JP5249439B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関するものである。

従来より、電子式燃料噴射が行われる車両の４サイクルエンジンにおいては、加速時に燃料噴射量を増量補正することが知られており、増量補正の方法としては、所定のクランク角で燃料を噴射する同期噴射とは別に、スロットル開度偏差（変化量）により加速状態と判定したときに非同期噴射を実行する方法が知られている。

また汎用エンジンにおいて、所定時間内に加速状態が連続した場合に加速状態の判定を停止することで、不必要な増量補正が行われることを回避するようにした燃料噴射制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１０８７７４号公報

ところで、スロットル操作の一つに、一般にスナップと呼ばれるスロットルを急開した直後に急閉する操作があるが、このスナップ操作を行った場合、例えば４気筒エンジンのようなレスポンスのよいエンジンはスロットル操作に応じてエンジン回転速度が上昇するが、例えば単気筒エンジンのようなレスポンスの緩慢なエンジンではエンジン回転速度の上昇を伴わない場合がある。

前述の単気筒エンジンでは、特に素早くスナップ操作を行った場合にエンジン回転速度の上昇を伴わない状態が発生しやすくなるが、これは、スロットルの急開を加速状態と判定して非同期噴射を実行したにもかかわらず、燃焼に至る前にスロットルが閉じられたことによって必要な空気量が供給されない状態になり、エンジン回転速度上昇に必要な燃焼が出来なかったために発生するものである。

この場合、非同期噴射により燃料を増量しているにもかかわらずエンジン回転速度を上昇させる燃焼が出来ていないので、増量した燃料は燃焼による充分な消費が出来ておらず、結果としてオーバーリッチとなる。このようなスナップ操作を連続で繰返した場合、オーバーリッチが過大になりエンストやアフターファイアに至るという課題があった。

また、このオーバーリッチを避けるべく、特許文献１で開示された技術のように、加速状態の検出回数や検出間隔（時間）だけで加速状態を判定し、その判定に基づいて増量補正（非同期噴射）を所定時間禁止したり減量したりすると、その所定時間中にエンジン回転速度上昇を伴う加速をさせたい場合には増量不足となり、加速性能が悪化するという課題があった。

この発明は、従来の装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、エンストやアフターファイアを防止するとともに、良好なドライバビリティを確保することができるエンジンの燃料噴射制御装置を得ることを目的とするものである。

この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置は、エンジンの運転状態に応じて算出された量の燃料を、前記エンジンのクランク軸に設けられたクランク角センサの所定クランク角毎に発生する信号に同期して噴射する同期噴射制御を行うとともに、前記エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブの開閉状態を検出するスロットルセンサの開度変化に基づき加速状態が検出された際に、前記加速状態に応じて算出された量の燃料を、前記同期噴射とは異なるタイミングで噴射する非同期噴射制御を行う電子制御装置を有した燃料噴射制御装置であって、前記電子制御装置は、前回の非同期噴射の実施後から今回の非同期噴射までの同期噴射の回数に基づいて、前記今回の非同期噴射により噴射する燃料の量を補正する非同期噴射量補正手段を備えたことを特徴とするものである。

この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置によれば、電子制御装置は、前回の非同期噴射の実施後から今回の非同期噴射までの同期噴射の回数に基づいて、前記今回の非同期噴射により噴射する燃料の量を補正する非同期噴射量補正手段を備えているので、前回の非同期噴射の消費状況に応じて今回の非同期噴射量を補正することができ、このため、エンストやアフターファイアの防止と、良好な加速性能の保持の両立を実現することができ、良好なドライバビリティを確保することができる。

この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置が適用されるエンジン制御システム全体を概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、非同期噴射制御の非同期噴射量算出処理を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、非同期噴射量の補正係数Ｋｒｔの算出方法を説明するグラフである。 この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、一定時間ルーチンの制御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に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、クランク角割り込みルーチンの制御手順を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置が適用されるエンジン制御システム全体を概略的に示す構成図である。図１において、エンジン１００は、たとえばバイク用の単気筒４サイクルエンジンであり、エンジン１００の吸気系１には、アクセル（図示せず）に応動して開閉するスロットルバルブ２が配設されている。

また、吸気系１において、スロットルバルブ２の下流側には吸気管４が設けられており、吸気管４のエンジン１００側の端部近傍には、電子制御装置６によって制御される燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。エンジン１００のシリンダ内には、電子制御装置６によって制御されるスパークプラグ１８が設けられている。

さらに、エンジン１００の運転状態を検出するための各種センサとして、たとえば、吸気管４内の圧力を検出する吸気管圧力センサ１３と、エンジン１００のクランク軸（図示せず）に設けられたクランク角センサ１４と、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するスロットルセンサ１６と、エンジン１００の冷却水温を検出する水温センサ１７と、エンジン１００の排気系２０において排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ２１とが設けられている。

電子制御装置（ＥＣＵ）６は、マイクロコンピュータシステムを主体として構成されており、中央演算装置（ＣＰＵ）７と、記憶装置（メモリ）８と、入力インタフェース９と、出力インタフェース１１とを備えている。

電子制御装置６において、入力インタフェース９には、吸気管圧力センサ１３から出力される吸気圧信号ａと、クランク角センサ１４から出力されるクランク角信号Ｇ２および回転速度信号Ｎｅと、スロットルセンサ１６から出力されるスロットル開度信号ｄと、水温センサ１７から出力される水温信号ｅと、酸素センサ２１から出力される電圧信号ｈとが入力される。一方、出力インタフェース１１からは、燃料噴射弁５に対する燃料噴射信号ｆと、スパークプラグ１８に対するイグニッションパルスｇとが出力されるように構成されている。

電子制御装置６内の記憶装置８には、燃料噴射弁５を制御するためのプログラムが内蔵されており、中央演算装置７は、記憶装置８内の制御プログラムに基づいて燃料噴射弁５の開放時間すなわち最終通電時間Ｔを演算する。

中央演算装置７は、吸気圧信号ａおよび回転速度信号Ｎｅを主な運転状態情報として、エンジン１００の運転状況に応じて各種補正係数を決定するとともに、各種補正係数を用いて燃料の基本噴射時間を補正し、燃料噴射弁５の最終通電時間Ｔを決定する。これにより、中央演算装置７は、所定のクランク角毎に最終通電時間Ｔで燃料噴射弁５を制御し、エンジン１００の負荷状態に応じた所要量の燃料を燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させる。

図２は、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、非同期噴射制御の非同期噴射量算出処理を示すタイミングチャートであり、（a）はスロットル
開度、（ｂ）はエンジン回転速度、（ｃ）はクランク軸回転回数ＲＣＮＴ、（ｄ）は補正係数Ｋｒｔ、（ｅ）は非同期噴射ｆ（ｄＴＨ）、（ｆ）は非同期噴射ＧＴＨＡＣＮ、をそれぞれ示している。図３は、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、非同期噴射量の補正係数Ｋｒｔの算出方法を説明するグラフである。

中央演算装置７は、図２のタイミングチャートに示すように、スロットルバルブ２の開度偏差（増大変化）を検出し、所定値以上の開度偏差を加速状態と判定し、加速度合いに応じた非同期噴射制御の燃料噴射量を演算し、所定のタイミングにて非同期噴射制御を実行する。

次に、この発明の実施の形態１によるエンジンの燃料噴射制御装置の動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、一定時間ルーチンの制御手順を示すフローチャートであり、一定時間毎にコールされる一定時間ルーチンである。図５は、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御装置における、クランク角割り込みルーチンの制御手順を示すフローチャートであり、クランク角信号Ｇ２による割り込みが発生した場合にコールされるクランク角信号割り込みルーチンである。なお、種々の補正係数を考慮して燃料噴射弁５の最終通電時間Ｔを演算するためのプログラムは、周知のプログラムを利用可能であり、ここでは図示および説明を省略する。

図４において、まず、ステップＳ１０１では、スロットルセンサ１６から出力されたスロットル開度信号ｄによって現在のスロットル開度ＴＨＮを検出し、ステップＳ１０２において前回のスロットル開度ＴＨＯと現在（今回）のスロットル開度ＴＨＮとの偏差であるスロットル開度偏差値ｄＴＨ（＝ＴＨＮ−ＴＨＯ）を求める。

続いて、ステップＳ１０３において、スロットル開度偏差値ｄＴＨとスロットル加速判定値ＸＤＴＨＡＣＣとを比較し、スロットル開度偏差値ｄＴＨがスロットル加速判定値ＸＤＴＨＡＣＣよりも大きいか否かを判定する。このステップＳ１０３において、ｄＴＨ≦ＸＤＴＨＡＣＣ、すなわち、ＮＯと判定されれば、加速状態ではないと見做して、後述のステップＳ１０９に進む。

一方、ステップＳ１０３において、［ｄＴＨ＞ＸＤＴＨＡＣＣ］、すなわち、ＹＥＳと判定されれば、加速状態と見做し、以降、ステップＳ１０４からステップＳ１０８に示す加速状態の場合の処理を行なう。

加速状態の場合の処理は、まず、ステップＳ１０４において、前回の同ルーチンでも［ｄＴＨ＞ＸＤＴＨＡＣＣ］だったか否かを判定する。その判定の結果、前回も［ｄＴＨ＞ＸＤＴＨＡＣＣ］だった、すなわち、ＹＥＳと判定されれば、加速状態が前回から連続（継続）していると見做して、ステップＳ１０５を迂回してステップＳ１０６に進む。

一方、ステップＳ１０４において、前回は［ｄＴＨ≦ＸＤＴＨＡＣＣ］だった、すなわち、ＮＯと判定されれば、今回が加速状態の初回であると見なし、ステップＳ１０５に進み補正係数Ｋｒｔを算出する。つまり、１回のスロットル急開操作は一定時間ルーチン実行の複数回に渡ることがあるが、１回のスロットル急開操作における補正係数Ｋｒｔ算出は１回のみとする。

ステップＳ１０５では、クランク軸回転回数ＲＣＮＴに応じた補正係数Ｋｒｔを算出する。補正係数Ｋｒｔは、クランク軸回転回数ＲＣＮＴに応じた関数値ｆ（ＲＣＮＴ）であり、原則的にはクランク軸回転回数が多いほど大きい値をとる係数である。関数値ｆ（ＲＣＮＴ）は、ここでは図３に示すように、クランク軸回転回数ＲＣＮＴを変数とし、単位回転回数ＸＲＣＮＴ、単位係数ＸＫＲＴ、初期値ＸＫＩＮＴを定数とした一次関数を示している。

続いて、ステップＳ１０６では、スロットル開度偏差値ｄＴＨに応じた関数値ｆ（ｄＴＨ）と補正係数Ｋｒｔからなる非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮを算出する。

なお、非同期噴射量ｆ（ｄＴＨ）は、加速の状況、言い換えれば、スロットル開度偏差値ｄＴＨの大小に応じた値に設定されており、スロットル開度偏差値ｄＴＨが大きくなるにしたがって、多い量となるようにマッピングされている。ここでは非同期噴射量ｆ（ｄＴＨ）は、非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮのベース噴射量と考えてよい。

続いて、ステップＳ１０７において、算出された非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮの非同期噴射を実行し、ステップＳ１０８に進んで、次回、加速状態と判定された時のためにクランク軸回転回数ＲＣＮＴをゼロクリアする。

最後に、ステップＳ１０９において、今回のスロットル開度ＴＨＮを前回のスロットル開度ＴＨＯに更新設定し、図４の一定時間ルーチンが次回にコールされたときに備えて、図４のルーチンを終了する。

次に、図５に示したクランク角信号Ｇ２による割り込みルーチンについて説明する。図５において、まず、ステップＳ２０１では、今回のクランク角信号が基準信号か否かを判定し、基準信号である、すなわち、ＹＥＳと判定されれば、続いて、ステップＳ２０２において、クランク軸回転回数ＲＣＮＴを加算（＋１）する。

一方、ステップＳ２０１において、基準信号でない、すなわち、ＮＯと判定されれば、直ちに図５の処理ルーチンを終了する。なお、基準信号とは、クランクの基準位置（例えば上死点）を検出する為の信号であり、クランク角３６０度中に発生するクランク角信号のうちの特定の１信号である。

以上の処理により、例えば図２に示すように、スロットルバルブ２の開度変化（増大変化）を検出し、所定値以上の開度偏差を加速状態と判定し、加速度合とクランク軸回転回数に応じた非同期噴射制御の燃料噴射量を演算し、非同期噴射制御が実行される。

なお、このクランク軸回転回数が、非同期噴射にて噴射された燃料の消費状態の指標として機能する。例えば、非同期噴射が実行された後もエンジン回転速度が上昇しない、つまりエンジン回転速度が低いままの場合、非同期噴射はエンジン回転を上昇させる為に実行されたにもかかわらず上昇させる燃焼が出来ていないので充分消費されていないことになる。同時に、エンジン回転速度が低いので同時間あたりのクランク軸回転回数は少なくなる。つまり、クランク軸回転回数が少ないとき非同期噴射は充分消費されていないといえる。

例えば逆に、非同期噴射が実行された後にエンジン回転速度が上昇した場合、非同期噴射はエンジン回転速度を上昇させる為に消費されたことになる。同時に、エンジン回転速度が高いので同時間あたりのクランク軸回転回数は多くなるのである。つまり、クランク軸回転回数が多いとき非同期噴射は充分消費されたといえる。

次に、具体的な動作について、図２を参照して、実施の形態１の動作を詳細に説明する。図２において、（ａ）に示すスロットル開度におけるａ１〜ａ９は、加速状態と判定されるスロットル操作を行ったタイミングを表している。これ等のスロットル操作ａ１〜ａ６及びａ９は、（ｂ）のエンジン回転速度に示すように、エンジンの回転速度上昇を伴わない素早いスナップ操作であり、スロットル操作ａ７とａ８は、エンジン回転上昇を伴う比較的ゆっくりしたスナップ操作である。

また、図２の（ｅ）に示す非同期噴射量ｆ（ｄＴＨ）は、スロットル操作ａ１〜ａ９とも同じ噴射量が算出された状態を表しており、図２の（ｆ）に示す非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮは、補正係数Ｋｒｔにより様々な噴射量が算出された状態を表している。

図２におけるスロットル操作ａ２の動作について説明する。スロットル操作ａ２では、前回のスロットル操作（ａ１）における非同期噴射の実行からエンジン回転速度（ｂ）は上昇しておらず、かつスロットル操作（ａ２）は前回のスロットル操作（ａ１）からの比較的短時間での連続したスナップ操作となっている。エンジン回転速度が上昇しておらず短時間であるため、（ｃ）に示すクランク軸回転回数ＲＣＮＴは比較的小さくなり、従って(ｄ)に示す補正係数Ｋｒｔは小さい値（例えば０．３）となり、結果的にスロットル操作ａ２での非同期噴射量は、（ｆ）に示すように前回のスロットル操作（ａ１）での非同期噴射量に比べて大きく減量補正される（例えばベースの３０％に減量補正される）。

すなわち、エンジン回転速度の上昇を伴わない連続した加速の場合、前回のスロットル操作ａ１における非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮは充分消費されていないが、今回のスロットル操作ａ２での非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮを大きく減量することによりオーバーリッチを防止することが出来る。スロットル操作ａ３、ａ４、ａ５における非同期噴射量ＱＴＨＡＮＣＥも、スロットル操作ａ２における非同期噴射量と同様である。

次に、図２におけるスロットル操作ａ６の動作について説明する。スロットル操作ａ６では、その前回のスロットル操作ａ５での非同期噴射の実行からエンジン回転速度は上昇していないが、スロットル操作ａ６はスロットル操作ａ１〜ａ５に対して比較的時間が経過した後のスナップ操作となっており、（ｂ）に示すようにエンジン回転速度は上昇していないが、前回のスロットル操作ａ５から時間が経過しているため、（ｃ）に示すようにクランク軸回転回数ＲＣＮＴはある程度大きくなっている。従って、（ｄ）に示す補正係数Ｋｒｔは中間的な値（例えば０．６）となり、結果的にスロットル操作ａ６での非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮは、ベース噴射量である非同期噴射量ｆ（ｄＴＨ）に対して少し減量補正される（例えばベース噴射量の６０％程度に減量補正される）。

すなわち、エンジン回転速度上昇を伴わないが前回の加速からある程度時間が経過している場合、前回のスロットル操作ａ５での非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮはある程度消費されているので、今回のスロットル操作ａ６での非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮは、その程度に適した減量をすることによりオーバーリッチ防止と加速性能を両立させることが出来る。

次に、図２におけるスロットル操作ａ８の動作について説明する。スロットル操作ａ８では、スロットル操作ａ１〜ａ５と同様に、前回のスロットル操作ａ７の非同期噴射実行から短時間での連続したスナップ操作であるが、前回のスロットル操作ａ７の非同期噴射実行後は（ｂ）に示すようにエンジン回転速度が上昇している。短時間であるがエンジン回転速度が上昇しているため、（ｃ）に示すクランク軸回転回数ＲＣＮＴは大きくなり、従って（ｄ）に示す補正係数Ｋｒｔは大きい値（例えば１．０）となり、結果的にスロットル操作ａ８での非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮはほとんど減量補正されない（例えば、ベースの非同期噴射量ｆ（ｄＴＨ）の１００％）。

すなわち、エンジン回転速度上昇を伴った後の加速の場合、前回のスロットル操作ａ７での非同期噴射ＱＴＨＡＣＮは充分消費されているので、今回のスロットル操作ａ８の非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮを減量しないことにより加速性能を良好に保つことが出来る。次のスロットル操作ａ９の場合も同様である。

実施の形態２．
実施の形態１では、補正係数Ｋｒｔは一次関数から算出したが、実施の形態２では、クランク軸回転回数を軸とした１軸のマップ（テーブル）により補正係数Ｋｒｔを算出するものである。その場合、例えばクランク軸回転回数が大きいほど補正係数Ｋｒｔが大きくなるようにマッピングする。その他は、実施の形態１の場合と同様である。

実施の形態３．
実施の形態１では、補正係数Ｋｒｔは一次関数から算出したが、実施の形態３では、クランク軸回転回数の軸と他の要素の軸による２軸のマップにより補正係数Ｋｒｔを算出するものである。その場合、他の要素とは例えば水温信号ｅに基づく水温情報であり、例えばクランク軸回転回数が大きいほど、かつ、水温が高いほど補正係数Ｋｒｔが大きくなるようにマッピングする。その他は、実施の形態１の場合と同様である。

実施の形態４．
実施の形態１では、クランク軸回転回数ＲＣＮＴは、クランク角信号の基準信号によりクランク３６０度毎に加算したが、実施の形態４では、全てのクランク角信号毎にクランク軸回転回数ＲＣＮＴを加算するようにしたものである。なお、クランク角信号ではなく点火の実行毎や同期噴射の実行毎にクランク軸回転回数ＲＣＮＴを加算するようにしてもよい。これらのいずれの場合でも、実施の形態１の場合と同様に、クランク軸回転回数ＲＣＮＴは非同期噴射が実行されたときにゼロクリアし、次の加速状態判定までのそれぞれの事象の回数をカウントする。

なお、この発明は、前述の実施の形態１乃至４に限定されるものではなく、また、各部の構成は、図１の構成例に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能なことは言うまでもない。

１ 吸気系 ２ スロットルバルブ
４ 吸気管 ５ 燃料噴射弁
６ 電子制御装置（ＥＣＵ） ７ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
８ 記憶装置（メモリ） ９ 入力インタフェース１１ 出力インタフェース １４ クランク角センサ
１６ スロットルセンサ １００ エンジン
ｄ スロットル開度信号 ｆ 燃料噴射信号
Ｇ２ クランク角信号 ＴＨＮ 今回のスロットル開度
ＴＨＯ 前回のスロットル開度 ｄＴＨ スロットル開度偏差値
ＱＴＨＡＣＮ 今回の非同期噴射量。

Claims (1)

1. エンジンの運転状態に応じて算出された量の燃料を、前記エンジンのクランク軸に設けられたクランク角センサの所定クランク角毎に発生する信号に同期して噴射する同期噴射制御を行うとともに、前記エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブの開閉状態を検出するスロットルセンサの開度変化に基づき加速状態が検出された際に、前記加速状態に応じて算出された量の燃料を、前記同期噴射とは異なるタイミングで噴射する非同期噴射制御を行う電子制御装置を有した燃料噴射制御装置であって、
   前記電子制御装置は、前回の非同期噴射の実施後から今回の非同期噴射までの同期噴射の回数に基づいて、前記今回の非同期噴射により噴射する燃料の量を補正する非同期噴射量補正手段を備えている、
   ことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。

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