JP4103774B2

JP4103774B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4103774B2
Application number: JP2003371471A
Authority: JP
Inventors: 英嗣竹本; 寛原口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: DE102004052703A1; CN1611759A; US7007664B2; US20050092297A1; CN100340757C; FR2861807B1; FR2861807A1; JP2005133659A; DE102004052703B4

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関に付設されて、燃料の噴射時期および噴射量を規定するインジェクタの開閉時期などを調整するもので、その制御部では、内燃機関の運転状態の検出結果に基づいて、要求されるトルクが生成されること、および、高い燃費が引き出されることを企図して、噴射時期や噴射量などが設定される。圧縮着火式の内燃機関においては、運転状態として着火時期を検出し、これが所定の目標時期となるように燃料噴射時期をフィードバック制御し、熱効率の向上により燃費の改善を図るものがある（特許文献１、特許文献２）。前記特許文献２の技術ではさらに、運転状態が着火検出のばらつきが大きい所定の状態のときにはフィードバック制御を停止して、着火時期の異常進角を回避している。

また、運転状態として筒内圧を検出し、その最大値が所定の上限値を超えないように燃料噴射時期をフィードバック制御し、筒内圧の過昇からの機関の保護を図るものがある（特許文献３、特許文献４）。
特開昭６１−２３４２４６号公報特開昭６２−３２２４７号公報実開昭５８−１６５２２９号公報特開２００２−１８０８７９号公報

しかしながら、前記各特許文献に記載の技術は、いずれも、燃費の改善と機関の保護とのいずれか一方のみを目的として燃料の噴射時期をフィードバック制御するものであり、他方の目的が考慮されていない。すなわち、燃費の改善を最大限図れば機関が損なわれるおそれがあり、機関の保護を最大限図れば燃費に不満が残るおそれがある。また、前記特許文献２の技術は、運転状態の検出精度が十分でないときに不適正なフィードバック制御を禁止するに過ぎず、燃費の改善と機関の保護との両立を企図したものではない。

本発明は前記実情に鑑みなされたもので、燃費の改善と機関の保護との両立を図ることのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本願に係る発明は、本発明者らが得た圧縮着火式の内燃機関についての知見に基づいてなされたもので、一般的に、回転数域にかかわらず着火時期が進角していくと、筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなるピーク領域が得られ、その領域を過ぎて更に着火時期を進角すると、トルクのピークを経過した後に遅れて筒内圧最大値が小さくなる傾向がある。なお、高回転数の運転域では、機関保護の観点による筒内圧限界値が上記のピーク領域近傍、あるいは、ピーク領域前に生じ、低回転数の運転域では、筒内圧限界値による着火時期の進角限界は生じないことから、実使用される着火時期の進角量の大きさは回転域により異なる。

請求項１記載の発明では、圧縮着火式の内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて燃料の噴射を制御する制御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧の最大値を検出する筒内圧最大値検出手段を具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記筒内圧最大値が予め設定した目標圧力値となるように燃料の噴射時期をフィードバック制御する筒内圧ベースフィードバック制御手段と、該筒内圧ベースフィードバック制御手段に基づく前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも進角側であり、かつ筒内圧最大値のピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつ前記内燃機関が出力するトルクが小さくなる、もしくはほぼ一定で推移する所定の運転領域では前記フィードバック制御を禁止する禁止手段を具備せしめる。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる運転領域において前記フィードバック制御における前記目標圧力値を適合化してあって、運転領域が、着火時期が進角するほど筒内圧最大値は高くなるがトルクが小さくなる運転領域（例えば、低回転領域）に移行すると、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御では、十分なトルクが出力できなくなるおそれがある。また、低回転領域では筒内圧最大値が全体的に低くなるので、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段により着火時期が過進角になるおそれがある。したがって、かかる着火時期が進角するほどトルクが小さくなる運転領域に移行したときには前記フィードバック制御を禁止することで、トルク不足を防止し、燃費を向上せしめることができる。

請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、低回転数の領域とする。

低回転数の領域では、着火時期が進角するほどトルクが小さくなるので、筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御を禁止するか否かを、検出された回転数が基準の回転数以下か以上かで判断することができる。

請求項３記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の着火時期を検出する着火時期検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段が有効なときに着火時期が予め設定した基準の着火時期よりも進角側となる領域とする。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる運転領域から着火時期が進角するほど筒内圧最大値は高くなるがトルクが小さくなる運転領域に移行すると、筒内圧最大値が全体的に小さくなるので、前記前記筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御の元では着火時期が相対的に進角側になる。したがって、着火時期が基準の着火時期よりも進角側になったら、筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御を禁止すべき運転領域に入ったことを知ることができる。

請求項４記載の発明では、圧縮着火式の内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて燃料の噴射を制御する制御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の着火時期を検出する着火時期検出手段を具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記着火時期が予め設定した目標時期となるように燃料の噴射時期をフィードバック制御する着火時期ベースフィードバック制御手段と、該着火時期ベースフィードバック制御手段に基づく前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が前記内燃機関の着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつ前記内燃機関が出力するトルクが大きくなる、もしくはほぼ一定で推移する所定の運転領域では前記フィードバック制御を禁止する禁止手段とを具備せしめる。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くトルクが小さくなる運転領域において前記フィードバック制御における前記目標時期を適合化してあって、運転領域が、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる運転領域に移行すると、前記フィードバック制御の元では、十分なトルクが出力できなくなるおそれがある。また、筒内圧最大値が相対的に高くなるので、筒内圧最大値が過昇するおそれがある。したがって、かかる着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる運転領域に移行したときには前記フィードバック制御を禁止することで、トルク不足を防止し、燃費を向上せしめることができる。

請求項５記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、高回転数の領域とする。

高回転数域では、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなるので、着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御を禁止するか否かを、検出された回転数が基準の回転数以上か以下かで判断することができる。

請求項６記載の発明では、請求項５の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧の最大値を検出する筒内圧最大値検出手段を具備せしめ、
前記着火時期ベースフィードバック制御手段は、筒内圧最大値が予め設定した上限値を超えないことを条件として、検出された前記着火時期が前記目標時期となるように燃料噴射時期をフィードバック制御するように設定する。

筒内圧最大値が上限値以下に制限されるので内燃機関の保護を十分に図ることができる。

請求項７記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧最大値を検出する筒内最大値検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、前記着火時期ベースフィードバック制御手段が有効なときに筒内圧最大値が予め設定した基準の筒内圧最大値よりも高圧側となる領域とする。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが小さくなる運転領域から着火時期が進角するほど筒内圧最大値は高くかつトルクが大きくなる運転領域に移行すると、筒内圧最大値が相対的に高くなる。したがって、筒内圧最大値が基準の筒内圧最大値を超えたら、着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御を禁止すべき運転領域に入ったことを知ることができる。

請求項８記載の発明では、圧縮着火式の内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて燃料の噴射を制御する制御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧の最大値を検出する筒内圧最大値検出手段と、前記内燃機関の着火時期を検出する着火時期検出手段とを具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記筒内圧最大値が予め設定した目標圧力値となるように燃料の噴射時期をフィードバック制御する筒内圧ベースフィードバック制御手段と、検出された前記着火時期が予め設定した目標時期となるように噴射時期をフィードバック制御する着火時期ベースフィードバック制御手段と、前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつ前記内燃機関が出力するトルクが大きくなる、もしくはほぼ一定で推移する第１の運転領域では筒内圧ベースフィードバック制御手段を選択し、前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも進角側であり、かつ筒内圧最大値のピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高く、かつ筒内圧最大値とは逆にトルクが小さくなる第２の運転領域では着火時期ベースフィードバック制御手段を選択する切換え手段とを具備せしめる。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる第１の運転領域において前記筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御における前記目標圧力値を適合化してあって、運転領域が、着火時期が進角するほど筒内圧最大値は高くなるがトルクが小さくなる第２の運転領域に移行すると、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御では、十分なトルクが出力できず、また過進角となるおそれがあるが、かかる着火時期が進角するほど筒内圧最大値は高いがトルクが小さくなる運転領域に移行したときには、筒内圧ベースフィードバック手段によるフィードバック制御に代えて、着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御に切換わる。該フィードバック制御において、前記目標時期を適合化すれば、十分なトルクを出力し、燃費を向上せしめることができる。

一方、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが小さくなる第２の運転領域において前記着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御における前記目標時期を適合化してあって、運転領域が、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる第１の運転領域に移行すると、前記フィードバック制御により、十分なトルクが出力できず、また筒内圧最大値が過昇するおそれがあるが、今度は、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御に切換わることで、十分なトルクを出力し、燃費を向上せしめることができる。

請求項９記載の発明では、請求項８の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を具備せしめ、
前記第１の運転領域は高回転数の領域であり、前記第２の運転領域は低回転数の領域とする。

低回転数域では、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが小さくなる。一方、高回転数域では、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる。着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御と筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御とでいずれを選択するかを、検出された回転数が基準の回転数以下か以上かで判断することができる。

請求項１０記載の発明では、請求９の発明の構成において、前記着火時期ベースフィードバック制御手段は、筒内圧最大値が予め設定した上限値を超えないことを条件として、検出された前記着火時期が予め設定した目標時期となるように噴射時期をフィードバック制御するように設定する。

筒内圧最大値が上限値以下に制限されるので内燃機関の保護を十分に図ることができる。しかも、筒内圧検出手段の検出結果が筒内圧ベースフィードバック制御手段でも利用されるので、対費用効果は高い。

請求項１１記載の発明では、請求項８の発明の構成において、前記切換え手段は、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段が有効なときに着火時期が予め設定した基準の着火時期よりも進角側になると、第１の運転領域に移行したものと判じ、前記着火時期ベースフィードバック制御手段が有効なときに、筒内圧最大値が予め設定した基準の筒内圧最大値よりも高圧側になると，第２の運転領域に移行したものと判じる手段とする。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが小さくなる運転領域から着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが大きくなる運転領域に移行すると、筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御の元では着火時期が相対的に進角側になる。したがって、着火時期が基準の着火時期よりも進角側になったら、筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御から、着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御に切換えるべき運転領域に入ったことを知ることができる。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが小さくなる運転領域から着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くトルクが大きくなる運転領域に移行すると、着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御の元では筒内圧最大値が相対的に高くなる。したがって、筒内圧最大値が基準の筒内圧最大値を超えたら、着火時期ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御から、筒内圧ベースフィードバック制御手段によるフィードバック制御に切換えるべき運転領域に入ったことを知ることができる。

請求項１２記載の発明では、請求項１ないし１１の発明の構成において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内から排出される粒子状物質またはスモークの濃度を検出する排ガス検出手段を具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記粒子状物質またはスモークが予め設定した目標濃度値となるように燃料の噴射量をフィードバック制御する噴射量フィードバック手段を具備せしめる。

前記粒子状物質またはスモークが管理されるので、排気浄化を図ることができる。

請求項１３記載の発明では、請求項１２の発明の構成において、前記排ガス検出手段は、前記内燃機関の排気系に装着される空燃比センサにより構成して、酸素濃度が低いほど粒子状物質またはスモークの濃度が高いものとする。

粒子状物質またはスモークの検出に、通常、内燃機関に搭載されている空燃比センサを利用することができるので別途センサを設ける必要がなく、構成を簡略化することができる。

図１、図２に本発明の内燃機関の燃料制御装置を適用した圧縮着火式の内燃機関であるディーゼルエンジン（以下，適宜、単にエンジンという）の構成を示す。本実施形態は例えば自動車に適用したものである。エンジン本体１の各気筒に１対１に対応してインジェクタ１１，１２，１３，１４が設けてあり、ＥＣＵ３の制御で、所定の時期に所定時間、開弁して燃料を噴射する。噴射された燃料の燃焼後の排ガスは、上流で全気筒と連通する排気マニホールド２１や、排ガス中の粒子状物質を捕集するＣＤＰＦ２２などよりなる排気系２を経て外気中に排出される。また、排気マニホールド２２１へ排出された排気の廃熱を利用して強制的に吸気せしめる過給器であるターボチャージャ２３が付設されている。

ＥＣＵ３は、燃料噴射の制御を、エンジン各部に設けられたセンサ類によって知られるエンジンの運転状態に基づいて実行する。かかるセンサ類として、吸気マニホールド２１１を最下流部とする吸気系２１に設けられたスロットルバルブ２１２の動作量を検出するスロットルポジションセンサ４３、回転数検出手段であるエンジン回転数を検出する回転数センサ４１、各気筒の燃焼圧を検出する筒内圧最大値検出手段である燃焼圧センサ４２１，４２２，４２３，４２４などが設けられる。燃焼圧センサ４２１〜４２４は圧電素子により気筒内の圧力を検出するものなどが用いられ，各気筒に１対１に対応して設けられる。また、排気系２２には、ＣＤＰＦ２２よりも下流に、排ガス検出手段である空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４４が設けてあり、Ｏ2濃度を検出する。また、排ガス中の排気微粒子を捕集するＣＤＰＦ２２よりも上流には排気温を検出する排気温センサ４５が設けてある。

ＥＣＵ３は各種の信号処理回路や演算回路からなり、例えばマイクロコンピュータを中心に構成される。燃焼圧センサ処理回路３１は、燃焼圧センサ４２１〜４２４の出力信号を入力として設けられ，筒内圧最大値、着火時期、燃焼量を演算部３３に出力する。筒内圧最大値は各気筒の１回の燃焼サイクルにおける最大値であり、燃焼圧センサ処理回路３１には例えばピークホールド回路が設けられ、所定クランク角範囲における最大値をホールドし、これを筒内圧最大値とする。着火時期は、燃焼圧の単位時間当たりの増加量が予め設定された基準値を超えると、当該クランク角度を着火時期とする。このため、燃焼圧センサ処理回路３１には例えば相前後して入力する燃焼圧信号の差分をとる減算回路や、基準値と比較するためのコンパレータなどが設けられる。減算回路の出力は燃焼圧の単位時間当たりの増加量となる。また、燃焼量は、燃焼圧を積算したものが出力される。

燃焼圧センサ処理回路３１では、ゲート回路３２から出力されるクランク角度信号に基づき、クランク角度に同期して燃焼圧センサ４２１〜４２４の出力信号が取り込まれる。ゲート回路３２は、ＮＥセンサ４１の出力信号および演算部３３からの角度校正信号により燃焼圧センサ処理回路３１へのクランク角度信号を生成する。

演算部３３は，前記燃焼圧センサ処理回路３１からの筒内圧最大値、着火時期、および燃焼量、さらにＮＥセンサ４１からのエンジン回転数信号に基づいて、燃焼圧信号校正ロジック、ＴＤＣ位置校正ロジック、噴射時期制御ロジック、噴射量補正ロジックなどを実行する。前記燃焼量は、筒内圧の積算値として与えられ、これと噴射量とを比較することで、燃料噴射と燃焼との整合性が監視される。

図２は燃焼圧センサ処理回路３１および演算部３３における噴射時期および噴射量の設定処理機能をブロック図により表したもので、アクセル開度検出部５１１はスロットルポジションセンサ４３からの検出信号に基づいてアクセル開度を得る。エンジン回転数検出部５１２はＮＥセンサ４１からのクランク角信号に基づいてエンジン回転数を得る。Ｐｍａｘ検出部５１３および着火時期検出部５１４は前記のごとく燃焼圧センサ処理回路部３１に設けられることになる。演算部３３の機能は、例えば演算部３３のコンピュータで実行される制御プログラム上で実現される。Ｏ2濃度余裕計算部５１４は、Ｏ2濃度が高いほど排ガス中の粒子状物質やスモークが多いことを利用し、これら粒子状物質やスモークの濃度の管理値に対応したＯ2濃度の目標値に対する余裕度を演算する。排気温余裕計算部５１５は、排気温の上限値に対する余裕を計算する。上限値は、エンジン１の信頼性限界に基づいて設定される。

これらの出力値に基づいて噴射時期および噴射量が設定され、インジェクタ１１〜１４のドライブ回路３４が所定の時期になると所定時間の間、インジェクタ１１〜１４を開弁する。ドライブ回路３４は、インジェクタ１１〜１４の他、ＥＧＲ（排気ガス再循環）用のアクチュエータ、ターボチャージャ２３のＶＮＣ（可変ノズルコントロール）用のアクチュエータをそれぞれ駆動する。

噴射時期は2つの噴射時期フィードバック制御部５３１，５３２のいずれかで設定される。筒内圧ベースフィードバック制御手段である第1の噴射時期フィードバック制御部５３１は、筒内圧最大値Ｐｍａｘが目標圧力値となるように噴射時期の補正量を演算し、噴射時期をフィードバック制御する（以下，適宜、第1のフィードバック制御部を筒内圧ベースフィードバック制御部という）。また、着火時期ベースフィードバック制御手段である第２のフィードバック制御部５３２は、着火時期が目標時期となるように噴射時期の補正量を演算し、噴射時期をフィードバック制御する（以下，適宜、第２の噴射時期フィードバック制御部を着火時期ベースフィードバック制御部という）。２つのフィードバック制御部５３１，５３２のうちいずれが有効となるかは、エンジン回転数およびアクセル開度に基づいてスイッチ条件判断部５２が切換える。

図３はスイッチ条件判断部５２におけるフィードバック制御部５３１，５３２の切換え条件を示すもので、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１が有効となる運転領域と、着火時期ベースフィードバック制御部５３２が有効となる運転領域とをエンジントルクおよびエンジン回転数により特定している。エンジンの負荷はエンジントルクおよびエンジン回転数に比例するから、スイッチ条件判断部３２ではエンジンの負荷を規定するアクセル開度およびエンジン回転数により切換えを行う。基本的には着火時期ベースフィードバック制御部が選択され、図中、ハッチングを施した高負荷領域で前記筒内圧ベースフィードバック制御が実行される。すなわち、エンジン回転数が予め設定した基準値よりも大きいと、アクセル開度が基準値よりも大きいことを条件として、筒内圧ベースフィードバック制御が選択され、エンジン回転数が基準値よりも小さいと、アクセル開度によらず着火時期ベースフィードバック制御が選択される。なお、着火時期ベースフィードバック制御においては、加重要件として筒内圧最大値が上限値以下に制限されることが加味されて噴射時期が設定される。後述するように、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が大きくなるため、筒内圧最大値が上限値を超えない範囲で噴射時期が設定される。

噴射時期フィードバック制御部５３１，５３２で演算された噴射時期を入力としてＭＡＸ、ＭＩＮガード部５４１が設けられている。ＭＡＸ、ＭＩＮガード部５４１では噴射時期が所定範囲を超える場合にこれを再設定して出力する。すなわち、噴射時期が予め設定した上限値以上のときには該上限値に再設定され、下限値以下のときには該下限値に再設定される。

ここで高負荷域におけるフィードバック制御の切換えについて説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ噴射時期に対するトルク、燃費、および筒内圧最大値の関係を示すもので、発明者らが鋭意実験研究を重ね、得た結果である。図４（Ａ）が高回転域のもので、図４（Ｂ）が低回転域のものである。なお、噴射時期と着火時期との間には相関があり、噴射時期が進角するほど着火時期も進角する。筒内圧最大値は、ＴＤＣ付近において噴射時期が進角するほど高圧となり、機関保護の観点による筒内圧限界値に近づいていく。高回転数域の方が全体的に高い値をとる。これは、高回転域では排気流量が増大することでターボチャージャ２３の作動による過給圧の大幅な上昇を可能にし、吸気量が増大するためと認められる。なお、高回転数域の方が全体的に高い値をとるため、高回転数域では機関保護の観点による進角限界がある。

また、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１が有効となる高回転域では噴射時期を進角させると筒内圧最大値が高くなるとともに、トルクが大きくなり、燃費が向上する。したがって、筒内圧最大値の目標圧力値をエンジン許容範囲内で十分に高く設定すれば、筒内圧ベースフィードバック制御により、十分なトルクを生成し、高い燃費を達成することができる。

一方、低回転域では、噴射時期を進角させると、筒内圧最大値は高くなるが、トルクが小さくなるとともに燃費が悪化する。このように、高回転域と低回転域とで異なる傾向を呈するのは、噴射時期を変えていったときに筒内圧最大値、トルクが大きくなるピーク領域が現れるクランク角が、筒内圧最大値についての方が進角側にあり、前記筒内圧限界値による進角限界の発生の有無により高回転域と低回転域とで実使用域が異なることに基因している。したがって、筒内圧最大値の目標値が高めに設定される筒内圧ベースフィードバックにより噴射時期を設定すると、トルクが十分に引き出せず、また、燃費も十分ではない。そして、筒内圧最大値が全体的に低くなるので、過進角となるおそれがある。本燃料噴射制御装置のように低回転域では筒内圧ベースフィードバック制御を禁止して、着火時期ベースフィードバック制御を選択することにより、噴射時期を適正化し、過進角を回避することができる。

なお、着火時期ベースフィードバック制御の元で、高回転数域に移行すると、今度は、筒内圧最大値が全体的に高くなる。着火時期ベースフィードバック制御では前記のごとく筒内圧最大値が上限値を超えないように噴射時期の補正量が演算されるので、確実にエンジン１の保護を図ることができる。勿論、着火時期ベースフィードバック制御における目標時期の設定やエンジン１の特性によって、着火時期ベースフィードバック制御中に筒内圧最大値が上限値を超えないことが分かっている場合には、着火時期ベースフィードバック制御において、筒内圧最大値に基づく噴射時期の補正量制限を解除するのもよい。

このように全回転域で噴射時期を適正化して十分なトルクを得るとともに高燃費を達成することができる。

なお、かかる筒内圧ベースフィードバック制御への切換えを高負荷域に限って行うようにしているのは、高負荷域では全体に燃焼圧が高くなり、筒内圧最大値の過昇が生じやすくなるためである。したがって、負荷によらず両噴射時期フィードバック制御部５３１，５３２の切換えを全負荷域で行うことを必ずしも排除するものではない。

次に、噴射量のフィードバック制御について説明する。噴射量フィードバック制御部５３３では、Ｏ2濃度が目標値となるようにＯ2濃度余裕計算値に基づいて噴射量の補正値を演算し、噴射量をフィードバック制御する。なお、噴射量フィードバック制御においては、排気温度が上限値以下に制限されるように噴射量が設定される。また、噴射量フィードバック制御部５３３において基本となる噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数に基づくマップなどにより設定される。

噴射量フィードバック制御部５３３から出力された噴射量はＭＡＸ、ＭＩＮガード部５４２に入力する。ＭＡＸ、ＭＩＮガード部５４２では噴射量が所定範囲を超える場合にこれを再設定して出力する。すなわち、噴射量が予め設定した上限値以上のときには該上限値に再設定され、下限値以下のときには該下限値に再設定される。誤検出による異常なフィードバックを禁止するためである。

なお、本実施形態では、筒内圧ベースフィードバック制御と着火時期ベースフィードバック制御とをエンジン回転数の回転域に応じて選択するようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、フィードバック制御部として筒内圧ベースフィードバック制御部のみ設けて、エンジン回転数が境界値を下回る回転域では、筒内圧ベースフィードバック制御を禁止するようにしてもよい。低回転数域では、筒内圧最大値が全体的に低くなって、筒内圧ベースフィードバック制御の元では、過角のおそれがあるからである。また、フィードバック制御部として着火時期ベースフィードバック制御部のみ設けて、エンジン回転数が境界値を上回る回転域では、着火時期ベースフィードバック制御を禁止するようにしてもよい。高回転数域では、筒内圧最大値が全体的に高くなって、着火時期ベースフィードバック制御の元では、筒内圧最大値が過昇するおそれがあるからである。

また、２種類のフィードバック制御をエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて切換えるのではなく、エンジン１の運転状態を示す別のパラメータにしたがって切換えてもよい。図５にこの例を示す。図２と同じ番号を付した部分は実質的に図２のものと同じ処理を行うので、図２との相違点を中心に説明する。

スイッチ条件判断部５２Ａは、筒内圧最大値および着火時期を入力として、着火時期ベースフィードバック制御部５３２が有効のときに筒内圧最大値が基準の筒内圧最大値よりも高くなると筒内圧ベースフィードバック制御部５３１に切換え、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１が有効のときに着火時期が基準の着火時期よりも進角すると着火時期ベースフィードバック制御部５３２に切換えるようになっている。

着火時期が進角するほど筒内圧最大値とともにトルクが大きくなる運転領域である高回転数域において前記筒内圧ベースフィードバック制御部５３１によるフィードバック制御における前記目標圧力値を適合化してあって、運転領域が高回転数域から低回転数域に移行すると、筒内圧最大値が相対的に低下するので、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１によるフィードバック制御の元では進角傾向が強くなる。この低回転数域は、着火時期が進角するほど筒内圧最大値とは逆にトルクが小さくなる運転領域であり、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１によるフィードバック制御では、十分なトルクが出力できなくなるおそれがある。かかる着火時期が進角するほどトルクが小さくなる運転領域に移行したときには、該運転領域への移行が、着火時期が基準の着火時期よりも進角することで知られ、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１によるフィードバック制御に代えて、着火時期ベースフィードバック制御部５３２によるフィードバック制御に切換わる。該フィードバック制御において、前記目標時期を適合化すれば、十分なトルクを出力し、燃費を向上せしめることができる。

一方、着火時期が進角するほどトルクが小さくなる運転領域である低回転数域において着火時期ベースフィードバック制御部５３２によるフィードバック制御における前記目標時期を適合化してあって、運転領域が、高回転数域に移行すると、この回転数域は前記のごとく着火時期が進角するほどトルクが大きくなる運転領域であり、着火時期ベースフィードバック制御部５３２によるフィードバック制御では、十分なトルクが出力できなくなるおそれがあるが、着火時期が進角するほどトルクが大きくなる運転領域である高回転数域は筒内圧最大値が全体に高くなる運転領域であり、該運転領域への移行が、筒内圧最大値が基準の筒内圧最大値を超えることで知られる。そして、筒内圧ベースフィードバック制御部５３１によるフィードバック制御に切換えることで、十分なトルクを出力し、燃費を向上せしめることができる。

なお、筒内圧ベースフィードバック制御と着火時期ベースフィードバック制御とを筒内圧最大値および着火時期に応じて選択するのではなく、噴射時期フィードバック制御部として筒内圧ベースフィードバック制御部のみ設けて、着火時期が基準時期よりも進角する運転領域では、筒内圧ベースフィードバック制御を禁止するようにしてもよい。また、フィードバック制御部として着火時期ベースフィードバック制御部のみ設けて、筒内圧最大値が基準圧力値を超える運転領域では、着火時期ベースフィードバック制御を禁止するようにしてもよい。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンの構成図である。前記内燃機関の燃料噴射制御装置で実行される制御機能の要部を示す図である。前記制御機能の要部を説明するグラフである。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ前記制御機能の要部を説明するタイミングチャートである。本発明の変形例の内燃機関の燃料噴射制御装置で実行される制御機能の要部を示す図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
１１，１２，１３，１４インジェクタ
２１２スロットルバルブ
２３ターボチャージャ（過給器）
３ＥＣＵ
４１回転数センサ（運転状態検出手段、回転数検出手段）
４２１，４２２，４２３，４２４燃焼圧センサ（運転状態検出手段、筒内圧最大値検出手段）
４３スロットルポジションセンサ
４４Ａ／Ｆセンサ（排ガス検出手段）
５２，５２Ａスイッチ条件判断部（切換え手段）
５３１筒内圧ベースフィードバック制御部（筒内圧ベースフィードバック制御手段）
５３２着火時期ベースフィードバック制御部（着火時期ベースフィードバック制御手段）
５３３噴射量フィードバック制御部（噴射量フィードバック制御手段）

Claims

圧縮着火式の内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて燃料の噴射を制御する制御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧の最大値を検出する筒内圧最大値検出手段を具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記筒内圧最大値が予め設定した目標圧力値となるように燃料の噴射時期をフィードバック制御する筒内圧ベースフィードバック制御手段と、該筒内圧ベースフィードバック制御手段に基づく前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも進角側であり、かつ筒内圧最大値のピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつ前記内燃機関が出力するトルクが小さくなる、もしくはほぼ一定で推移する所定の運転領域では前記フィードバック制御を禁止する禁止手段を具備せしめたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、低回転数の領域である内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の着火時期を検出する着火時期検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段が有効なときに着火時期が予め設定した基準の着火時期よりも進角側となる領域である内燃機関の燃料噴射制御装置。
圧縮着火式の内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて燃料の噴射を制御する制御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の着火時期を検出する着火時期検出手段を具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記着火時期が予め設定した目標時期となるように燃料の噴射時期をフィードバック制御する着火時期ベースフィードバック制御手段と、該着火時期ベースフィードバック制御手段に基づく前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつ前記内燃機関が出力するトルクが大きくなる、もしくはほぼ一定で推移する所定の運転領域では前記フィードバック制御を禁止する禁止手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、高回転数の領域である内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項５記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧の最大値を検出する筒内圧最大値検出手段を具備せしめ、
前記着火時期ベースフィードバック制御手段は、筒内圧最大値が予め設定した上限値を超えないことを条件として、検出された前記着火時期が前記目標時期となるように燃料噴射時期をフィードバック制御するように設定した内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧最大値を検出する筒内最大値検出手段を具備せしめ、
前記所定の運転領域は、前記着火時期ベースフィードバック制御手段が有効なときに筒内圧最大値が予め設定した基準の筒内圧最大値よりも高圧側となる領域である内燃機関の燃料噴射制御装置。
圧縮着火式の内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された運転状態に基づいて燃料の噴射を制御する制御手段とを有する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内圧の最大値を検出する筒内圧最大値検出手段と、前記内燃機関の着火時期を検出する着火時期検出手段とを具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記筒内圧最大値が予め設定した目標圧力値となるように燃料の噴射時期をフィードバック制御する筒内圧ベースフィードバック制御手段と、検出された前記着火時期が予め設定した目標時期となるように噴射時期をフィードバック制御する着火時期ベースフィードバック制御手段と、前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつ前記内燃機関が出力するトルクが大きくなる、もしくはほぼ一定で推移する第１の運転領域では筒内圧ベースフィードバック制御手段を選択し、前記内燃機関の着火時期が、トルクのピークを得る時期よりも進角側であり、かつ筒内圧最大値のピークを得る時期よりも遅角側の領域にあって、着火時期が進角するほど筒内圧最大値が高くかつトルクが小さくなる第２の運転領域では着火時期ベースフィードバック制御手段を選択する切換え手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項８記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を具備せしめ、
前記第１の運転領域は高回転数の領域であり、前記第２の運転領域は低回転数の領域である内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項９記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記着火時期ベースフィードバック制御手段は、筒内圧最大値が予め設定した上限値を超えないことを条件として、検出された前記着火時期が予め設定した目標時期となるように噴射時期をフィードバック制御するように設定した内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項８記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記切換え手段は、前記筒内圧ベースフィードバック制御手段が有効なときに着火時期が予め設定した基準の着火時期よりも進角側になると、第１の運転領域に移行したものと判じ、前記着火時期ベースフィードバック制御手段が有効なときに、筒内圧最大値が予め設定した基準の筒内圧最大値よりも高圧側になると，第２の運転領域に移行したものと判じる手段である内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記運転状態検出手段として、前記内燃機関の筒内から排出される粒子状物質またはスモークの濃度を検出する排ガス検出手段を具備せしめ、
前記制御手段には、検出された前記粒子状物質またはスモークが予め設定した目標濃度値となるように燃料の噴射量をフィードバック制御する噴射量フィードバック手段を具備せしめた内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記排ガス検出手段は、前記内燃機関の排気系に装着される空燃比センサにより構成して、酸素濃度が低いほど粒子状物質またはスモークの濃度が高いものとする内燃機関の燃料噴射制御装置。