JP2006009670A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内圧センサの出力特性のばらつきをより正確に検出することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 気筒毎の出力のばらつきを低減する気筒間ばらつき低減制御実行中は、気筒毎の出力がほぼ同一となるので、そのときの筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）から算出される図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）を、その平均値ＰｍｉＡＶＥに等しくなるように補正する補正値ＫＮを算出する（Ｓ１４）。補正値ＫＮは、通常制御中において、図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）の算出に使用され（Ｓ１６）、算出された図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）に基づいて燃料噴射弁の経時変化や特性ばらつきを補正する補正係数ＫＢＡＬが算出される（Ｓ１７）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の各気筒に設けられ、燃焼室内の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサを備えるものに関する。

内燃機関の各気筒に筒内圧センサを設け、検出される筒内圧により、機関の燃焼状態を監視する技術は、従来より知られている。この筒内圧センサは、圧電素子を電極と押さえ金で挟む基本構成を有しており、機関に取り付ける際の締め付けトルクによって、その出力特性が変化する。そのため、例えば４気筒内燃機関に４つの筒内圧センサを取り付ける場合、取り付け前の出力特性がほぼ同一のセンサを選択して取り付けたとしても、取り付けた状態では、各筒内圧センサの出力特性にばらつきが発生する。したがって、筒内圧センサの出力特性の検出は、センサを機関に取り付けた状態で行う必要がある。

特許文献１には、機関の燃料供給遮断運転中において、筒内圧センサ出力を監視し、燃焼圧力の影響を排除した状態で、筒内圧センサの出力特性を判定する手法が示されている。より具体的には、筒内圧センサ出力を、吸気管内圧及び吸気温度に応じて補正することにより得られる補正筒内圧を、機関回転速度に応じて設定される基準値と比較して、筒内圧センサの劣化判定が行う手法が示されている。

特開２０００−１８０８６号公報

上記特許文献１に示された手法を、各気筒の筒内圧センサの出力特性のばらつきの判定に適用することもできるが、検出筒内圧には、各気筒の圧縮特性のばらつきの影響が含まれるため、筒内圧センサそのものの出力特性のばらつきを正確に検出することはできなかった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、筒内圧センサの出力特性のばらつきをより正確に検出することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の気筒毎に設けられ、燃料を燃焼室内または吸気管内に噴射する燃料噴射手段（６）による燃料噴射量を制御する、内燃機関の制御装置において、前記機関の回転速度（ＮＥ）を検出する回転速度検出手段（３）と、検出した回転速度の変動（Ｄω（Ｎ））に基づいて気筒間の出力ばらつきを減少させるように前記燃料噴射量を制御する気筒間ばらつき低減手段と、前記機関の気筒毎に設けられ、燃焼室内の圧力（ＰＣＹＬＳ）を検出する燃焼圧力検出手段（２）と、前記気筒間ばらつき低減手段の作動時に、前記各燃焼圧力検出手段の出力値（ＰＣＹＬＳ）に基づいて、前記各燃焼圧力検出手段の特性ばらつきを補正する補正値（ＫＮ）を算出する補正値算出手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出した機関回転速度の変動に基づいて気筒間の出力ばらつきを減少させるように気筒毎の燃料噴射量を制御する気筒間ばらつき低減制御が実行され、該気筒間ばらつき低減制御実行中に、各気筒の燃焼圧力検出手段の出力値に基づいて、各燃焼圧力検出手段の特性ばらつきを補正する補正値が算出される。各気筒の出力がほぼ同一となるように燃料噴射量を制御している状態では、各気筒の実際の燃焼圧力はほぼ同一となるので、このときの各気筒における検出圧力が、同一となるように補正値を決定すると、この補正値は、各燃焼圧力検出手段の特性ばらつきを示すパラメータとなり、正確な出力特性のばらつきを検出することができる。この補正値を、通常運転中において、各燃焼圧力検出手段により検出される燃焼圧力の補正に適用することにより、気筒間ばらつきのない正確な燃焼圧力を得、例えば燃料噴射手段の特性劣化の判定、あるいは特性劣化時の燃料噴射量補正を行うことが可能となる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を示す図である。４気筒のディーゼル機関（以下「エンジン」という）１の各気筒には、筒内圧（燃焼圧力）ＰＣＹＬＳを検出する筒内圧センサ２が設けられている。本実施形態では、筒内圧センサ２は、各気筒に設けられるグロープラグと一体に構成されている。筒内圧センサ２の検出信号は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４に供給される。またエンジン１には、クランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ３が設けられている。クランク角度位置センサ３は、クランク角１度毎にパルスを発生し、そのパルス信号はＥＣＵ４に供給される。クランク角度位置センサ３は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ４に供給する。

ＥＣＵ４には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ７が接続されており、アクセルセンサ７の検出信号がＥＣＵ４に供給される。
ＥＣＵ４は、エンジン１の各気筒の燃焼室に設けられた燃料噴射弁６の制御信号を駆動回路５に供給する。駆動回路５は、燃料噴射弁６に接続されており、ＥＣＵ４から供給される制御信号に応じた駆動信号を、燃料噴射弁６に供給する。これにより、ＥＣＵ４から出力される制御信号に応じた燃料噴射時期において、前記制御信号に応じた燃料噴射量だけ燃料が、各気筒の燃焼室内に噴射される。

ＥＣＵ４は、チャージアンプ部１０と、Ａ／Ｄ変換部１１と、パルス生成部１３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４と、ＣＰＵ１４で実行されるプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１５と、ＣＰＵ１４が演算結果などを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、入力回路１７とを備えている。筒内圧センサ２の検出信号は、チャージアンプ部１０に入力される。チャージアンプ部１０は、入力される信号を積分しつつ増幅する。チャージアンプ部１０により積分・増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部１１に入力される。また、クランク角度位置センサ３から出力されるパルス信号は、パルス生成部１３に入力される。

Ａ／Ｄ変換部１１は、バッファ１２を備えており、チャージアンプ部１０から入力される筒内圧検出信号をディジタル値ＰＣＹＬＳに変換し、バッファ１２に格納する。より具体的には、Ａ／Ｄ変換部１１には、パルス生成部１３から、クランク角１度周期のパルス信号（以下「１度パルス」という）ＰＬＳ１が供給されており、この１度パルスＰＬＳ１の周期で筒内圧検出信号をサンプリングし、ディジタル値に変換してバッファ１２に格納する。

一方、ＣＰＵ１４には、パルス生成部１３から、クランク角６度周期のパルス信号ＰＬＳ６が供給されており、ＣＰＵ１４はこの６度パルスＰＬＳ６の周期でバッファ１２に格納されたディジタル値を読み出す処理を行う。すなわち、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部１１からＣＰＵ１４に対して割り込み要求を行うのではなく、ＣＰＵ１４が６度パルスＰＬＳ６の周期で読出処理を行う。
入力回路１７は、アクセルセンサ７の検出信号をディジタル値ＡＰに変換し、ＣＰＵ１４に供給する。

図２は、燃料噴射弁６による燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する処理のフローチャートであり、この処理はＣＰＵ１４で、各気筒のピストンが上死点に達するタイミングで実行される。
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、基本燃料噴射量ＴＢＡＳＥを算出する。エンジン回転数（回転速度）ＮＥは、６度パルスＰＬＳ６の発生時間間隔から算出され、要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出される。ステップＳ１２では、気筒間ばらつき低減制御フラグＦＣＹＬＢＡＬＡが「１」であるか否かを判別する。気筒間ばらつき低減制御フラグＦＣＹＬＢＡＬＡは、気筒毎の回転変動のばらつきを低減する制御（以下「気筒間ばらつき低減制御」という）を実行するとき「１」に設定されるフラグであり、例えばエンジン１の冷間始動直後に「１」に設定される。

ＦＣＹＬＢＡＬＡ＝１であるときは、気筒間ばらつき低減制御を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、以下のようにしてばらつき低減補正係数ＫＤＲ（Ｎ）を算出する。（Ｎ）は、気筒毎に算出されるパラメータであることを示すために付されている。

（１）先ず気筒毎の回転角速度変動量Ｄω（Ｎ）(i)を算出する。具体的には、各気筒の爆発行程の開始上死点後１００度から１８０度のクランク角度範囲内で、６度パルスＰＬＳの周期に基づいて角速度ω（Ｎ）(i)（ｉは、燃焼サイクル（４ＴＤＣ期間）で離散化された時刻）を算出し、さらに回転変化量Δω（Ｎ）(i)（＝ω（Ｎ）(i-i0)−ω（Ｎ）(i)）（i0は、所定の整数値）を算出し、回転変化量Δω（Ｎ）(i)のハイパスフィルタ処理を行うことにより、回転角速度変動量Ｄω（Ｎ）(i)を算出する。

（２）回転角速度変動量Ｄω（Ｎ）(i)に基づいてラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）を算出する。具体的には、回転角速度変動量Ｄω（Ｎ）(i)と、基準上限変動量ＤωＲＥＦＵ及び基準下限変動量ＤωＲＥＦＬとを比較し、ＤωＲＥＦＬ≦Ｄω（Ｎ）(i)≦ＤωＲＥＦＵであるときは、ラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）を前回値を同一の値に保持し、Ｄω（Ｎ）(i)＞ＤωＲＥＦＵであるときは、ラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）を前回値より所定量ＤＤＲだけ増加させ、Ｄω（Ｎ）(i)＜ＤωＲＥＦＬであるときは、ラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）を前回値より所定量ＤＤＲだけ減少させる。

（３）下記式（１）により、各気筒のラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）の平均値ＫＲＧＡＶＥと、当該気筒のラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）との比を、ばらつき低減補正係数ＫＤＲ（Ｎ）とする。ばらつき低減補正係数ＫＤＲ（Ｎ）は、その気筒のラフネス補正量ＫＲＧ（Ｎ）が平均値ＫＲＧＡＶＥより大きいとき、「１．０」より大きな値となり、燃料噴射量が増量補正される。
ＫＤＲ（Ｎ）＝ＫＲＧ（Ｎ）／ＫＲＧＡＶＥ （１）
ＫＲＧＡＶＥ＝
（ＫＲＧ（１）＋ＫＲＧ（２）＋ＫＲＧ（３）＋ＫＲＧ（４））／４｝
なお、気筒間ばらつき低減制御の詳細は、特開平１１−５０９０２号公報に示されている。

ステップＳ１４では、各気筒の筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）（Ｎ＝１〜４）の補正値Ｋ１〜Ｋ４を算出する。具体的には、筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）から、下記式（２）により図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）を算出し、さらに下記式（３）により補正値ＫＮ（Ｎ＝１〜４）を算出する。気筒間ばらつき低減制御実行中は、各気筒の実際の図示平均有効圧はほぼ等しくなるので、筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）から算出される図示平均有効圧Ｐｍｉ（Ｎ）が、その平均値ＰｍｉＡＶＥと等しくなるように、補正値ＫＮが設定される。

ここで式（２）のＶｓは行程容積であり、式（２）の積分演算は、１燃焼サイクルについて行われる。実際の演算は、例えばクランク角１度毎に検出筒内圧ＰＣＹＬＳ（Ｎ）と、そのクランク角度ＣＡにおけるクランク角１度分の燃焼室容積変化量ｄＶとを乗算し、該乗算により得られる積（ＰＣＹＬ（Ｎ）・ｄＶ）を７２０度に亘って積算することにより行われる。燃焼室容積変化量ｄＶは、クランク角ＣＡに対応したテーブルを検索することにより算出される。

ステップＳ１５では、下記式（４）により、燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）を算出する。
ＴＯＵＴ（Ｎ）＝ＴＢＡＳＥ×ＫＤＲ（Ｎ） （４）
このように、気筒間ばらつき低減制御実行中は、ばらつき低減補正係数ＫＤＲ（Ｎ）を、気筒毎の回転変動が同一となるように、すなわち各気筒の図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）がその平均値ＰｍｉＡＶＥに等しくなるように設定され、その状態で筒内圧センサ出力の補正値ＫＮが算出される。

ステップＳ１２でＦＣＹＬＢＡＬＡ＝０であって、気筒間ばらつき低減制御を実行しないときは、ステップＳ１６に進み、補正値ＫＮを下記式（５）に適用して気筒毎の図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）を算出する。これにより、筒内圧センサの出力特性ばらつきの影響が除かれた図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）が得られ得る。

ステップＳ１７では、下記式（６）により、バランス補正係数ＫＢＡＬ（Ｎ）を算出する。

ステップＳ１８では、下記式（７）により、燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）を算出する。
ＴＯＵＴ（Ｎ）＝ＴＢＡＳＥ×ＫＢＡＬＡ（Ｎ） （７）

これにより、燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）は、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）が、その平均値に等しくなるように補正される。すなわち、燃料噴射弁６の経時変化により、気筒毎の燃料噴射量のばらつきが発生した場合でも、適切に燃料噴射量を補正し、気筒間の出力バランスを保つことができる。

以上のように本実施形態では、気筒毎の回転速度変動量Ｄω（Ｎ）に基づいて気筒間の出力ばらつき（回転変動ばらつき）を減少させるように気筒毎の燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）を制御する気筒間ばらつき低減制御が実行され、該気筒間ばらつき低減制御実行中に、各気筒の筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）に基づいて、図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）が算出され、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）がその平均値と一致するように、補正値ＫＮが算出される。各気筒の出力がほぼ同一となるように燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）を制御している状態では、各気筒の実際の燃焼圧力はほぼ同一となるので、このときの各筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）から算出される図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）が、同一となるように補正値ＫＮを決定すると、この補正値ＫＮは、各筒内圧センサの特性ばらつきを示すパラメータとなり、正確な出力特性のばらつきを検出することができる。通常運転中において、各筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）を補正値ＫＮにより補正することにより、筒内圧センサの特性ばらつきの影響を排除した筒内圧検出値を得、例えば燃料噴射弁６の特性劣化の判定、あるいは特性劣化時の燃料噴射量補正を行うことが可能となる。

本実施形態では、燃料噴射弁６が燃料噴射手段に相当し、クランク角度位置センサ３が回転速度検出手段に相当、筒内圧センサ２が燃焼圧力検出手段に相当する。またＥＣＵ４が、気筒間ばらつき低減手段及び補正値算出手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１３が気筒間ばらつき低減手段に相当し、ステップＳ１４が補正値算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、補正値ＫＮは、各気筒の筒内センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）から算出される図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）が，その平均値と等しくなるように補正する値に設定するようにしたが、これに限るものではなく、例えば、特定の気筒に筒内圧検出用の取り付け穴を設け、筒内圧を正確に検出できる圧力センサを別に取り付け、この圧力センサの検出圧を基準筒内圧としてしてもよい。すなわち、各気筒の筒内圧センサ出力ＰＣＹＬＳ（Ｎ）から算出される図示平均有効圧力Ｐｍｉ（Ｎ）を、基準筒内圧から算出される図示平均有効圧力と一致させるように補正値ＫＮを決定するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、４気筒のディーゼル機関に本発明を適用したが、気筒数の異なるディーゼル機関やガソリン機関にも適用可能である。また、ガソリン機関の場合、吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるものにも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図２に示す電子制御ユニットで実行される燃料噴射量算出処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 筒内圧センサ（燃焼圧力検出手段）
３ クランク角度位置センサ（回転速度検出手段）
４ 電子制御ユニット（気筒間ばらつき低減手段、補正値算出手段）
６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の気筒毎に設けられ、燃料を燃焼室内または吸気管内に噴射する燃料噴射手段による燃料噴射量を制御する、内燃機関の制御装置において、
   前記機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   検出した回転速度の変動に基づいて気筒間の出力ばらつきを減少させるように前記燃料噴射量を制御する気筒間ばらつき低減手段と、
   前記機関の気筒毎に設けられ、燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、
   前記気筒間ばらつき低減手段の作動時に、前記各燃焼圧力検出手段の出力値に基づいて、前記各燃焼圧力検出手段の特性ばらつきを補正する補正値を算出する補正値算出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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