JP4753078B2

JP4753078B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4753078B2
Application number: JP2006124217A
Authority: JP
Inventors: 夏樹杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: JP2007297922A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、燃料を高圧燃料ポンプによりデリバリパイプに圧送し、このデリバリパイプ内に蓄圧された燃料を燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムを備えた内燃機関の制御装置に関する。

一般に、直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの直噴式内燃機関においては、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁を気筒毎に備えると共に、高圧燃料ポンプから圧送された燃料を蓄圧配管たるデリバリパイプ（コモンレールと称することもある）内に高圧状態で蓄圧し、この蓄圧された燃料を各燃料噴射弁に供給するようになっている。各燃料噴射弁はコントロールユニットにより個別に開閉制御され、燃料噴射弁が開とされると、デリバリパイプ内の燃料圧力（燃圧）に等しい燃料が筒内燃焼室に噴射供給される。

通常、高圧ポンプはカムシャフトを介してクランク軸により駆動され、定期的に燃料の圧送を行う。そしてデリバリパイプ内の燃圧値は、高圧ポンプによる燃料の圧送と燃料噴射弁による燃料噴射との影響で脈動を伴う。他方、デリバリパイプ内の燃圧値は、燃料噴射量算出を始めとする各種演算処理に用いられるが、この値を直接用いると脈動の影響で却って制御に支障をきたすことから、その用いられる燃圧値としては、燃圧センサで検知された実燃圧の値を平均化してなるなまし燃圧という値が使用される。

なお、燃圧脈動を考慮して正確な燃料噴射制御を実現することを目的とする従来技術としては、例えば特許文献１に開示されているように、デリバリパイプ内に供給される燃料量と、デリバリパイプ内より吐出される燃料量との増減により、デリバリパイプ内の燃料の圧力の変動量を予測して燃料の噴射期間を補正する内燃機関の燃料噴射制御装置が知られている。

特開２００４−３４６８５１号公報

ところで、なまし燃圧は当然ながら実燃圧とはズレた値であり、厳密に解せば、このズレ分だけ燃料噴射量も所望の値からズレることになる。しかしながらそれでも、従来は、使用される燃圧が比較的高圧のレンジであることと、デリバリパイプ内容積が比較的大きいことから、噴射量ズレはそれほど問題視されなかった。

しかしながら、最近では、ダイナミックレンジ拡大のため低燃圧レンジでも燃料噴射を行おうという試みがなされており、また、始動時のデリバリパイプ内の昇圧を早めて始動時間を短縮するため、デリバリパイプ内容積を縮小しようという試みがなされている。こうなると、なまし燃圧値に対する実燃圧のズレ量の割合が大きくなり、燃圧脈動の影響を決して無視できなくなってしまう。

一方、内燃機関の１サイクル（７２０°ＣＡ）期間中の燃料噴射回数と燃料圧送回数とが異なる場合、各気筒の燃料噴射毎に燃圧がバラつき、この結果気筒間の燃料噴射量にバラツキが生じるという問題もある。例えば、４回の燃料噴射当たりに２回の燃料圧送を行う場合、１回の燃料圧送当たりに２回の燃料噴射を行うので、そのうちの先の燃料噴射と後の燃料噴射とでは実燃圧が異なり、その結果気筒間の噴射量にバラツキが生じる。ましてや、燃料噴射と燃料圧送とが変則的に非同期で行われる場合、例えば４回の燃料噴射当たりに３回の燃料圧送を行う場合、噴射毎の実燃圧は比較的ランダムにバラつき、気筒間噴射量バラツキが顕著となる可能性がある。このような場合に、前述の燃圧ズレに起因する噴射量ズレが加わると、結果的に気筒間噴射量バラツキはより大きなものとなってしまう。

そこで本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、個々の燃料噴射における燃料噴射量ズレや気筒間の燃料噴射量バラツキを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態は、燃料を高圧燃料ポンプによりデリバリパイプに圧送すると共に、そのデリバリパイプ内の燃圧を燃圧センサで検知する内燃機関の制御装置であって、機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出手段と、前記燃圧センサで検知された実燃圧に基づき、デリバリパイプ内の燃圧値を平均化した値であるなまし燃圧を算出するなまし燃圧算出手段と、前記なまし燃圧及び機関運転状態に基づき第１の補正値を算出すると共に、前記なまし燃圧及び前記実燃圧に基づき第２の補正値を算出し、これら第１の補正値及び第２の補正値により前記基本燃料噴射量を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

この本発明の一形態によれば、なまし燃圧及び機関運転状態に基づき算出される第１の補正値に加え、なまし燃圧及び実燃圧に基づき算出される第２の補正値によっても基本燃料噴射量が補正される。従って、第２の補正値により、なまし燃圧及び実燃圧の燃圧ズレを反映させて燃料噴射量の補正を実行でき、これにより燃圧ズレの影響を少なくし、燃圧ズレに起因する燃料噴射量ズレや気筒間燃料噴射量バラツキを抑制することができる。

ここで、好ましくは、前記補正手段が、前記なまし燃圧及び前記実燃圧の比に基づき前記第２の補正値を算出する。これにより、両者の燃圧ズレを燃料噴射量の補正に好適に反映させることができる。

さらに、好ましくは、前記補正手段が、前記なまし燃圧及び前記実燃圧の比の平方根に基づき前記第２の補正値を算出する。

一般に、流量Ｑと圧力Ｐとの間にはＱ＝Ｃ√Ｐ（但しＣは定数）の関係が成立する。従って、なまし燃圧及び実燃圧の比の平方根に基づき第２の補正値を算出することにより、精度の良い補正を実行して燃料噴射量ズレを効果的に抑制することができる。

好ましくは、前記なまし燃圧算出手段が、所定の第１のタイミングにおいて前記なまし燃圧を算出し、前記補正手段が、前記第１のタイミングにおいて前記第１の補正値を算出すると共に、前記第１のタイミングより遅く且つ燃料噴射前の所定の第２のタイミングにおいて前記第２の補正値を算出し、且つ、前記第２の補正値を算出する際の前記なまし燃圧及び前記実燃圧として、前記第１のタイミングにおいて算出された前記なまし燃圧及び前記第２のタイミングにおいて前記燃圧センサにより検知された前記実燃圧を用いる。

内燃機関の制御装置の形態によっては、噴射すべき燃料噴射量の値を算出するに当たり、一部の演算が比較的時間を要するため、燃料噴射直前の燃料噴射量算出タイミングにその一部の演算を行うのでは演算が間に合わず、その燃料噴射量算出タイミングより前のタイミングでその一部の演算を実行せざるを得ない場合がある。また、燃料噴射量の算出に用いる一部の値が、他の処理でも利用されるため、燃料噴射量算出タイミングとは別のタイミングで算出されている場合もある。この好ましい形態は、このような別々のタイミングで演算が実施されるような場合に好適である。

本発明によれば、個々の燃料噴射における燃料噴射量ズレや気筒間の燃料噴射量バラツキを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に、本実施形態に関わる内燃機関の制御装置を示す。本実施形態のエンジン（内燃機関）１０は、直噴式の多気筒火花点火式エンジンであって、より具体的には４気筒ガソリンエンジンであるが、気筒数や燃料等、エンジンの形態は任意である。このエンジン１０は車両用であるが、用途についても特に制限はない。

エンジン１０の各気筒１１には、燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射する電磁駆動式燃料噴射弁としてのインジェクタ１２と、筒内の混合気を点火する点火プラグ１３とがそれぞれ設けられている。制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００が設けられ、このＥＣＵ１００がインジェクタ１２の開閉を制御すると共に、点火プラグ１３による点火を制御する。

インジェクタ１２には、燃料供給系２０によって燃料が送られる。燃料供給系２０は、燃料タンク２１と、高圧燃料ポンプ３０と、高圧燃料ポンプ３０及びインジェクタ１２を接続する高圧燃料ライン２３とを備える。燃料タンク２１内の燃料は例えば電動式のフィードポンプ２４によって高圧燃料ポンプ３０に送られる。このときの燃圧即ちフィード圧はプレッシャレギュレータ２５によって比較的低圧の一定値に保持され、その値は例えば０．３ＭＰａ（３気圧）程度である。フィードポンプ２４の出口部には燃料フィルタ２６が設けられる。

高圧燃料ライン２３は、各気筒のインジェクタ１２に共通に接続された蓄圧配管としてのデリバリパイプ２７と、高圧燃料ポンプ３０及びデリバリパイプ２７を接続する高圧燃料配管２８とから構成される。この高圧燃料ライン２３には、インジェクタ１２からの燃料噴射圧に相当する高圧の燃料が蓄積されており、その値は例えば５〜１３ＭＰａ（５０〜１３０気圧）程度である。デリバリパイプ２７内に蓄圧された高圧燃料はインジェクタ１２の開放時にインジェクタ１２から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内では、その燃料と図示しない吸気通路から送られてきた空気とからなる混合気が生成される。この混合気は、燃焼室内で点火プラグ１３によって火花点火され、エンジン１０を駆動させる。燃焼室内の排ガスは排気マニホールド５０及び排気通路５１を順次通過して大気に排出され、排気通路５１に設けられた触媒５２により浄化される。

高圧燃料ポンプ３０は、フィードポンプ２４から送られてきた低圧燃料を加圧して高圧燃料配管２８に吐出する。高圧燃料ポンプ２４は、燃料タンク２１からの低圧燃料の吸入通路を機械的に開閉する入口側逆止弁３１と、エンジンに駆動されるカムシャフト３２によって昇降駆動されプランジャ室３３の燃料を加圧するプランジャ３４と、高圧燃料配管２８に接続する吐出通路を機械的に開閉する出口側逆止弁３５と、プランジャ室３３から燃料タンク２１に至るリターン通路３７の入口部を開閉する電磁スピル弁３６とを備える。低圧燃料はプランジャ３４の下降時に入口側逆止弁３１を押し開けてプランジャ室３３に流入する。プランジャ上昇時の所定のタイミングにおいて、ＥＣＵ１００により電磁スピル弁３６が閉じられると、それ以降のプランジャ３４の上昇によりプランジャ室３３の燃料が加圧される。この加圧された燃料は出口側逆止弁３５を押し開けて高圧燃料配管２８に圧送される。これにより高圧燃料ライン２３（特にデリバリパイプ２７）内の燃料圧力（燃圧）が高められ、高圧燃料ライン２３に高圧燃料が蓄積されるようになる。燃料圧送中のフィードポンプ２４側への逆流は入口側逆止弁３１によって防止される。

図２に示すように、電磁スピル弁３６はＥＣＵ１００により、プランジャ３４の上昇（リフト）期間（即ち、下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣまでの間の期間）内に閉及び開作動される。なお電磁スピル弁３６はオンのとき開、オフのとき閉である。本実施形態では、電磁スピル弁３６の開タイミングＶｏが上死点ＴＤＣに固定され、電磁スピル弁３６の閉タイミングＶｃがＥＣＵ１００により制御されることにより、高圧燃料ポンプ２４からの燃料圧送量ひいてはデリバリパイプ２７内の燃圧の昇圧度合いが制御されるようになっている。図示例において、プランジャ下死点ＢＤＣから電磁スピル弁３６の閉タイミングＶｃまでの間の期間では、電磁スピル弁３６が開いているので、プランジャ３４の上昇によっても燃料は加圧されずリターン通路３７を介して燃料タンク２１に戻される。電磁スピル弁３６の閉タイミングＶｃから開タイミングＶｏ（即ちプランジャ上死点ＴＤＣ）までの間の期間では、電磁スピル弁３６が閉じているので、プランジャ３４の上昇によって燃料が加圧され、出口側逆止弁３５を押し開けて高圧燃料配管２８に吐出される。なおプランジャ３４の下降中は電磁スピル弁３６は開とされる。

燃料圧送量は、電磁スピル弁３６の閉タイミングＶｃが下死点ＢＤＣに一致されたとき最大となる。このときをポンプデューティＤ＝１００％とする。そしてこの閉タイミングＶｃが遅れて開タイミングＶｏ（上死点ＴＤＣ）に近づくにつれ、即ちポンプデューティＤが減少するにつれ、燃料圧送量は少なくなる。電磁スピル弁３６の閉タイミングＶｃが開タイミングＶｏ（上死点ＴＤＣ）に一致されたとき、即ちポンプデューティＤが０％のとき、電磁スピル弁３６は閉じることなく開きっ放しとなり、燃料圧送量はゼロとなる。このとき高圧燃料ポンプ２４による燃料の圧送供給は停止する。

図１に戻って、デリバリパイプ２７には、その内部の燃圧を検知するための燃圧センサ３８が設けられ、燃圧センサ３８はＥＣＵ１００に接続される。またデリバリパイプ２７には安全弁としての機械式リリーフ弁３９が設けられる。デリバリパイプ２７内の燃圧が異常上昇したとき、その内部の燃料はリリーフ弁３９を押し開けてリターン通路４０を介して燃料タンク２１に戻される。このリリーフ弁３９はあくまで非常用で、エンジンの通常運転時にデリバリパイプ２７内の圧力を制御するためのものではない。本実施形態においてエンジンの通常運転時、リリーフ弁３９が開く異常時を除けば、デリバリパイプ２７内の燃圧はインジェクタ１２からの燃料噴射によって減少される。そしてその燃圧は高圧燃料ポンプ３０からの燃料圧送によって増大される。この燃圧の減少と増大とのバランスによってデリバリパイプ２７内の平均的な燃圧値が決まり、また、この燃圧の減少と増大とによってデリバリパイプ２７内の燃圧に脈動が生じる。

エンジン１０には、その運転状態の検出等のために各種のセンサ類が設けられ、これらセンサ類はＥＣＵ１００に接続されている。例えば、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ、吸気通路を流れる空気量（吸入空気量）を検出するためのエアフロメータ、クランク角度ひいてはエンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ（符号４１で示す）、運転者により操作されるイグニッションスイッチがある。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた、いわゆるマイクロコンピュータを備える。ＥＣＵ１００は、上記センサ類の出力信号を基に、例えば、燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火時期、デリバリパイプ２７内の燃圧（電磁スピル弁３６の閉時期）をそれぞれ制御する。

次に、本実施形態において実行される制御の内容を説明する。図３には、デリバリパイプ２７に関する燃圧値の変化と後述する演算処理の実行タイミングとが示されている。一転鎖線（（ｂ）図）は実燃圧Ｐ１を示し、これは燃圧センサ３８で検知される値そのものである。太い実線（（ａ）図）はなまし燃圧Ｐ０を示す。このなまし燃圧とは、デリバリパイプ２７内の燃圧値を平均化した値であり、後述の処理によって実燃圧に基づき算出される。

図示例では４回の燃料噴射、即ちエンジンの１サイクル期間（７２０°ＣＡ）中に、高圧ポンプ３０による２回の燃料圧送が行われるようになっている。いわゆる４噴射２圧送の構成である。具体的には、図１に示すように、高圧ポンプ３０を駆動するカムシャフト３２が、エンジンの１回転に対して１／２回転すると共に二つのカム山を有しており、エンジン２回転当たりに２回、カム山によってプランジャ３４を押し上げるようになっている。燃料圧送時には実燃圧Ｐ１が上昇し、これに伴ってなまし燃圧Ｐ０も上昇し、燃料噴射時には実燃圧Ｐ１が下降し、これに伴ってなまし燃圧Ｐ０も下降する。実燃圧Ｐ１は、大凡なまし燃圧Ｐ０の値を中心に変動ないし脈動を行う。

（ｃ）図には、なまし燃圧Ｐ０と、後述する燃圧補正係数ＫＰとの算出タイミング即ち第１のタイミングが示されている。この第１のタイミングは所定の時間又はクランク角毎であり、例えば２０°ＣＡ毎である。なお、後述するように、燃圧補正係数ＫＰの算出はマップ検索を含み、比較的長時間を要する処理となる。第１のタイミング同士の間隔は、この燃圧補正係数ＫＰの算出が可能なような間隔に設定されている。

（ｄ）図には、インジェクタ１２から噴射されるべき燃料噴射量としての最終燃料噴射量Ｑｆｎｌの算出タイミング即ち第２のタイミングが示されている。この第２のタイミングは燃料噴射の直前のタイミングに設定されており、より具体的には、燃料噴射タイミングまでに最終燃料噴射量Ｑｆｎｌの算出が間に合い且つできるだけ燃料噴射タイミングに近いタイミングに設定されている。この第２のタイミング同士の間隔はほぼ１８０°ＣＡであり、第１のタイミング同士の間隔より長い。

次に、第１のタイミングで実行されるなまし燃圧Ｐ０と燃圧補正係数ＫＰとの算出処理の内容を図４に基づいて説明する。図示されるルーチンは、ＥＣＵ１００によって、第１のタイミングが到来する毎に繰り返し実行される。（ｎ）は今回処理時の値、（ｎ−１）は前回処理時の値を意味する。

ＥＣＵ１００は、まずステップＳ１０１において、今回処理時に燃圧センサ３８によって検知された実燃圧Ｐ１（ｎ）の値を取得する。次にＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２において、この取得した実燃圧Ｐ１（ｎ）の値と、前回処理時にステップＳ１０４で算出したなまし燃圧Ｐ０（ｎ−１）の値とに基づき、これらの差である燃圧変動値ΔＰ（＝Ｐ１（ｎ）−Ｐ０（ｎ−１））を算出する。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３において、その燃圧変動値ΔＰが、所定の上限しきい値ＰＨと所定の下限しきい値ＰＬとの間の値であるか否か（ＰＬ＜ΔＰ＜ＰＨ）を判断する。ここで、上限しきい値ＰＨは正の値であり、下限しきい値ＰＬは負の値である。

燃圧変動値ΔＰが上限しきい値ＰＨと下限しきい値ＰＬとの間の値である場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００はステップＳ１０４において、今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）を式：Ｐ０（ｎ）＝Ｐ０（ｎ−１）＋Ａ×ΔＰにより算出する。他方、燃圧変動値ΔＰが上限しきい値ＰＨと下限しきい値ＰＬとの間の値でない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００はステップＳ１０５において、今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）を式：Ｐ０（ｎ）＝Ｐ０（ｎ−１）＋Ｂ×ΔＰにより算出する。ここでＡ，Ｂは所定のなまし定数であり、Ａ＜Ｂの関係にある。

燃圧変動値ΔＰが上限しきい値ＰＨと下限しきい値ＰＬとの間の値である場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）とは、前回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ−１）に対して今回処理時の実燃圧Ｐ１（ｎ）が小さい程度でしか乖離していない場合に相当する。従ってこの場合は、燃圧変動値ΔＰに小さい方のなまし定数Ａを乗じて、前回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ−１）に対して小さい程度でしか変動しない今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）を得るようにしている。他方、燃圧変動値ΔＰが上限しきい値ＰＨと下限しきい値ＰＬとの間の値でない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）とは、前回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ−１）に対して今回処理時の実燃圧Ｐ１（ｎ）が比較的大きく乖離した場合に相当する。従ってこの場合は、燃圧変動値ΔＰに大きい方のなまし定数Ｂを乗じて、前回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ−１）に対して比較的大きく変動する今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）を得るようにしている。

このようにして今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）の算出を終えたら、次にＥＣＵ１００はステップＳ１０６において、第１の補正値としての燃圧補正係数ＫＰを算出する。この燃圧補正係数ＫＰは、今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）とエンジン運転状態とに基づいて算出される。具体的には、ＥＣＵ１００は、予め記憶してある図５に示されるような燃圧補正係数マップを参照して燃圧補正係数ＫＰを算出する。この燃圧補正係数マップにおいては、燃圧、燃料負荷率及び燃圧補正係数ＫＰの関係が規定されている。燃料負荷率とは、ある一定のエンジン回転速度における基本燃料噴射量の最大値Ｑｂｍａｘに対する現在の基本燃料噴射量Ｑｂの比（＝Ｑｂ／Ｑｂｍａｘ）である。基本燃料噴射量Ｑｂは、エンジン回転速度と吸入空気量との相関値としてＥＣＵ１００にマップ形式で記憶されている値である。ＥＣＵ１００は、この基本燃料噴射量マップを用いて現在のエンジン回転速度及び吸入空気量の検出値に基づき基本燃料噴射量Ｑｂを算出し、そのエンジン回転速度に対応する基本燃料噴射量の最大値Ｑｂｍａｘを読み取り、燃料負荷率を算出する。そしてＥＣＵ１００は、この算出した燃料負荷率と今回処理時のなまし燃圧Ｐ０（ｎ）とに基づき、燃圧補正係数マップを用いて燃圧補正係数ＫＰを算出する。以上で本ルーチンを終える。

この説明から分かるように、ステップＳ１０６における燃圧補正係数ＫＰの算出は比較的時間を要する処理である。ここで算出されたなまし燃圧Ｐ０（ｎ）の値は燃料噴射量だけでなく他の制御量を算出するのにも用いられる。それ故、燃料噴射タイミングとは無関係に、なまし燃圧Ｐ０（ｎ）が定期的に比較的短い時間間隔で算出されることとなっている。

次に、前述の第２のタイミングで実行される最終燃料噴射量Ｑｆｎｌの算出処理について説明する。

まず、本発明に従う最終燃料噴射量Ｑｆｎｌの算出処理を説明する前に、従来の最終燃料噴射量Ｑｆｎｌの算出処理を図６に基づき説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ１００によって第２のタイミングが到来する毎に繰り返し実行される。

まずＥＣＵ１００はステップＳ２０１において基本燃料噴射量Ｑｂを算出する。この基本燃料噴射量Ｑｂの算出方法は前述したのと同様であり、ＥＣＵ１００に予め記憶してある基本燃料噴射量マップ（関数式でもよい）を用い、クランク角センサ及びエアフローメータの出力からそれぞれ得られるエンジン回転速度及び吸入空気量に基づいて算出される。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２において、直前の第１のタイミングで計算された燃圧補正係数ＫＰの値を取得する。例えば図３に示すように、現在の第２のタイミングがＴ２であるとすれば直前の第１のタイミングはＴ１である。このように、第１のタイミングＴ１から見て第２のタイミングＴ２はより遅いタイミングとなる。

この後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０３に進み、最終燃料噴射量Ｑｆｎｌを式：Ｑｆｎｌ＝Ｑｂ×ＫＰに基づいて算出する。即ち、基本燃料噴射量Ｑｂは、なまし燃圧Ｐ０の関数である燃圧補正係数ＫＰによって補正され、その結果、噴射すべき燃料量に相当する最終燃料噴射量Ｑｆｎｌが算出される。なお、この補正は、エンジン開発時の適合段階で用いた基準の燃圧値と実際の運転時の燃圧値とのズレを補正し、予め予定されていた量の燃料を噴射するために行われる。

次のステップＳ２０４では、算出された最終燃料噴射量Ｑｆｎｌがインジェクタ１２の通電時間τに換算される。こうして本ルーチンが終了される。図示しないが、この後燃料噴射タイミングが到来すると、それと同時にＥＣＵ１００が通電時間τに等しい時間だけインジェクタ１２を通電し、インジェクタ１２からは燃料が噴射される。これによりインジェクタ１２からは、予め予定されていた所望の量の燃料が噴射されるはずである。

しかしながらこの従来例では、図３を参照して、算出された最終燃料噴射量Ｑｆｎｌが、第１のタイミングＴ１でのなまし燃圧Ｐ０ｘに基づく燃圧補正係数ＫＰによって補正された値となっている。一方、燃料噴射タイミングＴｉでは、実燃圧Ｐ１ｚの燃圧値を有する燃料が噴射されており、その実燃圧Ｐ１ｚは第１のタイミングＴ１でのなまし燃圧Ｐ０ｘに一致せず、ここに燃圧ズレｄＰ（＝Ｐ１ｚ−Ｐ０ｘ）が生じている。従って、結果的に、噴射される燃料量も予め予定されていた量とはならず、ここに燃料噴射量ズレが生じることとなる。他の燃料噴射についても同様のことが言える。

なお、第１のタイミングＴ１ではなく第２のタイミングＴ２における実燃圧Ｐ１ｙを用いて燃圧補正係数ＫＰを算出できればこの問題をある程度解消できるが、前述したように燃圧補正係数ＫＰの算出には比較的長い時間を要する。よって、第２のタイミングＴ２でその時の実燃圧Ｐ１ｙを用いて燃圧補正係数ＫＰを算出しようとすると、ＥＣＵ１００による演算が燃料噴射までに間に合わないか、或いは第２のタイミングＴ２を燃料噴射タイミングＴｉよりかなり手前の時期に設定せざるを得ず、満足な結果が得られなくなってしまう。よってこの方法は採用が困難である。

従来は、使用される燃圧が比較的高圧のレンジであることと、デリバリパイプ内容積が比較的大きいことから、燃料噴射量ズレはそれほど大きな問題とならなかった。しかしながら最近では、ダイナミックレンジ拡大のため低燃圧レンジでも燃料噴射を行ったり、始動時のデリバリパイプ内の昇圧を早めて始動時間を短縮するため、デリバリパイプ内容積を縮小したりする試みがなされている。こうなると、実燃圧はなまし燃圧に対して従来より大きくズレることとなり、燃料噴射量ズレが大きくなることが懸念される。

また、図３の例のように４噴射２圧送を行う場合、１回の燃料圧送当たりの２回の燃料噴射間で、実燃圧及びなまし燃圧間の燃圧ズレが異なり、その結果気筒間の噴射量にバラツキが生じる。これに大きな燃料噴射量ズレが加わると気筒間の噴射量バラツキは益々大きくなってしまう。

一方、図７には、燃料噴射と燃料圧送とを変則的に非同期で行う場合、具体的には４回の燃料噴射当たりに３回の燃料圧送を行う場合（４噴射３圧送）の例が示されている。この４噴射３圧送は前述の４噴射２圧送に比べて燃料圧送量を１．５倍に増やせるメリットがある。この場合、３回の燃料圧送当たりの４回の燃料噴射を各々比較すると、実燃圧及びなまし燃圧間の燃圧ズレは４噴射２圧送の場合よりもランダムにバラついている。よってこの結果、気筒間の噴射量もさらにバラつく可能性があり、前述の大きな燃料噴射量ズレと相俟って気筒間噴射量バラツキは増大する可能性がある。

そこで、このような各々の燃料噴射当たりの燃料噴射量ズレや気筒間の燃料噴射量バラツキを抑制するため、本実施形態では次のような最終燃料噴射量Ｑｆｎｌの算出処理を行うこととしている。

図８は、本実施形態の最終燃料噴射量算出処理に係るルーチンを示す。なお図示されるルーチンはＥＣＵ１００によって第２のタイミングが到来する毎に繰り返し実行される。ここでは理解容易のため、図３にＴ２で示される第２のタイミングにおける処理を説明するものとする。この第２のタイミングＴ２の直前の第１のタイミングは図３にＴ１で示される。

まずＥＣＵ１００は、ステップＳ３０１において、前記ステップＳ２０１と同様に基本燃料噴射量Ｑｂの算出を行う。次にＥＣＵ１００は、ステップＳ３０２において、直前の第１のタイミングＴ１で計算された燃圧補正係数ＫＰの値と、その直前の第１のタイミングＴ１で計算されたなまし燃圧Ｐ０の値とを取得する。

この後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０３に進み、現時点である第２のタイミングＴ２において燃圧センサ３８により検知される実燃圧Ｐ１の値を取得する。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ３０４において、取得したなまし燃圧Ｐ０及び実燃圧Ｐ１に基づき、第２の補正値である燃圧ズレ補正係数ＫＰｒを算出する。この燃圧ズレ補正係数ＫＰｒは、式：ＫＰｒ＝√（Ｐ０／Ｐ１）に基づいて算出され、第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０から第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１が大きくずれるほど、１から大きくずれる燃圧ズレ補正係数ＫＰｒを得られるようになっている。第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１が第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０より大きくなった場合、１より小さな燃圧ズレ補正係数ＫＰｒが得られ、逆に第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１が第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０より小さくなった場合、１より大きな燃圧ズレ補正係数ＫＰｒが得られる。これから分かるように燃圧ズレ補正係数ＫＰｒは、なまし燃圧Ｐ０及び実燃圧Ｐ１に基づき算出され、より具体的にはなまし燃圧Ｐ０及び実燃圧Ｐ１の比（Ｐ０／Ｐ１）に基づき算出され、さらに具体的にはなまし燃圧Ｐ０及び実燃圧Ｐ１の比の平方根√（Ｐ０／Ｐ１）に基づき算出される。

この後ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０５において、最終燃料噴射量Ｑｆｎｌを式：Ｑｆｎｌ＝Ｑｂ×ＫＰ×ＫＰｒに基づいて算出する。こうして基本燃料噴射量Ｑｂは、第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０から求まる燃圧補正係数ＫＰのみならず、その第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０から第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１への燃圧ズレ量を反映した値である燃圧ズレ補正係数ＫＰｒによっても補正される。

この補正によれば、従来Ｑｂ×ＫＰで与えられていた燃料噴射量を、第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０から第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１への燃圧ズレ量を反映させてさらに補正することができる。ここで、第２のタイミングＴ２における実燃圧Ｐ１は、必ずしも燃料噴射タイミングＴｉにおける実燃圧Ｐ１とは一致しないが、それでも、第１のタイミングＴ１より第２のタイミングＴ２の方が燃料噴射タイミングＴｉに近く、第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１は第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０よりも遙かに燃料噴射タイミングＴｉの実燃圧Ｐ１に近い値となる。よって、第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０と第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１とに基づき、好ましくはそれらの比（Ｐ０／Ｐ１）に基づき、さらに好ましくはそれらの比の平方根√（Ｐ０／Ｐ１）に基づき、燃料噴射量を補正することにより、燃圧ズレの影響を極力減少し、燃圧ズレに起因する燃料噴射量ズレや気筒間燃料噴射量バラツキを抑制することができる。

ここで特に、本実施形態では、第１のタイミングＴ１のなまし燃圧Ｐ０と第２のタイミングＴ２の実燃圧Ｐ１との比の平方根√（Ｐ０／Ｐ１）に基づき、燃料噴射量を補正している。これは、流量Ｑと圧力Ｐとの間にＱ＝Ｃ√Ｐ（但しＣは定数）の一般的関係が成立するからである。即ち、なまし燃圧Ｐ０と実燃圧Ｐ１との比の平方根√（Ｐ０／Ｐ１）に基づき、燃料噴射量を補正することにより、精度の良い補正を実行して燃料噴射量ズレを著しく抑制することができる。

このように、ステップＳ３０５で得られる最終燃料噴射量Ｑｆｎｌは従来より遙かに、予め予定されていた燃料噴射量に近い値となる。この最終燃料噴射量Ｑｆｎｌを算出した後は、ステップＳ３０６において最終燃料噴射量Ｑｆｎｌのインジェクタ通電時間τへの換算が行われ、本ルーチンが終了される。この後、燃料噴射タイミングが到来すると、ＥＣＵ１００は通電時間τに等しい時間だけインジェクタ１２を通電し、インジェクタ１２から燃料を噴射させる。これによりインジェクタ１２からは、予め予定されていた量にほぼ等しい量の燃料が噴射されることとなる。

本ルーチンの演算処理は、燃圧補正係数ＫＰの算出を伴わず、且つ基本燃料噴射量Ｑｂの算出ステップ（Ｓ３０１）を除けば単純な四則演算のみであるため、比較的短時間で実行可能である。従って従来と同じ第２のタイミングで実行することができ、十分満足な演算結果を得ることができる。

以上の説明で分かるように、本実施形態によれば、燃圧ズレに起因する燃料噴射量ズレや気筒間燃料噴射量バラツキを抑制することができる。よって、低燃圧レンジでも正確な燃料噴射が行えるようになり、ダイナミックレンジを拡大することができる。また、デリバリパイプ内容積を縮小し、始動時のデリバリパイプ内の昇圧を早めて始動時間を短縮することができる。さらに、高圧燃料ポンプによる変則的な燃料圧送を実行することも可能となる。

なお、ＥＣＵ１００の演算速度がより高速となれば次のような方法で最終燃料噴射量を算出することも可能である。図９はこの場合の最終燃料噴射量算出処理に係るルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ１００によって第２のタイミングが到来する毎に繰り返し実行される。ここでも理解容易のため、図３にＴ２で示される第２のタイミングにおける処理を説明するものとする。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０１において、前記ステップＳ２０１と同様に基本燃料噴射量Ｑｂの算出を行う。次にＥＣＵ１００はステップＳ４０２に進み、現時点である第２のタイミングＴ２において燃圧センサ３８により検知される実燃圧Ｐ１の値を取得する。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ４０３において、ステップＳ４０１で算出した基本燃料噴射量ＱｂとステップＳ４０２で取得した実燃圧Ｐ１とを用い、図５に示す燃圧補正係数マップを参照して燃圧補正係数ＫＰを直接的に算出する。ここではＥＣＵ１００の演算速度が十分高速であるため、第２のタイミングにおいて燃料噴射に間に合うように燃圧補正係数ＫＰを算出可能である。

この後ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０４において、最終燃料噴射量Ｑｆｎｌを式：Ｑｆｎｌ＝Ｑｂ×ＫＰに基づいて算出する。そしてステップＳ４０５において最終燃料噴射量Ｑｆｎｌをインジェクタ通電時間τに換算し、本ルーチンを終了する。この後、燃料噴射タイミングの到来と同時に通電時間τに等しい時間だけインジェクタ１２を通電し、燃料噴射させる点は前記同様である。こうしても予め予定されていた量にほぼ等しい量の燃料噴射を実行することができ、燃料噴射量ズレ及び気筒間燃料噴射量バラツキを抑制することができる。

本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、前記実施形態ではなまし燃圧及び実燃圧の比に基づき第２の補正値を算出するようにしたが、これに代えて、なまし燃圧及び実燃圧の差に基づき第２の補正値を算出するようにしてもよい。また、なまし燃圧及び実燃圧の比の平方根に基づき第２の補正値を算出する代わりに、なまし燃圧及び実燃圧の差の平方根に基づき第２の補正値を算出するようにしてもよい。第１及び第２の補正値は、基本燃料噴射量に乗算する値に限らず、基本燃料噴射量に加算、減算、除算等する値であってもよい。エンジンは、前記実施形態では火花点火式内燃機関であったが、これに替えて、圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンとしてもよい。例えばコモンレール式ディーゼルエンジンにも本発明は好適に適用可能である。また、エンジンは直噴式のみならず、吸気通路（例えば吸気ポート）に燃料を噴射する吸気通路噴射式であってもよい。この吸気通路噴射式エンジンにおいても高圧噴射を行う場合があるからである。直噴式と吸気通路噴射式との両方の噴射方式を兼ね備えた所謂デュアル噴射式エンジンにも本発明は好適に適用可能である。燃料供給系や高圧燃料ポンプの構成についても種々のものが考えられる。

以上の説明から分かるように、本実施形態においては基本燃料噴射量算出手段、なまし燃圧算出手段及び補正手段がＥＣＵ１００によって構成される。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限定されず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

本実施形態に関わる内燃機関の制御装置を示すシステム図である。高圧燃料ポンプにおけるプランジャリフトと電磁スピル弁の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。各燃圧値の変化と各演算処理の実行タイミングとを示すタイムチャートであり、４噴射２圧送の場合を示す。第１のタイミングで実行されるなまし燃圧と燃圧補正係数との算出処理を示すフローチャートである。燃圧補正係数マップを示す。従来の最終燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。各燃圧値の変化と各演算処理の実行タイミングとを示すタイムチャートであり、４噴射３圧送の場合を示す。本実施形態の最終燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。別方法に係る最終燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン
１２インジェクタ
２０燃料供給系
２３高圧燃料ライン
２７デリバリパイプ
２８高圧燃料配管
３０高圧燃料ポンプ
３６電磁スピル弁
３８燃圧センサ
１００電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｐ０なまし燃圧
Ｐ１実燃圧
Ｑｂ基本燃料噴射量
Ｑｆｎｌ最終燃料噴射量
ＫＰ燃圧補正係数
ＫＰｒ燃圧ズレ補正係数
Ｔ１第１のタイミング
Ｔ２第２のタイミング
Ｔｉ燃料噴射タイミング

Claims

燃料を高圧燃料ポンプによりデリバリパイプに圧送すると共に、そのデリバリパイプ内の燃圧を燃圧センサで検知する内燃機関の制御装置であって、
機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出手段と、
前記燃圧センサで検知された実燃圧に基づき、デリバリパイプ内の燃圧値を平均化した値であるなまし燃圧を算出するなまし燃圧算出手段と、
前記なまし燃圧及び機関運転状態に基づき第１の補正値を算出すると共に、前記なまし燃圧及び前記実燃圧に基づき第２の補正値を算出し、これら第１の補正値及び第２の補正値により前記基本燃料噴射量を補正する補正手段と
を備え、
前記なまし燃圧算出手段が、所定の第１のタイミングにおいて前記なまし燃圧を算出し、
前記補正手段が、前記第１のタイミングにおいて前記第１の補正値を算出すると共に、前記第１のタイミングより遅く且つ燃料噴射前の所定の第２のタイミングにおいて前記第２の補正値を算出し、且つ、前記第２の補正値を算出する際の前記なまし燃圧及び前記実燃圧として、前記第１のタイミングにおいて算出された前記なまし燃圧及び前記第２のタイミングにおいて前記燃圧センサにより検知された前記実燃圧を用いる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記補正手段が、前記なまし燃圧及び前記実燃圧の比に基づき前記第２の補正値を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記補正手段が、前記なまし燃圧及び前記実燃圧の比の平方根に基づき前記第２の補正値を算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。