JP4561667B2

JP4561667B2 - 内燃機関の燃料供給制御装置

Info

Publication number: JP4561667B2
Application number: JP2006087323A
Authority: JP
Inventors: 一樹岩谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007262946A

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関する。

内燃機関の空燃比のフィードバック制御を行う場合、排気の空燃比を検出し、この検出された空燃比が目標の空燃比となるように燃料噴射量または吸入空気量が調整される。しかし、検出空燃比と目標空燃比とに差がある場合、その空燃比の差だけでは、燃料噴射系に異常があって燃料噴射量が目標値となっていないのか、または吸入空気量計測系に異常があって吸入空気量が正確に測定されていないのか判定することはできない。

これに対し、検出される排気の空燃比と、目標空燃比との差に基づいて補正係数を求める場合に、燃料噴射系の学習を行う運転慮域と、吸入空気計測系の学習を行う運転領域と、に分けて行う技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開平２−１９１８５０号公報特開平５−２３１２１５号公報特公平２−２６６９６号公報特開２０００−１２０４８０号公報

しかし、運転領域毎に燃料噴射系と吸入空気量計測系とで影響の大きいほうを選択しても、実際には両方で誤差が生じていることもあるため、適正な補正を行うことができない場合もある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃料供給制御装置において、吸入空気量および燃料供給量の誤差をより適正に補正することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の燃料供給制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の燃料供給制御装置は、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段により供給する燃料量を指示する燃料供給量指示手段と、
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量および前記燃料供給量指示手段により指示される燃料量に基づいて排気の空燃比を算出する空燃比算出手段と、
前記空燃比算出手段により算出される空燃比と前記空燃比検出手段により検出される空燃比との比較値を算出する空燃比比較手段と、
前記比較値のうちで燃料供給量の誤差による割合と吸入空気量の誤差による割合とを算出する誤差割合算出手段と、
前記誤差割合算出手段により夫々算出される割合の分、燃料供給量指示手段による指示される燃料量および吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量を夫々補正する空燃比補正手段と、
を具備することを特徴とする。

吸入空気量検出手段は、内燃機関に吸入される空気の量を測定または推定する。燃料供
給手段は、燃料供給量指示手段からの指示に従い燃料を内燃機関に供給する。このように、燃料供給量指示手段から指示される燃料量を以下「指令燃料量」といい、燃料供給手段から供給される実際の燃料量を以下「実燃料量」という。燃料供給量指示手段は、内燃機関の運転条件等に応じた燃料量を指示する。空燃比検出手段は、実際の排気の空燃比を検出する。また、空燃比算出手段は、検出される吸入空気量と指令燃料量とに基づいて、空燃比を算出する。空燃比比較手段は、算出された空燃比と検出された空燃比との差若しくは比等を算出する。この空燃比比較手段は、計算上求まる空燃比が実際の空燃比からどれだけずれているのかを表す値を求めている。

前記比較値は、燃料供給量の誤差と吸入空気量の誤差との両方を含んでいる。そして誤差割合算出手段は、前記比較値のうち燃料供給量分と吸入空気量分との夫々の割合を算出する。前記比較値のうち燃料供給量の分がどれだけ含まれているか、若しくは吸入空気量の分がどれだけ含まれているか判れば、燃料供給量および吸入空気量を夫々どれだけ補正すれば空燃比を目標値に合わせることができるのか算出することができる。

そして、空燃比補正手段は、前記比較値を夫々の誤差割合に応じて夫々に振り分けて燃料供給量および吸入空気量の夫々の補正を行う。すなわち、比較値のうちで燃料供給量の誤差割合分は、燃料供給量の誤差として補正を行う。たとえば、燃料供給手段への指示値をその誤差分だけ補正する。同様に、比較値のうちで吸入空気量の誤差割合分は、吸入空気量の誤差として補正を行う。たとえば、吸入空気量検出手段の検出値をその誤差分だけ補正する。このようにして、燃料供給量および吸入空気量を夫々の誤差割合に応じて補正することができるので、より正確な空燃比制御を行うことができる。

本発明においては、前記誤差割合算出手段は、前記吸入空気量検出手段および前記燃料供給手段が新品状態のときの前記燃料供給量の誤差による割合と吸入空気量の誤差による割合とを予めマップ化したものに基づいて夫々の割合を算出することができる。

吸入空気量検出手段または燃料供給手段は設計段階から公差が定められているため、新品状態であっても吸入空気量の検出誤差や燃料供給量の誤差が生じることがある。これらの誤差は予め求めておくことができるので、前記比較値のうちで燃料供給量の誤差割合と吸入空気量の誤差割合も予め求めておくことができる。そしてたとえば内燃機関の運転領域毎に予め誤差割合をマップ化しておけば、その後に空燃比のずれが生じた場合にも、該マップに基づいて燃料供給量と吸入空気量の誤差を補正することができる。

本発明においては、前記誤差割合算出手段は、前記吸入空気量検出手段および前記燃料供給手段が新品状態のときからの走行距離または内燃機関の運転時間に応じて予めマップ化された前記燃料供給量の誤差による割合と吸入空気量の誤差による割合とに基づいて夫々の割合を算出することができる。

吸入空気量検出手段または燃料供給手段に発生する誤差は前記公差によるものの他、経年変化等によるものもある。このような経年変化等による誤差も予め実験等により求めることができるので、前記比較値のうちで燃料供給量の誤差割合と吸入空気量の誤差割合も予め求めておくことができる。そしてたとえば走行距離または内燃機関の運転時間に応じて内燃機関の運転領域毎に予め誤差割合をマップ化しておけば、該マップに基づいて燃料供給量と吸入空気量の誤差を補正することができる。

本発明によれば、吸入空気量および燃料供給量の誤差をより適正に補正することができる。これにより、空燃比を目標値に近づけることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の燃料供給制御装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクルエンジンである。内燃機関１には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁２が取り付けられている。なお、本実施例における燃料噴射弁２は、本発明における燃料供給手段に相当する。

内燃機関１には、燃焼室へ通じる吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ４が取り付けられている。なお、本実施例におけるエアフローメータ４は、本発明における吸入空気量検出手段に相当する。

また、内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路５が接続されている。この排気通路５の途中には、該排気通路５を流通する排気の空燃比を検出する空燃比センサ６が取り付けられている。なお、本実施例における空燃比センサ６は、本発明における空燃比検出手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４および空燃比センサ６のほか、運転者がアクセルペダル７を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ８が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁２が電気配線を介して接続され、この燃料噴射弁２はＥＣＵ１０により制御される。なお、本実施例において燃料噴射弁２に対して燃料噴射量を指示するＥＣＵ１０は、本発明における燃料供給量指示手段に相当する。

ところで、燃料噴射弁２から実際に噴射される燃料量（実燃料量）が、ＥＣＵ１０から燃料噴射弁２に対して指示される燃料噴射量（指令燃料量）に対して誤差を生じる場合がある。また、エアフローメータ４により検出される吸入空気量（以下、検出空気量という。）が、内燃機関１に実際に吸入される空気量（以下、実空気量という。）に対して誤差を生じる場合がある。これらの場合には、空燃比センサ６により得られる排気の空燃比（以下、実空燃比という。）と、検出空気量および指令燃料量から得られる排気の空燃比（以下、計算空燃比という。）と、で差を生じる。この計算空燃比と実空燃比との比を以下「空燃比誤差」という。この空燃比誤差を機関回転数および燃料噴射量に基づいて分割された複数の運転領域毎に夫々求めることができる。

ここで、図２は、空燃比誤差学習マップを作成するためのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、学習実行トリガーがＯＮとなっているか否か判定される。学習実行トリガーは、学習が必要となった場合にＯＮとされる。たとえば所定の走行距離毎または所定の運転時間毎にＯＮとされる。さらに、学習に適した運転条件のときにＯＮとしてもよい。たとえば、内燃機関１の暖機が完了しているときにＯＮとされる。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、エアフローメータ４の出力信号から実空気量が読み込まれる。

ステップＳ１０３では、指令燃料量が読み込まれる。指令燃料量は、ＥＣＵ１０により算出される値が用いられる。

ステップＳ１０４では、計算空燃比が求められる。実空気量を指令燃料量で除した値が計算空燃比とされる。なお、本実施例における計算空燃比を算出するＥＣＵ１０は、本発明における空燃比算出手段に相当する。

ステップＳ１０５では、空燃比センサ６の出力信号から実空燃比が読み込まれる。

ステップＳ１０６では、空燃比誤差が算出される。計算空燃比を実空燃比で除した値が空燃比誤差とされる。なお、本実施例における空燃比誤差を算出するＥＣＵ１０は、本発明における空燃比比較手段に相当する。

ステップＳ１０７では、機関回転数および燃料噴射量に基づいて、マップに格納するべき運転領域が選択される。すなわち、機関回転数および燃料噴射量に基づいたマップが作成される。なお機関回転数および吸入空気量に基づいてマップを作成してもよい。

ステップＳ１０８では、選択された運転領域に学習値（空燃比誤差）を格納する。古い学習値が格納されている場合には、新たに算出された学習値で更新される。

このようにして、内燃機関１の運転領域毎に空燃比誤差が求められる。ここで、図３は、指令燃料量と機関回転数と空燃比誤差との関係の一例を示した図である。計算空燃比はエアフローメータ４により得られる空気量を指令燃料量で除した値であり、実空燃比は実際の吸入空気量を実際の燃料量で除した値である。このようにして、内燃機関１の運転領域毎に空燃比誤差を格納する。なお、実燃料量を指令燃料量で除した値を燃料噴射量誤差とし、実際の吸入空気量をエアフローメータ４により得られる吸入空気量で除した値を吸入空気量誤差とすると、空燃比誤差は、空気量誤差を燃料噴射量誤差で除した値として求められる。

しかし、空燃比誤差は吸入空気量誤差および燃料噴射量誤差が含まれているため、吸入空気量と燃料噴射量とをどのように補正すればよいのかこのままでは判断できない。ここで、燃料噴射弁２は、燃料噴射量誤差が許容値以下となるように製造されている。同様に、エアフローメータ４は、吸入空気量誤差が許容値以下となるように製造されている。したがって、エアフローメータ４および燃料噴射弁２が新品状態のときに、燃料噴射量誤差および吸入空気量誤差が空燃比誤差に対して最大でどれだけ影響を及ぼすのか実験等により求めることができる。すなわち、空燃比誤差に対する燃料噴射量の誤差の割合（以下、燃料噴射量誤差割合という。）および吸入空気量の誤差の割合（以下、吸入空気量誤差割合という。）を予め求めることができる。そして、これら燃料噴射量の誤差の割合および吸入空気量の誤差の割合を運転領域毎に求めてマップ化しておき、この新品状態の誤差割合をその後も適用することにより、新品時以外であっても運転領域毎に夫々の誤差割合を算出することが可能となる。

ここで、図４は、燃料噴射量および吸入空気量の誤差の一例を示した図である。横軸は指令燃料量、縦軸は吸入空気量誤差および燃料噴射量誤差を示している。燃料噴射量の最大誤差は＋２ｍｍ^３／ｓｔであり、吸入空気量の最大誤差は−４％である。実線は吸入空気量と燃料噴射量と両方の誤差を合わせたもの、一点鎖線は燃料噴射量の誤差、破線は吸入空気量の誤差を夫々示している。図４によれば、軽負荷、すなわち燃料噴射量が少ないほど、燃料噴射量の誤差の影響が大きい。これは、燃料噴射量に対する最大誤差＋２ｍｍ
^３／ｓｔの割合が軽負荷ほど大きくなるからである。また、高負荷、すなわち燃料噴射量が多いほど、吸入空気量の誤差の影響が大きくなる。これは、指令燃料量が大きくなると燃料噴射量において最大誤差＋２ｍｍ^３／ｓｔが占める割合は小さくなるのに対し、吸入空気量の最大誤差は−４％で一定だからである。

そして、上記関係を空燃比誤差に対する燃料噴射量および吸入空気量の誤差割合として図５を得ることができる。この図５は、機関回転数が１２００ｒ．ｐ．ｍ．のときの指令燃料量と誤差割合と燃料噴射量誤差割合および吸入空気量誤差割合との関係を示した図である。横軸は指令燃料量、縦軸は誤差割合を示している。また、実線は燃料噴射量の誤差割合、破線は吸入空気量の誤差割合を示している。燃料噴射量が６０ｍｍ^３／ｓｔのときを例に挙げると、燃料噴射量の誤差割合が４２％、吸入空気量の誤差割合が５８％となる。そして、空燃比誤差が８％（１．０８）とすると、空気量誤差は約４．４％、燃料噴射量誤差は約３．７％すなわち２．２ｍｍ^３／ｓｔとなる。

ここで、図６は、燃料噴射量の誤差割合を内燃機関１の運転領域毎に格納したマップを示している。このマップは、燃料噴射量誤差割合マップとして予めＥＣＵ１０に記憶される。このときの運転領域（横軸および縦軸）は、図３に示した空燃比誤差を格納したマップと同じにする。また、吸入空気量の誤差割合も同様にマップ化し、吸入空気量誤差割合マップとして予めＥＣＵ１０に記憶される。そして、本実施例では、その後空燃比誤差を生じた場合に燃料噴射量および吸入空気量を夫々の誤差割合マップに基づいて補正する。このように補正することにより、特に誤差が大きいほど精度良く学習および補正を行うことが可能となり、吸入空気量および燃料噴射量のばらつきによる空燃比のばらつきを抑制することができる。なお、本実施例において燃料噴射量誤差割合マップおよび吸入空気量誤差割合マップに基づいて夫々の誤差割合を算出するＥＣＵ１０は、本発明における誤差割合算出手段に相当する。また、本実施例において燃料噴射量誤差割合および吸入空気量誤差割合に基づいて燃料噴射量および吸入空気量を夫々補正するＥＣＵ１０は、本発明における空燃比補正手段に相当する。

一方、経年変化により燃料噴射量誤差および吸入空気量誤差が生じることもあるが、これらの誤差も同様に許容値以下となるように燃料噴射弁２およびエアフローメータ４は設計されている。たとえば、１０万ｋｍ走行したときの誤差が５％以内となるように設計される。そして、燃料噴射量の誤差割合および吸入空気量の誤差割合は、走行距離または内燃機関１の運転時間により変化することがある。そこで、経年変化により空燃比誤差が生じた場合に、たとえば走行距離により夫々の誤差割合を変更することで、経年変化したときの空燃比補正を精度良く行うことができる。たとえば、燃料噴射量の経年変化よりも吸入空気量の経年変化のほうが大きい場合、走行距離が多いほど吸入空気量の誤差割合を大きくし、燃料噴射量の誤差割合を小さくする。そして、燃料噴射量および吸入空気量夫々について内燃機関１の運転領域毎に誤差割合を格納して、劣化補正マップとして予めＥＣＵ１０に記憶させておく。この劣化補正マップは実験等により得ることができる。なお、本実施例において劣化補正マップに基づいて夫々の誤差割合を算出するＥＣＵ１０は、本発明における誤差割合算出手段に相当する。

さらに、新品状態のときの誤差割合および経年変化したときの誤差割合を合わせて燃料噴射量および吸入空気量を補正することもできる。まず検出空気量、指令燃料量、および実空燃比に基づいて、空燃比誤差を所定の運転領域毎に算出し、空燃比誤差学習マップとしてＥＣＵ１０に記憶させる。このマップは、たとえば図２および図３に示したようにして作成される。

そして、空燃比誤差学習マップ、燃料噴射量誤差割合マップ、吸入空気量誤差割合マップ、および劣化補正マップにより夫々の誤差を算出して運転領域毎のマップとしてＥＣＵ
１０に記憶させる。ここで、図７は燃料噴射量補正マップを示し、図８は吸入空気量補正マップを示している。このときの運転領域（横軸および縦軸）は、図３に示した空燃比誤差を格納したマップと同じにする。燃料噴射量補正マップは、空燃比誤差のうちで燃料噴射量により補正する分を示しており、吸入空気量補正マップは、空燃比誤差のうちで吸入空気量により補正する分を示している。図７および図８に示した補正マップに基づいて、燃料噴射弁２の指令値およびエアフローメータ４による検出値の補正を行う。

以上説明したように、本実施例によれば、空燃比誤差に対して予め得られる燃料噴射量の誤差割合と吸入空気量の誤差割合とに基づいて、燃料噴射量および吸入空気量を補正することができるので、空燃比制御をより正確に行うことができる。

実施例に係る内燃機関の燃料供給制御装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。空燃比誤差学習マップを作成するためのフローを示したフローチャートである。指令燃料量と機関回転数と空燃比誤差との関係の一例を示した図である。燃料噴射量および吸入空気量の誤差の一例を示した図である。機関回転数が１２００ｒ．ｐ．ｍ．のときの指令燃料量と誤差割合と燃料噴射量誤差割合および吸入空気量誤差割合との関係を示した図である。燃料噴射量の誤差割合を内燃機関の運転領域毎に格納したマップを示している。燃料噴射量補正マップである。吸入空気量補正マップである。

符号の説明

１内燃機関
２燃料噴射弁
３吸気通路
４エアフローメータ
５排気通路
６空燃比センサ
７アクセルペダル
８アクセル開度センサ
１０ＥＣＵ

Claims

内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段により供給する燃料量を指示する燃料供給量指示手段と、
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量および前記燃料供給量指示手段により指示される燃料量に基づいて排気の空燃比を算出する空燃比算出手段と、
前記空燃比算出手段により算出される空燃比と前記空燃比検出手段により検出される空燃比との比較値を算出する空燃比比較手段と、
前記比較値のうちで燃料供給量の誤差による割合と吸入空気量の誤差による割合とを算出する誤差割合算出手段と、
前記誤差割合算出手段により夫々算出される割合の分、燃料供給量指示手段による指示される燃料量および吸入空気量検出手段により検出される吸入空気量を夫々補正する空燃比補正手段と、
を具備し、
前記誤差割合算出手段は、前記吸入空気量検出手段および前記燃料供給手段が新品状態のときの前記燃料供給量の誤差による割合と吸入空気量の誤差による割合とを予めマップ化したものに基づいて夫々の割合を算出し、燃料噴射量が多いほど、燃料供給量の誤差による割合を低くし吸入空気量の誤差による割合を高くすることを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
前記誤差割合算出手段は、前記吸入空気量検出手段および前記燃料供給手段が新品状態のときからの走行距離または内燃機関の運転時間に応じて予めマップ化された前記燃料供給量の誤差による割合と吸入空気量の誤差による割合とに基づいて夫々の割合を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。