JP2006316656A - 多気筒エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅の演算値が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満になる場合においても、実際に燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅はこの１気筒当たり最小噴射パルス幅未満とならないようにする装置を提供する。
【解決手段】アクチュエータ（１２）により駆動され高圧の燃料を吐出する高圧燃料ポンプ（１１）と、所定の燃料噴射タイミングで所定の燃料噴射パルス幅のあいだ開いて、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料をエンジンに供給する燃料噴射弁（３１Ａ〜３１Ｄ）とを備える多気筒エンジンの燃料供給装置において、燃料噴射弁（３１Ａ〜３１Ｄ）に与える燃料噴射パルス幅を演算する手段（４１）と、この演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、一部の気筒の燃料噴射を休止させる手段（４１）と、同じくこの演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、噴射気筒の燃料噴射パルス幅を増加させる手段（４１）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は多気筒エンジンの燃料供給装置、特にエンジンにより駆動される高圧燃料ポンプから吐出した燃料を燃料噴射弁に供給するようにしたものに関する。

クランクシャフトにより駆動されるカムなどのアクチュエータと、このアクチュエータにより駆動される高圧の燃料を吐出する高圧燃料ポンプと、所定の燃料噴射タイミングで所定の燃料噴射パルス幅のあいだ開いて、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料をエンジンに供給する燃料噴射弁とを備えるエンジンの燃料供給装置がある（特許文献１参照）。
特開２０００−３２０３８５号公報

ところで、上記特許文献１の技術では、高圧燃料ポンプを用いることで、高圧燃料ポンプより吐出される燃料の圧力を任意に設定できることから、その燃料圧力と要求燃料量とに基づいて燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅を算出することになる。

しかしながら、燃料噴射弁には燃料噴射弁の弁挙動の不安定に起因する噴射量バラツキを避けることができないため、燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅が小さくなる運転条件において噴射量ばらつきが大きくなり、これに起因して空燃比を目標値へと制御できず、燃焼安定性が悪化する。

これについて説明すると、図１０は横軸に、燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅を、縦軸に燃料量を採ったときの特性で、燃料噴射パルス幅が所定値Ａとなるまでは燃料量がゼロである。これは、燃料噴射弁に対し所定値Ａ未満の燃料噴射パルス幅を与えても燃料噴射弁は開くことができないことを表している。そして、燃料噴射パルス幅が所定値Ａよりさらに大きい所定値Ｂまでの区間ではその特性が波打っていることからもわかるように、このＡ−Ｂ区間で噴射量ばらつきが大きい。従って、このＡ−Ｂ区間を用いることになる運転条件においては、要求燃料量を精度良くエンジンに供給できなくなるのである。

そこで本発明は、燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅の演算値が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満になる場合においても、実際に燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅はこの１気筒当たり最小噴射パルス幅未満とならないようにする装置を提供することを目的とする。

本発明は、アクチュエータにより駆動され高圧の燃料を吐出する高圧燃料ポンプと、
所定の燃料噴射タイミングで所定の燃料噴射パルス幅のあいだ開いて、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料をエンジンに供給する燃料噴射弁とを備える多気筒エンジンの燃料供給装置において、燃料噴射弁に与える前記燃料噴射パルス幅を演算し、この演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、一部の気筒の燃料噴射を休止させ、同じくこの演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、噴射気筒の燃料噴射パルス幅を増加させるように構成する。

本発明によれば、燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅を演算し、この演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、一部の気筒の燃料噴射を休止させると共に、噴射気筒の燃料噴射パルス幅を増加させるので、実際に燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅が、１気筒当たり最小噴射パルス幅未満となることがなくなり、これにより、演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満となる場合においても、噴射気筒に設けられている燃料噴射弁の弁作動を安定させることが可能となり、噴射気筒での燃焼安定性が向上する。

図１は本発明の一実施形態のエンジンの燃料供給装置の概略構成図、図２はクランクシャフトにより駆動されるアクチュエータとしてのポンプ駆動カム１２（板カム）の平面図、図３は高圧燃料ポンプ１１の作用を示すための波形図である。

図１において、エンジンの燃料供給装置は、燃料タンク１と、フィードポンプ２と、高圧燃料ポンプ１１と、コモンレール（フュエルギャラリー）２１と、燃料噴射弁とを主に備える。

フィードポンプ２は電動モータ３により駆動され、燃料タンク１内の燃料を燃料供給通路８へと圧送する。フィードポンプ２の上流側、下流側にはそれぞれ燃料フィルタ４、５が設けられている。また、フィードポンプ２の吐出圧力が一定圧力以上とならないようにするため、燃料供給通路８より分岐して燃料タンク１に戻るリターン通路９に低圧プレッシャレギュレータ６が設けられている。

フィードポンプ２からの吐出燃料は、燃料供給通路８を介して、高圧燃料ポンプ１１に供給される。燃料供給通路８には燃料圧力の脈動を抑制するためのダンパ１０が設けられている。

高圧燃料ポンプ１１の構成（公知でない）について説明すると、高圧燃料ポンプ１１は、クランクシャフトにより駆動されるアクチュエータとしてのポンプ駆動カム１２（板カム）、このポンプ駆動カム１２により駆動されるプランジャポンプ１４、常閉の吸入チェックバルブ１５、常閉の吐出チェックバルブ１６、制御ソレノイド１７からなっている。上記のプランジャポンプ１４は、さらに、シリンダ１４ａと、ポンプ駆動カム１２の周面を従動して図で上下方向に往復動する一つのプランジャ１４ｂと、このプランジャ１４ｂとシリンダ１４ａにより区画される高圧室１４ｃと、プランジャ１４ｂをカム１２の周面に向けて付勢するスプリング１４ｄと、高圧室１４ｃの燃料を燃料タンク１に戻すスピル通路１８とからなるものである。

上記のポンプ駆動カム１２は、図２に示したように、１８０度離れた左右の対向位置にベースサークルより盛り上がるリフト部をそれぞれ有しており、ポンプ駆動カム１２が図２において時計方向に回転するとして、図２に示す左右いずれかの最大リフト位置よりベースサークルへと降りてくるとき、スプリング１４ｄがプランジャ１４ｂをカム１２の方向に付勢するため、プランジャ１４ｂが図１において下方に移動する。さらにポンプ駆動カム１２が回転し、今度はベースサークルを離れて１８０度離れた反対側のもう一つの最大リフト位置に向けて上昇するとき、プランジャ１４ｂがスプリング１４ｄの付勢力に抗し図１において上方に移動する。

図３は高圧燃料ポンプ１１の動作をモデルで示している。いま、プランジャ１４ｂが最高リフト位置にあるｔ１のタイミングで吸入チェックバルブ１５を開くと共に、プランジャ１４ｂを最高リフト位置より最低リフト位置となるｔ２のタイミングまで下降するとき、高圧室１４ｃにフィードポンプ２からの低圧燃料が吸入される。つまり、ｔ１よりｔ２までの区間が高圧燃料ポンプ１１の吸入行程である。

ｔ２よりプランジャ１４ｂが最高リフト位置に向けて上昇するが、このとき、制御ソレノイド１７がスピル通路１８を開放しているため、高圧室１４ｃの燃料はスピル通路１８を介して燃料タンク１に戻されるだけであり、高圧室１４ｃの燃料がコモンレール２１へと圧送されることはない。

プランジャ１４ｂが上昇して、ｔ３のタイミングで制御ソレノイド１７がスピル通路１８を閉塞すると、このｔ３のタイミングよりプランジャ１４ｂが最高リフト位置に達するｔ４のタイミングまでの区間で、高圧室１４ｃの燃料圧力が上昇して吐出チェックバルブ１６が開かれ、高圧の燃料がオリフィス１９を介してコモンレール２１へと供給される。つまり、ｔ２よりｔ３までの区間が高圧燃料ポンプ１１のスピル行程、ｔ３よりｔ４までの区間が高圧燃料ポンプ１１の吐出行程である。そして、ｔ１からｔ４までの区間における一連の動作がひとまとまりであり、ｔ４のタイミング以降は、このひとまとまりの動作が繰り返される。

制御ソレノイド１７がスピル通路１８を閉塞するタイミング（ｔ３のタイミング）を早めるほど高圧燃料ポンプ１１の吐出量が増し、この逆に制御ソレノイド１７がスピル通路１８を閉じるタイミングを遅くするほど高圧燃料ポンプ１１の吐出量が減るのであり、制御ソレノイド１７がスピル通路１８を閉じるタイミングを進角側あるいは遅角側へと制御することにより高圧燃料ポンプ１１の吐出量を制御できる。

図１に戻り、上記のポンプ駆動カム１２は吸気バルブ用カムシャフト１３に一体に設けられており、この吸気バルブ用カムシャフト１３の前端に固定されるカムスプロケットと、図示しないクランクシャフトの前端に固定されるクランクスプロケットとにチェーンあるいはベルトが掛け回されており、吸気バルブ用カムシャフト１３はクランクシャフトにより間接的に駆動される。

コモンレール２１の後端には安全弁２２を備えている。実際のコモンレール燃料圧力が許容圧力を超えるときには、この安全弁２２が開いてコモンレール２１内の高圧燃料の一部を燃料タンク１へと戻す。

コモンレール２１に蓄えられた高圧燃料は各気筒の高圧燃料噴射弁に分配される。図１には４気筒エンジンの場合を示しており、４つの高圧燃料噴射弁３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄにコモンレール２１に蓄えられた高圧燃料が作用している。

各気筒の点火タイミングに従い、所定のタイミングで燃料噴射弁３１Ａ〜３１Ｄを開くと、その開かれた燃料噴射弁を有する気筒の燃焼室に燃料が供給される。また、所定量の燃料が燃料噴射弁より消失することで、コモンレール燃料圧力が低下する。

このため、エンジンコントローラ４１では、エンジン負荷と回転速度に応じたコモンレール２１の目標燃料圧力をマップとして予め持っており、燃料圧力センサ４２により検出される実際のコモンレール燃料圧力が、そのときのエンジンの負荷と回転速度に応じた目標燃料圧力と一致するように、制御ソレノイド１７を介して高圧燃料ポンプ１１の吐出量を制御する。例えば、実際のコモンレール燃料圧力が目標燃料圧力より低いときには制御ソレノイド１７がスピル通路１８を閉塞するタイミングを早めて高圧燃料ポンプ１１の吐出量を増やし実際のコモンレール燃料圧力を上昇させて目標燃料圧力に近づける。この逆に、実際のコモンレール燃料圧力が目標燃料圧力より高いときには制御ソレノイド１７がスピル通路１８を閉塞するタイミングを遅くして高圧燃料ポンプ１１の吐出量を減らし実際のコモンレール燃料圧力を下降させて目標燃料圧力に近づける。

エンジン負荷と回転速度が定まれば１気筒、１サイクル当たり要求燃料量が一義的に定まり、その１気筒、１サイクル当たり要求燃料量とコモンレール燃料圧力が定まれば、燃料噴射弁に与える開弁パルス幅（燃料噴射パルス幅）が定まる。従って、エンジンコントローラ４１では、エンジン負荷と回転速度とに応じた１気筒、１サイクル当たり要求燃料量のマップを持っており、そのときのエンジン負荷と回転速度とから１気筒、１サイクル当たり要求燃料量のマップを検索して、１気筒、１サイクル当たり要求燃料量を求め、この１気筒、１サイクル当たり要求燃料量とコモンレール燃料圧力とから燃料噴射弁に与える開弁パルス幅を算出し、所定の噴射タイミングとなったとき、この開弁パルス幅で燃料噴射弁を開いて各気筒に燃料を供給する。

本実施形態では、上記の高圧燃料噴射弁３１Ａ〜３１Ｄを各気筒の燃焼室に臨ませて設けており、エンジンのクランキング時より気筒毎に圧縮行程噴射を行って成層燃焼を行わせるようにしている。例えば、噴射終了時期を固定とすれば、この固定の噴射終了時期より、要求燃料量に応じた所定の燃料噴射パルス幅Ｔｉをそのときのエンジン回転速度を用いてクランク角に換算した値だけ進角側のクランク角位置が噴射開始時期となる。このため、実際の噴射タイミングが訪れる前の所定のクランク角位置を噴射時期計算タイミングとして定め、この噴射時期計算タイミングにおいて噴射時期（噴射開始時期）の計算を行っている。この場合に、実際の噴射タイミングが訪れる前の所定のクランク角位置の信号としてはＲｅｆ信号がある。Ｒｅｆ信号は公知であり、各気筒についてのクランク角基準位置の信号である。例えば、後述するように４気筒エンジンについて各気筒の圧縮上死点前１１０°で立ち上がるＲｅｆ信号がある。

さて、上記の燃料噴射弁３１Ａ〜３１Ｄには燃料噴射弁の弁挙動に起因する噴射量バラツキがある。これについて説明すると、図４は要求燃料量Ｑとコモンレール燃料圧力を相違させたときの噴射量ばらつきの特性（実験結果）である。図示のように、コモンレール燃料圧力が一定であれば、要求燃料量Ｑが小さくなるほど噴射量ばらつきが大きくなり、また同じ要求燃料量Ｑであればコモンレール燃料圧力が大きいほど大きくなっている。

いま、代表的な３つのコモンレール燃料圧力Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃのときの噴射量ばらつきを改めて図５にモデルで示す。ただし、３つのコモンレール燃料圧力Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの間にはＰａ＜Ｐｂ＜Ｐｃの関係を有させるものとする。

図５において噴射量ばらつきの許容値限界が一点鎖線の位置にあるとすると、図５の特性より、コモンレール燃料圧力がそれぞれＰａ、Ｐｂ、Ｐｃのときに噴射量ばらつきが許容値限界となる要求燃料量はそれぞれＱａ、Ｑｂ、Ｑｃとなる（Ｑａ＜Ｑｂ＜Ｑｃ）。ここで、要求燃料量Ｑと燃料噴射パルス幅Ｔｉとの間には後述する（１）式の関係があるので、３つの各要求燃料量Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃを与える燃料噴射パルス幅Ｔｉａ、Ｔｉｂ、Ｔｉｃはそれぞれ次のようになる。

Ｔｉａ＝Ｋ×Ｑａ／Ｐａ …（補１）
Ｔｉｂ＝Ｋ×Ｑｂ／Ｐｂ …（補２）
Ｔｉｃ＝Ｋ×Ｑｃ／Ｐｃ …（補３）
つまり、コモンレール燃料圧力がＰａのときには、このときのコモンレール燃料圧力Ｐａと、運転条件より定まる要求燃料量とから計算される燃料噴射パルス幅Ｔｉが、（補１）式の燃料噴射パルス幅Ｔｉａ未満だと噴射量ばらつきが許容値限界を超えることとなる。同様にして、コモンレール燃料圧力がＰｂのときには、このときのコモンレール燃料圧力Ｐｂと、運転条件より定まる要求燃料量とから計算される燃料噴射パルス幅Ｔｉが、（補２）式の燃料噴射パルス幅Ｔｉｂ未満だと噴射量ばらつきが許容値限界を超え、また、コモンレール燃料圧力がＰｃのときには、このときのコモンレール燃料圧力Ｐｃと、運転条件より定まる要求燃料量とから計算される燃料噴射パルス幅Ｔｉが、（補３）式の燃料噴射パルス幅Ｔｉｃ未満だと噴射量ばらつきが許容値限界を超える。

ここで、図６（Ａ）に示したように、横軸にコモンレール燃料圧力、縦軸に燃料噴射パルス幅Ｔｉを改めて採り、座標（Ｐａ、Ｔｉａ）、（Ｐｂ、Ｔｉｂ）、（Ｐｃ、Ｔｉｃ）を書き入れてみると、図示のようになり、これらの点を結んだ曲線が得られる。そして、この曲線は、現在のコモンレール燃料圧力において噴射量ばらつきの許容値限界に相当する燃料噴射パルス幅を与える特性となる。

この図６（Ａ）の特性により定まる縦軸の燃料噴射パルス幅を、図６（Ｂ）に示したように改めて１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎとおくと、噴射時期計算タイミングにおいてコモンレール燃料圧力と要求燃料量とから燃料噴射パルス幅Ｔｉを計算したとき、この計算した燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満になっていれば、噴射量ばらつきが許容値限界を超えてしまうことになるので、本発明では、燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満になっている場合に、一部の気筒の燃料噴射を休止させ、燃料噴射を休止しない残りの噴射気筒について、その噴射気筒の燃料噴射パルス幅に、休止気筒分の燃料噴射パルス幅を上乗せして燃料噴射を行うことで、噴射気筒に設けられている燃料噴射弁の弁作動を安定させ、噴射気筒での燃焼状態が不安定にならないようにする。

エンジンコントローラ４１より実行されるこの制御を以下のフローチャートに従って詳述する。

図７は成層燃焼許可フラグを設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。

ステップ１ではスタータスイッチ４５からの信号をみる。スタータスイッチ４５からの信号がＯＮであるときにエンジンのクランキング時であると判断しステップ２に進んで成層燃焼の要求があるか否かをみる。エンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとする運転領域は、低負荷側にあって成層燃焼を行う成層燃焼領域と、高負荷にあって均質燃焼を行う均質燃焼域とに大きく二つに分かれている。これは、大きなエンジン出力の要求されない低負荷側では圧縮行程噴射により成層燃焼を行わせることで燃費を向上し、この反対に大きなエンジン出力の要求される高負荷側になると、燃焼状態を成層燃焼から、吸気行程噴射を行い燃焼するまでに燃料の気化を燃焼室全体で十分に促進した後に燃焼させる、いわゆる均質燃焼へと切換えるためである。そのため、そのときのエンジン回転速度とエンジン負荷とから定まる運転条件が成層燃焼域にあれば成層燃焼の要求があることになり、これに対してそのときのエンジン回転速度とエンジン負荷とから定まる運転条件が均質燃焼域にあれば成層燃焼の要求がないことになる。

また、本実施形態では、スタータスイッチ４５がＯＮとなるエンジンのクランキング時においても圧縮行程噴射を行って成層燃焼を行わせるようにしている。このため、スタータスイッチ４５がＯＮであるときには成層燃焼の要求があると判断し、ステップ３に進んで燃料圧力センサ４２により検出される実際のコモンレール燃料圧力Ｐｒを読み込み、ステップ４においてこの実際のコモンレール燃料圧力Ｐｒと規定値を比較する。

この規定値は後述する噴射許可燃料圧力である。燃料噴射弁から供給される１気筒、１サイクル当たり燃料量はコモンレール燃料圧力と燃料噴射パルス幅により定まる。ここで、成層燃焼によりエンジンを安定して回転させるのに必要な最小の燃料量と、噴射弁の開弁精度が補償される最小の燃料噴射パルス幅とは予め決まっている。よって、この２つの値より、成層燃焼によりエンジンを安定して回転させるのに必要なコモンレール燃料圧力の最小値が定まる。規定値は、この成層燃焼によりエンジンを安定して回転させるのに必要なコモンレール燃料圧力の最小の値である。実際のコモンレール燃料圧力Ｐｒが規定値以上であれば成層燃焼を行うことが可能なコモンレール燃料圧力になっていると判断し、ステップ５に進んで成層燃焼許可フラグ（ゼロに初期設定）＝１とする。

これに対して、ステップ４で実際のコモンレール燃料圧力Ｐｒが規定値未満であるときには成層燃焼を行うことが可能なコモンレール燃料圧力に達しておらず成層燃焼を行わせることができないと判断し、ステップ６に進んで噴射禁止フラグ（ゼロに初期設定）＝１とする。

また、ステップ２で成層燃焼の要求がないときにもステップ６に進んで噴射禁止フラグ＝１とする。

一方、ステップ１でスタータスイッチ４５がＯＦＦであるとき（ただしイグニッションスイッチはＯＮ状態にある）にはステップ７以降に進む。ステップ７以降はエンジン始動後の制御である。すなわち、ステップ７では成層燃焼の要求があるか否かをみる。前述のようにそのときのエンジン回転速度とエンジン負荷とから定まる運転条件が成層燃焼域にあれば成層燃焼の要求があることになり、これに対してそのときのエンジン回転速度とエンジン負荷とから定まる運転条件が均質燃焼域にあれば成層燃焼の要求がないことになるので、成層燃焼の要求があるときにはステップ５に進んで成層燃焼許可フラグ＝１とし、成層燃焼の要求がないときにはステップ８に進んで成層燃焼許可フラグ＝０とする。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は噴射時期（噴射開始時期）を計算するためのもので、各気筒のＲｅｆ信号の立ち上がりのタイミング毎に実行する。つまり、Ｒｅｆ信号の立ち上がりタイミングが噴射時期計算タイミングである。Ｒｅｆ信号は、クランクシャフトポジションセンサ２１からの信号とカムシャフトポジションセンサ２２からの信号とから算出される、各気筒についてのクランク角基準位置の信号である。

ステップ１１では、図７により設定されている成層燃焼許可フラグをみる。成層燃焼許可フラグ＝０であるときには圧縮行程噴射を許可すべきでないため、ステップ２４に進み圧縮行程噴射許可フラグ＝０とする。

成層燃焼許可フラグ＝１であるときにはステップ１２に進み、燃料圧力センサ４２により検出される実際のコモンレール燃料圧力Ｐｒ［Ｐａ］を読み込み、ステップ１３において噴射時期計算タイミングにおけるコモンレール燃料圧力Ｐｒと規定値とを比較する。この規定値は噴射許可燃料圧力（圧縮行程噴射を許可するコモンレール燃料圧力）である。規定値として具体的には２ＭＰａ程度の値を設定しておく。噴射時期計算タイミングにおけるコモンレール燃料圧力Ｐｒが規定値未満であるときには、ステップ２２に進み圧縮行程噴射許可フラグ＝０とする。

噴射時期計算タイミングにおけるコモンレール燃料圧力Ｐｒが規定値以上のときには噴射タイミングで圧縮行程噴射を行わせることの可能なコモンレール燃料圧力に達していると判断し、ステップ１４に進んで圧縮行程噴射許可フラグ＝１とする。

ステップ１５ではエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷を読み込み、これらからステップ１６において所定のマップを検索することにより、１気筒、１サイクル当たり要求燃料量Ｑ［ｍｇ／サイクル］を算出する。この１気筒、１サイクル当たり要求燃料量Ｑはエンジン回転速度が同じであれば、エンジン負荷が大きくなるほど大きくなる値である。

ステップ１７では、この１気筒、１サイクル当たり要求燃料量Ｑと、噴射時期計算タイミングにおけるコモンレール燃料圧力Ｐｒとを用いて次式により燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓｅｃ］を算出する。

Ｔｉ＝Ｋ×Ｑ／Ｐｒ …（１）
ただし、Ｋ：定数、
（１）式は次のようにして求めたものである。１気筒、１サイクル当たり要求燃料量Ｑ［ｍｇ／１サイクル］はコモンレール燃料圧力Ｐ［Ｐａ］と燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓｅｃ］に比例するので次式により与えられる。

Ｑ＝Ｐ×Ｔｉ×Ｃ …（２）
ただし、Ｃ：比例定数、
（２）式を燃料噴射パルスＴｉについて解くと次式が得られる。

Ｔｉ＝（１／Ｃ）×Ｑ／Ｐ …（３）
ここで、（３）式の１／Ｃを改めてＫとおくと、上記（１）式が得られる。

ステップ１８では噴射時期計算タイミングにおけるコモンレール燃料圧力Ｐｒから１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ［ｍｓｅｃ］を算出する。１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎは、燃料噴射弁の弁挙動に起因する噴射量ばらつきの許容値限界に相当する値で、燃料噴射弁の仕様が相違すれば１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎも相違する。１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎとしては、燃料噴射弁の仕様により定まる図６（Ｂ）に示したような特性をテーブルにして記憶させておき、当該テーブルを検索することにより求めればよい。

ステップ１９では、ステップ１７で得ている燃料噴射パルス幅Ｔｉと、この１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎとを比較する。燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上のときには燃料噴射弁の噴射量ばらつきが許容値限界を超えることがないので、このときは従来と同様でよい。すなわち、ステップ２０に進み、燃料噴射パルス幅Ｔｉを、そのときのエンジン回転速度を用いてクランク角に換算し、噴射終了時期ＩＴｅｎｄ［°ＢＴＤＣ］からこの換算したクランク角だけ進角側のクランク角を噴射開始時期ＩＴｓｔ［°ＢＴＤＣ］として設定する。ここで、噴射終了時期ＩＴｅｎｄは各気筒の圧縮上死点から進角側に計測したクランク角で、固定値である。このため、噴射開始時期ＩＴｓｔも各気筒の圧縮上死点から進角側に計測したクランク角になる。

ステップ２１ではこのようにして設定した噴射開始時期ＩＴｓｔを出力レジスタに移しておく。

一方、ステップ１９で燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満であるときには、そのままでは燃料噴射弁の噴射量ばらつきが許容値限界を超えることになるので、図８（Ｂ）のステップ２２以降に進む。

ここで、燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満となる代表的な運転条件には次のようなものがある。

〈１〉低負荷運転時
これは、アイドル運転時のように要求燃料量Ｑが小さな低負荷運転時に上記（１）式右辺の分子が小さくなる結果、燃料噴射パルス幅Ｔｉが小さくなるためである。

〈２〉コモンレール燃料圧力が高い状態での燃料カットリカバー時
これは、燃料カット中にコモンレール２１が受熱しコモンレール燃料圧力が上昇するが、このとき上記（１）式右辺の分母が大きくなり燃料噴射パルス幅Ｔｉが小さくなるためである。

〈３〉高圧燃料ポンプの故障時
上記〈１〉、〈２〉は高圧燃料ポンプ１１が正常である場合であるが、高圧燃料ポンプ１１のフル吐出故障のとき（つまりスピル通路１８が閉塞状態のまま固着し、高圧燃料ポンプ１１が最大量を吐出し続け、安全弁２２が働いてコモンレール２１内の燃料を逃している状態）にはコモンレール燃料圧力が通常の使用範囲を超えて最大となっており、このとき上記（１）式右辺の分母が大きくなり燃料噴射パルス幅Ｔｉが小さくなるためである。

ステップ２２では、次の条件式が成立する最小の整数Ｂを計算する。

Ｔｉ×気筒数／（気筒数−Ｂ）＞Ｔｉｍｉｎ …（４）
ここで、整数Ｂは燃料噴射を休止する気筒の数を表す。４気筒について具体的に考えてみると、（４）式の不等式は次のようになる。

Ｔｉ×４／（４−Ｂ）＞Ｔｉｍｉｎ …（５）
（５）式において整数Ｂとして採り得る値は０、１、２、３であるので、Ｂ＝０、１、２、３をそれぞれ（５）式に代入して（５）式を満足する整数Ｂの値を残し、そのうちから最小の値をＢとして選択することになる。ここでは簡単に、選択の結果、Ｂの値が１、２、３のいずれかであったとする。

ステップ２３、２４では、選択された整数Ｂが１の値であるのか、２の値であるのかそれとも３の値であるのかをみる。

ステップ２３で整数Ｂが１であるときには４気筒のうち３気筒で燃料噴射を行い残り１気筒で燃料噴射を休止させるためステップ２５に進み３−１フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。そして、燃料噴射を休止した１気筒分の燃料を、燃料噴射を行う残り３気筒に割り振るため、ステップ２６で、図８（Ａ）のステップ１７で得ている燃料噴射パルス幅Ｔｉに対し４／３倍した値を噴射気筒の燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕとして設定する。このようにして設定される燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕは、１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎよりも大きくなる。これにより、１つの休止気筒分の燃料が残り３気筒に均等に分配され、４気筒全体でみれば、４気筒全部で燃料噴射を行う場合と同等のエンジントルクが発生する。

ステップ２４で整数Ｂが２であるときには４気筒のうち２気筒で燃料噴射を行い残り２気筒で燃料噴射を休止させるためステップ２７に進み２−２フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。そして、燃料噴射を休止した２気筒分の燃料を、燃料噴射を行う残り２気筒に割り振るため、ステップ２８で、図８（Ａ）のステップ１７で得ている燃料噴射パルス幅Ｔｉに対し４／２（＝２）倍した値を噴射気筒の燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕとして設定する。このようにして設定される燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕは、１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎよりも大きくなる。これにより、２つの休止気筒分の燃料が残り２気筒に均等に分配され、４気筒全体でみれば、４気筒全部で燃料噴射を行う場合と同等のエンジントルクが発生する。

ステップ２４で整数Ｂが３であるときには１気筒で燃料噴射を行い残り３気筒で燃料噴射を休止させるためステップ２９に進み１−３フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。そして、燃料噴射を休止した３気筒分の燃料を、燃料噴射を行う残り１気筒に割り振るため、ステップ３０で、図８（Ａ）のステップ１７で得ている燃料噴射パルス幅Ｔｉに対し４／１（＝４）倍した値を噴射気筒の燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕとして設定する。このようにして設定される燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕは、１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎよりも大きくなる。これにより、３つの休止気筒分の燃料が残り１気筒に総て分配され、４気筒全体でみれば、４気筒全部で燃料噴射を行う場合と同等のエンジントルクが発生する。

ステップ３１では、噴射気筒であるか否かをみる。ここで、整数Ｂ＝１である場合に４気筒のうちどの１気筒を休止気筒にするのか、整数Ｂ＝２である場合に４気筒のうちどの２気筒を休止気筒にするのかまたは整数Ｂ＝３である場合に４気筒のうちどの３気筒を休止気筒にするのかは予め定めておけばよく、従って噴射気筒も定まっている。噴射気筒でない（つまり休止気筒である）場合には噴射開始時期の計算を行うことなくそのまま今回の処理を終了する。

噴射気筒である場合にはステップ３２に進み、上記ステップ２６、２８、３０のいずれかで設定した燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕを、そのときのエンジン回転速度を用いてクランク角に換算し、噴射終了時期ＩＴｅｎｄ［°ＢＴＤＣ］からこの換算したクランク角だけ進角側のクランク角を噴射気筒の噴射開始時期ＩＴｓｔ［°ＢＴＤＣ］として設定する。

ステップ３２ではこのようにして設定した噴射気筒の噴射開始時期ＩＴｓｔを出力レジスタに移しておく。

なお、本発明では、均質燃焼域で吸気行程噴射を行わせることにしており、均質燃焼域、つまり、均質燃焼域での燃料噴射パルス幅の算出については省略して示していない。

図９は燃料噴射を実行するためのもので、実行タイミングは各気筒の噴射開始タイミングである。

ステップ４１では図７で設定されている噴射禁止フラグをみる。噴射禁止フラグ＝１であるときには燃料噴射を実行することなくそのまま今回の処理を終了する。

ステップ４１で噴射禁止フラグ＝０であるときにはステップ４２に進み図８（Ａ）、図８（Ｂ）で設定されている圧縮行程噴射許可フラグをみる。圧縮行程噴射許可フラグ＝１であるときにはステップ４３、４４、４５に進んで３−１フラグ、２−２フラグ、１−３フラグをみる。

ステップ４３で３−１フラグ＝１であるときにはステップ４６に進み噴射気筒であるか否かをみる。噴射気筒でなければそのまま終了する（気筒休止）。噴射気筒であるときにはステップ４９に進み噴射開始時期ＩＴｓｔ（図８（Ｂ）のステップ３２で得られている）と噴射終了時期ＩＴｅｎｄとを用いて圧縮行程での燃料噴射を実行する。すなわち、噴射開始時期ＩＴｓｔを起点として噴射終了時期ＩＴｅｎｄまでの期間、燃料噴射弁を開弁する。

ステップ４４で２−２フラグ＝１であるときにはステップ４７に進み噴射気筒であるか否かをみる。噴射気筒でなければそのまま終了する（気筒休止）。噴射気筒であるときにはステップ５０に進み噴射開始時期ＩＴｓｔ（図８（Ｂ）のステップ３２で得られている）と噴射終了時期ＩＴｅｎｄとを用いて圧縮行程での燃料噴射を実行する。すなわち、噴射開始時期ＩＴｓｔを起点として噴射終了時期ＩＴｅｎｄまでの期間、燃料噴射弁を開弁する。

ステップ４５で１−３フラグ＝１であるときにはステップ４８に進み噴射気筒であるか否かをみる。噴射気筒でなければそのまま終了する（気筒休止）。噴射気筒であるときにはステップ５１に進み噴射開始時期ＩＴｓｔ（図８（Ｂ）のステップ３２で得られている）と噴射終了時期ＩＴｅｎｄとを用いて圧縮行程での燃料噴射を実行する。すなわち、噴射開始時期ＩＴｓｔを起点として噴射終了時期ＩＴｅｎｄまでの期間、燃料噴射弁を開弁する。

このようにして、整数Ｂ＝１のときには４気筒のうち３気筒分で圧縮行程噴射を行い、残り１気筒で燃料噴射を中止する。整数Ｂ＝２のときには４気筒のうち２気筒で圧縮行程噴射を行い、残り２気筒で燃料噴射を中止する。整数Ｂ＝１のときには４気のうち１気筒で圧縮行程噴射を行い、残り３気筒で燃料噴射を中止する。

ステップ４３、４４、４５で３−１フラグ、２−２フラグ、１−３フラグがいずれもゼロであるときにはステップ５２に進み噴射開始時期ＩＴｓｔ（図８（Ａ）のステップ２０で得られている）と噴射終了時期ＩＴｅｎｄとを用いて圧縮行程での燃料噴射を実行する。すなわち、噴射開始時期ＩＴｓｔを起点として噴射終了時期ＩＴｅｎｄまでの期間、燃料噴射弁を開弁する。ステップ５２に流れるのは、図８（Ａ）のステップ１９で燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上にある場合であり、このとき、全気筒で圧縮行程噴射が実行される。

一方、圧縮行程噴射許可フラグ＝０であるときにはステップ４２よりステップ５０に進み吸気行程での燃料噴射を実行する。

ここで、本実施形態の効果を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、燃料噴射弁３１Ａ〜３１Ｄに与える燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算し（図８（Ｂ）のステップ１７）、この演算した燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満の場合に、一部の気筒の燃料噴射を休止させると共に（図８（Ａ）のステップ１９、図８（Ｂ）のステップ２２、２３、２４、２５、２７、２９、図９のステップ４３、４４、４５、４６、４７、４８）、噴射気筒の燃料噴射パルス幅を増加させるので（図８（Ａ）のステップ１９、図８（Ｂ）のステップ２２、２３、２４、２６、２８、３０）、実際に燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉｚｏｕが、１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満となることがなくなり、これにより、演算した燃料噴射パルス幅Ｔｉが１気筒当たり最小噴射パルス幅Ｔｉｍｉｎ未満となる場合においても、噴射気筒に設けられている燃料噴射弁の弁作動を安定させることが可能となり、噴射気筒での燃焼安定性が向上する。

実施形態では、吸気バルブ用カムシャフトにポンプ駆動カム１２を設け、このポンプ駆動カムにより高圧燃料ポンプを駆動する場合で説明したが、この構成に限定されるものでない。例えば、高圧燃料ポンプは斜板式のものでもよいし、排気バルブ用カムシャフトにポンプ駆動カム１２を設けてもかまわない。さらに、ポンプ駆動カムはカムシャフト以外のシャフトにも設け得る。高圧燃料ポンプはモータ駆動でもかまわない。また、コモンレールを備えることも必須でない。

実施形態では、圧縮行程噴射に適用した場合で説明したが、吸気行程噴射にも本発明を適用できる。さらに、燃料噴射弁を吸気ポートに臨んで設けているものにも本発明を適用できる。

請求項１の燃料噴射パルス幅演算手段の機能は図８（Ｂ）のステップ１７により、一部気筒休止手段の機能は図８（Ａ）のステップ１９、図８（Ｂ）のステップ２２、２３、２４、２５、２７、２９、図９のステップ４３、４４、４５、４６、４７、４８により、噴射気筒燃料噴射パルス幅増加手段の機能は図８（Ａ）のステップ１９、図８（Ｂ）のステップ２２、２３、２４、２６、２８、３０によりそれぞれ果たされている。

本発明の第１実施形態の燃料供給装置の概略構成図。 ポンプ駆動カムの平面図。 高圧燃料ポンプの作動を説明するための波形図。 噴射量ばらつきの特性図。 噴射量ばらつきの特性図。 噴射量ばらつきの許容値限界でのコモンレール燃料圧力と燃料噴射パルス幅の関係を示す特性図。 １気筒当たり最小噴射パルス幅の特性図。 成層燃焼許可フラグの設定を説明するためのフローチャート。 噴射時期計算を説明するためのフローチャート。 噴射時期計算を説明するためのフローチャート。 燃料噴射の実行を説明するためのフローチャート。 燃料噴射パルス幅と燃料量の関係を示す特性図。

符号の説明

１２ ポンプ駆動カム（アクチュエータ）
３１Ａ〜３１Ｄ 燃料噴射弁
４１ エンジンコントローラ
４２ 燃料圧力センサ

Claims (8)

1. アクチュエータにより駆動され高圧の燃料を吐出する高圧燃料ポンプと、
   所定の燃料噴射タイミングで所定の燃料噴射パルス幅のあいだ開いて、この高圧燃料ポンプからの高圧燃料をエンジンに供給する燃料噴射弁と
   を備える多気筒エンジンの燃料供給装置において、
   燃料噴射弁に与える前記燃料噴射パルス幅を演算する燃料噴射パルス幅演算手段と、
   この演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、一部の気筒の燃料噴射を休止させる一部気筒休止手段と、
   同じくこの演算した燃料噴射パルス幅が１気筒当たり最小噴射パルス幅未満の場合に、噴射気筒の燃料噴射パルス幅を増加させる噴射気筒燃料噴射パルス幅増加手段と
   を備えることを特徴とする多気筒エンジンの燃料供給装置。
2. 前記１気筒当たり最小噴射パルス幅は、噴射量ばらつきの許容値限界に相当する値であることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。
3. 前記１気筒当たり最小噴射パルス幅を前記高圧燃料ポンプの吐出する燃料の圧力に応じて算出することを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。
4. 前記１気筒当たり最小噴射パルス幅を前記高圧燃料ポンプの吐出する燃料の圧力が大きくなるほど大きくすることを特徴とする請求項３に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。
5. 前記噴射気筒についての燃料噴射パルス幅を１気筒当たり最小噴射パルス幅以上に増加させることが可能な前記燃料噴射を休止させる休止気筒の数を計算することを特徴とする請求項２または３に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。
6. 前記計算された休止気筒の数の中から最小の値を選択することを特徴とする請求項５に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。
7. 前記噴射気筒の燃料噴射パルス幅を、前記燃料噴射を休止した気筒の数に対応させて増加させることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。
8. 前記噴射気筒の燃料噴射パルス幅を、前記燃料噴射を休止した気筒の数が多いほど大きくすることを特徴とする請求項７に記載の多気筒エンジンの燃料供給装置。

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