JP5038277B2 - 車両用エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジンの燃料噴射装置に関し、特に、燃料の基本噴射とは別に加速要求に応じて燃料の追加噴射を行うことができる車両用エンジンの燃料噴射装置に関する。

一般に、燃料噴射は吸入行程に同期して行われるが、噴射燃料量の計算時点と実際に燃料噴射が行われる時点とでずれがあるため、加速操作を行った時等、過渡時には空燃比がリーンになることがある。このため、加速時には同期噴射とは別に非同期で燃料を追加噴射することが行われている。しかしながら、連続的な加速操作により非同期噴射が連続されると空燃比がリッチになることがある。そこで、前回の非同期噴射から一定時間は非同期噴射を禁止することが考えられている（例えば、特許文献１）。

また、特許文献２には、非同期噴射を行った際のクランク角速度に基づいて期間を設定し、この設定期間内では加速操作されたときでも非同期噴射を禁止するようにした加速時非同期噴射制御方法が開示されている。
特開昭６４−７３１４５号公報 特開平８−３０３２７７号公報

特許文献１、２に開示された燃料噴射装置では、吸気弁が閉じる時期と非同期噴射時期との関連が考慮されていないため、空燃比が適正に制御できないという課題があった。すなわち、吸気弁が閉じる直前で非同期噴射が行われると、噴射された燃料が燃焼室に届かず、吸気管の壁面に張り付いたまま残留することがある。そして、次の吸気行程でその残留燃料が混合気となって燃焼室に供給されるので、そのときの混合気の空燃比は予定よりオーバーリッチとなり、エンジンの円滑な加速を妨げることがある。

本発明の目的は、非同期噴射を行った次の吸気行程で空燃比がオーバーリッチになるのを防止することができる車両用エンジンの燃料噴射装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、エンジン回転数検出手段と、スロットル開度検出手段と、少なくとも前記エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて算出した基本燃料噴射量分の燃料を噴射させる基本燃料噴射手段と、スロットル開度の変化量に基づいて車両の加速要求の有無を判断する加速要求判断手段と、前記加速要求に応じて基本燃料噴射分の燃料噴射とは別に追加噴射を行う燃料追加噴射手段とを有する車両用エンジンの燃料噴射装置において、前記エンジンの吸気弁が開いている区間のうち、開弁開始から予定の長さを有する非同期噴射許可区間でのみ、前記追加噴射を許可する手段を具備し、前記非同期噴射許可区間で行われる追加噴射の量が、前記エンジン回転数に応じて、エンジン回転数が大きい範囲ではエンジン回転数が小さい範囲より多く設定されている点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記非同期噴射許可区間が、前記エンジン回転数に応じて、エンジン回転数が大きい範囲ではエンジン回転数が小さい範囲より短く設定されている点に第２の特徴がある。

第１の特徴を有する本発明によれば、吸気弁が開いている区間のうち、開弁開始から予定の区間だけで加速要求に対応する追加の燃料噴射が行われるので、吸気弁が閉じる直前で燃料が追加噴射されることはない。したがって、追加噴射された燃料が吸気管に付着したまま吸気弁が閉じるということが防止される。その結果、次の吸気行程で吸気管に付着して残留している燃料が混合気をオーバーリッチにすることがなくなり、燃費低下や、エンジンストール、およびドライバビリティの低下などを起こしにくくすることができる。また、エンジン回転数の増大に追随して追加噴射の燃料量を増やすことができるので、乗員による加速要求によりよく応えることができる。

エンジン回転数が高いほど、追加噴射される燃料が早く燃焼室に吸入されるので、第２の特徴を有する本発明によれば、より一層オーバーリッチ傾向になるのを防止しやすくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置のシステム構成図である。この燃料噴射装置は自動二輪車に駆動源として搭載されるエンジンの吸気管に対して燃料を噴射するものであるが、対象のエンジンは４サイクルエンジンであれば、自動二輪車に限らず、他の種類の車両に搭載されるものであってもよい。

図２において、４サイクルのエンジン１の吸気管２には、スロットル弁３が設けられ、スロットル弁３の下流には、噴射口を吸気管２内に指向させた燃料噴射弁３が設けられている。スロットル弁３の回動軸には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ５が取り付けられる。

一方、エンジン１のクランク軸６にはクランクパルサロータ７が取り付けられ、クランクパルサロータ７の外周に対向して、クランク角センサ８が配設されている。クランクパルサロータ７は３０度間隔で配置された９個の突起部を有する。クランクパルサロータ７には、回転の基準点を設定するため、突起部がない歯欠け部７ａが設けられる。

カム角センサ４は、吸気弁３１および排気弁３２の回転角を検出し、吸気弁３１および排気弁３２の開閉区間を示す信号を出力する。

電子制御装置（ＥＣＵ）９は、カム角センサ４から出力される吸気弁３１および排気弁３２の開閉区間を示す信号と、クランク角センサ８から突起部に対応して出力されるクランク角信号と、スロットル開度センサ５から出力されるスロットル開度値によって、燃料の基本噴射量および追加噴射される非同期噴射量並びに両者の噴射タイミングを計算する機能を有するマイクロコンピュータを含む燃料噴射制御部を構成する。

図１は、ＥＣＵ９の要部機能を示すブロック図である。ＥＣＵ９は、スロットル開度検出部１０、エンジン回転数算出部１１、基本噴射量算出部１２、非同期噴射量算出部１３、加速要求判断部１４、同期噴射時期判断部１５、および非同期噴射許可時期判断部１６を備える。スロットル開度検出部１０は、スロットル開度センサ５から入力されるスロットル開度ＴＨを読み込んで、Ａ／Ｄ変換後、加速要求判断部１４、基本噴射量算出部１２、非同期燃料算出部１３に入力する。エンジン回転数算出部１１は、クランク角センサ８から入力されるパルス信号から歯欠け部７ａを検出して、この歯欠け部７ａの検出周期に基づいてエンジン回転数ＮＥを算出する。算出されたエンジン回転数ＮＥは基本噴射量算出部１２、非同期噴射量算出部１３および非同期噴射許可時期判断部１６に入力される。なお、エンジン回転数はカム角センサ４から入力される信号周期から算出してもよい。

同期噴射時期判断部１５は、カム角センサ４とクランク角センサ８とから入力されるクランク角信号とカム角信号とに基づいて、同期噴射時期を判断し、同期噴射信号ＳＹＮＣを出力する。非同期噴射許可時期判断部１６は、クランク角信号とカム角信号とに基づいて非同期噴射許可時期を判断し、非同期噴射許可信号ＮＯＮ−ＳＹＮＣを出力する。

同期噴射時期は、排気行程のうち、吸気行程に近接した領域および吸気行程の始期にかけて設定される。非同期噴射許可区間は吸気行程が開始された直後から予め設定した長さに設定される。非同期噴射許可区間は、吸気弁３１が閉じる直前つまり吸気行程の終わりの期間を避けて設定され、かつエンジン回転数によってその長さを設定することができる。すなわち、エンジン回転数が高いほど、非同期噴射許可区間は短くする。

加速要求判断部１４はスロットル開度値を所定間隔で読み込んで、その変化量が予定値以上であれば、加速操作されたと判断して加速要求信号ＣＡを出力する。

基本噴射量算出部１２は、スロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて所定の計算式またはマップ検索によって同期噴射で噴射される基本燃料噴射量を算出する。なお、基本燃料噴射量は燃料噴射弁３の開弁時間として出力される。基本燃料噴射量は、スロットル開度ＴＨやエンジン回転数ＮＥだけでなく、エンジン温度、大気温度、吸気管負圧、排気中の酸素濃度等、周知の補正パラメータによって補正することができる。

非同期噴射量算出部１３は、スロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて所定の計算式またはマップ検索によって非同期噴射許可区間に噴射される非同期燃料噴射量を算出する。なお、非同期燃料噴射量は燃料噴射弁３の開弁時間として出力される。非同期燃料噴射量は、スロットル開度ＴＨやエンジン回転数ＮＥだけでなく、エンジン温度、大気温度、吸気管負圧、排気中の酸素濃度等、周知の補正パラメータによって補正することができる。

なお、非同期噴射では、エンジン回転数に応じて予め設定された噴射量の燃料を噴射するようにしてもよいし、スロットル開度ＴＨやエンジン回転数ＮＥにかかわらず、一定の燃料を１回または複数回に分けて噴射するようにしてもよい。

計算された基本燃料噴射量は、同期噴射信号ＳＹＮＣに応答して燃料噴射弁３に供給され、燃料噴射弁３は、同期信号ＳＹＮＣが立ち上がっている間、燃料噴射量に対応したデューティ比で駆動されて燃料を噴射する。また、燃料噴射弁３は、非同期噴射許可信号ＮＯＮ−ＳＹＮＣが立ち上がっている間に加速要求信号ＣＡが入力されると、燃料噴射量に対応したデューティ比で駆動されて燃料を噴射する。非同期噴射許可区間以外では、アクセル要求信号ＣＡが発生しても、非同期燃料噴射は実行されない。

図３は、燃料噴射のタイミングチャートである。図３において、上段はクランク角信号、中段は吸気弁３１および排気弁３２の開弁タイミング、下段は同期燃料噴射信号を示す。図３に示すように、排気弁３２の開弁期間から吸気弁３１の開弁期間の始期にかけて同期噴射が行われる。非同期噴射許可区間は、吸気弁３１の開弁開始時から吸気弁３１が閉じる直前までエンジン回転数ＮＥに応じて、エンジン回転数ＮＥが大きくなるほど、短い時間が設定されている。このように、エンジン回転数ＮＥが大きい場合は、吸気弁３１が開弁している期間であっても、非同期噴射許可区間以外の区間、つまり吸気弁３１の開弁期間の終期では非同期噴射が禁止される。エンジン回転数ＮＥが小さい場合は、吸気弁３１が開弁している区間のほぼ全域で非同期噴射は許可される。

図４は、非同期燃料噴射制御の処理を示すフローチャートである。図４のステップＳ１では、加速要求の検出処理を行う。つまり、今回スロットル開度ＴＨ０から前回スロットル開度ＴＨ−１を減算して差ΔＴＨを計算する。ステップＳ２では、加速要求の有無を判断する。前記差ΔＴＨが＋側に予定量以上大きい場合は、加速要求が有ったと判断してステップＳ３に進む。ステップＳ２が否定ならば、このフローチャートの処理は終える。

加速要求があったときには、エンジン回転数ＮＥが、予め設定した回転数領域に応じて非同期噴射における燃料噴射量と、非同期噴射許可区間を設定する。非同期噴射時の燃料噴射量は、多数のパラメータによって計算してもよいが、ここでは、エンジン回転数ＮＥに応じてのみ決定する。

ステップＳ３では、クランク角センサ８から入力されるクランク角信号の入力周期に基づいてエンジン回転数ＮＥを算出する。ステップＳ４では、エンジン回転数ＮＥが所定の第１のエンジン回転数ＮＥ１より大きいか否かを判断する。ステップＳ４が肯定ならば、ステップＳ５に進んで非同期噴射量として第１の噴射量を設定する。つづくステップＳ６では、非同期噴射許可区間として第１のクランク角度を設定する。

ステップＳ４が否定ならば、ステップＳ７に進んで、エンジン回転数ＮＥが所定の第２エンジン回転数ＮＥ２より大きいか否かを判断する。第２のエンジン回転数ＮＥ２は第１のエンジン回転数ＮＥ１より小さい値である。ステップＳ７が肯定ならば、ステップＳ８に進んで非同期噴射量として第２の噴射量を設定する。第２の噴射量は第１の噴射量より少ない量とする。つづくステップＳ９では、非同期噴射許可区間として第２のクランク角度を設定する。第２のクランク角度は第１のクランク角度より大きい角度を設定している。

ステップＳ７が否定ならば、ステップＳ１０に進んで、非同期噴射量として第３の噴射量を設定する。第３の噴射量は第２の噴射量よりも少ない量を設定する。つづくステップＳ１１では、非同期噴射許可区間として第３のクランク角度を設定する。第３のクランク角度は第２のクランク角度より大きい角度を設定している。

このように、加速要求発生時のエンジン回転数に応じて、エンジン回転数が大きいほど非同期燃料噴射量は多く、非同期噴射許可区間は短く（非同期噴射禁止区間は長く）設定している。

ステップＳ１２では、クランク角度が非同期噴射許可区間より大きいか否かを判断する。クランク角度が非同期噴射許可区間を過ぎていれば、ステップＳ１２は肯定となり、ステップＳ１３に進んで非同期噴射を禁止する。クランク角度が非同期噴射許可区間内ならば、ステップＳ１４に進んで非同期噴射を許可する。

本実施形態によれば、吸気弁が開いている時期の終期では、非同期噴射が禁止され、吸気弁が開いている時期内に追加噴射された燃料は燃焼室に吸入される。したがって、次の行程で、吸気管内に付着して残っていた燃料が余分に燃焼室に吸入されることが回避され、オーバリッチによる燃費不良、エンジンストール、やドライバビリティの劣化が防止される。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置のシステム構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る燃料噴射のタイミングチャートである。 非同期燃料噴射制御の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン、 ２…吸気管、 ３…燃料噴射弁、 ４…カム角センサ、 ５…スロットル開度センサ、 ６…クランク軸、 ７…クランクパルサセンサ、 ８…クランク角センサ、 １０…スロットル開度検出部、 １３…非同期噴射量算出部、 １４…加速要求判断部、 １６…非同期噴射許可時期判断部

Claims (2)

1. エンジン回転数検出手段と、スロットル開度検出手段と、少なくとも前記エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて算出した基本燃料噴射量分の燃料を噴射させる基本燃料噴射手段と、スロットル開度の変化量に基づいて車両の加速要求の有無を判断する加速要求判断手段と、前記加速要求に応じて基本燃料噴射分の燃料噴射とは別に追加噴射を行う燃料追加噴射手段とを有する車両用エンジンの燃料噴射装置において、
   前記エンジンの吸気弁が開いている区間のうち、開弁開始から予定の長さを有する非同期噴射許可区間に設定されるクランク角度でのみ、前記追加噴射を許可する手段を具備し、
   前記非同期噴射許可区間で行われる追加噴射の量が、前記エンジン回転数に応じて、エンジン回転数が大きい範囲ではエンジン回転数が小さい範囲より多く設定されるとともに、
   吸気弁が開いている区間における前記非同期噴射許可区間に設定されるクランク角度を、エンジン回転数が大きい範囲ではエンジン回転数が小さい範囲よりも小さくすることで、
   前記非同期噴射許可区間を、エンジン回転数が大きい範囲ではエンジン回転数が小さい範囲よりも早く終了させることを特徴とする車両用エンジンの燃料噴射装置。
2. 第１のエンジン回転数と第２のエンジン回転数を設定し、
   エンジン回転数を、前記第１のエンジン回転数以上の領域と、前記第１のエンジン回転数より低く、かつ前記第２のエンジン回転数より高い領域と、前記第２のエンジン回転数より低い領域の３段階のいずれにあるかを判別する手段を備え、
   前記各領域において非同期噴射量および非同期噴射許可区間を設定することを特徴とする請求項１記載の車両用エンジンの燃料噴射装置。

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