JP5162005B2

JP5162005B2 - 内燃機関用燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP5162005B2
Application number: JP2011116813A
Authority: JP
Inventors: 明義片山; 剛史川上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: CN102797578A; CN102797578B; JP2012246774A

Description

この発明は、内燃機関用燃料噴射制御装置に関するものであって、特に内燃機関の始動性を向上させるものである。

従来、自動車工場の組立ラインにおいて組立完了された自動車は、内燃機関を始動させ自走してラインオフするのが一般的である。このとき、内燃機関の始動から自走ラインオフするまでの作業時間として設定されている時間は約２０秒という短い時間である。従って、内燃機関の始動性が悪く前記作業時間内に内燃機関が始動できなかった場合にはその自動車は自走してラインオフすることができなくなり、作業者が自動車を手押しでラインオフしなければならなくなり生産性が著しく低下する。

しかしながら、自動車の組立完了直後では燃料配管に燃料が充填されていないためインジェクタを開弁しても燃料が供給されず、良好な始動性を得ることが難しかった。とくに、燃料配管が燃料タンクから内燃機関への配管のみで、内燃機関から燃料タンクへの配管が無い場合に顕著となる。

これは、組立完了直後は燃料ポンプから内燃機関への燃料配管内に空気が充填されており、インジェクタの開弁により燃料供給配管中の空気が排出されるまではインジェクタから燃料が噴射されないためである。

この課題への解決策として、特許文献１に記載の内燃機関用燃料噴射制御装置では、燃料配管内が空気で充填され内燃機関に燃料が供給されず燃焼が発生しない無燃焼状態を検出し、インジェクタの開弁時間を長くすることで、インジェクタから燃料配管内の空気抜きを促進する手段が示されている。

この従来技術によれば、内燃機関の回転数変動が所定値よりも小さい場合を無燃焼状態と検出し、無燃焼状態検出中はインジェクタ開弁時間を通常より長くすることで、空気抜きを促進する。また、内燃機関の回転数変動が所定値よりも大きくなると、無燃焼状態が解消されたと判断し、インジェクタ開弁時間を通常の値に戻している。

また、この課題への別の解決策として、特許文献２に記載の内燃機関用燃料噴射制御装置では、燃料センサを設けて燃料配管内に燃料の存在しない箇所が存在しているか否かを判定する手段が示されている。この従来技術によれば、インジェクタ近傍に設けた燃料センサにより燃料の存在を判定し、燃料が存在しない場合はインジェクタを強制開弁することで空気抜きを行い、燃料の存在を判定した場合はインジェクタの強制開弁を終了することで、燃料配管内の空気抜きを実施する。

特許第３２９９４４０号公報特開平８−６８３５５号公報

上述した従来の内燃機関用燃料噴射制御装置は、内燃機関は自動車の組立前に単独で組み立てられ、試運転される生産手順となっていることが多い。この場合、内燃機関組立後
の試運転時の燃料が内燃機関に組みつけられたインジェクタやデリバリパイプに残留していることがあり、この残留していた燃料により燃焼が発生し、無燃焼状態解消と判断してしまうことがある。しかしながら、自動車の組立完了直後では燃料ポンプから内燃機関への燃料配管内は空気で充填されており、実際には無燃焼状態は解消されていないため、通常のインジェクタ開弁時間では燃料配管内の空気抜きが遅くなり、始動性が悪くなるという問題点があった。

また、上述した従来の特許文献1に記載の内燃機関用燃料噴射制御装置は、無燃焼状態
解消の判断を遅らせた場合、燃料配管内の空気抜きが完了し燃料が供給されるようになっても、インジェクタ開弁時間を長くしてしまい、燃料供給過剰（オーバーリッチ）により燃焼不良を招き、未燃焼燃料を排出あるいは圧縮することによる内燃機関の破損を引き起こす問題点があった。

上述した従来の特許文献２に記載の内燃機関用燃料噴射制御装置は、燃料配管内の空気抜き完了を判断できるが、燃料センサを設けなければならず、コストの増大を招くという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コスト増加することなく、自動車組立完了直後の燃料配管内の空気抜きを促進し内燃機関の始動性を向上するとともに、燃料供給過剰による内燃機関の破損を防ぐことができる内燃機関用燃料噴射制御装置を提供するものである。

この発明に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置は、内燃機関に供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンクから前記燃料をくみ出す燃料ポンプと、前記燃料ポンプから供給される燃料の圧力を調整する燃料圧力調整手段と、一端側が前記燃料圧力調整手段に接続され圧力が調整された前記燃料を流通させる燃料配管と、前記燃料配管の他端側に接続され前記内燃機関に前記燃料を噴射して供給する燃料噴射弁と、前記内燃機関の始動時を検出する始動時検出手段と、前記内燃機関の無燃焼状態を検出する無燃焼検出手段と、前記内燃機関が始動時であって、且つ、無燃焼状態であるとき、前記燃料噴射弁の開弁時間を前記内燃機関の回転数の上昇に応じて短く補正するとともに前記燃料噴射弁の開弁時間を前記内燃機関の回転数の低下に応じて長く補正する補正手段とを備えたものである。

この発明の内燃機関用燃料噴射制御装置によれば、コスト増加することなく、自動車組立完了直後の燃料配管内の空気抜きを促進し内燃機関の始動性を向上するとともに、燃料供給過剰による内燃機関の破損を防ぐことができる内燃機関用燃料噴射制御装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における処理手順を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における回転数センサの信号を示す波形図である。この発明の実施の形態1に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における燃欠始動時のインジェクタの開弁時間を示す特性図である。この発明の実施の形態1に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における運転状態を示すタイムチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置を示す構成図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における処理手順を示すフローチャートである。図３はこの発明の実施の形態１に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における回転数センサの信号を示す波形図である。図４はこの発明の実施の形態1に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における燃欠始動時のインジェクタの開弁時間を示す特性図である。図５はこの発明の実施の形態1に係わる内燃機関用燃料噴射制御装置における運転状態を示すタイムチャートである。

図１において、１は内燃機関である。２は内燃機関１に供給される燃料を貯蔵する燃料タンク、３は燃料タンク２から燃料をくみ出し加圧して供給する燃料ポンプであり、燃料ポンプ３は例えば内燃機関１に供給する燃料の圧力を調整する燃料圧力調整手段４を内蔵している。

５は一端側が燃料ポンプ３に接続され、燃料圧力調整手段４により圧力が調整された燃料を流通させる燃料流通経路としての燃料配管であり、他端側の先端部にはデリバリパイプ６を介してインジェクタで構成された燃料噴射弁（以下、インジェクタと称す）７が接続されている。インジェクタ７の先端部は内燃機関１の吸気管１１内部に突出しており、後述するＥＣＵ（電子制御装置）１４からの駆動信号に応じて燃料を内燃機関１内に噴射供給する。

８は内燃機関１の回転数を検出する回転数センサ、９は内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ、１０は吸気管１１に流れる空気の吸気量を検出するエアフローセンサであり、これらの信号はＥＣＵ１４に送出される。１２は吸気管１１に流れる空気量を調節するスロットルバルブである。

ＥＣＵ１４はこれらの回転数、水温、吸入空気量などの情報を入出力インターフェイス１４ｅで受け内燃機関に必要な燃料量などを演算するとともに燃料ポンプ３、インジェクタ７或いは点火プラグ１３などを駆動回路１４ｆを介して制御するもので、各種センサからの情報或いは内燃機関１の制御状態を随時記憶更新する読み書き可能なメモリ（ＲＡＭ）１４ａと、各種制御プログラム或いは制御情報を記憶している読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１４ｂと、ＲＯＭ１４ｂ内の制御プログラムに従って各種演算及び各種制御を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４ｃなどを内蔵している。

図２は、この実施の形態１における処理手順を示すフローチャートである。この処理はメインルーチンの中の一処理であって、図示しない電源スイッチとしてのキースイッチ投入後に繰り返し行われるものである。キースイッチが投入されると図２のフローチャートが起動されると共に燃料ポンプ３を駆動する。

まず、ステップ２０１では、内燃機関１が停止か否かが判定される。ステップ２０１は内燃機関１の停止状態を検出する停止状態検出手段であって、回転数センサ８の信号に変化があるか否かにより停止状態を検出する。

ステップ２０１において、内燃機関１は停止状態にあると判定されると、以降の処理を行うことなく図２の処理を終了する。内燃機関１は停止状態ではないと判定されると、ステップ２０２に進む。

ステップ２０２は、始動時検出手段としての処理で、内燃機関１が始動状態にあることを検出する。これは、例えば、回転数センサ８の信号を取り込み、内燃機関１の回転数が所定回転数未満であることから、始動時を検出している。

ステップ２０２において、始動時ではないと判定された場合は、既に内燃機関１は通常の運転状態にあり、燃料タンク２からインジェクタ７までの燃料配管５には十分に燃料が充填されているはずであるから、以降の処理を行うことなく図２の処理を終了する。内燃機関１の回転数が所定回転数未満であって始動時であることが検出された場合にはステップ２０３に進み、内燃機関１が無燃焼状態であるか否かが判定される。

ステップ２０３は、内燃機関１の無燃焼状態を検出する無燃焼状態検出手段であって、内燃機関１が無燃焼状態であることにより２次的に発生する現象、例えば、内燃機関１の回転数変動が所定値（図示しないスタータにより駆動される場合の内燃機関１の回転数変動の最大値）よりも小さいことにより無燃焼状態を間接的に検出する。

図３は、回転数センサ８から出力される信号を示すものであり、内燃機関１の所定のクランク角度でハイレベル或いはローレベルに反転する。図３において、Ｔ（ｎ）は今回検出した周期を示し、Ｔ（ｎ−１）は前回検出した周期を示し、これらの情報は回転数センサ信号の立ち上がりエッジ毎に計測されてＲＡＭ１４ａに記憶される。ステップ２０３においては、次の（１）式により無燃焼状態の検出が行われる。

ここで、Ｋ１は内燃機関１の回転数の変動の有無を検出するしきい値を求める係数であって、制御情報としてＲＯＭ１４ｂに格納されている。Ｋ１は内燃機関１がスタータにより駆動される場合の回転数変動率の最大値に設定する。

さて、ここで、回転数の変動が所定値よりも小さいことが検出された場合は、内燃機関１がスタータによりほぼ一定の回転数で駆動されている状態であって、内燃機関１自身の燃焼によって駆動している状態ではないと推測できる。この場合はステップ２０４に進んで判定カウンタＣ１を１だけカウントアップする。

また、ステップ２０３にて、回転数の変動が所定値よりも大きいことが検出された場合は、インジェクタ７から燃料が噴射され内燃機関１内で燃焼が発生したことにより、回転変動が生じている状態と推測できる。この場合はステップ２０５に進んで判定カウンタＣ２をカウントアップする。

ステップ２０６において、判定カウンタＣ２の値が判定値Ｎ２以上の場合は、内燃機関１の回転数が高い状態が継続しており、燃料配管５内の空気の排出が充分に行われたと判定し、ステップ２０７に進み通常の開弁時間Ｔｉｎｊ１でインジェクタ７を駆動する。判定カウンタＣ２の値が判定値Ｎ２未満である場合は、ステップ２０８に進む。ここで、判定値Ｎ２は、燃料配管５内の空気抜きが完了し、内燃機関１に対して継続的に燃料が供給されると判断される時間から設定する。

ステップ２０８において、判定カウンタの値が判定値Ｎ１以上であった場合は、無燃焼
の状態、すなわち燃料配管５内に燃料が無い状態と判定し、ステップ２０９に進む。ステップ２０８で判定カウンタC１の値が判定値Ｎ１未満である場合は、燃料配管５内に燃料がある状態と判別し、ステップ２０７に進み通常の開弁時間Ｔｉｎｊ１でインジェクタ６を駆動する。ここで、判定値Ｎ１は、内燃機関１が無燃焼状態でありスタータのみで駆動されていると判断するための時間であり、スタータにより駆動される場合の数回転に要する時間に相当する。

ステップ２０９は、内燃機関１が始動時であって、且つ、無燃焼状態であるとき内燃機関１の回転数に応じた開弁時間でインジェクタ６の駆動時間を増大補正する補正手段であって、例えば上述の水温或いは吸入空気量或いは吸気管内部圧力などに基づいて演算されたインジェクタ７の開弁時間に所定の係数を掛けて増大補正する。

図５は、上述の説明に従って実行されたフローについて、横軸を時間として示したタイムチャートである。燃料配管５内が空気で充填され燃料が存在せず、内燃機関１の回転がスタータによる駆動のみの無燃焼状態である場合、判定カウンタＣ１をカウントアップする。判定カウンタＣ１が判定値Ｎ１に至るまで、インジェクタ７は、開弁時間Ｔｉｎｊ１で駆動し、判定値Ｎ１以上となった場合、燃料配管５内の空気の排出を促進するため、インジェクタ７は、開弁時間Ｔｉｎｊ１より長い時間の開弁時間Ｔｉｎｊ２で駆動する。

また、燃料の供給により内燃機関１で燃焼が発生し、内燃機関１の回転数変動が大きくなった場合、判定カウンタＣ２をカウントアップする。デリバリパイプ６に部分的に残留した燃料の噴射により、一時的な燃焼が発生したとしても、判定値Ｎ２未満であるため、インジェクタ７の開弁時間は、Ｔｉｎｊ２で駆動し、燃料配管５内の空気の排出を促進しつづける。燃料配管５内の空気が排出され、内燃機関１の回転数変動が充分にみられる判定値Ｎ２以上となった場合、インジェクタ７は、開弁時間をＴｉｎｊ１で駆動し、燃料供給過剰を防ぐ。

ステップ２０９において、燃料配管５内の空気の排出の促進中に燃焼が発生し内燃機関１の回転数が上昇した場合、通常より長い開弁時間でインジェクタ７を駆動すれば、本来の始動に要する燃料の噴射量より過大の燃料を噴射することとなってしまう。そこで、図４に示す特性図より、開弁時間を内燃機関１の回転数の上昇に応じて開弁時間を短くすることで燃料供給過剰を防ぐ。また、局所的に存在する燃料の噴射により燃焼が発生してから燃料配管５内が空気で充填され無燃焼状態となり内燃機関１の回転数が低下した場合、開弁時間を内燃機関１の回転数の低下に応じて開弁時間を長くすることで燃料配管５内の空気の排出を促進する。

従って、実施の形態１によれば、組立完了直後の自動車であっても、無燃焼状態が解消され、燃料配管５内の空気抜きが促進され、その始動に要する時間を短縮することができるので、組立ラインの作業性を向上させることができる。

また、内燃機関１の回転変動を検出して無燃焼状態を間接的に検出するようにしたので、既存のセンサにより無燃焼状態を検出することができ、その構成を簡単なものとすることができる。

また、インジェクタ７の開弁時間を内燃機関１の回転数上昇に応じて短くすることにしたので、本来の始動に要する燃料量より過大の燃料を噴射してしまう燃料供給過剰状態を回避しながら、内燃機関１のダメージを防ぐことができる。

以上のように、この発明に係る内燃機関用燃料噴射制御装置によれば、内燃機関の始動時を検出する始動時検出手段と、内燃機関の無燃焼状態を検出する無燃焼検出手段と、内
燃機関が始動時であって、且つ、無燃焼状態であるとき燃料噴射弁の開弁時間を補正する補正手段とを備え、無燃焼検出手段は、内燃機関の回転数変動が所定値よりも小さい場合に無燃焼状態を間接的に検出するようにしたので、燃料流通経路中の燃料がほとんどない場合であっても速やかに内燃機関を始動することができる。

また、内燃機関の回転数の変動がある場合、回転数の上昇に応じて開弁時間を短くすることでオーバーリッチを防ぎ、回転数の低下に応じて開弁時間を長くすることで燃料配管内の空気の排出を促進し、速やかに内燃機関を始動することができる。

この発明は、燃料配管内の空気抜きを促進し内燃機関の始動性を向上するとともに、燃料供給過剰による内燃機関の破損を防ぐことができる内燃機関用燃料噴射制御装置の実現に好適である。

１内燃機関
２燃料タンク
３燃料ポンプ
４燃料圧力調整手段
５燃料配管
７燃料噴射弁（インジェクタ）
８回転センサ
１４ＥＣＵ
２０２始動時検出手段
２０３無燃焼状態検出手段
２０９補正手段

Claims

内燃機関に供給される燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料タンクから前記燃料をくみ出す燃料ポンプと、前記燃料ポンプから供給される燃料の圧力を調整する燃料圧力調整手段と、一端側が前記燃料圧力調整手段に接続され圧力が調整された前記燃料を流通させる燃料配管と、前記燃料配管の他端側に接続され前記内燃機関に前記燃料を噴射して供給する燃料噴射弁と、前記内燃機関の始動時を検出する始動時検出手段と、前記内燃機関の無燃焼状態を検出する無燃焼検出手段と、前記内燃機関が始動時であって、且つ、無燃焼状態であるとき、前記燃料噴射弁の開弁時間を前記内燃機関の回転数の上昇に応じて短く補正するとともに前記燃料噴射弁の開弁時間を前記内燃機関の回転数の低下に応じて長く補正する補正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射制御装置。