JP2611217B2 - 燃料噴射時期制御装置 - Google Patents

燃料噴射時期制御装置

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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時期制御装置に関し、
詳しくは、排気ガスの再循環を行う多気筒の内燃機関に
おいて、各気筒の燃料噴射時期を独立して制御する燃料
噴射時期制御装置に関する。
[従来の技術及びその問題点] 従来、排気ガス中のNOxを低減するものとして、排気
ガス再循環装置がある。この排気ガス再循環装置とは、
排気ガスの一部を吸入混合気に導き入れ気筒内に送り込
むことにより、気筒内での燃料の最高燃焼温度を下げ、
排気ガス中のNOxを低減するものである(特開昭61−483
6号公報参照)。
しかしながら、この様な排気ガス再循環装置を備えた
内燃機関では、排気ガスの再循環を実行すると、NOx
少なくなるが、トルク変動が増加してドライバビリティ
が悪くなり、このトルク変動の増加を防ぐために、排気
ガスの再循環を停止すると、NOxが増大するという問題
点があった。
[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は、排気
ガス再循環実行時のトルク変動を抑制するように、燃料
噴射は時期を制御することを特徴とする。具体的には、
第1図に例示すように、 内燃機関M1の運転状態に応じて燃料噴射時期を定め、
該燃料噴射時期に基づいて内燃機関M1の各気筒独立に燃
料噴射を行う燃料噴射制御手段M2を備えるとともに、排
気系から吸気系へ排気ガスを再循環する排気ガス再循環
装置M3を備えた燃料噴射時期制御装置において、 上記排気ガスの再循環の実行時には上記燃料噴射時期
を遅角させ、上記排気ガスの再循環の停止時には上記燃
料噴射時期を進角させる噴射時期変更手段M4を備えたこ
とを特徴とする燃料噴射時期制御装置を要旨とする。
ここで内燃機関M1の運転状態とは、内燃機関M1の燃料
噴射時期等を定めるために必要な情報であって、例えば
内燃機関M1の吸気管圧力や回転数等である。尚、この内
燃機関M1には、吸入される燃料の混合をより一層促進す
るために吸気スワールが備えられていることが望まし
い。
燃料噴射制御手段M2とは、内燃機関M1の運転状態か
ら、基本となる燃料噴射時期を定め、その燃料噴射時期
に基づいて燃料噴射弁を駆動し、燃料の噴射を行うもの
であり、例えば内燃機関M1の吸気管圧力や回転数等をパ
ラメータとして、マップや計算式から燃料噴射時期を求
めて、燃料の噴射を行うものである。
排気ガス再循環装置M3とは、例えば排気管からサージ
タンクに通じる再循環路を設け、排気ガスの一部を吸気
系へ再循環することによって、NOxの低減を図るもので
ある。そしてこの再循環の実行および停止の制御は、例
えば内燃機関M1の電子式燃料噴射制御装置に搭載されて
いるマイクロコンピュータを中心とする論理演算回路等
により、吸気管圧力等のパラメータに基づいて、再循環
制御弁を開閉して行われる。
噴射時期変更手段M4とは、排気ガスの再循環の実行ま
たは停止に応じて、上記燃料噴射制御手段M3によって定
められた燃料噴射時期を変更する手段であり、内燃機関
M1の電子式燃料噴射制御装置に搭載されているマイクロ
コンピュータを中心とする論理演算回路等によって実現
される。
[作用] 内燃機関M1の吸気管圧力や回転数などの運転状態に応
じて、燃料噴射制御手段M2によって、各気筒独立に基本
となる燃料噴射時期を定める。そして排気ガス再循環装
置M3により行われる再循環の実行または停止に応じて、
噴射時期変更手段M4により、排気ガスの再循環の実行時
には燃料噴射時期を遅角させ、排気ガスの再循環の停止
時には燃料噴射時期を進角させる制御を行う。その変更
された燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射制御手段M2に
より燃料噴射を行ない、NOxとともにトルクの変動も低
減する。
次に本発明の構成によって、上記問題点が解決される
理由を第2図に基づいて説明する。
第2図は横軸に燃料噴射時期を、縦軸にNOxとトルク
変動をとったもので、グラフA及びグラフBはNOxを示
し、グラフC及びグラフDはトルク変動を示している。
またこの中でグラフB及びグラフCは、排気ガスの再循
環を実行した場合を示し、グラフA及びグラフDは、再
循環を停止した場合を示している。即ち、NOxは燃料噴
射時期が遅角するほど増加し、逆にトルク変動は遅角す
るほど減少することを示している。さらに排気ガスの再
循環を実行した場合には、燃料噴射時期のほぼ全域に渡
ってNOxは減少し、逆にトルク変動は増加することを示
している。
この内燃機関は、排気ガスの再循環の停止(EGRオ
フ)中には、燃料噴射時期T1が所定のトルク変動基準H0
になるようにセットされており、その時のNOxの量はN1
である。ここで排気ガスの再循環を実行(EGRオン)す
ると、トルク変動はグラフCで示される様に全域に渡っ
て増加し、燃料噴射時期T1を変更しなければ、トルク変
動基準H0より大なる値H1となる。よって燃料噴射時期を
遅角して所定のトルク変動基準H0になるように、新規の
燃料噴射時期T2をセットする。一方、EGRオンに伴っ
て、NOxは燃料噴射時期の全域に渡って減少し、グラフ
Bに示される変化をするので、EGRオン時の燃料噴射時
期T2のNOxはN2となり、EGRオフ時の燃料噴射時期T1のNO
xN1と同様に少ないものとなる。即ち、EGRオフのときに
は、燃料噴射時期を進角することによって、トルク変動
の低減とNOxの低減を同時に実現することができる。
また逆にEGRオンのときには、燃料噴射時期を遅角す
ることによって、トルク変動の低減とNOxの低減を同時
に実現することができる。
[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。
まず第3図は本発明が適用された一実施例の内燃機関
2及びその周辺装置を示す構成図である。尚、図面で
は、1気筒だけを示す。
この内燃機関2は多気筒の内燃機関2であって、各気
筒独立に、吸入行程の直前に燃料が噴射される独立噴射
方式である。上記気筒3の上部には、混合気の吸気を行
う吸気弁4と、燃焼ガスの排気を行う排気弁5が備えら
れており、吸気弁5によって開閉される吸気孔6の内周
面には、吸入する燃料と空気の混合を一層促進するため
に吸気スワール7が設けられている。この吸気スワール
7は、ヘリカル型であり、吸気弁5の真上に渦巻室を設
け、ここに接線方向から混合気を流入させて、強い旋回
流を作るものである。8は燃料を噴射する燃料噴射弁で
あり、吸気孔6に連通する吸気管9の上部に備えられて
いる。吸気管9には、吸気温度を検出する吸気温センサ
10,スロットルバルブ11,及びスロットルバルブ11の開度
を検出するスロットル開度センサ12が備えられている。
また吸気管9には、吸気の脈動を抑えるために、サージ
タンク14が形成され、このサージタンク14には、吸気管
9の絶対圧を検出する吸気圧センサ16が備えられてい
る。
一方、18は排気管で、排気ガス中の酸素濃度から空燃
比を検出する空燃比センサ20や、排気ガスを浄化するた
めの三元触媒コンバータ22が備えられている。またこの
排気管18には、排気ガスをサージタンク14に戻して排気
ガスの再循環(EGR)を行う排気ガス再循環装置(EGR装
置)24が設けられている。
EGR装置24は、排気管18とサージタンク14とを結ぶ排
気通路を開閉する再循環量制御弁(EGRバルブ)26,この
EGRバルブ26に加える圧力を調整してEGRの動作を制御す
るバキユームモジユレータ(調圧弁)28,及びこの調圧
弁28で調整されEGRバルブ26に加えられる圧力の通路を
開閉し、EGRバルブ26のEGR動作を禁止或は許可するバキ
ユームスイッチングバルブ(EGR許可バルブ)30から構
成されている。
また内燃機関2には、その運転状態を検出する手段と
して、上記の各センサ10,12,16,20の外、ディストリビ
ュータ32のロータ32aの回転から内燃機関2の回転数を
検出する回転数センサ34,同じくディストリビュータ32
の回転に応じて内燃機関2のクランク軸2回転に1回の
割でパルス信号を出力する気筒判別センサ36,及び内燃
機関2の冷却水温を検出する水温センサ38,が備えられ
ている。
上記各センサからの検出信号は、マイクロコンピュー
タを中心とする論理演算回路として構成された電子制御
装置44に入力される。そして電子制御装置44で演算処理
された結果に基づいて、燃料噴射弁8及びイグナイタ47
が駆動され、燃料噴射時期,燃料噴射量及び点火時期が
制御される。またEGR許可バルブ30を駆動して、EGRの実
行(オン)及び停止(オフ)の制御が行われる。
即ち、電子制御装置44は、制御プログラムに従って、
内燃機関2の制御のための各種演算処理を実行するセン
トラルプロセッシングユニット(CPU)50,CPU50で各種
演算処理を実行するための制御プログラムや初期データ
が記録されたリードオンリメモリ(ROM)52,CPU50で各
種演算処理を実行するための各データが一時的に読み書
きされるランダムアクセスメモリ(RAM)54,CPU50で演
算処理を実行するのに必要なクロック信号発生回路56,
上記各種センサからの検出信号を入力するための入力ポ
ーと58,及び燃料噴射弁8やEGR許可バルブ30或はイグナ
イタ47に駆動信号を出力する出力ポート60等から構成さ
れている。またこの出力ポート60内には、燃料噴射量を
セットするカウンタが備えられている。
この電子制御装置44により、上記各種センサからの検
出信号を用いて運転状態を判断し、独立燃料噴射の制御
が行われる。この独立燃料噴射は、吸入行程の直前に、
各気筒毎に計算された量が1度に噴射されるものであ
り、特に過渡状態における空燃比の制御に優れており、
内燃機関2のレスポンスもよい。この独立燃料噴射の制
御の一つとして、後に詳述する燃料噴射時期の制御が行
われる。
これは、例えば吸気管圧力,回転数及びEGRのオンオ
フ等の、運転状態に応じて燃料噴射時期を設定するもの
である。そして燃料噴射時期が定まり、CPU50によって
燃料噴射開始の処理が行われると、カウンタに設定され
た値に対応する時間だけ、燃料噴射弁8を開弁するよう
な駆動信号が出力され、燃料噴射量の制御が行われる。
さらにイグナイタ47の高電圧発生タイミング、即ち点火
時期を求め、それに応じてイグナイタ40を駆動制御して
点火時期の制御が行われる。また内燃機関2の運転状態
が排気ガスを再循環する条件に該当するか否かを判断
し、その結果に応じて、EGR許可バルブ30を駆動しEGRを
オンまたはオフする制御が実行される。
次にこの電子制御装置44で実行される処理について、
第4図及び第5図のフローチャートに基づいて説明す
る。
第4図に示すように、内燃機関2が始動されると、ま
ずステップ100にて、内燃機関2の吸気管圧力を吸気圧
センサ16より、吸入空気の温度を吸気温センサ10より、
回転数を回転数センサ34より読み込む処理が行われる。
次のステップ110にて、ステップ100で読み込んだ吸気管
圧力と吸気温から吸入空気量を求め、ステップ120で
は、吸気管圧力等からEGRのオンオフを判断し、EGRオフ
であればステップ130にて、吸入空気量等に応じて基本
燃料噴射量を算出する。一方EGRオンであれば、ステッ
プ140にて、再循環される排気ガス量(EGR量)に基づい
て、基本燃料噴射量を算出する。続くステップ150で
は、入力ポート158を介して、空燃比センサ20や水温セ
ンサ38等からの信号を読み込む処理が行われる。次のス
テップ160では、ステップ100,ステップ150で読み込んだ
各信号に基づき、空燃比の補正係数や暖機増量補正係数
など、燃料噴射量を補正する種々の補正係数を算出する
処理が行われる。ステップ170では、ステップ160で求め
た補正係数を基本燃料噴射量に乗じて燃料噴射量(燃料
噴射時間)を求める演算が行われ、この値を出力ポート
60内ののカウンタにセットする。ステップ180では、ス
テップ170で求めた燃料噴射量に基づいて、燃料噴射弁
8の開弁時間を求める。次にステップ190に進み、後に
詳述する燃料噴射時期を求める処理が行われる。ステッ
プ200では、どの気筒に燃料を噴射するかを判別する。
この判別は、気筒判別センサ36及び回転数センサ34か
らの信号に基づいて行われるが、例えば4気筒4サイク
ルの内燃機関では180℃A毎に、6気筒4サイクルでは1
20℃A毎に、何れかの気筒が吸気行程を迎えることにな
る。ここで噴射すべき気筒がないと否定判断されると、
一旦本処理を終了し、一方肯定判断されるとステップ21
0に進む。ステップ210では、ステップ180で求めた開弁
時間と、ステップ190で求めた燃料噴射時期に基づき、
燃料噴射弁8を駆動して、燃料を噴射すべき気筒に燃料
を供給する処理が行われ、一旦本処理を終了する。
次に上記のステップ190の燃料噴射時期を求める処
理、即ちEGRのオンまたはオフに応じて、燃料噴射時期
を設定する処理について、第5図のフローチャートに基
づいて詳細に説明する。
まずステップ300では、各センサからのデータやRAM54
に記憶されたデータ等に基づいて、EGRがオンであるか
オフであるかを判定する。そしてEGRがオフであれば、
ステップ310にて、EGRオフに応じて設定された吸気管圧
力と回転数とのマップにより、燃料噴射時期T1を定め一
旦本処理を終了する。この燃料噴射時期T1は、第2図に
示すように、トルク変動がトルク変動基準H0と合致する
ように定められるもので、それによってNOxとトルク変
動が共に許容範囲内になるように設定されている。この
ステップ310において算出される燃料噴射時期T1は、吸
入行程に移ってからクランク角で何度の時点から燃料噴
射を開始するかを示している。
一方EGRがオンであれば、ステップ320にて、EGRオン
に応じて設定された吸気管圧力と回転数とのマップによ
り、燃料噴射時期T2を定め一旦本処理を終了する。この
燃料噴射時期T2は、EGRオンの場合に、トルク変動が増
大するので、トルク変動が少ない側、即ち遅角側に燃料
噴射時期を変更し、トルク変動がトルク変動基準H0と合
致するようにしたものである。この様に燃料噴射時期を
遅角すると、NOxは増加するが、EGRがオンの場合には、
NOxは燃料噴射時期の全域に渡って減少するので、許容
範囲内に納まるものである。
以上説明したように本実施例では、吸気管9から吸入
された空気と、吸気行程直前に燃料噴射弁8から噴射さ
れた燃料との混合気を、吸気スワール7で十分に混合し
て、気筒3内に導いて燃焼を行うが、その際に、EGRが
オフであればトルク変動は小さいので、所定のトルク変
動基準H0になるまで、燃料噴射時期を進角して、NOx
減少することができる。一方、EGRがオンであれば、NOx
は少ないので、燃料噴射時期を遅角して、所定のトルク
変動基準H0にすることができる。
これによって、EGRがオフ及びオンの両方の場合につ
いて、NOxとトルク変動を共に減少させて許容範囲内に
納めることができ、その結果、排気ガスを浄化すること
ができるとともに、ドライバビリティも良好に確保する
ことができる、。又、独立燃料噴射を行う内燃機関2
で、吸気スワール6を備えたものは、一般にEGRオンの
場合のトルク変動が大きいものであるが、本発明により
その問題点が解決され、吸気スワール6の効果を十分に
利用できる。
尚、本実施例では、マップより燃料噴射時期を求めた
が、計算式から求めてもよく、さらに基本燃料噴射時期
を定めておき、マップによりその補正値を求めるように
しても良い。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、各気筒独立に
燃料噴射を行うとともに、EGRのオフまたはオフに応じ
て、燃料噴射時期を変更することができるので、EGRが
オフ及びオフの両方の場合について、NOxとトルク変動
を共に減少させて許容範囲内に納めることができる。そ
れによって排気ガスを浄化することができ、ドライバビ
リティも良好に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を例示した基本的構成図、第2図は本発
明の原理の説明図、第3図は本発明の一実施例のシステ
ム構成図、第4図は燃料噴射の主な処理を示すフローチ
ャート、第5図は燃料噴射時期の設定の処理を示すフロ
ーチャートである。 2……内燃機関 3……気筒 4……吸気弁 6……吸気スワール 8……燃料噴射弁 9……吸気管 18……排気管 24……排気ガス再循環装置 44……電子制御装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射時期
    を定め、該燃料噴射時期に基づいて内燃機関の各気筒独
    立に燃料噴射を行う燃料噴射制御手段を備えるととも
    に、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環する排気ガス
    再循環装置を備えた燃料噴射時期制御装置において、 上記排気ガスの再循環の実行時には上記燃料噴射時期を
    遅角させ、上記排気ガスの再循環の停止時には上記燃料
    噴射時期を進角させる噴射時期変更手段を備えたことを
    特徴とする燃料噴射時期制御装置。
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