JP4046718B2 - エンジンの燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、単気筒４サイクルエンジンにおける加速時でのエンジンの燃料噴射制御方法に関するものである。

従来より、電子式燃料噴射が行われる車両の単気筒４サイクルエンジンにおいては、所定のクランク角で燃料を噴射する同期噴射制御と、加速時に必要な燃料量が同期噴射制御時に反映されるタイミングが一瞬遅れるのを補うための非同期噴射制御との両方が実行されている。

従来のエンジンの燃料噴射制御方法としては、エンジンの吸気管内圧力の変化を検出し、その圧力偏差が所定値以上となった場合に、エンジンが加速状態であると判定して、同期噴射とは別に非同期に燃料を噴射するようにした方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
また、吸気管内圧力の代わりにスロットル開度を検出し、その開度偏差（変化量）が所定値以上となった場合に、エンジンが加速状態であると判定して、同期噴射とは別に非同期に燃料を噴射するようにした方法も知られている。

ところで、４サイクルエンジンの場合、圧縮行程および爆発行程を含むタイミングにおいては、吸気管からシリンダへの空気移動が無いので、噴射された燃料は、ほとんど吸気管の内壁面に付着し、その後、吸気バルブか開放された時点で一部の燃料がシリンダ内に吸入されることになる。

一方、排気行程の後半から吸入行程を含むタイミングにおいては、吸気管からシリンダへの空気移動量が大きいので、噴射された燃料は、ほとんどシリンダ内に吸入される。
特に、単気筒４サイクルエンジンの場合、圧縮行程および爆発行程を含むタイミングにおいては、スロットルバルブを一瞬開放しても実際には空気がシリンダ内に吸入されない場合があるので、非同期噴射制御を実行するとオーバーリッチになり得る。逆に、排気行程の後半から吸入行程を含むタイミングにおいては、スロットルバルブを一瞬でも開放すると空気がシリンダ内に吸入されるので、非同期噴射制御が有効となる。

特開平４−７２４３６号公報

従来のエンジンの燃料噴射制御方法では、いずれの場合も加速を検出したタイミングでクランク角状態とは無関係に非同期噴射制御を実行しているので、クランク角（行程）の違いによって吸入空気の流れが異なることから、クランク角状態によって燃料の気化状態が異なり、液体状態のままの燃料が吸気管壁面に付着する量も異なるので、シリンダ内に吸入される燃料量が一定にならず、シリンダ内の空燃比が安定しないという課題があった。

また、燃料の気化状態を一定に保つために、たとえば非同期噴射タイミングを最良の一定クランク角のみに限定すると、吸気管圧力やスロットル開度の変化を見逃すことになり、加速時の非同期噴射制御を実行することができなくなる可能性があるという課題があった。
さらに、単気筒４サイクルエンジンの場合には、スロットル開度が変化したタイミングによっては、実際には加速時での増量された空気がシリンダ内に吸入されることがない場合もあり、このタイミングで非同期噴射を実行するとオーバーリッチ状態になるという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸入空気量に影響を与えるタイミングでのスロットル開度変化による加速判定を行い、吸気管壁面への燃料付着量が一定となる定められたタイミングでの非同期噴射制御を実行することにより、加速時において安定したシリンダ内の空燃比を実現して、良好なドライバビリティを確保したエンジンの燃料噴射制御方法を得ることを目的とする。

この発明によるエンジンの燃料噴射制御方法は、単気筒４サイクルのエンジンの運転状態に応じた所定のクランク角毎に、エンジンの運転状態に応じた量の燃料を第１のクランク角範囲内で同期噴射する同期噴射制御を行うとともに、エンジンのスロットル開度変化による第１の加速状態が検出された際に、第１の加速状態に応じた量の燃料を、第１のクランク角範囲内とは異なる第２のクランク角範囲内で非同期噴射制御を行うエンジンの燃料噴射制御方法であって、第１の加速状態の検出時点が第２のクランク角範囲内の排気行程を含む排気行程の前後である場合には、エンジンに非同期噴射すべき第１の燃料噴射量による非同期噴射制御を直ちに実行するステップと、第１の加速状態の検出時点が第２のクランク角範囲内でない場合には、第１の加速状態が検出された後に、非同期噴射制御の開始時期となるまでの期間にわたって、第１の燃料噴射量を記憶し、その後第１の加速状態よりも大きい第２の加速状態が検出された場合には、第１の燃料噴射量よりも多い第２の燃料噴射量を更新記憶してピークホールド記憶する燃料噴射量記憶ステップと、非同期噴射制御の開始時期において、記憶された第１の燃料噴射量を、第２のクランク角範囲内でエンジンに非同期噴射する非同期噴射ステップとを備えたものである。

また、この発明によるエンジンの燃料噴射制御方法は、単気筒４サイクルのエンジンの運転状態に応じた所定のクランク角毎に、エンジンの運転状態に応じた量の燃料を第１のクランク角範囲内で同期噴射する同期噴射制御を行うとともに、エンジンのスロットル開度変化による第１の加速状態が検出された際に、第１の加速状態に応じた量の燃料を、第１のクランク角範囲内とは異なる第２のクランク角範囲内で非同期噴射制御を行うエンジンの燃料噴射制御方法であって、第１の加速状態が検出された際に、第１の加速状態の検出時点でのエンジンのクランク角位置が、排気行程を含む排気行程の前後である非同期噴射制御の対象位置か否かを判定するクランク角位置判定ステップと、エンジンのクランク角位置が非同期噴射制御の対象位置であると判定された場合に、第１の加速状態に応じた第１の燃料噴射量の燃料を、第１のクランク角範囲に続く排気行程の後半から吸入行程にかけた範囲である第２のクランク角範囲内で非同期噴射する非同期噴射ステップと、第１の加速状態が検出された後に、非同期噴射制御の開始時期となるまでの期間にわたって、第１の燃料噴射量を記憶し、その後第１の加速状態よりも大きい第２の加速状態が検出された場合には、第１の燃料噴射量よりも多い第２の燃料噴射量を更新記憶し、その後も燃料噴射量を更新記憶してピークホールド記憶する燃料噴射量記憶ステップとを備え、非同期噴射ステップにおいては、記憶された燃料噴射量の燃料が噴射されるものである。

この発明によれば、吸入空気量に影響を与えるタイミングでのスロットル開度変化による加速判定を行うことができ、吸気管壁面への燃料付着量が一定となる定められたタイミングでの非同期噴射を実行することができるので、安定したシリンダ内の空燃比を実現することができ、良好なドライバビリティを確保することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御方法について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１が適用されるエンジン制御システム全体を概略的に示す構成図である。
図１において、エンジン１００は、たとえばバイク用の単気筒４サイクルエンジンであり、エンジン１００の吸気系１には、アクセル（図示せず）に応動して開閉するスロットルバルブ２が配設されている。

また、吸気系１において、スロットルバルブ２の下流側には吸気管４が設けられており、吸気管４のエンジン１００側の端部近傍には、電子制御装置６によって制御される燃料噴射弁（インジェクタ）５が設けられている。
また、エンジン１００のシリンダ内には、電子制御装置６によって制御されるスパークプラグ１８が設けられている。

さらに、エンジン１００の運転状態を検出するための各種センサとして、たとえば、吸気管４内の圧力を検出する吸気管圧力センサ１３と、エンジン１００のクランク軸（図示せず）に設けられたクランク角センサ１４と、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するスロットルセンサ１６と、エンジン１００の冷却水温を検出する水温センサ１７と、エンジン１００の排気系２０において排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ２１とが設けられている。

電子制御装置（ＥＣＵ）６は、マイクロコンピュータシステムを主体として構成されており、中央演算装置（ＣＰＵ）７と、記憶装置（メモリ）８と、入力インタフェース９と、出力インタフェース１１とを備えている。

電子制御装置６において、入力インタフェース９には、吸気管圧力センサ１３から出力される吸気圧信号ａと、クランク角センサ１４から出力されるクランク角基準信号Ｇ２および回転速度信号Ｎｅと、スロットルセンサ１６から出力されるスロットル開度信号ｄと、水温センサ１７から出力される水温信号ｅと、酸素センサ２１から出力される電圧信号ｈとが入力される。
一方、出力インタフェース１１からは、燃料噴射弁５に対する燃料噴射信号ｆと、スパークプラグ１８に対するイグニッションパルスｇとが出力されるようになっている。

電子制御装置６内の記憶装置８には、燃料噴射弁５を制御するためのプログラムが内蔵されており、中央演算装置７は、記憶装置８内の制御プログラムに基づいて燃料噴射弁５の開放時間すなわち最終通電時間Ｔを演算するようになっている。

中央演算装置７は、吸気圧信号ａおよび回転速度信号Ｎｅを主な運転状態情報として、エンジン１００の運転状況に応じて各種補正係数を決定するとともに、各種補正係数を用いて燃料の基本噴射時間を補正し、燃料噴射弁５の最終通電時間Ｔを決定する。
これにより、中央演算装置７は、所定のクランク角毎に最終通電時間Ｔで燃料噴射弁５を制御し、エンジン１００の負荷状態に応じた所要量の燃料を燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させる。

また、中央演算装置７は、図２のタイミングチャートに示すように、あらかじめ定められた所定クランク角位置（非同期噴射用のスロットル開度変化検出領域：対象位置）でのスロットルバルブ２の開度変化（増大変化）を検出し、所定値以上の開度変化を加速状態と判定し、加速度合に応じた非同期噴射制御の燃料噴射量を演算するとともに、あらかじめ定められた所定クランク角範囲（非同期噴射領域）になるまで演算値を保持した後、所定クランク角範囲において非同期噴射制御を実行するようになっている。

また、中央演算装置７は、図３のタイミングチャートに示すように、所定クランク角位置でのスロットルバルブ２の開度変化量（増大変化量）がさらに増大方向に変化した場合には、燃料噴射量をさらに大きい値に置き換えるピークホールド機能を有する。

次に、図１〜図３とともに、図４および図５を参照しながら、この発明の実施の形態１による処理手順について説明する。
図４および図５は中央演算装置７により実行される非同期噴射制御プログラムの概要を示すフローチャートである。

図４は一定時間毎にコールされる一定時間ルーチンであり、図５はクランク角基準信号Ｇ２による割り込みが発生した場合にコールされるクランク角信号割り込みルーチンである。
なお、種々の補正係数を考慮して有効噴射時間ＴＡＵを算出した後に、燃料噴射弁５の最終駆動時間Ｔを演算するためのプログラムは、公知のものを利用可能なので、ここでは図示および説明を省略する。

図４において、まず、現在のスロットル開度ＴＨＮを検出し（ステップＳ１０１）、前回のスロットル開度ＴＨＯと現在（今回）のスロットル開度ＴＨＮとの偏差（スロットル開度変化量）ｄＴＨ（＝ＴＨＮ−ＴＨＯ）を求める（ステップＳ１０２）。

続いて、スロットル開度偏差値ｄＴＨとスロットル加速判定値ＸＤＴＨＡＣＣとを比較し、スロットル開度偏差値ｄＴＨがスロットル加速判定値ＸＤＴＨＡＣＣよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
ステップＳ１０３において、ｄＴＨ≦ＸＤＴＨＡＣＣ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、加速状態ではないと見なして、後述のステップＳ１０８に進む。

一方、ステップＳ１０３において、ｄＴＨ＞ＸＤＴＨＡＣＣ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、加速状態と見なし、続いて、現在の行程が非同期噴射制御の対象行程か否かを判定する（ステップＳ１０４）。
なお、ステップＳ１０４における現在行程の調査方法としては、クランク角センサ１４からのクランク角基準信号Ｇ２を用いる方法が一般的である。

ステップＳ１０４において、非同期噴射制御の対象行程でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、後述のステップＳ１０８に進み、非同期噴射制御の対象行程である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、スロットル開度偏差値ｄＴＨに応じた関数値ｆ（ｄＴＨ）からなる今回の非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮを算出する（ステップＳ１０５）。

なお、非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮ（＝ｆ（ｄＴＨ））は、加速の状況、言い換えれば、スロットル開度偏差値ｄＴＨの大小に応じた値に設定されており、スロットル開度偏差値ｄＴＨが大きくなるにしたがって、多い量となるようにマッピングされている。

続いて、今回算出された非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮが前回の非同期噴射量ＱＴＨＡＣ（今までの最大値）よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ１０６）、ＱＴＨＡＣＮ≦ＱＴＨＡＣ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、後述のステップＳ１０８に進む。
一方、ステップＳ１０６において、ＱＴＨＡＣＮ＞ＱＴＨＡＣ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、今回の非同期噴射量ＱＴＨＡＣＮを新たな最大値として非同期噴射量ＱＴＨＡＣに更新設定する（ステップＳ１０７）。

最後に、今回のスロットル開度ＴＨＮを前回のスロットル開度ＴＨＯに更新設定し（ステップＳ１０８）、図４の一定時間ルーチンが次回にコールされたときに備えて、図４のルーチンを終了する。

次に、図５に示したクランク角基準信号Ｇ２による割り込みルーチンについて説明する。
図５において、まず、現在の行程が非同期噴射制御を実行してもよい行程か否かを判定し（ステップＳ２０１）、非同期噴射制御の許可行程でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図５の処理ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ２０１において、非同期噴射制御の許可行程である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、非同期噴射量ＱＴＨＡＣが正の値であるか否かによりスロットルバルブ２による加速時における非同期噴射制御の実行要求があるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２において、ＱＴＨＡＣ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、噴射要求が無い状態なので、直ちに図５の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ２０２において、ＱＴＨＡＣ＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、噴射要求が有るものと見なして、非同期噴射を実行し（ステップＳ２０３）、非同期噴射量ＱＴＨＡＣを０クリアして（ステップＳ２０４）、図５の処理ルーチンを終了する。

以上の処理により、たとえば図２に示すように、非同期噴射用のスロットル開度変化検出領域となる対象位置（所定クランク角位置）において、スロットルバルブ２の開度変化（増大変化）を検出し、所定値以上の開度変化を加速状態と判定し、加速度合に応じた非同期噴射制御の燃料噴射量を演算するとともに、あらかじめ定められた所定クランク角範囲（非同期噴射領域）になるまで演算値を保持した後、所定クランク角範囲において非同期噴射制御が実行される。

なお、図２および図３において、非同期噴射用のスロットル開度変化検出領域は、爆発行程の後半から排気行程および吸入行程を含む領域に設定されている。
また、非同期噴射領域は、吸気管４の内壁面への燃料付着量が一定となる領域として、排気行程の後半から吸入行程を含む領域に設定されている。
さらに、図示を省略するが、エンジン１００の運転状態に応じた所定のクランク角毎に、運転状態に応じた量の燃料を第１のクランク角範囲内（たとえば、吸入行程の直前）で同期噴射する同期噴射制御も行われている。

図２において、前半部分（左側）に示すように、爆発行程の直後にスロットル開度変化（加速状態）が検出された場合には、矢印で示すように、排気行程の後半まで待機した後に非同期噴射制御が実行される。
また、図２内の後半部分（右側）に示すように、排気行程の後半でスロットル開度変化（加速状態）が検出された場合には、直ちに非同期噴射制御が実行される。

また、たとえば図３に示すように、加速状態の検出によって非同期噴射用の燃料噴射量が設定された後に、所定クランク角位置でのスロットルバルブ２の開度変化量（増大変化量）がさらに増大方向に変化した場合には、ピークホールド機能（図４内のステップＳ１０６、Ｓ１０７）により、非同期噴射用の燃料噴射量は、さらに大きい値に更新設定される。つまり、加速状態の再検出時の前後で設定される燃料噴射量のうち大きい方に設定される。

たとえば、図３内の前半部分（左側）に示すように、爆発行程の直後に第１レベルのスロットル開度変化（加速状態）が検出され、さらに、排気行程の前半で第２レベル（＞第１レベル）のスロットル開度変化（加速状態）が検出された場合には、非同期噴射用の燃料噴射量を増大設定した後、矢印で示すように、排気行程の後半まで待機した後に非同期噴射制御が実行される。

この結果、吸入空気量に影響を与えるタイミングでのスロットル開度変化による加速判定を行うことができ、吸気管壁面への燃料付着量が一定となる定められたタイミングでの非同期噴射制御を実行することになるので、安定したシリンダ内の空燃比を実現することができ、良好なドライバビリティを確保することができる。

なお、この発明の形態は、上記実施の形態１に限定されるものではなく、また、各部の構成は、図１の構成例に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能なことは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射制御方法が適用されるエンジン制御システム全体を概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１による非同期噴射制御の待機処理を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１による非同期噴射量のピークホールド処理を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１による一定時間ルーチンの制御手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるクランク角割り込みルーチンの制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 吸気系、２ スロットルバルブ、４ 吸気管、５ 燃料噴射弁、６ 電子制御装置（ＥＣＵ）、７ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）、８ 記憶装置（メモリ）、９ 入力インタフェース、１１ 出力インタフェース、１４ クランク角センサ、１６ スロットルセンサ、１００ エンジン、ｄ スロットル開度信号、ｆ 燃料噴射信号、Ｇ２ クランク角基準信号、ＴＨＮ 今回のスロットル開度、ＴＨＯ 前回のスロットル開度、ｄＴＨ スロットル開度偏差値、ＱＴＨＡＣＮ 今回の非同期噴射量、ＱＴＨＡＣ 前回の非同期噴射量。

Claims (2)

1. 単気筒４サイクルのエンジンの運転状態に応じた所定のクランク角毎に、前記エンジンの運転状態に応じた量の燃料を第１のクランク角範囲内で同期噴射する同期噴射制御を行うとともに、
   前記エンジンのスロットル開度変化による第１の加速状態が検出された際に、前記第１の加速状態に応じた量の燃料を、前記第１のクランク角範囲内とは異なる第２のクランク角範囲内で非同期噴射制御を行うエンジンの燃料噴射制御方法であって、
   前記第１の加速状態の検出時点が前記第２のクランク角範囲内の排気行程を含む排気行程の前後である場合には、前記エンジンに非同期噴射すべき第１の燃料噴射量による前記非同期噴射制御を直ちに実行するステップと、
   前記第１の加速状態の検出時点が前記第２のクランク角範囲内でない場合には、
   前記第１の加速状態が検出された後に、前記非同期噴射制御の開始時期となるまでの期間にわたって、前記第１の燃料噴射量を記憶し、その後前記第１の加速状態よりも大きい第２の加速状態が検出された場合には、前記第１の燃料噴射量よりも多い第２の燃料噴射量を更新記憶してピークホールド記憶する燃料噴射量記憶ステップと、
   前記非同期噴射制御の開始時期において、記憶された前記第１の燃料噴射量を、前記第２のクランク角範囲内で前記エンジンに非同期噴射する非同期噴射ステップと
   を備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。
2. 単気筒４サイクルのエンジンの運転状態に応じた所定のクランク角毎に、前記エンジンの運転状態に応じた量の燃料を第１のクランク角範囲内で同期噴射する同期噴射制御を行うとともに、
   前記エンジンのスロットル開度変化による第１の加速状態が検出された際に、前記第１の加速状態に応じた量の燃料を、前記第１のクランク角範囲内とは異なる第２のクランク角範囲内で非同期噴射制御を行うエンジンの燃料噴射制御方法であって、
   前記第１の加速状態が検出された際に、前記第１の加速状態の検出時点での前記エンジンのクランク角位置が、排気行程を含む排気行程の前後である前記非同期噴射制御の対象位置か否かを判定するクランク角位置判定ステップと、
   前記エンジンのクランク角位置が前記非同期噴射制御の対象位置であると判定された場合に、前記第１の加速状態に応じた第１の燃料噴射量の燃料を、前記第１のクランク角範囲に続く排気行程の後半から吸入行程にかけた範囲である前記第２のクランク角範囲内で非同期噴射する非同期噴射ステップと、
   前記第１の加速状態が検出された後に、前記非同期噴射制御の開始時期となるまでの期間にわたって、前記第１の燃料噴射量を記憶し、その後前記第１の加速状態よりも大きい第２の加速状態が検出された場合には、前記第１の燃料噴射量よりも多い第２の燃料噴射量を更新記憶し、その後も燃料噴射量を更新記憶してピークホールド記憶する燃料噴射量記憶ステップとを備え、
   前記非同期噴射ステップにおいては、記憶された前記燃料噴射量の燃料が噴射されることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。

Images