JP4023637B2

JP4023637B2 - 電子燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4023637B2
Application number: JP19698597A
Authority: JP
Inventors: 恭司椋本
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JPH1136960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気管内に燃料を噴射するエンジンにおける電子燃料噴射制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、４サイクル多気筒エンジンにおいて、各吸気ポートに燃料噴射制御弁を設け、吸気弁の背後に向けて燃料を噴射する方式があり、モータサイクルやレース用エンジンの場合には加速応答性を向上させるために各気筒の吸気管内にそれぞれ独立したスロットル弁を設けている。この方式において、バルブオーバーラップを大きくするように設計し、吸気弁を早めに開きその慣性を利用して多量の混合気を吸入すようにすれば、エンジン高回転時の性能を向上させることができるが、アイドル運転等の低回転時においては、吹き抜けが生じたり排気が戻ってくるという問題や、空吹かしのときにエンジンストールが起きてしまうという問題を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人は、特願平９−１４２３１３号において（図１参照）、燃料噴射弁１６をスロットル弁１５の上流側に設置することにより、スロットル弁１５を吸気ポート６側に近づけてスロットル弁１５の下流側の容積を減少させる方式を提案している。この方式においては、燃料噴射弁１６をスロットル弁１５の上流側に設置したために、燃料噴射弁１６から吸気弁１０までの距離が長くなり、スロットル弁を急開した場合、先ずスロットル開度が変化し続いて殆ど時間的な遅れがなく吸入空気が増大するが、吸気管中の燃料は、吸入空気の増量やスロットル開度変化の増大からベースとなる燃料供給量が増加するものの、一部の燃料は吸気管に付着後、蒸発するため、吸入空気の後追いとなるためＡ／Ｆはリーンとなる傾向が、スロットル弁１５の下流側に燃料噴射弁１６をした場合より顕著となる。
【０００４】
そこで、燃料噴射弁１６の上流側に空気抑制弁１７を設け、スロットル弁１５が開くのに遅れて空気通路１９を開くことにより、スロットル弁１５の開操作過度時におけるエンジンへの吸入空気に時定数をもたせ、過度時におけるＡ／Ｆを安定させ、滑らかなトルクの発生を実現するようにしている。
【０００５】
この空気抑制弁１７は、吸気管１３に連通する負圧室１７ｃ内の負圧、大気圧室１７ｄ内の大気圧、スプリング１７ｆのバネの力のバランスで弁体１７ｅの位置、すなわち空気抑制弁１７の開度が定まる。通常は、スロットル弁１５が所定開度以上になると、空気抑制弁１７の開度は流速の上昇により開側に移動し、１回の燃焼工程につきその位置を中心として所定幅で１往復する。この位置と往復運動及び過度応答時の時定数は、吸気管１３内の流速と、弁体１７ｅにあけられた連通孔１７ｇの空気抵抗と、スプリング１７ｆのバネ力と、弁体１７ｅの摺動抵抗と、負圧室１７ｃの体積等により定まる。その結果、多気筒エンジンにおいては、空気抑制弁１７の加工精度、組立精度等により、各気筒の空気抑制弁１７の動きにバラツキを生じ、従って、スロットル開度ではなく空気抑制弁１７により空気の流れが制限されるため、前記バラツキにより各気筒に入る空気量にバラツキを生じてしまう。
【０００６】
ところで、エンジンの燃料噴射装置においては、吸気管負圧又はスロットル開度とエンジン回転数によりエンジンの運転状態を検出し、これらにより演算を行い燃料噴射量を決定している。燃料噴射量の決定に吸気管負圧を用いる場合、多気筒エンジンにおける吸気管負圧の検出は、図２に示すように、各吸気管１３を連結チューブ２０で連結し連結チューブ内には絞りを設け干渉を阻止した上で一つの吸気管負圧センサ２１で行い、吸気管負圧センサ２１の信号処理においては、各気筒の脈動を除去し運転状態のみを検出するようなフィルタ処理を行っている。
【０００７】
図３は、１気筒あたりの吸気管負圧センサ出力を示し、吸気管負圧は、吸入行程で大気圧から急激に圧力Ｐまで低下し、圧縮行程から排気行程にかけて大気圧に戻るという曲線になっている。
【０００８】
図４は、４気筒エンジンにおいて、各吸気管を連結して一つの吸気管負圧センサで検出した場合のセンサ出力を示し、＃１気筒、＃２気筒、＃４気筒、＃３気筒の順に吸気管負圧の波形Ｐｆが出力される。エンジン回転数はクランク角センサのパルスをＣＰＵに入力し、その周期（trev）を計測することにより求め、また、クランク角センサのパルスタイミングとカムセンサのパルスタイミングにより各気筒がどの行程にあるかが判別できる。燃料噴射量の演算は、各気筒の噴射パルス出力直前のエンジン運転状態に基づいて行う。例えば、＃１気筒の噴射パルスは＃４気筒の吸入行程中に行われるため、吸気管負圧センサ信号を大きなフィルタ時定数で処理した後の吸気管負圧の値（t1時の吸気管負圧Ｐｓ）とエンジン回転数をパラメータとして、マップを参照し燃料噴射量を決めている。
【０００９】
このように燃料噴射量を決める場合、図４の中段に示すように、空気抑制弁が無いか或は空気抑制弁が有ってもその製造上のバラツキが無い場合には、吸気管負圧Ｐｓに変動がなく問題はないが、実際には、空気抑制弁には前述したよう製造上のばらつきが有るため、図４の下段に示すように、吸気管負圧Ｐｓが変動してしまい燃料噴射量に誤差が生じ、加速応答性や燃費等のエンジン性能が低下するという問題を有している。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するものであって、スロットル弁の上流側に順に燃料噴射弁、空気抑制弁を設ける多気筒エンジンであって、空気抑制弁の動きがばらついた場合でも、各気筒毎に適正な燃料量を供給することができ、エンジン性能を向上させることができる電子燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の電子燃料噴射制御装置は、多気筒エンジンの各吸気管に配設されたスロットル弁と、該スロットル弁の上流側に配設された燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の上流側に配設された空気抑制弁とを備え、各気筒の吸気管負圧とエンジン回転数により各気筒の燃料噴射量を制御し、エンジンの定常運転時に、各気筒の吸気管負圧より気筒間の吸気管負圧差を求め、各気筒の燃料噴射量演算時には、演算時の所定気筒の吸気管負圧に所定の気筒間の前記吸気管負圧差を加え、所望の気筒の吸気管負圧を予想することを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、上記気筒間の吸気管負圧差は、燃料噴射が行われる気筒と、該気筒の燃料噴射タイミング時に少なくとも１つ前の行程の状態にある気筒間の負圧差であることを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１または２において、気筒間の吸気管負圧差、吸気管負圧値及びその変化率の少なくとも一つにより空気抑制弁の故障を検知する手段を備えたことを特徴とする。
以上
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明が適用されるエンジンの例を示す断面図である。エンジン１は、例えば４サイクル４気筒５バルブエンジンであり、各気筒には３つの吸気弁と２つの排気弁が設けられている。
【００１３】
エンジン１は、シリンダケース２、シリンダヘッド３、ヘッドカバー４を有し、シリンダケース２内にはピストン５が摺動自在に装着され、シリンダヘッド３には吸気ポート６及び排気ポート７が形成されている。シリンダヘッド３にはピストン５に対向して点火プラグ９が設けられ、また、吸気ポート６には吸気弁１０が、排気ポート７には排気弁１１が設けられ、吸気弁１０及び排気弁１１は、シリンダヘッド３の上部に配設されたカムシャフト１２のカム１２ａにより開閉駆動される。吸気ポート６には吸気管１３、エアクリーナ１４が連結されている。エアクリーナ１４には、空気取入口１４ａ、フィルタ１４ｂ及び各吸気管に接続される吸気取入管１４ｃが設けられている。
【００１４】
吸気管１３には、下流側から順に、スロットル弁１５、燃料噴射弁１６及び空気抑制弁１７が配設されている。なお、スロットル弁１５、燃料噴射弁１６及び空気抑制弁１７は、各気筒の吸気管にそれぞれ設けられている。燃料噴射弁１６はスロットル弁１５に可能な限り接近させ、燃料をスロットル弁１５の上流側からバルブ面に当てるようにしている。
【００１５】
上記構成によれば、燃料噴射弁１６をスロットル弁１５の上流側に配設することにより、スロットル弁１５を吸気ポート６側に近づけることができ、スロットル弁１５の下流側の容積を減少させることができる。また、燃料噴射弁１６をスロットル弁１５に可能な限り接近させるため、吸気管１３の限られたスペースに空気抑制弁１７を装着することができる。
【００１６】
次に、本発明の特徴について説明する。図１において、空気抑制弁１７は、ハウジング１７ａ内にダイヤフラム１７ｂにより区画される負圧室１７ｃ及び大気圧室１７ｄを有し、ダイヤフラム１７ｂには、吸気管１３内に摺動自在にされる弁体１７ｅが連結され、弁体１７ｅはスプリング１７ｆにより図で左方向に付勢されている。弁体１７ｅの先端と負圧室１７ｃは連通孔１７ｇにより連通され、また、大気圧室１７ｄは連通孔１７ｈにより大気に連通されている。弁体１７ｅは矩形状になっており、弁体１７ｅが吸気管１３にあたる位置（図で左側）で最低開度の空気通路１９が確保され、これによりスロットル弁の所定開度までの最低吸気量を確保している。
【００１７】
上記構成からなる空気抑制弁１７の作用について説明する。空気抑制弁１７は、吸気管１３に連通する負圧室１７ｃ内の負圧、大気圧室１７ｄ内の大気圧、スプリング１７ｆのバネの力のバランスで弁体１７ｅの位置、すなわち空気抑制弁１７の開度が定まる。従って、スロットル弁１５が低開度にあるときの加速では、スロットル弁１５を開けるにつれて、空気通路１９の流速が早くなり、吸気管１３に連通する負圧室１７ｃの負圧が大きくなり、弁体１７ｅが釣り合い方向に動きだし、空気通路１９が開き始める。よって、スロットル弁１５が開くのに遅れて負圧室１７ｃ内の圧力が減少し、空気抑制弁１７が開くことにより、スロットル弁１５の開操作過度時におけるエンジンへの吸入空気を、ある時定数をもって遅らせ、過度時におけるＡ／Ｆを安定させるようにしている。
【００１８】
図５は、本発明の電子燃料噴射制御装置の１実施形態を示す制御系の構成図であり、図１及び図２で説明した４サイクル４気筒エンジン１、点火プラグ９、吸気管１３、エアクリーナ１４、スロットル弁１５、燃料噴射弁１６、空気抑制弁１７、連結チューブ２０、吸気管負圧センサ２１が示されている。エンジン１には、カム軸センサ（或る気筒の例えば圧縮上死点を判別する気筒判別センサ）、クランク角センサ（エンジン回転数センサ）、水温センサが設けられている。また、スロットル弁１５の開度を検出するスロットルセンサ、エアクリーナ１４における吸気温度を検知する吸気温センサ、排気系の酸素濃度を検知する酸素センサ、大気圧を検知する大気圧センサが設けられている。
【００１９】
各センサの検出信号は、電子制御装置ＥＣＵに伝送され、ここで検出信号はデジタル値に変換され、燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期を決定するための演算処理が行われ、燃料噴射パルス信号及び点火パルス信号が燃料噴射弁１６及び点火プラグ９に出力される。また、電子制御装置ＥＣＵには、後述する空気抑制弁１７の故障を表示するための表示ランプＬ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4が接続されている。
【００２０】
図６及び図７は、本発明の電子燃料噴射制御装置の１実施形態を示す制御フロー図である。前述したように、燃料噴射量の演算は、各気筒の噴射パルス出力直前のエンジン運転状態に基づいて行う。例えば、図４に示すように、＃１気筒の噴射パルスは＃４気筒の吸入行程中に行われるため、吸気管負圧センサ信号を大きなフィルタ時定数で処理した後の吸気管負圧の値（t1時の吸気管負圧Ｐｓ）とエンジン回転数をパラメータとして、マップを参照し燃料噴射量を決めている。空気抑制弁１７には製造上のばらつきが有るため、図４の下段に示すように、吸気管負圧センサ出力がばらついて出力される。
【００２１】
図６（Ａ）の吸気管負圧センサ信号処理は、吸気管負圧センサ信号を読み込み、この信号をバンドパスフィルタにより大きな時定数でフィルタ処理し（ステップＳ２）、図４の下段に示すＰｓ（吸気管負圧時定数大）として保存する。
【００２２】
図６（Ｂ）の気筒別負圧演算処理は、先ずステップＳ４で定常運転時（スロットル開度変化及びエンジン回転数変化が所定範囲内）か否かが判定され、定常運転時のときのみ以下の演算を行う。ステップＳ５でエンジン回転数Ｎ及びスロットル開度ＴＨを読み込み、ステップＳ６で吸気管負圧センサ信号を読み込み、ステップＳ７で小さな時定数でフィルタ処理を行い、ステップＳ８で図４の下段に示すＰｆ（吸気管負圧時定数小）として保存する。次に、ステップＳ９でクランク角カウンタが２であるか否かが判定される。クランク角カウンタ０〜７は、図４に示すように、カムセンサパルス間隔７２０゜の間でクランク角センサから９０゜毎に出力されるパルスを区別するためのカウンタであり、クランク角カウンタが２のときは＃１気筒が吸入から圧縮行程に入ったことを意味している。従って、クランク角カウンタが２であれば、そのときのＰｆを＃１気筒の負圧値Ｐｆ（＃１）とし、ステップＳ１１でエンジン回転数Ｎ及びスロットル開度ＴＨをパラメータとして負圧値Ｐｆ（＃１）をメモリ内のマップＣに書き込む。
【００２３】
次に、ステップＳ１２〜Ｓ１７において同様にしてクランク角カウンタが４、６、０を判定し、＃２気筒、＃４気筒、＃３気筒の負圧値Ｐｆ（＃２）、Ｐｆ（＃４）、Ｐｆ（＃３）をそれぞれマップＣに書き込んで学習処理をしている。以下、運転状態が移行しエンジン定常状態となるごとに上記処理を繰り返し、マップを埋めていく。なお、この処理は工場出荷時や点検修理時に行ってもよいし、走行中に行い、随時、更新するようにしてもよい。
【００２４】
図７は、燃料噴射時間演算処理を示し、先ず、ステップＳ２１で＃１気筒の計算タイミングか否かを判定する。これは、図４に示すように＃１気筒の燃料噴射タイミングは、＃４気筒の吸入行程で行うのでそのタイミングで計算する。＃１気筒の計算タイミングになっていれば、ステップＳ２２で、＃４気筒の負圧値Ｐｆ（＃４）と＃１気筒の負圧値Ｐｆ（＃１）を図６（Ｂ）で求めたマップから読み込み、その差とＰｆ（＃４−１）を計算し、次にステップＳ２３で、この差を図６（Ａ）で求めたＰｓ（吸気管負圧時定数大）に加えて補正負圧値Ｐとし、ステップＳ２４において、この補正負圧値Ｐとエンジン回転数から周知の方法により燃料噴射時間（図４のパルス幅tinj）を演算する。従って、図４の下段に示すようにＰｓが変動してもこれにＰｆ（＃４−１）を加えるので、適正な燃料噴射量を設定することができる。
【００２５】
以下同様に、＃２気筒についてはＰｆ（＃３−２）を、＃４気筒についてはＰｆ（＃１−４）を、＃３気筒についてはＰｆ（＃２−３）を計算し、それぞれＰｓ（吸気管負圧時定数大）に加えて補正負圧値Ｐとする。
【００２６】
図８は、空気抑制弁の故障検出処理のフロー図である。本発明においては、ある気筒の空気抑制弁が故障と判定された場合には、その気筒の空気抑制弁を交換するか、或は過去の正常時の吸気管負圧値に基づいて補正を行い燃料噴射量を制御する。
【００２７】
先ず、ステップＳ５１で定常運転時（スロットル開度変化及びエンジン回転数変化が所定範囲内）か否かが判定され、定常運転時のときのみ以下の処理を行う。ステップＳ５２で２つの気筒の負圧差Ｐｆ（＃ｎ−ｍ）が所定値P(FAIL1)より小さいか否かが判定され、所定値以上であれば、ステップＳ５３で故障した空気抑制弁を特定することができる。本例は、空気抑制弁がスロットル全閉付近で固着した場合の検出方法であり、図９に示すように、＃２気筒の空気抑制弁がスロットル全閉付近で固着した場合、他気筒の負圧が大気圧側にシフトしても＃２気筒の負圧はその量が少ないため、負圧センサの出力値に差が生じる。この差が所定値以上になったとき故障と判定できる。
【００２８】
図１０は、＃２気筒の空気抑制弁がスムーズに動かず、引っかかりながら動いているよう場合を示し、ステップＳ５４で計測タイミングｔａの範囲にあるか否かを判定し、この範囲内にあれば、ステップＳ５５、５６でバンドパスフィルタ通過後の大きな時定数で処理した吸気管負圧センサ信号を読み込み、クランク角センサと同期してｔａ間計測し、故障検知信号Ｐｂとして保存し、ステップＳ５７でＰｂ（＃ｎ）が所定値Ｐ_C±P(FAIL2)より小さいか否かが判定され、所定値以上であれば、ステップＳ５８で故障した空気抑制弁を特定することができる。なお、吸気管負圧の脈動は、エンジン回転数の上昇に比例して周波数が上昇するため、バンドパスフィルタの時定数を固定していると特定の運転状態でしか故障検知が行えない。しかし、吸気管負圧センサ信号のフィルタ処理をＣＰＵのソフトウエア処理で実現できるため、バンドパスフィルタを通さない信号をＣＰＵに取り込み、エンジン回転数に応じてバンドパスフィルタの時定数を変えることにより、検出できる運転状態の領域を広げることができる。
【００２９】
図１１は、全気筒の空気抑制弁がスロットル弁への応答性が悪くなった場合を示し、ステップＳ５９、６０でスロットル開度及びエンジン回転数が所定範囲にあるか否かが判定され、所定範囲にあれば、ステップＳ６１でスロットル開度変化率が所定値αthより大きく、かつ所定時間以上継続したか否かが判定され、また、ステップＳ６２でＰｓ変化率が所定値αpより大きく、かつ所定時間以上継続したか否かが判定され、ＮＯであれば、ステップＳ６３で全ての気筒の空気抑制弁が故障と判定する。故障と判定された空気抑制弁に対応してステップＳ６４で表示ランプ（Ｌ1〜Ｌ4）が点灯される。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、各吸気管を連結して一つの吸気管負圧センサにより各気筒の負圧を検出するようにしているが、各気筒に別個に吸気管負圧センサを設けるようにしてもい。
【００３１】
また、上記実施形態においては、空気抑制弁を吸気管負圧と大気圧との差により開閉する構造のものを採用しているが、スロットル弁と同様の構造の弁を採用し、これをモータにより制御するようにしてもよい。その場合には、モータにより空気抑制弁の開度の制御が可能になる。また、上記実施形態においては、４気筒５バルブのエンジンについて説明したが、これに限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜４記載の発明によれば、スロットル弁の上流側に順に燃料噴射弁、空気抑制弁を設ける多気筒エンジンであって、空気抑制弁の動きがばらついた場合でも、各気筒毎に適正な燃料量を供給することができ、エンジン性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるエンジンの例を示す断面図である。
【図２】吸気管負圧センサの配置例を示す図である。
【図３】１気筒あたりの吸気管負圧センサ出力を示す図である。
【図４】４気筒エンジンにおいて、各吸気管を連結して一つの吸気管負圧センサで検出した場合のセンサ出力を示す図である。
【図５】本発明の電子燃料噴射制御装置の１実施形態を示す制御系の構成図である。
【図６】本発明の電子燃料噴射制御装置の１実施形態を示す制御フロー図である。
【図７】図６に続く制御フロー図である。
【図８】空気抑制弁の故障検出処理のフロー図である
【図９】故障検出方法の例を説明するための図である。
【図１０】故障検出方法の例を説明するための図である。
【図１１】故障検出方法の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…エンジン
１３…吸気管
１５…スロットル弁
１６…燃料噴射弁
１７…空気抑制弁

Claims

多気筒エンジンの各吸気管に配設されたスロットル弁と、該スロットル弁の上流側に配設された燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の上流側に配設された空気抑制弁とを備え、各気筒の吸気管負圧とエンジン回転数により各気筒の燃料噴射量を制御し、エンジンの定常運転時に、各気筒の吸気管負圧より気筒間の吸気管負圧差を求め、各気筒の燃料噴射量演算時には、演算時の所定気筒の吸気管負圧に所定の気筒間の前記吸気管負圧差を加え、所望の気筒の吸気管負圧を予想することを特徴とする電子燃料噴射制御装置。
上記気筒間の吸気管負圧差は、燃料噴射が行われる気筒と、該気筒の燃料噴射タイミング時に少なくとも１つ前の行程の状態にある気筒間の負圧差であることを特徴とする請求項１記載の電子燃料噴射制御装置。
気筒間の吸気管負圧差、吸気管負圧値及びその変化率の少なくとも一つにより空気抑制弁の故障を検知する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２項に記載の電子燃料噴射制御装置。