JP4374761B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の運転状態に応じて排気浄化用触媒の過熱を防止するための燃料増量を実行する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関には環境を考慮して排気経路に触媒コンバータが設けられている。このコンバータ内には例えば三元触媒が配置されて、内燃機関の燃焼室から排出された排気中の有害な成分であるCO,HC,NOxを、触媒による酸化及び還元作用により無害なCO2、H2O、N2に変えている。
【0003】
このような排気浄化用触媒においては、内燃機関が高回転高負荷となった場合に、高温の排気が大量に排気浄化用触媒を通過することになるため、排気浄化用触媒が過熱して、排気浄化用触媒が劣化したり溶損したりするおそれがある。
【0004】
このため、例えば特開2000−45821号公報に開示されているように、内燃機関の運転状態が排気浄化用触媒の過熱を招きやすい状態となると、燃料を増量させて混合気を過濃状態にする燃料増量処理を実行している。このことにより燃焼時に過剰な燃料が高温により分解し、この分解時に生じる吸熱作用により、排気の温度を低下させて、排気浄化用触媒の過熱を防止する処理を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記文献に示されるごとく、内燃機関には、気流制御弁などのように内燃機関の運転状態に応じて燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替える混合気攪拌手段が設けられている場合がある。このような場合には、混合気攪拌手段の作動状況が異なることにより触媒過熱防止に必要とする燃料増量が異なることが判明した。このため従来通りに燃料増量を実行していると、過剰な燃料増量により無駄な燃料消費や黒煙発生を来したり、あるいは過少な燃料増量により触媒過熱の防止が不十分であったりするという問題を生じるおそれがある。
【0006】
本発明は、混合気攪拌手段が備えられた内燃機関にて排気浄化用触媒の過熱防止処理を行う際に、過剰な燃料増量による無駄な燃料消費や黒煙の発生、あるいは過少な燃料増量による排気浄化用触媒の過熱を防止することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、内燃機関の回転数及びアクセルペダルの踏み込み量に基づいて燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量に対して排気浄化用触媒の過熱を防止するために内燃機関の運転状態に応じて燃料増量を実行する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替える混合気攪拌手段と、前記燃料噴射量の算出後に、前記混合気攪拌手段による攪拌程度に応じて、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を変更する対応関係変更手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
対応関係変更手段は、混合気攪拌手段による攪拌程度に応じて、内燃機関の運転状態と排気浄化用触媒の過熱を防止するための燃料増量との対応関係を変更している。このため、攪拌程度に応じた燃料増量にすることができる。
【0009】
したがって過剰な燃料増量により無駄な燃料消費や黒煙発生を来したり、あるいは過少な燃料増量により排気浄化用触媒の過熱防止が不十分であったりするという問題を解決することができる。
【0010】
請求項2記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1記載の構成において、前記対応関係変更手段は、前記混合気攪拌手段による攪拌程度が高いときには、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を、前記燃料増量が少なくなる対応関係に変更することを特徴とする。
【0011】
混合気の攪拌の程度が高くなると混合気の燃焼速度が速くなって排気の昇温が抑制される。このため排気浄化用触媒における昇温程度も小さくなるので、燃料増量は比較的少なくて済む。逆に混合気の攪拌の程度が低くなると混合気の燃焼速度が遅くなって排気の昇温が大きくなり、更に、攪拌の不足により未燃ガスも生じやすい。このため排気浄化用触媒における昇温程度も大きくなるので、燃料増量は比較的多くなる。
【0012】
したがって、より具体的には、対応関係変更手段は、混合気攪拌手段による攪拌程度が高いときには、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を、前記燃料増量が少なくなる対応関係に変更している。このことにより混合気の攪拌の程度が高い場合には燃料増量を少なくあるいは無くすことにより無駄な燃料消費や黒煙発生を来すことがない。また混合気の攪拌の程度が低い場合には燃料増量を発生させ、あるいは多くすることにより排気浄化用触媒の過熱防止が十分となる。
【0013】
請求項3記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1または2記載の構成において、前記対応関係変更手段は、前記混合気攪拌手段による攪拌程度が高いときには、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を、前記燃料増量が実行される領域が小さくなる対応関係に変更することを特徴とする。
【0014】
対応関係変更手段は、燃料増量適用の範囲を変更しても良い。すなわち、混合気攪拌手段による攪拌程度が高いときには、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を、前記燃料増量が実行される領域が小さくなる対応関係に変更する。したがって、混合気の攪拌の程度が高い場合には燃料増量実行領域を小さくして燃料増量を適用しにくくすることにより無駄な燃料消費や黒煙発生を来すことがない。また混合気の攪拌の程度が低い場合には燃料増量実行領域を大きくして燃料増量を適用し易くすることにより排気浄化用触媒の過熱防止が十分となる。
【0015】
請求項4記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1〜3のいずれか記載の構成において、内燃機関の吸気通路には気流制御弁が備えられていると共に、前記混合気攪拌手段は前記気流制御弁を、内燃機関の運転状態に応じて開閉調整することにより燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替えることを特徴とする。
【0016】
このように混合気攪拌手段は、吸気通路に設けられた気流制御弁を、内燃機関の運転状態に応じて開閉調整することにより燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替えることができる。
【0017】
請求項5記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1〜4のいずれか記載の構成において、内燃機関は燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関であることを特徴とする。
【0018】
特に燃料を直接燃焼室内に噴射する筒内噴射式内燃機関において、燃焼の一形態である均質燃焼を行う場合には、燃焼室内に噴射された燃料ミストを吸気に対して均一に混合することが良好な均質燃焼を実行するためには重要である。このため運転状態によっては気流制御弁のような混合気攪拌手段による燃焼室内の撹拌効果を特に強める必要性が存在するとともに、高負荷時には大量の吸気導入のために混合気攪拌手段による撹拌効果を弱めなくてはならない場合もある。したがって前述した課題が生じ易くなることから、筒内噴射式内燃機関では特に作用効果が顕著である。
【0019】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は上述した発明が適用されたガソリンエンジン(以下、「エンジン」と略す)2およびその制御系統の概略構成を表す。本エンジン2は、自動車駆動用として車両に搭載された筒内噴射式内燃機関である。
【0020】
エンジン2は6つのシリンダ2aを有している。図2にシリンダヘッド8部分で水平に切断して示した1気筒分の水平断面図を示す。この図2に示されているごとく、各シリンダ2aには、シリンダブロック内で往復動するピストン(図示略)、及びシリンダブロック上に取り付けられたシリンダヘッド8にて区画された燃焼室10がそれぞれ形成されている。
【0021】
そして各燃焼室10には、それぞれ第1吸気弁12a、第2吸気弁12b及び一対の排気弁16が設けられている。この内、第1吸気弁12aは第1吸気ポート14aに接続され、第2吸気弁12bは第2吸気ポート14bに接続され、一対の排気弁16は一対の排気ポート18にそれぞれ接続されている。第1吸気ポート14a及び第2吸気ポート14bは略直線状に延びるストレート型吸気ポートである。
【0022】
また、シリンダヘッド8の内壁面の中央部には点火プラグ20が配置されている。更に、第1吸気弁12a及び第2吸気弁12b近傍のシリンダヘッド8の内壁面周辺部には、燃焼室10内に直接燃料を噴射できるように燃料噴射弁22が配置されている。この燃料噴射弁22にはエンジン2の回転により駆動される高圧燃料ポンプ(図示略)から燃料分配管(図示略)を介して高圧燃料が供給されている。この高圧燃料の圧力は、電子制御ユニット(以下、「ECU」と称する)24により、燃焼室10内への噴射に適切な状態に調整されている。
【0023】
各シリンダ2aの第1吸気ポート14aは吸気マニホールド30内に形成された第1吸気通路30aを介してサージタンク32に接続されている。また、第2吸気ポート14bは第2吸気通路30bを介してサージタンク32に連結されている。この内、第2吸気通路30b内にはそれぞれ気流制御弁34が配置されている。これらの気流制御弁34は、共通のシャフト36を介して接続されている。ECU24は、このシャフト36を介して開閉切替機構37により気流制御弁34を開閉駆動する。なお気流制御弁34が閉状態とされた場合(図3)には、第1吸気ポート14aのみから吸入される吸気により燃焼室10内には強い乱流(例えば図3にSで示す旋回流)が生じる。
【0024】
ここで、開閉切替機構37の構成について、図2,3に基づいて説明する。開閉切替機構37は、シャフト36に一端が固定されたレバー37a、負圧アクチュエータ38、電磁三方切換弁39及び負圧タンク37bを備えている。負圧アクチュエータ38は内部に大気圧室38a、負圧室38b、ダイヤフラム38c及びスプリング38dを備え、ダイヤフラム38cにより大気圧室38aと負圧室38bとが区画されている。ダイヤフラム38cの大気圧室38a側にはロッド37cの一端が固定されている。このロッド37cの他端はレバー37aの先端の長孔に揺動可能に取り付けられている。スプリング38dは負圧室38b内に圧縮状態で配置されて、その一端にてダイヤフラム38cを大気圧室38a側へ押圧している。
【0025】
電磁三方切換弁39は3つのポート39a,39b,39cを備えている。この内の負圧制御ポート39aが負圧アクチュエータ38の負圧室38bに接続されている。また負圧導入ポート39bは負圧タンク37bに接続されている。そして大気導入ポート39cは図示していないエアフィルタを介して大気開放されている。また負圧タンク37bへは逆止弁37dと負圧導入路37eを介してサージタンク32から負圧が導入されている。電磁三方切換弁39は、非通電状態では負圧制御ポート39aと大気導入ポート39cとを連通させ、通電状態では負圧制御ポート39aと負圧導入ポート39bとを連通させるように構成されている。
【0026】
したがって電磁三方切換弁39が非通電状態にある場合には、負圧制御ポート39aと大気導入ポート39cとが連通状態となって、負圧アクチュエータ38の負圧室38b内には大気圧が導入された状態となる。このため、図2に示したごとく、ダイヤフラム38cがスプリング38dの押圧力により大気圧室38aを縮小した状態で安定する。このことにより、レバー37aは気流制御弁34を開状態にする。したがって両吸気ポート14a,14bから燃焼室10内に吸気が導入される。
【0027】
また電磁三方切換弁39に対して通電状態である場合には、負圧制御ポート39aと負圧導入ポート39bとが連通状態となって、負圧アクチュエータ38の負圧室38b内には負圧タンク37bからの負圧が導入される。このため、図3に示したごとく、ダイヤフラム38cが、大気圧と負圧タンク37bからの負圧との差圧によりスプリング38dの押圧力に抗して負圧室38bを縮小した状態で安定する。このことにより、レバー37aは揺動して気流制御弁34を閉状態とする。このように気流制御弁34が閉状態となれば、第1吸気ポート14aのみから吸入される吸気により燃焼室10内には強い乱流Sが生じ、燃焼室10内の混合気が強く攪拌される。
【0028】
図1の説明に戻る。サージタンク32は、吸気ダクト40を介してエアクリーナ42に連結されている。吸気ダクト40内にはモータ44(DCモータまたはステップモータ)によって駆動されるスロットル弁46が配置されている。このスロットル弁46の開度(スロットル開度TA)はスロットル開度センサ46aにより検出されている。ECU24は、運転者によるアクセル操作、エンジン2の運転状態及び検出したスロットル開度TAに基づいてスロットル弁46を開度制御する。また各シリンダ2aの各排気ポート18は排気マニホルド48に連結されている。排気マニホルド48は触媒コンバータ49を介して排気を外部に排出している。触媒コンバータ49内には三元触媒等の排気浄化用触媒が配置されているので、排気は有害成分が無害化されて排出される。
【0029】
ECU24は、デジタルコンピュータを中心として構成され、双方向バスを介して相互に接続されたCPU(マイクロプロセッサ)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、バックアップRAM、入力回路及び出力回路を備えている。そして、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ46a、アクセルペダル74の踏み込み量(アクセル開度)ACCPを検出するアクセル開度センサ76、ブレーキペダル78の踏み込み状態を検出するストップランプスイッチ80、エンジン2のクランクシャフト(図示略)の回転数NEを検出する回転数センサ82、シリンダ2aの内の1番シリンダが吸気上死点に達したときに出力パルスG2を発生する気筒判別センサ84、エンジン2の冷却水温度THWを検出する水温センサ86、吸気ダクト40に配置されて吸入空気量GAを検出する吸入空気量センサ88、排気マニホルド48に配置されて排気成分から混合気の空燃比を検出する空燃比センサ90、トランスミッション(図示略)の出力側に配置されて車速SPDを検出する車速センサ94、及びその他の必要なセンサ、スイッチ類の信号がECU24の入力回路に入力されている。
【0030】
また各燃料噴射弁22、気流制御弁34の開閉切替機構37、スロットル弁46の駆動用モータ44、イグナイタ(図示略)及びスタータモータ(図示略)等はECU24の出力回路に接続されている。このことによりエンジン2の各機構がECU24により制御される。
【0031】
次にエンジン2において始動完了後に行われる燃料噴射量及び気流制御弁34に対する制御について説明する。図4のフローチャートに、燃料噴射制御に必要な燃焼方式を設定する処理を示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。なお、以下に説明する各フローチャート中の個々の処理ステップを「S〜」で表す。
【0032】
まず、回転数センサ82の信号から得られているエンジン回転数NE及びアクセル開度センサ76の信号から得られているアクセル開度ACCPがECU24に備えられたRAMの作業領域に読み込まれる(S100)。
【0033】
次に、エンジン回転数NEとアクセル開度ACCPとに基づいて、リーン燃料噴射量QLを算出する(S110)。このリーン燃料噴射量QLは、エンジン2にて成層燃焼を行う際にエンジン2の出力トルクを要求トルクとするのに最適な燃料噴射量を表している。リーン燃料噴射量QLは予め実験により求められ、図5に示すごとく、アクセル開度ACCPとエンジン回転数NEとをパラメータとするマップとしてECU24のROM内に記憶されている。ステップS110ではこのマップに基づいてリーン燃料噴射量QLが算出される。なおマップでは離散的に数値が配置されているので、パラメータとして一致する値が存在しない場合には、補間計算により求めることになる。このような補間によるマップからの算出は、ここで述べたマップ以外のマップから必要な数値を求める場合にも同様に行われる。
【0034】
次にリーン燃料噴射量QLとエンジン回転数NEとに基づいて、図6のマップに示されるような3つの領域Rl,R2,R3のいずれの運転領域にあるかを判定し、燃焼方式を設定する(S115)。こうして一旦、本処理を終了する。なお、図6のマップは、予め実験により適切な燃焼方式をリーン燃料噴射量QLとエンジン回転数NEとに応じて設定したものであり、リーン燃料噴射量QLとエンジン回転数NEとをパラメータとするマップとしてECU24のROM内に記憶されている。
【0035】
このように燃焼方式が設定されると、設定された燃焼方式Fl〜F3に応じて燃料噴射形態が制御される。すなわち、図6に示したごとくリーン燃料噴射量QL及びエンジン回転数NEが境界線QQ1よりも小さい運転領域R1では、燃焼方式F1が設定され、リーン燃料噴射量QLに応じた量の燃料を圧縮行程末期に噴射する。この圧縮行程末期での噴射による噴射燃料は、燃焼室10内で気化せしめられつつ移動して点火プラグ20近傍に可燃混合気層を形成する。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ20によって点火がなされることにより、成層燃焼が行われる。このことにより、燃料に対して極めて過剰な吸入空気が存在する燃焼室10内において安定した燃焼を行わせることができる。
【0036】
また、リーン燃料噴射量QL及びエンジン回転数NEが境界線QQ1と境界線QQ2との間である運転領域R2では、燃焼方式F2が設定され、リーン燃料噴射量QLに応じた量の燃料を吸気行程と圧縮行程末期とに2回に分けて噴射する。すなわち、吸気行程に第1回目の燃料噴射が行われ、次いで圧縮行程末期に第2回目の燃料噴射が行われる。第1回目の噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室10内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室10内全体に均質な希薄混合気が形成される。また、圧縮行程末期に第2回目の燃料噴射が行われる結果、前述したごとく点火プラグ20近傍には可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ20によって点火がなされ、そしてこの点火火炎によって燃焼室10内全体を占める希薄混合気が燃焼される。すなわち、運転領域R2では前述した運転領域R1よりも成層度の弱い弱成層燃焼が行われる。このことにより、運転領域R1と運転領域R3とをつなぐ中間領域で滑らかなトルク変化を実現させることができる。
【0037】
リーン燃料噴射量QL及びエンジン回転数NEが境界線QQ2よりも大きい場合の運転領域R3では、燃焼方式F3が設定され、理論空燃比基本燃料噴射量QBSに基づいて各種の補正を行った燃料量を吸気行程にて噴射する。この噴射燃料は、吸入空気の流入とともに燃料噴射弁22から燃焼室10内に噴射されて点火まで流動する。このことにより燃焼室10内全体に均質な理論空燃比(後述するごとく、OT増量により理論空燃比より燃料濃度が濃いリッチ空燃比に制御される場合もある)の均質混合気が形成され、この結果、均質燃焼が行われる。
【0038】
上述した燃焼方式設定処理により設定された燃焼方式に基づいて実行される燃料噴射量制御処理のフローチャートを図7に示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。
【0039】
燃料噴射量制御処理が開始されると、まず回転数センサ82の信号から得られているエンジン回転数NE、吸入空気量センサ88の信号から得られている吸入空気量GA、及び空燃比センサ90の信号から得られている空燃比検出値VoxをECU24のRAM内の作業領域に読み込む(S120)。
【0040】
次に前述した燃焼方式設定処理にて(図4)、現在、燃焼方式F3が設定されているか否かが判定される(S126)。燃焼方式F3が設定されていると判定された場合には(S126で「YES」)、予めECU24のROMに設定されている図8のマップを用いて、吸入空気量GAとエンジン回転数NEとから、理論空燃比基本燃料噴射量QBSが算出される(S130)。
【0041】
次にOT増量処理(S140)が行われる。このOT増量処理は触媒コンバータ49が過熱するのを防止するためになされる処理であり、詳細は後述する。
OT増量処理(S140)にて触媒過熱防止増量OTが算出された後に、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かが判定される(S150)。例えば、「(1)始動時でない。(2)暖機完了している。(例えば冷却水温度THW≧40℃)(3)空燃比センサ90は活性化が完了している。(4)触媒過熱防止増量OTの値が0である。」の条件がすべて成立しているか否かが判定される。
【0042】
空燃比フィードバック条件が成立していれば(S150で「YES」)、空燃比フィードバック係数FAFとその学習値KGの算出が行われる(S160)。空燃比フィードバック係数FAFは空燃比センサ90の出力に基づいて算出される。また学習値KGは空燃比フィードバック係数FAFにおける、中心値1.0からのずれ量を記憶するものである。
【0043】
一方、空燃比フィードバック条件が成立していなければ(S150で「NO」)、空燃比フィードバック係数FAFには1.0が設定される(S170)。
そしてステップS160またはS170の次に、燃料噴射量Qが次式1のごとく求められる(S180)。
【0044】
【数1】
Q ← QBS{ 1 + OT + (FAF-1.0) + (KG-1.0)}α + β… [式1]
ここで、α,βはエンジン2の種類や制御の内容に応じて適宜設定される係数である。
【0045】
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
また、ステップS126にて、燃焼方式F1,F2のいずれかの場合は(S126で「NO」)、燃料噴射量Qには、燃焼方式設定処理(図4)のステップS110にて求められているリーン燃料噴射量QLが設定される(S190)。こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
【0046】
次に、OT増量処理(S140)について図9のフローチャートに基づいて説明する。まず気流制御弁34が閉状態にあるか否かが判定される(S141)。ここで、気流制御弁34は、後述するごとく特に運転領域R3にて選択される均質燃焼時において燃焼性を向上させたい運転状態となった場合にECU24により閉じられる。すなわち気流制御弁34が閉弁すると、第1吸気ポート14aのみから吸入される吸入空気の吸入速度が高速となり、燃焼室10内に乱流が形成されて燃料の霧化が促進され、燃焼性が向上する。
【0047】
気流制御弁34が閉状態にある場合には(S141で「YES」)、現在の運転状態(ここでは、エンジン回転数NEと吸入空気量GA)が、図10に示すマップA内に垂直のハッチングにて示されているOT増量領域内にあるか否かが判定される(S142)。マップAのOT増量領域内でなければ(S142で「NO」)、触媒過熱防止増量OTに「0」を設定し(S146)、一旦、OT増量処理を出る。
【0048】
マップAのOT増量領域内であれば(S142で「YES」)、次に、エンジン回転数NEと吸入空気量GAとに基づいて、垂直のハッチングにて示されるマップAのOT増量領域内に設定されている値から補間計算により該当する触媒過熱防止増量OTを算出する(S143)。こうして一旦、OT増量処理を出る。なお、触媒過熱防止増量OTの数値は、等高線とハッチングの密度で示すごとく高回転高負荷になるほど大きくなる。また、ハッチングのない領域は触媒過熱防止増量OTが「0」に固定されるので(S146)、直接算出に用いられないが、OT増量領域側での補間計算に用いられる場合があるので、実際には「0」に近い正の値が設定されている。
【0049】
気流制御弁34が開状態にある場合には(S141で「NO」)、現在の運転状態が、図10に示すマップB内に水平のハッチングにて示されているOT増量領域内にあるか否かが判定される(S144)。マップBのOT増量領域内でなければ(S144で「NO」)、触媒過熱防止増量OTに「0」を設定し(S146)、一旦、OT増量処理を出る。
【0050】
マップBのOT増量領域内であれば(S144で「YES」)、次に、エンジン回転数NEと吸入空気量GAとに基づいて、マップBのOT増量領域内に設定されている値から補間計算により該当する触媒過熱防止増量OTを算出する(S145)。こうして一旦、OT増量処理を出る。なお、触媒過熱防止増量OTの数値は、等高線とハッチングの密度で示すごとく高回転高負荷になるほど大きくなる。また、ハッチングのない領域は触媒過熱防止増量OTが「0」に固定されるので(S146)、直接算出に用いられないが、OT増量領域側での補間計算に用いられる場合があるので、実際には「0」に近い正の値が設定されている。
【0051】
ここで、マップAとマップBとを比較すると、気流制御弁34が閉状態にある場合に適用されるマップAは、気流制御弁34が開状態にある場合に適用されるマップBに比較して、触媒過熱防止増量OTが適用される領域が小さくなっている。そして、触媒過熱防止増量OTが適用される領域においても、同一の運転状態ではマップAの方がマップBよりも小さい値となっている。これは、気流制御弁34が閉状態にある方が、気流制御弁34が開状態にあるよりも、燃焼室10内に強い乱流が発生して燃料噴射弁22から噴射される燃料の霧化が良くなるため、燃焼速度が高速となって触媒コンバータ49内の触媒の過熱が抑制されるからである。このため、触媒過熱を防止するための触媒過熱防止増量OTを適用する運転領域も小さくて済み、触媒過熱防止増量OTも少なくて済むようになる。
【0052】
なお気流制御弁34の開閉制御処理は図11に示すごとくである。本処理は一定時間周期で繰り返し実行される。まず、エンジン回転数NE及び吸入空気量GAがECU24のRAM内の作業領域に読み込まれる(S210)。次にこのエンジン回転数NE及び吸入空気量GAに基づいてサージタンク32内の吸気負圧が算出される(S220)。そして、この吸気負圧が、負圧タンク37bを介して負圧アクチュエータ38を作動させるに十分な負圧であるか否かが判定される(S230)。気流制御弁34の駆動、すなわち負圧アクチュエータ38が気流制御弁34を回動させて図2に示した開状態から、図3に示した閉状態にできる十分な負圧状態であれば(S230で「YES」)、図12に示すマップにより、エンジン回転数NE及び負荷(ここでは吸入空気量GAであるが、リーン燃料噴射量QLでも良い)に基づいて、気流制御弁34が駆動される(S240)。こうして一旦本処理を終了する。
【0053】
図12において、破線で示す低回転低負荷側の領域は図6のマップに従って成層燃焼(R1,R2)が実行されている領域を示している。この領域では乱流を抑制するために気流制御弁34は「開」に駆動される。また、高負荷側では大量の吸気を燃焼室10内に供給する必要上、気流制御弁34は「開」に駆動される。これ以外の領域においては、気流制御弁34を「閉」として燃焼室10内に強い乱流を発生させて燃料噴射弁22から噴射される燃料の霧化を良好化し燃焼性の向上がなされる。
【0054】
また、気流制御弁34を閉状態にするために十分な負圧状態でなければ(S230で「NO」)、気流制御弁34は「開」のみの駆動がなされる(S250)。こうして一旦本処理を終了する。このように負圧が不十分であると、ECU24により電磁三方切換弁39を切り替えて気流制御弁34を閉駆動しようとしても、気流制御弁34の閉状態が不完全となる。このため燃焼室10内に乱流を十分に発生させることができなくなり、安定したエンジン運転が困難となるおそれがある。したがって負圧アクチュエータ38の負圧室38b内に負圧導入をせず、大気圧として気流制御弁34を開状態に維持する。
【0055】
上述した実施の形態1の構成の内、気流制御弁開閉制御処理(図11)が混合気攪拌手段としての処理に、OT増量処理(図9)が対応関係変更手段としての処理に相当する。
【0056】
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).OT増量処理(図9)では、気流制御弁34の開閉状態に応じて(S141)、エンジン2の運転状態と触媒過熱防止増量OTとの対応関係(図10のマップA,B)を変更している。このため、気流制御弁34の開閉状態に応じた触媒過熱防止増量OTを実現することができる。
【0057】
すなわち気流制御弁34が閉状態に制御されたことによる強い乱流により燃焼室10内の混合気の攪拌程度が高い場合には、エンジン運転状態と触媒過熱防止増量OTとの対応関係を、触媒過熱防止増量OTの適応領域が小さく、かつ量的にも触媒過熱防止増量OTが少なくなる対応関係(マップA)に変更している。そして、気流制御弁34が開状態に制御されたことによる乱流の抑制により燃焼室10内の混合気の攪拌程度が低い場合には、エンジン運転状態と触媒過熱防止増量OTとの対応関係を、触媒過熱防止増量OTの適応領域が大きく、かつ量的にも触媒過熱防止増量OTが多くなる対応関係(マップB)に変更している。
【0058】
このように構成することにより混合気の攪拌の程度が高い場合には触媒過熱防止増量OTを少なくあるいは無くすことができ、無駄な燃料消費や黒煙発生を来すことがない。また混合気の攪拌の程度が低い場合には触媒過熱防止増量OTを発生させあるいは多くすることにより排気浄化用触媒の過熱防止が十分となる。
【0059】
(ロ).本実施の形態1のエンジン2は、燃料を直接燃焼室10内に噴射する筒内噴射式内燃機関である。このようなエンジン2において、均質燃焼を行う場合には、燃焼室10内に噴射された燃料ミストを吸気に対して均一に混合することが良好な均質燃焼を実行するためには重要である。
【0060】
このため、図12のマップに示したごとく、運転状態によっては気流制御弁34を閉じて燃焼室10内の撹拌効果を強める必要性が特に高くなるとともに、高負荷時には大量の吸気導入のために気流制御弁34を開いて撹拌効果を弱めなくてはならない場合も出てくる。このため、特に前記(イ)の作用効果が顕著となる。
【0061】
[その他の実施の形態]
・前記実施の形態において、気流制御弁34は吸気負圧を利用して駆動する開閉切替機構37を用いていたが、電磁駆動のモータやソレノイドを用いても良い。この場合には、例えば、気流制御弁開閉制御処理(図11)のステップS220ではバッテリ電圧を検出し、ステップS230はバッテリ電圧が十分か否かを判定し、バッテリ電圧が十分ならステップS240を実行し、バッテリ電圧が不十分ならステップS250を実行するようにする。
【0062】
・筒内噴射式内燃機関のみでなく、ポート噴射式内燃機関の場合にも適用して良く、混合気の攪拌の程度が高い場合には触媒過熱防止増量OTを少なくあるいは無くすことにより無駄な燃料消費や黒煙発生を来すことがない。また混合気の攪拌の程度が低い場合には触媒過熱防止増量OTを実行するあるいは多くすることにより排気浄化用触媒の過熱防止が十分となる効果を生じる。
【0063】
・前記実施の形態では燃焼室10内の攪拌の程度を変更するための装置として気流制御弁34を利用したが、気流制御弁34を用いない方式でも良い。例えば、吸気弁のリフト量可変機構を設けて、一方の吸気弁のリフト量を他方の吸気弁のリフト量に対して差を設けたり設けなかったりすることにより、燃焼室10内の攪拌の程度を切り替えるようにしても良い。あるいは、吸気弁のバルブタイミング可変機構を設けて、一方の吸気弁のバルブタイミングを他方の吸気弁のバルブタイミングに対して差を設けたり設けなかったりすることにより、燃焼室10内の攪拌の程度を切り替えるようにしても良い。
【0064】
・前記実施の形態では、サージタンク32内の吸気負圧をエンジン回転数NEと吸入空気量GAとからマップを用いて算出したが、サージタンク32あるいは負圧タンク37bに直接圧力センサを設けて検出することで、気流制御弁開閉制御処理(図11)にて用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1としてのエンジンおよび制御系統の概略構成図。
【図2】実施の形態1の気流制御弁に対する開閉切替機構の構成説明図。
【図3】実施の形態1の気流制御弁に対する開閉切替機構の作動状態説明図。
【図4】実施の形態1のECUが実行する燃焼方式設定処理のフローチャート。
【図5】上記燃焼方式設定処理で用いられるリーン燃料噴射量QLを求めるためのマップ構成説明図。
【図6】上記燃焼方式設定処理で用いられる運転領域R1,R2,R3を設定するためのマップ構成説明図。
【図7】実施の形態1のECUが実行する燃料噴射量制御処理のフローチャート。
【図8】上記燃料噴射量制御処理で用いられる理論空燃比基本燃料噴射量QBSを求めるためのマップ構成説明図。
【図9】実施の形態1のECUが実行するOT増量処理のフローチャート。
【図10】上記OT増量処理で用いられる触媒過熱防止増量OTを求めるための2つのマップA,Bの構成説明図。
【図11】実施の形態1のECUが実行する気流制御弁開閉制御処理のフローチャート。
【図12】上記気流制御弁開閉制御処理で用いられる気流制御弁の開閉状態を設定するためのマップ構成説明図。
【符号の説明】
2…エンジン、2a…シリンダ、8…シリンダヘッド、10…燃焼室、12a…第1吸気弁、12b…第2吸気弁、14a…第1吸気ポート、14b…第2吸気ポート、16…排気弁、18…排気ポート、20…点火プラグ、22…燃料噴射弁、24…ECU、30…吸気マニホールド、30a…第1吸気通路、30b…第2吸気通路、32…サージタンク、34…気流制御弁、36…シャフト、37…開閉切替機構、37a…レバー、37b…負圧タンク、37c…ロッド、37d…逆止弁、37e…負圧導入路、38…負圧アクチュエータ、38a… 大気圧室、38b…負圧室、38c…ダイヤフラム、38d…スプリング、39…電磁三方切換弁、39a…負圧制御ポート、39b…負圧導入ポート、39c…大気導入ポート、40…吸気ダクト、42…エアクリーナ、44…モータ、46… スロットル弁、46a…スロットル開度センサ、48…排気マニホルド、49…触媒コンバータ、74…アクセルペダル、76…アクセル開度センサ、78…ブレーキペダル、80…ストップランプスイッチ、82…回転数センサ、84…気筒判別センサ、86…水温センサ、88…吸入空気量センサ、90…空燃比センサ、94…車速センサ。
Claims (5)
- 内燃機関の回転数及びアクセルペダルの踏み込み量に基づいて燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量に対して排気浄化用触媒の過熱を防止するために内燃機関の運転状態に応じて燃料増量を実行する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
内燃機関の運転状態に応じて燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替える混合気攪拌手段と、
前記燃料噴射量の算出後に、前記混合気攪拌手段による攪拌程度に応じて、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を変更する対応関係変更手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 請求項1記載の構成において、前記対応関係変更手段は、前記混合気攪拌手段による攪拌程度が高いときには、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を、前記燃料増量が少なくなる対応関係に変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
- 請求項1または2記載の構成において、前記対応関係変更手段は、前記混合気攪拌手段による攪拌程度が高いときには、内燃機関の運転状態と前記燃料増量との対応関係を、前記燃料増量が実行される領域が小さくなる対応関係に変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
- 請求項1〜3のいずれか記載の構成において、内燃機関の吸気通路には気流制御弁が備えられていると共に、前記混合気攪拌手段は前記気流制御弁を、内燃機関の運転状態に応じて開閉調整することにより燃焼室における混合気の攪拌程度を切り替えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
- 請求項1〜4のいずれか記載の構成において、内燃機関は燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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