JP3859856B2

JP3859856B2 - エンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3859856B2
Application number: JP05518598A
Authority: JP
Inventors: 肇細谷; 渡邊　　悟
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11257137A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置に関し、特に、吸入空気量又は吸気圧の検出結果から燃料噴射量を演算する装置において、吸入空気量又は吸気圧を検出する手段の故障時におけるフェイルセーフ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御式の燃料噴射装置においては、従来から、吸入空気量又は吸気圧を検出することで、シリンダ吸入空気量に対して比例的に燃料噴射量を制御して、燃焼混合気の空燃比を目標値に制御することが行われている。
また、スロットル弁を機械的にアクセルペダルに連動させて開閉させるのではなく、アクセル開度等から目標エンジントルクを求める一方、該目標エンジントルクに相当する目標吸入空気量を設定し、該目標吸入空気量に基づいてスロットル弁を開閉駆動するアクチュエータを電子制御するエンジントルク制御システムがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸入空気量を検出するエアフローメータ又は吸気圧を検出する吸気圧センサが故障すると、吸入空気量又は吸気圧の検出値からは、真のシリンダ吸入空気量に見合った燃料噴射量を演算することができなくなってしまう。そこで、従来では、前記故障の発生が診断されると、予めスロットル弁開度とエンジン回転速度とをパラメータとして燃料噴射量を記憶したマップを参照して、そのときのスロットル弁開度とエンジン回転速度とに対応する燃料噴射量を検索し、該検索した燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御するようにしていた。
【０００４】
しかし、前記マップ上に運転領域毎に記憶された燃料噴射量を検索する構成の場合には、運転領域が切り換わると、検索される燃料噴射量が大きく変化することになるため、運転領域が切り換わる毎に大きなトルク変化を生じてしまうという問題があった。
また、前記マップを作成するための適合工数が必要であり、また、前記マップを記憶させておくためのメモリ容量を確保する必要があるという問題もあった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、特に、前述のエンジントルク制御システムを備えたエンジンにおいて、エアフローメータや吸気圧センサの故障時に、簡便な構成によってシリンダ吸入空気量に見合った燃料噴射量の設定が行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、図１に示すように構成される。図１において、目標空気量設定手段は、少なくともアクセル操作量に基づき目標吸入空気量を設定する。スロットル制御手段は、目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいてスロットル弁の開度を制御する。
【０００７】
一方、吸入空気量検出手段はエンジンの吸入空気量を検出し、燃料噴射量演算手段は、吸入空気量検出手段で検出された吸入空気量に基づいて燃料噴射量を演算する。
ここで、故障診断手段は、前記吸入空気量検出手段における故障の有無を診断し、故障時噴射量演算手段は、故障診断手段により前記吸入空気量検出手段における故障の発生が診断されたときに、前記燃料噴射量演算手段に代えて、前記目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいて燃料噴射量を演算する。
【０００８】
そして、燃料噴射制御手段は、前記演算された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する。
かかる構成によると、吸入空気量検出手段が故障すると、該吸入空気量検出手段による検出結果を用いずに、スロットル弁の開度制御における目標吸入空気量を代用し、該目標吸入空気量が実際のシリンダ吸入空気量に相当するものとして、燃料噴射量を制御させる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記故障診断手段が、前記吸入空気量検出手段の検出結果が、エンジンの運転中に吸入空気量＝０となったときに故障発生を診断する構成とした。
かかる構成によると、エンジンが運転されていて、シリンダ内への空気の吸引と燃焼排気のシリンダ内からの排出が行われる状態において、吸入空気量検出手段が、吸入空気量が０であると検出したときには、吸入空気量検出手段が故障しているものと判断する。
【００１０】
請求項３記載の発明では、前記故障診断手段が、前記吸入空気量検出手段の検出結果が、エンジンの運転状態に関わらずに吸入空気量＝最大量となったときに故障発生を診断する構成とした。
かかる構成によると、運転状態とは無関係に、吸入空気量が最大量に張り付いているときには、吸入空気量検出手段が故障しているものと判断する。
【００１１】
請求項４記載の発明は、図２に示すように構成される。図２において、目標空気量設定手段は、少なくともアクセル操作量に基づき目標吸入空気量を設定する。スロットル制御手段は、目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいてスロットル弁の開度を制御する。
【００１２】
一方、吸気圧検出手段はエンジンの吸気圧を検出し、燃料噴射量演算手段は、吸気圧検出手段で検出された吸気圧に基づいて燃料噴射量を演算する。
ここで、故障診断手段は、前記吸気圧検出手段における故障の有無を診断し、故障時噴射量演算手段は、故障診断手段により前記吸気圧検出手段における故障の発生が診断されたときに、前記燃料噴射量演算手段に代えて、前記目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいて燃料噴射量を演算する。
【００１３】
そして、燃料噴射制御手段は、前記演算された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する。
かかる構成によると、吸気圧検出手段が故障すると、該吸気圧検出手段による検出結果を用いずに、スロットル弁の開度制御における目標吸入空気量を代用し、該目標吸入空気量が実際のシリンダ吸入空気量に相当するものとして、燃料噴射量を制御させる。
【００１４】
請求項５記載の発明では、前記故障診断手段が、吸気脈動が発生する運転条件において、前記検出された吸入空気量又は吸気圧の変動幅が所定値以下であるときに故障発生を診断する構成とした。
かかる構成によると、運転条件は吸気脈動が発生する条件であるのに、吸入空気量や吸気圧の検出結果に吸気脈動の影響が現れていないときには、吸入空気量や吸気圧の検出結果が実際値に即していないものと推定し、以て、吸入空気量検出手段又は吸気圧検出手段の故障を診断する。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、吸入空気量を検出する手段が故障しても、スロットル開度制御における目標吸入空気量を代用して燃料噴射量を演算させるので、吸入空気量を検出する手段の故障時であっても、トルク段差を発生させることなく燃料噴射量を制御させることができ、また、フェイルセーフ用のマップを備える必要がないため、マップの適合工数が不要になり、かつ、マップ用のメモリ容量を節約できるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、エンジンの運転中であって吸入空気量が０でない状態での実際の検出結果から、吸入空気量を検出する手段の故障を確実に診断できるという効果がある。
請求項３記載の発明によると、吸入空気量が最大量に張り付いている状態から、吸入空気量を検出する手段の故障を確実に診断できるという効果がある。
【００１７】
請求項４記載の発明によると、吸気圧を検出する手段が故障しても、スロットル開度制御における目標吸入空気量を代用して燃料噴射量を演算させるので、吸気圧を検出する手段の故障時であっても、トルク段差を発生させることなく燃料噴射を制御させることができ、また、フェイルセーフ用のマップを備える必要がないため、マップの適合工数が不要になり、かつ、マップ用のメモリ容量を節約できるという効果がある。
【００１８】
請求項５記載の発明によると、吸入空気量又は吸気圧を検出する手段の故障を、吸気脈動が発生する条件下での吸入空気量又は吸気圧の検出値の変動幅に基づき、出力レベルが正常値に近い状態での故障態様を含み精度良く検出できるという効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図３は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
この図３において、アクセル開度センサ１は、運転者によるアクセル操作量ＡＰＳを検出する。
【００２０】
クランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号ＰＯＳ及び気筒間の行程位相差毎のリファレンス信号ＲＥＦを出力する。ここで、前記ポジション信号ＰＯＳの単位時間当りの発生数を計測することにより、或いは、前記リファレンス信号ＲＥＦの発生周期を計測することにより、エンジン回転速度ＮＥを検出できる。
【００２１】
エアフローメータ３（吸入空気量検出手段）は、例えば感熱抵抗を用いた質量流量計であり、エンジン４の吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) Ｑを検出する。
水温センサ５は、エンジン４の冷却水温度ＴＷを検出する。
エンジン４には、噴射パルス信号によって開弁駆動され燃料を燃焼室内に直接噴射する電磁式の燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられる。
【００２２】
また、エンジン４の吸気通路８には、エンジン４の吸入空気量を調整するスロットル弁９が介装されており、このスロットル弁９はモータ等のスロットルアクチュエータ10で開閉駆動されるようになっている。
前記各種センサからの検出信号を入力するコントロールユニット11は、前記各種センサからの信号に基づいて検出される運転状態に基づき、前記スロットルアクチュエータ10に駆動信号を出力してスロットル弁９の開度を制御し、また、前記燃料噴射弁６に噴射パルス信号を出力して燃料噴射量を制御し、また、前記点火栓７（パワートランジスタ）に点火信号を出力して点火時期を制御する。
【００２３】
ここで、前記コントロールユニット11によるスロットル開度制御の様子を、図４のフローチャートに従って説明する。
Ｓ１では、アクセル操作量ＡＰＳ，エンジン回転速度ＮＥ（エンジンの運転状態）を読み込む。
Ｓ２では、前記アクセル操作量ＡＰＳ，エンジン回転速度ＮＥに基づき、目標エンジントルク及び目標当量比を演算する。
【００２４】
Ｓ３では、前記目標エンジントルクを目標吸入空気量に変換し、次のＳ４では、前記目標吸入空気量を、前記目標当量比に応じて補正設定する（目標空気量設定手段）。
そして、Ｓ５では、Ｓ４で目標当量比に応じて補正設定した目標吸入空気量を、目標スロットル弁開度に変換する。
【００２５】
Ｓ６では、前記目標スロットル弁開度に基づいて、前記スロットルアクチュエータ10を制御し、スロットル弁９の開度を前記目標スロットル弁開度に制御する（スロットル制御手段）。
次に、前記コントロールユニット11による燃料噴射量の演算の様子を、図５のフローチャートに従って説明する。
【００２６】
Ｓ11では、前記エアフローメータ３が故障していると診断されているか否かを判別する（故障診断手段）。前記エアフローメータ３の故障診断は、クランク角センサ２から検出信号が出力されるエンジンの運転中（エンジンの回転中）であって吸入空気量が０でない状態で、エアフローメータ３の出力信号（出力電圧）が、吸入空気量＝０に相当するレベルであるときに、エアフローメータ３が故障していると診断することができる。また、エンジンの運転状態に関わらずに、吸入空気量が最大量に張り付いていることに基づいて、エアフローメータ３の故障を診断することもできる。
【００２７】
また、吸気脈動が発生する運転条件を予めエンジン負荷とエンジン回転速度とで規定し、この吸気脈動が発生する運転条件において前記エアフローメータ３で検出された吸入空気量の変動幅が所定値以下であるときに、エアフローメータ３が故障していると診断する構成としても良い。
また、エアフローメータ３の出力信号が上・下限値に張り付いているときに、エアフローメータ３が故障していると診断する構成としても良い。
【００２８】
更に、上記以外の公知の方法によりエアフローメータ３を診断する構成であっても良い。
Ｓ11で、エアフローメータ３が正常であると判断されたときには、Ｓ12へ進んで、エアフローメータ３で検出された吸入空気量を読み込むが、Ｓ11で、エアフローメータ３が故障していると判断されたときには、Ｓ13へ進んで、前記Ｓ４で設定された目標吸入空気量を実際の吸入空気量としてセットする。
【００２９】
即ち、エアフローメータ３の故障時には、エアフローメータ３の検出結果は実際の吸入空気量に対応しないから、代わりに、前記スロットル弁９の電子制御における目標吸入空気量を用いるものである。これにより、エアフローメータ３が故障したときのフェイルセーフ用として、燃料噴射量（又は吸入空気量）を運転条件から求めるマップを備える必要がなくなり、前記マップの適合工数、前記マップを記憶させるためのメモリ容量を節約できると共に、実際の吸入空気量に近い値に基づいて燃料噴射量を演算させることができるので、トルク段差の発生も回避できる。
【００３０】
Ｓ14では、前記吸入空気量とエンジン回転速度に基づいて基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）ＴＰを演算し、Ｓ15では、前記基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）ＴＰを前記目標当量比等で補正して、最終的な燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）を演算し、該最終的な燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁６を制御する（燃料噴射制御手段）。
【００３１】
ここで、Ｓ12からＳ14に進んだ場合が燃料噴射量演算手段としての機能に相当し、Ｓ13からＳ14に進んだ場合が故障時噴射量演算手段としての機能に相当する。
ところで、前記図３に示したシステムでは、エアフローメータ３を備える構成としたが、エアフローメータ３の代わりに吸気圧センサ（吸気圧検出手段）を備えるエンジンであっても良く、この場合には、前記吸気圧センサの故障を診断し（故障診断手段）、吸気圧センサが正常であれば吸気圧センサで検出される吸気圧に基づいて基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）ＴＰを演算させ（燃料噴射量演算手段）、吸気圧センサが故障しているときには、前記スロットル制御における目標吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）ＴＰを演算させれば良い（故障時噴射量演算手段）。
【００３２】
尚、吸気圧センサの故障は、吸気脈動の発生条件で吸気圧の検出値の変動幅が所定値以下であるときに故障と判定する方法や、吸気圧センサの出力が上・下限値に張り付いているときに故障と判定する方法、更に、この他の公知の故障診断方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る発明の基本構成を示すブロック図。
【図２】請求項４に係る発明の基本構成を示すブロック図。
【図３】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図４】実施の形態におけるスロットル制御の様子を示すフローチャート。
【図５】実施の形態における噴射量制御の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１アクセル操作量センサ
２クランク角センサ
３エアフローメータ
４エンジン
５水温センサ
６燃料噴射弁
９スロットル弁
10 スロットルアクチュエータ
11 コントロールユニット

Claims

少なくともアクセル操作量に基づき目標吸入空気量を設定する目標空気量設定手段と、該目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいてスロットル弁の開度を制御するスロットル制御手段と、エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、該吸入空気量検出手段で検出された吸入空気量に基づいて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、前記吸入空気量検出手段における故障の有無を診断する故障診断手段と、該故障診断手段により前記吸入空気量検出手段における故障の発生が診断されたときに、前記燃料噴射量演算手段に代えて、前記目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいて燃料噴射量を演算する故障時噴射量演算手段と、前記演算された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
前記故障診断手段が、前記吸入空気量検出手段の検出結果が、エンジンの運転中に吸入空気量＝０となったときに故障発生を診断することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
前記故障診断手段が、前記吸入空気量検出手段の検出結果が、エンジンの運転状態に関わらずに吸入空気量＝最大量となったときに故障発生を診断することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
少なくともアクセル操作量に基づき目標吸入空気量を設定する目標空気量設定手段と、該目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいてスロットル弁の開度を制御するスロットル制御手段と、エンジンの吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、該吸気圧検出手段で検出された吸気圧に基づいて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、前記吸気圧検出手段における故障の有無を診断する故障診断手段と、該故障診断手段により前記吸気圧検出手段における故障の発生が診断されたときに、前記燃料噴射量演算手段に代えて、前記目標空気量設定手段で設定された目標吸入空気量に基づいて燃料噴射量を演算する故障時噴射量演算手段と、前記演算された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
前記故障診断手段が、吸気脈動が発生する運転条件において、前記検出された吸入空気量又は吸気圧の変動幅が所定値以下であるときに故障発生を診断することを特徴とする請求項１又は４に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。