(57)【要約】【課題】空燃比センサが正常に機能しなくなっても、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジンが所定の性能を発揮する燃料噴射システムを得る。【解決手段】この処理はエンジンが動作を開始すると同時にＥＣＵにおいて開始する。ステップＳ３１において、Ａ／Ｆセンサが異常状態にあるかどうか判定される。異常状態にあるときステップＳ３２において、燃料噴射装置がマルチ噴射を行っているかどうかを判断する。マルチ噴射を行っているときには、ステップＳ３３においてマルチ噴射の回数を減少する。例えば、吸入行程における３回の噴射回数を２回に減少させる。このとき、全ての噴射回数により噴射していた燃料を合計した量を１回で噴射する。これにより、燃料噴射装置の通電期間と開放期間とのずれを最小限に抑え、燃料の燃焼状態を良好に保つ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系統に取り付けられる空燃比検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内に直接、かつ１回の燃焼に対して複数回に渡り燃料を噴射する燃料噴射手段とを備え、
前記燃料噴射手段は、前記空燃比検出手段に異常が生じた場合、前記燃料噴射手段が噴射する燃料の噴射回数を前記空燃比検出手段が正常である場合の噴射回数に対して減少させる燃料噴射システム。
【請求項２】
前記噴射制御手段は、減少前における全ての噴射回数による燃料噴射量と同じ燃料の量を噴射する請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射システムを備える火花点火式直噴内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室に直接、かつ１回の燃焼に対し複数回に渡り燃料を噴射する燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、すなわちエンジンにはセンサ類が取り付けられ、ＥＣＵはセンサ類からの情報に従って燃料噴射装置が噴射する燃料の量及び点火時期等を制御する。
【０００３】
燃料噴射装置が有する個体差、及び経時劣化に対応するため、噴射量のばらつきや経時劣化量を学習する構成が知られている。学習は、センサ類からの情報を用いて燃料噴射タイミング等を一定の値にセットし、１回の燃焼に対する燃料噴射回数を減少させながら実行される。これにより得られた学習値を用いてＥＣＵは燃料噴射量及び噴射期間を補正する（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１１５１１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、燃料噴射タイミング等を一定の値にセットするために使用するセンサ類からの情報が誤っていると、学習を行っても正確な学習値を得ることができず、これを用いても燃料噴射量等を適正に制御することが出来ないおそれがある。適正に制御できない場合には所望の空燃比を得られず、エミッションが悪化するおそれ、及びエンジンが所定の性能を発揮できないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みて、空燃比センサが正常に機能しなくなっても、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジンが所定の性能を発揮する燃料噴射システム及びエンジンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１の発明による燃料噴射システムは、内燃機関の排気系統に取り付けられる空燃比検出手段と、内燃機関の燃焼室内に直接、かつ１回の燃焼に対して複数回に渡り燃料を噴射する燃料噴射手段とを備え、燃料噴射手段は、空燃比検出手段に異常が生じた場合、燃料噴射手段が噴射する燃料の噴射回数を空燃比検出手段が正常である場合の噴射回数に対して減少させることを特徴とする。燃料噴射手段は、内燃機関の吸入行程から排気行程までの各行程のいずれか１つ又は複数の行程において複数回燃料を噴射する。これにより、空燃比センサが正常に機能しなくなっても、必要以上にエンジンのエミッションを悪化させず所定の性能を得ることができる。
【０００７】
噴射制御手段は、減少前における全ての噴射回数による燃料噴射量と同じ燃料の量を噴射することが好ましい。これにより、必要な燃料噴射量を確保して、火花点火式直噴内燃機関の出力が低下することを防止することが出来る。
【０００８】
本願第２の発明による火花点火式直噴内燃機関は、上記燃料噴射システムを備えることを特徴とする。これにより空燃比センサが正常に機能しなくなっても、必要以上にエミッションが悪化せず、所定の性能を発揮することが可能な火花点火式直噴内燃機関を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、空燃比センサが正常に機能しなくなっても、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジンが所定の性能を発揮する燃料噴射システムを得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明による燃料噴射システムの一実施形態について図１を用いて説明する。
【００１２】
燃料噴射システムは火花点火式直噴内燃機関に取り付けられる。火花点火式直噴内燃機関（以下エンジンと言う）１１０は、エアクリーナ１３１から吸入された空気を燃焼室１４１に吸入する。燃焼室１４１内には燃料噴射装置１１１から燃料が噴射される。空気は燃焼室１４１内で燃料と混合される。燃焼室１４１の頂部には点火プラグ１４２が設けられ、ＥＣＵ１１２からの信号に従って燃料と空気の混合気に点火する。混合気は燃焼した後、排気ガスとなって排気管１５１へ排出される。排気ガスは排ガス浄化触媒１５２によって浄化された後、大気に放出される。排気管１５１にはＡ／Ｆセンサ１１３が取り付けられ、排気ガスから空燃比を検出し、ＥＣＵ１１２に伝達する。
【００１３】
燃料は図示しない燃料タンクから燃料ポンプ１１４によってコモンレール１１５に注入、及び加圧される。コモンレール１１５にはその内部に蓄積された燃料の圧力、すなわち燃圧を測定するための燃圧センサ１１７が取り付けられ、ＥＣＵ１１２に燃圧値を送信する。コモンレール１１５と燃料噴射装置１１１は燃料配管１１６により接続され、燃料噴射装置１１１には加圧された燃料が供給される。
【００１４】
燃料噴射装置１１１はシリンダヘッド１４３から燃焼室１４１へ噴射ノズル１１８が突出するように設けられる。噴射ノズル１１８内部には開閉弁１２０が設けられ、この開閉弁１２０を開閉することにより燃料が燃焼室１４１内に噴射される。燃料噴射装置１１１にはＥＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）１１９が接続される。ＥＤＵ１１９はＥＣＵ１１２からの燃料噴射信号に従って、燃料噴射装置１１１へ通電を行う。燃料噴射装置１１１は、ＥＤＵ１１９から通電される通電期間だけ燃料を噴射する。
【００１５】
燃料噴射装置１１１はマルチ噴射を行う。マルチ噴射とは、エンジン１１０の吸入行程から排気行程までの各行程のいずれか１つにおいて、複数回燃料を噴射するものである。エンジンが高負荷運転されているときマルチ噴射を行うことにより、燃焼室内の燃料の均質度が向上する。例えば、ＢＴＤＣ３２０°、３００°、２８０°において燃料を噴射する。
【００１６】
ＥＣＵ１１２はＡ／Ｆセンサ１１３が測定した空燃比を用いて空燃比フィードバック制御を行う。空燃比フィードバック制御とは、測定された空燃比と所望の空燃比とのずれをＥＣＵ１１２が検知すると共に、そのずれが解消するように燃料噴射量を決定して、燃料噴射装置１１１にその燃料噴射量を噴射させる制御である。
【００１７】
図２のタイミングチャートを用いて、燃料噴射装置１１１の通電期間と開閉弁１２０の開放期間との関係について説明する。
【００１８】
燃料噴射装置１１１に設けられる開閉弁１２０は機械的に動作する、例えばソレノイドバルブにより構成されるため、完全に閉じた状態から完全に開放するまでの、あるいはその逆の弁移行期間Ｔｄを物理的に必要とする。この弁移行期間Ｔｄは、開閉弁１２０が開き始めてから完全に閉じるまでの開放期間Ｔｏに対して無視できない割合を占めるため、燃料噴射装置１１１の通電期間Ｔｅと実際の燃料噴射期間Ｔｏとの間には期間ずれが生じる。さらに、開閉弁１２０は通電に完全に追従して動作することは物理的に不可能であるから、通電の開始時期と開閉弁１２０の開き始める時期、及び通電の終了時期と開閉弁１２０の閉じ始める時期との間にも時期ずれＴｂが生じる。これらの期間及び時期ずれを考慮した上で燃料噴射をしなければ、ＥＣＵ１１２は所望の燃料噴射量を所望の時期に得ることができない。弁の開放期間及び時期は、燃料噴射量、及びコモンレール１１５内の燃圧によって決定される。ＥＣＵ１１２は、燃料噴射量及び燃圧値から弁移行期間Ｔｄを考慮した開放期間及び時期を定めるマップを持ち、このマップから算出された開放期間及び時期に対応した燃料噴射信号をＥＤＵ１１９に送信することにより、適正な燃料噴射量を確保する。
【００１９】
内燃機関の燃焼室１４１に直接燃料を噴射する直噴式燃料噴射装置における燃圧は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式燃料噴射装置の燃圧よりも高い。そのため、両者が同じ量の燃料を噴射するとき、直噴式燃料噴射装置の開放期間Ｔｏは、ポート噴射式燃料噴射装置の開放期間よりも短くなる。開放期間が短くなると開放期間に占める弁移行期間Ｔｄの割合が大きくなる。すなわち直噴式燃料噴射装置においては、ポート噴射式燃料噴射装置よりも期間及び時期ずれの影響が大きい。
【００２０】
一方、期間及び時期ずれは、燃料ポンプ１１４等の燃料系統の異常によりコモンレール１１５内部の燃圧が要求値に満たない場合、ＥＤＵ１１９に異常が発生した場合、又は例えば開閉弁１２０の経年劣化等、燃料噴射装置１１１において異常が発生した場合等にさらに拡大するおそれがある。これらの異常が発生すると、所望の燃料噴射量とは異なる量の燃料が噴射されるため、空燃比が所望の値とは大きく相違することになる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ１１３により測定された実際の空燃比と所望の空燃比とが異なるとき、異常が発生したと判断される。
【００２１】
この異常が発生しているときにマルチ噴射をすると、１噴射毎に生じる期間及び時期ずれが蓄積する。これに対し、燃料噴射回数を減少させ、あるいは１回とすることにより、期間及び時期ずれによる影響を抑えることができる。
【００２２】
しかしＡ／Ｆセンサ１１３に異常が発生した場合、燃料系統が正常であったとしても異常値がＥＣＵ１１２に伝達されるので空燃比制御を適切に行うことはできない。すなわち、ＥＣＵ１１２はこの異常値に従って実燃料噴射量を決定するため、実燃料噴射量は所望の空燃比を得るために要求される燃料噴射量とは異なる値となり、実燃料噴射量が噴射されたときの実際の空燃比は所望の空燃比と合致しなくなる。そして、マルチ噴射を行っている場合には、燃料噴射を行う度に実燃料噴射量と所望の燃料噴射量との誤差が蓄積され、実際の空燃比と所望の空燃比との誤差が拡大する。
【００２３】
これを解決するため燃料噴射システムにおいて行われる処理について、図３を用いて説明する。
【００２４】
この制御は、Ａ／Ｆセンサ１１３が暖められて機能するようになってから、一定の時間間隔でＥＣＵ１１２において実行される。まず、ステップＳ３１において、Ａ／Ｆセンサ１１３が異常状態にあるかどうか判定される。例えばＡ／Ｆセンサ１１３からの出力が変化しなくなった場合、異常状態にあると判断される。Ａ／Ｆセンサ１１３が異常状態にないときにはこの処理は終了する。Ａ／Ｆセンサ１１３が異常状態にあるとき、処理はステップＳ３２に進む。
【００２５】
次に、ステップＳ３２において、燃料噴射装置１１１がマルチ噴射を行っているかどうかを判断する。マルチ噴射を行っていないときにはこの処理は終了する。マルチ噴射を行っているときには、ステップＳ３３においてマルチ噴射の回数を減少する。例えば、吸入行程における３回の噴射回数を２回に減少させる。このとき、全ての噴射回数により噴射していた燃料を合計した量を１回で噴射する。
【００２６】
この処理は、Ａ／Ｆセンサ１１３に異常が発生した後は一度のみ実行され、再度実行されない。すなわち、噴射回数は、一度減少されるとさらに減少されることはなく、以後変化しない。
【００２７】
これにより、１噴射毎に生じる期間及び時期ずれが蓄積して、マルチ噴射における最後の噴射の時期ずれが拡大することを防止することが出来る。また、エンジン１１０が要求する燃料噴射量を確保して、燃料噴射装置１１１の通電期間と開放期間とのずれを最小限に抑え、燃料の燃焼状態を良好に保つことにより、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジン１１０が所定の性能を発揮することが可能となる。
【００２８】
また、ステップＳ３３において噴射回数を１回としても良い。このとき、全ての噴射回数により噴射していた燃料を合計した量を１回で噴射する。そしてこの処理は、Ａ／Ｆセンサ１１３に異常が発生した後は一度のみ実行され、以後の噴射回数は１回となる。これにより、エンジンの燃焼に必要な燃料の量を確保しながら、燃料の燃焼状態を良好に保つことにより、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジン１１０が所定の性能を発揮することが可能となる。
【００２９】
なお、Ａ／Ｆセンサ１１３に異常が生じた場合ではなく、燃料ポンプ１１４等の燃料系統の異常によりコモンレール１１５内部の燃圧が要求値に満たない場合、ＥＤＵ１１９に異常が発生した場合、又は例えば開閉弁１２０の経年劣化等、燃料噴射装置１１１において異常が発生した場合に、燃料噴射回数を減少させても良い。燃料系統、ＥＤＵ１１９、燃料噴射装置１１１に異常が生じた場合にも、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジン１１０が所定の性能を発揮することが可能となる。
【００３０】
上記実施形態において、マルチ噴射は吸入行程で燃料を複数回噴射するものであったが、本発明はこれに限定されず、エンジン１１０の他の行程で、又は複数の行程にわたって、複数回燃料を噴射するものであってもよい。すなわち、例えば吸入行程で噴射した後、圧縮行程、膨張行程及び排気行程で燃料を複数回噴射するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】火花点火式直噴内燃機関に接続された燃料噴射システムを模式的に示した図である。
【図２】燃料噴射装置の通電期間と開閉弁の開閉期間との関係を示したタイミングチャートである。
【図３】燃料噴射システムにおける処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１１０  エンジン
１１１  燃料噴射装置
１１２  ＥＣＵ
１１３  Ａ／Ｆセンサ（空燃比計）
１１４  燃料ポンプ
１１５  コモンレール
１１７  燃圧計
１１８  噴射ノズル
１１９  ＥＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）
１２０  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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