JP2006336533A - 燃料噴射量測定方法及び無効噴射時間測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実機の内燃機関にて失火を引き起こすことなく燃料噴射量を正確に測定すること。
【解決手段】エンジン回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｇａに基づき燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。その算出された燃料噴射時間ＴＡＵに基づきインジェクタを開弁させて燃料を噴射させることでエンジンを運転する。この運転状態において燃料噴射時間ＴＡＵに対応する燃料噴射量ＱＦを測定する。ここで、先ず、エンジン回転速度ＮＥを予め所定値ＮＥ１に設定する。次に、燃料噴射時間ＴＡＵがその目標値ＴＡＵ１に近似する近似領域値となるようにスロットル開度を調整することで吸入空気量Ｇａを調整する。そして、燃料噴射時間ＴＡＵが近似領域値となるときに燃料噴射時間ＴＡＵを目標値ＴＡＵ１に設定する。そして、設定された目標値ＴＡＵ１に基づきインジェクタ７を開弁させて燃料を噴射させることで得られる燃料噴射量ＱＦを計量する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、燃料噴射弁から内燃機関へ噴射される燃料噴射量を測定するための燃料噴射量測定方法及びその方法を使用した無効噴射時間測定方法に関する。

従来、電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関では、燃料噴射弁により噴射される燃料が供給されるようになっている。この燃料噴射弁には、燃料ポンプ及び配管等より構成される燃料供給装置により燃料が供給される。燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は、内燃機関の吸入空気量や機関回転速度等をパラメータとして算出される燃料噴射時間により決定される。すなわち、この燃料噴射時間に基づいて燃料噴射弁を通電により開弁させることで、同噴射弁から噴射される燃料噴射量が決定される。

ここで、燃料噴射弁につき、通電開始から完全に開弁するまでの「開弁遅れ時間：Ｔｏ」と、通電終了から完全に閉弁するまでの「閉弁遅れ時間：Ｔｃ」とがあり、これら遅れ時間の差（Ｔｃ−Ｔｏ）は「無効噴射時間：ＴＡＵＶ」として定義される。従って、実際に内燃機関が要求する燃料噴射量を確保するためには、上記のように算出される燃料噴射時間に無効噴射時間を加味することにより最終的な燃料噴射時間を決定する必要がある。

ところで、無効噴射時間は、通電源となるバッテリの電圧、内燃機関の吸入空気量及び機関回転速度等によって変化すると言われている。そこで、下記の特許文献１に記載の燃料噴射制御装置では、内燃機関の電気負荷加担状態及び機関回転速度に応じて無効噴射時間を補正することが記載されている。このような無効噴射時間の補正は、実車に搭載された内燃機関を好適に制御するために有効である。

ここで、燃料噴射弁の無効噴射時間は、燃料噴射時間（ＴＡＵ）と燃料噴射量（ＱＦ）との関数により求めることができる。すなわち、図４に示すように、ある値の燃料噴射時間とそれに対応する燃料噴射量を実際に計量し、それら測定結果から得られる一次関数のグラフから無効噴射時間（ＴＡＵＶ）を求めることができる。つまり、図４のグラフでは、原点から直線と横軸との交点までの長さを無効噴射時間（ＴＡＵＶ）として求めることができる。従来は、内燃機関に燃料噴射装置を装着し、実際に内燃機関を運転させながら所定の燃料噴射時間に対する燃料噴射量を実測するようにしていた。この実測に際し、燃料噴射時間を「３ｍｓ」、「４ｍｓ」、・・・「８ｍｓ」と順次変えることで、個々の燃料噴射時間に対する燃料噴射量を燃料流量データとして測定していた。この場合、機関回転速度や吸入空気量は、個々の燃料噴射時間を変更する都度変える必要があった。

特開平６−３４６７７０号公報

ところが、従来は、実際に内燃機関を運転させながら燃料噴射量を測定するに当たり、所定の機関回転速度（例えば「２０００ｒｐｍ」）で、燃料噴射時間を「ｍｓ」オーダの極めて短い時間（例えば「３ｍｓ」）に設定していた。この場合、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度（スロットル開度）を調整することで吸入空気量を調整していたが、調整時にスロットル開度が少しでも変動すると、内燃機関に取り込まれる燃料量に対して吸入空気量が過剰となり、失火を引き起こす懸念があった。この結果、排気エミッションなどが悪化するおそれがあった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、実際に運転される内燃機関で失火を引き起こすことなく燃料噴射時間に対応する燃料噴射量を正確に測定することを可能とした燃料噴射量測定方法及び無効噴射時間測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転速度及び吸入空気量に基づき燃料噴射時間を算出し、算出された燃料噴射時間に基づき燃料噴射弁を開弁させて燃料を噴射させることで内燃機関を運転し、その運転状態において燃料噴射時間に対応する燃料噴射量を測定する燃料噴射量測定方法であって、内燃機関の回転速度を予め所定値に設定し、燃料噴射時間がその目標値に近似する近似領域値となるように吸入空気量を調整し、燃料噴射時間が近似領域値となるときに燃料噴射時間を目標値に設定し、設定された目標値に基づき燃料噴射弁を開弁させて燃料を噴射させることで得られる燃料噴射量を計量することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、内燃機関の運転時に、内燃機関の回転速度が予め所定値に設定された状態で、燃料噴射時間が近似領域値となるように吸入空気量が調整される。ここで、吸入空気量の調整は、例えば、内燃機関の吸気通路に設けられるスロットルバルブの開度を調整することで達成することができる。そして、燃料噴射時間が近似領域値となるときに燃料噴射時間が目標値に設定され、その設定された目標値に基づき燃料噴射弁を開弁させて燃料を噴射させることで、燃料噴射時間（目標値）に対応した燃料噴射量を計量することができる。ここで、燃料噴射量の計量は、燃料噴射時に燃料噴射弁へ供給される燃料流量を計量することで達成することができる。
従って、内燃機関の回転速度を予め所定値に設定することで、燃料噴射時間を近似領域値にするのに必要な吸入空気量の範囲が決まる。そして、この範囲を目安として吸入空気量を調整することで、燃料噴射時間が近似領域値に設定される。この状態から燃料噴射時間を近似領域値から目標値に設定するので、設定に際して燃料噴射時間の変動が少なくて済む。また、吸入空気量は、既に目標値に適した量に調整されているので、実際に内燃機関に取り込まれる燃料量に対して吸入空気量に過不足が生じることがない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明の無効噴射時間測定方法は、請求項１に記載の燃料噴射量測定方法を使用することにより異なる複数の目標値について燃料噴射量を測定し、その測定結果から得られる燃料噴射時間と燃料噴射量との関数により燃料噴射弁の無効噴射時間を測定することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、無効噴射時間を測定するのに、請求項１に記載の燃料噴射量測定方法が使用されるので、個々の燃料噴射量につき適正な測定結果が得られ、燃料噴射時間と燃料噴射量との関係から適正な関数が得られる。

請求項１に記載の発明によれば、実際に運転される内燃機関で失火を引き起こすことなく燃料噴射時間に対応する燃料噴射量を正確に測定することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、より正確な無効噴射時間を得ることができる。

以下、本発明の燃料噴射量測定方法及び無効噴射時間測定方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態において、燃料噴射量及び無効噴射時間の測定が行われるエンジンシステムを概略構成図により示す。多気筒を有するエンジン１は、吸気通路２を通じて供給される燃料と空気との可燃混合気を、各気筒の燃焼室で爆発・燃焼させ、燃焼後の排気を排気通路３へ排出させることにより、ピストン（図示しない）を動作させてクランクシャフト４を回転させ、動力を得るようになっている。

吸気通路２に設けられたスロットルバルブ５は、同通路２を流れて各気筒に吸入される空気量（吸入空気量）Ｇａを調節するために開閉される。このバルブ５は、アクチュエータ６により開閉駆動されるようになっている。スロットルバルブ５に対して設けられたスロットルセンサ２１は、このバルブ５の開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気通路２に設けられたエアフローメータ２２は、吸気通路２を通じて各気筒に吸入される吸入空気量Ｇａを計測し、その計測値に応じた電気信号を出力する。

各気筒に対応して設けられた複数の燃料噴射弁（インジェクタ）７は、各気筒の吸気ポートに対して燃料を噴射する。各インジェクタ７には、燃料供給装置１１により燃料が供給される。すなわち、燃料供給装置１１は、燃料タンク１２と、燃料タンク１２に貯留された燃料を吐出する燃料ポンプ１３と、燃料ポンプ１３から吐出された燃料をインジェクタ７へ圧送する燃料通路１４と、燃料通路１４を流れる燃料の中の異物を除去する燃料フィルタ１５とを備える。そして、燃料供給装置１１によりインジェクタ７へ供給された燃料は、インジェクタ７が通電により開弁することで噴射される。

各気筒に対応してエンジン１に設けられた点火プラグ８は、イグナイタ９から出力される高電圧を受けて動作する。各点火プラグ８の点火時期は、イグナイタ９から出力される高電圧の出力タイミングにより決定される。つまり、点火プラグ８による点火時期は、イグナイタ９が制御されることで制御される。

排気通路３には、酸素センサ２３が設けられる。この酸素センサ２３は、エンジン１から排気通路３へ排出される排気中の酸素濃度Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転速度センサ２４は、クランクシャフト４の回転角速度、即ち、エンジン回転速度ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられ水温センサ２５は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

この実施形態で、電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、スロットルセンサ２１、エアフローメータ２２、酸素センサ２３、回転速度センサ２４及び水温センサ２５から出力される各種信号を入力する。ＥＣＵ３０は、これらの入力信号に基づいて燃料噴射制御及び点火時期制御等を実行し、各インジェクタ７及びイグナイタ９をそれぞれ制御する。

ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ７を制御することにより、燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御することである。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じてイグナイタ９を制御することにより、各点火プラグ８による点火時期を制御することである。

この実施形態で、ＥＣＵ３０は中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等よりなる周知の構成を備えたものである。ＲＯＭは、前述した各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。ＥＣＵ（ＣＰＵ）３０は、これらの制御プログラムに従って前述した各種制御等を実行する。

ここで、各インジェクタ７から実際に噴射される燃料噴射量を測定するために、ＥＣＵ３０には、所定の入力装置３１が接続される。入力装置３１は、例えば、キーボードなどのデータ入力装置である。また、燃料通路１４には、燃料流量計３２が設けられる。この燃料流量計３２は、燃料通路１４における燃料流量を計測し、その計測値に応じた電気信号を出力する。

次に、ＥＣＵ３０が実行する燃料噴射制御の内容について説明する。図２に「燃料噴射制御ルーチン」をフローチャートに示す。ＥＣＵ３０は、このルーチンを所定時間毎に周期的に実行する。

エンジン１の運転時に、ステップ１００で、ＥＣＵ３０は、回転速度センサ２４により検出されるエンジン回転速度ＮＥを読み込む。ステップ１１０で、ＥＣＵ３０は、エアフローメータ２２により計測される吸入空気量Ｇａを読み込む。ステップ１２０で、ＥＣＵ３０は、水温センサ２５により検出される冷却水温ＴＨＷを読み込む。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ３０は、空燃比補正係数ＦＡＦを読み込む。ＥＣＵ３０は、この空燃比補正係数ＦＡＦを、酸素センサ２３により検出される酸素濃度Ｏｘに基づいて算出する。

その後、ステップ１４０で、ＥＣＵ３０は、読み込まれたエンジン回転速度ＮＥ、吸入空気量Ｇａ、冷却水温ＴＨＷ及び空燃比補正係数ＦＡＦに基づいて、そのときの運転状態に応じた燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。この燃料噴射時間ＴＡＵは、インジェクタ７が１回当たりの燃料噴射を行うために、通電により開弁する時間を意味する。

そして、ステップ１５０で、ＥＣＵ３０は、燃料噴射処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、算出された燃料噴射時間ＴＡＵに基づき、各インジェクタ７を所定のタイミングで通電して開弁することにより、１回当たりの燃料噴射を行う。

上記のようにして各気筒のインジェクタ７から燃料が噴射され、各点火プラグ８が作動することにより各気筒の燃焼室に取り込まれた可燃混合気が爆発・燃焼し、燃焼後の排気が排気通路３へ排出され、クランクシャフト４が回転してエンジン１に動力が得られる。つまり、この実施形態では、エンジン回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｇａに基づき燃料噴射時間ＴＡＵを算出し、その算出された燃料噴射時間ＴＡＵに基づきインジェクタ７を通電により開弁させて燃料を噴射させることで、エンジン１を運転するようになっている。

次に、上記運転状態において、燃料噴射時間ＴＡＵに対応する燃料噴射量を測定するための燃料噴射量測定方法について説明する。図３に「燃料噴射量測定ルーチン」をフローチャートに示す。ＥＣＵ３０は、このルーチンを所定時間毎に周期的に実行する。

先ず、ステップ２００で、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度ＮＥを所定値ＮＥ１に設定する。この所定値ＮＥ１は、予めオペレータが入力装置３１を操作することで入力した数値であり、例えば、「３０００ｒｐｍ」を当てはめることができる。

次に、ステップ２１０で、ＥＣＵ３０は、燃料噴射時間ＴＡＵが、その目標値ＴＡＵ１に「α」を加算した時間より短いか否かを判断する。ここで、目標値ＴＡＵ１は、測定しようとする燃料噴射量に対応する時間オーダの数値であり、予めオペレータが入力装置３１を操作することで入力した数値である。この目標値ＴＡＵ１として、例えば、「３ｍｓ」、「４ｍｓ」、「５ｍｓ」、・・・「８ｍｓ」などの数値を当てはめることができる。また、「α」として、例えば、目標値ＴＡＵ１の「５％」の数値を当てはめることができる。

ステップ２１０の判断結果が否定である場合、ステップ２２０で、ＥＣＵ３０は、スロットルバルブ５を所定値だけ閉じる。このとき、ＥＣＵ３０は、スロットルバルブ５を現状よりも所定値だけ閉じ方向へ駆動するために、アクチュエータ６を駆動させる。その後、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２１０へ戻る。

ステップ２１０の判断結果が肯定である場合、ステップ２３０で、ＥＣＵ３０は、燃料噴射時間ＴＡＵが、その目標値ＴＡＵ１から「α」を減算した時間より長いか否かを判断する。

ステップ２３０の判断結果が否定である場合、ステップ２４０で、ＥＣＵ３０は、スロットルバルブ５を所定値だけ開く。このとき、ＥＣＵ３０は、スロットルバルブ５を現状よりも所定値だけ開き方向へ駆動するために、アクチュエータ６を駆動させる。その後、ＥＣＵ３０は、処理をステップ２３０へ戻る。

つまり、ＥＣＵ３０は、ステップ２１０〜２４０の処理を実行することにより、燃料噴射時間ＴＡＵがその目標値ＴＡＵ１に近似する近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）となるようにスロットルバルブ５の開度を調整することにより、吸入空気量Ｇａを調整するのである。

そして、燃料噴射時間ＴＡＵが、上記した近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）となるとき、ステップ２５０で、ＥＣＵ３０は、燃料噴射時間ＴＡＵを、測定しようとする目標値ＴＡＵ１に設定する。

ＥＣＵ３０は、設定された目標値ＴＡＵ１に基づいてインジェクタ７を通電し、その通電によりインジェクタ７を開弁させて燃料を噴射させる。そして、燃料流量計３２で計量される数値が、燃料噴射時間ＴＡＵ（目標値ＴＡＵ１）に対応して実際にインジェクタ７から噴射される燃料噴射量となる。

以上説明したこの実施形態の燃料噴射量測定方法によれば、エンジン１の運転時に、エンジン回転速度ＮＥが予め所定値ＮＥ１に設定された状態で、燃料噴射時間ＴＡＵが近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）となるように、スロットルバルブ５の開度を調整することにより吸入空気量Ｇａが調整される。そして、その燃料噴射時間ＴＡＵが近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）となるときに、燃料噴射時間ＴＡＵが目標値ＴＡＵ１に設定される。そして、その設定された目標値ＴＡＵ１に基づきインジェクタ７を通電により開弁させて燃料を噴射させることで、燃料噴射時間ＴＡＵ（目標値ＴＡＵ１）に対応した燃料噴射量を燃料流量計３２で計量している。

従って、エンジン回転速度ＮＥを予め所定値ＮＥ１に設定することで、燃料噴射時間ＴＡＵを近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）にするのに必要な吸入空気量Ｇａの範囲が決まる。そして、この範囲を目安として吸入空気量Ｇａを調整することで、燃料噴射時間ＴＡＵが近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）に設定される。このように燃料噴射時間ＴＡＵが近似領域値（ＴＡＵ１−α＜ＴＡＵ＜ＴＡＵ１＋α）に設定された状態で、燃料噴射時間ＴＡＵを目標値ＴＡＵ１に設定するので、設定に際して燃料噴射時間ＴＡＵの変動が少なくて済む。また、吸入空気量Ｇａは、既に目標値ＴＡＵ１に適した量に調整されているので変動することがなく、実際にエンジン１に取り込まれる燃料量に対して吸入空気量Ｇａに過不足が生じることがない。このため、実際に運転されるエンジン１で、空燃比がオーバーリーン又はオーバリッチになることがなく、失火を引き起こすことなく燃料噴射時間ＴＡＵ（目標値ＴＡＵ１）に対応した燃料噴射量を正確に測定することができる。また、エンジン１に失火が起きないので、エンジン１の排気エミッションの悪化などを防止することができる。

また、上記のような燃料噴射量測定方法を使用することにより、インジェクタ７の「無効噴射時間」を次のように測定することができる。すなわち、無効噴射時間ＴＡＵＶは、異なる複数の目標値ＴＡＵ１について上記のようにして燃料噴射量をそれぞれ測定する。その後、その測定結果から得られる燃料噴射時間ＴＡＵと燃料噴射量ＱＦとの関数によりインジェクタ７の無効噴射時間ＴＡＵＶを測定する。例えば、図４に示すように、横軸を燃料噴射量ＱＦとし、縦軸を燃料噴射時間ＴＡＵとしたグラフにおいて、燃料噴射時間ＴＡＵが「３ｍｓ」、「４ｍｓ」、「５ｍｓ」、・・・「８ｍｓ」となるときの燃料噴射量ＱＦの値をグラフ上に置き、それらデータから近似直線を描く。この近似直線と横軸との交点Ｐまでの原点Ｏからの長さが無効噴射時間ＴＡＵＶとなる。

従って、この無効噴射時間ＴＡＵＶを測定するのに、上記した燃料噴射量測定方法が使用されるので、個々の燃料噴射量ＱＦにつき適正な測定結果が得られ、燃料噴射時間ＴＡＵと燃料噴射量ＱＦとの関係について適正な関数が得られる。このため、より正確な無効噴射時間ＴＡＵＶを得ることができる。

尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

エンジンシステムを示す概略構成図。 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。 燃料噴射量測定ルーチンを示すフローチャート。 燃料噴射時間と燃料噴射量の関係を示すグラフ。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
７ インジェクタ（燃料噴射弁）
ＴＡＵ 燃料噴射時間
ＴＡＵ１ 目標値
ＮＥ１ 所定値
ＴＡＵＶ 無効噴射時間
Ｇａ 吸入空気量
ＮＥ エンジン回転速度

Claims (2)

1. 内燃機関の回転速度及び吸入空気量に基づき燃料噴射時間を算出し、前記算出された燃料噴射時間に基づき燃料噴射弁を開弁させて燃料を噴射させることで前記内燃機関を運転し、その運転状態において前記燃料噴射時間に対応する燃料噴射量を測定する燃料噴射量測定方法であって、
   前記内燃機関の回転速度を予め所定値に設定し、
   前記燃料噴射時間がその目標値に近似する近似領域値となるように前記吸入空気量を調整し、
   前記燃料噴射時間が前記近似領域値となるときに前記燃料噴射時間を前記目標値に設定し、
   前記設定された目標値に基づき前記燃料噴射弁を開弁させて燃料を噴射させることで得られる燃料噴射量を計量する
   ことを特徴とする燃料噴射量測定方法。
2. 請求項１に記載の燃料噴射量測定方法を使用することにより異なる複数の前記目標値について前記燃料噴射量を測定し、その測定結果から得られる前記燃料噴射時間と前記燃料噴射量との関数により前記燃料噴射弁の無効噴射時間を測定することを特徴とする無効噴射時間測定方法。

Images