JP6897534B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
内燃機関の運転状態に応じて、筒内噴射弁及びポート噴射弁からの総燃料噴射量に対するポート噴射弁からの燃料噴射量の割合であるポート噴射割合を切り替える内燃機関の燃料噴射制御装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2006−063947号公報
ポート噴射割合が切り替えられた場合には、内燃機関の運転状態に応じた燃料の基本噴射量に、補正量を反映させて、総燃料噴射量の補正を実行する場合がある。このような補正量は、ポート噴射割合が増大するように切り替えられた場合には補正量を正値として算出し、ポート噴射割合が減少するように切り替えられた場合には補正量を負値として算出される場合がある。
例えば、正値の補正量に基づいて補正が実行されている最中に、ポート噴射割合が切り替えられて負値の補正量が算出されると、正値の補正量と負値の補正量とが相殺されて、総燃料噴射量を適切に補正できない可能性がある。負値の補正量に基づいて補正が実行されている最中に、ポート噴射割合が切り替えられて正値の補正量が算出された場合も同様である。
そこで本発明は、燃料噴射量を適切に補正できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
上記目的は、筒内噴射弁及びポート噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記筒内噴射弁及びポート噴射弁からの総燃料噴射量に対する前記ポート噴射弁からの燃料噴射量の割合であるポート噴射割合を切り替える切替部と、前記ポート噴射割合が切り替えられた場合に、前記内燃機関の運転状態に応じた燃料の基本噴射量に、補正量を反映させて前記総燃料噴射量の補正を実行する補正部と、前記ポート噴射割合が増大するように切り替えられた場合には前記補正量を正値として算出し、前記ポート噴射割合が減少するように切り替えられた場合には前記補正量を負値として算出する算出部と、正値及び負値の一方の前記補正量に基づいて補正が実行されている最中に、前記ポート噴射割合が切り替えられて正値及び負値の他方の前記補正量が算出された場合には、前記一方の前記補正量が前記基本噴射量に反映されることを制限する制限部と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置によって達成できる。これにより、正値の補正量と負値の補正量とが相殺されることが防止され、燃料噴射量を適切に補正できる。
前記制限部は、前記他方の前記補正量が正値の場合には、前記一方の前記補正量に対して下限値をゼロに設定し、前記他方の前記補正量が負値の場合には、前記一方の前記補正量に対して上限値をゼロに設定してもよい。
前記算出部は、前記補正量が徐々にゼロに収束するように算出する。
本発明によれば、燃料噴射量を適切に補正できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供できる。
図1は、本実施例の燃料噴射制御装置が適用された内燃機関を示した図である。 図2は、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合でのポート噴射量と筒内噴射量とを示したタイムチャートである。 図3は、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合での補正量の説明図である。 図4は、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合でのポート噴射量と筒内噴射量とを示したタイムチャートである。 図5は、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量の説明図である。 図6Aは、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量の変化を示したタイミングチャートであり、図6Bは、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量の説明図である。 図7は、ECU50が実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図8は、本実施例での補正量の変化を示したタイミングチャートである。
図1は、本実施例の燃料噴射制御装置が適用された内燃機関を示した図である。エンジン20は、内燃機関の一例であり、ピストン24が収納されたシリンダブロック21上に設置されたシリンダヘッド22内の燃焼室23内で混合気を燃焼させて、ピストン24を往復動させる。ピストン24の往復動は、クランクシャフト26の回転運動に変換される。尚、図示はしていないが、エンジン20は4つの気筒を有した直列4気筒エンジンであるがこれに限定されない。
エンジン20のシリンダヘッド22には、吸気ポート10iを開閉する吸気バルブViと、排気ポート30eを開閉する排気バルブVeとが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド22の頂部には、燃焼室23内の混合気に点火するための点火プラグ27が気筒ごとに取り付けられている。
各気筒の吸気ポート10iは気筒毎の枝管を介してサージタンク18に接続されている。サージタンク18の上流側には吸気管10が接続されており、吸気管10の上流端にはエアクリーナ19が設けられている。そして吸気管10には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ15と、電子制御式のスロットルバルブ13とが設けられている。
また、各気筒の吸気ポート10iには、燃料を吸気ポート10i内に噴射するポート噴射弁12pが設置されている。また各気筒には、燃料を気筒内に噴射する筒内噴射弁12dが設定されている。これら噴射弁から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気バルブViの開弁時に燃焼室23に吸入され、ピストン24で圧縮され、点火プラグ27で点火燃焼させられる。
各気筒の排気ポート30eは気筒毎の枝管を介して排気管30に接続されている。排気管30には、三元触媒31が設けられている。三元触媒31の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ33が設置されている。
ECU(Electronic Control Unit)50は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、及びROM(Read Only Memory)を備える。ECU50は、RAMやROMに記憶されたプログラムを実行することによりエンジン20を制御する。またECU50は、エンジン20の燃料噴射制御装置であり、後述する制御を実行する。この制御は、CPU、ROM、及びRAMにより機能的に実現される、補正部、切替部、及び制限部により実現される。詳しくは後述する。
ECU50には、上述の点火プラグ27、スロットルバルブ13及びポート噴射弁12p、筒内噴射弁12d等が電気的に接続されている。またECU50には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ11、スロットルバルブ13のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ14、吸入空気量を検出するエアフローメータ15、空燃比センサ33、クランクシャフト26のクランク角を検出するクランク角センサ25、エンジン20の冷却水の温度を検出する水温センサ29や、その他の各種センサが電気的に接続されている。ECU50は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ27、スロットルバルブ13、ポート噴射弁12p、筒内噴射弁12d等を制御し、点火時期、燃料噴射量、ポート噴射割合、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
また、ECU50は、エンジン20の運転状態に応じて目標空燃比を設定する。例えばエンジン20の運転状態が低回転低負荷領域では、目標空燃比は理論空燃比に設定され、高回転高負荷領域では、目標空燃比は理論空燃比よりもリッチ側に設定される。目標空燃比が設定されると、空燃比センサ33により検出された空燃比が目標空燃比に一致するように、各気筒への燃料噴射量がフィードバック制御される。
また、ECU50は、エンジン20の運転状態に応じて、筒内噴射弁12d及びポート噴射弁12pからの総燃料噴射量に対するポート噴射弁12pからの燃料噴射量の割合であるポート噴射割合を切り替える切替部の一例である。例えば、アイドル運転状態の場合にはポート噴射弁12pのみから燃料が噴射され、低負荷運転状態及び中負荷運転状態の場合には筒内噴射弁12d及びポート噴射弁12pの双方から燃料が噴射され、高負荷運転状態の場合には筒内噴射弁12dのみから燃料が噴射されるが、これに限定されない。
また、ECU50は、ポート噴射割合が切り替えられた場合には、エンジン20の運転状態に応じて決定される基本燃料量に対して、補正量を反映させて、総燃料噴射量の補正を実行する補正部の一例である。ここで上記の補正量は、吸気ポート10i及び吸気バルブViに付着すると想定される燃料付着量に応じている。また、ECU50は、ポート噴射割合が増大するように切り替えられた場合には補正量を正値として算出し、ポート噴射割合が減少するように切り替えられた場合には補正量を負値として算出する算出部の一例である。以下で詳しく説明する。
最初に、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合について説明する。図2は、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合でのポート噴射量と筒内噴射量とを示したタイムチャートである。ポート噴射割合が上記のように切り換えられると、総燃料噴射量に補正量を加算した補正が実行されるが、具体的には、図2に示すように、筒内噴射量は基本噴射量からゼロに切り換えられ、ポート噴射量は、ゼロから基本噴射量に補正量を加算した量に切り換えられる。このようにポート噴射量が増量するように補正される理由は、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合においても基本噴射量のみがポート噴射弁12pから噴射されると、燃料の一部が吸気ポート10i及び吸気バルブに付着して、燃焼室23内に必要な燃料量を供給できずに、所望の空燃比を実現できないためである。従って、このような燃料付着量を考慮して、基本噴射量に補正量を加算した量がポート噴射量として決定される。
図2に示すように、補正量A1、B1、B2、B3…は、それぞれポート噴射割合が0%から100%に切り換えられてから1サイクル目、2サイクル目、3サイクル目、4サイクル目…での補正量を示している。補正量A1、B1、B2、B3…と所定のサイクルに亘って徐々に低下し、補正量は最終的にはゼロとなる。即ち、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられてから所定のサイクル期間経過後では、ポート噴射量は基本噴射量のみに制御される。尚、図2は、理解を容易にするために、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられてから7サイクル目に補正量がゼロに設定される場合を例に示しているが、これに限定されない。
図3は、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合での補正量の説明図である。図3は、縦軸に吸気ポート10i及び吸気バルブViでの燃料付着量を示しており、横軸は吸気の充填効率を示している。ポート噴射割合が0%の場合にはポート噴射弁12pからは燃料は噴射されないため燃料付着量はゼロであるが、ポート噴射割合が100%の場合には、吸気の充填効率が高いほど燃料付着量が多くなる。尚、ポート噴射割合が100%の場合での燃料付着量は、実験により算出されECU50のROMに記憶されている。この燃料付着量が補正量の総量に相当する。
ここで、補正量A1は、ポート噴射割合の切り替え後での1サイクル目の補正量であり、ポート噴射割合の切り替えによるポート噴射割合の変化分に応じた補正量である。ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合には、それまでポート噴射弁12pから燃料噴射されていない状態から燃料噴射が開始されるため、燃料付着量は比較的多くなる。
補正量B1、B2、B3…はそれぞれ、ポート噴射割合の切り替え後での2サイクル目以降での補正量であり、吸気バルブViに付着する燃料により変化する吸気バルブViの温度の変化分に応じた補正量である。ここで、吸気バルブViの温度が高い方が吸気バルブViに付着した燃料の蒸発量は増大するが、吸気バルブViの温度は燃料付着量が増大するにつれて低下するため、吸気バルブViでの燃料の付着量が増大するにつれて吸気バルブViに付着した燃料の1サイクルの期間中での蒸発量は低下する。このため、補正量B1、B2、B3…は徐々にゼロに収束するように算出される。
ECU50は、以下のようにして各サイクルでの補正量を算出する。最初に、ROMに記憶されたポート噴射割合が100%の場合での燃料付着量と、スロットル開度等から推定される吸気の充填効率とに基づいて、補正量の総量が算出される。補正量A1は、補正量の総量に、ポート噴射割合の変化分に応じた所定の補正係数k1を乗算して算出される。ここで、補正係数k1は、0よりも大きく1未満の値であり、予めROMに記憶されている。補正量B1は、1から補正係数k1を減算した値に補正量の総量を乗算して更に吸気バルブViの温度の変化分に応じた所定の補正係数k2を乗算して算出される。補正係数k2も、0よりも大きく1未満の値であり、予めROMに記憶されている。補正量B2は、1から補正係数k2を減算した値に前回の補正量B1を乗算した値である。補正量B3は、同様に、1から補正係数k2を減算した値に前回の補正量B2を乗算した値である。次の補正量も同様である。最終的に各補正量の合計が、予め算出された補正量の総量に到達した場合には、補正量はゼロとして算出され、補正は停止される。尚、補正量の算出方法は一例であり上記に限定されない。
次に、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合について説明する。図4は、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合でのポート噴射量と筒内噴射量とを示したタイムチャートである。ポート噴射割合が上記のように切り換えられると、総燃料噴射量に補正量が反映された補正が実行される。具体的には、ポート噴射量は基本噴射量からゼロに切り換えられ、筒内噴射量は、ゼロから基本噴射量に補正量を反映させた量に切り換えられる。ここで、補正量は負値として算出され、筒内噴射量は基本噴射量から減量された量となる。このように燃料噴射量が減量するように補正される理由は以下による。ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合においても基本噴射量のみの燃料が筒内噴射弁12dから噴射されると、それまでポート噴射により吸気バルブViや吸気ポート10iに付着していた燃料の一部が燃焼室23内に導入される。従って、筒内噴射量と併せて必要以上の燃料量が燃料室23内に供給されることになり、所望の空燃比を実現できないためである。従って、この分だけ筒内噴射量が減量される。
図4に示すように、補正量−A1、−B1、−B2、−B3…は、それぞれポート噴射割合が100%から0%に切り換えられてから1サイクル目、2サイクル目、3サイクル目、4サイクル目…での補正量を示している。補正量−A1、−B1、−B2、−B3…と所定のサイクルに亘って徐々に低下し、補正量は最終的にはゼロとなる。即ち、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられてから所定のサイクル期間経過した後では、筒内噴射量は基本噴射量のみに制御される。
図5は、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量の説明図である。補正量の総量とは、図5に示した補正量−A1、−B1、−B2…の合計である。ここで、補正量−A1は、上述した補正量A1と同様に、ポート噴射割合の切り替えによるポート噴射割合の変化分に応じた補正量である。ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合には、それまでポート噴射弁12pから燃料噴射されていた状態から燃料噴射が停止されるため、燃料付着量は比較的大きく減少する。ここで、補正量−A1は、補正量A1と絶対値が同じものとして説明する。
補正量−B1、−B2、−B3…はそれぞれ、補正量B1、B2、B3…と同様に、吸気バルブViの温度の変化分に応じた補正量である。吸気バルブViでの燃料の付着量が減少するにつれ、吸気バルブViの温度が上昇し、吸気バルブViの温度の上昇に伴い吸気バルブViに付着した燃料の1サイクルの期間中での蒸発量も増大する。このため、補正量−B1、−B2、−B3…は、その絶対値が徐々に低下するように算出され、即ち、減量分が徐々にゼロに収束するように算出される。ここで、補正量−B1、−B2、−B3…は、それぞれ、補正量B1、B2、B3…と絶対値が同じものとして説明する。
補正量−A1、−B1、−B2、−B3…は、上述した補正量A1、B1、B2、B3と類似の方法で算出される。具体的には、補正量−A1、−B1、−B2、−B3…の算出では、補正量の総量が負値として用いられ、その他の点では補正量A1、B1、B2、B3の算出方法と同じである。尚、この場合も補正量の算出方法は一例であり、上記に限定されない。
尚、本明細書では、上述した補正量A1、−A1を、ポート噴射割合の変化分に応じた補正量Aとして総称する。また、補正量B1、B2…−B1、−B2…を、吸気バルブViの温度の変化分に応じた補正量Bとして総称する。
次に、燃料噴射量の補正の実行中にポート噴射割合が切り替えられた場合に起こり得る問題について説明する。図6Aは、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量の変化を示したタイミングチャートである。図6Bは、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量の説明図である。例えば図6Aに示すように、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられてから4サイクル目に100%から0%に切り換えられた場合、4サイクル目での補正量は、補正量B3に補正量−A1を加えた値として算出される可能性がある。5サイクル目での補正量は、補正量B4に補正量−B1を加えた値として算出される可能性がある。このように、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合での燃料噴射量の補正量と、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での燃料噴射量の補正量とが相殺されて、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた後での補正量が本来の補正量と比較して不足する。この問題は、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合でも同様に起こり得る。このため、本実施例ではECU50は以下のような制御を実行する。
図7は、ECU50が実行する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は、所定の周期で繰り返し実行される。最初に、上述した燃料噴射量の補正の実行中であるか否かが判定される(ステップS1)。例えば、補正量が算出されているか否かに基づいて上記の判定がなされる。ステップS1で否定判定の場合には本制御は終了する。ステップS1で肯定判定の場合にはポート噴射割合が切り替えられたか否かが判定される(ステップS3)。ステップS3で否定判定の場合には本制御は終了する。
ステップS3で肯定判定の場合にはガード処理が実行される(ステップS5)。ガード処理とは、上述した補正量Bの値を制限する処理である。具体的には、補正量Aが正値として算出された場合では、補正量Bの下限値をゼロに制限し、補正量Aが負値として算出された場合では、補正量Bの上限値をゼロに制限する処理である。正値及び負値の一方の補正量に基づいて補正が実行されている最中に、ポート噴射割合が切り替えられて正値及び負値の他方の補正量が算出された場合には、一方の補正量が基本噴射量に反映されることを制限する制限部が実行する処理の一例である。
これにより、例えば上述した図6Aの例では、ポート噴射割合が100%から0%に切り替わって算出される補正量−A1は負値であるため、補正量B3、B4…はその上限値はゼロに制限される。一方、補正量−B1、−B2、−B3…については負値であるため、上限値がゼロに制限されたとしても実質的には制限されない。即ち、補正量B3、B4…は燃料噴射量に対して補正量としては実質的には反映されずに、補正量−B1、−B2…のみが燃料噴射量に対して反映される。
図8は、本実施例での補正量の変化を示したタイミングチャートである。ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合には、上述したように補正量B3、B4…は反映されずに、補正量−A1、−B1、−B2…が燃料噴射量に対して反映される。このため、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合での補正量を確保できる。
尚、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられた場合には、ポート噴射割合が0%から100%に切り換えられて算出される補正量A1は正値であるため、補正量Bの下限値をゼロに制限される。即ち、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられて算出される補正量Bは、下限値がゼロに制限されるため、実質的にこの補正量Bは燃料噴射量に対して反映されない。例えば、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられてから4サイクル目に0%から100%に切り換えられた場合、補正量−B3、−B4…は、基本噴射量に対して実質的に反映されずに、補正量A1、B1、B2…のみが反映される。従ってこの場合においても、ポート噴射割合が100%から0%に切り換えられた場合での補正量を確保できる。
以上のように、補正の実行中にポート噴射割合が切り替えられた場合には、ポート噴射割合の切り替えにより算出された補正量Aが正値であるか負値であるかに基づいて、算出される補正量Bの上限値及び下限値を設定して、不要な補正量が燃料噴射量に反映されることを制限できる。このような簡易な手法により、ポート噴射割合の切り替え後であっても適切な補正量を確保でき、燃料噴射量を適切に補正でき、所望の空燃比を実現することができる。
上記実施例では、ポート噴射割合が0%から100%又は100%から0%に切り換えられた場合について説明しているが、これに限定されない。例えばポート噴射割合が0%と100%との間の一定割合に制御されて筒内噴射弁12d及びポート噴射弁12pの双方から燃料が噴射されている最中に、ポート噴射割合が増大するように切り替えられ燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が減少するように切り替えられた場合にも上記内容を適用できる。同様に、ポート噴射割合が0%と100%との間の一定割合に制御されて筒内噴射弁12d及びポート噴射弁12pの双方から燃料が噴射されている最中に、ポート噴射割合が減少するように切り替えられて燃料噴射量の補正の実行中に、ポート噴射割合が増大するように切り替えられた場合にも上記内容を適用できる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
12p ポート噴射弁
12d 筒内噴射弁
20 エンジン(内燃機関)
50 ECU(内燃機関の燃料噴射制御装置、切替部、補正部、制限部)

Claims (3)

  1. 筒内噴射弁及びポート噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    前記内燃機関の運転状態に応じて、前記筒内噴射弁及びポート噴射弁からの総燃料噴射量に対する前記ポート噴射弁からの燃料噴射量の割合であるポート噴射割合を切り替える切替部と、
    前記ポート噴射割合が切り替えられた場合に、前記内燃機関の運転状態に応じた燃料の基本噴射量に、補正量を反映させて前記総燃料噴射量の補正を実行する補正部と、
    前記ポート噴射割合が増大するように切り替えられた場合には前記補正量を正値として算出し、前記ポート噴射割合が減少するように切り替えられた場合には前記補正量を負値として算出する算出部と、
    正値及び負値の一方の前記補正量に基づいて補正が実行されている最中に、前記ポート噴射割合が切り替えられて正値及び負値の他方の前記補正量が算出された場合には、前記一方の前記補正量が前記基本噴射量に反映されることを制限する制限部と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 前記制限部は、前記他方の前記補正量が正値の場合には、前記一方の前記補正量に対して下限値をゼロに設定し、前記他方の前記補正量が負値の場合には、前記一方の前記補正量に対して上限値をゼロに設定する、請求項1の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 前記算出部は、前記補正量が徐々にゼロに収束するように算出する、請求項1又は2の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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