JP2010265822A - 内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃料噴射制御装において、アイドル回転制御と気筒間補正制御を利用しつつ、最適な学習方法によって、複数の異なる燃料噴射圧力水準におけるパイロット噴射量の燃料噴射弁（インジェクタ）毎のバラツキを補正することができる内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法を提供する。
【解決手段】内燃機関がアイドル運転状態で、アイドル回転制御と気筒間補正制御とが作動しているときに、両制御における制御値がシリンダ内燃料噴射の主噴射の指示噴射量Ｆｍｉのみに作用するように制御し、この制御の元で、パイロット噴射Ｆｐを行った第１制御時と、パイロット噴射Ｆｐを行わない第２制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量Ｆｍｉの差ΔＦｍを各気筒毎に指示パイロット噴射量Ｆｐｉと比較し、学習補正量を算出して更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の気筒（シリンダ）内へ燃料を噴射する燃料噴射弁の指示噴射量と実噴射量との差異を補正しながら燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法に関する。

内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁の指示噴射量と実噴射量との差異を補正しながら燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置の従来技術の一つとして、アイドル運転で燃料噴射圧力を複数の燃料噴射圧力水準に変更し、ＴＱパルス時間に対する実際の噴射量のズレや噴射量経時変化に対応した噴射量補正量を、無負荷燃費に相当する学習制御時噴射量をｎ回に分割し、このｎ回の分割噴射を行いながら、ＦＣＣＢ補正及びＩＳＣ補正を実施することで各気筒毎に算出する内燃機関用噴射量制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この内燃機関用噴射量制御装置では、インジェクタ（燃料噴射弁）の微小噴射量、特に燃焼音や排気ガスに影響するパイロット噴射量の精度向上のため、微小噴射量の学習制御が行われている。この方式では、無負荷アイドル運転時の負荷であるエンジンフリクション、即ち、エンジン回転に対する摩擦抵抗を基準とし、メイン噴射をｎ分割して１噴射当たりを通常時のパイロット噴射量に近い値にして微小噴射量の学習制御を実施している。

しかしながら、無負荷アイドル運転時のフリクションは、内燃機関の潤滑油の温度と冷却水の温度が安定した暖機後であっても、大気圧、大気温等の環境条件によって異なるので、学習可能な条件は限定され、常時行うことができないという問題や、エンジンフリクションは同一機種、同一条件下であっても、内燃機関の固体毎にバラツキがあり、このバラツキによって学習精度が制限されるという問題がある。

また、この内燃機関用噴射量制御装置のように、複数の異なる燃料噴射圧力水準で学習を行う場合、燃料噴射圧によって燃料増圧ポンプの駆動負荷が変わり、通常燃料増圧ポンプはエンジンクランクシャフトから駆動力を得ているので、エンジンフリクションも変化し、学習値がその分ずれるという問題がある。

更には、トラックでは、ダンプやミキサー、クレーン等の架装物であるＰＴＯ（パワーテイクオフ：Power Take Off）が取り付けられる車両が多く、ＰＴＯを備えている場合には、ＰＴＯ作動運転状態とＰＴＯ非作動の無負荷アイドル運転状態とを識別することができないため、誤学習するという問題がある。

特開２００３−２５４１３９号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法において、アイドル回転制御と気筒間補正制御（シリンダーバランシング）を利用する点では従来技術と同様であるが、最適な学習方法によって、上記の問題点によらず、複数の異なる燃料噴射圧力水準におけるパイロット噴射量の燃料噴射弁（インジェクタ）毎のバラツキを補正することができる内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃料噴射弁における燃料噴射の指示量と実際の燃料噴射量との差を補正しながら燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、内燃機関の運転状態がアイドル状態で、アイドル回転制御と気筒間補正制御とが作動しているときに、両制御における制御値がシリンダ内燃料噴射の主噴射の指示噴射量のみに作用するように制御し、この制御の元で、パイロット噴射を行った第１制御時と、パイロット噴射を行わない第２制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を各気筒毎に指示パイロット噴射量と比較し、前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量未満であれば実パイロット噴射量が指示値よりも小さいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を増加するように学習補正量を更新し、前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量より大きければ実パイロット噴射量が指示値よりも大きいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を減少するように学習補正量を更新するように構成される。

この構成によれば、無負荷アイドル状態でなくても、あるいは、環境条件が異なっていても負荷が安定していて、アイドル時の回転数を予め設定されたアイドル用の回転数に維持するアイドル回転制御と、気筒間補正制御が作動可能な条件下であれば補正値の学習を正しく行える。その上、エンジンフリクションに個体差バラツキがあっても学習値の精度に影響しない。更に、複数の異なる燃料噴射圧力水準で学習を行う場合に、燃料増圧ポンプの駆動負荷変化が学習値の精度に影響するのを回避できる。

上記の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記指示パイロット噴射量と同じ噴射量でアフター噴射を前記パイロット噴射に加えて行い、前記パイロット噴射と前記アフター噴射を行った第３制御時と、前記パイロット噴射を行うが前記アフター噴射を行わない第４制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を算出するように構成する。この構成によれば、パイロット噴射の有り無しでは、燃焼音の違いが大きなり過ぎる等の問題で、パイロット噴射を停止できない場合でも、学習補正を行うことができる。

上記の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記学習補正量の更新を、複数の異なる燃料噴射圧力水準の下で行うと、複数の異なる燃料噴射圧力水準における補正値を得ることができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の燃料噴射制御方法は、内燃機関の燃料噴射弁における燃料噴射の指示量と実際の燃料噴射量との差を補正しながら燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御方法において、内燃機関の運転状態がアイドル状態で、アイドル回転制御と気筒間補正制御とが作動しているときに、両制御における制御値がシリンダ内燃料噴射の主噴射の指示噴射量のみに作用するように制御し、この制御の元で、パイロット噴射を行った第１制御時と、パイロット噴射を行わない第２制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を各気筒毎に指示パイロット噴射量と比較し、前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量未満であれば実パイロット噴射量が指示値よりも小さいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を増加するように学習補正量を更新し、前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量よりおおきければ実パイロット噴射量が指示値よりも大きいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を減少するように学習補正量を更新することを特徴とする方法である。

この方法によれば、無負荷アイドル状態でなくても、あるいは、環境条件が異なっていても負荷が安定していて、アイドル回転制御と気筒間補正制御が作動可能な条件下であれば補正値の学習を正しく行える。その上、エンジンフリクションに個体差バラツキがあっても学習値の精度に影響しない。更に、複数の異なる燃料噴射圧力水準で学習を行う場合に、燃料増圧ポンプの駆動負荷変化が学習値の精度に影響するのを回避できる。

上記の内燃機関の燃料噴射制御方法において、前記指示パイロット噴射量と同じ噴射量でアフター噴射を前記パイロット噴射に加えて行い、前記パイロット噴射と前記アフター噴射を行った第３制御時と、前記パイロット噴射を行うが前記アフター噴射を行わない第４制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を算出する。この方法によれば、パイロット噴射の有り無しでは、燃焼音の違いが大きなり過ぎる等の問題で、パイロット噴射を停止できない場合でも、学習補正を行うことができるようになる。

上記の内燃機関の燃料噴射制御方法において、前記学習補正量の更新を、複数の異なる燃料噴射圧力水準の下で行うと、複数の異なる燃料噴射圧力水準における補正値を得ることができる。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法によれば、無負荷アイドル状態でなくても、あるいは、環境条件が異なっていても負荷が安定していて、アイドル回転制御と気筒間補正制御が作動可能な条件下であれば補正値の学習を正しく行える。その上、エンジンフリクションに個体差バラツキがあっても学習値の精度に影響しない。更に、複数の異なる燃料噴射圧力水準で学習を行う場合に、燃料増圧ポンプの駆動負荷変化が学習値の精度に影響するのを回避できる。

第１の実施の形態におけるパイロット噴射と主噴射を行なう噴射を示した図である。 第１の実施の形態におけるパイロット噴射なしで、指示パイロット噴射量と指示主噴射の増加量が等しい場合を示した図である。 第１の実施の形態におけるパイロット噴射なしで、指示パイロット噴射量よりも指示主噴射の増加量が少ない場合を示した図である。 第１の実施の形態におけるパイロット噴射なしで、指示パイロット噴射量よりも指示主噴射の増加量が多い場合を示した図である。 第２の実施の形態におけるパイロット噴射とアフター噴射と主噴射を行なう噴射を示した図である。 第２の実施の形態におけるパイロット噴射ありで、アフター噴射なしで、指示パイロット噴射量と指示主噴射の増加量が等しい場合を示した図である。 第２の実施の形態におけるパイロット噴射ありで、アフター噴射なしで、指示パイロット噴射量よりも指示主噴射の増加量が少ない場合を示した図である。 第２の実施の形態におけるパイロット噴射ありで、アフター噴射なしで、指示パイロット噴射量よりも指示主噴射の増加量が多い場合を示した図である。 ４個の燃料噴射弁に関する、燃料噴射弁への通電時間と実噴射量との関係を示した図である。 ４個の燃料噴射弁に関する、燃料噴射弁への通電時間と実噴射量変化率との関係を示した図である。 ４個の燃料噴射弁に関する、指示噴射量と実噴射量との関係を示した図である。 ４個の燃料噴射弁に関する、指示噴射量と実噴射量変化率との関係を示した図である。

以下、本発明に係る第１及び第２の実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法について、図面を参照しながら説明する。

最初に第１の実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法について説明する。この内燃機関の燃料噴射制御では、アイドル回転制御と気筒間補正制御（シリンダーバランシング）を利用しつつ。複数の異なる燃料噴射圧力水準におけるパイロット噴射量の燃料噴射弁（インジェクタ）毎のバラツキを補正する制御方法である。

より詳細には、内燃機関（エンジン）の運転状態が、アイドル状態でアイドル回転制御と気筒間補正制御が作動している時に、これらの制御値が、主噴射の指示噴射量のみに作用するようにし、図１のようにパイロット噴射Ｆｐありの第１制御の場合でアイドル回転数が安定して変動が少なくなったときの指示主噴射量Ｆｍ１と、図２〜図４に示すように、パイロット噴射Ｆｐなしの第２制御の場合でアイドル回転数が安定して変動が少なくなったときの指示主噴射量Ｆｍ２、Ｆｍ３，Ｆｍ４との差ΔＦｍ（＝Ｆｍ２−Ｆｍ１，Ｆｍ３−Ｆｍ１，Ｆｍ４−Ｆｍ１）を各気筒毎に記録する。

この指示主噴射量の差ΔＦｍが、図２に示すように指示パイロット噴射量Ｆｐｉと同じであれば、実パイロット噴射量Ｆｐｍが指示値Ｆｐｉと同じであると判断して指示パイロット噴射量Ｆｐｉでの通電時間ｔｉをそのまま維持する。

この指示主噴射量の差ΔＦｍが、図３に示すように指示パイロット噴射量Ｆｐｉ未満であれば実パイロット噴射量Ｆｐｍが指示値Ｆｐｉよりも小さいと判断して指示パイロット噴射量Ｆｐｉでの通電時間ｔｉを増加するように学習補正量を更新する。

逆に、この差ΔＦｍが、図４のように、指示パイロット噴射量Ｆｐｉより大きければ実パイロット噴射量Ｆｐｍが指示値Ｆｐｉよりも大きいと判断して指示パイロット噴射量Ｆｐｉでの通電時間ｔｉを減少するように学習補正量を更新する。

そして、この学習補正量を更新する制御を、複数の異なる燃料噴射圧力水準の下で行うことにより、複数の異なる燃料噴射圧力水準における補正値を得ることができる。次に、上記の補正方法を用いる理由について説明する。図９の燃料噴射弁（インジェクタ）の例でいうと、約５ｍｍ³／ｓｔ以下のパイロット噴射で使用する、楕円で囲んだ範囲のような、微小噴射量領域では、燃料噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの個体差の噴射量バラツキが大きい。

しかし、噴射量が５ｍｍ３／ｓｔ以上の主噴射で使用する領域では燃料噴射弁のメーカーの出荷時の調整可能範囲でもあり、噴射量のバラツキが小さく、特に傾きのバラツキは殆ど無い。なお、この傾きは、図１０に示す通電時間に対する実噴射量変化率（ｍｍ³／ｓｔ／μｓ）で見るとよく分かる。本発明では、この燃料噴射弁の特性を利用して微小噴射量の補正を行う。

図１１は図９の４本のインジェクタの平均値を基に、指示噴射量から通電時間を求め、その通電時間で噴射した場合の各燃料噴射弁の実噴射量を示す。５ｍｍ³／ｓｔ以下のパイロット噴射で使用する、図９と同様に、図１１に示す楕円で囲んだ範囲のような微小噴射量領域では、バラツキは大きいが、５ｍｍ³／ｓｔ以上ではバラツキは小さく、少なくとも傾き（図１２の指示噴射量に対する実噴射量の変化率）は殆どバラツキがない。

従って、この燃料噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの例でいうと、５ｍｍ³／ｓｔ以上では絶対値には若干バラツキはあるが、図１２に示すように指示噴射量の変化量と実噴射量の変化量の比率である実噴射量変化率（ｍｍ³／ｓｔ／ｍｍ³／ｓｔ）は、ほぼ同じ（変化率＝１）と言える。

上記のように、実噴射量Ｍが小さくバラツキが大きい微小噴射量の範囲で、パイロット噴射量Ｆｐｍと指示パイロット噴射量Ｆｐｉを直接比較せずに、実噴射量Ｍが比較的大きくバラツキが小さい噴射量の範囲で（実パイロット噴射量Ｆｐｍ＋実主噴射量Ｆｍ１）と（実主噴射量Ｆｍ２（Ｆｍ３，Ｆｍ４等））を計測し、これらの差ΔＦｍと、指示パイロット噴射量Ｆｐｉを比較することで、精度良く補正量を算出する。

つまり、実主噴射量Ｆｍｍを加えて、パイロット噴射量Ｆｐｍと指示パイロット噴射量Ｆｐｉを直接比較しないのは、図９や図１１に示されているように、実噴射量Ｍが約５ｍｍ³／ｓｔ以下であると、バラツキを生じるからである。そのため、実主噴射量Ｆｍｍを加えた、実噴射量Ｍが約５ｍｍ³／ｓｔより大きい、バラツキのない範囲で補正量を算出することにしている。

言い換えれば、「Ｆｍ２（Ｆｍ３，Ｆ４ｍ等）−Ｆｍ１」をＦｐｉと比較し、「Ｆｍ２（Ｆｍ３，Ｆ４ｍ等）−Ｆｍ１」がＦｐｉよりも小さければ、指示パイロット噴射量Ｆｐｉでの通電時間ｔｉを増加するように学習補正量を更新する。逆に、「Ｆｍ２（Ｆｍ３，Ｆ４ｍ等）−Ｆｍ１」がＦｐｉよりも大きければ、指示パイロット噴射量Ｆｐｉでの通電時間ｔｉを減少するように学習補正量を更新する。

次に、第２の実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法について説明する。この内燃機関の燃料噴射制御では、パイロット噴射Ｆｐの有り無しでは、燃焼音の違いが大きくなり過ぎる等、パイロット噴射Ｆｐを停止することができない場合でも、学習補正量を更新できる。このアフター噴射では、パイロット噴射量と同じ噴射量で噴射を行っても、燃焼音等の問題が起こり難い。

この方法では、図５示すように、パイロット噴射Ｆｐと同じ指示噴射量で主噴射Ｆｍの後にアフター噴射Ｆａを行う第３制御を行い、図５に示すようなアフター噴射Ｆａの有りの第３制御の場合と、図６〜図８に示すようなアフター噴射Ｆａ無しの第４制御の場合とで、指示主噴射量Ｆｍ２、Ｆｍ３，Ｆｍ４との差ΔＦｍ（＝Ｆｍ２−Ｆｍ１，Ｆｍ３−Ｆｍ１，Ｆｍ４−Ｆｍ１）を、指示アフター噴射量Ｆａｉとの比較して、第１の実施の形態と同様に、学習補正量を更新してもよい。

上記の構成の内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法によれば、無負荷アイドル状態でなくても、あるいは、環境条件が異なっていても負荷が安定していて、アイドル回転制御と気筒間補正制御が作動可能な条件下であれば補正値の学習を正しく行える。その上、エンジンフリクションに個体差バラツキがあっても学習値の精度に影響しない。更に、複数の異なる燃料噴射圧力水準で学習を行う場合に、燃料増圧ポンプの駆動負荷変化が学習値の精度に影響するのを回避できる。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法は、内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法において、アイドル回転制御と気筒間補正制御（シリンダーバランシング）を利用する点では従来技術と同様であるが、最適な学習方法によって、上記の問題点によらず、複数の異なる燃料噴射圧力水準におけるパイロット噴射量の燃料噴射弁（インジェクタ）毎のバラツキを補正することができるので、自動車等に搭載する内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法として利用することができる。

Ｆｐ パイロット噴射
Ｆｐｉ 指示パイロット噴射量
Ｆｐｍ 実パイロット噴射量
Ｆｍ 主噴射
Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４ 指示主噴射量
Ｆｍｉ 指示主噴射量
Ｆｍｍ 実主噴射量
Ｆａ アフター噴射
Ｆａｉ 指示アフター噴射量
Ｆａｍ アフター噴射

Claims (6)

1. 内燃機関の燃料噴射弁における燃料噴射の指示量と実際の燃料噴射量との差を補正しながら燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   内燃機関の運転状態がアイドル状態で、アイドル回転制御と気筒間補正制御とが作動しているときに、両制御における制御値がシリンダ内燃料噴射の主噴射の指示噴射量のみに作用するように制御し、
   この制御の元で、パイロット噴射を行った第１制御時と、パイロット噴射を行わない第２制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を各気筒毎に指示パイロット噴射量と比較し、
   前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量未満であれば実パイロット噴射量が指示値よりも小さいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を増加するように学習補正量を更新し、
   前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量より大きければ実パイロット噴射量が指示値よりも大きいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を減少するように学習補正量を更新することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記指示パイロット噴射量と同じ噴射量でアフター噴射を前記パイロット噴射に加えて行い、前記パイロット噴射と前記アフター噴射を行った第３制御時と、前記パイロット噴射を行うが前記アフター噴射を行わない第４制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記学習補正量の更新を、複数の異なる燃料噴射圧力水準の下で行う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。
4. 内燃機関の燃料噴射弁における燃料噴射の指示量と実際の燃料噴射量との差を補正しながら燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御方法において、
   内燃機関の運転状態がアイドル状態で、アイドル回転制御と気筒間補正制御とが作動しているときに、両制御における制御値がシリンダ内燃料噴射の主噴射の指示噴射量のみに作用するように制御し、
   この制御の元で、パイロット噴射を行った第１制御時と、パイロット噴射を行わない第２制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を各気筒毎に指示パイロット噴射量と比較し、
   前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量未満であれば実パイロット噴射量が指示値よりも小さいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を増加するように学習補正量を更新し、
   前記指示主噴射量の差が前記指示パイロット噴射量より大きければ実パイロット噴射量が指示値よりも大きいと判断して前記指示パイロット噴射量での通電時間を減少するように学習補正量を更新することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
5. 前記指示パイロット噴射量と同じ噴射量でアフター噴射を前記パイロット噴射に加えて行い、前記パイロット噴射と前記アフター噴射を行った第３制御時と、前記パイロット噴射を行うが前記アフター噴射を行わない第４制御時とで、アイドル回転数が安定した時の指示主噴射量の差を算出することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御方法。
6. 前記学習補正量の更新を、複数の異なる燃料噴射圧力水準の下で行う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方法。

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