JP6823520B2

JP6823520B2 - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP6823520B2
Application number: JP2017064195A
Authority: JP
Inventors: 大門酒井; 貴央清野; 大興牛島; 夏紀高畑
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018168700A

Description

本発明は、エンジンを制御するエンジン制御装置に関する。

従来、エンジンでは、吸気行程および圧縮工程にまたがって吸気バルブの開弁時期が設定されているものが多いため、吸気流路に混合気の吹き戻しが発生する。

そして、吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）が設けられたエンジンでは、吸気バルブの開閉タイミングが変更されると、吸気流路に吹き戻される燃料量が変化するため、吹き戻される燃料量の変動による空燃比の変動を見越して燃料噴射量を導出することで、実際の空燃比と目標とする空燃比とのずれを抑制するようになされている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−１９４０８９号公報

ところで、１回のサイクルにおいて、燃料を噴射する噴射回数を変更する場合、前回のサイクルにおける燃料の吹き戻し量が噴射回数によって異なる。そのため、噴射回数が変更された場合に、燃焼室に供給される燃料量が変化してしまい、燃焼の安定化を図ることができないといった問題があった。

そこで、本発明は、燃焼の安定化を図ることが可能なエンジン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、本発明のエンジン制御装置は、エンジンの運転状況に応じて、インジェクタから噴射される燃料の噴射量を決定する噴射量決定部と、前記インジェクタから燃料を噴射させる１サイクル当たりの噴射回数を決定する噴射回数決定部と、前記噴射量決定部により決定された噴射量を、前記噴射回数決定部により決定された噴射回数で、前記インジェクタから噴射させる燃料噴射制御部と、前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数と、前回のサイクルにおいて該噴射回数決定部によって決定された噴射回数とが異なる場合に、前記インジェクタから噴射される噴射量を補正する補正部と、を備え、前記噴射量決定部は、前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数が２回以上である場合、少なくとも１回の噴射時期を吸気バルブが閉じた後とし、前記燃料噴射制御部は、前記補正部によって前記インジェクタから噴射される噴射量が補正された場合、補正された噴射量を前記インジェクタから噴射させる。

また、前記補正部は、前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数が、前回のサイクルにおいて該噴射回数決定部によって決定された噴射回数から増えた場合、前記インジェクタから噴射される噴射量を少なくするとよい。

また、前記補正部は、前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数が、前回のサイクルにおいて該噴射回数決定部によって決定された噴射回数から減った場合、前記インジェクタから噴射される噴射量を多くするとよい。

また、吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置を備え、前記補正部は、前記可変バルブタイミング装置による吸気バルブの開閉タイミングの変化に基づいて、前記インジェクタから噴射される噴射量を補正するとよい。

本発明によれば、燃焼の安定化を図ることができる。

実施形態にかかるエンジン制御装置の構成を示す概略図である。噴射回数決定マップを説明する図である。燃料噴射時期を説明する図である。噴射回数が変更された場合の噴射量を説明する図である。補正マップを説明する図である。ＥＣＵによるエンジン制御処理のフローチャートを示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン制御装置１の構成を示す概略図である。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

図１に示すように、エンジン制御装置１は、エンジン２およびＥＣＵ３（Engine Control Unit）が設けられており、ＥＣＵ３によってエンジン２全体が駆動制御される。エンジン２は、吸気行程、圧縮行程、燃焼工程および排気行程が１回のサイクルとして繰り返し行われる４ストロークエンジンである。

エンジン２は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０と一体形成されたクランクケース１２と、シリンダブロック１０に連結されたシリンダヘッド１４とが設けられている。

シリンダブロック１０には、複数のシリンダ１６が形成されており、シリンダ１６には、ピストン１８が摺動自在にコネクティングロッド２０に支持される。そして、シリンダヘッド１４と、シリンダ１６と、ピストン１８の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室２２として形成される。

また、エンジン２には、クランクケース１２によってクランク室２４が形成されており、クランク室２４内にクランクシャフト２６が回転自在に支持される。クランクシャフト２６には、コネクティングロッド２０を介してピストン１８が連結される。

シリンダヘッド１４には、吸気ポート２８および排気ポート３０が燃焼室２２に連通するように形成される。

吸気ポート２８には、インテークマニホールド３２を含む吸気流路３４が接続される。吸気ポート２８は、インテークマニホールド３２に臨む吸気の上流側に１つの開口が形成されるとともに、燃焼室２２に臨む下流側に２つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐される。

吸気ポート２８と燃焼室２２との間には、吸気バルブ３６の先端が位置している。吸気バルブ３６の末端には、ロッカーアーム３８を介して、吸気用カムシャフト４０に固定されたカム４０ａが当接されている。吸気バルブ３６は、吸気用カムシャフト４０の回転に伴って、吸気ポート２８を燃焼室２２に対して開閉する。

吸気用カムシャフト４０の一端には、可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）４２が設けられている。可変バルブタイミング装置４２は、ＥＣＵ３の制御に基づいて、クランクシャフト２６に対する吸気用カムシャフト４０の回転位相を可変する。つまり、可変バルブタイミング装置４２は、吸気バルブ３６による吸気ポート２８の開閉タイミングを可変する。

排気ポート３０には、エキゾーストマニホールド４４を含む排気流路４６が接続される。排気ポート３０は、燃焼室２２に臨む排気の上流側に２つの開口が形成されるとともに、エキゾーストマニホールド４４に臨む下流側に１つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が１つに統合される。

排気ポート３０と燃焼室２２との間には、排気バルブ４８の先端が位置している。排気バルブ４８の末端には、ロッカーアーム５０を介して、排気用カムシャフト５２に固定されたカム５２ａが当接されている。排気バルブ４８は、排気用カムシャフト５２の回転に伴って、排気ポート３０を燃焼室２２に対して開閉する。

また、シリンダヘッド１４には、先端が燃焼室２２内に位置するようにインジェクタ５４および点火プラグ５６が設けられており、吸気ポート２８を介して燃焼室２２に流入した空気に対してインジェクタ５４から燃料が噴射される。そして、空気と燃料との混合気が、所定のタイミングで点火プラグ５６に点火されて燃焼する。かかる燃焼により、ピストン１８がシリンダ１６内で往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド２０を通じてクランクシャフト２６の回転運動に変換される。

吸気流路３４には、上流側から順に、エアクリーナ５８、スロットル弁６０が設けられている。エアクリーナ５８は、外気から吸入された空気に混合する異物を除去する。スロットル弁６０は、ＥＣＵ３の制御に基づいて不図示のアクチュエータにより開閉駆動され、燃焼室２２へ送出する空気量を調節する。

排気流路４６内には、触媒６２が設けられる。触媒６２は、例えば、三元触媒（Three-Way Catalyst）であって、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含んで構成され、燃焼室２２から排出された排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

また、エンジン制御装置１には、アクセル開度センサ７２、クランク角センサ７４が設けられる。アクセル開度センサ７２は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。クランク角センサ７４は、クランクシャフト２６近傍に設けられており、クランクシャフト２６が所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。

ＥＣＵ３は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなり、エンジン２を統括制御する。本実施形態では、ＥＣＵ３は、エンジン制御処理を実行する際、目標値決定部１００、空気量決定部１０２、噴射回数決定部１０４、噴射量決定部１０６、点火時期決定部１０８、補正部１１０、駆動制御部（燃料噴射制御部）１１２として機能する。

目標値決定部１００は、クランク角センサ７４によって検出されたパルス信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出し、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ７２によって検出されたアクセル開度（エンジン負荷）に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標とするトルクおよびエンジン回転数を決定する。

また、目標値決定部１００は、導出した目標とするトルクおよびエンジン回転数に基づいて、各シリンダ１６に供給する空気量を決定し、決定した空気量に基づいて、スロットル開度を決定する。そして、駆動制御部１１２は、決定したスロットル開度でスロットル弁６０が開口するように、アクチュエータを駆動する。

図２は、噴射回数決定マップを説明する図である。噴射回数決定部１０４は、エンジン回転数およびエンジン負荷（これらを合わせてエンジンの運転状況ともよぶ）に基づいて、図２に示す噴射回数決定マップを参照してインジェクタ５４から燃料を噴射させる回数（以下、噴射回数とよぶ）を決定する。ここで、図２に示すように、エンジン回転数が低く、かつ、エンジン負荷が高い場合に、噴射回数として２回が決定され、その他の場合に、噴射回数として１回が決定される。これにより、エンジン２では、燃費の向上や、出力の最適化を図ることが可能となる。

噴射量決定部１０６は、決定された空気量に基づいて、例えば理論空燃比（λ＝１）となる燃料量をインジェクタ５４から噴射させる噴射量として決定する。なお、ここでは、噴射回数決定部１０４によって決定された噴射回数が２回の場合には、１回目および２回目の合計の噴射量が決定されることになる。そして、噴射量決定部１０６は、１回目および２回目の噴射量を、決定した噴射量の半分の量にそれぞれ決定する。

図３は、燃料噴射時期を説明する図である。なお、図３において、実線は、可変バルブタイミング装置４２によって回転位相が可変されていない場合（基準位置）の吸気バルブ３６のバルブリフト量を示す。また、破線は、可変バルブタイミング装置４２によって回転位相が進角された場合の吸気バルブ３６のバルブリフト量を示す。また、一点鎖線は、可変バルブタイミング装置４２によって回転位相が遅角された場合の吸気バルブ３６のバルブリフト量を示す。

また、噴射量決定部１０６は、決定した噴射量の燃料をピストン１８の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ５４から噴射させるために、インジェクタ５４の噴射時期を決定する。

具体的には、噴射量決定部１０６は、図３に示すように、噴射回数が１回の場合、吸気行程における吸気バルブ３６のバルブリフト量が増加している間の所定のタイミング（図中、「１回目」）を噴射時期に決定する。

また、噴射量決定部１０６は、噴射回数が２回の場合、吸気行程における吸気バルブ３６のリフト量が増加している間の所定のタイミング（図中、「１回目」）を１回目の噴射時期に決定する。また、噴射量決定部１０６は、噴射回数が２回の場合、少なくとも吸気バルブ３６が基準位置である際には、圧縮行程における吸気バルブ３６が閉じた後（リフト量が０になった後）（図中、「２回目」）を、２回目の噴射時期に決定する。

そして、駆動制御部１１２は、決定した噴射時期にインジェクタ５４を駆動することで、インジェクタ５４から燃料を噴射させる。

点火時期決定部１０８は、エンジン回転数、および、クランク角センサ７４によって検出されるパルス信号に基づいて、点火プラグ５６の点火時期を決定する。そして、駆動制御部１１２は、決定した点火時期で点火プラグ５６を点火させる。

また、駆動制御部１１２は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づいて、可変バルブタイミング装置４２を適宜制御する。

ところで、噴射回数が１回の場合における噴射時期、および、噴射回数が２回の場合における１回目の噴射時期は、ともに吸気バルブ３６が開いた状態である。そして、吸気バルブ３６は、吸気行程後の圧縮行程の途中まで開いた状態が維持されるため、燃焼室２２に噴射された燃料の一部が、吸気ポート２８および吸気流路３４に吹き戻されることになる。

そして、吸気ポート２８および吸気流路３４に吹き戻された燃料は、次のサイクルにおいて吸気バルブ３６が開いたときに、吸気とともに燃焼室２２に戻されることになる。

一方、噴射回数が２回の場合における２回目の噴射時期は、吸気バルブ３６が閉じた状態である。その為、２回目の噴射時期に噴射された燃料は、吸気ポート２８および吸気流路３４に吹き戻されることがない、または、ほぼない。

ここで、噴射量が前後のサイクルで同量であり、かつ、噴射回数が前後のサイクル間で変化しない場合、吸気ポート２８および吸気流路３４に吹き戻される燃料量（以下、吹き戻し量ともよぶ）も同量となる。そのため、このような状況下では、燃焼室２２に供給され燃焼される燃料量が変化しないので、空燃比は一定に保たれる。

しかしながら、噴射回数が前後のサイクル間で変化した場合、吹き戻し量も変化してしまうため、燃焼室２２に供給され燃焼される燃料量、つまり、空燃比が変化してしまい、燃焼が安定しないおそれがある。具体的には、前回のサイクルにおける噴射回数が１回で、今回のサイクルにおける噴射回数が２回に変更された場合、前回のサイクルにおける吹き戻し量は、噴射回数が２回の場合に比べて多くなる。そのため、今回のサイクルにおける燃焼室２２内に供給される燃料量が多くなってしまい、空燃比がリッチになる。

また、前回のサイクルにおける噴射回数が２回で、今回のサイクルにおける噴射回数が１回に変更された場合、前回のサイクルにおける吹き戻し量は、噴射回数が１回の場合に比べて少なくなる。そのため、今回のサイクルにおける燃焼室２２内に供給される燃料量は少なくなってしまい、空燃比がリーンになる。

そこで、本実施形態では、今回のサイクルにおける噴射回数が、前回のサイクルにおける噴射回数と異なる場合（変更した場合）、補正部１１０は、噴射量を補正する。

図４は、噴射回数が変更された場合の噴射量を説明する図である。なお、図４（ａ）は、噴射回数が１回から２回に変更された場合の噴射量を説明する図であり、図４（ｂ）は、噴射回数が２回から１回に変更された場合の噴射量を説明する図である。また、以下では、説明を容易に理解できるように、各サイクルで噴射される噴射量の合計値が一定（３０ｍｍ^３／ｓｔ）であり、かつ、可変バルブタイミング装置４２が基準位置であると仮定して説明する。

前回のサイクル（切替前サイクル）における噴射回数が１回で、今回のサイクル（切替後１サイクル）における噴射回数が２回である場合、つまり、燃焼室２２に供給される燃料量が多くなってしまう場合、図４（ａ）に示すように、補正部１１０は、２回の燃料噴射時期のうち、１回目の噴射量を減少させる補正を行う。具体的には、前回のサイクルにおいて噴射量が３０ｍｍ^３／ｓｔであり、今回のサイクルにおける１回目および２回目の噴射量が１５ｍｍ^３／ｓｔである場合に、補正部１１０は、例えば、１回目の噴射量に対して１よりも小さい値の第１補正係数を乗算し、１回目の噴射量を、例えば９ｍｍ^３／ｓｔに補正する。

また、前回のサイクル（切替前サイクル）における噴射回数が２回で、今回のサイクル（切替後１サイクル）における噴射回数が１回である場合、つまり、燃焼室２２に供給される燃料量が少なくなってしまう場合、図４（ｂ）に示すように、補正部１１０は、噴射量を増加させる補正を行う。具体的には、前回のサイクルにおいて噴射量が１５ｍｍ^３／ｓｔ＋１５＝３０ｍｍ^３／ｓｔであり、今回のサイクルにおける噴射量が３０ｍｍ^３／ｓｔである場合に、補正部１１０は、１回目の噴射量に対して１よりも大きな値の第１補正係数を乗算し、１回目の噴射量を、例えば３６ｍｍ^３／ｓｔに補正する。なお、第１補正係数は、予め設定されており、１つの固定値のみであってもよく、また、エンジン回転数やエンジン負荷に応じてマップにより設定されていてもよい。

このように、補正部１１０は、今回のサイクルにおける噴射回数と、前回のサイクルにおける噴射回数とが異なる場合に、インジェクタ５４から噴射させる燃料量を変更することで、燃焼室２２に供給される燃料量を補正し、空燃比を安定させることができる。

図５は、補正マップを説明する図である。上記したように、燃焼室２２に噴射された燃料は、吸気バルブ３６が開いている状態のときに、ピストン１８が下死点から上死点に移動することによって、吸気ポート２８および吸気流路３４に吹き戻される。したがって、吸気バルブ３６の開閉タイミングが変更されることで、燃料の吹き戻し量も変化する。例えば、吸気バルブ３６が、基準位置から進角している場合には、吹き戻し量がほとんど変化しない、一方で、吸気バルブ３６が、基準位置から遅角している場合には、吹き戻し量が増加する。

そのため、補正部１１０は、エンジン回転数および吸気バルブ３６の回転位相に基づいて、図５に示す補正マップを参照して、第２補正係数を導出する。そして、噴射量に第２補正係数を乗算した値に噴射量を補正する。なお、図５に示す補正マップでは、エンジン回転数が一定値以上の場合に、第２補正係数が１になるとともに、吸気バルブ３６の回転位相が基準位置よりも所定位相以上の進角である場合に第２補正係数が１になる。また、第２補正係数は、エンジン回転数が一定値未満であり、かつ、吸気バルブ３６の回転位相が基準位置よりも所定位相未満である場合、１よりも大きい値で、吸気バルブ３６の回転位相が遅角するほどさらに大きくなるとともに、エンジン回転数が低くなるほどさらに大きくなる。

これにより、吸気バルブ３６の回転位相が可変した場合であっても、空燃比を一定に保つことができ、燃料の安定化を図ることができる。

図６は、ＥＣＵ３によるエンジン制御処理のフローチャートを示す図である。図６に示すように、目標値決定部１００は、クランク角センサ７４によって検出されたエンジン回転数、および、アクセル開度センサ７２によって検出されたアクセル開度（エンジン負荷）に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標となるトルクおよびエンジン回転数を決定する（Ｓ１００）。

また、目標値決定部１００は、導出した目標となるトルクおよびエンジン回転数に基づいて、各シリンダ１６に供給する目標となる空気量を決定し、決定した空気量に基づいて、目標スロットル開度を決定する（Ｓ１０２）。

噴射回数決定部１０４は、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、噴射回数決定マップを参照して噴射回数を決定する（Ｓ１０４）。また、噴射量決定部１０６は、決定された空気量に基づいて、噴射量を決定する（１０６）。また、噴射量決定部１０６は、インジェクタ５４の噴射時期を決定する。

点火時期決定部１０８は、エンジン回転数、および、クランク角センサ７４によって検出されるパルス信号に基づいて、点火プラグ５６の点火時期を決定する（Ｓ１０８）。

補正部１１０は、今回のサイクルにおける噴射回数が、前回のサイクルにおける噴射回数から変更されたか判定する（Ｓ１１０）。その結果、噴射回数が変更された場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、補正部１１０は、第１補正係数を導出する（Ｓ１１２）。なお、噴射回数が変更されていない場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、補正部１１０は、第１補正係数として１を導出する。

そのため、補正部１１０は、エンジン回転数および吸気バルブ３６の回転位相に基づいて、補正マップを参照して、第２補正係数を導出する（Ｓ１１４）。そして、補正部１１０は、Ｓ１１２およびＳ１１４で導出された第１補正係数および第２補正係数を、Ｓ１０６で決定された噴射量に乗算した値に噴射量を補正する（Ｓ１１６）。

駆動制御部１１２は、上記Ｓ１１０〜Ｓ１１６において決定された値に基づいて、エンジン２の各部を適宜制御し（Ｓ１１８）、エンジン制御処理を終了する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の実施形態では、噴射回数が１回または２回である場合について説明した。しかしながら、噴射回数はこれに限らず、例えば、噴射回数が１回〜３回であってもよい。

また、上記の実施形態では、吸気バルブ３６の回転位相に基づいて第２補正係数を導出し、噴射量を補正するようにしたが、吸気バルブ３６の回転位相に基づいて第２補正係数は必須でない。

また、上記の実施形態では、噴射回数が変更された場合に、変更後の１サイクルの噴射量を補正するようにした。しかしながら、噴射回数が変更された場合に、変更後の数サイクルの噴射量を補正するようにしてもよく、また、噴射回数が変更された場合に、変更後１サイクルでの噴射回数を変更前の噴射回数に維持したまま、噴射量を補正するようにしてもよい。

本発明は、エンジンを保護するエンジン制御装置に利用できる。

１エンジン制御装置
２エンジン
１０４噴射回数決定部
１０６噴射量決定部
１１０補正部
１１２駆動制御部（燃料噴射制御部）

Claims

エンジンの運転状況に応じて、インジェクタから噴射される燃料の噴射量を決定する噴射量決定部と、
前記インジェクタから燃料を噴射させる１サイクル当たりの噴射回数を決定する噴射回数決定部と、
前記噴射量決定部により決定された噴射量を、前記噴射回数決定部により決定された噴射回数で、前記インジェクタから噴射させる燃料噴射制御部と、
前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数と、前回のサイクルにおいて該噴射回数決定部によって決定された噴射回数とが異なる場合に、前記インジェクタから噴射される噴射量を補正する補正部と、
を備え、
前記噴射量決定部は、前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数が２回以上である場合、少なくとも１回の噴射時期を吸気バルブが閉じた後とし、
前記燃料噴射制御部は、前記補正部によって前記インジェクタから噴射される噴射量が補正された場合、補正された噴射量を前記インジェクタから噴射させるエンジン制御装置。
前記補正部は、
前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数が、前回のサイクルにおいて該噴射回数決定部によって決定された噴射回数から増えた場合、前記インジェクタから噴射される噴射量を少なくする請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記補正部は、
前記噴射回数決定部によって決定された噴射回数が、前回のサイクルにおいて該噴射回数決定部によって決定された噴射回数から減った場合、前記インジェクタから噴射される噴射量を多くする請求項１または２に記載のエンジン制御装置。
吸気バルブの開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置を備え、
前記補正部は、
前記可変バルブタイミング装置による吸気バルブの開閉タイミングの変化に基づいて、前記インジェクタから噴射される噴射量を補正する請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。