JP2010127219A

JP2010127219A - ディーゼルエンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JP2010127219A
Application number: JP2008304084A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Tanabe; 圭樹田邊; Fumitaka Komatsu; 文隆小松; Keiichi Akao; 圭一赤尾; Shinji Nakayama; 真治中山
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンにおいて気筒毎に燃料供給量を適切に制御可能な燃料制御装置を提供する。
【解決手段】複数の気筒を有しＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンにおいて、気筒毎の筒内圧に基づき求められた比熱比の気筒間でのばらつきが大きい場合には、気筒毎の空気過剰率が各気筒間で均一になるように、目標燃料噴射量を補正して気筒毎の目標燃料噴射量を設定する一方、比熱比の気筒間でのばらつきが大きくない場合には、気筒毎の筒内圧に基づき求められた、気筒毎の図示平均有効圧が各気筒間で均一になるように、目標燃料噴射量を補正して気筒毎の目標燃料噴射量を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明はディーゼルエンジンの燃料制御装置に関し、特に複数の気筒を有すると共に排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの気筒毎の燃料供給量を適正に制御するための燃料制御装置に関する。

近年では、環境保護や省エネルギの観点から、エンジンからのスモーク或いはＮＯｘなどの排出量に関する排気特性やエンジンの運転効率をより一層改善する必要があり、より一層精度の高いエンジンの運転制御が要求されている。このような要求に対応するため、例えば特許文献１や特許文献２により、エンジンの気筒ごとの空燃比を精度よく制御するようにした制御装置が提案されている。

特許文献１の制御装置では、気筒毎の筒内圧及び筒内空気温度に基づいて筒内空気量を求めると共に、筒内圧に基づき求めた熱発生量から気筒内に供給された燃料量を求め、これら筒内空気量と燃料量とから各気筒の筒内空燃比が求められる。そして、求められた筒内空燃比に基づき、気筒間のばらつきを生じないように燃料噴射量や吸入空気量が制御される。

また、特許文献２の制御装置では、各気筒毎に検出した所定ピストン位置における筒内圧のばらつきに基づき、各気筒への燃料配分を決定して気筒毎の目標燃料噴射量を定め、この目標燃料噴射量に応じて各気筒の燃料噴射量が制御される。
このように、上記特許文献１及び２の制御装置は、気筒毎の筒内圧を検知し、この筒内圧に基づき気筒毎の燃料噴射量を制御することにより、気筒毎のばらつきを抑制して空燃比を精度よく制御しようとするものである。
特開２００７−１２０３９２号公報特開２００７−２３１８８３号公報

上記特許文献１及び２の制御装置はガソリンエンジンに適用されるものであるが、ディーゼルエンジンの場合には、ガソリンエンジンに比べＥＧＲ装置により大量のＥＧＲガスが吸気側に還流され、ＥＧＲ率も大きく変動する。このため、上記特許文献１及び２の制御装置のようにして筒内圧に基づき気筒毎のばらつきを検知することができたとしても、検知されたばらつきの要因が気筒毎の燃料供給量のばらつきにあるのか、気筒毎のＥＧＲガス量のばらつきにあるのかを的確に見極めることができない。

結果として、ディーゼルエンジンの場合に、上記特許文献１及び２の制御装置のようにして検知した気筒間のばらつきに応じて燃料供給量を気筒毎に制御しただけでは、かえって排気特性が悪化する気筒が生じてしまうおそれがあるという問題がある。また、このような問題を回避し、多少のばらつきがあっても所望の排気特性を満足することができるようにするためには、ある程度余裕を持って燃料供給量を設定する必要が生じ、この場合には余分な燃料の消費によりエンジンの燃費が悪化するといった問題もある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンにおいて気筒毎に燃料供給量を適切に制御可能な燃料制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のディーゼルエンジンの燃料制御装置は、複数の気筒を有すると共に、排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの燃料制御装置であって、上記ディーゼルエンジンの各気筒に設けられ、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、上記ディーゼルエンジンの運転状態に基づき、上記燃料噴射手段からの目標燃料噴射量を設定する目標噴射量設定手段と、上記ディーゼルエンジンの各気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、上記筒内圧検出手段によって検出された気筒毎の筒内圧に基づき、気筒毎の図示平均有効圧を求める図示平均有効圧演算手段と、上記図示平均有効圧演算手段によって求められた気筒毎の図示平均有効圧に基づき、気筒毎の燃焼室内の空気過剰率を求める空気過剰率演算手段と、上記筒内圧検出手段によって検出された気筒毎の筒内圧に基づき、気筒毎の燃焼室内のガスの比熱比を求める比熱比演算手段と、上記比熱比演算手段によって求められた気筒毎の比熱比を比較し、気筒間での比熱比のばらつきが比熱比に関する第１基準指標より大きいと判定したときには、上記空気過剰率演算手段によって求められた気筒毎の空気過剰率が各気筒間で均一になるように、上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を気筒毎に補正する一方、気筒間での比熱比のばらつきが上記第１基準指標より大きくないと判定したときには、上記図示平均有効圧演算手段によって求められた気筒毎の図示平均有効圧が各気筒間で均一になるように、上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を気筒毎に補正する目標噴射量補正手段と、上記目標噴射量補正手段によって補正された気筒毎の目標燃料噴射量に基づき、それぞれ対応する上記燃料噴射手段を制御する噴射制御手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたディーゼルエンジンの燃料制御装置によれば、気筒毎に検出された筒内圧から求められた気筒毎の比熱比が気筒間で比較的大きくばらついている場合は、気筒毎に求められた空気過剰率が各気筒間で均一になるように、各気筒の目標燃料噴射量が補正される。
気筒間の比熱比のばらつきが比較的大きい場合、このような気筒間の比熱比のばらつきは、ＥＧＲ機構により吸気側に還流されて各気筒に供給されたＥＧＲガスの量が各気筒間でばらついていることに起因するものと考えられる。そこで、上記のように気筒毎に求められた空気過剰率が各気筒間で均一になるように、各気筒の目標燃料噴射量を補正することにより、各気筒についてほぼ同一の排気特性が確保される。

一方、気筒毎の比熱比が気筒間で比較的大きくばらついていない場合には、上記のような気筒間でのＥＧＲガス量の大きなばらつきが生じていないことになる。そこで、この場合には、筒内圧に基づき気筒毎に求められた図示平均有効圧が各気筒間で均一になるように、各気筒の目標燃料噴射量が補正される。
このように目標燃料噴射量を補正することにより、気筒間の図示平均有効圧のばらつきが均一化されると、各気筒における発生トルクのばらつきに起因した不適切な回転変動が抑制される。

また、比熱比が気筒間で比較的大きくばらついていなくても、気筒間で空気過剰率のばらつきが生じていれば、このばらつきが気筒毎の燃料噴射量のばらつきに起因するものと考えられる。このとき、このようにして目標燃料噴射量を補正することで、各気筒の燃料噴射量が均一化される。しかも、このような目標燃料噴射量の補正により各気筒の空気過剰率も均一化する方向に修正されるので、各気筒の排気特性を悪化させることなく燃費を改善しながら不適切な回転変動が抑制される。

また、好ましくは上記ディーゼルエンジンの燃料制御装置において、上記目標噴射量補正手段は、上記空気過剰率演算手段によって求められた気筒毎の空気過剰率を比較し、気筒間での空気過剰率のばらつきが空気過剰率のばらつきに関する第２基準指標より大きいと判定したときにのみ上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を気筒毎に補正して上記噴射制御手段に出力する一方、気筒間での空気過剰率のばらつきが上記第２基準指標より大きくないと判定したときには、上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を補正せずに上記噴射制御手段に出力し、上記噴射制御手段は、上記目標噴射量補正手段から出力された気筒毎の目標燃料噴射量に基づき、それぞれ対応する上記燃料噴射手段を制御することを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたディーゼルエンジンの燃料制御装置によれば、空気過剰率の気筒間でのばらつきが比較的大きいときに限り、目標噴射量設定手段によって設定された目標燃料噴射量が上述のようにして目標噴射量補正手段によって補正され、補正された目標燃料噴射量に基づき燃料噴射手段から各気筒の燃焼室内に燃料が噴射される。
更に具体的には、このように構成されるディーゼルエンジンの燃料制御装置において、上記目標噴射量補正手段は、上記空気過剰率演算手段によって求められた気筒毎の空気過剰率のうちの最大の空気過剰率と最小の空気過剰率との差が所定の空気過剰率偏差以上であるときに空気過剰率のばらつきが上記第２基準指標より大きいと判定し、最大の空気過剰率と最小空気過剰率との差が上記空気過剰率偏差未満であるときに空気過剰率のばらつきが上記第２基準指標より大きくないと判定することを特徴とする（請求項３）。

また、具体的には上記ディーゼルエンジンの燃料制御装置において、上記目標噴射量補正手段は、上記比熱比演算手段によって求められた気筒毎の比熱比のうち、最大の比熱比と最小の比熱比との差が所定の比熱比偏差以上であるときに比熱比のばらつきが上記第１基準指標より大きいと判定し、最大の比熱比と最小の比熱比との差が上記比熱比偏差未満であるときに比熱比のばらつきが上記第１基準指標より大きくないと判定することを特徴とする（請求項４）。

また、具体的には上記ディーゼルエンジンの燃料制御装置において、上記比熱比演算手段は、各気筒の圧縮行程において、第１クランク角で上記筒内圧検出手段によって検出された第１筒内圧及び上記第１クランク角のときの第１燃焼室容積、並びに第２クランク角で上記筒内圧検出手段によって検出された第２筒内圧及び上記第２クランク角のときの第２燃焼室容積を用い、ポリトロープ式に基づき気筒毎に比熱比を演算することを特徴とする（請求項５）。

更に、好ましくは上記ディーゼルエンジンの燃料制御装置において、上記第１及び第２クランク角は、各気筒の圧縮行程において、燃焼室内への燃料噴射が上記燃料噴射手段から開始されるまでの間のクランク角であることを特徴とする（請求項６）。

本発明のディーゼルエンジンの燃料制御装置によれば、気筒間での比熱比のばらつきが比較的大きいか否かを判定することにより、気筒間でＥＧＲガス量のばらつきが大きいか否かを的確に判定することができる。
そして、比熱比のばらつきが比較的大きい場合には、気筒間でＥＧＲガス量のばらつきが大きいものとして、気筒間での空気過剰率が均一になるように気筒毎の目標燃料噴射量が補正されるので、各気筒についてほぼ同一の排気特性を安定して確保することが可能となる。従って、例えば適正な排気特性を実現する空気過剰率に向けて各気筒の空気過剰率を均一化するようにすれば、全ての気筒について良好な排気特性を安定して確保することが可能となる。

また、気筒間で空気過剰率にばらつきがあっても所望の排気特性を満足することができるように燃料噴射量に余裕を持たせる必要がなくなるので、余分な燃料消費を抑制することにより、ディーゼルエンジンの燃費を改善することが可能となる。
一方、気筒毎の比熱比が気筒間で比較的大きくばらついていない場合には、上記のような気筒間でのＥＧＲガス量の大きなばらつきが生じていないものとして、図示平均有効圧が各気筒間で均一になるように、各気筒の目標燃料噴射量が補正される。これにより、気筒間の図示平均有効圧のばらつきを均一化され、各気筒における発生トルクのばらつきに起因したディーゼルエンジンの不適切な回転変動を良好に抑制することができる。

また、比熱比が気筒間で比較的大きくばらついていなくても、気筒間で空気過剰率のばらつきが生じていれば、このばらつきが気筒毎の燃料噴射量のばらつきに起因するものと考えられる。このとき、このようにして目標燃料噴射量を補正することで、各気筒の燃料噴射量が均一化されて無駄な燃料消費を抑制することが可能となる。しかも、このような目標燃料噴射量の補正により各気筒の空気過剰率も均一化する方向に修正されるので、各気筒の排気特性を悪化させることなく燃費を改善しながら不適切な回転変動を抑制することができる。

特に気筒間での空気過剰率のばらつきが比較的大きい場合、気筒によっては空気過剰率が適正範囲から逸脱して排気特性が悪化する可能性がある。しかし、請求項２のディーゼルエンジンの燃料制御装置のように、気筒間での空気過剰率のばらつきが比較的大きい場合に、上述のようにして気筒毎の目標燃料噴射量を補正すれば、各気筒についてほぼ同一の排気特性を安定して確保することが可能となる。従って、上述したように例えば適正な排気特性を実現する空気過剰率に向けて各気筒の空気過剰率を均一化するようにすれば、全ての気筒について良好な排気特性を確実に確保することが可能となる。

しかも、気筒間での空気過剰率のばらつきが比較的小さい場合には、上述したような目標燃料噴射量の補正を行わずに燃料噴射手段から燃焼室内に燃料を噴射するので、このような場合に目標燃料噴射量を補正することによってかえって気筒間での空気過剰率にばらつきが生じてしまうような事態を回避することができる。
なお、請求項６のディーゼルエンジンの燃料制御装置においては、ポリトロープ式に基づき気筒毎に比熱比を演算する際に用いる第１及び第２燃焼室容積、並びに第１及び第２筒内圧が、いずれも各気筒の圧縮行程において上記燃料噴射手段から燃焼室内に噴射された燃料が燃焼を開始する前のクランク角で得られたものである。従って、燃焼室内の燃料の燃焼状態によって影響を受けることなく、精度よく気筒毎の比熱比を求めることが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料制御装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１の全体構成図である。
本実施形態においてエンジン１は、車両に動力源として搭載された直列４気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１の各気筒には、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）２が設けられ、燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給されてコモンレール（図示せず）に蓄えられた高圧の燃料が各インジェクタに２に供給されるようになっている。またエンジン１の各気筒には、各気筒の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出するための筒内圧センサ（筒内圧検出手段）４がそれぞれ設けられている。

吸気管６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気管６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入する。コンプレッサ８ａで過給された吸気は、インタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入され、図示しない吸気ポートを介してエンジン１の各気筒の燃焼室内に供給される。

吸気管６のコンプレッサ８ａより上流側には、大気からエンジン１に吸入される空気、即ち新気の流量を検出するためのエアフローセンサ１６が設けられている。このエアフローセンサ１６は、エンジン１に吸入される新気流量に対応して変化する電圧を検出信号として出力する。また、吸気制御弁１２と吸気マニホールド１４との間には、エンジン１の吸気に関し、吸気温度を検出する吸気温センサ１８と吸気圧力を検出する吸気圧センサ２０とが設けられている。

一方、エンジン１の各気筒の燃焼室から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド２２を介して排気管２４に接続されている。なお、排気マニホールド２２と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲクーラ２６及びＥＧＲ弁２８を介して排気マニホールド２２と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路３０が設けられ、ＥＧＲ弁２８の開度を変更することにより排気マニホールド２２から吸気マニホールド１４へのＥＧＲガスの還流量を調整可能となっている。本実施形態では、これらＥＧＲクーラ２６、ＥＧＲ弁２８及びＥＧＲ通路３０によって本発明のＥＧＲ機構が構成されている。

排気管２４は、ターボチャージャ８のタービン８ｂが介装されると共に、排気後処理装置３０に接続されている。なお、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と機械的に連結されており、タービン８ｂが排気管２４内を流動する排気を受けて回転することによりコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置３２は、エンジン１の排気中に含まれるパティキュレートやＮＯｘなどの有害成分を無害化するものであり、ケーシング内に収容されたパティキュレートフィルタや触媒装置など（いずれも図示せず）によって構成される。

ＥＣＵ３４は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ３４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した各気筒の筒内圧センサ４、エアフローセンサ１６、吸気温センサ１８、吸気圧センサ２０のほか、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転に同期してクランク角信号を出力するクランク角センサ３６、及び運転者によるアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセルセンサ３８などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ３４の出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ２、吸気制御弁１２及びＥＧＲ弁２８などの各種デバイス類が接続されている。

例えば、ＥＣＵ３４はＥＧＲ制御を実行し、ＥＧＲ通路３０に設けられたＥＧＲ弁２８の開度を調整して排気マニホールド２２から吸気マニホールド１４に還流されるＥＧＲガスの量を制御することにより、エンジン１の空気過剰率を目標空気過剰率に制御する。この目標空気過剰率は、エンジン１の各燃焼室における燃焼状態を悪化させることなくスモークやＮＯｘの発生を抑制可能な空気過剰率として予めエンジン１の回転数やエンジン１への燃料供給量に基づきＥＧＲ制御マップとして記憶されているものである。

エンジン１の各気筒に設けられたインジェクタ２から、それぞれ対応する気筒の燃焼室内に供給される燃料についての目標燃料噴射量の演算、及び演算した目標燃料噴射量に基づくインジェクタ４の制御といった燃料噴射制御もＥＣＵ３４によって行われる。
以下では、この燃料噴射制御について図２乃至図４に基づき詳細に説明する。図２は、ＥＣＵ３４における燃料噴射制御に対応した制御ブロック図である。また、図３はエンジン１のＰ−Ｖ線図の一例を示すグラフであり、図４は後述する噴射量補正制御のフローチャートである。

まず、図２に基づき、燃料噴射制御に対応したＥＣＵ３４の制御ブロックについて説明する。図２に示されるようにＥＣＵ３４は、エンジン１の運転状態に基づき、各インジェクタ２の目標燃料噴射量Ｇfuelを設定する目標噴射量設定部（目標噴射量設定手段）４０を備えている。
この目標噴射量設定部４０は、クランク角センサ３６から出力されるクランク角信号に基づいて求めたエンジン回転数と、アクセルセンサ３８によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶している目標燃料噴射量マップから対応する目標燃料噴射量Ｇfuelを読み出して設定する。なお、この目標燃料噴射量マップは、エンジン回転数とアクセルペダルの踏込量とに対応した出力が、スモークやＮＯｘの生成量などに関して適正な排気特性を維持しながら得られるように、エンジン回転数とアクセルペダルの踏込量とをパラメータとして予め設定されている。

こうして設定された目標燃料噴射量Ｇfuelは目標噴射量補正部（目標噴射量補正手段）４２に送られ、後述するようにして各種情報に基づき必要に応じて気筒毎にそれぞれ補正される。こうして目標噴射量補正部４２により必要に応じて補正された気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylは、目標噴射量補正部４２から噴射制御部４４に出力される。そして噴射制御部４４は、目標噴射量補正部４２から出力された気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylの燃料が、それぞれ対応する気筒のインジェクタ２から噴射されるように、各インジェクタ２を制御する。

上述のように目標噴射量補正部４２において必要に応じ目標燃料噴射量Ｇfuelの補正を行うため、ＥＣＵ３４は気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxを演算する図示平均有効圧演算部（図示平均有効圧演算手段）４６を備えている。
なお、図示平均有効圧Ｐｍｉcylxの添字末尾の「ｘ」は、エンジン１の第１気筒から第４気筒のそれぞれに対応するものであることを示しており、４気筒であるエンジン１のそれぞれの気筒に対応した数値１〜４が適用される。また、以降の説明及び式中において、添字の末尾に「ｘ」が付与されている変数及び定数についても、「ｘ」によって同様にエンジン１の第１気筒から第４気筒のいずれかに対応するものであることを示している。

図３は、エンジン１のＰ−Ｖ線図の一例を示すグラフであるが、図３においてａ点からｂ点、ｃ点、ｄ点を経てａ点に戻る線によって囲まれたハッチング部分の面積がエンジン１の一気筒における図示仕事を表し、これを同気筒の行程容積Ｖｈで除したものが図示平均有効圧となる。Ｐ−Ｖ線図におけるパラメータのうちの燃焼室容積については、クランク角センサ３６からのクランク角信号とピストンストロークとによって求めることができるので、筒内圧センサ４によって検出された気筒毎の筒内圧から気筒毎のＰ−Ｖ線図を得ることが可能である。

即ち図示平均有効圧演算部４６は、１燃焼サイクルにおける燃焼室容積と筒内圧との関係について、気筒毎に積分演算を行うことにより、気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxを求める。こうして求められた気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxは、目標噴射量補正部４２に送られて後述する気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelxの補正に用いられると共に、空気過剰率演算部（空気過剰率演算手段）４８に送られる。

空気過剰率演算部４８は、図示平均有効圧演算部４６で求められた気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxを用い、気筒毎の空気過剰率λcylxを演算する。ここで気筒毎の空気過剰率λcylxは、次のようにして求めることができる。
図示平均有効圧Ｐｍｉは、上述したようにエンジン１のＰ−Ｖ線図に示されるような燃焼室容積と筒内圧との関係に基づいて求めることができるほか、下記式（１）によって演算することもできる。

なお、上記式（１）において、Ｈｕは単位重量あたりの燃料の発熱量、ηｉはエンジン１の特性に対応して予め設定された図示熱効率、Ｖｈは行程容積である。
また、１燃焼サイクルにおいてエンジン１に供給される空気重量をＧairとし、理論空燃比をＬｏとすると、エンジン１の空気過剰率λは下記式（２）によって表される。

一方、吸気マニホールド１４における吸気温Ｔｂ及び吸気圧Ｐｂのもとでエンジン１に吸入される気体の体積をＶｂとし、この気体のモル数をｎ、気体定数をＲとした場合、下記式（３）が成立する。
Ｐｂ・Ｖｂ＝ｎ・Ｒ・Ｔｂ・・・（３）
従って、エンジン１の体積効率をηｖとすると、１燃焼サイクルにおいてエンジン１の気筒内に導入される気体重量Ｇcylは下記式（４）によって表される。

ここで、空気過剰率λを各気筒における筒内空気過剰率λcylxとすれば、Ｇcyl≒Ｇairと見なすことができる。従ってエンジン１の各気筒における筒内空気過剰率λcylxは、上記式（１）、（２）及び（４）から、下記式（５）のように表される。

上記式（５）において、単位量あたりの燃料の発熱量Ｈｕ、図示熱効率ηｉ、体積効率ηｖ、及び理論空燃比Ｌｏは予め定めることが可能であり、気体定数ＲについてもＥＧＲガス量によって大きく変動するものではないことから、予め所定値を適用することが可能である。従って、前述のようにして図示平均有効圧演算部４６で求められた気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylx、並びに吸気温センサ１８によって検出された吸気温Ｔｂ、及び吸気圧センサ２０によって検出された吸気圧Ｐｂを用い、上記式（５）による演算を行うことによって気筒毎の空気過剰率λcylxを求めることができる。こうして空気過剰率演算部４８で求められた気筒毎の空気過剰率λcylxは、目標噴射量補正部４２に送られて後述する気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelxの補正に用いられる。

更にＥＣＵ３４は、前述したように目標噴射量補正部４２において必要に応じ目標燃料噴射量Ｇfuelの補正を行うため、比熱比演算部（比熱比演算手段）５０を備える。この比熱比演算部５０は、気筒毎に圧縮行程における２つのクランク角での筒内圧と燃焼室容積とを用い、ポリトロープ式に基づき各気筒内の気体の比熱比κcylxを演算する。
具体的に説明すると、本実施形態では、圧縮行程における２つのクランク角として、圧縮行程開始時、即ち図３中のａ点における第１クランク角と、燃料噴射開始時の第２クランク角とを採用している。これらの第１及び第２クランク角においては、燃焼室内で燃料の燃焼が発生しておらず、燃焼の影響を受けることなく各気筒内の気体の比熱比κcylxを演算することができるため、このような第１及び第２クランク角が採用されている。

前述したように、各気筒の行程容積Ｖｈは予め把握されているので、クランク角センサ３６のクランク角信号から求まるクランク角に基づき、当該クランク角における燃焼室容積を求めることができる。そして、気筒内の気体の比熱比をκ、第１クランク角における燃焼室容積をＶ１、筒内圧をＰ１とし、第２クランク角における燃焼室容積をＶ２、筒内圧をＰ２とした場合、ポリトロープ式により下記式（６）が成立する。

Ｐ１・Ｖ１^κ＝Ｐ２・Ｖ２^κ ・・・（６）
ここで、第１クランク角において、燃焼室容積は行程容積Ｖｈと圧縮上死点における燃焼室容積Ｖｃとの和であり、筒内圧Ｐ１は吸気圧Ｐｂと見なすことができる。従って、第２クランク角における各気筒の筒内圧をＰ２cylxとすると、上記式（６）を変形することにより、各気筒内の気体の比熱比κcylxは下記式（７）によって表されることになる。

行程容積Ｖｈ及び圧縮上死点における燃焼室容積Ｖｃは予め定めることが可能であるので、吸気圧センサ２０によって検出された吸気圧Ｐｂ、第２クランク角において各筒内圧センサ４によって検出された気筒毎の筒内圧Ｐ２cylx、及び第２クランク角に対応した燃焼室容積Ｖ２を用い、上記式（７）による演算を行うことにより、各気筒内の気体の比熱比κcylxを求めることができる。こうして比熱比演算部５０で求められた気筒毎の比熱比κcylxは、目標噴射量補正部４２に送られて後述する気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelxの補正に用いられる。

以上のように、ＥＣＵ３４の目標噴射量補正部４２には、目標噴射量設定部４０によって設定された目標燃料噴射量Ｇfuelのほか、図示平均有効圧演算部４６によって求められた気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylx、空気過剰率演算部４８によって求められた気筒毎の空気過剰率λcylx、及び比熱比演算部５０によって求められた気筒毎の比熱比κcylxが入力される。そして目標噴射量補正部４２は、これら図示平均有効圧Ｐｍｉcylx、空気過剰率λcylx、及び比熱比κcylxを用い、必要に応じ目標燃料噴射量Ｇfuelを補正して気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを設定する。

以下では、このような目標燃料噴射量Ｇfuelcylxの補正を行うために目標噴射量補正部４２が実行する噴射量補正制御について、図４のフローチャートに基づき説明する。目標噴射量補正部４２は、図４のフローチャートに従い、気筒毎に１燃焼サイクルを１制御周期として燃料噴射制御を実行する。
噴射量補正制御を開始すると、まず目標噴射量補正部４２はステップＳ１において、噴射量補正制御に必要な情報をＥＣＵ３４内の各部及びアクセルセンサ３８から取り込む。即ち、ＥＣＵ３４内の目標噴射量設定部４０、図示平均有効圧演算部４６、空気過剰率演算部４８及び比熱比演算部５０は、各気筒について１燃焼サイクルごとに前述したような演算を行っており、目標噴射量補正部４２は、これら各部で求められた気筒毎の最新の演算値と、アクセルセンサ３８によって検出されたアクセルペダルの操作量とをステップＳ１において取り込む。

目標噴射量補正部４２は、次のステップＳ２に処理を進めると、空気過剰率演算部４８で求められた気筒毎の空気過剰率λcylxに基づき、気筒間における空気過剰率のばらつきの大小を判定する。より具体的に説明すると、目標噴射量補正部４２は気筒毎の空気過剰率λcylxの中から、最大空気過剰率λmaxと最小空気過剰率λminとを抽出し、両者の偏差（λmax−λmin）が所定の空気過剰率偏差（第２基準指標）Δλｓより大きいか否かを判定する。そして、最大空気過剰率λmaxと最小空気過剰率λminとの偏差が空気過剰率偏差Δλｓより大きい場合に、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きいと判定し、上記偏差が空気過剰率偏差Δλｓ以下の場合に、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きくないと判定する。

ステップＳ２において気筒間での空気過剰率のばらつきが大きくないと判定した場合、目標噴射量補正部４２はステップＳ６に処理を進める。目標噴射量設定部４０で設定される目標燃料噴射量Ｇfuelは、前述したように適正な排気特性が得られるように予め目標燃料噴射量が設定された燃料噴射量マップに基づいて設定されるものである。従って、気筒間での空気過剰率のばらつきが少ない場合には、それぞれの気筒において適正な排気特性が確保されていることになる。そこで、ステップＳ６において目標噴射量補正部４２は、目標噴射量設定部４０で設定された目標燃料噴射量Ｇfuelをそのまま各気筒の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxとして噴射量制御部４４に出力し、その制御周期を終了する。

噴射制御部４４は、前述したように、目標噴射量補正部４２から出力された気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylの燃料が、それぞれ対応する気筒のインジェクタ２から噴射されるように、各インジェクタ２を制御する。
一方、ステップＳ２において、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きいと判定した場合、目標噴射量補正部４２はステップＳ３に処理を進める。ステップＳ３において目標噴射量補正部４２は、比熱比演算部５０で求められた気筒毎の比熱比κcylxに基づき、気筒間における比熱比のばらつきの大小を判定する。

具体的に説明すると、目標噴射量補正部４２は気筒毎の比熱比κcylxの中から、最大比熱比κmaxと最小比熱比κminとを抽出し、両者の偏差（κmax−κmin）が所定の比熱比偏差（第１基準指標）Δκｓより大きいか否かを判定する。そして、最大比熱比κmaxと最小比熱比κminとの偏差が比熱比偏差Δκｓより大きい場合に、気筒間での比熱比のばらつきが大きいと判定し、上記偏差が比熱比偏差Δκｓ以下の場合に、気筒間での比熱比のばらつきが大きくないと判定する。

比熱比κcylxは、気筒の燃焼室内に存在する気体の組成によって変化するものであり、気筒間での比熱比のばらつきが大きい場合には、気筒間で燃焼室内における気体の組成のばらつきが大きいことを意味する。即ち、気筒間で燃焼室内におけるＥＧＲガス量のばらつきが大きいために、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きいことを意味する。
そこで、ステップＳ３において気筒間での比熱比のばらつきが大きいと判定した場合、目標噴射量補正部４２はステップＳ４に処理を進め、気筒毎の空気過剰率λcylxが均一になるように目標燃料噴射量Ｇfuelを気筒毎に補正することにより、気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを設定する。具体的には、排気特性が適正になるような空気過剰率として予め設定されている目標空気過剰率λtarを用い、下記式（８）により気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを演算する。

次に目標噴射量補正部４２は、ステップＳ６に処理を進め、ステップＳ４で上述のようにして求められた気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを噴射制御部４４に出力し、その制御周期を終了する。
噴射制御部４４は、前述したように、目標噴射量補正部４２から出力された気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxの燃料が、それぞれ対応する気筒のインジェクタ２から噴射されるように、各インジェクタ２を制御する。このようにして各気筒に燃料が噴射されることにより、空気過剰率λcylxが目標空気過剰率λtarからずれている気筒については、空気過剰率λcylxを目標空気過剰率λtarに近づける方向に燃料噴射量が修正される。

従って、各気筒に供給されるＥＧＲガス量が気筒間でばらついていることにより、気筒間で空気過剰率のばらつきが大きい場合には、排気特性の面で好ましくない空気過剰率となっている気筒について、その排気特性が適正になるように空気過剰率を修正することが可能となる。この結果、エンジン１の全気筒において良好な排気特性を安定して確保することが可能になる。しかも、予め気筒間での空気過剰率のばらつきを見込んで、適正な排気特性を実現するためにある程度余裕を持たせて目標燃料噴射量を設定する必要がなくなるので、余分な燃料消費を抑制することにより、エンジン１の燃費を改善することが可能となる。

一方、目標噴射量補正部４２がステップＳ３において気筒間での比熱比のばらつきが大きくないと判定した場合、各気筒の燃焼室内における気体の組成には、気筒間で大きなばらつきがないことになる。従って、この場合には燃料噴射量が気筒間でばらついていることにより、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きいものと考えられる。
そこで、ステップＳ３において気筒間での比熱比のばらつきが大きくないと判定した場合、目標噴射量補正部４２はステップＳ５に処理を進め、気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxが均一になるように目標燃料噴射量Ｇfuelを気筒毎に補正することにより、気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを設定する。

より具体的に説明すると、目標噴射量補正部４２は、アクセルペダルの操作量に対応した適正な図示平均有効圧として、目標図示平均有効圧Ｐｍｉtarが予め設定された目標図示平均有効圧マップを記憶している。目標噴射量補正部４２はステップＳ５において、アクセルセンサ３８によって検出されたアクセルペダルの操作量に基づき、この目標図示平均有効圧マップから対応する目標図示平均有効圧Ｐｍｉtarを読み出し、下記式（９）により気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを演算する。

目標噴射量補正部４２は、次のステップＳ６に処理を進め、ステップＳ５で上述のようにして求められた気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを噴射制御部４４に出力し、その制御周期を終了する。
噴射制御部４４は、前述したように、目標噴射量補正部４２から出力された気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxの燃料が、それぞれ対応する気筒のインジェクタ２から噴射されるように、各インジェクタ２を制御する。このようにして各気筒に燃料が噴射されることにより、図示平均有効圧Ｐｍｉcylxを目標図示平均有効圧Ｐｍｉtarに近づける方向に燃料噴射量が修正される。

従って、気筒間でのＥＧＲガス量のばらつきは小さいものの、燃料噴射量のばらつきが気筒間で大きいことにより、気筒間で空気過剰率のばらつきが大きい場合には、このようにして気筒毎の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを設定することにより、気筒間の図示平均有効圧のばらつきが均一化される。この結果、各気筒における発生トルクのばらつきに起因して発生する不適切な回転変動を良好に抑制することができる。

また、上述のように気筒間でのＥＧＲガス量には大きなばらつきが生じていないことから、このようにして各気筒の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxを設定することで、各気筒の空気過剰率λcylxも均一化する方向に修正され、スモークやＮＯｘの排出量などの排気特性を気筒毎に適正に確保することができる。
以上のようにして目標噴射量補正部４２が噴射量補正制御を実行することにより、気筒間で空気過剰率のばらつきが大きい場合には、気筒間での比熱比のばらつきが比較的大きいか否かに応じてその要因を判別した上で、目標燃料噴射量が補正される。従って、空気過剰率のばらつきの要因に対応して目標噴射量Ｇfuelを適切に補正し、気筒毎の目標噴射量Ｇfuelcylxを設定することができる。この結果、気筒間でＥＧＲガス量のばらつきが大きい場合と、気筒間で燃料噴射量のばらつきが大きい場合のいずれにおいても、上述したように全ての気筒で良好な排気特性を確保することができる。

また、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きくない場合には、上述したような目標燃料噴射量Ｇfuelに対する補正を行わずに、そのまま各気筒の目標燃料噴射量Ｇfuelcylxとして燃料噴射手段から燃焼室内に燃料を噴射する。このように気筒間での空気過剰率のばらつきが大きくない場合、補正の方法によっては、かえって気筒間での空気過剰率にばらつきが生じてしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きくなければ目標燃料噴射量Ｇfuelに対する補正を省略するので、このような問題が生じることもない。

但し、本実施形態では、式（８）で目標燃料噴射量Ｇfuelを補正する際の目標空気過剰率λtarが、適正な排気特性を確保できる空気過剰率として設定されているので、気筒間での空気過剰率のばらつきが大きくない場合に、目標燃料噴射量Ｇfuelを同様に補正するようにしても、排気特性が悪化するおそれはない。このように、目標燃料噴射量Ｇfuelの補正の方法によっては、図４に示される噴射量補正制御のステップＳ２の判定を省略し、気筒間での空気過剰率のばらつきの大小にかかわらず、気筒間での比熱比のばらつきの大小に応じ、目標燃料噴射量Ｇfuelを同様に補正するようにしてもよい。

以上で本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、比熱比演算部５０が各気筒の比熱比κcylxを式（７）によって求める際、第２クランク角として燃料噴射開始時のクランク角を用いたが、第２クランク角はこれに限定されるものではなく、圧縮行程において第１クランク角とは異なる任意のクランク角（例えば、圧縮上死点前２０°など）を適用することが可能である。

また、目標噴射量設定部４０により目標燃料噴射量Ｇfuelの設定方法は、上記実施形態の方法に限定されるものではなく、様々な公知の方法を適用することが可能である。
また、上記実施形態では、気筒毎の空気過剰率λcylxが均一になるように目標燃料噴射量Ｇfuelを気筒毎に補正する際に、式（８）を用いるようにしたが、気筒毎の空気過剰率λcylxを均一にするための目標燃料噴射量Ｇfuelの補正の方法は、これに限定されるものではない。例えば、式（８）における目標空気過剰率λtarに代えて気筒毎の空気過剰率λcylxの平均値を用いるようにしてもよい。但し、目標空気過剰率λtarを用いる方がより精度よく良好な排気特性を確保することができる。

更に、上記実施形態では、気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxが均一になるように目標燃料噴射量Ｇfuelを気筒毎に補正する際に、式（９）を用いるようにしたが、気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxを均一にするための目標燃料噴射量Ｇfuelの補正の方法は、これに限定されるものではない。例えば、式（９）における目標図示平均有効圧Ｐｍｉtarに代えて、気筒毎の図示平均有効圧Ｐｍｉcylxの平均値を用いるようにしてもよい。このようにした場合にも、各気筒における発生トルクのばらつきに起因して発生する不適切な回転変動を良好に抑制することができる。

なお、上記実施形態では、エンジン１を直列４気筒のディーゼルエンジンとしたが、気筒数及び形式についてはこれに限定されるものではなく、本発明はＥＧＲ機構を有した様々なディーゼルエンジンに適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る燃料制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成図である。燃料噴射制御に対応したＥＣＵの制御ブロック図である。エンジンのＰ−Ｖ線図の一例を示すグラフである。目標噴射量補正部が実行する噴射量補正制御のフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
２インジェクタ（燃料噴射手段）
４筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
２６ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ機構）
２８ＥＧＲ弁（ＥＧＲ機構）
３０ＥＧＲ通路（ＥＧＲ機構）
３４ＥＣＵ
３６クランク角センサ
４０目標噴射量設定部（目標噴射量設定手段）
４２目標噴射量補正部（目標噴射量補正手段）
４４噴射制御部（噴射制御手段）
４６図示平均有効圧演算部（図示平均有効圧演算手段）
４８空気過剰率演算部（空気過剰率演算手段）
５０比熱比演算部（比熱比演算手段）

Claims

複数の気筒を有すると共に排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの燃料制御装置であって、
上記ディーゼルエンジンの各気筒に設けられ、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
上記ディーゼルエンジンの運転状態に基づき、上記燃料噴射手段からの目標燃料噴射量を設定する目標噴射量設定手段と、
上記ディーゼルエンジンの各気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
上記筒内圧検出手段によって検出された気筒毎の筒内圧に基づき、気筒毎の図示平均有効圧を求める図示平均有効圧演算手段と、
上記図示平均有効圧演算手段によって求められた気筒毎の図示平均有効圧に基づき、気筒毎の燃焼室内の空気過剰率を求める空気過剰率演算手段と、
上記筒内圧検出手段によって検出された気筒毎の筒内圧に基づき、気筒毎の燃焼室内のガスの比熱比を求める比熱比演算手段と、
上記比熱比演算手段によって求められた気筒毎の比熱比を比較し、気筒間での比熱比のばらつきが比熱比のばらつきに関する第１基準指標より大きいと判定したときには、上記空気過剰率演算手段によって求められた気筒毎の空気過剰率が各気筒間で均一になるように、上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を気筒毎に補正する一方、気筒間での比熱比のばらつきが上記第１基準指標より大きくないと判定したときには、上記図示平均有効圧演算手段によって求められた気筒毎の図示平均有効圧が各気筒間で均一になるように、上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を気筒毎に補正する目標噴射量補正手段と、
上記目標噴射量補正手段によって補正された気筒毎の目標燃料噴射量に基づき、それぞれ対応する上記燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料制御装置。
上記目標噴射量補正手段は、上記空気過剰率演算手段によって求められた気筒毎の空気過剰率を比較し、気筒間での空気過剰率のばらつきが空気過剰率のばらつきに関する第２基準指標より大きいと判定したときにのみ上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を気筒毎に補正して上記噴射制御手段に出力する一方、気筒間での空気過剰率のばらつきが上記第２基準指標より大きくないと判定したときには、上記目標噴射量設定手段によって設定された上記目標燃料噴射量を補正せずに上記噴射制御手段に出力し、
上記噴射制御手段は、上記目標噴射量補正手段から出力された気筒毎の目標燃料噴射量に基づき、それぞれ対応する上記燃料噴射手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
上記目標噴射量補正手段は、上記空気過剰率演算手段によって求められた気筒毎の空気過剰率のうちの最大の空気過剰率と最小の空気過剰率との差が所定の空気過剰率偏差以上であるときに空気過剰率のばらつきが上記第２基準指標より大きいと判定し、最大の空気過剰率と最小空気過剰率との差が上記空気過剰率偏差未満であるときに空気過剰率のばらつきが上記第２基準指標より大きくないと判定することを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
上記目標噴射量補正手段は、上記比熱比演算手段によって求められた気筒毎の比熱比のうち、最大の比熱比と最小の比熱比との差が所定の比熱比偏差以上であるときに比熱比のばらつきが上記第１基準指標より大きいと判定し、最大の比熱比と最小の比熱比との差が上記比熱比偏差未満であるときに比熱比のばらつきが上記第１基準指標より大きくないと判定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
上記比熱比演算手段は、各気筒の圧縮行程において、第１クランク角で上記筒内圧検出手段によって検出された第１筒内圧及び上記第１クランク角のときの第１燃焼室容積、並びに第２クランク角で上記筒内圧検出手段によって検出された第２筒内圧及び上記第２クランク角のときの第２燃焼室容積を用い、ポリトロープ式に基づき気筒毎に比熱比を演算することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
上記第１及び第２クランク角は、各気筒の圧縮行程において、燃焼室内への燃料噴射が上記燃料噴射手段から開始されるまでの間のクランク角であることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。