JP4055425B2 - Control device for direct-injection spark ignition engine - Google Patents
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式エンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリンダ壁面、ピストン表面の温度が低い場合、噴射供給された燃料のうち気化した燃料が燃焼することにより、付着した液状の燃料が熱せられ、気化し燃焼するが、気化できなかった液状の燃料は、付着した部位で燃え残り、炭化劣化して堆積してしまう。これ以外にも、微量ながら混入してしまう潤滑油について同様の現象が発生し、堆積する。このような燃え残りの堆積物をデポジット(又は略してデポ)と称している。
【0003】
インジェクタを筒内に臨ませて、燃料を筒内に直接噴射するエンジンでは、インジェクタ先端部へのデポジットの堆積が問題となる。
このため、特開平10−274134号や、特開2000−227063号では、インジェクタ先端部の材質、形状を工夫するなど別構成を追加することによってデポジットの堆積を防止するようにしている。
【0004】
また、特開平9−151770号では、インジェクタ先端部へのデポジットの堆積によって変化する燃料噴射量を補正するようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
直噴火花点火式エンジンにおいて、インジェクタ先端部にデポジットが堆積すると、噴射される燃料の広がり角が変化し、それにより燃料噴霧の貫徹力(ペネトレーション;到達距離)も変化する。具体的には、デポジットによるコアンダ効果により、噴射される燃料の広がり角が大きくなり、燃料噴霧の貫徹力が低下する。
【0006】
その結果、初期状態での燃料噴射時期の設定で、デポジットが堆積した劣化状態において、燃料を噴射すると、点火プラグまで燃料が到達しないうちに点火時期がきてしまうなど、初期に適正に設定した燃焼が実現できず、燃焼安定性が悪化し、更にエミッションが悪化するという問題点がある。
また、前記特開平10−274134号や特開2000−227063号では、インジェクタ先端部に別構成を追加することによってデポジットの堆積を防止するという構成になっているため、コストアップ、更には複雑化による故障頻度の増加などを招くという問題点があった。
【0007】
また、前記特開平9−151770号では、デポジットの堆積によって変化する燃料噴射量を補正するという構成になっているため、補正噴射量の精度が要求され、精度が十分に確保しずらいという問題点がある他、燃料噴霧の貫徹力の変化には対応できないという問題点があった。
本発明は、このような実情に鑑み、インジェクタ先端部へのデポジットの堆積にかかわらず、初期の適正な燃焼を実現することのできる直噴火花点火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1の発明では、筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、点火プラグとを備える直噴火花点火式エンジンにおいて、インジェクタ先端部への堆積物の量を推定する堆積量推定手段と、圧縮行程にて燃料噴射する成層燃焼時に、推定された堆積量に応じて、燃料噴射時期又は点火時期の少なくとも一方を補正し、燃料噴射時期を補正する場合は堆積量が多いほど進角補正し、点火時期を補正する場合は堆積量が多いほど遅角補正する補正手段とを設けたことを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明では、前記堆積量推定手段は、エンジン運転の時間経過と共に累積的に増加させて、堆積量推定値を求めることを特徴とする。
この場合、前記堆積量推定値の増加度合は、エンジン運転状態に応じて変化させるとよい(請求項3)。また、前記堆積量推定値の増加度合を変化させるエンジン運転状態は、インジェクタの先端温度又はこれに関連するパラメータ(請求項4)、燃料カットの有無(請求項5)、燃料噴射時期(請求項6)、燃料性状(請求項7)などとするとよい。
【0010】
請求項8の発明では、前記堆積量推定手段は、走行距離にほぼ比例させて、堆積量推定値を求めることを特徴とする。
更に、請求項9の発明では、前記堆積量推定手段による堆積量推定値又はこれに応じた前記補正手段による補正値に対し、上限リミッタを設けることを特徴とする。
【0011】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、インジェクタ先端部へのデポジットの堆積により、デポジットによるコアンダ効果で、噴射される燃料の広がり角が大きくなり、燃料噴霧の貫徹力が低下して、燃料噴霧の点火プラグへの到達時間が長くなっても、燃料噴射時期の進角及び/又は点火時期の遅角により、初期の適正な燃焼を実現でき、排気性能を確保することができる。
【0012】
請求項2の発明によれば、エンジン運転の時間経過と共に累積的に増加させて、堆積量推定値を求めることで、デポジット堆積量を簡易に推定することができる。
請求項3の発明によれば、堆積量推定値の増加度合をエンジン運転状態に応じて変化させることで、エンジン運転状態によるデポジット付着量の変化に対応して、推定精度を向上させることができる。
【0013】
請求項4の発明によれば、堆積量の推定にインジェクタの先端温度又はこれに関連するパラメータを用いることで、インジェクタ先端温度が低いほどデポジット付着量が増加することに対応して、推定精度を向上させることができる。
請求項5の発明によれば、堆積量の推定に燃料カットの有無を用いることで、燃料カット時にはインジェクタ先端温度が低くなりデポジットが堆積しやくすくなることを考慮して、推定精度を向上させることができる。
【0014】
請求項6の発明によれば、堆積量の推定に燃料噴射時期を用いることで、特定の燃料噴射時期においてインジェクタ先端部へのデポジット付着量が増加することを考慮して、推定精度を向上させることができる。
請求項7の発明によれば、堆積量の推定に燃料性状を用いることで、例えばガソリン燃料は様々な組成の炭化水素により構成されており、組成によりデポジット付着量が変化し、また重質であるほど高沸点成分が多くデポジット付着量が増加するのに、適合させて、推定精度を向上させることができる。
【0015】
請求項8の発明によれば、走行距離にほぼ比例させて、堆積量推定値を求めることで、デポジット堆積量を簡易に推定することができる。
請求項9の発明によれば、堆積量推定手段による堆積量推定値又はこれに応じた補正手段による補正値に対し、上限リミッタを設けることで、デポジット堆積量はある量でサチレート、すなわち、ある程度堆積すると、その表面温度が高くなって燃焼してしまうのに、適合させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式エンジンのシステム図であり、先ずこれについて説明する。
エンジン1において、ピストン2により画成される各気筒の燃焼室3には、吸気通路4により、スロットル弁5の制御を受けた空気が、吸気弁6を介して吸入される。
【0017】
そして、各気筒の燃焼室3に吸気弁6側から臨ませて、燃焼室3内に燃料を直接噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)7が設けられている。このインジェクタ7には、燃料タンク8内に配置した低圧燃料ポンプ9により吸入吐出され、更に高圧燃料ポンプ10により高圧化された燃料が、図示しないプレッシャレギュレータにより調圧された状態で導かれている。
【0018】
また、各気筒の燃焼室3にシリンダヘッド中央部より臨ませて、点火プラグ11が設けられている。
ここで、インジェクタ7及び点火プラグ11の動作は、エンジン制御用のコントロールユニット12により制御される。
コントロールユニットユニット12には、かかる制御のため、各種センサから信号が入力されている。
【0019】
前記各種センサとしては、クランク角度を検出すると共にエンジン回転数Neを検出可能なクランク角センサ13、吸入空気量Qaを検出するエアフローメータ14、エンジン水温Twを検出する水温センサ15が設けられている。また、必要により、インジェクタ7の先端温度Tを検出するインジェクタ先端温度センサ16、燃料性状(V)を検出する燃料性状センサ17、走行距離Dを積算する走行距離計18などが設けられている。
【0020】
コントロールユニット12は、これらの信号に基づいて、燃料噴射時期及び燃料噴射量を設定すると共に、点火時期を設定して、インジェクタ7及び点火プラグ11の動作を制御する。
ここで特に、所定の運転条件(例えば低・中負荷領域)では、インジェクタ7により燃焼室3内に圧縮行程にて燃料噴射することで、燃焼室3内の点火プラグ11近傍に集中的に層状の混合気を形成して、成層燃焼を行うように制御する。尚、図2は成層燃焼時の圧縮行程噴射について示したもので、インジェクタ7より噴射された燃料噴霧は、ピストン2の冠面(キャビティ内面)で跳ね返り、点火プラグ11の近傍に導かれて、点火に至る。
【0021】
また、他の運転条件(例えば高負荷領域)では、インジェクタ7により燃焼室3内に吸気行程にて燃料噴射することで、燃焼室3全体に略均質な混合比の混合気を形成して、均質燃焼を行うように制御する。尚、図3には均質燃焼時の燃料噴射期間と成層燃焼時の燃料噴射期間とを模式的に示してある。
次に、このような直噴火花点火式エンジンでのインジェクタ7による燃料噴霧について考察する。
【0022】
インジェクタ(特にスワラー式インジェクタ)7において、燃料噴霧は、図4(a)に示すように中空コーン状に噴射される。
そして、成層燃焼時の圧縮行程噴射においては、図3に示してあるように噴射時の筒内圧力(雰囲気圧力)が高いため、燃料噴霧が潰されて、図4(b)に示すような形状となる。
【0023】
従って、成層燃焼時においては、図4(b)に示す噴霧特性、すなわち、噴霧広がり角θ1、噴霧貫徹力(ペネトレーション;到達距離)L1を前提として、噴射時期及び点火時期を設定してある。
このような前提では、成層燃焼時の噴射時期、点火時期の燃焼可能な組み合わせは、図5に示すAの範囲内である。尚、噴射時期が遅いほど、点火時期を遅くするのは、燃料噴霧の特性が同じであれば、図2に示したようにインジェクタ7により噴射された噴霧が点火プラグ11に到達する時間は略同一であるためである。そして、通常はこの範囲A内の点aに設定される。
【0024】
しかし、エンジンを運転していると、次第に、図4(c)に示すように、インジェクタ7の先端部に不完全燃焼燃料がデポジットとして堆積する。
従って、成層燃焼時の圧縮行程噴射において、デポジットが堆積していると、図4(b)に対し、図4(c)に示すように、コアンダ効果により噴霧が広がり(噴霧広がり角θ2>θ1)、噴霧貫徹力(ペネトレーション;到達距離)が低下する(L2<L1)。
【0025】
その結果、図2で説明したインジェクタ7からの燃料噴霧が点火プラグ11へ到達する時間が長くなり、図5での燃焼可能な噴射時期と点火時期の組み合わせは、デポジット堆積無し時の範囲Aから、デポジット堆積有り時の範囲Bへ変化する。
すなわち、図5に示すように、デポジット堆積無し時(A)の噴射時期、点火時期の設定点aから、デポジット堆積有り時(B)には、噴射時期のみを進角させた点b1、又は点火時期のみを遅角させた点b2、又は両者をそれぞれ進角、遅角させた点b3に移動させる必要がある。
【0026】
このため、コントロールユニット12において、以下に説明するフローチャートに従って、燃料噴射時期及び/又は点火時期を補正制御する。
図6は補正制御のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローが補正手段に相当する。
S1では、成層燃焼での運転中か否かを判定し、YESの場合にS2へ進む。NOの場合は、別途、通常の均質燃焼時の燃料噴射制御、点火時期制御を行うので、本フローは終了する。
【0027】
S2では、後述するデポ堆積量カウンタC算出のフローチャート(例えば図7)により算出されて記憶保持されているデポ堆積量カウンタCを読込む。このデポ堆積量カウンタCのカウント方法については後述するが、インジェクタ7の先端部へのデポジット堆積量の推定値に相当するものである。
S3では、通常の成層燃焼時の燃料噴射時期算出方法を用いて、デポジット堆積無し時の噴射時期ITを算出する。
【0028】
S4では、通常の成層燃焼時の点火時期算出方法を用いて、デポジット堆積無し時の点火時期ADVを算出する。
S5(又はS5’、又はS5”)では、デポ堆積量カウンタCの値に従って、燃料噴射時期IT及び/又は点火時期ADVを補正する。
すなわち、噴射時期のみを補正する場合は、S5において、
IT=IT+K1×C ・・・(1)
として、噴射時期(圧縮上死点からの進角値)ITに、デポ堆積量カウンタCと予め定められた係数K1との積を加算することで、デポ堆積量が多いほど、噴射時期ITを進角補正する。
【0029】
また、点火時期のみを補正する場合は、S5’において、
ADV=ADV−K2×C ・・・(2)
として、点火時期(圧縮上死点からの進角値)ADVから、デポ堆積量カウンタCと予め定められた係数K2との積を減算することで、デポ堆積量が多いほど、噴射時期ITを遅角補正する。
【0030】
また、噴射時期と点火時期の両方を補正する場合は、S5”において、
IT=IT+K1×C ・・・(1)
ADV=ADV−K2×C ・・・(2)
として、デポ堆積量が多いほど、噴射時期ITを進角補正すると共に、点火時期ADVを遅角補正する。
【0031】
S6では、補正後の噴射時期ITにて燃料噴射を行わせ、また、S7では、補正後の点火時期ADVにて点火を行わせて、本フローを終了する。
次に、インジェクタ7の先端部へのデポジット堆積量の推定、すなわちデポジット堆積量推定値に相当するデポ堆積量カウンタCの算出方法について、説明する。
【0032】
図7はデポ堆積量カウンタC算出の第1実施形態のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローが堆積量推定手段に相当する。
S11では、初期化条件か否かを判定する。ここで、初期化条件とは、初回のエンジン始動時(エンジン新品時)である。このときは、S12へ進んで、デポ堆積量カウンタCをクリアする(C=0)。
【0033】
S13では、インジェクタ先端温度センサ16により検出されるインジェクタ先端温度Tを読込む。
S14では、次式により、デポ堆積量カウンタCをカウントアップする。
C=C+K3×(T0−T)
すなわち、インジェクタ先端温度Tが(基準温度T0より)低いほど、デポジット付着量が多くなるので、(T0−T)と予め定めた係数K3との積を、デポ堆積量カウンタCに加算することで、デポジット堆積量を推定する。
【0034】
本実施形態では、エンジン運転の時間経過と共に累積的に増加させて、堆積量推定値(デポ堆積量カウンタC)を求め、また、その増加度合は、エンジン運転状態、特にインジェクタ7の先端温度に応じて変化させることで、推定精度を向上させている。
図8はデポ堆積量カウンタC算出の第2実施形態のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローも堆積量推定手段に相当する。
【0035】
S11、S12は図7のフローと同一である。
S15では、水温センサ15により検出されるエンジン水温Twを読込む。
S16では、次式により、デポ堆積量カウンタCをカウントアップする。
C=C+K4×(Tw0−Tw)
すなわち、エンジン水温Twが(基準温度Tw0より)低いほど、インジェクタ先端温度が低く、デポジット付着量が多くなるので、(Tw0−Tw)と予め定めた係数K4との積を、デポ堆積量カウンタCに加算することで、デポジット堆積量を推定する。
【0036】
本実施形態では、インジェクタ先端温度に関連するパラメータであるエンジン水温Twを用いて、デポジット堆積量を推定しており、特別にインジェクタ先端温度センサを設ける必要がなくなる。
図9はデポ堆積量カウンタC算出の第3実施形態のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローも堆積量推定手段に相当する。
【0037】
S11、S12は図7のフローと同一である。
S17では、エンジン負荷として、エアフローメータ14により検出される吸入空気量Qaを読込む。
S18では、次式により、デポ堆積量カウンタCをカウントアップする。
C=C+K5×(Qa0−Qa)
すなわち、エンジン負荷に相当する吸入空気量Qaが(基準吸入空気量Qa0より)低いほど、インジェクタ先端温度が低く、デポジット付着量が多くなるので、(Qa0−Qa)と予め定めた係数K5との積を、デポ堆積量カウンタCに加算することで、デポジット堆積量を推定する。
【0038】
本実施形態では、インジェクタ先端温度に関連するパラメータである負荷、具体的には、吸入空気量Qaを用いて、デポジット堆積量を推定しており、特別にインジェクタ先端温度センサを設ける必要がなくなる。
図10はデポ堆積量カウンタC算出の第4実施形態のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローも堆積量推定手段に相当する。
【0039】
S11、S12は図7のフローと同一である。
S19では、減速運転時などの燃料カット中か否かを判定する。
燃料カット中でなければ、そのまま本フローを終了し、燃料カット中の場合は、S20へ進む。
S20では、次式により、デポ堆積量カウンタCをカウントアップする。
【0040】
C=C+ΔC
すなわち、燃料カット中には、インジェクタ先端温度が低くなり、デポジットが堆積しやすくなるので、予め定めた増分ΔCを、デポ堆積量カウンタCに加算することで、デポジット堆積量を推定する。
尚、本実施形態では、燃料カット中でない場合はデポ堆積量カウンタCの増分を0としているが、燃料カット中の増分ΔCより小さな増分を加算するようにしてもよい。
【0041】
図11はデポ堆積量カウンタC算出の第5実施形態のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローも堆積量推定手段に相当する。
S11、S12は図7のフローと同一である。
S21では、現在の噴射時期から、図12のテーブルを参照して、デポ堆積量カウンタの増分CCを求める。
【0042】
S22では、次式により、デポ堆積量カウンタCをカウントアップする。
C=C+CC
すなわち、噴射時期に応じた増分CCを、デポ堆積量カウンタCに加算することで、デポジット堆積量を推定する。
ここで、図12からわかるように、噴射時期が吸気TDCに近いほど、デポ堆積量カウンタの増分CCを大きくする。噴射時期が吸気TDCに近いと、噴霧がピストンに衝突し、衝突した噴霧がインジェクタ方向に跳ね返るため、インジェクタ先端に燃料が付着して、デポジット堆積量が増加するからである。
【0043】
また、噴射時期が吸気弁フルリフトに近いほど、デポ堆積量カウンタの増分CCを大きくする。吸気弁リフトが大きいときに噴射すると、噴霧が吸気弁に衝突し、衝突した噴霧がインジェクタ方向に跳ね返るため、インジェクタ先端に燃料が付着して、デポジット堆積量が増加するからである。
また、噴射時期が圧縮TDCに近いほど、デポ堆積量カウンタの増分CCを大きくする。噴射時期が圧縮TDCに近いと、筒内圧力が高く、噴霧貫徹力が弱くなるため、インジェクタ先端近傍の燃料噴霧密度が高くなり、デポジット堆積量が増加するからである。
【0044】
図13はデポ堆積量カウンタC算出の第6実施形態のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。本フローも堆積量推定手段に相当する。
S11、S12は図7のフローと同一である。
S23では、燃料性状センサ17の信号を読込み、燃料の気化特性値Vを求める。尚、この気化特性値Vはこれが大きいほど気化が悪くなる値で、重質の度合と等しい。
【0045】
S24では、次式により、デポ堆積量カウンタCをカウントアップする。
C=C+K6×V
すなわち、ガソリン燃料は様々な組成の炭化水素により構成されており、組成によりデポジット堆積量が異なり、特に燃料性状が重質であるほど(気化特性が悪いほど)、デポジット堆積量が増加するので、気化特性値Vと予め定めた係数K6との積を、デポ堆積量カウンタCに加算することで、デポジット堆積量を推定する。
【0046】
図14はデポ堆積量カウンタC算出の第7実施形態のフローチャートであり、適時的に実行される。本フローも堆積量推定手段に相当する。
S25では、走行距離計18において車速センサ信号より算出・積算される走行距離Dを読込む。
S26では、次式により、デポ堆積量カウンタCを算出する。
【0047】
C=K7×D
すなわち、走行距離Dが長くなるほどデポジット堆積量が増加することから、走行距離Dに予め定めた係数K7を乗じることで、走行距離Dに比例させて、デポジット堆積量を推定する。
尚、デポジット堆積量はある量でサチレート、すなわち、ある程度堆積すると、その表面温度が高くなって燃焼してしまう。よって、堆積量推定手段による堆積量推定値又はこれに応じた補正手段による補正値に対し、上限リミッタを設けることで、上記サチレートに対応可能となる。
【0048】
具体的には、図7〜図14に示したデポ堆積量カウンタ算出フローの直後に図15のフローを実行する。
図15のフローのS31では、デポ堆積量カウンタCが予め定めた上限値Cmax を超えたか否かを判定し、超えた場合に、S32で、デポ堆積量カウンタCを上限値Cmax に規制する。
【0049】
このように規制する他、図6のフローのS5又はS5’又はS5”において、噴射時期の進角側への補正量(K1×C)、点火時期の遅角側への補正量(K2×C)に対し、上限リミッタを設けるようにしても、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図2】 成層燃焼時の圧縮行程噴射の説明図
【図3】 均質燃焼時及び成層燃焼時の噴射時期の説明図
【図4】 インジェクタの燃料噴霧の説明図
【図5】 成層燃焼可能な噴射時期と点火時期の組み合わせを示す図
【図6】 補正制御のフローチャート
【図7】 デポ堆積量カウンタ算出(1)のフローチャート
【図8】 デポ堆積量カウンタ算出(2)のフローチャート
【図9】 デポ堆積量カウンタ算出(3)のフローチャート
【図10】 デポ堆積量カウンタ算出(4)のフローチャート
【図11】 デポ堆積量カウンタ算出(5)のフローチャート
【図12】 デポ堆積量増分算出用テーブルを示す図
【図13】 デポ堆積量カウンタ算出(6)のフローチャート
【図14】 デポ堆積量カウンタ算出(7)のフローチャート
【図15】 上限リミッタのフローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
2 ピストン
3 燃焼室
7 インジェクタ
11 点火プラグ
12 コントロールユニット
13 クランク角センサ
14 エアフローメータ
15 水温センサ
16 インジェクタ先端温度センサ
17 燃料性状センサ
18 走行距離計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a direct injection spark ignition engine.
[0002]
[Prior art]
When the temperature of the cylinder wall surface and the piston surface is low, the vaporized fuel of the fuel supplied by injection burns, and the attached liquid fuel is heated and vaporizes and burns, but the liquid fuel that could not be vaporized is , It remains unburned at the site where it adheres, and carbonized and deposited. In addition to this, the same phenomenon occurs and accumulates in lubricating oil that is mixed in in a small amount. Such unburned deposits are called deposits (or deposits for short).
[0003]
In an engine that directly injects fuel into the cylinder with the injector facing the cylinder, deposit accumulation at the tip of the injector becomes a problem.
For this reason, in JP-A-10-274134 and JP-A-2000-227063, deposits are prevented from being deposited by adding another configuration such as devising the material and shape of the tip of the injector.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-151770 corrects a fuel injection amount that changes due to deposit accumulation on the tip of an injector.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a direct-injection spark-ignition engine, when deposits accumulate at the tip of the injector, the spread angle of the injected fuel changes, and the penetration force (penetration; reach distance) of the fuel spray also changes. Specifically, the spread angle of the injected fuel increases due to the Coanda effect by the deposit, and the penetration force of the fuel spray decreases.
[0006]
As a result, when the fuel injection timing is set in the initial state and the fuel is injected in the deteriorated state where deposits have accumulated, the ignition timing comes before the fuel reaches the spark plug. Cannot be realized, combustion stability is deteriorated, and emission is further deteriorated.
In addition, in JP-A-10-274134 and JP-A-2000-227063, since the deposit is prevented from being deposited by adding another configuration to the tip of the injector, the cost is increased and the complexity is further increased. There has been a problem of causing an increase in the failure frequency due to.
[0007]
Further, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-151770, since the fuel injection amount that changes due to deposit accumulation is corrected, the accuracy of the correction injection amount is required, and it is difficult to ensure sufficient accuracy. In addition, there was a problem that it was not possible to cope with changes in penetration of fuel spray.
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a control device for a direct-injection spark ignition engine capable of realizing initial appropriate combustion regardless of deposits deposited on the tip of an injector. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, in a direct-injection spark-ignition engine including an injector that directly injects fuel into a cylinder and an ignition plug, a deposit amount estimation means that estimates the amount of deposit on the injector tip. In the stratified combustion in which fuel is injected in the compression stroke, at least one of the fuel injection timing and the ignition timing is corrected according to the estimated accumulation amount. When correcting and correcting the ignition timing, there is provided correction means for correcting a retard angle as the amount of accumulation increases .
[0009]
According to a second aspect of the present invention, the accumulation amount estimation means obtains an accumulation amount estimated value by cumulatively increasing with the passage of time of engine operation.
In this case, the degree of increase in the estimated accumulation amount may be changed according to the engine operating state. Further, the engine operating state that changes the degree of increase in the estimated amount of deposit is the temperature at the tip of the injector or a parameter related thereto (Claim 4), the presence or absence of fuel cut (Claim 5), the fuel injection timing (Claim). 6), fuel properties (Claim 7) and the like.
[0010]
The invention according to
Further, the invention according to claim 9 is characterized in that an upper limiter is provided for the accumulation amount estimated value by the accumulation amount estimation means or the correction value by the correction means corresponding thereto.
[0011]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, deposit accumulation at the tip of the injector causes the spread angle of the injected fuel to increase due to the Coanda effect by the deposit, the penetration force of the fuel spray decreases, and the fuel spray ignition Even if the time to reach the plug becomes longer, the initial appropriate combustion can be realized by the advance angle of the fuel injection timing and / or the retard angle of the ignition timing, and the exhaust performance can be ensured.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, the deposit accumulation amount can be easily estimated by accumulatively increasing with the passage of time of engine operation and obtaining the accumulation amount estimation value.
According to the third aspect of the present invention, the accuracy of estimation can be improved by changing the degree of increase in the estimated amount of deposit according to the engine operating state, so as to correspond to the change in the deposit amount due to the engine operating state. .
[0013]
According to the invention of claim 4, by using the tip temperature of the injector or a parameter related thereto for estimation of the accumulation amount, the estimation accuracy is increased corresponding to the increase in deposit adhesion amount as the injector tip temperature is lower. Can be improved.
According to the invention of
[0014]
According to the invention of
According to the invention of
[0015]
According to the eighth aspect of the present invention, the deposit accumulation amount can be easily estimated by obtaining the accumulation amount estimated value almost in proportion to the travel distance.
According to the ninth aspect of the present invention, by providing the upper limiter with respect to the accumulation amount estimated value by the accumulation amount estimation means or the correction value by the correction means corresponding thereto, the deposit accumulation amount is saturated to a certain amount, that is, to some extent. Once deposited, it can be adapted to burn when its surface temperature increases.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram of a direct-injection spark ignition engine showing an embodiment of the present invention. First, this will be described.
In the
[0017]
An injector (fuel injection valve) 7 that directly injects fuel into the
[0018]
Further, a
Here, the operations of the
The
[0019]
As the various sensors, there are provided a
[0020]
Based on these signals, the
Here, in particular, under predetermined operating conditions (for example, low and medium load regions), fuel is injected into the
[0021]
Further, under other operating conditions (for example, a high load region), fuel is injected into the
Next, fuel spraying by the
[0022]
In the injector (especially the swirler type injector) 7, the fuel spray is injected into a hollow cone as shown in FIG.
In the compression stroke injection during stratified combustion, as shown in FIG. 3, since the cylinder pressure (atmospheric pressure) at the time of injection is high, the fuel spray is crushed, as shown in FIG. 4 (b). It becomes a shape.
[0023]
Therefore, at the time of stratified combustion, the injection timing and the ignition timing are set on the premise of the spray characteristics shown in FIG. 4B, that is, the spray spread angle θ1 and the spray penetration force (penetration; reaching distance) L1.
Under such a premise, the combustible combination of the injection timing and the ignition timing at the time of stratified combustion is within the range of A shown in FIG. As the injection timing is delayed, the ignition timing is delayed as long as the fuel spray characteristics are the same. As shown in FIG. 2, the time for the spray injected by the
[0024]
However, when the engine is in operation, the incomplete combustion fuel gradually accumulates as deposits at the tip of the
Accordingly, if deposits are accumulated in the compression stroke injection during stratified combustion, as shown in FIG. 4C, spray spreads due to the Coanda effect as compared to FIG. 4B (spray spread angle θ2> θ1). ), The spray penetration force (penetration; reach distance) decreases (L2 <L1).
[0025]
As a result, the time for the fuel spray from the
That is, as shown in FIG. 5, from the set point a of the injection timing and ignition timing when there is no deposit accumulation (A), to the point b1 where only the injection timing is advanced when deposit deposit is present (B), or It is necessary to move to point b2 where only the ignition timing is retarded, or to point b3 where both are advanced and retarded, respectively.
[0026]
Therefore, the
FIG. 6 is a flowchart of the correction control, which is executed every predetermined time. This flow corresponds to correction means.
In S1, it is determined whether or not the operation is in stratified combustion. If YES, the process proceeds to S2. In the case of NO, since the fuel injection control and ignition timing control during normal homogeneous combustion are separately performed, this flow ends.
[0027]
In S2, a deposit accumulation amount counter C calculated and stored according to a flow chart (for example, FIG. 7) of deposit deposit amount counter C described later is read. The counting method of the deposit accumulation amount counter C will be described later, but corresponds to an estimated value of the deposit accumulation amount at the tip of the
In S3, the injection timing IT without deposit accumulation is calculated using a fuel injection timing calculation method during normal stratified combustion.
[0028]
In S4, the ignition timing ADV when there is no deposit is calculated using a normal ignition timing calculation method during stratified combustion.
In S5 (or S5 ′ or S5 ″), the fuel injection timing IT and / or the ignition timing ADV are corrected in accordance with the value of the deposition amount counter C.
That is, when correcting only the injection timing, in S5,
IT = IT + K1 × C (1)
As a result, the product of the deposition amount counter C and a predetermined coefficient K1 is added to the injection timing (advance value from the compression top dead center) IT. Correct the advance angle.
[0029]
When only the ignition timing is corrected, in S5 ′,
ADV = ADV−K2 × C (2)
By subtracting the product of the deposition amount counter C and a predetermined coefficient K2 from the ignition timing (advance value from the compression top dead center) ADV, the injection timing IT is increased as the deposition amount increases. Correct the delay angle.
[0030]
Further, when correcting both the injection timing and the ignition timing, in S5 ″,
IT = IT + K1 × C (1)
ADV = ADV−K2 × C (2)
As the deposit amount increases, the injection timing IT is advanced and the ignition timing ADV is retarded.
[0031]
In S6, fuel injection is performed at the corrected injection timing IT. In S7, ignition is performed at the corrected ignition timing ADV, and this flow is finished.
Next, an estimation of the deposit accumulation amount on the tip of the
[0032]
FIG. 7 is a flowchart of the first embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed every predetermined time. This flow corresponds to the accumulation amount estimation means.
In S11, it is determined whether or not the initialization condition is satisfied. Here, the initialization condition is when the engine is started for the first time (when the engine is new). At this time, the process proceeds to S12 and the deposit accumulation counter C is cleared (C = 0).
[0033]
In S13, the injector tip temperature T detected by the injector
In S14, the deposition amount counter C is incremented by the following equation.
C = C + K3 × (T0−T)
That is, as the injector tip temperature T is lower (than the reference temperature T0), the deposit adhesion amount increases. Therefore, the product of (T0-T) and a predetermined coefficient K3 is added to the deposition amount counter C. Estimate the deposit amount.
[0034]
In the present embodiment, the accumulated amount estimated value (depot accumulated amount counter C) is obtained by cumulatively increasing with the passage of time of engine operation, and the degree of increase is determined by the engine operating state, particularly the tip temperature of the
FIG. 8 is a flowchart of the second embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed every predetermined time. This flow also corresponds to the accumulation amount estimation means.
[0035]
S11 and S12 are the same as the flow of FIG.
In S15, the engine water temperature Tw detected by the
In S16, the deposition amount counter C is incremented by the following equation.
C = C + K4 × (Tw0−Tw)
That is, as the engine water temperature Tw is lower (than the reference temperature Tw0), the injector tip temperature is lower and the deposit adhesion amount increases. Therefore, the product of (Tw0-Tw) and a predetermined coefficient K4 is calculated as the deposit amount counter C. Is added to estimate the deposit amount.
[0036]
In this embodiment, the deposit amount is estimated using the engine water temperature Tw, which is a parameter related to the injector tip temperature, and it is not necessary to provide a special injector tip temperature sensor.
FIG. 9 is a flowchart of the third embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed every predetermined time. This flow also corresponds to the accumulation amount estimation means.
[0037]
S11 and S12 are the same as the flow of FIG.
In S17, the intake air amount Qa detected by the
In S18, the deposition amount counter C is incremented by the following equation.
C = C + K5 × (Qa0−Qa)
That is, as the intake air amount Qa corresponding to the engine load is lower (than the reference intake air amount Qa0), the injector tip temperature becomes lower and the deposit adhesion amount increases, so that (Qa0−Qa) and a predetermined coefficient K5 By adding the product to the deposit accumulation counter C, the deposit accumulation amount is estimated.
[0038]
In the present embodiment, the deposit, which is a parameter related to the injector tip temperature, specifically, the intake air amount Qa is estimated, and there is no need to provide a special injector tip temperature sensor.
FIG. 10 is a flowchart of the fourth embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed every predetermined time. This flow also corresponds to the accumulation amount estimation means.
[0039]
S11 and S12 are the same as the flow of FIG.
In S19, it is determined whether or not the fuel is cut during deceleration operation.
If the fuel is not being cut, this flow is terminated as it is. If the fuel is being cut, the process proceeds to S20.
In S20, the deposition amount counter C is incremented by the following equation.
[0040]
C = C + ΔC
That is, during the fuel cut, the injector tip temperature becomes low and deposits are likely to accumulate. Therefore, the deposit accumulation amount is estimated by adding a predetermined increment ΔC to the deposit accumulation amount counter C.
In the present embodiment, when the fuel cut is not being performed, the increment of the deposition amount counter C is set to 0. However, an increment smaller than the increment ΔC during the fuel cut may be added.
[0041]
FIG. 11 is a flowchart of the fifth embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed every predetermined time. This flow also corresponds to the accumulation amount estimation means.
S11 and S12 are the same as the flow of FIG.
In S21, an increment CC of the deposition amount counter is obtained from the current injection timing with reference to the table of FIG.
[0042]
In S22, the deposition amount counter C is incremented by the following equation.
C = C + CC
That is, the deposit CC is estimated by adding the increment CC corresponding to the injection timing to the deposit deposit counter C.
Here, as can be seen from FIG. 12, as the injection timing is closer to the intake TDC, the increment CC of the deposition amount counter is increased. This is because when the injection timing is close to the intake TDC, the spray collides with the piston and the collided spray rebounds in the direction of the injector, so that fuel adheres to the injector tip and the deposit accumulation amount increases.
[0043]
Further, the closer to the intake valve full lift, the larger the increment CC of the deposition amount counter. This is because if the injection is performed when the intake valve lift is large, the spray collides with the intake valve, and the collided spray rebounds in the direction of the injector, so that fuel adheres to the injector tip and the deposit accumulation amount increases.
Further, the closer to the compression TDC, the larger the increment CC of the deposition amount counter. This is because when the injection timing is close to the compression TDC, the in-cylinder pressure becomes high and the spray penetration force becomes weak, so that the fuel spray density near the tip of the injector becomes high and the deposit accumulation amount increases.
[0044]
FIG. 13 is a flowchart of the sixth embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed every predetermined time. This flow also corresponds to the accumulation amount estimation means.
S11 and S12 are the same as the flow of FIG.
In S23, the signal of the
[0045]
In S24, the deposition amount counter C is counted up by the following equation.
C = C + K6 × V
That is, gasoline fuel is composed of hydrocarbons of various compositions, and the deposit amount varies depending on the composition, and in particular, the heavier the fuel properties (the worse the vaporization characteristics), the greater the deposit amount. The deposit accumulation amount is estimated by adding the product of the vaporization characteristic value V and a predetermined coefficient K6 to the deposit accumulation amount counter C.
[0046]
FIG. 14 is a flowchart of the seventh embodiment for calculating the deposition amount counter C, which is executed in a timely manner. This flow also corresponds to the accumulation amount estimation means.
In S25, the mileage D calculated and integrated from the vehicle speed sensor signal in the
In S26, the deposition amount counter C is calculated by the following equation.
[0047]
C = K7 × D
That is, as the travel distance D increases, the deposit accumulation amount increases. Therefore, the deposit accumulation amount is estimated in proportion to the travel distance D by multiplying the travel distance D by a predetermined coefficient K7.
It should be noted that when the deposit is deposited in a certain amount, that is, when it is deposited to some extent, its surface temperature becomes high and burns. Therefore, it is possible to cope with the saturation by providing an upper limiter for the estimated amount of accumulation by the accumulation amount estimating means or the correction value by the correcting means corresponding thereto.
[0048]
Specifically, the flow of FIG. 15 is executed immediately after the deposit deposition amount counter calculation flow shown in FIGS.
In S31 of the flow of FIG. 15, it is determined whether or not the deposition amount counter C has exceeded a predetermined upper limit value Cmax. If exceeded, the deposition amount counter C is regulated to the upper limit value Cmax in S32.
[0049]
In addition to this restriction, in S5 or S5 ′ or S5 ″ of the flow of FIG. 6, the correction amount to the advance side of the injection timing (K1 × C) and the correction amount to the retard side of the ignition timing (K2 × A similar effect can be obtained by providing an upper limiter for C).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of an engine showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of compression stroke injection during stratified combustion. FIG. 3 is an explanatory diagram of injection timing during homogeneous combustion and stratified combustion. ] Illustration of injector fuel spray [Fig. 5] Diagram showing combination of injection timing and ignition timing capable of stratified combustion [Fig. 6] Flow chart of correction control [Fig. 7] Flow chart of depot accumulation amount counter calculation (1) [Fig. 8] Flow chart of deposit deposition amount counter calculation (2) [FIG. 9] Flow chart of deposition deposit amount counter calculation (3) [FIG. 10] Flow chart of deposition deposit amount counter calculation (4) [FIG. Flowchart of 5) [Fig. 12] Fig. 13 is a diagram showing a table for calculating the deposit accumulation amount. [Fig. Flow chart of the flow chart Figure 15 the upper limiter of the counter calculation (7) Description of symbols]
1
Claims (9)
インジェクタ先端部への堆積物の量を推定する堆積量推定手段と、圧縮行程にて燃料噴射する成層燃焼時に、推定された堆積量に応じて、燃料噴射時期又は点火時期の少なくとも一方を補正し、燃料噴射時期を補正する場合は堆積量が多いほど進角補正し、点火時期を補正する場合は堆積量が多いほど遅角補正する補正手段とを設けたことを特徴とする直噴火花点火式エンジンの制御装置。In a direct-injection spark-ignition engine including an injector that directly injects fuel into a cylinder and an ignition plug,
A deposition amount estimating means for estimating the amount of deposits on the injector tip, during stratified charge combustion to the fuel injection in the compression stroke, according to the estimated accumulation amount, and correcting at least one of the fuel injection timing or ignition timing The direct injection spark ignition is characterized in that when the fuel injection timing is corrected, a correction means is provided that corrects the advance angle as the accumulation amount increases, and when the ignition timing is corrected, the correction means corrects the delay angle as the accumulation amount increases. Type engine control device.
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