JP2009156154A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、燃料圧力の変動に応じて適正な空気密度を確保することで燃焼の悪化を抑制してドライバビリティの向上を図る。
【解決手段】ＥＣＵ７１は、デリバリパイプ４６内の燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として電子スロットル装置３４によりスロットル弁３３を閉方向に補正して燃焼室１８に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として電子スロットル装置３４によりスロットル弁３３を開方向に補正して燃焼室１８に流入する空気密度を上昇させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、アクセル操作量に応じて要求トルクを推定し、スロットル開度を開閉制御可能とする内燃機関の制御装置に関する。

一般的な内燃機関では、ドライバが踏み込んだアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に応じてスロットル開度が設定され、このスロットル開度に応じた空気重量（以下、空気量と称する。）が燃焼室に導入される一方、この吸入空気量に基づいて噴射重量（以下、噴射量と称する。）が設定され、インジェクタから燃焼室に所定量の燃料が噴射される。この場合、制御装置は、アクセル開度に基づいてドライバの要求駆動トルクを算出し、この要求駆動トルクに基づいてスロットル開度を設定している。ところが、大気圧や吸気温度に応じて空気密度が変動することから、通常、この大気圧や吸気温度を検出し、この大気圧や吸気温度に基づいてスロットル開度を補正するようにしている。

ところで、燃焼室へ直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関において、一定のスロットル開度で、気化潜熱効果により燃焼室への空気充填効率が増加することが知られている。また、燃料圧力が上昇すると、燃料噴霧の微粒化が促進され、空気充填効率が増加することが知られている。そこで、燃料圧力が高いほど、空気充填効率が増加することから、燃料圧力の上昇に応じてスロットル開度が減少する方向に補正することが考えられる。

なお、このような内燃機関の制御装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関の制御装置にて、電子制御装置は、エンジンの運転状態に応じた要求燃料噴射量に対応する燃料噴射弁の要求通電時間が、その燃料噴射弁の動作を保証する最小通電時間よりも低くなるのを制限し、高圧燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料圧力がエンジンの運転状態に応じた要求燃料圧力よりも高い状態で要求通電時間の制限が行われるときに、その制限に伴い生ずる燃料噴射量の増量に応じて、スロットルバルブを開き側に駆動して吸入空気量を増量させる。

特開２００５−３３７２０１号公報

ところが、燃料圧力の上昇に応じてスロットル開度が減少する方向に補正すると、所定の燃料圧力以上で、スロットル開度（吸入空気量）が不足し、駆動トルクが減少してドライバビリティが悪化してしまう。即ち、燃料圧力が所定圧力より高くなると、インジェクタの燃料噴射時間が短くなり、燃料噴霧が十分に拡散できずに空気と接触する面積が減少し、気化潜熱効果が低下して空気充填効率が減少し、燃焼効率が低下する。また、燃料圧力が所定圧力より高くなると、インジェクタの燃料噴射速度が速くなり、燃料噴霧がボア壁面に衝突して温度が上昇し、空気から奪う気化潜熱が減少し、空気の燃焼効率が低下する。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、燃料圧力の変動に応じて適正な空気密度を確保することで燃焼の悪化を抑制してドライバビリティの向上を図った内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、要求トルクに応じた燃料噴射量を燃焼室に噴射する燃料噴射手段と、要求トルクに応じた空気量を前記燃焼室に供給する空気供給手段と、前記燃料噴射手段による燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、前記燃焼室に流入する空気密度を調整する空気密度調整手段と、を備え、燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として前記空気密度調整手段により前記燃焼室に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として前記空気密度調整手段により前記燃焼室に流入する空気密度を上昇させる、ことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の制御装置では、燃料圧力が予め設定された所定値のとき、前記空気密度調整手段による前記燃焼室に流入する空気密度の低下調整量を最大値に設定することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記空気密度調整手段は、吸気系に設けられたスロットル弁であり、燃料圧力が所定値まで上昇するとき、前記スロットル弁を閉止方向に補正する一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、前記スロットル弁を開放方向に補正することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記空気密度調整手段は、吸気系に設けられた吸気可変動弁機構であり、燃料圧力に応じて吸気弁の閉止時期を補正することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として燃焼室に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として燃焼室に流入する空気密度を上昇させるようにしている。従って、燃料圧力の変動に応じて適正な空気密度を確保することで燃焼の悪化を抑制することができ、その結果、ドライバビリティの向上を図ることができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の制御装置における燃料系を表す概略構成図、図３は、実施例１の内燃機関の制御装置によるスロットル開度の補正制御を表すフローチャート、図４は、燃料圧力に対するスロットル開度補正量を表す補正マップ、図５は、燃料圧力の変動に応じた空気密度、気化潜熱効果、サージタンク密度、スロットル開度を表す説明図である。

実施例１の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムが吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム及び排気カムが吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジンは、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。

また、このエンジンの動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２５となっている。この吸気可変動弁機構２５は、吸気カムシャフト２３の軸端部にＶＶＴコントローラ２６が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ２７からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２６の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対する吸気カムシャフト２３の位相を変更し、吸気弁２１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気可変動弁機構２５は、吸気弁２１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ２８が設けられている。

吸気ポート１９には、吸気マニホールド２９を介してサージタンク３０が連結され、このサージタンク３０に吸気管３１が連結されており、この吸気管３１の空気取入口にはエアクリーナ３２が取付けられている。そして、このエアクリーナ３２の下流側にスロットル弁３３を有する電子スロットル装置３４が設けられている。また、吸気ポート１９には、スロットル弁３３を迂回するバイパス通路３５が設けられ、このバイパス通路３５にアイドルスピードコントロールバルブ３６が設けられている。

排気ポート２０には、排気マニホールド３７を介して排気管３８が連結されており、この排気管３８には排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する三元触媒３９及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０が装着されている。この三元触媒３９は、空燃比（排気空燃比）がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４０は、空燃比（排気空燃比）がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域またはストイキ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。

吸気管３１におけるサージタンク３０の下流側と、排気管３８における三元触媒３９の上流側との間には、排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）４１が設けられており、このＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ弁４２とＥＧＲクーラ４３が設けられている。また、このＥＧＲ通路４１におけるＥＧＲ弁４２より吸気管３１側に、ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度センサ４４が設けられている。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ４５が装着されており、このインジェクタ４５は、吸気ポート１９側に位置して水平上端から下方に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４５はデリバリパイプ４６に連結され、このデリバリパイプ４６には、高圧燃料供給管４７を介して高圧燃料ポンプ４８が連結され、この高圧燃料ポンプ４８には、低圧燃料供給管４９を介して燃料タンク５０内の低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）５１が連結されている。従って、低圧燃料ポンプ５１は、燃料タンク５０内の燃料を所定の低圧まで加圧して低圧燃料供給管４９に供給し、高圧燃料ポンプ４８は、低圧燃料供給管４９の低圧燃料を所定の高圧まで加圧し、高圧燃料供給管４７を介してデリバリパイプ４６に供給することができ、インジェクタ４５は、デリバリパイプ４６内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ５２が装着されている。

また、燃料タンク５０内には、キャニスタ５３が設けられており、このキャニスタ５３はパージ通路５４を介して吸気管３１におけるサージタンク３０より上流側に接続されている。そして、このパージ通路５４にパージ弁５５が設けられている。このキャニスタ５３は、燃料タンク５０にて発生したベーパ（蒸発燃料）を含むパージガスを吸着するものであり、パージ弁５５を開放することで、吸着したパージガスをパージ通路５４を通して吸気管３１に排出することができる。

ここで、上述した内燃機関の燃料系について詳細に説明する。実施例１の内燃機関の燃料系において、図２に示すように、４つの気筒に対応して設けられた燃焼室１８に対して、インジェクタ４５及び点火プラグ５２が設けられている。この各インジェクタ４５は、基端部がデリバリパイプ４６に連結されており、デリバリパイプ４６内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。

燃料タンク５０は、第１室５０ａと第２室５０ｂとに分かれた鞍型をなし、各室５０ａ，５０ｂに所定量のガソリン燃料（以下、燃料）を貯留可能となっている。第１室５０ａには低圧フィードポンプ５１が装着されており、この低圧フィードポンプ５１は、低圧燃料供給管４９を介して高圧燃料ポンプ４８が連結され、この高圧燃料ポンプ４８は高圧燃料供給管４７を介してデリバリパイプ４６の一端部に連結されている。この高圧燃料ポンプ４８は吸気カムシャフト２３により駆動可能であり、低圧燃料供給管４９にはパルセーションダンパ５６が装着され、高圧燃料供給管４７にはチェック弁５７が装着されている。

また、第２室５０ｂにはジェットポンプ５８が設けられており、このジェットポンプ５８には、低圧燃料供給管４９から分岐してプレッシャレギュレータ５９を有する燃料返送管６０が連結されると共に、第１室５０ａに延出される燃料移送管６１が連結されている。更に、デリバリパイプ４６の他端部には、燃料排出管６２の基端部が連結され、この燃料排出管６２におけるデリバリパイプ４６の排出部にはリリーフ弁６３が装着されており、燃料排出管６２の先端部は燃料タンク５０における第２室５０ｂに連結されている。

従って、内燃機関が始動すると、低圧フィードポンプ５１が駆動して燃料タンク５０における第１室５０ａの燃料を昇圧し、低圧燃料を低圧燃料供給管４９を通して高圧燃料ポンプ４８に供給し、この高圧燃料ポンプ４８は低圧燃料を昇圧し、高圧燃料を高圧燃料供給管４７を通してデリバリパイプ４６に供給することができ、インジェクタ４５は、デリバリパイプ４６内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。なお、デリバリパイプ４６内の燃料圧力が所定圧力より大きくなると、リリーフ弁６３が開放して高圧燃料を燃料排出管６２を通して燃料タンク５０における第２室５０ｂに排出する。

上述した高圧燃料ポンプ４８は、吸気カムシャフト２３に固定されたポンプカム２３ａにより駆動可能となっている。即ち、吸気カムシャフト２３が回転し、ポンプカム２３ａによりプランジャ６４が下降するとき、低圧燃料供給管４９の低圧燃料が吸入され、続いて、プランジャ６４が上昇するとき、要求吐出量に応じたタイミングで電磁ソレノイド６５により調量弁６６を上昇して低圧燃料供給管４９との吸入口を閉止すると、低圧燃料が昇圧されると共に、所定の圧力まで昇圧された高圧燃料を吐出口からチェック弁５７を通して高圧燃料供給管４７に圧送することができる。この場合、プランジャ６４が上昇するとき、電磁ソレノイド６５により調量弁６６を上昇するタイミングを調整し、デリバリパイプ４６への吐出量を調整することができると共に、デリバリパイプ４６の燃料圧力を調整することができる。

車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１が搭載されており、このＥＣＵ７１は、インジェクタ４５の燃料噴射時期、点火プラグ５２の点火時期、電子スロットル装置３４のスロットル開度などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて各種の制御を実行している。

即ち、吸気管３１の上流側にはエアフローセンサ７２及び吸気温センサ７３が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ７１に出力している。電子スロットル装置３４にはスロットルポジションセンサ７４が設けられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ７５が設けられており、現在のスロットル開度及びアクセル開度をＥＣＵ７１に出力している。クランクシャフト１６にはクランク角センサ７６が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ７１に出力し、ＥＣＵ７１はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ７７が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ７１に出力している。シリンダブロック１１にはノックセンサ７８が設けられており、検出したノッキング信号をＥＣＵ７１に出力している。車両には大気圧センサ７９が設けられており、検出した大気圧をＥＣＵ７１に出力している。また、各インジェクタ４５に連通するデリバリパイプ４６には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８０が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ７１に出力している。

また、排気管３８における三元触媒３９より上流側に、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８１が設けられ、三元触媒３９より下流側に、酸素（Ｏ_２）センサ８２が設けられている。このＡ／Ｆセンサ８１及びＯ_２センサ８２は、燃焼室１８から排気ポート２０及び排気マニホールド３７を通して排気管３８に排気された排気ガスの排気空燃比（酸素量）を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ７１に出力している。ＥＣＵ７１は、Ａ／Ｆセンサ８１及びＯ_２センサ８２が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を学習補正している。

従って、ＥＣＵ７１による燃料噴射制御では、エンジン回転数、負荷（吸入空気量等）率、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて要求燃料噴射圧（燃料圧力）が設定され、この要求燃料噴射圧と燃圧センサ８０が検出した燃料圧力が一致するように、高圧燃料ポンプ４８を駆動制御する。また、各種のセンサが検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射時期が設定される。この場合、燃料性状に応じて目標空燃比が設定されており、この目標空燃比となるように燃料噴射量が設定される。そして、ＥＣＵ７１は、インジェクタ４５を駆動制御することで、所定の燃料噴射時期に所定利用の燃料を所定の圧力で燃焼室１８に噴射する。

また、ＥＣＵ７１による点火時期制御では、各種のセンサが検出したエンジン回転数、吸入空気量などのエンジン運転状態に応じた点火時期マップが設定されており、ＥＣＵ７１は、点火プラグ５２を駆動制御することで、所定の点火時期に点火することができる。このとき、ＥＣＵ７１は、ノックセンサ７８が検出したノッキング信号に基づいて点火時の進角補正または遅角補正を行う。

また、ＥＣＵ７１によるスロットル制御では、検出したアクセル開度及びエンジン運転状態に基づいて要求スロットル開度が設定され、この要求スロットル開度とスロットルポジションセンサ７４が検出したスロットル開度とが一致するように、電子スロットル装置３４を駆動制御する。

また、ＥＣＵ７１は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構２５を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

ところで、インジェクタ４５による燃料噴射圧力、つまり、デリバリパイプ４６内の燃料圧力が上昇すると、燃焼室１８における燃料噴霧の微粒化が促進され、気化潜熱効果により空気充填効率が増加する。そのため、燃料圧力の上昇に応じてスロットル開度を減少させる方向に補正することが望ましい。しかし、燃料圧力が所定圧力より高くなると、インジェクタ４５の燃料噴射時間が短くなり、燃料噴霧が十分に拡散できずに空気と接触する面積が減少し、燃焼効率が低下する。また、燃料圧力が所定圧力より高くなると、インジェクタの燃料噴射速度が速くなり、燃料噴霧がボア壁面に衝突して温度が上昇し、燃焼効率が低下する。

そこで、実施例１の内燃機関の制御装置にて、要求トルクに応じた燃料噴射量を燃焼室１８に噴射する燃料噴射手段としてインジェクタ４５と、要求トルクに応じた空気量を燃焼室１８に供給する空気供給手段及び燃焼室１８に流入する空気密度を調整する空気密度調整手段として電子スロットル装置３４と、インジェクタ４５による燃料噴射圧力（燃料圧力）を検出する燃料圧力検出手段として燃圧センサ８０を設け、ＥＣＵ７１は、燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として電子スロットル装置３４により燃焼室１８に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として電子スロットル装置３４により燃焼室１８に流入する空気密度を上昇させるようにしている。

即ち、ＥＣＵ７１は、燃料圧力が予め設定された所定値のとき、電子スロットル装置３４による燃焼室１８に流入する空気密度の低下調整量を最大値に設定するようにしている。ここで、ＥＣＵ７１は、燃料圧力が所定値まで上昇するとき、電子スロットル装置３４によりスロットル弁３３を閉止方向に補正する一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、スロットル弁３３を開放方向に補正するようにしている。

ここで、実施例１の内燃機関の制御装置によるスロットル開度の補正制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。

実施例１の内燃機関の制御装置によるスロットル開度の補正制御において、図３に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ７１は、アクセルポジションセンサ７５が検出したアクセル開度に基づいて目標となる要求スロットル開度ＴＨを算出する。ステップＳ１２にて、ＥＣＵ７１は、燃圧センサ８０が検出したデリバリパイプ４６の燃料圧力ＰＦを読み込み、ステップＳ１３にて、この燃料圧力ＰＦを用いて、スロットル補正マップによりスロットル開度補正量ＫＴＨＰＦを算出する。

このスロットル補正マップは、図４に示すように、燃料圧力に対するスロットル開度補正量を表す補正マップであって、燃圧ＰＦの上昇に応じてスロットル弁３３を閉止する方向へのスロットル開度補正量ＫＴＨＰＦが増加し、所定燃圧ＰＦ_０にて、スロットル開度補正量ＫＴＨＰＦが最大補正量ＫＴＨＰＦmaxとなり、更に燃圧ＰＦが上昇すると、スロットル弁３３を閉止する方向へのスロットル開度補正量ＫＴＨＰＦが減少するものとなっている。

ＥＣＵ７１は、ステップＳ１３にて、燃料圧力ＰＦを用いてスロットル補正マップによりスロットル開度補正量ＫＴＨＰＦを算出すると、ステップＳ１４にて、ステップＳ１１で算出したスロットル開度ＴＨにスロットル開度補正量ＫＴＨＰＦ（マイナス値）を加算することで、スロットル開度ＴＨを補正する。そして、ステップＳ１５にて、ＥＣＵ７１は、電子スロットル装置３４を用いてスロットル作動制御を実行する。

ここで、スロットル開度の補正制御について詳細に説明すると、図１及び図５に示すように、デリバリパイプ４６の燃料の圧力（燃圧）が低い低燃圧のとき、インジェクタ４５が低燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射しても、燃焼室１８での気化潜熱効果が小さくて空気密度が低くなることから、所定の空気重量を得るためにスロットル開度を大きく（開）し、サージタンク３０の空気密度を高くする。そして、デリバリパイプ４６の燃料の圧力（燃圧）が上昇して中燃圧（所定燃圧ＰＦ_０）になると、インジェクタ４５が中燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射するため、燃焼室１８での気化潜熱効果が大きくなって空気密度が高くなることから、既に所定の空気重量を得ることができるためにスロットル開度を小さく（閉）し、サージタンク３０の空気密度を低くする。更に、デリバリパイプ４６の燃料の圧力（燃圧）が中燃圧（所定燃圧ＰＦ_０）から上昇して高燃圧になると、インジェクタ４５が高燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射するが、燃焼室１８での気化潜熱効果が小さくなって空気密度が低くなることから、所定の空気重量を得るためにスロットル開度を大きく（開）し、サージタンク３０の空気密度を高くする。従って、燃圧の変化に拘らず、燃料噴射重量と空気重量を一定に制御することができ、ドライバによる所望の要求トルクを確保できる。

このように実施例１の内燃機関の制御装置にあっては、ＥＣＵ７１は、デリバリパイプ４６内の燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として電子スロットル装置３４によりスロットル弁３３を閉方向に補正して燃焼室１８に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として電子スロットル装置３４によりスロットル弁３３を開方向に補正して燃焼室１８に流入する空気密度を上昇させるようにしている。

従って、燃料圧力が所定燃圧まで上昇すると、インジェクタ４５が高い圧力の燃料を燃焼室１８に噴射するため、燃焼室１８での気化潜熱効果が大きくなり、空気密度が高くなることから、所定の空気重量を維持するためにスロットル弁３３を閉じ側に作動し、スロットル開度を小さくし、サージタンク３０の空気密度を低くする。そして、燃料圧力が所定燃圧から更に上昇すると、インジェクタ４５が高燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射するが、燃料圧力が高燃圧すぎると、燃料噴射時間が短くなって燃料噴霧が十分に拡散できず、また、燃料噴射速度が速くなって燃料噴霧温度が上昇し、燃焼効率が低下する。つまり、燃焼室１８での気化潜熱効果が小さくなり、空気密度が低くなることから、所定の空気重量を確保するためにスロットル弁３３を開き側に作動し、スロットル開度を大きくし、サージタンク３０の空気密度を高くする。そのため、燃料圧力の変動に拘らず適正な空気密度を確保することで、燃料噴射重量と空気重量を常時一定に制御することができ、ドライバによる所望の要求トルクを確保することができると共に、高精度な空燃比制御が可能となって燃焼悪化を抑制することができ、その結果、ドライバビリティの向上を図ることができる。

この場合、実施例１の内燃機関の制御装置では、燃料圧力が所定燃圧ＰＦ_０のとき、スロットル開度補正量ＫＴＨＰＦが最大補正量ＫＴＨＰＦmaxに設定している。即ち、図４のスロットル補正マップは、燃焼室１８の形状、燃料性状、高圧燃料ポンプ４８の性能などにより変動するものであり、スロットル開度最大補正量ＫＴＨＰＦmaxは、上述したパラメータにより増減すると共に、このスロットル開度最大補正量ＫＴＨＰＦmaxとなる所定燃圧ＰＦ_０も変動する。

また、実施例１の内燃機関の制御装置では、本発明の空気密度調整手段を電子スロットル装置３４（スロットル弁３３）とし、燃料圧力が所定燃圧まで上昇するとき、スロットル弁３３を閉止方向に補正する一方、燃料圧力が所定燃圧から上昇するとき、スロットル弁３３を開放方向に補正している。従って、既存の装置により空気密度を容易に調整することができ、装置の簡素化及び制御の容易化を図ることができる。

図６は、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置による燃料圧力の変動に応じた空気密度、気化潜熱効果、サージタンク密度、吸気弁閉じ時期を表す説明図、図７は、吸気可変動弁機構による吸気弁の閉じ時期と吸入空気体積を表すグラフである。なお、本実施例の内燃機関の制御装置における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、要求トルクに応じた燃料噴射量を燃焼室１８に噴射する燃料噴射手段としてインジェクタ４５と、要求トルクに応じた空気量を燃焼室１８に供給する空気供給手段及び燃焼室１８に流入する空気密度を調整する空気密度調整手段として吸気可変動弁機構２５と、インジェクタ４５による燃料噴射圧力（燃料圧力）を検出する燃料圧力検出手段として燃圧センサ８０を設け、ＥＣＵ７１は、燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として吸気可変動弁機構２５により燃焼室１８に流入する空気体積を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として吸気可変動弁機構２５により燃焼室１８に流入する空気体積を上昇させるようにしている。

即ち、ＥＣＵ７１は、燃料圧力が予め設定された所定値のとき、吸気可変動弁機構２５による燃焼室１８に流入する空気体積の低下調整量を最大値に設定するようにしている。ここで、ＥＣＵ７１は、燃料圧力に応じて吸気可変動弁機構２５により吸気弁２１の閉止時期を補正している。本実施例にて、吸気可変動弁機構２５は、吸気弁２１の閉止時期を進角または遅角させる制御を実施するが、この場合、２つの作用効果がある。つまり、図７に示すように、吸気途中で吸気弁２１を閉じてしまうこと、及び、ピストン１４の上昇後も吸気弁２１を開いていることにより吸入空気体積が減少する（以下、作用効果Ａと称する）。また、吸気弁２１の閉止時期を遅くすると、慣性過給効果により燃焼室１８に多くの空気を取り入れることができる（以下、作用効果Ｂと称する）。作用効果Ａ，Ｂを合わせた実際の吸気弁２１の閉じ時期に対する吸入空気体積の作用効果Ａ＋Ｂが最も大きい吸気弁２１の閉じ時期Ｃとした場合、吸気弁２１の閉じ時期の動作範囲が気弁２１の閉じ時期Ｃより進角しているときは、図６における制御Ａ、遅角しているときは、図６における吸気制御を用いる。

即ち、図１及び図６に示すように、デリバリパイプ４６の燃料の圧力（燃圧）が低い低燃圧のとき、インジェクタ４５が低燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射しても、燃焼室１８での気化潜熱効果が小さくて空気密度が低くなることから、制御Ａでは、吸気弁３３の閉じ時期を遅角し、制御Ｂでは、吸気弁３３の閉じ時期を進角し、吸入空気体積を増加させる。そして、デリバリパイプ４６の燃料の圧力（燃圧）が上昇して中燃圧（所定燃圧ＰＦ_０）になると、インジェクタ４５が中燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射するため、燃焼室１８での気化潜熱効果が大きくなって空気密度が高くなることから、制御Ａでは、吸気弁３３の閉じ時期を進角し、制御Ｂでは、吸気弁３３の閉じ時期を遅角し、吸入空気体積を減少させる。更に、デリバリパイプ４６の燃料の圧力（燃圧）が中燃圧（所定燃圧ＰＦ_０）から上昇して高燃圧になると、インジェクタ４５が高燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射するが、燃焼室１８での気化潜熱効果が小さくなって空気密度が低くなることから、制御Ａでは、吸気弁３３の閉じ時期を遅角し、制御Ｂでは、吸気弁３３の閉じ時期を進角し、吸入空気体積を増加させる。

このように実施例２の内燃機関の制御装置にあっては、ＥＣＵ７１は、デリバリパイプ４６内の燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として吸気可変動弁機構２５により燃焼室１８に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として吸気可変動弁機構２５により燃焼室１８に流入する空気密度を上昇させるようにしている。

従って、燃料圧力が所定燃圧から更に上昇すると、インジェクタ４５が高燃圧の燃料を燃焼室１８に噴射するが、燃料圧力が高燃圧すぎると、燃料噴射時間が短くなって燃料噴霧が十分に拡散できず、また、燃料噴射速度が速くなって燃料噴霧温度が上昇し、燃焼効率が低下する。つまり、燃焼室１８での気化潜熱効果が小さくなり、空気密度が低くなることから、所定の空気重量を確保するために吸気可変動弁機構２５により吸気弁の閉止時期を補正し、サージタンク３０の空気密度を高くする。そのため、燃料圧力の変動に拘らず適正な空気密度を確保することで、燃料噴射重量と空気重量を常時一定に制御することができ、ドライバによる所望の要求トルクを確保することができると共に、高精度な空燃比制御が可能となって燃焼悪化を抑制することができ、その結果、ドライバビリティの向上を図ることができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料圧力の変動に応じて適正な空気密度を確保することで燃焼の悪化を抑制してドライバビリティの向上を図るものであり、いずれの内燃機関にも有用である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例１の内燃機関の制御装置における燃料系を表す概略構成図である。 実施例１の内燃機関の制御装置によるスロットル開度の補正制御を表すフローチャートである。 燃料圧力に対するスロットル開度補正量を表す補正マップである。 燃料圧力の変動に応じた空気密度、気化潜熱効果、サージタンク密度、スロットル開度を表す説明図である。 本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置による燃料圧力の変動に応じた空気密度、気化潜熱効果、サージタンク密度、吸気弁閉じ時期を表す説明図である。 吸気可変動弁機構による吸気弁の閉じ時期と吸入空気体積を表すグラフである。

符号の説明

１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２５ 吸気可変動弁機構（空気供給手段、空気密度調整手段）
３０ サージタンク
３１ 吸気管
３３ スロットル弁
３４ 電子スロットル装置（空気供給手段、空気密度調整手段）
３８ 排気管
４５ インジェクタ（燃料噴射手段）
４６ デリバリパイプ
５２ 点火プラグ
７１ 電子制御ユニット、ＥＣＵ
７２ エアフローセンサ
７４ スロットルポジションセンサ
７５ アクセルポジションセンサ
７６ クランク角センサ
７７ 水温センサ
８０ 燃圧センサ（燃料圧力検出手段）

Claims (4)

1. 要求トルクに応じた燃料噴射量を燃焼室に噴射する燃料噴射手段と、
   要求トルクに応じた空気量を前記燃焼室に供給する空気供給手段と、
   前記燃料噴射手段による燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
   前記燃焼室に流入する空気密度を調整する空気密度調整手段と、を備え、
   燃料圧力が予め設定された所定値まで上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として前記空気密度調整手段により前記燃焼室に流入する空気密度を低下させる一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、燃料噴射量及び空気量を一定として前記空気密度調整手段により前記燃焼室に流入する空気密度を上昇させる、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 燃料圧力が予め設定された所定値のとき、前記空気密度調整手段による前記燃焼室に流入する空気密度の低下調整量を最大値に設定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。
3. 前記空気密度調整手段は、吸気系に設けられたスロットル弁であり、燃料圧力が所定値まで上昇するとき、前記スロットル弁を閉止方向に補正する一方、燃料圧力が所定値から上昇するとき、前記スロットル弁を開放方向に補正す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。
4. 前記空気密度調整手段は、吸気系に設けられた吸気可変動弁機構であり、燃料圧力に応じて吸気弁の閉止時期を補正す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。

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