JP-2026076584-A - 内燃機関の制御装置

Abstract

【課題】噴射モードを安定して制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】気筒に燃料を噴射する第１燃料噴射弁および吸気管に燃料を噴射する第２燃料噴射弁を有する制御装置であって、第１燃料噴射量を定める第１設定部と、燃料噴射量の閾値およびヒステリシス幅を定める第２設定部と、前記第１燃料噴射弁から前記燃料の噴射を行う第１モードと、前記第２燃料噴射弁から前記燃料の噴射を行う第２モードとの間で、モードを切り替える噴射制御部と、を具備し、前記第２設定部は、前記ヒステリシス幅を前記第１燃料噴射量の定数倍とし、前記噴射制御部は、前記第１燃料噴射量が前記閾値未満の場合、前記第２モードを選択し、前記第１燃料噴射量が前記閾値と前記ヒステリシス幅との和以上の場合、前記第１モードを選択し、前記第１燃料噴射量が前記閾値以上かつ前記閾値と前記ヒステリシス幅との和未満の場合、前回の噴射モードを維持する。 【選択図】図２

Inventors

• 井戸側 正直
• 内田 孝宏
• 吉川 裕也
• 近藤 亮
• 小松 雄大
• 藤原 康行
• 安藤 宏和
• 杉本 元浩
• 長田 裕也

Assignees

• トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date

20260512

Application Date

20241024

Claims (5)

1. 内燃機関の気筒に燃料を噴射する第１燃料噴射弁および吸気管に燃料を噴射する第２燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、 第１燃料噴射量を定める第１設定部と、 燃料噴射量の閾値およびヒステリシス幅を定める第２設定部と、 前記第１燃料噴射弁から前記燃料の噴射を行う第１モードと、前記第２燃料噴射弁から前記燃料の噴射を行う第２モードとの間で、前記燃料の噴射モードを切り替える噴射制御部と、を具備し、 前記第２設定部は、前記ヒステリシス幅を前記第１燃料噴射量の定数倍とし、 前記第１燃料噴射量が前記閾値未満の場合、前記噴射制御部は前記第２モードを選択し、 前記第１燃料噴射量が前記閾値と前記ヒステリシス幅との和以上の場合、前記噴射制御部は前記第１モードを選択し、 前記第１燃料噴射量が前記閾値以上かつ前記閾値と前記ヒステリシス幅との和未満の場合、前記噴射制御部は前回の噴射モードを維持する内燃機関の制御装置。
2. 前記噴射制御部は、前記第１モードにおいて、前記第１燃料噴射弁にマルチ噴射を実行させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第２設定部は、前記ヒステリシス幅を前記第１燃料噴射量の０．５倍以下とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第１燃料噴射量は、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比とする燃料の噴射量である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記閾値は、前記第２燃料噴射弁が噴射する最低の噴射量である請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。 燃料噴射弁から内燃機関に燃料を噴射する。燃料噴射弁のリフト量を制御し、フルリフト噴射とパーシャルリフト噴射とを実行する技術が知られている（特許文献１）。 特開２０１６－００８５６９号公報 図１は内燃機関を例示する模式図である。図２は実施形態における処理を例示するフローチャートである。図３は噴射モードを例示する模式図である。 以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は内燃機関１０を例示する模式図であり、１つの気筒を図示している。内燃機関１０は燃料を燃焼し動力を出力する。燃料は例えばガソリン、アルコールなどである。内燃機関１０はシリンダヘッド３０とシリンダブロック３２とを有する。シリンダブロック３２の上にシリンダヘッド３０が取り付けられている。シリンダブロック３２にピストン３３が収納されている。各気筒において、ピストン３３、シリンダブロック３２およびシリンダヘッド３０によって燃焼室３４が区画される。 シリンダヘッド３０に燃料噴射弁２２（第１燃料噴射弁）、吸気バルブ２５、排気バルブ２６、および点火プラグ２７が設けられている。燃料噴射弁２２は直噴用のインジェクタであり、気筒の中に直接燃料を噴射する。シリンダヘッド３０に、吸気管１２および排気管１４が接続されている。 吸気管１２には上流側から順番に、エアクリーナ１５、エアフローメータ１６、スロットルバルブ１８、および燃料噴射弁２４（第２燃料噴射弁）が設けられている。燃料噴射弁２４はポート噴射用のインジェクタであり、吸気管１２の中に燃料を噴射する。 エアクリーナ１５は空気から塵芥などを取り除く。エアフローメータ１６は空気の流量を検出する。スロットルバルブ１８は空気の流量を調節する。スロットルバルブ１８の開度が大きいほど空気の流量が増加する。開度が小さいほど流量は減少する。 吸気バルブ２５が開くことで、吸気管１２から燃焼室３４へと空気が流れ込む。燃料噴射弁２２または２４から噴射された燃料も、燃焼室３４に導入される。空気と燃料とが混合気を形成する。点火プラグ２７が混合気に点火する。混合気が燃焼することで駆動力が発生する。 燃焼で発生する排気は、排気バルブ２６が開弁したときに排気管１４に排出される。排気管１４に設けられた触媒２０は、排気中のＰＭ、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを浄化する。 排気管１４のうち触媒２０より上流側に空燃比センサ２９が設けられている。空燃比センサ２９は空燃比を検出する。温度センサ５２は内燃機関１０の冷却水の温度または外気の温度を検出する。回転数センサ５４は内燃機関１０の回転数を検出する。 燃料は燃料タンク４０に貯留されている。燃料系４８は燃料通路４２、燃料配管４６を含む。燃料系４７は燃料通路４３、高圧ポンプ４４、燃料配管４５を含む。 燃料タンク４０にはフィードポンプ４１が設けられている。フィードポンプ４１は燃料タンク４０から燃料をくみ上げ、燃料通路４２および４３に供給する。燃料通路４２は燃料配管４６に接続されている。燃料配管４６は、各気筒の燃料噴射弁２４に接続されている。燃料は燃料通路４２および燃料配管４６を通り、燃料噴射弁２４に供給される。 燃料通路４３は燃料通路４２から分岐し、燃料配管４５に接続されている。燃料配管４５は、各気筒の燃料噴射弁２２に接続されている。燃料通路４３には高圧ポンプ４４が設けられている。燃料は、高圧ポンプ４４によって加圧され、燃料通路４３および燃料配管４５を流れ、燃料噴射弁２２に供給される。 ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０は内燃機関１０の制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置を備える。 ＥＣＵ５０はスロットルバルブ１８の開度を制御し、吸気バルブ２５および排気バルブ２６のバルブタイミングを制御する。ＥＣＵ５０は、エアフローメータ１６が検出する空気の流量を取得する。ＥＣＵ５０は空燃比センサ２９が検出する空燃比を取得する。ＥＣＵ５０は、温度センサ５２が検出する温度を取得する。ＥＣＵ５０は、回転数センサ５４が検出する回転数を取得する。ＥＣＵ５０は、フィードポンプ４１および高圧ポンプ４４を制御し、これらのポンプにおける燃料の吐出量を調整する。 ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁２２および２４を制御し、噴射のタイミング、噴射の回数、噴射量を制御する。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁２２を用いた直噴および燃料噴射弁２４を用いたポート噴射の両方を実行させることができ、またこれらの一方だけを行うこともできる。 燃料噴射弁のハウジングにニードルが設けられている。ＥＣＵ５０は燃料噴射弁に通電し、ニードルのリフト量を制御する。ニードルのリフト量がゼロならば、燃料噴射弁は閉弁している。ニードルがリフトすることで、燃料噴射弁が開弁する。リフト量が最大（１００％）のとき、燃料噴射弁は全開となる。全開で行われる燃料噴射をフルリフト噴射と記載する。リフト量がゼロより大きく、かつ最大リフト量未満の状態で行われる噴射をパーシャルリフト噴射と記載する。 １回の噴射サイクルにおいて、要求される燃料噴射量を１回で噴射することをシングル噴射という。１回の噴射サイクルにおいて、要求される燃料噴射量を分割して噴射することをマルチ噴射という。 マルチ噴射のうちパーシャルリフト噴射を含むものを、パーシャルリフトマルチ噴射とする。マルチ噴射は複数回の噴射を含む。当該複数回の噴射の少なくとも１つがパーシャルリフト噴射である場合、マルチ噴射はパーシャルリフトマルチ噴射である。複数回の噴射すべてがパーシャルリフト噴射でもよい。複数回すべてがフルリフト噴射である場合、マルチ噴射はパーシャルリフトマルチ噴射ではない。燃料噴射弁２２は、シングル噴射およびマルチ噴射を行うことがあり、またフルリフト噴射、パーシャル噴射、およびパーシャルリフトマルチ噴射を行うことがある。燃料噴射弁２４はフルリフト噴射を行う。 ＥＣＵ５０は第１モードと第２モードとの間で噴射モードを切り替える噴射制御部として機能する。第１モードでは燃料噴射弁２２が直噴を行い、燃料噴射弁２２とともに燃料噴射弁２４が噴射を行うこともある。すなわち、燃料を燃料噴射弁２２および２４を用いて噴射することができる。第１モードでは燃料噴射弁２２がマルチ噴射およびパーシャルリフトマルチ噴射を行うこともある。燃料噴射弁２２を用いたマルチ噴射を行うことで、燃焼を改善し、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particle Matter）を低減することができる。第２モードでは燃料噴射弁２４を用いてポート噴射を行う。燃料噴射弁２２は噴射しない。 ＥＣＵ５０は第１設定部として機能し、基本噴射量Ｑｂ（第１燃料噴射量）、筒内要求噴射量Ｑｄ、ポート要求噴射量Ｑｐを設定する。ＥＣＵ５０は燃料噴射量の閾値Ｑｍｉｐおよびヒステリシス幅Ｈを定める第２設定部として機能する。 基本噴射量Ｑｂは、内燃機関１０の空燃比を理論空燃比とするための理論噴射量である。筒内要求噴射量Ｑｄは、燃料噴射弁２２に要求される噴射量である。ポート要求噴射量Ｑｐは、燃料噴射弁２４に要求される噴射量である。 ポート要求噴射量Ｑｐは、例えば次式（１）で算出される。ｋはフィードバック率であり、空燃比などに基づいて定められる。Ｑｍは燃焼に寄与しなかった燃料を考慮した量である。 Ｑｐ＝（Ｑｂ×（１＋ｋ／１００））＋Ｑｍ （１） 未寄与の燃料とは、例えば燃料噴射弁２４から噴射した燃料のうち吸気ポートなどに付着し、燃焼されなかった燃料である。燃焼に寄与しない燃料が発生すると、未寄与分を補うように噴射量は増加される。すなわち、Ｑｍは正の値となる。一方、前回の噴射サイクルで発生した未寄与燃料が、付着部分から剥離して燃焼室３４に導入されることもある。この場合、Ｑｍは負の値となる。 ＥＣＵ５０は、閾値Ｑｍｉｐおよびヒステリシス幅Ｈに基づいて、第１モードと第２モードとの間で噴射モードを切り替える。閾値Ｑｍｉｐは、ポート噴射における最小の噴射量である。ヒステリシス幅Ｈは、次式（３）のように基本噴射量Ｑｂの定数倍である。 Ｈ＝ｃ×Ｑｂ （３） ｃは定数であり、例えば０．５以下であり、０．４以下、０．３以下、０．２以下でもよい。ｃは例えば０．１または０．２などである。 図２は実施形態における処理を例示するフローチャートである。ＥＣＵ５０は、ポート要求噴射量Ｑｐが閾値Ｑｍｉｐとヒステリシス幅Ｈとの和（Ｑｍｉｐ＋Ｈ）以上であるか否か判定する（ステップＳ１０）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０は噴射モードを第１モードとする（ステップＳ１２）。 ステップＳ１０において否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ５０は、ポート要求噴射量Ｑｐが閾値Ｑｍｉｐ未満であるか否か判定する（ステップＳ１４）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は噴射モードを第２モードとする（ステップＳ１６）。否定判定の場合、ＥＣＵ５０は前回の噴射サイクルの噴射モードを維持する（ステップＳ１８）。以上で処理は終了する。 図３は噴射モードを例示する模式図である。横軸は燃料の噴射量を表し、左から右に向けて燃料噴射量は増加する。閾値Ｑｍｉｐからヒステリシス幅Ｈだけ右の位置に、これらの和Ｑｍｉｐ＋Ｈが設定される。 図３に示すように、ポート要求噴射量Ｑｐが閾値Ｑｍｉｐを下回る部分では、噴射モードが第２モードである（図２のステップＳ１６）。ポート要求噴射量Ｑｐが和Ｑｍｉｐ＋Ｈ以上の部分では、噴射モードが第１モードである（図２のステップＳ１２）。ポート要求噴射量Ｑｐが、閾値Ｑｍｉｐ以上、かつ和Ｑｍｉｐ＋Ｈ未満の部分では、前回の噴射モードが維持される（ステップＳ１８）。 例えば閾値Ｑｍｉｐを境に第１モードと第２モードとの間で切り替えを行うと、噴射モードが頻繁に変わってしまい、空燃比が不安定になる。 実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、基本噴射量Ｑｂの定数倍としてヒステリシス幅Ｈを定める（Ｈ＝ｃ×Ｑｂ）。ＥＣＵ５０は、閾値Ｑｍｉｐおよびヒステリシス幅Ｈに基づいて、噴射モードの切り替えを行う。噴射モードの頻繁な切換が抑制され、安定して制御される。 図２および図３に示したように、ポート要求噴射量Ｑｐが閾値Ｑｍｉｐ未満の場合、噴射モードは第２モードである。ポート要求噴射量Ｑｐが和Ｑｍｉｐ＋Ｈ以上の場合、噴射モードは第１モードである。ポート要求噴射量Ｑｐが、閾値Ｑｍｉｐ以上、かつ和Ｑｍｉｐ＋Ｈ未満の場合、前回の噴射モードが維持される。例えば、噴射モードが一度第１モードになると、ポート要求噴射量ＱｐがＱｍｉｐからＱｍｉｐ＋Ｈの範囲でも、第１モードが維持される。第２モードへの切り替えの頻度が低下する。言い換えれば、第１モードが維持されやすい。空燃比が安定する。 内燃機関１０の負荷率などに応じて、基本噴射量Ｑｂは変化する。ヒステリシス幅Ｈを一定値とすると、基本噴射量Ｑｂが変化してもヒステリシス幅Ｈが変化しない。基本噴射量Ｑｂの変化に対して、ヒステリシス幅Ｈが追従しないため、噴射モードの制御が困難である。基本噴射量Ｑｂに比べてヒステリシス幅Ｈが相対的に大きければ、噴射モードの切り替えが起こりにくい。第２モードから第１モードへの変化が起こりにくく、排気中のＰＭが悪化する恐れがある。基本噴射量Ｑｂに比べてヒステリシス幅Ｈが相対的に小さい場合、噴射モードの切り替えが頻繁に起こり、空燃比が不安定になる。 実施形態によれば、ヒステリシス幅Ｈは基本噴射量Ｑｂの定数倍であり、Ｑｂよりも小さい。ヒステリシス幅Ｈが、基本噴射量Ｑｂに追従して変化する。言い換えれば、ヒステリシス幅Ｈは基本噴射量Ｑｂに対して一定の割合を保つ。噴射モードの切り替えの頻度が適度な回数に制御される。係数