JP3924991B2

JP3924991B2 - 内燃機関制御装置

Info

Publication number: JP3924991B2
Application number: JP15214299A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　　博
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP2000345884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料を燃焼室に直接噴射させる内燃機関の内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料を燃焼室に直接噴射する内燃機関に関するものとして、特開平５−２８８０９７号公報に記載されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁、その燃料噴射弁に高圧燃料を供給するための畜圧室及びその畜圧室内に燃料を供給する供給手段を備えたものが知られている。この内燃機関は、燃料供給手段から畜圧室への燃料供給量を調整することにより畜圧室内の燃料圧力が目標燃料圧となるように制御すると共に、目標燃料圧に対し畜圧室内の燃料圧力が低くなるほど燃料噴射時期を早めるものである。これにより、燃焼室に噴射された燃料が霧化分散時間を確保して、燃料の燃焼を良好なものとし、スモークの発生量を低減しようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような内燃機関の制御技術を気体燃料により駆動する内燃機関に対して適用すると、内燃機関の性能を十分に発揮できないおそれがある。すなわち、燃焼室への噴射時期を圧縮行程から吸気行程に変えると、気体燃料の体積が大きいことから、十分な吸気が行えず、内燃機関の性能が低下するおそれがある。このため、気体燃料の供給により駆動する内燃機関においては、燃料噴射時期を安易に吸気行程とすることができない。その一方で、高負荷領域及び高回転領域における内燃機関の駆動時には圧縮行程だけでは時間的制約により必要な燃料量の供給が困難となるため、この不具合を解消すべく技術の開発が切望されている。
【０００４】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、気体燃料を燃焼室に直接噴射する内燃機関の性能低下の軽減が図れる内燃機関制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る内燃機関制御装置は、燃焼室に気体燃料を直接噴射するインジェクタを具備する内燃機関の制御装置において、内燃機関の回転状態に基づいてインジェクタの燃料噴射に必要な時間を算出する噴射必要時間演算手段と、内燃機関の回転状態に基づいてインジェクタの燃料噴射が可能な時間を算出する噴射可能時間演算手段と、噴射必要時間演算手段により算出された噴射必要時間が噴射可能時間演算手段により算出された噴射可能時間より長いときに噴射必要時間と噴射可能時間との差だけ吸気行程噴射を行わせ噴射可能時間の圧縮行程噴射を行わせる吸気行程噴射制御手段とを備えて構成されている。
【０００６】
また本発明に係る内燃機関制御装置は、前述の噴射必要時間演算手段が内燃機関の回転状態、内燃機関負荷及び気体燃料の圧力状態に基づいてインジェクタの燃料噴射に必要な時間を算出するものであることを特徴とする。また本発明に係る内燃機関制御装置は、前述の噴射可能時間演算手段が内燃機関の回転状態、吸気弁閉弁タイミング、点火タイミングに基づいてインジェクタの燃料噴射が可能な時間を算出するものであることを特徴とする。
【０００７】
これらの発明によれば、気体燃料の噴射に必要な噴射必要時間がエンジン駆動状態又は燃料圧力などの状況によって噴射可能となる噴射可能時間より長くないときには、圧縮行程での燃料噴射が行われる。一方、気体燃料の噴射に必要な噴射必要時間がエンジン回転状態又は燃料圧力などの状況により噴射可能である噴射可能時間より長いときには、その差分だけ吸気行程で燃料噴射が行われた後、引き続き噴射可能時間だけ圧縮行程での燃料噴射が行われる。このように、燃料噴射が可能な限り、圧縮行程にて燃料噴射が行われるため、吸気行程で気体燃料が噴射されることにより燃焼室への吸気が不十分となることが抑制される。従って、内燃機関の性能の低下を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
（第一実施形態）
図１に本実施形態に係る内燃機関制御装置の説明図を示す。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関制御装置１０は、気体燃料を用いて駆動する車両等の内燃機関の制御に適用したものである。内燃機関であるエンジン２０には図示しない燃料タンクに収容された気体燃料が供給される。制御対象となるエンジン２０は、直接噴射式のものであり、燃焼室２１に直接気体燃料を噴射するインジェクタ２２を備えている。インジェクタ２２は、加圧された気体燃料を燃焼室２１へ供給する燃料噴射手段であり、例えばエンジン２０に設けたシリンダ２３ごとに設置される。
【００１１】
燃焼室２１は、シリンダ２３内に配設されたピストン２４の上方に形成されている。燃焼室２１の上部には、吸気ポート２５及び排気ポート２６が開口しており、吸気ポート２５には吸気弁２７が配設され、排気ポート２６には排気弁２８が配設されている。吸気ポート２５は燃焼室２１にエアを供給するための吸気口であり吸気弁２７により開閉される。排気ポート２６は燃焼室２１のエアを排出するための排出口であり排気弁２８により開閉される。また、燃焼室２１の上部には、点火装置２９が設置されている。
【００１２】
エンジン２０には、可変バルブタイミング機構３０が設けられている。可変バルブタイミング機構３０は、吸気弁２７の上方に配設されており、吸気弁２７の開閉タイミングを変化させる。更に、エンジン２０のクランクシャフト３５には、クランクポジションセンサ３６が設置されている。クランクポジションセンサ３６は、エンジン２０の回転状態を検出するエンジン回転状態検出手段であり、例えば、エンジン２０の回転速度及び回転変化などを検出する。
【００１３】
インジェクタ２２には、デリバリーパイプ１７が接続されている。デリバリーパイプ１７は、図示しない燃料タンクから配管１３を通じて圧送されてきた気体燃料を各インジェクタ２２に分配するものである。このデリバリーパイプ１７には、圧力センサ３１が設けられている。圧力センサ３１は、デリバリーパイプ１７内の気体燃料の圧力を検出する燃圧検出手段である。また、デリバリーパイプ１７には、燃温センサ３２が設けられている。燃温センサ３２は、デリバリーパイプ１７内の気体燃料の温度を検出する燃温検出手段である。
【００１４】
吸気ポート２７の上流側に設置される吸気管４１には、スロットルバルブ４２が設置されている。スロットルバルブ４２は、スロットルモータ４３の駆動により、その開閉状態が操作される。また、スロットルバルブ４２の開度は、スロットルポジションセンサ４４により検出される。また、アクセルセンサ５１が設けられており、アクセルペダル５２の操作状態が検出される。
【００１５】
内燃機関制御装置１０には、ＥＣＵ５０が設けられている。ＥＣＵ５０は、内燃機関制御装置１０の装置全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、内燃機関制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
【００１６】
ＥＣＵ５０は、圧力センサ３１と接続されており、デリバリーパイプ１７内の気体燃料の圧力検出信号が入力される。また、ＥＣＵ５０は、燃温センサ３２と接続されており、デリバリーパイプ１７内の気体燃料の温度検出信号が入力される。また、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構３０と接続されており、可変バルブタイミングの検出信号が入力される。
【００１７】
また、ＥＣＵ５０は、スロットルポジションセンサ４４と接続されており、スロットルバルブ開度の検出信号が入力される。また、ＥＣＵ５０は、アクセルセンサ５１と接続されており、アクセルペダル５２の操作状態の検出信号が入力される。更に、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ３６と接続されており、エンジン２０の回転状態の検出信号が入力される。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２と接続されており、インジェクタ２２に噴射制御信号を出力し気体燃料の噴射制御を行う。また、ＥＣＵ５０は、可変バルブタイミング機構３０にバルブタイミング制御信号を出力し吸気弁２７の閉弁タイミングを制御する。また、ＥＣＵ５０は、点火装置２９に点火制御信号を出力し、点火タイミングを制御する。更に、ＥＣＵ５０は、スロットルモータ４３にスロットル開度制御信号を出力しスロットルバルブ４２の開度制御を行う。
【００１９】
次に、内燃機関制御装置に動作について説明する。
【００２０】
図２に内燃機関制御装置１０の動作についてのフローチャートを示す。まず、図２のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。他のステップについても同様とする。）にて、圧力センサ３１から出力される圧力検出信号に基づき燃料圧力が読み込まれ、またクランクポジションセンサ３６から出力されるエンジン回転検出信号に基づきエンジン回転状態が読み込まれ、スロットルポジションセンサ４４から出力される検出信号に基づいてエンジン負荷量が読み込まれ、更に可変バルブタイミング機構３０に設置されるセンサから出力される信号に基づき吸気弁２７の開閉タイミングが読み込まれる。
【００２１】
次いで、Ｓ１２に移行し、噴射必要時間Ｔ１の演算が行われる。ここでいう「噴射必要時間」とは、一回の燃料噴射にて一定の気体燃料量を噴射するのに必要な時間をいい、現状のエンジン回転状態、エンジン負荷状態、燃料圧力などに基づいて決定される。すなわち、噴射必要時間Ｔ１は、Ｓ１０にて読み込まれたエンジン回転状態、燃料圧力、エンジン負荷量に応じて算出される。なお、この噴射必要時間Ｔ１の演算は、燃料圧力、エンジン回転状態、エンジン負荷量に対応したマップを用いたマップ処理により行ってよい。また、エンジン負荷量は、アクセルセンサ５１の検出信号に基づいて読み込んだものものを用いてもよい。
【００２２】
そして、Ｓ１４に移行し、噴射可能時間Ｔ２の演算が行われる。ここでいう「噴射可能時間」とは、吸気弁２７の閉弁時から起算される時間であって、現状の燃料圧力にて燃焼室２１に噴射が不可能となるまでの時間又は点火装置２９による点火までの時間をいう。この噴射可能時間Ｔ２は、Ｓ１０にて読み込まれたエンジン回転状態、吸気弁２７の開閉タイミング、燃料圧力、点火装置２９の点火時期に基づいて演算される。なお、この噴射可能時間Ｔ２の演算は、吸気弁２７の開閉タイミング、燃料圧力、点火装置２９の点火時期に対応したマップを用いたマップ処理により行ってもよい。
【００２３】
次いで、Ｓ１６に移行し、演算された噴射必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長いか否かが判定される。噴射必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長いと判定されたときには、Ｓ１８に移行し、吸気行程での噴射時間の算出が行われる。吸気行程での噴射時間は、噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２の差に基づいて算出され、具体的には、Ｔ１−Ｔ２が吸気行程での噴射時間となる。
【００２４】
そして、Ｓ２０に移行し、ＥＣＵ５０からインジェクタ２２に噴射制御信号が出力され、気体燃料の噴射が行われる。この気体燃料の噴射は、図３に示すように、クランクシャフトの回転が吸気下死点となった時から、噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２との差となる時間を遡った時点から開始される。そして、気体燃料の噴射は、噴射必要時間Ｔ１だけ行われる。このため、噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２との差となる時間が吸気行程噴射となり、噴射可能時間Ｔ２が圧縮行程噴射となる。なお、この場合、吸気行程での噴射開始は、吸気下死点から噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２との差となる時間Ｔ１−Ｔ２を遡った時点からではなく、吸気弁２７の閉弁時から時間Ｔ１−Ｔ２を遡った時点から行ってもよい。
【００２５】
一方、Ｓ１６にて、噴射必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長くないと判定されたときには、Ｓ２２に移行し、圧縮行程噴射が行われる。すなわち、ＥＣＵ５０からインジェクタ２２に噴射制御信号が出力され、図４に示すように、圧縮行程においてのみ気体燃料の噴射が行われる。この気体燃料の噴射は、吸気弁２７の閉弁時から開始され、その閉弁時から噴射必要時間Ｔ１経過後に終了する。
【００２６】
図５に、噴射必要時間と圧縮行程噴射及び吸気行程噴射との関係を示す。図５に示すように、例えば、エンジン負荷が小さく噴射必要時間Ｔ１が短いときには、圧縮行程噴射により気体燃料の噴射が行われる。そして、エンジン負荷が高まり、噴射必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長くなると、圧縮行程噴射と共に吸気行程噴射も行われる。そして、さらにエンジン負荷が高まり、噴射必要時間Ｔ１が長くなると、圧縮行程噴射の時間がそのままで吸気行程噴射の時間のみが長くなる。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る内燃機関制御装置１０によれば、気体燃料の噴射に必要な噴射必要時間Ｔ１がエンジン回転状態又は燃料圧力などの状況によって噴射可能となる噴射可能時間Ｔ２より長くないときには、圧縮行程での燃料噴射が行われる。一方、気体燃料の噴射に必要な噴射必要時間Ｔ１がエンジン回転状態又は燃料圧力などの状況によって噴射可能である噴射可能時間Ｔ２より長いときに、その差分だけ吸気行程で燃料噴射が行われた後、引き続き噴射可能時間Ｔ２だけ圧縮行程での燃料噴射が行われる。このように、燃料噴射が可能な限り、圧縮行程にて燃料噴射が行われるため、吸気行程で気体燃料が噴射されることにより燃焼室２１への吸気が不十分となることが抑制される。従って、エンジン２０の性能の低下を防止することができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る内燃機関制御装置１０によれば、インジェクタ２２を大型化することなく、エンジン２０の性能の低下を抑制しつつ、その駆動が行える。例えば、インジェクタ２２として噴射能力の大きいものを用いれば、エンジン２０の回転状態などにかかわらず、常に圧縮行程にて燃料噴射が可能とすることが考えられる。しかし、その場合には、大型化により搭載性の悪化、コストアップ、アイドリング時の低噴射の困難性を招くこととなる。これに対し、本実施形態に係る内燃機関制御装置１０では、インジェクタを大型化することなく、効率的なエンジン２０の駆動が可能となる。
【００２９】
また、本実施形態に係る内燃機関制御装置１０では、吸気行程のみの燃料噴射は行われないため、吸気行程で気体燃料が大量に噴射され、その気体燃料が吸気管側へ逆流するという不具合を防止できる。
【００３０】
（第二実施形態）
第一実施形態では気体燃料を用いた車両用の内燃機関の制御に適用した内燃機関制御装置１０について説明したが、本発明に係る内燃機関制御装置は、そのようなものに限られるものではなく、気体燃料により駆動する内燃機関の制御を行うものであれば、その他のものであってもよい。その場合であって、第一実施形態にかかる内燃機関制御装置１０と同様な作用効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料噴射が可能な限り、圧縮行程にて燃料噴射が行われるため、吸気行程で気体燃料が噴射されることにより燃焼室への吸気が不十分となることが抑制される。従って、内燃機関の性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の説明図である。
【図２】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の動作示すタイミングチャートである。
【図４】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の動作示すタイミングチャートである。
【図５】第一実施形態に係る内燃機関制御装置における噴射必要時間と圧縮行程噴射及び吸気行程噴射との関係の説明図である。
【符号の説明】
１０…内燃機関制御装置、２０…エンジン、２１…燃焼室、２２…インジェクタ。

Claims

燃焼室に気体燃料を直接噴射するインジェクタを具備する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の回転状態に基づいて前記インジェクタの燃料噴射に必要な時間を算出する噴射必要時間演算手段と、
前記内燃機関の回転状態に基づいて前記インジェクタの燃料噴射が可能な時間を算出する噴射可能時間演算手段と、
前記噴射必要時間演算手段により算出された噴射必要時間が前記噴射可能時間演算手段により算出された噴射可能時間より長いときに、前記噴射必要時間と前記噴射可能時間との差だけ吸気行程噴射を行わせ、前記噴射可能時間の圧縮行程噴射を行わせる吸気行程噴射制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。
前記噴射必要時間演算手段は、前記内燃機関の回転状態、内燃機関負荷及び前記気体燃料の圧力状態に基づいて前記インジェクタの燃料噴射に必要な時間を算出すること、
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
前記噴射可能時間演算手段は、前記内燃機関の回転状態、吸気弁閉弁タイミング、点火タイミングに基づいて前記インジェクタの燃料噴射が可能な時間を算出すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。