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JP3944444B2 - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents
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JP3944444B2 - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、ポート噴射型の内燃機関の燃料噴射量を制御するうえで好適な燃料噴射制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポート噴射型の内燃機関においては、吸気通路に配置された燃料噴射弁によって、吸気ポート内部に燃料が噴射される。このようにして噴射された燃料は、吸気バルブの開弁に伴い、筒内負圧が吸気ポートに導かれることにより、空気と共に筒内に吸入される。吸気ポートに噴射された燃料の一部は、その内壁などに付着する。定常状態ではその燃料付着量が一定となり、筒内に吸入される燃料の量は、噴射される燃料の量と等しくなる。
【0003】
ところが、内燃機関の過渡運転時には、吸入空気量や燃料噴射量が変化することにより、その燃料付着量にも増減が生ずる。そして、この増減が生ずる間は、筒内に吸入される燃料の量と、噴射される燃料の量との間にずれが生ずる。従って、過渡運転時に所望量の燃料を筒内に吸入させるためには、上記燃料付着量の増減が相殺されるように燃料噴射量を補正することが必要である。
【0004】
特許第2754744号公報は、ポート噴射型の内燃機関において、燃料噴射量に上記の補正を施す燃料噴射量制御装置を開示している。この装置は、吸気ポートへの燃料の燃料付着量を状態変数とする燃料挙動モデルを有している。燃料挙動モデルのパラメータは、内燃機関の運転状態により更新される。そして、この装置は、内燃機関の運転状態に応じて更新された燃料挙動モデルに則って燃料付着量を算出し、その算出量に基づいて燃料噴射量の補正を行う。
【0005】
【特許文献1】
特許2754744号公報
【特許文献2】
特許2705298号公報
【特許文献3】
特開平8−21274号公報
【特許文献4】
特開平6−93528号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、燃料挙動モデルのパラメータは、内燃機関の運転状態との関係で、より具体的には、吸気管圧力Pm、機関回転数NE、或いは吸気温度THA等、内燃機関の運転状態を表す状態量との関係で定められる適合値である。このような燃料挙動モデルにおいて高い精度を確保するためには、多大な適合工数を費やしてパラメータの適合精度を高めることが必要である。一方で、内燃機関の運転状態に基づいて定める適合値をパラメータとする燃料挙動モデルでは、その精度に限界がある。このため、上記従来の装置は、その開発に多大な工数を要する反面、燃料噴射量の補正精度に関して、未だ改善の余地を残すものであった。
【0007】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、吸気ポート内部の状態量に基づいて、燃料付着量に関するモデルに則ってその燃料付着量を算出することにより、常に高い精度で燃料噴射量を補正することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、を備え、 前記数式モデルは、
前記燃料噴射弁から噴射される噴射燃料の、前記吸気ポート内部における飛行過程での蒸発挙動を表す飛行蒸発モデルと、
前記噴射燃料の壁面反射による蒸発挙動を表す反射蒸発モデルと、
前記噴射燃料が、前記吸気ポートの内部に付着した後、吸気工程が終了する以前に混合気中に蒸発する際の挙動を表す付着後蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す付着燃料蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記飛行蒸発モデル、前記反射蒸発モデル、および前記付着後蒸発挙動モデルを用いて第1の燃料制御パラメータを算出する第1算出手段と、
前記付着燃料蒸発挙動モデルに則って第2の燃料制御パラメータを算出する第2算出手段とを含むことを特徴とする。
【0009】
また、第2の発明は、吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、を備え、 前記数式モデルは、
前記燃料噴射弁から噴射される噴射燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す噴射燃料蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、吸気バルブの閉弁中における蒸発挙動を表す閉弁中蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気バルブの開弁中における蒸発挙動を表す開弁中蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記噴射燃料蒸発挙動モデルに則って第1の燃料制御パラメータを算出する第1算出手段と、
前記閉弁中蒸発挙動モデルおよび前記開弁中蒸発挙動モデルの双方を用いて第2の燃料制御パラメータを算出する第2算出手段とを含むことを特徴とする。
【0010】
また、第3の発明は、吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、
前記付着燃料が液だれにより減少する量を推定する液だれ量推定手段と、を備え、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、前記燃料制御パラメータに、前記液だれの影響を加味する液だれ加味手段を備えることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0018】
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。図1に示す構成は、内燃機関10を備えている。内燃機関10には、吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12は、上流側の端部にエアフィルタ16を備えている。エアフィルタ16には、吸気温センサ18が組み付けられている。
【0019】
エアフィルタ16の下流には、エアフロメータ20が配置されている。エアフロメータ20は、吸気通路12を流れる吸入空気量GAを検出するセンサである。エアフロメータ20の下流には、スロットルバルブ22が設けられている。スロットルバルブ22の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ24と、スロットルバルブ22が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ26とが配置されている。
【0020】
スロットルバルブ22の下流には、サージタンク28が設けられている。また、サージタンクの更に下流には、内燃機関10の吸気ポート30に燃料を噴射するための燃料噴射弁32が配置されている。
【0021】
内燃機関10は、吸気バルブ34を駆動する可変バルブタイミング(VVT)機構36、および排気弁38を駆動するVVT機構40を備えている。更に、内燃機関10は、冷却水温THWを検出する水温センサ42、および機関回転数NEを検出する回転数センサ44を備えている。
【0022】
本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述した各種センサと共に、燃料噴射弁32や、VVT機構36,40が接続されている。ECU50は、燃料噴射弁32を駆動して所望の燃料を噴射させることができると共に、VVT機構36,40の状態を検出し、また、それらを適当に駆動することができる。
【0023】
[燃料噴射量補正の必要性]
図2は、吸気ポート30近傍の拡大図である。以下、図2に示すように、燃料噴射弁32から噴射される燃料の量を「燃料付着量fi」、吸気ポート30の壁面または吸気バルブ34の表面に付着する燃料の量を「燃料付着量fw」、筒内に吸入される燃料の量を「燃料吸入量fc」と記す。
【0024】
燃料付着量fiは、以下に示す▲1▼および▲2▼に区分することができる。
▲1▼:ポートやバルブに付着して燃料付着量fwの一部となる部分。
▲2▼:筒内に直接吸入されて燃料吸入量fcの一部となる部分。
また、燃料付着量fwは、以下に示す▲3▼および▲4▼に区分することができる。
▲3▼:1サイクル後になお燃料付着量fwのまま残存する部分。
▲4▼:1サイクルの過程で離脱して燃料吸入量fcの一部となる部分。
【0025】
上記の区分によれば、1サイクル当たりの燃料吸入量fcは、▲2▼+▲4▼と表すことができる。定常状態では、▲1▼=▲4▼が成立し、燃料吸入量fc=▲2▼+▲4▼は、▲1▼+▲2▼と等量、つまり、燃料付着量fiと等量となる。従って、定常状態では、燃料付着量fwの影響を考慮することなく、燃料付着量fiが目標の燃料吸入量fcと一致するように燃料噴射弁32を制御すれば、所望の空燃比A/Fを実現することができる。
【0026】
図3は、吸入空気量Vと燃料付着量fwとの関係を示す図である。図3に示すように、燃料付着量fwは、吸入空気量Vの変化に伴って変化する。従って、内燃機関10の運転状態がAからBに変化し、これに伴って吸入空気量VにV(B−A)の変化が生じた場合、その前後で一定の空燃比A/Fを維持するためには、吸入空気量Vの変化量V(B−A)に見合った量だけ燃料噴射量fiを変化させると共に、燃料付着量fwがfw(A)からfw(B)に増加する間だけ、その増加分を補うべく、燃料噴射量fiを増量補正する必要が生ずる。
【0027】
[制御の基本的考え方の説明]
本実施形態の装置は、内燃機関10の過渡運転時に、燃料付着量fwの変化分を相殺するための燃料噴射量補正を行う。以下、図4を参照して、その補正を実現するうえでの基本的な考え方について説明する。
【0028】
図4は、内燃機関の始動直後に噴射された燃料の内訳を、クランク角CAとの関係で示したシミュレーション結果である。この図において、縦軸は、吸気ポート30内に残存する内訳それぞれの質量の、燃料噴射量fiに対する割合(質量割合)である。符号▲1▼を付して示す波形は、吸気ポート内に残存する燃料の総量(Total)の質量割合を示す。
【0029】
吸気バルブ34が開かれるまでは、噴射された燃料の全てが吸気ポート30の内部に留まる。このため、Total▲1▼は、吸気バルブの開弁時期までは1.0を維持する。なお、図4中、Total▲1▼がバルブの開弁前に多少1.0より小さな値になっているのは、シミュレーション上の誤差である。Total▲1▼は、吸気バルブ34が開かれ、燃料が筒内に吸入される過程において減少する。そして、吸気バルブ34が閉じられ、燃料の吸入が終了されると、その後、一定の値に維持される。
【0030】
符号▲2▼を付して示す波形は、液滴の形態で存在する燃料(Drop)の質量割合である。Drop▲2▼は、燃料の噴射直後に急激に増加し、その後、液滴が気化することにより、および、付着燃料となることにより、急激に減少する。
【0031】
符号▲3▼を付して示す波形は、吸気ポート30の内壁や吸気バルブ34の表面に膜状に付着している燃料(Film)の質量割合である。Film▲3▼は、Drop▲2▼の減少に伴って急激に増加し、吸気バルブ34が開かれ、吸気の流れを発生することにより減少し始める。そして、Film▲3▼は、吸気バルブ34が閉じた後も、付着燃料の気化が進むに伴って減少傾向を維持する。
【0032】
符号▲4▼を付して示す波形は、気化燃料(Vapor)の質量割合である。Vapor▲4▼は、燃料が噴射された後、吸気バルブ34が開かれるまでの間、徐々に増加を続け、吸気バルブ34が開かれた後、急激な減少を示す。そして、吸気バルブ34が閉じられる直前辺りから、付着燃料の気化に伴い、再び増加傾向に転じる。
【0033】
図4に示すように、吸気バルブ34が閉じられた時点で、吸気ポート30の内部には、液膜の形態をとる燃料(付着燃料)と、気化燃料の形態をとる燃料(Vapor)とが存在している。本明細書において、上述した「燃料付着量fw」とは、厳密には、これら2つの形態で存在する燃料量の和を、つまり、吸気バルブ34が閉じられた時点でのTotal▲1▼を指しているものとする。
【0034】
吸気ポート30内に液膜の形態で存在するFilm▲3▼は、より詳細には、吸気ポート30の内壁に付着しているポートウェット量と、吸気バルブ34の表面に付着しているバルブウェット量とで構成されている。図4中に符号▲5▼を付して示す波形は、そのポートウェット量(PWET)の波形であり、また、符号▲6▼を付して示す波形は、そのバルブウェット量(VWET)の波形である。
【0035】
図4に示すシミュレーションの結果は、燃料付着量fwが0の状態で燃料が噴射された場合の結果である。従って、この結果においては、吸気バルブ34が閉じられた時点でのTotal▲1▼の値が、そのまま、燃料噴射量fiのうち吸気ポート30の内部に留まった燃料量の割合、つまり、「付着燃料量fw」を構成する燃料となった量の割合となる。以下、この割合を噴射燃料の「付着率R」と称す。
【0036】
図4に示す540°CAを超えて更にクランク角が回転すると、やがて、次の吸気工程が開始される。この吸気行程の開始時点では、吸気ポート30の内部に、既に、吸気バルブ34の閉弁時に確定されたTotal▲1▼に対応する量の燃料付着量fwが存在している。この場合、その燃料付着量fwの一部は、その吸気行程により筒内に吸入される。そして、吸入されなかった燃料が、燃料付着量fwの一部として次回のサイクルに持ち越される。以下、このようにして次回のサイクルに持ち越される燃料付着量fwの割合を、付着燃料の「残留率P」と称す。
【0037】
以上説明した「付着率R」、および「残留率P」を用いると、個々のサイクルの吸気工程終了時に存在する燃料付着量fwは、前回のサイクルで発生した燃料付着量fwOと、今回のサイクルにおける燃料噴射量fiとを用い、以下のように表すことができる。
fw=R・fi+P・fwO ・・・(1)
【0038】
また、上記の「付着率R」および「残留率P」、並びに前回のサイクルで発生した燃料付着量fwOが判れば、今回のサイクルで発生させる燃料噴射量fiに対して、現実に筒内に吸入される燃料吸入強fcは、以下のように算出(予測)することができる。
fc=(1−R)・fi+(1−P)・fwO ・・・(2)
【0039】
従って、個々のサイクルにおいて、燃料噴射に先立って、上記fcが目標値となるように燃料噴射量fiを補正すれば、燃料付着量fwの影響を排除して、常に所望の空燃比A/Fを得ることが可能である。
【0040】
[モデルによる残留率P、付着率Rの算出]
以上説明した通り、本実施形態の装置においては、噴射燃料の付着率Rと、付着燃料の残留率Pが判れば、個々のサイクルにおいて発生する燃料付着量fwを精度良く算出することができ、また、その燃料付着量fwの影響を排除して、高精度な燃料噴射量制御を実現することができる。
【0041】
噴射燃料の付着率Rや付着燃料の残留率Pは、例えば、内燃機関10の運転状態との関係で定めた適合マップを予め準備しておき、そのマップを参照することで特定することも可能である。より具体的には、機関負荷KL、機関回転数NE、吸気バルブ34の開弁タイミング(バルブタイミングVT)、或いは吸気ポート30の壁面温度Twなどをパラメータとして、内燃機関10の運転状態と付着率Rや残留率Pとの関係を適合作業により実験的に求め、かつ、その結果をマップ化しておき、個々のサイクルでは、KL、NE、VT、Twに対応する値をそのマップから読み取ることによりP、Rを求めることとしてもよい。
【0042】
しかしながら、このような手法では、マップを作成する段階において、多大な適合工数が必要とされる。そして、残留率P や付着率Rの精度を高めようとすれば、適合次数の増加が生じ、マップの作成に要する適合工数が更に増大する。このような制約のため、適合により作成したマップを参照して残留率Pや付着率Rを特定する手法を用いた場合は、例えば、燃料付着量fwが通常時に比して著しく少量となるフューエルカットからの復帰直後や、内燃機関10の運転条件が過渡的に変化する場面において、空燃比の制御精度が悪化し易い。
【0043】
そこで、本実施形態では、残留率Pおよび付着率Rに関する数式モデルをそれぞれ準備し、個々のサイクルでは、このモデルに則ってそれらP、Rを算出することとした。吸気ポート30内部の燃料挙動に影響を与える主要な因子としては、燃料の蒸発、壁流、および液滴の壁面挙動(付着および反射)を挙げることができる。ここでは、壁流の影響は小さいものとして、燃料の蒸発、および液滴の反射の影響を考慮して、残留率Pや付着率Rを算出することとする。
【0044】
[燃料噴射量制御の流れ]
図5は、残留率Pおよび付着率Rを算出し、更に、それらの値P、Rを用いて燃料噴射量fiを適正に補正するためにECU50が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【0045】
図5に示すように、ECU50は、先ず、現在の内燃機関10の状態を表す各種パラメータを計測する(ステップ100)。
具体的には、吸入空気量GA、スロットル開度TA、冷却水温THW、機関回転数NE、バルブタイミングVTなどが計測される。なお、本明細書において、バルブタイミングVTは、吸気バルブ34の開弁時期を示す物理量であり、最遅角のタイミング(基準タイミング)からの進角量を意味している。
【0046】
次に、吸気ポート30内部の状態を表す物理量、すなわち、ポート内状態量が推定される(ステップ102)。
本ステップ102では、具体的には、ポート内ガス圧力Pg、ポート内ガス温度Tg、ポート内ガス流速Ug、および吸気ポート30の壁面温度Twが、ポート内状態量として推定される。ここで、ポート内ガス圧力Pg、ポート内ガス温度Tg、およびポート内ガス流速Ugは、それぞれ、吸気ポート30の内部を流れる空気の圧力、温度、および流速である。
【0047】
ポート内ガス圧力Pgは、例えば、吸気管圧力Pmで近似することができる。吸気管圧力Pmは、本実施形態のシステムにおいては、例えば、特開2002−130041号公報に開示されるような公知の手法で推定することができる。
【0048】
ポート内ガス圧力Pgは、吸気管圧力Pmと補正量ΔPとの和として求めてもよい。補正量ΔPは、吸気管圧力Pmと、ポート内ガス圧力Pgとの間に生ずるずれを埋めるための値であり、例えば、機関回転数NEとの関係で特定することができる。従って、補正量ΔPは、NEとの関係で予めマップを作成しておき、そのマップから読み取ることとすればよい。
【0049】
ポート内ガス温度Tgは、例えば、機関回転数NE、機関負荷KL、およびバルブタイミングVTに基づいて推定することができる。より具体的には、TgとNE、KL、VTとの関係を予めマップ化しておき、個々のサイクルでは、そのマップを参照することでTgを推定することができる。
【0050】
ポート内ガス流速Ugは、例えば、次式により推定することができる。
Ug=(Volvalve/Avalve)×(Aport/Avalve) ・・・(3)
但し、Volvalve=(バルブ通過流量)/ρg
尚、「バルブ通過流量」は、スロットルバルブ22を通過する空気の流量であり、その値は、例えば特開2002−130039号公報に開示されるような公知の手法で求めることができる。また、「ρg」は吸気ポート30内のガス密度(空気の密度)であり、気体の状態方程式より、その値はρg=Pg/(Rconst・Tg)と表すことができる。但しRconstは気体定数である。本明細書では、後に、「付着率R」として記号Rを使用するため、両者を区別するため、気体定数はRconstと記すこととする。
【0051】
壁面温度Twは、ほぼ内燃機関10のシリンダブロックの温度、すなわち、冷却水温度THWと同じである。従って、壁面温度Twは、温度センサ42の出力に基づいて推定することができる。
【0052】
ポート内状態量の推定が終わると、以後、ECU50は、それらの推定値に基づいて、噴射燃料の付着率R、および付着燃料の残留率Pを算出する(ステップ104〜108)。
ここでは、先ず、図6を参照して付着率Rの算出手順について説明し、次いで、図7を参照して残留率Pの算出手順を説明する。
【0053】
図6は、噴射燃料が壁面に付着して付着燃料となるプロセスを説明するための図である。より具体的には、図6(A)は、燃料噴射弁32から噴射された燃料が液滴の形態で飛行している状態を示している。図6(B)は、液滴が壁面に到達して、その一部が壁面に付着し、その残部が反射により壁面を離脱する状態を示している。また、図6(C)は、壁面に付着した燃料の一部が、壁面からの伝熱により気化している状態を示している。
【0054】
燃料噴射弁32から噴射された液滴の量は、図6(A)に示すように、壁面に向かって進行する過程で蒸発により減少する。以下、この過程で生ずる蒸発を「飛行蒸発」と称す。また、壁面に到達した液滴の一部は、図6(B)に示すように、衝突(反射)によって微粒化し飛散する。飛散した液滴は、その後蒸発し、若しくはその一部は直接筒内に流入し、壁面上から失われる。この衝突(反射)により液滴が失われる現象を「反射蒸発」と称す。
【0055】
以上説明したように、燃料噴射弁32から噴射された液滴の量は、壁面(吸気ポート30の内壁、および吸気バルブ34の表面)に付着される以前に、「飛行蒸発」および「反射蒸発」により失われる。そして、このようにして失われた液滴量は、もはや付着燃料にはならない。以下、上記の如く壁面に付着する以前に蒸発する液滴量を「飛行中蒸発量F2」と称す。
【0056】
図6(C)に示すように、壁面に付着した燃料は、個々のサイクルにおける吸気工程が終了するまでの間に、壁面からの伝熱により蒸発する。このため、付着燃料量は、液滴が壁面に付着した後も蒸発により減少する。以下、この過程で生ずる減少量を、「付着後蒸発量G2」と称す。
【0057】
付着率Rは、燃料噴射量fiと、最終的に壁面に残った燃料量との割合である。そして、最終的に壁面に残る燃料量は、壁流の影響(せん断、液だれなどによる付着燃料の減少)が無視できるとすれば、燃料噴射量fiから、蒸発により失われた燃料量を減じた値である。
【0058】
蒸発により失われる燃料の総量は、飛行中蒸発量F2と付着後蒸発量G2との和である。ここで、飛行中蒸発量F2と、付着後蒸発量G2とを発生させるメカニズムは、上記の如くそれぞれ全く異なっている。従って、蒸発により失われる燃料の総量を精度良く算出するためには、飛行中蒸発量F2と、付着後蒸発量G2とのそれぞれにつき、異なるモデルを設定し、それらを別個独立のものとして推定することが望ましい。
【0059】
ECU50は、噴射燃料の付着率Rを算出するためのモデルとして、飛行中蒸発量F2を推定するための数式モデルF2(Pg、Tg、Tw)と、付着後蒸発量G2を推定するための数式モデルG2(Pg、Tg、Ug、Tw)とを有している。そして、図5に示すステップ104では、それらのモデルに則ってF2及びG2がそれぞれ算出され、更に、次式に示すように、それらF2及びG2が加算されることにより、蒸発により失われる燃料の総量Vfi(以下、「蒸発総量Vfi」と称す)が算出される。
Vfi=F2(Pg、Tg、Tw)+G2(Pg、Tg、Ug、Tw) ・・・(4)
【0060】
尚、飛行中蒸発量F2は、ポート内ガス圧力Pg、ポート内ガス温度Tg、および壁面温度Twからは有意な影響を受けるが、ポート内ガス流速Ugからは有意な影響を受けない。このため、飛行中蒸発量F2の数式モデルは、Pg、Tg、およびTwだけをパラメータとして構成されている。一方、付着後蒸発量G2は、上記4つのポート内状態量の全てから有意な影響を受ける。このため、付着後蒸発量G2の数式モデルは、Pg、Tg、UgおよびTwの全てをパラメータとして構成されている。
【0061】
ECU50は、上記の如く蒸発総量Vfiを算出したら、次に、ステップ108において、次式に従って噴射燃料の付着率Rを算出する。
R=(fi−Vfi)/fi ・・・(5)
以上説明した通り、ECU50は、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて、かつ、2つの数式モデルF2(Pg、Tg、Tw)およびG2(Pg、Tg、Ug、Tw)に則って精度良く蒸発総量Vfiを算出すると共に、その蒸発総量Vfiと燃料噴射量fiとに基づいて、精度良く付着率Rを算出することができる。
【0062】
図7は、吸気工程の終了時に付着燃料として吸気ポート30内に残留した燃料が、次サイクルの吸気工程終了時までに蒸発するプロセスを説明するための図である。より具体的には、図7(A)は、吸気工程終了後、次サイクルの吸気工程が開始されるまでの間、つまり、吸気バルブ34が閉じられている間に付着燃料が蒸発する様子を示している。また、図7(B)は、次サイクルにおいて、吸気バルブ34が開いている間、つまり、吸気ポート30内に空気の流れが生じている間に付着燃料が蒸発する様子を示している。そして、図7(C)は、蒸発により失われる付着燃料の量と、壁面に付着したまま残留する付着燃料の量との割合を示している。
【0063】
吸気工程の終了時に壁面に付着していた燃料は、その後、次サイクルの吸気工程が終了するまでの間、壁面からの熱を受けて蒸発する。そして、蒸発により失われなかった燃料が、付着燃料として更に次のサイクルまで残留する。残留率Pは、吸気工程の終了時における付着量(図7(C)に示す「付着」に相当)と、次サイクルの吸気工程終了時における残留量(図7(C)に示す「残留」に相当)との割合として求めることができる。そして、その残留量は、上記の付着量から、蒸発により失われた燃料量(図7(C)に示す「蒸発」に相当)を減ずることにより求めることができる。
【0064】
吸気工程が終了した後、次サイクルの吸気工程が開始されるまでの間は、つまり、吸気バルブ34が閉じられている間は、図7(A)に示すように、吸気ポート30の内部に殆どガスの流れは生じない。以下、この状況下での吸気ポート30内のガスの流れを「層流」と称す。一方、吸気バルブ34が開いている間は、図7(B)に示すように吸気ポート30の内部にガスの流れが発生する。以下、この状況下での吸気ポート30内のガスの流れを「乱流」と称す。
【0065】
付着燃料は、吸気ポート30内にガスの流れが存在する場合と、その流れが存在しない場合とでは異なった蒸発特性を示す。従って、1サイクルの過程で生ずる付着燃料の蒸発量を精度良く求めるためには、層流環境下で生ずる蒸発量(以下、「閉弁中蒸発量F3」と称す)と、乱流環境下で生ずる蒸発燃料(以下、「開弁中蒸発量G3」と称す)とを、それぞれ異なったモデルで推定することが望ましい。
【0066】
そこで、本実施形態では、付着燃料の残留率Pを算出するためのモデルとして、閉弁中蒸発量F3を推定するための数式モデルF3(Pg、Tg、Tw)と、開弁中蒸発量G3を推定するための数式モデルG3(Pg、Tg、Ug、Tw)とを準備し、ECU50に、それらF3及びG3をそれぞれ異なるモデルに則って算出させることとした。具体的には、図5に示すステップ106では、それら2つのモデルに則ってF3及びG3がそれぞれ算出され、更に、次式に示すように、それらF3及びG3が加算されることにより、付着燃料の蒸発量Vfwが算出される。
Vfw=F3(Pg、Tg、Tw)+G3(Pg、Tg、Ug、Tw) ・・・(6)
【0067】
尚、閉弁中蒸発量F3は、ポート内ガス流速Ugからは有意な影響を受けないことから、その数式モデルは、Pg、Tg、およびTwだけをパラメータとして構成されている。一方、開弁中蒸発量G3は、4つのポート内状態量の全てから有意な影響を受けるため、その数式モデルは、Pg、Tg、UgおよびTwの全てをパラメータとして構成されている。
【0068】
ECU50は、上記の如く付着燃料の蒸発量Vfwを算出したら、次に、ステップ108において、次式に従って付着燃料の残留率Pを算出する。
P=(fw−Vfw)/fw ・・・(7)
但し、この式で用いられるfwは、前回の処理サイクルにより算出された値、つまり、上記(2)式におけるfwOである。
【0069】
以上説明した通り、ECU50は、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて、かつ、2つの数式モデルF3(Pg、Tg、Tw)およびG3(Pg、Tg、Ug、Tw)に則って精度良く蒸発量Vfwを算出すると共に、その蒸発量Vfwと燃料付着量fwとに基づいて、精度良く残留率Pを算出することができる。
【0070】
図5に示すように、ECU50は、付着率Rおよび残留率Pの算出を終えると、次に、燃料吸入量fcとして要求されている燃料量、つまり、燃料吸入量fcの目標値を算出する(ステップ110)。
【0071】
次に、上記(2)式の関係、すなわち、fc=(1−R)・fi+(1−P)・fwOが成立するように(但し、fwOは、前回の処理サイクル時に算出された燃料付着量fw)、燃料噴射量fiが算出される(ステップ112)。
【0072】
最後に、今回の処理サイクルで演算された付着率Rおよび残留率Pを用いて、上記(1)式に従って、すなわち、fw=R・fi+P・fwOなる関係式に従って、燃料付着量fwが算出される(ステップ114)。
【0073】
以上説明した通り、本実施形態において、ECU50は、2つの数式モデルF2(Pg、Tg、Tw)およびG2(Pg、Tg、Ug、Tw)を用いて噴射燃料の付着率Rを、また、2つの数式モデルF3(Pg、Tg、Tw)およびG3(Pg、Tg、Ug、Tw)を用いて付着燃料の残留率Pを、それぞれポート内状態量に基づいて精度良く算出することができる。これらの数式モデルは、噴射燃料、或いは付着燃料の蒸発状態を精度良く表現するように作成されている(詳細は後述)。従って、本実施形態のシステムによれば、内燃機関10毎に複雑な適合作業を行うことなく極めて精度良く付着率Rおよび残留率Pを算出すると共に、それらの算出値PおよびRに基づいて、常に精度良く燃料噴射量を制御することができる。
【0074】
[残留率Pの具体的算出方法]
次に、ECU50が、残留率Pを算出するために使用する数式モデルの具体的内容について説明する。
残留率Pを算出するための演算式として説明した上記(6)式および(7)式は、以下のように変形することができる。
P=(fw−Vfw)/fw
=1−Vfw/fw
=1−[F3(Pg、Tg、Tw)/fw]−[G3(Pg、Tg、Ug、Tw)/fw] ・・・(8)
以下に示す(9)式は、上記(8)式を具体的に表した式である。
【0075】
【数1】

Figure 0003944444
【0076】
上記(9)式中、右辺第2項は、層流状況下、すなわち、吸気バルブ34の閉弁中における燃料の蒸発率を表す数式モデルである。この項に含まれる個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。
ρl:液体燃料の密度(既定値)
h:付着燃料の膜厚
h=fw/ρl/sとして算出される。但し、ρlは燃料の密度、sは濡れ面積(既定値)。
Sc:層流用適合係数(既定値)
D:吸気ポートの径
μg:吸気ポート30内ガス(空気)の粘性(既定値)
B:層流時質量輸送係数(詳細は後述)
Δtlam:層流期間、すなわち、吸気バルブ34の閉弁期間
【0077】
また、上記(9)式中、右辺第3項は、乱流状況下、すなわち、吸気バルブ34の開弁中の蒸発率を表す数式モデルである。この項にのみ含まれている個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。
Sc:乱流用適合係数(既定値)
B:乱流時質量輸送係数(詳細は後述)
ρg:空気の密度(既述した通りρg=Pg/Rconst・Tg)
Δtturb:乱流期間、すなわち、吸気バルブ34の開弁期間(作用角)
但し、Δtlam+Δtturb=720(deg)
【0078】
上述した層流時質量輸送係数Bおよび乱流時質量輸送係数Bは、それぞれ、層流時または乱流時における付着燃料の蒸発のし易さを表すパラメータである。それらの値B、Bは、それぞれ次式(10)のように表すことができる。
【0079】
【数2】
Figure 0003944444
【0080】
上記(10)式において、iは、燃料に含まれる個々の成分に付した識別番号である。つまり、ΣYsi、或いはΣYgiは、それぞれ、燃料に含まれる複数の成分についてのYsiやYgiの積算値である。ここで、値Bの式に含まれているYgiは、吸気ポート10内における個々の燃料成分の蒸気濃度(成分毎に既定値)である。層流状態では、Ygiが無視できない値(例えば10%程度)となるため、層流時質量輸送係数Bの式には、その項が含まれている。一方、乱流時には、吸気ポート30内の個々の成分濃度がほぼ0となるため、乱流時質量輸送係数Bの式からは、その項が省かれている。また、上記(10)式において、Ysiは、個々の成分の飽和蒸気濃度である。この飽和蒸気濃度Ysiは、次式(11)により算出することができる。
【0081】
【数3】
Figure 0003944444
【0082】
上記(11)式に含まれる個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。
wi:燃料に含まれる個々の成分のモル質量(既定値)、
wair:空気のモル質量(既定値)
Pvsi:アントンの式による個々の成分の飽和蒸気圧
飽和蒸気濃度Pvsiは、次式(12)により求めることができる。
【0083】
【数4】
Figure 0003944444
【0084】
但し、上記(12)式中、a1i、a2iおよびa3iは、燃料成分毎に既定のアントン係数である。また、yfiは、噴射される燃料成分の個々の成分の質量割合である。更に、上記(12)式中、Tfは、次式(13)により表される温度である。
Tf=ε・Tw+(1−ε)Tg ・・・(13)
ここで、εは、0<ε<1を満たす値である。通常は、空気の方が影響度が高いので、εには0.7程度の値が代入される。
【0085】
上記(9)式の右辺第2項に含まれるパラメータ(時間を除く)は、付着燃料の膜厚h、および層流時質量輸送係数Bを除き固定値である。そして、膜厚hは付着燃料量fwに基づいて決定され、層流時質量輸送係数Bは、ポート内状態量Pg、Tg、およびTwにより決定される値である。従って、上記(9)式によれば、層流状況下での燃料の蒸発率(右辺第2項)を、ポート内状態量Pg、Tg、およびTwに基づいて算出することができる。
【0086】
上記(9)式の右辺第3項に含まれるパラメータ(時間を除く)は、付着燃料の膜厚h、空気密度ρg、ポート内ガス流速Ug、および乱流時質量輸送係数Bを除き固定値である。そして、膜厚hは付着燃料量fwに基づいて決定され、空気密度ρgはPgおよびTgにより決定され、乱流時質量輸送係数Bは、Pg、TgおよびTwにより決定される値である。また、本実施形態においては、付着燃料量fwも、根本的にはポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて算出される値である。従って、上記(9)式によれば、乱流状況下での燃料の蒸発率(右辺第3項)を、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて算出することができる。
【0087】
[付着率Rの具体的算出方法]
次に、ECU50が、付着率Rを算出するために使用する数式モデルの具体的内容について説明する。
上記(4)式および(5)式による付着率Rの算出方法は、飛行中蒸発量F2と、付着後蒸発量G2とを別個に求めて、それらの和(蒸発総量Vfi)を燃料噴射量fiから減ずることにより、最終的に壁面に付着する燃料量(fi−Vfi)を求めることとしている。そして、このようにして求められた燃料量(fi−Vfi)をfiで割ることにより、最終的に壁面に付着した状態となる燃料の割合が求められる。
【0088】
ところで、最終的に壁面に付着する燃料の割合(R)は、上記の手法で求める他、飛行の過程で蒸発せずに壁面まで到達する燃料の割合R1、壁面に到達した後、反射により失われることなく壁面に付着する燃料の割合α、および壁面に付着した後、蒸発により離脱せずに付着状態を維持する燃料の割合R2をそれぞれ算出し、次式(14)に示すように、それらを掛け合わせることによっても求めることができる。
R=R1・α・R2 ・・・(14)
【0089】
そこで、ECU50は、具体的には、上記(14)式の手法で噴射燃料の付着率Rを算出する。ここで、上記(14)式に含まれるR1、R2およびαは、それぞれ、以下に示す(15)〜(17)式により求めることができる。
【0090】
【数5】
Figure 0003944444
【0091】
但し、上記(15)〜(17)式に含まれる個々の記号は、それぞれ以下のような物理量である。尚、Sc1、Sc2、ρl、μg、ρg、B、B、およびΔtturbについては、既述したものと同一であるため、ここでは、それらの説明は省略する。
di:液滴の代表粒径(既定値)
V:液滴飛行速度(既定値)
Δtdrop:液滴飛行時間(既定値)=(燃料噴射弁から吸気バルブまでの距離)/V
We:ウェーバ数
Re:レイノルズ数
σ:燃料の表面張力
θ:噴射方向と衝突壁面のなす角度
【0092】
尚、上記(17)式に示すαは、現実には燃料噴射弁32の性能と、吸気ポート30の形状とにより決まる値である。従って、個々の内燃機関10において、上記(14)式に則って付着率Rを演算する際には、αは固定値として扱うことができる。
【0093】
上記(15)式中、右辺第2項は、飛行蒸発により失われる燃料の割合である。この右辺第2項に含まれるパラメータ(時間を除く)は、空気密度ρgおよび層流時質量輸送係数Bを除き固定値である。そして、空気密度ρgは、上記の如くポート内ガス圧力Pgおよびポート内ガス温度Tgにより特定される値である。また、層流時質量輸送係数Bは、Pg、Tgおよび壁面温度Twにより特定される値である(上記(10)〜(12)式参照)。従って、本実施形態のシステムによれば、飛行蒸発により失われる燃料の割合を、ポート内状態量Pg、Tg、およびTwに基づいて算出することができる。
【0094】
上記(16)式中、右辺第2項は、付着後の蒸発により失われる燃料の割合である。この右辺第2項に含まれるパラメータ(時間を除く)は、空気密度ρg、ポート内ガス流訴奥Ug、および乱流時質量輸送係数Bを除き固定値である。そして、ρgは、上記の如くPgおよびTgにより特定される値である。また、乱流時質量輸送係数Bは、Pg、TgおよびTwにより特定される値である(上記(10)〜(12)式参照)。従って、本実施形態のシステムによれば、付着後の蒸発により失われる燃料の割合を、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて算出することができる。
【0095】
以上説明した通り、ECU50は、噴射燃料の蒸発挙動を表す数式モデル(上記(14)〜(17)式)を用いて、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて、噴射燃料の付着率Rを精度良く推定することができる。また、ECU50は、付着燃料の蒸発挙動を表す数式モデル(上記(9)〜(13)式)を用いて、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて、付着燃料の残留率Pを精度良く推定することができる。
【0096】
このため、本実施形態の構成によれば、内燃機関10の機種毎に煩雑な適合作業を行うことなく、過渡運転時を含む全ての運転状況下で精度良く燃料噴射量を制御する装置を実現することができる。このような燃料噴射制御装置によれば、常に空燃比を精度良く所望空燃比に制御することが可能となる。従って、本実施形態の装置は、良好な排気エミッション特性を実現するうえでも有用である。
【0097】
また、本実施形態では、上述した燃料噴射量制御を内燃機関10の暖機後に実行することを前提としているが、つまり、上述した数式モデルを、内燃機関10の暖機後における燃料噴射制御に利用することとしているが、その利用の場面はこれに限定されるものではない。すなわち、本実施形態の装置では、数式モデルを用いて、ポート内ガス温度Tgや壁面温度Twを含むポート内状態量をパラメータとして付着率Rや残留率Pを算出している。このような数式モデルによれば、冷間始動時など、内燃機関10の温度が低い場合にも、有効に現実の状態を模擬することができる。
【0098】
更に、ハイブリッド(HV)車両においては、内燃機関に対する燃料噴射が停止された後、数秒間の経過後に内燃機関の停止が図られることがある。上記の数式モデルによれば、そのような数秒間の間も、現実の状態を精度良く模擬することができる。従って、本実施形態の装置が用いる数式モデルは、冷間運転時や、HV車両の機関停止時などに、付着率Rおよび残留率Pを算出する場面でも利用することができる。
【0099】
これに対して、付着率Rや残留率Pが、内燃機関の運転状態を表す状態量(負荷KL、回転数NEなど)との関係で、適合により定められる場合には、内燃機関10の運転状態がその適合時の条件から外れる領域では、精度良く付着率Rや残留率Pを定めることはできない。具体的には、暖機後の条件で適合したマップ値などは、冷間運転時や、HV車両の機関停止時には利用することができない。この点、本実施形態の装置は、適合によりPやRを定める装置に比して、より広い領域への展開が可能であるという優位性を有している。
【0100】
ところで、上述した実施の形態1においては、付着率Rおよび残留率Pを、ポート内状態量をパラメータとする数式モデルに則って算出することとしているが、その算出は、数式モデルを用いる手法に限られるものではない。すなわち、付着率Rや残留率Pは、ポート内状態量との関係で予め設定したマップを参照して特定することとしてもよい。
【0101】
尚、上述した実施の形態1においては、付着燃料の残留率Pおよび噴射燃料の付着率Rが前記第1乃至第3の発明における「燃料制御パラメータ」に相当していると共に、ECU50が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1乃至第3の発明における「ポート内状態量取得手段」が、上記(9)〜(17)式を記憶していることにより前記第1乃至第3の発明における「モデル記憶手段」が、それらの式を用いてPおよびRを算出することにより、或いは、上記ステップ104〜108の処理を実行することにより、前記第1乃至第3の発明における「燃料制御パラメータ算出手段」が、上記ステップ114の処理を実行することにより前記第1乃至第3の発明における「付着燃料量算出手段」が、上記ステップ110の処理を実行することにより前記第1乃至第3の発明における「噴射量補正手段」が、それぞれ実現されている。
【0102】
また、上述した実施の形態1においては、上記(14)〜(17)式が前記第2の発明における「噴射燃料蒸発挙動モデル」に、上記(9)〜(13)式が前記第1の発明における「付着燃料蒸発挙動モデル」に、噴射燃料の付着率Rが前記第1及び第2の発明における「第1の燃料制御パラメータ」に、付着燃料の残留率Pが前記第1及び第2の発明における「第2の燃料制御パラメータ」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、上記(14)式に従って、或いは上記ステップ108において付着率Rを演算することにより、前記第1及び第2の発明における「第1算出手段」が、上記(9)式に従って、或いは上記ステップ108において残留率Pを演算することにより、前記第1及び第2の発明における「第2算出手段」が、それぞれ実現されている。
【0103】
また、上述した実施の形態1においては上記(16)式が前記第1の発明における「付着後蒸発挙動モデル」に相当している。
【0104】
また、上述した実施の形態1においては、上記(15)式が前記第1の発明における「飛行蒸発モデル」に、上記(17)式が前記第1の発明における「反射蒸発モデル」に、それぞれ相当している。
【0105】
また、上述した実施の形態1においては、上記(9)式中、右辺第2項および第3項が、それぞれ、前記第2の発明における「閉弁中蒸発挙動モデル」、および「開弁中蒸発挙動モデル」に、それぞれ相当している。
【0106】
実施の形態2.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態1の装置において、ECU50に、上記図5に示すフローチャートに代えて、図8に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【0107】
上述した実施の形態1の装置は、噴射燃料の付着後蒸発量G2を算出するにあたり(上記(16)式のR2を算出するにあたり)、また、付着燃料の開弁時蒸発量G3を算出するにあたり、吸気バルブ34の開弁時には、ポート内状態量が常にほぼ一定であることを前提としている。しかしながら、吸気バルブ34がバルブオーバーラップを伴うようなタイミングで開弁される場合は、その開弁の直後にのみ、吸気ポート30の内部において既燃ガスの吹き返しが生ずる。この場合、ポート内状態量は、特に、ポート内ガス圧力Pg、ポート内ガス温度Tg、およびポート内ガス流速Ugは、吹き返しの発生中と、その消滅後とで大きく異なった値となる。従って、そのような吹き返しが発生する状況下で、精度良く付着率Rおよび残留率Pを算出するためには、吹き返しの有無に応じて、数式モデルに代入するポート内状態量を変化させることが望ましい。
【0108】
[実施の形態2における処理の流れ]
図8は、上記の要求に応えつつ、残留率Pおよび付着率Rを算出し、更に、それらの値P、Rを用いて燃料噴射量fiを適正に補正するために、ECU50が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。尚、図8において、上記図5に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【0109】
図8に示すフローチャートは、ステップ102の後に、ステップ120〜130が挿入されている点を除き、上記図5に示すフローチャートと同様である。すなわち、図8に示すフローチャートによれば、図5に示すフローチャートによる場合と同様に、先ず、ステップ100において各種パラメータが計測され、次いで、ステップ102において、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwが推定される。
【0110】
これらのポート内状態量のうち、壁面温度Twは、吹き返しの有無に影響されることのない状態量である。これに対して、Pg、TgおよびUgは、上記の如く吹き返しの有無により大きく変化する状態量である。上記ステップ102では、吹き返しが発生しない場合のPg、TgおよびUgが推定されるものとする。
【0111】
ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwが推定されると、次に、吸気バルブ34の開弁タイミングVTが、所定値VTより小さいか否かが判別される(ステップ120)。
VTは、既述した通り最遅角のタイミングからの進角量である。従って、その値VTが大きい程、バルブオーバーラップが発生し、吹き返しが発生し易くなる。所定値VTは、ポート内状態量に有意な変化を生じさせる程度の吹き返しが発生するか否かを区分する開弁タイミングとして設定された値である。従って、VT<VTが成立する場合は、ポート内状態量を切り換えるほどの吹き返しが発生する可能性は低いと判断できる。一方、その条件が成立しない場合は、上記吹き返しが発生する可能性が高いと判断できる。
【0112】
図8に示すフローチャートでは、上記ステップ120において、VT<VTが成立すると判別された場合、次に、吸気管圧力Pmが、所定値Pmより高いか否かが判別される(ステップ122)。
既燃ガスの吹き返しの大きさは、バルブオーバーラップの有無或いは長短の他、吸気管圧力Pmの高低にも影響される。つまり、その吹き返しは、吸気管圧力Pmが低圧であるほど大きくなりやすく、一方、Pmが高圧であるほど発生し難くなる。所定値Pmは、VT<VTが成立する環境下で、なお吹き返しが発生する可能性があるか否かを判断するための値である。従って、Pm>Pmが成立する場合は、ポート内状態量を切り換えるほどの吹き返しが発生する可能性は低いと判断できる。一方、その条件が成立しない場合は、上記吹き返しが発生する可能性が高いと判断できる。
【0113】
図8に示すフローチャートでは、上記ステップ122において、Pm>Pmが成立すると判別された場合、以後、図5に示す場合と同様に、ステップ104、106以降の処理が実行される。この場合、吹き返しの発生しない状況下で、実施の形態1の場合と同様に、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて精度良く付着率Rおよび残留率Pが算出され、更に、その算出値RおよびPに基づいて、高精度な燃料噴射制御が実現される。
【0114】
これに対して、上記ステップ120においてVT<VTが成立しないと判別された場合、および上記ステップ122においてPm>Pmが成立しないと判別された場合は、次に、吹き返しが発生する場合のポート内状態量Pg_r、Tg_r、およびUg_rが推定される(ステップ124)。
【0115】
この場合、噴射燃料の付着率Rの基礎となる付着後蒸発量G2は、次式の通り、吹き返しの発生しない期間における蒸発量H2(Pg、Tg、Ug、Tw)と、吹き返しの発生する期間における蒸発量H’2(Pg_r、Tg_r、Ug_r、Tw)との和として推定される(ステップ126)。
G2=H2(Pg、Tg、Ug、Tw)+H’2(Pg_r、Tg_r、Ug_r、Tw) ・・・(18)
【0116】
また、付着燃料の残留率Pの基礎となる開弁中蒸発量G3は、次式の通り、吹き返しの発生しない期間における蒸発量H3(Pg、Tg、Ug、Tw)と、吹き返しの発生する期間における蒸発量H’3(Pg_r、Tg_r、Ug_r、Tw)との和として推定される(ステップ128)。
G3=H3(Pg、Tg、Ug、Tw)+H’3(Pg_r、Tg_r、Ug_r、Tw) ・・・(19)
【0117】
上記ステップ126および128の処理が実行された場合は、次に、今回の処理サイクルでは、付着後蒸発量G2および開弁中蒸発量G3を、それぞれ上記ステップ126および128で算出された値に補正する旨が指令される(ステップ130)。
【0118】
その後、ステップ104,106以降の処理が実行される。この場合、ステップ104において算出される蒸発総量Vfiは、飛行中蒸発量F2に、上記ステップ126で算出された付着後蒸発量G2を加えた値となる。また、ステップ106で算出される蒸発量Vfwは、閉弁中蒸発量F3に、上記ステップ128で算出された開弁中蒸発量G3を加えた値となる。このため、図8に示すフローチャートによれば、吸気ポート30の内部に吹き返しが発生する場合に、その影響を精度良く付着率Rおよび残留率Pに反映させることができ、高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【0119】
[吹き返し発生時の残留率Pの具体的算出方法]
以下に示す(20)式は、吹き返しが発生する状況下で付着燃料の残留率Pを算出するための数式モデルである。ECU50は、上記ステップ120または122において、吹き返しが生ずる可能性があると判断した場合は、具体的には、次式(20)に則って残留率Pを算出する。
【0120】
【数6】
Figure 0003944444
【0121】
但し、上記(20)式中、Δtturb1は、乱流期間Δtturbのうち、吹き返しの発生しない期間であり、一方、Δtturb2は吹き返しが発生する期間である。また、ρg_rおよびB_rは、それぞれ、吹き返し発生時におけるポート内状態量Pg_r、Tg_rを用いて算出される空気密度(Pg_r/Rconst・Tg_r)、および乱流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。
【0122】
[吹き返し発生時の付着率Rの具体的算出方法]
以下に示す(21)式は、吹き返しが発生する状況下で噴射燃料の付着率Rを算出するための数式モデルの一部、具体的には、上記(14)式に示す付着率Rの数式モデル(R=R1・α・R2)のうち、付着後の蒸発割合を意味するR2を算出するための数式モデルである。ECU50は、上記ステップ120または122において、吹き返しが生ずる可能性があると判断した場合は、R2の数式モデルを、上記(15)式に示すモデルから、下記(21)式に示すモデルに変更して、付着率Rを算出する。尚、下記(21)式中、Δtturb1、Δtturb2、ρg_rおよびB_rは、上記(20)式の但し書きにおいて説明したものと同様である。
【0123】
【数7】
Figure 0003944444
【0124】
以上説明した通り、本実施形態の装置は、噴射燃料の付着後の蒸発、および付着燃料の開弁中の蒸発を、それぞれ、吹き返しが発生する場合と発生しない場合とで異なる現象として捉えることができる。このため、本実施形態の装置によれば、吹き返しの発生時にも付着率Rおよび残留率Pを精度良く推定して、実施の形態1の場合に費しれ更に高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【0126】
実施の形態3.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態1の装置において、ECU50に、上記図5に示すフローチャートに代えて、図9に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【0127】
吸気ポート30の内壁温度は、内燃機関10の暖機終了後も、ほぼ冷却水温度THWと等しい80℃程度である。この程度の温度では、1サイクルの過程で付着燃料が蒸発し切らない。このため、吸気ポート30の内壁においては、1サイクルを超える付着燃料の持ち越しが生ずる。これに対して、暖機後の吸気バルブ34の温度は、160〜180℃となる。そして、壁面温度がこのように高温である場合は、通常、その表面に付着した燃料は1サイクルの過程で全て蒸発する。
【0128】
上述した実施の形態1の装置は、上記の現象を前提として付着燃料の残留率Pを算出している。つまり、付着燃料量fwは、その全てが吸気ポート30の壁面に付着しており、吸気バルブ34の表面には付着燃料が発生しないものとして残留率Pの算出を行っている。このため、上記(9)式では、残留率Pを算出するための基礎データとして、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwが用いられている。
【0129】
ところで、吸気バルブ34の表面に付着燃料が残留しないという前提は、内燃機関10の暖機終了前、つまり、吸気バルブ34の温度が十分に高温となる前は成立しない。そして、そのような状況下では、吸気ポート30の壁面付近と吸気バルブ34の表面付近とで、燃料の蒸発特性に影響を与える状態量が異なることから、吸気ポート30の壁面に付着した燃料と、吸気バルブ34の表面に付着した燃料とは、異なる蒸発挙動を示す。この場合、付着燃料の残留率Pを精度良く推定するためには、吸気ポート30の壁面における残留割合と、吸気バルブ34の表面における残留割合とを別々に算出することが望ましい。
【0130】
[実施の形態3における処理の流れ]
図9は、上記の要求に応えつつ、残留率Pおよび付着率Rを算出し、更に、それらの値P、Rを用いて燃料噴射量fiを適正に補正するために、ECU50が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【0131】
図9に示すフローチャートは、ステップ102の後に、ステップ140〜148が挿入されている点を除き、上記図5に示すフローチャートと同様である。すなわち、図9において、ステップ100〜106、およびステップ110〜114は、それぞれ図5に示すステップと同様である。また、図9に示すステップ108aおよび108bは、図5に示すステップ108を分解して示したもので、それぞれのステップでは、ステップ108の場合と同様の手法で付着率Rおよび残留率Pが算出される。
【0132】
図9に示すフローチャートによれば、ステップ100および102の処理が実行された後、実施の形態1の場合(図5に示す場合)と同様の手順で噴射燃料の付着率Rが算出される(ステップ104,108a)。
【0133】
付着燃料の残留率Pを算出する手順においては、ステップ102の後に、先ず、壁面温度Twが所定値Twより低いかどうかが判別される(ステップ140)。所定値Twは、内燃機関10の暖機が不十分であるか、より具体的には、吸気バルブ34の表面に付着燃料が残存する程度にその暖機が不十分であるかを判断するための判定値である。
【0134】
従って、上記ステップ140において、Tw<Twが成立しないと判別された場合は、内燃機関10の暖機が十分に進んでおり、付着燃料の残留率Pを推定するうえでは、もはや吸気バルブ34の表面における燃料の蒸発を考慮する必要がないと判断できる。図9に示すフローチャートでは、この場合、以後、実施の形態1の場合(図5に示す場合)と同様の手順で付着燃料の残留率Pが算出される(ステップ106,108b)。
【0135】
一方、上記ステップ140において、Tw<Twが成立すると判別された場合は、付着燃料の残留率Pを推定するうえで、吸気バルブ34の表面に残留する燃料の影響が無視できないことが判断できる。図9に示すフローチャートでは、この場合、ポート部(P)とバルブ部(V)に分けて状態量が推定される(ステップ142)。
【0136】
ガス圧力とガス温度は、吸気ポート30の壁面付近と、吸気バルブ34の表面付近とで大きくは異ならない。このため、ガス圧力とガス温度は、両者に対して共通な値Pg、Tgが推定される。一方、ガス流速と壁面温度は、吸気ポート30の壁面付近と、吸気バルブ34の表面付近とで大きく異なることがある。このため、ガス流速と壁面温度については、ポート部(P)とバルブ部(V)につき、それぞれ異なる値Ugp、TwpおよびUgv、Twvが推定される。
【0137】
上記ステップ142において推定すべき状態量のうち、PgおよびTg、並びにUgpおよびTwpについては、上記ステップ102において推定されたポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwをそのまま流用することができる。従って、ステップ142では、実質的には、バルブ部ガス流速Ugvとバルブ部壁面温度Twvについての推定が行われる。これらの値UgvおよびTwvは、例えば、机上シミュレーションの結果に基づいて定めた係数を、ベースの状態量(UgまたはTw)に掛け合わせることにより推定することができる。
【0138】
上記ステップ142の処理が終了すると、次に、燃料付着量fwの分配率βが決定されると共に、その分配率βを用いて、ポート部付着量fwp=fw・β、およびバルブ部付着量fwv=fw・(1−β)が算出される(ステップ144)。
分配率βは、ポート部とバルブ部にどのような割合で付着しているかを表す値であり、例えば、ポート内壁面温度Tw、吸気管圧力Pm、および付着燃料量fwなどのパラメータから推定することができる。ECU50は、それらのパラメータTw、Pm、fwとの関係で分配率を定めたマップを記憶しており、本ステップ144では、そのマップを参照することで分配率が決定される。
【0139】
図9に示すフローチャートでは、次に、ポート部における付着燃料の蒸発量Vfw,pと、バルブ部における付着燃料の蒸発量Vfw,vがそれぞれ推定される(ステップ146)。
ポート部蒸発量Vfw,pは、以下に示すように、蒸発量Vfwの数式モデル(上記(6)式)に、ポート部における状態量Pg、Tg、UgpおよびTwpを代入することで求めることができる。
Vfw,p=F3(Pg、Tg、Twp)+G3(Pg、Tg、Ugp、Twp) ・・・(21)
また、バルブ部蒸発量Vfw,vは、以下に示すように、蒸発量Vfwの数式モデル(上記(6)式)に、バルブ部における状態量Pg、Tg、UgvおよびTwvを代入することで求めることができる。
Vfw,p=F3(Pg、Tg、Twv)+G3(Pg、Tg、Ugv、Twv) ・・・(22)
【0140】
上記の処理が終了すると、それらの処理により求めた値を次式に代入することで、ポート部残留率Pp、およびバルブ部残留率Pvが算出される(ステップ148)。
Pp=(fwp−Vfw,p)/fwp ・・・(23)
Pv=(fwv−Vfw,v)/fwv ・・・(24)
【0141】
上記ステップ148では、更に、算出されたPpおよびPvを、次式に代入することで、付着燃料全体の残留率Pが算出される。
P=Pp・β+Pv・(1−β) ・・・(25)
【0142】
以上説明した通り、図9に示すフローチャートによれば、壁面温度Twが高温である場合は、実施の形態1の場合と同様に手法で付着燃料の残留率Pを算出(ステップ108b参照)することができ、また、壁面温度Twが低温である場合は、バルブ部とポート部を個別に考慮した手法で付着燃料の残留率Pを算出することができる。従って、本実施形態の装置によれば、内燃機関10の暖機後において精度良く残留率Pが算出できると共に、その暖機の過程においても、残留率Pを精度良く算出することができる。
【0143】
図9に示すフローチャートでは、上記ステップ108aにおいて噴射燃料の付着率Rが算出され、かつ、上記ステップ108bまたは148において付着燃料の残留率Pが算出された後、実施の形態1の場合(図5に示す場合)と同様に、燃料噴射量fiの算出等が行われる(ステップ110〜114)。このため、本実施形態の装置によれば、精度良く算出した付着率Rおよび残留率Pを用いて、高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【0144】
[ポート部残留率Ppの具体的算出方法]
以下に示す(26)式は、ポート部残留率Ppを算出するための数式モデルである。ECU50は、上記ステップ140において壁面温度Twが所定値Twより低いと判断した場合は、次式(26)に則ってポート部残留率Ppを算出する。
【0145】
【数8】
Figure 0003944444
【0146】
但し、上記(26)式中、hpは、吸気ポート30の壁面に付着している燃料の膜厚であり、上記ステップ144において算出されるポート部付着量fwpを燃料密度ρlで除したものを、吸気ポート30の濡れ面積sp(既定値)で除することにより算出される値fwp/ρl/spである。また、BpおよびBpは、それぞれ、ポート部の状態量Pg、Tg、UgpおよびTwpを用いて算出される層流時質量輸送係数、および乱流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。
【0147】
[バルブ部残留率Pvの具体的算出方法]
以下に示す(27)式は、バルブ部残留率Pvを算出するための数式モデルである。ECU50は、上記ステップ140において壁面温度Twが所定値Twより低いと判断した場合は、次式(27)に則ってバルブ部残留率Pvを算出する。
【0148】
【数9】
Figure 0003944444
【0149】
但し、上記(27)式中、hvは、吸気バルブ34の表面に付着している燃料の膜厚であり、上記ステップ144において算出されるバルブ部付着量fwvを燃料密度ρlで除したものを、吸気バルブ34の濡れ面積sv(既定値)で除することにより算出される値fwv/ρl/svある。また、BvおよびBvは、それぞれ、バルブ部の状態量Pg、Tg、UgvおよびTwvを用いて算出される層流時質量輸送係数、および乱流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。
【0151】
実施の形態4.
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態1の装置において、ECU50に、上記図5に示すフローチャートに代えて、図10に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【0152】
上述した実施の形態1の装置は、噴射燃料の壁面付着後の蒸発挙動は、吸気ポート30の壁面でも、吸気バルブ34の表面でも同じであるものとして付着率RRを算出している。しかしながら、既述した通り、吸気ポート30の壁面近傍と吸気バルブ34の表面近傍とでは、ガス流速や壁面温度などに無視できない差が生ずる。このため、噴射燃料の付着率Rを精度良く算出するためには、その算出の過程においても、ポート部における状態量と、バルブ部における状態量との差を考慮することが望ましい。
【0153】
[実施の形態4における処理の流れ]
図10は、上記の要求に応えつつ、残留率Pおよび付着率Rを算出し、更に、それらの値P、Rを用いて燃料噴射量fiを適正に補正するために、ECU50が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【0154】
図10に示すフローチャートは、噴射燃料の付着率Rを算出するためのステップが、ステップ106および108(その一部)から、ステップ150〜156に置き換えられている点を除き、上記図5に示すフローチャートと同様である。以下、図10に示すフローチャートの特徴部について説明する。
【0155】
図10に示すフローチャートによれば、噴射燃料の付着率Rを算出する手順では、先ず、ポート部(P)とバルブ部(V)に分けて状態量が推定される(ステップ150)。
本ステップ150の処理は、図9に示すステップ142の処理と同様である。ここでは、具体的には、上記ステップ102で推定された状態量Pg、Tg、UgおよびTwが、ポート部とバルブ部とで共通の状態量PgおよびTg、並びにポート部における状態量UgpおよびTwgとして流用される。そして、シミュレーションにより定めた係数をベースの状態量(UgまたはTw)に掛け合わせることにより、バルブ部における状態量UgvおよびTwvが推定される。
【0156】
次に、ポート部およびバルブ部に付着する噴射燃料のうち、ポート部に分配される割合(ポート割合γ)が決定される(ステップ152)。
ポート割合γは、例えば、機関回転数NEおよび吸気管圧力Pmなどのパラメータから推定することができる。ECU50は、それらのパラメータNEおよびPmとの関係でポート割合γを定めたマップを記憶している。本ステップ144では、そのマップを参照することでポート割合γが決定される。
【0157】
次いで、ポート部における蒸発総量Vfi,pと、バルブ部における蒸発総量Vfi,vとが、それぞれ推定される(ステップ154)。
ポート部蒸発総量Vfi,pは、以下に示すように、蒸発総量Vfiの数式モデル(上記(4)式)に、ポート部における状態量Pg、Tg、UgpおよびTwpを代入することで求めることができる。
Vfi,p=F2(Pg、Tg、Twp)+G2(Pg、Tg、Ugp、Twp) ・・・(28)
また、バルブ部蒸発総量Vfi,vは、以下に示すように、蒸発総量Vfiの数式モデル(上記(4)式)に、バルブ部における状態量Pg、Tg、UgvおよびTwvを代入することで求めることができる。
Vfi,p=F2(Pg、Tg、Twv)+G2(Pg、Tg、Ugv、Twv) ・・・(29)
【0158】
上記の処理が終了すると、それらの処理により求めた値を次式に代入することで、ポート部付着率Rp、およびバルブ部付着率Rvが算出される(ステップ156)。
Rp=(γ・fi−Vfi,p)/(γ・fi) ・・・(30)
Rv={(1−γ)・fi−Vfi,v}/(1−γ)fi ・・・(32)
【0159】
上記ステップ156では、更に、算出されたRpおよびRvを、次式に代入することで、噴射燃料全体の付着率Rが算出される。
R=Rp・γ+Rv・(1−γ) ・・・(33)
【0160】
以上説明した通り、図10に示すフローチャートによれば、付着燃料の残留率Pを実施の形態1の場合と同様の手法で算出し(ステップ108b参照)、かつ、噴射燃料の付着率を、ポート部とバルブ部における蒸発挙動の相違を考慮した手順で算出することができる。このため、本実施形態の装置によれば、実施の形態1の場合に比して、更に精度良く噴射燃料の付着率Rを算出し、その値Rを用いて、更に高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【0161】
[ポート部付着率Rpの具体的算出方法]
以下に示す(34)〜(36)式は、ポート部付着率Rpを算出するための演算式である。ECU50は、上記図10に示すステップ150〜156の処理を進めるにあたり、具体的には、これら(34)〜(36)式を用いてポート部付着率Rpを算出する。
【0162】
【数10】
Figure 0003944444
【0163】
但し、上記(34)式中、αpは、吸気ポート30の壁面に到達した液滴燃料が、反射により失われずにその壁面に付着する割合(固定値)である。また、上記(35)式中、Bpは、ポート部の状態量Pg、Tg、UgpおよびTwpを用いて算出される層流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。更に、上記(36)式中、hpは、吸気ポート30の壁面に付着している燃料の膜厚であり、また、Bpは、ポート部の状態量Pg、Tg、UgpおよびTwpを用いて算出される乱流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。尚、燃料の膜厚hpは、実施の形態3の場合と同様の手法で算出するものとする。
【0164】
[バルブ部付着率Rvの具体的算出方法]
以下に示す(37)〜(39)式は、ポート部付着率Rvを算出するための演算式である。ECU50は、上記図10に示すステップ150〜156の処理を進めるにあたり、具体的には、これら(37)〜(39)式を用いてバルブ部付着率Rvを算出する。
【0165】
【数11】
Figure 0003944444
【0166】
但し、上記(37)式中、αvは、吸気バルブ34の表面に到達した液滴燃料が、反射により失われずにその表面に付着する割合(固定値)である。また、上記(38)式中、Bvは、バルブ部の状態量Pg、Tg、UgvおよびTwvを用いて算出される層流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。更に、上記(39)式中、hvは、吸気バルブ34の表面に付着している燃料の膜厚であり、また、Bvは、バルブ部の状態量Pg、Tg、UgvおよびTwvを用いて算出される乱流時質量輸送係数(上記(10)〜(13)式参照)である。尚、燃料の膜厚hvは、実施の形態3の場合と同様の手法で算出するものとする。
【0167】
ところで、上述した実施の形態4においては、付着燃料の残留率Pを、実施の形態1の場合と同様の手法で算出することとしているが、その算出の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、付着燃料の残留率Pについても、実施の形態3の場合と同様に、ポート部とバルブ部における蒸発挙動の相違を考慮した手法で算出することとしてもよい。
【0169】
実施の形態5.
次に、図11を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
本実施形態の装置は、実施の形態1の装置において、ECU50に、上記図5に示すフローチャートに代えて、図11に示すフローチャートに沿って処理を実行させることにより実現することができる。
【0170】
上述した実施の形態1の装置は、付着燃料の減少要因として蒸発のみを考慮して、残留率Pを算出している。これに対して、付着燃料量fwが多くなると、液だれによる付着燃料の減少が生じ易くなる。そこで、本実施形態の装置は、付着燃料量fwが多量である状況下では、液だれの影響をも考慮して付着燃料の残留率Pを算出する。
【0171】
[実施の形態5における処理の流れ]
図11は、上記の要求に応えつつ、残留率Pおよび付着率Rを算出し、更に、それらの値P、Rを用いて燃料噴射量fiを適正に補正するために、ECU50が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【0172】
図11に示すフローチャートは、付着燃料の残留率Pを算出するための処理として、ステップ160〜164が追加されていると共に、残留率Pを算出するためのステップが、ステップ108からステップ166に変更されている点を除き、上記図5に示すフローチャートと同様である。以下、図10に示すフローチャートの特徴部について説明する。
【0173】
図11に示すフローチャートによれば、ステップ102においてポート内状態量が推定された後、ステップ104および106の処理と共に、燃料付着量fwが判定値δより多量であるかが判別される(ステップ160)。
【0174】
判定値δは、付着燃料に液だれを生ずるか否かを判断するための値である。このため、fw>δが成立しないと判別された場合は、残留率Pを算出するうえで、液だれの影響が無視できると判断できる。この場合、付着燃料の液だれ量Ffwが0とされる(ステップ162)。
【0175】
一方、上記ステップ160において、燃料付着量fwが判定値δより多量であると判別された場合は、残留率Pを算出するうえで液だれの影響を考慮すべきことが判断できる。この場合、次に、ポート内状態量Pg、Tg、UgおよびTwに基づいて、液だれ量Ffwが算出される(ステップ164)。
尚、液だれ量Ffwは、例えば、ケンブリッジ大学文献SAE1999−01−1314などに開示される公知の手法で算出することができる。
【0176】
図11に示すフローチャートでは、上記ステップ104,106および160〜164の処理が終了した後、実施の形態1の場合と同様の手法で噴射燃料の付着率Rが算出されると共に、以下に示す演算式に従って、付着燃料の残留率Pが算出される。
P=(fw−Vfw−Ffw)/fw ・・・(39)
【0177】
上記(39)式によれば、付着燃料量fwが液だれにより減少する場合には、その影響Ffwを考慮して残留率Pを算出することができる。このため、本実施形態の装置によれば、液だれが発生する状況下では、実施の形態1乃至4の装置に比して、更に高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【0178】
尚、上述した実施の形態5においては、ECU50が、上記ステップ160〜164の処理を実行することにより前記第3の発明における「液だれ量推定手段」が、また、上記ステップ166の処理を実行することにより前記第3の発明における「液だれ加味手段」が、それぞれ実現されている。
【0183】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第1の発明によれば、噴射燃料が吸気ポートの内部に付着する以前の挙動を、飛行過程での蒸発挙動を表す飛行蒸発モデルと、壁面反射による蒸発挙動を表す反射蒸発モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、壁面に付着する以前に混合気中に失われる燃料の挙動を精度良く推定することができ、その結果、制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【0184】
第2の発明によれば、吸気ポートの内部に付着した燃料の蒸発挙動を、吸気バルブの閉弁中における閉弁中蒸発挙動モデルと、吸気バルブの開弁中における開弁中蒸発挙動モデルの双方を用いて捕らえることができる。このため、本発明によれば、付着燃料の蒸発挙動を精度良く推定することができ、その結果、制御パラメータを高い精度で算出することができる。
【0187】
第3の発明によれば、付着燃料が、液だれにより減少する場合には、その液だれの影響を加味して、精度良く燃料制御パラメータを算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。
【図2】 図1に示す内燃機関の吸気ポート近傍を拡大して表した図である。
【図3】 吸入空気量Vの変化と燃料付着量fwの変化との関係を示す図である。
【図4】 内燃機関の始動直後に噴射された燃料の内訳を、クランク角CAとの関係で示したシミュレーション結果である。
【図5】 実施の形態1の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図6】 噴射燃料が壁面に付着して付着燃料となるプロセスを説明するための図である。
【図7】 吸気工程の終了時に付着燃料として吸気ポート内に残留していた燃料が、次サイクルの吸気工程終了時までに蒸発するプロセスを説明するための図である。
【図8】 実施の形態2の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図9】 実施の形態3の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図10】 実施の形態4の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図11】 実施の形態5の装置において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
10 内燃機関
12 吸気通路
20 エアフロメータ
22 スロットルバルブ
32 燃料噴射弁
34 吸気バルブ
36、40 可変バルブタイミング機構
fw 燃料付着量
fi 燃料噴射量
VT 吸気バルブの開弁タイミング
P 残留率
R 付着率
Vfi 噴射燃料の蒸発総量
fw 蒸発量
Pg ポート内ガス圧力
Tg ポート内ガス温度
Ug ポート内ガス流速
Tw ポート内壁面温度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injection control device suitable for controlling the fuel injection amount of a port injection type internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a port injection type internal combustion engine, fuel is injected into an intake port by a fuel injection valve disposed in an intake passage. The fuel injected in this way is sucked into the cylinder together with air by introducing the in-cylinder negative pressure to the intake port as the intake valve opens. Part of the fuel injected into the intake port adheres to the inner wall and the like. In the steady state, the fuel adhesion amount is constant, and the amount of fuel sucked into the cylinder is equal to the amount of fuel injected.
[0003]
However, during the transient operation of the internal combustion engine, the intake air amount and the fuel injection amount change, so that the fuel adhesion amount also increases or decreases. While this increase / decrease occurs, there is a difference between the amount of fuel sucked into the cylinder and the amount of fuel injected. Therefore, in order to draw a desired amount of fuel into the cylinder during the transient operation, it is necessary to correct the fuel injection amount so that the increase and decrease in the fuel adhesion amount are offset.
[0004]
Japanese Patent No. 2754744 discloses a fuel injection amount control device for correcting the fuel injection amount in the port injection type internal combustion engine. This apparatus has a fuel behavior model in which the amount of fuel adhering to the intake port is a state variable. The parameters of the fuel behavior model are updated according to the operating state of the internal combustion engine. This device calculates the fuel adhesion amount in accordance with the fuel behavior model updated in accordance with the operating state of the internal combustion engine, and corrects the fuel injection amount based on the calculated amount.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2754744
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2705298
[Patent Document 3]
JP-A-8-21274
[Patent Document 4]
JP-A-6-93528
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional apparatus, the parameters of the fuel behavior model are related to the operating state of the internal combustion engine, and more specifically, the operating state of the internal combustion engine, such as the intake pipe pressure Pm, the engine speed NE, or the intake air temperature THA. It is a conforming value determined in relation to the state quantity representing. In order to ensure high accuracy in such a fuel behavior model, it is necessary to spend a great deal of man-hours to improve the accuracy of parameter adaptation. On the other hand, there is a limit to the accuracy of a fuel behavior model that uses a conforming value determined based on the operating state of the internal combustion engine as a parameter. For this reason, the above-described conventional apparatus requires a lot of man-hours for development, but still leaves room for improvement with respect to the correction accuracy of the fuel injection amount.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By calculating the fuel adhesion amount according to a model related to the fuel adhesion amount based on the state quantity inside the intake port, the present invention is always highly accurate. An object of the present invention is to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine that can correct the fuel injection amount.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a first invention is a fuel injection control device for an internal combustion engine,
  A fuel injection valve that injects fuel into the intake port;
  In-port state quantity acquisition means for acquiring an in-port state quantity representing an internal state of the intake port;
  Model storage means for storing a mathematical model described using the in-port state quantity as a parameter in order to represent the evaporation behavior of fuel inside the intake port;
  Fuel control parameter calculation means for calculating a fuel control parameter for calculating the amount of attached fuel remaining inside the intake port at the end of the intake process based on the in-port state quantity, according to the mathematical model;
  An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of the attached fuel based on the fuel control parameter;
  Injection amount correction means for correcting the fuel injection amount to eliminate the influence of the adhered fuel;Prepared,  The mathematical model is
  A flight evaporation model representing evaporation behavior of a fuel injected from the fuel injection valve in a flight process inside the intake port;
  A reflection evaporation model representing evaporation behavior due to wall reflection of the injected fuel;
  A post-attachment evaporation behavior model that represents the behavior when the injected fuel evaporates in the air-fuel mixture before the intake step is completed after the inside of the intake port is attached;
  An attached fuel evaporation behavior model representing an evaporation behavior of the attached fuel inside the intake port, and
  The fuel control parameter calculation means includes
  Using the flight evaporation model, the reflection evaporation model, and the post-attachment evaporation behavior modelFirst calculating means for calculating a first fuel control parameter;
  Second calculating means for calculating a second fuel control parameter in accordance with the attached fuel evaporation behavior model.It is characterized by that.
[0009]
  In addition, the second invention,A fuel injection valve that injects fuel into the intake port;
  In-port state quantity acquisition means for acquiring an in-port state quantity representing an internal state of the intake port;
  Model storage means for storing a mathematical model described using the in-port state quantity as a parameter in order to represent the evaporation behavior of fuel inside the intake port;
  Fuel control parameter calculation means for calculating a fuel control parameter for calculating the amount of attached fuel remaining inside the intake port at the end of the intake process based on the in-port state quantity, according to the mathematical model;
  An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of the attached fuel based on the fuel control parameter;
  Injection amount correction means for correcting the fuel injection amount to eliminate the influence of the adhered fuel,  The mathematical model is
  An injection fuel evaporation behavior model representing evaporation behavior of the injected fuel injected from the fuel injection valve inside the intake port;
  An evaporation behavior model during valve closing representing evaporation behavior of the adhering fuel during closing of the intake valve;
  An evaporation behavior model during valve opening representing an evaporation behavior of the attached fuel during opening of the intake valve, and
  The fuel control parameter calculation means includes
  First calculation means for calculating a first fuel control parameter in accordance with the injected fuel evaporation behavior model;
  Second calculating means for calculating a second fuel control parameter by using both the evaporation behavior model during valve closing and the evaporation behavior model during valve opening.It is characterized by that.
[0010]
  In addition, the third invention,A fuel injection valve that injects fuel into the intake port;
  In-port state quantity acquisition means for acquiring an in-port state quantity representing an internal state of the intake port;
  Model storage means for storing a mathematical model described using the in-port state quantity as a parameter in order to represent the evaporation behavior of fuel inside the intake port;
  Fuel control parameter calculation means for calculating a fuel control parameter for calculating the amount of attached fuel remaining inside the intake port at the end of the intake process based on the in-port state quantity, according to the mathematical model;
  An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of the attached fuel based on the fuel control parameter;
  Injection amount correction means for correcting the fuel injection amount so as to eliminate the influence of the adhered fuel;
  A dripping amount estimating means for estimating an amount by which the adhered fuel decreases due to dripping, and
  The fuel control parameter calculation means includes liquid dripping means for adding the influence of the liquid dripping to the fuel control parameter.It is characterized by that.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0018]
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. The configuration shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine 10. An intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with the internal combustion engine 10. The intake passage 12 includes an air filter 16 at an upstream end. An intake air temperature sensor 18 is assembled to the air filter 16.
[0019]
An air flow meter 20 is disposed downstream of the air filter 16. The air flow meter 20 is a sensor that detects an intake air amount GA flowing through the intake passage 12. A throttle valve 22 is provided downstream of the air flow meter 20. A throttle sensor 24 that detects the throttle opening degree TA and an idle switch 26 that is turned on when the throttle valve 22 is fully closed are disposed in the vicinity of the throttle valve 22.
[0020]
A surge tank 28 is provided downstream of the throttle valve 22. Further, a fuel injection valve 32 for injecting fuel into the intake port 30 of the internal combustion engine 10 is disposed further downstream of the surge tank.
[0021]
The internal combustion engine 10 includes a variable valve timing (VVT) mechanism 36 that drives an intake valve 34 and a VVT mechanism 40 that drives an exhaust valve 38. The internal combustion engine 10 further includes a water temperature sensor 42 that detects the coolant temperature THW and a rotation speed sensor 44 that detects the engine rotation speed NE.
[0022]
The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. A fuel injection valve 32 and VVT mechanisms 36 and 40 are connected to the ECU 50 together with the various sensors described above. The ECU 50 can drive the fuel injection valve 32 to inject a desired fuel, detect the states of the VVT mechanisms 36 and 40, and drive them appropriately.
[0023]
[Necessity of fuel injection amount correction]
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the intake port 30. Hereinafter, as shown in FIG. 2, the amount of fuel injected from the fuel injection valve 32 is referred to as “fuel attachment amount fi”, and the amount of fuel attached to the wall surface of the intake port 30 or the surface of the intake valve 34 is referred to as “fuel attachment amount”. “fw”, and the amount of fuel sucked into the cylinder is referred to as “fuel intake amount fc”.
[0024]
The fuel adhesion amount fi can be classified into the following (1) and (2).
(1): A portion that adheres to the port or valve and becomes a part of the fuel adhesion amount fw.
(2): A portion that is directly sucked into the cylinder and becomes a part of the fuel intake amount fc.
Further, the fuel adhesion amount fw can be classified into (3) and (4) below.
(3) A portion where the fuel adhesion amount fw still remains after one cycle.
{Circle around (4)} A portion that is detached in the course of one cycle and becomes a part of the fuel intake amount fc.
[0025]
According to the above classification, the fuel intake amount fc per cycle can be expressed as (2) + (4). In the steady state, (1) = (4) is established, and the fuel intake amount fc = (2) + (4) is equal to (1) + (2), that is, the fuel adhesion amount fi and the equal amount. Become. Therefore, in the steady state, if the fuel injection valve 32 is controlled so that the fuel adhesion amount fi matches the target fuel intake amount fc without considering the influence of the fuel adhesion amount fw, the desired air-fuel ratio A / F Can be realized.
[0026]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the intake air amount V and the fuel adhesion amount fw. As shown in FIG. 3, the fuel attachment amount fw changes with the change in the intake air amount V. Therefore, when the operating state of the internal combustion engine 10 changes from A to B, and a change in V (B−A) occurs in the intake air amount V accordingly, a constant air-fuel ratio A / F is maintained before and after that. In order to achieve this, the fuel injection amount fi is changed by an amount commensurate with the change amount V (B−A) of the intake air amount V, and the fuel adhesion amount fw is increased from fw (A) to fw (B). Therefore, it is necessary to correct the fuel injection amount fi to compensate for the increase.
[0027]
[Explanation of basic control concept]
The apparatus according to the present embodiment corrects the fuel injection amount to cancel the change in the fuel adhesion amount fw during the transient operation of the internal combustion engine 10. Hereinafter, a basic concept for realizing the correction will be described with reference to FIG.
[0028]
FIG. 4 is a simulation result showing a breakdown of the fuel injected immediately after starting the internal combustion engine in relation to the crank angle CA. In this figure, the vertical axis represents the ratio (mass ratio) of the mass of each breakdown remaining in the intake port 30 to the fuel injection amount fi. The waveform indicated by reference numeral (1) indicates the mass ratio of the total amount of fuel (Total) remaining in the intake port.
[0029]
All of the injected fuel remains inside the intake port 30 until the intake valve 34 is opened. Therefore, Total (1) is maintained at 1.0 until the intake valve is opened. In FIG. 4, it is a simulation error that Total 1 is slightly smaller than 1.0 before the valve is opened. Total (1) decreases when the intake valve 34 is opened and fuel is sucked into the cylinder. Then, when the intake valve 34 is closed and the intake of fuel is completed, the intake valve 34 is thereafter maintained at a constant value.
[0030]
The waveform indicated by reference numeral (2) is the mass ratio of the fuel (Drop) present in the form of droplets. Drop (2) increases rapidly immediately after fuel injection, and then decreases rapidly due to vaporization of droplets and adhering fuel.
[0031]
The waveform indicated by reference numeral (3) is the mass ratio of the fuel (Film) adhering to the inner wall of the intake port 30 or the surface of the intake valve 34 in a film form. The film {circle around (3)} increases rapidly as the drop {circle around (2)} decreases, and the intake valve 34 is opened, and starts to decrease by generating an intake air flow. The film {circle around (3)} maintains a decreasing tendency as the adhering fuel evaporates even after the intake valve 34 is closed.
[0032]
The waveform indicated by reference numeral (4) is the mass ratio of vaporized fuel (Vapor). Vapor (4) continues to increase gradually until the intake valve 34 is opened after fuel is injected, and shows a rapid decrease after the intake valve 34 is opened. Then, immediately before the intake valve 34 is closed, the fuel tends to increase again as the attached fuel vaporizes.
[0033]
As shown in FIG. 4, when the intake valve 34 is closed, fuel in the form of a liquid film (attached fuel) and fuel in the form of vaporized fuel (Vapor) are contained in the intake port 30. Existing. In the present specification, the above-mentioned “fuel adhesion amount fw” strictly means the sum of the fuel amounts existing in these two forms, that is, the total {circle over (1)} when the intake valve 34 is closed. Suppose you are pointing.
[0034]
More specifically, the film {circle around (3)} present in the form of a liquid film in the intake port 30 includes the amount of port wet attached to the inner wall of the intake port 30 and the valve wet attached to the surface of the intake valve 34. Consists of quantity and. In FIG. 4, the waveform indicated by symbol (5) is the port wet amount (PWET) waveform, and the waveform indicated by symbol (6) is the valve wet amount (VWET). It is a waveform.
[0035]
The result of the simulation shown in FIG. 4 is a result when the fuel is injected with the fuel adhesion amount fw being zero. Therefore, in this result, the value of Total (1) at the time when the intake valve 34 is closed is the ratio of the fuel amount remaining inside the intake port 30 out of the fuel injection amount fi, that is, “attachment”. This is the ratio of the amount of fuel that constitutes the fuel amount fw. Hereinafter, this ratio is referred to as “attachment rate R” of the injected fuel.
[0036]
When the crank angle further rotates beyond 540 ° CA shown in FIG. 4, the next intake process is started. At the start of this intake stroke, the fuel attachment amount fw corresponding to Total (1) determined when the intake valve 34 is closed already exists in the intake port 30. In this case, a part of the fuel adhesion amount fw is sucked into the cylinder by the intake stroke. Then, the fuel that has not been sucked in is carried over to the next cycle as part of the fuel adhesion amount fw. Hereinafter, the ratio of the fuel adhesion amount fw carried over to the next cycle in this way is referred to as “residual rate P” of the adhered fuel.
[0037]
By using the “deposition rate R” and “residual rate P” described above, the fuel adhesion amount fw present at the end of the intake process of each cycle is equal to the fuel adhesion amount fwO generated in the previous cycle and the current cycle. Can be expressed as follows using the fuel injection amount fi.
fw = R ・ fi + P ・ fwO (1)
[0038]
In addition, if the above-mentioned “adhesion rate R” and “residual rate P” and the fuel adhesion amount fwO generated in the previous cycle are known, the fuel injection amount fi generated in the current cycle is actually in the cylinder. The fuel suction strength fc to be sucked can be calculated (predicted) as follows.
fc = (1-R) / fi + (1-P) / fwO (2)
[0039]
Therefore, in each cycle, if the fuel injection amount fi is corrected so that the above fc becomes the target value before fuel injection, the influence of the fuel adhesion amount fw is eliminated, and the desired air-fuel ratio A / F is always obtained. It is possible to obtain
[0040]
[Calculation of residual rate P and adhesion rate R by model]
As described above, in the apparatus of this embodiment, if the adhesion rate R of the injected fuel and the residual rate P of the adhered fuel are known, the fuel adhesion amount fw generated in each cycle can be accurately calculated. Further, it is possible to realize highly accurate fuel injection amount control by eliminating the influence of the fuel adhesion amount fw.
[0041]
The adhesion rate R of the injected fuel and the residual rate P of the adhering fuel can be specified by, for example, preparing a conformity map determined in advance in relation to the operating state of the internal combustion engine 10 and referring to the map. It is. More specifically, the operating state and the adhesion rate of the internal combustion engine 10 using the engine load KL, the engine speed NE, the opening timing (valve timing VT) of the intake valve 34, or the wall surface temperature Tw of the intake port 30 as parameters. The relationship between R and residual rate P is experimentally determined by calibration, and the results are mapped, and in each cycle, the values corresponding to KL, NE, VT, and Tw are read from the map. P and R may be obtained.
[0042]
However, with such a method, a great deal of man-hours is required at the stage of creating the map. If an attempt is made to increase the accuracy of the residual rate P and the adhesion rate R, the matching order increases, and the matching man-hour required for creating the map further increases. Because of these restrictions, when using a method that identifies the residual rate P and adhesion rate R with reference to a map created by adaptation, for example, the fuel adhesion amount fw is significantly smaller than normal fuel. Immediately after returning from the cut or in a scene where the operating conditions of the internal combustion engine 10 change transiently, the control accuracy of the air-fuel ratio is likely to deteriorate.
[0043]
Therefore, in this embodiment, mathematical models relating to the residual rate P and the adhesion rate R are prepared, and P and R are calculated in accordance with this model in each cycle. The main factors that influence the fuel behavior inside the intake port 30 include fuel evaporation, wall flow, and droplet wall behavior (attachment and reflection). Here, assuming that the influence of the wall flow is small, the residual ratio P and the adhesion ratio R are calculated in consideration of the effects of fuel evaporation and droplet reflection.
[0044]
[Flow of fuel injection control]
FIG. 5 is a flowchart for explaining the flow of processing executed by the ECU 50 in order to calculate the residual rate P and the adhesion rate R and further correct the fuel injection amount fi appropriately using these values P and R. It is.
[0045]
As shown in FIG. 5, the ECU 50 first measures various parameters representing the current state of the internal combustion engine 10 (step 100).
Specifically, intake air amount GA, throttle opening degree TA, cooling water temperature THW, engine speed NE, valve timing VT, and the like are measured. In the present specification, the valve timing VT is a physical quantity indicating the opening timing of the intake valve 34, and means an advance amount from the most retarded timing (reference timing).
[0046]
Next, a physical quantity representing the internal state of the intake port 30, that is, an in-port state quantity is estimated (step 102).
In step 102, specifically, the in-port gas pressure Pg, the in-port gas temperature Tg, the in-port gas flow rate Ug, and the wall surface temperature Tw of the intake port 30 are estimated as in-port state quantities. Here, the in-port gas pressure Pg, the in-port gas temperature Tg, and the in-port gas flow rate Ug are the pressure, temperature, and flow rate of the air flowing inside the intake port 30, respectively.
[0047]
The in-port gas pressure Pg can be approximated by, for example, the intake pipe pressure Pm. In the system of the present embodiment, the intake pipe pressure Pm can be estimated by a known method as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-130041.
[0048]
The in-port gas pressure Pg may be obtained as the sum of the intake pipe pressure Pm and the correction amount ΔP. The correction amount ΔP is a value for filling a deviation generated between the intake pipe pressure Pm and the in-port gas pressure Pg, and can be specified, for example, in relation to the engine speed NE. Therefore, the correction amount ΔP may be read in advance by creating a map in advance in relation to NE.
[0049]
The in-port gas temperature Tg can be estimated based on, for example, the engine speed NE, the engine load KL, and the valve timing VT. More specifically, the relationship between Tg and NE, KL, and VT is mapped in advance, and Tg can be estimated by referring to the map in each cycle.
[0050]
The in-port gas flow rate Ug can be estimated by the following equation, for example.
Ug = (Volvalve / Avalve) x (Aport / Avalve) (3)
However, Volvalve = (Valve flow rate) / ρg
The “valve passing flow rate” is a flow rate of air passing through the throttle valve 22, and the value can be obtained by a known method as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-130039. “Ρg” is the gas density (air density) in the intake port 30 and is ρg = Pg / (Rconst・ Tg). Where RconstIs the gas constant. In this specification, since the symbol R will be used later as the “adhesion rate R”, the gas constant is R in order to distinguish between the two.constWill be described.
[0051]
The wall surface temperature Tw is substantially the same as the temperature of the cylinder block of the internal combustion engine 10, that is, the coolant temperature THW. Therefore, the wall surface temperature Tw can be estimated based on the output of the temperature sensor 42.
[0052]
After the estimation of the in-port state quantity is finished, the ECU 50 thereafter calculates the adhesion rate R of the injected fuel and the residual rate P of the adhering fuel based on the estimated values (steps 104 to 108).
Here, first, the procedure for calculating the adhesion rate R will be described with reference to FIG. 6, and then the procedure for calculating the residual rate P will be described with reference to FIG.
[0053]
FIG. 6 is a diagram for explaining a process in which the injected fuel adheres to the wall surface and becomes the attached fuel. More specifically, FIG. 6 (A) shows a state in which the fuel injected from the fuel injection valve 32 is flying in the form of droplets. FIG. 6B shows a state in which the droplet reaches the wall surface, a part of the droplet adheres to the wall surface, and the remaining part leaves the wall surface by reflection. FIG. 6C shows a state where a part of the fuel attached to the wall surface is vaporized by heat transfer from the wall surface.
[0054]
As shown in FIG. 6A, the amount of droplets injected from the fuel injection valve 32 decreases due to evaporation in the process of traveling toward the wall surface. Hereinafter, the evaporation generated in this process is referred to as “flight evaporation”. Further, as shown in FIG. 6B, some of the droplets that have reached the wall surface are atomized and scattered by collision (reflection). The splashed droplets are then evaporated, or a part thereof directly flows into the cylinder and is lost from the wall surface. The phenomenon in which droplets are lost due to this collision (reflection) is called “reflection evaporation”.
[0055]
As described above, the amount of droplets injected from the fuel injection valve 32 is “flight evaporation” and “reflection evaporation” before being attached to the wall surfaces (the inner wall of the intake port 30 and the surface of the intake valve 34). Is lost. The amount of liquid droplets lost in this way is no longer an attached fuel. Hereinafter, the amount of droplets evaporated before adhering to the wall surface as described above is referred to as “evaporation amount F2 during flight”.
[0056]
As shown in FIG. 6C, the fuel adhering to the wall surface evaporates due to heat transfer from the wall surface until the intake step in each cycle is completed. For this reason, the amount of adhering fuel is reduced by evaporation even after droplets adhere to the wall surface. Hereinafter, the amount of decrease generated in this process is referred to as “post-adhesion evaporation amount G2”.
[0057]
The adhesion rate R is a ratio between the fuel injection amount fi and the fuel amount finally remaining on the wall surface. If the influence of wall flow (decrease in adhering fuel due to shearing, dripping, etc.) can be ignored, the amount of fuel left on the wall will be subtracted from the fuel injection amount fi by the amount of fuel lost due to evaporation. Value.
[0058]
The total amount of fuel lost by evaporation is the sum of the in-flight evaporation amount F2 and the post-adhesion evaporation amount G2. Here, the mechanisms for generating the in-flight evaporation amount F2 and the post-attachment evaporation amount G2 are completely different as described above. Therefore, in order to accurately calculate the total amount of fuel lost due to evaporation, different models are set for each of the in-flight evaporation amount F2 and the post-adhesion evaporation amount G2, and they are estimated as independent. It is desirable.
[0059]
The ECU 50 is a mathematical model F2 (Pg, Tg, Tw) for estimating the in-flight evaporation amount F2 and a mathematical formula for estimating the post-adhesion evaporation amount G2 as models for calculating the adhesion rate R of the injected fuel. Model G2 (Pg, Tg, Ug, Tw). Then, in step 104 shown in FIG. 5, F2 and G2 are calculated according to these models, respectively, and furthermore, as shown in the following equation, by adding these F2 and G2, the fuel lost by evaporation is calculated. A total amount Vfi (hereinafter referred to as “total evaporation amount Vfi”) is calculated.
Vfi = F2 (Pg, Tg, Tw) + G2 (Pg, Tg, Ug, Tw) (4)
[0060]
The in-flight evaporation amount F2 is significantly affected by the port gas pressure Pg, the port gas temperature Tg, and the wall surface temperature Tw, but is not significantly affected by the port gas flow velocity Ug. For this reason, the mathematical model of the in-flight evaporation amount F2 is configured with only Pg, Tg, and Tw as parameters. On the other hand, the post-attachment evaporation amount G2 is significantly affected by all of the above four in-port state quantities. For this reason, the mathematical model of the post-attachment evaporation amount G2 is configured with all of Pg, Tg, Ug, and Tw as parameters.
[0061]
After calculating the total evaporation amount Vfi as described above, the ECU 50 next calculates the adhesion rate R of the injected fuel in step 108 according to the following equation.
R = (fi−Vfi) / fi (5)
As described above, the ECU 50 is based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw and in accordance with the two mathematical models F2 (Pg, Tg, Tw) and G2 (Pg, Tg, Ug, Tw). Thus, the total evaporation amount Vfi can be calculated with high accuracy, and the adhesion rate R can be calculated with high accuracy based on the total evaporation amount Vfi and the fuel injection amount fi.
[0062]
FIG. 7 is a diagram for explaining a process in which fuel remaining in the intake port 30 as attached fuel at the end of the intake process evaporates by the end of the intake process of the next cycle. More specifically, FIG. 7A shows a state in which the adhered fuel evaporates after the intake process is completed until the intake process of the next cycle is started, that is, while the intake valve 34 is closed. Show. FIG. 7B shows how the attached fuel evaporates in the next cycle while the intake valve 34 is open, that is, while air flows in the intake port 30. FIG. 7C shows the ratio between the amount of attached fuel lost due to evaporation and the amount of attached fuel remaining attached to the wall surface.
[0063]
After that, the fuel adhering to the wall surface at the end of the intake process is evaporated by receiving heat from the wall surface until the intake process of the next cycle is completed. The fuel that has not been lost due to evaporation remains as an adhering fuel until the next cycle. The residual rate P includes the amount of adhesion at the end of the intake process (corresponding to “attachment” shown in FIG. 7C) and the amount of residual at the end of the intake process of the next cycle (“residue” shown in FIG. 7C). Equivalent). The residual amount can be obtained by subtracting the amount of fuel lost by evaporation (corresponding to “evaporation” shown in FIG. 7C) from the adhesion amount.
[0064]
As shown in FIG. 7 (A), after the intake process is finished, the intake process of the next cycle is started, that is, while the intake valve 34 is closed, Little gas flow occurs. Hereinafter, the gas flow in the intake port 30 under this condition is referred to as “laminar flow”. On the other hand, while the intake valve 34 is open, a gas flow is generated inside the intake port 30 as shown in FIG. Hereinafter, the gas flow in the intake port 30 under this condition is referred to as “turbulent flow”.
[0065]
The adhering fuel exhibits different evaporation characteristics when there is a gas flow in the intake port 30 and when there is no such flow. Therefore, in order to accurately determine the evaporation amount of the adhered fuel that occurs in the process of one cycle, the evaporation amount that occurs in a laminar flow environment (hereinafter referred to as “evaporation amount F3 during valve closing”) and the turbulent flow environment. It is desirable to estimate the resulting evaporated fuel (hereinafter referred to as “amount of evaporation during valve opening G3”) using different models.
[0066]
Therefore, in the present embodiment, as a model for calculating the residual rate P of the adhered fuel, a mathematical model F3 (Pg, Tg, Tw) for estimating the evaporation amount F3 during valve closing, and the evaporation amount G3 during valve opening. A mathematical model G3 (Pg, Tg, Ug, Tw) is prepared for estimating the F, and the ECU 50 calculates F3 and G3 according to different models. Specifically, in step 106 shown in FIG. 5, F3 and G3 are calculated in accordance with these two models, respectively, and further, as shown in the following equation, the F3 and G3 are added, thereby adhering fuel. The evaporation amount Vfw is calculated.
Vfw = F3 (Pg, Tg, Tw) + G3 (Pg, Tg, Ug, Tw) (6)
[0067]
Note that the evaporation amount F3 during valve closing is not significantly affected by the gas flow velocity Ug in the port, and therefore the mathematical model is configured with only Pg, Tg, and Tw as parameters. On the other hand, since the evaporation amount G3 during valve opening is significantly influenced by all the four in-port state quantities, the mathematical model is configured with all of Pg, Tg, Ug and Tw as parameters.
[0068]
After calculating the evaporation amount Vfw of the attached fuel as described above, the ECU 50 next calculates a residual rate P of the attached fuel in step 108 according to the following equation.
P = (fw−Vfw) / fw (7)
However, fw used in this equation is a value calculated by the previous processing cycle, that is, fwO in the above equation (2).
[0069]
As described above, the ECU 50 is based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw, and in accordance with the two mathematical models F3 (Pg, Tg, Tw) and G3 (Pg, Tg, Ug, Tw). Thus, the evaporation amount Vfw can be calculated with high accuracy, and the residual rate P can be calculated with high accuracy based on the evaporation amount Vfw and the fuel adhesion amount fw.
[0070]
As shown in FIG. 5, after completing the calculation of the adhesion rate R and the residual rate P, the ECU 50 next calculates the fuel amount required as the fuel intake amount fc, that is, the target value of the fuel intake amount fc. (Step 110).
[0071]
Next, the relationship of the above equation (2), that is, fc = (1−R) · fi + (1−P) · fwO is established (however, fwO is the fuel adhesion calculated in the previous processing cycle) Amount fw) and fuel injection amount fi are calculated (step 112).
[0072]
Finally, the fuel adhesion amount fw is calculated according to the above equation (1), that is, according to the relational expression fw = R · fi + P · fwO, using the adhesion rate R and the residual rate P calculated in this processing cycle. (Step 114).
[0073]
As described above, in the present embodiment, the ECU 50 uses the two mathematical models F2 (Pg, Tg, Tw) and G2 (Pg, Tg, Ug, Tw) to calculate the adhesion rate R of the injected fuel, and 2 Using the two mathematical models F3 (Pg, Tg, Tw) and G3 (Pg, Tg, Ug, Tw), the residual rate P of the adhered fuel can be accurately calculated based on the in-port state quantity. These mathematical models are created so as to accurately represent the evaporation state of the injected fuel or the adhered fuel (details will be described later). Therefore, according to the system of the present embodiment, the adhesion rate R and the residual rate P are calculated with extremely high accuracy without performing complicated adaptation work for each internal combustion engine 10, and based on the calculated values P and R, The fuel injection amount can always be controlled with high accuracy.
[0074]
[Specific calculation method of residual rate P]
Next, specific contents of the mathematical model used by the ECU 50 to calculate the residual rate P will be described.
The above formulas (6) and (7) described as the calculation formula for calculating the residual rate P can be modified as follows.
P = (fw-Vfw) / fw
= 1-Vfw / fw
= 1- [F3 (Pg, Tg, Tw) / fw]-[G3 (Pg, Tg, Ug, Tw) / fw] (8)
The following formula (9) is a formula that specifically represents the formula (8).
[0075]
[Expression 1]
Figure 0003944444
[0076]
In the above equation (9), the second term on the right side is a mathematical model representing the evaporation rate of fuel under laminar flow conditions, that is, while the intake valve 34 is closed. The individual symbols included in this term are the following physical quantities.
ρl: Liquid fuel density (default)
h: Film thickness of attached fuel
Calculated as h = fw / ρl / s. Where ρl is the fuel density and s is the wetted area (default).
Sc1: Laminar flow fitness coefficient (default)
D: Diameter of intake port
μg: Viscosity of gas (air) in intake port 30 (default)
B1: Mass transport coefficient in laminar flow (details are described later)
Δtlam: Laminar flow period, that is, the valve closing period of the intake valve 34
[0077]
In the above equation (9), the third term on the right side is a mathematical model that represents the evaporation rate under the turbulent flow condition, that is, when the intake valve 34 is open. The individual symbols included only in this term are the following physical quantities.
Sc1: Conformance factor for turbulent flow (default)
B2: Mass transport coefficient in turbulent flow (details will be described later)
ρg: air density (ρg = Pg / R as described aboveconst・ Tg)
Δtturb: Turbulent flow period, that is, valve opening period (working angle) of the intake valve 34
However, Δtlam+ Δtturb= 720 (deg)
[0078]
The laminar mass transport coefficient B mentioned above1And turbulent mass transport coefficient B2Are parameters representing the easiness of evaporation of the attached fuel during laminar flow or turbulent flow, respectively. Their value B1, B2Can be expressed as in the following formula (10).
[0079]
[Expression 2]
Figure 0003944444
[0080]
In the above formula (10), i is an identification number assigned to each component contained in the fuel. That is, ΣYsi or ΣYgi is an integrated value of Ysi and Ygi for a plurality of components included in the fuel, respectively. Where the value B1Ygi included in the equation is the vapor concentration of each fuel component in the intake port 10 (default value for each component). In the laminar flow state, Ygi is a value that cannot be ignored (for example, about 10%).1This term includes that term. On the other hand, during turbulent flow, the concentration of individual components in the intake port 30 is almost zero, so the turbulent mass transport coefficient B2That term is omitted from the equation. In the above equation (10), Ysi is the saturated vapor concentration of each component. This saturated vapor concentration Ysi can be calculated by the following equation (11).
[0081]
[Equation 3]
Figure 0003944444
[0082]
Each symbol included in the above expression (11) is a physical quantity as follows.
wi: molar mass of each component in the fuel (default),
wair: molar mass of air (default)
Pvsi: Saturated vapor pressure of individual components according to Anton's formula
The saturated vapor concentration Pvsi can be obtained by the following equation (12).
[0083]
[Expression 4]
Figure 0003944444
[0084]
However, in the above formula (12), a1i, A2iAnd a3iIs a predetermined Anton coefficient for each fuel component. YfiIs the mass proportion of the individual components of the injected fuel component. Further, in the above equation (12), Tf is a temperature represented by the following equation (13).
Tf = ε · Tw + (1−ε) Tg (13)
Here, ε is a value satisfying 0 <ε <1. Usually, since air has a higher influence, a value of about 0.7 is substituted for ε.
[0085]
The parameters (excluding time) included in the second term on the right side of equation (9) above are the film thickness h of the adhered fuel and the mass transport coefficient B during laminar flow.1It is a fixed value except for. The film thickness h is determined based on the amount fw of the adhered fuel, and the laminar mass transport coefficient B1Is a value determined by the in-port state quantities Pg, Tg, and Tw. Therefore, according to the above equation (9), the fuel evaporation rate (second term on the right side) under the laminar flow condition can be calculated based on the in-port state quantities Pg, Tg, and Tw.
[0086]
The parameters (excluding time) included in the third term on the right side of equation (9) above are the film thickness h of the adhered fuel, the air density ρg, the gas flow velocity Ug in the port, and the turbulent mass transport coefficient B2It is a fixed value except for. The film thickness h is determined on the basis of the adhered fuel amount fw, the air density ρg is determined by Pg and Tg, and the turbulent mass transport coefficient B2Is a value determined by Pg, Tg and Tw. Further, in the present embodiment, the attached fuel amount fw is also a value that is basically calculated based on the in-port state amounts Pg, Tg, Ug, and Tw. Therefore, according to the equation (9), the fuel evaporation rate (third term on the right side) under the turbulent flow condition can be calculated based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug, and Tw.
[0087]
[Specific calculation method of adhesion rate R]
Next, specific contents of the mathematical model used by the ECU 50 to calculate the adhesion rate R will be described.
The calculation method of the deposition rate R using the above formulas (4) and (5) is to obtain the in-flight evaporation amount F2 and the post-adhesion evaporation amount G2 separately, and calculate the sum (total evaporation amount Vfi) of the fuel injection amount By subtracting from fi, the amount of fuel (fi-Vfi) that finally adheres to the wall surface is determined. Then, by dividing the fuel amount (fi−Vfi) thus determined by fi, the ratio of the fuel that finally becomes attached to the wall surface is determined.
[0088]
By the way, the ratio (R) of the fuel that finally adheres to the wall surface is obtained by the above method, the ratio R1 of the fuel that reaches the wall surface without evaporating in the course of flight, and is lost by reflection after reaching the wall surface. The ratio α of the fuel adhering to the wall surface without being removed and the ratio R2 of the fuel maintaining the adhering state without being detached by evaporation after adhering to the wall surface are calculated, respectively, as shown in the following equation (14): It can also be obtained by multiplying.
R = R1 ・ α ・ R2 (14)
[0089]
Therefore, the ECU 50 specifically calculates the adhesion rate R of the injected fuel by the method of the above equation (14). Here, R1, R2, and α included in the above equation (14) can be obtained by the following equations (15) to (17), respectively.
[0090]
[Equation 5]
Figure 0003944444
[0091]
However, the individual symbols included in the above equations (15) to (17) are the following physical quantities. In addition, Sc1, Sc2, ρl, μg, ρg, B1, B2, And ΔtturbSince is the same as described above, the description thereof is omitted here.
di: Droplet representative particle size (default)
V: Droplet flight speed (default)
Δtdrop: Droplet flight time (default) = (distance from fuel injection valve to intake valve) / V
We: Weber number
Re: Reynolds number
σ: Surface tension of fuel
θI: Angle between injection direction and collision wall
[0092]
Note that α shown in the equation (17) is actually a value determined by the performance of the fuel injection valve 32 and the shape of the intake port 30. Therefore, in each internal combustion engine 10, when calculating the adhesion rate R according to the above equation (14), α can be treated as a fixed value.
[0093]
In the above equation (15), the second term on the right side is the ratio of fuel lost due to flight evaporation. The parameters (excluding time) included in the second term on the right side are the air density ρg and the laminar mass transport coefficient B.1It is a fixed value except for. The air density ρg is a value specified by the in-port gas pressure Pg and the in-port gas temperature Tg as described above. Also, laminar mass transport coefficient B1Is a value specified by Pg, Tg, and wall surface temperature Tw (see the above formulas (10) to (12)). Therefore, according to the system of this embodiment, the proportion of fuel lost due to flight evaporation can be calculated based on the in-port state quantities Pg, Tg, and Tw.
[0094]
In the above equation (16), the second term on the right side is the ratio of fuel lost due to evaporation after adhesion. The parameters (excluding time) included in the second term on the right-hand side are the air density ρg, the gas flow depth Ug in the port, and the turbulent mass transport coefficient B2It is a fixed value except for. Ρg is a value specified by Pg and Tg as described above. Also, turbulent mass transport coefficient B2Is a value specified by Pg, Tg and Tw (see the above formulas (10) to (12)). Therefore, according to the system of the present embodiment, the proportion of fuel lost due to evaporation after adhesion can be calculated based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw.
[0095]
As described above, the ECU 50 uses the mathematical model representing the evaporation behavior of the injected fuel (the above formulas (14) to (17)) based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw. The adhesion rate R can be accurately estimated. Further, the ECU 50 uses a mathematical model representing the evaporation behavior of the attached fuel (the above equations (9) to (13)), and based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw, the attached fuel residual rate P Can be estimated with high accuracy.
[0096]
For this reason, according to the configuration of the present embodiment, an apparatus for accurately controlling the fuel injection amount under all operating conditions including during transient operation without performing complicated adaptation work for each model of the internal combustion engine 10 is realized. can do. According to such a fuel injection control device, the air-fuel ratio can always be controlled to the desired air-fuel ratio with high accuracy. Therefore, the apparatus of the present embodiment is useful for realizing good exhaust emission characteristics.
[0097]
Further, in the present embodiment, it is assumed that the above-described fuel injection amount control is executed after the internal combustion engine 10 is warmed up. That is, the above mathematical model is used for the fuel injection control after the internal combustion engine 10 is warmed up. Although it is supposed to use, the scene of the use is not limited to this. That is, in the apparatus according to the present embodiment, the adhesion rate R and the residual rate P are calculated using a mathematical model as a parameter of the in-port state quantity including the in-port gas temperature Tg and the wall surface temperature Tw. According to such a mathematical model, the actual state can be effectively simulated even when the temperature of the internal combustion engine 10 is low, such as during cold start.
[0098]
Further, in a hybrid (HV) vehicle, the internal combustion engine may be stopped after several seconds after fuel injection to the internal combustion engine is stopped. According to the above mathematical model, an actual state can be accurately simulated even for such a few seconds. Therefore, the mathematical model used by the apparatus according to the present embodiment can also be used in the case where the adhesion rate R and the residual rate P are calculated during cold operation or when the engine of the HV vehicle is stopped.
[0099]
On the other hand, when the adhesion rate R and the residual rate P are determined by conformity in relation to state quantities (the load KL, the rotational speed NE, etc.) representing the operation state of the internal combustion engine, the operation of the internal combustion engine 10 is performed. In a region where the state is out of the condition at the time of adaptation, the adhesion rate R and the residual rate P cannot be determined with high accuracy. Specifically, map values that are suitable for conditions after warm-up cannot be used during cold operation or when the HV vehicle is stopped. In this respect, the apparatus of the present embodiment has an advantage that it can be expanded to a wider area than an apparatus that determines P and R by adaptation.
[0100]
In the first embodiment described above, the adhesion rate R and the residual rate P are calculated according to a mathematical model using the in-port state quantity as a parameter. The calculation is performed by a method using a mathematical model. It is not limited. That is, the adhesion rate R and the residual rate P may be specified with reference to a map set in advance in relation to the in-port state quantity.
[0101]
  In the first embodiment described above, the residual rate P of the adhered fuel and the adhesion rate R of the injected fuel are the first value.Thru thirdThe ECU 50 corresponds to the “fuel control parameter” in the invention of FIG.Thru thirdThe "in-port state quantity acquisition means" in the invention of the first aspect stores the above formulas (9) to (17), whereby the firstThru thirdThe "model storage means" in the invention of the first calculates the first and second by calculating P and R using those equations, or by executing the processing of steps 104 to 108 described above.Thru thirdThe "fuel control parameter calculation means" in the invention of the first performs the first step by executing the process of step 114 above.Thru thirdThe “adhered fuel amount calculating means” in the invention of the first embodiment executes the processing of the step 110, whereby the firstThru thirdEach of the “injection amount correction means” in the present invention is realized.
[0102]
  In the first embodiment described above, the above equations (14) to (17) areSecondIn the "injected fuel evaporation behavior model" in the invention of the present invention, the above equations (9) to (13) areIn the first invention,In the `` attached fuel evaporation behavior model '', the adhesion rate R of the injected fuel is1st and 2ndIn the "first fuel control parameter" of the invention, the residual rate P of the adhered fuel is1st and 2ndThis corresponds to the “second fuel control parameter” in the present invention. Further, the ECU 50 calculates the adhesion rate R in accordance with the above equation (14) or in the step 108, whereby1st and 2ndThe “first calculating means” in the present invention calculates the residual rate P in accordance with the above equation (9) or in the above step 108.1st and 2ndEach of the “second calculation means” in the present invention is realized.
[0103]
  In the first embodiment described above,,The above equation (16) isFirst"Evaporation Behavior Model after Adhesion" in Japanese InventionPhaseIt is hit.
[0104]
  In the first embodiment described above, the expression (15) isFirstIn the "flying evaporation model" in the invention of the above, the above equation (17) isFirstThis corresponds to the “reflection evaporation model” in the invention.
[0105]
  In the first embodiment described above, the second term and the third term on the right side in the formula (9) areSecondThis corresponds to the “evaporation behavior model during valve closing” and the “evaporation behavior model during valve opening”, respectively.
[0106]
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The apparatus of the present embodiment can be realized by causing the ECU 50 to execute processing according to the flowchart shown in FIG. 8 instead of the flowchart shown in FIG. 5 in the apparatus of the first embodiment.
[0107]
The apparatus according to the first embodiment described above calculates the evaporation amount G2 after adhesion of the injected fuel (when calculating R2 in the above equation (16)), and calculates the evaporation amount G3 when the attached fuel is opened. In this case, it is assumed that the in-port state quantity is always substantially constant when the intake valve 34 is opened. However, when the intake valve 34 is opened at a timing with valve overlap, burned gas blows back inside the intake port 30 only immediately after the valve opening. In this case, the in-port state quantity, in particular, the in-port gas pressure Pg, the in-port gas temperature Tg, and the in-port gas flow rate Ug are greatly different values during the occurrence of blowback and after the disappearance. Therefore, in order to calculate the adhesion rate R and the residual rate P with high accuracy under the situation where such blowback occurs, it is possible to change the in-port state quantity to be substituted into the mathematical model according to the presence or absence of blowback. desirable.
[0108]
[Processing Flow in Embodiment 2]
FIG. 8 shows a process executed by the ECU 50 in order to calculate the residual rate P and the adhesion rate R while responding to the above requirements, and to appropriately correct the fuel injection amount fi using these values P and R. It is a flowchart for demonstrating the flow of this. In FIG. 8, steps that are the same as the steps shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted or simplified.
[0109]
The flowchart shown in FIG. 8 is the same as the flowchart shown in FIG. 5 except that steps 120 to 130 are inserted after step 102. That is, according to the flowchart shown in FIG. 8, as in the case of the flowchart shown in FIG. 5, first, various parameters are measured in step 100, and then in step 102, the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw are measured. Is estimated.
[0110]
Of these in-port state quantities, the wall surface temperature Tw is a state quantity that is not affected by the presence or absence of blowback. On the other hand, Pg, Tg, and Ug are state quantities that vary greatly depending on the presence or absence of blowback as described above. In step 102, it is assumed that Pg, Tg, and Ug are estimated when no blowback occurs.
[0111]
When the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw are estimated, the valve opening timing VT of the intake valve 34 is then set to a predetermined value VT.0It is determined whether or not it is smaller (step 120).
VT is the advance amount from the most retarded timing as described above. Therefore, the larger the value VT, the more the valve overlap occurs and the more likely the blow-back occurs. Predetermined value VT0Is a value set as a valve-opening timing for discriminating whether or not a blowback that causes a significant change in the in-port state quantity occurs. Therefore, VT <VT0When is established, it can be determined that there is a low possibility that blowback will occur to the extent that the in-port state quantity is switched. On the other hand, if the condition is not satisfied, it can be determined that the possibility of occurrence of the above blowback is high.
[0112]
In the flowchart shown in FIG. 8, in step 120, VT <VT0If it is determined that is established, the intake pipe pressure Pm is then set to the predetermined value Pm.0It is determined whether or not it is higher (step 122).
The magnitude of the burned gas blow-back is affected by the presence or absence of valve overlap or the length of the valve, as well as the level of the intake pipe pressure Pm. That is, the blowback tends to increase as the intake pipe pressure Pm is lower, while it is less likely to occur as Pm is higher. Predetermined value Pm0VT <VT0This is a value for determining whether or not there is a possibility of blowback in an environment in which Therefore, Pm> Pm0When is established, it can be determined that there is a low possibility that blowback will occur to the extent that the in-port state quantity is switched. On the other hand, if the condition is not satisfied, it can be determined that the possibility of occurrence of the above blowback is high.
[0113]
In the flowchart shown in FIG. 8, in step 122, Pm> Pm0When it is determined that the above is established, the processes after steps 104 and 106 are executed in the same manner as in the case shown in FIG. In this case, under the condition where no blow-back occurs, the adhesion rate R and the residual rate P are accurately calculated based on the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw, as in the case of the first embodiment. Based on the calculated values R and P, highly accurate fuel injection control is realized.
[0114]
In contrast, in step 120 above, VT <VT0Is determined not to hold, and in step 122 above, Pm> Pm0If it is determined that is not established, next, in-port state quantities Pg_r, Tg_r, and Ug_r when blowback occurs are estimated (step 124).
[0115]
In this case, the post-adhesion evaporation amount G2, which is the basis of the adhesion rate R of the injected fuel, is the evaporation amount H2 (Pg, Tg, Ug, Tw) in the period in which no blowback occurs and the period in which the blowback occurs as shown in the following equation Is estimated as the sum of the evaporation amount H′2 (Pg_r, Tg_r, Ug_r, Tw) at step 126.
G2 = H2 (Pg, Tg, Ug, Tw) + H′2 (Pg_r, Tg_r, Ug_r, Tw) (18)
[0116]
Further, the evaporation amount G3 during valve opening, which is the basis of the residual rate P of the adhered fuel, is the evaporation amount H3 (Pg, Tg, Ug, Tw) in the period in which no blowback occurs and the period in which the blowback occurs as shown in the following equation: It is estimated as the sum of the evaporation amount H′3 (Pg_r, Tg_r, Ug_r, Tw) at (step 128).
G3 = H3 (Pg, Tg, Ug, Tw) + H′3 (Pg_r, Tg_r, Ug_r, Tw) (19)
[0117]
If the processes in steps 126 and 128 are executed, then, in this processing cycle, the post-attachment evaporation amount G2 and the evaporation amount G3 during valve opening are corrected to the values calculated in steps 126 and 128, respectively. Is commanded (step 130).
[0118]
Thereafter, the processes after steps 104 and 106 are executed. In this case, the total evaporation amount Vfi calculated in step 104 is a value obtained by adding the post-attachment evaporation amount G2 calculated in step 126 to the in-flight evaporation amount F2. Further, the evaporation amount Vfw calculated in step 106 is a value obtained by adding the evaporation amount G3 during valve opening calculated in step 128 to the evaporation amount F3 during valve closing. Therefore, according to the flowchart shown in FIG. 8, when blowback occurs inside the intake port 30, the influence can be accurately reflected in the adhesion rate R and the residual rate P, and highly accurate fuel injection control. Can be realized.
[0119]
[Specific calculation method of residual rate P when blow-off occurs]
The following equation (20) is a mathematical model for calculating the residual rate P of the adhered fuel under a situation where blowback occurs. When the ECU 50 determines in step 120 or 122 that there is a possibility of blowback, specifically, the ECU 50 calculates the residual rate P according to the following equation (20).
[0120]
[Formula 6]
Figure 0003944444
[0121]
However, in the above equation (20), Δtturb1Is the turbulent period ΔtturbIs a period in which no blow-back occurs, while Δtturb2Is a period during which blowback occurs. Ρg_r and B2_r is the air density (Pg_r / R) calculated using the in-port state quantities Pg_r and Tg_r at the time of occurrence of blowback, respectively.constTg_r), and turbulent mass transport coefficient (see the above formulas (10) to (13)).
[0122]
[Specific calculation method of adhesion rate R when blow-back occurs]
Equation (21) shown below is a part of a mathematical model for calculating the adhesion rate R of the injected fuel under a situation where blowback occurs, specifically, the equation for the adhesion rate R shown in the above equation (14). Among the models (R = R1, α, R2), this is a mathematical model for calculating R2 that means the evaporation rate after adhesion. When the ECU 50 determines in step 120 or 122 that there is a possibility of blowback, the ECU 50 changes the R2 mathematical model from the model shown in the above formula (15) to the model shown in the following formula (21). Then, the adhesion rate R is calculated. In the following equation (21), Δtturb1, Δtturb2, Ρg_r and B2_r is the same as that described in the proviso of the above formula (20).
[0123]
[Expression 7]
Figure 0003944444
[0124]
As described above, the apparatus according to the present embodiment can regard the evaporation after adhesion of the injected fuel and the evaporation during the opening of the adhered fuel as different phenomena depending on whether the blowback occurs or not. it can. For this reason, according to the apparatus of the present embodiment, the adhesion rate R and the residual rate P are accurately estimated even when blowback occurs, and more accurate fuel injection control that is spent in the case of the first embodiment is realized. be able to.
[0126]
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The apparatus of the present embodiment can be realized by causing the ECU 50 to execute processing according to the flowchart shown in FIG. 9 instead of the flowchart shown in FIG. 5 in the apparatus of the first embodiment.
[0127]
The inner wall temperature of the intake port 30 is about 80 ° C. which is substantially equal to the coolant temperature THW even after the warm-up of the internal combustion engine 10 is completed. At such a temperature, the attached fuel does not evaporate completely during one cycle. For this reason, on the inner wall of the intake port 30, the carryover of the adhered fuel exceeding one cycle occurs. On the other hand, the temperature of the intake valve 34 after warm-up is 160 to 180 ° C. When the wall surface temperature is such a high temperature, the fuel adhering to the surface usually evaporates in one cycle.
[0128]
The apparatus of the first embodiment described above calculates the residual rate P of the adhered fuel on the assumption of the above phenomenon. That is, the residual rate P is calculated assuming that all of the attached fuel amount fw is attached to the wall surface of the intake port 30 and no attached fuel is generated on the surface of the intake valve 34. Therefore, in the above equation (9), the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw are used as basic data for calculating the residual rate P.
[0129]
By the way, the assumption that no fuel adheres to the surface of the intake valve 34 is satisfied before the warm-up of the internal combustion engine 10, that is, before the temperature of the intake valve 34 becomes sufficiently high. In such a situation, since the state quantity that affects the evaporation characteristics of the fuel differs between the vicinity of the wall surface of the intake port 30 and the surface of the intake valve 34, the fuel adhering to the wall surface of the intake port 30 The fuel adhering to the surface of the intake valve 34 exhibits a different evaporation behavior. In this case, in order to accurately estimate the residual rate P of the adhered fuel, it is desirable to separately calculate the residual rate on the wall surface of the intake port 30 and the residual rate on the surface of the intake valve 34.
[0130]
[Processing Flow in Embodiment 3]
FIG. 9 shows a process executed by the ECU 50 in order to calculate the residual rate P and the adhesion rate R while responding to the above requirements, and to appropriately correct the fuel injection amount fi using these values P and R. It is a flowchart for demonstrating the flow of this.
[0131]
The flowchart shown in FIG. 9 is the same as the flowchart shown in FIG. 5 except that steps 140 to 148 are inserted after step 102. That is, in FIG. 9, steps 100 to 106 and steps 110 to 114 are the same as the steps shown in FIG. Further, steps 108a and 108b shown in FIG. 9 are exploded views of step 108 shown in FIG. 5. At each step, the adhesion rate R and the residual rate P are calculated in the same manner as in step 108. Is done.
[0132]
According to the flowchart shown in FIG. 9, after the processing of steps 100 and 102 is executed, the adhesion rate R of the injected fuel is calculated in the same procedure as in the case of the first embodiment (the case shown in FIG. 5) ( Step 104, 108a).
[0133]
In the procedure for calculating the residual rate P of the adhered fuel, first, after step 102, the wall surface temperature Tw is a predetermined value Tw.0It is determined whether it is lower (step 140). Predetermined value Tw0Is a judgment value for judging whether the warm-up of the internal combustion engine 10 is insufficient, or more specifically, whether the warm-up is insufficient to the extent that the attached fuel remains on the surface of the intake valve 34. It is.
[0134]
Therefore, in step 140 above, Tw <Tw0Is determined not to hold, the internal combustion engine 10 has sufficiently warmed up, and it is no longer necessary to consider the evaporation of fuel on the surface of the intake valve 34 in estimating the residual rate P of the adhered fuel. It can be judged that there is no. In the flowchart shown in FIG. 9, in this case, thereafter, the residual rate P of the adhered fuel is calculated in the same procedure as in the case of Embodiment 1 (shown in FIG. 5) (steps 106 and 108b).
[0135]
On the other hand, in step 140 above, Tw <Tw0When it is determined that is satisfied, it can be determined that the influence of the fuel remaining on the surface of the intake valve 34 cannot be ignored in estimating the residual rate P of the adhered fuel. In the flowchart shown in FIG. 9, in this case, the state quantity is estimated separately for the port part (P) and the valve part (V) (step 142).
[0136]
The gas pressure and gas temperature are not significantly different between the vicinity of the wall surface of the intake port 30 and the vicinity of the surface of the intake valve 34. For this reason, common values Pg and Tg are estimated for the gas pressure and the gas temperature. On the other hand, the gas flow velocity and the wall surface temperature may be greatly different between the vicinity of the wall surface of the intake port 30 and the vicinity of the surface of the intake valve 34. For this reason, different values Ugp, Twp, Ugv, and Twv are estimated for the gas flow velocity and wall surface temperature for the port portion (P) and the valve portion (V), respectively.
[0137]
Of the state quantities to be estimated in step 142, as for Pg and Tg, Ugp and Twp, the in-port state quantities Pg, Tg, Ug and Tw estimated in step 102 can be used as they are. Accordingly, in step 142, the valve portion gas flow rate Ugv and the valve portion wall surface temperature Twv are substantially estimated. These values Ugv and Twv can be estimated by, for example, multiplying a base state quantity (Ug or Tw) by a coefficient determined based on the result of the desktop simulation.
[0138]
When the processing in step 142 is completed, the distribution rate β of the fuel adhesion amount fw is determined, and the port portion adhesion amount fwp = fw · β and the valve portion adhesion amount fwv are determined using the distribution rate β. = Fw · (1−β) is calculated (step 144).
The distribution ratio β is a value that indicates what ratio is attached to the port portion and the valve portion, and is estimated from parameters such as the port inner wall surface temperature Tw, the intake pipe pressure Pm, and the attached fuel amount fw, for example. be able to. The ECU 50 stores a map in which the distribution ratio is determined in relation to the parameters Tw, Pm, and fw. In this step 144, the distribution ratio is determined by referring to the map.
[0139]
In the flowchart shown in FIG. 9, next, the evaporation amount Vfw, p of the attached fuel at the port portion and the evaporation amount Vfw, v of the attached fuel at the valve portion are estimated (step 146).
As shown below, the port portion evaporation amount Vfw, p can be obtained by substituting the state amounts Pg, Tg, Ugp, and Twp in the port portion into the mathematical model of the evaporation amount Vfw (the above equation (6)). it can.
Vfw, p = F3 (Pg, Tg, Twp) + G3 (Pg, Tg, Ugp, Twp) (21)
Further, as shown below, the valve portion evaporation amount Vfw, v is obtained by substituting the state amounts Pg, Tg, Ugv and Twv in the valve portion into the mathematical model of the evaporation amount Vfw (the above equation (6)). be able to.
Vfw, p = F3 (Pg, Tg, Twv) + G3 (Pg, Tg, Ugv, Twv) (22)
[0140]
When the above processing is completed, the port portion residual rate Pp and the valve portion residual rate Pv are calculated by substituting the values obtained by these processing into the following equations (step 148).
Pp = (fwp−Vfw, p) / fwp (23)
Pv = (fwv−Vfw, v) / fwv (24)
[0141]
In step 148, the remaining rate P of the entire adhered fuel is calculated by substituting the calculated Pp and Pv into the following equation.
P = Pp · β + Pv · (1-β) (25)
[0142]
As described above, according to the flowchart shown in FIG. 9, when the wall surface temperature Tw is high, the residual rate P of the adhered fuel is calculated by the same method as in the first embodiment (see step 108b). In addition, when the wall surface temperature Tw is low, the residual rate P of the adhered fuel can be calculated by a method that considers the valve portion and the port portion individually. Therefore, according to the apparatus of the present embodiment, the residual rate P can be calculated with high accuracy after the internal combustion engine 10 is warmed up, and the residual rate P can be calculated with high accuracy even during the warming up process.
[0143]
In the flowchart shown in FIG. 9, after the adhesion rate R of the injected fuel is calculated in step 108a and the residual rate P of the adhered fuel is calculated in step 108b or 148, the case of the first embodiment (FIG. 5). In the same manner as in (1), the fuel injection amount fi is calculated (steps 110 to 114). For this reason, according to the apparatus of this embodiment, highly accurate fuel injection control can be realized using the adhesion rate R and the residual rate P calculated with high accuracy.
[0144]
[Specific Calculation Method for Port Portion Residual Rate Pp]
The following equation (26) is a mathematical model for calculating the port portion residual rate Pp. In step 140, the ECU 50 determines that the wall surface temperature Tw is a predetermined value Tw.0If it is determined that it is lower, the port portion residual rate Pp is calculated according to the following equation (26).
[0145]
[Equation 8]
Figure 0003944444
[0146]
However, in the above equation (26), hp is the film thickness of the fuel adhering to the wall surface of the intake port 30, and is obtained by dividing the port portion adhesion amount fwp calculated in step 144 by the fuel density ρl. The value fwp / ρl / sp calculated by dividing by the wetting area sp (predetermined value) of the intake port 30. B1p and B2p is a laminar mass transport coefficient and a turbulent mass transport coefficient (see the above formulas (10) to (13)) calculated using the state quantities Pg, Tg, Ugp and Twp of the port part, respectively. is there.
[0147]
[Specific calculation method of valve portion residual ratio Pv]
The following equation (27) is a mathematical model for calculating the valve portion residual rate Pv. In step 140, the ECU 50 determines that the wall surface temperature Tw is a predetermined value Tw.0When it is determined that the value is lower, the valve portion residual rate Pv is calculated according to the following equation (27).
[0148]
[Equation 9]
Figure 0003944444
[0149]
However, in the above equation (27), hv is the film thickness of the fuel adhering to the surface of the intake valve 34, and is obtained by dividing the valve portion adhesion amount fwv calculated in the above step 144 by the fuel density ρl. The value fwv / ρl / sv calculated by dividing by the wetting area sv (predetermined value) of the intake valve 34. B1v and B2v is a laminar mass transport coefficient and a turbulent mass transport coefficient calculated using the state quantities Pg, Tg, Ugv, and Twv, respectively, of the valve section (see the above formulas (10) to (13)). is there.
[0151]
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The apparatus of the present embodiment can be realized by causing the ECU 50 to execute processing according to the flowchart shown in FIG. 10 instead of the flowchart shown in FIG. 5 in the apparatus of the first embodiment.
[0152]
In the apparatus of the first embodiment described above, the deposition rate RR is calculated on the assumption that the evaporation behavior of the injected fuel after adhering to the wall surface is the same on the wall surface of the intake port 30 and the surface of the intake valve 34. However, as described above, there is a non-negligible difference in gas flow rate, wall surface temperature, and the like between the vicinity of the wall surface of the intake port 30 and the vicinity of the surface of the intake valve 34. For this reason, in order to accurately calculate the adhesion rate R of the injected fuel, it is desirable to take into account the difference between the state quantity in the port portion and the state quantity in the valve portion in the calculation process.
[0153]
[Processing Flow in Embodiment 4]
FIG. 10 shows a process executed by the ECU 50 in order to calculate the residual rate P and the adhesion rate R while responding to the above request, and to appropriately correct the fuel injection amount fi using these values P and R. It is a flowchart for demonstrating the flow of this.
[0154]
The flowchart shown in FIG. 10 is the same as that shown in FIG. 5 except that the steps for calculating the adhesion rate R of the injected fuel are replaced with steps 150 to 156 from steps 106 and 108 (part thereof). This is the same as the flowchart. Hereinafter, the characteristic part of the flowchart shown in FIG. 10 will be described.
[0155]
According to the flowchart shown in FIG. 10, in the procedure for calculating the adhesion rate R of the injected fuel, first, the state quantity is estimated separately for the port part (P) and the valve part (V) (step 150).
The processing in step 150 is the same as the processing in step 142 shown in FIG. Here, specifically, the state quantities Pg, Tg, Ug, and Tw estimated in step 102 are the state quantities Pg and Tg that are common to the port part and the valve part, and the state quantities Ugp and Twg in the port part. Diverted as Then, the state quantities Ugv and Twv in the valve unit are estimated by multiplying the coefficient determined by the simulation with the base state quantity (Ug or Tw).
[0156]
Next, of the injected fuel adhering to the port part and the valve part, the ratio (port ratio γ) distributed to the port part is determined (step 152).
The port ratio γ can be estimated from parameters such as the engine speed NE and the intake pipe pressure Pm, for example. The ECU 50 stores a map that defines the port ratio γ in relation to these parameters NE and Pm. In step 144, the port ratio γ is determined by referring to the map.
[0157]
Next, the total evaporation amount Vfi, p at the port portion and the total evaporation amount Vfi, v at the valve portion are estimated (step 154).
The port part total evaporation Vfi, p can be obtained by substituting the state quantities Pg, Tg, Ugp and Twp in the port part into the mathematical model of the total evaporation Vfi (Equation (4) above) as shown below. it can.
Vfi, p = F2 (Pg, Tg, Twp) + G2 (Pg, Tg, Ugp, Twp) (28)
Further, the total valve unit evaporation Vfi, v is obtained by substituting the state quantities Pg, Tg, Ugv and Twv in the valve unit into the mathematical model of the total evaporation Vfi (the above equation (4)), as shown below. be able to.
Vfi, p = F2 (Pg, Tg, Twv) + G2 (Pg, Tg, Ugv, Twv) (29)
[0158]
When the above processes are completed, the port part adhesion rate Rp and the valve part adhesion rate Rv are calculated by substituting the values obtained by these processes into the following equations (step 156).
Rp = (γ · fi−Vfi, p) / (γ · fi) (30)
Rv = {(1-γ) · fi−Vfi, v} / (1-γ) fi (32)
[0159]
In step 156, the calculated Rp and Rv are further substituted into the following equation, whereby the adhesion rate R of the entire injected fuel is calculated.
R = Rp · γ + Rv · (1-γ) (33)
[0160]
As described above, according to the flowchart shown in FIG. 10, the residual rate P of the adhered fuel is calculated by the same method as in the first embodiment (see step 108b), and the adhesion rate of the injected fuel is It can be calculated by a procedure that takes into account the difference in evaporation behavior between the valve part and the valve part. For this reason, according to the apparatus of the present embodiment, the adhesion rate R of the injected fuel is calculated with higher accuracy than in the case of the first embodiment, and the fuel injection control with higher accuracy is performed using the value R. Can be realized.
[0161]
[Specific calculation method of port adhesion rate Rp]
Expressions (34) to (36) shown below are arithmetic expressions for calculating the port portion adhesion rate Rp. Specifically, the ECU 50 calculates the port portion adhesion rate Rp using the equations (34) to (36) when proceeding with the processing of steps 150 to 156 shown in FIG.
[0162]
[Expression 10]
Figure 0003944444
[0163]
However, in the above equation (34), αp is a ratio (fixed value) at which the droplet fuel that has reached the wall surface of the intake port 30 adheres to the wall surface without being lost due to reflection. In the above formula (35), B1p is a laminar mass transport coefficient (see the above formulas (10) to (13)) calculated using the state quantities Pg, Tg, Ugp and Twp of the port portion. Further, in the above equation (36), hp is the film thickness of the fuel adhering to the wall surface of the intake port 30, and B2p is a turbulent mass transport coefficient (see the above formulas (10) to (13)) calculated using the state quantities Pg, Tg, Ugp and Twp of the port portion. The film thickness hp of the fuel is calculated by the same method as in the third embodiment.
[0164]
[Specific calculation method of valve portion adhesion rate Rv]
Expressions (37) to (39) shown below are arithmetic expressions for calculating the port portion adhesion rate Rv. Specifically, the ECU 50 calculates the valve portion adhesion rate Rv using the equations (37) to (39) when proceeding with the processing of steps 150 to 156 shown in FIG.
[0165]
## EQU11 ##
Figure 0003944444
[0166]
However, in the above equation (37), αv is a ratio (fixed value) at which the droplet fuel that has reached the surface of the intake valve 34 adheres to the surface without being lost due to reflection. In the above formula (38), B1v is a laminar mass transport coefficient (see the above formulas (10) to (13)) calculated using the state quantities Pg, Tg, Ugv and Twv of the valve portion. Further, in the above equation (39), hv is the film thickness of the fuel adhering to the surface of the intake valve 34, and B2v is a mass transport coefficient in turbulent flow calculated using the state quantities Pg, Tg, Ugv and Twv of the valve part (see the above formulas (10) to (13)). The film thickness hv of fuel is calculated by the same method as in the third embodiment.
[0167]
By the way, in the above-described fourth embodiment, the residual rate P of the adhered fuel is calculated by the same method as in the first embodiment, but the calculation method is not limited to this. . That is, the residual rate P of the adhered fuel may be calculated by a method that takes into account the difference in evaporation behavior between the port portion and the valve portion as in the case of the third embodiment.
[0169]
Embodiment 5 FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The apparatus of the present embodiment can be realized by causing the ECU 50 to execute processing according to the flowchart shown in FIG. 11 instead of the flowchart shown in FIG. 5 in the apparatus of the first embodiment.
[0170]
The apparatus of the first embodiment described above calculates the residual rate P in consideration of only evaporation as a factor for reducing the adhered fuel. In contrast, when the amount of attached fuel fw increases, the amount of attached fuel tends to decrease due to dripping. Therefore, the apparatus of the present embodiment calculates the residual rate P of the adhered fuel in consideration of the effect of dripping under the situation where the amount of adhered fuel fw is large.
[0171]
[Processing Flow in Embodiment 5]
FIG. 11 shows a process executed by the ECU 50 in order to calculate the residual rate P and the adhesion rate R while responding to the above request, and to appropriately correct the fuel injection amount fi using these values P and R. It is a flowchart for demonstrating the flow of.
[0172]
In the flowchart shown in FIG. 11, steps 160 to 164 are added as processing for calculating the residual rate P of the adhered fuel, and the step for calculating the residual rate P is changed from step 108 to step 166. Except for these points, the flowchart is the same as that shown in FIG. Hereinafter, the characteristic part of the flowchart shown in FIG. 10 will be described.
[0173]
According to the flowchart shown in FIG. 11, after the in-port state quantity is estimated in step 102, it is determined whether the fuel adhesion amount fw is larger than the judgment value δ together with the processing in steps 104 and 106 (step 160). ).
[0174]
The determination value δ is a value for determining whether or not dripping occurs in the attached fuel. For this reason, when it is determined that fw> δ is not satisfied, it can be determined that the influence of the liquid dripping can be ignored in calculating the residual rate P. In this case, the dripping amount Ffw of the attached fuel is set to 0 (step 162).
[0175]
On the other hand, when it is determined in step 160 that the fuel adhesion amount fw is larger than the determination value δ, it can be determined that the influence of dripping should be considered in calculating the residual rate P. In this case, next, the dripping amount Ffw is calculated based on the in-port state amounts Pg, Tg, Ug and Tw (step 164).
The dripping amount Ffw can be calculated by a known method disclosed in, for example, Cambridge University literature SAE 1999-01-1314.
[0176]
In the flowchart shown in FIG. 11, after the processing of steps 104, 106 and 160 to 164 is completed, the adhesion rate R of the injected fuel is calculated by the same method as in the first embodiment, and the following calculation is performed. The residual rate P of the adhered fuel is calculated according to the equation.
P = (fw−Vfw−Ffw) / fw (39)
[0177]
According to the above equation (39), when the attached fuel amount fw decreases due to dripping, the residual rate P can be calculated in consideration of the influence Ffw. For this reason, according to the apparatus of this embodiment, under conditions where dripping occurs, fuel injection control with higher accuracy can be realized as compared with the apparatuses of Embodiments 1 to 4.
[0178]
  In the above-described fifth embodiment, the ECU 50 executes the processing in steps 160 to 164 described above, therebyThirdThe “drip amount estimation means” in the present invention also executes the process of step 166 described above, therebyThirdIn the present invention, the “drip adding means” is realized.
[0183]
【The invention's effect】
  Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
  FirstAccording to the invention, the behavior before the injected fuel adheres to the inside of the intake port is captured by using both the flight evaporation model representing the evaporation behavior in the flight process and the reflection evaporation model representing the evaporation behavior due to wall reflection. be able to. Therefore, according to the present invention, it is possible to accurately estimate the behavior of the fuel that is lost in the air-fuel mixture before adhering to the wall surface, and as a result, it is possible to calculate the control parameter with high accuracy.
[0184]
  SecondAccording to the invention, the evaporation behavior of the fuel adhering to the inside of the intake port can be determined by both the evaporation behavior model during closing of the intake valve and the evaporation behavior model during opening of the intake valve. Can be used to capture. Therefore, according to the present invention, the evaporation behavior of the adhered fuel can be estimated with high accuracy, and as a result, the control parameter can be calculated with high accuracy.
[0187]
  ThirdAccording to the invention, when the adhered fuel decreases due to dripping, the fuel control parameter can be calculated with high accuracy in consideration of the dripping effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of an intake port of the internal combustion engine shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a change in intake air amount V and a change in fuel adhesion amount fw.
FIG. 4 is a simulation result showing a breakdown of fuel injected immediately after starting the internal combustion engine in relation to a crank angle CA.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the flow of processing executed in the apparatus according to the first embodiment;
FIG. 6 is a diagram for explaining a process in which injected fuel adheres to a wall surface to become attached fuel.
FIG. 7 is a diagram for explaining a process in which fuel remaining in the intake port as attached fuel at the end of the intake process evaporates by the end of the intake process of the next cycle.
FIG. 8 is a flowchart for explaining a flow of processing executed in the apparatus according to the second embodiment;
FIG. 9 is a flowchart for explaining a flow of processing executed in the apparatus according to the third embodiment;
FIG. 10 is a flowchart for explaining the flow of processing executed in the apparatus according to the fourth embodiment;
FIG. 11 is a flowchart for explaining the flow of processing executed in the apparatus according to the fifth embodiment;
[Explanation of symbols]
10 Internal combustion engine
12 Intake passage
20 Air flow meter
22 Throttle valve
32 Fuel injection valve
34 Intake valve
36, 40 Variable valve timing mechanism
fw Fuel adhesion amount
fi Fuel injection amount
VT intake valve opening timing
P Residual rate
R adhesion rate
Vfi injection fuel evaporation
fw evaporation
Gas pressure in Pg port
Tg Gas temperature in the port
Gas flow rate in Ug port
Tw Port wall surface temperature

Claims (3)

吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、を備え、 前記数式モデルは、
前記燃料噴射弁から噴射される噴射燃料の、前記吸気ポート内部における飛行過程での蒸発挙動を表す飛行蒸発モデルと、
前記噴射燃料の壁面反射による蒸発挙動を表す反射蒸発モデルと、
前記噴射燃料が、前記吸気ポートの内部に付着した後、吸気工程が終了する以前に混合気中に蒸発する際の挙動を表す付着後蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す付着燃料蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記飛行蒸発モデル、前記反射蒸発モデル、および前記付着後蒸発挙動モデルを用いて第1の燃料制御パラメータを算出する第1算出手段と、
前記付着燃料蒸発挙動モデルに則って第2の燃料制御パラメータを算出する第2算出手段とを含むことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
A fuel injection valve that injects fuel into the intake port;
In-port state quantity acquisition means for acquiring an in-port state quantity representing an internal state of the intake port;
Model storage means for storing a mathematical model described using the in-port state quantity as a parameter in order to represent the evaporation behavior of fuel inside the intake port;
Fuel control parameter calculation means for calculating a fuel control parameter for calculating the amount of attached fuel remaining inside the intake port at the end of the intake process based on the in-port state quantity, according to the mathematical model;
An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of the attached fuel based on the fuel control parameter;
And an injection amount correction means for performing correction on the fuel injection amount so as to eliminate the influence of the adhering fuel, the mathematical expression model,
A flight evaporation model representing evaporation behavior of a fuel injected from the fuel injection valve in a flight process inside the intake port;
A reflection evaporation model representing evaporation behavior due to wall reflection of the injected fuel;
A post-attachment evaporation behavior model that represents the behavior when the injected fuel evaporates in the air-fuel mixture before the intake step is completed after the inside of the intake port is attached;
An attached fuel evaporation behavior model representing an evaporation behavior of the attached fuel inside the intake port, and
The fuel control parameter calculation means includes
First calculation means for calculating a first fuel control parameter using the flight evaporation model, the reflection evaporation model, and the post-attachment evaporation behavior model;
A fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising: second calculation means for calculating a second fuel control parameter in accordance with the attached fuel evaporation behavior model .
吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、を備え、 前記数式モデルは、
前記燃料噴射弁から噴射される噴射燃料の、前記吸気ポート内部における蒸発挙動を表す噴射燃料蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、吸気バルブの閉弁中における蒸発挙動を表す閉弁中蒸発挙動モデルと、
前記付着燃料の、前記吸気バルブの開弁中における蒸発挙動を表す開弁中蒸発挙動モデルと、を含み、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、
前記噴射燃料蒸発挙動モデルに則って第1の燃料制御パラメータを算出する第1算出手段と、
前記閉弁中蒸発挙動モデルおよび前記開弁中蒸発挙動モデルの双方を用いて第2の燃料制御パラメータを算出する第2算出手段とを含むことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
A fuel injection valve that injects fuel into the intake port;
In-port state quantity acquisition means for acquiring an in-port state quantity representing an internal state of the intake port;
Model storage means for storing a mathematical model described using the in-port state quantity as a parameter in order to represent the evaporation behavior of fuel inside the intake port;
Fuel control parameter calculation means for calculating a fuel control parameter for calculating the amount of attached fuel remaining inside the intake port at the end of the intake process based on the in-port state quantity, according to the mathematical model;
An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of the attached fuel based on the fuel control parameter;
Injection amount correction means for correcting the fuel injection amount so as to eliminate the influence of the adhering fuel, the mathematical model,
An injection fuel evaporation behavior model representing evaporation behavior of the injected fuel injected from the fuel injection valve inside the intake port;
An evaporation behavior model during valve closing representing evaporation behavior of the adhering fuel during closing of the intake valve;
An evaporation behavior model during valve opening representing an evaporation behavior of the attached fuel during opening of the intake valve, and
The fuel control parameter calculation means includes
First calculation means for calculating a first fuel control parameter in accordance with the injected fuel evaporation behavior model;
A fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising: a second calculation unit that calculates a second fuel control parameter using both the during-valve evaporation behavior model and the during-valve evaporation behavior model .
吸気ポートの内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気ポートの内部状態を表すポート内状態量を取得するポート内状態量取得手段と、
前記吸気ポートの内部での燃料の蒸発挙動を表すべく、前記ポート内状態量をパラメータとして記述された数式モデルを記憶するモデル記憶手段と、
吸気工程終了時に前記吸気ポートの内部に残留する付着燃料の量を算出するための燃料制御パラメータを、前記ポート内状態量に基づいて、前記数式モデルに則って算出する燃料制御パラメータ算出手段と、
前記燃料制御パラメータに基づいて、前記付着燃料の量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料の影響を排除すべく燃料噴射量に補正を施す噴射量補正手段と、
前記付着燃料が液だれにより減少する量を推定する液だれ量推定手段と、を備え、
前記燃料制御パラメータ算出手段は、前記燃料制御パラメータに、前記液だれの影響を加味する液だれ加味手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
A fuel injection valve that injects fuel into the intake port;
In-port state quantity acquisition means for acquiring an in-port state quantity representing an internal state of the intake port;
Model storage means for storing a mathematical model described using the in-port state quantity as a parameter in order to represent the evaporation behavior of fuel inside the intake port;
Fuel control parameter calculation means for calculating a fuel control parameter for calculating the amount of attached fuel remaining inside the intake port at the end of the intake process based on the in-port state quantity, according to the mathematical model;
An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of the attached fuel based on the fuel control parameter;
Injection amount correction means for correcting the fuel injection amount so as to eliminate the influence of the adhered fuel;
A dripping amount estimating means for estimating an amount by which the adhered fuel decreases due to dripping, and
The fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the fuel control parameter calculation means includes a liquid dripping means for adding the influence of the liquid dripping to the fuel control parameter .
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