JP2014080916A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】EGR作動の有無にかかわらずポート噴射インジェクタの噴孔部におけるデポジットの生成を有効に抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の運転状態に応じてEGRバルブを開閉制御するEGR制御部と、内燃機関の運転状態に応じてポート噴射(PI)および筒内直接噴射(DI)のうち少なくとも1つの燃料噴射を実行させる燃料噴射制御部と、を備えており、燃料噴射制御部は、内燃機関の運転範囲(KL−Ne)内に、EGRバルブの閉弁状態下でポート噴射(PI)を停止させつつ筒内直接噴射(DI)を実行させるEGR非作動時筒内直接噴射領域R3を設定するとともに、EGR非作動時筒内直接噴射領域R3内に、EGRバルブの開弁状態下で少なくともポート噴射を実行させるEGR作動時ポート噴射許容領域R2´の一部R2a´を設定している。
【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特にポート噴射と筒内直接噴射とを併用する内燃機関において燃料噴射制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。
車両に搭載される多気筒内燃機関(以下、エンジンという)においては、ポート噴射インジェクタと筒内直接噴射インジェクタとを併設したデュアル噴射式のものがある。そして、この種のエンジンには、両インジェクタによるポート噴射(ポート内への燃料噴射)および筒内直接噴射(気筒内への直接燃料噴射)を制御可能な燃料噴射制御装置が装備されている。
そのような内燃機関の制御装置としては、例えばエンジンの運転状態に応じて、ポート噴射と、筒内直接噴射と、ポート噴射および筒内直接噴射を併用するデュアル噴射とを切り替えるものが知られている(例えば、特許文献1の段落0064参照)。
また、ポート噴射と筒内直接噴射を共に実行させつつ両燃料噴射による燃料噴射量の割合(噴き分け比率)を可変制御することで、EGR装置によりEGRガス量が減少したときに燃料インジェクタで目詰まりが起こることを抑制するようにしたものも知られている(例えば、特許文献2の段落0008−0009参照)。
特開2010−169038号公報 特開2010−024951号公報
しかしながら、前述のような従来の内燃機関の制御装置にあっては、ポート噴射が実行されず筒内直接噴射のみが実行される運転状態下においてEGR装置が作動すると、吸気通路内に露出したポート噴射インジェクタの噴孔部付近の温度が高くなり、ポート噴射インジェクタの噴孔部にデポジットが生成され易い状態が生じてしまうという問題があった。そのため、デポジットが生成され易い状態が頻発したり筒内直接噴射のみの運転状態が長く続いたりする場合に、デポジットの生成によってポート噴射インジェクタからの燃料噴射量が低下してしまうことによって排気浄化性能やドライバビリティが悪化することが懸念されていた。
そこで、本発明は、EGR装置の作動の有無にかかわらずポート噴射インジェクタの噴孔部におけるデポジットの生成を有効に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供するものである。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するため、(1)内燃機関の排気通路と吸気通路を接続するEGR通路と、前記EGR通路を開閉するEGRバルブと、前記吸気通路内へのポート噴射を実行するポート噴射インジェクタと、前記内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射インジェクタと、を備えた内燃機関に装備される内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の運転状態に応じて前記EGRバルブを開閉制御するEGR制御部と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記ポート噴射インジェクタおよび前記筒内直接噴射インジェクタのうち少なくとも1つのインジェクタを作動させ、前記ポート噴射および前記筒内直接噴射のうち少なくとも1つの燃料噴射を実行させる燃料噴射制御部と、を備え、前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関の運転範囲内に、前記EGRバルブの閉弁状態下で前記ポート噴射を停止させつつ前記筒内直接噴射を実行させるEGR非作動時筒内直接噴射領域を設定するとともに、前記EGR非作動時筒内直接噴射領域内に、前記EGRバルブの開弁状態下で少なくとも前記ポート噴射を実行させるEGR作動時ポート噴射許容領域の一部を設定していることを特徴とする。
本発明では、EGRバルブの開弁状態(EGR作動状態)下で少なくともポート噴射を実行させるEGR作動時ポート噴射許容領域の一部が、EGRバルブの閉弁状態(EGR非作動状態)下ではポート噴射が実行されず筒内直接噴射のみが実行されるEGR非作動時筒内直接噴射領域内に設定される。したがって、EGR非作動時筒内直接噴射領域内の運転がなされていた内燃機関がEGR作動状態に移行すると、その内燃機関の運転状態がEGR作動時ポート噴射許容領域の一部の範囲内に入った時点から、ポート噴射インジェクタによる燃料噴射が実行される。それにより、ポート噴射インジェクタの噴孔部付近が燃料によって適度に冷却され、噴孔部付近の温度が上昇し難くなり、ポート噴射インジェクタの噴孔部にデポジットが生成され易い状態の発生が有効に抑制されることとなる。
本発明の内燃機関の制御装置においては、(2)前記EGR制御部は、前記内燃機関の運転範囲内に、前記EGRバルブを開弁させるEGR作動領域と前記EGRバルブを閉弁させるEGR非作動領域とをそれぞれ設定しており、前記燃料噴射制御部は、前記EGR作動時ポート噴射許容領域を、前記内燃機関の負荷率および機関回転速度のうち少なくとも一方が前記EGR作動領域より広範囲に及ぶように設定しているものであってもよい。
この構成により、内燃機関がEGR作動状態に移行すると、早期にEGR作動時ポート噴射許容領域内に入り易くなり、ポート噴射インジェクタによる燃料噴射がより早期に実行されることになる。
上記(2)の構成を有する内燃機関の制御装置においては、(3)前記燃料噴射制御部は、前記EGR作動時ポート噴射許容領域を、前記EGR作動領域を包含する運転領域として設定しているものであってもよい。
この場合、内燃機関がEGR作動状態に移行すると、確実にかつ早期にEGR作動時ポート噴射許容領域内に入ることになり、ポート噴射インジェクタによる燃料噴射が早期に確実に実行されることで、噴孔部付近の温度がより上昇し難くなる。
本発明の内燃機関の制御装置においては、(4)前記EGR作動時ポート噴射許容領域は、前記EGRバルブの開弁状態下で前記ポート噴射および前記筒内直接燃料噴射を実行させるEGR作動時噴き分け領域となっていてもよい。
この場合、EGR非作動の筒内調節噴射状態からEGR作動状態に移行しても、燃料噴射状態を大きく変化させる必要がなく、噴射条件の切り替えによる内燃機関の運転状態の変化を抑えることができる。
上記(4)の構成を有する内燃機関の制御装置においては、(5)前記燃料噴射制御部は、前記EGR作動時噴き分け領域の一部における前記ポート噴射による燃料噴射量の下限値を予め設定した下限噴射量で制限するものであってもよい。
この構成により、EGR作動時噴き分け領域の一部におけるポート噴射量をポート噴射インジェクタの噴孔部の冷却が可能な最小噴射量以上にして、デポジット抑制効果を十分に確保することができる。
上記(4)または(5)の構成を有する本発明の内燃機関の制御装置においては、(6)前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関の運転範囲内に、前記EGR作動時噴き分け領域および前記EGR非作動時筒内直接噴射領域に加えて、前記EGRバルブの閉弁状態下で前記筒内直接噴射および前記ポート噴射を実行させるEGR非作動時噴き分け領域を設定し、前記EGR作動時噴き分け領域の一部が、前記EGR非作動時噴き分け領域側から前記EGR非作動時筒内直接噴射領域側に拡張するように設定されていてもよい。
この場合、EGR作動時においてポート噴射インジェクタの噴孔部にデポジットが生じ易い状態を回避するのに有効な範囲についてのみ、噴き分け領域を拡張することで、噴き分け領域の切り替えによる内燃機関の運転状態の変化を抑えることができる。
上記(2)または(3)の構成を有する内燃機関の制御装置においては、(7)前記EGR制御部は、前記筒内直接噴射および前記ポート噴射を実行させることが許容される前記内燃機関の特定負荷率を超える負荷運転範囲内に、前記EGR作動領域を設定しているものであってもよい。
この構成により、EGR作動領域より広範囲に及ぶEGR作動時噴き分け領域が設定可能となり、EGR作動時に確実にポート噴射可能となり、ポート噴射インジェクタの噴孔部にデポジットが生成され易い状態の発生を有効に抑制することができる。
本発明によれば、EGR非作動時筒内直接噴射領域内の運転がなされていた内燃機関がEGR作動状態に移行しても、その運転状態がEGR作動時ポート噴射許容領域の一部の運転範囲内に入ると、ポート噴射インジェクタによる燃料噴射を実行させるので、ポート噴射インジェクタの噴孔部付近を燃料によって適度に冷却することができる。その結果、ポート噴射インジェクタの噴孔部付近の温度を上昇し難くして、ポート噴射インジェクタの噴孔部にデポジットが生成されるのを有効に抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略ブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の運転範囲とその範囲内に設定されるEGR作動領域、EGR非作動時筒内直接噴射領域、EGR非作動時噴き分け領域およびEGR作動時噴き分け領域を例示するグラフであり、縦軸は負荷率を、横軸は機関回転速度Neを表している。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の運転範囲とその範囲内に設定されるEGR作動領域、EGR非作動時筒内直接噴射領域、EGR非作動時噴き分け領域およびEGR作動時噴き分け領域を例示するグラフであり、縦軸は負荷率を、横軸は機関回転速度Neを表している。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置で実行される噴射量算出処理の概略の流れを示すフローチャートである。 図5の燃料算出処理で内燃機関の運転領域を判定するのに用いる2種類のマップの選択処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置で実行されるEGR作動時噴き分け領域内での下限ポート噴射量制限処理の概略手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(一実施形態)
図1から図4は、本発明の一実施形態に係る内燃機関とその制御装置の構成を示しており、図5から図7は、その制御装置で実行される複数の制御プログラムの流れを示している。なお、本実施形態の内燃機関の制御装置は、自動車(車両)に搭載される火花点火式の多気筒の内燃機関、例えば直列4気筒の4サイクルガソリンエンジン(以下、エンジンという)に装備されている。
まず、その構成について説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態の内燃機関の制御装置は、内燃機関であるエンジン10に装備されており、エンジンコントロールコンピュータ(以下、ECC)100を有している。
このエンジン10は、シリンダブロック11にクランクケース12およびシリンダヘッド13等を装着した本体ブロック20と、この本体ブロック20の両側に配置された吸気装置30および排気装置40と、排気装置40側から吸気装置30側への排気還流経路を形成するEGR(排気再循環)装置50と、を含んで構成されている。
本体ブロック20は、シリンダブロック11に形成された複数の気筒21の内部にそれぞれピストン22を往復動可能に収納しており、シリンダヘッド13により上端側を閉塞される各気筒21の内部にピストン22の往復動に伴って容積変化する燃焼室23が形成されている。また、複数のピストン22には複数のコンロッド26を介してクランクシャフト27が連結されており、複数の燃焼室23内の圧力変化に伴って複数のピストン22が往復動するとき、これら複数のピストン22によりコンロッド26を介してクランクシャフト27が回転駆動されるようになっている。
吸気装置30は、複数の燃焼室23に連通するようシリンダヘッド13に形成された複数の吸気ポート31と、その吸気ポート31を開閉する吸気弁32と、吸気弁32を駆動する吸気カムシャフト(図示せず)と、吸気カムシャフトと吸気弁32の間に介在するアクチュエータ33aにより吸気弁32のバルブ動作タイミングを変化させることができる吸気側の可変バルブタイミング機構(以下、吸気側VVTという)33とを含んで構成されている。
また、吸気装置30は、各気筒21の吸気ポート31に接続された吸気枝管部(詳細図示せず)を有する吸気マニホールド35と、吸気マニホールド35の上流側に設けられたエアフィルタ36と、吸気マニホールド35内の吸気通路35aに設けられた吸気絞り弁体37aをスロットルモータ37bによって開閉動作させるスロットルバルブ37とを含んでいる。
エンジン10には、さらに、点火装置15が設けられている。この点火装置15は、対応する燃焼室23内の混合気に着火する複数の点火プラグ15aと、それら点火プラグ15aに与える高電圧を発生する複数のイグニッションコイル15bとを有している。
また、エンジン10には、複数の吸気ポート31にまたは吸気マニホールド35の吸気枝管部に装着された複数のポート噴射インジェクタ16と、燃焼室23の内部に燃料を直接噴射するよう本体ブロック20に気筒21毎に装着された複数の筒内直接噴射インジェクタ17とが設けられるとともに、ECC100からの制御信号に応じ複数のポート噴射インジェクタ16および複数の筒内直接噴射インジェクタ17を選択的に開弁駆動するインジェクタドライバ回路18が設けられている。
複数のポート噴射インジェクタ16は、それぞれの噴孔部(符号なし)を対応する吸気ポート31の内部に露出させており、インジェクタドライバ回路18により開弁駆動されるときに、吸気ポート31の内部であって吸気弁32よりも上流側の吸入空気中に霧状の燃料を噴射するようになっている。これら複数のポート噴射インジェクタ16は図示しないデリバリーパイプに配管接続されており、図外の燃料フィードポンプによりフィード圧に加圧された燃料がデリバリーパイプ内に蓄圧および貯留されるようになっている。
複数の筒内直接噴射インジェクタ17は、例えばエンジン10の圧縮行程の後期に気筒21内に燃料を噴射することができる高圧燃料噴射弁となっており、図示しない高圧デリバリーパイプに配管接続されている。なお、この高圧デリバリーパイプは、高圧燃料配管を介して高圧燃料ポンプに接続されている。
インジェクタドライバ回路18は、ECC100からの制御信号(インジェクタ駆動信号、燃料噴射要求信号、高圧燃料噴射量信号等)を入力するとき、その制御信号を高電圧・高電流の駆動信号に変換する信号変換回路を有しており、ポート噴射インジェクタ16筒内直接噴射インジェクタ17のうちECC100からの制御信号に対応する制御対象をそれぞれに駆動制御するようになっている。
排気装置40は、燃焼室23に連通するようシリンダヘッド13に形成された排気ポート41と、排気ポート41を開閉する排気弁42と、排気弁42を駆動する排気カムシャフト43とを含んで構成されている。
また、排気装置40は、各気筒21の排気ポート41に接続された排気枝管部(詳細図示せず)を有する排気マニホールド45と、排気マニホールド45の集合管部45aに接続された排気パイプ46と、排気パイプ46の排気通路46aの途中に配設された三元触媒等の第1触媒47と、第1触媒47よりも下流側で排気パイプ46内に配設された三元触媒等の第2触媒48と、を備えている。
EGR装置50は、エンジン10の排気(排出ガス)を排気通路45bから吸気通路35aに還流させることができるEGR通路51(排気還流通路)と、EGR通路51の途中に設けられ、ECC100からの制御信号に従ってEGR通路51を開閉させるとともにその開弁時の弁開度を調節可能に変化させることができるEGRバルブ52(排気還流制御弁)と、を含んでいる。
EGR通路51は、その詳細を図示しないが、例えばEGRパイプや排気マニホールド45の一部によって形成されており、排気マニホールド45内の排気通路45bと吸気マニホールド35内の吸気通路35aのうちスロットルバルブ37より下流側のサージタンク39内の拡張通路部39bとを接続している。
EGRバルブ52は、EGR通路51による排気還流量(再循環流量)の大きさを表すEGR率(排気還流率=還流排気流量/全吸入空気流量(新気吸気量および排気再循環量を含む))を可変制御するように、その弁開度を、入力される開度制御信号Aevに応じて変化させることができるようになっている。EGR装置50は、さらに、EGRバルブ52より排気通路45b側でEGR通路51の一部を形成しつつEGR通路51を通る還流排気ガスを冷却することができるEGRクーラ53を備えている。このEGRクーラ53は、EGR通路51を通る還流排気ガスをエンジン10の冷却水との熱交換により冷却するようになっている。
また、エンジン10には、各種センサ群やアクチュエータ類が装着されている。
具体的には、エンジン10の吸気系には、エアフローメータ61(吸気流量センサ)、スロットル開度センサ62およびカム角センサ63が配設されている。また、エンジン10の本体ブロック20の内部には、クランク角センサ64および水温センサ65が設けられている。エンジン10の排気系には、第1触媒47の排気入口近傍に位置する上流側空燃比センサ66と、第1触媒47の排気出口の近傍に位置する下流側空燃比センサ67とが設けられている。さらに、エンジン10を搭載した車両には、図示しないアクセルペダルの操作位置を検出するアクセル開度センサ68が設けられている。また、前記高圧デリバリーパイプ内の燃料圧力を検出する高圧燃圧センサ69が設けられている。
エアフローメータ61は、吸気装置30により吸気通路35a内に吸入される空気の流量QAを検出するようになっており、スロットル開度センサ62は、スロットルバルブ37の開度Thaを検出するようになっている。カム角センサ63は、例えば吸気カムシャフトの所定回転角度(例えば90°=クランクシャフト27の回転角度180°の1/2)毎にその回転を検出してパルス信号を発生するようになっている。クランク角センサ64は、クランクシャフト27が例えば10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに、同クランクシャフト27が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力し、クランク角度位置およびエンジン回転速度NEを検出できるようになっている。水温センサ65は、本体ブロック20のウォータージャケット11wを通る冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。上流側空燃比センサ66は、第1触媒47の入口側で排気空燃比を検出し、下流側空燃比センサ67は、第1触媒47と第2触媒48の間で排気酸素濃度を検出するようになっている。
これらのセンサ群は、ECC100の入力インターフェース回路に接続されている。
ECC100の出力インターフェース回路には、インジェクタドライバ回路18の他に、スロットルモータ37b、EGRバルブ52(電磁駆動部)、燃料フィードポンプを駆動する燃料ポンプ駆動回路71、吸気側VVT33を制御するオイルコントロールバルブ72(オイルの給排制御により作動するVVTを制御する電磁制御弁;以下、OCVという)に対する駆動回路等が配線接続されているが、これらの構成は従来と同様であるので、ここでは詳述しない。
ECC100は、その詳細なハードウェア構成を図示しないが、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびバックアップメモリ(不揮発性メモリでもよい)を備えており、さらに、A/D変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、定電圧回路と、他の車載ECU(Electronic Control Unit;電子制御ユニット)との通信インターフェース回路とを含んで構成されている。
また、ECC100の入力インターフェース回路には、前述のセンサ群に加え、図示しないイグニッションリレースイッチやECTセレクトスイッチ等が接続されている。また、ECC100の図示しない通信ポートには、トランスミッションコントロールコンピュータ(TCC)等の他のECUが接続されている。
このECC100は、ROM内に予め格納された複数の制御プログラムに従って、センサ情報あるいはROMやバックアップメモリに格納されている記憶情報に基づき、さらには他の車載ECUと通信を行いながら、エンジン10を制御する。
このECC100は、エンジン10の運転状態に応じてEGRバルブ52を開閉制御するEGR制御部の機能と、エンジン10の運転状態に応じてポート噴射インジェクタ16および筒内直接噴射インジェクタ17のうち少なくとも1つのインジェクタを作動させ、ポート噴射および筒内直接噴射のうち少なくとも1つの燃料噴射を実行させる燃料噴射制御部の機能とを発揮するようになっている。
例えば、ECC100は、エンジン10の運転状態や加速要求等に応じた燃料噴射量を算出し、ポート噴射インジェクタ16および筒内直接噴射インジェクタ17を駆動するインジェクタドライバ回路18への指令信号を適時に出力して、後述する噴き分け制御を行うための複数の機能を発揮できる。また、ECC100は、前記高圧燃料ポンプから高圧デリバリーパイプに供給される燃料の圧力をエンジン10の運転状態および筒内直接噴射インジェクタ17(図2中の筒内直接噴射用インジェクタ#1−4)の噴射特性に応じて最適な燃圧に制御する機能を発揮するようになっている。
具体的には、EGR制御部としてのECC100は、エンジン10の運転状態に応じてEGR制御を実行するためのマップM1を内蔵しており、このマップM1は、エンジン10の運転範囲内に、EGRバルブ52を閉弁させるEGR非作動領域Raと、EGRバルブ52を開弁させるEGR作動領域Rbとを、それぞれ設定している。
ここで、EGR非作動領域Raは、例えば冷却水温Twが所定温度以下である、エンジン10が特定負荷率を下回るアイドル時である、エンジン始動から所定時間が経過していない、レーシング状態(無負荷状態でエンジン回転数Neが所定値を超えている状態)である等の条件のいずれかが成立する運転領域について設定されている。一方、EGR作動領域Rbは、EGR非作動領域Raでない運転領域であってエンジン10の特定負荷率を超える負荷運転範囲内に広い範囲にわたって設定されている。なお、ここにいう特定負荷率は、筒内直接噴射およびポート噴射を実行させることを許容するか否かの判定閾値となる噴き分け許可負荷率KL1(特定負荷率)もしくはそれに近い負荷率である。
したがって、EGR非作動領域Raは、エンジン10が低負荷・低回転数であって各気筒21内に導入される新気量および燃料量が少なく、EGRガスを導入することで燃焼状態が不安定化し易くなるような運転領域を含んでいる。また、EGR作動領域Rbは、例えばエンジン10が比較的高負荷および高回転数となる運転領域にあるときのように燃焼状態が安定しており、十分なEGRガスの導入によりNOxの低減や出力向上が期待できる運転領域を含んでいる。
EGR制御部としてのECC100は、スロットル開度Tha、吸入空気量Qa、エンジン回転数Neおよび冷却水温Tw等のセンサ情報に基づいて、エンジン10の運転状態がEGR非作動領域RaであるかEGR作動領域Rbであるかを判定する。そして、ECC100は、エンジン10の運転状態がEGR作動領域Rb内にあると判定すると、EGRバルブ52を開弁させて、エンジン10の排気(排出ガス)の一部をEGR通路51を通して排気通路45bから吸気通路35aに還流させるようになっている。
一方、燃料噴射制御部としてのECC100は、エンジン10の運転領域を、図3に示すような4つの運転領域R1,R2,R3,R4に区画するマップM2(図2参照)を内蔵している。そして、ECC100は、このマップM2に基づいてエンジン10の運転状態に対応する燃料噴射条件を決定し、インジェクタドライバ回路18への指令信号を生成する。
図3においては、エンジン10の運転範囲が、縦軸のエンジン負荷、例えば負荷率KLと横軸のエンジン回転数Neとで表されている。この図3中の低負荷・低エンジン回転数の運転領域R1は、ポート噴射(同図中(PI))のみを実行するポート噴射運転領域である。同図中で噴き分け許可負荷率KL1以上かつ所定負荷率KL2以下となり、極端な高エンジン回転数域でない運転領域R2は、ポート噴射および筒内直接噴射を併用するミックス噴射(同図中(PI+DI))をエンジン10の運転状態に応じた噴き分け条件で実行する噴き分け運転領域である。なお、この噴き分け運転領域R2は、ポート噴射運転領域R1に対応する低エンジン回転数域においてより高負荷となる運転領域にまで拡張されてもよい。
図3中の噴き分け運転領域R2より高負荷側および高エンジン回転数側の運転領域R3は、筒内直接噴射(同図中(DI))のみを実行する筒内直接噴射運転領域である。
この筒内直接噴射運転領域R3は、エンジン回転数Neおよびエンジン負荷(負荷率)KLによって定まるエンジン10の運転範囲内において、EGRバルブ52の閉弁状態下でポート噴射を停止させつつ筒内直接噴射のみを実行させるEGR非作動時筒内直接噴射領域となっている。このEGR非作動時筒内直接噴射領域R3は、EGR装置50による外部EGRが導入されないときにポート噴射を実行しない運転領域となっており、例えば負荷率KLが図3中のKL2−KL3(例えば40−60%)となる範囲やエンジン回転数NeがNe1−Ne2(例えば2800−4000[rpm])となる範囲といった特定運転領域を含んでいる。
同図中の噴き分け運転領域R2の低負荷側に位置する運転領域R4は,ポート噴射または筒内直接噴射のうちエンジン10の運転状態に応じて選択した片方の噴射(同図中(PI/DI))を実行する選択噴射運転領域となっている。
燃料噴射制御部としてのECC100は、また、ROM内に格納された制御プログラムに従って、エンジン10の冷間始動時にポート噴射インジェクタ16(図2中のポート噴射用インジェクタ#1−4)による燃料噴射を実施させ、高圧デリバリーパイプ内の燃料圧力が所定の圧力値を超えたときに筒内直接噴射インジェクタ17への噴射指令信号の出力を開始する。
さらに、燃料噴射制御部としてのECC100は、図4に示すように、EGR非作動時の筒内直接噴射領域である筒内直接噴射運転領域R3内に、EGRバルブ52の開弁状態下で筒内直接噴射およびポート噴射を実行させるEGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´を設定するマップM3を有している。
ここで、EGR作動時噴き分け領域R2´は、その一部R2a´が筒内直接噴射運転領域R3内に入り込むように、EGR非作動時の噴き分け運転領域R2に対して負荷率KLおよびエンジン回転数Neの増大側に拡張して設定されている。また、EGR作動時噴き分け領域R2´は、EGRバルブ52の開弁状態下で少なくともポート噴射を実行させるEGR作動時ポート噴射許容領域となっており、少なくともその一部R2a´が前記特定運転領域内に入っている。
さらに、EGR作動時噴き分け領域R2´は、エンジン10の負荷率KLおよびエンジン回転数Ne(機関回転速度)のうち少なくとも一方がEGR作動領域Raより広範囲に及ぶように設定されており、図4に示すように、例えばEGR作動領域Rbを包含する運転領域として設定されている。
エンジン10がこのEGR作動時噴き分け領域R2´内の運転状態にあるとき、ECC100は、ポート噴射インジェクタ16および筒内直接噴射インジェクタ17によるミックス噴射(同図中(PI+DI))をエンジン10の運転状態に応じた噴き分け条件で実行させる。ただし、エンジン10がEGR非作動時の噴き分け運転領域R2に対して拡張されたEGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´内の運転状態にあるときには、ECC100は、ポート噴射インジェクタ16からのポート噴射による燃料噴射量の下限値を予め設定した下限噴射量で制限するようになっている。
ここにいうエンジン10の運転状態に応じた噴き分け条件とは、例えばエンジン回転数Neおよび冷却水温Twと後述する筒内吸入空気量Mcとに基づいて設定される筒内直接噴射割合Kdiに対応する条件であって、噴き分け条件マップM4(図2参照)として予め設定され、ECC100のROMまたはバックアップメモリ内に格納されている。
なお、ECC100が、公知の空燃比フィードバック制御やサブフィードバック制御を実行する機能を併有していることはいうまでもない。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図5は、エンジン10の運転中にECC100によって繰り返し実行される噴射量算出処理の流れを示している。この処理は、任意の気筒のクランク角が吸気前の所定クランク角度、例えばBTDC90°CAとなる毎に開始される。
同図において、まず、吸入Qaとエンジン回転速度Neとに基づいて今回の吸気行程において燃焼室23内に吸入される筒内吸入空気量Mcが算出され(ステップS11)、その筒内吸入空気量Mcと目標空燃比、例えば理論空燃比AFthとに基づいて、燃焼空燃比を目標空燃比AFthとするための基本燃料噴射量Fbaseが算出される(ステップS12)。そして、その基本燃料噴射量Fbaseに公知の各種補正量Dfiを加えた噴射量Fiが設定される(ステップS13)。
次いで、算出済みの筒内吸入空気量Mcを基に負荷率KL(エンジン10の1回転当たりの基準の最大吸入空気量に対する実吸入空気量の割合(%))が算出されるとともに、エンジン10の現在の運転状態がマップM2,M3で特定されるいずれの運転領域に属するかが判定され(ステップS14)、筒内直接噴射(DI)、ポート噴射(PI)またはミックス噴射(PI+DI)のうちいずれの噴射モードを選択するかが決定される(ステップS15、S16)。
そして、筒内直接噴射(DI)のみを実行する筒内直接噴射モードが選択される場合(ステップS15でYESの場合)、全燃料噴射量Fiに対する筒内直接噴射インジェクタ17側の燃料噴射量の割合(以下、筒内直接噴射割合という)Kdiが「1」に設定される(ステップS17)。一方、ポート噴射(PI)のみを実行するポート噴射モードが選択される場合(ステップS16でYESの場合)、筒内直接噴射割合Kdiが「0」に設定される(ステップS18)。また、筒内直接噴射(DI)およびポート噴射(PI)を併用するミックス噴射(PI+DI)の噴射モードが選択される場合(ステップS16でNOの場合)、筒内吸入空気量Mc、エンジン回転数Neおよび冷却水温Tw等に基づいて噴き分け条件マップM4が参照され、筒内直接噴射割合Kdiが設定される(ステップS19)。
次いで、前述の全燃料噴射量Fiに筒内直接噴射割合Kdiを乗じて筒内噴射量Fidが算出されるとともに(ステップS20)、全燃料噴射量Fiに(1−Kdi)を乗じてポート噴射量Fipが算出される(ステップS21)。
ECC100は、このようにして算出された筒内噴射量Fidおよびポート噴射量Fipをインジェクタドライバ回路18に出力する。さらに、ECC100は、カム角センサ63およびクランク角センサ64の検出情報を基に算出したポート噴射期間および筒内直接噴射期間の指示信号をインジェクタドライバ回路18に出力する。そして、インジェクタドライバ回路18が、それぞれエンジン10の気筒数分となる4つのポート噴射インジェクタ16および4つの筒内直接噴射インジェクタ17に対して、筒内噴射量Fidおよびポート噴射量Fiに対応する噴射駆動信号を対応する噴射期間中に出力することで、各インジェクタ16、17による燃料噴射が適時に実行される。
一方、EGR制御部としてのECC100は、スロットル開度Tha、吸入空気量Qa、エンジン回転数Neおよび冷却水温Tw等のセンサ情報に基づいて、エンジン10の運転状態がEGR非作動領域RaであるかEGR作動領域Rbであるかを判定し、EGR作動領域Rb内にあると判定すると、EGRバルブ52を開弁させる。
このとき、エンジン10の排気(排出ガス)の一部がEGR通路51を通して排気通路45bから吸気通路35aに還流することで、排気再循環がなされる。これにより、エンジン10の排気中におけるNOxの低減等がなされる。
ところで、前述の運転領域判定ステップS14においては、EGR作動時にはマップM2に基づいて、EGR非作動時にはマップM3に基づいて、それぞれエンジン10の運転状態が判定される。すなわち、EGR作動時には、エンジン10の運転状態が、ポート噴射運転領域R1、ミックス噴射の噴き分け運転領域R2、筒内直接噴射運転領域R3または選択噴射運転領域R4のうちいずれの領域内にあるかが判定される。また、EGR非作動時には、エンジン10の運転状態がミックス噴射の噴き分け運転領域R2´内にあるか否かが判定される。
ここでのマップM2,M3の使い分けは、図6に示すようなマップ選択の処理を実行することでなされる。
図6において、まず、エンジン10の運転状態を示す各種センサ情報が取得され、エンジン10の運転状態が検出される(ステップS31)。
次いで、スロットル開度Tha、吸入空気量Qa、エンジン回転数Neおよび冷却水温Tw等のセンサ情報に基づいて、エンジン10の運転状態がEGR作動領域Rb内にあり、EGR作動条件が成立するか否かが判定される(ステップS32)。
このとき、EGR作動条件が成立すれば(ステップS32でYESの場合)、ミックス噴射の噴き分け領域が拡張されたマップM3が使用される(ステップS33)。一方、このとき、EGR作動条件が成立しなければ(ステップS32でNOの場合)、ミックス噴射の噴き分け領域が非拡張の通常領域に設定されたマップM2が使用される(ステップS34)。
また、エンジン10の運転状態が拡張されたEGR作動時噴き分け領域R2´内にあるとき、少なくともその拡張部分であるEGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´内の運転状態にあるとき、図7に示すようなポート噴射量制限処理が実行される。
図7においては、まず、各種センサ情報が取得されてエンジン10の運転状態が検出されるとともに、前述の噴射量算出処理で算出されたポート噴射量FipがRAMから読み込まれる(ステップS41)。
次いで、スロットル開度Tha、吸入空気量Qa、エンジン回転数Neおよび冷却水温Tw等に基づいて、エンジン10の運転状態がEGR作動領域Rb内にあってEGR作動条件が成立するか否かが判定される(ステップS42)。
このとき、EGR作動条件が成立しなければ(ステップS42でNOの場合)、今回の処理は終了する。
一方、このとき、EGR作動条件が成立すれば(ステップS42でYESの場合)、ポート噴射量下限値Fip_minが設定される(ステップS43)。このポート噴射量下限値Fip_minは、例えば吸気温度や冷却水温Twその他の運転状態に応じて可変設定してもよいし、固定値として予め設定されてもよい。
次いで、算出済みのポート噴射量Fipがポート噴射量下限値Fip_min以上であるか否かがチェックされる(ステップS44)。
このとき、例えばEGR作動時にもEGR非作動時と略同様な噴射量算出が実行されれば、エンジン10の運転状態がEGR非作動時筒内直接噴射領域R3に入り込むように拡張されたEGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´内にあるとき、算出済みのポート噴射量Fipが比較的小さくなり得る。その場合、算出済みのポート噴射量Fipがポート噴射量下限値Fip_min以上に達しない(ステップS44でNOの場合)という場合が生じ得るが、本実施形態では、算出済みのポート噴射量Fipがポート噴射量下限値Fip_min以上に設定される(ステップS45)。したがって、ポート噴射インジェクタ16の噴孔部にデポジットが生成され難い状態とするのに必要十分なポート噴射量が確保される。
以上のような処理が実行される本実施形態において、今、EGR非作動時筒内直接噴射領域R3内の運転がなされていたエンジン10がEGR作動状態に移行したとする。
本実施形態では、EGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´がEGR非作動時の筒内直接噴射領域R3内に拡張して設定されているので、このとき、エンジン10の運転状態がEGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´の運転範囲内に入った時点から、ポート噴射インジェクタ16による燃料噴射が実行されることになる。
したがって、ポート噴射インジェクタ16の噴孔部付近がポート噴射される燃料によって適度に冷却されることになり、噴孔部付近の温度が上昇し難くなる。その結果、ポート噴射インジェクタ16の噴孔部にデポジットが生成され易い状態の発生が有効に抑制されることとなる。
また、本実施形態では、エンジン10の運転範囲内に、EGRバルブ52を開弁させるEGR作動領域RbとEGRバルブ52を閉弁させるEGR非作動領域Raとがそれぞれ設定されるとともに、EGR作動時噴き分け領域R2´が、エンジン10の負荷率KLおよびエンジン回転数Neのうち少なくとも一方がEGR作動領域Rbより広範囲に及ぶように設定されている。したがって、エンジン10がEGR作動状態に移行すると、早期にEGR作動時噴き分け領域R2´内に入り易くなり、ポート噴射インジェクタ16による燃料噴射がより早期に実行されることになる。
特に、本実施形態では、EGR作動時噴き分け領域R2´がEGR作動領域Rbを包含する運転領域として設定されているので、エンジン10がEGR作動状態に移行すると、確実にかつ早期にEGR作動時噴き分け領域R2´内に入ることになる。また、EGR作動状態への移行前後で筒内直接噴射が継続するので、燃料噴射状態を大きく変化させる必要がなく、噴射条件の切り替えによる内燃機関の運転状態の変化が抑えられる。
加えて、本実施形態では、EGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´におけるポート噴射による燃料噴射量Fipの下限値を予め設定した下限噴射量Fip_minで制限するので、EGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´におけるポート噴射量Fipをポート噴射インジェクタ16の噴孔部の冷却が可能な最小噴射量Fip_min以上にして、デポジット抑制効果を十分に確保することができる。
また、エンジン10の運転範囲内に、EGR作動時噴き分け領域R2´の一部R2a´が、EGR非作動時噴き分け領域R2側からEGR非作動時筒内直接噴射領域R3側に拡張するように設定されているので、EGR作動時においてポート噴射インジェクタ16の噴孔部にデポジットが生じ易い状態を回避するのに有効な範囲についてのみ噴き分け領域を拡張することができ、噴き分け領域の切り替えによるエンジン10の運転状態の変化を抑えることもできる。
さらに、筒内直接噴射およびポート噴射を実行させることが許容されるエンジン10の特定の噴き分け許可負荷率KL1を超える負荷運転範囲内に、EGR作動領域Rbを設定しているので、EGR作動領域Rbより広範囲に及ぶEGR作動時噴き分け領域R2´が設定可能となり、EGR作動時に確実にポート噴射可能となり、ポート噴射インジェクタ16の噴孔部にデポジットが生成され易い状態の発生を有効に抑制することができる。
以上のように、本実施形態によれば、EGR非作動時筒内直接噴射領域R3内の運転がなされていたエンジン10がEGR作動状態に移行しても、その運転状態がEGR作動時噴き分け領域R2´の一部の運転範囲内に入ると、ポート噴射インジェクタ16による燃料噴射を実行させてポート噴射インジェクタ16の噴孔部付近を適度に冷却することができる。その結果、ポート噴射インジェクタ16の噴孔部付近の温度を上昇し難くして、ポート噴射インジェクタ16の噴孔部にデポジットが生成されるのを有効に抑制することができる。
なお、上述の一実施形態においては、ポート噴射量下限値Fip_minを設定していたが、ポート噴射量の上限値を設定することで、必要以上のポート噴射を抑制することも考えられる。
以上のように、本発明は、EGR作動時にポート噴射インジェクタの噴孔部付近を燃料によって適度に冷却することができ、ポート噴射インジェクタの噴孔部付近の温度を上昇し難くして、ポート噴射インジェクタの噴孔部にデポジットが生成されるのを有効に抑制することができる。このような本発明は、ポート噴射インジェクタと筒内直接噴射インジェクタとを併設したデュアル噴射式の内燃機関の制御装置全般に有用である。
10…エンジン(内燃機関)、11…シリンダブロック、13…シリンダヘッド、15…点火装置、16…ポート噴射インジェクタ(ポート内燃料噴射用の燃料噴射弁)、17…筒内直接噴射インジェクタ(筒内直接燃料噴射用の燃料噴射弁)、20…本体ブロック、21…気筒、23…燃焼室、27…クランクシャフト、30…吸気装置、31…吸気ポート、32…吸気弁、35a…吸気通路、37…スロットルバルブ、40…排気装置、41…排気ポート、42…排気弁、45b,46a…排気通路、50…EGR装置(排気再循環装置)、51…EGR通路、52…EGRバルブ、61…エアフローメータ(吸気流量センサ)、63…カム角センサ、64…クランク角センサ、65…水温センサ、66…上流側空燃比センサ、67…下流側空燃比センサ、100…ECC(EGR制御部、燃料噴射制御部、エンジンコントロールコンピュータ)、KL…エンジン負荷(負荷率)、Ne…エンジン回転数(機関回転速度)、KL1…噴き分け許可負荷率(特定負荷率)、M1,M2,M3…マップ、M4…噴き分け条件マップ、R1…ポート噴射運転領域、R2…EGR非作動時噴き分け領域、R2´…EGR作動時噴き分け領域(EGR作動時ポート噴射許容領域)、R2a´…一部(EGR作動時ポート噴射許容領域の一部、EGR作動時噴き分け領域の一部)、R3…EGR非作動時筒内直接噴射領域、R4…選択噴射運転領域

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路と吸気通路を接続するEGR通路と、前記EGR通路を開閉するEGRバルブと、前記吸気通路内へのポート噴射を実行するポート噴射インジェクタと、前記内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射インジェクタと、を備えた内燃機関に装備される内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関の運転状態に応じて前記EGRバルブを開閉制御するEGR制御部と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記ポート噴射インジェクタおよび前記筒内直接噴射インジェクタのうち少なくとも1つのインジェクタを作動させ、前記ポート噴射および前記筒内直接噴射のうち少なくとも1つの燃料噴射を実行させる燃料噴射制御部と、を備え、
    前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関の運転範囲内に、前記EGRバルブの閉弁状態下で前記ポート噴射を停止させつつ前記筒内直接噴射を実行させるEGR非作動時筒内直接噴射領域を設定するとともに、前記EGR非作動時筒内直接噴射領域内に、前記EGRバルブの開弁状態下で少なくとも前記ポート噴射を実行させるEGR作動時ポート噴射許容領域の一部を設定していることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記EGR制御部は、前記内燃機関の運転範囲内に、前記EGRバルブを開弁させるEGR作動領域と前記EGRバルブを閉弁させるEGR非作動領域とをそれぞれ設定しており、
    前記燃料噴射制御部は、前記EGR作動時ポート噴射許容領域を、前記内燃機関の負荷率および機関回転速度のうち少なくとも一方が前記EGR作動領域より広範囲に及ぶように設定してい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. 前記燃料噴射制御部は、前記EGR作動時ポート噴射許容領域を、前記EGR作動領域を包含する運転領域として設定していることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記EGR作動時ポート噴射許容領域は、前記EGRバルブの開弁状態下で前記ポート噴射および前記筒内直接燃料噴射を実行させるEGR作動時噴き分け領域となっていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか1の請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記燃料噴射制御部は、前記EGR作動時噴き分け領域の一部における前記ポート噴射による燃料噴射量の下限値を予め設定した下限噴射量で制限することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関の運転範囲内に、前記EGR作動時噴き分け領域および前記EGR非作動時筒内直接噴射領域に加えて、前記EGRバルブの閉弁状態下で前記筒内直接噴射および前記ポート噴射を実行させるEGR非作動時噴き分け領域を設定し、
    前記EGR作動時噴き分け領域の一部が、前記EGR非作動時噴き分け領域側から前記EGR非作動時筒内直接噴射領域側に拡張するように設定されていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記EGR制御部は、前記筒内直接噴射および前記ポート噴射を実行させることが許容される前記内燃機関の特定負荷率を超える負荷運転範囲内に、前記EGR作動領域を設定していることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
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