JP4144704B2 - 電子制御燃料噴射装置及び燃料噴射制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関(以下、単にエンジンと称す)へ燃料を直接噴射する電子制御燃料噴射装置に関し、特に、二輪車等に搭載されるエンジンに適用されて、往復動するプランジャ及びベーパを排出するパージ弁を備えた電子制御燃料噴射装置及び燃料噴射制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車に搭載のエンジンに適用される電子制御燃料噴射装置としては、例えば、燃料タンクから燃料を送出する低圧ポンプ、低圧配管により導かれえた燃料を加圧して送出する高圧ポンプ、高圧ポンプにより圧送された燃料を導くコモンレール、コモンレールからそれぞれ分岐して導かれる燃料を噴射する噴射弁、コモンレール内のベーパを排出するべくコモンレールの端部に配置されたベーパ排出弁(パージ弁)等を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
一方、二輪車等に搭載のエンジンに適用される電子制御燃料噴射装置としては、例えば燃料タンクから低圧配管により導かれた燃料を、電磁力により駆動されるプランジャで吸引及び圧送し、圧送行程の初期領域でベーパ混じりの燃料を燃料タンクに戻し、圧送行程の後期領域で燃料をノズルから吸気通路に直接噴射するものが知られている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−257177号公報
【特許文献2】
特開2001−221137号公報
【特許文献3】
特開2002−155828号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記自動車のエンジンに適用される従来の電子制御燃料噴射装置では、噴射弁そのものが燃料を吸引して噴射するのではなく、低圧ポンプ及び高圧ポンプを必要とし、かつ、コモンレールに設けられたベーパ排出弁は、ポンプの駆動力とは別の専用の電磁力により駆動される。
したがって、高圧ポンプ、低圧ポンプ、ベーパ排出弁を個別に駆動するためのエネルギが必要となり、全てを電力にて行う場合は消費電力の増加を招く。
【0006】
一方、二輪車のエンジンに適用される従来の電子制御燃料噴射装置では、プランジャが移動して燃料を加圧する圧送行程においては、図17に示すように、ベーパのパージ駆動(Tp)と燃料の噴射駆動(Tinj)を必ず続けて行うものである。したがって、プランジャの駆動開始から実際に燃料が噴射されるまでの駆動時間(無効時間:Tp)を短縮することが望まれていた。
また、プランジャの移動ストロークSとしては、図17に示すように、パージのためのストロークSpと噴射のためのストロークSinjとを加算したストロークStが必要であった。
さらに、エンジンの状態、環境温度等種々の要因に応じて燃料内に発生するベーパの量も異なるため、それぞれの要因を考慮してベーパの排出が効率良く行われるようにする必要がある。
【0007】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡略化、小型化、低消費電力化等を図りつつ、燃料内に発生するベーパ(気泡)を効率良く排出でき、エンジンの状態に応じた最適な燃料噴射が行える電子制御燃料噴射装置及び燃料噴射制御方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子制御燃料噴射装置は、往復動により燃料を吸引及び圧送するプランジャ、プランジャにより圧送される圧送室内のベーパを燃料タンクへ排出するべく排出口を開閉するパージ弁、プランジャに対して電磁駆動力を及ぼすための励磁用のコイル、を備えた電子制御燃料噴射装置であって、上記パージ弁は、コイルに対する一方向への通電により閉弁しかつ他方向への通電により開弁するように形成されている、構成となっている。
この構成によれば、コイルが一方向(正方向)に通電されると、発生する電磁力によりパージ弁が閉弁した状態でプランジャが駆動(燃料噴射駆動)されるため、圧送室内の燃料が圧送(加圧)されて噴射される。一方、コイルが他方向(逆方向)に通電されると、発生する電磁力によりパージ弁が開弁した状態でプランジャが駆動(パージ駆動)されるため、圧送室内に滞留したベーパがプランジャのポンプ作用により排出口から燃料タンクへ排出される。このように、コイルの通電方向を切替えることで、パージ駆動及び燃料噴射駆動の一方の駆動のみ又は両方の駆動を適宜行わせることができる。
これにより、従来のような燃料噴射時の無効時間を省くことができ、必要なときにのみパージ駆動を行って効率良くベーパを排出させることができる。また、パージ弁を駆動する電磁力を得るために、プランジャを駆動するためのコイルを兼用しているため、構造が簡略化され、小型化され、消費電力も低減される。
【0009】
上記構成において、プランジャは、往復動方向に貫通して形成され圧送室に連通すると共に排出口を画定する貫通路を有し、パージ弁は、圧送室側において貫通路を開閉し得るように往復動自在に配置されかつコイルへの通電によりプランジャに発生する磁極と吸引又は反発を生じるように着磁されている、構成を採用できる。
この構成によれば、コイルが一方向に通電されると、プランジャが駆動されると同時に、プランジャの圧送室側端部に生じる磁極(例えば、S極)とパージ弁の磁極(例えば、N極)との吸引力により、パージ弁は貫通路を閉塞した状態となり、燃料の噴射(燃料噴射駆動)が行われる。一方、コイルが他方向に通電されると、プランジャが駆動されると同時に、プランジャの圧送室側端部に生じる磁極(例えば、N極)とパージ弁の磁極(例えば、N極)との反発力によりパージ弁は貫通路を開放した状態となり、ベーパの排出(パージ駆動)が行われる。
【0010】
また、上記構成において、プランジャを往復動自在に収容しかつ壁面において圧送室に連通する排出口を画定する筒体を有し、パージ弁は、圧送室側において排出口を開閉し得るように往復動自在に配置されかつコイルへの通電によりプランジャに発生する磁極と吸引又は反発を生じるように着磁されている、構成を採用できる。
この構成によれば、コイルが一方向に通電されると、プランジャが駆動されると同時に、プランジャの圧送室側端部に生じる磁極(例えば、N極)とパージ弁の磁極(例えば、N極)との反発力によりパージ弁は筒体の壁面に形成された排出口を閉塞した状態となり、燃料の噴射(燃料噴射駆動)が行われる。一方、コイルが他方向に通電されると、プランジャが駆動されると同時に、プランジャの圧送室側端部に生じる磁極(例えば、S極)とパージ弁の磁極(例えば、N極)との吸引力によりパージ弁は筒体の壁面に形成された排出口を開放した状態となり、ベーパの排出(パージ駆動)が行われる。
【0011】
上記構成において、パージ弁は、コイルに対して非通電のとき、排出口を開放するように形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、非通電の状態で、圧送室内に発生したベーパは自然に排出されるため、常にベーパの滞留を防止できる。また、パージ駆動を行う場合、駆動の初期から効率良くベーパが排出される。したがって、パージ特性を重視する装置において有効である。
【0012】
上記構成において、パージ弁は、コイルに対して非通電のとき、排出口を閉鎖するように形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、燃料噴射駆動を行う場合、駆動の初期から加圧(圧送)がなされるため、噴射時間を短縮できる。したがって、噴射特性を重視する装置において有効である。
【0013】
上記構成において、エンジンの状態に応じた燃料を噴射させるべくコイルへの通電を制御する制御手段を有し、制御手段は、エンジンが所定の状態にあるとき、パージ弁を開弁させるパージ駆動及び/又は閉弁させて燃料を噴射させる燃料噴射駆動を行わせるべくコイルに対して通電制御を行う、構成を採用できる。
この構成によれば、エンジンが所定の状態(例えば、燃料内にベーパが発生し易い運転状態又は高温停止状態、ベーパが発生し難い高速高負荷状態等)にあるとき、それらの状態に応じてパージ駆動のみ、パージ駆動及び燃料噴射駆動の両方、あるいは、燃料噴射駆動のみを行わせるように制御できるため、エンジンの状態に応じた必要量の燃料を高精度に噴射させることができる。
【0014】
上記構成において、制御手段は、エンジンがアイドル運転状態にあるとき、パージ駆動を行わせるべくコイルに対して通電制御を行う、構成を採用できる。
この構成によれば、エンジンがアイドル運転状態にあるとき、燃料を噴射させる通電(例えば、パルス通電)の合間に、ベーパを排出するパージ駆動のための通電(例えば、パルス通電)を追加するため、燃料流量の少ない状態でも、発生したベーパを効率良く排出でき、又、冷却作用が得られてベーパの発生を抑制できる。
【0015】
上記構成において、制御手段は、エンジンを始動させるための電源が始動前のオン状態にされたとき、パージ駆動を行わせるべくコイルに対して通電制御を行う、構成を採用できる。
この構成によれば、エンジンの始動又は再始動に先立って、パージ弁を開弁させるため、圧送室内に滞留したベーパを予め排出させることができ、エンジンの始動性、特に再始動性が向上する。
【0016】
上記構成において、制御手段は、電源がオン状態にされてから所定の時間に亘りパージ駆動を行わせるべくコイルに対して通電制御を行う、あるいは、電源がオン状態にされてから所定の回数だけパージ駆動を行わせるべくコイルに対してパルス通電制御を行う、構成を採用できる。
この構成によれば、予め設定された所定の時間だけあるいは所定の回数だけ通電(パルス通電)を行うため、ベーパが完全に排出された後の無駄な駆動が避けられ、消費電力が低減される。
【0017】
上記構成において、制御手段は、コイルの電流、電源の電圧、燃料を噴射させるパルス通電周波数の少なくとも一つの状態量に基づき、パージ駆動を行わせるべくコイルに対して通電制御を行う、構成を採用できる。
この構成によれば、エンジンの運転に関係する上記状態量に基づき通電制御を行う(例えば、通電のパルス幅を制御する)ことで、ベーパを効率良く排出させることができ、それ故に燃料の噴射量を高精度に制御できる。
【0018】
上記構成において、制御手段は、温度情報に基づき、パージ駆動を行わせるべくコイルに対して通電するパルス幅を設定する、構成を採用できる。
この構成によれば、例えば、燃料温度、あるいは、燃料温度と関係があるエンジン温度、オイル温度、コイル温度等の温度情報に基づいて、ベーパを排出させるパージ駆動を行うための通電のパルス幅を設定することで、エンジンの運転状態に応じて、燃料の噴射量をより高精度に制御できる。
【0019】
上記構成において、制御手段は、パージ駆動を行うか否かを、温度情報に基づき決定する、構成を採用できる。
この構成によれば、燃料温度、あるいは、燃料温度と関係する外気温度、エンジン温度、オイル温度、コイル温度等の温度情報に基づき、ベーパを排出させるパージ駆動を行うか否かを決定することで、例えば、ベーパが発生しないような極端に寒い環境下においては、通電を行わないことで無駄な駆動を避けて消費電力を低減できる。
【0020】
また、本発明の燃料噴射制御方法は、往復動により燃料を吸引及び圧送するプランジャ、プランジャにより圧送される圧送室内のベーパを燃料タンクへ排出するべく排出口を開閉するパージ弁、プランジャに対して電磁駆動力を及ぼすための励磁用のコイルを備え、燃料の噴射を制御する燃料噴射制御方法であって、上記コイルへの通電方向を切り替えることにより、パージ弁を開弁させてベーパを排出するパージ駆動とパージ弁を閉弁させて燃料を噴射させる燃料噴射駆動とを、選択的に行う、構成となっている。
この構成によれば、エンジンが所定の状態(例えば、燃料内にベーパが発生し易い運転状態又は高温停止状態、ベーパが発生し難い高速高負荷状態等)にあるとき、それらの状態に応じてコイルへの通電方向を切替えて、パージ駆動のみの行程、パージ駆動及び燃料噴射駆動の両方の行程、あるいは、燃料噴射駆動のみの行程を、適宜選択して燃料の噴射が制御されるため、エンジンの状態に応じた必要量の燃料を高精度に噴射させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき説明する。
図1ないし図11は、本発明に係る電子制御燃料噴射装置を二輪車に搭載されたエンジンの燃料供給システムに適用した一実施形態を示すものである。この燃料供給システムは、図1に示すように、二輪車の燃料タンク1、エンジン2の吸気通路2aに配置された電磁駆動型のポンプ部20及びノズル部30からなる電子制御燃料噴射装置10、燃料を供給するフィードパイプ3、フィードパイプ3の途中に配置された低圧フィルタ4、供給された燃料の一部(余剰燃料)を燃料タンク1に戻すリターンパイプ5、ポンプ部20の駆動を制御する制御手段としてのコントロールユニット(C/U)40、電源としてのバッテリ50、システム全体の電源のオン/オフ及びエンジン2の始動を行うキースイッチ60等を備えている。
【0022】
ポンプ部20は、図1に示すように、円柱状のプランジャ21、プランジャ21を往復動自在に収容する筒体としてのスリーブ22、スリーブ22の外側に配置され磁力線を通すヨーク23、励磁用のコイル24、スリーブ22の先端側に画定される圧送室P内に向かう流れのみを許容するチェックバルブ25、プランジャ21内に形成された貫通路21aを開閉するパージ弁26、圧送室P内の燃料が所定圧力以上に加圧されたときに吐出を許容するチェックバルブ27等を備えている。尚、コイル24への非通電のとき、プランジャ21はリターンスプリング(不図示)により付勢されて休止位置(図1で示す左側寄りの位置)に位置付けられている。
【0023】
プランジャ21は、図1及び図2に示すように、往復動方向に貫通して形成された貫通路21aの一端部においてパージ弁26が着座して開閉する排出口を画し、コイル24への通電により常に一定方向に駆動され、コイル24への非通電によりリターンスプリングの付勢力により休止位置に復帰するものである。
また、プランジャ21には、コイル24への通電方向(正方向か逆方向か)に応じて、一端側にN極及び他端側にS極が発生し、又は、一端側にS極及び他端側にN極が発生する。
【0024】
パージ弁26は、図2に示すように、圧送室P側において貫通路21aを開閉し得るように、プランジャ21に往復動自在に配置されている。
すなわち、パージ弁26は、図2に示すように、N極及びS極に着磁された永久磁石としての弁部26a、弁部26aに連結され貫通路21a内に摺動自在に挿入された支持部26b等により形成されている。そして、コイル24への一方向(正方向)通電により図2(a)に示すように閉弁しかつ他方向(逆方向)通電により図2(b)に示すように開弁するようになっている。尚、図2(b)においては、コイル24への他方向(逆方向)通電を開始した直後の状態で、軽量のパージ弁26が開弁し、重量のプランジャ21が移動を開始した途中の状態を示している。
ここで、支持部26bには、図2(a)に示すように、その外周面において軸線方向に伸長する複数の溝26b´が形成されており、パージ弁26が開弁状態にあるとき、圧送室Pと貫通路21aとを連通させる。
【0025】
ここで、パージ弁26の具体的な支持方法としては、図3に示すように、支持部26bの端部に鍔部26b´´を設け、プランジャ21の貫通路21a内に配置され鍔部26b´´を付勢するスプリング26cを設ける。そして、コイル24への非通電の状態では、パージ弁26がスプリング26cの付勢力により常時閉弁状態となるように形成される。
尚、スプリング26cを設けなくても、プランジャ21からの脱落を防止できる限り、非通電の状態で弁部26aとプランジャ21との間に作用する磁気的吸引力により、パージ弁26を閉弁状態に保持することも可能である。
【0026】
コイル24への通電/非通電によるプランジャ21及びパージ弁26の動作について、図4に基づき説明する。
先ず、非通電の状態では、図4(a)に示すように、プランジャ21は休止位置に位置し、又、パージ弁26は、スプリング26c(図3参照)の付勢力及び磁気的吸引力によりプランジャ21に接触して、貫通路21a(排出口)を閉塞している。
【0027】
この休止状態において、コイル24が一方向(正方向)に通電されると、図4(b)に示すように、ヨーク23内に磁力線(一点鎖線)の流れが生じ、発生する電磁力により、プランジャ21は下向き(圧送室Pを圧縮する向き)に移動する。一方、プランジャ21の端部にはS極が発生するため、このS極と弁部26aのN極とが吸引し合って、パージ弁26は強固に貫通路21aを閉塞した状態に維持される。すなわち、圧送室P内の燃料が加圧(圧送)されて燃料噴射駆動が行われる。尚、非通電にすることで、図4(a)に示す休止位置に復帰する。このように、燃料噴射駆動を行う場合は、駆動開始前の非通電の状態で予めパージ弁26は閉弁しているため、駆動の初期から加圧がなされて噴射時間(昇圧に要する時間)が短縮され、噴射特性を重視する装置において有効である。
【0028】
一方、休止状態において、コイル24が他方向(逆方向)に通電されると、図4(c)に示すように、ヨーク23内に磁力線(一点鎖線)の流れが生じ、発生する電磁力により、プランジャ21は下向き(圧送室Pを圧縮する向き)に移動する。一方、プランジャ21の端部にはN極が発生するため、このN極と弁部26aのN極とが反発し合って、パージ弁26は下向きに移動して貫通路21aを開放した状態となる。すなわち、プランジャ21のポンプ作用により圧送室Pに滞留したベーパ又はベーパ混じりの燃料が貫通路21aを通って排出されるパージ駆動が行われる。尚、非通電にすることで、図4(a)に示す休止位置に復帰する。
【0029】
ノズル部30は、図1に示すように、所定の絞り口径をもつオリフィスノズル31、オリフィスノズル31を通過した燃料が所定圧力以上のとき開弁するポペットバルブ32、燃料を噴射する噴射口33、燃料を霧化するためのエア(空気)を供給するアシストエアパイプ34等を備えている。
【0030】
上記構成からなる電子制御燃料噴射装置10においては、コイル24が所定のパルス幅にて一方向(正方向)に通電されて電磁駆動力を発生すると、図2(a)及び図4(b)に示す燃料噴射駆動が行われ、プランジャ21は圧送室P内の燃料を所定の圧力に加圧する。そして、所定以上に加圧された燃料は、チェックバルブ27を開弁させて、オリフィスノズル31を通って計量され、ポペットバルブ32を開弁させ、アシストエアと共に噴射口33から吸気通路2aに向けて霧状になって噴射される。
【0031】
コイル24への通電が断たれると、プランジャ21がリターンスプリングの付勢力により休止位置に押し戻される。この際に、チェックバルブ25が開弁してフィードパイプ3から圧送室Pに向けて燃料が吸引され、次の噴射に備えて待機することになる。
【0032】
一方、コイル24が所定のパルス幅にて他方向(逆方向)に通電されて電磁駆動力を発生すると、図2(b)及び図4(c)に示すパージ駆動が行われ、プランジャ21は圧送室Pを圧縮するポンプ作用を行うと同時に、パージ弁26は貫通路21aを開放する。そして、圧送室P内に滞留していたベーパ又はベーパ混じりの燃料が、プランジャ21のポンプ作用により、貫通路21aを通り抜けリターンパイプ5に向けて排出される。
【0033】
コイル24への通電が断たれると、パージ弁26が貫通路21aを閉塞すると同時に、プランジャ21がリターンスプリングの付勢力により休止位置に押し戻される。この際に、チェックバルブ25が開弁してフィードパイプ3から圧送室Pに向けて燃料が吸引され、次の噴射に備えて待機することになる。
【0034】
この電子制御燃料噴射装置10によれば、燃料噴射駆動を行う際に必ずパージ駆動が行われるような従来のものと異なり、図5に示すように、パージ駆動Tpと燃料噴射駆動Tinjとを適宜選択して駆動させることができ、エンジン2の運転状態に応じて、例えば、パージ駆動+燃料噴射駆動、パージ駆動のみ、燃料噴射駆動のみの駆動を行わせることができる。
【0035】
パージ駆動を行う場合は、図6(a)に示すように、コイル24に逆方向(他方向)の通電を行うことで、プランジャ21を休止位置から駆動(移動)させると同時にパージ弁26を開弁させてベーパ等を排出させる。このとき、プランジャ21はポンプ作用をなすため、リターンパイプ5がポンプ部20の出口よりも下方に位置するような谷形状の配管であっても、ベーパを円滑に排出できる。したがって、リターンパイプ5を配置する際の自由度が増す。尚、プランジャ21のストロークSp及び駆動時間Tpは、必要に応じて適宜制御することができ、例えば、プランジャ21を移動範囲の端部まで移動させてもよい。
【0036】
一方、燃料噴射駆動を行う場合は、図6(b)に示すように、コイル24に正方向(一方向)の通電を行うことで、パージ弁26を閉弁状態に保持させつつプランジャ21を休止位置から駆動(移動)させて、燃料を圧送及び噴射させる。このとき、図7に示すように、噴射行程の前に従来のようなパージ行程が無く、プランジャ21が移動を開始すると同時に噴射行程が開始される。尚、プランジャ21のストロークSinj及び駆動時間Tinjは、必要に応じて適宜制御することができ、ストロークSinjは、パージ駆動の際のストロークSpよりも短くすることができる。
【0037】
したがって、実際の噴射に至るまでの無効時間が解消され、特に、小流量の運転領域では、駆動時間に対する噴射量の割合も小さいため、この無効時間が無くなることで噴射精度が向上する。
また、パージ行程が無いため、パージが燃料の噴射に影響しない。すなわち、パージ行程においては、パージの有無によりプランジャ21の動きに変化を生じ得るが、パージ行程そのものが無いためパージの影響を防止できる。その結果、プランジャ21の動作が安定し、燃料噴射が安定して高精度に行われる。
【0038】
さらに、パージ駆動と燃料噴射駆動とを別々に駆動できるため、必要なときにだけパージ駆動を行うことで、消費電力等を低減でき、噴射特性を改善できる。例えば、高速(高回転)高負荷の運転状態においては、燃料流量が多くてベーパが殆んど発生せずパージ駆動を行う必要がないため、この運転領域でパージ駆動を行わないことで、噴射行程に必要なプランジャ21の移動ストロークSinjも短くでき、消費電力を低減できると共に噴射特性を改善できる。
また、プランジャ21の駆動に必要なストロークが従来に比べて短くなるため、ソレノイド機構としての最適な設計が可能になり、プランジャ21の推進力(電磁駆動力)を増加させることができる。
【0039】
制御手段としてのコントロールユニット(C/U)40は、図1に示すように、種々の演算処理を行うと共に制御信号を発するCPU,MPU等の制御部41、ポンプ部20を駆動するポンプ駆動回路42、種々の状態量を検出して制御部41に出力する検出回路43、キースイッチ60の状態(電源がオンか否か)及びバッテリ50の電圧等を検出して制御部41に出力する検出回路44、エンジンの運転情報を含む種々の情報が記憶された記憶部45等を備えている。
ここで、検出回路43は、ポンプ駆動回路42によりコイル24へ通電される電流値あるいは駆動パルスの周波数、スロットルバルブ2bの開度、温度センサ2cにより検出されるエンジン2の温度等の状態量を検出する。
【0040】
ポンプ駆動回路42は、図8に示すように、電界効果型トランジスタ等を含むスイッチ回路410,411,412,413、スイッチ回路410を駆動する駆動回路414、スイッチ回路411を駆動する駆動回路415、スイッチ回路412を駆動する駆動回路416、スイッチ回路413を駆動する駆動回路417、所定の容量(例えば100μF程度)をもつコンデンサ418等により形成されている。
【0041】
このポンプ駆動回路42においては、図9に示すように、パージ駆動及び燃料噴射駆動に応じて、それぞれのスイッチ回路410〜413がON/OFFされ、又、図10に示すように、コイル24への通電時に蓄えられたエネルギを通電停止時にコンデンサ418に移動させて蓄え、次の駆動開始時にコンデンサ418に蓄えられたエネルギを有効に利用して、コイル24に通電する際の急激な電流(電圧)の立ち上がりを図っている。
【0042】
すなわち、パージ駆動を開始するときは、スイッチ回路411,412がONになり、コイル24に逆方向(他方向)の駆動電圧が加わる。このとき、最初にコンデンサ418に蓄えられた電圧V1(例えば、60V)が加わり、コンデンサ418の放電が終了した時点で、電源電圧V0(例えば、12V)が加わる。一方、パージ駆動を停止するときは、スイッチ回路411,412がOFFになり、駆動電流のエネルギは、スイッチ回路410,413に内蔵されたダイオードを通り、コンデンサ418に電荷として充電される。そして、駆動電流が零になったときコンデンサ418の電圧上昇も停止する。
【0043】
燃料噴射駆動を開始するときは、スイッチ回路410,413がONになり、コイル24に正方向(一方向)の駆動電圧が加わる。このとき、パージ駆動時と同様に最初にコンデンサ418に蓄えられた電圧V1(例えば、60V)が加わり、コンデンサ418の放電が終了した時点で、電源電圧V0(例えば、12V)が加わる。
一方、燃料噴射駆動を停止するときは、スイッチ回路410,413がOFFになり、駆動電流のエネルギは、スイッチ回路411,412に内蔵されたダイオードを通り、コンデンサ418に電荷として充電される。そして、駆動電流が零になったときコンデンサ418の電圧上昇も停止する。
【0044】
すなわち、パージ駆動と燃料噴射駆動を交互に行う場合、上記の動作が繰り返されて、コイル24への通電が行われる。尚、この動作は、パージ駆動を連続して行う場合、燃料噴射駆動を連続して行う場合も同様である。
このように、コイル24への通電時にコンデンサ418に蓄えられたエネルギを次の駆動時に有効に利用することにより、プランジャ21を駆動する際の高速化が達成される。
【0045】
次に、上記燃料供給システムにおける電子制御燃料噴射装置10の駆動につき、図1のシステム図及び図11のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、キースイッチ60がオン(電源がオン状態)にされると(ステップS1)、制御部41がポンプ駆動回路42に制御信号は発し、ポンプ駆動回路42は、コイル24に対してパージ駆動(Tp)のためのパルス通電を行う(ステップS2)。
【0046】
尚、このパルス通電に際しては、制御部41が、検出回路43,44により検出される状態量に基づき種々の演算処理を行い、ポンプ駆動回路42に制御信号を発し、これらの制御信号に基づいて、ポンプ駆動回路42がパージ駆動を行うための所定のパルス幅を設定し、コイル24に対してパルス通電を行うようにしてもよい。
【0047】
このように、エンジン2が始動される前に、パージ駆動が行われるため、内部に滞留したベーパが予め排出される。特に、高負荷運転後にエンジン2を停止し、そのまま放置された後においてエンジン2を始動するような場合に、大量のベーパが滞留している可能性があるが、発生したベーパは予め排出されるため、スムーズにエンジン2を始動させることができる。
【0048】
続いて、キースイッチ60がスタート位置に回されてエンジン2が始動したか否か判断される(ステップS3)。ここで、未だ始動していない場合は、ポンプ駆動回路42は、コイル24に対してパージ駆動(Tp)のためのパルス通電を行う。
【0049】
ところで、このパージ駆動(Tp)のためのパルス通電は、好ましくは、タイマー(不図示)等を設けて時間を計測し、キースイッチ60がオン状態にされてから所定時間の間だけ行われるようにする。また、カウンター(不図示)を設けてパルスの回数をカウントし、所定の回数だけ行われるようにする。これにより、ペーパが完全に排出された後の無駄な駆動が避けられて、消費電力が低減される。
【0050】
一方、ステップS3において、エンジン2が始動したと判断された場合は、検出回路43,44等により種々の状態量が検出されてエンジン2の運転状態が検出され(ステップS4)、この検出情報に基づいて、エンジン2がアイドル運転状態にあるか否かが判断される(ステップS5)。
【0051】
ここで、エンジン2がアイドル運転状態ではないと判断された場合は、記憶部45に格納された制御マップ等に基づき運転状態に応じた燃料を噴射するように、ポンプ駆動回路42は、コイル24に対して燃料噴射駆動(Tinj)のためのパルス通電を行う。
【0052】
一方、ステップS5において、エンジン2がアイドル運転状態にあると判断された場合は、制御部41は、検出回路43,44により検出される状態量、例えば、直前のコイル電流、電源(バッテリ50)の電圧、直前における燃料噴射駆動(Tinj)のパルス通電周波数等のうち、少なくとも一つの状態量に基づき種々の演算処理を行って、ポンプ駆動回路42に制御信号を発する。そして、ポンプ駆動回路42は、これらの制御信号に基づきコイル24に対してパージ駆動(Tp)を追加するべくパルス通電を行う。
【0053】
すなわち、ポンプ駆動回路42は、コイル24に対して、燃料を噴射させる一つの燃料噴射駆動(Tinj)から次の燃料噴射駆動(Tinj)までの合間に、パージ駆動(Tp)を複数回に亘って行うパルス通電を行う。アイドル運転状態においては、燃料噴射駆動(Tinj)のパルス幅が短く、又、その周期が比較的長いため、上記のようなパージ駆動(Tp)を容易に挿入(追加)することができる。これにより、燃料流量の少ないアイドル運転状態においても、発生したベーパを効率良く排出させることができ、又、コイル24からの発熱を冷却することができ、ベーパの発生もさらに抑制できる。
【0054】
続いて、キースイッチ60が逆に回されてエンジン2が停止されたか否か判断される(ステップS7)。ここで、エンジン2が未だ運転状態にあり停止していないと判断された場合は、ステップS4に戻って再び同様にステップS4,S5,S6が繰り返される。
【0055】
一方、ステップS7において、エンジン2が停止したと判断された場合は、続けてキースイッチ60がオフとされたか否か判断される(ステップS8)。ここで、キースイッチ60は未だオン状態にある(オフとされていない)と判断された場合は、ステップS2に戻って、ポンプ駆動回路42は、コイル24に対して前述同様に、パージ駆動のためのパルス通電を行う。すなわち、ポンプ駆動回路42は、コイル24に対して、エンジン2が停止されてから所定の時間に亘り、あるいは、所定の回数だけ、パージ駆動(Tp)のためのパルス通電を行う。
【0056】
特に、高負荷運転直後にエンジン2が停止された場合は、大量のベーパが発生し燃料通路の内部に滞留する。したがって、この状態のままエンジン2を再び始動(再始動)させようとしても、ベーパが燃料に混じり込んで噴射されるため噴射量が不均一になり、エンジン2が始動し難い。そこで、上記のように、エンジン2が再始動される前に、パージ駆動(Tp)を行わせて内部に滞留したベーパを確実に排出させることで、ベーパが取り除かれた均一な燃料が噴射され、スムーズにエンジン2を再始動させることができる。
【0057】
この実施形態においては、非通電のときパージ弁26を閉弁させる場合を示したが、貫通路21aを開放する向きにパージ弁26を付勢するスプリングを採用して、非通電のとき逆に開弁させるようにしてもよい。この場合、非通電の状態で圧送室内に発生したベーパは自然に排出されるため、常にベーパの滞留を防止できる。また、パージ駆動を行う場合、駆動の初期から効率良くベーパが排出される。したがって、パージ特性を重視する装置において有効である。
【0058】
図12ないし図14は、本発明に係る電子制御燃料噴射装置の他の実施形態を示すものである。この実施形態においては、電子制御燃料噴射装置10´のポンプ部20´の構造が異なる以外は、前述の実施形態と同一であり、それ故に同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0059】
すなわち、ポンプ部20´は、図12に示すように、円柱状のプランジャ21´、プランジャ21´を往復動自在に収容すると共に壁面に排出口22a´をもつ筒体としてのスリーブ22´、ヨーク23、コイル24、チェックバルブ25、排出口22a´を開閉するパージ弁26´、チェックバルブ27等を備えている。
【0060】
パージ弁26´は、図12ないし図14に示すように、圧送室P側において排出口22a´を開閉し得るように、スリーブ22´に沿って往復動自在に配置されている。すなわち、パージ弁26´は、図14に示すように、N極及びS極に着磁された永久磁石として形成され、スリーブ22´に沿って所定範囲を摺動自在に配置されている。
【0061】
そして、コイル24への一方向(正方向)通電により図13(a)に示すように閉弁しかつ他方向(逆方向)通電により図13(b)に示すように開弁するようになっている。尚、図13(a)においては、コイル24への一方向(正方向)通電を開始した直後の状態で、軽量のパージ弁26´が開弁し、重量のプランジャ21´が移動を開始した途中の状態を示している。また、ここでは、コイル24への非通電の状態で、図13(b)に示すように、パージ弁26´は排出口22a´を開放した状態に保持されている。
【0062】
コイル24への通電/非通電によるプランジャ21´及びパージ弁26´の動作について、図14に基づき説明する。
先ず、非通電の状態では、図14(a)に示すように、プランジャ21´は休止位置に位置し、又、パージ弁26´は、磁気的吸引力によりプランジャ21´側に引き寄せられて、排出口22a´を開放している。このように、非通電の状態でパージ弁26´は開弁しているため、圧送室P内に発生したベーパは自然に排出され、常にベーパの滞留が防止される。
【0063】
この休止状態において、コイル24が一方向(正方向)に通電されると、図14(b)に示すように、ヨーク23内に磁力線(一点鎖線)の流れが生じ、発生する電磁力により、プランジャ21´は下向き(圧送室Pを圧縮する向き)に移動する。一方、プランジャ21´の端部にはN極が発生するため、このN極とパージ弁26´のN極とが反発し合って、パージ弁26´は下方に移動し排出口22a´を閉塞する。すなわち、圧送室P内の燃料が加圧(圧送)されて燃料噴射駆動が行われる。尚、非通電にすることで、図14(a)に示す休止位置に復帰する。
【0064】
一方、休止状態において、コイル24が他方向(逆方向)に通電されると、図14(c)に示すように、ヨーク23内に磁力線(一点鎖線)の流れが生じ、発生する電磁力により、プランジャ21´は下向き(圧送室Pを圧縮する向き)に移動する。一方、プランジャ21´の端部にはS極が発生するため、このS極とパージ弁26´のN極とが吸引し合って、パージ弁26´はそのままの位置に保持されて排出口22a´を開放した状態を維持する。
すなわち、プランジャ21´のポンプ作用により圧送室Pに滞留したベーパ又はベーパ混じりの燃料が排出口22a´を通って排出されるパージ駆動が行われる。尚、非通電にすることで、図14(a)に示す休止位置に復帰する。
【0065】
このように、パージ駆動を行う場合は、駆動開始前の非通電の状態で予めパージ弁26´は開弁しているため、駆動の初期から効率良くベーパが排出され、パージ特性を重視する装置において有効である。
尚、パージ駆動及び燃料噴射駆動等の詳細な内容については、前述の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【0066】
図15及び図16は、本発明に係る電子制御燃料噴射装置のさらに他の実施形態を示すものである。この実施形態においては、電子制御燃料噴射装置10´´のポンプ部20´´及び低圧フィルタ4´´の構造、フィードパイプ3,3´´及びリターンパイプ5´´の配管が異なる以外は、前述の図1ないし図4に示す実施形態と同一であり、それ故に同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0067】
すなわち、低圧フィルタ4´´は、燃料タンク1からフィードパイプ3を経て導かれた燃料を濾過し、濾過した燃料をフィードパイプ3´´に向けて送り出し、又、ポンプ部20´´内で発生したベーパをフィードパイプ3´´からリターンパイプ5´´へ導く役割をなす。
【0068】
ポンプ部20´´は、図15に示すように、プランジャ21、プランジャ21を往復動自在に収容すると共に燃料の流入と燃料及びベーパの排出を許容する開口22a´´をもつ筒体としてのスリーブ22´´、ヨーク23、コイル24、パージ弁26、チェックバルブ27等を備えている。尚、コイル24への非通電のとき、プランジャ21はリターンスプリング(不図示)により付勢されて休止位置(図15で示す左側寄りの位置)に位置付けられている。
【0069】
パージ弁26は、図16に示すように、圧送室P側において貫通路21aを開閉し得るように、プランジャ21に往復動自在に配置されており、コイル24への一方向(正方向)通電により図16(a)に示すように閉弁し、一方、他方向(逆方向)通電により図16(b)に示すように開弁するようになっている。
尚、図16(b)においては、コイル24への他方向(逆方向)通電を開始した直後の状態で、軽量のパージ弁26が開弁し、重量のプランジャ21が移動を開始した途中の状態を示している。また、パージ弁26は、前述の図3に示すように、コイル24への非通電の状態では、スプリング26cの付勢力により常時閉弁状態となるように形成される。
【0070】
コイル24への通電/非通電によるプランジャ21及びパージ弁26の動作について、前述の図4に基づき説明する。
先ず、非通電の状態では、図4(a)に示すように、プランジャ21は休止位置に位置し、又、パージ弁26は、スプリング26cの付勢力及び磁気的吸引力によりプランジャ21に接触して、貫通路21a(排出口)を閉塞している。
【0071】
この休止状態において、コイル24が一方向(正方向)に通電されると、図4(b)に示すように、ヨーク23内に磁力線(一点鎖線)の流れが生じ、発生する電磁力により、プランジャ21は下向き(圧送室Pを圧縮する向き)に移動する。一方、プランジャ21の端部にはS極が発生するため、このS極と弁部26aのN極とが吸引し合って、パージ弁26は強固に貫通路21aを閉塞した状態に維持される。すなわち、圧送室P内の燃料が加圧(圧送)されて燃料噴射駆動が行われる。
【0072】
続いて、コイル24への通電が断たれると、ヨーク24に発生していた磁極(N極)が消滅し、プランジャ21はリターンスプリングの付勢力により図4(a)に示す休止位置に押し戻され始める。この際、プランジャ21の上流側の空間と圧送室Pとの圧力差により、パージ弁26はスプリング26cの付勢力に抗して貫通路21aを解放し、フィードパイプ3´´により導かれた上流側の燃料が貫通路21aを通って圧送室P内に流れ込む。
そして、プランジャ21が停止すると同時又はその直前ないしは直後に、バージ弁26はスプリング26cの付勢力により貫通路21aを閉塞し、次の動作に備えて待機する。上記動作の繰り返しにより、燃料の吸引及び圧送による連続的な燃料噴射駆動が行われる。
【0073】
このように、燃料噴射駆動を行う場合は、駆動開始前の非通電の状態で予めパージ弁26は閉弁しているため、駆動の初期から加圧がなされて昇圧に要する時間が短縮される。
【0074】
一方、休止状態において、コイル24が他方向(逆方向)に通電されると、図4(c)に示すように、ヨーク23内に磁力線(一点鎖線)の流れが生じ、発生する電磁力により、プランジャ21は下向き(圧送室Pを圧縮する向き)に移動する。一方、プランジャ21の端部にはN極が発生するため、このN極と弁部26aのN極とが反発し合って、パージ弁26は下向きに移動して貫通路21aを開放した状態となる。すなわち、プランジャ21のポンプ作用により圧送室Pに滞留したベーパ又はベーパ混じりの燃料が貫通路21aを通って排出されるパージ駆動が行われる。
【0075】
続いて、コイル24への通電が断たれると、ヨーク24に発生していた磁極(N極)が消滅し、プランジャ21はリターンスプリングの付勢力により図4(a)に示す休止位置に押し戻され始める。この際、プランジャ21の上流側の空間と圧送室Pとの圧力差により、パージ弁26はスプリング26cの付勢力に抗して貫通路21aを解放し、フィードパイプ3´´により導かれた上流側の燃料が貫通路21aを通って圧送室P内に流れ込む。
そして、プランジャ21が停止すると同時又はその直前ないしは直後に、バージ弁26はスプリング26cの付勢力により貫通路21aを閉塞し、次の動作に備えて待機する。上記動作の繰り返しにより、燃料の吸引及びポンプ作用による連続的なパージ駆動が行われる。
【0076】
尚、パージ駆動及び燃料噴射駆動等の詳細な内容については、前述の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
この実施形態においては、前述の実施形態で示すようなチェックバルブ25が不要になり、構造が簡略化される。
【0077】
上記各々の実施形態においては、電子制御燃料噴射装置10,10´,10´´として、ポンプ20,20´,20´´とノズル部30とが一体となったものを示したが、両者が別々に配置されて燃料配管等により接続されたシステムにおいても同様に、本発明を適用することができる。
また、エンジン2の所定の状態として、アイドル運転状態、キースイッチ60がオン状態とされエンジン2が停止した状態を示したが、アイドル運転以外の低負荷運転状態等においても、パージ駆動の追加が可能である限り、同様のパルス通電を行うことでベーパの排出効率を高め、又、冷却作用を確保してベーパの発生を抑制できる。
【0078】
さらに、上記実施形態においては、パージ駆動のためのパルス通電を予め設定された時間あるいは回数だけ行う場合を示したが、このように一定の時間あるいは回数とするのではなく、燃料温度、あるいは、燃料温度と関係する外気温度、エンジン温度、オイル温度、コイル温度等の温度情報に基づき、パージ駆動のためのパルス通電を行う時間あるいは回数を適宜決定することも可能である。これにより、無駄な駆動を避けて消費電力を低減でき、エンジンの運転状態に応じたより高精度な通電制御を行える。
【0079】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電子制御燃料噴射装置及び燃料噴射制御方法によれば、往復動により燃料を吸引及び圧送するプランジャ、圧送室内のベーパを排出するべく排出口を開閉するパージ弁、プランジャに電磁駆動力を及ぼす励磁用のコイル等を備えた構成において、パージ弁を、コイルに対する一方向への通電により閉弁しかつ他方向への通電により開弁するように形成したことにより、コイルへの通電方向を適宜切替えることにより、パージ駆動又は燃料噴射駆動を行わせることができるため、従来のような燃料噴射時の無効時間を省くことができ、必要なときにのみパージ駆動を行って効率良くベーパを排出させることができる。また、パージ弁を駆動する電磁力を得るために、プランジャを駆動するためのコイルを兼用しているため、構造が簡略化され、小型化され、消費電力も低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電子制御燃料噴射装置を採用した燃料供給システムを示す概略構成図である。
【図2】電子制御燃料噴射装置の一部をなすポンプ部を示すものであり、(a)はパージ弁が閉弁した状態を示す拡大断面図、(b)はパージ弁が開弁した状態を示す拡大断面図である。
【図3】パージ弁の支持構造を示す断面図である。
【図4】プランジャ及びパージ弁の動作を説明するものであり、(a)は非通電時の状態図、(b)は燃料噴射駆動時の状態図、(c)はパージ駆動時の状態図である。
【図5】ポンプ部を駆動する際の駆動パルス(通電波形)を示すものである。
【図6】コイルへの通電によるプランジャの駆動特性を示すものであり、(a)はパージ駆動を説明する図、(b)は燃料噴射駆動を説明する図である。
【図7】本発明に係る装置の特性を説明するグラフである。
【図8】ポンプ駆動回路を示す回路図である。
【図9】ポンプ駆動回路の一部をなすスイッチ回路の動作を示す駆動図である。
【図10】ポンプ駆動回路の一部をなすコンデンサの特性を示す特性図である。
【図11】本発明に係る電子制御燃料噴射装置の駆動制御を示すフローチャートである。
【図12】他の実施形態に係る電子制御燃料噴射装置を採用した燃料供給システムを示す概略構成図である。
【図13】電子制御燃料噴射装置の一部をなすポンプ部を示すものであり、(a)はパージ弁が閉弁した状態を示す拡大断面図、(b)はパージ弁が開弁した状態を示す拡大断面図である。
【図14】プランジャ及びパージ弁の動作を説明するものであり、(a)は非通電時の状態図、(b)は燃料噴射駆動時の状態図、(c)はパージ駆動時の状態図である。
【図15】さらに他の実施形態に係る電子制御燃料噴射装置を採用した燃料供給システムを示す概略構成図である。
【図16】電子制御燃料噴射装置の一部をなすポンプ部を示すものであり、(a)はパージ弁が閉弁した状態を示す拡大断面図、(b)はパージ弁が開弁した状態を示す拡大断面図である。
【図17】従来の電子制御燃料噴射装置におけるプランジャの駆動特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 燃料タンク
2 エンジン
3,3´´ フィードパイプ
4,4´´ 低圧フィルタ
5,5´´ リターンパイプ
10,10´,10´´ 電子制御燃料噴射装置
P 圧送室
20,20´,20´´ ポンプ部
21,21´ プランジャ
21a 貫通路(排出口)
22,22´,22´´ スリーブ(筒体)
22a´ 排出口
22a´´ 開口
23 ヨーク
24 コイル
25,27 チェックバルブ
26,26´ パージ弁
30 ノズル部
40 コントロールユニット(制御手段)
41 制御部
42 ポンプ駆動回路
43,44 検出回路
45 記憶部
50 バッテリ(電源)
60 キースイッチ
Claims (14)
- 往復動により燃料を吸引及び圧送するプランジャ、前記プランジャにより圧送される圧送室内のベーパを燃料タンクへ排出するべく排出口を開閉するパージ弁、前記プランジャに対して電磁駆動力を及ぼすための励磁用のコイル、を備えた電子制御燃料噴射装置であって、
前記パージ弁は、前記コイルに対する一方向への通電により閉弁しかつ他方向への通電により開弁するように、形成されている、
ことを特徴とする電子制御燃料噴射装置。 - 前記プランジャは、往復動方向に貫通して形成され圧送室に連通すると共に前記排出口を画定する貫通路を有し、
前記パージ弁は、圧送室側において前記貫通路を開閉し得るように往復動自在に配置され、かつ、前記コイルへの通電により前記プランジャに発生する磁極と吸引又は反発を生じるように着磁されている、
ことを特徴とする請求項1記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記プランジャを往復動自在に収容し、かつ、壁面において圧送室に連通する前記排出口を画定する筒体を有し、
前記パージ弁は、圧送室側において前記排出口を開閉し得るように往復動自在に配置され、かつ、前記コイルへの通電により前記プランジャに発生する磁極と吸引又は反発を生じるように着磁されている、
ことを特徴とする請求項1記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記パージ弁は、前記コイルに対して非通電のとき、前記排出口を開放するように形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記パージ弁は、前記コイルに対して非通電のとき、前記排出口を閉鎖するように形成されている、
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - エンジンの状態に応じた燃料を噴射させるべく前記コイルへの通電を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、エンジンが所定の状態にあるとき、前記パージ弁を開弁させるパージ駆動、及び/又は、閉弁させて燃料を噴射させる燃料噴射駆動を行わせるべく、前記コイルに対して通電制御を行う、
ことを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記制御手段は、エンジンがアイドル運転状態にあるとき、前記パージ駆動を行わせるべく前記コイルに対して通電制御を行う、
ことを特徴とする請求項6記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記制御手段は、エンジンを始動させるための電源が始動前のオン状態にされたとき、前記パージ駆動を行わせるべく前記コイルに対して通電制御を行う、
ことを特徴とする請求項6又は7に記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記制御手段は、前記電源がオン状態にされてから所定の時間に亘り、前記パージ駆動を行わせるべく前記コイルに対して通電制御を行う、ことを特徴とする請求項6ないし8いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。
- 前記制御手段は、前記電源がオン状態にされてから所定の回数だけ、前記パージ駆動を行わせるべく前記コイルに対してパルス通電制御を行う、
ことを特徴とする請求項6ないし9いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記制御手段は、前記コイルの電流、電源の電圧、燃料を噴射させるパルス通電周波数の少なくとも一つの状態量に基づき、前記パージ駆動を行わせるべく前記コイルに対して通電制御を行う、
ことを特徴とする請求項6ないし10いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記制御手段は、温度情報に基づき、前記パージ駆動を行わせるべく前記コイルに対して通電するパルス幅を設定する、
ことを特徴とする請求項6ないし11いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - 前記制御手段は、前記パージ駆動を行うか否かを、温度情報に基づき決定する、
ことを特徴とする請求項6ないし12いずれかに記載の電子制御燃料噴射装置。 - 往復動により燃料を吸引及び圧送するプランジャ、前記プランジャにより圧送される圧送室内のベーパを燃料タンクへ排出するべく排出口を開閉するパージ弁、前記プランジャに対して電磁駆動力を及ぼすための励磁用のコイルを備え、燃料の噴射を制御する燃料噴射制御方法であって、
前記コイルへの通電方向を切り替えることにより、前記パージ弁を開弁させてベーパを排出するパージ駆動と前記パージ弁を閉弁させて燃料を噴射させる燃料噴射駆動とを、選択的に行う、
ことを特徴とする燃料噴射制御方法。
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