JP3653919B2 - 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、機関始動時は、冷却水温に基づいて、始動時噴射パルス幅を設定し、また噴射時期を適宜設定して、燃料噴射を行っている（特開平８−１９３５３６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、筒内直接噴射式火花点火内燃機関においては、機関のカム軸により駆動される高圧燃料ポンプにより燃料を高圧化して、燃料噴射弁より噴射しているため、始動時のように、エンジン回転が低く（ポンプ回転が低く吐出流量が小さい）、噴射パルス幅が長い（冷機状態のため要求噴射量が多い）場合に、噴射期間中、自噴射の影響により、燃料圧力が低下するため、噴射開始時点の燃料圧力で決定した始動時噴射パルス幅では、噴射率（単位時間当たりの噴射量）の低下により、実噴射量が減少してしまい、始動性が悪化するという問題点があった。
【０００４】
尚、燃圧センサを備える場合でも、現状では応答性に限界があり、噴射期間中の燃料圧力の低下を検出して制御に反映させることは困難である。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、始動時における噴射率の低下を考慮して、噴射量が要求値通りになるようにすることで、始動性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、機関駆動される燃料ポンプと、噴射パルス信号により開弁して前記燃料ポンプからの高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、図１に示すように、機関始動時に噴射期間中の自噴射による燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件を検出する噴射率低下条件検出手段と、前記条件の検出時に、少なくとも噴射開始時の前記燃料ポンプによる燃料圧力に基づいて、噴射率の低下分を予測する噴射率低下分予測手段と、予測された噴射率の低下分に基づいて、前記燃料噴射弁への始動時噴射パルス幅を補正する始動時噴射パルス幅補正手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明では、前記噴射率低下条件検出手段は、少なくとも噴射開始時の燃料圧力が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記噴射率低下条件検出手段は、少なくとも機関回転数が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする。
請求項４に係る発明では、前記噴射率低下分予測手段は、更に、機関回転数に基づいて、噴射率の低下分を予測するものであることを特徴とする。
【０００７】
請求項５に係る発明では、機関駆動される燃料ポンプと、噴射パルス信号により開弁して前記燃料ポンプからの高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、図１に示すように、機関始動時に噴射期間中の燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件として、少なくとも始動時噴射パルス幅が所定値以上の条件を検出する噴射率低下条件検出手段と、前記条件の検出時に噴射率の低下分を予測する噴射率低下分予測手段と、予測された噴射率の低下分に基づいて、前記燃料噴射弁への始動時噴射パルス幅を補正する始動時噴射パルス幅補正手段と、を設けたことを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記噴射率低下条件検出手段は、更に、噴射開始時の燃料圧力が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする。
請求項７に係る発明では、前記噴射率低下条件検出手段は、更に、機関回転数が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項８に係る発明では、機関駆動される燃料ポンプと、噴射パルス信号により開弁して前記燃料ポンプからの高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、図１に示すように、機関始動時に噴射期間中の燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件を検出する噴射率低下条件検出手段と、前記条件の検出時に、少なくとも始動時噴射パルス幅に基づいて、噴射率の低下分を予測する噴射率低下分予測手段と、予測された噴射率の低下分に基づいて、前記燃料噴射弁への始動時噴射パルス幅を補正する始動時噴射パルス幅補正手段と、を設けたことを特徴とする。
請求項９に係る発明では、前記噴射率低下分予測手段は、更に、機関回転数に基づいて、噴射率の低下分を予測するものであることを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１、５、８に係る発明によれば、機関始動時に噴射期間中の燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件を検出して、噴射率の低下分を予測し、その分、始動時噴射パルス幅を長くするよう補正することで、始動時に要求噴射量を得ることができ、始動性を向上できるという効果が得られる。
【００１０】
請求項２、６に係る発明によれば、噴射開始時の燃料圧力が所定値以下の条件では、噴射率の低下が顕著となるので、この条件にて補正することで、始動性を確実に向上できる。
請求項３、７に係る発明によれば、機関回転数が所定値以下の条件では、ポンプ吐出流量の低下による噴射率の低下が顕著となるので、この条件にて補正することで、始動性を確実に向上できる。
【００１１】
請求項５に係る発明によれば、始動時噴射パルス幅が所定値以上の条件では、、自噴射による噴射率の低下が顕著となるので、この条件にて補正することで、始動性を確実に向上できる。
請求項１に係る発明によれば、噴射開始時の燃料圧力の低下に従って、噴射率の低下が大となるので、その燃料圧力に基づいて、噴射率の低下分を予測することで、正しく予測できる。
【００１２】
請求項４、９に係る発明によれば、機関回転数の低下に従って、噴射率の低下が大となるので、その機関回転数に基づいて、噴射率の低下分を予測することで、正しく予測できる。
請求項８に係る発明によれば、始動時噴射パルス幅が長くなるに従って、噴射率の低下が大となるので、その始動時噴射パルス幅に基づいて、噴射率の低下分を予測することで、正しく予測できる。
【００１３】
【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２は筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシステム図である。
各気筒の燃焼室１はシリンダヘッド２とピストン３との間に形成されている。そして、シリンダヘッド２側には中心部に点火栓４が配置されると共に、これを囲んで吸気ポート５及び排気ポート６が形成され、それぞれに吸気弁７及び排気弁（図示せず）が装着されている。
【００１４】
燃料噴射弁（インジェクタ）８は、各気筒毎に、燃焼室１内に直接、燃料（ガソリン）を噴射するように備えられ、燃料は全気筒共通の燃料ギャラリ９より供給されるようになっている。
そして、高圧燃料ポンプ10が設けられ、この高圧燃料ポンプ10は機関のクランク軸11によりベルト駆動されるカム軸12により駆動され、燃料タンク内の燃料を吸入吐出する低圧燃料ポンプ（図示せず）からの燃料を更に加圧して、燃料ギャラリ９に供給する。尚、高圧燃料ポンプ10の吐出側には高圧レギュレータ（図示せず）が備えられ、燃料圧力が規定値以上であれば、リリーフ機能により、燃料圧力を規定値に調整し得る。
【００１５】
前記燃料噴射弁８は、コントロールユニット13からの噴射パルス信号により通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、噴射パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。
コントロールユニット13には、燃料噴射量等の制御のため、クランク角センサ14、気筒判別センサ15の他、吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ16、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ17、高圧燃料ポンプ10による燃料圧力Ｐｆを検出する燃圧センサ18等から信号が入力されている。
【００１６】
ここで、クランク角センサ14は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などから機関回転数Ｎｅを算出可能である。また、気筒判別センサ15は、カム軸センサともいい、クランク角７２０°毎に、予め定めたクランク角位置で特定気筒に対応する気筒判別信号ＰＨＡＳＥを出力するもので、これにより気筒判別が可能となる。
【００１７】
次に、コントロールユニット13により行われる始動時の燃料噴射制御ルーチンについて、図３のフローチャートにより説明する。
尚、本ルーチンは、始動時（スタートスイッチＯＮ）であることを条件として、基準パルス信号ＲＥＦに同期して、又は、基準パルス信号ＲＥＦの発生から単位パルス信号ＰＯＳを所定数カウントした時点で、割込み処理される。
【００１８】
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、主に冷却水温Ｔｗに基づき、また機関回転数Ｎｅ及び燃料圧力Ｐｆにより補正して、始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴを演算する。
ステップ２では、燃料圧力（噴射開始時の燃料圧力）Ｐｆを所定値と比較して、Ｐｆ≦所定値か否かを判定する。
【００１９】
そして、Ｐｆ≦所定値のときは、更にステップ３へ進み、機関回転数Ｎｅを所定値と比較して、Ｎｅ≦所定値か否かを判定する。
そして、Ｎｅ≦所定値のときは、更にステップ４へ進み、始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴを所定値と比較して、ＴＩＳＴ≧所定値か否かを判定する。
これらの結果、Ｐｆ＞所定値、Ｎｅ＞所定値、又は、ＴＩＳＴ＜所定値のときは、噴射率低下条件ではないので、そのままステップ10へ進み、ステップ１にて演算した始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴを補正することなく、所定のレジスタにセットして、本ルーチンを終了する。
【００２０】
一方、Ｐｆ≦所定値、Ｎｅ≦所定値、かつ、ＴＩＳＴ≧所定値のときは、噴射率低下条件であるので、後述するように、ステップ５〜９で補正処理を行った後、ステップ10へ進む。
ステップ５では、噴射開始時の燃料圧力Ｐｆに基づき、予め定めた関数テーブルｆを用いて、噴射率の低下分に対応する補正係数Ｋ１＝ｆ（Ｐｆ）を演算する。ここで、噴射開始時の燃料圧力Ｐｆの低下に従って、噴射率の低下が大となるので、補正係数Ｋ１は大きくする。
【００２１】
ステップ６では、機関回転数Ｎｅに基づき、予め定めた関数テーブルｇを用いて、噴射率の低下分に対応する補正係数Ｋ２＝ｇ（Ｎｅ）を演算する。ここで、機関回転数Ｎｅの低下に従って、噴射率の低下が大となるので、補正係数Ｋ２は大きくする。
ステップ７では、始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴに基づき、予め定めた関数テーブルｈを用いて、噴射率の低下分に対応する補正係数Ｋ３＝ｈ（ＴＩＳＴ）を演算する。ここで、始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴが長くなるに従って、噴射率の低下が大となるので、補正係数Ｋ３は大きくする。
【００２２】
ステップ８では、これらの補正係数Ｋ１〜Ｋ３を掛け合わせて、噴射率の低下分に対応する最終的な補正係数Ｋ＝Ｋ１×Ｋ２×Ｋ３を算出する。
ステップ９では、次式のごとく、ステップ１で演算した始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴを補正係数Ｋにより補正して、始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴを更新する。
ＴＩＳＴ＝ＴＩＳＴ×Ｋ
始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴの補正後は、ステップ10へ進み、補正後の始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴを所定のレジスタにセットして、本ルーチンを終了する。
【００２３】
このようにして、始動時噴射パルス幅ＴＩＳＴが所定のレジスタにセットされると、所定の噴射時期（一般には各気筒の吸気行程）にて、そのパルス幅ＴＩＳＴの噴射パルス信号が燃料噴射弁８に対し出力されて、燃料噴射が行われる。
尚、ステップ２〜４の部分が噴射率低下条件検出手段に相当し、ステップ５〜８の部分が噴射率低下分予測手段に相当し、ステップ９に部分が始動時噴射パルス幅補正手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明の実施の形態を示すシステム図
【図３】 始動時の燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１ 燃焼室
４ 点火栓
８ 燃料噴射弁
10 高圧燃料ポンプ
13 コントロールユニット
14 クランク角センサ
17 水温センサ
18 燃圧センサ

Claims (9)

  1. 機関駆動される燃料ポンプと、噴射パルス信号により開弁して前記燃料ポンプからの高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    機関始動時に噴射期間中の自噴射による燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件を検出する噴射率低下条件検出手段と、
    前記条件の検出時に、少なくとも噴射開始時の前記燃料ポンプによる燃料圧力に基づいて、噴射率の低下分を予測する噴射率低下分予測手段と、
    予測された噴射率の低下分に基づいて、前記燃料噴射弁への始動時噴射パルス幅を補正する始動時噴射パルス幅補正手段と、
    を設けたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 前記噴射率低下条件検出手段は、少なくとも噴射開始時の燃料圧力が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 前記噴射率低下条件検出手段は、少なくとも機関回転数が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 前記噴射率低下分予測手段は、更に、機関回転数に基づいて、噴射率の低下分を予測するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 機関駆動される燃料ポンプと、噴射パルス信号により開弁して前記燃料ポンプからの高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    機関始動時に噴射期間中の燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件として、少なくとも始動時噴射パルス幅が所定値以上の条件を検出する噴射率低下条件検出手段と、
    前記条件の検出時に噴射率の低下分を予測する噴射率低下分予測手段と、
    予測された噴射率の低下分に基づいて、前記燃料噴射弁への始動時噴射パルス幅を補正する始動時噴射パルス幅補正手段と、
    を設けたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  6. 前記噴射率低下条件検出手段は、更に、噴射開始時の燃料圧力が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする請求項５記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 前記噴射率低下条件検出手段は、更に、機関回転数が所定値以下の条件を検出するものであることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  8. 機関駆動される燃料ポンプと、噴射パルス信号により開弁して前記燃料ポンプからの高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    機関始動時に噴射期間中の燃料圧力の低下により噴射率が低下する条件を検出する噴射率低下条件検出手段と、
    前記条件の検出時に、少なくとも始動時噴射パルス幅に基づいて、噴射率の低下分を予測する噴射率低下分予測手段と、
    予測された噴射率の低下分に基づいて、前記燃料噴射弁への始動時噴射パルス幅を補正する始動時噴射パルス幅補正手段と、
    を設けたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
  9. 前記噴射率低下分予測手段は、更に、機関回転数に基づいて、噴射率の低下分を予測するものであることを特徴とする請求項８記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の燃料噴射制御装置。
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