JP3692641B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、各気筒毎に燃料噴射弁を備えた多気筒内燃機関における始動時の噴射制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の始動時の燃料噴射制御としては、例えば特開平７−１０３０２５号公報に開示されるようなものがあった。
このものは、始動直後の気筒判別が行なわれる前に全気筒同時に非同期噴射を１回行わせ、気筒判別後は同期噴射（シーケンシャル噴射）に移行させると共に、前記非同期噴射により噴射された燃料のうち最初の吸気行程でシリンダ内に吸入されなかった分の燃料を、最初の同期噴射において減量補正する構成の開示がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、始動時には吸気ポートやシリンダ内壁に燃料が付着していないため、始動後の各気筒への初回の燃料噴射においては、噴射された燃料の大部分が吸気ポートやシリンダ内壁に付着することになるが、各気筒の２回目以降の噴射では、前記付着割合が急減するという特性がある。
【０００４】
ここで、上記従来の始動時噴射制御では、始動直後の非同期噴射（全気筒同時噴射）が、各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射となるから、前記非同期噴射における噴射量を、前記付着燃料量に見合うだけの比較的大きな量に設定し、シーケンシャル噴射においては、付着分が略充足されているものと見做して噴射量を設定することで、前記付着割合の変化に対応した噴射量設定が行なえることになる。
【０００５】
しかしながら、上記従来の始動時噴射制御では、各気筒に対する初回の燃料噴射が非同期噴射であるために、各気筒毎に吸気行程と噴射タイミングとのずれが生じるから、かかるタイミングずれがあってもなるべく要求量が各気筒に吸引されるように、必要量よりも多くの燃料を噴射させる必要がある。そして、かかる多量の初回噴射分が各気筒の初回の吸気行程で吸引されるとは限らないため、非同期噴射によって噴射された燃料の残留の有無を判断し、かつ、残留分の減少補正を施す必要があり、制御が複雑になってしまうという問題があった。
【０００６】
ここで、始動後の最初から同期噴射（シーケンシャル噴射）により燃料噴射を行なわせる構成とすれば、残留燃料の発生を回避でき、始動時用に付加される制御内容を簡略化することが可能である。
しかし、従来では、最初の噴射を全気筒同時の非同期噴射とすることによって、実質的に、各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射と、同期噴射による２回目以降の噴射とが区別されていたから、単に始動後の最初から同期噴射（シーケンシャル噴射）により燃料噴射を行なわせる構成としただけでは、前記付着割合の変化に対応できず、吸気ポートやシリンダ内壁に対して要求される燃料を早期に付着させつつ、過剰な燃料の供給を回避して始動時の排気性状を改善することができないという問題がある。
【０００７】
本願発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気ポートやシリンダ内壁に対する燃料の付着特性に見合った燃料を、簡便な制御構成でかつ残留燃料を発生させることなく噴射させることができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、各気筒毎に燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁による燃料噴射を各気筒の吸気行程にタイミングを合わせてそれぞれに行わせる内燃機関の燃料噴射制御装置において、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射を検出し、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射では、壁流燃料の充足に要求される燃料を噴射させ、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射では、付着燃料分の減少に見合う燃料を噴射させる構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、始動後の最初から行なわれる所謂シーケンシャル噴射制御において、それぞれの気筒に対する初回の燃料噴射と、２回目以降の燃料噴射とが、制御上明確に分けられ、初回の燃料噴射を、付着燃料の充足用として位置付けて、充足に要求される燃料量をシリンダ内に供給すべき燃料量に加算して噴射させ、付着燃料が略充足し付着燃料分が少量しか要求されない２回目以降では、前記付着燃料分の要求量の減少に見合った燃料を噴射させる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、図１に示すように構成される。
図１において、燃料噴射量演算手段は、目標燃空比と機関運転条件とに基づいて燃料噴射量を演算し、また、基準信号出力手段は、各気筒の吸気行程にタイミングを合わせた噴射タイミングの基準となる基準信号を出力する。
そして、噴射制御手段は、前記基準信号に基づいて検出される各気筒の噴射タイミング毎に、各気筒毎に備えられる燃料噴射弁を、前記燃料噴射量に応じてそれぞれ駆動して燃料噴射を行わせる。
【００１２】
一方、初回噴射検出手段は、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射を検出する。
そして、目標燃空比設定手段は、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射では、壁流燃料の充足に要求される目標空燃比を設定し、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射では、付着燃料分の減少に見合う目標空燃比を設定する。
【００１３】
かかる構成によると、始動直後から各気筒の吸気行程にタイミングを合わせた所謂シーケンシャル噴射によって各気筒毎に燃料が噴射される。また、前記シーケンシャル噴射による燃料噴射が各気筒それぞれに対する初回のものであるか、２回目以降のものであるかを判別して、目標燃空比が個別に設定され、初回における燃料噴射量と、２回目以降における燃料噴射量とが、異なる目標燃空比に基づいて設定される。即ち、各気筒それぞれに対する初回の噴射であれば、略無くなっている付着燃料を充足させるのに必要な燃料量を確保できる目標燃空比を設定させ、２回目以降であれば、付着燃料分が少なくなり、更には、付着分と付着燃料がシリンダ内に流れ込む量とがバランスするようになるから、付着分が殆どないものとしてシリンダ吸入混合気に要求される燃空比を目標燃空比として設定させる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、前記燃料噴射量演算手段が、始動から所定期間内において、機関の温度の検出結果に応じて基本燃料噴射量を演算する第１基本噴射量演算手段と、前記所定期間経過後において、機関の吸入空気量の検出結果に応じて基本燃料噴射量を演算する第２基本噴射量演算手段と、を含んで構成され、前記演算された基本燃料噴射量と前記目標燃空比とに基づいて最終的な燃料噴射量を演算する。
【００１５】
かかる構成によると、吸入空気量の変動が大きな始動直後の所定期間内においては、エアフロメータや吸気圧センサなどによる吸入空気量の検出結果を用いずに、冷却水温度等で代表される機関の温度に基づいて基本燃料噴射量が演算され、前記所定期間経過後は、エアフロメータや吸気圧センサなどによる吸入空気量の検出結果に基づいて基本燃料噴射量が演算される。そして、前記基本燃料噴射量と、噴射が各気筒の初回であるか否かによって個別に設定される目標燃空比とに基づいて、最終的な噴射量が決定される。
【００１６】
請求項４記載の発明では、前記第１基本噴射量演算手段における所定期間を、機関の回転速度が予め設定された回転速度になるまでの期間とする構成とした。
かかる構成によると、始動から機関回転速度が所定回転速度になるまで、換言すれば、略完爆に至ったと見做される状態になるまでは、機関の温度に基づいて基本燃料噴射量を演算させ、その後、通常に実際の吸入空気量に見合った量の基本燃料噴射量を演算させる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、前記目標燃空比設定手段が、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射において、目標燃空比を機関温度に応じて設定する構成とした。
かかる構成によると、吸気ポート等に対する燃料の付着量に機関の温度が相関するから、各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射で付着することになる燃料量に対応して目標燃空比が決定されることになる。
【００１８】
請求項６記載の発明では、前記目標燃空比設定手段が、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射において、目標燃空比を機関負荷と機関回転速度と機関温度とに基づいて設定する構成とした。
かかる構成によると、各気筒の２回目以降の燃料噴射においても、機関温度を加味して目標燃空比を設定させることとして、冷機状態における燃焼安定性の確保を図る一方、完暖後は、負荷や回転に基づいて要求される動力性能や燃費性能を考慮した目標燃空比の設定を可能にする。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、初回の噴射と２回目以降の噴射とにおける付着燃料分の変化に対応した燃料噴射を、所謂シーケンシャル噴射制御において実現させることができるため、簡便な制御によって始動性，排気性能の改善を図れるという効果がある。
【００２１】
請求項３記載の発明によると、始動直後の不安定状態においても、安定的な噴射量制御を行なわせつつ、付着分の変化に見合った噴射量の設定を行なわせることができるという効果がある。
請求項４記載の発明によると、機関が安定状態になっていることを的確に判断して、基本噴射量の設定を切換えることができるという効果がある。
【００２２】
請求項５記載の発明によると、機関温度によって異なる付着燃料分に対応して所定噴射における目標燃空比を設定させることができ、初回噴射に要求される燃料を過不足なく噴射させることが可能になるという効果がある。
請求項６記載の発明によると、２回目以降の燃料噴射において、冷機時の燃焼安定性の確保を図ると共に、負荷や回転に基づいて要求される動力性能や燃費性能を実現できる目標燃空比を設定させることができるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は、実施形態における内燃機関のシステム構成を示す図であり、内燃機関１には、図示しないエアクリーナを通過した空気が、スロットル弁２で調整され、吸気弁３を介してシリンダ内に吸引されるようになっており、各気筒の吸気ポート部にそれぞれ設けられた燃料噴射弁４から噴射される燃料によって混合気が形成される。
【００２４】
シリンダ内の混合気は、点火プラグ５による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁６を介して排出された後、図示しない触媒で浄化されて大気中に放出される。
また、機関１には、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ11、スロットル弁２の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ12、機関の温度を代表する冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ13、機関吸入混合気の燃空比と密接な関係にある排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ14、各気筒の基準ピストン位置毎に基準角度信号ＲＥＦを出力するクランク角センサ15等が設けられている。
【００２５】
前記基準角度信号ＲＥＦは、各気筒に対応付けられるように、例えば気筒間でパルス幅が異なるように設定されており、クランク角センサ15から出力された基準角度信号ＲＥＦのパルス幅を検出することによって気筒判別が行なえるようにしてある。また、前記基準角度信号ＲＥＦを基準として各気筒の吸気行程にタイミングを合わせた燃料噴射（シーケンシャル噴射）を行なわせるようになっているので、前記クランク角センサ15が基準信号出力手段に相当する。更に、前記基準角度信号ＲＥＦの発生周期を計測することで、機関回転数Ｎｅ(rpm) を算出できる。
【００２６】
そして、前記各種センサからの検出信号は、ＣＰＵ21，ＲＡＭ22，ＲＯＭ23，入力インターフェイス24，出力インターフェイス25等を含んで構成されるコントロールユニット20に入力される。コントロールユニット20には、前記各種センサからの検出信号の他、図示しないスタートスイッチのＯＮ・ＯＦＦ信号なども入力される。
【００２７】
コントロールユニット20は、前記各種センサからの検出信号に基づいて、前記燃料噴射弁４による燃料噴射、及び、前記点火プラグ５による点火を制御する。
具体的には、燃料噴射弁４の開弁時間に相当する噴射パルス幅ＴＩを演算し、予め設定された噴射タイミングが検出されたときに（例えば基準角度信号ＲＥＦの出力時に）、前記噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を燃料噴射弁４に出力する。燃料噴射弁４には、機関１の吸入負圧に対する差圧が一定になるように圧力調整された燃料が供給されるようになっており、前記噴射パルス幅ＴＩに比例する量の燃料を各気筒それぞれに噴射する。
【００２８】
一方、コントロールユニット20は、機関の負荷及び機関回転数Ｎｅの検出結果から点火時期を決定し、該決定に基づいて点火信号をイグニッションコイル７に出力する。
ここで、前記コントロールユニット20による燃料噴射制御の様子を、図３に示す機能ブロック図に従って詳細に説明する。
【００２９】
図３において、燃料噴射量演算手段Ａは、基本パルス幅ＴＰを演算すると共に、目標燃空比切換え手段Ｂから出力される目標燃空比と前記基本パルス幅ＴＰとに基づいて最終的な噴射パルス幅ＴＩを演算する。
一方、気筒判別手段Ｃは、基準角度信号ＲＥＦに基づいて気筒判別を行う。
そして、噴射制御手段Ｄは、前記気筒判別の結果に基づいて前記燃料噴射量演算手段Ａからの噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を、噴射タイミングとなっている気筒の燃料噴射弁４に出力する。これにより、各気筒の吸気行程にタイミングを合わせた所謂シーケンシャル噴射制御が、始動時の最初の燃料噴射（最初に気筒判別がなされた気筒に対する噴射）から行なわれるようになっている（図５参照）。
【００３０】
ここで、目標燃空比切換え手段Ｂには、初回用目標燃空比演算手段Ｅからの目標燃空比と、目標燃空比演算手段Ｆからの目標燃空比とがそれぞれ入力され、初回噴射検出手段Ｇで検出される各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射であるか否かに基づいて、前記演算手段Ｅと演算手段Ｆとのいずれか一方の目標燃空比を選択し、該選択した目標燃空比を前記燃料噴射量演算手段Ａに出力する。
【００３１】
尚、前記目標燃空比切換え手段Ｂ，初回用目標燃空比演算手段Ｅ，目標燃空比演算手段Ｆによって目標燃空比設定手段が構成される。
即ち、図４のフローチャートに示すように、各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射であるか否かを判別し（ステップ１）、初回噴射時であるときには、前記初回用目標燃空比演算手段Ｅで演算された目標燃空比に基づいて噴射パルス幅ＴＩを演算させ（ステップ２）、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射においては、前記目標燃空比演算手段Ｆで演算された目標燃空比に基づいて噴射パルス幅ＴＩを演算させるようになっている（ステップ３）。
【００３２】
このように、各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射であるか否かに基づいて、目標燃空比を個別に設定させることで、始動時の要求噴射量の変化に対応したシーケンシャル噴射を実現させている（図５参照）。
始動時における各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射時には、吸気ポート壁やシリンダ内壁に燃料付着分が無く、初回の噴射で噴射された燃料の大部分は、前記壁流分となってしまうために、各気筒それぞれに対する初回の燃料噴射においては、多量の燃料が要求される。これに対し、２回目以降の燃料噴射では、初回の噴射によって壁流付着分が少量しか必要とされないこと、壁流がシリンダに流入することで燃焼に寄与する分があること、初爆による回転上昇のため負圧が発達し、吸入空気量が減少することから、要求燃料量が減少する（図６参照）。
【００３３】
かかる初回噴射時の要求燃料量と、２回目以降における要求燃料量との違いに対応すべく、初回噴射時であるか否かに応じて目標燃空比の設定を個別に行なわせる構成としたものであり（図５参照）、これにより、各気筒それぞれに対する初回噴射時には、前記壁流付着分を充分に確保し得る噴射パルス幅ＴＩで噴射を行なわせることが可能であり、また、前記壁流付着分が減少する２回目以降の噴射時には、かかる付着分の減少に見合った噴射パルス幅ＴＩの設定を行なわせることが可能で、過剰な燃料噴射を回避できる。
【００３４】
前記初回用目標燃空比演算手段Ｅでは、目標燃空比を水温ＴＷに基づいて演算するのに対し、前記目標燃空比演算手段Ｆでは、目標燃空比を、吸入空気流量Ｑ，機関回転数Ｎｅ(rpm) ，水温ＴＷに基づいて演算する構成としてある。
具体的には、目標燃空比演算手段Ｆでは、目標燃空比ＴＦＢＹＡを、
ＴＦＢＹＡ＝ＫＭＲ＋ＫＡＳ＋ＫＴＷ
として算出する。ここで、ＫＭＲは、基本燃空比であり、機関回転数Ｎｅと機関の負荷を代表する基本パルス幅ＴＰとからテーブル参照によって求める。また、ＫＡＳは、始動後増量係数であり、始動後所定時間のみ水温ＴＷからテーブル参照によって求める。更に、ＫＴＷは、水温増量係数であり、水温ＴＷからテーブル参照によって求める。
【００３５】
一方、初回用目標燃空比演算手段Ｅでは、目標燃空比ＴＦＢＹＡを、水温ＴＷからテーブル参照によって求める。
前記目標燃空比ＴＦＢＹＡを入力する燃料噴射量演算手段Ａでは、以下の式に従って噴射パルス幅ＴＩを演算する。
ＴＩ＝（ＴＰ×ＴＦＢＹＡ＋ＫＡＴＨＯＳ）×Ｋconst ×（ＡＬＰＨＡ＋ＫＢＬＲＣ−１）＋ＴＳ＋ＣＨＯＳ
ここで、ＴＰは基本パルス幅であるが、始動後に所定の回転数Ｎｅになるまでは、水温ＴＷからテーブル参照によって求められる値を使用し（第１基本噴射量演算手段）、前記所定の回転数Ｎｅになった後は、吸入空気流量Ｑと機関回転数Ｎｅとに基づいて演算される（第２基本燃料噴射量演算手段）。
【００３６】
ここで、通常は、各気筒の初回噴射時の基本パルス幅ＴＰと、２回目の基本パルス幅ＴＰとは略同じ値が用いられることになるが、前述の目標燃空比の切換えによって、同じ基本パルス幅ＴＰであっても、初回噴射時には壁流付着分の充足に見合う比較的多量の燃料を噴射させることが可能となっている。
ＫＡＴＨＯＳは、過渡時の燃料応答遅れに伴うエラーを補正するための過渡補正パルス幅であり、ＭＫＩＮＪは、燃料噴射弁４の特性などに応じて設定される定数である。
【００３７】
ＡＬＰＨＡは、所定の運転領域において、酸素センサ14で検出される排気中の酸素濃度に基づいて、機関吸入混合気の実際の燃空比を目標燃空比にフィードバック補正するための空燃比フィードバック補正係数（初期値＝1.0 ）である。
ＫＢＬＲＣは、前記空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを、複数に区分された運転領域毎に学習した空燃比学習補正値である。
【００３８】
ＴＳは、電源電圧（バッテリ電圧）の低下に伴う燃料噴射弁４の開弁遅れを補正するための無効噴射パルス幅である。
ＣＨＯＳは、気筒別壁流補正パルス幅である。
次に、図７のフローチャートに従って前記噴射量制御の様子を説明する。
まず、ステップ11では、基本パルス幅ＴＰを演算する。始動から所定回転数(rpm) になるまでは、前記基本パルス幅ＴＰは水温ＴＷに応じて設定されるが、前記所定回転数になった後は、吸入空気流量Ｑと回転数Ｎｅとに基づいて算出される。
【００３９】
ステップ12では、目標燃空比ＴＦＢＹＡを演算する。各気筒それぞれに対する初回の噴射時であるか、２回目以降の噴射時であるかによって、前記目標燃空比ＴＦＢＹＡは個別に設定され、初回には、水温テーブルから設定され、２回目以降は、回転数（基本パルス幅ＴＰ）と負荷とに応じた基本値を水温に応じて補正して設定される。
【００４０】
ステップ13〜ステップ17では、前記過渡補正パルス幅ＫＡＴＨＯＳ，空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡ，空燃比学習補正値ＫＢＬＲＣ，無効噴射パルス幅ＴＳ，気筒別壁流補正パルス幅ＣＨＯＳをそれぞれに演算する。
そして、ステップ18では、噴射パルス幅ＴＩを、
ＴＩ＝（ＴＰ×ＴＦＢＹＡ＋ＫＡＴＨＯＳ）×Ｋconst ×（ＡＬＰＨＡ＋ＫＢＬＲＣ−１）＋ＴＳ＋ＣＨＯＳ
として演算し、該噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を、噴射タイミングとなっている気筒の燃料噴射弁４に出力する。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２記載の発明にかかる燃料噴射制御装置の基本構成ブロック図。
【図２】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図３】実施形態における燃料噴射制御の機能ブロック図。
【図４】実施形態における目標燃空比の切換え設定の様子を示すフローチャート。
【図５】実施形態における噴射制御の特性を示すタイムチャート。
【図６】サイクル数と要求パルス幅及び吸入負圧との相関を示す図。
【図７】実施形態における噴射パルス幅演算の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ スロットル弁
３ 吸気弁
４ 燃料噴射弁
５ 点火プラグ
６ 排気弁
７ イグニッションコイル
11 エアフローメータ
12 スロットルセンサ
13 水温センサ
14 酸素センサ
15 クランク角センサ
20 コントロールユニット

Claims (6)

1. 各気筒毎に燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁による燃料噴射を各気筒の吸気行程にタイミングを合わせてそれぞれに行わせる内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射を検出し、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射では、壁流燃料の充足に要求される燃料を噴射させ、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射では、付着燃料分の減少に見合う燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 各気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、
   目標燃空比と機関運転条件とに基づいて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、
   各気筒の吸気行程にタイミングを合わせた噴射タイミングの基準となる基準信号を出力する基準信号出力手段と、
   前記基準信号に基づいて検出される各気筒の噴射タイミング毎に、前記燃料噴射弁を前記燃料噴射量に応じてそれぞれ駆動して燃料噴射を行わせる噴射制御手段と、
   各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射を検出する初回噴射検出手段と、
   各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射では、壁流燃料の充足に要求される目標空燃比を設定し、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射では、付着燃料分の減少に見合う目標空燃比を設定する目標燃空比設定手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料噴射量演算手段が、
   始動から所定期間内において、機関の温度の検出結果に応じて基本燃料噴射量を演算する第１基本噴射量演算手段と、
   前記所定期間経過後において、機関の吸入空気量の検出結果に応じて基本燃料噴射量を演算する第２基本噴射量演算手段と、
   を含んで構成され、前記演算された基本燃料噴射量と前記目標燃空比とに基づいて最終的な燃料噴射量を演算することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記第１基本噴射量演算手段における所定期間を、機関の回転速度が予め設定された回転速度になるまでの期間とすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記目標燃空比設定手段が、各気筒それぞれに対する始動時の初回の燃料噴射において、目標燃空比を機関温度に応じて設定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記目標燃空比設定手段が、各気筒それぞれに対する２回目以降の燃料噴射において、目標燃空比を機関負荷と機関回転速度と機関温度とに基づいて設定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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