JP4751584B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
(i)吸気通路の形状等を工夫することで混合気を流動させ、火炎伝播を促進させる。
(ii)燃料の噴射時期と吸気通路を流れる空気の流速との組合わせを適切に設定することにより、燃焼室内に燃料の濃い混合気場と薄い混合気場とを成層状に形成し、燃料の濃い混合気場で点火を行う。
・気筒毎の吸気ポートを隔壁により2つに仕切り、希薄燃焼時に気流制御弁により一方の吸気ポートを選択的に絞る(特許文献1参照)。
これらは、いずれも他方の吸気ポートに選択的に空気を導き、燃焼室へ流入する空気の流速を上げることにより混合気の流動を強めるものである。
・ピストンの頂部に凹状のキャビティを設け、圧縮行程後半に燃料噴射弁からキャビティ内に向けて燃料を噴射させることで、着火性の良好な濃度の混合気である可燃混合気を点火プラグの近傍に形成する(特許文献3参照)。
また、特許文献4によると、燃料噴射時期から点火時期までの期間が長くなることに伴い、点火時に点火プラグ周りの混合気の空燃比が着火に不適切なものとなるのを抑制することができる。しかし、上述した対策(ii)を講ずることを前提とした技術であるため、特許文献1〜3が有する問題は依然として残る。
請求項1に記載の発明では、吸気管噴射用燃料噴射弁から吸気通路に噴射された燃料と、同吸気通路を流れる空気とからなり、かつ理論空燃比よりも薄い希薄混合気を燃焼室内に生成し、前記希薄混合気に点火して均質希薄燃焼を行うようにした内燃機関の制御装置において、前記燃焼室内の前記希薄混合気に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、前記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射により前記希薄混合気の流動が強められた状態で点火が行われるように、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期、燃料噴射圧及び点火時期の少なくとも1つを制御する制御手段とを備えている。
また、請求項2に記載の発明では、吸気管噴射用燃料噴射弁から吸気通路に噴射された燃料と、同吸気通路を流れる空気とからなり、かつ理論空燃比よりも薄い希薄混合気を燃焼室内に生成し、前記希薄混合気に点火して均質希薄燃焼を行うようにした内燃機関の制御装置において、前記吸気管噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料と合わせて前記燃焼室内に均質な希薄混合気が生成されるように前記燃焼室内の前記吸気管噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料を含む希薄混合気に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、前記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射により前記希薄混合気の流動を強めて均質性が高められた状態で点火が行われるように、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期、燃料噴射圧及び点火時期の少なくとも1つを制御する制御手段とを備えている。
上述した希薄混合気の流動を強める効果は、機関回転速度や機関負荷から影響を受けにくい。筒内噴射用燃料噴射弁からは機関回転速度や機関負荷に拘わらず高圧の燃料が燃焼室に噴射されるからである。従って、内燃機関の広範な運転領域にわたり希薄混合気を安定して燃焼させることができるようになる。
上記の構成によれば、機関回転速度が低いときには、吸気通路での空気の流速が低く希薄混合気の流動が弱い。このときには、機関回転速度が高いときよりも高い燃料噴射圧で筒内噴射用燃料噴射弁から燃料が噴射される。希薄混合気の前述した弱い流動がこの噴射によって強められる。従って、機関回転速度が低くても、希薄混合気は点火直前には適度な強さで流動している状態となる。
一般に、吸気通路での空気の流速、及び燃焼室での希薄混合気の流動の強さは、機関回転速度に対して比例関係にあると考えられる。この点、請求項10に記載の発明では、機関回転速度が低いほど燃料噴射圧が強められて、希薄混合気の流動を強める作用が大きくなる。従って、機関回転速度がどのような値であっても、希薄混合気は点火直前には適度な強さで流動している状態となる。
上記の構成によると、希薄混合気の空燃比が大きく着火しにくいときには、空燃比が小さいときよりも燃料噴射圧が高められる。この高い燃料噴射圧で噴射される燃料によって希薄混合気の流動が強められ、大きな空燃比に起因する着火のしにくさが改善される。その結果、希薄混合気は点火直前には、着火のしやすい適度な強さで流動している状態となる。
ここで、希薄混合気に対する着火のしやすさは、その希薄混合気の空燃比に対し反比例の関係にあると考えられる。この点、請求項16に記載の発明では、空燃比が大きいほど燃料噴射圧が強められる。この制御により、空燃比が大きくなるに従い着火性を改善する作用が大きくなる。従って、空燃比がどのような値であっても、希薄混合気は点火直前には着火のしやすい適度な強さで流動している状態となる。
以下、本発明を具体化した第1実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。
図1に示すように、車両には、内燃機関としてガソリンエンジン(以下、単にエンジンという)11が搭載されている。エンジン11は、複数の気筒(シリンダ)12を有するシリンダブロック13を備えている。各シリンダ12内にはピストン14が往復動可能に収容されている。各ピストン14は、コネクティングロッド(図示略)を介し、エンジン11の出力軸であるクランクシャフト15に連結されている。そのため、各ピストン14が往復動すると、その動きはコネクティングロッドによって回転運動に変換された後、クランクシャフト15に伝達される。なお、図1では、クランクシャフト15は説明の便宜上、他の部材に対し90度回転させた状態で描かれている。
そして、前記のようにして燃料が供給された各燃料噴射弁21,22に対する通電を制御してこれらを開弁させることにより、吸気管噴射用燃料噴射弁21のみから、又はそれに加えて筒内噴射用燃料噴射弁22から燃料が噴射される。各燃焼室16に噴射供給される燃料量(燃料噴射量)は、基本的には各燃料噴射弁21,22の通電時間、すなわち開弁時間によって決まる。
上記点火時期制御に際しては、各種センサの信号に基づきエンジン11の状態が検知され、そのときのエンジン11の状態に最適な点火時期が演算される。この演算に際しては、例えば基準となる点火時期(固定進角度)に基本進角度及び各種補正進角度が加算され、その加算結果が最終的な点火時期とされる。
ステップ100では、電子制御装置51はエンジン11の運転状態に関する情報(機関情報)を読み込む。機関情報としては、例えば、エンジン回転速度NE、スロットル開度TA等が挙げられる。
ステップ200では、読み込んだ上記機関情報に基づき、エンジン11の運転状態が、均質希薄燃焼領域にあるかどうかを判定する。この判定は、例えばマップを参照して行う。このマップには、エンジン回転速度NE及びエンジン負荷(例えばスロットル開度TA)によって表されるエンジン11の運転状態について、少なくとも均質希薄燃焼領域を含む複数の燃焼領域が設定されている。電子制御装置51はこのマップを参照し、そのときのエンジン回転速度NE及びエンジン負荷がいずれの燃焼領域に属するかを割り出す。割り出した燃焼領域が均質希薄燃焼領域である場合には、ステップ200の判定条件が満たされているとして、均質希薄燃焼を行うべく次のステップ300へ移行する。
ステップ300では、燃料の噴射についての各種情報(噴射情報)を読み込む。これらの噴射情報は、筒内噴射用燃料噴射弁22による燃料噴射量(筒内燃料噴射量Qd)、燃料噴射時期(筒内燃料噴射時期AINJd)及び燃料噴射圧(筒内燃料噴射圧FPd)と、吸気管噴射用燃料噴射弁21による燃料噴射量(吸気管燃料噴射量Qp)及び燃料噴射時期(吸気管燃料噴射時期AINJp)とである。これらの噴射情報は別のルーチンにおいて次のようにして求められたものである。
ここで、筒内噴射用燃料噴射弁22は、噴射燃料量を確保するためのものではなく、燃焼室16内の希薄混合気の流動を強めることを目的として、補助的に燃料を噴射するためのものである。こうした目的を達成するために必要な噴射量の最小値は、エンジン11の運転状態に拘わらず略一定であると考えられる。そこで、この噴射量の最小値が実験等により予め求められ、筒内噴射用燃料噴射弁22の燃料噴射量(筒内燃料噴射量Qd)とされる。
吸気管燃料噴射量Qpは次のようにして求められる。エンジン回転速度NE及びエンジン負荷といったエンジン11の運転状態に基づき、空燃比を所定の値(均質希薄燃焼では、理論空燃比よりも大きな値)とするための燃料の噴射量が求められる。この値から上記筒内燃料噴射量Qdが減算され、その減算結果が吸気管噴射用燃料噴射弁21の基本噴射量(基本噴射時間)とされる。こうした求められた基本噴射量に対し、空燃比をエンジン11の運転状態に応じた値に近づけるべく、各センサからの信号に基づき補正が行われる。そして、補正後の値が吸気管燃料噴射量Qpとされる。
エンジン回転速度NE、基本燃料噴射量等のエンジン11の運転状態に基づき基本噴射圧が算出され、これに対し、各種の補正が加えられることで筒内燃料噴射圧FPdが算出される。
ステップ400では、上記ステップ300で読み込んだ各種噴射情報に基づき各燃料噴射弁21,22及び高圧燃料ポンプ26をそれぞれ制御する。
上述した希薄混合気の流動を強める効果は、エンジン回転速度NEやエンジン負荷から影響を受けにくい。エンジン回転速度NEが低い領域であっても高い領域であっても、またエンジン負荷が小さくても大きくても筒内噴射用燃料噴射弁22からは高圧の燃料が燃焼室16に噴射されるからである。従って、エンジン11の広範な運転領域にわたり混合気が安定して燃焼される。
(1)吸気管噴射用燃料噴射弁21から噴射された燃料と空気とによって希薄混合気を燃焼室16内に形成し、その希薄混合気に対し筒内噴射用燃料噴射弁22から燃料を補助的に噴射することで希薄混合気の流動を強めている。そのうえで、希薄混合気が点火の直前には適度な強さで流動している状態となるように、筒内燃料噴射時期AINJdを制御している。そのため、上記のように希薄混合気が適度な強さで流動している状態のもとで点火を行うことにより、均質希薄燃焼を安定して行うことができるようになる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、筒内燃料噴射時期AINJdを圧縮行程の後期とすることを前提としたうえで、同燃料噴射時期AINJdと点火時期との間隔INTをエンジン回転速度NEに応じて可変としている点において、第1実施形態と異なっている。このようにしたのは次の事情による。
(4)筒内燃料噴射時期AINJdと点火時期との間隔INTがエンジン回転速度NEに応じた値となるように、同筒内燃料噴射時期AINJdを制御するようにしている。そのため、エンジン回転速度NEによって希薄混合気の流動の強さが異なるものの、点火直前には希薄混合気を適度な強さで流動させることができる。この効果は、エンジン回転速度NEが低いときに高いときよりも間隔INTが短くなるように筒内燃料噴射時期AINJdを制御することで得られる。特に、第2実施形態では、エンジン回転速度NEが低いほど間隔INTが短くなるように筒内燃料噴射時期AINJdを制御しているため、エンジン回転速度NEがどのような値であっても上記効果が得られる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、筒内燃料噴射時期AINJdを圧縮行程の後期とすることを前提としたうえで、エンジン回転速度NEに応じて筒内燃料噴射圧FPdを可変としている点において、第1実施形態と異なっている。このようにしたのは次の事情による。
(5)エンジン回転速度NEに基づいて筒内燃料噴射圧FPdを制御するようにしている。そのため、燃焼室16での希薄混合気の流動の強さがエンジン回転速度NEによって異なるものの、点火直前には希薄混合気を適度な強さで流動させることができる。この効果は、エンジン回転速度NEが低いときには高いときによりも筒内燃料噴射圧FPdを高くすることで得られる。特に、第3実施形態では、エンジン回転速度NEが低いほど筒内燃料噴射圧FPdを高くしているため、エンジン回転速度NEがどのような値であっても上記の効果が得られる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態は、筒内燃料噴射時期AINJdを圧縮行程の後期とすることを前提としたうえで、間隔INTを希薄混合気の空燃比に基づいて可変としている点において、第1実施形態と異なっている。このようにしたのは次の事情による。
(6)間隔INTが希薄混合気の空燃比に応じたものとなるように筒内燃料噴射時期AINJdを制御するようにしている。そのため、空燃比に応じて着火のしやすさが異なるものの、点火直前には希薄混合気を着火のしやすい適度な強さで流動させることができる。この効果は、空燃比が大きいときには小さいときよりも間隔INTが短くなるように、筒内燃料噴射時期AINJdを制御することで得られる。特に、第4実施形態では、空燃比が大きいほど間隔INTが短くなるように筒内燃料噴射時期AINJdを制御しているため、空燃比がどのような値であっても上記の効果が得られる。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。第5実施形態は、筒内燃料噴射時期AINJdを圧縮行程の後期とすることを前提としたうえで、希薄混合気の空燃比に応じて筒内燃料噴射圧FPdを可変としている点において、第1実施形態と異なっている。このようにしたのは次の事情による。
(7)筒内燃料噴射圧FPdを希薄混合気の空燃比に基づき可変制御している。そのため、空燃比に応じて着火のしやすさが異なるものの、点火直前には希薄混合気を着火のしやすい適度な強さで流動させることができる。この効果は、空燃比が大きいときには小さなときよりも筒内燃料噴射圧FPdを高くすることで得られる。特に、第5実施形態では、空燃比が大きいほど筒内燃料噴射圧FPdを高くしているため、空燃比がどのような値であっても上記の効果が得られる。
・第2及び第4実施形態では、間隔INTをエンジン回転速度NE又は空燃比に応じた値とするために筒内燃料噴射時期AINJdを制御したが、これに代えて点火時期を制御してもよい。この場合、エンジン回転速度NEが低いときには高いときよりも点火時期を早めて間隔INTを短くする。また、空燃比が大きいときには小さいときよりも点火時期を早めて間隔INTを短くする。
・前記各実施形態では、筒内燃料噴射量Qdを常に一定の値としたが、吸気管燃料噴射量Qpと筒内燃料噴射量Qdとの比が同一となるように、筒内燃料噴射量Qdを吸気管燃料噴射量Qpに応じて異ならせてもよい。
Claims (16)
- 吸気管噴射用燃料噴射弁から吸気通路に噴射された燃料と、同吸気通路を流れる空気とからなり、かつ理論空燃比よりも薄い希薄混合気を燃焼室内に生成し、前記希薄混合気に点火して均質希薄燃焼を行うようにした内燃機関の制御装置において、
前記燃焼室内の前記希薄混合気に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、
前記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射により前記希薄混合気の流動が強められた状態で点火が行われるように、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期、燃料噴射圧及び点火時期の少なくとも1つを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 吸気管噴射用燃料噴射弁から吸気通路に噴射された燃料と、同吸気通路を流れる空気とからなり、かつ理論空燃比よりも薄い希薄混合気を燃焼室内に生成し、前記希薄混合気に点火して均質希薄燃焼を行うようにした内燃機関の制御装置において、
前記吸気管噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料と合わせて前記燃焼室内に均質な希薄混合気が生成されるように前記燃焼室内の前記吸気管噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料を含む希薄混合気に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、
前記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射により前記希薄混合気の流動を強めて均質性が高められた状態で点火が行われるように、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期、燃料噴射圧及び点火時期の少なくとも1つを制御する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行い、かつ前記圧縮行程の後期又は前記膨張行程の初期に点火を行う4サイクル機関であり、
前記制御手段により制御される前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期は圧縮行程である請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御手段により制御される前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期は、前記希薄混合気の点火時期の直前である請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期と点火時期との間隔が前記内燃機関の機関回転速度に応じた値となるように、同燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一方を制御する請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記機関回転速度が低いときには高いときよりも前記間隔が短くなるように、前記燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一方を制御する請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記機関回転速度が低いほど前記間隔が短くなるように前記燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一方を制御する請求項6に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射圧を前記内燃機関の機関回転速度に基づいて制御する請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記機関回転速度が低いときには高いときよりも前記燃料噴射圧を高くする請求項8に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、機関回転速度が低いほど前記燃料噴射圧を高くする請求項9に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射時期と点火時期との間隔が、前記希薄混合気の空燃比に応じた値となるように、同燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一方を制御する請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記空燃比の大きいときには小さいときよりも前記間隔が短くなるように、前記燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一方を制御する請求項11に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記空燃比が大きいほど前記間隔が短くなるように前記燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一方を制御する請求項12に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射圧を前記希薄混合気の空燃比に基づいて制御する請求項1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記空燃比が大きいときには小さいときよりも前記燃料噴射圧を高くする請求項14に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記空燃比が大きいほど前記燃料噴射圧を高くする請求項15に記載の内燃機関の制御装置。
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