JP4050229B2

JP4050229B2 - ４ストロークエンジンの制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP4050229B2
Application number: JP2003512543A
Authority: JP
Inventors: 弘長谷川; 雄一郎沢田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: US6810855B2; CN100357581C; BR0210355A; DE60236305D1; EP1437498A1; TW530117B; JPWO2003006808A1; US20040149268A1; EP1437498B1; WO2003006808A1; EP1437498A4; CN1505733A; BR0210355B1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、エンジンを制御するエンジン制御装置に関するものであり、特に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジンの制御に好適なものである。
【０００２】
背景技術
近年、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置が普及するにつれて、燃料を噴射するタイミングや噴射燃料量、つまり空燃比などの制御が容易になり、高出力化、低燃費化、排ガスのクリーン化などを促進することができるようになった。このうち、特に燃料を噴射するタイミングについては、厳密には吸気バルブの状態、つまり一般的にはカムシャフトの位相状態を検出し、それに合わせて燃料を噴射するのが一般的である。しかしながら、カムシャフトの位相状態を検出するための所謂カムセンサは高価であり、特に二輪車両などではシリンダヘッドが大型化するなどの問題があって採用できないことが多い。そのため、例えば特開平１０−２２７２５２号公報では、クランクシャフトの位相状態及び吸気圧力を検出し、それらから気筒の行程状態を検出するエンジン制御装置が提案されている。従って、この従来技術を用いることにより、カムシャフトの位相を検出することなく、行程状態を検出することができるので、その行程状態に合わせて燃料の噴射タイミングなどを制御することが可能となる。
【０００３】
ところで、前述したような燃料噴射装置から燃料を噴射するためには、燃料タンク内の燃料をポンプで加圧して燃料噴射装置に供給しなければならない。周知のように、ポンプによって加圧された燃料の圧力は変動するから、その上限値を規制するためにレギュレータと呼ばれる調圧弁を用いる。このレギュレータは、二輪車両の場合は一般に、燃料噴射装置の直近に設けられており、通常は燃料噴射装置によって燃料が噴射される雰囲気、例えば吸気管内の圧力を背圧とし、通常は例えばバネによって設定された所定のレギュレータ制御圧がそこから立ち上がるように構成されている。従って、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力と燃料が噴射される雰囲気との差圧からなる噴射燃料圧力は、常に、レギュレータのレギュレータ制御圧に等しい。
【０００４】
しかしながら、このようにレギュレータを燃料噴射装置の直近に設けると、レギュレータで制限された分の燃料を燃料タンクに戻す戻り配管が、各燃料噴射装置毎に必要になる。また、一般に、レギュレータはポンプと同一の製造元であることが多いが、ポンプとレギュレータとを別置きにした場合には、それらは分納されることになり、部品点数が多い上に、アッセンブリー化によるコストダウンを図ることができない。そこで、例えばポンプとレギュレータとをアッセンブリーとするなど、レギュレータをポンプ側に配設することが考えられる。このようにすれば、燃料を戻す戻り配管が不要となるばかりか、部品点数の削減やコストダウンも可能となる。
【０００５】
但し、このようにレギュレータをポンプ側に配設すると、レギュレータの背圧が大気圧になるため、標高等により大気圧が変化すれば燃料圧力も変化する。このような大気圧変動による燃料圧力補償として、例えば特開昭６１−１７８５２６号後方に記載される燃料噴射制御方法が提案されている。この燃料噴射制御方法では、大気圧を大気圧センサ等で検出し、例えば標準とする大気圧と検出された大気圧との比に基づいて燃料噴射量を補正するものである。このようにすれば、大気圧の変動に関わらず、燃料噴射量を補償することができるが、大気圧センサ等が必要となり、その分だけ、部品点数が増加し、コストアップになる。
【０００６】
また、特に二輪車両のように、吸気管にサージタンクがない場合、燃料を噴射する吸気管内の圧力、即ち燃料噴射雰囲気圧力は変動し易い。即ち、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力と燃料が噴射される雰囲気の圧力との差圧からなる噴射燃料圧力が安定しないことになる。このように噴射燃料圧力が安定しないと、燃料噴射装置から噴射される単位時間当たりの燃料流量が不安定になり、例えば所望する空燃比を達成するための燃料噴射量を燃料噴射時間だけで制御できなくなってしまう。
【０００７】
そこで、このような噴射燃料圧力に基づいて燃料噴射量を補正制御するために、例えば特開平８−３２６５８１号公報に記載されるエンジン制御装置がある。このエンジン制御装置では、噴射燃料圧力を検出し、それを所定時間積分して面積を求め、その面積を基準とする面積と比較して、燃料噴射量を補正制御するものである。しかしながら、このエンジン制御装置では、噴射燃料圧力を積分しなければならないため、演算負荷が大きい。更に、前記噴射燃料圧力を積分して比較する基準値は、エンジンの運転状態毎にマップ化して記憶する必要があることから、記憶装置の要領も大きくなければならず、勿論、それを引き出して比較するための演算負荷も大きい。
【０００８】
本発明は前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、燃料噴射制御に係る演算負荷を軽減しながら過渡期における燃料噴射量や燃料噴射時間を正確に制御することができると共に、部品店数の削減やコストダウンを図ることができる４ストロークエンジンの制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
発明の開示
本発明のうち請求項１に係る４ストロークエンジンの制御装置は、燃焼室と吸気通路との間に吸気バルブを備え且つ一つの燃焼室の吸気通路に対して少なくとも一つの吸気制御弁を備えた４ストロークエンジンと、燃料タンク内の燃料を加圧するポンプと、前記ポンプで加圧された燃料の上限値を規制する大気圧開放型のレギュレータと、前記レギュレータで上限値が規制された燃料を前記吸気通路に噴射する燃料噴射装置と、前記吸気制御弁と燃焼室との間の吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段及び前記ポンプで加圧された燃料の圧力を検出するポンプ吐出圧検出手段の少なくとも一方と、前記大気圧検出手段で検出された大気圧及び前記ポンプ吐出圧検出手段で検出された燃料圧力の少なくとも一方及び前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいて前記燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御手段とを備え、前記吸気圧力検出手段は、前記４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行い、前記燃料噴射制御手段は、前記吸気圧力検出手段で検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値に基づいて燃料噴射時間を算出し、その燃料噴射時間に応じた噴射開始タイミングで燃料を噴射すると共に、前記吸気圧力検出手段は、少なくとも前記燃料噴射制御手段で算出された燃料噴射時間の終了時又はその近傍で、前記吸気圧力の検出を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のうち請求の範囲第２項に係る４ストロークエンジンの制御装置は、前記請求の範囲第１項の発明において、前記ポンプと前記レギュレータとを前記燃料タンク内に配設したことを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求の範囲第３項に係る４ストロークエンジンの制御装置は、前記請求の範囲第１項又は第２項の発明において、前記ポンプ吐出圧検出手段のみを備えたことを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求の範囲第４項に係る４ストロークエンジンの制御装置は、前記請求の範囲第１項又は第２項の発明において、前記大気圧検出手段のみを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のうち請求の範囲第５項に係る４ストロークエンジンの制御装置は、前記請求の範囲第１項又は第２項又は第４項の発明において、前記大気圧検出手段は、前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力から大気圧を検出することを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求の範囲第６項に係る４ストロークエンジンの制御装置は、前記請求の範囲第１項又は第２項又は第４項又は第５項の発明において、前記吸気圧力検出手段は、少なくとも前記吸気バルブが開く直前の吸気圧力を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のうち請求の範囲第７項に係る４ストロークエンジンの制御方法は、燃焼室と吸気通路との間に吸気バルブを備え且つ一つの燃焼室の吸気通路に対して少なくとも一つの吸気制御弁を備えた４ストロークエンジンの制御方法であって、燃料タンク内の燃料を加圧するステップと、前記ポンプで加圧された燃料の上限値を規制する大気圧開放型のレギュレータで規制するステップと、前記レギュレータで上限値が規制された燃料を前記吸気通路に噴射するステップと、前記吸気制御弁と燃焼室との間の吸気圧力を検出するステップと、大気圧を検出するステップ及び前記加圧された燃料の圧力を検出するステップの少なくとも一方と、前記大気圧を検出するステップで検出された大気圧及び前記燃料圧力を検出するステップで検出された燃料圧力の少なくとも一方及び前記吸気圧力を検出するステップで検出された吸気圧力に基づいて前記燃料噴射を制御するステップとを備え、前記吸気圧力を検出するステップは、前記４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行い、前記燃料噴射を制御するステップは、前記吸気圧力を検出するステップで検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値に基づいて燃料噴射時間を算出し、その燃料噴射時間に応じた噴射開始タイミングで燃料を噴射すると共に、前記吸気圧力を検出するステップは、少なくとも前記燃料噴射を制御するステップで算出された燃料噴射時間の終了時又はその近傍で、前記吸気圧力の検出を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、例えばオートバイ用のエンジン及びその制御装置の第１実施形態を示す概略構成である。このエンジン１は、４気筒４サイクルエンジンであり、シリンダボディ２、クランクシャフト３、ピストン４、燃焼室５、吸気管６、吸気バルブ７、排気管８、排気バルブ９、点火プラグ１０、点火コイル１１を備えている。なお、四つの燃焼室５の夫々に独立した吸気管６が接続され、夫々の吸気管６内には、アクセル開度に応じて開閉される吸気制御弁としてのスロットルバルブ１２が設けられ、このスロットルバルブ１２の下流側、つまり燃焼室側の吸気管６に、燃料噴射装置としてのインジェクタ１３が設けられている。このインジェクタ１３は、燃料タンク１９内に配設されているフィルタ１８、燃料ポンプ１７、レギュレータ１６に接続されている。なお、前記レギュレータ１６は、燃料ポンプ１７による燃料の圧力の上限値を規制するものであり、このように燃料タンク１９内に設置されている場合、大気圧を背圧とし、そこから予め設定されたレギュレータ制御圧が立ち上がるように設定されている。従って、このレギュレータ制御圧よりも低いポンプ吐出圧について、そのポンプ吐出圧が、そのまま、インジェクタ１３に供給される燃料圧力（正確には大気圧を背圧とするポンプ吐出圧）になる。また、このエンジン１は所謂独立吸気系であり、前記インジェクタ１３は、各気筒の各吸気管６に設けられている。
【００１４】
このエンジン１の運転状態は、エンジンコントロールユニット１５によって制御される。そして、このエンジンコントロールユニット１５の制御入力、つまりエンジン１の運転状態を検出する手段として、クランクシャフト３の回転角度、つまり位相を検出するためのクランク角度センサ２０、シリンダボディ２の温度又は冷却水温度、即ちエンジン本体の温度を検出する冷却水温度センサ２１、排気管８内の空燃比を検出する排気空燃比センサ２２、前記燃料ポンプ１７の燃料吐出圧力をインジェクタ１３への供給燃料圧力として検出するための燃料圧力センサ２３、吸気管６内の吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ２４、吸気管６内の温度、即ち吸気温度を検出する吸気温度センサ２５が設けられている。そして、前記エンジンコントロールユニット１５は、これらのセンサの検出信号を入力し、前記燃料ポンプ１７、インジェクタ１３、点火コイル１１に制御信号を出力する。
【００１５】
前記エンジンコントロールユニット１５は、図示されないマイクロコンピュータなどの演算処理装置によって構成されている。図２は、このエンジンコントロールユニット１５内のマイクロコンピュータで行われるエンジン制御演算処理の実施形態を示すブロック図である。この演算処理では、前記クランク角度信号からエンジン回転数を算出するエンジン回転数算出部２６と、同じくクランク角度信号及び前記吸気圧力信号からクランクタイミング情報、即ち行程状態を検出するクランクタイミング検出部２７と、このクランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記吸気温度信号及び前記冷却水温度（エンジン温度）信号及び前記吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数からシリンダ内空気質量（吸入空気量）を算出するシリンダ内空気質量算出部２８と、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数及び前記吸気圧力信号から目標空燃比を算出する目標空燃比算出部３３と、この目標空燃比算出部３３で算出された目標空燃比及び前記吸気圧力信号及び前記シリンダ内空気質量算出部２８で算出されたシリンダ内空気質量から燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出部３４と、前記吸入管圧力信号及び前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報から大気圧を算出する大気圧算出部４１と、この大気圧算出部４１で算出された大気圧及び前記燃料圧力センサ２３で検出されたインジェクタ１３への供給燃料圧力及び前記吸入管圧力信号から噴射燃料圧力を算出する噴射燃料圧力算出部４２と、この噴射燃料圧力算出部４２で算出された噴射燃料圧力から燃料噴射係数を算出する燃料噴射係数算出部４３と、前記燃料噴射量算出部３４で算出された燃料噴射量及び燃料噴射係数算出部４３で算出された燃料噴射係数に基づいて燃料噴射時間を算出する燃料噴射時間算出部４４と、前記燃料噴射時間算出部４４で算出された燃料噴射時間及び前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報から噴射パルスを前記インジェクタ１３に向けて出力する噴射パルス出力部３０と、前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数及び前記目標空燃比算出部３３で設定された目標空燃比から点火時期を算出する点火時期算出部３１と、前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報を読込み、前記点火時期算出部３１で設定された点火時期に応じた点火パルスを前記点火コイル１１に向けて出力する点火パルス出力部３２とを備えて構成される。
【００１６】
前記エンジン回転数算出部２６は、前記クランク角度信号の時間変化率から、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの回転速度をエンジン回転数として算出する。
前記クランクタイミング検出部２７は、前述した特開平１０−２２７２５２号公報に記載される行程判別装置と同様の構成を有し、これにより例えば図３に示すように各気筒毎の行程状態を検出し、それをクランクタイミング情報として出力する。即ち、４サイクルエンジンにおいて、クランクシャフトとカムシャフトとは所定の位相差で常時回転し続けているから、例えば図３に示すようにクランクシャフト３０°回転毎にクランクパルスが読込まれているとき、図示“４”のクランクパルスは排気行程か又は圧縮行程の何れかである。周知のように、排気行程では排気バルブが閉じ、吸気バルブが閉じているので吸気圧力が高く、圧縮行程の初期は、未だ吸気バルブが開いているために吸気圧力が低く、若しくは吸気バルブが閉じていても、先行する吸気行程で吸気圧力が低くなっている。従って、吸気圧力が低いときの図示“４”のクランクパルスは２番気筒が圧縮行程にあることを示しており、図示“３”のクランクパルスが得られたときが２番気筒の吸気下死点になる。このようにして、何れかの気筒の行程状態が検出できれば、各気筒は所定の位相差で回転しているから、例えば前記２番気筒の吸気下死点である図示“３”のクランクパルスの次の図示“９”のクランクパルスが１番気筒の吸気下死点であり、その次の図示“３”のクランクパルスが３番気筒の吸気下死点であり、その次の図示“９”のクランクパルスが４番気筒の吸気下死点であることになる。そして、この行程の間を、クランクシャフトの回転速度で補間すれば、現在の行程状態を更に細かく検出することができる。
【００１７】
前記シリンダ内空気質量算出部２８は、図４に示すように、前記吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数からシリンダ内空気質量を算出するための三次元マップを備えている。このシリンダ内空気質量の三次元マップは、例えば実際にエンジンを所定の回転数で回転させながら吸気圧力を変化させたときのシリンダ内空気質量を計測するだけでよく、比較的簡単な実験によって計測でき、従ってマップの作成は容易である。また、高度なエンジンシミュレーションがあれば、それを用いてマップを作成することも可能である。なお、シリンダ内空気質量は、エンジンの温度によって変化するので、前記冷却水温度（エンジン温度）信号を用いて補正してもよい。
【００１８】
前記目標空燃比算出部３３は、図５に示すように、前記吸気圧力信号及び前記エンジン回転数算出部２６で算出されたエンジン回転数から目標空燃比を算出するための三次元マップを備えている。この三次元マップは、或る程度まで机上でも設定することができる。空燃比は、一般にトルクと相関があり、空燃比が小さい、つまり燃料が多く且つ空気が少ないと、トルクが増す一方、効率は低下する。逆に、空燃比が大きい、つまり燃料が少なく且つ空気が多いと、トルクが減少するが、効率は向上する。空燃比が小さい状態をリッチ、空燃比が大きい状態をリーンとんでおり、最もリーンな状態は、所謂理想空燃比、或いはストイキオメトリックと呼ばれ、ガソリンが完全燃焼する空燃比、即ち１４．７である。
【００１９】
エンジン回転数は、エンジンの運転状態を示すパラメータの一つであり、一般に高回転側で空燃比を大きくし、低回転側で小さくする。これは、低回転側でトルクの応答性を高め、高回転側で回転状態の応答性を高めるためである。また、吸気圧力は、スロットル開度などのエンジン負荷状態を示すパラメータの一つであり、一般にエンジン負荷の大きい状態、つまりスロットル開度が大きく、吸気圧力も大きいときに空燃比を小さくし、エンジン負荷の小さい状態、つまりスロットル開度が小さく、吸気圧力も小さいときに空燃比を大きくする。これは、エンジン負荷が大きいときにトルクを重視し、エンジン負荷が小さいときに効率を重視するためである。
【００２０】
このように目標空燃比とは、物理的意味を把握しやすい数値であり、従って要求されるエンジンの出力特性に合わせて、目標空燃比を或る程度設定することが可能なのである。勿論、実車のエンジン出力特性に合わせて、チューニングを行ってもよいことはいうまでもない。
また、この目標空燃比算出部３３は、前記吸気圧力信号からエンジンの運転状態の過渡期、具体的には加速状態や減速状態を検出し、それに合わせて目標空燃比を補正する過渡期補正部２９を備えている。例えば図６に示すように、吸気圧力は、スロットル操作の結果でもあるから、吸気圧力が大きくなるときは、スロットルが開けられて加速が要求されている、即ち加速状態であることが分かる。そのような加速状態が検出されたら、それに合わせて、例えば前記目標空燃比を一時的にリッチ側に設定し、その後、本来の目標空燃比に戻す。目標空燃比への戻し方は、例えば過渡期でリッチ側に設定された空燃比と、本来の目標空燃比との重み付け平均の重み付け係数を次第に変化させるなど、既存の方法が利用できる。逆に、減速状態を検出したら、本来の目標空燃比よりリーン側に設定し、効率を重視するようにしてもよい。
【００２１】
なお、前記目標空燃比算出部３３による目標空燃比の設定には、凡そ圧縮上死点前の所定クランクタイミングで検出された吸気圧力を用いた。本実施形態では、後述するように大気圧検出の際には、排気上死点前の所定クランクタイミング、具体的には吸気行程直前、或いは吸気バルブ開直前で検出された吸気圧力を用いる。また、噴射燃料圧力検出の際には、燃料噴射時間終了時又はその近傍で検出された吸気圧力を用いる。従って、吸気圧力は、少なくとも吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程で複数回検出する必要がある。このように複数回、吸気圧力を検出することにより、前述のようにスロットル開による加速要求、即ち過渡期を検出することも可能となる。
【００２２】
一方、前記大気圧算出部４１では、前記吸気圧力信号及びクランクタイミング情報から大気圧を算出する。図７は、吸気圧力をクランクシャフトの位相、つまりクランクタイミング情報に合わせて表したものであり、各曲線は、クランク角度（−１８０°）時のエンジン負荷に対応し、例えば４５ｋＰａが最小エンジン負荷、１００ｋＰａが最大エンジン負荷を示している。同図では、クランク角度（−３６０°）以後、吸気行程が開始される。そして、この吸気行程の直前、つまりクランク角度（−３６０°）付近では、吸気圧力はほぼ安定しており、その値は、後述するようにほぼ大気圧となっている。これは、過給器を備えていないエンジンでは、吸気圧力が安定しているときというのは、即ち大気圧程度であるためであり、従って本実施形態では、この吸気行程直前、即ち吸気バルブ開直前の吸気圧力を大気圧として検出する。但し、同図から明らかなように、エンジン負荷が大きいときには、吸気圧力がやや不安定であるため、エンジン負荷が小さい領域にあるときの吸気圧力を用いて大気圧を検出する。また、前記クランク角度（−１８０°）時のエンジン負荷４５ｋＰａは、ほぼアイドリング状態を示しているが、このときにも吸気圧力は不安定であるため、このようなアイドリング状態を除き、且つエンジン負荷が小さい領域にあるときの吸気圧力を用いて大気圧を検出するのが望ましい。
【００２３】
図８は、前記クランク角度（−１８０°）時の吸気圧力、即ちエンジン負荷を横軸にとり、同じく吸気行程直前吸気圧力を縦軸にとり、エンジン回転数をパラメータとして、当該吸気行程直前吸気圧力とエンジン負荷との関係を示したものである。このように、同じエンジン負荷でも、エンジン回転数によっては、吸気行程直前の吸気圧力が大気圧に一致しない場合もある。従って、より厳密を期す場合には、所定のエンジン回転数になったときだけ、吸気行程直前の吸気圧力から大気圧を検出するといったように、エンジン回転数をパラメータの一つに加えて大気圧を検出するようにしてもよい。
【００２４】
前記噴射燃料圧力算出部４２は、前記吸気圧力、ポンプ吐出圧力、大気圧算出部４１で算出された大気圧等に基づいて、燃料圧力と燃料が噴射される雰囲気圧力との差圧からなる噴射燃料圧力を算出するものである。図９は、燃料圧力と、雰囲気圧力である吸気圧力、噴射燃料圧力の関係を示すものである。本実施形態のように、燃料タンク側に燃料ポンプ１７とレギュレータ１６とを設けた場合、それらのポンプ背圧及びレギュレータ背圧は、何れも大気圧になる（燃料タンクは完全な気密状態ではない）。この大気圧の上に、ポンプ吐出圧力もレギュレータ制御圧力も立ち上がり、ポンプ吐出圧力がレギュレータ制御圧力よりも小さいときには当該ポンプ吐出圧力が燃料圧力となり、ポンプ吐出圧力がレギュレータ制御圧力以上であるときには当該レギュレータ制御圧力が燃料圧力となる。このような比較によって燃料圧力を算出した後、それから前記吸気圧力（燃料噴射雰囲気圧力）を減じて噴射燃料圧力を算出する。特に、二輪車量の場合、吸気管にサージタンクを持たないため、図示のように吸気圧力の変動が大きく、そのため後述するように燃料噴射時間によって燃料噴射量を制御するためには、噴射燃料圧力を正確に検出する必要がある。本実施形態では、前述のように吸気圧力から大気圧を検出し、更にポンプ吐出圧力及び吸気圧力から噴射燃料圧力を正確に検出することができると共に、大気圧センサが不要な分だけコストダウンを図ることができる。なお、この噴射燃料圧力算出の際に用いる吸気圧力には、演算処理上の前回の燃料噴射時間終了時又はその近傍の所定クランクタイミングで検出された吸気圧力を用いる。これは、前記インジェクタ１３の応答遅れにより、演算処理上における燃料噴射時間終了時又はその近傍におけるインジェクタ１３からの燃料噴射量が最も安定しており、その結果、その時間帯における吸気圧力が最も安定しているためである。
【００２５】
次に、前記燃料噴射係数算出部４３では、前記噴射燃料圧力算出部４２で算出された噴射燃料圧力に応じて、燃料噴射時間を算出するための燃料噴射係数を算出する。まず、燃料の密度をρ、インジェクタ１３に供給される燃料の流速をｖ₁、インジェクタ１３に供給される燃料の圧力、即ち前記燃料圧力をＰ₁、インジェクタ１３から吸気管内に噴射される燃料の流速をｖ₂、インジェクタ１３から噴射される燃料の雰囲気圧力、即ち前記吸気圧力をＰ₂としたとき、インジェクタ１３に供給される燃料の流速ｖ₁はほぼ“０”とみなせるので、ベルヌーイの定理から、下記１式が成立する。
Ｐ₁＝ρ・ｖ₂ ²／２＋Ｐ₂ ……… (1)
【００２６】
これを吸気管内に噴射される燃料の流速ｖ₂について解くと下記２式が得られる。
ｖ₂＝（２（Ｐ₁−Ｐ₂）／ρ）^1/2 ……… (2)
ここで、前記２式中の（Ｐ₁−Ｐ₂）が、前記噴射燃料圧力算出部４２で算出された噴射燃料圧力Ｐであり、前記インジェクタ１３の噴孔の断面積をＳとすると、インジェクタ１３から噴射される単位時間当たりの燃料の質量Ｍは下記３式で表れる。
Ｍ＝Ｓ・ｖ₂・ρ＝Ｓ・（２ρ・Ｐ）^1/2 ……… (3)
このことから、インジェクタ１３から噴射される単位時間当たりの燃料質量Ｍは噴射燃料圧力Ｐの平方根の値に比例することが分かる。
【００２７】
そこで、例えば基準となる噴射燃料圧力Ｐ₀を設定し、その基準噴射燃料圧力Ｐ₀のときに単位質量の燃料を噴射する燃料噴射係数（噴射燃料流量特性係数）Ｑ_t0とすると、噴射燃料圧力がＰであるときに単位質量の燃料を噴射する燃料噴射係数Ｑ_tは下記４式で与えられる。
Ｑ_t＝Ｑ_t0×（Ｐ₀／Ｐ）^1/2 ……… (4)
従って、この燃料噴射係数Ｑ_tを前記燃料噴射量に乗ずれば、燃料噴射時間を算出することができる。
【００２８】
従って、前記燃料噴射時間算出部４４では、前記燃料噴射量算出部３４で算出された燃料噴射量Ｖに前記燃料噴射係数Ｑ_tを乗じて燃料噴射時間Ｔを算出する。即ち、前記燃料噴射時間係数算出部４３及び燃料噴射時間算出部４４で行われる演算処理は、例えば基準噴射燃料圧力Ｐ₀であるときに求めた噴射燃料流量特性係数Ｑ_t0と、所望する空燃比を達成するための燃料噴射量Ｖと、前記基準噴射燃料圧力値の平方根の値Ｐ₀ ^1/2との積値を予め設定された所定値としたとき、算出される燃料噴射時間Ｔは、この所定値を噴射燃料圧力値の平方根Ｐ^1/2で除した値となる。
そして、噴射パルス出力部３０では、前記クランクタイミング検出部２７で検出されたクランクタイミング情報から燃料噴射開始時期を算出すると共に、前記燃料噴射時間算出部４４で算出された燃料噴射時間に基づいてインジェクタ１３に噴射パルスを出力する。
【００２９】
このように本実施形態では、４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行うことにより、各行程毎の吸気圧力変化を検出して過渡を検出し、過渡に応じた目標空燃比、つまり燃料を噴射することができる。また、検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値、具体的には燃料噴射時間算出に最適なタイミングの吸気圧力、つまり前記演算処理上の燃料噴射終了時又はその近傍の吸気圧力を用いて正確な噴射燃料圧力を検出し、その正確な噴射燃料圧力を用いて正確な燃料噴射時間を設定することができるので、最適な噴射開始タイミングで燃料を噴射して燃焼効率を向上することができる。
【００３０】
また、燃料ポンプ１７と共にレギュレータ１６を燃料タンク１９側に設け、インジェクタ１３に供給される燃料圧力と燃料が噴射される雰囲気圧力、即ち吸気圧力との差圧を噴射燃料圧力として検出し、この検出された噴射燃料圧力の平方根の値に基づいてインジェクタ１３からの燃料噴射時間を制御するようにしたため、噴射燃料圧力の積分や大量のマップなどを必要とせずに演算負荷を軽減することができると共に、燃料ポンプ１７とレギュレータ１６とをアッセンブリー化して部品点数の低減やコストダウンを可能とする。
【００３１】
また、基準噴射燃料圧力Ｐ₀のときの燃料噴射係数Ｑ_t0と、所望する空燃比を達成するための燃料噴射量Ｖと、当該基準噴射燃料圧力値の平方根の値Ｐ₀ ^1/2との積値を所定値とし、それを噴射燃料圧力値の平方根の値Ｐ^1/2で除して燃料噴射時間Ｔを算出するようにしたため、当該所望する空燃比を達成するための燃料噴射時間を簡易に且つ正確に算出設定することができる。また、その結果、最適な燃料噴射タイミングで燃料噴射を行うことができ、それにより燃焼効率を向上することが可能となる。
【００３２】
また、燃料噴射雰囲気圧力である吸気圧力、大気圧、燃料圧力に基づいて噴射燃料圧力を算出するようにしたため、噴射燃料圧力を正確且つ簡易に検出することが可能となる。また、エンジンの吸気管内の吸気圧力から大気圧を算出するようにしたため、大気圧センサを個別に設ける必要がなく、その分だけ部品点数を低減し、コストダウンを図ることが可能となる。また、エンジンの吸気バルブ開直前の吸気圧力を大気圧として算出するようにしたため、大気圧をリアルタイムで且つ正確に検出することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の４ストロークエンジンの制御装置の第２実施形態について、図１０を用いて説明する。この実施形態では、前記第１実施形態の構成に加えて、大気圧検出手段として大気圧センサ１４を付加した。
このように、大気圧を直接的に検出できる大気圧センサ１４を備えていると、前記第１実施形態のように、吸気圧力から大気圧を算出する必要がないので、前記エンジンコントロールユニット１５で行われる演算処理は図１１に示すようになり、前記第１実施形態の大気圧算出部４１が除去され、大気圧センサ１４で検出された大気圧信号が直接噴射燃料圧力算出部４２に取り込まれている。大気圧を直接的に検出できるようになると、前述のように吸気圧力から大気圧を算出する演算処理を省略でき、その分だけ、演算付加を軽減できる。
【００３４】
次に、本発明の４ストロークエンジンの制御装置の第３実施形態について、図１２を用いて説明する。この実施形態では、前記第２実施形態の構成から、前記ポンプ吐出圧センサ２３を除去した。前述したように、ポンプ吐出圧の下限値が前記レギュレータ制御圧より小さくならなければ、燃料圧力は当該レギュレータ制御圧に等しい。本実施形態では、前記燃料ポンプ１７に十分な吐出圧のものを使用し、ポンプ吐出圧の下限値がレギュレータ制御圧を下回らないようにして燃料圧力をレギュレータ制御圧一定とし、これによりポンプ吐出圧センサ２３を除去することとした。このようにポンプ吐出圧センサ２３を省略することができれば、その分だけ、部品点数の低減やコストダウンが可能となる。なお、本実施形態のエンジンコントロールユニット１５で行われる演算処理は、図１３のようになり、燃料噴射圧力算出部４２では、前記レギュレータ制御圧を燃料圧力として噴射燃料圧力を算出する。
【００３５】
なお、前記各実施形態では、吸気管内噴射型エンジンについて詳述したが、本発明の４ストロークエンジンの制御装置は、気筒内噴射型エンジン、所謂直噴型エンジンにも同様に展開できる。
また、前記各実施形態では、気筒数が４気筒の、所謂マルチシリンダ型エンジンについて詳述したが、本発明の４ストロークエンジンの制御装置は、単気筒エンジンにも同様に展開できる。
【００３６】
また、前記エンジンコントロールユニットは、マイクロコンピュータに代えて各種の演算回路で代用することも可能である。
また、前記各実施形態では、前記各種の圧力を検出するために、圧力をリニアに検出できる圧力センサを用いているが、所定の圧力でオンオフする圧力スイッチを組合わせても圧力検出手段を構成することができる。
【００３７】
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明のうち請求の範囲第１項に係る４ストロークエンジンの制御装置によれば、大気圧及び燃料圧力の少なくとも一方及び吸気圧力に基づいて燃料噴射装置を制御する構成としたため、燃料噴射時間によって燃料噴射量を制御するのに必要な噴射燃料圧力を正確且つ容易に検出することができると共に、４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行う構成としたため、各行程毎の吸気圧力変化を検出して過渡を検出し、過渡に応じた燃料を噴射することができ、更に、検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値に基づいて燃料噴射時間を算出し、その燃料噴射時間に応じた噴射開始タイミングで燃料を噴射する構成としたため、燃料噴射時間算出に最適なタイミングの吸気圧力を用いて正確な燃料噴射時間を設定することができ、その結果、最適な噴射開始タイミングで燃料を噴射して燃焼効率を向上することができる。また、少なくとも算出された燃料噴射時間の終了時又はその近傍で吸気圧力の検出を行う構成としたため、実質的な燃料噴射中における定常的な吸気圧力を検出することができ、これにより噴射燃料圧力をより一層正確且つ容易に検出することができる。
【００３８】
また、本発明のうち請求の範囲第２項に係る４ストロークエンジンの制御装置によれば、ポンプとレギュレータとを燃料タンク内に配設したことにより、アッセンブリー化による部品点数の低減やコストダウンを可能とする。
また、本発明のうち請求の範囲第３項に係る４ストロークエンジンの制御装置によれば、吸気圧力から大気圧を検出することにより、ポンプ吐出圧検出手段のみを備える構成としたため、大気圧センサ等が不要となり、その分だけ、部品点数を低減し、コストダウンを図ることができる。
【００３９】
また、本発明のうち請求の範囲第４項に係る４ストロークエンジンの制御装置によれば、ポンプ吐出圧の下限値がレギュレータの制御圧力より大きいときに燃料圧力をレギュレータの制御圧力とし、大気圧検出手段のみを備える構成としたため、ポンプ吐出圧センサ等が不要となり、その分だけ、部品点数を低減し、コストダウンを図ることができる。
また、本発明のうち請求の範囲第５項に係る４ストロークエンジンの制御装置によれば、検出された吸気圧力から大気圧を検出する構成としたため、大気圧センサを個別に設ける必要がなく、その分だけ部品点数を低減し、コストダウンを図ることが可能となる。
また、本発明のうち請求の範囲第６項に係る４ストロークエンジンの制御装置によれば、少なくとも吸気バルブが開く直前の吸気圧力を検出する構成としたため、この吸気バルブ開直前の吸気圧力を大気圧として算出することにより、大気圧をリアルタイムで且つ正確に検出することが可能となる。
【００４０】
また、本発明のうち請求の範囲第７項に係る４ストロークエンジンの制御方法によれば、大気圧及び燃料圧力の少なくとも一方及び吸気圧力に基づいて燃料噴射装置を制御するこことしたため、燃料噴射時間によって燃料噴射量を制御するのに必要な噴射燃料圧力を正確且つ容易に検出することができると共に、４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行うこととしたため、各行程毎の吸気圧力変化を検出して過渡を検出し、過渡に応じた燃料を噴射することができ、更に、検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値に基づいて燃料噴射時間を算出し、その燃料噴射時間に応じた噴射開始タイミングで燃料を噴射することとしたため、燃料噴射時間算出に最適なタイミングの吸気圧力を用いて正確な燃料噴射時間を設定することができ、その結果、最適な噴射開始タイミングで燃料を噴射して燃焼効率を向上することができる。また、少なくとも算出された燃料噴射時間の終了時又はその近傍で吸気圧力の検出を行う構成としたため、実質的な燃料噴射中における定常的な吸気圧力を検出することができ、これにより噴射燃料圧力をより一層正確且つ容易に検出することができる。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
図１はオートバイ用のエンジン及びその制御装置の第１実施形態を示す概略構成図である。図２は図１のエンジンコントロールユニットで行われる演算処理を示すブロック図である。図３はクランクシャフトの位相と吸気圧力から行程状態を検出する説明図である。図４はシリンダ内空気質量算出部に記憶されたシリンダ内空気質量算出のためのマップである。図５は目標空燃比算出部に記憶された目標空燃比算出のためのマップである。図６は過渡期補正部の作用説明図である。図７はクランク角度、即ち行程と吸気圧力との相関を示す説明図である。図８はエンジン負荷と吸気行程直前吸気圧力との相関を示す説明図である。図９は燃料圧力、雰囲気圧力である吸気圧力、噴射燃料圧力の関係を示す説明図である。図１０はオートバイ用のエンジン及びその制御装置の第２実施形態を示す概略構成図である。図１１は図１０のエンジンコントロールユニットで行われる演算処理を示すブロック図である。図１２はオートバイ用のエンジン及びその制御装置の第３実施形態を示す概略構成図である。図１３は図１２のエンジンコントロールユニットで行われる演算処理を示すブロック図である。

Claims

燃焼室と吸気通路との間に吸気バルブを備え且つ一つの燃焼室の吸気通路に対して少なくとも一つの吸気制御弁を備えた４ストロークエンジンの制御装置であって、燃料タンク内の燃料を加圧するポンプと、前記ポンプで加圧された燃料の上限値を規制する大気圧開放型のレギュレータと、前記レギュレータで上限値が規制された燃料を前記吸気通路に噴射する燃料噴射装置と、前記吸気制御弁と燃焼室との間の吸気圧力を検出する吸気圧力検出手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段及び前記ポンプで加圧された燃料の圧力を検出するポンプ吐出圧検出手段の少なくとも一方と、前記大気圧検出手段で検出された大気圧及び前記ポンプ吐出圧検出手段で検出された燃料圧力の少なくとも一方及び前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力に基づいて前記燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御手段とを備え、前記吸気圧力検出手段は、前記４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行い、前記燃料噴射制御手段は、前記吸気圧力検出手段で検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値に基づいて燃料噴射時間を算出し、その燃料噴射時間に応じた噴射開始タイミングで燃料を噴射すると共に、前記吸気圧力検出手段は、少なくとも前記燃料噴射制御手段で算出された燃料噴射時間の終了時又はその近傍で、前記吸気圧力の検出を行うことを特徴とする４ストロークエンジンの制御装置。
前記ポンプと前記レギュレータとを前記燃料タンク内に配設したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の４ストロークエンジンの制御装置。
前記ポンプ吐出圧検出手段のみを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
前記大気圧検出手段のみを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の４ストロークエンジンの制御装置。
前記大気圧検出手段は、前記吸気圧力検出手段で検出された吸気圧力から大気圧を検出することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項又は第４項記載の４ストロークエンジンの制御装置。
前記吸気圧力検出手段は、少なくとも前記吸気バルブが開く直前の吸気圧力を検出することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項又は第４項又は第５項記載の４ストロークエンジンの制御装置。
燃焼室と吸気通路との間に吸気バルブを備え且つ一つの燃焼室の吸気通路に対して少なくとも一つの吸気制御弁を備えた４ストロークエンジンの制御方法であって、燃料タンク内の燃料を加圧するステップと、前記ポンプで加圧された燃料の上限値を規制する大気圧開放型のレギュレータで規制するステップと、前記レギュレータで上限値が規制された燃料を前記吸気通路に噴射するステップと、前記吸気制御弁と燃焼室との間の吸気圧力を検出するステップと、大気圧を検出するステップ及び前記加圧された燃料の圧力を検出するステップの少なくとも一方と、前記大気圧を検出するステップで検出された大気圧及び前記燃料圧力を検出するステップで検出された燃料圧力の少なくとも一方及び前記吸気圧力を検出するステップで検出された吸気圧力に基づいて前記燃料噴射を制御するステップとを備え、前記吸気圧力を検出するステップは、前記４ストロークエンジンの吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程間に複数回吸気圧力の検出を行い、前記燃料噴射を制御するステップは、前記吸気圧力を検出するステップで検出された複数の吸気圧力の少なくとも一つの値に基づいて燃料噴射時間を算出し、その燃料噴射時間に応じた噴射開始タイミングで燃料を噴射すると共に、前記吸気圧力を検出するステップは、少なくとも前記燃料噴射を制御するステップで算出された燃料噴射時間の終了時又はその近傍で、前記吸気圧力の検出を行うことを特徴とする４ストロークエンジンの制御方法。