JP2004100589A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が燃料噴射を開始する際にも、燃料が途切れることなく安定して供給されるようにした内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】今回（時刻ｔ１）の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒがゼロよりも大きく、かつ前回（時刻ｔ０）の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒ＿１がゼロであれば遅延カウンタＴｄがカウントを開始する。その後、時刻ｔ４までは上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒのみが上昇し、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒは初期値を維持する。時刻ｔ４において遅延時間が完了すると、下流側燃料噴射弁の噴射率Ｒｌｏｗｅｒが減少を開始する。
【選択図】　　　　図６

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装置に係り、特に、スロットルバルブを挟んで上流側と下流側のそれぞれ噴射弁を設けた燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁をスロットル弁よりも上流側に設けると、噴射燃料が気化する際に吸入空気から熱を奪うので体積効率が向上する。したがって、燃料噴射弁をスロットル弁よりも下流側に設けた場合に較べてエンジン出力を向上させることができる。その一方、燃料噴射弁を上流側に設けると、その燃料噴射口と燃焼室との距離が必然的に長くなるので、燃料噴射弁をスロットル弁よりも下流側に設けた場合に較べて燃料輸送に応答遅れが生じる。
【０００３】
エンジンの出力を向上させ、かつ応答遅れに対処するために、スロットル弁を挟んで吸気管の上流側および下流側のそれぞれに燃料噴射弁を設けた燃料噴射装置が、例えば特開平４−１８３９４９号公報、特開平１０−１９６４４０号公報に開示されている。
【０００４】
図８は、２つの燃料噴射弁が配置された従来の内燃機関の主要部の断面図であり、吸気管５１のスロットル弁５２を挟んで下流側（エンジン側）の側部に下流側燃料噴射弁５０ａが配置され、上流側（エアクリーナ側）に上流側燃料噴射弁５０ｂが配置されている。吸気管５１の下端部は吸気通路５２に接続され、この吸気通路５２の燃焼室に臨む吸気ポート５３は吸気弁５４で開閉される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スロットルバルブを挟んで上流側と下流側のそれぞれに燃料噴射弁を設けたエンジンでは、上流側に設けられた燃料噴射弁の燃料噴射口からシリンダまでの距離が遠くなるために応答遅れが生じる。したがって、例えば下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が噴射を開始する際に、上流側燃料噴射弁の噴射量の増加と同時に下流側燃料噴射弁の噴射量を減じてしまうと、上流側燃料噴射弁から噴射された燃料がシリンダに達するまでの間に燃料不足が生じ、ドライバビリティが低下してしまうという技術課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が燃料噴射を開始する際にも、燃料が途切れることなく安定して供給されるようにした内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、スロットル弁が設けられた吸気管と、このスロットル弁より上流側に設けられた上流側燃料噴射弁と、スロットル弁より下流側に設けられた下流側燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、上流側および下流側燃料噴射弁による総噴射量を決定する手段と、前記総噴射量に占める上流側および下流側燃料噴射弁の各噴射比率を決定する手段と、下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が噴射を開始する際の過渡期に下流側燃料噴射弁の噴射比率を補正する手段とを具備し、前記補正手段は、各燃料噴射弁の噴射量の総和が前記総噴射量を上回るように、前記下流側燃料噴射弁の噴射比率を補正することを特徴とする。
【０００８】
上記した特徴によれば、下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が噴射を開始する際の過渡期には、常時よりも多めの燃料が供給されるので、上流側燃料噴射弁からの燃料噴射に応答遅れが生じても、シリンダには十分な量の燃料が供給されることになる。したがって、上流側燃料噴射弁からの燃料噴射に応答遅れが生じても、燃料供給不足によるドライバビリティの低下が防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である燃料噴射装置の全体構成図であり、エンジン２０の燃焼室２１には、吸気ポート２２および排気ポート２３が開口し、各ポート２２，２３には吸気弁２４および排気弁２５がそれぞれ設けられるとともに、点火プラグ２６が設けられる。
【００１０】
吸気ポート２２に通じる吸気通路２７には、その開度θＴＨに応じて吸入空気量を調節するスロットル弁２８、ならびに前記開度θＴＨを検出するスロットルセンサ５および吸入負圧ＰＢを検知する負圧センサ６が設けられている。吸気通路２７の終端にはエアクリーナ２９が設けられている。エアクリーナ２９内にはエアフィルタ３０が設けられ、このエアフィルタ３０を通じて吸気通路２７へ外気が取り込まれる。
【００１１】
吸気通路２７には、スロットル弁２８よりも下流側に下流側噴射弁８ｂが配置され、スロットル弁２８よりも上流側のエアクリーナ２９には、前記吸気通路２７を指向するように上流側噴射弁８ａが配置されると共に、吸気（大気）温度ＴＡを検知する吸気温度センサ２が設けられている。
【００１２】
エンジン２０のピストン３１にコンロッド３２を介して連結されたクランク軸３３には、クランクの回転角度に基づいてエンジン回転数ＮＥを検知するエンジン回転数センサ４が対向配置される。さらに、クランク軸３３に連結されて回転するギヤ等の回転体３４には、車速Ｖを検知する車速センサ７が対向配置されている。エンジン２０の周りに形成されたウォータジャケットには、エンジン温度を代表する冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ３が設けられている。
【００１３】
ＥＣＵ（エンジン制御装置）１は、燃料噴射制御部１０および点火タイミング制御部１１を含む。燃料噴射制御部１０は、前記各センサにより検知された信号（プロセス値）に基づいて、前記上流側および下流側の各噴射弁８ａ、８ｂへ噴射信号Ｑｕｐｐｅｒ、Ｑｌｏｗｅｒを出力する。この噴射信号は噴射量に応じたパルス幅を有するパルス信号であり、各噴射弁８ａ、８ｂは、このパルス幅に相当する時間だけ開弁されて燃料を噴射する。点火タイミング制御部１１は、点火プラグ２６の点火タイミングを制御する。
【００１４】
図２は、前記燃料噴射制御部１０の機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１５】
総噴射量決定部１０１は、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度θＴＨおよび吸気圧ＰＢに基づいて、上流側および下流側の各燃料噴射弁８ａ，８ｂから噴射する燃料の総量Ｑｔｏｔａｌを決定する。噴射比率決定部１０２は、エンジン回転数ＮＥおよびスロットル開度θＴＨに基づいて噴射比率テーブルを参照し、上流側噴射弁８ａの噴射比率Ｒｕｐｐｅｒを求める。
【００１６】
図３は、噴射比率テーブルの一例を示した図であり、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥとして１５点（Ｃｎｅ００〜Ｃｎｅ１４）、スロットル開度θＴＨとして１０点（Ｃｔｈ０〜Ｃｔｈ９）を基準にして噴射比率マップを構成し、各エンジン回転数ＮＥとスロットル開度θＴＨとの組み合わせごとに、上流側噴射弁８ａの噴射比率Ｒｕｐｐｅｒを予め登録している。前記噴射比率決定部１０２は、検知されたエンジン回転数ＮＥおよびスロットル開度θＴＨに対応した噴射比率Ｒｕｐｐｅｒを、前記噴射比率マップ上で４点補間により求める。
【００１７】
図２へ戻り、補正係数算出部１０３は、吸気負圧ＰＢ、吸気温度ＴＡおよび冷却水温度ＴＷ等のプロセス値に基づいて、吸気負圧補正係数Ｋｐｂ、吸気温度補正係数Ｋｔａおよび冷却水温度補正係数Ｋｔｗ等を算出し、これら全ての補正係数を統合して総補正係数Ｋｔｏｔａｌを算出する。噴射量決定部１０５において、上流側噴射量決定部１０５１は、前記噴射比率Ｒｕｐｐｅｒおよび総噴射量Ｑｔｏｔａｌに基づいて上流側噴射弁８ａの噴射量を求め、これに前記総補正係数Ｋｔｏｔａｌを含む各種の補正係数を乗じて、あるいは加算して上流側噴射弁８ａの噴射量Ｑｕｐｐｅｒを決定する。下流側噴射量決定部１０５２は、前記上流側噴射量Ｑｕｐｐｅｒおよび総噴射量Ｑｔｏｔａｌに基づいて、下流側噴射弁８ｂの噴射量Ｑｌｏｗｅｒを決定する。
【００１８】
噴射量補正部１０４は、加速時やスロットル開度θＴＨの急閉時等に各噴射弁８ａ，８ｂの噴射量を補正する。噴射量補正部１０４はさらに、噴射開始制御部１０４ａを含み、下流側燃料噴射弁８ｂのみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁８ａが噴射を開始する際の過渡期に、各燃料噴射弁８ａ，８ｂの実噴射量の総和（Ｑｕｐｐｅｒ＋Ｑｌｏｗｅｒ）が前記総噴射量Ｑｔｏｔａｌを一時的に上回るように、下流側噴射弁８ｂの噴射比率Ｒｌｏｗｅｒを補正するための「噴射開始制御」を実行する。この「噴射開始制御」に関しては、後に図５のフローチャートおよび図６のタイミングチャートを参照して詳細に説明する。
【００１９】
次いで、上記した燃料噴射制御部１０の動作を、図４のフローチャートを参照して詳細に説明する。この処理は、所定ステージにおけるクランクパルスによる割り込みで実行される。
【００２０】
ステップＳ１０では、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度θＴＨ、吸気圧ＰＢ、吸気温度ＴＡあるいは冷却水温度ＴＷ等のプロセス値が上記各センサにより検知される。ステップＳ１１では、前記総噴射量決定部１０１において、上流側および下流側の各燃料噴射弁８ａ，８ｂから噴射する燃料の総量Ｑｔｏｔａｌが、エンジン回転数ＮＥ、スロットル開度θＴＨおよび吸気圧ＰＢに基づいて決定される。
【００２１】
ステップＳ１２では、前記噴射比率決定部１０２において、前記エンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度θＴＨに基づいて前記図３の噴射比率テーブルが参照され、上流側噴射弁８ａの噴射比率Ｒｕｐｐｅｒが決定される。ステップＳ１３では、次式（１）に基づいて噴射比率Ｒｕｐｐｅｒが補正される。ここで、変数α、βは他の補正係数を代表する。
Ｒｕｐｐｅｒ＝Ｒｕｐｐｅｒ×Ｋｔｏｔａｌ×α＋β　…（１）
ステップＳ１４では、上流側噴射量決定部１０５１により、次式（２）に基づいて上流側噴射弁８ａの噴射量Ｑｕｐｐｅｒが算出される。
Ｑｕｐｐｅｒ＝Ｑｔｏｔａｌ　×Ｒｕｐｐｅｒ　…（２）
ステップＳ１５では、下流側燃料噴射弁８ｂのみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁８ａが噴射を開始する際の過渡期に、各燃料噴射弁８ａ，８ｂの実噴射量の総和（Ｑｕｐｐｅｒ＋Ｑｌｏｗｅｒ）が前記総噴射量Ｑｔｏｔａｌを一時的に上回るように、下流側噴射弁８ｂの噴射比率Ｒｌｏｗｅｒを補正する「噴射開始制御」が実行される。
【００２２】
図５は、前記「噴射開始制御」の処理手順を示したフローチャートであり、図６は、そのタイミングチャートである。
【００２３】
図５のステップＳ３１では、前記ステップＳ１３において決定された今回の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒがゼロよりも大きいか否かが判定され、ゼロよりも大きければステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、前回の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒ＿１がゼロであったか否かが判定され、ゼロであればステップＳ３３へ進む。
【００２４】
ここで、図６に示したように、今回（時刻ｔ１）の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒがゼロよりも大きく、かつ前回（時刻ｔ０）の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒ＿１がゼロであれば、休止していた上流側燃料噴射弁８ａが噴射を開始する過渡期と判断されてステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３では、遅延カウンタＴｄに遅延時間の初期値Ｃｉｎｉｔがセットされ、遅延準備フラグＦｐｒｅがセットされ、かつ下流側減量率Ｒｄｅｃがリセット（＝０）される。
【００２５】
前記遅延時間Ｃｉｎｉｔは、上流側噴射が開始されてから、この上流側の燃料噴射分を下流側噴射分から減じ始めるまでの遅延時間である。遅延準備フラグＦｐｒｅは、前記遅延時間の計時が開始されるとセットされる。下流側減量率Ｒｄｅｃには、前記遅延時間の経過後（時刻ｔ４〜ｔ５）、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒを上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒの上昇分だけ漸減させる際の減少率が登録される。
【００２６】
ステップＳ３４では、前記遅延準備フラグＦｐｒｅが参照され、時刻ｔ１の直後であれば、フラグＦｐｒｅ　が「１」なのでステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５では、前記遅延カウンタＴｄが参照され、ここでは既に遅延時間Ｃｉｎｉｔがセットされており、「０」よりも大きいと判定されるのでステップＳ４３へ進む。ステップＳ４３では、前記遅延カウンタＴｄが「１」だけ減ぜられる。ステップＳ４４では、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒとして「１．０（１００％）」が登録される。
【００２７】
図４へ戻り、ステップＳ１６では、前記ステップＳ１３で決定された今回の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒと現在の下流側減量率Ｒｄｅｃとが比較される。ここでは、下流側減量率Ｒｄｅｃが前記図５のステップＳ３３で登録された「０」のままなのでステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７では、下流側噴射量決定部１０５２により、次式（３）に基づいて、下流側噴射弁８ｂの噴射量Ｑｌｏｗｅｒが算出される。
Ｑｌｏｗｅｒ＝Ｑｔｏｔａｌ　×Ｒｌｏｗｅｒ　…（３）
但し、ここでは下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒが「１．０」なので、下流側噴射量Ｑｌｏｗｅｒとして総噴射量Ｑｔｏｔａｌがそのまま登録される。
【００２８】
時刻ｔ３では、図５のステップＳ３１が肯定、ステップＳ３２が否定なのでステップＳ４２を経てステップＳ３４へ進む。ここでは、遅延準備フラグＦｐｒｅが「１」と判定されるのでステップＳ３５、Ｓ４３、Ｓ４４と進み、前記遅延カウンタＴｄが更に「１」だけ減ぜられ、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒとして「１」（１００％）が登録される。
【００２９】
図４へ戻り、ステップＳ１６は依然として肯定なのでステップＳ１７へ進み、前記と同様に、下流側噴射量Ｑｌｏｗｅｒとして総噴射量Ｑｔｏｔａｌがそのまま登録される。
【００３０】
その後、図６の時刻ｔ４において遅延カウンタＴｄ　がゼロに達し、これが図５のステップＳ３５で検知されると、ステップＳ３６では、遅延完了フラグＦｅｎｄがセットされる。ステップＳ３７では、前記下流側減量率Ｒｄｅｃと所定の単位減量率ΔＲｄｅｃとの和が、新たな下流側減量率Ｒｄｅｃとして更新登録される。ステップＳ３８では、前記ステップＳ１３で決定された今回の上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒと前記下流側減量率Ｒｄｅｃとが比較される。
【００３１】
ここで、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒは上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒの上昇分（ここでは、上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒそのもの）だけ低下させる必要がある。したがって、上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒが下流側減量率Ｒｄｅｃ　を上回っている、すなわち、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒの減量が不十分である間はステップＳ３９へ進む。ステップＳ３９では、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒとして、「１」（＝１００％）から下流側減量率Ｒｄｅｃを減じた値（１−Ｒｄｅｃ　）が更新登録される。
【００３２】
その後、図６の時刻ｔ５において、前記図５のステップＳ３８の判断が否定となり、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒが、１００％から上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒを減じた値に達するとステップＳ４５へ進む。ステップＳ４５では、「１．０（１００％）」から上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒを減じた値（１−Ｒｕｐｐｅｒ）が下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒとして更新登録される。ステップＳ４６では、終了処理として前記遅延完了フラグＦｅｎｄがセットされ、遅延準備フラグＦｐｒｅがリセットされる。
【００３３】
図４へ戻り、ステップＳ１６ではＲｕｐｐｅｒ＜Ｒｄｅｃが成立するのでステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、下流側噴射量決定部１０５２により、次式（４）に基づいて、下流側噴射弁８ｂの噴射量Ｑｌｏｗｅｒが算出される。
Ｑｌｏｗｅｒ＝Ｑｔｏｔａｌ　−Ｑｕｐｐｅｒ　…（４）
以上のようにして、上流側噴射弁８ａの噴射量Ｑｕｐｐｅｒおよび下流側噴射弁８ｂの噴射量Ｑｌｏｗｅｒが決定すると、クランク角度に同期した所定のタイミングで、各噴射弁８ａ，８ｂへ前記各噴射量Ｑｕｐｐｅｒ、Ｑｌｏｗｅｒに応じたパルス幅の噴射信号が出力され、各噴射弁８ａ，８ｂから燃料が噴射される。
【００３４】
なお、前記ステップＳ３１が否定であればステップＳ４０へ進み、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒとして「１．０（１００％）」が登録される。ステップＳ４１では、前記遅延準備フラグＦｐｒｅおよび後述する遅延完了フラグＦｅｎｄがリセットされる。また、前記ステップＳ４２が否定であれば、ステップＳ４２において、下流側噴射率Ｒｌｏｗｅｒとして、１（１００％）から上流側噴射率Ｒｕｐｐｅｒを減じた値（１−Ｒｕｐｐｅｒ）が登録される。
【００３５】
また、上記した実施形態では、下流側燃料噴射弁８ｂのみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁８ａが噴射を開始する際の過渡期に、各燃料噴射弁８ａ，８ｂの噴射量の総和（Ｑｕｐｐｅｒ＋Ｑｌｏｗｅｒ）が総噴射量Ｑｔｏｔａｌを上回るように、下流側燃料噴射弁８ｂの噴射量の減少開始タイミングを、上流側燃料噴射弁８ａの噴射量の増加タイミングよりも遅延させるものとして説明した。しかしながら、図７に示したように、下流側燃料噴射弁８ｂの噴射比率Ｒｌｏｗｅｒの減少率ΔＲｌｏｗｅｒが、上流側燃料噴射弁８ａの噴射比率Ｒｕｐｐｅｒの増加率ΔＲｕｐｐｅｒよりも低くなるように、各噴射弁８ａ，８ｂの噴射比率を制御することによっても、各燃料噴射弁８ａ，８ｂの噴射量の総和（Ｑｕｐｐｅｒ＋Ｑｌｏｗｅｒ）が総噴射量Ｑｔｏｔａｌを上回るようにできる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が噴射を開始する際の過渡期には、常時よりも多めの燃料が供給されるので、上流側燃料噴射弁からの燃料噴射に応答遅れが生じても、シリンダには十分な量の燃料が供給されることになる。したがって、上流側燃料噴射弁からの燃料噴射に応答遅れが生じても、燃料供給不足によるドライバビリティの低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】燃料噴射制御部１０の機能ブロック図である。
【図３】噴射率テーブルの一例を示した図である。
【図４】燃料噴射の制御手順を示したフローチャートである。
【図５】上流側噴射開始制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図６】上流側噴射開始制御のタイミングチャートである。
【図７】上流側噴射開始制御の他の実施形態のタイミングチャートである。
【図８】２つの燃料噴射弁が配置された従来の内燃機関の断面図である。
【符号の説明】１…ＥＣＵ，２…吸気温度（ＴＡ）センサ，３…水温（ＴＷ）センサ，４…エンジン回転数（ＮＥ）センサ，５…スロットル開度（θＴＨ）センサ，６…吸気圧（ＰＢ）センサ，８ａ…上流側噴射弁，８ｂ…下流側噴射弁，１０…燃料噴射制御部，２０…エンジン，２１…燃焼室，２２…吸気ポート，２３…排気ポート，２４…吸気弁，２５…排気弁，２６…点火プラグ，２７…吸気通路，２８…スロットル弁，２９…エアクリーナ，３０…エアフィルタ，３１…ピストン，３２…コンロッド，３３…クランク軸，３４…回転体，１０１…総噴射量決定部，１０２…噴射比率決定部，１０３…補正係数算出部，１０４…噴射量補正部，１０５…噴射量決定部，１０５１…上流側噴射量決定部，１０５２…下流側噴射量決定部

Claims (3)

1. スロットル弁が設けられた吸気管と、このスロットル弁より上流側に設けられた上流側燃料噴射弁と、スロットル弁より下流側に設けられた下流側燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、
   上流側および下流側燃料噴射弁による総噴射量を決定する手段と、
   前記総噴射量に占める上流側および下流側燃料噴射弁の各噴射比率を決定する手段と、
   下流側燃料噴射弁のみが燃料を噴射している状態から上流側燃料噴射弁が噴射を開始する際の過渡期に、前記下流側燃料噴射弁の噴射比率を補正する手段とを具備し、
   前記補正手段は、各燃料噴射弁の噴射量の総和が前記総噴射量を上回るように、前記下流側燃料噴射弁の噴射比率を補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記補正手段は、前記下流側燃料噴射弁の噴射比率の減少開始タイミングを、前記上流側燃料噴射弁の噴射比率の増加タイミングよりも遅延させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記補正手段は、前記下流側燃料噴射弁の噴射比率の減少率を、前記上流側燃料噴射弁の噴射比率の増加率よりも低くしたことを特徴とする請求項１に記載内燃機関の燃料噴射装置。

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