JP4835579B2

JP4835579B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4835579B2
Application number: JP2007293752A
Authority: JP
Inventors: 素成鎗野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: JP2009121260A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えるとともに、ブローバイガスが吸気通路内に還流される内燃機関で制御を行うための内燃機関の制御装置に関する。

従来、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ（請求項記載の第１の燃料噴射手段に相当）と吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ（請求項記載の第２の燃料噴射手段に相当）とを備え、これらのインジェクタを機関運転状態に応じて切り換えて使用する内燃機関が知られている。
また従来、内燃機関のシリンダとピストンの隙間から吹き抜けるガスを吸気通路内に還流して内燃機関で再燃焼させるブローバイガス還元機構（ＰＣＶ（Positive Clankcase Ventilation）機構ともいう）が設けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１から３までで提案されている。

特開２００６−２２６１６３号公報特開２００５−１１３７４６号公報特開２００５−１２０８５２号公報

筒内噴射用インジェクタの先端部（噴孔及びニードル）は筒内に突出しているため、この先端部には燃焼室側からオイル分が付着及び侵入する。このオイル分としては、ＰＣＶ機構によってブローバイガスとともに吸気通路内に供給されるものがある。この点、筒内噴射用インジェクタが燃料噴射を行っている場合には、噴射燃料の流体力による洗い流し効果があるため、付着及び侵入したオイル分を除去することができる。
ところが、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を停止し、筒内噴射用インジェクタのみで燃料の噴射を行う場合には、筒内噴射用インジェクタの先端部に付着及び侵入したオイル分が噴射燃料によって除去されなくなるため、付着及び侵入したオイル成分由来のデポジットが生成されてしまう。そしてこのようにしてデポジットが生成されると、適切な燃料噴射量を得ることができなくなるため、機関性能の低下等を招く虞があった。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、第１の燃料噴射手段にオイル成分由来のデポジットが生成されてしまうことを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えるとともに、ブローバイガスが吸気通路内に還流される内燃機関で制御を行うための内燃機関の制御装置であって、前記第１の燃料噴射手段の燃料噴射状態に応じて、還流されるブローバイガスの流量を調節するための流量調節手段を制御する特定流量制御手段を備え、前記特定流量制御手段が、全燃料噴射量に占める前記第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量の割合が小さくなるほど、還流されるブローバイガスの流量が減少するように前記流量調節手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、第１の燃料噴射手段の燃料噴射状態に応じてブローバイガスの流量を調節することにより、内燃機関に流入するオイル分の量を少なくすることができる。このため本発明によれば、第１の燃料噴射手段に付着及び侵入するオイル分の量を低減することができ、これにより第１の燃料噴射手段にオイル成分由来のデポジットが生成されてしまうことを抑制できる。

本発明によれば、第１の燃料噴射手段にオイル成分由来のデポジットが生成されてしまうことを抑制できる内燃機関の制御装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）３００Ａで実現されている内燃機関の制御装置を、内燃機関１０及び関連する各構成とともに模式的に示す図である。なお、図１には内燃機関として直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのような内燃機関に限定されるものではない。また本実施例では、筒内噴射用インジェクタ１１０及び吸気通路噴射用インジェクタ１２０の２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、内燃機関はこれら２つのインジェクタの代わりに筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、エンジン１０は４つの気筒１１２を備えている。各気筒１１２はインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してＥＣＵ３００Ａの出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気通路（より具体的には本実施例では吸気ポート１１４）内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はＥＣＵ３００Ａの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。

高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

次に、図２を用いて各気筒１１２における筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の配置について説明する。シリンダヘッド１１１には吸気ポート１１４を開閉するための吸気バルブ１１５及び排気ポート１１６を開閉するための排気バルブ１１７が夫々設けられている。またシリンダヘッド１１１のうち、燃焼室の略中央上方に対応する部分は点火プラグ１１８が配置されている。吸気バルブ１１５の上流側には吸気通路噴射用インジェクタ１２０が配置されている。吸気通路噴射用インジェクタ１２０は本実施例では吸気ポート１１４に配置されているが、吸気通路として例えばインテークマニホールド２０に配置されてもよい。またシリンダヘッド１１１には筒内に噴孔を突出させた状態で筒内噴射用インジェクタ１１０が配置されている。本実施例では筒内噴射用インジェクタ１１０は具体的にはシリンダヘッド１１１のうち、吸気ポート１１４間、且つ吸気ポート１１４の下方の部分に配置されているが、筒内噴射用インジェクタ１１０の配置はこれに限られない。

図２に示すように、ピストン１１９の頂部には、筒内噴射用インジェクタ１１０に対向する位置に緩やかな曲線から形成されるキャビティ１１９ａが設けられている。このキャビティ１１９ａに向けて筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料が噴射される。このとき、筒内噴射用インジェクタ１１０に対向するピストン１１９の頂部は角部を有しないので、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成された噴霧が角部により分裂されることがない。このような分裂があるとローカルリッチの状態になる場合があり得るが、そのような状態になることを回避できる。なお、ピストン１１９の頂部はこのような形状に限定されるものではない。

図３は内燃機関１０を関連する各構成とともに断面で模式的に示す図である。内燃機関１０はＰＣＶ管路１２２Ａ及び１２２Ｂで吸気通路と接続されている。ＰＣＶ管路１２２Ａ及び１２２Ｂは具体的にはともにシリンダヘッド１１１内に連通している。またＰＣＶ管路１２２Ａは具体的にはスロットルバルブ７０の下流側で吸気通路に連通し、ＰＣＶ管路１２２Ｂは具体的にはスロットルバルブ７０の上流側で吸気通路に連通している。ＰＣＶ管路１２２Ａには、電子ＰＣＶバルブ（請求項記載の流量調節手段に相当）１２３が設けられている。この電子ＰＣＶバルブ１２３は、ＥＣＵ３００Ａからの制御デューティ信号により、その開度が調整される電磁弁であって、その開度により流量が調節される。

ピストンリングと気筒１１２との隙間からクランクケース１１３へ漏れたブローバイガスは、シリンダヘッド１１１内を通り、軽負荷時にはＰＣＶ管路１２２Ａを通って、高負荷時にはＰＣＶ管路１２２ＡおよびＰＣＶ管路１２２Ｂを通って負圧により内燃機関１０へと導かれる。

図３では、軽負荷時におけるブローバイガスおよび新気の流れを矢印で示している。軽負荷時においては、スロットルバルブ７０が閉じる傾向に制御されており、スロットルバルブ７０下流側のシリンダヘッド１１１側の負圧が大きくなっているので、ＰＣＶ管路１２２Ｂを通って新気が導入される。ＰＣＶ管路１２２Ｂを通って導入された新気はブローバイガスと混合されて、電子ＰＣＶバルブ１２３およびＰＣＶ管路１２２Ａを通って燃焼室に供給される。

図１に戻り、エンジンＥＣＵ３００Ａはデジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。

またＥＣＵ３００Ａには制御対象として、筒内噴射用インジェクタ１１０や、吸気通路噴射用インジェクタ１２０や、電子ＰＣＶバルブ１２３や、電磁スピル弁１５２や、低圧燃料ポンプ１８０などが電気的に接続されている。なお、これらの構成とＥＣＵ３００Ａとの接続は図示の都合上、図示を省略してある。またＥＣＵ３００Ａにはこのほか各種のセンサ・スイッチ類や制御対象が電気的に接続されていてよい。

ＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。またＲＯＭ３２０には、ＣＰＵ３４０が実行する種々の処理が記述されたプログラムが格納されており、本実施例では内燃機関１０制御用のプログラムのほか、筒内噴射用インジェクタ１１０及び吸気通路噴射用インジェクタ１２０の２つのインジェクタを制御して燃料噴射を行うための燃料噴射制御用プログラムや、電子ＰＣＶバルブ１２３を制御するためのＰＣＶバルブ制御用プログラムなども格納されている。但し、これらのプログラムは一体として組み合わされていてもよい。

燃料噴射制御用プログラムは、機関運転状態に応じて筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との燃料分担比率を算出する分担比率算出用プログラムを有して構成されている。この燃料分担比率は、全燃料噴射量に占める筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量の割合（以下、ＤＩ比率ｒと記載する場合がある）と定義されている。このためＤＩ比率ｒが０の場合には、燃料は吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ噴射され、ＤＩ比率ｒが０よりも大きく、且つ１よりも小さい場合には、燃料は筒内噴射用インジェクタ１１０及び吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射され、ＤＩ比率ｒが１の場合には、燃料は筒内噴射用インジェクタ１１０のみから噴射される。

ＰＣＶバルブ制御用プログラムは、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態に応じて、ＰＣＶバルブ１２３を制御する特定流量制御用プログラムを有して構成されている。この特定流量制御用プログラムはさらに具体的には全燃料噴射量に占める筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量の割合が少なくなるほど（すなわちＤＩ比率ｒが小さくなるほど）、還流されるブローバイガスの流量（以下、単にＰＣＶ流量とも称す）が減少するように電子ＰＣＶバルブ１２３を制御するよう作成されている。本実施例ではこの特定流量制御用プログラムに基づき、ＣＰＵ３４０が電子ＰＣＶバルブ１２３を制御することで特定流量制御手段が実現される。

次に、ＥＣＵ３００Ａで行われる処理を図４に示すフローチャートを用いて詳述する。ＣＰＵ３４０は、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態を検出する処理を実行する（ステップＳ１１）。本ステップでＣＰＵ３４０は具体的にはＤＩ比率ｒの値を確認することで、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態を検出する処理を実行する。この確認処理は例えばＤＩ比率ｒを算出する処理と同じタイミングで行うことができる。続いてＣＰＵ３４０は検出した筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態（ＤＩ比率ｒの値）に応じて、電子ＰＣＶバルブ１２３を制御するための処理を実行する（ステップＳ１２）。

図５はＤＩ比率ｒに対応させて作成した電子ＰＣＶバルブ１２３の開度のマップデータを模式的に示す図である。このマップデータはＲＯＭ３２０に予め格納されている。なお、ＰＣＶ流量は電子ＰＣＶバルブ１２３の開度と同様に増減する。ＣＰＵ３４０はステップＳ１２で具体的にはこのマップデータを参照することで、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態（ＤＩ比率ｒの値）に応じて、電子ＰＣＶ１２３の開度をデューティ制御する。このためＥＣＵ３００Ａによれば、このようにしてＰＣＶ流量を調節することで、筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部にオイル分が付着及び侵入し易くなるＤＩ比率ｒが小さいときほど、ブローバイガスとともに筒内に流入するオイル分の量を低減することができる。これによりＥＣＵ３００Ａは、筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部に付着及び侵入するオイル分を低減することができ、以って筒内噴射用インジェクタ１１０にオイル成分由来のデポジットが生成されてしまうことを抑制できる。

本実施例に係るＥＣＵ３００Ｂは、実施例１で前述した特定流量制御用プログラムの代わりに、以下に示す特定流量制御用プログラムをＲＯＭ３２０に格納している点以外、ＥＣＵ３００Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、ＥＣＵ３００Ｂは、ＥＣＵ３００Ａと同様に各種のセンサ・スイッチ類及び制御対象と電気的に接続されている。本実施例でも特定流量制御用プログラムは、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態に応じて、ＰＣＶバルブ１２３を制御するように作成されている。この点、本実施例では特定流量制御用プログラムはさらに具体的には筒内噴射用インジェクタ１１０が燃料の噴射を停止したときに、還流されるブローバイガスの流量が減少するように電子ＰＣＶバルブ１２３を制御するように作成されている。本実施例ではこの特定流量制御用プログラムに基づき、ＣＰＵ３４０が電子ＰＣＶバルブ１２３を制御することで特定流量制御手段が実現される。また本実施例ではＥＣＵ３００Ｂで内燃機関の制御装置が実現されている。

次にＥＣＵ３００Ｂで行なわれる処理を図６に示すフローチャートを用いて詳述する。ＣＰＵ３４０は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態が停止状態であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２１）。本ステップでＣＰＵ３４０は具体的にはＤＩ比率ｒがゼロであるか否かを判定することで、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射状態が停止状態であるか否かを判定する処理を実行する。ステップＳ２１で否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないためリターンしてステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２１で肯定判定であれば、ＣＰＵ３４０は還流されるブローバイガスの流量が減少するように電子ＰＣＶバルブ１２３を制御するための処理を実行する（ステップＳ２２）。このとき電子ＰＣＶバルブ１２３は具体的には図５に示すマップデータにおいて、ＤＩ比率ｒがゼロである場合に対応する開度に制御される。すなわち、このとき制御される開度は機関運転状態に応じて流通を許可する開度として制御される開度のうち、最も小さい開度となっている。

このためＥＣＵ３００Ｂによれば、特に筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部にオイル分が付着及び侵入し易くなるＤＩ比率ｒがゼロの場合に、ブローバイガスとともに筒内に流入するオイル分の量を低減することができ、それ以外の場合にはＰＣＶ流量を確保することもできる。これによりＥＣＵ３００Ｂは、筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部に付着及び侵入するオイル分を低減することができ、以って筒内噴射用インジェクタ１１０にオイル成分由来のデポジットが生成されてしまうことを抑制できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば特定流量制御手段は、全燃料噴射量に占める第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量の割合が所定値よりも小さい場合に、還流されるブローバイガスの流量が減少するように流量調節手段を制御してもよい。これにより、第１の燃料噴射手段の燃料噴射状態が停止状態である場合だけでなく、さらに第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量が比較的少ない状態である場合においてもブローバイガスとともに筒内に流入するオイル分の量を低減することができる。

また１からＤＩ比率ｒを引いた値は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射状態を示すことになるが、この値に応じることもＤＩ比率ｒの値に応じることと実質的に同じであることから、本発明と同様の作用効果を奏する限りにおいて、請求項１記載の「第１の燃料噴射手段の燃料噴射状態に応じて」と実質的に同一であるとともに、請求項１記載の本発明の技術的範囲に含まれるものである。この点、請求項１記載の「第１の燃料噴射手段の燃料噴射状態」及び請求項３記載の「第１の燃料噴射手段が燃料の噴射を停止したとき」には、ＤＩ比率ｒがゼロになったとき及びそのときの燃料噴射状態だけでなく、例えばフューエルカット制御により第１の燃料噴射手段からの燃料噴射が停止したとき及びそのときの燃料噴射状態も含まれる。

また特定流量制御手段は機関運転時に常時制御を行わなくてもよく、例えばさらに機関運転状態等に応じて制御を行ってもよい。またＰＣＶ管路はＰＣＶ管路１２２Ａ、１２２Ｂに限られず、例えばＰＣＶ管路１２２Ａのみであってもよく、またこのときＰＣＶ管路１２２Ａが吸気通路側で吸気ポート１１４に連通するなど、そのほか適宜の形態のものであってよい。

ＥＣＵ３００Ａを内燃機関５０及び関連する各構成とともに模式的に示す図である。内燃機関１０の気筒１１２周辺を断面で拡大して示す模式図である。内燃機関１０を関連する各構成とともに断面で模式的に示す図である。ＥＣＵ３００Ａで行われる処理をフローチャートで示す図である。電子ＰＣＶバルブ１２３の開度のマップデータを模式的に示す図である。ＥＣＵ３００Ｂで行われる処理をフローチャートで示す図である。

符号の説明

１０内燃機関
２０インテークマニホールド
１１０筒内噴射用インジェクタ
１１２気筒
１１４吸気ポート
１１５吸気弁
１２０吸気通路噴射用インジェクタ
１２２ＰＣＶ管路
１２３電子ＰＣＶバルブ
３００ＥＣＵ

Claims

筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えるとともに、ブローバイガスが吸気通路内に還流される内燃機関で制御を行うための内燃機関の制御装置であって、
前記第１の燃料噴射手段の燃料噴射状態に応じて、還流されるブローバイガスの流量を調節するための流量調節手段を制御する特定流量制御手段を備え、
前記特定流量制御手段が、全燃料噴射量に占める前記第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量の割合が小さくなるほど、還流されるブローバイガスの流量が減少するように前記流量調節手段を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。