JPH02188646A - エンジンの燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンの燃料供給方法に係り、特に各気筒ご
とに燃料を噴射する気筒別独立噴射方式の電子制御燃料
噴射システムに好適な燃料供給に関する。

〔従来の技術〕

気筒別独立噴射方式の燃料供給方法は、従来は各気筒同
時に燃料を噴射する同時噴射制御が採用されていたが、
最近では、これに代って各気筒ごとに燃料噴射時期を制
御するシーケンシャル噴射制御に移行しつつある。この
シーケンシャル制御は、同時噴射よりも正確な燃料量を
無駄なく噴射する利点があるものと評価されている。こ
のシーケンシャル制御を採用する場合、加減速時等の制
御応答性の面からは、吸気行程時に燃料噴射することが
理想であるが、従来は燃料微粒化ひいては良好な混合気
形成の見地から、その噴射時期を、例えば雑誌「内燃機
関Ｊ　（ＶＯ１，２５，ＮＱ３２１゜Ｌ９８６．８）の
第３９頁〜第４６頁に記載されるように、主に該当する
気筒の吸気行程より前、換言すれば排気行程の中で設定
していた。すなわち、従来は、燃料噴射弁からの噴射燃
料の微粒化が不十分であることを考慮し、吸気行程前に
燃料を噴射することで、噴射燃料を吸気ボート近傍のマ
ニホルド壁面にいったん付着させ、壁温によりその一部
を蒸発させ、更にその後、吸気弁が開きだした時の弁部
の高速空気流により微粒化の促進を図っていた。

しかし、最近では燃料噴射弁での微粒化技術が向上し、
吸気行程時に燃料噴射を開始しても、はぼ良好な混合気
形成が形成されるようになってきたため、各気筒の吸気
行程中に燃料噴射を行う方式が実用化されつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

但し、この吸気行程時に燃料噴射を行う方式には次のよ
うな改善すべき点があった。以下、その解決すべき課題
を第７図、第８図に基づき説明する。

第７図は絞り弁２が小開度で低速回転域の時の燃料噴射
状態を表わす。エンジン（気筒）１に吸い込まれる空気
は、絞り弁２でその量が調節され、吸気路３を通って、
吸気弁４が開いたとき導びかれる。この吸気行程時に燃
料噴射弁５から噴射される燃料は、吸気弁４のかさ部中
心付近を目標として噴出される。そして、第７図の如く
絞り弁２が小開度（低速回転域）の場合には、吸気路３
の空気流速が小さく、噴射燃料は、空気流の影響をあま
り受けず良好な噴射動作がなされる。

しかし、第８図のように絞り弁２が中、大開度の中、高
速回転域になると、吸気路３の空気流速が大きくなり、
噴射燃料は空気流によって押し曲げられ、吸気路３の壁
面に図示の如く衝突し、多くの燃料が壁面に付着して液
状となって気筒（燃焼室）１内に流入される現象が生じ
る。このような現象は、気筒１内の混合気濃度が不均一
となり良好な燃焼の妨げとなる原因となるものであった
。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、燃料の制御応答性に優れた吸気行程
時の燃料噴射制御を採用しつつ、この方式で従来課題と
されていた混合気形成を広い運転範囲で良好に行い得る
燃料供給方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために次のように構成する
。

先ず、第１の発明は方法的なもので、 吸気行程に同期して各気筒に燃料を噴射する気筒別独立
噴射方式の燃料供給方法において、各気筒における吸気
弁の開弁開始から閉弁に至るまでの吸気弁近傍の正弦波
的空気流速特性から、噴射燃料の吸気路壁面付着が生じ
ない限界空気流速ＶＰＣ以下の空気流速域を予め見出し
、この限界空気流速ＶＰＣ以下の空気流速域に対応する
吸気弁開弁位置を基準に燃料噴射弁の開弁開始時期を設
定し、且つエンジン回転数の変化により限界空気流速Ｖ
ＰＣ以下の空気流速域が変化すると、これに対応させて
、燃料噴射弁の開弁開始時期を変化させて燃料噴射制御
を行う方法とした。

第２の発明は、第１の発明と同様に、各気筒における吸
気弁の開弁開始から閉弁（開弁終了）に至るまでの吸気
弁近傍の正弦波的空気流速特性から、噴射燃料の吸気路
壁面付着が生じない限界空気流速ＶＰＣ以下の空気流速
域を予め見出すが、その後は次のようにして吸気行程時
の燃料噴射時期を定める点に独自の特徴がある。

すなわち、本発明では、前記限界空気流速ＶＰＣ以下の
空気流速域のうち、前記正弦波的空気流速特性の後半に
係る空気流速域の吸気弁開位置を基準に燃料噴射弁の開
弁終了時期を決定し、この決定の燃料噴射弁の開弁終了
時期に、エンジン状態から予め決定された燃料噴射弁の
開弁時間を加えることで、自ずと燃料噴射弁の開弁開始
時期を決定して、燃料噴射制御を行う方法とした。

〔作用〕

本発明の詳細な説明に先立ち、先ず、各発明の内容の理
解を容易にするため、エンジンの吸気弁開動作時（各気
筒の吸気弁の開弁開始から閉弁に至るまで）の吸気弁近
傍（吸気ポート付近）に生じる正弦波的な空気流量特性
Ｖ　ｐ　’　を第１図により説明する。

第１図は、吸気弁開動作期間中の空気流速特性Ｖｐ’　
を示すもので、横軸の吸気弁開動作期間の吸気弁位置を
クランク角度θＣにより表わしている。Ｎｓ、Ｎｘ、Ｎ
ｓは各エンジン回転数で、エンジン回転数は、Ｎ　ｉ　
＜　Ｎ　ｚ　＜　Ｎ　ａとしである＊Ｖｐ’特性は、エ
ンジンのクランク角度Ｏｃに対し、吸気弁が図示の期間
間となると、吸気弁の連続的な開度変化に伴って、吸気
弁近傍（吸気ポート部）の空気流速Ｖｐが正弦波的に変
化する。この空気流速特性Ｖ　ｐ　’のうち、ＶＰＣの
位置が噴射燃料を偏向させて吸気路壁面に付着させる限
界空気流速である。空気流速特性は正弦波的なので、Ｖ
ＰＣ以下の空気流速域も吸気弁開動作（空気流速特性）
の前半と後半に生じる。

空気流速特性Ｖ　ｐ　’は、エンジン回転数が大きくな
る程、すなわち、ピストンの下降速度が速くなる程大き
くなる。従って、仮に、１）Ｃ１のクランク角度で常に
燃料噴射を開始したとすると、エンジン回転数をＮ１→
Ｎ２→Ｎ８と増大させていった場合には、空気流速Ｖｐ
はＶｐｎ→Ｖｐｘ→Ｖｐδと増大していき、その結果、
Ｎｔ、Ｎｓの回転域では、壁面付着を生じさせない限界
流速ＶＰＣを超えてしまい、壁面付着現象が生じる。な
お、エンジン回転数が大きくなる程、ＶＰＣ以下の空気
流速域は、前半、後半共に狭まる。

そして、この壁面付着の不具合をなくすためには、本発
明の第１．第２の発明の如く方法を用いれば可能となる
。

すなわち、第１の発明では、正弦波的空気流速特性Ｖｐ
’から、前述の限界流速ＶＰＣ以下の空気流速を予め見
出し、このＶＰＣに対応する吸気弁開位置（クランク角
度）を基準に燃料噴射弁の開弁（噴射）開始時期を設定
することで、壁面付着の生じない空気流速に乗せて噴射
燃料を該当の気筒（吸気行程中の気筒）に送ることがで
きる。そして、この限界空気流速Ｖｐ以下の空気流速域
は、第１図からも明らかなようにエンジン回転数により
変化するが１本発明では、エンジン回転数の変化でＶＰ
Ｃ以下の空気流速域が変化すると、これに対応させて燃
料噴射弁の開弁開始時期も変化させるので、エンジン回
転数が変化しても、常に限界空気流速ＶＰＣ以下の吸気
弁開位置に同期させて燃料噴射の開始を行うよう制御で
きる。具体的には、例えば第１図のようにエンジン回転
数がＮ１．Ｎｘ。

Ｎ３のどの領域にある場合でも、常に空気流速Ｖｐｚ　
（Ｖｐｔ＜　ＶＰＣ）の時に燃料を噴射させようとする
場合には、Ｎｔの回転数ではクランク角度０ｃ工で、Ｎ
２の回転数ではＯｃｘで、ＮａではＯｃｓで噴射開始を
行うように設定する。

なお、燃料噴射弁の開弁時間（噴射時間）は、一般にエ
ンジンの運転条件（例えば吸入空気量等）で定められる
ので、前述のように噴射弁の開弁開始時期が決定されれ
ば、これに開弁時間を加えることで、自ずと燃料噴射弁
の開弁終了時期が定まる。この開弁終了時期は、燃料噴
射弁の開弁時間が長くなると、限界空気流速Ｖｐａ以上
の空気流速域にわたり、ＶＰＣ以上の空気流速域でも継
続して燃料噴射される場合がでてくるので、その場合は
、燃料噴射弁の開弁開始時期を早め、最終的には吸気弁
が開き始めるクランク角度まで早めればよい。

なお、燃料噴射弁の開弁時間の一部が多少ＶＰＣ以上の
空気流速域にかかった場合でも、燃料の壁面付着量が少
なければ蒸発や空気流速に基づき剥灘されるのでさ程問
題はない。

また、第１図の例では、燃料噴射弁の開弁開始時期の決
定を空気流速特性（吸気弁動作）　Ｖｐ’の前半に係る
位置で決定しているが、空気流速特性Ｖｐ’の後半に係
る位置のＶＰＣ以下の流域で決定してもよい。

次に第２の発明を第４図に基づき説明する。

第２の発明では、限界空気流速ＶＰＣ以下の空気流速域
のうち、空気流速特性Ｖｐ’の後半に係る空気流速域の
吸気弁開位置を基準に燃料噴射弁の開弁終了時期ｏｃｅ
が決定される。そして、この決定の開弁終了時期θｃ８
に、エンジン状態から予め決定された燃料噴射弁の開弁
時間Ｔｉが加って、自ずと燃料噴射弁の開弁開始時期Ｏ
ｃｎが決定される。

このような燃料供給法においても、噴射弁の開弁終了時
期ｏｃｅを吸気弁が閉じる直前のクランク角度Ｏｃｅの
所に設定しておけば、噴射弁開弁開始時期ＯＣｎもエン
ジン回転数Ｎｌ、Ｎｚ、Ｎｓを問わず限界空気流速ＶＰ
Ｃ以下の空気流速域に置くことができる。

この第２の発明も、噴射燃料を限界空気流速ＶＰＣ以下
の気流に乗せるので、噴射燃料の壁面付着をほぼ完全に
防止でき、更に、この方法によれば、特に、軽負荷時の
ように開弁時間が短かくて済む場合に、次のような利点
がある。

すなわち、仮に軽負荷時に空気流量特性（吸気弁開動作
）の前半で燃料を噴射させると、軽負荷時のような噴射
時間が短かく且つ、吸気行程の時間が長い場合には、第
３図（ａ）に示すように混合気濃度は燃焼室の下方が濃
く、上方が薄くなる、いわゆる逆層状を呈する。そのた
め、点火プラグ周辺の混合気濃度が薄くなり、着火性が
低下するといった不具合が生じ易い、これに対し１本発
明の如く吸気行程の後半に噴射弁の開弁開始時期を決定
すれば、噴射時間が遅まることで第３図（ｂ）に示すよ
うに若人時に燃焼室上方（点火プラグ周辺）の混合気濃
度を濃くでき、着火性、燃焼性を大幅に向上させる利点
を有する。

なお、噴射弁の開弁終了時期ＯＣｅを吸気弁の閉じる直
前より余裕をもった所に設定すると、第４図に示すよう
に噴射弁開弁開始時期がＯＣｎ’の所になる。この場合
には、例えばエンジン回転数Ｎ２の場合は、図示ΔＯｃ
の間は限界流速ＶＰＣを超えることになり、その間、噴
射燃料の壁面付着が生じるが、その割合は少ない。一方
、エンジン回転数Ｎ３の回転域では、壁面付着の比率が
多くなるが、このような高速回転域では、壁面付着が生
じても空気流速が大きいので燃料が壁面からはく雛し、
再微粒化するので問題はそれほどない６尚、吸気行程時
の燃料噴射弁の開弁開始時期をエンジン回転数に対応さ
せて変化させる制御手段を設けてもよい。そして、この
制御手段に前述の第１或いは第２の発明を実行するため
の噴射弁開弁開始時期のデータをエンジン回転数域に合
せて設定しておけば、前述の第１．第２発明の各作用を
行うことが可能となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第２図に基づき説明する。

第２図は、本実施例の燃料噴射制御系統のシステム概要
図である。

第２図における７は、気筒別独立噴射方式の燃料噴射弁
（ＩｎＪ）で、図では各気筒の燃料噴射弁を１つのブロ
ックで図示しである。この燃料噴射弁７の取付構造は、
例えば第７図、第８図に示した燃料噴射弁５と同様で、
吸気ポート噴射方式（或いはマニホルド噴射方式）が採
用される。

燃料噴射弁７を制御するコントローラ６は、マイクロコ
ンピュータ（？ｇｔ算手段）を内蔵し、エンジン回転数
センサ８の検出値Ｎ、クランク角度センサ９からの検出
値Ｏｃ、エンジン冷却水温センサ１０からの検出値Ｔｗ
、吸気センサ１１からの検出値Ｑａが入力される。コン
トローラ６では、これらの検出信号により、燃料噴射弁
７の開弁開始時期、開弁時間を演算或いはマツプ検索よ
り求め、これを実行するための駆動信号を燃料噴射弁７
に出力する。具体的には、吸入空気ｉＱａ、エンジン冷
却水温Ｔｗ等から噴射弁７の開弁時間Ｔｉを決定し、エ
ンジン回転数等から噴射弁７の開弁開始時期を決定する
。この噴射弁７の開弁開始時期は、該当の気筒の吸気行
程時で、しかも発明の〔作用〕の項でも第１図に基づき
詳述したように、吸気弁開動作時の正弦波的な空気流速
特性Ｖ　ｐ　’のうちで、吸気路壁面に噴射燃料がほと
んど付着しない空気流速域（限界空気流速ＶＰＣ以下）
の吸気弁開位置を基準に設定される８例えば、第１図の
如く、空気流速特性Ｖｐ’の前半、換言すれば吸気弁開
動作（吸気行程）の前半で、エンジン回転数Ｎ１の場合
には吸気弁開位置（クランク角度）Ｏｃｔ、Ｎｚの場合
にはθｃ２、Ｎ８の場合にはＯＣＲの位置を噴射弁７の
開弁開始時期とする。

しかして、このような構成よりなれば、９エンジンの運
転中には、コントローラ６がエンジン回転数Ｎに基づき
、演算或いは予め定めたマツプの検索により噴射弁の開
弁開始時期を決定し、この噴射弁の開弁開始時期に対応
するクランク角度が検出されると、コントローラ６から
該当（吸気行程）の噴射弁７に開弁指令が出力され、燃
料噴射が実行され、予め決定された時間だけ燃料噴射が
なされる。

そして、このような燃料噴射方式によれば、吸気行程時
に燃料噴射がなされても、エンジン回転数域の広範にわ
たりほとんどの噴射燃料が壁面付着の生じない空気流速
に乗って気筒に送られるので、常に広い運転範囲にわた
って混合気の形成を良好にできる。

なお、第５図は、マツプ検索法の一例を示したもので、
エンジン回転数ＮとＱａ／Ｎ（Ｑａは吸入空気量）でＱ
ｃｎのマツプを作ることで、容易に噴射弁開始時期制御
を行い得る。第６図は開弁時間Ｔｉの決定法であり、第
５図とほぼ同様に行い得る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、吸気行程に同期して燃料
を噴射する気筒別独立噴射方式において。

その噴射燃料を壁面付着が生じない空気流速に乗せてエ
ンジン燃焼室（気筒）側に送るようにしたので、エンジ
ン運転の広範囲にわたって混合気形成状態を良好なもの
とし、燃焼の促進、安定性を図り、ひいては、エンジン
出力の向上、排気のクリーン化、燃費低減を図り得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸気行程時の空気流速特性と本発明の噴射弁の
開弁開始時期の設定例を表わす説明図、第２図は本発明
の一実施例たるシステム概要図、第３図は吸気行程時の
エンジン燃焼室内の混合気濃度の分布状態を表わす説明
図、第４図は本発明の他の一例である噴射弁の開弁開始
時期の設定例を示す説明図、第５図は上記実施例におけ
る噴射弁開弁開始時期Ｏｃｎ　のマツプ検索法を示す説
明図、第６図は上記実施例の噴射弁開弁時間Ｔｉのマツ
プ検索法を示す説明図、第７図及び第８図は従来の噴射
弁からの燃料噴射の挙動状態を示す説明図である。 １・・・気筒、３・・・吸気路、４・・・吸気弁、５，
７・・・燃料噴射弁、６・・・コントローラ（燃料噴射
開始時期及び噴射時間演算手段）、８・・・エンジン回
転数センサ、９・・・クランク角度センサ、１１・・・
吸気センサ、Ｖｐ’・・・空気流速特性、ＶＰＣ・・・
限界空気流速、Ｏｃｈ＊　Ｏｃｘ＋　Ｏｃｓ＋・・・Ｏ
ｃｎ　・・・噴射弁開弁開始時期。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸気行程に同期して各気筒に燃料を噴射する気筒別
   独立噴射方式の燃料供給方法において、各気筒における
   吸気弁の開弁開始から閉弁に至るまでの吸気弁近傍の正
   弦波的空気流速特性から、噴射燃料の吸気路壁面付着が
   生じない限界空気流速Ｖ＿Ｐ＿Ｃ以下の空気流速域を予
   め見出し、この限界空気流速Ｖ＿Ｐ＿Ｃ以下の空気流速
   域に対応する吸気弁開位置を基準に燃料噴射弁の開弁開
   始時期を設定し、且つエンジン回転数の変化により限界
   空気流速Ｖ＿Ｐ＿Ｃ以下の空気流速域が変化すると、こ
   れに対応させて、燃料噴射弁の開弁開始時期を変化させ
   て燃料噴射制御を行うことを特徴とするエンジンの燃料
   供給方法。 ２、吸気行程に同期して各気筒に燃料を噴射する気筒別
   独立噴射方式の燃料供給方法において、各気筒における
   吸気弁の開弁開始から閉弁に至るまでの吸気弁近傍の正
   弦波的空気流速特性から、噴射燃料の吸気路壁面付着が
   生じない限界空気流速Ｖ＿Ｐ＿Ｃ以下の空気流速域を予
   め見出し、この限界空気流速Ｖ＿Ｐ＿Ｃ以下の空気流速
   域のうち、前記正弦波的空気流速特性の後半に係る空気
   流速域の吸気弁開位置を基準に燃料噴射弁の開弁終了時
   期を決定し、この決定の燃料噴射弁の開弁終了時期に、
   エンジン状態から予め決定された燃料噴射弁の開弁時間
   を加えることで、自ずと燃料噴射弁の開弁開始時期を決
   定して、燃料噴射制御を行うことを特徴とするエンジン
   の燃料供給方法。