(57)【要約】【課題】  内燃機関の制御装置において、燃焼室への吸入空気の供給遅れに起因するレスポンスの悪化を防止することでドライバビリティの向上を図る。【解決手段】  燃焼室１７に一次空気を供給するためのスロットルバルブ３４を有する吸気管２２に対して、燃焼室１７に燃料と共に二次空気を供給するエアアシストインジェクタ２４を設け、エンジン１１の加速時など、吸気管２２を通して燃焼室１７へ供給する一次空気の供給遅れが生じたときに、エアアシストインジェクタ２４による二次空気の供給量を増加する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路を通して燃焼室に一次空気を供給する一次空気供給手段と、前記吸気通路あるいは前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室あるいは該燃焼室近傍の前記吸気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段と、前記一次空気供給手段による前記燃焼室への一次空気の供給に遅れが生じたときに前記二次空気供給手段による二次空気の供給量を補正する制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を設け、前記制御手段は該アクセル開度の変化量が予め設定された設定値以上になると、前記二次空気供給手段による二次空気の供給量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、前記一次空気の供給量及び前記二次空気の供給量を合せた吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射手段及び前記二次空気供給手段は、燃料を圧縮空気と共に噴射するエアアシストインジェクタであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定量の空気と燃料を遅滞なく燃焼室に導入して効率良く燃焼させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な内燃機関では、吸入空気量とエンジン回転数に基づいて燃料噴射量が設定され、吸入行程にて、吸気バルブが開いて目標空燃比に設定された空気と燃料との混合気が燃焼室に導入され、圧縮行程にて、ピストンの上昇により燃焼室内の混合気が圧縮され、燃焼・膨張行程にて、この混合気が着火、燃焼して高温のガスとなって膨張することで、熱エネルギを運動エネルギに効率よく変換し、内燃機関が所定のトルクを得ることができる一方、排気行程にて、燃焼して発生したガスが排気バルブが開いて外部に排出される。そして、運転者がアクセルペダルを踏み込むことで加速要求を行われると、スロットル開度が大きくなって吸入空気量が増加し、この吸入空気量の増加に伴って燃料噴射量も増加され、出力トルクが増大する。
【０００３】
なお、従来の内燃機関の燃料噴射装置としては、下記の特許文献１がある。
【特許文献１】特開平６−０２６４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述した従来の内燃機関では、運転者がアクセルペダルを踏み込むと、スロットル開度が大きくなって吸入空気量が増加し、増加した吸入空気量に応じて燃料噴射量も増加されて出力トルクが増大するが、増加した空気が燃焼室内に導入されるまでには時間的な遅れがあり、運転者の加速要求に対するレスポンスが良くない。即ち、運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度が急激に大きくなっても、増加した空気量がスロットルバルブを通って吸気通路から燃焼室に導入されるまでには時間的な遅れがあり、燃焼室に導入される吸入空気量は急激には増加せずに徐々に増加する。そのため、燃料噴射量も徐々に増加する吸入空気量に応じて増加されるため、出力トルクも徐々に増大するものとなる。従って、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込むような加速を要求しても、出力トルクは直ちに増大せずに加速レスポンスが良くなく、ドライバビリティを悪化させてしまうという問題がある。
【０００５】
なお、上述した特許文献１に記載された「内燃機関の燃料噴射装置」は、大気導入通路の一端を絞り弁の上流側の吸気配管に連結し、他端を絞り弁の下流側に設けられた燃料噴射弁に連結しており、内燃機関の加速時に、空気量センサが検出した吸入空気量に基づいて最適な燃料量が計算され、この燃料が燃料噴射弁から噴射されるが、このとき、絞り弁の上流との間の差圧で生じた空気流が大気導入通路を通って噴射口付近で燃料噴霧に衝突し、燃料の微粒化を可能としたものである。しかし、この装置のように、絞り弁を迂回する大気導入通路を設けても、絞り弁の開動作に伴う吸入空気の導入遅れを防止することはできない。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、燃焼室への吸入空気の供給遅れに起因するレスポンスの悪化を防止することでドライバビリティの向上を図った内燃機関の制御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】
【０００７】
上述の目的を達成するために請求項１の発明の内燃機関の制御装置は、吸気通路を通して燃焼室に一次空気を供給する一次空気供給手段と、前記吸気通路あるいは前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室あるいは該燃焼室近傍の前記吸気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段と、前記一次空気供給手段による前記燃焼室への一次空気の供給に遅れが生じたときに前記二次空気供給手段による二次空気の供給量を補正する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の内燃機関の制御装置では、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を設け、前記制御手段は該アクセル開度の変化量が予め設定された設定値以上になると、前記二次空気供給手段による二次空気の供給量を補正することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の内燃機関の制御装置では、前記制御手段は、前記一次空気の供給量及び前記二次空気の供給量を合せた吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明の内燃機関の制御装置では、前記燃料噴射手段及び前記二次空気供給手段は、燃料を圧縮空気と共に噴射するエアアシストインジェクタであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明の内燃機関の制御装置によれば、吸気通路を通して燃焼室へ供給する一次空気の供給遅れが生じたときに、燃焼室あるいはその近傍の吸気通路に直接供給する二次空気の供給量を補正するので、運転者のアクセル操作に伴う車両の加減速時に、吸気通路を通して燃焼室へ供給される一次空気の供給遅れにより吸入空気の不足や過多が生じるときには、二次空気の供給量を補正、つまり、増量あるいは減量して燃焼室あるいは吸気通路に供給されることとなり、燃焼室への吸入空気の供給遅れに起因するレスポンスの悪化を防止し、ドライバビリティを向上することができる。
【００１２】
請求項２の発明の内燃機関の制御装置によれば、アクセル開度の変化量が予め設定された設定値以上になったときに、二次空気の供給量を補正するので、アクセル開度の変化量が設定値以上になったときは運転者が加速要求などを行ったときであり、このときに二次空気の供給量を増加することで、運転者の加速要求通りにエンジン出力を上昇することができる。
【００１３】
請求項３の発明の内燃機関の制御装置によれば、一次空気の供給量及び二次空気の供給量を合せた吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいて設定された燃料噴射量を噴射するので、空気量に応じた燃料量を確保することで運転者の加速要求通りにエンジン出力を上昇することができる。
【００１４】
請求項４の発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射機能と二次空気供給機能を併せ持つエアアシストインジェクタを採用するので、装置を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の内燃機関の制御装置を実施するための最良の形態は、吸気通路を通して燃焼室に一次空気を供給する可能とすると共に、燃焼室あるいはその近傍の吸気通路に二次空気を供給する可能とし、燃焼室への一次空気の供給に遅れが生じたときに二次空気の供給量を増減することで、所望の加速・減速に適合した空気量及び燃料量を迅速に供給してレスポンスの悪化を防止したものであり、以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１に本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置のブロック構成、図２に本実施例の内燃機関の制御装置による制御のフローチャート、図３に本実施例の内燃機関の制御装置による制御のタイムチャートを示す。
【００１７】
本実施例の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、車両に搭載されるエンジン１１は火花点火式ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結され、このシリンダブロック１２に複数のピストン１４が直列に配設され、上下動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にはクランクシャフト１５が回転自在に支持され、このクランクシャフト１５と各ピストン１４とがコネクティングロッド１６によりそれぞれ連結されている。
【００１８】
シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３と各ピストン１４によって複数の燃焼室１７が構成され、この各燃焼室１７の両側に吸気ポート１８及び排気ポート１９がそれぞれ連通されており、この各吸気ポート１８及び各排気ポート１９には吸気バルブ２０と排気バルブ２１の先端部が臨み、燃焼室１７と各ポート１８，１９との開閉を行うことができるようになっている。そして、吸気ポート１８にはインテークマニホールドを介して吸気管２２が連結され、排気ポート１９にはエキゾーストマニホールド排気管２３が連結されている。
【００１９】
各吸気管２２には気筒ごとにエアアシストインジェクタ（燃料噴射手段、二次空気供給手段）２４が装着されると共に、シリンダヘッド１３に点火プラグ２５が装着されている。このエアアシストインジェクタ２４は、噴射した燃料噴霧に対して圧縮エアを噴射することで、燃料を微粒化して壁面付着を防止するものである。そのため、このエアアシストインジェクタ２４には、燃料パイプ２６を介して燃料ポンプ２７及び燃料タンク２８が連結されると共に、アシストエアパイプ２９を介してアキュムレータ３０及びコンプレッサ３１が連結されている。なお、このエアアシストインジェクタ２４の内部構造は、図示しないが、内部に燃料パイプ２６から送られてきた所定量の燃料を蓄圧する貯留室及び墳口を開閉する噴射弁を有すると共に、アシストエアパイプ２９とこの墳口とを連通する開閉弁を有している。従って、このエアアシストインジェクタ２４では、噴射弁を所定時間開放して所定量の燃料を噴射し、同時に、開閉弁を所定時間開放して燃料噴霧に向けてアシストエアを噴射することで、燃料を微粒化して吸気ポート１８に噴射することができる。
【００２０】
吸気管２２の上流端部にはエアクリーナ３２が取付けられ、この吸気管２２の中途部にはサージタンク３３が設けられている。そして、この吸気管２２には、エアクリーナ３２とサージタンク３３の間に位置して、電子制御スロットル弁３４が取付けられると共に、このスロットル弁３４の開度を検出するスロットルポジションセンサ３５が取付けられている。また、このスロットル弁３４の上流側には吸入空気量を検出するエアフローセンサ３６が取付けられている。
【００２１】
一方、排気管２３の下流側には触媒装置３７が設けられている。また、エンジン１１には、各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号を出力するクランク角センサ３８が設けられ、クランク角センサ３８はエンジン回転数（エンジン回転速度）を検出可能となっている。
【００２２】
車両にはエンジン１１などを制御するエンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）３９が設けられ、このＥＣＵ３９には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ３９によりエンジン１１の総合的な制御が実施される。
【００２３】
即ち、前述したスロットルポジションセンサ３５が検出したスロットル開度θT、エアフローセンサ３６が検出した吸入空気量ＱA1、クランク角センサ３８が検出したエンジン回転数Ｎｅ、また、アクセル開度センサ４０が検出したアクセル開度θA、その他に吸気温度や吸気圧力などのエンジン運転状態情報がＥＣＵ３９に入力される。ＥＣＵ３９は、スロットル開度θS、吸入空気量ＱA1、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θAなどの運転状態情報に基づいて点火時期、アシストエア量ＱA2（アシストエア噴射時間）等を決定し、点火プラグ２５、スロットル弁３４等を駆動制御する。
【００２４】
また、本実施例の内燃機関の制御装置にて、ＥＣＵ３９は、燃焼室１７内に導入される筒内供給空気量Ｑ（ＱA1＋ＱA2）とエンジン回転数Ｎｅに基づいて燃料噴射量ＱFを算出し、エアアシストインジェクタ２４のドライバ４１を駆動制御すると共に、アクセル開度θAに基づいてアシストエア量ＱA2を補正している。エンジン１１がほぼ一定の負荷状態であるときには、筒内供給空気量Ｑは、吸気管２２のスロットルバルブ３４を通って燃焼室１７内に導入される空気量、つまり、エアフローセンサ３６が検出した吸入空気量（一次空気量）ＱA1とほぼ同量であるため、エアアシストインジェクタ２４から噴射燃料を微粒化するために噴射されるアシストエア量（二次空気量）ＱA2は、予め設定された微量に設定される。一方、エンジン１１が低負荷状態から高負荷状態へ、また、高負荷状態から低負荷状態に大きく変化したときには、スロットバルブ３４の開閉タイミングにより吸気管２２から燃焼室１７内に導入される吸入空気量ＱA1に供給遅れが発生するため、エアアシストインジェクタ２４から噴射されるアシストエア量ＱA2を一時的に増加、又は減少させる。
【００２５】
即ち、運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度がθS急激に大きくなっても、増加した空気量がスロットルバルブ３４を通って吸気管２２から燃焼室１７に導入されるまでには時間的な遅れがあり、燃焼室１７に導入される空気量Ｑは急激には増加せず、且つ、燃料噴射量も急激に増加しないため、運転者の加速要求に対応した出力トルクを直ちに得ることができない。そこで、本実施例では、このようなエンジン１１の加速時（減速時）には、吸気管２２から導入される空気量の遅れ分をエアアシストインジェクタ２４から供給することで、運転者の加速要求に対応した出力トルクを直ちに得ることができるようにしている。
【００２６】
ここで、上述した本実施例の内燃機関の制御装置におけるＥＣＵ３９の制御を図２のフローチャート並びに図３のタイムチャートに基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図４に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ３６はアクセル開度センサ４０が検出したアクセル開度θAを読み込み、ステップＳ１２にて、所定時間（所定サイクル）ごとのアクセル開度の変化量ＡDが設定値ＡS以上かどうかを判定する。このステップＳ１２で、アクセル開度変化量ＡDが設定値ＡSより小さければ、エンジン負荷状態が大きく変化していないと判断し、ステップＳ１３に移行し、ここで、エアフローセンサ３６が検出した吸入空気量ＱA1と予め設定されたアシストエア量ＱA2とに基づいて筒内供給空気量Ｑを設定し、この筒内供給空気量Ｑとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて燃料噴射量ＱFを設定し、ドライバ４１によりエアアシストインジェクタ２４を駆動制御して所定の燃料噴射量ＱFを噴射する。また、ステップＳ１４では、同時に、ドライバ４１によりエアアシストインジェクタ２４を駆動制御し、所定のアシストエア量ＱA2を噴射する。その結果、エアアシストインジェクタ２４から所定量の燃料が吸気ポート１８に噴射されると同時に、この噴射燃料に対して微量のアシストエアが噴射されて微粒化され、燃料と空気の混合気が燃焼室１７に導入される。
【００２８】
一方、ステップＳ１２にて、アクセル開度変化量ＡDが設定値ＡS以上であれば、ドライバがアクセルペダルを踏み込んで加速を要求しており、エンジン負荷状態が大きく変化したと判断し、ステップＳ１５に移行する。このステップＳ１５では、運転者の加速要求に対する吸入空気量ＱA1の増量遅れ分を補充するために、エアアシストインジェクタ２４から供給されるアシストエアの増量分を設定するための補正例数Ｋを算出する。具体的には、現在のエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度変化量ＡDと関数からアシスト補正係数Ｋを算出する。この場合、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度変化量ＡDとの関数マップを設定しておき、このマップからアシストエア補正係数Ｋを求めるようにしても良い。
【００２９】
ステップＳ１６では、求めたアシストエア補正係数Ｋを用いてアシストエア量ＱA2を補正する。具体的には、予め設定されているアシストエア噴射時間にこのアシストエア補正係数Ｋを乗算することで補正して設定する。また、ステップＳ１７では、エアフローセンサ３６が検出した吸入空気量ＱA1とアクセル開度変化量ＡDに応じて補正したアシストエア量ＱA2とに基づいて筒内供給空気量Ｑを設定し、この筒内供給空気量Ｑとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて燃料噴射量ＱFを設定すると共に、ドライバ４１によりエアアシストインジェクタ２４を駆動制御し、設定された燃料噴射量ＱFを噴射する。また、ステップＳ１８では、同時に、ドライバ４１によりエアアシストインジェクタ２４を駆動制御し、補正されたアシストエア量ＱA2を噴射する。その結果、エアアシストインジェクタ２４から増量された燃料が吸気ポート１８に噴射されると同時に、この噴射燃料に対して増量されたアシストエアが噴射されて微粒化され、燃料と空気の混合気が燃焼室１７に導入される。
【００３０】
この加速要求があったときの現象を詳細に説明すると、図３に示すように、時間ｔ1で運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度θTが大きくなると、吸気管２２からスロットルバルブ３４を通って燃焼室１７に供給される吸入空気量ＱA1が増加する。このとき、吸気管２２から燃焼室１７に供給される吸入空気には時間的な遅れがあるため、スロットル開度ＱTの増大と同時に吸入空気量ＱA1は急激に増加せずに徐々に増加する。従って、従来は、図３に点線で示すように、この徐々に増加する吸入空気量ＱA1に微量のアシストエア量ＱA2を加算した筒内供給空気量Ｑも徐々に増加することとなり、燃料噴射量ＱFはこの筒内供給空気量Ｑとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて設定されるため、エンジン１１の発生トルクＴは運転者の加速要求に対して遅れをもって高くなり、時間ｔ2で運転者の要求通りとなる。
【００３１】
一方、本実施例では、図３に実線で示すように、時間ｔ1で運転者がアクセルペダルを踏み込んでスロットル開度ＱTが大きくなると、吸気管２２からスロットルバルブ３４を通って燃焼室１７に供給される吸入空気量ＱA1が徐々に増加すると共に、アクセル開度変化量ＡDに基づいてアシストエア量ＱA2が増加する。従って、この吸入空気量ＱA1とアシストエア量ＱA2とを加算して設定される筒内供給空気量Ｑがスロットル開度ＱTに同期して増加することとなり、燃料噴射量ＱFもこのスロットル開度ＱTに同期して増加する筒内供給空気量Ｑと同様に増加するため、エンジン１１の発生トルクＴは運転者の加速要求に対応して要求通りに瞬時に高くなる。なお、アシストエア量ＱA2はスロットル開度ＱTの変化時に増大した後に徐々に減少し、時間ｔ2で所定値となる。
【００３２】
このように本実施例の内燃機関の制御装置にあっては、燃焼室１７に一次空気を供給するためのスロットルバルブ３４を有する吸気管２２に対して、燃焼室１７に燃料と共に二次空気を供給するエアアシストインジェクタ２４を設け、エンジン１１の加速時など、吸気管２２を通して燃焼室１７へ供給する一次空気の供給遅れが生じたときに、エアアシストインジェクタ２４による二次空気の供給量を補正するようにしている。
【００３３】
従って、運転者のアクセル操作に伴うエンジン１１の加速時に、吸気管２２通して燃焼室１７へ供給される一次空気の供給遅れにより、燃焼室１７での一時的な空気量の不足が生じるときには、エアアシストインジェクタ２４による二次空気の供給量を増量することとなり、エンジン１１の加速に必要な吸入空気量及び燃料噴射量を確保することができ、燃焼室１７への吸入空気の供給遅れに起因するレスポンスの悪化を防止し、ドライバビリティを向上することができる。
【００３４】
また、燃焼室１７への一時的な空気量の不足を、アクセル開度θAの変化量ＡDが設定値ＡS以上になったときとしており、これにより運転者の加速要求を適正に判定し、運転者の加速要求通りにエンジン出力を上昇することができる。更に、筒内供給空気量Ｑ（ＱA1＋ＱA2）に基づいて燃料噴射量ＱFを設定しており、アシストエア量ＱA2の増量時においても適正な燃料量を確保することができる。
【００３５】
また、エアアシストインジェクタ２４により燃料と二次空気を同時に噴射可能としており、装置を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。
【００３６】
なお、上述の実施例では、運転者の加速要求をアクセル開度θAが大きくなったときに、燃焼室１７への一次空気の供給量不足が生じると推定し、エアアシストインジェクタ２４からの二次空気の供給量を増加するようにしたが、運転者がアクセルペダルの踏み込みをやめてブレーキをかけるような減速要求があったときに、これをアクセル開度θAの変化量ＡDに基づいて燃焼室１７への一次空気の供給量過多と推定し、エアアシストインジェクタ２４からの二次空気の供給量を減少するようにしてもよい。
【００３７】
また、運転者の加速要求をアクセル開度θAの変化量ＡDに基づいて判定したが、アクセル開度θAの変化率でも良く、その他、スロットルバルブ３４の変化量や変化率などエンジン負荷の変化に基づいて判定しても良い。更に、燃料噴射手段及び二次空気供給手段としてエアアシストインジェクタ２４を用いたが、燃料噴射手段を一般的なインジェクタとし、二次空気供給手段として燃焼室１７や吸気ポート１８に直接空気を供給できる装置を設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気通路を通して燃焼室に一次空気を供給する可能とすると共に、それとは別の手段により燃焼室に二次空気を供給する可能とし、一次空気の供給遅れが生じたときに二次空気の供給量を増減し、加速・減速レスポンスの悪化を防止することで、内燃機関の形態は、燃料を吸気ポートの噴射するエンジンであっても、燃料を直接燃焼室に噴射するエンジンであっても、本発明の装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置のブロック構成図である。
【図２】本実施例の内燃機関の制御装置による制御のフローチャートである。
【図３】本実施例の内燃機関の制御装置による制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１１  エンジン（内燃機関）
１７  燃焼室
２２  吸気管
２４  エアアシストインジェクタ（燃料噴射手段、二次空気供給手段）
２５  点火プラグ
２８  燃料タンク
３１  コンプレッサ
３４  スロットルバルブ（一次空気供給手段）
３５  スロットルポジションセンサ
３６  エアフローセンサ
３８  クランク角センサ
３９  電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段）
４０  アクセルポジションセンサ
【図１】
2005083233.tif 000003
【図２】
2005083233.tif 000004
【図３】
2005083233.tif 000005