(57)【要約】【課題】内燃機関に対する要求負荷が低下したときに空燃比リーンの混合気が気筒に供給される問題を緩和ないし解消する。【解決手段】気筒に連なる吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、内燃機関の負荷の大きさに応じて燃料噴射時期を設定するとともに、内燃機関が比較的高負荷の運転領域から比較的低負荷の運転領域に遷移したことに起因して燃料噴射時期を変化させるときに、一時的に燃料噴射量を平常時の量よりも増量補正する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に連なる吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、
内燃機関の負荷の大きさに応じて燃料噴射時期を設定するとともに、
内燃機関が比較的高負荷の運転領域から比較的低負荷の運転領域に遷移したことに起因して燃料噴射時期を変化させるときに、一時的に燃料噴射量を平常時の量よりも増量補正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、気筒に連なる吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポート噴射式の内燃機関を運転するにあたり、現在のエンジン負荷に応じて燃料噴射時期を切り換えることが行われる（例えば、下記特許文献を参照）。具体的には、アクセル開度が全開または全開に近い全負荷領域（Ｗｉｄｅ  Ｏｐｅｎ  Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）において、気筒の排気上死点よりも後にインジェクタを開弁し、吸気バルブの開弁期間中に燃料を噴射することで気筒の燃焼室内温度を低下させる。これにより、ノッキングを惹起することなく点火タイミングを進角させることが可能となり、内燃機関の熱機械変換効率の向上に資する。一方、アクセル開度が全開でない部分負荷領域においては、気筒の排気上死点よりも前にインジェクタを開弁する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−１１７９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジン負荷が変動したとき、直ちに燃料噴射時期をエンジン負荷に対応した時期に切り換えると、気筒に充填される混合気の空燃比が目標空燃比から逸脱するおそれがある。
【０００５】
特に、運転者が踏み込んでいたアクセルペダルの踏み込みを緩め、要求負荷が全負荷から部分負荷に遷移するような状況下で、即時に燃料噴射時期を早めると、吸気ポート内に残留していた燃料に新たに噴射された燃料が合わさった、空燃比リッチの混合気が気筒に吸引されるサイクルが発生し得る。そして、その後のサイクルでは、吸気ポート内に燃料が残留していない分、空燃比がリーンとなる混合気が気筒に充填されてしまい、燃焼が不十分となりまたは失火してエンジン回転の不安定化を招く懸念が生じる。
【０００６】
以上の点に着目してなされた本発明は、内燃機関に対する要求負荷が低下したときに空燃比リーンの混合気が気筒に供給される問題を緩和ないし解消することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、気筒に連なる吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、内燃機関の負荷の大きさに応じて燃料噴射時期を設定するとともに、内燃機関が比較的高負荷の運転領域から比較的低負荷の運転領域に遷移したことに起因して燃料噴射時期を変化させるときに、一時的に燃料噴射量を平常時の量よりも増量補正する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関に対する要求負荷が低下したときに空燃比リーンの混合気が気筒に供給される問題を緩和ないし解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の燃料噴射時期について説明するタイミング図。
【図３】同実施形態の内燃機関の制御装置が実行する補正制御の内容を示すフロー図。
【図４】従来の内燃機関の燃料噴射時期の制御の内容を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１１】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１２】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１３】
外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１４】
本実施形態の内燃機関には、各気筒１の吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構６が付随している。ＶＶＴ機構６は、各気筒１の吸気バルブを駆動する吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を電動機によって変化させる既知の電動式のもの（モータドライブＶＶＴ）である。周知の通り、内燃機関の吸気カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトと吸気カムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、吸気カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、タイミングベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構６は、吸気カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。
【００１５】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１６】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、排気通路４を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｇ、気筒１を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出する振動式のノックセンサから出力される振動信号ｈ等が入力される。
【００１７】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構６に対して吸気バルブタイミングの制御信号ｍ等を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００１９】
ＥＣＵ０は、気筒１に充填される吸気（新気）の量に見合った基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１に流入する排気ガスの空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて定まるフィードバック補正係数ＦＡＦで補正する。目標空燃比は、通常、理論空燃比またはその近傍である。さらに、内燃機関の状況に応じて定まる各種補正係数Ｋやインジェクタ１１の無効噴射時間ＴＡＵＶをも加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ１１に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に信号ｊを入力、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。
【００２０】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、インジェクタ１１から吸気ポートに向けて燃料を噴射する時期、換言すればインジェクタ１１を開弁する時期を、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，エンジン負荷］、及び、吸気バルブと排気バルブとがともに開弁する期間の長さであるバルブオーバラップ量（または、吸気バルブタイミング、内部ＥＧＲ量）等に応じて設定する。
【００２１】
原則としては、アクセル開度が大きく内燃機関に対する要求負荷が高いときに燃料噴射時期を遅らせ、アクセル開度が小さく内燃機関に対する要求負荷が低いときに燃料噴射時期を早める。より具体的には、図２に示すように、アクセル開度が全開または全開に近い全負荷運転領域において、対象の気筒１の排気上死点よりもかなり遅い（さらには、吸気下死点よりも遅い）タイミング、例えば排気上死点後２００°ＣＡ（クランク角度）のタイミングｔ２を燃料噴射の終期即ちインジェクタ１１の閉弁タイミングとし、この閉弁タイミングｔ２から上述の燃料噴射時間Ｔの分だけ遡ったタイミングｔ１を燃料噴射の始期即ちインジェクタ１１の開弁タイミングとする。これにより、当該気筒１の吸気行程中、吸気バルブが開弁している間にインジェクタ１１から気筒１の燃焼室に向けて直接的に燃料を噴射でき、燃焼室内温度を低下させてノッキングの発生リスクを低減することができる。ノッキングの頻度が低下すれば、点火タイミングを進角させてＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）に近づけることが可能となり、内燃機関の熱機械変換効率が向上して内燃機関の出力がより増大する。
【００２２】
他方、アクセル開度が全開でない部分負荷運転領域においては、対象の気筒１の排気上死点の直後のタイミング、例えば排気上死点後３０°ＣＡのタイミングｔ４をインジェクタ１１の閉弁タイミングとし、この閉弁タイミングｔ４から燃料噴射時間Ｔの分だけ遡ったタイミングｔ３をインジェクタ１１の開弁タイミングとする。この結果、吸気バルブの開弁に先んじて燃料の噴射を開始することとなり、吸気ポートにおいて吸気と燃料とを十分に混交してから気筒１の燃焼室に吸引することができ、混合気の燃焼の安定性が向上する。
【００２３】
以上に加えて、最適な燃料噴射時期は、そのときのエンジン回転数やバルブオーバラップ量等によっても変わってくる。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数、エンジン負荷及びバルブオーバラップ量等と、インジェクタ１１の閉弁タイミングとの関係を規定したマップデータが格納されている。燃料噴射時期を制御するＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数、エンジン負荷及びバルブオーバラップ量等をキーとして当該マップを検索し、設定するべきインジェクタ１１の閉弁タイミングを知得する。
【００２４】
ところで、内燃機関に対する要求負荷が変動したときに、燃料噴射時期をその要求負荷に対応するタイミングに切り換えることで、気筒１に充填される混合気の空燃比が目標空燃比から逸脱してリーンまたはリッチとなることがある。
【００２５】
図４に示すように、運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩め、要求負荷が全負荷から部分負荷に遷移した時点ＴＣで、即座にインジェクタ１１の閉弁タイミングを排気上死点後２００°ＣＡから排気上死点後３０°ＣＡに切り換えた場合、吸気ポート内に残留していた燃料に新たに噴射された燃料が合わさった、空燃比リッチの混合気が気筒１に吸引されるサイクルが発生し得る。さらに、その後のサイクルにて、吸気ポート内に燃料が残留していない分、空燃比がリーンとなった混合気が気筒１に充填され、燃焼が不十分となりまたは失火して、エンジン回転の不安定化を招く懸念がある。
【００２６】
このような混合気の空燃比の乱れによるエンジンストールを防止するべく、本実施形態のＥＣＵ０は、図３に示すように、内燃機関が比較的高負荷の運転領域から比較的低負荷の運転領域に遷移し、インジェクタ１１の閉弁タイミングを進角させる必要が生じたとき（ステップＳ１）、典型的には全負荷または全負荷に近い高負荷領域から部分負荷領域に遷移したときに、一時的に燃料噴射量を平常時の量よりも増量する（ステップＳ２）。ここで、平常時の量とは、気筒１に充填される吸気（新気）の量に比例する、空燃比を目標空燃比またはその近傍の空燃比とするために必要十分な燃料の量（気筒１に充填される新気の量を目標空燃比で除算することで求められる燃料の量）の意である。
【００２７】
上記の増量補正制御により、内燃機関に対する要求負荷が低下した直後の時期に気筒１に充填される混合気の空燃比のリーン化を抑制し、以て混合気の燃焼の安定を図る。ステップＳ２の増量補正は、ごく短い期間、せいぜい数サイクル（吸気−圧縮−膨張−排気の一連を一サイクルとする）の期間に限り実行する。ステップＳ２を実行する結果、総体的に見て触媒４１に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり得るが、その程度は僅かであり、触媒４１における有害物質の浄化（特に、ＣＯやＨＣの酸化）処理に悪影響を及ぼすことはない。
【００２８】
本実施形態では、気筒１に連なる吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御するものであって、内燃機関の負荷の大きさに応じて燃料噴射時期を設定するとともに、内燃機関が比較的高負荷の運転領域から比較的低負荷の運転領域に遷移したことに起因して燃料噴射時期を変化させるときに、一時的に燃料噴射量を平常時の量よりも増量補正する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００２９】
本実施形態によれば、内燃機関に対する要求負荷の低下に伴って燃料噴射時期を切り換えたときに、空燃比リーンの混合気が気筒１に供給される問題を緩和ないし解消できる。ひいては、エンジン回転の不安定化を阻止することができる。
【００３０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３２…スロットルバルブ
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｊ…燃料噴射信号
ｍ…吸気バルブタイミングの制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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