内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、内燃機関のドライバビリティの悪化を抑制しつつ、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を良好に抑制することを目的とする。
【解決手段】多気筒型の内燃機関の各気筒に対してそれぞれ備えられ、各気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁１２を備える。シリンダ壁面温度Ｔｂｎを気筒毎に推定したうえで、各気筒に対してトルク発生のために噴射される燃料噴射量Ｑｖｎを、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが低い気筒の方が、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが高い気筒よりも少なくなるように設定する。そして、設定された各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎのうちの最大値と最小値との差ΔＱｖｎが所定値ΔＱｖｒｅｑよりも大きい場合に、前記差ΔＱｖが前記所定値ΔＱｖｒｅｑ以内となるように、各気筒に噴射される燃料噴射量Ｑｖｎを補正する。
【解決手段】多気筒型の内燃機関の各気筒に対してそれぞれ備えられ、各気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁１２を備える。シリンダ壁面温度Ｔｂｎを気筒毎に推定したうえで、各気筒に対してトルク発生のために噴射される燃料噴射量Ｑｖｎを、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが低い気筒の方が、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが高い気筒よりも少なくなるように設定する。そして、設定された各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎのうちの最大値と最小値との差ΔＱｖｎが所定値ΔＱｖｒｅｑよりも大きい場合に、前記差ΔＱｖが前記所定値ΔＱｖｒｅｑ以内となるように、各気筒に噴射される燃料噴射量Ｑｖｎを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁を備える圧縮着火式の内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気ガスの集合部における排気ガス温度の変動に基づいて気筒毎の温度を推定するようにしている。そのうえで、推定された温度とマップ値との差の絶対値が所定値以上である場合には、推定された筒内温度が高い気筒に対してはポスト燃料噴射量を増加させ、推定された筒内温度が低い気筒に対してはポスト燃料噴射量を減少させるようにしている。上記従来の制御装置は、このような制御によって、筒内温度の低い気筒においてオイル希釈の進行抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０３４２５号公報
【特許文献２】特開平１−２３７３３９号公報
【特許文献３】特開昭６２−１３５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術のようにポスト燃料噴射量の調整に対してではなく、内燃機関へのトルク要求に基づくトルクを発生させるための燃料噴射量の調整に対して、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出抑制等の目的のために、気筒間または所定のグループ気筒間で燃料噴射量を異ならせる場合には、内燃機関のドライバビリティが悪化しないように配慮することが必要である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関のドライバビリティの悪化を抑制しつつ、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を良好に抑制することの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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
多気筒型の内燃機関の各気筒に対してそれぞれ備えられ、各気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、
前記内燃機関のシリンダ壁面温度を、運転中の複数の気筒のうちの各気筒毎に、または運転中の複数の気筒を少なくとも２つに分けて得られるグループ気筒毎に推定するシリンダ壁温推定手段と、
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して前記内燃機関のトルク発生のために噴射される燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定する燃料噴射量設定手段と、
前記燃料噴射量設定手段により設定された各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量のうちの最大値と最小値との差が所定値よりも大きい場合に、前記差が前記所定値以内となるように、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量を補正する気筒間燃料噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料噴射量設定手段は、
前記内燃機関へのトルク要求に基づいて、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒で発生させるべきトルクに応じた要求燃料噴射量を算出する要求燃料噴射量算出手段と、
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して減少させ、かつ、この燃料噴射量の減少によって運転中の前記複数の気筒での前記要求燃料噴射量の合計値が変化しないように、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して増加させる気筒間燃料噴射量調整手段と、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が所定の判定温度以下となる気筒が存在する場合に、前記燃料噴射量設定手段および前記気筒間燃料噴射量補正手段による、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量の設定および補正を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して実行されるポスト噴射によるポスト燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定するポスト燃料噴射量設定手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１および第２の発明によれば、運転中の各気筒または運転中のグループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量のうちの最大値と最小値との差を所定値以下に制限することにより、内燃機関のドライバビリティに実質的な影響を及ぼさないようにしつつ、シリンダ壁面温度に応じた各気筒の燃料噴射量の調整により、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を良好に抑制できるようになる。
【００１１】
第３の発明によれば、何れかの気筒においてシリンダ壁面温度が低いために、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出が懸念される温度条件下において、内燃機関のドライバビリティに実質的な影響を及ぼさないようにしつつ、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。
【００１２】
第４の発明によれば、ポスト噴射の実行時に、シリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】内燃機関の軽負荷運転時および高負荷運転時におけるそれぞれの課題について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の（トルク発生のための）燃料噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【図５】シリンダブロック内に形成された冷却水経路と、各気筒のシリンダ壁面温度の一例を表した図である。
【図６】燃料噴射弁により噴射されて筒内に放射状に広がる燃料の噴霧をピストン側から見た図である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】ポスト噴射時のオイル希釈レベルの推定手法を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２のポスト噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、多気筒型の内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、一例として、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態の内燃機関１０は、＃１〜＃４の４つの気筒を有する直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１５】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１２が設置されている。各気筒の燃料噴射弁１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール１４から各気筒の燃料噴射弁１２へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気通路２０の排気マニホールド１８によって集合され、排気通路２０に流入する。
【００１６】
内燃機関１０は、ターボ過給機２２を備えている。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ａと、タービン２２ａと一体的に連結され、タービン２２ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２２ｂとを有している。
【００１７】
ターボ過給機２２のタービン２２ａは、排気通路２０の途中に配置されている。タービン２２ａよりも下流側の排気通路２０には、排気ガスを浄化可能な排気浄化装置２４が設置されている。排気浄化装置２４は、一例として、ＮＯｘの浄化のための触媒とともに粒子状物質ＰＭを除去するためのパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を含むＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒、および酸化触媒によって構成されている。
【００１８】
内燃機関１０の吸気通路２６の入口付近には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ３０で冷却される。インタークーラ３０を通過した吸入空気は、吸気通路２６の吸気マニホールド３２により分配された後に各気筒に流入する。吸気通路２６におけるインタークーラ３０と吸気マニホールド３２との間には、吸気絞り弁３４が設置されている。また、吸気通路２６におけるエアクリーナ２８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３６が設置されている。吸気通路２６における吸気絞り弁３４の下流には、吸気圧力（過給圧）を検知するための吸気圧力センサ３８が配置されている。
【００１９】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ３６および吸気圧力センサ３８に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ４２、および、エンジン冷却水温度（より具体的には、冷却水のエンジン入口温度）を検知するための水温センサ４４等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０の入力部には、内燃機関１０が搭載された車両のアクセル開度を検知するためのアクセル開度センサ４６が電気的に接続されている。更に、ＥＣＵ４０の出力部には、上述した燃料噴射弁１２、サプライポンプ１６および吸気絞り弁３４等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。
【００２０】
［実施の形態１の制御］
（シリンダ壁面への噴射燃料の付着に起因する課題について）
本実施形態の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０のように、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１２を備える多気筒型の内燃機関では、筒内に噴射された燃料がシリンダ壁面に付着することに起因する、未燃ＨＣ排出およびオイル希釈を良好に抑制することが要求される。このような要求は、過給を利用して内燃機関の排気量のダウンサイジングを行い、かつ、その際にシリンダボアの径を縮小する手法を採用した場合において、より顕著となる。
【００２１】
図２は、内燃機関１０の軽負荷運転時および高負荷運転時におけるそれぞれの課題について説明するための図である。
より具体的には、図２（Ａ）は、軽負荷運転時における未燃ＨＣ（ＴＨＣ）濃度とＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘとの関係を示している。図２（Ａ）より、軽負荷運転時には、ＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘが同一となる条件で比較した際に、燃料噴射弁１２より噴射される燃料噴霧の貫徹力が高い場合よりも、当該貫徹力が低い場合の方が未燃ＨＣの排出が多くなることが分かる。このように、噴射燃料の低貫徹力化によってシリンダ壁面に噴霧を到達させなくすることは、軽負荷運転時において未燃ＨＣの排出を抑制するうえで有効であり、更には、軽負荷運転時か否かを問わず、オイル希釈を抑制するうえで有効である。
【００２２】
一方、図２（Ｂ）は、高負荷運転時におけるスモーク排出レベルとＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘとの関係を示している。図２（Ｂ）より、高負荷運転時には、ＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘが同一となる条件で比較した際に、高貫徹力時の方が低貫徹力時よりも、スモーク排出レベルが低くなることが分かる。その理由は、高負荷時にスモークの排出を抑制するためには、空気と燃料との混合を促進するために、高貫徹力の噴霧が要求されるからである。
【００２３】
従って、軽負荷運転時の未燃ＨＣの排出抑制とオイル希釈抑制と、高負荷運転時のスモーク排出抑制とを両立させるためには、噴霧の貫徹力の設定に頼らずに、未燃ＨＣ排出やオイル希釈を抑制できる技術が必要となる。
【００２４】
（実施の形態１の制御の具体的な内容について）
図３は、本発明の実施の形態１の制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０のサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図４は、本発明の実施の形態１の（トルク発生のための）燃料噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【００２５】
図３に示すルーチンでは、先ず、水温センサ４４を用いて取得されるエンジン冷却水温度（エンジン入口温度）に基づいて、各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂの推定値が算出される（ステップ１００）。図５は、シリンダブロック４８内に形成された冷却水経路５０と、各気筒のシリンダ壁面温度の一例を表した図である。
【００２６】
内燃機関１０の内部を循環する冷却水は、シリンダブロック４８内に形成された冷却水経路５０内にウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）５２によって導入される。冷却水は、図５（Ａ）中に示す矢印の向きで、冷却水経路５０内を流通する。冷却水は、図５（Ａ）に示すように各気筒の周囲を吸気側から排気側に向かって通過していくことによって徐々に暖められていく。また、図５（Ａ）中に「高温部」として示すように、隣接する気筒間のシリンダ壁面温度は高くなる。これらの要因により、シリンダ壁面温度Ｔｂｎ（ｎは気筒番号）は、気筒によって異なるものとなる。一例としては、図５（Ｂ）に示すように、入口に近い吸気（ＩＮ）側の＃１気筒近傍の部位に対して、冷却水が＃４気筒側に向かうにつれ、シリンダ壁面温度が基本的に高くなっていく。また、排気（ＥＸ）側の部位は、吸気側の部位に対して、シリンダ壁面温度が高くなっている。
【００２７】
図５を参照して説明したような各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎの傾向は、予め実験等に把握することができる。具体的には、ＥＣＵ４０には、そのような気筒間のシリンダ壁面温度の高低の関係が、冷却水のエンジン入口温度と関連付けて記憶されている。本ステップ１００では、そのような関係を参照して、水温センサ４４を用いて取得される冷却水温度（エンジン入口温度）に従って、各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが算出される。図４（Ａ）は、そのようにして算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎの一例である。
【００２８】
次に、上記ステップ１００において算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎの中に、所定の判定温度Ｔｒｅｆ以下の値があるか否かが判定される（ステップ１０２）。本ステップ１０２における判定温度Ｔｒｅｆは、シリンダ壁面への燃料付着による未燃ＨＣの排出が懸念される温度条件であるか否かを判断するための温度閾値として予め設定された値である。
【００２９】
上記ステップ１０２において何れかの気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが上記判定温度Ｔｒｅｆ以下であると判定された場合には、次いで、アクセル開度センサ４６を用いて取得されるアクセル開度（すなわち、内燃機関１０へのトルク要求度）に基づいて、現在のアクセル開度に応じた要求トルクを得るために各気筒において噴射すべき要求燃料噴射量Ｑｒｅｑが算出される（ステップ１０４）。具体的には、本ステップ１０４では、各気筒で同等のトルクが発生するようにするため、図４（Ｂ）に示すように、各気筒で均等な値として要求燃料噴射量Ｑｒｅｑが算出される。
【００３０】
次に、上記ステップ１００において算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて、各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが算出される（ステップ１０６）。具体的には、本ステップ１０６では、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆよりも低い気筒（図４の例では、＃１および＃４気筒）の燃料噴射量Ｑｖ１およびＱｖ４を要求燃料噴射量Ｑｒｅｑに対して減少させる補正が、図４（Ｃ）に示すように行われる。そして、このような補正後に４気筒合計の燃料噴射量が要求燃料噴射量Ｑｒｅｑに気筒数（ここでは、４）を乗じた値から変化しないようにするために、他の気筒（図４の例では、＃２および＃３気筒）の燃料噴射量Ｑｖ２およびＱｖ３を要求燃料噴射量Ｑｒｅｑに対して増加させる補正が、図４（Ｃ）に示すように行われる。
【００３１】
次に、各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎの中の最大値と最小値との差である、気筒間の噴射量差ΔＱｖが算出される（ステップ１０８）。図４の例の場合には、＃２、３気筒の燃料噴射量Ｑｖ２、Ｑｖ３が最大値に該当し、＃１気筒の燃料噴射量Ｑｖ１が最小値に該当するので、図４（Ｃ）に示すようにこれらの差が気筒間の噴射量差ΔＱｖとして算出される。
【００３２】
次に、上記ステップ１０８において算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖが所定の判定値ΔＱｖｒｅｑよりも大きいか否かが判定される（ステップ１１０）。本ステップ１１０における判定値ΔＱｖｒｅｑは、今回算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖが存在する場合における内燃機関１０のドライバビリティ悪化が、許容レベルではないか否かを判断するための閾値として予め設定された値である。
【００３３】
上記ステップ１１０の判定が成立する場合、つまり、今回算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖによる内燃機関１０のドライバビリティ悪化が許容レベルではないと判断できる場合には、今回算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖが上記判定値（許容値）ΔＱｖｒｅｑ以下となるように、上記ステップ１０６において算出された各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎの調整が実行される（ステップ１１２）。図４の例では、図４（Ｄ）に示すように、＃２、３気筒の燃料噴射量Ｑｖ２、Ｑｖ３を所定量だけ減らすとともに、これらの減量分の合計値相当の燃料量だけ＃１気筒の燃料噴射量Ｑｖ１を増やす処理が実行される。
【００３４】
以上説明した図３に示すルーチンの処理によれば、何れかの気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆ以下であることで、シリンダ壁面への燃料付着による未燃ＨＣの排出が懸念される温度条件（冷間時）であると判断できる場合には、シリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて、各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが補正される。具体的には、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆ以下となる気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが相対的に減らされるとともに、その結果として４気筒合計での燃料噴射量としては減少しないように他の気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが増やされる。そして、そのようにして算出される各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎの気筒間の噴射量差ΔＱｖが判定値ΔＱｖｒｅｑ以下となるように制限される。
【００３５】
以上のような制御によれば、気筒間の噴射量差ΔＱｖの制限を行うことにより、内燃機関１０のドライバビリティに実質的な影響を及ぼさないようにしつつ、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆ以下となる気筒の燃料噴射量Ｑｖｎを相対的に減らすことにより、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出およびオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。また、これにより、噴霧の貫徹力の設定に頼らずに、軽負荷運転時の未燃ＨＣ排出とオイル希釈が抑制できるようになる。
【００３６】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「シリンダ壁温推定手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料噴射量設定手段」が、上記ステップ１０８〜１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「気筒間燃料噴射量補正手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「要求燃料噴射量算出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「気筒間燃料噴射量調整手段」が、それぞれ実現されている。
【００３７】
実施の形態２．
本実施形態のシステムのハードウェア構成としては、図１を参照して上述したものが用いられるものとする。そのうえで、本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１の制御（すなわち、トルク発生のための燃料噴射量に対する制御）に加え、以下に示すようにポスト噴射を実施する際の燃料噴射量（以下、単に「ポスト燃料噴射量」と略する）に対する制御を行うというものである。
【００３８】
内燃機関１０の運転中には、排気浄化装置２４に含まれる触媒の昇温（もしくはＮＯｘ触媒に吸蔵したＮＯｘの還元）を図る目的で、必要に応じて、ポスト噴射（排気系に未燃燃料を供給するための燃料噴射）が行われるようになっている。このようなポスト噴射の実行時にも、以下に説明するように、シリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈が課題となる。排気系に燃料を添加するための排気燃料添加弁を備えることとすれば、このようなオイル希釈の問題を回避することができる。しかしながら、排気燃料添加弁の追加は、コストの増加を招き、また、搭載上の制約によってすべての車種によって搭載できるわけでもない。
【００３９】
図６は、燃料噴射弁１２により噴射されて筒内に放射状に広がる燃料の噴霧をピストン側から見た図である。
図６中に「ベース」と付して示す状態に対し、同図中に「低雰囲気圧」と付して示す状態（筒内の雰囲気圧力が低い状況下）では、噴霧が成長する際に空気の抵抗力が小さくなるため、図６に示すように噴霧が良く広がるようになる。ポスト噴射は、膨張行程後期（すなわち、筒内の雰囲気圧力が低い時期）に行われる。このため、ポスト噴射の実行時には、シリンダ壁面に燃料が付着し易くなる。
【００４０】
また、図６中に「大噴射量」と付して示すように、噴射される燃料量が多い状況下では、噴霧の有する運動量が大きいため、噴霧が良く広がるようになる。また、噴射される燃料量が多い状況下では、シリンダ壁面に付着する燃料の絶対量が多くなる。特に、軽負荷運転時は、筒内温度が相対的に低く、また、触媒の昇温のためにより多くの燃料が必要になる運転条件であるため、シリンダ壁面への燃料付着がし易くなる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、ポスト噴射を利用して触媒の昇温を行うシステムにおいて、ポスト噴射の実行によって燃料がシリンダ壁面に付着することでオイル希釈を引き起こし易い運転条件下（すなわち、筒内の雰囲気圧力および雰囲気温度が低い条件や（トルク発生のための）燃料噴射量が多い条件）において、以下に示すような制御を行うようにした。
【００４２】
図７は、本発明の実施の形態２の制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０のサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図８は、ポスト噴射時のオイル希釈レベルの推定手法を説明するための図であり、図９は、本発明の実施の形態２のポスト噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【００４３】
図７に示すルーチンでは、先ず、ポスト噴射の実行時であるか否かが判定される（ステップ２００）。本ステップ２００の判定は、例えば、触媒の温度を内燃機関１０の運転履歴に基づいて推定したり、別途温度センサを備えて取得するようにしたうえで、取得した触媒の温度が所定の温度よりも低いかどうかを判断することによって実行することができる。
【００４４】
上記ステップ２００においてポスト噴射の実行時であると判定された場合には、次いで、ポスト噴射の実行によってシリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈を引き起こし易い運転条件下であるか否かが判定される（ステップ２０２）。
【００４５】
筒内の雰囲気圧力および雰囲気温度（シリンダ壁面温度）が低いほど、シリンダ壁面への燃料付着量が多くなる。また、（トルク発生のための）燃料噴射量は、内燃機関１０の負荷が低いほど少なくなる。このため、（トルク発生のための）燃料噴射量が少ない運転条件ほど、筒内の雰囲気圧力および雰囲気温度が低くなる。また、エンジン回転数が低いほど、単位時間当たりの燃焼による発熱量が低くなるので、触媒の昇温のために要求されるポスト燃料噴射量が多くなる。
【００４６】
従って、図８に示すように、（トルク発生のための）燃料噴射量が少なく、かつ、エンジン回転数が低い側の運転領域において、シリンダ壁面への燃料付着量が多くなり、オイル希釈を引き起こし易い運転条件であると判断することができる。ＥＣＵ４０には、図８に示すようなオイル希釈を引き起こし易い運転領域を表す情報（マップ等）が記憶されている。本ステップ２０２では、このような情報と、アクセル開度センサ４６を用いて取得されるアクセル開度に基づいて算出される燃料噴射量と、クランク角センサ４２を用いて算出されるエンジン回転数とに基づく判定が実行される。
【００４７】
上記ステップ２０２の判定が成立する場合には、次いで、上記ステップ１００と同様の処理によって、図９（Ａ）に示すように、各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが算出される（ステップ２０４）。次いで、今回の触媒の昇温要求度に応じた、各気筒に噴射すべき要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑが算出される（ステップ２０６）。具体的には、本ステップ２０６では、図９（Ｂ）に示すように、各気筒で均等な値として要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑが算出される。また、触媒の昇温要求度が高いほど、要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑがより高い値として算出される。
【００４８】
次に、上記ステップ２０４において算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて、各気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎが算出される（ステップ２０８）。具体的には、本ステップ２０８では、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが所定の判定温度よりも低い気筒（図９の例では、＃１および＃４気筒）のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔ１およびＱｐｓｔ４を要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑに対して減少させる補正が、図９（Ｃ）に示すように行われる。そして、このような補正後に４気筒合計のポスト燃料噴射量が要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑに気筒数（ここでは、４）を乗じた値から変化しないようにするために、他の気筒（図９の例では、＃２および＃３気筒）のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔ２およびＱｐｓｔ３を要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑに対して増加させる補正が、図９（Ｃ）に示すように行われる。
【００４９】
以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度以下となる気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎを相対的に減らすことにより、基本的にシリンダ壁面への燃料付着の発生し易いポスト噴射の実行時においても、そのようなシリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。
【００５０】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記図７に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第４の発明における「ポスト燃料噴射量設定手段」が実現されている。
【００５１】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、気筒毎にシリンダ壁面温度Ｔｂｎを推定したうえで、シリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて各気筒のトルク発生のための燃料噴射量Ｑｖｎまたは各気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎを気筒毎に設定するようにしている。しかしながら、本発明は、上記の手法に限定されるものではない。すなわち、上記の手法に代え、運転中の複数の気筒を少なくとも２つに分けて得られる、所定の１つ以上の気筒からなるグループ気筒（４気筒型エンジンであれば、例えば、隣接する２気筒）毎にシリンダ壁面温度Ｔｂｎを推定したうえで、シリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて各気筒のトルク発生のための燃料噴射量Ｑｖｎまたは各気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎを上記グループ気筒毎に設定してもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１および２においては、４気筒型エンジンである内燃機関１０の全気筒運転時に、上記の燃料噴射量Ｑｖｎまたはポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎの制御を行うようにしている。しかしながら、本発明における制御の対象となる「運転中の複数の気筒」は、内燃機関が備える全気筒に限らず、内燃機関が備える一部の気筒であってもよい。すなわち、本発明の制御は、一部の気筒を用いて減筒運転を行う際に実施されるもものであってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 内燃機関
１２ 燃料噴射弁
１４ コモンレール
１６ サプライポンプ
２０ 排気通路
２２ ターボ過給機
２４ 排気浄化装置
２６ 吸気通路
３０ インタークーラ
３４ 吸気絞り弁
３６ エアフローメータ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
４４ 水温センサ
４６ アクセル開度センサ
４８ シリンダブロック
５０ 冷却水経路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁を備える圧縮着火式の内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気ガスの集合部における排気ガス温度の変動に基づいて気筒毎の温度を推定するようにしている。そのうえで、推定された温度とマップ値との差の絶対値が所定値以上である場合には、推定された筒内温度が高い気筒に対してはポスト燃料噴射量を増加させ、推定された筒内温度が低い気筒に対してはポスト燃料噴射量を減少させるようにしている。上記従来の制御装置は、このような制御によって、筒内温度の低い気筒においてオイル希釈の進行抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０３４２５号公報
【特許文献２】特開平１−２３７３３９号公報
【特許文献３】特開昭６２−１３５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術のようにポスト燃料噴射量の調整に対してではなく、内燃機関へのトルク要求に基づくトルクを発生させるための燃料噴射量の調整に対して、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出抑制等の目的のために、気筒間または所定のグループ気筒間で燃料噴射量を異ならせる場合には、内燃機関のドライバビリティが悪化しないように配慮することが必要である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関のドライバビリティの悪化を抑制しつつ、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を良好に抑制することの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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
多気筒型の内燃機関の各気筒に対してそれぞれ備えられ、各気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、
前記内燃機関のシリンダ壁面温度を、運転中の複数の気筒のうちの各気筒毎に、または運転中の複数の気筒を少なくとも２つに分けて得られるグループ気筒毎に推定するシリンダ壁温推定手段と、
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して前記内燃機関のトルク発生のために噴射される燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定する燃料噴射量設定手段と、
前記燃料噴射量設定手段により設定された各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量のうちの最大値と最小値との差が所定値よりも大きい場合に、前記差が前記所定値以内となるように、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量を補正する気筒間燃料噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料噴射量設定手段は、
前記内燃機関へのトルク要求に基づいて、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒で発生させるべきトルクに応じた要求燃料噴射量を算出する要求燃料噴射量算出手段と、
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して減少させ、かつ、この燃料噴射量の減少によって運転中の前記複数の気筒での前記要求燃料噴射量の合計値が変化しないように、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して増加させる気筒間燃料噴射量調整手段と、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が所定の判定温度以下となる気筒が存在する場合に、前記燃料噴射量設定手段および前記気筒間燃料噴射量補正手段による、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量の設定および補正を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して実行されるポスト噴射によるポスト燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定するポスト燃料噴射量設定手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１および第２の発明によれば、運転中の各気筒または運転中のグループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量のうちの最大値と最小値との差を所定値以下に制限することにより、内燃機関のドライバビリティに実質的な影響を及ぼさないようにしつつ、シリンダ壁面温度に応じた各気筒の燃料噴射量の調整により、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を良好に抑制できるようになる。
【００１１】
第３の発明によれば、何れかの気筒においてシリンダ壁面温度が低いために、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出が懸念される温度条件下において、内燃機関のドライバビリティに実質的な影響を及ぼさないようにしつつ、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出やオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。
【００１２】
第４の発明によれば、ポスト噴射の実行時に、シリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】内燃機関の軽負荷運転時および高負荷運転時におけるそれぞれの課題について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の（トルク発生のための）燃料噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【図５】シリンダブロック内に形成された冷却水経路と、各気筒のシリンダ壁面温度の一例を表した図である。
【図６】燃料噴射弁により噴射されて筒内に放射状に広がる燃料の噴霧をピストン側から見た図である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】ポスト噴射時のオイル希釈レベルの推定手法を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２のポスト噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、多気筒型の内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、一例として、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態の内燃機関１０は、＃１〜＃４の４つの気筒を有する直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１５】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁１２が設置されている。各気筒の燃料噴射弁１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール１４から各気筒の燃料噴射弁１２へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気通路２０の排気マニホールド１８によって集合され、排気通路２０に流入する。
【００１６】
内燃機関１０は、ターボ過給機２２を備えている。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ａと、タービン２２ａと一体的に連結され、タービン２２ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２２ｂとを有している。
【００１７】
ターボ過給機２２のタービン２２ａは、排気通路２０の途中に配置されている。タービン２２ａよりも下流側の排気通路２０には、排気ガスを浄化可能な排気浄化装置２４が設置されている。排気浄化装置２４は、一例として、ＮＯｘの浄化のための触媒とともに粒子状物質ＰＭを除去するためのパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を含むＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒、および酸化触媒によって構成されている。
【００１８】
内燃機関１０の吸気通路２６の入口付近には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ３０で冷却される。インタークーラ３０を通過した吸入空気は、吸気通路２６の吸気マニホールド３２により分配された後に各気筒に流入する。吸気通路２６におけるインタークーラ３０と吸気マニホールド３２との間には、吸気絞り弁３４が設置されている。また、吸気通路２６におけるエアクリーナ２８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３６が設置されている。吸気通路２６における吸気絞り弁３４の下流には、吸気圧力（過給圧）を検知するための吸気圧力センサ３８が配置されている。
【００１９】
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ３６および吸気圧力センサ３８に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ４２、および、エンジン冷却水温度（より具体的には、冷却水のエンジン入口温度）を検知するための水温センサ４４等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０の入力部には、内燃機関１０が搭載された車両のアクセル開度を検知するためのアクセル開度センサ４６が電気的に接続されている。更に、ＥＣＵ４０の出力部には、上述した燃料噴射弁１２、サプライポンプ１６および吸気絞り弁３４等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。
【００２０】
［実施の形態１の制御］
（シリンダ壁面への噴射燃料の付着に起因する課題について）
本実施形態の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０のように、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１２を備える多気筒型の内燃機関では、筒内に噴射された燃料がシリンダ壁面に付着することに起因する、未燃ＨＣ排出およびオイル希釈を良好に抑制することが要求される。このような要求は、過給を利用して内燃機関の排気量のダウンサイジングを行い、かつ、その際にシリンダボアの径を縮小する手法を採用した場合において、より顕著となる。
【００２１】
図２は、内燃機関１０の軽負荷運転時および高負荷運転時におけるそれぞれの課題について説明するための図である。
より具体的には、図２（Ａ）は、軽負荷運転時における未燃ＨＣ（ＴＨＣ）濃度とＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘとの関係を示している。図２（Ａ）より、軽負荷運転時には、ＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘが同一となる条件で比較した際に、燃料噴射弁１２より噴射される燃料噴霧の貫徹力が高い場合よりも、当該貫徹力が低い場合の方が未燃ＨＣの排出が多くなることが分かる。このように、噴射燃料の低貫徹力化によってシリンダ壁面に噴霧を到達させなくすることは、軽負荷運転時において未燃ＨＣの排出を抑制するうえで有効であり、更には、軽負荷運転時か否かを問わず、オイル希釈を抑制するうえで有効である。
【００２２】
一方、図２（Ｂ）は、高負荷運転時におけるスモーク排出レベルとＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘとの関係を示している。図２（Ｂ）より、高負荷運転時には、ＮＯｘの質量流量ＭＮＯｘが同一となる条件で比較した際に、高貫徹力時の方が低貫徹力時よりも、スモーク排出レベルが低くなることが分かる。その理由は、高負荷時にスモークの排出を抑制するためには、空気と燃料との混合を促進するために、高貫徹力の噴霧が要求されるからである。
【００２３】
従って、軽負荷運転時の未燃ＨＣの排出抑制とオイル希釈抑制と、高負荷運転時のスモーク排出抑制とを両立させるためには、噴霧の貫徹力の設定に頼らずに、未燃ＨＣ排出やオイル希釈を抑制できる技術が必要となる。
【００２４】
（実施の形態１の制御の具体的な内容について）
図３は、本発明の実施の形態１の制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０のサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図４は、本発明の実施の形態１の（トルク発生のための）燃料噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【００２５】
図３に示すルーチンでは、先ず、水温センサ４４を用いて取得されるエンジン冷却水温度（エンジン入口温度）に基づいて、各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂの推定値が算出される（ステップ１００）。図５は、シリンダブロック４８内に形成された冷却水経路５０と、各気筒のシリンダ壁面温度の一例を表した図である。
【００２６】
内燃機関１０の内部を循環する冷却水は、シリンダブロック４８内に形成された冷却水経路５０内にウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）５２によって導入される。冷却水は、図５（Ａ）中に示す矢印の向きで、冷却水経路５０内を流通する。冷却水は、図５（Ａ）に示すように各気筒の周囲を吸気側から排気側に向かって通過していくことによって徐々に暖められていく。また、図５（Ａ）中に「高温部」として示すように、隣接する気筒間のシリンダ壁面温度は高くなる。これらの要因により、シリンダ壁面温度Ｔｂｎ（ｎは気筒番号）は、気筒によって異なるものとなる。一例としては、図５（Ｂ）に示すように、入口に近い吸気（ＩＮ）側の＃１気筒近傍の部位に対して、冷却水が＃４気筒側に向かうにつれ、シリンダ壁面温度が基本的に高くなっていく。また、排気（ＥＸ）側の部位は、吸気側の部位に対して、シリンダ壁面温度が高くなっている。
【００２７】
図５を参照して説明したような各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎの傾向は、予め実験等に把握することができる。具体的には、ＥＣＵ４０には、そのような気筒間のシリンダ壁面温度の高低の関係が、冷却水のエンジン入口温度と関連付けて記憶されている。本ステップ１００では、そのような関係を参照して、水温センサ４４を用いて取得される冷却水温度（エンジン入口温度）に従って、各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが算出される。図４（Ａ）は、そのようにして算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎの一例である。
【００２８】
次に、上記ステップ１００において算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎの中に、所定の判定温度Ｔｒｅｆ以下の値があるか否かが判定される（ステップ１０２）。本ステップ１０２における判定温度Ｔｒｅｆは、シリンダ壁面への燃料付着による未燃ＨＣの排出が懸念される温度条件であるか否かを判断するための温度閾値として予め設定された値である。
【００２９】
上記ステップ１０２において何れかの気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが上記判定温度Ｔｒｅｆ以下であると判定された場合には、次いで、アクセル開度センサ４６を用いて取得されるアクセル開度（すなわち、内燃機関１０へのトルク要求度）に基づいて、現在のアクセル開度に応じた要求トルクを得るために各気筒において噴射すべき要求燃料噴射量Ｑｒｅｑが算出される（ステップ１０４）。具体的には、本ステップ１０４では、各気筒で同等のトルクが発生するようにするため、図４（Ｂ）に示すように、各気筒で均等な値として要求燃料噴射量Ｑｒｅｑが算出される。
【００３０】
次に、上記ステップ１００において算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて、各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが算出される（ステップ１０６）。具体的には、本ステップ１０６では、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆよりも低い気筒（図４の例では、＃１および＃４気筒）の燃料噴射量Ｑｖ１およびＱｖ４を要求燃料噴射量Ｑｒｅｑに対して減少させる補正が、図４（Ｃ）に示すように行われる。そして、このような補正後に４気筒合計の燃料噴射量が要求燃料噴射量Ｑｒｅｑに気筒数（ここでは、４）を乗じた値から変化しないようにするために、他の気筒（図４の例では、＃２および＃３気筒）の燃料噴射量Ｑｖ２およびＱｖ３を要求燃料噴射量Ｑｒｅｑに対して増加させる補正が、図４（Ｃ）に示すように行われる。
【００３１】
次に、各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎの中の最大値と最小値との差である、気筒間の噴射量差ΔＱｖが算出される（ステップ１０８）。図４の例の場合には、＃２、３気筒の燃料噴射量Ｑｖ２、Ｑｖ３が最大値に該当し、＃１気筒の燃料噴射量Ｑｖ１が最小値に該当するので、図４（Ｃ）に示すようにこれらの差が気筒間の噴射量差ΔＱｖとして算出される。
【００３２】
次に、上記ステップ１０８において算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖが所定の判定値ΔＱｖｒｅｑよりも大きいか否かが判定される（ステップ１１０）。本ステップ１１０における判定値ΔＱｖｒｅｑは、今回算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖが存在する場合における内燃機関１０のドライバビリティ悪化が、許容レベルではないか否かを判断するための閾値として予め設定された値である。
【００３３】
上記ステップ１１０の判定が成立する場合、つまり、今回算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖによる内燃機関１０のドライバビリティ悪化が許容レベルではないと判断できる場合には、今回算出された気筒間の噴射量差ΔＱｖが上記判定値（許容値）ΔＱｖｒｅｑ以下となるように、上記ステップ１０６において算出された各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎの調整が実行される（ステップ１１２）。図４の例では、図４（Ｄ）に示すように、＃２、３気筒の燃料噴射量Ｑｖ２、Ｑｖ３を所定量だけ減らすとともに、これらの減量分の合計値相当の燃料量だけ＃１気筒の燃料噴射量Ｑｖ１を増やす処理が実行される。
【００３４】
以上説明した図３に示すルーチンの処理によれば、何れかの気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆ以下であることで、シリンダ壁面への燃料付着による未燃ＨＣの排出が懸念される温度条件（冷間時）であると判断できる場合には、シリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて、各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが補正される。具体的には、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆ以下となる気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが相対的に減らされるとともに、その結果として４気筒合計での燃料噴射量としては減少しないように他の気筒の燃料噴射量Ｑｖｎが増やされる。そして、そのようにして算出される各気筒の燃料噴射量Ｑｖｎの気筒間の噴射量差ΔＱｖが判定値ΔＱｖｒｅｑ以下となるように制限される。
【００３５】
以上のような制御によれば、気筒間の噴射量差ΔＱｖの制限を行うことにより、内燃機関１０のドライバビリティに実質的な影響を及ぼさないようにしつつ、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度Ｔｒｅｆ以下となる気筒の燃料噴射量Ｑｖｎを相対的に減らすことにより、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃ＨＣの排出およびオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。また、これにより、噴霧の貫徹力の設定に頼らずに、軽負荷運転時の未燃ＨＣ排出とオイル希釈が抑制できるようになる。
【００３６】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「シリンダ壁温推定手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料噴射量設定手段」が、上記ステップ１０８〜１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「気筒間燃料噴射量補正手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「要求燃料噴射量算出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「気筒間燃料噴射量調整手段」が、それぞれ実現されている。
【００３７】
実施の形態２．
本実施形態のシステムのハードウェア構成としては、図１を参照して上述したものが用いられるものとする。そのうえで、本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１の制御（すなわち、トルク発生のための燃料噴射量に対する制御）に加え、以下に示すようにポスト噴射を実施する際の燃料噴射量（以下、単に「ポスト燃料噴射量」と略する）に対する制御を行うというものである。
【００３８】
内燃機関１０の運転中には、排気浄化装置２４に含まれる触媒の昇温（もしくはＮＯｘ触媒に吸蔵したＮＯｘの還元）を図る目的で、必要に応じて、ポスト噴射（排気系に未燃燃料を供給するための燃料噴射）が行われるようになっている。このようなポスト噴射の実行時にも、以下に説明するように、シリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈が課題となる。排気系に燃料を添加するための排気燃料添加弁を備えることとすれば、このようなオイル希釈の問題を回避することができる。しかしながら、排気燃料添加弁の追加は、コストの増加を招き、また、搭載上の制約によってすべての車種によって搭載できるわけでもない。
【００３９】
図６は、燃料噴射弁１２により噴射されて筒内に放射状に広がる燃料の噴霧をピストン側から見た図である。
図６中に「ベース」と付して示す状態に対し、同図中に「低雰囲気圧」と付して示す状態（筒内の雰囲気圧力が低い状況下）では、噴霧が成長する際に空気の抵抗力が小さくなるため、図６に示すように噴霧が良く広がるようになる。ポスト噴射は、膨張行程後期（すなわち、筒内の雰囲気圧力が低い時期）に行われる。このため、ポスト噴射の実行時には、シリンダ壁面に燃料が付着し易くなる。
【００４０】
また、図６中に「大噴射量」と付して示すように、噴射される燃料量が多い状況下では、噴霧の有する運動量が大きいため、噴霧が良く広がるようになる。また、噴射される燃料量が多い状況下では、シリンダ壁面に付着する燃料の絶対量が多くなる。特に、軽負荷運転時は、筒内温度が相対的に低く、また、触媒の昇温のためにより多くの燃料が必要になる運転条件であるため、シリンダ壁面への燃料付着がし易くなる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、ポスト噴射を利用して触媒の昇温を行うシステムにおいて、ポスト噴射の実行によって燃料がシリンダ壁面に付着することでオイル希釈を引き起こし易い運転条件下（すなわち、筒内の雰囲気圧力および雰囲気温度が低い条件や（トルク発生のための）燃料噴射量が多い条件）において、以下に示すような制御を行うようにした。
【００４２】
図７は、本発明の実施の形態２の制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０のサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図８は、ポスト噴射時のオイル希釈レベルの推定手法を説明するための図であり、図９は、本発明の実施の形態２のポスト噴射制御の具体的な内容を説明するための図である。
【００４３】
図７に示すルーチンでは、先ず、ポスト噴射の実行時であるか否かが判定される（ステップ２００）。本ステップ２００の判定は、例えば、触媒の温度を内燃機関１０の運転履歴に基づいて推定したり、別途温度センサを備えて取得するようにしたうえで、取得した触媒の温度が所定の温度よりも低いかどうかを判断することによって実行することができる。
【００４４】
上記ステップ２００においてポスト噴射の実行時であると判定された場合には、次いで、ポスト噴射の実行によってシリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈を引き起こし易い運転条件下であるか否かが判定される（ステップ２０２）。
【００４５】
筒内の雰囲気圧力および雰囲気温度（シリンダ壁面温度）が低いほど、シリンダ壁面への燃料付着量が多くなる。また、（トルク発生のための）燃料噴射量は、内燃機関１０の負荷が低いほど少なくなる。このため、（トルク発生のための）燃料噴射量が少ない運転条件ほど、筒内の雰囲気圧力および雰囲気温度が低くなる。また、エンジン回転数が低いほど、単位時間当たりの燃焼による発熱量が低くなるので、触媒の昇温のために要求されるポスト燃料噴射量が多くなる。
【００４６】
従って、図８に示すように、（トルク発生のための）燃料噴射量が少なく、かつ、エンジン回転数が低い側の運転領域において、シリンダ壁面への燃料付着量が多くなり、オイル希釈を引き起こし易い運転条件であると判断することができる。ＥＣＵ４０には、図８に示すようなオイル希釈を引き起こし易い運転領域を表す情報（マップ等）が記憶されている。本ステップ２０２では、このような情報と、アクセル開度センサ４６を用いて取得されるアクセル開度に基づいて算出される燃料噴射量と、クランク角センサ４２を用いて算出されるエンジン回転数とに基づく判定が実行される。
【００４７】
上記ステップ２０２の判定が成立する場合には、次いで、上記ステップ１００と同様の処理によって、図９（Ａ）に示すように、各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎが算出される（ステップ２０４）。次いで、今回の触媒の昇温要求度に応じた、各気筒に噴射すべき要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑが算出される（ステップ２０６）。具体的には、本ステップ２０６では、図９（Ｂ）に示すように、各気筒で均等な値として要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑが算出される。また、触媒の昇温要求度が高いほど、要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑがより高い値として算出される。
【００４８】
次に、上記ステップ２０４において算出された各気筒のシリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて、各気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎが算出される（ステップ２０８）。具体的には、本ステップ２０８では、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが所定の判定温度よりも低い気筒（図９の例では、＃１および＃４気筒）のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔ１およびＱｐｓｔ４を要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑに対して減少させる補正が、図９（Ｃ）に示すように行われる。そして、このような補正後に４気筒合計のポスト燃料噴射量が要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑに気筒数（ここでは、４）を乗じた値から変化しないようにするために、他の気筒（図９の例では、＃２および＃３気筒）のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔ２およびＱｐｓｔ３を要求ポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｒｅｑに対して増加させる補正が、図９（Ｃ）に示すように行われる。
【００４９】
以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、シリンダ壁面温度Ｔｂｎが判定温度以下となる気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎを相対的に減らすことにより、基本的にシリンダ壁面への燃料付着の発生し易いポスト噴射の実行時においても、そのようなシリンダ壁面への燃料付着に起因するオイル希釈を効果的に抑制できるようになる。
【００５０】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記図７に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第４の発明における「ポスト燃料噴射量設定手段」が実現されている。
【００５１】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、気筒毎にシリンダ壁面温度Ｔｂｎを推定したうえで、シリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて各気筒のトルク発生のための燃料噴射量Ｑｖｎまたは各気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎを気筒毎に設定するようにしている。しかしながら、本発明は、上記の手法に限定されるものではない。すなわち、上記の手法に代え、運転中の複数の気筒を少なくとも２つに分けて得られる、所定の１つ以上の気筒からなるグループ気筒（４気筒型エンジンであれば、例えば、隣接する２気筒）毎にシリンダ壁面温度Ｔｂｎを推定したうえで、シリンダ壁面温度Ｔｂｎに応じて各気筒のトルク発生のための燃料噴射量Ｑｖｎまたは各気筒のポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎを上記グループ気筒毎に設定してもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１および２においては、４気筒型エンジンである内燃機関１０の全気筒運転時に、上記の燃料噴射量Ｑｖｎまたはポスト燃料噴射量Ｑｐｓｔｎの制御を行うようにしている。しかしながら、本発明における制御の対象となる「運転中の複数の気筒」は、内燃機関が備える全気筒に限らず、内燃機関が備える一部の気筒であってもよい。すなわち、本発明の制御は、一部の気筒を用いて減筒運転を行う際に実施されるもものであってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 内燃機関
１２ 燃料噴射弁
１４ コモンレール
１６ サプライポンプ
２０ 排気通路
２２ ターボ過給機
２４ 排気浄化装置
２６ 吸気通路
３０ インタークーラ
３４ 吸気絞り弁
３６ エアフローメータ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
４４ 水温センサ
４６ アクセル開度センサ
４８ シリンダブロック
５０ 冷却水経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒型の内燃機関の各気筒に対してそれぞれ備えられ、各気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、
前記内燃機関のシリンダ壁面温度を、運転中の複数の気筒のうちの各気筒毎に、または運転中の複数の気筒を少なくとも２つに分けて得られるグループ気筒毎に推定するシリンダ壁温推定手段と、
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して前記内燃機関のトルク発生のために噴射される燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定する燃料噴射量設定手段と、
前記燃料噴射量設定手段により設定された各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量のうちの最大値と最小値との差が所定値よりも大きい場合に、前記差が前記所定値以内となるように、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量を補正する気筒間燃料噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射量設定手段は、
前記内燃機関へのトルク要求に基づいて、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒で発生させるべきトルクに応じた要求燃料噴射量を算出する要求燃料噴射量算出手段と、
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して減少させ、かつ、この燃料噴射量の減少によって運転中の前記複数の気筒での前記要求燃料噴射量の合計値が変化しないように、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して増加させる気筒間燃料噴射量調整手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が所定の判定温度以下となる気筒が存在する場合に、前記燃料噴射量設定手段および前記気筒間燃料噴射量補正手段による、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量の設定および補正を行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して実行されるポスト噴射によるポスト燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定するポスト燃料噴射量設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
多気筒型の内燃機関の各気筒に対してそれぞれ備えられ、各気筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁と、
前記内燃機関のシリンダ壁面温度を、運転中の複数の気筒のうちの各気筒毎に、または運転中の複数の気筒を少なくとも２つに分けて得られるグループ気筒毎に推定するシリンダ壁温推定手段と、
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して前記内燃機関のトルク発生のために噴射される燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定する燃料噴射量設定手段と、
前記燃料噴射量設定手段により設定された各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量のうちの最大値と最小値との差が所定値よりも大きい場合に、前記差が前記所定値以内となるように、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量を補正する気筒間燃料噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射量設定手段は、
前記内燃機関へのトルク要求に基づいて、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒で発生させるべきトルクに応じた要求燃料噴射量を算出する要求燃料噴射量算出手段と、
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して減少させ、かつ、この燃料噴射量の減少によって運転中の前記複数の気筒での前記要求燃料噴射量の合計値が変化しないように、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒または前記グループ気筒内の各気筒では燃料噴射量を前記要求噴射量に対して増加させる気筒間燃料噴射量調整手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が所定の判定温度以下となる気筒が存在する場合に、前記燃料噴射量設定手段および前記気筒間燃料噴射量補正手段による、各気筒または前記グループ気筒内の各気筒に噴射される燃料噴射量の設定および補正を行うことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
運転中の前記複数の気筒のうちの各気筒または運転中の前記グループ気筒内の各気筒に対して実行されるポスト噴射によるポスト燃料噴射量を、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が低い気筒またはグループ気筒内の各気筒の方が、前記シリンダ壁温推定手段により推定された前記シリンダ壁面温度が高い気筒またはグループ気筒内の各気筒よりも少なくなるように設定するポスト燃料噴射量設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８３２０３（Ｐ２０１３−８３２０３Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３７９７（Ｐ２０１１−２２３７９７）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]