JP5098683B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料の分割噴射を行う内燃機関の燃料噴射制御装置の技術分野に関する。

この種の内燃機関の燃料噴射制御装置によって燃料の分割噴射を行うにあたり、特許文献１及び特許文献２には、以下の技術が開示されている。

特許文献１には、筒内噴射エンジンにおいて、燃料が一部に集中することを回避するため、或いは集中的に噴射された燃料が燃焼室壁面に付着してしまうことを回避するために、必要な燃料量を複数回に分割して噴射する技術が提案されている。

特許文献２には、燃料の分割噴射において、機関冷間時においては噴射した燃料のうち実際に機関燃焼に寄与する割合が少なくなることに鑑みて、分割噴射時には一括噴射時よりもその燃料増量度合を大きく設定するように補正する技術が提案されている。

特開２００２―１６１７９０号公報 特開２００６―１８３５３７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された何れの技術においても、１サイクルにおいて複数回に分割された燃料噴射の各々の噴射時間が短くなると、噴射時間に対する噴射量の線形性が悪化する。それゆえ、複数回に分割された燃料噴射の各々に係る燃料噴射量に対して一律に補正を行う全部補正をしても、各分割噴射に係る補正後の燃料噴射量のバラツキが大きくなる。そうすると、１サイクルにおける燃料噴射量の総量は要求通りとはならず、かえって空燃比が悪化する虞がある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、燃料の分割噴射を行う際にも、燃料噴射量を好適に補正可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、１サイクルあたり複数回に分割して燃料の噴射が行われる内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量に対する補正量を、所定パラメータ（例えば、検出された空燃比等）に基づいて特定する補正量特定手段と、前記特定された補正量に基づき、前記複数回に分割された燃料噴射のうちの一部に対して燃料噴射量の部分補正を行う補正手段とを備える。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、１サイクルあたり複数回に分割して燃料の噴射が行われる。例えば、通常は１度に噴射すべき総燃料噴射量を略４等分にし、４回に分割して燃料の噴射が行われる。なお、燃料噴射の態様は、特に限定されず、例えば筒内噴射、或いはポート噴射の何れであってもよい。燃料の種類は、特に限定されず、例えばガソリンであってもエタノール燃料であってもよい。

補正量特定手段は、例えば空燃比センサ及び電子制御装置からなり、１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量に対する補正量を、所定パラメータ（例えば、検出された空燃比等）に基づいて特定する。この補正量は、具体的には、１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量の基本量（以下、「基本噴射量」ともいう）に、所定の空燃比調整用の増量係数を乗じることで特定される。空燃比調整用の増量係数は、空燃比と対応付けられて、マップ又は関数として予め記録されており、フィードバック的に変更されうる。

補正手段は、例えば電子制御装置からなり、特定された補正量に基づき、複数回に分割された燃料噴射のうちの一部に対して燃料噴射量の部分補正（すなわち、部分的な補正）を行う。言い換えれば、複数回に分割された燃料噴射の各々に対して一律に燃料噴射量の全部補正を行うことはしない。ここで、複数回に分割された燃料噴射のうち、補正対象となるものの数は、全体補正を行う場合に比べて部分補正を行う場合の方が少ない。一方で、補正量特定手段によって特定される補正量は、全体補正の場合と部分補正の場合とで、同じである。そうすると、全体補正を行う場合に比べて部分補正を行う場合の方が、複数回に分割された燃料噴射のうち一の燃料噴射に対する補正量（すなわち燃料の増量分）が多くなり、もって噴射時間に対して噴射量が線形に得られない（すなわち線形性の悪い）非線形領域で燃料噴射量を補正することを回避できる。

以上のとおり、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料の分割噴射を行う際にも、燃料噴射量を好適に補正可能となる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の一態様では、前記１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量が所定噴射量未満の場合に、前記補正手段は前記部分補正を行う。

この態様によると、１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量が所定噴射量未満でなければ、仮に全部補正をしたとしても、線形領域（すなわち噴射時間に対して噴射量が線形に得られる領域）で各燃料噴射量の補正を行うことができる。それゆえ、この場合には不要な部分補正を回避する。なお、「所定噴射量」は、総燃料噴射量を複数回に分割した際に、各燃料噴射時間における線形領域が実用上要求される線形性を確保できる程度となる総燃料噴射量の下限値として、実験乃至シミュレーションによって予め定められ得る値である。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の他の態様では、前記複数回に分割された燃料噴射の各々に係る噴射時間が所定時間未満の場合に、前記補正手段は前記部分補正を行う。

この態様によると、複数回に分割された燃料噴射の各々に係る噴射時間が所定時間未満でなければ、仮に全部補正をしたとしても、線形領域（すなわち噴射時間に対して噴射量が線形に得られる領域）で各燃料噴射量の補正を行うことができる。それゆえ、この場合には不要な部分補正を回避する。なお、「所定時間」は、それを燃料噴射時間とした場合の線形領域が実用上要求される線形性を確保できる程度となる燃料噴射時間の下限値として、実験乃至シミュレーションによって予め定められ得る値である。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の他の態様では、前記補正手段は、前記複数回に分割された燃料噴射のうち所定回以降の燃料噴射に係る燃料噴射量に対して、前記部分補正を行う。

この態様によると、筒内噴射の場合に、噴射される燃料が筒内の中心部をリッチ化することができ、もって燃焼を安定化できる。特に、筒内噴射の場合に、後半の燃料噴射時にはピストンが十分に上昇しているので、噴射された燃料が燃焼室内壁に付着してその下に位置するオイルパンに掻き落とされ、結果オイルパン内のオイルを希釈してしまうことを回避できる。そうすると、筒内噴射角度を上向きにし、タンブル流に同調させて燃料噴射を行う場合にも有効である。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の他の態様では、前記補正手段は、前記複数回に分割された燃料噴射のうち最後の燃料噴射に係る燃料噴射量に対して、前記部分補正を行う。

この態様によると、筒内噴射の場合に、噴射される燃料が筒内の中心部をリッチ化することができ、もって燃焼を安定化できる。しかも、補正対象が１の燃料噴射のみであるので、その燃料噴射時間を長期化でき、もって線形領域を十分に確保した正確な補正が可能となる。

本発明の作用及び他の利得は、次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、発明を実施するための最良の形態として本発明の一実施形態を、図面に基いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置、及びその制御対象たる内燃機関１の模式的な断面図である。

図１に示すように、内燃機関１は、気筒２内に燃料噴射弁１２から燃料を直接噴射する筒内噴射式の火花点火内燃機関であり、気筒２と、気筒２内を往復運動し、頂面にキャビティ３ａが形成されたピストン３と、を有している。気筒２には吸気通路４及び排気通路５がそれぞれ接続されている。吸気通路４にはこれを開閉する吸気弁６が、排気通路５にはこれを開閉する排気弁７がそれぞれ設けられている。排気弁７の下流側の排気通路５には、排気中の有害物質を浄化するための触媒８が設けられている。触媒８は周知の三元触媒として構成される。

内燃機関１は、気筒２の上部に臨むようにして配置された点火プラグ１３と、気筒２の側部に臨むようにして配置された燃料噴射弁１２とを更に有している。燃料噴射弁１２にはサプライポンプ（不図示）にて圧送された燃料が供給され、点火プラグ１３にはディストリビュータ（不図示）等を備えた電力供給装置を介して必要な電力が供給される。燃料噴射弁１２は、気筒２の中心線ＣＬと交差する方向に噴霧２２を噴射可能に構成されている。燃料噴射弁１２は、後述するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０の制御下で、燃料噴射量を任意に分割して任意のタイミングに噴射できる。

燃料噴射弁１２、及び点火プラグ１３は、ＥＣＵ３０に接続されている。ＥＣＵ３０は各種センサの出力信号を参照して内燃機関１を適正な運転状態に制御する周知のコンピュータであり、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を備えている。ＥＣＵ３０に接続される各種センサには、内燃機関１のクランク角度Ｎｅに対応した信号を出力するクランク角センサ３１や、吸入空気量Ｇａに対応した信号を出力するエアフローメータ３２、内燃機関１から排出される排気の空燃比Ａ／Ｆに対応した信号を出力する空燃比センサ９の他、多数のセンサが接続されているが、本発明の要旨と直接関係しないセンサの図示は省略した。

上述の如く構成された本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の動作処理について、図１に加えて、図２〜図５を参照して説明する。ここで、図２は、実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。図３は、（ａ）基本噴射量Ｑ、（ｂ）要求噴射量Ｑ×α、（ｃ）比較例に係る全部補正時の噴射パターン、及び（ｄ）実施形態に係る部分補正時の噴射パターンを夫々示す噴射パターン図である。図４は、噴射パターンにおける線形及び非線形領域を示す噴射パターン図である。図５は、駆動時間に対する噴射量、及び噴射量のバラツキの程度を示す特性図である。

図２に示す根量噴射制御において、先ず、吸入空気量Ｇａ、及び機関回転数Ｎｅが検出され（ステップＳ１１）、この検出結果に対応する基本噴射量ＱがＥＣＵ３０によって算出される（ステップＳ１）。図３（ａ）に基本噴射量Ｑを示す。なお、図３（ａ）において、横軸は燃料噴射弁１２の駆動時間（すなわち、噴射時間）とし、縦軸は各駆動時間における瞬間的な燃料噴射とした場合の、燃料噴射パターンが示されている。図３（ａ）において、燃料噴射パターンに囲まれた斑網領域の面積が、基本噴射量Ｑを示す。燃料噴射量Ｑの算出は、吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎｅを変数としたマップを予めＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照することで実現できる。

次いで、空燃比センサ９から空燃比Ａ／Ｆが検出され、運転状態に基づいて設定される目標空燃比からの誤差がＥＣＵ３０によって検出される（ステップＳ１２）。検出された空燃比の誤差を埋め合わせるために、噴射量の補正係数αがＥＣＵ３０によって算出される（ステップＳ２）。この補正係数αに基づいて、要求噴射量Ｑ×αがＥＣＵ３０によって算出される（ステップＳ３）。図３（ｂ）に、要求噴射量Ｑ×αを示す。図３（ｂ）において、傾斜線領域の面積が、基本噴射量Ｑに対する燃料増量分Ｑ×（α―１）を示す。

また、ＥＣＵ３０は、基本噴射量Ｑから分割数を決定する（ステップＳ４）。つまり、１サイクルあたり何回に分割して燃料の噴射を行うかを決定する。分割数の決定は、基本噴射量Q及び分割数を変数としたマップを予めＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照することで実現できる。

そして、複数回に分割された燃料噴射に対して、燃料増量分Ｑ×（α―１）に基づく燃料噴射量の補正が行われる。ここで、図３（ｃ）比較例に係る分割噴射パターン、及び図３（ｄ）実施形態に係る分割噴射パターンを参照しながら、好ましい補正態様について詳述する。

先ず、図３（ｃ）に示すように、通常の比較例に係る燃料噴射制御では、燃料増量分Ｑ×（α―１）を、分割数で４等分し、複数回に分割された燃料噴射の各々に対して一律に燃料噴射量の全部補正が行われる。ところが、分割噴射は、燃料噴射弁１２の作動が安定しない非線形的な噴射を多数回にわけて噴射する方式のため、噴射量のバラツキが大きい。具体的には、図４に示すように、図４（ａ）噴射開始時の過渡の領域、及び図４（ｃ）噴射終了時の過渡の領域のような非線形領域は、噴射時間によらず一定である。一方で、図４（ｂ）の線形領域は、噴射時間に応じて伸長する。そうすると、分割噴射では各々の噴射時間が比較的短いので、図４（ａ）及び図４（ｃ）の非線形領域が占める割合が、長くなる。このような非線形領域では、図５の上段に示すように、燃料噴射弁１２を駆動してから約0.7［ｍｓ］までは、燃料噴射弁１２の作動が安定しないため、噴射量［mm³/st］が駆動時間に対して比例しない。それゆえ、非線形領域では、分割噴射の各々の噴射時間を同じにしても、図５の下段に示すように、バラツキが８〜２０［％］と比較的大きい。複数回に分割された燃料噴射の各々の駆動時間が非線形領域にあるにもかかわらず、各燃料噴射に対して一律に燃料噴射量の全部補正を行ったとしても、補正後の噴射量もバラツキが大きくなり、空燃比が安定しない。

一方で、図３（ｄ）に示すように、本実施形態に係る燃料噴射制御では、燃料増量分Ｑ×（α―１）を、分割数で等分割せず、全部補正もしない。その代わり、決定された分割数に分割された燃料噴射のうちの一部に対して燃料噴射量の部分補正を行う（ステップＳ５）。例えば、図３（ｄ）に示すように、最後の１噴射のみに、燃料増量分Ｑ×（α―１）を加え、燃料噴射を実行する（ステップＳ６）。そうすると、最後の１噴射に加えられる燃料増量分Ｑ×（α―１）が、４分割されるよりも多いので、図５（ｂ）の線形領域で空燃比の調整を行うことができ、もって噴射量のバラツキが少なくなる。その結果、分割噴射時にも好適に空燃比フィードバック補正が可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、分割噴射において、燃料噴射量を一律に全部補正することなく、複数回に分割された燃料噴射のうちの一部に対して燃料噴射量の部分補正を行うので、好適に空燃比フィードバック補正が可能となる。

尚、本実施形態において、「基本噴射量Ｑ」が、本発明に係る「１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量」であり、「燃料増量分Ｑ×（α―１）」が、本発明に係る「総燃料噴射量に対する補正量」であり、「空燃比Ａ／Ｆ」が、本発明に係る「所定パラメータ」であり、「空燃比センサ９」及び「ＥＣＵ３０」が、本発明に係る「補正量特定手段」であり、「ＥＣＵ３０」が、本発明に係る「補正手段」である。

因みに、図２に示す燃料噴射制御に代えて、図６、及び図７に示す燃料噴射制御を行ってもよい。図６は、変形形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。図７は、変形形態に係る（ａ）基本噴射量Ｑ_２、（ｂ）要求噴射量Ｑ_２×α、（ｃ）全部補正をする場合の噴射パターン、及び（ｄ）後半２つの噴射に対して部分補正をする場合の噴射パターンを夫々示す噴射パターン図である。なお、変形形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の基本構成は、図１に示す実施形態に係るそれと同じでよい。

変形形態に係る燃料噴射制御は、図２に示す実施形態に係るそれと異なり、部分補正をするか、又は全部補正をするかを判定する処理が追加されている。

具体的には、図６に示すように、部分補正に先立ち、１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量たる基本噴射量Ｑが所定噴射量未満であるか否かが判定される（ステップＳ２４）。ここで、所定噴射量とは、基本噴射量Ｑを複数回に分割した際に、各燃料噴射についての線形性が実用上要求される程度となるような基本噴射量Ｑの下限値として、実験乃至シミュレーションによって予め定められ得る値である。

そして、基本噴射量Ｑが所定噴射量未満である場合には（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、線形性を確保するべく、上述の実施形態と同様に、部分補正を行う。この際、図３（ｄ）に示すように、最後の１噴射のみに、燃料増量分Ｑ×（α―１）を加えてもよいが（ステップＳ５）、図７（ｄ）に示すように、最後の２噴射に、燃料増量分Ｑ×（α―１）／２を夫々加えてもよい。

他方で、基本噴射量Ｑが所定噴射量以上である場合には（ステップＳ２４：Ｎｏ）、分割された各燃料噴射についての線形性は既に確保されているので、あえて分割補正をする必要はない。それゆえ、図７（ｃ）に示すように、全部補正をしてもよい（ステップＳ２５）。

尚、ステップＳ２４において、基本噴射量Ｑに代えて、燃料噴射時間や、燃料増量分Ｑ×（α―１）の大きさに基づいて、部分補正をするか否かを判定してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の燃料噴射制御装置も又、本発明の技術的範囲に含まれるものである。例えば、上述の実施形態では、筒内噴射式の火花点火内燃機関を用いて説明したが、燃料を分割して噴射する態様であれば、他のポート噴射を用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置、及びその制御対象たる内燃機関１の模式的な断面図である。 実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。 （ａ）基本噴射量Ｑ、（ｂ）要求噴射量Ｑ×α、（ｃ）比較例に係る全部補正時の噴射パターン、及び（ｄ）実施形態に係る部分補正時の噴射パターンを夫々示す噴射パターン図である。 噴射パターンにおける線形及び非線形領域を示す噴射パターン図である。 駆動時間に対する噴射量、及び噴射量のバラツキの程度を示す特性図である。 変形形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。 変形形態に係る（ａ）基本噴射量Ｑ_２、（ｂ）要求噴射量Ｑ_２×α、（ｃ）全部補正をする場合の噴射パターン、及び（ｄ）後半２つの噴射に対して部分補正をする場合の噴射パターンを夫々示す噴射パターン図である。

符号の説明

１…内燃機関、２…気筒、１２…燃料噴射弁、３…ピストン、４…吸気通路、５…排気通路、６…吸気弁、７…排気弁、８…触媒、３０…ＥＣＵ、３１…クランク角センサ、３２…エアフローメータ、９…空燃比センサ

Claims (5)

1. １サイクルあたり複数回に分割して燃料の噴射が行われる内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量に対する補正量を、所定パラメータに基づいて特定する補正量特定手段と、
   前記特定された補正量に基づき、前記複数回に分割された燃料噴射のうちの一部に対して燃料噴射量の部分補正を行うと共に他の一部に対して燃料噴射量の部分補正を行わない補正手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記１サイクルにおいて噴射すべき総燃料噴射量が所定噴射量未満の場合に、前記補正手段は前記部分補正を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記複数回に分割された燃料噴射の各々に係る噴射時間が所定時間未満の場合に、前記補正手段は前記部分補正を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記補正手段は、前記複数回に分割された燃料噴射のうち所定回以降の燃料噴射に係る燃料噴射量に対して、前記部分補正を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記補正手段は、前記複数回に分割された燃料噴射のうち最後の燃料噴射に係る燃料噴射量に対して、前記部分補正を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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