JP2012167618A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の熱劣化を発生させることなく２種類のインジェクタによる燃料噴射量の分担率を設定できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、筒内噴射量ｑｉｎｊｄを算出するとともに（ステップＳ２）。機関回転数Ｎｅおよび機関負荷率Ｋｌに基づいて、筒内噴射用インジェクタに供給される燃料の要求燃圧Ｐｒｒｅｑを算出する（ステップＳ３）。次に、エンジンＥＣＵは、要求燃圧Ｐｒｒｅｑと実燃圧Ｐｒｒｅａｌとの差ｄｐｒと、触媒床温に応じて定められた閾値ＤＰＲ０とを比較し（ステップＳ５）、差の値ｄｐｒが閾値ＤＰＲ０よりも大きい場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、噴射継続時間および燃圧に基づいて筒内噴射量ｑｉｎｊｄに対するガード値を算出する。そして、エンジンＥＣＵは、筒内噴射量ｑｉｎｊｄがガード値より大きいと判断した場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、ガード値を筒内噴射量ｑｉｎｊｄに代入する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、気筒内および吸気通路に燃料を噴射可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関により駆動される車両において、気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと、吸気ポートに燃料を噴射するためのポート噴射用インジェクタとを備えたものが知られている。

この２種類のインジェクタを備えた車両においては、例えば、低負荷運転領域での成層燃焼と高負荷運転領域での均質燃焼を実現させたり、また、内燃機関の運転状態に応じて所定の燃料分担率で燃料噴射を行うことにより、燃費特性や出力特性を改善するようになっている。

このような２種類のインジェクタを有する内燃機関の制御装置において、筒内噴射用インジェクタに供給される高圧燃料の燃圧に応じて、各インジェクタによる燃料噴射量の分担率を設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、高圧燃料が供給される筒内噴射用インジェクタと、低圧燃料が供給され吸気通路に燃料を噴射する筒外噴射用インジェクタと、内燃機関の始動時に要求される要求燃料噴射量に対し、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射量と筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を設定する分担率設定手段と、を備えている。

この分担率設定手段は、筒内噴射用インジェクタに供給される高圧燃料の燃圧に応じて、筒外噴射用インジェクタに割り当てる燃料量の分担率を設定するようになっている。これにより、高圧燃料の燃圧低下が発生し筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料の微粒化が悪化した場合には、筒外噴射用インジェクタに割り当てる燃料量を増加させることにより、微粒化の状態が良好な燃料を気筒に供給し、内燃機関の始動性を向上するようになっていた。

特開２００１−３３６４３９号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の制御装置にあっては、内燃機関の始動性の向上を目的として、筒内噴射用インジェクタに供給される高圧燃料の燃圧に応じた燃料噴射量の分担率の変更を実行するようになっているものの、この高圧燃料に対する要求燃圧と実燃圧との差異に起因した筒内噴射の終了時期の変動について考慮するようなものではなかった。

そのため、高圧燃料の要求燃圧に対し実燃圧が低下している場合には、筒内噴射用インジェクタに対して割り当てられた燃料量が、各気筒の吸気行程中に噴射しきれず、吸気行程に続く圧縮行程においても燃料が噴射され続ける可能性があった。

例えば、高負荷走行時の直後に内燃機関が停止すると、デッドソークにより高圧燃料系にベーパが発生し、要求燃圧に対する実燃圧が低下することになる。特に、内燃機関と回転電機とを駆動源とするハイブリッド車両においては、回転電機のみによる走行など内燃機関が停止する状況が頻繁に発生するため、ベーパによる実燃圧の低下が発生する可能性がより一層高まる。

このような要求燃圧に対する実燃圧の低下に起因して、吸気行程後に燃料の噴射が継続すると、吸気行程後に噴射された燃料の拡散悪化に起因して未燃状態のまま触媒に導入されるため、触媒内で未燃燃料が燃焼する後燃えが発生し、その結果、後燃えによる過熱により触媒が熱劣化を起こす可能性があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、触媒の熱劣化を発生させることなく２種類のインジェクタによる燃料噴射量の分担率を設定できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射手段と、前記気筒に外気を導入する吸気通路に燃料を噴射するポート噴射手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段により噴射される合計の燃料量を算出し、前記筒内噴射手段により噴射される第１の燃料量および前記ポート噴射手段により噴射される第２の燃料量を、前記合計の燃料量が予め設定された配分率によって配分されるよう設定する配分設定手段と、前記筒内噴射手段に供給される燃料に対し要求される要求燃圧と、前記筒内噴射手段に供給される燃料の実燃圧との差が閾値以上であるか否かを判定する燃圧判定手段と、前記燃圧判定手段により前記要求燃圧と前記実燃圧との差が閾値以上であると判定された場合には、前記第１の燃料量が所定の上限値を超えないよう制限するとともに、前記配分設定手段により設定された前記第１の燃料量が前記所定の上限値に減量された場合に、減量された分の燃料量を前記第２の燃料量に加える制御手段と、を備えることを特徴とする。

この構成により、要求燃圧よりも実燃圧が低下し、筒内噴射手段に割り当てられた燃料が吸気行程を超えて噴射され続ける可能性が生じた場合には、筒内噴射手段に割り当てられた第１の燃料量を減少することができるので、筒内噴射手段による燃料噴射が圧縮行程まで継続することを防止できる。したがって、吸気行程を超えて噴射された燃料により生じる後燃えを抑制し、内燃機関の排気通路に設置された触媒が熱劣化することを防止できる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記内燃機関から排出された排気を浄化する触媒の温度を検出する触媒温度検出手段をさらに備え、前記燃圧判定手段は、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が高い場合には低い場合と比較して、前記閾値を低下させることを特徴とする。

この構成により、触媒温度が高い場合には低い場合と比較して閾値を低くすることができる。したがって、触媒温度が高いほど後燃えが発生することを確実に防止して、触媒温度がさらに上昇し触媒が熱劣化することを抑制することができる。

また、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記制御手段は、前記気筒の燃焼状態に応じて前記筒内噴射手段による燃料噴射終了時期を設定するとともに、前記筒内噴射手段による燃料噴射開始時期から前記燃料噴射終了時期までの時間と、前記筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧とに基づいて前記所定の上限値を設定することを特徴とする。

この構成により、燃料噴射時期を超えた燃料噴射を防止できるので、吸気行程の後に噴射された燃料により生じる後燃えを抑制し、内燃機関の排気通路に設置された触媒が熱劣化することを防止できる。

また、上記（３）に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記内燃機関のトルク変動を検出するトルク変動検出手段を備え、前記制御手段は、前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動が大きいほど前記燃料噴射終了時期を進角側に設定することを特徴とする。

この構成により、各気筒における燃焼状態の悪化を抑制するよう燃料噴射終了時期が設定されるので、気筒内における燃焼状態を良好な状態に維持した上で触媒を熱劣化から保護することが可能となる。

本発明によれば、触媒の熱劣化を発生させることなく２種類のインジェクタによる燃料噴射量の分担率を設定できる内燃機関の制御装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る基本噴き分け率マップを示す図である。 本発明の実施の形態に係る燃料噴射期間を示す図である。 本発明の実施の形態に係る筒内噴射用インジェクタの噴射特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係るガード値マップを示す図である。 本発明の実施の形態に係る筒内噴射量制限処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、内燃機関の制御装置が４気筒のガソリンエンジンを搭載した車両に適用される場合について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。図１に示すように、本発明の内燃機関を構成するエンジン２は、車両に搭載され、４つの気筒６を備えている。これらの気筒６は、インテークマニホールド４とそれぞれ接続されており、インテークマニホールド４は、共通のサージタンク５と接続されている。

サージタンク５は、吸気管１０と接続されており、吸気管１０には、エアクリーナ１２、エアフローメータ１１およびスロットルバルブ１４が配置されている。

スロットルバルブ１４は、電動モータ１３により駆動されるようになっており、後述するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）８から出力される信号に応じて開度が制御されるようになっている。

また、各気筒６は、エキゾーストマニホールド１５と接続されており、このエキゾーストマニホールド１５は、排気管１６と接続されている。排気管１６には、三元触媒コンバータを有する触媒装置１７および空燃比センサ４２が設置されている。

各気筒６には、気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１９が設置されている。また、吸気通路の一部を構成するインテークマニホールド４には、吸気通路内に燃料を噴射するためのポート噴射用インジェクタ２０が設置されている。ここで、筒内噴射用インジェクタ１９は、本発明に係る筒内噴射手段を構成し、ポート噴射用インジェクタ２０は、本発明に係るポート噴射手段を構成する。

筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０による燃料の噴射量および噴射タイミングは、エンジンＥＣＵ８により制御されるようになっている。また、後述するように、エンジンＥＣＵ８は、これらのインジェクタ１９、２０における燃料噴射量の噴射割合を制御するようになっている。

筒内噴射用インジェクタ１９は、共通の燃料分配管２１と接続されており、この燃料分配管２１には、エンジン２の動力により駆動する高圧燃料ポンプ２３から高圧の燃料が圧送されるようになっている。燃料分配管２１と高圧燃料ポンプ２３との間には、逆止弁２２が設置されており、燃料分配管２１側から高圧燃料ポンプ２３側への燃料の逆流を防止するようになっている。

また、高圧燃料ポンプ２３と並列に電磁スピル弁２４が設置されており、高圧燃料ポンプ２３の吐出側が電磁スピル弁２４を介して吸入側と連結されている。この電磁スピル弁２４は、エンジンＥＣＵ８により開度が制御されるようになっており、開度が小さいほど高圧燃料ポンプ２３から燃料分配管２１に供給される燃料供給量が増大し、開度が全開になると高圧燃料ポンプ２３から燃料分配管２１への燃料供給が停止する。

ポート噴射用インジェクタ２０は、低圧用の燃料分配管２５に接続されている。この燃料分配管２５および高圧燃料ポンプ２３は、いずれも燃料圧レギュレータ２６を介して低圧燃料ポンプ２７に接続されている。

低圧燃料ポンプ２７は、燃料フィルタ２８を介して燃料タンク２９内に貯留する燃料を吸入し、燃料圧レギュレータ２６に圧送するようになっている。燃料圧レギュレータ２６は、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の圧力、すなわち燃圧が予め定められた設定値よりも高くなると、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の一部を燃料タンク２９に戻すようになっており、ポート噴射用インジェクタ２０に供給される燃圧がこの設定値以下となるよう制御するようになっている。

エンジンＥＣＵ８は、双方向性バス３１を介して互いに接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）３４、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３、ＲＯＭ(Read Only Memory)３２、入力ポート３５、および出力ポート３６等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵ３４は、ＲＡＭ３３の一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭ３２に記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、エンジン２の出力制御などを実行するようになっている。出力ポート３６から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して図示しないアクチュエータなどに送信されるようになっている。

なお、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、後述するように、本発明に係る内燃機関の制御装置、配分設定手段、燃圧判定手段、トルク変動検出手段、触媒温度検出手段、および制御手段を構成する。

また、エンジンＥＣＵ８は、エアフローメータ１１、水温センサ３８、燃料圧センサ４０、空燃比センサ４２、アクセル開度センサ４４、回転数センサ４６、燃料温度センサ４８および触媒温度センサ５０と接続されており、これらのセンサから出力された信号を入力ポート３５を介して入力するようになっている。

エアフローメータ１１は、吸気管１０に吸入された空気量を測定し、この吸入空気量に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、エアフローメータ１１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。

燃料圧センサ４０は、燃料分配管２１に設置され、燃料分配管２１内の燃圧に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。したがって、燃料圧センサ４０およびエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る燃圧検出手段を構成する。

空燃比センサ４２は、排気管１６内における排気ガスの酸素濃度および燃料の未燃成分の濃度に応じた電圧を出力信号として出力するリニア空燃比センサにより構成されており、この出力信号は、空燃比を表す信号としてＡ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。

水温センサ３８は、エンジン２に設置され、エンジン２の冷却水温に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、機関冷却水温を表す信号としてＡ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。

アクセル開度センサ４４は、アクセルペダル１８の踏込み量に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。

回転数センサ４６は、エンジン２のクランクシャフトに設置されたタイミングロータの所定の回転角ごとに出力信号としてのパルスを発生し、機関回転数Ｎｅを表す信号として入力ポート３５に入力するようになっている。

燃料温度センサ４８は、燃料分配管２１に設置され、燃料分配管２１内の燃料温度に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。

触媒温度センサ５０は、触媒装置１７のケースに設置され、触媒装置１７の温度、すなわち触媒床温に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器を介して入力ポート３５に入力される。したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る触媒温度検出手段を構成する。

また、エンジンＥＣＵ８のＲＯＭ３２には、吸入空気量および機関回転数Ｎｅと、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射する合計の燃料噴射量とを対応付けた燃料噴射量マップが記憶されている。エンジンＥＣＵ８は、エアフローメータ１１から吸入空気量を表す信号と、回転数センサ４６から機関回転数Ｎｅを表す信号とをそれぞれ取得すると、燃料噴射量マップを参照して、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射する合計の燃料噴射量を算出するようになっている。

また、エンジンＥＣＵ８は、空燃比センサ４２から入力された実空燃比と、ＲＯＭ３２に記憶されている目標空燃比との偏差を算出し、実空燃比と目標空燃比との偏差が零に近づくようフィードバック制御を実行するようになっている。また、エンジンＥＣＵ８は、算出された偏差を所定の時間積分することにより学習値を算出し、ＲＡＭ３３に記憶するようになっている。

つまり、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、実空燃比および目標空燃比から比例項および学習値としての積分項を算出してフィードバック制御をするＰＩフィードバック制御を実行するようになっている。なお、エンジンＥＣＵ８は、実空燃比および目標空燃比に基づいて微分項をさらに算出し、比例項、積分項および微分項を用いてＰＩＤフィードバック制御を実行するようにしてもよい。

このＰＩフィードバック制御において、エンジンＥＣＵ８は、以下のように燃料補正量ｄＱを算出し、次回の燃料噴射時において要求される合計の燃料量、すなわち要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを燃料補正量ｄＱにより補正する。

ｄＱ ＝ Ｑｐ ＋ Ｑｉ （１）
ここで、Ｑｐは比例項であり、Ｑｉは積分項である。

比例項Ｑｐは、以下のように算出される。
Ｑｐ ＝ Ｋｐ ・ ΔＱ （２）
ここで、Ｋｐは比例ゲインである。また、ΔＱは、実空燃比を目標空燃比とするための燃料量と、気筒６内で燃焼された今回の燃料量との差である。なお、気筒６内において燃焼された燃料量は、吸入空気量の検出値を空燃比の検出値で割ることにより算出される。

また、積分項Ｑｉは、以下のように算出される。
Ｑｉ ＝ Ｑｉ ＋ Ｋｉ ・ ΔＱ （３）
ここで、Ｋｉは積分ゲインである。

エンジンＥＣＵ８は、上記の式（２）および式（３）に基づいて比例項Ｑｐおよび積分項Ｑｉをそれぞれ算出すると、これらの値を式（１）に代入し、燃料補正量ｄＱを算出するようになっている。そしてエンジンＥＣＵ８は、燃料噴射量マップにより算出された合計の燃料噴射量を、燃料補正量ｄＱにより補正して、次回の燃料噴射時において筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射する要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを算出するようになっている。

また、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射される合計の要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを算出すると、後述する燃料配分処理により求められる噴き分け率にしたがって筒内噴射用インジェクタ１９とポート噴射用インジェクタ２０とによりそれぞれ噴射される燃料量を算出し、それぞれのインジェクタ１９、２０の噴射弁としてのニードルを軸方向に所定のリフト量で変位させるソレノイドに対して通電を実行するようになっている。ソレノイドに対する通電時間とそれぞれのインジェクタ１９、２０において噴射される燃料量との関係は、予め実験的な測定により求められており、マップとしてＲＯＭ３２に記憶されている。したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る制御手段を構成する。また、軸方向とは、ニードルの長手方向を意味する。

以下、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ８の特徴的な構成について、図１ないし図４を参照して説明する。

エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射される要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを上述のように算出すると、エンジン２に要求される機関負荷率Ｋｌおよび機関回転数Ｎｅに基づいて、要求燃料量ｑｉｎｊａｌｌを筒内噴射用インジェクタ１９により噴射される筒内噴射量ｑｉｎｊｄとポート噴射用インジェクタ２０により噴射されるポート噴射量ｑｉｎｊｐとに分配する割合を算出するようになっている。つまり、本実施の形態に係る筒内噴射量ｑｉｎｊｄは、本発明に係る第１の燃料量を構成し、ポート噴射量ｑｉｎｊｐは、本発明に係る第２の燃料量を構成する。

ここで、エンジンＥＣＵ８により実行される筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０に対する燃料配分処理について説明する。

エンジンＥＣＵ８は、燃料噴射量マップにより算出した合計の燃料量を、上記の式（１）により算出された燃料補正量ｄＱにより補正し、要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを算出する。そして、算出された要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０に予め定められた噴き分け率で配分し、筒内噴射用インジェクタ１９に割り当てる筒内噴射量をｑｉｎｊｄ、ポート噴射用インジェクタ２０に割り当てるポート噴射量をｑｉｎｊｐとするようになっている。

この噴き分け率は、機関負荷率Ｋｌおよび機関回転数Ｎｅと対応付けられた基本噴き分け率マップ（図２参照）としてＲＯＭ３２に記憶されている。また、機関負荷率Ｋｌは、アクセル開度センサ４４および回転数センサ４６により出力されたアクセル開度および機関回転数Ｎｅに基づいて算出されるようになっている。したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る配分設定手段を構成する。

図２は、本発明の実施の形態に係る基本噴き分け率マップを示す図である。基本噴き分け率マップにおいて、機関回転数ＮｅがＮｅ１より高い領域および機関負荷率ＫｌがＫｌ２より高い領域は、直噴領域として定められており、この領域においては筒内噴射用インジェクタ１９のみから燃料が噴射されるようになっている。また、機関負荷率ＫｌがＫｌ１より低く、機関回転数ＮｅがＮｅ１より低い領域は、ポート噴射用インジェクタ２０にのみにより燃料が噴射されるポート噴射領域として定められている。

また、機関負荷率がＫｌ１からＫｌ２までの範囲であり、かつ、機関回転数がＮｅ１以下の領域は、直噴およびポート噴射領域として定められており、機関負荷率および機関回転数に応じた基本噴き分け率が定められている。なお、公知のように、筒内噴射用インジェクタ１９は、出力性能の上昇に寄与し、ポート噴射用インジェクタ２０は、混合気の均一性に寄与するようになっている。したがって、基本噴き分け率は、このように互いに特性の異なる２種類のインジェクタ１９、２０を、機関回転数と機関負荷率に応じて使い分けることにより、燃費の向上や加速性の向上などが実現されるように設定されている。

なお、図２に示す基本吹き分け率マップは、単なる一例にすぎず、例えばすべての領域が直噴およびポート噴射領域により定義されていてもよい。また、直噴領域あるいはポート噴射領域が直噴およびポート噴射領域に置き換わっていてもよい。

次に、エンジンＥＣＵ８により実行される筒内噴射量制限制御について説明する。

エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される高圧燃料の要求燃圧Ｐｒｒｅｑを機関回転数Ｎｅおよび機関負荷率Ｋｌに基づいて設定し、電磁スピル弁２４の開度を調節することにより、実燃圧Ｐｒｒｅａｌが設定した要求燃圧Ｐｒｒｅｑに追従するよう制御する。要求燃圧Ｐｒｒｅｑは、一般に、機関回転数Ｎｅあるいは機関負荷率Ｋｌが大きいほど高い値に設定される。

また、エンジンＥＣＵ８は、燃料圧センサ４０から実燃圧Ｐｒｒｅａｌを表す信号を取得すると、実燃圧Ｐｒｒｅａｌと設定した要求燃圧Ｐｒｒｅｑとの差の値ｄｐｒを算出し、差の値ｄｐｒが予め定められた閾値ＤＰＲ０以上であるか否かを判断するようになっている。つまり、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る燃圧判定手段を構成する。

ここで、差の値ｄｐｒが大きい場合には、要求燃圧Ｐｒｒｅｑに対し実燃圧Ｐｒｒｅａｌが低下していることを表している。このような状況下では、実燃圧Ｐｒｒｅａｌが低いことに起因して、実燃圧Ｐｒｒｅａｌが要求燃圧Ｐｒｒｅｑと一致している場合と比較して、設定された筒内噴射量ｑｉｎｊｄをすべて噴射させるための時間が長くなる。

そのため、図３に示すように、燃料の噴射継続時間が吸気行程を過ぎて、噴射終了時期６１まで継続する結果、後燃えが発生する。したがって、要求燃圧Ｐｒｒｅｑと実燃圧Ｐｒｒｅａｌの差の値ｄｐｒが閾値ＤＰＲ０を超えた場合には、後述するように、筒内噴射量ｑｉｎｊｄに対しガード値を設定することにより、予め設定されている噴射終了時期６２において、筒内噴射用インジェクタ１９に配分された筒内噴射量ｑｉｎｊｄの噴射を終了させるようになっている。

この閾値ＤＰＲ０は、触媒温度センサ５０により検出された触媒床温に基づいて設定されるようになっている。

具体的には、触媒装置１７の触媒床温が高い場合には、後燃えの発生により触媒床温がさらに上昇し過熱状態となり、触媒装置１７が熱劣化を発生する可能性がある。そのため、触媒床温が高い場合には、閾値ＤＰＲ０を低く設定し、後燃えが発生することを確実に防止するようになっている。

一方、触媒床温が低い場合には、仮に後燃えが発生したとしても、触媒装置１７が熱劣化する可能性が低下している。そのため、触媒床温が低い場合には、閾値ＤＰＲ０を高く設定するようになっている。エンジンＥＣＵ８は、触媒温度センサ５０により検出された触媒床温が高いほど閾値ＤＰＲ０が低くなるよう対応付けられた閾値マップを予めＲＯＭ３２に記憶しており、触媒温度センサ５０から触媒床温を表す信号を取得すると、閾値マップを参照して閾値ＤＰＲ０を設定するようになっている。

また、エンジンＥＣＵ８は、差の値ｄｐｒが閾値ＤＰＲ０以上であると判断した場合には、筒内噴射用インジェクタ１９による噴射されるべき筒内噴射量ｑｉｎｊｄをガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄにより制限する。

ガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄは、以下のように、筒内噴射用インジェクタ１９による噴射開始時期、噴射終了時期および筒内噴射用インジェクタ１９に供給される高圧燃料の燃圧に基づいて算出される。

まず、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９による噴射開始時期を設定する。噴射開始時期は、エンジン２の機関回転数Ｎｅおよびエンジン２に要求される機関負荷率Ｋｌに応じて設定されるようになっている。機関回転数Ｎｅおよび機関負荷率Ｋｌと噴射開始時期との対応付けは、予め実験的な測定により求められており、２次元の噴射開始時期マップとして予めＲＯＭ３２に記憶されている。

したがって、エンジンＥＣＵ８は、回転数センサ４６から機関回転数Ｎｅを表す信号を入力するとともに、エアフローメータ１１により検出された吸入空気量および機関回転数Ｎｅより機関負荷率Ｋｌを算出すると、ＲＯＭ３２に記憶されている噴射開始時期マップを参照して筒内噴射用インジェクタ１９による噴射開始時期を算出するようになっている。

エンジンＥＣＵ８は、吸入空気量と機関負荷率Ｋｌとを対応付けた機関負荷マップを予めＲＯＭ３２に記憶している。吸入空気量と機関負荷率Ｋｌとの対応は予め実験的な測定により求められている。なお、機関負荷率Ｋｌは、例えば、吸入空気量の代わりに要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌから算出する方法など、公知の方法により算出されていればよい。

また、噴射終了時期は、気筒６における燃焼状態に応じて定められる。具体的には、各気筒６にトルク変動が生じないよう、予め実験的な測定により定められている。例えば、機関回転数Ｎｅを１０°ＣＡ毎にサンプリングし、単位角度回転に要する単位角度回転時間である１０°ＣＡ時間を算出する。また、この１０°ＣＡ時間に対し欠け歯補正を行う。そして、補正された波形を３０°ＣＡ時間ごとに瞬時Ｎｅに変換するとともに、フィルタ処理を実行し、回転変動周波数領域から外れる高周波成分と低周波成分を除去した各時点の回転変動成分である瞬時トルク値を算出するようになっている。そして、各気筒６の瞬時トルク値を比較したり計時的な変化を求めた結果、トルク変動が発生していると判断された場合には、噴射終了時期を進角側に補正する。

このトルク変動に応じた噴射終了時期の設定は、予め実験的な測定により定める代わりに、エンジンＥＣＵ８が、エンジン２の駆動中に回転数センサ４６から入力される機関回転数Ｎｅに基づいて実行してもよい。また、エンジンＥＣＵ８は、エンジン２の駆動中に公知の噴射終了時期制御を実行しており、上記のように予め設定されている噴射終了時期を、ノッキング発生の有無に応じて遅角側あるいは進角側に補正するようになっている。したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係るトルク変動検出手段を構成する。

また、エンジンＥＣＵ８は、噴射開始時期から噴射終了時期までの噴射継続時間を算出すると、燃料圧センサ４０から噴射開始時期における実燃圧Ｐｒｒｅａｌを表す信号を取得し、この実燃圧Ｐｒｒｅａｌと噴射継続時間とに基づいて、ガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄを算出するようになっている。つまり、本実施の形態に係るガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄは、本発明に係る所定の上限値を構成する。

ここで、所定の基準燃圧における筒内噴射用インジェクタ１９の開弁時間と筒内噴射量ｑｉｎｊｄとの関係は、図４に示すように、インジェクタ特性マップとして予め対応付けられている。そして、この筒内噴射量ｑｉｎｊｄは、開弁時間が一定であるならば実燃圧Ｐｒｒｅａｌが基準燃圧より高いほど増大し、低いほど低下する。したがって、エンジンＥＣＵ８は、ガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄを算出する場合には、まず、算出された噴射継続時間とインジェクタ特性マップに基づいて基準燃圧時の筒内噴射量ｑｉｎｊｄを求める。そして、燃料圧センサ４０により検出された実燃圧Ｐｒｒｅａｌによりこの値を補正し、ガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄとして用いるようになっている。

なお、エンジンＥＣＵ８は、図５に示すような機関回転数Ｎｅとガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄとを対応付けたガード値マップを予めＲＯＭ３２に記憶しておき、回転数センサ４６から機関回転数Ｎｅを表す信号を入力すると、ガード値マップを参照してガード値ｉｎｊｄｇｕａｒｄを算出するようにしてもよい。

また、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に割り当てる筒内噴射量ｑｉｎｊｄがガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄよりも大きいか否かを判断するようになっている。エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射量ｑｉｎｊｄがガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄよりも大きいと判断した場合には、筒内噴射量をガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄによりガードする。そして、筒内噴射量ｑｉｎｊｄとガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄとの差の値を、ポート噴射用インジェクタ２０に割り当てるポート噴射量ｑｉｎｊｐに加えるようになっている。

一方、エンジンＥＣＵ８は、実燃圧Ｐｒｒｅａｌと要求燃圧Ｐｒｒｅｑとの差の値ｄｐｒが閾値ＤＰＲ０以下であると判断した場合には、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射され得る最大燃料噴射量ＱＤＭＡＸをガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄに代入する。

また、エンジンＥＣＵ８は、以上のように算出された筒内噴射量ｑｉｎｊｄの燃料を筒内噴射用インジェクタ１９により噴射させるとともに、ポート噴射量ｑｉｎｊｐの燃料をポート噴射用インジェクタ２０により噴射させる。ここで、エンジンＥＣＵ８は、算出された筒内噴射量ｑｉｎｊｄの燃料を筒内噴射用インジェクタ１９から噴射させるために、上述したインジェクタ特性マップに基づいて筒内噴射用インジェクタ１９の開弁時間を設定するとともに、燃料圧センサ４０により検出される実燃圧Ｐｒｒｅａｌに応じて開弁時間を補正する。このとき、筒内噴射量ｑｉｎｊｄはガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄにより制限されているため、要求燃圧Ｐｒｒｅｑに対して実燃圧Ｐｒｒｅａｌが低下している場合においても、筒内噴射用インジェクタ１９の閉弁が噴射終了時期６２（図３参照）を超えないようになっている。

次に、本発明の実施の形態に係る筒内噴射量制限制御の動作について説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係る筒内噴射量制限制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８を構成するＣＰＵ３４によって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ３４によって処理可能なプログラムを実現する。

まず、エンジンＥＣＵ８は、要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを算出する（ステップＳ１）。具体的には、エンジンＥＣＵ８は、回転数センサ４６およびエアフローメータ１１から入力される信号に基づいて、機関回転数Ｎｅと機関負荷率Ｋｌを算出する。そして、機関回転数Ｎｅと機関負荷率Ｋｌに基づいて要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを算出すると、上述したフィードバック制御により要求噴射量を補正する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射量ｑｉｎｊｄを算出する（ステップＳ２）。具体的には、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ１において算出した機関回転数Ｎｅおよび機関負荷率Ｋｌと図２に示す基本噴き分け率マップに基づいて、要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌを筒内噴射量ｑｉｎｊｄとポート噴射量ｑｉｎｊｐとに配分する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ１で算出した機関回転数Ｎｅおよび機関負荷率Ｋｌに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の要求燃圧Ｐｒｒｅｑを算出する（ステップＳ３）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の実燃圧Ｐｒｒｅａｌを表す信号を燃料圧センサ４０から取得すると、ステップＳ３において算出された要求燃圧Ｐｒｒｅｑとの差の値ｄｐｒを算出する（ステップＳ４）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、触媒装置１７の触媒床温を表す信号を取得し、閾値マップを参照することにより閾値ＤＰＲ０を設定すると、ステップＳ４で算出した差の値ｄｐｒと、設定された閾値ＤＰＲ０とを比較する（ステップＳ５）。

エンジンＥＣＵ８は、差の値ｄｐｒが閾値ＤＰＲ０よりも大きいと判断した場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ６に移行する。一方、差の値ｄｐｒが閾値ＤＰＲ０以下であると判断した場合には、ステップＳ７に移行する。

ステップＳ６に移行した場合、エンジンＥＣＵ８は、上述したように、エンジン２の機関回転数Ｎｅおよび機関負荷率Ｋｌに基づいて噴射開始時期を算出し、気筒６における燃焼状態に基づいて噴射終了時期を算出すると、噴射継続時間および実燃圧Ｐｒｒｅａｌに基づいて筒内噴射量ｑｉｎｊｄに対するガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄを算出する。

一方、ステップＳ７に移行した場合、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９により噴射し得る最大燃料量ＱＤＭＡＸをガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄとして設定する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ２で算出した筒内噴射量ｑｉｎｊｄと、ステップＳ６あるいはステップＳ７において設定されたガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄとを比較する（ステップＳ８）。

エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射量ｑｉｎｊｄがガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄより大きいと判断した場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、ステップＳ９に移行して、ガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄを筒内噴射量ｑｉｎｊｄに代入する。これにより、筒内噴射用インジェクタ１９からは、ガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄにより制限された筒内噴射量ｑｉｎｊｄの燃料が噴射される。

一方、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射量ｑｉｎｊｄがガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄ以下であると判断した場合には（ステップＳ８でＮＯ）、筒内噴射量ｑｉｎｊｄをガード値ｑｉｎｊｄｇｕａｒｄにより制限せずにステップＳ１０に移行する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ポート噴射量ｑｉｎｊｐを算出する（ステップＳ１０）。具体的には、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ１で算出した要求噴射量ｑｉｎｊａｌｌからステップＳ９で算出した筒内噴射量ｑｉｎｊｄを引くことによりポート噴射量ｑｉｎｊｐを算出する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、要求燃圧Ｐｒｒｅｑよりも実燃圧Ｐｒｒｅａｌが低下し、筒内噴射用インジェクタ１９に割り当てられた燃料が吸気行程を超えて圧縮行程まで継続する可能性が生じた場合には、筒内噴射用インジェクタ１９に割り当てられた筒内噴射量ｑｉｎｊｄを減少することができるので、筒内噴射用インジェクタ１９による燃料噴射が圧縮行程など吸気行程より後の行程まで継続することを防止できる。したがって、吸気行程より後の燃料噴射により生じる後燃えを抑制し、エンジン２の排気管１６に設置された触媒装置１７が熱劣化することを防止できる。

また、触媒温度が高い場合には低い場合と比較して閾値ＤＰＲ０を低くすることができる。したがって、触媒温度が高いほど後燃えが発生することを確実に防止して、触媒温度がさらに上昇し触媒装置１７が熱劣化することを抑制することができる。

また、燃料噴射時期を超えた燃料噴射を防止できるので、吸気行程より後に噴射された燃料により生じる後燃えを抑制し、エンジン２の排気管１６に設置された触媒装置１７が熱劣化することを防止できる。

また、各気筒６における燃焼状態の悪化を抑制するよう燃料噴射終了時期が設定されるので、気筒６内における燃焼状態を良好な状態に維持した上で触媒装置１７を熱劣化から保護することが可能となる。

なお、以上の説明においては、エンジン２を駆動源とする車両に本実施の形態に係る制御装置が搭載される場合について説明したが、これに限定されず、エンジンおよびモータジェネレータを駆動源とするハイブリッド車両に本実施の形態に係る制御装置が搭載されてもよい。この場合、ハイブリッド車両は、エンジンの停止が頻繁に発生するため、デッドソークによるベーパの発生により燃圧が低下する可能性がより一層高まるものの、上述した筒内噴射量制限制御を実行することにより、噴射終了時期が遅くなり後燃えが発生するという現象を防止し、触媒装置の熱劣化を抑制することができる。

また、以上の説明においては、本実施の形態に係る制御装置がガソリンエンジンを搭載した車両に適用される場合について説明したが、これに限定されず、ディーゼルエンジンなど他の内燃機関を搭載した車両に適用されていてもよい。

以上のように、本発明に係る制御装置は、触媒の熱劣化を発生させることなく２種類のインジェクタによる燃料噴射量の分担率を設定できるという効果を奏するものであり、気筒内および吸気通路に燃料を噴射可能な内燃機関の制御装置に有用である。

２ エンジン
６ 気筒
８ エンジンＥＣＵ
１１ エアフローメータ
１４ スロットルバルブ
１５ エキゾーストマニホールド
１６ 排気管
１７ 触媒装置
１８ アクセルペダル
１９ 筒内噴射用インジェクタ
２０ ポート噴射用インジェクタ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ ＣＰＵ
３８ 水温センサ
４０ 燃料圧センサ
４２ 空燃比センサ
４４ アクセル開度センサ
４６ 回転数センサ
４８ 燃料温度センサ
５０ 触媒温度センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射手段と、前記気筒に外気を導入する吸気通路に燃料を噴射するポート噴射手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段により噴射される合計の燃料量を算出し、前記筒内噴射手段により噴射される第１の燃料量および前記ポート噴射手段により噴射される第２の燃料量を、前記合計の燃料量が予め設定された配分率によって配分されるよう設定する配分設定手段と、
   前記筒内噴射手段に供給される燃料に対し要求される要求燃圧と、前記筒内噴射手段に供給される燃料の実燃圧との差が閾値以上であるか否かを判定する燃圧判定手段と、
   前記燃圧判定手段により前記要求燃圧と前記実燃圧との差が閾値以上であると判定された場合には、前記第１の燃料量が所定の上限値を超えないよう制限するとともに、前記配分設定手段により設定された前記第１の燃料量が前記所定の上限値に減量された場合に、減量された分の燃料量を前記第２の燃料量に加える制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関から排出された排気を浄化する触媒の温度を検出する触媒温度検出手段をさらに備え、
   前記燃圧判定手段は、前記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が高い場合には低い場合と比較して、前記閾値を低下させ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。
3. 前記制御手段は、前記気筒の燃焼状態に応じて前記筒内噴射手段による燃料噴射終了時期を設定するとともに、前記筒内噴射手段による燃料噴射開始時期から前記燃料噴射終了時期までの時間と、前記筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧とに基づいて前記所定の上限値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関のトルク変動を検出するトルク変動検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動が大きいほど前記燃料噴射終了時期を進角側に設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

Images