JP2013241924A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の気筒に設けた吸気弁に対し上流側に位置するように気筒への気体の導入路に配置された燃料噴射弁15を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、排気弁が開となる気筒の排気行程時に燃料噴射弁15から燃料を噴射させる燃料噴射弁制御部60と、気筒の圧縮時の筒内温度を推定するシリンダ内ガス温度算出部58と、シリンダ内ガス温度算出部58が算出した圧縮時の筒内温度が早期着火が発生すると予測される温度よりも高いと判定すると吸気弁が開となる気筒の吸気行程時に燃料噴射弁15から燃料を噴射させて当該気筒の筒内に燃料を供給するように燃料噴射弁制御部60が行う制御を変更する噴射制御内容決定部59とを有する。
【選択図】図2
Description
そして、早期着火の発生は、燃焼圧を上昇させるために、ピストン及びシリンダヘッドに深刻なダメージを与えることになる。
本発明の目的は、早期着火をより的確に予測するとともに、早期着火の発生を抑制するための吸気行程中の燃料噴射をより適切に行うことである。
以上のようなことから、(1)の態様の発明によれば、早期着火をより的確に予測するとともに、早期着火の発生を抑制するための吸気行程中の燃料噴射をより適切に行うことができる。
さらに、(2)の態様の発明によれば、燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程と排気行程とで分けて行うことで、噴射燃料と空気とを混合しやすくし、燃料と空気との均質性を向上させることができる。
本実施形態では、内燃機関の燃料噴射制御装置を搭載した車両を挙げている。
図1は、本実施形態に係る車両1の構成例を示す図である。
図1に示すように、本実施形態では、車両1が搭載する内燃機関2は、4ストローク型の内燃機関2である。また、本実施形態では、内燃機関2は、4気筒の内燃機関である。
また、内燃機関2の排気系において、内燃機関2の各気筒に接続されている排気マニホルド21は、排気管22に接続されている。ここで、排気管22には、触媒23が収容されている触媒ケース24が設けてあり、触媒ケース24の下流側でEGR管31の他端部31bが接続されている。
また、本実施形態に係る車両は、吸気温度センサ41、吸気圧センサ42、エアフローセンサ43、排気温度センサ44、クランク角センサ45、エンジン水温センサ46、及びカム角センサ47を有している。
クランク角センサ45は、内燃機関2に取り付けられてクランク角度を検出する。そして、クランク角センサ45は、検出値をECU50に出力する。
カム角センサ47は、内燃機関2に取り付けられてカム角度(すなわち、吸気バルブ及び排気バルブのリフト量)を検出する。そして、カム角センサ47は、検出値をECU50に出力する。
このECU50は、吸気温度センサ41等の各種センサ等から検出値等を基に内燃機関2の駆動を制御する。
そして、本実施形態では、ECU50は、各種センサの検出値を基に燃料噴射弁15の駆動を制御する。
図2に示すように、ECU50は、エンジン回転検出部51、エンジン負荷率算出部52、内部EGRガスベース温度検出部53、吸気温度検出部54、吸気圧検出部55、エンジン水温検出部56、吸気バルブ閉タイミング検出部57、シリンダ内ガス温度算出部58、噴射制御内容決定部59、及び燃料噴射弁制御部60を有している。
図3に示すように、先ずステップS1では、ECU50は、エンジン回転検出部51によって、クランク角センサ45の検出値を基にエンジン回転数を検出する。
次に、ステップS4では、ECU50は、吸気温度検出部54によって、吸気温度センサ41の検出値を基に吸気マニホルド12内の吸気温度を検出する。すなわち、ECU50は、吸気温度検出部54によって、吸入空気と外部EGRによる排気ガスとの混合ガスの温度を検出する。
次に、ステップS6では、ECU50は、エンジン水温検出部56によって、エンジン水温センサ46の検出値を基にエンジン水温を検出する。
次に、ステップS8では、ECU50は、シリンダ内ガス温度算出部58によって、ピストンが上死点に位置した時(すなわち、圧縮時)のシリンダ内のガス温度を算出する。具体的には、シリンダ内ガス温度算出部58は、下記(1)式を用いてピストンが上死点に位置している時のシリンダ内のガス温度Tfを算出する。
Tf=T0・(V0/Vf)(k−1) ・・・(1)
以下に前述の(1)式の導出手順の一例を示す。
先ず、理想気体の状態式は、下記(2)式を用いて表せる。
P・V=m・R・T
又は
P・ν=R・T
又は
P=ρ・R・T
・・・(2)
そして、吸気バルブが閉じた時点の気体の状態式は、下記(3)式を用いて表せる。
P0・V0=R・T0=R・(273+Ti)
・・・(3)
P0・V0 k=一定
P0・V0 k=Pf・(V0/(V0/Vf))k
・・・(4)
Pf・Vf=R・Tf
Pf・Vf=Pf・(V0/ε)
・・・(5)
ε=V0/Vf ・・・(6)
以上に挙げた式を解くことで、前記(1)式が導ける。
そして、本実施形態では、前記(1)式のT0を、下記(7)式を用いて算出している。
T0=(Aex・Bex・Tex+Ain・Bin・Tin)/2 ・・・(7)
ここで、Tex、Aex、Bex、Tin、Ain、及びBinについては、以下のような値になる。
Texは、内部EGRガスベース温度検出部53が検出した値である。すなわち、Texは、内部EGRのもととなる排気ガスの温度である。
また、Tinは、吸気温度検出部54が検出した値である。すなわち、Tinは、吸気バルブからシリンダ内に入る混合ガスの温度である。
V0=Lp・Lw・Vcyl ・・・(8)
ここで、Lp、Lw、及びVcylについては、以下のような値になる。
Vcylは、吸気バルブが閉じた時のシリンダ容量である。このVcylは、吸気圧検出部55の検出値及び吸気バルブ閉タイミング検出部57の検出値を基に算出される値である。具体的には、Vcylは、吸気バルブ閉タイミング検出部57によって検出された吸気バルブの閉タイミングで吸気圧検出部55が検出した吸気圧に基づいて、シリンダ内に吸入される気体量として算出される。
次に、ステップS9では、ECU50は、噴射制御内容決定部59によって、前記ステップS8で算出したガス温度Tfがガス温度判定用しきい値Tlimよりも大きいか否かを判定する。ここで、ガス温度判定用しきい値Tlimは、早期着火(すなわち、プレイグニッション)の発生が予測される圧縮時のシリンダ内の混合ガスの温度である。例えば、ガス温度判定用しきい値Tlimは、実験的、経験的、又は理論的に設定された値である。
ステップS11では、噴射制御内容決定部59は、ガス温度Tfからガス温度判定用しきい値Tlimを減算した差分値(=Tf−Tlim、以下、ガス温度差分値という。)が差分値判定用しきい値△Tよりも大きいか否かを判定する。ここで、差分値判定用しきい値△Tは、実験的、経験的、又は理論的に設定された値である。
ステップS13では、噴射制御内容決定部59は、吸気バルブが開いている吸気行程だけで燃料噴射(すなわち、吸気行程噴射)を行うことを決定する。そして、ECU50は、ステップS16に進む。
ステップS15では、噴射制御内容決定部59は、1サイクル中に排気行程及び吸気行程それぞれで燃料噴射(すなわち、分割噴射)を行うことを決定する。このとき、ECU50は、分割率マップを基に排気行程及び吸気行程それぞれで燃料噴射を行う割合(すなわち、分割割合)を決定する。そして、ECU50は、ステップS16に進む。なお、分割率マップに基づく前記割合の決定については後で詳述する。
次に、前記ステップS12乃至前記ステップS15の決定に基づく燃料噴射の内容について、図10乃至図14を参照しつつ説明する。
図10に示すように、排気バルブは、ピストン位置が下死点(図中のBDC)に達する手前で開き(図中のEVO)、その後、クランク角が進むにつれて、リフト量が多くなり最大値をとり少なくなる。そして、排気バルブは、ピストン位置が上死点(図中のTDC)に達した後に閉じる(図中のEVC)。
クランク角(すなわち、ピストン位置)と吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング及びリフト量との関係は以上のようになっている。
図11に示すように、排気行程噴射として、排気バルブが開いた(図中のEVO)後の排気行程で燃料噴射が実施される。詳しくは、排気行程噴射は、排気バルブが開き(図中のEVO)、ピストン位置が下死点(図中のBDC)に達した後に開始される。そして、排気行程噴射は、吸気バルブが開く時点(図中のIVO)で終了する。また、その燃料噴射の期間(すなわち、燃料噴射全期間)については、無効噴射期間(1)と実噴射期間(2)とに分けられ、無効噴射期間(1)の後に実噴射期間(2)がくる。
図12に示すように、吸気行程噴射として、吸気バルブが開いた(図中のIVO)後の吸気行程で燃料噴射が実施される。詳しくは、吸気行程噴射は、吸気バルブが開き(図中のIVO)、ピストン位置が上死点(図中のTDC)に達した後に無効噴射期間(1)の燃料噴射が開始され、その後、排気バルブが閉じた時点(図中のEVC)で実噴射期間(2)の燃料噴射が開始される。そして、吸気行程噴射は、吸気バルブが閉じる(図中のIVC)前であってピストン位置が下死点(図中のBDC)に達する前に終了する。このように、実噴射期間(2)の燃料噴射がオーバラップ領域直後に実施されるように、吸気行程噴射が実施される。
さらに、分割噴射では、分割率マップを基に、吸気行程噴射の割合を決定する。具体的には、分割噴射では、ガス温度差分値が大きいほど、分割噴射における吸気行程噴射の割合を多くする。
次に、ECU50の一連の処理動作、及びその作用等について説明する。
ECU50は、各種センサの検出値を基に、エンジン回転数、エンジン負荷率、内部EGRガスのベース温度、吸気温度、吸気圧、エンジン水温、及び吸気バルブの閉タイミングの各種の情報を取得する(前記ステップS1乃至前記ステップS7)。
また、ECU50は、シリンダ内推定ガス温度Tfがガス温度判定用しきい値Tlimよりも大きく、分割噴射ができない場合、噴射制御内容として吸気行程噴射を行うことを決定して、その決定内容に従い燃料噴射弁15を制御する(図12)。
本実施形態では、シリンダ内推定ガス温度Tfがガス温度判定用しきい値Tlimよりも大きい場合に吸気行程噴射を行うことによって、液状の燃料がピストン及びシリンダに付着し、燃料の気化潜熱によってそれらピストン及びシリンダの側面の温度が下がり、さらにはシリンダ内のガス温度が下がるため、圧縮時のシリンダ内の温度を下げることできる。これによって、本実施形態では、早期着火の発生を抑制できるため、早期着火の発生が内燃機関2にダメージに与えてしまうのを防止できる。
本実施形態では、内燃機関2が吸気VVT(Variable Valve Timing)を実装している場合を前提として、吸気バルブ閉タイミング検出部57によって吸気バルブの閉タイミングを検出している。よって、本実施形態では、内燃機関2が吸気VVTを実装していない場合には、吸気バルブの閉タイミングを、エンジン仕様設定から決定される固定値とすることができる。
Claims (7)
- 内燃機関の気筒に設けた吸気弁に対し上流側に位置するように前記気筒への気体の導入路に配置された燃料噴射弁を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
排気弁が開となる気筒の排気行程時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる燃料噴射弁制御部と、
前記気筒の圧縮時の筒内温度を推定する筒内温度推定部と、
前記筒内温度推定部が推定した圧縮時の筒内温度が早期着火が発生すると予測される温度よりも高いと判定すると前記吸気弁が開となる気筒の吸気行程時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させて当該気筒の筒内に燃料を供給するように前記燃料噴射弁制御部が行う制御を変更する制御変更部と、
を有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記筒内温度推定部が推定した圧縮時の筒内温度が早期着火が発生すると予測される温度よりも高いと前記制御変更部が判定したときの前記圧縮時の筒内温度と前記早期着火が発生すると予測される温度との差分値を算出する差分値算出部をさらに有し、
前記制御変更部は、前記差分値算出部が算出した差分値が予め設定されたしきい値よりも高いと判定すると前記吸気行程時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させて気筒の筒内に燃料を供給するように前記燃料噴射弁制御部が行う制御を変更し、前記差分値算出部が算出した差分値が前記しきい値以下であると判定すると前記排気行程時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、当該排気行程の後の前記吸気行程時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させて気筒の筒内に燃料を供給するように前記燃料噴射弁制御部が行う制御を変更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。 - 前記制御変更部は、前記差分値算出部が算出した差分値が前記しきい値以下であると判定しても前記排気行程時に実施する前記燃料噴射弁による燃料噴射の期間が予め設定された期間よりも短いと判定すると前記排気行程時の前記燃料噴射弁からの燃料噴射を行わず、当該排気行程時に噴射予定の燃料分を当該排気行程の後の前記吸気行程時に上乗せした燃料を前記燃料噴射弁から噴射させて気筒の筒内に燃料を供給するように前記燃料噴射弁制御部が行う制御を変更することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記制御変更部は、前記差分値算出部が算出した差分値が前記しきい値以下であると判定すると当該差分値が小さいほど前記排気行程時の燃料噴射期間と前記吸気行程時の燃料噴射期間とを合算した期間に対する前記吸気行程時の燃料噴射期間の割合を高くすることを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記排気行程時の燃料噴射は、吸気弁が開く前に終了し、前記吸気行程時の燃料噴射は、排気弁が閉じてから開始されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記内燃機関は、外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)及び内部EGRによって排気ガスを筒内に導入しており、
前記内燃機関の前記導入路に設けられて前記吸気弁側から筒内に吸入される気体の温度を検出する吸気温度検出部と、前記内燃機関からの排気ガスが排気される排気路において前記排気ガスを浄化する触媒の上流側に設けられて前記排気ガスの温度を検出する排気温度検出部と、エンジン回転数が大きくかつ前記吸気弁側での吸気圧力が高いほど大きくなる第1補正係数及びエンジン水温が高くかつ前記吸気弁側での吸気圧力が高いほど大きくなる第2補正係数によって前記吸気温度検出部が検出した気体の温度を補正して補正後の前記気体の温度を算出する気体温度算出部と、前記排気弁及び前記吸気弁がともに開となるオーバラップの期間が長いほど大きくなる第3補正係数並びにエンジン水温が高くかつエンジン回転数が大きいほど大きくなる第4補正係数によって前記排気温度検出部が検出した排気ガスの温度を補正して補正後の前記排気ガスの温度を算出する排気ガス温度算出部と、をさらに有し、
前記筒内温度推定部は、前記気体温度算出部が算出した気体の温度及び前記排気ガス温度算出部が算出した排気ガスの温度を基に前記圧縮時の筒内温度を算出することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記吸気弁側での吸気圧力が高いほど大きくなりかつエンジン回転数に応じて変化する第5補正係数及びエンジン水温が高くかつエンジン回転数が大きいほど大きくなる第6補正係数によって前記吸気弁が閉じた時のピストン位置での筒内の容積を補正して算出した補正後の当該筒内の容積をV0とし、前記吸気弁が閉じた時の筒内の気体の温度をT0とし、ピストンが上死点に位置するときの筒内の容積をVfとし、比熱比をkとしたときに、
前記筒内温度推定部は、前記圧縮時の筒内温度Tfを、
Tf=T0・(V0/Vf)(k−1)
として算出することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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