JPS59128931A - 内燃機関の燃料噴射時期制御装置 - 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】 この発明は、吸気系に燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃
料噴射時期制御装置に関する。

従来のこの種の装置としては、例えば特開昭５６−５４
９２９号公報にも記載されているように、機関の吸気（
インテーク）マニホールドの各ブランチに夫々取り付け
た燃料噴射弁を、各吸気弁が開く直前に開弁して、機関
要求値に応じた量の燃料を噴射するようにした装置が知
られている。

しかしながら、このような従来装置にあっては、前述の
ように燃料噴射開始時期を吸気弁の開く直前（約１０°
ＣＡ前）に設定しているため、次のような問題があった
。

すなわち、上記のような燃料噴射開始時期では、噴射さ
れた燃料が吸気行程の前半で気筒内に吸入されるため、
ピストン近傍の混合気が比較的濃いのに対して、シリン
ダルラドに設けた点火プラグ付近の混合気は比較的薄く
なってしまって、失火が起り易く燃費が悪化する。

この発明は、上記の点に鑑み、点火プラグの近傍に比較
的濃い混合気、その周囲に希薄混合気を層状に形成させ
て、全体の平均空燃比が町成り薄くても安定した燃焼を
行い得るようにして、燃費の向上及び排気エミッション
の清浄化を計ることを目的とする。

そのため、この発明による内燃機降の燃料噴射時期制御
装置では、吸入行程の終了タイミング、すなわち吸気弁
の閉じるタイミング寄りに設定した噴射終了時期（二基
づいて設定した機関要求噴射期間の間、吸気系に設けた
燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしている。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照しながら説明
する。

第１図は、この発明の一実施例を示す全体構成図である
。

同図において、４サイクル４気筒内燃機関のンリンダ〜
ツド１め各吸気ポート（吸気マニホールドのブランチ）
（−は、各気筒毎（−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（＝応じて
アクセルワイヤ１０を介もて、その開度を増減するよう
になっており、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によって、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
るアイドルスイッチ１２を設けである。

機関のディストリビュータ（図示していない）には、ク
ランク角センサ１６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）Ｓｌ、基準クランク
角信号（１８０°信号）８２及び角度パルス信号（１°
信号）Ｓ３を発生する。

このほかに、シリンダヘッド１のクォータジャケットに
は、水温センサ１４が取り付けてあり、空気の吸入口に
はエアフィルタ１５をｍ−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ッ
ト１６は、例えば第２図に示すようζニマイクロコンピ
ュ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、この制御ユニット
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１６から送られてくる前述した気筒判別信号８１
．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１１の出力信
号８６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）１７に入力され、後述す
る入出力インタフェース回路（Ｉｌｏ）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
ドルスイッチ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。

第１．第２の手段の作用をなす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Ｒ
ＯＭ２１．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几ＡＭ２２、及びｌ１０１８の各
間を、データバス２６゜コントロールバス２４及びアド
レスバス２５で連絡して、ｌ１０１８ｉ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。

ＣＰＵ　２０　＋＝よる演算結果は、入出力インタフェ
ース回路１８を介して燃料噴射信号８８〜Ｓ１１及び点
火信号Ｓ１２として、燃料噴射弁駆動回路２６２〜２６
ｄ及び点火プラグ駆動回路２７へ送られる。

第６図は、入出力インタフェース回路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
ロック図であり、入出力インタフェース回路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１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２８〜６１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〜２６
ｄへ燃料噴射信号８８〜Ｓ１１を出力する。

クリップフロップ回路（ＦＦ）３２は、第４図（イ）に
示す気筒判別信号Ｓ１が入力される毎にリセット（例え
ばＱ出力がＨ″′で、Ｑ出力が１Ｌ　Ｌ　＋１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（−出力が反転する。

アンド回路６３は、第４図（／９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６４は、同図に）に示すＦＦ３２
のＱ出力と基準クランク角信号Ｓ２との論理積を取るよ
うになっているため、アンド回路３３．３４の出力信号
Ｓ１３．Ｓ１４は、第４図（ホ）（へ）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６６からの出力信号８１３は、第１゜第４気
筒用の噴射信号演算回路２８．２９＋二、又アンド回路
６４からの出力信号８１４は、第３．〉２気筒用の噴射
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２８〜６１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２８〜６１は、例えば第５
図に噴射信号演算回路２８で代表して示すような回路構
成となっている。

この噴射信号演算回路２８を説明すると、まず、レジス
タ６５と６６とには、前述した各種のバス２６〜２５を
介して第２図のＣＰＵ２０で演算された噴射開始時期及
び噴射期間（時間幅）のデータが書き込まれる。

次に、カウンタ６７は、第６図（イ）に示す角度ノくル
ス信号Ｓ３をカウントし、第６図のアンド回路６６の出
力信号５１３（第６図便）参照）が与えられるとリセッ
トされる。

デジタル比較器６９は、第６図Ｈに示すようにカウンタ
６７の値ｎ１とレジスタ６５の値Ｄ１とを比較し、両者
が一致すると同図に）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によってリセットされる。

デジタル比較器４０は、第６図（ホ）に示すようにカウ
ンタ６８の値ｎ２とレジスタ６６の値Ｄ２とを比較し、
両者が一致すると同図（へ）に示す信号Ｓ１６を出力す
る。

フリップフロップ回路（ＦＦ’）４１は、信号Ｓ１５で
セットされ、信号Ｓｔ６でリセットされる。

したがって、ＦＦ　４１のＱ出力である燃料噴射信号Ｓ
８は、第６図（ト）に示すようにレジスタ６５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６６に書き込まれた噴射期間（時間軸）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じて燃料噴射を行わせれば
、所望の噴射開始時期から終了時期までの噴射時間幅で
燃料噴射を行わさせることが出来る。

なお、他の噴射信号演算回路２９〜６１も同様な作用を
なす。

また、噴射信号演算回路２８〜６１及び燃料噴射弁駆動
回路２６ａ〜２６ｄによって第３の手段を構成している
。

次に、第７図以降をも参照して、第２図の制御ユニット
１６におけるＣＰＵ２０の演算処理の手順を説明する。

先ず、ＣＰＵ　２０が、機関の運転状態に応じて第１図
の各燃料噴射弁２〜５の燃料噴射期間（燃料噴射量）を
決定する第１の手段の機能を果す時に実行するプログラ
ムＩを第７図を参照しながら説明する。

第７図の５ＴＥＰ１で、第２図のインタフェース回路１
８においてクランク角センｆ１３からの角度パルス信号
Ｓ３に基らいて求めた機関回転数データを読み込み、５
ＴＥＰ２で吸入空気量センサ８の出力信号Ｓ６をＡ／Ｄ
変換して得た吸入空気量データを読み込んで、夫々ＣＰ
Ｕ、２０内のレジスタに格納する。

次に、５ＴＥＰ３で、これ等のデータから機関−回転当
りの吸入空気量を算出し、この値に比例する基本噴射量
を計算した後、その結果を第２図のＲＡＭ　２２に格納
する。

５ＴＥＰ４では、水温センサ１４からの出力信号８５な
どをＡ／Ｄ変換して得た各種補正用データを読み込み、
次め５ＴＥＰ５でＲＡＭ２２に格納した基本噴射量デー
タを読み出して、５ＴＥＰ４で読み込んだ各種補正用デ
ータに基づく補正を行い、それによって最終的な燃料噴
射量を求吟る。

そして、最後に、９ＴＥＰ５で求めた燃料噴射量デ、−
夕を第２図のＲＡＭ２２に格鯖する。

次に、Ｃ’ＰＵ　２０がＲＡＭ２２に格納した最終的な
燃料噴射量データが示す燃料噴射期間を、機関の吸入行
程の終了タイミング付近に設定する第２の手段の機能を
果す時に実行するプログラム■を第８図審参照しながら
説朝する。

先ず第８図の５ＴＥＰγでは、第７図のＳＴ’ＥＰＩと
同様に第２図のインタフェース回路１８から機゛関口転
数データを読み込んでＣＰＵ　２０内のレジスタに格納
する。

そして５ＴＥＰ８で、ｓ’ｒｐｉ：ｐ　７で読み込んだ
機関回転数データと第２図のＲ６Ｍ　２１に格納しであ
る３６０°ＣＡなるデータとに基づいてクランク角速度
を計算し、このクランク角速度データと５ＴＥＰ９で第
２図のＲＡＭ２２から読み出した最終的な゛燃料噴射量
データ（時間データ）とに基づいて、８ＴＥＰ１０でク
ランク角度に換算した燃料噴射期間を求める。

例えば、機関回転数が１２０Ｏｒｐｍの時のクランク周
速一度は７２°ＣＡ／ｍ５ｅｃとなるから、燃料噴射量
データが５　ｍ５ｅｃなら求める燃料噴射期間は７．２
Ｘ５＝３６°ＣＡとなる。

次に、５ＴＥＰ１１では、第２図のＲＯＭ　２１から機
関の吸入行程の終了タイミング、すなわち吸気弁の閉弁
タイミングである例えば５０°ＡＢＤＣ（下死点後）寄
りに設定した１６０〜２００°Ａ’Ｉ”ＤＣ（排気上死
点後）の間の噴射終了時期データ（例えば１８０°ＡＴ
ＤＣ）を読み出して、ＣＰＵ２０内のレジスタに格納す
る。

ただし、燃料噴射弁２〜５には、約０．２　ｍ５ｅｃ程
度の応答遅れがあるため、機関回転数の上昇に伴って実
際の噴射終了時期が次第にデー名士の終了時期より遅れ
てしまう（例えば４８００ｒｐｍで約５．８°ＣＡ遅れ
る）。

′そこで、上記のような応答遅れを考慮して、第２図の
ＲＯＭ２１に、機関回転数をパラメータとして、機関回
転数が大きくなる程噴射終了時期が進むようにした噴射
終了時期データのテーブルを予め格納しておいて、５Ｔ
ＥＰＩＩでこのテーブルを５ＴＥＰ７にて読み込んだ機
関回転数データでルックアップするようにしても良い。

次の５ＴＥＰ１２では、５ＴＥＰＩＩで読み出した噴射
終了時期データに基づいて燃料噴射期間を設定するため
に、その噴射終了時期データから５ＴＥＰ、１０で求め
た燃料噴射期間データを差し引いて噴射開始時期を氷め
る。

例えば、前述の各数値に倣って計算すると、噴射開始時
期は　１８０°ＡＴＤＣ−３６°ＣＡ＝１４．４°ＡＴ
ＤＣとなる。

ソシテ、この噴射開始時期が決まれば、このデータと燃
料噴射期間データとで燃料噴射期間を設定できるため、
最後の５ＴＥＰ１３′ｃ上記両データを次のようなタイ
ミングで第３図の噴射信号演算回路２ａ＝６ｉの各レジ
スタ（第５図参照）に転送して書き込むことにより、燃
料噴射時期及び噴射量の制御を行うことがでキス すなわち、機関の第１〜第４気筒の噴射の順番は、第９
図（イ）〜に）に示すように第１気筒を基準にすると、
第１．第６．第４．第２気筒の順番であるから、ｃｐｕ
２ｏ＋ｎ第２図の入出力インタフェース回路１８に気筒
判別信号Ｓ１及び基準クランク角度信号８２（第４図（
イ）（ロ）参照）が入力された時点で、前述のような演
算により求めたデータ（１４４°ＡＴＤＣ，３６°ＣＡ
）￥第１気筒用の噴射信号演算回路２８のレジスタに夫
々転送して書き込む。

そして、後は入出力インタフェース回路１８に基準クラ
ンク、角度信号Ｓ２が入力される毎に、第３．４４．第
２気筒用の噴射信号演算回路６０゜２９．６１の順番で
、データ（１４４°Ａ’ＴＤＣ，３６゜ＣＡ）の転送書
き込みを行う。

このようにすると、前述した噴射信号演算回路２８の作
用によって先ず第９図（イ）に示すように第１気筒にお
いて１４４°ＡＴＤＣ〜ｊ８０’ＡＴＤｃの間燃料噴射
がなされ、引続いて同図（ハ）に示すように第３気筒で
は第１気筒の噴射から１８０°ＣＡ遅れて噴射信号演算
回路６０の作用により１４４°ＡＴＤＣ〜１８０°ＡＴ
ＤＣの間燃料噴射がなされ、以後同様に同図に）（ロ）
に示す如く第４．第２気筒では各々１８００ＣＡずつ遅
れて噴射信号演算回路２９．３１の作用により同期間燃
料噴射がなされる。　パそして、上記実施例のようにす
れば、第９図（イ）〜に）に示すように各気筒には、１
０’ＬＩＴＤＣ〜５０゜ＡＢＤＣまでの各吸入行程の後
半で燃料が噴射されるため、各気筒内に吸入された混合
気を点火プラグ近傍で比較的濃く、その周囲が希薄とな
る層状混合気とすることができ、それによって全体の平
均空燃比が薄くても失火することなく安定した燃焼がな
され、しかも燃費の向上及び排気エミッションの清浄化
を計ることができる。　なお、第９図（イ）〜（目にお
いて、ｒｅ、０ＢＴＤＣは各気筒毎の点火時期である。

また、」−記実施例では、各噴射信号演算回路２８〜６
１に転送するデータを同じにして、転送タイミングを１
８０°ＣＡずつ異ならせるようにしだ例に就で述べたが
、各噴射信号演算回路２８〜３１の各カウンタ３７のリ
セットタイミングを７２０゜ＣＡ毎の同一タイミングに
すると共に、各転送データのうちの噴射開始時期を、例
えば第１気筒を基準にしたクランク角度データにすれば
、気筒判別信号Ｓ１が入力される毎に各データを夫々の
噴射信号演算回路２８〜６１に一度に転送することもで
きる。

さらに、上記実施例では４サイクル４気筒内燃ｍ関にこ
の発明を適用した例に就で述べたが、これに限るもので
はなく例えば４サイクル６気筒内燃機関等にも同様に適
用できる。

以上説明したように、この発明によれば吸入行程の後半
で燃料が常に噴射されるため、気筒内に吸入される混合
気を、点火プラグの近傍で比較的濃く、その周囲で希薄
となる層状混合気とすることができ、それによって全体
の平均空燃比が薄い場合でも失火することなく安定した
燃焼がなされ、しかも燃費の向上及び排気エミッション
のａ浄化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す全体構成図、第２
図は、第１図中の制御ユニットの具体例を示すブロック
図、 第６図は、第２図中の入出力インタフェース回路の一部
分を具体的に示すブロック図、 第４図（イ）〜（へ）は、夫々第６図中の各信号の関係
を示す波形図、 第５図は、第６図中の噴射信号演算回路の構成を示すブ
ロック図、 第６図（イ）〜（ト）は、夫々第５図中の各信号の関係
を示す波形図、 第７図は、第２図のＣＰＵが実行するプログラムＩのフ
ロー図、 第８図は、同じくプログラム■のフロー図、第９図（イ
）〜に）は、夫々第８図のプログラムＩＩの実行時の各
気筒毎の噴射タイミングの説明（＝供するタイミングチ
ャートである。 ２〜５・・！燃料噴射弁　　８・・・吸入空気量センサ
１６・・・クランク角センサ １６・・制御ユニット ２ｐ・・・中央処理装置（ｃｐｕ）〔第１．第２の手段
〕第３図 第４図 第６図 Ｔ＋　　　Ｔ２ 第５図 ２８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＼に １　吸気系縛燃料噴射弁を設けた内燃機関において、該
   機関の運転萩態に応゛じて前記燃料噴射弁の燃料噴射期
   間を決定する第１の手段と、この第１の手段によって決
   定した燃料噴射期間を、前記機関の吸入行程の終了タイ
   ミング寄りに設定した噴射終了時期に基づいて設定する
   第２の手段と、この第２のギ段によって設定された燃料
   噴射期間に機関サイクルが入っている間前記燃料噴射弁
   を開く第３の手段とを設けたことを特徴とする内燃機関
   の燃料噴射時期制御装置。