(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
内燃機関(11)の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁(21)と、前記燃料噴射弁(21)から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)と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該分割噴射の噴射間隔が前記燃料噴射弁(21)の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲よりも短い噴射間隔であってもも噴射を許可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。
前記噴射制御手段(30)は、前記分割噴射を行う際に前記所定範囲内の噴射間隔で噴射することを禁止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。
前記噴射制御手段(30)は、前記燃料の粘性と圧力のうちの少なくとも一方に応じて前記所定範囲を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記噴射制御手段(30)は、前記内燃機関(11)の排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように前記燃料噴射弁(21)の噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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。
まず、
図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
更に、燃料噴射弁21に燃料を供給する燃料供給系(図示せず)には、燃圧(燃料圧力)を検出する燃圧センサ31や、燃温(燃料温度)を検出する燃温センサ32が設けられている。
【0015】
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。
【0016】
その際、ECU30は、後述する
図7及び
図8の噴射制御用の各ルーチンを実行することで、特許請求の範囲でいう噴射制御手段として機能し、燃料噴射弁21の噴射制御を次のようにして行う。
【0017】
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F/B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。その際、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補正値を算出し、この空燃比F/B補正値を用いて基本噴射量を補正することで空燃比F/B制御を行う。ここで、「F/B」は「フィードバック」を意味する(以下、同様)。
【0018】
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、燃料噴射弁21から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、燃料噴射弁21から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。
【0019】
図2に示すように、燃料噴射弁21は、ニードルバルブ33と可動コア34が開閉方向(
図2では上下方向)に移動可能に配置されている。ニードルバルブ33はスプリング35によって閉弁方向(
図2では下方向)に付勢され、可動コア34はスプリング36によって開弁方向(
図2では上方向)に付勢されている。
【0020】
ソレノイドコイル37の通電をオンすると、ソレノイドコイル37の電磁力によって可動コア34が開弁方向に移動すると共に、ニードルバルブ33の鍔部33aが可動コア34に押されてニードルバルブ33が開弁方向に移動して燃料噴射弁21が開弁(噴射孔38が開放)される。
【0021】
その後、ソレノイドコイル37の通電をオフすると、スプリング35のバネ力によってニードルバルブ33が閉弁方向に移動して燃料噴射弁21が閉弁(噴射孔38が閉鎖)される共に、可動コア34がニードルバルブ33の鍔部33aに押されて可動コア34が閉弁方向に移動する。
【0022】
図3に示すように、燃料噴射弁21の噴射パルスをオフ(ソレノイドコイル37の通電をオフ)した後、可動コア34は、アンダーシュートを経て原点(初期位置)付近に戻るという挙動を示す。しかし、噴射パルスをオフしてから可動コア34が原点付近に戻るまでの時間Tb にはばらつきがあり、この付近では可動コア34の速度ベクトルが上向きであったり、下向きであったりする(
図4参照)。
【0023】
このため、分割噴射を行う際に、噴射パルスをオフしてから時間Tb が経過した時点又はその付近で噴射パルスをオン(ソレノイドコイル37の通電をオン)すると、そのときの可動コア34の挙動(具体的には速度ベクトル)の影響で、次の噴射量のばらつきが大きくなる。つまり、分割噴射の噴射間隔(噴射パルス間の時間間隔)をTb 付近(Tb 又はその付近)に設定すると、気筒間や噴射毎の噴射量ばらつきが大きくなる。
【0024】
一方、分割噴射の噴射間隔をTb 付近よりも短くすると、可動コア34の速度ベクトルが比較的揃っており、噴射間隔をTb 付近に設定した場合に比べて、気筒間や噴射毎の噴射量ばらつきが小さくなることが判明した(
図5参照)。
【0025】
そこで、本実施例では、分割噴射を行う際に、分割噴射の噴射間隔を燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲(Tb 付近の範囲)内に設定することを禁止して、分割噴射の噴射間隔を燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲を除いた範囲で設定する。これにより、分割噴射の噴射間隔が所定範囲よりも短い噴射間隔であっても噴射を許可し、所定範囲内の噴射間隔で噴射することを禁止する。
【0026】
具体的には、まず、噴射量ばらつきが最も大きくなる噴射間隔を禁止噴射間隔Tb として算出する。この場合、
図6に示す禁止噴射間隔Tb のマップを参照して、燃温(燃料の粘性の代用情報)と燃圧に応じた禁止噴射間隔Tb を算出する。
【0027】
燃圧や燃料の粘性によって燃料噴射弁21の可動コア34の挙動が変化し、可動コア34の挙動に応じて燃料噴射弁21の噴射パルスをオフしてから可動コア34が原点付近に戻るまでの時間Tb (禁止噴射間隔Tb )が変化する。つまり、燃料噴射弁21の噴射パルスをオフしてから可動コア34が原点付近に戻るまでの時間Tb (禁止噴射間隔Tb )は、燃圧や燃料の粘性によって変化する。例えば、燃圧が高いほど、可動コア34が閉弁方向に押されるため、時間Tb が短くなる。また、燃料の粘性が低い(つまり燃温が高い)ほど、可動コア34が下方の燃料から受ける反力が小さくなるため、時間Tb が短くなる。
【0028】
このような特性を考慮して、禁止噴射間隔Tb のマップは、燃圧が高いほど禁止噴射間隔Tb が短くなると共に、燃温が高い(燃料の粘性が低い)ほど禁止噴射間隔Tb が短くなるように設定されている。この禁止噴射間隔Tb のマップは、予め試験データ(例えば実車評価データ)や設計データ等に基づいて作成され、ECU30のROMに記憶されている。
【0029】
この後、禁止噴射間隔Tb よりも所定値ΔTだけ小さい値(Tb −ΔT)から禁止噴射間隔Tb よりも所定値ΔTだけ大きい値(Tb +ΔT)までの範囲を、燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲(Tb ±ΔT)として設定する。このように、燃温と燃圧に応じた禁止噴射間隔Tb を基準にして所定範囲(Tb ±ΔT)を設定することで、燃温と燃圧に応じて所定範囲(Tb ±ΔT)を設定する。ここで、所定値ΔTは、予め設定した固定値としても良いし、或は、燃温や燃圧に応じてマップ等により設定するようにしても良い。所定値ΔT又は所定値ΔTのマップは、予め試験データ(例えば実車評価データ)や設計データ等に基づいて設定され、ECU30のROMに記憶されている。
【0030】
そして、分割噴射の噴射間隔を燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲(Tb ±ΔT)内に設定することを禁止して、分割噴射の噴射間隔を燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲(Tb ±ΔT)を除いた範囲(つまり所定範囲よりも長い噴射間隔又は所定範囲よりも短い噴射間隔)で設定する。これにより、分割噴射の噴射間隔が所定範囲(Tb ±ΔT)よりも短い噴射間隔であっても噴射を許可し、所定範囲(Tb ±ΔT)内の噴射間隔で噴射することを禁止する。
以下、本実施例でECU30が実行する
図7及び
図8の噴射制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。
【0031】
[噴射制御ルーチン]
図7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る。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。
【0032】
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補正値、始動時増量補正値、暖機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。
【0033】
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。
【0034】
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、燃料噴射弁21から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。
【0035】
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、後述する
図8の分割噴射ルーチンを実行することで、燃料噴射弁21から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。
[分割噴射ルーチン]
図8に示す分割噴射ルーチンは、前記
図7の噴射制御ルーチンのステップ106で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、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、噴射回数、噴射量、噴射時期等)を設定する。
【0036】
この後、ステップ202に進み、燃圧センサ31で検出した燃圧を読み込んだ後、ステップ203に進み、燃温センサ32で検出した燃温を読み込む。
この後、ステップ204に進み、
図6に示す禁止噴射間隔Tb のマップを参照して、燃温と燃圧とに応じた禁止噴射間隔Tb を算出する。
【0037】
この後、ステップ205に進み、禁止噴射間隔Tb よりも所定値ΔTだけ小さい値(Tb −ΔT)から禁止噴射間隔Tb よりも所定値ΔTだけ大きい値(Tb +ΔT)までの範囲を、燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲(Tb ±ΔT)として設定する。
【0038】
この後、ステップ206に進み、分割噴射の各種の条件に基づいて要求噴射間隔Ti を算出する。
この後、ステップ207に進み、要求噴射間隔Ti が所定範囲(Tb ±ΔT)内であるか否か(Tb −ΔT<Ti <Tb +ΔTであるか否か)を判定する。
【0039】
このステップ207で、要求噴射間隔Ti が所定範囲(Tb ±ΔT)内である(Tb −ΔT<Ti <Tb +ΔTである)と判定された場合には、ステップ208に進み、要求噴射間隔Ti と所定範囲の下限側(Tb −ΔT)との差が、所定範囲の上限側(Tb +ΔT)と要求噴射間隔Ti との差よりも小さいか否か[Ti −(Tb −ΔT)<(Tb +ΔT)−Ti であるか否か]を判定する。
【0040】
このステップ208で、要求噴射間隔Ti と所定範囲の下限側(Tb −ΔT)との差が、所定範囲の上限側(Tb +ΔT)と要求噴射間隔Ti との差よりも小さい[Ti −(Tb −ΔT)<(Tb +ΔT)−Ti である]と判定された場合には、要求噴射間隔Ti が所定範囲の下限側(Tb −ΔT)寄りであると判断して、ステップ209に進み、噴射間隔を所定範囲の下限側(Tb −ΔT)又はそれよりも少し小さい値にセットする。
噴射間隔=Tb −ΔT
【0041】
これに対して、上記ステップ208で、要求噴射間隔Ti と所定範囲の下限側(Tb −ΔT)との差が、所定範囲の上限側(Tb +ΔT)と要求噴射間隔Ti との差以上である[Ti −(Tb −ΔT)≧(Tb +ΔT)−Ti である]と判定された場合には、要求噴射間隔Ti が所定範囲の上限側(Tb +ΔT)寄りであると判断して、ステップ210に進み、噴射間隔を所定範囲の上限側(Tb +ΔT)又はそれよりも少し大きい値にセットする。
噴射間隔=Tb +ΔT
【0042】
一方、上記ステップ207で、要求噴射間隔Ti が所定範囲(Tb ±ΔT)内ではない(Ti ≦Tb −ΔT又はTb +ΔT≦Ti である)と判定された場合には、ステップ211に進み、噴射間隔を要求噴射間隔Ti にセットする。
噴射間隔=Ti
この後、ステップ212に進み、上記ステップ209〜211のいずれかでセットした噴射間隔で分割噴射を実行する。
【0043】
以上説明した本実施例では、分割噴射を行う際に、分割噴射の噴射間隔を燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲内に設定することを禁止して、分割噴射の噴射間隔を燃料噴射弁21の噴射量ばらつきが大きくなる所定範囲を除いた範囲で設定するようにしたので、気筒間や噴射毎の噴射量ばらつきを抑制することができる。また、分割噴射の噴射間隔を所定範囲よりも長い噴射間隔だけでなく所定範囲よりも短い噴射間隔にも設定することができるため、従来技術(噴射間隔を基準時間以上に設定するシステム)に比べて、分割噴射の噴射回数を増やしてPMの発生を低減することができると共に、吸気行程や圧縮行程が短い運転領域(エンジン回転速度が高い領域)でも分割噴射を行うことができる。これにより、分割噴射を行う際に噴射量ばらつきを抑制しながら分割噴射を有効活用することができる。
【0044】
更に、本実施例では、燃温(燃料の粘性の代用情報)と燃圧に応じて禁止噴射間隔Tb を求め、この禁止噴射間隔Tb を基準にして所定範囲(Tb ±ΔT)を設定することで、燃温と燃圧に応じて所定範囲を設定するようにしたので、燃料の粘性や圧力に応じて噴射量ばらつきが大きくなる範囲が変化するのに対応して、所定範囲を変化させることができ、所定範囲を適正に設定することができる。
【0045】
また、分割噴射の噴射間隔を所定範囲よりも短い間隔に設定すると、要求噴射量に対して噴射量に多少のずれが生じる可能性があるが、本実施例では、空燃比F/B制御を行うシステムに適用したので、分割噴射の噴射間隔を所定範囲よりも短い間隔に設定することで噴射量のずれが生じた場合でも、その噴射量のずれを空燃比F/B制御により速やかに修正することができる。
【0046】
尚、上記実施例では、燃料の粘性の代用情報として燃温を用いるようにしたが、これに限定されず、例えば、燃料の種類を燃料の粘性の代用情報として用いたり、或は、燃温と燃料の種類の両方を燃料の粘性の代用情報として用いるようにしても良い。
【0047】
また、上記実施例では、燃料の粘性(例えば燃温)と燃圧の両方に応じて所定範囲を設定するようにしたが、これに限定されず、例えば、燃料の粘性(例えば燃温や燃料の種類)と燃圧のうちの一方に応じて所定範囲を設定するようにしても良い。