特開 2024-117556 内燃機関制御方法及び内燃機関制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117556

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】内燃機関制御方法及び内燃機関制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 29/02 20060101AFI20240822BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

F02D29/02 321A

F02D41/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023705

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂口 允崇

(72)【発明者】

【氏名】丹澤 一樹

(72)【発明者】

【氏名】松田 佳克

【テーマコード（参考）】

3G093

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G093AA01

3G093BA20

3G093BA21

3G093BA22

3G093CA03

3G093DA04

3G093DA05

3G301HA01

3G301JA24

3G301KA05

3G301LB02

3G301MA19

3G301PE08Z

(57)【要約】

【課題】アイドルストップ機能を有するポート噴射式内燃機関のＰＮを低減すること。
【解決手段】内燃機関の冷却液の温度である冷却水温がアイドルストップ許可水温以上の場合に、停止条件が成立したら内燃機関を停止し、停止中に解除条件が成立したら内燃機関を再始動するアイドルストップ機能を有し、かつ、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料噴射を行う内燃機関を制御する内燃機関制御方法において、冷却水温がアイドルストップ許可水温以上、かつ内燃機関が暖機状態になったと推定されるときの温度である暖機完了水温未満の場合には、吸気バルブが開いている吸気行程中の第１噴射時期で燃料噴射を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の冷却液の温度である冷却水温がアイドルストップ許可水温以上の場合に、停止条件が成立したら前記内燃機関を停止し、停止中に解除条件が成立したら前記内燃機関を再始動するアイドルストップ機能を有し、かつ、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料噴射を行う前記内燃機関を制御する内燃機関制御方法において、
前記冷却水温が前記アイドルストップ許可水温以上、かつ前記内燃機関が暖機状態になったと推定されるときの温度である暖機完了水温未満の場合には、吸気バルブが開いている吸気行程中の第１噴射時期で燃料噴射を行うことを特徴とする、内燃機関制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関制御方法において、
前記冷却水温が前記アイドルストップ許可水温未満の場合には、排気行程中の第２噴射時期で燃料噴射を行う、内燃機関制御方法。

【請求項3】

請求項１に記載の内燃機関制御方法において、
前記冷却水温が前記暖機完了水温以上の場合には、排気行程中の第３噴射時期で燃料噴射を行う、内燃機関制御方法。

【請求項4】

請求項１に記載の内燃機関制御方法において、
前記冷却水温が前記アイドルストップ許可水温未満の場合には、排気行程中の第２噴射時期で燃料噴射を行い、
前記冷却水温が前記暖機完了水温以上の場合には、排気行程中かつ前記第２噴射時期より遅角側の第３噴射時期で燃料噴射を行う、内燃機関制御方法。

【請求項5】

内燃機関の冷却液の温度である冷却水温がアイドルストップ許可水温以上の場合に、停止条件が成立したら前記内燃機関を停止し、停止中に解除条件が成立したら前記内燃機関を再始動するアイドルストップ機能を有し、かつ、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料噴射を行う前記内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
前記冷却水温が前記アイドルストップ許可水温以上、かつ前記内燃機関が暖機状態になったと推定されるときの温度である暖機完了水温未満の場合に、吸気バルブが開いている吸気行程中の第１噴射時期で燃料噴射を行う噴射時期制御部を備えることを特徴とする、内燃機関制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸気に燃料を噴射するポート噴射式内燃機関の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料噴射弁から噴射された燃料と空気との混合気に火花点火する内燃機関においては、吸気バルブやシリンダ壁に燃料が付着して、それらが気化しないまま火花点火が行われると、パティキュレートと呼ばれる微粒子（以下、ＰＭともいう。）が発生するおそれがある。特許文献１には、ＰＭの粒子数であるパティキュレートナンバ（以下、ＰＮともいう。）を減少させるために、エンジン水温が閾値以下の場合には燃料噴射時期の進角限界を設けて、吸気バルブやピストンへの燃料の付着を抑制する制御が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－４８１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、吸気ポート内で燃料を噴射するポート噴射式内燃機関では、特に冷間始動時等に吸気バルブや吸気ポート壁に付着した燃料が気化せずに溜まり、吸気バルブが開いたときに壁流となってシリンダ内に流入するおそれがある。特に、アイドルストップ機能を有する内燃機関では、機関停止直前に噴射された燃料が機関停止中に液滴となり、機関再始動時の壁流量が増加するおそれがある。そして、壁流として流入する燃料が多くなるほどＰＭが発生し易くなる。上記文献の制御は筒内直噴式内燃機関を対象とする制御なので、上記の壁流を抑制することはできない。

【0005】

そこで本発明は、アイドルストップ機能を有するポート噴射式内燃機関のＰＮを低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によれば、内燃機関の冷却液の温度である冷却水温がアイドルストップ許可水温以上の場合に、停止条件が成立したら内燃機関を停止し、停止中に解除条件が成立したら内燃機関を再始動するアイドルストップ機能を有し、かつ、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料噴射を行う内燃機関を制御する内燃機関制御方法が提供される。この方法において、冷却水温がアイドルストップ許可水温以上、かつ内燃機関が暖機状態になったと推定されるときの温度である暖機完了水温未満の場合には、吸気バルブが開いている吸気行程中の第１噴射時期で燃料噴射を行う。

【0007】

本発明の別の態様によれば、内燃機関の冷却液の温度である冷却水温がアイドルストップ許可水温以上の場合に、停止条件が成立したら内燃機関を停止し、停止中に解除条件が成立したら内燃機関を再始動するアイドルストップ機能を有し、かつ、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料噴射を行う内燃機関を制御する内燃機関制御装置が提供される。この装置において、冷却水温がアイドルストップ許可水温以上、かつ内燃機関が暖機状態になったと推定されるときの温度である暖機完了水温未満の場合に、吸気バルブが開いている吸気行程中の第１噴射時期で燃料噴射を行う噴射時期制御部を備える。

【発明の効果】

【0008】

上記の各態様によれば、アイドルストップ機能を有するポート噴射式内燃機関のＰＮを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、内燃機関の概略構成図である。

【図2】図２は、燃料噴射時期を設定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。

【図3】図３は、冷却水温と燃料噴射時期との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る制御を適用する内燃機関１の概略構成図である。

【0012】

内燃機関１は、内部をピストン９が往復運動するシリンダ８と、車外の空気をシリンダ８に導入する吸気ポート２と、シリンダ８から排気を導出する排気ポート３と、燃料噴射弁１０と、点火プラグ１１と、コントローラ１２と、を備える。

【0013】

吸気ポート２のシリンダ８側の開口部には吸気カムシャフト６により駆動される吸気バルブ４が配置され、吸気バルブ４が開いている期間中はシリンダ８と吸気ポート２とが連通している。排気ポート３のシリンダ８側の開口部には排気カムシャフト７により駆動される排気バルブ５が配置され、排気バルブ５が開いている期間中はシリンダ８と排気ポート３とが連通している。

【0014】

燃料噴射弁１０は、噴孔が吸気ポート２に臨むよう配置されている。すなわち、内燃機関１は、いわゆるポート噴射式である。なお、噴射された燃料噴霧が吸気バルブ４の傘部を指向するよう配置されていることが望ましい。

【0015】

点火プラグ１１は、電極部分がシリンダ８に臨むよう配置されている。

【0016】

コントローラ１２は、内燃機関１の冷却液の温度である冷却水温Ｔｗと、内燃機関１の負荷及び回転速度等を読み込み、これらに基づいて燃料噴射時期や点火時期を制御する。コントローラ１２は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えた１又は複数のマイクロコンピュータで構成される。なお、本説明において、燃料噴射時期とは燃料噴射を開始するタイミングのことをいい、点火時期とは火花点火を開始するタイミングのことをいう。冷却水温、負荷、及び回転速度の検出には公知の手法を適用可能である。例えば、冷却水温Ｔｗは図示しない水温センサにより検出し、負荷は図示しないアクセルペダル開度センサにより検出し、回転速度は図示しないクランク角センサにより検出する。

【0017】

また、内燃機関１は、いわゆるアイドルストップ機能を有する。すなわち、コントローラ１２は、内燃機関１の運転中に所定の停止条件が成立すると内燃機関１を停止し、停止中に所定の解除条件が成立すると内燃機関１を再始動させる、アイドルストップ制御を実行する。停止条件及び解除条件としては公知の各条件を適用可能である。停止条件は、例えばブレーキペダルが踏み込まれている、車速がゼロｋｍ/ｈ等である。解除条件は、停止条件の少なくともいずれかを満たさなくなることである。

【0018】

アイドルストップ制御は、冷却水温Ｔｗが所定の閾値（以下、アイドルストップ許可水温ともいう。）Ｔｗ１より低い場合には実行されない。アイドルストップ許可水温Ｔｗ１は、内燃機関１の冷却水温Ｔｗとしては比較的低温といえる温度、例えば４０～５０℃程度とする。アイドルストップ許可水温Ｔｗ１未満の場合にアイドルストップ制御を行わないのは、当該温度域では内燃機関１の暖機促進や暖房機能の早期確保等のために冷却水温Ｔｗを上昇させる必要があるからである。

【0019】

冷却水温Ｔｗは、アイドルストップ許可水温Ｔｗ１未満の低温領域と、アイドルストップ許可水温Ｔｗ１以上で暖機完了水温Ｔｗ２未満の中間領域と、暖機完了水温Ｔｗ２以上の高温領域、の３つの領域に分けることができる。なお、暖機完了水温Ｔｗ２とは、内燃機関１が暖機状態になったと推定されるときの温度である。

【0020】

ところで、ポート噴射式の内燃機関１では、噴射された燃料が吸気バルブ４や吸気ポート２の壁面に付着することがある。高温領域であれば、吸気バルブ４や吸気ポート２の壁面が有する熱により、付着した燃料の気化が促進される。しかし、低温領域及び中間領域における吸気バルブ４及び吸気ポート２の壁面の温度では、付着された燃料は十分に気化されずに液滴化し、吸気バルブ４の開弁とともに壁流となってシリンダ８内に流入するおそれがある。そして、膨張行程中に燃焼せずにそのまま排気行程において排出される未燃燃料の量が多くなるほど、ＰＮは悪化する。そこでコントローラ１２は、以下に説明する通り冷却水温Ｔｗの温度領域毎に適切な燃料噴射時期を設定することで、ＰＮの悪化を抑制する。

【0021】

図２は、コントローラ１２が実行する、燃料噴射時期を設定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、所定の間隔（例えば数ミリ秒程度）で繰り返し実行される。以下、フローチャートのステップにしたがって説明する。

【0022】

ステップＳ１００では、コントローラ１２は内燃機関１の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを読み込む。

【0023】

ステップＳ１１０では、コントローラ１２は中間領域における燃料噴射時期である第１噴射時期ＩＮＪ１を予め作成して記憶しておいた噴射時期マップを用いて算出する。噴射時期マップは、一般的な噴射時期制御に用いられるものと同様で、例えば縦軸を負荷Ｑ、横軸を回転速度Ｎｅとして、負荷Ｑと回転速度Ｎｅとで定まる運転点毎に燃料噴射時期を割り付けたものである。

【0024】

第１噴射時期ＩＮＪ１は吸気バルブ４が開いている吸気行程中である。その理由は以下の通りである。

【0025】

中間領域においては、上述した通り吸気バルブ４及び吸気ポート２の壁面に付着した燃料が気化し難い。また、中間領域においてはアイドルストップ制御が実行されるが、機関停止中は、吸気バルブ４及び吸気ポート２の壁面の温度の上昇が止まるため、より気化し難い状態、換言すると液滴化し易い状態になる。

【0026】

さらに、再始動時にはいわゆる始動時増量補正によって、暖機完了後の通常運転状態に比べて燃料噴射量が増量される。この増量補正は燃料が気化し難いことを考慮したものである。換言すると、噴射した燃料の一部が燃焼しないことを前提としたものである。

【0027】

このため、後述する高温領域と同様に排気行程中に燃料噴射をすると、通常運転状態よりも増量された燃料がシリンダ８に流入することとなり、壁流として流入した燃料はより燃焼し難くなる。これに対し、燃料噴射時期を吸気バルブ４が開いている吸気行程中にすると、噴射された燃料は空気の流れに乗ってシリンダ８に流入し易くなり、吸気バルブ４及び吸気ポート２の壁面への付着量が少なくなる。これにより吸気バルブ４が開いたときに流入する壁流の量が減少するので、再始動時の壁流の燃え残りを抑制できる。

【0028】

なお、第１噴射時期ＩＮＪ１の具体的な数値は、本実施形態を適用する内燃機関１の仕様に応じてシミュレーション等により適宜設定するものである。

【0029】

フローチャートの説明に戻る。

【0030】

ステップＳ１２０では、コントローラ１２は低温領域における燃料噴射時期である第２噴射時期ＩＮＪ２を第１噴射時期ＩＮＪ１と同様に予め作成して記憶しておいた噴射時期マップを用いて算出する。

【0031】

第２噴射時期ＩＮＪ２は、排気行程中である。排気行程中は吸気バルブ４が閉まっている（オーバーラップ期間を除く）ので、噴射された燃料は吸気バルブ４や吸気ポート２の壁面に付着する。しかし、低温領域ではアイドルストップ制御が許可されないので、機関停止中のように燃料の液滴化が進むことはなく、吸気バルブ４が開くまで付着した燃料の気化は進む。また、再始動時のように燃料噴射量が増量されることがないので、気化し切らずに壁流になったとしても燃え残る量は少なく、ＰＮを悪化させるほどにはならない。

【0032】

ステップＳ１３０では、コントローラ１２は高温領域における燃料噴射時期である第３噴射時期ＩＮＪ３を第１噴射時期ＩＮＪ１と同様に予め作成して記憶しておいた噴射時期マップを用いて算出する。

【0033】

第３噴射時期ＩＮＪ３は、第２噴射時期ＩＮＪ２と同様に排気行程中である。ただし、第３噴射時期ＩＮＪ３は第２噴射時期ＩＮＪ２に比べると遅角側である。

【0034】

高温領域では、吸気バルブ４及び吸気ポート２の壁面の温度が十分に高くなっているため、アイドルストップ制御による機関停止中に温度が低下したとしても、吸気バルブ４や吸気ポート２の壁面に付着した燃料の気化は進む。つまり、内燃機関１の再始動時にシリンダ８に流入する壁流量が少ないので、燃料噴射量が増量されてもＰＮが悪化することはない。さらには、噴射時期を排気行程中にする場合と吸気行程中にする場合とを比べると、気化する時間が長くなる分、排気行程中に噴射する場合の方が、燃費性能が向上する。

【0035】

また、第３噴射時期ＩＮＪ３が第２噴射時期ＩＮＪ２に比べて遅角側なのは、高温領域では上記の通り吸気バルブ４や吸気ポート２の壁面の温度が高い分、低温領域に比べて燃料の気化が早く進むからである。換言すると、低温領域では気化する時間をより長くとるために、高温領域に比べて燃料噴射時期を早くする。

【0036】

ステップＳ１４０では、コントローラ１２は冷却水温Ｔｗを読み込む。

【0037】

ステップＳ１５０では、コントローラ１２は冷却水温Ｔｗがアイドルストップ許可水温Ｔｗ１未満であるか否かを判定する。コントローラ１２は、冷却水温Ｔｗがアイドルストップ許可水温Ｔｗ１未満である場合にはステップＳ１６０の処理を実行し、アイドルストップ許可水温Ｔｗ１以上の場合はステップＳ１７０の処理を実行する。

【0038】

ステップＳ１６０では、コントローラ１２は目標燃料噴射時期ｔＩＮＪを第２噴射時期ＩＮＪ２に設定して今回のルーチンを終了する。

【0039】

ステップＳ１７０では、コントローラ１２は、冷却水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｗ２未満であるか否かを判定する。コントローラ１２は、冷却水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｗ２未満の場合はステップＳ１８０の処理を実行し、暖機完了水温Ｔｗ２以上の場合はステップＳ１９０の処理を実行する。

【0040】

ステップＳ１８０では、コントローラ１２は目標燃料噴射時期ｔＩＮＪを第１噴射時期ＩＮＪ１に設定して今回のルーチンを終了する。ステップＳ１９０では、コントローラ１２は目標燃料噴射時期ｔＩＮＪを第３噴射時期ＩＮＪ３に設定して今回のルーチンを終了する。

【0041】

図３は、第１噴射時期ＩＮＪ１～第３噴射時期ＩＮＪ３と温度領域の関係をまとめた図である。図中の実線は第１噴射時期ＩＮＪ１～第３噴射時期ＩＮＪ３を示し、一点鎖線は比較例の噴射時期を示している。この比較例は、温度領域を暖機完了前と暖機完了後の２つに分け、それぞれの噴射時期を設定したものである。

【0042】

比較例では、本実施形態の中温領域に相当する領域と低温領域に相当する領域が１つの領域として扱われる。この場合、燃料が気化する時間を長くとるために噴射時期は排気行程中になる。このため、アイドルストップ制御が実行されると上述した通りＰＮの悪化を招くこととなる。

【0043】

これに対し本実施形態では、低温領域では排気行程中の第２噴射時期ＩＮＪ２、中温領域では吸気行程中の第１噴射時期ＩＮＪ１、高温領域では排気行程中の第３噴射時期ＩＮＪ３に燃料噴射をする。つまり、暖機完了前の温度領域を、アイドルストップ許可温度Ｔｗ１を境界として低温領域と中温領域に分けて、中温領域では吸気行程中に燃料を噴射する。これにより、アイドルストップ制御による再始動時におけるＰＮの悪化を抑制できる。

【0044】

なお、図２のフローチャートでは、第１噴射時期ＩＮＪ１～第３噴射時期ＩＮＪ３を算出した後に、冷却水温Ｔｗに基づいていずれの噴射時期を採用するかを決定しているが、これに限られるわけではない。例えば、回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑとともに冷却水温Ｔｗも読み込み、冷却水温Ｔｗに基づいて現在の温度領域を判定し、現在の温度領域の噴射時期のみを算出するようにしてもよい。

【0045】

以上のように本実施形態では、内燃機関１の冷却液の温度である冷却水温Ｔｗがアイドルストップ許可水温Ｔｗ１以上の場合に、停止条件が成立したら内燃機関１を停止し、停止中に解除条件が成立したら内燃機関１を再始動するアイドルストップ機能を有し、かつ、吸気ポート２に設けられた燃料噴射弁１０から燃料噴射を行う内燃機関１を制御する内燃機関制御方法が提供される。この方法では、冷却水温Ｔｗがアイドルストップ許可水温Ｔｗ１以上、かつ内燃機関１が暖機状態になったと推定されるときの温度である暖機完了水温Ｔｗ２未満の場合には、吸気バルブ４が開いている吸気行程中の第１噴射時期ＩＮＪ１で燃料噴射を行う。これにより、冷却水温が中間領域にある場合にアイドルストップ制御による再始動が行われても、ＰＮの悪化を抑制できる。

【0046】

本実施形態では、冷却水温Ｔｗがアイドルストップ許可水温Ｔｗ１未満の場合には、排気行程中の第２噴射時期ＩＮＪ２で燃料噴射を行う。これにより、低温領域におけるＰＮの悪化を抑制できる。

【0047】

本実施形態では、冷却水温Ｔｗが暖機完了水温Ｔｗ２以上の場合には、排気行程中の第３噴射時期ＩＮＪ３で燃料噴射を行う。これにより、ＰＮの悪化を抑制し、かつ燃費性能の向上を図ることができる。

【0048】

本実施形態では、高温領域における第３噴射時期ＩＮＪ３は低温領域における第２噴射時期ＩＮＪ２より遅角側である。これにより、燃料が気化し難い低温領域において、燃料が気化し易い高温領域に比べて燃料が気化する時間を長くとることができる。

【0049】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0050】

１ 内燃機関、 ２ 吸気ポート、 ３ 排気ポート、 ４ 吸気バルブ、 ５ 排気バルブ、 ６ 吸気カムシャフト、 ７ 排気カムシャフト、 ８ シリンダ、 ９ ピストン、 １０ 燃料噴射弁、 １１ 点火プラグ、 １２ コントローラ（噴射時期制御部）

【図1】

【図2】

【図3】