WO2003038262A1 - Dispositif de detection de pression atmospherique d'un moteur a quatre temps et procede de detection de pression atmospherique - Google Patents

Dispositif de detection de pression atmospherique d'un moteur a quatre temps et procede de detection de pression atmospherique Download PDF

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Yuuichirou Sawada
Michiyasu Takahashi
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Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • 10-227272 proposes an engine control device that detects the phase state of the crankshaft and the intake pressure, and detects the stroke state of the cylinder therefrom. Therefore, by using this conventional technique, the stroke state can be detected without detecting the phase of the camshaft. Therefore, it is possible to control fuel injection timing and the like in accordance with the stroke state. It becomes possible.
  • the fuel in the fuel tank must be pressurized by a pump and supplied to the fuel injection device.
  • a pressure regulating valve called “regi-yure” is used to regulate the upper limit.
  • this regulation is generally provided in the immediate vicinity of the fuel injection device.
  • the atmosphere in which fuel is injected by the fuel injection device for example, the pressure in the intake pipe is set as the back pressure, and Usually, a predetermined regulator control pressure set by, for example, a panel is configured to rise therefrom. Therefore, the injected fuel pressure, which is the differential pressure between the pressure of the fuel supplied to the fuel injection device and the atmosphere in which the fuel is injected, is always equal to the regulator control pressure of the regulator.
  • the pressure of the injected fuel is a pressure difference between the pressure of the fuel supplied to the fuel injection device and the pressure of the atmosphere in which the fuel is injected. Therefore, for example, the pressure of the fuel supplied to the fuel injection device is substantially constant. If the pressure is limited by the This is the sum of the control pressure and the pressure at which the fuel is supplied to the fuel injection device if the atmospheric pressure is not accurate. Therefore, it is conceivable to use an atmospheric pressure sensor that detects the atmospheric pressure. However, since the atmospheric pressure sensor is expensive and large-scale, its use is particularly limited in two-wheeled vehicles. Also, the detection of the atmospheric pressure is necessary for correcting the air density, for example, in an engine control device that determines the fuel injection amount by detecting the volume flow rate of the air flowing into the engine. Alternative atmospheric pressure sensing devices and methods are desired.
  • An open-air regulator that regulates air pressure
  • a fuel injection device that injects fuel whose upper limit is regulated by the regulator into the intake passage of a four-stroke engine, and an intake air that is provided in the intake passage.
  • a method for detecting the atmospheric pressure of a four-stroke engine comprising a control valve and an intake pressure downstream of the intake control valve, the operating state of the four-stroke engine being detected, and The present invention is characterized in that the atmospheric pressure is detected from the intake pressure immediately before the intake valve is opened and the load on the four-stroke engine is small based on the operating state of the stroke engine and the intake pressure.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a motorcycle engine and its control device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing one embodiment of the engine control device of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for detecting a stroke state from the crankshaft phase and the intake pressure.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the correlation between the crank angle, that is, the stroke and the intake pressure.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the correlation between the crank angle, that is, the stroke and the intake pressure for each engine speed.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the correlation between the engine load and the intake pressure immediately before the intake stroke.
  • Figure 10 shows the relationship between fuel pressure, intake pressure, which is the atmospheric pressure, and injected fuel pressure.
  • FIG. 1 is a schematic configuration showing an example of an engine for a motorcycle and a control device thereof, for example.
  • This engine 1 is a 4-cylinder 4-stroke engine, with a cylinder body 2, a crankshaft 3, a piston 4, a combustion chamber 5, an intake pipe (intake passage) 6, an intake valve 7, an exhaust pipe 8, an exhaust valve 9, and a spark plug. 10 and an ignition coil 11.
  • a throttle valve (intake control valve) 12 that is opened and closed according to the accelerator opening is provided in the intake pipe 6.
  • An intake pipe 6 upstream of the throttle valve 12 is provided with a fuel injection device.
  • An injector 13 is provided. The injector 13 is connected to a fuel tank 18, a fuel pump 17, and a reguille 16 arranged in a fuel tank 19.
  • the regulator 16 regulates the upper limit of the fuel pressure by the fuel pump 17.
  • the atmospheric pressure is regarded as the back pressure. It is set so that the preset control pressure for the regulation is raised from there. Therefore, when the pump discharge pressure is lower than the regulator control pressure, the pump discharge pressure remains unchanged as the fuel pressure supplied to the injector 13 (exactly, the pump discharge pressure whose atmospheric pressure is the back pressure). Pressure).
  • the engine 1 is a so-called independent intake system, and the injectors 13 are provided in each intake pipe 6 of each cylinder.
  • the operating state of the engine 1 is controlled by the engine control unit 15. Then, as a means for detecting the control input of the engine control unit 15, that is, the operating state of the engine 1, the rotation angle of the crankshaft 3, that is, the phase, is detected. Temperature or cooling water temperature, i.e., a cooling water temperature sensor 21 for detecting the temperature of the engine body, an exhaust air-fuel ratio sensor 22 for detecting the air-fuel ratio in the exhaust pipe 8, and a fuel discharge pressure of the fuel pump 17. Fuel pressure to detect as supply fuel pressure to 13 A sensor 23, an intake pressure sensor 24 for detecting the intake pressure in the intake pipe 6, and an intake temperature sensor 25 for detecting the temperature in the intake pipe 6, that is, the intake temperature, are provided. Then, the engine control unit 15 receives the detection signals of these sensors and outputs control signals to the fuel pump 17, the injector 13, and the ignition coil 11.
  • a cooling water temperature sensor 21 for detecting the temperature of the engine body
  • an exhaust air-fuel ratio sensor 22 for detecting the air-fuel ratio in the exhaust pipe
  • the engine control unit 15 is configured by a microcomputer (not shown) or the like.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of an engine control arithmetic process performed by the microcomputer in the engine control unit 15.
  • an engine speed calculation unit 26 that calculates the engine speed from the crank angle signal, and crank timing information, that is, a crank timing detection unit that detects the stroke state, also from the crank angle signal and the intake pressure signal 27 and the crank timing information detected by the crank timing detector 27 are read and calculated by the intake air temperature signal, the cooling water temperature signal, the intake air pressure signal, and the engine speed calculator 26.
  • a cylinder air mass calculator 28 that calculates the cylinder air mass (intake air amount) from the engine speed, and a target air-fuel ratio based on the engine speed calculated by the engine speed calculator 26 and the intake pressure signal. , A target air-fuel ratio calculated by the target air-fuel ratio calculator 33, and the intake air pressure.
  • a fuel injection amount is calculated from a signal and the cylinder air mass calculated by the cylinder air mass calculation unit 28, and a fuel injection amount calculation unit 34 is detected by the intake pressure signal and crank timing detection unit 27.
  • the crank timing detecting section 27 has the same configuration as the stroke discriminating apparatus described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-22752, and thereby, for example, as shown in FIG. It detects the stroke state of each cylinder and outputs it as crank timing information. That is, in a four-stroke engine, the crankshaft and the camshaft are constantly rotating with a predetermined phase difference. For example, when a crank pulse is read as shown in FIG. Is either the exhaust stroke or the compression stroke. As is well known, the exhaust valve closes during the exhaust stroke and the intake pressure is high because the intake valve is closed.At the beginning of the compression stroke, the intake pressure is low because the intake valve is still open, or the intake valve is closed.
  • a state in which the air-fuel ratio is low is called rich, and a state in which the air-fuel ratio is high is called lean.
  • the leanest state is called the ideal air-fuel ratio or stoichiometric, and the air-fuel ratio at which gasoline completely burns, that is, 1 4.7.
  • the engine speed is the operating state of the engine.
  • the air-fuel ratio is increased on the high speed side and decreased on the low speed side. This is to increase the responsiveness of the torque on the low rotation side and the responsiveness of the rotating state on the high rotation side.
  • the intake pressure is an engine load condition such as the throttle opening.In general, the engine load is large, that is, the air-fuel ratio is reduced when the throttle opening is large and the intake pressure is large, and the engine load is small. That is, the air-fuel ratio is increased when the throttle opening is small and the intake pressure is also small. This is to emphasize the torque when the engine load is large and to emphasize the efficiency when the engine load is small.
  • the target air-fuel ratio is a numerical value whose physical meaning can be easily grasped. Therefore, it is possible to set the target air-fuel ratio to some extent in accordance with the required output characteristics of the engine. Of course, tuning is performed according to the engine output characteristics of the actual vehicle. 46 Needless to say, you can.
  • the atmospheric pressure calculating section 41 calculates the atmospheric pressure from the intake pressure signal and the crank timing information.
  • Fig. 7 shows the intake pressure according to the phase of the crankshaft, that is, the crank timing information.
  • Each curve corresponds to the engine load at the crank angle (-180 °). 5 kPa indicates the minimum engine load, and 100 kPa indicates the maximum engine load. (As described above, the intake pressure changes according to the throttle opening.)
  • the intake stroke is started.
  • the intake stroke is started.
  • this intake stroke that is, near the crank angle (-360.)
  • the intake pressure is almost stable, and its value is almost atmospheric pressure as described later.

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Description

明細書
4ス卜ロークエンジンの大気圧検出装置及び方法 技術分野
本発明は、大気圧を検出する大気圧検出装置及び方法に関するものであり、例 えば燃料を噴射する燃料噴射装置を備えた 4ストロークエンジンの制御に好適 なものである。 背景技術
近年、 インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置が普及するにつれて、燃料を噴射 するタイミングゃ噴射燃料量、つまり空燃比などの制御が容易になり、高出力化、 低燃費化、排ガスのクリーン化などを促進することができるようになった。 この うち、 特に燃料を噴射するタイミングについては、 厳密には吸気バルブの状態、 つまり一般的にはカムシャフ卜の位相状態を検出し、それに合わせて燃料を噴射 するのが一般的である。 しかしながら、 カムシャフトの位相状態を検出するため の所謂カムセンサは高価であり、特に二輪車両などではシリンダへヅ ドが大型化 するなどの問題があって採用できないことが多い。 そのため、例えば特開平 1 0 - 2 2 7 2 5 2号公報では、クランクシャフ卜の位相状態及び吸気圧力を検出し、 それらから気筒の行程状態を検出するェンジン制御装置が提案されている。従つ て、この従来技術を用いることにより、カムシャフトの位相を検出することなく、 行程状態を検出することができるので、その行程状態に合わせて燃料の噴射夕ィ ミングなどを制御することが可能となる。
ところで、前述したような燃料噴射装置から燃料を噴射するためには、燃料タ ンク内の燃料をポンプで加圧して燃料噴射装置に供給しなければならない。周知 のように、ポンプによって加圧された燃料の圧力は変動するから、 その上限値を 規制するためにレギユレ一夕と呼ばれる調圧弁を用いる。 このレギユレ一夕は、 二輪車両の場合は一般に、燃料噴射装置の直近に設けられており、通常は燃料噴 射装置によって燃料が噴射される雰囲気、例えば吸気管内の圧力を背圧とし、通 常は例えばパネによって設定された所定のレギユレータ制御圧がそこから立ち 上がるように構成されている。従って、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力と 燃料が噴射される雰囲気との差圧からなる噴射燃料圧力は、 常に、 レギユレ一タ のレギユレ一夕制御圧に等しい。
しかしながら、 このようにレギユレータを燃料噴射装置の直近に設けると、 レ ギユレ一夕で制限された分の燃料を燃料タンクに戻す戻り配管が、各燃料噴射装 置毎に必要になる。 また、 一般に、 レギユレ一夕はポンプと同一の製造元である ことが多いが、 ポンプとレギユレ一夕とを別置きにした場合には、 それらは分納 されることになり、部品点数が多い上に、 アッセンプリ一化によるコス卜ダウン を図ることができない。そこで、例えばポンプとレギユレ一夕とをアッセンプリ —とするなど、 レギユレ一タをポンプ側に配設することが考えられる。 このよう にすれば、燃料を戻す戻り配管が不要となるばかりか、部品点数の削減ゃコス卜 ダウンも可能となる。
但し、 このようにレギユレ一夕をポンプ側に配設すると、 レギユレ一夕の背圧 が大気圧になるため、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力は、略一定となる（標 高等により大気圧が変化すれば燃料圧力も変化する） 。 一方、特に二輪車両のよ うに、 吸気管にサージタンクがない場合、燃料を噴射する吸気管内の圧力、 即ち 燃料噴射雰囲気圧力は変動し易い。即ち、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力 と燃料が噴射される雰囲気の圧力との差圧からなる噴射燃料圧力が安定しない ことになる。 このように噴射燃料圧力が安定しないと、燃料噴射装置から噴射さ れる単位時間当たりの燃料流量が不安定になり、例えば所望する空燃比を達成す るための燃料噴射量を燃料噴射時間だけで制御できなくなってしまう。 そこで、 このような噴射燃料圧力に基づいて燃料噴射量を補正制御するために、例えば特 開平 8— 3 2 6 5 8 1号公報に記載されるエンジン制御装置がある。このェンジ ン制御装置では、 噴射燃料圧力を検出し、 それを所定時間積分して面積を求め、 その面積を基準とする面積と比較して、 燃料噴射量を補正制御するものである。 ここで、噴射燃料圧力は、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力と燃料が噴射 される雰囲気の圧力との差圧であるから、例えば燃料噴射装置に供給される燃料 の圧力がレギユレ一夕で制限された圧力であるときには、その圧力は大気圧とレ ギユレ一夕制御圧との加算値であり、厳密には大気圧が正確でないと燃料噴射装 置に供給される燃料の圧力も正確でないことになる。そこで、大気圧を検出する 大気圧センサを用いることが考えられるが、大気圧センサは高価で大がかりであ るため、 特に二輪車両では使用が制限される。 また、 大気圧の検出は、例えばェ ンジンに流入する空気の体積流量を検出して燃料噴射量を決定するェンジン制 御装置においても、空気密度を補正するために必要であり、大気圧センサに代わ る大気圧検出装置及び方法が望まれている。
本発明は前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、大気圧センサを用い ることなく、大気圧を正確に検出することができると共に、部品点数の削減ゃコ ス卜ダウンを図ることができる 4ス卜ロークエンジンの大気圧検出装置及び方 法を提供することを目的とするものである。 発明の開示
上記諸問題を解決するため、 本発明のうち請求項 1 に係る大気圧検出装置は、 燃料タンク内の燃料を加圧するポンプに取付けられ、前記ポンプで加圧された燃 料の圧力の上限値を規制する大気開放型のレギユレ一夕と、前記レギユレ一夕で 上限値が規制された燃料を 4ス卜ロークエンジンの吸気通路に噴射する燃料噴 射装置と、前記吸気通路に設けられた吸気制御弁とを備えた 4ストロークェンジ ンの大気圧検出装置であって、前記吸気制御弁の下流の吸気圧力を検出する吸気 圧力検出手段と、 4ス卜ロークエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段 と、前記運転状態検出手段で検出された 4ストロークェンジンの運転状態及び吸 気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいて、 4ストロ一クエンジンの負荷 が小さく且つ吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出する大気圧検出手 段とを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項 2に係る 4ス卜ロークエンジンの大気圧検出装置は、 前記請求項 1の発明において、前記大気圧検出手段は、前記運転状態検出手段で 検出されたエンジンの運転状態が予め設定された所定のエンジン回転数領域に あるときに、前記吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出することを特徴 とするものである。 また、本発明のうち請求項 3に係る 4ス卜ロークエンジンの大気圧検出方法は、 燃料タンク内の燃料を加圧するポンプに取付けられ、前記ポンプで加圧された燃 料の圧力の上限値を規制する大気開放型のレギユレ一夕と、前記レギユレ一夕で 上限値が規制された燃料を 4ス卜ロークエンジンの吸気通路に噴射する燃料噴 射装置と、前記吸気通路に設けられた吸気制御弁とを備えた 4ストロークェンジ ンの大気圧検出方法であって、前記吸気制御弁の下流の吸気圧力を検出すると共 に、 4ス卜ロークエンジンの運転状態を検出し、検出された 4ストロ一クェンジ ンの運転状態及び吸気圧力に基づいて、 4ス卜ロークエンジンの負荷が小さく且 つ吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出することを特徴とするもので ある。
また、本発明のうち請求項 3に係る 4ス卜ロークエンジンの大気圧検出方法は、 前記請求項 3の発明において、前記検出されたエンジンの運転状態が予め設定さ れた所定のエンジン回転数領域にあるときに、前記吸気バルブ開直前の吸気圧力 から大気圧を検出することを特徴とするものである。 図面の簡単な説明
図 1は、 モータサイクル用のエンジン及びその制御装置の概略構成図である。 図 2は、 本発明のェンジン制御装置の一実施形態を示すブロック図である。 図 3は、クランクシャフ卜の位相と吸気圧力から行程状態を検出する説明図で ある。
図 4は、シリンダ内空気質量算出部に記憶されたシリンダ内空気質量算出のた めのマップである。
図 5は、目標空燃比算出部に記憶された目標空燃比算出のためのマップである c 図 6は、 過渡期補正部の作用説明図である。
図 7は、 クランク角度、 即ち行程と吸気圧力との相関を示す説明図である。 図 8は、 クランク角度、即ち行程と吸気圧力との相関をエンジン回転数毎に示 す説明図である。
図 9は、 エンジン負荷と吸気行程直前吸気圧力との相関を示す説明図である。 図 1 0は、燃料圧力、雰囲気圧力である吸気圧力、 噴射燃料圧力の関係を示す 説明図である。
図 1 1 は、吸気圧力から算出した大気圧と実際の大気圧との相関を示す説明図 である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について説明する。
図 1は、例えばモータサイクル用のエンジン及びその制御装置の一例を示す概 略構成である。 このエンジン 1は、 4気筒 4ストロークエンジンであり、 シリン ダボディ 2、 クランクシャフト 3、 ピストン 4、 燃焼室 5、 吸気管 （吸気通路） 6、 吸気バルブ 7、 排気管 8、 排気バルブ 9、 点火プラグ 1 0、 点火コイル 1 1 を備えている。 また、 吸気管 6内には、 アクセル開度に応じて開閉されるスロヅ トルバルブ（吸気制御弁） 1 2が設けられ、 このスロヅ トルバルブ 1 2の上流側 の吸気管 6に、燃料噴射装置としてのインジェクタ 1 3が設けられている。 この インジェクタ 1 3は、燃料タンク 1 9内に配設されているフィル夕 1 8、燃料ポ ンプ 1 7、レギユレ一夕 1 6に接続されている。なお、前記レギユレ一タ 1 6は、 燃料ポンプ 1 7による燃料の圧力の上限値を規制するものであり、このように燃 料タンク 1 9内に設置されている場合、大気圧を背圧とし、 そこから予め設定さ れたレギユレ一夕制御圧が立ち上がるように設定されている。従って、 このレギ ユレ—タ制御圧よりも低いポンプ吐出圧については、 そのポンプ吐出圧が、 その まま、 インジェクタ 1 3に供給される燃料圧力 （正確には大気圧を背圧とするポ ンプ吐出圧） になる。 また、 このエンジン 1は所謂独立吸気系であり、 前記イン ジェクタ 1 3は、 各気筒の各吸気管 6に設けられている。
このエンジン 1の運転状態は、エンジンコン卜ロールュニヅ 卜 1 5によって制 御される。 そして、 このエンジンコントロールュニッ ト 1 5の制御入力、 つまり エンジン 1の運転状態を検出する手段として、 クランクシャフト 3の回転角度、 つまり位相を検出する.ためのクランク角度センサ 2 0、シリンダボディ 2の温度 又は冷却水温度、即ちエンジン本体の温度を検出する冷却水温度センサ 2 1 、排 気管 8内の空燃比を検出する排気空燃比センサ 2 2、前記燃料ポンプ 1 7の燃料 吐出圧力をインジェクタ 1 3への供給燃料圧力として検出するための燃料圧力 センサ 2 3、吸気管 6内の吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ 2 4、吸気 管 6内の温度、 即ち吸気温度を検出する吸気温度センサ 2 5が設けられている。 そして、前記エンジンコントロールュニッ 卜 1 5は、 これらのセンサの検出信号 を入力し、 前記燃料ポンプ 1 7、 インジェクタ 1 3、 点火コイル 1 1 に制御信号 を出力する。
前記エンジンコントロールュニッ 卜 1 5は、図示されないマイクロコンピュー タなどによって構成されている。図 2は、 このエンジンコン卜口一ルュニヅ 卜 1 5内のマイクロコンピュータで行われるェンジン制御演算処理の実施形態を示 すブロック図である。 この演算処理では、前記クランク角度信号からエンジン回 転数を算出するエンジン回転数算出部 2 6と、同じくクランク角度信号及び前記 吸気圧力信号からクランクタイミング情報、即ち行程状態を検出するクランクタ イミング検出部 2 7と、このクランクタイミング検出部 2 7で検出されたクラン クタイミング情報を読込み、前記吸気温度信号及び前記冷却水温度信号及び前記 吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部 2 6で算出されたエンジン回転数 からシリンダ内空気質量（吸入空気量） を算出するシリンダ内空気質量算出部 2 8と、前記エンジン回転数算出部 2 6で算出されたエンジン回転数及び前記吸気 圧力信号から目標空燃比を算出する目標空燃比算出部 3 3と、この目標空燃比算 出部 3 3で算出された目標空燃比及び前記吸気圧力信号及び前記シリンダ内空 気質量算出部 2 8で算出されたシリンダ内空気質量から燃料噴射量を算出する 燃料噴射量算出部 3 4と、前記吸気圧力信号及び前記クランクタイミング検出部 2 7で検出されたクランクタイミング情報から大気圧を算出する大気圧算出部 4 1 と、この大気圧算出部 4 1で算出された大気圧及び前記燃料圧力センサ 2 3 で検出されたィンジェクタ 1 3への供給燃料圧力及び前記吸気圧力信号から噴 射燃料圧力を算出する噴射燃料圧力算出部 4 2と、この噴射燃料圧力算出部 4 2 で算出された噴射燃料圧力から燃料噴射係数を算出する燃料噴射係数算出部 4 3と、前記燃料噴射量算出部 3 4で算出された燃料噴射量及び燃料噴射係数算出 部 4 3で算出された燃料噴射係数に基づいて燃料噴射時間を算出する燃料噴射 時間算出部 4 4と、前記燃料噴射時間算出部 4 4で算出された燃料噴射時間及び 前記クランクタイミング検出部 2 7で検出されたクランクタイミング情報から 噴射パルスを前記ィンジェクタ 1 3に向けて出力する噴射パルス出力部 3 0と、 前記エンジン回転数算出部 2 6で算出されたエンジン回転数及び前記目標空燃 比算出部 3 3で設定された目標空燃比から点火時期を算出する点火時期算出部 3 1 と、前記クランクタイミング検出部 2 7で検出されたクランクタイミング情 報を読込み、前記点火時期算出部 3 1で設定された点火時期に応じた点火パルス を前記点火コイル 1 1 に向けて出力する点火パルス出力部 3 2とを備えて構成 される。
前記エンジン回転数算出部 2 6は、 前記クランク角度信号の時間変化率から、 エンジンの出力軸であるクランクシャフ卜の回転速度をエンジン回転数として 算出する。
前記クランクタイミング検出部 2 7は、前述した特開平 1 0— 2 2 7 2 5 2号 公報に記載される行程判別装置と同様の構成を有し、これにより例えば図 3に示 すように各気筒毎の行程状態を検出し、それをクランクタイミング情報として出 力する。即ち、 4サイクルエンジンにおいて、 クランクシャフトとカムシャフト とは所定の位相差で常時回転し続けているから、例えば図 3に示すようにクラン クパルスが読込まれているとき、 図示 " 4 "のクランクパルスは排気行程か又は 圧縮行程の何れかである。周知のように、排気行程では排気バルブが閉じ、 吸気 バルブが閉じているので吸気圧力が高く、圧縮行程の初期は、未だ吸気バルブが 開いているために吸気圧力が低く、若しくは吸気バルブが閉じていても、先行す る吸気行程で吸気圧力が低くなつている。 従って、 吸気圧力が低いときの図示 " 4 " のクランクパルスは二番気筒が圧縮行程にあることを示しており、 図示 " 3 "のクランクパルスが得られたときが 2番気筒の吸気下死点になる。 このよ うにして、何れかの気筒の行程状態が検出できれば、各気筒は所定の位相差で回 転しているから、例えば前記 2番気筒の吸気下死点である図示 " 3 "のクランク パルスの次の図示 " 9 "のクランクパルスが 1番気筒の吸気下死点であり、 その 次の図示 " 3 " のクランクパルスが 3番気筒の吸気下死点であり、 その次の図示 " 9 "のクランクパルスが 4番気筒の吸気下死点であることになる。 そして、 こ の行程の間を、 クランクシャフ卜の回転速度で補間すれば、現在の行程状態を更 に細かく検出することができる。 ' 前記シリンダ内空気質量算出部 2 8は、 図 4に示すように、前記吸気圧力信号 及び前記ェンジン回転数算出部 2 6で算出されたェンジン回転数からシリンダ 内空気質量を算出するための三次元マップを備えている。このシリンダ内空気質 量の三次元マップは、例えば実際にェンジンを所定の回転数で回転させながら吸 気圧力を変化させたときのシリンダ内空気質量を計測するだけでよく、比較的簡 単な実験によって計測でき、従ってマップの作成は容易である。 また、 高度なェ ンジンシミュレ一ションがあれば、それを用いてマップを作成することも可能で ある。 なお、 シリンダ内空気質量は、 エンジンの温度によって変化するので、 前 記冷却水温度 （エンジン温度） 信号を用いて補正してもよい。
前記目標空燃比算出部 3 3は、図 5に示すように、前記吸気圧力信号及び前記 エンジン回転数算出部 2 6で算出されたエンジン回転数から目標空燃比を算出 するための三次元マップを備えている。 この三次元マップは、或る程度まで机上 でも設定することができる。空燃比は、 一般にトルクと相関があり、 空燃比が小 さい、 つまり燃料が多く且つ空気が少ないと、 トルクが増す一方、効率は低下す る。 逆に、 空燃比が大きい、 つまり燃料が少なく且つ空気が多いと、 トルクが減 少するが、 効率は向上する。空燃比が小さい状態をリツチ、空燃比が大きい状態 をリーンと呼んでおり、 最もリーンな状態は、所謂理想空燃比、或いはストイキ オメ 卜リックと呼ばれ、 ガソリンが完全燃焼する空燃比、 即ち 1 4 . 7である。 エンジン回転数は、 エンジンの運転状態であり、一般に高回転側で空燃比を大 きく し、低回転側で小さくする。 これは、 低回転側でトルクの応答性を高め、 高 回転側で回転状態の応答性を高めるためである。 また、 吸気圧力は、 スロッ トル 開度などのエンジン負荷状態であり、一般にエンジン負荷の大きい状態、 つまり スロッ トル開度が大きく、吸気圧力も大きいときに空燃比を小さく し、エンジン 負荷の小さい状態、つまりスロッ トル開度が小さく、吸気圧力も小さいときに空 燃比を大きくする。 これは、 エンジン負荷が大きいときにトルクを重視し、 ェン ジン負荷が小さいときに効率を重視するためである。
このように目標空燃比とは、物理的意味を把握しやすい数値であり、従って要 求されるエンジンの出力特性に合わせて、目標空燃比を或る程度設定することが 可能なのである。勿論、 実車のエンジン出力特性に合わせて、 チューニングを行 46 つてもよいことはいうまでもない。
また、 この目標空燃比算出部 3 3は、前記吸気圧力信号からエンジンの運転状 態の過渡期、具体的には加速状態や減速状態を検出し、 それに合わせて目標空燃 比を補正する過渡期補正部 2 9を備えている。例えば図 6に示すように、吸気圧 力は、 スロッ トル操作の結果でもあるから、 吸気圧力が大きくなるときは、 スロ ッ トルが開けられて加速が要求されている、 即ち加速状態であることが分かる。 そのような加速状態が検出されたら、 それに合わせて、例えば前記目標空燃比を 一時的にリッチ側に設定し、 その後、本来の目標空燃比に戻す。 目標空燃比への 戻し方は、例えば過渡期でリツチ側に設定された空燃比と、本来の目標空燃比と の重み付け平均の重み付け係数を次第に変化させるなど、既存の方法が利用でき る。逆に、 減速状態を検出したら、 本来の目標空燃比よりリーン側に設定し、 効 率を重視するようにしてもよい。
一方、前記大気圧算出部 4 1では、前記吸気圧力信号及びクランクタイミング 情報から大気圧を算出する。 図 7は、 吸気圧力をクランクシャフトの位相、 つま りクランクタイミング情報に合わせて表したものであり、各曲線は、 クランク角 度 （— 1 8 0 ° ) 時のエンジン負荷に対応し、例えば 4 5 k P aが最小エンジン 負荷、 1 0 0 k P aが最大エンジン負荷を示している （前述のように吸気圧力は スロヅ トル開度に応じて変化する） 。 同図では、 クランク角度 （一 3 6 0 ° ) 以 後、 吸気行程が開始される。 そして、 この吸気行程の直前、 つまりクランク角度 (— 3 6 0。 ） 付近では、 吸気圧力はほぼ安定しており、 その値は、 後述するよ うにほぼ大気圧となっている。 これは、 過給器を備えていないエンジンでは、 吸 気圧力が安定しているときというのは、即ち大気圧程度であるためであり、従つ て本実施形態では、 この吸気行程直前、即ち吸気バルブ開直前の吸気圧力を大気 圧として検出する。但し、 同図から明らかなように、 エンジン負荷が大きいとき には、吸気圧力がやや不安定であるため、エンジン負荷が小さい領域にあるとき の吸気圧力を用いて大気圧を検出する。
図 8は、エンジン回転数を変えたときの吸気圧力の変化の状態を示したもので ある。同図から明らかなように、 同じエンジン負荷でも、 エンジン回転数によつ ては、吸気バルブ開直前の吸気圧力が不安定になっている。図 9は、 これらの結 果を基に、 前記クランク角度 （一 1 8 0 ° ) 時の吸気圧力、 即ちエンジン負荷を 横軸にとり、 同じく吸気行程直前吸気圧力を縦軸にとり、エンジン回転数をパラ メータとして、当該吸気行程直前吸気圧力とエンジン負荷との関係を示したもの である。従って、 より厳密を期す場合には、 エンジン負荷に応じて吸気バルブ開 直前の吸気圧力を大気圧として算出するエンジン回転数領域を設定し、そのェン ジン回転数領域になつたときだけ、吸気行程直前の吸気圧力から大気圧を検出す るといったように、エンジン回転数をパラメータの一つに加えて大気圧を検出す るようにしてもよい。
前記噴射燃料圧力算出部 4 2は、前記吸気圧力、 ポンプ吐出圧力、 大気圧算出 部 4 1で算出された大気圧等に基づいて、燃料圧力と燃料が噴射される雰囲気圧 力との差圧からなる噴射燃料圧力を算出するものである。図 1 0は、燃料圧力と、 雰囲気圧力である吸気圧力、噴射燃料圧力の関係を示すものである。本実施形態 のように、 燃料タンク側に燃料ポンプ 1 7とレギユレ一夕 1 6とを設けた場合、 それらのポンプ背圧及びレギユレ一夕背圧は、何れも大気圧になる （燃料タンク は完全な機密状態ではない） 。 この大気圧の上に、 ポンプ吐出圧力もレギユレ一 タ制御圧力も立ち上がり、ポンプ吐出圧力がレギユレ一タ制御圧力よりも小さい ときには当該ポンプ吐出圧力が燃料圧力となり、ポンプ吐出圧力がレギユレ一タ 制御圧力以上であるときには当該レギユレ一タ制御圧力が燃料圧力となる。この ような比較によって燃料圧力を算出した後、 それから前記吸気圧力 （燃料噴射雰 囲気圧力） を減じて噴射燃料圧力を算出する。特に、 二輪車量の場合、 吸気管に サージタンクを持たないため、 図示のように吸気圧力の変動が大きく、 そのため 後述するように燃料噴射時間によって燃料噴射量を制御するためには、噴射燃料 圧力を正確に検出する必要がある。本実施形態では、前述のように吸気圧力から 大気圧を検出し、更にポンプ吐出圧力及び吸気圧力から噴射燃料圧力を正確に検 出することができると共に、大気圧センサが不要な分だけコス卜ダウンを図るこ とができる。
次に、前記燃料噴射係数算出部 4 3では、前記噴射燃料圧力算出部 4 2で算出 された噴射燃料圧力に応じて、燃料噴射時間を算出するための燃料噴射係数を算 出する。 まず、燃料の密度を yO、 インジェクタ 1 3に供給される燃料の流速を V 0210946
! 、 インジ: Γクタ 1 3に供給される燃料の圧力、即ち前記燃料圧力を P， 、 イン ジェクタ 1 3から吸気管内に噴射される燃料の流速を V 2 、インジェクタ 1 3か ら噴射される燃料の雰囲気圧力、即ち前記吸気圧力を P 2 としたとき、 インジェ クタに供給される燃料の流速 v はほぼ " 0" とみなせるので、 ベルヌ一ィの定 理から、 下記 1式が成立する。
Ρι =ρ · v2 2/2 + P2 (1) これを吸気管内に噴射される燃料の流速 v 2 について解くと下記 2式が得ら れる。
v2 = (2 (P, -P2 ) /p) 1/2 (2) ここで、前記 2式中の （P， — P2 ) が、前記噴射燃料圧力算出部 42で算出 された噴射燃料圧力であり、 ここでは Pとすると共に、 インジェクタ 1 3の噴孔 の断面積を Sとすると、インジェクタ 1 3から噴射される単位時間当たりの燃料 の質量 Mは下記 3式で表れる。
=S · v2 ■ p = S ■ ( 2 p ■ P) 1/2 (3) このことから、インジェクタ 1 3から噴射される単位時間当たりの燃料質量 M は噴射燃料圧力 Pの平方根の値に比例することが分かる。
そこで、例えば基準となる噴射燃料圧力 P。 を設定し、 その基準噴射燃料圧力 P。 のときに単位質量の燃料を噴射する燃料噴射係数 （噴射燃料流量特性係数） Q t。とすると、噴射燃料圧力が Pであるときに単位質量の燃料を噴射する燃料噴 射係数 （噴射燃料流量特性係数） Qt は下記 4式で与えられる。
Qt =Qtox (P。 /P) 1/2 (4) 従って、 この燃料噴射係数 （噴射燃料流量特性係数） Qt を前記燃料噴射量に 乗ずれば、 燃料噴射時間を算出することができる。
従って、前記燃料噴射時間算出部 44では、前記燃料噴射量算出部 34で算出 された燃料噴射量 Vに前記燃料噴射係数（噴射燃料流量特性係数） Qt を乗じて 燃料噴射時間 Tを算出する。即ち、前記燃料噴射時間係数算出部 43及び燃料噴 射時間算出部 44で行われる演算処理は、例えば基準噴射燃料圧力 P。 であると きに求めた噴射燃料流量特性係数 Q t。と、所望する空燃比を達成するための燃料 噴射量 Vと、前記基準噴射燃料圧力値の平方根の値 P 01/2との積値を予め設定さ れた所定値としたとき、算出される燃料噴射時間 τは、 この所定値を噴射燃料圧 力値の平方根 P 1 / 2 で除した値となる。
そして、噴射パルス出力部 3 0では、前記クランクタイミング検出部 2 7で検 出されたクランクタイミング情報から燃料噴射開始時期を算出すると共に、前記 燃料噴射時間算出部 4 4で算出された燃料噴射時間に基づいてィンジェクタ 1 3に噴射パルスを出力する。
このように本実施形態では、燃料ポンプ 1 7と共にレギユレ一夕 1 6を燃料タ ンク 1 9側に設け、インジェク夕 1 3に供給される燃料圧力と燃料が噴射される 雰囲気圧力、即ち吸気圧力との差圧を噴射燃料圧力として検出し、 この検出され た噴射燃料圧力の平方根の値に基づいてインジヱクタ 1 3からの燃料噴射時間 を制御するようにしたため、噴射燃料圧力の積分や大量のマップなどを必要とせ ずに演算負荷を軽減することができると共に、燃料ポンプ 1 7とレギユレ一タ 1
6とをアッセンブリー化して部品点数の低減やコストダウンを可能とする。 図 1 1は、 前記大気圧算出部 4 1で算出された大気圧 （図では推定大気圧） と 実際に大気圧センサで検出した大気圧とを示す。 このうち、算出された大気圧が 平坦な部分は、前記エンジンの運転状態が所定の状態とならなかったために、大 気圧を更新できなかった時間を示している。計測は標高 2 1 0 0 m程度の高地で 行われており、標高の高い箇所から低い箇所に急速に降下した後、再び標高の高 い箇所に急速に上昇した。 このように標高差のある高地では、大気圧の変化が大 きく、従って正確に大気圧を検出して燃料噴射量を制御しないと、本来のェンジ ントルクや出力が得られないが、 図から明らかなように算出された大気圧は、実 際の大気圧によく追従しており （誤差は数％以内） 、 この算出された大気圧を用 いて前述のように燃料噴射量、即ち燃料噴射時間を制御すれば、本来のエンジン トルクや出力が得られることが分かる。
なお、前記実施形態では、 ィンジェクタに供給される燃料圧力の算出のために 大気圧を用いるものについて説明したが、本発明の大気圧検出装置は、大気圧を 検出するものであればどのようなものにも適用可能であり、例えばエンジンに流 入する空気の体積流量を検出して燃料噴射量を制御する場合に、空気密度に応じ て体積流量を補正するために大気圧を検出するようなものにも適用できる。 また、 前記実施形態では、気筒数が 4気筒の、所謂マルチシリンダ型エンジン について詳述したが、 単気筒エンジンにも同様に展開できる。
また、 エンジンコン卜ロールュニッ卜は、マイクロコンピュータに代えて各種 の演算回路で代用することも可能である。 産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明に係る 4ストロークェンジンの大気圧検出装置及 び方法によれば、 4スト口—クエンジンの運転状態及び吸気圧力に基づいて、 4 ス卜ロークエンジンの負荷が小さく且つ吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気 圧を検出する構成としたため、ェンジン負荷ゃェンジン回転数といったエンジン の運転状態に応じて、吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を算出することに より、大気圧センサを用いることなく、大気圧を正確に検出することが可能とな り、 これにより部品点数の削減やコストダウンを図ることが可能となる。
また、本発明の 4ストロークエンジンの大気圧検出装置及び方法によれば、 予 め設定された所定のェンジン回転数領域にあるときに、吸気ノ υレプ開直前の吸気 圧力から大気圧を検出する構成としたため、大気圧をより一層正確に検出するこ とができる。

Claims

請求の範囲
1 . 燃料タンク内の燃料を加圧するポンプに取付けられ、前記ポンプで加圧 された燃料の圧力の上限値を規制する大気開放型のレギユレ一タと、前記レギュ レー夕で上限値が規制された燃料を 4ストロークエンジンの吸気通路に噴射す る燃料噴射装置と、前記吸気通路に設けられた吸気制御弁とを備えた 4ストロー クェンジンの大気圧検出装置であって、前記吸気制御弁の下流の吸気圧力を検出 する吸気圧力検出手段と、 4ス卜ロークエンジンの運転状態を検出する運転状態 検出手段と、前記運転状態検出手段で検出された 4ストロークェンジンの運転状 態及び吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいて、 4ストロークェンジ ンの負荷が小さく且つ吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出する大気 圧検出手段とを備えたことを特徴とする 4ストロークェンジンの大気圧検出装
2 . 前記大気圧検出手段は、前記運転状態検出手段で検出されたエンジンの 運転状態が予め設定された所定のエンジン回転数領域にあるときに、前記吸気バ ルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出することを特徴とする請求項 1 に記載 の 4ス卜ロークエンジンの大気圧検出装置。
3 . 燃料タンク内の燃料を加圧するポンプに取付けられ、前記ポンプで加圧 された燃料の圧力の上限値を規制する大気開放型のレギユレ一夕と、前記レギュ レータで上限値が規制された燃料を 4ストロークエンジンの吸気通路に噴射す る燃料噴射装置と、前記吸気通路に設けられた吸気制御弁とを備えた 4ストロー クェンジンの大気圧検出方法であって、前記吸気制御弁の下流の吸気圧力を検出 すると共に、 4ス卜ロークエンジンの運転状態を検出し、検出された 4ストロ一 クエンジンの運転状態及び吸気圧力に基づいて、 4ス卜ロークエンジンの負荷が 小さく且つ吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出することを特徴とす る 4ス卜ロークエンジンの大気圧 ¾ ^出方法。
4 . 前記検出されたエンジンの運転状態が予め設定された所定のエンジン回 転数領域にあるときに、前記吸気バルブ開直前の吸気圧力から大気圧を検出する ことを特徴とする請求項 3に記載の 4ストロークェンジンの大気圧検出方法。
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