JP2920260B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】複数個の第１の燃料噴射弁と複数個の第
２の燃料噴射弁を具備し、要求噴射量が予め定められた
設定量以下のときには第１燃料噴射弁のみから燃料を噴
射し、要求噴射量が設定量以上のときには第１燃料噴射
弁および第２燃料噴射弁の双方から燃料を噴射し、更に
ＤＣ−ＤＣコンバータにより充電されるコンデンサを具
備し、コンデンサに充電された電荷を第１および第２燃
料噴射弁の駆動用コイルに供給して第１および第２燃料
噴射弁から燃料噴射を開始させ、次いで第１および第２
燃料噴射弁の駆動用コイルをバッテリ電圧により励磁し
続けて燃料噴射作用を継続させるようにした燃料噴射制
御装置が公知である（特開昭63−198443号公報参照）。
このようにコンデンサに充電された電荷を用いて燃料噴
射弁の励磁コイルを励磁せしめるとニードルが即座に開
弁するために立上りの良好な噴射作用を確保することが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述のように
コンデンサに充電された電荷を用いて第１燃料噴射弁お
よび第２燃料噴射弁の双方の燃料噴射を開始させる場合
には多量の電荷が必要であるためにコンデンサの容量を
大きくするか、或いは複数個のコンデンサと各コンデン
サを充電するための複数個のＤＣ−ＤＣコンバータを設
けなければならない。しかしながらコンデンサの容量を
大きくした場合にはＤＣ−ＤＣコンバータをかなり大型
化しなければならないので実用上問題があり、また複数
個のコンデンサと複数個のＤＣ−ＤＣコンバータを設け
ても同様にこれらＤＣ−ＤＣコンバータ全体が大型化す
るので実用上問題となる。

【０００４】

【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ＤＣ−ＤＣコンバータにより充電さ
れるコンデンサを具備し、コンデンサに充電された電荷
を燃料噴射弁の駆動用コイルに供給して燃料噴射弁から
燃料噴射を開始させ、次いで燃料噴射弁の駆動用コイル
をバッテリ電圧により励磁し続けて燃料噴射作用を継続
させるようにした燃料噴射制御装置において、複数個の
第１の燃料噴射弁と複数個の第２の燃料噴射弁を具備
し、要求噴射量が予め定められた設定量以下のときには
第１燃料噴射弁のみから燃料を噴射し、要求噴射量が設
定量以上のときには第１燃料噴射弁および第２燃料噴射
弁の双方から燃料を噴射し、第１燃料噴射弁の燃料噴射
のみをコンデンサに充電された電荷を用いて開始させ、
第２燃料噴射弁の燃料噴射をバッテリ電圧により開始さ
せるようにしている。

【０００５】

【作用】第１燃料噴射弁の燃料噴射のみがコンデンサに
充電された電荷を用いて開始され、第２燃料噴射弁の燃
料噴射はバッテリ電圧により開始される。

【０００６】

【実施例】まず初めに本発明が適用される２サイクル機
関について説明する。図５および図７を参照すると、１
はシリンダブロック、２はシリンダブロック１内で往復
動するピストン、３はシリンダブロック１上に固定され
たシリンダヘッド、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａ
とピストン２の頂面間に形成された燃焼室を夫々示す。
シリンダヘッド内壁面３ａ上には凹溝５が形成され、こ
の凹溝５の底壁面をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ
上に一対の給気弁６が配置される。一方、凹溝５を除く
シリンダヘッド内壁面部分３ｃは傾斜したほぼ平坦をな
し、このシリンダヘッド内壁面部分３ｃ上に一対の排気
弁７が配置される。シリンダヘッド内壁面部分３ｂとシ
リンダヘッド内壁面部分３ｃは凹溝５の周壁８を介して
互いに接続されている。

【０００７】凹溝５の周壁８は給気弁６の周縁部に極め
て近接配置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧状に
延びる一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新
気ガイド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と
給気弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８ｃとにより
構成される。各マスク壁８ａは最大リフト位置にある給
気弁６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従
って排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の
開口は給気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁８ａに
より閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８
ｂ，８ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれら
の新気ガイド壁８ｂ，８ｃは両給気弁６の中心を結ぶ線
に対してほぼ平行に延びている。点火栓10はシリンダヘ
ッド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッド
内壁面部分３ｃ上に配置されている。一方、排気弁７に
対しては排気弁７と弁座11間の開口を覆うマスク壁が設
けられておらず、従って排気弁７が開弁すると排気弁７
と弁座11間に形成される開口はその全体が燃焼室４内に
開口することになる。

【０００８】シリンダヘッド３内には給気弁６に対して
給気ポート12が形成され、排気弁７に対して排気ポート
13が形成される。一方、各給気弁６近傍のシリンダヘッ
ド内壁面３ａの周縁部には夫々第１の燃料噴射弁14ａと
第２の燃料噴射弁14ｂとが配置され、これらの各燃料噴
射弁14ａ，14ｂから燃料が燃焼室４内に向けて噴射され
る。

【０００９】図６および図７に示されるようにピストン
２の頂面上には点火栓10の下方から第１燃料噴射弁14ａ
の先端部の下方まで延びる凹溝15が形成される。図６お
よび図７に示される実施例ではこの凹溝15は点火栓10と
第１燃料噴射弁14ａとを含む垂直平面Ｋ−Ｋに対して対
称なほぼ球面状をなす。また、ピストン２の頂面の中心
部には凹溝15よりも曲率半径の小さな球面状をなす凹所
16が形成される。この凹所16も垂直平面Ｋ−Ｋ上に形成
されており、この凹所16は凹溝15の凹状内壁面の上方部
に開口している。図７に示すようにピストン２が上死点
に達すると点火栓10が凹所16内に侵入する。

【００１０】図８に示されるように図５から図７に示さ
れる実施例では排気弁７が給気弁６よりも先に開弁し、
排気弁７と給気弁６とは同時に閉弁する。また、図８に
おいてＩ₁ は第１燃料噴射弁14ａからの燃料噴射時期を
示しており、Ｉ₂ は第２燃料噴射弁14ｂからの燃料噴射
時期を示している。図８から第１燃料噴射弁14ａからの
燃料噴射時期と第２燃料噴射弁14ｂからの燃料噴射時期
は離れており、第１燃料噴射弁14ａからの噴射時期は第
２燃料噴射弁14ｂからの噴射時期に比べてかなり遅いこ
とがわかる。

【００１１】図４は第１燃料噴射弁14ａからの噴射量Ｑ
₁ および第２燃料噴射弁14ｂからの噴射量Ｑ₂ と要求噴
射量との関係を示している。なお、図４においてハッチ
ング領域Ｉは第１燃料噴射弁14ａから燃料が噴射される
領域を示しており、ハッチング領域IIは第２燃料噴射弁
14ｂから燃料が噴射される領域を示している。図４に示
されるように要求噴射量が最小噴射量ＭＩＮから予め定
められている設定量Ｐまでは第１燃料噴射弁14ａのみか
ら燃料が噴射され、このとき第１燃料噴射弁14ａから噴
射される燃料量Ｑ₁ は要求噴射量に一致する。一方、要
求噴射量が設定量Ｐから最大噴射量ＭＡＸまでは第１燃
料噴射弁14ａおよび第２燃料噴射弁14ｂの双方から燃料
が噴射され、このとき第１燃料噴射弁14ａから噴射され
る燃料量Ｑ₁ と第２燃料噴射弁14ｂから噴射される燃料
量Ｑ₂ との和は要求噴射量に一致する。

【００１２】従って図４および図８から要求噴射量が設
定量Ｐよりも少ないときは第１燃料噴射弁14ａのみから
噴射時期Ｉ₁ に噴射量Ｑ₁の燃料が噴射され、これに対
して要求噴射量が設定量Ｐよりも多いときにはまず初め
に第２燃料噴射弁14ｂから噴射時期Ｉ₂ に噴射量Ｑ₂ の
燃料が噴射され、次いで第１燃料噴射弁14ａから噴射時
期Ｉ₁ に噴射量Ｑ₁ の燃料が噴射されることがわかる。

【００１３】図９に示されるように、給気弁６および排
気弁７が開弁すると給気弁６を介して燃焼室４内に空気
が流入する。このとき、排気弁７側の給気弁６の開口は
マスク壁８ａによって覆われているので空気はマスク壁
８ａと反対側の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入す
る。この空気は矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリ
ンダボア内壁面に沿い下降し、次いでピストン２の頂面
に沿い進んで排気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿い
上昇し、斯くして空気は燃焼室４内をループ状に流れる
ことになる。このループ状に流れる空気Ｗによって燃焼
室４内の既燃ガスが排気弁７を介して排出される。

【００１４】図10は第１燃料噴射弁14ａから燃料噴射が
行われたときを示している。図10に示されるように第１
燃料噴射弁14ａからは凹溝15の凹状内壁面に向けて燃料
が噴射される。この噴霧燃料の噴霧は円錐状をなしてお
り、この噴霧燃料の噴射軸線Ｚは図６の垂直平面Ｋ−Ｋ
内に位置している。一方、図11は第２燃料噴射弁14ｂか
ら燃料噴射が行われたときを示している。図11からわか
るように第２燃料噴射弁14ｂからはピストン２の位置が
比較的低いときに燃料噴射が行われる。

【００１５】要求噴射量が設定量Ｐ（図４）よりも少な
いときは図10に示されるように第１燃料噴射弁14ａのみ
から燃料が噴射される。このとき噴射軸線Ｚに沿う噴射
燃料が鋭角θをなして斜めに凹溝15の凹状内壁面上に衝
突する。このように噴射燃料が凹溝15の凹状内壁面上に
斜めに衝突すると衝突した燃料は慣性力によって凹溝15
の凹状内壁面に沿い気化しつつ点火栓10の下方に進み、
次いで凹所16内に送り込まれる。従って噴射量が少なく
ても大部分の噴射燃料が点火栓10の下方に運ばれるので
点火栓10の周りには着火可能な混合気が形成されること
になる。

【００１６】一方、要求噴射量が設定量Ｐ（図４）より
も多いときはまず初めに図11に示されるようにピストン
２が低い位置にあるときに第２燃料噴射弁14ｂから燃料
が噴射される。この噴射燃料はピストン２が上昇する間
に燃焼室４内に拡散して、燃焼室４内に稀薄混合気を形
成する。次いでピストン２が上昇すると図10に示される
ように第１燃料噴射弁14ａから凹溝15内に向けて燃料が
噴射され、この凹溝15内に噴射された燃料の着火火炎が
火種となって稀薄混合気が燃焼せしめられる。

【００１７】次に図１を参照して第１燃料噴射弁14ａお
よび第２燃料噴射弁14ｂの駆動制御装置について説明す
る。図１を参照すると、20はＤＣ−ＤＣコンバータ、30
は電子制御ユニット、Ｌ１は例えば１番気筒の第１燃料
噴射弁14ａの励磁コイル、Ｌ２は２番気筒の第１燃料噴
射弁14ｂの励磁コイルを夫々示す。ＤＣ−ＤＣコンバー
タ20は１次側コイル21と２次側コイル22とを具備する。
１次側コイル21の一端はバッテリ23に接続され、１次側
コイル21の他端はスイッチング素子Ｔ₀ を介して接地さ
れる。一方、２次側コイル22の一端は接地され、２次側
コイル22の他端はダイオード24およびコンデンサ25を介
して接地される。このコンデンサ25はダイオード24を介
してＤＣ−ＤＣコンバータ20により充電される。

【００１８】１番気筒の第１燃料噴射弁14ａの励磁コイ
ルＬ１の一端は一方ではスイッチング素子TP１を介して
ダイオード24とコンデンサ25間に接続され、他方ではダ
イオードＤ１を介してバッテリ23に接続される。励磁コ
イルＬ１の他端はスイッチング素子TL１および抵抗Ｒ１
を介して接地される。同様に２番気筒の第１燃料噴射弁
14ａの励磁コイルＬ２の一端は一方ではスイッチング素
子TP２を介してダイオード24とコンデンサ25間に接続さ
れ、他方ではダイオードＤ２を介してバッテリ23に接続
される。励磁コイルＬ２の他端はスイッチング素子TL２
および抵抗Ｒ２を介して接地される。同様にｎ番気筒の
第１燃料噴射弁14ａの励磁コイルＬｎに対してスイッチ
ング素子TPｎ，TLｎ、ダイオードＤｎおよび抵抗Ｒｎが
設けられる。

【００１９】電子制御ユニット30はディジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス31によって相互に接続され
たROM(リードオンリメモリ）32，RAM(ランダムアクセス
メモリ）33，CPU(マイクロプロセッサ）34、入力ポート
35および出力ポート36を具備する。入力ポート35にはク
ランク角センサ37とエアフローメータ38とが接続され
る。クランク角センサ37は機関クランク角を表わす出力
パルスを発生し、この出力パルスから現在のクランク角
と機関回転数とが算出される。エアフローメータ38は機
関シリンダ内に供給される吸入空気量に比例した出力電
圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器39を介して入力
ポート35に入力される。出力ポート36は対応する駆動回
路40を介して夫々各スイッチング素子Ｔ₀ ，TPｎ，TLｎ
に接続され、更に駆動回路41を介して第２燃料噴射弁14
ｂに接続される。

【００２０】図２はコンデンサ25に充電された電荷を用
いて第１燃料噴射弁14ａの励磁コイルＬｎを励磁する場
合のタイムチャートを示している。次に図１および図２
を参照しつつコンデンサ25に充電された電荷を用いて励
磁コイルＬ１を励磁する場合を例にとって説明する。図
２においてｔは第１燃料噴射弁14ａの噴射時期を示して
いる。噴射が行われる前は図２においてＶ₀ で示される
コンデンサ25の高電位側端子電圧Ｖは高い一定電圧、例
えば300(Ｖ）に維持されている。

【００２１】次いで燃料噴射時期になるとスイッチング
素子TP１およびTL１が共にオンとされる。その結果、一
方ではコンデンサ25に充電された電荷が励磁コイルＬ１
に供給され、他方ではバッテリ23からダイオードＤ１を
介して電力が供給される。このとき励磁コイルＬ１を流
れる電流がＩで示されている。なお、図２のＩ₀ はバッ
テリ23のみから励磁コイルＬ１に電力を供給した場合に
励磁コイルＬ１に流れる電流を示している。即ち、スイ
ッチング素子TP１およびTL１が共にオンにされるとコン
デンサ25の端子電圧Ｖ₀ の方がバッテリ23の電圧よりも
はるかに高いためにダイオードＤ１は非導通状態とな
り、コンデンサ25に充電された電荷が励磁コイルＬ１に
供給される。その結果、励磁コイルＬ１を流れる電流Ｉ
が一時的に増大するために第１燃料噴射弁14ａのニード
ル（図示せず）が即座に上昇せしめられ、斯くして即座
に燃料の噴射が開始される。

【００２２】次いでコンデンサ25の端子電圧Ｖがバッテ
リ25の電圧よりも低下するとスイッチング素子TP１がオ
フとされ、今度はバッテリ23からダイオードＤ１を介し
て励磁コイルＬ１に電力が供給される。従って図２に示
されるように励磁コイル１を流れる電流は徐々に上昇
し、励磁コイル１に電流が流れている間、即ちスイッチ
ング素子TL１がオフとされるまで燃料噴射が続行せしめ
られる。

【００２３】一方、スイッチング素子TP１およびTL１が
オンになるのと同時にスイッチング素子Ｔ₀ がオンとさ
れ、その結果図２のＩ_d で示すように１次側コイル21を
流れる電流Ｉ_d は徐々に増大する。次いでスイッチング
素子TL１がオフとされた後、暫らくしてからスイッチン
グ素子Ｔ₀ がオフとされる。このとき２次側コイル22に
は高電圧が誘起され、この高電圧によってコンデンサ25
が充電され、斯くしてコンデンサ25の端子電圧Ｖが再び
Ｖ₀ まで上昇する。

【００２４】図には示さないが第２燃料噴射弁14ｂの励
磁コイルはスイッチング素子を介してバッテリ23に接続
されており、従って第２燃料噴射弁14ｂからの燃料噴射
は励磁コイルにバッテリ23の電力が供給されることによ
って開始される。また、図２からわかるように１次側コ
イル21に十分な電流Ｉ_d が流れるまでに時間を要し、ま
たスイッチング素子Ｔ₀ がオフとされた後、コンデンサ
25の端子電圧ＶがＶ₀ まで上昇するまで時間を要する。
即ち、コンデンサ25を十分に充電するには一定の時間が
必要となる。従って機関回転数が低く、従って各噴射の
時間間隔が長いときにはコンデンサ25を充電するのに十
分な時間があるが機関回転数が高くなって各噴射の時間
間隔が短かくなるとコンデンサ25を充電するのに十分な
時間がなくなる危険性がある。そこで本発明による実施
例では機関回転数が高いとき、例えば 2000r.p.m以上の
ときには第１燃料噴射弁14ａの励磁コイルＬｎに最初か
らバッテリ23の電力を供給するようにしている。このよ
うに最初からバッテリ23の電力を供給する場合には図１
および図２においてスイッチング素子TP１，TP２…TPＮ
をオフ状態に保持し、この状態でスイッチング素子TL
１，TL２…TLＮをオンとすればよい。

【００２５】次に図３を参照して燃料噴射の制御ルーチ
ンについて説明する。図３を参照すると、まず初めにク
ランク角センサ37の出力信号に基いて次に噴射すべき気
筒ｎが識別される。次いでステップ51では吸入空気量と
機関回転数から要求噴射量が計算される。次いでステッ
プ52では図４に示す関係から第１燃料噴射弁14ａから噴
射すべき噴射量Ｑ₁ が算出される。なお、図４に示す関
係は予め ROM32内に記憶されている。次いでステップ53
では第１燃料噴射弁14ａからの噴射時期が計算される。
次いでステップ54では図４に示す関係から第２燃料噴射
弁14ｂから噴射すべき噴射量Ｑ₂ が算出される。次いで
ステップ55では第２燃料噴射弁14ｂから噴射すべきとき
には第２燃料噴射弁14ｂからの噴射時期が計算される。

【００２６】次いでステップ56では機関回転数Ｎが 200
0r.p.mよりも低いか否かが判別される。Ｎ≦2000r.p.m
のときにはステップ57に進んで図２に示す方法によって
第１燃料噴射弁14ａからの噴射量Ｑ₁ が制御される。即
ち、第１燃料噴射弁14ａはコンデンサ25に充電された電
荷を用いて燃料噴射が開始される。次いでステップ59に
進む。一方、Ｎ＞2000r.p.m のときにはステップ58に進
んでスイッチング素子TPｎをオフにしたままでスイッチ
ング素子TLｎをオンとすることにより第１燃料噴射弁14
ａからの噴射量Ｑ₁ が制御される。即ち、第１燃料噴射
弁14ａはバッテリ23から供給される電力によって燃料噴
射が開始される。次いでステップ59に進む。ステップ59
では第２燃料噴射弁14ｂからの噴射量Ｑ₂ が制御され
る。この第２燃料噴射弁14ｂはバッテリ23から供給され
る電力によって燃料噴射が開始される。

【００２７】前述したように第１燃料噴射弁14ａのみか
ら燃料噴射が行われる場合を考えると機関回転数が高く
なった場合にコンデンサ25を十分に充電する時間がなく
なる危険性がある。これに対して第１燃料噴射弁14ａお
よび第２燃料噴射弁14ｂの双方から燃料が噴射される場
合には短時間のうちに両燃料噴射弁14ａ，14ｂから燃料
噴射が行われるのでこの場合にはコンデンサ25に充電さ
れた電荷を用いて第２燃料噴射弁14ｂの燃料噴射を行う
ようにすると機関回転数にかかわらずにコンデンサ25に
充電された電荷を用いて第１燃料噴射弁14ａの燃料噴射
を行えなくなる。従って図１に示すような小容量のコン
デンサ25を用いている限り少くとも一方の燃料噴射弁、
本発明による実施例では第１燃料噴射弁14ａしかコンデ
ンサ25に充電された電荷を用いて燃料噴射を開始させる
ことはできない。

【００２８】また、図４に示すように要求噴射量が設定
量Ｐ以上のときの第１燃料噴射弁14ａからの最小噴射量
は第２燃料噴射弁14ｂからの最小噴射量よりも少なく、
これら燃料噴射弁14ａ，14ｂの最大噴射量は等しくなっ
ている。即ち、第１燃料噴射弁14ａのダイナミックレン
ジ（最大噴射量／最小噴射量）は第２燃料噴射弁14ｂの
ダイナミックレンジよりも大きくなっている。ところが
ダイナミックレンジを大きくすると全領域に亘って応答
性のよい噴射特性を得るのが困難となる。従ってダイナ
ミックレンジの大きな第１燃料噴射弁14ａのみをコンデ
ンサ25に充電された電荷を用いて噴射開始させ、それに
よって噴射特性の改善を図っている。

【００２９】

【発明の効果】小容量のコンデンサおよび小型のＤＣ−
ＤＣコンバータを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射弁の駆動制御装置の全体図である。

【図２】コンデンサに充電された電荷を用いて燃料噴射
を開始させる場合のフローチャートである。

【図３】燃料噴射を制御するためのフローチャートであ
る。

【図４】噴射量を示す線図である。

【図５】シリンダヘッド内壁面を示す図である。

【図６】ピストン頂面の平面図である。

【図７】図５の VII−VII 線に沿ってみた断面図であ
る。

【図８】給排気弁の開弁時期を示す線図である。

【図９】ピストンが下降したところを示す、図５の VII
−VII 線に沿ってみた断面図である。

【図10】図５の VII−VII 線に沿ってみた断面図であ
る。

【図11】図５のXI−XI線に沿ってみた断面図である。

【符号の説明】

20…ＤＣ−ＤＣコンバータ 23…バッテリ 25…コンデンサ Ｌ１，Ｌ２…励磁コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−24135（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−339131（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175437（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−198444（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−198443（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−198442（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/20 F02D 41/34 F02M 51/00 - 51/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＣ−ＤＣコンバータにより充電される
   コンデンサを具備し、コンデンサに充電された電荷を燃
   料噴射弁の駆動用コイルに供給して燃料噴射弁から燃料
   噴射を開始させ、次いで燃料噴射弁の駆動用コイルをバ
   ッテリ電圧により励磁し続けて燃料噴射作用を継続させ
   るようにした燃料噴射制御装置において、複数個の第１
   の燃料噴射弁と複数個の第２の燃料噴射弁を具備し、要
   求噴射量が予め定められた設定量以下のときには第１燃
   料噴射弁のみから燃料を噴射し、要求噴射量が該設定量
   以上のときには第１燃料噴射弁および第２燃料噴射弁の
   双方から燃料を噴射し、第１燃料噴射弁の燃料噴射のみ
   をコンデンサに充電された電荷を用いて開始させ、第２
   燃料噴射弁の燃料噴射をバッテリ電圧により開始させる
   ようにした燃料噴射制御装置。