JP3662777B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの燃料噴射制御装置に関し、特にエンジンにおける燃焼性能の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用等のエンジンの燃料噴射制御において、運転者のアクセルペダル操作に応じてスロットルが開かれ車両が加速状態に入る時、クランク角に同期した同期噴射に加えて、吸気量の増大に対応して燃料を補充する非同期噴射が行われる。かかる場合、特にエンジンが完全暖機状態の場合にはエンジンが低回転高負荷高温状態となるためにノック、プレイグニッション等の異常燃焼が発生し易くなる。そこで、かかる異常燃焼を回避し燃焼性能を向上させる策が種々、講じられている。
【0003】
燃焼性能を向上する技術としては点火時期遅角技術が広く知られている。この技術においては、制御用のエンジンコントロールユニット(ECU)がクランク角センサから知られるクランク角に基づいて点火装置に指令を出して所望のクランク角にて点火が可能になっており、吸気流量調整弁に設けたセンサの出力から内燃機関の急加速を検出すると、点火プラグの点火時期を遅角させることによってノックを防止する。それ以後は徐々に点火時期を進角し、ノックセンサがノックを再検出した場合は再遅角し、ノックが発生しなければ急加速前の点火時期まで進角を行う。しかし、自発火、プレイグニッション等の異常燃焼は、点火プラグによる外部点火に関係なく燃料そのものが化学的連鎖反応で自己発火的に発生するために、点火時期遅角では抑制効果がない。
【0004】
プレイグニッション等を含む異常燃焼への対応を図った技術としては特開平10−26045号公報記載の技術がある。これは非同期噴射の時期およびパターンの制御により異常燃焼を回避するもので、エンジンの吸気圧と各気筒のTDCとを検出し、スロットル開に伴う吸気圧の上昇開始からエンジンの1サイクル終了までを過渡状態として、非同期噴射を、クランク角が所定の噴射許可域のときに複数回に分け時間をかけて行うことで、燃料の付着場所をシリンダ内壁面や吸気ポート内壁面とに分散し、付着した燃料がエンジンの熱により効率よく蒸発するようにしたものである。この燃料の気化促進によりシリンダ内混合気のオクタン価低下を防止し、上記異常燃焼の回避を図っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平10−26045号公報の技術における非同期噴射制御は、非同期噴射のパターンを操作し、その上、その噴射期間を所定の噴射許可域に限定するという方法を採用しているので、加速のタイミングによっては加速直後の最初の燃焼気筒において実行できないという問題がある。かかる場合は、やむを得ず最初の1気筒に限りトルク低下を甘受してリーン燃焼による異常燃焼回避という手段をとらざるを得ず、必ずしも十分に異常燃焼回避効果が得られるとはいえない。
【0006】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、加速のタイミングとは無関係にオクタン価低下防止効果を得ることのできる燃料噴射制御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】
請求項1記載の発明では、アイドル時にエンジンが加速準備状態にあることを検出する加速準備状態検出手段と、同期噴射における噴射時期を、上記加速準備状態にあるアイドル時には、加速準備状態にない時のクランク角よりも遅角側で、かつ吸気バルブの開弁開始直後にインジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達するタイミングに設定する噴射時期設定手段とを具備せしめてエンジンの吸気ポートに向けて燃料を噴射し筒内に供給するインジェクタの噴射制御を行う構成とする。
【0008】
加速準備状態にあるアイドル時には吸気バルブの開弁開始直後にインジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達するようにしたので、燃料噴霧が開弁作動中の吸気バルブに衝突して吸気ポートから筒内に到る範囲に拡散し、この範囲の吸気バルブ、吸気ポートや筒内壁面の各部の温度を有効利用して燃料の高沸点の高オクタン価成分を含め十分な気化が行われる。
【0009】
請求項2記載の発明では、同期噴射における噴射時期を、上記加速準備状態にあるアイドル時には、30°BTDC〜30°ATDCとする。
【0010】
かかる噴射時期とすることで吸気バルブの開弁開始直後に、インジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達する。
【0011】
請求項3記載の発明では、上記加速準備状態検出手段には、スロットルの開閉を検出するスロットル開閉検出手段と、変速ギアのシフトポジションを検出するシフトポジション検出手段と、ブレーキのオン/オフを検出するブレーキオン/オフ検出手段と、スロットルの開閉、シフトポジションおよびブレーキのオン/オフとから上記加速準備状態か否かを判断する判定手段とを具備せしめ、該判定手段の、上記加速準備状態と判定する判定基準には、スロットルが閉であること、シフトポジションが前進方向であることおよびブレーキがオンからオフに切り換わってから所定時間内であることを含める。
【0012】
信号待ち等で停止中であれば、シフトポジションが前進方向であり、スロットルが閉であり、ブレーキがオンである。その状態からブレーキがオフに切り換わった直後は加速の蓋然性が高い。しかして加速準備状態検出手段を上記のごとく構成することで、特殊な検出手段を用いることなく容易に加速準備状態か否かを判断できる。
【0013】
請求項4記載の発明では、上記加速準備状態検出手段には、エンジン温度を検出するエンジン温度検出手段を具備せしめ、上記判定手段の、上記加速準備状態と判定する判定基準には、エンジン温度が予め設定したしきい値を越えていることを含める。
【0014】
異常燃焼はエンジン温度の高いときに発生しやすいから、異常燃焼の生じやすい状態をより精密に区別することができる。
【0015】
請求項5記載の発明では、上記加速準備状態にあるアイドル時に同期噴射における噴射量を増量補正して設定する同期噴射増量手段と、加速に伴う非同期噴射における噴射量を減量補正して設定する非同期噴射減量手段とを具備せしめる。
【0016】
同期噴射において噴射量を増量補正してリッチ化しておくことで、次に来る加速に伴う非同期噴射を減量することが可能になる。これにより、瞬間的な、吸気ポート内壁面や筒内壁面への過多燃料付着を防止し、十分な燃料蒸発によるオクタン価低下防止効果を得、異常燃焼の回避がさらに好適になされる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の燃料噴射制御装置を付設した車両用の点火式エンジンを示す。エンジン本体1は、シリンダブロック10の上方にシリンダヘッド11が覆着されてなり、シリンダブロック10に形成された筒であるシリンダ10a内にピストン12が摺動自在に保持されている。シリンダ10a内におけるピストン12の上下往復動がクランク軸13の回転運動に変換され、図略のトランスミッションへと伝達されるようになっている。
【0018】
ピストン12の上方にはシリンダブロック10、シリンダヘッド11を室壁として燃焼室100が形成され、燃焼室100において燃料と空気との混合気の燃焼が行われる。混合気への点火を行う点火プラグは、シリンダヘッド11を貫通し燃焼室100内に突出して設けられ、点火は点火装置19から点火プラグ14への高電圧印加によりなされる。
【0019】
シリンダヘッド11には、燃焼室100に空気を供給する吸気通路101の最下流部となる吸気ポート111が穿設され、吸気ポート111には、吸気通路101と燃焼室100との間の連通と遮断とを切り換える吸気バルブ16が取り付けられている。シリンダヘッド11にはまた、燃焼室100からの排気を行う排気通路102の最上流部となる排気ポート112が穿設され、排気ポート112には、排気通路102と燃焼室100との間の連通と遮断とを切り換える排気バルブ17が取り付けられている。
【0020】
シリンダヘッド11を貫通し先端ノズル部を吸気バルブ16に向けてインジェクタ15が取り付けられており、燃料吸気ポート111内へ吸気バルブ16方向へ噴射し燃焼室100内に供給するようになっている。
【0021】
吸気通路101の途中にはスロットルバルブ18が設けられ、その開度に応じて吸気量を調整する。
【0022】
また、上記点火プラグ14、インジェクタ15等のエンジン本体1各部に制御信号を出力するECU2を備えている。ECU2は、例えばCPU、RAM、ROM等からなる一般的な構成のもので、各種センサ類からの検出信号等に基づいて、上記エンジン本体各部に制御信号を出力する。
【0023】
ECU2に入力するセンサ類には、吸気通路101内を流通する空気流量を測定するマスフローメータ等の吸気量検出部31、クランク角センサ32、エンジン温度を代表するエンジン冷却水温を検出するエンジン温度検出手段たる冷却水温センサ33等がある。また、スロットルバルブ18の開度を検出するスロットル開閉検出手段たるスロットル開度検出部34、シフトポジション検出手段たるシフトポジション検出部35、ブレーキのオン/オフを検出するブレーキオン/オフ検出手段たるブレーキオン/オフ検出部36がある。
【0024】
ECU2は、内部に判定手段21、同期噴射増量手段22、非同期噴射減量手段23、噴射時期設定手段24を備えており、これら判定手段21、同期噴射増量手段22、非同期噴射減量手段23、噴射時期設定手段24は、ECU2の、エンジン本体1各部を制御するソフトウェア上で実現される。判定手段21は、冷却水温センサ33、スロットル開度検出部34、シフトポジション検出部35、ブレーキオン/オフ検出部36とともに加速準備状態検出手段を構成する。
【0025】
図2により、ECU2における制御のうち燃料噴射制御に係る部分を説明する。運転者のキー操作によりエンジンイグニッションスイッチがオンすると、ステップS101から開始される。
【0026】
ステップS102ではクランク角センサ32出力およびECU2の内部クロックにより現在のクランク位置を認識する。
【0027】
ステップS103では、現在のクランク位置が、燃料噴射を計算する時期にきているかどうかを判別する。この時期は可能な範囲で最も進角したときの噴射開始クランク角から、噴射時期の計算に要する時間分だけさらに進角した位置で規定される。
【0028】
計算時期と判断されるとステップS104に移行する。ステップS104は判定手段21としての実行手順で、読み込まれた上記スロットル開度検出部34、シフトポジション検出部35、ブレーキオン/オフ検出部36、冷却水温センサ33の各出力信号に基づいて、加速準備状態たる温間発進前D−レンジアイドルとなっているか否かを判断する。この判断基準は、第1にスロットルバルブ18が閉じていること、第2にシフトポジジョンが前進用のシフト位置(以下、D−レンジ)すなわちパーキング、ニュートラル、リバース以外であること、第3にブレーキが踏まれている状態(オン)から踏まれていない状態(オフ)に切り換わった後の所定時間内であること、第4に冷却水温が80°C以上であることのすべてが成立することである。
【0029】
第1、第2の条件判定は、車両がD−レンジの状態で発進前であることか否かを判断し、第3の条件判定は、加速開始直前の状態か否かを判断する。また、第4の条件は温間発進か否かを判断する。
【0030】
上記第3の条件判定は、ソフトウェア上でもハードウェア上でも容易に判定可能である。例えば、ブレーキオン/オフ検出部36からのブレーキオン信号の立ち下がりをトリガにしてECU2の内部クロック、またはクランク角センサ32の出力するパルスをカウントすることで、ブレーキがオンからオフに切り換わってから所定時間オンとなる信号を作る。
【0031】
いずれか1つでも成立しなければステップS105に移行し、ステップS105,S106において燃料噴射を通常噴射モードで行うように設定する。通常噴射モードは、温間発進前D−レンジアイドルにない場合、すなわち加減速状態を含む定常走行時や、シフトポジションをパーキングにした状態でのアイドル時等が相当する。
【0032】
ステップS105では、D−レンジアイドル噴射モードであることを示すフラグをオフとし、ステップS106に移行する。ステップS106では通常の計算方法で検出吸気量に基づいて噴射量を計算するとともに噴射時期を計算する。噴射時期は、通常の略90°BTDCから40°BTDCの間に設定される。噴射量および噴射時期の設定後、ステップS109に移行する。
【0033】
ステップS104において温間発進前D−レンジアイドルと判定されるとステップS107に移行し、ステップS107,S108において燃料噴射を温間発進前D−レンジアイドル噴射モードで行うように設定する。
【0034】
ステップS107では、D−レンジアイドル噴射モードとなることを示すフラグをオンとし、ステップS108に移行する。ステップS108は同期噴射増量手段22としての手順で、燃料噴射量を、通常噴射モードよりも吸気量に対しリッチめになるように計算する。直後に予測される吸気量増大に予め対応するためである。このときの空燃比は、他の制約条件の範囲内で、なおかつ失火が入らない程度の値であれば特に問題がないが、理論空燃比相当の噴射量の1.2〜1.5倍程度であるのが望ましい。
【0035】
また、ステップS108は噴射時期設定手段24としての手順でもあり、噴射時期を吸気TDC−30〜+30°CAの範囲(+:ATDC,−:BTDC)の範囲で設定する。噴射時間は上記噴射量で決定されるので、上記範囲内に噴射期間が納まるように噴射開始時期を設定する。
【0036】
直後に加速が予測されるD−レンジアイドル噴射モードでは、後述するようにこのステップS108にて設定された内容で同期噴射が行われる。噴射時期をこのように設定した意義は次のとおりである。図3は噴射時期の異なる3つの場合を示し、(A)は噴射時期が本実施形態の30°BTDC〜30°ATDCの範囲のもので、(B)は噴射時期が本実施形態よりも進角側(〜30°BTDC)のもので、(C)は噴射時期が本実施形態よりも遅角側(30°ATDC〜)のものである。一般的なエンジンの場合、インジェクタ15から噴射された燃料が吸気バルブ16位置まで届くのにアイドル状態で30°CA相当の時間を要する。したがって、噴射時期が30°BTDC〜30°ATDCの場合(図3(A))、吸気TDC付近においてインジェクタ15からの燃料が吸気バルブ16位置に達することになる。通常、吸気バルブ16は吸気TDC付近において開弁するから、噴射時期を30°BTDC〜30°ATDCに設定することで、吸気バルブ16の開弁開始直後に、インジェクタ15から噴射された燃料が吸気バルブ16位置に到達するタイミングをもってくることができる。
【0037】
このとき、インジェクタ15からの噴射燃料は、開弁する吸気バルブ16に衝突した後、直ちに燃焼室100内に吸入され、吸気ポート111内壁面への付着燃料、燃焼室100内壁面への付着燃料がともに低減する。このように吸気ポート111から燃焼室100に到る範囲に拡散した燃料は、吸気バルブ温度、吸気ポート内壁面温度、シリンダ内壁面温度をそれぞれ有効に利用して気化が促進されオクタン価の高い混合気を生成できる。
【0038】
これに対して噴射時期が〜30°BTDCの場合(図3(B))は、通常噴射モードにおける噴射時期に相当するものであるが、噴射燃料は閉じられた吸気バルブ16に遮られて燃焼室100内に吸入されず殆どが吸気ポート111の内壁面に付着し、十分な気化熱が得られず、低沸点の低オクタン価成分から気化する。気化しなかった燃料は次のサイクルに持ち越される。このことは、定常運転時には前サイクルから持ち越された燃料と、現サイクルで噴射され気化した燃料との合計で燃料輸送が平衡状態となり特に問題は生じないが、加速時に非同期噴射により燃料補充を行った場合には、この非同期噴射による付着燃料の気化不十分とともに、混合気のオクタン価が低下する原因となる。
【0039】
また、噴射時期が30°ATDC〜の場合(図3(C))は、噴射燃料は十分にリフトした吸気バルブ16位置を通過するから殆ど燃焼室100内に吸入され燃焼室100内壁面とピストン12頂面に付着し、十分な気化効率が得られない。結局、低沸点の低オクタン価成分から気化して混合気を形成し、オクタン価が低下する原因となる。
【0040】
厳密には、この噴射開始時期はエンジンの設計諸元や運転パラメータにより多少異なるから、エンジン種類ごとに設定することで、より精密に吸気バルブ16が開弁開始直後に、噴射燃料が吸気バルブ16位置に到達するタイミングをもってくることができる。この場合、吸気バルブ16に到達するまでにインジェクタ15と吸気バルブ16間の距離に応じた一定の遅れ時間が存在するから、この遅れ時間を考慮して、噴射時期を吸気バルブ16が開弁を開始するタイミングよりも早めに設定する。この遅れ時間に相当するクランク角は、(インジェクタ15からの燃料が噴射されてから吸気バルブ16位置に到達するのに要する時間[s])×(エンジン回転数[rev/s])×360[°CA]により算出できる。
【0041】
なお、噴射時期は30°BTDC〜30°ATDCの範囲内であればよいが、特に他の制約が無ければ、噴射期間のちょうど中央を吸気TDCとして、噴射期間が上記範囲の端側に偏しないようにするのが望ましい。
【0042】
噴射量および噴射時期の計算後は、ステップS109に移行する。なお上記ステップS103においてクランク位置が噴射計算時期となっていないと判定された場合は、上記ステップS104〜S108をスキップしてステップS109に進む。
【0043】
ステップS109では、クランク位置がステップS106またはステップS108で算出した噴射時期となったか否かを判断し、噴射時期となったときにステップS110で、ECU2がインジェクタ15に噴射信号を出力し、燃料の噴射を開始する。噴射期間中はこのフローにしたがって処理され、噴射信号が発信され続ける。ステップS109で噴射時期でないと判断された場合はステップS110をスキップしてステップS111に移行する。
【0044】
ステップS111では、スロットル18が閉じている状態から開いた後一定時間以内であるか、すなわち加速開始直後か否かを判断し、この期間中であれば、ステップS112に進み、非同期噴射を実行するためのフローへと分岐する。
【0045】
ステップS112では上記温間発進前D−レンジアイドル噴射モードを示すフラグがオンか否かを判断する。オフであればステップS113に移行する。ステップS113では、通常の計算方法で非同期噴射における噴射量を計算する。一方、ステップS112で上記温間発進前D−レンジアイドル噴射モードを示すフラグがオンの場合はステップS114に移行する。ステップS114は非同期噴射減量手段23としての手順で、上記ステップS108において増量した量分だけ非同期噴射量を減量する。
【0046】
以上の計算を行った後、ステップS115で直ちに燃料を噴射し、ステップS116に進む。
【0047】
ステップS111が否定された場合にはステップS112〜S115はスキップし、ステップS116に移行する。ステップS116ではエンジンイグニッションスイッチがオフ状態か否かを判断し、オフ状態でなければステップS102に戻り、ステップS102以下、上記制御手順が繰り返される。ステップS116でエンジンイグニッションスイッチがオフであれば本ルーチンを終了する(ステップS117)。
【0048】
図4(A)に本発明の燃料噴射制御装置の作動を説明するためのタイミングチャートを示し、図4(B)にこれと比較する燃料噴射制御装置のタイミングチャートを示す。なお図例は直列4気筒エンジンについてのもので、気筒ごとに排気、吸気、圧縮、膨張よりなるサイクルが、180°CAの位相差で順次、気筒をおって行われる様子を示している。図中、401〜404は各気筒の吸気行程をそれぞれ示し、501〜504が点火プラグ14による点火をそれぞれ示している。601〜604,601Aは燃料の同期噴射を示し、700は燃料の非同期噴射を示している。また、800はスロットル開度を示し、図例では#1気筒の吸気行程中に「全閉」から「全開」に変化し車両が加速に入っている。ここでは、シフトポジションをD−レンジにした信号待ち等の一時停止状態において、ブレーキペダルからアクセルペダルに踏みかえ発進を開始するときとして説明する。
【0049】
さて、このとき上記#1気筒に注目すると、同期噴射601,601Aはスロットルバルブ18が閉じている状態で計算された燃料量にて行われているが、それに続く吸気行程401は、行程の最初の一部を除きスロットルバルブ18が開いた後で行われている。この結果、吸気量が例えば3〜4倍に一時に増大する。そして、全気筒共通の非同期噴射700,700Aを行い筒内の空燃比を調整する。
【0050】
しかし、比較のものでは、同期噴射601の噴射時期が吸気バルブ16の開弁開始前であるから、噴射燃料は燃焼室100内に吸入されず上記のごとく吸気バルブ16内壁面と吸気ポート111内壁面とに集中して付着する(図3(B)参照)。この付着燃料は上記のごとく気化効率が悪く、直後の非同期噴射700による燃料付着と相まって混合気が低オクタン価化し異常燃焼が発生しやすくなる。
【0051】
これに対して本発明では、ブレーキオフにより通常噴射モードからD−レンジアイドル噴射モードに切り換わる(ステップS104,S107)ので、燃料の同期噴射601Aを従来の時期から遅角側に移動して吸気バルブの開弁開始直後に、インジェクタ15からの噴射燃料が吸気バルブ16位置に到達し、しかも噴射量も増量しているので、高沸点の高オクタン価成分まで良好に気化し耐異常燃焼性の高いリッチめの混合気が形成される(図3(A)参照))。
【0052】
非同期噴射700Aでは吸気量増大により同期噴射で不足する分の燃料を補充するが、このとき、非同期噴射の噴射量は、増量した同期噴射の噴射量の分、上記のごとく減量補正を行って少なめに設定することができるので、燃料の低オクタン価化をさらに好適に防止することができる。
【0053】
なお、ブレーキオフ後、所定時間が経過すると再び通常噴射モードに復帰し(ステップS104,S105)、同期噴射において、噴射時期が進角して吸気ポート111内で噴射燃料と空気との予混合を行い安定した運転状態が得られるように切り換える。
【0054】
なお、本実施形態では、D−レンジアイドルモード噴射の場合に、同期噴射における噴射量を増量補正し、非同期噴射における噴射量を減量補正しているが、要求される燃料の低オクタン価化防止効果等によっては、必ずしもこれに限られるものではなく通常の計算方法で設定してもよい。
【0055】
本実施形態ではまた、D−レンジアイドルであるか否かを、スロットルの開閉等から判断する構成としているが、アイドル時において直後に加速が予測される加速準備状態を検出するものであれば、本発明の趣旨に反しない限り任意である。
【0056】
また、D−レンジアイドルの判定基準に冷却水温が所定値を越えていることを含めることで、特に異常燃焼の発生しやすい温間時にのみ上記ステップS108,S114を実行するようにしているが、冷却水温については判定基準に含めずに上記ステップS104を簡略化することもできる。
【0057】
また、エンジン温度は簡便な冷却水温を検出しているが、必ずしも冷却水温を指標とする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料噴射制御装置を適用したエンジンの構成を示す図である。
【図2】本発明の燃料噴射制御装置を構成するECUで実行される制御を示すフローチャートである。
【図3】(A)は本発明の燃料噴射制御装置における燃料噴射時期でのエンジン要部の図であり、(B),(C)はそれぞれ本発明の燃料噴射制御装置と比較するためのエンジン要部の図である。
【図4】(A)は本発明の燃料噴射制御装置の作動を示すタイミングチャートであり、(B)は上記燃料噴射制御装置と比較する燃料噴射制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン本体
10a シリンダ
111 吸気ポート
112 排気ポート
15 インジェクタ
16 吸気バルブ
17 排気バルブ
18 スロットルバルブ
100 燃焼室
101 吸気通路
102 排気通路
2 エンジンコントロールユニット
21 判定手段(加速準備状態検出手段)
22 同期噴射増量手段
23 非同期噴射減量手段
24 噴射時期設定手段
33 冷却水温センサ(エンジン温度検出手段、加速準備状態検出手段)
34 スロットル開度検出部(スロットル開閉検出手段、加速準備状態検出手段)
35 シフトポジション検出部(シフトポジション検出手段、加速準備状態検出手段)
36 ブレーキオン/オフ検出部(ブレーキオン/オフ検出手段、加速準備状態検出手段)
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの燃料噴射制御装置に関し、特にエンジンにおける燃焼性能の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用等のエンジンの燃料噴射制御において、運転者のアクセルペダル操作に応じてスロットルが開かれ車両が加速状態に入る時、クランク角に同期した同期噴射に加えて、吸気量の増大に対応して燃料を補充する非同期噴射が行われる。かかる場合、特にエンジンが完全暖機状態の場合にはエンジンが低回転高負荷高温状態となるためにノック、プレイグニッション等の異常燃焼が発生し易くなる。そこで、かかる異常燃焼を回避し燃焼性能を向上させる策が種々、講じられている。
【0003】
燃焼性能を向上する技術としては点火時期遅角技術が広く知られている。この技術においては、制御用のエンジンコントロールユニット(ECU)がクランク角センサから知られるクランク角に基づいて点火装置に指令を出して所望のクランク角にて点火が可能になっており、吸気流量調整弁に設けたセンサの出力から内燃機関の急加速を検出すると、点火プラグの点火時期を遅角させることによってノックを防止する。それ以後は徐々に点火時期を進角し、ノックセンサがノックを再検出した場合は再遅角し、ノックが発生しなければ急加速前の点火時期まで進角を行う。しかし、自発火、プレイグニッション等の異常燃焼は、点火プラグによる外部点火に関係なく燃料そのものが化学的連鎖反応で自己発火的に発生するために、点火時期遅角では抑制効果がない。
【0004】
プレイグニッション等を含む異常燃焼への対応を図った技術としては特開平10−26045号公報記載の技術がある。これは非同期噴射の時期およびパターンの制御により異常燃焼を回避するもので、エンジンの吸気圧と各気筒のTDCとを検出し、スロットル開に伴う吸気圧の上昇開始からエンジンの1サイクル終了までを過渡状態として、非同期噴射を、クランク角が所定の噴射許可域のときに複数回に分け時間をかけて行うことで、燃料の付着場所をシリンダ内壁面や吸気ポート内壁面とに分散し、付着した燃料がエンジンの熱により効率よく蒸発するようにしたものである。この燃料の気化促進によりシリンダ内混合気のオクタン価低下を防止し、上記異常燃焼の回避を図っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平10−26045号公報の技術における非同期噴射制御は、非同期噴射のパターンを操作し、その上、その噴射期間を所定の噴射許可域に限定するという方法を採用しているので、加速のタイミングによっては加速直後の最初の燃焼気筒において実行できないという問題がある。かかる場合は、やむを得ず最初の1気筒に限りトルク低下を甘受してリーン燃焼による異常燃焼回避という手段をとらざるを得ず、必ずしも十分に異常燃焼回避効果が得られるとはいえない。
【0006】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、加速のタイミングとは無関係にオクタン価低下防止効果を得ることのできる燃料噴射制御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】
請求項1記載の発明では、アイドル時にエンジンが加速準備状態にあることを検出する加速準備状態検出手段と、同期噴射における噴射時期を、上記加速準備状態にあるアイドル時には、加速準備状態にない時のクランク角よりも遅角側で、かつ吸気バルブの開弁開始直後にインジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達するタイミングに設定する噴射時期設定手段とを具備せしめてエンジンの吸気ポートに向けて燃料を噴射し筒内に供給するインジェクタの噴射制御を行う構成とする。
【0008】
加速準備状態にあるアイドル時には吸気バルブの開弁開始直後にインジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達するようにしたので、燃料噴霧が開弁作動中の吸気バルブに衝突して吸気ポートから筒内に到る範囲に拡散し、この範囲の吸気バルブ、吸気ポートや筒内壁面の各部の温度を有効利用して燃料の高沸点の高オクタン価成分を含め十分な気化が行われる。
【0009】
請求項2記載の発明では、同期噴射における噴射時期を、上記加速準備状態にあるアイドル時には、30°BTDC〜30°ATDCとする。
【0010】
かかる噴射時期とすることで吸気バルブの開弁開始直後に、インジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達する。
【0011】
請求項3記載の発明では、上記加速準備状態検出手段には、スロットルの開閉を検出するスロットル開閉検出手段と、変速ギアのシフトポジションを検出するシフトポジション検出手段と、ブレーキのオン/オフを検出するブレーキオン/オフ検出手段と、スロットルの開閉、シフトポジションおよびブレーキのオン/オフとから上記加速準備状態か否かを判断する判定手段とを具備せしめ、該判定手段の、上記加速準備状態と判定する判定基準には、スロットルが閉であること、シフトポジションが前進方向であることおよびブレーキがオンからオフに切り換わってから所定時間内であることを含める。
【0012】
信号待ち等で停止中であれば、シフトポジションが前進方向であり、スロットルが閉であり、ブレーキがオンである。その状態からブレーキがオフに切り換わった直後は加速の蓋然性が高い。しかして加速準備状態検出手段を上記のごとく構成することで、特殊な検出手段を用いることなく容易に加速準備状態か否かを判断できる。
【0013】
請求項4記載の発明では、上記加速準備状態検出手段には、エンジン温度を検出するエンジン温度検出手段を具備せしめ、上記判定手段の、上記加速準備状態と判定する判定基準には、エンジン温度が予め設定したしきい値を越えていることを含める。
【0014】
異常燃焼はエンジン温度の高いときに発生しやすいから、異常燃焼の生じやすい状態をより精密に区別することができる。
【0015】
請求項5記載の発明では、上記加速準備状態にあるアイドル時に同期噴射における噴射量を増量補正して設定する同期噴射増量手段と、加速に伴う非同期噴射における噴射量を減量補正して設定する非同期噴射減量手段とを具備せしめる。
【0016】
同期噴射において噴射量を増量補正してリッチ化しておくことで、次に来る加速に伴う非同期噴射を減量することが可能になる。これにより、瞬間的な、吸気ポート内壁面や筒内壁面への過多燃料付着を防止し、十分な燃料蒸発によるオクタン価低下防止効果を得、異常燃焼の回避がさらに好適になされる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の燃料噴射制御装置を付設した車両用の点火式エンジンを示す。エンジン本体1は、シリンダブロック10の上方にシリンダヘッド11が覆着されてなり、シリンダブロック10に形成された筒であるシリンダ10a内にピストン12が摺動自在に保持されている。シリンダ10a内におけるピストン12の上下往復動がクランク軸13の回転運動に変換され、図略のトランスミッションへと伝達されるようになっている。
【0018】
ピストン12の上方にはシリンダブロック10、シリンダヘッド11を室壁として燃焼室100が形成され、燃焼室100において燃料と空気との混合気の燃焼が行われる。混合気への点火を行う点火プラグは、シリンダヘッド11を貫通し燃焼室100内に突出して設けられ、点火は点火装置19から点火プラグ14への高電圧印加によりなされる。
【0019】
シリンダヘッド11には、燃焼室100に空気を供給する吸気通路101の最下流部となる吸気ポート111が穿設され、吸気ポート111には、吸気通路101と燃焼室100との間の連通と遮断とを切り換える吸気バルブ16が取り付けられている。シリンダヘッド11にはまた、燃焼室100からの排気を行う排気通路102の最上流部となる排気ポート112が穿設され、排気ポート112には、排気通路102と燃焼室100との間の連通と遮断とを切り換える排気バルブ17が取り付けられている。
【0020】
シリンダヘッド11を貫通し先端ノズル部を吸気バルブ16に向けてインジェクタ15が取り付けられており、燃料吸気ポート111内へ吸気バルブ16方向へ噴射し燃焼室100内に供給するようになっている。
【0021】
吸気通路101の途中にはスロットルバルブ18が設けられ、その開度に応じて吸気量を調整する。
【0022】
また、上記点火プラグ14、インジェクタ15等のエンジン本体1各部に制御信号を出力するECU2を備えている。ECU2は、例えばCPU、RAM、ROM等からなる一般的な構成のもので、各種センサ類からの検出信号等に基づいて、上記エンジン本体各部に制御信号を出力する。
【0023】
ECU2に入力するセンサ類には、吸気通路101内を流通する空気流量を測定するマスフローメータ等の吸気量検出部31、クランク角センサ32、エンジン温度を代表するエンジン冷却水温を検出するエンジン温度検出手段たる冷却水温センサ33等がある。また、スロットルバルブ18の開度を検出するスロットル開閉検出手段たるスロットル開度検出部34、シフトポジション検出手段たるシフトポジション検出部35、ブレーキのオン/オフを検出するブレーキオン/オフ検出手段たるブレーキオン/オフ検出部36がある。
【0024】
ECU2は、内部に判定手段21、同期噴射増量手段22、非同期噴射減量手段23、噴射時期設定手段24を備えており、これら判定手段21、同期噴射増量手段22、非同期噴射減量手段23、噴射時期設定手段24は、ECU2の、エンジン本体1各部を制御するソフトウェア上で実現される。判定手段21は、冷却水温センサ33、スロットル開度検出部34、シフトポジション検出部35、ブレーキオン/オフ検出部36とともに加速準備状態検出手段を構成する。
【0025】
図2により、ECU2における制御のうち燃料噴射制御に係る部分を説明する。運転者のキー操作によりエンジンイグニッションスイッチがオンすると、ステップS101から開始される。
【0026】
ステップS102ではクランク角センサ32出力およびECU2の内部クロックにより現在のクランク位置を認識する。
【0027】
ステップS103では、現在のクランク位置が、燃料噴射を計算する時期にきているかどうかを判別する。この時期は可能な範囲で最も進角したときの噴射開始クランク角から、噴射時期の計算に要する時間分だけさらに進角した位置で規定される。
【0028】
計算時期と判断されるとステップS104に移行する。ステップS104は判定手段21としての実行手順で、読み込まれた上記スロットル開度検出部34、シフトポジション検出部35、ブレーキオン/オフ検出部36、冷却水温センサ33の各出力信号に基づいて、加速準備状態たる温間発進前D−レンジアイドルとなっているか否かを判断する。この判断基準は、第1にスロットルバルブ18が閉じていること、第2にシフトポジジョンが前進用のシフト位置(以下、D−レンジ)すなわちパーキング、ニュートラル、リバース以外であること、第3にブレーキが踏まれている状態(オン)から踏まれていない状態(オフ)に切り換わった後の所定時間内であること、第4に冷却水温が80°C以上であることのすべてが成立することである。
【0029】
第1、第2の条件判定は、車両がD−レンジの状態で発進前であることか否かを判断し、第3の条件判定は、加速開始直前の状態か否かを判断する。また、第4の条件は温間発進か否かを判断する。
【0030】
上記第3の条件判定は、ソフトウェア上でもハードウェア上でも容易に判定可能である。例えば、ブレーキオン/オフ検出部36からのブレーキオン信号の立ち下がりをトリガにしてECU2の内部クロック、またはクランク角センサ32の出力するパルスをカウントすることで、ブレーキがオンからオフに切り換わってから所定時間オンとなる信号を作る。
【0031】
いずれか1つでも成立しなければステップS105に移行し、ステップS105,S106において燃料噴射を通常噴射モードで行うように設定する。通常噴射モードは、温間発進前D−レンジアイドルにない場合、すなわち加減速状態を含む定常走行時や、シフトポジションをパーキングにした状態でのアイドル時等が相当する。
【0032】
ステップS105では、D−レンジアイドル噴射モードであることを示すフラグをオフとし、ステップS106に移行する。ステップS106では通常の計算方法で検出吸気量に基づいて噴射量を計算するとともに噴射時期を計算する。噴射時期は、通常の略90°BTDCから40°BTDCの間に設定される。噴射量および噴射時期の設定後、ステップS109に移行する。
【0033】
ステップS104において温間発進前D−レンジアイドルと判定されるとステップS107に移行し、ステップS107,S108において燃料噴射を温間発進前D−レンジアイドル噴射モードで行うように設定する。
【0034】
ステップS107では、D−レンジアイドル噴射モードとなることを示すフラグをオンとし、ステップS108に移行する。ステップS108は同期噴射増量手段22としての手順で、燃料噴射量を、通常噴射モードよりも吸気量に対しリッチめになるように計算する。直後に予測される吸気量増大に予め対応するためである。このときの空燃比は、他の制約条件の範囲内で、なおかつ失火が入らない程度の値であれば特に問題がないが、理論空燃比相当の噴射量の1.2〜1.5倍程度であるのが望ましい。
【0035】
また、ステップS108は噴射時期設定手段24としての手順でもあり、噴射時期を吸気TDC−30〜+30°CAの範囲(+:ATDC,−:BTDC)の範囲で設定する。噴射時間は上記噴射量で決定されるので、上記範囲内に噴射期間が納まるように噴射開始時期を設定する。
【0036】
直後に加速が予測されるD−レンジアイドル噴射モードでは、後述するようにこのステップS108にて設定された内容で同期噴射が行われる。噴射時期をこのように設定した意義は次のとおりである。図3は噴射時期の異なる3つの場合を示し、(A)は噴射時期が本実施形態の30°BTDC〜30°ATDCの範囲のもので、(B)は噴射時期が本実施形態よりも進角側(〜30°BTDC)のもので、(C)は噴射時期が本実施形態よりも遅角側(30°ATDC〜)のものである。一般的なエンジンの場合、インジェクタ15から噴射された燃料が吸気バルブ16位置まで届くのにアイドル状態で30°CA相当の時間を要する。したがって、噴射時期が30°BTDC〜30°ATDCの場合(図3(A))、吸気TDC付近においてインジェクタ15からの燃料が吸気バルブ16位置に達することになる。通常、吸気バルブ16は吸気TDC付近において開弁するから、噴射時期を30°BTDC〜30°ATDCに設定することで、吸気バルブ16の開弁開始直後に、インジェクタ15から噴射された燃料が吸気バルブ16位置に到達するタイミングをもってくることができる。
【0037】
このとき、インジェクタ15からの噴射燃料は、開弁する吸気バルブ16に衝突した後、直ちに燃焼室100内に吸入され、吸気ポート111内壁面への付着燃料、燃焼室100内壁面への付着燃料がともに低減する。このように吸気ポート111から燃焼室100に到る範囲に拡散した燃料は、吸気バルブ温度、吸気ポート内壁面温度、シリンダ内壁面温度をそれぞれ有効に利用して気化が促進されオクタン価の高い混合気を生成できる。
【0038】
これに対して噴射時期が〜30°BTDCの場合(図3(B))は、通常噴射モードにおける噴射時期に相当するものであるが、噴射燃料は閉じられた吸気バルブ16に遮られて燃焼室100内に吸入されず殆どが吸気ポート111の内壁面に付着し、十分な気化熱が得られず、低沸点の低オクタン価成分から気化する。気化しなかった燃料は次のサイクルに持ち越される。このことは、定常運転時には前サイクルから持ち越された燃料と、現サイクルで噴射され気化した燃料との合計で燃料輸送が平衡状態となり特に問題は生じないが、加速時に非同期噴射により燃料補充を行った場合には、この非同期噴射による付着燃料の気化不十分とともに、混合気のオクタン価が低下する原因となる。
【0039】
また、噴射時期が30°ATDC〜の場合(図3(C))は、噴射燃料は十分にリフトした吸気バルブ16位置を通過するから殆ど燃焼室100内に吸入され燃焼室100内壁面とピストン12頂面に付着し、十分な気化効率が得られない。結局、低沸点の低オクタン価成分から気化して混合気を形成し、オクタン価が低下する原因となる。
【0040】
厳密には、この噴射開始時期はエンジンの設計諸元や運転パラメータにより多少異なるから、エンジン種類ごとに設定することで、より精密に吸気バルブ16が開弁開始直後に、噴射燃料が吸気バルブ16位置に到達するタイミングをもってくることができる。この場合、吸気バルブ16に到達するまでにインジェクタ15と吸気バルブ16間の距離に応じた一定の遅れ時間が存在するから、この遅れ時間を考慮して、噴射時期を吸気バルブ16が開弁を開始するタイミングよりも早めに設定する。この遅れ時間に相当するクランク角は、(インジェクタ15からの燃料が噴射されてから吸気バルブ16位置に到達するのに要する時間[s])×(エンジン回転数[rev/s])×360[°CA]により算出できる。
【0041】
なお、噴射時期は30°BTDC〜30°ATDCの範囲内であればよいが、特に他の制約が無ければ、噴射期間のちょうど中央を吸気TDCとして、噴射期間が上記範囲の端側に偏しないようにするのが望ましい。
【0042】
噴射量および噴射時期の計算後は、ステップS109に移行する。なお上記ステップS103においてクランク位置が噴射計算時期となっていないと判定された場合は、上記ステップS104〜S108をスキップしてステップS109に進む。
【0043】
ステップS109では、クランク位置がステップS106またはステップS108で算出した噴射時期となったか否かを判断し、噴射時期となったときにステップS110で、ECU2がインジェクタ15に噴射信号を出力し、燃料の噴射を開始する。噴射期間中はこのフローにしたがって処理され、噴射信号が発信され続ける。ステップS109で噴射時期でないと判断された場合はステップS110をスキップしてステップS111に移行する。
【0044】
ステップS111では、スロットル18が閉じている状態から開いた後一定時間以内であるか、すなわち加速開始直後か否かを判断し、この期間中であれば、ステップS112に進み、非同期噴射を実行するためのフローへと分岐する。
【0045】
ステップS112では上記温間発進前D−レンジアイドル噴射モードを示すフラグがオンか否かを判断する。オフであればステップS113に移行する。ステップS113では、通常の計算方法で非同期噴射における噴射量を計算する。一方、ステップS112で上記温間発進前D−レンジアイドル噴射モードを示すフラグがオンの場合はステップS114に移行する。ステップS114は非同期噴射減量手段23としての手順で、上記ステップS108において増量した量分だけ非同期噴射量を減量する。
【0046】
以上の計算を行った後、ステップS115で直ちに燃料を噴射し、ステップS116に進む。
【0047】
ステップS111が否定された場合にはステップS112〜S115はスキップし、ステップS116に移行する。ステップS116ではエンジンイグニッションスイッチがオフ状態か否かを判断し、オフ状態でなければステップS102に戻り、ステップS102以下、上記制御手順が繰り返される。ステップS116でエンジンイグニッションスイッチがオフであれば本ルーチンを終了する(ステップS117)。
【0048】
図4(A)に本発明の燃料噴射制御装置の作動を説明するためのタイミングチャートを示し、図4(B)にこれと比較する燃料噴射制御装置のタイミングチャートを示す。なお図例は直列4気筒エンジンについてのもので、気筒ごとに排気、吸気、圧縮、膨張よりなるサイクルが、180°CAの位相差で順次、気筒をおって行われる様子を示している。図中、401〜404は各気筒の吸気行程をそれぞれ示し、501〜504が点火プラグ14による点火をそれぞれ示している。601〜604,601Aは燃料の同期噴射を示し、700は燃料の非同期噴射を示している。また、800はスロットル開度を示し、図例では#1気筒の吸気行程中に「全閉」から「全開」に変化し車両が加速に入っている。ここでは、シフトポジションをD−レンジにした信号待ち等の一時停止状態において、ブレーキペダルからアクセルペダルに踏みかえ発進を開始するときとして説明する。
【0049】
さて、このとき上記#1気筒に注目すると、同期噴射601,601Aはスロットルバルブ18が閉じている状態で計算された燃料量にて行われているが、それに続く吸気行程401は、行程の最初の一部を除きスロットルバルブ18が開いた後で行われている。この結果、吸気量が例えば3〜4倍に一時に増大する。そして、全気筒共通の非同期噴射700,700Aを行い筒内の空燃比を調整する。
【0050】
しかし、比較のものでは、同期噴射601の噴射時期が吸気バルブ16の開弁開始前であるから、噴射燃料は燃焼室100内に吸入されず上記のごとく吸気バルブ16内壁面と吸気ポート111内壁面とに集中して付着する(図3(B)参照)。この付着燃料は上記のごとく気化効率が悪く、直後の非同期噴射700による燃料付着と相まって混合気が低オクタン価化し異常燃焼が発生しやすくなる。
【0051】
これに対して本発明では、ブレーキオフにより通常噴射モードからD−レンジアイドル噴射モードに切り換わる(ステップS104,S107)ので、燃料の同期噴射601Aを従来の時期から遅角側に移動して吸気バルブの開弁開始直後に、インジェクタ15からの噴射燃料が吸気バルブ16位置に到達し、しかも噴射量も増量しているので、高沸点の高オクタン価成分まで良好に気化し耐異常燃焼性の高いリッチめの混合気が形成される(図3(A)参照))。
【0052】
非同期噴射700Aでは吸気量増大により同期噴射で不足する分の燃料を補充するが、このとき、非同期噴射の噴射量は、増量した同期噴射の噴射量の分、上記のごとく減量補正を行って少なめに設定することができるので、燃料の低オクタン価化をさらに好適に防止することができる。
【0053】
なお、ブレーキオフ後、所定時間が経過すると再び通常噴射モードに復帰し(ステップS104,S105)、同期噴射において、噴射時期が進角して吸気ポート111内で噴射燃料と空気との予混合を行い安定した運転状態が得られるように切り換える。
【0054】
なお、本実施形態では、D−レンジアイドルモード噴射の場合に、同期噴射における噴射量を増量補正し、非同期噴射における噴射量を減量補正しているが、要求される燃料の低オクタン価化防止効果等によっては、必ずしもこれに限られるものではなく通常の計算方法で設定してもよい。
【0055】
本実施形態ではまた、D−レンジアイドルであるか否かを、スロットルの開閉等から判断する構成としているが、アイドル時において直後に加速が予測される加速準備状態を検出するものであれば、本発明の趣旨に反しない限り任意である。
【0056】
また、D−レンジアイドルの判定基準に冷却水温が所定値を越えていることを含めることで、特に異常燃焼の発生しやすい温間時にのみ上記ステップS108,S114を実行するようにしているが、冷却水温については判定基準に含めずに上記ステップS104を簡略化することもできる。
【0057】
また、エンジン温度は簡便な冷却水温を検出しているが、必ずしも冷却水温を指標とする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料噴射制御装置を適用したエンジンの構成を示す図である。
【図2】本発明の燃料噴射制御装置を構成するECUで実行される制御を示すフローチャートである。
【図3】(A)は本発明の燃料噴射制御装置における燃料噴射時期でのエンジン要部の図であり、(B),(C)はそれぞれ本発明の燃料噴射制御装置と比較するためのエンジン要部の図である。
【図4】(A)は本発明の燃料噴射制御装置の作動を示すタイミングチャートであり、(B)は上記燃料噴射制御装置と比較する燃料噴射制御装置の作動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン本体
10a シリンダ
111 吸気ポート
112 排気ポート
15 インジェクタ
16 吸気バルブ
17 排気バルブ
18 スロットルバルブ
100 燃焼室
101 吸気通路
102 排気通路
2 エンジンコントロールユニット
21 判定手段(加速準備状態検出手段)
22 同期噴射増量手段
23 非同期噴射減量手段
24 噴射時期設定手段
33 冷却水温センサ(エンジン温度検出手段、加速準備状態検出手段)
34 スロットル開度検出部(スロットル開閉検出手段、加速準備状態検出手段)
35 シフトポジション検出部(シフトポジション検出手段、加速準備状態検出手段)
36 ブレーキオン/オフ検出部(ブレーキオン/オフ検出手段、加速準備状態検出手段)
Claims (5)
- エンジンの吸気ポートに向けて燃料を噴射し筒内に供給するインジェクタの噴射制御を行う燃料噴射制御装置において、アイドル時にエンジンが加速準備状態にあることを検出する加速準備状態検出手段と、同期噴射における噴射時期を、上記加速準備状態にあるアイドル時には、加速準備状態にない時のクランク角よりも遅角側で、かつ吸気バルブの開弁開始直後にインジェクタからの噴射燃料が吸気バルブに到達するタイミングに設定する噴射時期設定手段とを具備することを特徴とする燃料噴射制御装置。
- 請求項1記載の燃料噴射制御装置において、同期噴射における噴射時期を、上記加速準備状態にあるアイドル時には、30°BTDC〜30°ATDCとした燃料噴射制御装置。
- 請求項1または2いずれか記載の燃料噴射制御装置において、上記加速準備状態検出手段には、スロットルの開閉を検出するスロットル開閉検出手段と、変速ギアのシフトポジションを検出するシフトポジション検出手段と、ブレーキのオン/オフを検出するブレーキオン/オフ検出手段と、スロットルの開閉、シフトポジションおよびブレーキのオン/オフとから上記加速準備状態か否かを判断する判定手段とを具備せしめ、該判定手段の、上記加速準備状態と判定する判定基準には、スロットルが閉であること、シフトポジションが前進方向であることおよびブレーキがオンからオフに切り換わってから所定時間内であることを含める燃料噴射制御装置。
- 請求項3記載の燃料噴射制御装置において、上記加速準備状態検出手段には、エンジン温度を検出するエンジン温度検出手段を具備せしめ、上記判定手段の、上記加速準備状態と判定する判定基準には、エンジン温度が予め設定したしきい値を越えていることを含める燃料噴射制御装置。
- 請求項1ないし4いずれか記載の燃料噴射制御装置において、上記加速準備状態にあるアイドル時に同期噴射における噴射量を増量補正して設定する同期噴射増量手段と、加速に伴う非同期噴射における噴射量を減量補正して設定する非同期噴射減量手段とを具備せしめた燃料噴射制御装置。
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