(57)【要約】【課題】  吸気マニホールドの吸気圧を検出して負荷を精度良く判定する。【解決手段】  吸気行程毎に吸気マニホールドの吸気圧のボトム圧ＰＭＢＭと、その前後の圧力ＰＭ１，ＰＭ２を検出した後、負荷ＰＭＴＰを次式により判定する。  ＰＭＴＰ＝（ｋ１・ＰＭ１＋ｋ２・ＰＭ２＋ｋ３・ＰＭＢＭ）／Ａ  ここで、ｋ１，ｋ２，ｋ３は、重み付け係数であり、ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭＢＭの検出タイミングやエンジンの個体差（ばらつき）に応じて適宜設定すれば良い。Ａは定数である。この負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとに基づいて燃料噴射量を算出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関回転数を検出する回転数検出手段と、
内燃機関の吸気マニホールドのボトム圧から後の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
吸気行程毎に前記吸気圧検出手段で検出した吸気圧から負荷を判定する負荷判定手段と、
前記負荷と前記内燃機関回転数とに基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記負荷判定手段は、吸気行程毎に前記吸気圧検出手段で検出した複数点の吸気圧から負荷を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記吸気圧検出手段は、吸気圧を検出するタイミングをクランク角に基づいて決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記負荷判定手段は、前記吸気圧検出手段で検出した複数点の吸気圧を重み付けして負荷判定に用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気マニホールドの吸気圧から判定した負荷と内燃機関回転数とに基づいて燃料噴射量を算出するようにした内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばオートバイに搭載されている内燃機関は、空気を吸入するエアボックスから各気筒の吸気マニホールドを通して各気筒に空気を導入する独立吸気エンジンが多い。独立吸気エンジンでは、吸気マニホールドの上流側に吸気集合管が無いため、吸入空気量を測定することが困難であり、そのために、吸入空気量に代わるパラメータとして、スロットル開度とエンジン回転数を用い、スロットル開度とエンジン回転数とから燃料噴射量を算出するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、エンジン負荷によっては、スロットル開度とエンジン回転数とから決まる運転状態と吸入空気量との対応関係にずれが生じ、これが燃料噴射量の算出精度を低下させて、空燃比のずれを生じさせ、排気エミッション増加やドライバビリティ低下を招く要因となる。
【０００４】
この欠点を解消するため、吸気マニホールドに吸気圧センサを設け、吸気マニホールドの吸気圧から判定した負荷とエンジン回転数とから燃料噴射量を算出することが考えられる。
【０００５】
この場合、四輪自動車のように吸気マニホールド上流のサージタンクで吸気圧を検出する場合には、各気筒の吸気圧の変動がサージタンクで打ち消し合うため、平均的な吸気圧を検出できるが、独立吸気エンジンでは、吸気マニホールドで吸気圧を検出するため、吸気圧の変動が大きく、負荷を判定するのに適した平均的な吸気圧を検出するのが困難である。
【０００６】
この問題を解決するために、各気筒の吸気マニホールドに連通する連通管を設けると共に、この連通管に吸気圧センサを設け、この吸気圧センサにより各気筒の平均吸気圧を検出することが考えられる。
【０００７】
しかし、各気筒の吸気マニホールドを連通管で連通させると、各気筒の吸気マニホールドの吸気圧が連通管を通して互いに影響し合い、特に、低負荷領域においては、連通管を通して一方側の吸気マニホールドから他方側の吸気マニホールドに流れ込む空気流による影響が相対的に大きくなり、排気エミッションやドライバビリティに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、吸気マニホールドの吸気圧から負荷を精度良く判定できて、燃料噴射量の算出精度を向上でき、排気エミッション低減やドライバビリティ向上を実現することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の燃料噴射制御装置は、ボトム圧から後の吸気圧の戻り具合に負荷変動の影響が現れる点に着目し、吸気行程毎に吸気圧検出手段でボトム圧から後の吸気圧を検出して、ボトム圧から後の吸気圧の戻り具合を検出することで、負荷を負荷判定手段により判定する。これにより、吸気マニホールドの吸気圧の検出値から負荷を精度良く判定できると共に、この負荷と内燃機関回転数とに基づいて燃料噴射量を精度良く算出でき、排気エミッション低減やドライバビリティ向上を実現することができる。
【００１０】
即ち、低負荷領域では、負荷が変動しても、吸気圧のボトム圧（最低圧）の変化量は少ないが、ボトム圧から後の吸気圧の戻り具合に負荷変動の影響が現れる。従って、ボトム圧から後の吸気圧の戻り具合を検出することで、負荷を判定することが可能である。
【００１１】
また、請求項２のように、負荷判定手段は、吸気行程毎に前記吸気圧検出手段で検出した複数点の吸気圧から負荷を判定してもよい。このようにすれば、２点の吸気圧検出値によってボトム圧から後の吸気圧の戻り具合を判定でき、負荷を精度良く判定できる。
【００１２】
更に、請求項３のように、吸気圧を検出するタイミングをクランク角に基づいて決定するようにしても良い。つまり、ボトム圧のタイミングは内燃機関の運転状態に影響されず、ほぼ一定のクランク角でボトム圧となるので、吸気圧検出タイミングをクランク角で決めれば、ボトム圧や他の吸気圧の検出タイミングを簡単且つ精度良く決定することができる。
【００１３】
また、請求項４のように、吸気圧検出手段で検出した複数点の吸気圧を重み付けして負荷判定に用いるようにしても良い。このようにすれば、吸気圧の検出タイミング等に応じて重み付けの係数を適宜設定することで、検出した複数点の吸気圧から平均的な吸気圧を精度良く求めることが可能となり、負荷の判定精度を更に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施形態（１）］
以下、本発明をオートバイに適用した実施形態（１）を図１乃至図３に基づいて説明する。内燃機関であるエンジン１１の各気筒の吸気ポート１０には、それぞれ吸気マニホールド１２が接続され、各気筒の吸気マニホールド１２の上流側にはエアボックス１３が接続され、このエアボックス１３内に吸入された空気が各気筒の吸気マニホールド１２に吸い込まれる。このエアボックス１３内にはエアクリーナ３３が装着され、また、このエアボックス１３には、吸気温を検出する吸気温センサ１４が取り付けられている。
【００１５】
各気筒の吸気マニホールド１２の途中には、スロットルバルブ１５が取り付けられ、このスロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１６によって検出される。更に、特定の気筒の吸気マニホールド１２のうちのスロットルバルブ１５の下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７（吸気圧検出手段）が設けられている。各気筒の吸気ポート１０の近傍には燃料噴射弁１８が取り付けられている。
【００１６】
一方、燃料タンク１９内から燃料ポンプ２０で汲み上げられた燃料は、燃料配管２１→燃料フィルタ２２→燃料配管２３→デリバリパイプ２４に送られ、各気筒の燃料噴射弁１８に分配される。デリバリパイプ２４内の余剰燃料は、プレッシャレギュレータ２５→リターン配管２６の経路で燃料タンク１９内に戻される。プレッシャレギュレータ２５は、デリバリパイプ２４内の燃料圧力と吸気圧との差圧が一定になるようにデリバリパイプ２４内の燃料圧力を調整する。
【００１７】
エンジン１１のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられ、点火タイミング毎に点火コイル２８の二次側に発生する高電圧が各気筒の点火プラグ２７に印加され、点火される。このエンジン１１には、エンジン回転数を検出するために所定クランク角毎にパルス信号（クランク角信号）を出力するエンジン回転数センサ２９（回転数検出手段）と、特定気筒を判別する気筒判別センサ３０と、冷却水温を検出する水温センサ３１とが取り付けられている。
【００１８】
これら各種センサの出力信号は、エンジン制御回路３５に入力される。このエンジン制御回路３５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵したＲＯＭ３６（記憶媒体）に記憶された点火制御プログラムや図２に示す燃料噴射量演算プログラム等を実行することで、点火制御や燃料噴射制御を行う。
【００１９】
ここで、燃料噴射量演算に用いる吸気圧の検出タイミングについて図３に基づいて説明する。図３は吸気マニホールド１２の吸気圧の挙動を示すタイムチャートである。クランク角カウンタＮＵＭは、エンジン回転数センサ２９から例えば９０℃Ａ毎に出力されるクランク角信号をカウントし、そのカウント値が７を越えると０にリセットされる。クランク角カウンタＮＵＭが０にリセットされる時が吸気行程の開始時に対応する。吸気圧は、吸気行程中に低下し、吸気行程から圧縮行程に移行する付近で吸気圧がボトム圧ＰＭＢＭとなり、その後、圧縮、膨張、排気の各行程で吸気圧は大気圧の近傍まで上昇する。この際、スロットル開度が大きくなるほど、吸気圧の上昇勾配が大きくなる傾向がある。
【００２０】
負荷判定に用いる吸気圧は、ボトム圧ＰＭＢＭと、その前後の圧力ＰＭ１，ＰＭ２である。ボトム圧ＰＭＢＭは、吸気行程から圧縮工程に移行する付近で発生し、この時期はクランク角カウンタＮＵＭの値が２になるのとほぼ同じ時期である。ボトム圧ＰＭＢＭは、吸気圧センサ１７の出力信号をピークホールド処理して求めても良いし、或は、クランク角カウンタＮＵＭの値が２になった時の吸気圧をボトム圧ＰＭＢＭとして読み込んでも良い。ボトム圧ＰＭＢＭの前後の圧力ＰＭ１，ＰＭ２の検出タイミングは、クランク角カウンタＮＵＭの値が１になった時と３になった時である。
【００２１】
次に、図２の燃料噴射量演算プログラムの処理内容を説明する。本プログラムは、吸気行程毎に実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、クランク角カウンタＮＵＭの値が１になった時の吸気圧ＰＭ１（ボトム圧前の圧力）を読み込む。次のステップ１０２で、クランク角カウンタＮＵＭの値が３になった時の吸気圧ＰＭ２（ボトム圧後の圧力）を読み込む。更に、ステップ１０３で、吸気圧センサ１７の出力信号をピークホールド処理して求めたボトム圧ＰＭＢＭを読み込む。尚、このボトム圧ＰＭＢＭは、クランク角カウンタＮＵＭの値が２になった時の吸気圧をボトム圧ＰＭＢＭとして読み込んでも良いことは前述した通りである。
【００２２】
この後、ステップ１０４で、エンジン回転数センサ２９の出力信号から検出されたエンジン回転数ＮＥを読み込んだ後、ステップ１０５で、スロットル開度センサ１６の出力信号（スロットル開度）ＴＶＡを読み込む。次のステップ１０６で、ボトム圧ＰＭＢＭとその前後の圧力ＰＭ１，ＰＭ２から、負荷ＰＭＴＰを次式により判定する。
【００２３】
ＰＭＴＰ＝（ｋ１・ＰＭ１＋ｋ２・ＰＭ２＋ｋ３・ＰＭＢＭ）／Ａ
ここで、ｋ１，ｋ２，ｋ３は重み付け係数であり、ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭＢＭの検出タイミングやエンジン１１の個体差（ばらつき）に応じて適宜設定すれば良い。Ａは定数である。尚、上式において、ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝１、Ａ＝３として、ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭＢＭの平均圧力を算出して負荷ＰＭＴＰを求めるようにしても良い。このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう負荷判定手段として機能する。
【００２４】
そして、次のステップ１０７で、低負荷領域で使用する基本噴射時間ＴＰＤを負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとに基づいて算出する。この算出方法は、予め実験又はシミュレーション等によって負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする基本噴射時間ＴＰＤの二次元マップを作成し、このマップをエンジン制御回路３５のＲＯＭ３６に記憶しておき、ステップ１０７で、このマップを検索して、その時点の負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとに応じた基本噴射時間ＴＰＤを求める。
【００２５】
この後、ステップ１０８で、中負荷・高負荷領域で使用する基本噴射時間ＴＰＡをスロットル開度ＶＴＡとエンジン回転数ＮＥとに基づいて算出する。この算出方法は、予め実験又はシミュレーション等によってスロットル開度ＶＴＡとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする基本噴射時間ＴＰＡの二次元マップを作成し、このマップをエンジン制御回路３５のＲＯＭ３６に記憶しておき、ステップ１０８で、このマップを検索して、その時点のスロットル開度ＶＴＡとエンジン回転数ＮＥとに応じた基本噴射時間ＴＰＡを求める。
【００２６】
この後、ステップ１０９で、現在の運転領域が低負荷領域であるか否かを判定し、低負荷領域であれば、ステップ１１１に進み、最終噴射時間ＴＡＵの算出に用いる基本噴射時間ＴＰとして、上記ステップ１０７で負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとから算出したＴＰＤを用いる。
【００２７】
一方、中負荷・高負荷領域の場合には、ステップ１０９からステップ１１０に進み、最終噴射時間ＴＡＵの算出に用いる基本噴射時間ＴＰとして、上記ステッ１０８でスロットル開度ＶＴＡとエンジン回転数ＮＥとから算出したＴＰＡを用いる。
【００２８】
以上のようにして基本噴射時間ＴＰをＴＰＤ又はＴＰＡに決定した後、ステップ１１２で、各種の補正係数Ｋを算出する。例えば、水温センサ３１の出力信号（冷却水温）に応じた暖機増量補正係数、始動後増量補正係数、吸気温センサ１４の出力信号（吸気温）に応じた吸気温補正係数等、各種の補正係数Ｋを算出する。
【００２９】
この後、ステップ１１３で、電源電圧に基づいて燃料噴射弁１８の応答遅れ時間、つまり無効噴射時間ＴＶを算出し、次のステップ１１４で、燃料噴射弁１８に出力する噴射パルスのパルス幅である最終噴射時間ＴＡＵを、基本噴射時間ＴＰと各種補正係数Ｋと無効噴射時間ＴＶを用いて次式により算出する。
【００３０】
ＴＡＵ＝ＴＰ×Ｋ＋ＴＶ
上述したステップ１０７〜１１４の処理が特許請求の範囲でいう燃料噴射量算出手段として機能する。
【００３１】
以上説明した実施形態（１）によれば、吸気圧の変動パターンの特徴を最も良く表す、ボトム圧ＰＭＢＭとその前後の圧力ＰＭ１，ＰＭ２を検出し、これら３点の吸気圧ＰＭＢＭ，ＰＭ１，ＰＭ２から負荷ＰＭＴＰを判定するようにしたので、吸気圧の変動が大きい独立吸気エンジンでも、吸気圧から負荷ＰＭＴＰを精度良く判定できる。これにより、燃料噴射量を精度良く算出でき、排気エミッション低減やドライバビリティ向上を実現することができる。
【００３２】
尚、上記実施形態（１）では、負荷判定に用いる吸気圧を３点としたが、２点としても良く、この場合には、ボトム圧ＰＭＢＭとその後の圧力ＰＭ２を検出することが好ましい。つまり、低負荷領域では、負荷が変動しても、ボトム圧ＰＭＢＭの変化量は比較的少ないが、ボトム圧ＰＭＢＭから後の吸気圧の戻り具合に負荷変動の影響が現れる。従って、ボトム圧ＰＭＢＭから後の吸気圧の戻り具合を検出することで負荷を判定することが可能である。
【００３３】
尚、４点以上の吸気圧を検出して、４点以上の吸気圧から負荷を判定するようにしても良いことは言うまでもない。また、ボトム圧ＰＭＢＭを正確に検出することが困難な場合には、ボトム圧ＰＭＢＭの近傍の圧力を検出するようにしても良い。また、吸気圧の検出値を前回の検出値を用いてなまし処理するようにしても良い。
【００３４】
また、上記実施形態（１）においては、中負荷・高負荷領域では、スロットル開度ＶＴＡが負荷を示すパラメータとなる点に着目し、中負荷・高負荷領域では、スロットル開度ＶＴＡとエンジン回転数ＮＥとから算出した基本噴射時間ＴＰＡを用いるようにしたが、中負荷・高負荷領域でも、低負荷領域と同じく、吸気圧から求めた負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとから算出した基本噴射時間ＴＰＤを用いるようにしても良い。この場合には、図２のステップ１０８，１０９，１１０の処理が不要となる。
【００３５】
［実施形態（２）］
図４及び図５に示す本発明の実施形態（２）では、ボトム圧ＰＭＢＭと、吸気圧が所定圧力ＰＭ３以下に低下してから再び所定圧力ＰＭ３以上に戻るまでの時間（以下「圧力回復時間」という）ＴＰＭとに基づいて負荷ＰＭＴＰを判定するようにしている。この処理は、図４の燃料噴射量演算プログラムによって次のように実行される。まず、ステップ２０１で、吸気圧センサ１７の出力信号をピークホールド処理して求めたボトム圧ＰＭＢＭを読み込む。尚、このボトム圧ＰＭＢＭは、クランク角カウンタＮＵＭの値が２になった時の吸気圧をボトム圧ＰＭＢＭとして読み込んでも良い。
【００３６】
そして、次のステップ２０２で、吸気圧が所定圧力ＰＭ３以下に低下してから再び所定圧力ＰＭ３以上に戻るまでの圧力回復時間ＴＰＭを読み込む。ここで、所定圧力ＰＭ３は、図５に示すように、クランク角カウンタＮＵＭの値が１になった時の吸気圧である。クランク角カウンタＮＵＭの値が１になると、タイマが計時動作を開始し、その後、吸気圧がボトム圧ＰＭＢＭを経てＰＭ３まで回復した時点で、タイマの計時動作を終了する。このようにして、タイマで計測した圧力回復時間ＴＰＭが読み込まれる。
【００３７】
この後、ステップ２０３で、エンジン回転数ＮＥを読み込んだ後、ステップ２０４で、スロットル開度センサ１６の出力信号（スロットル開度）ＴＶＡを読み込む。次のステップ２０５で、ボトム圧補正係数ＰＭＳＢをエンジン回転数ＮＥと圧力回復時間ＴＰＭとに基づいて算出する。この算出方法は、エンジン回転数ＮＥと圧力回復時間ＴＰＭとをパラメータとするボトム圧補正係数ＰＭＳＢの二次元マップを作成しておき、その時点のエンジン回転数ＮＥと圧力回復時間ＴＰＭとに応じてマップからボトム圧補正係数ＰＭＳＢを求める。このボトム圧補正係数ＰＭＳＢのマップは、基本的には圧力回復時間ＴＰＭが短くなるほど、ボトム圧補正係数ＰＭＳＢが大きくなるように設定されている。
【００３８】
そして、次のステップ２０６で、ボトム圧ＰＭＢＭに補正係数ＰＭＳＢを乗算することで、負荷ＰＭＴＰを求める（ＰＭＴＰ＝ＰＭＢＭ×ＰＭＳＢ）。これらステップ２０５，２０６の処理が特許請求の範囲でいう負荷判定手段として機能する。これ以降の処理（ステップ２０７〜２１４）は、図２のステップ１０７〜１１４と全く同じであるため、説明を省略する。
【００３９】
以上説明した実施形態（２）では、ボトム圧ＰＭＢＭと、吸気圧が所定圧力ＰＭ３以下に低下してから再び所定圧力ＰＭ３以上に戻るまでの圧力回復時間ＴＰＭとを用いて、負荷ＰＭＴＰを判定するようにしており、これにより、吸気圧から負荷ＰＭＴＰを精度良く判定できる。
【００４０】
尚、上記実施形態（２）においても、ボトム圧ＰＭＢＭを正確に検出することが困難な場合には、ボトム圧ＰＭＢＭの近傍の圧力を検出するようにしても良い。また、ボトム圧ＰＭＢＭの検出値を前回の検出値を用いてなまし処理するようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施形態（２）においても、中負荷・高負荷領域の時に、スロットル開度ＶＴＡとエンジン回転数ＮＥとから算出した基本噴射時間ＴＰＡを用いるようにしたが、中負荷・高負荷領域でも、低負荷領域と同じく、吸気圧から求めた負荷ＰＭＴＰとエンジン回転数ＮＥとから算出した基本噴射時間ＴＰＤを用いるようにしても良い。この場合には、図４のステップ２０８，２０９，２１０の処理が不要となる。
【００４２】
尚、本発明の適用範囲は、オートバイに限定されず、四輪自動車に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の燃料噴射量演算プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）の吸気圧の検出タイミングを説明するタイムチャート
【図４】実施形態（２）の燃料噴射量演算プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】実施形態（２）のボトム圧ＰＭＢＭの検出タイミングと圧力回復時間ＴＰＭの測定方法を説明するタイムチャート
【符号の説明】
【００４４】
１１  エンジン（内燃機関）
１２  吸気マニホールド
１３  エアボックス
１５  スロットルバルブ
１６  スロットル開度センサ
１７  吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
１８  燃料噴射弁
２９  エンジン回転数センサ（回転数検出手段）
３５  エンジン制御回路（負荷判定手段，燃料噴射量算出手段）
３６  ＲＯＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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