JPS5937236A - 燃料噴射時期制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、燃料噴射時期制御方法に関する。

直接噴射式内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴射し、か
つ気筒内での燃料噴霧特性と気流とを精密に制御して、
点火プラグ近傍に可燃混合気の領域を形成することによ
シ、全体として空燃比が非常に薄くても安定な燃焼を行
なわせるようにしたものである。

そのため、上記の機関忙おいては、軽、中負荷域におけ
る燃料経済性がディーゼルエンジンと同等程度に高めら
れ、かつ高負荷域での出力がガソリンエンジン程度に高
められる可能性がある。

ところで、上記のような直接噴射式内燃機関においては
、従来例えば５ＡＥ−７２００５２（アメリカ自動車技
術者協会ベーパ番号）にも記載されているように、メカ
ニカル昏ガバナを組み込んだ燃料ポンプを具備している
。

すなわち、第１図において燃料噴射ポンプＦＰは、機関
の吸入負圧及び回転数に応じて駆動されるメカニカル−
ガバナｔ［しており、このメカニカル・ガバナによって
決定された燃料噴射時期に所要の燃料をシリンダヘッド
ＳＨに取り付けた燃料噴射弁ＦＶ（燃焼室Ｒ内に噴射ノ
ズルが露出している）に分配圧送して噴射する。

そして、その噴射された燃料が、所要点火時期に点火プ
ラグＩＰによって点火される。

しかしながら、このような従来の燃料噴射時期の制御で
は、メカニカル・ガバナによって機械的に行なっている
ため、制御範囲が機関回転数に対しては約４０°ＣＡ（
クランク角）５機関負荷に対しては約５σＣＡと狭い。

そのため、低負荷時の機関要求値に合わせて制御範囲を
設定すると、特に高負荷時において、噴射時期が遅れ過
ぎとなって、噴射燃料が充分に霧化して均一混合気にな
る以前に点火されてしまい、それによって排気ガスのス
モークレベルが高くな９、しかも燃費も悪化するという
問題があった。

この発明は、上記のような背景に鑑４てなされたもので
あり、機関の燃焼室に直接電磁式燃料噴射弁を取付け、
該電磁式燃料噴射弁の開閉により燃料噴射時期を制御す
るようにし、機関が軽負荷の場合には、機関運転条件に
応じて先ず燃料噴射終了時期を決定して、その燃料噴射
終了時期と機関が要求する燃料噴射量とに基づいて燃料
噴射開始時期を制御し、機関が中又は高負荷の場合には
、機関運転条件に応じて先ず燃料噴射開始時期を決定し
て、その燃料噴射開始時期と機関が要求する燃料噴射量
とに基づいて燃料噴射終了時期を制御することによって
、上述した従来の問題を解決し得るようにしたものであ
る。

以下、この発明の実施例を図面の第２図以降を参照しな
がら説明する。

第２図は、この発明の一実施例を示す構成図である。

同図において、直接噴射式で４サイクル４気筒機関のシ
リンダヘッド１には、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁２
〜５を夫々取り付げてあシ、絞シ弁６の上流の吸気通路
７には、吸入空気量を検出するための吸入空気量センサ
８を介装している。

絞９弁６は、アクセルペダル９の踏み込み度に応じてア
クセルワイヤ１ｏを介して、その開度を増減するように
なっており、この絞シ弁６の軸とリンクして作動する絞
シ弁開度センサ１１によって、絞９弁６の開度が検出さ
れる。また、絞シ弁６には絞シ弁全閉時にオンとなるア
イドルスイッチ１２を設けである。

機関のディストリビュータ（図示していない）には、ク
ランク角センサ１′６が取υ付けられ、機関の回転に同
期した気筒判別信号（７２０°信号）Ｓ　１　、基準ク
ランク角信号（１８０°信号）８２及び角度パルス信号
（１°信号）８ａｉ発生する。

このほかに、シリンダヘッド１のウォータジャケットに
は、水温センサ１４が取り付けてあり、空気の吸入口に
はエアフィルタ１５を設けている。

また、燃料噴射弁２〜５を夫々駆動制御する制御ユニッ
ト１６は、例えば第６図に示すようにマイクロコンピュ
ータを用いて構成されている。

先ず、入力信号について説明すると、この制御ユニット
１６に入力される信号は、次の３種類に大別される。

第１は、パルス列として入力される信号で、クランク角
センサ１６から送られてくる前述した気筒判別信号ＳＬ
、基準クランク角信号Ｓ２及び角度パルス信号Ｓ３であ
る。

第２は、吸入空気量センサ８の出力信号８４゜水温セン
サ１４の出力信号Ｓｓ、絞り弁開度センサ１１の出力信
号８６などのアナログ信号であシ、これらのアナログ信
号はマルチプレクサ（ＭＰＸ）１７に入力され、後述す
る入出力インタフェース回路（Ｉｌｏ）１８からのセレ
クト信号にょ９時系列的に選択されて、その選択された
信号が、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１９に送
られ、そこでデジタル信号に変換される。

第３は、オン・オフ信号として入力される情報で、アイ
ドルスイッチ１２かも送られてくる信号Ｓ７である。

なお、この信号Ｓ７は１ビツトのデジタル信号として取
扱うことができる。

ＣＰＵ２０は、制御プログラム及び固定データを格納し
ている記憶素子であるＲ、０Ｍ２１．演算データを格納
する読み出し及び書き込み可能な記憶素子である几ＡＭ
２２．及びｌ１０１８の各間ｋ、ｆ−タバス２３．コン
トロールバス２４及びアドレスバス２５で連絡して、ｌ
１０１８を介して入力される前述の各入力信号に基づい
て、デジタル演算処理を行う中央処理装置である。

ＣＰＵ２０による演算結果は、入出力インタフェース回
路１８を介して燃料噴射信号８８〜Ｓｌｌ及び点火信号
８１２として、燃料噴射弁駆動回路２６ａ〜２６ｄ及び
点火プラグ駆動回路２７へ送られる。

第４図は、入出力インタフェース回路１８において、燃
料噴射弁駆動系に関する回路を詳しく説明するためのブ
ロック図であり、入出力インタフェース回路１８′は、
燃料噴射弁駆動系に関する回路以外の回路を示す。

同図において、第２図の各燃料噴射弁２〜５に対応する
各燃料噴射弁駆動回路２６８〜２６ｄ毎に、噴射信号演
算回路２８〜６１を設けてあシ、これ等の噴射信号演算
回路２８〜６１は夫々燃料噴射弁駆動回路２６８〜２６
ｄへ燃料噴射信号８８〜８１１を出力する。

フリップフロップ回路（ＦＦ）３２は、第５図（イ）に
示す気筒判別信号Ｓ１が入力される毎にリセット（例え
ばＱ出力が１Ｈ“で、Ｑ出力がゝＬ＃の状態）され、同
図（ロ）に示す基準クランク角信号Ｓ２が入力される毎
に出力が反転する。

アンド回路６６は、第５図（ハ）に示すＦＦ３２のＱ出
力と同図（ロ）に示す基準クランク角信号Ｓ２との論理
積を取り、アンド回路６４は、同図（ニ）に示すＦＦ３
２のＱ出力と基準クランク角信号Ｓ２との論理積を取る
ようになっているため、アンド回路３３，３４０出力信
号Ｆ３１３　、　Ｓ　１４　　は、第５図（イ））（へ
）に示すように夫々周期が３６００ＣＡで、互いに１８
０°ＣＡ位相のずれた信号となる。

アンド回路６６からの出力信号Ｓ１３は、噴射信号演算
回路２８，２９に、又アンド回路６４がらの出力信号８
１４は、噴射信号演算回路３０，３１に夫々入力する。

また、噴射信号演算回路２８〜６１には、夫々角度パル
ス信号Ｓ３も入力される。

同一構成の噴射信号演算回路２８〜６１は、例えば第６
図に噴射信号演算回路２８で代表して示すような回路構
成となっている。

この噴射信号演算回路２８を説明すると、まず、レジス
タ６５と６６とには、前述した各種のバス２６〜２５を
介して第６図のＣＰＵ２０で演算された噴射開始時期及
び噴射時間幅のデータが書き込まれる。

次に、カウンタ６７は、第７図（イ）に示す角度パルス
信号Ｓ３をカウントし、第４図のアンド回路６６の出力
信号５１３（第７図（ロ）参照）が与えられるとリセッ
トされる。

デジタル比較器６９は、第７図（ハ）に示すようにカウ
ンタ６７の値旧　とレジスタ６５の値Ｄ１とを比較し、
両者が一致すると同図に）に示すパルス信号Ｓ１５を出
力する。

カウンタ６８は、角度パルス信号Ｓｓ　ｆカウントし、
信号Ｓｔｓによってリセットされる。

デジタル比較器４０は、第７図（ホ）に示すようにカウ
ンタ６８の値ｎ２　　とレジスタ６６の値Ｄ２とを比較
し、両者が一致すると同図（へ）に示す信号Ｓｔｅを出
力する。

フリップフロップ回路（ＦＦ）４１は、信号８１５でセ
ントされ、信号８１６でリセットされる。

したがって、ＦＦ４１のＱ出力である燃料噴射信号Ｓ８
は、第７図（ト）に示すようにレジスタ６５に書き込ま
れた噴射開始時期Ｔ１で立上り、その時点からレジスタ
６６に書き込まれた噴射時間幅τ１後に立下るパルス信
号となる。この立下った時点Ｔ２が噴射終了時期となる
。

そこで、燃料噴射信号Ｓ８がノ・イレベルの間、この信
号に対応する燃料噴射弁を開弁して燃料噴射を行なわせ
れば、所望の噴射開始時期から終了時期までの噴射時間
幅で燃料噴射を行なわさせることが出来る。

なお、他の噴射信号演算回路２９〜３１も同様な作用を
なす。

次に、第８図を参照して、第６図の制御ユニット１６に
おけるＣＰＵ２０の演算処理の手順を説明する。

最初の５ＴＥＰ　　１で、第６図のインターフェース１
８においてクランク角センサ１６からの角度パルス信号
Ｓ３に基づいて求めた機関回転数を読み込み、５ＴＥＰ
　２で吸入空気量センサ８の出力信号Ｓｅ　ｆ読み込ん
で、夫々、ＣＰＵ２０内のレジスタに格納する。

次に、５ＴＥＰ　　３で、これらの情報から１回転当９
の吸入空気量を計算し、この値に比例する基本噴射量を
算出する。

５ＴＥＰ　　４では、水温センサ１４かもの出力信号８
５などの補正信号を読み込み、次の５ＴＥＰ５で５ＴＥ
Ｐ　３で求めた基本噴射量の補正を行う。

Ｓ’ＴＥＰ　　６では、５ＴＥＰ　３で求めた基本噴射
量が予め定めておいた設定値以上であるか否か、すなわ
ち機関負荷が大きいか否かを判断する。

基本噴射量が設定値未満の場合は５ＴＥＰ　７に進み、
機関回転数と基本噴射量とをノシラメータとして噴射終
了時期データの２次元テーブル（ＲＯＭ２１の格納デー
タ）をルックアップすることによシ、噴射終了時期表引
して、そのデータｉＲＡＭ２２に一旦格納する。この２
次元テーブルの噴射終了時期データは、例えば第９図に
示すように、基本噴射量が小さい程圧縮上死点近（（約
５０〜１００°ＢＴＤＣ）に設定しである。なお、第９
図の数値はいずれも上死点前のクランク角度である。

次に５ＴＥＰ　　８において、先ず５ＴＥＰ　　１で読
み込んだ機関回転数に基づいてクランク軸が１°回転す
るために要する時間を計算すると共に、この計算結果か
ら５ＴＥＰ　５で得た補正後の燃料噴射量のデータを時
間の単位からクランク角度の単位に換算する。

そして、５ＴＥＰ　　７で得た噴射終了時期（クランク
角度の単位）からクランク角度の単位に換算した燃料噴
射量（期間）を減算して、噴射開始時期を求めその求め
たデータを一旦ＲＡＭ２２に格納する。

一方、基本噴射量が設定値以上の場合、すなわち中又は
高負荷の場合は５ＴＥＰ　９に進んで、先ず機関回転数
と基本噴射量と全パラメータとして噴射開始時期データ
の２次元テーブル（ＲＯＭ２１の格納データ）をルック
アップすることにより、噴射開始時期を表引して、その
表引したデータを一旦ＲＡＭ２２に格納する。

この２次元テーブルの噴射開始時期データは、機関の排
気弁が閉じた直後に設定しておくか、もしくは、第１０
図に示すように、高負荷はど進ませておけば（上限は排
気弁が閉じる時期）、燃費。

スモークの面から有利である。なお、第１０図の数値は
いずれも上死点前のクランク角度である。

そして、上記５ＴＥＰ　８又は９において求めた噴射開
始時期と、５ＴＥＰ　５にお（・て噴射時間幅（噴射量
）を第４図の噴射信号演算回路２８〜６１の各レジスタ
（第６図参照）に書き込み、それにより燃料噴射量及び
噴射終了時期の制御を行う。

なお、負荷の検出は、絞り弁開度センサ１１からの出力
信号Ｓ６を用いても良いことは言うまでもない。

以上説明してきたように、この説明によれば、機関が軽
負荷の場合には、機関運転条件に応じて先ず燃料噴射終
了時期を決定して、その燃料噴射終了時期と機関が要求
する燃料噴射量とに基づ（・て燃料噴射開始時期を制御
し、機関が中又（ま高負荷の場合には、機関運転条件に
応じて先ず燃料噴射開始時期を決定して、その燃料噴射
開始時期と機関−＜ａ求する燃料噴射量とに基づいて燃
料噴射終了時期を制御するようにしたため、低負荷時に
は、噴射終了時期を圧縮上死点前で精密に制御でき、そ
れによって燃料を層状給気して希薄混合気でも安定して
機関を運転できる。

また、中、高負荷時には、燃料噴射開始時期を早めて吸
入行程の初期から燃料噴射を行なえるため、燃料の霧化
及び空気とのミキシングが改善され、それによってスモ
ークの低減と燃費の向上を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の直接噴射式内燃機関の燃料噴射装置の
一例を示す構成図、 第２図は、この発明の一実施例を示す構成図、第６図は
、第２図中の制御ユニットの具対例を示すブロック図、 第４図は、第６図中の入出力インタフェース回路の一部
分を具体的に示すブロック図、 第５図（イ）〜（へ）は、夫々第４図中の各信号の関係
を示す波形図、 第６図は、第４図中の噴射信号演算回路の構成を示すブ
ロック図、 第７図（イ）〜（ト）は、夫々第６図中の各信号の関係
を示す波形図、 第８図は、制御ユニットにおける燃料噴射時期の演算処
理手順を示すフローチャート、 第９図及び第１０図は、夫々第６図のＲＯＭに格納した
噴射終了及び噴射開始時期データの２次元テーブルを示
す説明図である。 ２〜５・・・・・・燃料噴射弁　　８・・・・・・吸入
空気量センサ１１・・・・・・絞り弁開度センサ １６・・・・・・クランク角センサ　１４・・・・・・
水温センサ１６・・・・・・制御ユニット １８・・・・・・入出力インタフェース回路２８〜６１
・・・・・・噴射信号演算回路２６ａ〜２６ｄ・・・・
・・燃料噴射弁駆動回路２７・・・・・・点火プラグ駆
動回路 第１図 第４＠ 第５図 第７図 Ｔ＋　　　Ｔ２ 第６図 ８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　機関の燃焼室に直接電磁式燃料噴射弁を取付け、該
   電磁式燃料噴射弁の開閉により燃料噴射時期を制御する
   ようにし、機関が軽負荷の場合には、機関運転条件に応
   じて先ず燃料噴射終了時期を決定して、その燃料噴射終
   了時期と機関が要求する燃料噴射量とに基づいて燃料噴
   射開始時期を制御し、機関が中又は高負荷の場合には、
   機関運転条件に応じて先ず燃料噴射開始時期を決定して
   、その燃料噴射開始時期と機関が要求する燃料噴射量と
   に基づいて燃料噴射終了時期を制御することを特徴とす
   る燃料噴射時期制御方法。