(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路のスロットルバルブより上流側に噴射される気体燃料量を運転状態に応じて調節するエンジンの空燃比制御装置において、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段と、スロットルバルブより下流側のマニフォールド圧力Ｐbを検出するマニフォールド圧力検出手段と、スロットルバルブより下流側のマニフォールド温度Ｔbを検出するマニフォールド温度検出手段と、エンジン回転数Ｎｅとマニフォールド圧力Ｐbおよびマニフォールド温度Ｔbに応じて混合気量Ｇmを算出する混合気量算出手段と、運転状態に応じて目標空燃比λOBJを算出する目標空燃比算出手段と、混合気量Ｇmと目標空燃比λOBJに応じて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
吸気マニフォールド圧力Ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに応じて混合気量補正係数Ｋ1を算出する混合気量補正係数算出手段を備え、前記燃料噴射量算出手段は吸気マニフォールド圧力Ｐｂと吸気マニフォールド温度Ｔｂおよび混合気量補正係数Ｋ1に応じて吸入混合気量Ｇmを算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、混合気の空燃比を目標空燃比λOBJに近づけるように燃料噴射量を補正する空燃比補正量Δλを算出する空燃比補正量算出手段と、空燃比補正量Δλに応じて吸入混合気量学習値Ｇm#LNを算出する混合気量学習手段と、混合気量Ｇmを吸入混合気量学習値Ｇm#LNに応じて補正する混合気量補正手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料としてＣＮＧ（圧縮天然ガス）等を用いるエンジンにあっては、スロットルバルブより上流側の吸気通路に気体燃料を供給して、燃料と吸気の混合をはかるようになっている（例えば実開平７−１４１３５号公報参照）。
【０００３】
従来、この種のＣＮＧエンジンの空燃比制御装置は、ガソリンエンジンと同様に、エアフロメータを介して吸入空気量Ｇaを検出し、吸入空気量Ｇaとエンジン回転数Ｎｅから基本燃料噴射量を算出するようになっている。
【０００４】
しかし、大型エンジンの場合、大量の吸入空気量Ｇaをエアフロメータを介して直接検出することが難しいため、スロットルバルブ開度とエンジン回転数Ｎｅおよび吸気マニフォールド圧力等から算出するものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のＣＮＧエンジンの空燃比制御装置にあっては、気体燃料がスロットルバルブより上流側に供給されるため、気体燃料を含む混合気の状態から吸気量を正確に算出することが難しく、空燃比の制御精度を高められないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンの空燃比制御装置において、制御精度を高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、吸気通路のスロットルバルブより上流側に噴射される気体燃料量を運転状態に応じて調節するエンジンの空燃比制御装置に適用する。
【０００８】
そして、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段と、スロットルバルブより下流側のマニフォールド圧力Ｐbを検出するマニフォールド圧力検出手段と、スロットルバルブより下流側のマニフォールド温度Ｔbを検出するマニフォールド温度検出手段と、エンジン回転数Ｎｅとマニフォールド圧力Ｐbおよびマニフォールド温度Ｔbに応じて混合気量Ｇmを算出する混合気量算出手段と、運転状態に応じて目標空燃比λOBJを算出する目標空燃比算出手段と、混合気量Ｇmと目標空燃比λOBJに応じて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段とを備えるものとした。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、吸気マニフォールド圧力Ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに応じて混合気量補正係数Ｋ1を算出する混合気量補正係数算出手段を備え、前記燃料噴射量算出手段は吸気マニフォールド圧力Ｐｂと吸気マニフォールド温度Ｔｂおよび混合気量補正係数Ｋ1に応じて吸入混合気量Ｇmを算出するものとした。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、混合気の空燃比を目標空燃比λOBJに近づけるように燃料噴射量を補正する空燃比補正量Δλを算出する空燃比補正量算出手段と、空燃比補正量Δλに応じて吸入混合気量学習値Ｇm_LNを算出する混合気量学習手段と、混合気量Ｇmを吸入混合気量学習値Ｇm_LNに応じて補正する混合気量補正手段とを備えるものとした。
【００１５】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、エンジン回転数Ｎｅとマニフォールド圧力Ｐbおよびマニフォールド温度Ｔbに応じて気体燃料を含む混合気量Ｇmを正確に算出し、空燃比の制御精度を高められる。この結果、排気の浄化がはかれるとともに、エンジンの出力向上、燃費の低減がはかれる。
【００１６】
第２の発明において、混合気量補正係数Ｋ1を用いて混合気量Ｇmを算出する精度を高められる。
【００１７】
第３の発明において、空燃比補正量Δλに応じて混合気量Ｇmを学習することにより、センサ類のバラツキ等に起因して混合気量Ｇmの算出精度が悪化することを防止し、空燃比フィードバック制御の応答性を維持できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示すように、エンジン１は各シリンダの吸気弁が開かれるのに伴って吸気通路２から各シリンダに混合気を吸入し、この混合気をピストンで圧縮して、点火プラグで着火燃焼させ、排気弁が開かれるのに伴って排気が排気通路３に排出され、これらの各行程が連続して繰り返される。排気通路３の途中には触媒３１が設置され、排気を浄化するようになっている。
【００２３】
図において、２１は吸気を吸気通路２に取り入れるエアクリーナである。エアクリーナ２１から吸気通路２に取り入れられた吸気は、ターボチャージャのコンプレッサ２２、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４等を通過して各シリンダに分配される。吸気通路２のスロットルバルブ２４より上流側には、燃料を噴射する燃料噴射ノズル４が設けられ、燃料の輸送経路を長くとることにより吸気と燃料の混合が十分に行われるようになっている。
【００２４】
図において、１０は燃料供給源として高圧ガス燃料（ＣＮＧ等）が充填される燃料ボンベである。燃料ボンベ１０に貯蔵されるガス燃料は、燃料供給通路９を通って燃料噴射ノズル４に供給される。燃料供給通路９の途中には、手動式遮断バルブ１１、燃料圧センサ１２、電磁式遮断バルブ１３、燃料圧を所定値まで減圧するガスレギュレータ１４、燃料温度センサ１５、燃料噴射ノズル４から噴射される燃料量を調節するガス制御バルブ１７が介装される。
【００２５】
図において、５はガス制御バルブ１７の開度を調節して燃料噴射ノズル４から噴射される燃料量を制御するコントロールユニットである。コントロールユニット５は、エンジン冷却水温度を検出する冷却水温センサ４１と、クランク角センサ４２で検出されるエンジン回転数Ｎｅ、スロットルバルブ２４より下流側の吸気マニフォールド圧力Ｐｂを検出する吸気圧センサ４３、スロットルバルブ２４より下流側の吸気マニフォールド温度Ｔｂを検出する吸気温センサ４４、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ３２からの信号を入力し、混合気が目標空燃比λOBJとなるようにガス制御バルブ１７の駆動パルス幅Duty_outを算出する。ガス制御バルブ１７は駆動パルス幅Duty_outに応じてその開度が変化して燃料噴射ノズル４から噴射される燃料量を調節する。
【００２６】
ところで、従来の小型エンジンの場合、吸入空気量を直接検出するエアフロメータを備えているが、大型エンジン１の場合、大量の吸入空気量をエアフロメータを介して直接検出することが難しい。
【００２７】
そこで、本実施の形態ではスロットルバルブ２４より下流側の吸気マニフォールド圧力Ｐｂと吸気マニフォールド温度Ｔｂおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて吸入混合気量Ｇmを算出する構成とする。
【００２８】
コントロールユニット５は、図２のブロック図に示すように、吸気マニフォールド圧力Ｐｂと吸気マニフォールド温度Ｔｂおよびエンジン回転数Ｎｅに応じて吸入混合気量Ｇmを算出する吸入混合気量算出手段５１と、負荷信号として吸気マニフォールド圧力Ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに応じて目標空燃比λOBJを算出する目標空燃比算出手段５２と、エンジン冷却水温に応じて目標空燃比の補正値マップから検索して算出する手段４９と、この補正値によりエンジン冷却水温に応じて目標空燃比を補正する手段５３と、吸入混合気量Ｇmと目標空燃比λOBJに応じて基本燃料噴射量Ｇf_FFを算出する基本燃料噴射量算出手段５５と、基本燃料噴射量Ｇf_FFをテーブルに基づいてガス制御バルブ１７の駆動パルス幅Duty_ffに変換する駆動パルス幅算出手段５６とを備える。圧縮天然ガス(ＣＮＧ)を燃料として用いる場合、理論空燃比を１６.８とすると、基本燃料噴射量Ｇf_FFは、次式で計算される。
【００２９】
Ｇf_FF＝Ｇm／(１６.８×λOBJ＋１)  …（１）
なお、液化ガス(ＬＰＧ)を燃料として用いる場合、理論空燃比を１５．３とすると、基本燃料噴射量Ｇf_FFは、次式で計算される。
【００３０】
Ｇf_FF＝Ｇm／(１５．３×λOBJ＋１)  …（２）
そして  Ｏ2センサ３２からの信号をλ値に変換する手段５４と、目標空燃比λOBJに対する検出された空燃比λとの誤差を算出する手段５７と、この誤差に応じて基本燃料量補正量ΔλをＰＩＤ演算により求める基本燃料量補正量算出手段５８と、基本燃料量補正量Δλをテーブルに基づいてガス制御バルブ１７に変換する駆動パルス幅補正量算出手段５９と、駆動パルス幅補正量Duty_FB_Rateにより駆動パルス幅Duty_ffを補正して燃料噴射弁駆動手段５０への出力Duty_outを次式で算出する手段６０を備える。
【００３１】
Duty_out＝（１＋Duty_FB_Rate／１００）×Duty_ff   …（３）
図３は吸入混合気量Ｇmを算出するロジックを示すブロック図である。これについて説明すると、吸気マニフォールド圧力Ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに応じて混合気量補正係数Ｋ1をマップにより検索して算出する混合気量補正係数算出手段６１と、吸気マニフォールド圧力Ｐｂと吸気マニフォールド温度Ｔｂおよび混合気量補正係数Ｋ1に応じて吸入混合気量推定値Ｇm‘を次式で算出する吸入混合気量推定値算出手段６２とを備える。
【００３２】
Ｇm‘＝ Ｋ1×Ｐｂ×Ｎｅ／（Ｔｂ＋２７３．１５） …（４）
ところで、こうして算出される吸入混合気量推定値Ｇm‘は、吸気圧センサ４３、吸気温センサ４４のバラツキ等に起因して算出精度が悪化すると、駆動パルス幅補正量Duty_FB_Rateの値が大きくなってしまい、空燃比フィードバック制御の応答性が悪化する。
【００３３】
そこで、空燃比補正量Δλに応じて混合気量Ｇmを学習するため、吸気マニフォールド圧力Ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに応じて吸入混合気量学習値Ｇm_LNを記憶するマップを設定し、駆動パルス幅補正量Duty_FB_Rateに応じて吸入混合気量学習値Ｇm_LNを算出し、この吸入混合気量学習値Ｇm_LNに応じて吸入混合気量推定値Ｇm‘を補正する構成とする。
【００３４】
具体的には図３に示すように、空燃比フィードバック制御中において、エンジン１の燃焼状態が安定する所定の条件が成立したときに吸入混合気量Ｇmの学習実行条件を判定する学習実行条件判定手段６３と、学習の許可時に駆動パルス幅補正量Duty_FB_Rateに応じて吸入混合気量学習値Ｇm_の補正格子点値を算出する補正格子点値学習値算出手段６４とを備える。一つの格子点学習値Ｇm_LEARN(Ne(I),Pb(J))は、Ｋ4を重み係数、理論空燃比を１６．８とすると、駆動パルス幅補正量Duty_FB_Rate、基本燃料噴射量Ｇf_FF、目標空燃比λOBJに応じて次式で計算される。
【００３５】
Ｇm_LEARN(Ne(I),Pb(J))＝Ｇm_LEARN(Ne(I),Pb(J))×(1−Ｋ4)＋Ｇf_FF×λOBJ×(Duty_FB_Rate／100)×16.8×Ｋ4  …（５）
こうして他の三格子点も同様に計算され、算出された４つのＧm_LEARN(Ne(I),Pb(J)),(Ne(I＋1),Pb(J)),(Ne(I),Pb(J＋1)),(Ne(I＋1),Pb(J＋1))を更新する。ここでは重み係数Ｋ4を例えば１／８とするが、重み係数Ｋ4を適度に大きくすることにより、オーバーシュートを抑えて制御応答性を高められる。
【００３６】
そして、マップに記憶された補正格子点値に応じて吸気マニフォールド圧力Ｐｂとエンジン回転数Ｎｅに応じて吸入混合気量学習値Ｇm_LNを面補間により算出する手段６５と、吸入混合気量学習値Ｇm_LNを制限処理する手段６６と、吸入混合気量学習値Ｇm_LNを吸入混合気量推定値Ｇm‘に加算して吸入混合気量Ｇmを算出する手段６７とを備える。
【００３７】
以上のように構成され、エンジン回転数Ｎｅとマニフォールド圧力Ｐbとマニフォールド温度Ｔbおよび混合気量補正係数Ｋ1に応じて気体燃料を含む混合気量Ｇmを算出することにより、空燃比の制御精度を高められる。この結果、排気の浄化がはかれるとともに、エンジンの出力向上、燃費の低減がはかれる。
【００３８】
そして、吸入混合気量学習値Ｇm_LNを吸入混合気量推定値Ｇm‘に加算して吸入混合気量Ｇmを算出して、空燃比補正量Δλに応じて混合気量Ｇmを学習することにより、吸気圧センサ４３、吸気温センサ４４のバラツキ等に起因して算出精度が悪化することを回避し、駆動パルス幅補正量Duty_FB_Rateの値を小さくし、空燃比フィードバック制御の応答性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すシステム図。
【図２】同じく燃料噴射量を制御するためのブロック図。
【図３】同じく吸入混合気量を算出するためのブロック図。
【符号の説明】
５ コントロールユニット
１７ ガス制御バルブ
３２ Ｏ2センサ
４２ クランク角センサ
４３ 吸気圧センサ
４４ 吸気温センサ
５１ 吸入混合気量算出手段
５２ 目標空燃比算出手段
５５ 基本燃料噴射量算出手段
５８ 基本燃料量補正量算出手段
６３ 学習実行条件判定手段
６４ 補正格子点値学習値算出手段
６７ 吸入混合気量算出手段
【図１】
0003725713.tif 000002
【図２】
0003725713.tif 000003
【図３】
0003725713.tif 000004