JP3014190B2 - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃料供給装
置に関し、特に機械式過給機を備えたエンジンにおける
噴射燃料の吹き抜けを防止するようにしたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの燃料供給装置として、
各気筒の吸気ポートに燃料噴射用のインジェクタを設
け、各気筒の吸排気タイミングに同期させて各インジェ
クタから燃料を噴射させるシーケンシャル噴射方式のも
のは公知である。この燃料供給装置において、燃料噴射
開始のタイミングは、燃料噴霧の慣性を考慮し且つ噴射
燃料と吸気との混合を促進する観点から、通常は吸気行
程前に設定される。ところで、特開昭５６−１０７８７
１号公報には、燃料噴射タイミングを吸気行程初期の吸
排気オーバーラップ期間に設定し、このオーバーラップ
期間に吸気ポートへ吹き返した高温の残留ガスに噴射燃
料を衝突させて噴射燃料の微粒化と気化を促進して燃焼
性を向上させる技術が開示されている。また、特開昭５
８−２２０９３３号公報には、アイドル時の燃料噴射タ
イミングを吸気行程初期の吸排気オーバーラップ期間に
設定し、前記同様に噴射燃料の微粒化と気化を促進して
燃焼性を向上させる技術が開示されている。一方、最近
では、吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを変えて吸
排気オーバーラップを変え得るようにしたＶＴＣ（可変
バルブタイミング機構）が実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記後者の
公報の技術は、アイドル時には吸気負圧が大きく吸排気
オーバーラップ期間に残留ガスが吸気ポートへ吸い戻さ
れることを活用したもので、噴射燃料と残留ガスとの衝
突を介して噴射燃料の微粒化と気化を促進して燃焼性を
向上させることができる。しかし、通常の負荷運転時、
特に高負荷運転時には吸気負圧が小さくなるため、前記
のような原理による噴射燃料の微粒化と気化を促進はあ
まり期待できない。ここで、過給機を備えたエンジンで
は、過給域において吸気は加圧されて多量に吸気ポート
へ吸気されることから、吸気圧が排気圧よりも高くなっ
て吸気流速はかなり速くなり、吸気行程よりも早期に燃
料を噴射すると吸気行程の初期つまり吸排気オーバーラ
ップ期間に吸気と噴射燃料の一部が排気とともに排出さ
れこの燃料の吹き抜けにより出力低下を招くという問題
がある。更に、前記ＶＴＣを備えたエンジンでは、一般
にエンジンの運転状態に応じて吸排気オーバーラップ期
間が大小切り換えられるが、吸排気オーバーラップ期間
が大きくなると、吹き抜けが起こりやすくなり、吹き抜
けが起こり始める吸気圧が低くなるため、吸排気オーバ
ーラップ期間の大小との関連において燃料噴射開始タイ
ミングを設定する必要がある。本発明の目的は、過給領
域における噴射燃料の吹き抜けを確実に防止することの
できるようなエンジンの燃料供給装置を提供することで
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るエンジン
の燃料供給装置は、吸気通路に設けた過給機と、各気筒
毎の吸気ポートに燃料をシーケンシャル噴射により供給
する燃料噴射弁とを備えたエンジンにおいて、吸気弁と
排気弁の吸排気オーバーラップ期間を変える吸排気オー
バーラップ可変手段と、吸気圧とエンジンの運転状態と
を検知する検知手段と、前記検知手段の出力に基いて、
過給域においては排気圧に対する吸気圧の相対比率が設
定値以上のときには吸排気オーバーラップ期間に燃料噴
射を開始させる噴射時期制御手段と、前記吸排気オーバ
ーラップ可変手段の切り換え状態に基いて、吸排気オー
バーラップ期間が大のときには小のときと比較して前記
設定値を小さく変更する設定値変更手段とを備えたこと
を特徴とするのである。

【０００５】請求項２に係るエンジンの燃料供給装置
は、請求項１の装置において、前記吸排気オーバーラッ
プ期間を高回転域においては低回転域よりも大きくする
オーバーラップ切換え制御手段を備えたことを特徴とす
るものである。

【０００６】

【作用】請求項１に係るエンジンの燃料供給装置におい
ては、過給域において排気圧に対する吸気圧の相対比率
が設定値（例えば、１．００）以上のときには吸排気オ
ーバーラップ期間に燃料噴射を開始させるため、吸排気
オーバーラップ期間に噴射された燃料噴霧は加圧された
多量の流速の速い吸気と十分に混合した混合気として燃
焼室に流入することになる。そのため、前記混合気は吸
排気オーバーラップ期間の後半或いは略終了時に燃焼室
へ流入するので、その混合気が残留ガスを押し出しなが
ら排気ポートへ流出するまでの期間は短く、混合気が排
気ポートから流出しにくくなって燃料の吹き抜けが防止
される。そして、前記混合気が燃料室に流入したときに
高温の残留ガスと接触することから、混合気中の燃料の
気化・霧化が促進されて燃焼性が向上し、出力が向上す
る。更に、吸排気オーバーラップ期間が大きくなると、
混合気の吹き抜けが発生しやすくなり、吸排気オーバー
ラップ期間が小さいときに比較してより低い吸気圧でも
混合気の吹き抜けが発生することなる。しかし、設定値
変更手段により、吸排気オーバーラップ期間が大のとき
には小のときと比較して前記設定値を小さく変更するた
め、混合気の吹き抜けを防ぐことが出来る。

【０００７】請求項２に係るエンジンの燃料供給装置に
おいては、基本的に請求項１と同様の作用が得られる。
更に、オーバーラップ切換え制御手段により、前記吸排
気オーバーラップ期間が高回転域においては低回転域よ
りも大きく変更されるため、高回転域の低負荷域におい
て多量に発生する未燃ガスを内部ＥＧＲ作用により再燃
焼させることで排気エミッションを改善でき、且つ前記
設定値変更手段の作用により高回転域の高負荷域におけ
る混合気の吹き抜け防止による出力向上を図ることが出
来る。

【０００８】

【発明の効果】請求項１に係るエンジンの燃料供給装置
によれば、前記作用の項で説明したように、過給域にお
いて排気圧に対する吸気圧の相対比率が設定値以上のと
きには吸排気オーバーラップ期間に燃料噴射を開始させ
ることにより、燃料噴霧と吸気との混合を促進しつつも
混合気の排気ポートへの吹き抜けを防止し、燃焼性の向
上と出力向上を図ることが出来る。しかも、吸排気オー
バーラップ期間が大のときには小のときと比較して前記
設定値を小さく変更することにより、吸排気オーバーラ
ップ期間が大のときの混合気の吹き抜けを防止すること
が出来る。

【０００９】請求項２に係るエンジンの燃料供給装置に
よれば、基本的に請求項１と同様の効果が得られるう
え、前記吸排気オーバーラップ期間を高回転域において
は低回転域よりも大きく変更することにより、高回転域
の低負荷域における排気エミッションの改善を図ること
が出来、且つ高回転域の高負荷域における混合気の吹き
抜け防止による出力向上を図ることが出来る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基いて
説明する。本実施例は４気筒直列エンジンの燃料供給装
置に本発明を適用した場合の１例であり、図１に示すよ
うに、シリンダブロック１には４つの気筒２が形成さ
れ、シリンダブロック１とシリンダヘッド３と各気筒２
のピストン４とで各燃焼室５が形成され、シリンダヘッ
ド３には各気筒２に対応する吸気ポート６と排気ポート
７とが設けられ、吸気ポート６を開閉する吸気弁８は吸
気用カム軸１０で駆動され、また排気ポート７を開閉す
る排気弁９は排気用カム軸１１で駆動される。吸気通路
１３には、エアクリナ１４と、エアフローメータ１５
と、スロットル弁１６と、ルーツポンプ型の過給機１８
と、インタークーラ２０と、サージタンク２１とが上流
側から順に設けられ、前記過給機１８とインタークーラ
２０とをバイパスするバイパス通路２３には負圧式アク
チュエータ２５で開閉制御されるバイパス弁２４が設け
られ、負圧式アクチュエータ２５の負圧室へは電磁３方
弁２７を有する負圧導入路２６によりブースト圧が導入
されるように構成してある。更に、各気筒２に対応する
吸気分岐管には燃焼噴射用のインジェクタ２２が設けら
れている。排気通路１４には触媒コンバータ１４ａと、
マフラ（図示略）とが設けられている。前記過給機１８
は、電磁クラッチ１９を介してクランク軸１２に連動連
結されている。

【００１１】図２に図示のように、排気用カム軸１１の
前端側部分には可変バルブタイミング機構３０（以下、
ＶＴＣという）が設けられ、排気用カム軸１１の後端部
にはＶＴＣ３０に供給する油圧を制御する電磁弁３１が
設けられている。このＶＴＣ３０は、一般的な構成のも
のなので図２に基いて簡単に説明すると、オイルギャラ
リイ３２からの油圧が油路３３に供給され、電磁弁３１
を閉じて油路３３に油圧を供給すると、その油圧がピス
トン３４に作用し、内周面と外周面とに逆方向のヘリカ
ルスプラインが形成されたピストン３４が後方へ移動す
る。ピストン３４の両ヘリカルスプラインは、排気用カ
ム軸１１側のスペーサ３５のヘリカルスプラインとプー
リ３６側のヘリカルスプラインとにスプライン係合して
いるため、ピストン３４の前記後方移動に伴ってプーリ
３６に対する排気用カム軸１１の相対位相が変化し、吸
排気オーバーラップが大きくなり、また電磁弁３１が開
いて油路３３の油圧が低下すると、復帰バネ３７のバネ
力によりピストン３４が復帰して吸排気オーバーラップ
が小さくなる。

【００１２】図１に図示のように、センサ類として、吸
気通路１３内を流れる吸気流量を検出する前記エアフロ
ーメータ１５と、スロットルバルブ１６の開度を検出す
るスロットル開度センサ１７と、過給機１８で加圧され
た吸気の圧力を検出する吸気圧センサ２８と、ディスト
リビュータに組み込まれクランク軸１２の基準位相と回
転速度を検出するクランク角センサ２９と、その他種々
のセンサ類とが設けられ、これらセンサ類からの検出信
号が制御装置４０へ供給されている。前記制御装置４０
は、クランク角センサ２９からの検出信号を波形整形す
る波形整形回路、アナログの種々の検出信号をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器、入力出力インターフェース、ＣＰ
ＵとＲＯＭとＲＡＭとを含むマイクロコンピュータ、イ
グナイタの為の駆動回路、４つのインジェクタ２２の為
の駆動回路、電磁３方弁２７の為の駆動回路、過給機１
８の電磁クラッチ１９の為の駆動回路、ＶＴＣ３０の電
磁弁３１の為の駆動回路、などを備えており、制御装置
４０からは、前記種々の駆動回路を介して、イグナイ
タ、４つのインジェクタ２２、電磁３方弁２７、電磁ク
ラッチ１９、電磁弁３１等に駆動パルスや駆動電流が供
給される。前記制御装置４０のマイクロコンピュータの
ＲＯＭには、点火制御、燃料噴射量制御、燃料噴射制
御、過給制御、ＶＴＣ制御、などの一般的な制御の制御
プログラムに加えて、前記燃料噴射制御に付随する後述
の燃料噴射時期制御の制御プログラムとこの制御プログ
ラムに付随するマップが予め入力格納されている。

【００１３】次に、過給制御、ＶＴＣ制御、燃料噴射時
期制御及びこれに付随するマップについて、図３に基い
て説明する。図３に示すエンジンの運転領域おいて、領
域Ａは非過給領域、領域Ｂは過給領域であり、スロット
ル開度センサ１７で検出されるスロットル開度ＴＶＯが
所定値θ０（例えば、３５％開度）未満のときには前記
電磁クラッチ１９がＯＦＦとされて過給機１８は駆動さ
れず、またスロットル開度ＴＶＯが所定値θ０以上にな
ると電磁クラッチ１９がＯＮとされて過給機１８は駆動
される。前記クランク角センサ２９で検出されるエンジ
ン回転数が所定値Ｎ０（例えば、１５００ｒｐｍ）未満
のときには電磁弁３１への駆動電流を遮断して吸排気オ
バーラップが「小」に設定され、またエンジン回転数が
所定値Ｎ０以上になると電磁弁３１へ駆動電流を供給し
て吸排気オバーラップが「大」に設定される。図３にお
いて、過給領域Ｂにおいては過給により多量の吸気が供
給されるため、負荷の増加に応じて吸気圧が急激に増加
して吸気圧が排気圧よりも高くなるが、曲線Ｃと曲線Ｄ
は吸気圧と排気圧が等しく、曲線Ｃと曲線Ｄ未満の負荷
において排気圧が吸気圧よりも大きく、曲線Ｃと曲線Ｄ
より大きい負荷において吸気圧が排気圧よりも大きくな
る。つまり、曲線Ｃと曲線Ｄは排気圧に対する吸気圧の
相対比率が所定の設定値α（α＝１．００）である境界
線を示し、また、曲線Ｅは排気圧に対する吸気圧の相対
比率が所定の設定値β（例えば、β＝０．９０）である
境界線を示す。

【００１４】ここで、図３、図４に図示のように、この
燃料噴射時期制御においては、設定圧ラインＣ、Ｅを予
めマップとして燃料噴射時期制御に付随して格納してお
き、吸気圧センサ２８で検出される吸気圧が設定圧ライ
ンＣ、Ｅ未満のときには、燃料噴射開始時期を排気行程
中の所定の第１燃料噴射開始タイミングＩ１に設定し、
また吸気圧が設定圧ラインＣ、Ｅ以上のときには、燃料
噴射開始時期を吸排気オバーラップ期間中の第２燃料噴
射開始タイミングＩ２に設定する。但し、この場合エン
ジン回転数の増大に応じて第２燃料噴射開始タイミング
Ｉ２が進角側へ移行するように設定するものとする。

【００１５】次に、前記燃料噴射時期制御のルーチンの
フローチャートについて、図５に基いて説明するが、こ
のルーチンはエンジンの運転中常時実行されている燃料
噴射制御に対して所定微小時間毎のイターバル割り込み
にて実行されるものであり、図中Ｓｉ（ｉ＝１、２、３
・・）は各ステップを示すものである。制御が開始され
ると、センサ類から各種信号（クランク各信号、スロッ
トル開度信号、吸気圧信号、等々）が読み込まれ（Ｓ
１）、次に電磁クラッチ１９へ駆動電流を供給している
ときにセットされるフラグに基いて、ＶＴＣ３０がＯＮ
か否かつまり吸排気オバーラップが「大」か否か判定さ
れ（Ｓ２）、その判定の結果Ｎｏのときつまり吸排気オ
バーラップが「小」のときにはＳ３へ移行し、前記設定
圧ラインＣ、Ｅを記憶したマップに基いて、現在のエン
ジン回転数に対応する設定圧ラインＣの設定圧ＰＣが読
み込まれ（Ｓ３）、次に吸気圧センサ２８で検出された
現在の吸気圧が設定圧ＰＣ以上か否か判定され（Ｓ
４）、次に吸気圧が設定圧ＰＣ未満のときにはＳ５へ移
行し、燃料噴射開始タイミングが第１燃料噴射開始タイ
ミング（排気行程中の所定タイミング）に設定される。
尚、Ｓ４の判定の結果Ｙｅｓのときつまり吸気圧が設定
圧ＰＣ以上のときにはＳ８へ移行する。

【００１６】一方、Ｓ２の判定の結果、ＶＴＣ３０がＯ
Ｎで吸排気オバーラップが「大」のときにはＳ６へ移行
し、前記設定圧ラインＣ、Ｅを記憶したマップに基い
て、現在のエンジン回転数に対応する設定圧ラインＥの
設定圧ＰＥが読み込まれ（Ｓ６）、次に吸気圧センサ２
８で検出された現在の吸気圧が設定圧ＰＥ以上か否か判
定され（Ｓ７）、次に吸気圧が設定圧ＰＥ以上のときに
はＳ８へ移行し、燃料噴射開始タイミングが第２燃料噴
射開始タイミング（吸排気オバーラップ期間中のエンジ
ン回転数に応じた所定タイミング）に設定される（Ｓ
８）。即ち、第２燃料噴射開始タイミングは、エンジン
回転数が所定値以上の高回転域にあるときには図４に図
示のように吸排気オバーラップ期間の開始直後の所定タ
イミングに設定され、またエンジン回転数が低回転域に
あるときには吸排気オバーラップ期間の後半の所定タイ
ミングに設定される。尚、Ｓ７の判定の結果Ｎｏのとき
つまり吸気圧が設定圧ＰＣ未満のときにはＳ８へ移行す
る。

【００１７】以上のように、吸排気オバーラップが
「小」のとき、吸気圧が図３の設定圧ラインＣ未満のと
きには燃料噴射開始タイミングが第１燃料噴射開始タイ
ミングに設定され、また過給域において吸気圧が図３の
設定圧ラインＣ以上のときには燃料噴射開始タイミング
が第２燃料噴射開始タイミングに設定される。また、吸
排気オバーラップが「大」のとき、吸気圧が図３の設定
圧ラインＥ未満のときには燃料噴射開始タイミングが第
１燃料噴射開始タイミングに設定され、また過給域にお
いて吸気圧が図３の設定圧ラインＥ以上のときには燃料
噴射開始タイミングが第２燃料噴射開始タイミングに設
定される。尚、Ｓ５及びＳ８の実行後、制御は燃料噴射
制御へリターンし、次回の割り込みタイミングになる
と、再びＳ１〜Ｓ８が実行される。

【００１８】次に、以上説明したエンジンの燃料供給装
置の作用について説明する。過給域において、吸気圧が
設定圧ラインＣ、Ｅの設定圧ＰＣ、ＰＥ以上のときには
吸排気オーバーラップ期間に燃料噴射を開始させるた
め、吸排気オーバーラップ期間に噴射された燃料噴霧は
加圧された多量の流速の速い吸気と十分に混合した混合
気となって吸排気オーバーラップ期間の後半或いは略終
了時に燃焼室５へ流入するので、その混合気が残留ガス
を押し出しながら排気ポート７へ流出するまでの期間は
短く、混合気が排気ポート７から流出しにくくなって燃
料の吹き抜けが殆ど発生しない。そして、前記混合気が
燃料室５に流入したときに高温の残留ガスと接触するこ
とから、混合気中の燃料の気化・霧化が促進されて燃焼
性が向上し、出力が向上する。更に、吸排気オーバーラ
ップが「小」のときには、設定圧ラインＣを排気圧に対
する吸気圧の相対比率が所定の設定値α（α＝１．０
０）となるように設定し、また吸排気オーバーラップが
「大」のときには、設定圧ラインＥを排気圧に対する吸
気圧の相対比率が前記設定値αよりも小さい所定の設定
値β（例えば、β＝０．９０）となるように設定し、吸
排気オーバーラップが「大」のときには「小」のときよ
りも低い吸気圧から吸排気オーバーラップ期間中に燃料
噴射を開始するように構成したので、吸排気オーバーラ
ップが「大」のときにも燃料の吹き抜けを確実に防止す
ることが出来る。

【００１９】しかも、前記ＶＴＣ３０により、吸排気オ
ーバーラップを高回転域においては低回転域よりも大き
く変更するため、高回転域の低負荷域において多量に発
生する未燃ガスを内部ＥＧＲ作用により再燃焼させるこ
とで排気エミッションを改善できる。このように、高回
転域の低負荷域における排気エミッションの改善と、高
回転域の高負荷域における混合気の吹き抜け防止による
出力向上の両立を図ることができる。尚、エンジンの冷
却水水温などの状態量に応じて図３の切り換え回転数Ｎ
０を変えるように構成する場合にも、本発明を同様に適
用できる。また、前記図４のバルブリフトの特性図は一
例を示すものにすぎず、吸排気オーバーラップ「小」の
ときの排気弁の閉じるタイミングは図示のものよりも遅
らすこともある。また、前記設定値βは０．９０に限ら
ずその付近の値に設定することもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るエンジンの全体構成図である。

【図２】ＶＴＣの構成を示す縦断面図である。

【図３】設定圧ラインや過給領域などの説明図である。

【図４】吸排気オーバーラップと燃料噴射開始タイミン
グの説明図である。

【図５】燃料噴射時期制御のルーチンのフローチャート
である。

【符号の説明】

６ 吸気ポート ８ 吸気弁 ９ 排気弁 １７ スロットル開度センサ １８ 過給機 ２２ インジェクタ ２８ 吸気圧センサ ２９ クランク角センサ ３０ ＶＴＣ ４０ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 弘志 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 大島 智巳 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−297746（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1581（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/34 F02D 41/02 335

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路に設けた過給機と、各気筒毎の
   吸気ポートに燃料をシーケンシャル噴射により供給する
   燃料噴射弁とを備えたエンジンにおいて、 吸気弁と排気弁の吸排気オーバーラップ期間を変える吸
   排気オーバーラップ可変手段と、 吸気圧とエンジンの運転状態とを検知する検知手段と、 前記検知手段の出力に基いて、過給域においては排気圧
   に対する吸気圧の相対比率が設定値以上のときには吸排
   気オーバーラップ期間に燃料噴射を開始させる噴射時期
   制御手段と、 前記吸排気オーバーラップ可変手段の切り換え状態に基
   いて、吸排気オーバーラップ期間が大のときには小のと
   きと比較して前記設定値を小さく変更する設定値変更手
   段と、 を備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
2. 【請求項２】 前記吸排気オーバーラップ期間を高回転
   域においては低回転域よりも大きくするオーバーラップ
   切換え制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記
   載のエンジンの燃料供給装置。