JP2586515B2 - 内燃機関のアシストエア制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の燃料噴射弁から噴射された燃料
の微粒化を促進するために、燃料にエアを吹き付ける制
御を行う内燃機関のアシストエア制御装置に関するもの
である。

［従来の技術およびその問題点］ 従来、この種のアシストエア制御では、スロットル弁
より上流側の吸気管の開口から取り入れた吸入空気を、
バイパス通路を介して燃料噴射弁の近傍に設けた開口か
ら噴射させ、燃料の微粒化を促進している。これによ
り、燃焼の改善、HC排出量の低減、燃料増量の低減によ
るCO排出量の低減および燃費性能等を向上させている
（特公昭57−43740号公報）。

このようなアシストエア制御の応用技術として、アイ
ドル回転数制御と組み合わせた技術が知られている。す
なわち、吸気管に対して、スロットル弁の上流側と燃料
噴射弁の近傍とをバイパスするバイパス通路を設け、こ
の通路に流量制御弁を設け、エンジン回転数をフィード
バックすることより流量制御弁を開度制御して、アイド
ル回転数制御を行うとともに、アシストエアの供給も同
時に行うものである。

しかし、この装置では、低温時に実行されるファース
トアイドル制御の場合や、各種負荷が増大してバイパス
エアを大量に必要とする場合等を考慮すると、燃料噴射
弁の近傍に設けたバイパス通路の開口を大きく形成する
必要がある。ところが、開口を大きくすると、暖機後や
軽負荷時等のバイパスエアの量が少なくてよい場合に、
フィードバック制御によりバイパスエアの量が減少し
て、アシストエアの流速が遅くなってしまい、燃料微粒
化の効果が低減する。逆に、アシストエアの流量を優先
して多めにすると、燃料の微粒化の効果は改善される
が、バイパスエア量が多くなりすぎて、適切なアイドル
回転数制御ができなかったり、スロットル弁の開度に応
答した適切な制御が難しくなってしまうという問題があ
る。

この問題を解決するものとして、従来、例えば、特開
昭58−195057号公報、特開昭58−195060号公報、実開昭
58−161143号公報に記載されているように、スロットル
弁の上流側とサージタンクを連通するバイパス通路を設
け、該通路からさらに分岐しかつ燃料噴射弁の近傍に開
口を有するアシストエア通路を延設し、両通路にそれぞ
れ流量制御弁を設けたものがある。この装置では、ファ
ーストアイドル時に両弁を全開して多量のバイパスエア
を流してファーストアイドル制御に相当するエア量を確
保するとともに、燃料の微粒化を促進し、一方、暖機後
のアイドル制御や通常走行時には、アシストエア通路の
流量制御弁を全開してアシストエアを多量に流して燃料
の微粒化を主として促進させるとともに、他の流量制御
弁を絞ってスロットル弁の開度に応じた適正な吸気量制
御を可能にしている。

しかし、この従来の技術では、流量制御弁を２つ必要
とするために、構成が複雑になるという問題点がある。

また、特開昭57−153961号公報に記載されているよう
に、燃料噴射弁の近傍だけに開口を設け、分岐したバイ
パス通路にそれぞれ流量制御弁を設けたものでも、上述
した従来の技術と同様に２つの流量制御弁を必要とする
ので、構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解消するために
なされたもので、簡単な構成で、アイドル制御とアシス
トエア制御を効率的に両立させた内燃機関のアシストエ
ア制御装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明による内
燃機関のアシストエア制御装置は、第１図に示すよう
に、 スロットル弁M1の下流側かつ燃料噴射弁M4の近傍に設
けた開口M3に空気を導くために、燃料噴射弁１個につき
１つ設けられたアシストエア通路M6と、 このアシストエア通路M6を開閉する流量制御弁M7と、 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段M8
と、 この運転状態検出手段M8の検出信号に基づいて上記燃
料噴射弁M4の燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段M9
と、 上記流量制御弁M7の流量を大きくする第１の期間と、
流量を少なくする第２の期間とを交互に設定するととも
に、上記第１の期間を、燃料の噴射時期の直前を含む時
期に同期して設定して流量制御弁M7を制御するアシスト
エア制御手段M10と、 を備えたことを要旨とする。

ここで、運転状態検出手段M8は、燃料噴射量や噴射時
期を決定するために必要なエアフロメータや回転数セン
サなどの各種センサや、アイドル状態を検出するための
アイドルスイッチ等をいう。

上記流量制御弁M7は、バイパス通路M6の流量を制御可
能な電磁弁により実現でき、その制御信号をデューティ
比で受けて開度を調整するもののほかに、パルス信号で
制御されるステップモータを用いた周知のアイドルスピ
ードコントロールバルブを適用できる。

また、本内燃機関に適用される燃料の噴射方式は、各
気筒毎に燃料を噴射する独立噴射のほかに、いわゆる同
期噴射でもグループ噴射のいづれであってもよい。

また、アシストエア制御手段M10にて設定される第１
の期間と第２の期間は一定でもよいが、燃料噴射量に応
じて可変に設定してもよく、これにより、後述する燃料
の微粒化を運転状態に応じて一層適切に促すことができ
る。

［作用］ 本発明の燃料噴射制御手段M9は、運転状態検出手段M8
から出力される運転状態、例えば、エンジン回転数や吸
入空気量などに基づいて燃料噴射量および燃料噴射時期
を求めて燃料噴射弁M4を開閉制御して吸気管M2内に燃料
を噴射する。

一方、アシストエア制御手段M10では、燃料噴射弁M4
毎に設けられたアシストエア通路M6を流れる空気の流量
を調節する。つまり、流量制御弁M7の流量を大きくする
第１の期間と、流量を少なくする第２の期間とが交互に
設定され、しかも、上記第１の期間が燃料噴射時期の直
前を含む時期に同期して設定されている。

したがって、第１の期間には、燃料噴射時期の直前を
含む期間に同期した大流量のバイパスエアがアシストエ
アとして導入されるから、燃料の微粒化を促進すること
になり、一方、第２の期間には、上記第１の期間の流量
より少ないエアが導入される。よって、燃料噴射に同期
した短い期間だけ大流量のバイパスエアが供給されてア
シスト機能を促進し、それ以外の期間にて、バイパスエ
ア量が制御されるから、アイドル制御等に適した吸気量
の調節が容易である。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第２図は本発明の一実施例によるエアアシスト制御装
置を備えたエンジンおよびその周辺装置を示し、１はエ
ンジン本体で、このエンジン本体１には、吸気系３を構
成する吸気管５および排気系７を構成する排気管９が接
続されている。上記吸気管５には、上流側から順に、大
気を取り入れるためのエアクリーナ11と、該エアクリー
ナ11により取り入れられた吸入空気の流量を検出するエ
アフロメータ13と、運転席に配設されたアクセルペダル
15と連動して回動し、吸入空気の流量を制御するスロッ
トル弁17と、吸気の脈動を防止するためのサージタンク
19と、吸気マニホールド21に配設され、吸気ポート23に
向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁25とが設けられ
ている。この燃料噴射弁25への燃料の供給は、燃料タン
ク27からの燃料を燃料ポンプ29で汲み上げ燃料配管31を
通じて行われる。

また、スロットル弁17の上流側の吸気管５には、アシ
ストエア通路をなすバイパス配管33の開口35が設けられ
ており、このバイパス配管33の他方の開口37は、燃料噴
射弁25の近傍に設けられている。このバイパス配管33の
途中には、電磁式の流量制御弁39が設けられており、こ
の流量制御弁39は、後述する電子制御装置71からの信号
でデューティ制御される。

上記エンジンには、上述したエアフロメータ13のほか
に、種々のセンサが設けられている。すなわち、センサ
としては、エアフロメータ13に内蔵され、吸入空気の温
度を検出するための吸気温センサ51と、スロットル弁17
のスロットル開度θを検出すると共にアイドル状態を検
出するアイドルスイッチを有するスロットル開度センサ
と、シリンダブロックに配設され、エンジン冷却水温を
検出する冷却水温センサ55と、排気管９に配設され、排
気ガス中の残存酸素濃度から空燃比を検出する酸素濃度
センサ57と、ディストリビュータ59に内蔵され、クラン
ク軸に連動するディストリビュータ軸59aの回転に応じ
てクランク角の30゜CA毎のクランク角信号NEを出力する
クランク角センサ61とが設けられている。

これらの各種センサの検出信号やスイッチの信号は、
電子制御装置71に入力され、この電子制御装置71によっ
て、燃料噴射弁25や流量制御弁39等のアクチュエータが
制御される。上記電子制御装置71は、周知のマイクロコ
ンピュータから構成され、すなわち、各種センサの入力
信号をコンピュータの処理可能なディジタル信号処理す
ると共に、アクチュエータへの駆動信号に変換処理する
入出力ポート73と、演算処理するCPU75と、一時的な記
憶手段としてのRAM77と、各種の制御プログラムを予め
格納しているROM79等から構成されている。

本電子制御装置71による制御動作は、ROM79内に格納
された制御プログラムにしたがって演算処理される。す
なわち、電子制御装置71は、上記エアフロメータ13の出
力から求められる吸入空気量と、上記クランク角センサ
61から出力から求められるエンジン回転数とに基づいて
基本の燃料噴射時間を決定し、これを上記スロットル開
度センサ出力のスロットル弁開度、酸素濃度センサ57出
力の空燃比、冷却水温センサ55出力のエンジン冷却水温
などに応じて補正することによって、上記燃料噴射弁25
に開弁時間信号を出力する。

また、流量制御弁39の開閉制御によるアイドル回転数
制御およびアシストエア制御は、第３図および第５図の
フローチャートにしたがって実行される。

まず、ステップ100が実行され、各種のデータが読み
込まれる。データとしては、上記エアフロメータ13の出
力から求められる吸入空気量Ｑと、スロットル開度セン
サの出力から求められるスロットル開度θ、アイドルス
イッチのオンオフ信号、および上記クランク角センサ61
からのクランク角信号NE等である。

次のステップ110にて、上記各種データに基づいて各
制御を選択処理する。この選択処理は、第４図のグラフ
のＡ、Ｂ、Ｃ領域のいずれに含まれているかを判断す
る。第４図において、縦軸はスロットル開度θ、横軸は
エンジン回転数Neを示す。該ステップ110にて、Ａ領域
と判定されるとステップ120へ進み、後述する第５図の
制御が実行される。また、Ｂ領域と判定されるとステッ
プ130へ進み、流量制御弁39を全開にし、領域Ｃと判定
されるとステップ140へ進み、流量制御弁39を一定のデ
ューティ比で制御する。

次に、Ａ領域の制御について第５図のフローチャート
で説明し、さらに、Ｂ領域およびＣ領域の制御において
Ａ領域と異なった制御を行う理由について説明する。

第５図において、まず、ステップ200にて、クランク
角信号NEから求めたエンジン回転数Neに基づいてデュー
ティ比の変更タイミングを第６図にマップに基づいて算
出する。ここで、第７図に示すように、クランク角720
゜CAで１行程、360゜CA毎にグループ噴射する６気筒エ
ンジンにおいて、クランク角30゜CA毎のクランク角信号
NEに、１から12までの番号を付すと、第６図によれば、
エンジン回転数が1000rpm以下の場合には、クランク角
信号NEの８番目の燃料噴射タイミングに対して、７番目
に流量制御弁39のデューティ比α（β）を変える変更タ
イミングを設定し、また、1000rpmから2000rpmまではク
ランク角信号NEの９番目の燃料噴射タイミングに対し
て、７番目に流量制御弁39のデューティ比α（β）の変
更タイミングを設定し、さらに、2000rpmから3000rpmま
では10番目の燃料噴射タイミングに対して６番目に流量
制御弁39のデューティ比α（β）の変更タイミングを設
定する。このように、エンジン回転数Neが上昇するにし
たがって、燃料噴射タイミングを変更することにより燃
焼効率を向上させるとともに、デューティ比α（β）の
変更タイミングを早めることによりバイパス配管33を通
過する吸気量のタイムラグが大きくなるのを防止してい
る。

次に、ステップ210にて、上記ステップ200で求めた流
量変更のタイミングか否かについて判定し、肯定判断の
場合にはステップ220へ進み、デューティ比をαに変更
する。なお、デューティ比αの期間TAは燃料噴射量に比
例して増減する。次のステップ230にて、燃料噴射が終
了したか否かを判断する。そして、燃料噴射が終了して
いないときには、ステップ220に戻りデューティ比α
（α：一定）での制御を維持し、一方、燃料噴射が終了
したときには、ステップ240へ移行する。ステップ240
は、上記ステップ210で否定判断、つまり、デューティ
比α（β）の変更タイミングではい場合にも実行され
る。ステップ240では、アイドルスイッチのオンオフ信
号等に基づいてアイドル回転数制御か否かを判断し、ア
イドル回転数制御でない場合には、ステップ250へ移行
して流量制御弁39をデューティ比β（β：一定、β＜
α）で制御する。一方、アイドル回転数制御の場合に
は、ステップ260へ移行してエンジン回転数をフィード
バックして所定回転数に維持するアイドル回転数制御を
行う。このアイドル回転数制御はデューティ比βａ（β
a:可変、βａ＜α）で制御する。なお、アイドル回転数
制御は、第４図ではａ領域で示される。

このような第５図のフローチャートで表される動作
は、第７図のタイムチャートを用いて説明される。同図
において、（Ａ）は各気筒の行程をクランク角に対応し
て示し、（Ｂ）は上述したようにクランク角センサ61か
ら出力される30゜CAのクランク角信号を示し、（Ｃ）は
燃料噴射パルスを示し、（Ｄ）は流量制御弁39に出力さ
れる制御信号を示す。いま、クランク角信号NEの７番目
に同期して、噴射噴射プルスが出力される場合に、クラ
ンク角信号NEの６番目に流動制御弁39の開度は、デュー
ティ比βからαに変更され、所定期間TAだけ維持され、
その後にデューティ比βに戻される。

したがって、本制御によれば、大きなデューティ比α
によって燃料噴射中には十分のアシストエアが流れるた
めに燃料の微粒化が確保される。そして、それ以外の期
間は、デューティ比βの小さなバイパスエア量に絞られ
る。

その結果、アシストエアは、燃料噴射時期に同期した
デューティ比αの期間で十分確保されると同時に、デュ
ーティ比βの期間による流量制御で全体の周期を通じた
バイパス流量を制御することができる。よって、アイド
ル回転数制御時には、デューティ比βａを可変制御して
いるので、アシストエアの効果を低減することなく、所
定のバイパス流量に調整することができ、適正なアイド
ル回転数制御を行える。また、ファーストアイドル制御
時には、上記デューティ比βａを増加することにより対
処できる。なお、デューティ比α（β）の変更により、
吸入空気量が周期的に変化するけれども、噴射パルスに
同期しているため、エンジンの回転数に変動を生じるこ
とはない。

また、デューティ比αの期間は、燃料噴射量に応じて
長くなっているから、十分な微粒化を行える。

なお、第３図のステップ130にて流量制御弁39を全開
に制御し、ステップ140にて半開状態となる一定のデュ
ーティ比で制御しているのは次の理由による。ステップ
130の制御では、第４図のＢ領域の運転状態に当たる
が、このＢ領域はエンジンの高負荷領域にあり、流量制
御弁39の応答性、電子制御装置71の演算処理速度の問題
から、可変したデューティ比によるエアアシスト制御を
行うことが困難であるとともに、続く制御に迅速に対応
するために全開状態で待機させているのである。また、
ステップ140の制御では、Ｃ領域に当るが、この領域は
燃料カット域であり、燃料カット領域からの復帰時にエ
ンジントルク変動を低減するために、流量制御弁39を全
周期にわたって半開状態になるように一定のデューティ
比で制御しているのである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、燃料噴射時期
に同期した短期間だけアシストエアを増大させ、他の期
間で吸気量を所定量に調節できるので、アイドル回転数
制御とアシストエア制御とを効率的に両立させることが
できる。

また、本アシストエア制御装置には、単一の流量制御
弁によって制御が行えるので構成も簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の一例を示す構成図、第２図は本
発明の一実施例によるエンジンおよびその周辺部を示す
構成図、第３図は同実施例のアシストエア制御を示すフ
ローチャート、第４図はアシストエア制御の範囲を示す
グラフ、第５図は同実施例のフローチャート、第６図は
同実施例の制御範囲を示す説明図、第７図は同実施例の
タイムチャートである。 M1……スロットル弁、M2……吸気管 M3……開口、M4……燃料噴射弁 M5……開口、M6……バイパス通路 M7……流量制御弁 M8……運転状態検出手段 M9……燃料噴射制御手段 M10……アシストエア制御手段 １……エンジン本体、５……吸気管 17……スロットル弁、25……燃料噴射弁 33……バイパス配管、35、37……開口 39……流量制御弁、61……クランク角センサ 71……電子制御装置

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットル弁の下流側かつ燃料噴射弁の近
   傍に設けた開口に空気を導くために、燃料噴射弁１個に
   つき１つ設けられたアシストエア通路と、 このアシストエア通路を開閉する流量制御弁と、 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 この運転状態検出手段の検出信号に基づいて上記燃料噴
   射弁の燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、 上記流量制御弁の流量を大きくする第１の期間と、流量
   を少なくする第２の期間とを交互に設定するとともに、
   上記第１の期間を、燃料の噴射時期の直前を含む時期に
   同期して設定して流量制御弁の流量を制御するアシスト
   エア制御手段と、 を備えた内燃機関のアシストエア制御装置。
2. 【請求項２】上記アシストエア制御手段は上記運転状態
   検出手段の検出信号と上記燃料噴射制御手段の燃料噴射
   量との少なくとも一方に基づいて上記第１の期間と上記
   第２の期間との少なくとも一方の流量を可変するもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の内燃機関のアシストエ
   ア制御装置。
3. 【請求項３】上記アシストエア制御手段は上記運転状態
   検出手段の検出信号に基づいて内燃機関のアイドル運転
   時に上記第２の期間の流量を可変するものである特許請
   求の範囲第２項記載の内燃機関のアシストエア制御装
   置。