JP2557640B2

JP2557640B2 - エンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2557640B2
Application number: JP62089023A
Authority: JP
Inventors: 芳則沖野; 佳裕秀衡; 新一涌谷
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPS63255539A

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
ており、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△Ｐ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、あるいは吸気通路側から
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説明することができる。
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、このように所定負荷を境にして気筒内噴射
のみの領域と気筒内噴射に加えて吸気通路内噴射を行う
領域を定め、いずれの領域にあるかによって噴射を切り
換えるようなシステムを用いる場合、過渡時とくに加速
時に噴射の切り換えを行う際多量のNOxが排出されると
いうことが問題になる。加速時はもともとNOxの排出量
が多いが、加速時に上記のような噴射の切り換えを行う
と、燃料の応答遅れによって空燃比が瞬間的にリーンに
なるため、より一層NOx排出量が増大する。加速時に限
らず、定常時に噴射の切り換えを行う場合でも、管壁流
が形成されていない吸気通路に燃料が噴射されるので若
干の遅れは生じるが、定常時はもともとNOx排出量が抑
制されているのでさほど問題にはならないし、切換補正
として若干の燃料増量を行うことで対処できる。しか
し、過渡時には運転パターンが様々であるので、切換補
正では間に合わずどうしても瞬間的にリーンとなってし
まう。

（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、
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
行う領域への移行が過渡時ときに加速時に行われる場合
のNOxの増加を抑制することを目的とする。

（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、エンジンの所定加速状態を検出する加速検
出手段と、エンジンの所定加速状態のとき前記第１噴射
弁のみによる噴射から少なくとも前記第２噴射弁による
噴射への切り換えを遅延させる切換遅延信号を前記噴射
切換手段へ出力する切換遅延信号発生手段とを備えたこ
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。また、定常時にエンジンの
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噴射弁に出力され、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。一方、変化
変化率が所定値を越え過渡時であると判定されて切換遅
延信号が出力されているときに負荷が所定値を越えて
も、噴射の切り換えは所定時間遅らされる。したがっ
て、加速時には、切り換えラインを越えても燃焼室内の
みへの燃料噴射がしばらくの間持続される。なお、この
間の制御性は、フィードバック制御のスピードを上げる
方向に制御定数を切り換えるなどの手段によって確保す
ることができる。

（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）の出力等が入力される。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、吸入空気量とエンジン回転数に基づいて基本燃
料噴射量に相当するパルス幅が演算される。そして、フ
ィードバック領域であるかどうかの判定があって、それ
ぞれの場合に応じた補正項が演算され、最終的な燃料噴
射量に相当する有効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に噴射パルスを振り分ける。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。ただし、スロ
ットル開度の変化率（負荷変化率）から加速時であるこ
とが判定されると、遅延タイマがセットされて、筒内噴
射のみのパターンから筒内噴射プラス通路内噴射への移
行が所定時間遅らされる。

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。斜線で示す部分
が定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、切換遅延によって結果的に破線で示すように
変更されることになる。つまり、過渡時においては、破
線まで拡張された形で気筒内噴射のみの領域が設定され
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で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、定常の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。
したがって、とくに作動室側噴射弁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。

なお、過渡時には、負荷が変化しているのに上記のよ
うに吸気通路内噴射を遅らせるため、パルス幅に応じた
噴射量が確保できなくなる。そこで、この間フィードバ
ックの制御スピードを早めることによって制御性の悪化
を防ぐ。

第５図に、上記の制御を実行するフローチャートが示
されている。図中S₁〜S₂₂は各ステップを示している。

まず、S₂で吸入空気量，回転数およびスロットル開度
を読み込み、S₃で基本パルス幅PWS₀を演算する。

つぎに、S₄でフィードバックゾーンであるかどうかを
見る。フィードバックゾーンでなければ、何らかの増量
補正であるのでその補正項Ｃを掛けて有効パルス幅PWS
を演算する（S₅）。そして、S₆で筒内噴射領域かどうか
を判定して、筒内噴射領域であれば（YES）制御フラッ
グを立て（S₇）、筒内噴射領域でなければ（NO）クリア
する（S₈）。そして、S₉でフラッグが立っているかどう
かを見て、立っておれば（YES）S₁₀で筒内のみの噴射を
行い、そうでなければ（NO）S₁₁で筒内および通路内に
それぞれ半分ずつ噴かせる。S₁₀での筒内のみの噴射の
場合に印加されるパルス幅は、先程の有効パルス幅PWS
に無効噴射分τ_BATを加えたものであり、またS₁₁ではそ
れぞれの噴射弁に1/2 PWS＋τ_BATのパルスが印加され
る。

S₄で、フィードバックゾーンであるということであれ
ば、S₁₂で筒内噴射と通路内噴射の併用領域であるかど
うかの判定を行い、併用領域でなければ（NO）フラッグ
を立てて（S₁₃）そのままに抜ける。

S₁₂で、併用領域である（YES）ということであれば、
S₁₄でスロットル開度変化率（dTVO/dt）が所定値以上か
どうかを見て加速時かどうかを判定し、加速時（YES）
であれば、さらにS₁₅で噴射領域の切り換えラインに達
したか、つまり切り換えの瞬間であるかどうかを見る。
そして、切り換えの瞬間であれば（YES）、タイマを初
期設定してカウントダウンをかける（S₁₆）。そして、S
₁₇でタイマが０であるかどうかを見て、ゼロでない間
（YES）はフラッグを立てる（S₁₈）。そして、フィード
バック制御定数をＫ倍（Ｋ＞1.0）し（S₁₉）、に行っ
てO₂センサ出力に基づきフィードバック補正項C_FBを演
算し（S₂₀）、有効パルス幅の演算（S₂₁）を行った後、
S₁₀で筒内のみの噴射を行う。また、S₁₇でタイマが０に
なれば（NO）フラッグをクリアし（S₂₂）、そのまま
に行ってS₁₁で噴射パルスを割り振る。

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、負荷変化率はスロットル開度の変化で見ているが、
適宜、他のパラメータによって検出するようにできる。

上記実施例では、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、燃焼室内
のみの噴射領域から吸気通路内へ燃料を噴射する領域へ
の切り換えが過渡時とくに加速時に重なった場合の空燃
比のリーン化を防ぎ、NOxの増加を抑制することができ
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

(57)【特許請求の範囲】

【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、エンジンの所定加速状態を
検出する加速検出手段と、エンジンの所定加速状態のと
き前記第１噴射弁のみによる噴射から少なくとも前記第
２噴射弁による噴射への切り換えを遅延させる切換遅延
信号を前記噴射切換手段へ出力する切換遅延信号発生手
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。