JPWO2016031510A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

高精度に要求空燃比を満足することができる内燃機関の制御装置を提供する。算出部は、第1の周期ごとに、1燃焼サイクル内の燃料噴射回数と1燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する(500)。第1の保持部は、算出部によって算出された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、第1の周期において保持する(500)。参照部は、第1の周期と異なる第2の周期ごとに、第1の保持部に保持される燃料噴射回数と燃料噴射割合とを参照する(506)。第2の保持部は、参照部によって参照された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、少なくとも1燃焼サイクルの最初の燃料噴射(512)の開始タイミングから最後の燃料噴射(513)の開始タイミングまでの期間において保持する(506)。制御部は、第2の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する。

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
1燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する多段噴射制御が開示されている(例えば、特許文献1参照)。このような多段噴射制御によれば、筒内の燃料付着量低減・混合気の均一度を上げることができ、排気エミッションを低減することができる。
特開2011−132898号公報
多段噴射制御では、1燃焼サイクル中の要求総噴射量を各噴射に振りわける分割比を、内燃機関の運転状態等に基づいて決定することで、空燃比に対する精度を保証しつつ、燃焼要求に対する最適化を行える。しかし、特許文献1に開示されるような制御では、運転状態が変化し、前記分割比の要求変化を各噴射量に反映する事により、分割比および総噴射量を守ることができず、所望の空燃比を精度良く制御することができないという問題がある。
また、燃料噴射弁の特徴として、同じ量の燃料を噴射する為に、燃料噴射弁に供給される燃料圧力により、燃料噴射パルス幅を補正する必要がある。しかし、この様な場合においても複数回に分けて噴射を行っている時において、所望の空燃比を精度良く制御することができないという問題がある。
本発明は、上記2つの課題に対してなされたものである。本発明の目的は、高精度に要求空燃比を満足することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、第1の周期ごとに、1燃焼サイクル内の燃料噴射回数と前記1燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、前記第1の周期において保持する第1の保持部と、前記第1の周期と異なる第2の周期ごとに、前記第1の保持部に保持される前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合とを参照する参照部と、前記参照部によって参照された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、少なくとも前記1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第2の保持部と、前記第2の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部と、を備えるようにしたものである。
本発明によれば、高精度に要求空燃比を満足することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態によるECUを含む内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。 図1に示すECUの入出力信号関係を示すブロック線図である。 本発明の一実施形態によるECUで算出される多段噴射回数の一例を示す図である。 多段噴射制御の第1の課題を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第1の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第1の制御の応用例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第2の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第3の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第4の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第5の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第6の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第7の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第8の制御例を示すタイムチャートである。 多段噴射制御の第2の課題を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるECUが実行する噴射回数及び分割比の演算制御と、多段噴射制御のフローチャートの1例である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態によるECU(Engine Control Unit)の構成及び動作を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を表す。内燃機関の制御装置としてのECUは、以下で説明するように、燃料噴射を制御する。
(内燃機関システムの構成)
最初に、図1を用いて、内燃機関とその燃料噴射を制御する制御装置(ECU)の基本構成を説明する。図1は、本発明の一実施形態によるECU9を含む内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。
図1に示すように、エンジン1には、ピストン2、吸気弁3、排気弁4が備えられる。吸気は、空気流量計(エアフロセンサ)22を通過してスロットル弁19に入り、分岐部であるコレクタ15より吸気管10、吸気弁3を介してエンジン1の燃焼室21に供給される。前記エアフロセンサ22からは、吸気流量を表す信号がECU9に出力される。
燃料は、燃料タンク23から低圧燃料ポンプ24によって内燃機関へと供給され、さらに高圧燃料ポンプ25によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。燃料は、燃料噴射弁5(以下、インジェクタ5と呼ぶ)から、エンジン1の燃焼室21に噴射供給され、点火コイル7、点火プラグ6で点火される。
点火制御は、ECU9により、所望の点火タイミングで、点火コイル7への通電制御により行われる仕組みとなっている。また、燃料の圧力は燃料圧力センサ26によって計測され、その信号はECU9に出力されている。燃焼後の排気ガスは排気弁4を介して排気管11に排出される。排気管11には排気ガス浄化のための三元触媒12が備えられている。
(ECUの構成)
次に、図2を用いて、本発明の一実施形態によるECU9の1例を説明する。図2は、図1に示すECU9の入出力信号関係を示すブロック線図である。
前記ECU9は、A/D変換器を含むI/O LSI9a、CPU9b等から構成されイグニッションON、スターターONを示すキースイッチ200の信号、図1のクランク角センサ16の信号、図1のエアフロセンサ22の空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する図1のA/Fセンサ13の信号、図1のアクセル開度センサ22のアクセル開度の信号、図1の燃料圧力センサ26の信号、スロットルセンサ201(図示省略)等の信号が入力される。
ECU9は、所定の演算処理を実行し、演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである図1の電制スロットル18、図1の低圧燃料ポンプ24、図1の高圧ポンプソレノイド25、図1の点火コイル7、図1のインジェクタ5に所定の制御信号を供給する。
図2のI/O LSI9aには図1のインジェクタ5を駆動する駆動回路(図示省略)が設けられており、バッテリから供給される電圧を昇圧回路(図示省略)を用いて昇圧して供給し、駆動IC(図示省略)によって電流制御することによってインジェクタ5を駆動する。
また、ECU9には、クランク角度センサ16の信号からエンジン回転数を演算する回転数検出手段と、図1の水温センサ8から得られる内燃機関の水温とエンジン始動後の経過時間等から図1の三元触媒12が暖機されて状態であるかを判断する手段が備えられている。なお、吸気ポート噴射式の場合、インジェクタ5は吸気管10部分に装着される。
以上から、内燃機関の燃焼に必要なインジェクタ5の駆動制御及び燃料噴射量を最適に制御する。
(多段噴射回数)
次に、図3を用いて、多段噴射の噴射回数の一例を説明する。図3は、本発明の一実施形態によるECUで算出される多段噴射回数の一例を示す図である。
図3には示していないが、各気筒の吸気行程の開始から排気行程の終了までである1燃焼サイクル中に噴射する噴射回数は、内燃機関のエンジン回転数や要求トルク等のエンジンの運転状態に基づいて算出される。噴射回数は、内燃機関の性能向上からの要求とインジェクタ5が精度良く噴射できる最小噴射パルス幅及びECU9の性能から決定する。
(第1の課題)
次に、図4を用いて、多段噴射の分割比(燃料噴射割合)が変化したときの噴射制御の1例を説明する。図4は、多段噴射制御の第1の課題を説明するための図である。
図4の400は、n番気筒の多段噴射の噴射回数および分割比の演算周期を表しており、401のタイミングでは、噴射回数が2回であり、1回目噴射分割比が1、2回目分割比が3であることを表している。図4の時間T402において前記演算周期となり、前記運転状態の変化により、2回目噴射分割比が3から1に変化し、403のタイミングにおいては、n番気筒の噴射回数が2回であり、1回目噴射分割比が1、2回目分割比が1であることを表している。
図4の404は、n+1番気筒の多段噴射の噴射回数および分割比の演算タイミングを表しており、上記説明と同様に、405のタイミングでは、噴射回数が2回であり、1回目噴射分割比が1、2回目分割比が3であることを表しており、時間T402において前記演算周期となり、前記運転状態の変化により、2回目噴射分割比が3から1に変化し、406のタイミングでは噴射回数が2回であり、1回目噴射分割比が1、2回目分割比が1であることを表している。
407は、n番気筒の1燃焼サイクルの1回目噴射を実行するための噴射パルスであり、当該パルス信号に基づいてインジェクタ5から燃料噴射が行われる。当該噴射パルス407の出力開始タイミングT408では、n番気筒の噴射回数および分割比は、401より、噴射回数が2回、1回目噴射分割比が1、2回目噴射分割比が3であるため、総噴射量の1/4を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。
同様に当該燃焼サイクルの2回目噴射を実行するための噴射パルスである409の出力開始タイミングT410では、n番気筒の噴射回数および分割比は401より、噴射回数が2回、1回目噴射分割比が1、2回目噴射分割比が3であるため、総噴射量の3/4の量を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。
同様に、n+1番気筒の1燃焼サイクルの1回目噴射を実行するための噴射パルスである411の出力開始タイミングT412では、n+1番気筒の噴射回数および分割比は405より、噴射回数が2回、1回目噴射分割比は1、2回目噴射分割比は3であるため、燃料総噴射量の1/4を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。
n+1番気筒の当該燃焼サイクルの2回目噴射を実行するための噴射パルスである413の出力開始タイミングT414では、n+1番気筒の噴射回数および分割比は406より、噴射回数が2回、1回目噴射分割比は1、2回目噴射分割比は1であるため、総噴射量の1/2を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。
この例の場合、n+1番気筒において、1回目噴射量と2回目噴射量を足しても、分割比の変化により所望の総噴射量とならず、その結果内燃機関の空燃比を所望の値に制御できない。図4で示した分割比の変化において2回目噴射分割比が増える場合もあり、その場合においても要求空燃比を満たすことができない。
以上から、噴射回数及び分割比の演算と、燃料噴射のタイミングが異なることで内燃機関の要求空燃比を保つことができない。
これに対し、本発明の一実施形態によるECU9は、要求噴射回数及び分割比の要求が変化した場合においても、所望の空燃比を満たす燃料噴射制御を行うものである。以下、本発明の一実施形態によるECU9が実行する燃料噴射制御について説明する。
(第1の制御例)
次に、図5を用いて、燃料噴射制御の第1の制御例を説明する。図5は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第1の制御例を示すタイムチャートである。
図5では、1例として、1燃焼サイクル内の多段噴射の各噴射のタイミングと各噴射パルス幅の少なくとも一方の設定をする基準となるタイミング(以降、噴射制御基準位置と呼ぶ)を本発明の更新タイミングとしている。噴射制御基準位置は、例えば、吸気行程の所定のタイミングである。
図5の500は、多段噴射の噴射回数および分割比の演算タイミングを表している。タイミングT501において、噴射回数および分割比を演算し、次の演算タイミングT502までの503では、T501での演算結果となる。同様に、次の演算タイミングT502において、噴射回数および分割比を演算し、次の演算タイミングT504までの505では、T502での演算結果となる。
ここで、ECU9は、第1の周期(演算周期)ごとに、1燃焼サイクル内の燃料噴射回数と1燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する算出部として機能する。また、ECU9及びメモリ(不図示)は、協働することにより、算出部によって算出された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、第1の周期において保持する第1の保持部として機能する。なお、メモリは、ECU9に内蔵されているものであっても、ECU9の外部に設置されているものであってもよい。
図5の506は、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比の更新タイミングを表している。図5の1例においては、噴射制御基準位置が更新タイミングであり、噴射制御基準位置T506において、最新の噴射回数および分割比の演算結果である503の値に更新し、次の更新タイミングである次燃焼サイクルの噴射制御基準位置T508までの507は、503の値となる。
ここで、ECU9は、第1の周期と異なる第2の周期(燃料噴射を実行する際に用いる噴射回数と噴射割合の更新周期)ごとに、第1の保持部に保持される燃料噴射回数と燃料噴射割合とを参照する参照部として機能する。また、ECU9及びメモリ(不図示)は、協働することにより、参照部によって参照された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、少なくとも1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第2の保持部として機能する。
なお、第2の保持部は、参照部の参照に同期して(参照の直後又は所定時間経過後)保持を開始する。第1の周期(例えば、T501からT502までの期間)は、第2の周期(例えば、T506からT508までの期間)より短い。第2の周期は、例えば、内燃機関の回転に同期する周期である。
同様に、次の更新タイミングである噴射制御基準位置T508において、最新の噴射回数および分割比の演算結果である509の値に更新し、次の更新タイミングである次燃焼サイクルの噴射制御基準位置T510までの511は、509の値となる。図5の1燃焼サイクル内の多段噴射の最初の噴射を実行するための噴射パルス512から、最後の噴射を実行するための噴射パルス513の各噴射量の演算に507の値を使用することで、各噴射量に最新の噴射回数と分割比を反映した上で、噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。
ここで、ECU9は、第2の保持部に保持された燃料噴射回数と燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部として機能する。
以上説明したように、本実施形態によれば、1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間、燃料噴射弁の制御に用いられる燃料噴射回数と前記燃料噴射割合が変更されない。これにより、高精度に要求空燃比を満足することができる。
(第1の制御の応用例)
各気筒で噴射制御基準位置をそれぞれ別に設定することで、各気筒に最新の噴射回数と分割比を反映した上で、当該気筒の噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。
以下、図6を用いて、図5に示した第1の制御の応用例を説明する。図6は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第1の制御の応用例を示すタイムチャートである。図6では、各気筒で噴射制御基準位置をそれぞれ別に設定している。
図6の600は、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比の更新タイミングを表しており、n番気筒の噴射制御基準位置T602やT603において、前記噴射回数および分割比の値を更新する。
図の601は、n+1番気筒(次気筒)の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比の更新タイミングを表しており、n+1番気筒の噴射制御基準位置T605やT606において、前記噴射回数および分割比の値を更新する。n番気筒の多段噴射の各噴射量の演算には600の値を使用し、n+1番気筒の多段噴射の各噴射量の演算には601の値を使用することにより、各気筒において最新の噴射回数と分割比を反映した上で、当該気筒の噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。
図5および図6では、噴射制御基準位置を更新タイミングとしたが、1燃焼サイクル中の初回噴射パルスの噴射開始タイミングや、1燃焼サイクル中の最後の噴射パルスの噴射開始タイミングあるいは噴射終了タイミングや、1燃焼サイクル中の点火タイミング、クランク角度に基づいたタイミングを前記更新タイミングとしても、上記説明と同様に、当該気筒の噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。図7から図10において、上記更新タイミングについて説明する。
(第2の制御例)
次に、図7を用いて、燃料噴射制御の第2の制御例を説明する。図7は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第2の制御例を示すタイムチャートである。
図7では、1燃焼サイクル内の初回噴射パルスの噴射開始タイミングを更新タイミングとしている。
すなわち、第2の周期(例えば、T701からT703までの期間)の開始タイミングは、1燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射(700)の開始タイミング(T701)である。
1燃焼サイクルの初回の噴射700の噴射開始タイミングT701において、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。同様に、次燃焼サイクルの初回噴射702の噴射開始タイミングT703において、前記噴射回数および分割比を最新の値に更新する。
上記により、前記図5及び図6で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
(第3の制御例)
次に、図8を用いて、燃料噴射制御の第3の制御例を説明する。図8は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第3の制御例を示すタイムチャートである。
図8では、1燃焼サイクル内の最後の噴射パルスの噴射開始タイミングを更新タイミングとしている。
1燃焼サイクルの最後の噴射800の噴射開始タイミングT801において、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。また、噴射中に当該噴射パルス幅を変更可能な場合は、前記最後の噴射パルス800の噴射終了タイミングT802を更新タイミングとしても良い。
すなわち、第2の周期(例えば、T801からT804までの期間)の開始タイミングは、1燃焼サイクルの前の1燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射(800)の開始タイミング(T801)又は終了タイミング(T802)である。
同様に、次燃焼サイクルの最後の噴射803の噴射開始タイミングT804において、前記噴射回数および分割比を最新の値に更新する。
上記により、前記図5から図7で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
(第4の制御例)
次に、図9を用いて、燃料噴射制御の第4の制御例を説明する。図9は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第4の制御例を示すタイムチャートである。
図9では、1燃焼サイクル内の点火タイミングを更新タイミングとしている。
図9の900はn番気筒の点火信号であり、T901において点火コイル7に通電し、T902で通電を遮断したタイミングで点火する。前記T901の通電タイミングあるいはT902の点火タイミングにおいて、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。
すなわち、第2の周期(例えば、T902からT904までの期間)の開始タイミングは、1燃焼サイクルの前の1燃焼サイクルにおける点火タイミング(T902)である。
同様に、次燃焼サイクルの前記通電タイミングT903あるいは点火タイミングT904において、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。
上記により、前記図5から図8で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
(第5の制御例)
次に、図10を用いて、燃料噴射制御の第5の制御例を説明する。図10は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第5の制御例を示すタイムチャートである。図10では、特定タイミングを更新タイミングとしている。
図10のT1000は1燃焼サイクルの吸気行程開始(クランク角0°)であり、T1000においてn番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の演算値に更新する。同様に次燃焼サイクルの吸気行程開始(クランク角0°)T1001において、前記噴射回数および分割比を最新の値に更新する。
すなわち、第2の周期(例えば、T1000からT1001までの期間)の開始タイミングは、1燃焼サイクルの吸気行程の所定のタイミングである。所定のタイミングは、例えば、所定のクランク角に応じたタイミングである。
図10ではクランク角0°を更新タイミングとしたが、1燃焼サイクルの初回噴射開始タイミングよりも進角側を更新タイミングとしても良い。ただし、前燃焼サイクルの最後の噴射開始タイミングよりも遅角側とする。図10で1例を説明すると、1燃焼サイクルの初回噴射開始タイミングT1002よりも進角側であり、前燃焼サイクルの最後の噴射開始タイミングT1003よりも遅角側であるタイミングである。
上記により、前記図5から図9で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
(第6の制御例)
次に、図11を用いて、燃料噴射制御の第6の制御例を説明する。図11は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第6の制御例を示すタイムチャートである。図11では、保持開始タイミングを燃料噴射タイミングとした場合のタイムチャートである。
図11の1燃焼サイクルの初回の噴射パルス1100の噴射開始タイミングT1101から、当該燃焼サイクルの最後の噴射パルス1102の噴射開始タイミングT1103まで、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を、T1101における最新の演算値1102として保持する。
同様に、次燃焼サイクルの初回の噴射パルス1106の噴射開始タイミングT1107から、当該燃焼サイクルの最後の噴射パルス1108の噴射開始タイミングT1109まで、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を、T1107における最新の演算値1110として保持する。
また、噴射中に当該噴射パルス幅を変更可能な場合は、1回目噴射パルス1100の噴射開始タイミングT1101から、当該燃焼サイクルの最後の噴射パルス1102の噴射終了タイミングT1104まで分割比および噴射回数を保持するようにしても良い。
ここで、ECU9は、1燃焼サイクルの最後の燃料噴射(1102)の開始タイミング(T1103)又は終了タイミング(T1104)に保持を終了する第2の保持部として機能する。なお、保持の終了は、例えば、メモリに保持された値を解放することを意味する。
ECU9は、1燃焼サイクルの最後の燃料噴射の開始タイミング(T1103)又は終了タイミング(T1104)から、第2の周期(例えば、T1101からT1107までの期間)の終了タイミング(T1107)までの期間内に保持を終了してもよい。
以上から、前記図5から図10で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
(第7の制御例)
次に、図12を用いて、燃料噴射制御の第7の制御例を説明する。図12は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第7の制御例を示すタイムチャートである。図12では、保持開始タイミングを噴射制御基準位置、保持終了タイミングを点火タイミングとしている。
図12の1燃焼サイクルの噴射制御基準位置T1200から、当該燃焼サイクルの点火タイミングT1201まで、n番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を、T1200における最新の演算値1202として保持する。
ここで、ECU9は、1燃焼サイクルの点火タイミング(例えば、T1201)に保持を終了する第2の保持部として機能する。
同様に、次燃焼サイクルの噴射制御基準位置T1203から、当該燃焼サイクルの点火タイミングT1204まで、前記噴射回数および分割比を、T1203における最新の演算値1205として保持する。
以上から、前記図5から図11で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
(第8の制御例)
次に、図13を用いて、燃料噴射制御の第8の制御例を説明する。図13は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第8の制御例を示すタイムチャートである。図13では、保持終了タイミングを、保持開始タイミングから所望の時間Δtが経過したタイミングとしている。
図13の1燃焼サイクルの初回の噴射パルス1300の噴射開始タイミングT1301から、T1301から所定時間Δtが経過したタイミングT1302まで、図11および図12において説明した内容と同様に、噴射回数および分割比を保持する。前記所定時間Δtは、T1301から当該燃焼サイクルの最後の噴射までの時間を運転状態に基づいて推定した値であり、運転状態の変化を考慮し一定の余裕を持たせると良い。また、所定時間Δtを、クランク角度に対応する時間として設定しても良い。
ここで、ECU9は、1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミング(例えば、T1301)又は終了タイミングから内燃機関の運転状態に基づいた所定の時間Δtが経過したタイミング(例えば、T1302)に保持を終了する第2の保持部として機能する。
以上から、前記図5から図12で説明した内容と同様の効果を得ることができる。
図5から図13において、本発明の分割比および噴射回数を更新あるいは保持するタイミングについて記載したが、保持開始タイミングの一例と保持終了タイミングの一例を、入れ替えても、初回噴射開始から、当該燃焼サイクルの最後の噴射開始までを含むタイミングであれば同様の効果を得ることができる。
そのため、図5から図13におけるタイミングのいずれかの組み合わせ又はそれに相当する他のタイミングであっても良い。また、多段噴射の各噴射量演算が分割比に基づかず、噴射回数により総噴射量を等分するような制御においては、分割比を保持する必要はない。噴射回数においても同様である。
(第2の課題)
以上、本発明による要求噴射回数及び分割比の変化に対する空燃比制御の精度向上について説明した。
以下、図14を用いて、内燃機関の燃料圧力が変化したときの多段噴射制御の第2の課題を説明する。図14は、内燃機関の燃料圧力が変化したときの所望の燃料を噴くために必要な噴射パルス幅を示したタイムチャートの1例である。
図14の1400は、所望の燃料を噴くために必要な噴射パルス幅を示し、1401は燃料圧力を示しており、燃料圧力1401が上がると噴射パルス幅1400は減少する。このように、インジェクタ5の特徴として、同じ量の燃料を噴射する場合においても、インジェクタ5に供給される燃料圧力により、要求噴射パルス幅を補正する必要がある。ここで燃料圧力に対する補正の必要性は、一般に知られていることであり、ここでは説明を割愛する。
図14の時間T1402において、噴射パルス幅を1404の値、噴射を開始するタイミングとして時間T1403を設定した場合、時間T1403で噴射パルス幅を出力するときには、実際に必要な噴射パルス幅1405の値と大きな差異が出てしまい、要求空燃比を満たすことができなくなる。多段噴射の各噴射量を正確に制御する為にも、同様に燃料圧力の変動を考慮した制御を実施する必要がある。
(噴射パルス幅の計算)
次に、噴射回数及び分割比の演算制御と、多段噴射制御のフローを説明する。図15は、本発明の一実施形態によるECUが実行する噴射回数及び分割比の演算制御と、多段噴射制御のフローチャートの1例である。ただし、説明の便宜上、内燃機関の複数ある気筒の中における1つの気筒の多段噴射制御を代表して示す。
図15の演算処理は、あらかじめ定められた演算周期で繰り返し実行される。すなわち、ステップS1500からステップS1504の処理は、ECU9によってあらかじめ定められた演算周期で繰り返し実行される。演算周期は、時間とクランク角度の少なくとも一方に基づいた周期である(例として、1ms毎や10deg毎)。また、インジェクタ5の噴射開始タイミングをECU9に通知するような、ECU9への割込み処理を契機として演算するものとしてもよい
図15のステップS1500は、1燃焼サイクルにおいて要求される総燃料量を噴射するための総噴射パルス幅TI_ALLを演算する。総噴射パルス幅TI_ALLはエアフロセンサ20にて計量する吸入空気量、エンジン回転数、水温センサ8から求める水温、燃料圧力センサ26から求める燃料圧力等に基づいて演算された値であり、燃料圧力の変動に対応可能な演算周期とすることが望ましい。
ここで、ECU9は、内燃機関の運転状態及び燃圧に基づいて、1燃焼サイクル内において要求される総燃料量を算出する算出部として機能する。また、ECU9及びメモリ(不図示)は、協働することにより、算出部によって算出された総燃料量を、第1の周期において保持する前記第1の保持部として機能する。
図15のステップS1501では、噴射回数Nおよび分割比SPLIT_n(nはN以下の整数)を演算する。
図15のステップS1502では、噴射回数および分割比の更新タイミングかどうかを判定し、判定が真の場合、ステップS1503の処理に進み、多段噴射の各噴射量演算に使用する噴射回数Nおよび分割比SPLIT_nを、ステップS1501で演算した値に更新する。更新タイミングでない場合、図15のステップS1504の処理に進む。
図15のステップS1500からS1503の処理において、最新の噴射回数と分割比を反映した上で、当該気筒の噴射期間中に噴射回数と分割比を更新しないことにより、噴射期間中は噴射回数と分割比を一定に保つことができる。
図15のステップS1504では、ステップS1503において更新した多段噴射回数Nと分割比SPLIT_nと、ステップS1500で演算した要求総噴射量TI_ALLより、各噴射パルス幅TI_n(nはN以下の整数)を以下の式( 1 )で演算する。
TI_n = TI_ALL × SPLIT_n ・・・・( 1 )
ステップS1504で演算した各噴射パルス幅TI_nは、1燃焼サイクル中の分割比を守った上で、最新の総噴射パルス幅TI_ALLを反映することで、多段噴射を実行しているときにおいて燃圧変化が発生しても、精度が良い空燃比制御を行うことができる。
ここで、ECU9は、第1の保持部に保持された総燃料量に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部として機能する。
また、多段噴射の各噴射量演算が分割比に基づかず、噴射回数により総噴射量を等分するような制御においては、以下の式( 2 )で演算しても良い。
TI_n = TI_ALL × N ・・・・( 2 )
なお、ステップS1500からステップS1504の演算周期を1燃焼サイクルとする場合には、図15のステップS1502を省略しても良い。
また、図15に示すフローチャートからステップS1502、S1503を削除し、ステップS1503を別のトリガー(クランク角、インジェクタ駆動信号、点火信号)で実行するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本実施形態によれば、前記噴射回数や分割比の変化が発生した場合においても、所望の空燃比を精度よく制御可能な多段噴射が可能となる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。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も可能であり、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・置換をすることも可能である。
第2の周期の開始タイミング(更新タイミング)は、上記実施形態で例示したものに限定されない。第2の周期の開始タイミングは、1燃焼サイクルの前の1燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射の開始タイミングから、1燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射の開始タイミングまでの期間内のタイミングであればよい。
1…エンジン
2…ピストン
3…吸気弁
4…排気弁
5…インジェクタ
6…点火プラグ
7…点火コイル
8…水温センサ
9…ECU
10…吸気管
11…排気管,
12…三元触媒
13…A/Fセンサ
15…コレクタ
16…クランク角センサ
18…電制スロットル
19…スロットル弁
20…エアフロセンサ
21…燃焼室
22…アクセル開度センサ
23…燃料タンク
26…燃料圧力センサ
上記目的を達成するために、本発明は、1燃焼サイクル内に複数回燃料噴射を実行させる内燃機関の制御装置において、前記1燃焼サイクル中の燃料噴射回数と前記1燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを、少なくとも前記1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第2の保持部と、前記第2の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部と、を備えるようにしたものである。

Claims (15)

  1. 第1の周期ごとに、1燃焼サイクル内の燃料噴射回数と前記1燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する算出部と、
    前記算出部によって算出された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、前記第1の周期において保持する第1の保持部と、
    前記第1の周期と異なる第2の周期ごとに、前記第1の保持部に保持される前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合とを参照する参照部と、
    前記参照部によって参照された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、少なくとも前記1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第2の保持部と、
    前記第2の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の周期の開始タイミングは、
    前記1燃焼サイクルの前の1燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射の開始タイミングから、前記1燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射の開始タイミングまでの期間内のタイミングである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の周期の開始タイミングは、
    前記1燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射の開始タイミングである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の周期の開始タイミングは、
    前記1燃焼サイクルの前の1燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射の開始タイミング又は終了タイミングである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の周期の開始タイミングは、
    前記1燃焼サイクルの前の1燃焼サイクルにおける点火タイミングである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の周期の開始タイミングは、
    前記1燃焼サイクルの吸気行程の所定のタイミングである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  7. 請求項6に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記所定のタイミングは、
    所定のクランク角に応じたタイミングである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  8. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の保持部は、
    前記参照部の参照に同期して保持を開始する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  9. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の保持部は、
    前記1燃焼サイクルの最後の燃料噴射の開始タイミング又は終了タイミングに保持を終了する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  10. 請求項9に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の保持部は、
    前記1燃焼サイクルの点火タイミングに保持を終了する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  11. 請求項9に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の保持部は、
    前記1燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミング又は終了タイミングから前記内燃機関の運転状態に基づいた所定の時間が経過したタイミングに保持を終了する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  12. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記算出部は、
    前記内燃機関の運転状態及び燃圧に基づいて、前記1燃焼サイクル内において要求される総燃料量を算出し、
    前記第1の保持部は、
    前記算出部によって算出された前記総燃料量を、前記第1の周期において保持し、
    前記制御部は、
    前記第1の保持部に保持された総燃料量に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  13. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第1の周期は、
    前記第2の周期より短い
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  14. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第2の周期は、
    前記内燃機関の回転に同期する周期である
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  15. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記算出部は、
    少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を算出する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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