JP3653185B2 - 筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置に関し、より詳しくは、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼(あるいは成層燃焼)で運転する、いわゆる筒内噴射のガソリン内燃機関の燃料噴射制御時期を切り替え制御するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、ガソリン燃料を気筒燃焼室に直接噴射して超希薄燃焼(あるいは成層燃焼)で運転する、いわゆる筒内噴射のガソリン内燃機関が提案されており、そのような機関にあっては特開平5−118245号公報記載の技術のように、機関負荷に応じて圧縮行程噴射と吸入行程噴射を切り替えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来技術においては機関負荷に応じて燃料噴射時期を切り替えていることから、図4に示す如く、大気条件の影響を受け、燃料噴射時期が最適時期からずれて機関出力が変動することがあった。さらに、燃料噴射時期を全気筒一斉に切り替えているため、気筒によっては最適時期からずれ、同様に機関出力の変動を招くことがあった。
【0004】
従って、この発明の目的は上記した不都合を解消し、筒内噴射機関において、燃料噴射時期を最適に切り替えて機関出力の変動を低減すると共に、気筒ごとに切り替えることで機関出力の変動を一層低減するようにした筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項1項において、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備える筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記内燃機関の気筒の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力の全気筒の平均値を所定値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、全気筒の平均値が前記所定値を超えるとき、前記全気筒の平均値との差が大きい気筒より気筒ごとに燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期制御手段とを有する如く構成した。
【0006】
即ち、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えるように構成したことで、大気条件の影響を受けることなく、筒内噴射機関の燃料噴射時期を最適に切り替えることができて機関出力の変動を低減することができると共に、気筒ごとに切り替えることで機関出力の変動を一層低減することができる。さらに、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えることで、燃料消費量あるいはドライバビリティも向上させることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【0008】
図1はこの発明に係る筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置を全体的に示す概略図である。
【0009】
図において、符号10はOHC直列4気筒の内燃機関(以下「エンジン」という)を示す。簡略化のため、1個の気筒についてのみ示す。吸気管12の先端に配置されたエアクリーナ14から導入された吸気は、サージタンク16を通り、スロットルバルブ18でその流量を調節されつつインテーク(吸気)マニホルド20を経て、2個の吸気バルブ(図示せず)を介して各気筒22の燃焼室24に流入する。
【0010】
各気筒22にはピストン26が移動自在に設けられると共に、その頂部に凹部が形成され、ピストン頂部とシリンダヘッド28の内壁との間に、前記燃焼室24が形成される。燃焼室24に臨む位置の中央付近には、インジェクタ(燃料噴射弁)30が設けられる。
【0011】
インジェクタ30は燃料供給管34に接続され、燃料供給管34を通じて燃料タンク(図示せず)から燃料ポンプ(図示せず)によって加圧された燃料(ガソリン燃料)の供給を受け、開弁するとき、燃焼室24に噴射する。
【0012】
また、各気筒の燃焼室24には点火プラグ36が配置される。点火プラグ36は点火コイルを含む点火装置(図示せず)から点火エネルギの供給を受け、所定の点火時期において#1,#3,#4,#2気筒の順で噴射燃料と吸入空気の混合気を点火する。点火された混合気は燃焼して爆発し、ピストン26を駆動する。
【0013】
このように、この実施の形態に係るエンジン10はガソリン燃料をインジェクタ30を介して気筒燃焼室に直接噴射する筒内噴射機関である。ガソリン燃料は、圧縮行程で噴射されると、噴射された燃料は吸入空気と一体化され、点火されて均一燃焼あるいは予混合を生じると共に、圧縮行程で噴射されると、超希薄燃焼あるいは成層燃焼(DISC(Direct Injection Stratified Charge) )を生じる。
【0014】
燃焼後の排気ガスは、2個の排気バルブ(図示せず)を介してエキゾースト(排気)マニホルド40に排出され、排気管42を進んでNOx成分除去触媒装置44および三元触媒装置46に達し、そこで浄化されてエンジン外に排出される。
【0015】
また、スロットルバルブ18と車両運転席床面に配置されたアクセルペダル(図示せず)との機械的な連結は廃され、スロットルバルブ18はパルスモータ54に連結され、その出力で駆動されて吸気管12を開閉する。
【0016】
ピストン26はクランクシャフト56に連結されると共に、クランクシャフト56の付近にはクランク角センサ62が配置される。クランク角センサ62は、クランクシャフト56に取り付けられたパルサ62aおよびそれに対向配置された磁気ピックアップ62bからなる。
【0017】
クランク角センサ62は、特定のシリンダの所定クランク角度ごとに、即ち、クランク角度720度ごとに気筒判別用のCYL信号を、各シリンダのTDCごとにTDC信号を、TDC信号間隔を6個に細分したクランク角度30度ごとにCRK信号を出力する。
【0018】
パルスモータ54にはスロットルセンサ64が接続され、パルスモータ開度を通じてスロットルバルブ18の開度THに応じた信号を出力する。
【0019】
吸気管12のスロットルバルブ18の配置位置付近には絶対圧(MAP)センサ66が設けられ、スロットル下流の吸気圧力を図示しない通路を介して導入して吸気管内絶対圧PBAに応じた信号を出力する。また、吸気管12においてスロットルバルブ18の配置位置の上流側には吸気温センサ68が設けられ、吸入空気の温度TAに応じた信号を出力する。
【0020】
また、シリンダ22の付近には水温センサ70が設けられ、エンジン冷却水温TWに応じた信号を出力する。排気管42には触媒装置44,46の上流側においてO2 センサ(空燃比センサ)72が設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例した信号を出力する。
【0021】
また、点火プラグ30の取り付け座金にはピエゾ圧電効果を利用したセンサ素子が収容されて公知の筒内圧センサ(圧力検出手段)74を構成し、燃焼室24内の圧力(筒内圧。以下「筒内圧」という)P#n(n:気筒番号)に比例した信号を出力する。
【0022】
尚、図示は省略するが、同種の筒内圧センサが、他の3個の気筒にも配置され、それぞれの気筒の筒内圧に比例した信号を出力する。
【0023】
これらセンサ出力は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)80に送られる。ECU80はCPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを備え、センサ入力値に基づいて噴射の時間および時期を算出(決定)すると共に、噴射時期を後述の如く圧縮行程と吸入行程の間で切り替える。
【0024】
尚、ECU80はカウンタ(図示せず)を備え、クランク角センサ62が出力するCRK信号をカウントしてエンジン回転数NEを検出する。
【0025】
次いで、この発明に係る筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置の動作を説明する。
【0026】
図2はその動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはTDCなどの所定クランク角度ごとに実行される。尚、以下の説明では圧縮行程燃料噴射から吸入行程燃料噴射に切り替える場合を例にとるが、吸入行程燃料噴射から圧縮行程燃料噴射に切り替える場合も同様である。
【0027】
先ずS10において所定クランク角度でサンプリングされている各気筒の筒内圧センサ74の出力P#nを読み出し、S12に進み、筒内圧の全気筒平均値Paveを以下の通り算出する。
Pave=(P#1+P#3+P#4+P#2)/4
【0028】
次いでS14に進み、算出した全気筒平均値Paveが所定値A(後述)を超えるか否か判断し、否定されるときはS10に戻って上記の処理を繰り返す。
【0029】
S14で肯定されるときはS16に進み、各気筒の筒内圧P#nと全気筒平均値Paveの比較を行う。具体的には、以下の如く、先ず、各気筒の筒内圧と全気筒平均値との差ΔP#nを求める。
ΔP#1=P#1−Pave
ΔP#3=P#3−Pave
ΔP#4=P#4−Pave
ΔP#2=P#2−Pave
【0030】
次いで、算出した差ΔP#n同士を順次比較し、差が大きい順に気筒#nを特定すると共に、差ΔP#nを順次、適宜設定する第2の所定値と比較する。そして、第2の所定値を超える差Δ#nの気筒#nについて大きい順に、当該気筒#nの燃料噴射時期において圧縮行程噴射から吸入行程噴射に切り替える。同時に、それに相応して点火時期も切り替える。
【0031】
上記について図3を参照して説明する。同図は、燃料消費量に対するエンジン出力を示す説明図である。
【0032】
図3に示すこの発明の例においては、図4に示す従来技術がエンジン負荷で噴射時期を切り替えていたのに対し、全気筒の筒内圧についてその平均値を求め、それを所定値Aと比較することで噴射時期を切り替えるようにした。換言すれば、エンジン出力に相関するパラメータである全気筒の筒内圧を用いて噴射時期を切り替えることで、大気条件の影響を受けないようにした。
【0033】
従って、所定値Aを実験により求めて図示の値に設定することにより、燃料噴射時期の切り替えに際してエンジン出力変動(ショック)を効果的に低減することができると共に、平均値との差が少ない気筒から切り替えることで、エンジン出力変動(ショック)を一層効果的に低減することができる。
【0034】
さらに、エンジン出力に相関するパラメータである筒内圧を用いて噴射時期を切り替えることで、燃料消費量およびドライバビリティも向上させることができる。
【0035】
この実施の形態は上記の如く、複数の気筒22を有する内燃機関(エンジン10)の燃焼室24に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備える筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記内燃機関の気筒22の燃焼室24内の圧力(筒内圧)P#nを検出する圧力検出手段(筒内圧センサ74,S10)と、前記圧力検出手段により検出された圧力(筒内圧)の全気筒の平均値Paveを所定値Aと比較する比較手段(S12,S14)と、および前記比較手段による比較の結果、全気筒の平均値Paveが前記所定値Aを超えるとき、前記全気筒の平均値との差ΔP#nが大きい気筒#nより気筒ごとに燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期制御手段(S16)とを有する如く構成した。
【0036】
尚、上記において切り替え区間近辺における運転状態において、#1気筒と#4気筒を圧縮行程噴射とし、#3気筒と#2気筒を吸入行程噴射とするなどしても良い。
【0037】
さらに、検出筒内圧を直ちに使用したが、燃焼サイクルの数サイクル間の平均値あるいは標準偏差値などを用いても良い。
【0038】
【発明の効果】
請求項1項においては、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えるように構成したことで、大気条件の影響を受けることなく、筒内噴射機関の燃料噴射時期を最適に切り替えることができて機関出力の変動を低減することができると共に、気筒ごとに切り替えることで機関出力の変動を一層低減することができる。さらに、機関出力に相関するパラメータである気筒の燃焼室内の圧力に基づいて燃料噴射時期を切り替えることで、燃料消費量あるいはドライバビリティも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置を概略的に示す全体図である。
【図2】図1装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図3】図2フロー・チャートの動作を従来技術と対比して示す説明図である。
【図4】従来技術の燃料噴射時期切り替え動作を示す説明図である。
【符号の説明】
10 内燃機関(エンジン)
12 吸気管
22 気筒
24 燃焼室
30 インジェクタ(燃料噴射弁)
36 点火プラグ
62 クランク角センサ
66 絶対圧(MAP)センサ
74 筒内圧センサ(圧力検出手段)
80 電子制御ユニット(ECU)
Claims (1)
- 複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を備える筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置において、前記内燃機関の気筒の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力の全気筒の平均値を所定値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、全気筒の平均値が前記所定値を超えるとき、前記全気筒の平均値との差が大きい気筒より気筒ごとに燃料噴射時期を切り替える燃料噴射時期制御手段とを有することを特徴とする筒内噴射内燃機関の燃料噴射時期制御装置。
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