(57)【要約】【課題】ショートストローク制御、及びロングストローク制御による燃料噴射弁の燃料噴射時間の補正が、夫々のリフト制御においても適切に行われて目標の空燃比とのずれをできるだけ少なくすることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】ロングストロークとショートストロークの夫々のリフトで燃料噴射弁１５を制御した時に、燃料噴射時間ＴＰの補正係数ＫＬＬ、ＫＬＳをロングストローク制御、及びショートストローク制御毎に求め、燃料噴射弁１５の可動子のストロークが、ロングストロークとショートストロークの間で切り替わる際に、燃料噴射時間ＴＰの補正係数ＫＬＬ、ＫＬＳを切り替えて燃料噴射時間を補正する。夫々のリフト制御においても適切に行われて目標空燃比とのずれをできるだけ少なくすることができ、排気ガス中の有害成分の発生を抑制することができる。【選択図】図３
2018184861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、燃料噴射弁の可動子のストローク変位が完全閉弁を基点に最大の変位となる状態で燃料噴射を実施するロングストローク制御モードと、前記可動子のストローク変位が完全閉弁を基点に最大の変位となる前の途中位置の状態で燃料噴射を実施するショートストローク制御モードとを選択して実行する制御手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記制御手段は、
前記ロングストローク制御モードにおける、燃料噴射時間を求めるロングストローク用噴射時間演算手段と、この燃料噴射時間を補正する補正係数、或いは補正値を求めるロングストローク用噴射時間補正手段と、
前記ショートストローク制御モードにおける、燃料噴射時間を求めるショートストローク用噴射時間演算手段と、この燃料噴射時間を補正する補正係数、或いは補正値を求めるショートストローク用噴射時間補正手段と、
前記ロングストローク制御モードと前記ショートストローク制御モードとを切り換えるストローク制御切り替え手段とを備え、
前記ストローク制御切り替え手段が前記ロングストローク制御モードを選択している場合は、前記ロングストローク制御モードで求めた燃料噴射時間と補正係数、或いは補正値に基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射時間を求め、
前記ストローク制御切り替え手段が前記ショートストローク制御モードを選択している場合は、前記ショートストローク制御モードで求めた燃料噴射時間と補正係数、或いは補正値に基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射時間を求める
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記ロングストローク用噴射時間補正手段、及び前記ショートストローク用噴射時間補正手段は、前記ロングストローク制御モード、及び前記ショートストローク制御モードの夫々に設定されている所定範囲内の補正係数、或いは補正値を求める
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記ロングストローク用噴射時間補正手段、及び前記ショートストローク用噴射時間補正手段は、前記ロングストローク制御モード、及び前記ショートストローク制御モードの夫々に設定した補正係数、或いは補正値が、前記所定範囲の上限リミッタ及び下限リミッタを超えた場合は、上限リミッタ或いは下限リミッタに置き換える
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記ロングストローク用噴射時間補正手段、及び前記ショートストローク用噴射時間補正手段によって求められる補正係数、或いは補正値は、排気ガスの空燃比の偏りの傾向から求められた空燃比補正係数、或いは空燃比補正値である
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記ロングストローク用噴射時間補正手段、及び前記ショートストローク用噴射時間補正手段は、空燃比補正係数、或いは空燃比補正値を学習して記憶するマップを備えており、このマップはバッテリバックアップされている
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁を駆動する内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に燃料噴射弁の可動子のストローク変位量を段階的に調整する内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭ(Particulate Matter)に対する規制が厳しくなる傾向にある。特に、筒内噴射式内燃機関では、吸気ポート噴射式内燃機関に対し、高出力・低燃費等の長所がある一方、粒径の大きな燃料がピストンの冠面やシリンダボアの壁面に付着して残留することや、燃料と空気の混合具合が不均一の部分が生じやすいこと等の理由により、ＰＭが発生しやすい短所がある。
【０００３】
このような筒内噴射式内燃機関のＰＭ低減策として、筒内噴射用燃料噴射弁と吸気ポート噴射用燃料噴射弁を同一気筒に取り付けるデュアル式内燃機関のように、ＰＭが多く発生する運転領域では吸気ポート噴射用燃料噴射弁を使用してＰＭ低減を図る方法がある。しかしながら、この方法は高いＰＭ低減効果が望める反面、新規デバイスの追加によって製品コストが増加するという難点がある。
【０００４】
そこで、新規デバイスの追加無しに、ＰＭを低減する方法が開発されているが、その一つとして、例えば、特開２０１５−１２１２３１号公報(特許文献１)においては、燃料噴射弁の印加電圧と通電時間を制御して、燃料噴射弁が完全に開き切らない内に閉弁するハーフリフト制御によって燃料量を制御する技術が示されている。このハーフリフト制御によれば、従来の燃料噴射弁を完全に開き切るフルリフト制御に比べ、より精度が高い微小な量の燃料噴射を実現でき、燃料噴霧をより小さくすることによって、筒内壁面への燃料付着量の低減や混合気の均一度を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１２１２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の燃料噴射弁が完全に開き切ったフルリフト状態で行われる燃料噴射制御では、燃料噴射弁のストローク量は常に一定であり、燃料噴射時間を制御することによって燃料噴射量を調節可能であり、個体ばらつきや経年劣化による燃料噴射量のばらつきによる燃料噴射量のずれに対する補正の考え方も簡素化されていた。例えば、空燃比センサの出力信号のリッチ側、或いはリーン側への偏りの傾向から、個体ばらつきや経年劣化による燃料噴射量のばらつきを補正する空燃比学習制御においては、空燃比学習補正係数を求めて燃料噴射時間に反映させるようにしている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のような燃料噴射弁をハーフリフト制御で駆動する場合では、燃料噴射時間の経過によって燃料噴射弁の変位が変化するため、燃料噴射制御が非常に複雑となる。また、燃料噴射弁のストロークが常に最大となるフルリフト制御に比べ、燃料噴射弁のストローク量が調整、制御されるハーフリフト制御では、個体ばらつきや経年劣化による部品の摩耗による影響で、燃料噴射量のばらつきがフルリフト制御よりも大きくなってしまう恐れがある。
【０００８】
そして、上述の個体ばらつきや経年劣化という課題に対応するため空燃比学習制御を適用した場合、ハーフリフト及びフルリフトでのいずれかの状態の燃料噴射量の補正が適切に行われない恐れがある。上述したように、ハーフリフト時はフルリフト時に比べ、より微小量の燃料噴射を実現できるが、燃料噴射弁の個体ばらつきや経年劣化による部品の摩耗の影響がフルリフト時よりも大きく反映され、空燃比学習補正係数がとりうる範囲も広くなる。
【０００９】
そして、ハーフリフト時の燃料噴射量の空燃比学習補正を行う際に、燃料噴射量の空燃比学習補正係数をフルリフト時に合わせて設定してしまうと、フルリフト時の空燃比学習補正係数の上下限の範囲での補正となり、ハーフリフト時の燃料噴射量の空燃比学習補正が過大に行われて排気ガス中の有害成分が増加する恐れがある。
【００１０】
逆に、フルリフト時の燃料噴射量の空燃比学習補正を行う際に、燃料噴射量の空燃比学習補正係数をハーフリフト時に合わせて設定してしまうと、ハーフリフト時の空燃比学習補正係数の上下限の範囲での補正となり、フルリフト時の燃料噴射量の空燃比学習補正が十分に行われず排気ガス中の有害成分が増加する恐れがある。
【００１１】
また、上述した説明においては空燃比学習補正係数の場合を説明したが、水温補正やバッテリ電圧補正等においても同様の課題が存在する。
【００１２】
尚、ここで、ハーフリフトとは、フルリフトの半分のリフトを意味するものではなく、少なくともフルリフトに至る過程の途中のリフトで燃料噴射量が制御されることを意味しているものであり、フルリフトは「ロングストローク」、ハーフリフトは「ショートストローク」に言い換えることができる。
【００１３】
本発明の目的は、ショートストローク制御モード、及びロングストローク制御モードによる燃料噴射弁の燃料噴射時間の補正が、夫々のストローク制御モードにおいても適切に行われて目標の空燃比とのずれをできるだけ少なくすることができる新規な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の特徴は、ロングストロークとショートストロークの夫々のストロークで燃料噴射弁を制御した時に、燃料噴射時間の補正係数、或いは補正値をロングストローク制御モード、及びショートストローク制御モード毎に求め、燃料噴射弁の可動子のストロークが、ロングストロークとショートストロークの間で切り替わる際に、燃料噴射時間の補正係数、或いは補正値を切り替えて燃料噴射時間を補正する、ところにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ショートストローク制御モード、及びロングストローク制御モードによる燃料噴射弁の燃料噴射時間の補正が、夫々のストローク制御モードにおいても適切に行われて目標空燃比とのずれをできるだけ少なくすることができ、排気ガス中の有害成分の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用される内燃機関システムの構成を示すシステム構成図である。
【図２】燃料噴射弁の燃料噴射時間と燃料噴射量の関係を説明する特性図である。
【図３】本発明の代表的な実施形態になる燃料噴射制御装置の制御ブロックの構成を示す構成図である。
【図４】燃料噴射弁のストローク量と燃料噴射時間の関係を説明する説明図である。
【図５】図３の制御ブロックで実行される燃料噴射制御の制御フローを示すフローチャート図である。
【図６】図３の噴射時間補正係数を求める制御フローを示すフローチャート図である。
【図７】燃料噴射弁のストローク毎の水温補正係数と水温の関係を説明する説明図である。
【図８】燃料噴射弁のストローク毎のバッテリ電圧補正値とバッテリ電圧の関係を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【００１８】
図１は、本発明が適用される内燃機関のシステム構成を示し、内燃機関は１つの気筒の断面を示している。
【００１９】
内燃機関１０の吸入通路には、吸入空気量を計測するエアフロメータ１１が設置され、その下流には吸入空気量を調節するスロットル弁１２が設置されている。エアフロメータ１１の空気量出力、及びスロットル弁１２の開度出力はＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)１３に送信される。内燃機関１０は、シリンダ１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１５を備えている。燃料噴射弁１５は燃料供給通路１６に連結され、高圧の燃料が供給される。シリンダ１４の頂部には火花点火装置１７に接続された点火プラグが設けられている。
【００２０】
また、シリンダ１４内にはピストン１８が上下動可能に装着され、ピストン１８の上下動を回転運動に変換するクランクシャフトには、その回転角速度(内燃機関の回転数)および角度位置を検出するためのクランク角信号板１９とクランク角センサ２０が備わり、クランク角センサ２０からの信号はＥＣＵ１３に送信される。また、内燃機関１０は、吸気弁２１を開閉するためのカムシャフトも備える。カムシャフトはタイミングベルト、もしくは金属チェーンによりクランクシャフトとつながり、クランクシャフトの回転と連動して回転する。
【００２１】
また、カムシャフトにはその回転角速度および角度位置を検出するための、カム角信号板２２とカム角センサ２３が備わり、カム角センサ２３からの信号はＥＣＵ１３に送信される。また、吸気弁２１はその開閉タイミングが変更可能なように、吸気側カムシャフトの角度位相差を変更可能な吸気ＶＴＣ(Valve Timing Control)２４が備わり、吸気ＶＴＣ２４は、ＥＣＵ１３からの信号により制御される。
【００２２】
その他、内燃機関には以下のセンサが備わっており、いずれもＥＣＵ１３に信号を送信する。燃料圧力センサ２５は、燃料噴射弁１５への燃料供給通路１６内の圧力を計測するためのセンサである。水温センサ２６は、内燃機関１０の冷却水通路に取り付けられ、内燃機関の冷却水温度を計測するためのセンサである。開弁検出センサ２７は、燃料噴射弁１５の開弁時期を検出するためのセンサである。開弁検出センサ２７は、ノッキングを検出するためのノックセンサと兼用することもできる。
【００２３】
内燃機関１０では、吸入空気はスロットル弁１２により吸入量が調節される。スロットル弁１２で吸入量が調節された吸入空気はエアフロメータ１１により吸入量が計測され、その信号はＥＣＵ１３に送信される。その後、吸入空気は吸気弁２１を通過して内燃機関のシリンダ１４内に入り、燃料噴射弁１５から噴射された燃料と共に混合気を形成する。燃料噴射弁１５は、ＥＣＵ１３からの信号により通電されて開閉制御され、燃料を噴射する。
【００２４】
シリンダ１４内にて形成された燃料と吸入空気の混合気は、火花点火装置１７により点火される。火花点火装置１７は、ＥＣＵ１３からの信号により点火制御される。点火された混合気は燃焼し、膨張することでピストン１８を押し下げる。出力軸（クランクシャフト）はピストン１８とつながっており、ピストン１８が押し下げられることで回転し、機関トルクを出力する。  
燃焼を終えた混合気は排気ガスとなって排気管２８を通り三元触媒２９へ送られる。三元触媒２９は排気ガス中に含まれる有害な窒素酸化物や一酸化炭素を酸化・還元反応で二酸化炭素や水、窒素等の無害物質へ変換する機能を備えている。Ｏ２センサ３０は排気ガス中に含まれる酸素量を検出し、ＥＣＵ１３にセンサ出力を送信する。ＥＣＵ１３はＯ２センサの出力から、空燃比が燃料過多(リッチ)または酸素過多(リーン)の状態を判定し空燃比制御を行うものである。以上のような内燃機関のシステム構成は良く知られているのでこれ以上の説明は省略する。
【００２５】
図２は、本実施形態に使用される燃料噴射弁の燃料噴射時間と燃料噴射量の特性を示している。本実施形態の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁を駆動するため電圧の印加状態を変更することによって、燃料噴射弁の可動子のストローク量を２段階に切り替え可能となっている。ここでは、燃料噴射弁の可動子が最大の変位の状態で、燃料噴射弁の開弁時間によって燃料噴射量を制御するロングストローク制御モード（以下、ロングストローク制御と表記する）と、燃料噴射弁の可動子の変位が最大となる位置と完全に閉弁する位置の途中の位置に開弁位置を設定し、燃料噴射弁の開弁時間によって燃料噴射量を制御するショートストローク制御モード（以下、ショートストローク制御と表記する）を行なっている。
【００２６】
図２に示している通り、ロングストローク制御とショートストローク制御の燃料噴射時間と燃料噴射量を比較すると、同じ噴射時間に対して、ロングストローク制御、及びショートストローク制御で夫々の燃料噴射量が異なり、燃料噴射時間が長いほど燃料噴射量の差が大きくなっている。
【００２７】
また、ロングストローク制御において、燃料噴射時間Ｔ０〜Ｔ２の領域では、燃料噴射時間に対し燃料噴射量が急峻に立ち上がり、燃料噴射量Ｑ２以下の燃料噴射量を正確に制御して噴射することは困難である。一方、ショートストローク制御では、燃料噴射時間Ｔ１以上の領域で燃料噴射量の傾きが緩くなることから、燃料噴射量Ｑ１以上の燃料噴射量は適切に制御することができる。
【００２８】
更に、図２の一点鎖線は、目標燃料噴射量に対する実際の燃料噴射量のばらつきの範囲を示している。ＥＣＵ１３では、燃料噴射時間に対する燃料噴射量のばらつきを抑えるため、空燃比の帰還制御に基づいて燃料噴射時間の空燃比学習補正係数を演算し、基本燃料噴射量に対応した燃料噴射時間を演算した後に、燃料噴射時間に対して空燃比学習補正係数による補正を行っている。
【００２９】
ここで、図２の実線で示した燃料噴射弁の燃料噴射量(Ｑｘ)に対して、燃料噴射量が噴射量(Ｑｘｍａｘ)から噴射量(Ｑｘｍｉｎ)までの範囲でばらつき、その燃料噴射時間は、ロングストローク制御では燃料噴射時間(ＴＬ)となり、ショートストローク制御では燃料噴射時間(ＴＳ)となる。そして、ロングストローク制御とショートストローク制御の夫々において、燃料噴射量を補正する場合を考慮すると、同じ燃料噴射量を実現するために多くの燃料噴射時間を要するショートストローク制御の方が、燃料噴射時間に対する補正量の取りうる範囲が大きくなることがわかる。
【００３０】
また、燃料噴射弁の可動子が最大変位に設定されるロングストローク制御に対して、途中位置に設定されるショートストローク制御の方が、可動子の変位による誤差因子が大きく影響し、結果的に燃料噴射量(Ｑｘ)に対する実際の燃料噴射量のばらつきの範囲はショートストローク制御の方が大きくなる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、ロングストロークとショートストロークの夫々のリフトで燃料噴射弁を制御した時に、燃料噴射時間の補正係数、或いは補正値をロングストローク制御、及びショートストローク制御毎に求め、燃料噴射弁の可動子のストロークが、ロングストロークとショートストロークの間で切り替わる際に、燃料噴射時間の補正係数、或いは補正値を切り替えて燃料噴射時間を補正する、ようにしたものである。
【００３２】
図３は本実施形態になる燃料噴射制御装置の燃料噴射部の制御ブロックを示している。図３において、エアフロメータ１１で検出された吸入空気量１０１、水温センサで検出された水温１０２、クランク各センサ６で検出されたエンジン回転数１０３、Ｏ２センサで検出されたＯ２センサ電圧１０５、その他車速やフェールセーフの状態を含む車両状態情報１０４が各ブロックに入力され、各種の演算処理、記憶処理、判定処理、切り替え処理等が行われる。
【００３３】
基本燃料噴射量算出部１０６は、吸入空気量１０１、水温１０２、エンジン回転数１０３等に基づいて燃料噴射弁３から噴射する基本燃料噴射量を算出する。また、ストローク制御切り替え手段１０７は、基本燃料噴射量算出部１０６の出力である基本燃料噴射量を入力し、この基本燃料噴射量から燃料噴射弁ストローク量をロングストローク、或いはショートストロークに選択して切り替える。
【００３４】
図２でわかるように、燃料噴射量(Ｑ２)を下回る場合には、ロングストローク制御では燃料噴射時間がＴ２未満となり適切な燃料噴射ができない恐れが大きい。そこで、ストローク制御切り替え手段１０７は、ショートストローク制御で燃料噴射弁を制御することを選択、指示する。
【００３５】
また、図２で基本燃料噴射量が、ショートストローク制御で実現可能な燃料噴射量の最大値(Ｑｓｍａｘ)を超える場合、ショートストローク制御では基本燃料噴射量を実現するまでに大幅な時間延長が必要となる。そこでストローク制御切り替え手段１０７は、ロングストローク制御で燃料噴射弁を制御することを選択、指示する。尚、このリフト制御の切り替えの条件には、上記以外に燃料噴射制御装置の故障状態を加えても良いものである。
【００３６】
基本燃料噴射時間演算部１０８は、基本燃料噴射量算出部１０６で求められた基本燃料噴射量とストローク制御切り替え手段１０７で求められた燃料噴射弁ストローク量が入力され、ロングストローク制御、或いはショートストローク制御における燃料噴射量に対する基本燃料噴射時間(ＴＰ)を算出し、ロングストローク制御時の基本燃料噴射時間(ＴＰ)１０９、或いはショートストローク制御時の基本燃料噴射時間(ＴＰ)１１０のいずれか一方の演算結果を燃料噴射時間補正演算部１１４に出力する。
【００３７】
空燃比学習補正係数演算部１１１は、Ｏ２センサの電圧１０５、エンジン回転数１０３、基本燃料噴射時間(Ｔｐ)、燃料噴射弁ストローク量を記憶しておき、過去の燃料噴射の結果から燃料噴射時間の補正係数を演算する。Ｏ２センサの電圧１０５より、制御中の内燃機関が排出する排気ガスから燃料の濃い「リッチ状態」または薄い「リーン状態」を判定し、目標空燃比となるように空燃比を補正する。
【００３８】
この時、空燃比が「リッチ状態」または「リーン状態」に偏る傾向を測定し、「リッチ状態」が継続する場合には燃料噴射時間を短縮する空燃比学習補正係数（ＫＬ）を演算し、「リーン状態」が継続する場合には燃料噴射時間を延長する補正係数を演算し、その際のエンジン状態と共に演算結果を記憶する学習を行う。この空燃比学習補正係数(ＫＬ)は、代表的には回転数と基本燃料噴射時間(ＴＰ)とによって構築された空燃比学習補正係数マップに書き込まれ、更新されていくものである。
【００３９】
そして、本実施形態は、この空燃比学習補正係数(ＫＬ)が、ロングストローク制御とショートストローク制御の夫々のリフト制御で、独立した補正パラメータとして記憶されている。つまり、ロングストローク制御で使用する空燃比学習補正係数マップ１１２と、ショートストローク制御で使用する空燃比学習補正係数マップ１１３とが構築されている。尚、この空燃比学習補正係数マップ１１２、１１３はバッテリバックされており、ＥＣＵ１７の電源がオフされた後でも記憶されており、次回の電源投入における制御に反映されるように構成されている。
【００４０】
そして、夫々のロングストローク制御と、ショートストローク制御時における空燃比学習補正係数マップ１１２、１１３の選択と読み出しは、ストローク制御切り替え手段１０７の出力によって切り替えられ、ロングストローク制御時の空燃比学習補正係数マップ１１２、或いはショートストローク制御時の空燃比学習補正係数マップ１１３のいずれか一方の読み出し結果を燃料噴射時間補正演算部１１４に出力する。
【００４１】
燃料噴射時間補正算出部１１４は、ストローク制御切り替え手段１０７が指令する燃料噴射弁ストローク量がロングストローク制御を指令している場合には、ロングストローク制御時の基本燃料噴射時間(ＴＰ)にロングストローク制御時の空燃比学習補正係数(ＫＬ)を乗算して、燃料噴射弁駆動回路１１５へ最終的な燃料噴射時間を送信する。
【００４２】
また、ストローク制御切り替え手段１０７が指令する燃料噴射弁ストローク量がショートストローク制御を指令している場合には、ショートストローク制御時の基本燃料噴射時間(ＴＰ)にショートストローク制御時の空燃比学習補正係数(ＫＬ)を乗算して、燃料噴射弁駆動回路１１５へ燃料噴射時間を送信する。
【００４３】
また、燃料噴射タイミング演算部１１６は、クランク角センサ２０が取得するクランク角に対応して、燃料噴射弁１５が燃料噴射を開始するタイミングを決定する。燃料噴射弁駆動回路１１５は、燃料噴射弁ストローク量、最終的な燃料噴射時間、燃料噴射タイミングを基に、燃料噴射弁１５を駆動するための駆動信号を生成する。
【００４４】
次に、図４を用いて図３の空燃比学習補正係数演算部１１１が、ロングストローク制御とショートストローク制御の夫々で、空燃比学習補正係数(ＫＬ)の算出を行う時の考え方を説明する。
【００４５】
図４の(Ａ)は、ロングストローク制御とショートストローク制御の燃料噴射弁の可動子の変位の違いを示したものである。燃料噴射は予め燃料経路を通る燃料の圧力を高圧にしておき、可動子が完全閉弁となる「変位０」から最大の変位となる「変位Ａ」、或いは完全閉弁となる「変位０」から最大の変位までの途中の変位となる「変位Ｂ」の位置に引き上げられて開弁することにより行われる。「変位Ａ」はロングストローク制御の場合を示し、「変位Ｂ」はショートストローク制御の場合を示している。
【００４６】
燃料噴射弁の可動子は、ストローク制御切り替え手段１０７がロングストローク制御、或いはショートストローク制御のいずれかを選択することにより、「変位Ａ」または「変位Ｂ」に設定される。「変位Ａ」、或いは「変位Ｂ」の設定は、基本燃料噴射量演算部１０６で算出した基本燃料噴射量に基づいて計算される。
【００４７】
図４の(Ｂ)は、ロングストローク制御とショートストローク制御で同じ目標燃料噴射量の要求に対して、実際の燃料噴射量が異なっていることを示している。この燃料噴射量のばらつきは、燃料噴射弁の個体ばらつきや経年劣化によって、「変位Ａ」と「変位Ｂ」がばらつくことに起因する。図４の(Ｂ)では、ロングストローク制御とショートストローク制御で同じ燃料噴射量となるように燃料噴射を行った結果、ロングストローク制御では目標燃料噴射量よりも多い燃料が噴射され、ショートストローク制御では目標燃料噴射量に対して少ない燃料が噴射された状態を表している。
【００４８】
図４の(Ｃ)は、図４の(Ｂ)で示す燃料噴射量のばらつきによって、空燃比がどのように変化するかを示すものである。図４の(Ｃ)では、目標空燃比はロングストローク制御とショートストローク制御で互いに等しくなっている。ロングストローク制御では、目標燃料噴射量に対して実際の燃料噴射量が多く、Ｏ２センサの電圧１０５は燃料過多(リッチ)の状態を示すことになる。また、ショートストローク制御では、目標燃料噴射量に対して実際の燃料噴射量が少なく、Ｏ２センサの電圧１０５は酸素過多(リーン)の状態を示すことになる。
【００４９】
そして、空燃比学習補正係数演算部１１１は、空燃比が燃料過多(リッチ)となっている場合に基本燃料噴射時間(ＴＰ)を短縮し、空燃比が酸素過多(リーン)となっている場合に基本燃料噴射時間(ＴＰ)を延長するような空燃比学習補正係数(ＫＬ)を演算する。
【００５０】
図４の(Ｄ)は、ロングストローク制御とショートストローク制御における、基本燃料噴射時間(ＴＰ)と補正後の燃料噴射時間を比較したものである。燃料噴射量がロングストローク制御とショートストローク制御で同じとした場合、基本燃料噴射時間(ＴＰ)は異なっており、ショートストローク制御の方が長く設定される。
【００５１】
そのため、空燃比学習補正係数(ＫＬ)は燃料噴射弁のストローク量毎に演算する必要がある。図４の(Ｄ)では、ロングストローク制御では空燃比が燃料過多(リッチ)の状態であるため、基本燃料噴射時間(ＴＰ)に対して燃料噴射時間を短縮する補正を行い、一方で、ショートストローク制御では空燃比が酸素過多(リーン)の状態であるため、基本燃料噴射時間(ＴＰ)に対して燃料噴射時間を延長する補正を行う。
【００５２】
このように、燃料噴射弁のストローク量が異なる場合、同じ目標燃料噴射量に対して実際の燃料噴射量のばらつきが等しくなるとは限らず、燃料噴射量を一つの空燃比学習補正係数(ＫＬ)で補正することは困難である。
【００５３】
これに対して、本実施形態によれば、目標燃料空燃比と実際の空燃比の間にばらつきが生じている場合に、ロングストローク制御とショートストローク制御の夫々の基本燃料噴射時間(ＴＰ)に対し、夫々の空燃比学習補正係数(ＫＬ)を乗算して燃料噴射時間を補正、調整することにより、いずれの燃料噴射弁のリフト制御においても、空燃比のばらつきを適切に補正することが可能となるものである。
【００５４】
図５は、図３に示す制御ロックによる制御ステップの流れを示すフローチャートである。このフローチャートは所定の起動タイミング(例えば、１０ｍｓ毎)で起動されて実行されるものである。
【００５５】
≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２１においては、基本燃料噴射量演算部１０２によって、吸入空気量１０１、水温１０２、エンジン回転数１０３から基本燃料噴射量を算出する。例えば、吸入空気量を回転数で除算し、この除算結果に水温による補正係数を乗算して基本燃料噴射量を算出する。このステップＳ２１が終了するとステップＳ２２に移行する。
【００５６】
≪ステップＳ２２≫
ステップＳ２２においては、ストローク制御切り替え手段１０７によって、ステップＳ２１で算出した基本燃料噴射量がショートストローク制御燃料噴射量の最大値(Ｑｓｍａｘ)より以下であるときは、ショートストローク制御での燃料噴射が可能と判断してステップＳ２８へ移行する。
【００５７】
一方、図２の説明で述べたとおり、多量の燃料噴射量が要求されている場合、ショートストローク制御では燃料噴射完了までに多くの時間を要する。そこで、ショートストローク制御で実現可能な燃料噴射量の最大値(Ｑｓｍａｘ)を設定し、基本燃料噴射量が最大値(Ｑｓｍａｘ)を超える場合は、ロングストローク制御の制御に切り替えるためステップＳ２３に移行する。
【００５８】
≪ステップＳ２３≫
ステップＳ２３においては、ステップＳ２２の判定によって、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)をロングストローク制御と設定する。燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)の設定が完了するとステップＳ２４に移行する。
【００５９】
≪ステップＳ２４≫
ステップＳ２４においては、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)がロングストローク制御に設定された場合、基本燃料噴射時間演算部１０８にて基本燃料噴射量に対するロングストローク制御での基本燃料噴射時間(ＴＬＯ)を算出する。基本燃料噴射時間(ＴＬＯ)が算出されるとステップＳ２５に移行する。
【００６０】
≪ステップＳ２５≫
ステップＳ２５においては、ストローク制御切り替え手段１０７によって、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)がロングストローク制御に設定された場合、空燃比学習補正係数演算部１１３は、基本燃料噴射量に対するロングストローク制御の空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)を、後述するロングストローク用の空燃比学習補正係数マップ１１２を参照して読み出す、読み出し処理を実行する。空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)が読み出されるとステップＳ２６に移行する。
【００６１】
≪ステップＳ２６≫
ステップＳ２６においては、ステップＳ２５で読み出したロングストローク制御用の空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)が過大、或いは過小の値となることを防止し、燃料噴射量が適切な値の範囲内となるように、ロングストローク制御用の空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)に対して上下限リミット処理を実行する。この場合、空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)が上限リミット、或いは下限リミットを超えると、空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)は上限リミット、或いは下限リミットに置き換えられるものである。上下限リミット処理が実行されるとステップＳ２７に移行する。
【００６２】
≪ステップＳ２７≫
ステップＳ２７においては、燃料噴射時間補正演算部１１４によって基本燃料噴射時間(ＴＬＯ)に空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)を乗算して、最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)を演算する。尚、この最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)は、空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)だけで補正されるものではなく、水温補正係数ＫＷ、加速補正係数ＫＡＣＣ、減速補正係数ＫＤＥＣＣ、バッテリ電圧補正時間ＴＶＢ等の補正係数、補正値が反映されて求められるものである。したがって、最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)は、
Ｔｉ＝ＴＬＯ×(１＋ＫＬＬ＋ＫＷ＋ＫＡＣＣ＋ＫＤＥＣＣ…）＋ＴＶＢ
からなる演算式で求められる。尚、空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)等の補正係数は補正時間値としても良く、この場合はとして最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)は、基本燃料噴射時間(ＴＬＯ)に加算して求められることになる。
【００６３】
≪ステップＳ２８≫
ステップＳ２２に戻って、ショートストローク制御での燃料噴射が可能と判断されるとステップＳ２８へ移行する。ステップＳ２８においては、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)をショートストローク制御に設定する。
【００６４】
≪ステップＳ２９≫
ステップＳ２９においては、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)がショートストローク制御に設定された場合、基本燃料噴射時間演算部１０８にて基本燃料噴射量に対するショートストローク制御での基本燃料噴射時間(ＴＳＨ)を算出する。基本燃料噴射時間(ＴＳＨ)が算出されるとステップＳ３０に移行する。
【００６５】
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、ストローク制御切り替え手段１０７によって、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)がショートストローク制御に設定された場合、空燃比学習補正係数演算部１１３は、基本燃料噴射量に対するショートストローク制御の空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)を、後述するショートストローク用の空燃比学習補正係数マップ１１３を参照して読み出す、読み出し処理を実行する。
【００６６】
図４で同じ燃料噴射量に対して、ロングストローク制御とショートストローク制御の夫々の燃料噴射量のばらつきに違いがあることを説明した。また、図２で、同じ燃料噴射量に対して、燃料噴射量のばらつきの範囲が一致する場合においては、ロングストローク制御とショートストローク制御で必要な燃料噴射時間の補正量が異なり、ショートストローク制御の方が燃料噴射時間の補正範囲を大きくとる必要がある。
【００６７】
本実施例では、ロングストローク制御とショートストローク制御の夫々の空燃比学習補正係数(ＫＬ)がとりうる範囲を燃料噴射弁ストローク毎に設定し、ショートストローク制御での空燃比学習補正係数が適切な値となるように構成している。空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)が読み出されるとステップＳ３１に移行する。
【００６８】
≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、ステップＳ３０で読み出したショートストローク制御用の空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)が過大、或いは過小の値となることを防止し、燃料噴射量が適切な値の範囲内となるように、ショートストローク制御用の空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)に対して上下限リミット処理を実行する。この処理はステップＳ２６と同様である。上下限リミット処理が実行されるとステップＳ３２に移行する。
【００６９】
≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３２においては、燃料噴射時間補正演算部１１４によって基本燃料噴射時間(ＴＳＨ)に空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)を乗算して、最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)を演算する。尚、この最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)は、ステップＳ２７で説明したように空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)だけで補正されるものではなく、他の補正が反映されるようになっている。
≪ステップＳ３３≫
ステップＳ２７、或いはステップＳ３２で最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)が求まると、ステップＳ３３においては、燃料噴射弁駆動回路に燃料噴射パルス指令値を送信する。燃料噴射駆動回路では、燃料噴射弁ストローク量(ＩＮＪＳｔ)と最終的な燃料噴射時間(Ｔｉ)を送信し、別の演算によって求められた燃料噴射タイミングに同期して燃料噴射が開始されるようになる。
【００７０】
尚、図５のステップＳ２２の燃料噴射弁ストローク量の切り替えは、基本燃料噴射量によってロングストローク制御とショートストローク制御の切り替えを行っているが、ロングストローク制御での制御を行う領域は、基本燃料噴射量が最大値(Ｑｓｍａｘ)を超える領域に限定されるものではない。
【００７１】
また、図５においては基本燃料噴射量の算出後にステップＳ２２で実行される燃料噴射弁ストローク量の判定を行なっているが、ショートストローク制御の燃料噴射時間を計算した後に、ショートストローク制御の燃料噴射時間が所定の判定時間を超過するかによって、燃料噴射弁ストローク量の切り替えを判定してもよいものである。
【００７２】
更に、図５のステップＳ２５とステップＳ３０で説明した、ロングストローク制御での燃料噴射時間、及びショートストローク制御での燃料噴射時間を補正するための空燃比学習補正係数(ＫＬＬ、ＫＬＳ)は、図３の空燃比学習補正係数演算部１１２で継続して空燃比の状態を計測することにより、燃料噴射量のばらつきの傾向から算出するものである。計算した空燃比学習補正係数(ＫＬＬ、ＫＬＳ)はロングストローク制御とショートストローク制御で、それぞれ独立したパラメータとして、基本燃料噴射時間とエンジン回転数を軸とする２次元マップ上に記憶されている
尚、本実施形態では空燃比学習補正係数(ＫＬ)をマップ化しているが、これ以外の水温補正、バッテリ補正等でも適用可能であり、この場合も、ロングストローク制御で使用する補正マップと、ショートストローク制御で使用する補正マップとが構築されることになる。
【００７３】
図７には水温補正係数のテーブルを示しており、図７の(Ａ)はロングストローク制御用の水温を軸とした補正係数ＫＷＬが記憶されたテーブルを示し、図７の(Ｂ)はショートストローク制御用の水温を軸とした補正係数ＫＷＳが記憶されたテーブルを示している。
【００７４】
同様に、図８にはバッテリ電圧補正値(時間)のテーブルを示しており、図８の(Ａ)はロングストローク制御用のバッテリ電圧を軸とした補正時間ＴＶＢＬが記憶されたテーブルを示し、図８の(Ｂ)はショートストローク制御用のバッテリ電圧を軸とした補正時間ＴＶＢＳが記憶されたテーブルを示している。
【００７５】
したがって、空燃比学習補正係数(ＫＬ)と同様な制御を行なって、ロングストローク制御とショートストローク制御毎に、燃料噴射時間の補正を行なうことができる。尚、これらの補正は単独で行われるものではなく、組み合わされて補正が行われるものである。
【００７６】
次に、空燃比学習補正係数を演算する制御ステップを図６のフローチャートを用いて説明する。
【００７７】
≪ステップＳ４１≫
ステップＳ４１においては、空燃比学習の開始条件を確認する。燃料噴射弁ストローク量が切り替わってから所定時間が経過するまで、ロングストローク制御、或いはショートストローク制御の空燃比学習を禁止する。この理由は、燃料噴射弁ストローク量が切り替わった直後の排気ガスは、ロングストローク制御の燃料噴射とショートストローク制御の燃料噴射のどちらの燃焼も含まれており、ロングストローク制御とショートストローク制御の学習値の切り分けが困難であるためである。
【００７８】
ここでは、空燃比学習の開始条件を燃料噴射弁ストローク量の切り替えからの経過時間(所定時間)をとしているが、例えば、燃料噴射弁ストローク量の切り替えから回転数が所定値以上に回転した後としても良いし、燃料噴射弁ストローク量の切り替え後、燃料噴射回数が所定回数以上となった場合としても良いものである。ステップＳ４１で空燃比学習の開始条件が成立後、ステップ４２に移行して空燃比学習を開始する。
【００７９】
≪ステップＳ４２≫
ステップＳ４２においては、燃料噴射弁ストローク量ＩＮＪＳｔがロングストローク制御を選択している場合、ステップＳ４３に移行してロングストローク制御の空燃比学習を開始する。一方、燃料噴射弁ストローク量ＩＮＪＳｔがロングストローク制御を選択していない場合、ステップＳ４５に移行してショートストローク制御の空燃比学習を開始する。
【００８０】
≪ステップＳ４３≫
燃料噴射弁ストローク量ＩＮＪＳｔがロングストローク制御を選択している場合、ステップＳ４３においては、ロングストローク制御で燃料噴射中にＯ２センサが「リッチ状態」を検出し続けている場合、燃料噴射量に対応するロングストローク制御の燃料噴射時間が長いと判断し、燃料噴射時間を短縮するような空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)を算出する。逆に、Ｏ２センサが「リーン状態」を検出し続けている場合、燃料噴射量に対応するロングストローク制御の燃料噴射時間が短いと判断し、燃料噴射時間を延長するような空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)を算出する。空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)が求まると、ステップＳ４４に移行する。
【００８１】
≪ステップＳ４４≫
ステップＳ４４においては、ステップＳ４３で求めた空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)が、回転数、基本燃料噴射時間で表されるロングストローク制御用の空燃比学習補正係数マップ１１２に格納される。この空燃比学習補正係数マップ１１２は、回転数と、基本燃料噴射時間によって運転領域を区切り、該当する領域にステップＳ４３で求めた空燃比学習補正係数(ＫＬＬ)を格納する。
【００８２】
≪ステップＳ４５≫
ステップＳ４２に戻り、燃料噴射弁ストローク量ＩＮＪＳｔがロングストローク制御を選択していない場合、ステップＳ４６においては、ショートストローク制御の空燃比学習を開始する。
【００８３】
ショートストローク制御で燃料噴射中にＯ２センサが「リッチ状態」を検出し続けている場合、燃料噴射量に対応するショートストローク制御の燃料噴射時間が長いと判断し、燃料噴射時間を短縮するような空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)を算出する。逆に、Ｏ２センサが「リーン状態」を検出し続けている場合、燃料噴射量に対応するショートストローク制御の燃料噴射時間が短いと判断し、燃料噴射時間を延長するような空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)を算出する。空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)が求まると、ステップＳ４６に移行する。
【００８４】
≪ステップＳ４６≫
ステップＳ４４においては、ステップＳ４３で求めた空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)が、回転数、基本燃料噴射時間で表されるロングストローク制御用の空燃比学習補正係数マップ１１３に格納される。この空燃比学習補正係数マップ１１３は、回転数と、基本燃料噴射時間によって運転領域を区切り、該当する領域にステップＳ４３で求めた空燃比学習補正係数(ＫＬＳ)を格納する。
【００８５】
ステップＳ４４とステップＳ４６で、ロングストローク制御用の空燃比学習補正係数マップおよびショートストローク制御用の空燃比学習補正係数マップの格子軸に回転数と基本燃料噴射時間を用いているが、これらの軸は図２の燃圧センサから取得可能な燃料圧力などと置換することも可能であり、更には燃料圧力の軸をさらに追加して３次元のマップとしても良いものである。
【００８６】
また、ステップＳ４４、及びステップＳ４６でロングストローク制御用の空燃比学習補正係数マップ１１２、及びショートストローク制御用の空燃比学習補正係数マップ１１３に空燃比学習補正係数を格納する場合は、最新の空燃比学習補正係数を上書きしてもよいし、前回の空燃比学習補正係数と、今回の空燃比学習補正係数との平均値を格納することも可能である。
【００８７】
上述した実施形態では、空燃比学習補正係数の例を説明したが、この他に水温補正やバッテリ電圧補正等においても同様の課題が存在するので、同様の考え方で水温補正係数やバッテリ電圧補正値等をロングストローク制御用の補正マップ、及びショートストローク制御用の補正マップに分離して制御することも可能である。
【００８８】
以上述べた通り、本発明によれば、ロングストロークとショートストロークの夫々のリフトで燃料噴射弁を制御した時に、燃料噴射時間の補正係数、或いは補正値をロングストローク制御、及びショートストローク制御毎に求め、燃料噴射弁の可動子のストロークが、ロングストロークとショートストロークの間で切り替わる際に、燃料噴射時間の補正係数、或いは補正値を切り替えて燃料噴射時間を補正する、構成とした。
【００８９】
これによれば、ショートストローク制御、及びロングストローク制御による燃料噴射弁の燃料噴射時間の補正が、夫々のリフト制御においても適切に行われて目標空燃比とのずれをできるだけ少なくすることができ、排気ガス中の有害成分の発生を抑制することができる。
【００９０】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、燃料噴射時間を制御する例を示したが、目標燃料噴射量に対して制御装置の計算を構成してもよいのは勿論である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…内燃機関、１１…エアフロメータ、１２…スロットル弁、１３…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）、１４…シリンダ、１５…燃料噴射弁、１６…燃料供給通路、１７…火花点火装置、１８…ピストン、１９…クランク角信号板、２０…クランク角センサ、２１…吸気弁、２２…カム角信号板、２３…カム角センサ、２４…吸気ＶＴＣ、２５…燃料圧力センサ、２６…水温センサ、２７…開弁検出センサ、２８…排気管、２９…三元触媒、３０…Ｏ２センサ、１０６…基本燃料噴射量算出部、１０７…ストローク制御切り替え手段、１０８…基本燃料噴射時間算出部、１１１…空燃比学習補正係数演算部、１１４…燃料噴射時間補正演算部、１１５…燃料噴射タイミング演算部、１１６…燃料噴射弁駆動回路。
【図１】
2018184861.tif 000003
【図２】
2018184861.tif 000004
【図３】
2018184861.tif 000005
【図４】
2018184861.tif 000006
【図５】
2018184861.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018184861.tif 000009
【図８】
2018184861.tif 000010