JPH05149168A

JPH05149168A - 筒内直噴式エンジンの燃圧制御装置

Info

Publication number: JPH05149168A
Application number: JP3340045A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuura; 崇松浦
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-06-15

Abstract

(57)【要約】【目的】高圧燃料ポンプをエンジン駆動する方式にお
いて、ポンプ吐出圧の不安定な始動時と通常運転の条件
で燃圧制御の方式を変更して、常に適正に燃圧制御す
る。【構成】筒内直噴式エンジンで高圧燃料ポンプ３２が
エンジン駆動される高圧燃料系において、エンジン回転
と共にポンプ吐出圧が安定する通常運転時にのみ、目標
値とフィードバック量の燃圧信号を燃圧レギュレータ３
３に出力して、燃圧をフィードバック制御する。また、
ポンプ吐出圧等が不安定な始動時には、始動判定部６２
の判断信号で燃圧制御量算出部６０により、目標値にの
み応じた燃圧信号を燃圧レギュレータ３３に出力し、燃
圧をフィードフォワード制御して燃圧制御を安定化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両用の２サイ
クルエンジンとして高圧で燃料噴射する筒内直噴式エン
ジンの燃圧制御装置に関し、詳しくは、始動時と始動後
の燃圧制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】２サイクルエンジンとして、燃焼室にイ
ンジェクタを装着して、掃気ポートを閉じた後で点火す
る迄の間の圧縮行程でインジェクタから燃料を高圧で直
接筒内に噴射する。そして、運転条件により噴射時期の
変化で燃焼方式を変更し、且つ燃料噴射量を制御する筒
内直噴式エンジンが、本件出願人により既に提案されて
いる。この種のエンジンでは、圧縮中の筒内圧力より高
い燃圧で燃料噴射する必要があるので、高圧式の燃料ポ
ンプが要求される。そこで、この高圧燃料ポンプを電動
で駆動すると、燃圧を常に正確に制御できる利点はある
が、電力消費が多くなり、バッテリ容量や全体の電力バ
ランス等に多大な影響を与えて好ましくない。この点で
高圧燃料ポンプは、エンジン駆動にすることが望まれ
る。また、燃圧は、各運転状態の筒内圧力を推定し、常
にこれよりも所定量高いレベルに制御することが必要で
ある。

【０００３】従来、上記高圧燃料噴射されるエンジンの
燃圧制御に関しては、例えば特開昭５９−２１１７２７
号公報の先行技術がある。ここで、エンジン速度に対応
した最適な燃圧を求めて設定値とし、この設定値に対し
て燃圧検出手段で検出される燃圧が一致するように燃圧
調整手段を、フィードバック制御することが示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記先行技
術のものにあっては、常に燃圧をフィードバック制御す
る構成であるから、燃料ポンプをエンジン駆動する場合
には、以下のような不具合がある。即ち、エンジンの始
動時には、フリクショントルクの増大やバッテリ状態等
によりクランキング回転数が変化し、失火等により燃焼
が不安定であり、更に燃料噴射の気筒、時期も正確に定
まらない等の要因で、エンジン回転数が比較的大きく変
動する。ここで、燃料ポンプの吐出圧は、クランキング
回転数や燃焼状態に大きく影響され、始動時の状況によ
り異なったものになる。従って、このような始動時にフ
ィードバック制御を適応しようとすると、最適な制御定
数を設定することが困難である。また、仮にフィードバ
ック制御しても、ハンティング等を生じてかえって燃圧
制御が不安定になる。

【０００５】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、高圧燃料ポンプをエンジン駆動する方式において、
ポンプ吐出圧の不安定な始動時と通常運転の条件で燃圧
制御の方式を変更して、常に適正に燃圧制御することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンジン駆動される高圧燃料ポンプを備
えた高圧燃料系の燃圧レギュレータに燃圧信号を出力し
て、燃圧を目標値と一致するようにフィードバック制御
する制御系において、エンジン始動を判断する始動判定
手段と、エンジン始動時には目標値に応じた制御量の燃
圧信号を出力する燃圧制御量算出手段とを備えるもので
ある。

【０００７】

【作用】上記構成に基づき、筒内直噴式エンジンで高圧
燃料ポンプがエンジン駆動される高圧燃料系では、エン
ジン回転と共にポンプ吐出圧が安定する通常運転時にの
み目標値とフィードバック量による燃圧信号で燃圧がフ
ィードバック制御され、ポンプ吐出圧等が不安定な始動
時には、目標値にのみ応じた燃圧信号で燃圧がフィード
フォワード制御され、燃圧制御を安定化する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、２サイクル筒内直噴式ガソリンエ
ンジンの全体の構成について説明すると、符号１は２サ
イクルエンジンの本体であり、シリンダ２にピストン３
が往復動可能に挿入され、クランク室４のクランク軸５
に対し偏心して設けられたコンロッド６によりピストン
３が連結し、クランク軸５にはピストン３の往復動慣性
力を相殺するようにバランサ７が設けられる。燃焼室８
はオフセット、ウェッジ、カマボコ等の形状であり、中
心頂部付近の高い位置に高圧１流体式インジェクタ１０
が、パルス信号のオン時間（パルス幅）だけ開くように
して設置される。また、点火プラグ９は電極９ａがイン
ジェクタ１０の噴射方向直下に位置するように傾いて取
付けられる。

【０００９】インジェクタ１０と電極９ａとの距離は、
低・中負荷で点火直前に噴射されるコーン型の燃料噴霧
を考慮して設定される。即ち、距離が短い場合は霧化が
不足し、長くなると噴霧が拡散することから、両者の間
で噴霧の後端部に着火して成層燃焼することが可能にな
っている。また、インジェクタ１０はシリンダ２の略中
心線上に配置されていることから、高負荷で早い時期に
噴射された多量の燃料は、シリンダ２の内部中心から全
体に迅速に拡散して均一に予混合し、均一燃焼すること
が可能になっている。

【００１０】シリンダ２には、ピストン３により所定の
タイミングで開閉する排気ポート１１が開口し、排気ポ
ート１１からの排気管１２に触媒装置１３、マフラ１４
が設けられる。ここで、排気ポート１１には排気ロータ
リ弁１５が設置され、ベルト手段１６によりクランク軸
５に連結して排気ポート１１の開閉を各別に定めてい
る。即ち、ピストン３が下死点側から上昇し始めると排
気ロータリ弁１５により排気ポート１１を早目に閉じ、
高負荷での均一燃焼方式において燃料噴射の時期を早く
設定することが可能になっている。

【００１１】また、シリンダ２において排気ポート１１
に対して円周方向に１８０度ないし略９０度前後ずれた
位置に、同様にピストン３により所定のタイミングで開
閉する掃気ポート１７が開口して設けられる。そして、
掃気ポート１７の吸気管１８には、エアクリーナ１９、
アクセル開度に応じて開くスロットル弁２０が設けら
れ、スロットル弁２０の下流には掃気ポンプ２１が、ベ
ルト手段２２によりクランク軸５に連結し、エンジン動
力より常にポンプ駆動して掃気圧が生じるように設けら
れる。ここで、スロットル弁２０はアクセル全閉でも少
し開いて掃気ポンプ２１の吸込みが可能に設定され、こ
の遊び範囲を越えるとアクセル開度に応じスロットル弁
２０が開いて空気量を制御する。そして空気のみの掃気
圧で強制的に掃気作用し、空気を高い充填効率で供給す
るようになっている。

【００１２】インジェクタ１０の高圧燃料系について説
明すると、燃料タンク３０が、フィルタ３１、高圧燃料
ポンプ３２、燃圧レギュレータ３３、圧力変動を吸収す
るアキュムレータ３４を有する燃料通路３５を介してイ
ンジェクタ１０に連通し、燃圧レギュレータ３３からの
戻り通路３６が燃料タンク３０に連通している。高圧燃
料ポンプ３２は、プーリとベルトの伝達手段３７でクラ
ンク軸５に連結して、エンジン駆動される。そして、燃
圧レギュレータ３３が燃料ポンプ３２の燃料戻りを調整
して、インジェクタ１０の燃圧を制御するように構成さ
れる。

【００１３】図１において電子制御系について説明す
る。先ず、クランク角センサ４０、アクセル開度αを検
出するアクセル開度センサ４１、燃圧センサ４２、スタ
ータスイッチ４３等を有し、これらのセンサ信号が制御
ユニット５０に入力する。

【００１４】制御ユニット５０は、クランク角センサ４
０のクランク角が入力するエンジン回転数検出部５１を
有し、クランクパルスの時間間隔を計測してエンジン回
転数Ｎｅを検出する。また、燃圧センサ４２の圧力信号
が入力する燃圧検出部５２を有し、その圧力電圧をＡ／
Ｄ変換してマップ検索することで、燃圧Ｐｆを検出す
る。このエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度α、燃圧Ｐ
ｆの信号は、燃料噴射制御部５３に入力して、運転条件
と燃圧に応じた燃料噴射時間Ｔｉを演算し、更に低負荷
時の成層燃焼と高負荷時均一燃焼を判断してこれによる
噴射時期θｉを決定し、この噴射信号を駆動部５４を介
してインジェクタ１０に出力する。また、エンジン回転
数Ｎｅ、燃料噴射制御部５３の基本噴射量等は点火時期
制御部５５に入力し、運転条件に応じた最適な点火時期
θｇを決定し、この点火信号を駆動部５６を介して点火
プラグ９に出力するように構成されている。

【００１５】燃圧制御系について説明すると、エンジン
回転数Ｎｅが入力する目標燃圧検索部５７を有し、エン
ジン回転数Ｎｅによる各運転条件の筒内圧力を推定して
設定されるマップを検索して目標燃圧Ｐｓを定める。こ
こで、低負荷の充填空気量が少ない場合は目標燃圧Ｐｓ
が低く、負荷の増大により充填空気量が多くなると目標
燃圧Ｐｓも高く設定される。目標燃圧Ｐｓは基本制御量
設定部５８に入力し、目標燃圧Ｐｓに対応した基本制御
量Ｐt をマップ検索して設定するのであり、この基本制
御量Ｐt が燃圧制御量算出部６０に入力する。また、フ
ィードバック制御するため、目標燃圧Ｐｓと実際に検出
される燃圧Ｐｆが入力する偏差算出部５９を有し、燃圧
Ｐｆの偏差Δｐを目標燃圧Ｐｓから燃圧Ｐｆを減算して
算出するのであり、この偏差Δｐがフィードバック量算
出部６１に入力する。フィードバック量算出部６１は比
例分定数Ｋｐと積分分定数Ｋｉが予め設定されており、
比例分Ｐを偏差Δｐと比例分定数Ｋｐの乗算で以下のよ
うに算出し、積分分Ｉを前回の値Ｉｏに偏差Δｐと積分
分定数Ｋｉを乗算したものを加算して以下のように算出
する。Ｐ＝Ｋｐ・ΔｐＩ＝Ｉｏ＋Ｋｉ・Δｐそして、これらの比例分Ｐと積分分Ｉが燃圧制御量算出
部６０に入力する。

【００１６】さらに、エンジン回転数Ｎｅとスタータス
イッチの信号が入力する始動判定部６２を有し、エンジ
ン回転数Ｎｅが設定値以下でスタータスイッチ信号が入
力する場合に始動を判断する。また、エンジン回転数Ｎ
ｅが設定値以上の場合に通常運転を判断するのであり、
この運転状態の信号も燃圧制御量算出部６０に入力す
る。燃圧制御量算出部６０は始動時にはその信号により
燃圧制御量Ｐｒｅを、基本制御量Ｐｔのみにより以下の
ように算出し、フィードフォワード制御する。Ｐｒｅ＝Ｐｔまた、通常運転時にはその信号により燃圧制御量Ｐｒｅ
を、基本制御量Ｐｔに比例分Ｐと積分分Ｉを加算して以
下のように算出し、フィードバック制御する。Ｐｒｅ＝Ｐｔ＋Ｐ＋Ｉそして、この燃圧制御量Ｐｒｅが駆動部６３で所定の燃
圧信号に変換して、燃圧レギュレータ３３に出力するよ
うに構成される。

【００１７】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、エンジン運転時にアクセル開度に応じスロッ
トル弁２０が開いて空気が掃気ポンプ２１に吸入されて
所定の掃気圧が生じており、ピストン３の下降時に排気
ポート１１が開き、次に掃気ポート１７も開くと、この
加圧空気が掃気ポート１７からシリンダ２の内部に流入
する。そしてこの給気の縦スワール流によりシリンダ２
の残留ガスを排気ポート１１から押し出し、給気を高い
充填効率で満すように掃気作用される。一方、ピストン
３が下死点から上昇し始めると、排気ロータリ弁１５が
閉じて排気が終了し、燃料の吹き抜けが生じること無く
燃料噴射することが可能になり、次いで掃気ポート１７
が閉じて圧縮行程に移行する。一方、このときインジェ
クタ１０の高圧燃料系では運転条件に応じて燃圧レギュ
レータ３３で燃圧Ｐｆが制御され、この燃料がインジェ
クタ１０に導かれている。

【００１８】また、制御ユニット５０において、燃料噴
射制御部５３では、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度
α、燃圧Ｐｆにより燃料噴射時間Ｔｉ、噴射時期θｉが
演算され、この噴射信号がインジェクタ１０に出力して
燃料噴射制御される。また、点火時期制御部５５からの
点火信号が点火プラグ９に出力して点火時期制御され
る。そこで低・中負荷時には、点火時期θｇが比較的上
死点に近く決定され、且つ燃料噴射時期θｉがこの点火
時期の近くに決定される。このため、圧縮後期の点火直
前に比較的少量の燃料が点火プラグ９の電極９ａに向け
て噴射され、これによりコーン型の燃料噴霧が拡散する
前にその後端部に電極９ａで着火して成層燃焼するので
あり、こうして空気量に比べて燃料が非常に少なくて
も、燃料の濃混合気を有効利用して安定した燃焼が行わ
れる。

【００１９】また、高負荷時には、点火時期θｇが最適
に進角して決定され、且つ噴射時期θｉが排気ロータリ
弁１５の閉後の早い時期に決定される。このため、圧縮
初期にインジェクタ１０から多量の燃料がシリンダ２内
に噴射され、圧縮中に燃料と空気とが充分混合する。そ
して、この均一に混合した後に点火プラグ９で着火して
空気利用率の高い均一燃焼が行われ、エンジン出力をア
ップするのである。

【００２０】次に、高圧燃料系とその燃圧制御について
図３のフローチャートを用いて説明する。先ず、エンジ
ン運転時に伝達手段３７で高圧燃料ポンプ３２が駆動
し、燃料タンク３０の燃料が汲み上げられて高圧で吐出
し、この燃料吐出圧が燃圧レギュレータ３３により所定
の燃圧Ｐｆに調整され、アキュムレータ３４で圧力変動
を吸収してインジェクタ１０に導かれる。そして、イン
ジェクタ１０が噴射信号の噴射時間だけ開口すると、燃
圧Ｐｆにより燃料がその噴射時間に応じて筒内に噴射し
て供給されることになる。

【００２１】そこで、このエンジンによる高圧燃料ポン
プ３２の駆動時において、ステップＳ１で実際の燃圧Ｐ
ｆを読込み、ステップＳ２でエンジン回転数Ｎｅに応じ
た目標燃圧Ｐｓを読込み、ステップＳ３で目標燃圧Ｐｓ
に対応した基本制御量Ｐｔを読込む。その後、ステップ
Ｓ４でエンジン運転状態をチェックし、エンジン回転が
不安定な始動時には、ステップＳ５に進んでフィードバ
ック制御の比例分Ｐと積分分Ｉが零に設定され、ステッ
プＳ６で燃圧制御量Ｐｒｅが基本制御量Ｐｔのみにより
算出される。そこで、この始動時には低いエンジン回転
数Ｎｅの目標燃圧Ｐｓに応じた基本制御量Ｐｔの燃圧信
号が燃圧レギュレータ３３に出力して、所定の戻り量に
設定される。このため、エンジン１の回転変動に伴い燃
料ポンプ３２の吐出圧も変動する状態において、吐出圧
が高い場合にのみ燃料を戻して略目標燃圧Ｐｓを保つよ
うにフィードフォワード制御され、安定した燃圧制御に
なる。

【００２２】上記始動後にポンプ吐出圧が安定化する通
常運転に移行すると、ステップＳ４からステップＳ７に
進んで目標燃圧Ｐｓと実際の燃圧Ｐｆとの偏差Δｐが算
出され、ステップＳ８でこの偏差Δｐによる比例分Ｐが
算出され、ステップＳ９では更に偏差Δｐと前回の値Ｉ
ｏによる積分分Ｉが算出される。そして、ステップＳ６
において燃圧制御量Ｐｒｅが、目標燃圧Ｐｓに応じた基
本制御量Ｐｔ、比例分Ｐ、積分分Ｉにより算出され、こ
の燃圧信号が燃圧レギュレータ３３に出力される。

【００２３】そこでこの場合は、運転条件が変化して目
標燃圧Ｐｓと共に基本制御量Ｐｔが変わると、この時の
偏差Δｐによる比例分Ｐと積分分Ｉにより偏差Δｐが零
に収束して、燃圧Ｐｆが目標燃圧Ｐｓと一致するように
フィードバック制御される。また、実際の燃圧Ｐｆが増
減して偏差Δｐを生じる場合にも、同様にフィードバッ
ク制御されるのであり、こうして燃圧Ｐｆが常に運転条
件に対応した目標燃圧Ｐｓに一致制御される。そこで、
インジェクタ１０に出力される噴射信号で、常に適切に
燃料が筒内に高圧で噴射されることになる。

【００２４】以上、本発明の実施例について説明した
が、２サイクル筒内直噴式以外のエンジンにも同様に適
応することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒内直噴式エンジンでエンジン駆動される高圧燃料ポン
プを備えた高圧燃料系の燃圧をフィードバック制御する
方式において、始動時のようなエンジン回転の不安定な
状況では、燃圧をフィードフォワード制御するように構
成されるので、この場合の燃圧制御の不安定性を回避す
ることができる。始動時にはフィードバック制御の比例
分と積分分を零にして目標燃圧のみで制御するので、制
御が容易であり、略目標燃圧に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内直噴式エンジンの燃圧制御装
置の実施例の電子制御系を示すブロック図である。

【図２】本発明が適応されるエンジンとして、２サイク
ルエンジンの全体の概略を示す構成図である。

【図３】燃圧制御の作用を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１２サイクル筒内直噴式エンジンの本体１０インジェクタ３２高圧燃料ポンプ３３燃圧レギュレータ３５燃料通路５０制御ユニット５７目標燃圧検索部５８基本制御量設定部５９偏差算出部６０燃圧制御量算出部６１フィードバック量算出部６２始動判定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン駆動される高圧燃料ポンプを備
えた高圧燃料系の燃圧レギュレータに燃圧信号を出力し
て、燃圧を目標値と一致するようにフィードバック制御
する制御系において、エンジン始動を判断する始動判定
手段と、エンジン始動時には目標値に応じた制御量の燃
圧信号を出力する燃圧制御量算出手段とを備えることを
特徴とする筒内直噴式エンジンの燃圧制御装置。
【請求項２】上記燃圧制御量算出手段は、エンジン始
動時にフィードバック制御の比例分と積分分を零に定
め、通常運転時に比例分と積分分を、燃圧と目標値の偏
差に応じて定めることを特徴とする請求項１記載の筒内
直噴式エンジンの燃圧制御装置。