JPH0517390B2

JPH0517390B2 -

Info

Publication number: JPH0517390B2
Application number: JP57146838A
Authority: JP
Inventors: Ryusaburo Inoe
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1993-03-09
Also published as: JPS5937236A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、燃料噴射時期制御方法に関する。

火花点火式内燃機関において直接噴射式のもの
がある。この機関は、気筒内に直接燃料を噴射
し、かつ気筒内での燃料噴霧特性と気流とを精密
に制御して、点火プラグ近傍に可燃混合気の領域
を形成することにより、全体として空燃比が非常
に薄くても安定な燃焼を行なわせるようにしたも
のである。

そのため、上記の機関においては、軽、中負荷
域における燃料経済性がデイーゼルエンジンと同
等程度に高められ、かつ高負荷域での出力がガソ
リンエンジン程度に高められる可能性がある。

ところで、上記のような直接噴射式内燃機関に
おいては、従来例えばSAE−720052（アメリカ自
動車技術者協会ペーパ番号）にも記載されている
ように、メカニカル・ガバナを組み込んだ燃料ポ
ンプを具備している。

すなわち、第１図において燃料噴射ポンプFP
は、機関の吸入負圧及び回転数に応じて駆動され
るメカニカル・ガバナを有しており、このメカニ
カル・ガバナによつて決定された燃料噴射時期に
所要の燃料をシリンダヘツドSHに取り付けた燃
料噴射弁FV（燃焼室Ｒ内に噴射ノズルが露出して
いる）に分配圧送して噴射する。

そして、その噴射された燃料が、所要点火時期
に点火プラグIPによつて点火される。

ところで、例えば、低負荷時においては着火を
確実にするため噴射終了時期を点火時期の直前す
なわち圧縮行程の終了時頃にしたり、また高負荷
時においては出来るだけ空気と燃料との混合状態
を良くして高出力を発生させるため噴射終了時期
を早い時期例えば吸入行程終了時頃にするように
制御することが望ましい。

しかしながら、このような従来の燃料噴射時期
の制御では、メカニカル・ガバナによつて機械的
に行なつているため、制御範囲が機関回転数に対
しては約40°CA（クランク角）、機関負荷に対して
は約50°CAと狭い。

そのため、低負荷時の機関要求値に合わせて制
御範囲を設定すると、特に高負荷時において、噴
射時期が遅れ過ぎとなつて、噴射燃料が充分に霧
化して均一混合気になる以前に点火されてしま
い、それによつて排気ガスのスモークレベルが高
くなり、しかも燃費も悪化するという問題があつ
た。

この発明は、上記のような背景に鑑みてなされ
たものであり、火花点火式内燃機関の燃焼室に直
接臨んで電磁式燃料噴射弁を配設し、該電磁式燃
料噴射弁の開閉により燃料噴射時期を制御するよ
うにし、機関が軽負荷領域にある場合には、燃料噴射終
了時期を圧縮行程内に設定し、この燃料噴射終了
時期と機関が要求する燃料噴射量とに基づいて燃
料噴射開始時期を制御し、且つこうして設定され
る燃料噴射終了時期は負荷が小さいほど且つ機関
回転数が低いほど圧縮上死点に近い側に設定され
る一方、機関が中又は高負荷領域にある場合には、燃料
噴射開始時期を吸入行程若しくは圧縮行程内に設
定し、この燃料噴射開始時期と機関が要求する燃
料噴射量とに基づいて燃料噴射終了時期を制御
し、且つこうして設定される燃料噴射開始時期は
負荷が高いほど吸入行程前半に近い側に設定させ
ることによつて上述した従来の問題を解決し得る
ようにしたものである。

以下、この発明の実施例を図面の第２図以降を
参照しながら説明する。

第２図は、この発明の一実施例を示す構成図で
ある。

同図において、直接噴射式で４サイクル４気筒
火花点火式内燃機関のシリンダヘツド１には、各
気筒毎に電磁式の燃料噴射弁２〜５を夫々取り付
けてあり、絞り弁６の上流の吸気通路７には、吸
入空気量を検出するための吸入空気量センサ８を
介装している。

絞り弁６は、アクセルペダル９の踏み込み度に
応じてアクセルワイヤ１０を介して、その開度を
増減するようになつており、この絞り弁６の軸と
リンクして作動する絞り弁開度センサ１１によつ
て、絞り弁６の開度が検出される。また、絞り弁
６には絞り弁全閉時にオンとなるアイドルスイツ
チ１２を設けてある。

機関のデイストリビユータ（図示していない）
には、クランク角センサ１３が取り付けられ、機
関の回転に同期した気筒判別信号（720°信号）
S₁、基準クランク角信号（180°信号）S₂及び角度
パルス信号（1°信号）S₃を発生する。

このほかに、シリンダヘツド１のウオータジヤ
ケツトには、水温センサ１４が取り付けてあり、
空気の吸入口にはエアフイルタ１５を設けてい
る。

また、燃料噴射弁２〜５を夫々駆動制御する制
御ユニツト１６は、例えば第３図に示すようにマ
イクロコンピユータを用いて構成されている。

先ず、入力信号について説明すると、この制御
ユニツト１６に入力される信号は、次の３種類に
大別される。

第１は、パルス列として入力される信号で、ク
ランク角センサ１３から送られてくる前述した気
筒判別信号S₁、基準クランク角信号S₂及び角度パ
ルス信号S₃である。

第２は、吸入空気量センサ８の出力信号S₄、水
温センサ１４の出力信号S₅、絞り弁開度センサ１
１の出力信号S₆などのアナログ信号であり、これ
らのアナログ信号はマルチプレクサ（MPX）１
７に入力され、後述する入出力インタフエース回
路（Ｉ／Ｏ）１８からのセレクト信号により時系
列的に選択されて、その選択された信号が、アナ
ログ・デジタル変換器（ADC）１９に送られ、
そこでデジタル信号に変換される。

第３は、オン・オフ信号として入力される情報
で、アイドルスイツチ１２から送られてくる信号
S₇である。

なお、この信号S₇は１ビツトのデジタル信号と
して取扱うことができる。

CPU２０は、制御プログラム及び固定データ
を格納している記憶素子であるROM２１、演算
データを格納する読み出し及び書き込み可能な記
憶素子であるRAM２２、及びＩ／Ｏ１８の各間
を、データバス２３、コントロールバス２４及び
アドレスバス２５で連絡して、Ｉ／Ｏ１８を介し
て入力される前述の各入力信号に基づいて、デジ
タル演算処理を行う中央処理装置である。

CPU２０による演算結果は、入出力インタフ
エース回路１８を介して燃料噴射信号S₈〜S₁₁及
び点火信号S₁₂として、燃料噴射弁駆動回路２６
ａ〜２６ｄ及び点火プラグ駆動回路２７へ送られ
る。

第４図は、入出力インタフエース回路１８にお
いて、燃料噴射弁駆動系に関する回路を詳しく説
明するためのブロツク図であり、入出力インタフ
エース回路１８′は、燃料噴射弁駆動系に関する
回路以外の回路を示す。

同図において、第２図の各燃料噴射弁２〜５に
対応する各燃料噴射弁駆動回路２６ａ〜２６ｄ毎
に、噴射信号演算回路２８〜３１を設けてあり、
これ等の噴射信号演算回路２８〜３１は夫々燃料
噴射弁駆動回路２６ａ〜２６ｄへ燃料噴射信号S₈
〜S₁₁を出力する。

フリツプフロツプ回路（FF）３２は、第５図
イに示す気筒判別信号S₁が入力される毎にリセツ
ト（例えばＱ出力が“Ｈ”で、出力が“Ｌ”の
状態）され、同図ロに示す基準クランク角信号S₂
が入力される毎に出力が反転する。

アンド回路３３は、第５図ハに示すFF３２の
Ｑ出力と同図ロに示す基準クランク角信号S₂との
論理積を取り、アンド回路３４は、同図ニに示す
FF３２の出力と基準クランク角信号S₂との論
理積を取るようになつているため、アンド回路３
３，３４の出力信号S₁₃，S₁₄は、第５図ホ，ヘに
示すように夫々周期が360°CAで、互いに180°CA
位相のずれた信号となる。

アンド回路３３からの出力信号S₁₃は、噴射信
号演算回路２８，２９に、又アンド回路３４から
の出力信号S₁₄は、噴射信号演算回路３０，３１
に夫々入力する。

また、噴射信号演算回路２８〜３１には、夫々
角度パルス信号S₃も入力される。

同一構成の噴射信号演算回路２８〜３１は、例
えば第６図に噴射信号演算回路２８で代表して示
すような回路構成となつている。

この噴射信号演算回路２８を説明すると、ま
ず、レジスタ３５と３６とには、前述した各種の
バス２３〜２５を介して第３図のCPU２０で演
算された噴射開始時期及び噴射時間幅のデータが
書き込まれる。

次に、カウンタ３７は、第７図イに示す角度パ
ルス信号S₃をカウントし、第４図のアンド回路３
３の出力信号S₁₃（第７図ロ参照）が与えられると
リセツトされる。

デジタル比較器３９は、第７図ハに示すように
カウンタ３７の値n₁とレジスタ３５の値D₁とを
比較し、両者が一致すると同図ニに示すパルス信
号S₁₅を出力する。

カウンタ３８は、角度パルス信号S₃をカウント
し、信号S₁₅によつてリセツトされる。

デジタル比較器４０は、第７図ホに示すように
カウンタ３８の値n₂とレジスタ３６の値D₂とを
比較し、両者が一致すると同図ヘに示す信号S₁₆
を出力する。

フリツプフロツプ回路（FF）４１は、信号S₁₅
でセツトされ、信号S₁₆でリセツトされる。

したがつて、FF４１のＱ出力である燃料噴射
信号S₈は、第７図トに示すようにレジスタ３５に
書き込まれた噴射開始時期T₁で立上り、その時
点からレジスタ３６に書き込まれた噴射時間幅τ₁
後に立下るパルス信号となる。この立下つた時点
T₂′が噴射終了時期となる。

そこで、燃料噴射信号S₈がハイレベルの間、こ
の信号に対応する燃料噴射弁を開弁して燃料噴射
を行なわせれば、所望の噴射開始時期から終了時
期までの噴射時間幅で燃料噴射を行なわさせるこ
とが出来る。

なお、他の噴射信号演算回路２９〜３１も同様
な作用をなす。

次に、第８図を参照して、第３図の制御ユニツ
ト１６におけるCPU２０の演算処理の手順を説
明する。

最初のSTEP1で、第３図のインターフエース
１８においてクランク角センサ１３からの角度パ
ルス信号S₃に基づいて求めた機関回転数を読み込
み、STEP2で吸入空気量センサ８の出力信号S₆
を読み込んで、夫々CPU２０内のレジスタに格
納する。

次に、STEP3で、これらの情報から１回転当
りの吸入空気量を計算し、この値に比例する基本
噴射量を算出する。

STEP4では、水温センサ１４からの出力信号
S₅などの補正信号を読み込み、次のSTEP5で
STEP3で求めた基本噴射量の補正を行う。

STEP6では、STEP3で求めた基本噴射量が予
め定めておいた設定値以上であるか否か、すなわ
ち機関負荷が大きいか否かを判断する。

基本噴射量が設定値未満の場合はSTEP7に進
み、機関回転数と基本噴射量とをパラメータとし
て噴射終了時期データの２次元テーブル（ROM
２１の格納データ）をルツクアツプすることによ
り、噴射終了時期表引して、そのデータをRAM
２２に一旦格納する。この２次元テーブルの噴射
終了時期データは、例えば第９図に示すように、
基本噴射量が（負荷）が小さくなるほど且つ機関
回転数が低くなるほど圧縮上死点近く（約50〜
100°BTDC）に設定してある。なお、第９図の数
値はいずれも圧縮行程上死点前のクランク角度で
ある。したがつて、燃料噴射終了時期は圧縮行程
内に存在する。

次にSTEP8において、先ずSTEP1で読み込ん
だ機関回転数に基づいてクランク軸が1°回転する
ために要する時間を計算すると共に、この計算結
果からSTEP5で得た補正後の燃料噴射量のデー
タを時間の単位からクランク角度の単位に換算す
る。

そして、STEP7で得た噴射終了時期（クラン
ク角度の単位）からクランク角度の単位に換算し
た燃料噴射量（期間）を減算して、噴射開始時期
を求めその求めたデータを一旦RAM２２に格納
する。

一方、基本噴射量が設定値以上の場合、すなわ
ち中又は高負荷の場合はSTEP9に進んで、先ず
機関回転数と基本噴射量とをパラメータとして噴
射開始時期データの２次元テーブル（ROM２１
の格納データ）をルツクアツプすることにより、
噴射開始時期を表引して、その表別したデータを
一旦RAM２２に格納する。

この２次元テーブルの噴射開始時期データは、
機関の排気弁が閉じた直後に設定しておくか、も
しくは、第１０図に示すように、高負荷ほど進ま
せておけば（上限は排気弁が閉じる時期）、燃費、
スモークの面から有利である。なお、第１０図の
数値はいずれも圧縮上死点前のクランク角度であ
る。したがつて、燃料噴射開始時期は吸入行程若
しくは圧縮行程内に存在すると共に、基本噴射量
（負荷）が高くなるほど吸入行程前半に近づくよ
うに設定されている。

そして、上記STEP8又は９において求めた噴
射開始時期と、STEP5において噴射時間幅（噴
射量）を第４図の噴射信号演算回路２８〜３１の
各レジスタ（第６図参照）に書き込み、それによ
り燃料噴射量及び噴射終了時期の制御を行う。

なお、負荷の検出は、絞り弁開度センサ１１か
らの出力信号S₆を用いても良いことは言うまでも
なく、また吸入空気量センサ８の出力信号Ｓ４を
用いてもよい。

以上説明してきたように、この説明によれば、
機関が軽負荷の場合には、先ず燃料噴射終了時期
を圧縮行程内にて負荷が小さいほど且つ機関回転
数が低いほど圧縮上死点に近くなるように決定し
て、その後その燃料噴射終了時期と機関が要求す
る燃料噴射量とに基づいて燃料噴射開始時期を制
御し、機関が中又は高負荷の場合には、先ず燃料
噴射開始時期を吸入行程若しくは圧縮行程にて負
荷が高いほど吸入行程前半に近い側に決定して、
その後その燃料噴射開始時期と機関が要求する燃
料噴射量とに基づいて燃料噴射終了時期を制御す
るようにしたため、低負荷時には燃料噴射終了時
期を圧縮行程内である点火時期直前に近づけて高
精度に設定でき、層状給気を確実に行つて着火を
確実に行えると共に希薄混合気でも安定して機関
を運転できるので燃費上有利である。ここで、燃
料噴射終了時期を先ず決定すると、燃料噴射量に
対応する時間に無関係に燃料噴射終了時期を決定
でき、燃料噴射開始時期を先ず決定した後に燃料
噴射量を考慮して燃料噴射終了時期を決定する場
合に較べて、燃料噴射終了時期を圧縮行程内の例
えば点火時期直前に高精度に設定できるのであ
る。つまり、燃料噴射開始時期を先ず決定する場
合には、決定された燃料噴射開始時期と燃料噴射
量とから燃料噴射終了時期を決定するので、燃料
噴射終了時期を圧縮行程内である点火時期直前に
しようとする燃料噴射量が機関負荷に応じて変化
するため燃料噴射開始時期を機関運転条件に応じ
て細かく設定する必要があり、それらの演算が複
雑になると共に燃料噴射終了時期を圧縮行程内の
例えば点火直前に高精度に設定できないのであ
る。また、燃料噴射終了時期を機関回転数が低く
なるほど圧縮上死点に近くなるように設定するの
は、点火時期は機関回転数が低くなるほど遅れる
ように設定されるので、このような実状に鑑みて
なされたもので点火時期を考慮して燃料噴射終了
時期を高精度に点火時期直前に設定するためであ
る。

また、中、高負荷時には、燃料噴射開始時期を
早めて、吸入行程の初期から燃料噴射を行えるた
め、燃料の霧化及び空気とのミキシングが改善さ
れ、それによつて高出力を発生できると共にスモ
ークの低減と燃費の向上を計れる。ここで、中、
高負荷時には燃料噴射開始時期を先ず決定するの
は前記ミキシングの改善を確実に行うために燃料
噴射が早期に確実に行えるようにするためであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の直接噴射式内燃機関の燃料噴
射装置の一例を示す構成図、第２図は、この発明
の一実施例を示す構成図、第３図は、第２図中の
制御ユニツトの具対例を示すブロツク図、第４図
は、第３図中の入出力インタフエース回路の一部
分を具体的に示すブロツク図、第５図イ〜ヘは、
夫々第４図中の各信号の関係を示す波形図、第６
図は、第４図中の噴射信号演算回路の構成を示す
ブロツク図、第７図イ〜トは、夫々第６図中の各
信号の関係を示す波形図、第８図は、制御ユニツ
トにおける燃料噴射時期の演算処理手順を示すフ
ローチヤート、第９図及び第１０図は、夫々第３
図のROMに格納した噴射終了及び噴射開始時期
データの２次元テーブルを示す説明図である。２〜５……燃料噴射弁、８……吸入空気量セン
サ、１１……絞り弁開度センサ、１３……クラン
ク角センサ、１４……水温センサ、１６……制御
ユニツト、１８……入出力インタフエース回路、
２８〜３１……噴射信号演算回路、２６ａ〜２６
ｄ……燃料噴射弁駆動回路、２７……点火プラグ
駆動回路。

Claims

【特許請求の範囲】１火花点火式内燃機関の燃焼室に直接臨んで電
磁式燃料噴射弁を配設し、該電磁式燃料噴射弁の
開閉により燃料噴射時期を制御するようにし、機関が軽負荷領域にある場合には、燃料噴射終
了時期を圧縮行程内に設定し、この燃料噴射終了
時期と機関が要求する燃料噴射量とに基づいて燃
料噴射開始時期を制御し、且つこうして設定され
る燃料噴射終了時期は負荷が小さいほど且つ機関
回転数が低いほど圧縮上死点に近い側に設定され
る一方、機関が中又は高負荷領域にある場合には、燃料
噴射時期を吸入行程中若しくは圧縮行程内に設定
し、この燃料噴射開始時期と機関が要求する燃料
噴射量とに基づいて燃料噴射終了時期を制御し、
且つこうして設定される燃料噴射開始時期は負荷
が高いほど吸入行程前半に近い側に設定されるこ
とを特徴とする火花点火式内燃機関の燃料噴射時
期制御方法。