JP5892700B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、１サイクル間に複数回の燃料噴射を実行するようにした内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来から、内燃機関の燃焼室に混合気を供給する燃料噴射装置において、１サイクル間の燃料噴射を１回ではなく複数回実行することによって、例えば、燃料拡散による均質な混合気の形成や集中的な層状混合気の形成、排気触媒装置の早期活性化等を図るようにした技術が知られている。

特許文献１には、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関において、全噴射量のうちの一部を吸気行程で噴射すると共に、残りの燃料を圧縮工程で噴射する際に、一方の噴射量が燃料噴射弁で制御可能な最低単位である「最低補償量」未満とならないように噴射量を調整するようにした構成が開示されている。

また、特許文献２には、吸気バルブの上流側の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関において、１気筒あたり２つの燃料噴射弁を備え、一方の燃料噴射弁を排気行程で作動させると共に、他方の燃料噴射弁を吸気行程で作動させるようにした構成が開示されている。

特開平１１−２２５３３号公報 特開２００７−１５４６９３号公報

しかしながら、自動二輪車等に用いられる比較的小型の内燃機関に対して、特許文献１に記載された筒内噴射構造や特許文献２に記載された１気筒あたり複数の燃料噴射弁を適用することはコストアップにつながるため、このような複雑な構造を用いることなく、燃料噴射制御の工夫によって噴射した燃料の霧化の促進を図ることができる燃料噴射制御が求められていた。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、内燃機関の構造を複雑化することなく、混合気の霧化を促進することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、内燃機関（３０）の単一気筒の燃焼室（６０）に通じる吸気ポート（３９）の上流側に設けられると共に、スロットルバルブ（４３）と吸気バルブ（３８）の間の位置で前記吸気ポート（３９）に燃料を噴射する単一の燃料噴射弁（６）を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、少なくともスロットル開度（ＴＨ）およびエンジン回転数（Ｎｅ）に基づいて、１サイクル中に噴射される基本噴射量（Ａ）および追加噴射量（Ｂ）を算出する制御部（４）を具備し、前記噴射された燃料への点火は、前記内燃機関（３０）の圧縮行程と膨張行程との間で実行され、クランクパルス信号に基づいて内燃機関の２回転の期間を等間隔で分割した複数のステージが設定されると共に、前記複数のステージのうち、前記圧縮行程で前記基本噴射量（Ａ）を算出するタイミングに対応するステージを基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）として設定し、前記複数のステージのうち、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）の後の運転状態に応じて要求される前記追加噴射量（Ｂ）を算出するタイミングに対応するステージを追加噴射量算出ステージ（ＴＩＡＤＪ）として設定し、前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記燃料噴射弁（６）による噴射制御が可能な最低単位である最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を、前記基本噴射量（Ａ）から減算すると共に前記追加噴射量（Ｂ）に加算する移行処理を実行し、前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を前記基本噴射量（Ａ）から減算することで第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を算出すると共に前記最低補償量（ＴＭＩＮ）を前記追加噴射量（Ｂ）に加算して第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）を算出し、前記第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）による基本噴射と前記第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）による追加噴射とを行い、前記制御部（４）は、前記追加噴射量（Ｂ）に前記最低補償量（ＴＭＩＮ）を加算することで算出される第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）を、前記当該サイクル中における基本噴射燃料が吸入される吸気バルブ（３８）の開閉時の最大リフト時（ＬＭＡＸ）までに完了するように噴射し、前記内燃機関（３０）のクランクシャフト（１）の位相をクランクパルスとして検知するクランクパルサロータ（２）およびパルス発生器（３）を具備し、前記制御部（４）は、前記第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）の噴射後に検知される前記クランクパルス毎に前記追加噴射量算出ステージ（ＴＩＡＤＪ）を実行し、前記第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）の噴射が前記吸気バルブ（３８）の最大リフト時（ＬＭＡＸ）までに完了するように、前記最大リフト時（ＬＭＡＸ）の手前の所定時期（Ｃ）から第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）の噴射を開始する点に第１の特徴がある。

また、前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を前記基本噴射量（Ａ）から減算することで第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を算出し、前記吸気バルブ（３８）が閉じてから圧縮行程の終了までの間に該第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を噴射する点に第２の特徴がある。

また、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）が、前記吸気バルブ（３８）の開期間が終了するタイミングに対応するように設定されている点に第３の特徴がある。

また、前記燃料噴射弁（６）は、前記スロットルバルブ（４３）を備えたスロットルボディ（４２）に設けられる点に第４の特徴がある。

さらに、前記クランクシャフト（１）の位相に対する吸気バルブ（３８）のバルブタイミングが固定されている点に第５の特徴がある。

第１の特徴によれば、少なくともスロットル開度（ＴＨ）およびエンジン回転数（Ｎｅ）に基づいて、１サイクル中に噴射される基本噴射量（Ａ）および追加噴射量（Ｂ）を算出する制御部（４）を具備し、前記噴射された燃料への点火は、前記内燃機関（３０）の圧縮行程と膨張行程との間で実行され、クランクパルス信号に基づいて内燃機関の２回転の期間を等間隔で分割した複数のステージが設定されると共に、前記複数のステージのうち、前記圧縮行程で前記基本噴射量（Ａ）を算出するタイミングに対応するステージを基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）として設定し、前記複数のステージのうち、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）の後の運転状態に応じて要求される前記追加噴射量（Ｂ）を算出するタイミングに対応するステージを追加噴射量算出ステージ（ＴＩＡＤＪ）として設定し、前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記燃料噴射弁（６）による噴射制御が可能な最低単位である最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を、前記基本噴射量（Ａ）から減算すると共に前記追加噴射量（Ｂ）に加算する移行処理を実行し、前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を前記基本噴射量（Ａ）から減算することで第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を算出すると共に前記最低補償量（ＴＭＩＮ）を前記追加噴射量（Ｂ）に加算して第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）を算出し、前記第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）による基本噴射と前記第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）による追加噴射とを行い、前記制御部（４）は、前記追加噴射量（Ｂ）に前記最低補償量（ＴＭＩＮ）を加算することで算出される第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）を、前記当該サイクル中における基本噴射燃料が吸入される吸気バルブ（３８）の開閉時の最大リフト時（ＬＭＡＸ）までに完了するように噴射し、前記内燃機関（３０）のクランクシャフト（１）の位相をクランクパルスとして検知するクランクパルサロータ（２）およびパルス発生器（３）を具備し、前記制御部（４）は、前記第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）の噴射後に検知される前記クランクパルス毎に前記追加噴射量算出ステージ（ＴＩＡＤＪ）を実行し、前記第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）の噴射が前記吸気バルブ（３８）の最大リフト時（ＬＭＡＸ）までに完了するように、前記最大リフト時（ＬＭＡＸ）の手前の所定時期（Ｃ）から第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）の噴射を開始するので、単一の燃料噴射弁による吸気ポートに噴射する構成の内燃機関において、基本噴射量の噴射と追加噴射量の噴射による分割噴射を行うことで、基本噴射で噴射した燃料が吸気ポートの熱で霧化する時間が十分に確保され、内燃機関の構成を複雑化することなく燃料の霧化の促進を図ることが可能となる。

また、追加噴射量算出ステージで算出される追加噴射量が燃料噴射弁の最低補償量未満であった場合でも、少なくとも基本噴射量から移行した最低補償量の１単位分が追加噴射されることとなり、燃料噴射弁の性能を高めることなく適切な燃料噴射制御を実行することができる。さらに、最低補償量は予め定められた値であり、新たな値を算出する必要がないので、移行処理による演算負担の増加も少ない。

また、基本噴射で用いる第１噴射量および追加噴射で用いる第２噴射量を簡単に演算することが可能となる。
また、バルブ最大リフト時は、筒内に流入する吸入空気量が急激に低下する手前の位置であるため、第２噴射量のスムーズな燃料流入に影響を与えることなく第２噴射量による噴射を極力遅らせることが可能となる。これにより、追加噴射の演算タイミングを遅くしてより直近の運転状況に基づいて追加噴射量を算出することができる。また、基本噴射から追加噴射までの間隔が長くなることで、燃料の霧化の促進を図ることが可能となる。
さらに、クランクシャフトの位相に対して固定されている基本噴射量算出ステージに対し、追加噴射量算出ステージはクランクパルス毎に実行することにより、最新のスロットル開度やエンジン回転数に基づいて第２噴射量を算出して、第２噴射量およびその噴射タイミングの精度を高めることが可能となる。

第２の特徴によれば、制御部は、基本噴射量算出ステージで算出された基本噴射量が最低補償量の複数倍であるときは、最低補償量の１単位分を基本噴射量から減算することで第１噴射量を算出し、吸気バルブが閉じてから圧縮行程の終了までの間に該第１噴射量を噴射するので、単一の燃料噴射弁による吸気ポートに噴射する構成の内燃機関において、基本噴射量の噴射と追加噴射量の噴射による分割噴射を行うことで、基本噴射量により噴射した燃料が吸気ポートの熱で霧化する時間が十分に確保され、内燃機関の構成を複雑化することなく燃料の霧化の促進を図ることが可能となる。

第３の特徴によれば、基本噴射量算出ステージは、吸気バルブの開期間が終了するタイミングで開始されるように設定されているので、基本噴射量算出ステージの開始を最大限早くすることで、第１噴射量により噴射された燃料が十分に霧化できる時間を確保することが容易となる。

第４の特徴によれば、燃料噴射弁は、スロットルバルブを備えたスロットルボディに設けられるので、燃料の霧化を促進する気化潜熱を得るための区間として吸気ポート全体を利用することができ、筒内に対して離れた位置となるスロットルボディに燃料噴射弁を設けながら、筒内に流入する混合比を精度よく制御できて、組み立て性を高めながら霧化を促進してエンジン性能を高めることができる。

第５の特徴によれば、クランクシャフトの位相に対する吸気バルブのバルブタイミングが固定されているので、第１噴射量および第２噴射量による分割噴射を行うことによって、可変バルブタイミング機構のような複雑な構成を有しない内燃機関であっても、スロットル開度の変化等に左右されずに常に最適な混合気が得られ、混合器をよりリーンにして燃費を向上させつつ失火による点火ミスを防ぎ、エンジン性能を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置を適用したエンジンの一部断面右側面図である。 エンジンを背面側から見た断面図である。 制御部（ＥＣＵ）の構成を示すブロック図である。 燃料噴射制御装置の動作の流れを示すタイムチャートである。 基本噴射および追加噴射の詳細説明図である（加速走行時）。 基本噴射および追加噴射の詳細説明図である（定常走行時）。 燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を適用したエンジン３０の一部断面右側面図である。また、図２は、エンジン３０を背面側から見た断面図である。

４サイクルのガソリン内燃機関であるエンジン３０は、４つの気筒が車幅方向に一列に並ぶ並列４気筒式とされる。シリンダブロック４４には、ピストン４５を上下摺動可能に収める円筒状のスリーブ４７が嵌合している。ピストン４５を支持するコンロッド４６の他端部は、クランクシャフト１に回転自在に軸支されている。

クランクシャフト１の車幅方向右側の端部には、クランクパルサロータ２が取り付けられており、該クランクパルサロータ２に形成された複数の突起の通過状態をパルス検出器３（図３参照）でクランクパルスに変換し、このクランクパルスに基づいてクランクシャフト１の位相が検知される。

シリンダブロック４４の上部に固定されるシリンダヘッド２９には、吸気ポート３９を開閉する吸気バルブ３８および排気ポート３７を開閉する排気バルブ３６が組み込まれている。燃焼室６０の頂部となるシリンダヘッド２９側の凹部には、点火プラグ６１の先端が突出している。シリンダヘッド２９の上端には、シリンダヘッドカバー３１が取り付けられている。

１気筒あたり２本ずつ設けられた吸気バルブ３８および排気バルブ３６は、クランクシャフト１に連動して回転する吸気側カムシャフト３４および排気側カムシャフト３２によって駆動される。吸気側カムシャフト３４のカム山３５は、吸気バルブ３８のステム端部にタペットを介して当接している。排気側カムシャフト３２には、吸気側と同様に排気バルブ３６を駆動するためのカム山３３が設けられている。吸気側カムシャフト３４および排気側カムシャフト３２の車幅方向中央に取り付けられたカムスプロケット５２には、クランクシャフト１から回転動力を得るためのカムチェーン５３が巻きかけられている。

クランクシャフト１を軸支するクランクケース４９には、常時噛み合い式の５段変速機を構成するメインシャフト５０および回転動力の出力軸となるカウンタシャフト５１が軸支されている。クランクシャフト１の回転動力は、クランクウェブの外周に形成された駆動側プライマリギヤに噛合する従動側プライマリギヤ５４およびクラッチ装置を介して、メインシャフト５０に伝達される。

吸気ポート３９には接続管としてのインシュレータ４０が接続され、該インシュレータ４０の車体後方側に、燃料噴射装置としてのインジェクタ（燃料噴射弁）６およびバタフライ式のスロットルバルブ４３を備えたスロットルボディ４２が取り付けられている。インジェクタ６は、吸気バルブ３９の上流かつスロットルバルブ４３の下流の位置で、吸気ポート３９に燃料を噴射するように構成されている。

本実施形態では、インジェクタ６が、吸気バルブ３８とスロットルバルブ４３との間で、スロットルバルブ４３寄りの位置に配設されているため、噴射された燃料が燃料室６０に吸入されるまでの時間を確保しやすく、吸気ポート３９が帯びるエンジン熱による燃料の霧化を促進することが容易となる。なお、スロットルボディ４２の後方には不図示のエアクリーナボックスが設けられ、排気ポート３７の車体前方側には不図示の排気管が取り付けられる。

図３は、制御部（ＥＣＵ）４の構成を示すブロック図である。エンジン３０のクランクシャフト１には、その１回転毎に、歯欠部２ａを挟んで１０個の突起部が設けられたクランクパルサロータ２が取り付けられており、これに近接してパルス発生器３が設けられている。１０個の突起部は３０度間隔で配置され、歯欠部２ａの角度は９０度とされている。パルス発生器３から出力されるクランクパルスは、ＥＣＵ４の位相検知部１０に入力される。

位相検知部１０は、クランクパルスに基づいてクランクシャフト１の位相を検知する。また、エンジン回転数検知部１２は、クランク軸の位相情報およびタイマで計測された時間情報に基づいて、エンジン回転数（エンジン回転速度）Ｎｅを検知する。

ステージ割当部１１は、クランクシャフト１の１回転をクランクパルスの出力タイミングで１０分割し、クランクシャフトの各位相に「０」〜「９」のステージカウント（３６０度ステージ）を割り当てる。エンジン３０の行程判別が完了すると、クランクシャフトの１サイクル（７２０度）の各位相に「０」〜「１７」の絶対ステージ（７２０度ステージ）を割り当てる。

スロットル開度変化検知部１４は、スロットル開度センサ５の出力信号に基づいてスロットル開度ＴＨおよびその変化率ΔＴＨを検知する。燃料噴射装置（インジェクタ）６は、燃料噴射装置制御部２０からの制御信号によって駆動される。

ＥＣＵ４は、エンジン３０の１サイクル中に、先の基本噴射および後の追加噴射からなる２回の燃料噴射を行うことで、基本噴射で噴射した燃料が吸気ポート３９の熱で霧化する時間を確保し、燃料の霧化の促進を図る「分割噴射」制御を実行する。

基本噴射量算出部１６は、演算処理時のスロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数Ｎｅを噴射量マップ１５に適用することで基本噴射量Ａを算出する。また、加速操作等でスロットル開度ＴＨに所定の変化が生じた際の補正量として追加噴射量Ｂを算出する追加噴射量算出部１９も、演算処理時のスロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数Ｎｅを噴射量マップ１５に適用することで追加噴射量Ｂを算出する。

そして、本実施形態では、算出された基本噴射量Ａおよび追加噴射量Ｂをそのまま噴射するのではなく、基本噴射量Ａを第１噴射量に変換すると共に追加噴射量Ｂを第２噴射量に変換して、それぞれを噴射するように構成されている。

具体的には、まず、最低補償量移行部２６により、基本噴射量Ａがインジェクタ６による噴射制御が可能な最低単位である最低補償量ＴＭＩＮの２倍以上であるか否かが判定される。次に、基本噴射量Ａが最低補償量ＴＭＩＮの２倍以上であるときは、この最低補償量ＴＭＩＮの分を基本噴射量Ａから減算することで第１噴射量ＩＴＯＵＴが算出される。一方、基本噴射量Ａから減算された最低補償量ＴＭＩＮを追加噴射量Ｂに加算することで第２噴射量ＮＴＯＵＴが算出される。

追加噴射開始タイミング算出部１８は、走行状態に応じて第２噴射量ＮＴＯＵＴが変動しても追加噴射の完了タイミングが変わらないように、追加噴射の開始タイミングを算出する。そして、燃料噴射装置制御部２０は、インジェクタ６を駆動して、第１噴射量ＩＴＯＵＴによる基本噴射と、第２噴射量ＮＴＯＵＴによる追加噴射を実行する。

図４は、燃料噴射制御装置１の動作の流れを示すタイムチャートである。最上段のクランクアングルは、所定角度からのクランクシャフト１の回転角度を示す。クランクアングルの欄には、１番気筒（♯１）の圧縮上死点（ＴＤＣ）およびバルブオーバーラップトップ（ＯＬＴ）の位置を示しており、その上下には、内燃機関の４行程（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）および吸排気バルブの開区間を示している。

パルス発生器３によって検知されるクランクパルスの下段には、クランクパルスに対応する絶対ステージ（行程判別が確定した後の７２０度ステージ）を示している。また、絶対ステージの下には、歯欠部を４分割すると共に１サイクルをすべて等間隔ステージで示した相対ステージ「０」〜「２３」を示している。

噴射量算出ステージの欄には、基本噴射量算出ステージ（以下、単にＦＩＣＡＬと示すこともある）と、追加噴射量算出ステージ（以下、単にＴＩＡＤＪと示すこともある）の実行タイミングをそれぞれ示している。ＦＩＣＡＬおよびＴＩＡＤＪのいずれも、相対ステージのクランクパルスに対応するタイミングで実行される。

本実施形態では、ＦＩＣＡＬの実行ステージの次のステージから、基本噴射が実行されるように設定されている。この噴射量は、インジェクタ６の通電オンを継続する時間によって設定される。また、急加速等によって燃料の要求量が急激に高まる場合には、ＦＩＣＡＬの後のＴＩＡＤＪで算出される噴射量に基づく追加噴射によって加速補正が可能に構成されている。

本実施形態では、吸気バルブ３８の開閉タイミングが不変とされ、ＦＩＣＡＬの実行タイミングは相対ステージの「７」に固定されており、基本噴射はＦＩＣＡＬの次のステージから実行される。一方、追加噴射は、吸気バルブ３８が最大リフトとなる最大リフト時ＬＭＡＸで噴射が完了するように、最大リフト時ＬＭＡＸから逆算して追加噴射を開始する所定時期Ｃが決定されるように構成されている。

この基本噴射および追加噴射の流れを見ると、まず、時刻ｔ１では、吸気バルブ３８の開区間の終了をトリガとしてＦＩＣＡＬが実行される。次に、時刻ｔ２では、ＦＩＣＡＬで算出された基本噴射量Ａに基づく第１回噴射量ＩＴＯＵＴ（図５参照）にて基本噴射が実行される。これにより、基本噴射は、吸気バルブ３８が閉じてからエンジン３０の圧縮行程の間に完了する。そして、時刻ｔ３からは、追加噴射量Ｂ（図５参照）を算出するためのＴＩＡＤＪが、クランクパルスに対応するタイミングで繰り返し実行される。

ここで、本実施形態では、追加噴射の完了タイミングが吸気バルブ３８の最大リフト時ＬＭＡＸのタイミングと合致するように、最大リフト時ＬＭＡＸから逆算することで追加噴射を開始する所定時期Ｃが導き出される。追加噴射の完了タイミングを吸気バルブ３８の最大リフト時ＬＭＡＸのタイミングと合致させるのは、最大リフト時ＬＭＡＸを過ぎると吸気バルブ３８が開いていても燃料が筒内に入りにくくなることに起因する。この設定により、噴射した燃料を確実に筒内に吸入させると共に追加噴射の時期をできる限り遅らせることが可能となり、基本噴射と追加噴射との間隔を最大限大きくすることで、基本噴射で噴射された燃料が霧化しやすくなる。

時刻ｔ３で開始される複数回のＴＩＡＤＪでは、スロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数Ｎｅを噴射量マップ１５に適用することで追加噴射量Ｂが算出される。時刻ｔ４では、追加噴射量Ｂに基づく第２噴射量ＮＴＯＵＴ（図５参照）追加噴射が開始され、時刻ｔ５では、吸気バルブ３８の最大リフト時ＬＭＡＸとなり、同時に追加噴射が完了する。

上記した基本噴射および追加噴射は、エンジン３０の１サイクルにそれぞれ１回実行される。時刻ｔ６からは次のサイクルとなり、時刻ｔ６でＦＩＣＡＬを実行後、時刻ｔ７で基本噴射が開始されて時刻ｔ８でこれを終了する。

図５および図６は、基本噴射および追加噴射の詳細説明図である。図５では、スロットル開度ＴＨが増加する加速走行時を示し、図６では、スロットル開度ＴＨが一定の定常走行時を示す。

前記したように、本実施形態では、ＦＩＣＡＬで算出された基本噴射量Ａが、予め定められた最低補償量ＴＭＩＮ（インジェクタ６で制御可能な最低噴射量）の２倍以上であるときは、この最低補償量ＴＭＩＮを追加噴射に移行する処理が行われる。これにより、算出された追加噴射量Ｂが最低補償量ＴＭＩＮ未満となる場合であっても、適切な噴射を実行することが可能となる。

図５を参照して、時刻ｔ１０では、吸気バルブ３８の開区間の終了をトリガとして、基本噴射量算出ステージＦＩＣＡＬが実行される。このとき、演算処理時のスロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数Ｎｅを噴射量マップ１５に適用することで算出される基本噴射量Ａが、最低補償量ＴＭＩＮの２倍以上であるため、この最低補償量ＴＭＩＮの１単位分が追加噴射に移行される。これにより、基本噴射における第１回噴射量ＩＴＯＵＴは、基本噴射量Ａから最低補償量ＴＭＩＮを減算した量となり、時刻ｔ１１から第１回噴射量ＩＴＯＵＴの噴射が開始される。

次に、基本噴射の終了する時刻ｔ１２では、クランクパルスに応じた追加噴射量算出ステージＴＩＡＤＪが起動する。このとき、追加噴射における第２回噴射量ＮＴＯＵＴは、ＴＩＡＤＪで算出される追加噴射量Ｂに最低噴射量ＴＭＩＮを加算した量となる。したがって、制御部４の追加噴射開始タイミング算出部１８は、この第２回噴射量ＮＴＯＵＴによる追加噴射が、吸気バルブ３８の最大リフト時ＬＭＡＸに完了するように、追加噴射開始タイミングとしての所定時期Ｃを算出する。

クランクパルス毎に複数回実行されるＴＩＡＤＪでは、毎回、最新の追加噴射量Ｂおよび第２回噴射量ＮＴＯＵＴが算出される。時刻ｔ１３では、この第２回噴射量ＮＴＯＵＴに基づいて算出された所定時期Ｃの到来に応じて追加噴射が開始され、第２回噴射量ＮＴＯＵＴによる噴射が完了する時刻ｔ１４まで継続される。エンジン３０の１サイクル（クランク２回転）は、時刻ｔ１０を起点とすると時刻ｔ１５において１周期となり、この時刻ｔ１５では次サイクルのＦＩＣＡＬが起動することとなる。

次に、図６では、スロットル開度ＴＨが一定の状態で、いわゆる加速補正が不要な運転状態を示している。時刻ｔ２０では、吸気バルブ３８の開区間の終了をトリガとして、基本噴射量算出ステージＦＩＣＡＬが実行される。このとき、基本噴射量Ａは、図５に示した加速状態よりは少ないものの、最低補償量ＴＭＩＮの２倍以上であるため、この最低補償量ＴＭＩＮの１単位分が追加噴射に移行される。これにより、基本噴射で噴射される第１回噴射量ＩＴＯＵＴは、基本噴射量Ａから最低補償量ＴＭＩＮを減算した量となり、時刻ｔ２１から第１回噴射量ＩＴＯＵＴの噴射が開始される。

次に、基本噴射の終了する時刻ｔ２２では、クランクパルスに応じた追加噴射量算出ステージＴＩＡＤＪが起動する。この図の例では、複数回のＴＩＡＤＪを経てもスロットル開度ＴＨに変化がなく、ＴＩＡＤＪで算出される追加噴射量Ｂがゼロ（Ｂ＝０）であったため、第２回噴射量ＮＴＯＵＴは、最低噴射量ＴＭＩＮのみとなる。この場合において、制御部４の追加噴射開始タイミング算出部１８は、第２回噴射量ＮＴＯＵＴ（＝最低噴射量ＴＭＩＮ）による追加噴射が、吸気バルブ３８の最大リフト時ＬＭＡＸに完了するように、追加噴射開始タイミングとしての所定時期Ｃが算出される。

時刻ｔ２３では、この第２回噴射量ＮＴＯＵＴに基づいて算出された所定時期Ｃの到来に応じて追加噴射が開始され、最大リフト時ＬＭＡＸとなる時刻ｔ２４まで継続される。そして、時刻ｔ２５では次サイクルのＦＩＣＡＬが起動することとなる。

図７は、本実施形態に係る燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、エンジン回転数Ｎｅが検知され、ステップＳ２では、スロットル開度ＴＨが検知される。ステップＳ３では、基本噴射量算出ステージＦＩＣＡＬの実行タイミングであるか否かが検知される。ステップＳ３で肯定判定されると、ステップＳ４に進んで、基本噴射量Ａの算出が実行される。ステップＳ３で否定されると、ステップＳ３の判定に戻る。

ステップＳ５では、算出された基本噴射量Ａが最低補償量ＴＭＩＮの２倍以上である（Ａ≧ＴＭＩＮ×２）か否かが判定される。ステップＳ５で肯定判定されると、ステップＳ６において、基本噴射量Ａから最低補償量ＴＭＩＮが減算されて第１回噴射量ＩＴＯＵＴが算出され（ＩＴＯＵＴ＝Ａ−ＴＭＩＮ）、ステップＳ７に進む。一方、ステップＳ５で否定判定される、すなわち、算出された基本噴射量Ａが最低補償量ＴＭＩＮの２倍未満であった場合は、ステップＳ６をスキップしてステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、第１回噴射量ＩＴＯＵＴが確定し、ステップＳ８では、第１回噴射量ＩＴＯＵＴによる基本噴射が実行される。続くステップＳ９では、クランクパルス毎のＴＩＡＤＪによって最新のスロットル開度ＴＨに応じた追加噴射量Ｂが毎回算出され、ステップＳ１０では、追加噴射量Ｂに最低補償量ＴＭＩＮを加算することで第２回噴射量ＮＴＯＵＴが算出される（ＮＴＯＵＴ＝Ｂ＋ＴＭＩＮ）。

そして、ステップＳ１０では、第２回噴射量ＮＴＯＵＴがリミット時間ＬＴＩＭＥ以上（ＮＴＯＵＴ≧ＬＴＩＭＥ）であるか否かが判定される。このリミット時間ＬＴＩＭＥは、吸気バルブ３８の最大リフト時ＬＭＡＸまでに第２噴射量ＮＴＯＵＴの吸入完了を可能とする残り時間（噴射量）であり、クランクパルス毎に減少し続ける値である。これに対し、第２噴射量ＮＴＯＵＴ（追加噴射量Ｂ＋最低補償量ＴＭＩＮ）は、ＴＩＡＤＪによる追加噴射量Ｂを算出する際のスロットル開度ＴＨに応じて増減する値である。

そして、第２噴射量ＮＴＯＵＴが、減少を続けるリミット時間ＬＴＩＭＥ以上となると、ステップＳ１２に進んで、第２噴射量ＮＴＯＵＴおよびＮＴＯＵＴ噴射開始タイミング（所定時期Ｃ）が確定する。最後に、ステップＳ１３では、所定時期Ｃに到達することで第２噴射量ＮＴＯＵＴによる追加噴射が実行されて、一連の制御を終了する。

上記したように、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、基本噴射量算出ステージＦＩＣＡＬで算出された基本噴射量Ａが、インジェクタ６による噴射制御が可能な最低単位である最低補償量ＴＭＩＮの２倍以上であるときは、最低補償量ＴＭＩＮの少なくとも１単位分を基本噴射量Ａから減算すると共に追加噴射量Ｂに加算する移行処理を実行するので、単一のインジェクタ６で吸気ポート３９に噴射する構成のエンジン３０において、追加噴射における噴射量の精度を高めることができ、また、基本噴射で噴射した燃料が吸気ポートの熱で霧化する時間が十分に確保されることで、内燃機関の構成を複雑化することなく燃料の霧化の促進を図ることが可能となる。また、追加噴射量算出ステージＴＩＡＤＪで算出される追加噴射量Ｂがインジェクタ６の最低補償量ＴＭＩＮ未満であった場合でも、少なくとも基本噴射量Ａから移行した最低補償量ＴＭＩＮの１単位分が追加噴射されることとなり、インジェクタ６の性能を高めることなく適切な燃料噴射制御を実行することが可能となる。

なお、エンジンの形式やインジェクタの構造、吸気ポートの形状やインジェクタおよびスロットルバルブの配置、吸排気バルブの開閉タイミング、制御部の構成、クランクパルサロータの形状やステージの分割数、ＦＩＣＡＬおよびＴＩＡＤＪの実行タイミング、最低補償量の設定値等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、基本噴射から追加噴射に移行処理される噴射量を最低補償量の２単位以上としてもよい。本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、自動二輪車に限られず、三／四輪車等の各種車両の内燃機関に適用することが可能である。

４…制御部（ＥＣＵ）、６…インジェクタ（燃料噴射弁）、１０…位相検知部、１８…追加噴射開始タイミング算出部、３０…エンジン（内燃機関）、３８…吸気バルブ、３９…吸気ポート、４３…スロットルバルブ、６０…燃焼室、Ａ…基本噴射量、Ｂ…追加噴射量、Ｃ…所定時期、ＩＴＯＵＴ…第１噴射量、ＮＴＯＵＴ…第２噴射量、ＴＭＩＮ…最低補償量、ＦＩＣＡＬ…基本噴射量算出ステージ、ＴＩＡＤＪ…追加噴射量算出ステージ、ＬＭＡＸ…最大リフト時、ＬＴＩＭＥ…リミット時間、ＴＨ…スロットル開度、Ｎｅ…エンジン回転数

Claims (5)

1. 内燃機関（３０）の単一気筒の燃焼室（６０）に通じる吸気ポート（３９）の上流側に設けられると共に、スロットルバルブ（４３）と吸気バルブ（３８）の間の位置で前記吸気ポート（３９）に燃料を噴射する単一の燃料噴射弁（６）を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   少なくともスロットル開度（ＴＨ）およびエンジン回転数（Ｎｅ）に基づいて、１サイクル中に噴射される基本噴射量（Ａ）および追加噴射量（Ｂ）を算出する制御部（４）を具備し、
   前記噴射された燃料への点火は、前記内燃機関（３０）の圧縮行程と膨張行程との間で実行され、
   クランクパルス信号に基づいて内燃機関の２回転の期間を等間隔で分割した複数のステージが設定されると共に、
   前記複数のステージのうち、前記圧縮行程で前記基本噴射量（Ａ）を算出するタイミングに対応するステージを基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）として設定し、
   前記複数のステージのうち、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）の後の運転状態に応じて要求される前記追加噴射量（Ｂ）を算出するタイミングに対応するステージを追加噴射量算出ステージ（ＴＩＡＤＪ）として設定し、
   前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記燃料噴射弁（６）による噴射制御が可能な最低単位である最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を、前記基本噴射量（Ａ）から減算すると共に前記追加噴射量（Ｂ）に加算する移行処理を実行し、
   前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を前記基本噴射量（Ａ）から減算することで第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を算出すると共に前記最低補償量（ＴＭＩＮ）を前記追加噴射量（Ｂ）に加算して第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）を算出し、前記第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）による基本噴射と前記第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）による追加噴射とを行い、
   前記制御部（４）は、前記追加噴射量（Ｂ）に前記最低補償量（ＴＭＩＮ）を加算することで算出される第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）を、前記当該サイクル中における基本噴射燃料が吸入される吸気バルブ（３８）の開閉時の最大リフト時（ＬＭＡＸ）までに完了するように噴射し、
   前記内燃機関（３０）のクランクシャフト（１）の位相をクランクパルスとして検知するクランクパルサロータ（２）およびパルス発生器（３）を具備し、
   前記制御部（４）は、前記第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）の噴射後に検知される前記クランクパルス毎に前記追加噴射量算出ステージ（ＴＩＡＤＪ）を実行し、前記第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）の噴射が前記吸気バルブ（３８）の最大リフト時（ＬＭＡＸ）までに完了するように、前記最大リフト時（ＬＭＡＸ）の手前の所定時期（Ｃ）から第２噴射量（ＮＴＯＵＴ）の噴射を開始することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記制御部（４）は、前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）で算出された基本噴射量（Ａ）が前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の２倍以上であるときは、前記最低補償量（ＴＭＩＮ）の１単位分を前記基本噴射量（Ａ）から減算することで第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を算出し、前記吸気バルブ（３８）が閉じてから圧縮行程の終了までの間に該第１噴射量（ＩＴＯＵＴ）を噴射することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記基本噴射量算出ステージ（ＦＩＣＡＬ）が、前記吸気バルブ（３８）の開期間が終了するタイミングに対応するように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記燃料噴射弁（６）は、前記スロットルバルブ（４３）を備えたスロットルボディ（４２）に設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記クランクシャフト（１）の位相に対する吸気バルブ（３８）のバルブタイミングが固定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。