(57)【要約】      （修正有）【課題】トルク変動の発生を抑制して、分割噴射運転から一括噴射運転に滑らかに切り替えることが可能な直噴エンジンの運転制御装置を提供する。【解決手段】シリンダーに燃料が直接噴射される直噴エンジンの運転を制御する装置であって、分割噴射運転の要求を受けたら、１サイクルで複数回に分割して燃料を噴射するとともに一括噴射運転よりも点火時期を遅角する分割噴射運転部と、一括噴射運転への移行要求を受けたら、空燃比を分割噴射運転の空燃比よりもリッチにするとともに複数回の分割噴射のうち噴射量が最小となる噴射の比率を大きくし、点火時期を進角する移行運転部と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーに燃料が直接噴射される直噴エンジンの運転を制御する装置であって、
分割噴射運転の要求を受けたら、１サイクルで複数回に分割して燃料を噴射するとともに一括噴射運転よりも点火時期を遅角する分割噴射運転部と、
一括噴射運転への移行要求を受けたら、空燃比を分割噴射運転の空燃比よりもリッチにするとともに前記複数回の分割噴射のうち噴射量が最小となる噴射の比率を大きくし、点火時期を進角する移行運転部と、
を有する直噴エンジンの運転制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直噴エンジンの運転制御装置において、
前記分割噴射運転部は、１サイクルで、噴射量が少なめの１回目噴射と噴射量が多めの２回目噴射とに分割して燃料を噴射し、
前記移行運転部は、前記２回目噴射の噴射量に対する前記１回目噴射の噴射量の比率を大きくする、
ことを特徴とする直噴エンジンの運転制御装置。
【請求項３】
シリンダーに燃料が直接噴射される直噴エンジンの運転を制御する装置であって、
分割噴射運転の要求を受けたら、１サイクルで複数回に分割して燃料を噴射するとともに一括噴射運転よりも点火時期を遅角する分割噴射運転部と、
一括噴射運転への移行要求を受けたら、空燃比を分割噴射運転の空燃比よりもリッチにするとともに前記複数回の分割噴射のうち最も遅い噴射時期の噴射の噴射量を維持したまま燃料噴射量が最小となる噴射の噴射量を大きくし、点火時期を進角する移行運転部と、
を有する直噴エンジンの運転制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の直噴エンジンの運転制御装置において、
前記分割噴射運転部は、１サイクルで、噴射量が少なめの１回目噴射と噴射量が多めの２回目噴射とに分割して燃料を噴射し、
前記移行運転部は、前記２回目噴射の噴射量を維持したまま前記１回目噴射の噴射量を大きくする、
ことを特徴とする直噴エンジンの運転制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の直噴エンジンの運転制御装置において、
前記分割噴射運転部は、排ガス浄化触媒を暖機する必要があるときに分割噴射運転の要求を受け、
前記移行運転部は、排ガス浄化触媒を暖機する必要がないときに一括噴射運転への移行要求を受ける、
ことを特徴とする直噴エンジンの運転制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の直噴エンジンの運転制御装置において、
前記分割噴射運転部は、理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転し、前記移行運転部は、理論空燃比よりもリッチな空燃比で運転する、
ことを特徴とする直噴エンジンの運転制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の直噴エンジンの運転制御装置において、
前記移行運転部は、前記１回目噴射の噴射量を前記２回目噴射の噴射量と同量にする、
ことを特徴とする直噴エンジンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直噴エンジンの運転を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の直噴エンジンの運転制御装置は、たとえば排ガス浄化触媒を暖機(ウォームアップ)する必要があるときに、１サイクルで燃料を複数回に分割して噴射する。そして分割した燃料噴射量が過少であって許容下限噴射量を下回るおそれがあるときには、運転制御装置は、燃料噴射量を増量補正するとともに増量補正によるトルクの増大を相殺するように点火時期を遅角補正する。なお関連する文献公知発明が特許文献２にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２３８３４号公報
【特許文献２】特開平１０−２１２９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排ガス浄化触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角（例えば、圧縮上死点後）する場合には、燃料を分割噴射する運転から一括噴射する運転に切り替えるときに、点火時期を進角させる必要があるが、このようなときに燃料噴射量が許容下限噴射量を下回って、前述した従来の直噴エンジンの運転制御装置のように、燃料噴射量を増量補正しても、点火時期を遅角することができないため、トルク変動が発生しやすく、滑らかに切り替えることが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、トルク変動の発生を抑制して、分割噴射運転から一括噴射運転に滑らかに切り替えることが可能な直噴エンジンの運転制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明は、シリンダーに燃料が直接噴射される直噴エンジンの運転を制御する装置に関する。そして分割噴射運転の要求を受けたら、１サイクルで複数回に分割して燃料を噴射するとともに一括噴射運転よりも点火時期を遅角する分割噴射運転部と、一括噴射運転への移行要求を受けたら、空燃比を分割噴射運転の空燃比よりもリッチにするとともに前記複数回の分割噴射のうち噴射量が最小となる噴射の比率を大きくし、点火時期を進角する移行運転部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分割噴射運転から一括噴射運転への移行するときに、トルク変動の発生が抑制され、滑らかに移行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による直噴エンジンの運転制御装置の一実施形態を説明する図である。
【図２】本発明による直噴エンジンの運転制御装置の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。
【図３】分割噴射運転の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。
【図４】移行運転開始の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。
【図５】制御ロジックを実行したときの作動を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。
【００１１】
図１は、本発明による直噴エンジンの運転制御装置の一実施形態を説明する図である。
【００１２】
はじめにエンジン運転制御装置１が適用される直噴エンジン２について説明する。
【００１３】
直噴エンジン２は、シリンダー２０ａに燃料が直接噴射されるエンジンである。直噴エンジン２の本体２０には、燃料噴射弁２１と、点火プラグ２２と、水温センサー２３と、が取り付けられる。直噴エンジン２は、エンジン運転制御装置１によって運転が制御される。燃料噴射弁２１は、シリンダー２０ａに臨む。燃料噴射弁２１は、燃料をシリンダー２０ａに直接噴射する。燃料噴射弁２１は、電磁作動の噴射弁である。点火プラグ２２は、シリンダー２０ａに臨む。点火プラグ２２は、シリンダー２０ａ内の混合気に着火する。水温センサー２３は、エンジンの冷却水温を検出する。
【００１４】
直噴エンジン２の吸気流路２４には、エアーフローセンサー２４１と、スロットルバルブ２４２と、が配置される。エアーフローセンサー２４１は、直噴エンジン２に吸入される空気量を検出する。検出信号はエンジン運転制御装置１に送信される。スロットルバルブ２４２は、エンジン運転制御装置１の信号に応じて開度を調整し、直噴エンジン２に吸入される空気量を制御する。スロットルバルブ２４２の実開度は、開度センサー２４３で検出される。検出信号はエンジン運転制御装置１に送信される。
【００１５】
直噴エンジン２の排気流路２５には、排ガス浄化触媒２５１が配置される。排ガス浄化触媒２５１はたとえば三元触媒である。排ガス浄化触媒２５１は、暖機されて排ガス浄化性能を発揮する。排ガス浄化触媒２５１は、特に所定の活性温度以上の温度になると高効率で排ガスを浄化可能になる。
【００１６】
エンジン運転制御装置１は、直噴エンジン２の運転を制御する装置である。エンジン運転制御装置１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)及び入出力インターフェース(Ｉ／Ｏインターフェース)を備えたマイクロコンピューターで構成される。エンジン運転制御装置１は、複数のマイクロコンピューターで構成されてもよい。エンジン運転制御装置１は、水温センサー２３，エアーフローセンサー２４１，開度センサー２４３などから送信された信号に基づいてエンジンの運転状態を検出する。そして燃料噴射弁２１による燃料噴射時期及び燃料噴射量や点火プラグ２２による点火時期を制御する。
【００１７】
上述のように排ガス浄化触媒２５１は、暖機されて排ガス浄化性能を発揮できる。特に所定の活性温度以上の温度のときに高効率で排ガスを浄化可能になる。そのため排ガス浄化触媒２５１が迅速に活性温度に到達することが望ましい。そこで、エンジン運転制御装置１は、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させ、さらに１サイクルで燃料を複数回に分割して噴射するように燃料噴射弁２１を制御する。これにより熱効率が下がって排ガス温度が上昇するので、排ガス浄化触媒２５１が迅速に活性温度に到達する。また、点火時期を圧縮上死点後まで遅角させるとエンジントルクが低下するため、吸入空気量を触媒暖機後のときよりも増大させて燃料噴射量を増量させる。
【００１８】
ここで、分割噴射運転から一括噴射運転に切り替わるときに、点火時期を圧縮上死点後から圧縮上死点前まで進角させつつ、エンジントルクの調整のために吸入空気量の減少にあわせて燃料噴射量を減量させると、燃料噴射弁２１の燃料噴射量が過少になって燃料噴射量が許容下限噴射量を下回るおそれがある。そこで、分割噴射のうち燃料噴射量が最小となる噴射の比率を大きくすることが考えられる。  一方で、本件発明者らは鋭意研究を重ね、たとえば２回に分割して燃料を噴射するときには、特に２回目の噴射量がエンジントルクに寄与することを知見した。よって、噴射量が少なめの１回目噴射と噴射量が多めの２回目噴射とに分割して燃料を噴射し、分割噴射運転から一括噴射運転に切り替わるときに、燃料噴射量が許容下限噴射量を下回らないよう、２回目噴射の噴射量に対する１回目噴射の噴射量の比率を大きくすると、逆に２回目噴射の噴射量の比率が小さくなり、トルク変動が生じてしまう。
そこで分割噴射運転から一括噴射運転へ移行を開始するときに、空燃比を分割噴射運転の空燃比よりもリッチにすることにより、２回目噴射の噴射量を一定に維持するようにした。
【００１９】
また、できるだけ長く移行運転できるように、移行運転中、１回目噴射の噴射量を２回目噴射の噴射量と同量にした。仮に同量でなく多少があれば、いずれか噴射量の少ない方が許容下限噴射量になったときに分割噴射運転を終了しなければならない。１回目噴射の噴射量を２回目噴射の噴射量と同量にすることで、噴射量が許容下限噴射量に達するまでの時間を長くでき、この点においてもトルク変動が発生しにくくなる。
【００２０】
具体的な内容を以下に説明する。
【００２１】
図２は、本発明による直噴エンジンの運転制御装置の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。
【００２２】
エンジン運転制御装置１は、たとえば排ガス浄化触媒が冷機状態であるときに、この処理を数ミリ秒サイクルで繰り返し実行する。
【００２３】
ステップＳ１においてエンジン運転制御装置１は、分割噴射運転から一括噴射運転への移行運転を開始したか否かを判定する。エンジン運転制御装置１は、移行運転を開始する前はステップＳ２へ処理を進め、移行運転を開始した後はステップＳ５へ処理を進める。
【００２４】
ステップＳ２においてエンジン運転制御装置１は、分割噴射運転を終了して一括噴射運転へ移行することが要求されたか否かを判定する。たとえば排ガス浄化触媒の暖機(ウォームアップ)が不要になると、分割噴射運転を終了して一括噴射運転へ移行することが要求される。排ガス浄化触媒の暖機が不要であるか否かは、水温センサー２３で検出したエンジン冷却水温に基づいて推定すればよい。また排ガス浄化触媒２５１に温度センサーを設けて、その温度センサーで直接検出した温度に基づいて判定してもよい。エンジン運転制御装置１は、移行要求がなければステップＳ３へ処理を進め、移行要求があればステップＳ４へ処理を進める。
【００２５】
ステップＳ３においてエンジン運転制御装置１は、分割噴射運転(吸気行程と圧縮行程で燃料噴射)を実行する。具体的な内容は後述する。
【００２６】
ステップＳ４においてエンジン運転制御装置１は、移行運転を開始する。具体的な内容は後述する。
【００２７】
ステップＳ５においてエンジン運転制御装置１は、点火時期を徐々に進角する。
【００２８】
ステップＳ６においてエンジン運転制御装置１は、燃料噴射量の分割比を維持しつつ吸入空気量の低下にあわせて燃料噴射量を減量して空燃比を維持する。
【００２９】
ステップＳ７においてエンジン運転制御装置１は、燃料噴射量が許容下限噴射量よりも大きいか否かを判定する。エンジン運転制御装置１は、大きければ一旦処理を抜け、大きくなければステップＳ８へ処理を進める。
【００３０】
ステップＳ８においてエンジン運転制御装置１は、分割噴射運転を終了して一括噴射運転(たとえば吸気行程で燃料を一括して噴射する均質燃焼運転)を開始する。
【００３１】
図３は、分割噴射運転の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。
【００３２】
ステップＳ３１においてエンジン運転制御装置１は、目標空燃比になるように燃料噴射量を設定する。なお目標空燃比は、たとえば理論空燃比よりもリーンな空燃比である。このようにすることで未燃炭化水素ＨＣを低減できる。
【００３３】
ステップＳ３２においてエンジン運転制御装置１は、１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量との分割比が４：６になるように、ステップＳ３１にて設定した燃料噴射量を分割して１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量とを設定する。
【００３４】
ステップＳ３３においてエンジン運転制御装置１は、圧縮上死点後に点火時期を設定し、点火プラグ２２の点火時期を制御する。また、点火時期の圧縮上死点後への遅角によるエンジントルクの低下を防ぐために、スロットル弁の開度を一括噴射運転のときの開度よりも大きくする。
【００３５】
図４は、移行運転開始の制御ロジックの一例を示すフローチャートである。
【００３６】
ステップＳ４１においてエンジン運転制御装置１は、スロットル弁の開度を一括噴射運転の開度にする。
【００３７】
ステップＳ４２においてエンジン運転制御装置１は、一括噴射運転の点火時期に向けて、点火時期の進角制御を開始する。
【００３８】
ステップＳ４３においてエンジン運転制御装置１は、１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量との分割比を５：５に設定するとともに目標空燃比を分割噴射運転のときよりもリッチにして２回目噴射の噴射量を維持する。
【００３９】
図５は、制御ロジックを実行したときの作動を説明するタイミングチャートである。
【００４０】
以上の制御ロジックが実行されて以下のように作動する。
【００４１】
エンジン運転制御装置１は、分割噴射運転中に本制御を開始する。分割噴射運転を終了して一括噴射運転へ移行することが要求されるまでは、エンジン運転制御装置１はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３(Ｓ３１→Ｓ３２→Ｓ３３)を繰り返し処理する。
【００４２】
すると理論空燃比よりもリーンな目標空燃比(本実施形態では１５．５)が予め設定されており(図５(Ｄ))、その目標空燃比になるように燃料噴射量が設定される。そして１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量と分割の比が４：６(図５(Ｅ))になるよう１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量が設定される(図５(Ｆ))。また点火時期が圧縮上死点後（ＡＴＤＣ)に設定される(図５(Ｃ))。点火時期の圧縮上死点後への遅角にともないスロットルが一括噴射運転のときよりも開かれる(図５(Ａ))。
【００４３】
時刻ｔ１で分割噴射運転を終了して一括噴射運転へ移行することが要求されたら、エンジン運転制御装置１はステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４(Ｓ４１→Ｓ４２→Ｓ４３)と処理を進める。
【００４４】
するとスロットル弁が閉じられ(図５(Ａ))、吸入空気量が減る(図５(Ｂ))。また一括噴射運転の点火時期に向けて、点火時期が進角しだす(図５(Ｃ))。そして、１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量との分割比を５：５に設定し(図５(Ｅ))、理論空燃比よりもリッチな空燃比(本実施形態では１４)に設定する(図５(Ｄ))ことにより、２回目噴射の噴射量が維持され、１回目噴射の噴射量が２回目噴射の噴射量と同量になるように増量される(図５(Ｆ))。
【００４５】
時刻ｔ１で移行運転が開始されたので、次サイクル以降、エンジン運転制御装置１はステップＳ１→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７を繰り返し処理する。
【００４６】
すると点火時期が徐々に進角する(図５(Ｃ))。時刻ｔ１でスロットルが閉じられたので(図５(Ａ))、時刻ｔ１以降、吸入空気量が低下して(図５(Ｂ))燃料噴射量が減らされる(図５(Ｆ))。
【００４７】
時刻ｔ２で燃料噴射量が許容下限噴射量に達する。エンジン運転制御装置１はステップＳ１→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８と処理を進める。
【００４８】
すると分割噴射運転が終了して一括噴射運転(たとえば吸気行程で燃料を一括して噴射する均質燃焼運転)が開始する。
【００４９】
本実施形態のエンジン運転制御装置は、分割噴射運転中、理論空燃比よりもリーンな空燃比にするとともに点火時期を圧縮上死点後に遅角する。このようにしたので、排ガス浄化触媒が迅速に活性温度に到達して未燃炭化水素ＨＣが低減される。
【００５０】
本実施形態のエンジン運転制御装置は、分割噴射運転から一括噴射運転への移行運転を開始するときに、１回目噴射の噴射量と２回目噴射の噴射量との分割比を５：５に設定する。分割噴射運転から一括噴射運転に切り替わるときに、点火時期を圧縮上死点後から圧縮上死点前まで進角させつつ、エンジントルクの調整のために吸入空気量の減少にあわせて燃料噴射量を減量させると、燃料噴射量が過少になって燃料噴射量が許容下限噴射量を下回るおそれがある。そこで、２回目噴射の噴射量に対する１回目噴射の噴射量の比率を大きくすることにより、燃料噴射量が許容下限噴射量を下回ることがなくなる。
一方で、２回目噴射の噴射量に対する１回目噴射の噴射量の比率を大きくすると、逆に２回目噴射の噴射量の比率が小さくなり、すなわちエンジントルクに寄与する２回目の噴射量が変動して、トルク変動が生じてしまう。そこで本実施形態のエンジン運転制御装置は、分割噴射運転から一括噴射運転への移行運転を開始するときに、空燃比を分割噴射運転のときよりリッチにすることにより２回目噴射の噴射量を維持する。２回目噴射のほうが１回目噴射よりもエンジントルクへの寄与度が高いので、本実施形態によれば、トルク変動の発生が抑制される。
【００５１】
さらに本実施形態のエンジン運転制御装置は、移行運転中、１回目噴射の噴射量を２回目噴射の噴射量と同量にする。仮に同量でなく多少があれば、いずれか噴射量の少ない方が許容下限噴射量になったときに分割噴射運転を終了しなければならない。本実施形態のようにすることで、分割噴射運転が終了するまでの期間が長くなり、吸入空気量が十分に少なくなってから分割噴射運転を終了できる。この点においてもトルク変動の発生が抑制される。
【００５２】
さらにまた、本実施形態のエンジン運転制御装置は、分割噴射運転中、理論空燃比よりもリーン空燃比で運転するが、分割噴射運転から一括噴射運転への移行運転を開始するときに、空燃比を理論空燃比よりもリッチにする。したがって、リッチスパイクを兼ねることができる。
【００５３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００５４】
たとえば、上記説明においては、分割噴射運転における分割回数を２回としたが、３回以上であってもよい。
【００５５】
また分割比や空燃比などの具体的な数値は一例に過ぎない。エンジンの仕様などに応じて適宜決定すればよい。
【００５６】
さらに分割噴射運転する場合について、触媒を暖機する必要があるときを例示したが、それには限られない。
【００５７】
また上記実施形態のエンジン運転制御装置は、分割噴射運転から一括噴射運転への移行運転を開始するときに、１回目噴射と２回目噴射の分割比を変更し、空燃比をリッチに変更したが、分割噴射運転から一括噴射運転への移行中にこれらを変更してもよく、さらに分割噴射運転から一括噴射運転への移行中に、燃料噴射量が許容下限噴射量に達した時点でこれらを変更しても構わない。
【００５８】
また上記実施形態のエンジン運転制御装置は、１回目噴射を吸気行程で２回目噴射を圧縮行程で行うが、１回目噴射を圧縮行程で行ってもよく、２回目噴射を膨張行程で行ってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  エンジン運転制御装置
２  直噴エンジン
２０ａ  シリンダー
２１  燃料噴射弁
２２  点火プラグ
２５１  排ガス浄化触媒
ステップＳ３  分割噴射運転部
ステップＳ４  移行運転部
【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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