JPH11303669A

JPH11303669A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH11303669A
Application number: JP11452198A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Murai; 淳村井
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼室内に直接燃料を噴射する主燃料噴射弁
とは別に、吸気通路内に燃料を噴射可能な補助燃料噴射
弁を設けると共に、所定の運転条件にて補助燃料噴射弁
を作動（ＯＮ）させて、機関への燃料供給を主燃料噴射
弁と補助燃料噴射弁とに分担させる場合に、補助燃料噴
射弁のＯＮ・ＯＦＦの切換時に壁流の影響による空燃比
エラーを防止する。【解決手段】補助燃料噴射弁のＯＦＦ→ＯＮ時に、壁
流付着によるリーンエラーを防止するため、主燃料噴射
弁の燃料噴射量を一時的に増量補正する。また、補助燃
料噴射弁のＯＮ→ＯＦＦ時に、壁流吸入によるリッチエ
ラーを防止するため、主燃料噴射弁の燃料噴射量を一時
的に減量補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射する主燃料噴射弁を備える直噴火花点火式内燃
機関において、前記主燃料噴射弁とは別に、吸気通路内
に燃料を噴射可能な補助燃料噴射弁を設け、所定の運転
条件にて補助燃料噴射弁を作動させて、機関への燃料供
給を主燃料噴射弁と補助燃料噴射弁とに分担させる場合
の燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、直噴火花点火式内燃機関が注目さ
れており、このものでは、機関運転条件に応じて、燃焼
方式を切換制御、すなわち、吸気行程にて燃料を噴射す
ることにより、燃焼室内に燃料を拡散させ均質の混合気
を形成して行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射す
ることにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形
成して行う成層燃焼とに切換制御するのが一般的である
（特開昭５９−３７２３６号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室内に直接燃料
を噴射する主燃料噴射弁とは別に、吸気通路内に燃料を
噴射可能な補助燃料噴射弁を設け、所定の運転条件（少
なくとも均質燃焼時）にて補助燃料噴射弁を作動させ
て、機関への燃料供給を主燃料噴射弁と補助燃料噴射弁
とに分担させることが考えられている。

【０００４】これは、次のような効果を狙ったものであ
る。（１）高回転・高負荷に代表される燃料噴射量不足領域
の解消（２）均質吸気による燃焼の改善（高回転・高負荷領域
では、筒内噴射から点火までの時間（気化時間）が短く
なるため、予め吸気通路内で均質化（均質混合気化）さ
れた燃料を供給し、筒内の均質化を図る）（３）吸気冷却による体積効率の向上（吸気通路内で気
化潜熱を奪い、吸入効率を向上させる）。

【０００５】しかしながら、このような方式では、補助
燃料噴射弁の非作動状態から作動状態への切換時（ＯＦ
Ｆ→ＯＮ時）には、補助燃料噴射弁から噴射された燃料
の一部が吸気通路壁に付着して壁流となるため、壁流に
よる燃料の輸送遅れにより、一時的に空燃比のリーンエ
ラーを生じる。また、補助燃料噴射弁の作動状態から非
作動状態への切換時（ＯＮ→ＯＦＦ時）には、壁流分が
吸入されるため、燃料が過剰となって、一時的に空燃比
のリッチエラーを生じる。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑み、補助
燃料噴射弁の作動・非作動の切換時における空燃比エラ
ーを防止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明（請求
項１）では、図１に示すように、燃焼室内に直接燃料を
噴射する主燃料噴射弁を備える直噴火花点火式内燃機関
であって、前記主燃料噴射弁とは別に、吸気通路内に燃
料を噴射可能な補助燃料噴射弁を設けると共に、所定の
運転条件にて補助燃料噴射弁を作動させて、機関への燃
料供給を主燃料噴射弁と補助燃料噴射弁とに分担させる
切換制御手段を設けたものにおいて、前記補助燃料噴射
弁の非作動状態から作動状態への切換時に、前記主燃料
噴射弁の燃料噴射量を一時的に増量補正する増量補正手
段と、前記補助燃料噴射弁の作動状態から非作動状態へ
の切換時に、前記主燃料噴射弁の燃料噴射量を一時的に
減量補正する減量補正手段と、を設けて、内燃機関の燃
料噴射制御装置を構成する。

【０００８】この場合、前記増量補正手段は、増量補正
率を、機関負荷（請求項２）、吸気通路の壁温（請求項
３）に応じて設定するとよい。尚、機関負荷としては吸
入空気量などを検出すればよく、吸気通路の壁温につい
てはこれを直接検出せず吸気温又は水温などによって代
替してもよい。また、前記減量補正手段は、減量補正率
を、機関負荷（請求項４）、吸気通路の壁温（請求項
５）、直前における補助燃料噴射弁の作動状態の継続時
間（請求項６）に応じて設定するとよい。

【０００９】

【発明の効果】本発明（請求項１）によれば、補助燃料
噴射弁の非作動状態から作動状態への切換時（ＯＦＦ→
ＯＮ時）に、主燃料噴射弁の燃料噴射量を一時的に増量
補正することで、壁流付着による空燃比のリーンエラー
を防止できる。また、補助燃料噴射弁の作動状態から非
作動状態への切換時（ＯＮ→ＯＦＦ時）に、主燃料噴射
弁の燃料噴射量を一時的に減量補正することで、壁流吸
入による空燃比のリッチエラーを防止できる。

【００１０】また、機関負荷によって壁流量が変わり、
高負荷側で壁流量が大となることから、増量補正率及び
減少補正率を機関負荷に応じて設定して、高負荷側ほ
ど、増量補正率及び減少補正率を大きくすることで、こ
れらに良好に対応できる（請求項２、請求項４）。ま
た、吸気通路の壁温によって壁流量が変わり、低温側で
壁流量が大となることから、増量補正率及び減少補正率
を吸気通路の壁温に応じて設定して、低温ほど、増量補
正率及び減少補正率を大きくすることで、これらに良好
に対応できる（請求項３、請求項５）。

【００１１】更に、補助燃料噴射弁の作動状態の継続時
間（ＯＮ域滞在時間）によって壁流量が変わり、この時
間が長いと壁流量が大となることから、ＯＮ→ＯＦＦ時
の減少補正率をこの時間に応じて設定して、この時間が
長いほど、減少補正率を大きくすることで、これに良好
に対応できる（請求項６）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図２は一実施形態を示す内燃機関のシステ
ム図である。先ず、これについて説明する。車両に搭載
される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、スロットル弁
２の制御を受けて、吸気通路（吸気マニホールド）３よ
り、空気が吸入される。

【００１３】そして、各気筒毎に、燃焼室内に燃料（ガ
ソリン）を直接噴射するように、電磁式の主燃料噴射弁
４が設けられている。また、全気筒共通に、吸気マニホ
ールド３の集合部（コレクタ）に燃料を噴射して各気筒
に分配するように、電磁式の補助燃料噴射弁５が設けら
れている。尚、この補助燃料噴射弁５は、４気筒の場
合、第５弁とも呼ばれる。

【００１４】主燃料噴射弁４は、コントロールユニット
６から機関回転に同期して各気筒の吸気行程又は圧縮行
程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通
電されて開弁し、所定の高圧力に調圧された燃料を噴射
するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸
気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を
形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓回りに集中的
に層状の混合気を形成し、点火栓により点火されて、燃
焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。

【００１５】補助燃料噴射弁５は、均質燃焼時の特定領
域で、又は成層燃焼と均質燃焼との切換えに同期して均
質燃焼時に、コントロールユニット６から機関回転に同
期して例えば１回転毎に出力される噴射パルス信号によ
りソレノイドに通電されて開弁し、所定の低圧力に調圧
された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射
された燃料は吸気マニホールド３内である程度均質化し
て、各気筒へ分配される。

【００１６】尚、主燃料噴射弁４及び補助燃料噴射弁５
への燃料供給系は、燃料タンク７内の燃料を吸入吐出す
る低圧燃料ポンプ８と、低圧燃料ポンプ８の吐出側圧力
を調圧する低圧レギュレータ９と、低圧燃料ポンプ８か
らの燃料を更に加圧する高圧燃料ポンプ１０と、高圧燃
料ポンプの吐出側圧力を調圧する高圧レギュレータ１１
とを含んで構成され、高圧レギュレータ１１により調圧
された高圧燃料を燃料ギャラリ１２を介して主燃料噴射
弁４に供給し、低圧レギュレータ９により調圧された低
圧燃料を補助燃料噴射弁５に供給するようになってい
る。

【００１７】コントロールユニット６は、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス
等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各
種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処
理して、主燃料噴射弁４及び補助燃料噴射弁５などの作
動を制御する。前記各種センサについては図示を省略し
たが、機関１のクランク軸又はカム軸回転を検出し、こ
れにより機関回転数ＮＥを検出可能なクランク角セン
サ、スロットル弁２上流で吸入空気量ＱＡを検出するエ
アフローメータ、スロットル弁２の開度ＴＶＯを検出す
るスロットルセンサ、機関１の冷却水温ＴＷを検出する
水温センサ、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサなどが
設けられている。

【００１８】次に、コントロールユニット６により行わ
れる燃料噴射制御について、図３〜図５のフローチャー
トにより説明する。図３は燃料噴射制御ルーチンであ
り、所定回転毎、又は所定時間毎に実行される。本ルー
チンが切換制御手段に相当する。ステップ１（図にはＳ
１と記す。以下同様）では、機関運転条件に基づいて、
機関が必要とする１気筒（１燃焼）当たりの燃料噴射量
ＱＦを演算する。具体的には、機関運転条件より均質燃
焼又は成層燃焼に設定し、吸入空気量ＱＡ及び機関回転
数ＮＥに基づいて、目標空燃比（均質燃焼の場合は一般
にストイキ、成層燃焼の場合はリーン）となるように要
求燃料噴射量ＱＦを演算する。

【００１９】ステップ２では、補助燃料噴射弁の作動域
（ＯＮ域）か否かを判定する。ここでは、補助燃料噴射
弁のＯＮ域を均質燃焼時の特定領域（高回転・高負荷
域）とする。補助燃料噴射弁のＯＮ域の場合は、ステッ
プ３へ進む。ステップ３では、主燃料噴射弁と補助燃料
噴射弁との分担率（補助燃料噴射弁側の分担率）Ｐを設
定する。この分担率Ｐは機関負荷によって可変とすると
よい。

【００２０】ステップ４では、次式により、要求燃料噴
射量ＱＦに分担率Ｐを乗じて、補助燃料噴射弁の燃料噴
射量ＱＦ5 を演算する。ＱＦ5 ＝２×ＱＦ×Ｐ２倍しているのは、補助燃料噴射弁は１回転に１回噴
射、すなわち２気筒分ずつ噴射する設定としているから
である。

【００２１】ステップ５では、演算された補助燃料噴射
弁の燃料噴射量ＱＦ5 を燃料圧力（低圧レギュレータの
設定圧力）を考慮して噴射パルス幅（噴射時間）に変換
し、所定のレジスタにセットする。これにより、所定の
噴射タイミングになると、この噴射パルス幅の信号で補
助燃料噴射弁が駆動されて、吸気マニホールド内に燃料
噴射がなされる。

【００２２】ステップ６では、図４のサブルーチンに従
って、補正率（増量補正率）ＨＯＳを演算する。これに
ついては後述する。ステップ７では、次式により、要求
燃料噴射量ＱＦに主燃料噴射弁側の分担率（１−Ｐ）を
乗じて、また補正率ＨＯＳを乗じて、主燃料噴射弁の燃
料噴射量ＱＦ1-4 を演算する。

【００２３】ＱＦ1-4 ＝ＱＦ×（１−Ｐ）×ＨＯＳそして、ステップ１０へ進む。ステップ１０では、演算
された主燃料噴射弁の燃料噴射量ＱＦ1-4 を燃料圧力
（高圧レギュレータの設定圧力）を考慮して噴射パルス
幅（噴射時間）に変換し、所定のレジスタにセットす
る。これにより、所定の噴射タイミングになると、この
噴射パルス幅の信号で主燃料噴射弁が駆動されて、燃焼
室内に直接燃料噴射がなされる。

【００２４】補助燃料噴射弁のＯＦＦ域の場合は、ステ
ップ８へ進む。この場合は主燃料噴射弁のみで燃料噴射
を行う。ステップ８では、図５のサブルーチンに従っ
て、補正率（減量補正率）ＨＯＳを演算する。これにつ
いては後述する。ステップ９では、次式により、要求燃
料噴射量ＱＦに補正率ＨＯＳを乗じて、主燃料噴射弁の
燃料噴射量ＱＦ1-4 を演算する。

【００２５】ＱＦ1-4 ＝ＱＦ×ＨＯＳそして、ステップ１０へ進む。ステップ１０では、前述
のように、演算された主燃料噴射弁の燃料噴射量ＱＦ1-
4 を燃料圧力を考慮して噴射パルス幅に変換し、所定の
レジスタにセットする。これにより、所定の噴射タイミ
ングになると、この噴射パルス幅の信号で主燃料噴射弁
が駆動されて、燃焼室内に直接燃料噴射がなされる。

【００２６】図４の補正率（増量補正率）演算サブルー
チンについて説明する。本サブルーチンが増量補正手段
に相当する。ステップ４１では、補助燃料噴射弁のＯＦ
Ｆ→ＯＮの初回か否かを判定する。初回の場合は、ステ
ップ４２へ進み、機関負荷（吸入空気量ＱＡ）、吸気温
ＴＡに応じて、補正率（増量補正率）ＨＯＳを設定して
（ＨＯＳ＞１．０）、本サブルーチンを終了する。ここ
で、機関負荷が大きい程、また吸気温が低い程、補正率
（増量補正率）ＨＯＳを大きく設定する。

【００２７】初回以降は、ステップ４３へ進み、補正率
（増量補正率）ＨＯＳを漸減する（ＨＯＳ＝ＨＯＳ−Δ
ＨＯＳ；ΔＨＯＳは所定の微小値）。そして、ステップ
４４で、補正率（増量補正率）ＨＯＳが１．０より小さ
くなったか否かを判定し、ＨＯＳ＜１．０の場合は、ス
テップ４５で、ＨＯＳ＝１．０に規制する。

【００２８】このような制御により、補助燃料噴射弁の
ＯＦＦ→ＯＮ時に、図６に示すように、主燃料噴射弁の
燃料噴射量を補助燃料噴射弁の分担分減少させる際に、
一時的に主燃料噴射弁の燃料噴射量を増量補正すること
で、補助燃料噴射弁から噴射された燃料の一部が吸気通
路壁に付着して壁流となって、燃料の輸送遅れを生じて
も、主燃料噴射弁の燃料噴射量の増量補正により、空燃
比のリーンエラーを防止できる。

【００２９】図５の補正率（減量補正率）演算サブルー
チンについて説明する。本サブルーチンが減量補正手段
に相当する。ステップ５１では、補助燃料噴射弁のＯＮ
→ＯＦＦの初回か否かを判定する。初回の場合は、ステ
ップ５２へ進み、機関負荷（吸入空気量ＱＡ）、吸気温
ＴＡ、ＯＮ域滞在時間に応じて、補正率（減量補正率）
ＨＯＳを設定して（ＨＯＳ＜１．０）、本サブルーチン
を終了する。ここで、機関負荷が大きい程、また吸気温
が低い程、更にＯＮ域滞在時間が長い程、補正率（減量
補正率）ＨＯＳを大きく（１．０よりより小さく）設定
する。

【００３０】初回以降は、ステップ５３へ進み、補正率
（減量補正率）ＨＯＳを漸増する（ＨＯＳ＝ＨＯＳ＋Δ
ＨＯＳ；ΔＨＯＳは所定の微小値）。そして、ステップ
５４で、補正率（減量補正率）ＨＯＳが１．０より大き
くなったか否かを判定し、ＨＯＳ＞１．０の場合は、ス
テップ５５で、ＨＯＳ＝１．０に規制する。

【００３１】このような制御により、補助燃料噴射弁の
ＯＦＦ→ＯＮ時に、図６に示すように、主燃料噴射弁の
燃料噴射量を補助燃料噴射弁の分担分増大させる際に、
一時的に主燃料噴射弁の燃料噴射量を減量補正すること
で、壁流分が吸入されても、主燃料噴射弁の燃料噴射量
の減量補正により、空燃比のリッチエラーを防止でき
る。

【００３２】尚、図６ではＯＦＦ→ＯＮ時の初回の増量
補正により主燃料噴射弁の燃料噴射量が切換前（ＯＦＦ
時）の燃料噴射量より大きくなっており、また、ＯＮ→
ＯＦＦ時の初回の減量補正により主燃料噴射弁の燃料噴
射量が切換前（ＯＮ時）の燃料噴射量より小さくなって
いるが、これに限るものではなく、切換後の目標燃料噴
射量に対し増量補正又は減量補正がなされていればよ
い。

【００３３】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態は、均質燃焼（均質ストイキ燃焼）
と成層燃焼（成層リーン燃焼）との切換えに同期して、
均質燃焼時に補助燃料噴射弁を作動させて、機関への燃
料供給を主燃料噴射弁と補助燃料噴射弁とに分担させる
場合に適用したものである。

【００３４】図７は燃料噴射制御ルーチンであり、所定
回転毎、又は所定時間毎に実行される。ステップ１１で
は、機関運転条件に基づいて、均質燃焼か成層燃焼かを
判定する。均質燃焼の場合は、ステップ１２へ進む。

【００３５】ステップ１２では、均質燃焼の場合の機関
が必要とする１気筒（１燃焼）当たりの燃料噴射量ＱＦ
Ｈを演算する。具体的には、吸入空気量ＱＡ及び機関回
転数ＮＥに基づいて、目標空燃比（一般にストイキ）と
なるように要求燃料噴射量ＱＦＨを演算する。そして、
均質燃焼の場合は、補助燃料噴射弁のＯＮ域であるの
で、ステップ１２の後、ステップ１３〜１７、２１で、
図３のステップ３〜７、１０と同様に制御する。異なる
点は、ステップ１４及びステップ１７の演算式で、要求
燃料噴射量として、ＱＦに代えて、ＱＦＨを用いている
点である。

【００３６】成層燃焼の場合は、ステップ１８へ進む。
ステップ１８では、成層燃焼の場合の機関が必要とする
１気筒（１燃焼）当たりの燃料噴射量ＱＦＳを演算す
る。具体的には、吸入空気量ＱＡ及び機関回転数ＮＥに
基づいて、目標空燃比（リーン）となるように要求燃料
噴射量ＱＦＳを演算する。

【００３７】そして、成層燃焼の場合は、補助燃料噴射
弁のＯＦＦ域であるので、ステップ１８の後、ステップ
１９〜２１で、図３のステップ８〜１０と同様に制御す
る。異なる点は、ステップ２０の演算式で、要求燃料噴
射量として、ＱＦに代えて、ＱＦＳを用いている点であ
る。もちろん、ステップ１６及びステップ１９では、図
４及び図５のサブルーチンに従って、補正率（増量補正
率及び減量補正率）ＨＯＳの演算が行われる。

【００３８】このような制御により、成層燃焼→均質燃
焼への切換時（補助燃料噴射弁のＯＦＦ→ＯＮ時）に、
図８に示すように、主燃料噴射弁の燃料噴射量を補助燃
料噴射弁の分担分減少させ、同時にリーン→ストイキ化
のため増大させる際に、一時的に主燃料噴射弁の燃料噴
射量を増量補正することで、補助燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料の一部が吸気通路壁に付着して壁流となって、
燃料の輸送遅れを生じても、主燃料噴射弁の燃料噴射量
の増量補正により、空燃比のリーンエラーを防止でき
る。

【００３９】また、均質燃焼→成層燃焼への切換時（補
助燃料噴射弁のＯＦＦ→ＯＮ時）に、図８に示すよう
に、主燃料噴射弁の燃料噴射量を補助燃料噴射弁の分担
分増大させ、同時にストイキ→リーン化のため減少させ
る際に、一時的に主燃料噴射弁の燃料噴射量を減量補正
することで、壁流分が吸入されても、主燃料噴射弁の燃
料噴射量の減量補正により、空燃比のリッチエラーを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステ
ム図

【図３】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート

【図４】増量補正率演算サブルーチンのフローチャー
ト

【図５】減量補正率演算サブルーチンのフローチャー
ト

【図６】補助燃料噴射弁のＯＮ／ＯＦＦ切換時の特性
図

【図７】他の実施形態を示す燃料噴射制御ルーチンの
フローチャート

【図８】均質燃焼／成層燃焼切換時の特性図

【符号の説明】

１内燃機関２スロットル弁３吸気マニホールド４主燃料噴射弁５補助燃料噴射弁６コントロールユニット７燃料タンク８低圧燃料ポンプ９低圧レギュレータ１０高圧燃料ポンプ１１高圧レギュレータ１２燃料ギャラリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射する主燃料噴射
弁を備える直噴火花点火式内燃機関であって、前記主燃
料噴射弁とは別に、吸気通路内に燃料を噴射可能な補助
燃料噴射弁を設けると共に、所定の運転条件にて補助燃
料噴射弁を作動させて、機関への燃料供給を主燃料噴射
弁と補助燃料噴射弁とに分担させる切換制御手段を設け
たものにおいて、前記補助燃料噴射弁の非作動状態から作動状態への切換
時に、前記主燃料噴射弁の燃料噴射量を一時的に増量補
正する増量補正手段と、前記補助燃料噴射弁の作動状態から非作動状態への切換
時に、前記主燃料噴射弁の燃料噴射量を一時的に減量補
正する減量補正手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
置。
【請求項２】前記増量補正手段は、増量補正率を少なく
とも機関負荷に応じて設定することを特徴とする請求項
１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】前記増量補正手段は、増量補正率を少なく
とも吸気通路の壁温に応じて設定することを特徴とする
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】前記減量補正手段は、減量補正率を少なく
とも機関負荷に応じて設定することを特徴とする請求項
１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴
射制御装置。
【請求項５】前記減量補正手段は、減量補正率を少なく
とも吸気通路の壁温に応じて設定することを特徴とする
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の
燃料噴射制御装置。
【請求項６】前記減量補正手段は、減量補正率を少なく
とも直前における補助燃料噴射弁の作動状態の継続時間
に応じて設定することを特徴とする請求項１〜請求項３
のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。