JP2557639B2 - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射する
噴射弁と吸気通路内に燃料を噴射する噴射弁とを備えた
エンジンの燃料噴射装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えば実開昭58−56117号公報に記載されてい
るように、燃焼室内に直接燃料を噴射することによっ
て、点火プラグ周りにリッチな混合気層を確保しながら
全体としては希薄混合気で運転するようにした火花点火
エンジンが知られている。この種のエンジンは、とくに
低負荷時に上記のような成層化の効果が顕著であり、希
薄燃焼によって燃料消費率の改善を図ることができる。

しかしながら、この種のエンジンにおいては、成層化
を促進するために、一般に燃料の噴射時期を遅らせる必
要があり、とくに高負荷時などは噴射時間が長くなって
圧縮行程にまで及ぶことになるので、噴射圧力の高い大
型の噴射弁を用いなければならない。前記公報記載のエ
ンジンでは、このような問題を解決するために、濃混合
気層を保持するバッフル部材を燃焼室内に設けることに
よって比較的早い時期での燃料噴射による成層化を図っ
ている。また、噴射ノズルへの圧縮圧力あるいは燃焼圧
力の逆流を阻止する手段を設けている。また高負荷時に
は吸入行程の初期から噴射を始めるようにして燃焼室内
での燃料と空気の混合を促進するようにしている。

ところが、このように燃焼室に直接噴射弁を設けた場
合に、噴射弁に印加される制御パルスのパルス幅に対し
て、実際の噴射量は、低負荷時にはほぼリニアな関係で
得られるが、負荷が増大して噴射時の燃焼室圧力が高く
なってくると第６図（ａ）に示すようにリニアな関係か
らはずれてきて制御性が悪化するので、同図に示すよう
に気筒内インジェクタ使用範囲というものは限られてく
る。また、例えばロータリエンジンを例にとると、イン
ジェクタ（噴射弁）前圧力つまり燃焼室圧力は第６図
（ｂ）のような変化を示すが、噴射タイミング中にイン
ジェクタ前圧力があまり大きく変動すると燃圧調整が難
しくなることから、この圧力差が所定の範囲ΔＰにおさ
まるように噴射タイミングを設定する必要がある。これ
らの制約があるために、とくに高負荷時の燃料制御を燃
焼室内への噴射だけで精度良く行うことは実際上難し
い。また、混合気の成層化は低負荷時においては効果が
大きいが、燃料量の多い高負荷時にはそれほど必要でな
い。むしろ、高負荷時には燃焼室全体に均一な混合気を
分布させて空気利用率を高め、出力を向上させる必要が
ある。

そこで、燃焼室に噴射弁を設けるとともに吸気通路に
も別の噴射弁を設け、所定負荷以下では燃焼室側の噴射
弁のみを作動させて成層化による希薄燃焼を行わせ、ま
た所定負荷を越えると、燃焼室側および吸気通路側の両
噴射弁から燃料を供給したり、あるいは吸気通路からの
み供給することによって、燃焼室全体に混合気を均一に
ゆきわたらせるようにすることが考えられている。

このような噴射の切り換えを行う負荷ラインは、例え
ば不完全燃焼度特性に基づいて設定することができる。
燃焼室側の噴射弁のみによって燃料噴射を行う場合の不
完全燃焼度は、第６図（ｃ）に示すようにエンジンの負
荷が所定値を越えると急に上がるので、気筒内インジェ
クタ使用範囲というものはおのずと決まってくる。ま
た、エンジン回転数に対しても、第６図（ｄ）に示すよ
うに不完全燃焼度の面からの気筒内インジェクタ使用範
囲というものがあるので、実際上は第６図（ｅ）に示す
ように、負荷と回転数の両面から切換ラインを設定する
ことになる。

ところで、始動時とくに冷間始動時や、始動後の暖機
運転中のようにエンジン温度とくに燃焼室壁温が低い時
期においては、燃焼室内に直接噴射された燃料の霧化・
気化がきわめて悪くなる。例えばロータリピストンエン
ジンの場合だと、そのような時期、ロータの表面温度が
低いので、噴射されロータの表面に付着した燃料がロー
タ表面で加熱されて気化することはあまり期待できな
い。そのため、始動時，暖機中に限らず、エンジン温度
が低い時期に燃焼室内への直接噴射だけで運転している
と燃焼が悪化し、CO等有害成分の排出量が増大する。そ
して、このような燃焼性の悪化は、負荷が上昇して噴射
量が増えてくるにつれ顕著となる。したがって、上記の
ような噴射パターンの切換条件となる負荷の設定をエン
ジン温度に関係なく固定したのでは、冷機時において、
燃焼悪化のためにトルクが下がり、またエミッション特
性が悪化するという事態が生ずる。

（発明の目的） 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、
所定負荷を境に気筒内噴射のみの領域から少なくとも吸
気通路内噴射を行う領域へ移行するエンジンの燃料噴射
装置において、燃焼室壁温が低い冷機時の燃焼悪化とそ
れに起因するCO排出量の増大を防止することを目的とし
ている。

（発明の構成） 本発明の全体的な構成は第１図に示すとおりである。
すなわち、本発明に係るエンジンの燃料噴射装置は、エ
ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運
転状態検出手段の出力に基づいて燃料噴射量を演算する
燃料噴射量演算手段と、エンジンの燃焼室内に直接燃料
を噴射する第１噴射弁と、吸気通路内に燃料を噴射する
第２噴射弁と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段
と、前記燃料噴射量演算手段の出力に基づいた噴射信号
を、エンジンの負荷が所定値以下のときは前記第１噴射
弁のみへ出力し、また、エンジンの負荷が前記所定値を
越えたときは少なくとも前記第２噴射弁へ出力する噴射
切換手段と、エンジン温度を検出するエンジン温度検出
手段と、エンジン温度が低いとき噴射切換の条件である
前記負荷の所定値を小さくする切換条件選択手段とを備
えたことを特徴としている。

（作用） 燃料噴射量演算手段は、運転状態検出手段によって検
出されたエンジン回転数，吸入空気量等に基づいてエン
ジンに供給すべき燃料の総量を演算する。そして、エン
ジンの負荷が所定値以下のときは、噴射切換手段によっ
て、第１噴射弁のみに噴射信号が印加され、燃焼室内へ
の直接噴射だけが行われる。エンジンの負荷が所定値を
越えたときは、噴射信号が少なくとも第２噴射弁に振り
分けられ、吸気通路内へ燃料が噴射される。それによっ
て、高負荷時にも噴射信号のパルス幅に相当する正確な
噴射量が得られるために制御性が向上し、また、吸気通
路内に噴射された燃料が空気と一緒に燃焼室内に流入す
るために、燃料の霧化・気化が促進され、燃焼室の全域
での混合気の均一化が促進される。また、エンジン温度
が低いときは、切換条件選択手段の出力によって噴射切
換の条件である負荷の設定値が小さくされ、少なくとも
第２噴射弁による噴射への切り換えがより低負荷側で行
われる。したがって、燃焼室内への直接噴射だけを行う
領域が冷機時には縮小された形になり、より早い時期か
ら吸気通路内へ燃料が噴射されるので、吸気の流れによ
って燃料の微粒化，空気との混合が行われ霧化・気化が
促進される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は、ロータリピストンエンジンに適用した本発
明の一実施例の全体概略図である。同図に示すように、
このエンジン１は、ロータハウジング２の２節ペリトロ
コイド状内周面に接して３葉の内包絡線からなるロータ
３が摺動回転するいわゆるバンケルタイプのロータリピ
ストンエンジンであって、その吸入側作動室４に燃料噴
射弁５が臨設されている。また、スロットル弁６下流の
吸気通路７にもう一つの燃料噴射弁８が設けられてい
る。これら燃料噴射弁5,8はコントロールユニット９に
よって駆動される。コントロールユニット９には、偏心
軸10に付設された回転センサ（図示せず）の出力，スロ
ットル弁６上流に設けられたエアフローセンサ11からの
吸入空気量信号，スロットル弁６に付設されたスロット
ル開度センサ（図示せず）の出力，それに、エンジンの
水温および油温が入力される。これらの入力信号に基づ
いてコントロールユニット９が行う制御は第３図に示す
とおりである。

まず、基本的には吸入空気量とエンジン回転数に基づ
き、またその他水温等に応じて噴射パルス幅が演算され
る。また、吸入空気量とエンジン回転数を基に、エンジ
ンの負荷（吸入空気量／エンジン回転数）と回転数によ
って設定される噴射領域の判定が行われ、所定値以下の
負荷で所定値以下の回転数の場合には噴射パルスを作動
室側の噴射弁５のみへ出力し、負荷が所定値を越えた場
合あるいは回転数が所定値を越えた場合には作動室側お
よび吸気通路側の噴射弁5,8に噴射パルスを分配する。
これによって、領域毎に、作動室側の噴射（筒内噴射）
のみ、あるいは作動室側の噴射と吸気通路側の噴射（通
路内噴射）という両パターンで噴射が行われる。そし
て、油温によって作動室４壁面の温度、とくにロータ３
の表面温度を間接的に検出し、温度が高いときは通常の
設定負荷および設定回転数を噴射領域判定のデータと
し、温度が低い冷機時には切換ラインを低負荷側および
低回転側にずらせるような判定データの選択を行う。

第４図はこのような噴射パターンの切り換えを示す領
域図である。同図に示すように、縦軸に負荷（吸入空気
量／回転数），横軸にエンジン回転数をとって、負荷お
よび回転数の両面から領域を設定する。実線で囲まれた
部分が通常時における気筒内噴射つまり作動室側噴射弁
５による噴射のみの領域であって、その外側は気筒内噴
射と吸気通路内噴射の併用領域である。これら両領域の
切換ラインは、冷機時には破線で示すように変更される
ことになる。つまり、冷機時においては、斜線で示すよ
うに気筒内噴射のみの領域が縮小される。

低負荷低回転時に作動室側の噴射弁５から噴射された
燃料は吸入空気の作用もあって主としてリーディング側
に集まり、ロータ３の回転につれて成層状態のまま移動
して、着火時の点火プラグ12a,12bの周りに濃混合気層
を形成する。それによって点火プラグ12a,12bによる着
火が保証され、全体としては希薄な混合気による燃焼が
行われる。また、高負荷高回転時には、作動室側の噴射
弁５に加えて吸気通路側の噴射弁８からも燃料が噴射さ
れるので、それぞれの噴射弁5,8のパルス幅は小さいも
のとなる。したがって、とくに作動室側噴射５を第６図
（ａ），（ｂ）で説明した適正な範囲およびタイミング
で作動することができるので、フィードバック制御性が
向上する。また、主として吸気通路側の噴射によって燃
料と空気との混合が促進され、燃焼室内の混合気が均一
化されるので、空気利用率が向上し、出力が向上する。

このような制御を実行するフローチャートは第５図に
示すとおりである。

スタートして、吸入空気量，エンジン回転数，油温，
それに必要に応じて水温を読み込む。そして、噴射パル
ス幅を演算し、ついで油温が所定値以下かどうかを見
て、所定値以下の場合には（YES）筒内噴射領域を縮小
する。また油温が所定値を越えておればそのまま抜け
る。

つぎに、油温が高い場合，低い場合のそれぞれのマッ
プによって噴射領域を判定し、その判定結果によって、
筒内のみに噴射し、あるいは筒内および通路内に半分ず
つ噴射する。筒内のみの噴射の場合に印加されるパルス
幅は、演算値PWSに無効噴射分τ_BATを加えたものであ
り、また、筒内および通路内に分配されるパルス幅は1/
2 PWS＋τ_BATである。

なお、上記実施例において、噴射領域はエンジンの負
荷と回転数の両面から設定したが、負荷だけで領域設定
を行うことも可能である。また必要に応じて他の運転条
件パラメータを加えて領域を設定することもできる。ま
た、所定の負荷あるいは回転数を越えた領域で気筒内噴
射と吸気通路内噴射を併用するようにしているが、この
領域では吸気通路内にのみ噴射するようにしてもよい。

また、上記実施例では、ロータリエンジンに適用した
ものを説明したが、本発明はその他のエンジンに対して
も適用できる。

本発明はその他いろいろな態様で実施することができ
る。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成されているので、燃焼室壁
温が低い冷機時には気筒内噴射が抑制されて吸気通路内
噴射が行われ、燃料の霧化・気化が促進される。したが
って、冷機時の燃焼悪化とそれによる有害成分の排出量
増大が防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成図、第２図は本発明の一実施
例を示す全体図、第３図は同実施例の要部ブロック図、
第４図は同実施例の制御を説明する領域図、第５図は同
実施例の制御を実行するフローチャート、第６図は気筒
内噴射の特性に関する説明図である。 1:エンジン、4:作動室、5,8:燃料噴射弁、7:吸気通路、
9:コントロールユニット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの運転状態を検出する運転状態検
   出手段と、該運転状態検出手段の出力に基づいて燃料噴
   射量を演算する燃料噴射量演算手段と、エンジンの燃焼
   室内に直接燃料を噴射する第１噴射弁と、吸気通路内に
   燃料を噴射する第２噴射弁と、エンジンの負荷を検出す
   る負荷検出手段と、前記燃料噴射量演算手段の出力に基
   づいた噴射信号を、エンジンの負荷が所定値以下のとき
   は前記第１噴射弁のみへ出力し、また、エンジンの負荷
   が前記所定値を越えたときは少なくとも前記第２噴射弁
   へ出力する噴射切換手段と、エンジン温度を検出するエ
   ンジン温度検出手段と、エンジン温度が低いとき噴射切
   換の条件である前記負荷の所定値を小さくする切換条件
   選択手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴
   射装置。