JPH0762458B2

JPH0762458B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH0762458B2
Application number: JP14969886A
Authority: JP
Inventors: 貞雄 ▲高▼瀬
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPS639653A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、各気筒に独立して燃料噴射弁を持つ電子制御
燃料噴射式内燃機関の燃料噴射時期及び燃料噴射量の制
御装置に関する。

〈従来の技術〉各気筒に独立して燃料噴射弁を持ついわゆるMPI（マル
チポイントインジェクション）式内燃機関は、燃料噴射
弁を多く備える必要がある代わりに、その気筒にとって
最も良い時期に燃料噴射を行うことができ応答精度の良
さに優れる特徴を有する。その燃料噴射時期及び燃料噴
射量を電子制御する従来装置として特開昭59−29733号
公報開示のものが知られる。このものは、燃料噴射開始
時期を機関運転状態に応じて制御して、燃料噴射終了時
期を所定のクランク角度になるように制御し、もって失
火を防止して機関の運転性能を改善している。

また一般に気筒内に良質な混合期を形成するには、噴射
時期を早め、噴射燃料を燃焼熱によって加熱される吸気
弁に接触させて気化させることが有効であることが知ら
れている（特開昭60−195347号公報）。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、特に上記の如き燃料噴射時期を進ませる
方法によると、要求噴射量を演算するための機関運転状
態検出タイミングにおける吸入空気量と、実際に気筒内
に入る吸入空気量とに大きな差が生じ、噴射燃料量に著
しい過不足が生じて、混合気にオーバーリッチ，オーバ
ーリーン現象が現れ、燃焼が悪化し、排気エミッション
特性が悪くなり燃費が悪化するものであった。これは特
に過渡運転状態において著しいものである。

この問題を解消しようとして、特開昭60−169647号公報
には吸入空気量の増加を監視する技術の開示が見られ
る。しかしこのものは出来るだけ機関運転状態のサンプ
リングタイムを遅らせて吸入空気量に対して過不足なく
燃料噴射量を供給するため噴射時期を遅角させなければ
ならなくなり、先に示した従来の特性を失ってしまうと
いう不都合を有するものである。

本発明はかかる従来の燃料噴射制御装置の不都合を解消
するため、従来１噴射で行っていた燃料供給を複数の噴
射とし、その噴射時期及び噴射量を最適値に制御して燃
焼の改善を図ることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉そのために本発明では、第１図に示すように、機関運転
状態検出手段の検出した、例えば吸入空気量及び機関回
転速度等の機関運転状態信号に基づき、噴射時期設定手
段により各気筒の噴射時期を複数T₁,T₂,・・・設定し、
かつ要求噴射量q₁,q₂,・・・を要求噴射量演算手段によ
り各噴射時期に対応して演算する。そして実際の各噴射
量は、先行する噴射時期例えば１次噴射時期にこのとき
の要求噴射量よりも所定量少ない先行噴射量q₁₁（１次
噴射量）を先行噴射量設定手段で設定し、これを駆動手
段を介して燃料噴射弁から気筒に燃料を噴射供給する。
次に後続噴射量設定手段が後続の噴射時期例えば２次噴
射時期に、このときの要求噴射量q₂とこれより先行する
先行噴射量の合計噴射量（この場合q₁₁）との差に基づ
いて後続噴射量q₂₁を後続噴射量設定手段により設定す
る。そして、この後続噴射量q₂₁を２次噴射時期に駆動
手段を介して燃料噴射弁から噴射供給する。

若し噴射時期が３以上である場合には、後続噴射量設定
手段は２次噴射時期に２次の要求噴射量q₂から先行噴射
量q₁₁を差し引いた値に基づき、この値よりも所定量少
ない後続噴射量q₂₁を設定し、３次の噴射時期にはこれ
ら先行する噴射量q₁₁とq₂₁との合計量と、３次の噴射時
期の要求噴射量q₃との差を後続噴射量q₂₂として設定す
る。これにより燃料噴射は１次噴射時期T₁に先行噴射量
q₁₁を、２次噴射時期T₂に２次の後続噴射量q₂₁を、３次
噴射時期T₃に３次の後続噴射量q₂₂を、夫々燃料噴射弁
から噴射供給する。

噴射時期が４以上ある場合にもこれに準じて行う。

〈作用〉上記の如き構成により、従来１回の燃料噴射を複数回に
分けて噴射供給し、このうち先行噴射の量を要求噴射量
より少なくして、加熱されている吸気弁付近の熱で気化
させ、その後１回又は複数回に分けて噴射を行い、最終
回の噴射時期における吸入空気量等機関運転状態に応じ
た噴射量に対して、先行する既噴射量では不足する分の
燃料量を最も新しい後続噴射で補充する。これにより初
回噴射燃料の気化促進を図って燃焼を良好にし、最終回
噴射燃料によって全体的にその後の吸入空気量等変化に
対応した燃料量の供給を行い、もって吸入空気量に対す
る噴射燃料量の過不足のない供給を行って燃焼を良く
し、排気エミッション並びに燃費を良好にする。

〈実施例〉以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例に用いられたMPI式４気筒内
燃機関における電子制御式燃料噴射制御装置の構成を概
略的に示す。

ここにおいて機関運転状態検出手段10から検出された各
種機関運転状態信号は、電子制御装置20に入力され、そ
の出力により燃料噴射弁31,点火コイル32,燃料ポンプ33
等からなる各種制御機器30が制御される。

機関運転状態検出手段10としては、機関のクランク角度
を180゜ごと及び１゜毎に検出するクランク角度センサ1
1,吸入空気量を検出する熱線式或いは機械式の吸気量セ
ンサ12が設けてあり、更には機関冷却水温度を検出する
冷却水温センサ13,排気中の酸素濃度を検出して吸入混
合気の空燃比を知る酸素濃度センサ14,バッテリ電圧セ
ンサ15,吸気絞り弁の開閉を検出するスロットルスイッ
チ16,スタータのオン・オフを検出するスタータスイッ
チ17,車速センサ18等が設けてある。

電子制御装置20には、アナログ信号を２進のディジタル
信号に変換するA/D変換器21,入力処理ポート22及び出力
処理ポート23が設けてあり、入力処理ポート22には、前
記各種センサ又はスイッチ11,16〜18の検出信号が入力
され、A/D変換器21には前記各種センサ12〜15の検出信
号が入力されてA/D変換される。更に電子制御装置20に
はROM（リードオンリーメモリ）25,RAM（ランダムアク
セスメモリ）26及びCPU（中央処理装置）24が設けてあ
り、夫々の構成要素はデータバス27で接続される。

制御機器30における燃料噴射弁31は４気筒機関の各気筒
毎に設けられ、出力処理ポート23からの出力信号により
図に明示していない駆動手段により各燃料噴射弁31毎に
噴射時期及び噴射量が制御される。

電子制御装置20の機能は第３図に示すフローチャート及
び第４図に示す機能ブロック図に示される。

ジョブ200は定時間毎例えば10ms毎に実行される機関回
転速度算出ルーチン（第４図301）で、ステップ201にお
いて定時間内に発生するクランク角センサ11の単位クラ
ンク角信号１゜を計数し、機関回転速度N_Eを求める。

ジョブ210は同様に定時間毎に実行される吸入空気量及
び基本噴出量算出ルーチン（第４図302）で、ステップ2
11において吸気量センサ12から出力される吸気量信号を
A/D変換し、その値Q_aをステップ212においてRAM26に格
納する。ステップ213では、吸気量の値Q_aと機関回転速
度N_Eとから，基本噴射パルス幅Tpを求める（第４図30
3）。この場合（但しＫは定数である。）であって、基本噴射量算出は
本発明における要求噴射量演算手段に相当する。

ジョブ220はクランク角センサ11から出力される180゜毎
のリファレンス信号と単位信号１゜を入力して実行され
る気筒・行程判別ルーチン（第４図304）で、所定のク
ランク角度位置を示すリファレンス信号からのクランク
角度を計数し、ステップ221において気筒判別（１番〜
４番気筒を判別）を行い、ステップ222においてその気
筒の行程判別（圧縮，爆発，排気及び吸気）を行う。

ジョブ230は第４図における305,306に示す噴射時期及び
噴射量の設定ルーチンである。これは10゜毎に実行さ
れ、クランク角センサ11の単位信号１゜を1/10分周する
ことによって行う。

ステップ222では、判別された所定の気筒が圧縮行程に
あるか否かを判別する。YESの場合は第１の演算タイミ
ング即ち第１の噴射時期であると判断し、ステップ232
において先行噴射量q₁₁が演算される。この先行噴射量q
₁₁は第１の噴射を行う圧縮行程においてその直前にステ
ップ213で求まっている第１の基本噴射量Tp₁としての要
求噴射量q₁より所定値だけ少ない値となる。具体的には
第１の基本噴射量Tp₁から第２の噴射時期で最低噴射す
べき量q₂₁minを差し引いた値（q₁₁＝q₁−q₂₁min）とし
ておく。第２の噴射時期の最低噴射量q₂₁minは燃料噴射
弁の特性から予め求めておく。かかるステップが本発明
でいう噴射時期設定手段で定められた第１の噴射時期に
おける先行噴射量設定手段を構成する。

尚、第１の噴射時期は吸気行程後であればよく必ずしも
圧縮行程に正確にある必要はない。

上記ステップで求めた先行噴射量q₁₁は、ステップ233で
RAM26に格納した後、ステップ234で対応する燃料噴射弁
31から先行噴射供給される。これは吸気行程後の噴射で
あり、後続噴射までには吸気弁等に接触して充分に気化
し、燃焼し易い混合気性状を吸気通路内に形成しておく
こととなる。この場合注意すべきことは第１の噴射時期
における先行噴射量q₁₁は、そのときの要求噴射量q₁よ
りも所定量少ない値であることである。

ステップ231で特定の気筒が圧縮行程以外にあることを
知ったら、次ぎにステップ235においてそのときの最新
の要求（基本）噴射量q_newをステップ213から読み出し
てこれと先行噴射量q₁₁との差（q_new−q₁₁）を求め、そ
の値を機関回転速度N_Eを用いて燃料噴射弁の開閉デュー
ティ比との関係からクランク角度θ_２に変換する。これ
は燃料噴射弁の開閉デューティ比によってq_new−q₁₁の
燃料量を噴射完了するクランク角度θ_２を意味する。

この第２の後続噴射は、噴射燃料が全量機関に吸入され
ることが望ましいことから、噴射終了時期が燃料吸入可
能時期にあることが必要となる。このためステップ236
では前記クランク角度θ_２を噴射終了時のクランク角度
θ_ref、例えば吸気行程終了付近のクランク角度から差
し引いて、第２の後続噴射開始時期T₂を求める。

従って圧縮行程時に先行噴射時期を定めるステップ231
と後続噴射終了時期から逆算して第２の後続噴射時期を
定めるステップ235,236が本発明でいう噴射時期設定手
段となる。

次ぎにステップ237において現在のクランク角度θ_newを
求め、この値とステップ236で定めた後続噴射開始時期T
₂とを比較し、現在のクランク角度θ_newが後続噴射開始
時期T₂に達したか否かを判別する。噴射時期に達するま
では後続噴射を行わず、達して初めてステップ239で後
続噴射を開始する。このときの後続噴射量は、ステップ
235で最新の要求噴射量q_new（＝q₂）から先行噴射量q₁₁
を差引いた値q₂₁である。

従ってかかる後続噴射量q₂₁と先行噴射量q₁₁とを合算し
た燃料量は、機関が吸入できるぎりぎりの段階での最も
新しい機関運転状態における要求噴射量q₂と等しいか
ら、例え機関が過渡運転中にあっても、吸入混合気中の
燃料の過不足を生じない。またこのうち先行噴射量q₁₁
は後続噴射前に気化されるから、吸入混合気性状は良好
となり燃焼が良くなって失火を防止し、排気エミッショ
ン，燃費も良好となる。

尚、後続噴射量q₂₁或いはq_21minは、燃料噴射弁の燃料
流量特性を予め知って、安定した所望の燃料量を噴射で
きるように予め所定値以上に定めておくのが良い。つま
り公知のように、電子制御燃料噴射装置における燃料噴
射弁は、噴射量即ち噴射パルス幅（開弁時間）の小さい
領域では、開弁時間に対する燃料流量特性が不安定であ
るため、なるべく噴射パルス幅の小さい領域を使わずに
大きい領域を使用することが望ましい。これによって先
行噴射による燃料気化特性と後続噴射による過渡運転時
の燃料量の過不足防止を同時に解消できることとなる。
このため第４図に示す先の実施例に加え、第５図に308
として後続噴射量の制限手段を付加している。

また上記実施例においては、機関運転状態の変化を考慮
して最も新しい要求噴射量を第１（先行）及び第２（後
続）に分割して噴射する手段を開示した。そしてそのと
きの要求噴射量としては基本噴射量Tpを使用したが、実
際の噴射量には、基本噴射量Tpを、冷却水温，排気中の
酸素濃度等の機関運転状態により訂正した値Tiを用いる
のが一般である。しかし本実施例では説明の簡便化上こ
れら補正要素を省略して説明してある。

更に本実施例では、機関運転状態を代表する信号として
機関回転速度及び吸入空気量を用いたが、吸入空気量の
代りに吸気絞り弁の開度，燃料噴射ポンプ又はアクセル
ペダルの開度，機関吸入負圧等を用いてもよいことは明
らかである。

ところで前記実施例では、従来１回の噴射で行うとこ
ろ、２回の噴射時期でもって燃料を噴射供給している。
しかし場合によっては３回以上の噴射時期を設けて数多
く噴射することも可能であり、本発明ではこれをも含む
ものである。

この場合、後続噴射量の設定が問題となるが、要は本発
明の趣旨は、最も新しい運転状態信号で得られる最終回
の後続噴射時期の要求噴射量を、これより先行する噴射
量と最終回の噴射量との合算で満たすものである。その
ため、先行噴射量（第１次）においてはそのときの要求
噴射量よりも少なくしておき、次の後続噴射時期におい
ても先行噴射量（第１次）と後続噴射量（第２次）との
合算値が第２次の噴射時期における要求噴射量よりも少
なくして次の（第３次の）後続噴射を可能とするように
設定しておけばよい。４回以上の分割噴射についてもこ
れと同様に考えればよいものである。

いずれにしても後続噴射量設定手段は、先行噴射量設定
手段で定められた先行噴射量と後続噴射時期の要求噴射
量との差に基づいて後続噴射量を定めればよいのであ
り、３回以上の分割噴射もこの考えの延長としてそれま
で先行噴射された噴射量の合計と最新の要求噴射量との
差に基づいて後続噴射量を定めればよいものである。

尚、実施例における後続噴射時期については、その噴射
終了時期を特定する意味から、後続噴射量の必要噴射期
間を見計って噴射開始時期を定めているが、その他の機
関運転状態信号から、できるだけ過渡運転の悪影響を受
けない時期に後続噴射時期を定めてもよいものである。
この点先行噴射時期についても本実施例に限るものでは
ない。

〈発明の効果〉以上述べたように本発明によれば、単気筒当りに噴射す
る燃料の噴射時期を複数設定し、このうち先行する噴射
時期の噴射量をその時期の要求噴射量よりも少なくし、
後続する噴射時期の噴射量で後続噴射時期の要求噴射量
を補完するようにしたので、先行する噴射燃料は充分に
気化されて混合気性状を良好とし、後続する噴射燃料
は、先行噴射時以後の機関運転状態変化による要求燃料
噴射量の変化を充分に補完できる。よって燃焼が良好に
なると共に機関運転状態の時間経過による空気量変化に
も充分に追従して過不足なく燃料を供給できることとな
り、機関の特に過渡運転時の失火等による運転性悪化を
回避でき、排気エミッション及び燃焼が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例を示す概略構成図、第３図は同上実施例の機能を
簡略化して示すブロック図、第４図は同上の作用を示す
フローチャート、第５図は本発明の他の実施例の機能を
簡略化して示すブロック図である。 10……機関運転状態検出手段、20……電子制御装置、31
……燃料噴射弁、T₁……先行噴射時期、T₂……後続噴射
時期、q₁……先行噴射時期の要求噴射量、q₂……後続噴
射時期の要求噴射量、q₁₁……先行噴射量、q₂₁……後続
噴射量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒毎に独立して設けた燃料噴射弁から
燃料を噴射供給する内燃機関において、機関運転状態検
出手段と、機関運転状態に基づいて相対的にかつ時間的
に前後する複数の噴射時間（T₁,T₂,・・・）を設定する
噴射時期設定手段と、機関運転状態検出信号に基づいて
対応する噴射時期の機関の要求燃料噴射量（q₁,q₂,・・
・）を演算する要求噴射量演算手段と、前記複数の噴射
時期のうち先行する噴射時期に対応した要求噴射量より
も所定量少ない先行噴射量を設定する先行噴射量設定手
段と、前記複数の噴射時期のうち後続する噴射時期に対
応した要求噴射量とこれより先行する前記各噴射時期に
おける合計噴射量との差に基づいて後続噴射量を設定す
る後続噴射量設定手段と、先行する噴射時期に先行噴射
量を、後続する噴射時期に後続噴射量を夫々対応させて
各々の燃料噴射弁からの噴射供給を制御する駆動手段
と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御
装置。