JP3856091B2

JP3856091B2 - 多気筒エンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3856091B2
Application number: JP2000364579A
Authority: JP
Inventors: 孝尚小関
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002161783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は多気筒エンジンの燃料噴射制御装置、特に始動時のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多気筒エンジンの始動時に始動時間を短縮して始動性を確保するため、始動時に全気筒同時期に燃料噴射を行うものがある（特開平１０−０６１４７５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来装置のように、始動直後に全気筒に対して同時に所定量の燃料噴射を行うのでは、気筒毎に最適な燃料噴射量と燃料噴射時期で燃料供給を行えないため、未燃燃料に起因したＨＣ・ＣＯの排出が顕著となる上、過剰に燃料を供給することとなり燃料消費量を増加させてしまうという問題がある。
【０００４】
これについて説明すると、有害排出物質であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの低減や過渡応答性の向上の観点から、始動後にはエンジン回転に同期させた各気筒独立の燃料噴射とし、たとえば各気筒の圧縮上死点前の所定のクランク角で立ち上がるＲＥＦ（レファレンス）信号を検出または算出し、各気筒でこのＲＥＦ信号後の圧縮行程になったときに点火し、その後に排気行程になったとき燃料噴射を行っているのであるが、この各気筒独立燃料噴射を始動より開始したのでは、初爆気筒（始動開始後に最初に燃焼する気筒）が生じるまでの時間（つまり始動時間）が長くなり、始動性が悪化する（図１５ａ参照）。
【０００５】
このような始動性の悪化を解決するべく、図１５ｂに示したように、各気筒独立燃料噴射を開始する前である気筒判定前であってクランキング開始より所定の時間（たとえば数百ｍ秒程度）が経過したとき、全気筒に対して同時に所定量の半分の燃料量を噴射し、引き続きクランクシャフトが半回転した後に残りの半分の燃料噴射を行い、さらにクランクシャフトが１回転する度に同様にして燃料噴射を行い、気筒判定が完了した気筒から、順次、各気筒独立燃料噴射に移行させている。
【０００６】
しかしながら、このような全気筒同時燃料噴射では、各気筒への始動初回の燃料供給量が異なり、所定量の燃料が要求通り供給される気筒の外に、所定量の１．５倍もの燃料が供給され筒内空燃比が過リッチとなる気筒や所定量の半分の燃料しか供給されずに筒内空燃比が過リーンとなる気筒が生じてしまうため、未燃燃料に起因したＨＣ・ＣＯの排出が増加する。
【０００７】
これを図１５ｂの例で詳細にみてみると次のようになる（ただしポートや吸気弁に付着する燃料壁流分は無視する）。
【０００８】
♯１気筒：排気行程での半量の燃料が次の吸気行程での半量の燃料に加わるため、所定量の燃料が要求通り供給され、その後の点火により燃焼する（初爆が得られる）。
【０００９】
♯３気筒：膨張行程と排気行程での半量ずつの燃料が次の吸気行程ですべて供給されるため、この気筒も所定量の燃料が要求通り供給され、その後の点火により燃焼する。
【００１０】
♯４気筒：圧縮行程と膨張行程での半量ずつの燃料が次の次の吸気行程での半量の燃料に加わるため、所定量の５割増しの燃料が供給され、筒内空燃比が過リッチとなる（リッチ失火が生じる）。
【００１１】
♯２気筒：吸気行程で半量の燃料が供給されるものの、次の圧縮行程での半量の燃料は点火に間に合わないため、結局、所定量の半分の燃料しか供給されず筒内空燃比が過リーンとなる（リーン失火が生じる）。
【００１２】
このように、図１５ｂの例では、４気筒のうち半分の気筒で失火が生じてしまう結果となる。さらに、この例では燃料供給が過剰に行われているため（三度目の半量噴射分が燃料過剰である）、燃料消費量も増加する。
【００１３】
そこで、このような特定気筒（図１５ｂの例では♯４、♯２気筒）での過リッチまたは過リーンを防止するべく、特開平１０−０６１４７５号公報の技術では、エンジン始動直後の最初の燃料噴射に限って、各気筒に対して必要かつ十分な燃料量を全気筒同時に噴射し、その後、気筒判定した順に各気筒独立燃料噴射に移行させている（図１５ｃ参照）。
【００１４】
この場合、初爆気筒の発生するトルクによってエンジン回転速度が上昇し吸気管内圧力が大気圧より低い値へと発達してゆくことから初爆気筒以降の気筒では吸入空気流量が減少する。しかしながら、初爆気筒以降の気筒についても初爆気筒と同一量の燃料を同一のタイミングで供給してあるので、初爆気筒以降の気筒の空燃比がリッチとなり、ＨＣ・ＣＯの排出の増加やエンストを招く。また、燃料噴射時期が全気筒で同じであり、各気筒で最適な時期に燃料噴射を行っているわけでないため、この点からも始動時のＨＣ・ＣＯの排出を助長する。
【００１５】
これを図１５ｃの例で詳細にみてみると次のようになる。♯１気筒では排気行程から吸気行程にかけての最適な時期に噴射されているため初爆気筒となっている。これに対して、初爆気筒以降の気筒である♯３、♯４、♯２の各気筒では筒内空燃比がリッチとなり、かつ噴射時期も最適でないため、ＨＣ・ＣＯの排出が増加する。
【００１６】
このように、図１５ｃの例では、４気筒のうち３気筒で筒内空燃比と燃料噴射時期が適切でない結果となる。さらに、この例でも過濃に燃料を供給している分（♯３、♯４、♯２の３つの気筒で燃料過剰である）、燃料消費量が悪化する。
【００１７】
そこで本発明は、各気筒について初回の燃料噴射を行う際に、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行い、残りの気筒に対しては排気行程のみで燃料噴射を行うことにより、始動時間を従来装置と同程度としつつ、始動時のＨＣ・ＣＯの排出量を従来装置より低減することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、多気筒エンジンの燃料噴射制御装置において、各気筒について初回の燃料噴射を行う際に、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行い、残りの気筒に対しては、時間単位の初回の燃料噴射量をそのときのエンジン回転速度を用いて、エンジン回転速度が上昇するほど減少する値のクランク角に換算し、予めクランク角単位で定めてある燃料噴射開始時期よりこのクランク角換算された初回の燃料噴射量を足した値を燃料噴射終了時期とし、これら燃料噴射開始時期と燃料噴射終了時期とを用いて排気行程のみで燃料噴射を行うと共に、リーン失火を生じる燃料噴射終了時期の吸気行程における限界をリタード限界として定めておき、前記始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒についての初回の燃料噴射終了時期がこのリタード限界を超える場合に、その初回の燃料噴射を禁止する。
【００１９】
第２の発明では、第１の発明において各気筒について初回の燃料噴射を行う際に、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行い、残りの気筒に対しては排気行程のみで燃料噴射を行う手段が、
始動初めての気筒判定時期であるかどうかを判定する手段と、始動初めての気筒判定時期であると判定されたとき、吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行う手段と、前記残りの気筒に対して排気行程となったとき燃料噴射を行う手段とからなる。
【００２０】
第３の発明では、第１または第２の発明において前記各気筒について初回の燃料噴射を行った後に、各気筒の基準位置から噴射時期を決定する各気筒独立燃料噴射に移行する。
【００２２】
第４の発明では、第１または第２の発明において前記各気筒について初回の燃料噴射量をすべての気筒で同一の供給空燃比となるように設定する。
【００２３】
第５の発明では、第１または第２の発明において前記始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対しての燃料噴射量を、ＨＣ濃度が最低となる供給空燃比となるように設定する。
【００２４】
第６の発明では、第１または第２の発明において前記始動初めての気筒判定時期を基準としてクランク角で所定値オフセットさせた位置を前記残りの気筒の各燃料噴射開始時期として定める。
【００２５】
【発明の効果】
第１、第２、第３の発明によれば、初回噴射気筒を吸気行程噴射とすることで、始動時間を短縮して従来なみの始動性を確保できるとともに、残りの気筒に対してはすべて排気行程のみで燃料噴射を行うことにしたため、残りの気筒に対して最適な噴射時期で最適な始動時燃料噴射量を供給することが可能となり、これによって始動時のＨＣ・ＣＯの排出を従来装置より大幅に低減できる。さらに、過剰な燃料供給を行わなくてすむため、燃料消費量も悪化することがない。
【００２６】
低水温時等で要求される始動時燃料噴射量が多くなり始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒の吸気行程後期にまたがって燃料噴射を行う場合には、次の事態が生じる。すなわち、吸気ポート内の流速が小さくなることにより燃料のすべてが筒内に輸送されず、リーン失火してエンジントルクが発生しない。また、ポート内に残留する燃料が次サイクルに持ち越され次サイクルの筒内空燃比がリッチとなりＨＣの排出が悪化する。こうした事態が生じるのであるが、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒についての初回の燃料噴射終了時期がリタード限界を超える場合にその初回の燃料噴射を禁止する第１の発明によれば、このような事態を未然に防止できる。
【００２７】
第４の発明によれば、供給空燃比をＨＣ・ＣＯの排出量が最良となるように定めておくことで、各気筒でＨＣ・ＣＯの排出量が最良となる燃料量を供給でき、有害排出物の一層の低減が可能になる。さらに、無駄燃料の抑制により燃料消費量を低減できる。
【００２８】
第５の発明によれば、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒についての初回の燃料噴射時のＨＣ濃度を最低とすることができる。
【００２９】
第６の発明によれば、初爆前においても、簡易版のシーケンシャル噴射が可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、ピストン２、クランクシャフト３、吸気通路４、排気通路５、吸気弁６、排気弁７、吸・排気弁駆動用の各カムシャフト８、９、燃料インジェクタ１０、点火栓１１などからなる。なお、同図は１気筒で代表させており、実際にはピストン、吸気弁６、排気弁７、燃料インジェクタ１０、点火栓１１などは気筒数や動弁形式に応じて必要となる数だけ備えている。
【００３１】
エンジン１にはホールＩＣ式クランク角センサを備える。このクランク角センサは、ＰＯＳ（ポジション）センサ１５およびＰＨＡＳＥ（フェーズ）センサ１６の２つのセンサからなっている。このうちＰＯＳセンサ１５はクランクシャフト３の後（フライホイールまたはドライブプレート）に設けられたシグナルプレート（図示しない）に対向して設けられ、クランクシャフト３のポジションを検出する。また、ＰＨＡＳＥセンサ１６はエキゾーストカムスプロケット部に設けられた凸部により、カムシャフト９のポジションを検出する。これらＰＯＳセンサ１５、ＰＨＡＳＥセンサ１６からの信号を波形整形してパルスにしたもの（ＰＯＳ信号とＰＨＡＳＥ信号）を図２の上２段に示す。ＰＯＳ信号の１つのパルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまではクランク角で１０°ありこのＰＯＳ信号１０°間および歯抜け間は時間計測を行って１°単位のクランク角信号（１°信号）を算出する。ＰＨＡＳＥ信号は点火順序（♯１−♯３−♯４−♯２）に合わせたパルス数を有している。
【００３２】
２１はＥＣＭ（エレクトロニックコントロールモジュール）で、ＰＯＳセンサ１５、ＰＨＡＳＥセンサ１６からの信号が入力し、これらに基づいて気筒判定を行い、各気筒の基準位置となるＲＥＦ（リファレンス）信号を算出し、さらにエンジン回転速度Ｎｅを算出する。
【００３３】
ＥＣＭ２１には、エアフローメータ２２からの吸入空気流量信号、水温センサ２３からの水温信号、さらには排気通路５に設置したＯ₂センサ２４からの酸素濃度信号、アクセルセンサ２５からのアクセル開度の信号、トランスミッションのギヤ位置センサ（図示しない）からのギヤ位置信号等も入力し、エンジン回転速度Ｎｅと冷却水温Ｔｗに基づき各気筒について初回の燃料噴射量を与える始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔを、またエンジン回転速度Ｎｅと吸入空気流量Ｑａに基づき各気筒について２回目以降の燃料噴射量を与える始動後燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し、これら始動時や始動後の燃料噴射量が所定のタイミングで供給されるように、また最適な時期に点火が行われるように、各気筒の燃料噴射開始時期および燃料噴射終了時期と点火時期とを制御する。
【００３４】
この場合、各気筒について始動初回の燃料噴射を行う際に、本実施形態では始動初めて気筒判定を行ったクランク角位置（このクランク角位置を以下「初回気筒判定時期」という。）を基準に各気筒の燃料噴射開始時期を決定し、この決定した各気筒の燃料噴射開始時期に従い、初回噴射気筒は吸気行程で、残りの気筒は排気行程で燃料噴射を行う。
【００３５】
これをさらに図２、図３（基本的に図２と同じもの）により説明すると、同図は４気筒エンジンにつき始動からの燃料噴射と点火がどのように行われるかをモデル的に示したものである。同図においてｔ１が初回気筒判定時期であり、このとき吸気行程にある気筒（♯１気筒）を初回噴射気筒としてすぐさま燃料噴射を行う。これは、初回気筒判定時期でただちに気筒内に燃料を供給してエンジントルクを発生させ、これによって始動時間を短縮させたいためである。したがって、この吸気行程噴射により♯１気筒に対してすべての始動時燃料量が供給されれば、その直後の膨張行程で初爆が得られる。
【００３６】
一方、残り３つの気筒である♯３、♯４、♯２の各気筒に対しては排気行程で燃料噴射を行う。これは、残り３つの気筒も吸気行程での燃料噴射としたのでは、筒内の燃料壁流が増加することによりＨＣ濃度を悪化させるので（図１１参照）、ＨＣ濃度が最良となる排気行程での燃料噴射としたものである。このため、初回気筒判定時期を基準としてこれより所定のクランク角だけオフセットさせた各位置ｔ２、ｔ５、ｔ７を残りの３つの気筒の燃料噴射開始時期として予め定めておく。すなわち、ｔ２が♯３気筒について初めての燃料噴射開始時期、ｔ５が♯４気筒について初めての燃料噴射開始時期、ｔ７が♯２気筒について初めての燃料噴射開始時期である。
【００３７】
このようにして定めた燃料噴射開始時期で各気筒について初回の燃料噴射を行う。これで、各気筒について初回の燃料噴射を終了するので、次には各気筒独立燃料噴射に移行する。この移行後の制御は各気筒のＲＥＦ信号を基準に燃料噴射時期と点火時期を決定するもので、従来と同様である。なお、各気筒について初回の燃料噴射を「始動時燃料噴射」ということがある。
【００３８】
ＥＣＭ２１で実行されるこの制御の内容を、図４のフローチャートにしたがって説明する。図４は始動からの燃料噴射を制御するためのメインルーチンで、たとえばクランク角で１°毎に実行する。
【００３９】
ステップ１でイグニッションスイッチ信号をみる。イグニッションスイッチ信号がＯＮであれば、ステップ２に進み、ＰＯＳ信号とＰＨＡＳＥ信号に基づいて気筒判定を行う。気筒判定の仕方は従来と同様でかまわない。たとえば始動からの気筒判定の様子を図２の第３段目に示す。同図において記号判定結果のところの２、１、３、４・・・といった数値はすぐ上に記載されているＰＨＡＳＥ信号の数に対応するものとなっており、その数値は各気筒の気筒判定時期を基準としてその後に最初に点火する気筒番号を表す。たとえば初回気筒判定時期にまず２と判定されているが、この２は初回気筒判定時期の後に最初に点火するのは♯２気筒であることを意味する。
【００４０】
図４のステップ３では初回気筒判定時期であるかどうかみる。初回気筒判定時期は、図２、図３の例では♯１気筒の吸気行程初めより３０°後（３０°ＡＴＤＣ）としている。この数値はエンジン機種により変わり得る。
【００４１】
初回気筒判定時期であれば、図４のステップ４に進み始動後噴射回数（全気筒ついて始動からの噴射回数）を０に初期化する。始動後噴射回数は各気筒について初回の燃料噴射（始動時燃料噴射）と各気筒について２回目以降の燃料噴射（始動後各気筒独立燃料噴射）の場合分けを行うために必要となるものである。すなわち、後述するように始動後噴射回数が０〜３までの間は始動時燃料噴射を行い、この値が４になると始動後各気筒独立燃料噴射に移行する。
【００４２】
図４のステップ５、６は、ステップ２とともに、初回気筒判定時期であるかどうかや始動後噴射回数に関係なく常時行われる処理である。このうちステップ５では各気筒の点火・燃料噴射のためのＲＥＦ信号を、またステップ６ではＲＥＦ信号の入力を起点としてその後の１°信号をカウントすることにより各気筒のＲＥＦ信号後のクランク角（このクランク角を以下「各気筒ＲＥＦ信号後クランク角」という）θｒｅｆをそれぞれ算出する。これらＲＥＦ信号と各気筒ＲＥＦ信号後クランク角θｒｅｆの算出方法は従来と同様でかまわない。図２の例ではＲＥＦ信号はたとえば各気筒の圧縮上死点前５０°（ＢＴＤＣ５０°）で立ち上がる信号である。
【００４３】
図４のステップ７では始動後噴射回数と気筒数−１（４気筒では気筒数−１は３になる）を比較し、始動後噴射回数≦気筒数−１のときにはステップ８に進みサブルーチン１において各気筒にとって１回目の噴射を行い、始動後噴射回数＞気筒数−１になると、ステップ９に進みサブルーチン２において各気筒にとって２回目以降の噴射を行う。
【００４４】
上記サブルーチン１（図４のステップ８）の処理については図５、図６により説明する。ただし、説明の便宜上、図２、図３の例に対応させたルーチンとしてあるので、図２、図３を参照しながら、始動からのクランク角の推移に従って説明する。
【００４５】
まずステップ２１は始動時燃料噴射の制御中常に実行される処理で、ここでは初回気筒判定時期からのクランク角（このクランク角を以下「初回気筒判定後クランク角」という）θｔを算出する。従来装置においては初回気筒判定時期と始動時制御噴射基準位置とが必ずしも一致するものでないが、本発明では始動後できるだけ早く燃料噴射を開始させるため、始動時制御噴射基準位置を初回気筒判定時期と一致させている。したがって、初回気筒判定後クランク角θｔは始動時制御噴射基準位置からのクランク角でもある。始動時燃料噴射の制御においてはこの初回気筒判定後クランク角θｔに基づいて、後述するように各気筒について初回の燃料噴射開始時期や燃料噴射終了時期になったかどうかを判定する。
【００４６】
ステップ２２以降は「初回気筒判定時期の処理」と「その後の処理」に分かれ、さらに「その後の処理」はほぼ３つの段階に分かれるので、項を分けて説明する。
【００４７】
〈１〉初回気筒判定時期の制御：
初回気筒判定時期であればステップ２２よりステップ２３に進み、初回気筒判定結果と噴射順序から図７のテーブルに従い、初回に燃料噴射する気筒を決定する。図２、図３の例であれば、初回気筒判定結果が２であるため、初回に噴射する気筒は♯１気筒である。初回に噴射する気筒が決まると、その後の噴射気筒は点火順序に従い自動的に決まる。
【００４８】
ステップ２４では、図８に示すテーブルに従い各気筒について初回の燃料噴射開始時期を設定する。同図の数値は初回気筒判定時期からの各オフセット量（単位はクランク角）である。図２の例によれば初回気筒判定時期が♯１気筒の吸気行程初めより３０°後であるから、各気筒の燃料噴射開始時期ＩＴｓ１〜ＩＴｓ４をわかりやすくすると、結局次のようになる。
【００４９】
ＩＴｓ１（初回噴射気筒：♯１気筒）：
♯１気筒の吸気行程初めより３０°後、
ＩＴｓ２（２番目噴射気筒：♯３気筒）：
♯３気筒の排気行程終わりより１２０°前、
ＩＴｓ３（３番目噴射気筒：♯４気筒）：
♯４気筒の排気行程終わりより１２０°前、
ＩＴｓ４（４番目噴射気筒：♯２気筒）：
♯２気筒の排気行程終わりより１２０°前、
ここで、初回噴射気筒（♯１気筒）以外の気筒の初回の燃料噴射開始時期を排気行程終わりより１２０°前としたのは、初回噴射気筒以外の気筒については排気行程中に燃料噴射を完了したいためである。この１２０°という数値は実験に用いたエンジンに適合させた値であるため、エンジン機種により異なることが考えられる。なお、ＩＴｓ１〜ＩＴｓ４は各気筒の燃料噴射終了時期ＩＴｅ１〜ＩＴｅ４を算出するのに必要となるので、ＲＡＭに記憶させておく。
【００５０】
ステップ２５では主に冷却水温Ｔｗとエンジン回転速度Ｎｅに基づいて始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔを算出する。この始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔの算出方法は従来と同様でかまわない。たとえば、冷却水温Ｔｗをパラメータとするテーブル値とエンジン回転速度Ｎｅをパラメータとするテーブル値の乗算で始動時噴射パルス幅の基本値を求める。このようにして算出される基本値に対して燃圧による補正（当該補正を行わないものもある）と大気圧補正（高地対策）を行う。冷却水温Ｔｗをパラメータとする上記のテーブル値は冷却水温が低くなるほど大きくなる値、また回転速度Ｎｅをパラメータとする上記のテーブル値は回転速度が低くなるほど大きくなる値である。
【００５１】
この場合、図９に示すようにＨＣ濃度が最良となる供給空燃比が存在するため、ＨＣ濃度が最良となる供給空燃比が得られるように始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔを算出することが好ましい。そこで、本実施形態では従来と相違して、始動時のＨＣ濃度が最低となるように冷却水温Ｔｗをパラメータとする上記テーブル値を適合している。なお、図９は実験結果であるため、エンジン機種が異なれば、ＨＣ濃度が最低となる供給空燃比が異なってくることが考えられる。
【００５２】
このようにして算出した始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔ、初回噴射気筒（♯１気筒）の上記燃料噴射開始時期ＩＴｓ１、およびそのときのエンジン回転速度Ｎｅを用い、ステップ２６において初回噴射気筒の燃料噴射終了時期ＩＴｅ１を算出する。これは時間単位の始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔ［ｍｓ］をエンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］を用いてクランク角単位に換算し、燃料噴射開始時期ＩＴｓ１よりこのクランク角換算された噴射パルス幅を足した値を噴射終了時期とするもので、考え方そのものは従来と同様である。
【００５３】
ステップ２７では、このようにして算出された燃料噴射終了時期ＩＴｅ１と、各気筒について初回の燃料噴射における燃料噴射終了時期のリタード限界を比較する。このリタード限界は図１０に示すようにテーブルとして予め設定している。同図の数値も初回気筒判定時期からの各オフセット量である。これらの数値を各気筒の吸気行程初めよりのクランク角になおしてみると、次のようになる。
【００５４】
初回噴射気筒（♯１気筒）のリタード限界：
♯１気筒の吸気行程初めより１２０°後、
２番目噴射気筒（♯３気筒）のリタード限界：
♯３気筒の吸気行程初めより１２０°後、
３番目噴射気筒（♯４気筒）のリタード限界：
♯４気筒の吸気行程初めより１２０°後、
４番目噴射気筒（♯２気筒）のリタード限界：
♯２気筒の吸気行程初めより１２０°後、
このように、各気筒とも燃料噴射終了時期のリタード限界を吸気行程初めより１２０°後であるとして定めたのは図１１、図１２の実験結果に基づくものである。この実験結果について説明すると、図１２に示すように初回の燃料噴射終了時期をリタード限界（破線で示す）を超えてリタードさせたとき、ポート流速が低くなり燃料が吸入空気の流動に乗らずに筒内に輸送しきれず、リーン失火が生じ、このリーン失火に伴うトルク低下で始動不良を起こす。さらに、リーン失火によりＨＣの悪化が生じるばかりか筒内に入りきらない燃料が吸気ポートに残留するため次サイクルの燃焼がリッチ燃焼となりＨＣ排出の悪化に拍車をかける。したがって、図１２の特性によればリタード限界は吸気行程初め（ＴＤＣ）より１２０°後であった。一方、図１１によれば進角側のほうがＨＣ濃度が小さいのであるが、低水温時に始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔが大きくなるため、リタード限界を進角側にもってくると燃料の総てを噴き切れないことが考えられるので、この点よりすればリタード限界は遅角側ほどよい。そこで、両者を勘案してリタード限界を吸気行程初めより１２０°後として定めたものである。ただし、図１１、図１２は実験結果であるためエンジン機種が相違すれば１２０°という数値は変わり得る。
【００５５】
図６に戻り初回噴射気筒の燃料噴射終了時期ＩＴｅ１がこれに対応する燃料噴射終了時期のリタード限界（９０°）を超えるときには、ステップ２７よりステップ２８、２９に進んで初回噴射気筒噴射禁止フラグ（０に初期設定）＝１とするとともに、初回噴射気筒（♯１気筒）の初回の噴射を禁止する。
【００５６】
なお、初回噴射気筒だけが吸気行程での燃料噴射であり、残り３つの気筒すなわち２〜４番目噴射気筒（♯３、♯４、♯２気筒）は排気行程での燃料噴射であるため、リタード限界により実際に初回噴射が禁止されるのは初回噴射気筒だけであると考えられるため、残りの気筒についての初回噴射を禁止する処理は省略している。
【００５７】
一方、初回噴射気筒の燃料噴射終了時期ＩＴｅ１がこれに対応する燃料噴射終了時期のリタード限界（９０°）を超えてないときには、ステップ２７よりステップ３０に進み初回噴射気筒である♯１気筒の初回噴射を開始する。
【００５８】
ステップ３１ではステージフラグ（０に初期設定）＝１とする。このステージフラグは初回気筒判定時期の後の制御段階に応じて異なる値となるもので、後述するように
初回噴射気筒（♯１気筒）の噴射開始から２番目噴射気筒（♯３気筒）の噴射終了まで：１、
２番目噴射気筒（♯３気筒）の噴射終了直後から３番目噴射気筒（♯４気筒）の噴射終了まで：２、
３番目噴射気筒（♯４気筒）の噴射終了直後から４番目噴射気筒（♯２気筒）の噴射終了まで：３、
となる（図３の下段参照）。このステージフラグによって上記「その後の処理」は、ステージフラグ＝１であるときの処理、ステージフラグ＝２であるときの処理、ステージフラグ＝３であるときの処理の３つに分かれる。以下この順に詳述する。
【００５９】
なお、初回気筒判定時期でないときにはステージフラグの値に関係なく、ステップ３２を必ず通るため、ここでは、そのときのエンジン回転速度Ｎｅと冷却水温Ｔｗに応じた始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔが算出される。これは、初回気筒判定時期より変化していく運転状態（Ｔｗ、Ｎｅ）に応じたものとするためである。したがって、ステップ３１で算出される始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔは初回気筒判定時期からの運転状態（Ｔｗ、Ｎｅ）の変化に応じて多少変化する。
【００６０】
なお、図２において各気筒の始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔが相違しているのは、別の理由からである。すなわち、図２において♯１、♯３、♯４の各気筒については初爆前であるためクランク角に換算した始動時燃料噴射パルス幅がほぼ同じであるのに対して、♯２気筒では初爆により回転速度が上昇した分だけクランク角換算した始動時燃料噴射パルス幅がこれら♯１、♯３、♯４の各気筒よりも減少している。
【００６１】
〈２〉ステージフラグ＝１であるときの処理（ｔ１直後よりｔ４まで）：
図５、図６においてステップ３４よりステップ４３までの処理である。ここでの主な処理は２番目噴射気筒（♯３気筒）の初回の燃料噴射の開始（ステップ３５、３６）とその燃料噴射の終了（ステップ４１、４２）である。また、図２に示したように♯３気筒の排気行程は♯１気筒の吸気行程と重なっているため、初回噴射気筒（♯１気筒）の初回の燃料噴射を終了させるための処理が加わっている（ステップ３９、４０）。
【００６２】
詳細にはまずステップ３４で、ＲＡＭに格納してある♯３気筒の初回の燃料噴射開始時期ＩＴｓ２とステップ３２で得ている始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔとそのときのエンジン回転速度Ｎｅを用いて♯３気筒の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ２［°］を算出する。
【００６３】
ステップ３５では初回気筒判定後クランク角θｔとＲＡＭに格納してある２番目噴射気筒（♯３気筒）の初回の燃料噴射開始時期ＩＴｓ２（＝３０°）を比較する。図３においてｔ１直後からｔ２直前まではθｔがＩＴｓ２に一致することはないが、ｔ２になるとθｔがＩＴｓ２に一致するので、ステップ３６、３７に進み、２番目噴射気筒（♯３気筒）の初回の燃料噴射を開始するとともに、始動後噴射回数＝１とする。
【００６４】
ステップ３８では初回噴射気筒噴射禁止フラグをみる。初回噴射気筒噴射禁止フラグ＝０のときにはステップ３９に進んでθｔと初回噴射気筒（♯１気筒）の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ１を、またステップ４１でθｔと２番目噴射気筒（♯３気筒）の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ２を比較する。図３においてｔ２直後からｔ３直前まではθｔがＩＴｅ１、ＩＴｅ２のいずれとも一致しないが、ｔ３になると、θｔが♯１気筒の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ１と一致するためステップ４０に進み、♯１気筒の初回の燃料噴射を終了する。ｔ３直後からｔ４直前までもθｔがＩＴｅ１、ＩＴｅ２のいずれとも一致しないが、ｔ４になると、θｔが♯３気筒の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ２と一致するためステップ４２、４３に進み、２番目噴射気筒（♯３気筒）の初回の燃料噴射を終了し、ステージフラグ＝２とする。このステージフラグ＝２より次回はステップ２１、２２、３２、３３、４４よりステップ４５以降に進む。
【００６５】
一方、初回噴射気筒噴射禁止フラグ＝１のときにはステップ３９、４０の処理は不要であるためこれらを飛ばし、ステップ４１〜４３の処理を実行する。
【００６６】
〈３〉ステージフラグ＝２であるときの処理（ｔ４直後よりｔ６まで）：
図５、図６においてステップ４５よりステップ５１までの処理である。ここでの主な処理は♯４気筒の初回の燃料噴射の開始（ステップ４６、４７）とその燃料噴射の終了（ステップ４９、５０）であるため、♯３気筒について前述したところと同様である。すなわち、ステップ４５でＲＡＭに格納してある３番目噴射気筒（♯４気筒）の初回の燃料噴射開始時期ＩＴｓ３とステップ３２で得ている始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔとそのときのエンジン回転速度Ｎｅを用いて、３番目噴射気筒（♯４気筒）の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ３［°］を算出する。
【００６７】
ステップ４６では初回気筒判定後クランク角θｔとＲＡＭに格納してある３番目噴射気筒（♯４気筒）の初回の燃料噴射開始時期ＩＴｓ３（＝２１０°）を比較する。図３においてｔ４直後からｔ５直前まではθｔがＩＴｓ３に一致することはないが、ｔ５になるとθｔがＩＴｓ３に一致するので、ステップ４７、４８に進み、３番目噴射気筒（♯４気筒）の初回の燃料噴射を開始するとともに、始動後噴射回数＝２とする。
【００６８】
ステップ４９ではθｔと３番目噴射気筒（♯４気筒）の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ３を比較する。図３においてｔ５直後からｔ６直前までθｔがＩＴｅ３と一致しないが、ｔ６になると、θｔがＩＴｅ３と一致するためステップ５０、５１に進み、３番目噴射気筒（♯４気筒）の初回の燃料噴射を終了するとともに、ステージフラグ＝３とする。このステージフラグ＝３より次回はステップ２１、２２、３２、３３、４４よりステップ５２以降に進む。
【００６９】
〈４〉ステージフラグ＝３であるときの処理（ｔ６直後よりｔ８まで）：
図５、図６においてステップ５２よりステップ５９までの処理である。ここでの主な処理も♯２気筒の初回の燃料噴射の開始（ステップ５３、５４）とその燃料噴射の終了（ステップ５６、５７）であるため、♯３、♯４気筒について前述したところと同様である。すなわち、ステップ５２でＲＡＭに格納してある４番目噴射気筒（♯２気筒）の初回の燃料射開始時期ＩＴｓ４とステップ３２で得ている始動時燃料噴射パルス幅Ｔｓｔとそのときのエンジン回転速度Ｎｅを用いて、♯２気筒の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ４［°］を算出する。ステップ５３では初回気筒判定後クランク角θｔとＲＡＭに格納してある４番目噴射気筒（♯２気筒）の初回の燃料噴射開始時期ＩＴｓ４（＝３９０°）を比較する。図３においてｔ６直後からｔ７直前まではθｔがＩＴｓ４に一致することはないが、ｔ７になるとθｔがＩＴｓ４に一致するのでステップ５４、５５に進み、４番目噴射気筒（♯２気筒）の初回の燃料噴射を開始するとともに始動後噴射回数＝３とする。ステップ５６ではθｔと４番目噴射気筒（♯２気筒）の初回の燃料噴射終了時期ＩＴｅ４を比較する。図３においてｔ７直後からｔ８直前まではθｔがＩＴｅ４と一致しないが、ｔ８になると、θｔがＩＴｅ４と一致するためステップ５７に進み、♯２気筒の初回の燃料噴射を終了する。
【００７０】
これで各気筒について初回の燃料噴射をすべて終了するので、ステップ５８でステージフラグ＝０とし、次回には始動後各気筒独立燃料噴射の処理に移行させるためステップ５９で始動後噴射回数＝４とする。この始動後噴射回数＝４により次回には図４においてステップ７よりステップ９に流れる。
【００７１】
次に、サブルーチン２（図４のステップ９）の処理を図１３により説明するが、これは各気筒について２発目からの燃料噴射の処理である始動後各気筒独立燃料噴射の処理（各気筒の燃料噴射開始時期と噴射終了時期を各気筒別にＲＥＦ信号に同期して演算する）であり、従来と同様である。なお、この処理は各気筒とも共通であるため、図１３では各気筒を区別することなく述べる。
【００７２】
まずステップ７１でエンジン回転速度Ｎｅをパラメータとして予め割り付けられている始動後の燃料噴射終了時期テーブルから、そのときのエンジン回転速度Ｎｅに応じた燃料噴射終了時期ＩＴｅを算出する。始動後の燃料噴射終了時期はたとえば図１４のようになっており、同図において縦軸は各気筒ＲＥＦ信号後クランク角θｒｅｆである。図１４の特性は、各気筒とも始動後の燃料噴射終了時期が吸気行程終わりより３０°〜５０°前となるように定めたものである。
【００７３】
図１３のステップ７２では始動後の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。たとえば、そのときのエンジン回転速度Ｎｅとエアフローメータからの吸入空気流量Ｑａとに基づいてほぼ理論空燃比の得られる基本噴射パルス幅Ｔｐを算出し、これに水温増量補正や始動後増量補正を行って始動後の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。このようにして得られる燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］も時間単位であるため、ステップ７３においてそのときのエンジン回転速度Ｎｅを用いてクランク角単位に変換し、始動後の燃料噴射終了時期ＩＴｅよりこのクランク角換算された燃料噴射パルス幅Ｔｉだけ前のクランク角を始動後の燃料噴射開始時期ＩＴｓ［°］として算出する。
【００７４】
このようにして算出された始動後の燃料噴射開始時期ＩＴｓと各気筒ＲＥＦ信号後クランク角θｒｅｆとを図１３のステップ７４において比較し、θｒｅｆがＩＴｓと一致したとき始動後の燃料燃料噴射を開始する。同様にして、図１３のステップ７６でＲＥＦ信号後クランク角θｒｅｆと始動後の燃料噴射終了時期ＩＴｅを比較し、θｒｅｆがＩＴｅと一致したとき始動後の燃料噴射を終了する。
【００７５】
図２の例でいえば、各気筒について初回の燃料噴射処理で最後に噴射されたのは♯２気筒であったので、始動後各気筒独立燃料噴射の処理に移行した直後には♯１気筒の２回目の燃料噴射が排気行程で実行され、その後は点火順序に従い、♯３、♯４、♯２の気筒の順に同じく各気筒の排気行程での燃料噴射が実行される。
【００７６】
図１５は、本実施形態の図２、図３との比較のため従来装置について始動からの燃料噴射と点火とがどうなるかを示したもので、このうち上段のａは、始動より各気筒独立燃料噴射を行わせたもの、中段、後段のｂ、ｃは始動時に全気筒同時燃料噴射を行わせたものである（ｃは特開平１０−６１４７５号公報の例）。
【００７７】
ただし、本実施形態との比較を容易にするため、燃料噴射時期と始動時燃料噴射パルス幅の違いがよくわかるように重要でない部分は図２、図３と同じにしている。したがって、初回気筒判定時期も同じとする。
【００７８】
さて、図１５ａの場合には、気筒判定結果より各気筒のＲＥＦ信号を算出し、各気筒ＲＥＦ信号後クランク角θｒｅｆに基づいて各気筒の燃料噴射を開始するため、初爆気筒が出現するのが大きく遅れ始動時間が長くなっている。これに対して、図１５ｂの場合には、初回気筒判定時期の前にクランキング開始からの時間管理で全気筒に対して同時に燃料噴射を行うため、図１５ａの場合より始動時間が短縮されるものの、各気筒の筒内に輸送される燃料量が異なるため、筒内空燃比が過リッチや過リーンとなる気筒で失火を生じＨＣの排出量が悪化する。図１５ｃでは、図１５ｂと相違して各気筒に同一量の燃料を供給できるため、図１５ｂの場合よりＨＣの排出を低減できるものの、初爆気筒以降の気筒について吸入空気流量変化分の燃料補正を行うことができないので、初爆気筒以降の気筒の筒内空燃比がリッチとなり、その分ＨＣ排出量が悪くなる。
【００７９】
これに対して、本実施形態では、図２、図３に示したように初回噴射気筒（♯１気筒）の燃料噴射を吸気行程での燃料噴射とすることで、図１５ａの場合より始動時間が短縮され、図１５ｂ、ｃの場合と同様の始動時間になるとともに、初回噴射気筒を除く残りの気筒（♯３、♯４、♯２の各気筒）についての初回の燃料噴射を排気行程での燃料噴射としているので、初回噴射気筒を除く残りの気筒に対して最適な噴射時期に最適な始動時燃料噴射量を供給することが可能となり、図１５ｂ、ｃの場合よりＨＣ排出量を一段と低減できる。本実施形態の始動時間と始動時ＨＣ排出量の特性を図１６に示す。また、過剰な燃料供給を行わないため、燃料消費量の悪化をも抑制できる。
【００８０】
この場合、初回噴射気筒の吸気行程での燃料噴射については、低水温時等で要求される始動時燃料噴射量が多くなり吸気行程後期にまたがって燃料噴射を行った場合に、吸気ポート内の流速が小さくなることにより燃料の総てが筒内に輸送されず、リーン失火してトルクが発生しない、また、ポート内に残留する燃料が次サイクルに持ち越され次サイクルの筒内空燃比がリッチとなりＨＣ、ＣＯの排出が悪化するといった事態が生じるのであるが、本実施形態では、リーン失火を生じる燃料噴射終了時期の吸気行程における限界をリタード限界として定めており、各気筒について算出した初回の燃料噴射終了時期がこのリタード限界を超える場合にその初回の燃料噴射を禁止するので、ＨＣ、ＣＯの排出量を増加させてしまうこのような事態を未然に防止できる。
【００８１】
また、各気筒について初回の燃料噴射量を、ＨＣ濃度が最低となる供給空燃比が得られるように設定するので、各気筒について初回の燃料噴射時のＨＣ濃度を最低とすることができる。
【００８２】
また、各気筒初回の燃料噴射について、初回気筒判定時期を基準として所定値オフセットさせたクランク角位置を初回の燃料噴射開始時期として定めているので、初爆前においても、簡易版のシーケンシャル噴射が可能となる。
【００８３】
次に、本実施形態でも、初爆気筒（♯１気筒）の発生するトルクによってエンジン回転速度が上昇し吸気管内圧力が大気圧より低い値へと発達してゆくことから、初爆気筒以降の気筒では吸入空気流量が減少するので、これを考慮することなく初爆気筒以降の気筒である残りの気筒（♯３、♯４、♯２の各気筒）について初回の燃料噴射量を算出したのでは、残りの気筒についての筒内空燃比が初爆気筒の空燃比よりリッチとなり、残りの気筒についてＨＣ・ＣＯの排出量が最良となる燃料量を供給できなくなる。
【００８４】
そこで、残りの気筒についての初回の燃料噴射量を、エアフローメータの出力に基づいて燃料補正を行い（初爆気筒に対するよりも燃料減量する）、残りの気筒についても初爆気筒と同じ供給空燃比となるようにすることが好ましい。こうした残りの気筒に対する燃料補正により、すべての気筒でＨＣ・ＣＯの排出量が最良となる燃料量を供給できることとなり、有害排出物の一層の低減が可能になる。さらに、無駄燃料の抑制により燃料消費量も低減できる。
【００８６】
実施形態では４気筒エンジンについて説明したが、これに限られるものでない。たとえば、図７、図８、図１０には６気筒エンジンの場合を重ねて示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】始動からのＰＯＳ信号、ＰＨＡＳＥ信号、気筒判定結果、ＲＥＦ信号、各気筒の行程、燃料噴射、点火を示す本実施形態のタイムチャート。
【図３】同じく本実施形態のタイムチャート。
【図４】始動からの燃料噴射制御を説明するためのフローチャート。
【図５】サブルーチン１の処理を説明するためのフローチャート。
【図６】サブルーチン１の処理を説明するためのフローチャート。
【図７】始動後の初回の燃料噴射気筒を決定するための表図。
【図８】各気筒について初回の燃料噴射開始時期を示す表図。
【図９】始動時に供給空燃比がＨＣ濃度に及ぼす影響を示す特性図。
【図１０】各気筒について初回の燃料噴射終了時期のリタード限界を示す表図。
【図１１】始動時燃料噴射終了時期が初爆気筒のＨＣ濃度に及ぼす影響を示す特性図。
【図１２】始動時燃料噴射時期が初爆気筒の平均有効圧力に及ぼす影響を示す特性図。
【図１３】サブルーチン２の処理を説明するためのフローチャート。
【図１４】始動後の燃料噴射終了時期の特性図。
【図１５】従来装置による始動からの燃料噴射と点火を説明するためのタイムチャート。
【図１６】本実施形態による効果を説明するための特性図。
【符号の説明】
１エンジン本体
１０燃料インジェクタ
１５ＰＯＳセンサ
１６ＰＨＡＳＥセンサ
２１ＥＣＭ

Claims

多気筒エンジンの燃料噴射制御装置において、各気筒について初回の燃料噴射を行う際に、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行い、残りの気筒に対しては、時間単位の初回の燃料噴射量をそのときのエンジン回転速度を用いて、エンジン回転速度が上昇するほど減少する値のクランク角に換算し、予めクランク角単位で定めてある燃料噴射開始時期よりこのクランク角換算された初回の燃料噴射量を足した値を燃料噴射終了時期とし、これら燃料噴射開始時期と燃料噴射終了時期とを用いて排気行程のみで燃料噴射を行うと共に、
リーン失火を生じる燃料噴射終了時期の吸気行程における限界をリタード限界として定めておき、前記始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒についての初回の燃料噴射終了時期がこのリタード限界を超える場合に、その初回の燃料噴射を禁止する
ことを特徴とする多気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
各気筒について初回の燃料噴射を行う際に、始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行い、残りの気筒に対しては排気行程のみで燃料噴射を行う手段は、始動初めての気筒判定時期であるかどうかを判定する手段と、始動初めての気筒判定時期であると判定されたとき、吸気行程にある気筒に対してまず燃料噴射を行う手段と、前記残りの気筒に対して排気行程となったとき燃料噴射を行う手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
前記各気筒について初回の燃料噴射を行った後に、各気筒の基準位置から噴射時期を決定する各気筒独立燃料噴射に移行することを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
前記各気筒について初回の燃料噴射量をすべての気筒で同一の供給空燃比となるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
前記始動初めての気筒判定時期に吸気行程にある気筒に対しての燃料噴射量を、ＨＣ濃度が最低となる供給空燃比となるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジンの燃料噴射制御装置。
前記始動初めての気筒判定時期を基準としてクランク角で所定値オフセットさせた位置を前記残りの気筒の各燃料噴射開始時期として定めることを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジンの燃料噴射制御装置。