JP4635938B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射量制御装置に関するものである。

電子制御式の燃料噴射装置では、内燃機関の負荷に基づいてインジェクタの基準燃料噴射時間を決定し、この基準燃料噴射時間を内燃機関の運転状態に応じて補正することにより、最終的な燃料噴射時間を決定している。内燃機関の運転状態に応じた補正としては、例えば内燃機関の冷却水温、大気圧、空燃比等による補正が行われている。そして、この補正された燃料噴射時間で燃料噴射を実行することで、燃料噴射量を制御するのが一般的である。

ところが、内燃機関始動時等のバッテリ低下時には、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプの駆動電圧が低下し、インジェクタへの印加燃料圧力が低下する場合がある。そのため、上述のように決定された燃料噴射時間に基づいてインジェクタから燃料を噴射しても、燃料噴射量を適切に制御できない場合がある。

そこで、従来から、燃料ポンプの駆動電圧を検出して、このポンプ駆動電圧に応じてインジェクタの燃料噴射時間を補正するものが知られている（例えば、特許文献１から３参照）。

しかしながら、燃料ポンプを駆動するモータのコイルは、温度によりその抵抗値が変化する。そのため、燃料ポンプを駆動するモータに同じ電圧が印加されている場合であっても、温度によりモータの回転速度が相違する。その結果、燃料ポンプを駆動するモータに同じ電圧が印加されている場合であっても、インジェクタへの印加燃料圧力が相違することとなる。したがって、バッテリ低下時にモータの駆動電圧に応じた燃料噴射時間の補正をしても、燃料噴射量を適切に制御できない場合があった。
特開昭６３−２３５６３２号公報 特開昭６１−２５５２３４号公報 実開昭６３−６７６３９号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、燃料噴射弁の開弁時間を適切に制御することにより、燃料噴射量を適切に制御可能な内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて作用、効果等を示しつつ説明する。

本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、電動式の燃料ポンプと、前記燃料ポンプから圧送される燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射システムに適用され、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁の開弁時間を算出する開弁時間算出手段を有し、前記燃料噴射弁の開弁時間を制御することにより燃料噴射量を調整するものである。そして、この内燃機関の燃料噴射量制御装置は、前記燃料ポンプの回転速度を検出又は算出により取得するポンプ回転速度取得手段と、予め定めたポンプ特性を用い、前記ポンプ回転速度取得手段により取得した燃料ポンプの回転速度に基づいて、前記燃料ポンプから前記燃料噴射弁に吐出される燃料の圧力を推定する燃料圧力推定手段と、前記燃料圧力推定手段により推定した燃料圧力に基づいて、前記燃料噴射弁の開弁時間を補正する開弁時間補正手段とを有することを特徴としている。

これによると、予め定めたポンプ特性を用い、燃料ポンプの回転速度に基づいて燃料ポンプから燃料噴射弁に吐出される燃料圧力を推定している。燃料ポンプの回転速度は、燃料ポンプの駆動電圧等に比べて、燃料ポンプから供給される燃料の量（ポンプ流量）を決めるより直接的な要因である。そのため、燃料ポンプの回転速度に基づいて燃料圧力の推定値を算出することで、燃料圧力の推定値の精度を高めることができる。そして、この精度の高い燃料圧力の推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の開弁時間を補正している。これにより、燃料噴射量を適切に制御すること可能となる。

パルス幅変調信号を出力する回転速度制御手段により回転速度が制御されるブラシレスモータを内蔵し、当該ブラシレスモータにより駆動される燃料ポンプを備えた内燃機関の燃料噴射システムに適用され、前記ポンプ回転速度取得手段は、前記回転速度制御手段が出力するパルス幅変調信号に基づいて前記燃料ポンプの回転速度を算出するものであるとよい。これにより、回転速度センサ等を追加することなく、燃料ポンプの回転速度を検出することが可能となる。

前記開弁時間補正手段は、前記燃料ポンプの回転速度が所定回転速度よりも小さい場合に、前記燃料噴射弁の開弁時間の補正を行うとよい。燃料ポンプの回転速度が小さい場合には、燃料ポンプから供給される燃料圧力が小さい場合がある。この場合に、燃料圧力を考慮せずに燃料噴射弁の開弁時間を決定したのでは、十分な量の燃料を噴射することができない。この点、本発明では、燃料ポンプの回転速度が所定回転速度よりも小さい場合に、燃料ポンプから燃料噴射弁に吐出される燃料圧力の推定値に基づいて燃料噴射弁の開弁時間を補正している。これにより、燃料ポンプの回転速度が小さいために、燃料圧力が小さい場合であっても、燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

なお、燃料ポンプから吐出される燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータを備えた内燃機関の燃料噴射システムに適用された場合には、前記所定回転速度として、燃料ポンプから吐出される燃料圧力がプレッシャレギュレータの基準設定圧となるための燃料ポンプの回転速度の最小値を設定することが可能である。

前記開弁時間補正手段は、前記内燃機関の始動に伴うポンプ回転速度の上昇時に、前記燃料噴射弁の開弁時間の補正を行うとよい。例えば、内燃機関の始動時にスタータモータを作動させた場合等には、バッテリの電圧が低下しており、燃料ポンプに十分な給電がされない。また、始動時にはまだ内燃機関の回転速度が十分に上昇しておらず、発電機からも燃料ポンプに十分な給電がされない。そのような内燃機関の始動に伴うポンプ回転速度の上昇時には、燃料ポンプから供給される燃料の圧力が小さくなるので、燃料圧力に基づく燃料噴射時間の補正が必要となる。したがって、内燃機関の始動に伴うポンプ回転速度の上昇時に内燃機関始動時に燃料圧力の推定値に基づいて燃料噴射弁の開弁時間の補正をすれば、内燃機関の始動時にあっても燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

前記内燃機関により駆動される発電機からの電力により駆動される燃料ポンプを備えた内燃機関の燃料噴射システムに適用されるものにおいて、前記開弁時間補正手段は、前記内燃機関の始動時又はアイドル時に、前記燃料噴射弁の開弁時間の補正を行うとよい。

内燃機関により駆動される発電機は、内燃機関の回転が伝達されることにより、ロータが回転して発電するものである。そのため、始動時又はアイドル回転時等、内燃機関の回転速度が小さい場合には、発電機の発電量も小さい。したがって、このような場合には燃料ポンプから供給される燃料の圧力が小さくなる。そこで、本発明では、内燃機関により駆動される発電機からの電力により駆動される燃料ポンプを備えた内燃機関の燃料供給装置において、内燃機関の始動時又はアイドル時に燃料圧力の推定値に基づいて燃料噴射弁の開弁時間を補正する。これにより、内燃機関の始動時又はアイドル時にあっても燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給系における異常を検出する燃料供給系異常検出手段と、予め定めた燃料供給系異常時のポンプ特性を用い、前記ポンプ回転速度取得手段により取得した燃料ポンプの回転速度に基づいて、前記燃料供給系異常時における前記燃料圧力を推定する異常時燃料圧力推定手段と、前記燃料供給系の異常が検出された場合に、前記異常時燃料圧力推定手段により推定した燃料圧力に基づいて、前記燃料噴射弁の開弁時間を補正する異常時開弁時間補正手段とを有するものであるとよい。

燃料供給系に異常が発生した場合には、燃料圧力が所望の圧力から相違した状態となっている。したがって、予め定めた燃料供給系異常時のポンプ特性を用い、燃料ポンプの回転速度に基づいて燃料圧力を推定し、この燃料圧力の推定値に基づいて燃料供給弁の開弁時間を補正する。これにより、燃料噴射量を適切な値に近づけることが可能となる。そして、燃料供給系に異常がある状態において、短期間の内燃機関の運転を可能とし、修理工場への退避走行等をすることができる。

前記燃料供給系異常検出手段は、前記燃料供給系の異常の状況を判別可能であり、前記異常時燃料圧力推定手段は、前記燃料供給系の異常の状況に応じて、予め定めた燃料供給系異常時の複数のポンプ特性のうちの一つに基づいて、燃料圧力を推定するとよい。これによると、燃料吸気系の異常の程度に応じて、異なる特性を用いて、燃料圧力の推定をしている。このように、異常の程度に応じて異なるポンプ特性を用いることにより、燃料圧力の推定値を実際の燃料圧力に近づけることが可能となる。なお、判別する異常の状況としては、燃料供給系が燃料加圧側に異常となったのか燃料減圧側に異常となったのかという状況が考えられる。また、どの程度燃料加圧側又は燃料減圧側に異常となったかという状況を判別してもよい。

前記燃料供給系異常検出手段は、前記燃料供給系が燃料加圧側に異常となったのか燃料減圧側に異常となったのかを判別可能であり、前記異常時開弁時間補正手段は、前記燃料供給系が燃料加圧側に異常となった場合には、前記燃料噴射弁の開弁時間を短縮するように補正するとともに、前記燃料供給系が燃料減圧側に異常となった場合には、前記燃料噴射弁の開弁時間を延長するように補正するとよい。これによると、燃料供給系が燃料加圧側に異常となったのか燃料減圧側に異常となったのかを判別可能であるので、どのように異常になったのかに応じて補正の方法を変更することができる。具体的には、燃料加圧側に異常となった場合には、燃料噴射量が適切の状態より多くなっているので、開弁時間を短縮するように補正している。また、燃料減圧側に異常となった場合には、燃料噴射量が適切の状態より少なくなっているので、開弁時間を延長するように補正する。これにより、燃料噴射量を適切な値に近づけることが可能となる。

なお、燃料供給系異常検出手段による異常検出では、燃料ポンプから吐出される燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータを異常検出対象とすることができる。

前記内燃機関の回転速度を検出する内燃機関回転速度検出手段を有し、前記内燃機関検出手段により前記内燃機関の回転速度が所定回転よりも大きいことが検出された場合には、前記燃料圧力推定手段は燃料圧力の推定を中止するとともに、前記開弁時間補正手段は前記燃料噴射弁の開弁時間の補正を中止するとよい。内燃機関の回転速度が大きい場合には、燃料供給量制御装置を含むシステム全体の制御をするための演算負荷が大きくなっている。したがって、このような場合に燃料圧力推定手段による燃料圧力の推定及び開弁時間補正手段による開弁時間の補正を中止することにより、演算負荷を低減することが可能になる。

農耕用車両又は二輪車等の小型車両に搭載された内燃機関の燃料供給装置に適用されるとよい。これにより、簡素なシステムの車両においても、極力付加物なく燃料供給量を適切に制御することが可能となる。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。本実施形態は、内燃機関である二輪車用ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、その下流側にはスロットルバルブ１４が設けられている。エアクリーナ１２には吸気温を検出するための吸気温センサ１３が設けられ、スロットルバルブ１４にはスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５が設けられている。スロットルバルブ１４の下流側には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１６が設けられている。更に、吸気管１１の吸気ポート近傍には電磁駆動式のインジェクタ１７が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気が排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる点火装置２６を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入された混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３２が設けられている。また、エンジン１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ３４が設けられている。

また、燃料系において、燃料タンク４１内にはインタンク式の燃料ポンプモジュール４２が設けられており、燃料ポンプモジュール４２には燃料配管４３を介してデリバリパイプ４５が接続されている。燃料ポンプモジュール４２は、ポンプ本体４６及びプレッシャレギュレータ４４を含んで構成されている。また、燃料ポンプモジュール４２は、図１において図示せぬ燃料フィルタ、リターン配管及びモータ等を含んで構成されている。モータはポンプ本体４６を回転駆動するためのものである。そして本実施形態においては、モータには、回転位置センサなしに回転速度制御ができる周知のセンサレスタイプのブラシレスモータが用いられている。

プレッシャレギュレータ４４は、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料の圧力を調整するためのものである。燃料ポンプモジュール４２のポンプ本体４６から吐出される燃料の圧力がプレッシャレギュレータ４４の設定圧より高くなると、過剰な燃料はリターン配管を介して燃料タンク４１に戻されるように構成されている。すなわち、プレッシャレギュレータ４４により所定の圧力に調整された燃料が燃料ポンプモジュール４２から燃料配管４３を介してデリバリパイプ４５に吐出されるとともに、余剰燃料はリターン配管から燃料タンク４１に戻されるようになっている。

ポンプモジュール４２から供給される燃料の圧力についてさらに説明する。図３は、ポンプ本体４６を回転駆動するためのモータの回転速度（以下、「ポンプ回転速度」という）（ＮＥＰ）とポンプモジュール４２から供給される燃料の圧力（Ｐｆ）との関係を示す図である。図３に示されるように、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転以上になると、燃料ポンプモジュール４２から燃料の供給が開始される。そして、ポンプ回転速度ＮＥＰが増加するに従って燃料圧力Ｐｆが線形的に増加する。燃料圧力Ｐｆがプレッシャレギュレータ４４の設定圧である基準燃料圧力Ｐｆ０に達すると、燃料ポンプモジュール４２のポンプ本体４６から吐出した燃料の一部が余剰燃料としてリターン配管を介して燃料タンク４１に戻される。したがって、基準燃料圧力Ｐｆ０に対応するポンプ回転速度ＮＥＰ０よりもポンプ回転速度ＮＥＰが増加しても、燃料圧力Ｐｆは微増するにとどまり、燃料圧力Ｐｆはほぼ基準燃料圧力Ｐｆ０に維持される。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ５０には前記各種センサの検出信号などが入力される。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に基づいてインジェクタ１７の燃料噴射時間や点火プラグ２５による点火時期などを制御する。特に燃料噴射時間制御においては、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値から燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出し、その補正係数ＦＰｆを反映して最終の燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。

ここで、ＥＣＵ５０は、ポンプ本体４６の回転速度制御を行っており、ポンプ回転速度ＮＥＰが所望の回転速度となるようにモータにパルス幅変調信号を出力する。すなわち、ポンプ回転速度ＮＥＰを知るために回転位置センサ等を用いる必要はなく、ＥＣＵ５０自身が出力しているモータの駆動信号波形（パルス幅変調信号波形）を観測すればポンプ回転速度ＮＥＰを検出することができる。

図２は最終燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは例えば所定角度ごとにＥＣＵ５０により実行される。図２において、ステップＳ１０１では、ＴＡＵ算出タイミングか否かを判別する。最終燃料噴射時間ＴＡＵの算出は燃料噴射タイミングごとに必要となる。したがって、ステップＳ１０１では、クランク角センサ３４から出力されるクランク角信号を基に、所定のタイミングになっている否かを判別する。ステップＳ１０１の判別結果がＮＯの場合には、そのまま最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出することなく本処理を終了し、ステップＳ１０１の判別結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、各運転条件パラメータを読み込む。具体的には、冷却水温センサ３３の検出値から算出した冷却水温ＴＨＷ、吸気温センサ１３の検出値から算出した吸気温ＴＨＡ、吸気管圧力センサ１６の検出値から算出した吸気圧ＰＭ、大気圧センサの検出値から算出した大気圧ＰＡ、クランク角センサ３４から出力されるクランク角信号を基に算出したエンジン回転速度ＮＥ及びＡ／Ｆセンサ３２の検出値から算出した空燃比Ａ／Ｆを読み込む。

ステップＳ１０３では、各運転条件パラメータによる補正係数を算出する。具体的には、冷却水温補正係数ＦＴＨＷ、大気圧補正係数ＦＰＡ、Ａ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦ等を算出する。各運転条件パラメータと補正係数との関係は、予めＥＣＵ５０内部にマップとして記憶されている。そして、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０内部に記憶されているマップを用いて各補正係数を算出する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０から出力されるモータの駆動信号波形より、ポンプ回転速度ＮＥＰを算出する。ステップＳ１０５では、ポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。このポンプ回転速度ＮＥＰと燃料圧力Ｐｆとは、図３に示されるような関係にあり、この関係は予めＥＣＵ５０内部にマップとして記憶されている。そして、ステップＳ１０５では、このマップを用いてポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。

ステップＳ１０６では、予めＥＣＵ５０内部に記憶されているプレッシャレギュレータ４４の設定圧である基準燃料圧力Ｐｆ０とステップＳ１０５で算出した燃料圧力Ｐｆとから燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出する。本実施形態では、
ＦＰｆ＝√（Ｐｆ０／Ｐｆ）
により、燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出する。

ステップＳ１０７では、燃料圧力補正係数ＦＰｆをはじめとした各運転条件パラメータによる補正係数に基づき、総補正係数ＦＴＯＴＡＬを
ＦＴＯＴＡＬ＝ＦＰｆ×ＦＴＨＷ×ＦＰＡ×ＦＡＦ
により算出する。

ステップＳ１０８では、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷（吸気圧ＰＭ）とから基準燃料噴射時間ＴＰを算出する。基準燃料噴射時間ＴＰとエンジン回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭとの関係は、予めＥＣＵ５０内部にマップとして記憶されている。そして、ステップＳ１０８では、このマップを用いて基準燃料噴射時間ＴＰを算出する。

最後に、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８で求めた総補正係数ＦＴＯＴＡＬと基準燃料噴射時間ＴＰとから、最終燃料噴射時間ＴＡＵを
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＴＯＴＡＬ
に基づいて算出する。

そして、ＥＣＵ５０は、最終燃料噴射時間ＴＡＵを基に、インジェクタ１７に対してインジェクタ駆動信号を出力する。これにより、インジェクタ１７がインジェクタ駆動信号に基づいて開弁し、燃料噴射が実施される。

上記実施形態では、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値から算出した燃料圧力補正係数ＦＰｆを用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出している。そして、燃料圧力Ｐｆの推定値は、モータの駆動電圧ではなく、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいて算出している。これにより、精度よく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出することができる。そして、精度の高い燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出しているので、燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

この点について図４及び図５を用いてさらに説明する。図４は、モータの印加電圧（Ｖ）とポンプ流量（Ｑ）との関係を示す図であり、一点鎖線はばらつき上限値、実線はばらつき中央値、破線はばらつき下限値を示している。図５は、ポンプ回転速度（ＮＥＰ）とポンプ流量（Ｑ）との関係を示す図であり、一点鎖線はばらつき上限値、実線はばらつき中央値、破線はばらつき下限値を示している。。モータのコイルは、温度によりその抵抗値が変化する。そのため、モータに同じ電圧を印加した場合であっても、ポンプ回転速度ＮＥＰが相違することとなる。そして、ポンプ回転速度ＮＥＰが相違すると、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料の量（ポンプ流量Ｑ）も相違することとなる。したがって、図４に示されるように、ある印加電圧に対するポンプ流量Ｑは、実線で示すばらつき中央値の上下に所定幅のばらつきが生じうる。

それに対して、図５に示されるように、ポンプ回転速度ＮＥＰとポンプ流量Ｑとの関係では、あるポンプ回転速度ＮＥＰに対するポンプ流量Ｑのばらつきは小さい。これは、ポンプ回転速度ＮＥＰがポンプ流量Ｑを決定するより直接的な要因であるからである。そして、本実施形態では、ポンプ流量Ｑによって決定される燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆを、ポンプ回転速度ＮＥＰから推定して算出している。このため、モータの印加電圧から算出する場合よりも高い精度で燃料圧力Ｐｆを算出することができる。その結果、精度の高い燃料圧力Ｐｆの推定値に基づいて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出することができ、燃料噴射量を適切に制御することが可能になる。

本実施形態では、ポンプ本体４６を回転駆動するモータには回転位置センサなしに回転速度制御が可能なセンサレスタイプのブラシレスモータが用いられている。すなわち、このブラシレスモータの回転速度は、ＥＣＵ５０自身が出力しているモータの駆動信号波形（パルス幅変調信号波形）を観測することにより算出することができる。そのため、回転位置センサ等を追加することなく、ポンプ回転速度ＮＥＰを算出することが可能である。また、回転位置センサが必要ないので、モータの構成を簡素にすることができる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、最終噴射時間ＴＡＵを算出する際には常に、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づいて燃料圧力Ｐｆの推定値を算出した。そして、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出した。

これに対し、第２実施形態では、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転よりも小さい場合のみ、燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。そして、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転以上の場合には、燃料圧力Ｐｆの推定値に基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆの算出を行わず、燃料圧力補正係数ＦＰｆを１．０に設定する。すなわち、ＦＰｆ＝１．０と設定することで、総補正係数ＦＴＯＴＡＬを算出する際に、燃料圧力補正係数ＦＰｆは事実上寄与しないこととなる。

図６は、本実施形態における最終燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチンを示すフローチャートである。図６において、ステップＳ２０１では、ＴＡＵ計算タイミングであるか否かを判別する。ステップＳ２０１の判別結果がＮＯの場合には、そのまま本処理を終了し、ステップＳ２０１の判別結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ２０２に進み、各運転条件パラメータを読み込む。

ステップＳ２０３では、各運転条件パラメータによる補正係数を算出する。ステップＳ２０４では、ＥＣＵ５０から出力されるモータ駆動信号波形より、燃料ポンプモジュール４２におけるポンプ回転速度ＮＥＰを算出する。図６におけるステップＳ２０１からステップＳ２０４は、第１実施形態における図２のステップＳ１０１からステップＳ１０４と同様の処理である。

ステップＳ２０５では、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定の回転速度よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２０５の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、ポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。そして、ステップＳ２０７において、燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出する。ステップＳ２０６及びステップＳ２０７の処理は、第１実施形態における図２のステップＳ１０５及びステップＳ１０６と同様の処理である。ステップＳ２０７の処理を行った後、ステップＳ２０９に進む。一方、ステップＳ２０５の判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ２０８に進み、燃料圧力補正係数ＦＰｆを１．０に設定する。その後、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０９では、総補正係数ＦＴＯＴＡＬを算出する。ステップＳ２１０では、エンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷（吸気圧ＰＭ）とから基準燃料噴射時間ＴＰを算出する。そして、ステップＳ２１１では、ステップＳ２０９及びステップＳ２１０で求めた総補正係数ＦＴＯＴＡＬと基準燃料噴射時間ＴＰとから、最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。なお、ステップＳ２０９からステップＳ２１１の処理も、第１実施形態における図２のステップＳ１０７からステップＳ１０９と同様の処理である。

そして、ＥＣＵ５０は、最終噴射時間ＴＡＵを基に、インジェクタ１７に対してインジェクタ駆動信号を出力する。これにより、インジェクタ１７がインジェクタ駆動信号に基づいて開弁し、燃料噴射が実施される。

本実施形態では、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転速度よりも小さい場合のみ、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値から算出した燃料圧力補正係数ＦＰｆを用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出している。そして、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定の回転速度以上の場合には、燃料圧力Ｐｆの推定値の算出及びその燃料圧力Ｐｆに基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆの算出を行うことなく燃料圧力補正係数ＦＰｆを１．０と設定し、最終燃料噴射時間ＴＡＵの算出に、燃料圧力補正係数ＦＰｆが事実上寄与しないようにしている。

ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転速度よりも小さい場合には、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆは、プレッシャレギュレータ４４の設定圧である基準燃料圧力Ｐｆ０よりも小さい場合がある。この場合に、燃料圧力Ｐｆを考慮せずに最終燃料噴射時間ＴＡＵを決定したのでは、十分な量の燃料を噴射することができない。この点、本実施形態では、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転速度よりも小さい場合には、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆに基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出し、この燃料圧力補正係数ＦＰｆに基づいて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出している。これにより、ポンプ回転速度ＮＥＰが小さいために、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆが小さい場合であっても、燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

一方、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転速度以上になると、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆは、プレッシャレギュレータ４４の設定圧である基準燃料圧力Ｐｆ０に近い燃料圧力となっている。したがって、仮に燃料圧力Ｐｆに基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出しても１．０に近い値となり、総補正係数ＦＴＯＴＡＬ及び最終燃料噴射時間ＴＡＵに与える影響はわずかである。したがって、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転速度以上の場合には、燃料圧力Ｐｆ及び燃料圧力補正値ＦＰｆの演算をしないにより、ＥＣＵ５０の演算負荷を低減することが可能となる。

なお、所定回転速度としては、例えば、プレッシャレギュレータ４４の基準設定圧Ｐｆ０に対応するポンプ回転速度ＮＥＰであるＮＥＰ０を設定するとよい。

［第３実施形態］
上記第２実施形態では、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転よりも小さい場合のみ燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆを用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出した。これに対し、第３実施形態では、燃料ポンプモジュール４２におけるプレッシャレギュレータ４４の故障が検出された場合にのみ、燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆを用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出する。そして、プレッシャレギュレータ４４の故障が検出されていない場合には、燃料圧力Ｐｆの推定値に基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆの算出を行わず、燃料圧力補正係数ＦＰｆを１．０に設定する。

すなわち、本実施形態では、第２実施形態における図６のフローチャートのステップＳ２０４とステップＳ２０５との間にプレッシャレギュレータ４４の故障検出ルーチンを実行する。そして、図６のフローチャートにおけるステップＳ２０５の判定に代えて、プレッシャレギュレータ４４の故障が検出されたか否かの判定を実行する。

図７は、本実施形態におけるプレッシャレギュレータ４４の故障検出ルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ３０１では、エンジン回転速度ＮＥが所定の範囲内であるか否かを判定する。ステップＳ３０１の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３０２に進み、ＮＯの場合はステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０２では、吸気圧ＰＭが所定の範囲内にあるか否かを判定する。ステップＳ３０２の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３０６に進み、ＮＯの場合はステップＳ３０３に進む。上記ステップＳ３０１及びステップＳ３０２では、プレッシャレギュレータ４４の故障検出条件が成立しているか否かを判定している。具体的にはエンジン１０が定常状態にあるか否かを判定しており、エンジン１０が定常状態にある場合にプレッシャレギュレータ４４の故障検出条件が成立していると判定される。

プレッシャレギュレータ４４の故障検出条件が成立していないと判定された場合、すなわちステップＳ３０１又はステップＳ３０２での判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３０３でプレッシャレギュレータ故障検出フラグＦＰＲＣＨＫを０とする。そして、ステップＳ３０４に進み、故障検出条件継続カウンタＣＰＲＣＨＫを０とする。その後、ステップＳ３０５に進み、プレッシャレギュレータ異常検出フラグＦＰＲＪＤＧを０として本処理を終了する。

一方、プレッシャレギュレータ４４の故障検出条件が成立していると判定された場合、すなわちステップＳ３０１及びステップＳ３０２での判定結果がともにＹＥＳの場合には、ステップＳ３０６に進む。そして、ステップＳ３０６においてプレッシャレギュレータ故障検出フラグＦＰＲＣＨＫが１か否かを判定する。ステップＳ３０６の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３０７に進み故障検出条件継続カウンタＣＰＲＣＨＫを１増加させた後、ステップＳ３０９に進む。一方、ステップＳ３０６の判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３０８に進みプレッシャレギュレータ故障検出フラグＦＰＲＣＨＫを１に設定した後、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、故障検出条件継続カウンタＣＰＲＣＨＫが所定値以上か否かを判定する。ステップＳ３０９では、具体的には、プレッシャレギュレータ４４の故障検出条件が所定期間継続しているか否かを判定している。すなわち、このステップでは、プレッシャレギュレータ４４の故障検出状態を安定判定できるレベルになっているか否かを判定している。ステップＳ３０９の判定結果がＮＯの場合には、故障検出状態を安定判定できるレベルになっていないとして、ステップＳ３０５に進み、プレッシャレギュレータ異常検出フラグＦＰＲＪＤＧを０として本処理を終了する。一方、ステップＳ３０９の判定結果がＹＥＳの場合には、故障検出状態を安定判定できるレベルになっているとしてステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０では、Ａ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦが１．２０よりも大きいか否かを判定する。Ａ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦが１．２０よりも大きい場合とは、目標とする空燃比に対して燃料噴射量が過少の場合である。すなわち、このステップＳ３１０で、プレッシャレギュレータ４４に調圧機能不良等の不具合があり、燃料圧力Ｐｆが基準燃料圧力Ｐｆ０よりも小さくなるように故障したことを検出することができる。ステップＳ３１０の判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３１１に進む。そして、ステップＳ３１１において、プレッシャレギュレータ故障検出フラグＦＰＲＣＨＫを１として本処理を終了する。

ステップＳ３１０の判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３１２に進む。ステップＳ３１２では、Ａ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦが０．８０より小さいか否かを判定する。Ａ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦが０．８０よりも小さい場合とは、目標とする空燃比に対して燃料噴射量が過多の場合である。すなわち、このステップＳ３１２で、プレッシャレギュレータ４４に燃料リターン機能不良等の不具合があり、燃料圧力Ｐｆが基準燃料圧力Ｐｆ０よりも大きくなるように故障したことを検出することができる。ステップＳ３１２の検出結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３１１に進む。そして、ステップＳ３１１において、プレッシャレギュレータ故障検出フラグＦＰＲＣＨＫを１として本処理を終了する。一方、ステップＳ３１２の判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３０５に進み、プレッシャレギュレータ異常検出フラグＦＰＲＪＤＧを０として本処理を終了する。

プレッシャレギュレータ４４の故障検出ルーチンで設定されたプレッシャレギュレータ異常検出フラグＦＰＲＪＤＧが０の場合には、燃料圧力Ｐｆの推定値に基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆの算出を行わず、燃料圧力補正係数ＦＰｆを１．０に設定する。一方、プレッシャレギュレータ異常検出フラグＦＰＲＪＤＧが１の場合には、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出する。そして、この燃料圧力補正係数ＦＰｆが加味された最終噴射時間ＴＡＵを基に、ＥＣＵ５０はインジェクタ１７に対してインジェクタ駆動信号を出力する。これにより、インジェクタ１７がインジェクタ駆動信号に基づいて開弁し、燃料噴射が実施される。

なお、プレッシャレギュレータ４４が故障している場合には、ポンプ回転速度ＮＥＰと燃料圧力Ｐｆとの関係が図３に示されるような関係とはならない。したがって、プレッシャレギュレータ４４が故障している場合には、図３に示される関係とは異なる関係が記憶されたマップを用いて、ポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。

本実施形態では、燃料ポンプモジュール４２におけるプレッシャレギュレータ４４の故障が検出された場合のみ、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値から算出した燃料圧力補正係数ＦＰｆを用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出している。そして、プレッシャレギュレータ４４の故障が検出されていない場合には、燃料圧力Ｐｆの推定値の算出及びその燃料圧力Ｐｆの推定値に基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆの算出を行うことなく燃料圧力補正係数ＦＰｆを１．０と設定し、最終燃料噴射時間ＴＡＵの算出に、燃料圧力補正係数ＦＰｆが事実上寄与しないようにしている。

プレッシャレギュレータ４４が故障している場合には、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転に達しても燃料圧力Ｐｆを基準燃料圧力Ｐｆ０に調整不能であり、実燃料圧力が所望の燃料圧力から相違した状態となっている。したがって、このような場合に、燃料圧力Ｐｆの推定値に基づく燃料圧力補正係数ＦＰｆを用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを決定することで、燃料噴射量を適切な値に近づけることができる。そして、プレッシャレギュレータ４４が故障している車両を修理工場等まで移動させるための逃避走行等を行うことが可能となる。

［他の実施形態］
上記各実施形態では、ポンプ本体４６を回転駆動するモータとしてブラシレスモータを用いた。そして、上記各実施形態では、ブラシレスモータはセンサレスタイプのものを用いた。これにより、回転位置センサ等を特別に設けることなく、ポンプ回転速度ＮＥＰを検出可能とした。しかし、モータの形態はこれに限定するものではない。すなわち、モータの回転位置を検出するセンサを設け、そのセンサによって検出されたモータの回転位置に基づいて、モータの回転速度を検出し、このモータの回転速度により燃料圧力Ｐｆの推定値を算出するようにしてもよい。また、ブラシレスタイプではなく、ブラシ付きのタイプのモータであってもよい。

上記各実施形態では、燃料圧力補正係数ＦＰｆの他、冷却水温補正係数ＦＴＨＷ、大気圧補正係数ＦＰＡ、Ａ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦを用いて、最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出した。しかし、他の運転条件パラメータの検出値に基づく補正係数をさらに用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出することも可能である。

上記第２実施形態では、ポンプ回転速度ＮＥＰが所定回転よりも小さい場合のみ、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出した。また、上記第３実施形態では、プレッシャレギュレータ４４の故障が検出された場合のみ、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出した。ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出することが好ましい場合は、上記の場合に限るものではない。

例えば、エンジン回転速度ＮＥが所定回転以下の場合のみ、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出するようにしてもよい。そして、エンジン回転速度ＮＥが所定回転以上の場合には、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値の演算をしないようにしてもよい。エンジン回転速度ＮＥが大きい状態では、ＥＣＵ５０の演算負荷が大きくなるが、燃料圧力Ｐｆの推定値及び燃料圧力補正係数ＦＰｆの演算をしないことでＥＣＵ５０の演算負荷を軽減することができる。

エンジン１０の始動に伴うポンプ回転数ＮＥＰの上昇時に、ポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出するようにしてもよい。エンジン始動時にスタータモータを作動させた場合には、バッテリの電圧が低下しており、モータに十分な給電がされない。また、始動時にはまだエンジン回転速度が十分に上昇しておらず、発電機からもモータに十分な給電がされない。このように、エンジン１０の始動に伴って、ポンプ回転速度ＮＥＰが上昇過程にあるような場合には、燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆがまだ十分な大きさになっていないので、燃料圧力Ｐｆに基づく燃料噴射時間の補正が必要となる。したがって、エンジン始動に伴うポンプ回転数ＮＥＰの上昇時に燃料圧力Ｐｆを用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出し、これを用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出すれば、燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

バッテリレスの機関において、始動時又はアイドル時にポンプ回転速度ＮＥＰに基づく燃料圧力Ｐｆの推定値を算出し、この燃料圧力Ｐｆの推定値を用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出するようにしてもよい。バッテリレスの機関では、モータへの給電は、車載の発電機からされることとなる。この車載発電機は、エンジン１０の回転が伝達されることにより、ロータが回転して発電するものである。そのため、始動時又はアイドル回転時等、エンジン回転速度ＮＥが小さい場合には、発電機の発電量も小さい。したがって、この場合にも燃料ポンプモジュール４２から供給される燃料圧力Ｐｆが小さくなる。そこで、バッテリレスの機関において、始動時又はアイドル時に燃料圧力Ｐｆを用いて燃料圧力補正係数ＦＰｆを算出し、これを用いて最終燃料噴射時間ＴＡＵを算出すれば、燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

上記第３実施形態において、プレッシャレギュレータ４４の故障が検出された場合に、図３に示される関係とは異なる関係が記憶された複数のマップを用いて、ポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出するようにしてもよい。具体的には、ステップＳ３１１でプレッシャレギュレータ異常検出フラグＦＰＲＪＤＧを１とする際に、ステップ３１０及びステップＳ３１２のいずれの条件が成立したのかを記憶しておく。また、マップとしては、図３に示される関係よりも燃料圧力Ｐｆが増大側、減少側にあるような関係をマップとしてそれぞれ記憶しておく。

そして、プレッシャレギュレータ４４の故障により、燃料圧力Ｐｆが基準燃料圧力Ｐｆ０よりも大きくなるように故障した場合（ステップＳ３１２の条件が成立した場合）には、図３に示される関係よりも燃料圧力Ｐｆが増大側にあるような関係のマップを使用してポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。また、燃料圧力Ｐｆが基準燃料圧力Ｐｆ０よりも小さくなるように故障した場合（ステップＳ３１０の条件が成立した場合）には、図３に示される関係よりも燃料圧力Ｐｆが減少側にあるような関係のマップを使用してポンプ回転速度ＮＥＰから燃料圧力Ｐｆの推定値を算出する。このように、プレッシャレギュレータ４４が燃料加圧側に故障したのか燃料減圧側に故障したのかに応じて、異なるマップを用いて燃料圧力Ｐｆの推定値を算出することにより、燃料圧力Ｐｆの推定値を実燃料圧力に近づけることが可能となる。この結果、より適切に燃料噴射量を制御することが可能となる。

また、ステップＳ３１０及びステップＳ３１２のＡ／Ｆセンサ補正係数ＦＡＦの判定をさらに細分化することにより、プレッシャレギュレータ４４の異常の程度を検出可能としてもよい。そして、プレッシャレギュレータ４４の異常の程度に応じて異なるマップを用いて、燃料圧力の推定値を算出するようにしてもよい。

上記実施形態では、本制御システムを二輪車用のエンジンに適用した場合について説明した。しかし、本制御システムの適用は、二輪車に限定されるものではなく、その他の車両にも適用可能である。特に、本制御システムは、二輪車の他、農耕車両等の小型車両に適用することができる。これにより、簡素なシステムの車両においても、極力付加物なく燃料噴射量を適切に制御することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 最終燃料噴射時間の算出ルーチンを示すフローチャートである。 ポンプ本体を回転駆動するためのモータの回転速度とポンプモジュールから供給される燃料圧力との関係を示す図である。 モータの印加電圧とポンプ流量との関係を示す図である。 モータの回転速度とポンプ流量との関係を示す図である。 第２実施形態における最終燃料噴射時間の算出ルーチンを示すフローチャートである。 第３実施形態におけるプレッシャレギュレータの故障検出ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、１７…インジェクタ、４１…燃料タンク、４２…燃料ポンプモジュール、４３…燃料配管、４４…プレッシャレギュレータ、４５…デリバリパイプ、４６…モータ、５０…ＥＣＵ。

Claims (1)

1. 電動式の燃料ポンプと、前記燃料ポンプから吐出される燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記燃料ポンプから吐出される燃料の圧力が所定の設定圧より高くなった場合に燃料を燃料タンクに戻すことで燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータとを備えた内燃機関の燃料噴射システムに適用され、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射弁の開弁時間を算出する開弁時間算出手段を有し、前記燃料噴射弁の開弁時間を制御することにより燃料噴射量を調整する内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記燃料ポンプの回転速度を検出又は算出により取得するポンプ回転速度取得手段と、
   前記燃料噴射弁の燃料噴射量が過多又は過少であることに基づいて前記プレッシャレギュレータの異常を検出し、かつその異常が、前記プレッシャレギュレータの下流側圧力が増圧側に異常値となる増圧側異常と該下流側圧力が減圧側に異常値となる減圧側異常とのいずれであるかを判定する異常検出手段と、
   前記増圧側異常の発生時における前記燃料ポンプの回転速度と燃料圧力との関係を示す燃料圧力特性であって、プレッシャレギュレータ正常時の燃料圧力特性と比べて燃料圧力が高圧側に定められている第１の異常時燃料圧力特性を用い、前記ポンプ回転速度取得手段により取得した燃料ポンプの回転速度に基づいて、前記増圧側異常の発生時における前記燃料圧力を推定する第１の燃料圧力推定手段と、
   前記減圧側異常の発生時における前記燃料ポンプの回転速度と燃料圧力との関係を示す燃料圧力特性であって、プレッシャレギュレータ正常時の燃料圧力特性と比べて燃料圧力が低圧側に定められている第２の異常時燃料圧力特性を用い、前記ポンプ回転速度取得手段により取得した燃料ポンプの回転速度に基づいて、前記減圧側異常の発生時における前記燃料圧力を推定する第２の燃料圧力推定手段と、
   前記異常検出手段により増圧側異常が発生していると判定された場合には、前記第１の燃料圧力推定手段により推定した燃料圧力に基づいて前記燃料噴射弁の開弁時間を補正し、前記異常検出手段により減圧側異常が発生していると判定された場合には、前記第２の燃料圧力推定手段により推定した燃料圧力に基づいて前記燃料噴射弁の開弁時間を補正する異常時開弁時間補正手段と
   を有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。

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