JP5120347B2

JP5120347B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

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Publication number: JP5120347B2
Application number: JP2009170424A
Authority: JP
Inventors: 訓己金山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: JP2011026967A

Description

本発明は、内燃機関における早期燃料噴射の燃料噴射制御装置に関する。

例えばディーゼルエンジンでは昨今、主となる燃料噴射に先立ち、若干の燃料を燃焼室内に噴射させることが実施されている。これは早期燃料噴射とも呼ばれ、主燃料噴射前に燃焼室内で燃料を燃焼させることにより、燃焼室の温度を上昇させ、主燃料噴射時での着火や火炎伝播を確実にしたり、燃焼室内の急激な圧力上昇を抑制して騒音を低減させたり、不完全燃焼を低減させて排ガスを浄化させるなどの作用を有している。

一般に燃料噴射制御は、冷却水の温度、吸気温度、設定されているギア段、エンジンの回転数、エンジンにかかる負荷、アクセル踏み込み量、アクセルの踏み込み速度等多数の要因に基づいて設定される。かかる制御は、早期燃料噴射においても同様である。

また冷態時では、燃焼室の温度が低く、早期燃料噴射による燃焼熱は燃焼室内壁面に吸収され、燃焼室内温度が十分に上昇しないことがある。そこでエンジンの冷態時と温態時とでは、早期燃料噴射時の燃料の噴射量等を異ならせることが必要となっている。

特開２００３−１５５９４９号公報

ところが、燃料の噴射制御は、多数の要因に基づいて設定されるため、制御マップに記憶されている内容量は膨大になる。しかも、早期燃料噴射用に燃料噴射の制御マップを、温態時と冷態時用にともに備えると、必要とされるメモリ量が非常に増大し、コストもかかる。

本発明は、早期燃料噴射を行う燃料噴射着火式内燃機関において、小さい記憶容量の記憶装置で対応可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置を次のように構成した。

内燃機関は、燃料噴射装置を具え、燃料噴射装置により、主となる燃料を燃焼室内に噴射する主燃料噴射と、主燃料噴射に先立ち若干量の燃料を噴射する早期燃料噴射が行われる。燃料噴射装置には燃料噴射制御装置が設けられ、燃料噴射装置における燃料噴射が制御される。燃料噴射制御装置は記憶装置を具え、記憶装置に記憶されている各種情報を適宜読み出し、制御を行う。

記憶装置には、例えば温態時における燃料噴射用の制御マップが記憶されている。内燃機関が温態時においては、燃料噴射制御装置は、記憶装置に記憶されている温態時における燃料噴射用の制御マップを読み出し、燃料噴射装置を制御する。

温態時における燃料噴射用の制御マップには、主燃料噴射時の制御内容および早期燃料噴射時の制御内容が含まれている。一方記憶装置には、冷態時における早期燃料噴射用の制御マップは記憶されていない。記憶装置は、温態時の制御マップから冷態時における早期燃料噴射用の制御内容を得るための、補正値、演算式等を早期燃料噴射補正値算出手段として記憶している。

早期燃料噴射補正値算出手段により、早期燃料噴射の補正値を求め、温態時の制御マップに補正を行い、冷態時における早期燃料噴射用の制御内容を得る。補正により得られた制御内容に基づいて、冷態時における早期燃料噴射を制御する。

具体的には燃料噴射制御装置は、始動直後などエンジンが冷態時であると判断すると、記憶装置から温態時における燃料噴射用の制御マップを読み出し、エンジン負荷とエンジン回転数をパラメータとして、燃料噴射間隔を算出する。またエンジン負荷とエンジン回転数をパラメータとして基本早期燃料噴射量を算出する。

次に、エンジンの冷却水温度と燃料噴射間隔の値に基づき早期燃料噴射基本補正値を求める。早期燃料噴射基本補正値は、マップなどとして記憶装置に記憶されている。

早期燃料噴射基本補正値が算出されたら、基本早期燃料噴射量を早期燃料噴射基本補正値で補正し、早期燃料噴射量を決定する。決定された早期燃料噴射量、および燃料噴射間隔を用いて、冷態時の早期燃料噴射を制御する。

また吸気温度から吸気温補正係数を算出する。吸気温補正係数が算出されたら、早期燃料噴射基本補正量を吸気温補正係数で補正し、早期燃料噴射補正値を算出する。基本早期燃料噴射量を早期燃料噴射補正値で補正し、早期燃料噴射量を決定する。決定された早期燃料噴射量、および燃料噴射間隔を用いて、冷態時の早期燃料噴射を制御する。

本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、冷態時における早期燃料噴射用の制御マップなどの制御内容を記憶装置に記憶させる必要がなくなる。これにより、燃料噴射制御装置に設けられる記憶装置を小さい記憶容量のものにできる。冷態時における早期燃料噴射用の制御内容は、早期燃料噴射と主燃料噴射間の時間間隔に基づいて算出した早期燃料噴射補正値に基づくので、簡易に算出でき、かつエンジンの作動条件に適合した正確な制御を実施できる。

本発明にかかる内燃機関の一実施形態を示す構成図である。燃料噴射制御装置の一例を示すブロック図である。基本燃料噴射間隔のマップを示すグラフである。基本早期燃料噴射量のマップを示すグラフである。早期燃料噴射補正量のマップを示すグラフである。吸気温補正係数と吸気温の関係を示すグラフである。早期燃料噴射の手順を示すフローチャートである。制御装置の他の例を示すブロック図である。

本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態について、図を参照して説明する。
図１に、内燃機関としてのエンジン１０を示す。エンジン１０は、燃焼室にインジェクタを臨ませた燃料噴射着火式内燃機関、いわゆるディーゼルエンジンである。

エンジン１０は、図１に示すようにシリンダヘッド１２、ピストン１４、シリンダブロック１６、クランク軸１８、制御装置２０などから構成されている。エンジン１０は、自然吸気エンジンであっても、ターボチャージャーや他の過給器を備えた過給エンジンであってもよい。シリンダブロック１６は、内部にシリンダ２２を具えている。シリンダブロック１６に具えられているシリンダ２２の数は、特に問わない。

シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１６の上面に固定されている。シリンダヘッド１２と、ピストン１４の頂面と、シリンダ２２の内面で区画された空間でエンジン１０の燃焼室２６が形成されている。

シリンダヘッド１２には、インジェクタ３０が取り付けられている。インジェクタ３０は、先端を燃焼室２６に臨ませてあり、燃料ポンプ（図示せず。）に接続し、制御装置２０からの指示に従い、燃料を燃焼室２６内に噴射する。

シリンダヘッド１２には、吸気通路３２、及び排気通路３４が設けられている。吸気通路３２、及び排気通路３４は、それぞれ吸気弁３６及び排気弁３８を介して、燃焼室２６に開口している。

吸気弁３６と排気弁３８は、カム機構（図示せず。）によりそれぞれ適宜駆動され、吸気通路３２および排気通路３４を開閉する。吸気通路３２は、エアクリーナ（図示せず。）に連通し、途中に吸気温度センサ４０が設けられている。吸気温度センサ４０は、燃焼室２６内に吸入される吸気の温度を計測してその値を制御装置２０に送出する。

シリンダ２２の内部には、ピストン１４が往復動自在に設けられている。ピストン１４は、コネクティングロッド４２を介してクランク軸１８に連結している。クランク軸１８の近傍には、クランク角センサ４４が設けられている。クランク角センサ４４は、クランク軸１８の回転速度等を検出するセンサで、検出結果を制御装置２０に送出する。

シリンダブロック１６には、冷却水通路４６が形成してあり、冷却水通路４６内を冷却水が流通する。冷却水通路４６には、冷却水温度センサ４８が設けてある。冷却水温度センサ４８は、冷却水の温度を計測し、制御装置２０に検出結果を送出する。

制御装置２０には、記憶装置５０が接続されている。記憶装置５０には、車両走行に関する各種制御プログラムや数値等の他、温態時における燃料噴射制御に関する温態時燃料噴射マップが記憶されている。記憶装置５０に記憶されている温態時燃料噴射マップには、主燃料噴射と早期燃料噴射に関する制御内容が含まれている。温態時とは、エンジン始動後暖機運転が終了し、エンジン温度（冷却水温度）が定常な状態になったときをいう。また冷態時とは、エンジンを始動してから温態時に達するまでの状態をいう。

制御装置２０は、エンジン全体を制御する他、主要な手段として、次の（１）〜（５）の手段を有している。制御装置２０の構成を図２に示す。

（１）エンジン１０の回転数および負荷に基づき、基本早期燃料噴射量を算出する第１算出手段６８。

（２）エンジン１０の回転数および負荷に基づき、早期燃料噴射と主燃料噴射との燃料噴射間隔を算出する第２算出手段６２。

（３）エンジン１０の冷却水温度および第２算出手段６２で算出された燃料噴射間隔に基づき、早期燃料噴射補正値を算出する第３算出手段６４。

（４）第１算出手段６８で算出された基本早期燃料噴射量を、第３算出手段６４で算出された早期燃料噴射補正値で補正を行い、早期燃料噴射量を算出する第４算出手段７２。

（５）第４算出手段７２で算出された早期燃料噴射量で、燃焼室へ燃料供給を行わせる制御手段７４。

尚制御装置２０は、燃料噴射装置に関して専用に設定された燃料噴射用制御装置であってもよい。

図３に、第２算出部６２で用いる燃料噴射間隔マップを示す。燃料噴射間隔マップは、Ｘ軸にエンジン回転数、Ｙ軸にエンジン負荷、Ｚ軸（紙面に垂直な軸）に燃料噴射間隔を配したマップであり、矢印で示す方向に燃料噴射間隔が大きくなっている。

燃料噴射間隔マップは、記憶装置５０に記憶されており、第２算出部６２は、記憶装置５０から燃料噴射間隔マップを読み出し、エンジン１０の回転数とエンジンの負荷から燃料噴射間隔を算出する。

図４に、第１算出部６８で用いられる基本早期燃料噴射量マップを示す。基本早期燃料噴射量マップは、Ｘ軸にエンジン回転数、Ｙ軸にエンジン負荷、Ｚ軸に早期燃料噴射量を配したマップであり、矢印で示す位置で早期燃料噴射量が大きくなっている。基本早期燃料噴射量マップは、記憶装置５０に記憶されており、第１算出部６８は、記憶装置５０から基本早期燃料噴射量マップを読み出し、エンジン１０の回転数とエンジン１０の負荷から早期燃料噴射量を算出する。

図５に、第３算出部６４で用いられる早期燃料噴射基本補正値マップを示す。早期燃料噴射基本補正値マップは、Ｘ軸に燃料噴射間隔、Ｙ軸にエンジン水温、Ｚ軸に早期燃料噴射基本補正値を配したマップであり、矢印で示す方向に早期燃料噴射基本補正値が大きくなっている。早期燃料噴射基本補正値マップは、記憶装置５０に記憶されており、第３算出部６４は、記憶装置５０から早期燃料噴射基本補正値マップを読み出し、燃料噴射間隔と冷却水温度から、早期燃料噴射基本補正値を算出する。

第４算出部７２は、第１算出部６８で算出された基本早期燃料噴射量を、第３算出部６４で算出された早期燃料噴射基本補正値で補正を行い、早期燃料噴射量を算出する。

次に制御装置２０による冷態時早期燃料噴射の手順を、図７のフローチャートを用いて説明する。

エンジン１０が始動したなら、冷却水温度センサ４８から冷却水温度を検出し、エンジン１０が冷態時か温態時かを判定する（Ｓ−１００）。温態時と判定されたら、ステップ（Ｓ−１０２）に移動し、温態時制御を行う。

一方エンジン１０が冷態時であると判定されたら、クランク角センサ４４からエンジン１０の回転数を入手し、吸気流量センサ（図示せず。）等からの吸気量からエンジン負荷を算出する（Ｓ−１０４）。尚エンジン負荷は、他の要素を用いて算出してもよい。

エンジン１０の負荷と回転数から、燃料噴射間隔マップ（図３参照。）を用いて燃料噴射間隔を算出する（Ｓ−１０６）。またエンジン１０の負荷と回転数から、基本早期燃料噴射量マップ（図４参照。）を用いて基本早期燃料噴射量を算出する（Ｓ−１０８）。

燃料噴射間隔を冷態時の燃料噴射間隔に決定し（Ｓ−１１０）、燃料噴射間隔と冷却水温度（Ｓ−１１２）から、早期燃料噴射基本補正値マップ（図５参照。）を用いて早期燃料噴射基本補正値を算出する（Ｓ−１１４）。

そしてＳ−１０８で算出された基本早期燃料噴射量を、早期燃料噴射補正値で補正し（Ｓ−１１６）、早期燃料噴射量を算出する（Ｓ−１１８）。算出された早期燃料噴射量を示す制御信号を駆動部５２に送り、インジェクタ３０で早期燃料噴射を行なわせる（Ｓ−１２０）。

これにより記憶装置５０に、冷態時の早期燃料噴射量の制御マップを具えることなく、冷態時の早期燃料噴射量を算出し、算出した制御内容に基づき冷態時における早期燃料噴射を適切に行わせることができる。

図８に、燃料噴射制御装置の他の例を示す。この例は、図２に示した構成に、次の手段を加えたものである。

（１）吸気温度に基づいて吸気温補正係数を算出する第５算出手段６６。

（２）第３算出手段６４で算出された早期燃料噴射補正値を、第５算出手段６６で算出した吸気温補正係数で更に補正を行い、早期燃料噴射補正値を算出する第６算出手段７０。

第５算出部６６は、吸気温度センサ４０と第６算出手段７０に連結し、記憶装置５０に記憶されている吸気温補正係数マップを読み出し、吸気温度センサ４０で検出された吸気温度から吸気温補正係数を求める。求められた吸気温補正係数は、第６算出手段７０に送り出される。第６算出手段７０以前の動作は上記例と同様である。

図６に、第５算出部６６で用いられる吸気温補正係数マップを示す。吸気温補正係数は、吸気温度が高くなるにつれて、徐々に値が低下する特性を有している。

第６算出部７０は、第３算出部６４と第４算出部７２の間に設けてあり、第３算出部６４で算出された早期燃料噴射基本補正値を、第５算出部６６で算出された吸気温補正係数で補正を行い、早期燃料噴射補正値を算出して、第４算出部７２に送り出す。第４算出部７２以降の動作は上記例と同様である。

このように構成することにより、早期燃料噴射に関する補正値をより走行状態に適合させることができ、正確な制御で早期燃料噴射を行わせることができる。

次に、噴射燃料量を変更する方法について説明する。インジェクタ３０は、常に一定量の燃料を噴射する装置とする。すると燃料噴射量は、インジェクタ３０の作動時間に応じて決定される。つまり燃料は、インジェクタ３０の作動弁が開いている時間に比例して噴射される。

早期燃料噴射は、主燃料噴射から所定の時間先んじて行われるものであり、主噴射と早期噴射の噴射間隔は、第２算出手段６２で算出された燃料噴射間隔の値を保持する必要がある。そのため早期燃料噴射における燃料噴射量の増加は、早期燃料噴射の開始時期を早める方向に移動、つまりインジェクタ３０の作動時を進角化させ、インジェクタ３０の作動時間を延長させて行うこととする。尚、燃料噴射間隔は、温態時では短く、冷態時は、長くなるように予め設定されている。

本発明は、ディーゼルエンジンなどにおける燃料噴射装置の制御に利用できる。

１０…エンジン
２０…制御装置
３０…インジェクタ
４０…吸気温度センサ
４４…クランク角センサ
４８…冷却水温度センサ
５０…記憶装置
６２…第１算出部
６４…第２算出部
６６…第３算出部
６８…第４算出部
７０…第５算出部
７２…第６算出部
７４…制御部

Claims

燃焼室へ主たる燃料を供給する主燃料噴射と、該主燃料噴射の直前に噴射され、該主燃料噴射前に前記燃焼室内に種火を作る早期燃料噴射とを行う燃料噴射着火式内燃機関において、
前記内燃機関の回転数および負荷に基づき、基本早期燃料噴射量を算出する第１算出手段と、
前記内燃機関の回転数および負荷に基づき、前記早期燃料噴射と主燃料噴射との噴射間隔を算出する第２算出手段と、
前記内燃機関の冷却水温度および前記第２算出手段が算出した前記噴射間隔に基づき、該冷却水温度と該噴射間隔と早期燃料噴射補正値との関係から該早期燃料噴射補正値を算出する第３算出手段と、
前記第１算出手段が算出した前記基本早期燃料噴射量を、前記第３算出手段が算出した前記早期燃料噴射補正値で補正を行い、早期燃料噴射量を算出する第４算出手段と、
前記第２算出手段で算出された噴射間隔および前記第４算出手段で算出された早期燃料噴射量で、前記燃焼室へ燃料供給を行わせる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
吸気温度に基づいて吸気温補正係数を算出する第５算出手段と、
前記第３算出手段が算出した早期燃料噴射補正値を前記吸気温補正係数で更に補正を行い、早期燃料噴射補正値を算出する第６算出手段と、
を更に備えた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。
前記早期燃料噴射量の補正は増量補正であって、前記早期燃料噴射の噴射開始時期の進角化による噴射期間の延長によって為される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記早期燃料噴射補正値は、前記噴射間隔が長くなるにつれて増量側に大きくなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記第１算出手段及び第２算出手段に接続された記憶装置を、更に備え、
前記記憶装置には、温態時における前記早期燃料噴射用の制御マップが記憶され、
前記第1算出手段は、温態時の前記制御マップを読み出し、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて前記基本早期燃料噴射量を算出し、
前記第２算出手段は、温態時の前記制御マップを読み出し、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて前記噴射間隔を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。