JP2008038699A

JP2008038699A - エンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JP2008038699A
Application number: JP2006212379A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takada; 健司高田; Hisahiro Oba; 久浩大場
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP4642718B2

Abstract

【課題】エンジンの燃料制御装置において、吸入管圧力と空燃比とに基づいて過渡時の噴射燃料を補正し、空燃比を正確に制御する。
【解決手段】燃料制御装置は、車両の運転状態を検出して過渡状態を判定する運転状態検出手段５１と、エンジンの吸入管圧力を検出する吸入管圧力検出手段９と、排気管に設置された空燃比センサまたはＯ_２センサ２５と、エンジンの回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料計算手段５０と、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記基本燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段５２と、前記基本燃料噴射量を補正する過渡時燃料補正手段５３と、を備えている。前記過渡時燃料補正手段５３は、運転状態検出手段５１が過渡状態を判定したときに前記吸入管圧力検出手段９で検出した吸入管圧力と前記空燃比センサ２５で検出した空燃比とに基づいて前記基本燃料噴射量を補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用エンジン制御に係わり、特に加減速時の燃料制御に好適なエンジンの燃料制御装置に関するものである。

燃料噴射弁から噴射された燃料の大部分は吸入空気の気流により輸送されて燃焼室内に吸入されるが、一部は吸気ポートに付着した後蒸発してから燃焼室内に吸入される。定常運転状態であれば吸気ポートに付着する燃料量とそれが蒸発する量とのバランスが一定となるため、空燃比は安定している。吸気ポートへの燃料の付着量は主に吸気ポートの圧力と温度及び燃料性状によって決定され、吸気ポートの圧力が大きいほど多くなる。

したがって、過渡運転状態では、例えば加速する場合のように吸気ポートの圧力変化が急激に上昇しているときは付着量が増加するため、付着後の蒸発に一時遅れが生じ、燃焼室への燃料供給が不足してしまい、空燃比リーンが発生する。

そこで、従来、車両が定速状態から加速する等の運転状態の過渡状態における燃料制御は、例えば特開平１−２９０９３８号公報（特許文献１）のように、加速時等の急激な空気量増量の補償として加速が検出された時点で吸気管圧力の変化に応じ燃料噴射量の増量を行なう。加速等の運転の過渡状態を検出する方法としては、スロットル開度変化、吸気管圧力変化等を検出手段によって検出しているが、いずれの場合も過渡状態では、常時吸気管圧力変化に基づいて燃料噴射量の補正量を算出している。

特開平１−２９０９３８号公報

ところで、前記従来のエンジンの燃料制御装置における燃料制御は、定常の運転状態において安定した走行状態が維持できるようにするため、吸気管圧力が僅かに変化したときには燃料噴射量の補正が行われないように不感帯となる最小補正量が設定されている。そのため、吸気管圧力に基づく燃料噴射量の補正量がこの最小補正量以上になると噴射燃料の補正が行われるが、最小補正量より小さい場合には噴射燃料の補正は行われない。

定常運転状態から加速した場合、加速増量補正量が最小補正量を超えるまでは燃料噴射量は増量されないので、緩加速では空燃比がリーンになり易い。また、加速から定常運転状態に移行する等の際、加速時の補正量が最小補正量を下回った場合は燃料噴射量に反映されなくなるため、空燃比がリーンになりやすいという問題があった。

具体的に説明すると、図７には、従来のエンジンの燃料制御装置の燃料制御における、過渡状態の空燃比の挙動と燃料供給等の挙動を示しており、これにより定常走行状態から加速する過渡状態における燃料噴射量の制御の問題点について説明する。なお、図にはＯ_２センサ出力と空燃比センサ出力とが記載されているが、少なくとも一方があればよい。

定常走行状態からスロットル弁を開いて加速する過渡状態では、吸気管圧力が増加し、この吸気管圧力に基づいて過渡燃料供給を増加するが、速度が増すにつれ吸気管圧力が減少し、過渡燃料供給の補正量も減少し、補正量が増量側の最小補正量ＱAを下回ったときに過渡燃料の供給が停止されることになる。空燃比センサ出力がリーン時に過渡燃料供給の補正を終了することにより、空燃比がさらにリーンとなって、過度の空燃比リーンとなる（図で現象（１）として示す）。また、この過度の空燃比リーンに基づいて空燃比がフィードバック制御されることにより燃料の増量補正が行われ、過度のリーンの跳ね返りとして今度は過度の空燃比リッチ（図で現象（２）として示す）が誘発されるという問題が生じる。

また、図８により従来のエンジンの燃料制御装置において、スロットル弁を開いて加速中にスロットル開度を絞ったときに生じる問題点を示す。スロットル開度を開いて加速中にアクセルを閉じスロットル開度を絞ると、それに伴って吸気管圧力が低下するので、加速中に供給燃料を増量していた補正量が吸気管圧力の低下に応じて過渡燃料供給の補正量も減少する。そして、増量側の補正量が増量側の最小補正量ＱAを下回ると増量補正が停止されることになる。そして、さらに吸気管圧力が低下し、燃料を減量する減量側の最小補正量ＱBを下回ると空燃比がリーンであるにもかかわらず燃料を減量するための補正がなされるので、空燃比がさらにリーンとなって、図で現象（３）として示しているように過度の空燃比リーンとなる。

本発明は、このような従来のエンジンの燃料制御装置における問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの燃料制御装置において、吸入管圧力と空燃比とに基づいて過渡時の噴射燃料を補正し、空燃比を正確に制御することにある。

上記目的を達成するために、本発明のエンジンの燃料制御装置、車両の運転状態を検出して過渡状態を判定する運転状態検出手段と、エンジンの吸入管圧力を検出する吸入管圧力検出手段と、排気管に設置された空燃比センサまたはＯ_２センサと、エンジンの回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料計算手段と、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記基本燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、前記基本燃料噴射量を補正する過渡時燃料補正手段と、を備え、前記過渡時燃料補正手段は、運転状態検出手段が過渡状態を判定したときに前記吸入管圧力検出手段で検出した吸入管圧力と前記空燃比センサで検出した空燃比とに基づいて前記基本燃料噴射量を補正することを特徴としている。

本発明は、過渡状態の燃料噴射を吸入管圧力検出手段で検出した吸入管圧力と空燃比センサの出力とに基づいて基本燃料噴射量を補正し、過渡状態の燃料噴射量をきめ細かく制御することにより、空燃比を正確に制御でき排ガスの悪化を防止できる。

また、本発明のエンジンの燃料制御装置における過渡時燃料補正手段は、吸入管圧力検出手段で検出した吸入管圧力に応じて前記基本燃料噴射量を補正する補正量を算出し、該補正量が所定値を超えると前記基本燃料噴射量を補正することを特徴としており、吸入管圧力に応じて基本燃料噴射量を補正することができる。

さらに、本発明のエンジンの燃料制御装置における過渡時燃料補正手段は、基本燃料噴射量を増量補正中に、補正量が前記所定値まで減少したとき空燃比センサまたはＯ_２センサの検出値がリーンの場合、あるいは、前記基本燃料噴射量を減量補正中に、該補正量が前記所定値まで増加したとき空燃比センサまたはＯ_２センサの検出値がリッチの場合には過渡状態の補正を中止せず、吸入管圧力に応じて算出した補正量によって補正することを特徴としている。

さらに、本発明のエンジンの燃料制御装置における過渡時燃料補正手段は、基本燃料噴射量を増量補正中に、補正量が減少し、前記基本燃料噴射量を減量する減量補正量になったとき、前記空燃比センサまたはＯ_２センサの出力がリーンの場合、あるいは、前記基本燃料噴射量を減量補正中に、補正量が増加し、前記基本燃料噴射量を増量する増量補正量になったとき、前記空燃比センサまたはＯ_２センサの出力がリッチの場合には、吸入管圧力に応じて算出した補正量による補正を禁止することを特徴としている。

本発明は、過渡状態の燃料噴射を吸入管圧力検出手段で検出した吸入管圧力と空燃比センサとに基づいて基本燃料噴射量を補正し、過渡状態の燃料噴射量をきめ細かく制御することにより、空燃比を正確に制御でき排ガスの悪化を防止できる。

以下、本発明に係るエンジンの燃料制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るエンジンの燃料制御装置を備えたエンジン制御システムの全体構成を示している。
エンジン本体１は、各気筒の燃焼室２にピストン３を有し、ピストン３はコネクティングロッド４によってクランク軸に連結されている。そして、エンジン本体１には、エンジンの冷却水の温度を検出する水温センサ２２、ノッキングを検出するノックセンサ２３が設けられており、クランク軸にはクランク角度を検出するクランク角センサ２４が、カム軸にはカム角度を検出するカム角センサ２６が設置されている。

エンジンの吸気系には、吸入空気量を検出するエアクリーナ一体のエアフローセンサ８、吸気管内の圧力を検出する圧力センサ９、吸入空気量を制御するスロットル弁１０、スロットル弁１０の開度を検出するスロットル開度センサ２１、スロットル弁１０をバイパスして吸入空気量を調節するＩＳＣバルブ１４、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１６、燃料を噴射する燃料噴射弁１２が設けられている。吸入空気は燃料との混合気として吸気弁１１を通過して燃焼室２に吸入され、点火コイル１９で発生された高電圧によって点火プラグ１３から火花スパークが発生し、燃焼される。燃焼された混合気は、排気ガスとなってエンジンの排気弁１５が開いた時に燃焼室２から排出される。

エンジンの排気系には、三元触媒コンバータ１７、空燃比センサ２５が接続されており、排気弁１５から出た排気ガスは、これらを通過して浄化され大気へ排出される。また、図示していないが、自車の速度を検出する車速センサも搭載されている。これらのセンサ信号は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）３０に入力される。

図２は、車両に搭載されたＥＣＵの内部構成の一例を示す図である。ＥＣＵには、エンジンや変速機の制御プログラムと制御に必要なデータ等が書き込まれたＲＯＭ３２と、入力信号の値や演算結果等を記憶するワークメモリ等として使用されるＲＡＭ３３と、入力回路３５を介しＡ／Ｄ変換された入力信号が入力され、後述する駆動回路や点火出力回路３６へ信号を出力する入出力ポート３４とを有している。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶された制御プログラムやデータに基づいて前記入力信号を入出力ポート３４より読み込む。さらに、演算処理の結果、出力指令信号を、入出力ポート３４を介して点火出力回路３６、燃料噴射弁駆動回路３７、ＩＳＣバルブ駆動回路３８へ与える。また、上述したセンサや出力回路の故障を判定し、異常と判定された場合には、警告灯を点灯させる制御も行う。

燃料は、燃料タンクから燃料ポンプで圧送され燃圧レギュレータにて所定の圧力に保持され燃料噴射弁１２から供給される。吸入空気と噴射された燃料とで形成された混合気は、吸気ポートから燃焼室２内に入り、点火プラグ１３によって点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは、三元触媒コンバータ１７の上流部に配置されている空燃比センサ２５によってその排気ガス酸素濃度が検知され、その検知された信号がＥＣＵ３０に出力される。ＥＣＵ３０には、空燃比センサ２５によって検出された排気ガス中の酸素濃度に基づいて、目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御が備えられている。

しかし、定常運転から加減速運転等の過渡状態においては、スロットル弁１０の開度変化により吸気管圧力が変化し、それに伴い吸気ポートへの燃料付着量が変化することにより目標空燃比に収束しきれないことがある。そのため、エンジン運転過渡状態を前記圧力センサ９及びスロットル開度センサ２１の変化に基づいて検出し、運転状態の過渡時には燃料供給量を増減する制御が備えられている。

図３は本発明の燃料制御装置の制御ブロック図であり、基本燃料計算手段５０は、エアフローセンサ８で検出されたエンジン１に吸入された吸入空気量とエンジン回転数、運転負荷、水温等のパラメータから、理論空燃比（ストイキ）を実現する基本燃料噴射量ＴＰを計算し、基本燃料補正手段５４に出力する。

運転状態検出手段５１は、吸気管の圧力センサ９、クランク角センサ２４、水温センサ２２、及びスロットル開度センサ２１等の信号をもとに、過渡運転時などの判定処理を行う。

空燃比フィードバック制御手段５２は、排気ガス中の実空燃比を検出する空燃比センサ２５の出力信号に基づき空燃比が目標空燃比となるように空燃比フィードバック係数の演算を行い、その結果を基本燃料補正手段５４に出力する。

過渡時燃料補正手段５３は、運転状態検出手段５１が過渡状態であると判定したときの過渡時の燃料を補正するものであり、吸気管に配置された圧力センサ９の出力信号に応じた燃料補正量を算出し、空燃比センサ２５からの空燃比に基づいて過渡時の燃料補正量を決定し、基本燃料補正手段５４に出力する。過渡燃料補正手段５３の詳細な制御内容については後記で説明する。

基本燃料補正手段５４は空燃比フィードバック制御手段５２と過渡燃料補正手段５３からの補正信号により、基本燃料計算手段５０で算出された燃料噴射量を補正し、燃料噴射弁駆動回路３７に出力する。

図４により、圧力センサ９によって検出する吸気管圧力と空燃比センサ２５の検出結果に基づいて過渡状態において燃料噴射量を補正する、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の過渡時燃料補正手段５３の燃料制御について説明する。

定常運転状態でアクセル開度を開いて車両が加速し、圧力センサ９で検出する吸気管圧力は急激に高くなり、吸気管圧力に基づく噴射燃料の増量補正量が不感帯である増量側不感帯値Ｑ１を超えるので、吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正が行われる。また、運転状態検出手段５１が運転状態が過渡状態であると判定するので、過渡時燃料補正手段５３による過渡時の燃料補正が実施される。その後、吸気管圧力が徐々に下がりそれに伴って噴射燃料の増量補正量が減少し、増量側不感帯値Ｑ１まで減少するが、このとき空燃比センサ２５の出力がリーンであるので、噴射燃料の増量補正を中止しない。過渡時燃料補正手段５３には、増量側不感帯値Ｑ１より小さい値の増量側最小値Ｑ２が設定されており、空燃比センサ２５の出力がリッチに反転するまで、あるいは、吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正量が増量側最小値Ｑ２になるまで吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正量で補正される。本実施形態では、吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正量が増量側不感帯値Ｑ１まで減少しても燃料の増量補正を直ちに中止せず、空燃比センサ２５の出力に基づいて増量補正を中止するか継続するかを判断し、きめ細かい燃料制御を行なっているので、正確な空燃比制御が可能となり、空燃比リーンの発生を防止できる。ここでは、車両の加速時における過渡時燃料補正手段５３の燃料制御について説明したが、車両の減速時においても同様な燃料制御が行なわれている。

図５により、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置において、加速時にスロットル弁を徐々に開きながら加速しているときにスロットル弁を絞ったときの燃料制御について説明する。

定常運転状態でアクセル開度を徐々に開いて車両が加速し、圧力センサ９で検出する吸気管圧力が高くなり、吸気管圧力に基づく噴射燃料の増量補正量が不感帯である増量側不感帯値Ｑ１を超えるので、吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正が行われる。また、運転状態検出手段５１が運転状態が過渡状態であると判定する。このとき、スロットル開度を閉じると、吸気管圧力が下がり、それに伴って噴射燃料の増量補正量が減少し、増量側不感帯値Ｑ１まで減少するが、このとき空燃比センサ２５の出力がリーンであるので、噴射燃料の増量補正を中止せず、吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正量が増量側最小値Ｑ２になるまでが行われる。

吸気管圧力がさらに低下し、吸気管圧力に基づく補正量が燃料を減少する減量補正量となり、この減量補正量が減量側不感帯値Ｑ３まで減少するが、このときの空燃比センサ２５の出力がリーンであるので、噴射燃料の減量側の補正量を禁止し、補正量をゼロとするように制御している。

本実施形態では、吸気管圧力に応じた噴射燃料の減量補正量が減量側不感帯値Ｑ３まで減少しても空燃比センサ２５の出力がリーンであるので燃料の減量補正が禁止され、空燃比センサ２５の出力に基づいて減量補正を実行するか否かが判断され、きめ細かい燃料制御が行なわれているので、正確な空燃比制御が可能となり、空燃比リーンの発生を防止できる。ここでは、車両の加速時にスロットル開度を閉じたときにおける過渡時燃料補正手段５３の燃料制御について説明したが、車両の減速時においても同様な燃料制御が行なわれている。

図６により、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置において、加速時にスロットル弁を開いた加速時にスロットル弁を絞ったときの燃料制御について説明する。

定常運転状態でアクセル開度を開いて車両が加速し、圧力センサ９で検出する吸気管圧力は急激に高くなり、吸気管圧力に基づく噴射燃料の増量補正量が不感帯である増量側不感帯値Ｑ１を超えるので、吸気管圧力に応じた噴射燃料の増量補正が行われる。また、運転状態検出手段５１が運転状態が過渡状態であると判定する。その後、吸気管圧力が徐々に下がりそれに伴って噴射燃料の増量補正量が減少し、このとき、スロットル開度を閉じると、吸気管圧力が下がり、それに伴って噴射燃料の増量補正量が減少し、増量側不感帯値Ｑ１まで減少し、このとき空燃比センサ２５の出力がリッチであるので、噴射燃料の増量補正が中止される。吸気管圧力がさらに低下し、吸気管圧力に基づく補正量が燃料を減少する減量補正量となり、この減量補正量が増量側最小値Ｑ４まで減少し、このときの空燃比センサ２５の出力がリッチであるので、減量側不感帯値Ｑ３に達していないが、吸気管圧力に基づく噴射燃料の減量補正量が実行される。そして、空燃比センサ２５の出力がリーンに反転すると、減量補正量が中止される。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。例えば、空燃比センサ２５は、実施形態では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側／リーン側の２つの信号を出力する酸素濃度センサでも差し支えはない。本実施形態では、増量側不感帯値Ｑ１（減量側不感帯値Ｑ３）と増量側最小値Ｑ２（増量側最小値Ｑ４）との間における噴射燃料の増量補正を空燃比センサ２５の検出結果に基づいて判断している（例えば、図６では空燃比センサ２５がリッチからリーンに反転した時に減量補正を中止している。）が、これを所定時間経過すると中止するようにしてもよい。

本発明に係る実施形態のエンジンの燃料制御装置を備えたエンジン制御システムの全体構成図。本発明に係る実施形態のエンジンの燃料制御装置の内部構成を示す図。本発明に係る実施形態のエンジンの燃料制御装置の過渡状態の燃料噴射を制御する制御ブロックを示す図。本発明に係る実施形態のエンジンの燃料制御装置における過渡状態の燃料制御を示す図。本発明に係る実施形態のエンジンの燃料制御装置における過渡状態の燃料制御を示す図。本発明に係る実施形態のエンジンの燃料制御装置における過渡状態の燃料制御を示す図。従来のエンジンの燃料制御装置の過渡状態における燃料制御を示す図。従来のエンジンの燃料制御装置の過渡状態における燃料制御を示す図。

符号の説明

２燃焼室、３ピストン、４コネクティングロッド、８エアフローセンサ、９圧力センサ、１０スロットル弁、１１吸気弁、１２燃料噴射弁、１３点火プラグ、１４ＩＳＣバルブ、１５排気弁、１６吸気温度センサ、１７三元触媒コンバータ、１９点火コイル、２１スロットル開度センサ、２２水温センサ、２３ノックセンサ、２４クランク角センサ、２５Ｏ_２センサ（または空燃比センサ）、２６カム角センサ、３０電子制御装置（ＥＣＵ）、３２ＲＯＭ、３３ＲＡＭ、３４入出力ポート、３５入力回路、３６点火出力回路、３７燃料噴射弁駆動回路、３８ＩＳＣバルブ駆動回路、５０基本燃料計算手段、５１運転状態検出手段、５２空燃比フィードバック算出手段、５２空燃比フィードバック補正手段、５３過渡時燃料補正手段、５４基本燃料補正手段

Claims

車両の運転状態を検出して過渡状態を判定する運転状態検出手段と、
エンジンの吸入管圧力を検出する吸入管圧力検出手段と、
排気管に設置された空燃比センサまたはＯ_２センサと、
エンジンの回転数と吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料計算手段と、
前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記基本燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記基本燃料噴射量を補正する過渡時燃料補正手段と、を備えたエンジンの燃料制御装置であって、
前記過渡時燃料補正手段は、運転状態検出手段が過渡状態を判定したときに前記吸入管圧力検出手段で検出した吸入管圧力と前記空燃比センサで検出した空燃比とに基づいて前記基本燃料噴射量を補正することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
前記過渡時燃料補正手段は、吸入管圧力検出手段で検出した吸入管圧力に応じて前記基本燃料噴射量を補正する補正量を算出し、該補正量が所定値を超えると前記基本燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料制御装置。
前記過渡時燃料補正手段は、前記基本燃料噴射量を増量補正中に、該補正量が前記所定値まで減少したとき空燃比センサまたはＯ_２センサの検出値がリーンの場合、あるいは、前記基本燃料噴射量を減量補正中に、該補正量が前記所定値まで減少したとき空燃比センサまたはＯ_２センサの検出値がリッチの場合には過渡状態の補正を中止せず、吸入管圧力に応じて算出した補正量によって補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃料制御装置。
前記過渡状態の補正を中止せずに吸入管圧力に応じて算出した補正量による補正は、所定の時間行なうことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの燃料制御装置。
前記過渡時燃料補正手段は、前記基本燃料噴射量を増量補正中に、該補正量が減少し、前記基本燃料噴射量を減量する減量補正量になったとき、前記空燃比センサまたはＯ_２センサの出力がリーンの場合、あるいは、前記基本燃料噴射量を減量補正中に、該補正量が増加し、前記基本燃料噴射量を増量する増量補正量になったとき、前記空燃比センサまたはＯ_２センサの出力がリッチの場合には、前記吸入管圧力に応じて算出した補正量による補正を禁止することを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のエンジンの燃料制御装置。