(57)【要約】【課題】成層燃焼を安定させることができるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ４２は、触媒２６の急速暖機処理のために、吸気バルブの閉弁前にポート噴射弁１６と筒内噴射弁２０とのそれぞれから１回ずつ燃料を噴射させて均質混合気を生成し、その後、圧縮上死点ＴＤＣよりも遅角側のタイミングにて点火装置２２付近の混合気を局所的によりリッチとするために筒内噴射弁２０から燃料を噴射させる。ただし、ＣＰＵ４２は、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁２０とで噴射する燃料中のアルコール濃度が異なる場合には、筒内噴射弁２０のみを用いて均質混合気を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を吸気通路に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関に適用され、
前記ポート噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度と前記筒内噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度との差が所定以上であるか否かを判定する判定処理と、
前記判定処理によって所定以上と判定されない場合には、前記ポート噴射弁および前記筒内噴射弁の双方から燃料を噴射して成層燃焼を実現し、前記判定処理によって所定以上と判定されている場合には、前記筒内噴射弁のみから燃料を噴射して成層燃焼を実現する成層処理と、を実行する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を吸気通路に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、ポート噴射弁と筒内噴射弁との双方を用いて成層燃焼制御を実行する内燃機関の制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９９５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、いわゆるＦＦＶ（Flexible  Fuel  Vehicle）に搭載された内燃機関において、空燃比が高い均質混合気を、ポート噴射弁と筒内噴射弁との双方を用いて生成した後、点火プラグ近傍にリッチな混合気を生成すべく筒内噴射弁によって燃料を噴射することを検討した。そしてその場合、給油後においてポート噴射弁から噴射される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁から噴射される燃料中のアルコール濃度とが異なることとなると、上記均質混合気の均質性が低下し、燃焼が安定しないことを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、燃料を吸気通路に噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関に適用され、前記ポート噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度と前記筒内噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度との差が所定以上であるか否かを判定する判定処理と、前記判定処理によって所定以上と判定されない場合には、前記ポート噴射弁および前記筒内噴射弁の双方から燃料を噴射して成層燃焼を実現し、前記判定処理によって所定以上と判定されている場合には、前記筒内噴射弁のみから燃料を噴射して成層燃焼を実現する成層処理と、を実行する内燃機関の制御装置である。
【０００６】
成層燃焼における均質混合気を生成する処理を、筒内噴射弁のみによって実行する場合には、ポート噴射弁を用いる場合と比較すると、均質性が低下しやすい。一方、ポート噴射弁のみを用いる場合には、均質混合気を生成するうえで適切な進角側の期間内に燃料を噴射しきれないおそれや、吸気通路に付着する燃料量が安定しないおそれがある。そこで、上記構成では、ポート噴射弁および筒内噴射弁を用いて均質混合気を生成する。ただし、ポート噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度とが異なる場合、均質混合気の均質性が低下し、成層燃焼が安定しないおそれがある。そこで上記構成では、ポート噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁に供給される燃料中のアルコール濃度との差が所定以上である場合には、筒内噴射弁のみを用いて成層燃焼を実現する。これにより、ポート噴射弁と筒内噴射弁との双方を用いる場合と比較して、成層燃焼を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、同実施形態にかかる燃料噴射制御を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、車両に搭載される。内燃機関１０の吸気通路１２には、上流側から順に、スロットルバルブ１４およびポート噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気やポート噴射弁１６から噴射された燃料は、燃焼室１８に供給される。燃焼室１８には、筒内噴射弁２０および点火装置２２が設けられている。燃焼室１８内の混合気は、点火装置２２による火花放電によって燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として排気通路２４に排出される。排気通路２４には、触媒２６が設けられている。
【０００９】
ポート噴射弁１６には、低圧側デリバリパイプ３０から燃料が供給される。筒内噴射弁２０には、高圧側デリバリパイプ３２から燃料が供給される。低圧側デリバリパイプ３０には、燃料タンク３４内の燃料が供給され、高圧側デリバリパイプ３２には、燃料タンク３４内の燃料がポンプ３８によって加圧されて供給される。
【００１０】
制御装置４０は、内燃機関１０を制御対象とし、制御量としてのトルクや排気成分比率等を制御すべく、スロットルバルブ１４や、ポート噴射弁１６、筒内噴射弁２０、点火装置２２等の内燃機関１０の操作部を操作する。制御装置４０は、操作部を操作する際、エアフローメータ５０によって検出される吸入空気量Ｇａや、アルコール濃度センサ５２によって検出される燃料通路３６内のアルコール濃度Ｄａを参照する。また、制御装置４０は、水温センサ５４によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）や、アクセルセンサ５６によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を参照する。なお、制御装置４０は、ＣＰＵ４２およびＲＯＭ４４を備えている。
【００１１】
図２に、制御装置４０が実行する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ４４に記憶されたプログラムをＣＰＵ４２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
【００１２】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ４２は、まずポート噴射弁１６から噴射される燃料中のアルコール濃度（ポート側濃度Ｄａｐ）を算出する（Ｓ１０）。ここでＣＰＵ４２は、まず、燃料通路３６のうち、低圧側デリバリパイプ３０に接続される低圧側通路３６ａと高圧側デリバリパイプ３２に接続される高圧側通路３６ｂとへの分岐部Ｂ（図１参照）における濃度Ｄａｂを算出する。すなわち、ＣＰＵ４２は、ポート噴射弁１６から噴射される燃料量と筒内噴射弁２０から噴射される燃料量との和の積算値が、燃料通路３６のうちのアルコール濃度センサ５２が設けられている箇所から分岐部Ｂまでの容積だけ少なかった時点におけるアルコール濃度Ｄａを、分岐部Ｂにおける濃度Ｄａｂとする。そしてＣＰＵ４２は、ポート噴射弁１６から噴射される燃料量の積算値が、低圧側通路３６ａの容積だけ小さかった時点における分岐部Ｂの濃度Ｄａｂを、低圧側デリバリパイプ３０に流入する燃料のアルコール濃度とする。そしてＣＰＵ４２は、ポート噴射弁１６からの燃料の噴射に伴って、噴射された燃料と同量の燃料が低圧側デリバリパイプ３０に流入するとして、低圧側デリバリパイプ３０内のアルコール濃度であるポート側濃度Ｄａｐを算出する。
【００１３】
次にＣＰＵ４２は、筒内噴射弁２０から噴射される燃料中のアルコール濃度（筒内側濃度Ｄａｄ）を算出する（Ｓ１２）。詳しくは、ＣＰＵ４２は、筒内噴射弁２０から噴射される燃料量の積算値が、高圧側通路３６ｂの容積だけ小さかった時点における分岐部Ｂの濃度Ｄａｂを、高圧側デリバリパイプ３２に流入する燃料のアルコール濃度とする。そしてＣＰＵ４２は、筒内噴射弁２０からの燃料の噴射に伴って、噴射された燃料と同量の燃料が高圧側デリバリパイプ３２に流入するとして、高圧側デリバリパイプ３２内のアルコール濃度である筒内側濃度Ｄａｄを算出する。
【００１４】
次にＣＰＵ４２は、触媒急速暖機フラグＦが「１」であるか否かを判定する（Ｓ１４）。触媒急速暖機フラグＦは、「１」である場合に触媒急速暖機処理を実行することを示し、「０」である場合に、触媒急速暖機処理を実行しないことを示す。なお、触媒急速暖機フラグＦの初期値は、「０」とされている。
【００１５】
ＣＰＵ４２は、触媒急速暖機フラグＦが「０」であると判定する場合（１４：ＮＯ）、内燃機関１０の始動が完了している旨の条件（ア）と、水温ＴＨＷが所定温度Ｔｔｈ以下である旨の条件（イ）との論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１６）。Ｓ１６の処理は、触媒急速暖機処理の実行条件が成立するか否かを判定するためのものである。なお、条件（イ）は、触媒２６の温度が低い旨の条件である。ＣＰＵ４２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、触媒急速暖機フラグＦに「１」を代入する（Ｓ１８）。
【００１６】
一方、ＣＰＵ４２は、触媒急速暖機フラグＦが「１」であると判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、吸入空気量Ｇａの積算値ＩｎＧに、吸入空気量Ｇａを加算することによって、積算値ＩｎＧを更新する（Ｓ２０）。積算値ＩｎＧは、初期値が「０」であり、内燃機関１０の始動後における燃焼エネルギ総量を示すパラメータである。次にＣＰＵ４２は、アクセルが踏み込まれている旨の条件（ウ）と、積算値ＩｎＧが所定値Ｉｎｔｈ以上である旨の条件（エ）との論理和が真であるか否かを判定する（Ｓ２２）。ここで、ＣＰＵ４２は、アクセル操作量ＡＣＣＰが所定値以上である場合に、条件（ウ）が成立していると判定する。また、ＣＰＵ４２は、所定値Ｉｎｔｈを、水温ＴＨＷが高い場合に低い場合よりも小さい値に算出する。この処理は、触媒急速暖機処理を停止する条件が成立するか否かを判定するためのものである。ここで、条件（ウ）が成立する場合、成立しない場合であって且つ触媒急速暖機処理を実行しない場合と比較して排気の温度が上昇することから、触媒急速暖機処理を停止する。また、条件（エ）が成立する場合、触媒２６の暖機が完了したとみなせることから、触媒急速暖機処理を停止する。
【００１７】
ＣＰＵ４２は、上記論理和が偽であると判定する場合（Ｓ２２：ＮＯ）、ポート側濃度Ｄａｐとアルコール濃度Ｄａとの差の絶対値が規定値Ｄｔｈ以下である旨の条件（オ）と、筒内側濃度Ｄａｄとアルコール濃度Ｄａとの差の絶対値が規定値Ｄｔｈ以下である旨の条件（カ）との論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ２４）。この処理は、ポート噴射弁１６から噴射される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁２０から噴射される燃料中のアルコール濃度とがともに収束したか否かを判定するための処理である。すなわち、給油がなされると、燃料タンク３４内の燃料中のアルコール濃度が変化しうる。その場合であっても、低圧側デリバリパイプ３０や、低圧側通路３６ａ、高圧側デリバリパイプ３２、高圧側通路３６ｂ、燃料通路３６内の燃料は、給油前のアルコール濃度にとどまっている。そして、ポート噴射弁１６や筒内噴射弁２０から燃料が噴射されることにより、燃料タンク３４内の燃料が低圧側デリバリパイプ３０や高圧側デリバリパイプ３２に到達して低圧側デリバリパイプ３０や高圧側デリバリパイプ３２内の燃料が次第に入れ替わっていく。これにより、アルコール濃度センサ５２によって検出されるアルコール濃度Ｄａが、低圧側デリバリパイプ３０内や高圧側デリバリパイプ３２内の燃料中のアルコール濃度と等しくなると、ポート噴射弁１６から噴射される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁２０から噴射される燃料中のアルコール濃度とが収束したこととなる。
【００１８】
ＣＰＵ４２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、通常時の触媒急速暖機処理を実行する（Ｓ２６）。すなわち、ＣＰＵ４２は、吸気バルブの閉弁前にポート噴射弁１６と筒内噴射弁２０とのそれぞれから１回ずつ燃料を噴射させて均質混合気を生成し、その後、圧縮上死点ＴＤＣよりも遅角側のタイミングにて点火装置２２付近の混合気を局所的によりリッチとするために筒内噴射弁２０から燃料を噴射させる。これにより、成層燃焼をさせることができ、しかも、排気の温度を高めることができる。
【００１９】
ここで、均質混合気の生成に、ポート噴射弁１６のみならず筒内噴射弁２０をも利用するのは、第１に、ポート噴射弁１６のみによっては、点火装置２２による火花点火の前に燃料を十分に霧化させることができる期間内に全ての燃料を噴射することが困難であるためである。第２に、アルコール濃度Ｄａがある程度高い場合、ポート噴射弁１６から噴射される燃料量が多いと、吸気通路１２に付着する燃料量が過度に多くなり、しかもアルコール濃度Ｄａの微小な差によって、吸気通路１２内に付着する燃料量が大きく変動するためである。このため、ポート噴射弁１６のみを用いて狙いとする均質混合気を生成することが困難であるため、筒内噴射弁２０を併用する。ちなみに、筒内噴射弁２０のみを用いて均質混合気を生成する場合にはポート噴射弁１６を併用する場合と比較して、点火装置２２による火花点火の前に燃料を十分に霧化させることができる期間内に燃料を霧化させることが困難であり、結果、ポート噴射弁１６を併用する場合と比較して燃料を均質化しにくい。
【００２０】
一方、ＣＰＵ４２は、論理積が偽であると判定する場合（Ｓ２４：ＮＯ）、アルコール濃度が変化する過渡時における触媒急速暖機処理を実行する（Ｓ２８）。詳しくはＣＰＵ４２は、吸気バルブの閉弁前に筒内噴射弁２０から燃料を噴射させて均質混合気を生成し、その後、圧縮上死点ＴＤＣよりも遅角側のタイミングにて点火装置２２付近の混合気を局所的によりリッチとするために筒内噴射弁２０から燃料を噴射させる。
【００２１】
これに対しＣＰＵ４２は、Ｓ２２の処理において肯定判定する場合、触媒急速暖機フラグＦを「０」とする（Ｓ３０）。なお、ＣＰＵ４２は、Ｓ１８，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ３０の処理が完了する場合や、Ｓ１６の処理において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
【００２２】
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
図３（ａ）は、給油後、低圧側デリバリパイプ３０および高圧側デリバリパイプ３２の双方における燃料の入れ替わりが完了したか否かの状態推移を示し、図３（ｂ）は、内燃機関１０のクランク軸の回転速度ＮＥの推移を示し、図３（ｃ）は、１燃焼サイクルにおいて噴射される燃料のうちのポート噴射弁１６から噴射される燃料の割合の推移を示す。
【００２３】
図３に示すように、車両が停止した状態で時刻ｔ１において給油がなされた後、時刻ｔ２においてＣＰＵ４２により内燃機関１０が始動される。本実施形態においてＣＰＵ４２は、ポート噴射弁１６を用いて始動処理を実行するため、始動が完了する時刻ｔ３まではポート噴射弁１６から噴射される割合が「１」となっている。しかし、始動が完了する時刻ｔ３以降においては、ＣＰＵ４２は、筒内噴射弁２０のみを用いて触媒急速暖機処理を実行する。
【００２４】
給油後、低圧側デリバリパイプ３０および高圧側デリバリパイプ３２の双方において燃料が給油後のものに入れ替わるまでは、ポート噴射弁１６から噴射される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁２０から噴射される燃料中のアルコール濃度とが異なる傾向がある。そしてその場合、Ｓ２６の処理によって均質混合気を生成する場合、ポート噴射弁１６から噴射される燃料中のアルコール濃度と筒内噴射弁２０から噴射される燃料中のアルコール濃度とが異なることに起因して、均質性が低下するおそれがある。均質混合気の均質性が低下すると、火炎伝搬が連続的に生じにくくなり、成層燃焼が安定しない。そこで本実施形態では、低圧側デリバリパイプ３０および高圧側デリバリパイプ３２の双方において燃料が給油後のものに入れ替わっていない期間において、ＣＰＵ４２は、筒内噴射弁２０のみを用いて成層燃焼を実行する。このため、同期間においてポート噴射弁１６と筒内噴射弁２０との協働で均質混合気を生成する場合と比較すると、均質混合気の均質性を高めることができることから、協働で均質混合気を生成する場合と比較して成層燃焼を安定させることができる。
【００２５】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。判定処理は、Ｓ２４の処理に対応し、成層処理は、Ｓ２６，Ｓ２８の処理に対応する。
【００２６】
＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００２７】
・上記実施形態では、点火装置２２付近の混合気を局所的によりリッチとするための筒内噴射弁２０からの燃料噴射を、圧縮上死点よりも遅角側としたが、これに限らない。
・成層燃焼としては、触媒急速暖機処理のためのものに限らない。
【符号の説明】
【００２８】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…ポート噴射弁、１８…燃焼室、２０…筒内噴射弁、２２…点火装置、２４…排気通路、２６…触媒、３０…低圧側デリバリパイプ、３２…高圧側デリバリパイプ、３４…燃料タンク、３６…燃料通路、３６ａ…低圧側通路、３６ｂ…高圧側通路、３８…ポンプ、４０…制御装置、４２…ＣＰＵ、４４…ＲＯＭ、５０…エアフローメータ、５２…アルコール濃度センサ、５４…水温センサ、５６…アクセルセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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