JP2861233B2 - 筒内直接噴射式火花点火機関の機関制御装置 - Google Patents

筒内直接噴射式火花点火機関の機関制御装置

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JP2861233B2 JP2093927A JP9392790A JP2861233B2 JP 2861233 B2 JP2861233 B2 JP 2861233B2 JP 2093927 A JP2093927 A JP 2093927A JP 9392790 A JP9392790 A JP 9392790A JP 2861233 B2 JP2861233 B2 JP 2861233B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は筒内直接噴射式火花点火機関の機関制御装置
に関する。
〔従来の技術〕
本出願人は特願昭63−323604号において、機関運転状
態に応じた要求燃料噴射量を、吸気行程と圧縮行程とに
分割噴射可能な筒内直接噴射式火花点火機関を提案して
いる。
この内燃機関においては、機関１燃焼サイクルにおけ
る吸気行程噴射、圧縮行程噴射、および点火は、夫々異
なる時点の機関運転状態に基づいて計算された最新の制
御値、例えば吸気行程燃料噴射時間、圧縮行程燃料噴射
時間、点火時期等に基づいて実行される。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところがこのような内燃機関では、例えばある時点に
おける機関運転状態が吸気行程噴射だけが実行されるべ
き高負荷運転状態であるため吸気行程において多量の燃
料が噴射され、次いで機関運転状態が変化して吸気行程
噴射および圧縮行程噴射が実行されるべき中負荷運転状
態となり前述の吸気行程噴射が実行された燃焼サイクル
と同一の燃焼サイクルにおける圧縮行程において圧縮行
程噴射が実行されると、機関の要求燃料噴射量よりかな
り多量の燃料がシリンダ内に供給されるため空燃比が大
幅にリッチとなり良好な燃焼が得られないという問題が
ある。また点火時期の計算の基礎となる機関運転状態も
吸気および圧縮行程燃料噴射量の計算の基礎となる機関
運転状態と異なるため、点火時期も最適な点火時期とな
らず良好な燃焼が得られないという問題がある。
この結果、黒煙あるいは失火が発生し、また機関発生
トルクが大きく変動してトルクショックが発生するとい
う問題がある。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば、燃料
を、機関運転状態に応じて機関吸気行程と機関圧縮行程
とのうち少なくとも一方において噴射するようにした筒
内直接噴射式火花点火機関において、吸気行程燃料噴射
制御値と圧縮行程燃料噴射制御値とを同一時点の機関運
転状態から計算する計算手段と、これら吸気行程噴射制
御値および圧縮行程噴射制御値を内燃機関の１燃焼サイ
クルにおいて用いることによって機関吸気行程における
燃料噴射および機関圧縮行程における燃料噴射を制御す
る制御手段を備えている。
〔作用〕
同一時点の機関運転状態から計算された吸気行程燃料
噴射制御値と圧縮行程燃料噴射制御値とを内燃機関の１
燃焼サイクルにおいて用いるようにしているため、吸気
行程燃料噴射制御値と圧縮行程燃料噴射制御値との間の
整合が確保される。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例を採用した４気筒ガソリン
機関の全体図を示す。同図において、１は機関本体、２
はサージタンク、３はエアクリーナ、４はサージタンク
２とエアクリーナ３とを連結する吸気管、５は各気筒内
に燃料噴射する電歪式の燃料噴射弁、６は点火栓、７は
高圧用リザーバタンク、８は吐出圧制御可能な高圧燃料
ポンプ、９は高圧燃料ポンプ８からの高圧燃料をリザー
バタンク７に導くための高圧導管、10は燃料タンク、11
は導管12を介して燃料タンク10から高圧燃料ポンプ８に
燃料を供給する低圧燃料ポンプを夫々示す。低圧燃料ポ
ンプ11の吐出側は、各燃料噴射弁５のピエゾ圧電素子を
冷却するための圧電素子冷却用導入管13に接続される。
圧電素子冷却用返戻管14は燃料タンク10に連結され、こ
の返戻管14を介して圧電素子冷却用導入管13に流れる燃
料を燃料タンク10に回収する。各枝管15は、各高圧燃料
噴射弁５を高圧用リザーバタンク７に接続する。
電子制御ユニット20はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス21によって相互に接続されたROM（リ
ードオンリメモリ）22、RAM（ランダムアクセスメモ
リ）23、CPU（マイクロプロセッサ）24、入力ポート25
および出力ポート26を具備する。高圧用リザーバタンク
７に取り付けられた圧力センサ27は高圧用リザーバタン
ク７内の圧力を検出し、その検出信号はA/Dコンバータ2
8を介して入力ポート25に入力される。機関回転数Neに
比例した出力パルスを発生するクランク角センサ29の出
力パルスは入力ポート25に入力される。アクセルペダル
（図示せず）の開度θＡに応じた出力電圧を発生するア
クセル開度センサ30の出力電圧はA/Dコンバータ31を介
して入力ポート25に入力される。また、第１気筒および
第４気筒の圧縮上死点において出力パルスを発生する気
筒判別センサ32の出力パルスも入力ポート25に入力され
る。一方、各燃料噴射弁５は各駆動回路34および各カウ
ンタ35を介して出力ポート26に接続される。また、各点
火栓６は各駆動回路36および各カウンタ37を介して出力
ポート26に接続される。また高圧燃料ポンプ８は駆動回
路38を介して出力ポート26に接続される。
第２図は燃料噴射弁５の側面断面図を示す。第２図を
参照すると、40はノズル50内に挿入されたニードル、41
は加圧ロッド、42は可動プランジャ、43はばね収容室44
内に配置されかつニードル40を下方に向けて押圧する圧
縮ばね、45は加圧ピストン、46はピエゾ圧電素子、47は
可動プランジャ42の頂部とピストン45間に形成されかつ
燃料で満たされた加圧室、48はニードル加圧室を夫々示
す。ニードル加圧室48は燃料通路49および枝管15を介し
て高圧用リザーバタンク７（第１図）に連結され、従っ
て高圧用リザーバタンク７内の高圧燃料が枝管15および
燃料通路49を介してニードル加圧室48内に供給される。
ピエゾ圧電素子46に電荷がチャージされるとピエゾ圧電
素子46が伸長し、それによって加圧室47内の燃料圧が高
められる。その結果、可動プランジャ42が下方に押圧さ
れ、ノズル口53は、ニードル40によって閉弁状態に保持
される。一方、ピエゾ圧電素子46にチャージされた電荷
がディスチャージされるとピエゾ圧電素子46が収縮し、
加圧室47内の燃料圧が低下する。その結果、可動プラン
ジャ42が上昇するためにニードル40が上昇し、ノズル口
53から燃料が噴射される。
第３図は第１図に示す機関の縦断面図を示す。第３図
を参照すると、60はシリンダブロック、61はシリンダヘ
ッド、62はピストン、63はピストン62の頂面に形成され
た略円筒状凹部、64はピストン62頂面とシリンダヘッド
61内壁面間に形成されたシリンダ室を夫々示す。点火栓
６はシリンダ室64に臨んでシリンダヘッド61のほぼ中央
部に取り付けられる。図面には示さないがシリンダヘッ
ド61内には吸気ポートおよび排気ポートが形成され、こ
れら吸気ポートおよび排気ポートのシリンダ室64内への
開口部には夫々吸気弁および排気弁が配置される。燃料
噴射弁５はスワール型の燃料噴射弁であり、広がり角が
大きく貫徹力の弱い噴霧状の燃料を噴射する。燃料噴射
弁５は、斜め下方を指向して、シリンダ室64の頂部に配
置され、点火栓６近傍に向かって燃料噴射するように配
置される。また、燃料噴射弁５の燃料噴射方向および燃
料噴射時期は、噴射燃料がピストン62頂部に形成された
凹部63を指向するように決められる。
本実施例の内燃機関は機関運転状態に応じた燃料噴射
量を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射可能な筒内直接噴
射式火花点火機関であって、第４図には所定の機関回転
数における吸気行程燃料噴射量と圧縮行程燃料噴射量の
割合を示す。第４図を参照すると、横軸はアクセル開度
θＡ（機関負荷を表わす）を示し縦軸は燃料噴射量Ｑを
示している。アクセル開度がアイドル開度θIから中負
荷開度θMまでは、圧縮行程においてだけ燃料が噴射さ
れ、圧縮行程における燃料噴射量（以下「圧縮行程燃料
噴射量」という）QCはアイドル燃料噴射量QIから中負荷
燃料噴射量QMまで漸次増大せしめられる。アクセル開度
が中負荷開度θMを超えると、圧縮行程燃料噴射量はQM
からQDまで急激に減少せしめられると共に吸気行程にお
ける燃料噴射量（以下「吸気行程燃料噴射量」という）
QIはQPまで急激に増大せしめられる。QMは中負荷付近の
燃料噴射量であり、QDとQPとの和として次式で示され
る。
QM＝QD＋QP ここで、QDは点火栓６により着火可能な混合気を形成し
得る最小限の圧縮行程燃料噴射量でありアイドル燃料噴
射量QIより少量である。また、QPは吸気行程において噴
射された燃料がシリンダ室64内に均質に拡散した際に点
火栓６による着火火炎が伝播可能な最小限の吸気行程燃
料噴射量である。アクセル開度が中負荷開度θMから高
負荷開度θHまでは燃料噴射量を圧縮行程と吸気行程と
に分割して噴射し、圧縮行程燃料噴射量はアクセル開度
によらずQDで一定とし、吸気行程燃料噴射量はアクセル
開度の増大に伴なって増大せしめる。
アクセル開度が高負荷開度θHを越えて全開θWまでの
ごく高負荷時においては、燃料噴射量が多いため吸気行
程噴射によって形成されるシリンダ室内の予混合気の濃
度が着火に十分なほど濃いため、着火のための圧縮行程
噴射をやめて、要求燃料噴射量の全量を吸気行程におい
て噴射することとしている。高負荷開度θHにおける燃
料噴射量QHはシリンダ室内に燃料が均質に拡散した場合
にも点火栓により着火可能な均質混合気を形成可能な最
小限吸気行程燃料噴射量である。
中負荷付近（中負荷開度θM）より低い負荷領域にお
いては、第３図に示されるように、圧縮行程後期に圧縮
行程噴射が実行され、燃料噴射弁５から点火栓６および
ピストン62頂面の凹部63を指向して燃料が噴射される。
この噴射燃料は貫徹力が弱く、またシリンダ室64内の圧
力が高くかつ空気流動が弱いため、噴射燃料は点火栓６
付近の領域Ｋに偏在する。この領域Ｋ内の燃料分布は不
均一であり、リッチな混合気層から空気層まで変化する
ため、領域Ｋ内には最も燃焼し易い理論空燃比付近の可
燃混合気層が存在する。従って点火栓６付近の可燃混合
気層が容易に着火され、この着火火炎が不均一混合気層
全体に伝播して燃焼が完了する。このように、中負荷よ
り低い低負荷領域においては、圧縮行程後期に点火栓６
付近に燃料を噴射し、これによって点火栓６付近に可燃
混合気層を形成し、斯くして良好な着火および燃焼が得
られることとなる。
一方、中負荷付近（中負荷開度θM）より高い負荷領
域においては、第５図に示されるように、吸気行程初期
（第５図（ａ））に吸気行程噴射が実行され、燃料噴射
弁５から点火栓６およびピストン62頂面の凹部63を指向
して燃料が噴射される。この噴射燃料は、広がり角が大
きく貫徹力の弱い噴霧状の燃料であり、噴射燃料の一部
はシリンダ室64内に浮遊し、他は凹部63に衝突する。こ
れらの噴射燃料は、吸気ポートからシリンダ室64内に流
入する吸入空気流によって生ずるシリンダ室64内の乱れ
Ｔによってシリンダ室64内に拡散され、吸気行程から圧
縮行程に至る間に予混合気Ｐが形成される（第５図
（ｂ））。この予混合気Ｐの空燃比は、着火火炎が伝播
できる程度の空燃比である。尚、第５図（ｂ）の状態で
は噴射燃料の中心軸線の延長がシリンダ壁に指向してい
るため、噴射燃料の貫徹力が強い場合には噴霧の一部が
直接シリンダ壁に付着するおそれがある。本実施例では
比較的貫徹力の弱い噴射を行なっているため特に問題は
ないが、本発明の実施例ではこの期間を無噴射期間とす
ることにより、燃料のシリンダ壁面への付着防止効果を
高めている。続いて圧縮行程後期（第５図（ｃ））に圧
縮行程噴射が実行され、燃料噴射弁５から点火栓６近傍
およびピストン62頂面の凹部63を指向して燃料が噴射さ
れる。この噴射燃料は元々点火栓６に指向しているうえ
貫徹力が弱く、またシリンダ室64内の圧力が大きいた
め、噴射燃料は点火栓６付近の領域Ｋに偏在する。この
領域Ｋ内の燃料分布も不均一であり、リッチな混合気層
から空気層まで変化するため、この領域Ｋ内には最も燃
焼し易い理論空燃比付近の可燃混合気層が存在する。従
って点火栓６付近の可燃混合気層が着火されると、不均
一混合気領域Ｋを中心に燃焼が進行する（第５図
（ｄ））。この燃焼過程で体積膨張した燃焼ガスＢの周
辺から順次、予混合気Ｐに火炎が伝播し燃焼が完了す
る。このように、中負荷および高負荷領域においては、
吸気行程初期において燃料を噴射することにより火炎伝
播用の混合気をシリンダ室64内全体に形成すると共に、
圧縮行程後期において燃料を噴射することにより点火栓
６近傍に比較的濃い混合気を形成して着火および火炎核
形成用の混合気を形成する。斯くして良好な着火と空気
利用率の高い燃焼が得られる。特に中負荷運転時におい
ては、従来の機関のように吸気行程、または圧縮行程前
半に要求噴射量の全量を噴射すると、噴射燃料はシリン
ダ室64内全体に拡散してしまうため、シリンダ室64内に
形成される混合気は過薄となり、着火および燃焼が困難
になるという問題がある。また一方、中負荷運転時にお
いて要求噴射量の全量を圧縮行程後期において噴射する
と、多量のスモークが発生したり、空気利用率を高める
ことができず十分な高出力を得ることができないという
問題がある。本実施例では、前述のように中負荷運転時
においては吸気行程と圧縮行程とに分割噴射することに
より、良好な着火と、空気利用率の高い燃焼によより高
出力が得られるのである。
また、中負荷付近においては、吸気行程で噴射された
燃料により形成される均質混合気は、着火可能な空燃比
より薄い火炎伝播可能な程度の空燃比でよく、希薄燃焼
により燃費を向上することができる。
このような筒内直接噴射式火花点火機関では低中負荷
運転域では気筒内の混合気を成層化して、非常に希薄な
混合気の燃焼を可能としているため、機関制御値、例え
ば吸気行程および圧縮行程燃料噴射量および噴射時期、
さらに点火時期の夫々の適正値は狭い範囲内に限定さ
れ、このため機関運転状態に応じて計算される機関制御
値の要求値から少しずれただけで機関制御値の適正値か
らはずれてしまい、着火が悪化して失火が発生したり、
あるいは良好な燃焼が得られないために黒煙を発生した
りするおそれがある。
第６図を参照すると、図中機関制御値計算の黒丸で示
す夫々の時点において、複数の機関制御値、例えば吸気
行程噴射制御値（吸気行程燃料噴射時間等）、圧縮行程
噴射制御値（圧縮行程燃料噴射時間等）、および点火制
御値（点火時期等）が機関運転状態例えば機関回転数お
よびアクセル開度に基づいて計算される。図中黒丸は5m
s毎であるため複数の機関制御値は5ms毎に継続的に順次
計算される。
ところで、機関を制御するに際し計算された最新の機
関制御値を常に用いて燃料噴射および点火を実行すると
以下のような問題を生じる。
例えば、第１気筒についてみると、吸気行程噴射が実
行される直前のT10における機関運転状態V1が吸気行程
噴射だけが実行されるべき高負荷運転状態である場合、
機関運転状態V1から計算された機関制御値に基づいて吸
気行程噴射が実行され、多量の燃料がシリンダ室内に噴
射される。次いで機関運転状態が変化して圧縮行程噴射
が実行されうる時点の直前T11における機関運転状態V2
が吸気行程噴射および圧縮行程噴射が実行されるべき中
負荷運転状態となると、機関運転状態V2から計算された
機関制御値に基づいて圧縮行程噴射が実行されることと
なる。すなわち、機関の１燃焼サイクルにおいて、吸気
行程噴射時においてはT10時点における機関運転状態V1
に基づいて吸気行程噴射だけを実行すべきとの判断に基
づいて計算された吸気行程燃料噴射量が噴射され、圧縮
行程噴射時においてはT11時点における機関運転状態V2
に基づき吸気行程噴射および圧縮行程噴射を実行すべき
との判断に基づいて計算された圧縮行程燃料噴射量が噴
射されるため、１燃焼サイクルにおける燃料噴射量、す
なわち吸気行程燃料噴射量と圧縮行程燃料噴射量の和が
機関の要求する燃料噴射量よりかなり多くなり、空燃比
が大幅にリッチとなって良好な燃焼が得られないという
問題がある。この結果、黒煙あるいは失火が発生し、ま
た機関発生トルクが大きく変動してトルクショックが発
生するという問題がある。また、点火時期も最適点火時
期から大きくずれてしまい、燃焼の悪化をさらに助長す
る。
すなわち吸気行程と圧縮行程とに分割噴射可能な従来
の内燃機関においては、機関の１燃焼サイクルにおける
吸気行程噴射、圧縮行程噴射、および点火の整合がとれ
ないために良好な燃焼が得られないという問題がある。
このため本実施例では、同一時点の機関運転状態に基
づいて計算された吸気行程噴射制御値、圧縮行程噴射制
御値、および点火制御値を機関の１燃焼サイクルにおい
て使用し、これによって１燃焼サイクルにおける吸気行
程燃料噴射量、圧縮行程燃料噴射量、および点火時期の
整合をとって機関要求値に合致せしめ、斯くして良好な
燃焼が得られるようにしている。
第７図には第１の実施例の燃料噴射および点火を実行
するためのルーチンを示す。このルーチンは一定クラン
ク角毎、例えばクランク角30度毎の割込みによって実行
される。
第７図を参照すると、まずステップ100において角度
判別カウンタCNEのカウントが実行される。CNEは０から
５までクランク角30度毎に１ずつインクリメントされ、
CNEが５になった後CNEは０にされ再びクランク角30度毎
に１ずつインクリメントされる（第６図参照）。次いで
ステップ102において気筒判別カウンタCCYLのカウント
が実行される。CCYLは０から３までクランク角180度毎
に１ずつインクリメントされ、CCYLが３になった後CCYL
は０にされ再びクランク角180度毎に１ずつインクリメ
ントされる（第６図参照）。第６図に示されるように、
CCYLが変化する時点は各気筒の圧縮上死点を示してお
り、例えばCCYLが３にインクリメントされる時点は第４
気筒の圧縮上死点を示しており、CCYLが３から０にクリ
アされる時点は第２気筒の圧縮上死点を示しており、さ
らに、CCYLが１にインクリメントされる時点は第１気筒
の圧縮上死点を示している。またCNEが５から０にクリ
アされる時点はCCYLが変化する時点と一致しており、各
気筒の圧縮上死点を示している。
第７図を参照すると、ステップ104では、CNEおよびCC
YLに基づいて吸気行程燃料噴射を実行すべき気筒niが計
算される。気筒niは吸気行程にある気筒であり、ピスト
ンが吸気上死点に位置する時点から吸気下死点に至る時
点までの間にある気筒である。次いでステップ106では
第ni気筒の書替え禁止フラグFnがリセットされているか
否か判定される。例えば第１気筒の吸気行程噴射が実行
されるべきときには第１気筒の書替え禁止フラグF1がリ
セットされているか否か判定される。Fnがリセットされ
ているときステップ108に進み第ni気筒のFnがセットさ
れる。ステップ106においてFnがセットされていると判
定された場合にはステップ108をスキップする。従って
第ni気筒のFnがセットされるのは、第ni気筒の吸気行程
が開始された直後、すなわち第ni気筒の吸入上死点直後
である（第６図参照）。第ni気筒のFnがセットされる
と、後述するように第ni気筒の制御値メモリ内の制御値
の書替えが禁止される。次いでステップ110では、CNE
が、後述する噴射開始時間tiおよび吸気行程燃料噴射時
間τiをカウンタ35（第１図参照）にセットすべき値CNE
Iになったか否か判定される。CNE＝CNEIになったとき、
ステップ112に進みCNEIから吸気行程噴射開始時期まで
の噴射開始時間tiおよび吸気行程燃料噴射時間τiがカ
ウンタ35（第１図参照）にセットされる。カウンタ35に
噴射開始時間tiがセットされるとカウンタ35はカウント
を開始して噴射開始時間tiが経過すると吸気行程噴射を
実行する。このとき燃料噴射時間τiのカウントが開始
され吸気行程燃料噴射時間τiが経過すると吸気行程噴
射が停止される。例えば、第６図を参照して、第１気筒
についてみると、機関回転数および機関負荷（アクセル
開度）から計算されたCNEIが０の場合、T1時点で噴射開
始時間tiおよび吸気行程燃料噴射時間τiがカウンタ35
にセットされる。T1時点から噴射開始時間tiが経過した
T2時点で吸気行程燃料噴射が開始され、T2時点から吸気
行程燃料噴射時間τiが経過したT3時点で吸気行程燃料
噴射が停止せしめられる。なおτi＝０のとき吸気行程
噴射は実行されない。
第７図のステップ110において否定判定された場合ス
テップ112がスキップされ吸気行程噴射は実行されな
い。次いでステップ114では圧縮行程噴射および点火を
実行すべき気筒ncがCNEおよびCCYLに基づいて計算され
る。気筒ncは圧縮行程にある気筒であり、ピストンが吸
気下死点から圧縮上死点までの間にある気筒である。次
いでステップ116では、CNEが、噴射開始時間tcおよび圧
縮行程燃料噴射時間τcをカウンタ35（第１図参照）に
セットすべき値CNECになったか否か判定される。CNE＝C
NECになったとき、ステップ118に進み噴射開始時間tcお
よび圧縮行程燃料噴射時間τcがカウンタ35にセットさ
れる。カウンタ35にtcがセットされるとカウンタ35はカ
ウントを開始してtcが経過すると圧縮行程噴射が実行開
始される。このときτcのカウントが開始されτcが経過
すると圧縮行程噴射が停止される。例えば、第６図を参
照して、第１気筒についてみると、計算されたCNECが３
の場合、T4時点でtcおよびτcがカウンタ35にセットさ
れる。T4時点からtcが経過したT5時点で圧縮行程燃料噴
射が開始され、T5時点からτcが経過したT6時点で圧縮
行程噴射が停止せしめられる。なお、τc＝０のとき圧
縮行程噴射は実行されない。
第７図のステップ116において否定判定された場合ス
テップ118がスキップされ圧縮行程噴射は実行されな
い。次いでステップ120では、CNEが、点火制御値をカウ
ンタ37（第１図参照）にセットすべき値CNESになったか
否か判定される。CNE＝CNESになったとき、ステップ122
に進みCNESからイグナイタ１次側コイルに通電開始され
るまでの通電開始時間tbsおよび通電時間tsがカウンタ3
7（第１図参照）にセットされる。カウンタ37にtbsがセ
ットされるとカウンタ37はカウントを開始し、tbsが経
過するとイグナイタ１次側コイルに通電が開始される。
このときカウンタtsのカウントが開始され、tsが経過す
ると点火が実行される。例えば、第６図を参照して、第
１気筒についてみると、計算されたCNESが３の場合、T4
時点でtbsおよびtsがカウンタ37にセットされる。T4時
点からtbsが経過したT7時点でイグナイタ１次側コイル
に通電開始され、T7時点からtsが経過したT8時点で点火
が実行される。
次いで第７図のステップ124において第nc気筒の書替
え禁止フラグFnがリセットされる。すなわち、第６図に
おいて、tbsおよびtsをカウンタ37にセットした直後、
すなわちT4時点の直後のT9時点に第１気筒の書替え禁止
フラグF1がリセットされることになる。第１気筒の書替
え禁止フラグF1がリセットされると後述するように第１
気筒の制御値メモリに記憶されている機関制御値の書替
えが可能となる。
一方、ステップ120で否定判定されるとステップ122お
よびステップ124がスキップされ点火が実行されない。
第８図には第１の実施例のメインルーチンを示す。第
８図を参照すると、まずステップ130において機関回転
数およびアクセル開度に基づいて吸気行程噴射制御値が
計算される。ここで吸気行程噴射制御値は、噴射開始時
間ti、吸気行程燃料噴射時間τi、およびti，τiをカウ
ンタ35（第１図参照）にセットすべき角度判別カウンタ
のカウント値CNEIである。次いでステップ132において
機関回転数および機関負荷に基づいて圧縮行程噴射制御
値が計算される。ここで圧縮行程噴射制御値は、噴射開
始時間tc、圧縮行程燃料噴射時間τc、およびtc，τcを
カウンタ35（第１図参照）にセットすべき角度判別カウ
ンタのカウント値CNECである。次いでステップ134にお
いて、機関回転数および機関負荷に基づいて点火制御値
が計算される。ここで点火制御値は、通電開始時間
tbs、通電時間ts、およびtbs，tsをカウンタ37（第１図
参照）にセットすべき角度判別カウンタのカウント値CN
ESである。これらの機関制御値、すなわち吸気行程噴射
制御値、圧縮行程噴射制御値および点火制御値は、第６
図の機関制御値計算において黒丸として示されるよう
に、同一時点の機関運転状態に基づいて例えば5ms毎に
順次計算される。
次いでステップ136では第１気筒の書替え禁止フラグF
1がリセットされているか否か判定される。F1がリセッ
トされているときステップ138に進み、第７図に示すル
ーチンによる割込み処理が禁止される。次いでステップ
140では、第１気筒メモリに記憶されている機関制御値
が今回ステップ130からステップ134において計算された
機関制御値によって書替えられる。第１気筒メモリはRA
M23（第１図参照）の記憶領域の一部の領域である。次
いでステップ142では第７図に示すルーチンによる割込
み処理が可能とされる。
ステップ136においてF1がセットされていると判定さ
れた場合、ステップ138から142がスキップされる。この
ため第１気筒メモリ内に記憶されている機関制御値は書
替えられない。すなわち、F1がリセットされている場合
には第１気筒メモリ内の機関制御値は、ステップ130か
らステップ134において計算される機関制御値によって5
ms毎に書替えられる。一方、F1がセットされている場
合、すなわち第１気筒メモリ内の機関制御値に基づいて
燃料噴射および点火を実行している場合には第１気筒メ
モリ内の機関制御値は書替えられない。従って、機関の
１燃焼サイクルにおいては、同一時点の機関運転状態に
基づいて計算された吸気行程制御値、圧縮行程制御値、
および点火制御値が使用されるために、吸気行程噴射、
圧縮行程噴射、および点火の整合をとることができる。
従って、吸気行程燃料噴射量と圧縮行程燃料噴射量の和
を機関の要求する燃料噴射量に合致せしめることができ
るため空燃比を目標空燃比に制御することができる。ま
た点火時期も最適な点火時期に制御することができる。
この結果、混合気の良好な着火および燃焼を得ることが
でき、黒煙あるいは失火の発生および機関発生トルクの
変動によるトルクショックの発生を防止することができ
る。
ステップ144以下では、第２気筒から第４気筒につい
てステップ136からステップ142と同様の処理が実行され
る。すなわち、ステップ144では第２気筒の書替え禁止
フラグF2がリセットされているか否か判定される。F2が
リセットされているときステップ146に進み、第７図に
示すルーチンによる割込み処理が禁止される。次いでス
テップ148では、第２気筒メモリに記憶されている機関
制御値が今回ステップ130からステップ134において計算
された機関制御値によって書替えられる。次いでステッ
プ150において第７図に示すルーチンによる割込み処理
が可能とされる。ステップ152からステップ158において
は第３気筒メモリについて、ステップ160からステップ1
68については第４気筒メモリについて同様の処理が実行
される。
以上のように本実施例によれば、機関の１燃焼サイク
ルにおいて吸気行程制御値、圧縮行程制御値、および点
火制御値の整合をとることができるため、混合気の良好
な着火および燃焼を得ることができる。
なお本実施例では４気筒内燃機関について説明した
が、例えば６気筒内燃機関および８気筒内燃機関につい
ては制御値メモリを夫々６つおよび８つ設けることによ
って容易に本実施例を適用することができる。
次に第２の実施例について説明する。第９図にはメイ
ンルーチンを示す。第９図を参照すると、第８図に示す
ルーチンのステップ130からステップ134と同様に、ステ
ップ130からステップ134において機関制御値すなわち吸
気行程噴射制御値、圧縮行程噴射制御値、および点火制
御値が計算される。これらの機関制御値は第10図の機関
制御値計算において黒丸として示されるように、同一時
点の機関運転状態に基づき例えば5ms毎に順次計算され
る。次いでステップ200では後述する割込みルーチン
（第11図参照）による割込み処理が禁止される。次いで
ステップ202では、今回ステップ130からステップ134に
おいて計算された機関制御値が第１バッファ内に書込ま
れる。従って第10図に示されるように同一時点の機関運
転状態に基づいて計算された複数の機関制御値が一組と
して第１バッファ内に書込まれることになる。第１バッ
ファはRAM23（第１図参照）の記憶領域の一部の領域で
ある。次いでステップ204において割込みルーチン（第1
1図参照）による割込み処理が許可され、本ルーチンを
終了する。
第11図には燃料噴射および点火を実行するためのルー
チンを示す。このルーチンは一定クランク角毎、例えば
クランク角30度毎の割込みによって実行される。
第11図を参照すると、第７図に示すルーチンと同様
に、ステップ100においてCNEのカウントが実行され、ス
テップ102においてCCYLのカウントが実行される。次い
でステップ210においてCNEが５になったか否か判定され
る。CNEが５になったときステップ212に進み、第１バッ
ファに記憶されている機関制御値のうち吸気行程噴射制
御値が第１バッファから吸気行程噴射ワークメモリに書
込まれる。この吸気噴射ワークメモリはRAM23（第１図
参照）の記憶領域の一部に形成された領域である。第10
図を参照すると、例えばCNE＝５となるT20時点において
第１バッファに記憶されている吸気行程噴射制御値が吸
気行程噴射ワークメモリに書込まれる。このとき、第１
バッファ内に記憶されている機関制御値はT20時点の直
前のT21時点における機関運転状態V3に基づいて計算さ
れた値である。この機関制御値は第１気筒の吸気行程噴
射、圧縮行程噴射、および点火に使用されるCNE＝５に
おいて第１バッファ内に記憶されている機関制御値、す
なわち制御されるべき気筒の吸気上死点直前における第
１バッファ内の機関制御値を用いることによって最新の
機関制御値を用いて機関制御を実行することができる。
次いでステップ214では前回CNEが５になった処理サイ
クルにおいて第２バッファに書込まれている圧縮行程噴
射制御値および点火制御値が第２バッファから夫々圧縮
行程噴射ワークメモリおよび点火ワークメモリに書込ま
れる。例えば第10図においてT22時点において第２バッ
ファから圧縮行程噴射ワークメモリおよび点火ワークメ
モリに書込まれる。このとき第２バッファに記憶されて
いる機関制御値は第２気筒の圧縮行程噴射制御値と点火
制御値である。
次いでステップ216では第１バッファに書込まれた機
関制御値のうち圧縮行程噴射制御値と点火制御値が第２
バッファに書込まれる。例えば、第10図に示されるよう
に、T21時点において第１バッファに書込まれた圧縮行
程噴射制御値と点火制御値がT23時点において第２バッ
ファに書込まれる。なお、第10図においては図上わかり
やすいようにT20とT23の間を大きくとっているが、実際
には第11図に示されるように夫々ステップ212およびス
テップ216において実行されるため、T20とT23の間は極
く短時間である。
一方、ステップ210においてCNEが５に等しくない場
合、ステップ212からステップ216はスキップされ、第２
バッファおよび各ワークメモリ内に記憶されている機関
制御値は書替えられない。
次いでステップ218では、CNEが、噴射開始時間tiおよ
び吸気行程燃料噴射時間τiをカウンタ35（第１図参
照）にセットすべき値CNEIになったか否か判定される。
CNE＝CNEIになったときステップ220に進みtiおよびτi
がカウンタ35にセットされ吸気行程噴射が実行される。
例えば、第10図に示されるように、T20時点において吸
気行程噴射ワークメモリに書込まれた第１気筒の吸気行
程噴射制御値に基づいて第１気筒の吸気行程噴射が実行
される。
次いでステップ222では、CNEが、圧縮行程燃料噴射時
間τcおよび噴射開始時間tcをカウンタ35（第１図参
照）にセットすべき値CNECになったか否か判定される。
CNE＝CNECになったときステップ224に進みtcおよびτc
がカウンタ35にセットされ圧縮行程噴射が実行される。
例えば、第10図に示されるように、T22時点において圧
縮行程噴射ワークメモリに書込まれた第２気筒の圧縮行
程噴射制御値に基づいて第２気筒の圧縮行程噴射が実行
される。
次いでステップ226では、CNEが、点火制御値をカウン
タ37（第１図参照）にセットすべき値CNESになったか否
か判定される。CNE＝CNESになったとき、ステップ228に
進み通電開始時間tbsおよび通電時間tsがカウンタ37に
セットされ点火が実行される。例えば、第10図に示され
るように、T22時点において点火ワークメモリに書込ま
れた第２気筒の点火制御値に基づいて第２気筒の点火が
実行される。
以上の処理の後、本ルーチンを終了する。
第10図を参照して、T24において再びCNE＝５になる
と、前述と同様に、機関運転状態V4に基づいて計算され
て第１バッファに記憶されている機関制御値のうち吸気
行程噴射制御値が吸気行程噴射ワークメモリに書込まれ
る。機関運転状態V4に基づいて計算された機関制御値は
第３気筒の吸気行程噴射、圧縮行程噴射、および点火に
使用される。次いでT23時点において第２バッファに書
込まれた第１気筒の圧縮行程噴射制御値および点火制御
値が、T25時点において夫々圧縮行程噴射ワークメモリ
および点火ワークメモリに書込まれる。次いでT26時点
において第３気筒の圧縮行程噴射制御値と点火時期が第
２バッファに書込まれる。
次いでT27において、吸気行程噴射ワークメモリに記
憶されている第３気筒の吸気行程噴射制御値に基づいて
第３気筒の吸気行程噴射が実行される。次いでT28にお
いて、圧縮行程噴射ワークメモリに記憶されている第１
気筒の圧縮行程噴射制御値に基づいて第１気筒の圧縮行
程噴射が実行される。次いで、点火ワークメモリに記憶
されている第１気筒の記憶制御値に基づいて第１気筒の
点火が実行される。
以上のように第２の実施例においても第１の実施例と
同様に、機関の１燃焼サイクルにおいては、同一時点の
機関運転状態に基づいて計算された吸気行程制御値、圧
縮行程制御値、および点火制御値を使用するために、混
合気の良好な着火および燃焼を得ることができる。
特に本実施例では第１の実施例に比べ４気筒内燃機関
の場合にはメモリ容量を低減することができ、また計算
も簡単にすることができる。
〔発明の効果〕
吸気行程燃料噴射制御値と圧縮行程燃料噴射制御値と
の間の整合を確保することができるため、混合気の良好
な着火および燃焼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は４気筒ガソリン機関の全体図、第２図は燃料噴
射弁の縦断面図、第３図は第１図に示す機関の縦断面
図、第４図は圧縮行程噴射と吸気行程噴射の制御パター
ンを示す線図、第５図は吸気行程および圧縮行程噴射を
実行するときの動作を説明する図、第６図は第１の実施
例の動作を説明するためのタイムチャート、第７図は第
１の実施例の燃料噴射および点火を実行するためのフロ
ーチャート、第８図は第１の実施例のメインルーチンを
示すフローチャート、第９図は第２の実施例のメインル
ーチンを示すフローチャート、第10図は第２の実施例の
動作を説明するためのタイムチャート、第11図は第１の
実施例の燃料噴射および点火を実行するためのフローチ
ャートである。 20……電子制御ユニット、29……クランク角センサ、30
……アクセル開度センサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料を、機関運転状態に応じて機関吸気行
    程と機関圧縮行程とのうち少なくとも一方において噴射
    するようにした筒内直接噴射式火花点火機関において、
    吸気行程燃料噴射制御値と圧縮行程燃料噴射制御値とを
    同一時点の機関運転状態から計算する計算手段と、これ
    ら吸気行程噴射制御値および圧縮行程噴射制御値を内燃
    機関の１燃焼サイクルにおいて用いることによって機関
    吸気行程における燃料噴射および機関圧縮行程における
    燃料噴射を制御する制御手段を備えた筒内直接噴射式火
    花点火機関の機関制御装置。
JP2093927A 1990-04-11 1990-04-11 筒内直接噴射式火花点火機関の機関制御装置 Expired - Lifetime JP2861233B2 (ja)

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