JPH051837U - 筒内直噴式エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 筒内直噴式で燃焼方式に応じて燃料噴射時期
が変更される燃料噴射制御系において、噴射量を常に正
確に制御する。 【構成】 各燃料噴射時期の筒内圧を検出する筒内圧検
出手段７１と、筒内圧と燃圧の差圧に応じて補正係数を
定める補正係数算出手段７２と、燃料噴射時間に補正係
数を乗算して補正する手段６３とを備え、低，中負荷時
に成層燃焼し、高負荷時に均一燃焼する際に、各燃料噴
射時期での燃圧と筒内圧のずれに応じた補正係数で燃料
噴射時間を更に補正し、燃料噴射時期を変更して筒内直
噴する際の噴射量の誤差を適切に修正して正確に燃料噴
射量を制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、車両用の筒内直噴式エンジンにおけるインジェクタの燃料噴射制御 装置に関し、詳しくは、燃焼方式により燃料噴射時期を変更する際の噴射量補正 制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】

車両用の筒内直噴式エンジンとして、燃焼室にインジェクタを装着し、ピスト ンが掃気ポートを閉じた後で点火する迄の間の圧縮行程において、インジェクタ から燃料を高圧で直接筒内に噴射する。そして高負荷時には、燃料噴射の時期を 早く定めて均一燃焼し、アイドル及び低，中負荷時には、逆に遅く定めて成層燃 焼するように燃焼方式を変更し、この燃焼方式の変更と共に燃焼噴射量を制御し て負荷運転制御する方式が本件出願人により既に提案されている。このエンジン の燃料噴射制御系では、燃圧が常に各運転条件の圧縮圧力の最大値より高圧に設 定されており、この燃圧と各運転条件に応じた噴射パルス幅により燃料噴射量を 決定するように制御されている。ところで、上述のように成層または均一の燃焼 方式により燃料噴射時期が変更される場合は、その各燃料噴射時期毎に実際の筒 内圧が変化しているので、同じ噴射パルス幅でも噴射量が異なったものになる。 このため、燃料噴射時期の変更により筒内圧が変化する場合にも、燃料噴射量を 目標値と正確に一致するように補正することが必要になる。

【０００３】 従来、この種の燃料噴射制御に関しては、例えば特開昭５９−２２１４３３号 公報の先行技術がある。ここで、吸気管内噴射式エンジンにおいて、燃焼室に圧 力センサを装着して燃焼室内の圧力を検出し、この圧力に基づいて実際に燃焼室 に供給される吸入空気量を推定して燃料噴射量を算出し、過給や過渡時の空燃比 を適切に制御することが示されている。

【０００４】

【考案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、吸気管内噴射式エンジンで燃料噴射 時期は常に一定に設定されており、本考案のように筒内直噴式エンジンで燃料噴 射時期が変更されるものとは、燃料噴射制御系の技術思想が全く異なっている。 また、燃焼室内の圧力を検出しているが、これは全体の吸入空気量を推定するも のであり、これのみでは燃料噴射時期の変更の際の噴射量を補正することはでき ない。

【０００５】 本考案は、この点に鑑みてなされたもので、筒内直噴式で燃焼方式に応じて燃 料噴射時期が変更される燃料噴射制御系において、燃料噴射量を常に正確に制御 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、本考案は、運転条件に応じた基本燃料噴射量、燃圧 定数により燃料噴射時間を算出し、成層または均一の燃焼方式により燃料噴射時 期を決定して燃料を筒内直噴する燃料噴射制御系において、各燃料噴射時期の筒 内圧を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧と燃圧の差圧に応じて補正係数を定め る補正係数算出手段と、燃料噴射時間に補正係数を乗算して補正する手段とを備 えるものである。

【０００７】

【作用】

上記構成に基づき、燃料噴射の時間と時期をそれぞれ定めて筒内に直接燃料噴 射制御することにより、低，中負荷時の成層燃焼と高負荷時の均一燃焼がそれぞ れ良好に行われる。そしてこのとき、各燃料噴射時期での燃圧と筒内圧のずれに 応じた補正係数で燃料噴射時間が更に補正されることで、燃料噴射時期を変更し て筒内直噴する際の噴射量の誤差が適切に修正され、正確に燃料噴射量制御され るようになる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案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 筒内直噴式エンジンの全体の構成について説明すると、符号１はエンジン本体で 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が設置され、点火プラグ９が電極９ ａをインジェクタ１０の噴射方向直下に位置して取付けられている。

【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１ １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の給気管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、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。燃圧レギ ュレータ３３は、制御ユニット５０の燃圧信号により燃料ポンプ３２の高圧燃料 の戻りを調整してインジェクタ１０の燃圧を、低負荷の充填空気量が少ない場合 は低く、負荷の増大により充填空気量が多くなると高く制御する。こうして、各 運転条件で燃圧を常に圧縮圧力より所定量高く設定した状態において、制御ユニ ット５０の噴射信号によりインジェクタ１０を開くことで、その噴射パルス幅に 応じて燃料を筒内に直接噴射するようになっている。

【００１３】 図１において、電子制御系として燃料噴射、点火時期の制御系について説明す る。先ず、クランク角センサ４０、気筒判別センサ４１、アクセル開度αを検出 するアクセル開度センサ４２と、燃圧Ｐｆを検出する燃圧センサ４３とを有し、 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４０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等によりエンジン回転数Ｎｅを 検出する。クランク角センサ４０、気筒判別センサ４１の信号はクランク位置検 出部５２に入力し、各気筒での上死点前の基準位置を検出する。エンジン回転数 Ｎｅとアクセル開度αは要求燃料噴射量検索部５３に入力し、Ｎｅ、αに対する 要求燃料噴射量Ｇｆのマップから各運転条件に応じた要求燃料噴射量Ｇｆを検索 して定める。また、エンジン回転数Ｎｅ とアクセル開度αは燃圧検索部５４に 入力し、各運転条件毎に圧縮圧力の最大値より高く設定されるマップにより目標 とする燃圧Ｐｆを検索する。この燃圧Ｐｆと燃圧センサ４３の実際の燃圧Ｐｆ’ は制御量算出部５５に入力し、両者の偏差から制御量を算出して、これに応じた 燃圧信号を駆動部５６を介して燃圧レギュレータ３３に出力する。

【００１５】 燃圧Ｐｆは、燃圧定数設定部５７とインジェクタ無効噴射時間設定部５８にそ れぞれ入力し、燃圧Ｐｆに対し予め設定されるマップにより補間計算付で燃圧定 数Ｋ、インジェクタ無効噴射時間Ｔｓを設定するのであり、これらの要求燃料噴 射量Ｇｆ、燃圧定数Ｋ、インジェクタ無効噴射時間Ｔｓは燃料噴射時間算出部５ ９に入力する。燃料噴射時間算出部５９は要求燃料噴射量Ｇｆ、燃圧定数Ｋ、イ ンジェクタ無効噴射時間Ｔｓにより燃料噴射時間（パルス幅）Ｔｉを、以下のよ うに算出する。 Ｔｉ＝Ｋ・Ｇｆ＋Ｔｓ

【００１６】 一方、要求燃料噴射量Ｇｆは、燃料噴射時期決定部６０、点火時期決定部６１ および燃焼方式判定部６２に入力する。燃焼方式判定部６２では、成層と均一の 燃焼方式の切換点が予めＮｅ−Ｇｆのマップにより設定されており、この切換点 の噴射量設定値Ｇｆｏと要求燃料噴射量Ｇｆとを比較し、低，中負荷のＧｆ＜Ｇ ｆｏの場合に成層燃焼を、高負荷のＧｆ≧Ｇｆｏの場合に均一燃焼を判断するの であり、この判定信号が燃料噴射時期決定部６０、点火時期決定部６１に出力す る。

【００１７】 燃料噴射時期決定部６０は、エンジン回転数Ｎｅと要求燃料噴射量Ｇｆとによ る成層と均一の各燃焼方式毎の燃料噴射時期θｉｅ、θｉｓのマップを有し、成 層燃焼では成層燃焼方式の燃料噴射時期θｉｅを、均一燃焼では均一燃焼方式の 燃料噴射時期θｉｓをマップ検索して出力する。ここで成層燃焼では、点火直前 に所定の霧化時間を残して噴射終了する必要があるため、この場合は噴射終了時 期θｉｅが設定される。一方、均一燃焼では、排気が閉じた後の早い時期に噴射 開始する必要があるため、この場合は噴射開始時期θｉｓが設定される。点火時 期決定部６１も、エンジン回転数Ｎｅと要求燃料噴射量Ｇｆとによる各燃焼方式 毎の点火時期θｇのマップを有して、各燃焼方式で点火時期θｇをマップ検索す るのであり、こうして低，中負荷で成層燃焼して、高負荷で均一燃焼するように なっている。

【００１８】 燃料噴射時間Ｔｉと燃料噴射時期θｉｅまたはθｉｓは駆動部６３に入力し、 クランク角基準位置に基づき燃料噴射時間Ｔｉ、燃料噴射時期θｉｅまたはθｉ ｓに応じた噴射信号をインジェクタ１０に出力する。また、点火時期θｇも駆動 部６４に入力し、クランク角基準位置に基づき点火時期θｇに応じた点火タイミ ングで点火プラグ９において点火が行われるように構成される。

【００１９】 次に、燃料噴射時期の変更に伴う噴射量補正制御系について説明する。先ず、 制御原理について説明すると、燃焼方式により変更された各燃料噴射時期θｉｅ またはθｉｓにおける実際の筒内圧Ｐｃを検出し、この筒内圧Ｐｃと燃圧Ｐｆの ずれに応じて燃料噴射時間Ｔｉを補正すれば良い。そこで、エンジン回転数Ｎｅ とアクセル開度αが入力する充填効率検索部７０を有し、図３（ａ）のマップを 参照して各運転条件での吸気系の充填効率ηを検索する。この充填効率η、クラ ンク角θ及び燃料噴射時期θｉｅまたはθｉｓは筒内圧検出部７１に入力し、図 ３（ｂ）のように、各充填効率η毎にクランク角θに対して予め設定されている 圧縮圧力上昇曲線のマップを検索し、各燃料噴射時期θｉｅまたはθｉｓの実際 の筒内圧Ｐｃを検出する。こうして、検出される筒内圧Ｐｃと燃圧Ｐｆは補正量 算出部７２に入力し、両者の差圧ΔＰ（Ｐｆ−Ｐｃ）を求め、この差圧ΔＰに応 じた補正係数ａを設定する。ここで、実際の筒内圧Ｐｃが低くて差圧ΔＰが大き い場合は、燃料が多めに噴射されるので、これを修正するため補正係数ａは、図 ３（ｃ）のように差圧ΔＰに対して減少関数で設定される。そしてこの補正係数 ａは駆動部６３に入力し、燃料噴射時間Ｔｉに補正係数ａを乗算するようになっ ている。

【００２０】 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から押し出して、給気を高い充填効率η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が閉じて掃 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、この時インジェクタ １０の高圧燃料系では、運転条件に応じて燃圧Ｐｆ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。

【００２１】 また制御ユニット５０においては、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度αの各 運転条件に応じて要求燃料噴射量Ｇｆ、燃圧Ｐｆがマップ検索され、更に燃圧Ｐ ｆに応じて燃圧定数Ｋ、インジェクタ無効噴射時間Ｔｓが設定される。そして燃 料噴射時間算出部５９で要求燃料噴射量Ｇｆ、燃圧係数Ｋに基づいて燃料噴射時 間Ｔｉが算出され、同時に燃焼方式判定部６２で燃焼方式が判断され、燃料噴射 時期決定部６０、点火時期決定部６１のマップがこの判断により選択される。

【００２２】 そこで低，中負荷時には、燃料噴射時期決定部６０で成層燃焼用マップが選択 され、これにより燃料噴射時期θｉｅが点火時期の近くに決定され、点火時期決 定部６１でも成層燃焼用マップにより点火時期θｇが比較的上死点に近く決定さ れる。そして燃料噴射時間Ｔｉ、燃料噴射時期θｉｅによる噴射信号がインジェ クタ１０に出力することで、圧縮後期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、その直後に点火時期θｇによる点火信号が点火プラグ９ に出力する。このため、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。

【００２３】 また高負荷時には、要求燃料噴射量Ｇｆが多くなるのに対応して均一燃焼方式 のマップが、燃料噴射時期決定部６０、点火時期決定部６１で選択される。そこ で燃料噴射時期θｉｓが排気ロータリ弁１５の閉後の早い時期に、点火時期θｇ がこの場合の最適値に決定されることになり、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。

【００２４】 次に、上記エンジン運転時の噴射量補正作用を、図４のフローチャートを用い て説明する。先ず、ステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度αを読込 み、ステップＳ２で運転条件に応じた燃圧Ｐｆを求める。また、ステップＳ３で 運転条件に応じた吸気の充填効率ηを推定し、ステップＳ４でこの充填効率ηの 圧縮圧力上昇曲線から、各燃料噴射時期θｉｅまたはθｉｓにおける実際の筒内 圧Ｐｃを検出するのであり、これにより上記均一燃焼のように早い噴射時期θｉ ｓの場合には、そのときの低い筒内圧Ｐｃが検出される。そして、ステップＳ５ に進んで上記燃圧Ｐｆと筒内圧Ｐｃの差圧ΔＰにより補正係数ａを定め、ステッ プＳ６でこの補正係数ａを燃料噴射時間Ｔｉに乗算して補正する。

【００２５】 このため均一燃焼時には、実際の噴射時期θｉｓの筒内圧Ｐｃの低下に応じて 補正係数ａが小さく設定され、燃料噴射時間Ｔｉが減少補正されるのであり、こ れにより筒内圧Ｐｃの低下で、燃料が多めに噴射されることが修正される。そこ でインジェクタ１０により、高い燃圧Ｐｆ、低い筒内圧Ｐｃ、噴射時間Ｔｉの条 件で実際に筒内直噴される燃料量は、制御ユニット５０で求められた要求燃料噴 射量Ｇｆに正確に一致したものになる。また成層燃焼時には、そのときの吸気の 充填効率η、遅い燃料噴射時期θｉｅにより筒内圧Ｐｃが比較的高く検出され、 この場合の補正係数ａで同様に筒内直噴の燃料量が要求燃料噴射量Ｇｆと一致す るように補正される。

【００２６】 以上、本考案の実施例について説明したが、圧縮圧力上昇曲線は関数化して計 算式で与えても良い。また、筒内に圧力センサを設置して、燃料噴射直前の筒内 圧を直接検出しても良い。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、筒内直噴式エンジンで燃焼方式により 燃料噴射時期を変更する燃料噴射制御系において、各燃料噴射時期での実際の筒 内圧を考慮して燃料噴射時間を補正するように構成されるので、燃料噴射時期の 変更に伴い筒内圧が変化して噴射量に誤差を生じることが修正され、正確に燃料 噴射量制御することが可能になる。このため、燃費、走行性、排気ガスが良好に なる。変更された各燃料噴射時期での燃圧と筒内圧の差圧に応じて補正係数が設 定されるので、燃料噴射量を適切に修正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る筒内直噴式エンジンの燃料噴射制
御装置の実施例を示す電子制御系のブロック図である。

【図２】本考案の筒内直噴式エンジンの全体の概略を示
す構成図である。

【図３】制御マップを示すものであり、（ａ）は充填効
率のマップ、（ｂ）は圧縮圧力上昇曲線のマップ、
（ｃ）は補正係数のマップの図である。

【図４】補正制御の作用を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ９ 点火プラグ １０ インジェクタ ５０ 制御ユニット ５３ 要求燃料噴射量検索部 ５４ 燃圧検索部 ５９ 燃料噴射時間算出部 ６０ 燃料噴射時期決定部 ６２ 燃焼方式判定部 ６３ 駆動部 ７１ 筒内圧検出部 ７２ 補正係数算出部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 運転条件に応じた基本燃料噴射量、燃圧
   定数により燃料噴射時間を算出し、成層または均一の燃
   焼方式により燃料噴射時期を決定して燃料を筒内直噴す
   る燃料噴射制御系において、各燃料噴射時期の筒内圧を
   検出する筒内圧検出手段と、筒内圧と燃圧の差圧に応じ
   て補正係数を定める補正係数算出手段と、燃料噴射時間
   に補正係数を乗算して補正する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料噴射制御装置。
2. 【請求項２】 上記筒内圧は、各運転条件の充填効率毎
   に設定される圧縮圧力上昇曲線、または筒内圧センサを
   用いて検出することを特徴とする請求項１記載の筒内直
   噴式エンジンの燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】 上記補正係数は、差圧に対して減少関数
   で設定することを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式
   エンジンの燃料噴射制御装置。