JP6350237B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射の制御を行う燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関の気筒における燃料噴射に異常が生じた場合、インジェクタから噴射される燃料噴射量（実噴射量）に過不足が生じ、エミッションや燃費に影響する。そこで、アクセル操作が解除された後のアイドル定常状態で内燃機関の各気筒の燃料噴射が実施される際に、燃料噴射の異常判定が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２４１３５３号公報

内燃機関の定常状態で異常判定を行う際に、１燃焼ごとに単段噴射を実施する場合には、実噴射量の過不足分が小さくなるために、燃料噴射の異常を正しく検出できないおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、内燃機関における燃料噴射の異常を適正に判定できる燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、内燃機関（１０）の運転状態に基づいて決定される要求噴射量に応じて燃料噴射手段（１１）を制御する燃料噴射制御装置であって、車両の減速開始後において所定噴射量での燃料噴射を実施した後、当該燃料噴射を停止させる減速時制御手段と、車両の減速状態における１燃焼ごとの燃料の噴射段数を多段に設定する噴射段数設定手段と、前記車両の減速状態において前記噴射段数設定手段により設定した段数で多段噴射を実施した状態での前記燃料噴射手段による実噴射量に基づいて、前記燃料噴射手段による燃料噴射の異常を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、車両の減速状態で異常判定する際に、１燃焼ごとの燃料の噴射段数を多段で実施するようにした。この場合、燃料噴射に異常があれば、所定噴射量と実噴射量との差、すなわち実噴射量の過不足分が増大されるため、異常判定の精度を向上させることができる。以上により、燃料噴射手段の異常判定を適正に実施することができるようになる。

本実施形態に係る燃料噴射システムの構成を示す図。 異常判定マップを示す図。 噴射量偏差の説明図。 異常判定処理のフローチャート。 異常判定処理の実行例を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両用の多気筒ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして本発明を具体化している。

図１において、多気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジン１０という）は４つの気筒を備え、気筒毎に電磁式のインジェクタ１１が配設されている。これらのインジェクタ１１は各気筒共通のコモンレール（蓄圧配管）１２に接続されている。コモンレール１２には燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ１３が接続され、高圧ポンプ１３の駆動に伴い噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール１２に連続的に蓄圧される。高圧ポンプ１３は、エンジン１０の回転に伴い駆動され、エンジン回転に同期して燃料の吸入及び吐出が繰り返し行われる。高圧ポンプ１３には、その燃料吸入部に電磁駆動式の吸入調量弁（ＳＣＶ）１３ａが設けられており、フィードポンプ１４によって燃料タンク１５から汲み上げられた低圧燃料は吸入調量弁１３ａを介して当該高圧ポンプ１３の燃料室に吸入される。

コモンレール１２にはコモンレール圧センサ１６が設けられており、このコモンレール圧センサ１６によりコモンレール１２内の燃料圧（コモンレール圧）が検出される。図示は省略するが、コモンレール１２には電磁駆動式（又は機械式）の減圧弁が設けられており、コモンレール圧が過剰に上昇した場合にはこの減圧弁が開放されて減圧が行われるようになっている。

エンジン１０の各気筒のクランク軸１７付近には、該クランク軸１７の回転速度を検出する回転速度センサ１８が設けられている。回転速度センサ１８は、例えば、クランク軸１７に一体に設けられたタイミングロータの歯の通過を検出する電磁ピックアップ式センサであり、該回転速度センサ１８の検出信号を波形整形することによりパルス状の回転速度信号が生成される。例えば、回転速度パルスの角度間隔（パルス立ち上がりエッジ間の角度）は６°ＣＡであり、６°ＣＡ周期で瞬時回転速度の検出が可能となっている。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、各種プログラム及びデータを格納する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等）、入出力回路、電源回路等からなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ２０は、図示を略すイグニッションスイッチがオンすると起動され、各種センサから逐次入力される検出信号を用いて、記憶装置に格納された各種の制御プログラムを実行することで、高圧ポンプ１３やインジェクタ１１等の各制御部品のアクチュエータを電子制御する。

本実施形態のＥＣＵ２０は、エンジン１０の回転速度ＮＥやアクセル開度ＡＣＣＰ等のエンジン運転情報に基づいて、燃料噴射制御、減速時制御、アイドリングストップ制御、異常判定処理の各機能を実現する。

燃料噴射制御では、エンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量（要求噴射量）及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ１１に出力する。これにより、各気筒においてインジェクタ１１から燃焼室への燃料噴射を個別に制御する。

なお本実施形態では、ＥＣＵ２０は、エンジン１０の１周期（１燃焼サイクル：吸気行程−圧縮行程−膨張行程（爆発行程）−排気行程）中、つまりエンジン１０のクランク軸１７が２回転（７２０°ＣＡ）する間における、気筒ごとのインジェクタ１１による燃料の噴射段数を単段又は複数段に可変設定できる。

減速時制御では、車両の走行中（車速＞０）にアクセル開度ＡＣＣＰがゼロになることで、車両が減速を開始してから、燃料噴射が停止させるまでの間に、予め定められた燃料噴射量である所定噴射量で燃料噴射を実施する。このとき燃料噴射量を徐々に減少させる処理を行うことで、減速に伴って燃料噴射量が急に減少されることに伴うトルクショックの発生を抑える。詳しくは、アクセル開度ＡＣＣＰがゼロになった以降、所定の減少率で燃料噴射量をゼロになるまで徐々に減らしていく。なお、燃料噴射量の減少率は、燃料噴射量＝０になるまで一律でもよいし、当初は大きくし、その後小さくしていくようにしてもよい。この場合、減速開始時の燃料噴射量に応じて、燃料噴射量＝０になるまでの時間（減速噴射期間の長さ）が相違する。

アイドリングストップ制御では、ＡＣＣＰ＝０であり且つ車速がゼロ又はゼロ付近の所定値となった際にエンジン１０を自動停止する。その後、アクセル開度ＡＣＣＰがゼロよりも大きくなったことが検出された際に、自動停止を解除して、エンジン１０を再始動する。

異常判定処理では、車両の減速開始後において燃料噴射を実施した後、燃料噴射が停止されるまでの間において、所定の噴射量指令値に基づく燃料噴射量に対するインジェクタ１１から実際に噴射された燃料噴射量（実噴射量）の過不足に応じて、気筒毎の燃料噴射の異常を判定する。なお実噴射量は、エンジン回転速度等のエンジン運転状態に基づき算出される他、コモンレール圧センサ１６で検出されるレール圧を用いて算出できる。

エンジン回転速度に基づいて実噴射量を算出する構成について簡単に説明しておく。エンジン１０の各気筒では、所定角度ごと（本実施形態では６°ＣＡごと）に瞬時回転速度が算出されるとともに、その瞬時回転速度に基づいて、気筒ごとに燃焼の前後での回転上昇量が算出される。この場合、燃料噴射量と回転上昇量とには相関があり、燃料噴射量が過少であれば回転上昇量が小さくなり、燃料噴射量が過多であれば回転上昇量が大きくなることを利用して、気筒ごとに実噴射量を算出する。

例えば図２に示す噴射量指令値と実噴射量との対応関係を示すマップを用いて異常判定を実施する。なお図２のマップは、噴射量指令値と実噴射量とが一致する正常領域Ｄ１と、噴射量指令量と実噴射量とが不一致となる異常領域Ｄ２とに分けられており、正常領域Ｄ１は、インジェクタ１１の機差等に基づく誤差ＡＥを含む範囲で設定されている。

噴射量指令値と実噴射量とが略一致する場合、すなわち実噴射量の過不足が正常領域Ｄ１の範囲内の場合には燃料噴射は正常であると判定する。噴射量指令値に対する実噴射量の過不足が大きいことで、正常領域Ｄ１の誤差範囲を超える場合、すなわち異常領域Ｄ２の範囲内となる場合には、燃料噴射に異常があると判定する。

ところで、燃料噴射に異常が生じていれば、噴射量指令値に対して実噴射量に過不足が生じることとなるが、１燃焼ごとに単段噴射を実施する場合には、この実噴射量の過不足分が小さくなるため、燃料噴射に異常があるにもかかわらず、その異常を正しく検出できないおそれがあった。

すなわち図２において、燃料噴射に異常がある場合に、実噴射量の過不足が正常領域Ｄ１の誤差範囲内に含まれてしまう場合には、燃料噴射が正常であると誤判定されることとなる。

また、燃料噴射に異常がある場合、噴射量指令値と実噴射量との差は、１燃焼ごとの燃料の噴射段数が大きくなるほど増加する傾向がある。例えば図３において、１回の噴射ごとに噴射量指令値に対する実噴射量の差ΔＱが生じるとする。この場合、１燃焼で単段噴射を実施する場合には、噴射量指令値と実噴射量との差ΔＱとなる。一方、１燃焼でｎ段（ｎ≧２，図３ではｎ＝３）の多段噴射を実施する場合には、噴射量指令値と実噴射量との差は３倍（ΔＱ×３）に増大する。

そこで本実施形態では車両の減速状態で異常判定を行う際に、１燃焼ごとの燃料の噴射段数を多段で実施する。

なお、１燃焼ごとの燃料の噴射段数を増やすほど、噴射量指令値と実噴射量の差が増大するため異常判定の精度を高められる。しかし、燃料の噴射段数を急に増加させると、燃焼状態が急変し、内燃機関の回転速度ＮＥが急に変化するトルクショックが生じる懸念がある。

そこで本実施形態では、車両の減速状態での噴射段数の最大値である要求噴射段数を設定する。そして車両の減速開始直前の噴射段数よりも要求噴射段数が所定以上（例えば２段以上）大きい場合には、要求噴射段数に対して噴射段数を徐々に増加させる処理を行う。

また、車速の減速時には、燃料噴射量がゼロになるまで、噴射量指令値が徐々に減らされるが、要求噴射段数での燃料噴射が実施された後、噴射段数を急に減少させる場合にもトルクショックが生じるおそれがある。そこで、要求噴射段数での燃料噴射が実施された後、車両の減速中における燃料噴射が停止されるまでの間に、噴射段数が徐々に減少されるように設定する。以上によりトルク変化を抑えつつ、エンジン１０を停止させることができる。

次に本実施形態の異常判定処理について図４のフローチャートに基づき詳しく説明する。なお以下の処理は、ＥＣＵ２０が気筒毎に所定周期で繰り返し実施する。

まず、図４において、アクセル開度等に基づいて、車両が減速状態になっているか否かを判定するとともに（Ｓ１１）、減速開始後において燃料噴射が継続されている状態下であるか否かを判定する（Ｓ１２）。そして、Ｓ１１，Ｓ１２が共にＹＥＳである場合に、減速開始直後のタイミングであるか否かを判定する（Ｓ１３）。

Ｓ１３がＹＥＳの場合、減速開始直前の燃料噴射量を取得する（Ｓ１４）。また、その燃料噴射量に基づいて、噴射段数の最大値である要求噴射段数と、減速噴射時における段数変更パターンとを設定する（Ｓ１５）。具体的には、減速開始直前の燃料噴射量が大きいほど減速噴射期間の長さが大きくなることを鑑みて、減速開始直前の燃料噴射量が大きいほど、要求噴射段数を大きくする。この場合、減速開始直前の燃料噴射量が比較的大きければ、段数変更のための期間の確保が容易となるため、要求噴射段数を大きくすることが可能となる。又は、減速開始直前の燃料噴射量が大きいほど、噴射段数を要求噴射段数（最大値）に対して増減する際の変化量を緩やかにしてもよい。この場合、同一の噴射段数での噴射回数を多くすることで、噴射段数の変更に起因するショック軽減の効果が高められる。

また、Ｓ１５において、車両の減速開始直前の噴射段数と要求噴射段数とが所定以上（例えば２段以上）相違しているか否かを判定し、２段以上相違していることを条件に、噴射段数を徐々に増やすパターンを設定する。要求噴射段数や段数変更パターンの設定が完了した後は、それらの設定に応じて逐次の噴射機会での燃料噴射が実施される。

また、Ｓ１３がＮＯの場合、実噴射量を算出する（Ｓ１６）。この場合、特に、噴射段数が要求噴射段数になっている状態において（すなわち、噴射段数を増減させている期間を除いて）、所定のサンプル数の実噴射量を取得する。その後、図２のマップを用いて、実噴射量が正常領域Ｄ１であるか否かを判定する（Ｓ１９）。肯定判定した場合には、燃料噴射は正常であると判定する（Ｓ１８）。否定判定した場合には、燃料噴射に異常があると判定する（Ｓ１９）。Ｓ１１，Ｓ１２で否定判定した場合には処理を終了する。

次に、上記処理の実行例を図５のタイミングチャートを用いて説明する。なお図５では、燃料噴射量が過剰となる噴射異常が生じる例を示している。

車両の走行状態において２段で燃料噴射が行われている状態から、時刻ｔ１でアクセル開度ＡＣＣＰがゼロとなり、車両の減速が開始されると、減速開始直前の燃料噴射量に基づいて、要求噴射段数と段数変更パターンが設定される。ここでは要求噴射段数が５段に設定され、段数が１段ステップで変更されるように設定される。この場合、噴射段数が１段ずつ増加されながら、時刻ｔ２で、要求噴射段数（５段）に到達する。そして、噴射段数の減少が開始される時刻ｔ３まで、要求噴射段数での燃料噴射が継続される。そして要求噴射段数での燃料噴射が行われる時刻ｔ２〜ｔ３の間において異常判定が実施される。ここでは、噴射量指令値Ａに対して実噴射量Ｂが増大しており、燃料噴射に異常があると判定される。その後、時刻ｔ３以降では、噴射段数の１段ずつ減少され、時刻ｔ４で燃料噴射が停止される。

上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。

・インジェクタ１１に異常が生じていれば、噴射量指令値に基づく燃料噴射量に対して実噴射量に過不足が生じる。しかし、エンジンの定常状態で異常判定を行う際、１燃焼ごとに単段噴射を実施する場合には、この過不足分が小さいために、異常を正しく検出できないおそれがあった。そこで、車両の減速状態で異常判定する際に、１燃焼ごとの燃料の噴射段数を多段で実施するようにした。この場合、燃料噴射に異常があれば、実噴射量の過不足分が増大されるため、異常判定の精度を向上させることができる。

・車両の減速開始直前の噴射段数よりも要求噴射段数が所定以上大きい場合には、燃料の噴射段数が急に増加することとなり、燃焼状態が急変することによって、エンジン１０の回転速度ＮＥが急に変化することに伴うトルクショックが生じる懸念がある。そこで、この場合には、要求噴射段数に対して噴射段数を徐々に増やして設定するようにした。この場合、燃料の噴射段数の増加に起因するトルクショックを抑えることができる。

・噴射段数が変更される場合において、最大の噴射段数で燃料噴射される際の実噴射量のみに基づいて異常判定を実施することで、異常判定の信頼性を高めることができる。

・要求噴射段数での燃料噴射が実施された後、噴射段数を急に減少させるとトルクショックが生じる懸念がある。そこで要求噴射段数での燃料噴射が実施された後、車両減速中の燃料噴射が停止されるまでの間に、噴射段数を徐々に減らして設定するようにした。この場合、要求噴射段数での燃料噴射の実施後に、燃料の噴射段数を急に減少させることに伴うトルクショックの発生を抑えることができる。

・車両の減速時において燃料噴射量を所定の減少率で徐々に減らしていく場合、減速開始直前の燃料噴射量に応じて燃料噴射の停止までの所要時間（減速噴射期間の長さ）が相違する。そのため、要求噴射段数での燃料噴射の期間として所定時間を確保するには、噴射段数を徐々に変更させる時間等を変えることが必要となる。この点、車両の減速開始直前における燃料噴射量に基づいて噴射段数の設定を実施する構成にしたため、所望の噴射段数での実噴射量のデータを確保した上で適正なる噴射段数の設定が可能となる。

・車両の減速開始直前の噴射段数よりも、車両の減速状態における噴射段数を増加するようにしたため、車両の減速状態における異常判定の精度が高められる。

本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。なお以下の説明において上記と同じ構成には同じ図番号を付し、詳述は省略する。

・車両の減速状態において、要求噴射段数以外の燃料噴射状態（要求噴射段数に到達前後の噴射段数）で取得した実噴射量を用いて異常判定を実施してもよい。例えば、要求噴射段数の燃料噴射状態で取得した実噴射量と、「要求噴射段数−１」の噴射段数の燃料噴射状態で取得した実噴射量とを用いて異常判定を実施する。

・車両の減速開始直前の噴射段数に基づいて、要求噴射段数や段数変更パターンを設定する構成としてもよい。この場合、車両の減速開始直前の噴射段数が大きいほど、要求噴射段数を大きくしたり、段数変更パターンとして徐変期間（特に段数増加期間）の長いパターンを設定したりするとよい。

・車両の減速開始後における減速噴射時に、燃料噴射量を徐々に減らすことで所定噴射量の燃料噴射を実施する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、減速噴射時に一定量の燃料噴射を実施する構成としてもよい。

・上記では、車両の減速開始直前の噴射段数より要求噴射段数が所定以上（例えば２段以上）大きい場合に、噴射段数を徐々に増加させているが、車両の減速開始直前の噴射段数と要求噴射段数との差に応じて、噴射段数を徐々に増減させるか、噴射段数を一度に要求噴射段数に設定されるかを判定してもよい。例えば、減速開始直前の噴射段数と要求噴射段数との差がｎ段以上の場合には、噴射段数を徐々に増加させ、その差がｎ段未満の場合には、減速開始後にすぐに要求噴射段数を設定する。

・上記では、車両の減速開始直前における燃料噴射量に基づき要求噴射段数を可変設定しているが、要求噴射段数は固定値であってもよい。例えば、車両の減速開始直前の燃料噴射量の大きさに関わらず、インジェクタ１１が噴射可能な段数の最大値等に設定してもよい。

・上記において、要求噴射段数で異常判定を行った際、燃料噴射が正常であると判定した際には、噴射段数の減少時期において、一度に噴射段数を減少させてもよい（例えば単段噴射に切り替えてもよい）。

・上記において、車両が減速状態となる前の噴射段数が所定の段数以上の場合には、車両の減速状態における要求噴射段数を増加しなくてもよい。例えば、車両が減速状態となる前の噴射段数が所定以上の場合には、減速状態における要求噴射段数を、車両の減速状態となる前の噴射段数に維持する。一方、減速状態となる前の噴射段数が所定未満の際に、車両の減速状態における要求噴射段数を、減速開始前の噴射段数に対して増加させる。

・上記において、異常判定の際における多段噴射における噴射パターンが設定されてもよい。例えば、燃料噴射量を段数で均等割りにする他、メイン噴射の前に複数回のパイロット噴射やプレ噴射をする噴射パターン、メイン噴射の後に複数回のアフタ噴射を行う噴射パターン、メイン噴射の前に１回以上のパイロット噴射を行うと共に、メイン噴射の後に１回以上のアフタ噴射やポスト噴射を行う噴射パターン等を設定してもよい。

１０…エンジン、１１…インジェクタ、２０…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）の運転状態に基づいて決定される要求噴射量に応じて燃料噴射手段（１１）を制御する燃料噴射制御装置であって、
   車両の減速開始後において所定噴射量での燃料噴射を実施した後、当該燃料噴射を停止させる減速時制御手段と、
   車両の減速状態における１燃焼ごとの燃料の噴射段数を多段に設定する噴射段数設定手段と、
   前記車両の減速状態において前記噴射段数設定手段により設定した段数で多段噴射を実施した状態での前記燃料噴射手段による実噴射量に基づいて、前記燃料噴射手段による燃料噴射の異常を判定する異常判定手段と、
   を備え、
   前記噴射段数設定手段は、前記車両の減速状態での前記噴射段数の最大値である要求噴射段数を設定する第１設定手段と、
   前記車両の減速開始直前の前記噴射段数よりも前記要求噴射段数が所定以上大きい場合に、前記要求噴射段数に対して前記噴射段数を徐々に増やして設定する第２設定手段と、を有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記異常判定手段は、前記車両の減速状態において前記噴射段数が前記要求噴射段数になっている状態で取得した前記実噴射量に基づいて、前記燃料噴射の異常判定を実施する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射段数設定手段は、前記要求噴射段数での燃料噴射が実施された後、車両減速中の燃料噴射が停止されるまでの間に、前記噴射段数を徐々に減らして設定する請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記減速時制御手段は、前記車両の減速開始後に所定の減少率で燃料噴射量を徐々に減らしながら燃料噴射を停止させるものであり、
   前記噴射段数設定手段は、前記車両の減速開始直前における燃料噴射量に基づいて、前記噴射段数の設定を実施する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記噴射段数設定手段は、前記車両が減速開始直前の前記噴射段数よりも、前記車両の減速状態における前記噴射段数を増加させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
6. 内燃機関（１０）の運転状態に基づいて決定される要求噴射量に応じて燃料噴射手段（１１）を制御する燃料噴射制御装置であって、
   車両の減速開始後において所定噴射量での燃料噴射を実施した後、当該燃料噴射を停止させる減速時制御手段と、
   車両の減速状態における１燃焼ごとの燃料の噴射段数を多段に設定する噴射段数設定手段と、
   前記車両の減速状態において前記噴射段数設定手段により設定した段数で多段噴射を実施した状態での前記燃料噴射手段による実噴射量に基づいて、前記燃料噴射手段による燃料噴射の異常を判定する異常判定手段と、
   を備え、
   前記噴射段数設定手段は、前記車両が減速開始直前の前記噴射段数よりも、前記車両の減速状態における前記噴射段数を増加させることを特徴とする燃料噴射制御装置。

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