JP4735382B2 - Fuel supply control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の燃料供給制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel supply control device for an internal combustion engine.
燃料噴射率を制御可能な燃料噴射弁を具備し、機関回転数が高いときには低いときに比べて燃料噴射時間が短くなるように燃料噴射率を高くし、機関負荷が低いときには高いときに比べて燃料噴射時間が短くなるように燃料噴射率を高くする内燃機関が公知である(特許文献1参照)。燃料噴射弁周りを流れる空気に向けて燃料を噴射すれば混合気の均質化を促進することができる。一方、燃料噴射弁周りを空気が流れる時間は機関回転数が高いときには低いときに比べて短くなり、既燃ガスの吹き返しにより機関負荷が低いときには高いときに比べて短くなる。そこでこの内燃機関では、機関回転数が高いとき又は機関負荷が低いときに燃料噴射時間が短くなるように燃料噴射率を高くしている。 It has a fuel injection valve that can control the fuel injection rate. When the engine speed is high, the fuel injection rate is increased so that the fuel injection time is shorter than when it is low, and when the engine load is low, it is higher than when it is high. An internal combustion engine is known in which the fuel injection rate is increased so that the fuel injection time is shortened (see Patent Document 1). If fuel is injected toward the air flowing around the fuel injection valve, homogenization of the air-fuel mixture can be promoted. On the other hand, the time for the air to flow around the fuel injection valve is shorter when the engine speed is high than when it is low, and shorter when the engine load is low due to the blowback of burned gas than when it is high. Therefore, in this internal combustion engine, the fuel injection rate is increased so that the fuel injection time is shortened when the engine speed is high or the engine load is low.
しかしながら、機関負荷が低く吸入空気量が少ないときに燃料噴射時間が短くなるように燃料噴射率を高くすると、塊状の燃料噴霧が形成され、均一な混合気を形成するのが困難になる。また、機関負荷が高く吸入空気量が多いときに燃料噴射時間が長くなるように燃料噴射率を低くすると、帯状の燃料噴霧が形成され、この場合にも均一な混合気を形成するのが困難になる。すなわち、吸入空気量に応じて燃料噴射時間又は燃料噴射率を制御する必要があるという問題点がある。 However, if the fuel injection rate is increased so that the fuel injection time is shortened when the engine load is low and the intake air amount is small, a massive fuel spray is formed, making it difficult to form a uniform air-fuel mixture. Further, if the fuel injection rate is lowered so that the fuel injection time becomes longer when the engine load is high and the intake air amount is large, a belt-like fuel spray is formed, and in this case as well, it is difficult to form a uniform air-fuel mixture. become. That is, there is a problem that it is necessary to control the fuel injection time or the fuel injection rate in accordance with the intake air amount.
前記課題を解決するために本発明によれば、燃料噴射率を制御可能な燃料噴射装置を具備し、吸入空気量が少ないときには多いときに比べて燃料噴射時間が長くなるように燃料噴射率を低くする内燃機関の燃料供給制御装置であって、スロットル弁下流の吸気通路内に吸気制御弁を配置し、該吸気制御弁の開度が大きいときには小さいときに比べて燃料噴射時間が長くなるように燃料噴射率を低くする、内燃機関の燃料供給制御装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, a fuel injection device capable of controlling the fuel injection rate is provided, and the fuel injection rate is set to be longer when the intake air amount is small than when the intake air amount is large. A fuel supply control device for an internal combustion engine to be lowered , wherein an intake control valve is arranged in an intake passage downstream of a throttle valve, and when the opening degree of the intake control valve is large, the fuel injection time is longer than when it is small A fuel supply control device for an internal combustion engine that lowers the fuel injection rate is provided .
吸入空気量に応じて燃料噴射時間又は燃料噴射率を最適に制御することができるので、均質な混合気を形成することができる。 Since the fuel injection time or the fuel injection rate can be optimally controlled according to the intake air amount, a homogeneous air-fuel mixture can be formed.
図1は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a spark ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a compression ignition type internal combustion engine.
図1を参照すると、1は例えば四つの気筒を備えた機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポート、10は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート7は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介してエアクリーナ14に連結される。吸気ダクト13内にはステップモータ15により駆動されるスロットル弁16が配置される。また、スロットル弁16上流の吸気ダクト13内には吸入空気質量流量を検出するためのエアフローメータ17が取り付けられる。
Referring to FIG. 1, for example, 1 is an engine body having four cylinders, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, and 8 is an exhaust. A valve, 9 is an exhaust port, and 10 is a spark plug. The
各吸気ポート7内には電気制御式の燃料噴射弁18が配置され、これら燃料噴射弁18には共通の燃料蓄圧室すなわちコモンレール19に連結される。このコモンレール19は燃料配管20を介し燃料タンク21に連結され、燃料配管20内には電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ22が配置される。燃料タンク21内の燃料は燃料ポンプ22からコモンレール19内に供給され、コモンレール19から各燃料噴射弁18に供給される。コモンレール19にはコモンレール19内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ23が取り付けられ、燃料圧センサ23の出力信号に基づいてコモンレール19内の燃料圧すなわち燃料噴射率が目標値に一致するように燃料ポンプ22の吐出量が制御される。
In each
一方、排気ポート9は排気マニホルド24を介して排気管25に連結され、排気管25内には上流側から順に、小容量の触媒26と大容量の触媒27とがそれぞれ配置される。また、例えば触媒26,27間の排気管25には空燃比を検出するための空燃比センサ28が取り付けられる。
On the other hand, the
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。アクセルペダル39にはアクセルペダル39の踏み込み量DEPを検出するための負荷センサ40が接続される。アクセルペダル39の踏み込み量DEPは要求負荷を表している。エアフローメータ17、燃料圧センサ23、空燃比センサ28、負荷センサ40の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ41が接続される。CPU34ではクランク角センサ41の出力パルスに基づいて機関回転数NEが算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火栓10、ステップモータ15、燃料噴射弁18及び燃料ポンプ22にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット30からの出力信号に基づいて制御される。
The
さて、図1の内燃機関では吸入空気が筒内に流入している期間である吸気期間に燃料が噴射される同期噴射が行われ、燃料噴射時間TAU(sec)は次式(1)に基づいて算出される。 In the internal combustion engine of FIG. 1, synchronous injection is performed in which fuel is injected during an intake period in which intake air flows into the cylinder, and the fuel injection time TAU (sec) is based on the following equation (1). Is calculated.
TAU=Q/dQ (1)
ここでQは要求燃料量(m3)を、dQは燃料噴射率(m3/sec)をそれぞれ表している。
TAU = Q / dQ (1)
Here, Q represents the required fuel amount (m 3 ), and dQ represents the fuel injection rate (m 3 / sec).
要求燃料量Qは空燃比を目標空燃比、例えばリーン空燃比又は理論空燃比に一致させるのに必要な燃料量である基本燃料量を始動時増量補正係数や加速時増量補正係数などで補正することにより算出される。なお、基本燃料量は機関運転状態例えば機関回転数及び機関負荷の関数としてマップの形で予めROM32内に記憶されている。
The required fuel amount Q is obtained by correcting the basic fuel amount, which is the amount of fuel necessary to make the air-fuel ratio equal to the target air-fuel ratio, for example, the lean air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio, with the start-up increase correction coefficient, the acceleration increase correction coefficient, etc. Is calculated by The basic fuel amount is stored in advance in the
次に、図2及び図3を参照しながら燃料噴射率dQの算出方法を説明する。図2においてGapは吸気ポート7内における吸入空気流量Gapを、Rは要求燃料量Qに対する、燃料噴射弁18から実際に噴射された燃料量の時間積分値の割合を、それぞれ表している。この場合、噴射割合Rの勾配は燃料噴射率dQを表すことになる。また、図2において実線は機関回転数NE一定のもとでポート空気流量Gapが大きなGapHであるときを、破線は機関回転数NE一定のもとでポート空気流量Gapが小さなGapLであるときを、それぞれ示している。
Next, a method for calculating the fuel injection rate dQ will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, Gap represents the intake air flow rate Gap in the
図2に実線で示されるようにポート空気流量Gapが大きいときには、燃料噴射が比較的遅い噴射開始時期θSHから開始され、比較的高い燃料噴射率dQHでもって、比較的短い燃料噴射時間TAUHだけ行われる。このようにすると、噴射燃料が帯状になって混合気が不均一化するのを阻止又は抑制することができ、均質な混合気を形成することができる。これに対し、図2に破線で示されるようにポート空気流量Gapが小さいときには、燃料噴射が比較的早い噴射開始時期θSLから開始され、比較的低い燃料噴射率dQLでもって、比較的長い燃料噴射時間TAULだけ行われる。このようにすると、噴射燃料が塊状になって混合気が不均一化するのを阻止又は抑制することができ、この場合にも、均質な混合気を形成することができる。 As shown by the solid line in FIG. 2, when the port air flow rate Gap is large, fuel injection starts from a relatively late injection start timing θSH, and is performed for a relatively short fuel injection time TAUH with a relatively high fuel injection rate dQH. Is called. If it does in this way, it can block or control that fuel mixture becomes strip-like and the air-fuel mixture becomes non-uniform, and a homogeneous air-fuel mixture can be formed. On the other hand, when the port air flow rate Gap is small as shown by the broken line in FIG. 2, fuel injection is started from a relatively early injection start timing θSL, and a relatively long fuel injection with a relatively low fuel injection rate dQL. Only the time TAUL is performed. In this way, it is possible to prevent or suppress the fuel mixture from becoming a lump and making the air-fuel mixture non-uniform, and in this case as well, a homogeneous air-fuel mixture can be formed.
すなわち、スロットル開度TAが大きくなるとポート空気流量Gapが大きくなることを考えれば、本発明による実施例では図3(A)に示されるように、スロットル開度TAが小さいときには大きいときに比べて燃料噴射時間TAUが長くなるように燃料噴射率dQを低くしているということになる。 That is, considering that the port air flow rate Gap increases as the throttle opening degree TA increases, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. This means that the fuel injection rate dQ is lowered so that the fuel injection time TAU becomes longer.
ポート空気流量Gapはスロットル開度TAだけでなく機関回転数NEにも依存する。本発明による実施例では、燃料噴射率dQはスロットル開度TA及び機関回転数NEの関数として予め実験により求められ、図3(B)に示されるマップの形でROM32内に予め記憶されている。
The port air flow rate Gap depends not only on the throttle opening degree TA but also on the engine speed NE. In the embodiment according to the present invention, the fuel injection rate dQ is obtained in advance by experiments as a function of the throttle opening degree TA and the engine speed NE, and is stored in advance in the
一方、燃料噴射開始時期θSは燃料噴射が吸気期間内に開始されかつ吸気期間内に完了するように設定され、その上でポート空気流量Gapができるだけ大きい時期に燃料噴射が行われるように設定されるのが好ましい。本発明による実施例では、燃料噴射開始時期θSは例えば燃料噴射時間TAUと、吸気期間を表す機関回転数NEとの関数として予め求められており、図4に示されるマップの形でROM32内に予め記憶されている。
On the other hand, the fuel injection start timing θS is set so that the fuel injection is started within the intake period and completed within the intake period, and then the fuel injection is performed when the port air flow rate Gap is as large as possible. It is preferable. In the embodiment according to the present invention, the fuel injection start timing θS is obtained in advance as a function of, for example, the fuel injection time TAU and the engine speed NE representing the intake period, and is stored in the
図5は本発明による実施例の燃料噴射制御ルーチンである。図5を参照すると、まずステップ100では要求燃料量Qが算出される。続くステップ101では燃料噴射率dQが図3(B)のマップから算出され、続くステップ102では上述の式(1)から燃料噴射時間TAUが算出され、続くステップ103では図4のマップから燃料噴射開始時期θSが算出される。続くステップ104では燃料噴射が実行される。
FIG. 5 shows a fuel injection control routine of the embodiment according to the present invention. Referring to FIG. 5, first, at
次に、図6及び図7を参照して本発明による別の実施例を説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6の例では燃料噴射弁18直上流の吸気ポート7内にアクチュエータ50により駆動される吸気制御弁51が配置される。この吸気制御弁51の開度θinが小さくされると、吸入空気によりシリンダ軸線回りに旋回するスワール流や、吸入空気によりシリンダ軸線に垂直な軸線回りに旋回するタンブル流が燃焼室5内に形成される。なお、アクチュエータ50は電子制御ユニット30からの出力信号に基づいて制御される。
In the example of FIG. 6, an
吸気制御弁51の開度θinが大きいときには小さいときに比べてポート空気流量Gapが小さくなる。そこで本発明による別の実施例では図7(A)に示されるように、吸気制御弁51の開度θinが大きいときには小さいときに比べて燃料噴射時間TAUが長くなるように燃料噴射率dQを低くしている。その結果、吸気制御弁51が設けられている場合でも均質混合気を確実に形成することができる。
When the opening degree θin of the
この場合の燃料噴射率dQはスロットル開度TA、機関回転数NE及び吸気制御弁51の開度θinの関数として予め実験により求められ、図7(B)に示されるマップの形でROM32内に予め記憶されている。本発明による別の実施例でも図5のルーチンが実行され、このときステップ101では図7(B)のマップから燃料噴射率dQが算出される。
The fuel injection rate dQ in this case is obtained by experiments in advance as a function of the throttle opening degree TA, the engine speed NE, and the opening degree θin of the
次に、図8から図10までを参照しながら本発明による更に別の実施例を説明する。なお、以下では吸気制御弁が設けられていない場合を説明するが、図6のように吸気制御弁を設けることもできる。 Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, a case where the intake control valve is not provided will be described, but an intake control valve may be provided as shown in FIG.
本発明による更に別の実施例では図8に示されるように、機関運転状態例えば機関負荷を表すスロットル開度TAと機関回転数NEとにより定められる運転領域が予め定められた設定スロットル開度TAXにより運転領域Lと運転領域Sとに二分される。その上で、運転領域Lでは目標空燃比がリーン空燃比に設定され、運転領域Sでは目標空燃比が理論空燃比に設定される。なお設定スロットル開度TAXは機関回転数NEの関数として予めROM32内に記憶されている。
In yet another embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 8, the operating range defined by the engine operating state, for example, the throttle opening TA representing the engine load and the engine speed NE is set in a predetermined throttle opening TAX. The operation region L and the operation region S are divided into two. In addition, in the operation region L, the target air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio, and in the operation region S, the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio. The set throttle opening degree TAX is stored in advance in the
ここで、図8に示されるように機関運転状態がA点からB点に変動した場合を考える。この場合、運転状態が運転領域Sから運転領域Lに移行しているので目標空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り換えられる。 Here, consider a case where the engine operating state varies from point A to point B as shown in FIG. In this case, since the operation state has shifted from the operation region S to the operation region L, the target air-fuel ratio is switched from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
図9において矢印Xは機関運転状態がA点からB点に変動したタイミングを示している。このときスロットル開度TAが小さくなっているので、上述した図1から図5までに示される実施例によれば、図9に破線で示されるように燃料噴射率dQはステップ状に減少され、燃料噴射時間TAUはステップ状に増大される。上述したように、スロットル開度TAが小さくポート空気流量Gapが小さいときには燃料噴射率dQを小さくし燃料噴射時間TAUを大きくすることによって、燃料噴霧が塊状になるのを阻止又は抑制でき、均一混合気を形成できるからである。 In FIG. 9, an arrow X indicates the timing at which the engine operating state has changed from point A to point B. Since the throttle opening TA is small at this time, according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 described above, the fuel injection rate dQ is decreased stepwise as shown by the broken line in FIG. The fuel injection time TAU is increased stepwise. As described above, when the throttle opening TA is small and the port air flow rate Gap is small, by reducing the fuel injection rate dQ and increasing the fuel injection time TAU, it is possible to prevent or suppress the fuel spray from becoming clumped, and uniform mixing This is because you can form your mind.
しかしながら、ポート空気流量Gapが少ないときに目標空燃比がリーン空燃比に切り換えられた直後は、希薄な均一混合気を形成するよりもむしろ塊状の混合気を形成したほうが混合気を確実に着火することができる。 However, immediately after the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio when the port air flow rate Gap is small, it is more reliable to ignite the air-fuel mixture by forming a massive air-fuel mixture rather than a lean homogeneous air-fuel mixture. be able to.
そこで本発明による更に別の実施例では図9に示されるように、ポート空気流量Gapが少ないときに目標空燃比がリーン空燃比に切り換えるべきときには(矢印X参照)、まず燃料噴射時間TAUが予め定められた設定時間ΔTAUだけ短くなるように燃料噴射率dQが予め定められた設定値ΔdQだけ増大される。次いで、燃料噴射時間TAUが徐々に長くなるように燃料噴射率dQが徐々に小さくされ、次いで矢印Yで示されるように図3(B)のマップにより算出される燃料噴射率dQまで減少される。 Therefore, in still another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 9, when the target air-fuel ratio should be switched to the lean air-fuel ratio when the port air flow rate Gap is small (see arrow X), first, the fuel injection time TAU is set in advance. The fuel injection rate dQ is increased by a predetermined set value ΔdQ so as to be shortened by a predetermined set time ΔTAU. Next, the fuel injection rate dQ is gradually decreased so that the fuel injection time TAU is gradually increased, and then is decreased to the fuel injection rate dQ calculated by the map of FIG. .
したがって、一般化していうと、本発明による更に別の実施例では、吸入空気量が予め定められた設定量よりも少ないときに空燃比がリーン側に変更されたときには燃料噴射時間が一時的に短くなるように燃料噴射率を一時的に高くしているということになる。 Therefore, in general terms, in yet another embodiment according to the present invention, the fuel injection time is temporarily shortened when the air-fuel ratio is changed to the lean side when the intake air amount is smaller than a predetermined set amount. That is, the fuel injection rate is temporarily increased.
図10は本発明による更に別の実施例における燃料噴射率dQの算出ルーチンを示している。このルーチンは図5のステップ101で実行することができる。
FIG. 10 shows a routine for calculating the fuel injection rate dQ according to still another embodiment of the present invention. This routine can be executed in
図10を参照するとまずステップ110では図3(B)のマップから燃料噴射率dQが算出され、これがdQCとして記憶される。続くステップ111ではフラグがセットされているか否かが判別される。このフラグは燃料噴射率dQを一時的に増大すべきときにセットされ、それ以外はリセットされるものである。フラグがリセットされているときには次いでステップ112に進み、燃料噴射率dQを一時的に増大すべき条件が成立しているか否かが判別される。本発明による更に別の実施例では、ポート空気流量Gapが少ないときに目標空燃比をリーン空燃比に切り換えるべきときに条件が成立したと判断され、それ以外は条件不成立と判断される。条件不成立と判断されたときにはステップ112からステップ118に進み、ステップ110において図3(B)のマップから算出されたdQCが燃料噴射率dQとされる。これに対し、条件成立と判断されたときには次いでステップ113に進んでフラグがセットされ、続くステップ114では燃料噴射率dQが現在のdQから設定値ΔdQだけ増大される。
Referring to FIG. 10, first, at
フラグがセットされたときにはステップ111からステップ115に進み、燃料噴射率dQが設定値Δずつ減少される(dQ=dQ−Δ)。続くステップ116ではステップ115で算出されたdQがステップ110で算出されたdQCよりも小さいか否かが判別される。dQ≧dQCのときには処理サイクルを終了し、dQ<dQCとなったら次いでステップ117に進み、フラグがリセットされる。続くステップ118では、ステップ110において図3(B)のマップから算出されたdQCが燃料噴射率dQとされる。
When the flag is set, the routine proceeds from step 111 to step 115, where the fuel injection rate dQ is decreased by a set value Δ (dQ = dQ−Δ). In the
これまで述べてきた本発明による各実施例では燃料噴射弁18が吸気ポート7内に配置されている。しかしながら燃料噴射弁18を燃焼室5内に配置して吸気同期噴射を行う場合にも本発明を適用できる。
In each of the embodiments according to the present invention described so far, the
1 機関本体
7 吸気ポート
16 スロットル弁
18 燃料噴射弁
19 コモンレール
1
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