JP4273771B2

JP4273771B2 - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4273771B2
Application number: JP2003011215A
Authority: JP
Inventors: 善明渥美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP2004225559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数気筒を有する内燃機関における燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数気筒を有する内燃機関における燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置として、特開平１１−２８７１４５号公報に記載されるように、多気筒内燃機関の共通の排気通路に設けられる空燃比センサの出力に基づいて混合気の空燃比を制御する装置が知られている。この装置は、空燃比センサに対するガス当たりの悪い気筒ほど空燃比補正量を小さく設定して各気筒における空燃比調整を行い、各気筒の空燃比のバラツキを抑制しようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２８７１４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような装置にあっても、各気筒の空燃比のバラツキを十分に抑制することができないという問題点がある。すなわち、空燃比センサに対するガス当たりの悪い気筒ほど空燃比補正量を小さく設定すると、ガス当たりの強い気筒の空燃比のみが理論空燃比に近い状態となり、他の気筒が理論空燃比から大きく外れた状態から修正できず、全体の空燃比が理論空燃比からズレるおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、複数の気筒における空燃比のバラツキを抑制できる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る燃料噴射制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の共通の排気通路に空燃比センサを設け、その空燃比センサの出力に基づいて各気筒における燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置において、複数の気筒のうち空燃比センサに対し排気ガスのガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、ガス当たりの強い気筒における空燃比に基づいて他の気筒における燃料噴射量を補正する補正手段と、を備え、補正手段は、ガス当たりの強い気筒の空燃比が他の気筒に対して相対的にリッチ状態の場合に他の気筒における燃料噴射量が増加するようにその燃料噴射量を補正し、ガス当たりの強い気筒の空燃比が他の気筒に対して相対的にリーン状態の場合に他の気筒における燃料噴射量が減少するようにその燃料噴射量を補正し、空燃比検出手段は、空燃比センサの出力がリーン状態からリッチ状態へ反転した際その出力反転時の直前において空燃比センサの出力がリッチ状態へ変動しておりそのリッチ状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒である場合にガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比がリッチ状態であると検出し、空燃比センサの出力がリッチ状態からリーン状態へ反転した際その出力反転時の直前において空燃比センサの出力がリーン状態へ変動しておりそのリーン状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒である場合にガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比がリーン状態であると検出することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、ガス当たりの強い気筒の空燃比に基づいて他の気筒における燃料噴射量を補正することにより、ガス当たりの強い気筒の空燃比状態と他の気筒の空燃比状態のバラツキを低減することができる。このため、各気筒の空燃比状態のバラツキに起因するエミッションの悪化を防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
（第一実施形態）
図１に本実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成概要図を示す。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料噴射制御装置１は、四気筒のエンジン２の燃料噴射制御に適用したものであり、エンジン２の各気筒２１〜２４における燃料噴射量を制御する装置である。エンジン２の吸気側には、吸気マニホルド３が連結されている。吸気マニホルド３は、下流側が分岐しており、エンジン２の各気筒２１〜２４にそれぞれ接続されている。吸気マニホルド３の分岐部分には、気筒２１〜２４に対応してインジェクタ３１〜３４が設けられている。
【００１２】
インジェクタ３１〜３４は、各気筒２１〜２４に対し燃料の噴射を行う燃料噴射手段として機能する。吸気マニホルド３の上流側には、吸気管４が連結されている。吸気管４には、エンジン２の吸入空気量を検出するエアフローセンサ５が設けられている。
【００１３】
エンジン２の排気側には、排気マニホルド６が連結されている。排気マニホルド６の上流側は、分岐しており各気筒２１〜２４の排気ポートにそれぞれ接続されている。排気マニホルド４の下流側の合流部分は、各気筒２１〜２４の共通の排気通路として機能する。その合流部分には、空燃比センサ７が設けられている。空燃比センサ７は、エンジン２に供給される燃料と空気の混合気における空燃比を検出するためのセンサであって、例えばＯ２センサが用いられる。
【００１４】
燃料噴射制御装置１には、ＥＣＵ１０が設けられている。ＥＣＵ１０は、燃料噴射制御装置１の装置全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、燃料噴射制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
【００１５】
ＥＣＵ１０は、エアフローセンサ５、空燃比センサ７と接続されており、各出力信号をそれぞれ入力する。また、エンジン２には、クランク角センサ８が設けられている。クランク角センサ８の出力信号もＥＣＵ１０に入力される。
【００１６】
また、ＥＣＵ１０は、インジェクタ３１〜３４とそれぞれ個別に接続されており、各インジェクタ３１〜３４に対し別個に噴射制御信号を出力し、それぞれについて個別に燃料の噴射制御を行う。
【００１７】
次に、本実施形態に係る燃料噴射制御装置に動作について説明する。
【００１８】
図２に燃料噴射制御装置１における空燃比検出処理のフローチャートを示す。この空燃比検出処理は、エンジン２の気筒２１〜２４のうち排気ガスのガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比を検出する処理である。ここでは、気筒２２が気筒２１〜２４のうち一番ガス当たりが強い気筒として説明する。なお、どの気筒のガス当たりが一番強いかについては、予めエンジン２の実験等により決定すればよい。
【００１９】
まず、図２のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。他のステップについても同様とする。）にて、排気ガスのガス当たりの強い気筒２２について空燃比がリッチ状態又はリーン状態かの判定がなされているか否かが判断される。この判断は、後述するＳ２６、Ｓ３０における判定がすでに行われるかどうかに基づいて行われる。
【００２０】
リッチ状態又はリーン状態かの判定がすでに行われている場合には、制御処理を終了する。一方、リッチ状態又はリーン状態かの判定がまだ行われていないときには、フィードバック（Ｆ／Ｂ）前提条件が成立しているか否かが判断される（Ｓ１２）。
【００２１】
フィードバック前提条件として、例えばエンジン水温が所定以上であること、空燃比センサ７が活性化していることなどが設定される。フィードバック前提条件が成立していないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、フィードバック前提条件が成立していると判断されたときには、エンジン回転数が所定範囲であるか否かが判断される（Ｓ１４）。エンジン回転数は、クランク角センサ８の出力を読み込むことにより算出すればよい。所定の範囲は、例えばエンジン回転数が２０００ｒｐｍ以下の範囲が設定される。
【００２２】
エンジン回転数が所定範囲でないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、エンジン回転数が所定範囲であると判断されたときには、吸入空気量が所定範囲であるか否かが判断される（Ｓ１６）。吸入空気量は、エアフローセンサ５の出力を読み込むことにより算出される。所定の範囲は、低吸入空気量の範囲が設定され、例えば所定の設定値以下の数値範囲が設定される。
【００２３】
吸入空気量が所定範囲でないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、吸入空気量が所定範囲であると判断されたときには、空燃比センサ７の出力データがサンプリングされ連続的に読み込まれる。例えば、空燃比センサ７の出力が所定の時間間隔で読み込まれる（Ｓ１８）。
【００２４】
そして、空燃比センサ７の出力が反転したか否かが判断される（Ｓ２０）。ここで、空燃比センサ７の出力が反転したか否かは、例えば図３に示すように空燃比センサ７の出力電圧Ｖ１が所定の基準値Ｖａを上回り又は下回ったか否かにより判断される。なお、図３のＶ２は、空燃比フィードバック（ＦＡＦ）制御電圧である。この空燃比フィードバック制御電圧Ｖ２が増加するほど、燃料噴射量が増加される。
【００２５】
Ｓ２０にて、空燃比センサ７の出力が反転していないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、空燃比センサ７の出力が反転したと判断されたときには、その出力反転が空燃比センサ７の出力においてリーン状態からリッチ状態への反転か否かが判断される（Ｓ２２）。例えば、空燃比センサ７の出力電圧Ｖ１が基準値Ｖａより低い電圧から高い電圧に反転したときには、リーン状態からリッチ状態への反転であると判断される。一方、空燃比センサ７の出力電圧Ｖ１が基準値Ｖａより高い電圧から低い電圧に反転したときには、リーン状態からリッチ状態への反転でないと判断される。
【００２６】
Ｓ２２にて、空燃比センサ７の出力がリーン状態からリッチ状態への反転したと判断されたときには、空燃比センサ７の出力反転時の直前において、その出力がリッチ状態に変動したか否かが判断される（Ｓ２４）。例えば、図４に示すように、空燃比センサ７の出力反転時から所定の時間Ｔ０だけ先の時において空燃比センサ７の出力電圧が一時的に上がっている場合には、空燃比センサ７の出力反転時の直前でその出力がリッチ状態に変動していると判断される。
【００２７】
Ｓ２４にて、空燃比センサ７の出力反転時の直前にてその出力がリッチ状態に変動していないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、出力反転時の直前にてその出力がリッチ状態に変動していると判断されたときには、Ｓ２６の移行し、リッチ状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒２２であるかがリッチ状態変動時のクランク角センサ８の出力に基づいて判断される。リッチ状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒２２であるときには、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比がリッチ状態であると判定され、ＥＣＵ１０に記憶される。一方、リッチ状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒２２でないときには、リッチ状態の記憶を行わず、処理を終了する。
【００２８】
ところで、図２のＳ２２にて、空燃比センサ７の出力がリーン状態からリッチ状態への反転してないと判断されたときには、その出力がリッチ状態からリーン状態へ反転したと判断し、空燃比センサ７の出力反転時の直前において、その出力がリーン状態に変動したか否かが判断される（Ｓ２８）。例えば、図５に示すように、空燃比センサ７の出力反転時から所定の時間Ｔ０だけ先の時において空燃比センサ７の出力電圧が一時的に下がっている場合には、空燃比センサ７の出力反転時の直前でその出力がリーン状態に変動していると判断される。
【００２９】
Ｓ２８にて、空燃比センサ７の出力反転時の直前にてその出力がリーン状態に変動していないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、出力反転時の直前にてその出力がリーン状態に変動していると判断されたときには、Ｓ３０の移行し、リーン状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒２２であるかがリーン状態に変動時のクランク角センサ８の出力に基づいて判断される。リーン状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒２２であるときには、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比がリーン状態であると判定され、ＥＣＵ１０に記憶される。一方、リーン状態変動時の爆発気筒がガス当たりの強い気筒２２でないときには、リーン状態の判定を行わず、処理を終了する。
【００３０】
以上のような空燃比検出処理を行うことにより、ガス当たりの強い気筒２２における混合気の空燃比がリッチ状態であるかリーン状態であるかを検出することができる。
【００３１】
また、空燃比検出をエンジン回転数が所定の回転数より低く、かつ、吸入空気量が所定値より小さいときに空燃比検出を行うことにより、空燃比センサ７の出力電圧変化が検出しやすくなり、空燃比検出が安定して行える。
【００３２】
また、空燃比センサ７の出力反転の直前における出力変動に基づいて空燃比検出を行うことにより、空燃比検出が精度よく行える。すなわち、図６に示すように、空燃比センサ７は、理論空燃比（λ＝０）の近傍領域における空燃比変動に応じて出力が大きく変動する。このため、この領域を用いて空燃比を検出することによって検出精度の向上が図れる。
【００３３】
図７に燃料噴射制御装置１における燃料噴射量の補正処理のフローチャートを示す。
【００３４】
図７のステップＳ５０にて、排気ガスのガス当たりの強い気筒２２における空燃比がリッチ状態であると判定されているか否かが判断される。リッチ状態であると判定されているときには、ガス当たりの強い気筒２２以外の気筒における燃料噴射量が増加される（Ｓ５２）。例えば、ガス当たりの強い気筒２２以外の気筒における燃料噴射量が２％増量される。
【００３５】
一方、Ｓ５０にて、排気ガスのガス当たりの強い気筒２２における空燃比がリッチ状態であると判定されていないときには、その気筒２２における空燃比がリーン状態であると判定されているか否かが判断される（Ｓ５４）。リーン状態であると判定されているときには、ガス当たりの強い気筒２２以外の気筒における燃料噴射量が減少される（Ｓ５６）。例えば、ガス当たりの強い気筒２２以外の気筒における燃料噴射量が２％減量される。
【００３６】
一方、Ｓ５４にて、排気ガスのガス当たりの強い気筒２２における空燃比がリーン状態であると判定されていないときには、制御処理を終了する。
【００３７】
このような燃料噴射量の補正処理を行うことにより、ガス当たりの強い気筒２２における混合気の空燃比がリッチ状態であるときには、その他の気筒もリッチ状態となるように空燃比を調整できる。一方、ガス当たりの強い気筒２２における混合気の空燃比がリーン状態であるときには、その他の気筒もリーン状態となるように空燃比を調整できる。これにより、各気筒２１〜２４の空燃比状態のバラツキを低減することができる。従って、各気筒の空燃比状態のバラツキに起因するエミッションの悪化を防止できる。
【００３８】
このエミッションの悪化防止について、図８を参照して詳述する。図８（ａ）はガス当たりの強い気筒の空燃比がリッチ状態の場合における空燃比制御の説明図であり、図８（ｂ）はガス当たりの強い気筒の空燃比がリーン状態の場合における空燃比制御の説明図であり、図８の（ｃ）は空燃比状態に対する触媒浄化率の特性の説明図である。
【００３９】
図８（ａ）に示すように、空燃比制御前においてガス当たりの強い気筒の空燃比がリッチ側にズレている場合（ベースＡ／Ｆ）、空燃比センサの出力に基づいて各気筒における燃料噴射量を制御すると、その制御がガス当たりの強い気筒の空燃比の影響を強く受け、そのガス当たりの強い気筒の空燃比が理論空燃比になるように全体の空燃比が制御される。このため、エンジン全体における空燃比がリーン側にズレた状態となる（従来制御Ａ／Ｆ）。これに対し、上述した本願の燃料噴射補正処理を行った後に空燃比制御を行うことにより、ガス当たりの強い気筒とその他の気筒との空燃比状態のバラツキが低減されるので、それぞれの空燃比を理論空燃比に近い状態とすることでき（本願制御Ａ／Ｆ）、エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【００４０】
また、図８（ｂ）に示すように、空燃比制御前においてガス当たりの強い気筒の空燃比がリーン側にズレている場合も同様に、本願の燃料噴射補正処理を行った後に空燃比制御を行うことにより、ガス当たりの強い気筒とその他の気筒との空燃比状態のバラツキが低減されるので、それぞれの空燃比を理論空燃比に近い状態とすることでき（本願制御Ａ／Ｆ）、エミッションの悪化を防止できる。
【００４１】
以上説明したように本実施形態に係る燃料噴射制御装置によれば、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比に基づいて他の気筒における燃料噴射量を補正することにより、ガス当たりの強い気筒の空燃比状態と他の気筒の空燃比状態のバラツキを低減することができる。このため、各気筒２１〜２４の空燃比状態のバラツキに起因するエミッションの悪化を防止できる。
【００４２】
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る燃料噴射制御装置について説明する。
【００４３】
本実施形態に係る燃料噴射制御装置は、図１に示す第一実施形態に係る燃料噴射制御装置と同様なハード構成を有している。
【００４４】
図９に、本実施形態に係る燃料噴射制御装置における燃料噴射補正処理のフローチャートを示す。図９のＳ１１２〜Ｓ１３０における処理内容は、図１のＳ１２〜Ｓ３０の処理内容と同様である。
【００４５】
図９のＳ１２６にて、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比がリッチ状態であると判定されたときには、Ｓ１４０に移行し、燃料噴射量の補正係数ｋが加算処理される。この加算処理により、補正係数ｋが大きい値とされる。
【００４６】
一方、Ｓ１３０にて、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比がリーン状態であると判定されたときには、Ｓ１４２に移行し、燃料噴射量の補正係数ｋが減算処理される。この減算処理により、補正係数ｋが小さい値とされる。
【００４７】
このように、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比がリッチ状態であると判定されたときに、燃料噴射量の補正係数ｋを大きい値とし、この補正係数ｋを気筒２２以外の他の気筒の燃料噴射量の乗じて、他の気筒の燃料噴射量の補正が行われる。また、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比がリーン状態であると判定されたときに、燃料噴射量の補正係数ｋを小さい値とし、この補正係数ｋを気筒２２以外の他の気筒の燃料噴射量の乗じて、他の気筒の燃料噴射量の補正が行われる。これにより、各気筒２１〜２４の空燃比状態のバラツキを低減することができる。また、補正係数ｋを学習値として保持し、上述した処理を繰り返し行うことに補正係数ｋを更新することにより、空燃比状態のバラツキを効果的に低減できる。これにより、各気筒の空燃比状態のバラツキに起因するエミッションの悪化を防止できる。
【００４８】
なお、上述した各本実施形態では、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比に基づいて他の気筒における燃料噴射量を補正する場合について説明したが、ガス当たりの強い気筒２２の空燃比を検出し、その空燃比が理論空燃比に対してズレているときにその気筒２２の空燃比を理論空燃比に近づけるように気筒２２における燃料噴射量を補正してもよい。この場合であっても、本実施形態に係る燃料噴射制御装置と同様に、ガス当たりの強い気筒の空燃比状態と他の気筒の空燃比状態のバラツキを低減することができ、各気筒の空燃比状態のバラツキに起因するエミッションの悪化を防止できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数の気筒における空燃比のバラツキを抑制できる燃料噴射制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係る燃料噴射制御装置の概要構成図である。
【図２】図１の燃料噴射制御装置における空燃比検出処理のフローチャートである。
【図３】図１の燃料噴射制御装置における空燃比センサの出力の説明図である。
【図４】図３の空燃比センサにおける出力変動の説明図である。
【図５】図３の空燃比センサにおける出力変動の説明図である。
【図６】図３の空燃比センサにおける出力特性の説明図である。
【図７】図１の燃料噴射制御装置における燃料噴射量の補正処理のフローチャートである。
【図８】図１の燃料噴射制御装置における燃料噴射制御結果の説明図である。
【図９】第二実施形態に係る燃料噴射制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…燃料噴射制御装置、２…エンジン、５…エアフローセンサ、７…空燃比センサ、８…クランク角センサ、１０…ＥＣＵ、２１〜２４…気筒、３１〜３４…インジェクタ。

Claims

複数の気筒を有する内燃機関の共通の排気通路に空燃比センサを設け、その空燃比センサの出力に基づいて前記各気筒における燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置において、
前記複数の気筒のうち前記空燃比センサに対し排気ガスのガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記ガス当たりの強い気筒における空燃比に基づいて他の気筒における燃料噴射量を補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段は、前記ガス当たりの強い気筒の空燃比が他の気筒に対して相対的にリッチ状態の場合に前記他の気筒における燃料噴射量が増加するようにその燃料噴射量を補正し、前記ガス当たりの強い気筒の空燃比が他の気筒に対して相対的にリーン状態の場合に前記他の気筒における燃料噴射量が減少するようにその燃料噴射量を補正し、
前記空燃比検出手段は、前記空燃比センサの出力がリーン状態からリッチ状態へ反転した際その出力反転時の直前において前記空燃比センサの出力がリッチ状態へ変動しておりそのリッチ状態変動時の爆発気筒が前記ガス当たりの強い気筒である場合に前記ガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比がリッチ状態であると検出し、前記空燃比センサの出力がリッチ状態からリーン状態へ反転した際その出力反転時の直前において前記空燃比センサの出力がリーン状態へ変動しておりそのリーン状態変動時の爆発気筒が前記ガス当たりの強い気筒である場合に前記ガス当たりの強い気筒に供給される混合気の空燃比がリーン状態であると検出する、
を特徴とする燃料噴射制御装置。