JPH09189248A - エンジン制御装置 - Google Patents

エンジン制御装置

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JPH09189248A
JPH09189248A JP8000305A JP30596A JPH09189248A JP H09189248 A JPH09189248 A JP H09189248A JP 8000305 A JP8000305 A JP 8000305A JP 30596 A JP30596 A JP 30596A JP H09189248 A JPH09189248 A JP H09189248A
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flow control
accelerator pedal
air
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義幸 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダ内での吸入空気の旋回流を制御し、
低燃費で高性能の筒内噴射エンジンを、コストの上昇を
伴うことなく実現すること。 【解決手段】 エンジンのシリンダに取付けたインジェ
クタ9と、吸気管内部にシリンダ内に吸入された空気に
旋回流を生成する副吸気通路5B、前記副吸気通路5B
を通過する吸入空気量を調整してシリンダ内の旋回流の
生成を制御するため、主吸気通路5A内に設けたガス流
動制御弁6を備えた筒内噴射エンジンにおいて、アクセ
ルペダルの操作量が小さい領域では、ガス流動制御弁6
の開度によらず主として燃料供給量の制御により空燃比
を制御し、アクセルペダルの操作量が前記小さい領域よ
り大きな領域では、アクセルペダルの操作量に応じてガ
ス流動制御弁6の開度を制御することにより、このガス
流動制御弁6によりスロットル弁の機能が得られるよう
にして達成される。ガス流動制御弁6が、通常必要とし
ているスロットル弁の機能を兼用できるので、部品点数
の削減が可能となり、エンジンシステムのコスト低減を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料をシリンダ内
に直接噴射する筒内噴射方式のエンジンに係り、特にシ
リンダ内で吸入空気に旋回流を発生させ、燃料噴霧の分
散を制御するためのガス流動制御弁を備えたエンジンの
制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンのシリンダに燃料噴射弁を設
け、シリンダ(気筒)内に直接燃料を噴射する、いわゆる
筒内噴射エンジンでは、シリンダ内の点火プラグ近傍に
重点的に燃料噴霧を形成させることができるので、混合
気を薄くしても確実に着火させることができ、この結
果、燃焼状態の悪化を伴うことなく、充分に空燃比を大
きくすることができる。
【0003】そこで、この筒内噴射エンジンによれば、
アイドリング時を含む小出力時には空燃比を理論空燃比
よりも充分に大きくして燃費の改善を図ることができ、
この結果、低燃費特性と高出力特性を容易に両立させる
ことができる。
【0004】ところで、この筒内噴射エンジンでは、上
記した燃費低減のための希薄空燃比での運転を可能にす
るため、吸入空気による旋回流により、シリンダ内に噴
射した燃料噴霧を燃焼室内で層状化し、安定した燃焼を
得るようにしている。
【0005】そこで、このために吸気管の終端部分の吸
気弁の近傍に出口が開口している副吸気通路を設け、こ
れによりシリンダ内の空気に旋回流が発生されるように
しているが、このとき、旋回流の形成を制御するため、
副吸気通路から供給される空気量を制御する必要があ
り、このため、従来から専用の弁、すなわちガス流動制
御弁を用い、これにより本来の吸気管から供給される空
気量との比率が制御できるようにしている。
【0006】そして、従来技術では、このガス流動制御
弁は、吸気管のスロットル弁(絞り弁)の下流側に設けて
あり、エンジン本来の吸気量の制御はスロットル弁で行
ない、ガス流動制御弁は、副吸気通路から供給される空
気量だけを制御するようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、エン
ジンの吸気系の構成が複雑になる点について配慮がされ
ておらず、コストの点で問題があった。すなわち、従来
の筒内噴射エンジンでは、スロットル弁の他に、副吸気
通路から供給される空気量を制御するための弁を使用し
ているため、機構的に複雑になり、コストを抑えるのが
困難になってしまうからである。
【0008】本発明の目的は、シリンダ内での吸入空気
の旋回流を制御し、低燃費で高性能の筒内噴射エンジン
を、コストの上昇を伴うことなく実現することができる
ようにしたエンジン制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、エンジンの
シリンダに取付けた燃料噴射弁と、吸気管内部にシリン
ダ内に吸入された空気に旋回流を生成する副吸気通路
と、前記副吸気通路を通過する吸入空気量を調整して前
記シリンダ内旋回流の生成を制御するガス流動制御弁と
を備えた筒内噴射エンジンにおいて、アクセルペダルの
操作量が小さい領域では、ガス流動制御弁の開度によら
ず主として燃料供給量の制御により空燃比を制御し、ア
クセルペダルの操作量が前記小さい領域より大きな領域
では、アクセルペダルの操作量に応じてガス流動制御弁
の開度を制御することにより、このガス流動制御弁によ
りスロットル弁の機能が得られるようにして達成され
る。
【0010】ガス流動制御弁が、スロットル弁の機能を
兼用できるので、部品点数の削減が可能となり、エンジ
ンシステムのコスト低減を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるエンジン制御
装置について、図示の実施例により詳細に説明する。図
1は、本発明の一実施例が適用されたエンジンシステム
の一例を示したもので、図において、Eはエンジン全体
を表わしている。そして、このエンジンEが吸入する空
気はエアクリーナ1から吸気管2に取り入れられ、空気
流量計3を通り、コレクタ4に入る。ここで吸気はエン
ジンEの各シリンダに接続された個別吸気管(吸気マニ
フォールド)5に分配される。分配された吸気は、個別
吸気管5の主吸気通路5A内に設置されているガス流動
制御弁6の開度に応じて、この主吸気通路5A及び副吸
気通路Bを通り、吸気行程において吸気弁7が開いたと
き、シリンダC内に導かれる。
【0012】このとき、主吸気通路5Aに比して通路断
面積が小さい副吸気通路BからシリンダC内に吸入され
る空気は、主吸気通路5Aからの空気よりも流速が充分
に速くなり、これによりシリンダC内にスワール、タン
ブルといった旋回流が生成される。
【0013】ガス流動制御弁6は、電動機などのアクチ
ュエータからなる弁駆動装置23によって開閉駆動さ
れ、その開度が制御されるようになっていて、これによ
り主吸気通路5Aと副吸気通路Bを通る吸気量の比率が
制御されるが、このとき、この実施例では、このガス流
動制御弁6の開度により、エンジン本来の吸気流量も制
御されるように構成してあり、この結果、通常、吸気管
3内に設けられているべきスロットル弁は、この実施例
では、存在していない。
【0014】シリンダCには点火プラグ栓8が取付けて
あるが、この実施例では、さらにインジェクタ(燃料噴
射弁)9が設けてあり、これにより筒内噴射エンジンを
構成している。
【0015】ガソリンなどの燃料は、燃料タンク14か
ら燃料ポンプ10により1次加圧され、さらに燃料ポン
プ11により2次加圧され、インジェクタ9に配管され
ている燃料系に供給される。1次加圧された燃料は、燃
圧レギュレータ12により、例えば3kg/cm2などの一定
の圧力に調圧され、より高い圧力に2次加圧された燃料
は、燃圧レギュレータ13により、例えば30kg/cm2
一定の圧力に調圧され、それぞれのシリンダCに設けら
れているインジェクタ9から所定のタイミング毎にシリ
ンダCの中に噴射される。
【0016】コントロールユニット15は、エンジンの
運転状態を検出する各種のセンサ等からの信号を入力と
して取り込み、所定の演算処理を実行し、演算結果とし
て算出された各種の制御信号を出力し、上記したインジ
ェクタ9や点火コイル22、制御弁駆動装置23などに
所定の制御信号を供給し、燃料供給量制御、点火時期制
御など、必要な各種の制御を実行するものである。
【0017】エンジンが回転すると、空気流量計3から
は吸気流量Qaを表わす信号が出力され、この信号はコ
ントロールユニット15に入力されるが、さらに、エン
ジンのカム軸に取り付けられたクランク角センサ16か
らはクランク軸の回転位置を表わす基準角信号REFと
回転速度(回転数)Ne検出用の角度信号POSとが出力
され、これらの信号もコントロールユニット15に入力
されるようになっている。
【0018】ここで、このクランク角センサとしては、
クランク軸の回転を直接検出するタイプのセンサ21と
してもよい。また、エンジンEの排気管19には空燃比
センサ18が取付けてあり、これからの出力信号RA/
Fもコントロールユニット15に入力されるようになっ
ている。さらに、図示してないアクセルペダルにはアク
セル踏込量を検出するセンサが設けてあり、これにより
アクセルペダルの踏込量Accを表わす信号も、このコン
トローラ15に入力されるようになっている。
【0019】制御弁駆動装置23はコントロールユニッ
ト15に接続され、ユニット15内で演算等により決定
された開度となるよう開閉制御される。ここで、後述す
るように、このガス流動制御弁6の制御方式としては、
制御弁駆動装置23による電子制御方式以外にも、運転
者により操作されるアクセルペダルの動きと連動させる
機械的な制御方式としてもよい。
【0020】次に、図2は、この実施例における制御ブ
ロック図の概略を示したもので、まず基本噴射時間決定
手段25は、吸入空気量Qaとエンジン回転数Neか
ら、演算処理やマップの検索などにより、燃料噴射量に
相当する基本噴射時間Tpを算出する。
【0021】次に目標空然比演算手段26では、基本噴
射時間Tpとエンジン回転数Neから、演算処理やマッ
プ検索などにより目標空燃比A/F_Terを算出する。さ
らに弁開度設定手段27は、アクセルペダルの踏込量A
ccと基本噴射時間Tp、それにエンジン回転数Neを用
いて、ガス流動制御弁6の弁開度θを算出する。そして
算出された弁開度θは制御弁駆動装置23に出力され、
これによりガス流動制御弁6は弁開度θに制御される。
【0022】なお、後述するように、ガス流動制御弁6
をアクセルペダルの動きと連動させた機械式駆動方式で
は、弁開度設定手段27は、アクセル開度Accを用いて
弁開度θを算出するようになっている。
【0023】次にトルク演算手段28は、目標空燃比A
/F_Ter及び弁開度θから、関数式又はマップ検索など
により、ガス流動制御弁6の弁開度θにおける吸入空気
量から決定される出力トルクT1を算出する。
【0024】また、補正係数演算手段29は、目標空燃
比A/F_Terと、空燃比センサ18から取り込んだ実際
の空燃比RA/Fにより補正係数K5を算出する。
【0025】そして、噴射時間演算手段30は、これら
出力トルクT1と補正係数K5により基本噴射時間Tp
を補正し、各運転状態でのエンジン要求トルクに見合う
噴射時間Tiを決定してエンジンEのインジェクタ9に
供給し、燃料供給量制御を行なうのである。
【0026】図3は、目標空燃比演算手段26で、目標
空燃比A/F_Terをマップ検索により算出する場合に使
用するマップ(データテーブル)の一例を示したもので、
基本噴射時間Tpとエンジン回転数Neにより、このマ
ップを検索して目標空燃比A/F_Terを算出するのであ
る。
【0027】このマップは、図示のように、各異なった
値の目標空燃比が領域で区切られており、低回転・低負
荷域は超リーン空燃比40とし、高回転・高負荷域にな
るに従い、エンジンの要求トルクを満たすために、目標
空燃比を30から20へと濃くするようになっている。
【0028】次に、図4は、弁開度設定手段27で、弁
開度θの設定をマップ検索で算出する場合に使用するデ
ータテーブルの一例を示したもので、弁開度設定手段2
7でガス流動制御弁6の開度θをマップ検索により算出
する際には、アクセルペダルの踏込量Accを基本にした
上で、目標空燃比A/F_Terのときと同様に、基本噴射
時間Tpとエンジン回転数Neから弁開度θを決定す
る。
【0029】このマップは、図示のように、低回転・低
負荷域ほど弁開度を閉じ側に、逆に高回転・高負荷域に
なるほど開き側とするようになっており、低回転・低負
荷域では目標空燃比が超リーンであるため、ガス流動制
御弁6を閉じ側に設定することにより、副吸気通路B
(図1)を通る空気量を増加させ、シリンダC内に強い旋
回流を生成して安定燃焼を確保するようになっている。
【0030】この結果、ガス流動制御弁6の開度θは、
アクセルペダルの踏込量Accが少ない範囲では、ほとん
ど全閉状態に留まったままで、トルク制御は、主として
空燃比A/Fの制御により行なわれるようにされると共
に、或る程度、アクセルペダルが踏込まれた後の領域で
は、ガス流動制御弁6の開度θは、アクセルペダルの踏
込量Accにほぼ比例して制御されることになり、従っ
て、このガス流動制御弁6により、スロットル弁の機能
を兼用させることができる。
【0031】次に、噴射時間演算手段30による噴射時
間Tiの演算処理について、図5のフローチャートによ
り、詳細に説明する。
【0032】まず処理501では、各演算手段により算
出された目標空燃比A/F_Ter、弁開度θ、基本噴射時
間Tp、補正係数K5及び出力トルクT1を読み込む。
次に処理502では、エンジン回転数Neと低回転判定
の基準値K1及び基本噴射時間Tpと低負荷を判定する
基準値K2をそれぞれ比較する。そして、結果がY(肯
定)、すなわち、例えばアイドル運転時のような低回転
領域で且つ低負荷領域であると判定されたときは処理5
03に移行する。
【0033】処理503ではエンジン回転数Neの時間
的変化率δNeを演算するが、低回転・低負荷であるア
イドル運転近傍では、ガス流動制御弁6によって吸入空
気が絞られ、且つシリンダ吸入空気量が一定となるた
め、続く処理504では、この回転変化率δNeとガス
流動制御弁6の弁開度θから、関数式もしくはマップ検
索等により燃料噴射量のトルク分補正係数K4を算出
し、処理508での噴射時間Tiの演算に使用する。
【0034】従って、アイドル運転時での回転制御は、
この処理504で算出した補正係数K4による燃料供給
量制御が行われる。
【0035】一方、処理502での判定結果がN(否定)
であったときには、処理505でガス流動制御弁6の弁
開度θがパーシャル(部分負荷)領域にあるか否かを判断
するための基準値K3(例えば全負荷時スロットル開度
値)との比較を行い、運転状態がパーシャル領域か否か
の判断をする。そして、結果がYでパーシャル領域であ
れば処理506に進み、基本噴射時間Tp及び出力トル
クT1から関数式もしくはマップ等により、エンジン要
求トルクに見合う燃料噴射量とするためのトルク補正係
数K4を算出し、処理508での噴射時間Tiの演算に
使用する。
【0036】従って、パーシャル領域での回転制御は、
この処理506で算出した補正係数K4による燃料供給
量制御が行われ、トルク過不足分の補正が行われる。
【0037】他方、処理505の結果が判定結果がNの
場合、すなわち、例えば全開領域ではガス流動制御弁6
も全開になっており、吸入空気の絞りがなくなるためエ
ンジン要求トルクは基本噴射時間Tpだけで満足され
る。そこで、このときは、処理507に示すように、補
正係数K4は、単に1、すなわち、補正無しとする。
【0038】従って、全開領域での回転制御は、この処
理507で1にされた補正係数K4による燃料供給量制
御が行われ、特にトルク過不足分の補正は行われないよ
うになる。
【0039】次に、補正係数演算手段29による補正係
数K5の演算処理について、図6のフローチャートによ
り、詳細に説明する。まず処理601では、センサ18
により検出した実際にの燃比RA/Fと、目標空燃比演
算手段26により算出した目標空燃比A/F_Terとを読
み込み、続く処理602で、これらRA/FとA/F_T
erが異なっているか否かを判断する。
【0040】そして、その結果がY、つまり異なってい
たときには処理603を実行して、このときのRA/F
の値とA/F_Ter値から関数式等により、目標空燃比と
実空燃比が一致するように補正係数K5を変更する。
【0041】しかして、処理602の結果がN、つまり
実空燃比RA/Fが目標空燃比A/F_Terに等しくなっ
ていたときには、現状の補正係数K5の値を維持したま
まにするのである。
【0042】従って、この実施例によれば、ガス流動制
御弁6は、従来技術におけるスルットルバルブと同様に
開度制御されることになり、この結果、このガス流動制
御弁6により、スロットル弁と同等の機能が得られるの
で、別途、スロットル弁を設ける必要を無くすことがで
きる。
【0043】また、この実施例によれば、稀薄燃焼(リ
ーン燃焼)に不可欠な旋回流生成用のガス流動制御弁6
により、空気量制御用のスロットル弁の機能を兼ねさせ
ている結果、吸入空気量制御が容易になり、例えばアイ
ドリング近傍ではガス流動制御弁6の開度が閉じ側とな
るので、吸入空気は副吸気通路Bからの一定量となるた
め、空気一定での燃料制御による安定したアイドル回転
制御を容易に得ることができる。
【0044】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。上記した実施例では、ガス流動制御弁6は、電動機
などのアクチュエータからなる弁駆動装置23によって
開閉駆動されるようになっていたが、以下に説明する実
施例では、ガス流動制御弁6は、アクセルペダルに連動
機構を介して結合され、アクセルペダルにより機械的に
開閉制御されるようにした、いわゆる機械式ガス流動制
御弁駆動方式となっているものである。
【0045】図7は、この機械式制御方式における駆動
機構の一実施例で、アクセルペダル701は、機械式の
ワイヤ702を介してアクセルレバー703に連結され
ている。
【0046】このアクセルレバー703は、固定部70
4に取り付けられたリターンスプリング705と直結さ
れている。そこでアクセルペダル701が踏み込まれる
と、アクセルレバー703が動作し、ガス流動制御弁6
とワイヤ706等の機械的手段で連結された遅れ機構7
07が、或る特定のストロークで動作し始める。このと
き、遅れ機構707は、固定部708に取り付けたリタ
ーンスプリング709と直結されている。
【0047】従って、アクセルストロークが0の場合
は、リターンスプリング705の反力により、アクセル
レバー703及び遅れ機構707がストッパー711ま
で戻されている。
【0048】このとき、アクセルストロークが0の場合
のガス流動制御弁6の開度は、既に図3に示した目標空
燃比で安定した燃焼を確保する旋回流の生成を考慮し、
予めストッパー712の位置で合わせておく必要があ
る。例えば図3に示す目標空燃比40といった超リーン
領域では、上記安定燃焼のための旋回流生成を考慮した
ガス流動制御弁6の開度を保持し、遅れ機構707が動
作して初めてガス流動制御弁6が動き始める。ストロー
クが最大では遅れ機構707及びガス流動制御弁6がそ
れぞれストッパー713、714で制限されるようにな
っている。
【0049】一方、この実施例では、コントロールユニ
ット15による制御ブロック図は、図8に示すようにな
っていて、前述したように、弁開度設定手段27は、ア
クセル開度Accを用いて弁開度θを算出するようになっ
ているが、その他の構成は、図2の実施例の場合と同じ
である。
【0050】従って、この機械式制御方式の実施例によ
っても、ガス流動制御弁6は、従来技術におけるスロッ
トル弁と同様に開度制御されることになり、この結果、
このガス流動制御弁6により、スロットル弁と同等の機
能が得られるので、別途、スロットル弁を設ける必要を
無くすことができる。
【0051】また、この実施例でも、稀薄燃焼(リーン
燃焼)に不可欠な旋回流生成用のガス流動制御弁6に、
空気量制御用のスロットル弁の機能を兼ねさせている結
果、吸入空気量制御が容易で、例えばアイドリング近傍
ではガス流動制御弁6が閉じ側となるので、吸入空気は
副吸気通路Bからの一定量となるため、空気一定での燃
料制御による安定したアイドル回転制御を容易に得るこ
とができる。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、目標空然比とガス流動
弁開度で制御される吸入空気量から決まるトルクがエン
ジン要求トルクと等しくなるように燃料供給量を制御し
ているので、従来のスロットル弁の機能を、旋回流生成
制御用のガス流動制御弁により兼ねさせることができ、
この結果、部品点数の削減が可能となり、エンジンシス
テムのコスト低減を充分に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例が適用されるエンジンシステ
ムの一例を示す構成図である。
【図2】本発明の一実施例における制御ブロック図であ
る。
【図3】本発明の一実施例で使用される目標空燃比A/
F_Ter決定用のデータテーブルの説明図である。
【図4】本発明の一実施例に置ける弁開度θ設定用のデ
ータテーブルの説明図である。
【図5】本発明の一実施例における噴射時間演算手段に
よる処理を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明の一実施例における補正係数演算手段に
よる処理を説明するためのフローチャートである。
【図7】機械式制御方式による本発明の一実施例におけ
るガス流動制御弁駆動機構の説明図である。
【図8】機械式制御方式による本発明の一実施例におけ
る制御ブロック図である。
【符号の説明】
5 個別吸気管(吸気マニフォールド) 5A 主吸気通路 5B 副吸気通路 6 ガス流動制御弁 7 吸気弁 8 点火プラグ 9 インジェクタ C シリンダ E エンジン
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 41/38 F02D 41/38

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンのシリンダに取付けた燃料噴射
    弁と、吸気管内部にシリンダ内に吸入された空気に旋回
    流を生成する副吸気通路と、前記副吸気通路を通過する
    吸入空気量を調整して前記シリンダ内旋回流の生成を制
    御するガス流動制御弁とを備えた筒内噴射エンジンの制
    御装置において、 アクセルペダルの操作量が小さい領域では、前記ガス流
    動制御弁の開度によらず主として燃料供給量の制御によ
    り空燃比を制御し、アクセルペダルの操作量が前記小さ
    い領域より大きな領域では、アクセルペダルの操作量に
    応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御することによ
    り、このガス流動制御弁によりスロットル弁の機能が得
    られるように構成したことを特徴とするエンジン制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1の発明において、 前記アクセルペダルの操作量が小さい領域では、前記ガ
    ス流動制御弁の開度によらず主として燃料供給量の制御
    により空燃比を制御し、アクセルペダルの操作量が前記
    小さい領域より大きな領域では、アクセルペダルの操作
    量に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御する機能が
    電子的に得られるように構成したことを特徴とするエン
    ジン制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の発明において、 前記アクセルペダルの操作量が小さい領域では、前記ガ
    ス流動制御弁の開度によらず主として燃料供給量の制御
    により空燃比を制御し、アクセルペダルの操作量が前記
    小さい領域より大きな領域では、アクセルペダルの操作
    量に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御する機能が
    機械的に得られるように構成したことを特徴とするエン
    ジン制御装置。
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