JPH04311638A - 燃料噴射式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射式内燃機関に関
する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の冷間運転時においては機関燃
焼室壁面温度が上昇しておらず、圧縮後の混合気が燃焼
室壁面で熱を奪われてしまい着火時の混合気温度が低く
なる傾向がある。このため機関冷間運転では混合気の着
火性や火炎伝播速度が低下して燃焼状態が悪化する問題
がある。

【０００３】従来、この燃焼状態の悪化を補って安定し
た燃焼を得るため、機関冷間時に燃料噴射量を増量して
濃混合気を形成することにより着火性や火炎伝播速度を
向上させるようにした内燃機関が知られている。この種
の内燃機関の例としては特開昭６１−２９１７４２号公
報に記載されたものがある。同公報の内燃機関は冷間運
転時に冷却水温度を検出して燃料噴射増量を行い、冷却
水温度が所定値以上になったときに燃料噴射増量を停止
し、排気通路に設けた空燃比センサの出力を基に混合気
濃度が理論空燃比になるように燃料噴射量のフィードバ
ック制御を開始するようにされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように機
関冷間時に燃料噴射量を増量すると冷間時の燃費の悪化
を生じるだけでなく濃混合気の燃焼により排気中のＣＯ
やＨＣ等の排出量を増大させることになる。しかも燃焼
状態が悪化しているため排気温度も低くなることから、
触媒を使用する排気浄化装置では触媒の温度が活性領域
に達するのが遅れ、十分な排気浄化が行われない傾向が
ある。従ってエンジン冷間時の燃料噴射増量はできるだ
け早く停止して、混合気を理論空燃比にするような制御
を開始することが好ましい。また、燃料噴射増量の要否
は実際には冷却水温ではなく燃焼状態で決定されるので
、例えば吸気温度が高ければ冷却水温が低くても理論空
燃比での運転を開始できる場合がある。

【０００５】しかし、上記特開昭６１−２９１７４２号
公報の機関のように冷却水温度のみに基づいて理論空燃
比への切換を行っていると、例えば吸気加熱を行った場
合実際には理論空燃比への切換が可能であるにもかかわ
らず冷却水温が所定値に達していないため燃料増量運転
を行ってしまう場合があり、不必要な燃料増量により排
気エミッション及び燃料消費量が増大してしまう問題が
生じる。

【０００６】本発明は上記に鑑み、理論空燃比への切換
時期を適確に判断してフィードバック制御を開始するこ
とにより冷間時の排気浄化性能を向上させることができ
る燃料噴射式内燃機関を提供することを目的としている
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、図２に
示すように機関温度を検出する機関温度検出手段Ａと、
前記機関温度が所定値以下の場合に燃料噴射量を増量す
る増量制御手段Ｂとを備えた燃料噴射式内燃機関Ｆにお
いて、機関低温時に機関吸入空気を加熱する吸気加熱手
段Ｃと、前記機関温度に基づいて機関吸入空気目標温度
を設定する目標温度設定手段Ｄと、機関吸入空気温度を
検出する吸気温度検出手段Ｅとを設け、前記増量制御手
段Ｂは前記機関温度が所定値以上、又は前記吸入空気温
度が前記吸入空気目標温度以上になったときに燃料噴射
の増量を停止するようにしたことを特徴とする燃料噴射
式内燃機関が提供される。

【０００８】

【作用】機関温度検出手段Ａにより検出された機関温度
が所定値以下の場合加熱手段Ｃは機関吸気の加熱を開始
し、増量制御手段Ｂは燃料増量を開始する。目標温度設
定手段Ｄは機関温度に基づいて理論空燃比混合気でも良
好な燃焼を得ることのできる目標吸気温度を設定する。 前記増量制御手段Ｂは、吸気温度検出手段Ｅから入力す
る実際の吸気温度が目標温度設定手段Ｄにより設定され
た目標吸気温度より高くなった場合か、或いは機関温度
が所定値以上になったときに燃料増量を停止し、理論空
燃比制御を開始させる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明を適用する内燃機関の一実施例
を示す。図において１はエンジン、２はエンジンの吸気
通路、１ａは燃料噴射弁、３は運転者のアクセル操作に
応じて開閉するスロットル弁、５はスロットル弁３の下
流側吸気通路に設けた過給機である。過給機５はエンジ
ン１のクランク軸４に設けたプーリ４ａから電磁クラッ
チ６を介してベルト等により機械的に駆動される容積型
の機械式過給機であり、本実施例ではルーツ型圧縮機が
用いられている。また、図に７で示したのは、過給機５
をバイパスしてスロットル弁３下流側の吸気管と過給機
出口側を接続する、吸気バイパス通路であり、この吸気
バイパス通路７には、バイパス制御弁９が設けられ、ア
クチュエータ８によりバイパス制御弁９の開度を変えて
バイパス通路７を通る空気量を連続的に調節できるよう
になっている。

【００１０】本実施例では機関温度を検出する手段とし
てエンジン１の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ
１１が設けられている。機関温度の検出としては冷却水
温度以外にも機関の暖機状態（燃焼室壁面温度）と相関
のあるパラメータ使用することができ、例えば潤滑油温
度やシリンダブロック温度等を使用しても良い。また、
本実施例ではスロットル弁３にはスロットル弁開度を検
出するスロットルセンサ１２、クランク軸４にはエンジ
ン回転数を検出する回転数センサ１３、吸気管２にはス
ロットル弁３上流側に吸気流量を検出するエアフローメ
ータ１５と、エンジン入口部分に吸気温度を検出する吸
気温度センサ１７とが設けられている。

【００１１】２１はエンジン１の制御を行う電子制御装
置（ＥＣＵ）　である。ＥＣＵ　２１は点火時期制御や
燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、本発
明の燃料噴射量増量制御や過給機５、バイパス制御弁９
の作動制御を行っている。本実施例ではＥＣＵ２１とし
てデイジタルコンピュータが用いられ、中央演算装置（
ＣＰＵ）２３　、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２
４　、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２５　及び入力ポ
ート２６、出力ポート２７をそれぞれ相互に双方向性バ
ス２８で接続して構成される。本制御を行うため、ＥＣ
Ｕ　２１の入力ポート２６は冷却水温度センサ１１、ス
ロットルセンサ１２、回転数センサ１３、エアフロメー
タ１５、吸気温度センサ１７、が接続され、冷却水温度
、スロットル弁開度、エンジン回転数、エンジン吸入空
気量、吸気温度、がそれぞれ入力されている。出力ポー
ト２７は図示しない駆動回路を介して燃料噴射弁１ａに
接続され、燃料噴射制御を行っている他、バイパス制御
弁９のアクチュエータ８、電磁クラッチ６に接続され、
それぞれの作動を制御している。

【００１２】本実施例では過給機５は暖機完了後の通常
運転においてはエンジン１の中高負荷領域においてのみ
作動して、エンジン出力を増大させるが、機関温度が低
い状態では極低負荷かつ低回転の状態を除き、全領域で
過給機が作動するようにされる。これは、冷間運転時に
過給機５で吸入空気を圧縮することにより吸気温度を上
昇させ、燃焼室に高い温度の吸気を供給するためである
。

【００１３】図３は過給機を作動させる負荷条件を示す
図であり、横軸はエンジン回転数Ｎ、縦軸はエンジン負
荷を表すパラメータとしてエンジン１回転当りの吸気量
（Ｑ／Ｎ）をとっている。図の実線Ａはエンジン暖機完
了後の状態（以下「通常時」という）の過給機作動線、
点線Ｂはエンジン暖機完了前（冷間時）の過給機作動線
を示す。後述のようにＥＣＵ　２１は通常時と冷間時に
それぞれ作動線Ａ，Ｂに基づいて電磁クラッチ６をＯＮ
／ＯＦＦ　させ過給機５の作動を制御する。

【００１４】また、図４はバイパス制御弁９の開度とエ
ンジン負荷条件との関係を示す図で、縦軸はバイパス弁
開度θｂ、横軸はスロットル弁３の開度θｔで表してあ
る。バイパス制御弁９は過給機５による吸気圧縮の際の
圧縮比を制御する目的で設けられている。すなわち、バ
イパス制御弁９の開度を増大するとバイパス通路７を通
って過給機出口から過給機入口に向けて還流する空気量
が増大するため、過給機５の圧縮比が低下し、逆にバイ
パス制御弁９の開度を減少させると還流空気量の低下に
より過給機５の圧縮比が増大する。このため、バイパス
制御弁９の開度を変更することにより、同一の過給機回
転数においても圧縮比を制御することができ、過給圧力
の制御が可能となる。

【００１５】本実施例では図４に示すようにエンジン冷
却水温度ＴＷ毎にバイパス制御弁開度特性が変更される
ようになっている。例えば通常時にはバイパス制御弁は
スロットル弁開度θｔが小さい低負荷領域では全開とさ
れ、過給機５の圧縮比を低下させて過給機駆動負荷を低
減しているが中高負荷領域ではスロットル弁開度が増大
するにつれて開度が減少して過給機圧縮比を高め、高負
荷領域では全閉して最大過給圧を得るようになっている
。

【００１６】これに対してエンジン冷間時（本実施例で
はＴＷ＜５０℃）にはスロットル弁開度θｔが小さい領
域でもバイパス制御弁９は全開にはならず、冷却水温度
ＴＷが低い程開度θｂが小さくなるように設定される。 これは、冷間時には軽負荷領域から過給機５を作動させ
吸気昇温を行うが、このとき冷却水温度ＴＷが低い程過
給機５の圧縮比を増大させ、吸気温度を高くして後述の
目標吸気温度に早く到達するようにするためである。

【００１７】図５はエンジンの目標吸気温度ＴＳｏと冷
却水温度ＴＷとの関係を示す。前述のようにエンジン冷
間時には燃焼室壁面で熱を奪われるため混合気温度が低
く、燃焼状態が悪化するため、燃料増量が必要となる。 従って吸気温度を予め上げておき、燃焼室壁面で冷却さ
れた後も十分に高い温度を保持できるようにすれば着火
性や火炎伝播速度が低下しないため燃料を増量する必要
はなくなる。図５の目標吸気温度ＴＳｏはこの、燃焼を
良好に保つのに十分な吸気温度を示したものである。

【００１８】エンジン冷間運転時であっても暖機中に機
関温度が上昇してくると燃焼室壁面や吸気系壁面温度が
上昇するため、混合気が奪われる熱量も低下するので、
燃焼を良好に保つための吸気温度も低く設定できる。本
実施例では冷却水温度ＴＷが上昇するにつれて目標吸気
温度ＴＳｏは略直線的に低下し、暖機が完了する冷却水
温度（例えば５０℃）では車両停止時のエンジンルーム
内の空気温度付近（例えば３０℃程度）　に設定される
。また暖機完了後（冷却水温度が５０℃以上）であれば
吸気温度が多少低くても燃焼に悪影響を生じないため暖
機完了後は目標吸気温度管理は不要となる。

【００１９】本実施例では過給機５により冷間時吸気加
熱を行うとともに、吸気温度センサ１７でエンジン入口
吸気温度を監視して燃料増量の要否を判断する。すなわ
ちエンジン吸気温度が図５の目標吸気温度ＴＳｏより低
い場合は燃焼状態を良好に保持するために濃混合気の形
成が必要と判断して燃料噴射量を増量するが、吸気温度
が上昇して目標吸気温度を越えた場合、若しくは冷却水
温度が所定値を越えた場合には燃料噴射量増量を停止し
て、理論空燃比の制御を行うようにする。

【００２０】このような制御を行うことにより従来のよ
うに冷却水温度のみで理論空燃比への切換を行う場合に
較べ冷間時における理論空燃比での運転領域が拡大され
る。図５の領域Ａは従来の理論空燃比運転の領域を示す
。本実施例によれば理論空燃比運転領域は、領域Ａに加
え領域Ｂまで拡大されることになる。しかもこの領域Ｂ
においては排気温度も従来に較べ高温になるため触媒の
活性化温度到達も早く、排気浄化能力を高く維持するこ
とができるので従来に較べ冷間時の排気エミッションを
低減することができる。

【００２１】図６、及び図７はＥＣＵ　２１による上記
制御動作のフローチャートである。ＥＣＵ　２１は本制
御動作のため図３から図５の関係を数値テーブルの形で
ＲＯＭ　２５に格納しており、燃料増量の要否判定と過
給機５及びバイパス制御弁９の制御を行っている。

【００２２】図６は過給機５とバイパス制御弁９の制御
を示す。本制御動作はＥＣＵ　２１により一定時間毎（
例えば１６ミリ秒毎）　に実行される。図６でルーチン
がスタートするとステップ１００　ではエンジン回転数
Ｎ、吸気流量Ｑ、スロットル弁開度θｔ、冷却水温度Ｔ
Ｗがそれぞれのセンサから読込まれる。次いでステップ
１０５　では図４の関係に基づいてスロットル弁開度θ
ｔと冷却水温度ＴＷとからバイパス制御弁開度θｂが算
出される。ステップ１１０　ではバイパス制御弁９のア
クチュエータ８の駆動回路にθｂを出力し、バイパス制
御弁９の開度をθｂに設定する。

【００２３】次いでステップ１１５　では冷却水温度Ｔ
Ｗを用いてエンジン暖機が完了しているか否かが判定さ
れ、冷却水温度ＴＷが所定値（本実施例では５０℃）以
下の場合は暖機が完了していないと判断してステップ１
２０　に進む。ステップ１２０　では図３のＢ線（冷間
時過給機作動線）に基づき、負荷Ｑ／Ｎとエンジン回転
数Ｎとから過給機５作動の可否を判定し、クラッチ６を
ＯＮ又はＯＦＦ　する（ステップ１２５，　１３０）。 これにより過給機５が作動するとエンジン冷却水温度に
応じた過給機吐出温度が得られる。

【００２４】ステップ１１５　でエンジン暖機が完了し
ている場合はステップ１３５　からステップ１４０　の
通常時の過給制御が行われ、図３のＡ線（通常時過給機
作動線）に基づいて（ステップ１３５）、クラッチ６の
ＯＮ／ＯＦＦ（ステップ１４０，　１４５）　が行われ
る。これにより暖機完了後はエンジン負荷条件に応じた
適切な過給圧を得ることができる。

【００２５】次に図７に燃料増量要否判定動作を示す。 この判定はＥＣＵ　２１により、燃料噴射制御ルーチン
（図示せず）の実行に先立ってクランク軸の一定回転角
度毎、又は一定時間毎に実行される。図７でルーチンが
スタートするとステップ２００　ではエンジン冷却水温
度ＴＷ、及び吸気温度ＴＳがそれぞれ冷却水温度センサ
１１と吸気温度センサ１７とから読込まれる。

【００２６】次いでステップ２０５　ではエンジンの暖
機が完了したか否かが判定され、暖機が完了している場
合（ＴＷ≧５０℃）にはステップ２１０　でフラグＦを
１にセットする。Ｆ＝１は理論空燃比制御実行の指示で
あり、別途実行される燃料噴射制御ルーチン（図示せず
）ではこのフラグＦが１にセットされると混合気が理論
空燃比になるように公知の方法で燃料噴射制御が行われ
る。

【００２７】ステップ２０５　でＴＷ＜５０℃であった
場合は、ステップ２１５　に進み図５に基づいて冷却水
温度ＴＷから目標吸気温度ＴＳｏを算出し、ステップ２
２０　で実際の吸気温度ＴＳと目標吸気温度ＴＳｏとの
比較を行う。 ＴＳがＴＳｏ以上であった場合は機関温度が低くても理
論空燃比運転が可能であるのでステップ２１０　に進み
フラグＦを１にセットして理論空燃比運転を開始させる
。

【００２８】ステップ２２０　でＴＳ＜ＴＳｏであった
場合は吸気温度、機関温度とも低く理論空燃比運転は行
えないため、ステップ２２５　に進みフラグＦをゼロに
リセットする。フラグＦがリセットされると別途実行さ
れる燃料噴射制御ルーチンでは燃料噴射量の増量が行わ
れ、濃混合気による燃焼が行われる。このように燃料噴
射量の増量が行われるのは吸気温度と機関温度の両方が
所定値より低い場合に限られるので理論空燃比運転の領
域が拡大される。

【００２９】

【発明の効果】本発明は冷間時にエンジン吸気加熱を行
うとともに、吸気温度と機関温度の両方を検出し、いず
れか一方でも所定温度に到達すれば燃料噴射量増量を停
止して理論空燃比運転に移行するようにしたことにより
従来に較べ冷間時の理論空燃比運転領域を拡大すること
ができるため、冷間運転時の燃費を改善できる利点があ
る。また、冷間運転時に吸気温度を高く維持するように
したため、触媒の温度上昇が促進され、冷間運転時の排
気エミッションを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する内燃機関の一実施例を示す略
示図である。

【図２】本発明の構成を示すブロック図である。

【図３】過給機の作動領域を説明する図である。

【図４】バイパス制御弁の開度特性を示す図である。

【図５】エンジン目標吸気温度と冷却水温度との関係を
示す図である。

【図６】過給機制御動作の実施例を示すフローチャート
である。

【図７】燃料噴射量増量要否判定の実施例を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１…エンジン １ａ…燃料噴射弁 ２…吸気通路 ３…スロットル弁 ５…過給機 ７…バイパス通路 ９…バイパス制御弁 １１…冷却水温度センサ １３…エンジン回転数センサ １５…エアフローメータ １７…吸気温度センサ ２１…ＥＣＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　機関温度を検出する機関温度検出手段
   と、前記機関温度が所定値以下の場合に燃料噴射量を増
   量する増量制御手段とを備えた燃料噴射式内燃機関にお
   いて、機関低温時に機関吸入空気を加熱する吸気加熱手
   段と、前記機関温度に基づいて機関吸入空気目標温度を
   設定する目標温度設定手段と、機関吸入空気温度を検出
   する吸気温度検出手段とを設け、前記増量制御手段は、
   前記機関温度が所定値以上又は前記吸入空気温度が前記
   吸入空気目標温度以上になったときに燃料噴射の増量を
   停止するようにしたことを特徴とする燃料噴射式内燃機
   関。