JP3395583B2 - 筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents
筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料制御装置Info
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Description
の火花点火内燃機関の改良に関する。
あるように、圧縮行程の後半で燃料を直接的に気筒内に
噴射し、点火時に点火栓の近傍に可燃混合気層を形成
し、いわゆる成層燃焼により、全体的には超希薄混合気
でありながら、安定した燃焼を行い、燃費や排気組成を
大幅に改善した内燃機関が知られている。
など高出力を発生させるため、燃料の噴射時期を吸気行
程に移し、燃料と空気を予め混合しておき、理論空燃比
付近での均質燃焼を行うようになっている。
るとき、成層燃焼からいきなり理論空燃比での均質燃焼
に移行させるのではなく、成層燃焼よりは空燃比として
は濃いが希薄混合気を用いての均質希薄燃焼領域を間に
介在させ、出力トルクに急激な段差が発生しないように
している。
射時期を吸気行程と圧縮行程に分け、その噴射量の分担
比率を機関負荷に応じて変化させ、切換時の燃焼安定性
を保っている。
は超希薄混合気による燃焼のため燃焼時に発生するNO
xの絶対量は少ないが、三元触媒によりNOxを還元で
きないため、発生量そのものを減少させるべく排気還流
を行っている。
合気層を形成するので、比較的大量の排気還流を行って
も、燃焼の安定性が損なわれることはないが、成層燃焼
ではない均質希薄燃焼時には、燃料と空気は予混合状態
にあるため、排気還流による燃焼への影響が大きく、燃
焼の安定性が悪化する。
停止しているが、この停止時に排気還流制御弁を全閉に
しても、直ちに排気還流が遮断されるわけではなく、吸
気系に残存する還流排気があり、このため切換途中にお
いて残留排気の影響で燃焼が不安定化しやすいという問
題があった。
ける燃料の2回噴射はそれなりの効果はあるものの、従
来のように、切換時の機関負荷に応じてのみ燃料噴射の
分担率を調整し、とくに吸気行程での噴射量の分担率を
大きくしているものでは、混合気の均質化(予混合化)
の度合いが高く、この場合には残留排気による燃焼の悪
化が避けられない。
程との2回に分けて燃料噴射を行う希薄燃焼への切換時
に、吸気系に残留する排気量に対応して吸気行程での燃
料噴射担率を制限し、燃焼安定性を向上させることを目
的とする。
直接燃料を噴射し、この燃料の噴射時期を圧縮行程に設
定することで成層燃焼を行い、吸気行程に設定すること
で均質燃焼を行うと共に、成層燃焼から均質燃焼への切
換時には吸気行程と圧縮行程の2回に分けて燃料を噴射
して希薄燃焼を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関に
おいて、排気の一部を吸気中に還流する排気還流手段
と、この排気還流を成層燃焼から前記希薄燃焼への切換
に伴い遮断する手段と、排気還流の遮断時に吸気系に残
存する還流排気の残留量を計測する手段と、前記希薄燃
焼での吸気行程と圧縮行程での燃料噴射の分担率を前記
還流排気の残留量に応じて補正する手段とを備える。
補正手段は吸気行程よりも圧縮行程での燃料噴射の分担
率の大きい領域を還流排気の残留量に応じて変化させ
る。
いて、前記補正手段は吸気行程よりも圧縮行程での燃料
噴射の分担率が大きい領域をそのときの空燃比に応じて
変化させる。
前記残留量計測手段は還流排気の残留量を還流排気遮断
時の吸入空気量に応じて推定する。
残留量計測手段は還流排気遮断時の推定残留量を基にし
てエンジン回転数と負荷に応じて所定の時間毎の残留量
を推定する。
ら均質燃焼への移行過程で、燃料の噴射が2回に分割さ
れる希薄燃焼域に入るが、このとき排気還流が停止され
ても、しばらくは還流排気の一部が吸気系に残留する。
しかし、この希薄燃焼域では、燃料が吸気行程で噴射さ
れる割合よりも、圧縮行程で噴射される割合の方が大き
くなるようにその分担率が補正され、このため、残留量
の大きい切換初期にあっては、吸気行程で噴射された拡
散燃料を一部に含むものの、圧縮行程で噴射された燃料
により点火栓近傍に可燃混合気層が維持され、成層燃焼
する。このため還流排気が残留しても安定した燃焼特性
が維持され、良好な運転特性が保てる。
ときほど圧縮行程での分担率が高まり、実質的な成層燃
焼により、燃焼の悪化を確実に防止できる。
の運転状態によって決まる空燃比(当量比)に対応し、
空燃比の小さい領域ほど圧縮行程での分担率を高め、燃
焼安定性を向上させられる。
時の吸入空気量に依存し、したがってこれに応じて燃料
分担率を補正することで、高い燃焼安定性を保つことが
できる。
還流排気の残留量が把握され、これに応じて燃料分担率
を補正することで、実際の残留量に対応して燃焼安定性
を高められる。
づいて説明する。
1はエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路であ
る。ピストン4の頂面にはキャビティ5が形成され、こ
のキャビティ5に向けて燃料噴射弁6から燃料が直接的
に噴射される。点火栓8を設けた燃焼室7には吸気バル
ブ9を介して吸気通路2からの吸気が導入され、燃焼ガ
スが排気バルブ10を介して排気通路3へと流れる。な
お、吸気バルブ9と排気バルブ10は各気筒についてそ
れぞれ2つづつ配置される。
トロールバルブ11が配設され、後述する成層燃焼時に
一方の吸気バルブ9から吸気を導入し、燃焼室内にスワ
ールを生起する。
通路2に還流するため、排気還流通路13が設けられ、
スロットルバルブ14の下流に接続する。排気還流通路
13には排気還流制御弁15が設けられ、コンロールユ
ニット20からの制御信号に応じて運転状態に応じて排
気還流を制御する。16は触媒である。
6の燃料噴射を制御し、また排気還流制御弁15と共に
スワールコントロールバルブ11の開度も制御する。
エアフローメータ21からの吸入空気量信号、アクセル
開度センサ22からのアクセル開度信号、クランク角セ
ンサ23からの回転数信号、スロットル開度センサ24
からのスロットルバルブ開度信号などが入力し、これら
に基づいて上記した各制御を実行する。
と、前記燃料噴射弁6は、図3にもあるとおり、機関低
負荷域などにおいて燃料を圧縮行程の後半に噴射し、こ
れにより圧縮上死点付近において、点火栓8の近傍のキ
ャビティ5に可燃混合気層を形成し、点火栓8による点
火に伴い燃料を成層燃焼させ、全体としてはA/F=4
0を越える空燃比による超希薄燃焼を行う。また、機関
の高負荷域では燃料を吸気行程で噴射し、燃料と空気の
混合を早め、燃焼室7の全域を均質的な混合気で満た
し、理論空燃比付近の混合気による均質燃焼を行う。さ
らに成層燃焼域と均質燃焼域との間の中間負荷域におい
て、成層燃焼よりも空燃比としては濃いが、理論空燃比
よりは薄い希薄燃焼を行い、この希薄燃焼時には吸気行
程と圧縮行程の2回に分けて燃料を噴射する。
での均質燃焼域で行い、そのときの排気還流率は成層燃
焼域の方が均質燃焼域よりも大きく設定され、さらに中
間の希薄燃焼域では燃焼の不安定化を防止するため排気
還流は停止される。
と切換える際に、排気還流が遮断されるにもかかわら
ず、吸気中に残留する還流排気により、希薄燃焼の安定
性が損なわれるのを防止するために、吸気行程と圧縮行
程の2回に分けて噴射する燃料の噴射割合を残留排気量
に応じて制御するようになっている。
実質的に混合気の成層化をはかり、残留排気による燃焼
の悪化を阻止する。圧縮行程でのみ燃料噴射を行う通常
の成層燃焼では、中間負荷域での希薄燃焼時の空燃比は
濃すぎ、点火栓8の近傍では過剰に濃い空燃比により、
かえって燃焼が悪化する。そこで、一部の燃料を吸気行
程で噴射して燃料を拡散しておき、ここに圧縮行程の後
半で適量の燃料を噴射することにより、点火栓近傍の空
燃比がほどよく可燃混合気層を形成するようし、全体と
しては超希薄混合気と理論混合気との中間の希薄混合気
についても、安定して燃焼させるようにしている。
ャートにしたがってさらに詳しく説明する。
クセル開度、エンジン回転数などを読み込み、これらに
基づいてステップ2で成層燃焼から均質燃焼への切換制
御(当量比対応制御)が許可されているかどうか判断す
る。図3、図9にも示すように、運転状態に応じて要求
される当量比(空気過剰率の逆数で、当量比が1よりも
大きいときは理論空燃比よりも濃いし、小さいときは薄
くなる)が変わり、この当量比に応じて成層燃焼、均質
希薄燃焼、均質燃焼が切換わる。
可が判断されると、ステップ3ではアクセル開度などに
基づいて要求トルクを、またステップ4では目標空気量
と当量比をそれぞれ算出する。ステップ5ではそのとき
の実際の空気量と当量比とを求める。
制御が終了したかどうか判断し、終了していないときは
ステップ7に移行する。
に基づいて決まり、当量比が完全に均質燃焼の当量比に
なるまでの間は希薄燃焼を行う。
量比に基づいて、燃料噴射を2回に分けて行うことが許
可されているかどうかを判断する。つまり、アクセル開
度などに応じて要求される空燃比(当量比)が変化し、
負荷が増大すると、要求空燃比が濃くなっていき、成層
燃焼から均質燃焼へと移行するが、この過程の中間負荷
域での空燃比では燃料噴射が2回に分けられ、希薄燃焼
を行う。
プ8に進み、還流排気の残留量を演算により求める。つ
まり、成層燃焼から均質燃焼への切換が許可された時点
において排気還流が停止されるが、吸気系には残留排気
が存在し、これが時間遅れをもって燃焼室7に吸入され
ていく。なお、排気還流は当量比が理論空燃比での均質
燃焼に入ると再び再開される。
て求められる。
が判定されたときの吸入空気量を検出し、ステップ2で
この吸入空気量に基づいて、図6のようなマップから、
排気の残留量を求める。この場合、最初の残留量はその
ときの吸入空気量にほぼ比例し、吸入空気量が小さいと
きほど大きくなる。
て求めることもできる。
じようにして、最初に2回噴射が判定されたときの吸入
空気量から残留する排気還流量求め、ステップ3でエン
ジン回転数とスロットル開度を読み込み、ステップ4で
は、図8に示すようなマップから、所定の時間毎の残留
量を算出する。
し、そのときのエンジン回転数、スロットル開度などに
より算出できるが、最初の吸入空気量が小さいほど、残
留量が多くかつ減衰時間は長くなる。
じて、吸気行程と圧縮行程での噴射量の分担率が補正さ
れる。燃料噴射量の分担率は、図9にaで示すように、
基本的には混合気の当量比に応じて決まり、成層燃焼の
当量比が小さく(混合気の薄い)圧縮行程のみでの噴射
から、当量比が大きく(混合気が濃く)吸気行程だけで
噴射する均質燃焼との間においては、当量比が大きくな
るにしたがって吸気行程での噴射分担率が比例的に増加
していく。
燃料噴射の分担率をそのままとすると、とくに均質燃焼
の性質が強まる吸気行程での分担率が大きい領域で、燃
焼が著しく悪化する。
安定燃焼するための吸気行程分担率が小さくなること示
している。つまり、残留量が大きいときは、吸気行程で
の噴射割合をそれだけ小さくする必要がある。
保できる当量比の関係を示すものであるが、残留量が大
きくなるほど安定燃焼を維持するのに必要な当量比は大
きくなる。
示すように、当量比が徐々に大きくなって、吸気行程で
の分担率が50%に達したならば、そのときの還流排気
の残留量との関係で、安定度が確保できる当量比まで、
その分担率が50%を維持したまま当量比の大きい側に
移行させるように補正する。排気の残留量が小さけれ
ば、分担率50%を維持する領域が狭くなり、大きけれ
ば領域が比例的に広がり、より当量比の大きい方まで分
担率50%の領域が拡大される。このようにして、排気
の残留量に応じて2回噴射時の圧縮行程での分担率が、
安定燃焼の可能な成層燃焼を確保できる範囲に維持され
る。
気還流時の安定限界を示すものであり、必ずしも分担率
50%に限定されるわけではない。また、このように安
定限界での分担率を維持したまま当量比の大きい側へ移
行させるので、当量比を大きくしても点火栓近傍の混合
気が過濃となることを防止できる。
担率に基づいて、吸気行程と圧縮行程での燃料噴射量
と、燃料噴射時期が計算される。また、同時にその当量
比にするための必要なスロットル開度が算出される。
グとパルス幅をもって燃料噴射弁が駆動され、かつスロ
ットル開度が補正されるのである。
定されないときは、成層燃焼または均質燃焼での1回噴
射であり、ステップ11に移行して、成層燃焼と均質燃
焼のそれぞれに応じて、必要な燃料噴射量、噴射時期、
スロットル開度が演算された上、ステップ12に進んで
燃料噴射弁とスロットル開度の制御が行われる。
について図12を参照しながら説明する。
さい運転状態では、超希薄混合気での成層燃焼域とな
り、燃料噴射時期が圧縮行程の後半となり、点火栓近傍
に可燃混合気層を形成しての成層燃焼を行う。
排気還流が行われ、吸気中に混入した排気によりNOx
の発生を抑制する。成層燃焼では点火栓8の近傍に燃料
が集中し、超希薄混合気であっても排気還流により燃焼
の安定が損なわれることはない。
と、成層燃焼域から理論空燃比の混合気での均質燃焼域
へと移行するが、この移行過程において均質希薄燃焼域
を通過する。この均質希薄燃焼域では、空燃比は成層燃
焼よりは濃いが、燃焼の安定性を保つために排気還流を
停止する。
じられるが、吸気中に残留する還流排気のため、燃焼室
内の還流排気量は直ちにはゼロにはならず、そのときの
運転条件に応じて徐々に減少していく。このように実質
的に排気還流されている状態で、均質希薄燃焼に移行す
ると、燃焼の安定性が著しく損なわれてしまう。
圧縮行程の2回に分けて行われるが、吸気行程での噴射
割合が多くなると、燃料の予混合割合が多くなり、点火
栓近傍に安定して着火する可燃混合気層を形成するのが
難しくなる。つまり、吸気行程での噴射割合が多いとき
は均質燃焼に近づき、全体の空燃比としては希薄混合気
であるため、還流排気の存在により燃焼が不安定になる
のである。
のときの運転状態に応じて決まる還流排気の残留量を演
算し、この残留量が多いときほど、圧縮行程での燃料分
担率が大きい時間が長くなるように補正する。
化しやすいときは、吸気行程の噴射割合が小さく、圧縮
行程での噴射により、点火栓近傍に可燃混合気層を維持
形成しやする。これにより、残留排気が存在する間は、
実質的に成層燃焼を維持して燃焼の安定性を確保する。
つまり、燃焼安定性が保てる当量比までそのまま待つの
である。そして当量比(機関負荷)が大きくなり、排気
の残留があっても安定性が確保されるときは、分担率5
0%を越えて吸気行程での噴射割合を増やしていき、つ
いには2回噴射から吸気行程だけの1回噴射に移行し、
理論空燃比による均質予混合燃焼に入る。
での安定性を吸気行程の噴射分担率を制限すことにより
確保し、成層燃焼域からの運転のつながり特性を良好に
維持する。
を開き、所定の排気還流を行い、NOxの発生を減少さ
せる。なお、この理論空燃比での均質予混合燃焼では、
排気還流を行っても燃焼の悪化の影響は小さく、ただし
機関高出力の確保を優先する意味から、排気還流率は成
層燃焼に比較して小さく設定している。
噴射の分担率であるが、上記の補正方法では、成層燃焼
から2回噴射の希薄燃焼への移行時に、吸気行程での燃
料噴射の分担率50%に達したときに、そのときの残留
排気量にもよるが、安定性が確保できる当量比まで、そ
のまま分担率50%を維持することで、実質的な成層燃
焼を可能とし、燃焼安定性を維持している。この場合、
吸気行程噴射の分担率が50%から高くなり始める領域
は、一点鎖線で示すように、それぞれそのときの排気の
残留量に応じて変化し、上記したとおり、残留量が多い
ときほど分担率50%の領域が長くなる。
うに、最初に2回噴射が行われたときに算出するだけで
なく、その後も一定時間毎に残留量を算出しているとき
は、そのときどきの残留量に応じて、燃料噴射の分担率
の補正を行うことができ、この場合にはさらに正確に還
流排気の残留量に対応した制御が行え、燃費も改善でき
る。
が緩やかに行われると、2回噴射の希薄燃焼が維持され
る期間が長くなり、分担率50%となる当量比に達する
までの間に排気の残留量がゼロになってしまうこともあ
る。分担率50%の領域を維持する上記した補正方法で
は、このようなときには補正が行われなくなる。
も示すように、吸気行程での噴射分担率50%となる前
の、他えば10%、20%、30%、40%などのとき
に、当量比にかかわらず同一の分担率を維持するように
してもよい。
係で、排気の残留量が大きいときほど吸気行程の分担率
が低く維持されることになる。
に基づいて燃焼の安定性が確保できるように当量比との
関係で、分担率を補正するならば、あらゆるものが本発
明の範囲に含まれる。
量の検出を2回噴射許可判定後、一定時間毎に行い、そ
の都度分担率の補正を行うようにしているが、2回噴射
の許可判定時に最初に求めた残留量と、そのときの運転
条件(エンジン回転数、スロットル開度など)によって
決まる残留排気の減少特性を推定し、これに基づいて分
担率の補正を行うこともできる。
ある。
である。
である。
ートである。
界の関係を示す説明図である。
関係を示す説明図である。
を示す説明図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】気筒内に直接燃料を噴射し、この燃料の噴
射時期を圧縮行程に設定することで成層燃焼を行い、吸
気行程に設定することで均質燃焼を行うと共に、成層燃
焼から均質燃焼への切換時には吸気行程と圧縮行程の2
回に分けて燃料を噴射して希薄燃焼を行う筒内直接噴射
式火花点火内燃機関において、排気の一部を吸気中に還
流する排気還流手段と、この排気還流を成層燃焼から前
記希薄燃焼への切換に伴い遮断する手段と、排気還流の
遮断時に吸気系に残存する還流排気の残留量を計測する
手段と、前記希薄燃焼での吸気行程と圧縮行程での燃料
噴射の分担率を前記還流排気の残留量に応じて補正する
手段とを備えることを特徴とする筒内噴射式火花点火内
燃機関の燃料制御装置。 - 【請求項2】前記補正手段は吸気行程よりも圧縮行程で
の燃料噴射の分担率の大きい領域を還流排気の残留量に
応じて変化させる請求項1に記載の筒内噴射式火花点火
内燃機関の燃料制御装置。 - 【請求項3】前記補正手段は吸気行程よりも圧縮行程で
の燃料噴射の分担率が大きい領域をそのときの空燃比に
応じて変化させる請求項1または2に記載の筒内噴射式
火花点火内燃機関の燃料制御装置。 - 【請求項4】前記残留量計測手段は還流排気の残留量を
還流排気遮断時の吸入空気量に応じて推定する請求項1
〜3のいずれか一つに記載の筒内噴射式火花点火内燃機
関の燃料制御装置。 - 【請求項5】前記残留量計測手段は還流排気遮断時の推
定残留量を基にしてエンジン回転数と負荷に応じて所定
の時間毎の残留量を推定する請求項4に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関の燃料制御装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17594497A JP3395583B2 (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1122507A JPH1122507A (ja) | 1999-01-26 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP17594497A Expired - Lifetime JP3395583B2 (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 筒内噴射式火花点火内燃機関の燃料制御装置 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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CN110284982A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-09-27 | 东风汽车集团有限公司 | 一种缸内直喷汽油机从分层燃烧到均质燃烧的切换控制方法 |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP17594497A patent/JP3395583B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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