JP6784214B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
前記インジェクタは、タンブル流が発生する燃焼室の上部に設けられる。前記インジェクタは、複数の噴孔から筒内に燃料を噴射する。
前記点火プラグは、前記燃焼室の上部に設けられて放電火花を用いて筒内の混合気に点火する。前記点火プラグは、前記燃焼室の上部におけるタンブル流の流れ方向の、前記インジェクタよりも下流側に配置される。前記点火プラグは、前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち前記点火プラグに最も近づく燃料噴霧の下流側に位置し、尚且つ、前記最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも前記燃焼室の上部側に位置する。
前記排気浄化触媒は、前記燃焼室からの排気を浄化する。
前記制御装置は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも遅角側の点火期間で放電火花が発生するように前記点火プラグを制御すると共に、前記圧縮上死点よりも進角側での第1噴射と、前記圧縮上死点よりも遅角側での第2噴射であって、噴射期間が前記点火期間の少なくとも一部と重複する第2噴射と、を行うように前記インジェクタを制御する。
前記制御装置は更に、初期燃焼の安定性に関するパラメータが閾値を上回ると判定した場合に、前記内燃機関の回転速度を強制的に上昇させる。
先ず、図1乃至図9を参照しながら、本発明の実施の形態1を説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明する図である。図1に示すように、本実施の形態に係るシステムは、車両に搭載される内燃機関(以下、「エンジン」ともいう。)10を備えている。エンジン10は4ストローク1サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。但し、図1には、そのうちの1つの気筒12のみが描かれている。エンジン10は、気筒12が形成されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14上に配置されるシリンダヘッド16と、を有している。気筒12内にはその軸方向(本実施の形態では鉛直方向)に往復動するピストン18が配置されている。エンジン10の燃焼室20は、少なくともシリンダブロック14の壁面と、シリンダヘッド16の下面と、ピストン18の上面と、によって画定されている。
本実施の形態では、図1に示したECU40によるエンジン10の冷間始動直後の制御として、排気浄化触媒の活性化を促進する制御(以下、「触媒暖機制御」ともいう。)が行われる。排気浄化触媒は、エンジンの排気通路に設けられる触媒であり、一例として、活性化状態にある触媒の雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中の窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を浄化する三元触媒が挙げられる。触媒暖機制御は、エンジン10の始動後、変速機のギヤがニュートラル状態とされる設定期間において行われる。設定期間は、エンジンの始動時における温度センサ46の検出値に基づきECU40によって算出される。
図5は、膨張行程噴射による誘引作用を説明する図である。なお、説明の便宜上、図5には最寄りの燃料噴霧のみを示す。図5の上段には、電極部34での放電期間中であって、膨張行程噴射の直前の筒内状態が描かれている。この上段に示すように、電極部34での放電期間においては、電極部34で生じた放電火花と、燃焼室20内の均質混合気と、から火炎核が生じる。均質混合気は、吸気行程噴射による燃料噴霧に由来する混合気である。図5に示すように、放電火花は、タンブル流の流れ方向に延びる。火炎核は、タンブル流の流れ方向に流される。
触媒暖機制御中に初期燃焼が不安定になるサイクルが多くなれば、サイクル間の燃焼変動が大きくなりドライバビリティに影響が出てしまう。そこで、本実施の形態では、触媒暖機制御中に初期燃焼の安定性に関する判定を行う。そして、初期燃焼が不安定になっていると判定した場合は、エンジン回転速度を強制的に上昇させる制御を行う。
図9は、本発明の実施の形態1において、図1に示したECU40が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、触媒暖機制御を実行する運転モード(以下、「触媒暖機モード」ともいう。)が選択されている間、繰り返し実行されるものとする。なお、触媒暖機モードは、各種の前提条件が成立した場合に選択される。前提条件には、システムに異常がないこと、暖機要求条件が成立すること、安全条件が成立すること、が含まれる。暖機要求条件には、エンジンの冷却水温または油温が所定範囲内であることが含まれる。安全条件には、触媒暖機制御の禁止要求が出されていないことが含まれる。
次に、本発明の実施の形態2について図10乃至図11を参照しながら説明する。なお、本実施の形態は図1に示したシステム構成を前提とすることから、その説明については省略する。
上記実施の形態1では、初期燃焼が不安定になっていると判定した場合に、目標トルクをエンジン始動時の目標トルクよりも高い値に変更した。しかし、このような目標トルクの変更にも関わらず、初期燃焼が安定化しない場合がある。そこで、本実施の形態では、目標トルクの変更後、初期燃焼の安定性に関する判定を再度行う。そして、初期燃焼が不安定になっていると判定した場合に、目標トルクの変更を継続しつつ、吸気行程噴射での噴射量を増やす。吸気行程噴射での噴射量を増やせば、均質混合気の燃料濃度を高めることができる。均質混合気の燃料濃度を高めれば、電極部の周囲の均質混合気の空燃比が過リーンであるときの問題(図6(iii)参照)が生じているときに、初期燃焼を安定化できる。
図11は、本発明の実施の形態2において、図1に示したECU40が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、触媒暖機モードが選択されている間、繰り返し実行されるものとする。
ところで、上記実施の形態1,2では、燃焼室20に形成されるタンブル流が、排気ポート24側では燃焼室20の上部から下部に向かい、且つ、吸気ポート22側では燃焼室20の下部から上方に向かうように旋回するとした。しかし、このタンブル流が逆方向、つまり、吸気ポート22側では燃焼室20の上部から下方に向かい、且つ、排気ポート24側では燃焼室20の下部から上部に向かうように旋回するものであってもよい。但しこの場合は、点火プラグ32の配置箇所を、排気バルブ28側から吸気バルブ26側に変更する必要がある。点火プラグ32の配置箇所をこのように変更すれば、タンブル流の流れ方向において、インジェクタ30の下流側に点火プラグ32が位置することになるので、膨張行程噴射による誘引作用を得ることができる。
以下、本発明の検討の過程において本発明者らが考案した別の発明を参考例1〜4として開示する。なお、既述の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
参考例1〜4に係るシステムは、何れも、図1に示したシステム構成に、ポートインジェクタが追加されたシステムを前提とする。ポートインジェクタは、図1に示した吸気ポート22に設けられている。ポートインジェクタは、図1に示したECU40によって操作されるアクチュエータに含まれる。図1に示したインジェクタ30を開弁すると、燃料が直接、燃焼室20に噴射される。これに対し、ポートインジェクタを開弁すると、燃料が吸気ポートに噴射される。ポートインジェクタからの燃料噴霧は、吸気ポート22内の吸気と混ざり合い混合気を形成する。吸気ポート22内の混合気は、図1に示した吸気バルブ26の開弁に伴い、燃焼室20に流入する。
[参考例1に係る触媒暖機制御の特徴]
上記実施の形態1,2同様、参考例1では、触媒暖機制御中に初期燃焼の安定性に関する判定を行う。但し、参考例では、初期燃焼が不安定になっていると判定した場合に、ポートインジェクタを用いた排気行程での噴射(以下、「排気行程噴射」ともいう。)を行う。図13は、参考例1に係る触媒暖機制御の特徴を説明する図である。図13の上段には、上記実施の形態1に係る触媒暖機制御の概要が、図13の下段には、参考例1に係る触媒暖機制御の概要が、それぞれ描かれている。図13の上段と下段を比較すると分かるように、参考例1に係る触媒暖機制御は、吸気行程噴射に相当する噴射を、ポートインジェクタによる排気行程噴射として行っている。排気行程噴射は、クランク角CA7において開始される。
[参考例2に係る触媒暖機制御の特徴]
参考例2に係る触媒暖機制御では、参考例1で説明した排気行程噴射での燃料量を、冷却水温または油温に応じて変更する。図14は、排気行程噴射の噴射期間(燃料噴射量)と、エンジンの冷却水温または油温との関係の一例を示した図である。図14に示すように、冷却水温または油温が低くなるほど多くなるように排気行程噴射の噴射期間を延長する。このように排気行程噴射の噴射期間を延長すれば、低温環境においても初期火炎の発生に必要な気化燃料を確保できる。
[参考例3に係る触媒暖機制御の特徴]
参考例3に係る触媒暖機制御では、参考例1で説明した排気行程噴射にも関わらず、初期燃焼が安定化しない場合に、図1に示したインジェクタ30を用いた圧縮行程での噴射(以下、「圧縮行程噴射」ともいう。)を行う。図15は、参考例3に係る触媒暖機制御の特徴を説明する図である。図15の上段には、参考例1に係る触媒暖機制御の概要が、図15の下段には、参考例3に係る触媒暖機制御の概要が、それぞれ描かれている。図15の上段と下段を比較すると分かるように、参考例3に係る触媒暖機制御は、排気行程噴射と膨張行程噴射の他に、圧縮行程噴射を行っている。圧縮行程噴射は、クランク角CA8において開始される。
[参考例4に係る触媒暖機制御の特徴]
参考例4に係る触媒暖機制御では、参考例3で説明した圧縮行程噴射を開始するクランク角CA8を、エンジン回転速度に応じて変更する。図16は、圧縮行程噴射の開始時期と、エンジン回転速度との関係の一例を示した図である。図16に示すように、エンジン回転速度が高くなるほど圧縮行程噴射の開始時期(つまり、クランク角CA8)を遅角側のクランク角に変更する。このように圧縮行程噴射の開始時期を変更すれば、電極部の周囲の均質混合気の燃料濃度を放電期間CPにおいて確実に高めることができる。
12 気筒
16 シリンダヘッド
20 燃焼室
30 インジェクタ
32 点火プラグ
40 ECU
Claims (3)
- タンブル流が発生する燃焼室の上部に設けられるインジェクタであって、複数の噴孔から筒内に燃料を噴射するインジェクタと、
前記燃焼室の上部に設けられて放電火花を用いて筒内の混合気に点火する点火プラグであって、前記燃焼室の上部におけるタンブル流の流れ方向の、前記インジェクタよりも下流側に配置され、前記複数の噴孔から噴射された燃料噴霧のうち前記点火プラグに最も近づく燃料噴霧の下流側に位置し、尚且つ、前記最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも前記燃焼室の上部側に位置する点火プラグと、
前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも遅角側の点火期間で放電火花が発生するように前記点火プラグを制御すると共に、前記圧縮上死点よりも進角側での第1噴射と、前記圧縮上死点よりも遅角側での第2噴射であって、噴射期間が前記点火期間の少なくとも一部と重複する第2噴射と、を行うように前記インジェクタを制御し、
前記制御装置は更に、初期燃焼の安定性に関するパラメータが閾値を上回ると判定した場合に、前記内燃機関の回転速度を強制的に上昇させることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の回転速度の変更後のサイクルにおいて、前記パラメータが前記閾値を上回ると再度判定した場合に、前記第1噴射での噴射量を増やすように前記インジェクタを制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の回転速度の変更後のサイクルにおいて、前記パラメータが前記閾値を上回ると再度判定した場合に、前記第1噴射を複数回に分割して行うように前記インジェクタを制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
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