JP2005320964A - ディーゼル機関の噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット噴射等の微小噴射を補正するための噴射量学習に要する学習時間を短縮できること。
【解決手段】ＥＣＵは、アイドリング運転時の無負荷噴射量に相当する噴射指令値を略均等にｎ回に分割してインジェクタにｎ回の燃料噴射を指令し、それによって発生する機関回転速度が目標回転速度と一致するように、インジェクタの噴射指令値を補正するための噴射量学習を実施する。また、ＥＣＵは、アイドリング運転時の噴射圧力水準を変更して、異なる複数の噴射圧力水準の基で、噴射指令値の補正量を算出して記憶するための学習制御を複数回繰り返し実施する。この時、１回目の学習制御により算出された積分補正量が、２回目の学習時における積分補正量の初期値に設定される。その結果、１回目のフィードバック補正の時より、見込み補正量を小さくできるので、２回目以降の学習制御に要する時間を短縮できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼル機関において、例えば、パイロット噴射やポスト噴射等の微小な噴射量精度を向上させるために噴射量学習を実施する噴射量制御装置に関する。

従来、ディーゼル機関では、燃焼騒音の低減やＮＯｘ等を抑制する手段として、メイン噴射に先立って少量の燃料を噴射する、所謂パイロット噴射を実施する方法が知られている。しかし、パイロット噴射は、その噴射量が主に５ｍｍ3 ／ｓｔ以下と非常に小さいため、インジェクタの指令噴射量（ＴＱパルス幅）に対する噴射量ずれや、インジェクタの経時劣化などによって、パイロット噴射が消失したり、過大となることがあり、パイロット噴射の効果を十分に発揮できないという課題があった。

これに対し、特許文献１には、インジェクタの指令噴射量と実際の噴射量とのバラツキを定量的に把握して、パイロット噴射量を学習補正する方法が開示されている。具体的には、アイドル運転での燃料噴射圧力を複数の異なる圧力水準に変更して、各圧力水準毎にパイロット噴射量等の微小噴射量を補正する噴射量学習を繰り返し実施するものである。噴射量学習は、アイドル運転時の指令噴射量を略均等にｎ回に分割してインジェクタに指令し、ｎ回の分割噴射によって得られる機関回転速度等を基に、ＦＣＣＢ補正（気筒間噴射量補正制御）およびＩＳＣ補正（アイドル回転速度制御）を実施して、インジェクタのＴＱパルス幅に対する実噴射量のずれを補正している。
特開２００３−２５４１３９号公報

ところが、上記の特許文献１に開示された方法では、アイドル運転時に圧力水準を変更する際に、略同一の噴射量を維持して圧力変更前のアイドル回転数を維持するように調整される。この調整時における噴射圧力及び噴射パルスなどの過渡的な変更に伴い、燃焼状態についても過渡的な変化を生じてしまうため、狙いの機関速度に安定するまでに時間を要することになる。これを複数回実施する場合、初回の負荷変化時に補正した積分補正量をリセットして、毎回の積分補正量を算出するため、学習トータル時間も長く設定する必要があった。
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、パイロット噴射量等の微小噴射量を補正するための噴射量学習に要する学習時間を短縮できるディーゼル機関の噴射量制御装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、噴射指令値に従って燃料を噴射するインジェクタを備えたディーゼル機関の噴射量制御装置において、アイドリング運転時の無負荷噴射量に相当する噴射指令値を略均等にｎ回に分割してインジェクタにｎ回の燃料噴射を指令する噴射指令手段と、ｎ回の燃料噴射によって発生する機関回転速度（実回転速度と呼ぶ）が、アイドリング運転時の目標回転速度と一致するように、実回転速度と目標回転速度との偏差に応じた補正量を求め、この補正量を基に噴射指令値をフィードバック補正する噴射指令値補正手段とを有し、アイドリング運転時の噴射圧力水準を変更して、異なる複数の噴射圧力水準の基で、補正量を算出して記憶するための学習制御を複数回繰り返し実施すると共に、各噴射圧力水準毎に、１回目の学習制御によって算出された補正量のうち、積分項に関する補正量（積分補正量と呼ぶ）を、２回目以降の学習制御における積分補正量の初期値に設定して補正量を算出することを特徴とする。

上記の構成によれば、２回目以降の学習制御を行う際に、１回目の学習制御によって算出された積分補正量を見込んだ状態でフィードバック補正を実施できるので、１回目のフィードバック補正の時より、見込み補正量（比例項に関する補正量）を小さくできる。その結果、機関回転速度が安定するまでの収束時間が短縮されるので、２回目以降の学習制御に要する時間を短縮できる。これにより、学習トータル時間を短縮できることから、出荷時の生産性を向上でき、且つ市場での学習範囲を拡大できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したディーゼル機関の噴射量制御装置において、噴射指令値補正手段は、各噴射圧力水準毎に、複数回の学習制御により算出された複数回分の補正量のうち、それぞれ最小値を用いて噴射指令値を補正することを特徴とする。
例えば、車両に搭載される電気負荷等の作動により燃料消費量が増加したり、ディーゼル機関の燃焼が不安定な状態で補正量を算出すると、異常な補正量が算出されて誤学習となる恐れがある。これに対し、複数回分の補正量のうち、最小値を用いて噴射指令値を補正することで、誤学習による過剰な噴射量補正を防止できる。

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２はディーゼル機関１のシステム構成図である。
本実施例のディーゼル機関１は、以下に説明する蓄圧式燃料噴射システム、ＥＧＲ装置、および可変容量型のターボ過給機等を搭載する。
蓄圧式燃料噴射システムは、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール２と、図示しない燃料タンクより汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に圧送する燃料供給ポンプ３と、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料をディーゼル機関１の気筒内に噴射するインジェクタ４等を有し、燃料供給ポンプ３およびインジェクタ４の動作が電子制御ユニット（以下ＥＣＵ５と呼ぶ）により電子制御される。

ＥＧＲ装置は、ディーゼル機関１より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側へ還流させるシステムであり、ディーゼル機関１の吸気通路６と排気通路７とを連通するＥＧＲ通路８と、このＥＧＲ通路８に設けられるＥＧＲバルブ９と、このＥＧＲバルブ９を駆動するアクチュエータ１０等より構成され、ディーゼル機関１の運転状態に応じて設定される所定のＥＧＲ率が得られるように、上記のＥＣＵ５によりアクチュエータ１０を介してＥＧＲバルブ９の開度が電子制御される。なお、ＥＧＲ通路８には、例えば、機関冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラ１１が設けられている。

ターボ過給機は、排気通路７に設けられる排気タービン１２と、吸気通路６に設けられるコンプレッサ１３とで構成され、ディーゼル機関１の排気エネルギを受けて排気タービン１２が回転することにより、その排気タービン１２と同軸に連結されたコンプレッサ１３が回転して、吸入空気を加圧するものである。また、排気タービン１２の周囲には、多数のノズルベーン（図示せず）が配置され、このノズルベーンの開度（ベーン開度と呼ぶ）に応じてタービン効率が変化し、その結果、コンプレッサ１３による過給状態が変化する。

ノズルベーンは、デューティ制御可能な電磁弁１４を介して、バキュームポンプ（図示せず）に接続される負圧アクチュエータ１５により駆動されて、ベーン開度を可変する。具体的には、ベーン開度が閉側になる程、過給圧が上昇し、ベーン開度が開側になる程、過給圧が低下する。電磁弁１４は、上記のＥＣＵ５により電子制御され、バキュームポンプより負圧アクチュエータ１５に供給される負圧と大気圧との導入割合を調整する。

吸気通路６の上流端には、吸入空気を濾過するエアクリーナ１６が設けられ、このエアクリーナ１６の下流側に吸入空気量（以下、吸気量と呼ぶ）を計測するエアフロメータ１７が設けられている。また、コンプレッサ１３の下流には、コンプレッサ１３によって加圧された空気を冷却するためのインタークーラ１８が設けられ、さらに、インタークーラ１８の下流には、吸気量を調整するための吸気絞り弁１９が配設されている。この吸気絞り弁１９は、ＥＣＵ５より出力される制御信号を受けて作動するアクチュエータ２０によって弁開度が調整される。

ＥＣＵ５は、図２に示す各種センサ類（ＮＥセンサ２１、アクセル開度センサ２２、水温センサ２３、吸気圧センサ２４、圧力センサ２５、エアフロメータ１７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、燃料供給ポンプ３より吐出される燃料圧送量、インジェクタ４の噴射時期と噴射量、ＥＧＲ率、および過給圧等を制御する。 ＮＥセンサ２１は、ディーゼル機関１のクランク軸１ａが１回転する間に複数のパルス信号を出力する。ＥＣＵ５では、ＮＥセンサ２１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（図１（ｃ）に示すエンジン回転速度）を検出する。

アクセル開度センサ２２は、アクセルペダル２６の踏込み量よりアクセル開度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
水温センサ２３は、例えばサーミスタにより構成されて、ディーゼル機関１のウォータジャケット１ｂを流れる冷却水の温度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
吸気圧センサ２４は、吸気絞り弁１９より下流側の吸気通路６に取り付けられ、吸気圧（過給圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
圧力センサ２５は、コモンレール２に取り付けられ、コモンレール２に蓄圧された燃料圧力（レール圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

本実施例のＥＣＵ５は、例えば、メイン噴射の前に実施されるパイロット噴射等の微小噴射に対する精度を向上させるために噴射量学習を実施する本発明の噴射量制御装置であり、その噴射量学習に係わる噴射指令手段および噴射指令値補正手段等の機能を有している。噴射指令手段は、アイドリング運転時の無負荷噴射量に相当する噴射指令値（インジェクタ４に指令されるＴＱパルス幅）を略均等にｎ回に分割してインジェクタ４にｎ回の燃料噴射を指令する機能を有する。なお、本実施例では、アイドリング運転時の無負荷噴射量に相当する噴射指令値を略均等にｎ回に分割することで、パイロット噴射等の微小噴射に相当する噴射指令値を求めている。

噴射指令値補正手段は、ｎ回の燃料噴射によって発生する機関回転速度（実回転速度）が、アイドリング運転時の目標回転速度と一致するように、両者の偏差に応じた補正量を求め、この補正量を基に噴射指令値をフィードバック補正する機能を有する。
また、ＥＣＵ５は、図１（ａ）に示すように、アイドリング運転時の噴射圧力水準を変更して、異なる複数の噴射圧力水準の基で、前記補正量を算出して記憶するための学習制御を複数回繰り返し実施することにより、学習精度を向上させている。なお、アイドリング時の無負荷噴射量は、図１（ｂ）に示すように、噴射圧力水準に応じて変化する。

以下に、噴射量学習を実施するＥＣＵ５の処理手順を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップ１０…学習回数Ｃを判定する。この学習回数Ｃは、例えば、図１に示すように、噴射圧力水準をＡ水準→Ｂ水準の２段階に変更する場合に、その２段階の噴射圧力水準の基で実施される学習制御を、再度Ａ水準→Ｂ水準の２段階の基で繰り返し実施する場合の回数を表している。この判定で、学習回数Ｃ＝１の場合（判定結果ＹＥＳ）は、ステップ１２へ進み、学習回数Ｃ≠１の場合（判定結果ＮＯ）は、次のステップ１１へ進む。

ステップ１１…学習回数Ｃが２回目以降の場合は、図１（ｅ）に示すように、１回目の学習時に算出された各噴射圧力水準毎の積分補正量を初期値に設定する。この積分補正量とは、アイドリング運転時の機関回転速度と目標回転速度との偏差に応じて求められる補正量のうち、積分項に関する補正量のことである（図１参照）。

ステップ１２…学習回数Ｃが１回目の場合、つまり学習制御を初めて実施する場合は、先ず、学習実行条件が成立しているか否かを判定する。この学習実行条件には、ディーゼル機関１がアイドリング状態であること、及びアイドリング状態の機関回転速度が安定していること等が含まれる。この判定結果がＹＥＳの場合、つまり学習実行条件が成立している時は、次のステップ１３へ進み、判定結果がＮＯの場合、つまり、学習実行条件が成立していない時は、ステップ１０へ戻る。

ステップ１３…学習時の運転条件を設定した後、その運転条件の基でインジェクタ４よりｎ回の燃料噴射を行い、以下に説明するＦＣＣＢ補正及びＩＳＣ補正を実施する。
本実施例の噴射量学習では、上記のように、パイロット噴射等の微小噴射に相当する噴射指令値を求めるために、アイドリング運転時の無負荷噴射量に相当する噴射指令値を略均等にｎ回に分割している。そこで、学習時の運転条件として、気筒毎の１燃焼行程中の噴射回数をｎ回に設定すると共に、アイドリング運転時の目標回転速度、目標噴射圧力（コモンレール圧）、及びｎ回の各噴射タイミング（または噴射インターバル）等の指令値を固定する。

ＦＣＣＢ補正とは、ディーゼル機関１の各気筒間の回転速度変動が平滑化するように、各気筒毎の噴射指令値を補正するもので、一般に気筒間噴射量補正制御と呼ばれる。
ＩＳＣ補正とは、アイドリング運転時の機関回転速度が目標回転速度と一致するように、全気筒一律に噴射指令値をフィードバック補正するもので、一般にアイドル回転速度制御と呼ばれる。なお、ＦＣＣＢ補正およびＩＳＣ補正に係わる具体的な制御内容は、本出願人による先願明細書（背景技術にて開示した特許文献１）に記載されている公知の技術である。

ステップ１４…学習中にディーゼル機関１が安定して運転されているか否かを判定する。ここでは、機関回転速度を基に判定する。この判定結果がＮＯの場合、つまり、ディーゼル機関１の運転状態が不安定である（例えば、機関回転速度が所定の範囲を超えて変動している）場合は、本処理を終了する。判定結果がＹＥＳの場合、つまり、ディーゼル機関１の運転状態が安定している場合は、次のステップ１５へ進む。

ステップ１５…再度、学習回数Ｃを判定する。学習回数Ｃ＝１の場合（判定結果ＹＥＳ）は、次のステップ１６へ進み、学習回数Ｃ≠１の場合（判定結果ＮＯ）は、ステップ１７へ進む。
ステップ１６…学習回数Ｃが１回目の場合は、ステップ１３で実施されたＩＳＣ補正において算出される積分補正量をＥＣＵ５のメモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）に記憶する。
ステップ１７…ＦＣＣＢ補正およびＩＳＣ補正により求められた各補正量を前回の学習値に加算して今回の仮学習値を算出する。

ステップ１８…学習回数Ｃが設定回数Ｎに達したか否かを判定する。ここで、学習回数Ｃ＝Ｎの場合（判定結果ＹＥＳ）は、次のステップ１９へ進み、学習回数Ｃ≠Ｎの場合（判定結果ＮＯ）は、ステップ１０へ戻る。
ステップ１９…Ｎ回分の仮学習値の中から最終学習値を算出してＥＣＵ５のメモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）に記憶した後、本処理を終了する。ここでは、Ｎ回分の仮学習値のうち、最小値を最終学習値とする。

（実施例１の効果）
上記実施例に記載したディーゼル機関１の噴射量学習では、噴射圧力水準を変更しながら複数の学習補正値を持ち、この学習補正値のうち積分補正量について、１回目のデータを２回目の初期値に採用することで、噴射量の変化量を吸収でき、回転変化が抑えられるため、積分補正量が安定するための時間が短縮される。つまり、２回目以降の学習制御を行う際に、１回目の学習制御によって算出された積分補正量を見込んだ状態でフィードバック補正を実施できる。
上記の結果、図１（ｄ）に示すように、１回目のフィードバック補正による見込み補正量ａ１、ｂ１（比例項に関する補正量）より、２回目のフィードバック補正による見込み補正量ａ２、ｂ２を小さくできる。これにより、図１（ｃ）に示すように、機関回転速度（エンジン回転速度）が安定するまでの収束時間がｔ１からｔ２へと短縮されるので、２回目以降の学習制御に要する時間を短縮できる（図１（ｆ）参照）。

更に、図１において説明すると、１回目の学習制御では、見込み補正量が大きくなるため、Ａ水準での学習時間Ａ１およびＢ水準での学習時間Ｂ１が長くなるのに対し、２回目の学習制御では、１回目の学習制御によって算出された積分補正量を初期値に設定することで、見込み補正量が小さくなるため、Ａ水準での学習時間Ａ２およびＢ水準での学習時間Ｂ２が１回目の学習制御と比較して短縮される。これにより、学習トータル時間を短縮できることから、出荷時の生産性を向上でき、且つ市場での学習範囲を拡大できる。
また、上記実施例では、Ｎ回分の仮学習値のうち、最小値を最終学習値として噴射指令値を補正するので、誤学習による過剰な噴射量補正を防止できる。

噴射量学習のタイムチャートである。 ディーゼル機関のシステム構成図である。 噴射量学習を実施するＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ディーゼル機関
４ インジェクタ
５ ＥＣＵ（噴射量制御装置）

Claims (2)

1. 噴射指令値に従って燃料を噴射するインジェクタを備えたディーゼル機関の噴射量制御装置において、
   アイドリング運転時の無負荷噴射量に相当する噴射指令値を略均等にｎ回に分割して前記インジェクタにｎ回の燃料噴射を指令する噴射指令手段と、
   前記ｎ回の燃料噴射によって発生する機関回転速度（実回転速度と呼ぶ）が、アイドリング運転時の目標回転速度と一致するように、前記実回転速度と前記目標回転速度との偏差に応じた補正量を求め、この補正量を基に前記噴射指令値をフィードバック補正する噴射指令値補正手段とを有し、
   前記アイドリング運転時の噴射圧力水準を変更して、異なる複数の噴射圧力水準の基で、前記補正量を算出して記憶するための学習制御を複数回繰り返し実施すると共に、各噴射圧力水準毎に、１回目の前記学習制御によって算出された前記補正量のうち、積分項に関する補正量（積分補正量と呼ぶ）を、２回目以降の前記学習制御における積分補正量の初期値に設定して前記補正量を算出することを特徴とするディーゼル機関の噴射量制御装置。
2. 請求項１に記載したディーゼル機関の噴射量制御装置において、
   前記噴射指令値補正手段は、各噴射圧力水準毎に、複数回の前記学習制御により算出された複数回分の前記補正量のうち、それぞれ最小値を用いて前記噴射指令値を補正することを特徴とするディーゼル機関の噴射量制御装置。
   

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