JP2019108824A

JP2019108824A - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2019108824A
Application number: JP2017241033A
Authority: JP
Inventors: 井戸側　正直; Masanao Idogawa; 正直井戸側; 智司野上; Satoshi Nogami; 美和日野下; Miwa Hinoshita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-07-04

Abstract

【課題】ポート壁面に付着した分の燃料を補うように燃料噴射量を補正した状態で筒内噴射弁による燃料噴射を実施する場合に、混合気の過リッチ状態を回避する。【解決手段】燃料噴射制御装置は、内燃機関をＳ＆Ｓ制御によって再始動させる場合に筒内噴射弁により燃料噴射を行う始動時燃料噴射制御部と、再始動後の燃料噴射において使用される燃料噴射弁を選択する燃料噴射弁選択部と、ポート噴射弁により燃料噴射を行うときに、ポート噴射量における壁面付着分の燃料量を補完するポート噴射補正係数を算出するポート噴射補正係数算出部と、燃料噴射弁選択部によってポート噴射弁が選択され、燃料噴射量が前記ポート噴射補正係数によって補正された状態において、燃料噴射弁選択部によって筒内噴射弁が選択された場合に、ポート噴射補正係数を減衰させる減衰係数によって燃料噴射量を補正する燃料噴射量算出部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関する。

従来、内燃機関の吸気通路（ポート）内に燃料を噴射するポート噴射弁と、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関では、筒内噴射弁を用いた始動時噴射制御を行い、その後、筒内噴射弁とポート噴射弁から選択された燃料噴射弁を用いた始動後燃料噴射制御を行う場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２５５５０７号公報

ところで、ポート噴射弁によって燃料噴射を行うと、主としてポート壁面に燃料が付着することがある。ポート壁面に燃料が付着すると、実際に燃焼に供される燃料量が少なくなる。このため、ポート噴射弁によって燃料噴射を実施する場合には、ポート壁面に付着した分の燃料を補うように補正した燃料噴射量を噴射する。一方、筒内噴射弁によって燃料噴射を実施する場合には、燃焼室からの吹き返しが生じることがある。ポート壁面に付着した分の燃料を補うように補正した燃料噴射量を噴射し、さらに、吹き返しに未燃の燃料が含まれていると、混合気は過リッチ状態となり、燃焼不良や燃費悪化が生じる可能性がある。

そこで、本明細書開示の燃料噴射制御装置は、ポート壁面に付着した分の燃料を補うように燃料噴射量を補正した状態で筒内噴射弁による燃料噴射を実施する場合において、混合気の過リッチ状態を回避することを課題とする。

本明細書に開示された燃料噴射制御装置は、所定の自動停止条件が成立すると内燃機関を自動停止させる一方、所定の再始動条件が成立すると内燃機関を再始動させる自動停止再始動制御を行う車両に搭載され、吸気通路内に燃料を噴射するポート噴射弁と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記内燃機関を再始動させる場合に、前記筒内噴射弁により燃料噴射を行う始動時燃料噴射制御部と、前記再始動後の燃料噴射において使用される燃料噴射弁を選択する燃料噴射弁選択部と、前記ポート噴射弁により燃料噴射を行うときに、ポート噴射量における壁面付着分の燃料量を補完するポート噴射補正係数を算出するポート噴射補正係数算出部と、前記燃料噴射弁選択部によって前記ポート噴射弁が選択され、燃料噴射量が前記ポート噴射補正係数によって補正された状態において、前記燃料噴射弁選択部によって前記筒内噴射弁が選択された場合に、前記ポート噴射補正係数を減衰させる減衰係数によって燃料噴射量を補正する燃料噴射量算出部と、を備える。

本明細書開示の燃料噴射制御装置によれば、ポート壁面に付着した分の燃料を補うように燃料噴射量を補正した状態で筒内噴射弁による燃料噴射を実施する場合において、混合気の過リッチ状態を回避することができる。

図１は実施形態の燃料噴射制御装置を備えた内燃機関システムの概略構成図である。図２は実施形態の燃料噴射制御装置が実施する制御の一例を示すフローチャートである。図３は実施形態の燃料噴射制御装置が実施する制御に伴う実行補正係数Ｃ、エンジン回転数Ｎｅ、スターター信号の時間変化の一例を示すグラフである。図４は実施形態の燃料噴射制御装置が使用する初期補正係数Ａを決定するためのマップの一例である。図５は実施形態の燃料噴射制御装置が使用する燃料噴射弁を選択するためのマップの一例である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（実施形態）
図１は、内燃機関システム１の概略構成図である。内燃機関２０は、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３の内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。本実施形態の内燃機関２０は直列４気筒内燃機関であるが、これに限定されない。

内燃機関２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポート１０ｉを開閉する吸気バルブＶｉと、排気ポート３０ｅを開閉する排気バルブＶｅとが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。吸気ポート１０ｉは、吸気通路に含まれる。

各気筒の吸気ポート１０ｉは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。そして吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、電子制御式のスロットルバルブ１３とが設けられている。

また、各気筒の吸気ポート１０ｉには、燃料を吸気ポート１０ｉ内に噴射するポート噴射弁１２ｐが設置されている。また各気筒には、燃料を気筒内に噴射する筒内噴射弁１２ｄが設置されている。これら噴射弁から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気バルブＶｉの開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

各気筒の排気ポート３０ｅは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。

内燃機関システム１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより内燃機関２０を制御する。
記憶装置に記憶されているプログラムには、Ｓ＆Ｓ（Stop ＆ Start）制御や、燃料噴射量の算出を行うプログラムが含まれる。ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の燃料噴射制御装置として機能するものであり、後述する制御を実行する。この制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される、始動時燃料噴射制御部、ポート噴射補正係数算出部、燃料噴射弁選択部及び燃料噴射量算出部により実現される。詳しくは後述する。

ＥＣＵ５０には、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及びポート噴射弁１２ｐ、筒内噴射弁１２ｄ等が電気的に接続されている。またＥＣＵ５０には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５、空燃比センサ３３、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、内燃機関２０の冷却水の温度を検出する水温センサ２９や、その他の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、ポート噴射弁１２ｐ、筒内噴射弁１２ｄ等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射比率、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。

ＥＣＵ５０は、Ｓ＆Ｓ（Stop ＆ Start）制御を行う。Ｓ＆Ｓ制御を行うＥＣＵ５０は、内燃機関２０の自動停止条件の成否を判定する。自動停止条件は、例えば、以下の条件（ａ）〜（ｄ）がすべて満たされる場合に、成立する。
条件（ａ）：自車両の車速が所定車速（≧０）以下であること。
条件（ｂ）：アクセルペダルが踏まれていないこと。
条件（ｃ）：ブレーキブースタ負圧値が所定閾値より真空側であること。
条件（ｄ）：ブレーキペダルが踏まれていること。
なお、条件（ａ）〜（ｄ）は一例であり、適宜変更可能である。

ＥＣＵ５０は、自動停止条件が満たされたときに、燃料噴射を停止し、内燃機関２０を停止させる。内燃機関２０が稼働状態にあるとき、ポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射が行われていると、吸気ポート１０ｉの壁面に燃料が付着するが、燃料噴射が停止されると、吸気ポート１０ｉの壁面に付着した燃料は蒸発する。

ＥＣＵ５０は、内燃機関２０の再始動条件の成否を判定する。再始動条件は、例えば、以下の条件（ｅ）〜（ｇ）の１つでも満たされなくなった場合に、成立する。
条件（ｅ）：自車両の車速が所定車速（≧０）以下であること。
条件（ｆ）：ブレーキペダルが踏まれていること。
条件（ｇ）：ブレーキブースタ負圧値が所定閾値より真空側であること。
なお、条件（ｅ）〜（ｇ）は一例であり、適宜変更可能である。

ＥＣＵ５０は、再始動条件が成立した場合に、始動時燃料噴射制御を行う。始動時噴射制御では、ＰＭ（Particulate Matter）の低減や、早期始動性の確保の観点から筒内噴射弁１２ｄを用いた燃料噴射が行われる。

ＥＣＵ５０は、始動時燃料噴射制御によって内燃機関２０が始動した後、始動後燃料噴射制御を行う。始動後燃料噴射制御では、内燃機関２０における負荷等を考慮して使用する燃料噴射弁を選択する。使用する燃料噴射弁は、ポート噴射弁１２ｐのみを使用する噴射形態、ポート噴射弁１２ｐと筒内噴射弁１２ｄの双方を使用する噴射形態、筒内噴射弁１２ｄのみを使用する噴射形態に分けられる。

ここで、ポート噴射弁１２ｐを使用する場合には、吸気ポート１０ｉの壁面に付着した燃料分を補うように燃料噴射量が補正される。この際、ＥＣＵ５０は、ポート噴射量における壁面付着分の燃料量を補完するポート噴射補正係数を算出する。ポート噴射補正係数Ａは、Ａ＞１である。

Ｓ＆Ｓ制御による再始動後、燃料噴射量がポート噴射補正係数によって補正されると、燃料噴射量は、吸入空気量等から算出されるｂａｓｅとなる燃料噴射量よりも増量された状態となっている。このように燃料噴射量が増量されている状態で、筒内噴射弁１２ｄを使用した燃料噴射を行い、吹き返しが生じると、混合気が過リッチとなる。そこで、ポート噴射補正係数Ａを減衰させる減衰係数Ｂによって燃料噴射量をさらに補正することで燃料噴射量を算出する。

以下、具体的な燃料噴射制御の一例について、図２乃至５を参照しつつ説明する。まず、ステップＳ１では、ＥＣＵ５０は、Ｓ＆Ｓ制御による内燃機関２０の再始動があったか否かを判定する。内燃機関２０の再始動は、上述した条件（ｅ）〜（ｇ）の１つでも満たされなくなった場合に成立し、ＹＥＳ判定がされる。ステップＳ１でＮＯと判断されたときは、ステップＳ１でＹＥＳと判定されるまでステップＳ１の処理を繰り返す。ステップＳ１でＹＥＳと判定されたときは、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、ＥＣＵ５０は、水温と、Ｓ＆Ｓ制御によって内燃機関２０が停止していた時間を取得する。そして、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３においてポート噴射補正係数Ａを算出し、このポート噴射補正係数Ａをこの段階における実行補正係数Ｃに設定する。実行補正係数Ｃは、ｂａｓｅとなる燃料噴射量を補正して、実際に噴射される最終噴射量を算出するための補正係数である。ＥＣＵ５０は、さらに、スターター信号をＯＮとする。

ここで、図４を参照してポート噴射補正係数Ａの算出について説明する。ポート噴射補正係数Ａは、ステップＳ２で取得した、水温と、Ｓ＆Ｓ制御によって内燃機関２０が停止していた時間に基づいて算出される。ポート噴射補正係数Ａは、停止時間が長いほど大きな値となり、水温が高いほど小さな値となる。これは、停止時間が長いほど、吸気ポート１０ｉの壁面から燃焼が蒸発して乾いた状態となり、その後にポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射が行われたときに壁面に付着する燃料量が多くなるからである。また、水温が高いほど燃料の霧化がよくなり、ポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射が行われたときに壁面に付着する燃料量が少なくなるからである。

ステップＳ４では、ＥＣＵ５０は、始動噴射回数が８回以上行われたか否かを判定する。ここで、始動噴射回数とは、始動時燃料噴射として筒内噴射弁１２ｄによって噴射された回数である。本実施形態の内燃機関２０は４気筒内燃機関であるので、ＥＣＵ５０は、各気筒に対し、２回ずつの燃料噴射が行われた場合に、内燃機関２０が始動したと判定する。なお、このような判定は、始動時燃料噴射が完了したか否かの判定の一例であり、他の判定方法によって判定してもよい。例えば、内燃機関２０の回転数（エンジン回転数Ｎｅ）が所定の回転数以上となった場合に始動時燃料噴射が完了したと判定するようにしてもよい。

ＥＣＵ５０は、ステップＳ４でＮＯと判定したときは、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、始動噴射量を算出する。始動時燃料噴射は、筒内噴射弁１２ｄによって行われるものであり、再始動後のポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射の影響を受けることもないため、始動噴射量は、ポート噴射補正係数Ａとは無関係に決定される。始動噴射量は、例えば、水温に関連付けられた始動用燃料噴射量のマップに基づいて算出される。

ステップＳ５に引き続いて行われるステップＳ６では、始動噴射が実行される。始動噴射が実行されると、図３に示すようにエンジン回転数Ｎｅが上昇する。ステップＳ６が実行された後は、ＥＣＵ５０は、再び、ステップＳ４を実行する。

ステップＳ４でＹＥＳと判定したときは、ＥＣＵ５０は、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７以降の噴射制御は、始動後燃料噴射制御となる。ステップＳ７では、ＥＣＵ５０は、ポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射が行われたか否かを判定する。具体的に、内燃機関２０の再始動後に使用された燃料噴射弁にポート噴射弁１２ｐが選択されているか否かを判定する。燃料噴射弁の選択は、例えば、図５に示すマップを用いて行われる。図５を参照すると、空気量（負荷）、エンジン回転数Ｎｅが低位の場合は、ポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射が行われる。また、空気量（負荷）、エンジン回転数Ｎｅがそれぞれ中位の場合は、ポート噴射弁１２ｐと筒内噴射弁１２ｄの両方を用いた燃料噴射が行われる。また、空気量（負荷）、エンジン回転数Ｎｅがそれぞれ高位の場合は、筒内噴射弁１２ｄによる燃料噴射が行われる。

ポート噴射弁１２ｐのみによる燃料噴射、ポート噴射弁１２ｐと筒内噴射弁１２ｄによる燃料噴射が行われた場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ７においてＹＥＳと判定する。ステップＳ７でＹＥＳと判定したときはステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、ＥＣＵ５０は、再始動後にポート噴射弁１２ｐを用いた燃料噴射が気筒数よりも多い回数行われたか否かを判定する。本実施形態の内燃機関２０は、４気筒であるので、ポート噴射弁１２ｐを用いた燃料噴射が４回行われたか否かが判定される。これは、再始動後に、各吸気ポート１０ｉの壁面に燃料が付着したか否かを判定するものである。

ステップＳ８でＹＥＳと判定したときは、ステップＳ９へ進み、ＥＣＵ５０は、最終燃料噴射量をｂａｓｅに設定し、ステップＳ１０において燃料噴射を実行する。一旦、全気筒の吸気ポート１０ｉの壁面に燃料が付着すれば、その後にポート噴射弁１２ｐによる燃料噴射が行われても、基本的にさらに燃料の壁面付着が生じることはなく、燃焼に供される燃料が少なくなることはないからである。

一方、ステップＳ７でＮＯと判定したときは、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、ＥＣＵ５０は、Ｓ＆Ｓ制御による再始動後に補正要求があったか否かを判定する。すなわち、再始動後にポート噴射弁１２ｐを用いた燃料噴射が行われ、最終燃料噴射量としてポート噴射補正係数Ａによって補正された状態となっているか否かが判定される。ステップＳ１１でＮＯと判定したときは、再始動後、依然としてポート噴射弁１２ｐを用いた燃料噴射が行われておらず、この段階でもポート噴射弁１２ｐを用いた燃料噴射が行われない状態である。そのため、ステップＳ１１でＮＯと判断したときは、ステップＳ９へ進み、最終燃料噴射量がｂａｓｅに設定され、ステップＳ１０において燃料噴射が実行される。

ステップＳ１１においてＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１２へ進み、既に設定されている実行補正係数Ｃに減衰係数Ｂが掛け合わされ、新たな実行補正係数Ｃに更新され、記憶される。ここで記憶された実行補正係数Ｃは、ステップＳ８を経由して最終噴射量を決定するステップＳ１３において用いられる。ここで、減衰係数Ｂは、Ｂ＜１であり、本実施形態では、Ｂ＝０．９に設定されている。減衰係数Ｂが掛け合わされることにより、実行補正係数Ｃの値は小さくなる。これにより、最終噴射量が低減されるため、混合気の過リッチ状態が改善される。減衰係数Ｂは、ポート噴射補正係数Ａを減衰させるという性質から０や１を取り得ず、０．１〜０．９９の範囲内で適宜設定される。

ステップＳ１２で実行補正係数Ｃが更新された後は、ステップＳ９において最終噴射量がｂａｓｅに設定される。そして、ステップＳ１０において燃料噴射が実行される。ステップＳ１２で実行補正係数Ｃが更新された場合も、ステップＳ７でＮＯと判定された場合であり、ポート噴射弁１２ｐを用いた燃料噴射が行われない状態である。そのため、ステップＳ１１でＮＯと判断したときは、ステップＳ９へ進み、最終燃料噴射量がｂａｓｅに設定され、ステップＳ１０において燃料噴射が実行される。

ステップＳ８でＮＯと判定された場合は、ステップＳ１３において最終噴射量がｂａｓｅ×Ｃに設定され、ステップＳ１０において燃料噴射が実行される。ここで、実行補正係数Ｃは、ステップＳ１２を経由しているか否かで異なる。ステップＳ１２を経由していない場合は、ステップＳ３でＡ＝Ｃと設定されているように、実行補正係数Ｃは、初期値であるポート噴射補正係数Ａのままである。一方、ステップＳ１２を経由している場合は、減衰係数Ｂが掛け合わされた値となる。ステップＳ１２を複数回経由しているときは、実行補正係数Ｃは、その分だけ値が小さくなる。

ステップＳ１０において噴射を実行した後は、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、再度Ｓ＆Ｓ制御による停止があったか否かを判定する。ステップＳ１４でＮＯと判定されたときは、ＥＣＵ５０は、ステップＳ７からの処理を繰り返す。このようにステップＳ７からの処理を繰り返し、複数回ステップＳ１２を経由すると、図３に示すように実行補正係数Ｃは、徐々に減少する。これにより、最終噴射量がさらに低減されるため、混合気の過リッチ状態がさらに改善される。ただし、実行補正係数Ｃは、１よりも小さくなることがないように、ガード値として１が設定されている。

ステップＳ１４でＹＥＳと判定したときは、一連の処理は、リターンとなり、ステップＳ１からの処理が繰り返される。

このように、ポート噴射補正係数Ａを減衰させる減衰係数Ｂを導入することで、混合気の過リッチ状態を回避することができる。この結果、内燃機関２０における燃焼不良や燃費悪化を改善することができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１内燃機関システム
１０ｉ吸気ポート
１２ｐポート噴射弁
１２ｄ筒内噴射弁
２０内燃機関
５０ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、始動時燃料噴射制御部、ポート噴射補正係数算出部、燃料噴射弁選択部及び燃料噴射量算出部）

Claims

所定の自動停止条件が成立すると内燃機関を自動停止させる一方、所定の再始動条件が成立すると内燃機関を再始動させる自動停止再始動制御を行う車両に搭載され、吸気通路内に燃料を噴射するポート噴射弁と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関を再始動させる場合に、前記筒内噴射弁により燃料噴射を行う始動時燃料噴射制御部と、
前記再始動後の燃料噴射において使用される燃料噴射弁を選択する燃料噴射弁選択部と、
前記ポート噴射弁により燃料噴射を行うときに、ポート噴射量における壁面付着分の燃料量を補完するポート噴射補正係数を算出するポート噴射補正係数算出部と、
前記燃料噴射弁選択部によって前記ポート噴射弁が選択され、燃料噴射量が前記ポート噴射補正係数によって補正された状態において、前記燃料噴射弁選択部によって前記筒内噴射弁が選択された場合に、前記ポート噴射補正係数を減衰させる減衰係数によって燃料噴射量を補正する燃料噴射量算出部と、
を備えた燃料噴射制御装置。