JP2010025091A - 筒内噴射型内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の個体差や経年変化にも対応できるように、燃料噴射弁の噴射量特性をオンボードで補正できるようにする。
【解決手段】機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、検出空燃比が目標空燃比に収束しているとき、機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を等分に分割するとともに、空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量も前記燃料噴射量と同様に等分に分割し、前記等分割された燃料噴射量に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量に対応するパルス幅を持つ分割駆動パルスを順次前記燃料噴射弁に供給する分割噴射を行い、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記分割空燃比補正量に基づいて、前記等分割された駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線からのずれ量ΔU50を求めるとともに、このずれ量ΔU50を学習する。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備え、空燃比検出手段により検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく空燃比フィードバック制御を行うようにされた筒内噴射型内燃機関の制御装置に関する。

一般に、４サイクル筒内噴射型内燃機関では、各気筒において一燃焼サイクル（吸気、圧縮、爆発膨張、排気の４行程からなるサイクル）毎に、機関運転状態に応じたパルス幅を持つ噴射弁駆動パルス（信号）を生成して、この噴射弁駆動パルスを吸気行程から圧縮行程までの期間に燃料噴射弁に供給する。燃料噴射弁は、噴射弁駆動パルスのパルス幅（駆動パルス幅）に応じた時間だけ開弁して燃料噴射を行う。燃料噴射弁から噴射された燃料は、燃焼室内に吸入された空気と混合され、点火プラグにより点火されて燃焼する。

燃料の燃焼には、空気と混合した燃料が気化する時間が必要であり、通常は、吸気行程の早い時期から燃料の噴射が開始される。しかし、吸気弁が開いたばかりのクランク角度位置では、空気流動速度が遅く、噴射された燃料は空気流動よりも相対的に早いため、空気と混ざらずに燃焼室内壁面（ピストン頂面等を含む）に付着することがある。

燃焼室内壁面に付着した燃料の気化速度は遅いため、点火プラグによる点火時には燃焼室内は空燃比がリーン化することになる。

前記燃料の燃焼室内壁面付着を防止するための技術として、従来、例えば下記特許文献１等にも見られるように、一燃焼サイクル中に全量を１回で噴射する（以下、一括全量噴射と称する）に代えて、一燃焼サイクル中に燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射を行うことが知られている。この分割噴射時には、通常、一燃焼サイクル中に噴射すべき燃料噴射量に対応する駆動パルス幅を、複数個（回）の短い駆動パルス幅に分割してそれらを順次適宜の間隔をあけて燃料噴射弁に供給するようにされる。

特開２００７−１９２２33号公報

ところで、前記分割噴射時には、当然ながら各回の駆動パルス幅が前記一括全量噴射時の駆動パルス幅より相対的に短くなる。

一方、燃料噴射弁の噴射量特性（駆動パルス幅に対する燃料噴射量の特性）は、燃料噴射制御の観点から、横軸に駆動パルス幅（駆動時間）、縦軸に燃料噴射量をとった図５において破線（理想特性線）Ｋで示される如くに、線形（正比例）の関係を持つ（傾きθを持つ直線となる）ことが理想的である。しかしながら、実際には、実線で示される如くに、駆動パルス幅に対して燃料噴射量は、駆動パルス幅（時間）が０（ゼロ）に近いとき（所定値Ｐａ、例えば１ミリ秒以下のとき）には、０（ゼロ＝無噴射）となり、駆動パルス幅が前記無噴射時間（無効パルス幅）より長いが、ある駆動パルス幅（時間）Ｐｆ以下の領域（例えば１ミリ秒以上で５ミリ秒以下）では急峻に立ち上がって前記理想特性線Ｋより相当大きくなる。また、燃料噴射弁の構成部品にはばらつき（個体差）があるため、噴射量特性にもばらつきが生じる。特に、前記無噴射時間や駆動パルス幅が前記Ｐｆ以下の領域（アイドル時や低負荷時）での噴射量は、燃料噴射弁の個体差や経年変化の影響を受けやすい。

上記のように燃料噴射量が理想特性線Ｋから大きくずれる領域が存在すると、例えば、図５に示される駆動パルス幅Ｐｆをもって一括全量噴射を行ったときの噴射量とＰｆの半分の駆動パルス幅Ｐｄをもって２回等分の分割噴射を行ったときの合計噴射量とは、一致しないことになる（この場合は、分割噴射時の実噴射量が一括全量噴射時のそれより大きくなる）。

また、アイドル時や低負荷時には、吸入空気量が比較的少ないので、燃料噴射量が相対的に少なくなり、前記駆動パルス幅が０（ゼロ）に近くなる。そのため、噴射量特性のばらつきが、気筒間での空燃比やトルクのばらつきとなって現われやすくなる。

従来、噴射量特性のばらつきを補正するため、気筒毎に配備されている各燃料噴射弁の噴射量特性（図５に示される如くの駆動パルス幅に対する燃料噴射量の特性）を予め測定しておき、それぞれの噴射量特性に対応した補正データをＥＣＵに取り込んで補正する方法が採用されている。この方法はエンジン製造工場やディーラーの整備工場等の特別な場所でのみ可能であり、汎用性がなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料噴射弁の個体差や経年変化にも対応できるように、燃料噴射弁の噴射量特性をオンボードで補正できるようにして、気筒間での燃料噴射量のばらつき、ひいては気筒間での空燃比やトルクのばらつきを低減できるようにされた筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置は、基本的には、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて燃料噴射量を補正する空燃比補正手段と、前記燃料噴射弁に駆動パルスを供給する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記駆動パルスを所定回数に分割して前記燃料噴射弁に供給するとともに、前記空燃比補正手段の出力に基づいて、前記燃料噴射弁の噴射量特性を補正することを特徴としている。

好ましい態様では、前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する駆動パルス幅を等分に分割するとともに、前記空燃比補正手段により演算される空燃比補正量を前記分割回数で割った値を前記燃料噴射弁の噴射量特性の補正量として学習するようにされる。

他の好ましい態様では、前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する駆動パルス幅を所定のパルス幅とそれ以外のパルス幅とに不等分に分割するとともに、前記空燃比補正手段により演算される空燃比補正量を前記所定のパルス幅についての前記燃料噴射弁の噴射量特性の補正量として学習するようにされる。

また、前記制御手段は、好ましくは、前記噴射量特性の補正量が設定範囲から逸脱した場合には、前記燃料噴射弁の噴射量特性が異常であると診断するようにされる。

さらに別の好ましい態様では、空燃比検出手段により検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく空燃比フィードバック制御を行うようにされ、機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、所定の態様で分割噴射を行い、該分割噴射時において、前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量に基づき、燃料噴射弁の噴射量特性を補正するためのデータを得るようにされる。

より具体的な好ましい態様では、機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を等分に分割するとともに、前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量も前記燃料噴射量と同様に等分に分割し、前記等分割された燃料噴射量に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量に対応するパルス幅を持つ分割駆動パルスを順次前記燃料噴射弁に供給する分割噴射を行い、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記分割空燃比補正量に基づいて、前記等分割された駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線からのずれ量を求めるとともに、このずれ量を学習するようにされる。

他の好ましい態様では、機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、前記機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を無効パルス幅に相当する噴射量以下の第１噴射量とそれ以外の第２噴射量とに不等分に分割するとともに、前記第１噴射量に前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量を加味した第１分割噴射量に対応するパルス幅を持つ第１分割駆動パルスと前記第２噴射量に対応するパルス幅を持つ第２分割駆動パルスとを前記燃料噴射弁に供給する分割噴射を行い、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記空燃比補正量に基づいて、前記第２分割駆動パルス幅についての燃料噴射量の不足量を求めるとともに、この不足量を前記第１分割駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線からのずれ量として学習するようにされる。

さらに具体的な好ましい態様では、各気筒毎に配備された燃料噴射弁と、機関運転状態に基づいて前記燃料噴射弁が一燃焼サイクル中に噴射すべき燃料噴射量を各気筒毎に演算する燃料噴射量演算手段と、各気筒毎に空燃比を直接的もしくは間接的に検出する空燃比検出手段と、該検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて前記燃料噴射量を補正するための空燃比補正量を各気筒毎に演算する空燃比補正量演算手段と、を備え、前記空燃比補正量を加味して補正された燃料噴射量に対応した駆動パルス幅を持つ駆動パルスを一括して及び／又は複数回に分割して前記各気筒の燃料噴射弁に供給するようにされ、機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、前記各燃料噴射弁の噴射量特性を補正すべく、燃料噴射形態を一括全量噴射から分割噴射に切り換えるようにされ、該分割噴射に際して、前記機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を等分に分割するとともに、前記空燃比補正量も前記燃料噴射量と同様に等分に分割し、前記等分割された燃料噴射量に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量に対応するパルス幅を持つ等分割駆動パルスを順次前記燃料噴射弁に供給するようにされ、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記等分割空燃比補正量に基づいて、前記等分割された駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線からのずれ量を求めるとともに、このずれ量を学習値として記憶しておき、次に前記等分割駆動パルス幅と同じ駆動パルス幅をもって一括全量噴射及び／又は分割噴射を行う際に、前記学習値として記憶されたずれ量を用いて前記燃料噴射量を補正するようにされる。

本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁に供給する駆動パルスを所定回数に分割する分割噴射を行うとともに、検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて、燃料噴射弁の噴射量特性を補正、より詳しくは、燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量（図５参照）を求め、このずれ量を学習するようにされる。

より具体的には、例えば、機関運転状態が所定の条件（定常運転状態である等の条件）を満たし、かつ、検出空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に収束しているとき、燃料噴射弁の噴射量特性を補正すべく、燃料噴射形態を一括全量噴射から分割噴射に切り換えるようにされる。この分割噴射時には、機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を例えば２等分に分割するとともに、検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて演算される空燃比補正量も前記燃料噴射量と同様に２等分に分割し、この等分割された燃料噴射量に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量に対応するパルス幅を持つ等分割駆動パルスを順次前記燃料噴射弁に供給する。

ここで、例えば、燃料噴射弁の噴射量特性が前述した図５に示される如くのものである場合、分割噴射時の実噴射量が一括全量噴射時のそれより大きくなり、そのため、検出空燃比は目標空燃比よりリッチ側にずれる。このように検出空燃比がリッチ側にずれると、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等の空燃比フィードバック制御（ラムダ制御）により、検出空燃比を目標空燃比に戻す操作が行われ、この空燃比フィードバック制御時に検出空燃比と目標空燃比との差分に応じた前記等分割空燃比補正量が演算される。

この場合、前記分割噴射によって検出空燃比が目標空燃比に収束するまでに得られる前記等分割空燃比補正量は、過剰に噴射された燃料量に相当するものとなるので、該分割空燃比補正量に基づいて、前記等分割された駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量を求めることができる。

同様に、前記燃料噴射量及び空燃比補正量を３等分、４等分、・・・、ｎ等分に分割して上記のような制御を行えば、駆動パルス幅が上記２等分した場合より小なるパルス幅についても燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量を求めることができる。

また、分割噴射に入る直前の一括全量噴射時の駆動パルス幅が前記２等分した元のパルス幅より大きい場合には、上記２等分した場合とは別の分割駆動パルス幅についてのずれ量を求めることができる。

したがって、上記各駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量を学習値として記憶しておき（テーブルあるいはマップを作成）、次に前記等分割駆動パルス幅と同じ駆動パルス幅をもって一括全量噴射及び／又は分割噴射を行う際に、前記学習されたずれ量を用いて前記燃料噴射量を補正することにより、噴射量特性が図５において実線で示される如くのものであっても、実噴射量が前記理想特性線Ｋ上に乗ることになり、空燃比を迅速に目標空燃比に収束させることができる。

また、前記ずれ量を学習することによって、燃料噴射弁の個体差や経年変化にも対応できるとともに、気筒間での燃料噴射量のばらつき、ひいては気筒間での空燃比やトルクのばらつきを低減でき、燃焼安定性や排気性能の向上を図ることができる。

このように、本発明によれば、従来はエンジン製造工場やディーラーの整備工場等の特別な場所でのみ可能であった燃料噴射弁の噴射量特性の補正がオンボードで可能となるので、検査工程の簡素化、コスト削減等を図ることができる。

以下、本発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る制御装置の一実施形態をそれが適用された車載用筒内噴射型内燃機関と共に示す概略構成図である。

図示実施形態の内燃機関１は、シリンダブロック及びシリンダヘッドからなるシリンダ１ａ、該シリンダ１ａ内に摺動自在に嵌挿されたピストン１ｃ、該ピストン１ｃ上方に画成される燃焼室１ｂに吸排気弁を介して連通する吸気通路６、排気通路１０を備えている。
なお、ここでは、説明をわかりやすくするため、一つの気筒についてのみ説明する。

吸気通路６には、エアークリーナ９、吸入空気量を計測するエアフローセンサ２、燃焼室１ｂに流入する空気量を調整する電子制御スロットル弁３が配在されている。燃焼室１ｂの吸気側には、燃焼室１ｂに直接燃料を噴射する燃料噴射弁７が配設され、また、その天井部中央には、点火エネルギーを供給する点火プラグ８が臨設されている。

前記エアークリーナ９から吸入される空気は、エアフローセンサ２で流量が計測され、スロットル弁３で流量を調節された後、燃焼室１ｂ内で燃料噴射弁７から噴射される燃料と混合され、この混合気が点火プラグ８で点火されて燃焼される。また、吸気通路６には、スロットル弁３を迂回するバイパス通路４が設けられるとともに、このバイパス通路４にはＩＳＣバルブ５が介装されている。

また、排気通路１０には、排気ガスを浄化する三元触媒１１、この三元触媒１１の上流側にて排気空燃比を検出するリニヤ空燃比センサ１２が配備されている。また、クランク軸には、回転数・位相を検出するためのクランク角センサ１４が備えられている。

上記に加え、前記燃料噴射弁７による燃料噴射や点火プラグ８による点火時期等の制御を行うべく、本実施形態の制御装置２００の主要部を構成するコントロールユニット１００が備えられている。このコントロールユニット１００は、それ自体はよく知られているもので、演算部としての、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＥＥＰＲＯＭ（外部記憶部）１２０の他、入力側に、ＩＧスイッチ２２からの信号が入力されるデジタル入力回路１０４、クランク角センサ１４やカム角センサ１５からのパルス信号が入力されるパルス入力回路１０５、エアフローセンサ２、水温センサ１３、空燃比センサ１２等からの信号が入力されるアナログ入力回路１０６が備えられ、出力側に、リレー制御２３用のデジタル出力回路１１１、燃料噴射弁７、点火プラグ８、スロットル弁３用のタイマー設定出力回路１１２、スキャンツール２４用の通信回路１１３等を備えている。

次に、コントロールユニット１００による燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御）について説明する。本実施形態では、通常運転時は目標空燃比が理論空燃比（ストイキ）に設定され、空燃比センサ１２により検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく、検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて空燃比フィードバック制御（ＰＩ制御、ラムダ制御ともいう）を行う。また、通常の運転モードの他、噴射量特性補正モードをとることができるようになっている（本発明の特徴部分）。この噴射量特性補正モードでは、機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、燃料噴射形態を一括全量噴射から分割噴射に切り換え、該分割噴射時において、前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量に基づき、燃料噴射弁の噴射量特性を補正するためのデータ（具体的には、図５に示される如くの、理想特性線Ｋからの燃料噴射量のずれ量ΔＵ50）を得るようにされる。

これを以下に詳細に説明する。
図３に、コントロールユニット１００が燃料噴射制御に際して実行する処理内容を機能ブロック図で示す。コントロールユニット１００は、基本燃料噴射量演算手段３０１、運転モード切換手段３０２、通常運転モード用の燃料噴射量補正手段３０３、目標空燃比設定手段３０５、差分演算手段３０６、空燃比補正係数演算手段３０７、駆動パルス出力手段３１０を備えている。以上の各手段のうち運転モード切換手段３０２以外はよく知られているものである。

すなわち、基本燃料噴射量演算手段３０１は、エアフローセンサ２の出力信号QAVを取り込み、吸入空気量計変換テーブルから、吸入空気量QAを求め、同時に、クランク角センサ１４からのパルス信号を取り込み、所定の時間内に到来するパルス数に基づいて機関回転数NDATAを求める（又は、所定のクランク角度に相当するパルスのエッジ間隔をウィンドウ時間として計測して回転数NDATAを求める）。前記吸入空気量QAを回転数NDATAと気筒数で割り算することにより、１気筒あたりの基本燃料噴射量TPを演算する。

基本燃料噴射量TP＝QA／（NDATA×気筒数）
前記運転モード切換手段３０２は、機関運転状態が所定の条件（定常運転状態である等の条件）を満たし、かつ、検出空燃比が目標空燃比に収束しているとき、通常運転モードから噴射量特性学習モードへの切り換えを行う（噴射量特性補正モードでの制御は後述する）。

前記目標空燃比設定手段３０５は、運転状態に応じて目標空燃比TABFを設定する。通常運転時は目標空燃比TABFを理論空燃比（ストイキ）に設定する。前記差分演算手段３０６は、空燃比センサ１２の出力LAFVを取り込み、空燃比センサ変換テーブルから、空燃比RABF（検出空燃比）を求め、検出空燃比RABFと目標空燃比TABFとの差分DABFを演算する。
差分DABF ＝ RABF−TABF

前記空燃比補正係数演算手段３０７は、前記差分DABFを入力として、比例分LAMPと積分分LAMIを計算する。
比例分の係数をKP、積分分の係数をKIとして計算を行う。
LAMP ＝ KP×DABF
LAMI ＝ KI×DABF＋LAMI（前回値）

比例分と積分分を加算して、空燃比補正係数（ラムダ制御量）LAMDSを求める。
空燃比補正係数LAMDS ＝ LAMP＋LAMI

この空燃比補正係数LAMDSは、燃料噴射量補正手段３０３において、基本燃料噴射量TPを補正する補正係数COEFの一つとして用いて、燃料噴射量TIを演算する。
補正係数COEF ＝ １＋LAMDS＋その他の補正係数
燃料噴射量TI ＝ 基本燃料噴射量TP×補正係数COEF×燃料噴射時間変換係数KEGI

ここで、上記の「その他の補正係数」は、例えば機関始動後の所定時間だけ、燃料を増量する始動後増量KAS、機関冷却水温に基づく水温増量KTW等が含まれる。

前記駆動パルス出力手段３１０は、前記補正係数COEFを用いて基本燃料噴射量TPを補正することにより得られる燃料噴射量TIに対応した駆動パルス幅を持つ駆動パルスを一括して及び／又は所定の態様で複数回に分割して、所定のタイミングで燃料噴射弁７に供給する。これにより、空燃比フィードバック制御が行われて空燃比が目標空燃比に収束せしめられる。

一方、コントロールユニット１００は、上記各手段に加えて、運転モードとして噴射量特性補正モードが選択されたときの処理を行う補正モード用の燃料噴射量補正手段３２１、分割補正量演算手段３２２、分割補正量を加味した分割噴射量演算手段３２３、及びずれ量学習手段３３０を備えている。

上記補正モード用の燃料噴射量補正手段３２１は、前記通常運転モード用の燃料噴射量補正手段３０３とは異なり、前記空燃比補正量LAMDSを用いないで、基本燃料噴射量TPを冷却水温等に基づいて補正することにより、燃料噴射量TI’を求める。
燃料噴射量TI’＝ 基本燃料噴射量TP×補正係数（COEF＝１＋その他の補正係数）×燃
料噴射時間変換係数KEGI

前記分割補正量演算手段３２２は、空燃比補正係数演算手段３０７で演算された空燃比補正係数LAMDSを用いて、空燃比補正量を下記式より求める。
空燃比補正量＝基本燃料噴射量TP×空燃比補正係数LAMDS×燃料噴射時間変換係数KEGI さらに、得られた空燃比補正量を２等分に分割する。

次いで、前記分割噴射量演算手段３２３は、前記燃料噴射量TI’を２等分に分割するとともに、この等分割された燃料噴射量TI’/2に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量TI/2を演算する。すなわち、本補正モードでは、前記通常運転モードでは燃料噴射量補正手段３０３で行っていた空燃比補正量LAMDSを加味した基本燃料噴射量TPの補正を、燃料噴射量補正手段３０３とは別の分割噴射量演算手段３２３で行うのである。

前記駆動パルス出力手段３１０は、等分割燃料噴射量TI/2に対応するパルス幅を持つ等分割駆動パルスを順次燃料噴射弁７に供給する。このように分割噴射が行われると、図５を用いて前述したように、分割噴射時の実噴射量が一括全量噴射時のそれより大きくなり、そのため、検出空燃比は目標空燃比よりリッチ側にずれる。このように検出空燃比がリッチ側にずれると、空燃比フィードバック制御（ラムダ制御）により、検出空燃比を目標空燃比に戻す操作が行われ、この空燃比フィードバック制御時に、空燃比補正係数演算手段３０７及び分割補正量演算手段３２２により、検出空燃比と目標空燃比との差分に応じた分割空燃比補正量が演算される。

このようにされることにより、分割噴射によって検出空燃比が目標空燃比に収束するまでに得られる前記分割空燃比補正量は、過剰に噴射された燃料量に相当するものとなるので、該分割空燃比補正量に基づいて、図５においてΔＵ50で表される如くの、前記等分割された駆動パルス幅Ｐｄ（＝Ｐｆ／２）についての燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量を求めることができる。

同様に、前記燃料噴射量及び空燃比補正量を３等分、４等分、・・・、ｎ等分に分割して上記のような制御を行えば、駆動パルス幅がＰｆ／３、Ｐｆ／４、・・・、Ｐｆ／ｎについても燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量を求めることができる。

また、分割噴射に入る直前の一括全量噴射時の駆動パルス幅が前記Ｐｆより大きい場合には、上記Ｐｄとは別の分割駆動パルス幅についてのずれ量を求めることができる。

前記ずれ量学習手段３３０は、前記駆動パルス幅Ｐｄ（＝Ｐｆ／２）についての燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量ΔＵ50を学習値として記憶しておき（テーブルあるいはマップを作成）、次に前記等分割駆動パルス幅Ｐｄと同じ駆動パルス幅をもって一括全量噴射及び／又は分割噴射を行う際に、前記学習されたずれ量ΔＵ50を用いて前記燃料噴射量を補正する。このようにされることにより、駆動パルス幅が前記Ｐｆより短い領域であっても、実噴射量が前記理想特性線Ｋ上に乗ることになり、空燃比を迅速に目標空燃比に収束させることができる。

なお、以上は、一つの気筒についてのみ説明したが、各気筒毎に排気空燃比を直接もしくは間接的に検出する空燃比センサ等の検出手段を設けて、各気筒の燃料噴射弁７について上記した制御を行うことにより、各燃料噴射弁７についての前記ずれ量が求められ、このずれ量を用いて噴射量特性を補正することにより、各気筒の燃料噴射弁の個体差や経年変化にも対応できるとともに、気筒間での燃料噴射量のばらつき、ひいては気筒間での空燃比やトルクのばらつきを低減できる。

このように、本実施形態では、従来はエンジン製造工場やディーラーの整備工場等の特別な場所でのみ可能であった燃料噴射弁の噴射量特性の補正がオンボードで可能となるので、検査工程の簡素化、コスト削減等を図ることができる。

上記噴射量特性補正モードでの処理内容について、以下により詳しく説明する。
まず、燃料噴射弁７の特性について図４を参照しながら説明する。
燃料噴射弁７において、駆動パルス幅（時間）に対して噴霧の速度は、（Ａ）に示される如くに、駆動パルス幅（時間）が短い場合は０（ゼロ）に近い。駆動パルス幅（時間）が長いと噴霧速度は一定となる。

よって、駆動パルス幅（時間）が短いと、（Ｂ）の（ａ）に示される如くに、燃料噴射弁７の噴霧口付近に噴霧が滞留しやすくなり、特に短い噴射間隔で分割した場合は、噴霧形成の初速度が小さいため、燃料噴射弁付近に噴霧が滞留する機会が増える。このため、駆動パルス幅（時間）を分割したほうが、噴霧が燃焼室内の壁面に付着する可能性が減るので、均質な空燃比を形成することができる。また、燃料が点火プラグ８付近に留まることになるので、着火性が向上する。

次に、燃料噴射弁の噴射量特性について、図５を参照しながらより詳しく説明する。前述したように、駆動パルス幅（時間）がＰｆより短い領域では、駆動パルス幅（時間）に対する噴射量の直線性が悪い。これは、図７（Ａ）に示される如くに、燃料噴射弁７内のプランジャ（弁体）７ａを抑えているコイルばね７ｃの付勢力と、駆動パルスによるソレノイド７ｂの電磁力（吸引力）のバランスと、さらに、燃料圧力によって燃料が流れ出す通路の流路抵抗（粘性）に依存する。

分割割合＝５０％として２等分に分割すると、元の駆動パルス幅（時間）Ｐｆによる噴射量Ｕに対して、パルス幅（時間）が半分になっても、１回の噴射量はＵ／２＋ΔＵ50の量だけ多く噴射することになる。

よって、２回噴射の合計量は、ΔＵ50×２に相当する量だけ多いので、割合ではΔＵ50×２／Ｕだけ空燃比はリッチ化する。空燃比フィードバック制御によって空燃比を目標空燃比（＝ストイキ）に戻すための空燃比補正係数（LAMDS）の積分分（LAMI）が燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量ΔＵ50に比例し、空燃比が目標空燃比に収束するまでに得られる前記空燃比補正量が前記ずれ量ΔＵ50に相当するものとなるので、このずれ量ΔＵ50を前記駆動パルス幅Ｐｄ（Ｐｆ／２）についての噴射量特性の補正量として学習する。

さらに、理想特性線Ｋからのずれ量ΔＵ50に相当する時間を燃料噴射弁の補正時間TΔＵ50として求める。

又は、所定の噴射回数毎に、補正量を微小値ずつ加減算を行って、学習値として記憶する。

一方、分割噴射回数を３回とすると、分割割合Ｃ％を33％として３分割すると、１回の噴射量はＵ／３＋ΔＵ33だけ多く噴射することになる。３回噴射の合計値は、ΔＵ33×３に相当する量が多く噴射されるので、ΔＵ33×３／Ｕだけ、空燃比はリッチ化する。分割割合が０（ゼロ）に近づき、分割した結果が０（ゼロ）に近い場合は、噴射量特性から、噴射される量はほとんど０（ゼロ）となり、無効パルス幅Ｐａ以下ではまったく噴射しないことになる。

よって、分割した結果、駆動パルス幅（時間）がＰａよりも短い場合は、ずれ量を求めることは困難になる。この場合は以下の方法での分割噴射を行うことも可能である。

分割回数を増やして（１００％／Ｃ％）回に分割した結果が所定値よりも短い場合は、Ｃ％の短い噴射と残り（１００％−Ｃ％）の噴射に分けて噴射する。この場合、元の駆動パルス幅（時間）×Ｃ％＜所定値が成立する場合は、Ｃ％を乗じた方の噴射弁駆動パルスからは燃料は噴射しないので、残りの（１００％−Ｃ％）を乗じたパルス幅（時間）のみで燃料を噴射することになる。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、無効パルス幅Ｐａ以下のＰmに相当する駆動パルス幅（時間）と残りの駆動パルス幅（ＰｆーＰｍ）に不等分に分割すると、空燃比はリーン化する（ΔVmに相当する燃料量が不足する）。空燃比フィードバック制御によって、空燃比を目標空燃比（＝ストイキ）に戻す空燃比補正量の積分分（LAMI）はＣ％に比例することになる。

機関運転状態が一定の場合、Ｃ％をゼロから徐々に増やして、空燃比補正量の比例分（LAMP）がマイナスとなるとき、Ｐａに相当する駆動パルス幅（時間）と判断できる。

さらに、Ｃ％を増やしてゆき、空燃比補正量の積分分（LAMI）が０（ゼロ）となるときが、駆動パルス幅に対する燃料噴射量が前記理想特性線Ｋに乗る駆動パルス幅（Ｐｆ）となる。

また、分割した駆動パルスの噴射間隔が短いと、プランジャ（弁体）７ａが移動する慣性力と、プランジャ７ａを抑えるコイルばね７ｃの振動の反力が同じ方向にかかることがあり、単独の駆動パルスのときよも２回目の噴射開始が遅くなり、燃料噴射量が変動する。

図７に示される如くに、駆動パルス幅が短い場合は弁体リフト量は定常値と異なる。このため、図８（Ａ）に示される如くに、噴射間隔に応じて燃料噴射量は減少する領域がある。この場合、分割した場合の噴射量が増加した場合の割合と、噴射間隔が短いことによる燃料噴射量の減少割合とを乗算して、燃料噴射量を補正する。または、単独の駆動パルスのパルス幅と、噴射間隔をパラメータとして、補正量をあらかじめ求めておき、適合した結果を図８（Ｂ）に示される如くにマップ値と設定しておけば、マップ値から補正量を検索することも可能である。

次に、図９の機能ブロック図を参照しながら、コントロールユニット１００が実行する燃料噴射弁駆動に際しての処理について説明する。ここでは、ブロック３５１でクランク角センサ１４からのパルス信号に基づいて基準角度位置検出を行い、ブロック３５２で噴射開始角度カウンタ演算を行い、ブロック３５３で分割噴射用カウンタ演算を行い、ブロック３５４でクランク角度相当噴射間隔カウンタ演算を行う。

燃料噴射量TIは、下記式
燃料噴射量TI ＝ 基本燃料噴射量TP×補正係数COEF×燃料噴射時間変換係数KEGI
により求める。
さらに、運転状態に応じて燃料噴射量（時間）TIを分割する。

分割回数を３回とし、分割割合T33％とすると、分割された噴射量のそれぞれTI１、TI２、TI３は、
TI１ ＝ TI×T33％−TΔＵ33
TI２ ＝ TI×T33％−TΔＵ33
TI３ ＝ TI×T33％−TΔＵ33
となる。

ここで、TΔＵ33は、空燃比補正量から求めた燃料噴射量特性のずれ量ΔＵ33に対応する噴射量である。

さらに、噴射間隔を演算する。
１回目と２回目の噴射間隔に相当するクランク角度をANG１２、時間をTD１２、２回目と３回目の噴射間隔のクランク角度をANG２３、時間をTD２３とすると
TD１２ ＝ クランク角度ANG１２／回転数NDATA×換算計数
TD２３ ＝ クランク角度ANG２３／回転数NDATA×換算計数
で求めることができる。

図９（Ｂ）の（ａ）に示される如くに、クランク角センサ１４は所定の角度位置に歯欠け（切欠部）があり、この歯欠け部分が特定の気筒の上死点TDC位置からずらした基準角度位置を表す。

この基準角度位置からクランク角センサからの信号のパルスをカウントして、所定の角度位置に達した時点で（ｂ）、燃料噴射弁駆動用のタイマ出力レジスタに１回目の噴射弁駆動パルス時間TI１に相当するデータをセットしてカウンタを起動する（ｃ）。カウンタ値がゼロ以外のときはパルス出力が出る構成では、カウンタ値がゼロになるまでデクリメントする。カウンタ値がゼロになった時点で、燃料噴射弁駆動用タイマを停止し、噴射間隔を設定する別のタイマ出力レジスタにTD１２に相当するデータをセットする。同時に、噴射間隔を設定するカウンタを起動する（ｄ）。

所定時間毎に噴射間隔を設定するカウンタをデクリメントし、ゼロになった時点で噴射間隔を設定するタイマを停止する。同時に、燃料噴射弁駆動用のタイマ出力レジスタに２回目の噴射弁駆動パルス時間TI２に相当するデータをセットして、カウンタを起動する。カウンタ値がゼロになった時点で、燃料噴射弁駆動用タイマを停止し、噴射間隔を設定する別のタイマ出力レジスタにTD２３に相当するデータをセットする。同時に、噴射間隔を設定するカウンタを起動する。所定時間ごとに噴射間隔を設定するカウンタをデクリメントし、ゼロになった時点で噴射間隔を設定するタイマを停止する。同時に、燃料噴射弁駆動用のタイマ出力レジスタに３回目の噴射弁駆動パルス時間TI３に相当するデータをセットして、カウンタを起動する。これにより、噴射弁駆動パルスが（ｅ）に示される如くに出力され、噴射回数カウンタが（ｆ）のようにデクリメントされる。

以上は、分割回数が３回の場合であるが、４回以上であっても、燃料噴射弁駆動用タイマと噴射間隔を設定するタイマを用いて、同様の処理を繰り返えせばよい。

図１０は、前記噴射量特性補正モードでの処理（ルーチン）を示すフローチャートである。ここでは、駆動パルス幅Ｐｆを５０％ずつに二等分に分割した場合と、無効パルス幅Ｐａ以下のＰmと（１００ーＰm）とに不等分に分割した場合とを説明する。

まず、ステップ４０１において、一括全量噴射で空燃比フィードバック制御実行中か否かを判断し、実行中であればステップ４０２に進み、実行中でなければ元に戻る。ステップ４０２では、目標空燃比に収束しているか否かを判断し、目標空燃比に収束していない場合は元に戻り、目標空燃比に収束している場合は、続くステップ４０３で定常運転状態である等の補正条件が成立しているか否かを判断し、成立していない場合は元に戻り、成立している場合は、ステップ４０４に進む。

ステップ４０４では、５０％ずつに二等分に分割した等分割噴射を実行し、検出空燃比を目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御をかける。続くステップ４０５では、検出空燃比が目標空燃比に収束したか否かを判断し、収束していない場合は、目標空燃比に収束するまでステップ４０３、４０４を繰り返し実行する。ステップ４０５で空燃比が目標空燃比に収束したと判断された場合には、分割空燃比補正量（燃料噴射量の減量分＝過剰に噴射された燃料量）に基づいて、図５においてΔＵ50で表される如くの、前記等分割された駆動パルス幅Ｐｄ（＝Ｐｆ／２）についての燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量を求め、ステップ４０６でこのずれ量ΔＵ50を学習値として記憶する。

次に進むステップ４０７では、定常運転状態である等の補正条件が成立しているか否かを判断し、成立していない場合は元に戻り、成立している場合は、ステップ４０８に進む。

ステップ４０８では、燃料噴射量をＰm相当％（この駆動パルス幅では燃料は噴射されない）と（１００ーＰm）相当％とに不等分に分割した分割噴射を実行し、検出空燃比を目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御をかける。より詳細には、前記駆動パルス幅Ｐm相当％の噴射量に空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量を加味した第１分割噴射量に対応するパルス幅を持つ第１分割駆動パルスと前記（１００ーＰm）相当％の噴射量に対応するパルス幅を持つ第２分割駆動パルスとを前記燃料噴射弁に供給する分割噴射を行う。続くステップ４０９では、検出空燃比が目標空燃比に収束したか否かを判断し、収束していない場合は、目標空燃比に収束するまでステップ４０７、４０８を繰り返し実行する。ステップ４０８で空燃比が目標空燃比に収束したと判断された場合には、ステップ４１０で、不等分分割噴射によって空燃比が目標空燃比に収束するまでに得られる空燃比補正量に基づいて、図６においてΔＶｍで示される不足量を求め、この不足量ΔＶｍを前記駆動パルス幅Ｐmについての燃料噴射量の理想特性線Ｋからのずれ量として学習する。

図１１に、二等分の分割噴射を行った場合の空燃比の変化を示す。

一括全量噴射での定常運転状態で目標空燃比（ストイキ）に制御されている状態から、２回分割噴射（５０％ずつ）を行った場合に、空燃比は一時的にリッチ化する。ここでの空燃比リッチ化分は、等分割された空燃比補正量に相当するものとなるので、等分割後の噴射量を前記等分割された空燃比補正量で補正すると、空燃比が目標空燃比に戻ることになり、この分割噴射時における前記等分割された空燃比補正量に基づいて前記ずれ量ΔＵ50を求める。

図１２に、Ｐm相当％と（１００ーＰm）相当％とに不等分に分割した不等分分割噴射を行った場合の空燃比の変化を示す。

定常運転状態で目標空燃比（ストイキ）に制御されている状態から、不等分の分割噴射を行った場合に、空燃比は一時的にリーン化する。ここでの空燃比リーン化分は、空燃比補正量に相当するものとなるので、分割後のＰｍ相当%の噴射量を前記空燃比補正量で補正すると、空燃比が目標空燃比に戻ることになり、このときの空燃比補正量に基づいて不足量ΔＶｍを求める。

このようにされることにより、従来はエンジン製造工場やディーラーの整備工場等の特別な場所でのみ可能であった燃料噴射弁の噴射量特性の補正がオンボードで可能となるので、検査工程の簡素化、コスト削減等を図ることができる。また、オンボードで可能であることから、長期間にわたる燃料噴射弁の劣化（経年変化）や個体差にも柔軟に対応できる。

また、前記理想特性線Ｋからのずれ量もしくは不足量が設定範囲から逸脱した場合は、燃料噴射弁の噴射量特性が初期特性から大きくずれていることをあらわすので、このとき、燃料噴射弁が異常との診断結果を残すか、運転者又はディーラーへ燃料噴射弁交換を促す指示を出すことにより、機関の性能低下を防止できる。

本発明に係る制御装置の一実施形態をそれが適用された車載用筒内噴射型内燃機関と共に示す概略構成図。 図１に示されるコントロールユニットの内部構成を示す概略図。 コントロールユニットが実行する燃料噴射制御概要を示す機能ブロック図。 燃料噴射弁の駆動パルス幅と噴霧速度の関係を示し、（Ａ）はグラフ、（Ｂ）は説明図。 燃料噴射弁の噴射量特性（一括全量噴射時と等分割噴射時）の説明に供されるもので、（Ａ）はグラフ、（Ｂ）棒グラフ。 燃料噴射弁の噴射量特性（一括全量噴射時と不等分分割噴射時）の説明に供されるもので、（Ａ）はグラフ、（Ｂ）棒グラフ。 （Ａ）は燃料噴射弁の概略構成図、（Ｂ）は燃料噴射弁の駆動パルス幅と弁体リフト量との関係を示すグラフ。 （Ａ）は燃料噴射弁の駆動パルス幅と噴射間隔の説明に供される図、（Ｂ）は駆動パルス幅、燃料噴射量、噴射間隔の三次元マップの説明図。 コントロールユニットが実行する燃料噴射弁駆動に際しての処理内容を示し、（Ａ）は機能ブロック図、（Ｂ）はタイムチャート。 前記噴射量特性補正モードでの処理（ルーチン）を示すフローチャート。 噴射量特性補正モードで二等分の分割噴射を行った場合のずれ量の説明に供される図。 噴射量特性補正モードで不等分の分割噴射を行った場合のずれ量の説明に供される図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エアフローセンサ
７ 燃料噴射弁
１２ 空燃比センサ
１４ クランク角センサ
１００ コントロールユニット
３０７ 空燃比補正係数演算手段
３２２ 分割補正量演算手段
３２３ 分割補正量を加味した分割噴射量演算手段
３３０ ずれ量学習手段

Claims (8)

1. 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて燃料噴射量を補正する空燃比補正手段と、前記燃料噴射弁に駆動パルスを供給する制御手段と、を備えた筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、
   前記制御手段は、前記駆動パルスを所定回数に分割して前記燃料噴射弁に供給するとともに、前記空燃比補正手段の出力に基づいて、前記燃料噴射弁の噴射量特性を補正することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する駆動パルス幅を等分に分割するとともに、前記空燃比補正手段により演算される空燃比補正量を前記分割回数で割った値を前記燃料噴射弁の噴射量特性の補正量として学習することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する駆動パルス幅を所定のパルス幅とそれ以外のパルス幅とに不等分に分割するとともに、前記空燃比補正手段により演算される空燃比補正量を前記所定のパルス幅についての前記燃料噴射弁の噴射量特性の補正量として学習することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記噴射量特性の補正量が設定範囲から逸脱した場合には、前記燃料噴射弁の噴射量特性が異常であると診断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
5. 空燃比検出手段により検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく空燃比フィードバック制御を行うようにされた筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、
   機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、所定の態様で分割噴射を行い、該分割噴射時において、前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量に基づき、燃料噴射弁の噴射量特性を補正するためのデータを得ることを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
6. 空燃比検出手段により検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく空燃比フィードバック制御を行うようにされた筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、
   機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、前記機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を等分に分割するとともに、前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量も前記燃料噴射量と同様に等分に分割し、前記等分割された燃料噴射量に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量に対応するパルス幅を持つ分割駆動パルスを順次前記燃料噴射弁に供給する分割噴射を行い、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記分割空燃比補正量に基づいて、前記等分割された駆動パルス幅について燃料噴射量の理想特性線からのずれ量を求めるとともに、このずれ量を学習することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
7. 空燃比検出手段により検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく空燃比フィードバック制御を行うようにされた筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、
   機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、前記機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を無効パルス幅に相当する噴射量以下の第１噴射量とそれ以外の第２噴射量とに不等分に分割するとともに、前記第１噴射量に前記空燃比フィードバック制御により得られる空燃比補正量を加味した第１分割噴射量に対応するパルス幅を持つ第１分割駆動パルスと前記第２噴射量に対応するパルス幅を持つ第２分割駆動パルスとを前記燃料噴射弁に供給する分割噴射を行い、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記空燃比補正量に基づいて、前記第２分割駆動パルス幅についての燃料噴射量の不足量を求めるとともに、この不足量を前記第１分割駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線からのずれ量として学習することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
8. 各気筒毎に配備された燃料噴射弁と、機関運転状態に基づいて前記燃料噴射弁が一燃焼サイクル中に噴射すべき燃料噴射量を各気筒毎に演算する燃料噴射量演算手段と、各気筒毎に空燃比を直接的もしくは間接的に検出する空燃比検出手段と、前記検出空燃比と目標空燃比との差分に基づいて前記燃料噴射量を補正するための空燃比補正量を各気筒毎に演算する空燃比補正量演算手段と、を備え、前記空燃比補正量を加味して補正された燃料噴射量に対応した駆動パルス幅を持つ駆動パルスを一括して及び／又は複数回に分割して前記各気筒の燃料噴射弁に供給するようにされた筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、
   機関運転状態が所定の条件を満たし、かつ、前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束しているとき、前記各燃料噴射弁の噴射量特性を補正すべく、燃料噴射形態を一括全量噴射から分割噴射に切り換えるようにされ、該分割噴射に際して、前記機関運転状態に基づいて演算される燃料噴射量を等分に分割するとともに、前記空燃比補正量も前記燃料噴射量と同様に等分に分割し、前記等分割された燃料噴射量に前記等分割された空燃比補正量を加味した等分割燃料噴射量に対応するパルス幅を持つ等分割駆動パルスを順次前記燃料噴射弁に供給するようにされ、該分割噴射によって前記検出空燃比が前記目標空燃比に収束するまでに得られる前記等分割空燃比補正量に基づいて、前記等分割された駆動パルス幅についての燃料噴射量の理想特性線からのずれ量を求めるとともに、このずれ量を学習値として記憶しておき、次に前記等分割駆動パルス幅と同じ駆動パルス幅をもって一括全量噴射及び／又は分割噴射を行う際に、前記学習値として記憶されたずれ量を用いて前記燃料噴射量を補正することを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。

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