JP2008115836A - 筒内噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒に２種類のインジェクタを備えた筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御について、あらゆるエンジン運転状態に応じて正確な燃料噴射量及び最適な混合気を得られるようにしてエンジン運転性と排ガスを良好な状態にする。
【解決手段】各気筒に成層燃焼用と均一燃焼用の２種類の異なるインジェクタ８ａ，８ｂを備えた筒内噴射式エンジン２の燃料噴射システムに配設され、電子的制御手段が所定のエンジン運転検出手段でエンジン運転状態を検知しながらインジェクタ８ａ，８ｂの駆動を制御し、少なくとも成層燃焼と均一燃焼を含む複数の異なる燃焼方式を組み合わせてエンジン運転状態に応じた燃料噴射制御を行う筒内噴射制御装置としての電子制御ユニット１０が、連続的に検知しているエンジン運転状態に応じて燃料ポンプ４を駆動制御してエンジン運転状態に適合した燃料噴射量及び混合気が得られる燃料圧力に調整するものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒内噴射制御装置に関し、殊に、成層燃焼用と均一燃焼用の２種類の異なるインジェクタを備えた筒内噴射式エンジンにおいて燃料噴射制御を行う筒内噴射制御装置に関する。

車両用エンジンの分野では、その気筒内にインジェクタを設けて所定のタイミングで燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射式（直噴式）エンジンが汎用されている。この方式では、例えば特開平６−１２３２４５号公報に記載されているように、エンジン運転の低中負荷領域では圧縮行程で燃料を噴射し混合気を成層化してリーンな状態で燃焼させ、高負荷領域では吸気行程で燃料を噴射し混合気の均一化を実現させるものとして、低負荷領域で燃費・排ガス状態の改善を図りながら高負荷領域で高出力を実現しようとする制御方式が知られている。

このようにエンジン運転の低負荷領域と高負荷領域とで燃焼方式を分けるものにおいて、成層燃焼ではピストンの上死点近くで燃料を噴射して点火プラグ近傍に混合気のクラウドを形成する必要があることから、成層燃焼と均一燃焼とでそれぞれ異なる特性のインジェクタを異なる位置に配設するが必要が生じる。

そのため、例えば特開平７−２４７８４１号公報に記載されているように異なる２種類のインジェクタを同一気筒内の異なる位置に配設して、この２個のインジェクタをそれぞれ最適なタイミングで最適な噴射量を実現させるように切り換える制御方式が採用されている。この場合、低負荷領域と高負荷領域の間の中負荷領域では、成層燃焼と均一燃焼を混合した２ゾーン燃焼を実施することでさらに効率的な燃焼を実現することができる。

ところで、このように複数の燃焼方式を組み合わせる制御を実施する場合において、スロットル開度制御手段を用いて異なる燃焼方式間で燃料噴射量の制御を行うようにして、異なる方式間のトルク段差を抑制してエンジン運転を良好に保つようにした制御方式が、特開平１１−３６９２６号公報に提案されている。

ところが、成層燃焼においては噴射燃料の微細化が要求されるため噴射圧力は高圧であることが望ましく、これと反対に均一燃焼の低中回転域では燃料と空気の混合を促進させる観点で噴射燃料の粒径は大きめが要求されるため噴射圧力は低圧であることが好ましく、さらに高回転域では噴射圧力が高圧であることが好ましい。

従って、燃料圧力が的確にコントロールでされなければ、様々に変化するエンジン運転状態に応じて最適な混合気を形成する燃料噴射が困難となり、また、高負荷領域で多量の燃料を噴射すると燃料噴射圧力が一時的に低下して正確な燃料噴射量を実現しにくいものとなる。そのため、排ガスの状態やエンジン運転能について改善の余地を残すものとなってしまう。
特開平６−１２３２４５号公報 特開平７−２４７８４１号公報 特開平１１−３６９２６号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、同一の気筒に成層燃焼用と均一燃焼用の２種類の異なるインジェクタを備えた筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御について、あらゆるエンジン運転状態に対応して正確な燃料噴射量及び最適な混合気を得られるようにして、エンジン運転性と排ガスを良好な状態にすることを課題とする。

そこで、本発明は、各気筒に成層燃焼用と均一燃焼用の２種類の異なるインジェクタをそれぞれ備えた筒内噴射式エンジンの燃料噴射システムに配設され、電子的制御手段が所定のエンジン運転状態検出手段でエンジン運転状態を検知しながら前記各インジェクタの駆動及び点火時期を制御し、少なくとも成層燃焼と均一燃焼を含む複数の異なる燃焼方式を組み合わせてエンジン運転状態に応じた燃料噴射制御を行う筒内噴射制御装置において、前記電子的制御手段が連続的に検知している前記エンジン運転状態に応じて燃料ポンプを駆動制御して、前記エンジン運転状態に適合した燃料噴射量及び混合気が得られる燃料圧力に調整することした。

これにより、従来の筒内噴射制御装置においてインジェクタやスロットルを駆動制御するのみでは正確な燃料噴射量と最適な混合気を得ることが困難であったのに対し、エンジン運転状態に応じて燃料ポンプを駆動制御するようにしたことで、燃料圧力を的確に調整して正確な燃料噴射量と最適な混合気が得られるようになる。

また、この場合、エンジン運転状態を検知した電子的制御手段が、エンジン運転の低負荷領域で成層燃焼用のインジェクタに噴射させ、高負荷領域では２種類の両インジェクタに噴射させるとともに燃料ポンプを駆動させて燃料圧力を上昇させるものとすれば、燃料の噴射圧力を低下させることなくエンジンの要求する流量の燃料を供給することができる。

更に、上述した筒内噴射制御装置において、その燃焼方式は成層燃焼と均一燃焼を行う２つのエンジン運転状態の領域間に中負荷領域を設定するものとされ、この中負荷領域で成層燃焼と均一燃焼とを混合した２ゾーン燃焼を行うものとすれば、さらに効率的な燃焼を実現できるものとなる。

燃料ポンプを駆動制御してエンジン運転状態に応じて燃料圧力を調整するものとした本発明によると、あらゆるエンジン運転状態に対応して正確な燃料噴射量と最適な混合気を得ることができ、エンジン運転性及び排ガスを良好な状態にすることができる。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、エンジン２の燃料噴射システムを含む構成図を示すものであり、エンジン２は筒内噴射式エンジンであり、成層燃焼用の第１のインジェクタ８ａと均一燃焼用の第２のインジェクタ８ｂとを備え て、図示しないエンジン運転検出手段でエンジン運転状態を連続的に検知している電子制御ユニット１０が、インジェクタ駆動用のドライバ６，７を介して燃焼方式を切り換えながら燃料噴射制御を実行するようになっている。

電子制御ユニット１０は、本発明の筒内噴射制御装置を構成するものであり、電子的制御手段としてのＣＰＵまたはＩＣ、記憶手段、入出力インターフェース等を備え、エンジンの他の制御を行う制御装置を兼ねながら以下に述べる筒内噴射制御方法を実行するものである。

また、電子制御ユニット１０はエンジン２の燃焼室２０の頂壁付近に配設された点火プラグ９の点火時期を制御するようになっている。さらに、電子制御ユニット１０は、燃料タンク３内に配設された燃料ポンプ４のドライバ５に駆動信号を出力して、燃料ポンプ４の駆動を制御しながらインジェクタ８ａ，８ｂに供給する燃料圧力を調整して、その燃料噴射圧力を制御するようになっている。

このような電子制御ユニット１０による制御内容について説明すると、図示しないエンジン運転状態検出手段のセンサ信号によりエンジン運転状態を検知した電子制御ユニット１０は、その検知データに基づいて最適な燃料圧力と燃料流量を算出して、ドライバ５を介して燃料ポンプ４を作動させ、燃料タンク３内の燃料を圧送させる。

燃料が圧送されると、電子制御ユニット１０がエンジン運転状態によって成層燃焼か均一燃焼か２ゾーン燃焼かを判断して、少なくとも第１のインジェクタ８ａ、第２のインジェクタ８ｂから選択的に噴射される。この場合、第１のインジェクタ８ａはインジェクタ駆動用のドライバ６によってＤＵＴＹ制御され、同様に第２のインジェクタ８ｂはインジェクタ駆動用ドライバ７によりＤＵＴＹ制御される。

上述したように、電子制御ユニット１０は検知データに基づいてエンジン運転状態を判定して燃焼方式に応じた噴射時期と燃料噴射量を決定する。例えば図２のグラフに示すように、エンジン負荷とエンジン回転数の関係により、低負荷領域では噴射時期がピストン２１の上死点側で遅く設定される成層燃焼を、高負荷領域では噴射時期が圧縮行程初期で早く設定される均一燃焼を行い、この両者の間の中間領域ではこの２つの燃焼方式を混合した２ゾーン燃焼実施するものと定め、燃料噴射信号を第１，第２のインジェクタ８ａ，８ｂにドライバ６，７を介して出力する。

次に、電子制御ユニット１０の制御手順を図３のフローチャートを用いて説明する。先ず、検知データからエンジンの運転状態を把握し（Ｓ１）、この運転状態に応じた燃焼方式をチェックする（Ｓ２）。そこで、低負荷領域の成層燃焼と判断すると第１のインジェクタ８ａのみを駆動させ（Ｓ３）、中負荷領域の２ゾーン燃焼と判断すると第１，第２のインジェクタ８ａ，８ｂの両方を駆動させ（Ｓ４）、高負荷領域の均一燃焼と判断すると第１，第２のインジェクタ８ａ，８ｂの両方及び燃料ポンプ４を駆動させる（Ｓ５）。

この高負荷領域の均一燃焼における燃料ポンプ４の駆動制御は、電子制御ユニット１０が図示しない圧力センサで噴射直前の燃料圧力を検知しながら検知したエンジン運転状態と決定した燃料噴射量に応じて通常の燃料圧力を維持させるため、或いは燃料の高圧力・大量噴射に対応するための上乗せ分を算出して、ドライバ５に駆動信号を出力するものとすればよい。

このようにすることで、例えば高負荷領域のエンジン高回転時に大量の燃料を噴射しても燃料圧力が低下しないものとなり、また必要に応じて通常よりも高圧で燃料を噴射させることができるため、エンジン運転性と良好な燃費・排ガス状態とを両立することが可能となる。

以上、述べたように、成層燃焼と均一燃焼との間で燃焼方式を切り換える制御で駆動する筒内噴射エンジンにおいて、本発明によりエンジン運転状態に応じて燃料圧力を適切に制御することを可能として、エンジンの低負荷領域から高負荷領域まで正確な燃料噴射量と最適な空燃比の混合気形成を実現できるものとなり、エンジン運転性及び排ガスを良好な状態にすることを可能としたものである。

本発明の実施の形態を示エンジンの燃料噴射システムを含むエンジンの構成図。 図１の燃料噴射システムにおいてエンジン負荷とエンジン回転数に応じた制御方式を示すグラフ。 図１の燃料噴射システムの電子制御ユニットによる制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

２ エンジン、３ 燃料タンク、４ 燃料ポンプ、５，６，７ ドライバ、８ａ，８ｂ インジェクタ、９ 点火プラグ、１０ 電子制御ユニット、２０ 燃焼室、２１ ピストン

Claims (3)

1. 各気筒に成層燃焼用と均一燃焼用の２種類の異なるインジェクタをそれぞれ備えた筒内噴射式エンジンの燃料噴射システムに配設され、電子的制御手段が所定のエンジン運転状態検出手段でエンジン運転状態を検知しながら前記各インジェクタの駆動及び点火時期を制御し、少なくとも成層燃焼と均一燃焼を含む複数の異なる燃焼方式を組み合わせてエンジン運転状態に応じた燃料噴射制御を行う筒内噴射制御装置において、前記電子的制御手段が連続的に検知している前記エンジン運転状態に応じて燃料ポンプを駆動制御して、前記エンジン運転状態に適合した燃料噴射量及び混合気が得られる燃料圧力に調整することを特徴とする筒内噴射制御装置。
2. 前記電子的制御手段が、エンジン運転の低負荷領域で前記成層燃焼用のインジェクタに噴射させ、高負荷領域では前記２種類の両インジェクタに噴射させるとともに前記燃料ポンプを駆動させて燃料圧力を上昇させることを特徴とする請求項１に記載した筒内噴射制御装置。
3. 前記成層燃焼と前記均一燃焼を行う２つのエンジン運転状態の領域の間に中負荷領域を設定し、該中負荷領域で前記成層燃焼と前記均一燃焼とを混合した２ゾーン燃焼の燃焼方式を行うことを特徴とする筒内噴射制御装置。
   

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