JP2560454B2 - エアアシスト式電子制御燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関のための電子制御燃料噴射装置
（以下それをEFIと略称する。）であって、燃料気化促
進のために補助的に空気流を使用するもの（以下それを
エアアシスト式EFIと略称する。）の改良に関する。

〔従来の技術〕

エアアシスト式EFIの従来技術としては、特開昭57−1
43158号公報記載のものがある。第15図はその概要を示
したもので、１は吸気弁、２はシリンダヘッド、３はピ
ストン、４は吸気ポート、５はサージタンク、６はスロ
ットル弁、７は吸気管負圧センサ、８はエアーフローセ
ンサ、９はエアアシスト式燃料噴射弁、10は配管、11は
電動エアポンプ、12はリニアソレノイドバルブ、13はア
シストエア導入口、14はスロットルスイッチ、15は回転
数センサ（機関のディストリビュータ18に取り付けられ
た電磁ピックアップ）、16は水温センサ、17はマイクロ
コンピュータである。

エアアシスト式EFIは、燃料噴射弁から噴射される燃
料粒子をより微細化するために、スロットル弁の上流か
ら導いた補助的な空気流（アシストエアという）を噴射
弁へ供給し、燃料噴射と共に吸気ポートへ噴出させるも
のであるが、単にスロットル弁の前後の差圧を利用して
空気流を得るだけでは、アシストエアとして十分な流量
が得られない場合があるので、前記の在来技術では、起
動時やスロットル弁前後の差圧が小さくなる高負荷時、
あるいは冷却水温のきわめて低い時等を各種のセンサ類
によって検出し、コンピュータ17の判断と命令により電
動エアポンプ11を駆動すると共に、リニアソレノイドバ
ルブ12に適当に絞って、燃料噴射弁９へ流れるアシスト
エアが増加するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

燃料粒を微細化することができ、排気ガス中の炭化水
素や一酸化炭素を低減することができるという点等で
は、エアアシスト式EFIは顕著な効果を奏するが、たと
えば、それを搭載した自動車を加速する時には、スロッ
トル弁が拡開して吸気量が増加し、それを検出したエア
フローセンサの信号によってコンピュータが噴射弁から
出る燃料を増量させても、機関の状態によっては吸気弁
から実際に機関に入る混合気が一時的に希薄となって、
シャープな出力の増大が得られず、ドライバビリティが
低下する場合があるという問題のあることが判った。そ
こで、そのような現象が起きる原因を追及したところ、
第14図（Ｂ）に示すように、エアアシスト式EFIではア
シストエアによって燃料の微粒化が促進される反面、噴
霧角が同図（Ａ）に示すエアアシストを使用しない場合
にくらべて拡大するために、噴霧燃料のうち、かなりの
部分が吸気ポート４付近の吸気管壁19に衝突して再び液
状に戻り、管壁を濡らしたようになって付着するため、
定速運転のような定常状態では、新たに付着する量と吸
気に乗って蒸発する量とが均衡を保っているので問題を
生じないものの、加速状態では燃料が増量されるので、
管壁に付着する燃料の量が一時的に増加して、機関の状
態によっては燃焼室に入る燃料量があまり増えないこと
があるのに対し、空気の方はそのような支障もなく大き
く増量されることと、さらに、加速のときはスロットル
弁が拡開して吸気ポート付近の圧力が大気圧に近くなっ
ていることが多いから、管壁に付着している液体燃料の
蒸発が少なくなることの二つの理由のために、結果とし
て、燃焼室内では一時的な混合気の希薄化を生じる場合
があるものと考えられ、その対策として、加速時にはエ
アアシストを一律に停止することを最初に考えた。

しかしながら、エアアシストを停止すると燃料の微粒
化が進まないという問題があるのと、他方において、付
着した燃料が気化しやすいような機関の状態、すなわ
ち、吸気管負圧が大きいとき、吸入される空気の温度が
高いとき、冷却水の温度が高いとき、あるいは機関が高
速回転しているときなどでは、加速のため吸気管壁に付
着する燃料の量が増加しても、気化が速いために大して
問題にはならないということも判ってきたので、このよ
うな状態では、エアアシストの優れた点を出来るだけ活
かすのが得策と考えられ、そのために加速時におけるエ
アアシストの停止時間をなるべく切り詰めることが考え
るに至った。

そこで本発明において、加速時における混合気の希薄
化の防止とともに、エアアシストによる燃料の微粒化の
効果を最大限に利用することができる手段を提供するこ
とを、発明の解決すべき課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記の課題を解決するための発明の構成とし
て、第16図に示すように、燃料の噴射弁と、前記噴射弁
から噴射される燃料の気化を促進するためにアシストエ
アを該噴射弁に供給するための配管と、前記配管の途中
に設けられた制御弁と、前記制御弁を開閉制御する制御
手段とを有し、前記制御手段は、機関の加速状態を検出
する加速検出手段と、機関運転状態から判別される、吸
気管内壁に付着した燃料の蒸発のし易さに基づいて、前
記制御弁の閉弁時間演算する閉弁時間演算手段とを備
え、機関が加速状態となるときに演算された閉弁時間の
間前記制御弁を閉塞することにより、その間アシストエ
アの全部又は一部を停止するようにしたことを特徴とす
る内燃機関のエアアシスト式電子制御燃料噴射装置を提
供する。

〔作 用〕

本発明は前記の構成を有するから、機関の運転中は通
常開弁している制御弁とその配管を通じてアシストエア
が燃料噴射弁に送り込まれ、噴射される燃料噴霧の微粒
化、気化を促進させると共に、燃料の気化潜熱によって
吸気を冷却し、機関の吸入効率を高める働きをしている
が、機関が加速状態となると、吸気管壁に付着する燃料
の量が一時的に増大し、混合比が希薄となってドライバ
ビリティの低下を招くので、最小限の時間だけアシスト
エアの供給を停止、又は支障のない程度に減少させるた
め、加速検出手段が機関の加速状態を検出したときは、
機関の運転状態から判別される吸気管内壁に付着した燃
料の蒸発のし易さに基づき、閉弁時間演算手段によって
制御弁の閉弁時間を算出し、必要最小限の時間だけ制御
弁を閉塞させてアシストエアの全部又は一部を停止し、
噴射弁の噴霧角を縮小させる。したがって、その間は燃
料が吸気管内壁に付着せず、混合比の希薄化による機関
出力の伸びの鈍化が起こらず、ドライバビリティの低下
を防止することができる。

〔実施例〕

本発明の実施例を示す第１図において、既述の第15図
と同様な部分については同じ符合数字を付けている。こ
の実施例に示す機関21は吸気ポート４から立ち上がる比
較的に細くて長い真直な吸気マニホルド22を有し、その
上流の方にエアアシスト式の燃料噴射弁９を設けている
ので、噴射弁９から吸気ポート４までの距離が長くなっ
ている。従って、エアアシストを停止すると噴射弁９か
ら吐き出される燃料噴霧は細い筋になって吸気弁１の背
面に当たり、直ちに燃焼室に入るが、アシストエアを送
ると燃料の噴霧角が拡開し、噴射された燃料の殆ど全量
が吸気マニホルド22の内壁23又は吸気ポート４の壁面に
衝突するようになる。内壁23などに付着した燃料が気化
し難い機関の状態において、加速のため燃料が増量され
ると前記のような問題を生じるけれども、反対に、加速
のときでも付着した燃料が気化し易い状態や定速運転の
状態では、付着した燃料が蒸発することによって吸気の
温度が下がるので、機関の吸入効率が高くなり、ノッキ
ングの防止にも効果的であって、低、中速域の出力が増
大するという大きな利点がある。アシストエアによる燃
料の微粒化、気化の促進作用と共に、できるだけエアア
シストを停止させたくない理由がここにもある。

次に、24はアシスアエアの配管10の中に必要に応じて
設ける電磁エアポンプで、スロットル弁６がある程度閉
じていてその前後差圧があるときは、取入口13から十分
な量のアシストエアが配管10に送り込まれるので作動さ
せる必要はないが、スロットル弁６が全開に近くなると
その前後差圧が小となるためアシストエアが不足気味と
なるので、高負荷状態までエアアシストを行う必要があ
れば、この電磁エアポンプ24を設けてアシストエアを強
制的に配管10の中へ送り込むようにする。

25はアシストエアの制御弁（エアアシスト弁という）
で、この例では電磁弁を示しているが、吸気管負圧を利
用して作動させるダイヤフラム弁としてもよいことは言
うまでもない。26はスロットル弁６の作動機構に付設し
たリニアスロットルセンサで、スロットル弁の開度を検
出する。27は制御手段としてのマイクロコンピュータ、
28はその入力ポート、29は同じく出力ポート、30はメモ
リ、31は中央処理ユニット（CPU）を示す。また、32は
吸気通路に設けられた吸気温度センサ、33はエアクリー
ナである。

作動状態において、回転数センサ15が出力する機関の
回転数信号N_e、負圧センサ７が出力する吸気管の圧力信
号Ｐ、水温センサ16が出力する機関冷却水温度信号T_w、
吸気温センサ32が出力する吸入空気温度信号_Ａ、さら
に、リニアスロットルセンサ26が出力するスロットル弁
開度信号Ｔ_Θのそれぞれを入力ポート28からマイクロコ
ンピュータ27に入力し、メモリ30にデータを記憶させ、
メモリ内に設定されている他のデータと共にCPU31で演
算処理させるとによって、出力ポート29に現れる出力信
号により噴射弁９において燃料噴射量を、エアアシスト
弁25においてアシストエアの供給、停止をそれぞれ制御
させる。また必要な場合には、電磁ポンプ24を駆動制御
して、不足する状態におけるアシストエアを補強する。

エアアシスト弁25の制御手順は、まず、第２図に示す
ように、360゜クランク角ルーチン100によって演算を行
い、吸気管圧力Ｐの変化について、前回と今回の各Ｐの
値の差、すなわちＰの変化率ΔＰを算出してメモリ30に
入力する（ステップ101）。更にこの差圧ΔＰの変化に
ついて、前回と今回の各ΔＰの値の差すなわちΔＰの変
化率ΔΔＰを算出してメモリ30に入力する（ステップ10
2）。

第３図に示すメインルーチン200では、まず加速状態
にあるか否かを判断するために、前記ΔＰの値があらか
じめ設定した値Ａと比較される（ステップ201）。ΔＰ
＞Ａであれば加速状態にあると判断されてステップ202
に進み、さらに、加速の初期であるか否かを判断するた
めに、前記ΔΔＰの値が０と比較され、ΔΔＰ＞０であ
れば加速初期にあると判断されてステップ203に進む。
なお、ステップ201,202でN0の場合はステップ205でリタ
ーンに入る。

ステップ203では吸気管圧力のＰの値を読み取って指
標値K_pを決める。指標値K_pの値は、第５図に示すように
負圧が大きいときは1.0で、負圧が小さくなる（Ｐの値
が大きくなる）に従ってK_pの値が大きくなるというよう
に、圧力Ｐの関数としてメモリ30内のマップに設定され
ている。指標値K_Pは、吸気マニホルド22の負圧が小さく
なって圧力Ｐが大気圧に近ずくほど内壁23に付着した燃
料が気化し難くなり、壁面に付着する量が多くなること
から、燃料の気化の困難性の程度を表すと共に、ひいて
は付着する燃料の量を推計する数値でもある。次にステ
ップ204では指標値K_pと加速の程度を示す数値であるΔ
Ｐとを乗算して（加速の程度が大であれば、エアアシス
トの停止時間も長くすべきであるから）、エアアシスト
弁25の閉塞時間、すなわちエアアシストの停止時間Ｔを
決定し、205でリターンする。

第４図に示す300は4msecルーチンで、ステップ301で
はエアアシスト弁25の閉塞時間Ｔが０か否かを判定す
る。Ｔ＝０の時はエアアシスト弁25がON（開いたまま）
であり、Ｔ＞０であれば302でＴから4msecを減じて303
に進む。従って、加速時に停止時間Ｔが設定されると、
Ｔの時間だけエアアシスト弁25がOFF（閉塞）されて、
エアアシストが停止する。

以上は吸気管圧力Ｐに基づいてエアアシスト弁25の閉
塞時間を決定する場合を述べたが、エアアシスト弁の閉
塞時間を決定する指標となる吸気管内壁における付着燃
料の気化の困難性の程度、あるいは付着燃料の量に対応
する数値（前記の指標値K_Pの如きもの）は、他のデータ
からでも算出することができるので、以下その数例を述
べる。

第６図ないし第８図は第２図ないし第５図の例におけ
る吸気管圧力Ｐの代わりに、スロットル弁６の軸に取り
付けたリニアスロットルセンサ26が出力するスロットル
弁開度信号Ｔ_Θに基づいて、付着燃料の量に対応する数
値である指標値Ｋ_Θを算出して、エアアシスト弁25の閉
塞時間Ｔを決定する例である。

第６図に示す360゜ルーチン400で、クランク軸１回転
毎にスロットル弁開度Ｔ_Θの差ΔＴ_Θとその変化率ΔΔ
Ｔ_Θが算出され、第７図に示すメインルーチン500でΔ
Ｔ_Θが設定値Ａと比較され（ステップ501）、変化率Δ
ΔＴ_Θが０より大か否か判定され（同502）、大となれ
ばメモリ内の第８図に示すようなマップと照合して付着
燃料量に対応値Ｋ_Θを算出し（同503）、これにΔＴ_Θ
を乗じてエアアシスト弁25の閉塞時間Ｔを決定する（同
504）。Ｔが算出された後は前述の例と同様であり、第
４図に示した手順ではエアアシスト弁25が開閉制御され
る。

以上述べた例は吸気管の圧力Ｐ又はスロットル弁の開
度Ｔ_Θだけに基づいてエアアシスト弁の閉塞時間Ｔを求
める場合であるが、機関回転数N_e等の他のデータを用い
て前記の前記の演算結果を補正すると、より望ましいＴ
の値が求められる。なぜなら、機関が高速で回転してい
るときは、吸気の流速が大きくなるために、付着した燃
料の気化が低速回転のときよりも盛んになるので、同じ
程度の加速でも高速における場合は、エアアシスト弁の
閉塞時間Ｔを若干小さくしても支障がなく、限度一杯ま
でエアアシストの停止時間を切り詰めて、エアアシスト
の効果を最大限に活用することができるからである。

その例として吸気管圧力Ｐと機関回転数N_eによる制御
を第９図及び第10図に示す。第２図ないし第５図につい
て説明した事項は重複するので省略する。第９図はステ
ップ202までは前述の第３図と同じであり、吸気管圧力
Ｐから指標値K_Pを求めることも第５図と同じてある。し
かし第９図のステップ203では、さらに機関回転数N_eか
ら補正値K_nを第10図の如きマップを使って読みとり、こ
れを前記の指標値K_Pに乗算或いは加算して、より望まし
い指標値K_pnを得ている。K_pnから望ましいＴを算出する
時、以後の制御手段は記述のものと同じであるから記載
を省略する。（通常、乗算に使用する補正値は１以下の
小数で、加算に使用する補正値は負の値とする。） 次に機関冷却水温T_wについて考えると、これらも機関
回転数N_eと似たような性質がみられる。すなわち、冷却
水温が高いということは吸気マニホルド22や吸気ポート
４の内壁温度が高いことでもあるが、そのような状態で
は、付着した燃料の気化が内壁温度の低いときより盛ん
になる。したがって、吸気管圧力Ｐに基づいて算出した
指標値K_pは機関冷却水温T_wから求めた（第12図の如きマ
ップによる）補正値K_wによってより望ましい値K_pwに補
正することができる。この手順を示したものが第11図で
あるが、前述の第９図に関する説明から類推し得るの
で、詳細な説明は省略する。

さらに機関冷却水温T_wから求めた補正値K_w（第12図）
によって、スロットル弁開度Ｔ_Θに基づいて計算した指
標値Ｋ_Θ（第８図）を、より望ましい値に補正する制御
手順を第13図に示す。前述の説明を読めば内容は理解さ
れるので、詳細な説明を省略する。

上記のほか、吸気温センサ32によって検出される吸気
温T_Aも、前述の機関回転数N_eや機関冷却水温度T_wと似た
ような性質をもっているので、これによって補正値を求
め、エアアシスト弁閉塞時間Ｔをできるだけ短縮する望
ましい指標値を算出するのに利用することができる。

以上の説明では、吸気管圧力Ｐ又はスロットル弁開度
Ｔ_Θに基づいて指標値K_p又はＫ_Θを算出し、必要な場合
にはこれに機関回転数N_e、機関冷却水温度T_w、又は吸気
温度T_Aから求めた補正値を乗算又は加算して、より望ま
しい指標値を見出す手順を説明したが、精度の高さに優
劣があるとしてもN_e,T_w又はT_Aに基づいてエアアシスト
弁閉塞時間の指標値を求めることも可能であり、更にそ
れに対してＰ又はＴ_Θに基づいて算出した補正値を乗算
又は加算して、より望ましい指標値を見出すことも可能
である。

いうまでもないが、エアアシスト弁25は、閉塞時間Ｔ
の間閉塞されるが、これは配管10の全閉を意味しない。
閉塞時間Ｔの間でも僅かな量のアシストエアを流すこと
が望ましければ、弁25に対してその内外いずれかに適当
なバイパスを設けることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、加速時におけるエアアシスト式燃料噴射弁
の問題点を、必要最小限の時間だけアシストエアを停止
することによって解決するものであるから、最大限にエ
アアシストの利点を活用することを可能とする。すなわ
ち、燃料噴霧の微粒化や気化が促進され、それによる燃
焼の改善によって排気の中の炭化水素や一酸化炭素の量
が低減し、燃料の気化による吸気の冷却効果により吸入
効率が上昇して出力が増大する。

そして、他方において、加速時には必要最小限の時間
だけアシストエアの全部又は一部の供給を停止させるこ
とにより、噴霧角を小ならしめ、吸気管の内壁と燃料が
付着しないようにして、混合比の希薄化による出力の伸
びの鈍化を防ぎ、ドライバビリティを良好に保つことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一部断面図、第２図ない
し第４図は制御の一例を示す流れ図、第５図はそれに使
用するマップ、第６図及び第７図は他の制御例を示す流
れ図、第８図はそのマップ、第９図は更に他の制御例を
示す流れ図、第10図はそのマップ、第11図は更に他の制
御例を示す流れ図、第12図はそのマップ、第13図は更に
他の制御例を示す流れ図、第14図は燃料噴射弁における
エアアシストの有無による相違を示す説明図、第15図は
従来のエアアシスト式EFIを例示する一部断面図、第16
図は本発明の必須の構成要件を図示した概略図である。 １……吸気弁、４……吸気ポート、 ６……スロットル弁、７……吸気管圧力センサ、 ９……エアアシスト式燃料噴射弁、 10……配管、15……回転数センサ、 16……水温センサ、 17,27……マイクロコンピュータ、 22……吸気マニホルド、24……電磁エアポンプ、 25……エアアシスト弁、 26……リニアスロットルセンサ、 32……吸気温度センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料の噴射弁と、前記噴射弁から噴射され
   る燃料の気化を促進するためにアシストエアを該噴射弁
   に供給するための配管と、前記配管の途中に設けられた
   制御弁と、前記制御弁を開閉制御する制御手段とを有
   し、前記制御手段は、機関の加速状態を検出する加速検
   出手段と、機関運転状態から判別される、吸気管内壁に
   付着した燃料の蒸発のし易さに基づいて、前記制御弁の
   閉弁時間を演算する閉弁時間演算手段とを備え、機関が
   加速状態となるときに演算された閉弁時間の間前記制御
   弁を閉塞することにより、その間アシストエアの全部又
   は一部を停止するようにしたことを特徴とする内燃機関
   のエアアシスト式電子制御燃料噴射装置。