説明

内燃機関の燃料供給制御装置

【課題】低コストで、かつ、余剰燃料流量を精度良く低下させることができる内燃機関の燃料供給制御装置を提供する。
【解決手段】学習モードにおいて、燃料ポンプの駆動電圧VPUMPの学習モード補正値VHOSを立ち上げ、ポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に減少させる。そして、この駆動電圧の減少補正に伴う燃料の供給圧の変化を、空燃比の変化量ΔAFから推定し、変化量ΔAFが第1閾値ΔAF1を下回る場合に、ポンプ駆動電圧VPUMPの学習補正値VLRNを増大させることで、ポンプ駆動電圧VPUMPを減少させ、変化量ΔAFが第2閾値ΔAF2(ΔAF2≧ΔAF1)を上回る場合に、学習補正値VLRNを減少させることで、ポンプ駆動電圧VPUMPを増大させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関し、詳しくは、燃料噴射弁に燃料を圧送する燃料ポンプと、燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を設定圧に調整するプレッシャレギュレータとを備えた内燃機関において、燃料ポンプを制御する燃料供給制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を設定圧に調整するプレッシャレギュレータを備えた内燃機関において、プレッシャレギュレータを通じて燃料タンクに帰還する燃料の流量を検出するフューエルフローセンサを設け、前記帰還燃料流量の検出値に基づいて燃料ポンプの駆動電流を制御することで、プレッシャレギュレータを通じて燃料タンクに帰還する余剰燃料の量が過剰になることを抑制するようにした燃料圧力制御装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平9−126027号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上記のフューエルフローセンサを備える装置では、燃料ポンプ制御のためにセンサを追加することになり、システムコストを増加させてしまうという問題があると共に、余剰燃料流量が脈動することで、最小限の余剰燃料流量まで高精度に低下させることが困難であるという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、低コストで、かつ、余剰燃料流量を精度良く低下させることができる内燃機関の燃料供給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】
そのため、本願発明は、学習モードにおいて、燃料ポンプの操作量を、燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に一時的に変化させ、この操作量の変化に伴う燃料の供給圧の変化を推定し、燃料供給圧の変化が第1閾値を下回る場合に、燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に前記操作量の学習補正分を更新し、燃料供給圧の変化が第1閾値以上である第2閾値を上回る場合に、燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を増加させる方向に操作量の学習補正分を更新し、学習補正分を含んだ操作量を出力して燃料ポンプを駆動するようにした。
【0006】
ここで、操作量の変化に伴う燃料の供給圧の変化は、燃料噴射弁が噴射した燃料で形成される混合気の空燃比に基づいて推定でき、操作量を変化させたときの空燃比の変化が第1閾値を下回る場合に、燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に操作量の学習補正分を更新し、前記空燃比の変化が第1閾値以上である第2閾値を上回る場合に、燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を増加させる方向に操作量の学習補正分を更新することができる。
【発明の効果】
【0007】
上記発明によると、余剰燃料流量を精度良く低下させ、以って、燃料ポンプの消費電力を最大限に低下させることができる内燃機関の燃料供給制御装置を、低コストに実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態における内燃機関のシステム構成図である。
【図2】実施形態におけるポンプ駆動電圧の設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】実施形態におけるポンプ駆動電圧の学習ルーチンを示すフローチャートである。
【図4】実施形態における目標ポンプ駆動電流の設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図5】実施形態における目標ポンプ駆動電流の学習ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る燃料供給制御装置を備える車両用内燃機関のシステム図である。
図1において、内燃機関1は、吸気通路(吸気ポート)2に燃料噴射弁3を備え、燃料噴射弁3が噴射した燃料を、空気と共に吸気バルブ4を介して燃焼室5内に吸引する。
燃焼室5内の燃料は、点火プラグ6による火花点火によって着火燃焼し、燃焼室5内の燃焼ガスは、排気バルブ7を介して排気通路8に排出される。
【0010】
燃料噴射弁3よりも上流側の吸気通路2には、スロットルモータ9で開閉する電子制御スロットル10を配してあり、電子制御スロットル10の開度によって内燃機関1の吸入空気量を調整する。
また、燃料タンク11内の燃料をモータ駆動式の燃料ポンプ12によって燃料噴射弁3に圧送する燃料供給装置13を備えている。
【0011】
燃料供給装置13は、燃料タンク11、燃料ポンプ12、プレッシャレギュレータ(機械式圧力調整弁)14、燃料ギャラリー配管15、燃料供給配管16、燃料戻し配管17を含む。
燃料ポンプ12は、電動モータでポンプインペラを回転駆動する電動式ポンプであり、燃料タンク11内に配置してある。
【0012】
燃料ポンプ12の吐出口と燃料ギャラリー配管15とは、燃料供給配管16によって連通され、更に、燃料ギャラリー配管15に各燃料噴射弁3の燃料供給口を接続してある。
燃料戻し配管17は、燃料タンク11内で燃料供給配管16から分岐延設し、燃料戻し配管17の他端は、燃料タンク11内に開口する。
プレッシャレギュレータ14は、燃料戻し配管17を開閉する弁体と、該弁体を燃料戻し配管17上流側の弁座に向けて押圧するコイルスプリングなどの弾性部材とを備え、燃料供給配管16内の燃料圧力が設定圧(例えば350kPa)を超えると開弁して、燃料供給配管16b内の燃料を燃料タンク11内にリリーフし、前記燃料供給配管16内の燃料圧力が設定圧を下回ると閉弁して燃料のリリーフを停止することで、前記燃料圧力を設定圧付近に維持する。
【0013】
駆動手段としてのFPCM(フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール)18は、燃料ポンプ12を構成するモータの通電制御を通じて、燃料ポンプ12の吐出量(吐出圧)を制御する。
一方、マイクロコンピュータを備えるECM(エンジン・コントロール・モジュール)31は、燃料噴射弁3や電子制御スロットル10などに対する操作信号の出力(内燃機関1の制御)を行うと共に、燃料ポンプ12の操作量の指示値を演算してFPCM18に出力する。
【0014】
尚、ECM31が、FPCM18のハードウエア及び制御機能を備えるシステムであってもよい。
ECM31は、内燃機関1の運転条件を検出する各種センサの出力信号を入力し、これらの信号に基づいて、燃料噴射弁3や電子制御スロットル10などの操作量を演算し、また、燃料ポンプ12の操作量の指示値を演算する。
【0015】
前述の各種センサとして、図外のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)ACCを検出するアクセル開度センサ34、内燃機関1の吸入空気流量QAを検出するエアフローセンサ35、内燃機関1の回転速度NEを検出する回転センサ36、内燃機関1の冷却水温度TW(機関温度)を検出する水温センサ37、排気中の酸素濃度に応じて内燃機関1の空燃比AFを検出する空燃比センサ(空燃比検出手段)38などを設けてある。
【0016】
ECM31は、吸入空気流量QAと機関回転速度NEとに基づいて基本噴射パルス幅TP(基本燃料噴射量)を演算する一方、空燃比センサ38の出力から検出した実際の空燃比を目標空燃比に近づけるための空燃比フィードバック補正係数や、冷機時や高負荷域で燃料噴射量を増量補正するための補正係数などを演算し、これら補正係数で基本噴射パルス幅TPを補正して、最終的な噴射パルス幅TI(燃料噴射量)を演算する。
【0017】
そして、各気筒の噴射タイミングになると、燃料噴射弁3に対して噴射パルス幅TIの噴射パルス信号を出力し、燃料噴射弁3による燃料噴射を制御する。
燃料噴射弁3は、噴射パルス幅TIに相当する時間だけ開弁し、開弁時間(噴射パルス幅TI)に比例する量の燃料を噴射する。
また、ECM31は、内燃機関1の負荷(基本噴射パルス幅TP)や機関回転速度NEなどに基づいて点火時期を演算し、該点火時期において点火プラグ6による火花点火がなされるように、図外の点火コイルへの通電を制御する。
【0018】
また、ECM31は、アクセル開度ACCなどから電子制御スロットル10の目標開度を演算し、電子制御スロットル10の実開度が目標開度になるようにスロットルモータ9を駆動制御する。
以下では、ECM31による、燃料ポンプ12の駆動電圧指示値(操作量)の演算を詳細に説明する。
【0019】
図2のフローチャートは、ECM31が、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行するポンプ駆動電圧演算ルーチンを示す。
ステップS101では、機関運転状態に応じて基本ポンプ駆動電圧VBASEを算出する。
尚、本実施形態の燃料ポンプ12は、駆動電圧・駆動電流が高いほど、その吐出量・吐出圧が増大する特性のポンプである。
【0020】
基本ポンプ駆動電圧VBASEは、機関負荷(基本噴射パルス幅TP)と機関回転速度NEとに基づき算出され、具体的には、高回転・高負荷ほど基本ポンプ駆動電圧VBASEをより高い値に算出する。
但し、燃料ポンプ12の吐出量のばらつきなどによって、駆動電圧と吐出量との相関にずれが生じる場合があり、吐出量が少なくなる側にばらつくと、燃料噴射弁3に供給される燃料の圧力が所期値よりも低下することで燃料噴射量が少なくなり、空燃比がリーン化してしまう可能性がある。
【0021】
そこで、基本ポンプ駆動電圧VBASEは、ばらつきによって燃料ポンプ12の吐出量が標準よりも少なくなっても、プレッシャレギュレータ14から余剰燃料がリリーフされるように、余裕分を含めて高めに設定してある。
ステップS101で基本ポンプ駆動電圧VBASEを算出すると、次のステップS102では、基本ポンプ駆動電圧VBASEを、学習補正値VLRN及び学習モード補正値VHOSで補正し、該補正結果を最終的なポンプ駆動電圧VPUMPに設定する。
【0022】
具体的には、数1に示すように、基本ポンプ駆動電圧VBASEから学習補正値VLRNを減算し、更に、学習モード補正値VHOSを減算した値を、最終的なポンプ駆動電圧VPUMP(ポンプ操作量)とする。
【0023】
【数1】

前記学習補正値VLRNは、基本ポンプ駆動電圧VBASEによって発生する過剰な余剰燃料を極力少なくするように学習する値であり、後述の図3のフローチャートに従って更新学習される。
【0024】
また、前記学習モード補正値VHOSは、学習補正値VLRNが適正値であるか否かを判断するために、ポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に変化させて、空燃比変化を意図的に発生させる値である。
ECM31は、ポンプ駆動電圧VPUMP(ポンプ電圧指示値)の信号を、FPCM18に送信し、ポンプ駆動電圧VPUMP(ポンプ電圧指示値)の信号を受けたFPCM18(駆動手段)では、ポンプ駆動電圧VPUMPに応じて設定したデューティで、燃料ポンプ12への電源供給を断続するスイッチング素子のオン・オフを制御する。
【0025】
図3のフローチャートは、ECM31が、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行するポンプ駆動電圧の学習ルーチンを示す。
ステップS201では、学習補正値VLRNの学習モード条件が成立しているか否かを判断する。
前記学習モード条件としては、内燃機関1の定常運転状態であるか否かを、アクセル開度ACC、機関負荷(基本噴射パルス幅TP)、機関回転速度NEなどの単位時間当たり変化量が閾値を下回っているか否かに基づいて判断する。
【0026】
そして、定常運転状態である場合には、学習モード条件が成立していると判断して、ステップS202へ進む。
尚、学習モード条件として、内燃機関1の暖機が完了していること、内燃機関1に組み合わされる変速機がニュートラル状態であること、内燃機関1の始動からの経過時間が設定時間を越えていること、燃料温度(機関温度)が上限温度を下回っていること、内燃機関1で駆動する外部負荷(エアコン用コンプレッサなど)の状態が安定していること、前記外部負荷の作動が停止していること、機関負荷及び機関回転速度が設定領域内であること、などを判断してもよい。
【0027】
ステップS202(操作量変更手段)では、前記学習モード補正値VHOSを、初期値である0Vからステップ的に設定値V1(>0V)にまで増大させ、設定時間t1後に前記設定値V1から0にまでステップ的に戻す。
即ち、学習モード補正値VHOSは、学習モードにおいて設定時間t1だけ設定値V1を維持し、それ以外は0を保持する。
【0028】
学習モード補正値VHOSは、数1に示したように、基本ポンプ駆動電圧VBASEの減算補正項であり、学習モード補正値VHOSの値を0Vよりも大きなプラスの値に設定すると、ポンプ駆動電圧VPUMPは学習モード補正値VHOS分だけ減少することになり、燃料ポンプ12の吐出量は低下する。
ここで、学習モード補正値VHOSによってポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に減少補正する期間である設定時間t1、及び、ポンプ駆動電圧VPUMPの減少補正幅に相当する設定値V1は、ポンプ駆動電圧VPUMPの減少補正によって燃料噴射弁3の単位時間当たりの噴射量が減少変化して空燃比が変化し、かつ、空燃比センサ38で検知できる程度の空燃比変化が発生するようにし、更に、空燃比のオーバーリーンによる失火や、トルク減少によるショックが発生しない程度に設定する。
【0029】
設定時間t1及び設定値V1が小さいと、空燃比センサ38で検知できる程度の空燃比変化が発生しなかったり、気筒間での燃焼ばらつきや燃料脈動に影響されて発生する空燃比変動と、ポンプ駆動電圧による空燃比変化とを区別して検出できなくなったりし、逆に、設定時間t1及び設定値V1が過大であると、空燃比のオーバーリーンによる失火や、運転者が感じるトルクショックを発生させることになってしまう。
【0030】
そこで、内燃機関1の運転性の悪化を抑制しつつ、空燃比変化を検出できる程度の大きさに、設定時間t1及び設定値V1を設定する。
尚、設定値V1だけポンプ駆動電圧を低下させる期間は、時間で規定する代わりに、機関回転数の積算値や吸入空気量の積算値が閾値を超えるまでの期間とすることができ、更に、設定値V1及び該設定値V1を適用する期間(設定時間t1など)を、機関負荷や機関回転速度などの機関運転条件に応じて可変に設定してもよい。
【0031】
ステップS202において、学習モード補正値VHOSの一時的な立ち上げによってポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に減少補正すると、ステップS203(燃圧変化推定手段)では、係るポンプ駆動電圧VPUMPの減少補正で発生した空燃比の変化量ΔAF(空燃比変化量の絶対値)が、第1閾値ΔAF1以内であるか否かを判別する。
ここで、ポンプ駆動電圧VPUMPの減少補正によって燃料ポンプ12の吐出量が減ることで、燃料噴射弁3に対する燃料の供給圧がプレッシャレギュレータ14の設定圧を下回るようになると、燃料噴射弁3が単位時間当たりに噴射する燃料量が減少して、空燃比がリーン化することになるから、前記空燃比の変化量ΔAFは、ポンプ電圧の減少補正に伴って発生した空燃比のリーン化幅を示すことになる。
【0032】
ここで、学習モード補正値VHOSによってポンプ駆動電圧VPUMPを補正したことによる空燃比変化を、空燃比センサ38が検出するまでには遅れがある。そこで、空燃比センサ38が検出した空燃比のサンプリング期間として、ポンプ駆動電圧VPUMPの補正タイミングから前記遅れを見込んだ期間を設定し、係るサンプリング期間において、学習モード補正値VHOSによる補正を行っていないとき(非学習モード)における平均空燃比と、リーン側に変化する空燃比との差ΔAFを、実空燃比のサンプリング周期毎に検出する。
【0033】
そして、サンプリング期間において検出した差ΔAFのうちの最大値、即ち、サンプリング期間において空燃比が最もリーン側に変化したときの空燃比と非学習モードにおける平均空燃比との差を、学習モード補正値VHOSによってポンプ駆動電圧VPUMPを補正したことによる空燃比変化量ΔAFとして検出するとよい。
上記のようにして、空燃比変化量ΔAFを検出すれば、学習モード補正値VHOSによる空燃比のリーン化における最大空燃比変化量を検出でき、燃料不足量を精度良く検出できる。
【0034】
ここで、サンプリング期間において、空燃比がリーン側に安定した状態での空燃比又は該安定状態での平均空燃比に基づいて空燃比変化量ΔAFを検出することができ、係る構成とすれば、空燃比ばらつきやリーン側へのオーバーシュートなどの影響を抑制して、空燃比変化量ΔAFを精度良く検出できる。
空燃比の変化量ΔAFが第1閾値ΔAF1以内である場合とは、学習モード補正値VHOSによってポンプ駆動電圧VPUMPを減少補正しても、学習モード補正値VHOSに対応する値だけ燃圧が低下しない状態であって、基本ポンプ駆動電圧VBASE−学習補正値VLRNをポンプ駆動電圧としたときに、設定量を上回る余剰燃料が発生していて、学習モード補正値VHOSによってポンプ駆動電圧を減少補正しても、該減少補正が過剰な余剰燃料を減少させている状態である。
【0035】
即ち、プレッシャレギュレータ14が余剰燃料を燃料タンク11にリリーフしている状態は、燃料ポンプ12からの吐出燃料量が、そのときの内燃機関1における消費燃料量を上回っており、余剰燃料分だけ吐出燃料量を減らしても、燃料噴射弁3に対する燃料供給圧を維持できる状態であり、余剰燃料分を上回って吐出燃料量を減らした分だけ、燃圧が減少変化(空燃比がリーン化)することになる。
【0036】
従って、学習モード補正値VHOSだけポンプ駆動電圧VPUMPを減少補正しても、電圧減少分に見合うだけの空燃比変化が発生しない場合には、基本ポンプ駆動電圧VBASE−学習補正値VLRNでポンプ駆動した状態で、余剰燃料が発生していることを示す。
但し、余剰燃料が少な過ぎると、噴射動作に伴う脈動などで、燃圧が所期値を下回ってしまう可能性があるので、噴射動作に伴う脈動などが発生しても燃圧を維持できる余剰燃料量を許容最小量(>0)として定め、この許容最小量の余剰燃料を確保できるように、前記第1閾値ΔAF1を設定してある。
【0037】
換言すれば、空燃比の変化量ΔAFが第1閾値ΔAF1以内であれば、基本ポンプ駆動電圧VBASEを学習補正値VLRNで補正して設定したポンプ駆動電圧VPUMPで燃料ポンプ12を駆動したときに発生する余剰燃料量(プレッシャレギュレータ14からのリターン燃料量)が、許容最小量を上回っている余剰燃料の過剰状態であるものと推定できるようにしてある。
【0038】
そこで、ステップS203で空燃比の変化量ΔAFが第1閾値ΔAF1以内である場合には、ステップS204(学習補正分更新手段)へ進み、それまでの学習補正値VLRNを、修正値X(VHOS≦X)だけ増大させ、該増大修正後の学習補正値VLRNを更新記憶させる。
ポンプ駆動電圧の一時的な減少補正によって発生した空燃比のリーン変化が、十分に小さい場合には、ポンプ駆動電圧を少なくとも修正値Xだけ減らしても、許容最小量の余剰燃料を確保できると判断し、学習補正値VLRNを修正値Xだけ増大させ、相対的に、ポンプ駆動電圧VPUMPを修正値Xだけ減少させ、燃料ポンプ12の吐出量、引いては、プレッシャレギュレータ14からリリーフされる余剰燃料量を減らすようにする。
【0039】
即ち、基本ポンプ駆動電圧VBASEは、種々のばらつき要因によってポンプ駆動電圧VPUMPに対して得られるポンプ吐出量が最小値になっても、許容最小量の余剰燃料が得られるように高めに設定してある。
そこで、基本ポンプ駆動電圧VBASEによる過剰吐出量を、学習補正値VLRNで減らすようにするものであり、燃料ポンプ12の吐出量が過剰な余剰燃料を発生させる場合には、学習補正値VLRNの増大修正によってポンプ駆動電圧VPUMPを段階的に減少させていく。
【0040】
従って、当該燃料ポンプ12において、余剰燃料量が最小限となる駆動電圧、換言すれば、要求噴射料が確保できる駆動電圧の範囲内で、より小さい駆動電圧に学習させることができ、過剰な余剰燃料を発生させることになる過大な電圧を印加してしまうことを抑制して、燃料ポンプ12の電力消費を低減でき、以って、内燃機関1の燃費性能を改善できる。
【0041】
尚、学習補正値VLRNの初期値は0であり、全ての運転領域で用いる一律の補正値としても良いし、例えば機関負荷と機関回転速度とで区分される複数の運転領域毎に個別の値として更新可能に記憶し、そのときに該当している運転領域に対応して記憶されている値を更新し、また、そのときに該当している運転領域に対応して記憶されている値に基づいてポンプ駆動電圧VPUMPを算出させることができる。
【0042】
一方、ステップS203で空燃比の変化量ΔAFが第1閾値ΔAF1以内でない場合、換言すれば、ポンプ駆動電圧VPUMPの一時的な減少補正によって、空燃比が所定以上にリーン化した場合には、ポンプ駆動電圧VPUMPを更に修正値Xだけ減少させると、許容最小量の余剰燃料が得られなくなってしまうものと判断し、ステップS205へ進む。
【0043】
ステップS205(燃圧変化推定手段)では、ポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第2閾値ΔAF2(ΔAF2≧ΔAF1)以上であったか否かを判断する。
空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第2閾値ΔAF2未満であった場合には、更にポンプ駆動電圧VPUMPを低下させる余裕はないものの、許容最小量の余剰燃料が得られているものと判断して、そのまま本ルーチンを終了させることで、学習補正値VLRNの値を前回値に保持させる。
【0044】
一方、ポンプ駆動電圧を一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第2閾値ΔAF2以上であった場合には、ポンプ駆動電圧VPUMP=VBASE−VLRNで燃料ポンプ12を駆動して発生する余剰燃料量が許容最小量を下回っていると判断し、ステップS206へ進む。
ステップS206(学習補正分更新手段)では、それまでの学習補正値VLRNを、修正値Xだけ減少させ、該減少修正後の学習補正値VLRNを更新記憶させる。
【0045】
即ち、ポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第2閾値ΔAF2以上であった場合には、学習補正値VLRNによるポンプ駆動電圧VPUMPの減少補正が過大で、余剰燃料量が許容最小量を下回っていると推定できるので、学習補正値VLRNを減少させることで、相対的にポンプ駆動電圧VPUMP、引いては燃料ポンプ12の吐出量を増大させ、許容最小量を上回る余剰燃料が発生するようにする。
【0046】
そして、ステップS206で学習補正値VLRNの減少させた結果、ポンプ駆動電圧VPUMPを一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が第2閾値ΔAF2未満になれば、少なくとも許容最小量の余剰燃料が発生しているものと推定し、学習補正値VLRNの減少補正を停止させることになる。
従って、燃料ポンプ12の経時劣化などによって、ポンプ駆動電圧VPUMPに対して得られるポンプ吐出量が減れば、ポンプ駆動電圧VPUMPを増大補正し、許容最小量の余剰燃料が発生するようにする。
【0047】
尚、ステップS206における学習補正値VLRNの減少補正幅(ポンプ駆動電圧VPUMPの増大補正幅)と、ステップS204における学習補正値VLRNの増大補正幅(ポンプ駆動電圧VPUMPの減少補正幅)とは、同じ値であっても良いし、ステップS206における学習補正値VLRNの減少補正幅を、ステップS204における学習補正値VLRNの増大補正幅よりも大きく設定してもよい。
【0048】
これは、ポンプ駆動電圧VPUMPが過大で、過剰な余剰燃料が発生する場合には、無駄に電力を消費していることになるものの、燃料噴射弁3に対する燃料供給圧を所期値に調整でき、空燃比制御性を維持できるのに対し、ポンプ駆動電圧VPUMPが過小な状態では、燃料噴射弁3に対する燃料供給圧が所期値を下回り、空燃比のリーン化による失火などを発生させる可能性があり、速やかな燃圧の回復が望まれるためである。
【0049】
また、ステップS206における学習補正値VLRNの減少補正(ポンプ駆動電圧の増大補正)、及び、ステップS204における学習補正値VLRNの増大補正(ポンプ駆動電圧の減少補正)において、連続して同じ方向に補正する場合に、段階的に学習補正値VLRNの補正幅を小さくすることができ、これによって、ポンプ駆動電圧VPUMPを必要最小限の値により近づけることができる。
【0050】
更に、上記実施形態では、ポンプ駆動電圧VPUMPの一時的な減少補正による空燃比の変化(燃料噴射弁3の単位時間当たりの噴射量の変化)を、空燃比センサ38によって排気中の酸素濃度の変化として検出したが、失火検出などのために筒内圧を検出するセンサを備える場合に、空燃比のリーン化による燃焼圧力の変化を、空燃比変化に相当する値として検出してもよい。
【0051】
また、上記実施形態では、燃料ポンプ12の駆動電圧(操作量)を、一時的に減少補正したときの空燃比変化から、前記駆動電圧を増減補正する学習を行わせたが、燃料ポンプ12の駆動電流(操作量)を制御するシステムにおいて、ポンプ駆動電流を一時的に減少補正したときの空燃比変化から、目標ポンプ駆動電流を増減補正し、以って、燃料ポンプ12の吐出圧を変更する学習を行わせることができ、かかる構成とした第2実施形態を、図4及び図5のフローチャートに従って以下に説明する。
【0052】
図4のフローチャートは、ECM31が、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行する目標ポンプ駆動電流のルーチンを示す。
ステップS401では、機関運転状態に応じて基本ポンプ駆動電流ABASEを算出する。
基本ポンプ駆動電流ABASEは、駆動電流と吐出圧との相関におけるばらつきを考慮して、プレッシャレギュレータ14の設定圧よりも高め燃圧(吐出圧)に対応する値に設定し、ばらつきがあってもプレッシャレギュレータ14から余剰燃料がリリーフされるような値とする。また、高回転・高負荷側ほど燃圧の変動が大きくなることから、図中に示すように、高回転・高負荷側ほどより高い基本ポンプ駆動電流ABASEを設定してもよい。
【0053】
ステップS401で基本ポンプ駆動電流ABASEを算出すると、次のステップS402では、基本ポンプ駆動電流ABASEを、学習補正値ALRN及び学習モード補正値AHOSで補正して、該補正結果を最終的な目標ポンプ駆動電流APUMPに設定する。
具体的には、数2に示すように、基本ポンプ駆動電流ABASEから学習補正値ALRNを減算し、更に、学習モード補正値AHOSを減算した値を、最終的な目標ポンプ駆動電流APUMP(ポンプ操作量)とする。
【0054】
【数2】

前記学習補正値ALRNは、基本ポンプ駆動電流ABASEによって発生する過剰な余剰燃料を極力少なくするように学習する値であり、後述の図5のフローチャートに従って更新学習される。
【0055】
また、前記学習モード補正値AHOSは、学習補正値ALRNが適正値であるか否かを判断するために、目標ポンプ駆動電流APUMPを一時的に変化させて、空燃比変化を意図的に発生させる値である。
ECM31は、目標ポンプ駆動電流APUMP(ポンプ電流指示値)の信号を、FPCM18に送信し、目標ポンプ駆動電流APUMP(ポンプ電流指示値)の信号を受けたFPCM18(駆動手段)では、燃料ポンプ12の駆動電流を断続させるスイッチング素子のオン・オフを、目標ポンプ駆動電流APUMPに応じたデューティで制御する。
【0056】
図5のフローチャートは、ECM31が、設定時間(例えば10ms)毎に割り込み実行する目標ポンプ駆動電流の学習ルーチンを示す。
ステップS501では、学習モード条件が成立しているか否かを、ステップS201と同様にして判断し、学習モードであれば、ステップS502へ進む。
ステップS502(操作量変更手段、目標電流変更手段)では、学習モード補正値AHOSを、初期値である0からステップ的に設定値A1(>0A)にまで増大させ、設定時間t1後に前記設定値A1から0にまでステップ的に戻す。
【0057】
即ち、学習モード補正値AHOSは、学習モードにおいて設定時間t1だけ設定値A1を維持し、それ以外は0を保持する。
学習モード補正値AHOSは、数2に示したように、基本ポンプ駆動電流ABASEの減算補正項であり、学習モード補正値AHOSの値を0Aよりも大きなプラスの値に設定すると、目標ポンプ駆動電流APUMPは学習モード補正値AHOS分だけ減少することになり、燃料ポンプ12の吐出圧は低下する。
【0058】
ここで、前記学習モード補正値VHOSと同様に、学習モード補正値AHOSの設定時間t1及び設定値A1は、内燃機関1の運転性の悪化を抑制しつつ、空燃比変化を検出できる程度の大きさに設定してある。
また、設定値A1だけ目標ポンプ駆動電流APUMPを低下させる期間は、時間で規定する代わりに、機関回転数の積算値や吸入空気量の積算値が閾値を超えるまでの期間とすることができ、更に、設定値A1及び該設定値A1を適用する期間(設定時間t1など)を、機関負荷や機関回転速度などの機関運転条件に応じて可変に設定してもよい。
【0059】
ステップS502において、学習モード補正値AHOSの一時的な立ち上げによって目標ポンプ駆動電流APUMPを一時的に減少補正すると、ステップS503では、係る目標ポンプ駆動電流の減少補正で発生した空燃比の変化量ΔAF(空燃比変化量の絶対値)が、第3閾値ΔAF3以内であるか否かを判別する。
ここで、目標ポンプ駆動電流APUMPの減少補正によって燃料ポンプ12の吐出圧が減ることで、燃料噴射弁3に対する燃料の供給圧がプレッシャレギュレータ14の設定圧を下回るようになると、燃料噴射弁3が単位時間当たりに噴射する燃料量が減少して、空燃比がリーン化することになるから、前記空燃比の変化量ΔAFは、目標ポンプ駆動電流APUMPの減少補正に伴って発生した空燃比のリーン化幅を示すことになる。
【0060】
ここで、学習モード補正値AHOSによって目標ポンプ駆動電流APUMPを補正したことによる空燃比変化を、空燃比センサ38が検出するまでには遅れがあるので、空燃比センサ38が検出した空燃比のサンプリング期間として、前記遅れを見込んだ期間を設定し、学習モード補正値AHOSによる補正を行っていないとき(非学習モード)における平均空燃比と、前記サンプリング期間での最もリーン側の空燃比との差を、学習モード補正値AHOSによるポンプ駆動電圧の補正結果による空燃比変化量として検出するとよい。
【0061】
そして、空燃比の変化量ΔAFが第3閾値ΔAF3以内である場合とは、学習モード補正値AHOSによって目標ポンプ駆動電流APUMPを減少補正しても、学習モード補正値AHOSに対応する値だけ燃圧が低下しない状態であって、基本ポンプ駆動電流ABASE−学習補正値ALRNを目標ポンプ駆動電流APUMPとしたときに、設定量を上回る余剰燃料が発生していて、学習モード補正値AHOSによって目標ポンプ駆動電流APUMPを減少補正しても、該減少補正が余剰燃料を減少させている状態である。
【0062】
従って、学習モード補正値AHOSだけ目標ポンプ駆動電流APUMPを減少補正しても、駆動電流の減少分に見合うだけの空燃比変化(燃圧低下)が発生しない場合には、基本ポンプ駆動電流ABASE−学習補正値ALRNでポンプ駆動した状態で、余剰燃料が発生していることを示す。
そこで、ステップS503で空燃比の変化量ΔAFが第3閾値ΔAF3以内である場合には、ステップS504(学習補正分更新手段)へ進み、それまでの学習補正値ALRNを、修正値Y(AHOS≦Y)だけ増大させ、該増大修正後の学習補正値ALRNを更新記憶させる。
【0063】
目標ポンプ駆動電流APUMPの一時的な減少補正によって発生した空燃比のリーン変化が、十分に小さい場合には、目標ポンプ駆動電流APUMPを少なくとも修正値Yだけ減らしても、許容最小量の余剰燃料を確保できると判断し、学習補正値ALRNを修正値Yだけ増大させ、相対的に、目標ポンプ駆動電流APUMPを修正値Yだけ減少させる。
即ち、基本ポンプ駆動電流ABASEは、種々のばらつき要因によってポンプ駆動電流に対して得られるポンプ吐出圧が最小値になっても、燃料供給圧として目標圧が得られるように、換言すれば、プレッシャレギュレータ14から余剰燃料がリリーフされるように、高めに設定してある。
【0064】
そこで、基本ポンプ駆動電流ABASEの過剰分を、学習補正値ALRNで減らすようにするものであり、過剰な余剰燃料を発生させる場合には、学習補正値ALRNの修正によって目標ポンプ駆動電流APUMPを段階的に減少させていく。
尚、学習補正値ALRNの初期値は0であり、全ての運転領域で用いる一律の補正値としても良いし、例えば機関負荷と機関回転速度とで区分される複数の運転領域毎に個別の値として更新可能に記憶し、そのときに該当している運転領域に対応して記憶されている値を更新し、また、そのときに該当している運転領域に対応して記憶されている値に基づいて目標ポンプ駆動電流APUMPを算出させることができる。
【0065】
一方、ステップS503で空燃比の変化量ΔAFが第3閾値ΔAF3以内でない場合、換言すれば、目標ポンプ駆動電流APUMPの一時的な減少補正によって、空燃比が所定以上にリーン化した場合には、ポンプ駆動電流APUMPを更に修正値Yだけ減少させると、許容最小量の余剰燃料が得られなくなってしまうものと判断し、ステップS505へ進む。
【0066】
ステップS505では、目標ポンプ駆動電流APUMPを一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第4閾値ΔAF4(ΔAF4≧ΔAF3)以上であったか否かを判断する。
空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第4閾値ΔAF4未満であった場合には、更にポンプ駆動電流APUMPを低下させる余裕はないものの、許容最小量の余剰燃料を発生させつつ目標の燃圧が得られているものと判断して、そのまま本ルーチンを終了させることで、学習補正値ALRNの値を前回値に保持させる。
【0067】
一方、目標ポンプ駆動電流APUMPを一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第4閾値ΔAF4以上であった場合には、目標ポンプ駆動電流APUMP=ABASE−ALRNで燃料ポンプ12を駆動したときに、余剰燃料量としてばらつきを吸収できるだけの許容最小量を確保できていないものと判断し、ステップS506へ進む。
【0068】
ステップS506(学習補正分更新手段)では、それまでの学習補正値ALRNを、修正値Yだけ減少させ、該減少修正後の学習補正値ALRNを更新記憶させる。
即ち、ポンプ駆動電流APUMPを一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が、第4閾値ΔAF4以上であった場合には、学習補正値ALRNによる目標ポンプ駆動電流APUMPの減少補正が過大で、余剰燃料量が許容最小量を下回っていると推定できるので、学習補正値ALRNを減少させることで相対的に目標ポンプ駆動電流APUMPを増大させ、許容最小量を上回る余剰燃料が発生するようにする。
【0069】
そして、ステップS506で学習補正値ALRNの減少させた結果、目標ポンプ駆動電流を一時的に減少させたときに発生した空燃比の変化量ΔAF(リーン化幅)が第4閾値ΔAF4未満になれば、少なくとも許容最小量の余剰燃料が発生しているものと推定し、学習補正値ALRNの減少補正を停止させることになる。
従って、燃料ポンプ12の経時劣化などによって、目標ポンプ駆動電流APUMPに対して得られるポンプ吐出圧が減れば、目標ポンプ駆動電流APUMPを増大補正し、許容最小量の余剰燃料が発生させつつ目標燃圧に調圧されるようにする。
【0070】
尚、ステップS506における学習補正値ALRNの減少補正幅(ポンプ駆動電流の増大補正幅)と、ステップS504における学習補正値ALRNの増大補正幅(ポンプ駆動電流の減少補正幅)とは、同じ値であっても良いし、ステップS506における学習補正値ALRNの減少補正幅を、ステップS504における学習補正値ALRNの増大補正幅よりも大きく設定してもよい。
【0071】
これは、ポンプ駆動電流が過大で、過剰な余剰燃料が発生する場合には、無駄に電力を消費していることになるものの、燃料噴射弁3に対する燃料供給圧を所期値に調整でき、空燃比制御性を維持できるのに対し、ポンプ駆動電流が過小な状態では、燃料噴射弁3に対する燃料供給圧が所期値を下回り、空燃比のリーン化による失火などを発生させる可能性があり、速やかな燃圧の回復が望まれるためである。
【0072】
また、ステップS506における学習補正値ALRNの減少補正(ポンプ駆動電流の増大補正)、及び、ステップS504における学習補正値ALRNの増大補正(ポンプ駆動電流の減少補正)において、連続して同じ方向に補正する場合に、段階的に補正幅を小さくすることができ、これによって、ポンプ駆動電流を必要最小限の値により近づけることができる。
【0073】
ところで、燃料ポンプ12の実際の駆動電流は、ポンプ負荷、引いては、燃料噴射弁3に対する燃料供給圧を示すが、実ポンプ駆動電流と実際の燃料圧力との相関は、燃料性状(アルコールや添加剤の含有率)や、燃料ポンプ12のモータ発熱によるモータコイルの抵抗値変化などによって変化するため、圧力センサによって燃料圧力を検出させる場合に比べて燃料圧力の検出精度は低下する。
【0074】
そこで、第2実施形態では、目標ポンプ駆動電流APUMPの一時的な補正によって発生した燃料噴射弁3への燃料の供給圧の変化を、空燃比センサ38が検出する空燃比の変化として検出させるようにした。
但し、ポンプ駆動電流に基づいて燃料圧力の変化を推定させる構成としても良く、例えば、ポンプ駆動電圧を一時的に減少させたときのポンプ駆動電流の変化から、ポンプ駆動電圧の変化に伴う燃料圧力の減少変化を推定し、前記学習補正値VLRNを更新させることができる。
【0075】
ポンプ駆動電流の変化に基づいて燃料圧力の変化を推定する構成であれば、空燃比の変化を検出する場合よりも、高い応答で燃料圧力の変化を推定でき、機関の運転性に影響を与えることなく、余剰燃料量が最小となるポンプ駆動電圧に速やかに補正することができ、内燃機関1の過渡状態での学習が可能となる。
尚、第1閾値ΔAF1と第2閾値ΔAF2、及び、第3閾値ΔAF3と第4閾値ΔAF4は、相互に同じ値であっても良いが、ポンプ駆動電圧・ポンプ駆動電流の学習がハンチングすることを抑制するために、相互に異なる値(ΔAF1<ΔAF2、ΔAF3<ΔAF4)に設定してある。
【0076】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【0077】
(イ)請求項1記載の内燃機関の燃料供給制御装置において、
前記操作量変更手段が、燃料ポンプの駆動電圧を一時的に変化させ、
前記燃圧変化推定手段が、燃料ポンプの駆動電流に基づいて燃料供給圧の変化を推定する内燃機関の燃料供給制御装置。
上記発明によると、駆動電圧の変化によって燃料供給圧が変化すると、燃料ポンプの負荷が変化してポンプ駆動電流が変化するので、燃料ポンプの駆動電流に基づいて燃料供給圧の変化を推定し、余剰燃料量が最小限に抑制できる電圧に向けて学習する。
【0078】
(ロ)請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置において、
前記操作量の基本値を、機関負荷と機関回転速度とに応じて設定する基本操作量設定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
上記発明によると、内燃機関における燃料消費量は、機関負荷と機関回転速度とに応じて変化するので、燃料消費量以上の吐出量が得られるように、機関負荷と機関回転速度とに応じて操作量の基本値(基本吐出量)を設定する。
【符号の説明】
【0079】
1…内燃機関、3…燃料噴射弁、11…燃料タンク、12…燃料ポンプ、14…プレッシャレギュレータ、15…燃料ギャラリー配管、16…燃料供給配管、17…燃料戻し配管、18…FPCM(フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール)、31…ECM(エンジン・コントロール・モジュール)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料噴射弁に燃料を圧送するモータ駆動の燃料ポンプと、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を設定圧に調整するプレッシャレギュレータとを備えた内燃機関において、前記燃料ポンプを制御する燃料供給制御装置であって、
学習モードにおいて、前記燃料ポンプの操作量を、前記燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に一時的に変化させる操作量変更手段と、
前記操作量変更手段が操作量を変化させたときの前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧の変化を推定する燃圧変化推定手段と、
前記燃圧変化推定手段が推定した燃料供給圧の変化が第1閾値を下回る場合に、前記燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に前記操作量の学習補正分を更新し、前記燃料供給圧の変化が第1閾値以上である第2閾値を上回る場合に、前記燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を増加させる方向に前記操作量の学習補正分を更新する学習補正分更新手段と、
前記学習補正分を含んだ操作量を出力して前記燃料ポンプを駆動する駆動手段と、
を含む内燃機関の燃料供給制御装置。
【請求項2】
燃料噴射弁に燃料を圧送するモータ駆動の燃料ポンプと、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を設定圧に調整するプレッシャレギュレータとを備えた内燃機関において、前記燃料ポンプを制御する燃料供給制御装置であって、
学習モードにおいて、前記燃料ポンプの操作量を、前記燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に一時的に変化させる操作量変更手段と、
前記燃料噴射弁が噴射した燃料で形成される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記操作量変更手段によって操作量を変化させたときの前記空燃比の変化が第1閾値を下回る場合に、前記燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を低下させる方向に前記操作量の学習補正分を更新し、前記空燃比の変化が第1閾値以上である第2閾値を上回る場合に、前記燃料ポンプの吐出圧又は吐出流量を増加させる方向に前記操作量の学習補正分を更新する学習補正分更新手段と、
前記学習補正分を含んだ操作量を出力して前記燃料ポンプを駆動する駆動手段と、
を含む内燃機関の燃料供給制御装置。
【請求項3】
燃料噴射弁に燃料を圧送するモータ駆動の燃料ポンプと、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給圧を設定圧に調整するプレッシャレギュレータとを備えた内燃機関において、前記燃料ポンプの電流を制御する燃料供給制御装置であって、
学習モードにおいて、前記燃料ポンプの目標電流を、前記燃料ポンプの吐出圧を低下させる方向に一時的に変化させる目標電流変更手段と、
前記燃料噴射弁が噴射した燃料で形成される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記目標電流変更手段によって目標電流の変化させたときの前記空燃比の変化が第1閾値を下回る場合に、前記燃料ポンプの吐出圧を低下させる方向に目標電流を更新し、前記空燃比の変化が第1閾値以上である第2閾値を上回る場合に、前記燃料ポンプの吐出圧を増加させる方向に前記目標電流を更新する目標電流更新手段と、
前記目標電流更新手段が更新した前記目標電流に基づいて前記燃料ポンプを駆動する駆動手段と、
を含む内燃機関の燃料供給制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−196303(P2011−196303A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−65762(P2010−65762)
【出願日】平成22年3月23日(2010.3.23)
【出願人】(509186579)日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Fターム(参考)】