JP3209070B2

JP3209070B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3209070B2
Application number: JP01321996A
Authority: JP
Inventors: 宏幸水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JPH09209812A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射制御装置に係り、詳しくは、筒内噴射式内燃機関の如
く、成層燃焼及び均質燃焼を行うことの可能な内燃機関
の燃料噴射制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に使用されているエンジン
においては、燃料噴射弁からの燃料は吸気ポートに噴射
され、燃焼室には予め燃料と空気との均質混合気が供給
される。かかるエンジンでは、アクセル操作に連動する
スロットル弁によって吸気通路が開閉され、この開閉に
より、エンジンの燃焼室に供給される吸入空気量（結果
的には燃料と空気とが均質に混合された気体の量）が調
整され、もってエンジン出力が制御される。

【０００３】しかし、上記のいわゆる均質燃焼による技
術では、スロットル弁の絞り動作に伴って大きな吸気負
圧が発生し、ポンピングロスが大きくなって効率は低く
なる。これに対し、スロットル弁の絞りを小とし、燃焼
室に直接燃料を供給することにより、点火プラグの近傍
に、可燃混合気を存在させ、当該部分の空燃比を高め、
着火性を向上するようにしたいわゆる「成層燃焼」とい
う技術が知られている。

【０００４】例えば特公平６−３９９２３号公報に開示
された技術においては、燃焼室内に直接的に燃料を噴射
せしめるとともに、電子制御式のスロットル弁を適宜制
御することにより、成層燃焼が図られている。すなわ
ち、低・中負荷及び低・中回転領域においては、スロッ
トル絞りを抑え、可燃混合気を点火プラグの近傍に存在
させることにより成層燃焼が実行される。このとき、電
子制御式スロットル弁は所定開度に保持されるよう制御
される。また、高負荷・高回転領域においては、上記成
層燃焼に代えて、均質燃焼が実行される。このため、そ
のときどきの負荷・回転に応じた燃焼が実行されること
となり、特に、「成層燃焼」により燃費の向上が図られ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、次に記すような問題があった。すなわち、上記
電子制御式のスロットル弁が何らかの原因（機械的原
因、電気的原因）で故障した場合、空気量制御を適切に
行うことができず、上記の制御による正常運転が不可能
となる。従って、かかる場合にはフェイルセーフを行う
必要がある。

【０００６】しかしながら、例えばスロットル弁の故障
時に、当該スロットル弁が全閉となるようなシステムに
おいては、吸入空気量がほとんど「０」となってしま
う。そのため、アイドリングを行う程度の燃焼は確保で
きるものの、所定以上の出力を得ることができないの
で、退避走行が困難となるおそれがある。

【０００７】一方、故障時にスロットル弁が全開となる
ようなシステムにおいては、吸入空気量が常に最大とな
る。この場合、燃料噴射に何らの制限をも加えないとす
ると、燃焼不能を起こしたり、出力の急増が起こってし
まい、退避走行が困難となる。

【０００８】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、スロットル弁に異常が生じた
場合であっても、燃焼不能となっり、出力の急増を招い
たりすることなく、運転者の要求に応じた円滑な退避走
行を図ることのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明においては、図１に示すよう
に、成層燃焼及び均質燃焼を行うべく、内燃機関Ｍ１の
気筒Ｍ２内に燃料を噴射する燃料噴射手段Ｍ３と、前記
内燃機関Ｍ１の吸気通路Ｍ４内に設けられ、前記気筒Ｍ
２内に供給される吸入空気量を調整するためのアクチュ
エータによって駆動されるスロットル弁Ｍ５と、前記内
燃機関Ｍ１の要求される運転状態を検出する運転状態検
出手段Ｍ６と、前記運転状態検出手段Ｍ６の検出結果に
基づき、前記燃料噴射手段Ｍ３から前記気筒Ｍ２内に噴
射される燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する燃料噴
射制御手段Ｍ７と、前記運転状態検出手段Ｍ６の検出結
果に基づき、前記スロットル弁の開度を制御するスロッ
トル開度制御手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置
において、前記スロットル弁Ｍ５は、前記アクチュエー
タにより正常に駆動することができないスロットル弁Ｍ
５の異常時において、アクセル開度が所定開度よりも小
さいときには、スロットル開度が全閉付近位置にて保持
される一方、前記アクセル開度が前記所定開度よりも大
きいときには、そのアクセル開度の増大に伴ってスロッ
トル開度が増大されるように構成され、前記燃料噴射制
御手段Ｍ７は、前記スロットル弁Ｍ５の異常時か否かを
検出し、前記スロットル弁Ｍ５の異常時であることが検
出されたときは、前記運転状態検出手段Ｍ６にて検出さ
れたアクセル開度に応じて、前記アクセル開度が前記所
定開度よりも小さいことを条件として成層燃焼を行い、
かつ、そのアクセル開度の増大に伴って燃料噴射量が増
大するよう前記燃料噴射手段Ｍ３を制御する一方、前記
アクセル開度が前記所定開度よりも大きいときには、理
論空燃比での燃焼を行うよう前記燃料噴射手段Ｍ３を制
御することをその要旨としている。

【００１０】

【００１１】

【００１２】併せて、請求項２に記載の発明では、請求
項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前
記全閉付近位置は、前記内燃機関をアイドリングさせる
のに十分な開度であることをその要旨としている。

【００１３】加えて、請求項３に記載の発明では、請求
項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置におい
て、前記全閉付近位置は、ブレーキ用の負圧を確保する
ことができる程度に十分な開度であることをその要旨と
している。

【００１４】（作用）上記請求項１に記載の発明によれば、燃料噴射手段Ｍ３
より、内燃機関Ｍ１の気筒Ｍ２内に燃料が噴射され、当
該気筒Ｍ２内での混合気の爆発・燃焼により出力が得ら
れる。また、噴射の形態により成層燃焼及び均質燃焼が
行われうる。内燃機関Ｍ１の吸気通路Ｍ４内に設けられ
たアクチュエータによって駆動されるスロットル弁Ｍ５
が開閉されることにより、吸気通路Ｍ４内の開口面積が
変動し、これによって、前記気筒Ｍ２内に供給される吸
入空気量が調整される。また、運転状態検出手段Ｍ６に
より、内燃機関Ｍ１の要求された運転状態が検出され
る。そして、その検出結果に基づき、燃料噴射制御手段
Ｍ７によって、燃料噴射手段Ｍ３から気筒Ｍ２内に噴射
される燃料噴射量及び燃料噴射時期が制御される。ま
た、前記運転状態検出手段Ｍ６の検出結果に基づき、ス
ロットル開度制御手段により前記スロットル弁Ｍ５は制
御される。

【００１５】さて、本発明では、前記スロットル弁Ｍ５
は、前記アクチュエータにより正常に駆動することがで
きないスロットル弁Ｍ５の異常時において、アクセル開
度が所定開度よりも小さいときには、スロットル開度が
全閉付近位置にて保持される一方、前記アクセル開度が
前記所定開度よりも大きいときには、そのアクセル開度
の増大に伴ってスロットル開度が増大されるように構成
され、前記燃料噴射制御手段Ｍ７は、前記スロットル弁
Ｍ５の異常時か否かを検出し、前記スロットル弁Ｍ５の
異常時であることが検出されたときは、前記運転状態検
出手段Ｍ６にて検出されたアクセル開度に応じて、前記
アクセル開度が前記所定開度よりも小さいことを条件と
して成層燃焼を行い、かつ、そのアクセル開度の増大に
伴って燃料噴射量が増大するよう前記燃料噴射手段Ｍ３
を制御する一方、前記アクセル開度が前記所定開度より
も大きいときには、理論空燃比での燃焼を行うよう前記
燃料噴射手段Ｍ３を制御する。従って、スロットル弁Ｍ
５に異常が生じた場合でも、運転者の要求が的確に燃料
の噴射形態に反映されることとなる。例えば、運転者が
退避走行を行いたい場合には、アクセルペダルが大きく
踏み込まれることにより、理論空燃比での燃焼が可能と
なり、必要な吸入空気量も確実に確保されて退避走行に
必要な出力が確保されうる。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】併せて、請求項２に記載の発明では、請求
項１に記載の発明の作用に加えて、スロットル弁Ｍ５の
異常時において、アクセル開度が所定開度よりも小さい
ときには、スロットル開度が全閉付近位置にて保持され
るのであるが、このときの開度は、内燃機関をアイドリ
ングさせるのに十分なものとなる。このため、異常が発
生したとしても、アイドリングを行うのには十分な吸入
空気量が確保され、エンスト等が起こってしまうのが回
避されうる。

【００２０】加えて、請求項３に記載の発明では、請求
項１又は２に記載の発明の作用に加えて、スロットル弁
Ｍ５の異常時において、アクセル開度が所定開度よりも
小さいときには、スロットル開度が全閉付近位置にて保
持されるのであるが、このときの開度は、ブレーキ用の
負圧を確保することができる程度に十分なものとなる。
従って、別途ブレーキ用の負圧を発生させる手段等を用
いずともブレーキ性能は十分に確保されうる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明における内燃機関の
燃料噴射制御装置を具体化した一実施の形態を図面に基
づいて詳細に説明する。

【００２２】図２は本実施の形態において、車両に搭載
された筒内噴射式エンジンの燃料噴射制御装置を示す概
略構成図である。内燃機関としてのエンジン１は、例え
ば４つの気筒１ａを具備し、これら各気筒１ａの燃焼室
構造が図３に示されている。これらの図に示すように、
エンジン１はシリンダブロック２内にピストンを備えて
おり、当該ピストンはシリンダブロック２内で往復運動
する。シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド４
が設けられ、前記ピストンとシリンダヘッド４間には燃
焼室５が形成されている。また、本実施の形態では１気
筒１ａあたり、４つの弁が配置されており、図中におい
て、符号６ａとして第１吸気弁、６ｂとして第２吸気
弁、７ａとして第１吸気ポート、７ｂとして第２吸気ポ
ート、８として一対の排気弁、９として一対の排気ポー
トがそれぞれ示されている。

【００２３】図３に示すように、第１の吸気ポート７ａ
はヘリカル型吸気ポートからなり、第２の吸気ポート７
ｂはほぼ真っ直ぐに延びるストレートポートからなる。
また、シリンダヘッド４の内壁面の中央部には、点火プ
ラグ１０が配設されている。さらに、第１吸気弁６ａ及
び第２吸気弁６ｂ近傍のシリンダヘッド４内壁面周辺部
には燃料噴射弁１１が配置されている。すなわち、本実
施の形態においては、燃料噴射弁１１からの燃料は、直
接的に気筒１ａ内に噴射されるようになっている。な
お、前記点火プラグ１０には、ディストリビュータ（図
示しない）にて分配される点火信号が印加される。ディ
ストリビュータはイグナイタ１２から出力される高電圧
をエンジン１のクランク角に同期して各点火プラグ１０
に分配するためのものであり、各点火プラグ１０の点火
タイミングはイグナイタ１２からの高電圧出力タイミン
グにより決定される。

【００２４】図２に示すように、各気筒１ａの第１吸気
ポート７ａ及び第２吸気ポート７ｂは、それぞれ各吸気
マニホルド１５内に形成された第１吸気路１５ａ及び第
２吸気路１５ｂを介してサージタンク１６内に連結され
ている。各第２吸気通路１５ｂ内にはそれぞれスワール
コントロールバルブ１７が配置されている。これらのス
ワールコントロールバルブ１７は共通のシャフト１８を
介して例えばステップモータ１９に連結されている。こ
のステップモータ１９は後述する電子制御装置（以下単
に「ＥＣＵ」という）３０からの出力信号に基づいて制
御される。なお、当該ステップモータ１９の代わりに、
エンジン１のインテークポートの負圧に応じて制御され
るものを用いてもよい。

【００２５】前記サージタンク１６は、吸気ダクト２０
を介してエアクリーナ２１に連結され、吸気ダクト２０
内には、アクチュエータたるステップモータ２２によっ
て開閉されるスロットル弁２３が配設されている。つま
り、本実施の形態のスロットル弁２３はいわゆる電子制
御式のものであり、基本的には、ステップモータ２２が
前記ＥＣＵ３０からの出力信号に基づいて駆動されるこ
とにより、スロットル弁２３が開閉制御される。このス
ロットル弁２３の具体的構成については後述することと
する。そして、このスロットル弁２３の開閉により、吸
気ダクト２０を通過して燃焼室５内に導入される吸入空
気量が調節されるようになっている。本実施の形態で
は、吸気ダクト２０、サージタンク１６並びに第１吸気
路１５ａ及び第２吸気路１５ｂ等により、吸気通路が構
成されている。また、スロットル弁２３の近傍には、そ
の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するためのスロッ
トルセンサ２５が設けられている。なお、前記各気筒の
排気ポート９には排気マニホルド１４が接続されてい
る。そして、燃焼後の排気ガスは当該排気マニホルド１
４を介して図示しない排気ダクトへ排出されるようにな
っている。

【００２６】さらに、本実施の形態では、公知の排気ガ
ス循環（ＥＧＲ）装置５１が設けられている。このＥＧ
Ｒ装置５１は、排気ガス循環通路としてのＥＧＲ通路５
２と、同通路５２の途中に設けられた排気ガス循環弁と
してのＥＧＲバルブ５３とを含んでいる。ＥＧＲ通路５
２は、スロットル弁２３の下流側の吸気ダクト２０と、
排気ダクトとの間を連通するよう設けられている。ま
た、ＥＧＲバルブ５３は、弁座、弁体及びステップモー
タ（いずれも図示せず）を内蔵している。ＥＧＲバルブ
５３の開度は、ステップモータが弁体を弁座に対して断
続的に変位させることにより、変動する。そして、ＥＧ
Ｒバルブ５３が開くことにより、排気ダクトへ排出され
た排気ガスの一部がＥＧＲ通路５２へと流れる。その排
気ガスは、ＥＧＲバルブ５３を介して吸気ダクト２０へ
流れる。すなわち、排気ガスの一部がＥＧＲ装置５１に
よって吸入混合気中に再循環する。このとき、ＥＧＲバ
ルブ５３の開度が調節されることにより、排気ガスの再
循環量が調整されるのである。

【００２７】次に、本実施の形態における、上記スロッ
トル弁２３の構成について、図４の模式図に従って説明
する。スロットル弁２３の弁体２３ａは、第１のバネ４
１によって常には全閉方向へ付勢されるようになってい
る。また、スロットル弁２３の開度が全閉近傍にまで閉
じられた場合、弁体２３ａは、一旦ストッパ４２に当接
するようになっている。このストッパ４２は第１の壁４
３及び第２の壁４４間を往復動可能に配設されていると
ともに、常には第２のバネ４５により第２の壁４４に当
たるよう付勢されている。そして、ステップモータ２２
等に異常がない場合には、弁体２３ａは当該ステップモ
ータ２２の駆動力により、第１のバネ４１や、第２のバ
ネ４５の付勢力に抗して、ストッパ４２が第１の壁４３
に当たる全閉位置Ｑ_minから、全開位置（図の上方）ま
で、移動できるようになっている。

【００２８】また、本実施の形態において、スロットル
弁２３には、キー４６が設けられている。このキー４６
は第３のバネ４７を介してアクセルペダル２４に機械的
に連結されている。また、第３のバネ４７のバネ定数
は、第２のバネ４５のバネ定数よりも大きいものとなっ
ている。さらに、このキー４６は、アクセルペダル２４
の踏込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）が所定開度αより
も小さい場合には、前記ストッパ４２が第２の壁４４に
当接しているのと同じ位置に保持される。そして、アク
セル開度ＡＣＣＰが所定開度αを超えた場合に、このキ
ー４６は、第３のバネ４７の付勢力等に抗して第３の壁
４８まで移動し、これに伴い、弁体２３ａを移動させる
（開く）ことができるようになっている。

【００２９】従って、図５，７に示すように、ステップ
モータ２２等に異常が生じた（例えば動かなくなった）
場合において、アクセル開度ＡＣＣＰが所定開度αより
も小さい場合には、弁体２３ａはストッパ４２に当接し
た状態となり、スロットル開度は全閉近傍位置Ｑ₀に保
持されることとなる。これに対し、図５，８に示すよう
に、アクセル開度ＡＣＣＰが所定開度αを超えた場合に
は、そのアクセル開度ＡＣＣＰの増大に伴って、って弁
体２３ａは、キー４６によって、該キー４６が第３の壁
４８に当接するまで開かれることとなるのである。

【００３０】さて、図２に示すように、上述したＥＣＵ
３０は、デジタルコンピュータからなっており、双方向
性バス３１を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）３２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）
３３、マイクロプロセッサからなるＣＰＵ（中央処理装
置）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備し
ている。本実施の形態においては、当該ＥＣＵ３０によ
り燃料噴射制御手段、異常検出手段及び噴射形態変更手
段が構成されている。

【００３１】前記アクセルペダル２４には、当該アクセ
ルペダル２４の踏込み量に比例した出力電圧を発生する
アクセルセンサ２６が接続され、該アクセルセンサ２６
によりアクセル開度ＡＣＣＰが検出される。当該アクセ
ルセンサ２６の出力電圧は、ＡＤ変換器３７を介して入
力ポート３５に入力される。

【００３２】また、上死点センサ２７は例えば１番気筒
１ａが吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、
この出力パルスが入力ポート３５に入力される。クラン
ク角センサ２８は例えばクランクシャフトが３０°ＣＡ
回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入
力ポートに入力される。ＣＰＵ３４では上死点センサ２
７の出力パルスとクランク角センサ２８の出力パルスか
らエンジン回転数ＮＥが算出される（読み込まれる）。

【００３３】さらに、前記シャフト１８の回転角度はス
ワールコントロールバルブセンサ２９により検出され、
これによりスワールコントロールバルブ１７の開度が測
定される。そして、スワールコントロールバルブセンサ
２９の出力はＡ／Ｄ変換器３７を介して入力ポート３５
に入力される。

【００３４】併せて、前記スロットルセンサ２５によ
り、スロットル開度ＴＡが検出される。このスロットル
センサ２５の出力はＡ／Ｄ変換器３７を介して入力ポー
ト３５に入力される。

【００３５】加えて、本実施の形態では、サージタンク
１６内の圧力（吸気圧ＰｉＭ）を検出する吸気圧センサ
６１が設けられている。さらに、エンジン１の冷却水の
温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ６２が設
けられている。これら両センサ６１，６２の出力もＡ／
Ｄ変換器３７を介して入力ポート３５に入力されるよう
になっている。

【００３６】本実施の形態において、これらスロットル
センサ２５、アクセルセンサ２６、上死点センサ２７、
クランク角センサ２８、スワールコントロールバルブセ
ンサ２９、吸気圧センサ６１及び水温センサ６２等によ
り、運転状態検出手段が構成されている。

【００３７】一方、出力ポート３６は、対応する駆動回
路３８を介して各燃料噴射弁１１、各ステップモータ１
９，２２、イグナイタ１２及びＥＧＲバルブ５３（ステ
ップモータ）に接続されている。そして、ＥＣＵ３０は
各センサ等２５〜２９，６１，６２からの信号に基づ
き、ＲＯＭ３３内に格納された制御プログラムに従い、
燃料噴射弁１１、ステップモータ１９，２２、イグナイ
タ１２及びＥＧＲバルブ５３等を好適に制御する。

【００３８】次に、上記構成を備えたエンジンの燃料噴
射制御装置における本実施の形態に係る各種制御に関す
るプログラムについて、フローチャートを参照して説明
する。図６は、本実施の形態におけるインジェクタ１１
等を制御して燃料噴射等の各種制御を実行するための
「各種制御ルーチン」を示すフローチャートであって、
メインルーチンで実行される。但し、本実施の形態にお
いては、スロットル弁２３に異常が生じた場合の制御内
容に特徴があるので、当該制御を中心として説明する。

【００３９】処理がこのルーチンへ移行すると、ＥＣＵ
３０は、先ず、ステップ１０１において、各種センサ２
５〜２９，６１，６２等よりエンジン回転数ＮＥ、アク
セル開度ＡＣＣＰ、冷却水温ＴＨＷ、吸気圧ＰｉＭ等の
各種信号を読み込むとともに、スロットルフェイルフラ
グＸＦＴＲＴ等の各種フラグをＲＡＭ３２より読み込
む。

【００４０】次に、ステップ１０２においては、スロッ
トルフェイルフラグＸＦＴＲＴが「１」であるか否かを
判断する。ここで、スロットルフェイルフラグＸＦＴＲ
Ｔは、スロットル弁２３の異常を判定するためのフラグ
であって、別途のルーチンにおいて決定される。すなわ
ち、通常時（スロットル弁２３の正常時）においてはス
ロットルフェイルフラグＸＦＴＲＴは、「０」に設定さ
れている。そして、実際にスロットルセンサ２５により
検出されたスロットル開度ＴＡと要求開度との間に所定
以上のずれが発生したり、電気的な回路異常が発生した
りしたとき等に、スロットル弁２３に異常が生じたもの
と判断され、かかる場合にスロットルフェイルフラグＸ
ＦＴＲＴが「１」に設定されるのである。

【００４１】そして、ステップ１０２においてスロット
ルフェイルフラグＸＦＴＲＴが「１」でないと判断され
た場合には、スロットル弁２３に異常が生じていないも
のとして、ステップ１０３へ移行する。

【００４２】ステップ１０３においては、今回読み込ま
れたエンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＣＣＰに基
づき、図示しないマップを参照することにより、基本噴
射量ＱＩＮＪを算出する。また、続くステップ１０４に
おいて、今回算出された基本噴射量ＱＩＮＪに、予め定
められたアイドル回転数を確保するのに最小限必要なア
イドル噴射量Ｑｉｄｌｅを加算した値を最終噴射量Ｑｆ
として設定する。

【００４３】そして、ステップ１０５においては、今回
読み込まれたエンジン回転数ＮＥ及び今回算出された最
終噴射量Ｑｆに基づき、目標噴射時期ＡＩＮＪ、目標点
火時期ＳＡ、目標ＥＧＲ開度ＥＧＲＰ、目標スワールコ
ントロール開度ＳＣＶＰ、目標スロットル開度ＴＲＴＰ
を算出する。さらに、それぞれの目標値に基づき各種の
アクチュエータ（燃料噴射弁１１、ステップモータ１
９，２２、イグナイタ１２及びＥＧＲバルブ５３等）を
制御し、その後の処理を一旦終了する。

【００４４】一方、ステップ１０２においてスロットル
フェイルフラグＸＦＴＲＴが「１」と判断された場合に
は、スロットル弁２３に異常が生じたものとして、ステ
ップ１０６へ移行する。

【００４５】ステップ１０６においては、今回読み込ま
れた冷却水温ＴＨＷが予め定められた所定値（例えば
「８０℃」）よりも高いか否かを判断する。そして、冷
却水温ＴＨＷが例えば「８０℃」よりも高い場合には、
暖機が既に完了しているものとして、ステップ１０７へ
移行する。

【００４６】ステップ１０７においては、今回読み込ま
れたアクセル開度ＡＣＣＰが、予め定められた所定開度
α以下であるか否かを判断する。ここで、上述したとお
り、アクセル開度ＡＣＣＰが所定開度αよりも小さい場
合には、弁体２３ａはストッパ４２に当接した状態とな
り、スロットル開度は全閉近傍位置Ｑ₀に保持されるこ
ととなる。そして、かかる場合には、成層燃焼を行うべ
く、ステップ１０８において、ストイキ制御フラグＸＩ
ＮＪＤＪを「０」に設定する。

【００４７】また、続くステップ１０９においては、成
層燃焼を行うべく、アクセル開度ＡＣＣＰに係数ｋを乗
算した値に、上記アイドル回転数を確保するのに最小限
必要なアイドル噴射量Ｑｉｄｌｅを加算した値を最終噴
射量Ｑｆとして設定する。

【００４８】そして、ステップ１１０においては、今回
読み込まれたエンジン回転数ＮＥ及び今回算出された最
終噴射量Ｑｆに基づき、目標噴射時期ＡＩＮＪ、目標点
火時期ＳＡ、目標ＥＧＲ開度ＥＧＲＰ、目標スワールコ
ントロール開度ＳＣＶＰを算出する。さらに、それぞれ
の目標値に基づき各種のアクチュエータ（燃料噴射弁１
１、（スワールコントロールバルブ１７用の）ステップ
モータ１９、イグナイタ１２及びＥＧＲバルブ５３等）
を制御し、その後の処理を一旦終了する。

【００４９】また、前記ステップ１０６において、冷却
水温ＴＨＷが例えば「８０℃」以下の場合には、暖機が
未だ完了していないものとして、ステップ１１１へ移行
する。さらに、前記ステップ１０７において、アクセル
開度ＡＣＣＰが所定開度αよりも大きい場合にも、ステ
ップ１１１へ移行する。ここで、アクセル開度ＡＣＣＰ
が所定開度αを超えた場合には、上述したとおり、その
アクセル開度ＡＣＣＰの増大に伴って、弁体２３ａは、
キー４６によって、該キー４６が第３の壁４７に当接す
るまで開かれる。すなわち、アクセル開度ＡＣＣＰの増
大に伴って、スロットル開度も増大し、吸入空気量の増
大する。そして、かかる場合には、理論空燃比での運転
（ストイキ運転）を実行するべく、ステップ１１１にお
いて、ストイキ制御フラグＸＩＮＪＤＪを「１」に設定
する。

【００５０】また、続くステップ１１２においては、理
論空燃比での運転を行うべく、エンジン回転数ＮＥ及び
吸気圧ＰｉＭに基づき、図示しないマップを参照するこ
とにより、最終噴射量Ｑｆを算出し、設定する。

【００５１】そして、ステップ１１３においては、今回
読み込まれたエンジン回転数ＮＥ及び今回算出された最
終噴射量Ｑｆに基づき、目標噴射時期ＡＩＮＪ、目標点
火時期ＳＡ、目標ＥＧＲ開度ＥＧＲＰ、目標スワールコ
ントロール開度ＳＣＶＰを算出する。さらに、それぞれ
の目標値に基づき各種のアクチュエータ（燃料噴射弁１
１、（スワールコントロールバルブ１７用の）ステップ
モータ１９、イグナイタ１２及びＥＧＲバルブ５３等）
を制御し、その後の処理を一旦終了する。

【００５２】このように、上記「各種制御ルーチン」に
おいては、スロットル弁２３に異常が生じない場合に
は、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＣＣＰに基
づいて最終噴射量Ｑｆが算出されるとともに、当該最終
噴射量Ｑｆ等に基づいて燃料噴射時期制御、点火時期制
御、ＥＧＲ制御、スワール制御、スロットル制御等の各
種制御が実行される。また、スロットル弁２３に異常が
生じた場合において、暖機完了後、かつ、アクセル開度
ＡＣＣＰが所定開度α以下の場合には、成層燃焼での運
転が実行される。さらに、スロットル弁２３に異常が生
じた場合において、冷間時、或いは、アクセル開度ＡＣ
ＣＰが所定開度αよりも大きい場合には、理論空燃比で
の運転が実行される。

【００５３】次に、本実施の形態における特有の効果に
ついて説明する。（イ）上述したように、本実施の形態によれば、暖機完
了後を前提とした場合において、スロットル弁２３の異
常が検出されたときには、アクセル開度ＡＣＣＰが所定
開度α以下の場合には、成層燃焼での運転が実行され
る。しかも、このときには、図９に示すように、アクセ
ル開度ＡＣＣＰが所定開度α以下では、構成上スロット
ル開度が一定で、吸入空気量も一定のため、アクセル開
度ＡＣＣＰに応じて、エンジントルクを増大させるため
に成層燃焼にて燃料量を増大させる（図９の実線）。よ
って、理論空燃比での運転に比べ、トルクの大幅な上昇
を招くことがなく、アクセル開度ＡＣＣＰの増大に応じ
て滑らかなトルク増大とすることができる。

【００５４】（ロ）また、アクセル開度ＡＣＣＰが所定
開度αよりも大きい場合には、理論空燃比での運転が実
行される。しかも、このときには、図９に実線で示すよ
うに、スロットル開度が、構成上、アクセル開度ＡＣＣ
Ｐの増大に伴って増大すること、及び、このときにはエ
ンジン回転数ＮＥと吸気圧ＰｉＭとに基づいて最終噴射
量Ｑｆが設定されることから、十分な吸入空気量、及び
燃料噴射量が得られ、要求される出力トルクを確保する
ことができる。その結果、円滑な退避走行を行うことが
できる。

【００５５】（ハ）上記（イ）及び（ロ）より、本実施
の形態によれば、スロットル弁２３に異常が生じたとし
ても、運転者の要求、スロットルアクセル開度ＡＣＣＰ
に応じた出力制御を行うことができる。

【００５６】（ニ）さらに、本実施の形態では、フェイ
ル時の最終噴射量Ｑｆのみならず、フェイル時の噴射時
期、点火時期、ＥＧＲ開度、スワールコントロールバル
ブ１７の開度等の目標値も別途算出され、これらの目標
値に基づき噴射時期制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御、
スワール制御等の各種制御が付随的に実行されるように
した。このため、スロットル弁２３に異常が生じた場合
であっても、各種制御においても退避走行等、運転者の
要求に適した制御を行うことができる。

【００５７】（ハ）併せて、本実施の形態では、冷間時
においては、理論空燃比での運転を行うこととした。こ
のため、アクセル開度ＡＣＣＰが所定開度α以下の場合
には、成層燃焼での運転に比べて、より多くの燃料噴射
量及び高い出力トルクを得ることができ（図９の２点鎖
線）、より運転状態にみあった制御を実行することがで
きる。

【００５８】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、例えば次の如く構成してもよい。（１）上記実施の形態では、ステップ１１３において、
フェイル時の目標噴射時期ＡＩＮＪ、目標点火時期Ｓ
Ａ、目標ＥＧＲ開度ＥＧＲＰ、目標スワールコントロー
ル開度ＳＣＶＰを算出するに際し、エンジン回転数ＮＥ
及び今回算出された最終噴射量Ｑｆを考慮するようにし
たが、最終噴射量Ｑｆの代わりに吸気圧ＰｉＭを考慮す
るようにしてもよい。

【００５９】（２）上記実施の形態では、要求される負
荷として吸気圧ＰｉＭを検出するようにしたが（Ｄ−ｊ
タイプ）、エアフローメータ等により吸入空気量を検出
し、その検出値に基づいて負荷を考慮するようにしても
よい（Ｌ−ｊタイプ）。

【００６０】（３）上記実施の形態では、１つのスロッ
トル弁２３のみを配設する場合に具体化したが、直列的
又は並列的に２つの弁を有するタイプのものに具体化す
るこもできる。

【００６１】（４）上記実施の形態では、スロットル弁
２３として、いわゆる電子制御式のものを採用したが、
アクセルペダル２４にリンクしたいわゆる機械式のもの
を採用してもよい。但し、この場合には、上記実施の形
態の構成に加えて、別途アクセルペダル２４に連結させ
たいわゆる２重系統とする必要がある。

【００６２】（５）上記実施の形態では、筒内噴射式の
エンジン１に本発明を具体化するようにしたが、いわゆ
る成層燃焼、弱成層燃焼を行うタイプの内燃機関であれ
ばいかなるタイプのものに具体化してもよい。例えば吸
気ポート７ａ，７ｂの吸気弁６ａ，６ｂの笠部の裏側に
向かって噴射するタイプのものも含まれる。また、吸気
弁６ａ，６ｂ側に燃料噴射弁が設けられてはいるが、直
接シリンダボア（燃焼室５）内に噴射するタイプのもの
も含まれる。

【００６３】（６）また、上記実施の形態では、ヘリカ
ル方の吸気ポートを有し、いわゆるスワールを発生させ
ることが可能な構成としたが、かならずしもスワールを
発生しなくともよい。従って、例えば上記実施の形態に
おけるスワールコントロールバルブ１７、ステップモー
タ１９等を省略することもできる。また、同様に、ＥＧ
Ｒ装置５３を省略する構成としてもよい。

【００６４】（７）上記実施の形態では、記さなかった
が、スロットル弁２３異常時における各種目標値が、正
常時のものと共用できるような場合には、目標値を共用
する構成としても何ら差し支えない。また、特に、ステ
ップ１１３においては、簡易的に、目標噴射時期ＡＩＮ
Ｊを一定値に、目標ＥＧＲ開度ＥＧＲＰを「０」に設定
したとしても差し支えない。

【００６５】（８）上記実施の形態では、所定開度αを
境に、成層燃焼での運転を行うか、理論空燃比での運転
を行うかを切り換えるようにしたが、前記所定開度α
に、ヒステリシスを設定するようにしてもよい。かかる
場合には、燃料噴射量、トルクの変動をよりスムースな
ものとすることができる。また、所定開度αの具体的数
値については、上記実施の形態のものに何ら限定される
ものではない。

【００６６】特許請求の範囲の各請求項に記載されない
ものであって、上記実施の形態から把握できる技術的思
想について以下にその効果とともに記載する。（ａ）請求項１〜５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装
置において、前記内燃機関の冷間時には、理論空燃比で
の運転を行うようにしたことを特徴とする。

【００６７】上記の構成とすることにより、一層内燃機
関に適した運転状態を確保することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の燃料噴射制御装置によれば、スロットル弁に異常が生
じた場合であっても、燃焼不能となっり、出力の急増を
招いたりすることなく、運転者の要求に応じた円滑な退
避走行を図ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な概念構成を説明する概念構成
図である。

【図２】エンジンの燃料噴射制御装置を示す概略構成図
である。

【図３】エンジンの気筒部及びポート部等を示す拡大断
面図である。

【図４】スロットル弁の構成を説明するための模式的な
図である。

【図５】スロットル弁の正常時及び異常時におけるアク
セル開度に対するスロットル弁の開度特性を説明するた
めのグラフである。

【図６】ＥＣＵにより実行される「各種制御ルーチン」
を示すフローチャートである。

【図７】スロットル弁の異常時の作用を説明するための
模式図である。

【図８】スロットル弁の異常時の作用を説明するための
模式図である。

【図９】アクセル開度に対する出力トルク、燃料噴射
量、吸入空気量及びスロットル開度の関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、１ａ…気筒、１１…燃
料噴射手段としての燃料噴射弁、１５ａ…吸気通路を構
成する第１吸気路、１５ｂ…吸気通路を構成する第２吸
気路、１６…吸気通路を構成するサージタンク、２０…
吸気通路を構成する吸気ダクト、２３…スロットル弁、
２５…運転状態検出手段を構成するスロットルセンサ、
２６…運転状態検出手段を構成するアクセルセンサ、２
７…運転状態検出手段を構成する上死点センサ、２８…
運転状態検出手段を構成するクランク角センサ、２９…
運転状態検出手段を構成するスワールコントロールバル
ブセンサ、３０…燃料噴射制御手段、異常検出手段及び
噴射形態変更手段を構成するＥＣＵ、６１…運転状態検
出手段を構成する吸気圧センサ、６２…運転状態検出手
段を構成する水温センサ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 11/10 Ｆ０２Ｄ 11/10 Ｑ 41/02 ３１０ 41/02 ３１０Ｆ３２５３２５Ｆ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 9/00 - 11/10 F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】成層燃焼及び均質燃焼を行うべく、内燃
機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記内燃機関の吸気通路内に設けられ、前記気筒内に供
給される吸入空気量を調整するためのアクチュエータに
よって駆動されるスロットル弁と、前記内燃機関の要求される運転状態を検出する運転状態
検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記燃料噴
射手段から前記気筒内に噴射される燃料噴射量及び燃料
噴射時期を制御する燃料噴射制御手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記スロッ
トル弁の開度を制御するスロットル開度制御手段とを備
えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記スロットル弁は、前記アクチュエータにより正常に
駆動することができないスロットル弁の異常時におい
て、アクセル開度が所定開度よりも小さいときには、ス
ロットル開度が全閉付近位置にて保持される一方、前記
アクセル開度が前記所定開度よりも大きいときには、そ
のアクセル開度の増大に伴ってスロットル開度が増大さ
れるように構成され、前記燃料噴射制御手段は、前記スロットル弁の異常時か
否かを検出し、前記スロットル弁の異常時であることが
検出されたときは、前記運転状態検出手段にて検出され
たアクセル開度に応じて、前記アクセル開度が前記所定
開度よりも小さいことを条件として成層燃焼を行い、か
つ、そのアクセル開度の増大に伴って燃料噴射量が増大
するよう前記燃料噴射手段を制御する一方、前記アクセ
ル開度が前記所定開度よりも大きいときには、理論空燃
比での燃焼を行うよう前記燃料噴射手段を制御すること
を特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】前記全閉付近位置は、前記内燃機関をア
イドリングさせるのに十分な開度であることを特徴とす
る請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】前記全閉付近位置は、ブレーキ用の負圧
を確保することができる程度に十分な開度であることを
特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射
制御装置。