(57)【要約】【課題】エアフローメータ、ＰＢセンサ等を用いることなく吸入空気質量を検出して燃料噴射量を算出できるようにする。【解決手段】圧縮・排気時間算出部９はクランク角パルサ２の出力に基づいて圧縮行程始終端の経過時間Ｔｃ１，Ｔｃ２と排気行程始終端の経過時間Ｔｅ１，Ｔｅ２とを算出する。吸入空気質量算出部１０は、算出式：［｛（１／Ｔｃ１）２　−（１／Ｔｃ２）２｝−｛（１／Ｔｅ１）２　−（１／Ｔｅ２）２｝］を用いて吸入空気質量を算出する。燃料噴射量算出部１１は吸入空気質量と目標空燃比に従って燃料噴射量を算出する。算出された燃料噴射量に基づくデューティで燃料噴射弁６が駆動され、燃料がエンジンに供給される。スロットル開度とエンジン回転数とでマップ１２を検索して燃料噴射量を求める。切替部１５は負荷に応じて選択した燃料噴射量を駆動部１７に供給する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル開度およびエンジン回転数の関数として基本燃料噴射量を決定し、該基本燃料噴射量に対して少なくとも空気密度補正を行って燃料噴射量を決定する第１噴射量算出手段を有する単気筒４サイクルエンジンの燃料噴射制御装置において、
圧縮行程および排気行程で生じるエネルギ損失の関数で吸気行程の吸入空気質量を算出する吸入空気質量算出手段と、
目標空燃比に従い前記吸入空気質量に対応する基本燃料噴射量を算出する第２噴射量算出手段と、
予定された低負荷域では前記第２噴射量算出手段を選択し、前記低負荷域以外では前記第１噴射量算出手段を選択する制御切り換え手段と、
前記吸入空気質量および標準空気流量に基づいて前記空気密度補正のための空気密度を算出する手段とを具備したことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記低負荷域がアイドル運転域であり、制御切り換え手段が、エンジンの回転変動率によって前記アイドル運転域と定常運転域とを判別する手段を含んでいることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
圧縮行程始終端および排気行程の始終端に設定した範囲の経過時間をそれぞれ算出する時間算出手段を具備し、
前記吸入空気質量算出手段が、前記圧縮行程始終端の経過時間および排気行程始終端の経過時間の差の関数でエネルギ損失を算出することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射制御装置に関し、特に、推定された吸入空気質量に基づいて単気筒４サイクルエンジンの燃料噴射量を決定することができる燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来技術の燃料噴射制御における基本噴射量決定方法を示す図である。同図において、スロットル開度θＴＨとエンジン回転数Ｎｅとによって決定される領域は二つに区分される。比較的エンジン回転数Ｎｅが低くてスロットル開度θＴＨも小さい低負荷域ＬＬＺ、およびエンジン回転数Ｎｅが高いかスロットル開度θＴＨが大きい高負荷域ＨＬＺである。
【０００３】
前記低負荷域ＬＬＺでは、吸気管負圧ＰＢとエンジン回転数Ｎｅとの関数として基本噴射量が設定されたＰＢ−ＮＥマップを使用して基本噴射量が決定される。一方、高負荷域ＨＬＺでは、スロットル開度θＴＨとエンジン回転数Ｎｅとの関数としての基本噴射量が設定されたＴＨ−ＮＥマップを使用して基本噴射量が決定される。さらに、これらマップの値に対して、エンジン温度補正、吸入空気温度補正、および大気圧補正等を施して最終的に燃料噴射量が決定される。
【０００４】
前記吸気管負圧ＰＢの測定にはいわゆるＰＢセンサが用いられ、大気圧補正では、大気圧を測定するＰＡ（大気圧）センサが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、低負荷域ＬＬＺにおける燃料噴射量決定にはＰＢセンサが必要であり、大気圧補正用にはＰＡセンサが必要とされたので、部品数の削減による構成の簡素化が図れないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、ＰＢセンサやエアフローセンサを用いないで燃料噴射量を決定することができる燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、スロットル開度およびエンジン回転数の関数として基本燃料噴射量を決定し、該基本燃料噴射量に対して少なくとも空気密度補正を行って燃料噴射量を決定する第１噴射量算出手段を有する単気筒４サイクルエンジンの燃料噴射制御装置において、圧縮行程および排気行程で生じるエネルギ損失の関数で吸気行程の吸入空気質量を算出する吸入空気質量算出手段と、目標空燃比に従い前記吸入空気質量に対応する基本燃料噴射量を算出する第２噴射量算出手段と、予定された低負荷域では前記第２噴射量算出手段を選択し、前記低負荷域以外では前記第１噴射量算出手段を選択する制御切り換え手段と、前記吸入空気質量および標準空気流量に基づいて前記空気密度補正のための空気密度を算出する手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００８】
第１の特徴によれば、低負荷域では、圧縮行程と排気行程とにおけるエネルギ損失に基づいて算出した吸入空気質量を使用して燃料噴射量が算出される。
【０００９】
また、本発明は、前記低負荷域がアイドル運転域であり、制御切り換え手段が、エンジンの回転変動率によって前記アイドル運転域と定常運転域とを判別する手段を含んでいる点に第２の特徴がある。
【００１０】
クラッチ断続によりアイドル運転域と定常運転域とを切り替えるので、このクラッチ接続によりエンジン系の慣性モーメントが変化し、回転変動率に違いが生じる。第２の特徴では、この回転変動率の違いから、クラッチ断続が行われたこと、すなわち低負荷域とそれ以外の負荷域との切り替えが行われたことを判別することがある。
【００１１】
また、本発明は、圧縮行程始終端に設定された範囲の経過時間および排気行程始終端に設定された範囲の経過時間をそれぞれ算出する時間算出手段を具備し、前記吸入空気質量算出手段が、前記圧縮行程始終端の経過時間および排気行程始終端の経過時間の差の関数でエネルギ損失を算出する点に第３の特徴がある。
【００１２】
第３の特徴によれば、エネルギの損失を圧縮行程および排気行程に設定された所定範囲の時間差の関数で代表させるので、例えば、４サイクルエンジンに通常に備えられ、圧縮行程および排気行程の開始終了を検出することができるクランク角センサの出力によりエネルギ損失を算出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、詳細は後述するＥＣＵ１には、クランク角パルサ２、スロットル開度センサ３、大気温度（ＴＡ）センサ４、エンジン温度（ＴＥ）センサ５による検出信号が入力される。クランク角パルサ２は、クランク軸またはクランク軸に結合される軸の周囲に等角度間隔で設けられる複数の被検出体（例えば鉄等の磁性体）を検出するセンサからなり、クランク角に応じたパルス信号を発生する。
【００１４】
スロットル開度センサ３は、エンジンの吸気管に設けられるスロットルボディ内のスロットル弁に接続されてスロットル開度θＴＨを出力する。ＴＥセンサ５は、例えばオイルパンに設けられ、エンジンオイルに浸積させたプローブでオイル温度を感知する。感知されたオイル温度はエンジン温度を示す信号としてＥＣＵ１に入力される。
【００１５】
ＥＣＵ１はマイコンおよびその周辺部品からなり、前記各センサ２，３，４，５の出力を取り込んで、予定のアルゴリズムで処理をし、その処理結果である指令をインジェクタ（燃料噴射弁）６，点火コイル７，および燃料ポンプ８等に対して出力する。
【００１６】
続いて、前記ＥＣＵ１による燃料噴射制御を説明する。本実施形態では、低負荷域としてアイドル運転領域を想定し、高負荷域としてアイドル運転領域以外の運転領域を想定した。つまり、負荷域をエンジン回転数Ｎｅによって区分した。図３はエンジン回転数をパラメータとした負荷域の区分を示す図である。この図に示すように負荷域をエンジン回転数によって低負荷域ＬＬＺと高負荷域ＨＬＺとに分けた。つまり、スロットル開度θＴＨにかかわらず、エンジン回転数Ｎｅが低いアイドル運転領域を低負荷域ＬＬＺ、エンジン回転数Ｎｅが高い領域を高負荷域ＨＬＺと決めた。
【００１７】
そして、各負荷域毎に、燃料噴射量を算出するためのアルゴリズムを次のように切り替える。例えば、遠心クラッチを備えたエンジンではエンジン回転数Ｎｅがクラッチイン回転数を超えているか否かの判定結果によって行うことができる。すなわち、エンジン回転数Ｎｅがクラッチイン回転数を超えている場合にはアイドル運転から定常の走行に移行するので、エンジンは高負荷域に切り替わる。したがって、燃料噴射量の算出アルゴリズムも高負荷域用に切り替えられる。
【００１８】
しかし、エンジン回転数がクラッチイン回転数を超えたか否かの判断は、直接遠心クラッチの断続を検出して行うのではないので精度が低い。したがって、遠心クラッチの断続をより確実に検出するための他の手段を用いることができる。例えば、クラッチが接続されたときとクラッチが切り離されたときのエンジンの回転変動率に基づいてクラッチの断続を検出することができる。クラッチが断続することによって慣性モーメントが変化してエンジンの回転変動率が変化するからである。
【００１９】
回転変動率は、例えば、圧縮行程および排気行程に要する時間に基づいて算出することができる。クラッチの断続によって圧縮行程時間および排気行程時間の差に顕著な変化が生ずるので、この時間差と、１サイクル（クランク軸の２回転）の時間との比の関数で回転変動率を代表させるのがよい。
【００２０】
図４は、エンジンの回転変動率およびエンジン回転数をパラメータとしたクラッチ断続ラインを示す図である。同図において、縦軸がエンジンの回転変動率ＴＳＲＡＴ、横軸がエンジンの回転数Ｎｅであり、回転変動率ＴＳＲＡＴがクラッチ接続ラインＣＣＬより大きい範囲ではクラッチが切り離されている。すなわち、アイドル状態でありエンジンにかかる負荷が小さい。一方、回転変動率ＴＳＲＡＴがクラッチ接続ラインＣＣＬより小さい範囲ではクラッチがつながっている。すなわち、エンジンはアイドル運転以外の高負荷域にある。
【００２１】
回転変動率ＴＳＲＡＴは、例えば、圧縮行程時間および排気行程時間の差の関数である。したがって、エンジン回転変動率ＴＳＲＡＴとエンジン回転数Ｎｅを監視していて、エンジン回転変動率ＴＳＲＡＴがクラッチ接続ラインＣＣＬより上にあるか否かで負荷を判断し、燃料噴射量算出のアルゴリズムを切り替えることができる。
【００２２】
次に、燃料噴射量算出手順を説明する。低負荷域ＬＬＺでの燃料噴射量の計算は次式（式１）により行う。燃料噴射量＝吸入空気質量／目標空燃比ＡＦ…（式１）。目標空燃比ＡＦは理論空燃比を基準に、加速状態等を考慮して決定される。ここで、前記吸入空気質量は、エアフローメータを用いて検出するのではなく、後述するように、圧縮行程および排気行程それぞれの始終端の所定範囲（例えば、クランク角で３０°）の回転に要した時間に基づいて計算する。
【００２３】
吸入空気質量は以下の原理を前提に算出される。図５は４サイクルエンジンにおける各行程毎の発生エネルギを示す図である。燃焼行程では大きい燃焼エネルギが発生する。これに対して排気、吸入、および圧縮の各行程では、排気抵抗、吸気抵抗、および圧縮抵抗によりエネルギが吸収される。つまり負のエネルギが発生する。また、負のエネルギとして、機械的な摩擦抵抗、例えばピストンとシリンダとの間で生じる摩擦抵抗がある。
【００２４】
ここで、吸入空気の圧縮に要するエネルギつまり圧縮抵抗により、圧縮行程では排気行程よりエネルギ損失が大きくなっていると考えられる。つまり、圧縮行程の損失と排気行程の損失との差は圧縮抵抗を代表している。そして、低負荷領域つまり低出力運転時は排気損失は非常に小さいので、排気行程の損失は、そのほとんどが摩擦抵抗である。圧縮抵抗は吸入空気質量が大きい程大きい。つまり、圧縮行程の損失は吸入空気質量の関数と考えられる。
【００２５】
さらに、圧縮行程および排気行程におけるエネルギ損失は、圧縮行程および排気行程始終端にそれぞれ設定された予定クランク角を回転するのに要した時間（以下、「デルタ時間」と呼ぶ）に基づいて算出することができる。エネルギ損失により慣性エネルギが低下し、エンジン回転数が低下し、デルタ時間に変化が生ずるからである。したがって、吸入空気質量は次式を使用して算出することができる。吸入空気質量＝Ｋ×［｛（１／Ｔｃ１）２　−（１／Ｔｃ２）２｝−｛（１／Ｔｅ１）２　−（１／Ｔｅ２）２｝］…（式２）。
【００２６】
式２において、Ｔｃ１は圧縮行程始端のデルタ時間、Ｔｃ２は同終端のデルタ時間、Ｔｅ１は排気行程始端のデルタ時間、Ｔｅ２は同終端のデルタ時間であり、Ｋは物理量を合わせるための定数である。
【００２７】
高負荷域ＨＬＺでは、スロットル開度θＴＨとエンジン回転数Ｎｅとの関数として予め設定されている値（マップ値）を、スロットル開度θＴＨおよびエンジン回転数Ｎｅをキーとして読み出し、このマップ値にエンジン温度補正、吸入空気温度補正、大気圧補正を施して燃料噴射量を求める。
【００２８】
図１は、燃料噴射制御の要部機能を示すブロック図である。同図において、４サイクル単気筒エンジンに設けられるクランク角パルサ２の出力信号は圧縮・排気時間算出部９に入力される。圧縮・排気時間算出部９はクランク角パルサ２からのパルス信号の周期に基づいて圧縮行程および排気行程それぞれの始終端におけるデルタ時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｅ１，Ｔｅ２を算出する。算出されたデルタ時間は吸入空気質量算出部１０に入力される。吸入空気質量算出部１０は前記デルタ時間に基づいて算出式（式２）を用いて吸入空気質量を算出する。
【００２９】
算出された吸入空気質量は燃料噴射量算出部１１に入力され、目標空燃比ＡＦを考慮し、吸入空気質量に見合った燃料噴射量が算出される。
【００３０】
燃料噴射量マップ１２にはマップ値としてエンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度θＴＨの関数で基本燃料噴射量が設定されている。エンジン回転数Ｎｅを代表するクランク角パルサ２の出力とスロットル開度センサ３の出力であるスロットル開度θＴＨとが燃料噴射量マップ１２に入力されると、これらの入力をキーとしてマップ検索され、基本燃料噴射量が出力される。
【００３１】
基本燃料噴射量は補正部１３に入力され、このマップ値にエンジン温度補正係数、吸入空気温度補正係数、および大気圧補正（空気密度補正）係数が乗算されて燃料噴射量が決定される。補正部１３はエンジン温度、吸入空気温度および空気密度に応じた補正係数をそれぞれテーブルとして有しており、エンジン温度ＴＥ、吸入空気温度ＴＡ、空気密度ＡＤが提供されるとそれに応じた係数で基本燃料噴射量を補正する。
【００３２】
なお、空気密度は空気密度算出部１４で吸入空気質量を標準空気流量で除して求めることができる。標準空気流量は１気圧のもとで測定した標準空気流量のマップ値から求めることができる。すなわち、スロットル開度θＴＨおよびエンジン回転数Ｎｅの関数として標準空気流量をマップ化しておき、このマップを検索して標準空気流量を求めることができる。
【００３３】
切替部１５は、負荷域判定部１６における低負荷域か高負荷域かの判断により、低負荷域であれば、燃料噴射算出部１１側の出力を選択し、高負荷域であれば、補正部１３側の出力を選択する。負荷域判定部１６はエンジンの回転変動率に基づいて前記図４を検索して負荷域を判別する。
【００３４】
切替部１５で選択された側から出力される燃料噴射量は、燃料噴射弁６を駆動する燃料噴射弁駆動部１７に入力される。燃料噴射弁駆動部１７は燃料噴射量に対応する開弁デューティで燃料噴射弁６を駆動する。
【００３５】
図６は低負荷域用の燃料噴射量の算出手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では排気行程始終端のデルタ時間Ｔｅ１，Ｔｅ２を算出する。ステップＳ２では圧縮行程始終端のデルタ時間Ｔｃ１，Ｔｃ２を算出する。ステップＳ３では、前記（式２）を使用して吸入空気質量算出部１０で吸入空気質量が算出される。ステップＳ４では、燃料噴射量算出部１１により吸入空気質量に空気過剰率λを乗算して燃料噴射量が算出される。空気過剰率λは、目標空燃比Ａ／Ｆによって決定される。算出された燃料噴射量が得られるように燃料噴射弁６の開弁時間つまり開弁デューティが決定される。
【００３６】
図７は高負荷域用の燃料噴射量算出手順のフローチャートである。ステップＳ１０では、エンジン回転数Ｎｅを読み込む、ステップＳ１１では、スロットル開度θＴＨを読み込む。ステップＳ１２では、エンジン回転数Ｎｅとスロットル開度θＴＨをキーとして燃料噴射量マップ１２を検索して基本燃料噴射量を求める。ステップＳ１３では基本燃料噴射量にエンジン温度補正係数、吸入空気温度補正係数、大気圧補正係数を乗算して燃料噴射量を算出する。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１〜３の発明によれば、エンジンサイクルのエネルギ損失から吸入空気質量が算出され、この吸入空気質量によって低負荷域の燃料噴射量が算出されるとともに、低負荷域以外の領域での空気密度補正も、上記算出された吸入空気質量をもとに算出される。
【００３８】
請求項２の発明によれば、低負荷域とそれ以外の領域をエンジンの回転変動率によって精度良く判断し、噴射量算出手段を切り替えることができる。
【００３９】
請求項３の発明によれば、圧縮行程および排気行程の始終端に設定された予定範囲の経過時間（デルタ時間）に基づいて吸入空気質量を算出することができる。このデルタ時間は、クランク角センサ等、４サイクルエンジンに通常備えられているセンサを使用して検出することができるので、エアフローメータや吸気圧センサ等を備えなくても燃料噴射量決定に必要な吸入空気質量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】燃料噴射制御装置の要部ハード構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンの負荷域の区分を示す図である。
【図４】クラッチ断続判断による負荷域判断マップを示す図である。
【図５】４サイクルエンジンにおける各行程毎の発生エネルギを示す図である。
【図６】低負荷域での燃料噴射量の算出手順を示すフローチャートである。
【図７】高負荷域での燃料噴射量の算出手順を示すフローチャートである。
【図８】従来技術に係る負荷域の区分を示す図である。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ、　２…クランクパルサ、　３…スロットルセンサ、　６…燃料噴射弁、　９…圧縮・排気時間算出部、　１０…吸入空気質量算出部、　１１…燃料噴射量算出部、　１２…燃料噴射量マップ、　１４…空気密度算出部、　１５…切替部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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