JP6685215B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

エンジンにおいて筒内噴射用の燃料噴射装置によって、排気に含まれる有害物質抑制のため多段噴射を行うものがある。また燃料タンクから蒸発した燃料を吸気管から燃焼室に導入して燃やすことで処理するキャニスタパージシステムを備えているエンジンがある。キャニスタパージが行われる際には、燃焼室内の燃料が過剰とならないように燃料噴射装置から噴射する燃料を減少させる必要がある。多段噴射とキャニスタパージを両立させる方法として特許文献１ではパージによって吸入される燃料量に合わせて多段噴射の少なくとも１段目の噴射の燃料噴射量を減少させるエンジンの制御方法が開示されている。

ＷＯ２０１５／１６２７９７

ところで多段噴射を行うエンジンでは、多段噴射を行わないエンジンに比べて燃料噴射を終えるタイミングが遅くなり、すす発生の原因となってしまう。少なくとも１段目の噴射の燃料噴射量を減少させるだけではこの課題に対応できない。

そこで本発明は多段噴射と燃料噴射量の減少要求を両立させつつ、すすを減らす内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジン制御装置において、燃料を分割して噴射する多段噴射実行時に前記燃料噴射装置から噴射する燃料噴射量の減量要求が発生した場合、前記減量要求量に合わせて燃料噴射量を点火時期に近い噴射から優先的に減らすことを特徴とする。

本発明によれば、キャニスタパージに合わせて燃料噴射装置からの燃料噴射量を減少させる際に、分割された燃料噴射のうち点火時期に近い段数から燃料噴射を減らすことで、すすの発生を抑えることができ排気悪化を防止できる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施例による自動車用エンジンシステムのシステム構成図。 本発明の第１実施例によるＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図。 本発明の第１実施例による多段噴射時の燃料減量補正を示すフローチャート。 本発明の第１実施例による多段噴射時の燃料減量補正における最遅角の噴射を減量する方法を示すフローチャート。 本発明の第１実施例による多段噴射時の燃料減量補正における最遅角の噴射を減量する場合のパルス形状の変化を示す模式図。 本発明の第２実施例による多段噴射時の燃料減量補正における最遅角の噴射を減量し、他の分割パルス幅の変更方法を示すフローチャート。 本発明の第２実施例による多段噴射時の燃料減量補正における最遅角の噴射を減量し、他の分割パルス幅を変更する場合のパルス形状の変化を示す模式図。 本発明の第３実施例による弱成層希薄燃焼時かつ多段噴射時の燃料減量補正方法を示すフローチャート。 本発明の第３実施例による弱成層希薄燃焼時かつ多段噴射時の燃料減量補正を行う場合のパルス形状の変化を示す模式図。 本発明の第４実施例による多段噴射時の燃料減量補正実行時に、弱成層希薄燃焼時への移行方法を示すフローチャート。 本発明の第４実施例による多段噴射時の燃料減量補正実行時に、弱成層希薄燃焼時への移行を行う場合のパルス形状の変化を示す模式図。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施例におけるエンジンのシステム構成図である。
エンジン１００は火花点火式内燃機関である。エンジンの吸入空気量を計測する質量流量計３と、吸気管圧力を計測する吸気管圧力センサ４と、吸入空気温度検出器の一態様であって吸入空気の温度を計測する吸気管温度センサ５と、吸気管圧力を調整するスロットル６とが吸気管７の各々の位置に、適宜、備えられている。またエンジン１００には燃焼室１３の中に燃料を噴射する燃料噴射装置８と、点火エネルギを供給する点火プラグ９とがエンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。さらに排気を浄化する三元触媒１６と、空燃比検出器の一態様であって三元触媒１６の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ１５とが排気管１４の各々の適宜位置に備えられている。空燃比センサ１５は酸素濃度センサとしてもよい。

またクランクシャフト１１にはクランクシャフト１１の角度および回転速度およびピストン１０の移動速度を検出するためのクランク角センサ１２が備えられている。また燃料噴射装置８に燃料を供給するための燃料タンク１９が存在する。燃料タンク１９からは燃料タンク１９内の燃料蒸気を吸着しためておくためのチャコールキャニスタ１８へと配管が接続されている。さらにチャコールキャニスタ１８から燃料蒸気を吸気管７に導入するための配管と吸気管７の間にはキャニスタパージ弁１７が接続されている。

空燃比センサ１５から得られる検出信号Ｓｓ１５とクランク角センサ１２から得られる検出信号Ｓｓ１２と質量流量計３から得られる検出信号Ｓｓ３と吸気管温度センサ４から得られる検出信号Ｓｓ４と吸気管圧力センサ３から得られる検出信号Ｓｓ３は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵ）１に送られる。アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２から得られる信号Ｓｓ２はＥＣＵ１に送られる。

ＥＣＵ１はアクセル開度センサ２の出力信号Ｓｓ２や各種センサ信号に基づいて要求トルクを演算する。すなわちアクセル開度センサ２はエンジン１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。ＥＣＵ１はクランク角センサ１２の出力信号Ｓｓ１２に基づいてクランクシャフト１１の角度および回転速度およびピストン１０の移動速度を演算する。ＥＣＵ１は前記各種センサの出力から得られるエンジン１００の運転状態に基づいてスロットル６の開度、燃料噴射装置８の噴射パルス期間、点火プラグ９の点火時期などのエンジン１００の主要な作動量を最適に演算する。

ＥＣＵ１で演算された燃料噴射パルス期間は燃料噴射装置開弁パルス信号Ｄｓ８に変換され燃料噴射装置８に送られる。ＥＣＵ１で演算された点火時期で点火されるように点火プラグ駆動信号Ｄｓ９が点火プラグ９に送られる。ＥＣＵ１で演算されたスロットル開度はスロットル駆動信号Ｄｓ６としてスロットル５へ送られる。

吸気管７から吸気バルブを経て燃焼室１３内に流入した空気に対し、燃料が燃料タンク１９から図示していない燃料ポンプを経て燃料噴射装置８から噴射され混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ９から発生される火花により燃焼し、その燃焼圧によりピストン１０を押し下げてエンジン１００の駆動力となる。燃焼後の排気は排気バルブおよび排気管１４を経て三元触媒１６に送られ、三元触媒１６内でＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ成分が浄化された後排出される。

燃料タンク１９内の蒸発燃料をためておくチャコールキャニスタ１８内の圧力が高まると、ＥＣＵ１はキャニスタパージ弁１７に開放命令を送信し、キャニスタパージ弁１７が開放されることで蒸発燃料が吸気管７を経て燃焼室１３に送られる。

図２は本実施例によるＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図である。アクセル開度センサ２、質量流量計３、吸気管圧力センサ４、吸気管温度センサ５、クランク角センサ１２、および空燃比センサ１５の各出力信号は、ＥＣＵ１の入力回路３０ａに入力される。ただし入力信号はこれらだけに限定されるものではない。入力された各センサからの入力信号は、入出力ポート３０ｂ内の入力ポートに送られる。入出力ポート３０ｂに送られた入力信号の値はランダムアクセスメモリＲＡＭ３０ｃに保管されＣＰＵ３０ｅで演算処理される。このとき、入力回路３０ａに送られる入力信号のうちアナログ信号で構成される信号は、入力回路３０ａに設けられたＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換される。

演算処理内容を記述した制御プログラムはリードオンリーメモリＲＯＭ３０ｄに予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ３０ｃに保管された後、入出力ポート３０ｂの出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施例の場合は駆動回路としてスロットル駆動回路３０ｆ、燃料噴射装置駆動回路３０ｇ、点火出力回路３０ｈ、可変バルブ機構駆動回路３０ｉ、およびキャニスタパージ弁駆動回路３０ｊがある。

各駆動回路はスロットル６、燃料噴射装置８、点火プラグ９、およびキャニスタパージ弁１７を制御する。本実施例のＥＣＵ１はＥＣＵ１内に前記駆動回路を備えているが、これに限るものでは無く、前記駆動回路のいずれか或いは全てをＥＣＵ１外に設けてもよい。

図３は本実施例における制御装置の動作を示したフロー図である。まずステップＳ３０１で燃料噴射装置から噴射する減量要求前の基本燃料噴射パルス幅ＴＰＢＡＳＥを演算する。次にステップＳ３０２で減量要求前の基本多段噴射回数ＮＤＩＶＩＮＪ０を演算する。次にステップＳ３０３で燃料噴射量の減量要求があるか判定する。減量要求がある場合ステップＳ３０４に進む。減量要求がない場合ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０４で減量要求量相当の燃料噴射パルス幅ＴＰＤＥＣを演算する。ステップＳ３０１で演算した基本燃料噴射パルス幅ＴＰＢＡＳＥとステップＳ３０４で算出した減量相当パルス幅ＴＰＤＥＣに基づきステップＳ３０５で燃料噴射量の減量が行われる。ステップＳ３０６で燃料噴射装置にパルス幅を入力し燃料噴射を行う。

図４は図３で示したフロー図の詳細を説明するフロー図である。ステップＳ４０１からＳ４０４は図３のステップＳ３０１からＳ３０４と同一処理のため説明を省略する。ステップＳ４０５で最遅角側の基本パルス幅ＴＰＤＩＶＮ０を演算する。パルス幅の具体的な算出は公知技術のほか適宜の技術で行われてよい。
次にステップＳ４０６で減量相当パルス幅ＴＰＤＥＣと最遅角段パルス幅ＴＰＤＩＶＮ０の大小を比較する。ＴＰＤＥＣがＴＰＤＩＶＮ０より小さい場合、ステップＳ４０７に進む。ＴＰＤＥＣがＴＰＤＩＶＮ０より大きい場合、ステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０７では最遅角段パルス幅ＴＰＤＩＶＮを演算する。基本最遅角段パルス幅ＴＰＤＩＶＮ０からＴＰＤＥＣを引いた差分をＴＰＤＩＶＮとする。ＴＰＤＩＶＮを演算したのちステップＳ４０９に進む。ステップＳ４０８では多段噴射の回数である多段噴射回数ＮＤＩＶＩＮＪＦを演算する。ステップＳ４０２で演算した基本多段噴射回数ＮＤＩＶＩＮＪ０から１を減じた回数をＮＤＩＶＩＮＪＦとする。最後にステップＳ４０９で、ステップＳ４０１〜Ｓ４０８で演算したパルス幅に基づいて燃料噴射を実行する。

図５は図４で示したフロー動作による多段噴射回数及びパルス幅の変化を示す模式図である。例としてキャニスタパージが実行され、パージ流量に依存した減量要求が行われた場合を示す。減量要求がない通常時は多段噴射の回数が３回であるが、図５ａ）のように減量要求に合わせて最遅角側のパルスを減らして２回にする。または図５ｂ）のように３回目のパルス幅を減少させる。なお図５は例として３回の分割としているが、実際の分割回数は３回に限るものではなく、公知技術および適宜の技術で決定してよい。

以上のように本実施例のエンジン制御装置（ＥＣＵ１）はエンジン１００の燃焼室１３の内部に燃料を噴射する燃料噴射装置８を備え、燃料を分割して噴射する多段噴射実行時に燃料噴射装置８から噴射する燃料噴射量の減量要求が発生した場合、減量要求量に合わせて燃料噴射量を点火プラグ９の点火時期に近い噴射から優先的に減らすように燃料噴射装置８を制御する。

このとき、エンジン制御装置（ＥＣＵ１）が図５ａ）に示すように、多段噴射実行時に燃料噴射量の減量要求が発生した場合、減量要求量に合わせて、多段噴射の分割数を点火プラグ９の点火時期に近い噴射から優先的に減らすと良い。あるいは、エンジン制御装置（ＥＣＵ１）が図５ｂ）に示すように、燃料噴射量を点火プラグ９の点火時期に近い噴射から減らす際に、燃料噴射パルス幅を短くすると良い。

本実施例では、多段噴射実行時に燃料噴射量の減量要求に基づいて、少なくとも最遅角側のパルスから減少させることで、すすの発生を抑制しながら減量要求と多段噴射を両立させることが可能となる。

図６は図４で示したフローの別実施例を表わすフロー図である。ステップＳ６０１〜Ｓ６０７は図４のステップＳ４０１〜Ｓ４０７と同一の処理のため説明を省略する。ステップＳ６０８において減少させた最遅角段パルス幅ＴＰＤＩＶＮと燃料噴射装置で制御可能な燃料噴射量下限値相当のパルス幅ＴＰＭＩＮを比較する。ＴＰＤＩＶＮがＴＰＭＩＮより大きい場合、ステップＳ６１１に進む。ＴＰＤＩＶＮがＴＰＭＩＮより小さい場合、ステップＳ６０９に進む。ステップＳ６０９はステップＳ４０８と同一の処理のため説明を省略する。ステップＳ６１０ではＴＰＤＩＶＮを、残りのパルス幅に加える。ステップＳ６１１でステップＳ６０１〜Ｓ６１０で演算した多段噴射回数およびパルス幅に基づいて燃料噴射を実行する。

図７は図６で示したフロー動作による多段噴射回数及びパルス幅の変化を示す模式図である。最遅角段のパルス幅と減量相当分パルス幅の差分が最小値ＴＰＭＭＩＮより小さい場合、最遅角段のパルス幅を減らし、差分を他のパルス幅に振り分ける。

以上の通り本実施例のエンジン制御装置（ＥＣＵ１）は図７に示すように、多段噴射の分割数を減らした際に減少する燃料量から減量要求量を引いた燃料量が、燃料噴射装置８で制御可能な最小値より小さい場合、他の分割噴射のパルス幅を長くするように制御する。また、このとき、点火プラグ９の点火時期に近い噴射の噴射パルスは短くするように制御する。また、エンジン制御装置（ＥＣＵ１）は図７に示すように、多段噴射の分割数を減らした際に減少する燃料量から減量要求量を引いた燃料量を、他の分割されたパルス幅に加える。

なお、本発明の実施例において、燃料噴射量の減量要求量は、たとえば、キャニスタパージ実行時のパージ由来燃料量に基づいて決定される。または空燃比フィードバック制御実行時の燃料減量要求に基づいて決定される。または減速時の燃料カット要求量に基づいて決定される。またはクランクケース揮発燃料のパージ量に基づいて決定される。以上のいずれか、あるいはこれらの要因を組合わせることで、燃料噴射量の減量要求量が決定されることが望ましい。

本実施例では、最遅角段のパルス幅と減量要求相当のパルス幅の差分を他のパルス幅に加算し、少なくとも最遅角段の噴射を削除することで、燃料噴射装置の制御可能な下限値を下回ることなく、燃料噴射量を減量し、かつ過剰な減量を防止することで失火や有害物質の発生を防ぐことが可能となる。

図８は図４、図６で示したフローの別実施例を表わすフロー図である。ステップＳ８０１〜Ｓ８０４はステップＳ６０１〜Ｓ６０４と同一の処理のため説明を省略する。ステップＳ８０５では燃焼形態が弱成層希薄燃焼であるかどうか判定する。弱成層希薄燃焼とは、燃焼室１３の内部の空燃比を理論量論比より大きくした、すなわち均質希薄燃焼状態にし、加えて圧縮行程後半の点火直前に点火用の燃料を噴射する成層希薄燃焼状態を組み合わせた燃焼形態である。燃焼形態が弱成層希薄燃焼である場合ステップＳ８０６に進む。燃焼形態が弱成層希薄燃焼で無い場合、ステップＳ８０８に進む。ステップＳ８０６では最遅角段よりひとつ前の基本燃料噴射パルス幅ＴＰＤＩＶＮＭ１０を演算する。ステップＳ８０７ではステップＳ６０７〜Ｓ６１０のＴＰＤＩＶＮ０をＴＰＤＩＶＮＭ１０として、ＴＰＤＩＶＮをＴＰＤＩＶＮＭ１として処理を行う。ステップＳ８０８〜Ｓ８１０はステップＳ６０５〜Ｓ６１１と同一の処理を行うため説明を省略する。

以上の通り本実施例のエンジン制御装置（ＥＣＵ１）は図７に示すように、均質希薄燃焼と成層希薄燃焼を組み合わせた弱成層希薄燃焼で燃焼室１３を燃焼させる場合で、かつ多段噴射実行時に、燃料噴射装置８から噴射する燃料噴射量の減量要求が発生した場合、点火プラグ９の点火時期に最も近い燃料噴射は残し、そのひとつ前の噴射から燃料量を減らすように燃料噴射装置８を制御する。

図９は図８で示したフロー動作による多段噴射回数の変化を示す模式図である。弱成層希薄燃焼の場合、最遅角段の燃料噴射は点火に必要であるため、少なくともそのひとつ前の段から減量を行う。

本実施例では、弱成層希薄燃焼時に燃料噴射の減量要求が来た場合、最遅角段の噴射を残し、そのひとつ前の噴射パルスを減少させることで、希薄燃焼の燃焼安定性を損なわず、多段噴射および減量要求を両立させることで失火や有害物質の発生を防ぐことが可能となる。

図１０は図４、６、８で示したフローの別実施例を表わすフロー図である。ステップＳ１００１で燃料減量補正が実行されているか判定する。ここでの燃料減量補正とは、実施例１から３で示した実施内容が行われる。減量補正が実行されている場合、ステップＳ１００２に進む。減量補正が実行されていない場合、ステップＳ１００６に進む。ステップＳ１００２では燃焼形態が理論量論比から弱成層希薄燃焼への移行要求があるかどうか判定する。移行要求がある場合はステップＳ１００３に進む。移行要求が無い場合ステップＳ１００６に進む。

ステップＳ１００３では弱成層時希薄燃焼時の多段噴射回数ＮＤＩＶＩＮＪＬを演算する。理論量論比時の多段噴射回数に１を加算し、ステップＳ１００４に進む。ステップＳ１００４ではＳ１００３で加算した分の燃料噴射段の噴射時期を圧縮行程後半に設定する。ステップＳ１００５では、Ｓ１００３、Ｓ１００４で増加したパルス幅と同じ幅を他の分割したパルスから減少させる。ステップＳ１００６にて実際の燃焼形態を理論量論比から弱成層希薄燃焼に変更する。ステップＳ１００７はステップＳ１００１〜Ｓ１００６で演算した燃料噴射パルス幅および燃料噴射時期に基づいて燃料噴射を実行する。

図１１は図１０で示したフロー動作による多段噴射回数の変化を示す模式図である。理論量論比燃焼状態でかつ減量補正が行われている場合、最遅角段の燃料噴射パルスが削られている状態となる。この状態から燃焼形態が弱成層希薄燃焼に移行する場合、点火性を保つため、圧縮行程後半で燃料を噴射する必要がある。そのため、多段回数を増やす。ただしパルス幅を増やしただけだと、燃料量が過剰となるため、他のパルスから同じ量のパルス幅を減じる。

以上の通り本実施例のエンジン制御装置（ＥＣＵ１）は図７に示すように、理論量論比燃焼で燃焼室を燃焼させる場合で、かつ多段噴射実行時で、かつ燃料噴射装置８から噴射する燃料噴射量の減量要求に対応して燃料噴射量を減らしている状態で、燃焼形態を弱成層状態へ変更する要求が発生した際に、多段噴射回数を増やすように燃料噴射装置８を制御する。なお、このように多段噴射回数を増やす場合に、増加させる噴射の噴射時期は、圧縮行程後半とするのが望ましい。

本実施例では、減量補正中に燃焼形態の移行が発生しても、適切な燃料量を保ちながら弱成層希薄燃焼を実現することが可能となり、燃費や排気の悪化を防止することが可能となる。
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものでは無く、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものでは無い。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば各実施例における燃料噴射量の減量要求はキャニスタパージによるものであったり、空燃比センサや酸素センサの出力による空燃比フィードバックであったり、減速時のトルク減少要求などから発生するものであり、種々選択可能である。

１…ＥＣＵ、２…アクセル開度センサ、３…質量流量計、４…吸気管圧力センサ、５…吸気管温度センサ、６…スロットルバルブ、７…吸気管、８…燃料噴射装置、９…点火プラグ、１０…ピストン、１１…クランクシャフト、１２…クランク角センサ、１３…燃焼室、１４…排気管、１５…空燃比センサ、１６…三元触媒、１７…キャニスタパージ弁、１８…チャコールキャニスタ、１９…燃料タンク

Claims (8)

1. エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジン制御装置において、
   燃料を分割して噴射する多段噴射実行時に前記燃料噴射装置から噴射する燃料噴射量の減量要求が発生した場合、前記減量要求量に合わせて燃料噴射量を点火時期に近い噴射から優先的に減らし、
   最遅角段のパルス幅と減量要求相当のパルス幅の差分を他のパルス幅に加算し、少なくとも最遅角段の噴射を削除する、ことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   燃料噴射量を点火時期に近い噴射から減らす際に、燃料噴射パルス幅を短くすることを特徴とするエンジン制御装置。
3. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   多段噴射実行時に燃料噴射量の減量要求が発生した場合、減量要求量に合わせて、多段噴射の分割数を点火時期に近い噴射から優先的に減らすことを特徴とするエンジン制御装置。
4. 請求項３に記載のエンジン制御装置において、
   多段噴射の分割数を減らした際に減少する燃料量から減量要求量を引いた燃料量が、燃料噴射装置で制御可能な最小値より小さい場合、多段噴射の分割数を減らした際に減少する燃料量から減量要求量を引いた燃料量を、他の分割されたパルス幅に加えることを特徴とするエンジン制御装置。
5. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   燃料噴射量の減量要求量は、少なくともキャニスタパージ実行時のパージ由来燃料量、空燃比フィードバック制御実行時の燃料減量要求、減速時の燃料カット要求量、クランクケース揮発燃料のパージ量のいずれか、またはこれらの組合せに基づいて決定されることを特徴とするエンジン制御装置。
6. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   均質希薄燃焼と成層希薄燃焼を組み合わせた弱成層希薄燃焼で燃焼室を燃焼させる場合で、かつ多段噴射実行時に、前記燃料噴射装置から噴射する燃料噴射量の減量要求が発生した場合、点火時期に最も近い燃料噴射は残し、そのひとつ前の噴射から燃料量を減らすように前記燃料噴射装置を制御することを特徴とするエンジン制御装置。
7. 請求項１に記載のエンジン制御装置において、
   理論量論比燃焼で燃焼室を燃焼させる場合で、かつ多段噴射実行時で、かつ燃料噴射装置から噴射する燃料噴射量の減量要求に対応して燃料噴射量を減らしている状態で、燃焼形態を弱成層状態へ変更する要求が発生した際に、多段噴射回数を増やすように前記燃料噴射装置を制御することを特徴とするエンジン制御装置。
8. 請求項７に記載のエンジン制御装置において、
   多段噴射回数を増やす場合に、増加させる噴射の噴射時期は、圧縮行程後半であることを特徴とするエンジン制御装置。

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