JP2021169802A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Description
ここで、内燃機関のばらつき(機差ばらつき)を最小限に考慮すれば、機関運転領域毎の目標分割回数を多く設定できるが、目標分割回数を切り換える境界付近の運転領域で、目標分割回数で噴射できない内燃機関が発生する可能性がある。
一方、内燃機関のばらつきを大きめに考慮して機関運転領域毎の目標分割回数を比較的少なく設定すれば、目標分割回数で分割噴射できなくなる内燃機関が発生することを抑止できるが、目標分割回数が少なくなるため、分割噴射による排気性状の改善などの効果が目減りするという問題があった。
図1は、車両用の内燃機関の一態様を示す構成図である。
制御装置109は、マイクロプロセッサ、書き換え可能な不揮発性メモリなどを含むマイクロコンピュータ109aを備えた電子制御装置である。
また、内燃機関101は、燃料噴射弁105に供給される燃料の圧力を、機関運転条件に応じた目標圧力に調整する可変燃圧装置129を備え、可変燃圧装置129は、電動式の低圧燃料ポンプ124と、機関駆動式の高圧燃料ポンプ125とを有する。
一方、高圧燃料ポンプ125は、低圧燃料ポンプ124から供給された燃料を昇圧し、昇圧した燃料を燃料噴射弁105に高圧燃料配管128を介して送る。
制御装置109は、高圧燃料ポンプ125の吐出量を調整して燃料噴射弁105に供給される燃料の圧力を、機関運転条件に応じた目標燃圧(目標値)に制御する。
そして、制御装置109は、燃圧センサ126が検出した燃圧FPと機関運転条件に応じて設定した目標燃圧FPtgとの偏差ΔFPを演算し、高圧燃料ポンプ125の吐出量を調整する電磁調量弁の操作量を偏差ΔFPに基づき設定することで、燃圧センサ126が検出する燃圧FPを目標燃圧FPtgに近づける。
燃料噴射弁105は、制御装置109が出力する噴射パルス信号を受け、噴射パルス信号のパルス幅(燃料噴射パルス幅)に比例する量の燃料を燃焼室121内に噴射する。
また、制御装置109は、補正後噴射パルス幅の噴射を1燃焼サイクル中に複数回に分けて実施する分割噴射における分割回数(分割回数≧1)を設定し、燃料噴射弁105による分割噴射を制御する。
つまり、制御装置109は、燃料噴射弁105による燃料噴射を複数回に分けて行わせる分割噴射を制御する分割噴射制御部としての機能をソフトウェアとして備える。
制御装置109は、点火コイル107の通電を制御することで、点火プラグ106による火花の発生を制御する。
排気管111には、排気ガスを浄化するための3元触媒を収容した触媒コンバータ112が備えられている。
上記の各種センサとして、前述した燃圧センサ126の他、内燃機関101の冷却水温度TWを検出する水温センサ108、内燃機関101のクランク軸の回転角度を計測するクランク角センサ116、内燃機関101の吸入空気流量QAを計測する空気流量計120、触媒コンバータ112の上流における排気ガスの酸素濃度に基づき空燃比を検出する空燃比センサ113、車両の運転者が操作するアクセルの開度ACCを検出するアクセル開度センサ122などが設けられている。
また、制御装置109は、クランク角センサ116が検出したクランク軸の回転角度に基づき機関回転速度NEを演算し、水温センサ108が検出した冷却水温度TWに基づき内燃機関101が暖機中であるか否かの判定などを行う。
また、制御装置109は、機関負荷や機関回転速度NEなどの機関運転条件に基づき点火時期を算出し、算出した点火時期に基づき点火コイル107に点火制御信号を出力することで、点火プラグ106の点火時期を制御する。
また、制御装置109は、補正後噴射パルス幅TIAの噴射を複数回に分けて行わせる分割噴射(多段噴射)における分割回数Mを設定し、分割回数Mに基づき分割噴射を制御する。
図2−図3は、分割回数Mの設定手順を示すフローチャートである。
次いで、制御装置109は、ステップS502で、燃圧のレベル毎に最小パルス幅TIminを更新可能に記憶するテーブルから、現時点の目標燃圧FPtg(若しくは実燃圧FP)に対応して記憶されている最小パルス幅TIminを検索する。
最小パルス幅TIminは、噴射量ばらつきを許容範囲内に制限できる噴射パルス幅の下限値であり、制御装置109は、内蔵する書き換え可能な不揮発性メモリ上に、最小パルス幅TIminのテーブルを備える。
最小パルス幅TIminのテーブルは、目標燃圧FPtgの可変範囲を複数領域に分け、各燃圧領域毎に予め最小パルス幅TIminの初期値を記憶する。
なお、後述するように、制御装置109は、最小パルス幅TIminのテーブルについて、燃圧領域毎の最小パルス幅TIminを更新する機能(最小パルス幅更新部としての機能)を備える。
目標分割回数Mtgは機関負荷が高くなるほど多い回数に設定され、かつ、機関回転速度NEが高くなるほど多い回数に設定される。
なお、機関負荷を標準噴射パルス幅TIで代表させることができ、また、制御装置109は、目標分割回数Mtgのマップを、内蔵する不揮発性メモリ上に備える。
分割比率DR=(TImin×M)/TIA…(1)
分割噴射における1噴射の燃料噴射パルス幅が最小パルス幅TImin以上であれば、分割比率DRは1.0以下になり、分割噴射における1噴射の燃料噴射パルス幅が最小パルス幅TIminを下回るときは、分割比率DRは1.0を超えることになる。
判定値THdrは、例えば1.0に設定され、判定値THdr=1.0のとき、制御装置109は、ステップS505で、補正後噴射パルス幅TIAを分割回数Mに分割したときに、1噴射当たりの噴射パルス幅が最小パルス幅TImin以上になるか否かを判定することになる。
なお、制御装置109は、判定値THdrを1.0未満の値に設定して、1噴射の燃料噴射パルス幅を最小パルス幅TIminよりも長く制限することもできる。
一方、分割比率DRが判定値THdrを超えているとき、制御装置109は、分割回数Mにしたがって分割噴射した場合、分割比率DRを求めたときの分割回数Mの設定では、1噴射当たりの燃料噴射パルス幅が最小パルス幅TIminを下回ると判断して、ステップS506に進む。
そして、制御装置109は、ステップS506からステップS504に戻り、ステップS506で減らした分割回数Mに基づき分割比率DRを再度算出し、次のステップS505で、分割比率DRが判定値THdr以下であるか否かを判断する。
そして、分割比率DRが判定値THdr以下となる分割回数Mが求まると、制御装置109は、ステップS507(分割噴射制御部)に進み、燃料噴射弁105による分割噴射を実施する。
これにより、総量として、補正後噴射パルス幅TIAで噴射させたときと同量の燃料が、1燃焼サイクル中に燃料噴射弁105から噴射されることになる。
また、制御装置109は、分割回数設定部が設定した分割回数Mと目標分割回数Mtgとの乖離が発生した頻度に基づき最小パルス幅TIminを変更する最小パルス幅変更部としての機能を有し、係る機能を以下で詳細に説明する。
なお、ステップS508及びステップS509は、制御装置109の最小パルス幅変更部としての機能の一部であるため、後で詳細に説明する。
次いで、制御装置109は、ステップS602で、燃圧FPが目標燃圧FPtgの近傍であるか否かを判別することで、最小パルス幅TIminの更新処理の実施条件である、内燃機関101の定常運転状態であるか否かを判断する。
上記の蒸発燃料処理装置は、燃料タンク123内で発生した蒸発燃料をチャコールキャニスタに吸着捕集し、内燃機関101の運転中に前記チャコールキャニスタから蒸発燃料をパージさせて内燃機関101の吸気通路内に導入させ、燃焼室121内で燃焼処理する装置である。
一方、制御装置109は、ステップS602で、最小パルス幅TIminの更新処理の実施条件が成立していないと判断すると、ステップS601に戻り、燃圧FPや目標燃圧FPtgなどの情報を更新する。
つまり、制御装置109は、分割比率DRに基づき設定した分割回数Mと、目標分割回数Mtgとの乖離が発生した頻度を、ステップS603で求める。
そして、制御装置109は、ステップS506で分割回数Mを目標分割回数Mtgから減らす処理を実施すると、ステップS603で、そのときの機関負荷及び機関回転速度NEの条件に対応するマップ上の領域に記憶されている回数NSを読み出し、読み出した回数NSを1だけカウントアップした結果をマップの該当領域に上書きして、目標分割回数Mtgを下回る分割回数Mを設定した回数NSを領域毎に計数する。
なお、制御装置109は、機関負荷や機関回転速度NEなどの機関運転条件に応じて前記判定値THnを記憶したマップを不揮発性メモリ上に備え、係るマップからそのときの機関運転条件に基づき検索した判定値THnを、ステップS604で用いる。
一方、回数NSが判定値以上になっている場合、つまり、目標分割回数Mtgでの分割噴射が略行えない状態になっている場合、制御装置109は、ステップS605に進む。
TImin-new=TImin×1/DR…(2)
なお、式(2)における分割比率DRは、ステップS506の減算処理前の分割回数Mに基づき算出された値、つまり、判定値THdrを超えていると判定された分割比率DRである。
したがって、制御装置109は、最小パルス幅TIminを短く変更することで、分割回数Mを減らす処理が実施され難くする。
したがって、この最小パルス幅TImin-newを適用すれば、目標分割回数Mtgでの分割比率DRは1.0となり、判定値THdr(THdr=1.0)以下となって、目標分割回数Mtgを減らす処理は実施されないことになる。
そこで、制御装置109は、ステップS606以降で、ステップS605で求めた最小パルス幅TImin-newをそのまま適用できるか否かの検証を行う。
これにより、制御装置109は、ステップS507で、目標分割回数Mtgでの分割噴射を実施することになる。
そして、最小パルス幅TImin-newに基づく分割噴射ではなく、確定されている最小パルス幅TIminに基づく分割噴射である場合、制御装置109は、ステップS509に進み、燃焼状態の検出を行なわずに分割噴射を実施する。
つまり、最小パルス幅TImin-newが過小である場合、換言すれば、分割噴射における1噴射の燃料噴射パルス幅を過剰に短く設定した場合、燃料噴射弁105の噴射量ばらつきが大きくなって燃焼状態が所定レベルを超えて悪化することになる。
制御装置109は、ステップS607で、燃焼状態の検出処理として、クランク角速度の変化、筒内圧の積算値、筒内圧のピーク値などの燃焼状態に応じて変化する物理量を検出する。
これによって、クランク角速度の変化が大きくなり、また、筒内圧の積算値、筒内圧のピーク値が低下するなど、燃焼状態の悪化が生じる。
なお、制御装置109は、クランク角センサ116の出力に基づきクランク角速度の変化を検出することができ、内燃機関101が筒内圧を検出するセンサを備える場合、筒内圧の積算値、及び/又は、筒内圧のピーク値を検出することができる。
なお、制御装置109は、燃焼状態を表す物理量の判定値を機関負荷や機関回転速度NEなどの機関運転条件に応じて記憶したマップを不揮発性メモリ上に備え、係るマップからそのときの機関運転条件に基づき検索した判定値を、ステップS608で用いる。
この場合、最小パルス幅TImin-newを増やすことで、燃焼状態の悪化を抑制することが可能である。
つまり、制御装置109は、目標分割回数Mtgを下回る分割回数Mを設定したときに、燃焼状態が所定レベルを超えて悪化しない範囲内で最小パルス幅TIminをより短く変更する。
TImin-new=TImin×1/DR×K…(3)
そして、上記の式(3)で演算される最小パルス幅TImin-newは、前記式(2)で演算される最小パルス幅TImin-newに係数Kを乗算した結果であり、式(3)で演算される最小パルス幅TImin-newは、式(2)で演算される最小パルス幅TImin-newよりも長い時間になる。
その後、制御装置109は、ステップS606−ステップS608の処理を再度実施することで、ステップS609で更新した最小パルス幅TImin-newに基づき分割回数Mを設定したときに、燃焼状態が悪化するか否かを検証する。
制御装置109は、ステップS610で、燃圧のレベル毎に最小パルス幅TIminを更新可能に記憶するテーブルにおいて、そのときの燃圧に応じた最小パルス幅TIminのみを最小パルス幅TImin-newに書き換え、最小パルス幅TIminの更新を燃圧のレベル毎に個別に実施することができる。
以下では、図4の最小パルス幅TIminのテーブルを参照しつつ、燃圧毎の最小パルス幅TIminを一律に変更する処理を説明する。
図4は、燃圧が12MPaであるときの最小パルス幅TIminの初期値は500μsであり、制御装置109が、図2−図3のフローチャートに示した処理を実施することで、燃圧が12MPaであるときの最小パルス幅TIminを500μsから470μsに書き換える場合を示す。
ここで、制御装置109は、12MPa以外の燃圧(燃圧=0.3−10、14−24[MPa])に対応して記憶されている最小パルス幅TIminについても、一律に初期値の94%に書き換える処理を実施する。
また、図4の例では、燃圧が16MPaから24MPaの範囲内での最小パルス幅TIminの初期値は全て540μsであり、制御装置109は、燃圧が12MPaであるときの最小パルス幅TIminの変更比率と同じ変更比率になるように、燃圧が16MPaから24MPaの範囲内での最小パルス幅TIminを一律に507μs(0.94≒507/540)に書き換える。
係る構成とした場合、運転機会が少ない燃圧に対応する最小パルス幅TIminについても、早期に適切な更新を実施することができ、燃圧条件が変わっても、燃焼状態の悪化を抑止しつつ可及的に多い分割回数Mでの分割噴射を実施させることができる。
内燃機関101のばらつき(機差ばらつき)を大きめに考慮して機関運転領域毎の目標分割回数Mtgを比較的少なく設定すれば、目標分割回数Mtgで分割噴射できなくなる内燃機関101が発生することを抑止できるが、目標分割回数Mtgが少ないことから、分割噴射による排気性状の改善効果が目減りする。
これに対し、制御装置109は、分割回数Mを目標分割回数Mtgから減らした頻度(回数NS)が所定以上になったときに最小パルス幅TIminを減らすので、目標分割回数Mtgを可及的に多く設定しつつ、目標分割回数Mtgで分割噴射できなくなる内燃機関101が発生することを抑止できる。
更に、制御装置109は、燃焼状態の悪化を抑制できる範囲内で最小パルス幅TIminを減らすので、燃焼状態を悪化させない範囲内で可及的に多い分割回数Mを設定できる。
内燃機関101のアイドリング状態においては、噴射量のばらつきによって燃焼状態が悪化し易く、内燃機関101のアイドリング状態で最小パルス幅TIminを適用したときに燃焼状態が悪化しなかった場合、制御装置109は、アイドリング状態以外の機関負荷及び機関回転速度がより高い運転領域でも燃焼状態の悪化は発生しないと推定できる。
制御装置109は、ステップS701−ステップS707において、図2のフローチャートのステップS501−ステップS507と同様な処理を実施するので、ステップS701−ステップS707の各ステップにおける処理内容の詳細な説明は省略する。
更に、制御装置109は、ステップS801−ステップS805において、図3のフローチャートのステップS601−605と同様な処理を実施するので、ステップS801−ステップS805の各ステップにおける処理内容の詳細な説明は省略する。
なお、アイドリング状態を含む低負荷、低回転速度の領域は、目標分割回数Mtgが1回に設定され、実質的に分割噴射が行われない運転条件である。
制御装置109は、ステップS807で、内燃機関101のアイドリング状態での噴射パルス幅を最小パルス幅TImin-newに設定する。
次に、制御装置109は、アイドリング状態の目標燃圧を徐々に上げ、アイドリング状態の噴射パルス幅が最小パルス幅TImin-new近傍になるように制御する。
そして、制御装置109は、次のステップS809で、ステップS808で検出した、燃焼状態に相関する物理量と、判定値とを比較することで、燃焼状態が所定レベルを超えて悪化しているか否かを判断する。
制御装置109は、ステップS810で最小パルス幅TImin-newを更新すると、ステップS806に戻る。
ここで、制御装置109は、ステップS809で、例えばクランク角速度の変化が判定値以下で、燃焼状態が良好な範囲内であると判断すると、ステップS811に進み、ステップS610と同様に、最小パルス幅TImin-newを分割回数Mの設定に用いる最小パルス幅TIminとして更新記憶させることで、最小パルス幅TImin-newの採用を確定させる。
最小パルス幅TImin-newを適用することで燃焼状態が悪化するか否かを内燃機関101のアイドリング状態で判断するようにすれば、最小パルス幅TImin-newを最終的に採用できるか否かを判断するための演算処理の頻度を確保することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
また、制御装置109は、目標分割回数Mtgを下回る分割回数Mを設定したときに、目標分割回数Mtgを実現できる最小パルス幅TImin-newを設定し、この最小パルス幅TImin-newを採用したときに燃焼状態が悪化すれば、最小パルス幅TImin-newを増大させるが、係る処理に代えて、最小パルス幅TImin-newを初期値から徐々に短くしていって、燃焼状態の悪化が発生したときの最小パルス幅TImin-newに基づき最小パルス幅TIminを更新することができる。
Claims (6)
- 内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関が備える燃料噴射弁による燃料噴射を複数回に分けて行わせる分割噴射を制御する分割噴射制御部と、
前記分割噴射における1噴射の燃料噴射パルス幅が最小パルス幅を下回らないように、前記分割噴射における分割回数を設定する分割回数設定部と、
前記分割回数設定部が設定した前記分割回数と目標分割回数との乖離が発生した頻度に基づき、前記最小パルス幅を変更する最小パルス幅変更部と、
を有する、内燃機関の制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の制御装置であって、
前記最小パルス幅変更部は、
前記分割回数設定部が前記目標分割回数を下回る前記分割回数を設定した頻度に基づき、前記最小パルス幅をより短いパルス幅に変更する、
内燃機関の制御装置。 - 請求項2記載の内燃機関の制御装置であって、
前記最小パルス幅変更部は、
前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部を備え、
前記燃焼状態が所定レベルを超えて悪化しない範囲内で前記最小パルス幅を変更する、
内燃機関の制御装置。 - 請求項3記載の内燃機関の制御装置であって、
前記最小パルス幅変更部は、
前記内燃機関のアイドリング状態において変更後の前記最小パルス幅を燃料噴射パルス幅に設定し、このときに前記燃焼状態が所定レベルを超えて悪化した場合に、前記最小パルス幅を増大させる、
内燃機関の制御装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である燃圧を可変に制御する可変燃圧装置を備え、
前記分割回数設定部は、前記燃圧毎に前記最小パルス幅を設定し、
前記最小パルス幅変更部は、
前記頻度に基づき前記最小パルス幅を変更したときに、当該変更処理における前記最小パルス幅の変更度合いに基づき、前記燃圧毎の前記最小パルス幅を一律に変更する、
内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関が備える燃料噴射弁による燃料噴射を複数回に分けて行わせる分割噴射を制御する分割噴射制御部と、
前記分割噴射における1噴射の燃料噴射パルス幅が最小パルス幅を下回らないように、前記分割噴射における分割回数を設定する分割回数設定部と、
前記内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部と、
前記分割回数設定部が目標分割回数を下回る前記分割回数を設定したときに、前記燃焼状態が所定レベルを超えて悪化しない範囲内で前記最小パルス幅をより短く変更する最小パルス幅変更部と、
を有する、内燃機関の制御装置。
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