JP2001065393A - 筒内燃料噴射式エンジンの制御装置 - Google Patents
筒内燃料噴射式エンジンの制御装置Info
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Abstract
て、全運転域で均一燃焼させても、インジェクタノズル
部の温度を常にデポジットが堆積しない温度に維持す
る。 【解決手段】複数の気筒内にインジェクタにより燃料を
噴射するエンジンで且つ各気筒の吸気管長または排気管
長が異なるエンジンにおいて、エンジンの運転状態に応
じて各気筒のインジェクタノズル部の温度を低下させる
ようにインジェクタの制御量を演算する。
Description
トバイ、スノーモービル、オートバイ等、吸気管長また
は排気管長が異なる多気筒、筒内燃料噴射式エンジンの
制御装置の技術分野に属する。
筒内燃料噴射式エンジンにおいては、比較的低負荷域で
の燃焼改善(燃焼効率向上)を目的として成層燃焼を行
っている。しかしながら、成層燃焼においては、 シリンダ内の点火プラグ周辺の空気を部分的にしか燃
焼に使わないため、高出力が欲しい運転域(爆発エネル
ギーが大きい域)では成層燃焼は向かない、 多気筒エンジンの各気筒の吸気管長または排気管長が
異なる場合には、燃焼生成物(すす等)の発生頻度や不
整燃焼の発生頻度が気筒により大きく変化するため、気
筒毎にセッティングを最適にする必要がある(自動車で
は、吸気管および排気管を等長にすることにより、充填
効率の気筒管差を抑えるようにしている。) 等の問題があり、特に、マリンエンジンのように、高負
荷運転域での使用頻度が高く、集合排気(充填効率の気
筒間差が大きく、結果として燃焼温度の気筒間差も大)
を有するエンジンでは、問題が顕著である。
おいては、全運転域にて均一燃焼(予混合燃焼)させる
方が使用実態に合っており、なるべく均一混合に近づけ
るべく、噴射した燃料が吹き抜けない範囲で、噴射時期
を早め燃焼させることが望ましい。
焼は、A/Fが理論空燃比に近づくため、成層燃焼より
も燃焼エネルギーが高く、常にインジェクタの先端ノズ
ル部(以下、ノズル部という)が高温にさらされるた
め、インジェクタ噴孔周辺で多くの燃焼生成物(すす
等)が発生し、噴孔内にデポジット(燃料炭化物)が付
着し、その結果、燃料噴射量が低下し、エンジンの正確
なA/F制御ができなくなるという問題を有している。
この問題を解決するために、燃焼温度を下げようとする
と出力が低下し、本来の出力向上の目的に反することに
なり、また、マリンエンジンにおいては、充填効率の気
筒間差により燃焼温度が高くなる運転域が異なるため、
その対応が困難であるという問題を有している。
であって、燃焼温度の気筒間差が大きいエンジンにおい
て、全運転域で均一燃焼させても、インジェクタノズル
部の温度を常にデポジットが堆積しない温度に維持する
ことができる筒内燃料噴射式エンジンの制御装置を提供
することを目的とする。
に、請求項1記載の本発明は、複数の気筒内にインジェ
クタにより燃料を噴射するエンジンで且つ各気筒の吸気
管長または排気管長が異なるエンジンにおいて、エンジ
ンの運転状態に応じて各気筒のインジェクタノズル部の
温度を低下させるようにインジェクタの制御量を演算す
ることを特徴とし、請求項2記載の発明は、請求項1に
おいて、前記制御量は、点火時期、燃料噴射開始時期お
よび燃料噴射量のうち少なくとも1つであることを特徴
とし、請求項3記載の発明は、請求項1、2において、
インジェクタノズル部の温度が相対的に低い気筒につい
ては、エンジンの出力を上げるように制御量を演算する
ことを特徴とし、請求項4記載の発明は、請求項2,3
において、エンジン負荷とエンジン回転数に基づいて、
点火時期、燃料噴射開始時期および燃料噴射量の補正量
を演算することを特徴とし、請求項5記載の発明は、請
求項2,3において、インジェクタノズル部に温度セン
サを設け、該温度センサにより検出されたノズル部温度
に基づいて、点火時期、燃料噴射開始時期および燃料噴
射量の補正量を演算することを特徴とし、請求項6記載
の発明は、請求項1〜5において、エンジンが排気管長
が異なる2サイクルエンジンであり、排気ポートが閉じ
るまでに燃料の全量を噴射することを特徴とし、請求項
7記載の発明は、請求項1〜5において、エンジンが吸
気管長が異なる4サイクルエンジンであり、吸気行程で
燃料の全量を噴射することを特徴とする。
を参照しつつ説明する。図1は、本発明が適用される筒
内燃料噴射式エンジンの1例を示す船外機の模式図であ
り、図(A)はエンジンの平面図、図(B)は図(A)
のB−B線に沿う縦断面図、図(C)は船外機の側面
図、図(D)は燃料供給系の構成図である。
き状態で搭載されるエンジン2と、エンジン2の下端面
に接続されエンジン2を支持するガイドエキゾースト部
3と、ガイドエキゾースト部3の下端面に接続されるア
ッパケース4、ロアケース5及びプロペラ6からなる。
上記エンジン2は、筒内噴射式V型6気筒2サイクルエ
ンジンであり、6つの気筒#1〜#6が平面視でVバン
クをなすように横置き状態で且つ縦方向に2列に配設さ
れたシリンダボディ7に、シリンダヘッド8が連結、固
定されている。アッパケース4内にはエンジンにより駆
動される冷却水ポンプ18が設けられ、ロアケース5に
形成された冷却水取入口5aから冷却水を図示矢印に示
す如く、エンジン2内を循環させ、プロペラ6近傍から
排出するようにしている。
1が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン11はクラン
ク軸10に連結されている。シリンダヘッド8には、磁
力で開閉作動されるソレノイド開閉式のインジェクタ
(燃料噴射弁)13及び点火プラグ14が装着されてい
る。各気筒#1〜#6は、それぞれ掃気ポート(図示せ
ず)によりクランク室12に連通され、また、気筒#1
〜#6には排気ポート15が接続されている。図1
(B)の左バンクの排気ポート15は左集合排気通路1
6に、右バンクの排気ポート15は右集合排気通路17
に合流されている。エンジン2のクランク室12には、
吸気マニホールドから分岐する吸気通路19が接続され
ており、該吸気通路19には、逆流防止用のリード弁2
0が配設され、また、リード弁20の下流側には、エン
ジン内にオイルを供給し潤滑するためのオイルポンプ2
1が配設され、リード弁20の上流側には、吸気量を調
節するためのスロットル弁22が配設されている。
れている燃料タンク23内の燃料は、手動式の第1の低
圧燃料ポンプ25により燃料フィルタ26を経て船外機
側の第2の低圧燃料ポンプ27に送られる。この第2の
低圧燃料ポンプ27は、エンジン2のクランク室12の
パルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであ
り、燃料を、気液分離機能を有する燃料タンクであるベ
ーパーセパレータタンク29に送る。ベーパーセパレー
タタンク29内には、電動モータにより駆動される燃料
予圧ポンプ30が配設されており、燃料を加圧し予圧配
管31を経て高圧燃料ポンプ32に送る。高圧燃料ポン
プ32の吐出側は、各気筒#1〜#6に沿って縦方向に
配設された燃料供給レール33に接続ホース49を介し
て接続されるとともに、高圧圧力調整弁35および燃料
冷却器36、戻り配管37を介してベーパーセパレータ
タンク29に接続されている。また、予圧配管31とベ
ーパーセパレータタンク29間には予圧圧力調整弁39
が設けられている。高圧燃料ポンプ32は、ポンプ駆動
ユニット40により駆動される。このポンプ駆動ユニッ
ト40はベルト41を介してクランク軸10に連結され
ている。
ランク軸10の回転により駆動されるポンプであり、船
体側に設置されたサブタンク50からエンジン側に配設
されたメインタンク51を経て吸気通路19内にオイル
を供給する。また、メインタンク51のオイルは、フィ
ルタ52、プリミックス用オイルポンプ53、チェック
弁54を介してベーパーセパレータタンク29に供給す
るように構成されている。プリミックス用オイルポンプ
53は、電磁ソレノイドで駆動する方式のものや電動モ
ータにより駆動するタイプのポンプを採用する。
ン2の運転状態や船外機1の状態を示す各種センサから
の検出信号が入力される。例えば、クランク軸10の回
転角(回転数)を検出するエンジン回転数センサ43、
吸気通路19内の温度を検出する吸気温センサ44、ス
ロットル弁22の開度を検出するスロットル開度センサ
45、最上段の気筒#1内の空燃比を検出するに空燃比
センサ46、高圧燃料配管34内の圧力を検出する燃圧
センサ47、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温
センサ48、燃料フィルタ26で分離した水の量を検出
する水検出センサ55、排気圧力を検出する排圧センサ
38、オイルタンク51のオイル量を検出するオイルレ
ベルセンサ56、外気温度センサ57、エンジンの姿勢
を検出するトリムセンサ28等の検出信号が入力され
る。ECU42は、これら各センサの検出信号を制御マ
ップに基づき演算処理し、制御信号をインジェクタ1
3、点火プラグ14、予圧燃料ポンプ30、プリミック
ス用オイルポンプ53に伝送する。
図2(A)は全体構成を示す断面図、図2(B)はイン
ジェクタのシリンダヘッドへの取付状態を示す断面図で
ある。インジェクタ13は、バルブ本体13aと、バル
ブ本体13aの先端に固定されたノズル部材13bと、
ノズル部材13bの先端に設けられたスワーラー部13
cおよびバルブシートを構成するノズル部13dと、バ
ルブ本体13a内に摺動可能に配設された摺動ロッド1
3eと、摺動ロッド13eの先端に設けられるニードル
バルブ13fと、ノズル部13dに開口される噴孔13
gと、摺動ロッド13eを摺動させるためのソレノイド
コイル13hおよびスプリング13iを備えている。図
2(B)に示すように、ノズル部材13bは、シリンダ
ヘッド8の貫通穴8aに挿入され、バルブ本体13aと
シリンダヘッド8との間には、封止部材59が挟着され
る。封止部材59は、2枚のリング状のガスケット59
aと、ガスケット59aの内周から両面にかけて被覆さ
れたステンレス材59bとからなる。上記インジェクタ
13は、常時はスプリング13iによりニードルバルブ
13fがノズル部13dに押圧されており、ソレノイド
コイル13hに通電されるニードルバルブ13fがスプ
リング13iに抗して噴孔13gを開き高圧燃料が噴射
される。なお、ノズル部13dには、熱電対等からなる
温度センサ60が配設される場合がある。
説明する。ベーパーセパレータタンク29内の燃料は、
燃料予圧ポンプ30により例えば3〜10kg/cm2
程度に予圧され、加圧された燃料は、高圧燃料ポンプ3
2により50〜100kg/cm2程度若しくはそれ以
上に加圧され、加圧された高圧燃料は、圧力調整弁35
にて設定圧を越える余剰燃料がベーパーセパレータタン
ク29に戻され、必要な高圧燃料分のみを燃料供給レー
ル33に供給し、各気筒#1〜#6に装着したインジェ
クタ13に供給される。オイルポンプ21は、クランク
軸10の回転により駆動され、オイルをサブタンク5
0、メインタンク51から吸気通路19内に供給しエン
ジン内部を潤滑する。このとき、図2(B)に示すよう
に気筒内で発生する燃焼火炎は噴孔13gに到達し、ノ
ズル部13dの表面や噴孔13gの内部にデポジット
(燃料炭化物)Dが付着し、その結果、燃料噴射量が低
下し、正確な空燃比制御ができなくなる。
る筒内燃料噴射式エンジンの制御装置の1実施形態につ
いて説明する。
焼方式を説明するための図である。図3(A)は、成層
燃焼を示し、噴射燃料が拡散しないように排気ポートが
閉じた後、点火時期の直前に燃料を噴射し、これによ
り、シリンダ内の点火プラグ周辺の空気を燃焼に使い、
燃焼効率の改善を行っている。しかしながら、前述した
ようにこの方式は、マリンエンジンのように、高負荷運
転域での使用頻度が高く、集合排気を有するエンジンに
は不向きである。そこで、図3(B)、図3(C)に示
す均一燃焼を採用する。図3(B)は極低速運転域、図
3(C)は高速運転域の場合であり、排気ポートが閉じ
るまでに燃料の全量を噴射し、点火までの時間を長くし
て均一燃焼を行うものである。しかしながら、均一燃焼
は、A/F理論空燃比に近づくため、成層燃焼よりも燃
焼エネルギーが高く、常にインジェクタのノズル部が高
温にさらされるため、噴孔周辺で多くの燃焼生成物(す
す等)が発生し、噴孔内にデポジット(燃料炭化物)が
付着し、その結果、燃料噴射量が低下し、エンジンの正
確なA/F制御ができなくなる。本発明はこの問題を解
決するもので、これを以下に説明する。
dの温度と点火時期(図A)、燃料噴射開始時期(図
B)および燃料噴射量(図C)との関係を示し、ノズル
部温度を下げるためには、要するに燃焼エネルギーを抑
えエンジン出力を低下させることであり、点火時期を遅
角する方法、燃料噴射開始時期を遅角する方法、燃料噴
射量を増量または減量する方法がある。本発明において
は、この3つの方法のうち少なくとも1つの方法をと
る。なお、ノズル部温度を低下させる度合いが高いの
は、点火時期、燃料噴射開始時期、燃料噴射量の順であ
る。
形態を示す処理の流れを説明するための図、図5(B)
は制御量(点火時期、燃料噴射開始時期、燃料噴射量)
の基本マップを説明するための図である。なお、本実施
形態は、図2(B)の温度センサ60を設けない場合の
処理である。先ず、ステップS1でエンジン回転数およ
びスロットル開度(エンジン負荷)を読み込み、ステッ
プS2で図5(B)に示す各気筒#1〜#6の基本マッ
プから、エンジン回転数およびスロットル開度に対応す
る各気筒#1〜#6の制御量の基本マップ値Fnmを読み
込み、次にステップS3でインジェクタのノズル部温度
が高い気筒のインジェクタ補正量Cnmを読み込む。次
に、ステップS4で制御量としてFnm×Cnmを演算し、次
にステップS5でインジェクタのノズル部温度が相対的
に低い気筒のインジェクタ制御量を演算する。そして、
ステップS6で各インジェクタ13に出力する。なお、
ステップS5の処理は、ステップS4の処理でノズル部
温度の高い気筒の出力が低下するため、ノズル部温度が
低い気筒の出力を高めるように調整し、エンジン全体と
して、出力、燃費が所定の値になるようにするためであ
る。
むための補正マップを説明するための図である。図6
(A)に示すように、各気筒#1〜#6において、エン
ジン負荷とエンジン回転数に応じたノズル部の温度特性
を予め計測してマップ化し、このマップに基づいて点火
時期の補正量(図B)、燃料噴射開始時期の補正量(図
C)、燃料噴射量の補正量(D)を予め作成してコンピ
ュータのメモリに格納しておく。なお、船外機などのよ
うにクランク軸縦置きのエンジンでは、上段気筒は中負
荷・中速域で温度上昇が高く、下段気筒は高負荷・高速
域で温度上昇が高いという特性を有している。図7は最
上段気筒#1の場合を示しており、図6の最下段気筒#
6に比べて、中負荷・中速域での温度上昇が高い。
図である。図8(A)においては、ノズル部温度が高い
エンジン回転数およびスロットル開度の値のところで、
所定の気筒(例えば高負荷・中速で#1気筒、高回転で
#6気筒)の点火時期を遅角させて出力を低下させ、イ
ンジェクタ13のノズル部温度を低下させるようにして
いる。図8(B)においては、ノズル部温度が高いエン
ジン回転数およびスロットル開度の値のところで、所定
の気筒(例えば高負荷・中速で#1気筒、高回転で#6
気筒)の噴射開始時期を遅角させて出力を低下させ、イ
ンジェクタ13のノズル部温度を低下させるようにして
いる。その結果、図9に示すようにノズル部温度を低下
させることができる。
実施形態を示す処理の流れを説明するための図、図10
(B)は補正マップを説明するための図である。本実施
形態は、図2(B)の温度センサ60を設けた場合の処
理であり、この温度センサ60により直接、ノズル部温
度を検出し、図10(B)に示す補正マップを用いて制
御量を演算する。従って、各気筒ごとに補正マップを用
意する必要がなく、また高精度の燃料噴射制御が可能と
なる。
4サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。
なお、図1の例と同一の構成については同一番号を付け
て説明を省略する。本実施形態においては、ポンプ駆動
ユニット40がエンジン2の中央部に配置され、ポンプ
駆動ユニット40の両側に高圧燃料ポンプ32、34が
配置されている。図中、13はインジェクタ、19は吸
気管、33は燃料供給レール、101は吸気弁、102
はカムシャフトである。
燃焼方法を説明するための図である。図12(A)は、
成層燃焼を示し、噴射燃料が拡散しないように圧縮行程
中で点火時期の直前に燃料を噴射し、これにより、シリ
ンダ内の点火プラグ周辺の空気を燃焼に使い、燃焼効率
の改善を行っている。4サイクルエンジンにおいては、
吸気管長の差により燃焼温度の気筒間差が大きくなるの
で、図12(B)、図12(C)に示す均一燃焼を採用
する。図12(B)は極低速運転域、図12(C)は高
速運転域の場合であり、いずれの場合も吸気行程中に燃
料の全量を噴射し、点火までの時間を長くして均一燃焼
を行うものである。
1、2、6、7記載の発明によれば、燃焼温度の気筒間
差が大きいエンジンにおいて、全運転域で均一燃焼させ
ても、インジェクタノズル部の温度を常にデポジットが
堆積しない温度に維持することができ、燃料噴射量の低
下を防止し、正確な空燃比制御が可能となり、請求項3
記載の発明によれば、エンジン全体として、出力、燃費
の悪化を最小限にとどめることができ、請求項4記載の
発明によれば、温度センサを設けることなく上記制御を
実現することができ、請求項5記載の発明によれば、温
度センサを設けることにより、各気筒毎の補正マップが
不要になるとともに、正確な制御を行うことができる。
1例を示す船外機の模式図であり、図(A)はエンジン
の平面図、図1(B)は図(A)のB−B線に沿う縦断
面図、図(C)は船外機の側面図、図(D)は燃料供給
系の構成図である。
構成を示す断面図、図4(B)はインジェクタのシリン
ダヘッドへの取付状態を示す断面図である。
るための図である。
A)、燃料噴射開始時期(図B)および燃料噴射量(図
C)との関係を示す図である。
を示す処理の流れを説明するための図、図5(B)は燃
料噴射量の基本マップを説明するための図である。
明するための図である。
明するための図である。
る。
施形態を示す処理の流れを説明するための図、図10
(B)は補正マップを説明するための図である。
ンジンに適用した船外機の平面図である。
明するための図である。
Claims (7)
- 【請求項1】複数の気筒内にインジェクタにより燃料を
噴射するエンジンで且つ各気筒の吸気管長または排気管
長が異なるエンジンにおいて、エンジンの運転状態に応
じて各気筒のインジェクタノズル部の温度を低下させる
ようにインジェクタの制御量を演算することを特徴とす
る筒内燃料噴射式エンジンの制御装置。 - 【請求項2】前記制御量は、点火時期、燃料噴射開始時
期および燃料噴射量のうち少なくとも1つであることを
特徴とする請求項1記載の筒内燃料噴射式エンジンの制
御装置。 - 【請求項3】インジェクタノズル部の温度が相対的に低
い気筒については、エンジンの出力を上げるように制御
量を演算することを特徴とする請求項1または2記載の
筒内燃料噴射式エンジンの制御装置。 - 【請求項4】エンジン負荷とエンジン回転数に基づい
て、点火時期、燃料噴射開始時期および燃料噴射量の補
正量を演算することを特徴とする請求項2または3記載
の筒内燃料噴射式エンジンの制御装置。 - 【請求項5】インジェクタノズル部に温度センサを設
け、該温度センサにより検出されたノズル部温度に基づ
いて、点火時期、燃料噴射開始時期および燃料噴射量の
補正量を演算することを特徴とする請求項2または3記
載の筒内燃料噴射式エンジンの制御装置。 - 【請求項6】エンジンが排気管長が異なる2サイクルエ
ンジンであり、排気ポートが閉じるまでに燃料の全量を
噴射することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか
に記載の筒内燃料噴射式エンジンの制御装置。 - 【請求項7】エンジンが吸気管長が異なる4サイクルエ
ンジンであり、吸気行程で燃料の全量を噴射することを
特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の筒内燃
料噴射式エンジンの制御装置。
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