JP2020070772A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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そして、特許文献1の燃料噴射制御装置は、希釈度合カウンタ値が所定値以上であることを条件に燃料希釈発生フラグをONに設定し、更に、燃料希釈発生フラグがONであることを条件に、吸気行程噴射の燃料噴射時期を進角側の時期に変更する。
また、排気中の粒子状物質PMは、ピストン頂面に付着した燃料が気化しきれない状態で蒸し焼き状態になって発生する。
このため、設計上の噴射タイミングによる燃料噴射では、オイル希釈及び粒子状物質PMの排出量を高い精度でかつ安定的に抑制することが難しいという問題があった。
図1は、本発明に係る燃料噴射制御装置を適用する、内燃機関の一態様を示す構成図である。
図1に示す内燃機関1は、車両用の火花点火ガソリン機関であり、機関本体1aに点火装置4、燃料噴射装置としての燃料噴射弁5を備える。
燃料噴射弁5は、各気筒にそれぞれ備えられ、各燃焼室10内(シリンダ内)に直接燃料を噴射する。
つまり、内燃機関1は、筒内直接噴射式機関である。
回転数検出装置6は、リングギア14の突起を検出することで、クランクシャフト17の所定回転角毎の回転角信号NEを出力する。
流量検出装置9は、電制スロットル8の上流側に配置され、内燃機関1の吸入空気流量QARに対応する信号を出力する。
空燃比検出器の一態様である空燃比センサ11は、排気浄化触媒装置12の上流側の排気通路3aに配置され、排気空燃比RABF(酸素濃度)に対応する信号を出力する。
図示省略した高圧燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を所定の高圧に昇圧して各燃料噴射弁5に供給する。
そして、ECU13は、取り込んだ信号に基づき燃料噴射弁5を制御する、燃料噴射制御装置の一態様である。更に、ECU13は、点火装置4、電制スロットル8にも操作量を出力し、点火装置4の点火時期やスロットルバルブ8aの開度を制御して、内燃機関1の運転を制御する。
また、ECU13は、データの演算処理を行うために、MPU(Microprocessor Unit)26、ROM(Read Only Memory)27、RAM(Random Access Memory)28、を含むマイクロコンピュータを備える。
アナログ入力回路20に入力された各種信号は、それぞれA/D変換回路21に供給されてデジタル信号に変換され、バス25上に出力される。
バス25には、MPU26、ROM27、RAM28、タイマ/カウンタ(TMR/CNT)29等が接続されている。そして、MPU26、ROM27、RAM28は、バス25を介してデータの授受を行う。
ROM27は、例えばデータの消去と書き換えが可能なEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)で構成され、ECU13を動作させるためのプログラム、設定データ及び初期値などを記憶する。
RAM28は、MPU26による演算結果や処理結果を一時的に記憶する作業領域として用いられる。
MPU26による演算結果や処理結果は、バス25上に出力された後、I/O回路24を介して出力回路23から点火装置4、燃料噴射弁5、電制スロットル8などに供給される。
ここで、ECU13は、燃料噴射量の演算において、吸入空気量に応じて基本燃料噴射量TPを演算し、また、空燃比センサ11が検出する実空燃比が目標空燃比に近づくように、基本燃料噴射量TPを補正するための空燃比補正係数KAFを実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて演算する、空燃比フィードバック制御を実施する。
そして、ECU13は、基本燃料噴射量TPを、空燃比補正係数KAF及び空燃比学習補正値LAFからなる空燃比補正量で補正して最終的な燃料噴射量TIを求める。
ECU13のROM27には、設計値(初期値)としての噴射タイミングが格納される。係る設計値(初期値)は、オイル希釈を抑制でき、かつ、粒子状物質PMの排出量を抑えることができる噴射タイミングに適合される。
したがって、オイル希釈を抑制でき、かつ、粒子状物質PMの排出量を抑えることができる噴射タイミングとは、ボア壁への燃料付着及びピストン頂面への燃料付着を共に抑えることができる噴射タイミングである。
ピストン頂面への燃料付着は、噴射タイミングが進角し、燃料噴射弁5の噴孔とピストン頂面との距離が近くなることで増大し、所定の噴射タイミングITAよりも進角することで急増する。
つまり、噴射タイミングを進角させることでオイル希釈を抑制できるが、噴射タイミングを進角し過ぎると、ピストン頂面への燃料付着が多くなって粒子状物質PMの排出量が増大する。
そこで、ECU13の開発設計段階で、粒子状物質PMの排出量を抑制できる範囲内で可及的に進角した噴射タイミングを実験やシミュレーションなどによって求め、係る噴射タイミングを設計値(初期値)としてメモリに格納させる。
このため、設計値(初期値)である噴射タイミングに基づいて燃料噴射弁5による燃料噴射を実施したときに、所期の粒子状物質PMの排出量よりも多くなったり、オイル希釈が過剰に進行したりする可能性がある。
ここで、オイル希釈の抑制と粒子状物質PMの排出量の抑制とを両立できる噴射タイミングとは、ボア壁への燃料付着及びピストン頂面への燃料付着を共に抑えられる噴射タイミングである。
したがって、噴射タイミングを変化させたときの空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の補正量の変化は、噴射タイミングによる燃料付着量の変化に相関し、燃料噴射量が可及的に少なくなる噴射タイミングがオイル希釈の抑制と粒子状物質PMの排出量の抑制とを両立できる噴射タイミングであると推定できる。
これにより、内燃機関1毎のばらつきや経時変化があっても、オイル希釈及び粒子状物質PMの排出量を高い精度でかつ安定的に抑制できる。
ECU13は、ステップS101で、空燃比学習補正値LAFの初回学習が終了しているか否かを判断する。なお、空燃比学習補正値LAFの初回学習が終了している状態とは、空燃比補正係数KAFによる補正量に基づき空燃比学習補正値LAFを更新した履歴が存在する状態である。
一方、空燃比学習補正値LAFの初回学習が終了している場合、ECU13は、ステップS102に進み、空燃比学習補正値LAFが初期値を含む所定範囲内であるか否かを判断する。
ECU13は、空燃比学習補正値LAFが前記所定範囲を逸脱していると判断すると、ステップS104以降に進んで、噴射タイミングの更新処理を実施する。
ECU13は、ステップS103で、走行距離カウンタの値に基づき更新処理の要否判断を行う。
ECU13は、更新後の走行距離が設定値を超えたときに、ステップS104以降に進んで、噴射タイミングの更新処理を実施する。
ECU13は、ステップS104で、車速が所定速度域内でかつスロットル開度が所定開度域内であって吸気行程噴射を実施する空燃比フィードバック制御域で、内燃機関1が定常運転されているか否かを判断する。
なお、ECU13は、空燃比フィードバック制御域内で内燃機関1が定常運転されているという条件に加えて、内燃機関1の暖機運転が完了していることや燃料噴射量の演算に用いる各種センサが正常であることなどを更新処理の実施条件として判断することができる。
噴射タイミングの更新処理では、最適な噴射タイミングを探索するために噴射タイミングを一時的に変化させるが、このときに発生する空燃比ずれに基づき空燃比学習補正値LAFを更新すると、更新処理完了後の空燃比の制御精度が悪化する可能性がある。
次いで、ECU13は、ステップS106で、現時点の噴射タイミングと、現時点での空燃比補正係数KAF(空燃比補正値)とを、噴射タイミングを一時的に変更する前の制御データ(基準データ)としてメモリに保存する。
そして、ECU13は、ステップS108で、ステップS107で遅角させた噴射タイミングで燃料噴射させた状態での空燃比補正係数KAF(n)と、メモリに保存してある遅角処理前の噴射タイミングで燃料噴射させた状態での空燃比補正係数KAF(n-1)とを比較する。
換言すれば、空燃比補正係数KAF(n)が空燃比補正係数KAF(n-1)よりも小さい場合は、噴射タイミングを遅角させたことで、ボア壁及びピストン頂面に付着する燃料が減ったことを示す。
そして、ECU13は、ステップS111で、ステップS109でメモリに保存した前回の噴射タイミングでの空燃比補正係数KAF(n-1)と、ステップS110で遅角させた現状の噴射タイミングでの空燃比補正係数KAF(n)とを比較する。
つまり、空燃比補正係数KAF(n)が空燃比補正係数KAF(n-1)よりも大きい場合は、前回までは噴射タイミングを遅角させることで目標空燃比の混合気を形成させるために必要な燃料噴射量が減っていたのに対し、今回の更なる遅角によって燃料噴射量が逆に増えたことになり、前回の噴射タイミングでの燃料噴射量が略極小値に相当することになる。
そして、燃料噴射量が極小値であることは、ボア壁及びピストン頂面に付着する燃料量が可及的に少なくなって、オイル希釈の抑制と粒子状物質PMの排出量の抑制とが両立することになる。
そして、ECU13は、メモリの噴射タイミングを新たに定めた噴射タイミングに更新し、以後は、更新した噴射タイミング(新たな噴射タイミング)に基づいて燃料噴射弁5による吸気行程噴射を行わせる。
このように、ECU13は、探索方向に向けて噴射タイミングを変化させていったときに燃料噴射量が減少変化から増大変化に切り替わる噴射タイミングに基づき、更新後の噴射タイミング(新たな噴射タイミング)を求める。
そして、一時的に遅角させた噴射タイミングが前記所定クランク角範囲内である場合、ECU13は、ステップS109−ステップS111の処理を繰り返し、噴射タイミングを更に遅角して燃料噴射量が極小値になる噴射タイミングを探索する。
ECU13は、ステップS114で、噴射タイミングを一時的に遅角させる前の設定値(ステップS106で保存させた噴射タイミング)に戻し、燃料噴射量が極小値になる噴射タイミングの探索を停止する。
この場合、ECU13は、逆に噴射タイミングを進角させれば、目標空燃比の混合気を形成させるために必要な燃料噴射量が減ると推定してステップS115以降に進む。
なお、ステップS115−ステップS120は、先に説明したステップS109−ステップS114と、噴射タイミングの探索方向(変更方向)が異なるだけで処理内容は実質的に同じであるので、詳細な説明を省略する。
図5の実線は、設計値(初期値)としての噴射タイミングの前後における空燃比補正係数KAFの変化を示す。
係る特性に対して、例えば、図5に点線で示すように、空燃比補正係数KAFが極小値になる噴射タイミングが遅角方向にずれた場合、設計値から噴射タイミングを遅角させることで、空燃比補正係数KAFは減少変化することになる。
そして、ECU13は、噴射タイミングの遅角に伴う空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)の減少変化を検知すると、更に、噴射タイミングを遅角させることで、空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)が減少変化から増大変化に切り替わる噴射タイミングを、空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)が極小値になる噴射タイミングとして求める。ここで、ECU13は、空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)が極小値になる噴射タイミングを新たな噴射タイミングとし、噴射タイミングを更新する。
このように、ECU13は、燃料噴射弁5における吸気行程噴射の噴射タイミングを、ピストン及びボア壁への燃料付着が少なくなるように更新するので、内燃機関1毎のばらつきや経時変化があっても、オイル希釈及び粒子状物質PMの排出量を高い精度でかつ安定的に抑制できる。
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、ECU13は、噴射タイミングを一時的に遅角若しくは進角方向に変化させていったときに空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)の変化方向が減少から増大に反転すると、噴射タイミングを逆方向に微小角度ずつ変化させていって、空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)が極小値になる噴射タイミングをより細かく探査することができる。
また、ECU13は、遅角限界値或いは進角限界値まで噴射タイミングを変更しても空燃比補正係数KAF(燃料噴射量)の変化方向が反転しなかった場合、許容レベルを超えるばらつきや経時変化の発生を運転者に通知することができる。
Claims (6)
- 内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出器とを備えた前記内燃機関に適用され、前記空燃比検出器が検出した空燃比に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射量を補正する燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の定常運転状態で前記燃料噴射装置による噴射タイミングを一時的に変更したときの燃料噴射量の変化に基づき、変更前よりも燃料噴射量が少なくなる噴射タイミングを新たな噴射タイミングとして求め、前記新たな噴射タイミングに基づき前記燃料噴射装置による燃料噴射を行わせる、
内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 変更前の噴射タイミングでの燃料噴射量と、変更前の噴射タイミングよりも進角又は遅角させた噴射タイミングでの燃料噴射量とを比較して、変更前の噴射タイミングよりも燃料噴射量が少なくなる噴射タイミングの変更方向を探索方向として求め、
前記探索方向に向けて噴射タイミングを変化させていったときに燃料噴射量が減少変化から増大変化に切り替わる噴射タイミングに基づき、新たな噴射タイミングを求める、
請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 所定のクランク角度範囲内で噴射タイミングを変更する、
請求項1又は請求項2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 噴射タイミングを一時的に変更する処理を実施していないことを条件に、前記空燃比検出器が検出した空燃比に基づく燃料噴射量の補正量を学習して、燃料噴射量を補正するための学習値を求める、
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記学習値が所定範囲を逸脱したときに、噴射タイミングを一時的に変更して新たな噴射タイミングを求める、
請求項4記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射装置は、前記内燃機関の筒内に燃料を直接噴射する装置であって、
前記噴射タイミングは、前記燃料噴射装置による吸気行程噴射での噴射タイミングである、
請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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