Ｎｘの分だけ増加される。

空燃比フィードバック制御域に入っていて（ステップ１０５のＹＥＳ）かつ所定の学習タイミングが巡ってくると（ステップ１０８のＹＥＳ）、吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射のみ実行され（ステップ１０９）、その吸気路燃料噴射に関わる空燃比フィードバック制御の比例補正（Ｐ１）と積分補正（Ｋ１）が実行される（ステップ１００）。そして、この吸気路燃料噴射および比例補正（Ｐ１），積分補正（Ｋ１）が実行された状態で、比例補正（Ｐ１）の比例補正係数Ｋｐ１の最適値と積分補正（Ｋ１）の積分補正係数Ｋｉ１が学習される（ステップ１１１）。

比例補正係数Ｋｐ１と積分補正係数Ｋｉ１の最適値の学習が完了すると（ステップ１１２のＹＥＳ）、その最適値が吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射および筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射の両方が実行されるときの吸気路噴射インジェクタ１２の比例補正係数Ｋｐ１としてＥＣＵ４０内の内部メモリに更新記憶される（ステップ１１３）。

続いて、吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射および筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射の両方が実行される（ステップ１１４）。これに伴い、吸気路燃料噴射に関わる空燃比フィードバック制御の比例補正（Ｐ１）が実行されるとともに（ステップ１１５）、筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射に関わる空燃比フィードバック制御の積分補正（Ｉ２）が実行される（ステップ１１６）。

この状態で、積分補正（Ｉ２）の積分補正係数Ｋｉ２の平均値が算出される（ステップ１１８）。そして、この平均値の算出に必要な所定時間が経過すると、算出完了との判断の下に（ステップ１１７のＹＥＳ）、算出された平均値から、積分補正係数Ｋｉ２の最適値が求められる（ステップ１１９）。求められた最適値は、吸気路噴射インジェクタ１２の吸気路燃料噴射および筒内噴射インジェクタ１１の筒内燃料噴射の両方が実行されるときの筒内噴射インジェクタ１１の積分補正係数Ｋｉ２としてＥＣＵ４０内の内部メモリに更新記憶される（ステップ１２０）。

以上のように、単独で燃料噴射を行う吸気路噴射インジェクタ１２の比例補正係数Ｋｐ１と積分補正係数Ｋｉ１の最適値を学習し、続いて吸気路噴射インジェクタ１２および筒内噴射インジェクタ１１で燃料噴射を行う際に吸気路噴射インジェクタ１２の空燃比フィードバック制御を比例補正係数Ｋｐ１で行い、筒内噴射インジェクタ１１の積分補正係数Ｋｉ２の最適値を学習することにより、低負荷時の吸気路噴射インジェクタ１２による燃料噴射では学習された比例補正係数Ｋｐ１と積分補正係数Ｋｉ１、高負荷時の吸気路噴射インジェクタ１２および筒内噴射インジェクタ１１の燃料噴射では学習された比例補正係数Ｋｐ１と積分補正係数Ｋｉ２で空燃比フィードバック制御を車両状態や環境の変化などにかかわらず常に最適な状態に維持することができる。よって、燃費の低減、ＣＯ_２排出量の削減、ＨＣ排出量の削減、車両の走行性および操縦性などの改善が図れる。

また、学習のために筒内噴射インジェクタ１１の単独での燃料噴射を行わなくてもよいので、筒内噴射インジェクタ１１を吸気路噴射インジェクタ１２のアシストとして使用する内燃機関においては、筒内噴射インジェクタ１１の単独燃料噴射という特別な運転状態を設定する必要がなく、車両走行性または操縦性を低下させることなくフィードバック制御の学習を行える。

なお、１つのシリンダについてのみ説明したが、複数のシリンダを有する場合にも同様に実施可能である。その他、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

１…内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…点火プラグ、５…吸気弁、６…排気弁、７…吸気ポート、８…排気ポート、１１…筒内噴射インジェクタ、１２…吸気路噴射インジェクタ、２１…エアーフローメータ、２２…スロットル弁、２３…空燃比センサ、２４…触媒、４０…ＥＣＵ（制御部）、４１…点火コイル、４２…クランク角センサ、４３…冷却水温センサ、４４…アクセル開度センサ

Claims

吸気路に燃料を噴射するための吸気路噴射インジェクタと筒内に燃料を噴射するための筒内噴射インジェクタとを備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記吸気路噴射インジェクタのみによる燃料噴射と、前記吸気路噴射インジェクタと前記筒内噴射インジェクタとによる燃料噴射との分担率を決定する分担率決定手段と、
空燃比センサの出力に基づき燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段とを有し、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記吸気路噴射インジェクタのみにより燃料が噴射されているときに前記吸気路噴射インジェクタの燃料噴射量の最適値である第１の最適値を学習し、
前記吸気路噴射インジェクタと前記筒内噴射インジェクタとにより燃料が噴射されているときに前記第１の最適値を用いて前記筒内噴射インジェクタの燃料噴射量の最適値である第２の最適値を学習する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記分担率決定手段は、前記内燃機関の低負荷運転時には前記吸気路噴射インジェクタにより噴射し、高負荷運転時には前記吸気路噴射インジェクタと前記筒内噴射インジェクタとで噴射することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。