JP2021139315A

JP2021139315A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2021139315A
Application number: JP2020036000A
Authority: JP
Inventors: 憲吾長尾; Kengo Nagao
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-16

Abstract

【課題】高回転高負荷の保護増量を行う運転領域における混合気の燃焼の不安定化を防止する。【解決手段】ポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置であって、アクセル開度が拡大または縮小する過渡期に、そうでないときよりも気筒に充填される混合気の空燃比が平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍よりもリッチとなるように燃料噴射量のポートウェットを考慮した補正をするとともに、エンジン回転数が所定以上かつアクセル開度が所定以上の高回転高負荷の運転領域において、そうでない運転領域よりも気筒に充填される混合気の空燃比がよりリッチとなるように燃料噴射量を保護増量補正するものであり、前記保護増量補正を行う運転領域において前記過渡期が訪れた場合、前記保護増量補正を行わない運転領域において前記過渡期が訪れた場合と比較してポートウェットを考慮した燃料噴射量を減量する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の燃料噴射を制御する制御装置に関する。

周知の通り、ポート噴射式の内燃機関（例えば、下記特許文献を参照）では、インジェクタから気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射し、燃料を予め吸気通路を流れる吸入空気と予混合して気化させた上で、気筒の燃焼室に吸引させる。

特開２０１６−１８３５８３号公報

ポート噴射式の内燃機関にあっては、インジェクタから噴射した燃料の全てが即時に気筒に吸引されるとは限らない。インジェクタから噴出した燃料の一部は、気化せず液状のままで吸気ポートの内壁面や吸気バルブの弁体の傘部等に付着するポートウェットとなる。そのポートウェットの燃料は、後に気化して気筒に吸引されることとなる。

車両の運転者がアクセルペダルを踏み込み、またはアクセルペダルの踏み込みを緩めたとき、その操作に呼応して吸気絞り弁であるスロットルバルブの開度を拡大または縮小してエンジン回転数を加速または減速させるが、その過渡期には燃料噴射量にポートウェットを考慮した補正を加える。具体的には、アクセル開度が拡大する過渡期、即ち運転者が加速を要求している過渡期に、気筒に直ちに吸引されないポートウェットが発生することを見越して、燃料噴射量を平常よりも増量する。翻って、アクセル開度が縮小する過渡期、即ち運転者が減速を要求している過渡期には、既に生じているポートウェットが遅れて気化し気筒に吸引されることを見越して、燃料噴射量を平常よりも減量する。その何れにおいても、気筒に充填される混合気の空燃比は、平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍よりも幾分リッチにする。これは、過渡期には空燃比を理論空燃比またはその近傍に制御することがどうしても難しいこと、空燃比がリーンであるよりはリッチである方が混合気の燃焼が安定的であることによる。

他方、高回転かつ高負荷の運転領域では、内燃機関の排気系の部材、特に排気浄化用の触媒が熱害を受けることを抑止するべく、燃料噴射量を平常よりも増量して混合気の空燃比をリッチ化する保護増量を行うことがある。その意図は、燃料の潜熱（気化熱）を利用して、気筒から排出され排気通路に流入する燃焼ガスの温度をできる限り低下させることにある。

保護増量を行う運転領域において、運転者がアクセルペダルの踏込量を変化させると、上述した過渡期のポートウェットを考慮した燃料噴射量の補正と、保護増量に伴う燃料噴射量の補正とが重畳してしまう。結果、混合気の空燃比が過剰にリッチとなって燃焼の不安定化ないし失火を招き、エンジントルクが不当に低落し、ＮＶ（ＮｏｉｓｅａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ）性能の悪化即ち振動を発生させるおそれがある。

以上の問題に着目してなされた本発明は、高回転高負荷の保護増量を行う運転領域における混合気の燃焼の不安定化を防止することを所期の目的としている。

本発明では、気筒に連なる吸気ポートに向けてインジェクタから燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置であって、アクセル開度が拡大または縮小する過渡期に、そうでないときよりも気筒に充填される混合気の空燃比が平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍よりもリッチとなるように燃料噴射量のポートウェットを考慮した補正をするとともに、エンジン回転数が所定以上かつアクセル開度が所定以上の高回転高負荷の運転領域において、そうでない運転領域よりも気筒に充填される混合気の空燃比がよりリッチとなるように燃料噴射量を保護増量補正するものであり、前記高回転高負荷の保護増量補正を行う運転領域において前記過渡期が訪れた場合、前記高回転高負荷の保護増量補正を行わない運転領域において前記過渡期が訪れた場合と比較してポートウェットを考慮した燃料噴射量を減量する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、高回転高負荷の保護増量を行う運転領域における混合気の燃焼の不安定化を防止することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す図。同実施形態の制御装置による制御の内容を説明するタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気バルブ１３よりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を起こすものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を気筒１に供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を気筒１から排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４と吸気通路３とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、例えば、排気通路４における触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、例えば、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所（特に、サージタンク３３）に接続している。

内燃機関には、各気筒１の吸気バルブ１３の開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング（ＶａｒｉａｂｌｅＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇ）機構５が付随することがある。ＶＶＴ機構５は、例えば、各気筒１の吸気バルブ１３を駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を作動液圧（潤滑油圧）や電動機によって変化させ、以て吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角／遅角するものである。カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトからエンジントルクの供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトとカムシャフトとの間には、トルクを伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、タイミングベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構５は、カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブ１３の開閉タイミングを変更する。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、火花点火装置のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射（開弁）信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構５に対して吸気バルブタイミングの制御信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，アクセル開度（または、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に吸入される空気（新気）量）］を知得する。そして、吸入空気量に見合った（目標空燃比を具現するために必要な）要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング（一度の燃焼に対する点火の回数を含む）、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、吸気バルブ１３の目標開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

図２に示すように、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数が所定以上かつアクセル開度が所定以上の高回転高負荷であり保護増量を行うべき運転領域において（ステップＳ１）、内燃機関１の排気系４の触媒４１や排気マニホルド４２等の部材が熱害を受けることを抑止するべく、燃料噴射量を増量して混合気の空燃比をリッチ化する保護増量補正を行う（ステップＳ３、Ｓ５またはＳ６）。

一方で、車両の運転者がアクセルペダルを踏み込み、またはアクセルペダルの踏み込みを緩めたときには、その操作に呼応してスロットルバルブ３２の開度を拡大または縮小し、吸入空気量及び燃料噴射量を増減させて、エンジン回転数及び車速を加速または減速させる。ＥＣＵ０は、運転者がアクセルペダルを踏み込みアクセル開度が拡大する過渡期には（ステップＳ２またはＳ７）、気筒１に直ちに吸引されないポートウェットが発生することを見越して、燃料噴射量を増量補正する（ステップＳ３またはＳ８）。翻って、運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩めてアクセル開度が縮小する過渡期には（ステップＳ４またはＳ９）、既に生じているポートウェットが遅れて気化し気筒１に吸引されることを見越して、燃料噴射量を減量補正する（ステップＳ５またはＳ１０）。

保護増量を行うべき運転領域にある最中にアクセル開度が拡大または縮小する過渡期が訪れると（ステップＳ２またはＳ４）、燃料噴射量の保護増量補正にポートウェットを考慮した補正が加わる（ステップＳ３またはＳ５）。なお、保護増量を行うべき運転領域にあるか否かにかかわらず、アクセル開度が拡大または縮小する過渡期には（ステップＳ２、Ｓ４、Ｓ７またはＳ９）、燃料噴射量を、気筒１に充填される混合気の空燃比が平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍よりもリッチとなるように決定する（ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ８またはＳ１０）。

現在保護増量を行うべき運転領域になく、アクセル開度が拡大または縮小する過渡期でもないときには（ステップＳ９）、燃料噴射量を、気筒１に充填される混合気の空燃比が平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍となるように決定する（ステップＳ１１）。

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、保護増量に伴う燃料噴射量の補正と過渡期のポートウェットを考慮した燃料噴射量の補正とが重畳する場合（ステップＳ３またはＳ５）、保護増量補正を行わずに過渡期のポートウェットを考慮した補正を行う場合（ステップＳ８またはＳ１０）と比較して、ポートウェットを考慮した燃料噴射量を減量する。

図３に、本実施形態のＥＣＵ０による燃料噴射量の制御例を示す。図３中、実線は、保護増量補正を行う運転領域における制御の模様を表し、鎖線は、保護増量補正を行わない運転領域における制御の模様を表している。また、破線は、保護増量補正を行う運転領域における従来の制御の模様を表している。

従来の制御では、現在の内燃機関の運転領域如何によらずに、ポートウェット分の燃料噴射量の補正量を設定していた。このため、図３に破線で描画しているように、アクセル開度が拡大する加速の過渡期や、アクセル開度が縮小する減速の過渡期に、気筒１に充填される混合気の空燃比が過剰にリッチとなり、混合気の燃焼の不安定化ないし失火を招くおそれがあった。

対して、本実施形態の制御では、保護増量補正を行う運転領域において、アクセル開度が拡大する加速の過渡期のポートウェット分の増量補正量（ステップＳ３）を、保護増量補正を行わない運転領域におけるそれ（ステップＳ８）よりも少なくする。なお、このとき、加速の過渡期のポートウェット分の増量補正をキャンセルして０にすることがある。これにより、図３に実線で描画しているように、加速の過渡期に気筒１に充填される混合気の空燃比が過剰にリッチ化せず、混合気の燃焼の不安定化ないし失火を招く問題を回避できる。

並びに、本実施形態の制御では、アクセル開度が縮小する減速の過渡期のポートウェット分の減量補正量（ステップＳ５）を、保護増量補正を行わない運転領域におけるそれ（ステップＳ１０）よりも多くする（燃料噴射量はより減少する）。これにより、図３に実線で描画しているように、減速の過渡期に気筒１に充填される混合気の空燃比が過剰にリッチ化せず、混合気の燃焼の不安定化ないし失火を招く問題を回避できる。

本実施形態では、気筒１に連なる吸気ポートに向けてインジェクタ１１から燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置０であって、アクセル開度が拡大または縮小する過渡期に、そうでないときよりも気筒１に充填される混合気の空燃比が平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍よりもリッチとなるように燃料噴射量のポートウェットを考慮した補正をするとともに、エンジン回転数が所定以上かつアクセル開度が所定以上の高回転高負荷の運転領域において、そうでない運転領域よりも気筒１に充填される混合気の空燃比がよりリッチとなるように燃料噴射量を保護増量補正するものであり、前記高回転高負荷の保護増量補正を行う運転領域において前記過渡期が訪れた場合、前記高回転高負荷の保護増量補正を行わない運転領域において前記過渡期が訪れた場合と比較してポートウェットを考慮した燃料噴射量を減量する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、保護増量を行う運転領域における混合気の燃焼の不安定化を抑止し、エンジントルクの不当な低落及びＮＶ性能の悪化を防止することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１３…吸気バルブ
３…吸気通路
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｊ…燃料噴射信号

Claims

気筒に連なる吸気ポートに向けてインジェクタから燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置であって、
アクセル開度が拡大または縮小する過渡期に、そうでないときよりも気筒に充填される混合気の空燃比が平常の目標空燃比である理論空燃比またはその近傍よりもリッチとなるように燃料噴射量のポートウェットを考慮した補正をするとともに、
エンジン回転数が所定以上かつアクセル開度が所定以上の高回転高負荷の運転領域において、そうでない運転領域よりも気筒に充填される混合気の空燃比がよりリッチとなるように燃料噴射量を保護増量補正するものであり、
前記高回転高負荷の保護増量補正を行う運転領域において前記過渡期が訪れた場合、前記高回転高負荷の保護増量補正を行わない運転領域において前記過渡期が訪れた場合と比較してポートウェットを考慮した燃料噴射量を減量する内燃機関の制御装置。