JPS6065251A - 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】 本発明は内燃機関、特にガソリン内燃機関の燃料噴射制
御装置に関し、特に、内燃機関のエアアシストと共に各
気筒毎に独立して燃料噴射を行なう燃料噴射制御装置に
関するものである。

［従来技術］ 従来より、内燃機関の燃料噴射制御装置の１つとして、
各気筒に設けられた燃料噴射弁毎に独立して燃料噴射を
行なう、いわゆる独立噴射方式の燃料噴射制御装置があ
る。

この独立噴射方式の燃料噴射制御装置としては、まず、
内・燃機関回転数と吸入空気量とに応じて空燃比が最適
となる様に燃料噴１１ｍを演算するとともに他の運転状
態に応じて補正を加え、次いでそのめられた燃料噴射量
に応じて各気筒毎に、当該気筒の任意の行程、つまり予
め定められたクランク角度となった時点において燃料噴
射弁を開弁じ、燃料噴射制御を行なっている。

この様に燃料噴射量は運転状態に応じて算出されている
のであるが、燃料噴射の開始時期としては丙申４１／★
わＴ　ｌ　、　＊　１７謄ｈ　面１耕能り一犬１◆ト燃
料噴射開始時期の制御は行なわれていない。

ところで近年、燃料噴射弁を用いた内燃機関において、
燃料の霧化効果の向上のため、エアアシストシステムを
とっているものがある。

エアアシストシステムは、スロットルバルブより上流側
の吸入空気を、スロットルバルブを通過させずに直接、
噴射弁の燃料噴射口近傍に導き、スロットルバルブ下流
の負圧により、空気を吹き出させ、燃料の霧化効果を向
上させるものである。

しかしながら内燃機関の負荷の程度により、その負圧の
程度が異なる。そのため、霧化された燃料の噴出速度が
異なり、シリンダの吸気バルブへ燃ＩＩが到達する飛行
時間が影響される。それ故、負荷のＰｉ！度により常に
同一のパターンでシリンダへ燃料が吸入されるとは限ら
なくなり、燃料の吸気管への付着状態や空気との混合状
態に違いを生じ、これまでの固定化された噴射開始時期
では燃料燃焼の安定性、燃費、排出ガス、過渡応答性等
の点で、必ずしも内燃機関の運転状態に対応したＲ適な
燃料噴射開始時期とはなり得ない。

［発明の目的］ よって本発明の目的は、内燃機関の運転状態に応じて、
燃料噴射量と共に燃料噴射弁の開弁開始時期をも算出す
ることによって、運転状態に対応してより緻密な燃料噴
射制御を行い得る燃料噴射制ｔｉｌ＋装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ かかる目的を達するための本発明の開成は第１図に図示
する如く、 負荷検出手段Ｍ１を含む、内燃機関Ｍ２の運転状態検出
手段Ｍ３と、 各気筒の吸気管毎に設けられた燃１１１１３１射手段Ｍ
４と、 スロットルバルブ下流上流側の吸入空気の一部を、スロ
ットルバルブＭ５を迂回して燃料噴射手段Ｍ４の噴射口
近傍に導く空気導入手段Ｍ６と、内燃機関Ｍ２の運転状
態に応じて燃料噴射量を斡出し、上記燃料噴射■と負荷
とに応じて燃料噴射開始時期を算出するとともに、 該燃料噴射開始時期から上記燃料噴射制御に該当する時
間、上記燃料噴射手段Ｍ４に対し燃料噴射信号を出力す
る制御手段Ｍ７と を備えたことを特徴とする内燃ｍ関Ｍ２の燃料噴射制御
装置を要旨とする。

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明してゆ匂 ［実施例］ まず、第２図は本発明の燃料噴射制御装置が搭載された
四すイクル四気筒内燃機関及びその周辺装置を表わす概
略系統図である。

１は内燃機関本体、２は排気管、３は吸気管、４は内燃
機１ｌ１１の吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射弁、
５は吸入空気の脈動を防止するザージタンク、６はコー
ルドスタート用燃料噴射弁、７はファーストアイドル回
転を制御するエアバルブ、８はスロットルバルブ、９は
副吸気管であり、１０はエアフロメータである。

上記した副吸気管９は、スロットルバルブ８の、上流側
から空気を吸入し、内燃機関１のアイドル流量を制御し
、また、アイドル以外の時は一定量の間口を保持するよ
う制御されているアイドルスピードコントロール用の流
量制御弁９ａ　（以下ＩＳＣ■と言う）を介して、燃料
噴射弁４の先端部に吸入空気を送出している。このこと
により、１ＳＣＶ９ａが開口していれば、吸入空気酪は
副吸気管９を通って燃料噴射弁４の先端部に噴きだすこ
とになる。こうしてその副吸気管９を通ってきた吸入空
気は燃料噴射に対しアシス］・エアとしての効果を発揮
する。

また上記エアバルブ７は同様にスロットル８上流部分か
ら吸入空気を吸入しエアバルブ７が開口している場合、
その□まま吸入空気をザージタンク５へ流出することに
なる。エアバルブ７が開口するのは内燃機関１が冷間状
態にある場合である。

また、燃料タンク１１中の燃料は燃料フィルタ１２を介
して燃料ポンプ１３により燃ＦｉｌｌｌｔＪＵ弁４へ圧
送される。同時にコールドスタート用噴射弁６へも圧送
される。

ｉ　＋１　し　ト會　Ｑｌｌ　ζ−＃！　叡１　ゼ　ゝ
ノ　マ　１　Ｑ）ＩＱＩ＄　毫Ｙ　六　ｈ　ナー　猷利
は燃１′１１圧力を制御するレギュレータ１５に分流づ
る。レギュレータ１５は流入口１５ａへの円錐台状調節
弁１５ｂの挿入程度により燃料タンク１１への還流量を
調節し、燃料噴射弁４の燃料噴射圧力を調節している。

この燃料圧力は枯木的には上記調節弁１５ｂが立設して
いるダイヤフラム１５Ｃをその反対側から押圧している
バネ１５ｄの押圧力により決定される。ただバネ１５ｄ
の収納室１５８にはアシストエアの圧力が、燃料噴射弁
４の先端部近傍の副吸気管９６から導入され、調節弁１
５１）を微調整する。アシストエアの圧力が高圧力が低
い場合には燃料の還流量が多くなり燃料圧力が下降する
。このことにより、燃料のアシス又、ディストリビュー
タ１６には内燃機関１のクランク軸に同期して回転し、
該回転に比例したパルス信号を発生する回転角センサ１
６ａと特定気筒の上死点を検出する気筒判別センサ１６
ｂとが設けられ、各々検出信号を出力している。更にシ
リンダには水温センサ１７が設置され、シリンダの冷却
水温に応じた信号を出力している。

次に１８は電子制御回路であり、スロットルバルブ８に
連動してその全閉信号及び開疫信号を出力するスロット
ルポジョンセンサ８ｂ及びエアフロメータ１０からの検
出信号を入力し、それらのデータに基づき演算制御を行
ない、必要に応じて燃料噴射弁４０開口時間を調整する
信号、エアパルプ７の開口状態を制御する信号、コール
ドスタート用燃料噴射弁６の開口状態を制御する信号及
び副吸気管９の空気流量を制御するｌ５ＣＶ９ａの間口
面積を制御する信号を出力している。

第２図（ロ）は上記した燃料噴射弁４の先端拡大部分断
面図を示ず。副吸気管９から供給される吸入空気は、燃
料噴射弁４のノズル２１部分に設けられたアダプタ２２
と燃料噴射弁取付穴２３との間の間隙部２４に流入し、
次いでアダプタ２２の周囲に設けられた空気取入孔２５
からノズル２１の先端部周辺へ流入する。その後、吸入
空気はアダプタ２２に設けられた噴出口２６から、燃料
噴射弁４のノズル２１から噴・射される燃料と共に、イ
ンテークマニホールド３の吸入空気中へ噴射される。こ
こで２７は０リングであり、アダプタ２２と燃料噴射弁
取付穴２３との間に介在し密閉状態にするとともに、０
リング２７の位置の反対側にも、燃料噴射弁４と燃料噴
射弁取付穴２３間にリング状インシュレータ２８が設け
られ、間隙部２４を気密状態に保持している。

上記した各装置の内、スロットルポジションセンサ８ｂ
、エアフロメータ１０、回転角センサ１５ａ、気筒判別
センサ１６ｂ及び水温センサ１７のグループ、あるいは
これらのセンサに更に図示しない吸気管圧力センサを加
えたグループが運転状態検出手段に該当し、燃料噴射弁
４が燃料噴射手段に該当し、副吸気管９が空気導入手段
に該当し、スロットルポジションセンサ８ｂとエアフロ
メータ１０との組み合せ、またはこの替りに図示してい
ない吸気管圧力センサが内燃機関負荷検出手段に該当し
、電子制御回路１８が制御手段に該当する。

次に第４図は電子制御回路１８のブロック図を表わして
いる。

３０は各センサより出力されるデータを１ｌＩｌｊＩｌ
ｌＩプログラムに従って入力及び演算すると共に、ｌ５
ＣＶ９ａ等の各種装置を作動制御等するための処理を行
うセントラルプロセシングユニツ１へ（以下、単にＣＰ
ＬＩと呼ぶ）、３１は前記制御プログラム及び目標回転
数のマツプ等の初期データが格納されるリードオンリメ
モリ（以下、単にＲＯＭと呼ぶ）、３２は電子制御回路
１８に入力されるデータや演算制御に必要なデータが一
時的に読み書きされるランダムアクセスメモリ（以下単
にＲＡＭと呼ぶ）、３３はキースイッチがＡフされても
以後の内燃機関作動に必要なデータを保持するようバッ
テリによってバックアップされたバックアップランダム
アクセスメモリ（以下単にバックアップＲＡＭと呼ぶ）
、３４は図示していない入力ポートや必要に応じて設け
られる波形整形回路、各センサの出力１８号をＣＰＵ３
０に選択的に出力するマルチプレクサ、アナログ信号を
デジタル信号に変換でるＡ／Ｄ変換器等が備えられた入
力部をイれぞれ表わしている。３５は図示していない出
ツノボー１へが設けられその他必要に応じてｌ５ＣＶ９
ａ等をＣＰＵ３０の制御信号に従って駆動する駆動回路
等が備えられた出力部、３６はＣＰＵ３０、ＲＯＭ３１
等の各素子及び入力部３４、出力部３５を結び各データ
が送られるパスラインをそれぞれ表わしている。

上記、ＣＰＵ３０によるＩ　５ＣＶ９ａの制御は、ｌ５
ＣＶ９ａの間口面積に相当するデユーティのパルス信号
により実行される。

また、ＣＰＵ３０においては図示せぬメインルーチンに
て各センサからの信号に基づぎ冷Ｗ水温Ｔｗ、スロット
ル間度ＴＨ１吸入空気ＩＱ、内燃機関回転数Ｎ等が演算
されると共に、その演算された各データ値に基づき燃料
噴射量に対応した噴射パルス幅τｉが演算されることと
なる。尚、この処理については公知であることから省略
し、次に本発明にかかわる主要な処理である燃料噴射時
期の設定、つまり燃料噴射弁の開弁開始時期設定及び噴
射パルス出力の制御例について図を参照しつつ詳しく説
明する。

第５図（イ）、（ロ）の第１制陣例に示すフローチャー
トは、各気筒毎に内燃機関２回転に１回の割で実行され
る処理を表わす。第５図（イ）は噴射パルス開始時期設
定サブルーチンであり、イの処理が開始されるとまずス
テップ１１０にてメインルーチンにてめられた冷却水ｔ
ｌａＴ＋ｓ　、スロットル間度ＴＨ１吸入空気吊Ｑ、内
燃機関回転数Ｎ１噴射パルス幅τｉ等各データ値が読み
込まれ、続くステップ１２０に移行する。

次にステップ１２０において、ステップ１１０にて読み
込まれたＱとＮとの値から内燃機関の負荷を表わすＱ／
Ｎ　Ｃ，ｉ／ｒｅｖ　］をめ、この値に基づき関数ｆ　
（Ｑ／Ｎ）又はｆ　（Ｑ／Ｎ）に対応するマツプから８
が算出される。Ｂは燃料噴射弁４より吸気バルブ１ａま
での燃料飛行時間を表わす。この関数ｆ　（Ｑ／Ｎ）に
該当するマツプは例えば第６図のごとくである。

次にステップ１３０の処理が実行され、燃料噴射弁４の
開弁開始時期Ｏ８が次の式（１）により弾出される。

θＳ＝θ−６ｘＮｘ１０　Ｘ（τｉ　＋Ａ＋８）・・・
（１） 上記式（１）中、開弁開始時期θＳは吸気上死点（吸気
行程におけるピストンの上死点）を基準としたクランク
角度［’ＣＡ］で表わされるものであって、具体的には
１！！ｉｌ！１ｌｊｔｌｎ弁４の開弁信号である噴射パ
ルス信号の出力開始時期、つまり噴射パルス開始時期を
表わす。θは吸気上死点を基準として予め定められたク
ランク軸の設定角度［６ＯＡ］を表わす。Ａは燃料噴射
弁４の閉弁時間［ｍ５ｅｃ　］を表わす。

また、上記式（１）中、内燃機関回転、数Ｎの単位は［
ｒ、ｐ、ｍ、］、１ＴＪｆ射パルス幅ｒｉの単位は［ｌ
１ｌｓｅｃ］、燃１３１飛行時間Ｂの単位は［ｍ５ｅｃ
］で表わされている。

上述の如き処理によって開弁開始時期θＳが算出される
と、この処理の後、第５図（Ｄ）に示す噴射パルス出力
サブルーチンにて燃料噴射弁４がθＳの時点で開弁され
燃料噴射が行われることとなる。噴射パルス出力サブル
ーチンではステップ１５０にてクランク角がθＳになる
まで待機し、θＳになればｒ　Ｙ、、Ｅ　Ｓ　Ｊと判定
されて、ステップ１６０が実行され、パルス幅τ１の噴
射パルスが出力されて、１１分の燃料噴射が行なわれる
ことになる。

次に上記演算式（１）にて算出される開弁開始時期につ
いて第７図に示す燃料＋１ＪＩ　（Ｆｌ弁４及び吸気バ
ルブ１ａの開・閉弁タイミングチャートと共に説明する
。尚、図においてＴＤＣはピストンの上死点、ＢＤＣは
下死点、ＩＮＯは吸気バルブ開弁時期、ＩＮＯは吸気バ
ルブ閉弁時期、ＥＸＣは排気バルブ閉弁時期を夫々表わ
している。

上記演算式（１）においてθは上述した如く、吸気上死
点であるＴＤＣを基準として予め定められた設定角度［
’　ＣＡＩであるが、これは具体的に説明すると、燃料
噴射弁４から噴射された最後の燃１：１が吸気バルブ１
ａに到達する時期を予め設定づるものであって、吸気上
死点後６０’　ＣＡないし１２０’ＯＡの値が望ましく
、図に示す如く本実施例においては吸気上死点後８０’
　ＣＡとしている。またこの理由としては吸気上死点後
６０［’　ＣＡＩないし１２０　［’　ＣＡＩの時点に
おける吸気バルブ１ａ位置での吸気速度が最も早くなり
、また吸気バルブ１ａが最も大きく開いているので、こ
の時点を燃料の最ｉ到達時点とすれば燃料の壁面付着の
抑制及び燃料の吸気パル１１８位置での２数機粒化をよ
り促進することができるようになるからである。

次に、演算式（１）中の ６ＸＮＸ１０　Ｘ（τ　ｉ　＋Ａ＋Ｂ）というのは、メ
インルーチンにてめられた燃料噴射パルス幅τｉ　［ｍ
５ｅｃｌと、実際に燃料噴射弁４が閉じるのにがかる閉
弁時間Ａ［ｍ５ｅｃｌと、燃料噴射弁４より噴射された
最後の燃料が吸気バルブ１ａまで到達づ−るのにかかる
飛行時間Ｂ　［、ｍ５ｅｃ］とをクランク角に換算する
ためのものであり、この値を前記設定角度θより引くこ
とによって燃料噴射弁４の開弁開始時期θＳがめられる
。

上記飛行時間Ｂと負荷を表わす値Ｑ／Ｎとの関係は前述
したごと＜Ｂ＝ｆ　（Ｑ／Ｎ）で示され、第６図に示す
こと＜、Ｑ／Ｎの増加に応じてｆ（Ｑ／Ｎ）も増加する
。このことは、Ｑ／Ｎの増加により、吸気管３内の気圧
が増加するため、副吸気管９を通過してきたほぼ外気圧
に近い空気の吹き出し速度が低下し、飛行時間が延長す
るからである。

上述の如く、本実施例は飛行時間８を内燃１１関負荷Ｑ
／Ｎの値から算出することによって更に緻密な制御を行
なおうとするものであり、全燃料が吸入された後に吸気
速度が最高となるので、シリンダ内での混合気の旋回流
を大きくできることがら、ノッキング防止も図れるもの
である。

又、第２制御例として、第８図に噴射パルス開始時期設
定サブルーチンのフローチャートを示す。

この噴射パルス開始時期設定サブルーチンは、第５図（
ロ）に示す第１制御例の噴射パルス出力サブルーチンと
組み合せて用いる。ここでは、飛行時間Ｂをめるのに、
負荷を表わすパラメータとして吸気管圧力Ｐを用いてい
る。

ただし、このフローチャートにおいて、２１０゜２３０
はそれぞれ第１制罪例のフローチャートのステップ１１
０．１３０と同一の処理を行なうステップである。

また、ステップ２２０において、吸気管圧力Ｐの値に基
づき、関数Ｑ　（Ｐ）又はそれに対応するマツプにより
飛行時間Ｂ［ｍ５ｅｃｌが算出される。

上記マツプは、Ｐが絶対圧として例えば第９図のような
グラフで表わされる。Ｐの増加に伴ってｇ（Ｐ）が増加
する傾向にあるが、これは負荷を表わす吸気管圧力Ｐの
増加に伴って、副吸気管９からの吹き出し速度が低下す
るため飛行時間が増加するからである。

本制御例によれば、Ｑ及びＮに比較して、Ｐは負荷変化
に対する応答性が速いため、より正確な制御が可能とな
る。

以上詳述した如く、本発明においては、吸気速度が最高
となる設定角度を基準とし、この設定角度から燃わ［噴
射量（即ち噴射パルス幅）、燃料噴射弁の閉弁時間、燃
料飛行時間を考慮して燃料噴射弁の開弁開始時期を設定
すると共に、燃料噴射量及び内燃機関負荷に応じてイの
燃料飛行時間を算出し補正するため、運転状態に応じた
最適な燃料噴射が行なえるようになり、特に燃料の２数
機粒化、燃料の吸入効率の向上等が図れ、燃料の燃焼安
定性、燃費、排出ガス等が向上し、安定した内燃機関の
運転を行なえるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を表わすブロック図、第２
図は一実施例の燃料噴射制御装置が搭載された内燃機関
及びその周辺装置を表わす概略系統図、第３図は燃料噴
射弁先端部周辺の拡大部分断面図、第４図はそこに用い
られる電子制御回路の構成を表わすブロック図、第５図
（イ）はその第１制御例の噴射パルス開始時期段定処便
を表わす７０−午セード　笛６ＮＢ　／　ｎ　１け館１
制卸匍山ｒｒＩＱ（パルス出力処理を表わすフローチャ
ート、第６図はＱ／Ｎから燃料飛行時間をめるマツプを
表わＪグラフ、第７図は本実施例の動作を表わす燃料噴
射弁及び吸気バルブの開・閉弁タイミングチャート、第
８図は第２制御例のフローチャート、第９図はＰから燃
料飛行時間をめるマツプを表ねづグラフである。 １・・・内燃機関 １ａ・・・吸気バルブ ３・・・吸気管 ４・・・燃料噴射弁 ８・・・スロットルバルブ ９・・・副吸気管 １０・・・エアフロメータ １６ａ・・・回転角センサ １８・・・電子制御回路 第４図 、７８ （ロ） 第６図 一→吋Ｊ 第７図 第８図 第９図 −〉Ｐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 負荷検出手段を含む、内燃機関の運転状態検出手段と、 各気筒の吸気管毎に設けられた燃料噴射手段と、スロッ
   トルバルブ上流側の吸入空気の一部を、スロットルバル
   ブを迂回して燃料噴射手段の噴射口近傍に導く空気導入
   手段と、 内燃１１関の運転状態に応じて燃料噴Ｉ）ｌ量を算出し
   、上記燃料噴射量と負荷とに応じて燃料噴射開始時期を
   算出するとともに、 該燃料噴射開始時期から上記燃料噴射量に該当する時間
   １．Ｆ記燃料噴射手段に対し燃料噴射信号を出力する制
   御手段と を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置
   。