JP2018091267A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置により副燃焼室内への燃料噴射を複数回に分割して実行する場合において、燃料噴射装置におけるデポジットの発生を抑制でき、燃料噴射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。
【解決手段】内燃機関３の制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、副噴射弁温Ｔｉｎｊが所定値α以上のときに、副燃焼室３ｄへの燃料噴射を１燃焼サイクル中に２回に分割して実行するとともに、１回の燃料噴射を副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼後に実行するように、副燃料噴射弁７を制御する（ステップ９〜１１）。
【選択図】図４

Description

本発明は、互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室が気筒ごとに設けられ、燃料噴射装置による副燃焼室への燃料噴射によって混合気が副燃焼室内に生成される内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。同文献の図１に示す内燃機関の場合、互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室が気筒ごとに設けられており、主燃焼室には吸気ポートから主燃料としてのガソリンが供給される。また、噴射弁が副燃焼室に臨むように設けられており、この噴射弁によって、着火反応促進要素の燃料（ガソリンなど）が副燃焼室に噴射され、これが点火プラグによって着火されることにより、燃焼生成物が連結孔を介して主燃焼室内に流入する。それにより、主燃焼室内の主燃料が自己着火する。

また、この制御装置の場合、同文献の図９（Ａ），（Ｂ）に示す例では、着火反応促進要素の燃料を、吸気行程から圧縮行程の間で１回、噴射するように、噴射弁が制御される。さらに、同文献の図９（Ｃ）に示す例では、着火反応促進要素の燃料を、吸気行程から圧縮行程の間で複数回に分割して噴射するように、噴射弁が制御される。

特開２００３−２８６８４８号公報

上記特許文献１の制御装置によれば、噴射弁が副燃焼室内に臨むように設けられているので、着火反応促進要素の燃料が副燃焼室内で燃焼する際、噴射弁の受熱量が増大し、それに起因して、噴射動作が繰り返されるのに伴い、噴射弁におけるデポジットの発生量が増大してしまう。その場合には、噴射量が減少し、燃料噴射の制御精度が低下してしまうことによって、空燃比のずれや燃焼変動が生じ、商品性が低下してしまう。特に、同文献の図９（Ｃ）に示す例のように、着火反応促進要素の燃料を複数回に分割して噴射する場合には、１回分の燃料噴射量が少なくなり、１回分の燃料噴射による噴射弁の放熱量が低下することで、上記の問題がより顕著になってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃料噴射装置により副燃焼室内への燃料噴射を複数回に分割して実行する場合において、燃料噴射装置におけるデポジットの発生を抑制でき、燃料噴射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を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、互いに連通する主燃焼室３ｃ及び副燃焼室３ｄと、副燃焼室３ｄへの燃料噴射によって混合気を副燃焼室３ｄ内に生成する燃料噴射装置（副燃料噴射弁７）とが気筒３ａごとに設けられた内燃機関３の制御装置１であって、副燃焼室３ｄへの燃料噴射を１燃焼サイクル中に複数回に分割して実行するとともに、複数回の燃料噴射のうちの１回以上を副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼後に実行するように、燃料噴射装置（副燃料噴射弁７）を制御する燃料噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１０，１１）を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、副燃焼室内への燃料噴射を１燃焼サイクル中に複数回に分割して実行するとともに、複数回の燃料噴射のうちの１回以上を副燃焼室内の混合気の燃焼後に実行するように、燃料噴射装置が制御されるので、この副燃焼室内の混合気の燃焼後における１回以上の燃料噴射によって、燃料噴射装置の温度を低下させることができ、燃料噴射装置におけるデポジットの発生を抑制することができる。それにより、燃料噴射の制御精度を向上させることができ、商品性を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、燃料噴射装置（副燃料噴射弁７）の温度である装置温度（副噴射弁温Ｔｉｎｊ）を取得する装置温度取得手段（副噴射弁温センサ２１）をさらに備え、燃料噴射制御手段は、装置温度（副噴射弁温Ｔｉｎｊ）が所定値α以上のときに、副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼後における１回以上の燃料噴射を実行するように、燃料噴射装置（副燃料噴射弁７）を制御する（ステップ９〜１１）ことを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、装置温度が所定値以上のときに、副燃焼室内の混合気の燃焼後における１回以上の燃料噴射を実行するように、燃料噴射装置が制御されるので、この所定値を適切に設定することによって、燃料噴射装置におけるデポジットの発生を確実に抑制することができる。それにより、燃料噴射の制御精度をさらに向上させることができ、商品性をさらに向上させることができる（なお、本明細書における「装置温度の取得」の「取得」は、センサなどにより装置温度を直接検出することに限らず、装置温度を他のパラメータに基づいて算出／推定することを含む）。

本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 内燃機関の副燃焼室周辺の概略的な構成を示す図１の部分拡大図である。 エンジン制御処理を示すフローチャートである。 エンジン制御処理を実行したときの副燃焼室内のガス温度などの推移を示すタイミングチャートである。 副燃焼室内の混合気の燃焼終了タイミングから燃焼後噴射の実行タイミングまでのクランク角と副燃料噴射弁の温度との関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の制御装置１は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態を制御するものであり、ＥＣＵ２を備えている。このＥＣＵ２によって、後述するエンジン制御処理などが実行される。

このエンジン３は、ガソリンを燃料とするものであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。エンジン３は、複数組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する多気筒タイプのものであり、吸気弁及び排気弁（いずれも図示せず）が気筒３ａごとに設けられている。エンジン３の運転中、吸気弁及び排気弁によって、気筒３ａ内への吸気動作と気筒３ａからの排気動作がそれぞれ実行される。

エンジン３の吸気通路４には、上流側から順に、スロットル弁機構５及び主燃料噴射弁６が設けられている。スロットル弁機構５は、スロットル弁５ａ及びこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ５ｂなどを備えている。スロットル弁５ａは、吸気通路４の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁５ａを通過する空気の流量を変化させる。

また、ＴＨアクチュエータ５ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２によって制御されることにより、スロットル弁５ａの開度を変化させる。それにより、吸気行程中、気筒３ａ内に吸入される空気量が変更される。

一方、主燃料噴射弁６は、吸気通路４の吸気マニホールドに気筒３ａごとに設けられており、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２によって制御されることにより、燃料を吸気マニホールド内に噴射する。この主燃料噴射弁６から噴射された燃料は、吸気行程中の吸気弁の開弁に伴って、主燃焼室３ｃ内に吸入され、混合気を生成する。

さらに、エンジン３の各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッドとの間には、主燃焼室３ｃ及び副燃焼室３ｄが形成されている。図１及び図２に示すように、副燃焼室３ｄは、主燃焼室３ｃの上側に設けられており、その上側には、副燃料噴射弁７及び点火プラグ８が配置されている。

副燃料噴射弁７（燃料噴射装置）は、その先端部の噴射口が副燃焼室３ｄ内に臨むように設けられており、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２によって制御されることにより、燃料を副燃焼室３ｄ内に噴射する。それにより、混合気が副燃焼室３ｄ内に生成される。

また、点火プラグ８は、その先端部の電極が副燃焼室３ｄ内に臨むように設けられており、燃焼行程中、ＥＣＵ２によって制御されることにより放電し、副燃焼室３ｄ内の混合気を点火する。

さらに、副燃焼室３ｄの底壁部３ｅには、複数の連通孔３ｆが形成されており、これらの連通孔３ｆを介して、副燃焼室３ｄと主燃焼室３ｃは互いに連通している。それにより、上記のように、燃焼行程中、点火プラグ８によって副燃焼室３ｄ内の混合気が点火された際、点火された混合気は、火種として連通孔３ｆを介して主燃焼室３ｃ内に流入し、主燃焼室３ｃ内の混合気を燃焼させる。

このエンジン３の場合、通常時は、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値になるように制御され、リーンバーン運転されるとともに、高回転・高負荷域での運転中は、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比が理論空燃比になるように制御され、ストイキ運転される。この場合、気筒３ａ内の混合気全体の空燃比とは、気筒３ａ内における総吸入空気量と、主燃料噴射弁６による燃料噴射量及び副燃料噴射弁７による燃料噴射量の総和との比を意味する。

一方、排気通路９には、触媒装置１０が設けられている。この触媒装置１０は、ＮＯｘ浄化触媒と三元触媒を組み合わせたものであり、ＮＯｘ浄化触媒は、排ガス中のＮＯｘを酸化雰囲気下で捕捉するとともに、捕捉したＮＯｘを還元雰囲気下で還元する。また、三元触媒は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣ及びＣＯなどを酸化しかつＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。

また、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２０、副噴射弁温センサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。

このクランク角センサ２０は、マグネットロータ及びＭＲＥピックアップで構成されており、図示しないクランクシャフトの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば３０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。

また、副噴射弁温センサ２１は、副燃料噴射弁７の温度（以下「副噴射弁温」という）Ｔｉｎｊを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、副噴射弁温センサ２１が装置温度取得手段に相当し、副噴射弁温Ｔｉｎｊが装置温度に相当する。

さらに、アクセル開度センサ２２は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２（燃料噴射制御手段）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２２の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別し、その運転状態に応じて、以下に述べるように、エンジン制御処理などを実行する。

次に、図３を参照しながら、エンジン制御処理について説明する。このエンジン制御処理は、２つの燃料噴射弁６，７の燃料噴射量及び噴射時期と、点火プラグ８の点火時期を算出するものであり、ＥＣＵ２によって、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。なお、以下の説明では、副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼後に副燃料噴射弁７から副燃焼室３ｄ内に燃料を噴射する動作を「燃焼後噴射」という。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、要求トルクＴＲＱを算出する。この要求トルクＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。

次いで、ステップ２に進み、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、主噴射量ＱＩＮＪ１を算出する。この主噴射量ＱＩＮＪ１は、主燃料噴射弁６による燃料噴射量に相当する。

次に、ステップ３で、主噴射量ＱＩＮＪ１及びエンジン回転数ＮＥに応じて、主噴射時期φＩＮＪ１を算出する。この主噴射時期φＩＮＪ１は、主燃料噴射弁６による主噴射量ＱＩＮＪ１の噴射終了タイミングであり、吸気行程中のタイミングに設定される。以上のように、主噴射量ＱＩＮＪ１及び主噴射時期φＩＮＪ１が算出されると、図示しない制御処理において、これらの値に基づき、主燃料噴射弁６による燃料噴射が実行され（図４（ａ）参照）、それにより、混合気が主燃焼室３ｃ内に生成される。

ステップ３に続くステップ４で、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、副噴射量ＱＩＮＪ２を算出する。この副噴射量ＱＩＮＪ２は、副燃料噴射弁７による燃料噴射量に相当する。

次いで、ステップ５に進み、副噴射量ＱＩＮＪ２及びエンジン回転数ＮＥに応じて、副噴射時期φＩＮＪ２を算出する。この副噴射時期φＩＮＪ２は、副燃料噴射弁７による副噴射量ＱＩＮＪ２の噴射終了タイミングであり、圧縮行程中のタイミングに設定される。以上のように、副噴射量ＱＩＮＪ２及び副噴射時期φＩＮＪ２が算出されると、図示しない制御処理において、これらの値に基づき、副燃料噴射弁７による燃料噴射が実行され（図４（ｂ）参照）、それにより、混合気が副燃焼室３ｄ内に生成される。

次に、ステップ６で、以下に述べるように、点火時期ＩＧを算出する。まず、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、図示しないマップを検索することにより、点火時期のマップ値ＩＧｍａｐを算出する。次いで、エンジン水温などの各種のパラメータに応じて、総補正項ＩＧｃｏｒを算出し、これをマップ値ＩＧｍａｐに加算することにより、点火時期ＩＧを算出する。このように点火時期ＩＧが算出されると、図示しない制御処理において、点火プラグ８により、この点火時期ＩＧで副燃焼室３ｄ内の混合気への点火が実行される（図４（ｃ）参照）。

ステップ６に続くステップ７で、副噴射弁温のしきい値Ｔｒｅｆを算出する。このしきい値Ｔｒｅｆは、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱなどの各種の運転状態パラメータに応じて算出される。

次いで、ステップ８に進み、下式（１）により、温度偏差ＤＴを算出する。
ＤＴ＝Ｔｉｎｊ−Ｔｒｅｆ …… （１）

次に、ステップ９で、温度偏差ＤＴが所定値α以上であるか否かを判別する。この所定値αは正値に設定されている。この判別結果がＹＥＳのときには、副噴射弁温Ｔｉｎｊを低下させる必要があると判定して、ステップ１０に進み、燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒを算出する。この燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒは、副噴射弁温Ｔｉｎｊを低下させるために、燃焼後噴射時に副燃料噴射弁７から噴射される燃料量であり、具体的には、温度偏差ＤＴ、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱなどに応じて算出される。

次いで、ステップ１１に進み、燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒ、エンジン回転数ＮＥ及び総補正項ＩＧｃｏｒなどに応じて、燃焼後噴射時期φａｆｔｅｒを算出する。この燃焼後噴射時期φａｆｔｅｒは、副燃料噴射弁７による燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒの噴射終了タイミングであり、副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼後における、膨張行程から吸気行程の開始前までの間の最適なタイミングに設定される。以上のように、燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒ及び燃焼後噴射時期φａｆｔｅｒが算出されると、図示しない制御処理において、これらの値に基づき、副燃料噴射弁７により、燃焼後噴射が実行される（図４（ｂ）参照）。この燃焼後噴射による副燃料噴射弁７の温度上昇の抑制効果については後述する。

以上のように、ステップ１１で、燃焼後噴射時期φａｆｔｅｒを算出した後、本処理を終了する。

一方、前述したステップ９の判別結果がＮＯで、ＤＴ＜αが成立しているときには、副噴射弁温Ｔｉｎｊを低下させる必要がないと判定して、ステップ１２に進み、燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒを値０に設定した後、本処理を終了する。それにより、燃焼後噴射が中止される。

次に、図４を参照しながら、以上のエンジン制御処理における燃焼後噴射を実行したときの副噴射弁温Ｔｉｎｊの温度上昇の抑制効果について説明する。同図４（ｅ）に示す副燃焼室３ｄ内のガス温度において、実線で示すデータは、ＤＴ≧αが成立し、前述した燃焼後噴射を実行したときのものであり、破線で示すデータは、比較のために、ＤＴ≧αが成立しているにもかかわらず、燃焼後噴射を中止したときのものである。

同図４（ｅ）に破線で示すように、燃焼後噴射を中止した場合には、燃焼行程中、ガス温度がほとんど低下しない状態となり、副燃料噴射弁７における燃焼ガスからの受熱量が増大することになる。これに対して、同図４（ｅ）に実線で示すように、燃焼後噴射を実行した場合には、燃焼行程の開始直後のタイミングでの、副燃料噴射弁７による燃料噴射に伴って、副燃焼室３ｄ内のガス温度が急低下することになる。それにより、燃焼後噴射を実行した場合、中止した場合と比べて、副燃料噴射弁７における燃焼ガスからの受熱量を効果的に低減することができ、副燃料噴射弁７の温度上昇を効果的に抑制できることになる。また、燃焼後噴射を実行することにより、燃料が副燃料噴射弁７内を通過することで、その分、副燃料噴射弁７の温度上昇を抑制できることになる。

また、燃焼後噴射制御処理を実行する場合、副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼終了タイミングから燃焼後噴射の実行タイミングまでのクランク角ＣＡａｆｔｅｒと、副噴射弁温Ｔｉｎｊとの関係は、図５に示すものとなる。すなわち、クランク角ＣＡａｆｔｅｒが小さいほど、燃焼ガス温度をより迅速に低下させることができることで、副噴射弁温Ｔｉｎｊを抑制できることになる。同じ理由により、燃焼後噴射量Ｑａｆｔｅｒが多いほど、燃焼ガス温度をより早く低下させることができることで、副噴射弁温Ｔｉｎｊを抑制できることになる。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、副燃料噴射弁７による燃料噴射が圧縮行程中に１回実行される。さらに、温度偏差ＤＴが所定値α以上のとき、すなわち副噴射弁温Ｔｉｎｊがしきい値Ｔｒｅｆよりも所定値α以上高いときには、燃焼後噴射が１回実行される。この燃焼後噴射は、副燃焼室３ｄ内の混合気の燃焼後に実行されるので、副燃焼室３ｄ内のガス温度を効果的に低下させることができ、副燃料噴射弁７における燃焼ガスからの受熱量を効果的に低減することができる。これに加えて、燃焼後噴射を実行した際、燃料が副燃料噴射弁７内を通過するので、その際の熱交換によって、副燃料噴射弁７の温度を低下させることができる。以上により、副燃料噴射弁７の温度を効果的に低下させることができ、副燃料噴射弁７におけるデポジットの発生を抑制することができる。それにより、燃料噴射の制御精度を向上させることができ、商品性を向上させることができる。

なお、実施形態は、燃料噴射装置として、副燃料噴射弁７を用いた例であるが、本発明の燃料噴射装置はこれに限らず、副燃焼室３ｄ内に燃料を噴射できるものであればよい。

また、実施形態は、副燃料噴射弁７による燃焼後噴射を１回のみ実行した例であるが、燃焼後噴射を２回以上に分割して実行してもよい。さらに、実施形態は、副燃料噴射弁７による、燃焼後噴射以外の通常の燃料噴射を１回のみ実行した例であるが、通常の燃料噴射を２回以上に分割して実行してもよい。

一方、実施形態は、装置温度取得手段として、副噴射弁温センサ２１を用いた例であるが、本発明の装置温度取得手段はこれに限らず、燃料噴射装置の温度を取得できるものであればよい。例えば、ＥＣＵ２において、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＴＲＱ及び吸気温度などの各種のパラメータに応じて、装置温度を推定／算出するように構成してもよい。

また、実施形態は、本発明の制御装置を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
３ｃ 主燃焼室
３ｄ 副燃焼室
７ 副燃料噴射弁（燃料噴射装置）
２１ 副噴射弁温センサ（装置温度取得手段）
Ｔｉｎｊ 副噴射弁温（装置温度）
α 所定値

Claims (2)

1. 互いに連通する主燃焼室及び副燃焼室と、当該副燃焼室への燃料噴射によって混合気を当該副燃焼室内に生成する燃料噴射装置とが気筒ごとに設けられた内燃機関の制御装置であって、
   前記副燃焼室への燃料噴射を１燃焼サイクル中に複数回に分割して実行するとともに、当該複数回の燃料噴射のうちの１回以上を前記副燃焼室内の混合気の燃焼後に実行するように、前記燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射装置の温度である装置温度を取得する装置温度取得手段をさらに備え、
   前記燃料噴射制御手段は、当該装置温度が所定値以上のときに、前記副燃焼室内の混合気の燃焼後における前記１回以上の燃料噴射を実行するように、前記燃料噴射装置を制御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。

Images