JP2997704B2 - 内燃型エンジンの燃料噴射供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、電気的に制御され、圧力下においてエンジ
ンの吸気マニホールドに燃料を噴射する、少なくとも一
の噴射装置を具備する内燃型エンジンの燃料噴射装置
と、エンジン速度等のエンジンの動作パラメータに反応
するセンサに接続され、可変デューティ比の周期的信号
を出力する制御回路との分野に係るものである。

本発明は、いわゆる非直接型の燃料噴射装置、すなわ
ちエンジンの吸気マニホールドに燃料を噴射する全ての
燃料噴射装置に適用されるものである（燃焼室に直接噴
射する装置は含まない）。この燃料噴射は、一点噴射、
すなわち絞りメンバーの上流に位置しマニホールドの一
点に燃料を噴射する一の噴射装置を使用するものであっ
てもよい。本発明は上述の用途に適用することができる
が、全てあるいはグループ毎に同時に動作するように制
御され、あるいは各々が関連する吸気バルブの上流のマ
ニホールドの分岐管に通じて独立に動作するように設け
られた複数の噴射装置によってなされる多点噴射に用い
て特に好適である。

「従来の技術」 一般的に、エンジンが安定した状態で稼働している期
間内において、非直接型の燃料噴射装置は「同期噴射」
と称される動作を行う。この動作においては、各噴射装
置はエンジンのシャフトが所定の角度になると駆動され
る。個々あるいはグループ毎に制御される複数の噴射装
置から成る多点噴射方式においては、異なった噴射装置
（あるいは異なったグループ）は、燃料供給圧力の変化
を小とするため、一般的に相対的な角度変位を伴って制
御される。

燃料噴射装置のための制御回路は、過渡的な動作期間
においても満足な動作を可能とするように設計される必
要がある。例えば、加速時に必要とされる追加の燃料を
内燃機関に供給するために、同期噴射を非同期噴射に変
更する技術が既に提案されている（米国Pat.No.4,573,4
43）。また、各噴射装置の制御パルスを導出するための
エンジンの動作パラメータが制御回路に供給され、ここ
で同期噴射によっては弱すぎると判定されたとき、同期
噴射を非同期噴射に変更する技術も提案されている（米
国Pat.No.4,200,063）。

しかし、本発明は、別異な課題を解決することを目的
としている。すなわち、エンジンの始動時、あるいは冷
えたエンジンの加熱時に動作するものであり、これらの
状態においては、エンジンに供給される燃料の量を増加
させる必要がある。この点については、他の種々の解決
方法が既に提案されている。例えば、非常に微細粒の加
圧燃料を噴射する追加のコールドスタート噴射装置を使
用した例がある。しかし、この解決方法によれば追加の
噴射装置が必要であり、さらに、噴射された燃料のうち
少なからぬ微細粒子がインテークマニホールドの内周壁
を湿らせる。特に、温度がきわめて低い場合にあって
は、燃料が内周壁にこびりついた小滴状になるという不
具合があった。また、始動時において、低圧の燃料を連
続的にマニホールドに噴射するという、さらに進歩した
解決方法も存在する（フランスPat.No.2,332,431）。し
かし、噴出燃料が吸気バルブの軸に直接衝突して散乱す
るため燃料の微細化が不充分となるという問題があっ
た。

「発明が解決しようとする課題」 本発明の目的は、上述のものと同様の分野に属する装
置であって、エンジンが始動モータによって低速回転し
ているときに従来知られたものよりもエンジンの始動を
容易にし、低速および非定常回転状態においても同期噴
射を可能とする内燃型エンジンの燃料噴射供給装置を提
供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 まず、本発明は、「電磁的に制御される噴射装置が閉
じられると、この時点で噴射燃料が噴射装置を通過する
際、特に激しい燃料の微細化あるいは燃料の噴射が発生
する」という発見に基づいてなされたものである。

この発見に鑑み、本発明の燃料噴射供給装置において
は、同期動作によって得られる同期噴射信号よりもきわ
めて高い周波数の非同期噴射信号を、燃料噴射装置に供
給するように構成している。なお、「きわめて高い」と
は、少なくとも「１倍」よりも大であるということであ
る。

この改良により、一定期間内における燃料噴射装置の
閉じる回数は、きわめて増加する。実際の装置では、１
サイクル時間（開時間＋閉時間）は60msを越えないよう
に設定される。

サイクル周波数が増加することによって、噴射が改善
され、より少ない燃料によってエンジンの満足な始動が
可能になる。

一般常識として、上述の非同期噴射においては、特に
エンジンの「かぶり」を防止するために、非同期噴射を
行う期間を制限する必要がある。したがって、この非同
期噴射の最大持続時間は、エンジンの温度に対して都合
よく設定された減少関数によって決定される。噴射装置
の噴射の繰り返し周期およびデューティ比も、エンジン
の動作パラメータ、特に冷却液の温度に対する関数とし
て制御される。デューティ比、噴射の繰り返し周期およ
び非同期噴射の最大持続時間に付与されるためのこれら
の値は、例えばROMに設けられたテーブルに格納され
る。

「実施例」 次に本発明の一実施例を図面を参照し説明する。な
お、本発明が下記の実施例に限定されるものでないこと
は勿論である。

まず、一般的な構成の多点噴射方式の燃料噴射装置を
第１図に示す。これは、運転者によって制御されるとと
もに隙間センサ12を有するスロットルメンバ10を挿入さ
れた空気供給装置を含む。隙間センサ12は、スロットル
メンバ10の開口角を検知し、この開口角を示す信号を出
力する。一般的に、蝶型弁部14は、対称的に制御される
二のスロットルメンバを含む。そして、図示の例におい
ては、スロットルメンバ10が、蝶型弁部14の一方のブロ
ック内に設けられる。

また、15は数個の分岐を有するマニホールドであり、
各分岐はエンジンの燃焼室の吸気バルブの上流で開口し
ている。したがって、蝶型弁部14と、マニホールド15と
を順次介して空気が流れる。

さらに、図示の実施例においては、電気制御されるバ
ルブ20とともに追加の気管18が設けられている。バルブ
20は、所定の動作期間、特に始動時においてスロットル
メンバ10が閉じているときに、蝶型弁部14をバイパスし
て空気をマニホールド15に導く。

また、図示のように、本実施例においては以下のもの
を含んでいる。

蝶型弁部14に到達した空気の温度を示す検出信号を出
力する空気温度プローブ22。

マニホールド15内の空気圧を監視して信号を出力する
センサ24。この信号を隙間センサ12からの信号あるいは
エンジンの回転速度を示す信号と合成することにより、
エンジンに流入する空気の流量の計算が可能である。

なお、センサ12、24は、流量を直接検出するものに置
き換えてもよいことは勿論である。

燃料供給回路は、リレー28を介して制御される電磁ポ
ンプ26を含む。リレー28は、点火接点50が閉じると励起
されるように構成されている。また、ポンプ26は、フィ
ルタ30と分配器とを介して、複数の燃料噴射装置34（一
個のみ図示する）に燃料を供給する。これら燃料噴射装
置34は、吸気バルブ16に近接して上流に配置されてい
る。各燃料噴射装置34に供給された燃料には、圧力調整
器36によって圧力が付与される。なお、圧力調整器36に
は、リザーバ38に帰還するパイプが設けられている。燃
料供給量は固定であってもよく、あるいはセンサ24に検
出されたマニホールド15内の圧力によって決定してもよ
い。

第１図の実施例には、その他の動作パラメータを検出
するために、以下のように、さらに種々のセンサが設け
られている。

冷却液温プローブ40、 エンジンリング44の通過する歯数をカウントしてパル
ス信号を出力するセンサを含む、エンジン速度／位置セ
ンサ42。ここで、エンジンリング44には、所定の偏移角
の識別を可能とするために、ギャップが設けられてい
る。

環流方式を採用する場合において、もし必要であれ
ば、排気マニホールドの中に酸素含有量を測定するプロ
ーブを設けてもよい。

各燃料噴射装置は、点火接点50が閉じると、直ちに制
御回路46の制御によってバッテリー48から電圧が印加さ
れ駆動される。制御回路46は、調節可能なデューティ比
を有する矩形パルス状の制御信号を、燃料噴射装置34に
出力する。図示の実施例においては、この制御回路46に
は、以下の信号が供給される。

プローブ40から供給され、エンジンの冷却液の温度θ
を示す信号、 プローブ22から供給され、空気温θ_ａを示す信号、 センサ12から供給され、蝶型弁10（すなわちスロット
ルメンバー）の開口角αを示す信号、 センサ42から供給され、可変周波数のパルス列であっ
て、エンジン速度を示す信号、および センサ24から供給され、マニホールド15の絶対圧を示
す信号。

このエンジンの定常状態における動作は当業者にとっ
て周知であるから、説明は不要であろう。この動作期間
内においては、制御回路46は各燃料噴射装置16に噴射指
令パルスを供給する。この開パルスは、対応する吸気バ
ルブ34の上下動に同期するとともに、各動作パラメータ
（特にスロットルメンバー10によって調節された空気流
量）に基づいた時間遅れを有する。各パラメータの値に
基づいて各制御パルスの時間遅れを算出するための計算
プログラムは、制御回路46の内部のROMに予め格納され
ている。

本発明の見地からして、制御回路46にはコールドスタ
ートプログラムが設けられている。このコールドスター
トプログラムもROMに格納され所定の３段階の動作を可
能としている。最後の２つの段階は、通常の動作温度ま
でエンジンのウオームアップが完了している場合には、
省略してもよい。

第１段階の動作は、エンジンがスタートモータによっ
て始動されると、直ちに開始される。なお、エンジンの
始動はセンサ42からの信号あるいはスタートモータの動
作によって検知される。

また、第１段階は、エンジンの回転数Ｎが所定値N
₀（所定値N₀はエンジンの持続回転が可能となる回転数
であり、一般的には200〜400rpm程度である）に達し、
あるいは、エンジンのかぶりを防止するために予め設定
された所定時間（例えば５秒）が経過すると、何れか早
い方の時刻に終了する。なお、上記所定時間は冷却液の
温度に基づいて設定してもよい。

第４図に示された制御回路46に設定されたプログラム
は、第２段階および第３段階が経過した後に、直ちに第
１段階に戻らないように構成する必要がある。なお、エ
ンジンを所定時間停止させ、完全な初期状態に戻した場
合にはこの限りではない。

エンジンの初期状態に噴射時間を適合させることが可
能であるとともに、制御回路46の構成を単純にすること
ができる一つの解決策がある。この解決策においては、
第１段階に矩形パルス列を出力するように制御回路46を
構成する。この矩形パルス列は、僅か数種類の値の中か
ら選択された時間幅を有し、この時間幅は、初期の温度
θに対応して一の値が選択される、そして、その繰り
返し周期は、約8msecの単位期間のｎ倍に等しくなるよ
うに設定する。ここでｎは、僅か数種類の値の中から選
定される。

デューティ比は、温度θが低くなるほど大となるよ
うに設定され、そして温度θが最も低い場合に最も長
い繰り返し周期が設定される。

一例として、下表１における値を設定することができ
る（この表においては、測定された温度に最も近接した
温度θが選択され、これに基づいて噴射時間、繰り返
し周期および最大持続時間が選択される。）。

また、燃料の超過によって始動に失敗した場合、制御
回路46は、エンジンのかぶりを防止するため、センサ12
を介してスロットルメンバー10が最大に開いた状態を検
知すると、非同期噴射を同期噴射に変更する。

一例として、第３図に燃料噴射動作のタイムチャート
を示す。一定の反復周波数（２段目）の下で、センサ42
から検出信号（１段目）が出力される。そして、その周
波数は、エンジンの始動時における変則的な動作のため
に可変になっている。点火時間（３段目）はエンジンシ
ャフトの回転に同期している。

第２段階は、エンジンが持続回転可能な回転数に達
し、あるいは所定時間が経過したときに、開始される。
これは、エンジンの動作サイクルの所定倍、あるいは、
等価であるが、所定回数Ｍだけ連続してエンジンが上死
点を通過するまで、継続される。

第２段階においては、同期動作によって燃料噴射がな
される。但し、各噴射時間は、エンジン温度（一般的に
は定常状態の温度よりも低い）に対応する所定の動作状
態に基づいて制御回路46によって設定される。この噴射
時間は、「基本時間」に対して乗算あるいは加算修正し
たものである。なお、「基本時間」とは、加熱完了時の
温度θの関数として求められる、噴射時間である。

上死点の通過回数Ｍは、特に各エンジンのタイプ毎の
特性に基づいて選択されるべきであるが、一般的には
「０」（すなわち第２段階の動作を全く行わない）ない
し「255」程度の値に設定すると好適である。第２段階
の期間においては、乗算あるいは加算による補正値は一
定値に保持される。乗算係数の場合には、一般的には１
〜３の値に設定すると好適である。

第２段階が終了すると、第３段階が開始される。この
段階においては、制御回路46は、エンジンサイクルの数
に対する線形あるいは略線形の関数に従って、乗算ある
いは加算補正値を減少させる。好適な一例としては、補
正値による影響が無くなるまで、該補正値を各サイクル
毎に、元の値の1/256づつ減少させるとよい。そして、
第３段階は、乗算補正値が「１」となり、あるいは加算
補正値が「０」となると、終了する。

第３段階が終了すると、制御回路46は、従来技術の動
作を再開する。すなわち、燃料／空気混合比を理論混合
比とするような制御を専ら行う。なお、理論混合比は温
度に対する減少関数、あるいは温度に反比例する値をと
なるものである。

ただし、第３段階の終了後において、アイドリング運
転を正常に行うためには、通常動作温度下のアイドリン
グに必要な燃料／空気混合気よりも多量の混合気をエン
ジンに供給すると好適である。さらに、この混合気を理
論混合比よりも濃厚にしておくと一層好適である。この
点については、種々のエンジンに対して、流量および混
合比を選択するための多数の選択技術が既に知られてい
る。

例えば、エンジンに供給される空気／燃料混合気の増
加分は、蝶型弁部をバイパスするバルブ20を開くことに
よって得ることができる。ここで、制御回路46は、例え
ば各エンジン温度に対して与えられたマッピングテーブ
ルによって、混合比を最適値に維持することができる。

「発明の効果」 以上説明した通り本発明によれば、エンジンの始動を
容易にすることができ、さらに、低速および非定常回転
状態においても同期噴射が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の多点噴射装置のブロック
図、第２図は本発明の装置を使用した代表的な始動制御
における連続した各段階を示す図、第３図は、噴射が非
同期である場合の１周期における連続した噴射例を示す
図、第４図は制御のフローチャートである。 34……燃料噴射装置、46……制御回路（制御装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃型エンジン用の間接分岐噴射による燃
   料噴射供給装置において、 エンジンのシリンダ毎に設けられたインジェクタ34と、 少なくとも前記エンジンの回転速度および温度を含むエ
   ンジン動作パラメータを感知するセンサ12,22,24,40,42
   に接続され、前記インジェクタ34の各々に電気制御信号
   を供給する電子制御回路46と を有してなり、 前記電気制御信号は、 通常エンジン動作中は、前記信号の繰り返し周期に対す
   る前記インジェクタ34の噴射時間の比によって定義され
   るデューティ比が、前記パラメータの関数であると共
   に、前記エンジンの回転に同期した通常同期規則（norm
   al synchronous law）に従って伝送される周期信号であ
   り、 前記エンジンがスタータによって始動されると直ちに開
   始し、前記エンジンの回転速度Ｎが所定値Noに到達した
   時または始動開始から所定時間間隔toに達した時に終了
   する前記エンジンの始動段階の間は、前記通常同期規則
   における周波数よりもきわめて高い一定の周波数かつ一
   定のデューティ比でエンジンの回転毎に連続して複数回
   繰り返される非同期駆動信号であり、前記初期温度の増
   加関数である周波数、各非同期駆動信号の期間および前
   記所定時間間隔toは、各々、始動時におけるエンジン冷
   却液の初期温度のみに対応してテーブルに記憶され、前
   記初期温度の増加関数である周波数は、より高い初期温
   度に対してより高い値をもち、前記所定時間間隔toは、
   より高い初期温度に対してより低い値をもち、デューテ
   ィ比は、より高い初期温度に対してより低い値をもつ ことを特徴とする内燃型エンジンの燃料噴射供給装置。
2. 【請求項２】前記制御装置は、前記エンジンの温度が大
   となるほど前記非同期駆動信号による前記燃料噴射装置
   の噴射時間を小とするように構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の内燃型エンジンの燃
   料噴射供給装置。
3. 【請求項３】前記制御装置は、前記非同期駆動信号の出
   力が終了すると、前記エンジンの動作サイクルの所定値
   倍たる所定期間において噴射信号を出力するように構成
   され、かつ、前記所定期間における前記各噴射信号は、
   前記エンジンの温度に対応して決定される基準時間に予
   め解析された係数を乗算することによって、あるいは、
   前記基準時間に予め解析された時間を加算することによ
   って求められる持続時間を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の内燃型エンジンの燃料噴射供給
   装置。