JP2000345884A

JP2000345884A - 内燃機関制御装置

Info

Publication number: JP2000345884A
Application number: JP11152142A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ito; 伊藤　　博
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-12
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP3924991B2

Abstract

(57)【要約】【課題】気体燃料を燃焼室に直接噴射する内燃機関の
性能低下の軽減が図れる内燃機関制御装置を提供するこ
と。【解決手段】燃焼室２１に気体燃料を直接噴射するイ
ンジェクタ２２を具備するエンジン２０の制御装置であ
って、エンジン２０の回転状態などに基づいてインジェ
クタ２２の燃料噴射に必要な時間Ｔ１を算出する噴射必
要時間演算手段（Ｓ１２）と、エンジン２０の回転状態
などに基づいてインジェクタ２２の燃料噴射が可能な時
間Ｔ２を算出する噴射可能時間演算手段（Ｓ１４）と、
噴射必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長いときに噴
射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２との差の時間Ｔ１−
Ｔ２だけ吸気行程噴射を行わせ噴射可能時間Ｔ２の圧縮
行程噴射を行わせる吸気行程噴射制御手段（Ｓ２０）と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体燃料を燃焼室
に直接噴射させる内燃機関の内燃機関制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料を燃焼室に直接噴射する内燃
機関に関するものとして、特開平５−２８８０９７号公
報に記載されるように、燃焼室内に直接燃料を噴射する
燃料噴射弁、その燃料噴射弁に高圧燃料を供給するため
の畜圧室及びその畜圧室内に燃料を供給する供給手段を
備えたものが知られている。この内燃機関は、燃料供給
手段から畜圧室への燃料供給量を調整することにより畜
圧室内の燃料圧力が目標燃料圧となるように制御すると
共に、目標燃料圧に対し畜圧室内の燃料圧力が低くなる
ほど燃料噴射時期を早めるものである。これにより、燃
焼室に噴射された燃料が霧化分散時間を確保して、燃料
の燃焼を良好なものとし、スモークの発生量を低減しよ
うとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな内燃機関の制御技術を気体燃料により駆動する内燃
機関に対して適用すると、内燃機関の性能を十分に発揮
できないおそれがある。すなわち、燃焼室への噴射時期
を圧縮行程から吸気行程に変えると、気体燃料の体積が
大きいことから、十分な吸気が行えず、内燃機関の性能
が低下するおそれがある。このため、気体燃料の供給に
より駆動する内燃機関においては、燃料噴射時期を安易
に吸気行程とすることができない。その一方で、高負荷
領域及び高回転領域における内燃機関の駆動時には圧縮
行程だけでは時間的制約により必要な燃料量の供給が困
難となるため、この不具合を解消すべく技術の開発が切
望されている。

【０００４】そこで本発明は、このような問題点を解決
するためになされたものであって、気体燃料を燃焼室に
直接噴射する内燃機関の性能低下の軽減が図れる内燃機
関制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
内燃機関制御装置は、燃焼室に気体燃料を直接噴射する
インジェクタを具備する内燃機関の制御装置において、
内燃機関の回転状態に基づいてインジェクタの燃料噴射
に必要な時間を算出する噴射必要時間演算手段と、内燃
機関の回転状態に基づいてインジェクタの燃料噴射が可
能な時間を算出する噴射可能時間演算手段と、噴射必要
時間演算手段により算出された噴射必要時間が噴射可能
時間演算手段により算出された噴射可能時間より長いと
きに噴射必要時間と噴射可能時間との差だけ吸気行程噴
射を行わせ噴射可能時間の圧縮行程噴射を行わせる吸気
行程噴射制御手段とを備えて構成されている。

【０００６】また本発明に係る内燃機関制御装置は、前
述の噴射必要時間演算手段が内燃機関の回転状態、内燃
機関負荷及び気体燃料の圧力状態に基づいてインジェク
タの燃料噴射に必要な時間を算出するものであることを
特徴とする。また本発明に係る内燃機関制御装置は、前
述の噴射可能時間演算手段が内燃機関の回転状態、吸気
弁閉弁タイミング、点火タイミングに基づいてインジェ
クタの燃料噴射が可能な時間を算出するものであること
を特徴とする。

【０００７】これらの発明によれば、気体燃料の噴射に
必要な噴射必要時間がエンジン駆動状態又は燃料圧力な
どの状況によって噴射可能となる噴射可能時間より長く
ないときには、圧縮行程での燃料噴射が行われる。一
方、気体燃料の噴射に必要な噴射必要時間がエンジン回
転状態又は燃料圧力などの状況により噴射可能である噴
射可能時間より長いときには、その差分だけ吸気行程で
燃料噴射が行われた後、引き続き噴射可能時間だけ圧縮
行程での燃料噴射が行われる。このように、燃料噴射が
可能な限り、圧縮行程にて燃料噴射が行われるため、吸
気行程で気体燃料が噴射されることにより燃焼室への吸
気が不十分となることが抑制される。従って、内燃機関
の性能の低下を防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【０００９】（第一実施形態）図１に本実施形態に係る
内燃機関制御装置の説明図を示す。

【００１０】図１に示すように、本実施形態に係る内燃
機関制御装置１０は、気体燃料を用いて駆動する車両等
の内燃機関の制御に適用したものである。内燃機関であ
るエンジン２０には図示しない燃料タンクに収容された
気体燃料が供給される。制御対象となるエンジン２０
は、直接噴射式のものであり、燃焼室２１に直接気体燃
料を噴射するインジェクタ２２を備えている。インジェ
クタ２２は、加圧された気体燃料を燃焼室２１へ供給す
る燃料噴射手段であり、例えばエンジン２０に設けたシ
リンダ２３ごとに設置される。

【００１１】燃焼室２１は、シリンダ２３内に配設され
たピストン２４の上方に形成されている。燃焼室２１の
上部には、吸気ポート２５及び排気ポート２６が開口し
ており、吸気ポート２５には吸気弁２７が配設され、排
気ポート２６には排気弁２８が配設されている。吸気ポ
ート２５は燃焼室２１にエアを供給するための吸気口で
あり吸気弁２７により開閉される。排気ポート２６は燃
焼室２１のエアを排出するための排出口であり排気弁２
８により開閉される。また、燃焼室２１の上部には、点
火装置２９が設置されている。

【００１２】エンジン２０には、可変バルブタイミング
機構３０が設けられている。可変バルブタイミング機構
３０は、吸気弁２７の上方に配設されており、吸気弁２
７の開閉タイミングを変化させる。更に、エンジン２０
のクランクシャフト３５には、クランクポジションセン
サ３６が設置されている。クランクポジションセンサ３
６は、エンジン２０の回転状態を検出するエンジン回転
状態検出手段であり、例えば、エンジン２０の回転速度
及び回転変化などを検出する。

【００１３】インジェクタ２２には、デリバリーパイプ
１７が接続されている。デリバリーパイプ１７は、図示
しない燃料タンクから配管１３を通じて圧送されてきた
気体燃料を各インジェクタ２２に分配するものである。
このデリバリーパイプ１７には、圧力センサ３１が設け
られている。圧力センサ３１は、デリバリーパイプ１７
内の気体燃料の圧力を検出する燃圧検出手段である。ま
た、デリバリーパイプ１７には、燃温センサ３２が設け
られている。燃温センサ３２は、デリバリーパイプ１７
内の気体燃料の温度を検出する燃温検出手段である。

【００１４】吸気ポート２７の上流側に設置される吸気
管４１には、スロットルバルブ４２が設置されている。
スロットルバルブ４２は、スロットルモータ４３の駆動
により、その開閉状態が操作される。また、スロットル
バルブ４２の開度は、スロットルポジションセンサ４４
により検出される。また、アクセルセンサ５１が設けら
れており、アクセルペダル５２の操作状態が検出され
る。

【００１５】内燃機関制御装置１０には、ＥＣＵ５０が
設けられている。ＥＣＵ５０は、内燃機関制御装置１０
の装置全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されてい
る。ＲＯＭには、内燃機関制御ルーチンを含む各種制御
ルーチンが記憶されている。

【００１６】ＥＣＵ５０は、圧力センサ３１と接続され
ており、デリバリーパイプ１７内の気体燃料の圧力検出
信号が入力される。また、ＥＣＵ５０は、燃温センサ３
２と接続されており、デリバリーパイプ１７内の気体燃
料の温度検出信号が入力される。また、ＥＣＵ５０は、
可変バルブタイミング機構３０と接続されており、可変
バルブタイミングの検出信号が入力される。

【００１７】また、ＥＣＵ５０は、スロットルポジショ
ンセンサ４４と接続されており、スロットルバルブ開度
の検出信号が入力される。また、ＥＣＵ５０は、アクセ
ルセンサ５１と接続されており、アクセルペダル５２の
操作状態の検出信号が入力される。更に、ＥＣＵ５０
は、クランクポジションセンサ３６と接続されており、
エンジン２０の回転状態の検出信号が入力される。

【００１８】ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２と接続さ
れており、インジェクタ２２に噴射制御信号を出力し気
体燃料の噴射制御を行う。また、ＥＣＵ５０は、可変バ
ルブタイミング機構３０にバルブタイミング制御信号を
出力し吸気弁２７の閉弁タイミングを制御する。また、
ＥＣＵ５０は、点火装置２９に点火制御信号を出力し、
点火タイミングを制御する。更に、ＥＣＵ５０は、スロ
ットルモータ４３にスロットル開度制御信号を出力しス
ロットルバルブ４２の開度制御を行う。

【００１９】次に、内燃機関制御装置に動作について説
明する。

【００２０】図２に内燃機関制御装置１０の動作につい
てのフローチャートを示す。まず、図２のステップＳ１
０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。他のステップについ
ても同様とする。）にて、圧力センサ３１から出力され
る圧力検出信号に基づき燃料圧力が読み込まれ、またク
ランクポジションセンサ３６から出力されるエンジン回
転検出信号に基づきエンジン回転状態が読み込まれ、ス
ロットルポジションセンサ４４から出力される検出信号
に基づいてエンジン負荷量が読み込まれ、更に可変バル
ブタイミング機構３０に設置されるセンサから出力され
る信号に基づき吸気弁２７の開閉タイミングが読み込ま
れる。

【００２１】次いで、Ｓ１２に移行し、噴射必要時間Ｔ
１の演算が行われる。ここでいう「噴射必要時間」と
は、一回の燃料噴射にて一定の気体燃料量を噴射するの
に必要な時間をいい、現状のエンジン回転状態、エンジ
ン負荷状態、燃料圧力などに基づいて決定される。すな
わち、噴射必要時間Ｔ１は、Ｓ１０にて読み込まれたエ
ンジン回転状態、燃料圧力、エンジン負荷量に応じて算
出される。なお、この噴射必要時間Ｔ１の演算は、燃料
圧力、エンジン回転状態、エンジン負荷量に対応したマ
ップを用いたマップ処理により行ってよい。また、エン
ジン負荷量は、アクセルセンサ５１の検出信号に基づい
て読み込んだものものを用いてもよい。

【００２２】そして、Ｓ１４に移行し、噴射可能時間Ｔ
２の演算が行われる。ここでいう「噴射可能時間」と
は、吸気弁２７の閉弁時から起算される時間であって、
現状の燃料圧力にて燃焼室２１に噴射が不可能となるま
での時間又は点火装置２９による点火までの時間をい
う。この噴射可能時間Ｔ２は、Ｓ１０にて読み込まれた
エンジン回転状態、吸気弁２７の開閉タイミング、燃料
圧力、点火装置２９の点火時期に基づいて演算される。
なお、この噴射可能時間Ｔ２の演算は、吸気弁２７の開
閉タイミング、燃料圧力、点火装置２９の点火時期に対
応したマップを用いたマップ処理により行ってもよい。

【００２３】次いで、Ｓ１６に移行し、演算された噴射
必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長いか否かが判定
される。噴射必要時間Ｔ１が噴射可能時間Ｔ２より長い
と判定されたときには、Ｓ１８に移行し、吸気行程での
噴射時間の算出が行われる。吸気行程での噴射時間は、
噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２の差に基づいて算
出され、具体的には、Ｔ１−Ｔ２が吸気行程での噴射時
間となる。

【００２４】そして、Ｓ２０に移行し、ＥＣＵ５０から
インジェクタ２２に噴射制御信号が出力され、気体燃料
の噴射が行われる。この気体燃料の噴射は、図３に示す
ように、クランクシャフトの回転が吸気下死点となった
時から、噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２との差と
なる時間を遡った時点から開始される。そして、気体燃
料の噴射は、噴射必要時間Ｔ１だけ行われる。このた
め、噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ２との差となる
時間が吸気行程噴射となり、噴射可能時間Ｔ２が圧縮行
程噴射となる。なお、この場合、吸気行程での噴射開始
は、吸気下死点から噴射必要時間Ｔ１と噴射可能時間Ｔ
２との差となる時間Ｔ１−Ｔ２を遡った時点からではな
く、吸気弁２７の閉弁時から時間Ｔ１−Ｔ２を遡った時
点から行ってもよい。

【００２５】一方、Ｓ１６にて、噴射必要時間Ｔ１が噴
射可能時間Ｔ２より長くないと判定されたときには、Ｓ
２２に移行し、圧縮行程噴射が行われる。すなわち、Ｅ
ＣＵ５０からインジェクタ２２に噴射制御信号が出力さ
れ、図４に示すように、圧縮行程においてのみ気体燃料
の噴射が行われる。この気体燃料の噴射は、吸気弁２７
の閉弁時から開始され、その閉弁時から噴射必要時間Ｔ
１経過後に終了する。

【００２６】図５に、噴射必要時間と圧縮行程噴射及び
吸気行程噴射との関係を示す。図５に示すように、例え
ば、エンジン負荷が小さく噴射必要時間Ｔ１が短いとき
には、圧縮行程噴射により気体燃料の噴射が行われる。
そして、エンジン負荷が高まり、噴射必要時間Ｔ１が噴
射可能時間Ｔ２より長くなると、圧縮行程噴射と共に吸
気行程噴射も行われる。そして、さらにエンジン負荷が
高まり、噴射必要時間Ｔ１が長くなると、圧縮行程噴射
の時間がそのままで吸気行程噴射の時間のみが長くな
る。

【００２７】以上のように、本実施形態に係る内燃機関
制御装置１０によれば、気体燃料の噴射に必要な噴射必
要時間Ｔ１がエンジン回転状態又は燃料圧力などの状況
によって噴射可能となる噴射可能時間Ｔ２より長くない
ときには、圧縮行程での燃料噴射が行われる。一方、気
体燃料の噴射に必要な噴射必要時間Ｔ１がエンジン回転
状態又は燃料圧力などの状況によって噴射可能である噴
射可能時間Ｔ２より長いときに、その差分だけ吸気行程
で燃料噴射が行われた後、引き続き噴射可能時間Ｔ２だ
け圧縮行程での燃料噴射が行われる。このように、燃料
噴射が可能な限り、圧縮行程にて燃料噴射が行われるた
め、吸気行程で気体燃料が噴射されることにより燃焼室
２１への吸気が不十分となることが抑制される。従っ
て、エンジン２０の性能の低下を防止することができ
る。

【００２８】また、本実施形態に係る内燃機関制御装置
１０によれば、インジェクタ２２を大型化することな
く、エンジン２０の性能の低下を抑制しつつ、その駆動
が行える。例えば、インジェクタ２２として噴射能力の
大きいものを用いれば、エンジン２０の回転状態などに
かかわらず、常に圧縮行程にて燃料噴射が可能とするこ
とが考えられる。しかし、その場合には、大型化により
搭載性の悪化、コストアップ、アイドリング時の低噴射
の困難性を招くこととなる。これに対し、本実施形態に
係る内燃機関制御装置１０では、インジェクタを大型化
することなく、効率的なエンジン２０の駆動が可能とな
る。

【００２９】また、本実施形態に係る内燃機関制御装置
１０では、吸気行程のみの燃料噴射は行われないため、
吸気行程で気体燃料が大量に噴射され、その気体燃料が
吸気管側へ逆流するという不具合を防止できる。

【００３０】（第二実施形態）第一実施形態では気体燃
料を用いた車両用の内燃機関の制御に適用した内燃機関
制御装置１０について説明したが、本発明に係る内燃機
関制御装置は、そのようなものに限られるものではな
く、気体燃料により駆動する内燃機関の制御を行うもの
であれば、その他のものであってもよい。その場合であ
って、第一実施形態にかかる内燃機関制御装置１０と同
様な作用効果が得られる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料噴射が可能な限り、圧縮行程にて燃料噴射が行われる
ため、吸気行程で気体燃料が噴射されることにより燃焼
室への吸気が不十分となることが抑制される。従って、
内燃機関の性能の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の説明図
である。

【図２】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の動作を
示すフローチャートである。

【図３】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の動作示
すタイミングチャートである。

【図４】第一実施形態に係る内燃機関制御装置の動作示
すタイミングチャートである。

【図５】第一実施形態に係る内燃機関制御装置における
噴射必要時間と圧縮行程噴射及び吸気行程噴射との関係
の説明図である。

【符号の説明】

１０…内燃機関制御装置、２０…エンジン、２１…燃焼
室、２２…インジェクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 19/02 19/02 Ｄ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ｋ 41/14 ３３０ 41/14 ３３０Ｂ 41/34 41/34 ＥＦターム(参考） 3G092 AA06 AA11 AB06 BB01 BB06 BB13 DA01 DA08 DC03 DG08 EA08 EC09 FA02 FA50 GA05 GA06 HA06Z HA11Z HA13X HA13Z HB01X HB01Z HB02X HB03Z HB04Z HC09Z HE01Z HE03Z HF08Z 3G301 HA04 HA22 JA01 KA09 MA11 MA19 ND03 PB08Z PE01Z PE09Z PE10Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室に気体燃料を直接噴射するインジ
ェクタを具備する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の回転状態に基づいて前記インジェクタの
燃料噴射に必要な時間を算出する噴射必要時間演算手段
と、前記内燃機関の回転状態に基づいて前記インジェクタの
燃料噴射が可能な時間を算出する噴射可能時間演算手段
と、前記噴射必要時間演算手段により算出された噴射必要時
間が前記噴射可能時間演算手段により算出された噴射可
能時間より長いときに、前記噴射必要時間と前記噴射可
能時間との差だけ吸気行程噴射を行わせ、前記噴射可能
時間の圧縮行程噴射を行わせる吸気行程噴射制御手段
と、を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】前記噴射必要時間演算手段は、前記内燃
機関の回転状態、内燃機関負荷及び前記気体燃料の圧力
状態に基づいて前記インジェクタの燃料噴射に必要な時
間を算出すること、を特徴とする請求項１に記載の内燃
機関制御装置。
【請求項３】前記噴射可能時間演算手段は、前記内燃
機関の回転状態、吸気弁閉弁タイミング、点火タイミン
グに基づいて前記インジェクタの燃料噴射が可能な時間
を算出すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の
内燃機関制御装置。