JP5516804B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、筒内直噴インジェクタ(筒内噴射用燃料噴射弁)からの燃料噴射形態として吸入行程上死点側と吸入行程下死点側とに分割する場合に、内燃機関の運転状態に応じてこれら分割比率を補正するようにしている。
具体的に、本発明は、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路用燃料噴射弁、及び、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁を備え、吸入行程における筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射を上死点側の分割噴射と下死点側の分割噴射とに分割して実行可能とする内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記筒内噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料がシリンダ壁面に付着することに起因するオイル希釈率に応じて、上記上死点側の分割噴射と下死点側の分割噴射との分割比率を補正する分割比率補正手段と、この分割比率補正手段により補正された上記分割比率に基づいて上記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射量と上記吸気通路用燃料噴射弁からの燃料噴射量との比である分担率を設定する燃料噴射分担率設定手段とを備えさせている。
先ず、本実施形態に係るエンジンの全体構成について説明する。
次に、上記ポート噴射インジェクタ75L,75R及び筒内直噴インジェクタ78L,78Rに対して燃料を供給する燃料供給システムについて図3を用いて説明する。この図3は、本実施形態に係るエンジンEの一方のバンクに備えられた燃料供給システム100の構造を模式的に示す図である。つまり、本エンジンEでは、両バンク2L,2Rそれぞれに同様の燃料供給システム100が備えられている。ここでは右側バンク2Rに備えられた燃料供給システム100を代表して説明する。
以上の如く構成されたエンジンEの運転状態はエンジンECU(Electronic Control Unit)9によって制御される。このエンジンECU9は、図4に示すように、CPU(Central Processing Unit)91、ROM(Read Only Memory)92、RAM(Random Access Memory)93及びバックアップRAM94などを備えている。
上述した如く、インジェクタ(主に筒内直噴インジェクタ78L,78R)から噴射された燃料の一部がシリンダ5L,5Rの内壁面に付着する場合、その燃料が液相状態で潤滑油(シリンダ5L,5Rの内壁面とピストン51L,51Rの外周面との間の潤滑に寄与しているエンジンオイル)と混ざり合うことになる。そして、この潤滑油と混ざり合った燃料は、ピストン51L,51Rの往復運動に伴ってシリンダ内壁面から掻き落とされオイルパン62に流れ込む。このような状況が継続すると、オイルパン62内でのオイル希釈が進んでしまい、潤滑性能の悪化に繋がってしまう。
尚、その他のオイル希釈率判定動作としては、上記フィードバック補正量FAFと学習値FGAFとの合算値である燃料補正量を算出し、エンジン高負荷運転時における燃料補正量とエンジン低負荷運転時における燃料補正量との偏差からオイルの希釈率Δqdを算出するものなどが挙げられる。
次に、上記筒内直噴インジェクタ78L,78R及びポート噴射インジェクタ75L,75Rそれぞれにおける燃料噴射期間の変更範囲について説明する。図5は、各インジェクタ78L,78R,75L,75Rそれぞれにおける燃料噴射期間の変更範囲を示す図(クランクシャフトCの回転角度位置を示す図)である。以下、具体的に説明する。
次に、本実施形態の特徴である各インジェクタ78L,78R,75L,75Rからの燃料噴射形態について説明する。この燃料噴射形態における制御パラメータとしては以下のものが挙げられる。
先ず、筒内直噴インジェクタ78L,78Rにおける吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量と吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量との比率(分割比率)の設定動作について説明する。
Kh:設定される上死点側分割比率
Kh0:オイル希釈率Δqdが「0」である場合の上死点側分割比率(予め実験やシミュレーション等によって設定された上死点側分割比率)
Δqd:オイル希釈率
具体的な例を挙げると、オイル希釈率Δqdが「0(オイル希釈無し)」である場合には上死点側分割比率を「1」に設定する。つまり、吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量と吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量とを同一にする。また、オイル希釈率Δqdが「0.1(10%の希釈)」である場合には上死点側分割比率を「1.1」に設定する。つまり、吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量に対して吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量が10%だけ多くなるように設定する。これら数値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーション等によって適宜設定される。
次に、筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの燃料噴射の開始時期の設定動作について説明する。
空気と燃料とのミキシング性を改善するためには、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間(インターバル)を長く確保することが有効である。そのため、上死点側分割比率Khが高いほど吸入行程上死点側噴射範囲DIP1における直噴噴射時期ainjdを進角側に設定する。つまり、上死点側分割比率Khが高い場合、この吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量が多く、燃料噴射期間も長くなるため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを進角側に設定して、吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射終了タイミングを早期に得ることで上記インターバルを長く確保し、空気と燃料とのミキシング性を改善するようにしている。
ainjd:設定される直噴噴射時期
ainjd0:上死点側分割比率Khが「0」である場合の直噴噴射時期(予め実験やシミュレーション等によって設定された直噴噴射時期)
Kainjd:直噴噴射時期への変換係数
このようにして上死点側分割比率Khに応じて吸入行程上死点側噴射範囲DIP1における直噴噴射時期ainjdを設定することにより、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングを迎えるまでの期間を長く確保することが可能となり、空気と燃料とのミキシング性を改善できて、燃焼、排気エミッション、燃料消費率、WOT性能、オイル希釈を改善することができる。
上記オイル希釈を抑制するためには、筒内圧力が比較的高い状態で燃料噴射を行って燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くし、また、気筒内に露出しているシリンダ5L,5Rの内壁面の面積が比較的小さい状態で燃料噴射を行うことが有効である。そのため、上記オイル希釈率判定動作によって求められたオイル希釈率Δqdが高いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを進角側に設定する。つまり、上死点側分割比率Khが高い場合、この吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量が多く、燃料噴射期間も長くなるため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射時期を進角側に設定して、筒内圧力が比較的高い状態で燃料噴射を行って燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くし、また、気筒内に露出しているシリンダ5L,5Rの内壁面の面積が比較的小さい状態で燃料噴射を行うようにしている。
空気の充填効率ηvを改善するためには、噴射される燃料によって気筒内への空気の流入が妨げられることがないようにし、また、気化潜熱を最大限に利用して上記燃料による吸気冷却効果を効率よく発揮させることが有効である。そのため、上死点側分割比率Khが低いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを進角側に設定する。つまり、上死点側分割比率Khが低い場合、この吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量が少なく、燃料噴射期間も短くなるため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを進角側に設定して、単位時間当たりの吸入空気量が多い期間での燃料噴射を停止できるようにしている。具体的には、吸入行程においてピストン51L,51Rの下降速度(上死点から下死点に向かって移動する速度)が最も速くなる期間(例えば上死点後60°〜120°)では燃料噴射を行わないように、つまり、上死点後60°の時点では、吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での必要量の燃料の噴射が完了しているように直噴噴射時期ainjdを進角側に設定する。
次に、筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの燃料噴射圧力(以下、直噴燃料圧力eprと呼ぶ)の設定動作について説明する。
上述した如く、空気と燃料とのミキシング性を改善するためには、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間(インターバル)を長く確保することが有効である。そのため、上死点側分割比率Khが高いほど吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射期間の短縮化が図れるように直噴燃料圧力eprを高圧側に設定する。つまり、上死点側分割比率Khが高い場合、この吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量が多く、燃料噴射期間も長くなりやすいため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴燃料圧力eprを高く設定し、必要量の燃料噴射が完了するまでの燃料噴射期間を短くすることで上記インターバルを長く確保できるようにし、空気と燃料とのミキシング性を改善するようにしている。
epr:設定される直噴燃料圧力
epr0:上死点側分割比率Khが「0」である場合の直噴燃料圧力(予め実験やシミュレーション等によって設定された直噴燃料圧力)
Kepr:直噴燃料圧力への変換係数
このようにして上死点側分割比率Khに応じて筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの直噴燃料圧力eprを設定することにより、短時間で必要量の燃料噴射を完了させることができ、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングを迎えるまでの期間を長く確保することが可能となり、空気と燃料とのミキシング性を改善できて、燃焼、排気エミッション、燃料消費率、WOT性能、オイル希釈を改善することができる。
上記オイル希釈を抑制するためには、筒内直噴インジェクタ78L,78Rから噴射される燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くすることが有効である。そのため、上記オイル希釈率判定動作によって求められたオイル希釈率Δqdが高いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの直噴燃料圧力eprを低圧側に設定する。これにより、燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低く設定するようにしている。
次に、ポート噴射インジェクタ75L,75Rからの燃料噴射量と筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの燃料噴射量との噴き分け率(本発明でいう分担率)kpfiの設定動作について説明する。
上述した如く、空気と燃料とのミキシング性を改善するためには、各インジェクタ75L,75R,78L,78Rから燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間(インターバル)を長く確保することが有効である。そのため、上死点側分割比率Khが高いほどポート噴射インジェクタ75L,75Rからの燃料噴射量を増量する。つまり、筒内直噴インジェクタ78L,78R側の噴き分け率を低く設定すると共に、ポート噴射インジェクタ75L,75R側の噴き分け率を高く設定する。これにより、各インジェクタ75L,75R,78L,78Rから噴射される総燃料量のうち、上記インターバルが長く得られる燃料量(ポート噴射インジェクタ75L,75Rからの燃料量)を多く確保して、空気と燃料とのミキシング性を改善するようにしている。つまり、上記上死点側分割比率Khが高く設定されている場合、空気と燃料とのミキシング性改善要求のある燃料噴射制御が行われていると想定されるため、ポート噴射インジェクタ75L,75R側の噴き分け率を高く設定することで、よりいっそう空気と燃料とのミキシング性を改善できる燃料噴射形態を実現するようにしたものである。
kpfi:設定される噴き分け率
kpfi0:上死点側分割比率Khが「0」である場合の噴き分け率(予め実験やシミュレーション等によって設定された噴き分け率)
Kkpfi:噴き分け率への変換係数
このようにして上死点側分割比率Khに応じて噴き分け率kpfiを設定することにより、各インジェクタ75L,75R,78L,78Rから噴射される総燃料量のうち、上記インターバルが長く得られる燃料量を多く確保することが可能となり、空気と燃料とのミキシング性を改善できて、燃焼、排気エミッション、燃料消費率、WOT性能、オイル希釈を改善することができる。
上記オイル希釈を抑制するためには、気筒内に供給される燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くすることが有効である。そのため、上記オイル希釈率判定動作によって求められたオイル希釈率Δqdが高いほどポート噴射インジェクタ75L,75Rからの燃料噴射量を多く設定する。つまり、筒内直噴インジェクタ78L,78R側の噴き分け率を低く設定すると共に、ポート噴射インジェクタ75L,75R側の噴き分け率を高く設定する。ポート噴射インジェクタ75L,75Rは吸気ポート31L,31Rに配設されており、シリンダ5L,5Rの内壁面との距離が比較的大きい(筒内直噴インジェクタ78L,78Rとシリンダ5L,5Rの内壁面との距離よりも大きい)、また、このポート噴射インジェクタ75L,75Rから噴射される燃料の圧力は上記フィードポンプ102からの吐出圧程度であり比較的低い(高圧燃料ポンプ110からの吐出圧を受ける筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射圧力よりも低い)。このため、ポート噴射インジェクタ75L,75R側の噴き分け率を高く設定することにより、気筒内に直接噴射される燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くすることが可能になり、シリンダ5L,5Rの内壁面への燃料の付着量を少なくできる。
空気の充填効率ηvが高すぎる場合、それに応じて燃料噴射量も多くなるため、ノッキングの発生が懸念される状況となる。つまり、上死点側分割比率Khが高い場合、上記吸気冷却効果が大きく発生される吸入行程上死点側噴射範囲DIP1での燃料噴射量が多くなるため、空気の充填効率ηvが高くなりすぎてノッキングの発生が懸念される可能性がある。
次に、ポート噴射インジェクタ75L,75Rからの燃料噴射時期の設定動作について説明する。
上死点側分割比率Khが所定値よりも高い場合には、ポート噴射インジェクタ75L,75Rからのポート噴射時期ainjpとしては同期噴射が行われる。または、上死点側分割比率Khが高いほど、ポート噴射インジェクタ75L,75Rからのポート噴射時期ainjpとしては同期噴射での噴射量が非同期噴射での噴射量よりも多くなるように設定される。
ainjp:設定されるポート噴射時期
ainjp0:上死点側分割比率Khが「0」である場合のポート噴射時期(予め実験やシミュレーション等によって設定されたポート噴射時期)
Kainjp:ポート噴射時期への変換係数
このようにして上死点側分割比率Khに応じてポート噴射時期ainjpを設定することにより、オイル希釈の抑制、エンジンEの性能確保、ノッキングの抑制を図ることが可能になる。
上死点側分割比率Khが所定値よりも低い場合には、ポート噴射時期ainjpとしては非同期噴射が行われる。または、上死点側分割比率Khが低いほど、非同期噴射での噴射量が同期噴射での噴射量よりも多くなるように設定する。
次に、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射の開始時期の設定動作について説明する。
空気と燃料とのミキシング性を改善するためには、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間(インターバル)を長く確保することが有効である。そのため、下死点側分割比率Klが高いほど吸入行程下死点側噴射範囲DIP2における直噴噴射時期ainjdを進角側に設定する。つまり、下死点側分割比率Klが高い場合、この吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量が多く、燃料噴射期間も長くなるため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを進角側に設定して上記インターバルを長く確保し、空気と燃料とのミキシング性を改善するようにしている。
ainjd0:下死点側分割比率Klが「0」である場合の直噴噴射時期(予め実験やシミュレーション等によって設定された燃料噴射時期)
このようにして下死点側分割比率Klに応じて吸入行程下死点側噴射範囲DIP2における直噴噴射時期ainjdを設定することにより、筒内直噴インジェクタ78L,78Rから燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間を長く確保することが可能となり、空気と燃料とのミキシング性を改善できて、燃焼、排気エミッション、燃料消費率、WOT性能、オイル希釈を改善することができる。
上記オイル希釈を抑制するためには、筒内圧力が比較的高い状態で燃料噴射を行って燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くし、また、気筒内に露出しているシリンダ5L,5Rの内壁面の面積が比較的小さい状態で燃料噴射を行うことが有効である。そのため、上記オイル希釈率判定動作によって求められたオイル希釈率Δqdが高いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを進角側に設定する。つまり、下死点側分割比率Klが高い場合、この吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量が多く、燃料噴射期間も長くなるため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射時期を進角側に設定して、筒内圧力が比較的高い状態で燃料噴射を行って燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くし、また、気筒内に露出しているシリンダ5L,5Rの内壁面の面積が比較的小さい状態で燃料噴射を行うようにしている。
空気の充填効率ηvを改善するためには、噴射される燃料によって気筒内への空気の流入が妨げられることがないようにし、また、気化潜熱を最大限に利用して上記燃料による吸気冷却効果を効率よく発揮させることが有効である。そのため、下死点側分割比率Klが低いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを遅角側に設定する。つまり、下死点側分割比率Klが低い場合、この吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量が少なく、燃料噴射期間も短くなるため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴噴射時期ainjdを遅角側に設定して、単位時間当たりの吸入空気量が多い期間を経た後に燃料噴射が開始されるようにしている。具体的には、吸入行程においてピストン51L,51Rの下降速度(上死点から下死点に向かって移動する速度)が最も速くなる期間(例えば上死点後60°〜120°)では燃料噴射を行わないように、つまり、上死点後120°を経た後に、吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射を開始するように直噴噴射時期ainjdを遅角側に設定する。
スモークの発生を抑制するためには、ピストン51L,51Rの頂面への液相燃料の付着を抑制することが有効である。つまり、ピストン51L,51Rの頂面周辺での酸素不足に伴うスモークの発生を回避する必要がある。
次に、下死点側分割比率Klに応じた筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの燃料噴射圧力(直噴燃料圧力epr)の設定動作について説明する。
上述した如く、空気と燃料とのミキシング性を改善するためには、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間(インターバル)を長く確保することが有効である。そのため、下死点側分割比率Klが高いほど吸入行程下死点側噴射範囲DIP2の短縮化が図れるように直噴燃料圧力eprを高圧側に設定する。つまり、下死点側分割比率Klが高い場合、この吸入行程下死点側噴射範囲DIP2での燃料噴射量が多く、燃料噴射期間も長くなりやすいため、筒内直噴インジェクタ78L,78Rの直噴燃料圧力eprを高く設定し、必要量の燃料噴射が完了するまでの燃料噴射期間を短くすることで上記インターバルを長く確保できるようにし、空気と燃料とのミキシング性を改善するようにしている。
epr0:下死点側分割比率Klが「0」である場合の直噴燃料圧力(予め実験やシミュレーション等によって設定された直噴燃料圧力)
このようにして下死点側分割比率Klに応じて筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの直噴燃料圧力eprを設定することにより、短時間で必要量の燃料噴射を完了させることができ、筒内直噴インジェクタ78L,78Rから燃料噴射が終了してから点火プラグ77L,77Rの点火タイミングまでの期間を長く確保することが可能となり、空気と燃料とのミキシング性を改善できて、排気エミッション、燃料消費率、WOT性能、オイル希釈を改善することができる。
上記オイル希釈を抑制するためには、筒内直噴インジェクタ78L,78Rから噴射される燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低くすることが有効である。そのため、上記オイル希釈率判定動作によって求められたオイル希釈率Δqdが高いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの直噴燃料圧力eprを低圧側に設定する。これにより、燃料の貫徹力(ペネトレーション)を低く設定するようにしている。
気筒内での混合気状態の適正化を図るためには、気筒内での混合気の攪拌が効果的に行えるよう空気と燃料とのミキシング性を改善する必要がある。このため、下死点側分割比率Klが高いほど筒内直噴インジェクタ78L,78Rからの直噴燃料圧力eprを高圧側に設定し、気筒内での乱流の発生を促進させ、燃焼速度を高めて燃焼効率の向上を図るようにしている。
以上説明した実施形態では、自動車用V型8気筒ガソリンエンジンEに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用直列型エンジン、自動車用水平対向型エンジン等に対しても適用可能である。また、自動車用に限らず、その他のエンジンにも本発明は適用可能である。また、気筒数、V型エンジンEにおけるVバンクの挟み角、その他エンジンEの仕様は特に限定されるものではない。
31L,31R 吸気ポート
75L,75R ポート噴射インジェクタ(吸気通路用燃料噴射弁)
76L,76R 燃焼室
78L,78R 筒内直噴インジェクタ(筒内噴射用燃料噴射弁)
9 エンジンECU
E エンジン(内燃機関)
DIP1 吸入行程上死点側噴射範囲
DIP2 吸入行程下死点側噴射範囲
KL 上死点側分割比率
Kl 下死点側分割比率
Δqd オイル希釈率
Claims (2)
- 吸気通路に燃料を噴射する吸気通路用燃料噴射弁、及び、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁を備え、吸入行程における筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射を上死点側の分割噴射と下死点側の分割噴射とに分割して実行可能とする内燃機関の制御装置において、
上記筒内噴射用燃料噴射弁から噴射された燃料がシリンダ壁面に付着することに起因するオイル希釈率に応じて、上記上死点側の分割噴射と下死点側の分割噴射との分割比率を補正する分割比率補正手段と、
上記分割比率補正手段により補正された上記分割比率に基づいて上記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射量と上記吸気通路用燃料噴射弁からの燃料噴射量との比である分担率を設定する燃料噴射分担率設定手段とを備えていることを特徴と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において、
上記燃料噴射分担率設定手段は、下死点側の分割噴射での噴射量に対する上死点側の分割噴射での噴射量の比である上死点側分割比率が高いほど、上記筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する上記吸気通路用燃料噴射弁からの燃料噴射量の分担率を高く設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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