JP2016037892A - 筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ステップ601では、各燃料噴射弁109から1燃焼サイクル中に噴射する総燃料噴射量であるQf-TOTALを設定する。総燃料噴射量Qf-TOTALは、エアフロセンサ103にて計量する吸入空気量や、運転状態等に応じて設定される燃圧センサ204の信号を用いて算出される燃圧等に応じて設定される。尚、空燃比フィードバックによる補正は吸気行程での燃料噴射量に反映され、圧縮行程での燃料噴射量には反映されないものである。この理由については後述する。
ステップ602では、圧縮行程で噴射される圧縮行程燃料噴射量Qf-COMPを算出する。ここで圧縮行程噴射量Qf-COMPは、燃料噴射弁109の燃圧特性、電気特性、機械特性、及び燃料噴射弁の駆動電流波形等の諸特性から設定するが、燃料噴射弁の弁リフト領域は図8及び図9に示すハーフリフト領域を使用する。ただし、圧縮行程燃料噴射量Qf-COMPの量が多い場合はフルリフト領域を使用しても良いものであり、本実施例においてはハーフリフト領域に限定されないものである。
ステップ603では、分割した各燃料噴射の噴射インターバルである噴射間隔(角度)を算出する。噴射間隔は、燃料付着及び混合気の均質性の観点と、燃料噴射弁駆動電流確保の観点から、ある所定角度以上の間隔を設定する。噴射間隔が狭すぎると1回の単一噴射とほぼ同様の燃料噴霧状態となり、分割噴射の効果が得られずにピストン冠面125a及び燃焼室壁面への燃料付着を低減できないからである。また、燃料噴射弁109の駆動回路101a-2は、燃料噴射弁109を駆動する度に昇圧回路内の電圧が低下するため、元の電圧まで復帰する時間が必要であり、この昇圧復帰時間中は、次の燃料噴射を待つ必要がある。このため、分割噴射の間隔を適切に設定することが必要である。尚、図6に示すように、吸気行程と圧縮行程に1回だけ燃料を噴射する場合はこのステップ603の演算は省略される。
ステップ604では、1燃焼サイクルでの総分割噴射回数N-T、吸気行程での分割噴射回数N-I、圧縮行程での分割噴射回数N-Cの設定を行う。分割数N-T、N-I、N-Cは、内燃機関の回転数及び内燃機関の負荷状態パラメータにより決定する。これらの分割数は算術演算によって求めても良いが、本実施例では回転数と負荷状態パラメータ(例えば、空気量を回転数で除した値や、負荷率を使用することができる)を軸としたマップを形成し、このマップに各分割数を予め記憶させておき、運転状態に応じて読み出して使用している。このようにマップを使用すると素早い計算が可能となる。これらの分割数は任意であるが、図6に示す例では、N-T=2、N-I=1、N-C=1と設定されている。
ステップ605では、吸気行程で分割される分割噴射の噴射パルス幅TI-B(=TI(n))の算出を行なう。この噴射パルス幅TI-Bは初回噴射の燃料量であるが、これ以外の分割噴射の噴射パルス幅TI(n)で噴射される燃料噴射量に相当する。このステップ605では、ステップ601で算出した総燃料噴射量Qf-TOTALからステップ602で算出した圧縮行程での燃料噴射量Qf-CNPを差し引き、差し引かれた燃料量をステップ604で算出された吸気行程の分割数N-Iで除すことで、吸気行程の分割噴射の噴射パルス幅TI-B(=TI(n))を算出することができる。つまり、「(Qf-TOTAL−Qf-CNP)/N-I」の演算を行うものである。尚、このステップ605では、後述する空燃比フィードバックによるフィードバック係数(F/B係数)が噴射パルス幅TI-B(=TI(n))に反映されている。これについては後述する。
ステップ606では、吸気行程での初回噴射を実行する初回噴射時期IT-Bを算出する。初回噴射時期IT-Bはクランク角度に対応した角度として算出される。ステップ605で算出した燃料噴射パルス幅TI-Bと、ピストン冠面温度TEPIを入力として、図12に示すようなマップMITBを参照することによって、初回噴射時期IT-Bを算出する。マップMITBは、ピストン冠面温度TEPIによる燃料付着量及び気化率の影響を考慮して設定する。また、冠面温度TEPIは、空気量、空燃比、点火時期などを用いて、熱モデルを構成して推定する方法が望ましい。ただし、制御の簡略化の観点から、水温センサ202、油温センサ205、吸気温センサ118で検出した水温、油温、吸気温を入力値としてマップを検索する構成としても良いものである。
ステップ607では、カウンタの初期値「n=1」の設定処理を行う。このカウンタは分割噴射を実行する毎に「+1」の加算を行い、以下に示すステップ608で総分割数N-Tと比較されるものである。
ステップ608では、カウンタの値nが総分割数N-Tよりも大きいか否かの判定を行い、大きい場合(n=1〜N-Tまでの設定が完了)は分割噴射の処理が終了したと判断して一連の処理を終了する。一方、カウンタの値nが総分割数N-T以下の場合は分割噴射の処理を行うためステップ609以降の処理を実行する。
ステップ609では、分割噴射の各噴射パルス幅TI(n)(n=1〜N-T)の設定を行う。このステップ609の詳細は図11に示している。図11において、ステップ701では、1燃焼サイクルにおける分割噴射のうち、圧縮行程の噴射か否かの判定を行う。カウンタの値nがステップ604で設定した分割数N-I以下の場合は、吸気行程の分割噴射が終了していないとしてステップ702の処理を行う。一方、カウンタの値nがステップ604で設定した分割N-Iより大きい場合は、吸気行程の分割噴射が終了して圧縮行程の分割噴射と判断してステップ703の処理を行う。ステップ702では吸気行程の燃料噴射パルス幅の設定処理を実行し、ステップ703では圧縮行程の燃料噴射パルス幅の設定処理を実行する。尚、各行程の分割数N-I,N-Cは一定数としているが、内燃機関の運転状態に応じた分割数とすることも可能であり、これは内燃機関の仕様によって適切に選ばれれば良いものである。
ステップ610では、分割噴射の各噴射の噴射時期IT(n)(n=1〜N-T)の設定を行う。このステップ610の詳細は図12に示している。図12において、ステップ801では、1燃焼サイクルにおける分割噴射のうち、初回の噴射時期の設定か否かの判定を行う。初回の判定「n=1」の場合はステップ802に進み、ステップ606で求めた初回の噴射開始角度IT(1)にIT-Bを設定(IT(1)⇒IT-B)してエンドに抜け、ステップ610の処理を終了する。
ステップ611では、カウンタの値nを「+1」するインクリメント処理を行い、再びステップ608に戻る。このようにしてn=1〜N-Tまでの処理を繰り返し、各分割噴射の噴射パルス幅と噴射時期とを設定する。そして、カウンタの値nが総分割数N-Tを超えると(n=1〜N-Tまでの設定が完了)、分割噴射の処理が終了したと判断して一連の処理を終了するものである。
Claims (10)
- 燃焼室内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に形成された混合気に着火させる点火プラグと、排気ガスを浄化させる触媒とが配置された筒内燃料噴射式内燃機関に用いられ、前記燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射時期を制御する燃料制御手段を備えた筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段はノッキングが発生しない状態で、前記燃料噴射弁によって1燃焼サイクル中の吸気行程に1回以上の燃料噴射を実行して前記燃焼室の排気側領域に理論空燃比よりリーンな空燃比の混合気を形成し、その後の圧縮行程の前半期に1回以上の燃料噴射を実行すると共に、前記圧縮行程の燃料噴射量を前記吸気行程の燃料噴射量より少なくして点火プラグ近傍に前記燃焼室の前記排気側領域よりリッチな混合気を形成することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射弁は前記排気側領域とは反対側の前記燃焼室の空間に燃料を噴射することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項2に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記圧縮行程の前半期を更に2分割し、前記燃料制御手段はこの2分割された後半期に燃料を噴射することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項3に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記圧縮行程はピストンが下死点の状態をクランク角で180°とし、前記ピストンが上昇して上死点の状態をクランク角で360°とし、前記2分割された前記後半期は225°〜270°であることを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項4に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段は、前記燃焼室内の平均混合気が理論空燃比附近になるように総燃料量を設定し、前記吸気行程の燃料噴射によって前記燃焼室の排気側領域に理論空燃比よりリーンな空燃比の混合気を形成し、その後の圧縮行程の前半期の燃料噴射によって点火プラグ近傍に弱リッチ状態の混合気を形成することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項4に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段は、前記燃焼室内の平均混合気が弱リーン状態になるように総燃料量を設定し、前記吸気行程の燃料噴射によって前記燃焼室の排気側領域に前記平均混合気よりも薄い弱リーンな空燃比の混合気を形成し、その後の圧縮行程の前半期の燃料噴射によって点火プラグ近傍に理論空燃比附近の混合気を形成することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段は、前記圧縮行程中に分割噴射される総燃料量を1燃焼サイクル中に必要な燃料量の10%以下に制限することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項7に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段は、前記燃料噴射弁の弁リフト量がフルリフト未満の状態で、前記圧縮行程の1回当たりの燃料を噴射することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段は、空燃比センサに基づく空燃比フィードバックの補正量を前記吸気行程に噴射される燃料噴射分のみに反映させることを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記燃料制御手段は、ノッキングの発生状態を判定し、ノッキングの発生が生じたと判定された場合は、前記圧縮行程の噴射回数を増加することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
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