JP3804480B2 - ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の運転状態においてメイン噴射に先立ってパイロット噴射を行うなど、燃料を分割して噴射するディーゼルエンジンの制御に関し、特に、微小量の燃料を安定して噴射できるようにするための制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、所定の低回転低負荷運転状態において、メイン噴射（主噴射）に先立ってパイロット噴射を行うことにより、着火安定性及び燃焼性を向上させ、失火防止や燃焼騒音の低減を図るようにしたディーゼルエンジンが知られている。そして、そうしたパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、例えば特開平１１−２８７１４９号公報記載の制御装置のように、コモンレール圧力の変化からパイロット噴射の燃料噴射開始を検知して最小通電時間を学習するようにしたものがある。
【０００３】
また、それとは別に、特開平１１−３４３９１１号公報に記載されているように、直噴式のガソリンエンジンにおいて、燃料噴射量により空燃比をフィードバック制御する領域で、インジェクタによる燃料噴射を吸気行程で分割して行い、Ｏ２センサの出力に応じたフィードバック制御量に基づいて噴射１回分の噴射量と噴射パルス幅（通電時間）との対応関係を学習するようにしたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
パイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、メイン噴射の噴射量及びパイロット噴射の噴射量をインジェクタの通電時間によって制御する場合に、インジェクタには個体差があり、使用に伴う経年変化もあって、通電時間と燃料噴射量との対応関係にバラツキがあるため、特に、微小開度領域で噴射するパイロット噴射は、個体差や経年変化によるバラツキの影響が大きくて、燃料を安定して噴射することが難しい。パイロット噴射以外の分割噴射を行うディーゼルエンジンにおいても同様で、微小噴射量領域（インジェクタの微小開度領域）で個体差や経年変化によるバラツキの影響を受けることなく安定して燃料を噴射することは難しい。
【０００５】
前記特開平１１−２８７１４９号公報記載のように、コモンレール圧力の変化からパイロット噴射の燃料噴射開始を検知して最小通電時間を学習するものでは、パイロット噴射の微小噴射量が実際には安定して噴かれなくて、着火しない場合でも、コモンレール圧力は変化するため、安定した噴射のための通電時間の下限値を精度よく学習することができない。
【０００６】
また、特開平１１−３４３９１１号公報に記載されている学習方法は、空燃比フィードバック制御のためのＯ２センサを備えるガソリンエンジンに特有のもので、直ちにディーゼルエンジンに適用できるというものではない。
【０００７】
本発明は、所定の運転状態においてメイン噴射に先立ってパイロット噴射を行うなど、燃料を分割して噴射するディーゼルエンジンにおいて、インジェクタの個体差や経年変化によるバラツキの影響を受けることなく、通電時間の制御により微小量の燃料を安定して噴射できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜７に係るディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法は前記課題を解決するための手段を構成する。
【０００９】
請求項１に係るディーゼルエンジンの制御装置は、通電時間で燃料噴射量を制御するインジェクタを備え、所定の運転状態において１気筒毎に１サイクルの間にメイン噴射の前にメイン噴射より噴射量の少ないパイロット噴射を行うディーゼルエンジンの制御装置において、所定の低回転低負荷運転状態において１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせた状態で、１気筒毎のメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量を一定に保ったままパイロット噴射のための通電時間を変化させて、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値を更新記憶する学習手段を設けたものである。
【００１０】
この場合、アイドル運転等の所定の低回転低負荷運転状態において、メイン噴射の前のパイロット噴射を行うことにより着火安定性が得られている状態から、１サイクル当たりの噴射量は変えずにパイロット噴射を止めてメイン噴射だけで噴射した時に失火すると考えられる限界まで噴射時期をリタードさせることにより、失火しやすい状態とし、その状態で、１サイクル当たりの噴射量は変えないでパイロット噴射の噴射量を変化させることにより、実際に失火する限界（通電時間の下限値）を確実に学習することができ、インジェクタの個体差や経年変化によるバラツキの影響を受けることなく、安定したパイロット噴射制御を行うようにできる。
【００１１】
請求項２に係るディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１に係るディーゼルエンジンの制御装置において、ディーゼルエンジンが多気筒である場合に、学習手段を、学習対象とした気筒の圧縮上死点後所定クランク角を通過した時間と圧縮上死点を通過した時間との時間差から算出した回転速度と、着火順序が当該学習対象気筒の直前の気筒の圧縮上死点後所定クランク角を通過した時間と圧縮上死点を通過した時間との時間差から算出した回転速度との差が、所定値以上の時の通電時間を、失火限界と判定するよう構成したものである。
【００１２】
学習対象の気筒が失火すると、当該気筒の燃焼による回転立ち上がりが小さく、その圧縮上死点後所定クランク角を通過した時間と圧縮上死点を通過した時間との時間差から算出した回転速度が小さくなり、着火順序が当該学習対象気筒の直前の気筒の圧縮上死点後所定クランク角を通過した時間と圧縮上死点を通過した時間との時間差から算出した回転速度との差が大きくなる。したがって、その回転速度差が所定値（閾値）以上の時に失火と判定することで、失火判定の精度が向上する。
【００１３】
請求項３に係るディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１に係るディーゼルエンジンの制御装置において、学習手段を、学習対象とした気筒についてパイロット噴射のための通電時間を所定の燃焼状態が得られた時の通電時間から漸減させて失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間より所定時間長い通電時間をパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値として更新記憶するよう構成したものである。
【００１４】
この場合、安定した運転状態（所定の燃焼状態）から徐々に通電時間を減らしていくことで失火限界を検出でき、実際の学習値は失火限界より若干余裕をもった値とすることで、着火安定性を確保できる。
【００１５】
請求項４に係るディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１に係るディーゼルエンジンの制御装置において、噴射圧を変化させ、前記学習手段により、異なる複数の噴射圧毎に前記学習値の更新記憶を実行するものである。
【００１６】
これにより、実用域の異なる複数の噴射圧について学習が可能となり、運転状態の変化に対応できる。
【００１７】
請求項５に係るディーゼルエンジンの制御装置は、請求項１に係るディーゼルエンジンの制御装置において、ディーゼルエンジンが多気筒である場合に、学習手段により気筒毎に前記学習値の更新記憶を実行するものである。
【００１８】
こうして気筒毎に失火限界を学習することができ、インジェクタのバラツキだけでなく気筒間の圧縮圧や冷却損失等のバラツキをも加味した学習が可能で、多気筒エンジンにおいて安定した運転が可能となる。
【００１９】
請求項６に係るディーゼルエンジンの制御装置は、通電時間で燃料噴射量を制御するインジェクタを備え、所定の運転状態において１気筒毎に１サイクルの間にメイン噴射の前にメイン噴射より噴射量の少ないパイロット噴射を行うディーゼルエンジンの制御装置において、所定の低回転低負荷運転状態において１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせた状態で、１気筒毎のメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量を一定に保ったままパイロット噴射のための通電時間を変化させて、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間の下限値の学習値を更新記憶するとともに、前記所定の低回転低負荷運転状態においてパイロット噴射とメイン噴射とで所定の燃焼状態が得られた時のパイロット噴射の通電時間を、前記所定の低回転低負荷運転状態において前記所定の燃焼状態を得るのに必要な１サイクル当たりの燃料噴射量から割り出したパイロット噴射の噴射量に対応する通電時間の学習値として更新記憶する学習手段を設けたものである。
【００２０】
この場合、失火限界を学習するとともに、実用域の燃料噴射量の変化の範囲での、インジェクタの通電時間に対する噴射量の特性を学習でき、運転状態の変化に対応できる。
【００２１】
請求項７に係るディーゼルエンジンの制御方法は、通電時間で燃料噴射量を制御するインジェクタを備え、所定の運転状態において１気筒毎に１サイクルの間にメイン噴射の前にメイン噴射より噴射量の少ないパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、所定の低回転低負荷運転状態において１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせた状態で、１気筒毎のメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量を一定に保ったままパイロット噴射のための通電時間を変化させて、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値を更新記憶するものである。
【００２２】
これにより、実際に失火する限界（通電時間の下限値）を確実に学習することができ、インジェクタの個体差や経年変化によるバラツキの影響を受けることなく、安定したパイロット噴射制御を行うようにできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施の形態におけるエンジン制御系の全体構成を示している。この実施の形態は車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用したもので、図１において１はエンジン本体を示す。このディーゼルエンジンのエンジン本体１には、図の面に対し垂直方向に直列配置で４個の気筒２を有し、各気筒２には往復移動可能にピストン３が装着され、それらピストン３の上面には燃焼室凹部４が形成されている。そして、ピストン３の圧縮上死点付近で各燃焼室凹部４に臨む気筒上部の略中央には、気筒２の中心軸に沿う配置で、下部先端に噴射ノズルを有する電磁式のインジェクタ（燃料噴射弁）５が配設されている。また、各気筒２には、ピストン３の圧縮上死点付近で燃焼室凹部４に上部斜め側方から臨む位置にグロープラグ５６が配設されている。
【００２５】
各気筒２のインジェクタ５は、燃料をインジェクタ５の開弁圧（噴射圧）以上の高圧状態で蓄えて分配するコモンレール６に、気筒毎の分岐管７を介してそれぞれ接続されている。各インジェクタ５は、通電により電磁力で燃料通路を開くことで燃圧により噴射ノズルの芯弁が開作動し、コモンレール６から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室凹部４に向け気筒２内に直接噴射供給する。インジェクタ５の燃料噴射量は通電時間で制御する。なお、電磁式のインジェクタ５の代わりにピエゾ素子をアクチュエータとするインジェクタを用いたものであってもよい。
【００２６】
コモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する燃料圧力センサ８が配設されている。そして、コモンレール６は高圧燃料供給管９を介して燃料供給ポンプ１０に接続されている。そして、燃料供給ポンプ１０は燃料供給管１２を介して燃料タンク１３に接続されている。
【００２７】
燃料供給ポンプ１０は、駆動軸１４にエンジン本体１のクランク軸１５から回転駆動力が伝達されることにより駆動され、燃料供給管１２を介して燃料タンク１３内の燃料を吸い上げ、高圧燃料供給管９を介してコモンレール６に圧送する。燃料供給管１２の途中には加温装置を備えた燃料フィルタ１６が配設されている。また、燃料供給ポンプ１０には、圧送される燃料の一部を燃料戻し管１９に逃がして圧力を調節する電磁式のプレッシャレギュレータ１７が設けられている。そして、コモンレール６には、コモンレール圧が所定値以上になったときに燃料をコモンレール６から排出させるプレッシャリミッタ１８が配設されている。プレッシャリミッタ１８から排出された燃料は、インジェクタ５から燃料の一部を燃料タンク１３に戻す燃料戻し管１９を経由して、燃料タンク１３に戻される。
【００２８】
また、エンジン本体１には、クランク軸１５の回転角度を検出するクランク角センサ２０が設けられ、動弁系カム軸の回転角度を検出するカム角センサ２１が設けられ、また、冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ２２が設けられている。
【００２９】
クランク角センサ２０は、図示しないが、クランク軸端に設けた被検出用プレートと、その外周に相対向するように配置した電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔（例えば１５゜ＣＡ間隔）に形成された歯（突起部）の通過に対応してパルス信号を出力する。
【００３０】
また、カム角センサ２１は、図示しないが、クランク角センサ２０と同様で、カム軸周面の所定箇所に設けた複数の歯（突起部）と、各歯が通過するときにパルス信号を出力する電磁ピックアップとからなるものである。
【００３１】
エンジン本体１の一方の側方部（図１の左側）には、エアクリーナ２３で濾過した空気を気筒２内に供給する吸気通路２４が接続されている。そして、吸気通路２４の下流端部にサージタンク２５が形成され、サージタンク２５から各気筒２の吸気ポート２６にそれぞれ接続するよう分岐通路２７が形成されている。
【００３２】
そして、サージタンク２５上流の吸気通路２４には、上流側から下流側に向かって順に、吸気流量を検出するエアフローセンサ２８と、後述のタービン４３により駆動されて吸気を圧縮するブロワ２９と、このブロワ２９により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３０と、吸気温度センサ３１および吸気圧センサ３２と、負圧作動式の吸気シャッタ弁３３が設けられている。
【００３３】
吸気シャッタ弁３３は負圧式アクチュエータ３４により開閉される。負圧式アクチュエータ３４は、クランク軸１５により駆動されるバキュームポンプ３５を負圧源とするもので、二つのソレノイドバルブ３６、３７により作動圧が制御され、エンジン運転状態に応じて吸気シャッタ弁３３を全閉から全開までの任意の状態に保持する。なお、吸気シャッタ弁３３は、全閉状態でも空気が流入するように設定されている。
【００３４】
また、サージタンク２５と各気筒２の吸気ポート２６を接続する分岐通路２７には、負圧作動式のスワール制御弁３８が配設されている。このスワール制御弁３８は負荷アクチュエータ３９により開閉される。そして、その負荷アクチュエータ３９は、やはりバキュームポンプ３５を負圧源とするもので、ソレノイドバルブ４０の制御によりエンジン運転状態に応じてスワール制御弁３８を開閉駆動する。
【００３５】
エンジン本体１の反対側の側方部（図１の右側）には、各気筒２から排気ガスを排出する排気マニホルド４１が接続され、この排気マニホルド４１の下流端集合部に排気通路４２が接続されている。そして、排気通路４２には、上流側から下流側に向かって順に、排気流を受けて回転するタービン４３と、排気中の有害成分（未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク等）を除去するための上流側（プリ）および下流側（メイン）の二つの触媒コンバータ４４、４５と、消音器４６とが配設されている。
【００３６】
排気通路４２のタービン４３と吸気通路２４のブロワ２９とで構成されるターボ過給機４７は、詳細には図示しないが、可動式フラップによりタービン４３への排気流路の断面積（ノズル断面積）を変化させるようにした所謂ＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。前記フラップは、バキュームポンプ３５を負圧源とする負圧式アクチュエータ４８によって回動されるもので、ソレノイド４９による負圧制御によって所定回動位置の保持される。バキュームポンプ３５からの負圧は、エアクリーナ２３に付設されたバキュームチャンバ５０に、一方向弁５１を介して導かれ、バキュームチャンバ５０からソレノイド４９を介して負圧式アクチュエータ４８に導かれる。
【００３７】
また、排気マニホルド４１から排気の一部を吸気通路２４の吸気シャッタ弁３３下流に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）５２が設けられ、このＥＧＲ通路５２の途中には、開度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）５３が配置されている。このＥＧＲ弁５３は、やはりバキュームポンプ３５を負圧源として開閉駆動されるもので、二つのソレノイド５４、５５による作動圧の調整により、ＥＧＲ通路５２の通路断面積をリニアに変化させ、吸気通路２４に還流される排気の流量を調節する。
【００３８】
各気筒のインジェクタ５、燃料供給ポンプ１０、吸気シャッタ弁３３、ターボ過給機（タービン４３）、ＥＧＲ弁５３等の作動は、いずれもコントロールユニット（Electronic Control Unit：以下ＥＣＵという）５７によって制御する。そのため、ＥＣＵ５７には、燃料圧力センサ８の出力信号、クランク角センサ２０の出力信号、カム角センサ２１の出力信号と、エンジン水温センサ２２の出力信号およびエアフローセンサ２８の出力信号が入力され、また、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度信号等が入力される。
【００３９】
ＥＣＵ５７は、アクセル開度等に基づいて目標燃料噴射量を決定し、通電制御によりインジェクタ５による燃料噴射量および噴射時期をエンジンの運転状態に応じて制御するとともに、高圧供給ポンプ１０の制御によってコモンレール圧すなわち燃料の噴射圧を制御し、吸気シャッタ弁３３およびＥＧＲ弁５３の制御により吸入空気量を調節することで、気筒２内の平均的な空気過剰率を制御し、フラップの作動制御（ＶＧＴ制御）によってターボ過給機（タービン４３）の過給率を制御する。
【００４０】
具体的には、例えば燃料噴射制御については、予めエンジンの目標トルク及び回転数の変化に応じて決定した基本的な燃料噴射量のマップをＥＣＵ５７のメモリに格納しておいて、アクセル開度センサの出力信号に基づいて求めた目標トルクと、クランク角センサ２０の出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、エンジンの要求出力に対応する基本的な燃料噴射量を前記燃料噴射量マップから読み込み、その基本的な燃料噴射量をエンジン水温や過給圧等に応じて補正する。また、同様のマップから噴射時期の制御データを読み込む。
【００４１】
ここで、前記噴射量マップは、エンジンが高負荷域にあるときにはインジェクタ５により燃料を圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で一括して噴射（メイン噴射）させ、一方、エンジンが低負荷ないし中負荷域にあるときには、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を行うものとして、インジェクタ５により、所定量（例えばメイン噴射の１０〜４０％）の燃料を圧縮行程でパイロット噴射させ、また、エンジン高負荷側ほど、燃料噴射量の増量に対応するようにメイン噴射の開始時期を進角させる設定とされる。
【００４２】
ＥＧＲ弁５３の作動制御（ＥＧＲ制御）では、例えば、全気筒２に共通の目標空気過剰率をエンジンの運転状態に応じて定めるとともに、エアフローセンサ２８の出力信号に基づいて各気筒２への実際の吸入空気量を検出し、その検出値と各気筒２毎の燃料噴射量とに基づいて、目標空気過剰率になるように排気還流量を制御するようにしている。つまり、気筒２毎に排気還流量を調節することにより、新気（外気）の吸入量を変化させて、各気筒２内の空気過剰率を目標空気過剰率になるように制御している。
【００４３】
吸気シャッタ弁３３の作動制御では、ＥＧＲ制御によって所定量の排気を還流させるために、主としてエンジンのアイドル運転状態で吸気シャッタ弁３３を全閉状態として、吸気通路２４に負圧を発生させ、それ以外の運転状態では吸気シャッタ弁３３を概ね全開状態とする。
【００４４】
燃料噴射量制御では、インジェクタ５の個体差や経年変化によるバラツキに影響されることなく安定したパイロット噴射を行うことができるよう、多段噴射法により、各気筒２のインジェクタ５の微小噴射量域での燃料噴射量に対する通電時間の特性を学習する制御を行うことができる。
【００４５】
すなわち、アイドル運転状態において、所定の学習開始トリガーにより学習開始を判定し、１気筒毎に１サイクル当たり複数の噴射段に均等に分割して燃料を噴射する分割噴射に強制移行する。この学習開始判定は、テスト端子ＯＮを学習の開始トリガーとして強制学習開始とするとともに、ＩＧ（イグニッション）スイッチＯＮの回数１００回毎あるいは車両走行距離１００００ｋｍ毎（但し、学習が全ての設定噴射圧、全ての気筒について終了するまでは、ＩＧ及びマイレッジの再カウントを始めない。）に、水温６０〜８５℃で、外気温度０〜３５℃で、アイドル判定後４０秒経過という条件のＡＮＤ成立を開始トリガーとして学習開始と判定する。水温６０〜８５℃、外気温度０〜３５℃の条件は、水温６０℃未満あるいは８５℃超、外気温度０℃未満あるいは３５℃超では、失火条件が変わると考えられるためである。また、アイドル判定後４０秒経過は、アイドル運転が安定していることを条件とするためである。
【００４６】
そして、アイドル運転状態において、例えば図２に示すように、第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）、第２気筒（＃２）の点火順にそれぞれ例えば３段の分割噴射を行い、安定したアイドル運転状態が得られるまで、各気筒２のインジェクタ５毎に噴射段１段当たりの通電時間を調整（補正）する。そして、安定したアイドル運転状態が得られた時の各気筒２の第１段の噴射の通電時間を、各インジェクタ５の噴射量に対応する通電時間の学習値として更新記憶する。
【００４７】
この学習した通電時間は、安定したアイドル運転を得るのに必要な１サイクル当たりの燃料噴射量（必要噴射量）を噴射段の数で等分した噴射量に対応する通電時間である。そして、トータルの必要噴射量はエンジン仕様等によって（パワステ、エアコン等の負荷についても加味する必要がある）略一義的に決まるから、それが例えば５ｍｍ３／ｓｔｒで、分割噴射の段数が３であれば、その５ｍｍ３／ｓｔｒを３分割した５／３ｍｍ３／ｓｔｒが噴射段１段毎の噴射量と予測でき、したがって、その噴射量５／３ｍｍ３／ｓｔｒに対応する通電時間を学習したことになる。
【００４８】
こうして、各気筒２について、噴射段数が２〜５段のいずれか（好ましくは少なくとも４段）の分割噴射を行って、噴射段１段毎の噴射量に対する通電時間を学習し、また、噴射圧（コモンレール圧）を、実用域の異なる複数の噴射圧である例えば３５Ｍｐａ、５５Ｍｐａ、８５Ｍｐａと所定回数変化させて、それぞれの噴射圧について同様の処理を行うことにより、各インジェクタ５について、図３に示すような特性、すなわち、噴射圧毎の、噴射段１段当たりの通電時間（分割噴射量指示値）と噴射量との対応関係を学習できる。
【００４９】
各気筒２毎に複数の噴射圧について、それぞれ噴射段数を変えて学習した結果は、補間により、学習対象から外れた周囲の噴射量に対する通電時間の学習値に反映させ、図３に示すような特性を学習する。
【００５０】
噴射圧の変化による学習結果の変化は、図４に示すように気筒毎にそれぞれ異なる。また、同一噴射圧で気筒毎に学習した結果を周囲に反映させた特性傾向は、図５に示すように気筒毎にそれぞれ異なる。
【００５１】
また、前記のとおり噴射圧は異なる複数の噴射圧となるよう所定回数変化させるが、その際、それら異なる複数の噴射圧毎に予め設定された基本通電時間との偏差を求め、その偏差を補正値として学習値を更新記憶するとともに、前記補正値を周囲の噴射圧における学習値の更新記憶に反映させる。例えば、図６に示すように、学習結果であるＴｑ（通電時間と噴射量との特性）の学習値を、予め定めたベースＴｑマップの基準値（０μsec）との偏差として記憶し、その値に基づいて、直線補間により、学習対象から外れた噴射圧に対するＴｑ学習値に反映させる。但し、図６に示すように、実際に学習した噴射圧の下限以下（３５ＭＰａ以下）と、上限以上（８５Ｍｐａ以上）へは外挿せず、その下限および上限における補正値を持ち続ける。
【００５２】
こうして、テスト端子ＯＮか、ＩＧスイッチＯＮ１００回毎あるいは車両走行距離１００００ｋｍ毎に各気筒２のインジェクタ５の微小噴射量域での通電時間に対する通電時間の特性を学習し、その結果に基づいて常時はパイロット噴射を行う。それにより、安定したパイロット噴射が可能となる。例えば、１サイクル当たりの必要噴射量が５ｍｍ３／ｓｔｒで、それを３分割で噴射して学習した場合、気筒２毎に噴射段１段毎の噴射量と考えられる１．７ｍｍ３／ｓｔｒを噴射するのに必要なＴｑ学習値（指令値）が分かるので、ベースＴｑマップ上での１.７ｍｍ３／ｓｔｒ時Ｔｑ値との差を補正値として、以降のパイロット噴射のＴｑ指令値に±補正する。それによって、噴射量１.７ｍｍ３／ｓｔｒのパイロット噴射を安定化させることができる。
【００５３】
この多段噴射法による学習制御は、図７に示すフローチャートにより実行する。以下、図７のフローチャートに基づいて前記多段噴射法による学習制御の具体的な処理を説明する。
【００５４】
このフローチャートの処理は、テスト端子ＯＮか、ＩＧスイッチＯＮ１００回毎あるいは車両走行距離１００００ｋｍ毎にスタートし、スタートすると、ステップＳ１０１で、学習実行判定および段数判定を行う。すなわち、例えば水温６０〜８５℃で、外気温度０〜３５℃で、アイドル判定後４０秒経過という条件のＡＮＤ成立時に学習実行と判定し、分割噴射を例えば４段で行うとして、その４段の分割噴射が可能かどうかを判定する。
【００５５】
そして、学習実行と判定し、且つ、実行予定の段数が可能であると判定すると、ステップＳ１０２に進んで、燃焼を安定させるよう、燃焼に係わる各種デバイスの設定を固定する。すなわち、ＥＧＲ弁５３、吸気シャッタ弁３３およびスワールコントロール弁３８の制御を停止し、ＶＧＴ目標過給圧を固定する。そして、目標レール圧（噴射圧）を例えば３段階のいずれかに固定する。また、所定の順番に学習対象とする気筒（＃ｎ）について、各噴射段の通電時間であるＱ指示値（分割噴射量指示値）を固定し、各段の噴射タイミングを固定し、また、各噴射段に対して、インジェクタ５の開閉による圧力波の影響を考慮して各段の噴射を均等化するためのインターバル補正を織り込む。
【００５６】
そして、ステップＳ１０３で、目標アイドル回転数を設定し、次いで、ステップＳ１０４で、燃料噴射量（通電時間）の調整によるアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）によってエンジンの回転数を安定化させるとともに、回転速度（角速度）変動が各気筒均等になるように燃料噴射量を調整する（気筒間補正）。
【００５７】
そして、ステップＳ１０５で、回転数および気筒間変動が安定するのを待つために、規定時間または規定サイクルが経過したか否かを見て、経過していなかったらステップＳ１０１に戻り、経過したら次のステップＳ１０６へ進む。
【００５８】
そして、ステップＳ１０６へ進むと、回転数および気筒間変動が安定した状態でのステップＳ１０４による各気筒の補正後の第１段目の噴射段のＴｑ学習値（指示値）を更新記憶する。これで、その気筒の学習が噴射圧１段階について終了する。
【００５９】
そして、ステップＳ１０７へ進み、レール圧（噴射圧）が３段階完了したか否かを見て、完了していないときは、ステップＳ１０２へ戻る。そして、目標レール圧を変えてステップＳ１０６までの処理を繰り返す。学習の順番は、噴射圧の低い方からの順番とするのがよい。
【００６０】
そして、レール圧３段階が完了すれば、ステップＳ１０８へ進み、４気筒全部について学習が完了したか否かを見て、完了していなければ、ステップＳ１０２へ戻り、対象気筒を変えてステップＳ１０７までの処理を繰り返す。そして、完了すれば、この制御を終了する。
【００６１】
なお、このフローチャートによる学習制御は、分割噴射を例えば３段とか４段とかに固定して行う例であって、段数を変える場合には改めてフローを開始する必要があるが、同一フローの処理の中で分割噴射の段数を順次変化させるような制御とすることも可能である。
【００６２】
また、この制御では、分割噴射の各段の噴射量の設定を均一なものとしたが、各噴射段の噴射量の設定は差異があってもよく、その場合、少なくとも最小噴射量となる噴射段の通電時間を学習することで、微小噴射量域での安定した噴射のための通電時間を学習することができる。
【００６３】
本発明の実施の形態では、インジェクタ５の個体差や経年変化によるバラツキに影響されることなく安定したパイロット噴射を行うことができるよう、失火検出法によってパイロット噴射の下限値（失火限界の通電時間）を学習する制御を行う。
【００６４】
この実施の形態において、失火検出法による学習制御は、アイドル運転状態において実行するもので、所定の学習開始トリガーにより学習開始を判定する。この学習開始判定は、前記多段噴射法と同様、テスト端子ＯＮを学習の開始トリガーとして強制学習開始とするとともに、ＩＧ（イグニッション）スイッチＯＮの回数１００回毎あるいは車両走行距離１００００ｋｍ毎（但し、学習が全ての設定噴射圧、全ての気筒について終了するまでは、ＩＧ及びマイレッジの再カウントを始めない。）に、水温６０〜８５℃で、外気温度０〜３５℃で、アイドル判定後４０秒経過という条件のＡＮＤ成立を開始トリガーとして学習開始と判定するものである。
【００６５】
そして、アイドル運転状態において、例えば図８に示すように、第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）、第２気筒（＃２）の点火順にそれぞれパイロット噴射とメイン噴射とからなる燃料噴射を行いつつ、１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量（必要噴射量）をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせ（図８に丸付き数字１の矢印で示す）、次いで、そのリタードした状態で、１サイクル毎のトータルの噴射量は変えずに、パイロット噴射のための通電時間を変化（漸減あるいは漸増）させて（図８に丸付き数字２の矢印で示す）、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値を更新記憶する。
【００６６】
なお、この場合の噴射時期のリタードは、学習対象とする気筒（図８においては＃１）のみのリタード（図８の丸付き数字１の矢印）でもよいし、全気筒をリタードさせるのでもよい（図８に丸付き数字１ ' の矢印で示す）。学習するレール圧（噴射圧）は、例えば３５Ｍｐａ、５５Ｍｐａ、８５Ｍｐａの３水準とするが、８５Ｍｐａとかの高い噴射圧については、エンジン音が大きくなってユーザー（ドライバー）の違和感を与える恐れがあるため、全気筒についてリタードさせ、半失火させることによって、音を抑えるようにするのがよい。
【００６７】
この実施の形態において、失火限界は、エンジンの回転速度変動（角速度変動）によって検出する。具体的には、全気筒をリタードさせる例について説明すると、例えば図９に示すように、学習対象の気筒が＃４である場合に、＃１、＃３、＃４、＃２の点火順にそれぞれパイロット噴射とメイン噴射とからなる燃料噴射を行い、その噴射時期を、必要噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期までリタードさせて、その状態で、＃４のみ、パイロット噴射の噴射量を小さくするようパイロット噴射の通電時間（パルス幅）を漸減させ、学習対象とした気筒（＃４）のについて、クランク角センサ２０の被検出用プレートの外周部に形成された１５゜ＣＡ（クランク角）間隔の歯のうちの、例えば、着火順序が当該学習対象気筒（＃４）の直前の気筒（＃３）の上死点（ＴＤＣ）位置を検出した７歯目の通過時間と、上死点後（ＡＴＤＣ）１０５゜ＣＡを検出した２歯目の通過時間との時間差から算出した値を、回転速度差（回転速度差４）に対応する回転速度時間差（回転速度時間差４）すなわち回転速度変動として、その値が所定値以上となった時の当該学習対象気筒（＃４）のパイロット噴射の通電時間を、失火限界と判定する。
【００６８】
回転速度変動による失火限界の検出は、このように回転速度差（回転速度時間差）が所定値（絶対値）以上であるかどうかを判定することで可能であり、検出した失火限界の通電時間もしくは、その通電時間に燃焼安定性を考慮して所定の通電時間を加算した通電時間を制御の下限値として学習する。この方法を図１０にａで示す。ａは、回転速度差を本来の失火限界回転速度差よりも安定して燃焼する図１０の下方側に設定し、その時の通電時間を制御の下限値として学習するものである。また、他の気筒との回転速度差を見て判定してもよい。例えば、＃１を検出しているときは＃４を、＃３を検出しているときは＃２を見る。また、図１０にｂで示すように、失火の変曲点を見つけて、その変曲点から所定量下方（回転変動差が小さく安定して着火する側）にｂを設定し、その時の通電時間を制御の下限値として学習することもできる。
【００６９】
そして、噴射圧（コモンレール圧）を、実用域の異なる複数の噴射圧である例えば３５Ｍｐａ、５５Ｍｐａ、８５Ｍｐａと所定回数変化させて、それぞれの噴射圧について同様の処理を行う。また、各噴射圧で気筒毎に学習した結果を周囲に反映させる。圧力は低いほうからの順番とする。
【００７０】
噴射圧の変化による学習結果の変化は、例えば図１１に示すように、気筒毎にそれぞれ異なる。また、同一噴射圧で気筒毎に学習した結果を周囲に反映させた特性傾向は、図１２に示すように気筒毎にそれぞれ異なる。
【００７１】
こうした制御で各気筒を順次学習する。その学習の順序は、学習中の気筒と、その次ぎに学習する気筒との点火順序が隣接したのでは、角速度変動の影響を受けて後の気筒が失火し、失火が連続してエンストの恐れがあるため、＃１、＃２、＃４、＃３の順番に各気筒の学習を行うようにするのがよい。
【００７２】
こうして、テスト端子ＯＮか、ＩＧスイッチＯＮ１００回毎あるいは車両走行距離１００００ｋｍ毎に各気筒２のインジェクタ５の微小噴射量域での通電時間に対する通電時間の特性を学習し、その結果に基づいてパイロット噴射を行う。それにより、安定したパイロット噴射が可能となる。
【００７３】
この実施の形態の失火検出法による学習制御は、図１３に示すフローチャートにより実行する。以下、図１３のフローチャートに基づいて前記失火検出法による学習制御の具体的な処理を説明する。
【００７４】
このフローチャートの処理は、テスト端子ＯＮか、ＩＧスイッチＯＮ１００回毎あるいは車両走行距離１００００ｋｍ毎にスタートし、スタートすると、ステップＳ２０１で、学習実行判定を行う。すなわち、例えば水温６０〜８５℃で、外気温度０〜３５℃で、アイドル判定後４０秒経過という条件のＡＮＤ成立時に学習実行と判定する。
【００７５】
そして、学習実行と判定すると、ステップＳ２０２に進んで、燃焼を安定させるよう、燃焼に係わる各種デバイスの設定を固定する。すなわち、ＥＧＲ弁５３、吸気シャッタ弁３３およびスワールコントロール弁３８の制御を停止し、ＶＧＴ目標過給圧を固定する。そして、目標レール圧（噴射圧）を例えば３段階のいずれかに固定する。また、所定の順番に学習対象とする気筒（＃ｎ）について、パイロット噴射の通電時間であるＱ指示値（パイロット噴射指示値）を固定し、メイン噴射タイミングを固定し、また、インジェクタ５の開閉による圧力波の影響を考慮するためのパイロットインターバルを固定する。そして、目標アイドル回転数を設定する。
【００７６】
次いで、ステップＳ２０３で、学習対象気筒（＃ｎ）についてのみ、噴射タイミングを変更（失火限界手前までリタード）して固定し、それに合わせてメイン噴射タイミングおよびパイロットインターバルを変更して固定する。ここで、学習対象気筒（＃ｎ）の噴射タイミングおよびパイロットインターバルは、実際にパイロット噴射がゼロになると必ず失火する条件で設定する。その条件はレール圧によって異なるものである。また、この時、他の気筒の噴射タイミングおよびパイロットインターバルも同様に変更することも可能である。
【００７７】
そして、ステップＳ２０４で、燃料噴射量（通電時間）の調整によるアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）によってエンジンの回転数を安定化させるとともに、回転速度（角速度）変動が各気筒均等になるように燃料噴射量を調整する（気筒間補正）。その際、気筒間補正の補正量はメイン噴射の通電時間（Ｑ指示値）にのみ反映する。
【００７８】
そして、ステップＳ２０５で、気筒間補正の学習を一旦停止する。各インジェクタ５への補正値は保持する。
【００７９】
そして、ステップＳ２０６で、学習対象気筒（＃ｎ）について、パイロット噴射の通電時間（Ｑ指示値）を徐々に減らしていき、減らした分だけメイン噴射の通電時間（Ｑｍａｉｎ）を増やす。
【００８０】
そして、ステップＳ２０７で、学習対象気筒（＃ｎ）について、回転速度を規定回数計算し、ステップＳ２０８で、回数速度差が閾値を越えた回数が規定回数以上かどうかで失火を判定する。ここでは、回数速度差が閾値を越えた回数が規定回数以上のときに失火と見なすのであり、ステップＳ２０８の判定で、失火と判定しなかった時は、ステップＳ２０６へ戻り、ステップｓ２０７までの処理を繰り返す。
【００８１】
そして、ステップＳ２０８で失火と判定した時は、ステップＳ２０９で、その失火し始めたと時のパイロット噴射の通電時間（ＴＱ）を更新記録する。
【００８２】
そして、ステップＳ２１０で、その失火し始めたと時のパイロット噴射の通電時間（ＴＱ）に所定の余裕代（α）を持たせて、学習対象気筒（＃ｎ）のパイロット噴射通電時間（ＴＱ）を固定する。但し、パイロット噴射のＱ指示値は、安定して噴ける値にしてから学習を開始できるよう、前回の学習値に対する反映量に所定のガード（例えば前回学習値＋０．５）をかける。これで、その学習対象気筒（＃ｎ）の学習が噴射圧１段階について終了する。
【００８３】
そして、ステップＳ２１１へ進み、レール圧（噴射圧）が３段階完了したか否かを見て、完了していないときは、ステップＳ２０２へ戻る。そして、目標レール圧を変えてステップＳ２１０までの処理を繰り返す。学習の順番は、噴射圧の低い方からの順番とするのがよい。
【００８４】
そして、レール圧３段階が完了すれば、ステップＳ２１２へ進み、４気筒全部について学習が完了したか否かを見て、完了していなければ、ステップＳ２０２へ戻り、対象気筒を変えてステップＳ２１１までの処理を繰り返す。
【００８５】
そして、全気筒完了すれば、ステップステップＳ２１３で、通常の条件に戻して、ＩＳＣおよび気筒間補正の制御を実行し、補正量はメイン噴射の噴射指示値Ｑのみ反映する。そして制御を終了する。
【００８６】
なお、この実施の形態では、パイロット噴射とメイン噴射の噴射量の合計を一定としてパイロット噴射量の変化に伴いメイン噴射量を変化させているが、メイン噴射量を一定としてパイロット噴射量のみを変化させる方法も可能である。
【００８７】
以上、多段噴射法による制御および失火検出法による制御について説明したが、いずれの場合についても該当する事項として、さらに次の点に留意が必要である。
【００８８】
ａ．学習するレール圧（噴射圧）によって、学習に最適な噴射タイミング、インターバル等の要求が異なるため、噴射タイミング、インターバル等の設定は学習するレール圧に対して個々別々に決めるようにするのがよい。
【００８９】
ｂ．各噴射圧、各気筒の学習が終了して次の噴射圧、気筒の学習に移る前に、学習結果を復習するルーチンを設け、各噴射圧、各気筒の学習終了後毎回、１０サイクル程度は学習結果を反映した運転を実施し、失火確認０回であれば次の学習を開始するようにするのがよい。
【００９０】
ｃ．次の（１）〜（３）を学習の禁止条件とし、学習中それらの条件に該当した時は、直ちに学習を中止し、次に学習条件が成立するまで学習しないようにするのがよい。
（１）図７のフローチャートのＳ１０１および図１３のフッローチャートのＳ２０１で説明した学習実行判定の条件を逸脱した場合
（２）アイドル判定から外れた場合
（３）図７のフローチャートのＳ１０５あるいは図１３のフッローチャートのＳ２０８の判定がＮＯの場合のルーチンが１０回以上回ってしまった場合（この場合は、直ちに学習を中止し、次のＩＧＯＮまで学習しない。）
【００９１】
ｄ．途中で学習を停止しても、次回に、停止したところから開始できるよう、気筒別圧力別学習終了フラグを設定するのがよい。
【００９２】
また、多段噴射法と失火検出法を組み合わせることにより、失火限界を学習するとともに、実用域の燃料噴射量の変化の範囲で噴射量特性を学習するようにしてもよい。
【００９３】
本発明は、燃料噴射用のインジェクタとして、電磁式のインジェクタ以外に、ピエゾ素子をアクチュエータとしたインジェクタ等を使用したデーゼルエンジンにも適用できる。
【００９４】
また、本発明は、パイロット噴射に限らず、例えば、低速低負荷時に略均等に２分割、３分割等の噴射を行う分割噴射等、多様な分割噴射に広く適用することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のよればパイロット噴射等の分割噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、インジェクタの個体差や経年変化によるバラツキに影響されることなく安定して燃料を噴射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるエンジン制御系の全体構成図である。
【図２】 多段噴射法における学習時の噴射態様の説明図である。
【図３】 多段噴射法における分割噴射の態様変化および噴射圧の変化による学習制御を説明するグラフである。
【図４】 多段噴射法における噴射圧の変化による気筒毎の学習結果の比較を示すグラフである。
【図５】 多段噴射法における同一噴射圧での気筒毎の学習結果の比較を示すグラフである。
【図６】 多段噴射法における学習結果の反映方法を示すグラフである。
【図７】 多段噴射法における学習制御のフローチャートである。
【図８】 失火検出法における学習時の噴射態様の説明図である。
【図９】 失火検出法における学習制御を説明するタイムチャートである。
【図１０】 失火検出法における学習制御のための失火判定を説明するグラフである。
【図１１】 失火検出法における噴射圧の変化による気筒毎の学習値の変化を示すグラフである。
【図１２】 失火検出法における気筒毎の学習結果を示すグラフである。
【図１３】 失火検出法における学習制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 気筒
５ インジェクタ
６ コモンレール
８ 燃料圧力センサ
１０ 燃料供給ポンプ
２０ クランク角センサ
２２ エンジン水温センサ
５７ コントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (7)

  1. 通電時間で燃料噴射量を制御するインジェクタを備え、所定の運転状態において１気筒毎に１サイクルの間にメイン噴射の前にメイン噴射より噴射量の少ないパイロット噴射を行うディーゼルエンジンの制御装置において、
    所定の低回転低負荷運転状態において１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせた状態で、１気筒毎のメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量を一定に保ったままパイロット噴射のための通電時間を変化させて、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値を更新記憶する学習手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  2. 当該ディーゼルエンジンは多気筒で、前記学習手段は、学習対象とした気筒の圧縮上死点後所定クランク角を通過した時間と圧縮上死点を通過した時間との時間差から算出した回転速度と、着火順序が当該学習対象気筒の直前の気筒の圧縮上死点後所定クランク角を通過した時間と圧縮上死点を通過した時間との時間差から算出した回転速度との差が、所定値以上の時の通電時間を、失火限界と判定する請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  3. 前記学習手段は、学習対象とした気筒についてパイロット噴射のための通電時間を所定の燃焼状態が得られた時の通電時間から漸減させて失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間より所定時間長い通電時間をパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値として更新記憶する請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  4. 噴射圧を変化させ、前記学習手段により、異なる複数の噴射圧毎に前記学習値の更新記憶を実行する請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  5. 当該ディーゼルエンジンは多気筒で、前記学習手段により気筒毎に前記学習値の更新記憶を実行する請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  6. 通電時間で燃料噴射量を制御するインジェクタを備え、所定の運転状態において１気筒毎に１サイクルの間にメイン噴射の前にメイン噴射より噴射量の少ないパイロット噴射を行うディーゼルエンジンの制御装置において、
    所定の低回転低負荷運転状態において１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせた状態で、１気筒毎のメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量を一定に保ったままパイロット噴射のための通電時間を変化させて、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間の下限値の学習値を更新記憶するとともに、前記所定の低回転低負荷運転状態においてパイロット噴射とメイン噴射とで所定の燃焼状態が得られた時のパイロット噴射の通電時間を、前記所定の低回転低負荷運転状態において前記所定の燃焼状態を得るのに必要な１サイクル当たりの燃料噴射量から割り出したパイロット噴射の噴射量に対応する通電時間の学習値として更新記憶する学習手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  7. 通電時間で燃料噴射量を制御するインジェクタを備え、所定の運転状態において１気筒毎に１サイクルの間にメイン噴射の前にメイン噴射より噴射量の少ないパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、
    所定の低回転低負荷運転状態において１気筒毎にメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界噴射時期まで噴射時期をリタードさせた状態で、１気筒毎のメイン噴射の噴射量とパイロット噴射の噴射量とを合計した噴射量を一定に保ったままパイロット噴射のための通電時間を変化させて、失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値を更新記憶することを特徴とするディーゼルエンジンの制御方法。
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