JP2009008057A - 車両の内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で各気筒毎の燃料噴射弁が同じように目詰まりしても、ドライバビリティの悪化等を招くことがない車両の内燃機関用燃料噴射装置を得る。
【解決手段】アクセル開度に応じた車両の目標車速を予め記憶する。そして、回転数、アクセル開度、変速比に基づいて、車両が高速で定速走行中か否かを判断する（ステップ１５０〜１７０）。高速で定速走行中であると判断したときに、検出されたアクセル開度から記憶された目標車速を求め、目標車速より実車速が遅いときに燃料噴射弁２１からの噴射が低下していると判定する（ステップ１８０，１９０）。目詰まりして燃料噴射弁２１からの噴射が低下しているときには、燃料噴射量を増量補正すると共に、噴射時期を進角させる（ステップ２００，２１０）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御して気筒内に燃料を噴射する車両の内燃機関用燃料噴射装置に関する。

従来より、ガソリンやディーゼル燃料を用いた多気筒内燃機関では、各気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、運転状態に基づいて燃料噴射弁を制御する車両の内燃機関用燃料噴射装置が知られている。また、このような車両の内燃機関用燃料噴射装置では、各燃料噴射弁に異常が生じたことを検出するようにしている。

例えば、特許文献１にあるように、燃料噴射弁の針弁リフトを検出する針弁リフトセンサを設け、燃料噴射弁に詰まりが発生して、針弁リフトセンサからの出力信号と燃料噴射弁の駆動信号との間に遅れが発生したときに、燃料噴射時期を進角側に補正して、エミッションの悪化や燃料消費率の悪化を防止するようにしている。

あるいは、特許文献２にあるように、燃料消費量検出器から入力される実際の燃料消費量の検出値と、予め設定されている内燃機関負荷や内燃機関回転数における許容燃料消費量とを比較し、燃料消費量の検出値が許容燃料消費量以下となったときに、燃料噴射弁の噴孔に詰まりが発生していると判断している。

また、特許文献３にあるように、燃料噴射が行われて各気筒の燃焼により変化する回転速度を検出し、回転速度を平均化した基準値と各気筒毎の回転速度との偏差を算出して、各気筒毎の偏差に応じて燃料噴射量を各気筒毎に補正し、各気筒毎の補正量が所定値以上となったときに故障と判断している。

更に、特許文献４にあるように、各気筒の燃焼が一巡する１サイクル周期の回転変動のうねりを検出し、また、１サイクル毎のサイクル間偏差を検出し、１サイクル周期の回転変動のうねりが所定値以上で、かつ、サイクル間偏差が所定値以内であると、燃料噴射弁に故障が発生していると判断して、故障が発生している燃料噴射弁を特定している。
特開昭５８−８２０２７号公報 特開２００５−２７３４９３号公報 特開平２−５７３６号公報 特開２００２−１２２０３７号公報

しかしながら、こうした従来の特許文献１，２のものでは、各気筒毎の燃料噴射弁に針弁リフトセンサや燃料消費量検出器を設けなければならず、装置が複雑になるという問題がある。

また、特許文献３，４のものでは、各気筒毎に故障の判断ができるが、例えば、各気筒の燃料噴射弁の噴孔にカーボン等が同じように堆積して目詰まりが発生した場合には、目詰まりの発生を検出できないという問題がある。

本発明の課題は、簡単な構成で各気筒毎の燃料噴射弁が同じように目詰まりしても、ドライバビリティの悪化等を招くことがない車両の内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関が搭載された車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、
前記運転状態検出手段により検出された前記運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射弁を制御して前記気筒内に燃料を噴射する車両の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記運転状態に応じた前記車両の目標車速を予め記憶する記憶手段と、
前記運転状態に基づいて、前記車両が高速で定速走行中か否かを判断する定常運転判断手段と、
前記定常運転判断手段が高速で定速走行中であると判断したときに、前記運転状態検出手段により検出された前記運転状態から前記記憶手段に記憶された前記目標車速を求め、前記目標車速より実車速が遅いときに前記燃料噴射弁からの噴射が低下していると判定する噴射低下判定手段と、
前記噴射低下判定手段により噴射が低下していることが判定されたときには、前記燃料噴射量を増量補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする車両の内燃機関用燃料噴射装置がそれである。

前記運転状態検出手段は、前記運転状態にアクセル開度を含み、前記記憶手段は、前記アクセル開度に応じた前記目標車速を記憶するようにしてもよい。あるいは、前記運転状態検出手段は、前記運転状態にアクセル開度と前記内燃機関の回転数と変速機の変速比とを含み、前記定常運転判断手段は前記アクセル開度と前記回転数と前記変速比とに基づいて前記高速で定速走行中であることを判定するようにしてもよい。

また、前記補正手段は、前記目標車速に達するまで前記燃料噴射量を増量補正するようにしてもよい。あるいは、前記補正手段は、前記燃料噴射量を増量補正すると共に、噴射時期を進角させるようにしてもよい。

本発明の車両の内燃機関用燃料噴射装置は、高速で定速走行中の実車速が、その運転状態に応じた目標車速よりも遅いときに、燃料噴射弁からの噴射が低下していると判定して、燃料噴射量を増量補正するので、簡単な構成で各気筒毎の燃料噴射弁が同じように目詰まりしても、ドライバビリティの悪化等を招くことがないという効果を奏する。

アクセル開度に応じた目標車速を記憶することにより、簡単に目標車速を記憶させることができる。また、アクセル開度と回転数と変速比とに基づいて高速で定速走行中であることを判断することにより、他のセンサを追加等することなく、高速で定速走行中であることを判断できる。

また、目標車速に達するまで増量補正することにより、燃料噴射弁の噴孔に目詰まり等が生じても、ドライバビリティをより改善できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態である車両の内燃機関用燃料噴射装置の概略構成図である。図１に示すように、内燃機関１は多気筒、本実施例では、例えば、４気筒のディーゼルエンジンで、シリンダ２、ピストン４及びシリンダヘッド６から燃焼室８を形成している。

内燃機関１の吸気系には、燃焼室８と吸気バルブ１２を介して連通する吸気ポート１４、吸気流路１６が配設されている。内燃機関１の排気系には、燃焼室８と排気バルブ２２を介して連通する排気ポート２４、排気流路２６が配設されている。

また、燃焼室８に燃料を噴射する燃料噴射弁２１がシリンダヘッド６に設けられている。燃料噴射弁２１には、高圧燃料を蓄圧するコモンレール２８が接続されており、コモンレール２８から高圧燃料が燃料噴射弁２１に供給されるように構成されている。コモンレール２８には、燃料タンク３０内の燃料を加圧供給する燃料ポンプ４０が燃料調量弁４２を介して接続されている。

尚、コモンレール２８を用いた燃料供給に限らず、各気筒毎に設けられた、いわゆるユニットインジェクタ方式のもの、あるいは分配型燃料噴射ポンプを用いたものでもよい。また、内燃機関１は、ディーゼルエンジンに限らず、燃料噴射弁２１が燃焼室８に露出している気筒内直接噴射方式のガソリンエンジンであってもよい。

内燃機関１の検出系には、アクセルペダル４４の踏込量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ４６、図示しないクランク軸の２回転で１回転する図示しないディストリビュータ軸の回転に応じて内燃機関１の回転数を検出する回転数センサ４８、変速機５０の変速比を検出する変速比検出センサ５２、コモンレール２８内の燃料圧力を検出する圧力センサ５４、車両の速度を検出する車速センサ５６が配設されている。

前記各センサ等は電子制御回路６０に接続されており、電子制御回路６０は、図１に示すように、周知のＣＰＵ６２、ＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６等を中心に論理演算回路として構成され、外部と入出力を行う入出力回路、ここでは入出力回路６８をコモンバス７０を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ６２は、アクセル開度センサ４６、回転数センサ４８、変速比検出センサ５２、圧力センサ５４、車速センサ５６からの入力信号を入出力回路６８を介して入力し、これらの信号及びＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６内のデータや予め記憶された制御プログラムに基づいてＣＰＵ６２は、入出力回路６８を介して燃料噴射弁２１等に信号を出力する。

次に、前述した電子制御回路６０において行われる補正制御処理について、図２のフローチャートによって説明する。
まず、燃料噴射弁２１の噴孔にカーボン等が付着した目詰まりが生じていない状態、例えば、製造直後の状態の内燃機関１を搭載した車両を、平坦な道路等で、かつ、高速で一定速度による定速走行運転をする。そのときのアクセル開度をアクセル開度センサ４６により検出し、車速を車速センサ５６により検出して、そのときのアクセル開度と車速とを関係づけて、車速を目標車速として記憶手段としてのＲＡＭ６６等に記憶する。図３に実線で示すように、種々のアクセル開度で走行して、そのときの目標車速を記憶する。

また、燃料噴射制御により、車両の運転状態としての、アクセル開度センサ４６により検出されるアクセル開度と、回転数センサ４８により検出される回転数とに基づいて、予め記憶されたマップ等から燃料噴射量指令値が算出され、この燃料噴射量指令値に基づいて、燃料噴射弁２１から燃料が噴射されて、内燃機関１が運転される。

そして、補正制御処理は、一定時間毎の割り込みにより処理され、まず、システムが正常に動作しているか否かを判断する（ステップ１００）。燃料噴射弁２１に駆動信号が正常に出力されているか、圧力センサ５４により検出されるコモンレール２８内の燃料圧が正常か、燃料調量弁４２への出力電流値が正常か、ハーネスの接続が正常かをチェックして、システムが正常に動作しているか否かを判断する。正常に作動していないと判断したときには（ステップ１００：ＮＯ）、システム異常の報知を行って（ステップ１０５）、一旦本制御処理を終了する。

システムが正常に動作していると判断すると（ステップ１００：ＹＥＳ）、車両の運転状態としての回転数センサ４８により検出される回転数Ｎｅを読み込む（ステップ１１０）。次に、車両の運転状態としてのアクセル開度センサ４６により検出されるアクセル開度Ａｃｃｐを読み込む（ステップ１２０）。

続いて、燃料噴射制御により算出された燃料噴射量ＴＱを読み込むと共に（ステップ１３０）、変速比検出センサ５２により検出される変速機５０の変速比Ｇｅａｒを読み込む（ステップ１４０）。

そして、ステップ１１０の処理により読み込んだ回転数Ｎｅが予め設定された所定回転数ＮｅＡ以上か否かを判断する（ステップ１５０）。読み込んだ回転数Ｎｅが所定回転数ＮｅＡ以上であるときには（ステップ１５０：ＹＥＳ）、ステップ１２０の処理により読み込んだアクセル開度Ａｃｃｐが予め設定された所定アクセル開度ＡｃｃｐＡ，ＡｃｃｐＢの範囲にあるか否かを判断する（ステップ１６０）。または、アクセル開度Ａｃｃｐによる判断に代えて、ステップ１３０の処理により読み込んだ燃料噴射量ＴＱが予め設定された所定燃料噴射量ＴＱＡ，ＴＱＢの範囲にあるか否かにより判断してもよい。

次に、ステップ１４０の処理により読み込んだ変速比Ｇｅａｒが所定の変速比ＧｅａｒＡ以上か否かを判断する（ステップ１７０）。例えば、変速機５０が５段変速の場合には、トップ又は４速の変速比ＧｅａｒＡ以上か否かを判断する。即ち、高速走行時に使用される変速比であるか否かを判断する。

ステップ１５０〜１７０の処理により、読み込んだ回転数Ｎｅが所定回転数ＮｅＡ以上で（ステップ１５０：ＹＥＳ）、かつ、読み込んだアクセル開度Ａｃｃｐが予め設定された所定アクセル開度ＡｃｃｐＡ，ＡｃｃｐＢの範囲内で（ステップ１６０：ＹＥＳ）、かつ、読み込んだ変速比Ｇｅａｒが所定の変速比ＧｅａｒＡ以上である（ステップ１７０：ＹＥＳ）、これらの全ての条件を満足した状態は、車両が高速で、かつ、一定速度による定速走行中の運転条件を満足した状態にある。

即ち、ステップ１７０の処理の、読み込んだ変速比Ｇｅａｒが所定の変速比ＧｅａｒＡ以上であるときは、高速走行時に使用される変速比であるときである。また、ステップ１５０の処理の、読み込んだ回転数Ｎｅが予め設定された所定回転数ＮｅＡ以上であるときは、高速走行時の変速比で、高速走行している回転数であるときである。

また、ステップ１６０の処理の、読み込んだアクセル開度Ａｃｃｐが予め設定された所定アクセル開度ＡｃｃｐＡ，ＡｃｃｐＢの範囲にあるときは、高速で定速走行中のアクセル開度であり、加速中あるいは上り坂を走行中のように負荷が大きくアクセルペダル４４を踏み込んだアクセル開度の大きい状態ではない。しかも、下り坂を走行中のようにアクセルペダル４４を戻したアクセル開度の小さい状態でもないことを示す。

本実施形態では、図４に示すように、内燃機関１の回転数とトルクとの関係では、回転数がある程度高く、トルクがある程度大きい、図４にハッチングで示す領域内で、ステップ１５０〜１７０の処理による全ての条件を満足した状態となる。

ステップ１５０〜１７０の処理により、読み込んだ回転数Ｎｅが所定回転数ＮｅＡ以上でないとき（ステップ１５０：ＮＯ）、または、読み込んだアクセル開度Ａｃｃｐが予め設定された所定アクセル開度ＡｃｃｐＡ，ＡｃｃｐＢの範囲にないとき（ステップ１６０：ＮＯ）、または、読み込んだ変速比Ｇｅａｒが所定の変速比ＧｅａｒＡ以上でないときの（ステップ１７０：ＮＯ）、何れか一つの条件でも満足しないときには、高速で、かつ、定速走行中の運転状態にないと判断して、一旦本制御処理を終了する。尚、回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃｐ、変速比Ｇｅａｒに代えて、車速や加速度により、高速で定速走行中であるか否かを判断するようにしてもよい。

ステップ１５０〜１７０の処理により、全ての条件を満足したと判断したときには、図３に相当するアクセル開度Ａｃｃｐと目標車速Ｍｘｖｓとのマップから、ステップ１２０の処理により読み込んだアクセル開度Ａｃｃｐに対応する目標車速Ｍｘｖｓを求める（ステップ１８０）。

次に、車速センサ５６により検出される実車速Ｖｓが、求めた目標車速Ｍｘｖｓより小さいか否かを判断する（ステップ１９０）。尚、実車速Ｖｓは、車速センサ５６により検出する場合に限らず、回転数Ｎｅと変速比Ｇｅａｒとから算出するようにしてもよい。

内燃機関１の運転時間が長くなると、燃料噴射弁２１の噴孔が燃焼室８に露出しているので、カーボン等により燃料噴射弁２１の噴孔に目詰まりが生じる。多気筒の内燃機関１では、各気筒毎の燃料噴射弁２１のそれぞれについて、ほぼ同程度の目詰まりが生じる。目詰まりが生じると、燃料噴射制御により算出された燃料噴射量指令値に応じた燃料噴射量よりも、燃料噴射弁２１から噴射される燃料が少なくなる。

図５（イ）に示すように、燃料噴射弁２１を燃料噴射量指令値に応じた駆動電圧で駆動した際、燃料噴射弁２１に目詰まりが生じていないときには、図５（ロ）に実線で示すような燃料噴射が行われる。これに対し、燃料噴射弁２１に目詰まりが生じていると、図５（ロ）に破線で示すように、実際に燃焼室８内に噴射される燃料量が低下する。

このように目詰まりが生じると、内燃機関１の出力が低くなり、図３に実車速を破線で示すように、同じアクセル開度Ａｃｃｐである場合には実車速Ｖｓが目標車速Ｍｘｖｓより遅くなり、同じ高速で定速走行する場合にはアクセル開度Ａｃｃｐが大きくなる。また、燃料噴射弁２１のノズルシート摩耗や燃料噴射弁２１の電磁弁異常が生じて、燃料噴射弁２１から噴射される燃料が少なくなる場合も同様である。

実車速Ｖｓが、目標車速Ｍｘｖｓより小さいと判断したときには（ステップ１９０：ＹＥＳ）、燃料噴射制御により算出された燃料噴射量を増量補正する（ステップ２００）。例えば、燃料噴射量指令値に一定量を加算して増量する補正を行う。

図６（イ）に実線で示すように、燃料噴射制御により算出された燃料噴射量指令値に応じた駆動に対して、図６（イ）に二点鎖線で示すように、燃料噴射量指令値に増量補正した駆動電圧で駆動する。その際、噴射期間が長くなるので、噴射開始時期を進角させるように補正するとよい。

これにより、図６（ロ）に破線で示す補正前の状態から、二点鎖線で示す増量補正後の燃料量になり、内燃機関１の出力が増加して、実車速Ｖｓが目標車速Ｍｘｖｓに近づく。そして、車速センサ５６により検出される実車速Ｖｓが、目標車速Ｍｘｖｓとほぼ等しくなったか否かを判断する（ステップ２１０）。ステップ２００の処理により、増量補正しても、実車速Ｖｓが、目標車速Ｍｘｖｓにほぼ等しくならないときには（ステップ２１０：ＮＯ）、更に噴射量を増量する補正を行う（ステップ２００）。実車速Ｖｓが、目標車速Ｍｘｖｓにほぼ等しなったときには、本制御処理を一旦終了する。これにより、目詰まりが生じても、目詰まりしていない状態でのアクセル開度Ａｃｃｐと同じアクセル開度Ａｃｃｐで運転をすることができ、ドライバビリティの悪化等を防ぐことができる。

尚、ステップ１９０の処理により、実車速Ｖｓが、目標車速Ｍｘｖｓより小さくないと判断したときには（ステップ１９０：ＮＯ）、燃料噴射弁２１の噴孔に目詰まり等は生じていないと判断して、本制御処理を一旦終了する。

このように、高速で定速走行中の実車速Ｖｓが、そのときの運転状態としてのアクセル開度Ａｃｃｐに応じた目標車速Ｍｘｖｓよりも遅いときに、燃料噴射弁２１からの噴射が低下していると判定して、燃料噴射量を増量補正するので、他のセンサを追加等することなく、簡単な構成で各気筒毎の燃料噴射弁２１が同じように目詰まりしても、ドライバビリティの悪化等を招くことがない。

アクセル開度Ａｃｃｐに応じた目標車速Ｍｘｖｓを記憶することにより、簡単に目標車速Ｍｘｖｓを記憶させることができる。また、アクセル開度Ａｃｃｐと回転数Ｎｅと変速比Ｇｅａｒとに基づいて高速で定速走行中であることを判断することにより、他のセンサを追加等することなく、高速で定速走行中であることを判断できる。

また、目標車速Ｍｘｖｓに達するまで増量補正することにより、燃料噴射弁２１の噴孔に目詰まり等が生じても、ドライバビリティをより改善できる。
尚、本実施形態では、ステップ１５０〜１７０の処理の実行が定常運転判断手段として働き、ステップ１８０，１９０の処理の実行が噴射低下判定手段として働き、ステップ２００，２１０の処理の実行が補正手段として働く。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての車両の内燃機関用燃料噴射装置の概略構成図である。 本実施形態の電子制御回路において行われる補正制御処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の車速とアクセル開度との関係を示すグラフである。 本実施形態の回転数とトルクとアクセル開度との関係を示すグラフである。 本実施形態の目詰まりによる燃料の低下を説明するタイムチャートである。 本実施形態の目詰まりの際の増量補正による燃料の増加を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１…内燃機関 ２…シリンダ
４…ピストン ６…シリンダヘッド
８…燃焼室 １２…吸気バルブ
１６…吸気流路 ２１…燃料噴射弁
２２…排気バルブ ２６…排気流路
２８…コモンレール ３０…燃料タンク
４０…燃料ポンプ ４２…燃料調量弁
４４…アクセルペダル
４６…アクセル開度センサ
４８…回転数センサ ５０…変速機
５２…変速比検出センサ
５６…車速センサ ６０…電子制御回路

Claims (5)

1. 内燃機関が搭載された車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、
   前記運転状態検出手段により検出された前記運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射弁を制御して前記気筒内に燃料を噴射する車両の内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記運転状態に応じた前記車両の目標車速を予め記憶する記憶手段と、
   前記運転状態に基づいて、前記車両が高速で定速走行中か否かを判断する定常運転判断手段と、
   前記定常運転判断手段が高速で定速走行中であると判断したときに、前記運転状態検出手段により検出された前記運転状態から前記記憶手段に記憶された前記目標車速を求め、前記目標車速より実車速が遅いときに前記燃料噴射弁からの噴射が低下していると判定する噴射低下判定手段と、
   前記噴射低下判定手段により噴射が低下していることが判定されたときには、前記燃料噴射量を増量補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の内燃機関用燃料噴射装置。
2. 前記運転状態検出手段は、前記運転状態にアクセル開度を含み、前記記憶手段は、前記アクセル開度に応じた前記目標車速を記憶することを特徴とする請求項１に記載の車両の内燃機関用燃料噴射装置。
3. 前記運転状態検出手段は、前記運転状態にアクセル開度と前記内燃機関の回転数と変速機の変速比とを含み、前記定常運転判断手段は前記アクセル開度と前記回転数と前記変速比とに基づいて前記高速で定速走行中であることを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の車両の内燃機関用燃料噴射装置。
4. 前記補正手段は、前記目標車速に達するまで前記燃料噴射量を増量補正することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両の内燃機関用燃料噴射装置。
5. 前記補正手段は、前記燃料噴射量を増量補正すると共に、噴射時期を進角させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両の内燃機関用燃料噴射装置。

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