JP4912482B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
しかし、各気筒に燃料を供給するインジェクタの噴射特性のばらつきや、インジェクタの噴孔のつまりによる経時劣化などにより、個々の気筒における空燃比は必ずしも目標の空燃比になっているわけではなく、気筒間における空燃比にばらつきが存在し、各気筒に対して適切な燃料噴射量が供給されていない場合があり、その結果燃焼および排ガスが悪化してしまうことがある。よって、気筒間の空燃比ばらつきによるインジェクタの故障診断が必要となる。
アルコール燃料の給油直後には燃料配管およびデリバリパイプにまだガソリンが残っているため、エンジン始動直後にはガソリンが各気筒のインジェクタに供給される。そして、アルコール燃料は、残っているガソリンがエンジン運転に使用されるに従って燃料配管内を移動し、アルコール燃料がデリバリパイプに到達する。ここで、デリバリパイプは燃料配管に比べて断面積が大きいため、デリバリパイプ内でガソリンとアルコール燃料は交じり合いながらインジェクタに分配される。よって、始めの内はガソリンの濃度に近い低アルコール濃度、燃料が使用されるに従ってアルコール燃料に近い高アルコール濃度の燃料に変化していき、最終的にはアルコール燃料のみが到達する。しかし、そのデリバリパイプの形状により、デリバリパイプの入口側から濃度が変化していくため、同じ濃度の燃料を全インジェクタに同じタイミングで供給することができない。すなわち、デリバリパイプ入口に近い気筒においては、早いタイミングでアルコール濃度が変化し始めるが、デリバリパイプ奥の気筒においては、まだアルコール濃度の変化開始が一番遅くなる。
また、この気筒間空燃比ばらつきにより酸素センサ出力の変動が大きくなってしまうため、酸素センサの出力値を用いた空燃比制御(燃料噴射量制御)を正しく制御できず、各気筒の燃焼および排ガスが悪化するという問題がある。
図1は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置の機能を示すブロック図である。図2は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。図3は、この発明の実施の形態1に係る燃料流路を示す構成図である。なお、一般的に内燃機関には、複数のシリンダが設けられているが、この発明の実施の形態1に係る内燃機関は直列4気筒であり、図2では、そのうちの1つのシリンダについて説明する。
ここで、ピストン3は、シリンダ2の軸線方向に往復自在に運動可能になるよう配設されている。シリンダ2には、クランク軸から離間し、エンジン1の回転に同期して信号を発生するクランク角センサ5が配設されている。また、シリンダ2には、エンジン1を冷却するための図示しない冷却水の温度に応じた電圧を出カする水温センサ6が設けられている。
また、シリンダ2には、燃焼室4と吸気マニホールド7との間を開閉する吸気弁9および燃焼室4と排気マニホールド8との間を開閉する排気弁10が取り付けられている。
また、シリンダ2の頂部には、燃焼室4に供給された混合気に点火する点火プラグ11が取り付けられている。
また、排気マニホールド8には、排気ガスの空燃比の変化に対し理論空燃比を境に出力する電圧が急変する酸素センサ18が設けられている。
また、ECU19には、酸素センサ18、水温センサ6、およびブースト圧センサ15からの電圧出力値がA/D変換されて入カされ、A/D変換された各電圧出カ値は、それぞれ酸素センサ出力値λO2、冷却水温Tw、およびブースト圧Pbとして上記各手段での演算に用いられる。
また、ECU19には、クランク角センサ5の信号が割り込み入力されて、ECU19に内蔵されたタイマーとクランク角センサ5の信号とからエンジン回転数Neが演算される。
気筒間の空燃比のばらつきは、ガソリン(E0)からアルコール燃料(E100)に変更して給油した場合、アルコール燃料(E100)給油直後には燃料配管21およびデリバリパイプ20にまだガソリン(E0)が残っているため、エンジン始動直後にはガソリン(E0)が各気筒のインジェクタ12a〜12dに供給される。アルコール燃料(E100)は、残っているガソリン(E0)がエンジン運転に使用されるに従って燃料配管21内を移動し、アルコール燃料(E100)がデリバリパイプ20に到達する。
このインジェクタ12a〜12dに供給される燃料のアルコール濃度の変化のタイミングにばらつきが生じることにより、空燃比も気筒間でばらつきが生じる。
ゆえに、各気筒間の空熱比がばらついていることからインジェクタ12a〜12dが故障していると診断することは間違っている。
S102において、アルコール濃度が変化しているか否かを判定する。すなわち、今回のアルコール濃度推定値Alと前回のアルコール濃度推定値Alとの差分が予め設定された閾値以上のときアルコール濃度が変化したことにより各気筒間空熱比がばらついたとして気筒間空熱比ばらつきルーチンを終了し、差分が閾値未満のときS103に進む。
S103において、アルコール濃度が変化していないので、真に故障している可能性があるとして故障診断を実行する。すなわちS101で検出された気筒間空燃比ばらつきが大きければ故障と診断し、小さければ正常と診断する。
図6は、この発明の実施の形態2に係る内燃機関の制御装置の機能を示すブロック図である。
この発明の実施の形態2に係る内燃機関の制御装置では、アルコール濃度が変化しているときの気筒間空燃比ばらつきを吸収するために、気筒別の補正量で燃料噴射量を補正する。そして、この発明の実施の形態2に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体および燃料流路を示す構成図は、図2および図3の構成図と同様であるので、説明は省略する。
S202において、気筒別補正量K1〜K4をすべて1とし、S205に進む。
K1=1+Z1×Dn (1)
K2=1+Z2×Dn (2)
K3=1+Z3×Dn (3)
K4=1+Z4×Dn (4)
但し、Z1からZ4は、各気筒別の係数であり、この発明においては、Z1=−1.0、Z2=−0.5、Z3=+0.5、Z4=+1.0に予め設定されている。
S206において、ばらつき補正量Kfに気筒別補正量K1を入力することで、燃料噴射量を補正する係数を気筒別補正量K1とする。
S207において、現在演算している燃料噴射量が第2気筒に噴射される燃料噴射量であるか否かを判断し、第2気筒に噴射される燃料噴射量である場合S208へ、第2気筒に噴射される燃料噴射量でない場合S209へ進む。
S208において、ばらつき補正量Kfに気筒別補正量K2を入力することで、燃料噴射量を補正する係数を気筒別補正量K2とする。
S210において、ばらつき補正量Kfに気筒別補正量K3を入力することで、燃料噴射量を補正する係数を気筒別補正量K3とする。
S211において、現在演算している燃料噴射量が第4気筒に噴射される燃料噴射量であるか否かを判断し、第4気筒に噴射される燃料噴射量である場合S212へ、第4気筒に噴射される燃料噴射量でない場合S213へ進む。
S212において、ばらつき補正量Kfに気筒別補正量K4を入力することで、燃料噴射量を補正する係数を気筒別補正量K4とする。
まず図8において、ガソリン(E0)からアルコール燃料(E100)に燃料を変更された場合を説明する。燃料給油するまではガソリン(E0)が燃料タンク23内に入っていたが、燃料給油によりアルコール燃料(E100)が燃料タンク23に入れられる。そのアルコール燃料(E100)は燃料が消費されるにつれ、燃料配管21内を移動していき、デリバリパイプ20に到達した後は、デリバリパイプ20内でガソリン(E0)と混じりあいながら各インジェクタ12a〜12dに供給されて燃焼に使用されるため、エンジン始動後しばらくしてからアルコール濃度推定値Alが変化し始め、除々にE100に収束する。
ここで、図4のように気筒別の補正がされなかった場合には、第1および第2気筒の空燃比はリッチ側に、第3および第4気筒の空燃比はリーン側になるため、それを補正して目標空燃比にするためには気筒別補正量K1およびK2を1よりも小さい値にして燃料噴射量を減量補正し、気筒別補正量K3およびK4を1よりも大きい値にして燃料噴射量を増量補正するようにしている。
この気筒別補正量K1〜K4で補正した燃料噴射量の燃料を噴射することで、空燃比が集合部および第1気筒から第4気筒まで全てにおいて目標空燃比となる。
この場合では、気筒別の補正がされなかった場合には、第1および第2気筒の空燃比はリーン側に、第3および第4気筒の空燃比はリッチ側になるため、それを補正して目標空燃比にするためには気筒別補正量K1およびK2を1よりも大きい値にして燃料噴射量を減量補正し、気筒別補正量K3およびK4を1よりも小さい値にして燃料噴射量を増量補正するようにしている。
この気筒別補正量K1からK4で補正した燃料噴射量の燃料を噴射することで、空燃比が集合部および第1気筒から第4気筒まで全てにおいて目標空燃比となる。
この発明の実施の形態3に係る内燃機関の制御装置では、アルコール濃度が変化しているときの気筒間空燃比ばらつきを検出し、アルコール濃度検出を実行する。
図10は、この発明の実施の形態3に係る内燃機関の制御装置の機能を示すブロック図である。なお、この発明の実施の形態3に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体および燃料流路を示す構成図は、図2および図3の構成図と同様であるので、説明は省略する。
なお、所定行程数Kcは各気筒の燃焼行程周期であり、予め設定されている値であり、アルコール濃度変化時期の検出精度を向上する場合には大きな値が設定され、アルコール濃度変化時期の検出タイミングを早期に検出する場合には小さな値が設定される。
また、このしきい値THLDは、アルコール濃度変化時の酸素センサ変動積算値ΣDaがよりも小さい値、アルコール濃度がしていないときの酸素センサ変動積算値ΣDaよりも大きい値が予め設定されている。
S302において、各パラメータおよびフラグの初期化処理を行う。すなわち、濃度変化フラグFaを0にリセットし、酸素センサ変動判定値Ldを0、酸素センサ変動積算値ΣDaを0とする。
S304において、各気筒の燃焼行程間の変動量である酸素センサ変動量Daを演算する。酸素センサ変動量Daは、前回の燃焼行程の酸素センサ出力値と今回の燃焼行程の酸素センサ出力値との差分の絶対値である。
S305において、演算して得られた各気筒の酸素センサ変動量Daを各気筒の酸素センサ変動積算値ΣDaに積算する。
S307において、酸素センサ変動判定値Ldを酸素センサ変動積算値ΣDaで置き換える。
S308において、酸素センサ変動積算値ΣDaを0とする。
S310において、酸素センサ出力値λO2の変動がアルコール濃度の変化によると判定し、濃度変化フラグFaを1にする。
S311において、酸素センサ出力値λO2の変動がアルコール濃度の変化によるものでないと判断し、濃度変化フラグFaを0にする。
S313において、アルコール濃度検出を実行してメインルーチンに戻る。
アルコール濃度変化開始前においては、酸素センサ出力値λO2がリッチ/リーン反転以外の変動(高周波成分)が小さいため、燃焼行程の酸素センサ出力値λO2の前回値と今回値の差の絶対値である酸素センサ変動量Da、酸素センサ変動量Daの積算値である酸素センサ変動積算値ΣDa、所定行程数Kc毎に更新される酸素センサ変動判定値Ldは小さい値となる。
しかし、アルコール濃度変化開始後に、酸素センサ出力値λO2がリッチ/リーン反転以外の変動(高周波成分)が大きくなり、酸素センサ変動量Da、酸素センサ変動積算値ΣDa、酸素センサ変動判定値Ldが大きな値となる。
ここで、酸素センサ変動判定値Ldがしきい値THLDよりも大きくなったとき、すなわち酸素センサ出力値λO2の変動が大きくなって初めての所定行程数Kc経過後、アルコール濃度が変化していると判定し、濃度変化フラグFaが1になり、アルコール濃度検出が実行される。
よって、酸素センサ出力値λO2の変動によりアルコール濃度変化の検出を実行することで、アルコール濃度変化時期の検出精度および信頼性を向上させることができる。
Claims (1)
- 複数の気筒を備えた内燃機関に供給する燃料のアルコール濃度の変化を検出するアルコール濃度変化判定手段と、
上記アルコール濃度の変化が検出されたときに、上記アルコール濃度が変化することにより生じた気筒間の空燃比ばらつきが減少するよう、上記アルコール濃度の変化に対して上記気筒の配置に応じて気筒毎に燃料噴射量の補正を行う気筒別空燃比ばらつき補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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