JPH1136960A

JPH1136960A - 電子燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH1136960A
Application number: JP9196985A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Mukumoto; 恭司椋本
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-09
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JP4023637B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スロットル弁の上流側に順に燃料噴射弁、空気
抑制弁を設ける多気筒エンジンであって、空気抑制弁の
動きがばらついた場合でも、各気筒毎に適正な燃料量を
供給する。【解決手段】多気筒エンジン１の各吸気管１３に配設さ
れたスロットル弁１５と、該スロットル弁の上流側に配
設された燃料噴射弁１６と、該燃料噴射弁の上流側に配
設された空気抑制弁１７とを備え、各気筒の吸気管負圧
とエンジン回転数により各気筒の燃料噴射量を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気管内に燃料を
噴射するエンジンにおける電子燃料噴射制御の技術分野
に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、４サイクル多気筒エンジンにおい
て、各吸気ポートに燃料噴射制御弁を設け、吸気弁の背
後に向けて燃料を噴射する方式があり、モータサイクル
やレース用エンジンの場合には加速応答性を向上させる
ために各気筒の吸気管内にそれぞれ独立したスロットル
弁を設けている。この方式において、バルブオーバーラ
ップを大きくするように設計し、吸気弁を早めに開きそ
の慣性を利用して多量の混合気を吸入すようにすれば、
エンジン高回転時の性能を向上させることができるが、
アイドル運転等の低回転時においては、吹き抜けが生じ
たり排気が戻ってくるという問題や、空吹かしのときに
エンジンストールが起きてしまうという問題を有してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人は、
特願平９−１４２３１３号において（図１参照）、燃料
噴射弁１６をスロットル弁１５の上流側に設置すること
により、スロットル弁１５を吸気ポート６側に近づけて
スロットル弁１５の下流側の容積を減少させる方式を提
案している。この方式においては、燃料噴射弁１６をス
ロットル弁１５の上流側に設置したために、燃料噴射弁
１６から吸気弁１０までの距離が長くなり、スロットル
弁を急開した場合、先ずスロットル開度が変化し続いて
殆ど時間的な遅れがなく吸入空気が増大するが、吸気管
中の燃料は、吸入空気の増量やスロットル開度変化の増
大からベースとなる燃料供給量が増加するものの、一部
の燃料は吸気管に付着後、蒸発するため、吸入空気の後
追いとなるためＡ／Ｆはリーンとなる傾向が、スロット
ル弁１５の下流側に燃料噴射弁１６をした場合より顕著
となる。

【０００４】そこで、燃料噴射弁１６の上流側に空気抑
制弁１７を設け、スロットル弁１５が開くのに遅れて空
気通路１９を開くことにより、スロットル弁１５の開操
作過度時におけるエンジンへの吸入空気に時定数をもた
せ、過度時におけるＡ／Ｆを安定させ、滑らかなトルク
の発生を実現するようにしている。

【０００５】この空気抑制弁１７は、吸気管１３に連通
する負圧室１７ｃ内の負圧、大気圧室１７ｄ内の大気
圧、スプリング１７ｆのバネの力のバランスで弁体１７
ｅの位置、すなわち空気抑制弁１７の開度が定まる。通
常は、スロットル弁１５が所定開度以上になると、空気
抑制弁１７の開度は流速の上昇により開側に移動し、１
回の燃焼工程につきその位置を中心として所定幅で１往
復する。この位置と往復運動及び過度応答時の時定数
は、吸気管１３内の流速と、弁体１７ｅにあけられた連
通孔１７ｇの空気抵抗と、スプリング１７ｆのバネ力
と、弁体１７ｅの摺動抵抗と、負圧室１７ｃの体積等に
より定まる。その結果、多気筒エンジンにおいては、空
気抑制弁１７の加工精度、組立精度等により、各気筒の
空気抑制弁１７の動きにバラツキを生じ、従って、スロ
ットル開度ではなく空気抑制弁１７により空気の流れが
制限されるため、前記バラツキにより各気筒に入る空気
量にバラツキを生じてしまう。

【０００６】ところで、エンジンの燃料噴射装置におい
ては、吸気管負圧又はスロットル開度とエンジン回転数
によりエンジンの運転状態を検出し、これらにより演算
を行い燃料噴射量を決定している。燃料噴射量の決定に
吸気管負圧を用いる場合、多気筒エンジンにおける吸気
管負圧の検出は、図２に示すように、各吸気管１３を連
結チューブ２０で連結し連結チューブ内には絞りを設け
干渉を阻止した上で一つの吸気管負圧センサ２１で行
い、吸気管負圧センサ２１の信号処理においては、各気
筒の脈動を除去し運転状態のみを検出するようなフィル
タ処理を行っている。

【０００７】図３は、１気筒あたりの吸気管負圧センサ
出力を示し、吸気管負圧は、吸入行程で大気圧から急激
に圧力Ｐまで低下し、圧縮行程から排気行程にかけて大
気圧に戻るという曲線になっている。

【０００８】図４は、４気筒エンジンにおいて、各吸気
管を連結して一つの吸気管負圧センサで検出した場合の
センサ出力を示し、＃１気筒、＃２気筒、＃４気筒、＃
３気筒の順に吸気管負圧の波形Ｐｆが出力される。エン
ジン回転数はクランク角センサのパルスをＣＰＵに入力
し、その周期（trev）を計測することにより求め、ま
た、クランク角センサのパルスタイミングとカムセンサ
のパルスタイミングにより各気筒がどの行程にあるかが
判別できる。燃料噴射量の演算は、各気筒の噴射パルス
出力直前のエンジン運転状態に基づいて行う。例えば、
＃１気筒の噴射パルスは＃４気筒の吸入行程中に行われ
るため、吸気管負圧センサ信号を大きなフィルタ時定数
で処理した後の吸気管負圧の値（t1時の吸気管負圧Ｐ
ｓ）とエンジン回転数をパラメータとして、マップを参
照し燃料噴射量を決めている。

【０００９】このように燃料噴射量を決める場合、図４
の中段に示すように、空気抑制弁が無いか或は空気抑制
弁が有ってもその製造上のバラツキが無い場合には、吸
気管負圧Ｐｓに変動がなく問題はないが、実際には、空
気抑制弁には前述したよう製造上のばらつきが有るた
め、図４の下段に示すように、吸気管負圧Ｐｓが変動し
てしまい燃料噴射量に誤差が生じ、加速応答性や燃費等
のエンジン性能が低下するという問題を有している。

【００１０】本発明は、上記問題を解決するものであっ
て、スロットル弁の上流側に順に燃料噴射弁、空気抑制
弁を設ける多気筒エンジンであって、空気抑制弁の動き
がばらついた場合でも、各気筒毎に適正な燃料量を供給
することができ、エンジン性能を向上させることができ
る電子燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の電子燃料噴射制御装置は、
多気筒エンジンの各吸気管に配設されたスロットル弁
と、該スロットル弁の上流側に配設された燃料噴射弁
と、該燃料噴射弁の上流側に配設された空気抑制弁とを
備え、各気筒の吸気管負圧とエンジン回転数により各気
筒の燃料噴射量を制御することを特徴とし、請求項２記
載の発明は、請求項１において、エンジンの定常運転時
に、各気筒の吸気管負圧より気筒間の吸気管負圧差を求
め、各気筒の燃料噴射量演算時には、演算時の所定気筒
の吸気管負圧に所定の気筒間の前記吸気管負圧差を加
え、所望の気筒の吸気管負圧を予想することを特徴と
し、請求項３記載の発明は、請求項２において、上記気
筒間の吸気管負圧差は、燃料噴射が行われる気筒と、該
気筒の燃料噴射タイミング時に少なくとも１つ前の行程
の状態にある気筒間の負圧差であることを特徴とし（な
お、ここで行程とは吸入、圧縮、爆発、排気行程を意味
する）、請求項４記載の発明は、請求項１〜３におい
て、気筒間の吸気管負圧差、吸気管負圧値及びその変化
率の少なくとも一つにより空気抑制弁の故障を検知する
手段を備えたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は、本発明が適用されるエ
ンジンの例を示す断面図である。エンジン１は、例えば
４サイクル４気筒５バルブエンジンであり、各気筒には
３つの吸気弁と２つの排気弁が設けられている。

【００１３】エンジン１は、シリンダケース２、シリン
ダヘッド３、ヘッドカバー４を有し、シリンダケース２
内にはピストン５が摺動自在に装着され、シリンダヘッ
ド３には吸気ポート６及び排気ポート７が形成されてい
る。シリンダヘッド３にはピストン５に対向して点火プ
ラグ９が設けられ、また、吸気ポート６には吸気弁１０
が、排気ポート７には排気弁１１が設けられ、吸気弁１
０及び排気弁１１は、シリンダヘッド３の上部に配設さ
れたカムシャフト１２のカム１２ａにより開閉駆動され
る。吸気ポート６には吸気管１３、エアクリーナ１４が
連結されている。エアクリーナ１４には、空気取入口１
４ａ、フィルタ１４ｂ及び各吸気管に接続される吸気取
入管１４ｃが設けられている。

【００１４】吸気管１３には、下流側から順に、スロッ
トル弁１５、燃料噴射弁１６及び空気抑制弁１７が配設
されている。なお、スロットル弁１５、燃料噴射弁１６
及び空気抑制弁１７は、各気筒の吸気管にそれぞれ設け
られている。燃料噴射弁１６はスロットル弁１５に可能
な限り接近させ、燃料をスロットル弁１５の上流側から
バルブ面に当てるようにしている。

【００１５】上記構成によれば、燃料噴射弁１６をスロ
ットル弁１５の上流側に配設することにより、スロット
ル弁１５を吸気ポート６側に近づけることができ、スロ
ットル弁１５の下流側の容積を減少させることができ
る。また、燃料噴射弁１６をスロットル弁１５に可能な
限り接近させるため、吸気管１３の限られたスペースに
空気抑制弁１７を装着することができる。

【００１６】次に、本発明の特徴について説明する。図
１において、空気抑制弁１７は、ハウジング１７ａ内に
ダイヤフラム１７ｂにより区画される負圧室１７ｃ及び
大気圧室１７ｄを有し、ダイヤフラム１７ｂには、吸気
管１３内に摺動自在にされる弁体１７ｅが連結され、弁
体１７ｅはスプリング１７ｆにより図で左方向に付勢さ
れている。弁体１７ｅの先端と負圧室１７ｃは連通孔１
７ｇにより連通され、また、大気圧室１７ｄは連通孔１
７ｈにより大気に連通されている。弁体１７ｅは矩形状
になっており、弁体１７ｅが吸気管１３にあたる位置
（図で左側）で最低開度の空気通路１９が確保され、こ
れによりスロットル弁の所定開度までの最低吸気量を確
保している。

【００１７】上記構成からなる空気抑制弁１７の作用に
ついて説明する。空気抑制弁１７は、吸気管１３に連通
する負圧室１７ｃ内の負圧、大気圧室１７ｄ内の大気
圧、スプリング１７ｆのバネの力のバランスで弁体１７
ｅの位置、すなわち空気抑制弁１７の開度が定まる。従
って、スロットル弁１５が低開度にあるときの加速で
は、スロットル弁１５を開けるにつれて、空気通路１９
の流速が早くなり、吸気管１３に連通する負圧室１７ｃ
の負圧が大きくなり、弁体１７ｅが釣り合い方向に動き
だし、空気通路１９が開き始める。よって、スロットル
弁１５が開くのに遅れて負圧室１７ｃ内の圧力が減少
し、空気抑制弁１７が開くことにより、スロットル弁１
５の開操作過度時におけるエンジンへの吸入空気を、あ
る時定数をもって遅らせ、過度時におけるＡ／Ｆを安定
させるようにしている。

【００１８】図５は、本発明の電子燃料噴射制御装置の
１実施形態を示す制御系の構成図であり、図１及び図２
で説明した４サイクル４気筒エンジン１、点火プラグ
９、吸気管１３、エアクリーナ１４、スロットル弁１
５、燃料噴射弁１６、空気抑制弁１７、連結チューブ２
０、吸気管負圧センサ２１が示されている。エンジン１
には、カム軸センサ（或る気筒の例えば圧縮上死点を判
別する気筒判別センサ）、クランク角センサ（エンジン
回転数センサ）、水温センサが設けられている。また、
スロットル弁１５の開度を検出するスロットルセンサ、
エアクリーナ１４における吸気温度を検知する吸気温セ
ンサ、排気系の酸素濃度を検知する酸素センサ、大気圧
を検知する大気圧センサが設けられている。

【００１９】各センサの検出信号は、電子制御装置ＥＣ
Ｕに伝送され、ここで検出信号はデジタル値に変換さ
れ、燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期を決定する
ための演算処理が行われ、燃料噴射パルス信号及び点火
パルス信号が燃料噴射弁１６及び点火プラグ９に出力さ
れる。また、電子制御装置ＥＣＵには、後述する空気抑
制弁１７の故障を表示するための表示ランプＬ1、Ｌ2、
Ｌ3、Ｌ4が接続されている。

【００２０】図６及び図７は、本発明の電子燃料噴射制
御装置の１実施形態を示す制御フロー図である。前述し
たように、燃料噴射量の演算は、各気筒の噴射パルス出
力直前のエンジン運転状態に基づいて行う。例えば、図
４に示すように、＃１気筒の噴射パルスは＃４気筒の吸
入行程中に行われるため、吸気管負圧センサ信号を大き
なフィルタ時定数で処理した後の吸気管負圧の値（t1時
の吸気管負圧Ｐｓ）とエンジン回転数をパラメータとし
て、マップを参照し燃料噴射量を決めている。空気抑制
弁１７には製造上のばらつきが有るため、図４の下段に
示すように、吸気管負圧センサ出力がばらついて出力さ
れる。

【００２１】図６（Ａ）の吸気管負圧センサ信号処理
は、吸気管負圧センサ信号を読み込み、この信号をバン
ドパスフィルタにより大きな時定数でフィルタ処理し
（ステップＳ２）、図４の下段に示すＰｓ（吸気管負圧
時定数大）として保存する。

【００２２】図６（Ｂ）の気筒別負圧演算処理は、先ず
ステップＳ４で定常運転時（スロットル開度変化及びエ
ンジン回転数変化が所定範囲内）か否かが判定され、定
常運転時のときのみ以下の演算を行う。ステップＳ５で
エンジン回転数Ｎ及びスロットル開度ＴＨを読み込み、
ステップＳ６で吸気管負圧センサ信号を読み込み、ステ
ップＳ７で小さな時定数でフィルタ処理を行い、ステッ
プＳ８で図４の下段に示すＰｆ（吸気管負圧時定数小）
として保存する。次に、ステップＳ９でクランク角カウ
ンタが２であるか否かが判定される。クランク角カウン
タ０〜７は、図４に示すように、カムセンサパルス間隔
７２０゜の間でクランク角センサから９０゜毎に出力さ
れるパルスを区別するためのカウンタであり、クランク
角カウンタが２のときは＃１気筒が吸入から圧縮行程に
入ったことを意味している。従って、クランク角カウン
タが２であれば、そのときのＰｆを＃１気筒の負圧値Ｐ
ｆ（＃１）とし、ステップＳ１１でエンジン回転数Ｎ及
びスロットル開度ＴＨをパラメータとして負圧値Ｐｆ
（＃１）をメモリ内のマップＣに書き込む。

【００２３】次に、ステップＳ１２〜Ｓ１７において同
様にしてクランク角カウンタが４、６、０を判定し、＃
２気筒、＃４気筒、＃３気筒の負圧値Ｐｆ（＃２）、Ｐ
ｆ（＃４）、Ｐｆ（＃３）をそれぞれマップＣに書き込
んで学習処理をしている。以下、運転状態が移行しエン
ジン定常状態となるごとに上記処理を繰り返し、マップ
を埋めていく。なお、この処理は工場出荷時や点検修理
時に行ってもよいし、走行中に行い、随時、更新するよ
うにしてもよい。

【００２４】図７は、燃料噴射時間演算処理を示し、先
ず、ステップＳ２１で＃１気筒の計算タイミングか否か
を判定する。これは、図４に示すように＃１気筒の燃料
噴射タイミングは、＃４気筒の吸入行程で行うのでその
タイミングで計算する。＃１気筒の計算タイミングにな
っていれば、ステップＳ２２で、＃４気筒の負圧値Ｐｆ
（＃４）と＃１気筒の負圧値Ｐｆ（＃１）を図６（Ｂ）
で求めたマップから読み込み、その差とＰｆ（＃４−
１）を計算し、次にステップＳ２３で、この差を図６
（Ａ）で求めたＰｓ（吸気管負圧時定数大）に加えて補
正負圧値Ｐとし、ステップＳ２４において、この補正負
圧値Ｐとエンジン回転数から周知の方法により燃料噴射
時間（図４のパルス幅tinj）を演算する。従って、図４
の下段に示すようにＰｓが変動してもこれにＰｆ（＃４
−１）を加えるので、適正な燃料噴射量を設定すること
ができる。

【００２５】以下同様に、＃２気筒についてはＰｆ（＃
３−２）を、＃４気筒についてはＰｆ（＃１−４）を、
＃３気筒についてはＰｆ（＃２−３）を計算し、それぞ
れＰｓ（吸気管負圧時定数大）に加えて補正負圧値Ｐと
する。

【００２６】図８は、空気抑制弁の故障検出処理のフロ
ー図である。本発明においては、ある気筒の空気抑制弁
が故障と判定された場合には、その気筒の空気抑制弁を
交換するか、或は過去の正常時の吸気管負圧値に基づい
て補正を行い燃料噴射量を制御する。

【００２７】先ず、ステップＳ５１で定常運転時（スロ
ットル開度変化及びエンジン回転数変化が所定範囲内）
か否かが判定され、定常運転時のときのみ以下の処理を
行う。ステップＳ５２で２つの気筒の負圧差Ｐｆ（＃ｎ
−ｍ）が所定値P(FAIL1)より小さいか否かが判定され、
所定値以上であれば、ステップＳ５３で故障した空気抑
制弁を特定することができる。本例は、空気抑制弁がス
ロットル全閉付近で固着した場合の検出方法であり、図
９に示すように、＃２気筒の空気抑制弁がスロットル全
閉付近で固着した場合、他気筒の負圧が大気圧側にシフ
トしても＃２気筒の負圧はその量が少ないため、負圧セ
ンサの出力値に差が生じる。この差が所定値以上になっ
たとき故障と判定できる。

【００２８】図１０は、＃２気筒の空気抑制弁がスムー
ズに動かず、引っかかりながら動いているよう場合を示
し、ステップＳ５４で計測タイミングｔａの範囲にある
か否かを判定し、この範囲内にあれば、ステップＳ５
５、５６でバンドパスフィルタ通過後の大きな時定数で
処理した吸気管負圧センサ信号を読み込み、クランク角
センサと同期してｔａ間計測し、故障検知信号Ｐｂとし
て保存し、ステップＳ５７でＰｂ（＃ｎ）が所定値Ｐ_C
±P(FAIL2)より小さいか否かが判定され、所定値以上で
あれば、ステップＳ５８で故障した空気抑制弁を特定す
ることができる。なお、吸気管負圧の脈動は、エンジン
回転数の上昇に比例して周波数が上昇するため、バンド
パスフィルタの時定数を固定していると特定の運転状態
でしか故障検知が行えない。しかし、吸気管負圧センサ
信号のフィルタ処理をＣＰＵのソフトウエア処理で実現
できるため、バンドパスフィルタを通さない信号をＣＰ
Ｕに取り込み、エンジン回転数に応じてバンドパスフィ
ルタの時定数を変えることにより、検出できる運転状態
の領域を広げることができる。

【００２９】図１１は、全気筒の空気抑制弁がスロット
ル弁への応答性が悪くなった場合を示し、ステップＳ５
９、６０でスロットル開度及びエンジン回転数が所定範
囲にあるか否かが判定され、所定範囲にあれば、ステッ
プＳ６１でスロットル開度変化率が所定値αthより大き
く、かつ所定時間以上継続したか否かが判定され、ま
た、ステップＳ６２でＰｓ変化率が所定値αpより大き
く、かつ所定時間以上継続したか否かが判定され、ＮＯ
であれば、ステップＳ６３で全ての気筒の空気抑制弁が
故障と判定する。故障と判定された空気抑制弁に対応し
てステップＳ６４で表示ランプ（Ｌ1〜Ｌ4）が点灯され
る。

【００３０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変
更が可能である。例えば、上記実施形態においては、各
吸気管を連結して一つの吸気管負圧センサにより各気筒
の負圧を検出するようにしているが、各気筒に別個に吸
気管負圧センサを設けるようにしてもい。

【００３１】また、上記実施形態においては、空気抑制
弁を吸気管負圧と大気圧との差により開閉する構造のも
のを採用しているが、スロットル弁と同様の構造の弁を
採用し、これをモータにより制御するようにしてもよ
い。その場合には、モータにより空気抑制弁の開度の制
御が可能になる。また、上記実施形態においては、４気
筒５バルブのエンジンについて説明したが、これに限定
されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１〜４記載の発明によれば、スロットル弁の上流側に順
に燃料噴射弁、空気抑制弁を設ける多気筒エンジンであ
って、空気抑制弁の動きがばらついた場合でも、各気筒
毎に適正な燃料量を供給することができ、エンジン性能
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるエンジンの例を示す断面図
である。

【図２】吸気管負圧センサの配置例を示す図である。

【図３】１気筒あたりの吸気管負圧センサ出力を示す図
である。

【図４】４気筒エンジンにおいて、各吸気管を連結して
一つの吸気管負圧センサで検出した場合のセンサ出力を
示す図である。

【図５】本発明の電子燃料噴射制御装置の１実施形態を
示す制御系の構成図である。

【図６】本発明の電子燃料噴射制御装置の１実施形態を
示す制御フロー図である。

【図７】図６に続く制御フロー図である。

【図８】空気抑制弁の故障検出処理のフロー図である

【図９】故障検出方法の例を説明するための図である。

【図１０】故障検出方法の例を説明するための図であ
る。

【図１１】故障検出方法の例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…エンジン１３…吸気管１５…スロットル弁１６…燃料噴射弁１７…空気抑制弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 29/00 Ｆ０２Ｍ 29/00 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多気筒エンジンの各吸気管に配設されたス
ロットル弁と、該スロットル弁の上流側に配設された燃
料噴射弁と、該燃料噴射弁の上流側に配設された空気抑
制弁とを備え、各気筒の吸気管負圧とエンジン回転数に
より各気筒の燃料噴射量を制御することを特徴とする電
子燃料噴射制御装置。
【請求項２】エンジンの定常運転時に、各気筒の吸気管
負圧より気筒間の吸気管負圧差を求め、各気筒の燃料噴
射量演算時には、演算時の所定気筒の吸気管負圧に所定
の気筒間の前記吸気管負圧差を加え、所望の気筒の吸気
管負圧を予想することを特徴とする請求項１記載の電子
燃料噴射制御装置。
【請求項３】上記気筒間の吸気管負圧差は、燃料噴射が
行われる気筒と、該気筒の燃料噴射タイミング時に少な
くとも１つ前の行程の状態にある気筒間の負圧差である
ことを特徴とする請求項２記載の電子燃料噴射制御装
置。
【請求項４】気筒間の吸気管負圧差、吸気管負圧値及び
その変化率の少なくとも一つにより空気抑制弁の故障を
検知する手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし
３項のいずれかに記載の電子燃料噴射制御装置。