JPH09236035A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレイグニションが発生し易い条件の時のみ
燃料噴射量を増量してプレイグニションの発生を回避し
た内燃機関の燃料噴射装置。 【解決手段】 エンジン稼動中、第１の負荷である全負
荷状態（ＷＯＴ）で且つ高回転の第１の運転状態から、
第１の負荷（ＷＯＴ）で且つ低回転の第２の運転状態に
急激に変化した場合、燃料の噴射量は増量される。そし
て、ストイキ時のプレイグニション開始温度の下限値９
はリッチ時のプレイグニション開始温度の下限値１１に
上昇し、しかも所定時間内は噴射量は増量を継続される
ため、ストイキ噴射時のプレイグニション開始温度以下
に燃焼室内の温度が下げられる。従って、プレイグニシ
ョンの発生を防止できる。図中、１０はプレイグニショ
ン領域、Ｎａはプレイグニション発生開始温度の最低値
Ｔαに相当する回転速度である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレイグニション
の発生を回避するようにした内燃機関の燃料噴射制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガソリンエンジンにおいては、高
負荷時に燃料噴射量を増量することによりプレイグニシ
ョン（以下、「プレイグ」と称する。）が発生しないよ
うにしている。一般に、プレイグは空燃比をリッチにす
ると生起しにくくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
燃費、エミッションを改善する観点からエンジンの高圧
縮比化や、制御空燃比を理論空燃比にもっていこうとす
ること（以下、「ストイキ化」と称する。）が必要にな
ってきており、その際プレイグの誘発が危惧されてい
る。そこで、高負荷（非フィードバック）運転時、排気
温度により空燃比のリーン側への変化を知り、排気温度
に応じて燃料を増量補正する技術が、特開平４−３３４
７３６号公報に記載されている。しかしながら、該公報
に開示された技術では、高負荷高回転時は、燃料をリッ
チ噴射して燃焼室等の温度を下げるが、高負荷低回転に
変化すると、理論空燃比、いわゆるストイキ噴射に切替
る。これに応じてプレイグ発生開始温度が低下するが、
燃焼室の温度は急激には低下しないので、燃焼室温度は
プレイグ発生温度領域に入ったままであるため、プレイ
グが発生するという問題点を有する。

【０００４】しかし、最近のエンジンには、ノックセン
サによってノッキングを検出し、微小なノッキング状態
又はノッキング発生の直前状態でエンジンを制御するノ
ックコントロールシステム（以下、「ＫＣＳ」と称す
る。）が搭載されており、点火時期が、常に、最大トル
クを達成するための最小限の点火進角時期、即ち、ＭＢ
Ｔ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｐａｒｋ Ａｄｖａｎｃｅ ｆ
ｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）もしくはノック点で制
御されるため、その時の燃焼室内の温度は、本発明者達
が調査研究したところによると、プレイグが発生し始め
る燃焼室内の温度より相当低く、エンジンを高圧縮比
化、制御空燃比のストイキ化をしても、定常走行してい
る限り全くプレイグの心配がないことが判明した。ま
た、点火時期がＫＣＳで制御されている場合、エンジン
回転速度が高いほど燃焼室内の温度は高くなり、またプ
レイグが発生し始める燃焼室内の温度も高くなることも
判明した。つまり、エンジンが高回転高負荷で走行して
燃焼室内の温度が高い状態にある時、突然、登坂車線な
どにさしかかり、高負荷のまま回転速度だけ低下した
時、プレイグ発生の危険性が増大する。また、エンジン
が高回転高負荷で走行して燃焼室内の温度が高い状態に
あるとき、急ブレーキ等により減速し、回転速度が低下
した後、まだ燃焼室内の温度が低下しないうちに、すぐ
にエンジンのスロットルバルブ全開状態、即ち全負荷状
態（ＷＯＴ）で加速する場合もプレイグ発生の危険性は
増大する。

【０００５】本発明は、叙上の課題に鑑みて創出された
ものであり、その目的とするところは、エンジンの溶損
を引き起こすプレイグが発生し易い条件のときのみ燃料
噴射量を増量してプレイグの発生を回避するようにした
内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の手段を採用することができる。この
手段によると、第１の負荷である全負荷状態で且つ高回
転の第１の運転状態から上記第１の負荷で且つ低回転の
第２の運転状態に急激に変化した場合、燃料の噴射量は
増量されるため、ストイキ時のプレイグ開始温度の下限
値はリッチ時のプレイグ開始温度の下限値に上昇し、し
かも所定時間内は燃料の噴射量の増量が継続されるの
で、ストイキ噴射時のプレイグ開始温度以下に燃焼室の
温度が下げられる。従って、プレイグの発生を防止する
ことができる。尚、請求項２の手段を採用して、第１の
全負状態が制動などにより第２の低負荷状態になり、所
定時間内に再度第１の全負荷状態に戻ったとき、燃料の
噴射量が増量されるので、燃焼室内の温度がプレイグ開
始温度以上になることを防止することができ、従って、
プレイグが発生しない。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の内燃機関の燃料噴射制御
装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本
発明の実施形態の燃料噴射内燃機関のシステム概略構成
図である。図において、エンジンにはエンジンの回転速
度を検出する回転速度検出センサ１が、また、吸気管に
は吸気圧を検出する吸気圧センサ２が設置されている。
これらの検出センサ１，２は内燃機関の運転状態を検出
する機関状態検出手段を構成する。また、電子制御装置
（ＥＣＵ）内には、上記回転速度検出センサ１と吸気圧
センサ２が接続されている燃料噴射制御装置３が設けら
れており、両センサ１，２からの出力信号により、プレ
イグ発生の危険性を判定するようになっている。

【０００８】図２は、エンジンのスロットルバルブ全開
状態、即ち、全負荷（ＷＯＴ）状態でのエンジン回転速
度に対する点火プラグの中心電極温度の関係を調査した
結果を示すグラフである。プラグ電極温度は燃焼室内の
代表温度として測定した。図において、実線４はＫＣＳ
で制御されている状態で空燃比（以下、「Ａ／Ｆ」と称
する。）が１２．５の状態でのノック発生時のプラグ電
極温度を示し、破線５はＡ／Ｆが１２．５の状態でのプ
レイグ発生開始時のプラグ電極温度の下限値を示してい
る。ここでＡ／Ｆを１４．６にすると、実線４は実線６
に、破線５は破線７に夫々シフトする。このグラフから
すると、実線６と破線７の差が、実線４と破線５の差に
比べ小さくなっている。つまり、Ａ／Ｆ（空燃比）をス
トイキ化すると、プレイグ発生の危険性が増大すること
が判る。しかし、定常走行（回転速度一定）で走行して
いる限り、ＫＣＳで制御されている状態でのプラグ電極
温度は、プレイグの発生を開始する電極温度よりかなり
低く、プレイグ発生の可能性はほとんどないことが判
る。

【０００９】ところが、図３に示すように、Ａ／Ｆを１
４．６の状態に保持してエンジン回転速度を６０００rp
m とし、エンジンのスロットルバルブ全開状態、即ち全
負荷（ＷＯＴ）状態で走行中、登坂車線等にさしかか
り、エンジン回転速度が１５００rpm まで急激に低下し
たとき、プラグ電極温度は急には低下しないため、プレ
イグ発生領域１０に突入する。従って、このような状態
になったとき、燃料噴射量を増量してプレイグ発生開始
温度を上げ、プレイグが発生しないようにする必要があ
る。

【００１０】次に、プレイグ発生の危険性の具体的な判
定方法を図４を用いて説明する。実線８はＫＣＳで制御
されている時のプラグ電極温度を示し、破線９はプレイ
グ発生が開始される時のプラグ電極温度の下限値を示し
たものである。そして、簡単のため、負荷はエンジンの
スロットルバルブ全開状態、即ち全負荷状態（ＷＯＴ）
とし、Ａ／Ｆ（空燃比）は１４．６のストイキ状態とす
る。

【００１１】まず、プレイグ発生の可能性がある条件と
して、プレイグ発生開始温度の最低値ＴαよりもＫＣＳ
制御状態のプレイグ電極温度が高いことが必要なため、
エンジン回転速度Ｎｅはプレイグ発生開始温度の最低値
Ｔαに相当する回転速度Ｎａより大きいことがまず第１
の条件である。そして、負荷が全負荷（ＷＯＴ）の状態
を第１の負荷とし、この第１の全負荷（ＷＯＴ）の状態
で且つ回転速度が高回転Ｎｅの状態を第１の運転状態と
する。次に、負荷が全負荷（ＷＯＴ）である第１の負荷
の状態を保持しつつ、回転速度が急激に低下してプレイ
グ発生領域１０に突入することが第２の条件である。そ
して、負荷が第１の負荷（ＷＯＴ）状態を保持しつつ、
回転速度がプレイグ発生領域１０に突入した低回転の状
態を第２の運転状態とする。また、１秒間に１０００rp
m 以上のエンジン回転速度の低下で、３０００rpm 以上
の速度低下があると危険であるが、具体的な数値はエン
ジンによって夫々異なる。以上の２つの条件が重なり合
ったとき、燃料噴射量を増量してＡ／Ｆ（空燃比）をリ
ッチにするのである。

【００１２】破線１１はＡ／Ｆを１２にしたときのプレ
イグが発生を開始する時のプラグ電極温度の下限値を示
す。Ａ／Ｆをリッチにすることにより、Ａ／Ｆが１４．
６のときのプレイグ発生開始時のプラグ電極温度の下限
値を示す破線９は破線１１にシフトするため、エンジン
回転速度が高回転速度Ｎｅから急激に低下して低回転速
度となってもプレイグ発生領域に突入しなくなり、プレ
イグは回避される。燃料噴射量の増量は５秒程度続ける
とよい。５秒あればプラグ電極温度は低下し、プレイグ
の発生は回避される。

【００１３】これまでは、説明を簡単にするため、負荷
を全負荷状態（ＷＯＴ）で一定としたが、プレイグは全
負荷状態（ＷＯＴ）でなくても発生する。しかし、負荷
が小さくなると、図５に示すように、プレイグ発生開始
温度は、破線の９から１３に上昇し、一方、ＫＣＳ制御
時の電極温度は実線８から１４に下降するため、負荷が
ある負荷Ａより小さくなると、プレイグ発生の可能性は
全くなくなる。したがって、負荷Ａ以上である場合も、
負荷が全負荷（ＷＯＴ）の時と同様に、エンジン回転速
度が急激に低下した時、燃料噴射量を増量する必要があ
る。ただし、負荷が全負荷（ＷＯＴ）の時よりさらに急
激なエンジン回転速度の低下がなければならない。ま
た、負荷が全負荷（ＷＯＴ）からある負荷Ａ₀（＞Ａ）
に低下しながらエンジン回転速度の急激な低下がある場
合や、負荷がある負荷Ａ₀ （＞Ａ）から全負荷（ＷＯ
Ｔ）に上昇しながら、エンジン回転速度の急激な低下が
ある場合も、燃料噴射量の増量が必要になることはいう
までもない。

【００１４】次に、本実施形態の制御手順を図６に示す
フローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１にお
いて、エンジン回転速度Ｎｅがプレイグ発生開始温度の
最低値Ｔαに相当する回転速度Ｎａより大きいか否か判
断する。Ｎｅ＞Ｎａと判断されるとステップＳ２におい
て、負荷Ａ₀ がプレイグ発生の可能性がある負荷の下限
値Ａより大きいか否か判断する。ここで、負荷を図１に
示すような吸気圧センサ２にて検出する場合は、負荷Ａ
₀ は吸気圧を意味する。そして、Ａ₀ ＞Ａと判断される
と、ステップＳ３において、エンジン回転速度の変化量
ｄＮｅが減少したか否かを判断する。該変化量が減少し
た場合、ステップＳ４において、エンジン回転速度の総
変化量ＴＮｅを算出するためＴＮｅの初期値をｄＮｅと
し、ステップ５において、タイマをスタートさせる。次
に、ステップＳ６において、エンジン回転速度の変化量
ｄＮｅが、さらに減少したか否かを判断する。そして、
変化量ｄＮｅが増加した場合は、タイマをストップさせ
てスタートに戻る。一方、変化量ｄＮｅが減少した場合
は、ステップＳ７にすすむ。

【００１５】ステップＳ７において、前回までの総変化
量ＴＮｅに今回の変化量ｄＮｅを加え、改めて総変化量
ＴＮｅを算出しなおす。そして、ステップＳ８におい
て、総変化量ＴＮｅが危険回転速度Ｎ（＜Ｏ）より減少
したか否かを判断する。ＮよりＴＮｅが大きいとき、即
ち、総変化量ＴＮｅが危険回転速度Ｎより大きいときス
テップＳ６にもどり、その後の変化量ｄＮｅの様子をみ
る。ＮよりＴＮｅが小さくなったとき、ステップＳ９に
すすむ。ステップＳ９において、タイマをストップさ
せ、回転速度Ｎｅが減少しはじめ、総変化量ＴＮｅがＮ
より小さくなるまでの時間ＤＴを算出する。そして、ス
テップＳ１０において、ＤＴが時間Ｔより短かいか否か
を判断する。時間Ｔは予じめ設定しておいた時間即ち、
定数であり、この時間Ｔでエンジン回転速度Ｎｅの変化
速度がどれだけ速いかを判断する。総変化量ＴＮｅが危
険回転速度Ｎ変化するのに、時間Ｔより長くかかった場
合には、プレイグ発生はないと判断し、逆に、短かい場
合は、危険と判断する。

【００１６】次に、ステップＳ１１において、負荷Ａ₀
がプレイグ発生の可能性がある負荷の下限値Ａより、大
きいか否か判断する。大きい場合は、ステップＳ１２に
おいて、燃料噴射量を増量し、プレイグ発生開始温度を
上昇させ、プレイグを回避する。

【００１７】図６に示されるフローチャートを用いた説
明では、負荷によりプレイグ発生開始温度、およびＫＣ
Ｓで制御されている時の電極温度が変化することを考慮
せず、負荷がＡ₀ （＞Ａ）の時、プレイグ発生開始温
度、およびＫＣＳ制御時の電極温度は不変であると考え
ているが、より正確な制御をするため、負荷の影響を考
慮することは可能である。

【００１８】また、本実施形態においては図１に示すよ
うな、吸気圧センサ２による吸気圧によって、吸入空気
量、すなわち負荷を代表しているが、図７、図８に示す
ようにエアフロメータ２１や、スロットルセンサ２２を
用いて吸入空気量すなわち負荷を代表する制御装置にお
いても同様なことが成立することは言うまでもない。

【００１９】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。本実施形態においては、前述した第１実施形態と
の相違点を中心に述べることとする。第１実施形態にお
いては、高回転高負荷のまま急激な回転速度の低下が発
生した時、燃料噴射量を増量するというものであるが、
本実施形態においては、高回転高負荷で走行した後、制
動装置により減速し、燃焼室内の温度が低下しないうち
に、ただちに高負荷で加速する場合のように、負荷の時
間変化をも考慮した、プレイグ回避のための、燃料噴射
量の増量について述べる。

【００２０】図９に本実施形態の制御手順をフローチャ
ートで示す。点線で囲んだ部分５１は、図６で示した第
１実施形態の部分５１と同一であり、第１実施形態との
相違は、ステップＳ１１で負荷Ａ₀ がプレイグ発生の可
能性がある負荷の下限値Ａより小さくても、すぐに高負
荷で走行し負荷Ａ₀ がＡより大きくなった場合におけ
る、プレイグ回避を保証しているところにある。ステッ
プ６１からステップ６２の状態がプレイグ回避の保証手
順にあたる。負荷Ａ₀ がＡより小さくても、ステップ６
１において、タイマをスタートさせ、ステップ６２にお
いて負荷Ａ₀ がＡより大きくなったと判断した時、ステ
ップ６３においてタイマをストップさせ、負荷Ａ₀ がＡ
より小さくなっていた時間ｄｔを検出する。そして、ス
テップＳ６４において時間ｄｔがある時間（定数）ｔよ
り小さい時、プレイグ発生の危険性があるとして、燃料
噴射量を増量するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の燃料噴射内燃機関のシステ
ム概略構成図である。

【図２】エンジンの全負荷（ＷＯＴ）状態でのエンジン
回転速度に対する点火プラグの中心電極温度の関係を調
査した結果を示すグラフである。

【図３】空燃比を１４．６に保持し、回転速度６０００
rpm 、全負荷（ＷＯＴ）状態で走行中、全負荷（ＷＯ
Ｔ）のままで回転速度が１５００rpm まで急激に低下し
たとき、プレイグニション領域に突入することを示した
説明図である。

【図４】図３に燃料噴射量を増量した時のプレイグニシ
ョン開始温度の下限値を付加したグラフである。

【図５】負荷が小さいときの、プレイグニション発生開
始温度の下限値を示すグラフである。

【図６】本発明の第１実施形態の制御手順を示すフロー
チャートである。

【図７】本発明の燃料噴射内燃機関の他の実施例のシス
テム概略構成図である。

【図８】本発明の燃料噴射内燃機関の別の実施例のシス
テム概略構成図である。

【図９】本発明の第２実施形態の制御手順を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１…回転速度検出センサ ２…吸気圧センサ ３…燃料噴射制御装置 ８…ノックコントロールシステム（ＫＣＳ）で制御され
ている時のプラグ電極温度 ９…プレイグニション発生が開始される時のプラグ電極
温度の下限値 １０…プレイグ発生領域 １１…燃料噴射量を増量したときのプレイグニション発
生が開始される時のプラグ電極温度の下限値 Ｎａ…プレイグ発生開始温度の最低値Ｔαに相当する回
転速度

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 聖彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小林 日出夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 蟻沢 克彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の負荷、回転速度等からなる運
   転状態を検出する機関状態検出手段と、上記運転状態に
   応じて燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを
   具備する内燃機関の燃料噴射量制御装置において、 上記内燃機関の運転状態が所定時間内に第１の負荷であ
   る全負荷状態で且つ高回転の第１の運転状態から上記第
   １の負荷で且つ低回転の第２の運転状態に変化したこと
   を検出する状態変化検出手段と、該検出した時点から所
   定時間内は燃料の噴射量を増量する燃料増量噴射制御手
   段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御
   装置。
2. 【請求項２】 上記状態変化検出手段は、負荷が上記第
   １の負荷である全負荷より低い第２の負荷に変化し、所
   定時間内に再度上記第１の負荷に変化することを検出す
   る負荷変化検出手段を備えることを特徴とする請求項１
   記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。