(57)【要約】【課題】１サイクルあたりに複数回の燃料噴射を行うときに、噴射回数を減少させることなく１回あたりの噴射量を増加させることができる技術を提供する。【解決手段】１サイクルあたりの燃料噴射量の総量である総燃料噴射量を内燃機関の運転状態に応じて決定する噴射量決定手段（Ｓ１０１）と、１サイクルあたりの気筒内への燃料噴射の回数を内燃機関の運転状態に応じて決定する噴射回数決定手段（Ｓ１０２）と、総燃料噴射量を複数回数に分ける場合に、夫々の回の燃料噴射量が燃料噴射の可能な下限値以上であるか否か判定する判定手段（Ｓ１０３）と、判定手段により１回あたりの燃料噴射量が下限値未満であると判定される場合に、内燃機関の摩擦抵抗を増加させる増加手段（Ｓ１０５）と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１サイクルあたりの燃料噴射量の総量である総燃料噴射量を内燃機関の運転状態に応じて決定する噴射量決定手段と、
１サイクルあたりの気筒内への燃料噴射の回数を内燃機関の運転状態に応じて決定する噴射回数決定手段と、
前記噴射量決定手段により決定される総燃料噴射量を前記噴射回数決定手段により決定される燃料噴射の回数に分ける場合に、夫々の回の燃料噴射量が燃料噴射の可能な下限値以上であるか否か判定する判定手段と、
前記判定手段により１回あたりの燃料噴射量が前記下限値未満であると判定される場合に、前記内燃機関の摩擦抵抗を増加させる増加手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記増加手段は、前記内燃機関の潤滑油の圧力を上昇させることにより該内燃機関の摩擦抵抗を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記増加手段は、前記内燃機関の潤滑油の温度を下降させることにより該内燃機関の摩擦抵抗を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１サイクル中に燃料噴射を複数回行う内燃機関では、燃料噴射弁から１回あたりに噴射可能な燃料量の下限値が、該燃料噴射弁や装置の性能により決まる。この下限値よりも少ない量の燃料を精度良く噴射するのは困難である。また、内燃機関の運転状態等に応じて１サイクルあたりの噴射回数が決定される。この噴射回数よりも少ない回数で燃料噴射を行うと、燃焼状態または排気の状態が不安定となったり悪化したりする虞がある。
【０００３】
例えば近年、内燃機関において、摩擦抵抗を低減したり圧縮比を低くしたりして燃費の向上が図られている。しかし、このようなことを行うと気筒内の温度が低下して白煙が発生し易くなる。これに対し、１サイクル中に燃料を複数回噴射することにより白煙の発生を抑制できる。しかし、要求トルクから、１サイクル中の総燃料噴射量が定まるため、燃費の向上により１サイクルあたりの総燃料噴射量が少なくて済む。そのため、総燃料噴射量を複数回に分けると、１回あたりの噴射量が、噴射可能な下限値よりも少なくなることがある。
【０００４】
ここで、総燃料噴射量が少なくなると噴射回数を減少させることにより１回あたりの噴射量を噴射可能な下限値以上とする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、噴射回数を減少させることにより、１回あたりの噴射量を増加させることができるため、総燃料噴射量が少なくなっても燃料噴射が可能となる。しかし、噴射回数を減少させると、燃焼状態や排気の状態が悪化する虞がある。
【特許文献１】特開２００３−３４３３３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４２７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、１サイクルあたりに複数回の燃料噴射を行うときに、噴射回数を減少させることなく１回あたりの噴射量を増加させることができる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
１サイクルあたりの燃料噴射量の総量である総燃料噴射量を内燃機関の運転状態に応じて決定する噴射量決定手段と、
１サイクルあたりの気筒内への燃料噴射の回数を内燃機関の運転状態に応じて決定する噴射回数決定手段と、
前記噴射量決定手段により決定される総燃料噴射量を前記噴射回数決定手段により決定される燃料噴射の回数に分ける場合に、夫々の回の燃料噴射量が燃料噴射の可能な下限値以上であるか否か判定する判定手段と、
前記判定手段により１回あたりの燃料噴射量が前記下限値未満であると判定される場合に、前記内燃機関の摩擦抵抗を増加させる増加手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
１サイクルあたりの気筒内への燃料噴射の回数は、燃焼状態や排気の状態を良好に保つ
ように決定される。これは、内燃機関の運転状態（例えば機関回転数及び機関負荷）に応じて決定することができる。
【０００８】
噴射量決定手段により決定される総燃料噴射量を噴射回数決定手段により決定される燃料噴射の回数に分ける場合には、均等に分ける必要はない。つまり、夫々の回における燃料噴射量が異なっていても良い。例えば、パイロット噴射を複数回行った後に主噴射を行う場合には、パイロット噴射の回数に主噴射の１回を加えた回数が、噴射回数決定手段により決定される回数となるが、パイロット噴射と主噴射とで燃料噴射量が異なっていても良い。
【０００９】
判定手段は、夫々の回の燃料噴射量が燃料噴射の可能な下限値以上であるか否か判定しているが、この下限値は、燃料噴射弁やその制御装置の性能等により定まる。１回あたりの燃料噴射量が、燃料噴射の可能な下限値未満であるときには、燃料噴射を行うことができないか、できたとしても所望の燃料噴射量を得ることは困難である。
【００１０】
そして、判定手段は、総燃料噴射量を噴射回数決定手段により決定される燃料噴射の回数に分割したときに、どの回においても下限値以上の燃料噴射量となっているのか否か判定している。つまり、１回でも下限値未満となっていれば、判定手段は、夫々の回の燃料噴射量が燃料噴射の可能な下限値以上ではないと判定する。これは、総燃料噴射量を必要回数で分割可能であるか否か判定しているとしても良い。
【００１１】
そして、判定手段により否定判定がなされる場合には、内燃機関の摩擦抵抗を増加させている。摩擦抵抗を増加させることにより、内燃機関の負荷が増加するため、総燃料噴射量が増加する。これにより、１回あたりの噴射量を増加させる。例えば、１回あたりの燃料噴射量が前記下限値以上となるまで摩擦抵抗を増加させることにより、噴射回数決定手段により決定される回数にて燃料噴射を行うことができる。つまり、機関回転数及び噴射回数を変化させることなく燃料噴射量を増加させることができる。
【００１２】
なお、本発明においては、前記増加手段は、前記内燃機関の潤滑油の圧力を上昇させることにより該内燃機関の摩擦抵抗を増加させても良い。
【００１３】
潤滑油の圧力を上昇させることにより、該潤滑油が流通するときの摩擦抵抗が増加する。これにより、内燃機関の負荷が増加するので、総燃料噴射量を増加させることができる。つまり、総燃料噴射量を複数回に分割するときに、１回あたりの燃料噴射量を増加させることができる。なお、潤滑油の圧力の上昇は、例えばポンプの吐出量を増加させることにより実現できる。また、例えばポンプの吐出量を一定としつつ、潤滑油の圧力を調節するためのリリーフバルブの開弁圧力を上昇させることによっても実現できる。吐出圧力または吐出量の異なる複数のポンプを備えていても良い。
【００１４】
本発明においては、前記増加手段は、前記内燃機関の潤滑油の温度を下降させることにより該内燃機関の摩擦抵抗を増加させても良い。
【００１５】
潤滑油の温度を下降させることにより、該潤滑油の粘度が高くなるので、該潤滑油が流通するときの摩擦抵抗が増加する。これにより、内燃機関の負荷が増加するので、総燃料噴射量を増加させることができる。つまり、総燃料噴射量を複数回に分割するときに、１回あたりの燃料噴射量を増加させることができる。なお、潤滑油の温度の下降は、例えば熱交換器を介して潤滑油を水で冷却している場合には、該水の温度を低下させたり水の流量を増加させたりすることで実現できる。また、例えば熱交換器を介して潤滑油を空気で冷却している場合には、該熱交換器にファンを取り付けて、該ファンを作動させたりファンの回転数を増加させたりすることで実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、１サイクルあたりに複数回の燃料噴射を行うときに、噴射回数を減少させることなく１回あたりの噴射量を増加させることができる。つまり、内燃機関の摩擦抵抗を増加させることにより機関回転数が減少し得るが、これを１回あたりの燃料噴射量を増加させることで抑制しているため、回転変動を抑制しつつ燃料噴射量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の内部構造を示す概略構成図である。図１に示す内燃機関１は、４サイクル内燃機関である。内燃機関１は、シリンダヘッド２、シリンダヘッド２の下部に連結されたシリンダブロック３、シリンダブロック３の下部に連結されたオイルパン４を備えて構成される。
【００１９】
シリンダヘッド２には、気筒内へ燃料を噴射する噴射弁２０が取り付けられている。
【００２０】
シリンダブロック３には、クランクシャフトの回転に応じてオイルを吐出するオイルポンプ５が備えられている。このオイルポンプ５の入口側には、オイル吸引通路６の一端が接続されている。オイル吸引通路６の他端は、オイルパン４に貯留されているオイル中に開口している。
【００２１】
オイルポンプ５の出口側には、リリーフバルブ７が接続されている。リリーフバルブ７には、オイル通路８の一端及びリターン通路９の一端が接続されている。リリーフバルブ７は、オイルの圧力が設定圧力未満のときには、オイルの全量をオイル通路８へ流す。一方、オイルの圧力が設定圧力以上となると開弁し、オイルの一部をリターン通路９へ流す。オイルポンプ５は、設定圧力以上でオイルを吐出している。つまり、リリーフバルブ７は定期的に作動し、オイル通路８を流通するオイルの圧力を設定圧力に調節する。
【００２２】
オイル通路８の他端側は複数に分岐し、シリンダヘッド２及びシリンダブロック３の摺動部や冷却を要する部材に向けて開口している。
【００２３】
リターン通路９の他端は、オイル吸引通路６に接続されている。このため、リターン通路９を流通するオイルは、オイルポンプ５に再度流入する。
【００２４】
なお、本実施例に係るリリーフバルブ７は、設定圧力を変更することができる。つまり、リリーフバルブ７が開弁する圧力を変更することができるため、オイル通路８を流通するオイルの圧力を変更することができる。設定圧力は、段階的に変化させても、また、無段階に変化させても良い。例えば高圧側と低圧側との２つの設定圧力を切り替えるようにしても良い。また、設定圧力の変更には油圧を用いても良く、電動モータ等を用いても良い。リリーフバルブ７は、オイル通路８内のオイル圧力を変更できるものであれば良い。
【００２５】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２６】
また、ＥＣＵ１０には、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号
を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１２、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００２７】
一方、ＥＣＵ１０には、リリーフバルブ７及び噴射弁２０が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりリリーフバルブ７及び噴射弁２０の開閉時期が制御される。
【００２８】
そして、本実施例では、１サイクル中に複数回の燃料噴射を行う分割噴射により例えばＨＣの排出（白煙の発生）を抑制している。１サイクル中に燃料噴射を行う回数は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数、機関負荷、冷却水温度、オイル温度）に応じて決定される。これらの関係は予め実験等により求めておく。
【００２９】
主噴射の他に副噴射（例えばパイロット噴射）を複数回行う場合において、排気の状態を良好に維持するために必要となる１サイクル中の燃料噴射回数をＮ回とすると、主噴射量Ｑは以下の式により求まる。
Ｑ＝Ｂ−｛ＱＰＬ（１）＋ＱＰＬ（２）＋・・・＋ＱＰＬ（Ｎ−１）｝
ただし、Ｂは要求トルクを得るために必要な噴射量であり総燃料噴射量である。また、ＱＰＬは主噴射の前に行われる副噴射の量である。ＱＰＬ（１）は１回目の燃料噴射量であり、ＱＰＬ（Ｎ−１）は、Ｎ−１回目の燃料噴射量である。
【００３０】
ここで、主噴射量Ｑが噴射弁２０から噴射可能の量でなければ、主噴射を行うことができない。つまり、主噴射量Ｑ≧下限噴射量Ａの関係が成り立たなければならない。下限噴射量Ａは噴射弁２０及びＥＣＵ１０の性能により決定される噴射可能な燃料量の下限値である。
【００３１】
そこで本実施例では、Ｑ≧Ａとなるように、リリーフバルブ７の設定圧力を調節する。
【００３２】
ここで、図２は、本実施例に係るリリーフバルブ７の設定圧力の調節を行わない場合の内燃機関１の冷却水温度、機関負荷、オイル通路８内のオイル圧力の推移を示した図である。実線が機関負荷、一点鎖線が冷却水温度、二点鎖線がオイル圧力である。以下、Ｎ＝４の場合、つまり主噴射の前にパイロット噴射を３回行う場合について説明する。図２では、冷却水温度が徐々に上昇し、機関負荷が徐々に下降する場合を示している。設定圧力を変更していないため、オイル圧力は常に一定である。
【００３３】
下限負荷とは、燃料噴射回数を４回とすることができる機関負荷の下限値である。つまり、実際の機関負荷が下限負荷よりも低くなると、１回あたりの噴射量が下限噴射量よりも少なくなるため、燃料噴射回数を４回とすることができなくなる。一方、上限水温とは、燃料噴射回数を４回としなければ排気の状態が悪化する冷却水温度の上限値である。つまり、実際の冷却水温度が上限値以下の場合には、燃料噴射回数を４回としなくては排気の状態が悪化する。なお、冷却水温度が低いほど、燃焼状態が悪化し易いため、燃料噴射回数は多くなる。
【００３４】
冷却水温度が上限値以下の場合には、機関負荷が下限負荷以上でなければ、燃料噴射回数を４回とすることができなくなる。すなわち、冷却水温度が上限水温よりも高くなるまでは燃料噴射回数を４回としなくてはならないが、機関回転数が下限負荷よりも低くなっているときには、燃料噴射回数を４回とすることができない。つまり、図２におけるＭからＮの期間では、噴射回数を４回とすることができないため、燃焼状態や排気の状態が悪化する虞がある。
【００３５】
一方、図３は、本実施例に係るリリーフバルブ７の設定圧力の調節を行う場合の内燃機
関１の冷却水温度、機関負荷、オイル通路８内のオイル圧力の推移を示した図である。
【００３６】
図３に示した場合では、図２におけるＭからＮの期間に対応する期間において、リリーフバルブ７を操作し、オイル通路８内のオイルの圧力を上昇させている。なお、図３に示した場合では、オイルの圧力を２段階に調節可能なリリーフバルブ７採用している。ここで、オイル通路８内のオイルの圧力を上昇させることにより、該オイル通路８をオイルが流通するときの摩擦抵抗が大きくなるため、機関負荷が上昇する。そのため、実際の負荷を下限負荷よりも高くすることができる。これにより、ＭからＮの期間においても燃料噴射回数を４とすることができるため、燃焼状態の悪化等を抑制できる。なお、高圧側及び低圧側の設定圧力は、夫々最適値を実験等により求めても良い。
【００３７】
また、図４は、本実施例に係るリリーフバルブ７の設定圧力の調節を無段階に行う場合の内燃機関１の冷却水温度、機関負荷、オイル通路８内のオイルの圧力の推移を示した図である。つまり、オイル通路８内のオイルの圧力を無段階に調節可能なリリーフバルブ７を採用している。オイル通路８内のオイルの圧力は、ＭからＮにかけて徐々に増加させている。つまり、機関負荷が下限値で一定となるようにオイルの圧力を調節している。このようにすることで、ＭからＮの期間において燃料噴射回数を４回とすることができるため、燃焼状態の悪化を抑制できる。また、オイルの圧力を必要以上に上昇させないため、燃費の悪化を抑制できる。
【００３８】
図５は、本実施例に係る燃料噴射制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンはサイクル毎又は所定サイクル毎に実行される。
【００３９】
ステップＳ１０１では、１気筒１サイクルあたりの総燃料噴射量が算出される。つまり、要求トルクを発生するのに要する燃料噴射量が算出される。なお、本実施例ではステップＳ１０１を処理するＥＣＵ１０が、本発明における噴射量決定手段に相当する。
【００４０】
ステップＳ１０２では、１サイクルあたりの噴射回数が算出される。これは、内燃機関の運転状態（例えば機関回転数、機関負荷、冷却水温度、又はオイル温度）に応じて決定される。なお、本実施例ではステップＳ１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における噴射回数決定手段に相当する。
【００４１】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１で算出される総燃料噴射量を、ステップＳ１０２で算出される回数に分割したときに、夫々の回の燃料噴射量が下限値以上であるか否か判定される。例えば、副噴射量を予め設定せれている量としたときに、主噴射量Ｑが下限噴射量以上であるか否か判定される。なお、本実施例ではステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
【００４２】
ステップＳ１０４では、総燃料噴射量が確定される。つまり、ステップＳ１０１で算出される総燃料噴射量及びステップＳ１０２で算出される噴射回数にて燃料噴射を行う。現時点で総燃料噴射量を分割可能であるため、このまま燃料噴射を行う。
【００４３】
ステップＳ１０５では、オイルの圧力が上昇される。この圧力の上昇は、所定量行っても良く、１回あたりの燃料噴射量と下限値との差に応じて行っても良い。どの程度上昇させるのかは、実験等により最適値を求めても良い。この圧力の上昇後に再度本ルーチンを実行する。なお、本実施例ではステップＳ１０５を処理するＥＣＵ１０が、本発明における増加手段に相当する。
【００４４】
以上説明したように本実施例によれば、オイル通路８内のオイルの圧力を上昇させることにより機関負荷を上昇させることができるため、所望の噴射回数を確保することができる。また、オイルの圧力の変化は応答性が高いため、速やかに負荷を上昇させることができる。さらに、未燃燃料の排出を抑制できるため、その分、燃費を向上させることができる。
【実施例２】
【００４５】
本実施例では、摩擦抵抗を増大させるときに、オイルの温度を低下させる。図６は、本実施例に係る内燃機関１の内部構造を示す概略構成図である。図１と同じ部材については図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
本実施例では、オイルを冷却するためのオイル冷却システム３０が備わる。オイル通路８の途中には、オイルクーラ３１が取り付けられている。オイルクーラ３１には、オイル通路８の他に、冷却水通路３２が接続されている。この冷却水通路３２には、内燃機関１の冷却水が流通している。オイルクーラ３１は、熱交換器であり、オイルと冷却水とが別々の通路を流通しつつ熱交換を行う。これにより、オイルの温度が低下する。
【００４７】
オイルクーラ３１よりも上流側、すなわちオイルクーラ３１に流入する冷却水が流れている側の冷却水通路３２には、強制冷却通路３３が接続されている。この強制冷却通路３３には、内燃機関１を循環している冷却水（以下、通常冷却水という。）よりも温度の低い冷却水（以下、強制冷却水）が流通している。この強制冷却水は、例えば、内燃機関１で発生する熱により温度が上昇しないように予めタンクに貯留しておく。そして、冷却水通路３２における強制冷却通路３３が接続される箇所には、オイルクーラ３１に流入する冷却水中の、通常冷却水と強制冷却水と、の割合を変更する調節弁３４が設けられている。この調節弁３４は、オイルクーラ３１に流入する冷却水の全量を通常冷却水または強制冷却水の何れか一方とするように冷却水の通路を切り替えるものであっても良い。また、開度を変更することにより、通常冷却水と強制冷却水との割合を段階的または無段階に変更可能なものであっても良い。この調節弁３４はＥＣＵ１０により操作される。
【００４８】
このように構成されたオイル冷却システム３０では、オイルクーラ３１に流入する冷却水中の強制冷却水の割合が高くなるほど、該オイルクーラ３１に流入する冷却水の温度が低くなるため、オイルの温度をより低下させることができる。そして、温度の低い冷却水により、オイルの温度を速やかに低下させることができる。オイルの温度を低下させることにより、オイルの粘度が高くなるので、オイル通路８をオイルが流通するときの摩擦抵抗が大きくなる。つまり、強制冷却水の割合を大きくすることで、内燃機関１の負荷を増加させることができるため、燃料噴射量を増加させることができる。このため、所望の噴射回数を確保するように、総燃料噴射量を調節することができる。
【００４９】
なお、冷却水の流量を増加させることによりオイルの温度をより低下させることもできる。また、オイルと空気との熱交換によりオイルを冷却しているシステムでは、オイルの温度を低下させるときに空気の流量を増加させても良い。
【００５０】
本実施例に係る燃料噴射制御のフローは、図５のステップＳ１０５において、オイルの温度を下降させれば良い。なお、本実施例ではオイルの温度を下降させるＥＣＵ１０が、本発明における増加手段に相当する。
【００５１】
以上説明したように本実施例によれば、オイル通路８内のオイルの温度を下降させることにより負荷を上昇させることができるため、所望の噴射回数を確保することができる。また、未燃燃料の排出を抑制できるため、その分、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１に係る内燃機関の内部構造を示す概略構成図である。
【図２】実施例に係るリリーフバルブの設定圧力の調節を行わない場合の内燃機関の冷却水温度、機関負荷、オイル通路内のオイル圧力の推移を示した図である。
【図３】実施例に係るリリーフバルブの設定圧力の調節を行う場合の内燃機関の冷却水温度、機関負荷、オイル通路内のオイル圧力の推移を示した図である。
【図４】実施例に係るリリーフバルブの設定圧力の調節を無段階に行う場合の内燃機関の冷却水温度、機関負荷、オイル通路内のオイルの圧力の推移を示した図である。
【図５】実施例１に係る燃料噴射制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例２に係る内燃機関の内部構造を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１     内燃機関
２     シリンダヘッド
３     シリンダブロック
４     オイルパン
５     オイルポンプ
６     オイル吸引通路
７     リリーフバルブ
８     オイル通路
９     リターン通路
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
１３   クランクポジションセンサ
２０   噴射弁
３０   オイル冷却システム
３１   オイルクーラ
３２   冷却水通路
３３   強制冷却通路
３４   調節弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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