JPH0571392A

JPH0571392A - 内燃機関の燃料噴射制御方法

Info

Publication number: JPH0571392A
Application number: JP23329091A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takahashi; 稔高橋; Masahiko Fujimoto; 正彦藤本
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、内燃機関の運転状態に合わせて最適
なタイミングで燃料噴射を実行する為の制御方法に関
し、燃料カット後の燃料噴射再開時においてエンジンの
レスポンスを高めると共に排出ガスの汚染を防止するこ
とを目的とする。【構成】内燃機関の回転に同期して吸気管に燃料を間欠
的に噴射 T_J1,T_J2, ・・・すると共に、該燃料噴射周期
の１／Ｎ（Ｎは整数）倍の周期の基準タイミングパルス
信号 S_N1,S_N2,S_N3, ・・・によって燃料噴射タイミング
を規定する燃料噴射方法において、次のように制御す
る。つまり、スロットルを全閉した減速状態で燃料供給
が不要の場合に燃料噴射を停止し(T₁₁〜T₁₂)、その後、
燃料噴射を再開(T₁₂〜) する場合は、燃料噴射再開時に
最初に現れる基準タイミングパルス信号 S_Nn+3のタイミ
ングを、燃料噴射実行タイミングとする燃料噴射制御方
法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関（エンジン）
のシリンダ内に空気と燃料の混合気を吸入させる際に、
内燃機関の運転状態に合わせて最適なタイミングで燃料
噴射を実行する為の制御方法に関する。

【０００２】ガソリンエンジンの排出ガス中には、一酸
化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣ，窒素酸化物ＮＯ_X等の人体
に有害な物質が含まれている。そして、人体の健康を保
護すること及び地球環境を保護する上から、それら有害
物質を低減することが強く渇望されている。

【０００３】一方、先の有害物質を酸化・還元し排出ガ
スを浄化する装置として三元触媒がある。しかし、その
浄化能力の有効領域は、エンジンに供給する混合気の空
燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝14.7) 付近の狭い領域（ウ
インド）に限られている。

【０００４】そのため、ガソリンの燃焼状態を良好な状
態に保つと共に、三元触媒の能力を有効に利用するため
の空燃比制御すなわち燃料噴射制御が行われている。

【０００５】他方、エンジンの燃料消費量を低減し燃費
を向上することは、エネルギー資源を有効に利用するこ
とを可能にすると共に、排出ガス中の有害物質の総量を
抑制することにも繋がる。

【０００６】そして、燃費向上の１つの方法として、ス
ロットルが全閉状態でエンジンの回転速度が減速状態に
ある場合に、当該エンジンの回転速度が或る値に低下す
る迄の間ガソリンすなわち燃料供給（燃料噴射）を停止
する方法がある。尚、エンジンが破損に至るような高回
転状態の場合に燃料噴射を停止する方法もある。

【０００７】しかし、燃料噴射を再開する時に、一時的
にエンジンレスポンスが低下する短所がある。すなわ
ち、エンジンパワーのピックアップにタイムラグを生じ
る。また、空燃比が一時的にリーン状態になる場合があ
る。

【０００８】そのため、燃料噴射停止後に噴射を再開す
る時においてもエンジンレスポンスを良好に保つと共
に、すみやかに理論空燃比を満足する状態を実現する燃
料噴射制御方法が求められている。

【０００９】

【従来の技術】

（１）空燃比制御システム空燃比の制御は、エンジンが吸入する空気量を検出して
該空気量に対して最適な量の燃料を噴射することによっ
て行っている。そして、吸入空気量の検出方法によって
空燃比制御システムを３つの型に大別することかでき
る。

【００１０】図４は、空燃比制御システムを説明するブ
ロック図で、(a) はマスフロー方式を説明する図、(b)
はスピードデンシティ方式を説明する図、(c) はスロッ
トルスピード方式を説明する図、である。

【００１１】図４は、エンジン１に混合気を吸入する
際、吸気管２に燃料噴射弁３から燃料（ガソリン）を噴
射する吸気管噴射を例示しており、燃料噴射量ｑはＥＣ
Ｕ(Electronic Control Unit) 4a,4b,4cの演算結果に基
づいて制御する。

【００１２】１）マスフロー方式マスフロー方式は、空気流量計すなわちエアフローメー
タ６で直接に吸入空気量を計測する方式である。

【００１３】すなわち、単位時間当たりの吸入空気量Ｑ
をエンジン１の回転速度Ｎ_Eから求まる燃焼サイクル数
で除することによって、１燃焼サイクル当たりの吸入空
気量を求めることができる。

【００１４】２）スピードデンシティ方式スピードデンシティ方式は、吸気管２内の吸気圧力を圧
力センサ７で検出し、該吸気管圧力Ｐとエンジン１の回
転速度Ｎ_Eとから吸入空気量を推定する方式である。

【００１５】すなわち、ＥＣＵ 4b のメモリに、吸気管
圧力Ｐとエンジン１の回転速度Ｎ_Eとを変数としてマッ
プ化した等吸入空気量データを有していて、該データよ
り吸入空気量を推定して求める方式である。

【００１６】３）スロットルスピード方式スロットルスピード方式は、スロットル５の開度をスロ
ットル開度センサ８で検出し、該スロットル開度αとエ
ンジン１の回転速度Ｎ_Eとから吸入空気量を推定する方
式である。

【００１７】すなわち、ＥＣＵ 4c のメモリに、スロッ
トル開度αとエンジン１の回転速度Ｎ_Eとを変数として
マップ化した等吸入空気量データを有していて、該デー
タより吸入空気量を推定して求める方式である。

【００１８】（２）燃料の噴射方式と噴射タイミング図５は、燃料の噴射方式を説明する図で、(a) はＭＰＩ
(MultiPoint Injection) 型吸気管噴射を説明するブロ
ック図、(b) はエンジンのクランク軸の回転角度に同期
して得られるタイミングパルス信号の波形図、(c) は４
気筒同時間欠噴射のタイミングを説明するタイミングチ
ャート、である。尚、(b)(c)の時間軸は同一の時間軸で
ある。

【００１９】ＭＰＩ型吸気管噴射によって複数気筒同時
間欠噴射を行う方式は、図５(a) に示すように吸気管２
の各マニホールドに燃料噴射弁 3_-1,3_-2,3_-3,3_-4を設
け、該燃料噴射弁 3_-1,3_-2,3_-3,3_-4をＥＣＵ 4a(4b,4c)
で一斉に同時駆動する方式である。

【００２０】そのため、燃料噴射弁駆動回路が共通で済
むと共に各気筒への燃料配分が均一になる等の長所を有
し、コストパフォーマンスの高い方式として現在の主流
を占めている。

【００２１】他方、図５(b) は、エンジン１のクランク
軸に取り付けた、図には示さないクランク角センサから
得られるタイミングパルス信号で、同図においては 180
°ＣＡ（Crank Angle)毎にタイミングパルス信号 S_N1,S
_N2,S_N3, ・・・が得られることを例示している。尚、こ
のタイミングパルス信号 S_N1,S_N2,S_N3, ・・・の周期を
計測して逆数を演算すれば、図４に示すところの回転速
度Ｎ_Eを求めることができる。

【００２２】また、図５(c) は、４気筒エンジンにおい
て 360°ＣＡ毎に４気筒同時噴射を行う場合のタイミン
グチャートであり、燃料噴射タイミング T_J1,T_J2,T_J3,T
_J4,・・・において燃料を噴射する。すなわち、ＥＣＵ
4a(4b,4c)が図５(b) のタイミングパルス信号 S_N1,S_N2,
S_N3, ・・・を監視していて、 360°ＣＡ毎に燃料を噴
射する。

【００２３】したがって、タイミングパルス信号 S_N1,S
_N3,S_N5, ・・・のタイミングにおいて燃料噴射を実行す
るが、タイミングパルス信号 S_N2,S_N4,S_N6, ・・・のタ
イミングにおいては燃料噴射は行わない。

【００２４】尚、図５(c) の例では、１燃焼に必要な燃
料量を２回の噴射に分けて供給する。ちなみに、第１気
筒においては、圧縮サイクル T_S2と爆発サイクル T_S3と
の間の燃料噴射タイミング T_J2と、排気サイクル T_S4と
吸入サイクル T_S5との間の燃料噴射タイミング T_J3とに
おいて噴射された燃料とが、吸入サイクル T_S5において
混合気としてシリンダ内に吸入される。

【００２５】（３）燃料噴射停止と噴射再開自動車等の車輛においては、燃料消費量を低減すると共
に排出ガス中の有害物質の総量を抑制する為に、スロッ
トルが全閉状態でエンジンブレーキ状態に在る場合は、
当該エンジンへの燃料供給すなわち燃料噴射を停止する
方法を用いている。ちなみに、燃料噴射停止のことを燃
料カット（Ｆ／Ｃ：Fuel Cut)と一般的に呼称してい
る。

【００２６】図６は、燃料カットと非同期噴射を説明す
る図で、(a) はエンジンの冷却水温度に対する燃料カッ
ト回転速度と再開回転速度との関係を説明する特性図、
(b)はスロットル開度の時間的変化を示す図、(c) はエ
ンジンのクランク軸の回転角度に同期して得られるタイ
ミングパルス信号の波形図、(d) は燃料噴射タイミング
を説明するタイミングチャート、である。尚、(b)(c)
(d) の時間軸は同一の時間軸である。

【００２７】１）燃料カット特性図６(a) に例示すように、スロットルが全閉状態でエン
ジンの回転速度Ｎ_EがＮ_CUT以上の場合には燃料供給が
不要である減速状態であると判断し、燃料カットを行
う。しかし、エンジンの回転速度Ｎ_Eが再開回転速度Ｎ
_RET以下になると燃料供給を開始し、エンジンが停止す
ることを防止している。尚、燃料カット制御も、図４に
示すところのＥＣＵ 4a,4b,4c が行う。

【００２８】ちなみに、冷却水温度ｔ_Wが低い程Ｎ_CUT
およびＮ_RETを高くしている理由は、アイドリング状態
で燃料カットとならないようにする為である。また、燃
料カット中にスロットルが開かれれば直ちに燃料噴射を
再開する。

【００２９】２）燃料噴射の再開図６(b) は、時刻T₁迄はスロットル開度が全閉であり、
該時刻T₁〜時刻T₂にかけてスロットルが開くことを示し
ている。そのため、図７(d) のタイミングチャートにお
いては、燃料噴射タイミング T_J1では燃料が噴射され
ず、燃料噴射タイミング T_J2以降において 360°ＣＡ毎
に間欠的に燃料噴射が行われることを示している。

【００３０】すなわち、時刻T₁以降のタイミングパルス
信号 S_N3のタイミングが、燃料噴射を再開した後の最初
の燃料噴射タイミングである。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、燃料噴射タ
イミング T_J2から燃料噴射を再開すると、第３気筒の吸
入サイクル T_S2においては相変わらず空気だけしか吸入
されず、エンジンのレスポンスが一時的に悪化する。

【００３２】また、第４気筒および第２気筒は１回の燃
料噴射しか受けられない為、空燃比がリーン状態にな
る。

【００３３】本発明の技術的課題は、燃料カット後の燃
料噴射再開時においてエンジンパワーのピックアップを
速めてエンジンレスポンスを高めると共に、排出ガスの
汚染を防止することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理を
説明する図で、(a)は構成を説明するブロック図、(b)
は４サイクルエンジンの各サイクルを説明するタイミン
グチャート、(c) は燃料噴射タイミングを説明するタイ
ミングチャート、(d) はエンジンのクランク軸の回転角
度に同期して得られるタイミングパルス信号の波形図、
(e) は燃料噴射再開タイミングを示すタイミングチャー
ト、である。尚、(b) 〜(e) の時間軸は同一の時間軸で
ある。

【００３５】本発明は、燃料噴射再開状態になった場合
に、一番最初に現れるタイミングパルス信号のタイミン
グを燃料噴射タイミングとして規定して制御するところ
に特徴がある。

【００３６】すなわち、内燃機関（エンジン）の回転に
同期して吸気管に燃料を間欠的に噴射 T_J1,T_J2, ・・・
すると共に、該燃料噴射周期の１／Ｎ（Ｎは整数）倍の
周期の基準タイミングパルス信号 S_N1,S_N2,S_N3, ・・・
によって燃料噴射タイミングを規定する燃料噴射方法に
おいて、次のように制御する。

【００３７】つまり、スロットルを全閉した減速状態で
燃料供給が不要の場合に燃料噴射を停止し(T₁₁〜T₁₂)、
その後、燃料噴射を再開(T₁₂〜) する場合は、燃料噴射
再開時に最初に現れる基準タイミングパルス信号 S_Nn+3
のタイミングを、燃料噴射実行タイミングとする燃料噴
射制御方法である。

【００３８】

【作用】燃料の吸気管噴射を行うエンジンにおいては、
燃料の噴射タイミングとエンジンの吸入サイクルのタイ
ミングとが必ずしも同時である必要はない。重要なのは
空燃比である。すなわち、燃料噴射量が重要である。
特に、多気筒エンジンで全気筒同時噴射を行っている場
合は、それに該当する。

【００３９】したがって、燃料噴射を停止する前の基準
タイミングパルス信号S_N1,S_N2,S_N3, ・・・と燃料噴射
タイミング T_J1,T_J2, ・・・のタイミング関係を、燃料
噴射再開後において必ずしも同一にする必要はない。

【００４０】例えば、図１において時刻T_1２に燃料噴
射を再開した場合、燃料噴射を停止する前のタイミング
関係と同一のタイミング関係を維持するならば、基準タ
イミングパルス信号 S_Nn+4のタイミングにおいて燃料噴
射を行うところとなる。しかし、本発明では一番最初に
現れる基準タイミングパルス信号 S_Nn+3のタイミングを
燃料噴射実行タイミングとする。

【００４１】したがって、実際上の燃料噴射再開タイミ
ングを、基準タイミングパルス信号S_Nn+4のタイミング
から基準タイミングパルス信号 S_Nn+3のタイミングに速
めることができる。

【００４２】その結果、基準タイミングパルス信号 S
_Nn+3のタイミングから S_Nn+4のタイミングまでの間に吸
入サイクルが実行されるシリンダにおいては、燃料が吸
入されて燃焼エネルギーを取り出すことができる。すな
わち、エンジンのレスポンスが向上する。

【００４３】また、空燃比リーン状態をいち早く脱出で
きるため、排出ガスの汚染を最小に抑えることができ
る。

【００４４】

【実施例】次に、本発明による燃料噴射制御方法を、実
際上どのように具体化できるかを実施例で説明する。

【００４５】（１）構成図２は、実施例の構成を説明するモデル図で、特に燃料
噴射系統だけを抽出して示している。また、エンジンは
１気筒分だけをモデル的に示している。

【００４６】１）吸入・排気系統吸入される空気は、エアクリーナ９で浄化し、スロット
ル5aで吸入空気量を制御する。そして、サージタンク2A
および吸気管（マニホールド）2aと吸気弁10を通って燃
焼室13に吸入する。

【００４７】他方、燃焼した排出ガスは、排気弁11と排
気管16および三元触媒17を通って大気中に放出する。

【００４８】２）燃料噴射量制御系本実施例の空燃比制御システムは、吸気管圧力とエンジ
ン回転速度とから吸入空気量を推定するスピードデンシ
ティ方式である。

【００４９】すなわち、サージタンク2Aに吸気圧力Ｐを
測定する圧力センサ7aを設けている。また、エンジンの
クランク軸にはクランク角センサ18を設け、エンジンの
各サイクルに同期したタイミングパルス信号 S_Nを得る
と共に、エンジンの回転速度Ｎ_Eを検出している。

【００５０】その他に、エンジンの冷却水14の温度ｔ_w
を測定する水温センサ15を設け、エンジン温度による燃
料噴射量の補正を可能としている。また、スロットル5a
にはスロットル開度センサ8aを設け、その開度信号 S_TH
を得ている。

【００５１】そして、これらセンサ7a,18,15,8a の検出
信号を、マイクロコンピュータシステムで構成したＥＣ
Ｕ 4A に入力し、その出力ポートから燃料噴射弁3aの開
弁時間を制御して燃料噴射タイミングと噴射量とを制御
する。

【００５２】（２）作動本実施例においては、ＥＣＵ 4A のソフトウェア上で燃
料噴射のタイミングと噴射量の制御を行うことができ
る。すなわち、ＥＣＵ 4A は、その入力ポートに入るク
ランク角センサ18のタイミングパルス信号 S_Nを監視
し、プログラムによって予め決められたクランク角にお
いて燃料噴射を実行することによって、常に最適のタイ
ミングで燃料噴射を繰り返し実行することができる。

【００５３】図３は、実施例の作動を説明する図で、
(a) はスロットル開度の時間的変化を示す図、(b) はク
ランク角センサの出力するタイミングパルス信号の波形
図、(c) は燃料噴射タイミングを説明するタイミングチ
ャート、である。尚、(a)(b)(c) の時間軸は同一の時間
軸である。

【００５４】また、図３(a)(b)(c) と図６(b)(c)(d) と
は燃料噴射停止に関して基本的に同一の図であり、燃料
噴射タイミングだけが異なっている。

【００５５】すなわち、図３(a) に示す時刻T₁以前にお
いてはスロットルが全閉であり、エンジンが減速状態に
ある。そしてこの時、エンジンの回転速度Ｎ_Eが図６
(a) に例示するＮ_CUTよりも大きいと仮定するならば、
ＥＣＵ 4A は燃料噴射を停止している。つまり、図３
(b) に示すタイミングパルス信号 S_N1のタイミングにお
ける燃料噴射タイミング T_J1（図３(c) 参照) において
は、燃料噴射は行わない。

【００５６】しかし、時刻T₁以降においてスロットルが
開き始めると、直ちに燃料噴射を再開する。すなわち、
タイミングパルス信号 S_N2のタイミングを燃料噴射タイ
ミング T_J2aとして燃料噴射を実行する。ちなみに、該
燃料噴射タイミング T_J2aは、エンジンサイクル T_S1と
エンジンサイクル T_S2の間のタイミングである。

【００５７】したがって、以降の燃料噴射は、前記の燃
料噴射タイミングT_J2aから 360°ＣＡ毎に行う。つま
り、図３(c) に示すところの燃料噴射タイミング
T_J2a,T_J3 _a,T_J4a,T_J5a, ・・・がそれであり、図６
(d) に示すところの燃料噴射タイミング T_J2,T_J3,T_J4,
・・・よりも１エンジンサイクル分だけ燃料噴射再開タ
イミングが速まる。

【００５８】その結果、第３気筒の吸入サイクル T_S2に
おいて、燃料噴射タイミング T_J2aに噴射した燃料を吸
入可能となり、アクセルを操作してからエンジンパワー
のピックアップが開始される迄のタイムラグが僅少とな
る。また、第２気筒の吸入サイクル T_S4においては、燃
料噴射タイミング T_J2a,T_J3aの燃料が吸入されるた
め、空燃比リーン状態もいち早く脱出できる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明の燃料噴射量制御方
法によれば、燃料噴射再開時において最小のタイムラグ
でエンジンのパワーを引き出すことができる。つまり、
エンジンレスポンスが向上する。また、排出ガスの汚染
も抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図で、(a) は構成を説
明するブロック図、(b) は４サイクルエンジンの各サイ
クルを説明するタイミングチャート、(c) は燃料噴射タ
イミングを説明するタイミングチャート、(d) はエンジ
ンのクランク軸の回転角度に同期して得られるタイミン
グパルス信号の波形図、(e) は燃料噴射再開タイミング
を示すタイミングチャート、である。

【図２】実施例を説明するモデル図で、特に燃料噴射系
統だけを抽出して示している。

【図３】実施例の作動を説明する図で、(a) はスロット
ル開度の時間的変化を示す図、(b) はクランク角センサ
の出力するタイミングパルス信号の波形図、(c) は燃料
噴射タイミングを説明するタイミングチャート、であ
る。

【図４】空燃比制御システムを説明するブロック図で、
(a) はマスフロー方式を説明する図、(b) はスピードデ
ンシティ方式を説明する図、(c) はスロットルスピード
方式を説明する図、である。

【図５】燃料の噴射方式を説明する図で、(a) はＭＰＩ
(MultiPoint Injection) 型吸気管噴射を説明するブロ
ック図、(b) はエンジンのクランク軸の回転角度に同期
して得られるタイミングパルス信号の波形図、(c) は４
気筒同時間欠噴射のタイミングを説明するタイミングチ
ャート、である。

【図６】燃料カットと非同期噴射を説明する図で、(a)
はエンジンの冷却水温度に対する燃料カット回転速度と
再開回転速度との関係を説明する特性図、(b) はスロッ
トル開度の時間的変化を示す図、(c) はエンジンのクラ
ンク軸の回転角度に同期して得られるタイミングパルス
信号の波形図、(d) は燃料噴射タイミングを説明するタ
イミングチャート、である。

【符号の説明】

１エンジン 2,2a 吸気管 2A サージタンク 3,3_-1,3_-1,3_-1,3_-1,3a 燃料噴射弁 4,4a,4b,4c,4A ＥＣＵ(Electronic Contro
l Unit) 5,5a スロットル６エアフローメータ 7,7a 圧力センサ 8,8a スロットル開度センサ９エアクリーナ 10 吸気弁 11 排気弁 12 点火プラグ 13 燃焼室 14 冷却水 15 水温センサ 16 排気管 17 三元触媒 18 クランク角センサＱ吸入空気量ｑ燃料噴射量Ｎ_E エンジン回転速度Ｐ吸気管圧力 α スロットル開度ｔ_W 冷却水温度Ｎ_CUT 燃料噴射停止回転速度Ｎ_RET 燃料噴射再開回転速度 S_N クランク角度信号（タイミン
グパルス信号） S_TH スロットル開度信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の回転に同期して吸気管に燃料
を間欠的に噴射(T_J1,T_J2, ・・・）すると共に、該燃料
噴射周期の１／Ｎ（Ｎは整数）倍の周期の基準タイミン
グパルス信号(S_N1,S_N2,S_N3, ・・・）によって燃料噴射
タイミングを規定する燃料噴射方法において、スロットルを全閉した減速状態で燃料供給が不要の場合
に燃料噴射を停止し(T ₁₁〜T₁₂)、その後、燃料噴射を再
開(T₁₂〜) する場合は、燃料噴射再開時に最初に現れる基準タイミングパルス信
号(S_Nn+3) のタイミングを、燃料噴射実行タイミングと
すること、を特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。