JP2012112329A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバビリティを損なうことなく、多段噴射時の燃料圧力の脈動によって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差（うねり誤差）を学習できるようにする。
【解決手段】燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すトルク感度データを予め記憶しておく。うねり誤差の学習を行う場合には、目標空燃比に基づいて各段の指令噴射量を決定するとともに、前段の燃料噴射から後段の燃料噴射までのインターバルの設定を段階的に変更していく。その際、噴射インターバルの変化の前後においてトルクが一定になるように、変更された噴射インターバルの設定に応じた各段の噴射時期をトルク感度データに基づいて決定する。そして、決定された指令噴射量と噴射時期とに従って各段の燃料噴射を実行し、そのときの実空燃比を空燃比センサにより計測する。そして、目標空燃比と実空燃比とのずれに基づいて、噴射インターバルごとにうねり誤差を学習する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多段噴射時の燃料圧力の脈動によって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

多段噴射が可能な内燃機関、例えば、コモンレール式のディーゼルエンジンにおいて多段噴射を行う場合、後段の燃料噴射量に誤差が発生することが知られている。これは、多段噴射では前段噴射の終了時に燃料配管内に燃料圧力の脈動が発生し、その影響でコモンレールに設置されている燃料圧力センサのセンサ値とインジェクタ付近の燃料圧力とにずれが生じることに起因する。従来の燃料噴射制御では、指令噴射量に応じたインジェクタ通電時間が燃料圧力センサ値に基づいて決定される。このため、燃料圧力センサ値とインジェクタ付近の燃料圧力とにずれがある場合には、燃料圧力センサ値に合わせて設定されたインジェクタ通電時間では指令噴射量と実噴射量との間に誤差が生じてしまうのである。このような理由で生じる燃料噴射量の誤差は、インジェクタの個体差や経時変化によるばらつきに起因する誤差と区別して、“うねり誤差”と呼ばれている。

後段の燃料噴射量に生じるうねり誤差は、実トルクの目標トルクからのずれに伴うドライバビリティの低下や、実空燃比の目標空燃比からのずれに伴う排気ガス性能の低下を招く。このため、多段噴射を行うのであれば、うねり誤差に対する何らかの対策は必要である。この問題に関し、特開２００９−２７９９８７号公報には、多段噴射を行う場合の噴射インターバルを変化させながらうねり誤差を学習し、その学習値によって指令噴射量を適正な値に補正する技術について記載されている。

特開２００９−２７９９８７号公報 特開２００２−０２１６１６号公報 特開２００９−０１３９６７号公報 特開２００６−１２５３７１号公報

しかしながら、特開２００９−２７９９８７号公報に記載されている技術には、次のような問題がある。単位噴射量当たりの出力トルク、すなわち、トルク感度は、燃料の噴射時期によって異なっている。このため、噴射インターバルの設定の変更に合わせて単純に各段の噴射時期をずらしただけでは、噴射時期ごとのトルク感度の違いの影響で出力トルクに増減が生じてしまう。つまり、上記公報に記載の方法では、うねり誤差の学習時にドライバビリティが悪化してしまうおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ドライバビリティを損なうことなく、多段噴射時の燃料圧力の脈動によって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、多段噴射時の燃料圧力の脈動によって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習する内燃機関の燃料噴射制御装置において、目標空燃比に基づいて各段の指令噴射量を決定する指令噴射量決定手段と、燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータを記憶したデータ記憶手段と、前段の燃料噴射から後段の燃料噴射までのインターバルの設定を変更するインターバル設定変更手段と、噴射インターバルの変化の前後においてトルクが一定になるように、変更された噴射インターバルの設定に応じた各段の噴射時期を前記データに基づいて決定する噴射時期決定手段と、決定された指令噴射量と噴射時期とに従って各段の燃料噴射を実行する燃料噴射実行手段と、前記目標空燃比と空燃比センサにより計測される実空燃比とに基づいて噴射インターバルごとに前記誤差を学習する誤差学習手段と、を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、前記誤差の学習を行う場合には、学習の回ごとに前記目標空燃比をリーン側から徐々にストイキ側に変更していく目標空燃比変更手段をさらに備えることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は２の発明において、少なくとも燃料圧力、前段の指令噴射量、及び噴射インターバルに関連付けて前記誤差の学習値を記憶する学習値記憶手段をさらに備えることを特徴としている。

第１の発明では、トルクやエンジン回転数の目標からのずれではなく、目標空燃比と実空燃比とのずれに基づいて噴射インターバルごとにうねり誤差の学習が行なわれる。しかも、うねり誤差を学習する際の各段の噴射時期は、燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータに基づいて噴射インターバルの変化の前後においてトルクが一定になるように決定される。このため、第１の発明によれば、うねり誤差の学習に伴ってドライバビリティが損なわれることがない。

第２の発明によれば、空燃比センサには、ストイキから外れるほど誤差が大きくなり、特にリッチ側での誤差が大きいという出力特性があるが、そのような出力特性がうねり誤差の学習に与える影響を小さくして、うねり誤差の学習精度を高めることができる。

第３の発明によれば、うねり誤差の学習値の効率的なデータベース化によって、取得すべき学習値の個数を必要最小限に抑えることができる。このため、学習回数を低減することができるだけでなく、学習値を記憶しておくための記憶容量を低減することもできる。

本発明の実施の形態のエンジンシステムの概略構成を示す図である。 うねり誤差の学習のための多段噴射の設定について示す図である。 燃料の噴射時期とトルク感度との関係について示す図である。 うねり誤差の学習方法について示す図である。 Ａ／Ｆセンサの出力誤差とＡ／Ｆとの関係について示す図である。 うねり誤差の学習のための目標Ａ／Ｆの設定について示す図である。 うねり誤差の学習値の記憶方法について示す図である。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本実施の形態のエンジンシステムの概略構成を示す図である。本実施の形態のエンジンシステムは、燃料の多段噴射が可能なコモンレール式のディーゼルエンジン（以下、エンジン）２を備えている。エンジン２は、図示しない燃料ポンプから加圧燃料の供給を受けるコモンレール１０を有している。コモンレール１０に蓄えられている加圧燃料は、エンジン２の各気筒４に設けられたインジェクタ１２に燃料パイプを介して供給され、インジェクタ１２の開弁によって気筒４の内部に直接噴射される。

コモンレール１０には、その内部の燃料圧力を計測するための燃料圧力センサ１８が取り付けられている。また、エンジン２の吸気通路６には、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ１４が取り付けられ、エンジン２の排気通路８には、排気ガスの空燃比（以下、Ａ／Ｆ）を計測するための空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサ）１６が取り付けられている。燃料圧力センサ１８、エアフローメータ１４、及びＡ／Ｆセンサ１６の各信号は、図示しない他のセンサからの信号とともにＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、それらの信号によってエンジン２の状態やエンジン２が置かれている環境条件を知る。そして、エンジン２の状態が目標とする状態になるように、所定のプログラムに従ってインジェクタ１２を含む様々なアクチュエータを操作する。

本実施の形態のエンジンシステムにおいて、ＥＣＵ２０はエンジン２の燃料噴射制御装置として機能する。ＥＣＵ２０が燃料噴射制御装置として機能する場合、ＥＣＵ２０は以下に説明するような方法にて燃料噴射量のうねり誤差の学習を行う。うねり誤差とは、多段噴射時に後段の燃料噴射量に生じる誤差であり、前段の燃料噴射で生じる燃料圧力の脈動による燃料圧力センサ１８のセンサ値とインジェクタ１２付近の燃料圧力とのずれに起因している。なお、うねり誤差の学習は、通常の燃料噴射制御の中で行われる。例えば、触媒の浄化性能を回復させるためのリッチ制御が行われる際、その開始に先立って行うこともできる。

図２は、うねり誤差の学習のための多段噴射の設定について示す図である。コモンレール式のディーゼルエンジンであるエンジン２は、図２の（ａ）に示すように、前段のメイン噴射と後段のアフター噴射とに分けて燃料を多段噴射することができる。通常の多段噴射では、前段のメイン噴射における噴射量は少なく、後段のアフター噴射における噴射量は多くなるように各段の指令噴射量の設定がなされている。

このような多段噴射が行われている中でうねり誤差の学習条件が整った場合、ＥＣＵ２０は、多段噴射における噴射インターバルの設定をうねり誤差の学習用に変更する。図２の（ｂ）及び（ｂ）に示す多段噴射の設定が、うねり誤差の学習用の設定である。つまり、うねり誤差を学習する場合には、各段の指令噴射量はそのままで、前段の噴射から後段の噴射までの噴射インターバルの設定が段階的に変更される。各段の指令噴射量を変化させないのは、うねり誤差にτＱ誤差が重畳してしまうのを防止するためである。τＱ誤差とは、指令噴射量に対するインジェクタ１２の通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差であり、インジェクタ１２の個体差や使用過程での経時変化に起因する誤差である。なお、１サイクル当たりの合計噴射量は、目標Ａ／Ｆとエアフローメータ１４により計測される吸入空気量とから決定される。

ただし、噴射インターバルの設定の変更に合わせて単純に各段の噴射時期をずらしただけでは、エンジン２の出力トルクが変化してしまい、ドライバビリティの悪化を招いてしまう。図３に示すように、単位噴射量当たりの出力トルク、すなわち、トルク感度は燃料の噴射時期によって異なるためである。トルク感度はＴＤＣよりもやや進角側で最大であり、その最大トルク感度を与えるクランク角よりも進角するにつれて、また、その最大トルク感度を与えるクランク角よりも遅角するにつれてトルク感度は次第に低くなる。

そこで、ＥＣＵ２０は、各段の噴射時期を調整することによって、目標とするトルクからのトルクの変化を防ぐようにしている。具体的には、ＥＣＵ２０には、図３に示すような燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータ（トルク感度データ）が記憶されている。ＥＣＵ２０は、そのトルク感度データに基づいて、噴射インターバルの変化の前後においてトルクが一定になるように、変更された噴射インターバルの設定に応じた各段の噴射時期を決定する。詳しくは、前段の燃料噴射から後段の燃料噴射でのインターバルが変更後の噴射インターバルの設定に一致し、且つ、前段の燃料噴射で得られるトルクと後段の燃料噴射で得られるトルクとの合計値が変化しないような各段の噴射時期をトルク感度データに基づいて算出する。

各段の噴射時期が定まれば、ＥＣＵ２０は、燃料圧力センサ１８によって計測された燃料圧力と指令噴射量とに基づいて各段の燃料噴射におけるインジェクタ１２の通電時間を決定し、各段の噴射時期に合わせてインジェクタ１２を駆動する。そして、インジェクタ１２の駆動によって燃料噴射を実行した後、その燃料噴射によって実現された実際のＡ／ＦをＡ／Ｆセンサ１６によって計測する。

ＥＣＵ２０は、計測した実Ａ／Ｆと目標Ａ／Ｆとを用いて１サイクル当たりの燃料噴射量の誤差を算出する。燃料噴射量の誤差（検出誤差）は、具体的には、次の式によって算出することができる。ＥＣＵ２０は、次の式で算出される検出誤差をうねり誤差として学習する。

うねり誤差の学習は、噴射インターバルごとに行われる。うねり誤差は、前段の燃料噴射で生じる燃料圧力の脈動の周期と噴射インターバルとの関係によって決まるので、噴射インターバルが異なればうねり誤差の大きさにも違いが生じるためである。このため、ＥＣＵ２０は、図４の（ａ）に示すように、噴射インターバルを段階的に変化させる。そして、図４の（ｂ）に示すように、各噴射インターバルにおいて実Ａ／Ｆを計測し、図４の（ｃ）に示すように、その計測結果に基づいて噴射インターバルごとのうねり誤差を学習する。

なお、本実施の形態のうねり誤差の学習方法は、うねり誤差の学習を行う際の目標Ａ／Ｆの決め方にも特徴がある。図５は、Ａ／Ｆセンサ１４の出力誤差とＡ／Ｆとの関係について示す図である。この図に示すように、Ａ／Ｆセンサ１４には、ストイキで誤差が最小であり、Ａ／Ｆがストイキよりもリーン側やリッチ側にずれると、徐々に誤差が増大するという特性がある。また、特にストイキよりもリッチ側では、燃焼により発生するＨＣによるリーンずれやＨ_２によるリッチずれによってＡ／Ｆセンサ１４の誤差は顕著になる。また、燃料圧力の脈動の影響でうねり誤差はプラスにもマイナスにもなるため、学習が完了していない間は、Ａ／Ｆはリッチにもリーンにも変動する。このような事情に鑑み、本実施の形態では、図６に示すように、うねり誤差の学習が進んでいない状況では目標Ａ／Ｆをストイキよりリーンに設定し、うねり誤差の学習が進むにつれて、目標Ａ／Ｆを徐々にストイキ側、すなわち、Ａ／Ｆセンサ１４の精度が高い側に変更していくようにしている。なお、学習初回の目標Ａ／Ｆは、リーン側の許容限界誤差に対応するＡ／Ｆをａとした場合、ストイキとａとの中間の値とするのが好ましい。

ＥＣＵ２０は、以上のような方法によるうねり誤差の学習が完了したら、うねり誤差の学習値をメモリに記憶する。うねり誤差が生じる主要因は、燃料圧力センサ１８によって計測されるコモンレール１０内の燃料圧力（レール圧）と、前段の燃料噴射による噴射量と、噴射インターバルとの３つのパラメータによって整理することができる。このため、ＥＣＵ２０は、図７に示すようなマップによってうねり誤差の学習値を管理する。図７に示すマップでは、前掲の式で計算される検出誤差を噴射インターバルで割った値がうねり誤差の学習値として用いられ、学習値は前段噴射の噴射量（指令噴射量）とレール圧とに関連付けて記憶される。図７に示すマップを用いれば、うねり誤差の学習値の効率的なデータベース化によって、取得すべき学習値の個数を必要最小限に抑えることができる。このため、学習回数を低減することができるだけでなく、学習値を記憶しておくための記憶容量を低減することもできる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態ものから種々変形して実施することができる。

２ エンジン
４ 気筒
６ 吸気通路
８ 排気通路
１０ コモンレール
１２ インジェクタ
１４ エアフローメータ
１６ Ａ／Ｆセンサ
１８ 燃料圧力センサ
２０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 多段噴射時の燃料圧力の脈動によって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   目標空燃比に基づいて各段の指令噴射量を決定する指令噴射量決定手段と、
   燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータを記憶したデータ記憶手段と、
   前段の燃料噴射から後段の燃料噴射までのインターバルの設定を変更するインターバル設定変更手段と、
   噴射インターバルの変化の前後においてトルクが一定になるように、変更された噴射インターバルの設定に応じた各段の噴射時期を前記データに基づいて決定する噴射時期決定手段と、
   決定された指令噴射量と噴射時期とに従って各段の燃料噴射を実行する燃料噴射実行手段と、
   前記目標空燃比と空燃比センサにより計測される実空燃比とに基づいて噴射インターバルごとに前記誤差を学習する誤差学習手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記誤差の学習を行う場合には、学習の回ごとに前記目標空燃比をリーン側から徐々にストイキ側に変更していく目標空燃比変更手段、
   をさらに備え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制御装置。
3. 少なくとも燃料圧力、前段の指令噴射量、及び噴射インターバルに関連付けて前記誤差の学習値を記憶する学習値記憶手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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