JP2016121594A - Fuel injection control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料噴射制御装置に関し、特に、車両に搭載された内燃機関の燃焼室に向けて噴射される燃料量を目標空燃比を参照して調整し、燃焼ガスを浄化する触媒の下流側の酸素濃度に基づいて目標空燃比を更新する、燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device, and more particularly to a downstream side of a catalyst that purifies combustion gas by adjusting a fuel amount injected toward a combustion chamber of an internal combustion engine mounted on a vehicle with reference to a target air-fuel ratio. The present invention relates to a fuel injection control device that updates a target air-fuel ratio based on the oxygen concentration of the fuel.
この種の制御装置の一例が、特許文献1に開示されている。この装置によれば、2つのO2センサが触媒の上流側および下流側にそれぞれ設けられる。両者の応答特性を互いに比較したとき、触媒が劣化していない状態では下流側のO2センサの応答特性は上流側のO2センサの応答特性よりも低いが、触媒が劣化すると下流側のO2センサの応答特性が上流側のO2センサの応答特性に近づく。具体的には、触媒が劣化するほど、下流側のO2センサの出力幅が増大し、かつ出力の変動周期が短くなる。触媒の劣化状態は、上流側のO2センサの応答特性を基準とする下流側のO2センサの応答特性の変化に注目して判別される。
An example of this type of control device is disclosed in
しかし、下流側のO2センサの出力幅および出力の変動周期に注目して触媒の劣化状態を判別する特許文献1の技術では、劣化状態の判別精度ひいては燃料噴射量の調整精度に限界がある。
However, in the technique of
それゆえに、この発明の主たる目的は、燃料噴射量の調整精度を高めることができる、燃料噴射制御装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a fuel injection control device capable of increasing the adjustment accuracy of the fuel injection amount.
この発明に係る燃料噴射制御装置は、車両に搭載された内燃機関の燃焼室に向けて噴射される燃料量を目標空燃比を参照して調整し、燃焼ガスを浄化する触媒の下流側の酸素濃度に基づいて目標空燃比を更新する燃料噴射制御装置であって、排気浄化触媒の下流側の酸素濃度に基づいて空燃比を所定時期に繰り返し算出する第1算出手段、第1算出手段によって算出された空燃比の平均値と理論空燃比との差分を表す差分係数を算出する第2算出手段、および第2算出手段によって算出された差分係数に基づいて目標空燃比を更新する更新手段を備える。 A fuel injection control device according to the present invention adjusts the amount of fuel injected toward a combustion chamber of an internal combustion engine mounted on a vehicle with reference to a target air-fuel ratio, and converts oxygen on the downstream side of a catalyst for purifying combustion gas. A fuel injection control device that updates a target air-fuel ratio based on a concentration, and is calculated by first calculation means and first calculation means that repeatedly calculate an air-fuel ratio at a predetermined time based on an oxygen concentration downstream of the exhaust purification catalyst. Second calculating means for calculating a difference coefficient representing a difference between the average value of the air-fuel ratio and the theoretical air-fuel ratio, and updating means for updating the target air-fuel ratio based on the difference coefficient calculated by the second calculating means. .
触媒の下流側の酸素濃度に基づいて所定時期に繰り返し検出された空燃比の平均値と理論空燃比との差分は、触媒の劣化度を高精度に反映する。目標空燃比は、このような差分を表す差分係数に基づいて更新される。これによって、燃料噴射量の調整精度を高めることができる。 The difference between the average value of the air-fuel ratio repeatedly detected at a predetermined time based on the oxygen concentration on the downstream side of the catalyst and the theoretical air-fuel ratio reflects the degree of deterioration of the catalyst with high accuracy. The target air-fuel ratio is updated based on a difference coefficient representing such a difference. Thereby, the adjustment accuracy of the fuel injection amount can be increased.
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
図1および図2を参照して、この実施例の車両10は、エンジン(内燃機関)12を動力源として備える。気筒14に設けられた燃焼室16には、吸気弁18を介して吸気通路32が接続され、排気弁20を介して排気通路34が接続される。なお、図1では単一の気筒14しか示していないが、エンジン12は複数の気筒14,14,…を有する。吸気通路32は、吸気弁18の上流の位置で各気筒14に分岐する。
Referring to FIGS. 1 and 2,
吸気通路32には、運転席に配置されたアクセルペダル58の踏力に応じて開度が変わる単一のスロットルバルブ36と、吸気通路32に燃料を噴射するべく各気筒14に割り当てられた燃料噴射装置38とが設けられる。スロットルバルブ36よりも下流でかつ燃料噴射装置38よりも上流の位置(吸気通路32の分岐位置)には、空気流量を平準化するためのサージタンク46と、吸気通路32に生じた負圧つまり吸入空気圧を検知する負圧センサ48とが設けられる。
In the
吸気通路32にはまた、スロットルバルブ36を迂回する単一のバイパス流路40が接続される。また、バイパス流路40には、ISCV42が設けられる。ISCV42はステッパモータ44を駆動源とする電子開閉式のバルブであり、ISCV42の開度はステッパモータ44の回転位置に応じて変化する。バイパス流路40内の空気流量は、このようなISCV42の開度に依存する。
A
イグニッションキー(図示せず)によってIGオン操作が行われると、エンジンECU(制御装置)60は、エンジン12を始動するべく図2に示すリレー68をオンする。バッテリ74の電力はオン状態のリレー68を介してスタータ66に供給され、スタータ66はバッテリ74の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン12が始動する。
When an IG on operation is performed by an ignition key (not shown), the engine ECU (control device) 60 turns on the
アイドル状態では、スロットルバルブ36が閉じられる。空気は、バイパス流路40を経て燃焼室16に供給される。ISCV42の開度は、エンジン12の回転数に基づいて調整される。燃料噴射装置38から噴射される燃料の量は、負圧センサ48の検知結果と後述する酸素濃度センサ54の検知結果とに基づいて制御される。噴射された燃料と吸入空気との混合気は、後述するリッチ噴射時を除いて、メモリ60mに保存された目標空燃比(=環境性能を考慮した最適な空燃比であり、理論空燃比に近似)を示す。
In the idle state, the
ドライバがアクセルペダル58を踏み込むと、スロットルバルブ36が開かれる。吸入空気量は、ISCV42およびスロットルバルブ36の開度に依存する。上述と同様、燃料噴射装置38から噴射される燃料の量は、負圧センサ48の検知結果と酸素濃度センサ54の検知結果とに基づいて制御される。混合気は、上述と同様、目標空燃比を示す。
When the driver depresses the
なお、スロットルバルブ36の開度は開度センサ(図示せず)によって検知され、検知結果はエンジンECU60に与えられる。
The opening degree of the
混合気は、吸気弁18が開かれたときに燃焼室16に供給される。供給された混合気は、コンロッド24を介してクランクシャフト26と結合されたピストン22が上死点に達する直前に、点火プラグ30によって点火される。ピストン22は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト26が回転する。クランクシャフト26にはフライホイール28が装着され、クランクシャフト26の回転数つまりエンジン12の回転数のぶれはフライホイール28によって抑制される。
The air-fuel mixture is supplied to the
クランクシャフト26の回転力は、図2に示すトルクコンバータ62および無段変速機64を介して、ドライブシャフト(図示せず)に伝達される。これによって、車両10が前進または後退する。クランクシャフト26の回転力はまた、ベルト70を介してオルタネータ72の回転軸72sに伝達される。回転軸72sの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ74に蓄えられる。
The rotational force of the
図1に戻って、混合気の燃焼後の空気つまり燃焼ガスは、排気弁20が開かれたときに燃焼室16から排出され、排気通路34を介してマフラー50に供給される。マフラー50に設けられた排気浄化触媒(以下、単に「触媒」という。)52は、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素,炭化水素および窒素酸化物を酸化・還元し、水,二酸化炭素および窒素を生成する。車両10からは、こうして浄化されたガスが排出される。
Returning to FIG. 1, the air after combustion of the air-fuel mixture, that is, the combustion gas, is discharged from the
排気通路34のうち触媒52の上流側の位置には酸素濃度センサ54が設けられ、排気通路34のうち触媒52の下流側の位置には酸素濃度センサ56が設けられる。
An
エンジンECU60は、上流側の酸素濃度センサ54の検知結果と吸気通路32に設けられた負圧センサ48の検知結果とに基づいて通常噴射時の燃料噴射量を制御するべく、図4に示す通常噴射制御処理を繰り返し実行する。なお、この通常噴射制御処理ならびに後述するリッチ噴射制御処理および数値制御処理は、不揮発性のメモリ60mに記憶される。
The
図4を参照して、ステップS1では酸素濃度センサ54を利用して触媒52の上流側の酸素濃度を検出し、ステップS3では負圧センサ48を利用して吸入空気圧を検出する。ステップS5では検出された酸素濃度および吸入空気圧に基づいて現時点の空燃比を算出し、ステップS7では算出された空燃比がメモリ60mに保存された目標空燃比を上回るか否かを判別する。判別結果がYESであればステップS9で燃料噴射量を増大させ、判別結果がNOであればステップS11で燃料噴射量を減少させる。今回の処理は、こうして燃料噴射量が調整された後に終了する。
Referring to FIG. 4, in step S1, the
したがって、燃料噴射量は、目標空燃比が得られる噴射量を基準として増減を繰り返す。換言すれば、ステップS5で算出される空燃比は、図3に示すように目標空燃比を基準として増減を繰り返す。 Therefore, the fuel injection amount is repeatedly increased and decreased based on the injection amount at which the target air-fuel ratio is obtained. In other words, the air-fuel ratio calculated in step S5 is repeatedly increased and decreased based on the target air-fuel ratio as shown in FIG.
車両10が坂を下り始める場面や交差点の手前で減速する場面においてドライバがアクセルペダル58から足を離すと、スロットルバルブ36が完全に閉じられる。エンジンECU60は、燃料カット条件が満足されたとみなして燃料カットを実行する。これによって、燃料噴射装置38からの燃料の噴射が停止される。車両10が停止する前にアクセルペダル58が再度踏み込まれると、スロットルバルブ36が再度開かれる。エンジンECU60は、燃料噴射条件が満足されたとみなして、燃料噴射装置38による燃料噴射を再開する。これによって、車両10が加速する。
When the driver removes his / her foot from the
このように、車両10は燃料噴射を一時的に停止する燃料カット機能を有するところ、燃料カットが実行されると、燃料成分を含まない空気が触媒52に供給され、酸素が触媒52によって吸蔵される。酸素の吸蔵は触媒52の浄化能力の低下を引き起こすため、浄化能力を回復させるためには、燃料噴射装置38に燃料を多めに噴射させるリッチ噴射を燃料カット終了直後に実行し、触媒52から酸素を放出する必要がある。
As described above, the
ただし、触媒52は時間の経過とともに劣化し、これと同時に酸素吸蔵能力もまた低下する。また、酸素吸蔵能力の低下は、リッチ噴射量の抑制を可能とする。そこで、この実施例では、燃料カットの時間長と触媒52の劣化度とに基づいてリッチ噴射量(=リッチ噴射時の燃料噴射量)を調整するようにしている。これによって、リッチ噴射時に一酸化炭素や炭化水素の排出量が増大したり、リッチ噴射に起因して燃費が低下する懸念を軽減することができる。
However, the
具体的には、エンジンECU60は、図8に示すリッチ噴射制御処理を繰り返し実行する。この処理では、燃料カットの時間長とリッチ噴射係数との関係を示す図5のグラフが参照されるとともに、触媒52の劣化度に相関する触媒劣化係数が参照される。なお、図5のグラフおよび触媒劣化係数のいずれも、メモリ60mに保存される。
Specifically,
まず、現時点の状態が燃料カット状態であるか否かをステップS21で判別する。判別結果がNOであればステップS25に進み、燃料カット条件が満足されたか否かを判別する。判別結果がYESであればステップS27で燃料カットを実行してから今回の処理を終了し、判別結果がNOであれば速やかに今回の処理を終了する。 First, it is determined in step S21 whether or not the current state is a fuel cut state. If the determination result is NO, the process proceeds to step S25 to determine whether or not the fuel cut condition is satisfied. If the determination result is YES, the fuel cut is executed in step S27 and the current process is terminated. If the determination result is NO, the current process is immediately terminated.
ステップS21の判別結果がYESであれば、燃料噴射条件が満足されたか否かをステップS23で判別する。判別結果がNOであれば速やかに今回の処理を終了する一方、判別結果がYESであればステップS29に進む。 If the determination result in step S21 is YES, it is determined in step S23 whether or not the fuel injection condition is satisfied. If the determination result is NO, the current process is immediately terminated. If the determination result is YES, the process proceeds to step S29.
ステップS29では、燃料カットが行われた時間長を測定する。ステップS31では、測定された時間長を図5に示すグラフに適用してリッチ噴射係数を取得する。ステップS33では、触媒劣化係数をメモリ60mから取得する。ステップS35では、こうして取得されたリッチ噴射係数および触媒劣化係数を掛け合わせて、リッチ噴射量を算出する。ステップS37では、算出されたリッチ噴射量に従うリッチ噴射を実行し、その後に今回の処理を終了する。
In step S29, the length of time during which the fuel cut is performed is measured. In step S31, the measured time length is applied to the graph shown in FIG. 5 to acquire the rich injection coefficient. In step S33, the catalyst deterioration coefficient is acquired from the
車両10にとって最適な空燃比つまり目標空燃比は、触媒52の劣化度によって異なる。そこで、この実施例では、メモリ60mに保存された触媒劣化係数および目標空燃比を触媒52の劣化度を判別して更新するべく、車両10の走行距離が任意の距離(例えば1000km)に達した毎の定速走行の期間に、図9に示す数値制御処理を任意の回数(例えば7万5千回)繰り返す。
The optimum air-fuel ratio for the
まずステップS41で、酸素濃度センサ56を利用して触媒52の下流側の酸素濃度を検出する。次にステップS43で、負圧センサ48を利用して吸入空気圧を検出する。ステップS45では検出された酸素濃度および吸入空気圧に基づいて現時点の空燃比を算出する。ステップS47では算出された空燃比から理論空燃比を引き算して両者の差分を算出し、ステップS49では算出された差分を積分する。ここで、積分の対象は、今回の任意の回数(例えば7万5千回)の処理によって得られる7万5千個の差分である。
First, in step S <b> 41, the oxygen concentration on the downstream side of the
ステップS45の処理では触媒52の下流側の酸素濃度が参照されるため、ステップS45で算出される空燃比は、触媒52の劣化が進むほど減少し、かつ理論空燃比との開きが大きくなる。したがって、ステップS47で算出される差分およびステップS49で算出される積分値は、触媒52の劣化が進むほど大きく減少する。
Since the oxygen concentration on the downstream side of the
ステップS51では、ステップS49で実行された積分処理の回数が任意の回数(例えば7万5千回)に達したか否かを判別する。判別結果がNOであれば速やかに今回の処理を終了する一方、判別結果がYESであればステップS53〜S55の処理を経て今回の処理を終了する。 In step S51, it is determined whether or not the number of integration processes executed in step S49 has reached an arbitrary number (for example, 75,000 times). If the determination result is NO, the current process is immediately terminated. If the determination result is YES, the current process is terminated through the processes of steps S53 to S55.
ステップS53では、任意の回数(例えば7万5千回)の積分処理によって得られた積分値を“75000”で割り算し、割り算値を新たな触媒劣化係数として求める。触媒劣化係数は、“0”を基準として、触媒52の劣化が進むほど減少する(図6参照)。メモリ60mに保存された触媒劣化係数は、こうして算出された触媒劣化係数によって更新される。
In step S53, an integral value obtained by an arbitrary number of times (for example, 75,000 times) of integral processing is divided by “75000”, and the divided value is obtained as a new catalyst deterioration coefficient. The catalyst deterioration coefficient decreases with the progress of deterioration of the
なお、ステップS53で算出される割り算値は、ステップS45で算出された7万5千個の空燃比の各々と理論空燃比との差分の平均値であり、ステップS45で算出された7万5千個の空燃比の平均値と理論空燃比との差分でもある。したがって、触媒劣化係数は、このような差分を表す差分係数と定義することもできる。 Note that the division value calculated in step S53 is the average value of the difference between each of the 75,000 air-fuel ratios calculated in step S45 and the theoretical air-fuel ratio, and is 75,000 calculated in step S45. It is also the difference between the average value of the thousand air-fuel ratios and the theoretical air-fuel ratio. Therefore, the catalyst deterioration coefficient can also be defined as a difference coefficient representing such a difference.
ステップS55では、ステップS53で算出された触媒劣化係数に基づいて目標空燃比を算出する。目標空燃比は、理論空燃比を基準として、触媒52の劣化が進むほど増大する(図7参照)。メモリ60mに保存された目標空燃比は、こうして算出された目標空燃比によって更新される。
In step S55, the target air-fuel ratio is calculated based on the catalyst deterioration coefficient calculated in step S53. The target air-fuel ratio increases with the deterioration of the
以上の説明から分かるように、車両10に搭載された内燃機関12の燃焼室16に向けて噴射される燃料量は、目標空燃比を参照して調整される。また、目標空燃比は、燃焼ガスを浄化する触媒52の下流側に設けられた酸素濃度センサ56の検知結果に基づいて更新される。具体的には、エンジンECU60は、触媒52の下流側の酸素濃度に基づいて空燃比を所定時期に繰り返し算出し(S41~S45)、算出された空燃比の平均値と理論空燃比との差分を表す差分係数を算出し(S47~S53)、そして算出された差分係数に基づいて目標空燃比を更新する(S55)。
As can be seen from the above description, the amount of fuel injected toward the
触媒52の下流側の酸素濃度に基づいて所定時期に繰り返し検出された空燃比の平均値と理論空燃比との差分は、触媒52の劣化度を高精度に反映する。このような差分を表す差分係数に基づいて目標空燃比を更新することで、燃料噴射量の調整精度を高めることができる。
The difference between the average value of the air-fuel ratio repeatedly detected at a predetermined time based on the oxygen concentration on the downstream side of the
なお、この実施例では、吸入空気量は、ISCV42およびスロットルバルブ36によって制御される。しかし、ISCV42およびバイパス流路40を省いて、電子制御スロットルバルブを設けるようにしてもよい。この場合、エンジンECU60は、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサの検知結果を取得し、取得した検知結果に基づいてスロットルバルブ36の開度を制御する。また、ISCV42が省略されるため、アイドル状態でのエンジン12の回転数は、スロットルバルブ36の開度のみによって制御される。
In this embodiment, the intake air amount is controlled by the ISCV 42 and the
10 …車両
12 …エンジン
16 …燃焼室
32 …吸気通路
34 …排気通路
52 …触媒
54,56 …酸素濃度センサ
58 …アクセルペダル
60 …エンジンECU
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記触媒の下流側の酸素濃度に基づいて空燃比を所定時期に繰り返し算出する第1算出手段、
前記第1算出手段によって算出された空燃比の平均値と理論空燃比との差分を表す差分係数を算出する第2算出手段、および
前記第2算出手段によって算出された差分係数に基づいて前記目標空燃比を更新する更新手段を備える、燃料噴射制御装置。 The amount of fuel injected toward the combustion chamber of the internal combustion engine mounted on the vehicle is adjusted with reference to the target air-fuel ratio, and the target air-fuel ratio is updated based on the oxygen concentration downstream of the catalyst that purifies the combustion gas A fuel injection control device,
First calculation means for repeatedly calculating an air-fuel ratio at a predetermined time based on an oxygen concentration downstream of the catalyst;
Second calculation means for calculating a difference coefficient representing a difference between the average value of the air-fuel ratio calculated by the first calculation means and the theoretical air-fuel ratio; and the target based on the difference coefficient calculated by the second calculation means A fuel injection control device comprising update means for updating an air-fuel ratio.
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