JP6181874B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に係り、特に、空燃比センサの出力値に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する内燃機関の燃料供給装置に関する。

従来から、内燃機関を理論空燃比（ストイキ）に近い状態で燃焼させるため、排気管に設けられた空燃費センサの出力値に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する内燃機関の燃料供給装置が知られている。

特許文献１には、燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、燃料噴射量の補正係数を空燃比センサの出力値に対する空燃比補正係数（ＫＯ２）の学習値に応じて適宜更新する学習制御を適用した構成が開示されている。

特開２０１４−４７７５８号公報

ところで、特許文献１に記載されたような内燃機関の燃料供給装置においては、フィードバック制御の結果に基づいて燃料系の故障を推測検知することができる。これは、例えば、リーン燃焼が検知されたことに応じて燃料の増量補正を繰り返してもストイキに近づかないのであれば、インジェクタ等の燃料系に何らかの故障が発生していると判断できるためである。

しかしながら、この燃料系の異常を判断するための閾値を、燃料系を構成する各部品の最大精度バラツキの積算値に応じた値とすると、閾値が大きくなりすぎるために、燃料系の故障が判断される前に実際の燃焼が不調になる可能性があるという課題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、各部品の精度バラツキを考慮したうえで燃料系の故障診断を確実に実行できる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、内燃機関（Ｅ）の排気系に設けられて空燃比を検出する空燃比センサ（３２）と、機関回転数（ＮＥ）及びスロットル開度（ＴＨ）から基本燃料噴射量を導出する基本噴射量マップ（３３）に基づいて、燃料噴射弁（２２）によって前記内燃機関（Ｅ）に供給される基本燃料噴射量（Ｔ０）を演算する基本噴射量算出手段（３４）と、前記空燃比センサ（３２）の検出した空燃比に応じて、フィードバック領域内で所望の空燃比となるように実行されるフィードバック制御中の前記基本燃料噴射量（Ｔ０）を補正する空燃比補正係数（ＫＯ２）を決める空燃比補正係数算出手段（３５）と、前記基本噴射量マップ（３３）及び前記空燃比補正係数（ＫＯ２）を用いて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段（３７）と、前記空燃比補正係数（ＫＯ２）に基づいて燃料系の異常を検出する燃料系異常診断手段（７０）とを備えた内燃機関の燃料供給装置において、前記空燃比補正係数（ＫＯ２）に基づいて計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）を算出する計算値算出手段（７１）と、前記計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）が第１閾値（Ｌ１）を超えた場合に、フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップ（３３）を補正するフィードバック外マップ補正手段（６２）とを具備し、前記燃料系異常診断手段（７０）は、前記計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）が前記第１閾値（Ｌ１）よりも大きい第２閾値（Ｌ２）を超えた場合に、燃料系の異常を検出する点に第１の特徴がある。

また、前記計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）は、前記空燃比補正係数（ＫＯ２）に基づいて算出される学習値（ＫＮＳＭ）および診断値（ＫＯ２ＳＴ）であり、前記フィードバック外マップ補正手段（６２）は、前記学習値（ＫＮＳＭ）が第１閾値（Ｌ１）を超えた場合に、フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップ（３３）を補正し、前記燃料系異常診断手段（７０）は、前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）が前記第１閾値（Ｌ１）よりも大きい第２閾値（Ｌ２）を超えた場合に、燃料系の異常を検出する点に第２の特徴がある。

また、前記フィードバック領域外での補正は、前記フィードバック制御中に求められた空燃比補正係数（ＫＯ２）の学習値（ＫＮＳＭ）を用いて実行される点に第３の特徴がある。

また、前記学習値（ＫＮＳＭ）は、前記機関回転数（ＮＥ）とスロットル開度（ＴＨ）によって規定される複数の学習領域（Ａ１〜Ａ６）ごとに算出され、前記フィードバック領域外の補正は、これに隣り合う前記学習領域（Ａ１〜Ａ６）で算出された学習値（ＫＮＳＭ）を用いて実行される点に第４の特徴がある。

また、予め定められた基本空燃比補正係数（ＫＯ２−Ｂ）を有し、前記フィードバック領域外の補正は、前記学習値（ＫＮＳＭ）の平均値と前記基本空燃比補正係数（ＫＯ２−Ｂ）との差分を用いて実行される点に第５の特徴がある。

また、前記フィードバック制御中の基本噴射量マップ（３３）は、空燃比がストイキとなるように設定されており、前記フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップ（３３）は、前記フィードバック制御中よりもリッチ寄りの設定とされる点に第６の特徴がある。

また、前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）は、前記機関回転数（ＮＥ）とスロットル開度（ＴＨ）によって決まる学習領域（Ａ１〜Ａ６）毎に算出され、前記学習領域（Ａ１〜Ａ６）毎に燃料系の異常を検出する点に第７の特徴がある。

また、燃料系の故障を点灯または点滅で乗員に報知するインジケータ（６６）を備え、前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）が前記第１閾値（Ｌ１）を超えても前記インジケータ（６６）を作動させず、前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）が前記第２閾値（Ｌ２）を超えると前記インジケータ（６６）を作動させる点に第８の特徴がある。

第１の特徴によれば、前記空燃比補正係数に基づいて計算値を算出する計算値算出手段と、前記計算値が第１閾値を超えた場合に、フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップを補正するフィードバック外マップ補正手段とを具備し、前記燃料系異常診断手段は、前記計算値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、燃料系の異常を検出するので、各部品の精度バラツキを考慮したうえで燃料系の故障診断を確実に実行することができる。

詳しくは、まず、第１閾値より大きな第２閾値を燃料系の異常判断の閾値と設定したことで、各部品の精度バラツキの最大積算値を考慮した異常判断が可能になる。その一方で、第２閾値を大きな値に設定したことによる弊害、すなわち、診断値が第２閾値の手前にある状態のフィードバック領域外において、燃料系の異常判断はなされないが実際の燃焼が不調になるという事態を、基本噴射量マップへの補正により回避することが可能となる。これにより、燃料系の異常診断の正確性向上とフィードバック領域外での正常燃焼の信頼性向上とを両立することが可能となる。

第２の特徴によれば、前記計算値は、前記空燃比補正係数に基づいて算出される学習値および診断値であり、前記フィードバック外マップ補正手段は、前記学習値が第１閾値を超えた場合に、フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップを補正し、前記燃料系異常診断手段は、前記診断値が前記第１閾値よりも大きい第２閾値を超えた場合に、燃料系の異常を検出するので、各部品の精度バラツキを考慮したうえで燃料系の故障診断を確実に実行することができる。

第３の特徴によれば、前記フィードバック領域外での補正は、前記フィードバック制御中に求められた空燃比補正係数の学習値を用いて実行されるので、フィードバック領域からフィードバック領域外に移行した際に、すでに算出されている値を流用することで、補正量の演算負荷を低減することができる。

第４の特徴によれば、前記学習値は、前記機関回転数とスロットル開度によって規定される複数の学習領域ごとに算出され、前記フィードバック領域外の補正は、これに隣り合う前記学習領域で算出された学習値を用いて実行されるので、フィードバック領域外においても、フィードバック領域に対応した学習値を用いて適切な補正を実施することが可能となる。

第５の特徴によれば、予め定められた基本空燃比補正係数を有し、前記フィードバック領域外の補正は、前記学習値の平均値と前記基本空燃比補正係数との差分を用いて実行されるので、フィードバック領域外での補正量の演算負担を低減することができる。

第６の特徴によれば、前記フィードバック制御中の基本噴射量マップは、空燃比がストイキとなるように設定されており、前記フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップは、前記フィードバック制御中よりもリッチ寄りの設定とされるので、それぞれの領域に適した燃料噴射制御を実行することが可能となる。

第７の特徴によれば、前記診断値は、前記機関回転数とスロットル開度によって決まる学習領域毎に算出され、前記学習領域毎に燃料系の異常を検出するので、燃料系の異常の検知精度を高めることが可能となる。

第８の特徴によれば、燃料系の故障を点灯または点滅で乗員に報知するインジケータを備え、前記診断値が前記第１閾値を超えても前記インジケータを作動させず、前記診断値が前記第２閾値を超えると前記インジケータを作動させるので、第２閾値を、燃料系を構成する部品の精度バラツキの最大積算値とすることにより、燃料系の異常を正確に検知することが可能となる。また、燃料系に異常が生じたときにのみ乗員に認知させることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。 揮発燃料の還流経路を含む内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 フィードバック領域とＫＮＳＭとの関係を示すＫＮＳＭマップである。 第１閾値および第２閾値の設定を示す概念図である。 部品の精度バラツキの積み上げ状態を示す説明図である。 フィードバック領域とフィードバック領域外との対応関係を示す図である。 空燃比補正係数ＫＯ２と診断値ＫＯ２ＳＴとの関係を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。自動二輪車に搭載される水冷式の内燃機関（エンジン）Ｅのシリンダボア１１には、ピストン１２が摺動可能に収納されている。エンジンＥのシリンダヘッド１６には、燃焼室１３に混合気を供給する吸気装置１４と、燃焼室１３からの排ガスを排出する排気装置１５とが接続されている。吸気装置１４には吸気通路１７が形成されており、排気装置１５には排気通路１８が形成されている。排気装置１５と排気通路１８との間には触媒コンバータ２５が取り付けられている。シリンダヘッド１６には、その先端が燃焼室１３に突出する点火プラグ２０および動弁機構の吸排気バルブが取り付けられている。

吸気装置１４には、吸気量を制御するスロットルバルブ２１が開閉可能に配設され、スロットルバルブ２１より下流側には、燃料を噴射する燃料噴射弁２２が設けられている。また、吸気通路１７には、スロットルバルブ２１を迂回するバイパス通路２７が接続されており、このバイパス通路２７を流通する空気量をアクチュエータ２８で調整することでアイドリング（アイドル）回転数の調整が行われる。

制御部としての制御ユニットＣは、点火プラグ２０の点火タイミング、燃料噴射弁２２からの燃料噴射量およびアクチュエータ２８の作動を制御する。制御ユニットＣ（以下、制御部Ｃと示すこともある）には、スロットルバルブ２１の開度を検出するスロットル開度センサ２６、ピストン１２に連接されたクランク軸２９の回転数を検出する回転数センサ３０、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ３１の出力信号、排ガス中の残存酸素濃度を検出するために触媒コンバータ２５より上流側の排気通路１８に取り付けられるＯ２センサ（空燃比センサ）３２の出力信号がそれぞれ入力される。

図２は、揮発燃料の還流経路を含む内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。制御部Ｃには、エンジン回転数センサ３０、水温センサ３１、吸気圧センサ４０、スロットル開度センサ２６、燃料タンクＴの内圧を検知する圧力センサ４３の出力信号が入力される。

スロットル開度センサ２６は、スロットルバルブ２１を支持するスロットルボディ４１に取り付けられる。また、空燃比センサ３２は、理論空燃比に対してリーンまたはリッチであることが判断できる酸素センサとされる。

燃料タンクＴから燃料噴射弁２２に燃料を供給する通路には燃料ポンプ４２が設けられる。燃料タンクＴの内部で燃料が揮発して生じるベーパは、チャコールキャニスタ４６を介して吸気通路１７に戻されてエンジンＥで燃焼される。詳しくは、燃料タンクＴの内圧が上昇して誘導管路４４に設けられたチェックバルブ４５を通過したベーパは、チャコールキャニスタ４６内の活性炭４７に吸着される。チャコールキャニスタ４６の出口管路４８と、エンジンＥの吸気通路１７に接続される誘導管路５０との間には、制御部Ｃによって開閉制御される電磁弁４９が設けられており、エンジンＥの運転状態に応じてベーパの還流流量が調整される。

図３は、制御部Ｃの構成を示すブロック図である。制御部Ｃは、基本噴射量マップ３３に基づいて基本噴射量を定める基本噴射量算出手段３４と、空燃比センサ３２の出力信号に基づいて空燃比を目標空燃比に近づけるための空燃比補正係数ＫＯ２を算出する空燃比補正係数算出手段３５と、空燃比補正係数算出手段３５で得られたＫＯ２等に基づいて実際の燃料噴射量Ｔ０を算出する燃料噴射量算出手段３７とを含む。

また、基本噴射量算出手段３４は、エンジン回転数センサ３０で得られるエンジン回転数ＮＥおよびスロットル開度センサ２６で得られるスロットル開度ＴＨに基づいて、基本噴射量マップ３３から基本噴射量を導き出す。

燃料噴射量算出手段３７には、スロットル開度センサ２６の出力に基づいてスロットル開度の変化率ΔＴＨを検知するスロットル開度変化率検知手段３８と、スロットル開度の変化率ΔＴＨに基づいて車両が加速運転状態にあるか否かを検知する加速運転状態検知手段３９と、車両の加速状態等の運転状態に応じて基本噴射量を補正する噴射量補正手段６０とが含まれる。

エンジンＥの運転状態は、スロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数ＮＥからなるエンジン負荷のマップで示すことができる。本実施形態では、このエンジン負荷のマップ上で、エンジンＥの運転状態を所定のフィードバック領域（Ｏ２Ｆ／Ｂ領域）とそれ以外の領域（Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外）とに分け、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域にあるときのみ空燃比センサ３２の出力に基づくフィードバック制御を行うように設定されている。すなわち、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域では、ストイキ燃焼を実現するためのフィードバック制御が実行され、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外では、基本的に基本噴射量マップ３３に沿った噴射制御が実行される。

噴射量補正手段６０には、エンジンＥの運転状態がＯ２Ｆ／Ｂ領域にあるか否かを判定するフィードバック判定手段６１と、エンジンＥの運転状態がＯ２Ｆ／Ｂ領域外にある場合に基本噴射量マップ３３を補正するフィードバック外マップ補正手段６２と、エンジンＥの運転状態がＯ２Ｆ／Ｂ領域にあるときにフィードバック制御の学習値（ＫＮＳＭ）を補正（更新）するフィードバック中学習値補正手段６３とが含まれる。

噴射量補正手段６０には、各種の情報を記憶する不揮発性メモリ６５が含まれる。これにより、一旦システムの電源を落としても、再始動時に記憶した情報を読み出して用いることが可能となる。

空燃比補正係数算出手段３５は、Ｏ２センサ３２の出力信号に基づいて排ガスのリッチ・リーンの程度を判定すると共に、この判定結果に基づいて空燃比の空燃比補正係数ＫＯ２を算出する。ここで、空燃比補正係数ＫＯ２は、ストイキ燃焼を実現するのに必要な補正の程度を示す値であり、算出された空燃比補正係数ＫＯは燃料噴射量算出手段３７に伝達される。噴射量補正手段６０は、算出された空燃比補正係数ＫＯを用いて、エンジンＥの運転状態がＯ２Ｆ／Ｂ領域にあるときの補正量を導き出す。

燃料系異常診断手段７０は、フィードバック制御の結果に基づいて燃料系の故障を推測検知する。この推測検知は、フィードバック制御中に、ある程度以上の増減補正を行ってもストイキに近づかない場合は、補正の指令を発しているにもかかわらず実際の噴射量が変化していない、すなわち、インジェクタ等の燃料系が故障していると判断できることに基づいて実行される。

燃料系異常診断手段７０には、第１閾値Ｌ１、第２閾値Ｌ２および計算値算出手段７１が含まれる。計算値算出手段７１は、フィードバック制御の学習値ＫＮＳＭを空燃比補正係数ＫＯ２に基づいて算出するフィードバック中学習値算出手段と、診断値ＫＯ２ＳＴを空燃比補正係数ＫＯ２に基づいて算出する診断値算出手段とを含んで構成される。診断値ＫＯ２ＳＴは学習値ＫＮＳＭを基に算出され、学習値ＫＮＳＭは平均値ＫＯ２ＡＶＥを基に算出される。平均値ＫＯ２ＡＶＥは、所定回数算出されたＫＯ２の平均値である。各値の算出方法は後述する。

本実施形態では、第２閾値Ｌ２が第１閾値Ｌ１より大きい値に設定されており、診断値ＫＯ２ＳＴが第２閾値Ｌ２を超えた場合に、燃料系に異常が生じていると診断してインジケータ６６を作動させる。一方、学習値ＫＮＳＭが第１閾値Ｌ１を超え、かつ第２閾値Ｌ２以下の範囲では、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外で適用される基本噴射量マップ３３を補正するように構成されている。この補正は、フィードバック外マップ補正手段６２によって実行される。

なお、第１閾値Ｌ１及び第２閾値Ｌ２と比較する値の設定は、上記したパターンに限られず、種々の変形が可能である。すなわち、学習値ＫＮＳＭまたは診断値ＫＯ２ＳＴのいずれか一方のみを第１閾値Ｌ１及び第２閾値Ｌ２と比較する値として用いたり、また、学習値ＫＮＳＭが第２閾値Ｌ２を超えた場合に、燃料系に異常が生じていると診断してインジケータ６６を作動させ、診断値ＫＯ２ＳＴが第１閾値Ｌ１を超え、かつ第２閾値Ｌ２以下の範囲では、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外で適用される基本噴射量マップ３３を補正するように設定することもできる。

診断値ＫＯ２ＳＴは、空燃比補正係数ＫＯ２の一時的な変化によってインジケータ６６が誤作動することを防ぐために設定されるもので、ＫＯ２が長時間変化しなければ徐々にＫＯ２に近づいて最終的に同じ値となる。診断値ＫＯ２ＳＴの算出方法は後述する。

図４は、エンジン負荷に応じた複数のフィードバック領域（Ｏ２Ｆ／Ｂ領域）とＫＮＳＭとの関係を示すＫＮＳＭマップである。ＫＮＳＭマップは、噴射量補正手段６０に収納されている。

制御部Ｃは、エンジン回転数ＮＥおよびスロットル開度ＴＨに基づいてエンジン負荷がどの領域にあるかを検索する。本実施形態では、エンジン回転数ＮＥおよびスロットル開度ＴＨに基づいて６つのＯ２Ｆ／Ｂ領域が設定されている。この図では、アイドル領域を含む６つのＯ２Ｆ／Ｂ領域を「学習領域Ａ１〜Ａ６」と示す。なお、負荷領域間の境界にはヒステリシスを与えることができる。

ここで、空燃比補正係数ＫＯ２は、空燃比のフィードバック制御を行う際に所定の周期毎に一時的に使用される変数である。Ｏ２Ｆ／Ｂ領域では、空燃比補正係数ＫＯ２に基づくフィードバック制御を行って空燃比を目標空燃比に近づける。

これに対し、環境補正係数ＫＮＳＭは、エンジンＥの経時変化に応じて変化するように学習しつつエンジンＥの負荷領域毎に定められている。ＫＮＳＭは、所定の周期で不揮発性メモリ６５に記録され、車両の電源をオフにしてシステムを停止した後にも値が保持されて次回のシステム起動時に読み込まれる。

そして、エンジンＥの運転状態がＯ２Ｆ／Ｂ領域にあるときは、学習領域Ａ１〜Ａ６のどの領域にあるのかを検知して、それぞれに対応したＫＮＳＭ１〜ＫＮＳＭ６が選択され、最新の空燃比補正係数ＫＯ２を用いた学習処理が行われる。

また、ＫＯ２とＫＮＳＭとの間には、以下のような関係が成立する。フィードバック制御においては、ストイキを狙って補正量が増大すると、これに応じて空燃比補正係数ＫＯ２が大きな値となるが、演算処理上、ＫＯ２は１．０に近い値としておきたい。そこで、ＫＯ２の値が一定の状態で所定時間経過した際に、ＫＯ２の値を１．０に戻すためにＫＮＳＭの値を更新する（学習して記憶する）ように構成されている。これが、ストイキ燃焼からの乖離の程度を示す学習値の意味である。

本願発明では、ＫＮＳＭの学習値を算出するために、ＫＯ２の平均値（ＫＯ２ＡＶＥ）が算出される。ここで、空燃比センサ３２は、ストイキ状態を境にステップ状の電圧出力を示し、ストイキに対してリーンまたはリッチであるとの判断のみが可能なセンサである。

空燃比センサ３２の出力値に基づいて理論空燃比にあることを検知する手法は、以下のようになる。ストイキ時に所定電圧を出力する空燃比センサ３２の出力値は、エンジンの燃焼状態がストイキに近づいてくると、その振れ幅を小さくしながら所定電圧に収束しようとする。このとき、空燃比センサ３２の出力値の変化率の正から負または負から正へ変化したことを「出力値が反転」したものとし、その反転回数をカウントすることができる。本実施形態では、空燃比センサ３２の出力値の反転が３回行われたことによって、安定したストイキ状態にあるとして、この３回のＫＯ２の平均値をＫＯ２ＡＶＥとして算出するように構成されている。

制御部Ｃは、まず、スロットル開度ＴＨおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて基本噴射量Ｔ０を定める。次に、空燃比センサ３２の検出値に応じて定まる空燃比補正係数ＫＯ２とエンジン負荷領域毎に定められる環境補正係数ＫＮＳＭとを、基本噴射量Ｔ０に乗算する。これにより、空燃比のフィードバック制御が可能となる。

図５は、燃料系の異常診断を実行するための第１閾値Ｌ１および第２閾値Ｌ２の設定を示す概念図である。また、図６は燃料系の異常診断を実行するために考慮する部品の精度バラツキの積算状態を示す説明図である。

内燃機関の燃料供給装置においては、燃料系を構成する種々の部品の精度バラツキが燃料噴射量の補正量に影響を与える。図６に示すように、同じ部品が用いられた同型の車両において、想定可能な精度バラツキの最大値は、（ａ）に示すように、エンジン、ＴＰＳ（スロットルポジションセンサ）又はＰＢ（大気圧センサ）、インジェクタ、燃料ポンプのそれぞれの精度バラツキの最大値を積算したものとなる。

（ａ）に示すように設定しておけば、例えば、実際に燃料ポンプが故障した際に、（ｂ）に示すように燃圧低下が小さいときは異常を検知できなくても、（ｃ）に示すように燃圧低下が大きくなれば確実に異常が検知される。

なお、診断値ＫＯ２ＳＴは、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度ＴＨによって決まる学習領域Ａ１〜Ａ６毎に算出することができる。このとき、燃料系異常診断手段７０は、学習領域Ａ１〜Ａ６毎に燃料系の異常を検出する。これにより、燃料系の異常の検知精度を高めることができる。

ここで、本実施形態では、実際には故障が生じていないのにインジケータ６６が作動することがないように、燃料系の異常を検知するための第２閾値Ｌ２を大きめな値に設定しているが、このような設定による弊害が存在する。

その弊害とは、図５に運転状態Ｄ１，Ｄ２で示すように、診断値ＫＯ２ＳＴが第２閾値Ｌ２より少し小さい場合に、エンジンの運転状態がＯ２Ｆ／Ｂ領域からＯ２Ｆ／Ｂ領域外に遷移すると、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外での燃焼が不調となる可能性があることである。以下に詳しく説明する。

診断値ＫＯ２ＳＴが第２閾値Ｌ２より少し小さい場合とは、燃料系の異常とは判断されないものの、ストイキからの乖離の程度がかなり大きい状態（空燃比補正係数ＫＯ２の値がかなり大きい）である。ストイキからの乖離が大きくても、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域であればフィードバック制御によって大きな補正量が与えられて自動的にストイキを得ることができる。しかしながら、その状態でＯ２Ｆ／Ｂ領域から一歩出た場合には、ストイキからの乖離が大きすぎて正常な燃焼ができなくなる可能性がある。特に、自動二輪車等の小型車両においては、エンジンＥが高回転寄りの設定とされることからリーンタフネス性が低く、失火等の不調が生じやすくなる。

そこで、本願発明では、診断値ＫＯ２ＳＴが第１閾値Ｌ１と第２閾値Ｌ２との間にある場合、すなわち、診断値ＫＯ２ＳＴが区間Ｂまたは区間Ｃにある場合には、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外において基本噴射量マップ３３を補正するようにした。その補正に関しては、隣り合うＯ２Ｆ／Ｂ領域でのＫＯ２を適用するように設定されている。

これにより、フィードバック制御が行われないＯ２Ｆ／Ｂ領域外においても実際の燃焼状態に則した燃料補正が適用され、部品の精度バラツキを考慮して異常検知の閾値を大きく設定したことによる弊害（Ｏ２Ｆ／Ｂ領域からＯ２Ｆ／Ｂ領域外に遷移した際に燃焼が不調となること）が解消される。すなわち、何らの弊害を伴うことなく、各部品の精度バラツキを考慮したうえで燃料系の故障診断を確実に実行できることとなる。

また、基本噴射量マップ３３は、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域用とＯ２Ｆ／Ｂ領域外用の２種類を予め用意しておくことができる。この場合、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域用のマップは空燃比がストイキとなるように設定し、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外用のマップはフィードバック制御中よりもリッチ寄りの設定とする。これにより、それぞれの領域に対して、実際の運転状態に則した基本噴射量マップが適用されることとなる。

図７は、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域とＯ２Ｆ／Ｂ領域外との対応関係を示す図である。前記したように、本願発明では、本来はフィードバック制御を実行しないＯ２Ｆ／Ｂ領域外においても、診断値ＫＯ２ＳＴが第１閾値Ｌ１と第２閾値Ｌ２との間にある場合には、所定量の補正を行うことを特徴とする。このとき、補正の所定量は、隣り合うＯ２Ｆ／Ｂ領域で適用されていた空燃比補正係数ＫＯ２に基づいて算出される。この図では、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外を「領域７〜１２」と示している。

本実施形態では、Ｏ２Ｆ／Ｂ領域外の領域７〜１２の境界を、学習領域Ａ１〜Ａ６同士の境界の延長線上に設定している。これにより、例えば、学習領域Ａ３で運転中に診断値ＫＯ２ＳＴが第１閾値Ｌ１と第２閾値Ｌ２との間に入り、その状態のまま、エンジン回転数ＮＥが低下して領域９へ遷移した場合には、学習領域Ａ３に隣り合う領域９において、学習領域Ａ３で適用されていた空燃比補正係数ＫＯ２を適用して基本噴射量マップ３３が補正されることとなる。換言すれば、診断値ＫＯ２ＳＴが各学習領域Ａ１〜Ａ６毎に算出され、学習領域Ａ１〜Ａ６毎に燃料系の異常が検出されることとなり、燃料系の異常の検知精度が高められる。

図８は、空燃比補正係数ＫＯ２と診断値ＫＯ２ＳＴとの関係を示す説明図である。前記したように、診断値ＫＯ２ＳＴは、燃料系の故障診断を実行するために算出される。診断値ＫＯ２ＳＴは、平均値の今回値から診断値の前回値を減じた値に係数ｋを乗じ、この値に診断値の前回値を加算した値とされる。すなわち、ＫＯ２ＳＴ＝ｋ（ＫＯ２ＡＶＥｎ−ＫＯ２ＳＴｎ−１）＋ＫＯ２ＳＴｎ−１の演算式で求められる。

ここで、係数ｋは１以下の値に設定されるため、診断値ＫＯ２ＳＴは、学習値と１つ前の診断値ＫＯ２ＳＴの差分に１以下の係数を乗じた値を１つ前の診断値ＫＯ２ＳＴに加えることで求められることとなる。これにより、瞬間的な空燃比補正係数ＫＯ２の変動が発生した場合でも診断値ＫＯ２ＳＴが影響を受けることがない。

上記した演算式の設定によれば、ＫＯ２の変化に対してＫＯ２ＳＴの変化は緩やかになり、例えば、ガス欠や揮発ガス等の影響によって空燃比補正係数ＫＯ２が一時的に第２閾値Ｌ２を超えることがあっても、それによって直ちに燃料系の故障と判定されることを防ぐことができる。本実施形態では、図示するようにＫＯ２の値が急激に減少した場合に、減少開始から所定時間後には燃料系の故障と判定することが可能である。

算出された診断値ＫＯ２ＳＴは、基本診断値ＫＯ２ＳＴ−Ｂとして不揮発性メモリ６５に保存され、診断値ＫＯ２ＳＴの初期値として、次回の起動時に使用される。これにより、エンジン再起動後の診断時間を短縮することが可能となる。

なお、診断値ＫＯ２ＳＴと基本診断値ＫＯ２ＳＴ０とを比較し、両者間に一定以上の差があるときのみ診断値ＫＯ２ＳＴを更新するように設定することができる。これにより、更新する必要があるときだけ不揮発性メモリ６５への書き込みを行うので、書き込み回数の限られた不揮発性メモリ６５の使用期限を延ばすことができる。

また、フィードバック領域外での補正は、予め定められた基本空燃比補正係数ＫＯ２−Ｂを用いて実行してもよい。具体的には、フィードバック制御中に算出された学習値（ＫＮＳＭ）の平均値と、基本空燃比補正係数ＫＯ２−Ｂとの差分を用いてフィードバック領域外での補正を実行することができる。このとき、基本空燃比補正係数ＫＯ２−Ｂは、エンジンＥの負荷領域毎に定めておくことができる。さらに、フィードバック領域外での補正は、所定の学習領域で学習値（ＫＮＳＭ）の平均値が未だ算出されていない場合には、他の領域で算出された平均値と基本空燃比補正係数ＫＯ２−Ｂとの差分を用いて実施してもよい。

なお、燃料噴射制御装置の構成、学習領域の区分範囲、第１閾値および第２閾値の設定値、診断値の算出方法等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、鞍乗型の二／三／四輪車等の各種車両の動力源としての内燃機関のほか、農業機械やスノーモビル等の種々の内燃機関に適用することが可能である。

２２…燃料噴射弁、２６…スロットル開度センサ、３０…エンジン回転数センサ、３１…水温センサ、３２…空燃比センサ（Ｏ２センサ）、３３…基本噴射量マップ、３７…燃料噴射量算出手段、３８…スロットル開度変化率検知手段、３９…加速運転状態検知手段、６０…噴射量補正手段、６１…フィードバック判定手段、６２…フィードバック外マップ補正手段、６３…フィードバック中学習値補正手段、６５…不揮発性メモリ、６６…インジケータ、Ａ１〜Ａ６…学習領域（フィードバック領域）、Ｃ…制御部（制御ユニット）、Ｅ…エンジン（内燃機関）、Ｌ１…第１閾値、Ｌ２…第２閾値、ＫＮＳＭ１〜ＫＮＳＭ６…環境補正係数、ＫＯ２…空燃比補正係数、ＫＯ２ＡＶＥ…平均値、ＫＮＳＭ…学習値、ＫＯ２ＳＴ…診断値、ＫＯ２−Ｂ…基本空燃比補正係数、ＫＯ２ＳＴ−Ｂ…基本診断値

Claims (8)

1. 内燃機関（Ｅ）の排気系に設けられて空燃比を検出する空燃比センサ（３２）と、
   機関回転数（ＮＥ）及びスロットル開度（ＴＨ）から基本燃料噴射量を導出する基本噴射量マップ（３３）に基づいて、燃料噴射弁（２２）によって前記内燃機関（Ｅ）に供給される基本燃料噴射量（Ｔ０）を演算する基本噴射量算出手段（３４）と、
   前記空燃比センサ（３２）の検出した空燃比に応じて、フィードバック領域内で所望の空燃比となるように実行されるフィードバック制御中の前記基本燃料噴射量（Ｔ０）を補正する空燃比補正係数（ＫＯ２）を決める空燃比補正係数算出手段（３５）と、
   前記基本噴射量マップ（３３）及び前記空燃比補正係数（ＫＯ２）を用いて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段（３７）と、
   前記空燃比補正係数（ＫＯ２）に基づいて燃料系の異常を検出する燃料系異常診断手段（７０）とを備えた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記空燃比補正係数（ＫＯ２）に基づいて計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）を算出する計算値算出手段（７１）と、
   前記計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）が第１閾値（Ｌ１）を超えた場合に、フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップ（３３）を補正するフィードバック外マップ補正手段（６２）とを具備し、
   前記燃料系異常診断手段（７０）は、前記計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）が前記第１閾値（Ｌ１）よりも大きい第２閾値（Ｌ２）を超えた場合に、燃料系の異常を検出することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記計算値（ＫＮＳＭ，ＫＯ２ＳＴ）は、前記空燃比補正係数（ＫＯ２）に基づいて算出される学習値（ＫＮＳＭ）および診断値（ＫＯ２ＳＴ）であり、
   前記フィードバック外マップ補正手段（６２）は、前記学習値（ＫＮＳＭ）が第１閾値（Ｌ１）を超えた場合に、フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップ（３３）を補正し、
   前記燃料系異常診断手段（７０）は、前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）が前記第１閾値（Ｌ１）よりも大きい第２閾値（Ｌ２）を超えた場合に、燃料系の異常を検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装置。
3. 前記フィードバック領域外での補正は、前記フィードバック制御中に求められた空燃比補正係数（ＫＯ２）の学習値（ＫＮＳＭ）を用いて実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記学習値（ＫＮＳＭ）は、前記機関回転数（ＮＥ）とスロットル開度（ＴＨ）によって規定される複数の学習領域（Ａ１〜Ａ６）ごとに算出され、
   前記フィードバック領域外の補正は、これに隣り合う前記学習領域（Ａ１〜Ａ６）で算出された学習値（ＫＮＳＭ）を用いて実行されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 予め定められた基本空燃比補正係数（ＫＯ２−Ｂ）を有し、
   前記フィードバック領域外の補正は、前記学習値（ＫＮＳＭ）の平均値と前記基本空燃比補正係数（ＫＯ２−Ｂ）との差分を用いて実行されることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記フィードバック制御中の基本噴射量マップ（３３）は、空燃比がストイキとなるように設定されており、
   前記フィードバック領域外で適用される基本噴射量マップ（３３）は、前記フィードバック制御中よりもリッチ寄りの設定とされることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置。
7. 前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）は、前記機関回転数（ＮＥ）とスロットル開度（ＴＨ）によって決まる学習領域（Ａ１〜Ａ６）毎に算出され、
   前記学習領域（Ａ１〜Ａ６）毎に燃料系の異常を検出することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の内燃機関の燃料供給装置。
8. 燃料系の故障を点灯または点滅で乗員に報知するインジケータ（６６）を備え、
   前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）が前記第１閾値（Ｌ１）を超えても前記インジケータ（６６）を作動させず、
   前記診断値（ＫＯ２ＳＴ）が前記第２閾値（Ｌ２）を超えると前記インジケータ（６６）を作動させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の内燃機関の燃料供給装置。

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