JP6183565B2

JP6183565B2 - 内燃機関の制御装置および制御方法

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Publication number: JP6183565B2
Application number: JP2016561160A
Authority: JP
Inventors: 李奈神尾; 知善伊達; 田中　大輔; 大輔田中; 太吉村; 亮内田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: US20170328296A1; BR112017010701A2; JPWO2016084188A1; CN107002571A; US10436144B2; MX2017006371A; EP3225825B1; WO2016084188A1; EP3225825A1; CN107002571B; MX361853B; EP3225825A4; MY165611A; RU2656074C1

Description

この発明は、燃料供給装置として、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備えてなる内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、燃料カット後のリカバー時の制御に関する。

燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備えてなる内燃機関は、特許文献１などに既に開示されている。特許文献１においては、機関回転速度、吸入空気量および冷却水温をパラメータとしたマップを用いて、両者の噴射量割合を逐次算出しており、燃料カット後の燃料カットリカバーの際も、そのときの機関回転速度や吸入空気量等に応じた噴射量割合でもって燃料供給が再開される。

従って、例えば、低負荷側で主に筒内噴射によって燃料供給を行うように構成したような場合には、筒内噴射の割合が比較的高い噴射量割合でもって燃料カットリカバーが開始されることとなる。

しかしながら、燃料カット中は、筒内で燃焼が行われないことから燃焼室壁温度が徐々に低下していく。このように燃焼室壁温度が低下している状態で筒内噴射用燃料噴射弁から筒内に燃料を噴射すると、壁面に付着する燃料量が増加し、近年問題になっている排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の排出量が増加する。なお、近年、極小の排気微粒子を考慮して、排気微粒子の排出量が、微粒子の総重量ではなく粒子数（ＰＮ：Particle Number）によっても規制される傾向にある。

特開２００７−６４１３１号公報

この発明は、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御装置ないし制御方法において、燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正するようにしたものである。

燃料カットにより燃焼室壁温度が低くなっている状況では、筒内噴射に比較して、吸気ポート噴射の方が粒子状物質の発生が少なくなる。従って、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射の噴射量割合を減少させることで、粒子状物質の排出量が低減する。

燃焼室壁温度は、燃料カットの継続に伴って徐々に低下するので、望ましくは、燃料カット開始からリカバー開始までの燃料カット時間が長いほど上記所定期間を長く設定し、あるいは、推定ないし検出したリカバー開始時の燃焼室壁温度が低いほど上記所定期間を長く設定する。

この発明の一実施例に係る制御装置のシステム構成を示す構成説明図。総噴射量に占める筒内噴射の噴射量割合の特性を示す特性図。一実施例の制御の流れを示すフローチャート。燃料カット期間に対する筒内噴射減少補正期間の特性を示す特性図。燃焼室壁温度に対する筒内噴射減少補正期間の特性を示す特性図。燃料カットおよびリカバー時の種々のパラメータの変化を示すタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば４ストロークサイクルの火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。

上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、主たる燃料噴射弁として燃焼室３内に燃料を直接に噴射する筒内噴射用燃料噴射弁８が配置されている。また吸気ポート７には、補助的な燃料噴射弁として吸気ポート７内へ向けて燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁９が各気筒毎に配置されている。これらの筒内噴射用燃料噴射弁８およびポート噴射用燃料噴射弁９は、いずれも駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。

上記吸気ポート７に接続された吸気通路１１のコレクタ部１２上流側には、エンジンコントローラ１３からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１４が介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１５が配設されている。

また、排気ポート１７に接続された排気通路１８には、三元触媒からなる触媒装置１９が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ２０が配置されている。

上記エンジンコントローラ１３には、上記のエアフロメータ１５、空燃比センサ２０のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ２１、冷却水温を検出する水温センサ２２、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２３、車速を検出する車速センサ２４、吸気通路１１例えばコレクタ部１２における吸気温度を検出する吸気温度センサ２５、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ１３は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁８，９による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、スロットルバルブ１４の開度、等を最適に制御している。

筒内噴射用燃料噴射弁８による筒内噴射とポート噴射用燃料噴射弁９によるポート噴射の噴射量割合は、エンジンコントローラ１３により、内燃機関１の運転条件に応じて制御される。図２は、上記内燃機関１の負荷と回転速度とをパラメータとした内燃機関１の運転領域において、総噴射量（つまり筒内噴射噴射量とポート噴射噴射量との和）に占める筒内噴射の噴射量の割合の特性を示している。なお、図２等において、「ＤＩＧ」は筒内噴射用燃料噴射弁８による筒内噴射を意味し、「ＭＰＩ」はポート噴射用燃料噴射弁９によるポート噴射を意味している。

図２に示すように、この実施例においては、低速低負荷側の領域では筒内噴射の噴射量割合が１００％（つまり要求燃料量の全量が筒内噴射用燃料噴射弁８から噴射される）であり、高速高負荷側の領域では、両者を所定割合で併用した状態、例えば筒内噴射の噴射量割合が７０％程度となる。そして、負荷が高いほど、また機関回転速度が高いほど、筒内噴射の噴射量割合が低くなる傾向となっている。

エンジンコントローラ１３は、図２のような特性に沿って、必要な筒内噴射用燃料噴射弁８の噴射量とポート噴射用燃料噴射弁９の噴射量とを決定する。なお、図２は、内燃機関１の暖機完了後の特性を示しており、機関冷間時は、機関温度例えば冷却水温に基づいて両者の噴射量割合の特性が補正される。あるいは、冷却水温毎に適切な特性に割り付けた複数の制御マップを備えるようにしてもよい。

本発明は、上記のような噴射量割合の制御を前提として、燃料カット後の燃料カットリカバーの際の噴射量割合を所定期間補正するようにしたものである。すなわち、燃料カット中は、筒内で燃焼が行われずに吸気が通流することから、燃焼室壁温度（詳しくはシリンダ壁面やピストン冠面の温度）が比較的急激に低下する。そのため、筒内噴射では、筒内に噴射された燃料が壁面に付着しやすくなり、粒子状物質の排出量が増加する要因となる。本発明では、このような粒子状物質の排出を抑制するために、リカバー時に筒内噴射の噴射量割合の減少補正を行う。

図３は、エンジンコントローラ１３において実行される一実施例の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップ１では、燃料カットが既に開始されているか否か、換言すれば燃料カット中であるか否かを判定する。車両の走行中に運転者がアクセルペダル開度を全閉とすると、所定の燃料カット条件（例えば、冷却水温が暖機完了後であること、車速が所定の閾値以上であること、機関回転速度が所定の閾値以上であること、など）を満たすことを条件として燃料カットが実行される。

ステップ１でＮＯであれば、ステップ１２へ進み、通常の燃料噴射制御を行う。つまり、図２のような噴射量割合の特性に沿って、筒内噴射用燃料噴射弁８の噴射量とポート噴射用燃料噴射弁９の噴射量とが制御される。

燃料カット中であれば、ステップ２へ進み、燃料カット期間を示すカウンタFCTCNTを用いて燃料カット時間の計測を行う。ステップ３では、ステップ２のカウンタFCTCNTの値に基づき、筒内噴射減少補正期間の第１の設定値TFCRDIDTAを、図４に示すような特性のテーブルから求める。ここでは、燃料カット時間が長いほど第１の設定値TFCRDIDTAが大となる。

さらにステップ４へ進み、燃焼室壁温度CCWTEMPの推定を行う。例えば機関運転中の燃焼室壁温度CCWTEMPは、内燃機関１の負荷と回転速度、さらには必要に応じて冷却水温や吸気温度等のパラメータを用いて推定することが可能である。そして、燃料カット中に燃焼室を通過した吸気量と吸気温度等を用いて燃料カット開始時点の推定温度から温度低下分を逐次減算していくことで、燃料カット中の燃焼室壁温度CCWTEMPの推定が可能である。なお、この燃焼室壁温度CCWTEMPの推定の手法としては、上記の例に限られず、どのようなものであってもよい。また、燃焼室壁温度を直接に検出するようにしてもよい。

ステップ５では、ステップ４で推定した燃焼室壁温度CCWTEMPに基づき、筒内噴射減少補正期間の第２の設定値TFCRDIDTBを、図５に示すような特性のテーブルから求める。ここでは、燃焼室壁温度CCWTEMPが低いほど第２の設定値TFCRDIDTBが大となる。

次にステップ６では、ステップ３の第１の設定値TFCRDIDTAとステップ５の第２の設定値TFCRDIDTBとを比較して、より大きな方の値を、筒内噴射減少補正期間の設定値TFCRDIDTとして決定する。

上記のステップ２〜ステップ６の処理は、燃料カット中に繰り返し実行される。これにより、燃料カット中は、そのときまでの燃料カット時間とその時点の燃焼室壁温度CCWTEMPとに応じた筒内噴射減少補正期間の設定値TFCRDIDTが逐次算出される。

ステップ７では、燃料カットリカバーが開始したか否かを判定する。つまり、所定の燃料カットリカバー条件が成立した否かを判定する。例えば、燃料カットリカバー条件としては、運転者によるアクセルペダルの踏込のほか、車速が所定の閾値以下に低下したこと、あるいは、機関回転速度が所定の閾値以下に低下したこと、などが挙げられる。

燃料カットリカバーが開始したら、ステップ７からステップ８へ進み、総噴射量に占める筒内噴射の噴射量の割合を減少補正して、燃料供給を実行する。つまり、そのときの負荷（吸入空気量）と機関回転速度とに基づいて図２のように基本的な噴射量割合が定まるが、この基本的な噴射量割合よりも筒内噴射の噴射量割合を低くした噴射量割合となるように、各々の噴射量が決定される。例えば、基本的な筒内噴射の噴射量割合から所定量を減算する、あるいは基本的な噴射量割合に所定の補正係数を乗じる、などにより、補正後の噴射量割合を決定することができる。このときの補正の程度（例えば、減算量ないし補正係数）は、一定値であってもよく、あるいは、燃料カット時間などの何らかのパラメータに応じて可変的に与えるようにしてもよい。

ステップ９では、リカバー開始からの経過期間を示すカウンタFCRDIDTを用いて、筒内噴射減少補正期間の計測を行う。ステップ１０では、このカウンタFCRDIDTの値を、ステップ６で設定した筒内噴射減少補正期間の設定値TFCRDIDTと比較する。そして、カウンタFCRDIDTの値が設定値TFCRDIDT以上となったら、ステップ１２へ進み、通常の燃料噴射制御に復帰する。設定値TFCRDIDTに達するまでは、ステップ８へ戻り、筒内噴射の噴射量割合の減少補正を継続する。

またステップ１１では、筒内噴射減少補正期間中に、その時点の燃焼室壁温度CCWTEMP（これはステップ４においてリカバー後も継続して推定される）が所定の温度TCCWTEMP以上となったか否かを判定する。燃料供給の再開により燃焼室壁温度CCWTEMPが上昇してくるので、カウンタFCRDIDTの値が設定値TFCRDIDTに達する前に燃焼室壁温度CCWTEMPが所定温度TCCWTEMP以上となったら、筒内噴射の噴射量割合の減少補正を終了し、ステップ１２の通常の燃料噴射制御に復帰する。所定温度TCCWTEMPとしては、例えば、１４０℃程度である。なお、前述した筒内噴射減少補正期間の設定値TFCRDIDTも、実際の燃焼室壁温度が１４０℃程度に復帰する時期を目標に設定されている。

図６は、上記実施例の制御による動作を説明するためのタイムチャートであって、燃料カット開始から燃料カットリカバーに至るまでの種々のパラメータの変化を示している。図の上段から順に、（ａ）機関回転速度、（ｂ）筒内の当量比、（ｃ）燃料カット期間を示すカウンタFCTCNT、（ｄ）筒内噴射減少補正期間を示すカウンタFCRDIDT、（ｅ）燃焼室壁温度CCWTEMP、（ｆ）ポート噴射の噴射量割合、（ｇ）筒内噴射の噴射量割合、（ｈ）排気中の粒子数（ＰＮ：Particle Number）、をそれぞれ示す。

この図の例では、時間ｔ１までは筒内噴射とポート噴射とが図２の特性に従って所定の割合で行われている。時間ｔ１において、運転者がアクセルペダル開度を全閉としたことで燃料カットが実行される。これにより、機関回転速度は徐々に低下する。同時に燃焼室壁温度は徐々に低下していく。燃料カットの継続時間は、カウンタFCTCNTによって計測される。

その後、時間ｔ２において、例えば車速の閾値までの低下などのリカバー条件に基づき、燃料カットリカバーが実行される。このリカバーの際の燃焼室壁温度CCWTEMPおよび燃料カット時間（カウンタFCTCNT）に基づいて、筒内噴射減少補正期間の設定値TFCRDIDTが決定される。そして、リカバー開始から筒内噴射減少補正期間の間は、図の（ｆ），（ｇ）に示すように、筒内噴射の噴射量割合が低く与えられ、かつポート噴射の噴射量割合が高く与えられる。なお、破線は、図２のような基本的な通常時の特性を示している。

時間ｔ３において、筒内噴射減少補正期間（カウンタFCRDIDT）が設定値TFCRDIDTに達し、噴射量割合の補正が終了する。以後は、通常の噴射量割合に制御される。

なお、図示例では、燃料カットリカバーの際に、触媒装置１９を酸素過剰な状態から早期に復帰させるために所謂リッチスパイクが与えられ、当量比は一時的にリッチな状態となる。このリッチスパイクは、必ずしも時間ｔ３まで継続されるものではない。

このように燃料カットリカバー後の時間ｔ２〜ｔ３の間に、筒内噴射の噴射量割合を減少補正することで、リカバー時の粒子状物質の排出量が抑制される。図の（ｈ）の破線は、噴射量割合の補正を行わずにリカバーを実行した場合の粒子数ＰＮの特性を示し、実線は、上記実施例のように噴射量割合の補正を行った場合の粒子数ＰＮの特性を示している。図示するように、燃料カットリカバー時は、燃焼室壁温度が低下することで粒子数ＰＮが増加するが、上記実施例では、筒内噴射の噴射量割合を減少補正することで、粒子数ＰＮの増加が抑制される。

なお、図の（ｅ）燃焼室壁温度CCWTEMPは、リカバー開始後、図示するように上昇し、カウンタFCRDIDTの値が設定値TFCRDIDTに達する時間ｔ３においては、筒内噴射によっても粒子状物質が多く生成されない十分な温度に達している。図６では、理解を容易にするために、燃焼室壁温度CCWTEMPが時間ｔ３において同時に所定温度TCCWTEMPに達しているが、前述したように、カウンタFCRDIDTの値が設定値TFCRDIDTに達する前に所定温度TCCWTEMP以上となれば、その時点で噴射量割合の補正が終了する。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば図３の例では、燃料カット時間と燃焼室壁温度との双方を用いて筒内噴射減少補正期間を設定しているが、いずれか一方のみから筒内噴射減少補正期間を設定するようにしてもよい。

Claims

燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御装置において、
燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正し、
ここで、燃料カット開始からリカバー開始までの燃料カット時間が長いほど上記所定期間を長く設定する、内燃機関の制御装置。
燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御装置において、
燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正し、
ここで、リカバー開始時の燃焼室壁温度を推定ないし検出し、このリカバー開始時の燃焼室壁温度が低いほど上記所定期間を長く設定する、内燃機関の制御装置。
燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御装置において、
燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正し、
ここで、リカバー開始後の燃焼室壁温度を推定もしくは検出し、上記所定期間の間に燃焼室壁温度が所定温度以上となったときに、噴射量割合の減少補正を終了する、内燃機関の制御装置。
燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御方法において、
燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正し、
ここで、燃料カット開始からリカバー開始までの燃料カット時間が長いほど上記所定期間を長く設定する、内燃機関の制御方法。
燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御方法において、
燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正し、
ここで、リカバー開始時の燃焼室壁温度を推定ないし検出し、このリカバー開始時の燃焼室壁温度が低いほど上記所定期間を長く設定する、内燃機関の制御方法。
燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備え、両者の噴射量割合を機関運転条件に応じて制御するとともに、内燃機関の所定の減速時に燃料カットを行う内燃機関の制御方法において、
燃料カット状態から燃料供給を再開する燃料カットリカバーのときに、リカバー開始から所定期間の間、筒内噴射用燃料噴射弁の噴射量割合を減少補正し、
ここで、リカバー開始後の燃焼室壁温度を推定もしくは検出し、上記所定期間の間に燃焼室壁温度が所定温度以上となったときに、噴射量割合の減少補正を終了する、内燃機関の制御方法。