JP5951388B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る制御装置を含む、車両用内燃機関のシステム図である。
図1に示す内燃機関1は、吸気管2から分岐して各気筒の燃焼室に接続される吸気ポート2aに燃料噴射弁3を備え、燃料噴射弁3は、吸気ポート2a内に燃料を噴射する。
吸気管2には、スロットルモータ9で開閉される電子制御スロットル10が配され、電子制御スロットル10は、内燃機関1の吸入空気量を調整する。
燃料供給装置13は、燃料タンク11、燃料ポンプ12、燃料ギャラリー配管14、燃料供給配管15、燃料フィルタ16などを備える。
燃料ポンプ12は、モータでポンプインペラを回転駆動する電動式流体用ポンプであり、燃料タンク11内に配置される。
尚、チェックバルブ(逆止弁)12a及びリリーフバルブ12bを、燃料ポンプ12から分離して、燃料供給配管15の途中に設けることができる。
燃料供給配管15の途中の燃料タンク11内に位置する部分には、燃料をろ過する燃料フィルタ16を設けてある。
燃料ギャラリー配管14には、各気筒の燃料噴射弁3がそれぞれ接続される。
また、燃料ポンプ12を駆動する制御装置(制御ユニット)として、コンピュータを備えるFPCM(フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール)30を設けてある。
尚、ECM31がFPCM30としての機能及び回路を備えるようにして、FPCM30を省略することができる。
各種センサとして、燃料ギャラリー配管14内の燃圧FUPR(kPa)、即ち、燃料噴射弁3への燃料供給圧を検出する燃圧センサ33、図外のアクセルペダルの踏み込み量ACC(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ34、内燃機関1の吸入空気流量QAを検出するエアフローセンサ35、内燃機関1の回転速度NEを検出する回転センサ36、内燃機関1の冷却水温度TW(機関温度)を検出する水温センサ37、内燃機関1の排気中の酸素濃度に応じて内燃機関1の燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比センサ38などを設けてある。
また、ECM31は、機関負荷、機関回転速度、機関温度などの運転条件に基づき、燃圧FUPRの目標値TGFUPRを設定し、燃圧センサ33の出力に基づき検出した燃圧FUPRが、目標値TGFUPRに近づくように、燃料ポンプ12のPWM制御におけるデューティ比(操作量)を決定する、燃圧フィードバック制御を行う。
燃料噴射弁3は、噴射パルス信号のパルス幅に比例する量の燃料を噴射し、噴射パルス幅は、燃料噴射量の指令値である。
ステップS101では、内燃機関1の運転条件に基づいて、燃料噴射量の指令値である噴射パルス幅TI(ms)を演算する。
まず、エアフローセンサ35の出力信号に基づき吸入空気流量QAを検出し、また、回転センサ36の出力信号に基づき機関回転速度NEを検出し、これら吸入空気流量QA及び機関回転速度NEに基づき、燃料の供給圧が基準圧であるときに対応する基本噴射パルス幅TP(ms)を算出する。
また、燃圧FUPRによる単位時間当たりの噴射量の変化に対応するための補正係数、冷機時に燃料噴射量を増量するための補正係数、空燃比センサ38で検出される空燃比を目標空燃比に近づけるための補正係数などを含む、基本噴射パルス幅TPを補正するための各種補正係数COを算出する。
そして、基本噴射パルス幅TPを各種補正係数COで補正して、燃料噴射量を指示する噴射パルス幅TIを算出する。
噴射終了タイミングは、予め定めた固定の時期とすることができる他、内燃機関1の運転条件に応じて可変に設定することができる。噴射終了タイミングの決定に用いる運転条件としては、一例として、機関負荷、機関回転速度、機関温度、始動、異常燃焼の有無などがある。
吸気脈動に伴って噴射場圧力が変動するため、噴射タイミングを異なると、噴射タイミングにおける噴射場圧力が異なるようになり、また、噴射タイミングが一定でも、運転条件によって噴射場圧力が変化することで噴射タイミングでの噴射場圧力が変化し、係る噴射場圧力の変化に伴って燃料噴射弁3における流量特性が変化する。
そこで、噴射タイミングにおける噴射場圧力(吸気ポート2a内の圧力)による燃料流量のばらつきを補償するための補正分(指示燃料量の変更量)として、補正パルス幅THOSを演算する。
また、図3では、燃料噴射弁3の構造の一例として、球状の弁体を用いた噴射弁を示している。そして、図3に示す燃料噴射弁3では、球状の弁体3aが、下流側に向けて先細りとなるように漏斗状に形成した弁座3bに着座して閉弁状態となり、図示省略した電磁コイルの磁気吸引力によって弁体3aがリフトし、弁座3bから離れると開弁状態となる。そして、開弁状態では、弁体3aと弁座3bとの隙間を燃料が通って、弁体3aと噴孔3cとの間の燃料溜り(デッドボリューム)3dに流入し、噴孔3cから燃料が噴射される。
図3(A)は、燃料溜り3d内に燃料ベーパVAは発生しておらず、噴射場圧力P3よりも燃料溜り3d内の圧力P2が高く、また、燃料溜り3d内の圧力P2よりも弁体3aの上流側の圧力P1が高い状態を示す。
そして、燃料溜り3d内の圧力P2に伴い、弁体3aの上流側の圧力P1と燃料溜り3d内の圧力P2との差圧ΔP(換言すれば、弁体3aの前後差圧)が、燃料ベーパVAが発生していない場合(図3(A))に比べて低下し、この状態で燃料噴射を開始すると、燃料噴射弁3の流量が、燃料ベーパVAが発生していない場合に比べて低下する。
そして、上記のようにして、噴射場圧力によって流量ばらつきが生じることで、図4に示すように、噴射場圧力の違いに応じて空燃比エラーが生じ、特に、燃料ベーパが発生するような噴射場圧力のときに((B)及び(D)の噴射場圧力の場合に)、指示値に対して実際の燃料噴射量が不足し、空燃比がリーン化する。
ここで、噴射場圧力P2の違いによる燃料噴射量のばらつきは、噴射開始時における噴射場圧力P2に高い相関を示す。従って、噴射開始時(噴射開始タイミング)における噴射場圧力P2を推定し、この噴射場圧力P2に応じて補正パルス幅THOS(燃料噴射量の指示値の変更量)を演算する。
図5のフローチャートに示すルーチンは、ECM31によって一定時間毎に実行され、まず、ステップS111では、機関回転速度NEと噴射開始タイミングとに基づいて、噴射開始タイミング(噴射開始時)における噴射場圧力を演算(推定)する。
尚、噴射パルス幅TIは、噴射場圧力が標準値であるときに、目標空燃比を形成できる燃料噴射量を噴射できる値として算出されるものとする。
補正パルス幅THOSは、予め噴射開始タイミングにおける噴射場圧力毎に、目標空燃比を得るための噴射パルス幅TIの補正分を、実験やシミュレーションによって求めて、テーブル値として記憶させたものである。
また、燃料溜り3d内の燃料にベーパが発生している状態で燃料噴射が開始されることになる噴射場圧力及び噴射開始タイミングの場合(図5のステップS112に示す(B)の条件である場合)であれば、弁体の前後差圧の低下を補うために、噴射パルス幅TIに対する加算項である補正パルス幅THOS(>0)を、燃料ベーパが発生しない場合に比べてより大きな値に設定する。
そして、ステップS106では、ステップS103で演算した噴射開始タイミング(噴射開始クランク角位置)になったか否かを判断し、噴射開始タイミングになると、ステップS107へ進み、噴射パルス幅TILの噴射パルス信号を、噴射開始タイミングである気筒に設けられた燃料噴射弁3に対して出力する。
例えば、ステップS104での演算処理の他の例を示す図6のフローチャートでは、補正パルス幅THOSを、噴射パルス幅TI、換言すれば、機関負荷(トルク)に応じて変更する。
そして、ステップS122では、ステップS121で求めた噴射開始タイミングにおける噴射場圧力及び噴射パルス幅TIに基づいて補正パルス幅THOSを決定する。
これは、噴射パルス幅TIが長くなるほど、噴射開始タイミンングでの噴射場圧力による噴射量のばらつき分が全噴射量に占める割合が少なくなり、補正パルス幅THOSによる補正を行わない状態での空燃比エラーが小さくなるためである。
このように、噴射パルス幅TIが長いほど、噴射場圧力に応じた噴射パルス幅TIの変更量(補正量)をより小さく設定すれば、噴射パルス幅TIが異なる条件であっても、空燃比エラーを十分に小さく抑制することができる。
また、噴射終了タイミングを算出することなく、噴射開始タイミングを機関運転条件に応じて可変に設定し、噴射パルス幅によって噴射終了タイミングが前後する噴射制御とすることができる。
即ち、噴射開始タイミングは、固定値、可変値のいずれであってもよく、噴射開始タイミングを可変設定する処理としては、公知の種々の処理を適宜採用できる。
そこで、吸気バルブ4の開弁特性を可変する可変動弁機構、排気還流装置、吸気制御バルブのうちの少なくとも1つを備える内燃機関においては、吸気バルブ4の開弁特性、排気還流量、吸気制御バルブの開閉状態のうちの少なくとも1つと、機関回転速度との組み合わせから、噴射開始タイミングにおける噴射場圧力を求めることができる。
また、噴射開始タイミングでの噴射場圧力を求めた後、噴射場圧力に基づき補正パルス幅THOSを決定するというステップ処理を簡略化し、例えば、噴射開始タイミングと機関回転速度NEとから補正パルス幅THOSを決定することができる。
また、吸気管内圧(ブースト)を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの出力に基づき、各気筒の噴射開始タイミングでの噴射場圧力を検出することができる。
(イ)吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気バルブの開特性を可変とする可変動弁機構とを備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記燃料噴射弁の噴射開始タイミング、機関回転速度及び前記可変動弁機構によって可変とされる吸気バルブの開特性に基づき、噴射タイミングでの噴射場圧力を演算し、
前記噴射場圧力に応じて前記燃料噴射弁の指令値を変更する、内燃機関の制御装置。
上記発明によると、吸気バルブの開特性が変化することで、噴射タイミングにおける噴射場圧力が変化することに対応して、燃料噴射量の指令値を変更することができる。
前記燃料噴射弁の噴射開始タイミング、機関回転速度及び前記排気還流装置による排気還流量に基づき、噴射タイミングでの噴射場圧力を演算し、
前記噴射場圧力に応じて前記燃料噴射弁の指令値を変更する、内燃機関の制御装置。
上記発明によると、排気還流量が変化することで、噴射タイミングにおける噴射場圧力が変化することに対応して、燃料噴射量の指令値を変更することができる。
前記燃料噴射弁の噴射開始タイミング、機関回転速度及び前記吸気制御バルブの開閉状態に基づき、噴射タイミングでの噴射場圧力を演算し、
前記噴射場圧力に応じて前記燃料噴射弁の指令値を変更する、内燃機関の制御装置。
上記発明によると、吸気制御バルブの開閉状態が変化することで、噴射タイミングにおける噴射場圧力が変化することに対応して、燃料噴射量の指令値を変更することができる。
上記発明によると、噴射タイミングでの噴射場圧力によって、燃料溜りにおける燃料状態が変化することで生じる流量ばらつきに対し、噴射量の指示値を変更することで、空燃比エラーを抑制することができる。
Claims (3)
- 弁体と噴孔との間に燃料溜りを有する燃料噴射弁によって吸気ポート内に燃料が噴射される内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁に出力する噴射パルス信号のパルス幅を変更することで前記燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する制御装置において、
前記燃料噴射弁の噴射開始タイミングでの前記吸気ポート内の圧力の標準値に対する差分を、前記吸気ポート内の圧力の変動位相及び振幅に相関する機関回転速度と、前記燃料噴射弁の噴射開始タイミングとに基づいて推定し、
前記標準値からの前記吸気ポート内の圧力変化による前記燃料噴射弁内における燃料ベーパ状態の変化による燃料噴射量の減少分を補正するための補正量を前記差分に基づいて設定して前記噴射パルス信号のパルス幅を増大補正する、
内燃機関の制御装置。 - 前記燃料噴射弁の燃料溜り内に滞留する燃料中にベーパが発生している状態で燃料噴射が開始されるときに前記噴射パルス信号のパルス幅を増大補正すると共に、前記燃料噴射弁の開弁時に前記弁体の上流側に滞留する燃料中にベーパが発生するときに前記噴射パルス信号のパルス幅を増大補正する、請求項1記載の内燃機関の制御装置。
- 増大補正前の前記噴射パルス信号のパルス幅が長いほど前記パルス幅を増大補正する補正量を小さくする、請求項1又は請求項2記載の内燃機関の制御装置。
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