JPS597017B2 - 電子制御燃料噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの吸気管の一部に設げた燃料噴射用電
磁弁の開弁時間を制御し機関回転数と同期させて燃料の
噴射を行なう電子制御燃料噴射式内燃機関に関する。

電子制御燃料噴射装置としては現在一般に２種類の方式
が用いられている。

１つは通称スピードデンシテイ方式（いわゆるＤ−ジエ
トロニツク（Ｊ ｅ ｔｒｏｎｉ ｃ ）方式、以下、
Ｄ−Ｊ方式と略称する）と呼ばれ、吸気管内圧力および
エンジン回転数を検出しこれらの両検知信号に基き燃料
制御回路においてエンジン１回転あたりの吸入空気量を
求めエンジン運転状態に応じた最適空燃比となる燃料噴
射量を算出しこの噴射量となるように燃料噴射用電磁弁
の開弁時間を制御する方式である。

この方式においてはエンジン回転数一定の場合には吸入
空気量Ｑは第５図に示すように吸気管内圧力Ｂにほぼ比
例することに着目し予め燃料制御回路内のメモリ回路に
吸気管内圧力に応じた吸入空気量に対する基本燃料噴射
量を記憶させさらにこれにエンジン回転数に対応した補
正を行なって燃料噴射量を決定している。

しかしながらエンジン回転数に対する補正を行なう場合
低回転領域において補正係数が非常に大きくバラつくた
め吸入空気量に対する正確な燃料質射量が算出できない
。

即ち吸気管内圧力２よびエンジン回転数が決定しても機
関の運転状態、外気条件等により吸入空気流量は変動し
特に低回転領域において大きく変動する。

従ってＤ−Ｊ方式においては低回転領域での空燃比制御
精度が悪い。

従来行なわれている第２の方式は吸入空気流量センシン
ク方式（いわゆるＬ−ジエトロニツク（Ｊｅｔｒｏｎｉ
ｃ）方式、以下、Ｉ，−Ｊ方式と略称する）と呼ばれエ
ンジン絞り弁上流の吸気管上に設けた吸入空気流量検出
器の検出出力信号２よびエンジン回転数検出器の検出出
力信号に基き燃料制御回路においてエンジン運転状態に
応じた最適空燃比となる燃料噴射量を求めこの噴射量と
なるように燃料噴射用電磁弁の開弁時間を制御する方式
である。

このＬ−Ｊ方式における吸入空気流量検出器は一般に吸
気管内空気流路上に回転可能に配置した動圧計測用プレ
ートを有しかつこのプレートを空気流の動圧に対抗する
ように付勢するスプリングを具備し、吸入空気流動圧に
応じた上記プレートの変位角により空気流量を検知する
型式のエアーフローメータを用いている。

エンジンの全出力運転状態における吸入空気量はアイド
ル運転状態の吸入空気量の約２０倍に達する。

このように大きく変化する吸入空気量の全域に対し１枚
の動圧計測用プレートの変位角により高い精度で吸入空
気量を測定することは困難である。

またこの動圧計測用プレートが上記スプリングにより常
に空気流に抗して吸気通路上に位置するため吸気抵抗が
増大し機関の出力損失につながる欠点を有している。

本発明の目的は上記２種類の燃料噴射制御方式を組み合
わせ上記各欠点を解消した電子制御燃料噴射式内燃機関
を提供することである。

このため本発明においては、燃料制御を行なう電子制御
燃料噴射式内燃機関において、絞り弁上流の吸気管内に
設けたエンジンの吸入空気流量検出器、吸気管内圧力検
出器２よびエンジン回転数検出器を燃料制御手段に接続
し、前記燃料制御手段は吸入空気流量が所定の値より多
いか少ないかの判別を行なう吸入空気流量判別手段、前
記吸入空気流量検出器の出力信号２よびエンジン回転数
検出器の出力信号に基いて燃料噴射量を決定する吸入空
気流量センシング式噴射量制御手段、前記吸気管内圧力
検出器の出力信号２よびエンジン回転数検出器の出力信
号に基いて燃料噴射量を決定するスピードデンシテイ式
噴射量制御手段、ならびに前記吸入空気流量判別手段の
出力に基いて前記吸入空気流量センシング式噴射量制御
手段および前記スピードデンシテイ式噴射量制御手段の
いずれか一方を選択使用する切換匍御手段を有し、前記
吸入空気流量検出器が所定の吸気量以下を検知した場合
にはこの吸入空気流量検出器およびエンジン回転数検出
器の両出力信号に基いて燃料噴射弁を作動し、上記吸入
空気流量検出器が所定の吸気量以上を検知した場合には
上記吸気管内圧力検出器およびエンジン回転数検出器の
両出力信号に基いて燃料噴射弁を作動するようにしたこ
とを特徴とする電子制御燃料噴射式内燃機関を提供する
。

このような本発明の構成をブロック図で示せば第８図の
とおりである。

以下添付図面を参照して本発明の実施例について詳述す
る。

第１図は本発明の実施例の概略図である。

燃料は燃料タンク１から燃料配管２を介して燃料ポンプ
３に供給され、ここで高圧化された燃料は調圧器５によ
り吸気管内圧力に対し一定圧に調圧され燃料配管４を介
して低温始動用燃料弁１１または燃料噴射用電磁弁４９
へ送られる。

負圧管２２により吸気管内圧力が調圧器５に作用する。

６は燃料戻り配管である。

吸入空気はエアクリーナ７を通し吸気管９を介してエン
ジン本体１４に供給される。

絞り弁１０の上流側の吸気管９の途上に設けられたエア
フローメータ９により吸入空気量を計測する。

一方吸気管９の絞り弁１０の下流側部には吸気管内圧力
検出器１３が設けられる。

１７は排気管、１８は排気管途中に設けられた空燃比検
出用の酸素濃度検出器である。

エアフローメータ８、吸気管内圧力検出器１３、デイス
トリビュータに取り付けられたエンジン回転数検出器１
６・エンジン本体にとりつげられエンジン温度を検出す
る冷却水温検出器１５、酸素濃度検出器１８および始動
用モータ１９のソレノイド端子が燃料制御回路３０への
入力としてこれと電更的に接続される。

２０はバツテリ電圧端子である。第２図は燃料制御回路
３０としてデジタル式の制御回路を利用した場合の回路
図の一例である。

エアフローメータ８、吸気管内圧力検出器１３、冷却水
温検出器１５およびバツテリ電圧端子２０はマルチプレ
クサ３１を介してアナログ／デジタル変換器３２に入力
されさらにラッチ回路からなる高速スイッチ３３を介し
てデータ線３４によりマイクロプロセッサ３５に連結さ
れる。

ランダムアクセスメモリ３６、リードオンメモリ３７２
よび入出力制御装置３８は制御線５０訃よびアドレス線
３９によりマイクロプロセッサ３５と連結スる。

酸素濃度検出器１８２よび始動用モータ１９のソレノイ
ト゛端子電圧はラッチ回路からなる高速スイッチ４０を
介してデータ線３４に接続されてマイクロプロセッサ３
５に接続される。

エンジン回転数検出器１６はフリツプフロツプ４１、パ
イナリカウンタ４２およびラッチ回路からなる高速スイ
ッチ４３を介してマイクロプロセッサ３５に接続される
一方、セットリセットフリツプフロツプ４６０セット入
力端子Ｓおよびダウンカウンタのセット入力端子Ｓにも
入力される。

４７はデジタル制御（２進数制御）を行なうための基準
となるクロックパルスを発生する高周波水晶発振器であ
り、その出力は前記パイナリカウンタ４２およびダウン
カウンタ４５のクロツク入力端子Ｃへ送られる。

ダウンカウンタ４５の出力端子ｄは前記セットリセット
フリツプフロツプ４６のリセット入力端子Ｒに入力され
る。

セットリセットフリツプフロツプの出力端子Ｑは噴射弁
駆動用増幅器４８に入力され、さらに該増幅器４８の出
力が燃料噴射用電磁弁４９へ接続される。

ダウンカウンタ４５の２進数入力端子はラッチ素子４４
を介してマイクロプロセッサ３５と接続されている。

５１はマイクロプロセッサ３５の演算制御順に従って前
記マルチプレクサ３１、アナログ／デジタル変換器３２
、高速スイッチ３″３．４０及び４３、並びにラッチ素
子４４を駆動制御するための入出力制御装置３８の制御
線である。

５２はクランク角度所定位置でパルス信号を発するパル
ス発生器である。

前記リードオンリーメモリ３７には燃料噴射量の決定を
行なうマイクロプロセッサ３５の作動を制御するための
プログラムが予め記憶されている。

第３図は吸入空気流量検出器すなわちエアフローメータ
８の概略断面図である。

空気は矢印のように入口８２から出口８３へ通過する。

８１は本体で６’）、可変抵抗器８７の摺動接点用プレ
ート８５と一体化した動圧計測用プレート８４が本体８
１に枢軸結合される。

この動圧計測用プレート８４を空気流に対抗するように
付勢するスパイラルスプリング８６が上記プレート８４
および本体８１間に配備される。

吸入空気流量に対応した動圧を受けてプレート８４が角
度αだげ変位したパイラルスプリング８６と釣り合う。

この変位角αに対応し７た電圧Ｖ。

が出力端子Ｐに発生する。本発明に係るエアフローメー
タはスプリング８６の力がエンジンの最大吸気量の略半
分の吸入空気流量ａｃｋｇｌ時）を若干越える点におい
てαは最大角となるよう従来より弱く設定されている。

即ちプレート８４は全開となりそれ以上の吸気量に対し
てはαは変化しない。

従ってこのエアフローメータは低吸気量側において精度
よく吸気量を検出し高吸気量測ではプレート８４が全開
状態であるため空気通路の障害とならない。

第４図は吸入空気量Ｑと変位角αとの関係を示すグラフ
であり実線は本発明に係るエアフローメータの場合であ
り、一点鎖線は従来のエアフローメータの場合である。

次に本実施例の作動について説明する。

エアフＩ−メータ８、吸気管内圧力検出器１３、冷却水
温検出器１５およびバツテリ電圧出力端子２０からの信
号（アナログ信号）はマルチプレクサ３１０作用により
順次アナログデジタル変換器３２および高速スイッチ３
３を介してデジタル信号に変換されてマイクロプロセッ
サ３５およびランダムアクセスメモリ３６に入力される
。

酸素濃度検出器１８の出力および始動用モータ１９のン
レノイト判子電圧はそれ自体ｒｌＪないし「０」のデジ
タル値であるため、そのまま高速スイッチ４０を介して
マイクロプロセッサ３５およびランダムアクセスメモリ
３６に入力される。

これらの入力信号はマイクロプロセッサ３５内での燃料
噴射量決定のための演算処理の入力信号として利用され
る。

エンジン回転数検出器１６の出力信号はエンジン回転数
に比例した周波数を有するパルス信号であり、この信号
によりフリツプフロツプをトリガする。

従ってフリツプフロツプ４１の出力パルス幅はエンジン
回転数に反比例している。

バイナリカウンタ４２は、前記フリツプフロップ４１の
出力パルス信号がある時（Ｈレベルの時）水晶発振器４
７からのクロックパルスな０（ゼロ）からカウントして
いく。

従ってフリップフロップ４１の出力がＨ（高）レベルか
らし（低）レベルへと変化しｔＳのパイナリカウンタ４
２の出力はエンシン回転数に反比例したデジタル値（２
進数値）となる。

このパイナリカウンタ４２の出力は高速スイッチ４３を
介してマイクロプロセッサ３５２よびランダムアクセス
メモリ３６に入力され、同じく燃料噴射量の決定のため
の演算処理の入力信号として利用される。

マイクロプロセッサ３５内での演算処理は予めリードオ
ンリーメモリ３７に入力しておいたプログラムに従って
行なわれる。

このプログラムのフローチャートは一例として第６図に
示すようなものとすることができる。

すなわちクランクシャフトの所定角度位置でパルスを発
生するパルス信号発生器５２などにより演算開始の指令
信号が発せられると、まずエンジン始動時であるか否か
；すなわち始動用モータ１９のソレノイド端子に電圧が
付加されているか否かの判定を行なう。

始動時であればまず始動時の基本噴射量の設定が行なわ
れ、さらにこれに冷却水温検出器１５の出力２よびバツ
テリの電圧出力端子２０の電圧に応じた補正係数の乗算
が行なわれ、その結果が２進数として出力される。

また始動時でなければ吸入空気流量のデータ２よびエン
ジン回転数のデータの読み込みを行ない、この吸入空気
流量のデータの値が前記ａ（ｋｇＺ時）（第４図）に相
当する値より大きいか小さいかの判定を行なう。

吸入空気流量がａ以下であればＬ −Ｊ方式に従い吸入
空気流量データをエンジン回転数データで除して噴射量
を計算する。

吸入空気流量がａ以上であれば、Ｄ−Ｊ方式に従い吸気
管内圧力データを入力して基本噴射量を決定しさらにこ
れにエンジン回転数に応じた補正係数を乗じて噴射量を
決定する。

こうして決定された噴射量は、さらにその時の酸素濃度
検出器１８の出力に応じて空燃比が理論空然比より大き
い場合は増量補正を、小さい場合は減量補正をされる。

なお、この酸素濃度検出器の出力に応じた空燃比の補正
は、エンジンの排気系に三元触媒コンバータを装着して
排気浄化を行なう場合に必要とされるものである。

このようなプログラムは、アツセンブラー言語によりリ
ードオンリーメモリ３７中に記憶させてオくコトができ
、マイクロプロセッサ３５が．：のプログラムに従って
、各検出器からの出力に基き、吸入空気量の判別、Ｌ−
Ｊ方式とＤ−Ｊ方式間の切換および噴射量決定の演算処
理等を行うことができる。

またフローチャート、それに基《プログラムの組み方も
設計条件に従い自由に設定することが可能である。

このようにしてマイクロプロセッサ３５により決定され
た２進表示の噴射量信号のデータは、データ線３４によ
りラッチ素子４４に送られ、入出力制装装置３８からの
指令信号により該ラッチ素子４４に保持される。

ラッチ素子４４に保持された噴射量信号データはダウン
カウンタ４５に入力される。

ダウンカウンタ４５は、前記エンジン回転数検出器１６
からの入カバルス信号によりセットされ、２進数入力端
子からラッチ素子４４に保持されていた前記噴射量信号
データを読み込み、水晶発振器４７からのクロックパル
スによりダウンカウントを開始する。

一方、前記ダウンカウンタ４５のダウンカウント開始と
同時にセットリセットフリツプフロツプ４６が同じくエ
ンジン回転数検出器１６の出力によりセットされ、その
出力端子Ｑの信号がＨ（高）レベルとなり増幅器４８を
駆動して燃料質射用電磁弁４９を開く。

電磁弁４９には前記したように一定圧の燃料が送られて
おり、この時点から燃料の噴射を開始する。

されにダウンカウンタ４５がその入力された噴射量信号
データと同じ回数だけクロツフパルスをカウントすると
、そのダウンカウンタの内容は「０」となり、その時そ
の出力端子ｄがＨ（高）レベルとなる。

このＨレベルの出力によりセットリセットフリツプフロ
ツプはリセットされ、その出力端子Ｑの信号はＬ（低）
レベルとなり、増幅器は駆動状態から解除され、電磁弁
４９は閉じて燃料噴射を停止する。

すなわち電磁弁４９はエンジン回転数検出器１６からの
パルス信号の出力があってからダウンカウンタがそのク
ロツフパルスを噴射量信号データだけカウントする時間
だけ開いて燃料を噴射臥従って燃料噴射用電磁弁４９の
開弁侍間は正確に前記マイクロプロセッサ３５により計
算された噴射パルス信号データに比例したものとなる。

マイクロプロセッサ３５はエンジンの所定サイクルたと
えばｌサイクルごとにこのような計算をくり返し、連続
的に電磁弁４９の開弁時間をコントロールするようプロ
グラムされている。

第７図は燃料制御回路としてアナログ式の制御回路３０
′を用いた場合の概略構成図であり、第１図、第２図と
同一の構成には同一の付号を付してある。

図において１０１はＬ−Ｊ方式用のアナログコンピュー
タであり１０２はＤ−Ｊ方式用のアナログコンピュータ
である。

１０３はＬ−Ｊ方式用アナログコンピュータ１０１の出
力端子に接続された固定接点１０４、Ｄ−Ｊ方式用アナ
ログコンピュータ１０２の出力端子に接続された固定接
点１０５、可動接点１０６、およびソレノイド１０７を
有するリレーであり、該リレーの可動接点１０６は増幅
器４８を介して燃料噴射用電磁弁４９に接続されている
。

１０８は比較器、１０９は増幅器であり、該増幅器１０
９の出力によりソレノイド１０７を励磁してリレー１０
３の切換動作を行なうようになっている。

エアフローメータ８の出力はＬ−Ｊ方式用コンピュータ
１０１および比較器１０８に入力される。

吸気管内圧力検出器１３の出力はＤ−Ｊ方式用コンピュ
ータ１０２のみに入力されている。

その他の冷却水温検出器１５、エンジン回転数検出器１
６、酸素濃度検出器１８、始動モータ１９のソレノイト
゛端子、バツテリの電圧出力端子２０の出力はそれぞれ
、両方のコンピュータ１０１，１０２に入力される。

コンピュータ１０１２よび１０２は各検出器の検出出力
に基いてそれぞれＬ−Ｊ方式、Ｄ−Ｊ方式で質射量の計
算を行ない、その結果をパルス信号としてそれぞれの出
力端子に出力する。

コンピュータ１ ０１＄−よび１０２の詳細構成は公知
であるのでここではその説明を省略する。

一方エアフローメータ８の出力は比較器１０８にも入力
される。

比較器１０８のもう一方の入力端子には基準電圧信号Ｖ
ｒｅｆが入力されている。

ＶｒｅｆＯ値は前記吸入空気流量の設定値ａ（ｋｇ／時
）に応じて決定される。

従って比較器１０８の出力は吸入空気流量が増大してａ
（ｋｇ／時）をこえるとＬ（低）レベルからＨ（高）レ
ベルに反転し、増幅器１０９を介してソレノイド１０７
を励磁し可動接点１０６を固定接点１０４側から固定接
点１０５側へ切り換える。

従って電磁弁４９は増幅器４８を介して吸入空気流量が
少ない場合（ａ以下）ではＬ−Ｊ方式用コンピュータ１
０１の出力により、また吸入空気流量が多い場合（ａ以
上）はＤ−Ｊ方式用コンピュータ１０２の出力によりそ
れぞれ開閉制御されることとなる。

なおこの例においてリレー１０３のかわりに半導体切換
スイッチを用いてもよい。

このように、本発明においてはエアフローメータ８から
の出力信号電圧により燃料制御回路３０，３０′内で吸
入空気量が所定の値ａ以上かａ以下かを判断する。

吸入空気量がａ以下の場合にはエアフローメータ８から
の出力信号電圧に基いて噴射量計算を行ない燃料噴射用
電磁弁４９より燃料を噴射する。

吸入空気量がａ以上の場合にはエアフローメータ８から
の信号とは無関係に吸気管負圧検出器１３からの信号に
より燃料制御回路３０内で基本噴射量を計算しさらにエ
ンジン回転数検出器１６からの信号に応じて上記基本噴
射量を回転数に対応させて補正し、燃料噴射用電磁弁４
９より燃料を噴射する。

排気管１７上に設けた酸素濃度検出器１８からの信号に
より混合気が理論空燃比か否かを燃料制御回路３０．３
０’内で判断しこれに応じて燃料質射量を増減させるよ
うに燃料噴射弁４９をフィードバック制御することもで
きる。

従って本発明に係る電子制御燃料噴射式内燃機関におい
ては低吸気量状態ではエアフローメータな用いたＬ−Ｊ
方式で燃料噴射制御を行ない、高吸気量状態ではＤ−Ｊ
方式により燃料噴射制御を行なうため吸入空気量状態の
全域において精度よ《空燃比を制御できる。

さらにエアフローメータの測定範囲が低吸気量域に限ら
れるため検出精度は向上し、またエアフローメータのス
パイラルスプリング８６の力が弱くでき、吸気管断面積
も大きくできるので、高吸気量域に２いてエアフローメ
ータが全開して空気通路の障害とならないため吸気抵抗
による出力の低下も減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子制御燃料噴射式内燃機関の実
施例の概略図、第２図は燃料制御回路の一例の回路図、
第３図は第１図に示したエアフローメータの概略断面図
、第４図はエアフローメータにおける吸入空気量Ｑと動
圧計測用プレートの変位角αとの関係を示すグラフ、第
５図ぱエンジン回転数一定の場合の吸気管負圧Ｂと吸入
空気量Ｑとの関係を示すグラフ、第６図は本発明の実施
例における燃料噴射制御プログラムを示すフローチャー
ト、第７図は本発明に係る燃料制御回路の別の例を示す
回路図、第８図は本発明の構成を示すブロック図である
。 ８・・・・・・エアフローメータ、９・・・・・・吸気
管、４９・・・・・・燃料噴射用電磁弁、１４・・・・
・・エンジン本体、１６・・・・・・エンジン回転数検
出器、３０・・・・・・燃料制御回路、８４・・・・・
・動圧計測用プレート、８６・・・・・・スパイラルス
プリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料噴射制御を行なう電子制御燃料噴射式内燃機関
   において、絞り弁上流の吸気管内に設けたエンジンの吸
   入空気流量検出器、吸気管内圧力検出器およびエンジン
   回転数検出器を燃料制御手段に接続し、前記燃料制御手
   段は吸入空気量が所定の値より多いか少ないかの判別を
   行なう吸入空気流量判別手段、前記吸入空気流量検出器
   の出力信号およびエンジン回転数検出器の出力信号に基
   いて燃料噴射量を決定する吸入空気流量センシング式噴
   射量制御手段、前記吸気管内圧力検出器の出力信号およ
   びエンジン回転数検出器の出力信号に基いて燃料噴射量
   を決定するスピードデンシテイ式噴射量制御手段、なら
   びに前記吸入空気流量判別手段の出力に基いて前記吸入
   空気流量センシング式噴射量制御手段および前記スピー
   ドデンシテイカ責射量制御手段のいずれか一方を選択使
   用する切換制御手段を有し、前記吸入空気流量検出器が
   所定の吸気量以下を検知した場合にはこの吸入空気流量
   検出器寂よびエンジン回転数検出器の両出力信号に基い
   て燃料噴射弁を作動臥上記吸入空気流量検出器が所定の
   吸気量以上を検知した場合には上記吸気管内圧力検出器
   訃よびエンジン回転数検出器の両出力信号に基いて燃料
   噴射弁を作動するようにしたことを特徴とする電子制御
   燃料噴射式内燃機関。 ２ 前記吸入空気流量検出器として吸気管内空気流路上
   に回転可能に配置した動圧計測用プレートを有しかつこ
   のプレートを空気流の動圧に対抗するように付勢するス
   プリングを具備し、吸入空気流動圧に応じた上記プレー
   トの変位角により空気流量を検知する型式のエアフロー
   メータであって、エンジンの最大吸入空気量の略半分の
   空気流動圧により上記プレートが全開位置となるように
   上記スプリングの付勢力を弱め空気通過抵抗を少なくし
   たエアフロメーターを用いたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の電子制御燃料噴射式内燃機関。