本発明は、ポート噴射弁(port fuel injector)と筒内噴射弁(direct fuel injector)とを備える内燃機関の制御装置に関する。

特許文献1は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関を開示している。内燃機関の制御装置は、ポート噴射弁及び筒内噴射弁のそれぞれからの燃料噴射を制御する。更に、制御装置は、停車時にアイドリングを防止するために内燃機関を停止させ(アイドリングストップ)、発進時に内燃機関を再始動する機能を備えている。内燃機関の再始動時、制御装置は、筒内噴射弁を用いて筒内燃料噴射を行う。

特開2015−206297号公報

上記の特許文献1に開示されている技術によれば、内燃機関の再始動時、筒内噴射弁を用いた筒内燃料噴射が行われる。このとき、筒内燃料噴射の燃圧が高過ぎると、シリンダやピストンに燃料が付着し、燃焼不良が発生する。内燃機関の再始動時の筒内燃料噴射に適した燃圧(目標燃圧)は、さほど高くない。

しかしながら、アイドリングストップ時、筒内噴射弁における燃圧が目標燃圧よりも高い状態で、内燃機関が停止する可能性がある。その場合、内燃機関の再始動時には、目標燃圧よりも高い燃圧で筒内燃料噴射が行われることになる。目標燃圧よりも高い燃圧で筒内燃料噴射が行われると、燃焼不良が発生し、狙い通りの効果が得られない。

本発明の1つの目的は、内燃機関の再始動時に筒内燃料噴射を行う場合に燃焼不良の発生を抑制することができる技術を提供することにある。

第1の発明は、内燃機関の制御装置を提供する。 前記内燃機関は、 吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、 燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と を備える。 前記制御装置は、 前記ポート噴射弁を用いたポート燃料噴射と前記筒内噴射弁を用いた筒内燃料噴射とを制御する燃料噴射制御処理と、 停止条件が成立した場合に前記内燃機関を停止させるエンジン停止処理と、 再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を再始動するエンジン再始動処理と を行う。 前記エンジン再始動処理において、前記制御装置は、前記筒内燃料噴射を行う。 前記エンジン停止処理は、 前記筒内噴射弁における実燃圧が目標燃圧より高く、且つ、前記筒内燃料噴射は実施中ではないという切替条件が成立するか否かを判定する切替条件判定処理と、 前記切替条件が成立する場合、前記内燃機関を停止させる前に前記筒内燃料噴射を行う切替処理と を含む。

第2の発明は、第1の発明において、更に次の特徴を有する。 前記切替処理において、前記制御装置は、前記実燃圧が前記目標燃圧に下がるまで、前記筒内燃料噴射を行う。

第3の発明は、第1又は第2の発明において、更に次の特徴を有する。 前記停止条件は、エンジン回転速度が閾値未満となることを含む。 前記制御装置は、前記実燃圧から前記目標燃圧までの減少に必要な燃料噴射回数を算出し、前記燃料噴射回数が多くなるほど前記閾値を大きく設定する。

第1の発明によれば、エンジン停止処理において、切替条件が成立するか否か判定される。切替条件が成立する場合、内燃機関が停止する前に筒内燃料噴射が行われる。これにより、筒内噴射弁における燃圧が下がる。内燃機関が停止した後のエンジン再始動処理では、車両の発進性を高めるために筒内燃料噴射が行われる。筒内噴射弁における燃圧は事前に下げられているため、燃焼不良の発生が抑制される。すなわち、エンジン再始動処理時の筒内燃料噴射を良好に行うことが可能となる。

第2の発明によれば、切替処理において、実燃圧が目標燃圧に下がるまで筒内燃料噴射が行われる。これにより、エンジン再始動処理時の筒内燃料噴射は、目標燃圧で行われることになる。その結果、燃焼不良の発生が確実に防止される。

第3の発明によれば、実燃圧から目標燃圧までの減少に必要な燃料噴射回数が多くなるほど、閾値は大きくなる。閾値が大きくなると、停止条件がより成立しやすくなり、切替条件判定処理及び切替処理がより早く開始する。従って、内燃機関が停止するまでに、筒内噴射弁における燃圧を十分に下げることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成例を示す概略図である。

本発明の実施の形態における燃料噴射制御処理を説明するための概念図である。

課題を説明するための概念図である。

本発明の実施の形態に係るエンジン停止処理を示すフローチャートである。

図4中のステップS100の一例を示すフローチャートである。

図4中のステップS100において用いられる閾値の設定を説明するための概念図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

1.内燃機関の構成 図1は、本発明の実施の形態に係る内燃機関1の構成例を示す概略図である。内燃機関1は、車両に搭載されており、エンジン本体10、センサ群80、及び制御装置100を備えている。エンジン本体10は、燃焼室20、吸気ポート30、排気ポート40、ポート噴射弁50、筒内噴射弁60、及び点火プラグ70を備えている。

燃焼室20は、燃料燃焼が行われる空間であり、シリンダ21、シリンダヘッド22、及びピストン23によって囲まれている。ピストン23は、シリンダ21の軸方向に往復運動するように配置されている。

吸気ポート30及び排気ポート40は、シリンダヘッド22内に形成されており、且つ、燃焼室20につながっている。吸気ポート30の燃焼室20に対する開口部には吸気バルブ31が設けられている。排気ポート40の燃焼室20に対する開口部には排気バルブ41が設けられている。吸気バルブ31と排気バルブ41は、図示しない可変動弁機構によって駆動される。

ポート噴射弁50は、吸気ポート30の内部に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、吸気ポート30に取り付けられている。ポート噴射弁50は、燃料配管51を介して燃料供給装置(図示されない)に接続されている。燃料供給装置は、燃料タンク及びポンプを含んでおり、燃料配管51を通して燃料をポート噴射弁50に供給する。

筒内噴射弁60は、燃焼室20の内部に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁である。筒内噴射弁60は、燃料配管61を介して燃料供給装置(図示されない)に接続されている。燃料供給装置は、燃料タンク及び高圧ポンプを含んでおり、燃料配管61を通して燃料を筒内噴射弁60に供給する。

点火プラグ70は、燃焼室20内で火花点火を行うことができるように設置されている。

センサ群80は、内燃機関1の運転状態を検出する運転状態センサを含んでいる。運転状態センサは、回転速度センサ、エアフローメータ、排気O₂センサ、等を含んでいる。回転速度センサは、エンジン回転速度NEを検出する。エアフローメータは、吸入空気量(新気流量)を検出する。排気O₂センサは、排気中の酸素濃度を検出する。運転状態センサは、更に、燃料配管61に設けられた燃圧センサ81を含んでいる。燃圧センサ81は、燃料配管61、すなわち、筒内噴射弁60における燃圧を検出する。

センサ群80は、更に、ドライバによる運転操作を検出する運転操作センサを含んでいる。運転操作センサは、アクセルセンサ、ブレーキセンサ、ギアポジションセンサ、等を含んでいる。アクセルセンサは、アクセルペダルのストローク量を検出する。ブレーキセンサは、ブレーキペダルのストローク量を検出する。ギアポジションセンサは、シフトレバーの位置を検出する。

制御装置100は、内燃機関1の運転を制御する。典型的には、制御装置100は、プロセッサ及び記憶装置を備えるマイクロコンピュータである。制御装置100は、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれる。制御装置100は、センサ群80から検出情報を受け取り、検出情報に基づいて各種処理を行う。制御装置100による処理は、プロセッサが記憶装置に格納された制御プログラムを実行することによって実現される。以下、制御装置100による処理を更に詳しく説明する。

2.制御装置による処理 2−1.燃料噴射制御処理 制御装置100は、燃料噴射を制御する「燃料噴射制御処理」を行う。燃料噴射には、ポート噴射弁50及び筒内噴射弁60が適宜用いられる。ポート噴射弁50を用いた燃料噴射は、以下「ポート燃料噴射(port fuel injection)」と呼ばれる。一方、筒内噴射弁60を用いた燃料噴射は、以下「筒内燃料噴射(direct fuel injection)」と呼ばれる。

より詳細には、制御装置100は、センサ群80から受け取る検出情報に基づいて、燃料噴射のための制御パラメータを算出する。制御パラメータは、総燃料噴射量、ポート噴射弁50及び筒内噴射弁60のそれぞれからの燃料噴射量、燃圧、等である。そして、制御装置100は、算出した制御パラメータに従って、ポート燃料噴射と筒内燃料噴射を制御する。

総燃料噴射量の算出方法は、例えば、次の通りである。制御装置100は、エンジン回転速度NEや吸入空気量などの運転状態に基づいて、目標空燃比を実現するための基本燃料噴射量を算出する。また、制御装置100は、排気酸素濃度に基づいて実空燃比を検出する。そして、制御装置100は、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて基本燃料噴射量を補正し、総燃料噴射量を算出する。つまり、制御装置100は、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて、総燃料噴射量(空燃比)のフィードバック制御を行う。

ポート噴射弁50及び筒内噴射弁60のそれぞれからの燃料噴射量を算出することは、総燃料噴射量の分配比率(割り当て比率)を算出することと等価である。この分配比率は、例えば、予め作成された比率マップを参照することにより算出される。その比率マップに対する入力パラメータは、エンジン回転速度NE、エンジン負荷KL(吸入空気量)などである。制御装置100は、入力パラメータと比率マップに基づいて、分配比率を算出する。

図2は、ポート燃料噴射と筒内燃料噴射の割り当ての一例を示す概念図である。横軸はエンジン回転速度NEを表し、縦軸はエンジン負荷KLを表している。図2中のPFI領域は、ポート燃料噴射だけが行われ、筒内燃料噴射は行われない運転領域である。DI領域は、筒内燃料噴射だけが行われ、ポート燃料噴射は行われない運転領域である。PFI領域とDI領域との間には、ポート燃料噴射と筒内燃料噴射が併用される運転領域が存在する。図2に示されるように、低速低負荷領域ではポート燃料噴射が行われ、高速高負荷領域では筒内燃料噴射が行われる。

燃圧は、予め作成された燃圧マップを参照することにより算出される。その燃圧マップに対する入力パラメータは、エンジン回転速度NE、エンジン負荷KLなどである。燃料噴射制御部110は、入力パラメータと燃圧マップに基づいて、燃圧を算出する。一般的に、エンジン負荷KLが大きいほど燃圧は高くなり、エンジン負荷KLが小さいほど燃圧は低くなる。

制御装置100は、ポート噴射弁50につながる燃料供給装置を制御することによって、ポート燃料噴射に要求される燃料噴射量及び燃圧を実現する。そして、制御装置100は、ポート噴射弁50を開閉することによって、ポート燃料噴射を実施する。また、制御装置100は、筒内噴射弁60につながる燃料供給制御装置を制御することによって、筒内燃料噴射に要求される燃料噴射量及び燃圧を実現する。そして、制御装置100は、筒内噴射弁60を開閉することによって、筒内燃料噴射を実施する。

2−2.エンジン停止処理 制御装置100は、アイドリングを防止するために内燃機関1を停止させる「エンジン停止処理」を行う。より詳細には、制御装置100は、停止条件が成立した場合に、内燃機関1を停止させる。例えば、停止条件は、エンジン回転速度NEが閾値NE_th未満となることを含む。停止条件は、更に、ドライバがアクセルペダルを踏んでおらずブレーキペダルを踏んでいることを含んでいてもよい。制御装置100は、センサ群80から受け取る検出情報に基づいて、停止条件が成立したか否かを判定することができる。

2−3.エンジン再始動処理 上記のエンジン停止処理の実行後、再始動条件が成立した場合、制御装置100は、内燃機関1を再始動する「エンジン再始動処理」を行う。例えば、再始動条件は、シフトレバーが「D」ポジションにあり、ドライバがブレーキペダルから足を離すことを含む。制御装置100は、センサ群80から受け取る検出情報に基づいて、再始動条件が成立したか否かを判定することができる。再始動条件が成立した場合、図示しないバッテリからスタータに電力が供給され、内燃機関1が再始動する。

エンジン再始動処理において、制御装置100は、最初の数サイクルの間、筒内噴射弁60を用いた筒内燃料噴射を行う。筒内燃料噴射は、ポート燃料噴射と比較して応答性が高い。従って、再始動時にポート燃料噴射ではなく筒内燃料噴射を行うことによって、駆動トルクをより早く発生させ、車両の発進性を高めることが可能となる。

2−4.エンジン再始動処理時の課題 エンジン再始動処理時、筒内燃料噴射の燃圧が高過ぎると、シリンダ21やピストン23に燃料が付着し、燃焼不良が発生する。エンジン再始動処理時の筒内燃料噴射に適した燃圧は、以下「目標燃圧Pt」と呼ばれる。目標燃圧Ptは、高速高負荷領域における通常の筒内燃料噴射の燃圧よりも低い。

しかしながら、上記のエンジン停止処理において、筒内噴射弁60(燃料配管61)における燃圧が目標燃圧Ptよりも高い状態で、内燃機関1が停止する可能性がある。一例として、図3に示されるように、高速高負荷領域(DI領域)において筒内燃料噴射が継続した後、車両が急減速し、燃料カットが実施される場合を考える。この場合、筒内噴射弁60における燃圧が目標燃圧Ptよりも高い状態で、内燃機関1が停止する可能性がある。

筒内噴射弁60における燃圧が目標燃圧Ptよりも高い状態で内燃機関1が停止した場合、エンジン再始動処理時には、目標燃圧Ptよりも高い燃圧で筒内燃料噴射が行われることになる。目標燃圧Ptよりも高い燃圧で筒内燃料噴射が行われると、上述の通り燃焼不良が発生する。すなわち、エンジン再始動処理時の筒内燃料噴射による効果が狙い通りに得られない。

そこで、本実施の形態によれば、制御装置100は、エンジン停止処理を次のように実施する。

3.エンジン停止処理の特徴 図4は、本実施の形態に係るエンジン停止処理を示すフローチャートである。

ステップS100において、制御装置100は、停止条件が成立するか否かを判定する「停止条件判定処理」を行う。例えば、停止条件は、エンジン回転速度NEが閾値NE_th未満となることを含む。停止条件は、更に、ドライバがアクセルペダルを踏んでおらずブレーキペダルを踏んでいることを含んでいてもよい。制御装置100は、センサ群80から受け取る検出情報に基づいて、停止条件が成立したか否かを判定することができる。

停止条件が成立していない場合(ステップS100;No)、今回のサイクルにおける処理は終了する。一方、停止条件が成立した場合(ステップS100;Yes)、処理はステップS200に進む。

ステップS200において、制御装置100は、切替条件が成立するか否かを判定する「切替条件判定処理」を行う。切替条件は、2つの条件を含んでいる。第1の条件は、「筒内噴射弁60(燃料配管61)における実燃圧Paが目標燃圧Ptよりも高い」ことである。筒内噴射弁60における実燃圧Paは、燃圧センサ81(図1参照)によって検出される。第2の条件は、「ポート燃料噴射だけが実施されている(すなわち、筒内燃料噴射は実施中ではない)」ことである。

第1の条件あるいは第2の条件が成立しない場合(ステップS210;No、ステップS220;No)、切替条件は成立しない(ステップS200;No)。この場合、処理はステップS400に進む。一方、第1の条件及び第2の条件の両方が成立する場合(ステップS210;Yes、ステップS220;Yes)、切替条件は成立する(ステップS200;Yes)。この場合、処理はステップS300に進む。

ステップS300において、制御装置100は、燃料噴射を切り替える「切替処理」を行う。具体的には、制御装置100は、ポート燃料噴射を終了して、筒内燃料噴射を行う。これにより、内燃機関1が停止する前に、筒内噴射弁60における燃圧を下げることが可能となる。好適には、制御装置100は、実燃圧Paが目標燃圧Ptに下がるまで、筒内燃料噴射を行う。その後、処理はステップS400に進む。

ステップS400において、制御装置100は、内燃機関1を停止させる。

以上に説明されたように、本実施の形態によれば、エンジン停止処理において、切替条件が成立するか否か判定される。切替条件が成立する場合、内燃機関1が停止する前に筒内燃料噴射が行われる。これにより、筒内噴射弁60における燃圧が下がる。内燃機関1が停止した後のエンジン再始動処理では、車両の発進性を高めるために筒内燃料噴射が行われる。筒内噴射弁60における燃圧は事前に下げられているため、燃焼不良の発生が抑制される。すなわち、エンジン再始動処理時の筒内燃料噴射を良好に行うことが可能となる。

好適には、切替処理(ステップS300)において、制御装置100は、実燃圧Paが目標燃圧Ptに下がるまで、筒内燃料噴射を行う。これにより、エンジン再始動処理時の筒内燃料噴射は、目標燃圧Ptで行われることになる。その結果、燃焼不良の発生が確実に防止される。

本実施の形態によれば、筒内噴射弁60における燃圧を下げるためのリリーフバルブは必ずしも必要ではない。内燃機関1からリリーフバルブが省かれる場合、コストが削減される。

4.停止条件判定処理の例 図5は、停止条件判定処理(ステップS100)の一例を示すフローチャートである。

ステップS110において、制御装置100は、実燃圧Paから目標燃圧Ptまでの減少に必要な燃料噴射回数(サイクル数)を算出する。この燃料噴射回数は、実燃圧Paと目標燃圧Ptとの差、燃料配管61の容積、燃料噴射量、及び燃料温度から算出(推定)可能である。

ステップS120において、制御装置100は、停止条件において用いられる閾値NE_thを設定する。より詳細には、制御装置100は、ステップS110で得られた燃料噴射回数に応じて閾値NE_thを可変に設定する。

図6は、必要な燃料噴射回数と閾値NE_thとの対応関係を示している。図6に示されるように、必要な燃料噴射回数が多くなるほど閾値NE_thは大きくなる。例えば、図6に示される対応関係を示すマップが予め作成される。制御装置100は、マップを参照し、燃料噴射回数が多くなるほど閾値NE_thを大きく設定する。

ステップS130において、制御装置100は、エンジン回転速度NEを閾値NE_thと比較する。エンジン回転速度NEが閾値NE_th未満の場合(ステップS130;Yes)、停止条件は成立する(ステップS100;Yes)。それ以外の場合(ステップS130;No)、停止条件は成立しない(ステップS100;No)。

このように、実燃圧Paから目標燃圧Ptまでの減少に必要な燃料噴射回数が多くなるほど、閾値NE_thは大きくなる。閾値NE_thが大きくなると、停止条件がより成立しやすくなり、切替条件判定処理(ステップS200)及び切替処理(ステップS300)がより早く開始する。従って、内燃機関1が停止するまでに、筒内噴射弁60における燃圧を十分に下げることが可能となる。

1 内燃機関 10 エンジン本体 20 燃焼室 21 シリンダ 22 シリンダヘッド 23 ピストン 30 吸気ポート 31 吸気バルブ 40 排気ポート 41 排気バルブ 50 ポート噴射弁 51 燃料配管 60 筒内噴射弁 61 燃料配管 70 点火プラグ 80 センサ群 81 燃圧センサ 100 制御装置