JP6083360B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、ニードル弁をフルリフト量よりも小さい量だけリフトさせるパーシャルリフト噴射を複数回実施することが開示されている。
特開2003−21024号公報 特開2006−220098号公報
ところで、パーシャルリフト噴射は、ニードルリフト量がフルリフト量に達する前にニードル弁の閉弁を開始する噴射である。このため、パーシャルリフト噴射では、フルリフト噴射に比べて、ニードルリフト量のバラツキが大きくなる可能性がある。そして、このバラツキは、各パーシャルリフト噴射における噴霧形状のバラツキとして表れる。噴霧形状のバラツキが生じると、内燃機関の燃焼室から排出される排気の性状が悪化したり、ドライバビリティが悪化したりする。
このことは、1機関サイクルにおいてパーシャルリフト噴射を複数回実施する分割噴射制御を実施する場合にも当てはまる。
本発明の目的は、分割噴射制御を実施する場合において、燃料性状およびドライバビリティの悪化を抑制することにある。
本発明は、複数の気筒、及び、前記気筒それぞれの筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関に適用される制御装置であって、複数のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から燃料を噴射させる分割噴射制御を実施する制御装置に関する。そして、この制御装置は、噴霧形状バラツキを表す噴霧形状パラメータの値が分割回数減少判定値よりも大きい場合、1機関サイクルにおけるパーシャルリフト噴射の回数を減少させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を長くする分割回数減少制御を実施する制御部を具備する。
本発明によれば、排気性状およびドライバビリティの悪化を抑制することができる。すなわち、1回のパーシャルリフト噴射によって噴射される燃料の量は非常に少ない。このため、分割噴射制御が実施されると、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化が促進されるという利益がある。ところが、分割噴射制御の実施によって、こうした利益が得られるものの、1回のパーシャルリフト噴射のニードルリフト量が非常に小さいことから、パーシャルリフト噴射毎のニードルリフト量にバラツキが生じ、これに伴い、噴霧形状のバラツキが大きくなる可能性がある。そして、噴霧形状のバラツキが大きいと、排気性状またはドライバビリティが悪化する可能性もある。
ここで、本発明によれば、噴霧形状のバラツキが大きい場合(すなわち、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合)、分割回数が少なくされ、それに伴い、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。これにより、1回のパーシャルリフト噴射のニードルリフト量が大きくなり、噴霧形状のバラツキが小さくなる。このため、排気性状およびドライバビリティの悪化を抑制することができる。
さらに、本発明の1つ(以下、「第1発明」)においては、前記制御部は、前記分割回数減少制御の実施後の前記噴霧形状パラメータの値が前記分割回数減少判定値よりも大きい場合、分割噴射制御の実施を禁止する。これによれば、分割回数が少なくされた場合であっても、噴霧形状のバラツキが解消されないとき(すなわち、噴霧形状パラメータの値が分割回数減少判定値よりも大きいとき)には、分割噴射の実施が禁止され、以降、通常噴射が実施される。したがって、より確実に、排気性状およびドライバビリティの悪化を抑制することができる。
加えて、第1発明の制御部は、1つの気筒に関して前記分割噴射制御の実施を禁止したときに、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数補充制御を実施する。上述したように、分割噴射には、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化が促進されるという利益がある。したがって、或る1つの気筒において、分割噴射の実施が禁止されると、この気筒に関し、分割噴射から利益を得られなくなる。しかしながら、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させれば、内燃機関全体としては、分割噴射から得られる利益を維持することができる。
また、本発明の別の1つ(以下、「第2発明」)においては、前記制御部は、1つの気筒に関して前記分割回数減少制御を実施したときに、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数補充制御を実施する。上述したように、分割噴射には、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化が促進されるという利益がある。したがって、或る1つの気筒において、分割回数が少なくされる(すなわち、分割回数減少制御が実施される)と、この気筒に関し、分割噴射から得られる利益が少なくなる。しかしながら、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させれば、内燃機関全体としては、分割噴射から得られる利益を維持することができる。
また、第1発明の制御部と同様に、第2発明の制御部は、前記分割回数減少制御の実施後の前記噴霧形状パラメータの値が前記分割回数減少判定値よりも大きい場合、分割噴射制御の実施を禁止するようにしてもよい。これによれば、上述したように、より確実に、排気性状およびドライバビリティの悪化を抑制することができる。
さらに、第1発明の制御部と同様に、第2発明の制御部は、1つの気筒に関して前記分割噴射制御の実施を禁止したときに、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数補充制御を実施するようにしてもよい。これによれば、上述したように、内燃機関全体として、分割噴射から得られる利益を維持することができる。
また、第1発明及び第2発明の制御部は、前記噴霧形状パラメータの値が前記分割回数減少判定値よりも小さい場合、1機関サイクルにおけるパーシャルリフト噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数増加制御を実施するようにしてもよい。これによれば、分割回数を多くしても噴霧形状のバラツキが許容範囲内に収まる(すなわち、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値以下に維持される)可能性がある場合において、分割回数が多くされる。このため、分割噴射から利益をより多く得ることができる。
図1は、本発明の実施形態の燃料噴射制御装置が適用される内燃機関を示している。 図2は、図1の内燃機関の縦断面を示している。 図3は、第1実施形態の燃料噴射弁を示している。 図4(A)は、フルリフト噴射時のニードルリフト量の変化を示し、図4(B)は、パーシャルリフト噴射時のニードルリフト量の変化を示している。 図5は、第1実施形態の燃料噴射弁の噴孔およびその周辺を示している。 図6(A)は、フルリフト噴射時の燃料噴霧を示し、図6(B)は、パーシャルリフト噴射時の燃料噴霧を示している。 図7(A)は、フルリフト噴射時の噴霧角度を説明するための図であり、図7(B)は、パーシャルリフト噴射時の噴霧角度を説明するための図である。 図8(A)は、目標噴射量のマップを示し、図8(B)は、基準分割回数のマップを示している。 図9は、第1実施形態の分割回数制御を説明するためのタイムチャートを示している。 図10は、第1実施形態の燃料噴射制御フローの一例を示している。 図11は、第1実施形態の分割回数制御フローの一例を示している。 図12は、第2実施形態の分割回数制御を説明するためのタイムチャートを示している。 図13は、第2実施形態の分割回数制御フローの一例を示している。 図14は、第3実施形態の分割回数制御を説明するためのタイムチャートを示している。 図15は、第3実施形態の分割回数制御フローの一例を示している。 図16は、第3実施形態の分割回数制御フローの別の一例を示している。 図17は、第4実施形態の分割回数制御フローの一例を示している。 図18は、第5実施形態の分割回数制御フローの一例を示している。 図19は、第6実施形態の分割回数制御フローの一例を示している。
<第1実施形態>
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の燃料噴射制御装置が適用される内燃機関が図1および図2に示されている。これら図において、10は内燃機関の本体(以下「機関本体」)、11は燃料噴射弁、12はシリンダヘッド、13はシリンダブロック、14は吸気弁、15は排気弁、16は点火プラグ、17は筒内圧センサ、18は燃焼室、19はピストン、60は吸気通路、61は吸気マニホルド、62は吸気管、63はスロットル弁、64はスロットル弁アクチュエータ、65はエアフローメータ、66はエアフィルタ、70は排気通路、71は排気マニホルド、72は排気管、73は空燃比センサ、74は排気浄化触媒、80はクランクポジションセンサ、81はアクセルペダル、82はアクセルペダル踏込量センサ、90は電子制御装置(ECU)をそれぞれ示している。
燃料噴射弁11は、筒内(すなわち、燃焼室18)上部の吸気弁13側方の機関本体10の部分(たとえば、シリンダヘッド12の部分、または、シリンダブロック13の部分)に取り付けられている。
燃料噴射弁11、点火プラグ16、および、スロットル弁アクチュエータ64は、ECU90に電気的に接続されている。ECU90は、燃料噴射弁11の動作を制御するための制御信号を当該燃料噴射弁11に与える。また、ECU90は、点火プラグ16の動作を制御するための制御信号を当該点火プラグ16に与える。また、ECU90は、スロットル弁アクチュエータ64の動作を制御するための制御信号を当該スロットル弁アクチュエータ34に与える。
また、筒内圧センサ17、エアフローメータ65、空燃比センサ73、クランクポジションセンサ80、および、アクセルペダル踏込量センサ82は、ECU90に電気的に接続されている。筒内圧センサ17は、筒内圧(すなわち、筒内の圧力)に対応する信号を出力し、この信号はECU90に入力される。ECU90は、この信号に基づいて筒内圧を算出する。エアフローメータ65は、そこを通過する空気の量に対応する信号を出力し、この信号はECU90に入力される。ECU90は、この信号に基づいて吸入空気量(すなわち、燃焼室18に吸入される空気の量)を算出する。空燃比センサ73は、そこに到来する排気中の酸素濃度に対応する信号を出力し、この信号はECU90に入力される。ECU90は、この信号に基づいて排気の空燃比(つまり、燃焼室18内で形成される混合気の空燃比)を算出する。クランクポジションセンサ80は、クランクシャフト(図示せず)の位相に対応する信号を出力し、この信号はECU90に入力される。ECU90は、この信号に基づいて機関回転数を算出する。アクセルペダル踏込量センサ82は、アクセルペダル81の噴射量に対応する信号を出力し、この信号はECU90に入力される。ECU90は、この信号に基づいて要求負荷(すなわち、機関負荷)を算出する。
<第1実施形態の燃料噴射弁の構成>
図3に燃料噴射弁11の構成が示されている。図3において、30はノズル、31はニードル弁、32は燃料噴射孔(以下「噴孔」)、33は燃料通路、34はソレノイド、35はスプリング、36は燃料取込口、37は噴射弁軸線をそれぞれ示している。噴射弁軸線37は、燃料噴射弁11の長手方向に延びる軸線である。燃料噴射弁11は、いわゆる内開弁タイプの燃料噴射弁である。燃料噴射弁11は、フルリフト噴射とパーシャルリフト噴射とのいずれか一方を選択的に実行可能である。フルリフト噴射とは、図4(A)に示されているように、ニードル弁31を最大リフト量まで上昇させる燃料噴射(つまり、最大リフト噴射)であり、パーシャルリフト噴射とは、図4(B)に示されているように、ニードル弁31を最大リフト量よりも小さいリフト量までしか上昇させない燃料噴射(つまり、部分リフト噴射)である。ニードルリフト量は、燃料噴射弁11への通電時間の制御によって制御可能である。なお、図4(A)には、1回のフルリフト噴射のニードルリフト量の推移が示されており、図4(B)には、3回のパーシャルリフト噴射のニードルリフト量の推移が示されている。
<第1実施形態の噴孔およびその周辺の構成>
図5に第1実施形態の燃料噴射弁11の噴孔32およびその周辺の構成が示されている。図5(A)は、燃料噴射弁11の先端を噴射弁軸線37に沿って燃料噴射弁11の外から見た場合の燃料噴射弁11の先端を示している。図5(B)は、図5(A)の線B−Bの断面を示し、図5(C)は、図5(A)の線C−Cの断面を示している。図5において、30はノズル、31はニードル弁、32は噴孔、37は噴射弁軸線、38はサック、39はニードルシート部(以下「シート部」)、40はノズルシート壁面、41はニードルシート壁面、44は流入口、45は流出口をそれぞれ示している。
ノズルシート壁面40は、燃料噴射弁11が全閉状態になったとき(すなわち、ニードルリフト量が零になったとき)にニードルシート壁面41が着座する壁面である。
<噴孔の構成>
噴孔32は、流入口44と流出口45とを有する。流入口44はサック38に対して開口しており、燃料は流入口44を介して噴孔32に流入する。流出口45は燃料噴射弁11の外部に対して開口しており、燃料は流出口45から噴射される。
<噴孔の形状>
第1実施形態の燃料噴射弁11の噴孔32は、スリット形状の噴孔である。すなわち、図5(A)に示されているように、噴孔32をその横断面で見たとき、噴孔32は、矩形の横断面を有する。ここで、噴孔の横断面とは、噴孔の中央軸線に対して垂直な平面で噴孔を切った場合の断面である。また、図5(B)に示されているように、噴孔32を断面B−Bで見たとき、噴孔32は、流入口44から流出口45に向かって広がる扇形の形状を有する。したがって、噴孔32の流路断面は、流入口44から流出口45に向かって徐々に大きくなる。もちろん、流出口45の流路面積は、流入口44の流路面積よりも大きい。また、図5(C)に示されているように、噴孔32をその縦断面で見たとき、噴孔32は、略矩形の形状を有する。ここで、噴孔の縦断面とは、噴孔の中央軸線と噴射弁軸線37とを含む1つの平面で切った場合の断面である。
<噴霧内の燃料流量分布>
第1実施形態の燃料噴射弁11から噴射される燃料噴霧(以下「噴霧」)50が図6に示されている。図6は、燃料噴射弁11の先端を噴射弁軸線37に沿って燃料噴射弁11の外から見た場合の噴霧を示している。図6(A)はフルリフト噴射時の噴霧を示し、図6(B)はパーシャルリフト噴射時の噴霧を示している。
<第1実施形態の噴霧角度および貫徹力>
図7に示されているように、第1実施形態の燃料噴射弁11では、フルリフト噴射時の噴霧角度52(図7(A)参照)は、パーシャルリフト噴射時の噴霧角度52(図7(B)参照)よりも大きい。また、フルリフト噴射時の貫徹力は、パーシャルリフト噴射時の貫徹力よりも大きい。なお、噴霧角度52は噴霧の外縁53間の角度であり、貫徹力は噴霧が筒内を進む力である。
<第1実施形態の燃料噴射制御>
第1実施形態の燃料噴射制御について説明する。以下の説明において、噴射量とは、1機関サイクルにおいて燃料噴射弁から噴射される燃料のトータルの量である。機関運転とは、内燃機関の運転である。また、分割噴射とは、1機関サイクルにおいて、複数のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から目標噴射量の燃料を噴射させる噴射である。また、通常噴射とは、1機関サイクルにおいて、1回のフルリフト噴射によって燃料噴射弁から目標噴射量の燃料を噴射させる噴射である。
第1実施形態では、機関運転状態に応じた適切な噴射量が実験等によって予め求められ、これら求められた噴射量が、図8(A)に示されているように、機関回転数Nと機関負荷Lとの関数のマップの形で目標噴射量Qtとして、ECU90に記憶されている。そして、機関運転中、機関回転数Nと機関負荷Lとに対応する目標噴射量Qtが図8(A)のマップから取得されるとともに、目標分割回数が取得される(この目標分割回数については、後に詳述する)。そして、斯くして取得された目標噴射量Qtを目標分割回数で割った量が、1回のパーシャルリフト噴射における目標噴射量(以下「目標分割噴射量」)に設定される。そして、各パーシャルリフト噴射によって目標分割噴射量の燃料が燃料噴射弁から噴射されるように、燃料噴射弁の動作が制御される。すなわち、分割噴射が実施される。
<第1実施形態の分割回数制御>
第1実施形態の分割回数制御について説明する。この制御は、上記目標分割回数を設定する制御である。なお、以下の説明において、噴霧形状とは、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧である。また、基準噴霧形状とは、正常な噴霧形状として予定されている噴霧形状である。また、噴霧形状パラメータとは、基準噴霧形状からの噴霧形状の差異を表すパラメータである。あるいは、噴霧形状パラメータとは、先に実施されたパーシャルリフト噴射での噴霧形状と後に実施されたパーシャルリフト噴射での噴霧形状との間の差異を表すパラメータである。
第1実施形態では、機関運転状態に応じた適切な分割回数が実験等によって予め求められ、これら求められた分割回数が、図8(B)に示されているように、機関回転数Nと機関負荷Lとの関数のマップの形で基準分割回数Ndbとして、ECU90に記憶されている。そして、機関運転中、機関回転数Nと機関負荷Lとに対応する基準分割回数Ndbが図8(B)のマップから取得される。そして、斯くして取得された基準分割回数Ndbが目標分割回数として設定される。
そして、斯くして設定された目標分割回数を用いて分割噴射が実施されているときに、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合、現在の目標分割回数を1回少なくした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。なお、この場合、少なくされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。
なお、分割噴射が実施されているときに、噴霧形状パラメータが分割回数判定値以下である場合、現在の目標分割回数は変更されない。
<第1実施形態の分割回数制御タイムチャート>
第1実施形態の分割回数制御について、図9のタイムチャートを参照して説明する。図9に示されているように、時刻T0以前では、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値以下であるので、目標分割回数は、変更されず、5回に維持される。そして、時刻T0において、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きくなると、目標分割回数は、1回だけ減少され、4回になる。すると、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値以下となる。
<第1実施形態の燃料噴射制御の利点>
1回のパーシャルリフト噴射によって噴射される燃料の量は非常に少ない。このため、分割噴射が実施されると、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化が促進されるという利益がある。ところが、分割噴射の実施によって、こうした利益が得られるものの、1回のパーシャルリフト噴射のニードルリフト量が非常に小さいことから、パーシャルリフト噴射毎のニードルリフト量にバラツキが生じ、これに伴い、噴霧形状のバラツキが大きくなる可能性がある。そして、噴霧形状のバラツキが大きいと、排気性状またはドライバビリティが悪化する可能性もある。
ここで、第1実施形態の燃料噴射制御によれば、噴霧形状のバラツキが大きい場合、分割回数が少なくされ、それに伴い、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。これにより、1回のパーシャルリフト噴射のニードルリフト量が大きくなり、噴霧形状のバラツキが小さくなる。このため、排気性状およびドライバビリティの悪化を抑制することができる。なお、排気中には、たとえば、CO(すなわち、一酸化炭素)、未燃HC(すなわち、未燃炭化水素)、および、NOx(すなわち、窒素酸化物)が含まれており、これらの量が多い場合、排気性状が悪化していると言える。
<噴霧形状パラメータ>
なお、噴霧形状は、たとえば、トルクの変動量、筒内圧の変動量、機関回転数の変動量、排気性状(たとえば、未燃HC量など)、失火などに影響する。具体的には、噴霧形状のバラツキが大きい場合、トルクの変動量が大きく、筒内圧の変動量が大きく、機関回転数の変動量が大きく、排気性状が悪化し(たとえば、未燃HC量が多く)、失火の回数が多い。
第1実施形態では、噴霧形状パラメータは、トルクの変動量、筒内圧の変動量、機関回転数の変動量、排気性状、または、失火の回数などに基づいて算出される。この場合、トルクの変動量が大きいほど、あるいは、筒内圧の変動量が大きいほど、あるいは、機関回転数の変動量が大きいほど、あるいは、排気性状が悪化しているほど、あるいは、失火の回数が多いほど、噴霧形状パラメータは大きい。
なお、噴霧形状パラメータを算出する場合、その算出は、機関運転が定常運転状態にあるときに行われることが好ましい。
<第1実施形態の適用範囲>
なお、第1実施形態は、スリット形状の噴孔を有する燃料噴射弁を備えた内燃機関に本発明の制御装置を適用した場合の実施形態であるが、本発明は、スリット形状以外の形状の噴孔(たとえば、円筒形状の噴孔)を有する燃料噴射弁を備えた内燃機関にも適用可能である。
<第1実施形態の燃料噴射制御フロー>
第1実施形態の燃料噴射制御フローについて説明する。このフローの一例が図10に示されている。図10のフローが開始されると、始めに、ステップ10において、分割噴射実施フラグFdがセットされている(Fd=1)か否かが判別される。分割噴射実施フラグFdは、分割噴射の実施が要求されたときにセットされ、通常噴射の実施が要求されたときにリセットされる。ステップ10において、Fd=1であると判別されたときには、フローはステップ11に進む。一方、Fd=1ではないと判別されたときには、フローはステップ14に進む。
ステップ11では、目標噴射量Qtおよび目標分割回数Nd(k)が取得される。次いで、ステップ12において、ステップ11で取得された目標噴射量Qtを、ステップ11で取得された目標分割回数Nd(k)によって割った量(=Qt/Nd(k))を、各パーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から噴射されるための開弁時間TAUdが算出される。次いで、ステップ13において、ステップ12で算出された開弁時間TAUdを用いて、燃料噴射が実施され、フローが終了する。すなわち、ステップ12で算出された開弁時間TAUdだけ各パーシャルリフト噴射において燃料噴射弁を開弁させる燃料噴射が実施され、フローが終了する。
ステップ14では、目標噴射量Qtが取得される。次いで、ステップ15において、ステップ14で取得された目標噴射量Qを、1回のフルリフト噴射によって燃料噴射弁から噴射させるための開弁時間TAUが算出される。次いで、ステップ13において、ステップ15で算出された開弁時間TAUを用いて、燃料噴射が実施され、フローが終了する。すなわち、ステップ15で算出された開弁時間TAUだけ各フルリフト噴射において燃料噴射弁を開弁させる燃料噴射が実施され、フローが終了する。
<第1実施形態の分割回数制御フロー>
第1実施形態の分割回数制御フローについて説明する。このフローの一例が図11に示されている。図11のフローが開始されると、始めに、ステップ20において、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps>Psthであると判別されたときには、フローはステップ21に進む。一方、Ps>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ21では、現在の目標分割回数Nd(k)が2回以上である(Nd(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ22に進み、目標分割回数Nd(k)が1回少なくされ、フローが終了する。一方、Nd(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の減少は行われない。
<第2実施形態の分割回数制御>
第2実施形態の分割回数制御について説明する。なお、以下で説明する幾つかの実施形態について、説明されていない各実施形態の構成および制御は、それぞれ、本明細書中で説明されている他の実施形態の構成および制御と同じであるか、あるいは、各実施形態の構成または制御に鑑みたときにその他の実施形態の構成または制御から当然に導き出される構成および制御である。
第2実施形態の分割回数制御では、分割噴射が実施されているときに、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合、現在の目標分割回数を1回少なくした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。なお、この場合、少なくされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。
そして、目標分割回数が少なくされた後、噴霧形状パラメータが未だ分割回数減少判定値よりも大きい場合、分割噴射の実施が禁止される。この場合、通常噴射が実施される。
<第2実施形態の分割回数制御タイムチャート>
第2実施形態の分割回数制御について、図12のタイムチャートを参照して説明する。図12に示されているように、時刻T0以前では、分割噴射実施フラグがセットされているので、目標分割回数が5回に設定され、分割噴射が実施されている。そして、時刻T0以前では、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値以下であるので、目標分割回数は、変更されず、5回に維持される。そして、時刻T0において、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きくなると、目標分割回数は、1回だけ減少され、4回になる。
そして、時刻T0以降、目標分割回数が4回にされた状態で、分割噴射が実施される。このとき、噴霧形状パラメータが未だ分割回数減少判定値よりも大きいので、時刻T1において、分割噴射実施フラグがリセットされる。すなわち、分割噴射の実施が禁止される。
<第2実施形態の燃料噴射制御の利点>
第2実施形態の燃料噴射制御によれば、分割回数が少なくされた場合であっても、噴霧形状パラメータが大きいとき、すなわち、噴霧形状のバラツキが解消されないときには、分割噴射の実施が禁止され、以降、通常噴射が実施される。したがって、より確実に、排気性状およびドライバビリティの悪化を抑制することができる。
<第2実施形態の分割回数制御フロー>
第2実施形態の分割回数制御フローについて説明する。このフローの一例が図13に示されている。図13のフローが開始されると、始めに、ステップ30において、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps>Psthであると判別されたときには、フローはステップ31に進む。一方、Ps>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ31では、現在の目標分割回数Nd(k)が2回以上である(Nd(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ32に進み、目標分割回数Nd(k)が1回少なくされ、その後、フローはステップ33に進む。一方、Nd(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ33では、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps>Psthであると判別されたときには、フローはステップ34に進み、分割噴射実施フラグFdがリセットされ、フローが終了する。この場合、分割噴射の実施が禁止され、通常噴射が実施される。一方、Ps>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、ステップ32で少なくされた目標分割回数に従って分割噴射が実施される。
<第3実施形態の分割回数制御>
第3実施形態の分割回数制御について説明する。この制御では、分割噴射が実施されているときに、或る1つの気筒(以下「特定気筒」)に関し、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合、当該気筒に関し、現在の目標分割回数を1回少なくした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。この場合、当該気筒に関しては、少なくされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。
そして、当該気筒に関し、目標分割回数が少なくされた後、噴霧形状パラメータが未だ分割回数減少判定値よりも大きい場合、当該気筒に関し、分割噴射の実施が禁止されるとともに、その他の気筒に関し、現在の目標分割回数を1回多くした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。この場合、その他の気筒に関しては、多くされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が短くなる。
<第3実施形態の分割回数制御タイムチャート>
第3実施形態の分割回数制御について、図14のタイムチャートを参照して説明する。図14に示されているように、時刻T0以前では、特定気筒に関する分割噴射実施フラグがセットされているので、特定気筒において、目標分割回数が4回に設定され、分割噴射が実施されている。なお、その他の気筒においても、目標分割回数が4回に設定され、分割噴射が実施されている。そして、時刻T0以前では、特定気筒に関し、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値以下であるので、目標分割回数は、変更されず、4回に維持される。そして、時刻T0において、特定気筒に関し、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きくなると、目標分割回数は、1回だけ減少され、3回になる。
そして、時刻T0以降、特定気筒では、目標分割回数が3回にされた状態で、分割噴射が実施される。このとき、特定気筒に関し、噴霧形状パラメータが未だ分割回数減少判定値よりも大きいので、時刻T1において、分割噴射実施フラグがリセットされる。すなわち、分割噴射の実施が禁止される。これと同時に、その他の気筒に関し、目標分割回数が1回だけ増加され、5回になる。すなわち、その他の気筒では、目標分割回数が5回にされた状態で、分割噴射が実施される。
<第3実施形態の燃料噴射制御の利点>
上述したように、1回のパーシャルリフト噴射によって噴射される燃料の量は非常に少ない。このため、分割噴射が実施されると、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化が促進されるという利益がある。したがって、特定気筒において、分割噴射の実施が禁止されると、この気筒に関し、分割噴射から利益を得られなくなる。しかしながら、第3実施形態の燃料噴射制御によれば、特定気筒において、分割噴射の実施が禁止されたときに、その他の気筒において、目標分割回数が増加されるので、内燃機関全体としては、分割噴射から得られる利益を維持することができる。
<第3実施形態の分割回数制御フロー>
第3実施形態の分割回数制御フローについて説明する。このフローの一例が図15に示されている。図15のフローが開始されると、始めに、ステップ40において、特定気筒において、噴霧形状パラメータPsAが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(PsA>Psth)か否かが判別される。ここで、PsA>Psthであると判別されたときには、フローはステップ41に進む。一方、PsA>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、特定気筒に関し、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ41では、特定気筒に関し、現在の目標分割回数NdA(k)が2回以上である(NdA(k)≧2)か否かが判別される。ここで、NdA(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ42に進み、目標分割回数NdA(k)が1回少なくされ、その後、フローはステップ43に進む。一方、NdA(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、特定気筒に関し、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ43では、特定気筒において、噴霧形状パラメータPsAが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(PsA>Psth)か否かが判別される。ここで、PsA>Psthであると判別されたときには、フローはステップ44に進む。一方、PsA>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、特定気筒に関し、ステップ42で少なくされた目標分割回数に従って分割噴射が実施される。
ステップ44では、特定気筒に関する分割噴射実施フラグFdAがリセットされる。次いで、ステップ45において、その他の気筒に関し、目標分割回数NdB(k)、NdC(k)、および、NdD(k)が1回多くされ、フローが終了する。
なお、第3実施形態において、特定気筒の目標分割回数を減らしたときに、その他の気筒のうちの1つのみの目標分割回数を増やすようにしてもよい。この場合の分割回数制御フローの一例が図16に示されている。
図16のフローが開始されると、始めに、ステップ50において、第1気筒における噴霧形状パラメータPs1が分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps1>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps1>Psthであると判別されたときには、フローはステップ51に進む。一方、Ps1>Psthではないと判別されたときには、フローはステップ54に進む。この場合、第1気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ51では、第1気筒の現在の目標分割回数Nd1(k)が2回以上である(Nd1(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd1(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ52に進む。一方、Nd1(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはステップ54に進む。この場合、第1気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ52では、第1気筒の目標分割回数Nd1(k)が1回少なくされる。次いで、ステップ53において、第3気筒の目標分割回数Nd3(k)が1回多くされ、フローがステップ54に進む。
ステップ54では、第3気筒における噴霧形状パラメータPs3が分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps3>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps3>Psthであると判別されたときには、フローはステップ55に進む。一方、Ps3>Psthではないと判別されたときには、フローはステップ58に進む。この場合、第3気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ55では、第3気筒の現在の目標分割回数Nd3(k)が2回以上である(Nd3(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd3(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ56に進む。一方、Nd3(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはステップ58に進む。この場合、第3気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ56では、第3気筒の目標分割回数Nd3(k)が1回少なくされる。次いで、ステップ57において、第4気筒の目標分割回数Nd4(k)が1回多くされ、フローがステップ58に進む。
ステップ58では、第4気筒における噴霧形状パラメータPs4が分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps4>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps4>Psthであると判別されたときには、フローはステップ59に進む。一方、Ps4>Psthではないと判別されたときには、フローはステップ62に進む。この場合、第4気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ59では、第4気筒の現在の目標分割回数Nd4(k)が2回以上である(Nd4(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd4(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ60に進む。一方、Nd4(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはステップ62に進む。この場合、第4気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ60では、第4気筒の目標分割回数Nd4(k)が1回少なくされる。次いで、ステップ61において、第2気筒の目標分割回数Nd2(k)が1回多くされ、フローがステップ62に進む。
ステップ62では、第2気筒における噴霧形状パラメータPs2が分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps2>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps2>Psthであると判別されたときには、フローはステップ63に進む。一方、Ps2>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、第2気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ63では、第2気筒の現在の目標分割回数Nd2(k)が2回以上である(Nd2(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd2(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ64に進む。一方、Nd2(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、第2気筒の目標分割回数の減少は行われない。
ステップ64では、第2気筒の目標分割回数Nd2(k)が1回少なくされる。次いで、ステップ65において、第1気筒の目標分割回数Nd1(k)が1回多くされ、フローが終了する。
<第4実施形態の分割回数制御>
第4実施形態の分割回数制御について説明する。分割噴射が実施されているときに、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合、現在の目標分割回数を1回少なくした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。なお、この場合、少なくされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。
一方、分割噴射が実施されているときに、噴霧形状パラメータが分割回数判定値よりも小さい場合、現在の目標分割回数を1回多くした分割回数が目標分割回数として設定される。なお、この場合、多くされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が短くなる。
<第4実施形態の燃料噴射制御の利点>
第4実施形態の燃料噴射制御によれば、分割回数を多くしても噴霧形状のバラツキが許容範囲内に収まる可能性がある場合において、分割回数が多くされる。このため、分割噴射から利益をより多く得ることができる。
<第4実施形態の分割回数制御フロー>
第4実施形態の分割回数制御フローについて説明する。このフローの一例が図17に示されている。図17のフローが開始されると、始めに、ステップ70において、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps>Psthであると判別されたときには、フローはステップ71に進む。一方、Ps>Psthではないと判別されたときには、フローはステップ73に進む。
ステップ71では、現在の目標分割回数Nd(k)が2回以上である(Nd(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ72に進み、目標分割回数Nd(k)が1回少なくされ、フローが終了する。一方、Nd(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ73では、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも小さい(Ps<Psth)か否かが判別される。ここで、Ps<Psthであると判別されたときには、フローはステップ74に進み、目標分割回数Nd(k)が1回多くされ、フローが終了する。一方、Ps<Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の増加は行われない。
<第5実施形態の分割回数制御>
第5実施形態の分割回数制御について説明する。この制御では、分割噴射が実施されているときに、或る1つの気筒(以下「特定気筒」)に関し、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合、当該気筒に関し、現在の目標分割回数を1回少なくした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。この場合、当該気筒に関しては、少なくされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が長くなる。
そして、当該気筒に関し、目標分割回数が少なくされた後、噴霧形状パラメータが未だ分割回数減少判定値よりも大きい場合、当該気筒に関し、分割噴射の実施が禁止されるとともに、その他の気筒に関し、現在の目標分割回数を1回多くした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。この場合、その他の気筒に関しては、多くされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が短くなる。
一方、分割噴射が実施されているときに、特定気筒に関し、噴霧形状パラメータが分割回数判定値よりも小さい場合、当該気筒に関し、現在の目標分割回数を1回多くした分割回数が目標分割回数として設定される。この場合、当該気筒に関しては、多くされた回数のパーシャルリフト噴射によって、目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射されることになるので、各パーシャルリフト噴射の噴射時間が短くなる。
<第5実施形態の燃料噴射制御の利点>
第5実施形態の燃料噴射制御によれば、特定気筒において、分割噴射の実施が禁止されたときに、その他の気筒において、目標分割回数が増加されるので、内燃機関全体としては、分割噴射から利益を維持することができる。さらに、第5実施形態の燃料噴射制御によれば、目標分割回数の増加が行われることがある。しかしながら、目標分割回数の減少を行ったにもかかわらず、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値以下とならない場合に目標分割回数の増加が行われると、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きくなる可能性が高い。したがって、この場合、目標分割回数の増加が行われることは好ましくないとも言える。第5実施形態の燃料噴射制御によれば、こうした場合において、分割噴射の実施が禁止される。このため、燃料性状およびドライバビリティの悪化を、より確実に抑制することができる。
<第5実施形態の分割回数制御フロー>
第5実施形態の分割回数制御フローについて説明する。このフローの一例が図18に示されている。図18のフローが開始されると、始めに、ステップ80において、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(Ps>Psth)か否かが判別される。ここで、Ps>Psthであると判別されたときには、フローはステップ81に進む。一方、Ps>Psthではないと判別されたときには、フローはステップ85に進む。
ステップ81では、現在の目標分割回数Nd(k)が2回以上である(Nd(k)≧2)か否かが判別される。ここで、Nd(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ82に進み、目標分割回数Nd(k)が1回少なくされ、その後、フローはステップ83に進む。一方、Nd(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ83では、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(PsA>Psth)か否かが判別される。ここで、PsA>Psthであると判別されたときには、フローはステップ84に進み、分割噴射実施フラグFdがリセットされ、フローが終了する。一方、PsA>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、ステップ82で少なくされた目標分割回数に従って分割噴射が実施される。
ステップ85では、噴霧形状パラメータPsが分割回数減少判定値Psthよりも小さい(Ps<Psth)か否かが判別される。ここで、Ps<Psthであると判別されたときには、フローはステップ86に進み、目標分割回数Nd(k)が1回多くされ、フローが終了する。一方、Ps<Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、目標分割回数の増加は行われない。
<第6実施形態の分割回数制御>
第6実施形態の分割回数制御について説明する。この制御では、分割噴射が実施されているときに、特定気筒に関し、噴霧形状パラメータが分割回数減少判定値よりも大きい場合、当該気筒に関し、現在の目標分割回数を1回少なくした分割回数が新たな目標分割回数として設定されるとともに、その他の気筒に関し、現在の目標分割回数を1回多くした分割回数が新たな目標分割回数として設定される。
<第6実施形態の分割回数制御の利点>
上述したように、分割噴射には、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化が促進されるという利益がある。したがって、特定気筒において、分割回数が少なくされると、この気筒に関し、分割噴射から得られる利益が少なくなる。しかしながら、その他の気筒に関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させれば、内燃機関全体としては、分割噴射から得られる利益を維持することができる。
<第6実施形態の分割回数制御フロー>
第6実施形態の分割回数制御フローについて説明する。このフローの一例が図19に示されている。図19のフローが開始されると、始めに、ステップ90において、特定気筒において、噴霧形状パラメータPsAが分割回数減少判定値Psthよりも大きい(PsA>Psth)か否かが判別される。ここで、PsA>Psthであると判別されたときには、フローはステップ91に進む。一方、PsA>Psthではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、特定気筒に関し、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ91では、特定気筒に関し、現在の目標分割回数NdA(k)が2回以上である(NdA(k)≧2)か否かが判別される。ここで、NdA(k)≧2であると判別されたときには、フローはステップ92に進む。一方、NdA(k)≧2ではないと判別されたときには、フローはそのまま終了する。この場合、特定気筒に関し、目標分割回数の減少は行われない。
ステップ92では、目標分割回数NdA(k)が1回少なくされる。次いで、ステップ93において、その他の気筒に関し、目標分割回数NdB(k)、NdC(k)、および、NdD(k)が1回多くされ、フローが終了する。
<本発明の適用範囲>
なお、上述では、燃料噴射弁が筒内上部の吸気弁側方の機関本体の部分に取り付けられている場合を例に本発明を説明したが、本発明は、燃料噴射弁が筒内に燃料を直接噴射するものである限り機関本体のいかなる部分に取り付けられている場合にも適用可能である。
また、上述では、複数のパーシャルリフト噴射によって目標噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射させる場合を例に本発明を説明したが、本発明は、目標噴射量のうちの一部の量の燃料をフルリフト噴射によって燃料噴射弁から噴射させるとともに、目標噴射量のうちの残りの量の燃料(別の言い方をすると、所定量の燃料)を複数のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から噴射させる場合にも適用可能である。
<実施形態の総括>
以上説明から、上記実施形態の制御装置は、広く捉えれば、筒内(つまり、燃焼室18)に燃料を直接噴射する燃料噴射弁11を備える内燃機関10に適用される制御装置であって、複数のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から燃料を噴射させる分割噴射制御を実施する制御装置であって、噴霧形状バラツキを表す噴霧形状パラメータPsの値が分割回数減少判定値Psthよりも大きい場合、1機関サイクルにおけるパーシャルリフト噴射の回数Nd(k)を減少させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間TAUdを長くする分割回数減少制御を実施する制御部(たとえば、ECU90)を具備する制御装置であると言える。
11…燃料噴射弁、16…点火プラグ、17…筒内圧センサ、18…燃焼室、73…空燃比センサ、80…クランクポジションセンサ、90…電子制御装置(ECU)

Claims (5)

  1. 複数の気筒、及び、前記気筒それぞれの筒内に燃料を直接噴射する複数の燃料噴射弁を備える内燃機関に適用される制御装置であって、複数のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から燃料を噴射させる分割噴射制御を実施する制御装置において、
    噴霧形状バラツキを表す噴霧形状パラメータの値が分割回数減少判定値よりも大きい場合、1機関サイクルにおけるパーシャルリフト噴射の回数を減少させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を長くする分割回数減少制御を実施する制御部を具備し、
    前記制御部は、
    前記分割回数減少制御の実施後の前記噴霧形状パラメータの値が前記分割回数減少判定値よりも大きい場合、分割噴射制御の実施を禁止し、
    1つの気筒に関して前記分割噴射制御の実施を禁止したときに、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数補充制御を実施する、
    制御装置。
  2. 複数の気筒、及び、前記気筒それぞれの筒内に燃料を直接噴射する複数の燃料噴射弁を備える内燃機関に適用される制御装置であって、複数のパーシャルリフト噴射によって燃料噴射弁から燃料を噴射させる分割噴射制御を実施する制御装置において、
    噴霧形状バラツキを表す噴霧形状パラメータの値が分割回数減少判定値よりも大きい場合、1機関サイクルにおけるパーシャルリフト噴射の回数を減少させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を長くする分割回数減少制御を実施する制御部を具備し、
    前記制御部は、
    1つの気筒に関して前記分割回数減少制御を実施したときに、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数補充制御を実施する、
    制御装置。
  3. 前記制御部は、前記分割回数減少制御の実施後の前記噴霧形状パラメータの値が前記分割回数減少判定値よりも大きい場合、分割噴射制御の実施を禁止する請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、1つの気筒に関して前記分割噴射制御の実施を禁止したときに、残りの気筒の少なくとも1つに関し、1機関サイクルにおけるパーシャル噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数補充制御を実施する請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記噴霧形状パラメータの値が前記分割回数減少判定値よりも小さい場合、1機関サイクルにおけるパーシャルリフト噴射の回数を増加させるとともに、各パーシャルリフト噴射の噴射時間を短くする分割回数増加制御を実施する請求項1〜4のいずれか1つに記載の制御装置。
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