JP3202571B2

JP3202571B2 - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP3202571B2
Application number: JP00030596A
Authority: JP
Inventors: 義幸吉田; 伸夫栗原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-01-05
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-01-05
Also published as: DE19700104A1; DE19700104B4; JPH09189248A; US5771858A

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、吸気管内に設置した
ガス流動制御弁を備えた筒内噴射エンジンの制御装置に
おいて、シリンダ内に吸入された空気に旋回流を生成す
るため、前記吸気管の前記ガス流動制御弁の上流側から
下流側まで当該ガス流動制御弁を迂回して前記吸気管に
設置した副空気通路と、アクセルペダルの操作量が少な
い領域では、前記ガス流動制御弁の開度を略全閉状態に
制御し、アクセルペダルの操作量が前記少ない領域を越
えた領域では、前記ガス流動制御弁の開度をアクセルペ
ダルの操作量に応じて制御するガス流動制御弁手段を設
け、前記副空気通路による旋回流の生成を制御する機能
と、スロットル弁としての機能の双方が、前記ガス流動
制御弁により与え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の
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.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/38 Ｆ０２Ｄ 41/38 (56)参考文献特開平５−79386（ＪＰ，Ａ) 特開平８−312358（ＪＰ，Ａ) 特開平７−133752（ＪＰ，Ａ) 実開平２−105540（ＪＰ，Ｕ) 実開平７−25232（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14 F02B 31/00 F02D 41/04 F02D 41/38 F02D 9/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンのシリンダに取付けた燃料噴射
弁と、吸気管内に設置したガス流動制御弁を備えた筒内
噴射エンジンの制御装置において、シリンダ内に吸入された空気に旋回流を生成するため、
前記吸気管の前記ガス流動制御弁の上流側から下流側ま
で当該ガス流動制御弁を迂回して前記吸気管に設置した
副空気通路と、アクセルペダルの操作量が少ない領域では、前記ガス流
動制御弁の開度を略全閉状態に制御し、アクセルペダル
の操作量が前記少ない領域を越えた領域では、前記ガス
流動制御弁の開度をアクセルペダルの操作量に応じて制
御するガス流動制御弁手段を設け、前記副空気通路による旋回流の生成を制御する機能と、
スロットル弁としての機能の双方が、前記ガス流動制御
弁により与え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。
【請求項２】請求項１の発明において、前記ガス流動制御弁手段が電子的な制御方式で構成され
ていることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項３】請求項１の発明において、前記ガス流動制御弁手段が機械的な制御機構で構成され
ていることを特徴とするエンジン制御装置。