(57)【要約】【課題】筒内噴射エンジンにおいて、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果を考慮して筒内充填空気量を精度良く算出できるようにする。【解決手段】エンジン回転速度と吸気管圧力等に応じて基本吸入空気量を算出し、吸気温と冷却水温とに応じて温度補正係数を算出する。更に、吸気行程における燃料噴射開始時期に応じて吸気冷却効果補正係数を算出する。筒内噴射式エンジンでは、吸気行程における燃料噴射時期が遅くなるほど噴射燃料の蒸発潜熱による吸入空気の冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が多くなるという特性があるため、吸気行程の燃料噴射開始時期が遅くなるほど吸気冷却効果補正係数が大きくなるよう設定する。そして、基本吸入空気量に温度補正係数と吸気冷却効果補正係数とを乗算することで、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて補正された筒内充填空気量を求める。【選択図】図３
2007092645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射した噴射燃料を吸入空気と混合して燃焼させる内燃機関の制御装置において、
前記噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて前記内燃機関の制御パラメータを補正する吸気冷却効果補正手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の筒内に充填される筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段を備え、
前記吸気冷却効果補正手段は、前記噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて前記筒内充填空気量を補正す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】
前記吸気冷却効果補正手段は、前記噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果の他に、燃料噴射時期も考慮して前記制御パラメータを補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関であり、
前記吸気冷却効果補正手段は、吸気行程における燃料噴射時期が遅くなるほど前記制御パラメータの補正量が大きくなるように補正することを特徴とする請求項３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、燃料噴射弁から噴射した噴射燃料を吸入空気と混合して燃焼させる内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の制御システムでは、内燃機関の運転状態に基づいて筒内充填空気量（筒内に充填される空気量）を算出し、この筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量や点火時期等の制御パラメータを演算するようにしている。例えば、特許文献１（特開平９−３０３２４２号公報）に記載されているように、所定周期でエアフローメータの出力と内燃機関の回転速度とに基づいて１回転当りの吸入空気量を算出し、各気筒の吸気行程毎に吸気バルブ開弁時期と吸気バルブ閉弁時期における吸入空気量の平均値（又は吸気バルブ開弁期間の中間点における吸入空気量）を各気筒の吸入空気量代表値（筒内充填空気量の情報）として求め、この吸入空気量代表値に基づいて各気筒の点火時期を演算するようにしたものがある。
【特許文献１】特開平９−３０３２４２号公報（第５頁〜第６頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、内燃機関では、燃料噴射弁から噴射した燃料を吸入空気と混合させて燃焼させるが、噴射燃料が吸入空気中で蒸発（気化）する際に、噴射燃料の蒸発潜熱によって吸入空気が冷却されて、吸入空気の密度が増加する現象が発生する。本発明者らの研究結果によれば、噴射燃料の蒸発潜熱で生じる吸入空気の冷却効果によって筒内充填空気量が増加して空燃比を変化させることが確認されており、特に、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関では、吸気ポート噴射式内燃機関と比べて、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が内燃機関の制御パラメータに与える影響が大きくなる傾向がある。
【０００４】
しかし、上記特許文献１の技術では、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が全く考慮されていないため、筒内充填空気量が実際よりも少なめに算出されてしまう傾向がある。このため、筒内充填空気量の算出値に基づいて演算される燃料噴射量や点火時期等の制御パラメータが適正値からずれてしまい、内燃機関を精度良く制御することができないという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果を内燃機関の制御パラメータに反映させることができ、制御パラメータの算出精度ひいては内燃機関の制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃料噴射弁から噴射した噴射燃料を吸入空気と混合して燃焼させる内燃機関の制御装置において、吸気冷却効果補正手段によって噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて内燃機関の制御パラメータを補正するようにしたものである。
【０００７】
このようにすれば、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて筒内充填空気量が実質的に変化するのに対応して、該筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量や点火時期等の制御パラメータを補正することができて、制御パラメータの算出精度ひいては内燃機関の制御精度を向上させることができる。
【０００８】
この場合、請求項２のように、内燃機関の筒内に充填される筒内充填空気量を算出するシステムでは、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて筒内充填空気量を補正するようにしても良い。このようにすれば、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて筒内充填空気量が実質的に変化するのに対応して、筒内充填吸気量の算出値を補正することができ、筒内充填吸気量を精度良く算出することができる。しかも、筒内充填空気量を補正すれば、該筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量や点火時期等の制御パラメータを個別に補正する必要がなく、演算処理を簡略化することができる利点もある。      
【０００９】
また、請求項３のように、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果の他に、燃料噴射時期も考慮して制御パラメータを補正するようにしても良い。燃料噴射時期が変化すると、いわゆるウエット量（壁面付着燃料量）が変化して吸入空気中で蒸発する噴射燃料量が変化し、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が変化するため、燃料噴射時期に応じて制御パラメータ（例えば筒内充填空気量や該筒内充填空気量に基づいて演算される制御パラメータ）を補正すれば、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて制御パラメータをより適正に補正することができる。
【００１０】
本発明者らの研究結果によると、図２に示すように、筒内噴射式内燃機関では、吸気行程における燃料噴射時期が早いと、ピストンがシリンダの上部に位置する時期に燃料を噴射するため、ピストンに付着する燃料量が多くなり、その分、吸入空気中で蒸発する噴射燃料量が少なくなるため、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が小さくなって筒内充填空気量が実質的に減少する。一方、吸気行程における燃料噴射時期が遅くなると、ピストンがシリンダの下部に位置する時期に燃料を噴射するため、ピストンに付着する燃料量が少なくなって、その分、吸入空気中で蒸発する噴射燃料量が多くなるため、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が実質的に増加する。つまり、筒内噴射式内燃機関では、吸気行程における燃料噴射時期が遅くなるほど噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が多くなる傾向があることが判明した。
【００１１】
このような事情を考慮して、請求項４のように、本発明を筒内噴射式内燃機関に適用する場合には、筒内噴射式内燃機関の吸気行程における燃料噴射時期が遅くなるほど制御パラメータの補正量が大きくなるように補正すると良い。このようにすれば、筒内噴射式内燃機関の吸気行程における燃料噴射時期が遅くなるほど噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量の増加量が大きくなるのに対応して、制御パラメータの補正量を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、モータ１４によって開度調節されるスロットルバルブ１５が設けられている。更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が設けられている。
【００１３】
エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１９が取り付けられている。高圧燃料ポンプ２１から吐出された燃料は、高圧燃料配管２２を通してデリバリパイプ２３に送られ、このデリバリパイプ２３から各気筒の燃料噴射弁１９に高圧の燃料が分配される。デリバリパイプ２３には、燃料噴射弁１９に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ２４が設けられている。
【００１４】
また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２０が取り付けられ、各点火プラグ２０の火花放電によって筒内の混合気に着火される。更に、エンジン１１の吸気バルブと排気バルブには、それぞれ開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置（図示せず）が設けられている。
【００１５】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２６（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。排気管２５のうちの排出ガスセンサ２６の上流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１５の下流側のサージタンク１６との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管２７が接続され、このＥＧＲ配管２７の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁２８が設けられている。
【００１６】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２９や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にクランク角信号（パルス信号）を出力するクランク角センサ３０が取り付けられている。このクランク角センサ３０のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。また、アクセルペダルの踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３１によって検出される。
【００１７】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３２に入力される。このＥＣＵ３２は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２０の点火時期を制御する。
【００１８】
その際、ＥＣＵ３２は、後述する図４の筒内充填空気量演算プログラムを実行することで、次のようにして筒内充填空気量（筒内に充填される空気量）を算出する。
図３に示すように、まず、エンジン回転速度と吸気管圧力と吸気バルブの閉弁時期と排気バルブの閉弁時期等に応じてマップ又は数式等により基本吸入空気量を算出する。
【００１９】
また、吸気温と冷却水温とに応じてマップ又は数式等により温度補正係数を算出する。一般に、吸気温や冷却水温が低くなるほど、吸入空気の密度が大きくなって筒内充填空気量が多くなる。そこで、温度補正係数は、吸気温や冷却水温が低くなるほど大きくなるように設定される。
【００２０】
更に、吸気行程における燃料噴射開始時期に応じてマップ又は数式等により吸気冷却効果補正係数を算出する。図２に示すように、筒内噴射エンジン１１では、吸気行程における燃料噴射開始時期が早いと、ピストンがシリンダの上部に位置する時期に燃料を噴射するため、ピストンに付着する燃料量が多くなり、その分、吸入空気中で蒸発する噴射燃料量が少なくなるため、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が小さくなって筒内充填空気量が実質的に減少する。一方、吸気行程における燃料噴射時期が遅くなると、ピストンがシリンダの下部に位置する時期に燃料を噴射するため、ピストンに付着する燃料量が少なくなって、その分、吸入空気中で蒸発する噴射燃料量が多くなるため、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が実質的に増加する。つまり、筒内噴射式エンジン１１では、吸気行程における燃料噴射開始時期が遅くなるほど噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が多くなる傾向がある。このような事情を考慮して、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて筒内充填空気量を補正するための吸気冷却効果補正係数は、吸気行程の燃料噴射開始時期が遅くなるほど大きくなるように設定される。
【００２１】
このようにして、温度補正係数と吸気冷却効果補正係数を算出した後、図３に示すように、基本吸入空気量に温度補正係数と吸気冷却効果補正係数を乗算することで、温度補正係数と吸気冷却効果補正係数を用いて補正された筒内充填空気量を求める。
筒内充填空気量＝基本吸入空気量×温度補正係数×吸気冷却効果補正係数
【００２２】
ＥＣＵ３２は、以上のようにして算出した筒内充填空気量とエンジン回転速度等に基づいてマップ又は数式等により燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータを演算する。
【００２３】
以下、ＥＣＵ３２が実行する図４の筒内充填空気量演算プログラムの処理内容を説明する。図４に示す筒内充填空気量演算プログラムは、ＥＣＵ３２の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう筒内充填空気量算出手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、クランク角センサ３０で検出したエンジン回転速度を読み込む。この後、ステップ１０２に進み、吸気管圧力センサ１７で検出した吸気管圧力を読み込んだ後、ステップ１０３に進み、吸気バルブの閉弁時期及び排気バルブの閉弁時期を読み込む。
【００２４】
この後、ステップ１０４に進み、基本吸入空気量のマップを参照して、エンジン回転速度と吸気管圧力と吸気バルブの閉弁時期と排気バルブの閉弁時期とに応じた基本吸入空気量を算出する。この基本吸入空気量のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて設定され、ＥＣＵ３２のＲＯＭに記憶されている。
【００２５】
この後、ステップ１０５に進み、吸気温センサ（図示せず）で検出した吸気温を読み込んだ後、ステップ１０６に進み、冷却水温センサ２９で検出した冷却水温を読み込む。
【００２６】
この後、ステップ１０７に進み、温度補正係数のマップを参照して、吸気温と冷却水温とに応じた温度補正係数を算出する。一般に、吸気温や冷却水温が低くなるほど、吸入空気の密度が大きくなって筒内充填空気量が多くなるため、温度補正係数のマップは、吸気温や冷却水温が低くなるほど温度補正係数が大きくなるように設定されている。この温度補正係数のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて設定され、ＥＣＵ３２のＲＯＭに記憶されている。
【００２７】
この後、ステップ１０８に進み、吸気行程の燃料噴射開始時期を読み込んだ後、ステップ１０９に進み、吸気冷却効果補正係数のマップを参照して、燃料噴射開始時期に応じた吸気冷却効果補正係数を算出する。
【００２８】
前述したように、筒内噴射式エンジン１１では、吸気行程における燃料噴射開始時期が遅くなるほど噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が多くなる傾向があるため、吸気冷却効果補正係数のマップは、燃料噴射開始時期が遅くなるほど吸気冷却効果補正係数が大きくなるように設定されている。この冷却効果補正係数のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて設定され、ＥＣＵ３２のＲＯＭに記憶されている。
【００２９】
この後、ステップ１１０に進み、基本吸入空気量に温度補正係数と吸気冷却効果補正係数とを乗算することで、温度補正係数と吸気冷却効果補正係数を用いて補正された筒内充填空気量を求める。これらのステップ１０９、１１０の処理が特許請求の範囲でいう吸気冷却効果補正手段としての役割を果たす。
【００３０】
以上説明した本実施例では、筒内噴射式エンジン１１の吸気行程における燃料噴射時期が遅くなるほど噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が大きくなって筒内充填空気量が多くなるという特性に着目して、筒内噴射式エンジン１１の吸気行程における燃料噴射開始時期に応じて吸気冷却効果補正係数を求め、この吸気冷却効果補正係数を用いて基本吸入空気量を補正して筒内充填空気量を算出するようにしたので、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて筒内充填空気量が変化するのに対応して、筒内充填吸気量の算出値を補正することができ、筒内充填吸気量を精度良く算出することができる。これにより、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が変化しても、筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータを精度良く算出することができ、エンジン１１の制御精度を向上させることができる。しかも、筒内充填空気量を補正するため、該筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータを個別に補正する必要がなく、演算処理を簡略化することができる利点もある。
【００３１】
尚、上記実施例では、燃料噴射開始時期に応じて吸気冷却効果補正係数を求めるようにしたが、燃料噴射終了時期に応じて吸気冷却効果補正係数を求めるようにしても良い。
また、上記実施例では、筒内充填空気量を吸気冷却効果補正係数を用いて補正するようにしたが、筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータをそれぞれ吸気冷却効果補正係数を用いて補正するようにしても良い。このようにすれば、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて筒内充填空気量が変化するのに対応して、該筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータを補正することができ、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果が変化しても、燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータを精度良く算出することができ、エンジン１１の制御精度を向上させることができる。
【００３２】
また、上記実施例では、本発明を筒内噴射式エンジンに適用したが、吸気ポート噴射式エンジンに適用しても良い。吸気ポート噴射式エンジンでは、例えば燃料噴射時期又はウエット量等に応じて吸気冷却効果補正係数を求め、この吸気冷却効果補正係数を用いて制御パラメータ（筒内充填空気量や該筒内充填空気量に基づいて演算される燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量等の制御パラメータ）を補正すれば、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて制御パラメータを補正することができる。
【００３３】
また、上記実施例では、燃料噴射時期に応じて吸気冷却効果補正係数を算出するようにしたが、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に関係する他の情報（例えば、燃料圧力、燃料噴射量、燃料噴射時間、燃料噴射回数、筒内圧力等）に基づいて吸気冷却効果補正係数を算出するようにしても良い。
【００３４】
また、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて補正する制御パラメータは、筒内充填空気量、燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲ量に限定されず、噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果の影響を受ける他の制御パラメータ（例えば、バルブタイミング、バルブリフト量、パージ量等）を噴射燃料の蒸発潜熱による吸気冷却効果に応じて補正するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】燃料噴射開始時期と筒内充填空気量との関係を説明する特性図である。
【図３】筒内充填空気量の演算機能を概略的に示すブロック図である。
【図４】筒内充填空気量演算プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１１…筒内噴射式エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、１７…吸気管圧力センサ、１９…燃料噴射弁、２０…点火プラグ、２５…排気管、２９…冷却水温センサ、３０…クランク角センサ、３２…ＥＣＵ（筒内充填空気量算出手段，吸気冷却効果補正手段）
【図１】
2007092645.tif 000003
【図２】
2007092645.tif 000004
【図３】
2007092645.tif 000005
【図４】
2007092645.tif 000006