JP5287319B2 - 燃料噴射弁制御装置 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射弁制御装置に関するものである。

従来、暖機後アイドル運転時にクランク角センサによってエンジン回転速度を検出し、検出したエンジン回転速度が標準回転速度となる燃料噴射量を学習するものが特許文献１に開示されている。特許文献１では、学習した燃料噴射量に基づいて各インジェクタの燃料噴射量を制御することで、各気筒における空燃比のずれやばらつきを抑制することができる。

特開２００２−１８０８６７号公報

しかし、上記の発明では、エンジン回転速度の変化のみで燃料噴射量を制御するので、燃料噴射量の変動以外の要因でクランク角センサの回転変動が生じた場合でも燃料噴射量を新たに学習し、誤学習を行ってしまう、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、燃料噴射量が減少する燃料噴射弁を正確に検出し、誤学習を防止することを目的とする。

本発明は、エンジンの各気筒に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御装置において、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出手段と、クランク角検出手段によって検出したクランク角に基づいてエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、エンジン回転速度が所定回転速度以下となったかどうか判定するエンジン回転速度変動検出手段と、エンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、空燃比が所定空燃比よりもリーンとなったかどうか判定する空燃比判定手段と、エンジン回転速度変動検出手段により判定されるエンジン回転速度が所定回転速度以下となる周期と、空燃比判定手段により判定される空燃比が所定空燃比よりリーンとなる周期と、を求め、２つの周期が略一致する場合に、特定気筒の燃料噴射弁の燃料噴射量不足が発生していると判定する手段と、特定気筒の燃料噴射弁の燃料噴射量不足が発生していると判定された場合に、空燃比検出手段によって検出した空燃比と、クランク角検出手段によって検出したクランク角とに基づいて、空燃比が所定空燃比よりもリーンとなった排気ガスを排出した特定気筒を検出する気筒検出手段と、空燃比がリーンとなる排気ガスを排出した特定気筒へ燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射量をリーンとなった排気ガスの空燃比に基づいて変更する燃料噴射量変更手段と、を備える。

本発明によると、燃料噴射量が減少する燃料噴射弁を正確に検出することができ、誤学習を防止することができる。

第１実施形態の燃料噴射弁制御装置の概略構成図である。 第１実施形態の燃料噴射学習方法を説明するフローチャートである。 第１実施形態の時間経過におけるエンジン回転速度と空燃比との関係を示すマップである。 第２実施形態の燃料噴射弁制御装置の概略構成図である。 第２実施形態の燃料噴射学習方法を説明するフローチャートである。 第２実施形態の時間経過における空燃比とクランク角度との関係を示すマップである。 第２実施形態のクランク角と輸送遅れと排気ガスを排出した気筒との関係を示すマップである。

本発明の第１実施形態について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態の燃料噴射弁制御装置の概略構成図である。本実施形態では、４気筒のエンジンについて説明するがこれに限られることはない。

燃料噴射弁制御装置は、クランク角センサ（クランク角検出手段）３と、空燃比センサ（空燃比検出手段）４と、コントロールユニット５と、を備える。なお、図１には１つの気筒を示しているが、４つの気筒は、クランクシャフト６の軸方向に沿って配置されている。

クランク角センサ３は、各気筒によって生じる燃焼に応じて回転するクランクシャフト６の回転角を検出する。

空燃比センサ４は、複数の気筒から排出される排気ガスが合流する箇所よりも下流側であり、三元触媒１１よりも上流側の排気通路１０に設けられる。空燃比センサ４は、エンジン３０から排出される排気ガス中の空燃比を検出する。

コントロールユニット５は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)などによって構成される。コントロールユニット５は、クランク角センサ３によって検出したクランク角、空燃比センサ４によって検出した空燃比などに基づいて燃料噴射弁１毎に最適な燃料噴射量、噴射タイミングを算出し、燃料噴射弁１における燃料噴射を制御する。

燃焼室７では燃料噴射弁１によって噴射された燃料と空気とが混合ガスを形成する。そして、混合ガスは点火プラグ２によって着火されて燃焼する。これによってピストン９が下降し、ピストン９と連結するクランクシャフト６が回転する。このような動作が各気筒において連続的に行われる。燃焼室７で燃焼した混合ガスは排気ガスとしてエンジン３０から排出され、排気通路１０を介して外部へ排出される。

次に、第１実施形態の燃料噴射弁１における燃料噴射学習方法について図２のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では、各気筒における燃料噴射学習条件が成立しているかどうか判定する。そして、燃料噴射学習条件が成立している場合には、ステップＳ２へ進む。一方、燃料噴射学習条件が成立していない場合には本制御を終了する。燃料噴射学習条件とは、暖機運転が終了し、アイドル運転を行っている状態である。本実施形態では、暖機運転が終了し、アイドル運転を行っている場合にステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、クランク角センサ３によってクランク角を検出し、その信号からエンジン回転速度を算出する。ここでは、少なくとも各気筒の１回の燃焼によりクランクシャフト６が回転する間、つまりクランクシャフト６が７２０度回転する間のエンジン回転速度を算出する（ステップＳ２がエンジン回転速度検出手段を構成する）。

ステップＳ３では、空燃比センサ４によって排気ガスの空燃比を検出する。ここでは、少なくとも各気筒の１回の燃焼により排出された排気ガスが空燃比センサ４まで到達する間の空燃比を検出する。

ステップＳ４では、ステップＳ２によって算出したエンジン回転速度の中から、エンジン回転速度に変動（低下）があるかどうか判定する。ここではエンジン回転速度が所定回転速度以下となる箇所があるかどうか判定する。所定回転速度は、暖機運転が終了し、アイドル運転を行っている場合に通常取り得るエンジン回転速度（基準回転速度）から、燃料噴射弁１の燃料噴射量不足によりエンジン回転速度が低下したと判断可能な回転速度である。燃料噴射弁１の燃料噴射量不足は、例えば燃料噴射弁１に詰まりが生じることで発生する。そして、エンジン回転速度が所定回転速度以下となる箇所がある場合には、エンジン回転速度に変動があると判定し、ステップＳ５へ進む。一方、エンジン回転速度が所定回転速度以下となる箇所がない場合には、エンジン回転速度に変動がないと判定し、本制御を終了する（ステップＳ４がエンジン回転速度変動検出手段を構成する）。

ステップＳ５では、空燃比変動があるかどうか判定する。ここでは、ステップＳ３によって検出した排気ガスの空燃比から空燃比が第１所定値（所定空燃比）よりもリーンとなる箇所があるかどうか判定する。第１所定値は、例えば理論空燃比（１４．７）などの設定された空燃比よりもリーン側の値であり、エンジン回転速度の低下量に基づいて算出する。第１所定値は、例えば予め設定したマップによって算出する。第１所定値は、エンジン回転速度の低下量が大きいほど大きくなる。そして、空燃比が第１所定値以上リーン側となる箇所がある場合には空燃比変動があると判定し、ステップＳ６へ進む。一方、空燃比が理論空燃比から第１所定値以上リーン側となる箇所がない場合には空燃比変動がないと判定し、本制御を終了する（ステップＳ５が空燃比判定手段を構成する）。

ステップＳ６では、空燃比変動に対応する気筒があるかどうか判定する。ここでは、ステップＳ４によって検出したエンジン回転速度が低下する箇所とステップＳ５によって検出したリーンとなる箇所とが対応するかどうか判定する。燃料噴射弁１の燃料噴射量不足に起因してエンジン回転速度が低下すると、図３に示すようにその気筒から排出される排気ガスはリーンとなる。図３は時間経過におけるエンジン回転速度と空燃比との関係を示すマップである。これによると、エンジン回転速度が低下する周期と空燃比がリーンとなる周期とが略一致することがわかる。そのため、エンジン回転速度変動と排気ガスの空燃比変動とを比較することで、気筒における燃焼状態を検出することが可能である。なお、エンジン回転速度が低下する箇所と空燃比がリーンとなる箇所とが対応するかどうかは、気筒から排出された排気ガスが空燃比センサ４まで到達するまでの所定の遅れ時間を考慮して判定される。そして、空燃比がリーンとなる箇所に対応する気筒がある場合にはステップＳ７へ進む。一方、空燃比がリーンとなる箇所に対応する気筒がない場合には本制御を終了する（ステップＳ６が気筒検出手段を構成する）。

ステップＳ７では、エンジン回転速度が低下する気筒にから排出される排気ガスの空燃比を空燃比センサ４によって検出する。

ステップＳ８では、ステップＳ７によって検出した空燃比が理論空燃比となるような燃料噴射量を算出し、現在の学習値に対して加重平均を算出する。

ステップＳ９では、ステップＳ８によって検出した加重平均と第２所定値とを比較し、加重平均が第２所定値以上であるかどうか判定する。そして、加重平均が第２所定値以上である場合には、ステップＳ１０へ進む。一方、加重平均が第２所定値よりも小さい場合には、ステップＳ１１へ進む。第２所定値は、燃料噴射弁１に故障が発生していると判定可能な値であり、予め設定される。燃料噴射弁１に故障が発生するとは、例えば燃料の詰まりが大きくなり、適切な燃料噴射を行うことができない状態である。

ステップＳ１０では、燃料噴射弁１が故障していると判定する。

ステップＳ１１では、ステップＳ９によって算出した加重平均を学習値として更新する。空燃比がリーンとなる排気ガスを排出する気筒に対しては、更新した学習値に基づいて、燃料噴射が行われる（ステップＳ１１が燃料噴射量変更手段を構成する）。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

エンジン回転速度の低下と排気ガスの空燃比がリーンとなることとの相関をとることで、燃料噴射量が減少している燃料噴射弁１を正確に特定することができる。また、検出した空燃比に基づいて燃料噴射弁１の燃料噴射量を学習させることで、誤学習を防止することができる。そのため、各気筒における燃料噴射を揃えることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

エンジン回転速度の低下量に基づいて空燃比の変動閾値となる第１所定値を算出し、空燃比センサ４によって検出した空燃比が第１所定値よりもリーンとなる場合にのみ、燃料噴射弁１における学習を行う。これにより、誤学習を防止し、各気筒における燃料噴射を正確に揃えることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

エンジン回転速度の低下から空燃比センサ４までの遅れ時間を考慮して、エンジン回転速度変動と空燃比変動との相関をとることで、燃料噴射量が減少している燃料噴射弁１を正確に検出することができる。

次に本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。図４は第２実施形態の燃料噴射弁制御装置の概略構成図である。第２実施形態では、エアフローメータ２０によって検出した空気量を用いて、燃料噴射弁１における燃料噴射量の学習を行う。

エアフローメータ２０は、吸気配管２１に設けられ、燃焼室７に吸入される空気量を検出する。

次に、第２実施形態の燃料噴射弁１における燃料噴射学習方法について図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１００では、各気筒における燃料噴射学習条件が成立しているかどうか判定する。そして、燃料噴射学習条件が成立している場合には、ステップＳ１０１へ進む。一方、燃料噴射学習条件が成立していない場合には本制御を終了する。燃料噴射学習条件とは、暖機運転が終了し、アイドル運転を行っている状態である。本実施形態では、暖機運転が終了し、アイドル運転を行っている場合にステップＳ１０１へ進む。

ステップＳ１０１では、クランク角センサ３によってクランク角を検出する。ここでは、少なくとも各気筒の１回の燃焼におけるクランク角を検出する。また検出したクランク角の信号からエンジン回転速度を算出する（ステップＳ１０１がエンジン回転速度検出手段を構成する）。

ステップＳ１０２では、空燃比センサ４によって排気ガスの空燃比を検出する。ここでは、少なくとも各気筒の１回の燃焼により排出された排気ガスが空燃比センサ４まで到達する間の空燃比を検出する。

ステップＳ１０３では、空燃比変動があるかどうか判定する。ここでは、ステップＳ１０２によって検出した排気ガスの空燃比の中から、空燃比が例えば理論空燃比（１４．７）などの所定空燃比から第３所定値以上リーン側となる箇所があるかどうか判定する。第３所定値は予め設定される値である。そして、空燃比がリーンとなる箇所がある場合にはステップＳ１０４へ進む。一方、空燃比がリーンとなる箇所がない場合には本制御を終了する（ステップＳ１０３が空燃比判定手段を構成する）。

ステップＳ１０４では、空燃比がリーンとなる箇所に対応するクランク角を検出する。図６は時間経過における空燃比とクランク角との関係を示すものである。図６においては空燃比がリーンとなる気筒がある場合を示している。或る気筒における燃料噴射弁１の燃料噴射量が少ない場合には、その気筒から排出される排気ガス、つまりクランクシャフト６が所定のクランク角である場合の排気ガスの空燃比がリーンとなる。そのため、時間経過における空燃比とクランク角とを比較することで、空燃比がリーンとなるときのクランク角を検出することができる。

ステップＳ１０５では、エアフローメータ２０によって各気筒に供給される空気量を算出する。

ステップＳ１０６では、空気量をエンジン回転速度で除算し、排気ガスの輸送遅れを算出する（ステップＳ１０６が輸送遅れ算出手段を構成する）。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０４によって検出したクランク角とステップＳ１６によって算出した輸送遅れとに基づいて図７に示すマップから空燃比がリーンとなる排気ガスを排出した気筒を検出する。図７は、クランク角と輸送遅れと排気ガスを排出した気筒との関係を示すマップである。輸送遅れは空気量が大きくなると大きくなり、クランク角に対応する気筒は小さい（燃焼順が早い）方向となる。また、輸送遅れはエンジン回転速度が増加すると小さくなり、クランク角に対応する気筒は大きい（燃焼順が遅い）方向となる。なお、図７には各気筒にばらつき範囲（検出範囲）を持たせており、ばらつき範囲はエンジン回転速度が大きくなるにつれて小さくなる。本実施形態では、クランク角と輸送遅れとから特定される値がばらつき範囲内に含まれる気筒を、空燃比がリーンとなる排気ガスを排出した気筒、つまり燃料噴射量が少ない気筒であると判定する。そしてクランク角と輸送遅れとによって特定される値がばらつき範囲内に含まれる気筒がある場合にはステップＳ１０８へ進む。一方、クランク角と輸送遅れとによって特定される値がばらつき範囲内に含まれる気筒がない場合には本制御を終了する（ステップＳ１０７が気筒検出手段を構成する）。

ステップＳ１０８〜ステップＳ１１２までの制御は、第１実施形態のステップＳ７〜ステップＳ１１までの制御と同じなので、ここでの説明は省略する。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

気筒への供給空気量とエンジン回転速度とに基づいて輸送遅れを算出し、輸送遅れと、クランク角と、空燃比とに基づいて、燃料噴射量が減少している燃料噴射弁１を検出する。これによって、燃料噴射量が減少している燃料噴射弁１を正確に特定することができる。

クランク角と輸送遅れとに基づいて、燃料噴射量が減少している気筒を検出する場合に、ばらつき範囲を持たせることで、燃料噴射量が減少している気筒を正確に検出することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１ 燃料噴射弁
３ クランク角センサ（クランク角検出手段）
４ 空燃比センサ（空燃比検出手段）
５ コントロールユニット
６ クランクシャフト
７ 燃焼室
２０ エアフローメータ
Ｓ２、Ｓ１０１ エンジン回転速度検出手段
Ｓ４ エンジン回転速度変動検出手段
Ｓ５、Ｓ１０３ 空燃比判定手段
Ｓ６、Ｓ１０７ 気筒検出手段
Ｓ１０６ 輸送遅れ算出手段

Claims (5)

1. エンジンの各気筒に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御装置において、
   前記エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出手段と、
   前記クランク角検出手段によって検出した前記クランク角に基づいてエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
   前記エンジン回転速度が所定回転速度以下となったかどうか判定するエンジン回転速度変動検出手段と、
   前記エンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比が所定空燃比よりもリーンとなったかどうか判定する空燃比判定手段と、
   前記エンジン回転速度変動検出手段により判定される前記エンジン回転速度が前記所定回転速度以下となる周期と、前記空燃比判定手段により判定される前記空燃比が前記所定空燃比よりリーンとなる周期と、を求め、２つの周期が略一致する場合に、特定気筒の燃料噴射弁の燃料噴射量不足が発生していると判定する手段と、
   前記特定気筒の燃料噴射弁の燃料噴射量不足が発生していると判定された場合に、前記空燃比検出手段によって検出した前記空燃比と、前記クランク角検出手段によって検出したクランク角とに基づいて、前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった前記排気ガスを排出した前記特定気筒を検出する気筒検出手段と、
   前記空燃比がリーンとなる前記排気ガスを排出した前記特定気筒へ燃料を噴射する前記燃料噴射弁の燃料噴射量をリーンとなった前記排気ガスの前記空燃比に基づいて変更する燃料噴射量変更手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射弁制御装置。
2. 前記所定空燃比は、前記エンジン回転速度の低下量に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁制御装置。
3. 前記気筒検出手段は、前記エンジン回転速度が低下してから前記排気ガスが空燃比検出手段まで到達する時間に基づいて、前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった前記排気ガスを排出した前記特定気筒を検出することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁制御装置。
4. エンジンの各気筒に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御装置において、
   前記エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出手段と、
   前記エンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比が所定空燃比よりもリーンとなったかどうか判定する空燃比判定手段と、
   前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった場合に、前記空燃比検出手段によって検出した前記空燃比と、前記クランク角検出手段によって検出したクランク角とに基づいて、前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった前記排気ガスを排出した前記気筒を検出する気筒検出手段と、
   前記空燃比がリーンとなる前記排気ガスを排出した前記気筒へ燃料を噴射する前記燃料噴射弁の燃料噴射量をリーンとなった前記排気ガスの前記空燃比に基づいて変更する燃料噴射量変更手段と、
   前記気筒に供給される空気量を検出する空気量検出手段と、
   前記クランク角検出手段によって検出した前記クランク角に基づいて、前記エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
   前記空気量と前記エンジン回転速度とから前記排気ガスの輸送遅れを算出する輸送遅れ算出手段と、を備え、
   前記気筒検出手段は、
   前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった前記排気ガスが排出されたときの前記クランク角を算出し、
   前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった前記排気ガスを排出した前記気筒を検出するための検出範囲を有しており、前記クランク角と前記輸送遅れとによって特定される値が、前記検出範囲内にある場合に、前記クランク角と前記輸送遅れとに基づいて前記空燃比が前記所定空燃比よりもリーンとなった前記排気ガスを排出した前記気筒を検出し、
   前記検出範囲は、前記エンジン回転速度が低下するにつれて狭くなることを特徴とする燃料噴射弁制御装置。
5. 前記輸送遅れは、前記空気量を前記エンジン回転速度で除算して算出されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁制御装置。

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