JP2021032131A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を抑制しつつ、触媒の早期暖機を図ることができる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】エンジン２の各吸気ポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに設けられ、燃料を吸気ポート１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内に噴射する２つのインジェクタ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、インジェクタ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄと、エンジン２の燃焼室から排出された排気を浄化する三元触媒２６と、三元触媒２６の温度を検出する温度センサ４５と、三元触媒２６の温度が所定温度未満である場合、インジェクタ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ及びインジェクタ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ のうち一方のインジェクタのみにより燃料噴射を行なわせるＥＣＵ３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、触媒が排気の浄化を開始する所定の温度であるＴ１となる前までは、点火時期の遅角操作を行ない、排気の温度を上昇させて排気の熱により触媒の暖機制御を行なうことが記載されている。そして、触媒の温度がＴ１以上になると、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作を行なう。これにより、リーン燃焼によって発生する酸素と、リッチ燃焼によって発生する酸素との酸化反応熱により触媒の暖機制御を行なう、という技術が開示されている。

特開２００６−２２００２０号公報

触媒の温度を上昇させるためには、特許文献１に記載のように、点火時期の遅角操作を行なうなどの方法が公知であるが、燃費の悪化が発生するので改善の余地がある。

そこで、本発明は、燃費の悪化を抑制しつつ、触媒の早期暖機を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、一気筒に複数のインジェクタを有する内燃機関の制御装置であって、前記気筒には、各インジェクタの噴射した燃料を前記気筒内に吸入する吸入孔がそれぞれに設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する触媒の温度が所定温度未満である場合、前記複数のインジェクタのうち一部のインジェクタのみにより燃料噴射を行なわせる制御部を備えるものである。

このように、本発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ、触媒の早期暖機を図ることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の内燃機関の気筒を上部から見た図である。 図３は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置のインジェクタの噴射時間と噴霧粒径の関係を示すグラフである。 図４は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の片側噴射時と両側噴射時での触媒温度の違いを示すグラフである。 図５は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、一気筒に複数のインジェクタを有する内燃機関の制御装置であって、気筒には、各インジェクタの噴射した燃料を気筒内に吸入する吸入孔がそれぞれに設けられ、内燃機関の排気を浄化する触媒の温度が所定温度未満である場合、複数のインジェクタのうち一部のインジェクタのみにより燃料噴射を行なわせる制御部を備えるよう構成されている。

これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、燃費の悪化を抑制しつつ、触媒の早期暖機を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）３とを含んで構成されている。

エンジン２は、少なくとも１つ以上、例えば４つの気筒２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）を有する直列４気筒で構成されている。なお、エンジン２の気筒数は、特に４つに限定されるものではない。

エンジン２は、図示しないピストン、シリンダ、コネクティングロッド等を備え、ピストンが気筒２０を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行なう４サイクルのエンジンによって構成されている。

シリンダに収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

シリンダヘッドには、点火プラグ１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）と、吸気ポート１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）と、排気ポート２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）とが設けられている。点火プラグ１０は、燃焼室内に電極を突出させた状態でシリンダヘッドに配設され、ＥＣＵ３によってその点火時期が調整される。

エンジン２の各吸気ポート１１には、それぞれ２つのインジェクタ１２１（１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ）とインジェクタ１２２（１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ）が設けられている。インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって供給された燃料を吸気ポート１１内に噴射する、いわゆるポート噴射式の燃料噴射弁である。

吸気ポート１１は、図２に示すように、気筒２０側が２つの通路に別れ、それぞれの通路は、吸入孔１３１及び吸入孔１３２を介して気筒内の燃焼室に連通するようになっている。吸入孔１３１及び吸入孔１３２には、図示しない吸気バルブがそれぞれ設けられ、吸気ポート１１と燃焼室とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。

インジェクタ１２１が噴射した燃料は、吸入孔１３１を介して燃焼室内に吸入される。インジェクタ１２２が噴射した燃料は、吸入孔１３２を介して燃焼室内に吸入される。

インジェクタ１２１とインジェクタ１２２は、吸気が流れる方向である吸気方向と略垂直に並ぶように配置される。すなわち、インジェクタ１２１とインジェクタ１２２は、気筒列方向に並んで配置される。

図１において、吸気ポート１１には、空気を燃焼室に導入するためのインテークマニホールド１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）が設けられている。インテークマニホールド１４は、外気を吸入するための吸気管１５に接続されている。この吸気管１５の内部には、吸気ポート１１と連通する吸気通路１５ａが形成されている。

排気ポート２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）には、燃焼室のなかで混合気の燃焼によって発生した各気筒２０の排気を集合させるエキゾーストマニホールド２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）が設けられている。エキゾーストマニホールド２４は、排気管２５に接続されている。この排気管２５の内部には、排気ポート２１と連通する排気通路２５ａが形成されている。

この排気管２５には、三元触媒２６が設けられている。三元触媒２６は、エンジン２の燃焼室から排出された排気、すなわち既燃ガスを浄化するようになっている。三元触媒２６には、触媒の温度を検出する温度センサ４５が設けられている。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、上述の温度センサ４５等の各種センサ類が接続されている。

一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、上述の点火プラグ１０、インジェクタ１２１、インジェクタ１２２等の各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＵ３は、運転者の操作によるアクセル開度に基づきエンジン２の要求負荷を算出し、その要求負荷に応じてエンジン２の吸入空気量や燃料噴射量や点火時期を算出する。そして、ＥＣＵ３は、算出した吸入空気量や燃料噴射量や点火時期になるように図示しないスロットルバルブや点火プラグ１０、インジェクタ１２１、インジェクタ１２２を制御してエンジン２の運転状態を制御する。

本実施例において、ＥＣＵ３は、三元触媒２６の温度が所定温度未満である場合に、三元触媒２６の温度を上昇させる暖機制御を行なう。

ＥＣＵ３は、三元触媒２６の暖機制御を行なう場合、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせる。

図２に示すように、点火プラグ１０は、点火プラグ１０の軸上に突出する中心電極１０１と、中心電極１０１の位置からオフセットした位置に点火プラグ１０の軸方向に突出してＬ字状に延びる外側電極（接地電極）１０２とを有している。中心電極１０１と外側電極１０２との間でスパークを発生させる。ＥＣＵ３は、例えば、点火プラグ１０の外側電極１０２の内側に当たりやすい側を選択して燃料噴射させる。図２の例では、外側電極１０２は軸方向に突出した後、吸入孔１３２側から吸入孔１３１側に向けて延びるＬ字状となっており、インジェクタ１２２によって燃料噴射を行うと、外側電極に噴射された燃料が付着してしまう。そのため、インジェクタ１２１によって燃料噴射を行う。

図２に示すように、点火プラグ１０の外側電極１０２を、吸気ポート１１内を吸気が流れる方向である吸気方向に直交した吸気流動を阻害しない向きとし、燃料噴射が点火プラグ１０の外側電極１０２の内側に当たるようにすることで、火炎伝播が促進され、燃焼安定性の向上と燃料消費量の抑制との両立を図ることができる。

また、図１に示すように、多気筒が列状に並んだエンジン２の気筒列方向の両端の気筒２０ａや気筒２０ｄにおいては、ＥＣＵ３は、隣接する気筒側（他の気筒が有る側、エンジン２の中央側）のインジェクタにより燃料噴射を行なわせる。気筒２０ａの場合は、気筒２０ｂ側のインジェクタ１２２ａにより燃料噴射させる。気筒２０ｄの場合は、気筒２０ｃ側のインジェクタ１２１ｄにより燃料噴射させる。

多気筒が列状に並んでいる場合、エンジン２の中央側の吸気ポート壁面のほうが外気温などによる冷却影響が少なく、エンジン２の外側の吸気ポート壁面よりも相対的に壁面温度が高くなる。エンジン２の中央側の吸気ポート側のインジェクタを使用することで、エンジン２の外側のインジェクタを使用する場合よりも燃料の霧化が促進され、燃焼安定性向上や燃焼効率改善効果による燃料消費量抑制を達成することができる。

ＥＣＵ３は、エンジン２のアイドリング運転時に、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせるようにしてもよい。

アイドル運転時のような燃料噴射量が比較的少なくなる場合も一方のインジェクタからの燃料噴射を行なうため、非アイドル運転時と同様に三元触媒２６の暖機を図ることができ、触媒温度の低下を抑制させることができる。

ＥＣＵ３は、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせる場合、エンジン２の燃焼安定性の確保のために調整される点火時期の遅角分を考慮して燃料噴射量を設定する。つまり、点火時期の遅角分を考慮して燃料噴射量が増量される。エンジン２の燃焼安定性の確保のために調整される点火時期の遅角分は実験等により求められ、その遅角分に基づいて燃料噴射量が設定される。

エンジン２の燃焼安定性の確保のために調整される点火時期を考慮して燃料噴射量が設定されるため、点火時期の遅角が行なわれた場合でも必要なエンジン２の出力が確保でき、エンジン２の燃焼安定性を確保することができる。

インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせるため、一つのインジェクタから必要量の燃料噴射が行なわれ、一つのインジェクタの燃料噴射量が多くなり、複数のインジェクタから燃料噴射を行う場合よりも噴射時間が長期化する。図３に示すように、噴射時間が長期化すると、噴霧粒径の小さい領域を活用することができるため、混合気形成の均一化が図れ、燃焼安定性が向上する。

インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせるため、噴射された燃料は気筒内の一部に偏って吸入されるので、未燃ガスが残りやすくなり、その未燃ガスを三元触媒２６にて燃焼させることで三元触媒２６の活性化を図ることができる。図４に示すように、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２の片側で燃料噴射した場合の三元触媒２６の温度を１とすると、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２の両方で燃料噴射したデュアルの場合よりも三元触媒２６の温度を上昇させることができる。

このため、三元触媒２６の暖機のために点火時期の遅角を行なうことなく、燃料噴射の制御のみで三元触媒２６の暖機を図ることができ、燃費の悪化を抑制することができる。

複数のインジェクタで燃料噴射を行なうと、複数のインジェクタで噴射した燃料同士が気筒内でぶつかり、噴霧粒径が大きくなるなど、燃焼安定性の悪化を招くことがある。一方のインジェクタにより燃料噴射を行なうことで、このような燃焼安定性の悪化を抑制することができる。

インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２は、燃料噴射量が少ない場合には、ＥＣＵ３からの燃料噴射指示に対する実際の燃料噴射量の精度が低下する。しかし、一方のインジェクタで燃料噴射させることで、インジェクタの燃料噴射時間を長期化し、インジェクタの燃料噴射精度の高い領域で燃料噴射を行なわせることができる。このため、燃料噴射精度を保つことができ、燃焼の安定性の確保と、燃費の悪化の抑制と、を図ることができる。

以上のように構成された本実施例に係る内燃機関の制御装置による燃料噴射制御処理について、図５を参照して説明する。なお、以下に説明する燃焼安定化処理は、ＥＣＵ３が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、エンジン２がアイドル運転状態であるか否かを判定する。

エンジン２がアイドル運転状態であると判定した場合、ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせる片側噴射として、処理を終了する。

エンジン２がアイドル運転状態でないと判定した場合、ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、三元触媒２６の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。

三元触媒２６の温度が所定温度以上であると判定した場合、ステップＳ４において、ＥＣＵ３は、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２の両方により燃料の噴射を行なわせる両側噴射として、処理を終了する。

三元触媒２６の温度が所定温度以上でないと判定した場合、ステップＳ５において、ＥＣＵ３は、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせる片側噴射として、処理を終了する。

このように、本実施例では、三元触媒２６の温度が、所定温度未満の場合、インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２のいずれか一方により燃料の噴射を行なわせる。

これにより、三元触媒２６が未完暖である所定温度未満の場合、一方のインジェクタからの燃料噴射とするため、噴射された燃料は気筒内の一部に偏って吸入されるので、未燃ガスが残りやすくなり、その未燃ガスを三元触媒２６にて燃焼させることで三元触媒２６の活性化を図ることができる。三元触媒２６の暖機のために点火時期の遅角を行なうことなく、燃料噴射の制御のみで三元触媒２６の暖機を図ることができ、燃費の悪化を抑制することができる。

複数のインジェクタで燃料噴射を行なうと、複数のインジェクタで噴射した燃料同士が気筒内でぶつかり、噴霧粒径が大きくなるなど、燃焼安定性の悪化を招くことがある。一方のインジェクタにより燃料噴射を行なうことで、このような燃焼安定性の悪化を抑制することができる。

インジェクタ１２１及びインジェクタ１２２は、燃料噴射量が少ない場合には、ＥＣＵ３からの燃料噴射指示に対する実際の燃料噴射量の精度が低下する。しかし、一方のインジェクタで燃料噴射させることで、インジェクタの燃料噴射時間を長期化し、インジェクタの燃料噴射精度の高い領域で燃料噴射を行なわせることができる。このため、燃料噴射精度を保つことができ、燃焼の安定性の確保と、燃費の悪化の抑制と、を図ることができる。

また、エンジン２の燃焼安定性の確保のために調整される点火時期の遅角分を考慮して燃料噴射量を設定する。

これにより、エンジン２の燃焼安定性の確保のために調整される点火時期を考慮して燃料噴射量が設定されるため、点火時期の遅角が行なわれた場合でも必要なエンジン２の出力が確保でき、エンジン２の燃焼安定性を確保することができる。

また、多気筒のエンジン２の外側の気筒２０ａや気筒２０ｄにおいては、隣接する気筒側のインジェクタにより燃料噴射を行なわせる。

これにより、燃料を噴射するインジェクタは、エンジン２の中央側に配置されたインジェクタとなり、比較的温度の高い領域にある。このため、インジェクタの噴射した燃料の霧化を促進させることができ、燃焼安定性の向上や燃焼効率改善効果による燃料消費量の抑制を図ることができる。

なお、本実施例においては、温度センサ４５により三元触媒２６の温度を検出したが、エンジン２の駆動状態、例えば、燃料噴射量、吸入空気量、エンジン冷却水温等から推定するようにしてもよい。

本実施例では、各種センサ情報に基づきＥＣＵ３が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ（制御部）
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 点火プラグ
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 吸気ポート
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 気筒
２６ 三元触媒（触媒）
４５ 温度センサ
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ インジェクタ
１３１、１３２ 吸入孔

Claims (3)

1. 一気筒に複数のインジェクタを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒には、各インジェクタの噴射した燃料を前記気筒内に吸入する吸入孔がそれぞれに設けられ、
   前記内燃機関の排気を浄化する触媒の温度が所定温度未満である場合、前記複数のインジェクタのうち一部のインジェクタのみにより燃料噴射を行なわせる制御部を備える内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、前記内燃機関の燃焼安定性の確保のための点火時期の遅角分を考慮して前記一部のインジェクタのみによる燃料噴射量を設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は、複数の前記気筒が列状に並んで形成され、
   前記制御部は、列状に並んだ前記気筒のうち気筒列方向の両端の気筒では、隣接する気筒側に設けられた前記インジェクタを前記一部のインジェクタとする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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