(57)【要約】【課題】エンジンに逆回転が生じたときに、バックファイヤの発生をエンジン構造を複雑にすることなく、確実に防止することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】エンジンの回転状態を検出するセンサ（以下クランク角センサ）から出力される信号に基づいてエンジンの逆回転を判定する。そして、エンジンの逆回転が判定された場合には、点火コイル通電中の気筒に対して、強制的に燃料噴射を実施し失火させるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の逆回転を判定する逆回転判定手段と、前記判定手段により逆回転が判定されることに基づいて内燃機関の点火コイル通電中の気筒に対して強制的に燃料噴射する燃料噴射制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、内燃機関の気筒内の燃料噴射弁を強制的に駆動することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により逆回転を判定し、強制的に燃料噴射後、その後の内燃機関の点火動作及び燃料噴射動作を併せて禁止するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記逆回転判定手段は、２つのクランク角センサからなる回転検出装置からの信号を受けて回転方向を判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、特にエンジンが逆回転した場合のバックファイヤ防止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関の始動が完了する前に始動動作を終了すると、機関回転数が急激に低下し、その後逆回転することがある。そして、この逆回転に至るメカニズムは、概ね次のように考えられている。
【０００３】
通常、内燃機関の始動時には、スタータ等の回転出力手段の駆動により内燃機関のクランク軸が回転される。この時、内燃機関のフリクションと共に特に圧縮行程にある気筒の圧縮圧力が回転抵抗力として作用する。またエンジン始動時のクランキング中においては、スタータが手動操作されるので、エンジンが実際にかかる（運転開始する）前にクランキングを停止することも起こり得る。
【０００４】
そこで仮に、エンジンが運転開始する前にクランキングを停止すると、スタータからエンジンへの駆動トルクがなくなるので、たとえば圧縮行程中にある気筒のピストンを圧縮上死点（ＴＤＣ）まで押し切る（上昇完了させる）ことができない。したがって、ＴＤＣ直前のクランク角度位置からピストンが降下してしまい、エンジンが逆転することが起こる。
【０００５】
一方、こうして機関が逆回転する場合には、排気通路内の空気が燃焼室内に吸入され、その後、同燃焼室内の空気が吸気通路内に排出されることで、噴射される燃料と燃焼室内の空気とが混合された可燃ガスが吸気通路内に逆流されるようになる。更に、このときに点火が行われて燃焼室内に火種が作られる場合には、吸気通路内にバックファイヤが生じ、同通路内に配設される部品の信頼性の低下を招くようになる。
【０００６】
そこで、従来は、例えば特開平１１−１１７７８０号公報（特許文献１）にみられるように、こうした逆回転の発生を検出し、検出後における点火や燃料噴射を停止することによりバックファイヤの防止を図りつつ、当該機関を停止させるようにした装置が提案されている。すなわち、この装置では、逆回転が生じた後の点火や燃料噴射を停止することで、吸気通路内に可燃ガスが逆流したり、バックファイヤが発生したりすることを防止するようにしている。また同時に、内燃機関における燃焼をも停止させることで、クランクシャフトに対する駆動力の付与を停止し、当該機関を停止させるようにしている。
【０００７】
ただし、この時、既に次の圧縮行程にある気筒の点火コイルが点火準備の為、通電を開始していると、通電時間によっては、点火停止による通電ＯＦＦ時に点火してしまう場合があり、この場合、逆回転をさらに助長させバックファイヤの発生を免れない。またこれを避けるため、点火コイルを通電させ続けた場合、点火コイルの性能を著しく低下させ、最悪の場合、点火コイルの溶損に至る。
【０００８】
そこで蓄積した電気エネルギーを点火させることなく、放出させる方法として特開平１０−２５２６２９号公報（特許文献２）では、逆回転検出時に蓄電した電気エネルギーを燃料噴射していない気筒に分配することで、点火コイル通電ＯＦＦ時の点火による燃焼を防止する装置が提案されている。
【０００９】
また点火コイル通電ＯＦＦ時の燃焼によるバックファイヤを防止する方法として特開２００１−２２１０７３号公報（特許文献３）では、逆回転検出時に吸気バルブを強制的に閉じることで点火コイルＯＦＦ時の点火の燃焼による吸気通路内へのバックファイヤを防止する装置が提案されている。
【００１０】
しかしながら、特開平１０−２５２６２９号公報（特許文献２）に示される構成は、ディストリビュータ(配電器)を用いた高圧配電の点火システムのものであり、現在主流となっている気筒毎に独立したコイルを備える低圧配電の点火システムでは、用いることができない。
【００１１】
また、特開２００１−２２１０７３号公報（特許文献３）に示される構成は、吸気ポートまたは吸気弁を強制的に閉じるために新たな機構を設ける必要があり、装置全体が複雑になることでコスト高となる。また電磁駆動弁を用いる構成も示されているが、この場合は、バッテリー電気消費量が増加すると共に、コストの高騰が余儀なくされるといった課題がある。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１１７７８０号公報
【特許文献２】特開平１０−２５２６２９号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、現在主流となっている気筒毎に独立したコイルを備える低圧配電の点火システムにおいて、内燃機関の逆回転によるバックファイヤの発生を装置の構成の複雑化、バッテリー電気消費量の増加、またコストの増加をさせることなく防止することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、内燃機関の逆回転を判定する逆回転判定手段と、前記判定手段により逆回転が判定されることに基づいて当該内燃機関の点火コイル通電中の気筒に対して強制的に燃料噴射する燃料噴射制御手段とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、内燃機関の逆回転が判定されたときに同機関の点火コイル通電中の気筒に対して強制的に燃料噴射するようにしたために、当該機関が逆回転するようになった直後、気筒内に吸気された空気量に対して燃料量が多くなり、燃焼可能な空燃比よりも大幅に濃い混合気となる。これにより点火コイル通電ＯＦＦによる点火発生時においても燃焼による爆発が発生しない。従って、逆回転が生じたときであれ、気筒内の混合気が着火されないので、吸気通路内へは、未燃焼の混合気が吸気通路に逆流するだけとなりバックファイヤの発生を防止することができる。
また本構成によれば、ディストリビュータ(配電器)を用いて蓄積した電気エネルギーを他の気筒に放電させる必要なく、現在主流となっている気筒毎に独立したコイルを備える低圧配電の点火システムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施形態に関するシステム構成図である。
【図２】この発明の実施形態での燃料噴射制御手段として実施する、バックファイヤ発生防止の為の強制噴射処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下図面を参照して、この発明における内燃機関の燃料噴射装置の実施形態について詳細に説明する。図１は、この発明の実施形態１におけるシステム構成図である。
【００１８】
図１に示されるように、この装置は、内燃機関としての４サイクルガソリンエンジン（以下、「エンジン」）１を中心として構成されている。このエンジン１は、シリンダ２内にピストン３を備えている。ピストン３は、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト４にコンロッド５を介して連結され、そのコンロッド５によりピストン３の往復運動がクランクシャフト４の回転に置き換えられるようになっている。
【００１９】
クランクシャフト４の近傍には、その回転角を検出する回転検出装置６が配設されている。この回転検出装置６は、２つのクランク角センサ（回転角センサと補助センサ）を備え、回転角センサにより、クランクシャフト４の回転角（クランク角）の所定角度毎（例えば３０°毎）にパルス信号が出力される。また回転センサと補助センサの出力に基づきクランクシャフト４の回転方向を検出し、回転方向信号として正転信号「Ｈ」または逆転信号「Ｌ」を出力する。
【００２０】
一方、上記ピストン３の上方に形成される燃焼室７には、吸気通路８及び排気通路９が連通されている。また、上記燃焼室７には、同燃焼室７内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。更に、上記燃焼室７には、同燃焼室７内に充填される燃料と空気とからなる混合気に対して点火を行う点火プラグ１１が取り付けられている。この点火プラグ１１による上記混合気への点火は同プラグ１１の上方に設けられた点火コイル１２の通電によって実施され、更に点火コイル１２の上方に設けられたイグナイタ１３によって、点火コイル１２と点火プラグ１１を含む点火制御が調整される。
【００２１】
また一方、この装置には、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータによって構成される電子制御装置（ＥＣＵ）１４が設けられており、このＥＣＵ１４に上記パルス信号が取り込まれる。また、ＥＣＵ１４は、エンジン１の稼働中において、上記パルス信号に基づいてそのときどきのエンジン回転数や行程を演算し、その演算結果に基づいて、イグナイタ１３に点火信号を出力することで、点火コイル１２に通電した後にその通電を遮断し、その通電の遮断に伴って発生した高圧の２次電流により点火プラグ１１に放電させる点火制御、及び燃料噴射弁１０による燃料噴射制御を実施する。更に、ＥＣＵ１４には、取り込んだ上記パルス信号により逆回転を判定する逆回転判定手段１５、点火コイル通電時間を計測する点火コイル通電時間計測手段１６、バックファイヤの発生を防止する為の追加燃料噴射手段１７及び、点火・燃料噴射禁止手段１８とを備えている。
【００２２】
ところで、エンジン１は上述のように、４サイクルエンジンとして構成されており、その運転に際しては、次の４つの行程（サイクル）を繰り返し実行する。
先ず吸気行程では、燃焼室７内に燃料が噴射される。また、この行程においてピストン３は下降運動する。このため、ピストン３の下降による燃焼室７内の圧力低下によって吸気通路８内の空気と燃料とが燃焼室７内に吸入され、その結果、同燃焼室７内に燃料と空気とからなる混合気が充填される。
また圧縮行程においてはピストン３が上昇運動する。このため、ピストン３の上昇による燃焼室７内の圧力上昇によって上記混合気が昇圧、昇温される。
また爆発行程では、点火プラグ１１により点火が行われ、上記混合気が着火、爆発される。この爆発によってピストン３には下向きの駆動力が付与され、ピストン３が下降運動するようになる。すなわち、クランクシャフト４に回転力が付与される。
そして排気行程においては、ピストン３は上昇運動するこのピストン３の上昇によって燃焼室７内の燃焼後のガスが排気通路９に排出される。
【００２３】
こうした「吸気行程」→「圧縮行程」→「爆発行程」→「排気行程」といった順序にて各行程の動作が繰り返されることにより、エンジン１に駆動力が付与され続けてその運転が継続される。
ただし、こうしたエンジン１には前述のように、内燃機関の始動が完了する前に始動動作を終了すると、機関回転数が急激に低下し、その後逆回転することがある。そして、エンジン１にこうして逆回転が生じる場合には、バックファイヤが生じることがあることも前述した通りである。
【００２４】
そこで、本実施形態の燃料噴射装置における燃料噴射制御手段では、燃料噴射弁１０を通じて図２のフローチャートに示す処理を実行することにより、こうした逆回転に起因するバックファイヤの発生を防止するようにしている。
【００２５】
以下、図２のフローチャートを参照して、図１に示した本実施形態の燃料噴射装置における燃料噴射制御手段について、逆回転判定時の強制噴射処理動作を説明する。
まず、図２のステップＳ１０１において、ＥＣＵ１４内の逆回転判定手段１５は、回転検出装置６より出力される回転方向信号を読み取り、信号が逆転信号「Ｌ」であった場合に、逆回転していると判定し、ステップＳ１０２へ処理を移行する。逆回転を判定していない場合には強制噴射処理を終了する。
なお上記、逆回転の判定手段については、判定手段の内容は特に限定するものではなく、内燃機関の逆回転を判定することが可能であれば良い。
【００２６】
次にステップＳ１０２では、ＥＣＵ１４において制御している点火制御情報より、現在点火コイル１２を通電中の気筒があるかどうか判定する。点火コイル１２を通電中の気筒がある場合には、ステップＳ１０３へ処理を移行する。点火コイル１２を通電中の気筒が無い場合は、ステップＳ１０５へ処理を移行する。
【００２７】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２において点火コイル１２を通電中と判定された気筒に対して、通電開始から現在までの通電時間を点火コイル通電時間計測手段１６において算出し、その通電時間が、点火コイル１２の通電ＯＦＦ時に点火が発生する所定時間を経過しているか判定する。
点火コイル１２の通電時間が上記所定時間以上であれば、ステップＳ１０４へ処理を移行する。点火コイル１２の通電時間が所定時間未満であれば、ステップＳ１０５へ処理を移行する。
なお、通電ＯＦＦ時に点火が発生する所定時間については、バッテリー電圧を軸としたマップより算出される。同マップは、バッテリー電圧が低い程、前述の所定時間が長くなる特性を有し、予め車輌にて適合により値を決定しておく。
【００２８】
ステップＳ１０４では、点火コイル１２の通電時間が所定時間を経過している気筒に対して、点火コイル１２の通電ＯＦＦ時の点火発生によるバックファイヤを防ぐ為に追加燃料噴射手段１７において、燃料噴射弁１０を駆動し、失火させるのに必要な所定の燃料噴射量を強制的に噴射する。
この時、燃料噴射弁１０は気筒内に設けられており、吸気弁の開閉タイミングを考慮する必要がなく、任意のタイミングで燃料噴射を実施することができる。強制噴射実施後はステップＳ１０５へ処理を移行する。
なお、失火させるのに必要な所定の燃料噴射量については、水温を軸とするマップより算出される。同マップは、水温が低い程、前述の燃料噴射量が多くなる特性を有し、予め車輌にて適合により値を決定しておく。
【００２９】
ステップＳ１０５では、逆回転判定手段１５により逆回転を判定した場合の共通処理として、逆回転が生じた後における内燃機関の停止を確実に維持する為に、燃料の強制噴射を実施しない場合や、強制噴射を実施した場合においてはその実施後に、点火・燃料噴射禁止手段１８において、点火動作及び燃料噴射動作を併せて禁止する。この時、点火動作禁止により、点火コイル１２が通電中であれば通電ＯＦＦされることになるが、点火が発生する所定通電時間を経過していた場合においても、Ｓ１０４の強制噴射により燃焼可能な空燃比よりも大幅に濃い混合気となっているので、失火する。(燃焼による爆発が発生しない。)
【００３０】
以上詳述したように、本実施の形態の装置によれば、以下に示すような多くの優れた効果が得られるようになる。
【００３１】
エンジンが逆回転している旨判断されるとき、点火コイル通電中の気筒に対して強制的に燃料噴射するようにしたことで、気筒内に吸気された空気量に対して燃料量が多くなり、燃焼可能な空燃比よりも大幅に濃い混合気となる。
これにより点火コイル通電ＯＦＦによる点火においても燃焼による爆発が発生せず、従って、逆回転が生じたときであれ、気筒内の混合気が着火されないので、吸気通路内へは、未燃焼の混合気が吸気通路に逆流するだけとなり、これに起因して生じるバックファイヤを防止することができる。また、こうしたバックファイヤの発生が防止されることで、吸気系部品の信頼性の低下も併せて防止される。
また、本構成であれば、ディストリビュータ(配電器)を用いて蓄積した電気エネルギーを他の気筒に放電させる必要なく、現在主流となっている気筒毎に独立したコイルを備える低圧配電の点火システムにも適用することができる。
【００３２】
また、請求項２記載の発明では、燃料噴射装置を気筒内に設けているので、吸気弁の開閉のタイミングを気にする事なく気筒内に燃料噴射することが可能となる。このため、上記点火コイル通電中の気筒に対しての燃料噴射も極めて容易となる。
更に、燃料噴射装置が気筒内に設けられた内燃機関は、一般に多く普及しており、この場合、新たな機構を設ける必要がない為、装置を複雑にすることもなく、バッテリー電気消費量の増加、コストの増加を生じさせることもない。
【００３３】
また、請求項３記載の発明では、逆回転判定手段により逆回転が判定されるとき、強制的に燃料噴射後、その後の当該機関の点火動作及び燃料噴射動作を併せて禁止するようにしているので、上記構成によれば、逆回転が生じた後における当該機関の停止を確実に維持することができる。
【００３４】
また、請求項４記載の発明では、簡単な構成で確実にエンジンの逆回転を検出することができ、確実なバックファイヤ防止が可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１  エンジン、  ２  シリンダ、  ３  ピストン、  ４  クランクシャフト、５  コンロッド、  ６  回転検出装置、  ７  燃焼室、  ８  吸気通路、  ９  排気通路、  １０  燃料噴射弁、  １１  点火プラグ、  １２  点火コイル、  １３  イグナイタ、  １４  電子制御装置（ＥＣＵ）、  １５  逆回転判定手段、  １６  点火コイル通電時間計測手段、  １７  追加燃料噴射手段、  １８  点火・燃料噴射禁止手段。
【図１】
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【図２】
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