JPH06264752A - エンジンのアシストエア供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン冷態運転時に、効果的にアシストエ
アを供給して燃料を十分に微粒化し、燃焼状態を改善し
て排気エミッションの向上を図る。 【構成】 ＴW≦ＴW0のエンジン冷態時のとき、あるい
は、ＴW＞ＴW0のエンジン暖機完了状態でありスロット
ル全閉でないときには、過給圧フィードバック制御を行
ない（S101→S103〜，S101→S102→S103〜）、エンジン
冷態時のスロットル全閉状態であっても、スーパーチャ
ージャ下流の過給圧を常に高めに設定して、十分なアシ
ストエアをインジェクタの噴射ノズル近傍に供給して燃
料の微粒化を促進し、燃焼状態を改善して排気エミッシ
ョンの向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料噴射弁の近傍に吸
入空気の一部を供給して燃料の微粒化を促進するエンジ
ンのアシストエア供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジン冷態状態の燃焼改善の
ためには、燃料を微粒化して供給することが効果的であ
り、従来から燃料噴射弁の近傍に吸入空気の一部を噴出
させて噴射燃料を微粒化する、いわゆるアシストエアに
よる燃料微粒化の技術が広く採用されている。このアシ
ストエアにより燃料を微粒化する場合、燃料粒径と、ア
シストエアの混入速度・混入量との間には負の相関があ
り、アシストエア供給通路内の圧力と、アシストエア供
給通路の出口すなわち燃料が噴射されるインテークマニ
ホルド内の圧力との差が大きい程、効果的に燃料が微粒
化される。

【０００３】例えば、特開平４−２１９４６１号公報に
は、スロットル弁上流と各燃料噴射弁の噴口近傍とを連
通するアシストエア通路を設け、このアシスト通路を、
上流側と下流側との圧力差によりアシストエアを供給す
る第１通路と、途中に備えたエアポンプによりアシスト
エアを供給する第２通路とから構成し、第１通路と第２
通路とをエンジン運転状態によって切換える技術が開示
されている。

【０００４】この場合、エアポンプを用いてアシストエ
アを供給する方式では、コストが増加するため、過給機
を備えたエンジンでは、この過給機を利用してアシスト
エアを供給する技術が提案されており、例えば、実開昭
６２−１１０５７５号公報には、エアブリードの空気取
入口を、過給機コンプレッサとインタークーラとの間の
吸気通路に開口させ、燃料噴射弁から噴射された燃料に
空気を噴出して燃料の微粒化を促進する技術が開示され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、過給機
を利用してアシストエアを供給する場合、エンジン冷態
始動時などには、通常、過給が行われず、また、インテ
ークマニホルド内の負圧も弱いため、噴射燃料に対して
効果的にアシストエアを供給することができず、十分に
燃料を微粒化することが困難であった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、エンジン冷態運転時に、効果的にアシストエアを供
給して燃料を十分に微粒化し、燃焼状態を改善して排気
エミッションの向上を図ることのできるエンジンのアシ
ストエア供給方法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】本発明は、過給機とスロ
ットル弁との間の吸気通路から吸入空気の一部を取入
れ、燃料噴射弁の噴射ノズル近傍に燃料の微粒化を促進
するためのアシストエアとして供給するアシストエア通
路を備えたエンジンにおいて、エンジン冷態運転時に、
上記過給機の上流側と下流側とをバイパスするバイパス
通路に設けたバイパス弁の開度を制御して上記過給機に
よる過給圧が目標過給圧となるようフィードバック制御
し、上記アシストエア通路を介して上記燃料噴射弁の噴
射ノズル近傍へアシストエアを供給することを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明では、過給機の上流側と下流側とをバイ
パスするバイパス通路に設けたバイパス弁の開度を制御
してエンジン冷態運転時にも過給圧が目標過給圧となる
ようフィードバック制御することにより、エンジン冷態
運転時にも過給機下流側の圧力を高め、アシストエア通
路から燃料噴射弁の噴射ノズル近傍にアシストエアを効
果的に供給する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１〜図４は本発明の第１実施例に係わり、図１
はバイパス弁制御ルーチンのフローチャート、図２はエ
ンジン制御系の概略構成図、図３は電子制御系の回路構
成図、図４は過給圧フィードバック制御状態を示すタイ
ムチャートである。

【００１０】図２において、符号１はエンジン（図にお
いては４気筒ガソリンエンジン）であり、このエンジン
１のシリンダヘッド２とシリンダブロック３とピストン
４とで形成される燃焼室５に点火プラグ６が臨まされて
いる。また、上記シリンダヘッド２に、吸気ポート２ａ
と排気ポート２ｂとが形成され、上記シリンダヘッド２
の冷却水通路２ｃに、水温センサ７が臨まされている。

【００１１】上記吸気ポート２ａには吸気管８が連通さ
れ、この吸気管８の上流にエアチャンバ９が設けられて
いる。上記吸気管８のエアチャンバ９上流側には、スロ
ットル弁１０が取付けられ、このスロットル弁１０上流
側に、インタークーラ１１を介して過給機の一例として
のスーパーチャージャ１２（図においてはルーツ式スー
パーチャージャ）が介装されている。さらに、このスー
パーチャージャ１２の上流側に吸入空気量センサ１３が
介装され、この吸入空気量センサ１３の直上流側に、エ
アクリーナ１４が取付けられている。

【００１２】また、上記吸気ポート２ａの直上流側に、
各気筒毎に燃料噴射弁（インジェクタ）１５の噴射ノズ
ルが臨まされ、この噴射ノズル近傍に、アシストエア通
路１６の一端が開口されている。このアシストエア通路
１６は、他端が上記スーパーチャージャ１２の下流側と
上記スロットル弁１０との間に空気取入口として開口さ
れ、途中から分岐して各気筒毎に上記インジェクタ１５
の噴射ノズル近傍に開口されている（尚、図において
は、１気筒分の通路を示す）。

【００１３】すなわち、上記スーパーチャージャ１２下
流側と上記スロットル弁１０との間で、吸入空気の一部
が上記アシストエア通路１６内に取入れられて上記イン
ジェクタ１５の噴射ノズル近傍に噴出され、上記インジ
ェクタ１５から噴射された燃料の微粒化を促進するアシ
ストエアとして供給されるようになっているのである。

【００１４】また、上記エアチャンバ９に吸気温センサ
１７が臨まされ、上記スロットル弁１０にスロットル開
度センサ１８が連設されている。さらに、このスロット
ル弁１０上流側と上記エアチャンバ９とを連通するバイ
パス通路１９に、アイドルスピードコントロールバルブ
（ＩＳＣＶ）２０が介装され、さらに、このＩＳＣＶ２
０の直下流側に、吸気圧が負圧のとき開弁するチェック
弁２１が介装されている。

【００１５】また、上記スーパーチャージャ１２の下流
側に圧力センサ２２が連通されており、上記スーパーチ
ャージャ１２の上流側と下流側とを連通するバイパス通
路２３に、ダイヤフラムアクチュエータからなるバイパ
ス弁２４が介装され、このバイパス弁２４により上記ス
ーパーチャージャ１２で過給された圧力がリリーフされ
るようになっている。

【００１６】上記バイパス弁２４は、ダイヤフラムによ
って圧力室と大気室とに区切られ、上記ダイヤフラムに
上記バイパス通路２３を開閉する弁が連設され、この弁
を閉方向に付勢するスプリングが上記圧力室に収納され
ている。そして、上記バイパス弁２４の圧力室がデュー
ティソレノイド弁２５を介してサージタンク２６に連通
され、さらに、このサージタンク２６が、上記エアチャ
ンバ９の圧力が負圧のとき開弁するチェック弁２７を介
して上記エアチャンバ９に連通されている。

【００１７】上記デューティソレノイド弁２５は、フィ
ルタを介して大気に連通される大気ポートと、この大気
ポートに対向し、弁を介して上記サージタンク２６に連
通するポートと、上記バイパス弁２４の圧力室に連通す
るポートとを有する三方弁であり、後述する制御装置
（ＥＣＵ）４０からの駆動パルス信号（デューティ信
号）のデューティ比によって弁開度が制御される。

【００１８】本実施例においては、デューティ比が大の
とき、上記デューティソレノイド弁２５の弁開度が大と
なり、上記サージタンク２６から上記バイパス弁２４の
圧力室に導入される負圧が大きくなって上記バイパス弁
２４の弁開度が大となり、過給圧リリーフ量が大となっ
て過給圧が低下する。一方、デューティ比が小のときに
は、上記デューティソレノイド弁２５の弁開度が小とな
り、上記サージタンク２６から上記バイパス弁２４の圧
力室に導入される負圧が小さくなって上記バイパス弁２
４の弁開度が小となり、過給圧リリーフ量が小さくなっ
て過給圧が上昇する。

【００１９】また、上記排気ポート２ｂに排気管２８が
連通され、この排気管２８に介装された触媒コンバータ
２９の上流側に、Ｏ2センサ３０が臨まされている。上
記触媒コンバータ２９下流端にはサブマフラ３１が接続
され、さらに、このサブマフラ３１下流側にメインマフ
ラ３２が接続されている。

【００２０】また、上記シリンダヘッド２の図示しない
カムシャフトにデストリビュータ３３が連設され、この
デストリビュータ３３内部に、シグナルロータ３４と、
このシグナルロータ３４外周に対設された電磁ピックア
ップなどからなる気筒判別・クランク角センサ３５が配
設されている。

【００２１】一方、符号４０は、電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）であり、２接点リレー４１の一方のリレー接点を介
して＋電源に接続されており、また、上記リレー４１の
他方のリレー接点を介して、イグナイタ４２、及び、一
次側がこのイグナイタ４２に接続され、二次側が上記デ
ストリビュータ３３に接続される点火コイル４３が＋電
源に接続されている。さらに、上記リレー４１のリレー
コイルの一端がイグニッション電源ＩＧに接続され、他
端が上記ＥＣＵ４０に接続されている。

【００２２】図３に示すように、上記ＥＣＵ４０は、Ｃ
ＰＵ５０、ＲＯＭ５１、ＲＡＭ５２、バックアップＲＡ
Ｍ５３、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）５４がバス
ライン５５を介して互いに接続されたマイクロコンピュ
ータを中核として構成され、上記Ｉ／Ｏ５４の入力ポー
トに、上記水温センサ７、上記吸入空気量センサ１３、
上記吸気温センサ１７、上記スロットル開度センサ１
８、上記圧力センサ２２、上記Ｏ2センサ３０、上記気
筒判別・クランク角センサ３５が接続され、また、上記
Ｉ／Ｏ５４の出力ポートに、上記イグナイタ４２が接続
されるとともに、上記インジェクタ１５、上記ＩＳＣＶ
２０、上記デューティソレノイド弁２５が駆動回路５６
を介して接続されている。

【００２３】上記ＲＯＭ５１には制御プログラム、及
び、各種制御用固定データが記憶されており、また、上
記ＲＡＭ５２には、データ処理した後の上記各センサ
類、スイッチ類の出力信号及び上記ＣＰＵ５０で演算処
理したデータが格納されている。さらに、上記バックア
ップＲＡＭ５３には、図示しないイグニッションスイッ
チのＯＮ，ＯＦＦに関係なく常時電源が供給され、イグ
ニッションスイッチをＯＦＦにしてエンジンの運転を停
止しても記憶内容が消失せず、バックアップデータがス
トアされるようになっている。

【００２４】上記ＥＣＵ４０では、上記ＣＰＵ５０で上
記ＲＯＭ５１に記憶されている制御プログラムを実行
し、上記各センサ類、各スイッチ類からの信号に基づい
て燃料噴射量、点火時期などの制御量を演算して燃料噴
射制御、点火時期制御などを行なうとともに、デューテ
ィソレノイド弁２５の駆動信号のデューティ比を演算し
てバイパス弁２４の弁開度を制御し、スーパーチャージ
ャ１２による過給圧のフィードバック制御を行なう。

【００２５】次に、上記ＥＣＵ４０による過給圧フィー
ドバック制御に係る動作を、図１のバイパス弁制御ルー
チンのフローチャートに基づいて説明する。

【００２６】本ルーチンは所定時間毎に実行され、ま
ず、ステップS101で、冷却水温ＴWが設定値ＴW0（例え
ば、６０°Ｃ）より高いか否かを調べ、ＴW＞ＴW0のと
き、ステップS102で、スロットル全閉か否かを調べ、Ｔ
W＞ＴW0のエンジン暖機完了状態でスロットル全閉のと
きには、ステップS115で、デューティソレノイド弁２５
の駆動信号のデューティ比ＤＵＴＹを設定値ＤSとし
（ＤＵＴＹ←ＤS）、このデューティ比ＤＵＴＹをステ
ップS116でセットしてルーチンを抜ける。

【００２７】上記設定値ＤSは、上記デューティソレノ
イド弁２５を所定の弁開度にするための値であり、今回
のルーチンで設定されたデューティ比ＤＵＴＹの駆動信
号は次回ルーチン実行までの間保持され、エンジン暖機
完了後のスロットル全閉における通常のアイドル運転状
態では、バイパス弁２４の弁開度が一定に保持されてス
ーパーチャージャ１２による過給圧が所定の値に保たれ
る。

【００２８】一方、上記ステップS101でＴW≦ＴW0のエ
ンジン冷態時のとき、あるいは、ＴW＞ＴW0のエンジン
暖機完了状態であり、上記ステップS102でスロットル全
閉でないときには、ステップS103以降で過給圧フィード
バック制御を行なう。この過給圧フィードバック制御で
は、ステップS103で、エンジン回転数Ｎとスロットル開
度Ｔhとに基づいてテーブル（ステップS103中の図示参
照）を補間計算付きで参照し、目標過給圧Ｐtを設定す
る。

【００２９】次いで、ステップS104へ進み、上記ステッ
プS103で設定した目標過給圧Ｐtから、圧力センサ２２
によって検出した実過給圧Ｐbを減算して目標過給圧Ｐt
に対する偏差ΔＰを求めると（ΔＰ←Ｐt−Ｐb）、ステ
ップS105で、偏差ΔＰの絶対値│ΔＰ│と予め設定され
た許容値ＰSとを比較し、図４に示す過給圧フィードバ
ック制御における不感帯の範囲内にあるか否かを調べ
る。

【００３０】その結果、│ΔＰ│＜ＰSであり、実過給
圧Ｐbが不感帯の範囲内にあるときには、上記ステップS
105から前述のステップS116を経てルーチンを抜け、│
ΔＰ│≧ＰSであり、実過給圧Ｐbが不感帯の範囲外であ
るときには、上記ステップS105からステップS106へ進ん
で、実過給圧Ｐbと目標過給圧Ｐtとを比較して、現在の
実過給圧Pbが不感帯の上側か下側かを判別する。

【００３１】そして、現在の実過給圧Pbが不感帯の範囲
外でＰb＞Ｐtの上側にあるときには、上記ステップS106
からステップS107以降へ進んでデューティ比増の処理を
行なうことにより実過給圧Ｐbを低下させ、現在の実過
給圧Pbが不感帯の範囲外でＰb＜Ｐtの下側にあるときに
は、上記ステップS106からステップS111以降へ進んでデ
ューティ比減の処理を行なうことにより実過給圧Ｐbを
上昇させる。

【００３２】デューティ比増の処理では、ステップS107
で、実過給圧Ｐbが不感帯の範囲外へ反転した初回を判
別するための反転初回判別フラグＦ１の値を参照する。
この反転初回判別フラグＦ１は、Ｐb＞ＰtでＦ１＝０の
とき、実過給圧Ｐbが初めて不感帯の上側になったこと
を示し、Ｐb＜ＰtでＦ１＝１のとき、実過給圧Ｐbが初
めて不感帯の下側となったことを示す。

【００３３】従って、上記ステップS107で、Ｆ１＝０、
すなわち、今回初めてＰb≧（Ｐt＋ＰS）となったとき
には、上記ステップS107からステップS108へ進んで、デ
ューティ比ＤＵＴＹにスキップ補正量ＤPを加算し（Ｄ
ＵＴＹ←ＤＵＴＹ＋ＤP）、ステップS110で、反転初回
判別フラグＦ１をセットすると（Ｆ１←１）、前述のス
テップS116でデューティ比ＤＵＴＹをセットしてルーチ
ンを抜ける。

【００３４】また、上記ステップS107で、Ｆ１＝１であ
り、既にデューティ比ＤＵＴＹのスキップ補正による増
加が行われているときには、上記ステップS107からステ
ップS109へ分岐し、積分補正量ＤIをデューティ比ＤＵ
ＴＹに加算して（ＤＵＴＹ←ＤＵＴＹ＋ＤI）、前述の
ステップS110を経てステップS116でデューティ比ＤＵＴ
Ｙをセットし、ルーチンを抜ける。

【００３５】すなわち、実過給圧ＰbがＰb≧（Ｐt＋Ｐ
S）となると、図４に示すように、まず、デューティ比
ＤＵＴＹをスキップ補正量ＤPだけ一度に増加させ、デ
ューティソレノイド弁２５を介してバイパス弁２４の弁
開度を所定量大きくして過給圧を低下させる。次にデュ
ーティ比ＤＵＴＹを積分補正量ＤIづつ漸次的に増加さ
せることにより、バイパス弁２４の弁開度を少しづつ大
きくして過給圧が目標過給圧Ｐtに近づくよう制御する
のである。

【００３６】一方、上記ステップS106で、現在の実過給
圧Pbが不感帯の範囲外でＰb＜Ｐtの下側にあるときに
は、上記ステップS106からステップS111へ分岐して反転
初回判別フラグＦ１の値を参照し、Ｆ１＝１、すなわ
ち、今回初めてＰb≦（Ｐt−ＰS）となったときには、
ステップS112で、デューティ比ＤＵＴＹからスキップ補
正量ＤPを減算し（ＤＵＴＹ←ＤＵＴＹ−ＤP）、ステッ
プS114で、反転初回判別フラグＦ１をクリアすると（Ｆ
１←０）、前述のステップS116でデューティ比ＤＵＴＹ
をセットしてルーチンを抜ける。

【００３７】また、上記ステップS111でＦ１＝０であ
り、既にデューティ比ＤＵＴＹのスキップ補正による減
少が行われているときには、上記ステップS111からステ
ップS113へ分岐し、デューティ比ＤＵＴＹから積分補正
量ＤIを減算して（ＤＵＴＹ←ＤＵＴＹ−ＤI）、前述の
ステップS114を経て前述のステップS116でデューティ比
ＤＵＴＹをセットし、ルーチンを抜ける。

【００３８】すなわち、実過給圧ＰbがＰb≦（Ｐt−Ｐ
S）となったときには、図４に示すように、まず、デュ
ーティ比ＤＵＴＹをスキップ補正量ＤPだけ一度に減少
させてバイパス弁２４の弁開度を所定量小さくし、過給
圧を増加させる。次にデューティ比ＤＵＴＹを積分補正
量ＤIづつ漸次的に減少させることにより、バイパス弁
２４の弁開度を少しづつ小さくして過給圧が徐々に目標
過給圧Ｐtに近づくようにする。

【００３９】これにより、通常運転時のみならずエンジ
ン冷態時にも過給圧フィードバック制御が行われ、エン
ジン冷態時のスロットル全閉状態であっても、スーパー
チャージャ１２下流の過給圧が常に高めに設定され、十
分なアシストエアをインジェクタ１５の噴射ノズル近傍
に供給して燃料の微粒化を促進し、燃焼状態を改善して
排気エミッションの向上を図ることができるのである。

【００４０】図５及び図６は本発明の第２実施例に係わ
り、図５はエンジン制御系の概略構成図、図６は燃料噴
射タイミング及びロータリ弁の開閉タイミングを示すタ
イムチャートである。

【００４１】この第２実施例は、前述の第１実施例に対
し、アシストエア通路１６にロータリ弁６０を介装し、
このロータリ弁６０を燃料噴射のタイミングに同期して
開閉することにより、アシストエアを燃料噴射期間中の
み供給するものである。

【００４２】すなわち、図５に示すように、各気筒毎へ
の分岐通路より上流側のアシストエア通路１６に、エン
ジン１のクランクプーリ１ａによって開閉駆動されるロ
ータリ弁６０を介装し、図６に示すように、＃１気筒〜
＃４気筒毎の燃料噴射期間中のみ上記ロータリ弁６０が
開くようにする。

【００４３】一般に、燃料噴射のタイミングは、噴射終
了時期を一定にし、噴射開始時期が燃料噴射量（燃料噴
射パルス幅）に応じて変化するよう制御するシステムが
多い。従って、本実施例では、上記ロータリ弁６０が開
く期間を、燃料噴射パルス幅が最大のときの噴射期間に
合わせるようにしている。

【００４４】その他の構成は、前述の第１実施例と同様
であり、図１のバイパス弁制御ルーチンに従ってバイパ
ス弁２４の弁開度が制御され、エンジン冷態時のスロッ
トル全閉状態であっても十分なアシストエアをインジェ
クタ１５の噴射ノズル近傍に供給することができる。

【００４５】この場合、本実施例では、アシストエアが
必要なときのみ供給されるため、アイドル運転状態での
空気量過多による回転数上昇を未然に防止することがで
き、より効率的にアシストエアを供給することができ
る。

【００４６】尚、エンジン高回転高負荷時には、燃料噴
射のタイミングが各気筒で重複し、ロータリ弁６０の開
閉タイミングと一致しなくなるが、高回転時には、ロー
タリ弁６０の回転が早く、且つ、アシストエア通路１６
の出口部とロータリ弁６０とが離れているため、アシス
トエアが出口部に至るまでの間にロータリ弁６０の開閉
に伴う脈動が緩衝され、ほとんど影響がない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、過
給機の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路に
設けたバイパス弁の開度を制御してエンジン冷態運転時
にも過給圧が目標過給圧となるようフィードバック制御
するため、エンジン冷態運転時にも過給機下流側の圧力
を高めて十分なアシストエアを燃料噴射弁の噴射ノズル
近傍に供給することができ、燃料の微粒化を促進して燃
焼状態を改善し、排気エミッションの向上を図ることが
できるなど優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わり、バイパス弁制御
ルーチンのフローチャート

【図２】同上、エンジン制御系の概略構成図

【図３】同上、電子制御系の回路構成図

【図４】同上、過給圧フィードバック制御状態を示すタ
イムチャート

【図５】本発明の第２実施例に係わり、エンジン制御系
の概略構成図

【図６】同上、燃料噴射タイミング及びロータリ弁の開
閉タイミングを示すタイムチャート

【符号の説明】

１ エンジン １０ スロットル弁 １２ スーパーチャージャ（過給機） １５ インジェクタ（燃料噴射弁） １６ アシストエア通路 ２３ バイパス通路 ２４ バイパス弁 Ｐb 実過給圧 Ｐt 目標過給圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過給機とスロットル弁との間の吸気通路
   から吸入空気の一部を取入れ、燃料噴射弁の噴射ノズル
   近傍に燃料の微粒化を促進するためのアシストエアとし
   て供給するアシストエア通路を備えたエンジンにおい
   て、 エンジン冷態運転時に、上記過給機の上流側と下流側と
   をバイパスするバイパス通路に設けたバイパス弁の開度
   を制御して上記過給機による過給圧が目標過給圧となる
   ようフィードバック制御し、上記アシストエア通路を介
   して上記燃料噴射弁の噴射ノズル近傍へアシストエアを
   供給することを特徴とするエンジンのアシストエア供給
   方法。