JP3735957B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関における始動時の燃料噴射制御装置に関し、特に、始動時より適切なシーケンシャル燃料噴射を行った、始動性の改善を図った技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の始動時の燃料噴射制御技術としては、特開平２−１８８６４６号公報に開示されるように、始動時の機関の状態と、燃料噴射量 (パルス幅) に応じて噴射開始時期を決定するもの (通常の噴射終了時期管理) や、始動時のみ各気筒の所定クランク角位置で出力される基準信号に同期して、全気筒同時に燃料噴射を開始するようにしたもの等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の従来技術にあっては、燃料噴射開始時期決定時の機関回転速度と、燃料噴射終了時の機関回転速度とが大きく異なるような場合、燃料噴射が吸気行程中に終了せず、所定の燃料量がシリンダ内に吸入されない可能性があった。特に、図９，図10に示すように、始動時のように燃料噴射パルス幅が長く、回転変化が大きい場合に、発生する可能性があった。
【０００４】
また、この現象を避けるため、後者の従来技術のように、全気筒同時に燃料噴射を開始した場合、一時的に燃料圧力が低下して開弁時間に対する所定の噴射量を確保できなくなる可能性があった。
そして、そのため、始動時の空燃比を目標とする値に設定することができず、安定度や排気浄化性能に影響する可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、始動時に各気筒の最初の燃料噴射開始時期を適切に設定することにより、設定したとおりの燃料量を正確にシリンダに吸入させることができるようにし、以て良好な始動性能，排気浄化性能が得られるようにした内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
気筒毎に吸気系に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
気筒別にクランク角位置を検出する気筒別クランク角位置検出手段と、機関の始動時の状態を検出する始動時機関状態検出手段と、
前記検出された機関始動時の状態に基づいて、各気筒の始動時の燃料噴射量を演算する始動時燃料噴射量演算手段と、
前記検出された機関始動時の状態に基づいて、機関の始動時に全ての気筒の１回分の吸気行程が終了するまでの燃料噴射可能時間を演算する燃料噴射可能時間演算手段と、
前記演算された各気筒の始動時の初回の燃料噴射量と、燃料噴射可能時間と、検出された気筒別のクランク角位置と、に基づいて、始動時よりシーケンシャル燃料噴射を行う際の各気筒の初回の燃料噴射における燃料噴射開始時期を、各気筒の吸気行程終了前で燃料噴射が終了し、かつ、気筒間の燃料噴射開始時期時間間隔が均等となるように演算する燃料噴射開始時期演算手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００９】
(作用・効果)
機関始動時の状態に基づいて、各気筒１回分の吸気行程を終了するまでの時間を、各気筒の最初の燃料噴射の際に、燃料を吸気行程終了前に燃料噴射を終了することが可能な燃料噴射可能時間として求めることができる。
そして、検出された気筒別のクランク角位置と、前記燃料噴射可能時間とに基づいて最初の気筒の燃料噴射開始が可能な時期と、最後の気筒の燃料噴射を終了させる必要のある時期とが求められ、さらに、機関始動時の状態に基づいて演算された始動時の燃料噴射量つまり燃料噴射期間がわかっており、また、各気筒の吸気行程毎の間隔が順次短くなる傾向を考慮して、それぞれの気筒で吸気行程終了前に燃料噴射が終了するように各気筒の燃料噴射開始時期を演算することができる。
【００１０】
これにより、燃圧を低下させることなく、設定された燃料量を正確にシリンダに吸入させることができ、良好な始動性能，排気浄化性能が得られる。
また、請求項２に係る発明は、前記始動状態検出手段は、機関の冷却水温度の検出を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
(作用・効果)
始動時の燃料噴射量を、検出された機関の冷却水温度に基づいて良好に演算することができ、また、前記燃料噴射可能時間も、機関の冷却水温度による影響が最も大きいので、該冷却水温度に基づいて精度良く燃料噴射可能時間を演算することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、前記燃料噴射可能期間演算手段は、検出された機関の冷却水温度に基づいてクランキング回転速度を推定し、該推定されたクランキング回転速度に基づいて燃料噴射可能期間を演算することを特徴とする。
(作用・効果)
機関の冷却水温度が低いときは、潤滑油の粘性が高い等で機関の回転抵抗が大きいため、クランキング回転速度が低くなり、また、冷却水温度が高いときは、逆にクランキング回転速度が高くなると推定でき、該クランキング回転速度が低いと燃料噴射可能時間は長くなり、クランキング回転速度が高いと燃料噴射可能時間は短くなるので、クランキング回転速度に基づいて燃料噴射可能時間を推定することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、前記気筒別クランク角位置検出手段は、各気筒の所定のクランク角位置で基準信号を発生し、かつ、微小クランク角毎に単位角信号を発生するクランク角センサと、前記基準信号に対応する気筒を判別する手段と、により構成されることを特徴とする。
【００１４】
(作用・効果)
各気筒の基準信号に対応する気筒の判別を行うと共に、該基準信号を入力してからの単位角信号の入力回数をカウントすることにより、気筒別のクランク角位置を高精度に検出することができる。
また、請求項５に係る発明は、前記燃料噴射開始時期演算手段は、前記燃料噴射可能時間の開始時期を最初の気筒の燃料噴射開始時期とし、以下次式に示す間隔で順次他の気筒の燃料噴射開始時期を設定することを特徴とする。
【００１５】
(ＴＴｉＯＫ−Ｔｉ) ／ (ｎ−１)
ＴＴｉＯＫ：燃料噴射可能時間、Ｔｉ：各気筒の始動時の燃料噴射量に対応する燃料噴射弁の開弁期間、ｎ：気筒数
(作用・効果)
既述したように、始動時 (クランキング時) には、各気筒の吸気行程毎の間隔が順次短くなる傾向があるので、前記の式に基づいて各気筒の始動時１回目の燃料噴射開始時期を求めることにより、それぞれの燃料噴射を該気筒の吸気行程の終了前に終了させることができると共に、複数の気筒の燃料噴射期間が重なる確率を最小にでき、重なった場合でも、その重なり時間を最も短くできるので、燃圧の低下を極力防止でき、燃料噴射量の供給精度を十分高めることができる。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、前記始動時に全ての気筒の燃料噴射が１回終了した後は、所定のクランク角位置で燃料噴射を開始させ、又は所定のクランク角位置で燃料噴射を終了させる制御を行うことを特徴とする。
(作用・効果)
各気筒の２回目以降の燃料噴射は、機関の回転速度が増大し、気筒間の回転速度差も小さくなるので、所定のクランク角位置で燃料噴射を開始または終了させる通常の噴射制御を行って、各気筒で略同一の期間に燃料噴射を行わせて気筒間の燃焼性能を均等化する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図２は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態のシステム構成を示す。
図において、４サイクル４気筒機関の機関回転と同期して回転するカムシャフト等にクランク角センサ１が設けられる。該クランク角センサ１は、各気筒の所定のクランク角位置で基準信号を出力する (クランク角180 °毎に出力) と共に、単位クランク角 (例えば１°) 毎の単位角信号も出力し、前記基準信号と単位角信号とに基づいてクランク角位置を検出することができる。
【００１８】
また、前記クランク角センサ１として、例えば周縁部にスリットを形成した機関回転に同期して回転する回転プレートの周縁部を挟んで発光素子と受光素子とを設け、スリットを通過する光を感知してパルスを発生するような光学式のものを用い、各気筒に対応する基準信号のパルスの幅や形状を異ならせるように前記スリットを形成して、基準信号に対応する気筒を判別できるようにする。
【００１９】
あるいは、図示点線で示すように、別に気筒判別センサ11を設け、その信号 (ＰＨＡＳＥ信号) によって、気筒判別を行うようにしてもよい。
そして、前記クランク角センサ１からの前記基準信号，単位角信号、前記気筒判別センサ11を設ける場合はＰＨＡＳＥ信号の他、イグニッションスイッチ２のＯＮ，ＯＦＦ信号、スタータスイッチ３のＯＮ，ＯＦＦ信号、水温センサ４により検出される機関の冷却水温度信号、などが、制御回路５に出力される。
【００２０】
制御回路５は、前記各種検出信号に基づいて演算／処理／判定を行い、各気筒に備えられた燃料噴射弁 (インジェクタ) ６を駆動して燃料噴射制御を行う。
かかる制御回路５により行われる始動時の燃料噴射制御を、図３に示したフローチャートに従って詳細に説明する。このルーチンは、スタータスイッチ４のＯＮ操作つまりクランキング開始と同時に開始され、時間同期またはクランク角同期で行われる。
【００２１】
ステップ (図ではＳと記す。以下同様) １では、各気筒の初回の燃料噴射であるか否かを判定する。この判定の詳細は、後述する。
ステップ１で初回噴射と判定されたときは、ステップ２以降へ進んで初回噴射制御を行い、各気筒の初回噴射が終了していると判定されたときは、ステップ11以降の通常時噴射制御に進む。ここで、後述するように、前記ステップ１の判定で、クランキング開始後最初に吸気行程を迎える気筒を判別したときには、該気筒への燃料を終了した後ステップ２へ進む。
【００２２】
ステップ２では、燃料噴射回数計測用カウンタの値により燃料噴射回数を確認し、規定回数噴射していた場合には、何もせずに本ルーチンを終了する。これは、スタータスイッチ４をすぐにＯＦＦにしてしまい、通常噴射に移行する前にエンストしてしまったような場合に、初回噴射制御によって燃料噴射が各気筒に対して複数回行われてしまうことを防止するためである。
【００２３】
ステップ２で、規定回数噴射していないと判定された場合は、ステップ３へ進み、始動時噴射タイミング計測用カウンタの値を更新する。
ステップ４では、前回噴射 (既述したように、この段階で少なくとも最初の気筒の燃料噴射は終了している) からの時間を計測しておき、経過時間が始動時初回の噴射タイミング［ (ＴＴｉＯＫ−Ｔｉ) ／ (ｎ−１) ；ｎは気筒数であり、４気筒機関の場合は、ｎ−１＝３］に達したか否かを判定する。前記噴射タイミングの設定についての詳細は、後述する。設定時間が経過していない場合には、何もせずに時間の演算に備える。
【００２４】
ステップ４で、設定時間が経過したと判定された場合は、ステップ５へ進んで始動時噴射気筒計測用カウンタを参照し、燃料噴射を行う気筒を決定する。
ステップ６では、始動時の燃料噴射量に相当する燃料噴射弁６の開弁パルス幅 (以下燃料噴射パルス幅という) の演算結果を読み込む。該燃料噴射パルス幅の演算については、後述する。
【００２５】
ステップ７では、以上の結果を基に、前記決定された気筒の燃料噴射弁６を駆動して、設定された量の燃料を噴射供給する。
噴射開始後は、ステップ８で前記始動時噴射タイミング計測用カウンタをクリアし、ステップ９で始動時噴射気筒計測用カウンタの値をカウントアップし (４気筒の場合の一例♯１−♯３−♯４−♯２の順) 、ステップ10で燃料噴射回数計測用カウンタの値をカウントアップし、次回の燃料噴射に備える。なお、始動時に最初に燃料噴射される気筒は、後述するように気筒判別処理に基づいて決定されるが、２回目以降の噴射気筒の決定は気筒判別処理を行っていては間に合わない (気筒判別用の信号を入力するより先に噴射開始する必要がある) 場合があるので、前記最初の燃料噴射気筒とその後の始動時噴射気筒計測用カウンタの値とで、燃料噴射気筒を決定する。
【００２６】
通常噴射の場合、ステップ11へ進んで前記燃料噴射回数計測用カウンタの値をクリアし、ステップ12で通常時噴射タイミング計測用カウンタの値を参照する。なお、該通常時噴射タイミング計測用カウンタは、基準信号からのクランク角位置を計測するものである。
ステップ13では、前記通常時噴射タイミング計測用カウンタの値が、後述するように通常噴射時用に設定された噴射タイミングとなっているか否かを判定し、噴射タイミングとなっていない場合には、何もせずに次回の演算に備える。
【００２７】
噴射タイミングになっていた場合には、ステップ14へ進み、通常時噴射気筒計測用カウンタの値から噴射気筒を決定し、ステップ15で燃料噴射パルス幅を参照して、ステップ16で当該気筒への燃料噴射を行い、本ルーチンを終了する。通常噴射時の噴射気筒の決定，燃料噴射パルス幅の設定の詳細は後述する。
次に、図４のフローチャートに従って、始動時における燃料噴射パルス幅の演算を説明する。このルーチンは、規定時間毎に実行される。なお、このルーチンが、始動時燃料噴射量演算手段に相当する。
【００２８】
ステップ21では、噴射パルス幅の基本値ＴＣＳＴを、前記水温センサ４によって検出された機関の冷却水温度 (以下水温という) に基づいて、演算する。
ステップ22では、機関回転速度Ｎｅに基づいて、回転速度補正率ＴＣＳＮをマップからの検索等により求める。
ステップ23では、スタータスイッチ３のＯＮ時間に基づいて、時間補正率ＴＫＣＳをマップからの検索等により求める。
【００２９】
ステップ24では、前記ステップ21〜ステップ23で得られた結果を用いて、次式により始動時燃料噴射パルス幅ＴＩＳＴを演算する。
ＴＩＳＴ＝ＴＣＳＴ×ＴＣＳＮ×ＴＫＣＳ
次に、図５のフローチャートに従って、燃料噴射タイミングの演算を説明する。このルーチンは、規定時間毎に実行される。
【００３０】
ステップ31では、各気筒の初回噴射制御を行うか否かを判定し、初回噴射の場合はステップ32へ進む。
ステップ32では、燃料噴射可能時間ＴＴｉＯＫを、水温Ｔｗから求める。ここで、燃料噴射可能時間ＴＴｉＯＫは、始動時のクランキング回転速度と、初爆後の機関回転速度Ｎｅの上昇速度により決まってくるが、特に始動時のクランキング回転速度による影響が大きい。しかし、始動直後のクランキング回転速度を正確に求めることは困難なため、予め考えられる最短の噴射可能時間を設定しておく。設定した噴射可能時間を参照するパラメータとしては水温等がある。これは、クランキング回転速度は、水温による影響が非常に大きいためである。具体的には、水温Ｔｗが高いときほど、クランキング回転速度の上昇速度は早まるので、各水温Ｔｗで予測される最高のクランキング回転速度に対応して最初の気筒の吸気行程開始から最後の気筒の吸気行程終了までの時間を燃料噴射可能時間ＴＴｉＯＫとして算出してマップに割り付けておき、始動時の水温に基づいてマップから燃料噴射可能時間ＴＴｉＯＫを検索するなどして求める。
【００３１】
ステップ33では、燃料噴射開始タイミングを求める。この場合、各気筒の燃料噴射パルスができるだけ重ならないようにする必要がある。これは、始動時には複数の燃料噴射弁が同時噴射されると燃料圧力の立ち上がりが遅れたり、燃料ポンプの吐出量が少ない可能性が高いためである。そこで、前記各気筒の燃料噴射が吸気行程の前に終了する要件を満たしつつ、噴射パルスの重なりをできる限り抑制し、重なってしまう場合でもその重なり時間を最小限に抑制するために、前記燃料噴射可能時間ＴＴｉＯＫにおける各気筒の噴射間隔を、次式を用いて算出する。
【００３２】
(ＴＴｉＯＫ−Ｔｉ) ／ (ｎ−１)
ステップ31で初回噴射ではないと判定された場合は、ステップ34以降へ進んで通常噴射時の噴射開始タイミングを求める。
通常噴射時の一例として噴射終了時期を管理する場合を示すと、ステップ34では、機関回転速度Ｎｅに基づいて、噴射終了タイミングに相当するクランク角位置ＴＩＴＭを算出する。
【００３３】
ステップ35では、燃料噴射パルス幅Ｔｉｓｔに相当するクランク角換算値ＭＴＩＡを、機関回転速度Ｎｅに基づいて算出する。
ステップ36では、燃料噴射開始タイミングに相当するクランク角位置を、 (ＴＩＴＭ−ＭＴＩＡ) として算出する。
次に、初回噴射を行うか、通常噴射を行うかを判定するルーチンを、図６のフローチャートに従って説明する。このルーチンは、基準信号入力毎 (又は点火信号入力毎) に実行される。
【００３４】
ステップ41では、気筒判別機能を含んだ基準信号若しくは気筒判別信号を処理した結果を参照する。
ステップ42では、前記処理結果に基づいて、次に吸気上死点を迎える気筒を判別する。
ステップ43では、気筒判別回数をカウントする。
【００３５】
ステップ44では、前記気筒判別回数に基づいて、初回噴射制御を行うか、通常噴射制御を行うかを判別する。具体的には、気筒判別回数が気筒数 (４気筒機関では４) に達する前は初回噴射制御を行い、達した後は通常噴射制御を行うと判定する。
ステップ44で初回噴射制御を行う場合と判定されたときは、ステップ45へ進んで初回噴射制御であることを示すフラグをセットする。
【００３６】
ステップ46では、今回の気筒判別が初回であるか否かを判定する。初回と判定された場合は、この時点で最初の気筒への燃料噴射を開始することが可能となり、この時点が前記燃料噴射可能時間の起点となる。
ステップ46で、気筒判別が初回と判定されたときは、ステップ47へ進み、前記ステップ42での気筒判別処理結果に基づいて、最初に燃料噴射する気筒を決定する。
【００３７】
ステップ48では、前記図４のルーチンで演算された始動時の燃料噴射パルス幅を参照する。
ステップ49では、当該気筒への燃料噴射を行う。
ステップ50では、噴射回数計測用カウンタを初期化する。これは、既述したように、エンスト時に噴射を行わないようにするため、初回噴射制御時の噴射回数を制限する必要があるからである。
【００３８】
ステップ51では、始動時噴射タイミング用カウンタをクリアし、次回の噴射に備え、本ルーチンを終了する。
ステップ44で、気筒判別回数が気筒数より多い回数と判定されたときは、ステップ51へ進んで通常噴射制御であることを示すフラグをセットした後、ステップ52へ進んで前記ステップ42での気筒判別処理結果に基づいて、燃料噴射する気筒を決定する。
【００３９】
４気筒機関に適用した本実施形態の始動時の各気筒１回目の燃料噴射の様子を、図７に示す。図示のように、各気筒の吸気行程 (吸気弁開弁期間ＩＶＯ) 終了前に燃料噴射が終了し、かつ、気筒間での噴射パルスの重なりも防止されるので、燃料圧力の低下も抑制され、噴射パルス幅に見合った量の燃料が正確に各気筒に供給されることが明らかである。
【００４０】
図８は、６気筒機関に適用した実施形態における始動時の各気筒１回目の燃料噴射の様子を示したものである。
６気筒機関では、回転速度上昇後に初回の燃料噴射を迎える気筒が、４気筒機関の場合より多くなるため、図10に示したような通常の噴射制御でシーケンシャル噴射を行った場合では、５番目及び６番目の燃料噴射気筒に対して燃料噴射が間に合わない可能性がある。
【００４１】
一方、図８で示されるように、本発明は６気筒機関に適用した場合でも、吸気行程終了前に燃料噴射が終了することが保証され、かつ、複数気筒で同時噴射される可能性は、４気筒機関より増大するが、その時間は短いので、燃料圧力の低下も極力抑えることができ、正確な量の燃料を各気筒に噴射して安定した燃焼性を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成図。
【図３】同上実施形態の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】同じく始動時の燃料噴射パルス幅を演算するルーチンを示すフローチャート。
【図５】同じく燃料噴射タイミングを演算するルーチンのフローチャート。
【図６】同じく噴射制御方式を判定するルーチンを示すフローチャート。
【図７】４気筒機関に適用した実施形態における始動時各気筒１回目の燃料噴射の様子を示すタイムチャート。
【図８】６気筒機関に適用した実施形態における始動時各気筒１回目の燃料噴射の様子を示すタイムチャート。
【図９】４気筒機関に適用した従来例における始動時各気筒１回目の燃料噴射の様子を示すタイムチャート。
【図１０】６気筒機関に適用した従来例における始動時各気筒１回目の燃料噴射の様子を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ クランク角センサ
２ イグニッションスイッチ
３ スタータスイッチ
４ 水温センサ
５ 制御回路
６ 燃料噴射弁

Claims (6)

1. 気筒毎に吸気系に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   気筒別にクランク角位置を検出する気筒別クランク角位置検出手段と、機関の始動時の状態を検出する始動時機関状態検出手段と、
   前記検出された機関始動時の状態に基づいて、各気筒の始動時の燃料噴射量を演算する始動時燃料噴射量演算手段と、
   前記検出された機関始動時の状態に基づいて、機関の始動時に全ての気筒の１回分の吸気行程が終了するまでの燃料噴射可能時間を演算する燃料噴射可能時間演算手段と、
   前記演算された各気筒の始動時の初回の燃料噴射量と、燃料噴射可能時間と、検出された気筒別のクランク角位置と、に基づいて、始動時よりシーケンシャル燃料噴射を行う際の各気筒の初回の燃料噴射における燃料噴射開始時期を、全ての気筒の燃料噴射が前記燃料噴射可能時間中に終了し、かつ、気筒間の燃料噴射開始時期時間間隔が均等となるように演算する燃料噴射開始時期演算手段と、
   を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記始動状態検出手段は、機関の冷却水温度の検出を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料噴射可能時間演算手段は、検出された機関の冷却水温度に基づいてクランキング回転速度を推定し、該推定されたクランキング回転速度に基づいて燃料噴射可能時間を演算することを特徴とする請求項２の記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記気筒別クランク角位置検出手段は、各気筒の所定のクランク角位置で基準信号を発生し、かつ、微小クランク角毎に単位角信号を発生するクランク角センサと、前記基準信号に対応する気筒を判別する手段と、により構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料噴射開始時期演算手段は、前記燃料噴射可能時間の開始時期を最初の気筒の燃料噴射開始時期とし、以下次式に示す間隔で順次他の気筒の燃料噴射開始時期を設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
   (ＴＴｉＯＫ−Ｔｉ) ／ (ｎ−１)ＴＴｉＯＫ：燃料噴射可能時間、Ｔｉ：各気筒の始動時の燃料噴射量に対応する燃料噴射弁の開弁期間、ｎ：気筒数
6. 前記始動時に全ての気筒の燃料噴射が１回終了した後は、所定のクランク角位置で燃料噴射を開始させ、又は所定のクランク角位置で燃料噴射を終了させる制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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