JP2018076868A - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】減速燃料カット状態から機関回転速度が低下して燃料噴射を再開させるときに、第1燃料噴射弁により燃料を噴射させ、第2燃料噴射弁による燃料噴射を休止させる。これにより、燃料噴射弁において燃料の計量精度を維持できる最小噴射量以上の燃料量を噴射させつつ各気筒への最小燃料噴射量を少なく抑制できるため、2本で噴射させる場合よりも低回転になってから燃料噴射を再開させることができる。
【選択図】図2
Description
ここで、燃料噴射を再開させる機関回転速度を低くするほど燃費を改善できることになるが、2本の燃料噴射弁を用いて噴射再開時の燃料噴射を行わせる場合、最低でも下限パルス幅の2倍に相当する燃料噴射量となる機関回転速度であること、つまり、各燃料噴射弁が下限パルス幅以上のパルス幅で燃料噴射を行うことが噴射再開の条件となるため、燃料噴射を再開させる機関回転速度を十分に下げることができないという問題があった。
図1(A)(B)は、本願発明に係る制御装置及び制御方法を適用する内燃機関の一例を示す図である。
図1の内燃機関1において、各気筒の吸気通路2の下流側は第1吸気ポート3と第2吸気ポート4とに分岐し、第1吸気ポート3及び第2吸気ポート4の下流端はそれぞれ独立して気筒5に開口する。
一方、2つの独立した第1排気ポート7、第2排気ポート8の上流端が気筒5に開口し、第1排気ポート7、第2排気ポート8は下流側で合流して排気通路9に接続する。
排気バルブ10a,10bは、第1排気ポート7、第2排気ポート8が気筒5に開口する部分に介装され、各排気ポート7,8の開口部分を開閉する。
第2燃料噴射弁12は第2吸気ポート4に配置され、第2吸気ポート4を開閉する吸気バルブ6bの傘部に向けて燃料を噴射する。
そして、気筒5の燃焼室5a内に空気と共に吸引された燃料は、点火プラグ13による火花点火によって着火燃焼する。
そして、ECU21は、内燃機関1の運転状態を検出する各種センサの出力信号を入力し、これらの信号に基づいて燃料噴射弁11,12の噴射タイミングを検出すると共に各燃料噴射弁11,12に出力する噴射パルス信号のパルス幅(噴射時間)を演算し、演算したパルス幅の噴射パルス信号を所定の噴射タイミングにて燃料噴射弁11,12に出力する。
更に、ECU21は、水温センサ24の出力に基づき検出した冷却水温度TW(機関温度)などに基づき各種補正係数COを演算し、基本噴射パルス幅TPを各種補正係数COなどで補正して、1燃焼サイクル毎に各気筒に噴射する燃料量に相当する噴射パルス幅(燃料噴射量)TI[ms]を演算する。
ECU21は、アクセル開度(スロットル開度)が全閉でかつ機関回転速度NEが第1閾値NESL1(燃料カット回転速度)よりも高い減速運転状態になると、燃料噴射弁11,12による燃料噴射を停止させる。
また、ECU21は、減速燃料カット状態で機関回転速度NEが第2閾値NESL2にまで低下して燃料噴射を再開させるときに、第2燃料噴射弁12による燃料噴射を休止させて第1燃料噴射弁11によって燃料噴射を行わせる。
図2のフローチャートは、ECU21による燃料噴射制御の流れを示すフローチャートである。
ステップS101で、ECU21は、減速燃料カット条件(燃料噴射を停止させる所定条件)が成立しているか否かを検出する。減速燃料カット条件が成立している状態とは、例えば、スロットルバルブが全閉で、かつ、機関回転速度NEが第1閾値NESL1よりも高い状態である。
なお、フラグFCUTの初期値は0であり、後述するように、ECU21は、減速燃料カットを実施するときにフラグFCUTを立ち上げる。
ECU21は、ステップS109における標準の燃料噴射制御において、各燃料噴射弁11,12による燃料噴射量の分担率を例えば50%:50%に固定し、1サイクル毎に第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12による燃料噴射を行わせることができる。
つまり、交互噴射モードで、ECU21は、目標空燃比の混合気を形成させるために1サイクルで噴射させる燃料量(燃料噴射量TI)を、第1燃料噴射弁11と第2燃料噴射弁12とのいずれか一方で全量噴射させ、他方の噴射動作を休止させ、全量噴射させるのに用いる燃料噴射弁を、設定燃焼サイクル数毎に第1燃料噴射弁11と第2燃料噴射弁12との間で切り替える。
また、ECU21は、併用噴射モードにおいて、第1燃料噴射弁11の噴射タイミングと第2燃料噴射弁12の噴射タイミングとを同じに設定することができる他、第1燃料噴射弁11の噴射タイミングと第2燃料噴射弁12の噴射タイミングとを個別に設定し、第1燃料噴射弁11の噴射タイミングと第2燃料噴射弁12の噴射タイミングとを異ならせることができる。
ECU21は、ステップS103にて、第1燃料噴射弁11による燃料噴射を停止させかつ第2燃料噴射弁12による燃料噴射を停止させ、各気筒への燃料噴射が停止される減速燃料カット状態とする。
そして、ECU21は、ステップS101にて、減速燃料カット条件を逸脱したことを検出すると、ステップS104に進む。
ステップS105で、ECU21は、減速燃料カット条件の逸脱が、減速燃料カット状態で機関回転速度NEが第2閾値NESL2にまで低下したこと(機関回転速度の低下)に因るものであるか否かを検出する。
ステップS106で、ECU21は、回転低下によって減速燃料カット条件を逸脱した後に標準の燃料噴射制御(2本噴射)に復帰させる切替えタイミングになったか否かを検出する。そして、ECU21は、機関回転速度NEが第2閾値NESL2にまで低下した時点(減速燃料カット条件を逸脱した時点)から前記切替えタイミングまでの期間内であれば、ステップS107へ進む。
つまり、減速燃料カット条件を機関回転速度NEの低下によって逸脱すると、第1燃料噴射弁11のみで燃料を噴射させる状態(1本噴射)で燃料噴射を再開させ、所定期間だけ1本噴射を実施した後に、第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12によって燃料噴射を行わせる状態(標準の燃料噴射制御、2本噴射)に切り替える。
減速燃料カット条件を機関回転速度NEの低下によって脱したときには、1サイクルにおいて気筒に噴射する燃料量が少なくなる。
そして、燃料噴射を再開させる機関回転速度が低くなれば、燃料カット期間が長くなり、内燃機関1の燃費性能がより改善される。
図3において、スロットルバルブが開いている時刻t0から時刻t1までの間、ECU21は、標準の燃料噴射制御により第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12により燃料を噴射させる。
減速燃料カット状態で機関回転速度NEが低下し、時刻t3にて機関回転速度NEが閾値NESL2に達して減速燃料カット条件を脱すると、ECU21は、気筒への燃料噴射を再開させるが、2本の燃料噴射弁11,12のうちの第1燃料噴射弁11を用いて燃料噴射させ、第2燃料噴射弁12の燃料噴射は休止させる。
これに対し、ECU21が、減速燃料カット状態から燃料噴射を再開させるときに第2燃料噴射弁12を休止させ第1燃料噴射弁11で燃料を噴射させる場合、噴射パルス幅TIが最小パルス幅Ti2min以上であることが燃料噴射の再開条件となり、2本噴射で燃料噴射を再開させる場合よりもより低い機関回転速度NESL2まで燃料噴射の再開を遅らせることができる。
そして、減速燃料カット期間が長くなれば、燃料カット期間で噴射を停止させた燃料量の総量が多くなって、燃料カットによる燃料の節約効果が大きくなる。
一方、減速燃料カット状態では機関回転速度NEが低くなるほど、噴射再開時の燃料噴射量TIが少なくなるから、最小噴射量Timinが少なくなることで、図4に示したように、燃料噴射を再開させる機関回転速度(リカバー回転速度)をより低くできる。
このため、1本噴射で燃料噴射を再開させる場合、最小パルス幅Ti2minがより短くコストの高い噴射弁を用いることなく、より低い機関回転速度になってから燃料噴射を再開させることができ、また、内燃機関の高負荷領域での燃料流量が不足することを抑制できる。
更に、上記の併用噴射モードと交互噴射モードとを内燃機関1の運転条件(機関温度、機関負荷、機関回転速度など)に応じて切り替えることで、冷機状態などでの壁面付着燃料の増大による排気性状の悪化を抑制しつつ、暖機後は、均質な混合気を形成させることができる。
ここで、切替えタイミングの判定に用いる所定時間及び積算噴射回数の所定値は、噴射再開後の噴射パルス幅TIの増大に伴い、噴射パルス幅TIがTi2min×2以上になると見込まれる期間を判定できるように、予め実験等により適合される。
つまり、ECU21は、1サイクル当たりの噴射パルス幅TIを2本の燃料噴射弁11,12に割り振っても、各燃料噴射弁11,12の噴射パルス幅Timain、Tisubが共に最小パルス幅Ti2min以上となるタイミングで、1本噴射から2本噴射に切り替えることができる。
ECU21は、減速燃料カット状態から機関回転速度の低下に基づき1本噴射で燃料噴射を再開させた状態において、図8のフローチャートに示されるルーチンを一定周期毎に割り込み処理する。
後述するように、図8のフローチャートに示す切り替え制御において、ECU21は、第1燃料噴射弁11で燃料を噴射させ第2燃料噴射弁12による燃料噴射を休止させている状態(1本噴射)から、第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12を用いて燃料を噴射させる状態(2本噴射)に切り替えた直後の所定期間において、各燃料噴射弁11,12による燃料噴射の分担率を徐々に変化させるよう構成されている。そして、ECU21は、分担率の変更処理中であるか否かを分担噴射フラグFDに基づいて検出する。
なお、分担噴射フラグFDの初期値は零(OFF)である。
ECU21は、ステップS202で、1本噴射において第1燃料噴射弁11に出力している噴射パルス信号のパルス幅Timain、換言すれば、気筒に1サイクル毎に噴射している総燃料量が、燃料噴射弁11,12個々の最小パルス幅Ti2minのA(2≦A)倍を超えているか否かを検出する。
なお、第2燃料噴射弁12による噴射を休止させている(1本噴射)状態での第1燃料噴射弁11のパルス幅Timainは、噴射パルス幅TIと同じ値であり、第1燃料噴射弁11と第2燃料噴射弁12との双方で燃料噴射させる場合(2本噴射)では、第1燃料噴射弁11のパルス幅Timainと第2燃料噴射弁12のパルス幅Tisubとの総和が、噴射パルス幅TIと同じ値になる。
この最小パルス幅Ti2minの2倍の燃料量を気筒に噴射させる運転条件であって、各燃料噴射弁11,12が同量の燃料を噴射する場合、各燃料噴射弁11,12は、それぞれ最小パルス幅Ti2minの燃料を噴射することになり、各燃料噴射弁11,12は十分な計量精度で燃料を噴射できることになる。
従って、1サイクル当たり少なくとも最小パルス幅Ti2minの2倍の燃料量を気筒に噴射する運転条件であって、第1燃料噴射弁11の噴射パルス幅TimainがTi2min以上となりかつ第2燃料噴射弁12の噴射パルス幅TisubがTi2min以上となる運転条件であることが、各燃料噴射弁11,12が下限以上の計量精度で燃料を噴射できる条件となる。
これにより、各燃料噴射弁11,12のパルス幅Timain,Tisubの少なくとも一方が最小パルス幅Ti2minを下回ることになる状態で、1本噴射から2本噴射に移行させてしまうことを抑制でき、2本噴射に切り替えた後における空燃比の制御精度の低下を未然に抑制できる。
なお、ECU21は、2本噴射において各燃料噴射弁11,12から同量の燃料を噴射させる場合でも、Ti2minのばらつきなどを考慮して、1サイクル当たり気筒に噴射する燃料量が最小パルス幅Ti2minの2倍よりも多い量になったことを条件に2本噴射に切り替えることができる。
一方、第1燃料噴射弁11に出力している噴射パルス信号のパルス幅Timainが最小パルス幅Ti2minのA倍よりも長い時間になると、ECU21は、ステップS203へ進み、分担噴射フラグFDに1(ON)を設定し、第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12を用いて燃料噴射を行わせ、かつ、各噴射弁11,12の燃料噴射の分担率を徐々に変更する噴射制御(過渡制御)に移行する。
換言すれば、分担率を徐々に変更する噴射制御は、第1燃料噴射弁11のみで燃料噴射を行わせる制御(1本噴射)から第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12を用いて燃料噴射を行わせる制御(標準の燃料噴射制御、2本噴射)への切り替え時に過渡的に実施される制御である。
ステップS204で、ECU21は、第1燃料噴射弁11の噴射パルス幅Timainを、Timain=TI×係数Bに設定する。
係数Bの初期値は、0を超えかつ0.5(50%)未満の値であり(0<係数Bの初期値<0.5)、例えば、B=0.4(40%)とすることができる。
係る係数Bにより、第1燃料噴射弁11及び第2燃料噴射弁12を用いた噴射制御(2本)に移行した直後は、第1燃料噴射弁11の噴射量よりも第2燃料噴射弁12の噴射量が多くなる。
なお、係数Bの初期値は、係数Aによって決まる第2燃料噴射弁12による噴射開始時の噴射パルス幅TIのときに、係数Bの初期値で決まる第1燃料噴射弁11の噴射パルス幅Timainが最小パルス幅Ti2minを下回らない値に予め調整される。
ここで、Timain=TI×40%=Ti2minとする場合、第2燃料噴射弁12による噴射開始時の噴射パルス幅TIは、TI=Ti2min×2.5となる。つまり、係数Bの初期値を40%とする場合において係数Aを2.5以上に設定すれば、第1燃料噴射弁11の噴射パルス幅Timainは最小パルス幅Ti2min以上になり、第2燃料噴射弁12の噴射パルス幅Tisubは最小パルス幅Ti2minよりも長くなる。
係る係数Bの更新処理によって、ECU21は、第1燃料噴射弁11による燃料噴射量を、TI/2よりも少ない状態からTI/2に向けて徐々に増大させ、逆に、第2燃料噴射弁12による燃料噴射量を、TI/2よりも多い状態からTI/2に向けて徐々に減少させる。
ステップS207で、ECU21は、本ルーチンの前回実行時に更新された係数Bに基づき、第1燃料噴射弁11の噴射パルス幅Timain(Timain=TI×B)を算出する。
次いで、ECU21は、ステップS209に進み、係数B(換言すれば、第1燃料噴射弁11の分担率)が0.5(50%)よりも大きくなったか否かを検出する。
そして、ECU21は、ステップS209にて、係数Bが0.5よりも大きいことを検出すると、ステップS211に進み、分担噴射フラグFDを零(OFF)にリセットし、本ルーチンによる分担率制御を終了させ、その後は、標準の燃料噴射制御(ステップS109)を実施する。
図9に示した一例では、ECU21は、時刻t1にて減速燃料カット状態から燃料噴射を再開させるときに、まず、第1燃料噴射弁11の分担率を100%として燃料噴射パルス幅TIの燃料を第1燃料噴射弁11から噴射させる。
ECU21は、時刻t2にて、パルス幅Timainが最小パルス幅Ti2minのA倍よりも長い時間になったことを検出すると、第1燃料噴射弁11の分担率を40%、第2燃料噴射弁12の分担率を60%として、2本の燃料噴射弁11,12による噴射を行わせる。
その後、ECU21は、第1燃料噴射弁11の分担率を40%から漸増させ、第2燃料噴射弁12の分担率を60%から漸減させ、時刻t2から時刻t3まで期間において、分担率を40%:60%の状態から50%:50%の状態にまで変化させる。
また、噴射を休止させていた第2燃料噴射弁12による燃料噴射を開始するときに、第2燃料噴射弁12による分担率を50%よりも多くすることで、各吸気ポートからシリンダ内に吸引される燃料量の差異が多くなることを抑制でき、均質な混合気の形成に寄与できる。
つまり、係数Bの初期値(第1燃料噴射弁11の分担率の初期値)、及び、燃料噴射の分担率の変化速度を規定する所定値Cは、第1燃料噴射弁11単独での燃料噴射(1本噴射)から両燃料噴射弁11,12による燃料噴射(2本噴射)に切り替えたときに両吸気ポート3,4からシリンダ内に吸引される燃料量の差を少なくできるように、予め適合される。
ECU21は、例えば、壁面付着燃料量が多くなる冷機時には、係数Bの初期値をより小さく所定値Cをより小さくし、減速燃料カットの継続時間が長く吸気ポート4の壁面付着燃料量の減少が多くなるほど、係数Bの初期値をより小さく所定値Cをより小さくすることができる。
なお、ECU21は、減速燃料カット状態から燃料噴射の再開時に、第2燃料噴射弁12の燃料噴射を休止させ第1燃料噴射弁11で燃料を噴射させたときに、第1燃料噴射弁11の故障の有無を診断し、第1燃料噴射弁11の故障を検出したときに、第2燃料噴射弁12に切り替えて燃料噴射を行わせることができる。
例えば、第1燃料噴射弁11と第2燃料噴射弁12とは、噴射特性が同じである同じ部品を用いることができるが、最小パルス幅Ti2minが相互に異なる燃料噴射弁11,12を用いることができる。
これにより、減速燃料カットからの燃料噴射の再開をより低回転になるまで遅延させて、燃費性能をより向上させることができ、また、高負荷領域において第2燃料噴射弁12による分担率を高めて燃料流量が不足することを抑制できる。
更に、第1燃料噴射弁11と第2燃料噴射弁12とは、吸気バルブから略同距離の位置に並べて配置することができる他、吸気の流れ方向において上流側と下流側とに離して配置することができる。
また、標準の燃料噴射制御を、交互噴射モード及び併用噴射モードを含む噴射制御に限定するものではなく、1燃焼サイクル当たりの燃料噴射量を2本の燃料噴射弁で分担して噴射する制御が少なくとも実施される構成とすることができる。
また、ECU21は、減速燃料カットからの噴射再開時に、交互噴射モードによって燃料噴射を制御し、第1燃料噴射弁11による噴射パルス幅TIの噴射と、第2燃料噴射弁12による噴射パルス幅TIの噴射とを所定の燃焼サイクル数毎に切り替えることができる。
Claims (5)
- 吸気通路から分岐してそれぞれ気筒に開口する第1吸気ポート及び第2吸気ポートと、前記第1吸気ポートに備えられた第1燃料噴射弁と、前記第2吸気ポートに備えられた第2燃料噴射弁とを備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記内燃機関の減速による燃料カット状態から機関回転速度の低下に伴って燃料噴射を再開させるときは、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を停止したまま前記第1燃料噴射弁による燃料噴射を再開させ、
前記内燃機関の減速による燃料カット状態から機関回転速度の低下に伴い燃料噴射を再開させるとき以外の機関運転条件では、前記第1燃料噴射弁及び前記第2燃料噴射弁によって燃料噴射を行わせる、
内燃機関の制御装置。 - 前記第1燃料噴射弁による燃料噴射を再開させた後、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を再開させるときは、前記燃料噴射量が前記最小噴射パルス幅の総和に相当する燃料噴射量以上になってから、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を再開させる、
請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を再開させるときに、前記第1燃料噴射弁による燃料噴射量を前記第2燃料噴射弁による燃料噴射量よりも少なくし、その後、前記第1燃料噴射弁による燃料噴射量と前記第2燃料噴射弁による燃料噴射量との差を減少させる、
請求項2記載の内燃機関の制御装置。 - 吸気通路から分岐してそれぞれ気筒に開口する第1吸気ポート及び第2吸気ポートと、前記第1吸気ポートに備えられた第1燃料噴射弁と、前記第2吸気ポートに備えられた第2燃料噴射弁とを備えた内燃機関に適用される制御方法において、
前記内燃機関の減速により前記第1燃料噴射弁及び前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を停止し、
前記第1燃料噴射弁及び前記第2燃料噴射弁による燃料噴射が停止された燃料カット状態から機関回転速度の低下に伴って燃料噴射を再開させるときは、気筒当たりの燃料噴射量が前記第1燃料噴射弁の最小噴射パルス幅と前記第2燃料噴射弁の最小噴射パルス幅との総和に相当する燃料噴射量よりも小さくなる機関回転速度になってから、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を停止したまま前記第1燃料噴射弁による燃料噴射を再開させる、
内燃機関の制御方法。 - 吸気通路から分岐してそれぞれ気筒に開口する第1吸気ポート及び第2吸気ポートと、前記第1吸気ポートに備えられた第1燃料噴射弁と、前記第2吸気ポートに備えられた第2燃料噴射弁とを備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記内燃機関の減速による燃料カット状態から機関回転速度の低下に伴って燃料噴射を再開させるときは、気筒当たりの燃料噴射量が前記第1燃料噴射弁の最小噴射パルス幅と前記第2燃料噴射弁の最小噴射パルス幅との総和に相当する燃料噴射量よりも小さくなる機関回転速度になってから、前記第2燃料噴射弁による燃料噴射を停止したまま前記第1燃料噴射弁による燃料噴射を再開させる、
内燃機関の制御装置。
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