JP2005069154A - 燃料噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定進角点火方式の単気筒４サイクルエンジンに２回転当り１回の噴射で燃料を供給する噴射タイミングを簡単なシステムで決定する。
【解決手段】 エンジン１回転毎に発生する点火信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２…について、一つの点火信号周期Ａ１−Ｂ２に吸気管圧力低下状態が存在すること、次の点火信号周期Ｂ２−Ａ２に吸気管圧力低下状態が不存在であること、を確認させ、この二つの条件が成立したときＢ１が排気行程終期、Ａ２が圧縮行程終期と判定し、この判定に基いてＡ２の点火で燃焼させる燃料の噴射が２回転の間で１回行なわれるように、噴射タイミングを決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は電子制御式燃料噴射装置を使用して４サイクルエンジンに２回転当り１回の噴射で燃料を供給するにあたって、燃料の噴射タイミングを簡単なシステムで決定することができる燃料噴射制御方法に関するものである。

電子制御式燃料噴射装置を使用して４サイクルエンジンに燃料を供給するにあたって、燃料の噴射タイミングを決定する方法の一つとして、エンジン回転に同期した固定進角点火方式を採用しているものにおいて点火コイルの一次電圧を噴射タイミング決定の信号に利用する技術が特開２００２−３６４４３５号公報に記載されている。即ち、この公報に記載されている技術は、エンジンのクランク軸に取り付けたフライホイールの外周部所定個所にマグネットを設けるとともに外周対向位置に点火コイルを配置し、フライホイールの１回転毎にマグネットによって点火コイルに誘起される電圧で発生する二次電圧により点火プラグにスパークを発生させる一方で、点火コイルの一次電圧を取り出して噴射タイミング決定の信号に利用するものである。

この方法によると、フライホイールを用いた固定進角点火方式における点火コイルの一次電圧を使用するので、構成がきわめて簡単であり安価に提供できる、という利点をもっている。しかし、このものはエンジンの１回転当り１回の噴射が行なわれるので、２回転１回噴射としたものと比較して燃料噴射弁の作動回数が２倍となって耐久性に問題を生じやすい、燃料噴射弁の無効噴射パルス幅が２倍になるためダイナミックレンジの確保が困難になる、という不都合を生じる心配がある。加えて、燃料噴射弁に吐出圧力が低いものを使用してエンジンの吸気行程で噴射させると燃料の微粒化に有効であり、燃料安定性の向上を図ることができるが、前述の方法では吸気行程を特定できないので吐出圧力が低い燃料噴射弁の使用は不適当となる。

４サイクルエンジンにおいて燃料の噴射タイミングを決定する別の方法として、エンジンのクランク角と吸気管圧力とによってエンジンの気筒がどの行程であるかを判別し噴射タイミングを決定する技術が特開２００１−２０７９０２号公報に記載されている。即ち、この公報に記載されている技術は、外周面に多数個の突起部を設けたタイミングロータをエンジンのクランク軸に取り付けるとともにその外周対向位置にピックアップコイルを配置してなるクランク角センサと、吸気管圧力センサとを使用し、これら二つのセンサからの信号に基いてエンジンが吸気行程、殊にその開始時であることを判別させるかまたは圧縮行程、殊にその開始時であることを判別させ、これにより噴射タイミングを決定するものである。

この方法によると、２回転当り１回の噴射について噴射タイミングを例えば吸気行程前に噴射を完了させるなど所望の時期に決定することができる。しかし、このものはクランク角センサと吸気管圧力センサとを使用してエンジンの行程を判別し燃料噴射弁点火コイルに所定の噴射信号、点火信号を出力するものであるため、カムシャット位相検出センサを用いることなく点火進角特性を決定することができるが、クランク角センサを点火コイルとは別に必要としているので、構成部品を少なくして安価に提供できるものにするという目的を達成させるうえで満足できるものではない。
特開２００２−３６４４３５号公報 特開２００１−２０７９０２号公報

本発明は前記従来の技術では、殊に単気筒の４サイクルエンジンに対して２回転当り１回の噴射で燃料を供給し、且つ固定進角方式で点火燃焼させることができない、という問題点を解決しようとするものであって、その目的はきわめて簡単な手順で２回転に１回行なわれる噴射のタイミングを決定できるものとすることにある。

本発明においては、固定進角点火方式による２回転当り１回の噴射を可能とするために、エンジン回転に同期して点火プラグを作動する点火電流を生成する点火コイルに発生する一次電圧を点火信号に利用するとともに、エンジンの行程判別手段として吸気管圧力を検出する圧力センサが出力する圧力信号を使用し、燃料噴射弁に噴射信号を出力する電子式制御装置で点火信号と圧力信号とにより噴射タイミングを決定させるものとしている。

即ち、エンジン１回転毎に発生する点火信号の或る一つの周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在し次の周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在しないことを確認させ、この確認がなされたときに吸気管圧力が低下する状態が存在しない周期開始の点火信号発生時点および終了の点火信号発生時点を圧縮行程終期および排気行程終期とそれぞれ判定し、この判定に基いて噴射タイミングを決定させることを第一手段とした。

より具体的には、電子式制御装置において圧力信号により吸気管圧力を一定間隔でサンプリングし、第一に或る点火信号周期内に吸気管圧力が連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在するか否かを検索し、第二に前記の状態の存在が確認されたとき次の点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在しないか否かを検索し、そしてこの状態の不存在が確認されたとき前記の次の点火信号周期開始および終了の各点火信号発生時点をそれぞれ圧縮行程終期および排気行程終期と判定させるものである。

また、エンジンの１回転毎に発生する点火信号の或る一つの周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在せず次の周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在することを確認させ、この確認がなされたときに吸気管圧力が低下する状態が存在する周期開始の点火信号発生時点および終了の点火信号発生時点を排気行程終期および圧縮行程終期とそれぞれ判定し、この判定に基いて噴射タイミングを決定させることを第二手段とした。

より具体的には、電子式制御装置において圧力信号により吸気管圧力を一定間隔でサンプリングし、第一に或る点火信号周期内は吸気管圧力が低下する状態が存在しないか否かを検索し、第二に前記の状態の不存在が確認されたとき次の点火信号周期内は吸気管圧力が連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在するか否かを検索し、そしてこの状態の存在が確認されたとき前記の次の点火信号周期開始および終了の各点火信号発生時点をそれぞれ排気行程終期および圧縮行程終期と判定させるものである。

クランク軸の１回転毎に点火コイルが点火プラグを作動させる固定進角点火方式において、吸気管圧力の変化状態を検出して点火信号が発生したときエンジン気筒がどの行程にあるかを判定することにより、圧縮行程終期に点火コイルが生成する点火電流によって燃焼させる燃料の噴射タイミングをクランク軸が２回転する間の適当な時期、例えば圧縮行程終期における点火信号発生時点、または排気行程終期における点火信号発生時点、或いはこれらの点火信号発生時点間の適宜時点に決定し、２回転当り１回の噴射を行なうように燃料噴射弁を制御することができるようになる。

本発明は４サイクルエンジンの回転に同期した固定進角点火方式において、１回転当り１回の点火電流を生成する点火コイルから得た点火信号と、吸気管圧力を検出して得た圧力信号とによって点火信号発生時期にエンジンの気筒がどの行程にあるかを判定する、というきわめて簡単な手順で２回転に１回の噴射を適確に行なうようにその噴射タイミングを決定することができる。そして、そのために燃料噴射弁の耐久性を低下させないとともにダイナミックレンジの確保を容易なものとし、更に噴射タイミングを吸気行程に設定して吐出圧力が低い燃料噴射弁を使用することにより、燃料微粒化が良好となって燃焼安定性の向上を図ることができるようになる。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、図１は本発明が適用されるエンジンの配置図であって、単気筒４サイクルのエンジン１の気筒２に接続された吸気管５に絞り弁６，燃料噴射弁７、圧力センサ８が設置されている。また、エンジン１のクランク軸２に取り付けたフライホイール３の外周部所定個所にマグネット１０が装備されており、その外周対向位置に点火コイル１１が設置されている。クランク軸２の１回転毎にマグネット１０が点火コイル１１の一次コイルに一次電圧Ｖ₁を誘起させるとともに、これによって二次コイルに二次電圧Ｖ₂を発生させ、二次電圧Ｖ₂は点火プラグ１２にスパークを発生させて気筒４に供給された混合気を点火・燃焼させる。

一方、エンジン１の運転状態に応じた燃料を供給するように燃料噴射弁７に駆動信号を出力する電子式制御装置１５が準備されており、この電子式制御装置１５は圧力センサ８が検出した吸気管圧力Ｐと点火プラグ１１に発生する一次電圧Ｖ₁とを使用してエンジン１が一次電圧発生時にどの行程にあるかを判定する行程判定手段１６、判定に基いて噴射タイミングを決定する噴射タイミング決定手段１７、エンジン１の運転状態に応じた燃料供給量を算出する噴射量設定手段１８、決定した噴射タイミングで算出した供給量の燃料を噴射させるように燃料噴射弁７を開閉駆動する噴射信号発生手段１９を具えている。

図２は点火コイル１１が点火電圧を生成する時点でエンジン１がどの行程にあるかを判定する手順の一例を説明する図であって、吸気管圧力Ｐはエンジン１の行程、即ちクランク角度によって図のような波形を繰り返す。また、本実施の形態では排気行程上死点直前および圧縮行程上死点直前で点火電圧を生成するようにマグネット１０の取り付け個所と点火コイル１１の設置個所とを設定している。尚、同図の行程を説明する吸・圧・燃・排は吸気・圧縮・燃焼・排気の各行程を略記したものである。

点火コイル１１の一次電圧Ｖ１は固定進角方式としていることから、燃焼行程の少し前、即ち圧縮行程の終期に発生する２回転毎に１回の点火信号Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃…、およびそれらの中間である吸気行程の少し前、即ち排気行程の終期に発生する２回転毎に１回の点火信号Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃…としてクランク角度３６０度毎に交互に行程判定手段１６に入力される。一方、行程判定手段１６に入力された圧力信号である吸気管圧力Ｐは一定の短かい時間間隔でサンプリングされる。

行程判定手段１６に点火信号、例えばＢ₁が入力されたとき、その時点から次の点火信号Ａ₂が入力される迄の吸気管圧力Ｐの変化をサンプリングした圧力値によって計測し、この点火信号周期内に吸気管圧力Ｐが連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在するのか否かを検索する。本実施の形態では検索開始の点火信号Ｂ₁が排気行程の終期に発生し、吸気管圧力Ｐの計測を主に吸気行程で行なっているので、吸気管圧力Ｐが連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在することが確認される。従って、点火信号Ｂ₁の発生からクランク軸２が１回転して発生する終了の点火信号Ａ₂の発生時点は圧縮行程の終期であると判定される。

点火信号Ａ₂が行程判定手段１６に入力されたとき、前記状態の存在が確認されていれば引き続いてその時点から次の点火信号Ｂ₂が入力されるまでの吸気管圧力Ｐの変化をサンプリングした圧力値によって計測し、この点火信号周期内に吸気管圧力Ｐが低下する状態が存在しないか否かを検索する。本実施の形態では次の検索開始の点火信号Ａ₂が圧縮行程の終期に発生し、吸気管圧力Ｐの計測を燃焼行程から排気行程に亘る区間で行なっているので、吸気管圧力Ｐが低下する状態が存在しないことが確認される。従って、点火信号Ａ₂の発生からクランク軸２が１回転したときに発生する終了の点火信号Ｂ₂の発生時点は排気行程の終期であると判定される。

更に次の点火信号周期Ｂ₂−Ａ₃、Ａ₃−Ｂ₃のそれぞれに前述の周期Ｂ₁−Ａ₂、Ａ₂−Ｂ₂について行なった検索および確認を行ない、以後同じ手順を繰り返すことにより、エンジン回転速度が変化しても点火信号Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃…の発生時点が常に圧縮行程の終期であり、点火信号Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃…の発生時点が常に排気行程の終期である、と判定される。

そして、前記の判定結果が噴射タイミング決定手段１７に入力され、圧縮行程の終期に点火コイル１１が生成する二次電圧Ｖ₂によって点火・燃焼させる混合気を作るための燃料を噴射させるタイミングを決定する。即ち、点火信号Ａ₁−Ｂ₁、Ａ₂−Ｂ₂、Ａ₃−Ｂ₃、…の各周期が圧縮行程終期から排気行程終期に至るクランク角３６０度の範囲であると判断されているので、点火信号Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃が入力された時点、または吸気行程に入って吸気管圧力Ｐが低下しはじめたことを検出した時点、或いは吸気管圧力Ｐが低下していることを示すサンプリング値が或る数となった時点に噴射信号発生手段１９が燃料噴射弁７を開閉駆動する指令を発するものとすることにより、吸気行程で噴射が行なわれる噴射タイミングとすることができる。この場合、点火信号決定は行なわれず、従って２回転当り１回の噴射を実施することができる。

以上に説明した実施の形態では順次発生する点火信号について、Ｂ₁−Ａ₂とＡ₂−Ｂ₂，Ｂ₂−Ａ₃とＡ₃−Ｂ₃、…を一つの組合せわせとし、それぞれにおける吸気管圧力の変化の状態を調べて点火信号発生時点の行程判別を行ない、排気行程終期と判定した点火信号Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃…の発生時点を基準に噴射タイミングを決定するものとしたが、圧縮行程終期と判定した点火信号Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃…の発生時点から点火信号Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃が発生して或る時間経過後までの間の任意時期に噴射タイミングを決定することもできる。

本発明は前述の手順に限らず、後述する手順によって点火信号発生時点の行程判別を行なわない噴射タイミングを決定することもできる。即ち、先ず点火信号Ａ₁が入力されたときその時点から次の点火信号Ｂ₁が入力される迄の点火信号周期内に吸気管圧力Ｐが低下する状態が存在しないか否かを検索する。本実施の形態では検索開始の点火信号Ａ₁が圧縮行程の終期に発生し、吸気管圧力Ｐの計測を燃料行程から排気行程に亘る区間で行なっているので、吸気管圧力Ｐが低下する状態が存在しないことが確認され、従って点火信号Ａ₁の発生からクランク軸２が１回転したときに発生する終了の点火信号Ｂ₁の発生時点は排気行程の終期であると判定される。

点火信号Ｂ₁が行程判定手段１６に入力されたとき、前記状態の不存在が確認されていれば引き続いてその時点から次の点火信号Ａ₂が入力される迄の点火信号周期内に吸気管圧力が連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在するか否かを検索する。本実施の形態では検索開始の点火信号Ｂ₁が排気行程の終期に発生し、吸気管圧力Ｐの計測を主に吸気行程で行なっているので、前記の状態が存在することが確認される。従って、点火信号Ｂ₁の発生からクランク軸２が１回転して発生する終了の点火信号Ａ₂の発生時点は圧縮行程の終期であると判定される。

更に次の点火信号周期Ａ₂−Ｂ₂、Ｂ₃−Ａ₃のそれぞれに前述の周期Ａ₁−Ｂ₁、Ｂ₁−Ａ₂について行なった検索および確認を行ない、以後同じ手順を繰り返すことにより、エンジン回転速度が変化しても点火信号Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃…の発生時点が常に圧縮行程の終期であり、点火信号Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃…の発生時点が常に排気行程の終期である、と判定される。

そして、前記の判定結果に基いて噴射タイミング決定手段１７が先の実施の形態で説明したのと同様の時点に噴射タイミングを決定し、且つ２回転当り１回の噴射を行なわせる。

以上から理解されるように、本実施の形態は小形車両、農作業機などの動力源に多く使用される汎用エンジンである単気筒４サイクルエンジンを固定進角点火方式とした場合に、２回転当り１回の噴射で燃料を供給することに好適に実施される。

本発明が適用されるエンジンの配置図。 点火信号発生時の行程判別を行なう手順を説明するための吸気管圧力波形図。

符号の説明

１ エンジン、２ クランク軸、７ 燃料噴射弁、８ 圧力センサ、１０ マグネット、１１ 点火コイル、１２ 点火プラグ、１５ 電子式制御装置、１６ 行程判定手段、１７ 噴射タイミング決定手段、１９ 噴射信号発生手段

Claims (4)

1. エンジン回転に同期して点火プラグを作動する点火電圧を生成する点火コイルと、吸気管圧力を検出する圧力センサと、前記点火コイルに発生する一次電圧である点火信号と前記圧力センサが検出した吸気管圧力である圧力信号が入力され燃料噴射弁に噴射信号を出力する電子式制御装置とを使用し、
   前記点火信号と圧力信号とを用いて前記電子式制御装置により、第一に或る点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在すること、第二に次の点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在しないことの確認をすること、前記第一、第二の確認がされたとき前記第二の点火信号周期開始の点火信号発生時点が圧縮行程終期であり終了の点火信号発生時点が排気行程終期であるとの判定を下すこと、および前記判定に基いて噴射タイミングを決定すること、
   を特徴とする燃料噴射制御方法。
2. 前記電子式制御装置は入力された前記圧力信号により吸気管圧力を一定間隔でサンプリングし、第一に或る点火信号周期内に吸気管圧力が連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在するか否かを検索し、第二に前記状態の存在が確認されたとき次の点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在しないか否かを検索し、そして前記状態の不存在が確認されたとき前記次の点火信号周期開始および終了の各点火信号発生時点をそれぞれ圧縮行程終期および排気行程終期と判定する請求項１に記載した燃料噴射制御方法。
3. エンジン回転に同期して点火プラグを作動する点火電圧を生成する点火コイルと、吸気管圧力を検出する圧力センサと、前記点火コイルに発生する一次電圧である点火信号と前記圧力センサが検出した吸気管圧力である圧力信号とが入力され燃料噴射弁に噴射信号を出力する電子式制御装置とを使用し、
   前記点火信号と圧力信号とを用いて前記電子式制御装置により、第一に或る点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在しないこと、第二に次の点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在することの確認をすること、前記第一、第二の確認がされたとき前記第二の点火信号周期開始の点火信号発生時点が排気行程終期であり終了の点火信号発生時点が圧縮行程終期であるとの判定を下すこと、および前記判定に基いて噴射タイミングを決定すること、
   を特徴とする燃料噴射制御方法。
4. 前記電子式制御装置は入力された前記圧力信号により吸気管圧力を一定間隔でサンプリングし、第一に或る点火信号周期内に吸気管圧力が低下する状態が存在しないか否かを検索し、第二に前記状態の不存在が確認されたとき次の信号周期内に吸気管圧力が連続して所定サンプリング数に亘って低下する状態が存在するか否かを検索し、そして前記状態の存在が確認されたとき前記次の点火信号周期開始および終了の各点火信号発生時点をそれぞれ排気行程終期および圧縮行程終期と判定する請求項３に記載した燃料噴射制御方法。
   
   

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