JP2681565B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃料噴射装置
に関し、詳しくは、始動時における燃料噴射制御を改善
して、始動性を向上させ得る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料噴射装置としては、機関
の吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて燃料
噴射量に比例する噴射パルス幅を設定し、機関回転に同
期した噴射タイミングにおいて、前記噴射パルス幅の噴
射パルス信号を燃料噴射弁に出力するよう構成されたも
のが知られている。

【０００３】ところで、機関の始動時には、エアフロー
メータによる吸入空気流量Ｑの検出精度が、低回転によ
る周期の長い脈動の発生によって著しく悪化するため
に、噴射パルス幅が要求量とは全く異なった値に算出さ
れてしまう惧れがある。そこで、従来から、機関の始動
状態においては、エアフローメータの検出結果を用いず
に、例えば機関温度を代表する冷却水温度に対応させて
予め設定されている始動時噴射パルス幅の信号を、機関
回転に同期させて燃料噴射弁に出力するようにしていた
（特開昭６４−６０７３７号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、始動に
おける燃料供給のプロセスを解析すると、噴射開始から
直ちに必要空燃比の混合気が燃焼室内に供給されて爆発
するものではなく、まず、噴射開始から所定の壁面付着
量（壁流）が、マニホールド形状やそのときの壁温等で
変化する所定充足量（平衡量）に達してから、燃料が燃
焼室内に流入し、必要混合比が形成されて爆発するとい
うプロセスを辿る。

【０００５】従って、始動開始直後の燃料噴射は、専ら
前記壁流の充足に供されることになり、壁流が充足され
るまでの時間だけ無駄にクランキングされて始動が遅
れ、また、壁流が充足されて必要混合比が形成されるよ
うになるまでの間、無駄に噴射を繰り返すことになるた
めに排気性状が悪化するという問題があった。更に、冷
却水温度に基づく噴射パルス幅設定では、必要混合比を
高精度に得ることが困難であり、一般には必要量よりも
多くの燃料が噴かれる結果となり、この点からの始動時
に無駄噴射が行われる結果となっていた。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、始動時に速やかに壁流が充足されるようにして、
始動開始から完爆（必要混合比形成）までの時間を短縮
すると共に、始動時の大きな吸気脈動による悪影響を回
避しつつ噴射制御精度を確保できる燃料噴射装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の燃料噴射装置は、図１に示すように構成され
る。図１において、エアフローメータは、機関の吸気通
路に介装されて機関の吸入空気量を検出するものであ
り、機関負荷検出手段は、前記エアフローメータとは別
に機関の負荷を代表するパラメータを検出する。

【０００８】ここで、初回噴射制御手段は、回転開始検
出手段で検出される機関の回転開始に同期して、壁流充
足量に対応する噴射パルス幅の噴射パルス信号を燃料噴
射弁に出力する。また、初期噴射制御手段は、初回噴射
制御手段による噴射パルス信号の出力後の所定期間にお
いて、機関負荷検出手段で検出されるパラメータに基づ
いて噴射パルス幅を設定し、機関回転に同期した所定タ
イミングで該噴射パルス幅の噴射パルス信号を燃料噴射
弁に出力する。

【０００９】更に、通常噴射制御手段は、初期噴射制御
手段により噴射パルス信号が出力される所定期間の後、
前記エアフローメータで検出された吸入空気量に基づい
て噴射パルス幅を設定し、機関回転に同期した所定タイ
ミングで該噴射パルス幅の噴射パルス信号を燃料噴射弁
に出力する。

【００１０】

【作用】かかる構成によると、始動時に機関の回転が開
始すると、まず、壁流充足量に対応する燃料噴射が実行
されてから、エアフローメータとは別に設けられた機関
負荷検出手段で検出される機関負荷を代表するパラメー
タに基づく噴射パルス幅に応じて機関回転同期で燃料噴
射が所定期間行われ、更に、前記所定期間経過後は、エ
アフローメータにより検出される吸入空気量に基づく噴
射パルス幅に応じて機関回転同期で燃料噴射が行われ
る。

【００１１】即ち、まず、壁流の充足に必要とされる燃
料を噴射させることで、無駄にクランキングされること
を回避して早期に壁流を充足させる。更に、かかる壁流
充足後であっても直ちにエアフローメータで検出された
吸入空気量のデータを用いるのではなく、エアフローメ
ータとは別に設けられた機関負荷検出手段で検出される
機関負荷を代表するパラメータに基づいて噴射パルス幅
を設定させることで、吸気脈動の影響を避け、脈動影響
が充分に少なくなった段階でエアフローメータを用いた
通常の燃料噴射制御に移行できるようにした。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、４サイクル内燃機関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。吸気マニホー
ルド５の各ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が
設けられている。この燃料噴射弁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からの
噴射パルス信号により通電制御されて開弁し、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機関１に間欠的に噴
射供給するものであり、前記噴射パルス信号のパルス幅
によって噴射燃料量が調整されるようになっている。

【００１３】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，触媒10及びマフラー11を介して排気が排出さ
れる。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，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。

【００１４】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、基準角度位置毎（４気筒
機関では180 °ＣＡ毎）の基準角度信号ＲＥＦと、１°
又は２°毎の単位角度信号ＰＯＳとを出力する。ここ
で、前記基準角度信号ＲＥＦの周期、或いは、所定時間
内における前記単位角度信号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。

【００１５】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗ（機関温度を代表するパラメータ）を検出す
る水温センサ15が設けられている。尚、この水温センサ
15の代わりに、吸気マニホールド５の壁温（燃料噴射弁
６による燃料噴霧が付着する壁面の温度）を検出するセ
ンサを設けて構成しても良い。また、図示しないスター
タモータのオン・オフを制御するスタータスイッチ16の
オン・オフ信号がコントロールユニット12に入力される
ようにしてある。

【００１６】更に、前記スロットル弁４には、該スロッ
トル弁４の開度ＴＶＯを検出するポテンショメータ式の
スロットルセンサ17が付設されている。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、図３のフローチャートに示すＲＯＭ上
のプログラムに従って演算処理を行い、機関１への燃料
噴射を制御する。

【００１７】尚、本実施例において、初回噴射制御手
段，初期噴射制御手段，通常噴射制御手段としての機能
は、前記図３のフローチャートに示すようにコントロー
ルユニット12がソフトウェア的に備えている。また、本
実施例では、後述するように、スタータスイッチ16の信
号と前記クランク角センサ14からの回転信号とに基づい
て機関１の回転開始を検知するので、前記スタータスイ
ッチ16及びクランク角センサ14が回転開始検出手段に相
当する。更に、本実施例では、前記スロットルセンサ17
で検出されるスロットル弁開度ＴＶＯを機関負荷を代表
するパラメータとするので、前記スロットルセンサ17が
機関負荷検出手段に相当する。

【００１８】図３のフローチャートに示すプログラムに
おいて、イグニッションスイッチがＯＮされてコントロ
ールユニット12に電源が投入されると、まず、ステップ
１（図中ではＳ１としてある。以下同様）で、スタータ
スイッチ16のＯＮ・ＯＦＦを判別する。スタータスイッ
チ16がＯＮされると、次にステップ２へ進み、機関が回
転中であるか否かを、クランク角センサ14からの回転信
号に基づいて判別する。

【００１９】スタータモータの起動によって機関回転す
ると、ステップ３へ進み、クランク角センサ14からの基
準角度信号ＲＥＦの初回を判別する。そして、最初の基
準角度信号ＲＥＦ出力時であるときには、ステップ４へ
進み、予め冷却水温度Ｔｗに応じて設定されている初回
噴射パルス幅Ｔｉ(1) のマップを参照し、そのときの冷
却水温度Ｔｗに対応する初回噴射パルス幅Ｔｉ(1) を検
索して求める。

【００２０】尚、前記初回噴射パルス幅Ｔｉ(1) は、吸
気マニホールド形状や燃料噴霧が付着する部分の壁面温
度（本実施例では冷却水温度Ｔｗで代表させている）な
どの条件によって変化する所定の壁面付着量（壁流充足
量）が、１回の噴射で略充足されるように設定されてい
る。ステップ４で初回の噴射パルス幅Ｔｉ(1) を冷却水
温度Ｔｗに基づいて設定すると、次のステップ５では、
前記初回噴射パルス幅Ｔｉ(1) の噴射パルス信号を各燃
料噴射弁６に同時に出力する。かかる初回の噴射によっ
て、直ちに壁流が平衡量まで略充足されて、次回からの
燃料噴射によって燃焼室内に所定混合比が形成されるよ
うになる。

【００２１】初回の基準角度信号ＲＥＦに同期させて壁
流を充足させるための初回噴射を実行すると、次回から
はステップ３からステップ６へ進み、基準角度信号ＲＥ
Ｆの出力数が所定数を越えたか否かを判別する。基準角
度信号ＲＥＦの出力数が所定数以下であるときには、ス
テップ７へ進み、予めスロットル弁開度ＴＶＯ（吸気系
の開口面積を代表するパラメータ）と機関回転速度Ｎｅ
とに対応させて初期噴射パルス幅Ｔｉ(2) が設定されて
いるマップを参照し、現状の開度ＴＶＯと回転速度Ｎｅ
とに対応する初期噴射パルス幅Ｔｉ(2) を検索して求め
る。

【００２２】尚、前記初期噴射パルス幅Ｔｉ(2) は、壁
流充足後の状態において必要混合比が形成されるように
設定されている。ステップ７で初期噴射パルス幅Ｔｉ
(2) を設定すると、次のステップ８では、前記初期噴射
パルス幅Ｔｉ(2) に基づいて１回転毎に噴射パルス信号
を全燃料噴射弁６に同時出力し、機関１回転毎の燃料噴
射を行わせる（全気筒同時噴射）。ここで、初回の噴射
によって壁流分が充足されているから、前記初期噴射パ
ルス幅Ｔｉ(2) に基づく燃料噴射で、燃焼室内に必要混
合比の混合気を直ちに供給させることが可能である。

【００２３】本実施例における機関１は、４サイクル機
関であって２回転で１行程であるから、通常は、各気筒
について２回転に１回だけ吸入空気量に見合った燃料を
噴射すれば良いが、始動初期では１行程当たりの必要量
を２回に分けて全気筒同時噴射させることで、各気筒に
対して速やかに燃料が噴射供給されるようにする。ま
た、上記のように、基準角度信号ＲＥＦの出力数が所定
数以下である始動初期において、エアフローメータ13に
より検出される吸入空気流量Ｑのデータを用いずに、吸
気脈動の影響を受けないスロットル弁開度ＴＶＯと回転
速度Ｎｅとから機関負荷を予測して噴射パルス幅Ｔｉを
設定させれは、吸気脈動が大きく吸入空気流量Ｑの検出
精度が著しく悪化する始動初期において、略シリンダ吸
入空気量に見合った燃料を噴射供給させることが可能と
なる。

【００２４】尚、前記スロットル弁開度ＴＶＯと機関回
転速度Ｎｅとをパラメータとするマップから検索される
初期噴射パルス幅Ｔｉ(2) を、そのときの冷却水温度Ｔ
ｗに応じて補正するようにしても良い。また、スロット
ル弁開度ＴＶＯと機関回転速度Ｎｅとをパラメータとす
るマップに吸入空気量のデータを記憶させておき、この
マップから求めた吸入空気量のデータから噴射パルス幅
Ｔｉを演算させる構成としても良い。

【００２５】一方、基準角度信号ＲＥＦの出力数が所定
数を越えたことがステップ６で判別されるようになる
と、ステップ９へ進み、エアフローメータ13で検出され
る吸入空気流量Ｑを用いた通常の噴射パルス幅Ｔｉ(3)
設定を行わせる。具体的には、エアフローメータ13で検
出された吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づい
て基本噴射パルス幅Ｔｐ（←Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）を
演算し、更に、この基本噴射パルス幅Ｔｐを、冷却水温
度Ｔｗ等の運転条件に応じて設定される各種補正係数Ｃ
Ｏで補正し、該補正結果を最終的な通常噴射パルス幅Ｔ
ｉ(3) にセットする。

【００２６】そして、次のステップ10では、前記通常噴
射パルス幅Ｔｉ(3) の噴射パルス信号を、各気筒につい
て機関の２回転毎（各気筒の１行程毎）に燃料噴射弁６
に出力し、各気筒の１行程で１回の噴射が行われるよう
にする（シーケンシャル噴射）。このように、本実施例
では、まず、回転開始に同期して最初に壁流を充足させ
得るだけの噴射パルス幅Ｔｉ(1) で噴射させることで、
直ちに必要混合比が燃焼室内に形成されるようにした
後、所定期間においては吸気脈動の影響を受けないよう
にスロットル弁開度ＴＶＯと機関回転速度Ｎｅとに基づ
いて機関負荷相当の噴射パルス幅Ｔｉ(2) を設定させ、
エアフローメータ13による検出精度が確保できるように
なった時点で、通常のエアフローメータ13の検出結果を
用いた燃料噴射制御に移行させるものである（図４参
照）。

【００２７】従って、始動開始から必要混合比が燃焼室
内に形成されるまでの時間が短縮されて、始動時間を短
縮できると共に、無駄な噴射による排気性状の悪化を回
避でき、また、エアフローメータ13の検出精度の悪化に
よる燃料制御性の悪化を回避して、必要混合比の形成精
度を確保できるものである。尚、本実施例では、壁流分
を充足させるための初回噴射の後の所定期間において、
スロットル弁開度ＴＶＯと機関回転速度Ｎｅとに基づい
て噴射パルス幅を設定させるようにしたが、吸入負圧を
検出するセンサを設け、スロットル弁開度ＴＶＯの代わ
りにこの吸入負圧センサで検出される吸入負圧を用いる
ようにしても良い。この場合、前記吸入負圧センサが機
関負荷検出手段に相当することになる。

【００２８】更に、本実施例では、エアフローメータ13
により検出される吸入空気流量Ｑを用いずに噴射パルス
幅Ｔｉを機関負荷に対応させて設定させる期間を、基準
角度信号ＲＥＦの出力数に基づいて決定させるようにし
たが、例えば機関回転速度Ｎｅが所定回転速度以上にな
るまでの期間としたり、バッテリ電圧や冷却水温度Ｔｗ
等の条件の基に決定される所定時間を制御期間とした
り、クランキング中（スタータスイッチＯＮ中）を前記
制御期間としても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、始
動時に初回の噴射によって壁流を充足させることによっ
て混合比形成を早めることができ、以て、始動時間を短
縮できると共に、前記初回噴射の後の所定期間において
は、エアフローメータ以外によって機関負荷を検出して
噴射パルス幅を設定させることで、始動時の吸気脈動の
影響を回避しつつ機関負荷に見合った燃料を噴射供給で
きるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】燃料制御を示すフローチャート。

【図４】同上実施例における噴射パルス信号の特性を示
すタイムチャート。

【符号の説明】

１ 機関 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 水温センサ 16 スタータスイッチ 17 スロットルセンサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の吸気通路に介装されて機関の吸入空
   気量を検出するエアフローメータと、 機関の回転開始を検出する回転開始検出手段と、 該回転開始検出手段で検出される機関の回転開始に同期
   して、壁流充足量に対応する噴射パルス幅の噴射パルス
   信号を燃料噴射弁に出力する初回噴射制御手段と、 前記エアフローメータとは別に機関の負荷を代表するパ
   ラメータを検出する機関負荷検出手段と、 前記初回噴射制御手段による噴射パルス信号の出力後の
   所定期間において、前記機関負荷検出手段で検出される
   パラメータに基づいて噴射パルス幅を設定し、機関回転
   に同期した所定タイミングで該噴射パルス幅の噴射パル
   ス信号を前記燃料噴射弁に出力する初期噴射制御手段
   と、 該初期噴射制御手段により噴射パルス信号が出力される
   所定期間の後、前記エアフローメータで検出された吸入
   空気量に基づいて噴射パルス幅を設定し、機関回転に同
   期した所定タイミングで該噴射パルス幅の噴射パルス信
   号を前記燃料噴射弁に出力する通常噴射制御手段と、 を含んで構成された内燃機関の燃料噴射装置。