JP2023013448A - エンジン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの始動後に触媒暖機制御に移行する際の膨張行程での最終回噴射に対して点火を良好に行なう。【解決手段】燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とによりエンジンの始動を完了した後に触媒暖機制御に移行する際には、点火時期については圧縮行程における第1所定タイミングで点火時期が徐々に遅角するように実行用点火時期を確定し、最終回噴射の噴射時期については第1所定タイミングより後の第2所定タイミングで所定パラメータにより得られる最終回噴射の噴射時期に実行用点火時期を用いたガード値でガードした時期を最終回噴射の実行用噴射時期として確定する。【選択図】図3
Description
本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンを備えるエンジン装置に関する。
従来、この種のエンジン装置としては、燃料の最終回噴射が膨張行程で行なう際に、最終回噴射の噴射開始時期についてはエンジン回転速度とエンジンの目標トルクとに基づいて設定し、点火時期については最終回の噴射開始時期と噴射期間とに基づいて算出す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、上述の燃料噴射と点火とにより成層燃焼を行なっている。
エンジンの始動が完了した後で触媒暖機制御を行なう場合、触媒暖機制御への移行の際に点火時期を徐々に遅角することが行なわれる。最終回噴射を膨張行程で行なう複数回の燃料噴射では、噴射時期が予め定められるため、点火時期を徐々に遅角すると、最終回噴射に対して点火を良好に行なうことができない場合が生じる。
本発明のエンジン装置は、エンジンの始動後に触媒暖機制御に移行する際の膨張行程での最終回噴射に対して点火を良好に行なうことを主目的とする。
本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のエンジン装置は、
燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とにより前記エンジンの始動を完了した後に触媒暖機制御に移行する際には、点火時期については圧縮行程における第1所定タイミングで点火時期が徐々に遅角するように実行用点火時期を確定し、前記最終回噴射の噴射時期については前記第1所定タイミングより後の第2所定タイミングで所定パラメータにより得られる前記最終回噴射の噴射時期に前記実行用点火時期を用いたガード値でガードした時期を前記最終回噴射の実行用噴射時期として確定する、
ことを特徴とする。
燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とにより前記エンジンの始動を完了した後に触媒暖機制御に移行する際には、点火時期については圧縮行程における第1所定タイミングで点火時期が徐々に遅角するように実行用点火時期を確定し、前記最終回噴射の噴射時期については前記第1所定タイミングより後の第2所定タイミングで所定パラメータにより得られる前記最終回噴射の噴射時期に前記実行用点火時期を用いたガード値でガードした時期を前記最終回噴射の実行用噴射時期として確定する、
ことを特徴とする。
本発明のエンジン装置では、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とによりエンジンの始動を完了した後に触媒暖機制御に移行する際には、点火時期については圧縮行程における第1所定タイミングで点火時期が徐々に遅角するように実行用点火時期を確定する。一方、最終回噴射の噴射時期については第1所定タイミングより後の第2所定タイミングで所定パラメータにより得られる最終回噴射の噴射時期に実行用点火時期を用いたガード値でガードした時期を最終回噴射の実行用開始時期として確定する。これにより、膨張行程での最終回噴射に対して点火を良好に行なうことができる。
ここで、ガード値は、進角側ガード値と遅角側ガード値とを有し、例えば実行用点火時期に対して、進角側ガード値としてはクランク角で2度を用いることができ、遅角側ガード値としてはクランク角で0度を用いることができる。これは、最終回噴射のスプレイ噴射に対して点火する必要から、最終回噴射の噴射タイミングは点火より遅くならないことに基づく。
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装置10の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置10は、図示するように、エンジン12と、エンジン12を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)70とを備える。なお、このエンジン装置10は、エンジン12からの動力だけを用いて走行する自動車や、エンジン12に加えてモータを備えるハイブリッド自動車、エンジン12からの動力を用いて作動する建設設備などに搭載される。実施例では、エンジン装置10が自動車に搭載されている場合を想定して説明する。
エンジン12は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気・圧縮・膨張・排気の4行程によって動力を出力する4気筒の内燃機関として構成されている。このエンジン12は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁26と、点火プラグ30とを有する。筒内噴射弁26は燃焼室29の頂部の略中央に配置されており、燃料をスプレー状に噴射する。点火プラグ30は、筒内噴射弁26からスプレー状に噴霧される燃料に点火できるように筒内噴射弁26の近傍に配置されている。エンジン12は、エアクリーナ22によって清浄された空気を吸気管25を介して燃焼室29に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁26から1回又は複数回に亘って燃料を噴射し、点火プラグ30による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギによって押し下げられるピストン32の往復運動をクランクシャフト16の回転運動に変換する。
エンジン12の燃焼室29から排気管33に排出される排気は、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浄化触媒(三元触媒)34aを有する浄化装置34を介して外気に排出される。
ECU70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、データを一時的に記憶するRAM、入出力ポートを備える。ECU70には、エンジン12を制御するのに必要な各種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。ECU70に入力される信号としては、例えば、クランクシャフト16の回転位置を検出するクランクポジションセンサ40からのクランク角θcrや、エンジン12の冷却水の温度を気筒毎に検出する水温センサ42からの冷却水温Tw、吸気バルブ28を開閉するインテークカムシャフトの回転位置および排気バルブ31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44からのカム角θci,θcoを挙げることができる。また、吸気管25に設けられたスロットルバルブ24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46からのスロットル開度THや、吸気管25に取り付けられたエアフローメータ48からの吸入空気量Qa、吸気管25に取り付けられた温度センサ49からの吸気温Ta、吸気管25内の圧力を検出する吸気圧センサ58からの吸気圧Pinも挙げることができる。更に、浄化装置34の浄化触媒34aの温度を検出する温度センサ34bからの触媒温度Tcや、排気管33に取り付けられた空燃比センサ35aからの空燃比AF、排気管33に取り付けられた酸素センサ35b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59からのノック信号Ksも挙げることができる。
ECU70からは、エンジン12を制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ECU70から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ24のポジションを調節するスロットルモータ36への駆動制御信号や、筒内噴射弁26への駆動制御信号、点火プラグ30への駆動制御信号を挙げることもできる。
ECU70は、クランクポジションセンサ40からのクランク角θcrに基づいて、クランクシャフト16の回転数、即ち、エンジン12の回転数Neを演算している。また、ECU70は、エアフローメータ48からの吸入空気量Qaとエンジン12の回転数Neとに基づいて、エンジン12の負荷としての体積効率(エンジン12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も演算している。
こうして構成されるエンジン装置10では、ECU70は、エンジン12が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいて運転されるようにエンジン12の吸入空気量制御や、燃料噴射制御、点火制御を行なう。吸入空気量制御では、ECU70は、エンジン12の目標トルクTe*に基づいて目標空気量Qa*を設定し、吸入空気量Qaが目標空気量Qa*となるように目標スロットル開度TH*を設定し、スロットルバルブ24のスロットル開度THが目標スロットル開度TH*となるようにスロットルモータ36を制御する。燃料噴射制御では、ECU70は、エンジン12の回転数Neと体積効率KLとに基づいて空燃比AFが目標空燃比AF*(例えば理論空燃比)となるように筒内噴射弁26の目標燃料噴射量Qfd*を設定し、筒内噴射弁26から目標燃料噴射量Qfd*の燃料が1回又は複数回に亘って噴射されるように筒内噴射弁26を制御する。点火制御では、ECU70は、エンジン12の回転数Neと負荷率KLとに基づいて目標点火時期Tp*を設定し、点火プラグ30の点火を制御する。
次に、こうして構成された実施例のエンジン装置10の動作、特に、膨張行程で最終回噴射と点火とを行なうエンジン12の始動を完了して触媒暖機制御に移行する際の動作について説明する。エンジン12の始動制御および触媒暖機制御における燃料噴射は、最終回噴射が膨張行程で行なわれる複数回噴射により行なわれる。図2は触媒暖機移行時点火時期確定処理の一例を示すフローチャートであり、図3は触媒暖機移行時最終回噴射時期確定処理の一例を示すフローチャートである。図4は、エンジン12の始動完了後における3回の燃料噴射タイミングと燃料噴射時期確定タイミングと点火時期確定タイミングとの一例を示す説明図である。図4中、ハッチングされた部分は1回目噴射、2回目噴射、3回目噴射(最後回噴射)を示し、最終回噴射に示された太矢印は点火を示す。また、図5では、BTDC30(Before TDC 30度)などについては簡易にB30などと表示し、ATDC30(After TDC 30度)などについては簡易にA30などと表示した。
図2の触媒暖機移行時点火時期確定処理は、膨張行程で最終回噴射が行なわれる場合には、その前のクランク角30度毎の第2所定タイミング、例えば図4に示すように圧縮上死点TDCより30度前のBTDC30のタイミング(点火時期確定タイミング)に実行される。触媒暖機移行時点火時期確定処理では、まず、同一気筒に対して前回この処理が実行されたときに設定された実行用点火時期Tp*(前回点火時期Tp*)に所定遅角量ΔTpを加えたものを実行用点火時期Tp*として設定する(ステップS100)。続いて、設定した実行用点火時期Tp*が触媒暖機時の目標点火時期Tptag以上に遅角しているか否かを判定し(ステップS110)、実行用点火時期Tp*が触媒暖機時の目標点火時期Tptag以上に遅角していると判定したときには触媒暖機時の目標点火時期Tptagを実行用点火時期Tp*として設定する(ステップS120)。なお、実行用点火時期Tp*が触媒暖機時の目標点火時期Tptag以上には遅角していないと判定したときには本処理を終了する。ステップS110,S120の処理は、前回点火時期Tp*に所定遅角量ΔTpを加えて得られる実行用点火時期Tp*を触媒暖機時の目標点火時期Tptagでガードする処理となる。こうした処理によりエンジン12の始動が完了してから触媒暖機制御に移行する際には、実行用点火時期Tp*は触媒暖機時の目標点火時期Tptagに向けて徐々に遅角することになる。
図3の触媒暖機移行時最終回噴射時期確定処理は、膨張行程での最終回噴射の直前のクランク角30度毎の第2所定タイミング、例えば図4に示すように圧縮上死点TDCのタイミングで実行される。触媒暖機移行時最終回噴射時期確定処理では、まず、噴射時期を設定するためのパラメータを入力し(ステップS200)、入力したパラメータに基づいて最終回噴射の噴射時期を設定する(ステップS210)。パラメータとしては、例えば、気筒毎の冷却水温Tw、燃料噴射回数、低回転判定用回転数などが含まれる。そして、実行用点火時期Tp*に対して第1所定角だけ進角させた進角側ガード値αを設定すると共に第2所定角だけ遅角させた遅角側ガード値βを設定する(ステップS220)。第1所定角としては例えばクランク角として2度を用いることができ、第2所定角としては例えばクランク角として0度を用いることができる。これは、点火より最終回噴射が後にならないようにすると共に点火より必要以上に最終回噴射が前にならないようにするためである。こうして進角側ガード値αと遅角側ガード値βとを設定すると、ステップS210で設定した最終回噴射の噴射時期を進角側ガード値αと遅角側ガード値βとによりガードして実行用噴射時期として確定し(ステップS230)、本処理を終了する。これにより、徐々に遅角する点火に対して最終回噴射の噴射時期を良好なものとすることができる。
図5は、エンジン12の始動完了を示す始動完了フラグと触媒暖機の実行を示す触媒暖機実行フラグと点火時期と実施例および比較例の最終回噴射の噴射時期の時間変化を示すタイミングチャートである。時間T1にエンジン12の始動が完了して始動完了フラグが値1となると、点火時期(実行用点火時期Tp*)は徐々に遅角される。実施例の最終回噴射の噴射時期(実行用噴射時期)は点火時期の遅角に対して若干遅れて遅角する。そして、点火時期(実行用点火時期Tp*)が触媒暖機時の目標点火時期Tptagに至った時間T2に触媒暖機実行フラグが値1となり、触媒暖機制御が開始される。このとき実施例の最終回噴射の噴射時期(実行用噴射時期)は、触媒暖機時の噴射時期近傍となる。一方、比較例では、最終回噴射の噴射時期に対して実行用点火時期Tp*に基づく進角側ガード値αと遅角側ガード値βとによるガード処理を行なわないから、時間T2まで始動完了後の最終回噴射の噴射時期が保持され、時間T2に触媒暖機時の最終回噴射の噴射時期とされる。このため、時間T1~T2の触媒暖機移行時では、最終回噴射の噴射時期に対して点火を良好に行なうことができない場合が生じる。実施例では、最終回噴射の噴射時期に対して実行用点火時期Tp*に基づく進角側ガード値αと遅角側ガード値βとによるガード処理を行なうことにより、時間T1~T2の触媒暖機移行時でも、最終回噴射の噴射時期に対して点火を良好に行なうことができる。
以上説明した実施例のエンジン装置10では、エンジン12の始動を完了してから触媒暖機制御を実行するまでの移行時には、点火時期(実行用点火時期Tp*)についてはBTDC30のタイミングで徐々に触媒暖機時の目標点火時期Tptagに徐々に至るように前回点火時期Tp*に所定遅角量ΔTpを加えたものを実行用点火時期Tp*として設定する。膨張行程での最終回噴射の噴射時期については、直前の圧縮上死点TDCのタイミングでパラメータに基づいて設定した最終回噴射の噴射時期に対して実行用点火時期Tp*に基づく進角側ガード値αと遅角側ガード値βとによるガード処理を行なって実行用噴射時期を確定する。これにより、触媒暖機移行時でも、最終回噴射の噴射時期に対して点火を良好に行なうことができる。
実施例のエンジン装置10は、例えば後段に自動変速機を備える自動車に搭載されるものとしたり、走行用の動力を出力するモータと共にハイブリッド自動車に搭載されるものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン12が「エンジン」に相当し、浄化装置34が「浄化装置」に相当し、ECU70が「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
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、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。
10 エンジン装置、12 エンジン、16 クランクシャフト、22 エアクリーナ、24 スロットルバルブ、25 吸気管、26 筒内噴射弁、34b 温度センサ、28 吸気バルブ、29 燃焼室、30 点火プラグ、31 排気バルブ、32 ピストン、33 排気管、34 浄化装置、34a 浄化触媒、35a 空燃比センサ、35b 酸素センサ、36 スロットルモータ、38 イグニッションコイル、40 クランクポジションセンサ、42 水温センサ、44 カムポジションセンサ、46 スロットルバルブポジションセンサ、48 エアフローメータ、49 温度センサ、58 吸気圧センサ、59 ノックセンサ、70 電子制御ユニット。
Claims (1)
- 燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、燃料の膨張行程での最終回噴射を含む複数回噴射と膨張行程での点火とにより前記エンジンの始動を完了した後に触媒暖機制御に移行する際には、点火時期については圧縮行程における第1所定タイミングで点火時期が徐々に遅角するように実行用点火時期を確定し、前記最終回噴射の噴射時期については前記第1所定タイミングより後の第2所定タイミングで所定パラメータにより得られる前記最終回噴射の噴射時期に前記実行用点火時期を用いたガード値でガードした時期を前記最終回噴射の実行用噴射時期として確定する、
ことを特徴とするエンジン装置。
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