JP4267540B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関に関する。特には、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備えるものに関する。

燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転条件に応じて定められた噴射比率で燃料を噴射するような内燃機関、すなわちダブル噴射型内燃機関、が開発されている。例えば、特許文献１に記載のものがある。

ところで、現在、内燃機関を車両用にもちいる場合、排気管に空燃比センサを設け、空燃比センサの出力にもとづいて空燃比が所定の値になるように燃料噴射量をフィードバック補正することが多い。その際、空燃比センサが検出する空燃比は、燃焼室で燃料が燃焼して発生した排気ガスの空燃比である。

２つの燃料噴射弁から燃料が噴射される場合には、上記の空燃比はポート噴射弁から噴射された燃料が燃焼して発生した排気ガスと筒内噴射弁から噴射された燃料が燃焼して発生した排気ガスの混合した排気ガスの空燃比である。したがって、この空燃比に基き算出されるフィードバック補正量はポート噴射弁から噴射される燃料の補正量と筒内噴射弁から噴射される燃料の補正量の総和である。
よって、両方の燃料噴射弁にフィードバック補正をおこなうには各燃料噴射弁のフィードバック補正量を適切にしないと燃焼変動が発生し運転者に不快感、あるいは違和感を与える可能性がある。

ところが、上記特許文献１の装置ではこの燃料噴射量のフィードバック補正については何等言及せず、開示もされていない。
また、特許文献２の装置は２つの燃料噴射弁を有するもののフィードバック補正をおこなうのは一方の燃料噴射弁のみであって両方のフィードバック補正量の比率を開示してはいない。

特開２００１−２０８３７号公報 特開平２−１５３２４１号公報

本発明は上記問題に鑑み、ポート噴射弁と筒内噴射弁を有する内燃機関で空燃比センサの出力にもとづいて燃料噴射量をフィードバック補正する場合の各燃料噴射弁のフィードバック補正量を最適化する。

請求項１の発明によれば、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転条件に応じて定められた比率で燃料を噴射する内燃機関であって、空燃比センサで排気ガスの空燃比を検出し、空燃比センサの出力にもとづいて燃料噴射量のフィードバック補正をおこなうものにおいて、
ポート噴射量と筒内噴射量の噴射量比率を算出し、
算出した噴射量比率にもとづいてポート噴射のフィードバック補正量と筒内噴射のフィードバック補正量の比率を決定することを特徴とする内燃機関が提供される。
このように構成される内燃機関ではポート噴射のフィードバック補正量と筒内噴射のフィードバック補正量の比率はポート噴射量と筒内噴射量の噴射量比率に基いて決定される。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、ポート噴射のフィードバック補正量と筒内噴射のフィードバック補正量の比率が、噴射量比率と同じにされる。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、フィードバック補正量が小さい場合には、噴射量が多い方の噴射弁に対してのみフィードバック補正がおこなわれる。

請求項４の発明によれば、請求項１の発明において、フィードバック補正により噴射量が噴射弁の最低噴射量以下になる場合には、当該噴射弁に対するフィードバック補正が禁止される。

請求項５の発明によれば、請求項１の発明において、ノッキングが発生しやすい運転領域については予め筒内噴射量がポート噴射量より大きくなるように各噴射量の比率を設定し、フィードバック補正量を加えた後の互いの噴射量の比率の差がフィードバック補正量を加える前の互いの噴射量の比率の差よりも小さくなるように各フィードバック補正量が決定される。

各請求項に記載の発明によれば、筒内噴射のフィードバック補正とポート噴射のフィードバック補正の量が、噴射量比率に応じて決定され、噴射量比率から大きくずれることはなく燃焼変動の発生が防止され、運転者に違和感、不快感を与えない。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の各実施の形態に共通のハード構成を示す図である。
１は火花点火式の内燃機関を示し、内燃機関１はシリンダヘッド１ａとシリンダブロック１ｂとを備えて成る。シリンダヘッド１ａは吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、および、点火栓４０を備え、点火栓４０には点火コイル４１から高圧電流が供給される。

シリンダブロック１ｂ内をクランク軸３と連結されているピストン２が往復動し、ピストン２とシリンダヘッド１ａの間に燃焼室１ｃが形成される。また、シリンダブロック１ｂにはクランク角センサ５２が取付けられていて、機関回転数はこのクランク角センサ５２からの信号に基いて算出される。

図１において、吸気ポート５内に燃料を噴射するためのポート噴射弁３１と燃焼室１ｃ内に燃料を噴射するための筒内噴射弁３２がそれぞれシリンダヘッド１ａに取付けられている。ポート噴射弁３１、筒内噴射弁３２には燃料タンク３０から燃料ポンプ（図示せず）により燃料パイプ３３を介して燃料が送給される。

吸気ポート５には吸気管１０が接続され、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１１が取付けられている。エアクリーナ１１の直下流には吸入空気量を検出するエアフローメータ５１が配置されている。エアフローメータ５１の下流にはスロットルバルブ１２が配置されている。スロットルバルブ１２はスロットルモータ１３で駆動される。一方、アクセルペダル１４にアクセルペダル１４の踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ５０が付設されていて、アクセルペダルセンサ５０が検出したアクセルペダル１４の踏み込み量に対応して、スロットルモータ１３によりスロットルバルブ１２の開度が変更せしめられる。

排気ポート６には排気管２０が接続され、排気管２０には三元触媒２１が配設されている。三元触媒２１の上流側近傍には第１空燃比センサ２２が配設され、三元触媒２１の下流側近傍には第２空燃比センサ２３が配設されている。燃焼室１ａで発生した排気ガスは排気弁８で流路が開閉される排気ポート６を経て、排気管２０に導かれ三元触媒２１によって浄化されてから排出される。
そして、本発明にもとづいて、第１空燃比センサ２２と第２空燃比センサ２３の出力に基いて所定の空燃比が得られるようにポート噴射弁３１、筒内噴射弁３２から噴射される燃料噴射量がフィードバック補正される。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００は入力ポート１０１、出力ポート１０２、ＣＰＵ１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５等を共通バスで相互に接続してなる。ＥＣＵ１００には各センサの検出した信号が入力され、本発明に関わる制御をおこなう制御信号が各アクチュエータ類に送出される。

以下、上記のような基本的なハード構成を有する本発明の燃料噴射のフィードバック補正について図２のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１では各パラメータ、例えば、空燃比AF、基準筒内噴射量FCB、基準ポート噴射量FPB等を読みこむ。基準筒内噴射量FCB、基準ポート噴射量FPBは回転数NEと空気量GAに対して図３に示すようなマップに記憶されている。

ステップＳ２では筒内噴射比率RC、ポート噴射比率RP、全補正量CORRRTOTALを算出する。筒内噴射比率RCはRC＝FCB／（FCB＋FPB）で算出され、ポート噴射比率RPはRP＝FPB／（FCB＋FPB）で算出される。全補正量CORRRTOTALは実際の空燃比と目標空燃比の差と全噴射量から計算される。

なお、全噴射量を回転数NEと空気量GAに対して記憶するとともに、噴射比率（一方のみを記憶し、他方は全体から一方の値を減算してもとめることで可能）を回転数NEと空気量GAに対して記憶しておき、両者を乗算して基準筒内噴射量FCB、基準ポート噴射量FPBをもとめてもよい。

ステップＳ３ではステップＳ２でもとめた筒内噴射比率RCと全補正量CORRTOTALを互いに乗算して筒内噴射補正量CORRCを、ポート噴射比率RPと全補正量CORRTOTALを互いに乗算してポート噴射補正量CORRPを、算出する。

ステップＳ４ではノッキング発生領域か、否か、を判定し、否定判定された場合、すなわちノッキング発生領域でない場合、は、そのままステップＳ６に進み、肯定判定された場合、すなわちノッキング発生領域である場合、は、ステップＳ５を実行してからステップＳ６に進む。
ステップＳ５では筒内噴射補正量CORRCに予め定めた係数α（＜１）を乗算したものを改めて筒内噴射補正量CORRCとし、ポート噴射補正量CORRPに予め定めた係数β（＞１）を乗算したものを改めてポート噴射補正量CORRPとする。

ステップＳ６では補正量を含めた筒内噴射量FC、補正量を含めたポート噴射量FPを、それぞれ、FC＝FCB＋CORRC、FP=FPB＋CORRPによりもとめる。
ステップＳ７ではCORRTOTALの絶対値が予め定めた値Aよりも大きいか、否か、を判定する。ステップＳ７で肯定判定された場合はステップＳ８に進み、否定判定された場合はステップＳ１４に進む。

ステップＳ８に進んだ場合は、ステップＳ８で補正量を含めた筒内噴射量FCが筒内噴射弁の最小噴射量FCMINよりも小さいか、否か、を判定し、肯定判定された場合はステップＳ９に進み筒内噴射のフィードバック補正を禁止してからステップＳ１１に進み、否定判定された場合はステップＳ１０で筒内噴射のフィードバック補正を実行してからステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では補正量を含めたポート噴射量FPがポート噴射弁の最小噴射量FPMINよりも小さいか、否か、を判定し、肯定判定された場合はステップＳ１２に進みポート噴射のフィードバック補正を禁止してから終了し、否定判定された場合はステップＳ１３でポート噴射のフィードバック補正を実行してから終了する。

一方、ステップＳ７で否定判定されてステップＳ１４に進んだ場合はステップＳ１４で補正量を含めた筒内噴射量FCが補正量を含めたポート噴射量FPよりも大きいか、否か、を判定する。肯定判定された場合はステップＳ１５に進み、否定判定された場合はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１５に進んだ場合はステップＳ１５で補正量を含めた筒内噴射量FCが筒内噴射弁の最小噴射量FCMINよりも大きいか、否か、を判定し、肯定判定された場合はステップＳ１６に進み筒内噴射のフィードバック補正を実行して終了し、否定判定された場合はステップＳ１７で筒内噴射のフィードバック補正を禁止してから終了する。

ステップＳ１８に進んだ場合はステップＳ１８で補正量を含めたポート噴射量FPがポート噴射弁の最小噴射量FPMINよりも大きいか、否か、を判定し、肯定判定された場合はステップＳ１９に進みポート噴射のフィードバック補正を実行して終了し、否定判定された場合はステップＳ２０でポート噴射のフィードバック補正を禁止してから終了する。

上記のフローチャートと特許請求の範囲は以下のように対応している。
請求項１、２にステップＳ３が対応している。
請求項３にステップＳ１４〜ステップＳ２０が対応している。
請求項４にステップＳ９、ステップＳ１２、および、ステップＳ１７、ステップＳ２０が対応している。
請求項５にステップＳ５が対応している。

請求項５とステップＳ５の対応について補足説明をする。
ノッキングが発生しやすい領域では、RC：RP、すなわち、基準筒内噴射量FCBと基準ポート噴射量FPBの比は、例えば８：２とされ、筒内噴射の量がポート噴射の量よりも多く設定する。これは筒内噴射の方がノッキングが発生し難いからである。

ここで、ステップＳ５に記載のように、筒内噴射補正量CORRCに予め定めた係数α（＜１）を乗算したものを改めて筒内噴射補正量CORRCとし、ポート噴射補正量CORRPに予め定めた係数β（＞１）を乗算したものを改めてポート噴射補正量CORRPとすることで、フィードバック補正量を加えた後の筒内噴射量FC＝FCB＋CORRCとポート噴射量FP＝FPB＋CORRPの比は、補正前の比よりも両者の差が小さくなる方向に変化せしめられている。例えば、約８：２であったものが約７：３というように変化せしめられる。

本発明は、燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転条件に応じて定められた比率で燃料を噴射する内燃機関であって、空燃比センサで排気ガスの空燃比を検出し、空燃比センサの出力にもとづいて燃料噴射量をフィードバック補正するものに適用することができる。

本発明の実施の形態のハード構成を示す図である。 本発明の実施の形態の制御のフローチャートである。 回転数と吸入空気量に対する基準筒内噴射量FCBと基準ポート噴射量FPBのマップである。

符号の説明

２２ 第１空燃比センサ
２３ 第２空燃比センサ
３１ ポート噴射弁
３２ 筒内噴射弁
５１ クランク角センサ
５２ エアフローメータ
１００ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (5)

1. 燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射弁とを備え、ポート噴射弁と筒内噴射弁とから運転条件に応じて定められた比率で燃料を噴射する内燃機関であって、空燃比センサで排気ガスの空燃比を検出し、空燃比センサの出力にもとづいて燃料噴射量のフィードバック補正をおこなうものにおいて、
   ポート噴射量と筒内噴射量の噴射量比率を算出し、
   算出した噴射量比率にもとづいてポート噴射のフィードバック補正量と筒内噴射のフィードバック補正量の比率を決定することを特徴とする内燃機関。
2. ポート噴射のフィードバック補正量と筒内噴射のフィードバック補正量の比率を、噴射量比率と同じにする、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. フィードバック補正量が小さい場合には、噴射量が多い方の噴射弁に対してのみフィードバック補正をおこなう、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. フィードバック補正により噴射量が噴射弁の最低噴射量以下になる場合には、当該噴射弁に対するフィードバック補正を禁止する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
5. ノッキングが発生しやすい運転領域については予め筒内噴射量がポート噴射量より大きくなるように各噴射量の比率を設定し、
   フィードバック補正量を加えた後の互いの噴射量の比率の差がフィードバック補正量を加える前の互いの噴射量の比率の差よりも小さくなるように各フィードバック補正量が決定される、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

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