JPH09296747A - 内燃機関の筒内噴射燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最新の運転状態を反映させて、過渡運転時の
燃料量を適正化した内燃機関の筒内噴射燃料制御装置を
得る。 【解決手段】 内燃機関の各気筒内に直接に燃料を噴射
するための燃料噴射弁を有し、各燃料噴射弁に対して各
燃料噴射弁の駆動時間に応じたパルス幅の噴射信号を印
加することにより、各気筒の１行程に要求される燃料量
を各気筒内に供給する内燃機関の筒内噴射燃料制御装置
において、各気筒の１行程に印加される噴射信号を３つ
のパルスＪ１〜Ｊ３に分割するとともに、１行程に要求
される燃料量を３回に分割し、各気筒の燃料噴射弁に対
して、第１回目および第２回目の噴射信号Ｊ１およびＪ
２をそれぞれ吸気行程で印加し、第３回目の噴射信号Ｊ
３を圧縮行程で印加し、第２回目の噴射信号Ｊ２により
供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、筒内に直接に燃
料を噴射する内燃機関の筒内噴射燃料制御装置に関し、
特に過渡運転時の燃料量を容易に適正化することのでき
る内燃機関の筒内噴射燃料制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図７は一般的な内燃機関の筒内噴射燃料
制御装置のシステム全体を示す構成図である。図におい
て、１は内燃機関の本体となる複数の気筒１ａ〜１ｄか
らなるエンジン、２はエンジン１の各気筒１ａ〜１ｄに
空気を供給する吸気管、３は吸気管２の吸入口に設けら
れたエアクリーナ、４は吸気管２内に設置されて吸入空
気量Ｑを調整するスロットル弁、５は吸気管２のインテ
ークマニホールド部に形成されたサージタンクである。

【０００３】６はスロットル弁４の開度θを検出するス
ロットル弁開度センサ、７はスロットル弁４の開閉を行
うスロットル弁アクチュエータ、８は各気筒１ａ〜１ｄ
内に直接に燃料を噴射する燃料噴射弁、９は各気筒１ａ
〜１ｄに設けられた点火コイルユニット、１０は点火コ
イルユニット９を介して放電駆動される各気筒１ａ〜１
ｄ内の点火プラグである。

【０００４】１１は運転者により踏み込み操作されるア
クセルペダル、１２はアクセルペダル１１の踏み込み量
αを検出するアクセル踏み込み量検出センサ、１３はエ
ンジン１のクランク軸に設けられてクランク角信号ＳＧ
Ｔを出力するクランク角センサ、１４はクランク軸と連
動するカム軸に設けられて気筒識別信号ＳＧＣを出力す
る気筒識別センサである。

【０００５】１５はエンジン１から排出される排気ガス
中の酸素濃度Ｘを検出する酸素濃度検出センサ、１６は
排気ガスを浄化するための触媒である。なお、各センサ
６および１３〜１５は、運転情報を出力するための各種
センサを構成しており、図示しないが、他のセンサとし
て、吸入空気量Ｑを検出するためのエアフローセンサや
吸気管圧力センサ等が設けられているものとする。

【０００６】２０はマイクロコンピュータからなる電子
制御ユニットであり、各種センサ６および１３〜１５か
らの運転情報θ、ＳＧＴ、ＳＧＣおよびＸに基づいて各
種制御量を演算し、制御量に応じた制御信号Ｊ、Ｇおよ
びＲによりエンジン１を制御する。

【０００７】たとえば、電子制御ユニット２０は、アク
セルペダル１１の踏み込み量αからスロットル弁４の目
標開度を演算し、開度制御信号Ｒによりスロットル弁ア
クチュエータ７を制御して、スロットル弁４の開度θが
目標開度と一致するようにフィードバック制御を行う。

【０００８】また、電子制御ユニット２０は、クランク
角信号ＳＧＴからエンジン回転数Ｎｅを演算し、エンジ
ン回転数Ｎｅおよびアクセル踏み込み量αから目標エン
ジントルクを演算し、エンジン回転数Ｎｅおよび目標エ
ンジントルクＴｏから目標燃料噴射量Ｆｏを演算し、目
標燃料噴射量Ｆｏに応じたデューティの噴射信号Ｊによ
り燃料噴射弁８を駆動する。

【０００９】さらに、電子制御ユニット２０は、クラン
ク角信号ＳＧＴおよび気筒識別信号ＳＧＣ等に基づいて
各気筒１ａ〜１ｄの点火時期を演算し、点火信号Ｇによ
り点火コイルユニット９を駆動して点火プラグ１０を放
電させる。

【００１０】図８は図７内の電子制御ユニット２０の具
体的構成を詳細に示すブロック図である。図８におい
て、２１は電子制御ユニット２０内のマイクロコンピュ
ータ、２２および２３は各種の運転情報をマイクロコン
ピュータ２１内に取り込むための入力Ｉ／Ｆ、２４はマ
イクロコンピュータ２１に給電を行う電源回路、２５は
マイクロコンピュータ２１からの制御信号Ｒ、Ｊおよび
Ｇを出力するための出力Ｉ／Ｆである。２６は車載のバ
ッテリ、２７は起動時にバッテリ２６を電子制御ユニッ
ト２０に接続するイグニションスイッチである。

【００１１】マイクロコンピュータ２１は、所定のプロ
グラムにしたがって燃料噴射弁８および点火プラグ９の
制御等を行うＣＰＵ３１と、クランク角信号ＳＧＴから
回転周期を検出するためのフリーランニングのカウンタ
３２と、種々の制御用の計時を行うタイマ３３と、入力
Ｉ／Ｆ２３からのアナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器３４と、ＣＰＵ３１のワークエリアとし
て使用されるＲＡＭ３５と、ＣＰＵ３１の動作プログラ
ムが記憶されているＲＯＭ３６と、各種の駆動制御信号
Ｊ、ＲおよびＧ等を出力する出力ポート３７と、ＣＰＵ
３１と各構成要素３２〜３７とを結合するコモンバス３
８とを備えている。

【００１２】一方の入力Ｉ／Ｆ２２は、クランク角信号
ＳＧＴおよび気筒識別信号ＳＧＣを波形整形し、これを
割り込み信号としてマイクロコンピュータ２１に入力す
る。マイクロコンピュータ２１内のＣＰＵ３１は、入力
Ｉ／Ｆ２２から割り込み信号が発生すると、カウンタ３
２の値を読み取り、今回値と前回値との差からクランク
角信号ＳＧＴのパルス周期を演算し、現在のエンジン回
転数Ｎｅに相当する値としてＲＡＭ３５内に記憶させ
る。

【００１３】また、ＣＰＵ３１は、上記割り込みの際
に、気筒識別信号ＳＧＣの信号レベルを検出して、今回
検出されたクランク角信号ＳＧＴの検出クランク角が、
複数気筒１ａ〜１ｄのうちのどの気筒に相当するかを検
出する。

【００１４】他方の入力Ｉ／Ｆ２３は、スロットル弁開
度θ、アクセル踏み込み量αおよび酸素濃度Ｘ等の検出
信号を、Ａ／Ｄ変換器３４を介してマイクロコンピュー
タ２１内のＣＰＵ３１に入力する。出力Ｉ／Ｆ２５は、
ＣＰＵ３１から出力ポート３７を介して出力される各種
の制御信号を増幅し、スロットル弁アクチュエータ７、
燃料噴射弁８、点火コイルユニット９等に供給する。

【００１５】図９は電子制御ユニット２０から生成され
る噴射信号Ｊの制御タイミングを示すタイミングチャー
トであり、気筒識別信号ＳＧＣおよびクランク角信号Ｓ
ＧＴの各パルス波形と、燃料噴射弁８の燃料噴射時期お
よびエンジン行程（吸気、圧縮、爆発、排気）との関係
を示している。

【００１６】図９において、（ａ）は気筒識別信号ＳＧ
Ｃのパルス波形、（ｂ）はクランク角信号ＳＧＴのパル
ス波形、（ｃ）は＃１気筒の燃料噴射弁８を駆動するた
めの噴射信号Ｊ、（ｄ）は＃１気筒のエンジン行程を示
している。なお、点火コイルユニット９に対する点火信
号Ｇは、点火プラグ１０の点火時期すなわちエンジン行
程（ｄ）内の爆発行程の直前に出力される。

【００１７】図９の（ｂ）において、Ｔ（ｎ−３）は演
算に用いられるクランク角信号ＳＧＴの立ち上がりエッ
ジ間の周期であり、＃１気筒に対応する今回パルスから
見て、３回前および４回前の各パルス（＃３気筒および
＃４気筒に対応するパルス）から演算される周期であ
る。また、Ｉｕ（ｉ）およびＩｄ（ｉ）（ｉ＝ｎ、ｎ−
１、ｎ−２、…）は、クランク角信号ＳＧＴの立ち上が
りエッジおよび立ち下がりエッジであり、＃１気筒の圧
縮行程（点火時期に対応）のタイミングで、ｉ＝ｎとし
ている。

【００１８】Ｂ５°（ＴＤＣの５°手前）は＃１気筒の
クランク角信号ＳＧＴの立ち下がりエッジＩｄ（ｎ）の
クランク角位置、Ｂ７５°は＃１気筒のクランク角信号
ＳＧＴの立ち上がりエッジＩｕ（ｎ）のクランク角位
置、Ｂ１８５°は＃２気筒のクランク角信号ＳＧＴの立
ち下がりエッジＩｄ（ｎ−１）のクランク角位置、Ｂ２
５５°は＃２気筒のクランク角信号ＳＧＴの立ち上がり
エッジＩｕ（ｎ−１）のクランク角位置である。

【００１９】すなわち、クランク角信号ＳＧＴの各エッ
ジＩｕ（ｉ）およびＩｄ（ｉ）は＃１〜＃４気筒の基準
クランク角位置を示し、立ち上がりエッジＩｕ（ｉ）は
Ｂ７５゜、立ち下がりエッジＩｄ（ｉ）はＢ５゜を示し
ている。マイクロコンピュータ２１内のＣＰＵ３１は、
クランク角信号ＳＧＴの各エッジでの電圧変化をエッジ
割り込みによって検出して、エンジン１のクランク角位
置を検出する。

【００２０】また、図９の（ｃ）において、ｔ１は噴射
信号Ｊの立ち上がり時刻、ｔ２は噴射信号Ｊの立ち下が
り時刻、Ｔｉｎｊは時刻ｔ１から時刻ｔ２までの噴射信
号Ｊのパルス幅すなわち燃料噴射弁８の駆動時間（燃料
噴射時間）である。噴射信号Ｊの立ち上がり時刻ｔ１
は、燃料供給が吸気行程の前半で行われるようにタイマ
設定される。

【００２１】たとえば、ＣＰＵ３１は、クランク角信号
ＳＧＴの周期Ｔ（ｎ−３）や吸入空気量等Ｑ（ｎ−３）
から、制御対象気筒に噴射する燃料噴射量Ｆｏを演算
し、目標燃料量Ｆｏを得るための燃料噴射弁８の駆動時
間Ｔｉｎｊを演算する。ここでは、吸気行程において燃
料噴射弁８を駆動時間Ｔｉｎｊの間だけ駆動する場合を
示している。

【００２２】電子制御ユニット２０内のＣＰＵ３１は、
気筒識別信号ＳＧＣに基づいて、クランク角信号ＳＧＴ
がどの気筒に対応するかを判断し、制御対象に該当する
気筒の燃料噴射弁８に対して、燃料噴射時期に応じた噴
射信号Ｊを印加して所要量Ｆｏの燃料を噴射する。

【００２３】また、ＣＰＵ３１は、制御対象となる気筒
の点火コイルユニット９に対して、点火時期に応じた点
火信号Ｇを出力する。これにより、点火コイルユニット
９は、バッテリ電圧を増幅して得られた高電圧を点火プ
ラグ１０に印加し、演算された制御タイミングで燃料を
点火して燃焼させる。以上の動作により、各気筒１ａ〜
１ｄの筒内に直接に燃料が噴射され、噴射された燃料が
燃焼してエンジン１が動作する。

【００２４】次に、図９のタイミングチャートととも
に、図１０〜図１３の説明図および特性図ならびに図１
４〜図１６のフローチャートを参照しながら、図７およ
び図８のように構成された従来の内燃機関の筒内噴射燃
料制御装置の具体的な動作について説明する。

【００２５】図１０はエンジン回転数Ｎｅおよび目標エ
ンジントルクＴｏに対する燃料噴射方式の関係を示して
おり、目標エンジントルクＴｏがＴｏＡ以下で、且つエ
ンジン回転数ＮｅがＮｅＢ以下の領域（図中に斜線で示
す）は、エンジン１が１サイクル中に消費する燃料量が
少ない領域を示している。

【００２６】したがって、上記領域においては、燃料噴
射弁８の駆動時間Ｔｉｎｊを短く設定することができ、
エンジン１の圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射
が行われる。圧縮行程噴射は、各気筒１ａ〜１ｄ内の一
部（点火プラグ１０の近傍）で燃焼が行われ、筒内容積
に対して燃料が少なくて済むので、経済性が向上するう
え、燃焼のための空燃比制御が容易になるという利点を
有している。

【００２７】図１１は空燃比Ａ／Ｆとエンジン発生トル
クＴｅとの関係を示す特性図であり、実線は圧縮行程噴
射時の特性曲線、一点鎖線は吸気行程噴射時の特性曲線
である。図１１から明らかなように、圧縮行程噴射によ
れば、理論空燃比（１４．７）よりもリーン側において
も、空燃比Ａ／Ｆに応じたエンジン発生トルクＴｅの制
御が可能である。

【００２８】一方、図１０において、目標エンジントル
クＴｏがＴｏＡよりも大きくなるか、または、エンジン
回転数ＮｅがＮｅＢ以上になると、圧縮行程中に所要燃
料量Ｆｏの噴射を終了させることができないので、吸入
行程から圧縮行程までの間に燃料を噴射する吸気行程噴
射が行われる。吸気行程噴射は、吸気ポート付近に燃料
を噴射するエンジン（図示せず）と同様の燃料噴射およ
び燃焼状態となり、筒内容積の全てを用いた燃焼が行わ
れるので、高いエンジン出力が得られるという利点を有
している。

【００２９】図１２および図１３は燃料噴射方式の違い
による各燃焼状態を示す説明図であり、図１２は圧縮行
程噴射での燃焼状態、図１３は吸気行程噴射での燃焼状
態をそれぞれ模式的に示している。各図において、４０
はエンジン１の気筒内の燃焼室、４１は燃焼室４０をサ
ージタンク５に連通する吸気弁、４２は燃焼室４０を排
気管に連通する排気弁、５０は圧縮行程噴射での燃焼領
域、５１は吸気行程噴射での燃焼領域である。

【００３０】図１２のように、圧縮行程噴射において
は、燃焼室４０内に少量の燃料を噴射して、点火プラグ
１０の近傍に燃料を集め、点火プラグ１０の近傍のみを
濃い混合気の層として燃焼させる（燃焼領域５０参
照）。このとき、エンジン１の吸入空気量Ｑが同じであ
っても、点火プラグ１０の近傍に噴射する燃料量によっ
てエンジン１の発生トルクＴｅが変わるので、燃料噴射
量Ｆｏは目標エンジントルクＴｏに応じて変更される。

【００３１】一方、図１３のように、吸気行程噴射にお
いては、燃料が吸気行程で噴射されて筒内全体に拡散さ
れるので、筒内全体で燃焼することになる（燃焼領域５
１参照）。一般に、混合気の空燃比Ａ／Ｆが燃焼可能な
理論空燃比（１４．７）の近傍に設定されて燃料噴射量
Ｆｏが多くなった場合、圧縮行程噴射では、圧縮行程中
に燃料が噴射しきれないうえ燃料を筒内に十分に拡散さ
せることができないので、図１３のような吸入行程噴射
が用いられる。

【００３２】図１４〜図１６は実際に燃料噴射弁８を駆
動する際の筒内噴射燃料制御装置の制御処理を示し、図
１４はクランク角信号ＳＧＴの立ち上がりエッジＩｕ
（ｎ−２）での割り込み処理、図１５は噴射信号Ｊの立
ち上がり時刻ｔ１でのタイマ割り込み処理、図１６は噴
射信号Ｊの立ち下がり時刻ｔ２でのタイマ割り込み処理
である。

【００３３】まず、電子制御ユニット２０内のＣＰＵ３
１は、図１４の割り込み処理により、クランク角信号Ｓ
ＧＴに同期して、今回の立ち上がりエッジＩｕ（ｎ−
２）の時刻と前回の立ち上がりエッジＩｕ（ｎ−３）の
時刻との時間差から、クランク角信号ＳＧＴのパルス周
期Ｔ（ｎ−３）（図９参照）を演算する（ステップＳ
１）。

【００３４】続いて、エアフローセンサまたは吸気管圧
力センサ（ともに図示せず）等からの情報に基づいて、
立ち上がりエッジＩｕ（ｎ−３）〜Ｉｕ（ｎ−２）間の
周期Ｔ（ｎ−３）における吸入空気量Ｑ（ｎ−３）を演
算し（ステップＳ２）、クランク角信号ＳＧＴの周期Ｔ
（ｎ−３）および吸入空気量Ｑ（ｎ−３）を含む各種運
転情報（エンジン１のパラメータ）から、燃料噴射量Ｆ
ｏ（ｎ−２）を演算する（ステップＳ３）。

【００３５】また、演算された燃料噴射量Ｆｏ（ｎ−
２）から燃料噴射弁８の駆動時間Ｔｉｎｊを演算し（ス
テップＳ４）、燃料の噴射を開始する時刻ｔ１にマイク
ロコンピュータ２１のタイマ割り込みが発生するように
タイマを設定（ステップＳ５）した後、図１４のタイマ
割り込み処理を抜け出る。

【００３６】次に、ＣＰＵ３１は、図１５のタイマ割り
込み処理により、ステップＳ３〜Ｓ５で算出された制御
量にしたがって、時刻ｔ１に噴射信号Ｊを出力して燃料
噴射弁８を駆動する（ステップＳ６）。続いて、現在の
時刻ｔ１から燃料噴射弁８の駆動時間Ｔｉｎｊだけ経過
した後の噴射終了時刻ｔ２にタイマ割り込みが発生する
ようにタイマを設定（ステップＳ７）した後、図１５の
タイマ割り込み処理を抜け出る。

【００３７】最後に、ＣＰＵ３１は、図１６のタイマ割
り込み処理により、目標燃料量Ｆｏ（ｎ−２）の噴射が
終了する時刻ｔ２に噴射信号Ｊを終了させ、燃料噴射弁
８の駆動を停止（ステップＳ８）した後、対象気筒に対
する燃料噴射制御を終了する。

【００３８】このように、たとえば＃１気筒に対する燃
料噴射量Ｆｏを演算するために、図９のように、＃１気
筒に充填される吸入空気の時期（すなわち、吸気行程）
とは異なるタイミング（爆発行程〜排気行程）でのクラ
ンク角信号ＳＧＴの周期Ｔ（ｎ−３）およびエンジン１
の吸入空気量Ｑ（ｎ−３）を用いている。

【００３９】この場合、エンジン１の回転数Ｎｅや吸入
空気量Ｑが比較的安定している定常時においては、周期
Ｔ（ｎ−３）および吸入空気量Ｑ（ｎ−３）が安定して
いるので、吸入空気量Ｑの計測時期が実際の空気吸入時
期より早くても、大きな誤差は生じない。

【００４０】しかしながら、加速時や減速時等の過渡状
態においては、周期Ｔ（ｎ−３）や吸入空気量Ｑが刻々
と変化するので、早いタイミングで燃料噴射量Ｆｏを演
算すると、加速性や減速性を損なうことになる。たとえ
ば、加速時においては、刻々と増大する要求燃料量Ｆｏ
に対して実際に供給される燃料量Ｆが不足するので加速
性が悪化し、減速時においては、スロットル弁４の閉成
によって減少する吸入空気量Ｑと比べて実際に供給され
る燃料が多くなるので減速しにくくなる。

【００４１】また、一般に、エンジン１が冷機状態の場
合には、噴射された燃料が気化しにくいことから燃焼が
不安定になるうえ、エンジン１の始動後の温度上昇によ
って触媒１６が活性化するまでは排気ガスが清浄されな
いことから排気ガスが悪化することになる。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関の筒内
噴射燃料制御装置は以上のように、たとえば、制御対象
気筒に対する燃料噴射量Ｆｏ（ｎ−２）の演算を、吸気
行程とは異なる前回の爆発行程〜排気行程での周期Ｔ
（ｎ−３）および吸入空気量Ｑ（ｎ−３）のみを用いて
いるので、加速時においては実際の燃料噴射量Ｆの不足
から加速性が悪化し、減速時においては燃料の過剰供給
から減速しにくくなるという問題点があった。

【００４３】また、エンジン１が冷機時の場合には、燃
料が気化されにくく燃焼が不安定になるうえ、始動後に
触媒１６が高温になって活性化するまでは排気ガスが悪
化してしまうという問題点があった。

【００４４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、筒内噴射エンジンで燃料噴射量
を演算する際に、最新の運転状態（吸入空気量およびク
ランク角周期）を反映させることにより、過渡運転時の
燃料量を適正化した内燃機関の筒内噴射燃料制御装置を
得ることを目的とする。

【００４５】また、この発明は、過渡運転時の燃料量を
容易に適正化するとともに、燃料の気化を促進し、且つ
エンジン冷機時の触媒を直ちに活性化することのできる
内燃機関の筒内噴射燃料制御装置を得ることを目的とす
る。また、この発明は、過渡運転時の燃料量を容易に適
正化するとともに、エンジン出力性能を安定化させた内
燃機関の筒内噴射燃料制御装置を得ることを目的とす
る。

【００４６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る内燃機関の筒内噴射燃料制御装置は、内燃機関の各気
筒内に直接に燃料を噴射するための燃料噴射弁を有し、
各燃料噴射弁に対して各燃料噴射弁の駆動時間に応じた
パルス幅の噴射信号を印加することにより、各気筒の１
行程に要求される燃料量を各気筒内に供給する内燃機関
の筒内噴射燃料制御装置において、各気筒の１行程に印
加される噴射信号を３つのパルスに分割するとともに、
１行程に要求される燃料量を３回に分割し、各気筒の燃
料噴射弁に対して、第１回目および第２回目の噴射信号
をそれぞれ吸気行程で印加し、第３回目の噴射信号を圧
縮行程で印加し、第２回目の噴射信号により供給される
燃料量を内燃機関の運転状態に応じて補正するものであ
る。

【００４７】これにより、第２回目の噴射の際に最新の
運転状態（吸入空気量およびクランク角周期）を反映さ
せた燃料量の演算が可能となり、第２回目の噴射信号で
燃料量を調整して過渡時での燃料量を適正化することが
できる。

【００４８】また、この発明の請求項２に係る内燃機関
の筒内噴射燃料制御装置は、内燃機関の各気筒内に直接
に燃料を噴射するための燃料噴射弁を有し、各燃料噴射
弁に対して各燃料噴射弁の駆動時間に応じたパルス幅の
噴射信号を印加することにより、各気筒の１行程に要求
される燃料量を各気筒内に供給する内燃機関の筒内噴射
燃料制御装置において、各気筒の１行程に印加される噴
射信号を３つのパルスに分割するとともに、１行程に要
求される燃料量を３回に分割し、各気筒の燃料噴射弁に
対して、第１回目の噴射信号を排気行程で印加し、第２
回目の噴射信号を吸気行程で印加し、第３回目の噴射信
号を圧縮行程で印加するものである。

【００４９】これにより、第１回目に噴射された燃料が
排気ガスで暖められて燃料の気化が促進するとともに、
そのまま排出された一部の燃料が燃焼して触媒を加熱活
性化するので、特に冷機時のエンジン性能を確保するこ
とができる。

【００５０】また、この発明の請求項３に係る内燃機関
の筒内噴射燃料制御装置は、請求項２において、第２回
目の噴射信号により供給される燃料量を内燃機関の運転
状態に応じて補正するものである。これにより、エンジ
ンの運転状態に応じた出力性能を得ることができ、過渡
時での燃料量を適正化することができる。

【００５１】また、この発明の請求項４に係る内燃機関
の筒内噴射燃料制御装置は、請求項１または請求項２に
おいて、第３回目の噴射信号により供給される燃料量を
一定値に設定したものである。これにより、エンジンの
出力性能を安定化することができる。

【００５２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。なお、この発明の実施の形態１のシステ
ムの全体構成については、図７および図８と同様であ
り、前述した通りなので、ここでは説明を省略する。

【００５３】図１はこの発明の実施の形態１による燃料
噴射方法を示すタイミングチャートであり、前述と同様
に、＃１気筒の圧縮行程に対応したクランク角信号ＳＧ
Ｔの立ち上がりエッジをＩｕ（ｎ）とし、＃１気筒の燃
料噴射に注目した場合を示している。ここでは、図１の
（ｃ）の噴射信号ＪがＪ１〜Ｊ３に３分割されている点
のみが図９と異なる。

【００５４】Ｊ１は吸気行程での第１回目の噴射信号、
Ｊ２は吸気行程での第２回目の噴射信号、Ｊ３は圧縮行
程での第３回目の噴射信号である。また、ｔ１ａ、ｔ
３、ｔ５は、各噴射信号Ｊ１〜Ｊ３の立ち上がり時刻、
ｔ２ａ、ｔ４、ｔ６は、各噴射信号Ｊ１〜Ｊ３の立ち下
がり時刻、Ｔｉｎｊ１〜Ｔｉｎｊ３は各噴射信号Ｊ１〜
Ｊ３のパルス幅（燃料噴射弁８の各駆動時間）である。

【００５５】次に、図７および図８とともに、図２〜図
５のフローチャートを参照しながら、３分割された噴射
信号Ｊ１〜Ｊ３を用いたこの発明の実施の形態１による
燃料噴射処理動作について説明する。

【００５６】図２はクランク角信号ＳＧＴの立ち上がり
エッジＩｕ（ｎ−２）での割り込み処理を示すフローチ
ャートであり、Ｓ１〜Ｓ３は前述と同様のステップであ
る。また、図３は第１回目の噴射を行う時刻ｔ１ａでの
タイマ割り込み処理を示すフローチャート、図４は第２
回目の噴射を行う時刻ｔ３でのタイマ割り込み処理を示
すフローチャート、図５は第３回目の噴射を行う時刻ｔ
５でのタイマ割り込み処理を示すフローチャートであ
る。

【００５７】図２の割り込み処理は、Ｉｕ（ｎ−２）の
みならず、次のクランク角信号ＳＧＴの立ち上がりエッ
ジＩｕ（ｎ−１）およびＩｕ（ｎ）においても、逐次に
実行される。

【００５８】まず、ＣＰＵ３１（図８参照）は、クラン
ク角信号ＳＧＴの立ち上がりエッジＩｕ（ｎ−２）で割
り込みが発生した場合、前述と同様に、今回および前回
の割り込み発生時刻Ｉｕ（ｎ−２）およびＩｕ（ｎ−
３）から、クランク角信号ＳＧＴの前回の周期Ｔ（ｎ−
３）を演算する（ステップＳ１）。

【００５９】続いて、吸入空気量Ｑ（ｎ−３）を演算し
（ステップＳ２）、クランク角信号ＳＧＴの周期Ｔ（ｎ
−３）および吸入空気量Ｑ（ｎ−３）から燃料噴射量Ｆ
ｏ（ｎ−２）を演算する（ステップＳ３）。さらに、目
標燃料噴射量Ｆｏ（ｎ−２）を３分割した燃料噴射量に
相当する各噴射信号Ｊ１〜Ｊ３のパルス幅（駆動時間）
Ｔｉｎｊ１（ｎ−２）〜Ｔｉｎｊ３（ｎ−２）を、以下
の（１）〜（３）式のように演算する（ステップＳ１
４）。

【００６０】 Ｔｉｎｊ１（ｎ−２）＝０．８×Ｔｉｎｊ（ｎ−２） …（１） Ｔｉｎｊ２（ｎ−２）＝０．２×Ｔｉｎｊ（ｎ−２）−τ …（２） Ｔｉｎｊ３（ｎ−２）＝τ …（３）

【００６１】すなわち、第１回目の噴射信号Ｊ１は、目
標燃料量Ｆｏ（ｎ−２）の８０％を供給し、第２回目お
よび第３回目の噴射信号Ｊ２およびＪ３は、残りの２０
％の燃料量を供給することになる。なお、第３回目の燃
料噴射時間Ｔｉｎｊ３（ｎ−２）は、前述と同様の一定
値τである。

【００６２】また、３回の駆動時間Ｔｉｎｊ１（ｎ−
２）〜Ｔｉｎｊ３（ｎ−２）の和として、燃料噴射弁８
の総合駆動時間Ｔｉｎｊ（ｎ−２）を、以下の（４）式
のように演算する。

【００６３】 Ｔｉｎｊ（ｎ−２）＝Ｔｉｎｊ１（ｎ−２）＋Ｔｉｎｊ２（ｎ−２）＋Ｔｉｎ ｊ３（ｎ−２） …（４）

【００６４】こうして、ステップＳ１４において、目標
燃料量Ｆｏ（ｎ−２）に相当する総合駆動時間Ｔｉｎｊ
（ｎ−２）および目標燃料量Ｆｏ（ｎ−２）の３分割に
相当する駆動時間Ｔｉｎｊ１（ｎ−２）〜Ｔｉｎｊ３
（ｎ−２）を設定し、立ち上がりエッジＩｕ（ｎ−２）
の割り込み処理（図２）を抜け出る。

【００６５】次に、ＣＰＵ３１は、時刻ｔ１ａのタイマ
割り込み処理（図３）により、第１回目の燃料噴射を実
行する。すなわち、＃１気筒の吸気行程初期の時刻ｔ１
ａから第１回目の噴射信号Ｊ１を立ち上げることによ
り、燃料噴射弁８を駆動開始する（ステップＳ１５）。

【００６６】続いて、第１回目の噴射信号Ｊ１の立ち下
がり時刻ｔ２ａ（燃料噴射弁８の駆動停止時刻）を設定
し（ステップＳ１６）、時刻ｔ１ａのタイマ割り込み処
理（図３）を抜け出る。ここで、第１回目の噴射終了時
刻ｔ２ａは、図２内のステップＳ１４で演算した第１回
目の駆動時間Ｔｉｎｊ１（ｎ−２）を用いて、以下の
（５）式のように演算される。

【００６７】 ｔ２ａ＝ｔ１ａ＋Ｔｉｎｊ１（ｎ−２） …（５）

【００６８】以下、第１回目の噴射信号Ｊ１の立ち下が
り時刻ｔ２ａにおいて、前述（図１６参照）と同様に、
時刻ｔ２ａでのタイマ割り込み処理（図示せず）を実行
し、燃料噴射弁８の駆動を停止させる。

【００６９】続いて、クランク角信号ＳＧＴの立ち上が
りエッジＩｕ（ｎ−１）において、図２と同様の割り込
み処理を実行し、クランク角周期Ｔ（ｎ−２）および吸
入空気量Ｑ（ｎ−２）を求めた後、上記（２）〜（４）
式と同様に、燃料噴射弁８の第ｋ回目（ｋ＝１、２、
３）の駆動時間Ｔｉｎｊｋ（ｎ−１）を、以下の（６）
〜（８）式のように演算する。

【００７０】 Ｔｉｎｊ１（ｎ−１）＝０．８×Ｔｉｎｊ（ｎ−１） …（６） Ｔｉｎｊ２（ｎ−１）＝０．２×Ｔｉｎｊ（ｎ−１）−τ …（７） Ｔｉｎｊ３（ｎ−１）＝τ …（８）

【００７１】（６）〜（８）式は、上記（１）〜（３）
式内の演算処理タイミング（ｎ−２）が今回タイミング
（ｎ−１）に置き換わっているのみである。また、今回
の目標燃料量Ｆｏ（ｎ−１）に相当する総合駆動時間Ｔ
ｉｎｊ（ｎ−１）は、（６）〜（８）式で得られた各駆
動時間Ｔｉｎｊ１（ｎ−１）〜Ｔｉｎｊ３（ｎ−１）の
和となる。

【００７２】次に、ＣＰＵ３１は、時刻ｔ３でのタイマ
割り込み処理（図４）により、第２回目の燃料噴射を実
行する。すなわち、＃１気筒の吸気行程後半の時刻ｔ３
から第２回目の噴射信号Ｊ２を立ち上げることにより、
燃料噴射弁８を駆動開始する（ステップＳ１７）。

【００７３】続いて、運転状態の変化に応じた燃料量を
設定して過渡時の燃料噴射量Ｆの補正を行うために、前
回の総合駆動時間Ｔｉｎｊ（ｎ−２）と今回の総合駆動
時間Ｔｉｎｊ（ｎ−１）との時間偏差ΔＴｉｎｊ（ｎ−
１）を、以下の（９）式のように演算する（ステップＳ
１８）。

【００７４】 ΔＴｉｎｊ（ｎ−１）＝Ｔｉｎｊ（ｎ−１）−Ｔｉｎｊ（ｎ−２）…（９）

【００７５】また、上式から演算された駆動時間偏差Δ
Ｔｉｎｊ（ｎ−１）を用いて、第２回目の噴射信号Ｊ２
による燃料噴射弁８の駆動時間Ｔｉｎｊ２（ｎ−２）
を、以下の（１０）式のように補正し、新規の第２回目
の駆動時間Ｔｉｎｊ２（ｎ−１）とする（ステップＳ１
９）。

【００７６】 Ｔｉｎｊ２（ｎ−１）＝Ｔｉｎｊ２（ｎ−２）＋ΔＴｉｎｊ（ｎ−１） …（ １０）

【００７７】続いて、第２回目の噴射信号Ｊ２の立ち下
がり時刻ｔ４（燃料噴射弁８の駆動停止時刻）を、以下
の（１１）式のように設定し（ステップＳ２０）、時刻
ｔ３のタイマ割り込み処理（図４）を抜け出る。

【００７８】 ｔ４＝ｔ３＋Ｔｉｎｊ２（ｎ−１） …（１１）

【００７９】こうして、第２回目の噴射信号Ｊ２のタイ
マ設定が終了すると、時刻ｔ４において、前述と同様
に、噴射信号Ｊ２を立ち下げるためのタイマ割り込み処
理（図示せず）が実行される。

【００８０】次に、ＣＰＵ３１は、時刻ｔ５のタイマ割
り込み処理（図５）により、第３回目の燃料噴射を実行
する。すなわち、時刻ｔ５から第３回目の噴射信号Ｊ３
を立ち上げることにより、燃料噴射弁８を駆動開始する
（ステップＳ２１）。

【００８１】続いて、第３回目の噴射信号Ｊ３の立ち下
がり時刻ｔ６（燃料噴射弁８の駆動停止時刻）を、以下
の（１２）式のように設定し（ステップＳ２２）、時刻
ｔ５のタイマ割り込み処理（図５）を抜け出す。

【００８２】ｔ６＝ｔ５＋τ …（１２）

【００８３】このように、制御対象気筒に対して、３分
割された噴射信号Ｊ１〜Ｊ３を用い、第１回目の噴射信
号Ｊ１を吸気行程の前半で出力し、第２回目の噴射信号
Ｊ２を吸気行程の後半で出力し、第３回目の噴射信号Ｊ
３を圧縮行程で出力することにより、第２回目の噴射信
号Ｊ２による燃料噴射開始時においては、最新のクラン
ク角周期Ｔ（ｎ−１）および吸入空気量Ｑ（ｎ−１）等
から演算された最新の燃料噴射量Ｆｏ（ｎ−１）を演算
することができる。

【００８４】ここで、第１回目の噴射信号Ｊ１（パルス
幅Ｔｉｎｊ１）により噴射される燃料量Ｆ１は前回の運
転状態に応じた既知値であり、第３回目の噴射信号Ｊ３
（パルス幅τ）により噴射される燃料量Ｆ３は一定値で
あるが、第２回目の噴射信号Ｊ２により噴射される燃料
量Ｆ２を今回の運転状態に応じて調整することにより、
総合燃料噴射量Ｆを最新のエンジン状態に見合う目標燃
料量Ｆｏに一致させることができる。

【００８５】したがって、加減速時の過渡運転状態にお
いても、最新のエンジン状態を反映させることができ、
加速不足や減速性悪化等を解消することができる。ま
た、圧縮行程において、第３回目の噴射信号Ｊ３により
燃料を噴射するので、比較的濃い混合気の層が点火プラ
グ１０の周辺に形成されて（図１２参照）、燃料への着
火が確実且つ容易になる。

【００８６】さらに、圧縮行程での第３回目の燃料噴射
量Ｆ３が変動すると、エンジン１の発生トルク等の性能
変動に著しく影響を与えることになるが、第３回目の噴
射信号Ｊ３のパルス幅Ｔｉｎｊ３を一定値τに設定した
ので、圧縮行程での噴射量Ｆ３が変動せず、圧縮行程で
のエンジン１の燃焼性に影響を与えることはない。した
がって、吸気行程で噴射される第１回目の燃料量Ｆ１お
よび第２回目の燃料量Ｆ２（特に、補正制御される第２
回目の噴射信号Ｊ２による燃料量Ｆ２）によって、エン
ジン１の出力を制御することができる。

【００８７】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、３分割した噴射信号Ｊ１〜Ｊ３のうち、第１回目の
噴射信号Ｊ１および第２回目の噴射信号Ｊ２を吸気行程
において出力したが、図６に示すように、第１回目の噴
射信号Ｊ１を排気行程で出力し、第２回目の噴射信号Ｊ
２のみを吸気行程で出力するようにしてもよい。

【００８８】図６はこの発明の実施の形態２による燃料
噴射動作を示すタイミングチャートであり、図６の
（ｃ）において、＃１気筒の燃料噴射弁８に対する噴射
信号Ｊは、各制御行程毎に３つの噴射信号Ｊ１〜Ｊ３に
分割されており、このうち、第１回目の噴射信号Ｊ１は
排気行程で出力される。他の動作については前述（図１
〜図５参照）と同様であり、第２回目の噴射信号Ｊ２は
吸気行程で出力され、第３回目の噴射信号Ｊ３は圧縮行
程で出力される。

【００８９】この場合、排気行程で出力される第１回目
の噴射信号Ｊ１は、クランク角周期Ｔ（ｎ−３）で演算
した燃料噴射量Ｆ１を噴射し、吸気行程で出力される第
２回目の噴射信号Ｊ２は、クランク角周期Ｔ（ｎ−２）
で演算した最新の燃料量を考慮して燃料量Ｆ２の補正を
行い、圧縮行程で出力される第３回目の噴射信号Ｊ３は
一定パルス幅τに基づく一定燃料量Ｆ３を噴射する。こ
れにより、前述と同様に、第２回目の噴射信号Ｊ２によ
り燃料量を補正することができる。

【００９０】また、第１回目の噴射信号Ｊ１を排気行程
で出力することにより、排気行程で噴射した燃料が排気
ガスで暖められ、燃料の気化が促進されるので、特にエ
ンジン１が冷機状態での燃焼性を向上させることができ
る。さらに、排気行程に噴射した燃料の一部が、気筒内
に留まらずにそのまま排出ポートから排気管に排出され
た場合、未燃ガスが触媒１６の付近で燃焼して触媒１６
が加熱されるため、冷機時における始動後の触媒１６の
活性化を促進することができる。

【００９１】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、各気筒１ａ〜１ｄの１行程に印加される噴射信号Ｊ
を３つのパルスＪ１〜Ｊ３に分割するとともに、１行程
に要求される燃料量Ｆｏを３回に分割し、各気筒１ａ〜
１ｄの燃料噴射弁８に対して、第１回目および第２回目
の噴射信号Ｊ１およびＪ２をそれぞれ吸気行程で印加
し、第３回目の噴射信号Ｊ３を圧縮行程で印加し、第２
回目の噴射信号Ｊ２により供給される燃料量Ｆ２をエン
ジン１の運転状態に応じて補正し、総合燃料噴射量Ｆを
最新のエンジン状態に見合う目標燃料量Ｆｏと一致させ
るようにしたので、加減速での過渡運転状態においても
最新のエンジン状態を燃料噴射量Ｆに反映させることが
でき、燃料量Ｆを適正化して加速不足や減速性悪化を解
消することができる。

【００９２】また、この発明の請求項２によれば、各気
筒１ａ〜１ｄの１行程に印加される噴射信号Ｊを３つの
パルスＪ１〜Ｊ３に分割するとともに、１行程に要求さ
れる燃料量Ｆｏを３回に分割し、各気筒１ａ〜１ｄの燃
料噴射弁８に対して、第１回目の噴射信号Ｊ１を排気行
程で印加し、第２回目の噴射信号Ｊ２を吸気行程で印加
し、第３回目の噴射信号Ｊ３を圧縮行程で印加するよう
にしたので、燃料の気化が促進されてエンジン冷機状態
での燃焼性を向上させるとともに、排気行程噴射された
燃料の一部が触媒１６の付近で燃焼して冷機時始動後の
触媒１６の活性化を促進することができる。

【００９３】また、この発明の請求項３によれば、請求
項２において、第２回目の噴射信号Ｊ２により供給され
る燃料量Ｆ２をエンジン１の運転状態に応じて補正する
ようにしたので、エンジン状態に応じた出力性能を得る
ことができ、過渡時での燃料量Ｆを適正化することがで
きる。

【００９４】また、この発明の請求項４によれば、請求
項１または請求項２において、第３回目の噴射信号Ｊ３
により供給される燃料量を一定値に設定したので、エン
ジン１の燃焼状態に影響を与えることがなく、エンジン
出力性能を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による燃料噴射処理
動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図２】 この発明の実施の形態１による燃料噴射処理
のクランク角信号の立ち上がりエッジでの割り込み処理
動作を示すフローチャートである。

【図３】 この発明の実施の形態１による燃料噴射処理
の時刻ｔ１１でのタイマ割り込み処理動作を示すフロー
チャートである。

【図４】 この発明の実施の形態１による燃料噴射処理
の時刻ｔ３でのタイマ割り込み処理動作を示すフローチ
ャートである。

【図５】 この発明の実施の形態１による燃料噴射処理
の時刻ｔ５でのタイマ割り込み処理動作を示すフローチ
ャートである。

【図６】 この発明の実施の形態２による燃料噴射処理
動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図７】 一般的な内燃機関の筒内噴射燃料制御装置の
全体を示す構成図である。

【図８】 図７内の電子制御ユニットの具体的な構成例
を示すブロック図である。

【図９】 従来の内燃機関の筒内噴射燃料制御装置によ
る燃料噴射処理動作を説明するためのタイミングチャー
トである。

【図１０】 一般的なエンジン回転数および目標エンジ
ントルクと燃料噴射方式との関係を示す説明図である。

【図１１】 一般的な圧縮行程噴射時および吸気行程噴
射時における空燃比とエンジン発生トルクとの関係を示
す特性図である。

【図１２】 一般的な圧縮行程噴射時の燃焼状態を模式
的に示す説明図である。

【図１３】 一般的な吸気行程噴射時の燃焼状態を模式
的に示す説明図である。

【図１４】 従来の内燃機関の筒内噴射燃料制御装置に
よる燃料噴射処理のクランク角信号の立ち上がりエッジ
での割り込み処理動作を示すフローチャートである。

【図１５】 従来の内燃機関の筒内噴射燃料制御装置に
よる燃料噴射処理の時刻ｔ１でのタイマ割り込み処理動
作を示すフローチャートである。

【図１６】 従来の内燃機関の筒内噴射燃料制御装置に
よる燃料噴射処理の時刻ｔ２でのタイマ割り込み処理動
作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関）、１ａ〜１ｄ 気筒、８ 燃
料噴射弁、Ｊ１〜Ｊ３噴射信号、Ｔｉｎｊ 総合駆動時
間、Ｔｉｎｊ１、Ｔｉｎｊ２、Ｔｉｎｊ３駆動時間（パ
ルス幅）、τ 一定値、Ｓ１ クランク角信号の周期を
演算するステップ、Ｓ２ 吸入空気量を演算するステッ
プ、Ｓ３ 燃料噴射量を演算するステップ、Ｓ１４ 駆
動時間を演算するステップ、Ｓ１５ 第１回目の噴射信
号を立ち上げるステップ、Ｓ１６ 第１回目の噴射信号
の停止時刻を設定するステップ、Ｓ１７ 第２回目の噴
射信号を立ち上げるステップ、Ｓ１８ 前回値と今回値
との偏差を演算するステップ、Ｓ１９ 第２回目の噴射
信号を補正するステップ、Ｓ２０ 第２回目の噴射信号
の停止時刻を設定するステップ、Ｓ２１ 第３回目の噴
射信号を立ち上げるステップ、Ｓ２２ 第３回目の噴射
信号の停止時刻を設定するステップ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒内に直接に燃料を噴射
   するための燃料噴射弁を有し、前記各燃料噴射弁に対し
   て前記各燃料噴射弁の駆動時間に応じたパルス幅の噴射
   信号を印加することにより、前記各気筒の１行程に要求
   される燃料量を前記各気筒内に供給する内燃機関の筒内
   噴射燃料制御装置において、 前記各気筒の１行程に印加される噴射信号を３つのパル
   スに分割するとともに、前記１行程に要求される燃料量
   を３回に分割し、 前記各気筒の燃料噴射弁に対して、第１回目および第２
   回目の噴射信号をそれぞれ吸気行程で印加し、第３回目
   の噴射信号を圧縮行程で印加し、 前記第２回目の噴射信号により供給される燃料量を前記
   内燃機関の運転状態に応じて補正することを特徴とする
   内燃機関の筒内噴射燃料制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の各気筒内に直接に燃料を噴射
   するための燃料噴射弁を有し、前記各燃料噴射弁に対し
   て前記各燃料噴射弁の駆動時間に応じたパルス幅の噴射
   信号を印加することにより、前記各気筒の１行程に要求
   される燃料量を前記各気筒内に供給する内燃機関の筒内
   噴射燃料制御装置において、 前記各気筒の１行程に印加される噴射信号を３つのパル
   スに分割するとともに、前記１行程に要求される燃料量
   を３回に分割し、 前記各気筒の燃料噴射弁に対して、第１回目の噴射信号
   を排気行程で印加し、第２回目の噴射信号を吸気行程で
   印加し、第３回目の噴射信号を圧縮行程で印加すること
   を特徴とする内燃機関の筒内噴射燃料制御装置。
3. 【請求項３】 前記第２回目の噴射信号により供給され
   る燃料量を前記内燃機関の運転状態に応じて補正するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の筒内噴射燃
   料制御装置。
4. 【請求項４】 前記第３回目の噴射信号により供給され
   る燃料量を一定値に設定したことを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の内燃機関の筒内噴射燃料制御装
   置。