JP3329550B2

JP3329550B2 - エンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3329550B2
Application number: JP33707393A
Authority: JP
Inventors: 宏高木; 知嗣力武; 友巳渡辺; 淳一田賀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH07189769A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃料噴射制
御装置に関し、特にエミッションの向上及び希薄燃焼時
の走行性の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの燃料噴射制御装置
が多く提案されている。例えば、エンジンの始動状態が
検出された場合、始動時の燃料増量制御手段が作動して
エンジン水温検出手段で検出されたエンジンの冷却水温
値に基づいて所定値に増量された供給燃料量を設定す
る。その後、エンジンの爆発状態を検出し、その爆発状
態に応じて、供給燃料量（増量値）を所定限界値まで減
量補正するというものである（特開平１−２３２１３２
号）。

【０００３】また、他の従来例は、ＨＣ不足判断手段を
設け、ＨＣが不足していると判断されると、スワルコン
トロールバルブの開度が増加され、燃焼室内のスワルが
弱められ、燃料の微粒化が悪化する。このようにして、
排気中のＨＣが増加してリーンＮＯ_X触媒のＮＯ_X浄化率
を向上させるというものである（特開平３−２３７２１
６号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成される従来例において、エンジンの安定性か
ら、冷間始動時には、目標空燃比に対して水温補正がな
されている。この補正量は、目標空燃比によらず、水温
によって一意的に決定されている。しかし、希薄燃焼機
構を有するエンジンでは、例えば、燃焼室内でのスワー
ル生成や、燃料の気化霧化を促進するため、燃料と同時
にアシストエアを供給することにより、冷間時でも理論
空燃比で燃焼は安定するが、従来のエンジンでは、スワ
ール生成機構を備えていないため、冷間時の燃料と空気
の混合性が悪く、理論空燃比では、エンジンの燃焼が安
定しない（失火することも考えられる）。

【０００５】また、触媒コンバータが活性化していない
場合、例えば空燃比１３では、ＨＣ、ＣＯの排出量が多
くなり水温補正を行なうべきではない。それゆえ、触媒
コンバータ（プリ触媒）等が比較的早期に活性化してい
ないときは、理論空燃比（λ＝１）制御において、水温
補正がかかるため空燃比がややリッチになりＨＣ、ＣＯ
が浄化できなくなるという欠点がある。

【０００６】従って、本発明のエンジンの燃料噴射制御
装置は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、エンジンの冷却水温に基づいて、
燃料噴射量を増量補正させると共に、設定される目標空
燃比が、理論空燃比と同等もしくはリッチな場合、増量
補正を低下方向に制御することによって、触媒コンバー
タの浄化性能を向上させることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明のエンジンの燃料噴射制御
装置は、希薄燃焼を行なうための希薄燃焼機構を備え、
空燃比がエンジンの運転状態に応じて設定された目標空
燃比になるように燃料噴射量を制御する希薄燃焼エンジ
ンの燃料噴射制御装置において、エンジンの温度を代表
する温度を検出する水温検出手段と、前記検出された温
度が所定値より低く、前記目標空燃比が理論空燃比より
リーンな場合、前記希薄燃焼機構を作動させると共に前
記燃料噴射量を増量補正し、前記検出された温度が所定
値より低く、前記目標空燃比が理論空燃比と同じ、又は
理論空燃比よりリッチな場合、前記希薄燃焼機構を作動
させると共に前記燃料噴射量の増量補正を抑制する制御
手段とを具備する。

【０００８】また、好ましくは、前記制御手段は、触媒
コンバータの温度が所定値以下の場合、前記燃料噴射量
の増量補正を抑制する。また、好ましくは、前記希薄燃
焼機構は、スワール生成手段である。

【０００９】

【作用】以上のように、この発明に係わるエンジンの燃
料噴射制御装置は構成されているので、エンジンの温度
を代表する温度を検出し、当該温度が所定値より低く、
目標空燃比が理論空燃比よりリーンな場合、希薄燃焼機
構を作動させると共に燃料噴射量を増量補正し、検出さ
れた温度が所定値より低く、目標空燃比が理論空燃比と
同じ、又は理論空燃比よりリッチな場合、希薄燃焼機構
を作動させると共に燃料噴射量の増量補正を抑制するこ
とによって、希薄燃焼時のエンジンの走行性の安定を図
り、触媒コンバータの浄化性能を向上させることができ
る。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の実施例につき、添付の図面を
参照して詳細に説明する。図１は、本実施例を示すエン
ジンの燃料噴射制御装置のシステム構成図である。ま
た、図５は、シリンダヘッド部の構成を示す概略図であ
る。図１と図５において、エンジン１は、第１シリンダ
から第４シリンダを備えた４気筒エンジンである。各燃
焼室２３の吸気側には吸気ポート４ａ、４ｂが開口して
いる一方、排気側には排気ポート２ａ、２ｂが開口して
いる。尚、図１で、吸気ポート４ａ、４ｂとは、上下に
配置されているが、実際には、図５に示すように並列に
配置されている。

【００１１】ここで、吸気ポート４ａは、気筒１の略周
方向に開口するタンジェンシャルポートであって、この
吸気ポート４ａから燃焼室２３内に供給された混合気
は、燃焼室２３内にスワール（図５中の矢印アの方向）
を生成するように配置されている。即ち、吸気ポート４
ａは、スワール生成ポートとなっている。吸気ポート４
ａは、低負荷状態だけでなく高負荷状態においても有効
にスワールを生成できるよう配設されている。また、吸
気ポート４ａの開閉は、吸気弁４６ａによって所定のタ
イミングで制御されている。

【００１２】吸気ポート４ｂの開閉タイミングは、吸気
弁４６ｂによって制御されている。また、吸気ポート４
ｂは、スワールコントロールバルブ５によって所定のタ
イミングで開閉されると共に、所定の運転領域におい
て、開閉作動するスワールコントロールバルブ５により
シリンダ２３内に送り込まれた混合気のスワールをコン
トロールするように構成されている。尚、スワールコン
トロールバルブ５は、アクチュエータ４５によって作動
できるように構成されている。また、排気ポート２ａ、
２ｂは、排気弁４７ａ、４７ｂによって開閉されるよう
に構成されている。排気ポート２ａ、２ｂの下流側に
は、リニアＯ₂センサ４１が取り付けられており、空燃
比等が制御される。排気弁４７ａ、４７ｂが開口されて
排出される排気ガスは、リニアＯ₂センサ４１で検出さ
れながら触媒４２を通って浄化され外部に排出される。
触媒コンバータ４２は、例えば３元触媒コンバータであ
り、触媒の活性化状態を検出するための触媒温度検出セ
ンサ４８が取り付けられている。この温度センサ４８に
よって検出された触媒の温度は、コントロールユニット
１００によって目標空燃比の演算のデータとなる。ま
た、冷却水の通路の部分に冷却水温センサ１９が設けら
れていて、後述する増量補正時の空燃比制御データとな
る。

【００１３】各燃焼室２３に混合気を供給するために、
各気筒毎に、吸気ポート４ａ、４ｂを具備する独立吸気
通路２４が設けられている。この独立吸気通路２４は、
その上流端においてエアの流れを安定させるサージタン
ク２５に接続されている。尚、サージタンク２５へは、
途中にスロットル弁３が設けられおり、共通吸気通路７
からその開度に応じたエアが供給されるようになってい
る。即ち、エアクリーナ４３から入る空気は、吸気量セ
ンサ４４によりその流量を検出されつつ、スロットル弁
３の開度に応じた流量をサージタンク２５内へ送るので
ある。共通空気通路７の上流側のスロットル弁３付近に
取り付けられているのは、スロットル弁３の開度を検出
するスロットルセンサ３６と、このスロットルセンサの
開度に基づいてアイドリング状態を設定するアイドルス
イッチ３５である。アイドル状態の空気の供給は、アイ
ドル空気通路３９の供給空気量を制御することによって
なされる。アイドル空気通路３９には、アイドルスピー
ドコントロールバルブ３１と補助的な空気制御バルブ３
２が取り付けられ、アイドル時のエンジン回転数を制御
している。また、共通空気通路７のスロットル弁３の下
流側には、バイパス空気通路３９が設けられている。こ
のバイパス空気通路３９の途中に備えられたエアコント
ロールバルブ４０を制御することによってスワールコン
トロールバルブ５の閉動作によるスワール生成時、スロ
ットル弁３が閉じている場合の供給空気量を調節するの
である。

【００１４】また、燃焼室２３に混合気を供給するため
に、各気筒に独立吸気ポートが設けられており、吸気ポ
ートには、アシストエアと同時に、燃料を供給し、燃料
の気化を促進するための混合気供給インジェクタ８が設
けられている。これらの独立吸気通路は、その上流部に
おいて、エアの流れを安定させるサージタンク２５に接
続されている。混合気供給インジェクタ８に通ずる混合
気供給路４９の他端には、加圧エアの流量を調節するプ
レッシャレギュレータ９が設けられている。供給される
燃料と吸気通路４１から供給される空気とは、このプレ
ッシャレギュレータ９によって混合され、圧力を高めら
れて混合気供給インジェクタへ運ばれる。

【００１５】混合気供給インジェクタ８は、エンジンが
低負荷の状態において、スワールコントロールバルブの
閉動作により、燃焼室２３内にスワールが生成され、燃
焼室２３の中心部付近（不図示の点火プラグ）にリッチ
な混合気を供給する。供給された混合気は、点火プラグ
まわりにのみ存在することになり、燃焼室２３内の混合
気が効果的に成層化され、成層燃焼が行なわれる。

【００１６】（燃料の増量制御）一般に、エンジンのイ
グニッションスイッチ（不図示）がオンされた状態で、
エンジン水温センサ１９により検出されたエンジン冷却
水温の値に応じて、燃料供給量が増量制御される。即
ち、エンジンの冷却水温が低い場合には、噴射された燃
料の温度も低く燃料の気化が悪い。

【００１７】従って、吸入空気量を基準とする基本とな
る燃料噴射量だけでは、エンジンの燃焼に実際に寄与す
る空燃比としては目標空燃比に対して相当リーンとなっ
てしまう。その結果、増量補正を行なわないとすると、
エンジンが始動されたとしてもアイドル回転が不安定と
なり、エンスト等の状態となる。しかしながら、本実施
例においては、燃焼室内でのスワール生成を行なった
り、燃料の気化霧化を促進するため燃料と同時にアシス
トエアを供給することにより冷間時でも理論空燃比で燃
焼は安定する。従って、本実施例によるエンジンの増量
補正値は、最初にエンジンの冷却水温を検出し、冷却水
温が低い場合において、算出される目標空燃比がリーン
か否かを判断するのである。算出された空燃比がリーン
であるならば、理論空燃比を超えない範囲で水温補正を
行なって、燃料噴射量を設定するのである。また、λ＝
１あるいはリッチの場合には、スワール生成やアシスト
エアによる希薄燃焼を行なうと共に、同時に水温補正を
禁止もしくは抑制する。このようにして、エンジンの冷
間始動時に触媒コンバータが活性化していなくとも始動
増量を理論空燃比を超えない範囲で制御しているので、
触媒が不活性な状態でもＨＣ、ＣＯの増加を防止できる
のである。

【００１８】図２は、空燃比による触媒の浄化率を示す
図である。また、図３は、空燃比によるＨＣ、ＣＯ、Ｎ
Ｏ_Xの排出特性を示す図である。図２は、横軸の左へ向
かうほど空燃比はリッチとなり、縦軸の上部へ向かうほ
ど触媒による浄化率が高くなるように表している。ま
た、図３の縦軸は、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの排出量を表し
ている。図２と図３において、エンジン始動時には空燃
比が始動増量されてリッチとなり、触媒がまだ活性化さ
れていないために、ＨＣ、ＣＯ等が浄化されずにそのま
ま排出される。触媒が活性化されるためには、通常約１
分から２分間程度要し、その間は、燃料のリッチ分がＨ
Ｃ、ＣＯなどを増加させてしまう結果となる。図２に示
すように、コントロールユニット１００は、Ｏ₂センサ
４１の検出値によってエンジンの実空燃比が理論空燃比
を中心とした所定目標空燃比の範囲（ウィンドウ）に収
束するように、排気ガス中の酸素濃度のリッチ状態又は
リーン状態を検出して吸入空気量を基準として設定され
たインジェクタからの燃料噴射量を高精度にフィードバ
ック制御する。上記目標空燃比の範囲とは、理論空燃比
の状態から約０．２５程度リッチ又はリーンな範囲であ
る。

【００１９】（スワール制御）成層燃焼によりスワール
制御を行なうため、上記コントロールユニット１００に
よる混合気供給インジェクタ制御弁とエアコントロール
バルブ制御の具体例を、図４のフローチャートを参照し
て説明する。本実施例のコントロールユニット１００
は、マイクロプロセッサを中心として、メモリ（ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ）及びインタフェース回路を備えている。こ
のコントロールユニットのインタフェース回路には、イ
グニッションスイッチからのエンジン始動状態の検出信
号やエンジン回転数センサからのエンジン回転数検出信
号や水温センサからの冷却水温検出信号やＯ₂センサに
より検出された排気ガス中の酸素濃度検出信号、吸気量
センサからの吸入空気量検出信号等が入力される。

【００２０】本実施例の燃料噴射制御装置は、特にエン
ジンの冷却水温が低いときに燃料噴射量を増量補正する
ものにおいて、増量補正された場合の空燃比をリッチに
しないように制御することを目的としている。以下、上
記の観点で制御手順について述べる。図４は、コントロ
ールユニットによるインジェクタの制御手順を示すフロ
ーチャートである。図４において、ステップＳ２でイン
ジェクタの各種の制御信号（例えば、車速センサ信号、
冷却水温検出信号等）を読み込む。ステップＳ２で各種
の信号を読み取った後、ステップＳ４で目標とする空燃
比を演算する。ステップＳ４で目標空燃比を演算しなが
ら、ステップＳ６でエンジンの冷却水温が所定値よりも
低いか否かを判断する。ステップＳ６で所定値よりも低
いと判断された場合（ステップＳ６での判断がＹＥＳの
とき）、エンジン始動時と判断してステップＳ８へ進
み、ステップＳ４において算出された目標空燃比がリー
ンか否かを判断する。ステップＳ８で目標空燃比がリー
ンな状態である場合（ステップＳ８での判断がＹＥＳの
とき）、ステップＳ１０へ進み、水温によるテーブルか
ら水温補正を行なう。尚、この場合、λ＝１よりリーン
であるのでスワール制御を行なっている。ステップＳ１
２では、ステップＳ１０での水温補正値に基づいて、燃
料噴射量の演算を行ない、しかる後にリターンする。

【００２１】ステップＳ６で冷却水温が所定の水温より
高い場合（ステップＳ６での判断がＮＯのとき）、エン
ジン始動時ではないと判断してステップＳ１４へ進み、
通常の空燃比補正を行なった後にステップＳ１２へ進
む。一方、ステップＳ８で、目標空燃比を算出してその
空燃比がリーンでない場合（ステップＳ８での判断がＮ
Ｏのとき）、水温補正を行なわずにステップＳ１５に進
み、ステップＳ１５でスワール制御を行なう。その後、
ステップＳ１６へ進み、触媒コンバータの温度が所定温
度以上か否か、即ち触媒が活性化した状態か否かを判断
する。ステップＳ１６で触媒が所定温度以上の場合（ス
テップＳ１６での判断がＹＥＳのとき）、ステップＳ１
２へ進む。ステップＳ１６で触媒が所定温度以下であっ
た場合（ステップＳ１６での判断がＮＯのとき）、ステ
ップＳ１８へ進み、触媒の活性状態に基づいて、エミッ
ションに見合った、例えば、ＨＣ、ＣＯについてのエミ
ッション対策の場合、λ＝１よりややリーン側にＮＯ_X
についてのエミッション対策の場合、λ＝１よりややリ
ッチ側に空燃比を設定し、その後にステップＳ１２へ進
む。

【００２２】以上説明したように、インジェクタ制御弁
は、リーンな状態であるかを判断し、リーンでない場合
は、触媒の活性化状態を判断すると共に、それに見合っ
た空燃比を設定する。以上説明したように、触媒コンバ
ータが不活性な状態でのリッチな状態への水温補正を行
なわず、理論空燃比（λ＝１）を超えないように空燃比
を制御することにより、触媒コンバータの浄化性能を向
上させることができる。

【００２３】尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲
で上記実施例を修正又は変形したものに適用可能であ
る。例えば、本実施例では、４気筒レシプロエンジンに
ついて説明したが、ロータリエンジンで同様の制御を行
なってももちろん良く、同様の効果が得られる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明のように、本発明のエンジンの
燃料噴射制御装置によれば、エンジンの温度を代表する
温度を検出し、当該温度が所定値より低く、目標空燃比
が理論空燃比よりリーンな場合、希薄燃焼機構を作動さ
せると共に燃料噴射量を増量補正し、検出された温度が
所定値より低く、目標空燃比が理論空燃比と同じ、又は
理論空燃比よりリッチな場合、希薄燃焼機構を作動させ
ると共に燃料噴射量の増量補正を抑制することにより、
希薄燃焼時のエンジンの走行性の安定を図り、触媒コン
バータの浄化性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に基づく燃料噴射制御装置のシステム
構成図である。

【図２】空燃比による触媒の浄化率を示す図である。

【図３】空燃比によるＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの排出特性を
示す図である。

【図４】本実施例の制御動作を記述したフローチャート
である。

【図５】シリンダヘッド部の構成を示す図である。

【符号の説明】

１エンジン３スロットル弁４ａ吸気ポート４ｂスワル生成ポート５スワル生成弁６アシストエア制御弁７共通空気通路８混合気供給インジェクタ９プレッシャレギュレータ１９冷却水温センサ２５サージタンク３５アイドルスイッチ３６スロットルセンサ３９バイパス空気通路４０エアコントロールバルブ４４吸気量センサ４６ａ吸気バルブ４６ｂ吸気バルブ４７ａ排気バルブ４７ｂ排気バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 45/00 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２Ｒ審査官関義彦 (56)参考文献特開平７−166917（ＪＰ，Ａ) 特開平２−227526（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−30440（ＪＰ，Ａ) 特開平６−229285（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−230531（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−186725（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】希薄燃焼を行なうための希薄燃焼機構を
備え、空燃比がエンジンの運転状態に応じて設定された
目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する希薄燃焼
エンジンの燃料噴射制御装置において、エンジンの温度を代表する温度を検出する水温検出手段
と、前記検出された温度が所定値より低く、前記目標空燃比
が理論空燃比よりリーンな場合、前記希薄燃焼機構を作
動させると共に前記燃料噴射量を増量補正し、前記検出
された温度が所定値より低く、前記目標空燃比が理論空
燃比と同じ、又は理論空燃比よりリッチな場合、前記希
薄燃焼機構を作動させると共に前記燃料噴射量の増量補
正を抑制する制御手段とを具備することを特徴とするエ
ンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】前記制御手段は、触媒コンバータの温度
が所定値以下の場合、前記燃料噴射量の増量補正を抑制
することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料
噴射制御装置。
【請求項３】前記希薄燃焼機構は、スワール生成手段
であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃
料噴射制御装置。