JPH04101031A - 内燃機関の燃料供給装置 - 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、ボンピングロスを低減しつつ特に過渡運転時
の空燃比を最適に制御する内燃機関の燃料供給装置に関
する。

〈従来の技術〉 この種の内燃機関として、特開昭５８−２３２４５号公
報に示すようなものがある。

すなわち、吸気弁の近傍に、機関回転に同期して開閉す
る弁を設け、この弁の開閉により燃焼室に導入される吸
入空気流量を制御してポンピングロスを低減するように
している。

ところで、一般の吸気系にあっては、絞弁下流の吸気通
路容積が大きいため絞弁を開いても応答遅れにより燃焼
室の吸入空気流量は急激に増加しない（機関回転速度や
吸気通路容積によって異なるか、絞弁をステップ状に開
いたときから吸気通路内圧力か安定するまでには約数百
ｍ５ｅｃかかる。これは絞弁下流の吸気通路容積が数リ
ットルあるために、その吸気通路への充填時間である。

）したがって、吸気弁か開く前に燃料供給（噴射）が終
了するものにおいては、過渡運転時の燃料供給後の吸入
空気流量変化か小さく空燃比は理論空燃比からずれるも
のの燃焼可能範囲にあった。

ところで、本願出願人は、特願平１−２９６０７２号等
にて、気筒毎に独立して設けられた絞弁のバイパス通路
に開閉弁を介装し、これら開閉弁を吸気弁の開閉動作に
応じてアクチュエータにより駆動制御し、ポンピングロ
スを低減するものを提案している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、このものでは、絞弁下流の吸気通路容積が小さ
い（約１００ｃｃ）ので、前記応答遅れが殆どなく、吸
気弁が開く前に燃料噴射が終了するものにおいては過渡
運転時に空燃比か理論空燃比がら大きくずれ（例えば加
速運転時にはリーン）で運転性を悪化させ最悪のときに
は失火の発生を招くという不具合がある。

かかる不具合の発生は、吸気弁が開く前に、燃料供給量
を吸入空気流量の検出値から求めて燃料供給を行うため
、燃料供給後に変化する吸入空気量分だけ空燃比か理論
空燃比からずれるためであり、燃料供給量の絞弁開度の
変化が大きいほど生じやすい。これを、加速運転時を例
にとり第９図に基づいて説明すると、第９図中Ａ時点て
演算された燃料供給量はその直後に機関（吸気通路）に
供給されるので、その後絞弁開度が増加して吸入空気流
量が増加しても燃料供給の補正か行われず、吸入空気流
量の増加量だけ燃料吸入量が第９図中斜線示の如く不足
し空燃比がリーン化するのである。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、絞
弁下流の吸気通路容積か小さくても過渡運転時に最適な
空燃比を確保てきる内燃機関の燃料供給装置を提供する
ことを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は第１図に示すように、気筒毎に設け
られ各気筒の吸気弁に連通ずる吸気通路Ａを開閉路する
第１開閉弁Ｂと、各第１開閉弁下流の吸気通路に少なく
とも連通する連通路Ｃと、これら連通路を夫々開閉する
第２開閉弁りと、を備えるものにおいて、前記第１開閉
弁Ｂを、要求開閉動作に対して一吸気行程以上でかっ一
燃焼行程以下のクランク角度期間遅らせて、開閉動作さ
せる吸気制御手段Ｅと、前記要求開閉動作に基づいて燃
焼室に吸入される吸入空気流量を推定する吸入空気流量
推定手段Ｆと、推定された吸入空気流量に基づいて燃料
供給量を設定する燃料供給量設定手段Ｇと、設定された
燃料供給量に基づいて燃料供給手段Ｈを駆動制御する燃
料制御手段■と、を備えるようにした。

〈作用〉 このようにして、要求開閉動作に対して所定クランク角
期間遅らせて第１開閉弁を動作させることにより吸入空
気の変化を抑制し、この期間において要求開閉動作に基
づいて第１開閉弁の開閉動作時に燃焼室に吸入される吸
入空気流量を予め推定する。その後、第１開閉弁を開閉
動作させると共に、推定された吸入空気流量に基づく燃
料供給量を機関に供給する。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第２図〜第８図に基づいて
説明する。尚、本実施例においては、６気筒内燃機関を
例にとり説明する。

第２図〜第４図において、気筒毎に独立した吸気通路１
にはアクセルペダルの踏込動作に連動する第１開閉弁と
してのバタフライ式の絞弁２か吸気弁３と直列に配設さ
れた夫々介装され、各絞弁２をバイパスする連通路とし
てのバイパス通路４か夫々形成されている。前記バイパ
ス通路４には第２開閉弁５が夫々介装され、第２開閉弁
５は電磁式アクチュエータ５Ａにより開閉駆動される。

前記アクチュエータ５Ａには制御装置６から制御信号が
入力されている。ここで、前記絞弁２から吸気弁３に至
る吸気通路１の容積は、燃焼室の最大容積（ピストンが
下死点にあるときの燃焼室容積）の約４に設定されてい
る。

前記制御装置６には、クランク角センサ７からのレファ
レンス信号（クランク角度で１８０　’毎）及びポジシ
ョン信号（クランク角度で例えば１０毎）と、各気筒の
点火栓８の底余部に埋込まれた筒内圧センサ（図示せず
）からの筒内圧検出信号と、絞弁２の開度を検出するス
ロットルセンサ９からの絞弁開度検出信号と、排気中の
酸素濃度がら空燃比を検出する酸素センサ１０からの酸
素濃度検出信号と、アクセルペダル１１の踏込角度を検
出するアクセルセンサ１２からのアクセル踏込角度検出
信号と、が入力されている。

また、前記絞弁２の弁軸の一端部には、第４図に示すよ
うに、変速ギヤ１３が取付けられ、前記絞弁２は変速ギ
ヤ１３を介してモータ１４により開弁駆動される。前記
モータ１４にはスロットルコントローラ１５から通電さ
れるようになっている。前記スロットルコントローラ１
５には絞弁２の開度を検出するスロットルセンサ９から
検出信号が入力されている。

前記スロットルコントローラ１５には前記制御装置６か
ら相互通信によりアクセルセンサ１２にて検出されたア
クセルペダル１１の踏込角度に対応する目標絞弁開度が
入力されている。前記スロットルコントローラ１５は、
前記絞弁２開度が前記目標絞弁開度になるように、スロ
ットルセンサ９の検出信号に基づいてフィードバック制
御により、モータ１４を駆動するようになっている。

１６は絞弁２を閉弁方向に付勢するリターンスプリング
、１７は絞弁２の閉弁位置を規制するストッパである。

前記制御装置６は、第５図のフローチャートに従って作
動し、制御信号をアクチュエータ５Ａに出力して第２開
閉弁５を開閉制御すると共に燃料供給手段としての燃料
噴射弁１８を駆動制御するようになっている。

制御装置６は、過渡運転時にはアクセルペダル１１に踏
込角度の変化に対して絞弁２の開度をクランク角度で２
４０°遅らせて変化させるように、目標絞弁開度信号を
スロットルコントローラ１５に出力するようになってい
る。

ここでは、制御装置６が吸気制御手段と吸入空気流量推
定手段と燃料供給量設定手段と燃料供給手段とを構成す
る。

次に作用を第５図のフローチャートに従って説明する。

このルーチンはポジション信号の入力毎に実行される。

まず、第２開閉弁５の開閉制御を説明すると、筒内圧セ
ンサにより燃料開始直前の燃焼室圧力を気筒毎に複数回
（例えば４回）検出した後、検出された複数回の燃焼室
圧力を気筒毎に平均化して平均燃焼室圧力を気筒毎に求
める。

そして、各気筒の平均燃焼室圧力を平均して金気筒の総
平均燃焼室圧力を求め、この総平均燃焼室圧力から各気
筒の平均燃焼室圧力を減算してずれ分を気筒毎に求めた
後、酸素センサ１０により検出された空燃比により補正
し、金気筒の出力トルクが略同様になるようにアクチュ
エータ５Ａの制御値を気筒毎に算出する。

そして、算出された制御値に対応する制御信号を対応す
る気筒のアクチュエータ５Ａに出力し、第２開閉弁５の
開度を気筒毎に制御する。

かかる制御時における第２開閉弁５の開度変化及び絞弁
２下流の吸気圧力変化を第６図のタイムチャートに従っ
て説明する。尚、この説明では絞弁２の全閉時すなわち
アイドル運転時を例にとり説明し、第６図中吸気は吸気
行程を示し圧縮は圧縮行程を示し、爆発は爆発行程を示
し、排気は排気行程を示す。

すなわち、吸気弁３が開き始める吸気行程開始時におい
て、絞弁２下流の吸気圧力が大気圧になるように、圧縮
行程から爆発行程にて第２開閉弁５を全開させる。これ
により、絞弁２下流の吸気圧力は第６図中Ｃに示すよう
に、吸気行程におけるピストン下死点時の吸気圧力（吸
気行程終了時の吸気圧であってアイドル運転時には例え
ば−５０〜−５７０ｍｍ　Ｈｇ　）から大気圧力付近ま
で上昇する。

ここで、吸気行程開始時の吸気圧力が大気圧になるよう
に第２開閉弁５を常時一定開度に保持させて開弁すると
、吸気圧力は第６図中Ａに示すようになり燃焼室に吸入
される吸入空気流量か希望値よりも多くなる。また、ピ
ストン下死点時の吸気圧力が前記−５５０〜−５７０ｍ
ｍＨｇになるように第２開閉弁５の開度を常時小さく設
定すると、吸気行程開始時の吸気圧力が第６図中Ｂに示
すように大気圧にならない。

そこで、本実施例では、吸気弁３が開く時点で第２開閉
弁５の開度を全開から所定開度まで閉弁駆動する。これ
により、第６図中Ｃに示すように吸気弁３が開く時点で
の吸気圧力を大気圧付近に設定すると共に吸気行程終了
時の吸気圧力を所定値に設定し、吸入空気流量を所定値
に設定できるようにしたのである。具体的には、吸気弁
３の開閉期間中に第２開閉弁５を全開し吸気弁３が開く
直前に第２開閉弁５を所定開度まで閉弁する。

このようにして、第２開閉弁５の開度を制御すると、第
２開閉弁５の開度は機関回転速度に比例した単純な制御
で行える。これは吸気行程開始時の吸気圧力が大気圧と
すると、絞弁２下流の吸気通路ｌの容積と、ピストンの
下降に伴って増加する燃焼室の容積と、の比から吸気空
気流量を知ることができ、これによって不足分を第２開
閉弁５の開度制御により補えば良いからである。

ここで、第６図において第２開閉弁５の閉弁タイミング
を吸気行程開始前（排気行程に入ったところ）に設定し
ているのは、制御系の応答遅れを考慮しているためであ
り、実際には第２開閉弁５は吸気弁３か開く直前に所定
開度に切換られる。

尚、アクチュエータ５Ａをオン・オフデユーティ信号に
より制御してバイパス通路の吸入空気流量を前述の如く
制御しても良い。

次に、第５図のフローチャートを説明する。

Ｓｌでは、クランク角センサ７からのレファレンス信号
とポジション信号とに基づいて、吸気弁３及び排気弁の
リフト量を演算する。

Ｓ２では、絞弁２の前後差圧に基づいて、絞弁２下流の
吸気通路ｌ（以下、単にポートと称す）の単位断面積当
りの流入空気値を求める。具体的には、前記前後差圧に
基づいて流入空気値をマツプから検索し、この流入空気
値を補間計算して求める。

Ｓ３では、前記流入空気値に基づいて、バイパス通路４
を流れる実流入空気値と、アクセルペダル１１の踏込角
度に対応する要求開度において絞弁２を通過する推定流
入空気値と、を算出する。

Ｓ４では、前記実流入空気値と推定流入空気値とを積算
して、ポートに充填される推定吸入空気流量を求める。

Ｓ５では、算出された推定吸入空気流量とポート容積と
に基づいて、ポート内圧力（推定吸入空気流量／ポート
容積）を演算する。

Ｓ６では、演算されたポート内圧力と、筒内圧センサに
より検出された燃焼室圧力と、の差圧に基づいて、単位
断面積当りの流入空気値をマツプ検索等により求める。

Ｓ７では、前記Ｓ１にて求められた吸気弁３のリフト量
（吸気弁の開口面積）と前記Ｓ６にて求められた流入空
気値とに基づいて、燃焼室に吸入される推定吸入空気流
量を演算する。

Ｓ８ては、Ｓ７にて演算された推定吸入空気流量と燃焼
室容積とに基づいて、燃焼室圧力（推定吸入空気流量／
燃焼室容積）を演算する。

Ｓ９では、Ｓ８にて演算された燃焼室圧力と排気通路の
圧力との差圧に基づいて、単位断面積当りの流出量をマ
ツプ検索等により算出する。

ＳＩＯでは、Ｓ９にて算出された流出値と８１にて求め
られた排気弁のリフト量（排気弁の開口面積）とに基づ
いて、排気通路に流出される推定排出空気流量を演算す
る。

Ｓｌｌては、クランク角センサ７からのレファレンス信
号とポジション信号とに基づいて吸気行程が終了したか
否かを判定し、ＹＥＳのときにはＳ１２に進みＮＯのと
きにはルーチンを終了させる。

Ｓ１２では、Ｓ７にて求められた燃焼室の推定吸入空気
流量とＳＩＯにて求められた推定排出空気流量とに基づ
いて、燃料噴射量を次式により演算する。

燃料噴射量＝（推定吸入空気流量−推定排出空気流量）
／理論空燃比 そして、演算された燃料噴射量に対応する噴射パルス信
号を燃料噴射弁１８に出力し、燃料を機関に噴射供給す
る。

かかる燃料噴射制御と絞弁開度制御とを加速運転時を例
にとり第７図に基づいて説明する。

すなわち、アクセルペダル１１の踏込角度（要求開度）
が第７図中破線示の如く増大するか、この増大に対して
クランク角度で２４０°遅れて絞弁２の開度は第７図中
実線示の如く増大する。

一方、燃料噴射量は、要求開度に基づいて推定された推
定吸入空気流量により求められるので、要求開度が増大
する時点から増大される。そして、求められた燃料噴射
量は、絞弁２開度が増大するときに燃料噴射弁１８に出
力する。本例では、要求開度が増大したときからクラン
ク角度で約２４０゜遅れた＃３気筒の燃料噴射弁１８を
作動させる。

したがって、絞弁２開度の増加換言すれば燃焼室に導入
される実吸入空気流量の増加に対応させて燃料噴射量を
機関に供給できるので、加速運転時の空燃比を目標空燃
比（例えば理論空燃比）に制御でき運転性を向上できる
。

ここで、６気筒において絞弁開度をクランク角度で２４
０°遅らせるときには、吸入空気流量を推定している途
中で燃料噴射開始時期になる場合があり推定吸入空気流
量に誤差が生じることかあるので、この誤差をなくすた
めには６気筒の場合には絞弁の開度を要求開度に対して
クランク角度て３６０°遅らせて変化させればよい。尚
、４気筒の場合には誤差を小さくするために前記遅れを
クランク角度で３６０°に設定するのが良い。また、気
筒数に拘わらず最大で７２０°　（−燃焼行程）遅らせ
ることができる。さらに、単気筒の場合にはクランク角
度で７２０°遅らせる必要がある。

次に、前記制御装置６のハードウェア構成の一例を第８
図に基づいて説明する。

燃料計算部６Ａにはクランク角センサ７とアクセルセン
サ１２とから検出信号か入力され、燃料計算部６Ａはそ
れら検出信号に基づいて燃料噴射量を第５図のフローチ
ャートに示すルーチンに従って演算する。演算された燃
料噴射量は噴射時間変換部６Ｂにて時間変換されて燃料
噴射弁１８に出力される。

また、ＰＩ処理部６Ｃは、酸素センサ１０により検出さ
れた空燃比に基づいて比例分と積分分とを加算した信号
を、空気補正部６Ｄに出力する。空気補正部６Ｄは、Ｐ
Ｉ処理部６Ｃからの信号と燃料噴射量とに基づいて、空
気補正量を求めて制御値計算部６Ｅに出力する。制御値
計算部６Ｅは、機関回転速度と空気補正量とに基づいて
制御値を求めて、アクチュエータ５Ａに出力する。ここ
で、ＰＩ処理部６Ｃと空気補正部６Ｄと制御値計算部６
Ｅとは気筒に対応させた数だけ設けられている。

さらに、本実施例においては、前記効果の他に以下の効
果かある。

すなわち、絞弁２をバイパスするバイパス通路４に第２
開閉弁５を気筒毎に配設すると共に各絞弁２下流の吸気
通路ｌの容積を燃焼室の最大容積の％に設定し、かつ吸
気弁３が開く時点の絞弁２下流の吸気圧力を大気圧近傍
になるように第２開閉弁５を全開させると共に吸気行程
においては第２開閉弁５を所定開度まて閉弁駆動させる
ようにしたので、以下の効果がある。

すなわち、吸気弁３が開き始めたときには燃焼室圧力（
吸気通路１の吸気圧力と略同様）大気圧近傍に維持され
るので、ピストンの下降に伴って燃焼室圧力は大気圧か
らアイドル運転時におけるピストン下死点位置での燃焼
室圧力（例えば−５５０〜−５７０ｍｍＨｇ）まて略直
線的に低下する。したかって従来の絞弁制御のみによる
吸気圧力変化よりもボンピングロスを大幅に低減できる
ため、機関出力を最大限に発揮できる。また、バイパス
通路４の第２開閉弁５を電磁式アクチュエータ５Ａによ
り制御するようにしたので従来のものより構造を簡易化
できる。

ここで、絞弁２から吸気弁３に至る吸気通路１の容積を
、燃焼室の最大容積の％以下に設定する理由を説明する
。前記燃焼室の最大容積をＡと設定し、絞弁２から吸気
弁３に至る吸気通路ｌの容積をＢと仮定し圧締比を１／
１０と仮定し、またアイドル運転時のピストン下死点位
置における燃焼室圧力（吸気圧力）を−４５６ｍｍＨｇ
（高回転型のエンジンではバルブオーバーラツプ期間が
大きいのでこの程度の値になる）と仮定して説明する。

すなわち、ピストン上死点上死点における吸気通路ｌと
燃焼室との総容積は（Ａ／１０＋Ｂ）となり、またピス
トン下死点上死点における吸気通路１と燃焼室との総容
積は（Ａ＋Ｂ）となる。かかる状態で大気圧（１気圧）
から−４５０順Ｈｇ（０，４気圧）に燃焼室圧力及び吸
気圧力が変化するときには（Ａ／ＩＯ＋Ｂ）／　（Ａ＋
Ｂ）＝０．４となり、これを解くとＡ＝２Ｂとなる。

したがって、前記吸気通路１の容積が燃焼室の最大容積
の約％以下のときに、アイドル運転時等の低負荷運転時
ポンピングロスを低減して最適なピストン下死点位置に
おける燃焼室圧力を確保できるのである。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、第１開閉弁の開閉動作
を要求開閉動作よりも所定クランク角期間遅らせて開閉
動作させる一方、要求開閉動作に基づいて吸入空気流量
を推定した後この推定値に基づいて燃料噴射量を設定し
機関に供給するようにしたので、過渡運転時にも吸入空
気流量の変化に追従して最適な空燃比を確保でき、もっ
て運転性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例を示す構成図、第３図は同上の要部構成図、第４
図は同上の全体構成図、第５図は同上のフローチャート
、第６図及び第７図は同上の作用を説明するための図、
第８図は同上の／Ｓ　−ドウエア構成図、第９図は従来
の欠点を説明するための図である。 ｌ・・・吸気通路　　２・・・絞弁　　３・・・吸気弁
４・・・バイパス通路　　５・・・第２開閉弁　　６・
・・制御装置　　１８・・・燃料噴射弁 特許出願人　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　笹　島　　富二雄 第 図 ＊　　５　　　二′丁 第４図 第　６１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　気筒毎に設けられ各気筒の吸気弁に連通する吸気通路
   を開閉路する第１開閉弁と、各第１開閉弁下流の吸気通
   路に少なくとも連通する連通路と、これら連通路を夫々
   開閉する第２開閉弁と、を備える内燃機関において、前
   記第１開閉弁を、要求開閉動作に対して一吸気行程以上
   でかつ一燃焼行程以下のクランク角度期間遅らせて、開
   閉動作させる吸気制御手段と、前記要求開閉動作に基づ
   いて燃焼室に吸入される吸入空気流量を推定する吸入空
   気流量推定手段と、推定された吸入空気流量に基づいて
   燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、設定され
   た燃料供給量に基づいて燃料供給手段を駆動制御する燃
   料制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃
   料供給装置。