JP2000213397A - 筒内噴射型内燃機関 - Google Patents
筒内噴射型内燃機関Info
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Abstract
空燃比のずれを抑制することができるようにする。 【課題を解決するための手段】 内燃機関1の燃焼室3
内に直接燃料を噴射する噴射弁5に内燃機関1に駆動さ
れる燃料ポンプ12により高圧燃料を供給し、噴射時期
制御手段27により内燃機関1の運転状態に応じて噴射
弁5の作動時期を制御するとともに、燃料噴射量制御手
段28により内燃機関1の運転状態と噴射弁5の作動時
期とに基づき噴射弁5からの燃料噴射量を制御すること
により、燃料ポンプ12の内燃機関1による駆動に連動
して生じる燃圧脈動による燃料噴射量の増減を抑制す
る。
Description
れる高圧ポンプを用いて燃焼室内に直接燃料を噴射する
筒内噴射型内燃機関に関する。
内噴射型内燃機関が実用化されており、かかる筒内噴射
型内燃機関では、燃料噴射のタイミングを自由に設定す
ることができるため、例えば、緩加速時に必要な出力を
得る場合には、吸気行程中に燃料噴射を行ない、予混合
燃焼による希薄燃焼運転により燃費向上を図っている。
さらに、低負荷運転域では、圧縮行程で燃料噴射を行な
って、着火に十分な燃料濃度の混合気を点火プラグ近傍
に部分的に集めて、いわゆる層状燃焼による超希薄燃焼
を行ない、より一層の燃費向上を図っている。
燃焼室内に噴射する燃料の微粒化が必要不可欠となる。
また、層状燃焼による超希薄燃焼を行なうためには、高
圧の圧縮行程中に燃料噴射を行なう必要もある。そこ
で、この種の内燃機関では、高圧ポンプにより高圧に加
圧された燃料を燃料噴射弁に供給し、この高圧燃料を噴
射することで、高圧の圧縮行程中でも確実な燃料噴射を
可能にするとともに燃料の微粒化を図っている。筒内噴
射型内燃機関に用いられる高圧ポンプとしては、例え
ば、特開平9−42095号公報に記載されているよう
な、内燃機関により駆動される単一又は複数のピストン
の往復動によって燃料を吸入・吐出するものがある。
ような高圧ポンプでは、ピストンの往復動等により燃料
を噴射弁へ供給するようになっているため、高圧ポンプ
と噴射弁との間の燃料配管内にエンジン回転に応じた周
期の燃圧脈動が生じてしまう。このため、筒内噴射型内
燃機関のように、噴射時期が幅広く(例えば排気行程後
半から圧縮行程後半まで)変化する場合には、その噴射
時期によって低燃圧時が噴射期間となったり、高燃圧時
が噴射期間となったりする。このため、同一駆動時間で
も噴射時期によって噴射弁から噴射される燃料量が異な
り、空燃比がずれるという問題が生じる。
たもので、燃圧脈動による空燃比のずれを抑制すること
ができるようにした、筒内噴射型内燃機関を提供するこ
とを目的とする。
に、本発明の筒内噴射型内燃機関では、内燃機関の燃焼
室内に直接燃料を噴射する噴射弁に該機関に駆動される
燃料ポンプにより高圧燃料を供給し、噴射時期制御手段
により該機関の運転状態に応じて該噴射弁の作動時期を
制御するとともに、燃料噴射量制御手段により該機関の
運転状態と該噴射弁の作動時期とに基づき該噴射弁から
の燃料噴射量を制御する。
に連動して生じる燃圧脈動による燃料噴射量の増減が抑
制される。
施の形態を説明する。図1〜図7は本発明の一実施形態
としての筒内噴射型内燃機関を示すもので、図1はその
概略構成を示す図である。図1に示すように、本筒内噴
射型内燃機関は、吸気,圧縮,膨張,排気の各行程を一
作動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち4サイクルエ
ンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料
を直接噴射する筒内噴射型内燃機関として構成される。
層状燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるた
めに圧縮行程中(特に、圧縮行程後半)で燃料噴射を行
なう後期リーン噴射モードと、予混合燃焼によるリーン
運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程
中(特に吸気行程前半)に燃料噴射を行なう前期リーン
噴射モードと、予混合燃焼によるストイキオ運転(理論
空燃比運転)を実現し、前期噴射モードより出力を向上
させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオ
モードとが設けられており、機関の運転状態に応じて選
択されるようになっている。
いう)1の構成について詳細に説明すると、図1に示す
ように、エンジン1のシリンダヘッド2には、吸気ポー
ト6および排気ポート7が燃焼室3に連通しうるように
形成されており、吸気ポート6は吸気弁8の駆動により
連通制御され、排気ポート7は排気弁9の駆動によって
連通制御されるようになっている。シリンダヘッド2の
上部には吸気側カム10Aを有する吸気側カムシャフト
10および排気側カム11Aを有する排気側カムシャフ
ト11がそなえられており、吸気側カム10Aの回転に
より吸気弁8が駆動され、排気側カム11Aの回転によ
り排気弁9が駆動されるようになっている。
燃焼室3の頂部中央に点火プラグ4がそなえられ、燃焼
室3の吸気ポート6側にはインジェクタ(噴射弁)5が
その開口を燃焼室3内に臨ませるように配置されてい
る。ここで用いるインジェクタ5としては、作動時期及
び噴射量の制御性と燃料の微粒化とを考慮して選択する
必要があり、例えば、電磁式のスワールインジェクタを
適用することができる。
燃料タンク13から供給されるようになっている。そし
て、インジェクタ5と燃料タンク13とを結ぶ燃料配管
14上には、高圧ポンプ(燃料ポンプ)12がそなえら
れており、燃料タンク13内の燃料はこの高圧ポンプ1
2によって、所定の圧力(例えば、5MPa)まで加圧
された上でインジェクタ5に供給されるようになってい
る。高圧ポンプ12としては、1つのピストンの往復動
によって、燃料を吸入・吐出するシングルプランジャポ
ンプでも、複数のピストンの往復動によって、燃料を吸
入・吐出するマルチプランジャポンプでも適用可能であ
るが、ここではシングルプランジャポンプを適用した場
合について説明する。
0の軸端にそなえられており、高圧ポンプ内のピストン
は吸気側カムシャフト10の回転に連動して往復動を行
なうようになっている。シングルプランジャポンプの場
合、吐出される燃料の圧力(燃圧)にはピストンの往復
動に連動して脈動が生じるが、ここではピストンの往復
動は吸気側カムシャフト10の回転に連動しており、吸
気側カムシャフト10はクランク軸18に連動している
ため、燃圧の脈動はクランク軸18の回転に連動して生
じることになる。
ンの作動は、各気筒のピストンの作動と連動するように
設定されるため、4気筒エンジンでは720°CA/4
=180°CAを1周期としてシングルプランジャポン
プのピストンが作動する。例えば、図2は、4気筒エン
ジンの場合における高圧ポンプ12から吐出される燃料
の燃圧をクランク軸18のクランク角に対して示したも
のであるが、図2に示すように、燃圧には180°CA
周期で脈動が生じることになる。ちなみに6気筒エンジ
ンの場合には、720°CA/6=120°CAより、
燃圧の脈動は120°CA周期で生じることになる。
15は高圧レギュレータであり、16は低圧レギュレー
タである。また、燃料タンク13内には燃料供給ポンプ
(低圧ポンプ)17がそなえられているが、これは、エ
ンジン始動時などエンジン1が極低回転の場合には、高
圧ポンプ12が十分に駆動されずインジェクタ5への燃
料供給量が不足することになるため、そのときには、こ
の燃料供給ポンプ17により燃料を供給するようになっ
ている。このため、高圧レギュレータ15には燃料バイ
パスバルブが並設されている。
期及び燃料噴射量の制御は、ECU(制御手段)25に
より行なわれるようになっている。ECU25は、その
機能要素として運転モード選択手段26,噴射時期制御
手段27,燃料噴射量制御手段28をそなえており、ク
ランク角センサ19,水温センサ20,その他TPS
(スロットルポジションセンサ)等のセンサからの検出
情報に基づきインジェクタ5を制御している。
の各運転モードの中から運転状態に応じた一つのモード
を選択するようになっている。運転状態はエンジン回転
数Neと平均有効圧力Peとから判定し、エンジン回転
数Neにはクランク角センサ19の検出情報を用い、平
均有効圧力Peにはエンジン回転数Ne及びTPSで検
出されたスロットル開度θの各情報に基づき算出したも
のを用いるようになっている。
モード選択手段26で選択された運転モードに応じてイ
ンジェクタ5の作動時期(噴射時期)を制御するように
なっている。例えば、選択された運転モードが後期リー
ン噴射モードの場合には、インジェクタ5の作動時期は
圧縮行程後半に設定し、前期リーン噴射モードの場合に
は吸気行程前半に設定し、ストイキオモードの場合には
吸気行程中に設定するようになっている。ただし、ここ
で噴射時期制御手段27が設定する噴射時期とは、一連
の燃料噴射が終了する噴射終了時期を指しており、予め
記憶されたマップから運転モードに応じて読み取るよう
になっている。
選択手段26で選択された運転モードに応じて噴射燃料
量を制御するようになっている。例えば、前期リーン噴
射モードの場合には、リーンな目標空燃比を設定して吸
気量とこの目標空燃比とから燃料量を設定し、後期リー
ン噴射モードの場合には、さらにリーンな目標空燃比を
設定して吸気量とこの目標空燃比とから燃料量を設定
し、ストイキオモードの場合には、理論空燃比となるよ
うに図示しないO2 センサ出力に基づいて燃料量をフィ
ードバック制御する。そして、設定した燃料量に応じて
所定の平均燃圧(例えば、5MPa)を基準にインジェ
クタ5の駆動時間(インジェクタ5に入力する噴射パル
ス幅)を換算するようになっている。
プ12から吐出される燃料の燃圧には脈動が生じてお
り、これに伴いインジェクタ5から噴射される燃料量に
も増減が生じている。このため、噴射時の燃圧が所定の
平均燃圧に略等しい場合には、所望の空燃比を得ること
が可能であるが、噴射時の燃圧と所定の平均燃圧との差
が大きい場合には、空燃比にずれが生じてしまうことに
なる。
以下のようにして燃圧の脈動を考慮した補正を行なって
いる。まず、燃圧の脈動の特性を考察すると、上述した
ように脈動はクランク軸18の回転に連動して180°
CA周期で生じている。したがって、クランク角センサ
19の出力から燃圧を推定することは可能である。
であらわすと、インジェクタ5の駆動時間は同一の場合
でもエンジン回転数Neによって燃料噴射期間(クラン
ク角度)は変化してしまう。つまり、エンジン回転数N
eが2倍になれば、燃料噴射期間も2倍になり、その間
の燃圧の脈動により燃料量が増減してしまうことにな
る。
BTDCとした時の所定の燃料量(実際に噴射する燃料
量)を基準にして、同一噴射パルス幅での噴射終了時期
に対する燃料量比(320°BTDC時の燃料量に対す
る比)をエンジン回転数Ne(1000,3000,4
000rpm),体積効率Ev(40,60%,スロッ
トル弁全開:wot),水温Tw(hot:温態)の条
件の下で計測したものである。なお、体積効率Evはエ
ンジン1の行程体積に対する吸入した新気の体積の割合
を示すものであるが、これはTPSにより検出されるス
ロットル開度θに基づき算出されるようになっている。
の噴射終了時期に対する特性は、エンジン回転数Ne,
体積効率Ev,水温Twにより大きく変化しており、一
定の傾向を示してはいない。このため、噴射終了時期に
おける燃圧からインジェクタ5のパルス幅を補正するだ
けでは十分ではなく、この場合には、エンジン回転数N
eや体積効率Ev,水温Twに応じて更に補正を加える
必要が生じる。
了時期に対する燃料量比の特性図を、噴射中心時期を基
準にして整理したものである。なお、噴射中心時期と
は、噴射終了時期と噴射パルス幅とエンジン回転数Ne
とから噴射開始時期を逆算し、噴射開始時期と噴射終了
時期との中間のクランク角度をとったものである。この
場合は、図4に示すように、燃料量比の噴射中心時期に
対する特性は、エンジン回転数Neや体積効率Ev,水
温Twにかかわらず、ほぼ一定の傾向を示している。し
たがって、例えば、図5に示すように1本の曲線で燃料
量比の噴射中心時期に対する特性を近似することも可能
である。
射中心時期を基準とした図5に示したような特性に基づ
いた補正係数(燃料流量比の逆数に相当する係数)と噴
射中心時期との関係を示すマップをそなえており、噴射
中心時期に対応する補正係数をマップから読み出し、読
み出した補正係数を運転状態に基づき演算した基本燃料
量(基本噴射パルス幅)に乗算することにより、燃料量
(噴射パルス幅)の補正を行なうようになっている。た
だし、図4に示すように、燃料量比の振幅には体積効率
Ev,水温Twによりばらつきが生じるため、この振幅
のばらつきに対しては、TPSの出力や水温センサ20
の出力に基づき補正するものとする。
燃機関は、上述のように構成されているので、例えば、
図6に示すようなフローに従い燃料噴射制御が行なわれ
る。以下、図7(a)〜(d)に示す燃料量の補正方法
を説明するための説明図と合わせて説明する。図6に示
すように、まず、運転モード選択手段26によりエンジ
ン回転Neと平均有効圧力Peとに基づき運転モードを
選択する(ステップS100)。そして、噴射時期制御
手段27により、選択された運転モードに応じた噴射時
期(噴射終了時期X°CA)をマップから読み出すとと
もに〔図7(a),ステップS110〕、燃料噴射量制
御手段28により運転状態に応じた基本燃料量(基本噴
射パルス幅)を演算する(ステップS120)。
算されると、エンジン回転数Neを考慮して噴射開始時
期Y°CAを演算する〔図7(b)〕。そして、噴射開
始時期Y°CAと噴射終了時期X°CAとから噴射中心
時期Z°CA〔=(X+Y)°CA/2〕を演算し、噴
射中心時期Z°CAに応じた補正係数をマップ(噴射中
心時期に対する補正係数を定めたマップ)から読み出す
〔図7(c),ステップS130〕。
ることにより燃料量(噴射パルス幅)を再演算し、噴射
開始時期Y°CAを基準にして最演算した燃料量(噴射
パルス幅)を設定することによって噴射終了時期X°C
Aを補正し、補正噴射終了時期XX°CAを設定する
〔図7(d),ステップS140〕。そして、演算した
噴射開始時期Y°CAからインジェクタ5からの燃料噴
射を開始し、,補正噴射終了時期XX°CAで燃料噴射
を終了する(ステップS150)。
ば、高圧ポンプ12から吐出される燃料の燃圧をクラン
ク角から推定し、燃圧を考慮してインジェクタ5の噴射
パルス幅を補正するようになっているので、燃圧の脈動
により噴射時期によって燃料噴射量が増減してしまうこ
とを抑制することができ、精度の高い空燃比制御を実現
できるという利点がある。これにより、空燃比が濃くな
り過ぎて発生する低水温時のスモークや空燃比が薄くな
り過ぎて発生する高温時のノッキングも抑制することが
できるようになる。
心時期を基準にして燃圧による補正を行なうようになっ
ているので、燃料噴射機関に対する燃料流量比の関係か
らエンジン回転数Neの影響を除去することができ、例
えば、全てのエンジン回転数Ne域において単一のマッ
プによる制御が可能となり、マップ作成のためのコスト
やマップを記憶するRAM等のコストを削減することが
できるという利点もある。
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。例えば、上述の実施
形態では、運転モードとして、後期噴射モード,前期噴
射モード,ストイキオモードの3モードを挙げている
が、これはあくまでも例示であり、より細かなモードに
分けて制御することはもちろん可能である。
ランジャポンプを適用した場合について説明したが、マ
ルチプランジャポンプを適用することも可能である。マ
ルチプランジャポンプの場合には、シングルプランジャ
ポンプに比較して燃圧の脈動は小さいが、この場合でも
本発明を適用することによってより精度の高い空燃比制
御を実現できるという利点がある。
域に渡って補正を行なっているが、燃料量が基本燃料量
よりも増量される場合には補正を行なわずにそのまま噴
射し、燃料が不足するときにのみ補正するようにしても
よい。これによっても、燃料不足による失火や高温時の
ノッキングの抑制は可能である。
型内燃機関によれば、内燃機関の運転状態と噴射弁の作
動時期とに基づき噴射弁からの燃料噴射量を設定するよ
うになっているので、燃料ポンプが機関により駆動され
るときに生じる燃圧の脈動により噴射弁の作動時期によ
って燃料噴射量が増減してしまうことを抑制することが
でき、精度の高い空燃比制御を実現できるという利点が
ある。
関の構成を示す模式図である。
関にかかる燃圧の脈動を示す図である。
関にかかる噴射終了時期を基準としたときの燃圧脈動の
影響を示す図である。
関にかかる噴射中心時期を基準としたときの燃圧脈動の
影響を示す図である。
関にかかる噴射中心時期に対する補正係数のマップの一
例を示す図である。
関にかかる燃料噴射制御の流れを示すフローチャートで
ある。
関にかかる燃料量の補正方法を説明するための図であ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射す
る噴射弁と、 該機関に駆動され該噴射弁に高圧燃料を供給する燃料ポ
ンプと、 該機関の運転状態に応じて該噴射弁の作動時期を制御す
る噴射時期制御手段と、 該機関の運転状態と該噴射弁の作動時期とに基づき該噴
射弁からの燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と
から構成されたことを特徴とする、筒内噴射型内燃機
関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01364699A JP3873500B2 (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 筒内噴射型内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01364699A JP3873500B2 (ja) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | 筒内噴射型内燃機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000213397A true JP2000213397A (ja) | 2000-08-02 |
JP3873500B2 JP3873500B2 (ja) | 2007-01-24 |
Family
ID=11839007
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-01-21 JP JP01364699A patent/JP3873500B2/ja not_active Expired - Fee Related
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