JPH03213637A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンに燃料を供給する手段の制御装置に
関する。特にエンジンの運転状態に基づいてそのときエ
ンジンが必要とする燃料量を演算し、これに基ついて燃
料供給手段を作動させる型式の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

前記型式の制御装置は、 ■　エンジンの運転状態を示すパラメータを検出し、 ■　これに基づいて必要燃料量を演算し、■　演算値に
応じて燃料供給手段が作動され、■　供給された燃料が
シリンダに吸入されるまでの時間を極力短縮化すること
が望ましい。短縮化されれば、エンジンの運転状態が時
々刻々と変動している場合にもそのときにエンジンが必
要とする正確な燃料量がエンジンに吸入されるからであ
る。

この要求に応じて特開昭５６−５２’５３７号あるいは
特公昭６２−３４８号公報に記載の技術が開発されてい
る。これは上記の■の時間を短縮化するために、必要燃
料量を演算するに先立って燃料供給手段を作動させ始め
、燃料の供給と同時並行的に必要燃料量を演算し、演算
結果に応じて燃料供給手段の作動停止タイミングを制御
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで第１図（Ｂ）は、噴射タイミングと吸入タイミ
ングの関係を示すタイミングチャートである。エンジン
はその特性上燃料が噴射されて後、シリンダ（吸気弁）
に到着するまでの時間がエンジンの回転数によらずほぼ
一定である。そしてこれが図中Ｔ２に示される。

ところがこの１２時間内に、エンジンの回転数が高けれ
ば、クランク角は大きく変化するのに対し、エンジン回
転数が低ければクランク角の変化角は小さい。

第１図（Ｂ）は横軸にクランク角をとって示しており、
上段にはエンジンが最高速度で回転しているときのタイ
ミング、下段にはエンジンが低速で回転しているときの
タイミングを示す。

エンジンが最高回転数で回転しているときは必要燃料量
も多く、燃料供給手段は長時間噴射している。そしてこ
れをクランクの変化角で示せば噴射中にクランク角は大
きく変化する。さらに前述のように噴射燃料がシリンダ
に到着するまでの時間Ｔ２は高回転時でも短縮化されな
いため、この１２時間の間にクランク角は大きく変化す
る。そしてこの状態において噴射された燃料の全てが吸
入行程中にシリンダに到着しなければならないことから
、燃料の噴射タイミングは遅くとも時刻ｔｏに開始され
なければならないことが理解される。

これと同様の図が下段に示されている。これはエンジン
が低速回転にあるときを示している。このときエンジン
の回転に同期して時刻ｔｏで同期噴射を開始すると、燃
料がシリンダに到着するまでの時間Ｔ２の間にはクラン
ク角がそれほど大きく変化せず、吸入行程開始以前に到
着してしまうことがある。すなわちその吸入行程中にシ
リンダに噴射燃料が到着する為の噴射タイミングは時刻
ｔｏよりも遅いことが理解される。この場合、吸気行程
の終了までに噴射燃料がシリンダに到着できる最終タイ
ミングでエンジンの運転状態を検出し、必要燃料量を演
算し、これに基づいて燃料を供給すれば、エンジンの運
転状態が時間的に変化していても正確で適正な量の燃料
がシリンダに吸入されることになるはずである。このよ
うにすればエンジンが低速回転状態からの加速される場
合にも、適正量の燃料が供給されるのである。しかるに
本出願人が知る限り、同期噴射に伴うこの種問題に対処
した技術は今のところ存在しない。

そこで本発明は、エンジンの高速回転時にも噴射燃料の
吸入行程が−サイクル遅れてしまうことのないタイミン
グで同期噴射をする一方、特にエンジンの低速回転時に
顕著に表れる吸入行程終了までにシリンダに到着できる
噴射タイミングと同期噴射タイミングのズレに起因して
生じる必要燃料量に対する吸入燃料量の不足分を補償す
るだけの燃料が追加的に供給されるようにするものであ
る。

このようにして、エンジンが低速回転状態から加速され
るときにも燃料が不足せず速やかに加速されるようにす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題はその概略が第１図（Ａ）に示される、エンジ
ン本体と該エンジン本体に燃料を噴射供給する手段（例
えばインジェクタ）とを備えたエンジンのための燃料噴
射制御装置であって、該エンジン本体の回転に同期して
前記燃料噴射手段を作動させる同期噴射制御手段と、前
記同期噴射で噴射された燃料が該エンジン本体のシリン
ダに吸入される吸入行程と同一吸入行程で吸入されるタ
イミングで、同期噴射後の必要燃料量の増大分を追加噴
射する追加噴射制御手段とを有する燃料噴射制御装置で
解決される。

〔作　用〕

さて同上装置の作用を第１図（Ｂ）、（Ｃ）を参照して
説明する。

今、エンジンが加速中にあって必要燃料量が時間ととも
に第１図（Ｃ）に示すように増大する場合について考え
る。ここでｔｏは同期噴射のタイミングを示し、そのと
きの同期噴射量はそれよりもＴ１時間前（ここでＴＩは
同期噴射量の演算に要する時間である）の運転状態に基
づいて決定される。同期噴射された燃料は、エンジンが
高速回転中であればそれよりもＴ２時間遅れてシリンダ
に吸入される。このため正確に言えばシリンダに吸入さ
れる燃料量は図示Ａだけ不足することになる。

たたしこの不足量Ａは後述する低速回転時の不足量Ｂに
比して小さく、また高速回転中はエンジン出力が高レベ
ルにあるので、顕著な加速のもたつきは引き起こさない
。

これに対し、エンジンの低回転時には、噴射後１２時間
経過してもなお吸入行程になく、結局噴射後Ｔ２　＋Ｔ
３時間たってシリンダに吸入され（ここでＴ３は噴射燃
料がシリンダに到着してから吸入行程が終了するまでの
時間）、シリンダに吸入される量は図示Ｂだけ実際に必
要な量よりも不足している。このときこの不足分Ｂは高
速回転時の不足分Ａよりも大きいうえ、低速回転時はも
ともとエンジンの出力レベルか低いため低速回転時から
エンジン回転を増速するときには加速がもたつく原因と
なる。

ところか本発明によると、第１図（Ｂ）の下欄に示され
るように、同期噴射燃料が吸入される吸入行程と同一吸
入行程中に吸入されるタイミングで、前記不足分Ｂを補
償するための追加噴射が実行されるために、加速のもた
つきの原因となる燃料不足といった問題が解決されるの
である。

〔実施例〕

さて、次に本発明を具現化した一実施例について説明す
る。

第２図は本発明に係る燃料噴射制御装置を組み込んだエ
ンジンシステムの全体を示している。エンジン本体３０
には吸気管３２が取付けられており、この吸気管３２に
燃料を噴射して供給する燃料噴射手段（インジェクタ）
３８が取付けられている。このエンジンシステムはエン
ジンコントロールユニット４０によって制御される構成
を有し、エンジンコントロールユニット４０には、吸気
管３２内の圧力を検出する圧力センサ３６の信号と、エ
ンジン本体３０のクランクが所定角度回転する度にパル
ス波を出力するクランク角センサ４２の出力が入力され
る。また排気管４８に酸素分圧センサ４４が取付けられ
ていて、その出力がエンジンコントロールユニット４０
に入力される。

なお、図示３４はスロットルバルブであり、これによっ
て吸入空気量か調整される。また図示４６は排気ガスを
浄化する三元触媒である。

このエンジンシステムは、圧力センサ３６とクランク角
センサ４２の信号に基ついてエンジン１回転当たりの吸
入空気量を求め、そのとき必要な燃料量をインジェクタ
３８から供給する制御方式かとられている。このとき場
合により酸素センサ４４の出力が参照されて供給燃料量
のフィードバック制御が実施されることもある。

第３図は上記システムにおける信号処理系のハート構成
を示すものであり、吸気圧センサ３６と酸素センサ４４
の検出値はレベル修正回路５０でレベルか調整されたあ
と、アナログ→ディジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）
５２でディジタル信号に変換され中央演算処理装置（Ｃ
ＰＵ）５４に読込まれる。クランク角センサ４２はクラ
ンクシャフトが所定角度回転するごとにパルス波を出力
する特性をもち、このパルス波は波形整形回路５８で整
形された後ＣＰＵ５４に取込まれる。

ＣＰＵ５４にはＲＯＭ６０とＲＡＭ６２とが接続されて
おり、ＣＰＵ５４はＲＯＭ６０に記憶されているプログ
ラムによって前記信号を処理する。

なおこの処理において、必要に応じてＲＡＭ６２が利用
される。ＣＰＵ５４は処理結果をＲＡＭ６２と駆動回路
５６に送る。ここで駆動回路５６に送られる信号はイン
ジェクタの開弁時間と開弁タイミングに関する信号であ
り、インジェクタ３８は同信号に基づいてその開弁時間
と開弁タイミングが制御される。次にＲＯＭ６０に記憶
されているプログラムを説明する。

第４図は同期噴射量の演算プログラムによって処理され
る手順を示している。

また第５図は第４図の演算結果に基づいて同期噴射する
処理手順を示し、第４図、第５図の処理によって同期噴
射が制御される。この第５図の処理タイミングはクラン
ク角が所定角になったときに割り込み実行される。ここ
でこの所定角は第１図（Ｂ）に示されるように、エンジ
ンが許容最高回転数で回転しているときに同期噴射され
た燃料の全てがその直後の吸込行程中にシリンダへ到着
して吸入されるクランク角に設定されている。

また第４図の処理はそれよりもＴ１時間前に実施される
ようにセットされており、具体的にはクランク角センサ
４２の出力パルスの時間間隔からエンジンの１サイクル
（吸入行程から次の吸入行程まで）に要する時間を演算
し、それから同期噴射量の演算に要する時間Ｔｌを減じ
た時間（Ｔａ）を求め、第５図の実行開始後Ｔａ時間経
過したときに第４図の処理が割り込み実行される。この
ようにセットされているため、第５図の処理の開始より
Ｔ１時間以前に第４図の処理が開始され、その演算結果
に基づいて第５図の処理が実行される。

さて第４図の処理でステップｌはエンジンの運転状態を
検出する処理であり、吸気圧センサ３６の信号から吸気
圧ＰＭが、クランク角センサ４２のパルス間隔からエン
ジン回転数Ｎｅが読み込まれる。

ステップ２は同期噴射後の必要燃料量の増大分を計算す
るために、ステップ１で読み込んだ吸気圧ＰＭをＰＭＯ
（Ｏはオールド）として記憶する処理であり、このＰＭ
Ｏは後述の第６図の処理で利用される。なおエンジン回
転数Ｎｅは短時間のうちにそれほど大きく変動すること
がないので、必要燃料量の増大分の計算には用いられな
い。

ステップ３はステップ１で読み込まれた吸気圧ＰＭと回
転数Ｎｅから燃料の基本噴射量ＴＰを演算する処理であ
り、基本的にはエンジンの１回転当たりの吸気量を求め
、これに定数をかける式で計算される。

ステップ４は補正量を演算する処理であり、これはエン
ジン水温に応じた増量あるいは始動時増量等を実行する
ために、基本量よりも増減する係数を求める。ステップ
５は基本量ＴＰに補正係数ＦＴを乗じて同期噴射量を求
める。ここではＴＥが演算された同期噴射量を供給する
のに必要なインジェクタ３８の開弁時間として演算され
るように式が組まれている。

ステップ６は補正係数ＦＴに定数Ｋｌを乗じてＫＴＥを
求めるステップであり、このようにして求められたＫＴ
Ｅは同期噴射後の必要燃料量の増大分を求めるときに利
用される。ステップ７はバッテリ電圧から、無効噴射時
間ＴＢを計算する時間である。インジェクタ３８は電圧
がかけられても瞬時には開弁ぜず一定時間遅れて開弁す
ることが避けられない。そしてこの遅れ時間はバッテリ
電圧Ｂに依存している。ステップ７はこの遅れ時間ＴＢ
を演算するものである。

さてこのようにして演算が終了すると、エンジンのクラ
ンク角は同期噴射のタイミングとなり、第５図の処理が
実行される。ステップＩＯは、追加噴射プログラムの開
始タイミングを演算する処理である。ここでＴＸは次の
式に基づいて演算される。

ＴＸ　＝ＴＢ　−（ＴＣ＋ＴＤ　＋Ｔ２　）（第１図（
Ｂ）参照） ここでＴＢは同期噴射のクランク角から吸入行程終了時
のクランク角にまでエンジンが回転するに要する時間で
あり、エンジン回転数Ｎｅから求められる。

またＴＣは追加噴射量の演算に要する時間すなわち後述
する第６図の処理に要する時間であり、予め定まってい
る。またＴＤは追加噴射時間であり、これは正確には第
６図の処理で決められるが、エンジンの特性から最大値
は定まっており、この最大値を用いれば予めＴＸの計算
を実行することができる。さらにまたＴ２は、噴射燃料
がシリンダに到着するまでの時間であり、これはエンジ
ンの特性により予め決まっている。

このようにして、同期噴射の開始後、追加噴射プログラ
ム開始までの時間ＴＸがステ・ツブ１０で決定される。

ステップ１１はこのようにして求められたＴＸがＴＭ以
下であるかを判定する処理であり、エンジンが所定回転
数以上で回転しているときにＴＸはＴＭ以下となる。こ
こでＴＭは第５図の処理を実行するに要する時間であり
、ＴＸ　＜ＴＭは追加噴射をしても同期噴射の吸入行程
に問い合わない場合に相当する。このときはステップ１
２をスキップし、追加噴射を実行しない。

ＴＸかＴＭ以上であるならステップ１２で同期噴射開始
後ＴＸ時間経過したときに後述の第６図の処理が実行さ
れるように割り込みタイミングのタイマが次式によりセ
ットされる。

タイマ割込み時刻＝現在時刻＋ＴＸ　−ＴＮここでＴＮ
は第５図の処理開始からステップ１２で現在時刻検出ま
でに要した時間であり、予め定まった時間である。

ステップ１３は第４図のステップ５と７で求められたＴ
ＥとＴＢとからインジェクタ３８の同期噴射のための開
弁時間ＴＩＮＪを求める処理であり、ステップ１４でＴ
ＩＮＪ時間インジェクタが作動される。前述のようにＴ
Ｂ時間はインジェクタが作動しないため結局インジェク
タ３８からはＴＥ時間燃料か供給される。これにより第
４図の処理で求められた必要同期噴射量が同期噴射され
る。

さて第６図は追加噴射のプログラムであり、これは第５
図のステップ１１でＴＸがＴＭより大きいときにのみ実
行される。またこの作動タイミングは第５図のステップ
１２でセットした時刻が到着したときに実行される。こ
のタイミングは、その後追加燃料量の演算を実行し、追
加噴射した燃料がシリンダに到着した時、なお同期噴射
された燃料が吸入される吸入行程と同一行程で追加燃料
が吸入される最終タイミングである。

ステップ２１ではそのときの吸気管圧力ＰＭを読み込み
、同期噴射時の吸気管圧力との差（６２Ｍ）が求められ
る。そしてステップ２３では追加噴射の為の有効開弁時
間ＴＡＤＤが求められる（ステップ２３）。ここでＴＡ
ＤＤは次の考え方で計算される。今インジェクタの開弁
時間Ｔは吸気管圧力ＰＭとエンジン回転数Ｎｅの関係で
あることから、 である。ここで−吸入ストローク中ΔＮｅはそれほど大
きく変動しないことから、 θ　ＰＭ して計算することができる。第４図のステップ６で計算
したＫＴＥ　（ＫＩ　ＸＦＴ）はＴ δＰＭ と等しい値となるように定数に１が設定されているため
、結局 ＴＡＤＤ＝ＫＴＥｘΔＰＭ として演算されるのである。なおこの方式に変えて、改
めて必要燃料量を演算し、そこから不足分を計算しても
よいか、上式によると演算が簡単となり、追加量の計算
が短時間で実行される。

さて、このようにして求められたＴＡＤＤが負なら、追
加噴射は必要でないため、追加噴射は実行されない（ル
ートＦ）。ＴＡＤＤが正なら、ステップ２５に進み、な
お同期噴射中か否かを判定する。同期噴射であればステ
ップ２６を実行し、同期噴射に引き続いてさらにＴＡＤ
Ｄ時間延長してインジェクタ３８が開けられるようにす
る。同時噴射中でなければ、同期噴射とは別に追加噴射
を実行する（ステップ２８）。このときも無効噴射時間
か加味される（ステップ２７）。

このようにして追加噴射された燃料は同期噴射燃料と同
一吸入行程で吸入され、吸入燃料量の総和は吸入行程終
了時点でエンジンか必要としている量に等しくなる。こ
れによりエンジンが低回転状態から加速されるときにも
、燃料が不足するといったことが防止される。

第７図は追加噴射制御手段の第２実施例を示すものであ
り、この場合はエンジンが２．０００回転以下のときに
のみ、追加噴射を実行する。これは２゜０００回転以上
から加速されるときには燃料の不足量はそれほど太き（
なく、加速のもたつきが問題とならないからである。こ
のようにすると、２，０００回転以上のときの演算量が
減少し、エンジンコントロールユニット４０の仕事量を
減らすことができる。

なお上記第１．第２実施例ではエンジンの回転数で追加
噴射を実施するかしないかを制御するが、これを常時実
施してもよい。このようにするとエンジンの高速回転時
には追加噴射量の一部が同期噴射と同一吸入行程では吸
入されないことがありえるが、それは次回の吸入行程で
吸入されることになり、エンジン制御に特別の不都合を
生じさせることはない。

さらに別の実施例として、第６図のステップ２３におけ
る演算式を としてもよい。ここでＴＧは追加噴射量演算開始時刻か
ら吸入行程終了までの時間であり、また前述のようにＴ
Ｉは同期噴射量の演算に要する時間、ＴＸは同期噴射後
に追加量の演算を開始するまでの時間である（第１図（
Ｃ）参照）。このようにすれば吸入行程終了時の必要燃
料量を推定してこの量と同期噴射量との差を求め、これ
を追加的に供給することかできる。このためこの式を用
いると、より正確に不足分を追加供給できる。

〔発明の効果〕

さてこの方式を用いると、エンジンが低速回転から加速
されるときにも、燃料が不足することが防止され、エン
ジンがスムースに加速されることができる。このため車
両のドライバービリティ−は向上し、安全性が高められ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の概念を示す模式図、第１図（Ｂ
）と第１図（Ｃ）は本発明の詳細な説明するタイミング
チャートとグラフ、第２図は本発明を組み込んだエンジ
ンシステムを示す図、第３図はエンジンコントロールユ
ニットとその周辺機器のシステムブロック図、第４図は
同期噴射量演算処理を示す図、第５図は同期噴射制御手
順を示す図、第６図は追加噴射の制御手順を示す図、第
７図は追加噴射の別実施例の制御手順を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジン本体と、該エンジン本体に燃料を噴射供給す
   る手段とを備えたエンジンのための燃料噴射制御装置で
   あって、 該エンジン本体の回転に同期して前記燃料噴射手段を作
   動させる同期噴射制御手段と、 前記同期噴射で噴射された燃料が該エンジン本体のシリ
   ンダに吸入される吸入行程と同一吸入行程で吸入される
   タイミングで、同期噴射後の必要燃料量の増大分を追加
   噴射する追加噴射制御手段とを有する燃料噴射制御装置
   。