JP7021579B2

JP7021579B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP7021579B2
Application number: JP2018055142A
Authority: JP
Inventors: 義和山本; 一哉大島; 雅也久保; 優一郎山中; 康行高木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP2019167851A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の気筒では、燃料と、吸気ポートから流入する空気とが混合気を形成する。吸気行程中では吸気バルブが開弁しているため、気筒から吸気ポートへと混合気が吹き返されることがある。吹き返しが発生すると、気筒内の実際の燃料量が要求燃料量とは異なる。そこで、燃料の吹き返し量を考慮し、燃料噴射量を補正する技術がある（特許文献１など）。

特開２０１０－１３８７９９号公報

ところで、アルコールを含む燃料を使用する車両においても、燃料が吸気ポートに吹き返されることがある。しかし、例えば冷間時などアルコールが蒸発しにくい状況では混合気が形成されにくく、燃料の吹き返し量が減少する。この場合、補正量が過剰となる恐れがある。そこで、過剰な吹き返し補正を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、アルコールを含む燃料を用いる内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の気筒から吸気経路への前記燃料の吹き返しに応じて、燃料噴射量を補正する補正部と、前記気筒の温度を取得する温度取得部と、前記気筒内の圧力を取得する圧力取得部と、前記燃料中の前記アルコールの濃度および前記気筒の温度に基づき、吸気行程中に前記気筒内において前記燃料に含まれるアルコールが蒸発する圧力である蒸発圧力を取得する蒸発圧力取得部と、を具備し、吸気行程中の前記気筒内の圧力が前記蒸発圧力よりも高い場合、前記補正部は前記気筒内の圧力が前記蒸発圧力以下である場合に比べて、前記燃料噴射量の補正量の絶対値を小さくする内燃機関の制御装置によって達成できる。

過剰な吹き返し補正を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は内燃機関を例示する模式図である。図２はＥＣＵが実施する制御を例示するフローチャートである。図３はタイムチャートである。図４は変形例における制御を例示するフローチャートである。

（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は内燃機関１００を例示する模式図である。内燃機関１００（エンジン）は、例えばガソリン等の炭化水素とアルコールとが混合された混合燃料を利用可能なＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）に搭載される。燃料中のアルコール濃度は０％から１００％の間で変化し得る。

図１に示すように、内燃機関１００（エンジン）のエンジン本体１２の内部に燃焼室１１が形成される。エンジン本体１２の内部には、ピストン１４、コンロッド１５、およびクランクシャフト１６が配置されている。ピストン１４はコンロッド１５によりクランクシャフト１６に連結されている。エンジン本体１２には、回転数センサ３７、点火プラグ３８および燃料噴射弁３１が設けられている。回転数センサ３７は内燃機関１００の回転数を検出する。燃料噴射弁３１は燃焼室１１に燃料を噴射する。点火プラグ３８は燃焼室１１内の混合気に点火する。燃料噴射弁３１は吸気経路２０に設けられ、ポート噴射を行ってもよい。

エンジン本体１２には、水温センサ３０、圧力センサ３２、温度センサ３４が設けられ、吸気経路２０および排気経路２１が接続されている。水温センサ３０はウォータジャケット１２ａ内の冷却水の温度を検出する。圧力センサ３２は気筒内の圧力を検出する。温度センサ３４は気筒内の温度を検出する。

吸気経路２０には、上流側から下流側にかけて、エアクリーナ２２、エアフローメータ２３、スロットルバルブ２４、および吸気圧センサ２５が設けられている。エアクリーナ２２は外部から流入する空気から粉塵などを除去する。エアフローメータ２３は吸入される空気量を検出する。吸気圧センサ２５は吸気経路２０内の圧力を検出する。スロットルバルブ２４は例えば不図示のアクチュエータなどにより駆動され、吸入空気量を調節する。

内燃機関１００は例えば可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable valve timing）機構を有する。カムシャフトとともにカム３５および３６が回転することにより、吸気バルブ２６および排気バルブ２７が動作し、吸気経路２０および排気経路２１が開閉する。吸気バルブ２６が開くことで、空気は吸気経路２０から燃焼室１１へと導入される。燃料噴射弁３１から噴射された燃料と空気とは混合気を形成し、ピストン１４で圧縮され、点火プラグ３８は混合気に点火する。点火によりピストン１４は燃焼室１１内を上下に往復運動し、クランクシャフト１６が回転する。燃焼後の排気は排気経路２１から排出される。

排気経路２１には触媒２９および空燃比センサ２８が設けられている。触媒２９は例えば三元触媒であり、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する。空燃比センサ２８は空燃比を検出する。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および記憶装置等を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ１０には水温センサ３０が検出する冷却水の温度、圧力センサ３２が検出する気筒内の圧力、温度センサ３４が検出する気筒内の温度が入力される。またＥＣＵ１０には、回転数センサ３７が検出する回転数、エアフローメータ２３が検出する吸入空気量、吸気圧センサ２５が検出する吸気圧、空燃比センサ２８が検出する空燃比が入力される。ＥＣＵ１０は例えば空燃比センサ２８が検出する排気中の酸素濃度から燃料のアルコール濃度を取得することができる。

ＥＣＵ１０は、スロットルバルブ２４の開度、吸気バルブ２６および排気バルブ２７のバルブタイミング、点火プラグ３８の点火時期、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量および噴射時期を調節する。またＥＣＵ１０は、燃料の吹き返しに応じて、燃料噴射量を補正する。

吸気工程においては吸気バルブ２６が開弁し、気筒内の混合気の一部は吸気経路２０へと吹き返される。吸気行程中の最大空気量をＡ１、吸気バルブ２６の閉弁時の空気量をＡ２とすると、吹き返す空気の割合Ｒは次式で表される。
Ｒ＝１－Ａ２／Ａ１
必要燃料量Ｆ１は吸気行程中の最大空気量Ａ１に基づいて定まる。燃料噴射量Ｆ２は閉弁時の空気量Ａ２に基づいて定まる。

気筒に噴射され蒸発した燃料のうち、一部は吹き返される。吹き返される燃料量（吹き返し燃料量）Ｆ３は、例えば次式のように、割合１－Ａ２／Ａ１とＦ１との積である。
Ｆ３＝Ｆ１×（１－Ａ２／Ａ１）
エンジンサイクルのうち今回のサイクルをｋ、前回のサイクルをｋ－１とする。今回のサイクルｋにおける吹き返し補正量Ｆ４（ｋ）は、今回サイクルｋの必要燃料量Ｆ１および、燃料噴射量Ｆ２、前回サイクルｋ－１の吹き返し燃料量Ｆ３を用いて次式で表される。
Ｆ４（ｋ）＝Ｆ１（ｋ）－（Ｆ２（ｋ）＋Ｆ３（ｋ－１））
ＥＣＵ１０は、吹き返し補正量Ｆ４を用いて燃料噴射量の補正し、例えばＦ４を燃料噴射量に加算または減算する。

例えば低温、高負荷などの状況では、アルコールが蒸発しにくく、吹き返し量も減少する。この場合、吹き返し補正量Ｆ４が過剰になることがある。本実施形態では、アルコールが蒸発するか否かに応じて吹き返し補正の実施を制御する。

図２はＥＣＵ１０が実施する制御を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ１０は、水温センサ３０から冷却水温Ｔｗを取得し、ＴｗがＴｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ１０は制御を終了する。この場合は、吹き返し補正が行われる。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ１０は、吸気行程中の筒内圧力Ｐｍを取得する（ステップＳ１２）。具体的に、ＥＣＵ１０は、吸気圧センサ２５から吸気行程中の吸気経路２０の圧力を取得し、この圧力を筒内圧力Ｐｍとして用いる。

ＥＣＵ１０は、筒内温度、内燃機関１００の回転数、バルブタイミング、燃料中のアルコール濃度などに基づいて、蒸発圧力Ｐｅｖを取得する（ステップＳ１４）。蒸発圧力Ｐｅｖとは、アルコールが沸騰する際の吸気行程中の筒内圧力である。筒内温度、回転数、バルブタイミング、アルコール濃度と蒸発圧力Ｐｅｖとを対応するマップはＥＣＵ１０にあらかじめ記憶されている。また、筒内温度に代えて冷却水温Ｔｗを用いてもよい。

ＥＣＵ１０は、筒内圧力Ｐｍが蒸発圧力Ｐｅｖ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。肯定判定の場合、ＥＣＵ１０は、燃料中のアルコールが吸気行程中に蒸発すると判定する（ステップＳ１８）。この場合、ＥＣＵ１０は、吹き返し補正をオンにし、吹き返し補正量Ｆ４を算出し、補正を行う（ステップＳ２０）。一方、ステップＳ１６において否定判定の場合、ＥＣＵ１０は、アルコールが吸気行程中に蒸発しないと判定する（ステップＳ２２）。ＥＣＵ１０は、吹き返し補正をオフにする（ステップＳ２４）。すなわちＥＣＵ１０は吹き返し補正を実施せず、吹き返し補正量Ｆ４は０となる。以上で制御は終了する。

図３はタイムチャートであり、上段から下段にかけて、筒内圧力Ｐｍ、蒸発フラグ、吹き返し補正量Ｆ４を表す。点線は比較例であり、図２の制御を行わず、吹き返し補正を実施する例である。実線は本実施形態を表す。

筒内圧力Ｐｍは時間ｔ１までは蒸発圧力Ｐｅｖより高く、このときＥＣＵ１０は蒸発フラグを０とする（図２のステップＳ２２）。つまりアルコールが蒸発しない状態である。例えば時間ｔ０に示すように、比較例では吹き返し補正量Ｆ４が０でない値を取る。一方、本実施形態では、吹き返し補正量Ｆ４が０である（図２のステップＳ２４）。

時間ｔ１からｔ３までの期間、筒内圧力Ｐｍは蒸発圧力Ｐｅｖより低く、ＥＣＵ１０は蒸発フラグを１とする（図２のステップＳ１８）。この期間においては、例えば時間ｔ２のように、実施形態でも比較例でも、吹き返し補正量Ｆ４は０でない値を取る（ステップＳ２０）。

時間ｔ３以降、筒内圧力Ｐｍは蒸発圧力Ｐｅｖより高く、ＥＣＵ１０は蒸発フラグを０とする（図２のステップＳ２２）。時間ｔ４に示すように、比較例では吹き返し補正量Ｆ４が０でない値を取る。一方、本実施形態では、吹き返し補正量Ｆ４が０である（図２のステップＳ２４）。

本実施形態によれば、筒内圧力Ｐｍが蒸発圧力Ｐｅｖよりも高い場合、ＥＣＵ１０は吹き返し補正量Ｆ４を０とする。これにより、過剰な吹き返し補正を抑制することができる。例えば冷間時にはアルコールが蒸発しにくいため、混合気が生成されにくい。このため吹き返しも起こりにくく、燃料が筒内にとどまる。したがって吹き返し補正量Ｆ４が過剰となる恐れがある。本実施形態では、冷却水温ＴｗがＴｔｈより低い場合（図２のステップＳ１０でＹｅｓ）、ＥＣＵ１０はステップＳ１２以降の制御を行い、アルコールの蒸発の判定に応じて、吹き返し補正を実施するか否かを決定する。このため、冷間時における過剰な吹き返し補正を抑制することができる。なお、図２のステップＳ１０を実施せず、温度に関わらず図２の制御を実施してもよい。

上記の例では、アルコールが蒸発しないと判定された場合、ＥＣＵ１０は吹き返し補正量Ｆ４を０とする。つまり吹き返し補正を実施しない（ステップＳ２２およびＳ２４）。これ以外に、例えば吹き返し補正量の絶対値の低減を行ってもよい。図４は変形例における制御を例示するフローチャートである。ステップＳ１０～Ｓ１８については図２と同じである。例えば、アルコールが蒸発しないと判定された場合（ステップＳ２２）、アルコールが蒸発すると判定された場合に比べて、ＥＣＵ１０は吹き返し補正量Ｆ４を低減する（ステップＳ２６）。すなわち、ＥＣＵ１０は吹き返し補正量Ｆ４の絶対値を小さくし、そのうえで吹き返し補正を実施する（ステップＳ２６およびＳ２０）。これにより過剰な吹き返し補正を抑制することが可能である。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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。

１０ＥＣＵ
１１燃焼室
１２エンジン本体
１４ピストン
１５コンロッド
１６クランクシャフト
２０吸気経路
２１排気経路
２２エアクリーナ
２３エアフローメータ
２４スロットルバルブ
２５吸気圧センサ
２６吸気バルブ
２７排気バルブ
２８空燃比センサ
２９触媒
３０水温センサ
３１燃料噴射弁
３２圧力センサ
３４温度センサ
３５、３６カム
３７回転数センサ
３８点火プラグ
１００内燃機関

Claims

アルコールを含む燃料を用いる内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の気筒から吸気経路への前記燃料の吹き返しに応じて、燃料噴射量を補正する補正部と、
前記気筒の温度を取得する温度取得部と、
前記気筒内の圧力を取得する圧力取得部と、
前記燃料中の前記アルコールの濃度および前記気筒の温度に基づき、吸気行程中に前記気筒内において前記燃料に含まれるアルコールが蒸発する圧力である蒸発圧力を取得する蒸発圧力取得部と、を具備し、
吸気行程中の前記気筒内の圧力が前記蒸発圧力よりも高い場合、前記補正部は前記気筒内の圧力が前記蒸発圧力以下である場合に比べて、前記燃料噴射量の補正量の絶対値を小さくする内燃機関の制御装置。