JP6390490B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンへの燃料噴射時期および燃料噴射量を制御するエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
自動車等の車両には燃料噴射制御装置が設けられており、燃料噴射制御装置は、インジェクタによる吸気ポートへの燃料噴射時期および燃料噴射量を制御している。この燃料噴射制御装置は、演算周期の関係で一定期間前のエンジンの状態から燃料噴射量を算出している。このため、エンジン回転数や吸入空気量等のエンジン状態が変動する過渡状態（過渡期）においては、一定期間前に算出された燃料噴射量では、エンジン状態の変動に対して噴射される燃料が不足してしまうおそれがある。
そこで、最新のエンジン状態に基づいて算出した噴射量を、一定期間前のエンジン状態に基づいて算出された燃料噴射量と比較し、不足分の燃料噴射量を吸気行程に追加で噴射することが行われる。
従来のこの種のエンジンの燃料噴射制御装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたものは、過渡運転時の燃料噴射制御の精度を向上するために、燃料噴射の終了後において燃料の追加噴射が許容される時期に算出した要求噴射量が、噴射済の噴射量よりも増加した場合に、その増加分を追加噴射している。
特開２００１−３４２８８５号公報
しかしながら、インジェクタには燃料噴射を精度良く行うことのできる最小噴射時間が存在する。このため、特許文献１に記載の従来のエンジンの燃料噴射制御装置は、追加噴射分の燃料の噴射量に対応する噴射時間が最小噴射時間よりも小さい場合には、追加噴射分の燃料を精度良く噴射することができず、燃焼が不安定になってしまうという問題がある。
具体的には、図４に示すように、＃３気筒において排気行程から吸気行程までの間の負荷変化が小さい場合、吸気行程における追加分の要求噴射量が最小噴射時間で燃料噴射した場合の下限値より少なくなる。このため、吸気行程の要求噴射量を満たすことができず、空燃比λがリーンとなり、エンジンの運転状態が不安定となってしまう。なお、吸気行程における追加分の要求噴射量は、一定期間前に算出された燃料噴射量Ｂから、最新のエンジン状態に基づいて算出した噴射量Ａを減算した噴射量である。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分を吸気行程にまとめて噴射することで、要求出力の増加量を満たす所望の量の燃料をエンジンに供給できるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
本発明は、上記目的達成のため、燃料噴射を排気行程に行うとともに、エンジンの要求出力が増加した際の追加分の燃料噴射を吸気行程に行うエンジンの燃料噴射制御装置において、前記要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、前記排気行程での燃料噴射分と前記吸気行程での追加の燃料噴射分を前記吸気行程にまとめて噴射するよう制御する燃料噴射制御部を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分を吸気行程にまとめて噴射することで、要求出力の増加量を満たす所望の量の燃料をエンジンに供給できる。
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置が適用されるエンジンの概略を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るＥＣＵによって実行される燃料噴射制御処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、本発明の実施の形態に係るエンジンにおいて、燃料の噴射タイミングを吸気行程に変更した場合の燃料噴射状態を示す概略図である。 図４は、従来のエンジンにおいて、吸気行程での要求噴射量が下限値より小さい場合の燃料噴射状態を示す概略図である。
以下、図１から図３を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係るエンジン１は、例えば直列４気筒のガソリンエンジンで構成されている。なお、エンジン１の気筒数は４気筒に限られない。また、エンジン１は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。
エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に締結されたシリンダヘッド３とを含んで構成されている。シリンダブロック２には、シリンダ５が形成されている。シリンダ５には、シリンダ５内を上下に往復動可能なピストン６が収納されている。また、シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。
エンジン１は、シリンダ５内でピストン６が往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。
ピストン６は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト９に連結されている。コネクティングロッド８は、ピストン６の往復運動をクランクシャフト９の回転運動に変換する。
シリンダヘッド３には、点火プラグ１０と、吸気ポート１１と、排気ポート１２とが設けられている。点火プラグ１０は、燃焼室７内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド３に設けられ、図示しないイグナイタによってその点火時期が調整される。
吸気ポート１１は、燃焼室７と後述する吸気通路１６ａとを連通する。吸気ポート１１には、吸気バルブ１４が設けられている。排気ポート１２は、燃焼室７と後述する排気通路２６ａとを連通する。排気ポート１２には、排気バルブ２４が設けられている。
吸気バルブ１４および排気バルブ２４は、クランクシャフト９との間に巻き掛けられた図示しないタイミングチェーンまたはタイミングベルトによって、クランクシャフト９の回転と同期して開閉される。
また、シリンダヘッド３の吸気ポート１１側には、吸気管１６が接続されている。吸気管１６の内部には、吸気ポート１１と連通する吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、電子制御式のスロットルバルブ１８が設けられている。
スロットルバルブ１８は、後述するＥＣＵ１００に電気的に接続されている。したがって、スロットルバルブ１８は、ＥＣＵ１００からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン１の吸入空気量を調整する。
また、エンジン１は、インジェクタ１３を備えている。インジェクタ１３は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を吸気ポート１１内に噴射する、ポート噴射式の燃料噴射弁である。
このように構成されたエンジン１において、吸気通路１６ａを通過する空気は、スロットルバルブ１８により流量が調整された後、吸気ポート１１に導入される。そして、吸気ポート１１に導入された空気は、インジェクタ１３から噴射された燃料と混合され、燃焼室７に導入される。
一方、シリンダヘッド３の排気ポート１２側には、排気管２６が接続されている。排気管２６の内部には、排気ポート１２と連通する排気通路２６ａが形成されている。排気通路２６ａ上には、触媒２７が設けられている。触媒２７は、燃焼室７から排出された排気ガスを浄化する。
上述のように構成されたエンジン１は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００によってその運転状態が制御されるようになっている。ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。
ＥＣＵ１００の入力側には、ＣＡＮ等の規格の通信ラインを介して、水温センサ２８、Ｏ2センサ２９及びクランク角センサ３２等の各種センサ類、さらにイグニッションスイッチ３１が接続されている。水温センサ２８は、シリンダブロック２に形成されたウォータジャケット２ａ内を流通する冷却水の温度、すなわちエンジン水温を検出する。
Ｏ2センサ２９は、触媒２７よりも排気方向上流側に設けられている。Ｏ2センサ２９は、空燃比に対して理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有する酸素センサである。なお、酸素センサとしては、Ｏ2センサ２９に代えて、空燃比に対してリニアな出力特性を有するＡ／Ｆセンサを用いてもよい。
イグニッションスイッチ３１は、エンジン１の始動操作の有無を検出する。これら各センサ及びイグニッションスイッチ３１は、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。
クランク角センサ３２は、クランクシャフト９の回転角度を検出し、検出信号をＥＣＵ１００に出力する。したがって、クランク角センサ３２はエンジン回転速度を検出する。
一方、ＥＣＵ１００の出力側には、ＣＡＮ等の規格の通信ラインを介して、前述した点火プラグ１０、インジェクタ１３、スロットルバルブ１８等の各種装置が接続されている。
ＥＣＵ１００は、ドライバによる操作やエンジン１の運転状態等に基づいて、点火プラグ１０、インジェクタ１３およびスロットルバルブ１８を制御する。このように、ＥＣＵ１００は、点火プラグ１０の点火時期を制御する点火時期制御機能と、スロットルバルブ１８によりエンジン１への空気量を制御する空気量制御機能とを有する。また、ＥＣＵ１００は、通信ラインを介して各種のセンサ、アクチュエータおよび他の制御ユニットと通信する通信機能を有する。
また、ＥＣＵ１００は、インジェクタ１３への通電を制御することで、エンジン１への燃料噴射時期および燃料噴射量を制御する。ＥＣＵ１００は、燃料噴射を排気行程に行うとともに、エンジン１の要求出力が増加した際の追加分の燃料噴射を吸気行程に行うよう、インジェクタ１３への通電を制御する。
本実施の形態では、ＥＣＵ１００は、要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分を吸気行程にまとめて噴射するようインジェクタ１３を制御する。したがって、ＥＣＵ１００は本発明の燃料噴射制御部１０１として機能する。
また、燃料噴射制御部１０１は、排気行程での燃料噴射を開始する前に、要求出力の増加量が所定値より小さいことを検出した場合には、排気行程での燃料噴射を禁止して、吸気行程での燃料噴射に切り換える。
次に、図２のフローチャートおよび図３の燃料噴射状態の概略図を参照して、本実施の形態に係るＥＣＵ１００によって実行される燃料噴射制御処理について説明する。
図２に示すように、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態が過渡状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１で過渡状態ではないと判定された場合、ＥＣＵ１００はステップＳ１を再び実行する。
ステップＳ１で過渡状態であると判定された場合、ＥＣＵ１００は、エンジン１の負荷変化が大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。ここでは、ＥＣＵ１００は、所定値との比較により、負荷変化が大きいか否かを判定する。なお、負荷変化が小さい場合とは、要求トルクまたは要求出力の増加量が所定値より小さいことを意味する。
ステップＳ２で負荷変化が大きいと判定された場合、ＥＣＵ１００は、負荷変化量に応じてスロットル開度を増加させる（ステップＳ３）。
次いで、ＥＣＵ１００は、排気行程の燃料噴射だけでは不足した不足分の噴射量の燃料を、吸気行程に追加で噴射する（ステップＳ４）。その後、ＥＣＵ１００は図２のフローチャートを終了する。
一方、ステップＳ２で負荷変化が大きくないと判定された場合、ＥＣＵ１００は、燃料の噴射タイミングを排気行程から吸気行程に変更し、燃料噴射量を演算する（ステップＳ５）。すなわち、ＥＣＵ１００は、要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、図３に示すように、＃３気筒において排気行程での燃料噴射を禁止して、吸気行程での燃料噴射に切り換える。そして、ＥＣＵ１００は、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分を吸気行程にまとめて噴射するよう制御する。ここで、ステップＳ５における所定値は、例えば、燃料噴射を精度良く行うことのできる最小噴射時間に対応する値である。
次いで、ＥＣＵ１００は、負荷変化量に応じてスロットル開度を増加させる（ステップＳ６）。このステップＳ６では、ＥＣＵ１００は、スロットル開度を増加させて吸気量を増加させる。
次いで、ＥＣＵ１００は、吸気行程での燃料噴射を実施する（ステップＳ７）。ステップＳ７で実施される燃料噴射の噴射量は、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分とをまとめた量、すなわち和である。その後、ＥＣＵ１００は図２のフローチャートを終了する。
以上のように、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分を吸気行程にまとめて噴射するよう制御する燃料噴射制御部１０１を備える。
この構成によれば、要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、排気行程での燃料噴射分と吸気行程での追加の燃料噴射分を吸気行程にまとめて噴射することで、要求出力の増加量を満たす所望の量の燃料をエンジン１に供給できる。
また、本実施の形態に係るＥＣＵ１００において、燃料噴射制御部１０１は、排気行程での燃料噴射を開始する前に、要求出力の増加量が所定値より小さいことを検出した場合には、排気行程での燃料噴射を禁止して、吸気行程での燃料噴射に切り換える。
この構成によれば、排気行程での燃料噴射を開始する前に、エンジンの要求出力の増加量に応じて燃料噴射時期および燃料噴射量を調整できる。
上述の通り、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
１ エンジン
１００ ＥＣＵ（エンジンの燃料噴射制御装置）
１０１ 燃料噴射制御部

Claims (2)

  1. 燃料噴射を排気行程に行うとともに、エンジンの要求出力が増加した際の追加分の燃料噴射を吸気行程に行うエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記要求出力の増加量が所定値より小さい場合には、前記排気行程での燃料噴射分と前記吸気行程での追加の燃料噴射分を前記吸気行程にまとめて噴射するよう制御する燃料噴射制御部を備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
  2. 前記燃料噴射制御部は、前記排気行程での燃料噴射を開始する前に、前記要求出力の増加量が前記所定値より小さいことを検出した場合には、前記排気行程での燃料噴射を禁止して、前記吸気行程での燃料噴射に切り換えるよう制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
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