JP2021105338A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとによる吹き分け中の冷間増量補正によるエミッションや燃費の悪化を抑制する。【解決手段】燃料噴射が筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120とで噴射される場合において、燃料噴射が吸気通路噴射用インジェクタ120のみで噴射される場合に比べて、筒内噴射用インジェクタ110による燃料噴射量と吸気通路噴射用インジェクタ120による燃料噴射量を合わせた総燃料噴射量に対する増量補正量の割合が小さくなるように制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第1の燃料噴射手段(筒内噴射用インジェクタ)と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第2の燃料噴射手段(吸気通路噴射用インジェクタ)とを備えた内燃機関の制御装置に関する技術である。
特許文献1には、機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関回転数と機関負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関において、排気ガスを浄化する触媒を早期に活性化する触媒暖気制御を行う内燃機関の制御装置が開示されている。
触媒暖気制御では、機関吸気通路壁面に付着する壁面付着量を考慮して、吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射量を増量する冷間増量補正が行われている。この冷間増量補正では、1燃焼サイクルあたりの総燃料噴射量に対して所定割合増量するのが一般的である。しかしながら、吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとによる吹き分けが実施されている場合、機関吸気通路内に噴射される燃料量が減少するため、機関吸気通路壁面に付着する壁面付着量も減少する。そのため、吹き分けの有無によらず冷間増量補正量に変化がない場合、冷間増量補正量に対して壁面付着量が少なくなり、空燃比がリッチになり、燃費が悪化してしまう恐れがある。
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、吹き分け中の冷間増量補正によるエミッションや燃費の悪化を抑制すべく成されたものである。
上記課題を解決するため、本発明は、筒内に燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第2の燃料噴射手段と、予め定められた温度以上で活性化する排気浄化用の触媒と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記触媒の暖機要求を検知するための検知手段と、前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記第1の燃料噴射手段と前記第2の燃料噴射手段とで燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、前記暖機要求が検知された場合に前記第2の燃料噴射手段による燃料噴射量を増量補正するための増量制御手段と、を有し、前記増量制御手段は、燃料噴射が前記第1の燃料噴射手段と前記第2の燃料噴射手段とで噴射される場合において、燃料噴射が前記第2の燃料噴射手段のみで噴射される場合に比べて、前記第1の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第2の燃料噴射手段による燃料噴射量を合わせた総燃料噴射量に対する前記増量補正量の割合が小さくなるように制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置を提供する。
上記構成によると、燃料の吹き分けによって吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射量が減少した場合に増量補正量も減少するため、吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射量から壁面付着量を除いた燃焼に寄与する燃料量が増加しない。そのため、触媒暖気制御中に吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとによる吹き分けが実施されたとしても、燃費が悪化してしまうことを抑制できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンECU(Electronic Control Unit)で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図1には、エンジンとして直列4気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。
図1に示すように、エンジン10は、4つの気筒112を備え、各気筒112はそれぞれ対応するインテークマニホールド20を介して共通のサージタンク30に接続されている。サージタンク30は、吸気ダクト40を介してエアクリーナ50に接続され、吸気ダクト40内にはエアフローメータ42が配置されるとともに、電動モータ60によって駆動されるスロットルバルブ70が配置されている。このスロットルバルブ70は、アクセルペダル100とは独立してエンジンECU300の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒112は共通のエキゾーストマニホールド80に連結され、このエキゾーストマニホールド80は三元触媒コンバータ90に連結されている。
各気筒112に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ110と、吸気ポートまたは/および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ120とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ110、120はエンジンECU300の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ110は共通の燃料分配管130に接続されており、この燃料分配管130は燃料分配管130に向けて流通可能な逆止弁140を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ150に接続されている。なお、本実施の形態においては、2つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような1個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。
図1に示すように、高圧燃料ポンプ150の吐出側は電磁スピル弁152を介して高圧燃料ポンプ150の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁152の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ150から燃料分配管130内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁152が全開にされると、高圧燃料ポンプ150から燃料分配管130への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁152はエンジンECU300の出力信号に基づいて制御される。
一方、各吸気通路噴射用インジェクタ120は、共通する低圧側の燃料分配管160に接続されており、燃料分配管160および高圧燃料ポンプ150は共通の燃料圧レギュレータ170を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ180に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ180は燃料フィルタ190を介して燃料タンク200に接続されている。燃料圧レギュレータ170は低圧燃料ポンプ180から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ180から吐出された燃料の一部を燃料タンク200に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ120に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ150に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。
エンジンECU300は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス310を介して相互に接続されたROM(Read Only Memory)320、RAM(Random Access Memory)330、CPU(Central Processing Unit)340、入力ポート350および出力ポート360を備えている。
エアフローメータ42は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ42の出力電圧はA/D変換器370を介して入力ポート350に入力される。エンジン10には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ380が取付けられ、この水温センサ380の出力電圧は、A/D変換器390を介して入力ポート350に入力される。
燃料分配管130には燃料分配管130内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ400が取付けられ、この燃料圧センサ400の出力電圧は、A/D変換器410を介して入力ポート350に入力される。三元触媒コンバータ90上流のエキゾーストマニホールド80には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ420が取付けられ、この空燃比センサ420の出力電圧は、A/D変換器430を介して入力ポート350に入力される。
本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ420は、エンジン10で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ(リニア空燃比センサ)である。なお、空燃比センサ420としては、エンジン10で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するO2センサを用いてもよい。
アクセルペダル100は、アクセルペダル100の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ440に接続され、アクセル開度センサ440の出力電圧は、A/D変換器450を介して入力ポート350に入力される。また、入力ポート350には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ460が接続されている。エンジンECU300のROM320には、上述のアクセル開度センサ440および回転数センサ460により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。
なお、三元触媒コンバータ90は、理論空燃比(A/F(空気重量/燃料重量)=14.7)近傍において排気中のCO、HCの酸化とNOxの還元を行なって排気を浄化することができる三元触媒である。この三元触媒コンバータ90における触媒(プラチナ、ロジウム、パラジウム等)は、ある程度の温度(高温)にならないと、活性化せず、浄化機能が作用しない。
本実施の形態に係る制御装置においては、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120とを備えたエンジン10の始動後において、三元触媒コンバータ90を早期に昇温して触媒を活性化させて、排気浄化をエンジン10の始動直後できるだけ早く作用させるにあたり、このエンジン10を搭載した車両の高度が高いとこのような早期昇温処理を制限するものである。三元触媒コンバータ90が活性化したか否かは、三元触媒コンバータ90の排気下流側に、排気中の特定成分(たとえば、酸素)濃度を検知して、判断することができる。たとえば、三元触媒コンバータ90の下流側に設けた酸素センサが活性化しているか否かを判断する。具体的には、三元触媒コンバータ90が活性化しているか否かを、下流側の酸素センサの検知信号の変化に基づいて判断することになる。これは、三元触媒コンバータ90の下流側に設けられる酸素センサが活性化したのは、三元触媒コンバータ90の活性化の出口側排気温度の上昇(酸化反応)によるものであるとして、三元触媒コンバータ90が活性化したと判断するものである。
また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等を検知して三元触媒コンバータ90の温度を推定し、その結果に基づいて三元触媒コンバータ90の活性化を判断することができる。さらには、直接的に三元触媒コンバータ90の温度(出口温度)を検知することによっても三元触媒コンバータ90の活性化を判断することができる。
エンジン10の温度(機関冷却水温を検知する水温センサ380により検知された値から判定される温度)が低いときには、インテークマニホールドも低温であって、吸気通路噴射用インジェクタ120から噴射された燃料は低温の吸気ポート壁面に付着するので、燃料の霧化の状態が良好ではない。このため、通常は、吸気通路噴射用インジェクタ120からの燃料噴射量に壁面付着分を増量する増量補正処理が行なわれる。この増量補正処理が行なわれると、総燃料量(筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射量と壁面付着量が増量された吸気通路噴射用インジェクタ120からの燃料噴射量との合計)が増加してしまい、燃費の悪化や排気成分の悪化が発生する。本実施の形態に係る制御装置であるエンジンECU300において実行されるプログラムにより、総燃料量を増加させないで、かつ、早期暖機制御を実現している。
このエンジン10は、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120とで燃料を噴射する。図2を参照して、エンジンECU300のROM320に記憶される、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120との噴き分け比率(以下、直噴比率、DI比率、DI比率r(または単にr)とも記載する。)を表わすマップについて説明する。このようなマップは、たとえば、エンジン回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ110の噴射比率が直噴比率(DI比率r)として百分率で示されている。
エンジン回転数と負荷率とにより定まる運転領域ごとに、直噴比率(DI比率r)が設定されている。「直噴100%」とは、筒内噴射用インジェクタ110からのみ燃料噴射が行なわれる領域(r=1.0、r=100%)であることを意味し、「直噴0〜20%」とは、筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射が、全噴射量の0〜20%である領域(r=0〜0.2)であることを意味している。たとえば、「直噴40%」とは、筒内噴射用インジェクタ110から全噴射量の40%が噴射され、吸気通路噴射用インジェクタ120から全噴射量の60%が噴射されることを示す。
図3を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンECU300で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、エンジンECU300は、エンジン10が始動されたか否かを判断する。このとき、他のECUからエンジンECU300に入力されるエンジン始動要求信号や、エンジンECU300自体により処理された結果に基づいて判断される。エンジン10が始動されると(S100にてYES)、処理はS110へ移される。もしそうでないと(S100にてNO)、この処理は終了する。
S110にて、エンジンECU300は、触媒暖機が必要であるか否かを判断する。このとき、上述したように、三元触媒コンバータ90の下流側に設けられた酸素センサの検知信号の変化に基づいて三元触媒コンバータ90が活性化していないと、触媒暖機は必要であると判断される。また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等から触媒暖機が必要であるか否かを判断するようにしてもよい。触媒暖機が必要であると(S110にてYES)、処理はS120へ移される。もしそうでないと(S110にてNO)、処理はS170へ移される。
S120にて、エンジンECU300は、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120との噴き分けが行われているかを判断する。このとき、上述したように、エンジン回転数と負荷率とが所定範囲内であると、吹き分けが行われていると判断される。吹き分けが必要であると(S120にてYES)、処理はS130へ移される。もしそうでないと(S120にてNO)、処理はS140へ移される。
S130にて、エンジンECU300は、吹き分けが必要な場合の吸気通路噴射用インジェクタ120の冷間増量補正処理を実行する。吸気通路噴射用インジェクタ120の燃料噴射量Q(PFI)に燃料増量分q’を加算し、冷間増量補正後の吸気通路噴射用インジェクタ120の燃料噴射量Q’(PFI)とする。
S140にて、エンジンECU300は、吹き分けが必要でない場合の吸気通路噴射用インジェクタ120の冷間増量補正処理を実行する。吸気通路噴射用インジェクタ120の燃料噴射量Q(PFI)に燃料増量分q’’を加算し、冷間増量補正後の吸気通路噴射用インジェクタ120の燃料噴射量Q’’(PFI)とする。ただし、直噴100%の場合、上記冷間増量補正処理は必要でない。
ここで、燃料増量分q’とq’’はq’/(Q(DI)+Q(PFI))<q’’/(Q(DI)+Q(PFI))のような関係にある。Q(DI)は筒内噴射用インジェクタ110による燃料噴射量である。燃料増量分q’とq’’は、エンジン10の負荷率と水温によって適切な値に設定される。例えば、実験により求められた負荷率と水温の2次元マップから燃料増量分q’とq’’が求められる。また、直噴比率(DI比率r)から物理モデル式を用いて燃料増量分q’とq’’を算出してもよい。
S150にて、エンジンECU300は、触媒暖機処理を実行する。このとき、冷間増量補正以外に、点火時期、筒内噴射用インジェクタ110の噴射時期などが、エンジンECU300により触媒暖機用に補正される。
S160にて、エンジンECU300は、触媒暖機を終了するか否かを判断する。このとき、上述したように、三元触媒コンバータ90の下流側に設けられた酸素センサの検知値号の変化に基づいて三元触媒コンバータ90が活性化していると、触媒暖機は終了すると判断される。また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等から触媒暖機を終了するか否かを判断するようにしてもよい。さらに、エンジン冷却水の水温が始動時より予め定められた値以上上昇した否かに基づいて、触媒暖機を終了するか否かを判断するようにしてもよい。さらに、吸入空気量の積算値に基づいて、エンジン10が予め定められた時間以上運転しているか否かを判断することにより、触媒暖機を終了するか否かを判断するようにしてもよい。触媒暖機を終了すると判断されると(S160にてYES)、処理はS170へ移される。もしそうでないと(S160にてNO)、処理はS120へ戻され触媒暖機を継続する。
S170にて、エンジンECU300は、エンジン10に対して通常の運転処理を実行する。このとき、一時的に触媒暖機用に設定されていた、点火時期、筒内噴射用インジェクタ110の噴射時期などが、エンジンECU300により通常運転用に戻される。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンECU300により制御されるエンジン10の動作について説明する。なお、以下の説明においては、触媒暖機を必要とする場合のエンジン10の始動時であって、吸気通路噴射用インジェクタ120からの燃料噴射量に冷間増量補正する場合の動作について説明する。
エンジン10が始動して(S100にてYES)、三元触媒コンバータ90の下流側に設けられた酸素センサの検知信号の変化に基づいて三元触媒コンバータ90が活性化していないと、触媒暖機は必要であると判断される(S110にてYES)。エンジン回転数と負荷率とが所定範囲内でないため、吹き分けしていない(「直噴0%」)と判断され(S120にてNO)、吸気通路噴射用インジェクタ120から噴射される燃料の冷間増量補正処理が実施される(S140)。
このときの状態を図4を用いて説明する。通常運転処理中、かつ「直噴0%」である状態を図4(A)に示す。総燃料量が1.00であるので、吸気通路噴射用インジェクタ120からの燃料噴射量Q(PFI)が1.00である。このときに推定された冷間増量補正量q’’が0.20であると想定する。すなわち、図4(B)に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ120から噴射される燃料噴射量Q’’(PFI)である1.20の燃料の0.20は壁面に付着して燃焼に加味されず、燃焼に寄与するのは吸気通路噴射用インジェクタ120から噴射された1.00となる。
これに対し、吹き分けしている(「直噴50%」)と判断された(S120にてYES)状態を図3(C)に示す。「直噴50%」であるため、吸気通路噴射用インジェクタ120からの燃料噴射量Q(PFI)が0.50、筒内噴射用インジェクタ110からの燃料噴射量Q(DI)が0.50である。吸気通路噴射用インジェクタ120からの燃料噴射量が減少したため、壁面に付着する燃料量も減少する。よって、このときの冷間増量補正量q’は0.10と想定される。すなわち、図4(C)に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ120から噴射される燃料噴射量Q’’(PFI)である0.60の燃料の0.10は壁面に付着して燃焼に加味されない。そのため、総燃料量1.00の中で、燃焼に寄与するのは筒内噴射用インジェクタ110から噴射された0.50と吸気通路噴射用インジェクタ120から噴射された(0.60のうちの)0.50との合計である1.00となる。
このような冷間増量補正処理により、筒内噴射用インジェクタ110と吸気通路噴射用インジェクタ120との噴き分け比率によらず、燃焼に寄与する燃料量を1.00とすることができる。そのため、冷間増量補正処理によりエミッションや燃費が悪化するのを抑制できる。
10 エンジン、20 インテークマニホールド、30 サージタンク、40 吸気ダクト、42 エアフローメータ、50 エアクリーナ、60 電動モータ、70 スロットルバルブ、80 エキゾーストマニホールド、90 三元触媒コンバータ、100 アクセルペダル、110 筒内噴射用インジェクタ、112 気筒、120 吸気通路噴射用インジェクタ、130 燃料分配管、140 逆止弁、150 高圧燃料ポンプ、152 電磁スピル弁、160 燃料分配管(低圧側)、170 燃料圧レギュレータ、180 低圧燃料ポンプ、190 燃料フィルタ、200 燃料タンク、300 エンジンECU、310 双方向性バス、320 ROM、330 RAM、340 CPU、350 入力ポート、360 出力ポート、370,390,410,430,450 A/D変換器、380 水温センサ、400 燃料圧センサ、420 空燃比センサ、440 アクセル開度センサ、460 回転数センサ。
Claims (1)
- 筒内に燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段と、
吸気通路内に燃料を噴射するための第2の燃料噴射手段と、
予め定められた温度以上で活性化する排気浄化用の触媒と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記触媒の暖機要求を検知するための検知手段と、
前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記第1の燃料噴射手段と前記第2の燃料噴射手段とで燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
前記暖機要求が検知された場合に前記第2の燃料噴射手段による燃料噴射量を増量補正するための増量制御手段と、を有し、
前記増量制御手段は、燃料噴射が前記第1の燃料噴射手段と前記第2の燃料噴射手段とで噴射される場合において、燃料噴射が前記第2の燃料噴射手段のみで噴射される場合に比べて、前記第1の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第2の燃料噴射手段による燃料噴射量を合わせた総燃料噴射量に対する前記増量補正量の割合が小さくなるように制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
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