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JP3514049B2 - 直噴式ガソリン内燃機関における燃料噴射制御装置 - Google Patents

直噴式ガソリン内燃機関における燃料噴射制御装置

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Publication number
JP3514049B2
JP3514049B2 JP23913296A JP23913296A JP3514049B2 JP 3514049 B2 JP3514049 B2 JP 3514049B2 JP 23913296 A JP23913296 A JP 23913296A JP 23913296 A JP23913296 A JP 23913296A JP 3514049 B2 JP3514049 B2 JP 3514049B2
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JP
Japan
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limiter
crank angle
angle position
injection
fuel injection
Prior art date
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Application number
JP23913296A
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宏人 西出
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to KR1019970046413A priority patent/KR100245453B1/ko
Priority to US08/926,490 priority patent/US5979400A/en
Priority to DE19739786A priority patent/DE19739786C2/de
Priority to GB9719267A priority patent/GB2317028B/en
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    • F02D2041/389—Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
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    • F02D2200/0402—Engine intake system parameters the parameter being determined by using a model of the engine intake or its components
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直噴式ガソリン内燃
機関における燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、各気
筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた
直噴式ガソリン内燃機関において、前記燃料噴射弁の噴
射期間を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、直噴式ガソリン内燃機関として
は、実開平２−２０７５５号公報，実開平２−２０７５
４号公報等に開示されるようなものがあった。実開平２
−２０７５５号公報のものでは、燃圧と筒内圧との差圧
に基づいて噴射時間を補正し、更に、噴射時間の変動に
より噴射時期を補正する構成となっている。
【０００３】また、実開平２−２０７５４号公報のもの
では、筒内圧から実空気量を求めて噴射量を決定し、更
に、前記噴射量に対応する噴射時間を、燃圧と筒内圧と
の差圧に基づいて補正し、噴射時間の変動に応じて噴射
時期を補正する構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記直噴式
ガソリン内燃機関においては、噴射開始タイミングから
の時間計測によって噴射時間を制御するが、噴射終了の
クランク角位置が大幅に遅れることで、筒内圧が燃圧よ
りも高い時期に噴射制御が行われて、燃料噴射弁におい
て逆流が発生する惧れがあった。
【０００５】例えば、低温始動時には、要求噴射量が多
く、然も、機関駆動式の高圧燃料ポンプを用いる場合に
は始動直後は燃圧が低いため、要求噴射量に対応する噴
射時間が長くなるが、噴射開始後に回転急上昇がある
と、噴射時間及び噴射タイミングは回転上昇前の低い回
転状態に適合しているため、噴射終了のクランク角位置
が圧縮行程の後期にずれ込み、これにより、燃圧よりも
筒内圧が高い状態になっても噴射弁の開制御状態が継続
されることになってしまう惧れがあった。
【０００６】
【０００７】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、噴射時間に基づいて噴射量を制御する構成の直噴
式ガソリン内燃機関において、筒内圧が燃圧よりも高く
なるクランク角位置になっても噴射が継続されて、燃料
噴射弁において逆流が発生してしまうことを未然に防止
できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【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。
【０００９】図１において、燃料噴射弁は、各気筒の燃
焼室内に直接燃料を噴射する構成であり、噴射制御手段
は、燃料噴射弁による燃料噴射時間及び噴射タイミング
を機関運転条件に応じて制御する。
【００１０】一方、リミッタクランク角位置設定手段
は、前記燃料噴射弁による燃料噴射を強制的に中止させ
る圧縮行程中かつ点火前のリミッタクランク角位置を始
動時に機関の温度に応じて設定する手段であって、低温
始動時には暖機後よりも前記リミッタクランク角位置を
早める。リミッタクランク角位置検出手段は、リミッタ
クランク角位置設定手段で設定されたリミッタクランク
角位置を検出する。そして、燃料噴射中止手段は、リミ
ッタクランク角位置検出手段でリミッタクランク角位置
が検出されたときに、該当気筒の燃料噴射弁が噴射中で
あったときに、当該燃料噴射弁による燃料噴射を強制的
に中止させる。
【００１１】かかる構成によると、リミッタクランク角
位置が、クランク角センサ等の検出信号に基づいて検出
されたときに、圧縮行程中の気筒の燃料噴射弁で燃料噴
射が行われていると、当該気筒の燃料噴射弁による燃料
噴射（燃料噴射弁の開制御）を強制的に中止させて、た
とえ噴射時間の経過前であってもそれ以降のクランク角
位置において燃料の噴射を停止させる。
【００１２】ここで、噴射終了クランク角位置が大きく
遅れる可能性が、低温始動時に高くなるから、低温始動
時にリミッタクランク角位置を早め、リミッタクランク
角位置による噴射の中止制御によって筒内圧が燃圧より
も高い状態での噴射制御を確実に回避する一方、暖機後
は、リミッタクランク角位置を比較的遅くして無用に噴
射期間が制限されることを回避する。
【００１３】
【００１４】請求項２記載の発明では、前記リミッタク
ランク角位置設定手段が、リミッタクランク角位置を始
動時に機関の温度に応じて設定すると共に、機関の負荷
及び機関回転速度に応じて前記リミッタクランク角位置
を可変に設定する構成とした。
【００１５】かかる構成によると、機関負荷及び機関回
転速度によって圧縮行程中の筒内圧が変化するから、機
関運転条件の変化による筒内圧変化に対応してリミッタ
クランク角位置を設定できることになる。請求項３記載
の発明では、前記噴射制御手段が、前記燃料噴射弁によ
る噴射開始タイミングを、機関運転条件に応じて、吸気
行程中と圧縮行程中とのいずれか一方に切り換えるよう
構成され、前記リミッタクランク角位置設定手段が、リ
ミッタクランク角位置を始動時に機関の温度に応じて設
定すると共に、噴射開始タイミングが吸気行程中である
か圧縮行程中であるかによってリミッタクランク角位置
を切換え設定する構成とした。
【００１６】噴射開始タイミングを圧縮行程中とする場
合には、リミッタクランク角位置を比較的大きな余裕代
をもって設定すると（リミッタクランク角位置を比較的
早い時期に設定すると）、必要噴射量の確保が難しくな
る惧れがあるが、噴射開始タイミングを吸気行程中とす
る場合には、噴射開始時期が早いから、リミッタクラン
ク角位置を比較的大きな余裕代をもって設定しても噴射
量を確保できるので、噴射開始タイミングに応じてリミ
ッタクランク角位置を切換えることで、噴射量の確保を
図りつつ、噴射タイミング毎に最大限の余裕代でリミッ
タクランク角位置を設定できることになる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、リミッタ
クランク角位置による噴射中止制御の必要性が大きな低
温始動時に、リミッタクランク角位置により有効に噴射
を中止させて、燃料噴射弁における逆流の発生を回避で
きるという効果がある。
【００２０】請求項２記載の発明によると、機関負荷，
機関回転速度による筒内圧の変動に応じて適正なリミッ
タクランク角位置を設定することができ、燃料噴射弁に
よる噴射を適正時期で中止させることができるという効
果がある。請求項３記載の発明によると、噴射開始タイ
ミングの切換えに応じて適正なリミッタクランク角位置
を設定して、噴射量の確保と、噴射の適正な中止制御と
を両立させることができるという効果がある。
【００２１】
【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。図２は、実施形態における直噴式ガソリン内燃機
関のシステム構成を示す図であり、機関１には、エアク
リーナ２を通過した空気が、スロットル弁３で調整さ
れ、吸気弁４を介してシリンダ内に吸引されるようにな
っている。
【００２２】各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る電磁式の燃料噴射弁５がそれぞれに設けられ、該燃料
噴射弁５から噴射された燃料によってシリンダ内に混合
気が形成される。シリンダ内の混合気は、点火プラグ６
による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気
弁７を介して排出され、触媒８で浄化されて大気中に放
出される。
【００２３】前記燃料噴射弁５には、図３に示すような
燃料供給系によって燃料が供給される。図３において、
燃料タンク21内の燃料は、電動式の低圧燃料ポンプ22に
よって吸引され、燃料フィルター23を介して、機関駆動
される高圧燃料ポンプ24に供給される。
【００２４】前記高圧燃料ポンプ24から圧送される高圧
の燃料は、アキュムレータ25が介装された燃料配管26を
介して燃料ギャラリー27に送られ、該燃料ギャラリー27
に取付けられた各燃料噴射弁５に供給される。燃料ギャ
ラリー27の下流側には、アキュムレータ28を介して高圧
プレッシャレギュレータ29が接続されており、該高圧プ
レッシャレギュレータ29により燃料噴射弁５に供給され
る燃料の圧力が所定の高圧に調整される。
【００２５】前記高圧プレッシャレギュレータ29からの
余剰燃料は、低圧プレッシャレギュレータ30に送られる
ようになっており、更に、前記高圧燃料ポンプ24の上流
側と、前記低圧プレッシャレギュレータ30の上流側とが
連通管31を介して連通されている。これにより、高圧プ
レッシャレギュレータ29の余剰燃料系と、低圧燃料ポン
プ22から高圧燃料ポンプ24への供給系が、前記低圧プレ
ッシャレギュレータ30における設定圧に調整されるよう
になっている。
【００２６】前記低圧プレッシャレギュレータ30からの
余剰燃料は、リターン配管31を介して燃料タンク21に戻
される。また、前記高圧燃料ポンプ24の下流側と、高圧
プレッシャレギュレータ29と低圧プレッシャレギュレー
タ30との間とを、安全弁32を介して連通させる連通管33
が設けられており、該安全弁を32を開くことで、異常な
高圧をリリーフできるようにしてある。
【００２７】上記のような構成によって燃料が供給され
る前記燃料噴射弁５は、マイクロコンピュータを内蔵し
たコントロールユニット10（噴射制御手段）からの噴射
パルス信号によって通電制御されるようになっており、
前記コントロールユニット10には、前記噴射パルス信号
のパルス幅（噴射時間）及び出力タイミング（噴射開始
タイミング）を決定するために、各種センサからの信号
が入力される。
【００２８】前記各種センサとしては、機関１の吸入空
気流量Ｑを検出するエアフローメータ11、単位クランク
角毎に検出信号を出力するポジションセンサ12、各気筒
の基準クランク角位置毎に検出信号を出力するリファレ
ンスセンサ13、前記リファレンスセンサ13からのリファ
レンス信号間で次のリファレンス信号の気筒を示す数の
フェーズ信号を出力するフェーズセンサ14、排気中の酸
素濃度に感応して燃焼混合気の空燃比を検出する空燃比
センサ15，前記スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出する
スロットルセンサ16、前記高圧燃料ポンプ24の下流側で
燃料噴射弁５に供給される燃料の圧力を検出する燃圧セ
ンサ17、機関１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ
18等が設けられている。
【００２９】ここで、前記リファレンスセンサ13からの
リファレンス信号の発生周期、又は、前記ポジションセ
ンサ12からのポジション信号の所定時間内の発生数を計
測することで、機関回転速度Ｎｅを求めることができ
る。また、本実施例では、水温センサ18で検出される水
温を、機関温度を代表する値として用いるものとする。
【００３０】前記コントロールユニット10は、水温，機
関負荷，機関回転速度などの情報に基づいて、噴射開始
タイミング及び噴射時間（噴射パルス幅）を決定する。
尚、機関負荷を、シリンダ吸入空気量（＝Ｑ／Ｎｅ）で
代表させるものとするが、シリンダ吸入空気量に比例し
て設定される基本噴射パルス幅を、機関負荷を代表する
パラメータとして用いても良い。
【００３１】ここで、吸気行程中に燃料を噴射させるこ
とで燃料を拡散させ、シリンダ内に均質の混合気を形成
させて均質燃焼を行わせるモードと、圧縮行程中に噴射
を行わせることで、層状給気を行って点火栓６の周囲に
濃い混合気を形成させ、成層燃焼を行わせるモードとが
切換え設定されるようになっており、例えば低水温時や
高水温時には均質燃焼モードが選択されるようになって
いる。
【００３２】また、前記燃圧センサ17で検出される燃圧
に基づいて前記噴射時間を修正するフィードバック制御
を行う構成となっている。図４及び図５のフローチャー
トは、前記コントロールユニット10による噴射制御の流
れを示すものである。図４のフローチャートにおいて、
まず、Ｓ１では、機関回転速度Ｎｅ，負荷，水温Ｔｗな
どの各種検出結果を読み込む。
【００３３】そして、Ｓ２では、噴射時間（噴射パルス
幅）及び噴射タイミングの演算を行う。更に、Ｓ３（リ
ミッタクランク角位置設定手段）では、噴射を強制的に
中止させるクランク角位置（以下、リミッタクランク角
位置という）の演算を行う。上記の噴射の強制的な中止
とは、リミッタクランク角位置になった時点で噴射中で
あった場合に、たとえ所要の噴射時間が経過する前であ
っても、その時点で燃料噴射弁５の開駆動を停止させ、
次回の噴射タイミングになるまで、噴射を行わせないこ
とを意味するものとする。
【００３４】ここで、前記リミッタクランク角位置は、
圧縮行程中かつ点火前に設定され、前記リミッタクラン
ク角位置に越えて噴射が継続されることを回避すること
で、筒内圧が燃圧よりも高い状態での燃料噴射弁の開駆
動により、燃料噴射弁で逆流が発生することを未然に防
止するものである。即ち、圧縮行程中は、徐々に筒内圧
が高くなり、筒内圧が燃圧よりも高くなる前に噴射が終
了すれば良いが、噴射終了が遅れて、筒内圧が燃圧より
も高い時期にまで噴射終了がずれ込むと、開制御されて
いる燃料噴射弁において逆流が発生する惧れがある。そ
こで、筒内圧が燃圧よりも高くなる前に強制的に燃料噴
射を終了させるべく、前記リミッタクランク角位置によ
って最も遅い噴射終了時期を規定するものである。従っ
て、前記リミッタクランク角位置は、筒内圧が燃圧を越
える前に設定されるようにする。
【００３５】前記リミッタクランク角位置は、リファレ
ンス信号を基準とするポジション信号のカウント数＃Ｆ
ＬＩＭＣＡとして与えられるものとし、後述するよう
に、始動において水温に応じて可変に設定される。
【００３６】図５のフローチャートは、前記リミッタク
ランク角位置に基づく噴射中止制御を示すものであり、
Ｓ11ではリファレンス信号を基準とするポジション信号
のカウントを行う。そして、Ｓ12では、前記カウント数
が噴射開始タイミングに相当する値になっているか否か
を判別し、噴射開始タイミングが検出された時点でＳ13
へ進み、燃料噴射を開始させる（燃料噴射弁への通電を
開始させる）。
【００３７】Ｓ14では、実際の噴射時間が演算値に一致
しているか否かを判別し、噴射時間が経過していれば、
Ｓ15へ進んで噴射を終了させる（燃料噴射弁への通電を
遮断する）。また、Ｓ16（リミッタクランク角位置検出
手段）では、前記ポジション信号のカウント数が、前記
リミッタクランク角位置に相当する値＃ＦＬＩＭＣＡ以
上になっているか否かを判別することで、前記リミッタ
クランク角位置の検出を行う。
【００３８】前記リミッタクランク角位置になっている
場合には、Ｓ17へ進み、前記リミッタクランク角位置に
なっている気筒の燃料噴射弁において噴射中であるか否
かを判別させ、噴射中であれば、Ｓ18（燃料噴射中止手
段）へ進み、当該燃料噴射弁への通電を強制的に中止さ
せ、噴射を強制的に終了させる。これにより、実際の噴
射時間が演算値になる前に、前記リミッタクランク角位
置になった場合には、所要の燃料量を噴射させることな
く、噴射を中止させることになるが、前記リミッタクラ
ンク角位置を越えて噴射（噴射弁への通電）が継続され
ることによって、筒内圧が燃圧よりも高くなって、逆流
が発生することを回避できるものである。
【００３９】
【００４０】
【００４１】前記Ｓ３におけるリミッタクランク角位置
は、始動時に水温センサ18で検出される水温に応じて可
変に設定される。
【００４２】即ち、噴射終了クランク角位置が大きく遅
れる可能性が低温始動時に高くなるから、低温始動時に
リミッタクランク角位置を早め、リミッタクランク角位
置による噴射の中止制御によって筒内圧が燃圧よりも高
い状態での噴射制御を確実に回避する一方、暖機後は、
リミッタクランク角位置を比較的遅くして無用に噴射期
間が制限されることを回避できるようにする。
【００４３】尚、前記Ｓ３におけるリミッタクランク角
位置の演算を、始動時に水温に応じて行わせると共に、
筒内圧に相関する機関負荷及び機関回転速度に応じて行
わせ、運転条件の違いによる筒内圧の変化に応じてリミ
ッタクランク角位置を変更する構成としても良い。即
ち、筒内圧が高くなる運転条件ではリミッタクランク角
位置を早め、筒内圧が低くなる運転条件ではリミッタク
ランク角位置を遅くすれば良い。
【００４４】また、噴射開始タイミングを、機関運転条
件に応じて吸気行程中と圧縮行程中とのいずれか一方に
切り換えるよう構成される場合には、始動時に水温に応
じてリミッタクランク角位置の演算を行わせると共に、
噴射開始タイミングが吸気行程中であるか圧縮行程中で
あるかによってリミッタクランク角位置を切換え設定す
ると良い。噴射開始タイミングを圧縮行程中とする場合
（成層燃焼モード）には、リミッタクランク角位置を比
較的大きな余裕代をもって設定すると（リミッタクラン
ク角位置を比較的早い時期に設定すると）、必要噴射量
の確保が難しくなる惧れがあるが、噴射開始タイミング
を吸気行程中とする場合（均質燃焼モード）には、噴射
開始時期が早いから、リミッタクランク角位置を比較的
大きな余裕代をもって設定しても噴射量を確保できる。
【００４５】そこで、噴射開始タイミングを圧縮行程中
とする場合には、噴射量の確保を図りつつ、筒内圧が燃
圧を大幅に上回る状態での噴射を回避できるように、筒
内圧が比較的高いクランク角位置をリミッタクランク角
位置とする。一方、噴射開始タイミングを吸気行程中と
する場合には、筒内圧が燃圧よりも高い状態での噴射を
確実に回避すべく、筒内圧が比較的低いクランク角位置
をリミッタクランク角位置として設定する。
【００４６】尚、水温に応じて噴射開始タイミングの切
換え設定が行われる場合には、水温に応じてリミッタク
ランク角位置を切換え設定させることで、結果的に、噴
射開始タイミングに応じたリミッタクランク角位置の設
定を行わせる構成としても良く（図６参照）、同様に、
機関負荷，機関回転に応じて噴射開始タイミングが切換
えられる場合には、機関負荷，機関回転に応じてリミッ
タクランク角位置を切換え設定させることで、結果的
に、噴射開始タイミングに応じたリミッタクランク角位
置の設定を行わせる構成としても良い。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明にかかる燃料噴射制御装置
の基本構成ブロック図。
【図２】実施形態における内燃機関の噴射制御系を示す
システム構成図。
【図３】実施形態における内燃機関の燃料供給系を示す
システム構成図。
【図４】実施形態における噴射制御パラメータの演算処
理を示すフローチャート。
【図５】実施形態における噴射処理を示すフローチャー
ト。
【図６】水温とリミッタクランク角位置との相関を示す
線図。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ３ スロットル弁 ４ 吸気弁 ５ 燃料噴射弁 ６ 点火栓 ７ 排気弁 10 コントロールユニット 11 エアフローメータ 12 ポジションセンサ 13 リファレンスセンサ 14 フェーズセンサ 17 燃圧センサ 18 水温センサ 22 低圧燃料ポンプ 24 高圧燃料ポンプ 29 高圧プレッシャレギュレータ 30 低圧プレッシャレギュレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｓ Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ａ 69/28 69/00 ３２０Ｋ 69/46 ３８０Ｆ (56)参考文献 特開 平10−9032（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95770（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−291447（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−312401（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−166039（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−20754（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−20755（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/02 325 F02D 41/04 330 F02D 41/32 F02D 41/34 F02D 45/00 362 F02D 45/00 368 F02M 51/00 F02M 69/28 F02M 69/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃
    料噴射弁と、 該燃料噴射弁による燃料噴射時間及び噴射タイミングを
    機関運転条件に応じて制御する噴射制御手段と、 前記燃料噴射弁による燃料噴射を強制的に中止させる圧
    縮行程中かつ点火前のリミッタクランク角位置を始動時
    に機関の温度に応じて設定する手段であって、低温始動
    時には暖機後よりも前記リミッタクランク角位置を早め
    るリミッタクランク角位置設定手段と、 該リミッタクランク角位置設定手段で設定されたリミッ
    タクランク角位置を検出するリミッタクランク角位置検
    出手段と、 該リミッタクランク角位置検出手段でリミッタクランク
    角位置が検出されたときに、該当気筒の燃料噴射弁が噴
    射中であったときに、当該燃料噴射弁による燃料噴射を
    強制的に中止させる燃料噴射中止手段と、 を含んで構成されることを特徴とする直噴式ガソリン内
    燃機関における燃料噴射制御装置。
  2. 【請求項２】前記リミッタクランク角位置設定手段が、
    リミッタクランク角位置を始動時に機関の温度に応じて
    設定すると共に、機関の負荷及び機関回転速度に応じて
    前記リミッタクランク角位置を可変に設定することを特
    徴とする請求項１記載の直噴式ガソリン内燃機関におけ
    る燃料噴射制御装置。
  3. 【請求項３】前記噴射制御手段が、前記燃料噴射弁によ
    る噴射開始タイミングを、機関運転条件に応じて吸気行
    程中と圧縮行程中とのいずれか一方に切り換えるよう構
    成され、 前記リミッタクランク角位置設定手段が、リミッタクラ
    ンク角位置を始動時に機関の温度に応じて設定すると共
    に、噴射開始タイミングが吸気行程中であるか圧縮行程
    中であるかによってリミッタクランク角位置を切換え設
    定することを特徴とする請求項１又は２記載の直噴式ガ
    ソリン内燃機関における燃料噴射制御装置。
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