(57)【要約】【課題】空燃比がリッチ状態の時において、燃料噴射量の過剰な増大を防止する。【解決手段】燃料噴射量制御装置は、空燃比Ａ／Ｆを算出する空燃比算出手段と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１０と、エンジン本体１の実回転数を検出する回転数センサ８と、エンジン本体１の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、エンジン１の燃料噴射量を制御するＥＣＵ９とを備え、燃料噴射量は、アクセル開度及び実回転数によって定められる基本噴射量Ｆｂと、実回転数と目標回転数との偏差を許容範囲内に収束させるためのフィードバック噴射量Ｆｆｂとを含み、ＥＣＵ９は、空燃比Ａ／Ｆによって定められるＡ／Ｆ係数Ｃに応じて、フィードバック噴射量Ｆｆｂを変化させる。【選択図】図２
2014202091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの空燃比Ａ／Ｆを算出する空燃比算出手段と、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記エンジンの実回転数を検出する回転数検出手段と、
前記エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
前記エンジンの燃料噴射量Ｆを制御する制御手段とを備えた燃料噴射量制御装置であって、
前記燃料噴射量Ｆは、
前記アクセル開度及び前記実回転数によって定められる基本噴射量Ｆｂと、
前記実回転数と前記目標回転数との回転数偏差を許容範囲内に収束させるためのフィードバック噴射量Ｆｆｂとを含み、
前記制御手段は、前記空燃比Ａ／Ｆによって定められるＡ／Ｆ係数Ｃに応じて、前記フィードバック噴射量Ｆｆｂを変化させる燃料噴射量制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック噴射量Ｆｆｂは、比例項Ｐと積分項Ｉとを含み、
前記積分項Ｉは、前記積分項Ｉの前回値Ｉｐと、前記回転数偏差に基づいて算出されるとともに前記Ａ／Ｆ係数Ｃによって補正される積分ベース項Ｉｂとを含んで、
Ｉ＝Ｉｐ＋Ｉｂ×Ｃ
と表され、
前記空燃比Ａ／Ｆが所定値Ａ１に対してよりリッチ側の数値である場合、前記Ａ／Ｆ係数Ｃは前記空燃比Ａ／Ｆの数値の増加に伴って大きくなる０以上１未満の数値であり、
前記空燃比Ａ／Ｆが前記所定値Ａ１に対してよりリーン側の数値である場合、前記Ａ／Ｆ係数Ｃは１である、請求項１に記載の燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの燃料噴射量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのアイソクロナス制御は、エンジンの目標回転数と実際の回転数との差分に基づいて燃料噴射量を増減させるフィードバック制御である。従って、エンジンに負荷がかかった時は、エンジン回転数が落ち込むため、燃料噴射量が増える制御が行われる。しかしながら、空燃比がリッチ状態の時は燃料噴射量が増えてもトルクが変わらず、エンジンの回転数は変化しない。このような場合であっても、従来の燃料噴射量の制御にあたっては、目標回転数と実際の回転数との差のみに依拠するため、燃料噴射量は増え続けていき、黒煙の発生やエンジン回転数のオーバーシュート量の増大を引き起こしてしまう。
なお、エンジン回転数のオーバーシュート量とは、エンジンの実回転数が目標回転数に対して増加し過ぎた量をいう。
【０００３】
ここで、特許文献１の燃料噴射制御装置では、燃料噴射量の過剰な増大を防止すべく、エンジンの実回転数の変化率に基づいて燃料噴射量の噴射制限量を設定する制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８２８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の燃料噴射制御装置では、空燃比がリッチ状態の時のようにエンジンの回転数の変化率が低い時、すなわちエンジンの実回転数が目標回転数より小さい状態かつ実回転数が安定している状態の下では、燃料噴射量に制限はかからない。そのため、燃料噴射量は増え続けてしまう。
【０００６】
この発明はこのような問題を解決するため、空燃比がリッチ状態の時において、燃料噴射量の過剰な増大を防止することができるエンジンの燃料噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係る燃料噴射量制御装置は、エンジンの空燃比Ａ／Ｆを算出する空燃比算出手段と、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、エンジンの実回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、エンジンの燃料噴射量Ｆを制御する制御手段とを備え、燃料噴射量Ｆは、アクセル開度及び前記実回転数によって定められる基本噴射量Ｆｂと、実回転数と目標回転数との偏差を許容範囲内に収束させるためのフィードバック噴射量Ｆｆｂとを含み、制御手段は、空燃比Ａ／Ｆによって定められるＡ／Ｆ係数Ｃに応じて、フィードバック噴射量Ｆｆｂを変化させる。
これによって、制御手段は、空燃比の状態に応じて、燃料噴射量のフィードバック噴射量を制御することができる。
【０００８】
この発明に係る燃料噴射量制御装置の制御手段が制御するフィードバック噴射量Ｆｆｂは、比例項Ｐと積分項Ｉとを含み、積分項Ｉは、積分項Ｉの前回値Ｉｐと、回転数偏差に基づいて算出されるとともにＡ／Ｆ係数Ｃによって補正される積分ベース項Ｉｂとを含んで、Ｉ＝Ｉｐ＋Ｉｂ×Ｃと表され、空燃比Ａ／Ｆが所定値Ａ１に対してよりリッチ側の数値である場合、Ａ／Ｆ係数Ｃは空燃比Ａ／Ｆの数値の増加に伴って大きくなる０以上１未満の数値であり、空燃比Ａ／Ｆが所定値Ａ１に対してよりリーン側の数値である場合、Ａ／Ｆ係数Ｃは１であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による燃料噴射量制御方法によれば、エンジンの空燃比がリッチ状態の時において、燃料噴射量の過剰な増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に係るエンジン、吸気系、排気系、燃料噴射装置及びＥＣＵの概略を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る燃料噴射量制御装置におけるフィードバック噴射量の決定プロセスを示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態に係る燃料噴射量制御装置の制御における空燃比とＡ／Ｆ係数との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態に係る燃料噴射量制御装置の制御におけるエンジンの実回転数及びフィードバック噴射量の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、この発明に係る燃料噴射量制御装置について説明するため、エンジン本体１、吸気系２、排気系３、燃料噴射装置７及びＥＣＵ９の全体的な構成について図１に示す。
図１に示すように、エンジン本体１には吸気系２及び排気系３が接続されている。また、エンジン本体１には燃料噴射装置７が設置されている。なお、燃料噴射装置７が噴射する燃料噴射量をＦ［ｍｍ３／ｓｔ］とする。吸気系２には、エアクリーナ４、エアフローセンサ６、ターボチャージャ１１及びインタークーラ５が順次接続される。エアフローセンサ６は、吸入空気量Ａ［ｇ／ｒｐｍ］を検出する。また、排気系３にはターボチャージャ１１が接続されている。また、エンジン本体１には、実回転数Ｒａ［ｒｐｍ］を検出する回転数センサ８が取り付けられる。なお、実回転数とは、エンジン本体１の実際の回転数をいう。また、エアフローセンサ６、回転数センサ８及び燃料噴射装置７はＥＣＵ９に電気的に接続している。さらに、アクセル（図示せず）には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１０が取りつけられ、アクセル開度センサ１０もＥＣＵ９に電気的に接続している。ＥＣＵ９は、エンジン本体１の目標回転数Ｒｔ［ｒｐｍ］を設定する目標回転数設定手段を構成する。ここで、目標回転数とは、エンジン本体１が制御の目標とする回転数をいう。さらに、ＥＣＵ９は、吸入空気量Ａ、エンジン本体１の実回転数Ｒａ及びアクセル開度に基づいて燃料噴射量Ｆを制御する制御手段を構成する。また、ＥＣＵ９は、燃料噴射量Ｆ及びエアフローセンサ６が検出した吸入空気量Ａに基づいて、空燃比Ａ／Ｆを算出する。
なお、エアフローセンサ６、回転数センサ８、ＥＣＵ９及びアクセル開度センサ１０は、全体として燃料噴射量制御装置を構成する。
また、アクセル開度センサ１０はアクセル開度検出手段を構成する。さらに、回転数センサ８は回転数検出手段を構成する。またさらに、ＥＣＵ９及びエアフローセンサ６は、空燃比算出手段を構成する。
【００１２】
吸気系２を流通する吸気は、エアクリーナ４及びエアフローセンサ６を通過し、ターボチャージャ１１によって過給された後インタークーラ５によって冷却されてからエンジン本体１に流入する。エンジン本体１では吸入された空気が圧縮された上で、燃料噴射装置７から噴射された燃料と混合されて燃焼する。その後、燃焼ガスは排気ガスとなって排気系３に流通するとともに、ターボチャージャ１１を通過する際にターボチャージャ１１を回転駆動する。
【００１３】
エンジン本体１の燃料噴射量Ｆ［ｍｍ３／ｓｔ］は、次式のように、基本噴射量Ｆｂ［ｍｍ３／ｓｔ］とフィードバック噴射量Ｆｆｂ［ｍｍ３／ｓｔ］とからなる。
Ｆ＝Ｆｂ＋Ｆｆｂ  （式１）
ここで、ＥＣＵ９は、実回転数Ｒａ及びアクセル開度に応じて基本噴射量Ｆｂを決定することができるマップを有している。すなわち、基本噴射量Ｆｂとは、実回転数Ｒａ及びアクセル開度によって決まる噴射量をいう。また、フィードバック噴射量Ｆｆｂとは、実回転数Ｒａ［ｒｐｍ］と目標回転数Ｒｔ［ｒｐｍ］との回転数の差、すなわち回転数偏差ｄＲ［ｒｐｍ］を許容範囲内に収束させるために変化する燃料噴射量である。従って、フィードバック噴射量Ｆｆｂは繰り返し制御され、実回転数Ｒａの変化に伴ってフィードバック噴射量Ｆｆｂも変化する。フィードバック噴射量Ｆｆｂは、この実施の形態では、次式のように比例項Ｐと積分項Ｉとの和によって定まる。
Ｆｆｂ＝Ｐ＋Ｉ  （式２）
またここで、従来の燃料噴射量制御におけるフィードバック噴射量Ｆｆｂ中の積分項Ｉ’は、積分項Ｉ’の前回値Ｉｐに対して、回転数偏差ｄＲに基づいて新たに算出された積分ベース項Ｉｂを加算することによって、次式のように定まる。なお、積分項Ｉ’の前回値Ｉｐとは、フィードバック噴射量Ｆｆｂの前回の制御で算出した積分項Ｉ’をいう。
Ｉ’＝Ｉｐ＋Ｉｂ  （式３）
これに対し、この実施の形態に係る燃料噴射量制御では、次式のように、積分ベース項Ｉｂに対して、空燃比Ａ／Ｆに応じたＡ／Ｆ係数Ｃをさらに乗算することにより、フィードバック噴射量Ｆｆｂを補正する。
Ｉ＝Ｉｐ＋Ｉｂ×Ｃ  （式４）
よって、式（２）及び式（４）より、フィードバック噴射量Ｆｆｂは、次式のように表される。
Ｆｆｂ＝Ｐ＋（Ｉｐ＋Ｉｂ×Ｃ）  （式５）
【００１４】
次に、図２を参照して、ＥＣＵ９によるフィードバック噴射量Ｆｆｂの決定プロセスについて具体的に説明する。
まずＥＣＵ９は、回転数センサ８によって検出されたエンジン１の実回転数Ｒａを読み込む。また、目標回転数ＲｔはＥＣＵ９によってあらかじめ設定されており、ＥＣＵ９は目標回転数Ｒｔと実回転数Ｒａとの回転数偏差ｄＲを算出する。この回転数偏差ｄＲに基づいて、比例項Ｐ及び積分項Ｉ中の積分ベース項Ｉｂが決定される。一方、エアフローセンサ６によって吸入空気量Ａが検出され、ＥＣＵ９に読み込まれる。ＥＣＵ９は吸入空気量Ａを燃料噴射量Ｆで除すことにより、空燃比Ａ／Ｆを算出する。さらに、ＥＣＵ９は空燃比Ａ／Ｆに基づいてＡ／Ｆ係数Ｃを算出する。そして、ＥＣＵ９によって算出された比例項Ｐ、積分ベース項Ｉｂ及びＡ／Ｆ係数Ｃに基づいて、フィードバック噴射量は前述の式（５）によって決定される。
【００１５】
次に、図３を参照して、空燃比Ａ／ＦとＡ／Ｆ係数Ｃとの関係について説明する。なお、図３のグラフにおいて、空燃比Ａ／Ｆがより小さい程リッチ状態に近づき、空燃比Ａ／Ｆが大きい程よりリーン状態となる。
ここで、空燃比Ａ／Ｆが所定値Ａ１未満の数値、すなわち所定値Ａ１に対してよりリッチ側の数値である時に、空燃比Ａ／Ｆはリッチ状態であると判断される。空燃比Ａ／Ｆがリッチ状態と判断される場合、Ａ／Ｆ係数Ｃは、空燃比Ａ／Ｆの増加に伴って大きくなるように変化する０以上１未満の数値である。すなわち、Ａ／Ｆ＜Ａ１の状態において、空燃比Ａ／Ｆが低くなる程Ａ／Ｆ係数Ｃは０に近づき、空燃比Ａ／Ｆが高くなり所定値Ａ１に近づく程、Ａ／Ｆ係数は１に近づく。一方、空燃比Ａ／ＦがＡ１以上、すなわち所定値Ａ１に対してよりリーン側の数値であって、リッチ状態でないと判断される場合、Ａ／Ｆ係数Ｃは常に１である。すなわち、空燃比Ａ／Ｆがリッチ状態の時は、式（４）に示すように、Ａ／Ｆ係数Ｃによってフィードバック噴射量Ｆｆｂの積分項Ｉが補正される。一方、空燃比Ａ／Ｆがリッチ状態でない時は、Ａ／Ｆ係数Ｃは１なので、フィードバック噴射量Ｆｆｂの積分項Ｉは補正されず、従来の制御における式（３）と実質的に同様に決定される。
【００１６】
次に、図４を参照して、この実施の形態に係る制御を行った時の実回転数Ｒａ及びフィードバック噴射量Ｆｆｂの変化について説明する。なお、この実施の形態に係る制御を行った場合の実回転数Ｒａ及びフィードバック噴射量Ｆｆｂの推移を実線とし、従来の制御に係る実回転数Ｒａ’及びフィードバック噴射量Ｆｆｂ’の推移を破線とする。
図４のグラフにおいて、エンジン本体１に負荷が掛かる時点すなわち負荷掛け時をａ点とし、エンジン本体１から負荷が外れる時点すなわち負荷抜け時をｂ点とする。また、ｃ点からｄ点に至るまでの間は、空燃比Ａ／Ｆはリッチ状態となっている。また、負荷抜け後ｅ点において、実回転数Ｒａは目標回転数Ｒｔとなる。
【００１７】
まず、ａ点に至るまでの最初のエンジン本体１の実回転数Ｒａは目標回転数Ｒｔと一致しており、回転数偏差ｄＲは０なので、フィードバック噴射量も０である。次に、ａ点において負荷がかかると実回転数Ｒａは減少する。そこで、ＥＣＵ９は実回転数Ｒａを目標回転数Ｒｔに近づけるためにフィードバック噴射量Ｆｆｂを増加させ、これに伴ってエンジン本体１の実回転数Ｒａも再び増加していく。しかし、ｃ点において空燃比Ａ／Ｆがリッチ状態となると実回転数Ｒａは、目標回転数Ｒｔに達しないまま、ある一定の数値Ｒ１以上は増加しなくなる。よって、ＥＣＵ９はｃ点通過後、式（５）に基づいてＡ／Ｆ係数Ｃによりフィードバック噴射量Ｆｆｂを補正し、一定の数値Ｆ１となるように制御する。なお、ｃ点経過後、破線に示すように、Ａ／Ｆ係数Ｃによりフィードバック噴射量Ｆｆｂ’を補正しない場合は、実回転数Ｒａ’がＲ１以上は増加しないにも関わらずフィードバック噴射量Ｆｆｂ’は増え続けてしまう。
【００１８】
次に、ｂ点において負荷が外れると、実回転数Ｒａは急激に上昇し、目標回転数Ｒｔを超過した数値となる。それに伴い、ＥＣＵ９は実回転数Ｒａを目標回転数Ｒｔまで低下させるべく、式（５）に基づいてフィードバック噴射量Ｆｆｂを徐々に減少させていく。なお、ｄ点経過後は、Ａ／Ｆ係数Ｃは１となる。そして、ｅ点において、フィードバック噴射量Ｆｆｂは再び０となり、実回転数Ｒａは目標回転数Ｒｔと一致し、回転数偏差ｄＲは０となる。なお、ｃ点経過後、破線に示すように、Ａ／Ｆ係数Ｃによりフィードバック噴射量Ｆｆｂ’を補正しなかった場合は、ｂ点経過後、実回転数Ｒａ’は実線に示す実回転数Ｒａよりも大幅に増加し、オーバーシュート量が過大になってしまう。
【００１９】
以上より、空燃比Ａ／Ｆによって定められるＡ／Ｆ係数Ｃに応じてフィードバック噴射量Ｆｆｂを変化させることにより、空燃比Ａ／Ｆがリッチ状態の時に燃料噴射量Ｆが過剰に増え続けることを防ぐことができる。従って、実回転数Ｒａのオーバーシュート量を低減させることができるとともに、黒煙の発生を防止することもできる。
また、空燃比Ａ／Ｆが所定値Ａ１に対してよりリッチ側の数値である場合はＡ／Ｆ係数Ｃは空燃比Ａ／Ｆの増加に伴って大きくなる０以上１未満の数値であり、所定値Ａ１に対してよりリーン側の数値である場合はＡ／Ｆ係数Ｃは１である。そのため、燃料噴射量Ｆが過剰に増加するおそれのあるリッチ状態の時にのみ、フィードバック噴射量Ｆｆｂの補正をすることができる。
【００２０】
なお、フィードバック噴射量Ｆｆｂは、比例項Ｐ及び積分項Ｉのみならず、微分項を含んでもよい。
また、この実施の形態に係るエンジン本体１はディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１  エンジン、６  エアフローセンサ（空燃比算出手段）、８  回転数センサ（回転数検出手段）、９  ＥＣＵ（空燃比算出手段、目標回転数設定手段、制御手段）、１０  アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）、Ｆ  燃料噴射量、Ｆｂ  基本噴射量、Ｆｆｂ  フィードバック噴射量、Ｐ  比例項、Ｉ  積分項、Ｉｐ  積分項前回値、Ｉｂ  積分ベース項、Ａ／Ｆ  空燃比、Ｃ  Ａ／Ｆ係数、Ｒａ  実回転数、Ｒｔ  目標回転数。
【図１】
2014202091.tif 000003
【図２】
2014202091.tif 000004
【図３】
2014202091.tif 000005
【図４】
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