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JP2014173550A - 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンの要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行う際にＰＭ（Particulate Matter）の発生量の増加を抑制できるようにする。
【解決手段】筒内噴射式のエンジン１１では、噴射時期がＴＤＣ（上死点）に近いほどピストン３１に付着する燃料（ピストンウエット）の割合が高くなる傾向があるため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量が多いと、ピストンウエットが増加してＰＭ発生量が増加するという特性がある。このような特性を考慮して、分割噴射を行う際に、要求噴射量を実現するための噴射量補正値を分割噴射の各燃料噴射毎に個別に設定すると共に噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくする。これにより、要求噴射量が増量補正されたときに、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量の増加率を小さくして、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量の増加補正量を適度に抑える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行う機能を備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する発明である。
筒内噴射式の内燃機関においては、例えば、特許文献１（特開平７−１１９５０７号公報）に記載されているように、要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行うようにしたものがある。この特許文献１では、均質燃焼時のスモークの発生を防止するために、吸気行程前半に１回目の燃料噴射を実行し、吸気行程末期に２回目の燃料噴射を実行することが提案されている。
特開平７−１１９５０７号公報
ところで、筒内噴射式の内燃機関では、噴射時期がＴＤＣ（上死点）に近いほどピストンに付着する燃料（ピストンウエット）の割合が高くなる傾向があるため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量が多いと、ピストンウエットが増加してＰＭ（Particulate Matter）の発生量が増加するという特性がある。
内燃機関の燃料噴射制御システムでは、内燃機関の運転状態等に基づいて基本噴射量を算出すると共に各種の噴射量補正値（例えば、暖機増量補正値、空燃比フィードバック補正値等）を算出し、これらの噴射量補正値を用いて基本噴射量を補正して要求噴射量を求めるようにしている。分割噴射を行う際に、この要求噴射量を所定の分割率で複数回に分割して噴射するようにすると、噴射量補正値が増量側に変化して要求噴射量が増量補正されたときに、分割噴射の各燃料噴射の噴射量が同じ比率で増加するため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量も他の燃料噴射の噴射量と同じ比率で増加することになる。このため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量が多くなり過ぎて、ピストンウエットが増加してＰＭ発生量が増加してしまう可能性がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、分割噴射を行う際にＰＭ発生量の増加を抑制することができる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行う噴射制御手段（３０）を備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、噴射制御手段（３０）は、分割噴射を行う際に、要求噴射量を実現するための噴射量補正値を分割噴射の各燃料噴射毎に個別に設定すると共に噴射時期が上死点に近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくするようにしたものである。ここで、噴射量補正値を小さくするとは、噴射量補正値を補正無しに相当する値（例えば０又は１）にすることも含むものとする。
このようにすれば、要求噴射量が増量補正されたときに、噴射時期が上死点に近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくして噴射量の増加率を小さくすることができ、噴射時期が上死点に近い燃料噴射の噴射量の増加補正量を適度に抑える（又は０にする）ことができる。これにより、ピストンウエットの増加を抑制してＰＭ発生量の増加を抑制することができる。
図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は噴射時期とＰＭ発生量との関係を示す図である。 図３は比較例の分割噴射を説明するタイムチャートである。 図４は本実施例の分割噴射を説明するタイムチャートである。 図５は噴射制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
その際、ＥＣＵ３０は、後述する図５の噴射制御ルーチンを実行することで、燃料噴射弁２１の噴射制御を次のようにして実行する。
まず、エンジン運転状態等に基づいて基本噴射量を演算すると共に各種の噴射量補正値（例えば、始動時増量補正値、暖機増量補正値、空燃比フィードバック補正値等）を演算し、これらの噴射量補正値を用いて基本噴射量を補正して要求噴射量を求める。
この後、エンジン運転状態や要求噴射量等に基づいて分割噴射実行条件が成立しているか否かを判定し、分割噴射実行条件が不成立であれば、要求噴射量分の燃料を１回で筒内に噴射する通常噴射を行う。一方、分割噴射実行条件が成立してれば、要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行う。この分割噴射では、例えば、吸気行程で燃料を２回以上噴射する吸気行程分割噴射と、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ燃料を１回以上噴射する吸気・圧縮行程分割噴射と、圧縮行程で燃料を２回以上噴射する圧縮行程分割噴射のいずれかを実行する。
ところで、図２に示すように、筒内噴射式のエンジン１１では、噴射時期がＴＤＣ（上死点）に近いほどピストン３１に付着する燃料（ピストンウエット）の割合が高くなる傾向があるため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量が多いと、ピストンウエットが増加してＰＭ（Particulate Matter）の発生量が増加するという特性がある。
図３に示すように、分割噴射を行う際に、噴射量補正値を用いて基本噴射量を補正して要求噴射量を求めた後、この要求噴射量を所定の分割率で複数回に分割して噴射するシステムでは、噴射量補正値が増量側に変化して要求噴射量が増量補正されたときに、分割噴射の各燃料噴射の噴射量が同じ比率で増加するため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量も他の燃料噴射の噴射量と同じ比率で増加することになる。このため、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量が多くなり過ぎて、ピストンウエットが増加してＰＭ発生量が増加してしまう可能性がある。
この対策として、本実施例では、図４に示すように、分割噴射を行う際に、要求噴射量を実現するための噴射量補正値を分割噴射の各燃料噴射毎に個別に設定すると共に噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくする。ここで、噴射量補正値を小さくするとは、噴射量補正値を補正無しに相当する値（例えば０又は１）にすることも含むものとする。
これにより、要求噴射量が増量補正されたときに、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくして噴射量の増加率を小さくすることができ、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量の増加補正量を適度に抑える（又は０にする）ことができる。
以下、ＥＣＵ３０が実行する図５の噴射制御ルーチンの処理内容を説明する。
図５に示す噴射制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう噴射制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷等）に基づいて基本噴射量を演算する。
この後、ステップ１０２に進み、エンジン運転状態（例えば、空燃比、冷却水温、エンジン回転速度、負荷等）に基づいて、空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）補正値、始動時増量補正値、暖機増量補正値、過渡補正値、ＯＴ（Over Temperature）増量補正値、出力増量補正値等の各種の噴射量補正値を演算する。例えば、空燃比Ｆ／Ｂ補正値は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比Ｆ／Ｂ補正値を算出する。
この後、ステップ１０３に進み、基本噴射量に噴射量補正値を加算又は乗算することで基本噴射量を補正して要求噴射量を求める。
この後、ステップ１０４に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷等）や要求噴射量等に基づいて、分割噴射実行条件が成立しているか否かを判定する。
このステップ１０４で、分割噴射実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０５に進み、要求噴射量分の燃料を１回で筒内に噴射する通常噴射を行う。
一方、上記ステップ１０４で、分割噴射実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０６に進み、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷等）や要求噴射量等に基づいて、分割噴射の各種の条件（例えば、分割噴射の噴射回数、分割噴射の各燃料噴射の噴射割合、分割噴射の各燃料噴射の噴射時期等）を設定する。
この後、ステップ１０７に進み、噴射回数と噴射割合とに応じて基本噴射量を分割して、分割噴射の各燃料噴射毎に基本分割噴射量を算出する。
この後、ステップ１０８に進み、分割噴射の各燃料噴射の噴射量（＝基本分割噴射量を噴射量補正値で補正した値）の合計が要求噴射量となるように分割噴射の各燃料噴射毎に噴射量補正値（空燃比Ｆ／Ｂ補正値、始動時増量補正値、暖機増量補正値、過渡補正値、ＯＴ増量補正値、出力増量補正値等）を個別に設定すると共に噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくする。
本実施例では、ＰＭ発生量は空燃比の変化に対する感度が大きいことを考慮に入れて、分割噴射の各燃料噴射毎に空燃比Ｆ／Ｂ補正値を個別に設定すると共に噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど空燃比Ｆ／Ｂ補正値を小さくして、空燃比Ｆ／Ｂ補正値以外の噴射量補正値（始動時増量補正値、暖機増量補正値、過渡補正値、ＯＴ増量補正値、出力増量補正値等）は、それぞれ各燃料噴射毎に同じ値にする。尚、空燃比Ｆ／Ｂ補正値とそれ以外の噴射量補正値を両方とも噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど小さくするようにしても良い。
また、分割噴射の複数回の燃料噴射のうちの噴射時期がＴＤＣに一番近い燃料噴射だけ噴射量補正値を小さくするようにしても良いが、分割噴射の噴射回数が３回以上の場合には、噴射時期がＴＤＣに近くなるに従って噴射量補正値を小さくするようにしても良い。
この後、ステップ１０９に進み、分割噴射の各燃料噴射毎に、基本分割噴射量に噴射量補正値を加算又は乗算することで基本分割噴射量を補正して分割噴射量を求める。
この後、ステップ１１０に進み、上記ステップ１０６で設定した分割噴射条件及び上記ステップ１０９で設定した分割噴射量で、要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行う。
以上説明した本実施例では、分割噴射を行う際に、要求噴射量を実現するための噴射量補正値を分割噴射の各燃料噴射毎に個別に設定すると共に噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくするようにしたので、要求噴射量が増量補正されたときに、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど噴射量補正値を小さくして噴射量の増加率を小さくすることができ、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射の噴射量の増加補正量を適度に抑える（又は０にする）ことができる。これにより、ピストンウエットの増加を抑制してＰＭ発生量の増加を抑制することができる。
また、本実施例では、ＰＭ発生量は空燃比の変化に対する感度が大きいことを考慮に入れて、分割噴射の各燃料噴射毎に空燃比Ｆ／Ｂ補正値を個別に設定すると共に噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど空燃比Ｆ／Ｂ補正値を小さくようにしたので、噴射時期がＴＤＣに近い燃料噴射ほど空燃比Ｆ／Ｂ補正値による影響（空燃比の変化）を抑えることができ、ＰＭ発生量の増加を効果的に抑制することができる。
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２４…排出ガスセンサ、３０…ＥＣＵ（噴射制御手段）

Claims (2)

  1. 内燃機関（１１）の要求噴射量分の燃料を複数回に分割して筒内に噴射する分割噴射を行う噴射制御手段（３０）を備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    前記噴射制御手段（３０）は、前記分割噴射を行う際に、前記要求噴射量を実現するための噴射量補正値を前記分割噴射の各燃料噴射毎に個別に設定すると共に噴射時期が上死点に近い燃料噴射ほど前記噴射量補正値を小さくすることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 前記噴射制御手段（３０）は、前記分割噴射を行う際に、目標空燃比を実現するための空燃比フィードバック補正値を前記分割噴射の各燃料噴射毎に個別に設定すると共に噴射時期が上死点に近い燃料噴射ほど前記空燃比フィードバック補正値を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
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