JP2643310B2

JP2643310B2 - エンジンの始動時燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2643310B2
Application number: JP13609188A
Authority: JP
Inventors: 彰岩井; 久雄伊予田; 敏男末松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH01305143A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、始動時の電源電圧の低下に際しても、好適
な燃料噴射を行うエンジンの始動時燃料噴射制御装置に
関する。

［従来の技術］近年、エンジン制御の電子制御化が進み、エンジンに
供給される燃料量をエンジンの運転条件に基づいてマイ
クロコンピュータにより算出し、燃料噴射弁の開弁時間
を制御することによってコントロールする電子式燃料噴
射制御装置（EFI）が広く普及している。

上記のような電子式燃料噴射制御装置においては、通
常は、エアフロメータ等を用いて検出されたエンジンの
吸入空気量とディスクトリビュータから入力されるエン
ジン回転信号から検出されたエンジン回転数に応じて算
出される基本の燃料噴射量に、エンジン各部に配設され
たセンサから入力されるエンジン状態等に応じた信号に
よる補正を加え、エンジン回転と同期して常に同じクラ
ンク位置で噴射する同期噴射と、始動性あるいは加速直
後の応答性を向上させるため、通常の同期噴射とは別
に、走行状態に合わせて噴射を行う非同期噴射が行われ
ている。

そして、始動性を向上するために、エンジン冷却水温
からエンジン始動時における同期噴射量および非同期噴
射量を求めると共に、エンジン始動時の非同期噴射をク
ランク角度と同期させて行うものがある（特開昭58−25
533号公報、「電子制御エンジンの燃料噴射方法および
装置」）。

ところで、こうした電子式燃料噴射制御装置において
は、燃料噴射時間等を算出する、マイクロコンピュータ
の動作が当然正常でなければならないが、電子機器であ
るため、電源電圧変動の影響を被ることを免れない。

特に始動時にはスタータという大きな負荷を駆動する
ために、電源電圧はかなり低下することがあり、電源で
あるバッテリーが弱ってきているときや低温時等には、
マイクロコンピュータの作動を保証することができない
電圧まで低下することもあった。

そのため、上記電子式燃料噴射制御装置においても、
上記のように電源電圧がかなり低下すると、始動時に正
常な非同期噴射等の動作を行わず、始動性が損なわれる
場合があった。

そこで、電子式燃料噴射制御装置を搭載したエンジン
においては、この電子式燃料噴射制御装置とは、別に、
低電圧時にも安定に動作する別系統の燃料噴射弁（スタ
ートインジェクタ、STJ）を吸気管に設け、バイメタル
を用いたタイムスイッチ（TZS）と組合せ、指導時に一
定時間、確実に燃料噴射をおこなわせようとするもの
や、始動時燃料噴射時間を予め記憶するバックアップ手段
を設け、電源電圧が所定電圧以下となったとき、マイク
ロプロセッサの演算結果に替えてこのバックアップ手段
の出力を用いて燃料噴射を行わせるものなど種々の構成
が提案されている。

しかし、始動時の燃料噴射制御にスタートインジェク
タ（STJ）を用いると、通常の燃料噴射を行う系統とは
別系統の電気的および燃料の系統を用意してやらねばな
らず、装置の構成が複雑になり、全体として信頼性が低
下すると共に、製造工程が増え、コストも高騰するとい
う問題があった。

又、燃料噴射量はスタートタイマーによって一定義に
決ってしまい、エンジンの始動条件、例えば冷却水温等
や、燃料噴射回数等で緻密な制御を行うということも困
難であった。このことは、バックアップ手段を用いた場
合にも同様であった。

ところで、スタータにとってエンジンのいずれか一つ
の気筒が圧縮工程後期にある場合が最大負荷となるた
め、この様な場合にはバッテリ電圧は非常に低下する。
しかし、爆発工程や排気工程等の場合にはスタータの負
荷は比較的軽く、バッテリ電圧はそれほど低下しない。

したがって、マイクロプロセッサにとっては、常に正
常に動作できる電圧かあるいは正常作動不可能な電圧か
といった状態になるのではなく、スタータの状態に応じ
た電圧の脈動に応じて、正常に動作できる電圧範囲とそ
うでない電圧範囲とを繰り返す場合がある。

このような点に着目し、上記問題を解決するために、
マイクロコンピュータ自身の動作が正常であると判断で
きる所定電圧V1とを設定し、電源電圧が所定電圧V1を越
えた直後の所定の回転角度で、所定量の非同期燃料噴射
を行うものがある（特開昭61−132735号公報、「電子式
燃料噴射制御装置」等）。

この構成では、始動時の燃料噴射制御にスタートイン
ジェクタ（STJ）等を使用しないので、上記のような問
題が生じることはない。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来技術では、電源電圧が上記所
定電圧V1より高く、かつ回転角度が同期噴射が行われる
クランク角とは異なる所定クランク角である時に非同期
噴射を行う。

通常、クランク角は、720℃Ａ毎に出力される気筒判
別信号と30℃Ａ毎に出力されるクランク角信号と、気筒
判別信号を基準位置として求められる。

ところが、電源電圧が所定電圧以上になったときに
は、気筒判別信号の出力位置を通り過ぎており、上記の
ように従来の構成からの非同期噴射を行うべき、クラン
ク角を求めることはできない。

そのため、上記従来技術では、上記非同期噴射を行う
べきクランク角を検出するための新たな回転角センサ等
の構成を必要とする。

また、そのような回転角センサを有していたとして
も、始動時でバッテリ電圧が低下した際、およびクラン
キング中などの極低回転時には、センサ自身の出力の信
頼性が劣るため、良好な始動時の噴射ができなかった。

本発明は、新たなセンサ等を使用せすに、低いバッテ
リ電圧でも良好な始動を行える簡素な構成の始動時燃料
噴射制御装置を提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記課題を解決するためになされたもので
あり、その要旨は第１図に励磁するように、所定クランク角に合わせて、運転状態に基づいた駆動
信号を燃料噴射弁M1に出力する燃料供給制御装置M2を備
えたエンジンM3の始動時燃料噴射制御装置M4であって、エンジンM3の始動時に、電源電圧が上記燃料供給制御
装置M2の動作を保証する所定電圧以上にあることを検出
する電源電圧監視手段M5と、上記電源電圧監視手段M5からの検出信号に基づき、電
源電圧が上記所定電圧以上となってからの時間を計測す
る時間計測手段M6と、電源電圧が上記所定電圧を越え、燃料噴射弁M1の動作
が保証される電圧以上まで上昇するに必要と推定される
待ち時間を設定する待ち時間設定手段M7と、上記時間測定手段M6によって計測された時間と上記待
ち時間設定手段M7によって設定された待ち時間とが一致
したときに、所定クランク角に拘らず上記燃料供給制御
装置M2から駆動信号を出力させる噴射指示手段M8とを備えたことを特徴とするエンジンの始動時燃料噴射制
御装置M4にある。

ここで、上記待ち時間設定手段M7で設定される待ち時
間として、予め実験等によって決定された値、例えば30
〜100msecを使用したり、あるいは電源電圧の上昇率か
ら電源電圧が燃料噴射弁M1の動作を保証する所定電圧ま
で上昇するのに必要な時間を算出し、その算出時間を使
用してもよい。

［作用］本発明の始動時燃料噴射制御装置M4は、電源電圧監視
手段M5により電源電圧が燃料供給制御装置M2の動作が保
証できる所定電圧以上であるか否かを監視している。

そして、電源電圧が上記所定電圧以上となってからの
時間を時間計測手段M6により計測する。

この計測時間待ち時間設定手段M6にて設定された待ち
時間と一致したとき、噴射指示手段M8はクランク角に拘
らず燃料供給制御装置から駆動信号を燃料噴射弁M1に出
力させる。

待ち時間は、電源電圧が上記所定電圧を越え、燃料噴
射弁M1による噴射動作が安定して行われる電圧まで上昇
するのに必要な時間として設定されている。

したがって、上記待ち時間と上記計測時間とが一致し
たときには、電源電圧は十分上昇しており、クランク角
を検出しなくとも、始動時の非同期燃料噴射が確実に行
え、始動性が確保される。

［実施例］本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第２図は、実施例のエンジンの始動時燃料噴射制御装
置が搭載されるエンジン及びその周辺の概略図である。

以下、本図面に基づいて説明する。

図示しないエアクリーナの下流側には吸入空気の温度
を検出して吸気温度信号を出力する吸気温センサ２が取
り付けられている。

吸気温センサ２の下流側にはスロットル弁４の開度を
検出する公知のスロットル開度センサ６が取り付けられ
ている。

スロットル弁４の下流側には、サージタンク８が設け
られ、このサージタンク８にスロットル弁４下流側の吸
気管圧力を検出して吸気管圧力信号を出力する圧力セン
サ10が取り付けられている。

ザージタンク８は、インテークマニホールド12を介し
てエンジンの燃焼室14に連通されている。

このインテークマニホールド12には、燃料噴射弁16が
各気筒毎に取り付けられている。

本実施例のエンジンでは、この燃料噴射弁16から360
℃Ａ毎に１回同時に燃料が噴射される。

エンジンの燃焼室14はエキゾーストマニホールド18を
介して図示していない三元触媒を充填した触媒コンバー
タに連通されている。

このエキゾーストマニホールド18には、排ガス中の残
留酸素濃度を検出して空燃比信号を出力する酸素センサ
19が取り付けられている。

また、エンジンブロックには、エンジンの冷却水温を
検出して水温信号を出力する水温センサ20が取り付けら
れている。

エンジンの燃焼室14には、点火プラグ22の先端が突出
され、点火プラグ22にはディストリビュータ24が接続さ
れている。

ディストリビュータ24には、ディストリビュータハウ
ジングに固定されたピックアップとディストリビュータ
シャフトに固定されたシグナルロータとで各々構成され
た気筒判別センサ26及びエンジン回転数センサ28が設け
られている。

気筒判別センサ26は720℃Ａ毎に気筒判別信号を、後
述するマイクロコンピュータで構成された制御回路30へ
出力し、エンジン回転数センサ28は30℃Ａ毎にクランク
角信号を制御回路30へ出力する。

そして、ディストリビュータ24はイグナイタ32に接続
されている。

また、各部に電源電圧＋Ｂを供給するバッテリ34は、
電源電圧監視回路35を介して制御回路30に接続されてい
る。

バッテリ34の電圧が制御回路30の動作が保証される電
圧以上であると、この電源電圧監視回路35は電源電圧信
号を制御回路30に出力する。

制御回路30は、中央処理装置（CPU）36、リードオン
リメモリ（ROM）38、ランダムアクセスメモリ（RAM）4
0、入出力回路（I/O）42を中心として構成されている。

I/O42はアナログ−ディジタル変換（A/D変換）および
ディジタル−アナログ変換（D/A変換）の機能も備えて
おり、必要に応じて入力信号のA/D変換あるいは出力信
号のD/A変換を行う。

このI/O42には、上述の吸気温センサ２からの吸気温
信号、スロットル開通センサ６からのスロットル開度信
号、圧力センサ10からの吸気管圧力信号、酸素センサ19
からの空燃比信号、水温センサ20からの水温信号、気筒
判別センサ26からの気筒判別信号、エンジン回転数セン
サ28からの回転数信号、電源電圧監視回路35からの電源
電圧信号が入力される。

また、I/O42からは、図示しない駆動回路を介して燃
料噴射弁16の開閉時間を制御する燃料噴射信号及びイグ
ナイタ32のオンオフ時間を制御する点火信号が出力され
る。

I/O42内には、プリセッタブルカウンタ及びレジスタ
等を含む周期の燃料噴射制御回路が設けられており、CP
U36から送り込まれる噴射パルス幅に関する２進のデー
タからのそパルス幅を有する噴射信号を形成し、この噴
射パルス信号を燃料噴射弁16に順次または同時に入力し
て噴射弁を付勢する。

この結果、噴射パルス信号のパルス幅に応じた量の燃
料が同期または非同期で噴射される。

ROM38内には、燃料噴射制御処理プログラム、燃料噴
射パルス幅演算用のテーブル等処理に必要な種々のデー
タが予め記憶されている。

次に、第３図のタイミングチャートを用いて本実施例
の始動時燃料噴射制御について説明する。

先ず、スタータがオンとなる（t1）と、その負荷のた
めに電源電圧＋Ｂが低下する。

そして、制御回路30を構成するCPU36の正常な動作が
保証できない所定電圧Vlより電源電圧＋Ｂが低下したこ
とを電源電圧監視回路35が発見する（t2）と、スタータ
の回転は行われるが、制御回路30は動作を停止する。

最もスタータの負荷の大きい点である下死点Ｇを過ぎ
ると、スタータの負荷は軽くなるので、電源電圧＋Ｂは
上昇し始める。

そして、電源電圧＋Ｂが上記所定電圧Vlを越える（t
3）と、電源電圧監視回路35は制御回路30の初期化を行
い、制御回路30の制御を再び開始させ、再度制御が開始
されてからの経過時間を計測する。

制御が開始された制御回路30では、水温センサ20から
の水温信号等を基にROM38に格納される図示されないテ
ーブルより燃料噴射時間TAUを、従来の燃料噴射制御と
同様にして算出する。

そして、制御回路30にて計測している時間が予め設定
されている待ち時間twと一致したとき（t4）に、TAU×1
/2の間燃料噴射を実行する。

ここで、燃料噴射時間をTAUとせずに、TAU×1/2とし
たのは、本処理によって180℃Ａ毎に非同期噴射をした
場合の総噴射量を通常の同期噴射による噴射量と等しく
するためである。

したがって、本実施例のように360℃Ａ毎に１回の燃
料噴射を行う場合にはTAU×1/2でよいが、エンジンの燃
料噴射の仕方によって変化させる必要がある。例えば、
360℃Ａ毎に２回の燃料噴射するものはTAU＝TAU×１と
し、また、各気筒毎に独立して噴射するものではTAU＝T
AU×1/4（４気筒の場合）とすればよい。

さらに、クランク軸がスタータによって回転し、再び
電源電圧＋Ｂが所定電圧Vlより低くなる（t5）と、上記
のように制御回路30の動作は停止する。

そして、下死点Ｇを過ぎて電源電圧＋Ｂが所定電圧Vl
を越える（t6）と、再び制御回路30の動作が開始され、
待ち時間tw経過後TAU/2の機関燃料噴射が行われる（t
7）。

以下同様に制御が行われる。

そして、エンジンが連爆あるいは完爆状態となり（t9
以降）、電源電圧＋Ｂが上記所定電圧Vlを下回ることが
無くなったときには、従来と同様にエンジンの運転状態
から燃料噴射量を求めクランク角に同期した同期噴射
と、電源電圧＋Ｂが所定電圧を下回らない場合の始動
時、加速時等に行われる非同期噴射を実行する燃料噴射
制御が行われる。

即ち、本実施例では、電源電圧＋Ｂが所定電圧Vlを下
回り、制御回路30の動作が保証できないとき（t2〜t3、
t5〜t6、t8〜t9）には、制御回路30の動作を停止する。

そして、電源電圧＋Ｂが所定電圧Vlを越えたとき（t
3、t6、t9）には、待ち時間twまってから、冷却水温等
から求められた燃料噴射時間TAU/2だけ燃料噴射する（t
4、t7、t10）。

続いて、上記制御を実行する燃料噴射制御処理プログ
ラムを第４図の流れ図を用いて説明する。

本燃料噴射制御処理プログラムは、電源電圧＋Ｂが所
定電圧に復帰したときに電源電圧監視回路35から出力さ
れる電源電圧信号やイグニッションキーをオンしたとき
等に処理が開始される。

また、このプログラムでは、上記待ち時間twとして固
定値50msecを使用した。

電源電圧＋Ｂが所定電圧Vlを越えたり、あるいはイグ
ニッションキーがオンとされて処理が開始されると、先
ず、ステップS100にてカウンタCSTAをクリアし、初期化
を行う。

次いで、ステップS110にて、エンジン回転数Neが120r
pmより低いか否かを判定することにより、始動時か否か
を判定する。

Ne＜120rpmであれば、始動時であるので、ステップS1
20ステップS180の始動時燃料噴射制御を行う。

一方、Ne≧120rpmであれば、ステップS190に移行し、
従来と同様の燃料噴射制御処理を行う。

ステップS120では、スタータがオンであるか否か、す
なわち回転しているか否かを判定する。

スタータがOFFであり、回転していないときには、ス
テップS130にてカウンタCSTAをクリアし、ステップS110
に戻る。

一方、スタータがオンであり、回転しているときに
は、ステップS140にてカウンタCSTAを１だけインクリメ
ントし、ステップS150に移行する。

ステップS150では、カウンタCSTAが待ち時間である50
msecに相当する値より大きいか否かを判定する。

CSTA≦50msecであれば、ステップS110に戻る。

一方、CSTA＞50msecであれば、ステップS160に移行す
る。

ステップS160では、燃料噴射時間TAUを、水温センサ2
0からの水温信号等を基に図示されないテーブルより、
ステップS190の燃料噴射制御と同様にして算出する。

この燃料噴射時間TAUは、前述の如く、360℃Ａ毎に燃
料噴射した場合の値であるので、続くステップS170に
て、180℃Ａ当りの量に換算する。

ステップS180は、上記算出された燃料噴射時間TAUに
基づいて燃料噴射弁16を制御し、燃料噴射を実行する。

そして、ステップS190に移行し、通常の燃料噴射制御
を行う。

このステップS190における燃料噴射制御では、上述の
如く、従来より行われる燃料噴射制御が行われるが、こ
の処理は本発明と直接関係無いので説明を省略する。

なお、上記ステップS150における判定は、ステップS1
60,170における噴射時間TAUの算出の後に行ってもよ
い。

本実施例では、従来の始動時燃料噴射制御のように所
定角度を検出することなく、電源電圧＋Ｂが所定電圧Vl
を越えてから待ち時間tw経過したときに、燃料噴射を行
う。

そのため、従来に比べ、構成、制御がより簡単になる
と共に、より確実な燃料噴射が可能となる。

したがって、エンジンの始動性がより一層向上する。

また、電源電圧＋Ｂが低く、制御回路30が繰り返し動
作不能になるような場合には、始動時に同期噴射を行う
ことは不可能である。

しかし、本実施例では、上記の燃料噴射で同期噴射が
行われた場合と同量の燃料を噴射する。

そのため、制御回路30が繰り返し動作不能になるよう
な場合にも、始動性が確保される。

また、本実施例では、上記電源電圧監視回路35を設
け、電源電圧＋Ｂが所定電圧Vlを越えたときに制御回路
30に対して制御のリセット信号を出すように構成され、
また制御回路30のCPUはそのリセット信号を受けた直後
から、所定のプログラムにしたがって、所定時間後に燃
料噴射を実行している。

そのため、CPUのプログラム内で電源電圧を所定電圧
とを比較している従来の技重に対して、所定電圧VlをCP
Uが正常に動作できる最低電圧に設定することができ、
バッテリ電圧がより低い状態でも始動時燃料噴射を実行
することができる。

また、上記処理では、電源電圧＋Ｂが所定電圧Vlを越
えてから待ち時間tw経過後に、冷却水温から求めた燃料
噴射量TAUを噴射している。しかし、噴射量を積算する
タイマーを別途設けて、始動開始時からの噴射量を積算
し、混合気が過濃とならないように、噴射量を制御して
もよい。

さらに、上記処理では待ち時間twとして予め定めらえ
た値を用いている。しかし、電源電圧＋Ｂが所定電圧Vl
を越えたときの電源電圧＋Ｂの上昇率を求め、この上昇
率から待ち時間twを算出するようにしてもよい。このよ
うにすると、燃料噴射のタイミングを電源電圧＋Ｂがよ
り高い点とすることができ、電源電圧＋Ｂがより低電圧
の場合でも始動が可能となる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明のエンジンの始動時燃料
噴射制御装置は、従来の始動時燃料噴射制装のように所
定角度を検出することなく、電源電圧が所定電圧を越え
てから待ち時間経過したときに、燃料噴射を行う。

したがって、エンジンの始動性がより一層向上する。

また、始動時用の別の燃料噴射弁、電気系統を必要と
しないにも拘らず、良好な始動性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を例示するブロック図、第２図は
本発明の一実施例のエンジンおよび周辺装置の概略構成
図、第３図はその動作を説明する線図、第４図はその動
作を説明する流れ図である。 M1……燃料噴射弁 M2……燃料供給制御装置 M3……エンジン M4……始動時燃料噴射制御装置 M5……電源電圧監視手段 M6……時間計測手段 M7……待ち時間設定手段 M8……噴射指示手段 16……燃料噴射弁 30……制御回路 35……電源電圧監視回路 34……バッテリ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定クランク角に合わせて、運転状態に基
づいた駆動信号を燃料噴射弁に出力する燃料供給制御装
置を備えたエンジンの始動時燃料噴射制御装置であっ
て、エンジンの始動時に、電源電圧が上記燃料供給制御装置
の動作を保証する所定電圧以上にあることを検出する電
源電圧監視手段と、上記電源電圧監視手段からの検出信号に基づき、電源電
圧が上記所定電圧以上となってからの時間を計測する時
間計測手段と、電源電圧が上記所定電圧を越え、燃料噴射弁の動作が保
証される電圧以上まで上昇するに必要と推定される待ち
時間を設定する待ち時間設定手段と、上記時間計測手段によって計測された時間と上記待ち時
間設定手段によって設定された待ち時間とが一致したと
きに、所定クランク角に拘らず上記燃料供給制御装置か
ら駆動信号を出力させる噴射指示手段とを備えたことを特徴とするエンジンの始動時燃料噴射制
御装置。