JPS58178835A - 直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直接噴射式内燃機関（筒内噴射成層エンジンと
も称す）の燃料噴射開始時期、終了時期・及び噴射時間
ｒｉ＋を制御する装置に関する。　　　２０直接噴射式
内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴゛躬し、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２点火プ
ラク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１−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ィーセルエンンンと同等程度に高め
られ、かつ高負荷域での出力がＪｊソリ。

ンエンンン程度に高められる可能性がある。　　】（コ
ところで−に記の直接噴射式内燃機関においては・。

気筒内での燃料噴霧特性を精密に制御する必要が・あり
、かつ従来の吸気管内噴射方式では必然的に・生じてい
た予混合燃焼（予め空気と燃料とを混合・した混合気に
着火して燃焼さぜること）を行な１煙せにくいので、噴
躬聞始時期、終了時期及び噴射時１１旧１ｊを従来より
広範囲に制御することが必要である。

例えは、低ｆ〕荷時においては２着火を確実にず・るた
め、噴躬終ｒ時期を点火時期の直前すなわち１７１１圧
縮行程の終了特甲にしたり、また高負荷時においては、
出来るたけ空気と燃料との混合状態を良。

くしで高出力を発生させるため、噴射終了時期を。

早い時期たとえば吸入行程終了特甲にするように。

制御することが望ましい。

しかし従来の燃料噴射制御方式においては、第゛１図に
示すように、クランク角度の１８０°毎（４気゛７２０
’ 筒の場合、−・般には頒ｗ−）に与えられる基準角。

パルスに応じて、各気筒の吸気行程においてのみ゛燃料
噴射を行なうように構成されており、各気筒１０毎に設
けられている燃料噴４・ｊ弁を時間的に重ねて・噴射さ
せることが出来ないようになっているので°。

吸気行程から圧縮行程にわたる広い範囲で自由に゛燃料
噴射を行なわせることが出来なかった。　　゛そのため
前記のごとき噴射開始時期、終了時期１５及び噴射時間
１１１の広範囲な制御が出来ないため。

低負荷時の超希薄燃焼による低燃費や高負荷時の大出力
発生等を実現することが困難であった。　・本発明は−
１−記の問題を解決するためになされた・ものであり、
少なくとも吸気行程と圧縮行程とを２゜含む広い範囲で
噴射を開始時期、終了時期及び噴射時間＋ｌ＋を任意に
制御することの出来る燃料噴射制御装置を提供すること
を目的とする。

１−記の１」的を達成するため本発明においては。

燃料噴射弁を制御する噴射信号を算出する回路を各気筒
毎に設け、かつ、少なくとも吸気行程と圧縮行程とを加
えたクランク角度以−１−の周期をもつ信号を作り、こ
の信号を各気筒の所定の行程時（例えば吸気行程時）毎
に当該気筒の１ユ記回路に与えて該回路をトリガするよ
うに構成している。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の一実施例図であり、４サイクル４気筒
機関の場合を例示している。

第２図において、演算装置１　（詳細後述）は。

例えばマイクロコンピュータで構成されており。

機関の運転状態を示す各種の信号８１〜Ｓ８を人力して
、運転状態に応じた噴射開始時期及び噴射時間１１１を
算出し、アト゛レスバスＢ１．データバスＢ２．コント
ロールハスＢ３を介して、各気筒毎に設けられている噴
射信号演算回路２〜５を制御する。

噴射信号演算回路２〜５（詳細後述）は、全て同一の構
成となっており、各気筒毎に設けられた図示しない燃料
噴射弁を駆動するだめの噴射信号Ｐ１〜Ｐ４　（ＰＩは
第１気筒用の信号、以下同じ）を出力する。

一方、クランク軸が基準角度（４気筒の場合は１８０°
）回転する毎に出力される基準角パルスＳ７＋単位角度
（例えば１°）回転する毎に出力される単位角パルスＳ
８及び７２０°（２回転）回転する毎に出力される７２
０°パルスＳ６は、全て図示しないクラック角センザか
ら与えられる。

またフリップフロップ６及びアンド回路７，８は、基準
角パルスＳ７を２分周する回路である。

まずフリップフロップ６は、基準角パルスＳ７が入力す
る毎に反転する信号（信号波形は第５図参照）を出力す
る。

アント゛回路７は、フリップフロップ６のＱ出力と基準
角パルスＳ７との論理積の信号Ｓ９を出力し。

アンド回路８は、Ｑ出力と基準角パルスＳ７との論理積
の信号ＳＩＯを出力する。

したがって信号Ｓ９及びＳ１ｏは、第５図に示ずご。

とく、パルスの周期がクランク角度で３６０°であり゛
。

かつ相互に１８０°だけすれた信号となる。

この信号Ｓ９は噴射信号演算回路２と３に！ｊえら゛れ
、信号Ｓ１０は噴射信号演算回路４と５に与えられる。

次に演算装置１について説明する。

演算装置１は例えは第３図に示すごとき構成を有してい
る。第３図において、９は入出力インタ゛フェース、　
　１０はＣＰＵ、１］はＲＡＭ、］２はＲＯＭ”。

１３はマルチプレクサ、１４はアナログ・ディジタル変
換器である。

各種の入力信号Ｓ、　””−ｓ８のうち、アクセル開度
信号ＳＩ、吸入空気量信号Ｓ２２機関温度信号Ｓ３．バ
ラ・テリ電圧信号Ｓ４等のアナログ信号は、マルチプレ
）フサ１３を介して順次アナログ・ディジタル変換器１
４へ送り、ディジタル信号に変換してから入力する。

またスタータモータ駆動用のスタータスイッチの信号の
ごときオン・オフ信号Ｓ５と、前記の７２０°・・・パ
ルスＳ６．基準角パルスＳ７　、　　単位角パルスＳ８
のご゛ときパルス列信号とは、直接に入力する。　　　
。

ＣＰＵｌ０は、Ｒ２Ｍ１７に記憶されている燃料噴゛射
プログラムに従って、第８図に示すごとき演算゛を行な
う。

すなわち、各入力信号８１〜Ｓ８で与えられた情報゛か
ら機関の運転状態を判別し、その運転状態に最。

適の噴射終了時期と噴射時間［１）（噴射量）とを、Ｒ
０Ｍ＋２に予め記憶されている特性データから読。

み出す。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０
上記の特性データは例えば第７図に示すように・。

負荷Ｍ（スロットル開度又は吸入空気量）と回転・速度
（単位角パルスＳ８から算出）とに対応した値・になっ
ている。なお上記の値に機関温度やバッチ・り電圧等に
よる補正を付加しても良い。　　　　ｌ）次に噴射終了
時期と噴射時間ｒｌとから噴射開始・時期を決定する。

次ニア２０’パルスＳ６（特定気筒たとえば第１気筒・
が吸気行程のときに出力される信号）と基準角パルスＳ
７とから９次に燃料噴射をずべき気筒を判別！（し、当
該気筒用の噴射信号演算回路（第２図の２゜〜５のうち
のいずれか）のレジスタ（詳細後述）゛に噴射開始時期
と噴射時間ｒｌとのデータを書き込。

む。

次に、噴射信号演算回路２〜５について説明する。

噴射信号演算回路２（３〜５も全て２と同一）。

は９例えば第４図に示すごとき構成を有している。

また第６図は第４図の回路の信号波形図である。。

第４図において、１５は前記の噴射開始時期のデＩ“−
夕を書き込むレジスタ、１６は前期の噴射時間ｒｌ＋・
を書き込むレジスタ、１７及び１８はカウンタ、１９及
び２０はディジタルの比較器、２１はフリップフロップ
である。

第４図の回路は次のように動作する。　　　　ｌ）まず
、レジスタ１５と１６とには、各種のバスＢ１〜Ｂ３を
介して、前記の噴射開始時期及び噴射時間＋ｌ＋・のデ
ータが書き込まれる。

次にカウンタ１７は、単位角パルスＳ８をカウントし、
前記の信号Ｓ９が与えられるとりセットされる２ν比較
器１９は、カウンタ１７の値とレジスタ１５の値（第６
図ではＤＩと表示）と比較し２両者が一致すると、信号
Ｓ１２を出力する。

カウンタ１８は、単位角パルスＳ８をカウントシ。

信号ＳＩ２によってリセットされる。

比較器２０は、カウンタ１８の値とレジスタＩ６の値（
第６図ではＤ２と表示）とを比較し２両者が一致すると
、信号８１３を出力する。

フリップ７０ツブ２１は、信号８１２でセットされ、゛
信号Ｓ１３でリセットされる。

したかってフリップフロップ２１のＱ出力すなわ・ち第
１気筒の噴射信号Ｐ１は、第６図に示すように・レジス
タ１５に書き込まれた噴射開始時期ＴＩで立上・す、そ
の時点からレジスタ１６に書き込まれた噴射・時間＋ｌ
＋τ１後に立下るパルス信号となる。この立下った時点
Ｔ２が噴射開始時期となる。

したがって噴射信号Ｐ、が高レベルのあいだ燃料。

噴射弁を開弁じて燃料噴射を行なわせれば、所望・の噴
射開始時期、終了時期及び噴射時間［１］で燃料噴射を
行なわせることが出来る。

次に第２図に戻って全体の動作を説明する。

例えは第９図に示すごとく、第１．第３．第４°。

第２気筒の順序で燃料噴射を行なう場合について゛説明
する。

この場合には、吸気行程の初めが３６０°ずれていパる
のは、第１気筒と第４気筒、及び第３気筒と第２気筒で
あるから、第１気筒と第４気筒をブロワ。

りＡ、第３気筒と第２気筒をブロックＢとして二つのブ
ロックに分け、フロックＡには信号Ｓ９を、。

ブロックＢには信号Ｓ＋ｏを与える。　　　　　　　Ｉ
ｌ＋したかって噴射信号演算回路２〜５において、・２
は第１気筒用、３は第４気筒用、４は第：３気筒・用、
５は第２気筒用になる。

前記のごとく、信号Ｓ９と８１０とは、パルス間隔・が
３６０′″であり、かつ相互に１８０°ずれているから
、１・−Ｉ−記のようにフロック分けずれば、各気筒の
吸気行程の最初と圧縮行程の最後とに信号Ｓ９又は８１
０が与えられることになる。

−１−記のごとき構成において、まず７２０°パルスＳ
６が人力すると、リセット信号Ｓｌ＋を出力してフリッ
２・）、　１１　・ ブフロップ６をリセットすると共に２次に噴射す−るの
は第１気筒であることをＲＡ、Ｍｌｌに記憶する゛。

そして基へξ角パルスＳ７が入力した時点で、前記。

のごとき手順で噴射開始時期と噴射時間ｒｌ＋とを決。

定し、その結果を第１気筒用の噴射信号演算回路５２の
レジスタ（第４図の１５及び１６）に書き込む。

またこの時２次に噴射するのは第３気筒であるこ。

とをＲＡＭ］］に記憶する。

噴躬信は演算回路２は、前記のごとく、単位角。

パルスＳ８と吸気行程の最初に与えられる信号８９１＋
１とによって、レジスタに書き込まれた値に適合し・た
噴射開始時期と噴射時間Ｉ１１をもった噴射信号Ｐ１・
を出力し、これによって第１気筒の燃料噴射弁が・燃料
噴射を行なう。

次に信号Ｓ９から１８０’遅れて信号８１０が第３気筒
ｊ用の噴射信号演算回路４に与えられ、−１−記と同じ
手順で第３気筒の燃料噴射が行なわれる。なおこ・の時
噴射信号演算回路２のレジスタの値は燃料を噴射てきな
い値に書きかえられる。

以下同様にして第１．第３．第４．第２気筒の゛（順序
てンーケノス噴躬が行なわれる。　　　　　。

なお第１気筒と第４気筒の噴射信号演算回路２゜と３に
は同し信号Ｓ９が与えられ、第３気筒と第２゛気筒の噴
射信号演算回路４と５には同し信号８１０゛が与えられ
るが、−１−記のごとくレジスタに数値が５書き込まれ
るのは次に噴射するもののみであるか゛ら誤動作するこ
とはない。すなわち吸気行程の最。

初て信Ｙ十Ｓ９又はＳ川を与えられた噴射信号演算回路
のみが演算を行なう。

また第９図から判るように、−っの噴射信号波Ｉｌｌ算
回路をトリ力する信号Ｓ９又はＳ＋ｏは、クランク・角
度で３６０’の周期をもっている。

したかつて噴射信号Ｐ１〜Ｐ４の最大時間ＩＩＩＭ１〜
Ｍ４は、クランク角度で３６０°になる。すなわち吸・
気行程と圧縮行程とを含む最大３６ｏ°の範囲てあイ１
コば、任意の噴射開始時期と噴射時間１＋（ｔ、たがっ
て噴射終了時期も）で燃料噴射を行なうことが出来る３
、 次に、Ｉ−記憶２図の実施例は、４気筒機関に本発明を
適用した場合を例示したが、他の気筒数の！・（］２　
゛ 場合でも適用できることは勿論である。

例えば６気筒機関で、第１．第５．第３．第６；第２．
第４気筒の順序で噴射する場合は、６個の。

噴射信は演算回路を、第１と第６．第５と第２．゛第３
と第４の３ブロツクに分け、また１２０°毎に出５力さ
れる基準角ノクルスを３分周して、３６０°の１Ｍ期。

をもち・かつ相互に１２０°ずれた３イ１υのイ言号を
ｆ「す°。

それらを上記３個のブロックにそれぞれ１個ずつ。

与えるように構成すれば良い。

一般的には、気筒数をＮとした場合に・全気筒１０を２
気筒ずっ憂個のブロックに分はう基準角パル。

７を発分周して、３６０°の周期をもち、力Ｓつ相互に
。

基準角パルスの周期だけずれた１−個の信号を（す・。

それらをそれぞれのブロックに１個ずつ与えれば・良い
。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１″なお
、吸排気には、いわゆるオーツくう・ンプがあ。

す、実際の吸気の開始は吸気行程の−１−死点位置よ。

り前すなイつち排気行程中ζこ々台まるコト力≦多シＡ
。　。

したがって前記の説明中で、吸気行程の最初と。

いうのは、上死点位置でも良イシ・　オー′ゞラツフ２
１を考慮した実際の吸気の開始時期でも良い。すな。

わち］二二点点位置は実際の吸気行程の開始時期か゛ら
３６０°の範囲で任意の噴射が可能となる。この開。

始時期は基準角パルスＳ７の発生位置すなわちクランク
角センザの構造によって任意に設定することができる。

またオーバラップ分を考慮して吸気と圧縮の全“行程中
で任意の噴射を行なわせようとすると、クランク角度で
３６０°以−１−（吸気のオーバラップ分を“６０°と
すれば４２０°）にする必要がある。　　　　　Ｉ１１
第１０図は、上記の制御を行なう装置の一実施例・図で
あり、第２図と同符号は同一物を示す。　　・第１０図
の回路は、第２図の回路にフリップフロ・ツブ２２．２
３とアンド回路２４〜２７を追加し、信号Ｓ９・と８１
０とを更に２分周することにより、７２０°の周１）期
をもち、かつ相互に１８０°すれた４個の信号８１４〜
８１７を作り、それらを噴射信号演算回路２〜５にそれ
ぞれ１個ずつ与えるようにしたものである。・この実施
例の場合には、第１１図にシーケンスを・示すごと（、
各気筒の噴射信号演算回路をトリか４４Ｌｌする信ケＳ
１４〜Ｓ１７は、７２０°の周期をもっている。

したがって各気筒毎に７２０°の範囲すなわち全行程゛
の任意の位置で噴射が可能となる。

１ｆｌＱ’　＋Ｃは、基準角パルス（１匹の周期をもつ
パ。

７２０°　５ ルス）をＮ分周して１周期が７２０°で相互に−〜−だ
けすれたＮ個（Ｎは気筒数）の信号をつくり、。

各気筒に対応したＮ個の噴射信号演算回路のそれ。

ぞれを、各信号で］・リカするように構成すれば良。

い。

なお第２図及び第１０図の実施例において、７２０°１
゜毎にリセット信号Ｓ１１でフリップフロップ６．２２
゜２３をリセットするのは、基準角パルスＳ７にノイズ
・が混入してシーケンスがずれた場合でも、１サイ・ク
ルで正常に復帰するように構成したものである・３以上
説明したごとく本発明によれば、少なくと）も吸気行程
と圧縮行程とを含む広い範囲で、噴射・開始時期、終了
時期及び噴射時間１１１を任意に制御・することが出来
、複数気筒の燃料噴射弁を時間的・に重ねて作動させる
ことが出来る。

そのため低負荷時には、噴射終了時期を点火時シｔ１期
に近づけることによって超希薄燃焼を可能にし゛。

燃費を犬１１Ｊに向１−させることが出来る。また高負
゛荷時には、噴射終了時期を早くすることによって。

燃焼状態を予混合燃焼に近づけることにより、高′出力
を発生させることが出来るので、直接噴射式内燃機関の
特徴を十分に発揮させることが出来るという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の噴射シーケンス図、第２図。 は本発明の一実施例図、第３図は演算装置の一実ｌ□ｌ
施倒閣、第４図は噴射信号演算回路の一実施例図・。 第５図は第２図の回路の信号波形図、第６図は第。 ４図の回路の信号波形図、第７図は噴射°終了時期と噴
射時間１１１との特性データの一倒閣、第８図は゛演算
のフローチャー１・の−倒閣、第９図は第２図１）の装
置の噴射シーケンス図、第１０図は本発明の他の実施例
図、第１１図は第１０図の装置の噴射ノーケンス図であ
る。 符号の説明 １−演算装置　　　　２〜５・・噴射信号演算回路′１
・６・・・フリップ７０ツブ ７．８・・・アンド回路　９・・・人出力インタフェー
ス。 １０・・ＣＰ　Ｕ　　　　　　　　　１１　・・ＲＡ　
Ｍ１２・・・ＲＯＭ　　　　　　１３・・マルチプレク
サ　　　１４・・・アナログ・ディジタル変換器１５、
　］６・・レジスタ　　１７．　１８・・カウンタ１９
、２０・・・比較器　　　２１・・・フリップフロ・ン
プ　　。 ２２、２３・・・フリップフロップ ２４〜２７・・・アンド回路Ｓ６・・・７２０’パルス
Ｓ７・・・基ベハ角パルス　　Ｓ８−・・単位角パルス
　　　ｌ１ｌｓ、、、　ＳＩＯ・・Ｓ７を２分周した信
号８１１・・・リセット信号　Ｐ、−Ｐ４・・・噴射′
信号　　　・代理人弁理士　中村純之助 第３　図 １ 矛４　図 「−−−−−−Ｊ−−−−− Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（ｒ５　　図 ニー１８０°−： Ｓ７゛ （ｊ　　：　　″　　（ オ６図 七　九 １８７− １７図 １’８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼室内に燃料噴射弁を設け、燃焼室内に直接に燃
   料を噴射する直接噴射式内燃機関におい。 て９機関の運転状態に対応した噴射開始時期と噴射時間
   １１１とを算出する第１の手段と、少なくとも。 吸気行程と圧縮行程とを加えたクランク角度以１ザ０の
   周期をもつ信号を各気筒の所定の行程時打に当・該気筒
   の上記第３の手段に与える第２の手段と、・各気筒毎に
   設けられ」二記信号が与えられる毎に−１−記第１の手
   段から与えられるデータに対応した噴・射信号を算出し
   該噴射信号によって当該気筒の燃１）料噴射弁を制御す
   る第３の手段とを備え、各気筒・毎に少なくとも吸気行
   程と圧縮行程とを含めた範・囲で任意の噴射開始時期及
   び噴射時間ｒｌ＋で燃料噴・射を行なうことを特徴とす
   る直接噴射式内燃機関・の燃料噴射制御装置。 ２−１−記第２の手段は、気筒数をＮとした場合に　７
   −Ａｏ’ｌ毎に与えられる基準角パルスをＴ分周して、
   ３６０°の周期をもち、かつ相互に′！−鯉だけずれた
   −Σ−個の信号を出力し、各気筒毎に設けられているＮ
   個の第３の手段を２気筒分ずつ一玄−個のブロックに分
   け、−１−記■個の信号を各ブロック毎に１個ずつり、
   えるように構成したものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の直接噴射式内。 燃機関の燃料噴射制御装置。 ３　上記第２の手段は、」−記基準角パルスをＮ１１１
   分周して、７２０°の周期をもち、かつ相互に７許だ・
   けずれたＮ個の信号を出力し、各気筒毎に設けら。 れているＮ個の第３の手段のそれぞれに１個ずつ。 与えるように構成したものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の直接噴射式内燃機１５関の燃料
   噴射制御装置。