JP2011032972A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒の燃料噴射弁の個体差に起因する内燃機関の回転変動を低減できると共に、各気筒の空気過剰率の異常低下を抑制して排ガス性能の悪化を未然に防止できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】各気筒に対する燃料噴射量の補正により各気筒のＰmiを目標Ｐmiに一致させて、燃焼圧力のバラツキに起因するエンジンの回転変動を低減する。このときＰmiが過小な＃４気筒では、目標Ｐmiを達成するための噴射量の増加補正により空気過剰率が低下してλ下限値を下回るが、増加補正を制限することによりλ下限値相当の空気過剰率に保持する。一方、＃４気筒への燃料噴射量の不足分だけ＃１気筒を燃料増量して平均Ｐmiを目標Ｐmiに一致させる。
【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、詳しくは、各気筒の燃料噴射弁の個体差に起因した回転変動を抑制する燃料噴射制御装置に関する。

各気筒に対応して燃料噴射弁を備えた内燃機関、例えば各気筒の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁が設けられたマルチポートインジェクション型のガソリン機関、或いは筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型火花点火式ガソリン機関やディーゼル機関等では、各気筒の燃料噴射弁の個体差や吸入空気量のバラツキが内燃機関の回転変動を増大させる一つの要因になっている。即ち、各気筒の燃料噴射弁の噴射特性や吸入空気量が相違していると、気筒間の燃料噴射量のバラツキ、及び空気量のバラツキに起因する気筒間の燃焼圧力のバラツキに直結し、この現象により各気筒からクランク軸に付与されるトルクが変動することから、内燃機関の回転変動が増大してしまうという問題を抱えている。
各気筒の燃料噴射弁の個体差を補償するために種々の対策が提案されており、例えば特許文献１の技術を挙げることができる。当該特許文献１の技術では、各気筒の燃焼圧力をそれぞれ検出して気筒別の平均有効圧（以下、Ｐmiという）を算出し、このＰmiを例えば全ての気筒のＰmiの平均値として設定された目標Ｐmiに近づけるように、各気筒の燃料噴射弁の噴射量を補正することにより燃焼圧力のバラツキを抑制している。

実開昭６２−１３２２５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、各気筒のＰmiを目標Ｐmiにフィードバックした場合、全ての気筒のＰmiが目標Ｐmiに一致することにより内燃機関の回転変動は低減できるものの、気筒間で吸入空気量やＥＧＲ量等のバラツキが存在していると、各気筒に対する噴射量補正に起因して気筒間の空気過剰率のバラツキを拡大させてしまうという別の問題が発生する。この現象は、何れかの気筒が許容範囲を越えた好ましくない空気過剰率に調整されることを意味し、結果として排ガス性能が悪化する可能性があった。

図４は特許文献１の技術による各気筒の燃料噴射量の補正状況を示す説明図であり、左側に示した特許文献１の技術によるＰmiに基づく制御無しの場合には、気筒間に生じている燃焼圧力のバラツキによりＰmiにもバラツキが生じており、一方、気筒間に存在する吸入空気量やＥＧＲ量等のバラツキに起因して各気筒の空気過剰率にはある程度の格差があるが、最も低い空気過剰率でも、図中に示すスモーク発生等の観点から許容でき得るλ下限値を下回らない例を示したものである。

この状態において各気筒のＰmiを目標Ｐmiに一致させるべく特許文献１の技術を適用した場合、例えばＰmiが低い＃４気筒に対しては燃料噴射量が増加補正されるが、噴射量の増加補正は空気過剰率に対して低下方向に作用することから、＃４気筒では空気過剰率が低下して上記λ下限値を下回ってしまう。このため＃４気筒の排ガスはスモークが増加し、各気筒の排ガスが集合した後のトータルでの排ガス特性でもスモーク増となることから排ガス性能が悪化してしまうことが判る。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、各気筒の燃料噴射弁の個体差に起因する内燃機関の回転変動を低減できると共に、各気筒の空気過剰率の異常低下を抑制して排ガス性能の悪化を未然に防止することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の各気筒に対応して設けられ、各気筒にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射手段と、内燃機関の各気筒の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、燃焼圧力検出手段により検出された燃焼圧力に基づき各気筒の平均有効圧を算出する平均有効圧算出手段と、平均有効圧算出手段により算出された平均有効圧と内燃機関の運転状態から求めた目標平均有効圧とに基づき、各気筒の平均有効圧を目標平均有効圧に接近させるべく各気筒に対する燃料噴射手段の燃料噴射量をそれぞれ補正する噴射量補正手段と、噴射量補正手段により補正された燃料噴射量に基づき各気筒の燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、内燃機関の各気筒の排ガスの空気過剰率を算出する空気過剰率算出手段と、噴射量補正手段により平均有効圧の不足を補うべく燃料増量されることにより、何れかの気筒の空気過剰率算出手段により算出された空気過剰率が排ガス特性に基づき設定された下限空気過剰率を下回るとき、噴射量補正手段による補正に関わらず空気過剰率低下気筒に対する燃料増量を制限して空気過剰率を下限空気過剰率以上に保つ空気過剰率低下抑制手段とを備えたものである。

従って、平均有効圧算出手段により算出された各気筒の平均有効圧と内燃機関の運転状態に応じた目標平均有効圧とに基づき、噴射量補正手段により各気筒の燃料噴射手段の燃料噴射量が補正され、補正後の燃料噴射量に基づき燃料噴射制御手段により燃料噴射量が制御されることで各気筒の平均有効圧が目標平均有効圧に接近する。結果として、各気筒の燃料噴射手段が個体差を有する場合であっても、個体差に起因する燃焼圧力のバラツキが抑制されて内燃機関の回転変動が低減されることから、乗員の不快感が未然に防止される。
そして、平均有効圧の不足を補うための噴射量補正手段による燃料増量で何れかの気筒の空気過剰率が下限空気過剰率を下回るときには、この空気過剰率低下気筒に対する燃料増量が空気過剰率低下抑制手段により制限される。これにより、空気過剰率低下気筒の空気過剰率が下限空気過剰率以上に保たれるため、空気過剰率の低下に起因するスモークの増大等が未然に防止される。

請求項２の発明は、請求項１において、空気過剰率低下抑制手段が、空気過剰率低下気筒に対する燃料増量の制限により空気過剰率の低下を抑制すると共に、空気過剰率低下気筒以外の噴射量補正手段により燃料減量されるべき所定気筒に対する燃料減量を制限して、全気筒の平均有効圧の平均値を目標平均有効圧に略一致させるものである。

従って、空気過剰率低下気筒に対して空気過剰率低下抑制手段により燃料増量が制限されて空気過剰率の低下が抑制され、一方、空気過剰率低下気筒以外の燃料減量されるべき所定気筒、換言すれば、燃料増量しても空気過剰率を下限空気過剰率以上に保持できる余地を有する所定気筒に対しては、燃料減量が制限される。結果として、全気筒の平均有効圧の平均値が目標平均有効圧に略一致し、内燃機関の回転変動を一層抑制可能となる。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、予め空気過剰率低下抑制手段による空気過剰率の低下抑制を要する運転領域を設定し、内燃機関が該運転領域にあるときに、空気過剰率低下抑制手段により空気過剰率低下気筒の空気過剰率の低下を抑制するものである。
空気過剰率低下気筒に対する燃料増量を制限して空気過剰率の低下を抑制することは、スモーク増大の防止に繋がる一方、空気過剰率低下気筒の平均有効圧が目標平均有効圧に接近するのを妨げる方向に作用することから、回転変動の抑制に関しては若干不利な傾向となる。空気過剰率の低下抑制を要する運転領域に内燃機関があるときに限って、空気過剰率低下気筒に対する空気過剰率の低下を抑制することにより、当該運転領域では確実にスモークが抑制される一方、それ以外の空気過剰率の低下抑制をそれほど要しない運転領域、或いは全く要しない運転領域では、他の気筒と同じく空気過剰率低下気筒についても燃料増量が制限されなくなるため、平均有効圧が目標平均有効圧に接近して内燃機関の回転変動を確実に抑制可能となる。

以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、各気筒の平均有効圧を目標平均有効圧に接近させるように各気筒に対する燃料噴射量を補正するため、各気筒の燃料噴射手段が個体差を有する場合であっても、個体差に起因する燃焼圧力のバラツキを抑制でき、もって内燃機関の回転変動を低減して乗員の不快感を未然に防止できると共に、このときの燃料増量により何れかの気筒の空気過剰率が下限空気過剰率を下回るときには、この空気過剰率低下気筒に対する燃料増量を制限することから、空気過剰率の低下に起因するスモークの増大、ひいては排ガス性能の悪化を未然に防止することができる。

請求項２の発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項１に加えて、空気過剰率低下気筒以外の所定気筒に対する燃料減量を制限することにより、全気筒の平均有効圧の平均値を目標平均有効圧に略一致させるため、内燃機関の回転変動を一層抑制することができる。
請求項３の発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、請求項１又は２に加えて、空気過剰率の低下抑制を要する運転領域に内燃機関があるときに限って、空気過剰率低下気筒の空気過剰率の低下を抑制することにより、それ以外の運転領域では空気過剰率低下気筒に対する燃料増量が制限されなくなるため、平均有効圧を目標平均有効圧に接近させて内燃機関の回転変動を一層確実に抑制することができる。

実施形態の燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンを示す全体構成図である。 ＥＣＵが実行するＰmi・λ制御ルーチンを示すフローチャートである。 同じくＥＣＵが実行するＰmi・λ制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施形態のトルク変動抑制モード及び特許文献１の技術によるＰmi、燃料噴射量、λの制御状況を示す説明図である。 トルク変動・λ低下抑制モードによる各気筒のＰmiの制御状況を示す説明図である。 トルク変動・λ低下抑制モードによるＰmi、燃料噴射量、λの制御状況を示す説明図である。

以下、本発明をディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンを示す全体構成図である。
エンジン１は、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒２内に直接噴射して圧縮着火により燃焼させる４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンであり、図１は、４気筒のうちの１つの気筒の断面を示している。

エンジン１は、複数の気筒２が形成されたシリンダブロック４の上部にシリンダヘッド６が載置されて構成されている。各気筒２には上下摺動可能にピストン８が設けられおり、当該ピストン８の頂面と気筒２の内壁、及びシリンダヘッド６下面に囲まれて燃焼室１０が形成されている。シリンダヘッド６には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２（燃料噴射手段）、及び当該燃焼室１０内の圧力、即ち、燃焼室１０内での噴射燃料の燃焼により発生した燃焼圧力を検出する筒内圧センサ１４（燃焼圧力検出手段）が、それぞれ燃焼室１０内に臨むように設けられている。

シリンダヘッド６には、燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向一側に延びた吸気ポート１６及び燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向他側に延びた排気ポート１８が形成されている。シリンダヘッド６には、吸気ポート１６及び排気ポート１８に対応して吸気バルブ２０及び排気バルブ２２が設けられ、これらの吸排気バルブ２０，２２の開閉動作に応じて各ポート１６、１８と燃焼室１０との連通及び遮断が行われる。尚、吸気ポート１６及び排気ポート１８は１気筒につきそれぞれ２箇所設けられ、各吸排気ポート１６，１８に対応して吸気バルブ２０及び排気バルブ２２がそれぞれ設けられている。

又、エンジン１の幅方向一側には、吸気ポート１６と連通する吸気管２４が接続されている。吸気管２４には、吸気上流側に図示しないエアクリーナが設けられており、その吸気下流側にはエンジン１に吸気量を検出するエアフローセンサ２６が設けられている。又、吸気管２４のエアフローセンサ２６より吸気下流側の箇所には、吸気を加圧するターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａ、加圧された吸気を冷却するインタークーラ３０、吸気量を調整するスロットルバルブ３２が順に設けられている。

一方、エンジン１の幅方向他側には排気ポート１８と連通する排気管３４が接続されている。排気管３４には、上記ターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａと回転軸が連結され排気流により回転するタービン２８ｂが設けられている。
又、排気管３４の排気上流側部分と吸気管２４の吸気下流側部分とはＥＧＲ通路３６を介して連通されており、排気を吸気系に還流可能に構成されている。ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３８及び吸気系へ還流させるＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ４０が設けられている。

一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）４２が設置されている。ＥＣＵ４２の入力側には、上記筒内圧センサ１４、エアフローセンサ２６、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４４、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサ４６、吸気の温度を検出する吸気温度センサ４８、吸気の圧力を検出する吸気圧力センサ５０、エンジン１の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ５２等の各種センサ類が接続されている。又、ＥＣＵ４２の出力側には、各気筒の燃料噴射弁１２、スロットルバルブ３２、ＥＧＲバルブ４０等の各種デバイス類が接続されている。

そして、ＥＣＵ４２はエンジン１の運転制御をはじめとする総合的な制御を実行する。エンジン１の運転制御に関しては、アクセル開度やエンジン回転速度等から求めた燃料噴射量に基づき燃料噴射弁１２を駆動制御するが（燃料噴射制御手段）、このとき、各気筒の燃焼圧力から求めた平均有効圧（以下、Ｐmiという）を指標として各気筒に対する燃料噴射量を補正することにより、気筒間の燃焼圧力のバラツキを抑制しており、更に［発明が解決しようとする課題］で述べたように、当該Ｐmiに基づく噴射量補正に起因して発生する気筒間の排ガスの空気過剰率のバラツキ（より詳しくは、空気過剰率の異常低下）を防止するための制御を実行しており、以下、このＥＣＵ４２により行われる燃料噴射制御について詳述する。

図２，３はＥＣＵ４２が実行するＰmi・λ制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ４２は機関の運転中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、ＥＣＵ４２はステップＳ２でクランク角、アクセル開度、気筒毎の燃焼圧力等の各センサからの検出情報を読み込む。続くステップＳ４では、現在のアクセル開度等から運転者が要求する機関トルクとして目標トルクを算出した上で、燃料噴射圧、噴射時期、エンジン１固有のフリクションロス等の諸条件を考慮して、目標トルクを達成可能な各気筒の平均有効圧の目標値（以下、目標Ｐmiという）を算出すると共に、現在の運転領域においてスモーク等の観点から許容でき得る下限の空気過剰率（以下、λ下限値という）を算出する。続くステップＳ６では気筒毎の角度情報及び燃焼圧力に基づき、それぞれの気筒のＰmiを算出する（平均有効圧算出手段）。

その後、ステップＳ８で目標Ｐmi及び各気筒のＰmiに基づき、全ての気筒のＰmiの平均値（以下、平均Ｐmiという）を算出すると共に、次式（１），（２）に従って、目標Ｐmiに対する各気筒のＰmiのそれぞれの偏差（以下、Ｐmi偏差Ａという）、及び目標Ｐmiに対する平均Ｐmiの偏差（以下、Ｐmi偏差Ｂという）を算出する。
Ｐmi偏差Ａ＝目標Ｐmi−各気筒のＰmi……（１）
Ｐmi偏差Ｂ＝目標Ｐmi−平均Ｐmi ……（２）

続いてステップＳ１０では、実行すべき制御モードを判定する。以下に述べるように、制御モードとしては、上記した特許文献１の技術に相当する気筒間の燃焼圧力のバラツキを抑制するトルク変動抑制モードに加えて、本発明の特有の制御モードとして、気筒間の燃焼圧力のバラツキを抑制しつつ空気過剰率の異常低下に起因する排ガス性能の悪化を防止するトルク変動・λ低下抑制モードが設定されている。

本実施形態では、車両の加速時とそれ以外の運転領域とで制御モードを切り換えており、機関負荷が急増する加速時には、スモークが増大し易いことから空気過剰率の低下抑制を要する反面、乗員はエンジン１の回転変動に対して比較的鈍感になることから、空気過剰率の異常低下を考慮したトルク変動・λ低下抑制モードを選択し、それ以外の運転領域では、加速時に比較してスモークを抑制し易い反面、多少の回転変動でも乗員が敏感に感じ易いことから、回転変動の抑制を優先したトルク変動抑制モードを選択する。
但し、制御モードの切換はこれに限ることはなく、例えば特に回転変動の抑制が望まれるアイドル運転時にはトルク変動抑制モードを選択し、アイドル運転時以外の運転領域ではトルク変動・λ低下抑制モードを選択するようにしてもよい。又、必ずしも制御モードの切換を行う必要はなく、全ての運転領域でトルク変動・λ低下抑制モードを実行するようにしてもよい。

ステップＳ１０でトルク変動抑制モードを選択したときにはステップＳ１２に移行し、ステップＳ１０でトルク変動・λ低下抑制モードを選択したときには後述するステップＳ２０に移行し、それぞれ選択した制御モードを実行するが、これらの処理ではエンジン１の各気筒の噴射順序に従って各気筒に対する燃料噴射量の補正処理を順次実行する。以下の説明では、噴射順序に従って燃料噴射量の補正対象となった気筒を対象気筒と称する。

まず、トルク変動抑制モードを選択したときにはステップＳ１２に移行し、対象気筒のＰmi偏差Ａが０であるか否かを判定し、判定がＹes（肯定）のときには、当該対象気筒について噴射量補正の必要なしと見なしてルーチンを終了する。ステップＳ１２の判定がＮo（否定）のときにはステップＳ１４に移行して、Ｐmi偏差Ａが０より大か否かを判定する。ステップＳ１４の判定がＹesで対象気筒のＰmiが目標Ｐmiよりも低いときには、続くステップＳ１６で対象気筒の燃料噴射量を予め設定された補正量だけ増加補正する。又、ステップＳ１４の判定がＮoで対象気筒のＰmiが目標Ｐmiよりも高いときには、続くステップＳ１８で対象気筒の燃料噴射量を予め設定された補正量だけ減少補正する。

尚、補正量としては、増加と減少で共通の値を適用してもよいし、別の値を適用してもよい。以上のステップＳ１４〜１６の処理が対象気筒に対して順次実行されることにより、各気筒のＰmiは目標Ｐmiに次第に接近して最終的に一致する。
図４の説明図は、［発明が解決しようとする課題］で説明した特許文献１の技術による各気筒のＰmi、燃料噴射量、λの制御状況であると共に、本実施形態のトルク変動抑制モードによる制御状況でもあり、図中の左側にはＰmiに基づく制御無しの場合を併記している。制御無しでは、各気筒に共通の燃料噴射量が適用されており、燃料噴射弁の個体差による気筒間の燃料噴射量のバラツキに起因して各気筒のＰmiにもバラツキが生じており、気筒間での吸入空気量やＥＧＲ量等のバラツキに起因して各気筒の空気過剰率にも格差が生じている。

そして、本実施形態のトルク変動抑制モードが適用されると、各気筒に対する燃料噴射量の補正により各気筒のＰmiを目標Ｐmiに一致させることで、燃焼圧力のバラツキに起因するエンジン１の回転変動が低減される。これと同時に、噴射量補正に伴って各気筒の空気過剰率のバラツキは拡大し、例えば図４中に示すＰmiが過小な＃４気筒のように、目標Ｐmiを達成するために燃料噴射量が増加補正された結果、空気過剰率が更に低下してλ下限値を下回ることもあり得る。
但し、このトルク変動抑制モードが選択されるのは加速時以外であり、本来のスモーク排出量が比較的少ないことから十分に良好な排ガス性能を維持できると共に、各気筒のＰmiを目標Ｐmiに一致させることで、気筒間の燃焼圧力のバラツキによる回転変動を最大限に抑制できることから、例えば乗員が回転変動に対して特に敏感になるアイドル運転時であっても、回転変動に起因する乗員の不快感を確実に防止することができる。

一方、ステップＳ１０でトルク変動・λ低下抑制モードを選択してステップＳ２０に移行したときには、Ｐmi偏差Ｂが０であるか否かを判定し、判定がＹesのときにはルーチンを終了する。ステップＳ２０の判定がＮoのときにはステップＳ２２に移行して、Ｐmi偏差Ａが０より大か否かを判定する。ステップＳ２２の判定がＹesで対象気筒のＰmiが目標Ｐmiよりも低いときには、続くステップＳ２４で対象気筒の燃料噴射量を予め設定された補正量だけ増加補正する（噴射量補正手段）。続くステップＳ２６では、対象気筒の空気過剰率が上記λ下限値より大か否かを判定する。
本実施形態では、吸入空気量、ＥＧＲ量、及び対象気筒に対する燃料噴射量等に基づいて各気筒の排ガスの空気過剰率を算出しているが（空気過剰率算出手段）、これに限ることはなく、例えば各気筒の排気ポート１８と連通する排気管３４のブランチに空燃比センサを設けて、各気筒から排出される排ガスの空気過剰率を直接的に検出してもよい。

ステップＳ２６の判定がＹesで、噴射量の増加補正による対象気筒の空気過剰率の低下が許容範囲内であるときには、そのままルーチンを終了し、一方、ステップＳ２６の判定がＮoで、対象気筒の空気過剰率の低下が許容範囲を越えるときには、ステップＳ２８で対象気筒の燃料噴射量の増加補正をλ下限値に対応する値に制限する（空気過剰率低下抑制手段）。この処理により、対象気筒の空気過剰率はλ下限値を下回ることが防止され、以下、当該ステップＳ２６，２８の空気過剰率の異常低下を抑制する処理をλ制限と称し、このλ制限を受けた気筒が本発明の空気過剰率低下気筒に相当する。

図５は各気筒のＰmiの制御状況を示す説明図であるが、この図では、＃４気筒が空気過剰率低下気筒としてλ制限を受けている。即ち、＃４気筒では目標Ｐmiに対してＰmiが低いとして燃料噴射量が増加補正されるが、燃料増量により空気過剰率がλ下限値を下回ってしまうことから、λ下限値に対応する燃料噴射量に達した時点で増量補正が中止されている（図５中のポイントａ）。尚、他の気筒ではＰmiが目標Ｐmiに一致するように燃料噴射量の補正が行われていることが判る。
一方、ＥＣＵ４２は、上記ステップＳ２２の判定がＮoで対象気筒のＰmiが目標Ｐmiよりも高いときには、ステップＳ３０でＰmi偏差Ｂが０より大であるか否かを判定し、続くステップＳ３２で他の気筒でλ制限が行われているか否かを判定する。

当該トルク変動・λ低下抑制モードでは、λ制限によりトルク変動の抑制に加えて空気過剰率の異常低下を抑制するために、Ｐmiの制御に関しては、トルク変動抑制モードのように全ての気筒のＰmiを目標Ｐmiに一致させることなく、次善策として平均Ｐmiを目標Ｐmiに一致させている。上記ステップＳ３０の要件が成立しているときには、平均Ｐmiが目標Ｐmiよりも低いことから何れかの気筒のＰmiを増加させる必要があることを意味し、又、ステップＳ３２の要件が成立しているときには、図５に示した＃４気筒のように、λ制限が実行された結果、本来はＰmiを目標Ｐmiに一致させるために必要な噴射量の増加補正が行われない空気過剰率低下気筒が存在することを意味する。

ステップＳ３０，３２の判定が共にＹesのときには、上記ステップＳ２４〜２８と同じく、ステップＳ３４で対象気筒の燃料噴射量を所定の補正量だけ増加補正し、ステップＳ３６のλ下限値の判定に基づき、必要に応じてステップＳ３８で対象気筒の燃料噴射量を制限する。このときの対象気筒は、図５では＃１気筒として示されており、目標Ｐmiを達成するために燃料減量されるべき気筒であり、換言すれば、燃料増量しても空気過剰率をλ下限値以上に保持できる余地を有する気筒である。

従って、当該＃１気筒は、本来はＰmiが目標Ｐmiに一致するように燃料噴射量を減少補正されるはずであるが、λ制御された＃４気筒のＰmiの不足分を補うようにステップＳ３４の処理により燃料噴射量が増加補正され（図５中のポイントａ）、この＃１気筒に対する燃料増量に伴って平均Ｐmiが目標Ｐmiに一致する。図５では、＃１気筒のＰmiが一旦低下した後に増加しており、燃料噴射量の減少補正後に増加補正されたように示されているが、実際の制御過程では、増加補正と減少補正とが並行して実行されることで、本来は実行されるべき＃１気筒に対する燃料減量が制限されるように噴射量補正が行われる。

尚、このように＃１気筒は、通常であればステップＳ３４で燃料噴射量を増加補正しても空気過剰率はλ下限値を下回らないはずであるが、何らかの要因により空気過剰率が予想外に大きな影響を受けて大幅に低下する場合もあり得ることから、念のためステップＳ３６，３８の処理が設定されている。
一方、上記ステップＳ３０の判定がＮoで平均Ｐmiが目標Ｐmiよりも高いとき、或いはステップＳ３２の判定がＮoでλ制限を受けている（換言すれば、燃料噴射量が不足する）空気過剰率低下気筒が存在しないときには、対象気筒の燃料噴射量を減少補正する必要があると見なすことができる。従って、ＥＣＵはステップＳ４０に移行し、対象気筒の燃料噴射量を予め設定された補正量だけ減少補正した後にルーチンを終了する（噴射量補正手段）。

以上のステップＳ２２〜４０の処理が対象気筒に対して順次実行されることにより、平均Ｐmiは目標Ｐmiに次第に接近して最終的に一致すると共に、このときの燃料噴射量の増加補正により空気過剰率がλ下限値を下回る空気過剰率低下気筒に対してはλ制限が実行され、これにより空気過剰率がλ下限値に保持される。
図６は本実施形態のトルク変動・λ低下抑制モードによるＰmi、燃料噴射量、λの制御状況を示す説明図であり、Ｐmiに基づく制御無しの場合は図４と共通している。図４に示したトルク変動抑制モードでは、＃４気筒の空気過剰率が燃料噴射量の増加補正に伴ってλ下限値を下回ってしまうが、トルク変動・λ低下抑制モードではステップＳ２６，２８でλ制限が実行されることで、当該＃４気筒の空気過剰率はλ下限値を下回ることなくλ下限値に保持される。

図５に基づき述べたように、λ制限の実行は、目標Ｐmiの達成するための＃４気筒に対する噴射量の増加補正が不完全なものになることを意味し、これは＃４気筒自体のＰmiが不足して目標Ｐmiを達成できないばかりか、目標Ｐmiに対して平均Ｐmiが不足する要因にもなる。しかしながら、平均Ｐmiが目標Ｐmiよりも低いときには、λ制限の対象となる気筒以外の気筒がステップＳ３４の処理により燃料噴射量を増加補正されるため、結果として図５中に示す＃１気筒のように、＃４気筒に対する燃料噴射量の不足分だけ燃料噴射量が増加補正されることにより、平均Ｐmiが目標Ｐmiに一致する。

トルク変動・λ低下抑制モードが適用される加速時には機関負荷の急増によりスモークが増大し易いが、＃４気筒のように空気過剰率の異常低下が防止されることから、スモークの増大に起因する排ガス性能の悪化を確実に防止することができる。一方、全ての気筒のＰmiが目標Ｐmiに一致してはいないものの、平均Ｐmiを目標Ｐmiに一致させることにより、各気筒のＰmiのバラツキを全く考慮しない制御無しの場合に比較すればエンジン１の回転変動を低減でき、加速時にはエンジン１の回転変動に対して乗員が鈍感な傾向にあることと相俟って、回転変動に起因する乗員の不快感を十分に防止することができる。
加えて、トルク変動抑制モードにおいて発生し得る空気過剰率低下気筒のスモーク増大は、無駄な燃料消費を意味するものであるが、トルク変動・λ低下抑制モードでは当該現象を防止可能なことから、結果としてトルク変動抑制モードに比べて燃費を向上できるという利点も得られる。

尚、Ｐmiに基づく噴射量補正の結果、何れの気筒の空気過剰率もλ下限値を下回らずに図３のステップＳ２６，２８でλ制限が実行されなかった場合には、全ての気筒のＰmiが目標Ｐmiに一致する。即ち、この場合には、図５中の＃１気筒及び＃４気筒のＰmiについても他の気筒と同じく目標Ｐmiに制御されることになる。
一方、以上の説明から明らかなように、トルク変動抑制モードとトルク変動・λ低下抑制モードを比較した場合、回転変動の抑制に関しては、各気筒の平均Ｐmiを目標Ｐmiに一致させるだけのトルク変動・λ低下抑制モードよりも、全ての気筒のＰmiを目標Ｐmiに一致させるトルク変動抑制モードの方が適し、空気過剰率の低下抑制に関しては、全く対処しないトルク変動抑制モードよりも、λ下限値に基づく空気過剰率の低下抑制を行うトルク変動・λ低下抑制モードの方が適する。

そこで、このような双方の制御モードの特徴を考慮して本実施形態では、回転変動の抑制よりも空気過剰率の低下抑制がより望まれる加速時にはトルク変動・λ低下抑制モードを実行し、逆の要求がなされる加速時以外の運転領域ではトルク変動抑制モードを実行しており、これにより双方の制御モードが有する長所を最大限に発揮させることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではディーゼルエンジン１の燃料噴射制御装置に具体化したが、これに限ることはなく、例えば各気筒の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を設けたマルチポートインジェクション型のガソリンエンジン、或いは筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンに適用してもよい。

又、上記実施形態では、トルク変動・λ低下抑制モードにおいて、目標Ｐmiを達成する燃料増量により空気過剰率がλ下限値を下回ることになる空気過剰率低下気筒に対してλ制限を実行すると共に、この気筒に対する燃料噴射量の不足分だけ他の気筒に対して実行すべき燃料減量を制限することにより、平均Ｐmiを目標Ｐmiに一致させたが、必ずしも他の気筒に対する燃料減量の制限は実行する必要はない。この場合には、空気過剰率低下気筒に対する燃料増量を制限した分だけ平均Ｐmiが目標Ｐmiよりも低くなるが、例えば乗員が強い加速Ｇを受ける急加速等では回転変動を特に感じ難くなるため、これによる弊害は無視できる程度である。そして、λ制限に対応して行われる他の気筒への燃料減量の制限処理を省略できることから、ＥＣＵ４２の制御プログラムを簡略化できるという別の利点が得られる。

１ エンジン（内燃機関）
１２ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１４ 筒内圧センサ（燃焼圧力検出手段）
４２ ＥＣＵ（平均有効圧算出手段、噴射量補正手段、燃料噴射制御手段、
空気過剰率算出手段、空気過剰率低下抑制手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の各気筒に対応して設けられ、各気筒にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   上記内燃機関の各気筒の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、
   上記燃焼圧力検出手段により検出された燃焼圧力に基づき各気筒の平均有効圧を算出する平均有効圧算出手段と、
   上記平均有効圧算出手段により算出された平均有効圧と上記内燃機関の運転状態から求めた目標平均有効圧とに基づき、各気筒の平均有効圧を目標平均有効圧に接近させるべく各気筒に対する上記燃料噴射手段の燃料噴射量をそれぞれ補正する噴射量補正手段と、
   上記噴射量補正手段により補正された燃料噴射量に基づき上記各気筒の燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、
   上記内燃機関の各気筒の排ガスの空気過剰率を算出する空気過剰率算出手段と、
   上記噴射量補正手段により平均有効圧の不足を補うべく燃料増量されることにより、何れかの気筒の上記空気過剰率算出手段により算出された空気過剰率が排ガス特性に基づき設定された下限空気過剰率を下回るとき、上記噴射量補正手段による補正に関わらず該空気過剰率低下気筒に対する燃料増量を制限して空気過剰率を下限空気過剰率以上に保つ空気過剰率低下抑制手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 上記空気過剰率低下抑制手段は、上記空気過剰率低下気筒に対する燃料増量の制限により空気過剰率の低下を抑制すると共に、該空気過剰率低下気筒以外の上記噴射量補正手段により燃料減量されるべき所定気筒に対する該燃料減量を制限して、全気筒の平均有効圧の平均値を上記目標平均有効圧に略一致させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 予め上記空気過剰率低下抑制手段による空気過剰率の低下抑制を要する運転領域を設定し、上記内燃機関が該運転領域にあるときに、上記空気過剰率低下抑制手段により上記空気過剰率低下気筒の空気過剰率の低下を抑制することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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