JP2004019637A - 内燃機関用噴射量制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アイドル安定状態にて多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をK回とした時のISC補正量とFCCB補正量との和をQbとし、同一のアイドル安定状態にて多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をN回とした時のISC補正量とFCCB補正量との和をQcとし、QbとQcとの噴射量差に基づいて、最終的な学習値(Q1/KまたはQ1/N)を算出する。したがって、ISC補正とFCCB補正により、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量とエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分との識別が可能になる。
【選択図】 図13
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの各気筒毎への噴射量補正量またはインジェクタの電磁弁への通電時間補正量からインジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量を補正する内燃機関用噴射量制御装置に関するもので、特にエンジンの圧縮行程中、膨張行程中に、インジェクタの電磁弁の駆動を複数回実施することで、メイン噴射の前に1回以上の微少のパイロット噴射を行なうことが可能なパイロット噴射量制御装置に係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来より、コモンレールに蓄圧した高圧燃料を多気筒ディーゼルエンジンの各気筒内に噴射供給するコモンレール式燃料噴射システムが知られている。このコモンレール式燃料噴射システムには、主噴射の開始時から安定した燃焼を行なって燃焼騒音やエンジン振動の低減、更には排気ガス性能の向上を目的として、エンジンの圧縮行程中、膨張行程中に、インジェクタの電磁弁を複数回駆動して、エンジントルクと成り得る主噴射(メイン噴射)の前に複数回の微少の先立ち噴射(パイロット噴射)を実施している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、通常、エンジンの気筒内に噴射供給される噴射量の調量は、エンジン回転速度とアクセル開度とに応じて指令噴射量を算出し、この指令噴射量と燃料噴射圧力とに応じて噴射量指令値を算出し、この噴射量指令値に応じてインジェクタの電磁弁を駆動するように行われている。そして、インジェクタの噴射量指令値に対する実噴射量のバラツキは、各気筒のインジェクタ個々の調整等により保証されている。
【0004】
ところが、パイロット噴射は、そのパイロット噴射量自体が主に5mm3 /st以下と非常に少ないため、インジェクタ個体差、噴射指令パルス時間に対する実噴射量のバラツキ(気筒間噴射量バラツキ)、経時変化等によるインジェクタの性能(機能)の劣化(インジェクタ経時劣化)によって、パイロット噴射が消失したり、過大となり過ぎたりすることにより、上記のパイロット噴射の効果が十分発揮できないという課題がある。
【0005】
それらの課題に対し、公知の技術である回転速度変動気筒間噴射量補正(FCCB補正)およびアイドル回転速度噴射量補正(ISC補正)を用いて、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に応じた噴射量補正を行なう場合が考えられる。この場合、ISC補正量とFCCB補正量との和をパイロット噴射量とメイン噴射量のトータルの噴射量により、多段噴射による1燃焼当たりの各噴射毎の噴射量補正量を案分する方式で補正量が算出される。
【0006】
このため、アイドル運転時のエンジン要求噴射量に、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分が含まれると、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量以外に、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分を含んだ形で、多段噴射による1燃焼当たりの各噴射毎の噴射量補正量を誤補正(誤学習)してしまい、本来欲しい学習値に対し、過剰な噴射量補正量をとることになる。これにより、誤学習による過剰な噴射量補正により燃焼騒音、エンジン振動、エミッション等が悪化するという問題がある。
【0007】
【発明の目的】
本発明の目的は、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量とエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分との識別を行なって、多段噴射による1燃焼当たりの各噴射毎の補正量の誤補正を防止することのできる内燃機関用噴射量制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、所定のエンジンの運転状態または運転条件を検出した際に、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をK回に切り替えて、指令噴射量を各気筒にK回に分割し、K回の分割噴射を行ないながら、エンジンの各気筒毎の回転速度変動を検出し、各気筒毎の回転速度変動の検出値と全気筒の回転速度変動の平均値とを比較して、各気筒間の回転速度変動を平滑化するように各気筒毎への各噴射毎の噴射量を個々に補正する。そして、K回の分割噴射を行ないながら、平均エンジン回転速度を検出し、エンジンの運転状態に応じて設定された目標回転速度と比較して、平均エンジン回転速度を目標回転速度に維持するように、全気筒一律に各噴射毎の噴射量を補正する。
【0009】
また、所定のエンジンの運転状態または運転条件を検出した際に、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をN回に切り替えて、指令噴射量を各気筒にN回に分割し、N回の分割噴射を行ないながら、各気筒毎の回転速度変動を検出し、各気筒毎の回転速度変動の検出値と全気筒の回転速度変動の平均値とを比較し、各気筒間の回転速度変動を平滑化するように、各気筒毎への各噴射毎の噴射量を個々に補正する。そして、N回の分割噴射を行ないながら、平均エンジン回転速度を検出し、エンジンの運転状態に応じて設定された目標回転速度と比較して、平均エンジン回転速度を目標回転速度に維持するように、全気筒一律に各噴射毎の噴射量を補正する。
【0010】
そして、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をK回に切り替えた時に、各気筒毎の回転速度変動の検出値と全気筒の回転速度変動の平均値との偏差に応じた気筒毎の第1補正量を算出すると共に、平均エンジン回転速度を目標回転速度に維持するのに必要な全気筒一律の第2補正量を算出する。そして、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をN回に切り替えた時に、各気筒毎の回転速度変動の検出値と全気筒の回転速度変動の平均値との偏差に応じた気筒毎の第3補正量を算出すると共に、平均エンジン回転速度を目標回転速度に維持するのに必要な全気筒一律の第4補正量を算出する。
【0011】
そして、所定のエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量と燃料噴射圧力とに応じて算出される噴射量指令値に、気筒毎の第1補正量および全気筒一律の第2補正量を加算して第1噴射量指令値を求め、また、所定のエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量と燃料噴射圧力とに応じて算出される噴射量指令値に、気筒毎の第3補正量および全気筒一律の第4補正量を加算した第2噴射量指令値を求め、更に、第1噴射量指令値と第2噴射量指令値との噴射量差から、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量とエンジン要求噴射量のバラツキとを識別することができる。
【0012】
それによって、誤学習、誤補正または過学習、過補正による過剰な多段噴射による1燃焼当たりの各噴射毎の補正量の補正を防止できるので、エンジンの燃焼騒音やエンジン振動や排気ガス性能(排気エミッション)の悪化を防止できる。また、エンジン要求噴射量のバラツキ、特にエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分と、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量とを識別できるので、電気負荷等のエンジン負荷が加わっている状態を検出でき、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分を含まない、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した補正量(学習値)を算出することができる。これにより、次回の学習値の算出までの間、狙い通りの噴射量またはインジェクタへの通電時間となるので、エンジン性能が悪化することはない。
【0013】
請求項2に記載の発明によれば、第1噴射量指令値と第2噴射量指令値との噴射量差が所定値以上の場合には、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化が有ると判断できる。また、第1噴射量指令値と第2噴射量指令値との噴射量差が所定値よりも小さい場合には、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変化のみが有ると判断できる。それによって、学習値が正常な補正値か異常または過剰な補正値かを識別することができるので、誤学習、誤補正または過学習、過補正による過剰な噴射量補正を防止できる。これにより、次回の学習値の算出までの間、狙い通りの噴射量またはインジェクタへの通電時間とならない状態が続くことはなく、エンジン騒音、エンジン振動、排気ガス性能の悪化を防止できる。
【0014】
請求項3に記載の発明によれば、気筒毎の第1補正量のK等分の値と全気筒一律の第2補正量のK等分の値と前回学習値とを加算した値を、各気筒毎に学習値として更新し記憶する学習値記憶手段を設けている。また、請求項4に記載の発明によれば、気筒毎の第3補正量のN等分の値と全気筒一律の第4補正量のN等分の値と前回学習値とを加算した値を、各気筒毎に学習値として更新し記憶する学習値記憶手段を設けている。そして、その学習値は、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した多段噴射における1燃焼当たりの噴射量補正量、あるいは多段噴射における1燃焼当たりのインジェクタへの通電時間補正量であることを特徴としている。したがって、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量を各気筒毎に定量的に把握することができる。そして、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量と前回学習値との和を、各気筒毎の学習値として更新して記憶することにより、理想的な噴射量指令値(インジェクタへの通電時間)と指令噴射量との相関が得られるようになる。
【0015】
請求項5に記載の発明によれば、学習値記憶手段によって記憶された学習値を、各気筒毎の多段噴射における1燃焼当たりの各噴射の噴射量の算出、あるいは各気筒毎の多段噴射における1燃焼当たりのインジェクタへの通電時間の算出に反映させる学習値反映手段を設けている。それによって、学習値記憶手段によって記憶された学習値を、例えばエンジンの運転状態または運転条件と指令噴射量に応じて設定されるパイロット、プレ、メイン、アフター、ポスト等の各気筒毎の多段噴射における1燃焼当たりの各噴射の噴射量の算出、あるいは各気筒毎の多段噴射における1燃焼当たりのインジェクタへの通電時間の算出に反映させることができる。これにより、インジェクタ単品でも保証が非常に困難な高噴射圧力、例えば1〜5mm3 /st以下の微少噴射量であっても、エンジン運転時に、例えばインジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した学習値を、噴射量補正量またはインジェクタへの通電時間補正量の補正値として適正な噴射量または噴射量指令値を求めることができる。
【0016】
請求項6に記載の発明によれば、所定のエンジンの運転状態または運転条件を検出した際とは、低負荷低回転状態を検出した際、アイドル安定状態を検出した際、少なくとも車両の走行速度が所定値以下で、且つエンジン回転速度が所定値以下で、且つアクセル開度が所定値以下で、且つ指令噴射量が所定値以下であることを検出した際である。なお、パーキングブレーキのON信号を検出した際、オルタネータ、ウォータポンプ、オイルポンプ等のエンジン補機類の駆動負荷や、ヘッドライト、カーオーディオ、エアコンスイッチ、ヒータスイッチや送風用ファンスイッチ等の電気負荷等のエンジン負荷が増減した際、あるいはトランスミッションのギアポジションがN(ニュートラル)であることを検出した際、あるいはシフトレバーやセレクトレバーがNレンジまたはPレンジにセットされていることを検出した際、あるいは運転者(ドライバー)がクラッチペダルを踏んでいることを検出した際等の入力情報を組み合わせると、より効果的にエンジンの低負荷低回転状態や、アイドル安定状態を検出できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
[第1実施例の構成]
図1ないし図13は本発明の第1実施例を示したもので、図1はコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した図である。
【0018】
本実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、4気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンと言う)1の各気筒に噴射供給する燃料噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール2と、吸入した燃料を加圧してコモンレール2内に圧送する燃料供給ポンプとしてのサプライポンプ3と、コモンレール2内に蓄圧された高圧燃料をエンジン1の各気筒内に噴射供給する複数個(本例では4個)のインジェクタ4と、サプライポンプ3および複数個のインジェクタ4を電子制御する電子制御ユニット(以下ECUと呼ぶ)10とを備えている。
【0019】
エンジン1は、4個の気筒およびオイルパン等から構成された4サイクル4気筒エンジンである。なお、エンジン1の各気筒(シリンダ)は、シリンダブロックとシリンダヘッド等により形成されている。そして、各シリンダの吸気ポートは、吸気弁(インテークバルブ)11により開閉され、排気ポートは、排気弁(エキゾーストバルブ)12により開閉される。また、各シリンダ内には、連接棒を介してクランクシャフト(図示せず)に連結されたピストン13が摺動自在に配設されている。そして、エンジン1を収容するエンジンルーム(図示せず)内の走行風を受け易い場所には、ラジエータ14が配設されている。ラジエータ14には、エンジン1を冷却する冷却水の温度(エンジン冷却水温)を検出する冷却水温センサ37が設置されている。
【0020】
ここで、エンジン1の運転中に、シリンダ内で燃焼した排気ガスは、排気管15を通り、バリアブル・ジアメトリ・ターボ(VGT)16のタービンの駆動源となった後に、触媒(図示せず)、マフラー(図示せず)を経て排出される。上記のVGT16の制御は、吸気圧センサと過給圧力センサ44とVGTポジションセンサ47の信号とに基づいて行なわれる。過給(圧縮)され高温になった吸入空気は、インタクーラ18で冷却された後に、エンジン1の吸気ポートを経てシリンダ内へ導入される。
【0021】
そして、吸気管17の途中には、吸気管17内の吸気通路を開閉してエンジン1に供給する吸入空気量(吸気量)を調整するための吸気絞り弁(スロットルバルブ)19が配設され、このスロットルバルブ19の弁開度は、ECU10からの信号により作動するアクチュエータ20によって調節される。なお、アクチュエータ20内には、スロットルバルブ19の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ(図示せず)が装備されている。スロットルポジションセンサとしては、スロットルバルブ19の弁開度を全閉のアイドリング時と全開に近い高負荷時に分けて感知し、ECU10へ送信するセンサを用いても良い。
【0022】
また、吸気管17の吸気ポート近傍には、ECU10からの信号により作動する渦流制御弁(スワールコントロールバルブ:以下SCVと言う)21が配設されている。そのSCV21は、吸気温センサ45を設置した吸気通路22を迂回するバイパス路23内に設置され、低負荷時に通電停止(OFF)されて閉弁し、高負荷時に通電(ON)されて開弁する。
【0023】
また、本実施例の吸気管17には、排気管15を流れる排気ガスの一部の排気ガス(排気再循環ガス:EGRガス)を吸気管17へ導く排気ガス還流管24が接続されている。そして、吸気管17と排気ガス還流管24との合流部には、排気ガス再循環装置用バルブ(EGRバルブ)25が設置されている。したがって、シリンダ内に吸い込まれる吸入空気は、窒素酸化物(NOx)の生成量を少なくする目的で、エンジン1の運転状態毎に設定された排気ガス還流量になるようにEGRバルブ25の弁開度を制御し、排気管15からの排気ガスとミキシングされることになる。なお、排気ガス還流量(EGR量)は、吸入空気量センサ43と吸気温センサ45と排気O2 センサ48とEGRポジションセンサ46からの信号で、所定値を保持できるようにフィードバック制御している。
【0024】
コモンレール2には、連続的に燃料噴射圧力に相当する高圧燃料が蓄圧される必要があり、そのためにコモンレール2に蓄圧される高圧燃料は、高圧配管26を介してサプライポンプ3から供給されている。なお、コモンレール2から燃料タンクへ燃料をリリーフするリリーフ配管(図示せず)には、燃料噴射圧力が限界設定圧を越えることがないように、圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ27が取り付けられている。また、コモンレール2内に蓄圧された燃料噴射圧力に相当する燃料圧力(コモンレール圧とも言う)は、噴射圧力検出手段としてのコモンレール圧センサ30によって測定される。そのコモンレール圧センサ30としては、図示しないシリコン基板(回路基板)上にピエゾ抵抗素子等のセンサ検出部を形成した半導体圧力センサが用いられ、燃料噴射圧力に対応した電気信号(電圧信号)を出力する。
【0025】
サプライポンプ3は、図示しない燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプ(図示せず)、およびコモンレール2への高圧燃料の圧送量(吐出量)を調整するための電磁弁(例えば吸入調量弁)等のアクチュエータ(図示せず)を内蔵する高圧供給ポンプである。このサプライポンプ3内には、燃料タンクから吸入される燃料温度を検出する燃料温度センサ36が設置されている。
【0026】
インジェクタ4は、エンジン1のシリンダブロックに(各気筒#1〜#4に個別に対応して)取り付けられ、各気筒毎のシリンダ内に高圧燃料を噴射する燃料噴射ノズル、この燃料噴射ノズルのノズルニードルを開弁方向に駆動する電磁弁等のアクチュエータ、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング等の付勢手段などから構成された電磁式燃料噴射弁である。
【0027】
これらのインジェクタ4からエンジン1への燃料噴射は、例えば電磁弁が開弁している間、コモンレール2に蓄圧された高圧燃料がエンジン1の各気筒のシリンダ内に噴射供給されることで成される。ここで、インジェクタ4からのリーク燃料またはノズルニードルの背圧制御室からの排出燃料(リターン燃料)は、燃料還流路を経て燃料タンクに還流するように構成されている。なお、インジェクタ4のノズルニードルの開弁時間(燃料噴射期間)が長い程、エンジン1の各気筒毎のシリンダ内に噴射される燃料噴射量が多くなり、ノズルニードルの開弁時間が短い程、燃料噴射量が少なくなる。
【0028】
ECU10には、制御処理、演算処理を行なうCPU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置(ROM、スタンバイRAMまたはEEPROM、RAM等のメモリ)、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、コモンレール圧センサ30からの電圧信号や、その他の各種センサからのセンサ信号は、A/D変換器でA/D変換された後に、ECU10に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。また、ECU10は、エンジン1をクランキングさせた後にエンジンキーをIG位置に戻して、図示しないイグニッションスイッチがオン(ON)すると、メモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、例えばサプライポンプ3やインジェクタ4等の各制御部品のアクチュエータを電子制御するように構成されている。
【0029】
ここで、本実施例の気筒判別手段は、エンジン1のカムシャフトに対応して回転するシグナルロータ(例えばクランクシャフトが2回転する間に1回転する回転体)31と、このシグナルロータ31の外周に設けられた各気筒に対応した気筒歯(突起部)と、これらの気筒歯の接近と離間によって気筒判別信号パルス(G)を発生する気筒判別センサ(電磁ピックアップ)32とから構成されている。
【0030】
また、本実施例の回転速度検出手段は、エンジン1のクランクシャフトに対応して回転するシグナルロータ(例えばクランクシャフトが1回転する間に1回転する回転体)33と、このシグナルロータ33の外周に多数形成されたクランク角検出用の歯(突起部)と、これらの歯の接近と離間によってNE信号パルスを発生するクランク角センサ(電磁ピックアップ)34とから構成されている。このクランク角センサ34は、シグナルロータ33が1回転(クランクシャフトが1回転)する間に複数のNE信号パルスを出力する。なお、特定のNE信号パルスは、各#1〜#4気筒のピストンの上死点(TDC)の位置に対応している。そして、ECU10は、NE信号パルスの間隔時間を計測することによってエンジン回転速度(NE)を検出する。
【0031】
また、ECU10は、エンジン回転速度(NE)が所定値(例えば1000rpm)以下、アクセル開度(ACCP)が所定値(例えば0%)以下、車両の走行速度(SPD:以下車速と言う)が所定値(例えば0km/h)以下、指令噴射量(QFIN)が所定値(例えば5mm3 /st)以下、トランスミッションのギアポジションがN(ニュートラル)であることを検出した際に、低負荷低回転状態または無負荷燃費状態、つまりアイドル安定状態であることを検出するアイドル安定状態検出手段の機能を含んで構成されている。
【0032】
そして、ECU10は、エンジン1の運転条件に応じた最適な燃料圧力(=コモンレール圧)を演算し、ポンプ駆動回路を介してサプライポンプ3の電磁弁を駆動する吐出量制御手段を有している。すなわち、ECU10は、エンジン回転速度(NE)と指令噴射量(QFIN)とに応じて目標燃料圧力(PFIN)を算出し、この目標燃料圧力(PFIN)を達成するために、サプライポンプ3の電磁弁へのポンプ駆動信号(駆動電流値)を調整して、サプライポンプ3より吐出される燃料の圧送量(ポンプ吐出量)を制御するように構成されている。
【0033】
さらに、より好ましくは、燃料噴射量の制御精度を向上させる目的で、コモンレール圧センサ30によって検出される燃料噴射圧力(コモンレール2内の実燃料圧力、コモンレール圧:NPC)がエンジン1の運転状態に応じて設定される目標燃料圧力(PFIN)と略一致するように、サプライポンプ3の電磁弁へのポンプ駆動信号をフィードバック制御することが望ましい。なお、サプライポンプ3の電磁弁への駆動電流値の制御は、デューティ(DUTY)制御により行なうことが望ましい。すなわち、コモンレール圧センサ30によって検出されるコモンレール圧(NPC)と目標燃料圧力(PFIN)との圧力偏差に応じて単位時間当たりのポンプ駆動信号のオン/オフの割合(通電時間割合・デューティ比)を調整して、サプライポンプ3の電磁弁の弁開度を変化させるデューティ制御を用いることで、高精度なデジタル制御が可能になる。
【0034】
また、ECU10は、各気筒のインジェクタ4から噴射される燃料噴射量を個別に制御する内燃機関用噴射量制御装置に相当する。これは、エンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)と予め実験等により測定して作成した特性マップ(図2参照)とによって最適な要求噴射量(基本噴射量:Q)を算出する基本噴射量決定手段と、燃料温度センサ36によって検出された燃料温度(THF)および冷却水温センサ37によって検出されたエンジン冷却水温(THW)等の運転条件により基本噴射量(Q)に噴射量補正量を加味して指令噴射量(QFIN)を算出する指令噴射量決定手段と、コモンレール圧(NPC)と指令噴射量(QFIN)と予め実験等により測定して作成した特性マップ(図3参照)から指令噴射期間(噴射指令パルス時間、インジェクタ通電パルス時間:TQ)を算出する噴射期間決定手段と、インジェクタ駆動回路(EDU)を介して各気筒のインジェクタ4の電磁弁にパルス状のインジェクタ駆動電流(インジェクタ噴射指令パルス、TQパルス)を印加するインジェクタ駆動手段とから構成されている。ここで、図4は特定気筒(例えば#1気筒)の噴射指令パルス時間(=噴射量指令値:TQ)、この噴射指令パルス時間に対応して特定気筒(例えば#1気筒)のインジェクタ4の電磁弁に出力されるインジェクタ駆動電流波形、および特定気筒(例えば#1気筒)の燃料噴射率を示したタイミングチャートである。
【0035】
ここで、本実施例では、エンジン1の運転条件を検出する運転状態検出手段として、クランク角センサ34等の回転速度検出手段およびアクセル開度センサ35を用いて基本噴射量(Q)、噴射時期(T)、目標燃料圧力(PFIN)を演算するようにしているが、コモンレール圧センサ30によって検出される燃料噴射圧力(NPC)、あるいは運転状態検出手段としてのその他のセンサ類(例えば燃料温度センサ36、冷却水温センサ37、燃料リーク温度センサ38、油温センサ39、アイドルアクセル位置センサ40、大気圧センサ41、大気温(外気温)センサ42、吸入空気量センサ43、過給圧力センサ44、吸気温センサ45、EGRポジションセンサ46、VGTポジションセンサ47、排気O2 センサ48、排気温センサ49、排気圧センサ50、スロットルポジションセンサ、吸気圧センサ、噴射時期センサ等)からの検出信号(エンジン運転情報)を加味して基本噴射量(Q)、噴射時期(T)および目標燃料圧力(PFIN)を補正するようにしても良い。
【0036】
そして、ECU10には、エンジンキーをシリンダ内に差し込んでST位置まで回すと、スタータスイッチがオン(ON)してスタータを通電するスタータ通電回路が接続されている。また、ECU10には、エンジン1により駆動されるトランスミッションのギアポジションを示す信号、運転者(ドライバー)がクラッチペダルを踏んだことを検出する信号、スタータへの通電信号、車速センサからの車速信号、エアコン用電磁クラッチ、エアコンのコンデンサ用電動ファン、エアコンの室内送風用ファン、ラジエータ用電動ファンやヘッドライト等の電気負荷、エアコン用コンプレッサやパワーステアリングやオイルポンプ等の駆動負荷等の車両情報を検出する信号が入力するように構成されている。
【0037】
ここで、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムにおいては、エンジン1の特定気筒のインジェクタ4においてエンジン1の1周期(1行程:吸気行程−圧縮行程−膨張行程(爆発行程)−排気行程)中、つまりエンジン1のクランクシャフトが2回転(720°CA)する間、特にエンジン1の各気筒の1燃焼行程中に2回以上のマルチ噴射(例えば複数回のパイロット噴射・メイン噴射)を行なうことが可能である。
【0038】
したがって、ECU10は、エンジン1の運転状態(運転情報)と基本噴射量とから、マルチ噴射の各々の燃料噴射量、つまりパイロット噴射量およびメイン噴射量を算出する噴射量決定手段と、エンジン回転速度とパイロット噴射量からパイロット噴射とメイン噴射との間のインターバル、およびエンジン回転速度とパイロット噴射量からパイロット噴射とパイロット噴射との間のインターバルを算出するインターバル決定手段と、パイロット噴射量と燃料圧力よりパイロット噴射期間、メイン噴射量と燃料圧力よりメイン噴射期間を算出する噴射期間決定手段とを有している。
【0039】
ここで、本実施例のECU10は、エンジン1のアイドル運転(アイドル安定状態)時に、エンジン1の各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を検出し、エンジン1の各気筒毎の回転速度変動の検出値と全気筒の回転速度変動の平均値とを比較し、エンジン1の気筒間の回転速度変動を平滑化するように、エンジン1の各気筒毎への最適な燃料噴射量を個々に調整する回転速度変動気筒間噴射量補正(FCCB補正)を実施するように構成されている。
【0040】
具体的には、クランク角センサ34より取り込んだNE信号パルスの間隔時間を計算することで、エンジン1の各気筒の爆発行程毎の瞬時回転速度を算出し、BTDC90°CA〜ATDC90°CA間のNE信号パルスの間隔時間の最大値を当該気筒の瞬時回転速度の最低回転速度(Nl)として読み込む。また、BTDC90°CA〜ATDC90°CA間のNE信号パルスの間隔時間の最小値を当該気筒の瞬時回転速度の最高回転速度(Nh)として読み込む。但し、Nl、Nhは必ずしも最低回転速度、最高回転速度である必要はなく、当該気筒の回転速度変動を代表する低回転速度、高回転速度であっても良い。
【0041】
そして、これらの計算を各気筒毎に行なった後に、各気筒毎の最高回転速度(Nh)と各気筒毎の最低回転速度(Nl)との気筒毎回転速度差分(ΔNk)を算出する。これにより、エンジン1の各気筒毎の回転速度変動の検出値を算出する。そして、エンジン1の全気筒の回転速度変動の平均値(ΣΔNk)を算出する。つまり、エンジン1の全気筒の回転速度変動を平均化して、全気筒の回転速度変動の平均値を算出した後に、各気筒毎の回転速度変動の検出値と全気筒の回転速度変動の平均値から各気筒間の回転速度変動の偏差を算出する。そして、エンジン1の各気筒間の回転速度変動が平滑化するように、各気筒毎に算出される各噴射の噴射量に、各気筒間の回転速度変動を平滑化する方向への第1、第3噴射量補正量(FCCB補正量とも言う)またはインジェクタ通電パルス時間補正量(噴射指令パルス時間補正量)を各気筒毎に付加する(第1、第2均等分割補正手段)。
【0042】
また、本実施例のECU10は、アイドル安定状態時に、現在のエンジン回転速度であるアイドル回転速度(平均エンジン回転速度)を目標回転速度に合わせるために、アイドル回転速度と目標回転速度との偏差(ΔNE)に対して全気筒一律に平均回転速度補正(ISC補正)を実施するように構成されている。なお、ISC補正は、例えば50〜70msec間隔で1mm3 /stずつ全気筒に一律に付加して所定時間またはISC補正量(QISC)が安定(平均エンジン回転速度が目標回転速度に略一致)するまで継続して実行される。
【0043】
具体的には、エンジン1の実際の回転速度(エンジン回転速度:NE)と目標回転速度(目標アイドル回転速度、ISC目標NE)とを比較し、その回転速度差に応じた第2、第4噴射量補正量を算出する。そして、平均エンジン回転速度が目標回転速度に略一致するように、各気筒毎に算出される第1、第3噴射量補正量によって補正された各噴射の噴射量に、目標回転速度に合わせるのに必要な第2、第4噴射量補正量(ISC補正量とも言う)またはインジェクタ通電パルス時間補正量(噴射指令パルス時間補正量)を全気筒一律に付加する(第1、第2均等分割補正手段)。
【0044】
[第1実施例の制御方法]
次に、本実施例のパイロット噴射量の学習制御方法を図1ないし図13に基づいて簡単に説明する。ここで、図5および図6はパイロット学習制御方法を示したフローチャートである。この図5および図6の制御ルーチンは、イグニッションスイッチがONとなった後に、所定のタイミング毎に繰り返される。
【0045】
図5および図6の制御ルーチンに進入するタイミングになると、パイロット学習実行条件が成立しているか否かを判定する。すなわち、アイドル安定状態であるか否かを判定する(ステップS1)。この判定結果がNOの場合には、図5の制御ルーチンを抜ける。
【0046】
(1)先ず、エンジン1または車両に取り付けられたエンジン1の運転状態または運転条件を検出できる各種センサ、スイッチからの信号によりエンジン1の燃焼状態がアイドル安定状態であるか否かを確認する。例えばエンジン回転速度(NE)が所定値(例えば1000rpm)以下、アクセル開度(ACCP)が所定値(例えば0%)以下、車両の走行速度(SPD:以下車速と言う)が所定値(例えば0km/h)以下、指令噴射量(QFIN)が所定値(例えば5mm3 /st)以下、トランスミッションのギアポジションがN(ニュートラル)であることを検出した際に、エンジン1の燃焼状態がアイドル安定状態であることを検出できる。
【0047】
(2)次に、エンジン1または車両に取り付けられた環境条件を検出できる各種センサからの信号がエンジン1のアイドル無負荷燃費が想定値となり得るように事前に定められた範囲内にあるか否かを確認する。
【0048】
(3)次に、エンジン1または車両に取り付けられたエンジン1の負荷状態を検出できる各種センサ、スイッチ、制御指令値からの信号によりエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分が所定の範囲内であることを確認する。これらの例としては、ラジエータ用電動ファン、電気ヒータ、ヘッドライト、電磁ブレーキ等の電気負荷を検出可能なスイッチ、センサ、エアコン、パワーステアリング等のコンプレッサ、ポンプ負荷を検出できるスイッチ、センサやアイドル回転速度変化またはアイドル回転速度を所定値に保つために必要なISC噴射量の変化量等がある。
【0049】
(4)最後にエンジン回転速度が安定していることを示す、噴射量指令値、FCCB補正量、ISC補正量、燃料噴射圧力、噴射時期指令値等が所定の範囲内であることを確認する。上記の(1)〜(4)を全て満足し、別途規定する実施禁止条件ではない時にパイロット学習実行条件を成立(ON)とする。
【0050】
また、ステップS1の判定結果がYESの場合、つまりパイロット学習実行条件が成立(ON)の場合には、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数(マルチ噴射回数)がN回か否かを判定する(ステップS2)。この判定結果がNOの場合には、エンジン1の燃焼状態(噴射条件、吸排気条件)を固定するために、図7に示したように、目標燃料圧力(PFIN)を先ずA(MPa)にセットする。このとき、コモンレール圧センサ30によって検出されるコモンレール圧(NPC)と目標燃料圧力(PFIN)との圧力偏差に応じてサプライポンプ3の電磁弁へのポンプ駆動信号(駆動電流値)が調整される。
【0051】
例えばコモンレール圧(NPC)と目標燃料圧力(PFIN)との圧力偏差に応じて単位時間当たりのポンプ駆動信号のオン/オフの割合(通電時間割合・デューティ比)が調整されて、サプライポンプ3の電磁弁の弁開度を変化させることにより、サプライポンプ3より吐出される燃料の圧送量(ポンプ吐出量)が制御されることで、コモンレール圧(NPC)が目標燃料圧力(PFIN)に略一致するようにフィードバック制御される。
【0052】
なお、本実施例では、目標燃料圧力(PFIN)は以降B(MPa)〜E(MPa)に順次セットされる。これにより、通常のアイドル安定状態の時の低噴射圧力に相当する1圧力水準(同一の圧力水準)Aから、通常のアイドル安定状態とは異なる噴射圧力に相当する1圧力水準(同一の圧力水準)Eまで、コモンレール圧力が変更されることになる。
【0053】
また、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をK回(例えば5回)にセットする。また、パイロット学習制御の実行時の多段噴射における各インターバルをセットする。また、K回噴射の指令噴射時期(噴射タイミング:TFIN)をTDC近傍にセットする。また、ISCの目標回転速度を750rpmにセットする。また、過給圧目標値、EGR量を無し(EGRカット)、スロットルバルブ(吸気絞り弁)19の弁開度、SCV21の弁開度を固定する(均等分割噴射実施手段:ステップS3)。
【0054】
次に、K回噴射が均等にK分割される多段噴射における1燃焼当たりの噴射量指令値を算出する(ステップS4)。この噴射量指令値は、下記の数1の演算式に示したように、エンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)との関係を予め実験により測定して作成した特性マップ(図2参照)または演算式から算出される基本噴射量に対し、エンジン冷却水温や燃料温度等を考慮した噴射量補正量を加味して算出される指令噴射量(QFIN)をマルチ噴射回数(K回)分だけ略均等に分割したトータル噴射量(totalQ)の1/K、例えばエンジン1の運転状態がアイドル安定状態の時に用いる噴射量指令値である無負荷燃費(Qidle)の1/Kに相当するパイロット噴射量である。本実施例では、アイドル安定状態時のトータル噴射量(totalQ)が5mm3 /stであり、マルチ噴射回数を5回にセットすると、パイロット噴射量が1mm3 /stとなる。
【数1】
【0055】
ここで、パイロット噴射量は無負荷燃費(Qidle)の1/Kの噴射量指令値である(Qidle)/Kをベースとし、下記の数2の演算式に示したように、各噴射間のインターバルの影響、各噴射の開始時期(タイミング)による気筒内圧の影響、燃料噴射圧力(コモンレール圧力)の影響等を考慮し、図8に示したように、K回噴射が実際に等量の噴射量となるように各噴射量指令値(QPL1=QPL2=QPL3=Qmain=Qfup=totalQ/K)を補正するようにしても良い。
【数2】
【0056】
但し、Qidleはエンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)と基本噴射量との関係を予め実験等により測定して作成した特性マップまたは演算式より算出される適合値で、QPLCPQは気筒内圧補正係数で、QINTはインターバル依存性補正係数である。ここで、QPLCPQおよびQINTは噴射量補正量ではなく、噴射期間補正量(インジェクタ通電パルス時間補正量)であっても良い。
【0057】
次に、図9に示したように、エンジン1の各気筒間の回転速度変動量差に応じて、各気筒の燃料噴射量を増減するFCCB補正により、各気筒間の回転速度変動が平滑化するように、各気筒毎の多段噴射における1燃焼当たりの各噴射量指令値に、各気筒間の回転速度変動を平滑化する方向への第1噴射量補正量(FCCB補正量:QFCCB)をそれぞれ付加する(第1均等分割補正手段、第1補正量決定手段:ステップS5)。このとき、各気筒毎の各噴射のFCCB補正量は、上記の無負荷燃費(Qidle)の1/Kに相当するパイロット噴射量にそれぞれQFCCB/Kずつ反映させる。
【0058】
次に、同じく、図9に示したように、各気筒毎の平均エンジン回転速度を目標回転速度(目標アイドル回転数)に合わせるために、全気筒一律にISC補正を行ない、各気筒毎の各噴射のFCCB補正量(QFCCB/K)に、目標回転速度に合わせるための第2噴射量補正量(ISC補正量:QISC)を全気筒一律に付加する(第1均等分割補正手段、第1補正量決定手段:ステップS6)。このとき、ISC補正量は、上記の無負荷燃費(Qidle)の1/Kに相当するパイロット噴射量と各気筒毎の各噴射のFCCB補正量(QFCCB/K)とを加算した値にQISC/Kを全気筒一律に反映させる。
【0059】
次に、図10に示したように、今回学習値(第1学習値)を算出する。この今回学習値(第1学習値)は、ステップS5の各噴射のFCCB補正量(QFCCB/K)とステップS6の各噴射のISC補正量(QISC/K)により下記の数3の演算式で表わされ、エンジン1の各気筒毎に、しかも各目標燃料圧力(PFIN)毎に算出し、図11(a)の形式の第1学習値マップに書き込み、スタンバイRAMまたはEEPROM等のメモリに一時的に記憶する(第1補正量決定手段、第1補正量記憶手段:ステップS7)。
【数3】
【0060】
なお、今回学習値(第1学習値)は各噴射の無負荷燃費/Kの噴射量指令値(totalQ/K)に加算する、現在の圧力水準のコモンレール圧力での噴射量補正量として算出される。ここで、今回学習値(第1学習値)は噴射量補正量ではなく、TQパルスの通電パルス時間補正量であっても良い。
【0061】
次に、予め設定された複数の異なる全圧力水準の目標燃料圧力(コモンレール圧力)毎の第1学習値の算出または第2学習値の算出が終了しているか否かを判定する。すなわち、E(MPa)の目標燃料圧力(PFIN)での第1学習値の算出または第2学習値の算出が終了しているか否かを判定する(ステップS8)。この判定結果がNOの場合には、予め設定された複数の異なる全圧力水準(A,B,C,D,E)の目標燃料圧力(コモンレール圧力)毎の各学習値の算出が終了していない場合には、ステップS1の判定処理に進み、ステップS3またはステップS11にてエンジン1の噴射条件や吸排気条件等を変更することなく、ただ設定された先の圧力水準から次の圧力水準(例えばA→B,B→C,C→D,D→E)に目標燃料圧力(コモンレール圧力)を変更して、ステップS4またはステップS12から、再度パイロット学習制御を実行して、ISC補正量およびFCCB補正量から次の圧力水準の目標燃料圧力(コモンレール圧力)での、エンジン1の各気筒毎への第1学習値または第2学習値を算出する。
【0062】
また、ステップS8の判定結果がYESの場合、つまりE(MPa)の目標燃料圧力(PFIN)での第1学習値の算出または第2学習値の算出が終了している場合には、すなわち、予め設定された複数の異なる全圧力水準の目標燃料圧力(コモンレール圧力)毎の第1学習値の算出および第2学習値の算出が終了していることが確認できた場合には、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数=N回が終了したか否かを判定する(ステップS9)。この判定結果がNOの場合には、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数(マルチ噴射回数)をK回からN回に切り替える(多段噴射回数切替手段:ステップS10)。その後に,ステップS1から再度学習を繰り返す。
【0063】
また、ステップS2の判定結果がYESの場合には、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数(マルチ噴射回数)をN回(例えば3回または7回)にセットすると共に、その他にK回噴射と学習補正条件を同一条件とするために、図7に示したように、エンジン1の燃焼状態(噴射条件、吸排気条件)を固定する(均等分割噴射実施手段:ステップS11)。
【0064】
次に、N回噴射が均等にN分割される多段噴射における1燃焼当たりの各噴射量指令値(各パイロット噴射量)を算出する(ステップS12)。この噴射量指令値は、下記の数4の演算式に示したように、エンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)との関係を予め実験により測定して作成した特性マップ(図2参照)または演算式から算出される基本噴射量に対し、エンジン冷却水温や燃料温度等を考慮した噴射量補正量を加味して算出される指令噴射量(QFIN)をマルチ噴射回数(N回)分だけ略均等に分割したトータル噴射量(totalQ)の1/N、例えばエンジン1の運転状態がアイドル安定状態の時に用いる噴射量指令値である無負荷燃費(Qidle)の1/Nに相当するパイロット噴射量である。
【数4】
【0065】
次に、エンジン1の各気筒間の回転速度変動量差に応じて、各気筒の燃料噴射量を増減するFCCB補正により、各気筒間の回転速度変動が平滑化するように、各気筒毎の多段噴射における1燃焼当たりの噴射量指令値に、各気筒間の回転速度変動を平滑化する方向への第3噴射量補正量(FCCB補正量:QFCCB)をそれぞれ付加する(第2均等分割補正手段、第2補正量決定手段:ステップS13)。このとき、各気筒毎の各噴射のFCCB補正量は、上記の無負荷燃費(Qidle)の1/Nに相当するパイロット噴射量にそれぞれQFCCB/Nずつ反映させる。
【0066】
次に、同じく、各気筒毎の平均エンジン回転速度を目標回転速度に合わせるために、全気筒一律にISC補正を行ない、各気筒毎の各噴射のFCCB補正量(QFCCB/N)に、目標回転速度に合わせるための第4噴射量補正量(ISC補正量:QISC)を全気筒一律に付加する(第2均等分割補正手段、第2補正量決定手段:ステップS14)。このとき、ISC補正量は、上記の無負荷燃費(Qidle)の1/Nに相当するパイロット噴射量と各気筒毎の各噴射のFCCB補正量(QFCCB/N)とを加算した値にQISC/Nを全気筒一律に反映させる。
【0067】
次に、今回学習値(第2学習値)を算出する。この今回学習値(第2学習値)は、ステップS13の各噴射のFCCB補正量(QFCCB/N)とステップS14の各噴射のISC補正量(QISC/N)により下記の数5の演算式で表わされ、エンジン1の各気筒毎に、しかも各目標燃料圧力(PFIN)毎に算出し、図11(b)の形式の第2学習値マップに書き込み、スタンバイRAMまたはEEPROM等のメモリに一時的に記憶する(第2補正量決定手段、第2補正量記憶手段:ステップS15)。
【数5】
【0068】
なお、今回学習値(第2学習値)は各噴射の無負荷燃費/Nの噴射量指令値(totalQ/N)に加算する、現在の圧力水準のコモンレール圧力での噴射量補正量として算出される。ここで、今回学習値(第2学習値)は噴射量補正量ではなく、噴射期間補正量(インジェクタ通電パルス時間補正量)であっても良い。
【0069】
また、ステップS9の判定結果がYESの場合、すなわち、E(MPa)の目標燃料圧力(PFIN)での第2学習値の算出が終了している場合には、後記する算出方法を用いてQ1を算出する(誤補正識別手段:ステップS16)。次に、Q1=0であるか否かを判定する(ステップS17)。この判定結果がYESの場合、すなわち、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化が無い場合には、Qb=Qc=Q2となるため、今回学習値は全てエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分であると判断して学習補正を中止する(ステップS18)。その後に、今回学習値は無効として、図6の制御ルーチンを抜ける。
【0070】
また、ステップS17の判定結果がNOの場合には、各気筒毎に、しかも各目標燃料圧力毎に、最終的な学習値(Q1/KまたはQ1/N)を算出し、図12の形式の最終学習値マップに書き込み、最終的な学習値(Q1/KまたはQ1/N)をスタンバイRAMまたはEEPROM等のメモリに記憶(バックアップ)する(学習値記憶手段:ステップS19)。次に、格納された最終的な学習値(Q1/KまたはQ1/N)を噴射量補正量として、下記の数6の演算式に基づくパイロット噴射量の算出時に反映させる。なお、パイロット学習制御で使用した目標燃料圧力以外の燃料圧力(コモンレール圧力)に関しては2点補間等を行ない、エンジン1の使用領域全域で噴射量補正量の反映を可能にする(ステップS20)。その後に、図6の制御ルーチンを抜ける。
【数6】
【0071】
但し、QPLBは適合値(エンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)と基本噴射量との関係を予め実験等により測定して作成した特性マップより算出)で、QISCはISC補正量で、KISCはISC補正量反映係数で、QKTHFは燃料温度補正係数で、QFCCBはFCCB補正量で、KFCCBはFCCB補正量反映係数で、QKPCは学習値圧力感度補正係数で、QKNEは学習値エンジン回転速度感度補正係数で、QPLCPQは気筒内圧補正係数で、QINTはインターバル依存性補正係数である。学習値は、メモリに記憶された図12の形式の最終学習値マップから算出する。パイロット学習制御で使用した目標燃料圧力以外の燃料圧力(コモンレール圧力)は2点補間等にて算出する。ここで、QPLCPQおよびQINTは噴射量補正量ではなく、噴射期間補正量(インジェクタ通電パルス時間補正量)であっても良い。
【0072】
次に、図6のフローチャートのステップS16におけるQ1の算出方法を図13のタイミングチャートに基づいて説明する。
アイドル安定状態にてアイドル運転時のエンジン要求噴射量(無負荷要求噴射量)がA(mm3 /st)のエンジン1において、多段噴射における1噴射をK回均等に分割噴射している場合を考えると、インジェクタ固体差、TQパルス時間に対するインジェクタ4の実噴射量のバラツキ(気筒間噴射量バラツキ)、インジェクタ経時劣化がなければ、エンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)とに応じて設定される基本噴射量にエンジン冷却水温や燃料温度等を考慮した噴射量補正量を加味して算出される指令噴射量と所定のコモンレール圧(NPC)とから求められる噴射量指令値がA(mm3 /st)であれば、実噴射量もA(mm3 /st)である。
【数7】
但し、a1、a2…aKは、基本噴射量または指令噴射量に対する、K回分割噴射の各噴射毎の噴射量指令値である。
【0073】
エンジン1の圧縮行程中および膨張行程中において、1噴射をN回均等に分割噴射している場合を考えると、同様に、下記の数8の演算式のようになる。
【数8】
但し、a1、a2…aNはN回分割噴射の各噴射毎の噴射量指令値である。
【0074】
ここで、インジェクタ個体差、TQパルス時間に対する実噴射量のズレ量(気筒間噴射量バラツキ)、インジェクタ経時劣化量としてQ1が存在する場合、噴射量指令値Aでも実噴射量は(A−Q1)しか噴射できない。その上、例えばエアコンやパワーステアリング等のエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分がQ2相当分かかったとすると、下記の数9の演算式のようになる。
【数9】
【0075】
ここで、平均エンジン回転速度補正(ISC補正)および回転速度変動気筒間噴射量補正(FCCB補正)を行なうと、
【数10】
となり、
【数11】
となる。
そして、
【数12】
としてスタンバイRAMまたはEEPROM等のメモリに一時的に記憶する。
【0076】
次に、同様に、そのアイドル安定状態のまま1燃焼当たりの噴射回数をN回に変更すると、同様に、下記の数12の演算式のようになる。
【数13】
【0077】
ここで、同様に、平均エンジン回転速度補正(ISC補正)および回転速度変動気筒間噴射量補正(FCCB補正)を行なうと、
【数14】
となり、
【数15】
となる。
そして、
【数16】
としてスタンバイRAMまたはEEPROM等のメモリに一時的に記憶する。
【0078】
次に、メモリに一時的に記憶していたQbとQcとの噴射量差(α)に基づいて、インジェクタ個体差、TQパルス時間に対する実噴射量のズレ量(気筒間噴射量バラツキ)、インジェクタ経時劣化量に対応した最終的な学習値を算出する。
【数17】
【数18】
【数19】
【0079】
となり、正しくインジェクタ個体差、TQパルス時間に対する実噴射量のズレ量(気筒間噴射量バラツキ)、インジェクタ経時劣化量に対応した最終的な学習値(噴射量補正量)であるQ1/KまたはQ1/Nを算出することが可能となり、ISC補正量とFCCB補正量とにより、インジェクタ個体差、TQパルス時間に対する実噴射量のズレ量(気筒間噴射量バラツキ)、インジェクタ経時劣化量をエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変化に関わらず、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分との識別が可能になる。なお、Q1=0の(TQパルス時間に対する実噴射量のバラツキ、インジェクタ4の経時劣化が無い)時には、上記の数12の演算式、数13の演算式、数16の演算式より、Qb=Qc=0となるため、噴射量差は生じないため、今回学習値は全てエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分であると判断して学習補正を中止し、すなわち、今回学習値は無効とすることができる。
【0080】
[第1実施例の効果]
通常、エンジン1の運転状態または運転条件に応じて設定される基本噴射量に、噴射量補正量を加味して指令噴射量(QFIN)を算出し、この指令噴射量(QFIN)とコモンレール圧(NPC)とに応じて算出される噴射量指令値は、主に下記の数20の演算式で表せる。
【数20】
【0081】
これらのISC補正量、FCCB補正量には、インジェクタ個体差、TQパルス時間に対する実噴射量のズレ量(気筒間噴射量バラツキ)、インジェクタ経時劣化量に相当するQ1、エンジン要求噴射量のバラツキに相当するQ2が含まれている。
【0082】
ここで、図13に示したように、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数がK回(例えば5回)で安定している状態(アイドル安定状態、学習補正実行条件が成立)から、多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をN回(例えば3回)に切り替えたとすると、エンジン要求噴射量は一定であるから、下記の数21の演算式および数22の演算式で表せる。
【数21】
【数22】
【0083】
したがって、アイドル安定時に多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数を変更し、その時の噴射量指令値変化または噴射量差を検出することにより、エンジン要求噴射量の変化に拘らず、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量を算出できる。これにより、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分と、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量との識別が可能になる。
【0084】
それによって、誤学習、誤補正または過学習、過補正による過剰な多段噴射による1燃焼当たりの各噴射毎の補正量の補正を防止できるので、エンジン1の燃焼騒音やエンジン振動や排気ガス性能(排気エミッション)の悪化を防止できる。また、エンジン要求噴射量のバラツキ、特にエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分と、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量とを識別できるので、電気負荷等のエンジン負荷が加わっている状態を検出でき、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分を含まない、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した噴射量補正量(学習値)を算出することができる。これにより、次回の学習値の算出までの間、狙い通りの噴射量またはインジェクタ通電パルス時間となるので、エンジン性能が悪化することはない。
【0085】
また、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分を含んだ第1学習値または第2学習値を算出しても、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変動分を含まない、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した正常な噴射量補正量(学習値)を算出することができるので、パイロット学習実行条件を緩やかな条件に設定でき、パイロット学習実行条件の成立範囲を広くとることができる。
【0086】
また、アイドル運転での目標燃料圧力(PFIN)に限定した噴射量補正量ではなく、複数の異なる目標燃料圧力、つまり複数の異なるコモンレール圧でのインジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した噴射量補正量を各気筒毎に算出することにより、通常のエンジン運転時の広い運転領域に渡って各学習値を反映させることができる。これにより、エンジン1の全運転領域に渡って、理想的なインジェクタ通電パルス時間とパイロット噴射量との相関が得られるようになる。
【0087】
また、A、B、C、D、E以外の目標噴射圧力に関しては2点補間等を行なうことにより、パイロット学習制御時の燃料噴射圧力以外の燃料噴射圧力水準を含め実車における燃料噴射圧力の使用領域全域で、メモリに記憶された学習値を噴射量補正量としてパイロット噴射量の算出に反映させることができる。これにより、常に、理想的な指令噴射パルス時間(インジェクタ通電パルス時間)とパイロット噴射量との相関が得られるようになる。
【0088】
[第2実施例]
図14は本発明の第2実施例を示したもので、パイロット学習制御方法を示したフローチャートである。
【0089】
本実施例では、第1実施例のように最終的な噴射量補正量であるQ1、およびエンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の増量分であるQ2を求めなくても、例えばA(MPa)の目標燃料圧力(PFIN)での第1学習値をメモリより読み込み、下記の数23の演算式に基づいて噴射回数がK回のQbを算出する(ステップS31)。
【数23】
【0090】
但し、Q1は、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量であり、Q2はエンジン要求噴射量のバラツキであり、Kは多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数である。
【0091】
次に、例えばA(MPa)の目標燃料圧力(PFIN)での第2学習値をメモリより読み込み、下記の数24の演算式に基づいて噴射回数がN回のQcを算出する(ステップS32)。
【数24】
【0092】
但し、Q1は、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量であり、Q2はエンジン要求噴射量のバラツキであり、Nは多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数である。
【0093】
次に、QbとQcとの噴射量差が判定値(D)以上であるか否かを判定する(ステップS33)。この判定結果がYESの場合、すなわち、下記の数25の演算式のように、所定値(D)以上に大きい場合には、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化が有ると判断できる(ステップS34)。
【数25】
但し、Dは定数である。
【0094】
また、ステップS33の判定結果がNO場合、すなわち、下記の数26の演算式のように、所定値(D)よりも小さい場合には、エンジン負荷要因による要求噴射量の変化のみが有ると判断できる(ステップS35)。
【数26】
但し、Dは定数である。
【0095】
[変形例]
本実施例では、本発明をディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射システムのパイロット噴射量学習制御装置に適用した例を示したが、本発明をコモンレールを備えず、電子制御方式の分配型燃料噴射ポンプまたは電子制御方式の列型燃料噴射ポンプ等を備えた内燃機関用噴射量制御装置に適用しても良い。また、本実施例では、電磁式燃料噴射弁よりなるインジェクタ4を用いた例を説明したが、圧電方式の燃料噴射弁よりなるインジェクタを用いても良い。また、メイン噴射に先立って行なわれるパイロット噴射(プレ噴射とも言う)の回数は、1回以上任意に設定しても良く、また、メイン噴射の後に行なわれるパイロット噴射(アフター噴射とも言う)の回数も、0回または1回以上任意に設定しても良い。
【0096】
本実施例では、図5の制御ルーチンのステップS4、ステップS12に示す分割噴射を正確に均等にK回またはN回に分割する均等分割噴射としたが、これは必ずしも正確に均等にK回またはN回に分割する均等分割噴射に限定しなくても良い。あるいは、K回またはN回均等分割噴射を、例えばtotalQ=5mm3 /stの場合、1mm3 /st、1mm3 /st、1mm3 /st、2mm3 /stの4回に略均等に分割噴射し、FCCB補正量、ISC補正量の各噴射への反映を分割方法に応じて適切に(例えば1:1:1:2の比例配分または各々1/4等)反映し、図5および図6の制御ルーチンのステップS7、S15、S19に示す学習値の算出を行なっても良い。以上のような方法で本発明を実施しても、概ね上記実施例と同等の効果を達成することができる。
【0097】
本実施例では、学習補正量記憶手段としてスタンバイRAMまたはEEPROMを用いたが、スタンバイRAMまたはEEPROMを用いずに、EPROM、フラッシュ・メモリ等の不揮発性メモリ、DVD−ROM、CD−ROM、あるいはフレキシブル・ディスクのような他の記憶媒体を用いて、前回または今回のパイロット学習制御により更新した前回学習値または今回学習値を記憶するようにしても良い。この場合にも、イグニッションスイッチをオフ(IG・OFF)した後、あるいはエンジンキーをキーシリンダより抜いた後も、記憶した内容は保存される。
【0098】
本実施例では、本発明の一例として、エンジン1の特定気筒のインジェクタ4の電磁弁を複数回駆動して、エンジン1の圧縮行程中および膨張行程中に2回以上の多段噴射(例えばパイロット噴射・メイン噴射)を行なうことが可能なコモンレール式燃料噴射システムを適用した例を説明したが、エンジン1の圧縮行程中に3回の多段噴射(例えばパイロット噴射・メイン噴射・アフター噴射またはパイロット噴射・プレ噴射・メイン噴射)を行なうことが可能な内燃機関用燃料噴射装置に適用しても良い。
【0099】
あるいは、エンジン1の圧縮行程中および膨張行程中に4回の多段噴射(例えばパイロット噴射・メイン噴射・アフター噴射・ポスト噴射またはパイロット噴射・プレ噴射・メイン噴射・アフター噴射)を行なうことが可能な内燃機関用燃料噴射装置に適用しても良い。あるいは、エンジン1の圧縮行程中および膨張行程中に5回の多段噴射(例えばパイロット噴射・プレ噴射・メイン噴射・アフター噴射・ポスト噴射または3回のパイロット噴射・メイン噴射・アフター噴射)を行なうことが可能な内燃機関用燃料噴射装置に適用しても良い。あるいは、エンジン1の圧縮行程中および膨張行程中に6回以上の多段噴射(例えば4回以上のパイロット噴射・メイン噴射・アフター噴射または3回以上のパイロット噴射・メイン噴射・2回以上のアフター噴射)を行なうことが可能な内燃機関用燃料噴射装置に適用しても良い。
【0100】
本実施例では、目標燃料圧力(PFIN)が例えばA(MPa)の時のQbとQcとの噴射量差を算出(検出)するようにしているが、目標燃料圧力(PFIN)が例えばB(MPa)またはC(MPa)またはD(MPa)またはE(MPa)の時のQbとQcとの噴射量差を算出(検出)するようにしても良い。また、QbとQcとの噴射量差を算出(検出)をエンジン1の各気筒毎に、しかも各目標燃料圧力毎に行なっても良く、逆にQbとQcとの噴射量差を算出(検出)を特定気筒(例えば#1気筒)でのみ行なって他気筒に反映させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】コモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である(第1実施例)。
【図2】基本噴射量を算出するための特性図である(第1実施例)。
【図3】噴射指令パルス時間を算出するための特性図である(第1実施例)。
【図4】インジェクタ噴射指令パルス(TQパルス)、インジェクタ駆動電流波形および燃料噴射率を示したタイミングチャートである(第1実施例)。
【図5】パイロット学習制御方法を示したフローチャートである(第1実施例)。
【図6】パイロット学習制御方法を示したフローチャートである(第1実施例)。
【図7】均等分割噴射の噴射パターンを示した説明図である(第1実施例)。
【図8】噴射挙動および制御内容概要を示したモデル図である(第1実施例)。
【図9】噴射挙動および制御内容概要を示したモデル図である(第1実施例)。
【図10】噴射挙動および制御内容概要を示したモデル図である(第1実施例)。
【図11】(a)は第1学習値マップを示した図で、(b)は第2学習値マップを示した図である(第1実施例)。
【図12】最終学習値マップを示した図である(第1実施例)。
【図13】噴射回数をK回からN回に切り替えた時の噴射量指令値の変化を示したタイミングチャートである(第1実施例)。
【図14】パイロット学習制御方法を示したフローチャートである(第2実施例)。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
2 コモンレール(蓄圧容器)
3 サプライポンプ(燃料供給ポンプ)
4 インジェクタ(電磁式燃料噴射弁)
10 ECU(多段噴射回数切替手段、第1均等分割補正手段、第2均等分割補正手段、第1補正量決定手段、第2補正量決定手段、誤補正識別手段、学習値記憶手段、学習値反映手段)
Claims (6)
- エンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される基本噴射量に、噴射量補正量を加味して指令噴射量を算出し、その指令噴射量と燃料噴射圧力とに応じて噴射量指令値を算出し、この噴射量指令値に応じて前記エンジンの各気筒毎に対応して搭載されたインジェクタを駆動する内燃機関用噴射量制御装置において、
(a)所定のエンジンの運転状態または運転条件を検出した際に、前記エンジンの圧縮行程中、膨張行程中に前記インジェクタの駆動を複数回実施する多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数をK回とこのK回と異なるN回とに切り替える多段噴射回数切替手段と、
(b)前記多段噴射回数切替手段によって前記多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数を前記K回に切り替えた時に、前記指令噴射量を各気筒にK回に分割し、K回の分割噴射を行ないながら、
前記エンジンの各気筒毎の回転速度変動を検出し、全気筒の回転速度変動の平均値と比較し、各気筒間の回転速度変動を平滑化するように、各気筒毎への各噴射毎の噴射量を個々に補正すると共に、
前記K回の分割噴射を行ないながら、
平均エンジン回転速度を検出し、目標回転速度と比較し、前記平均エンジン回転速度を前記目標回転速度に維持するように、全気筒一律に各噴射毎の噴射量を補正する第1均等分割補正手段と、
(c)前記多段噴射回数切替手段によって前記多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数を前記N回に切り替えた時に、前記指令噴射量を各気筒にN回に分割し、N回の分割噴射を行ないながら、
前記エンジンの各気筒毎の回転速度変動を検出し、全気筒の回転速度変動の平均値と比較し、各気筒間の回転速度変動を平滑化するように、各気筒毎への各噴射毎の噴射量を個々に補正すると共に、
前記N回の分割噴射を行ないながら、
平均エンジン回転速度を検出し、目標回転速度と比較し、前記平均エンジン回転速度を前記目標回転速度に維持するように、全気筒一律に各噴射毎の噴射量を補正する第2均等分割補正手段と、
(d)前記多段噴射回数切替手段によって前記多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数を前記K回に切り替えた時に、前記各気筒毎の回転速度変動の検出値と前記全気筒の回転速度変動の平均値との偏差に応じた気筒毎の第1補正量を算出すると共に、前記平均エンジン回転速度を前記目標回転速度に維持するのに必要な全気筒一律の第2補正量を算出する第1補正量決定手段と、
(e)前記多段噴射回数切替手段によって前記多段噴射における1燃焼当たりの噴射回数を前記N回に切り替えた時に、前記各気筒毎の回転速度変動の検出値と前記全気筒の回転速度変動の平均値との偏差に応じた気筒毎の第3補正量を算出すると共に、前記平均エンジン回転速度を前記目標回転速度に維持するのに必要な全気筒一律の第4補正量を算出する第2補正量決定手段と、
(f)前記所定のエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量と燃料噴射圧力とに応じて算出される噴射量指令値に、前記気筒毎の第1補正量および前記全気筒一律の第2補正量を加算した第1噴射量指令値と
前記所定のエンジンの運転状態または運転条件に応じて設定される指令噴射量と燃料噴射圧力とに応じて算出される噴射量指令値に、前記気筒毎の第3補正量および前記全気筒一律の第4補正量を加算した第2噴射量指令値と
の噴射量差に基づいて、
インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量とエンジン要求噴射量のバラツキとを識別する誤補正識別手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関用噴射量制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用噴射量制御装置において、
前記誤補正識別手段は、前記第1噴射量指令値と前記第2噴射量指令値との噴射量差が所定値以上の場合は、前記インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化が有ると判定し、
前記第1噴射量指令値と前記第2噴射量指令値との噴射量差が所定値よりも小さい場合は、エンジン負荷要因によるエンジン要求噴射量の変化のみが有ると判定することを特徴とする内燃機関用噴射量制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用噴射量制御装置において、
前記気筒毎の第1補正量のK等分の値と前記全気筒一律の第2補正量のK等分の値と前回学習値とを加算した値を、各気筒毎に学習値として更新し記憶する学習値記憶手段を備え、
前記学習値は、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した前記多段噴射における1燃焼当たりの噴射量補正量、あるいは前記多段噴射における1燃焼当たりの前記インジェクタへの通電時間補正量であることを特徴とする内燃機関用噴射量制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用噴射量制御装置において、
前記気筒毎の第3補正量のN等分の値と前記全気筒一律の第4補正量のN等分の値と前回学習値とを加算した値を、各気筒毎に学習値として更新し記憶する学習値記憶手段を備え、
前記学習値は、インジェクタ個体差、気筒間噴射量バラツキ、インジェクタ経時劣化量に対応した前記多段噴射における1燃焼当たりの噴射量補正量、あるいは前記多段噴射における1燃焼当たりの前記インジェクタへの通電時間補正量であることを特徴とする内燃機関用噴射量制御装置。 - 請求項3または請求項4に記載の内燃機関用噴射量制御装置において、
前記学習値記憶手段によって記憶された前記学習値を、各気筒毎の前記多段噴射における1燃焼当たりの各噴射の噴射量の算出、あるいは各気筒毎の前記多段噴射における1燃焼当たりの前記インジェクタへの通電時間の算出に反映させる学習値反映手段を備えたことを特徴とする内燃機関用噴射量制御装置。 - 請求項1ないし請求項5のうちのいずれかに記載の内燃機関用噴射量制御装置において、
前記所定のエンジンの運転状態または運転条件を検出した際とは、低負荷低回転状態を検出した際、アイドル安定状態を検出した際、少なくとも車両の走行速度が所定値以下で、且つエンジン回転速度が所定値以下で、且つアクセル開度が所定値以下で、且つ指令噴射量が所定値以下であることを検出した際であることを特徴とする内燃機関用噴射量制御装置。
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