JP2008121447A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料組成の如何にかかわらず、空燃比を目標空燃比に維持する。
【解決手段】エンジンの要求トルクＱ及び回転速度Ｎeに応じた燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段２６Ａと、空燃比センサ２２により検出された排気中の空気過剰率λが１に近づくように、燃料噴射量を増減補正する補正量を演算する補正量演算手段２６Ｂと、補正上限値及び下限値で画定される範囲内で、補正量に基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段２６Ｃと、補正された燃料噴射量に基づいて燃料噴射装置２８を制御する燃料噴射制御手段２６Ｄと、補正量の移動平均に基づいて補正上限値及び下限値を適宜更新する制限値更新手段２６Ｅと、を含んで燃料噴射制御装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置において、燃料組成の如何にかからわず、空燃比を目標空燃比に維持する技術に関する。

ガソリン，圧縮天然ガスなどを燃料とするエンジンでは、排気中の一酸化炭素，炭化水素及び窒素酸化物を浄化するために、白金やロジウムなどの貴金属を主成分とした三元触媒が搭載されている。三元触媒の機能を発揮させるためには、排気中の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に維持することが不可欠である。このため、空燃比センサにより検出された空燃比を目標空燃比に近づけるべく、燃料噴射量を増減補正するフィードバック制御が一般的に行われている。また、燃料噴射量のフィードバック制御においては、過度な増減補正によりエンジン運転が不安定になることを防止すべく、補正上限値及び下限値が夫々設定されている。

ところで、圧縮天然ガスは、その産地，産出時期などで燃料組成が異なることが知られている。このため、特開２００５−２２０８６０号公報（特許文献１）に記載されるように、フィードバック制御における補正量を学習し、これを以後の燃料噴射量補正に反映させる技術が提案されている。
特開２００５−２２０８６０号公報

しかしながら、燃料組成が大きく異なる圧縮天然ガスを使用した場合、学習補正量が補正上限値又は下限値に近づいて補正幅が狭くなることから、空燃比を目標空燃比に近づけることが困難になるおそれがあった。特に、日本国内の燃料組成に適合したエンジンを海外に輸出し、その国の圧縮天然ガスを使用した場合、このような不具合が顕著に現われてしまう。なお、圧縮天然ガスに限らず、ガソリンなどの燃料であっても、その燃料組成が大きく異なる可能性がある。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、フィードバック制御における補正量の移動平均に応じて補正上限値及び下限値を適宜更新することで、燃料噴射量の補正幅を確保し、燃料組成の如何にかかわらず、空燃比を目標空燃比に維持可能とした燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、燃料噴射制御装置は、エンジン運転状態に応じた燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、排気中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射量を増減補正する補正量を演算する補正量演算手段と、補正上限値及び下限値で画定される範囲内で、前記補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、前記燃料噴射量演算手段により演算された燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、前記燃料噴射量補正手段により補正された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御手段と、前記補正量演算手段により演算された補正量の移動平均に基づいて、前記補正上限値及び下限値を更新する制限値更新手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。ここで、「空燃比」とは、空気と燃料との比率を表わすものに限らず、これと関連する状態量、例えば、目標空燃比に対する空燃比の比率を表わす空気過剰率λも含む。

請求項２記載の発明では、前記制限値更新手段は、前記補正量の移動平均と補正上限値及び下限値の中間値との偏差が所定値より大となったときに、前記補正上限値及び下限値を更新することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記制限値更新手段は、前記補正上限値及び下限値に対して、前記補正量の移動平均から補正上限値及び下限値の中間値を減算した値を加算することで、前記補正上限値及び下限値を更新することを特徴とする。

請求項４記載の発明では、前記制限値更新手段は、エンジン始動後における補正量の移動平均に基づいて、前記補正上限値及び下限値を更新することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記補正上限値及び下限値は、不揮発性メモリに記憶されることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記エンジン運転状態は、エンジンの要求トルク及び回転速度であることを特徴とする。

請求項７記載の発明では、前記要求トルクは、アクセルペダルの操作量、吸気負圧及び吸気流量のいずれか１つであることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、エンジン運転状態に応じた燃料噴射量が演算されると共に、排気中の空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射量を増減補正する補正量が演算される。そして、補正上限値及び下限値で画定される範囲内で、補正量に基づいて燃料噴射量が補正された後、その燃料噴射量に基づいて燃料噴射装置が制御される。このとき、燃料噴射量の補正は、補正上限値及び下限値で画定される範囲内に制限されるため、過度な補正によりエンジン運転が不安定になることを防止できる。

また、燃料噴射制御と平行して、補正量の移動平均に基づいて、補正上限値及び下限値が更新される。即ち、燃料組成が変化したときには、排気中の空燃比に応じた補正量が変化する特性に着目し、その移動平均に基づいて補正上限値及び下限値が更新される。このため、補正上限値及び下限値により特定される補正幅を小さくしても、燃料組成の変化に対応することが可能となり、エンジン運転が不安定になることを防止しつつ、空燃比を目標空燃比に維持することができる。

請求項２記載の発明によれば、補正量の移動平均と補正上限値及び下限値の中間値との偏差が所定値より大となったときに、補正上限値及び下限値が更新されるため、所定値を適切に設定することで、燃料組成が大きく変化したときのみ補正上限値及び下限値が更新される。このため、不必要な補正上限値及び下限値の更新を回避することができる。
請求項３記載の発明によれば、補正上限値及び下限値に対して、補正量の移動平均から補正上限値及び下限値の中間値を減算した値を加算することで、補正上限値及び下限値が更新される。このため、極めて簡単な処理により、補正上限値及び下限値が更新され、更新処理に係る制御負荷の増大を抑制することができる。

請求項４記載の発明によれば、エンジン始動後における補正量の移動平均に基づいて、補正上限値及び下限値が更新される。即ち、エンジン停止状態で燃料補充が行われるため、エンジン始動を契機として更新処理を開始することで、組成が異なる燃料が補充された可能性がある状態での更新処理を行うことができる。
請求項５記載の発明によれば、補正上限値及び下限値が不揮発性メモリに記憶されるため、コントロールユニットへバックアップ電源を供給する必要がなく、バッテリ消耗などを防止することができる。

請求項６記載の発明によれば、エンジンの要求トルク及び回転速度に基づいて燃料噴射量が演算されるため、エンジン運転状態が過渡状態にあるときであっても、高応答性を発揮することができる。
請求項７記載の発明によれば、要求トルクとして、アクセルペダルの操作量、吸気負圧及び吸気流量のいずれか１つを利用することで、運転者の意図に沿った燃料噴射量を演算することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、圧縮天然ガスを燃料とするエンジンを前提として、本発明に係る燃料噴射制御装置を具現化した全体構成を示す。
エンジン１０の吸気通路１２には、吸気流通方向に沿って、少なくとも、図示しないエアクリーナ，圧縮天然ガスを吸気に向けて噴射供給する燃料噴射ノズル１４，アクセルペダルと連動して開閉動作するスロットル弁１６が夫々配設される。また、吸気通路１２には、スロットル弁１６を迂回するバイパス通路１２Ａが併設され、ここに、アイドル時の吸気流量を増減制御するアイドル制御弁１８が配設される。一方、エンジン１０の排気通路２０には、排気流通方向に沿って、少なくとも、排気中の空気過剰率λ（空燃比／理論空燃比）を広域に検出する空燃比センサ２２（空燃比検出手段），排気を浄化する三元触媒２４が夫々配設される。ここで、空燃比センサ２２としては、空気過剰率λに限らず、空気Ａと燃料Ｆとの比率を示す空燃比Ａ／Ｆを検出するものであってもよい。

空燃比センサ２２の出力信号は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット２６に入力される。また、コントロールユニット２６は、少なくとも、エンジン１０の要求トルクＱ及び回転速度Ｎeを適宜入力可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、図示しないエンジンコントロールユニットに接続される。ここで、要求トルクＱとしては、アクセルペダルの操作量，吸気負圧，吸気流量などが適用可能である。なお、要求トルクＱ及び回転速度Ｎeは、エンジンコントロールユニットから読み込む構成に限らず、公知のセンサにより直接検出するようにしてもよい。

そして、コントロールユニット２６では、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段２６Ａ，補正量を演算する補正量演算手段２６Ｂ，燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段２６Ｃ，燃料噴射装置２８を制御する燃料噴射制御手段２６Ｄ，補正制限値を適宜更新する制限値更新手段２６Ｅが夫々具現化される。

図２は、燃料噴射量演算手段２６Ａで実行される燃料噴射量演算処理を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、要求トルクＱを読み込む。
ステップ２では、回転速度Ｎeを読み込む。
ステップ３では、要求トルクＱ及び回転速度Ｎeに応じた燃料噴射量Ｔpを演算する。なお、燃料噴射量Ｔpとしては、冷却水温度，バッテリ電圧などに応じて適宜補正したものを用いることが望ましい。

図３は、補正量演算手段２６Ｂで実行される補正量演算処理を示す。
ステップ１１では、空気過剰率λを読み込む。
ステップ１２では、空気過剰率λが１に近づくようにすべく、即ち、空燃比が理論空燃比に近づくようにすべく、燃料噴射量Ｔpを増減補正するための補正量Ｃorを演算する。
ステップ１３では、補正量Ｃorが補正上限値より大であるか否かを判定する。ここで、補正上限値は、燃料噴射量Ｔpの過度な増量補正によりエンジン運転が不安定になることを防止すべく、補正量Ｃorの上限を規制するものであって、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリに記憶される。そして、補正量Ｃorが補正上限値より大であればステップ１４へと進み（Ｙｅｓ）、補正量Ｃorに補正上限値を設定する。一方、補正量Ｃorが補正上限値以下であればステップ１５へと進む（Ｎｏ）。

ステップ１５では、補正量Ｃorが補正下限値未満であるか否かを判定する。ここで、補正下限値は、燃料噴射量Ｔpの過度な減量補正によりエンジン運転が不安定になることを防止すべく、補正量Ｃorの下限を規制するものであって、補正上限値と同様に不揮発性メモリに記憶される。そして、補正量Ｃorが補正下限値未満であればステップ１６へと進み（Ｙｅｓ）、補正量Ｃorに補正下限値を設定する。一方、補正量Ｃorが補正下限値以上であれば本処理を終了する（Ｎｏ）。

図４は、燃料噴射量補正手段２６Ｃ及び燃料噴射制御手段２６Ｄで実行される燃料噴射制御処理を示す。
ステップ２１では、補正量Ｃorに基づいて燃料噴射量Ｔpを補正する。
ステップ２２では、補正した燃料噴射量Ｔpに基づいて燃料噴射装置２８を制御する。
図５は、制限値更新手段２６Ｅで実行される制限値更新処理を示す。

ステップ３１では、エンジン始動後における補正量Ｃorの移動平均Δを演算する。
ステップ３２では、補正上限値及び下限値の中間値（平均値）TLMを演算する。
ステップ３３では、移動平均Δから中間値TLMを減算した減算値の絶対値が所定値より大であるか否かを判定する。ここで、所定値は、圧縮天然ガスの組成が変化したか否かを判定するための閾値であって、例えば、同一組成の圧縮天然ガスを燃料として使用したとき、演算精度などを考慮しても通常取り得ない偏差に設定される。そして、減算値の絶対値が所定値より大であればステップ３４へと進む一方（Ｙｅｓ）、減算値の絶対値が所定値以下であればステップ３１へと戻る（Ｎｏ）。

ステップ３４では、補正上限値及び下限値に対して、移動平均Δから中間値TMLを減算した値を加算することで、補正上限値及び下限値を更新する。
かかる燃料噴射制御装置によれば、エンジン始動後所定時間ごとに、要求トルクＱ及び回転速度Ｎeに応じた燃料噴射量Ｔpが演算されると共に、空燃比センサ２２により検出された空気過剰率λに応じた補正量Ｃorが演算される。そして、補正量Ｃorに基づいて燃料噴射量Ｔpが補正された後、その燃料噴射量Ｔpに基づいて燃料噴射装置２８が制御される。このとき、燃料噴射量Ｔpの補正は、補正上限値及び下限値により画定される範囲内に制限されるため、過度な補正によりエンジン運転が不安定になることが防止される。

また、燃料噴射制御と平行して、補正量Ｃorの移動平均Δ並びに補正上限値及び下限値の中間値TMLが演算され、移動平均Δから中間値TMLを減算した減算値の絶対値が所定値より大となると、圧縮天然ガスの組成が変化したと判断して、補正上限値及び下限値が更新される。即ち、圧縮天然ガスの組成が変化したときには、排気中の空気過剰率λに応じた補正量Ｃorが変化する特性に着目し、その移動平均Δに基づいて補正上限値及び下限値が適宜更新される。このため、補正上限値及び下限値により特定される補正幅を小さくしても、圧縮天然ガスの組成変化に対応することが可能となり、エンジン運転が不安定になることを防止しつつ、空燃比を目標空燃比に維持することができる。

本実施形態の効果を図面に基づいて説明すると、圧縮天然ガスの組成が変化したときには、図６に示すように、白丸で表わす補正量が大きく変化する。このとき、補正上限値及び下限値により画定される補正幅を２０％に固定すると、補正量は簡単に補正幅を超えてしまう。このため、同図の一点鎖線で示すように、補正幅を４０％に拡大すると、大部分の補正量は補正幅に収まる。しかし、補正幅が拡大することで、過度な補正によりエンジン運転が不安定になるおそれがあるので、補正上限値及び下限値を設けた意義が薄れてしまう。

一方、本実施形態では、図７に示すように、補正量の移動平均Δに基づいて、補正上限値及び下限値が適宜更新されるので、これらにより画定される補正幅を徒に拡大しなくとも、圧縮天然ガスの組成変化に対応可能である。
なお、本発明は、圧縮天然ガスを燃料とするエンジンに限らず、ガソリンを燃料とするエンジンにも適用可能であることはいうまでもない。

本発明を適用したエンジンの全体構成図 燃料噴射量演算処理を示すフローチャート 補正量演算処理を示すフローチャート 燃料噴射制御処理を示すフローチャート 制限値更新処理を示すフローチャート 従来技術の問題点を示す説明図 本発明の効果を示す説明図

符号の説明

１０ エンジン
２２ 空燃比センサ
２６ コントロールユニット
２６Ａ 燃料噴射量演算手段
２６Ｂ 補正量演算手段
２６Ｃ 燃料噴射量補正手段
２６Ｄ 燃料噴射制御手段
２６Ｅ 制限値更新手段
２８ 燃料噴射装置

Claims (7)

1. エンジン運転状態に応じた燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、
   排気中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比検出手段により検出された空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射量を増減補正する補正量を演算する補正量演算手段と、
   補正上限値及び下限値で画定される範囲内で、前記補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、前記燃料噴射量演算手段により演算された燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
   前記燃料噴射量補正手段により補正された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記補正量演算手段により演算された補正量の移動平均に基づいて、前記補正上限値及び下限値を更新する制限値更新手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記制限値更新手段は、前記補正量の移動平均と補正上限値及び下限値の中間値との偏差が所定値より大となったときに、前記補正上限値及び下限値を更新することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記制限値更新手段は、前記補正上限値及び下限値に対して、前記補正量の移動平均から補正上限値及び下限値の中間値を減算した値を加算することで、前記補正上限値及び下限値を更新することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記制限値更新手段は、エンジン始動後における補正量の移動平均に基づいて、前記補正上限値及び下限値を更新することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記補正上限値及び下限値は、不揮発性メモリに記憶されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記エンジン運転状態は、エンジンの要求トルク及び回転速度であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記要求トルクは、アクセルペダルの操作量、吸気負圧及び吸気流量のいずれか１つであることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射制御装置。

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