JP2016118177A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間時に燃料の温度をより迅速に高くする。【解決手段】冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、燃料の温度が低いために燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出が許容量以上となるために燃料の昇温が必要と判断し、高圧燃料ポンプを冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上になるまで駆動する（Ｓ１３０〜Ｓ１６０）。これにより、デリバリパイプ内の燃料のうち燃料タンクに戻される量を多くし、燃料タンクの燃料の温度を迅速に上昇させることができる。この結果、燃料の温度が低いための制御、例えば、燃料噴射開始時期を遅角させる制御や点火時期を遅角させる制御などを早期に終了させることができる。また、燃料の温度が低いことによる不都合、例えば燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出などを早期に許容量未満にすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、詳しくは、筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有するエンジンの制御装置に関する。

従来、この種のエンジンの制御装置としては、筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有するエンジンの始動時に、冷却水温が予め定めた判定温度未満のときには、冷却水温が判定温度以上のときよりも燃料噴射開始時期を遅らせるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、このように冷却水温が判定温度未満のときに燃料噴射開始時期を遅らせることにより、ピストン温度が低いときでも噴射された燃料がピストンに直接当たることがないようにして、燃料の気化不良やスモークの発生を抑制している。

特開２００３−３２２０４６号公報

エンジンの冷却水の温度が低いときには、燃料の温度も低い場合が多い。筒内燃料噴射弁を有するエンジンでは、燃料の温度が低いと、燃料の気化不良などにより排ガス中の粒子状物質が許容量を超える場合が生じる。このため、燃料の温度を迅速に高くすることが望まれる。

本発明のエンジンの制御装置は、冷間時に燃料の温度をより迅速に高くすることを主目的とする。

本発明のエンジンの制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジンの制御装置は、
筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、燃料タンクからの燃料を前記筒内燃料噴射弁に供給する燃料供給流路に取り付けられた高圧燃料ポンプと、前記筒内燃料噴射弁から燃料噴射されない燃料を前記燃料供給流路から前記燃料タンクに戻すリターン流路と、を有するエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの冷却水温が所定温度未満のときには、前記冷却水温が前記所定温度以上のときに比して前記高圧燃料ポンプの駆動の程度が大きくなるように前記高圧燃料ポンプを制御する、
ことを特徴とする。

この本発明のエンジンの制御装置では、エンジンの冷却水温が所定温度未満のときには、冷却水温が所定温度以上のときに比して高圧燃料ポンプの駆動の程度が大きくなるように高圧燃料ポンプを制御する。ここで、「高圧燃料ポンプの駆動の程度が大きくなる」とは、高圧燃料ポンプの駆動がオンオフの場合にはオンしている時間が長かったりオンの頻度が大きい場合を意味し、高圧燃料ポンプの駆動がデューティによる場合にはデューティを高くする場合を意味する。即ち、高圧燃料ポンプの駆動時間が長かったり、高圧燃料ポンプの回転数が大きい場合を意味する。このように高圧燃料ポンプの駆動の程度を大きくすることにより、ターン流路に流れる燃料を多くして、燃料タンク内の燃料の温度を迅速に上昇させることができる。この結果、燃料の温度が低いための制御、例えば、燃料噴射開始時期を遅角させる制御や点火時期を遅角させる制御などを早期に終了させることができる。また、燃料の温度が低いことによる不都合、例えば燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出などを早期に許容量未満にすることができる。

本発明の一実施例としてのエンジンの制御装置２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される高圧燃料ポンプ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 燃料の昇温の観点による冷却水温Ｔｗと高圧燃料ポンプ６４の駆動との関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジンの制御装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジンの制御装置２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン２２と、燃料タンク５８の燃料をエンジン２２に供給する燃料供給装置６０と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、を備える。

エンジン２２は、筒内にガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料を直接噴射する筒内用燃料噴射バルブ１２５と、吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射バルブ１２６とを備える内燃機関として構成されている。エンジン２２は、こうした二種類の燃料噴射バルブ１２５，１２６を備えることにより、ポート噴射駆動モードと筒内噴射駆動モードと共用噴射駆動モードの３つのモードのいずれかで運転される。ポート噴射駆動モードでは、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共にポート用燃料噴射バルブ１２６から燃料を噴射して吸入された空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。筒内噴射駆動モードでは、同様にして空気を燃焼室に吸入し、吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから筒内用燃料噴射バルブ１２５から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させてクランクシャフト２６の回転運動を得る。共用噴射駆動モードでは、空気を燃焼室に吸入する際にポート用燃料噴射バルブ１２６から燃料噴射すると共に吸気行程や圧縮行程で筒内用燃料噴射バルブ１２５から燃料噴射してクランクシャフト２６の回転運動を得る。これらの駆動モードは、エンジン２２の運転状態やエンジン２２に要求される運転状態などに基づいて切り替えられる。なお、エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する三元触媒を有する浄化装置１３４を介して外気へ排出される。

燃料供給装置６０は、燃料タンク５８の燃料をエンジン２２の筒内用燃料噴射バルブ１２５やポート用燃料噴射バルブ１２６に燃料を供給する装置として構成されている。燃料供給装置６０は、燃料タンク５８の燃料をポート用燃料噴射バルブ１２６が接続された燃料パイプ６３に供給する電動の燃料ポンプ６２と、燃料パイプ６３内の燃料を加圧して筒内用燃料噴射バルブ１２５が接続されたデリバリパイプ６６に供給する高圧燃料ポンプ６４と、を備える。また、燃料供給装置６０は、デリバリパイプ６６と燃料タンク５８とに接続されたリリーフパイプ６８に設けられてデリバリパイプ６６内の加圧された燃料の圧力を大気圧との差圧により減圧可能なリリーフバルブ６７を備える。高圧燃料ポンプ６４は、エンジン２２からの動力により駆動されて燃料パイプ６３内の燃料を加圧するポンプである。高圧燃料ポンプ６４には、その吸入口に接続されて燃料の加圧時に開閉する電磁バルブ６４ａと、その吐出口に接続されて燃料の逆流を防止すると共にデリバリパイプ６６内の燃料の圧力（燃料圧力）を保持するチェックバルブ６４ｂと、が取り付けられている。これにより、高圧燃料ポンプ６４は、エンジン２２の運転中に電磁バルブ６４ａが開弁されると燃料ポンプ６２からの燃料を吸入し、電磁バルブ６４ａが閉弁されたときにエンジン２２からの動力により作動する図示しないプランジャにより圧縮した燃料をチェックバルブ６４ｂを介してデリバリパイプ６６に断続的に送り込むことにより、デリバリパイプ６６に供給する燃料を加圧する。リリーフバルブ６７は、デリバリパイプ６６内の燃料圧力Ｐｆが過剰となるのを防止すると共にエンジン２２の停止時にデリバリパイプ６６内の燃料圧力Ｐｆを低下させるように開弁される電磁バルブである。リリーフバルブ６７が開弁されると、デリバリパイプ６６内の燃料はリリーフパイプ６８を介して燃料タンク５８に戻される。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４の入力ポートに入力される信号としては以下のものを挙げることができる。クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジション。エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗ。燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力Ｐｉｎ。燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフトや排気バルブを開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジションθｃａ。スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度ＴＨ。吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ。吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温Ｔａ。浄化装置１３４に取り付けられた温度センサからの触媒温度Ｔｃ。空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ。酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２。シリンダブロックに取り付けられてノッキングの発生に伴って生じる振動を検出するノックセンサからのノック信号Ｋｓ。燃料供給装置６０のデリバリパイプ６６内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ６９からの燃料圧力Ｐｆ。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４の出力ポートから出力される制御信号としては以下のものを挙げることができる。筒内用燃料噴射バルブ１２５への駆動信号やポート用燃料噴射バルブ１２６への駆動信号。スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号。イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号。吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号。燃料ポンプ６２への駆動信号。高圧燃料ポンプ６４の電磁バルブ６４ａへの駆動信号。リリーフバルブ６７への駆動信号。また、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、エアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて体積効率（エンジン２２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算したり、ノックセンサからのノック信号Ｋｓの大きさや波形に基づいてノッキングの発生レベルを示すノック強度Ｋｒを演算したりしている。

次に、こうして構成されたエンジンの制御装置２０の動作、特に、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが低いときの動作について説明する。図２は、エンジンＥＣＵ２４により実行される燃料昇温制御の一例を示すフローチャートである。

燃料昇温制御が実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、エンジン２２が駆動しているか否かを判定し（ステップＳ１００）、エンジン２２が駆動していないときには、燃料を昇温する必要性を判定することも不要であるため、何もせずに、本処理を終了する。

一方、エンジン２２が駆動しているときには、水温センサ１４２からエンジン２２の冷却水の温度Ｔｗを入力し（ステップＳ１１０）、入力した冷却水温Ｔｗと閾値Ｔｒｅｆとを比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出が許容量以上となる燃料の温度範囲の上限値に相関を有するとして予め定められた冷却水の温度である。実施例では、実験などにより燃料の温度と粒子状物質の排出量と冷却水の温度Ｔｗとの関係を求め、粒子状物質の排出量が許容量以上となる燃料の温度範囲の上限値に関連づけられた冷却水の温度を閾値Ｔｒｅｆとして用いた。したがって、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出が許容量未満となるから、燃料の昇温は不要と判断することができる。この場合、必要以上の高圧燃料ポンプ６４の駆動は不要と判断し、本処理を終了する。

一方、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出が許容量以上となるから、燃料の昇温が必要と判断することがきる。この場合、高圧燃料ポンプ６４を駆動し（ステップＳ１３０）、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上になるのを待って（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）、高圧燃料ポンプ６４を駆動停止し（ステップＳ１６０）。本処理を終了する。冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときに高圧燃料ポンプ６４を駆動すると、デリバリパイプ６６内の燃料圧力Ｐｆが高くなる。デリバリパイプ６６内の燃料圧力Ｐｆが高くなると、デリバリパイプ６６内の燃料圧力Ｐｆが過剰となるのを防止するためにリリーフバルブ６７が開弁し、デリバリパイプ６６内の燃料がリリーフパイプ６８を介して燃料タンク５８に戻される。デリバリパイプ６６内の燃料のうち燃料タンク５８に戻される量が多くなると、燃料タンク５８の燃料の温度が上昇する。図３は、燃料の昇温の観点による冷却水温Ｔｗと高圧燃料ポンプ６４の駆動との関係の一例を示す説明図である。図示するように、燃料の昇温の観点からは、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには高圧燃料ポンプ６４を駆動し、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには高圧燃料ポンプ６４の駆動を停止するのである。これにより、燃料タンク５８の燃料の温度を迅速に上昇させ、燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出を迅速に許容量未満とすることができる。

以上説明した実施例のエンジンの制御装置２０では、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、燃料の温度が低いために燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出が許容量以上となるために、燃料の昇温が必要と判断する。そして、高圧燃料ポンプ６４を冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上になるまで駆動する。これにより、デリバリパイプ６６内の燃料のうち燃料タンク５８に戻される量が多くし、燃料タンク５８の燃料の温度を迅速に上昇させることができる。この結果、燃料の温度が低いための制御、例えば、燃料噴射開始時期を遅角させる制御や点火時期を遅角させる制御などを早期に終了させることができる。また、燃料の温度が低いことによる不都合、例えば燃料の気化不良などによる粒子状物質の排出などを早期に許容量未満にすることができる。

実施例のエンジンの制御装置２０では、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときに、高圧燃料ポンプ６４を冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上になるまで駆動するものとした。しかし、燃料タンク５８に燃料の温度を検出する温度センサを備える場合には、燃料の温度が粒子状物質の排出量が許容量以上となる温度範囲の上限値未満のときに高圧燃料ポンプ６４を冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上になるまで駆動するものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジンの制御装置の製造産業などに利用可能である。

２０ エンジンの制御装置、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、５８ 燃料タンク、６０ 燃料供給装置、６２ 燃料ポンプ、６３ 燃料パイプ、６４ 高圧ポンプ、６４ａ 電磁バルブ、６４ｂ チェックバルブ、６６ デリバリパイプ、６７ リリーフバルブ、６８ リリーフパイプ、６９ 燃料圧力センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２５ 筒内用燃料噴射バルブ、１２６ ポート用燃料噴射バルブ、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 酸素センサ、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構。

Claims (1)

1. 筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、燃料タンクからの燃料を前記筒内燃料噴射弁に供給する燃料供給流路に取り付けられた高圧燃料ポンプと、前記筒内燃料噴射弁から燃料噴射されない燃料を前記燃料供給流路から前記燃料タンクに戻すリターン流路と、を有するエンジンの制御装置であって、
   前記エンジンの冷却水温が所定温度未満のときには、前記冷却水温が前記所定温度以上のときに比して前記高圧燃料ポンプの駆動の程度が大きくなるように前記高圧燃料ポンプを制御する、
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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