JP4326611B2 - 直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、成層燃焼と均質燃焼とに切り換えられ、かつ、減速運転時に所謂減速燃料カットが行われるよう構成されたエンジンにおいて、燃料カット状態から燃料噴射を再開させるときの燃料噴射制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両用のガソリンエンジンとして、燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備え、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火栓付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費,排気性状を大きく改善する一方、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するために、燃料を吸気行程で噴射して均質に混合した混合気を形成して均質燃焼を行わせる構成とした直噴ガソリンエンジンが開発されている。
【0003】
また、従来から、燃費向上策として、スロットル弁が全閉でかつエンジン回転速度が所定速度以上である減速運転状態において、エンジンへの燃料噴射を停止させる所謂減速燃料カットが行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記減速燃料カット状態でスロットル弁が開操作(加速)されて、燃料噴射を再開させるときに、成層燃焼(圧縮行程噴射)にて燃料噴射を再開させるか、又は、均質燃焼(吸気行程噴射)にて燃料噴射を再開させるかによって、図5(図5(A)の点線示の特性及び図5に(B)の特性)に示すように、トルクの立ち上がり応答が異なり、これにより、燃料噴射再開時の燃焼方式によって加速感に相違が生じたり、加速ショックを招く可能性があった。
【0005】
即ち、均質燃焼では、点火時期から比較的遠い吸気行程において燃料噴射を行わせる必要があるため、例えば図6に示すように、再開条件成立時にまだ圧縮行程に入っていない気筒(図6の#4気筒)があっても、当該気筒に対して燃料噴射して燃焼させることができないのに対し、成層燃焼の場合には、圧縮行程で燃料噴射を行わせるから、前記気筒(図6の#4気筒)に対して燃料噴射を行わせて燃焼させることが可能であり、結果的に、成層燃焼の方が1気筒分だけ早く燃焼させることができる。従って、燃料噴射の再開を成層燃焼で行わせる場合の方が均質燃焼時に比べてトルクの立ち上がり応答が速くなり、また、成層燃焼の場合には、立ち上がり応答が速いために、車両前後方向のショック(加速ショック)を発生させる可能性があったものである(図5参照)。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、減速燃料カット状態からの燃料噴射の再開が、成層燃焼,均質燃焼のいずれで行われても略同等の運転性が得られ、かつ、加速ショックの発生を回避できる直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1記載の発明は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータを介して自動変速機に連結される直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置であって、図1に示すように構成される。
【0008】
図1において、燃料噴射弁は、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射する。また、燃焼切り換え手段は、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とを運転条件に応じて切り換え制御する。
【0009】
一方、減速燃料カット手段は、所定の減速運転状態において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させる。
【0010】
ここで、噴射再開遅延手段は、加速に伴って前記減速燃料カット手段により燃料噴射を停止させる条件を脱し、かつ、燃料噴射の再開が前記成層燃焼にて行われ、かつ、前記トルクコンバータがロックアップ状態であるときに、燃料カットを継続させて、燃料噴射の再開を、トルクの立ち上がり応答を前記均質燃焼にて燃料噴射が再開される場合と同等にできる所定期間だけ強制的に遅延させる。
【0011】
かかる構成によると、減速運転で燃料カット状態に入った後、加速(スロットル弁の開操作)に伴って燃料噴射を再開させる場合であって、該燃料噴射の再開が、圧縮行程で噴射させる成層燃焼にて行われ、かつ、トルクコンバータがロックアップ状態である場合には、燃料カットを継続させ、燃料噴射の再開を、トルクの立ち上がり応答を均質燃焼にて燃料噴射が再開される場合と同等にできる所定期間だけ強制的に遅延させる。
【0013】
請求項2記載の発明では、前記噴射再開遅延手段が、前記燃料噴射を停止させる条件を脱してから所定回数だけ噴射タイミングが計数されるまでの期間だけ、燃料カットを継続させて、燃料噴射の再開を強制的に遅延させる構成とした。
【0014】
かかる構成によると、加速に伴って燃料噴射を再開させる場合であって、燃料噴射の再開が成層燃焼にて行われ、かつ、トルクコンバータがロックアップ状態である場合には、再開条件の成立後に、圧縮行程での噴射タイミングになっても燃料噴射弁による燃料噴射を行わせない処理を所定回数だけ繰り返し、再開条件の成立後の所定数番目の噴射タイミングになってから燃料噴射を行わせる。
【0017】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によると、減速燃料カットからの燃料噴射の再開が成層燃焼にて行われ、かつ、トルクコンバータがロックアップ状態であるときに、燃料カットを継続させて燃料噴射の再開を遅延させることで、トルクの立ち上がり応答を均質燃焼で燃料噴射を再開させる場合と同等にでき、また、加速ショックの発生を抑制できるという効果がある。
【0018】
請求項2記載の発明によると、所定噴射回数だけ燃料カットを継続させて燃料噴射の再開を遅延させることで、トルクの立ち上がり応答を精度良く制御できるという効果がある。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【0021】
図2は、実施の形態における直噴ガソリンエンジンを示す図である。
【0022】
尚、図2に示す直噴ガソリンエンジンは車両用のエンジンであって、ロックアップ機構付きのトルクコンバータを介して無段自動変速機に連結されるものとする。
【0023】
図2において、エンジン1には、エアクリーナ2を通過した空気が、アクセルペダルに連動して図示省略したモータによって開閉されるスロットル弁3で計量され、吸気弁4を介してシリンダ内に吸引される。
【0024】
尚、前記スロットル弁3が、モータ等のアクチュエータによって開閉駆動される構成であって、アクセル開度の検出結果等から前記アクチュエータを制御して、スロットル弁3の開度を目標開度に駆動する構成であっても良い。
【0025】
電磁式の燃料噴射弁5は各気筒毎に設けられ、各燃焼室内に直接燃料(ガソリン)を噴射する構成であり、該燃料噴射弁5から噴射された燃料によってシリンダ内に混合気が形成される。
【0026】
前記混合気は、点火プラグ6による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁7を介してシリンダ内から排出され、触媒8で浄化された後に大気中に放出される。
【0027】
マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット10は、前記燃料噴射弁5による燃料噴射及び点火プラグ6による点火を制御するものであり、前記コントロールユニット10には各種のセンサからの信号が入力される。
【0028】
前記各種センサとして、エンジン1の吸入空気流量を検出するエアフローメータ11、排気中の酸素濃度に感応して排気空燃比を検出する酸素センサ15,前記スロットル弁3の全閉位置でONとなるアイドルスイッチ16、冷却水温度を検出する水温センサ17が設けられている。
【0029】
また、単位クランク角度毎のポジション信号POSを出力するクランク角センサ12が設けられると共に、カム軸に軸支されたシグナルプレートから各気筒の行程位相差に相当する角度(例えば4気筒エンジンで180 °CA)毎に気筒判別情報が付与されたリファレンス信号REFを出力するカムセンサ18が設けられている。
【0030】
ここで、所定時間内におけるポジション信号POSの発生数や、前記リファレンス信号REFの発生周期を計測することで、エンジン回転速度Neが検出される。
【0031】
前記コントロールユニット10は、エンジン負荷,エンジン回転速度,冷却水温度,始動後時間などの運転状態に基づいて、目標空燃比を設定すると共に、吸気行程噴射による均質燃焼と圧縮行程噴射による成層燃焼とのいずれか一方を選択し、前記燃料噴射弁5における燃料噴射量及び噴射時期を制御する(燃焼切り換え手段)。
【0032】
また、前記コントロールユニット10は、スロットル弁3が全閉(アイドルスイッチ16がON)で、かつ、エンジン回転速度Neが所定のカット開始速度以上である所定の減速運転状態において、前記燃料噴射弁5による燃料噴射の停止を開始し、スロットル3が開かれるか(アイドルスイッチ16がOFF)、又は、エンジン回転速度Neが所定のリカバー回転速度以下になると、燃料噴射を再開させる、減速燃料カット制御を行う(減速燃料カット手段)。尚、上記スロットル開度,エンジン回転速度Neの他に車速を判定条件に加えたり、前記カット開始速度やリカバー回転速度を、エアコンのON・OFFや冷却水温度等に応じて変更する構成であっても良い。
【0033】
ここで、前記コントロールユニット10は、図3及び図4のフローチャートに示すようにして、前記減速燃料カット状態からの燃料噴射の再開を制御するようになっている。
【0034】
図3のフローチャートは、燃料噴射を再開させるときの制御モードを選択するためのルーチンを示し、所定時間(例えば10ms) 毎に実行されるものとする。
【0035】
まず、S1では、減速燃料カット(F/C)中であるか否かを判別する。
【0036】
そして、減速燃料カット中であるときには、S2へ進み、エンジン回転速度Neの降下速度(所定時間前の回転速度−最新の回転速度)が所定速度以上であるか否かによって、急減速状態であるか否かを判別する。尚、急減速状態は、車両の速度の降下速度で判定しても良い。
【0037】
急減速運転条件であるときには、全気筒で燃料噴射を一斉に再開させるべく、S3へ進んで、燃料カットの再開制御(F/Cリカバー制御)として、全気筒F/Cリカバー制御を選択する。この時は、燃料を吸気行程で噴射して均質に混合気を形成して均質燃焼を行わせる。
【0038】
一方、エンジン回転速度Neの降下速度が所定速度未満であって、急減速運転状態でないときには、S4へ進み、アイドルスイッチ16のON・OFFを判別する。
【0039】
そして、アイドルスイッチ16がONであって、スロットル弁3が全閉に保持されているときには、S5へ進み、アイドルスイッチ16のOFF以外の燃料噴射再開条件(F/Cリカバー条件)が成立しているか否かを判別し、F/Cリカバー条件が成立しているときには、S6へ進み、F/Cリカバー制御として、半気筒F/Cリカバー制御を選択する。前記F/Cリカバーは、車両の速度が所定値以下のときに実行される。
【0040】
前記半気筒F/Cリカバー制御とは、リカバー条件が成立してからまず半数気筒だけで燃料噴射を行わせ、その後、全気筒で燃料噴射を再開させるものであり、前記半数気筒だけで燃料噴射を行わせる期間を可変に制御する構成であっても良い。
【0041】
S5でF/Cリカバー条件が成立していないと判別されると、本ルーチンをそのまま終了させることで、燃料カット状態を継続させる。
【0042】
また、S4で、アイドルスイッチ16がOFF(スロットル弁3の開状態)であると判別され、加速に伴って燃料噴射を再開すべきであると判断されるときには、S7へ進んで、トルクコンバータがロックアップ状態(機械的直結状態)であるか否かを判別する。
【0043】
ロックアップ状態でないときには、燃料噴射の再開によってエンジントルクが急変したとしても、トルクコンバータの緩衝作用によって加速ショックの発生は抑制されることになるので、S6へ進んで、前記半気筒F/Cリカバー制御を選択する。尚、半気筒F/Cリカバーにおいては、アクセルペダルの踏み込み代とエンジン回転速度とに基づいて求められる必要トルクが所定値よりも小さいときには、圧縮行程にて燃料を噴射させるように噴射時期が設定され、それ以外では、吸気行程にて燃料を噴射させるように噴射時期が設定される。
【0044】
ロックアップ状態であるときには、エンジントルクの急変がそのまま加速ショックに結び付くことになるので、更に、S8へ進んで、燃料噴射の再開が成層燃焼にて行われることになるか否かを判別する。
【0045】
ここで、燃料噴射の再開が、均質燃焼(吸気行程噴射)で行われると判断されたときには、燃料噴射の再開によるトルクの立ち上がり応答が成層燃焼に比べて比較的遅いので、S6へ進んで、通常に前記半気筒F/Cリカバー制御を選択する。
【0046】
一方、燃料噴射の再開が、成層燃焼(圧縮行程噴射)で行われると判断されたときには、均質燃焼に比べてトルクの立ち上がり応答が速く、また、これによって加速ショックを招く可能性があるので、S9へ進み、トルクの立ち上がり応答を均質燃焼時と同等にするための成層時F/Cリカバー制御を選択する。
【0047】
図4のフローチャートは、燃料噴射の再開時における燃料噴射量の設定ルーチンを示し、噴射開始タイミング毎に実行されるものとする。
【0048】
S11では、燃料噴射を行わせる気筒を判別する。
【0049】
S12では、成層時F/Cリカバー制御が選択されているか否かを判別する。
【0050】
そして、成層時F/Cリカバー制御が選択されていない場合には、S13へ進み、半気筒F/Cリカバー制御が選択されているか否かを判別する。
【0051】
半気筒F/Cリカバー制御が選択されている場合には、S14へ進み、半気筒F/Cリカバー期間内であるか否か、即ち、半数気筒だけで燃料噴射を行わせる期間内であるか否かを判別する。
【0052】
ここで、半気筒F/Cリカバー期間内であると判別されると、S15へ進み、今回判別された気筒が燃料カットを行う気筒(燃料噴射を行わせる半数気筒以外のいずれかの気筒)であるか否かを判別し、カット気筒であるときには、S16へ進んで、燃料噴射量Tiに0をセットして、これを出力レジスタにセットする。
【0053】
一方、半気筒F/Cリカバー制御が選択されていないとき、半気筒F/Cリカバー制御が選択されたが半気筒F/Cリカバー期間を経過したとき、半気筒F/Cリカバー期間内であるが燃料噴射を行わせる気筒であるときには、S17へ進んで、燃料噴射量Tiにそのときの空気量,目標当量比等に応じて演算された気筒別の燃料噴射量Tiin をセットし、これを出力レジスタにセットする。
【0054】
前記出力レジスタにセットされた燃料噴射量Tiに相当するパルス幅の噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁5に対して出力されるが、前記燃料噴射量Tiに0がセットされていれば、燃料噴射は行われないことになる。
【0055】
また、S12で成層時F/Cリカバー制御が選択されていると判別されたときには、S18へ進み、予め記憶された所定値SRFCCYL (例えば3)と、燃料噴射量Tiに0をセットした回数(燃料カットを継続させた気筒数;噴射タイミングの回数)を示すカウンタA(初期値=0)とを比較する。
【0056】
そして、前記カウンタAが所定値SRFCCYL 未満であるときには、S19へ進み、燃料噴射量Tiに0をセットして、これを出力レジスタにセットする。即ち、スロットル弁3が開かれてリカバー条件が成立しても、成層燃焼にて燃料噴射が再開されるときには、前記カウンタAが所定値SRFCCYL 以上になるまでの期間は燃料カットを継続させ、燃料噴射の再開を前記期間だけ遅延させるものである(噴射再開遅延手段)。
【0057】
これにより、トルクの立ち上がり応答が良い成層燃焼(圧縮行程噴射)での燃料噴射の再開時と、成層燃焼に比べてトルクの立ち上がり応答が遅れる均質燃焼(吸気行程噴射)での燃料噴射の再開時とで、略同等のトルク応答を得ることが可能となり、また、成層燃焼で燃料噴射を再開させるときの加速ショックの発生を抑制できる(図5参照)。
【0058】
S19で燃料噴射量Tiに0をセットすると、次のS20では、前記カウンタAを1アップさせる。
【0059】
そして、前記カウントアップの結果、カウンタAが所定値SRFCCYL 以上になったことが前記S19で判別されると、S21へ進んで前記カウンタAを0リセットして成層時F/Cリカバー制御を終了し、S17へ進んで、燃料噴射量Tiに気筒別の燃料噴射量Tiin をセットし、これを出力レジスタにセットすることで、燃料噴射を再開させる。
【0060】
尚、上記では、前記所定値SRFCCYL を固定値としたが、例えば、アイドルスイッチ16がOFFになったタイミング(加速判定のタイミング)と、噴射開始タイミングとの相関から、前記所定値SRFCCYL を可変に設定する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に係る燃料噴射制御装置の構成ブロック図。
【図2】実施形態における直噴ガソリンエンジンを示すシステム図。
【図3】実施形態において燃料噴射再開時の制御を選択するルーチンを示すフローチャート。
【図4】実施形態における噴射再開制御ルーチンを示すフローチャート。
【図5】実施形態の効果及び従来の問題点を説明するためのタイムチャート。
【図6】燃料噴射の再開時における噴射タイミングの様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
1 エンジン
3 スロットル弁
5 燃料噴射弁
6 点火プラグ
10 コントロールユニット
11 エアフローメータ
12 クランク角センサ
16 スロットルセンサ
17 水温センサ
18 カムセンサ
Claims (2)
- ロックアップ機構付きのトルクコンバータを介して自動変速機に連結されるエンジンと、
前記エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とを運転条件に応じて切り換え制御する燃焼切り換え手段と、
所定の減速運転状態において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させる減速燃料カット手段と、
加速に伴って前記減速燃料カット手段により燃料噴射を停止させる条件を脱し、かつ、燃料噴射の再開が前記成層燃焼にて行われ、かつ、前記トルクコンバータがロックアップ状態であるときに、燃料カットを継続させて、燃料噴射の再開を、トルクの立ち上がり応答を前記均質燃焼にて燃料噴射が再開される場合と同等にできる所定期間だけ強制的に遅延させる噴射再開遅延手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置。 - 前記噴射再開遅延手段が、前記燃料噴射を停止させる条件を脱してから所定回数だけ噴射タイミングが計数されるまでの期間だけ、燃料カットを継続させて、燃料噴射の再開を強制的に遅延させることを特徴とする請求項1記載の直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置。
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