JP2009097456A - 燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化が大きくなっても、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジンが所定の性能を発揮する燃料噴射システム及びエンジンを得る。
【解決手段】噴射回数減少処理は、車両のイグニッションスイッチがオンにされてから、ＥＣＵで一定の時間間隔をおいて繰り返し実行される。まず、ステップＳ３１では学習値が規定値Ｂ以下であるか判断され、学習値が規定値Ｂよりも大きいとき、処理は次のステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、燃料噴射装置がマルチ噴射を行っているかが判断され、マルチ噴射を行っている場合、処理はステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３ではマルチ噴射を中止し、噴射回数を１回にする。このとき、全ての噴射回数により噴射していた燃料を合計した量を１回で噴射する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に直接、かつ１回の燃焼に対し複数回に分割して燃料を噴射する燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関、すなわちエンジンにはセンサ類が取り付けられ、ＥＣＵはセンサ類からの情報に従って燃料噴射装置が噴射する燃料の量及び点火時期等を制御する。

燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化に対応するため、センサによる測定値及び燃料噴射量のばらつきを学習し、これにより得られた学習値を用いて燃料噴射量及び噴射期間を補正する構成が知られている（特許文献１）。
特開２００１−９８９９１号公報

しかし、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化が大きくなると、学習値により補正可能な範囲を超えてしまうおそれがある。この場合には適正に燃料噴射装置を制御することができなくなって所望の空燃比を得られず、エミッションが悪化するおそれ、及びエンジンが所定の性能を発揮できないおそれがある。

本発明はこの問題を鑑みてなされたものであり、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化が大きくなっても、エミッションの悪化を抑止し、エンジンが所定の性能を発揮する燃料噴射システム及びエンジンを得ることを目的とする。

本願第１の発明による燃料噴射システムは、内燃機関の排気系統に取り付けられる空燃比測定手段と、内燃機関の燃焼室に直接、かつ１回の燃焼につき所定回数に分割して燃料を噴射する燃料噴射手段と、目標空燃比と空燃比測定手段により測定された実測空燃比との空燃比誤差を縮小するよう燃料噴射量を補正するために用いる学習値を算出する学習値演算手段とを備え、燃料噴射手段は、学習値が正常な範囲を逸脱した場合に所定回数を減少させることを特徴とする。燃料噴射手段は、内燃機関の吸入行程から排気行程までの各行程のいずれか１つ又は複数の行程において複数回燃料を噴射する。所定回数に分割して燃料を噴射すると、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化による燃料噴射量の誤差が拡大するが、本願第１の発明によれば、燃料噴射装置等が有する個体差及び経時劣化が大きくなっても、エンジンのエミッションの悪化を抑止し、所定の性能を得ることができる。

燃料噴射手段は、学習値が規定値を超えた場合に所定回数を１回とすることが好ましい。燃料噴射装置及びセンサの個体差及び経時劣化による燃料噴射量の誤差を最小限に抑え、エンジンのエミッションの悪化を抑止し、所定の性能を得ることを確実にすることができる。

本願第２の発明による火花点火式直噴内燃機関は、上記燃料噴射システムを備えることを特徴とする。これにより、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化が大きくなっても、エンジンのエミッションの悪化を抑止し、所定の性能を発揮することが可能な火花点火式直噴内燃機関を得ることができる。

本発明によれば、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差及び経時劣化が大きくなっても、エンジンのエミッションの悪化を抑止し、エンジンが所定の性能を発揮する燃料噴射システム及びエンジンを得る。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明による燃料噴射システムの一実施形態を適用した火花点火式直噴内燃機関（以下エンジンと言う）を示す図である。

エアクリーナ１３１を介して吸入された空気は、エンジン１１０本体に形成された燃焼室１４１に吸入される。エアクリーナ１３１にはエアフローメータ１３４が取り付けられ、空気流量を測定してＥＣＵ１１２に送信する。燃焼室１４１内には燃料噴射装置１１１から燃料が噴射される。空気は燃焼室１４１内で燃料と混合される。燃焼室１４１の頂部には点火プラグ１４２が設けられ、ＥＣＵ１１２からの信号に従って燃料と空気の混合気に点火する。混合気は燃焼した後、排気ガスとなって排気管１５１へ排出される。排気ガスは触媒１５２によって浄化された後、大気に放出される。排気管１５１にはＡ／Ｆセンサ１１３が取り付けられ、排気ガスから空燃比を検出し、ＥＣＵに伝送する。

燃料は図示しない燃料タンクから燃料ポンプ１１４によってコモンレール１１５に注入、及び加圧される。コモンレール１１５と燃料噴射装置１１１は燃料配管１１６により接続され、燃料噴射装置１１１には加圧された燃料が供給される。コモンレール１１５にはその内部に蓄積された燃料の圧力、すなわち燃圧を測定するための燃圧センサ１１７が取り付けられ、ＥＣＵ１１２に燃圧値を送信する。

燃料噴射装置１１１は燃焼室１４１を構成するシリンダヘッド１４３から噴射口１１８が突出するように設けられる。噴射口１１８内部には開閉弁１２０が設けられ、この開閉弁１２０を開閉することにより燃料が燃焼室１４１内に噴射される。燃料噴射装置１１１にはＥＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）１１９が接続される。ＥＤＵ１１９はＥＣＵ１１２からの燃料噴射信号に従って、燃料噴射装置１１１へ通電を行う。燃料噴射装置１１１は、ＥＤＵ１１９から通電される通電時間だけ燃料を噴射する。燃料噴射装置１１１はマルチ噴射を行う。マルチ噴射とは、エンジン１１０の吸入行程から排気行程までの各行程のいずれか１つにおいて、複数回燃料を噴射するものである。エンジンが高負荷運転されているときマルチ噴射を行うことにより、燃焼室内の燃料の均質度が向上する。例えば、ＢＴＤＣ３２０°、３００°、２８０°において燃料を噴射する。

燃料噴射装置１１１に設けられる開閉弁１２０は機械的に動作する、例えばソレノイドバルブにより構成されるため、完全に閉じた状態から完全に開放するまでの、あるいはその逆の弁移行期間を必要とする。この弁移行期間は、開閉弁１２０が開き始めてから完全に閉じるまでの開放期間に対して無視できない割合を占めるため、燃料噴射装置１１１の通電期間と実際の燃料噴射期間との間には期間ずれが生じる。さらに、開閉弁１２０は通電に完全に追従して開閉することは物理的に不可能であるから、通電の開始時期と開閉弁１２０の開き始める時期、及び通電の終了時期と開閉弁１２０の閉じ始める時期との間にも時期ずれが生じる。つまり期間及び時期ずれにより、実際に噴射される実燃料噴射量と所望の目標燃料噴射量との噴射量誤差が生じる。これらの期間及び時期ずれを考慮した上で燃料噴射をしなければ、ＥＣＵ１１２は所望の燃料噴射量を所望の時期に得ることができない。弁の開放期間及び時期は、燃料噴射量、及びコモンレール１１５内の燃圧によって決定される。ＥＣＵ１１２は、燃料噴射量及び燃圧値から弁移行期間を考慮した開放期間及び時期を定めるマップを持ち、このマップから算出された開放期間及び時期に対応した燃料噴射信号をＥＤＵ１１９に送信することにより、適正な燃料噴射量を確保する。

内燃機関の燃焼室１４１に直接燃料を噴射する直噴式燃料噴射装置における燃圧は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式燃料噴射装置の燃圧よりも高い。そのため、両者が同じ量の燃料を噴射するとき、直噴式燃料噴射装置の開放期間は、ポート噴射式燃料噴射装置の開放期間よりも短くなる。開放期間が短くなると開放期間に占める弁移行期間の割合が大きくなる。すなわち直噴式燃料噴射装置においては、ポート噴射式燃料噴射装置よりも期間及び時期ずれの影響が大きい。

一方、運転状況の変化により目標空燃比と実測空燃比との間に空燃比誤差が生じることがある。このとき、ＥＣＵは空燃比誤差からＡ／Ｆフィードバック値を算出し、空燃比誤差を解消して実測空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する。Ａ／Ｆフィードバック値は、ＥＣＵが一定の時間間隔で実測空燃比と目標空燃比との差に相関して算出する燃料噴射量の補正値である。

しかし、Ａ／Ｆフィードバック値による補正をしても、燃圧センサ１１７、エアフローメータ１３４の個体差又は経時劣化により正確な燃圧及び空気流量が得られないおそれがある。また、正確な値が得られても、燃料噴射装置の個体差又は劣化により、所望の燃料噴射量を得られないおそれがある。これを防止するため、ＥＣＵ１１２は空燃比に応じてマップを補正する。この補正は学習値を用いて行われ、学習値は学習値演算処理により得られる。すなわち学習値は、燃料噴射装置１１１等の個体差又は経時劣化の発生に伴う目標燃料噴射量と実測燃料噴射量とのずれを補正する補正値である。

燃料噴射量ＱはＡ／Ｆフィードバック値ｆａｆと学習値ｆａｆ＿ｌｅａｒｎを用いた次式により決定される。
Ｑ＝ｑ×ｋ×（１＋ｆａｆ＋ｆａｆ＿ｌｅａｒｎ）
ここで、ｑは吸入空気量、ｋは吸入空気量から燃料噴射量を算出するための係数である。

目標空燃比と実測空燃比とが一致しているときＡ／Ｆフィードバック値ｆａｆは０であり、燃料噴射装置等の個体差又は経時劣化が生じていないとき学習値ｆａｆ＿ｌｅａｒｎは０である。このとき燃料噴射量Ｑは吸入空気量ｑに係数ｋを乗じることにより求められる。

一方、空燃比誤差が生じるとＡ／Ｆフィードバック値ｆａｆが１に加算され、燃料噴射量Ｑは吸入空気量ｑに係数ｋ及び１＋ｆａｆを乗じることにより求められる。これにより、実測空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量が補正される。これに加えて、燃料噴射装置等の個体差又は経時劣化が生じると、学習値ｆａｆ＿ｌｅａｒｎがＡ／Ｆフィードバック値ｆａｆに加算され、燃料噴射量Ｑは吸入空気量ｑに係数ｋ及び１＋ｆａｆ＋ｆａｆ＿ｌｅａｒｎを乗じることにより求められる。これにより、燃料噴射装置等の個体差又は経時劣化の発生に伴う目標燃料噴射量と実測燃料噴射量とのずれが補正される。

図２を用いて学習値を演算する学習値演算処理について説明する。

学習値演算処理は、ＥＣＵが動作すると、一定の時間間隔を置いてＥＣＵで実行される。学習値ｆａｆ＿ｌｅａｒｎの初期値は０に定められる。ステップＳ２１では、エンジンの制御が学習運転領域にあるかどうかが判断される。判断は、エンジンの回転数及び負荷、並びにエンジン冷却水の水温が一定の範囲にあるかどうかによる。学習運転領域にないとき処理は終了し、学習運転領域にあるとき処理はステップＳ２２に移る。

ステップＳ２２では、Ａ／Ｆフィードバック値の平均値ｆａｆａｖｅを求める。平均値ｆａｆａｖｅは、一定期間の間に求められたＡ／Ｆフィードバック値の相加平均をとることにより求められる。例えば、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差又は経時劣化がないとき、平均値ｆａｆａｖｅは０となる。一方、燃料噴射装置及びセンサが有する個体差又は経時劣化が生じているとき、平均値ｆａｆａｖｅは０でない値をとる。

次のステップＳ２３では、平均値ｆａｆａｖｅが許容値Ａ以下であるか否かが判断される。許容値Ａは予め定められＥＣＵ１１２に記憶された値である。平均値ｆａｆａｖｅが許容値Ａ以下であるとき学習値を更新することなくこの処理は終了し、許容値Ａより大きいとき処理はステップＳ２４へ進む。許容値Ａを用いて学習値を更新するか否か判断することにより、学習値の更新をすべき燃料噴射装置等の個体差又は経時劣化の大きさを予め定めることが可能となる。また、平均値ｆａｆａｖｅが小さいときに学習値を更新すると学習値が頻繁に変動して制御が不安定になるおそれがあるが、これを防止することができる。

ステップＳ２４では、学習値の変動幅が大きくなることを防止するガード処理が行われる。燃料噴射量の補正は学習値をＡ／Ｆフィードバック値に加算することにより行われ、学習値には例えば平均値ｆａｆａｖｅを積算した値が用いられる。ガード処理では学習値の変動幅を抑えるため、平均値ｆａｆａｖｅが所定の値ｔより大きいときには、平均値ｆａｆａｖｅの値をｔとして学習値を更新し、平均値ｆａｆａｖｅが所定の値-ｔより小さいときには、平均値ｆａｆａｖｅの値を-ｔとして学習値を更新する。学習値の変動幅をｔに抑えることにより制御を安定させることができる。

次にステップＳ２５において学習値ｆａｆ＿ｌｅａｒｎが更新される。更新は、現在の学習値ｆａｆ＿ｌｅａｒｎに平均値ｆａｆａｖｅを加えることにより求められる。これにより学習値ｆａｌ＿ｌｅａｒｎが算出され、ＥＣＵはこの学習値を用いてマップを補正する。

Ａ／Ｆフィードバック値は実測空燃比と目標空燃比との差が生じているときに算出されるものであり、学習値はＡ／Ｆフィードバック値の平均値を加算したものであるから、学習値の増大は燃料噴射装置１１１における実際に噴射される実燃料噴射量と所望の目標燃料噴射量との噴射量誤差が拡大していることを示す。学習値が増大しているときにマルチ噴射を行うと、期間及び時期ずれによって燃料噴射を行う度に噴射量誤差が蓄積され、実測空燃比と目標空燃比との誤差が拡大する。これを防止するため、以下に述べる噴射回数減少処理を行って期間及び時期ずれを最小限に抑えることにより、実測空燃比と目標空燃比との誤差を最小限に抑える。

次に、図３を用いて本実施形態による噴射回数減少処理について説明する。

噴射回数減少処理は、車両のイグニッションスイッチがオンにされてから、ＥＣＵで一定の時間間隔をおいて繰り返し実行される。

まず、ステップＳ３１では学習値が規定値Ｂ以下であるか判断される。規定値Ｂ以下であるときには、学習値を用いてエンジンを制御することが可能であるため、この処理は終了する。学習値が規定値Ｂよりも大きいとき、処理は次のステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、燃料噴射装置がマルチ噴射を行っているかが判断される。マルチ噴射を行っていない場合、この処理は終了する。マルチ噴射を行っている場合、処理はステップＳ３３へ進む。

ステップＳ３３では、マルチ噴射を中止し、噴射回数を１回にする。このとき、全ての噴射回数により噴射していた燃料を合計した量を１回で噴射する。マルチ噴射では学習値が増大すると燃料噴射量の誤差が拡大するが、噴射回数減少処理によれば、エンジン１１０が要求する燃料噴射量を確保しながら、燃料噴射における期間及び時期ずれを最小限に抑え、実際の空燃比と所望の空燃比との誤差を最小限に抑えることが可能となる。

また、ステップＳ３３において噴射回数を減少させても良い。このとき、全ての噴射回数により噴射していた燃料を合計した量を減少させた回数で噴射する。これにより、学習値が増大したときでも、エンジン１１０が要求する燃料噴射量を確保しながら、燃料噴射における期間及び時期ずれを抑え、実際の空燃比と所望の空燃比との誤差を最小限に抑えることが可能となる。

上記実施形態において、マルチ噴射は吸入行程で燃料を複数回噴射するものであったが、本発明はこれに限定されず、エンジン１１０の他の行程で、又は複数の行程にわたって、複数回燃料を噴射するものであってもよい。すなわち、例えば吸入行程で噴射した後、圧縮行程、膨張行程及び排気行程で燃料を複数回噴射するものであってもよい。

火花点火式直噴内燃機関に接続された燃料噴射システムを模式的に示した図である。 燃料噴射システムにおける学習値演算処理を示したフローチャートである。 燃料噴射システムにおける噴射回数減少処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１１０ エンジン
１１１ 燃料噴射装置
１１２ ＥＣＵ
１１３ Ａ／Ｆセンサ
１１４ 燃料ポンプ
１１５ コモンレール
１１７ 燃圧計
１１８ 噴射口
１１９ ＥＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）
１２０ 開閉弁
１３４ エアフローメータ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気系統に取り付けられる空燃比測定手段と、
   前記内燃機関の燃焼室に直接、かつ１回の燃焼につき所定の回数に分割して燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   目標空燃比と前記空燃比測定手段により測定された実測空燃比との空燃比誤差を縮小するよう燃料噴射量を補正するために用いる学習値を算出する学習値演算手段とを備え、
   前記燃料噴射手段は、前記学習値が正常な範囲を逸脱した場合に前記所定の回数を減少させる燃料噴射システム。
2. 前記燃料噴射手段は、前記学習値が規定値を超えた場合に前記所定の回数を１回とする請求項１に記載の燃料噴射システム。
3. 請求項１に記載の燃料噴射システムを備える火花点火式直噴内燃機関。
   

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