JP3967320B2 - エンジン制御装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、エンジンを制御するエンジン制御装置に関するものであり、特に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジンの制御に好適なものである。
【0002】
背景技術
近年、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置が普及するにつれて、燃料を噴射するタイミングや噴射燃料量、つまり空燃比などの制御が容易になり、高出力化、低燃費化、排ガスのクリーン化などを促進することができるようになった。このうち、特に燃料を噴射するタイミングについては、厳密には吸気バルブの状態、つまり一般的にはカムシャフトの位相状態を検出し、それに合わせて燃料を噴射するのが一般的である。しかしながら、カムシャフトの位相状態を検出するための所謂カムセンサは高価であり、特に二輪車両などではシリンダヘッドが大型化するなどの問題があって採用できないことが多い。そのため、例えば特開平10−227252号公報では、クランクシャフトの位相状態及び吸気圧力を検出し、それらから気筒の行程状態を検出するエンジン制御装置が提案されている。従って、この従来技術を用いることにより、カムシャフトの位相を検出することなく、行程状態を検出することができるので、その行程状態に合わせて燃料の噴射タイミングなどを制御することが可能となる。
【0003】
ところで、前述のようにエンジンを電子制御する場合には、合わせて点火時期を制御することも可能である。点火時期は、エンジンのトルクに関与し、圧縮上死点よりやや進角側に設定することによって最大トルクを発生し、それより進角側か遅角側に変更するとトルクが減少する。しかしながら、例えばエンジンの回転始動直後にあって、アイドリング状態の不安定なエンジン回転数を適切に制御するための具体的な点火時期制御手法は提案されていないという実状がある。
【0004】
本発明は前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、例えばエンジンの回転始動直後等におけるアイドリング状態のエンジン回転数を適切に制御することができるエンジン制御装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
発明の開示
上記諸問題を解決するため、本発明のうち請求項1に係るエンジン制御装置は、クランクシャフトの位相を検出するクランクシャフト位相検出手段と、エンジンの吸気通路内の吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、前記クランクシャフト位相検出手段で検出されたクランクシャフトの位相及び前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいてエンジンの行程を検出する行程検出手段と、前記行程検出手段で検出されたエンジンの行程に基づいてエンジンの運転状態を制御するエンジン制御手段とを備え、前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジンのアイドリング状態を検出するアイドリング検出手段と、前記アイドリング検出手段でエンジンのアイドリング状態が検出されたとき、目標エンジン回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段と、前記アイドリング検出手段でエンジンのアイドリング状態が検出されたとき、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値に応じて点火時期を設定するアイドリング点火時期設定手段とを備え、前記アイドリング点火時期設定手段は、点火時期を進角側又は遅角側の何れかに変更して設定したとき、同じ側への点火時期変更が連続するのを回避することを特徴とするものである。
【0006】
また、本発明のうち請求項2に係るエンジン制御装置は、前記請求項1の発明において、前記アイドリング点火時期設定手段は、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に所定のゲインを乗じて点火時期を設定することを特徴とするものである。
【0007】
また、本発明のうち請求項3に係るエンジン制御装置は、前記請求項2の発明において、前記アイドリング点火時期設定手段は、点火時期を進角側又は遅角側の何れかに変更して設定したとき、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に乗じる、前記変更して設定された進角側又は遅角側の点火時期変更設定用ゲインを小さな値とすることを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明のうち請求項4に係るエンジン制御装置は、前記請求項2又は3の発明において、前記アイドリング点火時期設定手段は、エンジンの回転始動直後から、前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が目標回転数から所定値の範囲に入るまで、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に乗じるゲインを大きな値として、エンジン回転始動直後のエンジン回転数を速やかに大きくすることを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明のうち請求項5に係るエンジン制御装置は、前記請求項1乃至4の何れかの発明において、エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を備え、前記アイドリング点火時期設定手段は、エンジンがアイドリング状態以外の状態からアイドリング状態になったときの点火時期を前記エンジン温度検出手段で検出されたエンジン温度に基づいて設定することを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明のうち請求項6に係るエンジン制御装置は、前記請求項1乃至5の何れかの発明において、エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を備え、前記アイドリング点火時期設定手段は、前記エンジン温度検出手段で検出されたエンジン温度に基づいて点火時期の上下限値を設定し、その上下限値で点火時期を制限することを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明のうち請求項7に係るエンジン制御装置は、前記請求項6の発明において、前記アイドリング点火時期設定手段は、前記エンジン温度検出手段で検出されたエンジン温度が高いほど、前記上下限値間の幅が狭くなるように当該点火時期の上下限値を設定することを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明のうち請求項8に係るエンジン制御装置は、前記請求項1乃至7の何れかの発明において、大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、前記アイドリング検出手段は、前記大気圧検出手段で検出された大気圧に基づいてアイドリング状態検出のための吸気圧力の所定値を設定し、前記クランクシャフト位相検出手段で検出されたクランクシャフトの位相が所定値であるときの前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力が前記アイドリング状態検出のための所定値以下であるときにエンジンのアイドリング状態を検出することを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明のうち請求項9に係るエンジン制御装置は、前記請求項8の発明において、前記アイドリング検出手段は、前記大気圧検出手段で検出された大気圧が高いほど、前記アイドリング状態検出のための吸気圧力の所定値を大きく設定することを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項10に係るエンジン制御装置は、前記請求項8又は9の発明において、前記大気圧検出手段は、前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいて大気圧を検出することを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明のうち請求項11に係るエンジン制御装置は、前記請求項1乃至10の何れかの発明において、エンジンと変速機との間に遠心クラッチを備え、前記アイドリング検出手段は、前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が前記遠心クラッチの締結回転数以下であるときにエンジンのアイドリング状態を検出することを特徴とするものである。
【0015】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、例えばオートバイ用のエンジン及びその制御装置の一例を示す概略構成である。このエンジン1は、比較的小排気量の単気筒4サイクルエンジンであり、シリンダボディ2、クランクシャフト3、ピストン4、燃焼室5、吸気管(吸気通路)6、吸気バルブ7、排気管8、排気バルブ9、点火プラグ10、点火コイル11を備えている。また、吸気管6内には、アクセル開度に応じて開閉されるスロットルバルブ12が設けられ、このスロットルバルブ12の下流側の吸気管6に、燃料噴射装置としてのインジェクタ13が設けられている。このインジェクタ13は、燃料タンク19内に配設されているフィルタ18、燃料ポンプ17、圧力制御バルブ16に接続されている。なお、このエンジン1と変速機との間には遠心クラッチが介装されている。
【0016】
このエンジン1の運転状態は、エンジンコントロールユニット15によって制御される。そして、このエンジンコントロールユニット15の制御入力、つまりエンジン1の運転状態を検出する手段として、クランクシャフト3の回転角度、つまり位相を検出するためのクランク角度センサ20、シリンダボディ2の温度又は冷却水温度、即ちエンジン本体の温度を検出する冷却水温度センサ21、排気管8内の空燃比を検出する排気空燃比センサ22、吸気管6内の吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ24、吸気管6内の温度、即ち吸気温度を検出する吸気温度センサ25が設けられている。そして、前記エンジンコントロールユニット15は、これらのセンサの検出信号を入力し、前記燃料ポンプ17、圧力制御バルブ16、インジェクタ13、点火コイル11に制御信号を出力する。
【0017】
ここで、前記クランク角度センサ20から出力されるクランク角度信号の原理について説明する。本実施形態では、図2aに示すように、クランクシャフト3の外周に、略等間隔で複数の歯23を突設し、その接近を磁気センサ等のクランク角度センサ20で検出して、適宜電気的処理を施してパルス信号を送出する。各歯23間の周方向へのピッチは、クランクシャフト3の位相(回転角度)にして30°であり、各歯23の周方向への幅は、クランクシャフト3の位相(回転角度)にして10°としている。但し、一箇所だけ、このピッチに従っておらず、その他の歯23のピッチに対して二倍のピッチになっている箇所がある。それは、図2aに二点鎖線で示すように、本来、歯のある部分に歯がない、特殊な設定になっており、この部分が不等間隔に相当する。以下、この部分を歯抜け部とも記す。
【0018】
従って、クランクシャフト3が等速回転しているときの各歯23のパルス信号列は図2bのように表れる。そして、図2aは圧縮上死点時の状態を示している(排気上死点も形態としては同じである)が、この圧縮上死点時の直前のパルス信号を図示“0”とし、その次のパルス信号に図示“1”、次のパルス信号に図示“2”、といった順で図示“4”までナンバリング(番号付け)する。この図示“4”のパルス信号に相当する歯23の次は歯抜け部なので、それを、あたかも歯が存在すると考えて1歯余分にカウントし、次の歯23のパルス信号には図示“6”とナンバリングする。これを繰り返してゆくと、今度は図示“16”のパルス信号の次に歯抜け部が接近するので、前述と同様に1歯余分にカウントし、次の歯23のパルス信号には図示“18”とナンバリングする。クランクシャフト3が二回転すると、4つの行程のサイクルが全て完了するので、図示“23”までナンバリングが済んだら、次の歯23のパルス信号には再び図示“0”とナンバリングする。原則的に、この図示“0”とナンバリングされた歯23のパルス信号の直後が圧縮上死点になっているはずである。このように、検出されたパルス信号列、又はその単体のパルス信号をクランクパルスと定義する。そして、このクランクパルスに基づいて、後述のようにして行程検出を行うと、クランクタイミングを検出することができる。なお、前記歯23は、クランクシャフト3と同期回転する部材の外周に設けても、全く同じである。
【0019】
一方、前記エンジンコントロールユニット15は、図示されないマイクロコンピュータなどによって構成されている。図3は、このエンジンコントロールユニット15内のマイクロコンピュータで行われるエンジン制御演算処理の実施形態を示すブロック図である。この演算処理では、前記クランク角度信号からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部26と、同じくクランク角度信号及び前記吸気圧力信号からクランクタイミング情報、即ち行程状態を検出するクランクタイミング検出部27と、前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数を読込み、前記クランクタイミング検出部27に対して行程検出許可情報を出力すると共に、当該クランクタイミング検出部27による行程検出情報を取込んで出力する行程検出許可部29と、前記クランクタイミング検出部27で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記吸気温度信号及び前記冷却水温度(エンジン温度)信号及び前記吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数からシリンダ内空気質量(吸入空気量)を算出するシリンダ内空気質量算出部28と、前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数及び前記吸気圧力信号から目標空燃比を算出する目標空燃比算出部33と、この目標空燃比算出部33で算出された目標空燃比及び前記吸気圧力信号及び前記シリンダ内空気質量算出部28で算出されたシリンダ内空気質量及び前記行程検出許可部29から出力された行程検出情報及び前記冷却水温度信号から燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出する燃料噴射量算出部34と、前記クランクタイミング検出部27で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記燃料噴射量算出部34で算出された燃料噴射量及び燃料噴射時期に応じた噴射パルスを前記インジェクタ13に向けて出力する噴射パルス出力部30と、前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数及び前記目標空燃比算出部33で設定された目標空燃比及び前記行程検出許可部29から出力された行程検出情報から点火時期を算出する点火時期算出部31と、前記クランクタイミング検出部27で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記点火時期算出部31で設定された点火時期に応じた点火パルスを前記点火コイル11に向けて出力する点火パルス出力部32とを備えて構成される。
【0020】
前記エンジン回転数算出部26は、前記クランク角度信号の時間変化率から、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの回転速度をエンジン回転数として算出する。具体的には、前記隣合う歯23間の位相を、対応するクランクパルス検出所要時間で除したエンジン回転数の瞬間値と、その移動平均値からなるエンジン回転数の平均値とを算出する。
【0021】
前記クランクタイミング検出部27は、前述した特開平10−227252号公報に記載される行程判別装置と同様の構成を有し、これにより例えば図4に示すように各気筒毎の行程状態を検出し、それをクランクタイミング情報として出力する。即ち、4サイクルエンジンにおいて、クランクシャフトとカムシャフトとは所定の位相差で常時回転し続けているから、例えば図4に示すようにクランクパルスが読込まれているとき、前述した歯抜け部から四番目の図示“9”又は“21”のクランクパルスは排気行程か又は圧縮行程の何れかである。周知のように、排気行程では排気バルブが開き、吸気バルブが閉じているので吸気圧力が高く、圧縮行程の初期は、未だ吸気バルブが開いているために吸気圧力が低く、若しくは吸気バルブが閉じていても、先行する吸気行程で吸気圧力が低くなっている。従って、吸気圧力が低いときの図示“21”のクランクパルスは圧縮行程にあることを示しており、図示“0”のクランクパルスが得られた直後が圧縮上死点になる。このようにして、何れかの行程状態が検出できたら、この行程の間を、クランクシャフトの回転速度で補間すれば、現在の行程状態を更に細かく検出することができる。
【0022】
前記行程検出許可部29は、図5に示す演算処理に従って、前記クランクタイミング検出部27に対する行程検出許可情報を出力する。前述のように、前記クランクパルスから行程を検出するには、最低、クランクシャフト二回転を要する。この間、前記歯抜け部を含むクランクパルスが安定していることが必要である。しかしながら、本実施形態のような比較的小排気量、単気筒のエンジンでは、始動時の、所謂クランキング時には、エンジンの回転状態が安定しない。そこで、図5の演算処理によってエンジンの回転状態の判定を行い、行程検出を許可する。
【0023】
この図5の演算処理は、例えば前記クランクパルスの入力をトリガとして実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、演算処理によって得られた情報は随時記憶装置に更新記憶され、また演算処理に必要な情報やプログラムは随時記憶装置から読出される。
この演算処理では、まずステップS11で、前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数の平均値を読込む。
【0024】
次にステップS12に移行して、前記ステップS11で読込んだエンジン回転数の平均値が、初爆時相当の回転数以上の予め設定された行程検出許可所定回転数以上であるか否かを判定し、当該エンジン回転数の平均値が行程検出許可所定回転数以上である場合にはステップS13に移行し、そうでない場合にはステップS14に移行する。
前記ステップS13では、行程検出を許可する旨の情報を出力してからメインプログラムに復帰する。
【0025】
また、前記ステップS14では、行程検出を許可しない旨の情報を出力してからメインプログラムに復帰する。
この演算処理によれば、エンジン回転数の平均値が、少なくとも初爆時相当の回転数以上の行程検出許可所定回転数以上となってから行程検出が許可されるので、クランクパルスが安定し、正確な行程検出が可能となる。
【0026】
前記シリンダ内空気質量算出部28は、図6に示すように、前記吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数からシリンダ内空気質量を算出するための三次元マップを備えている。このシリンダ内空気質量の三次元マップは、例えば実際にエンジンを所定の回転数で回転させながら吸気圧力を変化させたときのシリンダ内空気質量を計測するだけでよく、比較的簡単な実験によって計測でき、従ってマップの作成は容易である。また、高度なエンジンシミュレーションがあれば、それを用いてマップを作成することも可能である。なお、シリンダ内空気質量は、エンジンの温度によって変化するので、前記冷却水温度(エンジン温度)信号を用いて補正してもよい。
【0027】
前記目標空燃比算出部33は、図7に示すように、前記吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数から目標空燃比を算出するための三次元マップを備えている。この三次元マップは、或る程度まで机上でも設定することができる。空燃比は、一般にトルクと相関があり、空燃比が小さい、つまり燃料が多く且つ空気が少ないと、トルクが増す一方、効率は低下する。逆に、空燃比が大きい、つまり燃料が少なく且つ空気が多いと、トルクが減少するが、効率は向上する。空燃比が小さい状態をリッチ、空燃比が大きい状態をリーンと呼んでおり、最もリーンな状態は、所謂理想空燃比、或いはストイキオメトリックと呼ばれ、ガソリンが完全燃焼する空燃比、即ち14.7である。
【0028】
エンジン回転数は、エンジンの運転状態を示す指標の一つであり、一般に高回転側で空燃比を大きくし、低回転側で小さくする。これは、低回転側でトルクの応答性を高め、高回転側で回転状態の応答性を高めるためである。また、吸気圧力は、スロットル開度などのエンジン負荷状態を示す指標の一つであり、一般にエンジン負荷の大きい状態、つまりスロットル開度が大きく、吸気圧力も大きいときに空燃比を小さくし、エンジン負荷の小さい状態、つまりスロットル開度が小さく、吸気圧力も小さいときに空燃比を大きくする。これは、エンジン負荷が大きいときにトルクを重視し、エンジン負荷が小さいときに効率を重視するためである。
【0029】
このように目標空燃比とは、物理的意味を把握しやすい数値であり、従って要求されるエンジンの出力特性に合わせて、目標空燃比を或る程度設定することが可能なのである。勿論、実車のエンジン出力特性に合わせて、チューニングを行ってもよいことはいうまでもない。
【0030】
また、この目標空燃比算出部33は、前記吸気圧力信号からエンジンの運転状態の過渡期、具体的には加速状態や減速状態を検出し、それに合わせて目標空燃比を補正する過渡期補正部29を備えている。例えば図8に示すように、吸気圧力は、スロットル操作の結果でもあるから、吸気圧力が大きくなるときは、スロットルが開けられて加速が要求されている、即ち加速状態であることが分かる。そのような加速状態が検出されたら、それに合わせて、例えば前記目標空燃比を一時的にリッチ側に設定し、その後、本来の目標空燃比に戻す。目標空燃比への戻し方は、例えば過渡期でリッチ側に設定された空燃比と、本来の目標空燃比との重み付け平均の重み付け係数を次第に変化させるなど、既存の方法が利用できる。逆に、減速状態を検出したら、本来の目標空燃比よりリーン側に設定し、効率を重視するようにしてもよい。
【0031】
前記燃料噴射量算出部34では、図9に示す演算処理に従って、エンジン始動時並びに通常運転時の燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出設定する。この図9の演算処理は、例えば前記クランクパルスの入力をトリガとして実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、演算処理によって得られた情報は随時記憶装置に更新記憶され、また演算処理に必要な情報やプログラムは随時記憶装置から読出される。
この演算処理では、まずステップS21で、前記行程検出許可部29から出力されている行程検出情報を読込む。
【0032】
次にステップS22に移行して、前記クランクタイミング検出部27による行程検出が未完了であるか否かを判定し、行程検出未完了である場合にはステップS23に移行し、そうでない場合にはステップS24に移行する。
前記ステップS23では、燃料噴射回数カウンタnが“0”であるか否かを判定し、当該燃料噴射回数カウンタnが“0”である場合にはステップS25に移行し、そうでない場合にはステップS26に移行する。
【0033】
前記ステップS25では、これからの燃料噴射がエンジン始動開始から3回目以降の燃料噴射であるか否かを判定し、3回目以降の燃料噴射である場合にはステップS27に移行し、そうでない場合にはステップS28に移行する。
前記ステップS27では、クランクシャフト2回転間において、予め設定された所定クランク角度、本実施例では前記図2、図4の図示“6”又は図示“18”のクランクパルスでの吸気圧力を、例えば図示されない吸気圧力記憶部から読込み、両者の吸気圧力差を算出してからステップS29に移行する。
【0034】
前記ステップS29では、前記ステップS28で算出された吸気圧力差が、例えば行程を或る程度識別できる程度の所定値以上であるか否かを判定し、当該吸気圧力差が所定値以上である場合にはステップS30に移行し、そうでない場合には前記ステップS28に移行する。
前記ステップS30では、前記ステップS27で読込まれたクランクシャフト2回転間における所定クランク角度での吸気圧力のうち、何れか小さい方の吸気圧力に基づいて総燃料噴射量を算出してからステップS31に移行する。
【0035】
一方、前記ステップS28では、前記冷却水温度、つまりエンジン温度を読込み、例えば冷却水温度が低いほど燃料噴射量を多くするなど、冷却水温度に応じた総燃料噴射量を算出してから前記ステップS31に移行する。このステップS28或いは前記ステップS30で算出する総燃料噴射量とは、本来、1サイクル、つまりクランクシャフト2回転に一回、吸気行程の前に噴射すればよい燃料噴射量を意味している。従って、行程が既に検出され、吸気行程前に冷却水温度対応燃料噴射量を1回だけ噴射すれば、エンジンは冷却水温度、即ちエンジン温度に応じて適切に回転する。
【0036】
前記ステップS31では、前記ステップS30で設定された総燃料噴射量の半分を今回の燃料噴射量に設定すると共に、各回転毎、つまりクランクシャフト一回転毎に、所定のクランク角度、本実施形態では前記図2、図4の図示“10”又は図示“22”のクランクパルス立下がり時を燃料噴射時期に設定してからステップS32に移行する。
前記ステップS32では、前記燃料噴射回数カウンタ“1”としてからメインプログラムに復帰する。
【0037】
一方、前記ステップS24では、前回の燃料噴射が吸気行程の直前か否かを判定し、前回の燃料噴射が吸気行程の直前である場合にはステップS33に移行し、そうでない場合にはステップS26に移行する。
前記ステップS26では、前回の燃料噴射量を今回の燃料噴射量に設定すると共に、前記ステップS31と同様に、各回転毎、つまりクランクシャフト一回転毎に、所定のクランク角度を燃料噴射時期に設定してからステップS34に移行する。
【0038】
前記ステップS34では、前記燃料噴射回数カウンタ“0”としてからメインプログラムに復帰する。
また、前記ステップS33では、目標空燃比、シリンダ内空気質量、吸気圧力に応じた通常運転時の燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定してからステップS35に移行する。具体的には、例えば前記シリンダ内空気質量算出部28で算出されたシリンダ内空気質量を前記目標空燃比算出部33で算出された目標空燃比で除すことで、シリンダ内必要燃料質量を得ることができるので、これに例えばインジェクタ13の流量特性を乗じて燃料噴射時間を求めることができ、これから燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出することができる。
【0039】
前記ステップS34では、前記燃料噴射回数カウンタ“0”としてからメインプログラムに復帰する。
この演算処理では、前記クランクタイミング検出部27による行程検出が未完了であるときには、本来、1サイクルに一回、吸気行程の前に噴射すればエンジンを適切に回転させることができる総燃料噴射量の半分を、クランクシャフト一回転毎の一度、所定のクランク角度で噴射することにより、後述するように、エンジンの始動時、クランキング開始から最初の吸気行程では、必要な燃料の半分しか吸気されない可能性があるが、圧縮上死点又はその近傍で点火すれば、弱いながらも、確実に爆発を得てエンジンを始動することが可能となる。勿論、クランキング開始から最初の吸気行程で必要な燃料が吸気される場合、つまりクランクシャフト一回転毎に一度噴射された燃料を二回分吸気することができた場合には、十分な爆発力を得て確実にエンジンを始動することが可能である。
【0040】
また、行程が検出された場合であっても、前回の燃料噴射が吸気行程の直前でない場合、例えば排気行程以前である場合には、未だ、前記必要な燃料噴射量の半分しか、噴射されていないので、もう一度、前回と同じ燃料噴射量を噴射するようにすることで、次の吸気行程には必要な燃料が吸気され、十分な爆発力を得てエンジンを運転することができる。
【0041】
更に、前記行程検出が未完了であるとき、クランクシャフト2回転間における予め設定された所定クランク角度、具体的には前記図2、図4の図示“6”又は図示“18”のクランクパルスでの吸気圧力、つまり吸気行程か若しくは膨張行程の吸気圧力を読込み、両者の吸気圧力差を算出する。前述のように、スロットルバルブがいきなり大きく開かれていなければ、吸気行程の吸気圧力と膨張行程の吸気圧力とでは相応の圧力差があるので、前記算出された吸気圧力差が、前記行程検出可能な程度の所定値以上であるときには、そのうちの何れか小さい方の吸気圧力が吸気行程の吸気圧力であるとし、その吸気圧力、即ち或る程度スロットル開度に応じた吸気圧力に応じて総燃料噴射量を設定することにより、スロットル開度に応じたエンジン回転上昇を得ることが可能となる。
【0042】
一方、前記クランクシャフト2回転間における所定クランク角度での吸気圧力差が所定値未満か、若しくは始動開始直後の燃料噴射時には、冷却水温度、即ちエンジン温度に応じた総燃料噴射量を設定することにより、少なくともフリクションに抗して確実にエンジンを回転始動させることが可能となる。
【0043】
前記点火時期算出部31では、図10に示す演算処理に従って、エンジン始動時並びに通常運転時(エンジン始動直後を含む)の点火時期を算出設定する。この図10の演算処理は、前記クランクパルスの入力をトリガとして実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、演算処理によって得られた情報は随時記憶装置に更新記憶され、また演算処理に必要な情報やプログラムは随時記憶装置から読出される。
この演算処理では、まずステップS41で、前記行程検出許可部29から出力されている行程検出情報を読込む。
【0044】
次にステップS42に移行して、前記クランクタイミング検出部27による行程検出が未完了であるか否かを判定し、行程検出未完了である場合にはステップS47に移行し、そうでない場合にはステップS44に移行する。
前記ステップS47では、例えばエンジン始動時、クランキング開始から初爆による爆発力を得る以前であって、エンジン回転数が低く、不安定であるとして始動初期点火時期をクランクシャフト1回転毎に、上死点(圧縮、排気を問わない)、即ち前記図2又は図4の図示“0”又は図示“12”のクランクパルス立下がり時±クランクシャフト回転角度10°に設定してからメインプログラムに復帰する。なお、±クランクシャフト回転角度10°とは、電気的、或いは機械的な応答性を加味したもので、実質的には前記図2又は図4の図示“0”又は図示“12”のクランクパルス立下がりと同時に点火を行う。
【0045】
前記ステップS44では、前記エンジン回転数の平均値が所定値以上か否か、当該エンジン回転数の平均値が所定値以上である場合にはステップS48に移行し、そうでない場合には前記ステップS46に移行する。
前記ステップS46では、例えばエンジン始動時、初爆による爆発力を得た以後であって、エンジン回転数が或る程度高い(しかしエンジン回転数は安定していない)として始動後期点火時期を1サイクルに一回、圧縮上死点前、進角側10°、即ち前記図3又は図11の図示“0”のクランクパルス立上がり時±クランクシャフト回転角度10°に設定してからメインプログラムに復帰する。なお、±クランクシャフト回転角度10°とは、電気的、或いは機械的な応答性を加味したもので、実質的には前記図2又は図4の図示“0”又は図示“12”のクランクパルス立上がりと同時に点火を行う。
【0046】
前記ステップS48では、後述する図14〜図16の演算処理に従って、行程1サイクルに一回の通常点火時期設定を行ってからメインプログラムに復帰する。
この演算処理では、行程検出未完了の初爆以前のクランキング開始時、即ち始動初期には、前記クランクシャフト1回転毎の燃料噴射と合わせて、確実にエンジンを回転始動させるためにクランクシャフト1回転毎に上死点近傍を点火時期としてエンジンの逆回転を防止する。また、行程が検出されてからも、エンジン回転数が所定値以上となるまでは、比較的トルクフルな圧縮上死点前、進角側10°近傍を始動後期点火時期に設定することにより、エンジン回転数を高めに安定させる。
【0047】
このように本実施形態では、吸気圧力及びエンジンの運転状態から、予め記憶されたシリンダ内空気質量三次元マップに従って、シリンダ内空気質量を算出すると共に、当該吸気圧力及びエンジンの運転状態から、予め記憶された目標空燃比マップに従って、目標空燃比を算出し、シリンダ内空気質量を目標空燃比で除すことにより、燃料噴射量を算出することができるので、制御を容易且つ正確なものとすると共に、シリンダ内空気質量マップは計測し易く、目標空燃比マップは設定し易いため、マップ作成が容易になる。また、エンジン負荷を検出するためのスロットル開度センサやスロットルポジションセンサなどのスロットルセンサが不要である。
【0048】
また、吸気圧力から加速状態や減速状態などの過渡期であることを検出し、目標空燃比を補正することにより、加速時や減速時でのエンジンの出力特性を、単に目標空燃比マップに従って設定されるものから、運転者が要求するもの或いは運転者の感覚に近いものに変更することができる。
また、クランクシャフトの位相からエンジンの回転数を検出することにより、エンジン回転数を容易に検出することができると共に、例えばカムセンサに代えてクランクシャフトの位相から行程状態を検出するようにすれば、高価で大がかりなカムセンサをなくすことができる。
【0049】
このようにカムセンサを用いない本実施形態では、クランクシャフトの位相や行程検出が重要である。しかしながら、クランクパルスと吸気圧力とだけから行程検出を行う本実施形態では、最低でも、クランクシャフトが二回転しないと行程を検出することができない。ところが、エンジンが停止されるのは、どの行程か、分からない。つまり、どの行程からクランキングが開始されるかは、分からないのである。そこで、本実施形態では、クランキング開始から行程が検出されるまでの間、前記クランクパルスを用いて、クランクシャフト1回転毎に所定クランク角度で燃料噴射すると共に同じくクランクシャフト1回転毎に圧縮上死点近傍で点火を行う。また、行程が検出されてからは、スロットル開度に応じた目標空燃比を達成可能な燃料噴射を、1サイクルに一回行うが、エンジン回転数が所定値以上となるまでは、前記クランクパルスを用いて、トルクの出易い圧縮上死点前、進角側10°近傍で点火を行う。
【0050】
図12は、前述のような燃料噴射及び点火時期制御によって初爆が得られたが、その初爆の爆発力が比較的小さいときのエンジン(クランクシャフト)回転数、燃料噴射パルス、点火パルスの経時変化を示したものである。前述のように、初爆が得られてエンジン回転数の平均値が行程検出許可所定回転数以上となるまで、点火パルスはクランクシャフト1回転毎に前記図3の図示“0”又は図示“12”(この時点でのナンバリングは正確ではない)のクランクパルス立下がり時に合わせて出力され、燃料噴射パルスはクランクシャフト1回転毎に前記図4の図示“10”又は図示“22”(この時点でのナンバリングは正確ではない)のクランクパルス立下がり時に合わせて出力されている。ちなみに、点火パルスの終了時、つまり立下がり時に点火が行われ、燃料噴射パルスの終了時、つまり立下がり時に燃料噴射が終了するように設定されている。
【0051】
また、図示1回目及び2回目の燃料噴射は、前述のように冷却水温度、即ちエンジン温度に基づいて設定された総燃料噴射量に従っているが、この間、吸気行程に相当するクランクパルス“18”の吸気圧力P0 と膨張行程に相当するクランクパルス“6”の吸気圧力P1 が得られ、しかも両者の吸気圧力差は、前記行程検出可能な所定値以上であったため、3回目及び4回目の燃料噴射は、そのうちの低い方の吸気圧力、即ち吸気行程に相当するクランクパルス“18”の吸気圧力P0 に基づいて設定された総燃料噴射量に従っている。
【0052】
この燃料噴射及び点火制御により、弱い初爆が得られたので、エンジン回転数の平均値はなだらかに増加し、やがて行程検出許可所定回転数以上となった時点で行程検出が許可されるので、前述のように前回の同じクランク角度での吸気圧力を比較して行程検出を行う。このときは、行程検出の結果、前回の燃料噴射が吸気行程の直前であったため、それ以後は、理想的なタイミングで、1サイクルに一回だけ、目標空燃比を達成する燃料を噴射した。一方、行程検出後は、点火時期も1サイクルに一回だけ行うが、未だ、冷却水温度が所定温度に達しておらず、アイドル回転数が安定していなかったために、点火時期は圧縮上死点前、進角側10°、即ち前記図3の図示“0”のクランクパルス立上がり時に合わせて点火パルスを出力している。これにより、以後は、エンジン回転数が速やかに増加している。
【0053】
図13は、同様のクランキング時燃料噴射及び点火制御を行った結果、初爆で大きい爆発力が得られた場合のエンジン(クランクシャフト)回転数、燃料噴射パルス、点火パルスの経時変化を示したものである。このように初爆が強いと、エンジン回転数の平均値は速やかに増加し、短期間で行程検出許可所定回転数以上となって行程検出が許可される。このときは、行程検出の結果、前回の燃料噴射が吸気行程の直前ではない、具体的には膨張行程であったため、もう一度、同じ燃料噴射量を、前回と同じクランク角度で噴射し、続く吸気行程で理想的な燃料量が吸気されるようにし、これによりエンジン始動を安定することが可能となった。
【0054】
このように、本実施形態では、行程が検出されるまでは、クランクシャフト1回転毎に所定クランク角度で燃料噴射すると共に同じくクランクシャフト1回転毎に圧縮上死点近傍で点火を行うことにより、弱くても、確実な初爆を得ることができると共に、エンジンの逆回転を防止することができる。つまり、初爆が得られる以前に、圧縮上死点よりも進角側で点火を行うと、エンジンが逆回転する恐れがあるのである。また、行程が検出されてからは、1サイクルの一回、燃料噴射と点火を行う。この点火に際しては、圧縮上死点前、進角側10°近傍で行うことにより、エンジン回転数を速やかに立ち上げることができる。
【0055】
もし、行程検出前に、1サイクルに一回、つまりクランクシャフト2回転に一回、燃料噴射と点火を行うと、燃料噴射が吸気後であったり、点火が圧縮上死点でなかったりしたときに、確実な初爆が得られない。つまり、エンジンが滑らかに始動する場合と始動しない場合とが発生する。また、行程検出後に、クランクシャフトの1回転に一回、燃料噴射を行うと、エンジン回転数の使用領域が高い二輪車両では、燃料を噴射し続けなければならなくなって、インジェクタのダイナミックレンジが規制されてしまう。また、行程検出後も、クランクシャフトの1回転に一回、点火し続けるのは、エネルギの無駄である。
【0056】
次に、前記図9の演算処理のステップS48で行われるマイナプログラムについて図14〜図16のフローチャートを用いて説明する。なお、この演算処理中のアイドル制御フラグFIDLEはイグニッションスイッチオンで“0”にリセットされる。
この演算処理では、まずステップS51で、後述する図21の演算処理を行って、エンジンがアイドリング状態であるか否かを判定し、エンジンがアイドリング状態である場合にはステップS52に移行し、そうでない場合にはステップS53に移行する。前述のように、スロットル開度センサを備えない本実施形態では、スロットル開度以外の検出値を用いてアイドリング状態を検出しなければならない。本実施形態の場合、エンジンと変速機との間に遠心クラッチを備えている。周知のように遠心クラッチは、エンジン回転数が小さいときに解放し、エンジン回転数が大きいときに締結する。この遠心クラッチの締結エンジン回転数は予め設定されているので、前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数の平均値が当該遠心クラッチ締結エンジン回転数以下であり、且つ前記吸気圧力信号による吸気圧力が所定値以下のときにアイドリング状態であると検出する。これにより、スロットル開度センサを用いることなく、アイドリング状態を正確に検出することができる。
【0057】
前記ステップS53では、通常走行時点火時期マップから目標点火時期を算出出力してからステップS54に移行する。例えば、一般に、通常の点火では、上死点よりも少し進角側で最もトルクフルになるから、その点火時期を中心として、吸気圧力に反映される運転者の加速意思に応じて点火時期を調整するようにする。
【0058】
前記ステップS54では、後述する図17の制御マップに従って、冷却水温度に基づいてアイドル点火時期を設定してからメインプログラムに復帰する。
一方、前記ステップS52では、現在がアイドリング状態であるから、フリクションに抗してエンジンが回転し続けるための目標エンジン回転数を、例えばエンジン温度に相当する前記冷却水温度信号に基づいて設定してからステップS55に移行する。具体的には、エンジン内のフリクションは、凡そ潤滑油の粘度に応じて決まるから、潤滑油の粘度が大きい低温ほど目標エンジン回転数を大きくし、高温ほど小さくする。
【0059】
前記ステップS55では、アイドル制御フラグFIDLEが“0”であるか否かを判定し、当該アイドル制御フラグFIDLEが“0”である場合にはステップS56に移行し、そうでない場合にはステップS57に移行する。
前記ステップS56では、前記現在のエンジン回転数が前記ステップS52で算出された目標エンジン回転数以下であるか否かを判定し、現在のエンジン回転数が目標エンジン回転数以下である場合にはステップS58に移行し、そうでない場合にはステップS59に移行する。
【0060】
前記ステップS58では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“1”に設定してからステップS60に移行する。
また、前記ステップS59では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“2”に設定してから前記ステップS60に移行する。
前記ステップS60では、点火時期変更設定に用いるゲインKを、比較的大きな初期ゲインKINT に設定してからステップS61に移行する。
【0061】
前記ステップS61では、例えば図17に示すアイドル時点火時期マップから冷却水温度、つまりエンジン温度に基づいた目標点火時期を設定してからステップS62(図15)に移行する。
一方、前記ステップS57では、前記アイドル制御フラグFIDLEが“1”であるか否かを判定し、当該アイドル制御フラグFIDLEが“1”である場合にはステップS63に移行し、そうでない場合にはステップS64に移行する。
【0062】
前記ステップS63では、前記現在のエンジン回転数が、前記目標エンジン回転数から所定値αを減じた値以下であるか否か、つまり前記ステップS57でアイドル制御フラグFIDLEが“1”であったから現在のエンジン回転数は目標エンジン回転数より小さいはずであり、その目標エンジン回転数より小さい現在のエンジン回転数が目標エンジン回転数から所定値αの範囲内に入っているか否かを判定し、当該現在のエンジン回転数が、目標エンジン回転数から所定値αを減じた値以下である場合には前記ステップS62に移行し、そうでない場合にはステップS65に移行する。
【0063】
また、前記ステップS64では、前記アイドル制御フラグFIDLEが“2”であるか否かを判定し、当該アイドル制御フラグFIDLEが“2”である場合にはステップS66に移行し、そうでない場合には前記ステップS62に移行する。
前記ステップS66では、前記現在のエンジン回転数が、前記目標エンジン回転数に所定値αを和した値以下であるか否か、つまり前記ステップS64でアイドル制御フラグFIDLEが“2”であったから現在のエンジン回転数は目標エンジン回転数より大きいはずであり、その目標エンジン回転数より大きい現在のエンジン回転数が目標エンジン回転数から所定値αの範囲内に入っているか否かを判定し、当該現在のエンジン回転数が、目標エンジン回転数に所定値αを和した値以下である場合には前記ステップS65に移行し、そうでない場合には前記ステップS62に移行する。
【0064】
そして、前記ステップS65では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“3”に設定してからステップS67に移行する。
前記ステップS67では、前記点火時期変更設定に用いるゲインKを、前記初期ゲインKINT より小さい通常ゲインKSTD に設定してから前記ステップS62に移行する。
前記ステップS62では、前記現在のエンジン回転数と目標エンジン回転数との差分値、即ちエンジン回転数差の積分値を算出する。具体的には、記憶装置に記憶されているエンジン回転数差の積分値に、今回のエンジン回転数差を加算する。
【0065】
次にステップS68に移行して、前記アイドル制御フラグFIDLEが“2”以下であるか否かを判定し、当該アイドル制御フラグFIDLEが“2”以下である場合にはステップS69に移行し、そうでない場合にはステップS70に移行する。
前記ステップS69では、前記ゲインKと前記エンジン回転数差積分値との積値の絶対値が、進角側又は遅角側に変更設定する点火時期1度に相当する1deg.以上であるか否かを判定し、当該ゲインKと前記エンジン回転数差積分値との積値の絶対値が1deg.以上である場合にはステップS71に移行し、そうでない場合にはステップS72aに移行する。
【0066】
前記ステップS71では、現在の目標点火時期に、前記ゲインKとエンジン回転数差積分値との積分値を加算した値を、新たな目標点火時期に設定してからステップS73に移行する。
また、前記ステップS70では、前記アイドル制御フラグFIDLEが“3”であるか否かを判定し、当該アイドル制御フラグFIDLEが“3”である場合にはステップS74に移行し、そうでない場合にはステップS75(図16)に移行する。
【0067】
前記ステップS74では、前記ゲインKとエンジン回転数差積分値との積値が、進角側に変更設定する点火時期1度に相当する+1deg.以上であるか否かを判定し、当該ゲインKとエンジン回転数差積分値との積値が+1deg.以上である場合にはステップS76に移行し、そうでない場合にはステップS77に移行する。
【0068】
前記ステップS77では、前記ゲインKとエンジン回転数差積分値との積値が、遅角側に変更設定する点火時期1度に相当するー1deg.以下であるか否かを判定し、当該ゲインKとエンジン回転数差積分値との積値がー1deg.以下である場合にはステップS78に移行し、そうでない場合には前記ステップS72aに移行する。
【0069】
前記ステップS78では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“5”に設定してからステップS79に移行する。
一方、前記ステップS76では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“4”に設定してから前記ステップS79に移行する。
【0070】
前記ステップS79では、現在の目標点火時期に、前記ゲインKとエンジン回転数差積分値との積分値を加算した値を、新たな目標点火時期に設定してから前記ステップS73に移行する。
前記ステップS73では、前記エンジン回転数差積分値をリセット、つまり“0”にしてから前記ステップS72aに移行する。
【0071】
前記ステップS72aでは、図18の制御マップに従って、前記冷却水温度、即ちエンジン温度に応じた目標点火時期上下限値を設定してからステップS72bに移行する。この目標点火時期上下限値のうち、上限値は進角側(圧縮上死点に対して正値)の制限値、下限値は遅角側(圧縮上死点に対して負値)の制限値を意味し、図18の制御マップでは、冷却水温度、即ちエンジン温度が高いほど、上限値を小さくし、下限値を大きくする、つまり両者間の幅を狭くしている。また、例えば理想的なアイドリング点火時期が圧縮上死点前5°であるとき、目標点火時期上限値は、冷却水温度、即ちエンジン温度が高いほど、この圧縮上死点前5°に漸近し、目標点火時期下限遅は圧縮上死点に漸近するように設定している。これは、エンジン温度が高いほど、エンジンの運転状態は安定し、点火時期を無闇に進角側に設定する必要もないし、またそうした要求もないからである。
【0072】
前記ステップS72bでは、前記ステップS71或いはステップS79で設定された目標点火時期を、前記ステップS72aで設定された目標点火時期上下限値で制限し、新たな目標点火時期を設定してからステップS72cに移行する。
前記ステップS72cでは、前記ステップS72bで設定された目標点火時期を出力してからメインプログラムに復帰する。
【0073】
また、前記ステップS75では、前記アイドル制御フラグFIDLEが“4”であるか否かを判定し、当該アイドル制御フラグFIDLEが“4”である場合にはステップS80に移行し、そうでない場合にはステップS81に移行する。
前記ステップS80では、比較的小さい進角側ゲインKADV と前記エンジン回転数差積分値との積値が、前記進角側に変更設定する点火時期1度に相当する+1deg.以上であるか否かを判定し、当該進角側ゲインKADV とエンジン回転数差積分値との積値が+1deg.以上である場合にはステップS82に移行し、そうでない場合にはステップS83に移行する。
【0074】
前記ステップS83では、前記通常ゲインKSTD とエンジン回転数差積分値との積値が、遅角側に変更設定する点火時期1度に相当するー1deg.以下であるか否かを判定し、当該通常ゲインKSTD とエンジン回転数差積分値との積値がー1deg.以下である場合にはステップS84に移行し、そうでない場合にはステップS85aに移行する。
【0075】
前記ステップS84では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“5”に設定してからステップS86に移行する。
前記ステップS86では、現在の目標点火時期に、前記通常ゲインKSTD とエンジン回転数差積分値との積分値を加算した値を、新たな目標点火時期に設定してからステップS87に移行する。
【0076】
また、前記ステップS82では、現在の目標点火時期に、前記進角側ゲインKADV とエンジン回転数差積分値との積分値を加算した値を、新たな目標点火時期に設定してから前記ステップS87に移行する。
一方、前記ステップS81では、比較的小さい遅角側ゲインKDLY と前記エンジン回転数差積分値との積値が、前記遅角側に変更設定する点火時期1度に相当するー1deg.以下であるか否かを判定し、当該遅角側ゲインKDLY とエンジン回転数差積分値との積値がー1deg.以下である場合にはステップS88に移行し、そうでない場合にはステップS89に移行する。
【0077】
前記ステップS89では、前記通常ゲインKSTD とエンジン回転数差積分値との積値が、進角側に変更設定する点火時期1度に相当する+1deg.以上であるか否かを判定し、当該通常ゲインKSTD とエンジン回転数差積分値との積値が+1deg.以上である場合にはステップS90に移行し、そうでない場合には前記ステップS85aに移行する。
【0078】
前記ステップS90では、前記アイドル制御フラグFIDLEを“4”に設定してからステップS91に移行する。
前記ステップS91では、現在の目標点火時期に、前記通常ゲインKSTD とエンジン回転数差積分値との積分値を加算した値を、新たな目標点火時期に設定してから前記ステップS87に移行する。
【0079】
また、前記ステップS88では、現在の目標点火時期に、前記遅角側ゲインKDLY とエンジン回転数差積分値との積分値を加算した値を、新たな目標点火時期に設定してから前記ステップS87に移行する。
前記ステップS87では、前記エンジン回転数差積分値をリセット、つまり“0”にしてから前記ステップS85aに移行する。
【0080】
前記ステップS85aでは、前記ステップS72aと同様に、前記図18の制御マップに従って、前記冷却水温度、即ちエンジン温度に応じた目標点火時期上下限値を設定してからステップS85bに移行する。
前記ステップS85bでは、前記ステップS82或いはステップS86或いはステップS88或いはステップS91で設定された目標点火時期を、前記ステップS85aで設定された目標点火時期上下限値で制限し、新たな目標点火時期を設定してからステップS85cに移行する。
前記ステップS85cでは、目標点火時期を出力してからメインプログラムに復帰する。
【0081】
次に、前記図17のアイドル時点火時期マップについて説明する。前述のように冷却水温度、即ちエンジン温度が低いときには、潤滑油の粘度が大きいので、アイドリング状態では、そのフリクションに抗してエンジンを回転し続ける必要があり、点火時期を、より大きな進角側に設定してトルクフルにする。これは同時に、冷却水温度、即ちエンジン温度が高いときに、点火時期を、小さな進角側に設定することになるので、暖機済のエンジンの吹け上がりを抑制防止することにもなる。但し、完全な冷間状態のエンジンで、点火時期をあまりにも進角側に設定しすぎると、エンジンが逆回転しようとして停止する、所謂ケッチンが生じるため、少し進角側の小さな値に設定する。
【0082】
従って、前記図14〜図16の演算処理によれば、前述のようにエンジン始動後、エンジン回転数が所定値以上となってから、ゲインKを比較的大きな初期ゲインKINT に設定し、そのときの冷却水温度、即ちエンジン温度に応じた目標点火時期が設定される。その結果、現在のエンジン回転数が目標エンジン回転数より小さく、且つ当該目標エンジン回転数から前記所定値αの範囲内に入るまでは、目標エンジン回転数と現在のエンジン回転数との回転数差の積分値に、前記比較的大きな初期ゲインKINT に設定されたゲインKを乗じた分だけ、目標点火時期が進角側に変更設定され、これによりエンジン回転数が速やかに増加する。一方、現在のエンジン回転数が目標エンジン回転数より大きく、且つ当該目標エンジン回転数から前記所定値αの範囲内に入っていないときには、前記エンジン回転数差積分値に、同じく前記比較的大きな初期ゲインKINT に設定されたゲインKを乗じた分だけ、目標点火時期が遅角側に変更設定され、これによりエンジン回転数は速やかに減少する。
【0083】
この状態から、現在のエンジン回転数が、前記目標エンジン回転数から所定値αの範囲内になると、ゲインKは、前記初期ゲインKINT より小さい通常ゲインKSTD に設定され、この通常ゲインKSTD に設定されたゲインKと前記エンジン回転数差積分値との積値分だけ、点火時期は進角側か、若しくは遅角側に変更設定される。即ち、目標エンジン回転数から現在のエンジン回転数を減じて得られるエンジン回転数差積分値が正値であるときには、点火時期が進角側に変更設定されてエンジン回転数が増加し、エンジン回転数差積分値が負値であるときには、点火時期が遅角側に変更設定されてエンジン回転数が減少する。
【0084】
このようにして点火時期を進角側又は遅角側に変更設定したら、次の演算処理時には、変更設定した側には、比較的小さな進角側ゲインKADV や遅角側ゲインKDLY を用いて目標点火時期の変更量を設定する。即ち、例えば前回進角側に点火時期を変更設定した場合、次回以降、進角側への点火時期変更設定には、比較的小さな進角側ゲインKADV を用いて目標点火時期変更量を設定するので、実質的に同じ側への点火時期変更設定は行われにくくなっている。逆に、例えば前回進角側に点火時期を変更設定したとき、次回以降、遅角側への点火時期変更設定には、前記通常ゲインKSTD を用いて目標点火時期変更量を設定するので、逆側への点火時期変更設定は行われやすい。これは、前回遅角側に点火時期を変更設定した場合にも同様である。
【0085】
図19は、前記図14〜図16の演算処理によって制御されたエンジン始動直後の点火時期と、目標エンジン回転数、エンジン回転数の経時変化を示したものである。エンジン始動直後は、前記初期ゲインKINT によって点火時期は速やかに進角側に変更設定され、これによりエンジン回転数は速やかに増加している。そして、エンジン回転数が目標エンジン回転数に近づいたら、前記通常ゲインKSTD に切り替えられ、これにより目標エンジン回転数に対するエンジン回転数のオーバシュートが抑制されている。
【0086】
エンジンが始動すると、エンジンが暖まり、冷却水温度も高くなるので、目標エンジン回転数は次第に減少する。この目標エンジン回転数の減少と共に、点火時期も次第に遅角側、厳密には進角側の小さな値に変更設定されてゆくが、例えば図中のA部のように目標エンジン回転数とエンジン回転数とが一致していないのに点火時期が変更されていないのは、前述のように同じ側への点火時期の変更設定抑制効果によるものである。つまり、このA部では、前記比較的小さな遅角側ゲインKDLY によって連続する遅角側への点火時期の変更設定が抑制され、これにより制御のハンチングを防止することができる。これに対して、図中のB部のように、前記通常ゲインKSTD によって逆側への点火時期の変更設定は応答性を確保して、目標エンジン回転数にエンジン回転数を追従させている。
【0087】
一方、図20は暖機済で、アイドリングが安定している状態から、時刻t01でスロットルを大きく開き、時刻t02でスロットルを全閉したとき、つまりアイドリング状態に復帰したときの点火時期、目標エンジン回転数、エンジン回転数及び前記冷却水温度、即ちエンジン温度に応じて設定されるアイドル点火時期設定値の経時変化を示したものである。スロットルオンと同時に、一旦、点火時期を遅角側に変更し、次いで大きく進角側に変更することにより、急峻なトルクの増大を得、これによりエンジン回転数を速やかに増加させている。そして、この間、アイドル点火時期設定値は、スロットルオン以前の値よりも、小さな値に設定されており、時刻t02でスロットルオフとなってからは点火時期も、このアイドル点火時期設定値に一致し、その後、次第に進角側に変更設定されている。この暖機済のエンジンで、アイドルエンジン回転数を目標エンジン回転数に一致させる最適の点火時期は、スロットルオン以前と同様に、図中のC部の点火時期であるはずである。これに比べて、前記冷却水温度に応じたアイドル点火時期設定値が小さく設定されているのは、スロットルオフでエンジン回転数を速やかに減少させるためである。もし、スロットルオフ時に点火時期を前記C部程度に設定すると、トルクが出過ぎてエンジン回転数が減少しにくい。このように、冷却水温度に応じたアイドル点火時期設定値を小さくすることにより、スロットルオフでのエンジン回転数を速やかに減少させることが可能となっている。
【0088】
次に、前記図14の演算処理のステップS51で行われる図21の演算処理について説明する。この演算処理では、まずステップS101で、前記エンジン回転数算出部26で算出されたエンジン回転数が、前記遠心クラッチ締結回転数以下であるか否かを判定し、当該エンジン回転数が遠心クラッチ締結回転数以下である場合にはステップS102に移行し、そうでない場合にはステップS103に移行する。
【0089】
前記ステップS102では、前記吸気圧力信号から大気圧を検出してからステップS104に移行する。例えばエンジン回転数が小さいとき、つまりエンジン負荷が小さいときには、例えば図4に示す吸気バルブ開直前の吸気圧力は大気圧とほぼ同等になることが明らかになった。そこで、この吸気バルブ開直前の吸気圧力を用いて大気圧を検出する。このようにすれば、大気圧センサが不要となり、その分だけ、部品点数を低減し、コストダウンを図ることができる。
前記ステップS104では、例えば前記図4に示す図示“18”のクランクパルスでの吸気圧力を所定クランク角度での吸気圧力として読込んでからステップS105に移行する。
【0090】
前記ステップS105では、前記ステップS102で検出された大気圧に基づいて、図22aに示す制御マップに従って、大気圧に応じた吸気圧力アイドリング所定値を設定してからステップS106に移行する。大気圧が高いほど、吸気圧力全体が高くなることから、図22aの制御マップでは、大気圧が高いほど、吸気圧力アイドリング所定値が大きく設定されるように構成されている。なお、この吸気圧力アイドリング所定値は、図22aのように連続して変化するものとせず、図22bのテーブルに示すように或る程度段階的に設定されるようにしてもよい。この場合も、大気圧が高いほど、吸気圧力アイドリング所定値は大きく設定される。
【0091】
前記ステップS106では、前記ステップS104で読込んだ所定クランク角度での吸気圧力が、前記ステップS105で設定された吸気圧力アイドリング所定値以下であるか否かを判定し、吸気圧力がアイドリング所定値以下である場合にはステップS107に移行し、そうでない場合には前記ステップS103に移行する。
前記ステップS107では、エンジンがアイドリング状態であると判定してから前記図14の演算処理のステップS52に移行する。
【0092】
一方、前記ステップS103では、エンジンがアイドリング上体でないと判定してから前記図14の演算処理のステップS52に移行する。
この演算処理では、エンジン回転数が遠心クラッチ締結回転数以下であり、且つ所定クランク角度での吸気圧力がアイドリング所定値以下であるときに、エンジンがアイドリング状態にあると判定する。また、吸気圧力アイドリング所定値を、大気圧に応じて設定する。前述のように吸気圧力は、大気圧によって変動するので、吸気圧力アイドリング所定値を大気圧に応じて設定しないと、アイドリング状態を正しく検出できない。例えば、吸気圧力アイドリング所定値を大気圧に応じて設定せず、余裕を見込んで大きめに設定しておくと、スロットルが開けられてエンジン回転数が増大しているにもかかわらず、吸気圧力がアイドリング所定値を上回らず、適切な加速制御への移行が遅れる。逆に、吸気圧力アイドリング所定値を小さめに設定しておくと、アイドリング状態の検出がシビアになりすぎて、アイドリング状態での制御と非アイドリング状態での制御とがハンチングしてしまう。このように、吸気圧力アイドリング所定値を大気圧に応じて設定することにより、アイドリング状態を正確に検出できると共に、非アイドリング状態での制御への移行を適切に行うことができるのである。
【0093】
図23は、十分な暖機後、前記点火時期上下限値IGTH 、IGTL を冷却水温度、つまりエンジン温度に応じて適切に設定すると共に、吸気圧力アイドリング所定値P0 を大気圧に応じて適切に設定した状態で、時刻t01からスロットル全閉状態からスロットル開度THを極めてゆっくりと大きくしたときの点火時期IGT及びエンジン回転数N及び吸気圧力Pの経時変化を示したものである。このシミュレーションでは、スロットル開度THがゆっくりと大きくなるにつれて、本来は吸気圧力Pが上昇し、それに伴ってエンジン回転数Nも大きくなるはずであるが、前記図21の演算処理で未だアイドリング状態であると判定されているので、前記図14〜図16の演算処理ではアイドリング状態での目標エンジン回転数が維持されるように次第に点火時期IGTを遅角側に変更し、その結果、エンジン回転数Nも吸気圧力Pも殆ど変化がない。しかしながら、前述したように点火時期上下限値IGTH 、IGTL を冷却水温度、つまりエンジン温度に応じて適切に設定したため、点火時期下限値IGTL は絶対値の比較的小さな負値に設定され、時刻t02で点火時期IGTはこの点火時期下限値IGTL で制限される。すると、この時刻t02以後、吸気圧力Pが上昇し、それに伴ってエンジン回転数Nも増大する。そして、エンジン回転数Nが前記遠心クラッチ締結回転数N0 以上となる前の時刻t03で、吸気圧力Pが前記アイドリング所定値P0 以上となり、この時刻t03でエンジンはアイドリング状態でないと判定されるため、加速制御に移行し、点火時期IGTが進角側に変更されてエンジン回転数Nが大きく増大する。
【0094】
一方、図24は、点火時期上下限値IGTH 、IGTL を冷却水温度、即ちエンジン温度に応じて設定せず、また吸気圧力アイドリング所定値P0 も大気圧に応じて設定しなかったときのシミュレーションである。ここでは、点火時期上限値IGTH は大きめ、点火時期下限値IGTL は小さめ、吸気圧力アイドリング所定値P0 は大きめに設定し、時刻t11からスロットル開度THを極めてゆっくり大きくした。その結果、アイドリング状態での目標エンジン回転数を維持すべく、点火時期IGTはどんどん遅角側に変更され、スロットル開開始から相応の時間が経過した時刻t12で点火時期下限値IGTL となって制限され、その結果、吸気圧力Pが上昇し、エンジン回転数Nも増大したが、吸気圧力アイドリング所定値P0 が大きいために、吸気圧力Pが当該アイドリング所定値P0 以上となる以前の時刻t13でエンジン回転数Nが遠心クラッチ締結回転数N0 以上となり、前記スロットル開開始の時刻t11から相応の時間が経過してから、漸く加速制御に移行できた。これと似たような状況は、例えばスロットルバルブの閉じ開度をアイドルスクリューで調整する場合にも発生し、アイドルスクリューを調整してもなかなかアイドル回転数が増大しない。
【0095】
なお、前記実施形態では、吸気管内噴射型エンジンについて詳述したが、本発明のエンジン制御装置は、気筒内噴射型エンジン、所謂直噴型エンジンにも同様に展開できる。
また、前記実施形態では、単気筒エンジンについて詳述したが、本発明のエンジン制御装置は、気筒数が2気筒以上の、所謂マルチシリンダ型エンジンについても同様に展開できる。
また、エンジンコントロールユニットは、マイクロコンピュータに代えて各種の演算回路で代用することも可能である。
【0096】
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明のうち請求項1に係るエンジン制御装置によれば、エンジンのアイドリング状態が検出されたとき、目標エンジン回転数と検出されたエンジン回転数との差分値に応じて点火時期を設定する構成としたため、例えば冷却水温度等のようなエンジン温度に基づいて設定される目標エンジン回転数と検出されたエンジン回転数との差分値に応じた分だけ、点火時期を進角側に変更設定してエンジン回転数を大きくしたり、遅角側に変更設定してエンジン回転数を小さくしたりすることができ、これによりエンジン回転始動直後のようなアイドリング状態の不安定なエンジン回転数をそのときの適切な回転状態に制御することができる。
【0097】
また、点火時期を進角側又は遅角側の何れかに変更して設定したとき、同じ側への点火時期変更が連続するのを回避する構成としたため、アイドリング状態でのエンジン回転数が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりするのを抑制防止することができる。
また、本発明のうち請求項2に係るエンジン制御装置によれば、目標エンジン回転数と検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に所定のゲインを乗じて点火時期を設定する構成としたため、目標エンジン回転数と検出されたエンジン回転数との差分値が収束しないときに点火時期を変更設定するようにしてアイドリング状態でのエンジン回転数が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりするのを抑制防止することができると共に、エンジン回転数差分値の積分値に乗じるゲインを適切に設定することにより、エンジン回転始動直後のアイドリング状態のエンジン回転数を速やかに大きくしたり、アイドリング状態でのエンジン回転数が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりするのを確実に抑制防止することができる。
【0098】
また、本発明のうち請求項3に係るエンジン制御装置によれば、点火時期を進角側又は遅角側の何れかに変更して設定したとき、目標エンジン回転数と検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に乗じる、前記変更して設定された進角側又は遅角側の点火時期変更設定用ゲインを小さな値とする構成としたため、アイドリング状態でのエンジン回転数が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりするのを確実に抑制防止することができる。
【0099】
また、本発明のうち請求項4に係るエンジン制御装置によれば、エンジンの回転始動直後から、検出されたエンジン回転数が目標回転数から所定値の範囲に入るまで、目標エンジン回転数と検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に乗じるゲインを大きな値とする構成としたため、エンジン回転始動直後のエンジン回転数を速やかに大きくすることができる。
【0100】
また、本発明のうち請求項5に係るエンジン制御装置によれば、エンジンがアイドリング状態以外の状態からアイドリング状態になったときの点火時期を、検出されたエンジン温度に基づいて設定する構成としたため、スロットルオンからスロットルオフへのアイドリング状態移行期にエンジン回転数を適切に減少させることができる。
また、本発明のうち請求項6に係るエンジン制御装置によれば、エンジン温度に基づいて点火時期の上下限値を設定し、その上下限値で点火時期を制限する構成としたため、スロットル開度が変化しているにもかかわらずエンジン回転数が変化しないという違和感を低減することが可能となる。
【0101】
また、本発明のうち請求項7に係るエンジン制御装置によれば、エンジン温度が高いほど、上下限値間の幅が狭くなるように点火時期の上下限値を設定する構成としたため、エンジン温度が高く、暖機運転が終了しているときのスロットル開度変化に対するエンジン回転数変化の応答性を良好にすることができる。
また、本発明のうち請求項8に係るエンジン制御装置によれば、検出された大気圧に基づいてアイドリング状態検出のための吸気圧力の所定値を設定し、クランクシャフトの位相が所定値であるときの吸気圧力がアイドリング状態検出のための所定値以下であるときにエンジンのアイドリング状態を検出する構成としたため、エンジンのアイドリング状態を確実に検出することができると共に、アイドリング状態以外のエンジン運転状態での制御を確実に行うことができる。
【0102】
また、本発明のうち請求項9に係るエンジン制御装置によれば、検出された大気圧が高いほど、アイドリング状態検出のための吸気圧力の所定値を大きく設定する構成としたため、大気圧の変化に応じてエンジンのアイドリング状態を確実に検出することができると共に、大気圧が変化したときのアイドリング状態以外のエンジン運転状態での制御を確実に行うことができる。
【0103】
また、本発明のうち請求項10に係るエンジン制御装置によれば、検出された吸気圧力に基づいて大気圧を検出する構成としたため、大気圧センサが不要となり、その分だけ、部品点数を低減し、コストダウンを図ることができる。
また、本発明のうち請求項11に係るエンジン制御装置によれば、検出されたエンジン回転数が前記遠心クラッチの締結回転数以下であるときにエンジンのアイドリング状態を検出する構成としたため、エンジンのアイドリング状態を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、オートバイ用のエンジン及びその制御装置の概略構成図である。
図2は、図1のエンジンでクランクパルスを送出する原理の説明図である。
図3は、本発明のエンジン制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
図4は、クランクシャフトの位相と吸気圧力から行程状態を検出する説明図である。
図5は、図3の行程検出許可部で行われる演算処理を示すフローチャートである。
図6は、シリンダ内空気質量算出部に記憶されたシリンダ内空気質量算出のためのマップである。
図7は、目標空燃比算出部に記憶された目標空燃比算出のためのマップである。
図8は、過渡期補正部の作用説明図である。
図9は、図3の燃料噴射量算出部で行われる演算処理を示すフローチャートである。
図10は、図3の点火時期算出部で行われる演算処理を示すフローチャートである。
図11は、図10で設定される点火時期の説明図である。
図12は、図3の演算処理によるエンジン始動時の作用説明図である。
図13は、図3の演算処理によるエンジン始動時の作用説明図である。
図14は、図9の演算処理で行われるマイナプログラムを示すフローチャートである。
図15は、図9の演算処理で行われるマイナプログラムを示すフローチャートである。
図16は、図9の演算処理で行われるマイナプログラムを示すフローチャートである。
図17は、図14〜図16の演算処理で用いられる制御マップである。
図18は、図15、図16の演算処理で用いられる制御マップである。
図19は、エンジン始動直後の点火時期の説明図である。
図20は、スロットルオンからスロットルオフ時の点火時期の説明図である。
図21は、図14の演算処理で行われるマイナプログラムを示すフローチャートである。
図22は、図21の演算処理で用いられる制御マップである。
図23は、スロットルをゆっくり開いたときの点火時期、吸気圧力、エンジン回転数の説明図である。
図24は、スロットルをゆっくり開いたときの点火時期、吸気圧力、エンジン回転数の説明図である。
Claims (11)
- クランクシャフトの位相を検出するクランクシャフト位相検出手段と、エンジンの吸気通路内の吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、前記クランクシャフト位相検出手段で検出されたクランクシャフトの位相及び前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいてエンジンの行程を検出する行程検出手段と、前記行程検出手段で検出されたエンジンの行程に基づいてエンジンの運転状態を制御するエンジン制御手段とを備え、前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジンのアイドリング状態を検出するアイドリング検出手段と、前記アイドリング検出手段でエンジンのアイドリング状態が検出されたとき、目標エンジン回転数を設定する目標エンジン回転数設定手段と、前記アイドリング検出手段でエンジンのアイドリング状態が検出されたとき、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値に応じて点火時期を設定するアイドリング点火時期設定手段とを備え、前記アイドリング点火時期設定手段は、点火時期を進角側又は遅角側の何れかに変更して設定したとき、同じ側への点火時期変更が連続するのを回避することを特徴とするエンジン制御装置。
- 前記アイドリング点火時期設定手段は、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に所定のゲインを乗じて点火時期を設定することを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。
- 前記アイドリング点火時期設定手段は、点火時期を進角側又は遅角側の何れかに変更して設定したとき、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に乗じる、前記変更して設定された進角側又は遅角側の点火時期変更設定用ゲインを小さな値とすることを特徴とする請求項2に記載のエンジン制御装置。
- 前記アイドリング点火時期設定手段は、エンジンの回転始動直後から、前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が目標回転数から所定値の範囲に入るまで、前記目標エンジン回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数と前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数との差分値の積分値に乗じるゲインを大きな値として、エンジン回転始動直後のエンジン回転数を速やかに大きくすることを特徴とする請求項2又は3に記載のエンジン制御装置。
- エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を備え、前記アイドリング点火時期設定手段は、エンジンがアイドリング状態以外の状態からアイドリング状態になったときの点火時期を前記エンジン温度検出手段で検出されたエンジン温度に基づいて設定することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のエンジン制御装置。
- エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段を備え、前記アイドリング点火時期設定手段は、前記エンジン温度検出手段で検出されたエンジン温度に基づいて点火時期の上下限値を設定し、その上下限値で点火時期を制限することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のエンジン制御装置。
- 前記アイドリング点火時期設定手段は、前記エンジン温度検出手段で検出されたエンジン温度が高いほど、前記上下限値間の幅が狭くなるように当該点火時期の上下限値を設定することを特徴とする請求項6に記載のエンジン制御装置。
- 大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、前記アイドリング検出手段は、前記大気圧検出手段で検出された大気圧に基づいてアイドリング状態検出のための吸気圧力の所定値を設定し、前記クランクシャフト位相検出手段で検出されたクランクシャフトの位相が所定値であるときの前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力が前記アイドリング状態検出のための所定値以下であるときにエンジンのアイドリング状態を検出することを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のエンジン制御装置。
- 前記アイドリング検出手段は、前記大気圧検出手段で検出された大気圧が高いほど、前記アイドリング状態検出のための吸気圧力の所定値を大きく設定することを特徴とする請求項8に記載のエンジン制御装置。
- 前記大気圧検出手段は、前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいて大気圧を検出することを特徴とする請求項8又は9に記載のエンジン制御装置。
- エンジンと変速機との間に遠心クラッチを備え、前記アイドリング検出手段は、前記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数が前記遠心クラッチの締結回転数以下であるときにエンジンのアイドリング状態を検出することを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載のエンジン制御装置。
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