WO2004094803A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2004094803A1
WO2004094803A1 PCT/JP2004/005566 JP2004005566W WO2004094803A1 WO 2004094803 A1 WO2004094803 A1 WO 2004094803A1 JP 2004005566 W JP2004005566 W JP 2004005566W WO 2004094803 A1 WO2004094803 A1 WO 2004094803A1
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air
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intake
internal combustion
combustion engine
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PCT/JP2004/005566
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shogo Hattori
Original Assignee
Keihin Corporation
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/182Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow for the control of a fuel injection device

Definitions

  • the present invention relates to a control device that controls an injection amount of fuel supplied to an internal combustion engine and the like.
  • the spray amount of fuel is controlled according to the amount of air sucked from outside air, and the mixture of air and fuel is adjusted according to the rotation angle of the crankshaft. It is known that it ignites and burns (for example, see Japanese Patent Publication No. 4-158838).
  • the above-mentioned document discloses a technique for controlling fuel injection. Specifically, it is used to control fuel injection into a multi-cylinder engine, and has a configuration in which an air flow sensor is provided between a throttle pulp and an electromagnetic injection valve on an air intake passage.
  • the control circuit calculates the basic fuel injection amount at a predetermined timing from the average value of the flow rate of the intake air detected by the flow sensor, and causes the fuel injection to be performed based on the basic injection amount.
  • the cylinders that take air are sequentially switched during one cycle of the engine. The fluctuations in the intake air flow rate that occur at this time are regarded as deviations from the average value of the intake air flow rate, and a deviation signal corresponding to this deviation amount is obtained.
  • the present invention has been made with the object of solving such a problem, and an internal combustion engine capable of injecting a required amount of fuel at an appropriate timing and burning with a simple configuration.
  • a control device is provided. Disclosure of the invention
  • the present invention detects an amount of air taken into the internal combustion engine by using a sensor disposed downstream of a throttle valve in an intake passage of the internal combustion engine, and injects fuel according to the air amount.
  • a control device for an internal combustion engine that outputs a signal to an injector of the internal combustion engine, comprising: a rise time of intake air in which an air amount increases with a progress of an intake stroke of the internal combustion engine; The fall time of the intake air at which the air amount decreases is determined from the air amount and the increase or decrease thereof, and the amount of the air taken in from the rise time of the intake air to the fall time of the intake air is determined.
  • a control device for the internal combustion engine that calculates a fuel injection amount by multiplying the fuel injection amount by a predetermined coefficient.
  • control device for an internal combustion engine when the internal combustion engine starts intake, it pays attention to the fact that the amount of air greatly increases downstream of the throttle valve in the intake passage, and follows the time change of the amount of air. At the start of the intake stroke. The air amount from this point to the time when the air amount decreases with the end of intake is integrated, the appropriate fuel injection amount is calculated based on the integrated air amount, and the fuel is injected from the injector accordingly. Let out.
  • the control device for an internal combustion engine according to the present invention is configured such that when the amount of air that increases with the passage of time reaches a predetermined value exceeding an amount corresponding to the pulsating flow or underflow of air in the intake passage, the intake air is reduced. It is preferable to set the time of the rise.
  • the intake pulp of the internal combustion engine is opened and closed to open and close.
  • a pulsating flow or underflow of air occurs in the air passage
  • the flow of air due to the pulsating flow or underflow is distinguished from the flow of air due to the intake stroke of the internal combustion engine based on the amount of air.
  • the pulsating flow and the underflow are air flows generated by the open / close state of the intake valve and the throttle valve of the internal combustion engine, and details thereof will be described in the embodiments.
  • control device for an internal combustion engine of the present invention measures the cycle of the rise of the intake air.
  • the rising cycle of intake air generated for each intake stroke of the internal combustion engine is counted, and the rotation speed of the internal combustion engine is calculated from the result. Also, since the angle at which the rotating shaft of the internal combustion engine rotates until the next rise of intake air is determined for each internal combustion engine, the rotational angle of the rotating shaft can be calculated from the elapsed time since the rise of intake air. It is possible to determine the timing of fuel injection, the timing of ignition, etc. in relation to the rise of intake air.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine control system including a control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a change in the amount of air that changes with the operation of the engine and an example of control of a fuel injection control and an ignition circuit that are performed based on a change in the amount of air to be sucked.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the fuel injection control in the control device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine control system including a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the engine control system 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 sucks air from an intake passage 4 connected to an intake manifold 3 of an engine 2 that is an internal combustion engine, and distributes the air and the intake manifold 3 to the intake manifold 3.
  • the fuel After being mixed with the fuel ejected from the installed injector 5, the fuel is combusted in the combustion chamber 2a of the engine 2, and the combustion gas after combustion is discharged into the exhaust manifold.
  • the control device 7 controls the injection amount and injection timing of the fuel to be injected according to the amount of air (intake amount) sucked by the engine 2, and the ignition timing of the mixed gas of air and fuel.
  • the intake passage 4 has an air cleaner 11 and a throttle body 13 provided with a throttle pulp 12 which is a throttle valve for adjusting the amount of air downstream of the air cleaner 11.
  • the amount of air sucked into the engine 2 through the intake passage 4 is detected as a mass flow rate by an air flow meter 14 which is a sensor disposed so as to be located downstream of the throttle valve 12. . Since the air flow meter 14 is located downstream of the throttle valve 12, of the air supplied through the throttle valve 12, the air supplied between the throttle valve 12 and the intake valve 2 b By subtracting the amount, the amount of air actually sucked into the combustion chamber 2a of the engine 2 can be accurately detected. When the air flow meter 14 is attached to the throttle body 13, the setting man-hour can be reduced.
  • an air flow meter 14 suitable for the present embodiment, there is a sensor that deposits a platinum thin film on a silicon substrate and supplies electricity so as to keep the temperature of the platinum thin film constant. As the mass of air flowing around the platinum film increases, the amount of heat dissipated from the platinum film through the air increases, and the temperature of the platinum film decreases in proportion to this. At this time, the air flow meter 14 increases the current flowing through the platinum thin film so as to keep the temperature constant. On the other hand, when the flow rate of air decreases, the heat dissipation decreases and the temperature of the platinum thin film increases, so that the air flow meter 14 reduces the current flowing through the platinum thin film.
  • the amount of air can be measured by monitoring this current value. It should be noted that such an air flow meter 14 can reduce the heat mass as compared with the case where a platinum wire is used, and thus realizes high responsiveness and high measurement accuracy.
  • the injector 5 ejects fuel into the air flowing through the intake manifold 3 by opening and closing an electromagnetic injection valve.
  • the fuel is pumped out of a fuel pump 16 in a fuel tank 15 and a regulator 17
  • the fuel adjusted in pressure is supplied.
  • the supply of the gas mixture to the combustion chamber 2a and the discharge after combustion are as shown in FIG. This is performed by the intake pulp 2b and the exhaust valve 2c driven by the ming mechanism.
  • the ignition of the gas mixture is performed by a spark plug 8.
  • the spark plug 8 discharges using high energy stored in the ignition circuit 9.
  • the control device 7 that controls the engine control system 1 is also called an ECU (Electronic Control Unit), and includes a CPU (Central 1 Processing Unit) and a ROM (Rad on Only Memory). It operates by receiving power from the battery 10.
  • the control device 7 uses the output current of the air flow meter 14 as input data, performs a predetermined process, performs an amount of fuel supplied from the fuel pump 15 to the injector 5, an injection amount of the injector 5, and an injection timing thereof. Then, the timing for starting charging of the ignition circuit 9 and the ignition timing are determined, and a command signal is output to each unit.
  • FIG. 2 is a diagram showing a change in the amount of air that changes with the operation of the engine, a command signal to the injector that is output according to the amount of air to be drawn, and a command signal to the ignition circuit.
  • the horizontal axis in this figure is time, and the mass of air is a value converted from the output current of the air flow meter 14.
  • the amount of air that fluctuates with time is a value obtained by multiplying the output current from the air flow meter 14 by a predetermined coefficient.
  • a predetermined threshold reference value
  • forward flow means that air flows in a direction in which the air is sucked into the engine 2.
  • Backflow refers to the flow of air in the opposite direction, that is, the direction in which the throttle valve 12 is located.
  • the intake valve 2b of the engine 2 is closed, the blocked air flows in the reverse direction. This is caused by A state in which such a forward flow and a reverse flow occur alternately is referred to as a pulsating flow.
  • the intake The lube 2b may open, but in such a case, a negative pressure is generated in the intake passage 4. Since this negative pressure remains even when the intake valve 2b is closed, a slight flow of air flowing through the throttle valve 12 may occur. The flow of air generated under such conditions is defined as underflow.
  • a region where the amount of air is increased beyond the range of the pulsating flow and the underflow is a region where air is sucked into the engine 2 and corresponds to an intake stroke of the engine 2. If the sum of the air amount exceeding the reference value in this region is taken, it becomes the total intake amount of the engine 2 in the intake stroke.
  • the start of intake (start of intake) is a value at which the air amount is greater than the reference value, and when the intake air amount exceeds a predetermined value, a start point of such an air amount rise is set. . In other words, when the air amount is increasing and reaches the predetermined value, the intake of air to the engine 2 is considered to be started.
  • the amount of air that has increased beyond the predetermined value of the intake air volume increases and then starts decreasing, and is set to a value larger than the predetermined value of the intake air volume increase. It is assumed that the intake air amount falls below a predetermined value. In other words, when the air amount is on the decrease and reaches the predetermined value for decreasing the intake air amount, it is considered that the suction into the engine 2 is completed.
  • the rise of the intake air appears periodically with the rotation of the engine 2, and the cycle of the rise of the intake air corresponds to one stroke of the cylinder. Therefore, by examining the elapsed time since the rise of the intake air, the rotation angle of the crankshaft 2d (see Fig. 1) at that time (for example, the rotation angle corresponding to the timing of igniting the mixed gas) is determined. You can know. Also, by counting the number of rising edges of the intake air generated within a predetermined time, the rotation speed and the rotation speed of the engine 2 can be known.
  • the command signal to the injector 5 changes from High to Low only for a predetermined time from when the rise of intake air is confirmed, and during this time, the injector 5 injects fuel into the intake manifold 3.
  • the predetermined time is a time required for the injector 5 to inject a required fuel amount obtained from the intake air amount from the injector 5.
  • the required fuel quantity is obtained by dividing the total intake quantity from the rise of intake to the fall of intake by the air-fuel ratio.
  • the injector 5 since the injector 5 is attached to the suction manifold 3, the fuel injection is started after the intake is confirmed, and until the suction of the air is completed. That is, the fuel injection is terminated before the intake valve 2b of the engine 2 closes.
  • a command signal for the injector is output so as to inject the fuel amount obtained by multiplying the total intake air amount by the air-fuel ratio.
  • the command signal to the ignition circuit 9 changes from High to Low after a predetermined standby time has elapsed since the start of intake air was confirmed. Also, when a predetermined ignition timing time has elapsed since the start of intake air was confirmed, the state changes from Low to High.
  • the ignition timing time is the time from the rise of intake air to the timing of igniting the gas mixture.
  • the standby time is a time obtained by subtracting the time required for charging the energy required for the ignition circuit from the ignition timing time. Since the required energy changes with the amount of intake air, the standby time also changes with the amount of intake air.
  • the control device 7 that performs such processing includes an air amount calculation unit that calculates the amount of air by multiplying the output current of the air flow meter 14 by a predetermined coefficient, and an air flow direction and an intake air generated by an intake stroke. Means for determining the rise and fall of the intake air, total intake amount calculating means for calculating the sum of the intake air amounts in the intake stroke, and calculating the fuel injection amount according to the total intake amount. It has injection amount control means for controlling, and ignition control means for calculating and controlling the charging time of the ignition circuit 9 according to the intake air amount and the fuel amount.
  • FIG. 1 This control is performed as an interrupt process at regular intervals after the start of the engine 2.
  • step S1 the air amount is calculated from the output current of the air flow meter 14. Subsequently, in steps S2 and S3, a rise of the intake air indicating that the intake to the combustion chamber 2a has been started along with the intake stroke of the engine 2 is determined. In other words, if the air amount calculated in step S1 is equal to or greater than the intake air amount rise predetermined value (step In step S2, it is assumed that Y s) is not the pulsating flow or the underflow, but the air amount sucked into the engine 2, that is, the intake air amount. Further, when it is determined that the intake air amount is increasing (Yes in step S3), it is determined that the intake to the combustion chamber 2a has been started.
  • the predetermined value is a threshold value (a reference value shown in FIG. 2) for distinguishing a pulsating flow or an underflow from inhalation, and is a value registered in the control device 7 in advance. If the air amount is less than the intake air amount increase predetermined value in step S2, the processing here ends.
  • step S4 the total intake calculation processing is performed in step S4.
  • the fuel injection process is performed in step S6. If the combustion injection is not permitted (No in step S5), the process ends here. In such a case, for example, the fuel injection was performed in the most recent intake stroke.
  • step S6 the fuel injection amount is determined so that the ratio of the fuel to the total intake amount becomes a predetermined value, and such an injection amount is injected.
  • the command signal output to the injector 5 corresponds to the signal level being Low in FIG.
  • step S7 If ignition is permitted (Yes in step S7), the process proceeds to step S8 to perform standby time processing to prepare for ignition of the gas mixture, and terminates the processing here.
  • the standby time processing determines the length of the standby time shown in FIG. 2. As described above, when the intake air amount and the fuel amount are large, the energy required for ignition increases, and accordingly, Modify the standby time only so that the charging time is longer. If the ignition is not permitted (No in step S7), the process is terminated as it is. In such a case, the previous ignition calculated from the previous intake cycle (the rotation speed of the engine 2) There is a case where there is a large difference between the timing time and the current ignition timing time determined from the current intake rise predetermined value.
  • step Injection control of the fuel such as step S4
  • step S6 the corresponding amount of fuel injection
  • the amount of air that has risen due to the intake gradually turns to decrease, becomes less than the intake air amount rise predetermined value (No in step S2), and the intake ends.
  • the intake air amount is equal to or higher than the predetermined increase amount (Yes in step S2), the intake air amount is not increasing (No in step S3).
  • the end of the fuel injection corresponds to the fact that the signal level of the command signal to the injector 5 becomes High in FIG.
  • step S9 if the intake air amount is equal to or more than the predetermined value for decreasing the intake air amount (No in step S9), it is determined that the air amount has only temporarily decreased, and step S9 is performed. The processing from step 4 to step S8 is performed.
  • the ignition control of the control device 7 will be described with reference to FIG.
  • the control device 7 counts the elapsed time from the rise of the intake air, and outputs a command signal (low-level signal in FIG. 2) to the ignition circuit 9 when the time corresponding to the standby time is reached. To start charging. Further, when the ignition timing comes, a command signal (high-level signal in FIG. 2) is output to the ignition circuit 9 again, and the charged energy is supplied to the ignition plug 8 to ignite the mixed gas.
  • the control device 7 can determine the intake air, calculate the intake air amount, and calculate the fuel injection by using the information obtained from the air flow meter 14 without separately requiring the rotation sensor of the crankshaft 2d and the temperature sensor. It determines the amount and controls the ignition timing. For this reason, the memory required for the controller 7 can be reduced and the processing load of the CPU can be reduced as compared with the case where a plurality of fault diagnosis programs are provided for each sensor. In addition, when the engine control system 1 as a whole is viewed, the degree of freedom in layout is reduced by the small number of sensors, which contributes to a reduction in man-hours during assembly.
  • the fuel injection amount is determined based on the actual intake air amount. Computational processing such as determining the injection amount for each There is no need to deal with it.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, but can be widely used.
  • the predetermined value for decreasing the amount of intake air is larger than the predetermined value for increasing the amount of intake air, but it is the same value or a value smaller than the predetermined value for increasing the amount of intake air. May be.
  • the amount of intake air after the fall may be large, and the amount of fuel obtained by multiplying the total intake amount calculated in step S4 of FIG. 3 by the air-fuel ratio may not be sufficient.
  • the present invention detects an amount of air taken into the internal combustion engine by using a sensor disposed downstream of a throttle valve in an intake passage of the internal combustion engine, and injects fuel according to the air amount.
  • a control device for an internal combustion engine that outputs a signal to an injector, comprising: a rise of intake air in which an air amount increases with an advance of an intake stroke of the internal combustion engine; and a decrease of the air amount with an advance of the intake stroke. Control of the internal combustion engine that determines the fall of the intake air from the increase or decrease of the air amount and multiplies a predetermined coefficient by the air amount from the rise of the intake air to the fall of the intake air to calculate the fuel injection amount.
  • the control apparatus of the internal combustion engine of this invention while detecting the intake amount of air with the sensor arrange
  • the rise of the intake air is determined from the magnitude of the amount of air and the tendency to increase or decrease. Can calculate. Also, it is possible to prevent the fuel from being spouted even though the air is not actually sucked.
  • the cycle of the rise of intake air is counted, and the timing of fuel injection, the timing of ignition, etc. are linked

Abstract

制御装置(7)は、スロットルバルブ(12)の下流に配設したエアフローメータ(14)の出力電流から、エンジン(2)に流れる空気量を演算し、これに対する燃料の噴射量を求める。制御装置(7)は、空気量が増大傾向で、かつ所定の閾値を越えたときに吸気の立ち上がりとする。一方、空気量が減少傾向で、かつ所定の閾値を越えたときには吸気の立ち下がりとする。燃料の噴射は、吸気の立ち立ち上がりから始まり、吸気終了よりも早いタイミングで終了させる。

Description

明 細 書 内燃機関の制御装置 技術分野
本発明は、内燃機関に供給する燃料の噴射量などを制御する制御装置に関する。 本出願は、 2 0 0 3年 4月 2 2日出願の特願 2 0 0 3— 1 1 6 8 1 3号について 優先権を主張し、 その内容をここに援用する。 背景技術
従来から、 車両などの内燃機関の燃焼を制御する手法としては、 外気から吸引 する空気の量に合わせて燃料の噴霧量を制御し、 クランク軸の回転角度に応じて 空気と燃料との混合物に点火し、 燃焼させることが知られている (例えば、 特公 平 4— 1 5 3 8 8号公報参照)。
ここで、 上記文献には、 燃料嘖射を制御する技術が開示されている。 具体的に は、 多気筒エンジンへの燃料噴射を制御するために用いられ、 空気の吸気通路上 でスロットルパルプと電磁噴射弁との間に空気の流量センサを設けた構成を有す, る。 制御回路が、 流量センサによって検出される吸入空気の流量の平均値から燃 料の基本噴射量を所定のタイミングで演算し、 この基本噴射量に基づいて燃料噴 射を行わせる。 エンジンが 1サイクルする間に吸気を行う気筒が順次切り替わる が、 この際に生じる吸入空気の流量の変動を吸入空気の流量の平均値からの偏差 分としてとらえ、 この偏差分に相当する偏差信号を電磁噴射弁の電圧回路に直接 入力し、 偏差信号が大きいときには燃料を多く噴射させ、 偏差分が少ないときは 少なく噴射させる。 なお、 基本噴射量の演算には、 吸引空気の温度を検出する吸 気温センサと、 エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温センサとを用いた捕 正を行う。
ところで、 燃焼効率や応答性を向上させるためには、 実際に内燃機関に吸引さ れる空気量をその都度測定し、 これに最適な燃料の量を決定することが望ましい 力 前記のように流量の偏差の大小に応じて電圧回路の出力を変動させるにあた り、 偏差が少ない場合は良いが、 単気筒のエンジンなどのように流量の偏差が大 きい場合には、 正しい量の燃料を噴射させることができない。
さらに、 吸気温センサなどで補正を行いながら噴射量を演算すると演算処理が 複雑になり、 制御装置に負担がかかるという問題がある。 ここで、 内燃機関の制 御に多数のセンサを用いると、 センサのセッティングの工数増大やレイァゥトの 制約の増大を招くので、 少ない数のセンサで内燃機関の制御を行えるようにした いという要望もある。
よって、 本発明は、 このような課題を解決することを目的としてなされたもの であって、 簡単な構成で、 必要な量の燃料を適切なタイミングで噴射させ、 燃焼 させることができる内燃機関の制御装置を提供する。 発明の開示
本発明は、 内燃機関の吸気通路の絞り弁よりも下流側に配設されたセンサを用 いて前記内燃機関に吸気される空気量を検出し、 この空気量に応じた燃料を噴射 させるように前記内燃機関のインジ クタに信号を出力する内燃機関の制御装置 であって、 前記内燃機関の吸気行程の進行に伴って空気量が増大する吸気の立ち 上がりの時刻と、 前記吸気行程の進行に伴って空気量が減少する吸気の立ち下が りの時刻とを空気量およびその増減から判定し、 前記吸気の立ち上がりの時刻か ら前記吸気の立ち下がりの時刻までの間に吸入された空気量に所定の係数を乗じ て燃料の噴射量を演算する内燃機関の制御装置を提供する。
この内燃機関の制御装置によれば、 内燃機関が吸気を開始するときに吸気通路 の絞り弁の下流側で空気量が大きく増加することに着目し、 空気量の時間変化を 追うことで内燃機関の吸気行程の開始時を特定する。 この時点から吸気の終了に 伴って空気量が減少するまでの間の空気量を積算し、 積算した空気量に対して適 切な燃料の噴射量を演算し、これに応じてインジェクタから燃料を噴き出させる。 . 本発明の内燃機関の制御装置は、 時間の経過と共に増加する空気量が、 前記吸 気通路内の空気の脈流または過小流に相当する量を越える所定値に達したときを、 前記吸気の立ち上がりの時刻とすることが好ましい。
この内燃機関の制御装置によれば、 内燃機関の吸気パルプの開閉などにより吸 気通路内で空気の脈流や、過小流が発生した場合に、空気量の大きさから脈流や、 過小流による空気の流動と、内燃機関の吸気行程による空気の流動とを区別する。 なお、 脈流および過小流は、 内燃機関の吸気バルブと絞り弁の開閉状態により発 生する空気の流動であり、 その詳細は実施形態中にて説明する。
本発明の内燃機関の制御装置は、 前記吸気の立ち上がりの周期を計ることが好 ましい。
この内燃機関の制御装置によれば、 内燃機関の吸気行程ごとに発生する吸気の 立ち上がりの周期を計数し、 その結果から内燃機関の回転数を算出する。 また、 次の吸気の立ち上がりまでに内燃機関の回転軸が回転する角度は、 その内燃機関 ごとに定まっているので、 吸気の立ち上がりからの経過時間で回転軸の回転角度 を算出することができ、 燃料噴射のタイミングや、 点火のタイミングなどを、 吸 気の立ち上がりと関連付けて決定することが可能である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態における制御装置を含むエンジン制御システムを示 す概略図である。
図 2は、 エンジンの稼動に伴い変化する空気量の変化と、 吸引される空気量の 変化に基づいて行われる燃料噴射制御および点火回路の制御の一例を示す図であ る。
図 3は、 制御装置における燃料噴射制御を示すフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 図 1は本実施 形態における内燃機関の制御装置を備えるエンジン制御システムを示す概略図で ある。
図 1に示す本実施形態のエンジン制御システム 1は、 内燃機関であるエンジン 2の吸気マ二ホールド 3に連結された吸気通路 4から空気を吸引し、この空気と、 吸気マ二ホールド 3に配設されたィンジヱクタ 5から噴出する燃料とを混合させ た後にエンジン 2の燃焼室 2 a内で燃焼させ、 燃焼後の燃焼ガスを排気マ二ホー ルド 6から排出するに際し、 制御装置 7が、 エンジン 2が吸引する空気量 (吸気 量) に応じて噴射する燃料の噴射量および噴射タイミング、 ならびに空気と燃料 の混合気体の点火タイミングを制御する。
吸気通路 4は、 エアクリーナ 1 1と、 エアクリーナ 1 1よりも下流で空気量の 調整を行う絞り弁であるスロットルパルプ 1 2を備えるスロットルボディ 1 3と を有する。 この吸気通路 4を通ってエンジン 2に吸引される空気の量は、 スロッ トルバルブ 1 2よりも下流側に位置するように配設されたセンサであるェアフロ 一メータ 1 4において質量流量として検出される。 エアフローメータ 1 4がスロ ットルバルブ 1 2よりも下流側にあることで、 スロットルバルブ 1 2を通って供 給される空気のうち、 スロットルバルブ 1 2から吸気バルブ 2 bまでの間に供給 される空気量を差し引いて、 実際にエンジン 2の燃焼室 2 aに吸引される空気量 を正確に検出することができる。 なお、 エアフローメータ 1 4をスロットルポデ ィ 1 3に取り付けると、 セッティングの工数を削減することができる。
本実施形態に好適なエアフローメータ 1 4としては、 シリコン基板にプラチナ 薄膜を蒸着し、 プラチナ薄膜の温度を一定に保つように通電するセンサがあげら れる。 プラチナ薄膜の周囲を通流する空気の質量が増えると、 空気を介してブラ チナ薄膜から散逸する熱量が増大し、 これに比例してプラチナ薄膜の温度が低下 する。 このとき、 エアフローメータ 1 4は、 温度を一定に保つようにプラチナ薄 膜に通電する電流を増加させる。 一方、 空気の通流量が減少すると、 熱の散逸が 減少してプラチナ薄膜の温度が上がるので、 エアフローメータ 1 4はプラチナ薄 膜に通電する電流を減少させる。 プラチナ薄膜の周囲を通流する空気の質量の増 減に比例して電流値が増減するので、 この電流値をモニタすると空気量を測定す ることができる。 なお、 このようなエアフローメータ 1 4は、 プラチナ製のワイ ャを用いる場合に比べて、 ヒートマスを減少させることができるので、 高い応答 性と、 高い測定精度とを実現している。
インジェクタ 5は、 吸気マ-ホールド 3内を通流する空気内に、 電磁噴射弁の 開閉動作により燃料を噴出するもので、 燃料タンク 1 5内の燃料ポンプ 1 6から 汲み出され、 レギユレータ 1 7で調圧された燃料が供給される。
燃焼室 2 aへの混合気体の供給おょぴ燃焼後の排出は、 図示しないノ ミング機構により駆動される吸気パルプ 2 bおよぴ排気バルブ 2 cで行う。
混合気体への点火は、 点火プラグ 8で行われる。 点火プラグ 8は、 点火回路 9 に蓄積させた高工ネルギを利用して放電を行う。
このエンジン制御システム 1における制御を司る制御装置 7は、 ECU (E l e c t r o n i c C o n t r o l Un i t) とも呼ばれ、 CPU (C e n t r a 1 P r o c e s s i n g Un i t) や ROM (R e a d On l y M emo r y) などを有し、 パッテリ 10からの電力供給を受けて作動する。 この 制御装置 7は、 エアフローメータ 14の出力電流を入力データとし、 所定の処理 を行って、 燃料ポンプ 1 5からインジェクタ 5に供給する燃料の量と、 インジェ クタ 5の噴射量およびその噴射タイミングと、 点火回路 9への充電開始のタイミ ングと、 点火タイミングとを決定し、 各部に指令信号を出力する。
ここで、 制御装置 7で処理されるデータおょぴ処理について、 図 1および図 2 を用いて説明する。なお、図 2はエンジンの稼動に伴い変化する空気量の変化と、 吸引される空気量に応じて出力されるインジェクタへの指令信号と、 点火回路へ の指令信号とを示す図である。 この図の横軸は時間であり、 空気の質量はエアフ ローメータ 14の出力電流から換算した値である。 インジヱクタ 5への指令信号 は、 H i g hのときにはインジェクタ 5の電磁噴射弁が閉じ、 L owのときは電 磁噴射弁が開放される。 点火回路 9への指令信号は、 H i g hから L owに切り 替わると充電が開始され、 L o wから H i g hに切り替わると充電が終了し、 点 火が行われる。
時間の経過と共に変動する空気量は、 エアフローメータ 14からの出力電流に 所定の係数を乗じた値である。 得られた空気量は、 所定の閾値 (基準値) よりも 多いときを順流、 それ以下の場合を逆流として取り扱う。 なお、 順流とは、 ェン ジン 2に吸引される方向に空気が流動することをいう。 逆流とは、 逆方向、 つま りスロットルバルブ 1 2のある方向に空気が流動することをいい、 エンジン 2の 吸気バルブ 2 bが閉じたときに、 堰き止められた空気が逆方向に流動することに 起因して発生する。 このような順流と逆流とが交互に発生している状態を脈流と する。
また、 スロットルパルプ 1 2がわずかに開いている状態でエンジン 2の吸気バ ルブ 2 bが開くことがあるが、 このような場合に吸気通路 4内には負圧が発生す る。 この負圧は、 吸気バルブ 2 bを閉じても残るので、 スロットルバルブ 1 2を 通じて流入する空気のわずかな流れが発生することがある。 このような条件下で 発生する空気の流れを過小流とする。
そして、 脈流および過小流の範囲を越えて空気量が増加している領域は、 ェン ジン 2に空気が吸引されている領域で、 エンジン 2の吸気行程に相当する。 この 領域内で基準値を越える空気量の総和をとると、 その吸気行程におけるエンジン 2の総吸気量になる。 吸気の開始 (吸気の立ち上がり) は、 空気量が基準値より も大きい値であって、前もって定められている吸気量上昇所定値を超えたときに、 そのような空気量の立ち上がりの始点とする。 つまり、 空気量が増加傾向で、 か つ吸気量上昇所定値に達したときには、 エンジン 2への空気の吸引が開始されて いるとみなす。 また、 吸気の終了 (吸気の立ち下り) の判定時は、 吸気量上昇所 定値を超えて増加した空気量が、 その後減少に転じ、 吸気量上昇所定値よりも大 きい値に設定されている吸気量下降所定値を下回ったときとする。 つまり、 空気 量が減少傾向で、 かつ吸気量下降所定値に達したときには、 エンジン 2への吸引 が終了するとみなす。
吸気の立ち上がりは、 エンジン 2の回転に伴って周期的にあらわれ、 吸気の立 ち上がりが発生する周期がその気筒の 1行程に相当する。 したがって、 吸気の立 ち上がりの発生時からの経過時間を調べれば、 そのときのクランク軸 2 d (図 1 参照) の回転角度 (例えば、 混合気体に点火するタイミングに相当する回転角度 など) を知ることができる。 また、 所定時間内に発生する吸気の立ち上がりの数 をカウントすればェンジン 2の回転数およぴ回転速度を知ることができる。
インジェクタ 5への指令信号は、 吸気の立ち上がりを確認したときから所'定時 間の間だけ H i g hから L o wになり、 この間にインジェクタ 5が吸気マ二ホー ルド 3内に燃料を噴射する。 所定時間とは、 吸気量から求められる必要な燃料量 をインジェクタ 5から噴射するのに要する時間である。 必要な燃料量は、 吸気の 立ち上がりから吸気の立下りまでの吸気量の総和を空燃比で除算して得られる。 本実施形態では、 ィンジェクタ 5が吸引マ二ホールド 3に取り付けられている ので、吸気が確認されてから燃料噴射を開始し、空気の吸引が終了するまでの間、 つまりエンジン 2の吸気バルブ 2 bが閉じるまでの間に燃料噴射が終了するよう にする。 これは、 必要な燃料量を確実に供給すると共に、 エンジン 2内に向かつ て流れている空気に燃料を噴き付けて空気との混合を確実に行わせるためである。 なお、 いわゆる直嘖型のエンジンの場合は、 吸気の立ち下がりを確認した後に、 吸気量の総和に空燃比を乗じて得られる燃料量を噴射するようにインジ: nクタの 指令信号を出力する。
点火回路 9への指令信号は、 吸気の立ち上がりを確認したときから所定の待機 時間が経過した後に H i g hから L o wになる。 また、 吸気の立ち上がりを確認 したときから所定の点火タイミング時間が経過したときに L o wから H i g hに なる。 点火タイミング時間とは、 吸気の立ち上がりから混合気体に点火するタイ ミングまでの時間である。 待機時間は、 点火タイミング時間から点火回路に必要 なエネルギを充電するのに要する時間を差し引いた時間である。 必要なエネルギ は吸気量によって変化するので、 待機時間も吸気量によって変化する。 点火のタ ィミングを吸気の立ち上がりから計るのは、 前記したようにクランク軸 2 dの回 転角度を吸気の立ち上がりからの経過時間であらわすことができるからである。 なお、 このような処理を行う制御装置 7は、 エアフローメータ 1 4の出力電流 に所定の係数を乗じて空気量を演算する空気量演算手段と、 空気の流動方向や、 吸気行程により発生する吸気の立ち上がりと立ち下りを判定する吸気判定手段と、 吸気行程における吸気量の総和を演算する総吸気量演算手段と、 総吸気量に応じ て燃料の噴射量を演算すると共に、 ィンジ クタ 5などの制御をする噴射量制御 手段と、 吸気量および燃料量に応じて点火回路 9の充電時間を演算し、 制御する 点火制御手段とを有する。
次に、 制御装置 7により行われる燃料の噴射制御について、 図 1、 図 2、 およ ぴ図 3のフローチャートを参照しながら説明する。 この制御は、 エンジン 2の始 動後は、 一定の周期ごとに割り込み処理として行われる。
まず、ステップ S 1でエアフローメータ 1 4の出力電流から空気量を演算する。 続いて、 ステップ S 2およびステップ S 3で、 エンジン 2の吸気行程に伴って燃 焼室 2 aへの吸気が開始されたことを示す吸気の立ち上がりを判定する。 すなわ ち、 ステップ S 1で演算した空気量が、 吸気量上昇所定値以上であれば (ステツ プ S 2で Y e s )、脈流または過小流ではなくエンジン 2に吸引されている空気量、 つまり吸気量であるとみなす。 さらに、 吸気量が増加傾向にあると判定された場 合 (ステップ S 3で Y e s ) は、 燃焼室 2 aへの吸気が開始されたと判定する。 ここで、 所定値は、 脈流または過小流と吸気とを区別するための閾値 (図 2に示 す基準値) であり、 前もって制御装置 7に登録されている値である。 なお、 ステ ップ S 2で空気量が吸気量上昇所定値未満であった場合には、 ここでの処理を終 了する。
吸気の立ち上がりが確認されたら、 ステップ S 4で総吸気演算処理を行う。 こ の処理により、 吸気の立ち上がりからの吸気量の総和を演算する。 吸気量の総和 を演算したら、 燃料噴射が許可されている場合 (ステップ S 5で Y e s ) は、 ス テツプ S 6で燃料噴射処理を行う。 なお、 燃焼噴射が許可されていない場合 (ス テツプ S 5で N o ) は、 ここでの処理を終了するが、 このような場合としては、 直近の吸気行程で燃料噴射していた場合があげられる。
ステップ S 6の燃料噴射処理では、 吸気量の総和に対する燃料の比が所定の値 になるように燃料の噴射量を決定し、 そのような噴射量を噴射す,ベく図 1の燃料 ポンプ 1 6およびインジェクタ 1 7に指令信号を出力する。 実際に燃料室 2 aに 吸引される空気に対して燃料が噴射されるので、 燃料と空気とが確実に混合され ることになる。 インジェクタ 5に出力される指令信号は、 図 2において信号レべ ルが L o wになることに相当する。
そして、点火が許可されていれば(ステップ S 7で Y e s )、ステップ S 8に進 んで待機時間処理を行って混合気体への点火に備え、 ここでの処理を終了する。 待機時間処理は、 図 2に示す待機時間の長さを決定するもので、 前記したように 吸気量おょぴ燃料量が多い場合には、 点火に必要なエネルギが多くなるので、 そ の分だけ待機時間を短くして充電時間が長くなるように修正する。 なお、 点火が 許可されていない場合 (ステップ S 7で N o ) は、 そのまま処理を終了するが、 このような場合としては、 前回の吸気周期 (エンジン 2の回転数) から計算した 前回の点火タイミング時間と、 今回の吸気上昇所定値から判断した今回の点火タ ィミング時間との間に大きな差がある場合などがあげられる。
前記の処理は所定の周期ごとに操り返して行われ、 吸気量の総和の演算 (ステ ップ S 4 ) や、 これに見合う量の燃料噴射 (ステップ S 6 ) といった燃料の噴射 制御がリアルタイムで行われる。
ここで、 吸気に伴い上昇した空気量は、 やがて減少に転じ、 吸気量上昇所定値 未満になり (ステップ S 2で N o )、 吸気が終了する。 この過程において、 吸気量 上昇所定値以上の吸気量ではあるが(ステップ S 2で Y e s )、増加傾向にない場 合 (ステップ S 3で N o ) が発生する。 この場合は、 ステップ S 9で吸気量が吸 気量下降所定値未満まで減少していることを確認する。 吸気量下降所定値よりも 少ないときは (ステップ S 9で Y e s )、 吸気終了とみなして、 ステップ S 1 0で 燃料噴射を終了させ、 処理を終了する。 燃料噴射の終了とは、 図 2においてイン ジヱクタ 5への指令信号の信号レベルが H i g hになることに相当する。
なお、 ステップ S 9で、 吸気量が吸気量下降所定値を以上である場合 (ステツ プ S 9で N o ) には、 一時的に空気量が低下しただけであるとみなして、 ステツ プ S 4からステップ S 8までの処理を行う。
また、 制御装置 7の点火制御について図 1を用いて説明する。
制御装置 7は、 吸気の立ち上がりからの経過時間をカウントし、 待機時間に相 当する時間になったら、 点火回路 9に指令信号 (図 2の L o wレベルの信号) を 出力し、 点火回路 9の充電を開始させる。 さらに、 点火タイミングになったら点 火回路 9にもう一度指令信号 (図 2の H i g hレベルの信号) を出力し、.充電し たエネルギを点火プラグ 8に供給し、 混合気体に点火させる。
このように、 制御装置 7は、 クランク軸 2 dの回転センサや、 温度センサなど を別途必要とすることなく、 エアフローメータ 1 4から得られる情報で、 吸気の 判定、 吸気量の演算、 燃料噴射量の決定、 点火タイミングの制御などを行う。 こ のため、 センサごとに複数の故障診断用のプログラムを持つ場合に比べて、 制御 装置 7に必要とされるメモリを減少でき、 C P Uの処理の負担も少なくて済む。 また、 エンジン制御システム 1全体としてみると、 センサの数が少ない分だけ レイァゥトの自由度が增すし、'組立時の工数削減にも貢献する。
また、 エンジン 2の吸気バルブ 2 bが開閉するタイミングがエンジン 2の回転 数に応じて可変である場合でも、 実際の吸気量に基づいて燃料の噴射量を決定す るので、 圧力およびエンジン回転数ごとに噴射量を決定するような複雑な演算処 理をする必要がない。
なお、 本発明は前記実施形態に限定されずに広く 用することができる。 例えば、 脈動との区別を行うために、 吸気量下降所定値は、 吸気量上昇所定値 よりも大きい値であることが望ましいが、 同じ値、 もしくは吸気量上昇所定値よ りも小さい値であっても良い。
また、 エンジン 2の特性によっては、 立ち下がり後の吸気量が多くて、 図 3の ステップ S 4で演算する総吸気量に空燃比を乗じた量の燃料では足りない場合も ある。 このような場合には、 燃料の不足量を前もって測定しておき、 ステップ S 1 0の噴射終了処理において、 そのような不足量を余分に噴射した後に燃料の噴 射を終了すると良い。 産業上の利用の可能性
本発明は、 内燃機関の吸気通路の絞り弁よりも下流側に配設されたセンサを用 いて前記内燃機関に吸気される空気量を検出し、 この空気量に応じた燃料を噴射 させるようにィンジ クタに信号を出力する内燃機関の制御装置であって、 前記 内燃機関の吸気行程の進行に伴って空気量が増大する吸気の立ち上がりと、 前記 吸気行程の進行に伴って空気量が減少する吸気の立ち下がりとを空気量おょぴそ の増減から判定し、 前記吸気の立ち上がりから前記吸気の立ち下がりまでの空気 量に所定の係数を乗じて燃料の噴射量を演算する内燃機関の制御装置に関する。 本発明の内燃機関の制御装置によれば、 絞り弁よりもエンジン側に配設したセ ンサで空気の吸気量を検出すると共に、 吸気の開始と終了とを吸気量の立ち上が りで判定することができる。 したがって、 吸気行程ごとの吸気量を正確に測定で き、 必要な燃料を演算して噴射させることが可能になる。
本発明の内燃機関の制御装置によれば、 空気量の大きさと増減傾向とから吸気 の立ち上がりを判定するようにしたので、 脈流または過小流の存在下であっても 正しいタイミングで吸気量を演算できる。 また、 実際には空気が吸引されていな いにも係わらず、 燃料が噴出されることも防止できる。
本発明の内燃機関の制御装置によれば、 吸気の立ち上がりの周期を計数し、 吸 気の立ち上がりと関連付けて燃料噴射のタイミングや、 点火のタイミングなどを 決定できるので、 センサ数を減少させることができ、 設計やセッティングの工数 削減が実現できる。

Claims

請 求 の 範 囲 内燃機関の吸気通路の絞り弁よりも下流側に配設されたセンサを用いて 前記内燃機関に吸気される空気量を検出し、 この空気量に応じた燃料を噴 射させるように前記内燃機関のインジ クタに信号を出力する内燃機関の 制御装置であって、
前記内燃機関の吸気行程の進行に伴って空気量が増大する吸気の立ち上 がりの時刻と、 前記吸気行程の進行に伴って空気量が減少する吸気の立ち 下がりの時刻とを空気量およびその増減から判定し、 前記吸気の立ち上が りの時刻から前記吸気の立ち下がりの時刻までの間に吸入された空気量に 所定の係数を乗じて燃料の噴射量を演算する。
請求項 1に記載の内燃機関の制御装置であって、 前記吸気の立ち上がり の時刻は、 時間の経過と共に増加する空気量が、 前記吸気通路内の空気の 脈流または過小流に相当する量を越える所定値に達したときである。
請求項 1に記載の内燃機関の制御装置であって、 前記吸気の立ち上がり の周期を計る。
請求項 2に記載の内燃機関の制御装置であって、 前記吸気の立ち上がり の周期を計る。
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