(57)【要約】【課題】高度による空気密度の変化と共に、高度による燃料気化率の変化に対しても、始動時の燃料噴射量を最適化できるようにする。【解決手段】エアフローメータで検出される質量流量としての吸入空気流量と、スロットル開度及び機関回転速度とから求められる標準気圧・標準温度での吸入空気の質量流量（体積流量）との比較から高度を推定し、該高度に基づいて始動時の燃料噴射量を補正する。前記高度に応じた始動時の燃料噴射量の補正においては、高地での密度低下に対応すると共に、高地での燃料気化率の増大を考慮して補正特性を設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気の密度の低下に応じて燃料噴射量を減量補正する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記吸入空気の密度の変化に伴う燃料気化率の変化を考慮して燃料噴射量を減量補正す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】
吸入空気の密度の低下に応じて燃料噴射量を減量補正する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記吸入空気の密度の低下分に見合う要求減量補正量よりも、密度が低下するほど減量補正量をより多くす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】
前記密度の低下分に見合う要求減量補正量よりも多い減量補正分が、燃料気化率の変化に対応する値であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記減量補正を、始動時の燃料噴射量に施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
内燃機関の吸入空気流量を質量流量として検出する検出手段と、標準気圧及び標準温度での内燃機関の吸入空気の質量流量を推定する推定手段とを備え、前記検出手段で検出された質量流量と前記推定手段で推定された質量流量とから、吸入空気の密度を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
吸気温を検出する吸気温センサを備え、前記検出手段で検出された質量流量を前記吸気温センサで検出された吸気温度に基づいて標準温度での質量流量に換算し、該標準温度での質量流量と前記推定手段で推定された標準気圧及び標準温度での質量流量とから高度を推定し、該高度の増大による密度の低下に対して燃料噴射量を減量補正することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記高度の推定結果をバックアップしておき、バックアップされている高度のデータに基づいて始動時の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記推定手段が、スロットル開口面積を単位時間当たりの排出空気量で割った値に対応して、標準気圧及び標準温度での質量流量を記憶するテーブルを参照して、前記標準気圧及び標準温度での質量流量を求めることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記密度又は高度を所定サンプル数毎に平均して、該平均値を最終的な密度又は高度の推定値とすることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに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】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、機関回転速度や機関温度等に基づいて設定される始動時の燃料噴射量を、高度の変化に対して最適化するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、始動時の基本噴射時間を、大気圧による補正係数で補正して、始動時の燃料噴射時間を算出することが記載されている。
【特許文献１】特開平０９−０３２６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記始動時の燃料噴射量に対し、基準大気圧に対する減少変化分に見合う減量補正のみを施した場合、高度によって燃料の気化率も変化するために、特に高度が高く気化率が高いと、この気化率の高さによって始動時の空燃比がリッチ限界を超え、始動不良を招くことがあった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高度による空気密度の変化と共に、高度による燃料気化率の変化に対しても、燃料噴射量を最適化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】
【０００５】
このため、本発明では、吸入空気の密度の低下に応じて燃料噴射量を減量補正する内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記吸入空気の密度の変化に伴う燃料気化率の変化を考慮して燃料噴射量を減量補正することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明では、吸入空気の密度の低下に応じて燃料噴射量を減量補正する内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記吸入空気の密度の低下分に見合う要求減量補正量よりも、密度が低下するほど減量補正量をより多くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記発明によると、吸入空気の密度の変化に伴う燃料気化率の変化を考慮して燃料噴射量を減量補正することで、目標の空燃比とするための要求燃料量が吸入空気の密度変化によって変化することに対応でき、かつ、同じ量の燃料を噴射しても気化率の違いによって空燃比が変化することに対応でき、高地での始動性を改善できる。
【０００８】
また、吸入空気の密度の低下分に見合う要求減量補正量よりも、密度が低下するほど減量補正量をより多くすることで、結果的に、高度が高くなるほど高くなる気化率に対応して燃料噴射量を減量させることが可能となり、高地での始動性を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシステム図である。
【００１１】
内燃機関１の各シリンダ２には、ピストン３が往復動可能に嵌挿され、ピストン３の往復動がクランクロッド４によってクランクシャフト５に伝達され、クランクシャフト５が回転駆動される。
【００１２】
前記シリンダ２，ピストン３及びシリンダヘッド６によって形成される燃焼室７には、電子制御スロットルバルブ８で制御される吸入空気が、吸気通路９及び吸気バルブ１０を介して吸引される。
【００１３】
前記吸気バルブ１０上流側の吸気通路９には燃料噴射弁１１が設けられ、該燃料噴射弁１１から噴射される燃料によって、燃焼室７内に混合気が形成される。
【００１４】
前記混合気は、前記シリンダヘッド６に設けられる点火プラグ１２による火花点火で着火燃焼し、燃焼ガスは、排気バルブ１３及び排気通路１４を介して燃焼室７から排出される。
【００１５】
前記排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ１５が介装されている。
【００１６】
前記電子制御スロットルバルブ８の開度、燃料噴射弁１１による燃料噴射、点火プラグ１２による点火は、電子制御ユニット２１によって制御される。
【００１７】
前記電子制御ユニット２１は、図２に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ，バックアップＲＡＭ等を含んでなるマイクロコンピュータを備え、予め記憶されたプログラムに従って各種センサからの信号を演算処理することで、スロットル開度制御信号、燃料噴射制御信号、点火制御信号などを出力する。
【００１８】
前記各種センサとしては、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを質量流量として検出するエアーフローメータ（ＡＦＭ）２２、前記電子制御スロットルバルブ８の開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ２３、前記クランクシャフト５の回転角を検出するクランク角センサ２４、吸気の温度ＴＡを検出する吸気温センサ２５、内燃機関１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ２６などが設けられる。
【００１９】
また、前記電子制御ユニット２１には、キースイッチ２７の信号が入力される。
【００２０】
ここで、前記電子制御ユニット２１は、以下のようにして燃料噴射弁１１による燃料噴射量を制御する。
【００２１】
始動後の通常運転状態では、前記エアーフローメータ２２で検出される吸入空気流量ＱＡ（質量流量）と、クランク角センサ２４の出力から算出される機関回転速度ＮＥとから基本燃料噴射量ＴＰを演算し、該基本燃料噴射量ＴＰを冷却水温度ＴＷ等に応じて補正して最終的な燃料噴射量ＴＩを算出する。
【００２２】
一方、始動時（スタータスイッチがオンのクランキング状態）は、前記エアーフローメータ２２の検出結果を用いずに、機関回転速度ＮＥに基づいて基本始動噴射量ＴＰＳを算出し、該基本始動噴射量ＴＰＳを、冷却水温度ＴＷ（機関温度），高度（大気圧）などに応じて補正して最終的な始動噴射量ＴＩＳを算出する。
【００２３】
ここで、前記電子制御ユニット２１による、前記高度の推定制御、及び、始動時燃料噴射量の高度による補正制御を、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００２４】
図３のフローチャートに示すルーチンは、所定微小時間毎に実行され、まず、ステップＳ１０１では、機関１が始動中であるか否かを判断する。
【００２５】
キースイッチ２７がスタート位置（スタートスイッチＯＮ）であれば、始動中（始動噴射量ＴＩＳによる噴射制御状態）であると判断する。
【００２６】
始動中でない場合には、ステップＳ１０２へ進む。
【００２７】
ステップＳ１０２では、高度の判定許可条件が成立しているか否かを判断する。
【００２８】
具体的には、各種センサに故障がなく、機関１が所定の負荷・回転速度領域内で定常運転されていることなどを許可条件とする。
【００２９】
許可条件が成立していれば、ステップＳ１０３以降へ進む。
【００３０】
ステップＳ１０３では、前記基本燃料噴射量ＴＰ（質量流量相当値）を、そのときの吸気温度ＴＡと標準温度とに基づいて、前記標準温度状態での空気密度に見合う基本噴射量ＴＰＳＴ（標準温度での質量流量相当値）に変換する。
【００３１】
ステップＳ１０４では、スロットル開口面積（吸気系の有効開口面積）を単位時間当たりの排出空気量で割った値Ａ／Ｖに対応して、標準気圧及び標準温度での基本燃料噴射量ＴＰＳＴＰを記憶するテーブルを参照し、そのときＡ／Ｖに対応する基本燃料噴射量ＴＰＳＴＰを求める。
【００３２】
前記基本燃料噴射量ＴＰＳＴＰは、標準気圧及び標準温度での質量流量に相当する値になる。
【００３３】
前記スロットル開口面積は、スロットル開度センサ２３で検出されるスロットル開度（スロットル角度）から求めることができ、単位時間当たりの排出空気量は機関回転速度ＮＥから求めることができる。
【００３４】
尚、スロットル開口面積と機関回転速度ＮＥとを変数とする２次元マップから、前記基本燃料噴射量ＴＰＳＴＰを求めることができるが、上記のようにしてテーブルから検索させる構成とすることで、マップを記憶させるための記憶容量を節約でき、また、参照を行うときの演算負荷を軽減できる。
【００３５】
前記基本噴射量ＴＰＳＴと基本燃料噴射量ＴＰＳＴＰとの違いは、現在の大気圧と標準気圧との違いによって生じることになるので、ステップＳ１０５では、前記基本噴射量ＴＰＳＴと基本燃料噴射量ＴＰＳＴＰとの比を、大気圧の低下度合いを示す変数ＡＰ（ＡＰ＝ＴＰＳＴ／ＴＰＳＴＰ）として算出する。
【００３６】
尚、前記変数ＡＰは、大気圧が標準（平地）と同じであれば１になり、大気圧が標準（平地）よりも低下するほど大きな値になり、変数ＡＰが大きいほど高度が高い（密度が低い）ことを示すことになる。
【００３７】
ステップＳ１０６では、前記変数ＡＰの最新値と、前回までにおける積算値ΣＡＰ（−１）とを加算し、その結果を今回の積算値ΣＡＰ（ΣＡＰ＝ΣＡＰ（−１）＋ＡＰ）とする。
【００３８】
ステップＳ１０７では、変数ＡＰの積算回数（サンプル数）をカウントするためのカウンタＣをインクリメントする。
【００３９】
ステップＳ１０８では、前記カウンタＣが設定値ＳＬにまでカウントアップされたか否かを判断する。
【００４０】
そして、前記カウンタＣが設定値ＳＬに到達すると、ステップＳ１０９へ進み、前記積算値ΣＡＰを前記カウンタＣの値で除算することで、前記所定サンプル数当たりの前記変数ＡＰ（高度）の平均値ＡＰＡＶを算出し、その後、前記積算値ΣＡＰ及びカウンタＣをそれぞれゼロにリセットする。
【００４１】
算出した平均値ＡＰＡＶＥは、バックアップＲＡＭに平均値ＡＰＡＶＥが算出される毎に、更新記憶されるようになっている。
【００４２】
上記のように、変数ＡＰ（高度データ）の平均値を求めるようにすることで、各種センサによる検出ばらつきなどに影響されない、信頼性の高い高度データを得ることができる。
【００４３】
尚、所定のサンプル数毎に単純平均値を演算させる代わりに、例えば、加重平均演算を行わせることができる。
【００４４】
前記カウンタＣが前記設定値ＳＬにまで至っていない場合には、ステップＳ１０８からステップＳ１０１へ戻る。
【００４５】
また、前記ステップＳ１０２で高度の判定許可条件が成立していないと判断されたときにも、そのままステップＳ１０１へ戻る。
【００４６】
一方、ステップＳ１０１で始動時であると判断されたときには、ステップＳ１１０へ進む。
【００４７】
ステップＳ１１１０では、前記バックアップＲＡＭにバックアップされている、前回運転時に求められた平均値ＡＰＡＶＥを読み出す。
【００４８】
次のステップＳ１１１では、前記平均値ＡＰＡＶＥに応じて大気圧補正係数ＫＰが設定されたテーブルを参照して、前記ステップＳ１１０で読み出した平均値ＡＰＡＶＥに対応する大気圧補正係数ＫＰを検索する。
【００４９】
ステップＳ１１２では、前記基本始動噴射量ＴＰＳを前記大気圧補正係数ＫＰに乗算して、その結果を最終的な始動噴射量ＴＩＳとして、始動時の噴射量を決定する。
【００５０】
ここで、前記平均値ＡＰＡＶＥは、１よりも大きいほど高度が高いことを示し、前記平均値ＡＰＡＶＥが高くなるほど前記大気圧補正係数ＫＰがより小さい値に設定されて、基本始動噴射量ＴＰＳが減少補正されるようになっている（図４参照）。
【００５１】
但し、前記大気圧補正係数ＫＰは、高度が高くなることによる空気密度の低下分のみを補正するものではなく、高度が高くなるほど燃料の気化率が高くなることに対応して、始動時の適正空燃比が得られるように、前記気化率の変化を考慮して予め設定されている。
【００５２】
即ち、高度が高くなることによる空気密度の低下分のみを補正する場合の要求は、図４に点線で示すような特性となるが、係る特性での補正では、高度が高くなるほど燃料の気化率が高くなることに対応できず、高度が高くなるほど空燃比がよりリッチ化してしまい、高度が高いときにリッチ失火を発生させて始動不良になってしまう可能性がある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、前記高度が高くなることによる空気密度の低下分のみを補正する、図４に点線で示す特性に対し、高度が高くなる（密度が低下する）ほど、前記大気圧補正係数ＫＰがより小さい値になるように設定してあり、図４に示す点線の特性と、実線で示される大気圧補正係数ＫＰの特性との差分が、高度が高くなるほど燃料の気化率が高くなることに対応する燃料の減量補正分に相当することになる。
【００５４】
前記大気圧補正係数ＫＰは、高度が高くなることによる密度の低下と気化率の増大との双方が考慮されているので、高度が高くなっても空燃比がオーバーリッチとなってリッチ失火が発生することを防止でき、始動安定性を維持できる。
【００５５】
ここで、図４の実線で示すように、高度が低いときには、燃料の気化率に対応する燃料補正はしていない。これは、高度が低いと平地の空気密度との違いが少ないため、推定した高度にばらつきが生じやすいことから、高度の誤推定による空燃比ずれを防ぐためである。
【００５６】
尚、図４に点線で示す特性の大気圧補正係数ＫＰを、高度に応じた気化率の違いに対応するための補正係数で補正しても、実質的に同じ結果を得られるが、本願のように、高度から設定される大気圧補正係数ＫＰに、気化率変化による補正要求分を含めてあれば、記憶させるテーブルを少なくでき、かつ、演算負荷も軽減される。
【００５７】
また、高度による密度変化及び気化率の双方を考慮した始動時噴射量の補正は、気圧センサ或いは高度センサで気圧・高度を検出し、該検出値に応じて始動時噴射量を補正する場合にも適用できることは明らかである。
【００５８】
また、高度・気圧の情報を、無線通信等を介して外部からすることが可能であり、更に、車両の位置情報から高度・気圧を判定することも可能である。
【００５９】
更に、高度による密度変化及び気化率の双方を考慮した補正は、例えば、燃料蒸気を捕集するキャニスタからのパージ量制御にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態における車両用内燃機関を示すシステム図。
【図２】前記内燃機関の制御デバイスを示すブロック図。
【図３】実施形態における高度検出及び始動時噴射量の補正制御を示すフローチャート。
【図４】実施形態における高度と補正係数との相関を示す線図。
【符号の説明】
【００６１】
１…内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…クランクロッド、５…クランクシャフト、６…シリンダヘッド、７…燃焼室、８…電子制御スロットルバルブ、９…吸気通路、１０…吸気バルブ、１１…燃料噴射弁、１２…点火プラグ、１３…排気バルブ、１４…排気通路、１５…触媒コンバータ、２１…電子制御ユニット、２２…エアーフローメータ（ＡＦＭ）、２３…スロットル開度センサ、２４…クランク角センサ、２５…吸気温センサ、２６…水温センサ、２７…キースイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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