JP6824712B2 - 燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関する。

従来、インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する場合に、吸入空気（流入空気ともいう）の湿度を考慮する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、吸入空気の質量流量を絶対湿度に応じて補正可能な補正用センサを用いることにより、湿度の影響を排除した質量流量に基づいて適正な空燃比を算出する技術が開示されている。

特開平５−３４６３３６号公報

しかしながら、特許文献１では、補正用センサの製造および設置にコストがかかるといった問題や、補正用センサが故障した場合に燃料噴射量を適正に制御できないといった問題がある。

本発明の目的は、コストをかけることなく燃料噴射量を適正に制御できる燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を提供することである。

本発明の燃料噴射制御装置は、インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御装置であって、吸入空気の温度と、前記吸入空気の湿度とに基づいて、前記吸入空気に含まれる水蒸気圧を算出し、該水蒸気圧と、前記吸入空気の圧力とに基づいて、前記吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数を算出し、該補正係数と、前記吸入空気の流量と、前記燃料噴射制御装置から前記インジェクタへ指示される前記燃料の目標噴射量と、予め設定された理論空燃比とに基づいて、第１ラムダ値を算出する計算部と、排気管に設けられたラムダセンサにより検知された第２ラムダ値と、前記第１ラムダ値との偏差比率に基づいて、前記燃料の噴射量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記偏差比率が所定値より小さいとき、前記燃料の噴射量を減少させ、前記偏差比率が所定値より大きいとき、前記燃料の噴射量を増加させる。

本発明の燃料噴射制御方法は、インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御方法であって、吸入空気の温度と、前記吸入空気の湿度とに基づいて、前記吸入空気に含まれる水蒸気圧を算出し、該水蒸気圧と、前記吸入空気の圧力とに基づいて、前記吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数を算出し、該補正係数と、前記吸入空気の流量と、前記インジェクタへ指示される前記燃料の目標噴射量と、予め設定された理論空燃比とに基づいて、第１ラムダ値を算出し、排気管に設けられたラムダセンサにより検知された第２ラムダ値と、前記第１ラムダ値との偏差比率に基づいて、前記燃料の噴射量を制御し、前記偏差比率が所定値より小さいとき、前記燃料の噴射量を減少させ、前記偏差比率が所定値より大きいとき、前記燃料の噴射量を増加させる。

本発明によれば、コストをかけることなく燃料噴射量を適正に制御できる。

本発明の実施の形態に係る燃料噴射制御装置およびエンジンの構成例を示す図 本発明の実施の形態に係る燃料噴射制御装置の動作例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施の形態に係る燃料噴射制御装置およびエンジンの構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る燃料噴射制御装置１およびエンジン２の構成例を示す図である。

まず、エンジン２について説明する。

エンジン２は、４つの気筒３を有するディーゼルエンジンである。なお、エンジン２は、４気筒以外の多気筒エンジンでもよいし、単気筒エンジンでもよい。

インジェクタ（燃料噴射弁ともいう）４は、各気筒３に対応して設けられており、コモンレール５から供給される燃料を各気筒３の燃焼室内に噴射する。インジェクタ４の燃料噴射量および燃料噴射時期は、燃料噴射制御装置１により制御される。例えば、燃料噴射制御装置１から電磁ソレノイド（図示略）に入力される制御信号の通電パルス幅（時間幅）に応じて芯弁がリフトされ、ノズル先端の噴射孔が開閉される。

エアフィルタ６には、吸気管７の上流端が接続されている。吸気管７の下流端は、ターボチャージャ８のコンプレッサ９の入口に接続されている。コンプレッサ９の出口には、高圧側吸気管１１が接続されている。高圧側吸気管１１は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管１５の下流端と接続されている。また、高圧側吸気管１１は、吸気マニホールド１２に接続されている。

このような構成により、エアフィルタ６から取り込まれた大気からの空気（以下、吸入空気という）は、吸気管７を経て、コンプレッサ９より圧縮され、高圧の吸入空気となる。そして、コンプレッサ９から高圧側吸気管１１へ流入した吸入空気は、ＥＧＲ管１５からのＥＧＲガスと混合し、吸気マニホールド１２を経て各気筒３の燃焼室へ流入する。

排気マニホールド１３には、高圧側排気管１４が接続されている。高圧側排気管１４には、ＥＧＲ管１５が接続されている。ＥＧＲ管１５には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、高圧側吸気管１１へ流入するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブ１７とが設けられている。なお、本実施の形態において、「流量」は、質量流量を意味するものとする。

また、高圧側排気管１４には、ターボチャージャ８のタービン１０の入口が接続されている。タービン１０の出口には、排気管１８が接続されている。排気管１８には、排気ガス浄化装置１９が設置されている。

このような構成により、各気筒３の燃焼室からの排気ガスは、排気マニホールド１３から高圧側排気管１４へ流入する。この排気ガスの一部は、ＥＧＲ管１５を介して高圧側吸気管１１へ流入する。一方、タービン１０へ流入した排気ガスは、排気管１８を経て、排気ガス浄化装置１９へ流入する。排気ガス浄化装置１９にて浄化された排気ガスは、車両外へ排出される。

吸気管７には、吸入空気の流量を検知するエアフローセンサ２０と、吸入空気の温度を検知する温度センサ２１と、吸入空気の湿度を検知する湿度センサ２２とが設けられている。本実施の形態では、吸入空気の温度を大気の温度とみなす。

なお、図１では、エアフローセンサ２０、温度センサ２１、および湿度センサ２２を吸気管７に設ける場合を例に挙げたが、それらのセンサの設置場所は、吸気管７に限定されない。ただし、温度センサ２１と湿度センサ２２は、同じ場所に設けられる必要がある。また、図１では、温度センサ２１と湿度センサ２２とを分けて図示したが、温度センサ２１と湿度センサ２２は、１つのセンサで構成されてもよい。

排気管１８には、排気中の酸素濃度（ラムダ値）を検知するラムダセンサ２３が設けられている。本実施の形態では、ラムダセンサ２３により検知される値を「検知ラムダ」（第２ラムダ値の一例）という。

エアフローセンサ２０、温度センサ２１、湿度センサ２２、およびラムダセンサ２３の各検知結果は、燃料噴射制御装置１へ出力される。

以上、エンジン２について説明した。

次に、燃料噴射制御装置１について説明する。

燃料噴射制御装置１は、大気圧センサ２４、計算部１００、および、制御部１０１を有する。燃料噴射制御装置１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および、入出力ポートを有する。計算部１００および制御部１０１の各機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。

大気圧センサ２４は、吸入空気の圧力を検知する。なお、大気圧センサ２４は、吸気管７に設けられてもよい。本実施の形態では、吸入空気の圧力を大気圧とみなす。

計算部１００は、エアフローセンサ２０、温度センサ２１、湿度センサ２２、および、大気圧センサ２４の各検知結果に基づいて、吸入空気中の水蒸気を除いた場合における排気中の酸素濃度（ラムダ値）を計算する。本実施の形態では、計算部１００により算出される値を「計算ラムダ」（第１ラムダ値の一例）という。計算ラムダの具体的な算出方法については、後述する。

制御部１０１は、検知ラムダと計算ラムダとの偏差比率に基づいて、燃料の噴射量を制御する。例えば、偏差比率が所定値であるときを燃焼室内の空気に過不足が無い理想的な燃焼状態とする場合、制御部１０１は、偏差比率が所定値より小さいとき、実噴射量が過剰であると判定して燃料の噴射量を減少させ、偏差比率が所定値より大きいとき、実噴射量が不足していると判定して燃料の噴射量を増加させる。この処理は公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

以上、燃料噴射制御装置１およびエンジン２の構成について説明した。

次に、本発明の実施の形態に係る燃料噴射制御装置１の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る燃料噴射制御装置１の動作例を示す図である。

まず、計算部１００は、下記計算式（１）に基づいて、吸入空気に含まれる水蒸気圧Ｐ_{ｓｔｅａｍ}を算出する（ステップＳ１０１）。計算式（１）において、Ｔ_ａｉｒは、温度センサ２１により検知された温度であり、ＨＭＤ_{ｓｅｎｓｏｒ}は、湿度センサ２２により検知された湿度である。

次に、計算部１００は、下記計算式（２）に基づいて、吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数Ｃ_ＨＭＤ［−］を算出する（ステップＳ１０２）。計算式（２）において、Ｐ_ａｉｒは、大気圧センサ２４により検知された大気圧である。

次に、計算部１００は、下記計算式（３）に基づいて、計算ラムダλ_{ＨＭＤ，Ｃｏｍｐ}を算出する（ステップＳ１０３）。計算式（３）において、ｍ_ａｉｒは、エアフローセンサ２０により検知された吸入空気の流量であり、ｍ_ｆｕｅｌは、燃料噴射制御装置１からインジェクタ４へ指示される目標噴射量（「目標の燃料の流量」と換言してもよい）であり、Ｋ_ＬＳＴ［−］は、予め設定された理論空燃比である。

次に、制御部１０１は、ラムダセンサ２３から受け取った検知ラムダと、計算式（３）により算出された計算ラムダとの偏差比率に基づいて、燃料の噴射量を制御する（ステップＳ１０４）。

以上、燃料噴射制御装置１の動作について説明した。

本実施の形態の燃料噴射制御装置１によれば、計算部１００が吸入空気中の水蒸気を除いた場合における計算ラムダを計算する。よって、特許文献１のような補正用センサを設ける必要がないため、コストをかけることなく燃料噴射量を適正に制御できる。

また、燃料噴射制御装置１によれば、計算部１００は、流入空気の水蒸気圧を算出し、その水蒸気圧に基づいて補正係数を算出し、その補正係数に基づいて計算ラムダを算出する。よって、燃料噴射量の補正の精度をより向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、実施の形態では、エンジン２がＥＧＲ管１５、ＥＧＲクーラ１６、およびＥＧＲバルブ１７を備える場合を例に挙げて説明したが、エンジン２は、ＥＧＲ管１５、ＥＧＲクーラ１６、およびＥＧＲバルブ１７を備えなくてもよい。

また、例えば、実施の形態では、エンジン２がターボチャージャ８を備える場合を例に挙げて説明したが、エンジン２は、ターボチャージャ８を備えなくてもよい。

＜本開示のまとめ＞
本発明の燃料噴射制御装置は、インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御装置であって、吸入空気の温度と、前記吸入空気の湿度とに基づいて、前記吸入空気に含まれる水蒸気圧を算出し、該水蒸気圧と、前記吸入空気の圧力とに基づいて、前記吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数を算出し、該補正係数と、前記吸入空気の流量と、前記燃料噴射制御装置から前記インジェクタへ指示される前記燃料の目標噴射量と、予め設定された理論空燃比とに基づいて、第１ラムダ値を算出する計算部と、排気管に設けられたラムダセンサにより検知された第２ラムダ値と、前記第１ラムダ値との偏差比率に基づいて、前記燃料の噴射量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記偏差比率が所定値より小さいとき、前記燃料の噴射量を減少させ、前記偏差比率が所定値より大きいとき、前記燃料の噴射量を増加させる。

なお、上記燃料噴射制御装置において、前記計算部は、下記計算式（１）に基づいて、前記水蒸気圧を算出してもよい。
Ｐ_{ｓｔｅａｍ}：前記水蒸気圧
Ｔ_ａｉｒ：前記吸入空気の温度
ＨＭＤ_{ｓｅｎｓｏｒ}：前記吸入空気の湿度

また、上記燃料噴射制御装置において、前記計算部は、下記計算式（２）に基づいて、前記補正係数を算出してもよい。
Ｃ_ＨＭＤ［−］：前記補正係数
Ｐ_ａｉｒ：前記吸入空気の圧力
Ｐ_{ｓｔｅａｍ}：前記水蒸気圧

また、上記燃料噴射制御装置において、前記計算部は、下記計算式（３）に基づいて、前記第１ラムダ値を算出してもよい。
λ_{ＨＭＤ，Ｃｏｍｐ} 前記第１ラムダ値
Ｃ_ＨＭＤ［−］：前記補正係数
ｍ_ａｉｒ：前記吸入空気の流量
ｍ_ｆｕｅｌ：前記燃料噴射制御装置から前記インジェクタへ指示される目標噴射量
Ｋ_ＬＳＴ［−］：前記理論空燃比

本発明の燃料噴射制御方法は、インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御方法であって、吸入空気の温度と、前記吸入空気の湿度とに基づいて、前記吸入空気に含まれる水蒸気圧を算出し、該水蒸気圧と、前記吸入空気の圧力とに基づいて、前記吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数を算出し、該補正係数と、前記吸入空気の流量と、前記インジェクタへ指示される前記燃料の目標噴射量と、予め設定された理論空燃比とに基づいて、第１ラムダ値を算出し、排気管に設けられたラムダセンサにより検知された第２ラムダ値と、前記第１ラムダ値との偏差比率に基づいて、前記燃料の噴射量を制御し、前記偏差比率が所定値より小さいとき、前記燃料の噴射量を減少させ、前記偏差比率が所定値より大きいとき、前記燃料の噴射量を増加させる。

本発明は、燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に適用できる。

１ 燃料噴射制御装置
２ エンジン
３ 気筒
４ インジェクタ
５ コモンレール
６ エアフィルタ
７ 吸気管
８ ターボチャージャ
９ コンプレッサ
１０ タービン
１１ 高圧側吸気管
１２ 吸気マニホールド
１３ 排気マニホールド
１４ 高圧側排気管
１５ ＥＧＲ管
１６ ＥＧＲクーラ
１７ ＥＧＲバルブ
１８ 排気管
１９ 排気ガス浄化装置
２０ エアフローセンサ
２１ 温度センサ
２２ 湿度センサ
２３ ラムダセンサ
２４ 大気圧センサ
１００ 計算部
１０１ 制御部

Claims (5)

1. インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御装置であって、
   吸入空気の温度と、前記吸入空気の湿度とに基づいて、前記吸入空気に含まれる水蒸気圧を算出し、該水蒸気圧と、前記吸入空気の圧力とに基づいて、前記吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数を算出し、該補正係数と、前記吸入空気の流量と、前記燃料噴射制御装置から前記インジェクタへ指示される前記燃料の目標噴射量と、予め設定された理論空燃比とに基づいて、第１ラムダ値を算出する計算部と、
   排気管に設けられたラムダセンサにより検知された第２ラムダ値と、前記第１ラムダ値との偏差比率に基づいて、前記燃料の噴射量を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記偏差比率が所定値より小さいとき、前記燃料の噴射量を減少させ、
   前記偏差比率が所定値より大きいとき、前記燃料の噴射量を増加させる、
   燃料噴射制御装置。
2. 前記計算部は、下記計算式（１）に基づいて、前記水蒸気圧を算出する、
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
   Ｐ_{ｓｔｅａｍ}：前記水蒸気圧
   Ｔ_ａｉｒ：前記吸入空気の温度
   ＨＭＤ_{ｓｅｎｓｏｒ}：前記吸入空気の湿度
3. 前記計算部は、下記計算式（２）に基づいて、前記補正係数を算出する、
   請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
   Ｃ_ＨＭＤ［−］：前記補正係数
   Ｐ_ａｉｒ：前記吸入空気の圧力
   Ｐ_{ｓｔｅａｍ}：前記水蒸気圧
4. 前記計算部は、下記計算式（３）に基づいて、前記第１ラムダ値を算出する、
   請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
   λ_{ＨＭＤ，Ｃｏｍｐ} 前記第１ラムダ値
   Ｃ_ＨＭＤ［−］：前記補正係数
   ｍ_ａｉｒ：前記吸入空気の流量
   ｍ_ｆｕｅｌ：前記燃料噴射制御装置から前記インジェクタへ指示される目標噴射量
   Ｋ_ＬＳＴ［−］：前記理論空燃比
5. インジェクタから気筒へ噴射される燃料の噴射量を制御する燃料噴射制御方法であって、
   吸入空気の温度と、前記吸入空気の湿度とに基づいて、前記吸入空気に含まれる水蒸気圧を算出し、
   該水蒸気圧と、前記吸入空気の圧力とに基づいて、前記吸入空気に含まれる乾燥空気の割合である補正係数を算出し、
   該補正係数と、前記吸入空気の流量と、前記インジェクタへ指示される前記燃料の目標噴射量と、予め設定された理論空燃比とに基づいて、第１ラムダ値を算出し、
   排気管に設けられたラムダセンサにより検知された第２ラムダ値と、前記第１ラムダ値との偏差比率に基づいて、前記燃料の噴射量を制御し、
   前記偏差比率が所定値より小さいとき、前記燃料の噴射量を減少させ、
   前記偏差比率が所定値より大きいとき、前記燃料の噴射量を増加させる、
   燃料噴射制御方法。