JPH09250377A - アシストエア装置付き内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高負荷時にアシストエアの供給経路内に溜まっ
た燃料が、低負荷状態に移行してアシストエアと共に吹
き出されたときに、空燃比がリッチ化することを回避す
る。 【解決手段】アシストエア通路内への燃料の逆流が発生
する高負荷領域に留まっていた時間に基づいて、アシス
トエア通路内への燃料の滞留量ＴＦＬを推定する。そし
て、前記高負荷領域からアシストエアが流れる低負荷領
域（吹き出し領域）になったときには、噴射毎に燃料噴
射弁による噴射量Ｔｉを所定量ＴＭＲＥＸだけ減量補正
し（Ｓ13）、前記噴射毎の減量補正量の合計が前記滞留
量ＴＦＬに相当するようになった時点で、前記減量補正
を停止させる（Ｓ14，Ｓ15）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアシストエア装置付
き内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、燃料
噴射弁の噴孔近傍に燃料微粒化用のアシストエアを噴出
させるアシストエア装置を備えた機関において、アシス
トエア供給経路内に溜まった燃料が機関に供給されるこ
とによる空燃比のリッチ化を防止するための技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、スロットル弁上流側の吸気通
路から吸入空気の一部をアシストエアとして燃料噴射弁
の噴孔付近に導き、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧
に前記アシストエアを衝突させることで燃料を微粒化
し、これによって燃焼を改善して、燃費や排気性状の向
上を図るアシストエア装置が知られている（特開平５−
１０２２４号公報等参照）。

【０００３】ここで、前記アシストエアの供給は、低温
始動時に特に必要となり、高温アイドル時においてはア
シストエアとして機関に供給される空気量が余分となっ
てしまうため、ワックスバルブ等によって機関温度が所
定温度以下のときにのみアシストエアの供給が行なわれ
るようにしているものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記アシス
トエア装置において、吸気の吹き返し（吸気脈動）によ
って、燃料噴射弁から噴射された燃料がアシストエア通
路内に逆流してしまうことがある。かかる逆流の発生を
防止するには、暖機後であってもアシストエアが常時流
れるようにすれば良いが、スロットル弁の前後差圧を利
用して燃料噴射弁にアシストエアを供給する装置におい
ては、全負荷付近の高負荷運転時には圧力差がなくなっ
てアシストエアを積極的に流すことができなくなるた
め、前記逆流が発生して、アシストエア通路内に燃料が
滞留してしまうことがあった。

【０００５】前記アシストエア通路内に滞留した燃料
は、機関が低負荷運転に移行してアシストエアが流れる
ようになったときに、アシストエアと共に吹き出される
ことになる。このため、全負荷付近から減速時に、前記
滞留燃料が機関に供給されることによって機関吸入混合
気の空燃比がリッチ化し、減速ショックを発生させる惧
れがあった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、高負荷運転時に逆流してアシストエア通路内に滞
留した燃料が、減速による低負荷運転への移行時にアシ
ストエアと共に吹き出すことがあっても、空燃比のリッ
チ化を精度良く回避できるようにすることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明は、図１に示すように構成される。図１におい
て、アシストエア装置は、スロットル弁の前後差圧によ
って燃料微粒化用のアシストエアをアシストエア通路を
介して燃料噴射弁の噴孔近傍に噴出させる装置である。

【０００８】一方、運転領域判別手段は、前記アシスト
エア通路内に燃料が溜まる運転領域と、前記アシストエ
ア通路内に溜まった燃料が吹き出される運転領域とをそ
れぞれに判別する。また、溜まり量推定手段は、運転領
域判別手段によって燃料が溜まる運転領域であることが
判別されているときに、前記アシストエア通路内への燃
料の溜まり量を推定する。

【０００９】そして、噴射量減量手段は、運転領域判別
手段によって燃料が溜まる運転領域を経験後に燃料が吹
き出される運転領域に入ったことが判別されたときに、
前記溜まり量推定手段で推定された溜まり量分だけ、前
記燃料噴射弁による燃料噴射量を減量させる。かかる構
成によると、アシストエア通路内に燃料が逆流して燃料
が溜まる運転領域、即ち、スロットル弁の前後差圧が無
くなりアシストエアを流すことができなくなる領域にな
ると、アシストエア通路に逆流して滞留する燃料量が推
定される。前記アシストエア通路内に滞留した燃料は、
アシストエアの供給が行なわれる運転領域、即ち、スロ
ットル弁の前後差圧が発生しアシストエアが流れる領域
において、アシストエアと共に吹き出され、燃料噴射弁
から噴射される燃料量に余分な燃料として付加されるこ
とになる。そこで、前記推定された分だけ燃料噴射弁の
噴射量を減らして、アシストエア通路内に滞留していた
燃料が機関に供給されることによる空燃比のリッチ化を
回避する。

【００１０】請求項２記載の発明では、前記溜まり量推
定手段が、前記アシストエア通路内に燃料が溜まる運転
領域に留まっていた時間に基づいて、前記溜まり量を推
定する構成とした。かかる構成によると、一般には逆流
が発生する運転領域に留まっている時間が長いほど、多
くの燃料が逆流して滞留するものと推定されるから、時
間経過と共に滞留燃料量が増大するものとして、アシス
トエア通路内へ溜まった燃料量を推定できることにな
る。

【００１１】尚、アシストエア通路の容積等によって前
記滞留燃料量の最大値が決定されることになるから、前
述のようにして推定される燃料量は、前記最大値に相当
するレベルでサチレートすることになる。請求項３記載
の発明では、前記運転領域判別手段が、前記アシストエ
ア通路内に燃料が溜まる運転領域と、溜まった燃料が吹
き出される運転領域とを、機関負荷と機関回転速度とに
基づいてそれぞれに判別する構成とした。

【００１２】かかる構成によると、スロットル弁開度や
基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）等で代表される機
関負荷と回転速度とに基づいて、高負荷状態でアシスト
エア通路内へ燃料が逆流する領域、及び、機関の吸入負
圧の増大によりアシストエアと共に滞留燃料が吹き出さ
れる領域が、それぞれ判別されることになる。請求項４
記載の発明では、前記噴射量減量手段が、前記燃料噴射
弁による１回の噴射毎に、予め設定された燃料量ずつ燃
料噴射量を減量させ、１回の噴射毎の減量の総計により
前記溜まり量推定手段で推定された溜まり量分だけの減
量を行なう構成とした。

【００１３】かかる構成によると、アシストエア通路内
に溜まった燃料が、アシストエアと共に徐々に吹き出さ
れて機関に供給されるのに対応して、燃料噴射弁による
噴射量を精度良く減量させることが可能となる。請求項
５記載の発明では、前記アシストエア装置が、前記アシ
ストエア通路を、最小開口面積を保持しつつ機関温度に
応じて開閉する構成とした。

【００１４】かかる構成によると、例えば暖機後にはア
シストエア通路を閉じて、アイドル時における空気量が
必要以上になることを抑止するが、この場合でも最小開
口面積が保持されることになるから、スロットル弁の前
後差圧が発生する条件下では、アシストエアを常時流す
ことができ、以て、燃料の逆流発生を抑制できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。実施形態のシステム構成を示す図２において、内
燃機関１にはエアクリーナ２から吸気ダクト３，スロッ
トル弁４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入さ
れる。吸気マニホールド５の各ブランチ部には、各気筒
別に燃料噴射弁６が設けられている。

【００１６】この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電さ
れて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁
であって、後述するコントロールユニット12から送られ
る要求燃料量に対応するパルス巾の駆動パルス信号によ
り間欠的に開駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送
されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整
された燃料を機関１に噴射供給する。

【００１７】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。機関１からの排気は、排気マニホールド17，排気ダ
クト18，触媒19，マフラー20を介して排出される。コン
トロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／
Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含んで構成され
るマイクロコンピュータを備え、各種のセンサからの入
力信号を受け、シリンダ吸入空気量に見合った燃料噴射
量を演算して燃料噴射弁６の作動を制御する一方、機関
負荷，回転速度などの運転条件に応じて点火時期ＡＤＶ
を設定し、点火栓７による点火を制御する。

【００１８】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ８が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ９が設けられていて、各気筒における所定ピス
トン位置毎の基準角度信号ＲＥＦと、クランク角１°又
は２°毎の単位角度信号ＰＯＳとをそれぞれに出力す
る。ここで、前記基準角度信号ＲＥＦの周期、或いは、
所定時間内における前記単位角度信号ＰＯＳの発生数を
計測することにより、機関回転速度Ｎｅを算出できる。

【００１９】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ10が設けられている。
更に、前記スロットル弁４の開度ＴＶＯをポテンショメ
ータによって検出するスロットルセンサ11が設けられて
いる。一方、スロットル弁４をバイパスして設けられた
バイパス通路13には、電磁式のアイドル制御弁14が設け
られている。このアイドル制御弁14は、付設された電磁
コイルへの通電がデューティ制御されることによって開
度が調整される開度調整弁であって、コントロールユニ
ット12は所定のアイドル運転時に目標アイドル回転速度
に近づくように前記アイドル制御弁14の開度をフィード
バック制御するアイドル回転制御機能を有している。

【００２０】更に、スロットル弁４の上流側の吸気ダク
ト３から分岐し、スロットル弁４をバイパスして各燃料
噴射弁６の噴孔付近に開口するアシストエア通路15が設
けられており、スロットル弁４の上下流間の圧力差（前
後差圧）によって導かれる空気（以下、アシストエアと
いう。）を、燃料噴射弁６の噴孔付近に噴出させて噴射
燃料と衝突させ、噴射燃料の微粒化を促進させるよう構
成されている。

【００２１】前記アシストエア通路15の途中には、該ア
シストエア通路15を開閉するワックス式開閉弁16が設け
られている。このワックス式開閉弁16には、機関の冷却
水が導かれるようになっており、冷却水に応じたワック
スの熱変形によって、予め設定された基準水温以下では
前記アシストエア通路15を開き、前記基準水温を越える
ときには前記アシストエア通路15を閉じるようになって
いる。但し、基準水温を越え、前記ワックス式開閉弁16
が閉じられたときであっても、予め設定された最小開口
面積が確保されるようになっており、前記前後差圧が確
保される運転条件下では常時アシストエアを供給できる
ようになっている。

【００２２】上記アシストエア通路15，ワックス式開閉
弁16によってアシストエア装置が構成される。尚、ワッ
クス式開閉弁16の代わりに電磁開閉弁を設け、例えばコ
ントロールユニット12が、水温センサ10による冷却水温
度の検出結果等に基づいて前記電磁開閉弁に開閉制御信
号を出力する構成としても良い。

【００２３】ここで、コントロールユニット12は、前記
吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて基本噴
射パルス幅Ｔｐ（Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）を演
算すると共に、前記基本噴射パルス幅Ｔｐを冷却水温度
Ｔｗ等に基づいて補正して、最終的な噴射パルス幅Ｔｉ
を算出し、この噴射パルス幅Ｔｉの駆動パルス信号を、
例えば各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各燃料
噴射弁６に出力する。

【００２４】更に、コントロールユニット12は、アシス
トエア供給経路内に逆流した燃料が機関に供給されるこ
とによる空燃比のリッチ化を防止するために、図３及び
図４のフローチャートに示すようにして噴射パルス幅Ｔ
ｉの補正を行なう。尚、運転領域判別手段，溜まり量推
定手段及び噴射量減量手段としての機能は、前記図３及
び図４のフローチャートに示すように、コントロールユ
ニット12がソフトウェア的に備えている。

【００２５】図３のフローチャートは例えば所定時間毎
に実行されるようになっており、まず、ステップ１（図
中ではＳ１と記してある。以下同様）では、スロットル
弁開度，機関回転速度，冷却水温度などの運転条件を読
み込む。次のステップ２では、吸気脈動の発生によって
燃料噴射弁の噴孔付近の圧力とアシストエア通路15内の
圧力とが逆転して、アシストエア通路15に燃料が逆流し
得る領域として予め設定された運転領域（以下、逆流領
域という）に該当するか否かを判別する。

【００２６】前記逆流領域は、図５に示すように、機関
負荷を代表するスロットル弁開度ＴＶＯと機関回転速度
Ｎｅとによって区分される高負荷側の領域して設定され
ており、機関回転速度Ｎｅが高いときほどより高負荷側
となるようにしてある。尚、前記逆流領域は、機関の吸
入負圧が所定以下の領域に相当する。前記逆流領域内で
あるときには、ステップ３へ進み、前記逆流領域を経験
したことを示すフラグＦに１をセットする。

【００２７】次のステップ４では、前記逆流領域に留ま
っていた時間を計測するために、タイマをカウントアッ
プさせる。上記処理によって、アシストエア通路15側へ
の逆流が発生し得る領域に留まっていた合計時間が、前
記タイマにより計測されることになる。一方、ステップ
２で逆流領域内でないと判別されたときには、ステップ
５へ進み、逆流領域を脱した時点であるか否かを判別す
る。

【００２８】そして、逆流領域の脱出時であるときに
は、ステップ６へ進んで、逆流領域に留まっていたとき
にカウントアップされた前記タイマの値、即ち、逆流領
域に留まっていた時間から、アシストエア通路15内に逆
流して滞留している燃料量ＴＦＬを推定する。具体的に
は、図６に示すように、前記逆流領域に留まっていた時
間が長くなるほど前記滞留燃料量ＴＦＬが多くなってい
ると推定するが、アシストエア通路15の容積等から推定
される最大滞留量で、前記推定される滞留燃料量ＴＦＬ
がサチレートするようにしてある。

【００２９】前記滞留燃料量ＴＦＬは、前記タイマの計
測時間に基づき、噴射弁６の噴射時間に換算されて推定
されるようにしておく。ステップ７では、前記推定され
た滞留燃料量ＴＦＬを、ＲＡＭに格納する。一方、図４
のフローチャートは、１気筒の噴射タイミング毎に実行
され、各気筒毎に同じような処理が行なわれるものとす
る。

【００３０】まず、ステップ11では、スロットル弁の前
後差圧が充分に大きくアシストエアを積極的に流すこと
ができ、アシストエア通路15内に燃料が滞留している場
合にはかかる滞留燃料がアシストエアと共に吹き出され
る領域（以下、吹き出し領域という）であるか否かを判
別する。具体的には、図７に示すように、機関負荷を代
表する基本噴射パルス幅Ｔｐと機関回転速度Ｎｅとによ
って区分される低負荷側の領域として前記吹き出し領域
が予め設定されており、吹き出し領域は、機関の吸入負
圧が所定以上の領域に略相当する。

【００３１】吹き出し領域に該当する場合には、ステッ
プ12へ進み、前記フラグＦの判別を行なうことで、アシ
ストエア通路15に逆流した燃料が溜まる逆流領域を経験
しているか否かを判別する。そして、前記フラグＦに１
がセットされているときには、ステップ13へ進み、噴射
パルス幅Ｔｉを予め設定された補正パルス幅ＴＭＲＥＸ
だけ減少補正し、該減少補正されたパルス幅Ｔｉに基づ
いて燃料噴射弁６が開弁駆動されるようにする。

【００３２】そして、ステップ14では、前述のように噴
射弁６の噴射時間として推定されている滞留燃料量ＴＦ
Ｌから前記補正パルス幅ＴＭＲＥＸだけ減算し、減算後
の値を現在の滞留燃料量ＴＦＬとして更新設定する。ス
テップ15では、前記ステップ14における減算の結果、前
記滞留燃料量ＴＦＬが０以下になったか否かを判別す
る。

【００３３】ステップ15で滞留燃料量ＴＦＬが０以下に
なっていないと判別されたときには、アシストエア通路
15に滞留していた燃料が全て吹き出されていないものと
推定し、フラグＦ等をリセットすることなく、本ルーチ
ンを終了させる。一方、前記滞留燃料量ＴＦＬが０以下
になった場合には、アシストエア通路15に滞留していた
燃料が全て吹き出されたものと判断し、ステップ16へ進
み、前記フラグＦに０をセットすると共に、前記滞留燃
料量ＴＦＬ及びタイマをゼロリセットする。

【００３４】即ち、アシストエア通路15に滞留していた
燃料は、アシストエアの噴出が行なわれても、一度に吹
き出されるものではなく、徐々に吹き出して機関に供給
されることになる。そこで、１回の噴射毎に前記補正パ
ルス幅ＴＭＲＥＸに相当する燃料が滞留燃料の全量のう
ちから機関に供給されるものとして、噴射毎に前記補正
パルス幅ＴＭＲＥＸだけ噴射パルス幅Ｔｉを減少補正す
ることで、滞留燃料から機関に供給される燃料量と、減
少補正されたパルス幅Ｔｉに基づく燃料噴射で噴射され
る燃料量とによって必要燃料量が確保されるようにし
た。そして、滞留燃料量ＴＦＬを噴射毎に前記補正パル
ス幅ＴＭＲＥＸだけ減算していって、滞留燃料量ＴＦＬ
が０以下になったときには、滞留していた燃料が全て吹
き出されて機関に供給されたものと見做して、噴射パル
ス幅Ｔｉの補正を停止させるものである。

【００３５】上記構成によると、高負荷時にアシストエ
ア通路15内に逆流して滞留した燃料が、減速による低負
荷側への移行によって、アシストエアが流れるようにな
ったときに、アシストエアと共に吹き出されても、その
分だけ通常の噴射パルス幅Ｔｉを減少させるから、空燃
比のリッチ化を回避でき、リッチ化による減速ショック
の発生を防止できる。

【００３６】尚、前記補正パルス幅ＴＭＲＥＸ、換言す
れば、１噴射サイクル間でアシストエア通路15から吹き
出されると予測される燃料量は、固定値としても良い
が、機関負荷や回転などの条件、更には、アシストエア
通路の開口面積（開閉状態）などによって１噴射サイク
ル間で吹き出される燃料量が大きく変化する場合には、
前記各種の条件に応じて前記補正パルス幅ＴＭＲＥＸを
変更しても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、アシストエア通路内に燃料が逆流して燃料
が溜まる運転領域から、前記滞留した燃料がアシストエ
アと共に吹き出される運転領域に移行したときに、前記
滞留燃料の吹き出しによる空燃比のリッチ化を回避でき
るという効果がある。

【００３８】請求項２記載の発明によると、アシストエ
ア通路内に逆流して滞留する燃料量を、簡便に推定でき
るという効果がある。請求項３記載の発明によると、機
関負荷と回転速度とに基づいてアシストエア通路内へ燃
料が逆流する運転領域、及び、滞留燃料が吹き出す運転
領域を精度良く判別できるという効果がある。

【００３９】請求項４記載の発明によると、アシストエ
ア通路内から滞留燃料から徐々に吹き出すことに対応し
て、燃料噴射弁による噴射量を高精度に補正できるとい
う効果がある。請求項５記載の発明によると、機関温度
状態による必要空気量の変化に対応してアシストエア量
を制限しつつ、アシストエアを極力流して燃料の逆流発
生を抑制できるという効果かある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の構成を示すブロック図。

【図２】実施形態における内燃機関のシステム構成図。

【図３】アシストエア通路内への燃料の溜まり量を推定
する制御を示すフローチャート。

【図４】溜まり量の推定値に基づく噴射量の補正制御を
示すフローチャート。

【図５】アシストエア通路内への燃料の逆流が発生する
領域を示す線図。

【図６】逆流領域の滞在時間と溜まり量との相関を示す
線図。

【図７】滞留燃料がアシストエアと共に吹き出す領域を
示す線図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ４ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 ８ エアフローメータ ９ クランク角センサ 10 水温センサ 12 コントロールユニット 15 アシストエア通路 16 ワックス式開閉弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットル弁の前後差圧によって燃料微粒
   化用のアシストエアをアシストエア通路を介して燃料噴
   射弁の噴孔近傍に噴出させるアシストエア装置を備えた
   内燃機関において、 前記アシストエア通路内に燃料が溜まる運転領域と、前
   記アシストエア通路内に溜まった燃料が吹き出される運
   転領域とをそれぞれに判別する運転領域判別手段と、 該運転領域判別手段によって燃料が溜まる運転領域であ
   ることが判別されているときに、前記アシストエア通路
   内への燃料の溜まり量を推定する溜まり量推定手段と、 前記運転領域判別手段によって燃料が溜まる運転領域を
   経験後に燃料が吹き出される運転領域に入ったことが判
   別されたときに、前記溜まり量推定手段で推定された溜
   まり量分だけ、前記燃料噴射弁による燃料噴射量を減量
   させる噴射量減量手段と、 を含んで構成されたアシストエア装置付き内燃機関の燃
   料噴射制御装置。
2. 【請求項２】前記溜まり量推定手段が、前記アシストエ
   ア通路内に燃料が溜まる運転領域に留まっていた時間に
   基づいて、前記溜まり量を推定することを特徴とする請
   求項１記載のアシストエア装置付き内燃機関の燃料噴射
   制御装置。
3. 【請求項３】前記運転領域判別手段が、前記アシストエ
   ア通路内に燃料が溜まる運転領域と、溜まった燃料が吹
   き出される運転領域とを、機関負荷と機関回転速度とに
   基づいてそれぞれに判別することを特徴とする請求項２
   記載のアシストエア装置付き内燃機関の燃料噴射制御装
   置。
4. 【請求項４】前記噴射量減量手段が、前記燃料噴射弁に
   よる１回の噴射毎に、予め設定された燃料量ずつ燃料噴
   射量を減量させ、１回の噴射毎の減量の総計により前記
   溜まり量推定手段で推定された溜まり量分だけの減量を
   行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに
   記載のアシストエア装置付き内燃機関の燃料噴射制御装
   置。
5. 【請求項５】前記アシストエア装置が、前記アシストエ
   ア通路を、最小開口面積を保持しつつ機関温度に応じて
   開閉することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つ
   に記載のアシストエア装置付き内燃機関の燃料噴射制御
   装置。