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図面 (7)

課題

吸気バルブ圧縮行程中閉弁するように制御したときに筒内から燃料吸気系に戻されても、筒内残留燃料量が適正値になるように制御する。

解決手段

エンジン制御回路21は、吸気バルブ13の閉弁タイミングを圧縮行程中まで遅らせることで、ポンピング損失を低減させて燃費の向上を図る。この際、エンジン制御回路21は、吸気バルブ13の閉弁タイミングに基づいて燃料戻り率(吸気行程で筒内に吸入される総燃料量に対する圧縮行程中に筒内から吸気系に戻される燃料量の割合)を算出すると共に、エンジン運転状態に応じて要求燃料量を算出し、筒内に残留する燃料量が要求燃料量と一致するように燃料噴射量を燃料戻り率を用いて算出する。尚、燃料戻り率の算出時に、筒内温度又はその代用情報である冷却水温が高くなるほど、燃料戻り率が大きくなるように補正しても良い。

概要

背景

近年、車両の内燃機関に採用されている可変バルブ装置は、吸気バルブバルブタイミング進角量を制御するものが多い。しかし、吸気バルブのバルブタイミングを進角させてバルブオーバーラップ量(吸気バルブと排気バルブの両方が開弁している期間[図6の参照])を増大させると、バルブオーバーラップ期間中に発生する排気吹き返しによって筒内から吸気系に戻される燃料量が増えるため、筒内の空燃比リーンとなってしまう。この対策として、特開平7−224697号公報に示すように、バルブオーバーラップ量に応じて燃料噴射量を補正するようにしたものがある。

概要

吸気バルブを圧縮行程中閉弁するように制御したときに筒内から燃料が吸気系に戻されても、筒内残留燃料量が適正値になるように制御する。

エンジン制御回路21は、吸気バルブ13の閉弁タイミングを圧縮行程中まで遅らせることで、ポンピング損失を低減させて燃費の向上を図る。この際、エンジン制御回路21は、吸気バルブ13の閉弁タイミングに基づいて燃料戻り率(吸気行程で筒内に吸入される総燃料量に対する圧縮行程中に筒内から吸気系に戻される燃料量の割合)を算出すると共に、エンジン運転状態に応じて要求燃料量を算出し、筒内に残留する燃料量が要求燃料量と一致するように燃料噴射量を燃料戻り率を用いて算出する。尚、燃料戻り率の算出時に、筒内温度又はその代用情報である冷却水温が高くなるほど、燃料戻り率が大きくなるように補正しても良い。

目的

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、圧縮行程中に吸気系に戻される燃料を考慮した燃料噴射制御を行うことができ、常に筒内に残留する燃料量を適正に制御することができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

少なくとも吸気バルブ閉弁タイミング可変する可変バルブ装置を備えた内燃機関において、内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料量を算出する要求燃料量算出手段と、圧縮行程中に前記吸気バルブが閉弁するまでに筒内から吸気系に戻される燃料戻り量を前記吸気バルブの閉弁タイミングに基づいて推定する燃料戻り量推定手段と、筒内に残留する燃料量が前記要求燃料量と一致するように前記燃料戻り量を考慮して前記要求燃料量を補正して燃料噴射量を求める燃料噴射量算出手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置

請求項2

前記燃料戻り量推定手段は、圧縮行程中に前記吸気バルブの閉弁タイミングが遅くなるほど前記燃料戻り量が多くなるように推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項3

前記燃料戻り量推定手段は、筒内の燃料の気化状態が良くなるほど前記燃料戻り量が多くなるように推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項4

前記燃料戻り量推定手段は、筒内の燃料の気化状態を評価するパラメータとして筒内温度又は冷却水温を用い、筒内温度又は冷却水温が高くなるほど前記燃料戻り量が多くなるように推定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

技術分野

0001

本発明は、少なくとも吸気バルブ閉弁タイミング可変する可変バルブ装置を備えた内燃機関燃料噴射制御装置に関するものである。

背景技術

0002

近年、車両の内燃機関に採用されている可変バルブ装置は、吸気バルブのバルブタイミング進角量を制御するものが多い。しかし、吸気バルブのバルブタイミングを進角させてバルブオーバーラップ量(吸気バルブと排気バルブの両方が開弁している期間[図6の参照])を増大させると、バルブオーバーラップ期間中に発生する排気吹き返しによって筒内から吸気系に戻される燃料量が増えるため、筒内の空燃比リーンとなってしまう。この対策として、特開平7−224697号公報に示すように、バルブオーバーラップ量に応じて燃料噴射量を補正するようにしたものがある。

発明が解決しようとする課題

0003

ところで、最近では、吸気バルブの閉弁タイミングを圧縮行程中期まで遅らせて、吸気バルブを圧縮行程中期まで開いておくことで、ポンピング損失を低減させて燃費の向上を図ることが考えられているが、吸気バルブの閉弁タイミングを遅らせると、圧縮行程中の吸気バルブの開弁期間図6の参照)が長くなって、筒内の燃料混合気)のうち、上昇するピストンに押されて吸気系に戻される燃料量が増加する。しかし、上記公報の構成では、バルブオーバーラップ図6の参照)による燃料の吹き戻しが考慮されているだけであり、圧縮行程中に吸気系に戻される燃料については全く考慮されていないため、特に、要求燃料量が増加する加速時等の高負荷運転時には、要求燃料量に対して実際に筒内に残留する燃料量が少なくなって筒内の空燃比がリーンとなってしまい、ドライバビリティ排気エミッションが悪化するおそれがある。

0004

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、圧縮行程中に吸気系に戻される燃料を考慮した燃料噴射制御を行うことができ、常に筒内に残留する燃料量を適正に制御することができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

上記目的を達成するために、本発明の請求項1の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料量を要求燃料量算出手段で算出すると共に、圧縮行程中に吸気バルブが閉弁するまでに筒内から吸気系に戻される燃料戻り量を吸気バルブの閉弁タイミングに基づいて燃料戻り量推定手段で推定し、筒内に残留する燃料量が要求燃料量と一致するように燃料戻り量を考慮して燃料噴射量算出手段により要求燃料量を補正して燃料噴射量を求める。

0006

一般に、圧縮行程中に筒内から吸気系に戻される燃料量は、吸気バルブの閉弁タイミング(圧縮行程中の吸気バルブの開弁期間)に応じて増減するため、吸気バルブの閉弁タイミングを用いれば、圧縮行程中の燃料戻り量を精度良く推定することができ、この燃料戻り量を用いることで、筒内に残留する燃料量が要求燃料量と一致するように燃料噴射量を算出することができる。このため、吸気バルブの閉弁タイミングを圧縮行程中まで遅らせたときに筒内の燃料の一部が吸気系に戻されても、最終的に筒内に残留する燃料量を要求燃料量に一致させることができ、筒内の空燃比を目標空燃比に制御できて、ドライバビリティや排気エミッションを向上することができる。

0007

この場合、請求項2のように、圧縮行程中に吸気バルブの閉弁タイミングが遅くなるほど、燃料戻り量が多くなるように推定すると良い。このようにすれば、吸気バルブの閉弁タイミングが遅くなるほど、圧縮行程中の吸気バルブの開弁期間が長くなって燃料戻り量が多くなるのに対応して、燃料戻り量を精度良く推定することができる。

0008

ところで、圧縮行程の吸気バルブの開弁期間中に筒内から吸気系に戻される燃料は、上昇するピストンによって吸気系に押し出される空気の流れに乗って流出する燃料であるため、筒内の燃料の気化状態が良いほど、吸気系に押し出される空気の流れに乗って流出する燃料量が多くなる。

0009

この点を考慮して、請求項3のように、筒内の燃料の気化状態が良くなるほど燃料戻り量が多くなるように推定するようにしても良い。このようにすれば、燃料戻り量を変化させる要因となる筒内の燃料の気化状態を考慮して燃料戻り量を精度良く推定することができる。

0010

また、筒内温度が高くなるほど筒内の燃料が気化しやすくなるため、請求項4のように、筒内の燃料の気化状態を評価するパラメータとして筒内温度又はその代用情報である冷却水温を用い、筒内温度又は冷却水温が高くなるほど燃料戻り量が多くなるように推定するようにしても良い。このようにすれば、筒内の燃料の気化状態を直接検出しなくても、内燃機関の制御パラメータとして用いられる筒内温度又は冷却水温を利用して、筒内の燃料の気化状態を考慮して燃料戻り量を精度良く推定することができる。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の各気筒吸気ポート12には、電磁駆動式の吸気バルブ13が1個又は複数個設けられ、各気筒の排気ポート14には、電磁駆動式の排気バルブ15が1個又は複数個設けられている。吸気バルブ13と排気バルブ15は、それぞれ電磁アクチュエータ16,17(可変バルブ装置)によって駆動される。また、各気筒の吸気ポート12の近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁18が設けられ、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ19や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ20が取り付けられている。

0012

これら水温センサ19、クランク角センサ20等の各種のセンサ出力は、エンジン制御回路21に入力される。このエンジン制御回路21は、マイクロコンピュータ主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種の制御プログラムを実行することで、燃料噴射弁18の燃料噴射量や点火プラグ22の点火時期を制御すると共に、各バルブ13,15の電磁アクチュエータ16,17を制御して各バルブ13,15のバルブタイミング(開弁タイミング及び閉弁タイミング)を制御する。

0013

ところで、図6に示すように、吸気バルブ13の閉弁タイミングをBDC(下死点)よりも遅角させると、圧縮行程における吸気バルブ13の開弁期間中(参照)に、筒内の燃料(混合気)の一部が吸気系に戻されるため、特に、筒内燃焼に必要な要求燃料量が増大する加速時等には、要求燃料量に対して実際に筒内に残留する燃料量が少なくなって筒内の空燃比がリーンとなってしまい、ドライバビリティや排気エミッションが悪化するおそれがある。

0014

そこで、エンジン制御回路21は、図2の燃料戻り率推定プログラム及び図5の燃料噴射量算出プログラムを実行することで、吸気バルブ13の閉弁タイミングに基づいて燃料戻り率(燃料戻り量)を推定すると共に、エンジン運転状態に応じて要求燃料量を算出し、筒内に残留する燃料量が要求燃料量と一致するように燃料噴射量を燃料戻り率を用いて算出する。以下、図2及び図5の各プログラム処理内容を説明する。

0015

図2の燃料戻り率推定プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう燃料戻り量推定手段に相当する役割を果たす。本プログラム起動されると、まず、ステップ101で、現在の吸気バルブ13の閉弁タイミングを読み込み、次のステップ102で、図3に示すマップ検索して、現在の吸気バルブ13の閉弁タイミングに応じて基本燃料戻り率Aを算出する。この基本燃料戻り率Aは、吸気行程で筒内に吸入される総燃料量に対する圧縮行程中に筒内から吸気系に戻される燃料量の割合である。

0016

一般に、吸気バルブ13の閉弁タイミングがBDC又はBDCよりも進角側(吸気行程)に制御されているときは、圧縮行程前に吸気バルブ13が閉弁されて圧縮行程で筒内から吸気系に戻される燃料量が0となる。一方、吸気バルブ13の閉弁タイミングがBDCよりも遅角側(圧縮行程)に制御されているときは、吸気バルブ13の閉弁タイミングが遅くなるほど、圧縮行程中の吸気バルブ13の開弁期間が長くなって筒内から吸気系に戻される燃料量が増加する。このため、図3の基本燃料戻り率Aのマップ特性は、吸気バルブ13の閉弁タイミングがBDC及びBDCよりも進角側の領域では、基本燃料戻り率Aが0%に設定され、吸気バルブ13の閉弁タイミングがBDCよりも遅角側の領域では、吸気バルブ13の閉弁タイミングが遅くなるほど、基本燃料戻り率Aが大きくなるように設定されている。

0017

基本燃料戻り率Aの算出後、ステップ103に進み、図4に示すマップを検索して、基本燃料戻り率Aに対する補正率Bを現在の冷却水温に応じて算出する。一般に、圧縮行程中に筒内から吸気系に戻される燃料は、筒内に吸入された燃料が気化して混合気となった状態で吸気ポート12から空気の流れに乗って排出れるため、筒内の燃料の気化状態が良くなるほど、筒内から吸気系に戻される燃料量が多くなる。この場合、筒内温度(又はその代用情報である冷却水温)が高くなるほど、筒内の燃料が気化しやすくなって燃料の気化状態が良くなるため、図5の補正率Bのマップ特性は、筒内温度の代用情報である冷却水温が高くなるほど、補正率Bが大きくなるように設定されている。尚、筒内温度を推定又は検出し、筒内温度に応じて補正率Bを算出するようにしても良い。

0018

この後、ステップ104に進み、基本燃料戻り率Aに補正率Bを乗算して最終的な燃料戻り率KBACKを算出し、本プログラムを終了する。
KBACK=A×B

0019

次に、図5の燃料噴射量算出プログラムの処理内容を説明する。本プログラムの処理内容の理解を容易にするために、最終的に筒内に残留する燃料量FZ が要求燃料量FBASEと一致するように燃料噴射量FR を算出する方法を説明する。

0020

前回の圧縮行程で筒内から吸気系に戻された戻り燃料量FBACK(i-1) は、次の吸気行程で噴射燃料と共に筒内に吸入されるため、今回の吸気行程中に、一旦、筒内に吸入される総燃料吸入量FTOTAL は、今回の燃料噴射量FR(i)に前回の戻り燃料量FBACK(i-1) を加算して求めることができる。
FTOTAL =FR(i)+FBACK(i-1) ……(1)

0021

今回の圧縮行程中に筒内から吸気系に戻される戻り燃料量FBACK(i) は、総燃料吸入量FTOTAL に燃料戻り率KBACK(i) を乗算して求めることができる。
FBACK(i) =FTOTAL ×KBACK(i)
={FR(i)+FBACK(i-1) }×KBACK(i) ……(2)

0022

今回、筒内に残留する燃料量FZ は、総燃料吸入量FTOTAL から今回の戻り燃料量FBACK(i) を減算して求めることができる。
FZ =FTOTAL −FBACK(i)
=FR(i)+FBACK(i-1) −FBACK(i) ……(3)

0023

また、筒内に残留する燃料量FZ を要求燃料量FBASE(i) と等しくするには、次式を満たす必要がある。
FZ =FBASE(i) ……(4)

0024

上記(1)〜(4)式を解くことで、次式を導くことができる。
FR(i)=FBASE(i) /{1−KBACK(i) }−FBACK(i-1) ……(5)
この(5)式により、筒内に残留する燃料量FZ を要求燃料量FBASE(i) と一致させる燃料噴射量FR(i)を算出することができる。

0025

図5の燃料噴射量算出プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、特許請求の範囲でいう要求燃料量算出手段及び燃料噴射量算出手段に相当する役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ201で、現在の運転状態(例えば、吸気管圧力Pm、エンジン回転速度Ne、冷却水温、吸気温、バルブタイミング等)に応じて要求燃料量FBASE(i) を算出する。

0026

この後、ステップ202に進み、前回の戻り燃料量FBACK(i-1) を読み込み、次のステップ203で、図2の燃料戻り率推定プログラムで算出した燃料戻り率KBACK(i) を読み込む。この後、ステップ204に進み、筒内に残留する燃料量FZ を要求燃料量FBASE(i) と一致させる燃料噴射量FR(i)を、次式{前記(5)式}により算出する。
FR(i)=FBASE(i) /{1−KBACK(i) }−FBACK(i-1)

0027

この後、ステップ205に進み、今回の戻り燃料量FBACK(i) を、次式{前記(2)}により算出する。
FBACK(i) ={FR(i)+FBACK(i-1) }×KBACK(i)

0028

上式により算出した今回の戻り燃料量FBACK(i) は、次回の燃料噴射量FR の算出に用いるため、エンジン制御回路21のメモリにFBACK(i-1) として記憶しておく。

0029

この後、ステップ206に進み、ステップ205で算出した燃料噴射量FR に相当するパルス幅噴射パルスを所定の噴射タイミングで燃料噴射弁18に出力して燃料噴射を実行し、本プログラムを終了する。

0030

以上説明した本実施形態では、吸気バルブ13の閉弁タイミングに基づいて燃料戻り率KBACKを算出し、この燃料戻り率KBACKを用いて、筒内に残留する燃料量FZ が要求燃料量FBASEと一致するように燃料噴射量FR を算出したので、吸気バルブ13の閉弁タイミングを圧縮行程中まで遅らせたときに筒内の燃料の一部が吸気系に戻されても、最終的に筒内に残留する燃料量FZ を要求燃料量FBASEに精度良く制御することができ、筒内の空燃比を目標空燃比に制御することができて、ドライバビリティや排気エミッションを向上することができる。

0031

更に、本実施形態では、筒内温度が高くなるほど、筒内の燃料が気化しやすくなって、筒内から吸気系に戻される燃料量が増加することを考慮して、筒内温度の代用情報である冷却水温が高くなるほど、基本燃料戻り率Aに対する補正率Bを大きくして燃料戻り率KBACKを大きくするようにしたので、燃料戻り率KBACKをより正確に求めることができ、燃料噴射量の制御精度を更に向上することができる。

0032

尚、本実施形態では、吸気バルブ13の閉弁タイミングに基づいて燃料戻り率KBACK(基本燃料戻り率A)を算出するようにしたが、吸気バルブ13の閉弁タイミングと相関関係のあるパラメータ(例えば吸気バルブ13の閉弁タイミングにおける筒内空間体積圧縮比等)に基づいて燃料戻り率KBACK(基本燃料戻り率A)を算出するようにしても良い。

0033

また、本実施形態は、吸気バルブ13と排気バルブ15の両方のバルブタイミングを制御するようにしたが、吸気バルブ13のバルブタイミングのみを制御するようにしても良く、また、バルブの駆動源も、電磁アクチュエータ16,17に限定されず、油圧でバルブタイミングを制御するようにしても良い。また、本発明は、バルブの作用角を可変するシステムを搭載したエンジンに適用しても良い。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明の一実施形態におけるエンジンの構造を概略的に示す縦断面図
図2燃料戻り率推定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
図3基本燃料戻り率のマップの一例を概念的に示す図
図4基本燃料戻り率に対する補正率のマップの一例を概念的に示す図
図5燃料噴射量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
図6バルブタイミングの一例を示す図

--

0035

11…エンジン(内燃機関)、13…吸気バルブ、15…排気バルブ、16,17…電磁アクチュエータ(可変バルブ装置)、18…燃料噴射弁、19…水温センサ、21…エンジン制御回路(要求燃料量算出手段,燃料戻り量推定手段,燃料噴射量算出手段)。

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