JP4158494B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等に用いられる内燃機関として、燃焼圧力や機関回転等の機関運転条件に応じて、圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構を備えたものが従来より知られている。(特許文献1参照。)
【0003】
【特許文献1】
特開2001−263114号公報(第2頁)
また、各気筒毎にインジェクターを有し、かつ可変圧縮比機構を備えた内燃機関においては、機関運転条件が高負荷になるほどノッキングが発生しやすくなるため、スロットル全開時(WOT時)には、ノッキング発生の抑制のため、圧縮比を下げる必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、圧縮比の低下による燃焼効率の低下により、総じて機関のトルクが低下してしまうという問題がある。
【0005】
また、機関運転条件が高負荷の時に、圧縮比の下げ代を抑えるには、燃料の吸気行程噴射によりノッキングを抑制する方法もあるが、燃料の吸気行程噴射を行うことにより圧縮比の下げ代の抑制しても、機関のトルクの向上には限界がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明における内燃機関の制御装置は、機関の運転状態に応じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構と、内燃機関の燃焼室への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、第1インジェクターと、第1インジェクターに比べ単位時間当たりの燃料噴射量が多い第2インジェクターと、を有し、エンジン負荷領域を、第1負荷領域と第1負荷領域よりも相対的にエンジン負荷が大きい第2負荷領域との2領域に分割し、第1負荷領域では、第1インジェクターから燃料を噴射し、エンジン負荷の増大に伴って徐々に吸入空気量を増大させ、かつ第1負荷領域内においてエンジン負荷が大きくなると所定の基準圧縮比から圧縮比を徐々に低くし、エンジン負荷が第1負荷領域から第2負荷領域に移行すると、圧縮比を上記基準圧縮比まで一旦上げると共に吸入空気量を一旦絞り、第2負荷領域では、第2インジェクターから燃料を噴射し、エンジン負荷の増大に伴って吸入空気量を徐々に増大させると共に、エンジン負荷の増大に伴って所定の基準圧縮比から圧縮比を徐々に低くすることを特徴としている。
【0007】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料噴射率の異なるインジェクターを負荷に応じて使い分けることにより、可変圧縮比機構を備えた内燃機関におけるスロットル全開時のトルクを最大限引き出すことが可能となり、総じてエンジン負荷領域の広範囲に亙ってトルクを向上させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0009】
図1は、車両に適用された本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す説明図である。
【0010】
外部から取り入れられた空気は、エアクリーナ1を経て吸気コレクタ2へと導入され、吸気コレクタ2から内燃機関の気筒数に応じて分岐した複数のブランチ3へと分配される。
【0011】
吸気コレクタ2とエアクリーナ1との間には、機関運転状態に応じて燃焼室4への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段としてのスロットルバルブ5が配設されている。スロットルバルブ5とエアクリーナ1との間には、エアフローメータ6が配設されている。
【0012】
スロットルバルブ5は、エンジンコントロールモジュール7(以下、ECMと記す)によって制御されている。また、ECM7には、エアフローメータ6からの出力信号が入力されている。
【0013】
ブランチ3は、吸気弁8を介して対応する気筒の燃焼室4と連通している。このブランチ3には、互いに燃料噴射率の異なる第1インジェクター9と第2インジェクター10からなる一対のインジェクターが配設されている。第1インジェクター9は、第2インジェクター10に比べて燃料噴射率が小さくなるよう設定されている。ここで燃料噴射率とは、インジェクターから噴射される燃料量の時間に対する比てあって、単位時間当たりに噴射される燃料の噴射量である。そして、第1インジェクター9及び第2インジェクター10は、機関運転状態に応じてECM7によって制御(具体的な制御については後述する)されている。
【0014】
尚、図1中の11は排気通路、12は排気弁、13は点火プラグ、14は車両運転者のアクセルペダルの踏み込み量(アクセルペダル開度)を内燃機関の負荷として検出しECM7へ入力する内燃機関の負荷を検出する手段、すなわち機関運転状態を検出する手段としてのアクセルペダルセンサである。また、図示はしないが、ECM7には、クランク角センサからの信号によりエンジン回転数を検出している。そして、図1は、便宜上、多気筒内燃機関の一つの気筒に着目したものであり、図1中の吸気コレクタ2からは、気筒数と同数のブランチ3,…,3が分岐しており、これら各ブランチ3,…,3毎に、第1インジェクタ9及び第2インジェクター10からなる一対のインジェクターがそれぞれ配設されている。
【0015】
また、内燃機関は、機関の運転状態に応じて圧縮比の設定を変更可能な可変圧縮比機構20を備えている。
【0016】
この可変圧縮比機構20は、各気筒のピストン21にピストンピン22を介して一端が連結されたアッパーリンク23と、このアッパーリンク23の他端にアッパーリンクピン24を介して揺動可能に連結されると共に、クランクシャフト25のクランクピン26に連結されるロアーリンク27と、クランクシャフト25と略平行に延びるコントロールシャフト28と、一端がコントロールシャフト28に揺動可能に連結されると共に、他端が制御リンクピン29を介してロアーリンク27に揺動可能に連結される制御リンク30と、を有している。
【0017】
コントロールシャフト28には、制御リンク30の一端に設けられたベアリング(図示せず)に回転可能に支持されるピンジャーナル(図示せず)が、クランクシャフト25の軸方向に間欠的に形成されている。
【0018】
このピンジャーナルの回転中心P1は、コントロールシャフト28の回転中心P2に対して所定量偏心しており、この回転中心P1を揺動支点として、制御リンク30がコントロールシャフト28に対して揺動する。
【0019】
従って、コントロールシャフト28が回動すると、制御リンク30の揺動支点P1の位置が変化し、これに伴って、ピストン上死点位置が変化する。すなわち、ピストン上死点位置での燃焼室側の容積とピストン下死点位置での燃焼室側の容積の比によって定義される内燃機関の圧縮比を増減させることができる。
【0020】
コントロールシャフト28は、ウォーム31及びウォームホイール32を介して接続されたアクチュエータ33を駆動源として回転駆動され、このアクチュエータ33は、ECM7により機関運転状態に応じて駆動制御される。
【0021】
スロットルバルブ5、可変圧縮比機構20、及び各気筒毎に配設された一対のインジェクター9,10の機関運転状態に応じたECMによる制御は、図2に示すように行われる。
【0022】
まず、エンジン負荷領域を、予め設定された所定のアクセルペダル踏み込み量APO1を境界として、第1負荷領域と、第1負荷領域よりも相対的にエンジン負荷が大きい第2負荷領域と、の2領域に分割する。
【0023】
第1負荷領域においては、燃料噴射率の小さい第1インジェクター9から吸入行程時に燃料噴射を行い、第1インジェクター9に比べて燃料噴射率の大きい第2インジェクター10から燃料噴射は行わない。一方、可変圧縮比機構20は、第1負荷領域内の負荷の低い側、すなわちアクセルペダルの踏み込み量が少ない側では、所定の基準圧縮比となるよう制御され、アクセルペダルの踏み込み量がAPO1に近づいてくるとノッキングが発生しやすくなるので、第1負荷領域内の負荷の高い側では、圧縮比を上記基準圧縮比から徐々に下げるよう制御される。ここで、基準圧縮比は、機関の熱効率が最大となる圧縮比であり、約圧縮比15程度である。また、スロットルバルブ5は、アクセルペダルの踏み込み量が0のとき略全閉となり、アクセルペダルの踏み込み量がAPO1のときに略全開となるよう、第1負荷領域内の負荷の低い側から負荷の高い側に向かって徐々に開いていく。
【0024】
アクセルペダルの踏み込み量がAPO1となると、圧縮比を上記基準圧縮比まで一旦上げると共に、スロットルバルブを全開状態から所定量一気に絞り、吸入空気量を一旦絞る。
【0025】
そして、第2負荷領域においては、燃料噴射率の大きい第2インジェクター10から吸入行程時に燃料噴射を行い、第2インジェクター10に比べて燃料噴射率の小さい第1インジェクター9から燃料噴射は行わない。一方、可変圧縮比機構20は、アクセルペダルの踏み込み量がAPO1から大きくなるに従い、上記基準圧縮比から徐々に圧縮比が小さくなるよう制御される。またスロットルバルブ5は、アクセルペダルの踏み込み量がAPO1から大きくなるに従い徐々に大きくなるよう制御され、アクセルペダルの踏み込み量が最大、すなわちアクセルペダルが完全に踏み込まれて状態(アクセルペダル踏み込み量APO2)でスロットルバルブが再び略全開となる。
【0026】
図3は、上述した内燃機関の制御装置の制御の流れを示すフローチャートである。
【0027】
ステップ1(以下、ステップは単にSと記す)にて、アクセルペダルセンサ14からアクセルペダル踏み込み量APOをECM7に入力する。
【0028】
S2では、ECM7内に予め記憶させてあるテーブル(上述した図2を参照)から、アクセルペダル踏み込み量APOに対応するスロットル開度と、目標圧縮比と、を読み出す。
【0029】
S3にて、ECM7は、エアフローメータ6からの信号により吸入空気量を読み込み、クランク角センサ(図示せず)からの信号によりエンジン回転数を読み込む。
【0030】
そして、S4では、現在必要とされる燃料噴射量を算出する。
【0031】
S5では、S1にてECM7に入力されたアクセルペダル踏み込み量APOが上述したAPO1よりも小さいか否か判定し、APOがAPO1未満の場合にはS6に進み、それ以外の場合にはS8に進む。
【0032】
S6では、第1インジェクター9において、S4で算出した燃料噴射量を確保するために必要な噴射パルス幅を算出し、S7に進んで第1インジェクター9から燃料を噴射し、S10に進む。
【0033】
S8では、第2インジェクター10において、S4で算出した燃料噴射量を確保するために必要な噴射パルス幅を算出し、S9に進んで第2インジェクター10から燃料を噴射し、S10に進む。
【0034】
S10では、S2にて読み出した目標圧縮比となるようアクチュータ33を駆動する。
【0035】
S11では、S2にて読み出した目標スロットル開度となるようスロットルバルブ5を駆動する。
【0036】
このような内燃機関の制御装置においては、アクセルペダル踏み込み量APOがAPO1となるとスロットルバルブ5が略全開となるので、第2負荷領域において、燃料噴射率の大きい第2インジェクター10から燃料噴射を行うと、燃料の気化潜熱によりノッキングを抑制できる。このノッキングの抑制は、吸入行程時に燃料噴射を行うと、筒内に液体燃料噴霧が直接吸入され、筒内でその燃料が気化する際の気化潜熱で筒内が冷却されることによる。そして、吸入行程時に、第2インジェクター10を用いると、単位時間当りの燃料噴射量が第1インジェクター9よりも多いことから噴射終了時期が第1インジェクター9よりも早くなり、その結果、点火までの気化時間が長くとれ、筒内冷却効果を有効に活用できるので、再度圧縮比を上げることが可能となり、圧縮比を上げることによりトルクが上昇する分スロットルバルブ5を絞ることができる。そして、第2負荷領域において、アクセルペダル踏み込み量APOがAPO1よりも大きくなると、圧縮比を下げざるを得なくなるが、アクセルペダル踏み込み量APOが最大値APO2のときに再びスロットルバルブ5を略全開にすることができる。
【0037】
つまり、エンジン負荷領域を低負荷領域(第1負荷領域)と高負荷領域(第2負荷領域)とに2分割し、上記低負荷領域と上記高負荷領域とで燃料噴射率の異なるインジェクターを使い分けることで、上記低負荷領域と上記高負荷領域との境界及び最大負荷時の2箇所、すなわちアクセルペダル踏み込み量APO1及びアクセルペダル踏み込み量APO2の2箇所でスロットルバルブ5が全開となり最大トルクを発生を発生させることができるため、可変圧縮比機構を備えた内燃機関におけるスロットル全開時のトルクを最大限引き出すことが可能となり、総じてエンジン負荷領域の広範囲に亙ってトルクを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す説明図。
【図2】エンジン負荷に対するインジェクター、圧縮比及びスロット開度の制御の相関関係を示す説明図。
【図3】本発明に係る内燃機関の制御装置の制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
5…スロットルバルブ
7…エンジンコントロールモジュール(ECM)
9…第1インジェクター
10…第2インジェクター
14…アクセルペダルセンサ
20…可変圧縮比機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an internal combustion engine used for an automobile or the like is known that includes a variable compression ratio mechanism that can change the compression ratio setting according to engine operating conditions such as combustion pressure and engine rotation. (See
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-263114 A (second page)
Further, in an internal combustion engine having an injector for each cylinder and having a variable compression ratio mechanism, knocking is more likely to occur as the engine operating condition becomes higher. Therefore, when the throttle is fully opened (WOT), In order to suppress knocking, it is necessary to lower the compression ratio.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is a problem that the engine torque generally decreases due to a decrease in combustion efficiency due to a decrease in compression ratio.
[0005]
In order to suppress the reduction of the compression ratio when the engine operating conditions are high, there is a method of suppressing the knocking by the intake stroke injection of the fuel. However, the reduction margin of the compression ratio is reduced by performing the intake stroke injection of the fuel. Even if this is suppressed, there is a limit in improving the torque of the engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An internal combustion engine control apparatus according to the present invention includes a variable compression ratio mechanism capable of changing a compression ratio setting in accordance with an operating state of the engine, and an intake air amount control means for controlling an intake air amount into a combustion chamber of the internal combustion engine. The first injector and the second injector having a larger fuel injection amount per unit time than the first injector, and the engine load region is relatively higher than the first load region and the first load region. The first load region is divided into two regions, i.e., the second load region, the fuel is injected from the first injector, the intake air amount is gradually increased as the engine load increases, and the first load region When the engine load increases, the compression ratio is gradually lowered from a predetermined reference compression ratio, and when the engine load shifts from the first load region to the second load region, the compression ratio is reduced to the reference compression ratio. The intake air amount is once reduced and the intake air amount is once reduced. In the second load region, fuel is injected from the second injector, and the intake air amount is gradually increased as the engine load increases, and predetermined as the engine load increases. The compression ratio is gradually lowered from the standard compression ratio .
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, by selectively using different injectors over the fuel injection rate depending on the load, it is possible to maximize the torque when the throttle is fully open in the internal combustion engine with a variable compression ratio mechanism, generally the engine load region The torque can be improved over a wide range.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to the present invention applied to a vehicle.
[0010]
The air taken in from the outside is introduced into the intake collector 2 through the
[0011]
Between the intake collector 2 and the
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
In FIG. 1, 11 is an exhaust passage, 12 is an exhaust valve, 13 is a spark plug, 14 is a vehicle driver's accelerator pedal depression amount (accelerator pedal opening) detected as an internal combustion engine load and input to the ECM 7. It is an accelerator pedal sensor as means for detecting the load of the internal combustion engine, that is, means for detecting the engine operating state. Although not shown, the ECM 7 detects the engine speed based on a signal from a crank angle sensor. For convenience, FIG. 1 focuses on one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine. From the intake collector 2 in FIG. 1, the same number of
[0015]
The internal combustion engine also includes a variable
[0016]
The variable
[0017]
A pin journal (not shown) rotatably supported by a bearing (not shown) provided at one end of the
[0018]
The rotation center P1 of the pin journal is eccentric by a predetermined amount with respect to the rotation center P2 of the
[0019]
Therefore, when the
[0020]
The
[0021]
The control by the ECM according to the engine operating state of the
[0022]
First, the engine load region is divided into two regions, a first load region and a second load region having a relatively larger engine load than the first load region, with a predetermined accelerator pedal depression amount APO1 set in advance as a boundary. Divide into
[0023]
In the first load region, fuel is injected from the first injector 9 having a small fuel injection rate during the intake stroke, and fuel is not injected from the
[0024]
When the amount of depression of the accelerator pedal reaches APO1, the compression ratio is once increased to the reference compression ratio, and the throttle valve is throttled from the fully open state to a predetermined amount at a time to temporarily reduce the intake air amount.
[0025]
In the second load region, fuel is injected from the
[0026]
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of the control device for the internal combustion engine described above.
[0027]
In step 1 (hereinafter, step is simply referred to as S), the accelerator pedal depression amount APO is input to the ECM 7 from the
[0028]
In S2, the throttle opening corresponding to the accelerator pedal depression amount APO and the target compression ratio are read out from a table (see FIG. 2 described above) stored in advance in the ECM 7.
[0029]
In S3, the ECM 7 reads the intake air amount based on a signal from the
[0030]
In S4, the currently required fuel injection amount is calculated.
[0031]
In S5, it is determined whether or not the accelerator pedal depression amount APO input to the ECM 7 in S1 is smaller than the above-mentioned APO1, and if APO is less than APO1, the process proceeds to S6, and otherwise proceeds to S8. .
[0032]
In S6, the first injector 9 calculates the injection pulse width necessary for securing the fuel injection amount calculated in S4, proceeds to S7, injects fuel from the first injector 9, and proceeds to S10.
[0033]
In S8, the
[0034]
In S10, the actuator 33 is driven to achieve the target compression ratio read in S2.
[0035]
In S11, the
[0036]
In such a control apparatus for an internal combustion engine, when the accelerator pedal depression amount APO reaches APO1, the
[0037]
In other words, the engine load area is divided into a low load area (first load area) and a high load area (second load area), and different injectors with different fuel injection rates are used in the low load area and the high load area. As a result, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a correlation of control of an injector, a compression ratio, and a slot opening degree with respect to an engine load.
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of a control device for an internal combustion engine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
5 ... Throttle valve 7 ... Engine control module (ECM)
9 ...
Claims (2)
内燃機関の燃焼室への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、 Intake air amount control means for controlling the amount of intake air into the combustion chamber of the internal combustion engine;
第1インジェクターと、 The first injector,
第1インジェクターに比べ単位時間当たりの燃料噴射量が多い第2インジェクターと、を有し、 A second injector having a fuel injection amount per unit time larger than that of the first injector;
エンジン負荷領域を、第1負荷領域と第1負荷領域よりも相対的にエンジン負荷が大きい第2負荷領域との2領域に分割し、 The engine load region is divided into two regions, a first load region and a second load region where the engine load is relatively larger than the first load region,
第1負荷領域では、第1インジェクターから燃料を噴射し、エンジン負荷の増大に伴って徐々に吸入空気量を増大させ、かつ第1負荷領域内においてエンジン負荷が大きくなると所定の基準圧縮比から圧縮比を徐々に低くし、 In the first load region, fuel is injected from the first injector, the intake air amount is gradually increased as the engine load increases, and the engine is compressed from a predetermined reference compression ratio when the engine load increases in the first load region. Gradually lower the ratio,
エンジン負荷が第1負荷領域から第2負荷領域に移行すると、圧縮比を上記基準圧縮比まで一旦上げると共に吸入空気量を一旦絞り、 When the engine load shifts from the first load region to the second load region, the compression ratio is once increased to the reference compression ratio and the intake air amount is once reduced.
第2負荷領域では、第2インジェクターから燃料を噴射し、エンジン負荷の増大に伴って吸入空気量を徐々に増大させると共に、エンジン負荷の増大に伴って所定の基準圧縮比から圧縮比を徐々に低くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 In the second load region, fuel is injected from the second injector, the intake air amount is gradually increased as the engine load increases, and the compression ratio is gradually increased from a predetermined reference compression ratio as the engine load increases. A control device for an internal combustion engine characterized by being lowered.
内燃機関の燃焼室への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、 Intake air amount control means for controlling the amount of intake air into the combustion chamber of the internal combustion engine;
第1インジェクターと、 The first injector,
第1インジェクターに比べ単位時間当たりの燃料噴射量が多い第2インジェクターと、を有し、 A second injector having a fuel injection amount per unit time larger than that of the first injector;
エンジン負荷領域を、第1負荷領域と第1負荷領域よりも相対的にエンジン負荷が大きい第2負荷領域との2領域に分割し、 The engine load region is divided into two regions, a first load region and a second load region where the engine load is relatively larger than the first load region,
第1負荷領域では、第1インジェクターから燃料を噴射し、第1負荷領域内においてエンジン負荷が大きくなると所定の基準圧縮比から圧縮比を徐々に低くし、 In the first load region, fuel is injected from the first injector, and when the engine load increases in the first load region, the compression ratio is gradually lowered from a predetermined reference compression ratio,
エンジン負荷が第1負荷領域から第2負荷領域に移行すると、圧縮比を上記基準圧縮比まで一旦上げ、 When the engine load shifts from the first load region to the second load region, the compression ratio is temporarily increased to the reference compression ratio,
第2負荷領域では、第2インジェクターから燃料を噴射し、エンジン負荷の増大に伴って所定の基準圧縮比から圧縮比を徐々に低くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 In the second load region, a control device for an internal combustion engine, wherein fuel is injected from a second injector and the compression ratio is gradually lowered from a predetermined reference compression ratio as the engine load increases.
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