JP6326728B2 - Control device and control method for internal combustion engine - Google Patents
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Description
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、を備えた内燃機関の制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for an internal combustion engine including an in-cylinder injection fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber and a port injection fuel injection valve that injects fuel into an intake port.
特許文献1には、燃焼室に高オクタン価燃料であるアルコールを噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに低オクタン価燃料であるガソリンを噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を併用し、両者の分担率を適宜に制御するようにした内燃機関が開示されている。
In
さらに、この特許文献1には、ノックセンサによりノッキングの発生が検出された場合に、筒内噴射の割合を増量することで、高オクタン価燃料の割合を増加させて、ノック発生を抑制することが開示されている。また一般的に、燃焼室内の点火プラグから遠い部分の未燃の混合気(エンドガス)が断熱圧縮により一気に自己着火する、いわゆるスパークノックに対しては、筒内噴射による気化潜熱がノック低減に有効である。
Further, in
筒内噴射では、燃焼室内に燃料を直接的に噴射することから、噴霧のペネトレーション(貫徹力)が高く、この燃料噴霧によって、特に機関冷機時に、シリンダ壁の近傍で燃料とオイルとが蒸発することなく混ざり合い、これが点火時期前に異常燃焼する、いわゆるスーパーノックを生じるおそれがある。 In-cylinder injection directly injects fuel into the combustion chamber, resulting in high spray penetration, and fuel and oil evaporate near the cylinder wall, especially when the engine is cold. There is a risk that they will mix together and cause a so-called super knock, which burns abnormally before the ignition timing.
このような筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼(スーパーノック)は、上述した通常のスパークノックとは異なり、筒内噴射の分担率を増加させることでは抑制できず、逆に筒内噴射の分担率を増加させると異常燃焼を発生するリスクが高くなる。 Such abnormal combustion (super knock) before the ignition timing caused by in-cylinder injection cannot be suppressed by increasing the share ratio of in-cylinder injection, unlike the normal spark knock described above. Increasing the share of injection increases the risk of abnormal combustion.
本発明は、このような筒内噴射に起因する異常燃焼の発生を抑制することができる新規な内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a novel control device and control method for an internal combustion engine that can suppress the occurrence of abnormal combustion due to such in-cylinder injection.
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、を備える。そして、筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼を検知し、上記異常燃焼を検知した場合に、上記筒内噴射の分担率を低下するとともに、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、上記ポート噴射の分担率を増加する。 A cylinder injection fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber; and a port injection fuel injection valve that injects fuel into the intake port. When abnormal combustion before the ignition timing due to in-cylinder injection is detected and the abnormal combustion is detected, the share ratio of the in-cylinder injection is reduced and the share ratio of the in-cylinder injection is reduced. The share ratio of the port injection is increased so as to compensate for the decrease in the fuel injection amount.
本発明によれば、筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼(スーパーノック)を検知した場合に、筒内噴射の分担率を低下することで、このような異常燃焼の発生を抑制・回避しつつ、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、ポート噴射の分担率を増加することで、要求に見合った燃料噴射量を確保し、トルク変動を抑制して機関運転性の悪化を抑制することができる。 According to the present invention, when abnormal combustion (super knock) before the ignition timing due to in-cylinder injection is detected, the occurrence of such abnormal combustion is suppressed by reducing the share ratio of in-cylinder injection. While avoiding this, increasing the port injection share rate to compensate for the decrease in fuel injection amount accompanying the decrease in in-cylinder injection share rate ensures a fuel injection amount that meets the requirements and reduces torque fluctuations. It is possible to suppress the deterioration of engine operability.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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、例えば複リンク式ピストンクランク機構を利用した可変圧縮比機構2を備えた4ストロークサイクルのターボ過給器付き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。
FIG. 1 shows the system configuration of an automotive
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、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、該吸気ポート7内へ向けて燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁41が配置されている。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41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。
A cylinder injection fuel injection valve 8 that directly injects fuel into the
上記吸気ポート7に接続された吸気通路18のコレクタ部18a上流側には、エンジンコントローラ9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19が介装されており、さらにその上流側に、ターボ過給器のコンプレッサ20が配設されている。このコンプレッサ20の上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ10が配設されている。
An electronically controlled
また、排気ポート11に接続された排気通路12には、三元触媒からなる触媒装置13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14が配置されている。
In addition, a
更に、筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼である、いわゆるスーパーノックの発生(これに起因する振動)を検知するノックセンサ42がシリンダブロック29に取り付けられている。スーパーノックは、筒内噴射により燃焼室内に直接的に噴射供給された液滴の燃料噴霧がシリンダ壁の近傍でオイルと混ざり、あるいは燃料噴霧によりはじき出されたオイルと混ざり、これを熱源として点火時期前に異常燃焼を生じる現象であり、特に機関温度の低い機関冷機時に生じ易い。
Further, a
上記エンジンコントローラ9には、上記のエアフロメータ10、空燃比センサ14及びノックセンサ42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15、冷却水温を検出する水温センサ16、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17、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9は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁8,41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19の開度、等を最適に制御している。
In addition to the
一方、可変圧縮比機構2は、公知の複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクシャフト21のクランクピン21aに回転自在に支持されたロアリンク22と、このロアリンク22の一端部のアッパピン23とピストン24のピストンピン24aとを互いに連結するアッパリンク25と、ロアリンク22の他端部のコントロールピン26に一端が連結されたコントロールリンク27と、このコントロールリンク27の他端を揺動可能に支持するコントロールシャフト28と、を主体として構成されている。上記クランクシャフト21および上記コントロールシャフト28は、シリンダブロック29下部のクランクケース内で図示せぬ軸受構造を介して回転自在に支持されている。上記コントロールシャフト28は、該コントロールシャフト28の回動に伴って位置が変化する偏心軸部28aを有し、上記コントロールリンク27の端部は、詳しくは、この偏心軸部28aに回転可能に嵌合している。上記の可変圧縮比機構2においては、コントロールシャフト28の回動に伴ってピストン24の上死点位置が上下に変位し、従って、機械的な圧縮比が変化する。
On the other hand, the variable
また、上記可変圧縮比機構2の圧縮比を可変制御する駆動機構として、クランクシャフト21と平行な回転中心軸を有する電動モータ31がシリンダブロック29下部に配置されており、この電動モータ31と軸方向に直列に並ぶように減速機32が接続されている。この減速機32としては、減速比の大きな例えば波動歯車機構が用いられており、その減速機出力軸32aは、電動モータ31の出力軸(図示せず)と同軸上に位置している。従って、減速機出力軸32aとコントロールシャフト28とは互いに平行に位置しており、両者が連動して回動するように、減速機出力軸32aに固定された第1アーム33とコントロールシャフト28に固定された第2アーム34とが中間リンク35によって互いに連結されている。
As a drive mechanism for variably controlling the compression ratio of the variable
すなわち、電動モータ31が回転すると、減速機32により大きく減速された形で減速機出力軸32aの角度が変化する。この減速機出力軸32aの回動は第1アーム33から中間リンク35を介して第2アーム34へ伝達され、コントロールシャフト28が回動する。これにより、上述したように、内燃機関1の機械的な圧縮比が変化する。なお図示例では、第1アーム33および第2アーム34が互いに同方向に延びており、従って、例えば減速機出力軸32aが時計回り方向に回動するとコントロールシャフト28も時計回り方向に回動する関係となっているが、逆方向に回動するようにリンク機構を構成することも可能である。
That is, when the
上記可変圧縮比機構2の目標圧縮比は、エンジンコントローラ9において、機関運転条件(例えば要求負荷と機関回転速度)に基づいて設定され、この目標圧縮比を実現するように上記電動モータ31が駆動制御される。
The target compression ratio of the variable
次に、図2は、上記実施例の構成においてスーパーノック抑制のために行われる制御の流れを示すフローチャートである。このルーチンは、エンジンコントローラ9において、例えば所定時間毎あるいは各気筒の点火間隔に対応した間隔でもって繰り返し実行される。
Next, FIG. 2 is a flowchart showing a flow of control performed for super knock suppression in the configuration of the above embodiment. This routine is repeatedly executed in the
ステップS1では、上記のノックセンサ42及びクランク角センサ15の検出信号に基づいて、スーパーノックの発生気筒を検知したかを判定する。スーパーノックの発生を検知していなければ本ルーチンを終了し、スーパーノックの発生を検知した場合、ステップS2以降へ進む。
In step S <b> 1, it is determined based on the detection signals of the
ステップS2では、スーパーノックの発生を検知した気筒に対し、筒内噴射とポート噴射の分担率を変更・補正する。つまり、筒内噴射の分担率を低下するとともに、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、ポート噴射の分担率を増加する(異常燃焼抑制手段)。 In step S2, the share ratio between in-cylinder injection and port injection is changed and corrected for the cylinder in which the occurrence of super knock is detected. In other words, the ratio of in-cylinder injection is decreased, and the ratio of port injection is increased so as to compensate for the decrease in the fuel injection amount accompanying the decrease in the ratio of in-cylinder injection (abnormal combustion suppression means).
この際に変更・補正される分担率は、筒内噴射用燃料噴射弁8のペネトレーション(貫徹力)の他、可変圧縮比機構8を備える構成の場合には、圧縮比に応じて変化するピストンとシリンダボアとの位置関係を考慮して変更後の分担率が設定される。 In this case, the sharing ratio to be changed / corrected is a piston that changes in accordance with the compression ratio in the case of the configuration including the variable compression ratio mechanism 8 in addition to the penetration of the in-cylinder injection fuel injection valve 8. The changed sharing rate is set in consideration of the positional relationship between the cylinder bore and the cylinder bore.
なお、ポート噴射のみによる運転が可能な運転領域であれば、筒内噴射に起因するスーパーノックの発生を確実に抑制するために、筒内噴射を停止し、つまり筒内噴射の分担率を0%とし、ポート噴射の分担率を100%として、このポート噴射により燃焼噴射量の全量を噴射する。 In addition, in the operation region in which operation by only port injection is possible, in order to reliably suppress the occurrence of super knock caused by in-cylinder injection, in-cylinder injection is stopped, that is, the share ratio of in-cylinder injection is reduced to 0. %, And the port injection share is 100%, and the entire amount of combustion injection is injected by this port injection.
ステップS3では、分担率の変更・補正に伴い、圧縮比を低下側に補正する。これは、筒内噴射の分担率の低下に伴い、筒内噴射による気化潜熱作用が低減し、通常のスパークノックのリスクが増大するために、この通常のスパークノックの発生を抑制するように、圧縮比を低下させる。 In step S3, the compression ratio is corrected to the lower side in accordance with the change / correction of the sharing ratio. This is because the latent heat of vaporization due to in-cylinder injection decreases as the share of in-cylinder injection decreases, and the risk of normal spark knock increases, so that the occurrence of this normal spark knock is suppressed. Reduce compression ratio.
同様に、ステップS4では、分担率の変更・補正に伴う通常のスパークノックの発生を抑制するように、点火時期を遅角側へ補正する。この際の点火時期の遅角量は、ポート噴射の分担率の増加分が大きいほど、遅角量も大きくされる。 Similarly, in step S4, the ignition timing is corrected to the retard side so as to suppress the occurrence of normal spark knock accompanying the change / correction of the sharing ratio. The retard amount of the ignition timing at this time is increased as the increase in the share of port injection increases.
なお、この実施例では分担率の変更に伴って圧縮比と点火時期の双方を行っているが、いずれか一方を行うようにしても良い。 In this embodiment, both the compression ratio and the ignition timing are performed in accordance with the change of the sharing ratio, but either one may be performed.
ステップS5では、ノックセンサ42の検出信号,吸気温,油水温等の運転条件に基づいて、異常燃焼の発生が十分に抑制・回避されたか否かを判定する。異常燃焼の発生が抑制・回避されていると判定された場合には、ステップS6へ進み、変更・補正した分担率,圧縮比及び点火時期を通常の値に戻す。
In step S5, it is determined whether or not the occurrence of abnormal combustion has been sufficiently suppressed / avoided based on operating conditions such as the detection signal of the
図3は、このような本実施例の制御を適用した場合のタイミングチャートである。同図に示すように、点火時期t2よりも前のスーパーノックの発生を検知すると、検知気筒の次回以降の燃料噴射においては、筒内噴射(GDIパルス)を停止し、代わりにポート噴射(MPIパルス)を実施する。また、圧縮比を低下させるとともに、点火時期を遅角側に補正する。なお、この実施例では、応答性の低い圧縮比の低下を異常燃焼の検知直後t2から行い、応答性の高い点火時期の遅角については、分担率変更後t3から行っているが、これに限らず、例えば圧縮比の応答性が高い場合には、圧縮比の低下を分担率変更直後t3から行うようにしても良い。 FIG. 3 is a timing chart in the case where the control of this embodiment is applied. As shown in the figure, when the occurrence of super knock before the ignition timing t2 is detected, in the fuel injection after the next detection cylinder, in-cylinder injection (GDI pulse) is stopped and port injection (MPI) is performed instead. Pulse). Further, the compression ratio is reduced and the ignition timing is corrected to the retard side. In this embodiment, the compression ratio with low responsiveness is decreased immediately after the detection of abnormal combustion from t2, and the ignition timing retardation with high responsiveness is performed from t3 after the sharing ratio change. For example, when the responsiveness of the compression ratio is high, the compression ratio may be decreased from t3 immediately after the share ratio change.
[1]以上のように本実施例では、筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼(スーパーノック)を検知した場合に、筒内噴射の分担率を低下することで、このような異常燃焼の発生を抑制・回避しつつ、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、ポート噴射の分担率を増加することで、要求に見合った燃料噴射量を確保し、トルク変動を抑制して機関運転性の悪化を抑制することができる。 [1] As described above, in the present embodiment, when abnormal combustion (super knock) before the ignition timing due to in-cylinder injection is detected, such an abnormality is reduced by reducing the share ratio of in-cylinder injection. While suppressing and avoiding the occurrence of combustion, increasing the port injection share ratio to compensate for the decrease in fuel injection quantity accompanying the decrease in the in-cylinder injection share ratio, the fuel injection quantity meeting the requirements can be increased. It is possible to secure and suppress the torque fluctuation to suppress the deterioration of the engine operability.
[2]特に、ポート噴射のみによる運転が可能な場合には、異常燃焼を検知した場合に、筒内噴射を完全に停止し、ポート噴射により燃焼噴射量の全量を噴射することで、異常燃焼の発生をより確実に抑制することができる。 [2] In particular, when operation by only port injection is possible, when abnormal combustion is detected, in-cylinder injection is completely stopped, and the entire amount of combustion injection is injected by port injection, thereby causing abnormal combustion. Can be more reliably suppressed.
[3]また、内燃機関の機械的な圧縮比を可変とする可変圧縮比機構2を備える構成においては、異常燃焼の検知時に、筒内噴射の分担率の低下に応じて、圧縮比を低下させる。これにより、筒内噴射の低下に伴う気化潜熱作用の低下により通常のスパークノックの発生のリスクの増大を、圧縮比の低下により相殺・低減し、スパークノックの発生を抑制することができる。
[3] Further, in the configuration provided with the variable
[4]同様に、異常燃焼の検知時には、筒内噴射の分担率の低下に応じて点火時期を遅角することで、筒内噴射の低下に伴う通常のスパークノックの発生を抑制することができる。 [4] Similarly, when abnormal combustion is detected, the ignition timing is retarded in accordance with the decrease in the in-cylinder injection share rate, thereby suppressing the occurrence of normal spark knock associated with the decrease in in-cylinder injection. it can.
[5]更に、異常燃焼が発生した気筒を特定可能な場合には、この異常燃焼が発生した気筒のみ、筒内噴射の分担率を変更・補正し、他の気筒の分担率を変更・補正しない構成とすることで、機関運転性の変動を最小限に抑制することができる。 [5] Further, when it is possible to identify the cylinder in which the abnormal combustion has occurred, only the cylinder in which the abnormal combustion has occurred is changed / corrected for the in-cylinder injection ratio, and the other cylinders are changed / corrected. By adopting such a configuration, fluctuations in engine operability can be minimized.
1…内燃機関
2…可変圧縮比機構
6…点火プラグ
8…筒内噴射用燃料噴射弁
9…エンジンコントローラ
14…空燃比センサ
20…コンプレッサ
41…ポート噴射用燃料噴射弁
42…ノックセンサ(異常燃焼検知手段)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段と、
上記異常燃焼を検知した場合に、上記筒内噴射の分担率を低下するとともに、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、上記ポート噴射の分担率を増加する異常燃焼抑制手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A fuel injection valve for in-cylinder injection that injects fuel into the combustion chamber; and a fuel injection valve for port injection that injects fuel into the intake port. In the control device for the internal combustion engine set according to
Abnormal combustion detection means for detecting abnormal combustion before the ignition timing due to the in-cylinder injection;
When the abnormal combustion is detected, the share ratio of the in-cylinder injection is decreased, and the share ratio of the port injection is increased so as to compensate for the decrease in the fuel injection amount accompanying the decrease in the share ratio of the in-cylinder injection. Abnormal combustion suppression means to
A control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
上記異常燃焼抑制手段は、上記異常燃焼を検知した場合に、上記圧縮比を低下させることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
A variable compression ratio mechanism for a pressure Chijimihi of the internal combustion engine variable,
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the abnormal combustion suppressing means reduces the compression ratio when the abnormal combustion is detected.
上記異常燃焼抑制手段は、上記異常燃焼が発生した気筒のみ、上記筒内噴射の分担率を低下するとともに、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、上記ポート噴射の分担率を増加することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 The abnormal combustion detection means identifies the cylinder in which the abnormal combustion has occurred,
The abnormal combustion suppressing means reduces the share ratio of the in-cylinder injection only for the cylinder in which the abnormal combustion has occurred, and compensates for a decrease in the fuel injection amount accompanying a decrease in the share ratio of the in-cylinder injection. The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a share ratio of port injection is increased.
上記筒内噴射に起因する点火時期前の異常燃焼を検知し、
上記異常燃焼を検知した場合に、上記筒内噴射の分担率を低下するとともに、この筒内噴射の分担率の低下に伴う燃料噴射量の低下を補うように、上記ポート噴射の分担率を増加することを特徴とする内燃機関の制御方法。 A fuel injection valve for in-cylinder injection that injects fuel into the combustion chamber; and a fuel injection valve for port injection that injects fuel into the intake port. In the control method of the internal combustion engine configured accordingly,
Detecting abnormal combustion before the ignition timing due to the in-cylinder injection,
When the abnormal combustion is detected, the share ratio of the in-cylinder injection is decreased, and the share ratio of the port injection is increased so as to compensate for the decrease in the fuel injection amount accompanying the decrease in the share ratio of the in-cylinder injection. A control method for an internal combustion engine.
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