JP2015113767A - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内に燃料を直接噴射する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に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device applied to an internal combustion engine including a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder.
特許文献1に、筒内噴射式火花点火内燃機関が開示されている。この内燃機関においては、圧縮行程中における吸気弁の開弁中に、分割噴射による燃料噴射が実行される。これにより、噴射された燃料は、吸気ポートに逆流する筒内ガスとともに吸気ポートに流出する。この吸気ポートに流出した燃料は、次の機関サイクルまでに吸気ポート内において気化し、次の機関サイクルの吸気行程において、予混合燃料として筒内に導入される。そして、この予混合燃料によって、筒内に均質な混合気が形成されるので、良好な燃焼が得られる。
しかしながら、特許文献1に記載の分割噴射のそれぞれは、燃料噴射弁が備えるニードル弁のリフト量を最大リフト量に到達させた後に減じる動作による燃料噴射(すなわち、フルリフト噴射)であるので、噴射される燃料の貫徹力(ペネトレーション)が高い。そのため、噴射された燃料の一部が依然として筒内壁面に付着したり、吸気ポートへと逆流する空気中に十分に混在することができない可能性がある。その結果、混合気の均質化が不十分となる可能性が高い。
However, each of the divided injections described in
これに対し、本発明者は、ニードル弁のリフト量を最大リフト量よりも小さい範囲において駆動させる動作による燃料噴射(すなわち、パーシャルリフト噴射)を行うことにより、燃料の貫徹力を低下させ、その噴射された燃料を吸気ポートへと逆流する空気中に十分に混在させて混合気の均質化を改善させる検討を行っている。しかしながら、そのようなパーシャルリフト噴射の1回分の燃料噴射量は小さく、さらに、圧縮行程中における吸気弁の開弁期間も限られているから、燃焼に必要な総ての燃料をパーシャルリフト噴射により賄うことは困難である。 On the other hand, the present inventor reduces the fuel penetration force by performing fuel injection (that is, partial lift injection) by driving the needle valve in a range smaller than the maximum lift amount. We are investigating how to improve the homogenization of the air-fuel mixture by thoroughly mixing the injected fuel into the air flowing back to the intake port. However, since the amount of fuel injection for such partial lift injection is small and the opening period of the intake valve during the compression stroke is limited, all fuel necessary for combustion is obtained by partial lift injection. It is difficult to cover.
その一方、吸気行程においては、空気が筒内に流れ込むから、筒内における空気の流動が比較的激しいので、フルリフト噴射によって噴射された燃料をその空気の流動により筒内に適当に分散させることができる。 On the other hand, in the intake stroke, since air flows into the cylinder, the flow of air in the cylinder is relatively intense. Therefore, the fuel injected by the full lift injection can be appropriately dispersed in the cylinder by the flow of air. it can.
そこで、発明者は、吸気行程においてフルリフト噴射を行うとともに、圧縮行程の吸気弁閉弁直前にパーシャルリフト噴射を複数回行うことを検討している。これにより、前回の圧縮行程においてパーシャルリフト噴射により噴射されて吸気ポートに逆流し均質混合気となり且つ今回の吸気行程において吸気ポートから筒内に流入する均質混合気と、今回の吸気行程においてフルリフト噴射により噴射された燃料によって形成される混合気と、から、今回のサイクルの燃焼に必要な燃料の量を確保しながら同今回のサイクルの燃焼をより安定させることができるとの知見を得た。 Therefore, the inventor is considering performing full lift injection in the intake stroke and performing partial lift injection a plurality of times immediately before closing the intake valve in the compression stroke. As a result, the fuel is injected by partial lift injection in the previous compression stroke and flows back into the intake port to become a homogeneous mixture, and in the current intake stroke, it flows into the cylinder from the intake port and the full lift injection in the current intake stroke. From the air-fuel mixture formed by the fuel injected by the fuel, the knowledge that the combustion of the current cycle can be further stabilized while ensuring the amount of fuel necessary for the combustion of the current cycle.
ところが、検討を進めると、機関回転数が低いほど筒内の空気流動が弱くなるので、フルリフト噴射によって噴射された燃料によって形成される混合気が所望の特性(たとえば、均質性)を有さないため、パーシャルリフト噴射の回数及び燃焼に供される燃料の総量に対するパーシャルリフト噴射によって噴射される燃料の総量の比を機関回転数に応じて変更すべきとの知見を得た。 However, as the investigation proceeds, the lower the engine speed, the weaker the air flow in the cylinder. Therefore, the air-fuel mixture formed by the fuel injected by full lift injection does not have the desired characteristics (for example, homogeneity). Therefore, the knowledge that the number of partial lift injections and the ratio of the total amount of fuel injected by partial lift injection to the total amount of fuel used for combustion should be changed according to the engine speed.
より具体的に述べると、本発明は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を吸気ポート下方に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、前記燃料噴射弁のニードル弁のリフト量が最大リフト量までの範囲で変更される噴射を実行する主噴射制御と、前記ニードル弁のリフト量が前記最大リフト量よりも小さいパーシャルリフト量までの範囲で変更されるパーシャルリフト噴射を連続的に複数回実行する副噴射制御と、を実行する制御部を具備する燃料噴射制御装置に関する。本発明においては、前記制御部は、吸気行程において前記主噴射制御を実行するとともに、圧縮行程中の吸気弁が閉弁する直前であって前記筒内のガスが吸気ポートに逆流する期間において前記副噴射制御を実行し、且つ、前記副噴射制御において、機関回転数が低いほど前記パーシャルリフト噴射の回数を増加させるとともに、1機関サイクルにおいて前記筒内に噴射される燃料の総量に対する前記パーシャルリフト噴射によって当該筒内に噴射される燃料の総量の割合を増加する。 More specifically, the present invention relates to a fuel injection control device applied to an internal combustion engine provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder below an intake port, the needle valve of the fuel injection valve Main injection control for executing injection in which the lift amount of the needle valve is changed in a range up to the maximum lift amount, and partial lift injection in which the lift amount of the needle valve is changed in a range up to a partial lift amount smaller than the maximum lift amount The present invention relates to a fuel injection control device including a control unit that executes sub-injection control that continuously executes a plurality of times. In the present invention, the control unit executes the main injection control in the intake stroke, and immediately before the intake valve in the compression stroke is closed, in a period in which the gas in the cylinder flows backward to the intake port. The sub-injection control is executed, and in the sub-injection control, the number of partial lift injections is increased as the engine speed is lower, and the partial lift with respect to the total amount of fuel injected into the cylinder in one engine cycle The ratio of the total amount of fuel injected into the cylinder by injection is increased.
本発明によれば、機関回転数が低いほど、1機関サイクルの噴射燃料の総量に対する副噴射制御におけるパーシャルリフト噴射燃料の総量の割合(以下「パーシャルリフト噴射割合」)が増加される。このとき、パーシャルリフト噴射の回数が同じであると、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量が多くなり、したがって貫徹力が増大してしまうので、パーシャルリフト噴射によって噴射された燃料が吸気ポートに逆流しづらくなる。しかしながら、本発明によれば、パーシャルリフト噴射割合が増加されると、パーシャルリフト噴射の回数も増加されるので、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量の増加分が小さくなるか、またはゼロにすることができる。したがって、パーシャルリフト噴射割合が増加されたとしても、パーシャルリフト噴射によって噴射された燃料は、吸気ポートに逆流し易い。このため、機関回転数が低いほど、より多くの燃料が吸気ポートに逆流する。そして、次の機関サイクルの吸気行程において、より多くの気化燃料が筒内に導入される。したがって、筒内の気流の流速が低く混合気が均質化されにくい低機関回転時においても、筒内の混合気の均質性を向上させることができる。 According to the present invention, as the engine speed is lower, the ratio of the total amount of partial lift injected fuel in the sub-injection control to the total amount of injected fuel in one engine cycle (hereinafter referred to as “partial lift injection ratio”) is increased. At this time, if the number of partial lift injections is the same, the injection amount per partial lift injection increases, and thus the penetration force increases, so that the fuel injected by the partial lift injection flows back to the intake port. It becomes difficult. However, according to the present invention, when the partial lift injection ratio is increased, the number of partial lift injections is also increased, so the increase in the injection amount per partial lift injection is reduced or made zero. be able to. Therefore, even if the partial lift injection ratio is increased, the fuel injected by the partial lift injection easily flows back to the intake port. For this reason, the lower the engine speed, the more fuel flows back to the intake port. In the intake stroke of the next engine cycle, more vaporized fuel is introduced into the cylinder. Therefore, the homogeneity of the air-fuel mixture in the cylinder can be improved even at the time of low engine rotation at which the air flow rate in the cylinder is low and the air-fuel mixture is difficult to homogenize.
<第1実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の燃料噴射制御装置が適用される内燃機関の略断面図が図1に示されている。内燃機関本体10は、シリンダヘッド11、シリンダブロック12、燃料噴射弁13、点火装置14、吸気弁15、排気弁16、ピストン17、コネクティングロッド18、クランクシャフト19、および、クランクポジションセンサ20を備える。点火装置14は、イグナイタ、イグニッションコイル、および点火プラグを含む。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A schematic sectional view of an internal combustion engine to which the fuel injection control device of the present invention is applied is shown in FIG. The internal
燃焼室(以下、「筒内」とも称呼する。)21は、シリンダヘッド11と、シリンダブロック12と、ピストン17によって画成される。シリンダヘッド11には、燃料噴射弁13、点火装置14、吸気弁15、および排気弁16が取り付けられている。シリンダヘッド11には、吸気ポート22および排気ポート23が形成されている。吸気ポート22は、その一端において燃焼室21と連通し、その他端において吸気マニホールド(図示せず)と連通している。排気ポート23は、その一端において燃焼室21と連通し、その他端において排気マニホールド(図示せず)と連通している。
A combustion chamber (hereinafter also referred to as “in-cylinder”) 21 is defined by a
燃料噴射弁13は、燃料室21上部の吸気ポート22よりも下方の機関本体10の部分(たとえば、シリンダヘッド11の部分、または、シリンダブロック12の部分)に配設されている。点火装置14は、その電極24が燃焼室21の略中央上部に位置するように、シリンダヘッド11に配設されている。吸気弁15は、燃焼室21と吸気ポート22との連通部を開放したり遮断したりするように往復動可能にシリンダヘッド11に配設されている。排気弁16は、燃焼室21と排気ポート23との連通部を開放したり遮断したりするように往復動可能にシリンダヘッド11に配設されている。なお、周知の機構により、吸気弁15の開閉タイミングは可変であり、排気弁16の開閉タイミングも可変である。機関運転状態により、バルブオーバーラップ量も可変である。吸気弁15は通常、排気行程(膨張下死点から吸気上死点まで)の途中で開弁され、圧縮行程(吸気下死点から圧縮上死点まで)の途中で閉弁される。
The
シリンダブロック12には、ピストン17、コネクティングロッド18、クランクシャフト19、および、クランクポジションセンサ20が備えられる。ピストン17は、コネクティングロッド18と連結され、シリンダブロック12内を往復動可能に配設されている。クランクシャフト19は、コネクティングロッド18と連結されている。
The
燃料噴射弁13、点火装置14、クランクポジションセンサ20、および、アクセルペダル踏込量センサ26は、電子制御装置(ECU)90に電気的に接続されている。ECU90は、燃料噴射弁13および点火装置14の動作を制御するための制御信号を燃料噴射弁13および点火装置14に与える。クランクポジションセンサ20は、クランクシャフト19の回転位置を検出する。ECU90は、クランクシャフト19の回転位置に関する情報等に基づいて機関回転数を算出する。アクセルペダル踏込量センサ26は、アクセルペダル25の踏込量を検出する。ECU90は、アクセルペダル25の踏込量に関する情報等に基づいて機関負荷を算出する。
The
<燃料噴射弁の構成>
図2に燃料噴射弁13の構成が示されている。燃料噴射弁13は、ノズル30、ニードル弁31、燃料噴射孔(以下「噴孔」)32、燃料通路33、ソレノイド34、スプリング35、および、燃料取込口36を備える。噴射弁軸線37は、燃料噴射弁13の長手方向に延びる軸線である。燃料噴射弁13は、いわゆる内開弁タイプの燃料噴射弁である。
<Configuration of fuel injection valve>
FIG. 2 shows the configuration of the
燃料噴射弁13は、ニードルリフト量(すなわち、ニードル弁31のリフト量)を適宜制御することによって、フルリフト噴射またはパーシャルリフト噴射(これら噴射の詳細については、後述する)を選択的に実行可能な燃料噴射弁である。ニードルリフト量は、燃料噴射弁13への通電時間の制御によって制御可能である。
The
<噴孔の構成>
燃料噴射弁13の噴孔32は、スリット形状の噴孔である。すなわち、噴孔32の噴射軸線に対して垂直な平面で切ったときの噴孔32の断面の形状は、矩形である。この断面の面積は、噴孔32の入口から出口に向かう方向に徐々に広くなる。したがって、矩形の断面の長手方向に沿った平面で切ったときの噴孔32の断面の形状は、扇状である。燃料噴射弁13は、噴孔32の矩形の断面の長手方向に沿った平面がピストン17の往復動方向に対して垂直になるように、吸気ポート22の下方(シリンダブロック12、あるいは、シリンダヘッド11)に取り付けられている。
<Configuration of nozzle hole>
The
<燃料噴射制御>
図3を参照して、第1実施形態の燃料噴射制御について説明する。図3には、吸気弁リフト量(すなわち、吸気弁15のリフト量)、逆流強さ(すなわち、筒内から吸気ポート22に逆流する筒内ガスの強さ)、および、ニードルリフト量と、クランク角度との関係が示されている。図3において、参照符号♯nおよび参照符号♯(n+1)によって示されている期間は、それぞれ、1つの機関サイクルを示している。
<Fuel injection control>
The fuel injection control of the first embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the intake valve lift amount (that is, the lift amount of the intake valve 15), the backflow strength (that is, the strength of the in-cylinder gas that flows back from the cylinder to the intake port 22), the needle lift amount, The relationship with the crank angle is shown. In FIG. 3, the periods indicated by reference symbol #n and reference symbol # (n + 1) each indicate one engine cycle.
第1実施形態においては、1機関サイクルにおいて、主噴射制御(図3に参照符号FLによって示されている制御)と、副噴射制御(図3に参照符号PLによって示されている制御)と、が順次実行される。以下、第1実施形態に従って主噴射制御と副噴射制御との両方を実行する制御を「予混合制御」とも称呼する。 In the first embodiment, in one engine cycle, main injection control (control indicated by reference sign FL in FIG. 3), sub-injection control (control indicated by reference sign PL in FIG. 3), Are executed sequentially. Hereinafter, the control that executes both the main injection control and the sub-injection control according to the first embodiment is also referred to as “premix control”.
<主噴射制御>
予混合制御における主噴射制御は、フルリフト噴射を1回実行する制御であり、吸気弁開弁期間Tivにおいて、吸気弁15の開弁直後から吸気下死点(吸気BDC)までの期間に実行される。フルリフト噴射とは、図4(A)に示されているように、ニードルリフト量を最大リフト量まで上昇させる燃料噴射(すなわち、最大リフト噴射)である。図4(A)には、1回のフルリフト噴射のニードルリフト量の推移が示されている。
<Main injection control>
The main injection control in the premix control is a control in which full lift injection is executed once, and is executed in a period from immediately after the
<吸気弁開弁期間>
吸気弁開弁期間Tivとは、吸気弁15が開弁している期間である。第1実施形態においては、吸気弁15は、図3に示されているように、吸気上死点(吸気TDC)直後に開弁し始め、吸気下死点直後に全閉する。したがって、吸気弁リフト量は、吸気上死点においてゼロであり、吸気下死点においてゼロではなく、吸気下死点直後にゼロになる。なお、図示していないが、第1実施形態においては、排気弁16は、吸気弁15の開弁開始前に全閉する。したがって、吸気弁15と排気弁16とが同時に開弁している状態(いわゆるバルブオーバーラップ)はない。
<Intake valve opening period>
The intake valve opening period Tiv is a period during which the
<副噴射制御>
予混合制御における副噴射制御は、パーシャルリフト噴射を連続的に複数回実行する制御であり、吸気弁開弁期間Tivにおいて、主噴射制御の実行後、逆流発生期間(すなわち、筒内ガスが吸気ポート22に逆流する期間)Trfに実行される。パーシャルリフト噴射とは、図4(B)に示されているように、ニードルリフト量を最大リフト量よりも小さいリフト量までしか上昇させない燃料噴射(すなわち、部分リフト噴射)である。図4(B)には、3回のパーシャルリフト噴射のニードルリフト量の推移が示されている。
<Sub-injection control>
The sub-injection control in the premix control is a control in which the partial lift injection is continuously executed a plurality of times. In the intake valve opening period Tiv, after the main injection control is executed, the backflow generation period (that is, the in-cylinder gas is taken in) (Period to flow back to port 22) Trf is executed. As shown in FIG. 4B, the partial lift injection is a fuel injection that raises the needle lift amount only to a lift amount smaller than the maximum lift amount (that is, partial lift injection). FIG. 4B shows the transition of the needle lift amount of three partial lift injections.
<逆流発生期間>
逆流発生期間Trfは、前述したように、筒内ガスが吸気ポート22に逆流する期間であり、より具体的には、吸気下死点から吸気弁15が全閉するまでの期間である。前述したように、吸気弁15は、吸気上死点直後に開弁を始め、吸気下死点直後に全閉する。すなわち、逆流発生期間Trfは、圧縮行程(吸気下死点から圧縮上死点まで)において吸気弁15が開弁している期間である。逆流とは、図5に示されているように、吸気弁15下方の筒内の領域から吸気ポート22に流出する筒内ガスの流れである。
<Backflow generation period>
As described above, the reverse flow generation period Trf is a period in which the in-cylinder gas flows backward to the
<トータル目標噴射量>
第1実施形態においては、1機関サイクルにおける噴射燃料の総量は、機関運転中、吸気量(すなわち、筒内に吸入される空気の量)に応じて、目標空燃比を達成するために必要な燃料がトータル目標噴射量(すなわち、1機関サイクルにおいて燃料噴射弁から噴射すべき燃料の量)Qtとして算出される。すなわち、トータル目標噴射量は、ある一つの気筒に対し1機関サイクル当たりに供給される燃料の総量を意味する。
<Total target injection amount>
In the first embodiment, the total amount of injected fuel in one engine cycle is necessary to achieve the target air-fuel ratio according to the intake air amount (that is, the amount of air sucked into the cylinder) during engine operation. The fuel is calculated as a total target injection amount (that is, the amount of fuel to be injected from the fuel injection valve in one engine cycle) Qt. That is, the total target injection amount means the total amount of fuel supplied to one cylinder per engine cycle.
<パーシャルリフト噴射割合>
さらに、トータル目標噴射量に対する副噴射制御における噴射燃料の総量の割合として、機関運転状態に応じた適切な割合が実験等によって予め求められ、これら求められた割合が、図6(A)に示されているように、機関回転数NEと機関負荷KLとの関数のマップの形でパーシャルリフト噴射割合としてECU90に記憶されている。図6(A)のマップにおいては、機関回転数NEが低いほど、パーシャルリフト噴射割合が大きく、機関負荷KLが高いほど、パーシャルリフト噴射割合が大きい。
<Partial lift injection ratio>
Furthermore, as a ratio of the total amount of injected fuel in the sub-injection control with respect to the total target injection amount, an appropriate ratio according to the engine operating state is obtained in advance by experiments or the like, and these obtained ratios are shown in FIG. As shown, the partial lift injection ratio is stored in the
<パーシャルリフト噴射回数>
さらに、1回の副噴射制御におけるパーシャルリフト噴射の回数として、機関運転状態に応じた適切な回数が実験等によって予め求められ、これら求められた回数が、図6(B)に示されているように、機関回転数NEと機関負荷KLとの関数のマップの形でパーシャルリフト噴射回数としてECU90に記憶されている。図6(B)のマップにおいては、機関回転数NEが低いほど、パーシャルリフト噴射回数が多く、機関負荷KLが高いほど、パーシャルリフト噴射回数が多い。
<Number of partial lift injections>
Furthermore, as the number of partial lift injections in one sub-injection control, an appropriate number corresponding to the engine operating state is obtained in advance by experiments or the like, and these obtained times are shown in FIG. 6 (B). As described above, the
<噴射量の決定>
第1実施形態においては、機関運転中、吸気量に応じて、目標空燃比を達成するために必要な燃料がトータル目標噴射量Qtとして算出され、且つ、機関回転数NEと機関負荷KLとに対応するパーシャルリフト噴射割合Rp、および、パーシャルリフト噴射回数Nが、それぞれ、図6(A)、および(B)のマップから取得される。そして、トータル目標噴射量Qtにパーシャルリフト噴射割合Rpを乗算することによって、パーシャルリフト噴射量(すなわち、副噴射制御における噴射燃料の総量)Qptが取得される(Qpt=Qt*Rp)。次いで、パーシャルリフト噴射量Qptをパーシャルリフト噴射回数Nによって割ることによって、パーシャルリフト噴射1回当たりの燃料噴射量Qpが取得される(Qp=Qpt/N)。さらに、トータル目標噴射量Qtからパーシャルリフト噴射量Qptを引くことによって、フルリフト噴射量(すなわち、主噴射制御における噴射燃料の総量)が取得される(Qf=Qt−Qpt)。
<Determination of injection amount>
In the first embodiment, during the engine operation, the fuel required to achieve the target air-fuel ratio is calculated as the total target injection amount Qt according to the intake air amount, and the engine speed NE and the engine load KL are calculated. The corresponding partial lift injection ratio Rp and the number N of partial lift injections are acquired from the maps of FIGS. 6 (A) and 6 (B), respectively. Then, by multiplying the total target injection amount Qt by the partial lift injection ratio Rp, the partial lift injection amount (that is, the total amount of injected fuel in the sub injection control) Qpt is obtained (Qpt = Qt * Rp). Next, by dividing the partial lift injection amount Qpt by the partial lift injection number N, a fuel injection amount Qp per partial lift injection is obtained (Qp = Qpt / N). Further, by subtracting the partial lift injection amount Qpt from the total target injection amount Qt, the full lift injection amount (that is, the total amount of injected fuel in the main injection control) is acquired (Qf = Qt−Qpt).
そして、主噴射制御においては、斯くして取得されたフルリフト噴射量Qfの燃料が燃料噴射弁13から噴射されるように、フルリフト噴射が実行される。一方、副噴射制御においては、斯くして取得されたパーシャルリフト噴射量Qpの燃料が1回のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁13から噴射されるように、パーシャルリフト噴射がパーシャルリフト噴射回数Nだけ実行される。
In the main injection control, full lift injection is executed so that the fuel of the full lift injection amount Qf acquired in this way is injected from the
前述したように、第1実施形態においては、機関回転数が低いほど、パーシャルリフト噴射割合が大きく、且つ、パーシャルリフト噴射回数が多い。このため、機関回転数が比較的高い場合のニードルリフト量等を示している図3(A)と、機関回転数NEが比較的低い場合のニードルリフト量等を示している図3(B)と、を比較すると分かるように、トータル目標噴射量が同じである場合、機関回転数が比較的低いときの副噴射制御における噴射燃料の総量は、機関回転数が比較的高いときの副噴射制御における噴射燃料の総量よりも多く、且つ、機関回転数が比較的低いときのパーシャルリフト噴射回数は、機関回転数が比較的高いときのパーシャルリフト噴射回数よりも多い。もちろん、機関回転数が比較的低いときのフルリフト噴射量は、機関回転数が比較的高いときのフルリフト噴射量よりも少ない。 As described above, in the first embodiment, the lower the engine speed, the larger the partial lift injection ratio and the higher the number of partial lift injections. Therefore, FIG. 3A showing the needle lift amount when the engine speed is relatively high and FIG. 3B showing the needle lift amount when the engine speed NE is relatively low. When the total target injection amount is the same, the total amount of fuel injected in the sub-injection control when the engine speed is relatively low is the sub-injection control when the engine speed is relatively high. The number of partial lift injections when the engine rotational speed is relatively low is larger than the total amount of injected fuel in the engine and when the engine rotational speed is relatively low. Of course, the full lift injection amount when the engine speed is relatively low is smaller than the full lift injection amount when the engine speed is relatively high.
<第1実施形態の効果>
1回の噴射によって噴射される燃料の量が多いほど、燃料と筒内の空気との混合が進みにくい。フルリフト噴射は、図7に参照符号51によって示されているように、一度に比較的多くの燃料を噴射する噴射であるので、当該噴射によって噴射された燃料と筒内の空気との混合が進みにくい。しかしながら、第1実施形態によれば、トータル目標噴射量のうちの一部の量の燃料は、パーシャルリフト噴射によって噴射される。したがって、その分、フルリフト噴射によって噴射される燃料の量は少なくなる。このため、副噴射制御が実行されずに主噴射制御のみが実行される場合に比べて、フルリフト噴射によって噴射された燃料と筒内の空気との混合は進み易くなる。このため、筒内の混合気の均質性が向上する。
<Effects of First Embodiment>
As the amount of fuel injected by one injection increases, mixing of the fuel and the air in the cylinder does not proceed easily. As indicated by
一方、パーシャルリフト噴射は比較的短い時間だけ燃料を噴射する噴射であり、当該噴射によって噴射される燃料の総量は比較的少ない。したがって、図7に参照符号50によって示されているように、当該噴射による燃料噴霧は、筒内ガスの抵抗を受け、燃料噴射弁13から比較的近くまでしか飛行しない。つまり、パーシャルリフト噴射による燃料噴霧は、筒内において吸気弁15下方の筒内の領域に分布する。そして、第1実施形態においては、副噴射制御は、逆流発生期間に実行される。したがって、パーシャルリフト噴射によって噴射された燃料は、図5に示されているように、吸気ポート22に逆流する。そして、この燃料は、次の機関サイクルにおける吸気行程中に筒内に吸入される。この燃料は、筒内に吸入されるまでの間に吸気ポートにおいて十分に気化しているので、この燃料は、次の機関サイクルの吸気行程中に筒内に吸入されたときに、筒内に均質な混合気を形成する。このため、筒内の混合気の均質性が向上する。
On the other hand, partial lift injection is an injection in which fuel is injected for a relatively short time, and the total amount of fuel injected by the injection is relatively small. Therefore, as indicated by
さらに、機関回転数が低い場合、筒内の気流が弱く、フルリフト噴射によって噴射される燃料と筒内の空気との混合が進みにくい。しかしながら、第1実施形態においては、機関回転数が低いほど、副噴射制御によって噴射される燃料の量が多くされる。したがって、吸気ポート22に逆流して十分に気化した後に筒内に吸入される燃料が多くなる。このため、機関回転数が低い場合であっても、筒内の混合気の高い均質性が維持される。しかも、副噴射制御によって噴射される燃料の量が多くされることから、フルリフト噴射によって噴射される燃料の量が少なくなる。このため、フルリフト噴射によって噴射された燃料が筒内において空気と混合し易くなる。このことからも、機関回転数が低い場合であっても、筒内の混合気の高い均質性が維持される。
Furthermore, when the engine speed is low, the airflow in the cylinder is weak and mixing of the fuel injected by the full lift injection and the air in the cylinder does not proceed easily. However, in the first embodiment, the amount of fuel injected by the sub-injection control is increased as the engine speed is lower. Therefore, the amount of fuel that is sucked into the cylinder after flowing back to the
さらに、副噴射制御によって噴射される燃料の量が多くされた場合において、パーシャルリフト噴射回数が同じであると、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量が多くなる。この場合、パーシャルリフト噴射による燃料噴霧の飛行距離が長くなり、副噴射制御が逆流発生期間に実行されたとしても、燃料噴霧が吸気弁15を越えて遠くまで飛行してしまい、吸気ポート22に逆流しない可能性がある。しかしながら、第1実施形態においては、機関回転数が低く、副噴射制御によって噴射される燃料の量が多くされたときには、パーシャルリフト噴射回数も多くされる。したがって、パーシャルリフト噴射によって噴射された燃料は、吸気ポートに逆流し易い状態が維持される。このため、機関回転数が低い場合であっても、パーシャルリフト噴射によって噴射された燃料が吸気ポートに逆流し、次の機関サイクルにおける吸気行程までに吸気ポートにおいて十分に気化し、次の機関サイクルにおける吸気行程において筒内に吸入されるので、筒内の混合気の高い均質性が維持される。
Further, when the amount of fuel injected by the secondary injection control is increased, if the number of partial lift injections is the same, the injection amount per partial lift injection increases. In this case, even if the flight distance of the fuel spray by partial lift injection becomes long and the sub-injection control is executed during the backflow generation period, the fuel spray flies far beyond the
このように、第1実施形態によれば、機関回転数に依らず、筒内の混合気の高い均質性が確保される。 Thus, according to the first embodiment, high homogeneity of the air-fuel mixture in the cylinder is ensured regardless of the engine speed.
<主噴射制御の態様>
なお、第1実施形態において、主噴射制御は、フルリフト噴射を1回実行する制御に限られるものではなく、フルリフト噴射を複数回実行するものでも、パーシャルリフト噴射を1回実行するものでも、パーシャルリフト噴射を複数回実行するものであってもよい。
<Mode of main injection control>
In the first embodiment, the main injection control is not limited to the control for executing the full lift injection once. The main injection control may be executed by executing the full lift injection a plurality of times or by executing the partial lift injection once. The lift injection may be executed a plurality of times.
<副噴射制御の実施条件>
なお、機関回転数NEが非常に高いときには、1機関サイクルが時間的に短く、したがって、逆流発生期間が短い。このため、予混合制御における副噴射制御が実行されたとしても、所定の回数のパーシャルリフト噴射を逆流発生期間中に完了することができない可能性がある。一方、機関回転数NEが非常に高いときには、筒内の気流が強いので、燃料と筒内の空気との混合が進み易い。したがって、フルリフト噴射しか実行されなくても、筒内の混合気の均質性は十分高い状態になる。そこで、図8に示されているように、第1実施形態において、フルリフト噴射しか実行されなくても混合気の均質性が十分高くなる機関回転数の閾値Nthが定められ、機関回転数がこの閾値Nth以下である場合、予混合制御(すなわち、主噴射制御および副噴射制御)が実行され、機関回転数が閾値Nthよりも高い場合、1回のフルリフト噴射のみを実行する通常噴射制御が実行されるようにしてもよい。
<Execution conditions for sub-injection control>
When the engine speed NE is very high, one engine cycle is short in time, and therefore the backflow generation period is short. For this reason, even if the sub-injection control in the premix control is executed, there is a possibility that the predetermined number of partial lift injections cannot be completed during the backflow generation period. On the other hand, when the engine speed NE is very high, since the airflow in the cylinder is strong, mixing of the fuel and the air in the cylinder easily proceeds. Therefore, even if only full lift injection is performed, the homogeneity of the air-fuel mixture in the cylinder is sufficiently high. Therefore, as shown in FIG. 8, in the first embodiment, a threshold value Nth of the engine speed at which the homogeneity of the air-fuel mixture becomes sufficiently high even if only full lift injection is executed is determined, and the engine speed is When it is equal to or less than the threshold value Nth, premix control (that is, main injection control and sub-injection control) is executed, and when the engine speed is higher than the threshold value Nth, normal injection control that executes only one full lift injection is executed. You may be made to do.
<パーシャルリフト噴射量の下限値>
なお、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量が少なすぎると、各パーシャルリフト噴射によって所期の噴射量の燃料が安定して噴射されない可能性がある。そこで、第1実施形態において、パーシャルリフト噴射割合およびパーシャルリフト噴射回数は、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量が各パーシャルリフト噴射によって所期の噴射量の燃料が安定して噴射される噴射量以上となるように設定されることが好ましい。
<Lower limit of partial lift injection amount>
Note that if the injection amount per partial lift injection is too small, there is a possibility that the desired injection amount of fuel will not be stably injected by each partial lift injection. Therefore, in the first embodiment, the partial lift injection ratio and the number of partial lift injections are as follows. The injection amount per partial lift injection is an injection amount in which the fuel of the desired injection amount is stably injected by each partial lift injection. It is preferable that the setting is made as described above.
<パーシャルリフト噴射量の上限値>
さらに、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量が多すぎると、パーシャルリフト噴射によって噴射された燃料の飛行距離が長く、当該燃料が吸気ポートに逆流する筒内ガスに乗らない可能性がある。そこで、第1実施形態において、パーシャルリフト噴射割合およびパーシャルリフト噴射回数は、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量がパーシャルリフト噴射によって噴射された燃料が吸気ポートに逆流する筒内ガスに確実に乗る噴射量以下となるように設定されることが好ましい。
<Upper limit value of partial lift injection amount>
Furthermore, if the injection amount per partial lift injection is too large, the flight distance of the fuel injected by the partial lift injection is long, and there is a possibility that the fuel does not get on the in-cylinder gas flowing backward to the intake port. Therefore, in the first embodiment, the partial lift injection ratio and the number of partial lift injections are such that the amount of fuel injected per partial lift injection surely gets on the in-cylinder gas that flows back to the intake port. It is preferable to set it to be equal to or less than the injection amount.
<第1実施形態の制御フロー>
第1実施形態の燃料噴射制御フローについて説明する。このフローの一例が図9に示されている。図9のフローが開始されると、始めに、ステップ11において、吸気量と目標空燃比とに基づいてトータル目標噴射量Qtが算出される。
<Control Flow of First Embodiment>
The fuel injection control flow of the first embodiment will be described. An example of this flow is shown in FIG. When the flow of FIG. 9 is started, first, in
次いで、ステップ12において、機関回転数NEが閾値Nth以下(NE≦Nth)であるか否か、すなわち、副噴射制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。NE≦NEthであれば、副噴射制御の実行条件が成立しているので、ルーチンがステップ13に進み、このステップ13以降のステップによって、予混合制御(主噴射制御および副噴射制御)が実行される。一方、NE>Nthであれば、副噴射制御の実行条件が成立していないので、ルーチンがステップ17に進み、1回のフルリフト噴射のみを実行する通常噴射制御が実行され、本ルーチンは一旦終了する。なお、このときの通常噴射制御においては、トータル目標噴射量Qtの燃料が噴射される。
Next, at
ステップ13においては、機関回転数NEと機関負荷KLとに対応するパーシャルリフト噴射割合Rpが図6(A)のマップから取得されるとともに、機関回転数NEと機関負荷KLとに対応するパーシャルリフト噴射回数Nが図6(B)のマップから取得される。次いで、ステップ14において、トータル目標噴射量Qtとパーシャルリフト噴射割合Rpとパーシャルリフト噴射回数Nとに基づいて、フルリフト噴射量Qfとパーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量Qpとが決定される。次いで、ステップ15において、吸気弁15の開弁タイミングおよび閉弁タイミング等に基づいて、フルリフト噴射およびパーシャルリフト噴射の噴射タイミングが決定される。次いで、ステップ16において、主噴射制御と副噴射制御とが順次実行され、本ルーチンは一旦終了する。なお、このときの主噴射制御においては、噴射量Qfの燃料を噴射する1回のフルリフト噴射が実行され、副噴射制御においては、噴射量Qpの燃料を噴射するパーシャルリフト噴射が噴射回数Nだけ実行される。
In
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、バルブオーバーラップがある場合における燃料噴射制御に関する。バルブオーバーラップがある場合において、前述した予混合制御が実行されると、吸気行程において吸気ポート22から筒内に流入した燃料がそのまま排気ポート23に流出してしまう可能性がある。そこで、第2実施形態においては、バルブオーバーラップがない場合、予混合制御が許可され、バルブオーバーラップがある場合、予混合制御が禁止され、1回のフルリフト噴射のみを実行する通常噴射制御が実行される。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. The second embodiment relates to fuel injection control when there is a valve overlap. If the above-described premix control is performed in a case where there is a valve overlap, there is a possibility that the fuel that has flowed into the cylinder from the
なお、バルブオーバーラップがある場合において、予混合制御が実行されると、吸気行程において吸気ポート22から筒内に流入した燃料が排気ポート23に流出してしまう可能性は、バルブオーバーラップ量が大きいほど高くなる。そこで、第2実施形態において、バルブオーバーラップ量が所定量以下である場合、予混合制御が許可され、バルブオーバーラップ量が前記所定量よりも大きい場合、予混合制御が禁止され、通常噴射制御が実行されるようにしてもよい。
In the case where there is a valve overlap, if the premix control is executed, the possibility that the fuel that has flowed into the cylinder from the
<第2実施形態の効果>
第2実施形態によれば、バルブオーバーラップがある場合において、排気ポートへの燃料の流出が防止されるので、エミッションの悪化が防止される。
<Effects of Second Embodiment>
According to the second embodiment, in the case where there is a valve overlap, the outflow of fuel to the exhaust port is prevented, so that the emission is prevented from deteriorating.
<第2実施形態の制御フロー>
第2実施形態の燃料噴射制御フローについて説明する。このフローの一例が図10に示されている。なお、図10のステップ21、22、24〜28は、それぞれ、図9のステップ11、12、13〜17と同じであるので、これらステップの説明は省略する。
<Control Flow of Second Embodiment>
The fuel injection control flow of the second embodiment will be described. An example of this flow is shown in FIG. Note that steps 21, 22, and 24-28 in FIG. 10 are the same as
図10のステップ23においては、バルブオーバーラップ量Tvoが0以下(Tvo≦0)であるか否かが判定される。Tvo≦0であれば、予混合制御が許可される。すなわち、ルーチンがステップ24に進み、ステップ24以降において、予混合制御が実行される。一方、Tvo>0であれば、予混合制御が禁止される。すなわち、ルーチンがステップ28に進み、予混合制御が実行されずに、1回のフルリフト噴射のみを実行する通常噴射制御が実行される。
In
<第3実施形態>
第3実施形態は、フューエルカット制御(すなわち、燃料噴射弁13からの燃料の噴射が停止される制御)が開始されるときの燃料噴射制御に関する。燃料噴射制御が予混合制御からフューエルカット制御に移行すると、フューエルカット制御の開始後、初回の機関サイクルにおいては、燃料の噴射が停止されているにもかかわらず、前回の機関サイクルにおいて吸気ポート22に逆流した燃料が今回の機関サイクルにおいて筒内に流入する。このため、エミッションが悪化する。そこで、第3実施形態においては、フューエルカット制御の実行が要求された場合、まず、予混合制御が停止されるとともに、1回のフルリフト噴射のみを実行する通常噴射制御が実行され、次の機関サイクルにおいて、フューエルカット制御が開始される。なお、通常噴射制御においては、トータル目標噴射量Qtの燃料が1回のフルリフト噴射によって噴射される。
<Third Embodiment>
The third embodiment relates to fuel injection control when fuel cut control (that is, control to stop fuel injection from the fuel injection valve 13) is started. When the fuel injection control shifts from the premix control to the fuel cut control, after the fuel cut control is started, in the first engine cycle, the fuel injection is stopped, but the
<第3実施形態の効果>
第3実施形態によれば、予混合制御が停止された後に、フューエルカット制御が開始される。このため、フューエルカット制御の開始後、吸気ポートから筒内に流入する燃料はないので、エミッションの悪化が防止される。
<Effect of the third embodiment>
According to the third embodiment, the fuel cut control is started after the premix control is stopped. For this reason, since no fuel flows into the cylinder from the intake port after the start of the fuel cut control, the deterioration of the emission is prevented.
<第3実施形態の制御フロー>
第3実施形態の燃料噴射制御フローについて説明する。このフローの一例が図11に示されている。なお、図11のステップ31、33〜39は、それぞれ、図10のステップ21、22〜28と同じであるので、これらステップの説明は省略する。以下説明するフローは、複数の気筒を有する内燃機関に関するフローである。
<Control Flow of Third Embodiment>
A fuel injection control flow of the third embodiment will be described. An example of this flow is shown in FIG. Note that steps 31, 33 to 39 in FIG. 11 are the same as
図11のステップ32においては、フューエルカット制御要求フラグFcsがリセットされている(Fcs=0)か否か、すなわち、フューエルカット制御の実行が要求されたか否かが判定される。Fcs=0であれば、フューエルカット制御の実行が要求されていないので、ルーチンがステップ33に進み、ステップ33以降において、第1実施形態に従った燃料噴射制御が実行される。
In
一方、Fcs=1であれば、フューエルカット制御の実行が要求されているので、ルーチンがステップ40に進み、通常噴射制御が実行される。次いで、ステップ41において、内燃機関の全気筒においてステップ40の通常噴射制御が実行されたか否かが判定される。全気筒に対して通常噴射制御が実行されたと判定されると、ルーチンがステップ42に進み、フューエルカット制御が開始され、本ルーチンは一旦終了する。以降、ステップ32において、Fcs=0であると判定される限り、フューエルカット制御が継続される。
On the other hand, if Fcs = 1, execution of fuel cut control is requested, so the routine proceeds to step 40 where normal injection control is executed. Next, at
一方、ステップ41において、全気筒において通常噴射制御が実行されていないと判定されると、ルーチンがステップ40に戻り、ステップ41において全気筒において通常噴射制御が実行されたと判定されるまで、フューエルカット制御は開始されず、ステップ40が繰り返し実行される。
On the other hand, if it is determined in
<第4実施形態>
第4実施形態は、フューエルカット制御が終了されるときの燃料噴射制御に関する。燃料噴射制御がフューエルカット制御から予混合制御に移行すると、予混合制御の開始後、初回の機関サイクルにおいては、吸気ポート22から筒内に吸入される燃料がない。したがって、この初回の機関サイクルにおいては、筒内の燃料は、予混合制御における主噴射制御によって噴射される燃料のみであるので、筒内の混合気の高い均質性が確保されず、さらに、筒内の混合気の空燃比が所期の空燃比にならない。このため、エミッションが悪化する可能性がある。そこで、第4実施形態においては、フューエルカット制御の終了が要求された場合、まず、予混合制御における副噴射制御のみが実行され、次の機関サイクルにおいて、フューエルカット制御が終了されるとともに、予混合制御(すなわち、主噴射制御および副噴射制御)が開始される。
<Fourth embodiment>
The fourth embodiment relates to fuel injection control when fuel cut control is terminated. When the fuel injection control is shifted from the fuel cut control to the premix control, there is no fuel sucked into the cylinder from the
<第4実施形態の効果>
第4実施形態によれば、予混合制御における副噴射制御の実行後、フューエルカット制御が終了されるとともに、予混合制御が開始される。したがって、予混合制御の開始直前の機関サイクルにおいて、吸気ポート22に燃料が流入している。このため、予混合制御が開始されたときには、吸気ポート22から筒内に燃料が流入するので、筒内の混合気の高い均質性が確保され、さらに、筒内の混合気の空燃比が所期の空燃比になる。このため、エミッションの悪化が防止される。
<Effects of Fourth Embodiment>
According to the fourth embodiment, after the sub-injection control in the premix control, the fuel cut control is terminated and the premix control is started. Accordingly, fuel flows into the
<第4実施形態の制御フロー>
第4実施形態の燃料噴射制御フローについて説明する。このフローの一例が図12に示されている。なお、図12のステップ51、53〜57は、それぞれ、図11のステップ31、33〜37と同じであるので、これらステップの説明は省略する。以下説明するフローは、複数の気筒を有する内燃機関に関するフローである。
<Control Flow of Fourth Embodiment>
A fuel injection control flow of the fourth embodiment will be described. An example of this flow is shown in FIG. Note that steps 51 and 53 to 57 in FIG. 12 are the same as
図12のステップ52においては、フューエルカット制御終了要求フラグFceがセットされている(Fce=1)か否か、すなわち、フューエルカット制御の終了が要求されたか否かが判定される。Fce=0であれば、フューエルカット制御の終了が要求されていないので、ルーチンがステップ64に進み、フューエルカット制御が継続される。一方、Fce=1であれば、フューエルカット制御の終了が要求されているので、ルーチンがステップ53に進む。
In
ステップ53において、NE≦Nthであると判定され、次いで、ステップ54において、Tvo≦Tthであると判定されると、ステップ55〜ステップ57において、フルリフト噴射量Qfと、パーシャルリフト噴射1回当たりの噴射量Qpと、パーシャルリフト噴射回数Nと、フルリフト噴射およびパーシャルリフト噴射の噴射タイミングとが決定される。
If it is determined in
次いで、ステップ58において、予混合制御における副噴射制御のみが実行される。すなわち、噴射量Qpの燃料を噴射するパーシャルリフト噴射を噴射回数Nだけ実行する副噴射制御が実行される。次いで、ステップ59において、全気筒においてステップ58の副噴射制御が実行されたか否かが判定される。全気筒においてステップ58の副噴射制御が実行されたと判定されたと判定されると、ルーチンがステップ60に進み、フューエルカット制御が終了され、次いで、ステップ61において、予混合制御が開始され、本ルーチンは一旦終了する。
Next, at
一方、ステップ59において、全気筒においてステップ58の副噴射制御が実行されていないと判定されると、ルーチンがステップ58に戻り、ステップ59において全気筒においてステップ58の副噴射制御が実行されたと判定されるまで、予混合制御は開始されず、ステップ58が繰り返し実行される。
On the other hand, if it is determined in
ステップ53においてNE>Nthであると判定され、あるいは、ステップ54においてTvo>Tthであると判定されると、ルーチンがステップ62に進み、フューエルカット制御が直ちに終了され、次いで、ステップ63において、1回のフルリフト噴射のみを実行する通常噴射制御が実行され、本ルーチンは一旦終了する。
If it is determined in
13…燃料噴射弁、14…点火装置、15…吸気弁、16…排気弁、21…燃焼室(筒内)、22…吸気ポート、23…排気ポート、24…点火プラグの電極、30…ノズル、31…ニードル弁、32…燃料噴射孔(噴孔)、90…電子制御装置(ECU)。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記制御部は、吸気行程において前記主噴射制御を実行するとともに、圧縮行程中の吸気弁が閉弁する直前であって前記筒内のガスが吸気ポートに逆流する期間において前記副噴射制御を実行し、且つ、
前記副噴射制御において、機関回転数が低いほど前記パーシャルリフト噴射の回数を増加させるとともに、1機関サイクルにおいて前記筒内に噴射される燃料の総量に対する前記パーシャルリフト噴射によって当該筒内に噴射される燃料の総量の割合を増加する、
ように構成された、燃料噴射制御装置。
A fuel injection control device applied to an internal combustion engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder below an intake port, wherein a lift amount of a needle valve of the fuel injection valve is within a range up to a maximum lift amount. Main injection control for executing changed injection, and sub-injection control for continuously executing partial lift injection for changing the lift amount of the needle valve within a range up to a partial lift amount smaller than the maximum lift amount a plurality of times In a fuel injection control device comprising a control unit that executes
The control unit executes the main injection control in the intake stroke, and executes the sub-injection control in a period immediately before the intake valve in the compression stroke closes and the gas in the cylinder flows backward to the intake port. And
In the sub-injection control, the lower the engine speed is, the more the number of partial lift injections is increased, and the partial lift injection with respect to the total amount of fuel injected into the cylinder in one engine cycle is injected into the cylinder. Increase the proportion of the total amount of fuel,
A fuel injection control device configured as described above.
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