JP2001082215A - 内燃機関の電子制御燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シーケンシャル噴射における噴射タイミングの
制御によって、始動時におけるＨＣの排出量を低減す
る。 【解決手段】始動中及び始動完了から水温に応じた所定
期間内では、燃料噴射の終了タイミングを吸気弁の開期
間中に設定することで（Ｓ４，Ｓ９）、主に吸気弁が開
いているときに燃料を噴射させて壁流量を少なくする一
方、前記所定期間が経過した後は、前記終了タイミング
を吸気弁の開期間前に設定することで（Ｓ１０）、吸気
弁が閉じているときに燃料を噴射させて、機関熱による
燃料の気化を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の電子制御
燃料噴射装置に関し、詳しくは、所謂シーケンシャル噴
射方式における始動時の噴射タイミングの制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、各気筒の吸気ポート部にそれ
ぞれ燃料噴射弁を備え、各気筒の行程に合わせて各燃料
噴射弁における燃料噴射を個別に行なわせる構成である
シーケンシャル噴射方式の電子制御燃料噴射装置が知ら
れている（特開平５−１５６９８４号公報等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記シーケ
ンシャル噴射方式の電子制御燃料噴射装置における燃料
噴射タイミングは、機関回転速度等に応じて調整される
ものの、基本的には吸気弁が開かれる前の排気行程にお
いて行なわせる構成として、機関熱を利用した燃料の気
化を促進させ予混合を図る構成としてあり、係る特性
は、始動時においても共通的に用いられていた。

【０００４】しかし、機関温度が低い始動時には、吸気
弁が閉じているときに噴射されて壁面に多く付着した燃
料が、気化せずにそのままシリンダ内に流れ込み、排気
中のＨＣ量が増大してしまうという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、始動時におけるＨＣ排出量の抑制を図れる内燃機
関の電子制御燃料噴射装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、各気筒の吸気系にそれぞれ燃料噴射弁を備え、
各気筒の行程に合わせて燃料噴射を行なわせる構成の内
燃機関の電子制御燃料噴射装置において、始動時の所定
期間と該所定期間の経過後とで、噴射タイミングを切り
換えるよう構成した。

【０００７】かかる構成によると、各気筒毎に吸気弁上
流側の吸気系に燃料噴射弁を備え、各気筒別に燃料噴射
を行なわせる所謂シーケンシャル噴射方式の電子制御燃
料噴射装置において、機関温度が低く燃料の気化性能が
低い始動時の所定期間と、その後の暖機が進んだ状態と
で異なる噴射タイミングで燃料が噴射される。

【０００８】請求項２記載の発明では、前記始動時の所
定期間において主に吸気弁の開期間で燃料噴射を行なわ
せ、前記所定期間後は、主に吸気弁の開期間前に燃料噴
射を行なわせる構成とした。

【０００９】かかる構成によると、始動時の所定期間に
おいては、主に吸気弁の開期間で燃料噴射を行なわせる
ことで、直接シリンダ内に吸引される燃料が多くなっ
て、吸気ポートの壁面に付着する燃料（壁流）が少なく
なるようにする。一方、前記所定期間が経過すると、主
に吸気弁の開期間前に燃料噴射を行なわせ、機関熱を利
用して燃料を気化させるようにする。

【００１０】請求項３記載の発明では、前記始動時の所
定期間において燃料噴射の終了タイミングを吸気弁の開
期間に設定し、前記所定期間後は、燃料噴射の終了タイ
ミングを吸気弁の開期間前に設定する構成とした。

【００１１】かかる構成によると、始動時の所定期間に
おいては、吸気弁の開期間中に設定される所定タイミン
グで終了するように燃料噴射を行なわせることで、燃料
が主に吸気弁の開期間中に噴射されるようにし、前記所
定期間が経過すると、吸気弁の開期間前に終了するよう
に燃料噴射を行なわせることで、燃料が吸気弁の開期間
前に噴射されるようにする。

【００１２】請求項４記載の発明では、前記所定期間
を、機関の温度に応じて変化させる構成とした。かかる
構成によると、機関温度による燃料の気化特性の違いに
応じて、通常の噴射タイミングに移行させるまでの期間
を変化させる。

【００１３】請求項５記載の発明では、前記始動時の所
定期間における噴射タイミングを、機関の温度に応じて
変化させる構成とした。かかる構成によると、機関温度
による燃料の気化特性の違いに応じて、始動時の所定期
間における噴射タイミングを最適時期に変化させる。

【００１４】請求項６記載の発明では、前記始動時の所
定期間を、始動中及び始動完了後の所定期間とする構成
とした。かかる構成によると、始動中に引き続き、始動
完了後の所定期間においても継続的に同様な噴射タイミ
ングで噴射させ、始動完了から所定期間が経過してから
通常の噴射タイミングに移行させる。

【００１５】請求項７記載の発明では、前記始動完了
を、機関回転速度，機関回転速度の変化速度，筒内圧，
スタートスイッチのいずれかに基づいて判定する構成と
した。かかる構成によると、機関回転速度，機関回転速
度の変化速度，筒内圧が所定値を超えた時点を初爆によ
る回転変化又は筒内圧変化と見做し、以って、始動完了
と判定する。又は、スタートスイッチのＯＮ→ＯＦＦ操
作を、始動完了と判定する。

【００１６】請求項８記載の発明では、前記所定期間
を、時間又はサイクル数で決定する構成とした。かかる
構成によると、始動時に所定時間が経過するか又は所定
サイクル数だけ運転されると、それまでの噴射タイミン
グから異なる噴射タイミングに切り換えられる。

【００１７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、機関温度
が低い始動時の所定期間において通常時と異なる噴射タ
イミングで噴射させることで、始動時におけるＨＣ排出
量の低減に最適な噴射タイミングで燃料噴射を行なわせ
ることができるという効果がある。

【００１８】請求項２記載の発明によると、機関温度が
低い始動時には、吸気弁が開いているときに燃料を噴射
させることで、吸気ポート壁面に付着する燃料量を少な
くでき、以って、始動時におけるＨＣ排出量を少なくで
きる一方、始動時の所定期間が経過して機関熱による燃
料の気化が行われ得る状態では、吸気弁が閉じていると
きに燃料を噴射させることで機関熱による燃料の気化を
積極的に行なわせ、高い燃焼性を実現できるという効果
がある。

【００１９】請求項３記載の発明によると、噴射の終了
タイミングを規定して、噴射開始時期を噴射量に応じて
可変に制御する構成において、該噴射終了タイミングの
切り換え設定によって、燃料噴射のタイミングを吸気弁
の開期間と開期間前とに確実に切り換えられるという効
果がある。

【００２０】請求項４記載の発明によると、機関温度に
よる要求噴射タイミングの違いに対応して、最適なタイ
ミングで燃料噴射を行なわせることができ、始動時のＨ
Ｃ排出量の低減を図りつつ、暖機後の燃焼安定性を確保
できるという効果がある。

【００２１】請求項５記載の発明によると、機関熱によ
る気化特性の違いに対応して最適な期間で噴射タイミン
グを切り換えることができるという効果がある。請求項
６記載の発明によると、始動中に引き続き始動後の所定
期間において噴射タイミングを制御することで、始動性
を向上させつつ、暖機中のＨＣ排出量の低減を確実に図
れるという効果がある。

【００２２】請求項７記載の発明によると、始動完了を
的確に判断し、以って、噴射タイミングの制御を行う期
間の設定精度を向上させることができるという効果があ
る。請求項８記載の発明によると、噴射タイミングを制
御すべき期間を的確に設定して、始動時のＨＣ排出量を
確実に低減できるという効果がある。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１は、実施の形態における内燃機関の電子制御
燃料噴射装置のシステム構成を示す図である。

【００２４】この図１において、内燃機関１にはエアク
リーナ２から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マ
ニホールド５を介して空気が吸入される。前記吸気マニ
ホールド５の各ブランチ部（吸気弁上流側の吸気系）に
は、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられている。

【００２５】燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて
開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であ
って、後述するコントロールユニット１２から各気筒の
行程にタイミングを合わせて出力される噴射パルス信号
により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧
送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調
整された燃料を噴射供給する。

【００２６】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，三元触媒１０及びマフラー１１を介して排気
が排出される。

【００２７】コントロールユニット１２は、ＣＰＵ，Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス
等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各
種のセンサからの入力信号を受け、後述の如く演算処理
して、燃料噴射弁６の作動を制御する。

【００２８】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ１３が設けられていて、機関１の
吸入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クラン
ク角センサ１４が設けられていて、各気筒の基準ピスト
ン位置毎の基準角度信号ＲＥＦと、クランク角１°又は
２°毎の単位角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、基
準角度信号ＲＥＦの周期、或いは、所定時間内における
単位角度信号ＰＯＳの発生数を計測することにより、機
関回転速度Ｎｅを算出できる。

【００２９】図示しないカム軸には、気筒判別信号を出
力するカムセンサ１５が設けられている。機関１のウォ
ータジャケットには、該ウォータジャケット内の冷却水
温度Ｔｗを検出する水温センサ１６が設けられている。

【００３０】排気マニホールド８の集合部には、酸素セ
ンサ１７が設けられている。前記酸素センサ１７は、大
気中の酸素濃度（基準酸素濃度）に対する排気中の酸素
濃度の比に応じた起電力を発生する公知の酸素濃淡電池
式のセンサである。

【００３１】前記スロットル弁４には、該スロットル弁
４の全閉位置（アイドル位置）でＯＮとなるアイドルス
イッチ１８が設けられている。ここにおいて、コントロ
ールユニット１２に内蔵されたマイクロコンピュータの
ＣＰＵは、前記燃料噴射弁６の燃料噴射量（噴射パルス
幅）Ｔｉを、 Ｔｉ←Ｔｐ×ＣＯ×α＋Ｔｓ として算出し、該燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
噴射パルス信号を燃料噴射弁６に出力する。

【００３２】ここで、前記Ｔｐは、吸入空気流量Ｑと機
関回転速度Ｎｅとに基づいて算出される基本噴射量（基
本噴射パルス幅）であり、前記ＣＯは冷却水温度Ｔｗに
応じて燃料を増量補正するための水温増量補正係数ＫTW
を含んで設定される各種補正係数である。

【００３３】前記α（初期値＝1.0 ）は、酸素センサ１
７で検出される空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に近
づけるべく基本燃料噴射量Ｔｐを補正するための空燃比
フィードバック補正係数であり、前記酸素センサ１７で
検出される理論空燃比に対するリッチ・リーンに基づい
て例えば比例・積分制御によって設定される。

【００３４】前記Ｔｓは、バッテリ電圧の変化による燃
料噴射弁６の無効噴射時間の変化を補正するための電圧
補正分である。また、前記スロットル弁４をバイパスし
て補助空気通路１９が設けられると共に、該補助空気通
路１９には補助空気量制御弁２０が介装されており、コ
ントロールユニット１２は、アイドル回転速度を目標回
転速度に近づけるように、前記補助空気量制御弁２０の
開度をフィードバック制御する。

【００３５】ここで、前記コントロールユニット１２に
よる噴射タイミング制御を、図２のフローチャートに従
って説明する。図２のフローチャートは、所定時間毎又
は前記基準角度信号ＲＥＦ毎に実行されるようになって
いる。

【００３６】まず、ステップＳ１では、始動完了フラグ
がセットされているか、即ち、始動完了が判定済みであ
るか否かを判別する。上記ステップＳ１で、始動完了フ
ラグがセットされていない始動中であると判別される
と、ステップＳ２へ進み、始動完了後に始動時用の噴射
タイミングを継続的に適用する期間ＴＩＭＩＴ＃を、そ
のときの冷却水温度Ｔｗ（機関温度）に応じて設定す
る。

【００３７】後述するように、本ルーチンの実行周期毎
にカウントアップされるカウンタＴＩＭと前記ＴＩＭＩ
Ｔ＃とを比較することで、前記期間ＴＩＭＩＴ＃が判断
されるので、本ルーチンを所定時間毎に実行させる場合
には、期間ＴＩＭＩＴ＃は始動完了後の時間を規定する
ことになり、本ルーチンを基準角度信号ＲＥＦ毎に実行
させる場合には、期間ＴＩＭＩＴ＃は始動完了後のサイ
クル数を規定することになる。

【００３８】前記期間ＴＩＭＩＴ＃は冷却水温度Ｔｗが
低い時ほど大きな値に設定され、冷却水温度Ｔｗが低い
時ほど、始動完了後に始動時用の噴射タイミングを適用
する期間を長くするようにしてある。

【００３９】これは、冷却水温度Ｔｗが低い時ほど、機
関熱による燃料の気化が充分に行なわれるようになるま
での期間が長くなるためである。尚、始動中に、始動完
了後に始動時用の噴射タイミングを適用する期間を設定
する代わりに、始動完了後に冷却水温度Ｔｗが所定温度
に達するまでの期間を始動時用の噴射タイミングを適用
する期間としても良い。

【００４０】ステップＳ２で期間ＴＩＭＩＴ＃を設定す
ると、ステップＳ３へ進み、機関回転速度Ｎｅが所定速
度ＮｅＩＴ＃以上であるか否かを判別することで、始動
完了を判定する。

【００４１】そして、機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎｅ
ＩＴ＃未満であれば、未だ始動中であると判定してステ
ップＳ４以降へ進むが、機関回転速度Ｎｅが所定速度Ｎ
ｅＩＴ＃以上であれば始動が完了したものと判定し、ス
テップＳ６へ進んで、始動完了フラグをセットする。

【００４２】始動完了は、上記の機関回転速度Ｎｅと所
定速度ＮｅＩＴ＃との比較を行なわせる構成の他、クラ
ンキング開始後に機関回転速度の変化速度（加速度）が
初めて所定値を超えた時点として判定させることがで
き、また、筒内圧センサを備える場合には、該筒内圧セ
ンサで検出される筒内圧（燃焼圧）のピーク値又は積分
値が、初めて所定値を超えた時点を、始動完了として判
定させる構成とすることもできる。更に、簡易的には、
スタートスイッチがＯＮ→ＯＦＦ操作された時点を、始
動完了として判定させても良い。

【００４３】ステップＳ３で、機関回転速度Ｎｅが所定
速度ＮｅＩＴ＃未満である（始動中である）と判定され
ステップＳ４へ進むと、始動時用の噴射タイミングとし
て、主に吸気弁の開期間中に燃料が噴射されることにな
るように、吸気弁の開期間中の噴射終了タイミングを設
定する。

【００４４】係る噴射終了タイミングで燃料噴射を終了
させるべく、燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅に応じ
て噴射開始タイミングが可変に制御され、これによっ
て、噴射の開始時期が吸気弁の開期間前になることがあ
っても、基本的には、燃料が主に吸気弁の開期間中に噴
射される。但し、噴射開始タイミングを吸気弁の開期間
中若しくは吸気弁の開期間の直前に設定することで、燃
料が主に吸気弁の開期間中に噴射される噴射タイミング
とすることもできる。

【００４５】燃料噴射弁６による燃料噴射が吸気弁の開
期間中に行なわれると、吸気の流れに沿って燃料噴霧が
シリンダ内に運ばれることで、吸気通路の内壁や吸気弁
の傘部に付着する燃料（壁流）が少なくなる。機関温度
が低い状態では、吸気通路内壁や吸気弁の傘部に付着し
た燃料が殆ど気化することなく、液状のままシリンダ内
に遅れて流入することになるが、上記にように、壁流が
少なく、噴射された燃料のうち直接シリンダ内に吸引さ
れる燃料が多ければ、着火可能な混合気がシリンダ内に
早期に形成されることで始動性が向上することになり、
また、液状のままシリンダ内に流入する壁流量が少ない
ことでＨＣ排出量を低減できる。

【００４６】尚、上記吸気弁の開期間中の噴射終了タイ
ミングを、機関回転速度Ｎｅや冷却水温度Ｔｗ（機関温
度）に応じて変化させる構成としても良い。次のステッ
プＳ５では、始動完了後に継続的に上記始動時用の噴射
タイミングを適用する期間を検出するためのカウンタＴ
ＩＭを０にリセットする。

【００４７】一方、ステップＳ６で始動完了フラグがセ
ットされると、ステップＳ７に進み、本ルーチンの実行
毎に前記カウンタＴＩＭが１アップされる。そして、次
のステップＳ８では、前記カウンタＴＩＭが前記ステッ
プＳ２で設定したＴＩＭＩＴ＃以下であるか否かを判別
する。

【００４８】前記カウンタＴＩＭがＴＩＭＩＴ＃以下で
あれば、ステップＳ９へ進み、始動中に引き続き、噴射
タイミングとして吸気弁の開期間中の噴射終了タイミン
グを設定する。

【００４９】始動完了後の所定期間内は、始動中と同様
に機関温度が低く、機関熱による燃料の気化が充分に行
なわれない状態であるので、吸気弁の開期間中に主に燃
料を噴射させることで壁流量を減らし、以って、ＨＣ排
出量の低減を図る。

【００５０】一方、前記カウンタＴＩＭがＴＩＭＩＴ＃
を超え、始動完了から所定期間が経過したことが判別さ
れると、ステップＳ１０へ進み、吸気弁の開期間中を終
了タイミングとする噴射タイミングから、吸気弁の開期
間前を燃料噴射の終了タイミングとする噴射タイミング
に切り換える（図３参照）。

【００５１】吸気弁の開期間前を燃料噴射の終了タイミ
ングとすることで、吸気弁が閉じているときに燃料が噴
射され、吸気通路の内壁や吸気弁の傘部に付着する燃料
が多くなるが、暖機が進んでいることで、付着した燃料
が気化し、また、吸気弁上流側の通路内に浮遊する液状
燃料の気化も促進される。従って、吸気弁が開かれたと
きに、充分に気化の進んだ燃料が吸引されることにな
り、シリンダ内に着火及び燃焼安定性に優れた混合気を
形成することができる。

【００５２】即ち、図４に示すように、始動中及び始動
完了直後（機関温度が低い状態）では、吸気弁の開期間
中に噴射終了タイミングを設定することでＨＣ排出量を
低く抑制できるものの、その後の機関温度がある程度高
くなった状態では、機関熱による気化の促進を行なわせ
ることができるため、吸気弁の開期間前に噴射終了タイ
ミングを設定した方がＨＣ量を低減できる。尚、上記の
吸気弁の開期間前の噴射終了タイミングを、機関回転速
度Ｎｅに応じて変化させる構成としても良い。また、始
動完了から所定期間が経過してからの噴射タイミング
は、燃料が主に吸気弁が閉じている期間で行なわれれば
良いので、噴射終了タイミングを吸気弁の開直後に設定
しても良い。更に、噴射終了タイミングの代わりに噴射
開始タイミングで噴射タイミングを制御する構成であっ
ても良く、この場合には、前記噴射終了タイミングより
も進んだ時期を噴射開始タイミングとして、吸気弁の開
期間に噴射の終了がずれ込んでも良いが、主に吸気弁の
開期間前に噴射が行なわれるようにすれば良い。

【００５３】上記実施の形態では、始動中及び始動完了
から所定期間内を、始動時の所定期間として、吸気弁の
開期間中を噴射終了タイミングとする設定を行なわせる
構成としたが、噴射終了タイミングを吸気弁の開期間中
とする始動時の所定期間を、例えばシーケンシャル噴射
の開始（気筒判別後）から所定期間内としたり、スター
トスイッチのＯＮ操作時から所定期間内とする構成であ
っても良い。

【００５４】ここで、シーケンシャル噴射の開始（気筒
判別後）を噴射タイミング制御の始期とするのは、気筒
判別前に全気筒同時噴射を行なわせ、気筒判別後にシー
ケンシャル噴射に移行する構成においては、気筒判別後
でないと吸気弁の開期間中を噴射終了タイミングとする
設定が行えないためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における電子制御燃料噴射装置のシ
ステム構成図。

【図２】実施の形態における噴射タイミング制御を示す
フローチャート。

【図３】実施の形態における噴射タイミングの切り換え
制御の様子を示すタイムチャート。

【図４】噴射タイミングとＨＣ排出量との相関を示す線
図。

【符号の説明】

１…内燃機関 ４…スロットル弁 ６…燃料噴射弁 １２…コントロールユニット １３…エアフローメータ １４…クランク角センサ １５…カムセンサ １６…水温センサ １７…酸素センサ

フロントページの続き (72)発明者 古屋 純一 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 (72)発明者 北山 亨 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ユ ニシアジェックス内 Ｆターム(参考） 3G301 HA01 JA12 JA26 KA01 KA07 LA04 MA01 MA04 MA06 MA12 MA18 MA19 MA20 NA03 NA04 ND01 NE23 NE24 PA01Z PA14Z PC01Z PD03A PD03Z PE01A PE01Z PE02Z PE03A PE03Z PE04Z PE05Z PE08Z PF16Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒の吸気系にそれぞれ燃料噴射弁を備
   え、各気筒の行程に合わせて燃料噴射を行なわせる構成
   の内燃機関の電子制御燃料噴射装置において、 始動時の所定期間と該所定期間の経過後とで、噴射タイ
   ミングを切り換えるよう構成したことを特徴とする内燃
   機関の電子制御燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記始動時の所定期間において主に吸気弁
   の開期間で燃料噴射を行なわせ、前記所定期間後は、主
   に吸気弁の開期間前に燃料噴射を行なわせることを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関の電子制御燃料噴射装
   置。
3. 【請求項３】前記始動時の所定期間において燃料噴射の
   終了タイミングを吸気弁の開期間に設定し、前記所定期
   間後は、燃料噴射の終了タイミングを吸気弁の開期間前
   に設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の
   電子制御燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記所定期間を、機関の温度に応じて変化
   させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに
   記載の内燃機関の電子制御燃料噴射装置。
5. 【請求項５】前記始動時の所定期間における噴射タイミ
   ングを、機関の温度に応じて変化させることを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の電子
   制御燃料噴射装置。
6. 【請求項６】前記始動時の所定期間を、始動中及び始動
   完了後の所定期間とすることを特徴とする請求項１〜５
   のいずれか１つに記載の内燃機関の電子制御燃料噴射装
   置。
7. 【請求項７】前記始動完了を、機関回転速度，機関回転
   速度の変化速度，筒内圧，スタートスイッチのいずれか
   に基づいて判定することを特徴とする請求項６記載の内
   燃機関の電子制御燃料噴射装置。
8. 【請求項８】前記所定期間を、時間又はサイクル数で決
   定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに
   記載の内燃機関の電子制御燃料噴射装置。