JPH0537000Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は火花点火機関の始動制御装置、特に、
各気筒毎に燃料噴射手段を備えた火花点火機関の
始動制御装置に関する。

（従来の技術） 火花点火式の内燃機関は、吸気ポート側より供
給された燃料を燃焼室で気化させて、これに着火
し、燃焼エネルギーを回転出力として得るもので
ある。このような火花点火機関の始動時において
各気筒がクランキング作動に入ると、これが着火
前においては第７図に示すように、大気圧に近い
吸気を圧縮するため仕事量が大きく、クランク角
速度は比較的低い状態で変動する。

この状態において吸気ポート及び燃焼室の各温
度は低く燃料の気化量が少ない状態にある。

そこで、始動時においては、着火を促すため、
通常運転時の数倍の燃料を供給するという燃料供
給量の制御を行なつている。

（考案が解決しようとする問題点） ところが、始動時に複数気筒の内の１つが着火
した場合には、他の気筒は別として、着火気筒や
その吸気ポートの壁温が上昇し、以後、気化し易
い状態に変わる。ところが、従来装置では全気筒
が着火気筒となつた際、あるいはその状態に近い
機関回転状態に達した際に始動完了と判断してい
る。このため、１度着火した気筒にも以前として
未着火気筒と同様に過剰な量の燃料が供給され、
再び失火することがあり、始動性に問題があつ
た。

この考案の目的は、火花点火機関の始動性を向
上させることのできる火花点火機関の始動制御装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成するため本考案による火花点
火機関の始動制御装置は第１図に示すような構成
を採る。即ち、燃焼行程にある気筒におけるクラ
ンク軸角速度の変化量より着火情報を出力する着
火検出手段１と、駆動状態量としての着火前状態
量と着火後状態量を出力可能な駆動状態量出力手
段２とをそれぞれ備え、制御手段３が上記着火情
報より判別した着火気筒の駆動状態量として上記
着火前状態量に代え上記着火後状態量を選択した
上で、各燃料噴射手段４及びその他の始動補助手
段５の内の少なくとも一方を駆動制御することを
特徴としている。

（作用） 制御手段がクランク軸角速度の変化量に応じて
検出された着火情報より着火気筒を判別し、この
着火気筒の駆動状態量として着火前状態量に代え
着火後状態量を選択し、この着火後状態量に基づ
き燃料噴射手段及びその他の始動補助手段の内の
少なくとも一方を駆動制御するため、着火気筒の
再度の失火を防止できる。

（実施例） 第２図に示した火花点火機関の始動制御装置
（以後単に始動制御装置と記す）は直列４気筒の
ガソリンエンジンＡに装着される。このガソリン
エンジンＡは各吸気ポートに燃料噴射手段として
のインジエクタ１０をそれぞれ対設しており、各
インジエクタ１０の図示しない駆動ソレノイドの
各一方端子はレジスタ１１を介しメインリレー１
２に接続され、各他方端子はエンジンコントロー
ラ１３内のインジエクタ駆動回路として働くパワ
ートランジスタ列よりなる開閉器１４に接続され
る。なお、メインリレー１２はイグニツシヨンス
イツチ１５により開閉操作され、電源１６側に接
続される。このメインリレー１２の励磁時にはエ
ンジンコントローラ１３も給電を受ける。

ガソリンエンジンＡの図示しない排気ポートは
排気マニホウルド１７にそれぞれ接続され、この
排気マニホウルドは集合部１７１において図示し
ない排気管に接続される。集合部１７１には集合
された排気路Ｅを開閉する排気絞り弁１８が取付
けられる。排気絞り弁１８はバタフライ弁であ
り、その回転軸はリンク系を介しソレノイドアク
チユエータ１９に連結され、開閉駆動される。ソ
レノイドアクチユエータ１９はエンジンコントロ
ーラ１３に接続される。

ガソリンエンジンＡの各燃焼室（図示せず）に
はそれぞれ点火プラグ２０が取付けられ火花点火
を可能としている。各点火プラグ２０は図示しな
いカム軸に連動するデイストリビユータ２１及び
イグニツシヨンコイル２２を介しイグナイタ２３
に接続され、このイグナイタはＢ端子を電源１６
側に、Ｃ端子をエンジンコントローラ１３にそれ
ぞれ接続する。

エンジンコントローラ１３はマイクロコンピユ
ータによりその主要部が形成され、これに加えて
開閉器１４や周知の電源回路、各種のリレー回
路、絞り弁駆動回路等の各部の駆動回路が集合さ
れて形成される。

マイクロコンピユータ１３１はその入力ポート
側に各Ａ／Ｄ変換器（図示せず）を介しスロツト
ルポジシヨンセンサ２４及び水温センサ２５が接
続される。

更に、エンジン吸気量情報を入力するエアフロ
ーセンサ２６、デイストリビユータ２１内に取付
けられた気筒識別信号Ｇを出力するＧピツクアツ
プ及びクランク角度信号Neを出力するNeピツク
アツプからなるクランク角センサ２７をも接続し
ている。

マイクロコンピユータ１３１はそのROM（読
取り専用メモリ）に各種駆動状態量や所要の制御
プログラムを記憶処理されている。

即ち、駆動状態量としては第３図に示すように
燃料噴射量があり、これは着火前増量分M1、着
火後増量分M2（M2＜M1）、基準量M3等が前以つ
て決定されている。ここで基準量M3は吸気量情
報及びエンジン回転情報に基づき理論空燃比を達
成できる場合の噴射量として、通常通り決定され
る。そして着火前噴射量Mbは（M3＋M1）とし
て算出され、着火後噴射量Maは（M3＋M2）と
して算出される。

次に、駆動状態量として噴射時期があり、第４
図に示すようにこれは着火前における噴射時期Ｔ
１を吸気行程中とし、着火後噴射時期Ｔ２を排気
行程中としている。ここで着火前においてはあま
り気化を期待できず、吸気流に乗せて燃料を供給
する点にのみ主眼がおかれるため吸気行程が選択
されており、着火後においては燃焼室側からの高
温気流が吸気ポート側の燃料を加熱し、気化を促
進できる点を考慮し、排気行程中の噴射が決定さ
れている。

更に、駆動状態量として排気絞り弁１８の開度
があり、第５図に示すように、これは着火前にお
いて閉位置を、着火後において開位置を選択する
ように決定されている。ここで、エンジンの各気
筒はクランキング時において、断熱圧縮され、温
度を上げ燃料を気化させるが、着火に達しない
と、排気行程で排出され、気化分も排除するとい
う無駆な作動を行なう。そこで着火前において、
排気絞り弁１８で排気路を閉じておき、気化燃料
の流出を防ぎ、同時にポンピングロスをも低減さ
せることは着火の促進及びクランキングロスをも
低減できるという点で有利である。ここでは、着
火後には直ちに着火気筒の排気を排出する必要性
があり、着火気筒を判別したならば排気路を開放
するよう操作することとなる。

マイクロコンピユータ１３１のROMに記憶処
理される制御プログラムとしては、概略として、
エンジンの駆動状態に応じた各センサからの入力
を取り込み、しかも、車両の運転条件をも考慮
し、燃料噴射量、噴射時期を決定し、噴射量及び
時期信号を出力する処理を行なえるものが用いら
れており、ここでは、特に周知のメインルーチン
へ割込みにより処理されるサブルーチンを第９図
及び第１０図に示した。

第９図は示す着火判定ルーチンでは、クランク
角センサ２７よりクランク角で180°毎に気筒識別
信号Ｇを受けて割込みをかけられる。この時気筒
値をまず読み取るが、これと同時に90°識別カウ
ンターを別途作動させる（ステツプa2）。ステツ
プa3においては、気筒判別直後のクランク角5°の
時間幅をクランク角度信号Neに基づき計測し、
現回転速度（クランク軸角速度）ωaを算出し、
所定メモリエリアに取り込む。

次に、現在のクランク軸角速度ωaと90°前の同
速度ωbとを比較し（第７図参照）、その上昇量
Δω＝（ωa−ωb）が（降下している場合はゼロと
する）基準値Δωoを上回つているか否かを判別
し、上回るとステツプa6へ、下回つているとス
テツプa7へ進む。なお、ここで、基準値Δωoは
実験的に決定されており、即ち、圧縮上死点
TDCに対して、それより90°後のクランク角にお
けるクランク軸角速度が着火気筒と見做せること
ができるような値として決定されている。

ステツプa6においては、着火気筒の着火フラ
グをセツトし、直ちに排気絞り弁１８を開作動さ
せるべく弁開信号を絞り弁駆動回路１３２に出力
する。更に、噴射時期フラグの内、排気行程を指
定するフラグをセツトしメインルーチンへ戻る
（ステツプa9）。

ステツプa5においてクランク角速度ωaが基準
値以上に上昇しないものとしてステツプa7に達
した場合、該当気筒は未着火にあるとし、着火フ
ラグはリセツトされ、続いて、噴射時期フラグの
内、吸気行程を指示するフラグをセツトし、メイ
ンルーチンへ戻る。

ステツプa1の気筒値読み取りと同時に作動し
ていた90°識別カウンターがクランク角で90°をカ
ウントすると、90°割込み信号が発生され、ステ
ツプa12よりステツプa3以後の処理が繰返され
る。これにより、ステツプa5で圧縮上死点とそ
の90°後の各位置におけるクランク軸角速度ωa，
ωb′の比較がなされ（第７図参照）、差分が基準
値Δωoを上回つているとステツプa6へ進む。結
果として着火気筒の判別が気筒識別信号Ｇの入力
毎に行なわれる。

第１０図に示す燃料噴射量決定ルーチンではク
ランチ角センサより気筒識別信号Ｇの入力毎に、
それ以後の所定クランク角、たとえば180°後に噴
射量決定のための割込がかけられる。ここでは、
まず、該当気筒の着火フラグの有無を判別し、着
火フラグが立つているとステツプb2へ、立つて
いないとステツプb3へ進む。

ステツプb2では該当気筒が着火気筒と見做さ
れたため、通常、即ち着火後噴射量Maを決定
し、周知の燃料噴射ルーチンへ進む。

他方、ステツプb3では該当気筒が未着火であ
る場合で、しかも該当気筒より３行程前の気筒
（たとえば第６図中で第４気筒に対し第１気筒が
当る）が着火フラグを立てているか否かを判断
し、立つているとステツプb2へ、立つていない
とステツプb4に進み、ここで着火前噴射量Mbを
決定し、燃料噴射ルーチンへ進む。なおこの処理
は下記の理由による。第６図において、３行程前
の第１気筒の排気行程の前端は第４気筒のオーバ
ーラツプ（第４図中の０域）と重合している。即
ち、第８図に示すようなクランク角状態にありこ
れを利用し、第４気筒の吸気負圧の働きで第１気
筒の排気を逆流させて（吹き抜けを利用し）、第
４気筒の燃焼室温を上昇させ、あたかもこの気筒
の着火性が向上していると見做した上での処理を
するものである。

なお、ここでは４気筒のため点火順序で３行程
後の気筒のオーバーラツプ域０が利用されたが、
その他の気筒数の場合、あるいは気筒配列により
このオーバラツプ域０を利用する気筒は異なるこ
ととなる。このような始動制御装置では第６図に
示すように、クランキング時に順次１，２，３，
４の気筒が繰返し着火処理される。なお、この気
筒番号は着火順序を示し、その配列を示すもので
はない。そして、たとえば第１気筒が時点ｔ１に
おいて着火気筒と判定されると（ステツプa5）、
直ちに時点（ｔ１＋Δt）で排気絞り弁１８が開
位置に切換られ、その後の排気行程では排気はス
ムーズに排出される。

更に、時点ｔ２においては、排気マニホウルド
内には第１気筒の高温排気が高圧で流入してお
り、その排気は第４気筒のオーバーラツプ域０と
重なり、第４気筒にその一部が吸引され、第４気
筒の着火性は向上している。このため、第４気筒
の噴射量はステツプb2に示すように通常の着火
後噴射量Maと決定される。

更に、時点ｔ３に達すると、ステツプa9で処
理された噴射時期フラグ（排気行程用）に基づ
き、及びステツプb2で決定された着火時噴射量
Maに基づき燃料噴射ルーチンにおける噴射処理
がなされる（三角印を噴射マークとする）。

なお、第４気筒を除いた未着火気筒（第２、第
３気筒）は以前としてステツプa10で決定される
吸気行程における燃料噴射を続ける。

このように上述の始動制御装置は、始動時にお
いて、クランク軸角速度に基づき着火気筒を個々
に識別し、着火気筒のみを着火後状態量である着
火後噴射量Mb、噴射時期としての排気行程時の
噴射を選択して、これに基づき始動処理する。

即ち、着火前は始動性（着火性）向上を図り易
い駆動状態量を基づきクランキングが行なわれ、
各気筒毎に着火気筒と順次識別されると、該当気
筒のみが着火後の連続駆動を図り易い通常の駆動
状態量に基づき始動処理される。このため着火気
筒に過剰濃度の燃料（オーバーリツチを招く燃
料）が供給されず、再失火を防止でき、始動性向
上を図り易い。

上述の処において、ガソリンエンジン１０は排
気マニホウルド１７の集合部１７１に１つの排気
絞り弁１８を取付け、これを開閉させることによ
り始動性向上を図つていたが、これを排除し、あ
るいは逆に各排気ポート毎に絞り弁を取付け気筒
別の開閉操作を行なつてもよい。同様にエンジン
コントローラ１３の行なう着火判定ルーチン（第
９図参照）では噴射時期として着火前には吸気行
程中を選び、着火後には排気行程中を選んだが、
装置の簡素化を図る上で一率に排気行程中として
もよい。

更に、着火判定ルーチンではクランク角センサ
２７の気筒識別信号Ｇとクランク角度信号Neに
基づき着火気筒の判別を行なつていた。この場
合、１の気筒の圧縮上死点TDCとその90°後の位
置でのクランク角速度を比較し、その差分が基準
値を上回るか否かで判別を行う90°方式を採つて
いた。これに代え、第７図に示すように、１の気
筒と次の気筒の圧縮上死点における各クランク軸
角速度ωa，ωcの差分を算出し、この差分が実験
的に前以つて決定される基準値を上回つていると
１の気筒を着火気筒とする180°方式を採り、これ
に基づく着火判別ルーチンを同様に採用してもよ
い。

更に、各気筒の圧縮上死点TDC間のクランク
角180°（６気筒であれば120°）の間の平均クラン
ク角速度を求め、これが設定される基準値を上回
ると該当気筒を着火気筒と判定するという簡素化
された制御プログラムを採つてもよい。

（考案の効果） 各気筒毎の燃焼行程におけるクランク軸角速度
の変化量に応じて検出された着火情報より、各着
火気筒毎にこれが着火気筒か否かを判別でき、着
火気筒は着火前状態量に代え直ちに着火後状態量
に基づき連続運転に適した始動制御がなされる。
このため火花点火機関の着火気筒の再失火を防止
でき、始動性を向上させるという利点がある。特
に、着火情報をクランク軸角速度の変動に応じ検
出するため、着火検出手段を別途外付けすること
なく、コンピユータのプログラム処理により対処
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成ブロツク図、第２図は本
考案の一実施例としての始動制御装置の全体構成
図、第３図同上装置の制御手段に内蔵される燃料
噴射量の各時点における値の特性図、第４図は同
上装置の制御手段に内蔵される噴射時期を表わす
特性図、第５図は同上装置の制御手段に内蔵され
る排気絞り弁の開閉特性図、第６図は同上装置の
取付けられたガソリンエンジンの作動行程説明
図、第７図は同上装置の取付けられたガソリンエ
ンジンのクランク軸角速度線図、第８図はオーバ
ーラツプ時の吹き抜けを説明する線図、第９図及
び第１０図は同上装置の制御手段に内蔵される各
制御プログラムのフローチヤートをそれぞれ示し
ている。 １０……インジエクタ、１３……エンジンコン
トローラ、１３１……マイクロコンピユータ、１
４……開閉器、１８……排気絞り弁、２０……点
火プラグ、２１……デイストリビユータ、２７…
…クランク角センサ、Ａ……ガソリンエンジン、
Ma，Mb……噴射量、Ｔ１，Ｔ２……噴射時間。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 各気筒毎の燃料噴射手段、その他の始動補助手
   段及び上記両手段の作動を制御する制御手段をそ
   れぞれ有した火花点火機関に装着され、上記制御
   手段が上記燃料噴射手段及び始動補助手段の内の
   少なくとも一方を始動性向上を図り易い駆動状態
   量に基づき駆動させる火花点火機関の始動制御装
   置において、燃焼行程にある気筒におけるクラン
   ク軸角速度の変化量より着火情報を出力する着火
   検出手段と、上記駆動状態量としての着火前状態
   量と着火後状態量を出力可能な駆動状態量出力手
   段とをそれぞれ備え、上記制御手段が上記着火情
   報より判別した着火気筒の駆動状態量として上記
   着火前状態量に代え上記着火後状態量を選択した
   上で駆動制御することを特徴とした火花点火機関
   の始動制御装置。