JP4407427B2

JP4407427B2 - 内燃機関用燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4407427B2
Application number: JP2004244949A
Authority: JP
Inventors: 享史菊谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP2006063824A

Description

本発明は、例えば、コモンレール式燃料噴射装置を搭載する直噴ディーゼルエンジン等において、高噴射領域（高負荷、高回転）での気筒間の噴射量ばらつきを抑制する内燃機関用燃料噴射制御装置に関する。

従来、複数の気筒を有するエンジンでは、各気筒間の爆発力のばらつきによる各気筒の回転速度変動に起因してエンジン振動が発生する。特に、エンジンの無負荷状態、つまりアイドル安定状態においては、そのエンジン振動が運転者に不快感を与える場合がある。上記のような気筒間に生じる回転速度変動を抑制するために、気筒毎の燃料噴射量を補正する気筒間噴射量補正制御（ＦＣＣＢ補正）が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。
これは、各気筒の回転速度変動を検出し、そ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、気筒間の回転速度変動を平滑化するように、気筒毎の燃料噴射量を増減補正するものである。
特開昭６０−２５６５３７号公報特開２００１−３５５５００号公報

しかし、従来のＦＣＣＢ補正は、エンジン回転速度が安定した状態、つまりアイドリング状態で実施されるため、エンジン回転速度が変動する高噴射領域では実施できない。このため、高噴射領域では、気筒間の噴射量ばらつきを抑制することが困難であり、エンジン振動によるドライバビリティの悪化、および排気ガス性能が悪化する問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、高噴射領域での気筒間の噴射量ばらつきを抑制できる内燃機関用燃料噴射制御装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の内燃機関用燃料噴射制御装置は、車速を一定に保つことのできるクルーズコントロール装置を搭載する車両において、燃料を圧送する燃料供給ポンプと、この燃料供給ポンプより圧送された燃料を所定の噴射圧力まで蓄えるコモンレールと、多気筒内燃機関の各気筒に取り付けられた複数のインジェクタとを有し、コモンレールに蓄圧された燃料を複数のインジェクタより各気筒内へ噴射するコモンレール式燃料噴射装置と、所定の学習実行条件が成立した上で、内燃機関の気筒間の噴射量ばらつきを検出し、その噴射量ばらつきを抑制するために、気筒毎の噴射量を補正する噴射量補正手段とを備える。

噴射量補正手段は、クルーズコントロール装置により車速が一定に保たれた状態で、コモンレールに蓄圧される燃料圧力（コモンレール圧と呼ぶ）を指令する噴射圧指令値およびインジェクタの噴射量を指令する噴射量指令値をそれぞれ所定の値に固定する指令値固定手段を有し、この指令値固定手段により噴射圧指令値および噴射量指令値がそれぞれ所定の値に固定されることで、所定の学習実行条件が成立することを特徴とする。
上記の構成によれば、車速が一定に保たれた状態で噴射パターンを固定する、つまり、噴射圧指令値および噴射量指令値をそれぞれ所定の値に固定することで、走行中の高噴射領域においても気筒間の噴射量ばらつきを精度良く検出できる。これにより、気筒間の噴射量ばらつきが抑制される方向に、気筒毎の噴射量を補正する（インジェクタに対する噴射量指令値を補正する）ことで、高噴射領域での気筒間の噴射量ばらつきを抑制できる。

また、指令値固定手段は、クルーズコントロール装置により車速が一定に保たれた状態で、コモンレール圧および各気筒の噴射量が安定している時に、その安定時の圧力センサによって検出される実コモンレール圧に最も近いマップ格子点の圧力を噴射圧指令値として固定するとともに、その安定時の噴射量の規定回数の平均値を噴射量指令値として固定することを特徴とする。
これにより、噴射圧指令値を固定することによってコモンレール圧が大きく変動することはなく、かつ、噴射量指令値を固定することによって噴射量が大きく変動することもなく、車両乗員の違和感を低減できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関用燃料噴射制御装置において、噴射量補正手段は、各気筒の角速度（予め決められたクランク角度範囲の時間）を計測すると共に、各気筒の計測値の平均値を算出し、各気筒の計測値が平均値より速い場合は、噴射量が減少する方向に補正し、各気筒の計測値が平均値より遅い場合は、噴射量が増加する方向に補正することを特徴とする。
これにより、各気筒の計測値（角速度の計測値）と全気筒の平均値との偏差を小さくできるので、気筒間の噴射量ばらつきを抑制できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は内燃機関の燃料噴射制御システムを示す構成図である。
本実施例の内燃機関は、例えば４気筒のディーゼル機関１であり、車速を一定に保つことのできるクルーズコントロール装置（図示せず）を搭載する車両の走行用エンジンである。このディーゼル機関１は、以下に説明するコモンレール式燃料噴射装置と、この燃料噴射装置を電子制御する電子制御ユニット（以下ＥＣＵ２と呼ぶ）とを備える。

コモンレール式燃料噴射装置は、図１に示す様に、燃料タンク３より汲み上げた燃料を加圧して圧送する燃料供給ポンプ４と、この燃料供給ポンプ４より圧送された燃料を蓄えるコモンレール５と、このコモンレール５より供給される高圧燃料をディーゼル機関１の気筒内（燃焼室１ａ）に噴射する複数のインジェクタ６等を備える。

燃料供給ポンプ４は、ディーゼル機関１に駆動されて回転するカム軸７、このカム軸７に駆動されて燃料タンク３から燃料を汲み上げるフィードポンプ８、カム軸７の回転に同期してシリンダ内を往復動するプランジャ９、シリンダ内の加圧室１０に吸入される燃料量を調量する吸入調量弁１１、この吸入調量弁１１と加圧室１０とを繋ぐ吸入通路１２に設けられる吸入弁１３、および加圧室１０とコモンレール５とを繋ぐ吐出通路１４に設けられる吐出弁１５等より構成される。

この燃料供給ポンプ４の作動について説明する。
カム軸７の回転により、プランジャ９がシリンダ内を上死点から下死点に向かって移動すると、加圧室１０の圧力が低下して、フィードポンプ８より送り出された燃料が吸入弁１３を押し開いて加圧室１０に吸入される。この加圧室１０に吸入される燃料量は、ＥＣＵ２により制御される吸入調量弁１１の弁開度に応じて調量される。
プランジャ９がシリンダ内を下死点から上死点に向かって移動すると、加圧室１０に吸入された燃料が加圧され、その燃料圧力が吐出弁１５の開弁圧を超えると、吐出弁１５が開弁して、加圧室１０の燃料がコモンレール５へ圧送される。

コモンレール５は、燃料供給ポンプ４より供給された高圧燃料を噴射圧力（目標レール圧と呼ぶ）まで蓄圧する。目標レール圧は、ディーゼル機関１の運転状態（例えば、アクセル開度と機関回転速度ＮＥ）に応じてＥＣＵ２により設定される。このコモンレール５には、蓄圧された燃料圧力（実レール圧と呼ぶ）を検出してＥＣＵ２に出力する圧力センサ１６と、燃料タンク３に通じる低圧通路１７を開閉する減圧弁１８が取り付けられている。この減圧弁１８は、ＥＣＵ２により制御されて、例えば、車両の減速時に開弁することで、速やかに実レール圧を減圧することが可能である。

インジェクタ６は、ディーゼル機関１の各気筒にそれぞれ取り付けられ、燃料配管１９を介してコモンレール５に接続されている。このインジェクタ６は、噴孔（図示せず）を開閉するためのニードル（図示せず）を内蔵すると共に、このニードルの背圧を制御する電磁弁６ａを有し、ＥＣＵ２により電磁弁６ａへの通電時期および通電時間が制御される。電磁弁６ａが通電されると、ニードルの背圧が低圧側に開放されて、ニードルを押し上げる開弁力がニードルを押し下げる閉弁力より大きくなることにより、ニードルがリフトして噴射が開始される。電磁弁６ａへの通電が停止されると、ニードルに背圧が印加されて閉弁力が開弁力を上回ることにより、ニードルが押し下げられて噴射が終了する。

ＥＣＵ２は、図１に示す各種センサ類（圧力センサ１６、ＮＥセンサ２０、アクセル開度センサ等）で検出されたセンサ情報を入力し、これらのセンサ情報を基に、噴射量制御および噴射圧制御を実施する。
ＮＥセンサ２０は、ディーゼル機関１のクランク軸が１回転する間に複数のパルス信号を出力する。ＥＣＵ２では、ＮＥセンサ２０より出力されたパルス信号の時間間隔を計測することで、機関回転速度ＮＥを検出する。
アクセル開度センサは、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）の操作量（踏込み量）よりアクセル開度を検出して、検出結果をＥＣＵ２に出力する。

噴射量制御は、インジェクタ６より噴射される噴射量および噴射時期を制御するもので、機関回転速度ＮＥとアクセル開度を基に、ディーゼル機関１の運転状態に応じた最適な噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果より決定される噴射量指令値に従ってインジェクタ６の電磁弁６ａを駆動する。
噴射圧制御は、コモンレール５に蓄圧される燃料圧力を制御するもので、圧力センサ１６によって検出される実レール圧が目標レール圧と一致する様に噴射圧指令値を決定し、その噴射圧指令値に従って、燃料供給ポンプ４の吸入調量弁１１を制御する。

また、ＥＣＵ２は、本発明の噴射量補正手段の機能を備え、この機能により、ディーゼル機関１の気筒間の噴射量ばらつきを抑制するための噴射量学習を実行する。この噴射量学習を実行するＥＣＵ２の処理手順を図２に示すフローチャートと、図３及び図４に示すタイムチャートを基に説明する。
ステップ１０…クルーズ制御中か否かを判定する。上記の噴射量学習は、車速が一定に保たれている状態で行う必要がある。そこで、図３（ａ）に示す様に、クルーズコントロール装置が作動している（ＯＮ状態）か否かを判定する。

ステップ２０…クルーズ制御中における車速、噴射量、および実レール圧（本発明のコモンレール圧）が安定してから一定時間経過したか否かを判定する。
クルーズコントロール装置により車速が一定に保たれている状態であっても、例えば、坂道走行等では、噴射量および実レール圧が大きく変動する場合がある。そこで、噴射量学習を実行するための前提として、車速、噴射量、および実レール圧が安定し、その安定状態が一定時間継続していることを条件とする。具体的には、図３に示す様に、（ｂ）車速、（ｃ）噴射量、（ｄ）実レール圧の安定状態を示すフラグが全て「ＯＮ」となった後、（ｅ）カウンタの計数値が予め決められた閾値定数に到達した時点で、（ｆ）学習実行条件成立フラグを「ＯＮ」にする。

ステップ３０…学習期間中の噴射パターンを固定する（図４参照）。すなわち、燃料供給ポンプ４に対する噴射圧指令値およびインジェクタ６に対する噴射量指令値をそれぞれ所定の値に固定する（本発明の指令値固定手段）。この場合、噴射圧指令値は、安定時の実レール圧（フラグが「ＯＮ」の時の実レール圧）に最も近いマップ格子点の圧力に固定することが望ましい。また、噴射量指令値は、安定時の噴射量（フラグが「ＯＮ」の時の噴射量）の規定回数の平均値とすることが望ましい。

ステップ４０…ＦＣＣＢ補正を開始すると同時に、学習期間を設定する学習期間カウンタをスタートさせる（図４参照）。
ＦＣＣＢ補正は、ディーゼル機関１の気筒間の回転速度変動が平滑化されるように、気筒毎の噴射量を増減補正する周知の技術である。具体的には、各気筒の角速度（予め決められたクランク角度範囲の時間）を計測すると共に、各気筒の計測値の平均値を算出し、各気筒の計測値が前記平均値より速い場合は、噴射量が減少する方向に補正し、各気筒の計測値が前記平均値より遅い場合は、噴射量が増加する方向に補正する。

ステップ５０…ＦＣＣＢ補正による補正値が一定範囲内で安定したか否か、あるいは学習期間カウンタの計数値が一定値を超えたか否か（つまり予め決められた学習期間を経過したか否か）を判定する。学習期間内であっても、補正値が一定範囲内で安定した場合は、その時点で学習を終了する。あるいは、補正値が一定範囲内で安定していなくても、学習期間を経過した場合は、その時点で学習を終了する。
ステップ６０…ＦＣＣＢ補正を停止して、通常の運転状態（クルーズコントロール装置により車速が一定に保たれた状態）に復帰する。

ステップ７０…補正値をチェックし、異常があった場合は、本処理を終了し、正常の場合は、次のステップ８０へ進む。
ステップ８０…補正値を学習値として記憶する。なお、この学習値は、学習値の反映によって角速度が安定することを確認するために、規定回数分の噴射を実施して、各気筒の角速度変化が一定範囲内に収まっている時のみ使用される。また、学習値は、学習を抜けた後も使用される。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した噴射量学習では、車速が一定に保たれた状態で噴射パターンを固定する（噴射圧指令値および噴射量指令値を固定する）ことにより、走行中の高噴射領域においてもＦＣＣＢ補正を精度良く実施できる。その結果、ＦＣＣＢ補正によって得られた補正値を学習値として気筒毎の噴射量に反映させることで、高噴射領域での気筒間の噴射量ばらつきを抑制できる。
これにより、運転者のドライブスタイルに合った領域において、気筒間の噴射量ばらつきを集中的に補正できるので、気筒間の噴射量ばらつきによるドライバビリティの悪化、および排気ガス性能の悪化を抑えることができる。

なお、噴射量学習によって得られた補正値（学習値）は、ディーゼル機関１の全運転領域に反映されることはなく、学習した領域の極限られた範囲の補正にのみ使用されるが、クルーズコントロール装置のセット車速を変更することで、より広い範囲での学習が可能となる。
学習値の反映時には、学習した条件での補正計数を、例えば「１」として、実レール圧および噴射量に補正係数を持たせて、学習値の反映寄与度を調整し、学習値の反映領域を調整することができる。

また、実施例１に記載した噴射量学習では、噴射圧指令値および噴射量指令値を固定する際に、噴射圧指令値を安定時の実レール圧に最も近いマップ格子点の圧力とし、噴射量指令値を安定時の噴射量の規定回数の平均値としているので、噴射圧指令値および噴射量指令値を固定することによる運転者の違和感を低減でき、ドライブフィーリングの悪化を抑制できる。

内燃機関の燃料噴射制御システムを示す構成図である。噴射量学習の処理手順を示すフローチャートである。噴射量学習に伴う制御タイムチャートである。噴射量学習の実行タイムチャートである。

符号の説明

１ディーゼル機関（多気筒内燃機関）
２ＥＣＵ（噴射量補正手段、内燃機関用燃料噴射制御装置）
４燃料供給ポンプ
５コモンレール
６インジェクタ

Claims

車速を一定に保つことのできるクルーズコントロール装置を搭載する車両において、
燃料を圧送する燃料供給ポンプと、この燃料供給ポンプより圧送された燃料を所定の噴射圧力まで蓄えるコモンレールと、多気筒内燃機関の各気筒に取り付けられた複数のインジェクタとを有し、前記コモンレールに蓄圧された燃料を前記複数のインジェクタより前記各気筒内へ噴射するコモンレール式燃料噴射装置と、
所定の学習実行条件が成立した上で、前記内燃機関の気筒間の噴射量ばらつきを検出し、その噴射量ばらつきを抑制するために、気筒毎の噴射量を補正する噴射量補正手段とを備える内燃機関用燃料噴射制御装置であって、
前記噴射量補正手段は、前記クルーズコントロール装置により車速が一定に保たれた状態で、前記コモンレールに蓄圧される燃料圧力（コモンレール圧と呼ぶ）を指令する噴射圧指令値および前記インジェクタの噴射量を指令する噴射量指令値をそれぞれ所定の値に固定する指令値固定手段を有し、この指令値固定手段により前記噴射圧指令値および前記噴射量指令値がそれぞれ所定の値に固定されることで、前記所定の学習実行条件が成立し、
前記指令値固定手段は、前記クルーズコントロール装置により車速が一定に保たれた状態で、前記コモンレール圧および各気筒の噴射量が安定している時に、その安定時の圧力センサによって検出される実コモンレール圧に最も近いマップ格子点の圧力を前記噴射圧指令値として固定するとともに、その安定時の噴射量の規定回数の平均値を前記噴射量指令値として固定することを特徴とする内燃機関用燃料噴射制御装置。
請求項１に記載した内燃機関用燃料噴射制御装置において、
前記噴射量補正手段は、前記各気筒の角速度（予め決められたクランク角度範囲の時間）を計測すると共に、各気筒の計測値の平均値を算出し、各気筒の計測値が前記平均値より速い場合は、噴射量が減少する方向に補正し、各気筒の計測値が前記平均値より遅い場合は、噴射量が増加する方向に補正することを特徴とする内燃機関用燃料噴射制御装置。