JP4100806B2

JP4100806B2 - In-cylinder injection internal combustion engine control device

Info

Publication number: JP4100806B2
Application number: JP05727599A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本; 敬川辺; 克則上田; 宏記田村; 一親田島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP2000257476A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも吸気行程中に燃料噴射を行なう吸気行程噴射モードを有する筒内噴射式内燃機関に用いて好適の、筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃焼室内に直接燃料噴射が可能な筒内噴射式内燃機関が実用化されている。この種の内燃機関では、燃焼室内に直接燃料を噴射するという特徴により、吸気行程初期から圧縮行程後期までの広い範囲での燃料供給が可能になっている。ところで、内燃機関における燃料噴射量は、燃焼室内に吸入される空気量を計測し、計測した吸入空気量に基づき算出される。例えば、筒内噴射式内燃機関の場合には、吸気行程中に燃料噴射を行なう吸気行程噴射モードでは、排気行程中に計測した空気量に基づき燃料噴射量が設定される。
しかしながら、加速時などにおいて、吸入空気量の計測後、吸気行程中に空気量が増加してしまった場合には、空燃比が設定よりもリーン化してしまうことになる。
【０００３】
この点に関し、特公平7 −59910 号公報では、吸気行程終了付近でシリンダ内に吸入された空気量を検出し、検出した空気量から燃料噴射量の不足分を演算して、演算結果に基づき不足分の燃料を圧縮行程中に直接シリンダ内に噴射する技術について提案されている。また、吸入空気量の検出方法としては、筒内圧力センサにより検出した筒内圧力と吸気温センサにより検出した吸気温とから演算する方法や、負圧センサで検出した吸気弁が閉じる直前の吸気管負圧と吸気温センサにより吸気温とから演算する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の技術では、以下のような課題がある。
すなわち、上述の技術のように、吸気行程終了付近で吸入空気量を検出し、不足分の燃料を圧縮行程中に噴射した場合には、吸入空気量の検出精度を上げて不足燃料量を正確に演算できるという利点がある反面、吸気行程で噴射された主噴射の予混合気と追加燃料との混合が十分に促進されない虞がある。特に、追加燃料の噴射が圧縮行程末期に近づくほど、燃料の混合は不十分になってしまう。このため、スモークが発生したりノックが生じたりして排ガス性能が悪化する可能性が高い。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、主噴射の予混合気と追加燃料との混合を促進して排ガス性能の悪化を防止できるようにした、筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置では、少なくとも吸気行程中に燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、該機関の運転状態に基づき燃料の噴射量を算出する噴射量算出手段と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、該噴射量算出手段により算出された量の燃料を該燃焼室内に噴射するよう該燃料噴射手段を制御する第一燃料噴射制御手段と、該第一燃料噴射制御手段による燃料の噴射後、該吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に基づいて燃料の補正量を算出する補正量算出手段と、
該補正量算出手段により算出された量の補正用燃料を該燃焼室内に噴射するよう該燃料噴射手段を制御する第二燃料噴射制御手段と、をそなえ、該補正量算出手段による燃料の補正量の算出にかかる吸入空気量の検出及び燃料の補正量の算出並びに該補正用燃料の噴射開始は、いずれも、１８５°ＢＴＤＣ時点から吸気行程終了時の１８０°ＢＴＤＣまでの間に実行される。
【０００７】
これにより、吸気行程での吸入空気量の増加による燃料の不足が解消されるとともに、燃焼室内に噴射された予混合気と補正燃料との混合が十分に促進され、排ガス性能の悪化が防止される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図１〜図４は本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置を示すものである。
まず、本制御装置が適用される筒内噴射式内燃機関の概要について説明すると、本筒内噴射式内燃機関は、吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を一作動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射可能なエンジンである。燃料噴射の態様としては、予混合燃焼によるストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し、出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモードと、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行なう前期リーン噴射モードと、層状燃焼によるリーン運転を実現し、さらに燃費を向上させるために圧縮行程中（特に、圧縮行程後半）で燃料噴射を行なう後期リーン噴射モードとが設けられており、運転状態に応じて選択されるようになっている。
【０００９】
本筒内噴射式内燃機関の概略構成について説明すると、図１に示すように、本筒内噴射式内燃機関（以下、エンジンという）１のシリンダヘッド２には、吸気通路４および排気通路５が燃焼室３に連通しうるように接続されている。吸気通路４と燃焼室３とは吸気弁６によって連通制御されるとともに、排気通路５と燃焼室３とは排気弁７によって連通制御されるようになっている。また、シリンダヘッド２には、燃焼室３の頂部中央に点火プラグ８がそなえられており、吸気通路３側には、インジェクタ（燃料噴射手段）９が、その開口を燃焼室３に臨ませるように配置されている。このインジェクタ９には、図示しない高圧ポンプにより加圧された燃料が供給されるようになっている。
【００１０】
吸気通路４には、各気筒の燃焼室３内に吸入空気を導入するための吸気マニホールド１１が、燃焼室３に対して比較的直立して設けられた吸気ポート１０に接続されている。吸気マニホールド１１の上流には、エアクリーナ１３およびスロットルバルブ１２が設けられており、スロットルバルブ１２にはその開度を検出するためのスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１４が付設されている。また、エアクリーナ１３とスロットルバルブ１２との間には、吸入空気流量Ａを検出するためのエアフローセンサ（ＡＦＳ）１５がそなえられている。
【００１１】
一方、排気通路５には、各気筒の燃焼室３から排出された排ガスを一つに集合させる排気マニホールド１７が排気ポート１６に連接されている。排気マニホールド１７の下流側には排気浄化装置１８および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。排気浄化装置１８には、ＮＯx 触媒及び三元触媒がそなえられており、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯx ）を浄化するようになっている。
【００１２】
また、クランクシャフト１９には、クランク角度センサ２０がそなえられている。このクランク角度センサ２０はクランクシャフト１９の回転の１８０°を１周期として信号を出力するようになっており、５°ＢＴＤＣ（３６５°ＢＴＤＣ）と１８５°ＢＴＤＣ（５４５°ＢＴＤＣ）とでオンからオフへ信号が変化するようになっている。
【００１３】
本制御装置（ＥＣＵ）３０は、上述のような構成のエンジン１に適用され、機能要素として、運転モード選択手段３１と燃料噴射制御手段３２と点火時期制御手段３３とを有している。
運転モード選択手段３１は、エンジン回転速度Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅ（エンジン負荷）に応じて上述した各運転モードの中から一つを選択する手段である。エンジン回転速度Ｎｅにはクランク角センサ２０の検出情報を用い、平均有効圧力Ｐｅにはエンジン回転速度Ｎｅ及びＴＰＳ１４で検出されたスロットル開度θの各情報から算出したものを用いるようになっている。
【００１４】
燃料噴射制御手段３２は、インジェクタ９からの燃料の噴射時期と噴射量とを制御する手段であり、噴射量算出手段３４と第一燃料噴射制御手段３５と補正量算出手段３６と第二燃料噴射制御手段３７とから構成される。
各構成手段について説明すると、噴射量算出手段３４は、燃焼室３内に噴射すべき燃料量を算出する手段であり、まず、運転モード選択手段３１で設定された運転モードに応じた燃料噴射制御マップを選択し、選択した燃料噴射制御マップを用いて、エンジン回転速度Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じた目標空燃比を設定するようになっている。そして、前行程の末期にＡＦＳ１５で検出した吸入空気流量Ａとエンジン回転速度ＮｅとからＡ／Ｎｅ（∝吸入空気量）を演算し、演算したＡ／Ｎｅと目標空燃比とから燃料噴射量（噴射パルス幅）を算出するようになっている。
【００１５】
例えば、運転モードが、吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモードや前期リーン噴射モードの場合には、燃料噴射量は排気行程末期に検出した吸入空気流量とエンジン回転速度とに基づき算出し、圧縮行程中に燃料噴射を行なう後期リーン噴射モードの場合には、吸気行程末期に検出した吸入空気流量とエンジン回転速度とに基づき算出するようになっている。
【００１６】
そして、第一燃料噴射制御手段３５は、噴射量算出手段３４で算出された燃料噴射量と運転モードに応じて決まる噴射時期とにしたがいインジェクタ９を制御する手段である。運転モードに応じて選択された燃料噴射制御マップから、エンジン回転速度Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて燃料噴射終了時期を設定し、設定した燃料噴射終了時期と燃料噴射量（噴射パルス幅）とから燃料噴射開始時期を算出して、インジェクタ９に噴射パルスを出力するようになっている。
【００１７】
次に、補正量算出手段３６と第二燃料噴射制御手段３７とについて説明すると、これらの手段は、選択された運転モードがストイキオモード及び前期リーン噴射モードである場合に機能するようになっている。つまり、吸気行程で燃料噴射を行なう場合にのみ機能する手段である。
吸気行程で燃料噴射を行なう場合、前述のように燃料噴射量（噴射パルス幅）は排気行程末期（３６５°ＢＴＤＣ）に計測した吸入空気流量Ａ₁に基づき算出される。つまり、排気行程末期に計測した吸入空気流量Ａ₁とエンジン回転速度（排気行程の平均エンジン回転速度）Ｎｅ₁とから推定される吸入空気量が、実際に吸気行程中に吸入される吸入空気と等しいものとして燃料噴射量を算出するのである。ところが、加速等のためにドライバがアクセルを踏み込みスロットルバルブ１２が開かれると、次第にブーストが上昇していき、吸入空気量も増加していくことになる。この吸入空気量の増加が吸気行程で生じると、実際に燃焼室３内に吸入される空気量は排気行程中のＡ₁／Ｎｅ₁から推定されるものよりも増加することになり、Ａ₁／Ｎｅ₁に基づき算出した燃料噴射量では、目標空燃比よりもリーンな空燃比になってしまう。
【００１８】
そこで、補正量算出手段３６では、吸気行程で吸入空気量が増加した場合には、その増加に応じて燃料噴射量の補正量（補正増量）の算出を行なうようになっている。まず、補正量算出手段３６は、吸気行程の末期（１８５°ＢＴＤＣ）においてＡＦＳ１５により吸入空気流量Ａ₂を検出し、検出した吸入空気流量Ａ₂とエンジン回転速度（吸気行程の平均エンジン回転速度）Ｎｅ₂とからＡ₂／Ｎｅ₂を算出し、排気行程のＡ₁／Ｎｅ₁とを比較するようになっている。そして、その差ΔＡ／Ｎｅ（Ａ₂／Ｎｅ₂−Ａ₁／Ｎｅ₁）が所定値以上のときには、吸入空気量が増加したものと判定し、ΔＡ／Ｎｅを吸入空気量の増加分とみなしてΔＡ／Ｎｅに応じた燃料噴射量の補正量を算出するようになっている。補正量（噴射パルス幅）は、ΔＡ／Ｎｅと目標空燃比とから算出する。
【００１９】
そして、第二燃料噴射制御手段３７は、補正量算出手段３６で算出された量（噴射パルス幅）の補正燃料を燃焼室３内に噴射すべくインジェクタ９を制御する手段であり、補正量が算出された後、直ちにインジェクタ９を制御して補正燃料を噴射するようになっている。したがって、補正燃料は吸気行程の末期から噴射され、圧縮行程の初期には噴射が終了するようになっている。
【００２０】
なお、後期リーン噴射モード、すなわち、圧縮行程で燃料噴射を行なう場合には上述のような課題は発生しないためこれらの補正量算出手段３６と第二燃料噴射制御手３７とは機能せず、前述の噴射量算出手段３４と第一燃料噴射制御手段３５とのみが機能するようになっている。したがって、この場合には、吸気行程中に検出した吸入空気流量に基づき算出された燃料が圧縮行程の所定時期（圧縮行程後半）に噴射され、以後の補正は行なわれない。
【００２１】
最後に点火時期制御手段３８は、第一燃料噴射制御手段３６の燃料噴射制御に対応して点火プラグ８の点火時期を制御する手段であり、運転モード選択手段３１で設定された運転モードに応じた点火時期制御マップを選択して、この選択した点火時期制御マップを用いて、エンジン回転速度Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて、第一燃料噴射制御手段２６の燃料噴射制御に対応した点火時期を設定するようになっている。
【００２２】
本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置は上述のように構成されているので、吸気行程噴射においては、以下の図２，図３に示すフローチャートで表されるような制御が行なわれる。
まず、図２に示すように、制御手段３０は、排気行程中においてクランク角度センサ２０が３６５°ＢＴＤＣを検出したとき（クランク角度センサ２０の出力信号がオンからオフになったとき）、１８０°周期、すなわち、５４５°ＢＴＤＣから３６５°ＢＴＤＣまでに要した時間からエンジン回転速度Ｎｅ₁を算出するとともに（ステップＳ１００）、ＡＦＳ１５により吸入空気流量Ａ₁を検出する（ステップＳ１１０）。
【００２３】
そして、噴射量算出手段３４では、エンジン回転速度Ｎｅ₁と吸入空気流量Ａ₁とからＡ₁／Ｎｅ₁を算出し（ステップＳ１２０）、算出したＡ₁／Ｎｅ₁と目標空燃比（インジェクタゲイン）等から燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｐｗ₁を算出する（ステップＳ１３０）。第一燃料噴射制御手段３５では、運転モードに応じて選択された燃料噴射制御マップからエンジン回転速度Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて燃料噴射終了時期を設定し、設定した燃料噴射終了時期と燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｐｗ₁とから燃料噴射開始時期を算出する。そして、算出した燃料噴射開始時期から終了時期までの間、インジェクタ９から燃焼室３内に直接燃料を噴射させる。
【００２４】
次に、図３に示すように、制御手段３０は、吸気行程中においてクランク角度センサ２０が１８５°ＢＴＤＣを検出したとき、３６５°ＢＴＤＣから１８５°ＢＴＤＣまでの１８０°周期からエンジン回転速度Ｎｅ₂を算出するとともに（ステップＳ２００）、ＡＦＳ１５により吸入空気流量Ａ₂を検出する（ステップＳ２１０）。
【００２５】
そして、補正量算出手段３６では、エンジン回転速度Ｎｅ₂と吸入空気流量Ａ₂とからＡ₂／Ｎｅ₂を算出し（ステップＳ２２０）、算出したＡ₂／Ｎｅ₂とステップＳ１２０で算出したＡ₁／Ｎｅ₁との差ΔＡ／Ｎｅ（Ａ₂／Ｎｅ₂−Ａ₁／Ｎｅ₁）を算出する（ステップＳ２３０）。
算出した差ΔＡ／Ｎｅを所定値と比較したとき（ステップＳ２４０）、差ΔＡ／Ｎｅが所定値以上の場合には、補正量算出手段３６は、差ΔＡ／Ｎｅと目標空燃比（インジェクタゲイン）等から補正燃料量（噴射パルス幅）Ｐｗ₂を算出する（ステップＳ２５０）。そして、第二燃料噴射制御手段３７では、補正燃料量Ｐｗ2 が算出された後、直ちにインジェクタ９を制御して燃焼室３内に直接補正燃料を噴射する（ステップＳ２６０）。これにより、補正燃料Ｐｗ₂は吸気行程の末期から噴射され、遅くとも圧縮行程の初期には噴射が終了するため、吸気行程中に燃焼室３内に噴射された燃料Ｐｗ₁の予混合気との混合が十分に促進される。
【００２６】
以上の制御をタイムチャートにより表したものが図４である。この図４を用いて、吸気行程中に吸入空気量が増加した場合の本制御装置による作用効果についてより具体的に説明する。
図４に示すように、排気行程中（特に排気行程の後半）にドライバがアクセルを操作してスロットルバルブ１２の開度を大きくしたとする。このとき、ブーストもスロットル開度に応じた大きさに上昇するが、スロットル開度の変化に完全に対応して上昇するのではなく、スロットル開度の変化にやや遅れて次第に上昇していく。
【００２７】
本制御手段では、まず、排気行程末期（３６５°ＢＴＤＣ）においてＡＦＳ１５により吸入空気流量Ａ₁を検出し、検出した吸入空気流量Ａ₁とエンジン回転速度Ｎｅ₁に基づき基本燃料噴射量Ｐｗ₁を算出する。そして、吸気行程中の運転状態に応じた所定時期にインジェクタ９から燃料Ｐｗ₁を燃焼室３内に直接噴射する。このように排気行程末期の吸入空気流量Ａ₁とエンジン回転速度Ｎｅ₁とから吸気行程での吸入空気量を予測して燃料噴射量Ｐｗ₁を算出することにより、吸気行程初期から任意のタイミングでの燃料噴射が可能になる。
【００２８】
ところが、吸入空気流量Ａ₁を検出した排気行程末期（３６５°ＢＴＤＣ）ではブーストの変化はまだ小さく、ブーストはその後の吸気行程にかけて大きく上昇していき、吸入空気量が増加していく。このため、吸入空気流量Ａ₁に基づき算出した燃料噴射量Ｐｗ₁では、この増加した吸入空気量に対しては過少であり、空燃比は目標空燃比よりもリーンになってしまう。
【００２９】
しかしながら、本制御装置では、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）において再度吸入空気流量Ａ₂を検出し、吸気行程末期でのＡ₂／Ｎｅ₂と排気行程末期でのＡ₁／Ｎｅ₁とを比較して、その増加分ΔＡ／Ｎｅから吸入空気量の増加量を予測してΔＡ／Ｎｅに応じた補正燃料量Ｐｗ₂を算出する。そして、直ちにインジェクタ９を制御して燃焼室３内に直接補正燃料を噴射する。これにより、吸入空気量に対する燃料噴射量の不足が解消され、目標空燃比での運転が可能になる。また、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）に補正燃料量Ｐｗ₂を算出することにより、吸気行程末期からの補正燃料の噴射が可能になり、吸気行程中に燃焼室３内に噴射された燃料Ｐｗ₁の予混合気との混合の十分な促進が可能になる。
【００３０】
このように、本筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、吸気行程末期（１８５°ＢＴＤＣ）において吸入空気流量Ａ2 を検出し、吸気行程末期でのＡ₂／Ｎｅ₂と排気行程末期でのＡ₁／Ｎｅ₁とを比較して、その増加分ΔＡ／Ｎｅに応じた補正燃料Ｐｗ₂を燃焼室３内に直接噴射するようになっているので、吸入空気量に対する燃料噴射量の不足を解消して目標空燃比での運転が可能になるという利点がある。
【００３１】
さらに、本筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、吸気行程末期からの補正燃料Ｐｗ₂の噴射が可能になり、吸気行程中に燃焼室３内に噴射された燃料Ｐｗ₁の予混合気との混合の十分な促進が可能になって、排ガス性能の悪化が防止されるという利点もある。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができることは言うまでもない。例えば、上述の筒内噴射式内燃機関の構成はあくまでも一例であり、少なくとも吸気行程中に燃焼室内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射式内燃機関であればよい。
【００３２】
また、エアーフローセンサによる吸入空気流量の検出タイミングについても上述の実施形態では吸気行程終了時の１８０°ＢＴＤＣよりも５°だけ前の１８５°ＢＴＤＣとしているが、これに限定されるものではなく、吸気行程の末期から補正燃料を噴射できるタイミングであればよい。さらに、上述の実施形態では、吸気行程末期に検出した吸入空気流量Ａ２とエンジン回転速度Ｎｅ２との比Ａ２／Ｎｅ２を吸入空気量に代用しているが、吸気行程開始時から吸気行程末期まで連続して吸入空気流量を検出し、検出した吸入空気流量を順次積分していくことによって実際の吸入空気量を演算するようにしてもよく、この場合にはより正確な補正燃料量の算出が可能になる。
【００３３】
さらに、吸入空気量検出手段としては上述のエアーフローセンサに限定されず、ブースト圧センサや筒内圧センサ等の他の検出手段を用いることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、吸気行程末期の下死点近傍までに吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に基づいて補正量算出手段により燃料の補正量を算出し、算出した量の補正用燃料を上記吸気行程末期の下死点よりも前から燃焼室内に噴射するよう第二燃料噴射制御手段によって燃料噴射手段を制御するようになっているので、吸入空気量に対する燃料噴射量の不足を解消して目標空燃比での運転が可能になるとともに、さらに、吸気行程末期からの補正燃料の噴射が可能になり、吸気行程中に燃焼室内に噴射された燃料の予混合気との混合が十分に促進され排ガス性能の悪化が防止されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置にかかる制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置にかかる制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態としての筒内噴射式内燃機関の制御装置にかかる吸気行程噴射時の作用効果を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン（筒内噴射式内燃機関）
３燃焼室
９インジェクタ（燃料噴射手段）
１５エアーフローセンサ（吸入空気量検出手段）
３４噴射量算出手段
３５第一燃料噴射制御手段
３６補正量算出手段
３７第二燃料噴射制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control apparatus for a direct injection internal combustion engine suitable for use in a direct injection internal combustion engine having an intake stroke injection mode in which fuel injection is performed at least during an intake stroke.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a direct injection internal combustion engine capable of direct fuel injection into a combustion chamber has been put into practical use. In this type of internal combustion engine, fuel can be supplied in a wide range from the initial stage of the intake stroke to the latter stage of the compression stroke due to the feature that the fuel is directly injected into the combustion chamber. By the way, the fuel injection amount in the internal combustion engine is calculated based on the measured intake air amount by measuring the amount of air sucked into the combustion chamber. For example, in the case of a direct injection internal combustion engine, in the intake stroke injection mode in which fuel injection is performed during the intake stroke, the fuel injection amount is set based on the air amount measured during the exhaust stroke.
However, when the air amount increases during the intake stroke after the intake air amount is measured during acceleration or the like, the air-fuel ratio becomes leaner than the setting.
[0003]
In this regard, Japanese Patent Publication No. 7-59910 detects the amount of air sucked into the cylinder near the end of the intake stroke, calculates the shortage of the fuel injection amount from the detected air amount, and based on the calculation result. Techniques have been proposed for injecting insufficient fuel directly into the cylinder during the compression stroke. As a method for detecting the intake air amount, a method of calculating from the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor and the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor, or the intake air just before the intake valve detected by the negative pressure sensor is closed. A method of calculating from the intake air temperature by the pipe negative pressure and the intake air temperature sensor is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described technique has the following problems.
That is, when the intake air amount is detected near the end of the intake stroke and the insufficient fuel is injected during the compression stroke as in the above-described technique, the detection accuracy of the intake air amount is increased and the insufficient fuel amount is accurately determined. However, there is a possibility that the mixing of the pre-mixed gas of the main injection injected in the intake stroke and the additional fuel is not sufficiently promoted. In particular, as the additional fuel injection approaches the end of the compression stroke, fuel mixing becomes insufficient. For this reason, there is a high possibility that the exhaust gas performance deteriorates due to smoke or knocking.
[0005]
The present invention has been devised in view of such problems, and is directed to an in-cylinder injection internal combustion engine that promotes the mixing of the premixed gas of the main injection and the additional fuel to prevent the deterioration of the exhaust gas performance. An object is to provide a control device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the control device for a direct injection internal combustion engine of the present invention, in the control device for a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber during at least the intake stroke, Calculated by a fuel injection unit that directly injects fuel, an injection amount calculation unit that calculates an injection amount of fuel based on an operating state of the engine, an intake air amount detection unit that detects an intake air amount, and an injection amount calculation unit A first fuel injection control means for controlling the fuel injection means so as to inject a predetermined amount of fuel into the combustion chamber; and after the fuel is injected by the first fuel injection control means, the intake air amount detection means Correction amount calculating means for calculating a fuel correction amount based on the intake air amount,
And a second fuel injection control means for controlling the fuel injection means to inject into the combustion chamber a correction fuel amount calculated by the correction amount calculating means, the correction amount of the fuel by the correction amount calculating means The detection of the intake air amount, the calculation of the fuel correction amount, and the start of injection of the fuel for correction are all executed between the time of 185 ° BTDC and 180 ° BTDC at the end of the intake stroke.
[0007]
Thus, along with the lack of fuel is eliminated due to the increase in the intake air amount in the intake stroke, the mixing of the premixed gas injected into the combustion chamber and the correction fuel is sufficiently promoted, preventing deterioration of exhaust gas performance Is done.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 show a control device for a direct injection internal combustion engine as an embodiment of the present invention.
First, an outline of a direct injection internal combustion engine to which the present control device is applied will be described. The direct injection internal combustion engine includes an intake, compression, expansion, and exhaust stroke in one operation cycle. That is, it is a four-cycle engine that is a spark ignition type and that can directly inject fuel into the combustion chamber. As fuel injection modes, stoichiometric operation (theoretical air-fuel ratio operation) by premixed combustion is realized, and stoichiometric mode in which fuel is injected during the intake stroke to improve output, and lean operation by premixed combustion is realized. In order to achieve a lean injection mode in which fuel is injected during the intake stroke (especially in the first half of the intake stroke) in order to obtain an output by slow acceleration, and a lean operation by stratified combustion, and in order to further improve fuel economy ( In particular, a late lean injection mode in which fuel is injected in the latter half of the compression stroke) is provided and is selected according to the operating state.
[0009]
The schematic configuration of the cylinder injection internal combustion engine will be described. As shown in FIG. 1, an intake passage 4 and an exhaust passage 5 are provided in a cylinder head 2 of the cylinder injection internal combustion engine (hereinafter referred to as engine) 1. It is connected so that it can communicate with the combustion chamber 3. The intake passage 4 and the combustion chamber 3 are controlled to communicate with each other by an intake valve 6, and the exhaust passage 5 and the combustion chamber 3 are controlled to communicate with each other by an exhaust valve 7. The cylinder head 2 is provided with a spark plug 8 at the center of the top of the combustion chamber 3, and an injector (fuel injection means) 9 faces the combustion chamber 3 on the intake passage 3 side. Is arranged. The injector 9 is supplied with fuel pressurized by a high pressure pump (not shown).
[0010]
In the intake passage 4, an intake manifold 11 for introducing intake air into the combustion chamber 3 of each cylinder is connected to an intake port 10 provided relatively upright with respect to the combustion chamber 3. An air cleaner 13 and a throttle valve 12 are provided upstream of the intake manifold 11, and a throttle position sensor (TPS) 14 is attached to the throttle valve 12 for detecting its opening degree. An air flow sensor (AFS) 15 for detecting the intake air flow rate A is provided between the air cleaner 13 and the throttle valve 12.
[0011]
On the other hand, an exhaust manifold 17 that collects exhaust gases discharged from the combustion chambers 3 of the respective cylinders is connected to the exhaust port 16 in the exhaust passage 5. An exhaust purification device 18 and a muffler (not shown) (not shown) are provided on the downstream side of the exhaust manifold 17. The exhaust purification device 18 is provided with a NOx catalyst and a three-way catalyst to purify harmful components (CO, HC, NOx) in the exhaust gas.
[0012]
The crankshaft 19 is provided with a crank angle sensor 20. The crank angle sensor 20 outputs a signal with 180 ° of rotation of the crankshaft 19 as one cycle, and is turned off from on at 5 ° BTDC (365 ° BTDC) and 185 ° BTDC (545 ° BTDC). The signal will change.
[0013]
The control device (ECU) 30 is applied to the engine 1 having the above-described configuration, and includes an operation mode selection unit 31, a fuel injection control unit 32, and an ignition timing control unit 33 as functional elements.
The operation mode selection means 31 is a means for selecting one of the operation modes described above according to the engine rotational speed Ne and the average effective pressure Pe (engine load). Information detected by the crank angle sensor 20 is used for the engine rotational speed Ne, and information calculated from each information of the engine rotational speed Ne and the throttle opening θ detected by the TPS 14 is used for the average effective pressure Pe. .
[0014]
The fuel injection control means 32 is a means for controlling the injection timing and the injection amount of fuel from the injector 9, and the injection amount calculation means 34, the first fuel injection control means 35, the correction amount calculation means 36, and the second fuel injection. The control means 37 is comprised.
Each constituent means will be described. The injection amount calculation means 34 is a means for calculating the amount of fuel to be injected into the combustion chamber 3. First, fuel injection control according to the operation mode set by the operation mode selection means 31. A map is selected, and a target air-fuel ratio corresponding to the engine speed Ne and the average effective pressure Pe is set using the selected fuel injection control map. Then, A / Ne (∝ intake air amount) is calculated from the intake air flow rate A detected by the AFS 15 at the end of the previous stroke and the engine speed Ne, and the fuel injection amount (from the calculated A / Ne and the target air-fuel ratio). The injection pulse width is calculated.
[0015]
For example, when the operation mode is the stoichiometric mode in which fuel is injected during the intake stroke or the lean lean injection mode, the fuel injection amount is calculated based on the intake air flow rate detected at the end of the exhaust stroke and the engine speed, In the late lean injection mode in which fuel is injected during the compression stroke, the calculation is made based on the intake air flow rate detected at the end of the intake stroke and the engine speed.
[0016]
The first fuel injection control means 35 is a means for controlling the injector 9 according to the fuel injection amount calculated by the injection amount calculation means 34 and the injection timing determined according to the operation mode. From the fuel injection control map selected according to the operation mode, the fuel injection end time is set according to the engine speed Ne and the average effective pressure Pe, and the set fuel injection end time and the fuel injection amount (injection pulse width) are set. From this, the fuel injection start timing is calculated and an injection pulse is output to the injector 9.
[0017]
Next, the correction amount calculation means 36 and the second fuel injection control means 37 will be described. These means function when the selected operation mode is the stoichiometric mode and the first lean injection mode. Yes. That is, it is a means that functions only when fuel injection is performed in the intake stroke.
When fuel injection is performed in the intake stroke, the fuel injection amount (injection pulse width) is calculated based on the intake air flow rate A ₁ measured at the end of the exhaust stroke (365 ° BTDC) as described above. That is, the intake air amount estimated from the intake air flow rate A ₁ measured at the end of the exhaust stroke and the engine rotational speed (average engine rotational speed of the exhaust stroke) Ne ₁ is the intake air amount actually sucked during the intake stroke. The fuel injection amount is calculated as equal. However, when the driver depresses the accelerator for acceleration or the like and the throttle valve 12 is opened, the boost gradually increases and the amount of intake air also increases. When this increase in the intake air amount occurs in the intake stroke, the amount of air actually sucked into the combustion chamber 3 will increase from that estimated from A ₁ / Ne ₁ in the exhaust stroke, and A ₁ / in the calculated fuel injection amount on the basis of Ne _1, it becomes leaner than the target air-fuel ratio.
[0018]
Therefore, when the intake air amount increases during the intake stroke, the correction amount calculation means 36 calculates a correction amount (correction increase) of the fuel injection amount in accordance with the increase. First, the correction amount calculation means 36 detects the intake air flow rate A ₂ by the AFS 15 at the end of the intake stroke (185 ° BTDC), and the detected intake air flow rate A ₂ and the engine rotational speed (average engine rotational speed of the intake stroke). A ₂ / Ne ₂ is calculated from Ne ₂ and compared with A ₁ / Ne ₁ in the exhaust stroke. When the difference ΔA / Ne (A ₂ / Ne ₂ −A ₁ / Ne ₁ ) is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the intake air amount has increased, and ΔA / Ne is regarded as an increase in the intake air amount. Thus, the correction amount of the fuel injection amount corresponding to ΔA / Ne is calculated. The correction amount (injection pulse width) is calculated from ΔA / Ne and the target air-fuel ratio.
[0019]
The second fuel injection control means 37 is means for controlling the injector 9 to inject the corrected fuel of the amount (injection pulse width) calculated by the correction amount calculating means 36 into the combustion chamber 3, and the correction amount is After the calculation, the injector 9 is immediately controlled to inject correction fuel. Therefore, the correction fuel is injected from the end of the intake stroke, and the injection ends at the beginning of the compression stroke.
[0020]
Note that when the fuel injection is performed in the late lean injection mode, that is, in the compression stroke, the above-described problem does not occur, and thus the correction amount calculating means 36 and the second fuel injection control hand 37 do not function, and Only the injection amount calculation means 34 and the first fuel injection control means 35 function. Therefore, in this case, the fuel calculated based on the intake air flow rate detected during the intake stroke is injected at a predetermined time (the second half of the compression stroke) of the compression stroke, and the subsequent correction is not performed.
[0021]
Finally, the ignition timing control means 38 is means for controlling the ignition timing of the spark plug 8 corresponding to the fuel injection control of the first fuel injection control means 36, and depends on the operation mode set by the operation mode selection means 31. The ignition timing control map is selected, and the ignition timing corresponding to the fuel injection control of the first fuel injection control means 26 is selected according to the engine speed Ne and the average effective pressure Pe using the selected ignition timing control map. Is set.
[0022]
Since the control apparatus for a direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention is configured as described above, the intake stroke injection is represented by the flowcharts shown in FIGS. Control is performed.
First, as shown in FIG. 2, when the crank angle sensor 20 detects 365 ° BTDC during the exhaust stroke (when the output signal of the crank angle sensor 20 turns from on to off), the control means 30 is 180 °. The engine speed Ne ₁ is calculated from the period, that is, the time required from 545 ° BTDC to 365 ° BTDC (step S100), and the intake air flow rate A ₁ is detected by the AFS 15 (step S110).
[0023]
Then, the injection amount calculating means 34 calculates A ₁ / Ne ₁ from the engine speed Ne ₁ and the intake air flow rate A ₁ (step S120), and calculates the calculated A ₁ / Ne ₁ and the target air-fuel ratio (injector gain). The fuel injection amount (injection pulse width) Pw ₁ is calculated from the above (step S130). The first fuel injection control means 35 sets the fuel injection end timing according to the engine speed Ne and the average effective pressure Pe from the fuel injection control map selected according to the operation mode. The fuel injection start timing is calculated from the injection amount (injection pulse width) Pw ₁ . Then, fuel is directly injected from the injector 9 into the combustion chamber 3 from the calculated fuel injection start timing to the end timing.
[0024]
Next, as shown in FIG. 3, when the crank angle sensor 20 detects 185 ° BTDC during the intake stroke, the control means 30 starts the engine speed Ne ₂ from a 180 ° period from 365 ° BTDC to 185 ° BTDC. It calculates a (step S200), detects the intake air flow a ₂ by AFS15 (step S210).
[0025]
Then, the correction amount calculation means 36 calculates A ₂ / Ne ₂ from the engine rotational speed Ne ₂ and the intake air flow rate A ₂ (step S220), and calculates the calculated A ₂ / Ne ₂ and A ₁ calculated in step S120. / Ne ₁ difference between _{ΔA / Ne (a 2 / Ne} 2 -A 1 / Ne 1) is calculated (step S230).
When the calculated difference ΔA / Ne is compared with a predetermined value (step S240), when the difference ΔA / Ne is equal to or larger than the predetermined value, the correction amount calculating means 36 determines the difference ΔA / Ne and the target air-fuel ratio (injector gain). From the above, a corrected fuel amount (injection pulse width) Pw ₂ is calculated (step S250). Then, after the corrected fuel amount Pw2 is calculated, the second fuel injection control means 37 immediately controls the injector 9 to inject the corrected fuel directly into the combustion chamber 3 (step S260). As a result, the corrected fuel Pw ₂ is injected from the end of the intake stroke, and the injection is completed at the beginning of the compression stroke at the latest, so that the corrected fuel Pw ₂ and the premixed fuel Pw ₁ injected into the combustion chamber 3 during the intake stroke Mixing is sufficiently facilitated.
[0026]
FIG. 4 shows the above control in a time chart. With reference to FIG. 4, the operation and effect of the present control device when the intake air amount increases during the intake stroke will be described more specifically.
As shown in FIG. 4, it is assumed that the driver operates the accelerator during the exhaust stroke (particularly the second half of the exhaust stroke) to increase the opening of the throttle valve 12. At this time, the boost also increases to a magnitude corresponding to the throttle opening, but does not increase completely corresponding to the change in the throttle opening, but gradually increases slightly after the change in the throttle opening.
[0027]
In this control means, first, the intake air flow rate A ₁ is detected by the AFS 15 at the end of the exhaust stroke (365 ° BTDC), and the basic fuel injection amount Pw ₁ is calculated based on the detected intake air flow rate A ₁ and the engine rotational speed Ne _1. To do. Then, the fuel Pw ₁ is directly injected into the combustion chamber 3 from the injector 9 at a predetermined time according to the operating state during the intake stroke. Thus, by calculating the fuel injection amount Pw ₁ by predicting the intake air amount in the intake stroke from the intake air flow rate A _{1 at the} end of the exhaust stroke and the engine rotational speed Ne ₁ , at an arbitrary timing from the initial stage of the intake stroke. Fuel injection becomes possible.
[0028]
However, at the end of the exhaust stroke (365 ° BTDC) in which the intake air flow rate A ₁ is detected, the change in the boost is still small, and the boost increases greatly over the subsequent intake stroke, and the amount of intake air increases. Therefore, the fuel injection amount Pw ₁ calculated based on the intake air flow rate A ₁ is too small with respect to the increased intake air amount, and the air-fuel ratio becomes leaner than the target air-fuel ratio.
[0029]
However, in the present control device, the intake air flow rate A ₂ is detected again at the end of the intake stroke (185 ° BTDC), and A ₂ / Ne ₂ at the end of the intake stroke is compared with A ₁ / Ne ₁ at the end of the exhaust stroke. Then, an increase amount of the intake air amount is predicted from the increase ΔA / Ne, and a corrected fuel amount Pw ₂ corresponding to ΔA / Ne is calculated. Immediately after that, the injector 9 is controlled to inject correction fuel directly into the combustion chamber 3. Thereby, the shortage of the fuel injection amount with respect to the intake air amount is solved, and the operation at the target air-fuel ratio becomes possible. Further, by calculating the corrected fuel amount Pw ₂ at the end of the intake stroke (185 ° BTDC), it becomes possible to inject the corrected fuel from the end of the intake stroke, and the fuel Pw injected into the combustion chamber 3 during the intake stroke. Sufficient promotion of mixing with ₁ premixed gas becomes possible.
[0030]
Thus, according to the control apparatus for the cylinder injection internal combustion engine, the intake air flow rate A2 is detected at the end of the intake stroke (185 ° BTDC), and A ₂ / Ne ₂ at the end of the intake stroke and the end of the exhaust stroke are detected. Compared with A ₁ / Ne ₁ , the corrected fuel Pw ₂ corresponding to the increment ΔA / Ne is directly injected into the combustion chamber 3, so the fuel injection amount is insufficient with respect to the intake air amount There is an advantage that the operation at the target air-fuel ratio can be eliminated.
[0031]
Further, according to the control device for the cylinder injection internal combustion engine, the correction fuel Pw ₂ can be injected from the end of the intake stroke, and the premixing of the fuel Pw ₁ injected into the combustion chamber 3 during the intake stroke is possible. Mixing with air can be sufficiently promoted, and there is an advantage that deterioration of exhaust gas performance is prevented.
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the configuration of the above-described cylinder injection internal combustion engine is merely an example, and may be any cylinder injection internal combustion engine that can inject fuel directly into the combustion chamber at least during the intake stroke.
[0032]
Further, the detection timing of the intake air flow rate by the air flow sensor is 185 ° BTDC which is 5 ° before 180 ° BTDC at the end of the intake stroke in the above embodiment, but is not limited to this. Any timing may be used as long as the corrected fuel can be injected from the end of the intake stroke. Further, in the above-described embodiment, the ratio A2 / Ne2 between the intake air flow rate A2 detected at the end of the intake stroke and the engine rotational speed Ne2 is substituted for the intake air amount, but it continues from the start of the intake stroke to the end of the intake stroke. Then, the actual intake air amount may be calculated by detecting the intake air flow rate and sequentially integrating the detected intake air flow rate. In this case, a more accurate correction fuel amount can be calculated. become.
[0033]
Further, the intake air amount detection means is not limited to the above-described air flow sensor, and other detection means such as a boost pressure sensor and an in-cylinder pressure sensor can be used.
[0034]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the control apparatus for a direct injection internal combustion engine of the present invention, the correction amount is based on the intake air amount detected by the intake air amount detecting means until near the bottom dead center at the end of the intake stroke. The fuel correction amount is calculated by the calculation means, and the fuel injection means is controlled by the second fuel injection control means so that the calculated amount of the correction fuel is injected into the combustion chamber before the bottom dead center at the end of the intake stroke. Therefore, the shortage of the fuel injection amount relative to the intake air amount can be solved to enable the operation at the target air-fuel ratio, and the correction fuel can be injected from the end of the intake stroke. There is an advantage that mixing with the premixed fuel injected into the combustion chamber is sufficiently promoted and deterioration of exhaust gas performance is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a control device for a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control flow according to a control device for a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a control flow according to the control device for a direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart for explaining operational effects during intake stroke injection according to the control device for a direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 engine (cylinder injection internal combustion engine)
3 Combustion chamber 9 Injector (fuel injection means)
15 Air flow sensor (intake air volume detection means)
34 Injection amount calculation means 35 First fuel injection control means 36 Correction amount calculation means 37 Second fuel injection control means

Claims

少なくとも吸気行程中に燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、
該機関の運転状態に基づき燃料の噴射量を算出する噴射量算出手段と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
該噴射量算出手段により算出された量の燃料を該燃焼室内に噴射するよう該燃料噴射手段を制御する第一燃料噴射制御手段と、
該第一燃料噴射制御手段による燃料の噴射後、該吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に基づいて燃料の補正量を算出する補正量算出手段と、
該補正量算出手段により算出された量の補正用燃料を該燃焼室内に噴射するよう該燃料噴射手段を制御する第二燃料噴射制御手段と、をそなえ、
該補正量算出手段による燃料の補正量の算出にかかる吸入空気量の検出及び燃料の補正量の算出並びに該補正用燃料の噴射開始は、いずれも、１８５°ＢＴＤＣ時点から吸気行程終了時の１８０°ＢＴＤＣまでの間に実行される
ことを特徴とする、筒内噴射式内燃機関の制御装置。 In a control device for a direct injection internal combustion engine that injects fuel directly into the combustion chamber at least during the intake stroke,
Fuel injection means for directly injecting fuel into the combustion chamber;
Injection amount calculating means for calculating the fuel injection amount based on the operating state of the engine;
An intake air amount detection means for detecting an intake air amount;
First fuel injection control means for controlling the fuel injection means to inject the amount of fuel calculated by the injection amount calculation means into the combustion chamber;
Correction amount calculation means for calculating a fuel correction amount based on the intake air amount detected by the intake air amount detection means after fuel injection by the first fuel injection control means ;
And a second fuel injection control means for controlling the fuel injection means to inject into the combustion chamber a correction fuel amount calculated by the correction amount calculating means,
The detection of the intake air amount, the calculation of the fuel correction amount, and the start of the injection of the fuel for correction relating to the calculation of the fuel correction amount by the correction amount calculation means are all performed from 180 to the end of the intake stroke from 185 ° BTDC. Executed up to ° BTDC
Characterized the this, the control apparatus for a cylinder injection internal combustion engine.