(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、内燃機関に供給される燃料の種類の切り替わり時に、迅速に燃焼を安定化させることを目的とする。【解決手段】内燃機関１０に供給される燃料の切り替わりの有無を判断する（ステップ１００）。燃料の切り替わりがあったと判断された場合に、所定の期間に渡って気筒毎に異なる燃料噴射量で燃料噴射を行う（ステップ１０２）。当該所定の期間中に、排気空燃比が理論空燃比に最も近くなった気筒で噴射された燃料噴射量を、全気筒の燃料噴射量に設定する（ステップ１０４および１０６）。【選択図】図２
2008121508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される燃料の切り替わりの有無を判断する燃料変化判断手段と、
燃料の切り替わりがあったと判断された場合に、所定の期間に渡って気筒毎に異なる燃料噴射量で燃料噴射を行う燃料噴射実行手段と、
前記所定の期間中に、排気空燃比が理論空燃比に最も近くなった気筒で噴射された燃料噴射量を、全気筒の燃料噴射量に設定する噴射量設定手段と、
を備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２】
内燃機関に供給される燃料の切り替わりの有無を判断する燃料変化判断手段と、
内燃機関の燃焼状態を取得する燃焼状態取得手段と、
燃料の切り替わりがあったと判断された場合に、所定の期間に渡って気筒毎に異なる燃料噴射量で燃料噴射を行う燃料噴射実行手段と、
前記所定の期間中に、内燃機関の燃焼状態が最も安定した気筒で噴射された燃料噴射量を、全気筒の燃料噴射量に設定する噴射量設定手段と、
を備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３】
燃料の前記切り替わりの際に、空燃比がリッチ側およびリーン側の何れに変化したかを判別する空燃比判別手段を更に備え、
前記燃料噴射実行手段は、燃料の前記切り替わり時に、空燃比がリッチ側に変化した場合であれば、減量側で燃料噴射量を気筒毎に異ならせるようにし、空燃比がリーン側に変化した場合であれば、増量側で燃料噴射量を気筒毎に異ならせるようにすることを特徴とする請求項１または２記載の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】
この発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、多種類の燃料の供給を受ける燃料タンクを備える車両に搭載される内燃機関の燃料噴射を制御する装置として好適な内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、ガソリンの他にアルコールとガソリンの各種組成の混合燃料にも対応した内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の内燃機関の制御装置は、新たに燃料が給油された際に、空燃比検出手段によって空燃比が検出できない状態のときには、予め設定された暫定アルコール濃度推定値を用いて、内燃機関への燃料供給量を補正するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９３４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０３６３号公報
【特許文献３】特開２００６−７７６８３号公報
【特許文献４】特開２００５−４８６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の制御装置における暫定アルコール推定値を用いた燃料噴射量の補正手法では、その時々の燃料の混合状態に応じた最適な燃料噴射量を得ることはできない。従って、上記従来の手法では、内燃機関に供給される燃料の種類が実際に切り替わった際に、短時間のうちに燃焼を安定化させることが困難である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関に供給される燃料の種類の切り替わり時に、迅速に燃焼を安定化させることのできる内燃機関の燃料噴射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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関に供給される燃料の切り替わりの有無を判断する燃料変化判断手段と、
燃料の切り替わりがあったと判断された場合に、所定の期間に渡って気筒毎に異なる燃料噴射量で燃料噴射を行う燃料噴射実行手段と、
前記所定の期間中に、排気空燃比が理論空燃比に最も近くなった気筒で噴射された燃料噴射量を、全気筒の燃料噴射量に設定する噴射量設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、内燃機関に供給される燃料の切り替わりの有無を判断する燃料変化判断手段と、
内燃機関の燃焼状態を取得する燃焼状態取得手段と、
燃料の切り替わりがあったと判断された場合に、所定の期間に渡って気筒毎に異なる燃料噴射量で燃料噴射を行う燃料噴射実行手段と、
前記所定の期間中に、内燃機関の燃焼状態が最も安定した気筒で噴射された燃料噴射量を、全気筒の燃料噴射量に設定する噴射量設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、燃料の前記切り替わりの際に、空燃比がリッチ側およびリーン側の何れに変化したかを判別する空燃比判別手段を更に備え、
前記燃料噴射実行手段は、燃料の前記切り替わり時に、空燃比がリッチ側に変化した場合であれば、減量側で燃料噴射量を気筒毎に異ならせるようにし、空燃比がリーン側に変化した場合であれば、増量側で燃料噴射量を気筒毎に異ならせるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、燃料の切り替わりがあったと判断された際に、燃料噴射量が気筒毎に試行的に変更されることによって、そのような変更が行われる所定の期間中に排気空燃比が最もストイキ空燃比に近くなった気筒が見つけ出される。そして、その気筒での燃料噴射量に全気筒の燃料噴射量が合わせ込まれる。このため、本発明によれば、燃料の切り替わりがあった場合に、短時間のうちに適切な燃料噴射量に到達させることができ、迅速に燃焼を安定化させることが可能となる。
【００１０】
第２の発明によれば、燃料の切り替わりがあったと判断された際に、燃料噴射量が気筒毎に試行的に変更されることによって、そのような変更が行われる所定の期間中に燃焼状態が最も安定した気筒が見つけ出される。そして、その気筒での燃料噴射量に全気筒の燃料噴射量が合わせ込まれる。このため、本発明によれば、燃料の切り替わりがあった場合に、短時間のうちに適切な燃料噴射量に到達させることができ、迅速に燃焼を安定化させることが可能となる。
【００１１】
第３の発明によれば、燃料の切り替わり後に用いるうえで適切な燃料噴射量を短時間のうちに見つけ出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、説明の便宜上、直列４気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。ピストン１２は、筒内を往復移動することができる。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成されている。また、燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００１３】
吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２は、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ２４が配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が配置されている。
【００１４】
燃料噴射弁２６には、燃料供給管２８を介して燃料タンク３０が連通している。この燃料タンク３０は、ガソリンやアルコール燃料（例えばエタノール）といった複数種類の燃料の供給を受けるタンクである。以下、本実施形態においては、一例として、ガソリンとエタノールを想定したシステムについて説明を行う。
【００１５】
燃料供給管２８は、燃料噴射弁２６と燃料タンク３０との間に、ポンプ３２を備えている。また、ポンプ３２と燃料噴射弁２６との間には、電子制御式の圧力レギュレータ３４が設けられている。ポンプ３２は、燃料噴射弁２６に向けて既定の一定圧力で燃料を圧送する。圧力レギュレータ３４は、ポンプ３２により圧送される燃料を減圧させて所望の燃料圧力に調節することができる。このため、燃料噴射弁２６は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の燃料を吸気ポート内に噴射することができる。
【００１６】
排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒３６が配置されている。触媒３６の上流には、その位置で排気空燃比を検出するための空燃比センサ３８が配置されている。このような空燃比センサ３８によれば、各気筒の燃焼室１４から排出される排気ガスが空燃比センサ３８に到達するタイミングに応じて、そのセンサ出力を取得するようにすることで、それぞれの気筒の排気空燃比情報を取得することができる。
【００１７】
図１に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)４０を備えている。ECU４０には、スロットルセンサ２４などと共に、エンジン回転数を検出するクランク角センサ４２、燃焼室１４内（筒内）の圧力を検出するための筒内圧センサ４４、および燃料タンク３０内の燃料レベルを検知する燃料レベルセンサ４６等が接続されている。上述したスロットルバルブ２２、燃料噴射弁２６、ポンプ３２、および圧力レギュレータ３４は、ECU４０により制御されている。
【００１８】
以上説明した本実施形態のシステムは、ガソリンとエタノールの何れの燃料によっても内燃機関１０の運転が可能なシステムであり、いわゆるフレキシブルフューエルビークル（FFV）と言われる車両に搭載されるシステムである。このようなシステムでは、最終的に内燃機関１０に供給されることになる燃料は、車両のユーザが選択する燃料の種類（本実施形態では、ガソリンかエタノール）と、ユーザの所望のタイミングで実行される給油の際に燃料タンク３０内に残存する燃料の量およびその種類とに応じて、異なるものとなる。
【００１９】
［実施の形態１の特徴部分］
発熱量や理論空燃比（ストイキ空燃比）は、燃料の種類に応じて異なるものとなる。本実施形態で想定する燃料のケースでは、ガソリンに比してエタノールの方が、発熱量が小さく、また、理論空燃比も小さい（リッチ側の値になる）。具体的には、濃度１００％のエタノールを燃料として使用する場合において、濃度１００％のガソリンを燃料として使用した場合と同じトルクを出すためには、ガソリンに比して１.４〜１.５倍程度の燃料量を必要とする。
【００２０】
内燃機関１０では、基本的には、触媒３６の上流の排気空燃比が目標空燃比（ストイキ空燃比）となるように、燃料噴射量が制御されている。従って、車両のユーザの給油態様によって、燃料タンク３０内の燃料の種類や複数の燃料の混合比が大きく変化することがあると、内燃機関１０に供給される燃料が当該変化後の燃料に切り替わった際に、燃料の種類の応じて要求噴射量が異なることに起因して、排気空燃比が目標値から急激に大きくずれてしまう。その結果として、内燃機関１０の燃焼が不安定となってしまう。
【００２１】
そして、燃料の種類や複数の燃料の混合比が大きく変化するような態様の燃料の切り替わりがあった場合には、切り替わり後の燃料が用いられた状態で、排気空燃比が既存のフィードバック制御によって目標とするストイキ空燃比となるように制御されるようになるまでに、言い換えれば、燃料の切り替わり後に燃焼が安定化するまでに、ある程度の時間を要してしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態では、燃料の切り替わりがあったと判断された場合に、その後に燃焼が実行される気筒毎に、所定サイクルに渡って試行的に燃料噴射量を変更するようにした。そして、そのような燃料噴射量の変更期間中に排気空燃比が最もストイキ空燃比に近くなった気筒で噴射された燃料噴射量となるように、全気筒の燃料噴射量を合わせるようにした。尚、本明細書中においては、例えばガソリンからエタノールというように燃料の種類が切り替わるケースだけでなく、給油の態様によって燃料タンク３０内でのガソリンとエタノールの混合比が変化することとを総称して、「燃料の切り替わり」と表現するようにしている。
【００２３】
図２は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態のシステムによれば、燃料レベルセンサ４６を用いて燃料タンク３０内の燃料レベルの変化を検知することによって、給油が行われたか否かを判別することができる。本ルーチンは、そのような手法で給油が行われたであろうと判断された場合に、実行されるものとする。
【００２４】
図２に示すルーチンでは、先ず、燃料の切り替わりがあったか否かが判別される（ステップ１００）。より具体的には、ここでは、空燃比センサ３８の出力が所定の値よりも大きく変化したか否かを判別し、そのような大きなセンサ出力の変化が認められた場合に、燃料の切り替わりがあったと判断するようにしている。また、本ステップ１００では、空燃比センサ３８の出力変化が、リッチ側への変化であるか、或いはリーン側への変化であるかを併せて判別するようにしている。
【００２５】
上記ステップ１００において、燃料の切り替わりがあったと判定された場合には、所定の数サイクルに渡って、気筒毎に異なる燃料噴射量で噴射が実施される（ステップ１０２）。図３は、そのような本ステップ１０２における特徴的な燃料噴射の実施態様を説明するための図である。直列４気筒型エンジンである内燃機関１０では、爆発順序は、＃１→＃３→＃４→＃２という気筒の順番となる。図３に示すように、ここでは、燃料の切り替わったと判断された時点での燃料噴射量をTau1とし、また、図３を参照して説明するケースは、排気空燃比がリッチ側に変化したケースであるものとする。
【００２６】
図３に示す手法では、燃料が切り替わったと判定された場合には、その後に爆発行程が到来する気筒毎に、燃料噴射量が順次変更される。より具体的には、排気空燃比がリッチ側に変化したと判定されるケースでは、爆発回数が進むにつれ段々大きくなるように設定された所定量（Δtau1＜Δtau2＜Δtau3＜Δtau4＜・・・）分だけ、気筒毎に段々に減少する側（すなわち、段々リーンとなる側）に、燃料噴射量が試行的に大きく変更される。そして、そのような試行的な燃料噴射量の変更が所定の数サイクルに渡って実行される。
【００２７】
一方、燃料の切り替わり時に排気空燃比がリーン側に変化したと判定されるケースでは、図３に示すケースとは逆に、気筒毎に段々に減少する側（すなわち、段々リッチとなる側）に、燃料噴射量が所定の数サイクルに渡って試行的に大きく変更される。
【００２８】
図２に示すルーチンでは、次に、上記のように試行的に燃料噴射量を変化させた試行期間（本発明でいう「所定の期間」）中における気筒毎の排気空燃比の判定が実施される（ステップ１０４）。より具体的には、本ステップ１０４では、当該試行期間中に排気空燃比が最もストイキ空燃比に近くなるような燃料噴射が実施された気筒が判別される。
【００２９】
次に、上記試行期間中に排気空燃比が最もストイキ空燃比に近くなった気筒で実際に噴射された燃料噴射量が取得され、そして、全気筒の燃料噴射量が、その取得された燃料噴射量となるように設定される（ステップ１０６）。
【００３０】
次に、上記ステップ１０６において設定された燃料噴射量を開始時点の燃料噴射量として、空燃比センサ３８の出力に基づく一般的な空燃比のフィードバック制御が実行される（ステップ１０８）。
【００３１】
以上説明した図２に示すルーチンによれば、燃料の切り替わりがあったと判断された際に、燃料噴射量が気筒毎に大きく試行的に変更されることによって、排気空燃比が最もストイキ空燃比に近くなった気筒が見つけ出される。そして、その気筒での燃料噴射量に全気筒の燃料噴射量が合わせ込まれる。このため、上記ルーチンの手法によれば、燃料の切り替わりがあった場合に、従来からの一般的な空燃比のフィードバック制御を用いて徐々に空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を制御する手法が適用された場合に比して、短時間のうちに適切な燃料噴射量に到達させることができ、迅速に燃焼を安定化させることが可能となる。
【００３２】
ところで、上述した実施の形態１においては、燃料の切り替わりがあったと判定された場合に、気筒毎に燃料噴射量を試行的に大きく変更させ、これにより、その試行期間中に排気空燃比が最もストイキ空燃比に近くなった気筒を見つけ出すようにしている。しかしながら、本発明において、燃料の切り替わりがあった後に用いるべき適切な燃料噴射量を見つけ出すための手法は、これに限定されるものではなく、例えば、以下のような手法であってもよい。すなわち、本実施形態のシステムが備える筒内圧センサ４４の出力を利用するといった手法で、当該センサ出力値の変動度合いに基づき、上記試行期間中に最も燃焼が安定している気筒を見つけ出すようにしてもよい。
【００３３】
尚、上述した実施の形態１およびその変形例においては、ECU４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「燃料変化判断手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「燃料噴射実行手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「噴射量設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU４０が、筒内圧センサ４４の出力の変動度合いを判断することにより前記第２の発明における「燃焼状態取得手段」が、上記ステップ１０６の処理に代え、筒内圧センサ出力値の変動度合いに基づき、上記試行期間中に最も燃焼が安定している気筒を見つけ出すことにより前記第２の発明における「噴射量設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU４０が上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第３の発明における「空燃比判別手段」が実現されている。
【００３４】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ECU４０に図２に示すルーチンに代えて後述する図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００３５】
［実施の形態２の特徴部分］
実施の形態２では、上述した図１に示す構成のように内燃機関１０の燃料状態を把握することのできる筒内圧センサ４４を備えるシステムを用いて、燃料の切り替わりが生じたことにより排気空燃比が急激に変化する場合に、短時間のうちに適切な燃料噴射量に到達させることが可能な手法について説明する。
【００３６】
燃料の切り替わり時に空燃比センサ３８の出力がリッチ出力を示す場合は、エタノールに対するガソリン燃料割合が増加したことを意味する。このため、この場合には、排気空燃比をリーン側に制御するために、燃料噴射時間を減じる必要がある。また、空燃比センサ３８の出力がリーン出力を示す場合は、上記と逆になる。本実施形態では、そのような燃料噴射時間（燃料噴射量）の調整を、内燃機関１０の燃焼の悪化状態に応じて行うようにしたという点に特徴を有している。
【００３７】
図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４において、実施の形態１における図２に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３８】
図４に示すルーチンでは、ステップ１００において、燃料の切り替わりがあったと判定された場合には、次いで、内燃機関１０の燃焼状態が判定される（ステップ２００）。そのような燃焼状態の良し悪しの判別は、筒内圧センサ４４の出力を用いて燃焼変動率を算出し、その燃焼変動率を予め設定した基準値と比較することにより実現することができる。尚、燃料状態の判定は、そのような筒内圧センサ４４を用いる手法に代え、例えば、クランク角センサ４２の出力を利用して、エンジン回転数の変動情報を取得して行う手法（ΔNe法）であってもよい。
【００３９】
次に、上記ステップ２００において判定された燃焼状態に応じて、燃料噴射量が決定される（ステップ２０２）。燃料が切り替わったと判断された状況下で、燃焼状態が悪化しているときは、燃料の切り替わりに起因して大きく運転モードが変化していると判断することができる。そこで、本ステップ２０２では、燃焼状態に応じて、燃料噴射量が変更される。より具体的には、燃料状態の悪化度合い（燃焼変動度合い）が大きくなるほど、リッチ側或いはリーン側への燃料噴射量の補正量が大きな値とされる。
【００４０】
次に、燃焼変動の度合いが所定値より小さいか否かが判別される（ステップ２０４）。その結果、未だ大きな燃焼変動が認められる場合には、ステップ２００および２０２の処理が繰り返し実行され、一方、燃焼変動の度合いが所定値より小さくなった場合には、次いで、空燃比センサ３８の出力に基づく一般的な空燃比のフィードバック制御が実行される（ステップ１０８）。
【００４１】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、燃焼の切り替わりがあったと判断された場合に、空燃比センサ３８の出力に基づいて、排気空燃比がリッチ側およびリーン側のどちらにずれたかが判別されたうえで、後は燃焼状態に応じて、現在の燃料噴射量には適切な燃料噴射量に対してどれだけのずれがあるかが判断される。そして、その燃焼状態に応じて、切り替わり後の燃料についての適切な量が得られるように燃料噴射量が補正される。このため、本実施形態のように燃焼状態を把握する手法を備えるシステムにおいては、上記ルーチンの手法によっても、短時間のうちに適切な燃料噴射量に到達させることができ、迅速に燃焼を安定化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】図２に示すルーチンのステップ１０２における特徴的な燃料噴射の実施態様を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  内燃機関
１４  燃焼室
１６  吸気通路
１８  排気通路
２６  燃料噴射弁
２８  燃料供給管
３０  燃料タンク
３８  空燃比センサ
４０  ECU(Electronic Control Unit)
４２  クランク角センサ
４４  筒内圧センサ
４６  燃料レベルセンサ
【図１】
2008121508.tif 000003
【図２】
2008121508.tif 000004
【図３】
2008121508.tif 000005
【図４】
2008121508.tif 000006