内燃機関の燃焼噴射方法と内燃機関
【課題】排気ガス処理装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、実際の燃料噴射量と指示された燃料噴射量との偏差を補正することができる内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関を提供する。
【解決手段】排気通路７に設けた排気ガス浄化装置１５の下流に設けたＮＯｘセンサ２１の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈから算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路５に設けたＭＡＦセンサ２２で検出された新気空気量ｍ＿ａｉｒと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎから算出した目標空気過剰率λ２との偏差値Δλを算出し、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする学習領域マップＭ１に記憶され、且つ、現学習値を偏差値Δλがゼロになるように補正して新たな学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出し、燃料噴射に際しては、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎと現コモンレール圧Ｐに対応する現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で補正して、燃料噴射を行う。
【解決手段】排気通路７に設けた排気ガス浄化装置１５の下流に設けたＮＯｘセンサ２１の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈから算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路５に設けたＭＡＦセンサ２２で検出された新気空気量ｍ＿ａｉｒと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎから算出した目標空気過剰率λ２との偏差値Δλを算出し、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする学習領域マップＭ１に記憶され、且つ、現学習値を偏差値Δλがゼロになるように補正して新たな学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出し、燃料噴射に際しては、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎと現コモンレール圧Ｐに対応する現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で補正して、燃料噴射を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度を利用して、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離をなくすように補正することができる内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン（内燃機関）では、ＥＣＵ（制御装置）がインジェクタ（燃料噴射弁）を制御して、インジェクタからの燃料噴射量を適正な量になるように調整している。この適正な量に調節された指示燃料噴射量は、燃費を向上し、排出ガスの有害成分を減少し、及び騒音を減少するように定められている。
【０００３】
しかし、インジェクタを含む燃料供給システムの劣化、及び故障により指示燃料噴射量と実際にインジェクタが噴射する量とが乖離すると、様々な問題が発生する。例えば、実際の噴射量が指示燃料噴射量よりも少ない場合は、必要とするトルクが得られずに走行に支障を来し、一方、実際の噴射量が指示燃料噴射量よりも多い場合は、燃圧が上がってエンジンが故障する、燃費が悪化する、及び排気ガスの有害成分の濃度が増加するなどの問題が発生する。
【０００４】
そこで、空気過剰率、又は空燃比を測定することができる空気過剰率センサ（ラムダセンサとも呼ばれる酸素センサ、又はＡ／Ｆセンサとも呼ばれる空燃比センサなど）を用いて、目標空燃比から排気ガスの空燃比のずれ量を補正する装置（例えば、特許文献１参照）や、排気ガス中の空気過剰率と指示噴射量と新気空気量より計算される空気過剰率を比較し補正を行う装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
これらの装置は、排気ガス処理装置の上流、又は排気ガス処理装置の上流と下流に設けた空気過剰率センサで、排気ガス中の空気過剰率、又は排気ガスの空燃比を検出している。検出した空気過剰率、又は空燃比は実際の燃料噴射量によるものであり、これと指示燃料噴射量から求められる目標値との偏差を補正することで、又は偏差を比較して燃料噴射の異常を検知することで、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量とが乖離しないようにインジェクタを監視、及び制御している。
【０００６】
上記の装置に設けられている空気過剰率センサは、例えば、排気ガス処理装置の上流に設けられて、内外面にＰｔ（白金）コーティングによる電極を持つＺｒＯ２（ジルコニア）又はＴｉＯ２（チタニア）などで形成した固体電解質の管で形成される。
【０００７】
この空気過剰率センサの原理は、酸素分圧の高い大気側から酸素分圧の低い排気ガス側に向かって酸素イオンが流れることで電極間の酸素分圧比の対数に比例する起電力が発生し、その起電力から、排気ガス中の酸素濃度を検出するというものである。
【０００８】
この空気過剰率センサを搭載した上記の装置を用いることで、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差を補正することが、又は偏差を比較して燃料噴射の異常を検知することができるが、空気過剰率センサは、ＰｔやＺｒＯ２を用いるため、センサとしては高価なものになっている。そのため、製造コストが増加するため、空気過剰率センサを搭載しているエンジンはごく一部である。
【０００９】
一方、近年のエンジンには、排気ガスのクリーン化のために、排気ガス浄化装置を搭載したものが多い。このエンジンは、排気ガス浄化装置の下流に排気ガス中のＮＯｘ（窒素
酸化物）の含有量を計測するＮＯｘセンサを設けている。
【００１０】
このＮＯｘセンサは、例えば、排気ガス処理装置の下流に設けられ、耐久性と耐熱性に優れたセラミックスの固体電解質（酸素イオン伝導体）で、少なくとも２つの区画を形成してなるセンサである。一方の区画で、ＮＯｘ以外の酸素を除去する第１酸素ポンプとし、他方の区画でＮＯｘを分解して、生成した酸素を除去する第２酸素ポンプとすることで、第１酸素ポンプで排気ガス中の酸素濃度を検出し、第２酸素ポンプで排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出している。
【００１１】
前述の空気過剰率センサと同様、ＮＯｘセンサも酸素イオン導電体（ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＹＢＣＯ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｚｎ２ＳｎＯ４など）が用いられ、それらの表面にＰｔ、Ｒｈ（ロジウム）などを塗布して、加工されているため、センサとしては高価なものである。
【００１２】
しかしながら、このＮＯｘセンサは、排気ガス浄化装置内のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵状態を直接検知し、還元剤投入制御の最適タイミングを与える方法や、同触媒の劣化を車上で診断する方法に用いられており、排気ガス浄化装置をエンジンに設ける上で必要不可欠なセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−８２１１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１４１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高価な空気過剰率センサを追加することなく、排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、インジェクタの劣化などにより発生する実際の燃料噴射量と指示された燃料噴射量との偏差をゼロにするように次回の燃料の噴射時間を補正することができる内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を解決するための本発明の内燃機関の燃料噴射方法は、排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関の燃料噴射方法において、前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出し、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出し、燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行うことを特徴とする方法である。
【００１６】
この方法によれば、ＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）を含む排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、インジェクタ（燃料噴射弁）の燃料の噴射時間を、実際の燃料噴射量に基づいて補正することができ、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。これにより、燃料噴射量の補正に従来では必要であった空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタの劣化などによる実燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差をゼロにすることができので、その分の部品点数が減り、また、製造コス
トを低減することができる。
【００１７】
加えて、指示燃料噴射量とコモンレールのレール圧（燃料噴射圧）に基づく燃料の噴射時間を噴射時間補正値で補正し、インジェクタの噴射時間のパルス幅を補正することで、より正確な燃料噴射量をインジェクタに指示することができる。
【００１８】
また、上記の内燃機関の燃料噴射方法において、前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（１）により求め、前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（２）により求める。
【数１】
【数２】
但し、Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値、Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値、Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数、Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間、Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間とする。
【００１９】
この方法によれば、実空気過剰率λ１と理想空気過剰率λ２の偏差を０にするように補正した噴射時間補正値を用いて、インジェクタの噴射時間のパルス幅を補正することで、実際の燃料噴射量に基づいて、次回の指示燃料噴射量を補正することができる。これにより、空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタの劣化などにより、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差が大きくなる場合に発生する燃費の悪化、スモーク排出の増加、及び排気ガスの高温化による排気管やターボチャージャーなどの熱破損を防止することができる。
【００２０】
上記の問題を解決するための内燃機関は、排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関において、前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出する手段と、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出する手段と、燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間領域マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行う手段とを備える制御装置を設けて構成される。
【００２１】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（３）により求める手段と、前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（４）により求める手段とを備える。
【数３】
【数４】
但し、Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値、Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値、Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数、Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間、Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間とする。
【００２２】
この構成によれば、ＮＯｘセンサの出力から実空気過剰率λ１を算出することができ、その実空気過剰率λ１を用いて、実際の燃料噴射量から次回の燃料の噴射時間を補正することができる。これにより、従来では実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすために必要であった空気過剰率センサを追加することがないため、コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高価な空気過剰率センサを追加することなく、排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、インジェクタの劣化などにより発生する実際の燃料噴射量と指示された燃料噴射量との偏差をゼロにするように次回の燃料の噴射時間を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の吸気、及び排気システムを示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御を示した概略図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法に用いる学習領域マップである。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法に用いる噴射時間領域マップである。
【図５】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、直列４気筒のディーゼルエンジンを例に説明するが、これに限定せずにＮＯｘセンサを設ける内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
【００２６】
まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成について、図１と図２を参照しながら説明する。図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、各気筒２に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３を含む燃料供給システム４と、吸気通路５を含む吸気システム６と、排気通路７を含む排気システム８を備える。
【００２７】
燃料吸気システム４は、加圧された燃料を貯えたコモンレール９に接続されたインジェクタ３から高圧の燃料を噴射するシステムであり、他に図示しない燃料タンク、サプライポンプを備える。吸気システム６は、吸気フィルタ１０、インタークーラー１１、及び吸気スロットル１２を備え、排気システム８は、ＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）１３とＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）１４とからなる排気ガス処理装置１５を備える。
【００２８】
また、吸気システム６と排気システム８には、排気ガスのエネルギーを利用してタービンを高速回転させ、その回転力で遠心式圧縮機を駆動することにより圧縮した空気をエン
ジン内に送り込むことができるターボチャージャー１６と、ＥＧＲクーラー１７とＥＧＲ弁１８とからなり、燃焼後の排気ガスの一部を取出し、吸気側へ導き再度吸気させるＥＧＲ装置（排気再循環装置）１９を備える。
【００２９】
上記のエンジン１の構成は、周知の構成であり、各装置も周知の技術を用いることができる。この実施の形態においては、少なくともＳＣＲ装置１４を含む排気ガス処理装置１５を排気システム８に設けていれば、他の構成は上記の構成に限定しない。
【００３０】
加えて、上記の装置及びシステムを制御するＥＣＵ（制御装置）２０と、そのＥＣＵ２０と接続されるＮＯｘセンサ２１、ＭＡＦセンサ（新気空気量センサ）２２、及び圧力センサ２３を備える。その他にも、エンジン１には図示しないセンサを設けるが、この実施の形態においては、少なくとも上記のセンサ２１〜２３があればよい。
【００３１】
ＥＣＵ２０は、エンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置であり、電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラであり、図２に示すように、この実施の形態ではインジェクタ３の燃料噴射量を制御している。このＥＣＵ２０は、実空気過剰率算出手段２４、目標空気過剰率算出手段２５、学習値算出手段２６、及び噴射時間算出手段２７を備え、また、学習領域マップ（噴射時間補正値マップ）Ｍ１、通電時間マップ（噴射時間マップ）Ｍ２、及び現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎを記憶している。これの各手段２４〜２７をプログラムとして、ＥＣＵ２０に記憶し、燃料の噴射時間を補正する際に順次実行する。
【００３２】
ＳＣＲ装置１４の下流に設けられるＮＯｘセンサ２１は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度値を測定するセンサであり、且つ排気ガス中の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを測定することができるセンサである。このＮＯｘセンサ２１は、ＳＣＲ装置１４内のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵状態を直接検知し、還元剤投入制御の最適タイミングを与える方法や、同触媒の劣化を車上で診断する方法に用いられており、排気システム８に、ＳＣＲ装置１４を備えた場合には必要なセンサである。
【００３３】
このＮＯｘセンサ２１は、耐久性及び耐熱性に優れ、排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定すると共に、排気ガス中の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを測定することができれば、周知のＮＯｘセンサを用いることができる。また、ＭＡＦセンサ２２と圧力センサ２３も、ＭＡＦセンサ２２が新気空気量ｍ＿ａｉｒを検出し、圧力センサ２３がコモンレールの圧力（コモンレール圧）Ｐを検出することができれば、周知のセンサを用いることができる。
【００３４】
次に、エンジン１の動作について、図２、図３、及び図４を参照しながら説明する。エンジン１は、この動作を所定のクランク角（例えば、３６０°毎）に達する度に行う。先ず、図２に示すように、ＮＯｘセンサ２１が検出した酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、ＥＣＵ２０に備えた実空気過剰率算出手段２４が、以下の数式（５）より、実空気過剰率λ１を算出する。なお、ここで大気中の酸素濃度をＯ２＿ａｉｒとする。
【数５】
この実空気過剰率算出手段２４により、ＮＯｘセンサ２１の検出する酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈから、実際の燃料噴射量から導かれる実空気過剰率λ１を算出することができる。これにより、実空気過剰率λ１を算出するために、ＳＣＲ装置１４を備えるエンジン１には設ける必要があるＮＯｘセンサ２１を用いることで、空気過剰率センサを別途追加する
必要がない。そのため、部品点数を減らすことでき、また、製造コストも低減することができる。
【００３５】
次に、ＥＣＵ２０に記憶された現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎと、ＭＡＦセンサ２２で検出した新気空気量ｍ＿ａｉｒと理想空燃比ＡＦＲを用いて、目標空気過剰率算出手段２５が、以下の数式（６）より、目標空気過剰率λ２を算出する。
【数６】
ここで、理想空燃比ＡＦＲは、燃料の性状により種々の値を取るが、例えば燃料が軽油の場合にその値は、約１４．５前後である。
【００３６】
次に、学習領域マップＭ１に記憶された現学習値（現噴射時間補正値）Ｌ（ｉ，ｊ）を補正するが、ここでその学習領域マップＭ１について説明する。図３に示すように、学習領域マップＭ１は、ＥＣＵ２０に予め記憶されたコモンレール圧Ｐ＿ａｒｅａと燃料流量（指示燃料噴射量）Ｑ＿ａｒｅａをベースとするマップである。
【００３７】
この学習領域マップＭ１に記憶された学習値（噴射時間補正値）Ｌ（ｉ，ｊ）は、インジェクタ３の噴射時間の補正値である。なお、図３に示す学習領域マップＭ１に記載されている数値は説明のための数値であり、実際の数値はこれに限定しない。また、セル数も限定せず、実際には数値を細かく設定し、セル数を増やしても構わない。
【００３８】
次に、図２に示すように、上記の学習領域マップＭ１に記憶された現学習値（現噴射時間補正値）Ｌ（ｉ，ｊ）を、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλと、重み係数ｗ＿ｃｏｒとを用いて、学習値算出手段２６が、以下の数式（７）より、補正して、学習値（噴射時間補正値）Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出する。
【数７】
そして、この学習値算出手段２６で実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλをゼロになるように補正された学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を、新たな学習値として学習領域マップＭ１に記憶する。
【００３９】
次に、上記で算出された学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を用いて、現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を補正するが、ここで、通電時間マップＭ２について説明する。図４に示すように、通電時間マップＭ２は、ＥＣＵ２０に予め記憶されたコモンレール圧Ｐ＿ａｒｅａと燃料流量（指示燃料噴射量）Ｑ＿ａｒｅａをベースとするマップであり、そこに記憶されたインジェクタ３の通電時間の単位は（μｓ）とする。
【００４０】
この通電時間マップＭ２に記憶された通電時間Ｔ（ｉ，ｊ）は、インジェクタ３が燃料を噴射する噴射時間のパルス幅である。なお、図４に示す通電時間マップＭ２に記載されている数値は説明のための数値であり、実際の数値はこれに限定しない。また、セル数も限定せず、実際には数値を細かく設定し、セル数を増やしても構わない。
【００４１】
次に、現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）と学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）とを用いて、噴射時間算出手段２
７が、以下の数式（８）より、次回の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出する。
【数８】
そして、ＥＣＵ２０は、算出した噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒで噴射するようにインジェクタ３を制御する。
【００４２】
上記の動作によれば、学習領域マップＭ１に記憶されている現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλをゼロにするように補正した学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で更新することで、インジェクタ３を含む燃料供給システム４の劣化などによる実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量とのずれを補正することができる。これにより、常に実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を更新することができる。
【００４３】
また、エンジン１はインジェクタ３が燃料を噴射する際に、ＳＣＲ装置１４の下流に設けたＮＯｘセンサ２１の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、実空気過剰率λ１を算出することができ、算出した実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２の偏差値Δλをゼロにするように、次回の燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを補正することができるので、空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタ３の劣化などによる指示燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差を補正することができる。
【００４４】
加えて、ＥＣＵ２０がインジェクタ３を制御する際に、通電時間マップＭ２に記憶された指示燃料噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を用いるため、実際に燃料を噴射する際にコモンレール圧Ｐに基づいた噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒで燃料が噴射されるので、常に正確な指示燃料噴射量にすることができる。
【００４５】
次に、エンジン１の燃料噴射方法について、図５のフローチャートを参照しながら、説明する。この燃料噴射方法を、エンジン１の所定のクランク角毎に行い、インジェクタ３の実際の燃料の噴射量に基づいた噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒになるように補正していく。
【００４６】
まず、ＳＣＲ装置１４の下流に設けたＮＯｘセンサ２１の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、排気ガス中の実空気過剰率λ１を算出するステップＳ１１を行う。このステップＳ１１は、上記の数式（５）を用いて、実空気過剰率λ１を算出するが、実際の燃料噴射量に基づく空気過剰率を求めることができればよく、上記の方法に限定しない。
【００４７】
次に、ＭＡＦセンサ１６と現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎを用いて、目標空気過剰率λ２を算出するステップＳ１２を行う。このステップＳ１２は、上記の数式（６）を用いて、目標空気過剰率λ２を算出するが、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎから求まる目標空気過剰率λ２を算出することができればよく、上記の方法に限定しない。
【００４８】
次に、算出した実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２とを比較するステップＳ１３を行う。このステップＳ１３でλ１＝λ２であれば、実燃料噴射量と現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎは一致しているので、補正せずにステップＳ１７へと進む。一方、ステップＳ１３でλ１≠λ２であれば、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎに対して実燃料噴射量がずれていることになるので、ステップＳ１４へと進み補正をおこなう。
【００４９】
ステップＳ１３でλ１≠λ２と判断されると、次に、学習領域マップＭ１から現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を呼び出すステップＳ１４を行う。このステップＳ１４では、圧力センサ２３が検出した現コモンレール圧Ｐと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎとに対応する現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を呼び出す。この学習値Ｌ（ｉ，ｊ）は、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎを補正した際に用いた学習値である。
【００５０】
次に、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλを用いて、現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を補正して、学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出するステップＳ１５を行う。このステップＳ１５では、上記の数式（７）を用いて、学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出する。次に、学習領域マップＭ１に学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を書き込むステップＳ１６を行う。このとき、学習領域マップＭ１に書き込まれるセルの場所を、現コモンレール圧Ｐと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎで指定する。
【００５１】
次に、通電時間マップＭ２から、現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を呼び出すステップＳ１８を行う。このステップＳ１８では、圧力センサ２３が検出した現コモンレール圧Ｐと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎとに対応する現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を呼び出す。
【００５２】
次に、学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）と現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を用いて次回の燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出するステップＳ１９を行う。このステップＳ１９では、上記の数式（８）を用いて、噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出する。次回の燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒが算出されると、スタートへと戻り、エンジン１が停止するまでくり返し上記のステップを行う。エンジン１が停止すると、この燃料噴射方法は完了する。
【００５３】
ステップＳ１３でλ１＝λ２と判断された場合は、現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）とするステップＳ１７を行って、ステップＳ１８、及びＳ１９へ進み、次回の指示燃料噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出して、スタートへと戻る。
【００５４】
上記の燃料噴射方法によれば、ＮＯｘセンサ２１の酸素濃度Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすために指示燃料噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを補正することができるので、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。これにより、空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタの劣化などにより、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差が大きくなる場合に発生する燃費の悪化、スモーク排出の増加、及び排気ガスの高温化による排気管７やターボチャージャー１６などの熱破損を防止することができる。
【００５５】
また、学習領域マップＭ１の現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλをゼロになるように補正した学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で更新することによって、常に実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。これによれば、仮にインジェクタ３の劣化により、指示された噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）に対して、実際に燃料の噴射時間が増減している場合でも、その増減分を補正した噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒで噴射することができる。そのため、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差が大きい場合に発生する問題を防ぐことができる。
【００５６】
加えて、指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎとコモンレール９のレール圧Ｐに基づく燃料の噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を噴射時間補正値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で補正し、インジェクタ３の噴射時間のパルス幅を補正することで、より正確な燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒをインジェクタに指示することができるので、より実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。
【００５７】
この実施の形態では、直列４気筒のディーゼルエンジンを例に説明したが、理想空燃比などをガソリンに適した値にすることで、排気ガス処理装置を備えたガソリンエンジンにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の内燃機関は、排気ガス処理装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量とのずれを補正することができるので、特に排気ガスを処理する必要があるディーゼルエンジンを搭載した車両に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダブロック
３ 気筒
４ インジェクタ（燃料噴射弁）
５ 吸気管（吸気通路）
６ 吸気システム
７ 排気管（排気通路）
８ 排気システム
９ コモンレール
１０ 吸気フィルタ
１１ インタークーラー
１２ 吸気スロットル
１３ ＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）
１４ ＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）
１５ 排気ガス処理装置
１６ ターボチャージャー
１７ ＥＧＲ装置（排気再循環装置）
１８ ＥＧＲクーラー
１９ ＥＧＲ弁
２０ ＥＣＵ（制御装置）
２１ ＮＯｘセンサ
２２ ＭＡＦセンサ（新気空気量センサ）
２３ 圧力センサ
λ１ 実空気過剰率
λ２ 目標空気過剰率
Ｍ１ 学習領域マップ（噴射時間補正値マップ）
Ｍ２ 通電時間マップ（噴射時間マップ）
Ｌ（ｉ，ｊ） 現学習値（現噴射時間補正値）
Ｌ（Ｉ，Ｊ） 学習値（噴射時間補正値）
Ｔ（ｉ，ｊ） 現噴射時間
Ｑ＿ｆｉｎ 現指示燃料噴射量
Ｔ＿ｃｏｒｒ 噴射時間
Ｏ２＿ｅｘｈ 酸素濃度
Ｏ２＿ａｉｒ 大気の酸素濃度
ｍ＿ａｉｒ 新気吸気量
ＡＦＲ 理想空燃比
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度を利用して、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離をなくすように補正することができる内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン（内燃機関）では、ＥＣＵ（制御装置）がインジェクタ（燃料噴射弁）を制御して、インジェクタからの燃料噴射量を適正な量になるように調整している。この適正な量に調節された指示燃料噴射量は、燃費を向上し、排出ガスの有害成分を減少し、及び騒音を減少するように定められている。
【０００３】
しかし、インジェクタを含む燃料供給システムの劣化、及び故障により指示燃料噴射量と実際にインジェクタが噴射する量とが乖離すると、様々な問題が発生する。例えば、実際の噴射量が指示燃料噴射量よりも少ない場合は、必要とするトルクが得られずに走行に支障を来し、一方、実際の噴射量が指示燃料噴射量よりも多い場合は、燃圧が上がってエンジンが故障する、燃費が悪化する、及び排気ガスの有害成分の濃度が増加するなどの問題が発生する。
【０００４】
そこで、空気過剰率、又は空燃比を測定することができる空気過剰率センサ（ラムダセンサとも呼ばれる酸素センサ、又はＡ／Ｆセンサとも呼ばれる空燃比センサなど）を用いて、目標空燃比から排気ガスの空燃比のずれ量を補正する装置（例えば、特許文献１参照）や、排気ガス中の空気過剰率と指示噴射量と新気空気量より計算される空気過剰率を比較し補正を行う装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
これらの装置は、排気ガス処理装置の上流、又は排気ガス処理装置の上流と下流に設けた空気過剰率センサで、排気ガス中の空気過剰率、又は排気ガスの空燃比を検出している。検出した空気過剰率、又は空燃比は実際の燃料噴射量によるものであり、これと指示燃料噴射量から求められる目標値との偏差を補正することで、又は偏差を比較して燃料噴射の異常を検知することで、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量とが乖離しないようにインジェクタを監視、及び制御している。
【０００６】
上記の装置に設けられている空気過剰率センサは、例えば、排気ガス処理装置の上流に設けられて、内外面にＰｔ（白金）コーティングによる電極を持つＺｒＯ２（ジルコニア）又はＴｉＯ２（チタニア）などで形成した固体電解質の管で形成される。
【０００７】
この空気過剰率センサの原理は、酸素分圧の高い大気側から酸素分圧の低い排気ガス側に向かって酸素イオンが流れることで電極間の酸素分圧比の対数に比例する起電力が発生し、その起電力から、排気ガス中の酸素濃度を検出するというものである。
【０００８】
この空気過剰率センサを搭載した上記の装置を用いることで、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差を補正することが、又は偏差を比較して燃料噴射の異常を検知することができるが、空気過剰率センサは、ＰｔやＺｒＯ２を用いるため、センサとしては高価なものになっている。そのため、製造コストが増加するため、空気過剰率センサを搭載しているエンジンはごく一部である。
【０００９】
一方、近年のエンジンには、排気ガスのクリーン化のために、排気ガス浄化装置を搭載したものが多い。このエンジンは、排気ガス浄化装置の下流に排気ガス中のＮＯｘ（窒素
酸化物）の含有量を計測するＮＯｘセンサを設けている。
【００１０】
このＮＯｘセンサは、例えば、排気ガス処理装置の下流に設けられ、耐久性と耐熱性に優れたセラミックスの固体電解質（酸素イオン伝導体）で、少なくとも２つの区画を形成してなるセンサである。一方の区画で、ＮＯｘ以外の酸素を除去する第１酸素ポンプとし、他方の区画でＮＯｘを分解して、生成した酸素を除去する第２酸素ポンプとすることで、第１酸素ポンプで排気ガス中の酸素濃度を検出し、第２酸素ポンプで排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出している。
【００１１】
前述の空気過剰率センサと同様、ＮＯｘセンサも酸素イオン導電体（ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＹＢＣＯ、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｚｎ２ＳｎＯ４など）が用いられ、それらの表面にＰｔ、Ｒｈ（ロジウム）などを塗布して、加工されているため、センサとしては高価なものである。
【００１２】
しかしながら、このＮＯｘセンサは、排気ガス浄化装置内のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵状態を直接検知し、還元剤投入制御の最適タイミングを与える方法や、同触媒の劣化を車上で診断する方法に用いられており、排気ガス浄化装置をエンジンに設ける上で必要不可欠なセンサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−８２１１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１４１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高価な空気過剰率センサを追加することなく、排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、インジェクタの劣化などにより発生する実際の燃料噴射量と指示された燃料噴射量との偏差をゼロにするように次回の燃料の噴射時間を補正することができる内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を解決するための本発明の内燃機関の燃料噴射方法は、排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関の燃料噴射方法において、前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出し、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出し、燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行うことを特徴とする方法である。
【００１６】
この方法によれば、ＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）を含む排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、インジェクタ（燃料噴射弁）の燃料の噴射時間を、実際の燃料噴射量に基づいて補正することができ、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。これにより、燃料噴射量の補正に従来では必要であった空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタの劣化などによる実燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差をゼロにすることができので、その分の部品点数が減り、また、製造コス
トを低減することができる。
【００１７】
加えて、指示燃料噴射量とコモンレールのレール圧（燃料噴射圧）に基づく燃料の噴射時間を噴射時間補正値で補正し、インジェクタの噴射時間のパルス幅を補正することで、より正確な燃料噴射量をインジェクタに指示することができる。
【００１８】
また、上記の内燃機関の燃料噴射方法において、前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（１）により求め、前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（２）により求める。
【数１】
【数２】
但し、Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値、Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値、Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数、Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間、Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間とする。
【００１９】
この方法によれば、実空気過剰率λ１と理想空気過剰率λ２の偏差を０にするように補正した噴射時間補正値を用いて、インジェクタの噴射時間のパルス幅を補正することで、実際の燃料噴射量に基づいて、次回の指示燃料噴射量を補正することができる。これにより、空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタの劣化などにより、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差が大きくなる場合に発生する燃費の悪化、スモーク排出の増加、及び排気ガスの高温化による排気管やターボチャージャーなどの熱破損を防止することができる。
【００２０】
上記の問題を解決するための内燃機関は、排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関において、前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出する手段と、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出する手段と、燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間領域マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行う手段とを備える制御装置を設けて構成される。
【００２１】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（３）により求める手段と、前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（４）により求める手段とを備える。
【数３】
【数４】
但し、Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値、Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値、Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数、Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間、Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間とする。
【００２２】
この構成によれば、ＮＯｘセンサの出力から実空気過剰率λ１を算出することができ、その実空気過剰率λ１を用いて、実際の燃料噴射量から次回の燃料の噴射時間を補正することができる。これにより、従来では実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすために必要であった空気過剰率センサを追加することがないため、コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高価な空気過剰率センサを追加することなく、排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、インジェクタの劣化などにより発生する実際の燃料噴射量と指示された燃料噴射量との偏差をゼロにするように次回の燃料の噴射時間を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の吸気、及び排気システムを示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御を示した概略図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法に用いる学習領域マップである。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法に用いる噴射時間領域マップである。
【図５】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射方法と内燃機関について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、直列４気筒のディーゼルエンジンを例に説明するが、これに限定せずにＮＯｘセンサを設ける内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
【００２６】
まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成について、図１と図２を参照しながら説明する。図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、各気筒２に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３を含む燃料供給システム４と、吸気通路５を含む吸気システム６と、排気通路７を含む排気システム８を備える。
【００２７】
燃料吸気システム４は、加圧された燃料を貯えたコモンレール９に接続されたインジェクタ３から高圧の燃料を噴射するシステムであり、他に図示しない燃料タンク、サプライポンプを備える。吸気システム６は、吸気フィルタ１０、インタークーラー１１、及び吸気スロットル１２を備え、排気システム８は、ＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）１３とＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）１４とからなる排気ガス処理装置１５を備える。
【００２８】
また、吸気システム６と排気システム８には、排気ガスのエネルギーを利用してタービンを高速回転させ、その回転力で遠心式圧縮機を駆動することにより圧縮した空気をエン
ジン内に送り込むことができるターボチャージャー１６と、ＥＧＲクーラー１７とＥＧＲ弁１８とからなり、燃焼後の排気ガスの一部を取出し、吸気側へ導き再度吸気させるＥＧＲ装置（排気再循環装置）１９を備える。
【００２９】
上記のエンジン１の構成は、周知の構成であり、各装置も周知の技術を用いることができる。この実施の形態においては、少なくともＳＣＲ装置１４を含む排気ガス処理装置１５を排気システム８に設けていれば、他の構成は上記の構成に限定しない。
【００３０】
加えて、上記の装置及びシステムを制御するＥＣＵ（制御装置）２０と、そのＥＣＵ２０と接続されるＮＯｘセンサ２１、ＭＡＦセンサ（新気空気量センサ）２２、及び圧力センサ２３を備える。その他にも、エンジン１には図示しないセンサを設けるが、この実施の形態においては、少なくとも上記のセンサ２１〜２３があればよい。
【００３１】
ＥＣＵ２０は、エンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置であり、電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラであり、図２に示すように、この実施の形態ではインジェクタ３の燃料噴射量を制御している。このＥＣＵ２０は、実空気過剰率算出手段２４、目標空気過剰率算出手段２５、学習値算出手段２６、及び噴射時間算出手段２７を備え、また、学習領域マップ（噴射時間補正値マップ）Ｍ１、通電時間マップ（噴射時間マップ）Ｍ２、及び現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎを記憶している。これの各手段２４〜２７をプログラムとして、ＥＣＵ２０に記憶し、燃料の噴射時間を補正する際に順次実行する。
【００３２】
ＳＣＲ装置１４の下流に設けられるＮＯｘセンサ２１は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度値を測定するセンサであり、且つ排気ガス中の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを測定することができるセンサである。このＮＯｘセンサ２１は、ＳＣＲ装置１４内のＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵状態を直接検知し、還元剤投入制御の最適タイミングを与える方法や、同触媒の劣化を車上で診断する方法に用いられており、排気システム８に、ＳＣＲ装置１４を備えた場合には必要なセンサである。
【００３３】
このＮＯｘセンサ２１は、耐久性及び耐熱性に優れ、排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定すると共に、排気ガス中の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを測定することができれば、周知のＮＯｘセンサを用いることができる。また、ＭＡＦセンサ２２と圧力センサ２３も、ＭＡＦセンサ２２が新気空気量ｍ＿ａｉｒを検出し、圧力センサ２３がコモンレールの圧力（コモンレール圧）Ｐを検出することができれば、周知のセンサを用いることができる。
【００３４】
次に、エンジン１の動作について、図２、図３、及び図４を参照しながら説明する。エンジン１は、この動作を所定のクランク角（例えば、３６０°毎）に達する度に行う。先ず、図２に示すように、ＮＯｘセンサ２１が検出した酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、ＥＣＵ２０に備えた実空気過剰率算出手段２４が、以下の数式（５）より、実空気過剰率λ１を算出する。なお、ここで大気中の酸素濃度をＯ２＿ａｉｒとする。
【数５】
この実空気過剰率算出手段２４により、ＮＯｘセンサ２１の検出する酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈから、実際の燃料噴射量から導かれる実空気過剰率λ１を算出することができる。これにより、実空気過剰率λ１を算出するために、ＳＣＲ装置１４を備えるエンジン１には設ける必要があるＮＯｘセンサ２１を用いることで、空気過剰率センサを別途追加する
必要がない。そのため、部品点数を減らすことでき、また、製造コストも低減することができる。
【００３５】
次に、ＥＣＵ２０に記憶された現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎと、ＭＡＦセンサ２２で検出した新気空気量ｍ＿ａｉｒと理想空燃比ＡＦＲを用いて、目標空気過剰率算出手段２５が、以下の数式（６）より、目標空気過剰率λ２を算出する。
【数６】
ここで、理想空燃比ＡＦＲは、燃料の性状により種々の値を取るが、例えば燃料が軽油の場合にその値は、約１４．５前後である。
【００３６】
次に、学習領域マップＭ１に記憶された現学習値（現噴射時間補正値）Ｌ（ｉ，ｊ）を補正するが、ここでその学習領域マップＭ１について説明する。図３に示すように、学習領域マップＭ１は、ＥＣＵ２０に予め記憶されたコモンレール圧Ｐ＿ａｒｅａと燃料流量（指示燃料噴射量）Ｑ＿ａｒｅａをベースとするマップである。
【００３７】
この学習領域マップＭ１に記憶された学習値（噴射時間補正値）Ｌ（ｉ，ｊ）は、インジェクタ３の噴射時間の補正値である。なお、図３に示す学習領域マップＭ１に記載されている数値は説明のための数値であり、実際の数値はこれに限定しない。また、セル数も限定せず、実際には数値を細かく設定し、セル数を増やしても構わない。
【００３８】
次に、図２に示すように、上記の学習領域マップＭ１に記憶された現学習値（現噴射時間補正値）Ｌ（ｉ，ｊ）を、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλと、重み係数ｗ＿ｃｏｒとを用いて、学習値算出手段２６が、以下の数式（７）より、補正して、学習値（噴射時間補正値）Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出する。
【数７】
そして、この学習値算出手段２６で実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλをゼロになるように補正された学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を、新たな学習値として学習領域マップＭ１に記憶する。
【００３９】
次に、上記で算出された学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を用いて、現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を補正するが、ここで、通電時間マップＭ２について説明する。図４に示すように、通電時間マップＭ２は、ＥＣＵ２０に予め記憶されたコモンレール圧Ｐ＿ａｒｅａと燃料流量（指示燃料噴射量）Ｑ＿ａｒｅａをベースとするマップであり、そこに記憶されたインジェクタ３の通電時間の単位は（μｓ）とする。
【００４０】
この通電時間マップＭ２に記憶された通電時間Ｔ（ｉ，ｊ）は、インジェクタ３が燃料を噴射する噴射時間のパルス幅である。なお、図４に示す通電時間マップＭ２に記載されている数値は説明のための数値であり、実際の数値はこれに限定しない。また、セル数も限定せず、実際には数値を細かく設定し、セル数を増やしても構わない。
【００４１】
次に、現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）と学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）とを用いて、噴射時間算出手段２
７が、以下の数式（８）より、次回の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出する。
【数８】
そして、ＥＣＵ２０は、算出した噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒで噴射するようにインジェクタ３を制御する。
【００４２】
上記の動作によれば、学習領域マップＭ１に記憶されている現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλをゼロにするように補正した学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で更新することで、インジェクタ３を含む燃料供給システム４の劣化などによる実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量とのずれを補正することができる。これにより、常に実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を更新することができる。
【００４３】
また、エンジン１はインジェクタ３が燃料を噴射する際に、ＳＣＲ装置１４の下流に設けたＮＯｘセンサ２１の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、実空気過剰率λ１を算出することができ、算出した実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２の偏差値Δλをゼロにするように、次回の燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを補正することができるので、空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタ３の劣化などによる指示燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差を補正することができる。
【００４４】
加えて、ＥＣＵ２０がインジェクタ３を制御する際に、通電時間マップＭ２に記憶された指示燃料噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を用いるため、実際に燃料を噴射する際にコモンレール圧Ｐに基づいた噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒで燃料が噴射されるので、常に正確な指示燃料噴射量にすることができる。
【００４５】
次に、エンジン１の燃料噴射方法について、図５のフローチャートを参照しながら、説明する。この燃料噴射方法を、エンジン１の所定のクランク角毎に行い、インジェクタ３の実際の燃料の噴射量に基づいた噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒになるように補正していく。
【００４６】
まず、ＳＣＲ装置１４の下流に設けたＮＯｘセンサ２１の酸素濃度値Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、排気ガス中の実空気過剰率λ１を算出するステップＳ１１を行う。このステップＳ１１は、上記の数式（５）を用いて、実空気過剰率λ１を算出するが、実際の燃料噴射量に基づく空気過剰率を求めることができればよく、上記の方法に限定しない。
【００４７】
次に、ＭＡＦセンサ１６と現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎを用いて、目標空気過剰率λ２を算出するステップＳ１２を行う。このステップＳ１２は、上記の数式（６）を用いて、目標空気過剰率λ２を算出するが、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎから求まる目標空気過剰率λ２を算出することができればよく、上記の方法に限定しない。
【００４８】
次に、算出した実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２とを比較するステップＳ１３を行う。このステップＳ１３でλ１＝λ２であれば、実燃料噴射量と現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎは一致しているので、補正せずにステップＳ１７へと進む。一方、ステップＳ１３でλ１≠λ２であれば、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎに対して実燃料噴射量がずれていることになるので、ステップＳ１４へと進み補正をおこなう。
【００４９】
ステップＳ１３でλ１≠λ２と判断されると、次に、学習領域マップＭ１から現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を呼び出すステップＳ１４を行う。このステップＳ１４では、圧力センサ２３が検出した現コモンレール圧Ｐと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎとに対応する現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を呼び出す。この学習値Ｌ（ｉ，ｊ）は、現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎを補正した際に用いた学習値である。
【００５０】
次に、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλを用いて、現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を補正して、学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出するステップＳ１５を行う。このステップＳ１５では、上記の数式（７）を用いて、学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を算出する。次に、学習領域マップＭ１に学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）を書き込むステップＳ１６を行う。このとき、学習領域マップＭ１に書き込まれるセルの場所を、現コモンレール圧Ｐと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎで指定する。
【００５１】
次に、通電時間マップＭ２から、現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を呼び出すステップＳ１８を行う。このステップＳ１８では、圧力センサ２３が検出した現コモンレール圧Ｐと現指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎとに対応する現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を呼び出す。
【００５２】
次に、学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）と現噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を用いて次回の燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出するステップＳ１９を行う。このステップＳ１９では、上記の数式（８）を用いて、噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出する。次回の燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒが算出されると、スタートへと戻り、エンジン１が停止するまでくり返し上記のステップを行う。エンジン１が停止すると、この燃料噴射方法は完了する。
【００５３】
ステップＳ１３でλ１＝λ２と判断された場合は、現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）とするステップＳ１７を行って、ステップＳ１８、及びＳ１９へ進み、次回の指示燃料噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを算出して、スタートへと戻る。
【００５４】
上記の燃料噴射方法によれば、ＮＯｘセンサ２１の酸素濃度Ｏ２＿ｅｘｈを用いて、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすために指示燃料噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒを補正することができるので、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。これにより、空気過剰率センサを追加することなく、インジェクタの劣化などにより、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差が大きくなる場合に発生する燃費の悪化、スモーク排出の増加、及び排気ガスの高温化による排気管７やターボチャージャー１６などの熱破損を防止することができる。
【００５５】
また、学習領域マップＭ１の現学習値Ｌ（ｉ，ｊ）を、実空気過剰率λ１と目標空気過剰率λ２との偏差値Δλをゼロになるように補正した学習値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で更新することによって、常に実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。これによれば、仮にインジェクタ３の劣化により、指示された噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）に対して、実際に燃料の噴射時間が増減している場合でも、その増減分を補正した噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒで噴射することができる。そのため、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との偏差が大きい場合に発生する問題を防ぐことができる。
【００５６】
加えて、指示燃料噴射量Ｑ＿ｆｉｎとコモンレール９のレール圧Ｐに基づく燃料の噴射時間Ｔ（ｉ，ｊ）を噴射時間補正値Ｌ（Ｉ，Ｊ）で補正し、インジェクタ３の噴射時間のパルス幅を補正することで、より正確な燃料の噴射時間Ｔ＿ｃｏｒｒをインジェクタに指示することができるので、より実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量との乖離を無くすことができる。
【００５７】
この実施の形態では、直列４気筒のディーゼルエンジンを例に説明したが、理想空燃比などをガソリンに適した値にすることで、排気ガス処理装置を備えたガソリンエンジンにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の内燃機関は、排気ガス処理装置の下流に設けたＮＯｘセンサを用いて、実際の燃料噴射量と指示燃料噴射量とのずれを補正することができるので、特に排気ガスを処理する必要があるディーゼルエンジンを搭載した車両に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダブロック
３ 気筒
４ インジェクタ（燃料噴射弁）
５ 吸気管（吸気通路）
６ 吸気システム
７ 排気管（排気通路）
８ 排気システム
９ コモンレール
１０ 吸気フィルタ
１１ インタークーラー
１２ 吸気スロットル
１３ ＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）
１４ ＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）
１５ 排気ガス処理装置
１６ ターボチャージャー
１７ ＥＧＲ装置（排気再循環装置）
１８ ＥＧＲクーラー
１９ ＥＧＲ弁
２０ ＥＣＵ（制御装置）
２１ ＮＯｘセンサ
２２ ＭＡＦセンサ（新気空気量センサ）
２３ 圧力センサ
λ１ 実空気過剰率
λ２ 目標空気過剰率
Ｍ１ 学習領域マップ（噴射時間補正値マップ）
Ｍ２ 通電時間マップ（噴射時間マップ）
Ｌ（ｉ，ｊ） 現学習値（現噴射時間補正値）
Ｌ（Ｉ，Ｊ） 学習値（噴射時間補正値）
Ｔ（ｉ，ｊ） 現噴射時間
Ｑ＿ｆｉｎ 現指示燃料噴射量
Ｔ＿ｃｏｒｒ 噴射時間
Ｏ２＿ｅｘｈ 酸素濃度
Ｏ２＿ａｉｒ 大気の酸素濃度
ｍ＿ａｉｒ 新気吸気量
ＡＦＲ 理想空燃比
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関の燃料噴射方法において、
前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出し、
コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出し、
燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。
【請求項２】
前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（１）により求め、
前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（２）により求めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射方法。
但し、
Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値
Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値
Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数
Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間
Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間
【請求項３】
排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関において、
前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出する手段と、
コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出する手段と、
燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行う手段とを備える制御装置を設けることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（３）により求める手段と、
前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（４）により求める手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
但し、
Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値
Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値
Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数
Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間
Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間
【請求項１】
排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関の燃料噴射方法において、
前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出し、
コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出し、
燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。
【請求項２】
前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（１）により求め、
前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（２）により求めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射方法。
但し、
Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値
Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値
Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数
Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間
Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間
【請求項３】
排気通路に排気ガス浄化装置を設けた内燃機関において、
前記排気ガス浄化装置の下流に設けたＮＯｘセンサの酸素濃度値から算出した実空気過剰率λ１と、吸気通路に設けた吸気量センサで検出された新気空気量と現指示燃料噴射量から算出した目標空気過剰率λ２との偏差値を算出する手段と、
コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップに記憶され、且つ、現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間補正値を、前記偏差値がゼロになるように補正して、噴射時間補正値を算出する手段と、
燃料噴射弁からの燃料噴射に際しては、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間マップに記憶され、前記現コモンレール圧と前記現指示燃料噴射量に対応する現噴射時間を前記噴射時間補正値で補正して、燃料噴射を行う手段とを備える制御装置を設けることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、前記噴射時間補正値を、前記実空気過剰率λ１と前記目標空気過剰率λ２と前記現噴射時間補正値を用いて、下記に示す式（３）により求める手段と、
前記噴射時間を、前記現噴射時間と、前記噴射時間補正値とを用いて、下記に示す式（４）により求める手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
但し、
Ｌ（ｉ，ｊ）：現噴射時間補正値
Ｌ（Ｉ，Ｊ）：噴射時間補正値
Ｗ＿ｃｏｒ：重み係数
Ｔ（ｉ，ｊ）：現噴射時間
Ｔ＿ｃｏｒｒ：噴射時間
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０８４０８（Ｐ２０１３−１０８４０８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３０６５（Ｐ２０１１−２５３０６５）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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