WO2012157067A1 - 内燃機関の空燃比インバランス検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
内燃機関の複数の気筒にそれぞれ取り付けられた筒内圧センサから出力を取得する出力取得手段と、
前記出力取得手段で取得した筒内圧センサの出力に基づいて前記気筒の燃焼の状態を表す値である燃焼パラメータを算出する算出手段と、
前記複数の気筒それぞれについて、前記算出手段で算出される燃焼パラメータが所定値と一致するように、燃料噴射量を減量して空燃比をリーンにする制御を行う噴射量制御手段と、
前記複数の気筒それぞれについての前記噴射量制御手段の制御に応じた燃料噴射量の減少量に基づいて、前記複数の気筒の間の空燃比のインバランスを検出するインバランス検出手段と、
を備えることを特徴とする。
前記複数の気筒の排気ガスが合流する排気通路に設けられた空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づく空燃比の値および所定のリーン空燃比の値の比と、前記複数の気筒における前記燃焼パラメータの平均値と、に基づいて、前記噴射量制御手段による前記燃焼パラメータを一致させるべき前記所定値を算出する所定値算出手段と、
を備えることを特徴とする。
前記噴射量制御手段は、
前記複数の気筒ごとに、燃料噴射量について減量を行う減量手段と、
前記減量手段による減量を開始した後に、前記燃焼パラメータと前記所定値との比較を行う比較手段と、
前記比較の結果に基づいて、前記減量手段による減量を終了する終了手段と、
を含むことを特徴とする。
前記噴射量制御手段は、
前記減量手段による減量の開始から前記終了手段による減量の終了までの燃料噴射量の減少量に基づいて、前記減量手段で燃料噴射量の減量を行った気筒の空燃比を算出する手段を、
含むことを特徴とする。
前記減量手段は、
燃料噴射量の減量を開始するときに、所定の量だけ当該減量を実行する手段と、
前記比較手段での比較の結果において前記燃焼パラメータが前記所定値を上回っている場合に、前記減量の量を増加する減量分増加手段と、
を含むことを特徴とする。
前記噴射量制御手段は、前記複数の気筒から選択された1つの気筒である対象気筒について前記燃焼パラメータが所定値と一致するように前記複数の気筒の燃料噴射量を減量する手段を含み、
前記インバランス検出手段は、
前記複数の気筒が少なくとも一度ずつ前記対象気筒として選択されるように、前記複数の気筒から前記対象気筒を指定する手段と、
前記対象気筒について前記噴射量制御手段の制御を行う前後での、前記対象気筒の燃料噴射量の減少量を計算する手段と、
前記減少量に基づいて、前記対象気筒における前記噴射量制御手段を実行する前の前記対象気筒の空燃比の計算値を求める手段と、
前記複数の気筒それぞれについての空燃比の前記計算値の比較に基づいて、前記複数の気筒の間の空燃比のインバランスを検出する手段と、
を含むことを特徴とする。
前記燃焼パラメータは、筒内圧、内部エネルギ、図示トルク、図示仕事、燃焼速度および発生熱量の群から選択した少なくとも1つの量、又は前記少なくとも1つの量と相関を有する物理量であることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関の空燃比インバランス検出装置の概略構成を、これが適用される内燃機関システムの概略構成とともに示す図である。図1に示すシステムは、内燃機関(以下、単にエンジンという。)10を備えている。図1に示すエンジン10は、点火プラグ12を備えた火花点火式の4ストロークエンジンである。エンジン10は、気筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ14を備えた筒内直噴エンジンでもある。実施の形態1にかかる内燃機関の空燃比インバランス検出装置は、エンジン10の運転を総合制御するECU(Electronic Control Unit)の一つの機能として実現される。
ECU50は、筒内圧センサ16の出力に基づいて、気筒内の燃焼の状態を表す値である燃焼パラメータを算出する計算プログラムを記憶している。なお、筒内圧センサ16の出力は所定周期(所定クランク角)ごとにサンプリングされており、このサンプリング値に基づく測定データを計算プログラムの入力値として用いることができる。本実施形態においては、燃焼パラメータとして、筒内圧センサ16の出力に基づいて発生熱量Qを計算するプログラムをECU50が実行するものとする。なお、燃焼パラメータの計算プログラムは公知の各種計算式に従って計算が実施されるように各種公知技術を用いて作成、記憶、実行すればよく、その実現のための技術は新規な事項ではないため、具体的な説明は省略する。
図2~4は、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関の空燃比インバランス検出装置における制御動作(すなわち「実施の形態1にかかる空燃比インバランス検出制御」)について説明するための図である。
図2は、実施の形態1にかかる内燃機関の空燃比インバランス検出装置が解決しようとする課題を説明するために示す図であり、問題点、課題が発生する理由を説明するための図である。図2に「リッチ検出困難」と示しているように、リーン側へのA/F変化についての燃焼速度の感度(変化率)に比較して、特定のリッチ領域(具体的にはA/F=13近傍)においてはA/F変化についての燃焼速度の感度(変化率)が小さい。本願発明者は、このような傾向を、燃焼速度以外の、筒内圧センサの出力から取得できる燃焼状態を表すパラメータ(以下、「燃焼パラメータ」とも称す)においても見出している。具体的には、本願発明者は、筒内圧センサの出力から取得できる筒内圧(最大筒内圧など)、内部エネルギ、図示トルク(仕事)、燃焼速度、発生熱量など様々な燃焼パラメータについても同様の傾向があることを見出している。
図5は、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関の空燃比インバランス検出装置おいてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、エンジン10の運転中に所定の周期で実行される。
実施の形態1においては、燃焼パラメータとして、筒内圧センサ16の出力に基づいて発生熱量Qを計算するプログラムをECU50が実行する。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ECU50が、筒内圧センサ16の出力に基づいて他の燃焼パラメータを算出する計算プログラムを記憶してもよい。具体的には、燃焼パラメータとして、筒内圧、最大筒内圧、内部エネルギ、図示トルク、図示仕事または燃焼速度の1つ又は複数を計算するための計算プログラムをECU50に記憶させてもよい。また、これらの量と相関を有する物理量を計算するプログラムであってもよい。
なお、実施の形態1にかかる内燃機関システムの構成は、触媒下流排気センサ35をサブ酸素センサとし、いわゆるサブ酸素センサを用いてサブフィードバックA/F制御を行うシステムである。しかしながら、本発明はこれに限られない。排気系のシステム構成は、実施の形態1にかかる構成以外の、たとえば排気通路の触媒が1つのみのシステムや排気ガスセンサが1つのみのシステム等であってもよい。なお、実施の形態1では、ガソリンを燃料噴射弁から燃焼室内に直接噴射するシステムについて説明したが、ガソリンを吸気通路の吸気ポートに噴射するシステムを用いてもよい。さらに、ポート噴射および筒内噴射可能なシステムを用いてもよい。
本発明の実施の形態2にかかる内燃機関の空燃比インバランス検出装置の構成およびこれが適用される内燃機関システムの構成は、実施の形態1の構成と同様のハードウェア構成を含んでいる。重複説明を避けるため、以下、ハードウェア構成については説明を適宜省略ないしは簡略する。以下に述べる実施の形態2においては、全気筒の発生熱量平均値と排気A/F(空燃比センサである触媒上流排気センサ33の出力に基づくA/F)が対応するという考え方に基づいて、ECU50が検出可能リーンA/Fからリーン化を行う際の閾値αを算出する処理を実行する。これにより、運転条件の変化に応じて発生熱量の閾値αの適切な値が変化する場合にも、その変化に対処して空燃比インバランス検出制度を確保することができる。
閾値α = 発生熱量平均値 × (排気空燃比/所定リーン空燃比)
・・・(1)
式(1)において、「発生熱量平均値」とは、#1~#4気筒のそれぞれの筒内圧センサ16から計算した発生熱量Qの平均値である。つまり、#1気筒の発生熱量をQ1、#2気筒の発生熱量をQ2、#3気筒の発生熱量をQ3、#4気筒の発生熱量をQ4とした場合に、これらQ1~Q4の平均値が、発生熱量平均値である。
「排気空燃比」とは、排気通路32に集合した排気ガスから検出される空燃比である。触媒上流排気センサ33(空燃比センサ)が#1~#4気筒の排気ガスが合流する排気通路32に備えられているので、この触媒上流排気センサ33の出力から検出される空燃比を、「排気空燃比」として利用することができる。
「所定リーン空燃比」とは、実施の形態1でも説明したように、筒内圧センサ16が有している感度公差や機差ばらつきを考慮して、それらの計測阻害要素の影響を排除できる程度に十分にリーン側に設定したA/Fである。所定リーン空燃比の値は、予め設定しておく。
式(1)によれば、現在の排気空燃比から所定リーン空燃比へとリーン化を行うことができるように、現在の発生熱量平均値から、発生熱量Qの目標値としての閾値αを算出することができる。
対象気筒A/F = A/a+B ・・・(2)
式(2)において、Aは、実施の形態1のステップS108における「噴射減量A」と同じであり、リーン化の際の燃料噴射量の減量によるトータルの減少量である。「a」は、予め設定した噴射量とA/Fの相関の傾きである。「B」は、予め設定した検出可能リーンA/F、つまり所定リーン空燃比である。
12 点火プラグ
14 直噴インジェクタ
16 筒内圧センサ
18 クランク角センサ
20 吸気通路
22 エアクリーナ
24 エアフローメータ
26 スロットルバルブ
27 スロットル開度センサ
28 サージタンク
30 吸気圧センサ
32 排気通路
33 触媒上流排気センサ
34、36 触媒
35 触媒下流排気センサ
50 ECU(Electronic Control Unit)
Claims (7)
- 内燃機関の複数の気筒にそれぞれ取り付けられた筒内圧センサから出力を取得する出力取得手段と、
前記出力取得手段で取得した筒内圧センサの出力に基づいて前記気筒の燃焼の状態を表す値である燃焼パラメータを算出する算出手段と、
前記複数の気筒それぞれについて、前記算出手段で算出される燃焼パラメータが所定値と一致するように、燃料噴射量を減量して空燃比をリーンにする制御を行う噴射量制御手段と、
前記複数の気筒それぞれについての前記噴射量制御手段の制御に応じた燃料噴射量の減少量に基づいて、前記複数の気筒の間の空燃比のインバランスを検出するインバランス検出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比インバランス検出装置。 - 前記複数の気筒の排気ガスが合流する排気通路に設けられた空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づく空燃比の値および所定のリーン空燃比の値の比と、前記複数の気筒における前記燃焼パラメータの平均値と、に基づいて、前記噴射量制御手段による前記燃焼パラメータを一致させるべき前記所定値を算出する所定値算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。 - 前記噴射量制御手段は、
前記複数の気筒ごとに、燃料噴射量について減量を行う減量手段と、
前記減量手段による減量を開始した後に、前記燃焼パラメータと前記所定値との比較を行う比較手段と、
前記比較の結果に基づいて、前記減量手段による減量を終了する終了手段と、
を含む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空燃比インバランス検出装置。 - 前記噴射量制御手段は、
前記減量手段による減量の開始から前記終了手段による減量の終了までの燃料噴射量の減少量に基づいて、前記減量手段で燃料噴射量の減量を行った気筒の空燃比を算出する手段を、
含むことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。 - 前記減量手段は、
燃料噴射量の減量を開始するときに、所定の量だけ当該減量を実行する手段と、
前記比較手段での比較の結果において前記燃焼パラメータが前記所定値を上回っている場合に、前記減量の量を増加する減量分増加手段と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。 - 前記噴射量制御手段は、前記複数の気筒から選択された1つの気筒である対象気筒について前記燃焼パラメータが所定値と一致するように前記複数の気筒の燃料噴射量を減量する手段を含み、
前記インバランス検出手段は、
前記複数の気筒が少なくとも一度ずつ前記対象気筒として選択されるように、前記複数の気筒から前記対象気筒を指定する手段と、
前記対象気筒について前記噴射量制御手段の制御を行う前後での、前記対象気筒の燃料噴射量の減少量を計算する手段と、
前記減少量に基づいて、前記対象気筒における前記噴射量制御手段を実行する前の前記対象気筒の空燃比の計算値を求める手段と、
前記複数の気筒それぞれについての空燃比の前記計算値の比較に基づいて、前記複数の気筒の間の空燃比のインバランスを検出する手段と、
を含むことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。 - 前記燃焼パラメータは、筒内圧、内部エネルギ、図示トルク、図示仕事、燃焼速度および発生熱量の群から選択した少なくとも1つの量、又は前記少なくとも1つの量と相関を有する物理量であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項記載の内燃機関の空燃比インバランス検出装置。
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