JP3865774B2 - 内燃機関用燃料噴射装置の空気供給補助の良好な動作の確認方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置の空気供給補助の良好な動作の確認方法に関する。
内燃機関においては、空気と燃料の混合物を可能な限り均質なものとすることが、良好な燃焼とエンジンの高い効率性を確保するために重要である。
噴射装置ノーズ部分に空気を吹き込むことで、空気と燃料の混合物の均質性を改善する手法はよく知られている。この空気供給補助は、乱流区域を発生させ、噴射される燃料の小滴を壊すことができる。こうして、所与の量の燃料について、燃料の小滴は、サイズは小さくなり数が増える。空気と小滴の接触面積はかなり増大する。この空気供給補助により、混合物の燃焼は改善され、汚染は減少し、触媒の機能開始時間は短縮され、混合物濃度が１より小さい（エンジンの始動段階中）場合でも、エンジントルクは最適なレベルに維持される。
この結果、空気供給補助は、内燃機関の制御ストラテジーにおいて、益々使用されるようになってきている。この空気供給補助は、エンジンの始動段階に限定されていることがほとんどで、エンジンが暖まった場合には継続されない。なぜなら、空気供給補助が、エンジンの乱調を招く可能性がある追加空気流を引き起こすからである（例えば、エンジンのアイドリング状態への戻り時）。
自動車が排出する汚染物質の放出規制に関する新規格（とりわけ米国の規格）は、空気と燃料の混合物の燃焼条件を最適にすることだけでなく、この最適な燃焼を可能にするための装置の良好な動作を常時確認することをも要求している。このため、噴射用空気供給補助装置が正しく動作していることを確認することが望ましい。
本発明の目的は、空気供給補助の良好な動作を確認するための方法および装置を考案することである。また、コストを増大させないため、ならびに、エンジンに組み合わされた電子計算機の製作を複雑にしないために、補足的なセンサーを追加しないように努める。
このため、本発明は、内燃機関の始動段階中に空気供給補助される噴射装置の良好な動作の確認方法に関する。当該噴射装置は、定められた量の燃料をエンジンに供給するのに適している。本発明に基づく方法は、以下のようなことを行うことを特徴とする。すなわち、事後的に、安定したアイドリング段階中に、定められた量の空気を空気供給補助段階中に噴射できることを確認することを行うことを特徴とする。
こうして、一定量の空気を導入することができることを確認することで、空気供給装置の良好な動作を確認する。当確認は、空気供給補助段階以外の安定したアイドリング段階中に行われる。そのため、アイドリング調整用に既に用いられているセンサーを使用するため、追加のセンサーを使用する必要はない点が有利である。
空気供給補助の良好な動作の確認の補足として、更に、空気供給補助段階中にエンジンに空気と燃料の薄い混合物が供給されていることも確認することが好ましい。このために、濃度測定プローブ（あらゆる電子制御式エンジンに既に存在している）を用い、空気供給補助段階の全体を通じて、燃焼混合物が薄いことを確認する。言うまでもなく、当該プローブが濃い混合物を検出した場合には、空気供給補助システムの故障コードが送出され、運転者にこの欠陥を知らせる。
添付図面を参照して以下で行う説明中に、本発明のその他の目的、特徴および長所が、非限定的な例として記述されている。
図１は、空気供給補助システムを備えた内燃機関の概略図であり、この図においては、圧力センサーがスロットルバルブの後に設置されている。
図２は、図１と同様の概略図で、この図においては、吸気流量計が空気フィルターの直後に設置されている。
図３は、排気ガス温度に応じた触媒の効果を示すグラフである。
図１に示されている実施形態においては、エンジン11はシリンダ12を含み、当シリンダ12内に、ピストン13がスライド運動可能なように取り付けられている。従来のように、シリンダ12は、一方では吸気マニホールド14に、他方では排気マニホールド15に連結されている。
吸気バルブ16のすぐ近くの吸気マニホールド14内に、既知の種類の燃料噴射装置17がある。当該噴射装置は、オンオフ式の空気供給補助バルブ19によって制御された導管18により空気を供給される。既知の要領で、当該バルブ19のパイロット制御はコンピュータ20によって行われる。この空気供給補助導管18内に吸入される空気は、空気フィルター21によって従来の方法で濾過した周囲空気（図１の矢印F）である。
フィルター21で濾過された周囲空気は、吸気マニホールド14内にも吸入される。既知の要領で、マニホールド14内に吸入される空気は、噴射装置のノーズ17a部に至る前にスロットルバルブ22によって調整される。
アイドリング調整回路には、スロットルバルブ22を迂回するバイパス回路23が設けられている。このバイパス回路23内を通る空気量を調整するように、アイドリング調整バルブ24が当バイパス回路内に取り付けられている。
既知の要領で、吸入圧測定手段30が、スロットルバルブ22後部に設けられている。このような手段により、吸気マニホールドに入る空気の計量を行うことができる。
図１には、オイル・ベーパー回収導管と呼ばれる２つ目の導管25も示されている。
空気供給補助バルブ19は、エンジンの他のシリンダの噴射装置も制御している。このため、空気供給補助導管18a、18b、18cもこれらの噴射装置（図には示されていない）に向かって延びている。ここでは、噴射用空気供給補助システムを備えた当内燃機関は、４個のシリンダを含んでいるものと仮定した。言うまでもなく、本発明の枠内から逸脱することなく、このエンコーダはより多くのあるいはより少ないシリンダを含むことができる。
既知の要領で、エンジンが始動段階にあるとき（すなわち、エンジンが冷えているとき）には、空気供給補助システムが、噴射装置のノーズ17aの部分に空気を吹き込む。このため、空気供給補助バルブ19は、全開となるようにコンピュータ20によって制御される。エンジンが暖まると、コンピュータ（既知の要領で、エンジンの温度Tについての情報も通知される）が、直ちに、空気供給補助バルブ19が閉じるよう指令を送出する。
本発明に基づく方法を使って、空気供給補助システム（補助バルブ19と導管18を含む）が正常に動作していることを確認し、また、定められた量の空気を噴射装置のノーズの部分に吹き込むことが可能なことを確認することができる。
このために、エンジンが空気供給補助段階（始動段階）以外のときに、本発明に基づく方法では以下のことを行う。すなわち、
エンジンが安定したアイドリング段階であることを確認する。これを行うために、エンジンの回転数Nが、あらかじめ定められた時点から閾値回転数Ncより低いことを確認し、エンジンの温度Tが、いわゆる始動温度よりも高いことを確認する。この始動温度は、エンジンが到達する理論的温度であり、この温度に達するとエンジンが始動段階を終えたとみなす。
空気供給補助バルブ19を開く。
予め定められた時間t1の間にアイドリング調整バルブを通る空気量Qmを測定する。
この空気量Qmを予め設定された限界空気量と比較する。
上記に基づき、補助システムが正常に動作しているかどうかを推論する。
上記方法の詳細な説明を以下に示す。
空気供給補助システムが正常に動作しているかどうかを確認するためには、バルブ19および導管18を通る空気量を測定し、これを、空気供給補助システムの漏洩も閉塞もない条件での供給に相当する理論的空気量と比較することができなければならないであろう。このためには、空気供給補助システムを通る空気量の測定手段が必要となるであろう。ところで、本発明の目的の１つに、既存の手段以外の手段を追加しないことがあった。
本発明においては、アイドリング調整の測定および確認手段（あらゆる電子制御式エンジンに既存のもの）を用いて空気供給補助システム内を通る空気量を間接的に測定する点が有利である。
すなわち、エンジンが安定したアイドリング回転を行っている場合には、スロットルバルブ22は閉じており、アイドリング調整バルブ24が吸気マニホールド14に到達する空気量の全体をこの時調整している。
安定したアイドリング回転数では、アイドリング調整バルブ24は、コンピュータ20によってパイロット制御される。このコンピュータは、調整バルブ24の開弁デューティサイクルRCOを常時計算することによりこの調整バルブ24の開閉に作用する。従来のようにこの開弁デューティサイクルは、エンジンの実際回転数Nとアイドリング設定回転数Ncとの差の関数である。このデューティサイクルRCOは、１つの比例項と、１つの積分項と、１つの微分項とを有する。エンジンの実際の回転数Nは、適切なセンサーによって常時測定され、通常の方法でこの情報をコンピュータ20に伝達する。アイドリングの設定回転数Ncは、エンジンの調整時に試験台上で設定された。
開弁デューティサイクル（RCO）の積分項は以下に等しい：

ところで、この項は、定められた時間（t1）内にアイドリング調整バルブを通る空気量を示す。
従って、この項の値を時間t1後に読み取ることにより、時間t1内にアイドリング調整バルブ内を通った空気量を知ることができる。
この事実に基づき、アイドリング調整バルブを通る空気量を測定し、これから空気供給補助バルブを通る空気量を引き出す。
こうして、エンジンの調整時に、安定したアイドリング回転数のとき（空気供給補助バルブ19が閉じているとき）の時間t1後の積分値を記録する。この積分値はコンピュータ20のメモリー内に、アイドリング空気量Qrの名称で記憶される。この場合、シリンダ12に吸入される空気全体が、アイドリング調整バルブを通る。空気供給補助バルブが閉じているときのRCOの積分項の測定を行うことにより、アイドリング動作を行うためにシリンダ12が許容する最大空気量を知ることができる。
２番目に、同様にエンジンが試験台上にあり、また安定したアイドリング回転時に、同じ時間t1の間だけ空気供給補助バルブ19を開く。この場合、シリンダ12に向かう空気は、アイドリング用バイパス回路23を通るが、同時に空気供給補助導管18も通る。導管18および23の全体を通るべき総空気量は、アイドリング回転時のエンジンに供給される空気量Qr（既に測定されたもの）である。
時間t1の間だけ補助バルブ19が開いているときにアイドリング調整バルブを通る限界空気量と呼ばれる量Q1を測定し記憶する。この量は、先ほどのように、時間t1後のRCOの積分項の値を読み取ることによって測定される。
空気供給補助導管18を通った空気量Qaは、下の式によって与えられることがわかっている。
Qa＝Qr−Q1
こうして、空気供給補助バルブ19を通った空気量を直接に測定することなく、この量を定めることができた。
勿論、空気供給補助システムの良好な動作の診断を行うためには、空気供給補助バルブを通る空気量を測定するだけでは十分ではなく、更にこの空気量を基準値と比較しなければならない。これまでに行われた測定のすべて（Qr、Q1）は、試験台上でのものであったが、空気供給補助システムが正常に動作していることを確信することができた。従って、測定値Q1は、空気供給補助システムが正常に動作しているときにアイドリング調整バルブを通る空気量を示す基準値である。
エンジンが正常に動作し（この場合には試験台ではなく、車両に設置）、安定したアイドリング回転をしているときに、空気供給補助バルブ19を開く。同時に、積分項RCOから、空気供給補助バルブを通る空気量Qaに相当する値を引く。この空気量はわかっており、またエンジンが試験台上にあったときに定められたものである。次に、時間t1の経過後に、値Qm（アイドリング調整用導管を通るものとして測定された空気量）を記録する。この測定値Qmを、RCOの積分項と比較する。既にこの積分項から値Qaを引いてあるので、積分値は直接にQr−Qaに等しいものとなる。
ところで、Qr−Qa＝Q1（Q1は、既に試験台上で定められており、基準限界値である）である。QmがQ1よりも大きいまたは等しく、かつQmがQrよりも小さい場合には、空気供給補助システムが動作していると推論する（すなわち、このシステムには漏洩も閉塞もない）。そうでない場合には、空気供給補助システム非稼働コードがコンピュータに送出され、コンピュータは、なんらかの適切な手段によってこのことを運転者に通知する。
こうして、エンジンが安定したアイドリング回転に入っている時に、時間t1の間にアイドリング調整導管を通る空気量Qmの測定を行うことにより、空気供給補助システムが正常に動作しているか否かを定めることができる。
Q1の値（エンジンが安定したアイドリング回転を行い、空気供給補助バルブが開いているときにアイドリング調整用導管を通る限界空気量）の取得は、空気量Qm（空気供給補助バルブ開）のそれぞれの測定の前にも行うことができる。この場合には、Q1の値の取得は、エンジンの通常の動作中（すなわち、試験台上での調整時のみではなく）に行われる。こうして、自動車の機械部品の損耗によって限界空気量Q1が変化する場合には、この変化が、空気供給補助システムの良好な動作の診断において考慮される。この場合、限界値Q1の学習プロセスが得られる。
上記の方法は、吸気測定手段30がフィルター21の直後に置かれている場合にも実施することができる。この場合が、図２に示されている。
下記の場合には、Qmの測定（すなわち、空気供給補助の良好な動作の診断）が停止される。すなわち、
エンジンが、アイドリング調整モードでなくなった場合、ならびに、
アイドリング調整を乱すおそれのある負荷がかかった場合（例えば、エアコンの起動等）に、Qmの測定が停止される。
好ましい態様として（図１あるいは図２に示されている実施態様の枠内のどちらでも）、エンジンの始動段階において、エンジンがいわゆる薄い混合物を燃焼させていることを確認することによって、導管18およびバルブ19の漏洩または閉塞の不在の確認の補足を行う。すなわち、単に触媒がより迅速に機能開始するという理由から薄い混合物を用いると、エンジンの始動時の汚染率が減少するからである。図３は、触媒の温度に応じた効果曲線を示している。曲線ｊは、燃焼混合物が「濃い」ものである場合の触媒の効果を示しており、曲線ｉは、空気と燃料の燃焼混合物が「薄い」ものである場合の触媒の効果を示している。
この２種類の曲線から、触媒の効果をより迅速に得るためには、エンジンの始動段階で薄い混合物で動作するのが有利であることがわかる。薄い混合物を燃焼させる場合には、50℃手前で触媒の50%の効果に達することに注目してほしい。こうして、50℃のゲインは、触媒の機能開始時間の約30%のゲインとなる。
この結果、空気供給補助システムが正常に動作し、当システムの目的である発生汚染物質の減少を達成しているかどうかの確認の直接の手段は、燃焼混合物が薄いか確認することであることがわかる。
このため、始動段階中、酸素量測定プローブ31の作動直後に、混合物の濃度を測定する。このプローブは、電子制御式のあらゆる車両に存在し、この測定専用に追加する必要はない。混合物がいわゆる薄いものであるためには、プローブ31によって測定される濃度は１より小さくなければならない。
このプローブの作動直後から、噴射用空気供給補助段階の残りの時間全体を通じて、混合物の濃度をサンプリングによって測定する。次に、濃度の測定回数と、濃度が１より小さかった回数との比を出す。この比が予め定められた値を超える場合には、エンジンは薄い混合物で正常に動作したとみなし、従って、空気供給補助システムは、正常に動作し、発生汚染物質の減少という目標を達成したとみなす。例えば、エンジンが、（始動段階中に）この時間の70%より長い時間、薄い混合物で動作した場合、空気供給補助システムは、正常に動作しているとみなす。
すなわち、空気供給補助段階中には、エンジンは（100%）完全に、薄い混合物で動作することはできないからである。つまりこの始動段階中には、運転者は、停止していたりアイドリング状態である場合を除き、エンジンに働きかけを行い、この結果として、燃焼混合物中の燃料濃度を上昇させることになるからである。
混合物の濃度の確認は、空気供給補助システム中の漏洩および／または閉塞の不在の確認の補足として行うことができることに注意すべきである。これらの２つの確認は、互いに独立して行うことができる。
空気供給補助システムの良好な動作は、噴射される燃料の噴射流の良好な霧化を保証し、従って、燃焼の改善と汚染の減少を保証する。
エンジンの始動段階中に薄い混合物を使用することにより、触媒がより迅速に機能開始するため、汚染物質放出の減少が保証される。こうして、触媒の機能開始時間を減少させる。
言うまでもなく、本発明は説明した実施態様にのみ限定されず、専門家が理解可能なあらゆる変形態様を含む。とりわけ、アイドリング調整用導管を通る空気量の測定は、アイドリング調整バルブの開弁デューティサイクルの積分項の監視のみではなく、適切なあらゆる手段によって実施することができる。

Claims (8)

1. 内燃機関（11）の始動段階中に空気供給補助される噴射装置（17）の良好な動作の確認のための方法であって、
   前記噴射装置は、定められた量の燃料をエンジンに供給するのに適したものであり、
   事後的に、安定したアイドリング段階中に、定められた量の空気を空気供給補助段階中に噴射できることを確認することを特徴とする方法。
2. 空気供給補助段階中に内燃機関に空気と燃料のいわゆる薄い混合物が供給されることを確認することを特徴とする請求の範囲の第１項記載の方法。
3. 定められた時点からエンジンがアイドリング回転を行っており、前記エンジンの温度（T）が、始動温度と呼ばれる温度よりも高いことを確認し、
   空気供給補助バルブ（19）を開き、
   予め定められた時間中にアイドリングバルブ（24）を通る空気量（Qm）を測定し、
   該空気量（Qm）を、試験台上で空気供給補助バルブ（19）が開いているときに所定の期間の間にアイドル調整バルブ（24）を通過する空気量である限界空気量（Q1）と比較し、
   これに基づいて、空気供給補助システムが動作しているか否かを推論することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の方法。
4. アイドリング調整バルブ（24）を通る空気量（Qm）の測定値が、前記アイドリング調整バルブ（24）の開弁デューティサイクル（RCO）の計算に現れる積分項を考慮することによって定められることを特徴とする請求の範囲の第１項から第３項のいずれか１項記載の方法。
5. エンジンに薄い混合物が供給されていることの確認が、噴射装置への空気供給補助段階中になされることを特徴とする請求の範囲の第２項記載の方法。
6. 空気供給補助段階中、酸素量測定プローブ（31）の作動直後に、噴射される混合物の濃度が１より小さいか否かを検出し、
   空気供給補助段階中に測定サンプリングを行うことにより、濃度が１より小さかった回数と、濃度が１を超えた回数とを検出し、
   空気供給補助段階中に行った測定回数と、濃度が１より小さかった回数との比を計算し、
   この比が最低比率を超える場合には、空気供給補助段階中にエンジンに薄い混合物が供給されたとみなすことを特徴とする請求の範囲の第５項記載の方法。
7. 前記比が最低比率より小さい場合には、空気供給補助システムの故障コードをコンピュータに送出することを特徴とする請求の範囲の第６項記載の方法。
8. 請求の範囲の第１項から第８項記載の方法を実施する制御装置において、
   空気供給補助段階中に定められた量の空気を噴射することができることの確認手段（20）を有し、
   該確認手段（20）は、空気供給補助バルブ（19）を開くための手段と、
   予め定められた時点からエンジン（11）が安定したアイドリング回転を行っていることを確認するのに適した手段と、
   アイドリング調整バルブ（24）を通る空気量（Qm）を測定するための手段と、
   この測定された空気量（Qm）を、試験台上で所定の期間のあいだ空気供給補助バルブ（19）が開いているときにアイドル調整バルブ（24）を通過する空気量である限界空気量（Q1）と比較するのに適した比較手段とを有し、
   空気供給補助段階中の空気と燃料の混合物の濃度の確認手段（31）とを有することを特徴とする請求の範囲の第１項から第７項記載の方法を実施するための制御装置。

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