JPWO2016162911A1 - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関（１）は筒内噴射用燃料噴射弁（８）とポート噴射用燃料噴射弁（９）とを有する。機関運転条件に応じて要求燃料噴射量を算出し、この要求燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁（８）の最小燃料噴射量を超える第１の運転領域（Ｒ１）では、ポート噴射用燃料噴射弁（９）の燃料噴射量を一定量としつつ、要求燃料噴射量と上記一定量とに基づいて筒内噴射用燃料噴射弁（８）の燃料噴射量を調整する。第１の運転領域は、少なくとも上記要求燃料噴射量が上記筒内噴射用燃料噴射弁の最小燃料噴射量を超える領域である。この第１の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を、このポート噴射用燃料噴射弁の最小燃料噴射量に固定する。

Description

この発明は、燃料供給装置として、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備えてなる内燃機関の制御装置および制御方法に関する。

燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備えてなる内燃機関は、特許文献１などに既に開示されている。特許文献１においては、所定の運転条件ではポート噴射用燃料噴射弁を作動させて、機関への燃料供給を筒内噴射用燃料噴射弁とポート噴射用燃料噴射弁とに分担させている。

特開２０００−１８１３７号公報

このように筒内噴射用燃料噴射弁とポート噴射用燃料噴射弁とを併用する場合、全ての燃料噴射量を一方の噴射弁で賄う構成に比して、噴射弁自体の小型化が可能となり、最小燃料噴射量も少なくなるために、特に燃料噴射量が少ない領域での燃料噴射量の設定精度が向上する。その一方で、個々の噴射弁の燃料噴射量を個別に制御すると、制御が複雑となり、総燃料噴射量の設定精度を確保することも困難となる。また、筒内噴射はポート噴射に比して応答性及び制御性に優れており、燃料噴射時期が点火時期に近く、成層燃焼を実現可能であることなどから、機能的には筒内噴射で燃料噴射量の全量を賄うことが好ましい。しかしながら、ポート噴射用燃料噴射弁を作動させない運転条件が長引くと、ポート噴射用燃料噴射弁の目詰まり等の作動不良を招き易くなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備える。そして、機関運転条件に応じて要求燃料噴射量を算出・設定し、所定の第１の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を一定量としつつ、上記要求燃料噴射量と上記一定量とに基づいて上記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を調整・制御する。

このような本発明によれば、少なくとも第１の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁が常に一定量で噴射を行なうために、ポート噴射用燃料噴射弁の作動停止期間が長引くことを抑制し、目詰まり等の発生を抑制することができる。また、ポート噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を一定量としているために、他方の筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量のみを機関運転条件に応じて調整すればよく、制御が簡素化される。そして、燃料噴射量の大半が、ポート噴射に比して応答性に優れるとともに燃料噴射時期が点火時期に近く成層燃焼も実現可能な筒内噴射で行なわれることから、制御性を向上することができる。

この発明の一実施例に係る制御装置のシステム構成を示す構成説明図。 噴射形態を切換える運転領域を示す特性図。 上記実施例の制御の流れを示すフローチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば４ストロークサイクルの火花点火内燃機関であって、燃焼室３の天井壁面に、一対の吸気弁４および一対の排気弁５が配置されているとともに、これらの吸気弁４および排気弁５に囲まれた中央部に点火プラグ６が配置されている。

上記吸気弁４によって開閉される吸気ポート７の下方には、主たる燃料噴射弁として燃焼室３内に燃料を直接に噴射する筒内噴射用燃料噴射弁８が配置されている。また吸気ポート７には、補助的な燃料噴射弁として吸気ポート７内へ向けて燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁９が各気筒毎に配置されている。これらの筒内噴射用燃料噴射弁８およびポート噴射用燃料噴射弁９は、いずれも駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。

上記吸気ポート７に接続された吸気通路１１のコレクタ部１２上流側には、エンジンコントローラ１３からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１４が介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１５が配設されている。

また、排気ポート１７に接続された排気通路１８には、三元触媒からなる触媒装置１９が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ２０が配置されている。

上記エンジンコントローラ１３には、上記のエアフロメータ１５、空燃比センサ２０のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ２１、冷却水温を検出する水温センサ２２、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２３、車速を検出する車速センサ２４、吸気通路１１例えばコレクタ部１２における吸気温度を検出する吸気温度センサ２５、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ１３は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁８，９による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ６による点火時期、スロットルバルブ１４の開度、等を最適に制御している。

筒内噴射用燃料噴射弁８による筒内噴射とポート噴射用燃料噴射弁９によるポート噴射の燃料噴射量割合は、エンジンコントローラ１３により、内燃機関１の運転条件に応じて制御される。

図２は、上記内燃機関１の負荷と回転速度とをパラメータとした内燃機関１の運転領域において、筒内噴射燃料噴射量とポート噴射燃料噴射量との燃料噴射量の割合を切り換える運転領域を表している。なお、以下の説明において、「ＧＤＩ」は筒内噴射用燃料噴射弁８による筒内噴射を意味し、「ＭＰＩ」はポート噴射用燃料噴射弁９によるポート噴射を意味している。

図３は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートであり、このルーチンは、上記エンジンコントローラ１３により記憶及び実行される。

ステップＳ１１では、第１の運転領域Ｒ１であるか否かを判定する。この第１の運転領域Ｒ１は、図２に示すように、後述する一部の運転領域Ｒ２〜Ｒ５を除いて、常用運転域である大半の運転領域を占めている。

この第１の運転領域Ｒ１である場合、ステップＳ１２へ進み、ＭＰＩの機能を保証するために、極僅かな最小限の一定量の噴射をＭＰＩで行なう。従って、残りの燃料噴射量、つまり機関運転条件に応じて定まる要求燃料噴射量に対し、上記の一定量を差し引いた分の燃料噴射量がＧＤＩにより行なわれる。ここで、ＭＰＩの一定量は、ＭＰＩの機能を保証する最小限の燃料噴射量であり、ポート噴射用燃料噴射弁９の機能を保証し得る最小燃料噴射量（Ｑｍｉｎ）に設定される。あるいは、目詰まり等を生じることのない最小の燃料噴射量としても良い。

ステップＳ１３では、ＧＤＩの多段噴射を行なう運転領域であるか否かを判定する。つまり、図２に示すように、第１の運転領域Ｒ１のなかでも、多段噴射を行なう多段噴射領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂであるか、より具体的には、オイル希釈を防ぐために多段噴射を行なう高負荷側の領域Ｒ１ａか、あるいは筒内噴射のペネトレーションによる排気エミッションの悪化や燃費の悪化を防ぐために多段噴射を行なう低負荷側の領域Ｒ１ｂであるか否かを判定する。多段噴射領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂと判定されると、ステップＳ１４へ進み、ＧＤＩの燃料噴射を複数回に分けて行なう多段噴射を実行する。一方、多段噴射領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂでなければ、ステップＳ１５へ進み、ＧＤＩの全量を一回で噴射する単段噴射を行なう。

ステップＳ１１で第１の運転領域Ｒ１でないと判定された場合、ステップＳ１６へ進み、第２の運転領域Ｒ２であるか否かを判定する。図２に示すように、この第２の運転領域Ｒ２は、要求燃料噴射量が非常に少ない極低負荷側の第２の運転領域Ｒ２であり、より具体的には、ＭＰＩの一定量と筒内噴射用燃料噴射弁８の最小燃料噴射量（Ｑｍｉｎ）とを加算した値よりも要求燃料噴射量が少ない領域である。この第２の運転領域Ｒ２である場合には、ステップＳ１７へ進み、ポート噴射（ＭＰＩ）を禁止し、要求燃料噴射量に応じて筒内噴射（ＧＤＩ）のみを行なう。このように、要求燃料噴射量が少ない極低負荷側では、ＭＰＩを禁止し、ＧＤＩのみで燃料噴射量を賄うことで、少ない燃料噴射量でありながら燃料噴射量の設定精度を高めることができる。

ステップＳ１６で第２の運転領域Ｒ２でないと判定された場合、ステップＳ１８へ進み、第３の運転領域であるか否かを判定する。この第３の運転領域Ｒ３は、図２に示すように、低・中回転高負荷側の領域であり、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間中に、ポート噴射用燃料噴射弁９から噴射された燃料が排気通路側へ吹き抜けるおそれのある運転領域である。従って、このような燃料の吹き抜けを未然に回避するように、第３の運転領域と判定された場合には、ステップＳ１９へ進み、ＭＰＩを禁止し、ＧＤＩのみにより要求燃料噴射量の全量を噴射する。

ステップＳ１８で第３の運転領域Ｒ３ではないと判定された場合、ステップＳ２０へ進み、第４の運転領域Ｒ４であるか否かを判定する。この第４の運転領域Ｒ４は、要求燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁８の最大燃料噴射量を超える高回転・高負荷側の領域である。第４の運転領域Ｒ４である場合、ステップＳ２１ヘ進み、筒内噴射用燃料噴射弁８の燃料噴射量を最大燃料噴射量としつつ、要求燃料噴射量から筒内噴射用燃料噴射弁８の最大燃料噴射量を差し引いた分に相当する燃料噴射量をポート噴射用燃料噴射弁９により噴射する。このように、ＧDＩの不足分をＭＰＩで補うことにより、比較的小型の筒内噴射用燃料噴射弁８を用いつつ、必要な燃料噴射量を確保して最大出力を向上することができる。

ステップＳ２０で第４の運転領域Ｒ４ではないと判定された場合、ステップＳ２２へ進み、アイドル運転中、つまりアイドル運転域Ｒ５であるか否かを判定する。アイドル運転域Ｒ５では、ステップＳ２３へ進み、筒内噴射とポート噴射の切換によるトルク変動を抑制するために、筒内噴射とポート噴射のうち、いずれか一方のみを作動させる。この実施例では、応答性及び燃焼制御性に優れた筒内噴射（ＧＤＩ）のみを行なう。

以上のように本実施例では、筒内噴射はポート噴射に比して応答性に優れるとともに燃料噴射時期が点火時期に近く成層燃焼も実現可能であることなどから燃焼制御性に優れており、従って、第１の運転領域Ｒ１を含む大半の運転領域で燃料噴射量の多くを筒内噴射とすることで、燃焼安定性や制御性の向上を図ることができる。しかも本実施例では、一部の運転領域Ｒ２〜Ｒ５を除く大半の運転領域Ｒ１で、一定量のポート噴射を行い、残りの分の燃料噴射を筒内噴射で行なうようにしたので、ポート噴射による燃料噴射の比率を最小限に抑えつつ、ポート噴射が行なわれる頻度・機会を多くして、ポート噴射が長期間行なわれなくなることに起因する目詰まり等の不具合の発生を抑制することができる。また、ポート噴射を一定量とすることで、要求燃料噴射量に応じて筒内噴射の燃料噴射量のみを調整すれば良く、要求燃料噴射量に応じてポート噴射と筒内噴射の双方の燃料噴射量を調整する場合に比して、制御が簡素化され、要求燃料噴射量のバラツキを抑制して、要求燃料噴射量の設定精度を高めることができる。

なお、この発明の好ましい一実施例について詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えばアイドル運転条件では、応答性や燃焼制御性に優れた筒内噴射のみを行なうようにしているが、静粛性に優れたポート噴射のみを行なうようにしても良い。

また、第１の運転領域Ｒ１などの運転領域においては、各サイクル毎にポート噴射用燃料噴射弁から燃料を噴射しているが、数サイクルから数十サイクルに１回の割合でポート噴射用燃料噴射弁から燃料を噴射し、これ以外のサイクルにおいては、ポート噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射は行なわず、筒内噴射用燃料噴射弁のみから燃料を噴射するようにしても良い。

【０００４】
料噴射量の割合を切り換える運転領域を表している。なお、以下の説明において、「ＧＤＩ」は筒内噴射用燃料噴射弁８による筒内噴射を意味し、「ＭＰＩ」はポート噴射用燃料噴射弁９によるポート噴射を意味している。
［００１５］
図３は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートであり、このルーチンは、上記エンジンコントローラ１３により記憶及び実行される。
［００１６］
ステップＳ１１では、第１の運転領域Ｒ１であるか否かを判定する。この第１の運転領域Ｒ１は、図２に示すように、後述する一部の運転領域Ｒ２〜Ｒ５を除いて、常用運転域である大半の運転領域を占めている。
［００１７］
この第１の運転領域Ｒ１である場合、ステップＳ１２へ進み、ＭＰＩの機能を保証するために、極僅かな最小限の一定量の噴射をＭＰＩで行なう。従って、残りの燃料噴射量、つまり機関運転条件に応じて定まる要求燃料噴射量に対し、上記の一定量を差し引いた分の燃料噴射量がＧＤＩにより行なわれる。ここで、ＭＰＩの一定量は、ＭＰＩの機能を保証する最小限の燃料噴射量であり、ポート噴射用燃料噴射弁９の機能を保証し得る最小燃料噴射量に設定される。あるいは、目詰まり等を生じることのない最小の燃料噴射量としても良い。
［００１８］
ステップＳ１３では、ＧＤＩの多段噴射を行なう運転領域であるか否かを判定する。つまり、図２に示すように、第１の運転領域Ｒ１のなかでも、多段噴射を行なう多段噴射領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂであるか、より具体的には、オイル希釈を防ぐために多段噴射を行なう高負荷側の領域Ｒ１ａか、あるいは筒内噴射のペネトレーションによる排気エミッションの悪化や燃費の悪化を防ぐために多段噴射を行なう低負荷側の領域Ｒ１ｂであるか否かを判定する。多段噴射領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂと判定されると、ステップＳ１４へ進み、ＧＤＩの燃料噴射を複数回に分けて行なう多段噴射を実行する。一方、多段噴射領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂでなければ、ステップＳ１５へ進み、ＧＤＩの全量を一回で噴射する単段噴射を行なう。
［００１９］
ステップＳ１１で第１の運転領域Ｒ１でないと判定された場合、ステップＳ１６へ進み、第２の運転領域Ｒ２であるか否かを判定する。図２に示すよ

【０００５】
うに、この第２の運転領域Ｒ２は、要求燃料噴射量が非常に少ない極低負荷側の第２の運転領域Ｒ２であり、より具体的には、ＭＰＩの一定量と筒内噴射用燃料噴射弁８の最小燃料噴射量とを加算した値よりも要求燃料噴射量が少ない領域である。この第２の運転領域Ｒ２である場合には、ステップＳ１７へ進み、ポート噴射（ＭＰＩ）を禁止し、要求燃料噴射量に応じて筒内噴射（ＧＤＩ）のみを行なう。このように、要求燃料噴射量が少ない極低負荷側では、ＭＰＩを禁止し、ＧＤＩのみで燃料噴射量を賄うことで、少ない燃料噴射量でありながら燃料噴射量の設定精度を高めることができる。
［００２０］
ステップＳ１６で第２の運転領域Ｒ２でないと判定された場合、ステップＳ１８へ進み、第３の運転領域であるか否かを判定する。この第３の運転領域Ｒ３は、図２に示すように、低・中回転高負荷側の領域であり、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間中に、ポート噴射用燃料噴射弁９から噴射された燃料が排気通路側へ吹き抜けるおそれのある運転領域である。従って、このような燃料の吹き抜けを未然に回避するように、第３の運転領域と判定された場合には、ステップＳ１９へ進み、ＭＰＩを禁止し、ＧＤＩのみにより要求燃料噴射量の全量を噴射する。
［００２１］
ステップＳ１８で第３の運転領域Ｒ３ではないと判定された場合、ステップＳ２０へ進み、第４の運転領域Ｒ４であるか否かを判定する。この第４の運転領域Ｒ４は、要求燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁８の最大燃料噴射量を超える高回転・高負荷側の領域である。第４の運転領域Ｒ４である場合、ステップＳ２１へ進み、筒内噴射用燃料噴射弁８の燃料噴射量を最大燃料噴射量としつつ、要求燃料噴射量から筒内噴射用燃料噴射弁８の最大燃料噴射量を差し引いた分に相当する燃料噴射量をポート噴射用燃料噴射弁９により噴射する。このように、ＧＤＩの不足分をＭＰＩで補うことにより、比較的小型の筒内噴射用燃料噴射弁８を用いつつ、必要な燃料噴射量を確保して最大出力を向上することができる。
［００２２］
ステップＳ２０で第４の運転領域Ｒ４ではないと判定された場合、ステッ

【０００６】
プＳ２２へ進み、アイドル運転中、つまりアイドル運転域Ｒ５であるか否かを判定する。アイドル運転域Ｒ５では、ステップＳ２３へ進み、筒内噴射とポート噴射の切換によるトルク変動を抑制するために、筒内噴射とポート噴射のうち、いずれか一方のみを作動させる。この実施例では、応答性及び燃焼制御性に優れた筒内噴射（ＧＤＩ）のみを行なう。
［００２３］
以上のように本実施例では、筒内噴射はポート噴射に比して応答性に優れるとともに燃料噴射時期が点火時期に近く成層燃焼も実現可能であることなどから燃焼制御性に優れており、従って、第１の運転領域Ｒ１を含む大半の運転領域で燃料噴射量の多くを筒内噴射とすることで、燃焼安定性や制御性の向上を図ることができる。しかも本実施例では、一部の運転領域Ｒ２〜Ｒ５を除く大半の運転領域Ｒ１で、一定量のポート噴射を行い、残りの分の燃料噴射を筒内噴射で行なうようにしたので、ポート噴射による燃料噴射の比率を最小限に抑えつつ、ポート噴射が行なわれる頻度・機会を多くして、ポート噴射が長期間行なわれなくなることに起因する目詰まり等の不具合の発生を抑制することができる。また、ポート噴射を一定量とすることで、要求燃料噴射量に応じて筒内噴射の燃料噴射量のみを調整すれば良く、要求燃料噴射量に応じてポート噴射と筒内噴射の双方の燃料噴射量を調整する場合に比して、制御が簡素化され、要求燃料噴射量のバラツキを抑制して、要求燃料噴射量の設定精度を高めることができる。
［００２４］
なお、この発明の好ましい一実施例について詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えばアイドル運転条件では、応答性や燃焼制御性に優れた筒内噴射のみを行なうようにしているが、静粛性に優れたポート噴射のみを行なうようにしても良い。
［００２５］

Claims (9)

1. 燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備える内燃機関の制御装置において、
   機関運転条件に応じて要求燃料噴射量を算出し、
   所定の第１の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を一定量としつつ、上記要求燃料噴射量と上記一定量とに基づいて、上記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する、
   内燃機関の制御装置。
2. 上記第１の運転領域が、少なくとも上記要求燃料噴射量が上記筒内噴射用燃料噴射弁の最小燃料噴射量を超える領域であり、この第１の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を、このポート噴射用燃料噴射弁の最小燃料噴射量に固定する、
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 上記要求燃料噴射量が上記筒内噴射用燃料噴射弁の最小燃料噴射量未満であるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、上記ポート噴射用燃料噴射弁による噴射を実行するか否かを判定する、
   請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 上記第１の運転領域では、機関運転条件に応じて、上記筒内噴射用燃料噴射弁による燃料噴射を複数回に分けて行なう、
   請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 上記要求燃料噴射量が、上記一定量と上記筒内噴射用燃料噴射弁の最小燃料噴射量とを加算した値よりも少ない第２の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の噴射を禁止し、上記要求燃料噴射量に応じて上記筒内噴射用燃料噴射弁のみにより燃料噴射を行なう、
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間中に、上記ポート噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料が排気通路側へ吹き抜けるおそれのある第３の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の噴射を禁止し、上記要求燃料噴射量に応じて上記筒内噴射用燃料噴射弁のみにより燃料噴射を行なう、
   請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 上記要求燃料噴射量が上記筒内噴射用燃料噴射弁の最大燃料噴射量を超える第４の運転領域では、上記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を最大燃料噴射量としつつ、上記要求燃料噴射量から上記筒内噴射用燃料噴射弁の最大燃料噴射量を差し引いた分に相当する燃料噴射量を上記ポート噴射用燃料噴射弁により噴射する、
   請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. アイドリング運転中は、上記筒内噴射用燃料噴射弁とポート噴射用燃料噴射弁のいずれか一方のみを作動させる、
   請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射弁と、を備える内燃機関の制御方法において、
   機関運転条件に応じて要求燃料噴射量を算出し、
   所定の第１の運転領域では、上記ポート噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を一定量としつつ、上記要求燃料噴射量と上記一定量とに基づいて上記筒内噴射用燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する、
   内燃機関の制御方法。

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