JP3794197B2

JP3794197B2 - Engine fuel injection control device

Info

Publication number: JP3794197B2
Application number: JP09696099A
Authority: JP
Inventors: 輝一西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: JP2000291466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン出力軸の回転変動から燃焼室内に発生する熱発生率に相当するデータを取得して、燃料噴射を制御するエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃料噴射に関して、ディーゼルエンジンのように圧縮着火式のエンジンにおいては勿論、ガソリンエンジンにおいても、噴射圧力の高圧化を図り、燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方式として、インジェクタの先端部に形成されている噴孔から燃料を直接に燃焼室内に噴射する、所謂、直噴式の燃料噴射方式が知られている。
【０００３】
多気筒エンジンにおいては、高圧燃料ポンプから送り出された燃料を蓄圧状態に貯留しコモンレールから複数のインジェクタに燃料を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。コモンレール式燃料噴射システムは、燃料ポンプによって所定圧力に加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧状態で貯留し、コモンレールに貯留された加圧燃料をコントローラが算出した燃料噴射量及び燃料噴射時期等のエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射条件で各インジェクタから燃焼室内に噴射するシステムである。コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧が作用しており、各インジェクタは燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断するように作動する電磁弁を備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁弁の作動とを制御している。
【０００４】
従来から、インジェクタの燃料噴射特性にバラツキがあることに起因して、燃料噴射の圧力と噴射期間とが同一条件に設定されても、燃料噴射量がインジェクタごとに異なっており、特にエンジンのアイドル運転時や低負荷運転時には、燃料噴射量のバラツキは気筒間で燃焼状態のバラツキをもたらし、エンジンの振動や騒音が発生するという問題点がある。この問題点に対処する一つの方策として、燃料噴射の前後において変化する燃料圧力から実際の燃料噴射量を計算して、エンジンの運転状態から求められる基本燃料噴射量を補正して、インジェクタ毎の燃料噴射のバラツキを防止することを図る燃料噴射装置が提案されている（特開昭６２−１８６０３４号公報参照）。
【０００５】
更に、低速回転におけるこうした燃焼状態のバラツキ問題の解決を図るため、従来より、シリンダ毎の所定角度の平均時間を取り、各気筒の所定角度平均時間を目標値、各シリンダの単独の値を実際値として、実際値が目標値に近づくように補正制御を行うものがある（特公平６−５００７７号公報、特公平６−３３７２３号公報参照）。これらの先行例によれば、各気筒の燃焼による回転変動を検出し、同一の目標燃料噴射量に基づく噴射量制御のもとでは、燃料が多く噴射された気筒ではクランク軸の回転が速くなり、燃料噴射量が少ない気筒ではクランク軸の回転が遅くなることに着目して、燃焼バラツキをなくすことを目途とした燃料噴射制御をおこなっている。
【０００６】
燃料は、インジェクタからコントローラが算出した燃料噴射開始時期と燃料噴射開始時期以後の燃料噴射量の時間（或いはクランク角度）変化である噴射率とで、燃焼室内に噴射される。エンジンの燃焼状態は、噴射された燃料が着火し燃焼することにより、気筒内で発生する熱の時間的変化である熱発生率によって定まる。
【０００７】
熱発生率を直接に測定することは困難であるので、本出願人は、既に、気筒内圧力を検出する気筒圧センサを各気筒に配設し、気筒圧センサが検出した変動する気筒内圧力の検出データから熱発生率を算出することを提案している（例えば、特願平９−３０６３５０号参照）。
【０００８】
また、近年開発が進められているコモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレールの圧力変化により燃料噴射量、又は燃料噴射率を推定することが提案されている。しかし、低負荷回転でコモンレール圧力が低い場合、コモンレールの圧力変化が大きく変動するため、気筒毎におけるコモンレール圧力から燃料噴射量又は燃料噴射率のバラツキを検出することは困難であり、燃料着火時期や燃料噴射率を正確に検出することは更に困難である。
【０００９】
更に、燃料着火時期の検出においては、シリンダ内に配置した圧力センサを用いたり、燃焼室で燃料が実際に着火するのを検出するのに特殊センサを用いるので、エンジンの製造コストが上昇するとともに、かかるセンサの長期に渡る検出性能の維持が困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンが例えばモータリング、即ち、燃料を噴射しない運転状態にあるときに変動するエンジン出力軸の回転速度と実際に燃料を燃焼室に噴射して燃焼を行ったときに変動するエンジン出力軸の回転速度の偏差は、通常、正に現れる偏差であり、この偏差は、実際に噴射された燃料の燃焼、即ち、燃焼室内における熱の発生に起因して生じていると考えられる。そこで、エンジンのモータリング時におけるエンジン出力軸の回転速度と燃焼時におけるエンジン出力軸の回転速度との偏差に着目することにより、燃料噴射時期及び燃料噴射量の補正を行う点で解決すべき課題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、各気筒の１燃焼に関わる１つの間隔の平均時間を用いることなく、熱発生率に相当するエンジン出力軸の回転速度を検出することにより、各気筒の燃料噴射量のバラツキによる燃焼のバラツキを把握し、また燃焼のタイミングも考慮して着火時期のバラツキに起因する燃焼バラツキを把握して、燃焼バラツキをより一層正確に捉えて、燃焼バラツキを解消することが可能なエンジンの燃料噴射装置を提供することである。
【００１２】
前記目的を達成するため、この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置は、エンジンの出力軸の回転に伴って回転センサが出力した前記回転軸の実回転速度に関する情報を含む検出信号が入力される入力手段、前記出力軸の基準回転速度に関する情報を含む基準信号を記憶する記憶手段、前記エンジンが燃焼状態にあるときに前記入力手段に入力された前記検出信号と前記記憶手段から読み出された前記基準信号とに基づいて、燃焼行程にある気筒毎に燃料の燃焼に起因して生じる前記実回転速度と前記基準回転速度との回転速度偏差を算出する偏差算出手段、前記偏差算出手段が算出した前記回転速度偏差に基づいて求めた実燃料噴射状態と前記エンジンの運転状態に基づいて求められた目標燃料噴射条件とに基づいて前記気筒における最終燃料噴射条件を決定する噴射条件決定手段、及び前記気筒に配設されているインジェクタからの燃料の噴射を実行するため前記噴射条件決定手段が決定した前記最終燃料噴射条件に応じた制御信号を出力する出力手段から成るエンジンの燃料噴射制御装置において、前記出力信号は、前記出力軸の回転に伴って前記出力軸の回転角度に応じた実パルスを生じたパルス信号であり、前記基準信号は、前記エンジンがモータリング運転状態にあるときに前記出力軸の回転に伴って出力された前記出力軸の回転角度に応じて基準パルスを生じた基準パルス信号であることを特徴とする。
【００１３】
燃料が噴射されず且つ無負荷状態でのエンジンの出力軸であるクランク軸の基準回転速度に関する情報を含む基準信号が、記憶手段としてのコントローラのメモリ（ＲＯＭ）に記憶されている。エンジンの出力軸の回転に伴って、回転センサは回転軸の実回転速度に関する情報を含むものであって、前記出力軸の回転に伴って前記出力軸の回転角度に応じた実パルスを生じたパルス信号であり、前記基準信号は、前記エンジンがモータリング運転状態にあるときに前記出力軸の回転に伴って出力された前記出力軸の回転角度に応じて基準パルスを生じた基準パルス信号であるところの検出信号を出力する。偏差算出手段は、エンジンが燃焼状態にあるときに入力手段に入力された検出信号と記憶手段から読み出された基準信号とに基づいて、燃焼行程にある気筒毎に、燃料の燃焼に起因して生じる実回転速度と基準回転速度との回転速度偏差を算出する。噴射条件決定手段は、偏差算出手段が算出した回転速度偏差に基づいて求めた実燃料噴射状態とエンジンの運転状態から求めた目標燃料噴射条件とに基づいて各気筒における最終燃料噴射条件を決定する。出力手段は噴射条件決定手段が決定した最終燃料噴射条件に応じた制御信号を出力し、インジェクタからの燃料の噴射は目標燃料噴射条件で実行される。
【００１４】
回転速度偏差は、実際に燃焼室に噴射された燃料の燃焼に起因するものであり、熱が発生したことに対応してエンジンのピストンが押し下げられて回転速度を増速させると考えられるから、熱発生量の変化率である熱発生率に対応しているものとみなすことができる。熱発生率は、エンジンにおける燃料の実際の燃焼状態を反映したものとして取り扱われる量である。熱発生率がわかれば、燃料噴射条件を変更して、エンジンの実際の燃焼状態をエンジンの運転状態に最適な燃焼状態に一致させる制御が可能である。また、熱発生率がわかれば、多気筒エンジンでの各気筒における燃焼状態を検出し、気筒間における着火時期、熱発生量等の燃焼バラツキが分かり、各気筒における燃料噴射条件を変更して、燃焼バラツキをなくするように制御することも可能になる。燃焼バラツキを解消する制御においては、各気筒の燃焼状態の平均値を求め、かかる平均値を目標値として各気筒の燃料噴射条件を制御してもよく、燃焼順序で前後して噴射・燃焼を行う気筒における燃焼状態の偏差がなくなるように燃料噴射条件を制御してもよい。
【００１５】
前記偏差算出手段は、前記検出信号における前記実パルスのパルス間隔と前記基準信号における前記基準パルスのパルス間隔との時間差に基づいて前記回転速度偏差を算出する。前記偏差算出手段は、前記実回転速度と前記基準回転速度との平均回転速度を一致させた状態で、前記実回転速度と前記基準回転速度との偏差を求める。
【００１６】
前記実燃料噴射状態、前記目標燃料噴射条件及び前記最終燃料噴射条件が、それぞれ実燃料噴射量、目標燃料噴射量及び最終目標燃料噴射量であるときには、前記噴射条件決定手段は、前記燃焼行程中の前記気筒について前記回転速度偏差を積算した偏差積分値を前記実燃料噴射量の相当量として求め、前記目標燃料噴射量と前記実燃料噴射量とに基づいて前記気筒における前記最終目標燃料噴射量を決定するものである。１つの燃焼行程に対応して生じる熱発生率の積分値は、燃焼行程において燃料が燃焼することによって生じた熱発生量である。熱発生量は、燃焼行程において燃焼した燃料量、即ち，燃料噴射量に相当する量である。従って、エンジンの回転速度の偏差の積分値は、熱発生量に相当する量として扱うことができる。前記噴射条件決定手段は、前記目標燃料噴射量と前記実燃料噴射量とを比較して求めた噴射量偏差に基づいて噴射量補正量を求め、前記目標燃料噴射量を前記噴射量補正量で補正することにより前記最終目標燃料噴射量を求める。即ち、この燃料噴射制御装置は、目標燃料噴射量と実燃料噴射量との偏差に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御を行う。
【００１７】
前記実燃料噴射状態、前記目標燃料噴射条件及び前記最終燃料噴射条件が、それぞれ実燃料着火時期、目標燃料着火時期及び最終目標燃料噴射時期であるときには、前記噴射条件決定手段は、前記燃焼行程にある前記気筒について前記回転速度偏差を微分した偏差変化率が最大値となる時期を前記実燃料着火時期として求め、前記目標燃料噴射時期と前記実燃料着火時期とに基づいて前記気筒における前記最終目標燃料噴射時期を決定するものである。熱発生率が最大となる時期は、噴射された燃料が着火することによって急激な熱発生を起こした時期であると考えられるので、燃料の実燃料着火時期とみなすことができる。前記噴射条件決定手段は、前記目標燃料着火時期と前記実燃料着火時期とを比較して求めた着火時期偏差に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標燃料噴射時期を前記着火時期補正量で補正することにより前記最終目標燃料噴射時期を求める。即ち、この燃料噴射制御装置は、目標燃料噴射時期と実燃料着火時期との偏差に基づいて燃料噴射時期のフィードバック制御を行う。
【００１８】
前記実燃料噴射状態、前記目標燃料噴射条件及び前記最終燃料噴射条件が、それぞれ実初期燃料噴射量、目標初期燃料噴射量及び最終目標初期燃料噴射量であるときには、前記噴射条件決定手段は、前記実燃料着火時期前の前記回転速度偏差を積算した偏差積分値を前記燃焼行程において燃料着火時期前に燃焼した前記実初期燃料噴射量として求め、前記目標初期燃料噴射量と前記実初期燃料噴射量とに基づいて前記気筒における前記最終目標初期燃料噴射量を決定するものである。燃料噴射量の場合と同様にして、燃料着火時期前におけるエンジンの回転速度の偏差の積分値は、燃料着火時期前の予混合燃焼量、即ち、初期燃料噴射量の燃料が燃焼した場合の熱発生量に相当する量として扱うことができる。前記噴射条件決定手段は、前記目標初期燃料噴射量と前記実初期燃料噴射量とを比較して求めた初期噴射量偏差に基づいて初期噴射量補正量を求め、前記目標初期燃料噴射量を前記初期噴射量補正量で補正することにより前記最終目標初期燃料噴射量を求める。即ち、この燃料噴射制御装置は、目標初期燃料噴射量と実初期燃料噴射量との偏差に基づいて初期燃料噴射量のフィードバック制御を行う。
【００１９】
前記記憶手段は、前記エンジンが燃料の非噴射状態にあるときに前記回転センサが検出した前記検出信号を前記基準信号として記憶する。エンジンが車両に適用されている場合、ブレーキ状態では、通常、燃焼室への燃料の噴射がカットされる。従って、この状態でエンジン出力軸に配設されている回転センサの検出信号を取り込めば、基準回転速度の情報を含む基準信号が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるエンジンの燃料噴射制御装置の一実施例を示す概略図、図２はこの発明によるエンジンの燃料噴射制御装置による実回転速度と基準回転速度との回転速度偏差を説明するグラフ、図３は従来のエンジンと比較してこの発明によるエンジンの燃料噴射制御装置によって回転速度のバラツキが解消される様子を示すグラフである。
【００２１】
図２のグラフを参照すると、図２には、エンジン出力軸（以下，単に「出力軸」という）であるクランク軸２（図１を参照）が１回転する間において、燃料の噴射・着火を行ったときの実際の回転速度である出力軸の実回転速度（曲線Ａ）、モータリング運転状態における基準回転速度である出力軸の回転速度（曲線Ｂ）、及び両回転速度の差である回転速度偏差Ｅの変化（曲線Ｃ）が示されている。クランク軸２が２回転する間に、４つの気筒において燃焼室内の空気の圧縮と膨張とが位相差をもって次々に繰り返されるので、クランク軸２は平均回転速度Ｎｅｍで回転する。
【００２２】
エンジンは４サイクルエンジンであるので、インジェクタ３１（図１を参照）から燃料の噴射が行われないモータリング運転状態においては、クランク軸２が２回転する間に、上死点ＴＤＣに至るまで吸気弁及び排気弁が共に閉じた状態でピストン３３（図１を参照）が上昇して燃焼室３２（図１を参照）内の空気を圧縮する圧縮行程Ｆと、上死点ＴＤＣを通過後に圧縮された空気がピストン３３の下降に伴って膨張する膨張行程Ｇが存在する。圧縮行程Ｆでは、ピストン３３が燃焼室３２内の空気を圧縮、即ち、空気に対して仕事をしながら上死点ＴＤＣに向かって上昇するので、出力軸の回転速度は次第に減速する。膨張行程Ｇでは、燃焼室３２内で圧縮された空気が膨張する、即ち、空気がピストン３３に対して仕事をするので、クランク軸２の回転速度は増速する。モータリング運転状態においては、クランク軸２の回転速度は平均回転速度Ｎｅｍの上下に変動を繰り返すが、燃料の噴射が行われないので、クランク軸２の回転速度の圧縮行程Ｆにおける減速の態様と膨張行程Ｇにおける増速の態様とは実質的に対称形である。
【００２３】
エンジンが通常の燃料噴射・燃焼を伴うサイクルを実行すると、クランク軸２が２回転する間に、４つの気筒において順次に燃料の噴射・燃焼が実行され、各気筒では圧縮、燃焼、排気、吸気の各行程が位相差をもって次々に進行する。曲線Ａに示すように、クランク軸２の回転速度も、モータリング時と同様にエンジンサイクルの各行程において変動していても平均速度Ｎｅｍに平均化されるが、クランク軸２の回転速度を詳細に見ると、圧縮行程Ｆにおける減速の態様と膨張行程Ｇにおける増速の態様とは対称形にはならない。即ち、燃焼行程では、上死点ＴＤＣ付近において燃料が着火・燃焼するために燃焼室３２内に熱が発生し、発生した熱によって更に上昇する燃焼室３２内の圧力に基づく力によってピストン３３は強く押し下げられて、モータリング運転状態よりも速く増速する。その後も、次の燃焼順序の気筒において圧縮・燃焼行程とが繰り返されるので、クランク軸２の回転変動の上昇過程（行程Ｇ）では、燃料の噴射が行われないモータリング運転状態における回転速度との間には偏差Ｅが生じる。
【００２４】
通常の燃焼運転状態とモータリング運転状態とでの回転速度偏差Ｅは、図２に示されているように、上死点ＴＤＣ付近において燃料が着火する時期付近から生じ始め、その直後に急拡大し、燃焼行程の進行とともに次第に逓減していく。このような回転速度偏差Ｅが示す変動は、燃焼室３２内で生じる燃料の燃焼に伴って発生する熱発生率と実質的に同等の変動であり、回転速度偏差Ｅは熱発生率に比例しているということができる。噴射された燃料の着火時期Ｔｉは、燃料の着火によって燃焼室３２内の圧力が急増しピストン３３を強く押し下げるものと考えられるので、回転速度偏差Ｅが急拡大する時期、即ち、回転速度偏差Ｅの曲線の傾斜（微分値）Ｌが最大となる時期とみなすことができる。
【００２５】
図１を参照して，この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置の一実施例について説明する。モータリング運転状態と通常の燃焼運転状態との間で、エンジン１の出力軸であるクランク軸２の回転速度の変動の偏差を得るには、回転検出用のセンサとして高分解能のセンサを用いる必要がある。そのようなセンサとして、例えば、ロータリエンコーダＲＥがある。光学式のロータリエンコーダＲＥは、回転を検出すべきクランク軸２に取り付けられた回転円板４に１つのスリット５と回転軸の周りに環状に並ぶ多数のスリット６を形成し、回転円板４の一側に発光素子７，８を配置し、回転円板４の他側において発光素子７，８にそれぞれ対応した位置に受光素子９，１０を配置することにより構成されている。発光素子７，８が発した光が回転円板４に貫通した状態に形成されたスリット５，６を通ることで受光素子９，１０に検出されたとき、受光素子９，１０は検出信号を発する。なお、光学式のロータリエンコーダＲＥに代わりに、回転円板にスリットに代えて磁石を配置し、発光・受光素子の代えて回転円板に近接配置した磁気センサで磁石を検出することにより、回転角度を検出する磁気式のロータリエンコーダを用いてもよい。
【００２６】
発光素子７が発した光が回転円板４に軸方向に貫通して形成された１つのスリット５を通ることにより、受光素子９はクランク軸２の２回転に１つの割合の波形信号１１（１つのパルス）を出力する。波形信号１１は、気筒番号に対応した信号であり、４つの気筒においてそれぞれ４サイクルの燃焼サイクルが一巡したことに対応している。スリット５は、気筒判別用である。
【００２７】
発光素子８が発した光が回転円板４に形成された多数のスリット６を通過した光を受光素子１０が検出することによって、クランク軸２の回転角度に応じたパルスを生じたパルス信号が得られる。パルスの時間間隔を計測することで、クランク軸２の回転速度を検出することができる。クランク軸２の回転は、プーリ・ベルトのような適当な変速比（１／２）を有する伝動機構３を介してロータリエンコーダＲＥに伝達される。微小なクランク角度、例えば１°毎のパルスを知るため、スリット６の数は、７２０とされる。クランク軸２の回転速度の分解能は、スリットの数を増やすほど向上させることが可能である。
【００２８】
受光素子９，１０が出力した波形信号１１，１２は、それぞれ整形器１３，１４に入力されてパルス状の信号に整形され、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であるコントローラ１８の入力手段１９に入力される。エンジンの燃焼室内での燃料の噴射・燃焼を行う燃焼状態にあるときに受光素子１０が検出した検出信号は整形器１３によって成形される。この成形された信号は、パルス間隔が短いほど速い回転速度を表す実回転速度に関する情報を含む実パルス信号１６である。
【００２９】
モータリング運転時におけるクランク軸２の回転速度に生じる変動のデータは、エンジンの機種毎にコントローラのＲＯＭ２０に記憶される。このデータの精度に問題が生じた場合には、当初のデータは学習によって修正される。即ち、ブレーキ作動時においてはエンジン１においては、インジェクタ３１から燃焼室３２への燃料がカットされるので、エンジン１の運転状態はモータリング運転状態となる。エンジン１がモータリング運転状態にあるときに受光素子１０が検出した信号は、クランク軸２の回転角度に応じた基準パルス信号１７である。基準パルス信号１７は、実パルス信号１６と同様、パルス間隔が短いほど速い回転速度を表す基準回転速度に関する情報を含んでいる。基準パルス信号１７は入力手段１９を介して記憶手段であるＲＯＭ２０に基準信号（基準データ）として記憶させることができ、このとき、ＲＯＭ２０に記憶されているデータが補正される。
【００３０】
ＲＯＭ２０に記憶されているモータリング運転状態におけるクランク軸２の回転速度である基準パルス信号１７（図２の曲線Ｂに応じたパルス信号１７）のデータは、読み出されてコントローラ１８の偏差算出手段２１に入力される。偏差算出手段２１は、高速にデジタル演算可能なＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）であり、ＤＳＰにおいては、偏差算出手段２１が実パルス信号１６とモータリング運転時におけるクランク軸２の基準パルス信号１７とを対比させる高速演算処理を行い、気筒番号信号であるパルス状信号１５をトリガとして、実パルス信号１６の実パルス間隔ｔ₁と基準パルス信号１７の基準パルス間隔ｔ₀との時間差Δｔを検出し、時間差Δｔに基づいて回転速度偏差Ｅを算出する。ＲＯＭ２０には、特定の離散的な基準回転速度におけるクランク軸回転速度についての基準パルス信号１７が記憶されているに過ぎないので、偏差算出手段２１は、基準回転速度を補間して実回転速度と平均回転速度を一致させた状態で、実回転速度と基準回転速度との偏差Ｅを求める。このようにして求めた回転速度偏差Ｅは、熱発生率に比例するものとして取り扱われる。
【００３１】
偏差算出手段２１が求めた熱発生率に相当するデータとしての回転速度偏差Ｅは、演算器２２によって偏差積分値Ｉ、及び偏差微分値Ｄ等の熱発生率に関連する実燃料噴射状態としてのデータを演算する。その演算結果は、コントローラ１８の噴射条件決定手段２３に出力される。
【００３２】
コントローラ１８には、エンジンの気筒判別センサ、エンジン回転数Ｎｅや上死点（ＴＤＣ）を検出するためのクランク角センサ、アクセルペダル踏込み量Ａｃｃを検出するためのアクセル開度センサ、冷却水温度Ｔｗを検出するための水温センサ、及び吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号が入力されている。コモンレール式燃料噴射システムが適用される場合には、コモンレールに設けられた圧力センサによって検出されたコモンレール内の燃料圧の検出信号がコントローラ１８に送られる。
【００３３】
噴射条件決定手段２３は、各種センサが検出したエンジンの運転状態に応じて、最適な燃料噴射開始時期、燃料噴射期間、初期燃料噴射量，燃料噴射圧力等の目標燃料噴射条件を求める。噴射条件決定手段２３は、エンジン出力を運転状態に即した最適出力とするため、演算器２２からの熱発生率に関連するデータ、即ち、実燃料噴射状態に関するデータとエンジンの運転状態に応じた目標燃料噴射条件とに応じた最適な燃料噴射条件でインジェクタ３１から燃焼室３２への燃料噴射が行われるように、各気筒における最終燃料噴射条件を決定する。実燃料噴射状態と目標燃料噴射条件とを対比しているため、燃料噴射のフィードバック制御が行われる。コントローラ１８の出力手段２４は、インジェクタ３１からの燃料噴射を実行するため、噴射条件決定手段２３が決定した最終燃料噴射条件に応じた制御信号をインジェクタ３１の電磁アクチュエータ等に出力する。
【００３４】
実燃料噴射状態、目標燃料噴射条件及び最終燃料噴射条件が、それぞれ実燃料噴射量、目標燃料噴射量及び最終目標燃料噴射量であるときには、噴射条件決定手段２３は、燃焼行程中の各気筒について回転速度偏差Ｅを積算して求めた偏差積分値Ｉ（図２の回転偏差Ｅの面積）を燃焼行程にある各気筒について燃焼した実燃料噴射量の相当量として求める。目標燃料噴射量と偏差積分値Ｉから求めた燃料噴射量とを比較することにより各気筒における噴射量偏差が求められ、噴射量偏差に基づいて求められた噴射量補正量で目標燃料噴射量を補正することにより最終目標燃料噴射量が決定される。
【００３５】
実燃料噴射状態、目標燃料噴射条件及び最終燃料噴射条件が、それぞれ実燃料着火時期、目標燃料着火時期及び最終目標燃料噴射時期であるときには、噴射条件決定手段２３は、燃焼行程にある各気筒について回転速度偏差Ｅを微分した偏差変化率Ｄを求め、偏差変化率Ｄが最大値となる時期を実燃料着火時期Ｔｉ（図２の回転速度偏差Ｅの傾きＬが最大傾斜を示す時期を参照）として求める。噴射条件決定手段２３は、目標燃料噴射時期と実燃料着火時期Ｔｉとを比較して求めた着火時期偏差に基づいて着火時期補正量を求め、目標燃料噴射時期を着火時期補正量で補正することにより最終目標燃料噴射時期を求める。
【００３６】
実燃料噴射状態、目標燃料噴射条件及び最終燃料噴射条件が、それぞれ実初期燃料噴射量、目標初期燃料噴射量及び最終目標初期燃料噴射量であるときには、噴射条件決定手段２３は、実燃料着火時期Ｔｉ前の回転速度偏差を積算した偏差積分値Ｉｉ（図２参照）を求める。偏差積分値Ｉｉは、燃焼行程において実燃料着火時期Ｔｉ前に燃焼した予混合燃焼燃料量、即ち、実初期燃料噴射量に相当する量と考えられる。噴射条件決定手段２３は、目標初期燃料噴射量と実初期燃料噴射量とに基づいて各気筒における最終目標初期燃料噴射量を決定する。噴射条件決定手段２３は、目標初期燃料噴射量と実初期燃料噴射量とを比較して求めた初期噴射量偏差に基づいて初期噴射量補正量を求め、目標初期燃料噴射量を初期噴射量補正量で補正することにより最終目標初期燃料噴射量を求める。
【００３７】
図３のグラフには、４気筒エンジンにおいて、従来のエンジンの場合と、この発明による燃料噴射制御装置が適用された場合との、クランク角度に応じたエンジン回転速度の変動が示されている。図３のグラフでは、従来の燃料噴射制御装置を用いた場合のエンジンの回転速度が点線で示されており、この発明による燃料噴射制御装置を適用した場合のエンジンの回転速度が実線で示されている。従来の燃料噴射制御装置では、各気筒＃１〜＃４によって回転速度が不揃いであるのが認められるのに対して、この発明による燃料噴射制御装置を適用した場合のエンジンの各気筒＃１〜＃４の回転速度は同じ態様で変動しており、燃焼バラツキが解消されているのがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置によれば、エンジンが燃焼状態にあるときにエンジンの出力軸の回転に伴って回転センサが出力した回転軸の実回転速度に関する情報を含む検出信号と、記憶手段に記憶されたエンジンの出力軸の基準回転速度に関する情報を含む基準信号とに基づいて、実回転速度と前記基準回転速度との回転速度偏差を算出する。回転速度偏差は、燃焼に伴って燃焼室で発生した熱量の熱発生率に相当するとみなされるので、エンジンの運転状態から求められた目標燃料噴射条件と、回転速度偏差から求められた各気筒の実燃料噴射状態とを対比することによって、各気筒における最終燃料噴射条件を決定し、決定された最終燃料噴射条件に応じた制御信号でインジェクタからの燃料の噴射を実行するので、各気筒の燃料噴射量のバラツキや着火時期等の各気筒の実燃料噴射状態をエンジンの出力軸の回転変動から求めて、実燃料噴射状態のバラツキによる燃焼バラツキを正確に把握し、燃料噴射条件を補正することにより、目標の燃料噴射条件で燃料噴射を実行して燃焼バラツキを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】この発明によるエンジンの燃料噴射制御装置による実回転速度と基準回転速度との回転速度偏差を説明するグラフである。
【図３】従来のエンジンと比較してこの発明によるエンジンの燃料噴射制御装置によって回転速度のバラツキが解消される様子を示すグラフである。
【符号の説明】
１エンジン
２クランク軸（出力軸）
５，６スリット
７，８発光素子
９，１０受光素子
１３，１４整形器
１６実パルス信号
１７基準パルス信号
１８コントローラ
１９入力手段
２０ＲＯＭ（記憶手段）
２１偏差算出手段
２２演算器
２３噴射条件決定手段
２４出力手段
３１インジェクタ
３２燃焼室
ＲＥロータリエンコーダ
Ａ，Ｂ回転速度を表す曲線
Ｃ回転速度偏差Ｅを表す曲線
Ｅ回転速度偏差
Ｆ圧縮行程
Ｇ膨張行程（燃焼行程）
Ｄ回転速度偏差Ｅの微分値（変化率）
Ｉ回転速度偏差Ｅの積分値
Ｔｉ実燃料着火時期[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection control device for an engine that controls fuel injection by acquiring data corresponding to a heat generation rate generated in a combustion chamber from rotation fluctuations of an engine output shaft.
[0002]
[Prior art]
Regarding engine fuel injection, not only in a compression ignition type engine such as a diesel engine, but also in a gasoline engine, the injection pressure is increased and the injection conditions such as the fuel injection timing and the injection amount are set to the engine operating state. A so-called direct injection type fuel injection method in which fuel is directly injected into a combustion chamber from an injection hole formed at the tip of an injector is known as a method for optimal control in response.
[0003]
In a multi-cylinder engine, a common rail fuel injection system is known in which fuel delivered from a high-pressure fuel pump is stored in a pressure accumulation state and fuel is supplied from a common rail to a plurality of injectors. In the common rail fuel injection system, fuel pressurized to a predetermined pressure by a fuel pump is stored in a common rail in a pressure accumulation state, and the fuel injection amount and fuel injection timing calculated by the controller are stored in the common rail. This is a system in which fuel is injected from each injector into the combustion chamber under optimum fuel injection conditions in accordance with the operating state of the engine. In the fuel flow path from the common rail to the injection hole of each injector through the fuel supply pipe, a fuel pressure corresponding to the injection pressure is constantly acting, and each injector passes or blocks the fuel supplied through the fuel supply pipe. An electromagnetic valve that operates as described above is provided. The controller controls the pressure of the common rail and the operation of the solenoid valve of each injector so that the pressurized fuel is injected in each injector under an injection condition that is optimum for the operating state of the engine.
[0004]
Conventionally, due to variations in the fuel injection characteristics of the injector, even if the fuel injection pressure and the injection period are set to the same condition, the fuel injection amount varies from injector to injector. During operation or low load operation, variations in the fuel injection amount cause variations in the combustion state between the cylinders, causing engine vibration and noise. As one measure to cope with this problem, the actual fuel injection amount is calculated from the fuel pressure that changes before and after the fuel injection, and the basic fuel injection amount obtained from the operating state of the engine is corrected. There has been proposed a fuel injection device that aims to prevent variations in fuel injection (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-186034).
[0005]
Further, in order to solve such a problem of variation in combustion state at low speed rotation, conventionally, an average time for a predetermined angle for each cylinder is taken, a predetermined angle average time for each cylinder is set as a target value, and a single value for each cylinder is actually used. Some values are subjected to correction control so that the actual value approaches the target value (see Japanese Patent Publication Nos. 6-50077 and 6-33723). According to these preceding examples, rotation fluctuation due to combustion of each cylinder is detected, and under the injection amount control based on the same target fuel injection amount, the rotation of the crankshaft becomes faster in the cylinder in which a lot of fuel is injected. Focusing on the fact that the rotation of the crankshaft becomes slow in a cylinder with a small amount of fuel injection, fuel injection control is performed with the aim of eliminating combustion variations.
[0006]
The fuel is injected into the combustion chamber at a fuel injection start time calculated by the controller from the injector and an injection rate that is a change in time (or crank angle) of the fuel injection amount after the fuel injection start time. The combustion state of the engine is determined by a heat generation rate that is a temporal change in heat generated in the cylinder as the injected fuel ignites and burns.
[0007]
Since it is difficult to directly measure the heat generation rate, the present applicant has already provided a cylinder pressure sensor for detecting the cylinder pressure in each cylinder, and the fluctuating cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor. Has been proposed to calculate the heat release rate from the detected data (see, for example, Japanese Patent Application No. 9-306350).
[0008]
Further, in a common rail fuel injection system that has been developed in recent years, it has been proposed to estimate a fuel injection amount or a fuel injection rate based on a pressure change of the common rail. However, when the common rail pressure is low at low load rotation, it is difficult to detect variations in the fuel injection amount or the fuel injection rate from the common rail pressure for each cylinder. It is more difficult to accurately detect the fuel injection rate.
[0009]
Furthermore, in detecting the fuel ignition timing, a pressure sensor arranged in the cylinder is used, or a special sensor is used to detect the actual ignition of fuel in the combustion chamber, which increases the manufacturing cost of the engine. It is difficult to maintain the detection performance of such a sensor over a long period of time.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for example, the engine output shaft that fluctuates when the engine is in a motoring state, that is, an operating state in which fuel is not injected, and the engine output shaft that fluctuates when fuel is actually injected into the combustion chamber and burned. The deviation of the rotational speed is normally a positive deviation, and this deviation is considered to be caused by the combustion of the actually injected fuel, that is, the generation of heat in the combustion chamber. Therefore, the problem to be solved in that the fuel injection timing and the fuel injection amount are corrected by paying attention to the deviation between the rotational speed of the engine output shaft during engine motoring and the rotational speed of the engine output shaft during combustion. There is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to solve the above-described problem, and to detect the rotation speed of the engine output shaft corresponding to the heat generation rate without using the average time of one interval related to one combustion of each cylinder. By grasping the variation in combustion due to the variation in the fuel injection amount of each cylinder, grasping the combustion variation due to the variation in the ignition timing in consideration of the timing of combustion, and capturing the variation in combustion more accurately, An object of the present invention is to provide an engine fuel injection device capable of eliminating combustion variations.
[0012]
  To achieve the purpose,This inventionEngine fuel injection control deviceIs an input means for receiving a detection signal including information on the actual rotation speed of the rotation shaft output by the rotation sensor in accordance with rotation of the output shaft of the engine, and a reference signal including information on the reference rotation speed of the output shaft. Based on the storage means for storing, the detection signal input to the input means when the engine is in a combustion state, and the reference signal read from the storage means, fuel for each cylinder in the combustion stroke is stored. Deviation calculating means for calculating a rotational speed deviation between the actual rotational speed caused by combustion and the reference rotational speed, an actual fuel injection state obtained based on the rotational speed deviation calculated by the deviation calculating means, and the engine An injection condition determining means for determining a final fuel injection condition in the cylinder based on a target fuel injection condition determined based on an operating state of the engine, and disposed in the cylinder. The injection condition determining means fuel injection control device for an engine and an output means for outputting a control signal corresponding to the final fuel injection conditions determined for performing the injection of fuel from the injectors areThe output signal is a pulse signal in which an actual pulse is generated according to the rotation angle of the output shaft as the output shaft rotates, and the reference signal is when the engine is in a motoring operation state. It is a reference pulse signal that generates a reference pulse in accordance with the rotation angle of the output shaft that is output with the rotation of the output shaft.
[0013]
  A reference signal including information related to a reference rotational speed of a crankshaft, which is an output shaft of the engine when no fuel is injected and in an unloaded state, is stored in a memory (ROM) of a controller as storage means. As the engine output shaft rotates, the rotation sensor contains information about the actual rotational speed of the rotation shaft.The pulse signal is a pulse signal that generates an actual pulse according to the rotation angle of the output shaft as the output shaft rotates, and the reference signal is output when the engine is in a motoring operation state. This is a reference pulse signal that generates a reference pulse according to the rotation angle of the output shaft that is output as the shaft rotates.A detection signal is output. The deviation calculation means is caused by the combustion of fuel for each cylinder in the combustion stroke based on the detection signal input to the input means when the engine is in the combustion state and the reference signal read from the storage means. The rotational speed deviation between the actual rotational speed and the reference rotational speed generated in this way is calculated. The injection condition determining means determines the final fuel injection condition in each cylinder based on the actual fuel injection state obtained based on the rotational speed deviation calculated by the deviation calculating means and the target fuel injection condition obtained from the engine operating state. . The output means outputs a control signal corresponding to the final fuel injection condition determined by the injection condition determining means, and fuel injection from the injector is executed under the target fuel injection condition.
[0014]
The rotational speed deviation is caused by the combustion of the fuel actually injected into the combustion chamber, and it is considered that the engine piston is pushed down in response to the generation of heat to increase the rotational speed. It can be considered that it corresponds to the heat generation rate which is the rate of change of the heat generation amount. The heat release rate is an amount that is treated as reflecting the actual combustion state of fuel in the engine. If the heat generation rate is known, it is possible to change the fuel injection condition and to control the actual combustion state of the engine to the optimum combustion state for the engine operating state. In addition, if the heat generation rate is known, the combustion state in each cylinder in the multi-cylinder engine is detected, the combustion timing such as the ignition timing between the cylinders, the amount of heat generation, etc. can be found, and the fuel injection conditions in each cylinder are changed, It is also possible to control so as to eliminate combustion variations. In the control to eliminate the combustion variation, the average value of the combustion state of each cylinder may be obtained, and the fuel injection condition of each cylinder may be controlled using the average value as a target value. The fuel injection condition may be controlled so that there is no deviation in the combustion state in the cylinder to be performed.
[0015]
  in frontThe deviation calculating means calculates the rotational speed deviation based on the time difference between the pulse interval of the actual pulse in the detection signal and the pulse interval of the reference pulse in the reference signal. The deviation calculating means obtains a deviation between the actual rotation speed and the reference rotation speed in a state where the average rotation speed of the actual rotation speed and the reference rotation speed are matched.
[0016]
  The actual fuel injection state, the target fuel injection condition, and the final fuel injection condition are,Actual fuel injection amount and target fuel injection amount, respectivelyas well asFinal target fuel injection amountWhenThe injection condition determining means obtains a deviation integral value obtained by integrating the rotational speed deviation for the cylinder in the combustion stroke as a substantial amount of the actual fuel injection amount, and calculates the target fuel injection amount and the actual fuel injection amount. The final target fuel injection amount in the cylinder is determined based onIs a thing. The integral value of the heat generation rate generated corresponding to one combustion stroke is the amount of heat generated by the combustion of fuel in the combustion stroke. The heat generation amount is an amount corresponding to the amount of fuel burned in the combustion stroke, that is, the fuel injection amount. Therefore, the integral value of the deviation of the rotational speed of the engine can be handled as an amount corresponding to the heat generation amount. The injection condition determining means obtains an injection amount correction amount based on an injection amount deviation obtained by comparing the target fuel injection amount and the actual fuel injection amount, and calculates the target fuel injection amount by the injection amount correction amount. The final target fuel injection amount is obtained by correcting. That is, the fuel injection control device performs feedback control of the fuel injection amount based on the deviation between the target fuel injection amount and the actual fuel injection amount.
[0017]
  The actual fuel injection state, the target fuel injection condition, and the final fuel injection conditionBut,Actual fuel ignition timing and target fuel ignition timingas well asThe final target fuel injection timingWhenThe injection condition determining means obtains, as the actual fuel ignition timing, a timing at which a deviation change rate obtained by differentiating the rotational speed deviation for the cylinder in the combustion stroke becomes a maximum value, and the target fuel injection timing and the actual fuel timing The final target fuel injection timing for the cylinder is determined based on the ignition timing.Is a thing. Since the time when the heat generation rate becomes the maximum is considered to be a time when the injected fuel ignites to cause rapid heat generation, it can be regarded as the actual fuel ignition timing of the fuel. The injection condition determining means obtains an ignition timing correction amount based on an ignition timing deviation obtained by comparing the target fuel ignition timing and the actual fuel ignition timing, and the target fuel injection timing is calculated based on the ignition timing correction amount. The final target fuel injection timing is obtained by correcting. That is, this fuel injection control device performs feedback control of the fuel injection timing based on the deviation between the target fuel injection timing and the actual fuel ignition timing.
[0018]
  The actual fuel injection state, the target fuel injection condition, and the final fuel injection conditionBut,Actual initial fuel injection amount and target initial fuel injection amountas well asFinal target initial fuel injection amountWhenThe injection condition determining means obtains a deviation integral value obtained by integrating the rotational speed deviation before the actual fuel ignition timing as the actual initial fuel injection amount burned before the fuel ignition timing in the combustion stroke, and the target initial fuel The final target initial fuel injection amount in the cylinder is determined based on the injection amount and the actual initial fuel injection amount.Is a thing. As in the case of the fuel injection amount, the integral value of the deviation of the engine speed before the fuel ignition timing is the premixed combustion amount before the fuel ignition timing, that is, the heat when the fuel of the initial fuel injection amount burns. It can be handled as an amount corresponding to the amount generated. The injection condition determining means obtains an initial injection amount correction amount based on an initial injection amount deviation obtained by comparing the target initial fuel injection amount and the actual initial fuel injection amount, and determines the target initial fuel injection amount. The final target initial fuel injection amount is obtained by correcting with the initial injection amount correction amount. That is, this fuel injection control device performs feedback control of the initial fuel injection amount based on the deviation between the target initial fuel injection amount and the actual initial fuel injection amount.
[0019]
The storage means stores the detection signal detected by the rotation sensor as the reference signal when the engine is in a fuel non-injection state. When the engine is applied to a vehicle, the fuel injection into the combustion chamber is usually cut off in the brake state. Therefore, if the detection signal of the rotation sensor disposed on the engine output shaft is taken in this state, a reference signal including information on the reference rotation speed can be obtained.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an engine fuel injection control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an engine fuel injection control device according to the present invention, and FIG. 2 is a graph for explaining a rotational speed deviation between an actual rotational speed and a reference rotational speed by the engine fuel injection control apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a graph showing how the rotational speed variation is eliminated by the engine fuel injection control device according to the present invention as compared with the conventional engine.
[0021]
Referring to the graph of FIG. 2, FIG. 2 shows fuel injection / ignition during one revolution of the crankshaft 2 (see FIG. 1), which is an engine output shaft (hereinafter simply referred to as “output shaft”). The actual rotational speed of the output shaft (curve A) that is the actual rotational speed when performed, the rotational speed of the output shaft (curve B) that is the reference rotational speed in the motoring operation state, and the rotation that is the difference between both rotational speeds A change in speed deviation E (curve C) is shown. While the crankshaft 2 rotates twice, the compression and expansion of the air in the combustion chamber are repeated one after another with a phase difference in the four cylinders, so that the crankshaft 2 rotates at the average rotational speed Nem.
[0022]
Since the engine is a four-cycle engine, in a motoring operation state in which fuel is not injected from the injector 31 (see FIG. 1), intake is performed until the top dead center TDC is reached while the crankshaft 2 rotates twice. With both the valve and the exhaust valve closed, the piston 33 (see FIG. 1) rises to compress the air in the combustion chamber 32 (see FIG. 1) and the compression after passing through the top dead center TDC. There is an expansion stroke G in which the compressed air expands as the piston 33 descends. In the compression stroke F, the piston 33 compresses the air in the combustion chamber 32, that is, rises toward the top dead center TDC while working on the air, so that the rotational speed of the output shaft gradually decreases. In the expansion stroke G, the air compressed in the combustion chamber 32 expands, that is, the air works on the piston 33, so that the rotational speed of the crankshaft 2 increases. In the motoring operation state, the rotational speed of the crankshaft 2 repeatedly fluctuates up and down the average rotational speed Nem, but since fuel is not injected, the mode of deceleration in the compression stroke F of the rotational speed of the crankshaft 2 The speed increasing mode in the expansion stroke G is substantially symmetric.
[0023]
When the engine performs a cycle involving normal fuel injection / combustion, fuel injection / combustion is sequentially performed in the four cylinders while the crankshaft 2 rotates twice. In each cylinder, compression, combustion, exhaust, and intake are performed. Each of the steps proceeds sequentially with a phase difference. As shown by the curve A, the rotational speed of the crankshaft 2 is averaged to the average speed Nem even if it fluctuates in each stroke of the engine cycle as in motoring, but the rotational speed of the crankshaft 2 is detailed. In view of this, the mode of deceleration in the compression stroke F and the mode of speed increase in the expansion stroke G are not symmetrical. That is, in the combustion stroke, since the fuel is ignited and burned in the vicinity of the top dead center TDC, heat is generated in the combustion chamber 32, and the piston 33 is moved by the force based on the pressure in the combustion chamber 32 that is further increased by the generated heat. It is pushed down strongly and accelerates faster than the motoring operation state. Thereafter, the compression / combustion stroke is repeated in the cylinder of the next combustion sequence, and therefore, in the increasing process of the rotational fluctuation of the crankshaft 2 (stroke G), the rotational speed in the motoring operation state where fuel injection is not performed Deviation E occurs between.
[0024]
As shown in FIG. 2, the rotational speed deviation E between the normal combustion operation state and the motoring operation state starts to occur near the time when the fuel ignites in the vicinity of the top dead center TDC, and rapidly increases immediately thereafter. However, it gradually decreases with the progress of the combustion stroke. Such fluctuation indicated by the rotational speed deviation E is substantially the same as the heat generation rate generated by the combustion of the fuel generated in the combustion chamber 32, and the rotational speed deviation E is proportional to the heat generation rate. It can be said that Since the ignition timing Ti of the injected fuel is considered to be that the pressure in the combustion chamber 32 suddenly increases due to the ignition of the fuel and pushes down the piston 33 strongly, the timing at which the rotational speed deviation E suddenly increases, that is, the rotational speed deviation E It can be regarded as a time when the slope (differential value) L of the curve becomes maximum.
[0025]
An embodiment of an engine fuel injection control apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In order to obtain a deviation in fluctuation of the rotational speed of the crankshaft 2 that is the output shaft of the engine 1 between the motoring operation state and the normal combustion operation state, it is necessary to use a high-resolution sensor as a rotation detection sensor. There is. An example of such a sensor is a rotary encoder RE. The optical rotary encoder RE forms a single slit 5 and a large number of slits 6 arranged in a ring around the rotary shaft on the rotary disc 4 attached to the crankshaft 2 whose rotation is to be detected. The light emitting elements 7 and 8 are arranged on one side, and the light receiving elements 9 and 10 are arranged on the other side of the rotating disk 4 at positions corresponding to the light emitting elements 7 and 8 respectively. When the light emitted from the light emitting elements 7 and 8 is detected by the light receiving elements 9 and 10 through the slits 5 and 6 formed so as to penetrate the rotating disk 4, the light receiving elements 9 and 10 receive the detection signal. To emit. In place of the optical rotary encoder RE, a magnet is arranged in place of the slit in the rotating disk, and the magnet is detected by a magnetic sensor arranged in the vicinity of the rotating disk in place of the light emitting / receiving element. A magnetic rotary encoder that detects the angle may be used.
[0026]
The light emitted from the light emitting element 7 passes through one slit 5 formed so as to penetrate the rotating disk 4 in the axial direction, so that the light receiving element 9 has a waveform signal 11 (one for every two rotations of the crankshaft 2). 1 pulse) is output. The waveform signal 11 is a signal corresponding to the cylinder number, and corresponds to one cycle of four combustion cycles in each of the four cylinders. The slit 5 is for cylinder discrimination.
[0027]
The light-receiving element 10 detects the light emitted from the light-emitting element 8 that has passed through a large number of slits 6 formed in the rotating disk 4, thereby generating a pulse signal that generates a pulse corresponding to the rotation angle of the crankshaft 2. can get. The rotational speed of the crankshaft 2 can be detected by measuring the time interval between pulses. The rotation of the crankshaft 2 is transmitted to the rotary encoder RE through a transmission mechanism 3 having an appropriate gear ratio (1/2) such as a pulley and a belt. The number of slits 6 is set to 720 in order to know a minute crank angle, for example, a pulse every 1 °. The resolution of the rotational speed of the crankshaft 2 can be improved as the number of slits is increased.
[0028]
The waveform signals 11 and 12 output from the light receiving elements 9 and 10 are respectively input to the shapers 13 and 14 to be shaped into pulse signals and input to the input means 19 of the controller 18 which is an engine control unit (ECU). The A detection signal detected by the light receiving element 10 when the fuel is injected and burned in the combustion chamber of the engine is shaped by the shaper 13. This shaped signal is an actual pulse signal 16 that includes information about the actual rotation speed that represents a higher rotation speed as the pulse interval is shorter.
[0029]
Data of fluctuations that occur in the rotational speed of the crankshaft 2 during motoring operation are stored in the ROM 20 of the controller for each engine model. If there is a problem with the accuracy of this data, the original data is corrected by learning. That is, when the brake is operated, the fuel from the injector 31 to the combustion chamber 32 is cut in the engine 1, so that the operating state of the engine 1 becomes a motoring operating state. The signal detected by the light receiving element 10 when the engine 1 is in the motoring operation state is a reference pulse signal 17 corresponding to the rotation angle of the crankshaft 2. Similar to the actual pulse signal 16, the reference pulse signal 17 includes information on a reference rotation speed that represents a higher rotation speed as the pulse interval is shorter. The reference pulse signal 17 can be stored as a reference signal (reference data) in the ROM 20 as the storage means via the input means 19, and at this time, the data stored in the ROM 20 is corrected.
[0030]
The data of the reference pulse signal 17 (the pulse signal 17 corresponding to the curve B in FIG. 2) which is the rotational speed of the crankshaft 2 in the motoring operation state stored in the ROM 20 is read out and the deviation calculating means of the controller 18 is read out. 21 is input. The deviation calculating means 21 is a DSP (Digital Signal Processor) capable of high-speed digital calculation. In the DSP, the deviation calculating means 21 outputs the actual pulse signal 16 and the reference pulse signal 17 of the crankshaft 2 during motoring operation. High-speed arithmetic processing for comparison is performed, and the actual pulse interval t of the actual pulse signal 16 is triggered by the pulse signal 15 that is the cylinder number signal.₁And the reference pulse interval t of the reference pulse signal 17₀And a rotational speed deviation E is calculated based on the time difference Δt. Since the ROM 20 only stores the reference pulse signal 17 for the crankshaft rotation speed at a specific discrete reference rotation speed, the deviation calculating means 21 interpolates the reference rotation speed to obtain the actual rotation speed. A deviation E between the actual rotation speed and the reference rotation speed is obtained with the average rotation speed being matched. The rotational speed deviation E thus obtained is handled as being proportional to the heat generation rate.
[0031]
The rotational speed deviation E as data corresponding to the heat generation rate obtained by the deviation calculating means 21 is obtained as an actual fuel injection state related to the heat generation rate such as the deviation integral value I and the deviation differential value D by the calculator 22. Calculate the data. The calculation result is output to the injection condition determining means 23 of the controller 18.
[0032]
The controller 18 includes an engine cylinder discrimination sensor, a crank angle sensor for detecting the engine speed Ne and top dead center (TDC), an accelerator opening sensor for detecting the accelerator pedal depression amount Acc, and a coolant temperature Tw. Signals from various sensors for detecting the operating state of the engine, such as a water temperature sensor for detecting the pressure and an intake pipe pressure sensor for detecting the intake pipe pressure, are input. When the common rail type fuel injection system is applied, a detection signal of the fuel pressure in the common rail detected by a pressure sensor provided in the common rail is sent to the controller 18.
[0033]
The injection condition determination means 23 obtains target fuel injection conditions such as an optimal fuel injection start timing, a fuel injection period, an initial fuel injection amount, a fuel injection pressure, etc., according to the engine operating state detected by various sensors. The injection condition determining means 23 is adapted to the data related to the heat generation rate from the computing unit 22, that is, the data related to the actual fuel injection state and the engine operating state in order to make the engine output the optimum output according to the operating state. The final fuel injection condition in each cylinder is determined so that the fuel injection from the injector 31 to the combustion chamber 32 is performed under the optimal fuel injection condition corresponding to the target fuel injection condition. Since the actual fuel injection state is compared with the target fuel injection condition, feedback control of fuel injection is performed. The output means 24 of the controller 18 outputs a control signal corresponding to the final fuel injection condition determined by the injection condition determining means 23 to the electromagnetic actuator or the like of the injector 31 in order to execute fuel injection from the injector 31.
[0034]
  Actual fuel injection condition, target fuel injection condition and final fuel injection condition are,Actual fuel injection amount and target fuel injection amount, respectivelyas well asWhen the fuel injection amount is the final target fuel injection amount, the injection condition determination means 23 calculates the deviation integrated value I (the area of the rotational deviation E in FIG. 2) obtained by integrating the rotational speed deviation E for each cylinder in the combustion stroke. Is obtained as a substantial amount of the actual fuel injection amount combusted for each cylinder. By comparing the target fuel injection amount with the fuel injection amount obtained from the deviation integral value I, the injection amount deviation in each cylinder is obtained, and the target fuel injection amount is determined by the injection amount correction amount obtained based on the injection amount deviation. By correcting, the final target fuel injection amount is determined.
[0035]
  Actual fuel injection condition, target fuel injection condition and final fuel injection condition are,Actual fuel ignition timing and target fuel ignition timingas well asWhen it is the final target fuel injection timing, the injection condition determining means 23 obtains a deviation change rate D obtained by differentiating the rotational speed deviation E for each cylinder in the combustion stroke, and determines the time when the deviation change rate D is the maximum value as the actual fuel. It is determined as the ignition timing Ti (refer to the timing when the inclination L of the rotational speed deviation E in FIG. 2 shows the maximum inclination). The injection condition determining means 23 obtains an ignition timing correction amount based on an ignition timing deviation obtained by comparing the target fuel injection timing and the actual fuel ignition timing Ti, and corrects the target fuel injection timing with the ignition timing correction amount. To obtain the final target fuel injection timing.
[0036]
  Actual fuel injection condition, target fuel injection condition and final fuel injection conditionIsActual initial fuel injection amount and target initial fuel injection amountas well asWhen it is the final target initial fuel injection amount, the injection condition determination means 23 obtains a deviation integral value Ii (see FIG. 2) obtained by integrating the rotational speed deviation before the actual fuel ignition timing Ti. The deviation integrated value Ii is considered to be the amount of premixed combustion fuel burned before the actual fuel ignition timing Ti in the combustion stroke, that is, the amount corresponding to the actual initial fuel injection amount. The injection condition determining means 23 determines the final target initial fuel injection amount in each cylinder based on the target initial fuel injection amount and the actual initial fuel injection amount. The injection condition determination means 23 obtains an initial injection amount correction amount based on the initial injection amount deviation obtained by comparing the target initial fuel injection amount and the actual initial fuel injection amount, and corrects the target initial fuel injection amount to the initial injection amount correction. The final target initial fuel injection amount is obtained by correcting with the amount.
[0037]
The graph of FIG. 3 shows the fluctuation of the engine speed according to the crank angle in the case of the conventional engine and the case where the fuel injection control device according to the present invention is applied in the four-cylinder engine. In the graph of FIG. 3, the rotational speed of the engine when the conventional fuel injection control device is used is indicated by a dotted line, and the rotational speed of the engine when the fuel injection control device according to the present invention is applied is indicated by a solid line. ing. In the conventional fuel injection control device, it is recognized that the rotational speeds are not uniform among the cylinders # 1 to # 4, whereas the cylinders # 1 to # 1 of the engine when the fuel injection control device according to the present invention is applied. The rotational speed of # 4 fluctuates in the same manner, and it can be seen that the combustion variation is eliminated.
[0038]
【The invention's effect】
According to the engine fuel injection control device of the present invention, when the engine is in the combustion state, the detection signal including information on the actual rotational speed of the rotating shaft output by the rotation sensor in accordance with the rotation of the output shaft of the engine, and the storage A rotational speed deviation between the actual rotational speed and the reference rotational speed is calculated on the basis of a reference signal including information on the reference rotational speed of the output shaft of the engine stored in the means. Since the rotational speed deviation is considered to correspond to the heat generation rate of the amount of heat generated in the combustion chamber with combustion, the target fuel injection condition obtained from the operating state of the engine and each cylinder obtained from the rotational speed deviation By comparing the actual fuel injection state with each other, the final fuel injection condition in each cylinder is determined, and fuel injection from the injector is executed with a control signal corresponding to the determined final fuel injection condition. To determine the actual fuel injection state of each cylinder, such as injection amount variation and ignition timing, from the rotational fluctuation of the output shaft of the engine, accurately grasp the combustion variation due to variation in the actual fuel injection state, and correct the fuel injection condition Thus, the fuel injection can be executed under the target fuel injection condition to eliminate the combustion variation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an engine fuel injection control apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a graph for explaining a rotational speed deviation between an actual rotational speed and a reference rotational speed by an engine fuel injection control device according to the present invention;
FIG. 3 is a graph showing how a variation in rotational speed is eliminated by an engine fuel injection control device according to the present invention as compared with a conventional engine.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Crankshaft (output shaft)
5,6 slit
7,8 Light emitting device
9,10 Light receiving element
13,14 Shaper
16 Real pulse signal
17 Reference pulse signal
18 Controller
19 Input means
20 ROM (storage means)
21 Deviation calculation means
22 Calculator
23 Injection condition determining means
24 Output means
31 Injector
32 Combustion chamber
RE rotary encoder
A, B Curves representing rotation speed
C Curve representing rotational speed deviation E
E Rotational speed deviation
F Compression process
G Expansion stroke (combustion stroke)
D Differential value of rotation speed deviation E (rate of change)
I Integral value of rotational speed deviation E
Ti actual fuel ignition timing

Claims

エンジンの出力軸の回転に伴って回転センサが出力した前記出力軸の実回転速度に関する情報を含む検出信号が入力される入力手段、前記出力軸の基準回転速度に関する情報を含む基準信号を記憶する記憶手段、前記エンジンが燃焼状態にあるときに前記入力手段に入力された前記検出信号と前記記憶手段から読み出された前記基準信号とに基づいて、燃焼行程にある気筒毎に燃料の燃焼に起因して生じる前記実回転速度と前記基準回転速度との回転速度偏差を算出する偏差算出手段、前記偏差算出手段が算出した前記回転速度偏差に基づいて求めた実燃料噴射状態と前記エンジンの運転状態に基づいて求められた目標燃料噴射条件とに基づいて前記気筒における最終燃料噴射条件を決定する噴射条件決定手段、及び前記気筒に配設されているインジェクタからの燃料の噴射を実行するため前記噴射条件決定手段が決定した前記最終燃料噴射条件に応じた制御信号を出力する出力手段から成るエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記検出信号は、前記出力軸の回転に伴って前記出力軸の回転角度に応じた実パルスを生じたパルス信号であり、前記基準信号は、前記エンジンがモータリング運転状態にあるときに前記出力軸の回転に伴って出力された前記出力軸の回転角度に応じて基準パルスを生じた基準パルス信号であることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。 Input means for receiving a detection signal including information on the actual rotation speed of the output shaft output by the rotation sensor in accordance with rotation of the output shaft of the engine, and storing a reference signal including information on the reference rotation speed of the output shaft Based on the detection signal input to the input means and the reference signal read from the storage means when the engine is in a combustion state, the storage means, and the fuel is burned for each cylinder in the combustion stroke Deviation calculating means for calculating a rotational speed deviation between the actual rotational speed and the reference rotational speed generated due to the actual rotational speed deviation calculated by the deviation calculating means, and the actual fuel injection state calculated based on the rotational speed deviation and the operation of the engine Injection condition determining means for determining a final fuel injection condition in the cylinder based on a target fuel injection condition determined based on a state, and disposed in the cylinder The fuel injection control device for an engine and an output means for outputting a control signal corresponding to the final fuel injection condition the injection condition determining means has determined to perform the injection of fuel from the injector,
The detection signal is a pulse signal in which an actual pulse corresponding to the rotation angle of the output shaft is generated with the rotation of the output shaft, and the reference signal is output when the engine is in a motoring operation state. An engine fuel injection control device comprising a reference pulse signal that generates a reference pulse in accordance with a rotation angle of the output shaft that is output in accordance with rotation of the shaft.

前記偏差算出手段は、前記検出信号における前記実パルスのパルス間隔と前記基準信号における前記基準パルスのパルス間隔との時間差に基づいて、前記回転速度偏差を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。Said deviation calculation means, wherein based on said time difference between the pulse interval of the reference pulse in the in the detection signal and the actual pulse pulse interval of the reference signal, characterized in that for calculating the rotational speed deviation Item 4. A fuel injection control device for an engine according to Item 1.

前記偏差算出手段は、前記実回転速度と前記基準回転速度との平均回転速度を一致させた状態で、前記実回転速度と前記基準回転速度との偏差を求めるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。Said deviation calculation means, the state in which to match the average rotational speed of the actual rotational speed and the reference speed, claims wherein the one in which a deviation between the actual rotational speed and the reference speed Item 3. The fuel injection control device for an engine according to Item 1 or 2 .

前記実燃料噴射状態、前記目標燃料噴射条件及び前記最終燃料噴射条件が、それぞれ実燃料噴射量、目標燃料噴射量及び最終目標燃料噴射量であるときには、前記噴射条件決定手段は、前記燃焼行程中の前記気筒について前記回転速度偏差を積算した偏差積分値を前記実燃料噴射量の相当量として求め、前記目標燃料噴射量と前記実燃料噴射量とに基づいて前記気筒における前記最終目標燃料噴射量を決定するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。When the actual fuel injection state, the target fuel injection condition, and the final fuel injection condition are an actual fuel injection amount, a target fuel injection amount, and a final target fuel injection amount, respectively, the injection condition determining means A deviation integrated value obtained by integrating the rotational speed deviation of the cylinder is obtained as a substantial amount of the actual fuel injection amount, and the final target fuel injection amount in the cylinder is determined based on the target fuel injection amount and the actual fuel injection amount. the fuel injection control apparatus for an engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to determine the.

前記噴射条件決定手段は、前記目標燃料噴射量と前記実燃料噴射量とを比較して求めた噴射量偏差に基づいて噴射量補正量を求め、前記目標燃料噴射量を前記噴射量補正量で補正することにより前記最終目標燃料噴射量を求めるものであることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。The injection condition determining means obtains an injection amount correction amount based on an injection amount deviation obtained by comparing the target fuel injection amount and the actual fuel injection amount, and calculates the target fuel injection amount by the injection amount correction amount. The engine fuel injection control device according to claim 4 , wherein the final target fuel injection amount is obtained by correction .

前記実燃料噴射状態、前記目標燃料噴射条件及び前記最終燃料噴射条件が、それぞれ実燃料着火時期、目標燃料着火時期及び最終目標燃料噴射時期であるときには、前記噴射条件決定手段は、前記燃焼行程にある前記気筒について前記回転速度偏差を微分した偏差変化率が最大値となる時期を前記実燃料着火時期として求め、前記目標燃料噴射時期と前記実燃料着火時期とに基づいて前記気筒における前記最終目標燃料噴射時期を決定するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。When the actual fuel injection state, the target fuel injection condition, and the final fuel injection condition are an actual fuel ignition timing, a target fuel ignition timing, and a final target fuel injection timing, respectively, the injection condition determining means includes the combustion stroke. A timing at which a deviation change rate obtained by differentiating the rotational speed deviation for a certain cylinder becomes a maximum value is obtained as the actual fuel ignition timing, and the final target in the cylinder is determined based on the target fuel injection timing and the actual fuel ignition timing. the fuel injection control apparatus for an engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to determine the fuel injection timing.

前記噴射条件決定手段は、前記目標燃料着火時期と前記実燃料着火時期とを比較して求めた着火時期偏差に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標燃料噴射時期を前記着火時期補正量で補正することにより前記最終目標燃料噴射時期を求めるものであることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。The injection condition determining means obtains an ignition timing correction amount based on an ignition timing deviation obtained by comparing the target fuel ignition timing and the actual fuel ignition timing, and the target fuel injection timing is calculated based on the ignition timing correction amount. 7. The engine fuel injection control apparatus according to claim 6 , wherein the final target fuel injection timing is obtained by correction .

前記実燃料噴射状態、前記目標燃料噴射条件及び前記最終燃料噴射条件が、それぞれ実初期燃料噴射量、目標初期燃料噴射量及び最終目標初期燃料噴射量であるときには、前記噴射条件決定手段は、前記実燃料着火時期前の前記回転速度偏差を積算した偏差積分値を前記燃焼行程において燃料着火時期前に燃焼した前記実初期燃料噴射量として求め、前記目標初期燃料噴射量と前記実初期燃料噴射量とに基づいて前記気筒における前記最終目標初期燃料噴射量を決定するものであることを特徴とする請求項６又は７に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。When the actual fuel injection state, the target fuel injection condition and the final fuel injection condition are an actual initial fuel injection amount, a target initial fuel injection amount and a final target initial fuel injection amount, respectively, the injection condition determining means A deviation integrated value obtained by integrating the rotational speed deviation before the actual fuel ignition timing is obtained as the actual initial fuel injection amount burned before the fuel ignition timing in the combustion stroke, and the target initial fuel injection amount and the actual initial fuel injection amount are obtained. 8. The fuel injection control device for an engine according to claim 6, wherein the final target initial fuel injection amount in the cylinder is determined based on

前記噴射条件決定手段は、前記目標初期燃料噴射量と前記実初期燃料噴射量とを比較して求めた初期噴射量偏差に基づいて初期噴射量補正量を求め、前記目標初期燃料噴射量を前記初期噴射量補正量で補正することにより前記最終目標初期燃料噴射量を求めるものであることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。The injection condition determining means obtains an initial injection amount correction amount based on an initial injection amount deviation obtained by comparing the target initial fuel injection amount and the actual initial fuel injection amount, and determines the target initial fuel injection amount. 9. The fuel injection control device for an engine according to claim 8 , wherein the final target initial fuel injection amount is obtained by correcting with an initial injection amount correction amount .

前記記憶手段は、前記エンジンが燃料の非噴射状態にあるときに前記回転センサが検出した前記検出信号を前記基準信号として記憶することから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。 The engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the storage means stores the detection signal detected by the rotation sensor as the reference signal when the engine is in a non-injection state of fuel. Fuel injection control device.