JP5585772B2 - エンジンの燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射時期制御装置に係り、特に、燃料噴射タイミングを吸気上死点後所定のクランク角度範囲内に設定したエンジンの燃料噴射時期制御装置に関する。

ノッキングセンサが、或る気筒での吸気行程におけるインジェクタの燃料噴射ノイズを、他の気筒の燃焼行程においてノッキングが発生したものと誤検知し、その誤検知に基づき、例えば、点火時期をリタード制御してトルクが低下するような問題を避けるために、ノッキングセンサでのノッキングの判定しきい値は、適切な値に設定する必要がある。

従来、そのような誤検知そのものを避けるために、インジェクタ発生ノイズが、ノッキング検出期間中及びその付近にあるとき、燃料噴射時期を遅いタイミングにずらすようにした技術が知られている（特許文献１）。

特開２００５−１７１９００号公報

ここで、燃料噴射時期を遅いタイミングにずらすと、そのずらした分、燃料の霧化時間が短くなることにより、燃料の霧化性が悪化し、燃焼安定性に悪影響を与える。従って、特許文献１のものでは、ノッキング検出期間中及びその付近において、燃料噴射時期を遅いタイミングにずらすようにしているので、それらの期間中、常時、燃料の霧化時間が短くなり、燃焼安定性に悪影響が生じるという問題がある。

また、近年、比較的圧縮比が高い高圧縮比型のエンジンが開発され、このような高圧縮比型エンジンでは、例えば、点火時期がクランク角１度ずれただけでもノッキングが生じる。そして、このような高圧縮比型エンジンでは、小さいノッキングでもエンジンの信頼性を損なうため、ノッキングセンサのノッキング判定しきい値を低くせざるを得ず、そのため、インジェクタの噴射ノイズを、ノッキングの発生と誤検知してしまう確率が高まるという問題が生じる。また、筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる、直噴型エンジンでは、インジェクタにより噴射される燃料の圧力が高圧であり、インジェクタの噴射ノイズ自体が大きくなり、ノッキングセンサのノッキング判定しきい値を低くすると、さらに、誤検知の確率が高まるという問題が生じる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来るエンジンの燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来ると共に燃料霧化の悪化を抑制することが出来るエンジンの燃料噴射時期制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、燃料噴射を分割して実行させ、そのうちの１つの燃料噴射の燃料噴射タイミングをノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定し、ノッキングセンサ及び複数の気筒を有するエンジンの燃料噴射時期制御装置であって、所定の気筒における第１の燃料噴射タイミングであって、この所定の気筒とは異なる他の燃焼行程にある気筒の吸気上死点よりも前のタイミングで、且つ、他の燃焼行程にある気筒においてノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも前のタイミングで燃料を噴射させる第１の燃料噴射タイミングと、所定の気筒における第２の燃料噴射タイミングであって、他の燃焼行程にある気筒の吸気上死点よりも後のタイミングで、且つ、他の燃焼行程にある気筒においてノッキングが発生し易いクランク角度範囲内におけるタイミングで燃料を噴射させる第２の燃料噴射タイミングと、を設定し、非高負荷運転領域では、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定した第２の燃料噴射タイミングをそのままのタイミングに維持し、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件である高負荷運転領域では、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定した第２の燃料噴射タイミングを、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅いタイミングに変更することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、ノッキングが発生し易い所定のエンジン運転条件では、第２の燃料噴射タイミングをノッキングが発生し易いクランク角度範囲外に変更するので、複数の気筒のうち、吸気行程にある気筒の燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来る。一方、このような燃料噴射タイミングの変更は、ノッキングが発生し易い所定のエンジン運転条件で行われるので、複数の気筒のうち、燃焼行程にある気筒のノッキングを精度良く検出することが出来る。例えば、ノッキングセンサの検出しきい値を低く設定し、小さなノッキングでもエンジンの信頼性に影響を与える高圧縮比型エンジンでのノッキング検出精度を高めることが出来る。
また、高負荷運転領域では、燃料噴射タイミングをノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅いタイミングに変更するので、燃料噴射ノイズに伴うノッキング誤検出を抑制することが出来る。また、ノッキングが発生し易い高負荷運転領域では気筒内の温度が高いので、燃料噴射タイミングを遅くしても燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。これらの結果、本発明によれば、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来ると共に燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。
さらに、本発明においては、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも前のタイミングに設定した第１燃料噴射タイミングと、この第１の燃料噴射タイミングよりも遅く、所定のクランク角度範囲内に設定した燃料噴射タイミングである第２の燃料噴射タイミングとを設定し、第２燃料噴射タイミングを、非高負荷運転領域ではノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定すると共に、高負荷運転領域ではノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅いタイミングに変更する。
従って、第１の燃料噴射により燃料の霧化悪化を抑制しつつ、第２の燃料噴射タイミングを、ノッキングが発生し易い高負荷運転領域では、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅くするので、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来る。さらに、高負荷運転領域では気筒内の温度が高いので、第２の燃料噴射タイミングを遅くしても燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。

本発明において、好ましくは、エンジンは、気筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式エンジンである。
このように構成された本発明においては、筒内噴射エンジンでは燃料噴射圧が高く、噴射ノイズも大きいが、その影響を抑制することが出来る。

本発明によるエンジンの燃料噴射時期制御装置によれば、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来る。また、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来ると共に燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。

本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置により実行される制御の制御フローを示すフローチャートである。 エンジン回転数と吸気負圧とに対し低回転高負荷領域を概略的に示す線図である。 図３の制御フローにより実行される制御内容の一例を示すためのクランク角度に対する第１燃料噴射タイミングと第２燃料噴射タイミングを示すタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置を説明する。
先ず、図１により、本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置を備えたエンジンの概略構成を説明する。図１は本発明の実施形態による燃料噴射時期制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。

先ず、図１に示すように、エンジン１は、燃焼室２ａを形成するシリンダ２と、このシリンダ２内で往復運動するピストン４と、このピストン４に一端が連結されたコネクティングロッド６と、このコネクティングロッド６の他端が連結されたクランクシャフト８と、燃焼室２ａに燃料を供給する燃料供給装置１０とを有する。このエンジン１は、複数の気筒を有する多気筒エンジンである。

また、エンジン１の燃焼室２ａに空気を供給する吸気系統には、吸気を浄化するエアクリーナ１２と、このエアクリーナ１２から吸気ポート２０まで延びる吸気通路１３とが設けられ、吸気通路１３には、エアクリーナ１２を介して吸入された空気の温度及び流量を検出する吸気温／流量センサ１４と、吸入空気量を変化させる電子制御スロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度を検出するスロットルバルブセンサ１８とが設けられている。これらの吸気系統を介して吸入された空気は、燃焼室２ａの吸気開口に連通した吸気ポート２０及びその吸気開口を開閉する吸気バルブ２２を介して、燃焼室２ａ内に流入する。また、エンジン１は、燃焼室２ａ内に流入した空気に燃料を噴射することによって得られる混合気を燃焼させる点火プラグ２３を有する。

燃焼室２ａ内で燃焼された排気ガスは、燃焼室２ａの排気開口に連通した排気ポート２４及び排気開口を開閉する排気弁２６を介して、エンジン１の排気系統に排出される。エンジン１の排気ガスを排気する排気系統には、リニアＯ₂センサ２８と、第１触媒３０と、ラムダＯ₂センサ３２と、第２触媒３４とが設けられている。

また、エンジン１は、クランクシャフト８の回転角を検出するクランク角センサ３６と、エンジンのシリンダブロックのウォータージャケットを流れるエンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ３８と、各気筒で生じるノッキングを検出するノッキングセンサ３９とを有する。本実施形態では、このノッキングセンサ３９は、シリンダブロックの側面に１つ設けられている。

次に、図１に示すように、燃料供給装置１０は、燃料を貯留する燃料タンク４０と、この燃料タンク４０内の燃料を圧送する低圧燃料ポンプ４２と、この低圧燃料ポンプ４２によって圧送された燃料を濾過する燃料フィルタ４４と、低圧燃料ポンプによる加圧圧力を一定にする圧力レギュレータ４６と、低圧燃料ポンプ４２から圧送された燃料を加圧する高圧燃料ポンプ４８と、高圧燃料ポンプ４８によって加圧された燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ５０と、高圧燃料ポンプ４８によって加圧された燃料を燃焼室２ａ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁であるインジェクタ５２と、このインジェクタ５２に供給される圧力が所定の圧力以上になったとき、加圧された燃料を高圧燃料ポンプ４８の上流側に戻す第２燃料圧力調整手段であるリリーフ弁５４とを有する。

次に、図１に示すように、エンジン１は、そのシリンダヘッドの上部に、吸気側カムシャフト６０と、排気側カムシャフト６２を有する。これらの吸気側カムシャフト６０及び排気側カムシャフト６２には、カムシャフト６０、６２の回転に伴って回転し、吸気バルブ２２及び排気弁２６を作動させ、その作動により吸気ポート２０の吸気開口を所定のタイミングで開閉し、また、排気ポート２４の排気開口を所定のタイミングで開閉するように構成された吸気カム６４及び排気カム６６が設けられている。

また、エンジン１は、カムシャフト６０の回転位相を検出する吸気カム角センサ６８を有する。吸気カム角センサ６８は、エンコーダであり、カムシャフト６０が所定単位角度回転する毎に１パルスづつタイミングパルスを出力するよう構成されている。

また、エンジン１は、吸気バルブ２２の開閉タイミングの位相を変化させる可変バルブタイミング機構７０を有する。この可変バルブタイミング機構７０は、吸気側カムシャフト６０の一側端部に設けられ、電動モータにより、吸気バルブ２２の開閉タイミングを所定量進角し或いは遅角させる（ＶＶＴ進角、ＶＶＴ遅角）よう構成されている。

次に、図２により、本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置を説明する。図２は、本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態によるエンジン１は、各センサの検出信号に基づいてエンジン１を制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）８０を有する。エンジン制御ユニット８０は、具体的には、マイクロプロセッサ、メモリ及びそれらを作動させるプログラム等（以上、図示せず）から構成され、燃料噴射時期制御手段８２を有する。エンジン制御ユニット８０は、吸気温／流量センサ１４、クランク角センサ３６、エンジン水温センサ３８、ノッキングセンサ３９、吸気カム角センサ６８などの検出信号に基づいて、燃料噴射パルス幅制御手段８２により、インジェクタ５２による燃料噴射時期を制御するよう構成されている。

本実施形態による燃料噴射時期制御装置は、吸気上死点より前の所定のタイミングで第１の燃料噴射（リーディングパルス噴射）を実行させ、吸気上死点より後の所定のタイミングで第２の燃料噴射（トレーリングパルス噴射）を実行させる分割噴射をするよう構成されている。

次に、図３乃至図５により、本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置による制御内容を説明する。図３は本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置により実行される制御の制御フローを示すフローチャートであり、図４はエンジン回転数と吸気負圧とに対し低回転高負荷領域を概略的に示す線図であり、図５は図３の制御フローにより実行される制御内容の一例を示すためのクランク角度に対する第１燃料噴射タイミングと第２燃料噴射タイミングを示すタイミングチャートである。図３において、Ｓは各ステップを示す。

先ず、図３に示すように、Ｓ１において、エンジン１の筒内が、ノッキングが発生し易い条件か否かを判定する。
ノッキングが発生し易い条件として、本実施形態では、図４に示すように、第１の条件として、エンジン運転条件が、エンジン低回転且つ高負荷である領域Ａであることを条件としている。本実施形態では、具体的に、Ｓ１において、クランク角センサ３６及び吸気温／流量センサ１４により検出された値に基づいて、「エンジン回転数＜３０００ｒｐｍ」且つ「吸気負圧Ｃｅ（空気量をエンジン回転数で割った１回転当たりの空気充填率）＞０．５」が成立したときに、ノッキングが発生し易い条件であると判定している。この領域Ａは、エンジン低回転且つ高負荷であるので、エンジン１の筒内が高温になり、ノッキングが発生しやすい領域である。

また、本実施形態では、他の条件として、吸気温度が高いことを第２の条件としている。吸気温度が高ければ、エンジン１の筒内が高温になり、ノッキングが発生しやすいからである。本実施形態では、Ｓ１において、吸気温／流量センサ１４により検出された値に基づいて、「吸気温＞３０℃」が成立したときに、ノッキングが発生し易い条件であると判定している。

また、本実施形態では、他の条件として、オクタン価学習値が所定値未満であることを第３の条件としている。オクタン価が低ければ、ノッキングが発生しやすいからである。本実施形態では、Ｓ１において、メモリに記憶されているオクタン価に基づいて、「オクタン価学習値＜９１ＲＯＮ」が成立したときに、ノッキングが発生し易い条件であると判定している。

また、本実施形態では、他の条件として、エンジン水温が高いことを第４の条件としている。エンジン水温が高ければ、エンジン１の筒内が高温であることを示していることになり、ノッキングが発生しやすいからである。本実施形態では、Ｓ１において、吸気温／流量センサ１４により検出された値に基づいて、「吸気温＞３０℃」が成立したときに、ノッキングが発生し易い条件であると判定している。

また、本実施形態では、他の条件として、ＶＶＴ進角値が所定値以上であることを第５の条件としている。ＶＶＴ進角値が所定値以上であるときには、有効圧縮比が高くなり、ノッキングが発生しやすいからである。本実施形態では、Ｓ１において、吸気カム角センサ６８により検出された値に基づいて、「ＶＶＴ進角量＞３０クランク角度」が成立したときに、ノッキングが発生し易い条件であると判定している。

本実施形態では、Ｓ１において、上述した条件のうち、少なくとも第１の条件が成立することにより、ノッキングが発生し易い条件であると判定する。以下では、上述した条件のうち、第１の条件が成立した場合を例に説明する。
Ｓ１において、ノッキングが発生し易い条件であると判定されない場合は、Ｓ２に進み、通常の噴射タイミングで燃料を噴射する。

本実施形態における、この通常の噴射タイミングを図５により説明する。
図５では、「通常時」として示してあるように、第１の燃料噴射（リーディングパルス）が、ＢＴＤＣ１２°のタイミングで実行され、第２の燃料噴射（トレーリングパルス）が、ＡＴＤＣ３０°のタイミングで実行される。なお、図５に示すように、第２の燃料噴射タイミングは、他の気筒においてノッキングが発生しやすいクランク角度範囲である約２０°〜４０°にある。なお、この約２０°〜４０°は一例であり、点火時期などにより変化する。

一方、Ｓ１において、ノッキングが発生し易い条件であると判定された場合は、Ｓ３に進み、第２燃料噴射（トレーリングパルス）タイミングをＡＴＤＣ３０°から遅角する。
より詳細には、図５に示すように、第２燃料噴射が、他の気筒においてノッキングが発生しやすいＡＴＤＣ約２０°〜４０°の角度範囲よりも遅いタイミングで実行されるように変更する。

次に、Ｓ４に進み、他の気筒における点火時期が早期化された否かを判定し、早期化された場合には、Ｓ５に進み、第１燃料噴射（リーディングパルス）タイミングを進角する。これは、他の気筒における点火時期が早期化された場合、ノッキングの発生範囲もそれに応じて早期化することになり、燃料を噴射するこの気筒での第１燃料噴射タイミングと、他の気筒でのノッキングの発生範囲が重なる場合があるため、この第１燃料噴射タイミングを早期化（進角）するようにしている。これにより、燃料噴射ノイズに伴うノッキング誤検出を抑制するようにしている。
一方、Ｓ４において、他の気筒における点火時期が早期化されていないと判定された場合には、第１燃料噴射タイミングを早期化せず（Ｓ５の処理を実施せず）、図５に示すようなタイミングを維持する。

なお、本実施形態では、第１燃料噴射及び第２燃料噴射の分割噴射としているが、本実施形態の制御内容を、１回だけ燃料を噴射する燃料噴射装置に適用し、本実施形態と同様に、ノッキングが生じやすい運転条件では、その１回の燃料噴射のタイミングを遅くし、ノッキングが発生し易い所定のクランク角度範囲外にずらすようにしても良い。

次に、本発明の実施形態によるエンジンの燃料噴射時期制御装置の作用効果を説明する。
本実施形態によれば、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件では、燃料噴射タイミングを他の気筒におけるノッキングが発生し易いクランク角度範囲外に変更するので、複数の気筒のうち、吸気行程にある気筒の燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来る。一方、このような燃料噴射タイミングの変更は、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件で行われるので、複数の気筒のうち、燃焼行程にある気筒のノッキングを精度良く検出することが出来る。例えば、ノッキングセンサの検出しきい値を低く設定し、小さなノッキングでもエンジンの信頼性に影響を与える高圧縮比型エンジンでのノッキング検出精度を高めることが出来る。

また、高負荷運転領域では、第２燃料噴射タイミングをノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅いタイミングに変更するので、燃料噴射ノイズに伴うノッキング誤検出を抑制することが出来る。また、ノッキングが発生し易い高負荷運転領域では気筒内の温度が高いので、燃料噴射タイミングを遅くしても燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。これらの結果、本実施形態によれば、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来ると共に燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。

また、第１燃料噴射タイミングを、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも前のタイミングに設定し、第２燃料噴射タイミングを、第２燃料噴射タイミングを、非高負荷運転領域では、ノッキングが発生し易いクランク角度範囲に設定すると共に、高負荷運転領域ではノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅いタイミングに変更するので、第１燃料噴射により燃料の霧化悪化を抑制しつつ、燃料噴射ノイズをノッキングと検出する誤検出を抑制することが出来る。さらに、高負荷運転領域では気筒内の温度が高いので、燃料噴射タイミングを遅くしても燃料霧化の悪化を抑制することが出来る。

また、エンジン１は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式エンジンであり、このような筒内直噴式エンジンは、燃料噴射圧が高く、噴射ノイズも大きいが、上述したように、第１及び／又は第２の燃料噴射タイミングを、他の気筒におけるノッキングが発生し易いクランク角度範囲外に変更するので、その影響を抑制することが出来る。

１ 多気筒直噴式エンジン
２３ 点火プラグ
５２ インジェクタ
８０ エンジン制御ユニット
８２ 燃料噴射時期制御手段

Claims (2)

1. 燃料噴射を分割して実行させ、そのうちの１つの燃料噴射の燃料噴射タイミングをノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定し、ノッキングセンサ及び複数の気筒を有するエンジンの燃料噴射時期制御装置であって、
   所定の気筒における第１の燃料噴射タイミングであって、この所定の気筒とは異なる他の燃焼行程にある気筒の吸気上死点よりも前のタイミングで、且つ、上記他の燃焼行程にある気筒においてノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも前のタイミングで燃料を噴射させる第１の燃料噴射タイミングと、
   上記所定の気筒における第２の燃料噴射タイミングであって、上記他の燃焼行程にある気筒の吸気上死点よりも後のタイミングで、且つ、上記他の燃焼行程にある気筒においてノッキングが発生し易いクランク角度範囲内におけるタイミングで燃料を噴射させる第２の燃料噴射タイミングと、を設定し、
   非高負荷運転領域では、上記ノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定した第２の燃料噴射タイミングをそのままのタイミングに維持し、ノッキングが発生し易いエンジン運転条件である高負荷運転領域では、上記ノッキングが発生し易いクランク角度範囲内に設定した第２の燃料噴射タイミングを、上記ノッキングが発生し易いクランク角度範囲よりも遅いタイミングに変更することを特徴とするエンジンの燃料噴射時期制御装置。
2. 上記エンジンは、上記気筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式エンジンである請求項１に記載のエンジンの燃料噴射時期制御装置。

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