JP3900755B2 - エンジンの燃料着火時期検出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、エンジン出力軸の回転変動を検出することによりエンジンの燃料着火時期を検出する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃料噴射に関して、ディーゼルエンジンのように圧縮着火式のエンジンにおいては勿論、ガソリンエンジンにおいても、噴射圧力の高圧化を図り、燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方式として、インジェクタの先端部に形成されている噴孔から燃料を直接に燃焼室内に噴射する、所謂、直噴式の燃料噴射方式が知られている。
【０００３】
多気筒エンジンにおいては、高圧燃料ポンプから送り出された燃料を蓄圧状態に貯留しコモンレールから複数のインジェクタに燃料を供給するコモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、燃料ポンプによって所定圧力に加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、コモンレールに貯留された加圧燃料をコントローラが算出した燃料噴射量及び燃料噴射時期等のエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射条件で各インジェクタから燃焼室内に噴射するシステムである。コモンレールから燃料供給路を通じて各インジェクタの噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧が作用しており、各インジェクタは噴孔に至る燃料を通過又は遮断するように作動する電磁弁を備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁弁の作動とを制御している。
【０００４】
従来から、インジェクタの燃料噴射特性にバラツキがあることに起因して、燃料噴射の圧力と噴射期間とが同一条件に設定されても、燃料噴射量はインジェクタごとに異なっており、特にエンジンのアイドル運転時や低負荷運転時には、燃料噴射量のバラツキは気筒間で燃焼状態のバラツキをもたらし、エンジンの振動や騒音が発生するという問題点がある。この問題点に対処する一つの方策として、燃料噴射の前後において変化する燃料圧力、即ち、コモンレール圧力から実際の燃料噴射量を計算して、エンジンの運転状態から求められる基本燃料噴射量を補正して、インジェクタ毎の燃料噴射のバラツキを防止することを図る燃料噴射装置が提案されている（特開昭６２−１８６０３４号公報参照）。また、各気筒の燃焼による回転変動を検出し、同一の目標燃料噴射量に基づく噴射量制御のもとでは、燃料が多く噴射された気筒ではクランク軸の回転が速くなり、燃料噴射量が少ない気筒ではクランク軸の回転が遅くなることに着目して、燃焼バラツキをなくすことを意図した燃料噴射制御を行うことも提案されている。
【０００５】
ところで、４サイクルエンジンにおいて、燃焼室内で燃料が燃焼すると、エンジンの出力軸にはトルクが発生する。上死点に至るまで吸気弁及び排気弁が共に閉じた状態にあるとすると、ピストンが上死点に達する前の圧縮行程中に燃焼が開始する場合には燃料が着火・燃焼して燃焼室内で発生した熱によってピストンの上昇を抑える方向にトルクが発生するので、クランク軸の回転速度は減少する。反対に、ピストンが上死点に達した後の膨張行程中に燃焼が開始する場合には燃料が着火・燃焼して燃焼室内で発生した熱を受けた燃焼ガスによってピストンの下降を後押しするようにトルクが発生するので、クランク軸の回転速度は増加する。このように、クランク軸の回転速度は、クランク軸の回転角度に応じて、時々刻々、変動し、平均回転速度の上下に変動を繰り返す。クランク軸の回転速度は、通常、クランク軸が一定角度回転する毎に発生するクランク角センサの出力パルスの時間間隔をカウンタによって求める。クランク軸の回転速度を角度で微分することでクランク角速度の変化を捕らえるには、クランク角度の分解能が充分大きく、且つ分解能に対応してカウンタが計測可能となるためにＣＰＵのクロックもある程度速いことが必要である。
【０００６】
エンジンが例えばモータリング、即ち、燃料を噴射しない運転状態にあるときに変動するエンジン出力軸の回転速度と、実際に燃料を燃焼室に噴射して燃焼を行ったときに変動するエンジン出力軸の回転速度との偏差は、燃焼室内での燃料の燃焼により発生する熱に起因して生じていると考えられる。モータリング運転状態と、燃焼状態とにおけるクランク軸の回転変動の差分を取ると、燃焼によるクランク軸の回転速度の変動を捕らえやすい。この変動差分に着目して、燃料噴射時期及び燃料噴射量の補正を行うことが可能である。本出願人は、既に、熱発生率に相当するエンジン出力軸の回転速度を検出することにより、各気筒の燃料噴射量のバラツキによる燃焼のバラツキを把握し、また燃焼のタイミングも考慮して燃料の着火時期のバラツキに起因する燃焼バラツキを把握して、燃焼バラツキをより一層正確に捉えて、燃焼バラツキを解消することが可能なエンジンの燃料噴射制御装置を提供している（特開２０００−２９１４６６号）。
【０００７】
このエンジンの燃料噴射制御装置によれば、燃料が噴射されず且つ無負荷状態でのエンジンの出力軸であるクランク軸の基準回転速度に関する情報を含む基準信号が、記憶手段としてのコントローラのメモリ（ＲＯＭ）に記憶されており、エンジンの出力軸の回転に伴って、回転センサは回転軸の実回転速度に関する情報を含む検出信号を出力する。エンジンが燃焼状態にあるときに入力手段に入力された検出信号と記憶手段から読み出された基準信号とに基づいて、偏差算出手段が、燃焼行程にある気筒毎に、燃料の燃焼に起因して生じる実回転速度と基準回転速度との回転速度偏差を算出する。偏差算出手段が算出した回転速度偏差に基づいて求めた実燃料噴射状態とエンジンの運転状態から求めた目標燃料噴射条件とに基づいて、噴射条件決定手段が各気筒における最終燃料噴射条件を決定する。噴射条件決定手段が決定した最終燃料噴射条件に応じた制御信号を出力手段が出力し、インジェクタからの燃料の噴射は目標燃料噴射条件で実行される。
【０００８】
しかしながら、実際に車載した状態で、モータリング運転状態でのクランク軸の回転速度のデータを取ることは困難である。即ち、このようなエンジンの燃料噴射制御装置では、モータリング状態でのクランク軸の基準回転速度に関する情報を用意してコントローラに記憶させておく必要がある。エンジンの回転変動の波形は、回転速度が高くなるほど慣性等によって振幅が小さくなる等、回転速度に応じて変化するため、一定の基準波形として記憶させることはできない。したがって、複数の基準回転速度においてエンジンの回転変動の波形を記憶させていても、エンジンの回転速度が基準回転速度から僅かに変化するだけで、正確な燃焼状態を検出することが困難になる。また、エンジン毎の回転速度のバラツキ、センサの検出特性のバラツキ、及びエンジンの状態によるフリクション変化にも影響され、予め多数の基準波形データを用意することになり、多くのメモリ、高速さ演算装置が必要となるため好ましくない。
【０００９】
インジェクタから噴射された燃料の着火時期が上死点を通過した直後である場合には、上死点前のエンジンの回転速度の変動には、燃料の燃焼によって生じた熱の影響は及んでいない。また、エンジンがモータリング運転状態にあるときには、上死点前のエンジンの回転速度の変動と上死点後のエンジンの回転速度の変動とは実質的に対称的に変化することが経験的に分かっている。そこで、上死点に至る前の所定範囲におけるクランク角度でのエンジンの出力回転速度の変動を検出し、その上死点前のエンジンの出力回転速度の変動データを利用して、エンジンの平均的な出力回転速度が変化しても、エンジンの燃料着火時期を的確に検出する点で解決すべき課題がある。
【００１０】
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、モータリング状態でのクランク軸の複数の基準回転速度に関する情報を用意してコントローラに記憶させておく必要がなく、また、エンジンの回転速度が基準回転速度から変化しても、燃料の燃焼に基づく回転速度の変動を正確に検出することを可能にし、更に、エンジン毎の回転速度のバラツキ、センサの検出特性のバラツキ、及びエンジンの状態によるフリクション変化があっても、回転速度の変動についての基準波形データを得ることを可能にするエンジンの燃料着火時期検出方法及びその装置を提供することである。
【００１１】
前記目的を達成するため、この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法は、エンジンのクランク軸の実回転変動を回転センサによって検出し、前記クランク軸の上死点前における所定の回転角度の範囲に渡って前記回転センサが検出した燃料着火前の実回転変動を上死点前基準回転変動波形データとし、前記上死点前基準回転変動波形データを前記上死点を境に反転させて上死点後基準回転変動波形データとして、前記上死点後の前記実回転変動と前記上死点後基準回転変動波形データとの回転変動偏差に基づいて燃料の着火・燃焼に起因して生じる前記エンジンの燃料着火時期を算出することから成り、前記エンジンの燃料着火時期は、前記回転変動偏差が所定の閾値を超える時期と燃料着火時期とを対応させて予め作成された燃料着火時期マップに基づいて、前記回転変動偏差が前記閾値を超える時期に対応した実際の前記燃料着火時期を求める実燃料着火時期の算出に適用されることから成るものである。
【００１２】
同じく、前記目的を達成するため、この発明によるエンジンの燃料着火時期検出装置は、エンジンのクランク軸の実回転変動を検出する回転センサ、前記クランク軸の上死点前における所定の回転角度の範囲に渡って前記回転センサが検出した燃料着火前の実回転変動を上死点前基準回転変動波形データとして記憶すると共に、前記上死点前基準回転変動波形データを前記上死点を境に反転させて上死点後基準回転変動波形データとして記憶する記憶手段、及び前記上死点後の前記実回転変動と前記上死点後基準回転変動波形データとの回転変動偏差に基づいて燃料の着火・燃焼に起因して生じる前記エンジンの燃料着火時期を算出する燃料着火時期算出手段から成り、前記エンジンの燃料着火時期は、前記回転変動偏差が所定の閾値を超える時期と燃料着火時期とを対応させて予め作成された燃料着火時期マップに基づいて、前記回転変動偏差が前記閾値を超える時期に対応した実際の前記燃料着火時期を求める実燃料着火時期の算出に適用されることから成るものである。
【００１３】
この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及びその装置によれば、エンジンのクランク軸の実回転変動は、回転センサによって前記クランク軸の回転角度の進行に伴って検出される。前記クランク軸の上死点前における所定の回転角度の範囲に渡って前記回転センサが検出した燃料着火前の実回転変動が上死点前基準回転変動波形データとされる。上死点後基準回転変動波形データは、上死点前基準回転変動波形データと上死点を境に対称とみなし得るので、前記基準回転変動波形データを前記上死点を境に反転させて得られたデータが上死点後基準回転変動波形データとされる。燃料着火時期検出装置においては、これらのデータは、記憶手段に記憶される。前記上死点後の前記実回転変動と前記上死点後基準回転変動波形データとの回転変動偏差として算出されたデータに基づいて、燃料の着火・燃焼に起因して生じたエンジンの燃料着火時期を算出することが可能である。
【００１５】
このエンジンの燃料着火時期検出方法及びその装置は、前記エンジンの運転状態に基づいて決定される目標燃料着火時期と、前記燃料着火時期マップに基づいて算出された前記実燃料着火時期との着火時期偏差に基づいて、前記エンジンの運転状態に基づいて決定される燃料噴射時期の補正を行う燃料噴射制御に適用されるものである。
【００１６】
このエンジンの燃料着火時期検出方法及びその装置において、前記燃料噴射時期の補正は、前記着火時期偏差に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標燃料噴射時期を前記着火時期補正量で補正することにより最終目標燃料噴射時期を求めていることから成る。
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるエンジンの燃料着火時期の検出の一例を説明するグラフであり、エンジン出力軸（以下、単に「出力軸」という）であるクランク軸が上死点ＴＤＣの前後の一定角度範囲において、上死点ＴＤＣ後に燃料の着火・燃焼を行ったときの上死点前の実際の回転速度である出力軸の実回転速度（データＡ）、データＡを上死点を境に反転した仮想の回転速度（データＢ）、及び上死点後の実際の回転速度である出力軸の実回転速度（データＣ）を示すグラフである。図２〜図４は、それぞれ、この発明によるエンジンの燃料着火時期の検出において、燃料噴射時期を変化させた場合のエンジン回転速度、気筒の筒内圧力及び燃料の着火の有無によるエンジン回転変動偏差を示すグラフである。
【００１９】
図１のグラフに示すように、上死点（ＴＤＣ）後に燃料が着火・燃焼する場合には、上死点前にクランク角センサの出力パルスから求めたクランク軸の回転変動のデータＡを上死点前基準回転変動波形データとして取り、コントローラのメモリに記憶する。上死点を境にデータＡを反転して、上死点後にも燃料が着火・燃焼しないとした場合のクランク軸の回転変動のデータＢを、上死点後基準回転変動波形データとしてコントローラのメモリに記憶する。したがって、データＡとデータＢとは、上死点を境に線対称の曲線であるが、このことは実際に経験されるところと実質的に相違しない。データＡ，Ｂは、平均速度Ｎｅｍの上下で変動している。上死点で又は上死点後に燃料が着火・燃焼する場合のクランク角センサの出力パルスから求めたクランク軸の実回転変動のデータＣとデータＢとを比較することにより、その差分として燃料の燃焼に基づくクランク軸の回転変動偏差（図１においてハッチングで示した部分）を検出することができる。また、上死点前に燃料が着火・燃焼する場合には、実際のクランク軸の回転変動のデータとその平均回転速度でのクランク軸の回転変動のデータＡとの差分を取ることにより、燃料の燃焼に基づくクランク軸の回転変動偏差を求めることができる。
【００２０】
図２〜図４は、燃料噴射時期を変化させた場合のエンジン回転変動、気筒の筒内圧力、及びエンジン回転変動偏差を示すグラフである。図２は、噴射開始時期を変化させたときのエンジン回転変動を、上死点での回転速度を一致するようにオフセットして整理して示すグラフである。燃料噴射時期を遅らせるほどエンジン増加する回転変動の上昇が遅れることが分かる。また、図３は図２に対応して示す筒内圧力の変化を示すグラフであり、燃料噴射時期を遅らせるほど筒内圧力の上昇時期が遅れており、筒内圧力の上昇開始時期を見ることで、燃料着火時期を知ることができる。図４は図１で説明した上死点後の実際のクランク軸の回転変動のデータＣから、上死点前のクランク軸の回転変動のデータＡを差し引いた差分データのグラフである。閾値Ｓｔｈを設定し、回転変動偏差が閾値Ｓｔｈを超える時期が燃料着火時期として決定される。図５は図３に示す筒内圧力から算出した熱発生率から求められる燃料着火時期Ｔｒ（横軸）と、図４に示すクランク軸の回転変動偏差から求められる回転変化開始時期Ｔｖ（縦軸）との関係を示すグラフである。燃料着火時期Ｔｒと回転変化開始時期Ｔｖとは、実質的に一次式の相関関係にあることが分かる。この結果得られた一次回帰計算結果をマップとして記憶しておき、このマップに基づいて実燃料着火時期が推定される。
【００２１】
この発明によるクランク角の回転変動検出を燃料着火時期の決定に適用する場合に実行されるフローチャートが図７〜図９に示されている。図７は、エンジンの燃料噴射制御におけるＣＰＵメイン処理において、燃料着火時期の決定のために、クランク角度信号により行われる割込み処理を示すフローチャートである。各気筒において、クランク角度が上死点の前後２０°の範囲で、クランク角度の１°毎に割込み処理を行う。エンジンの回転速度に応じてクランク角度の１°に要する時間が異なるので、各割込み処理において、先ず、前回割込み時から現在割込み時までの時間が計測される（ステップ１）。ステップ１でカウントされた時間をメモリに保存する（ステップ２）。
【００２２】
図８は、燃料着火時期を推定するＣＰＵ処理を示すフローチャートである。図８に示すＣＰＵ処理は、上死点後のクランク角度２０°までの割込み処理が終了直後において、次回の上死点前のクランク角度（−２０°）までの割込み処理が開始される前までに実行される。上死点前のクランク角度の回転変動データ（図１に示すデータＡ）を上死点を境に反転して上死点後のクランク角の回転変動データ（図１に示すデータＢ）とし、上死点後の実回転変動データ（図１に示すデータＣ）との差分、即ち、回転変動偏差を求める（ステップ１０）。図１の記載を参照すると、ｎ（−２０〜＋２０）をクランク角として、回転変動偏差ｄＳｐｄ（ｎ）は、次の式（１）で表される。
ｄＳｐｄ（ｎ）＝Ｓｐｄ（ｎ）−Ｓｐｄ（−ｎ） 式（１）
【００２３】
ステップ１０で求めた回転変動偏差ｄＳｐｄ（ｎ）から、図４に示すように、回転変動偏差ｄＳｐｄ（ｎ）が閾値Ｓｔｈを超える時期（クランク角）を回転変化開始時期Ｔｖとして決定する（ステップ１１）。即ち、回転変動偏差ｄＳｐｄ（ｎ）は連続的なデータではないので、ｄＳｐｄ（ｎ）＞Ｓｔｈ≧ｄＳｐｄ（ｎ−１）となるクランク角ｎを求め、この時のクランク角ｎを閾値超え直後のクランク角Ｎとする。回転変化開始時期Ｔｖは、式（２）を用いて線形補間することにより、割込みによる分解能よりも一層細かいクランク角を推定できる。
Ｔｖ＝［Ｓｔｈ−ｄＳｐｄ（Ｎ−１）］×Ｔ／［ｄＳｐｄ（Ｎ）−ｄＳｐｄ（
Ｎ−１）］＋Ａｎｇ（Ｎ−１） 式（２）
ここで、Ｔはクランク角速度計測周期であり、この実施例では１°である。また、Ａｎｇは割込み時のクランク角であり、この実施例では１°毎の割込みであるので、Ａｎｇ（Ｎ−１）は［Ｎ−１］である。Ｎ＝３としたときの線形補間による回転変化開始時期Ｔｖの推定の仕方が図６に示されている。図６において、クランク軸の回転変動偏差ｄＳｐｄは、ｎを実数とすると一般的には実線で示すように曲線となるが、ｄＳｐｄ（２）とｄＳｐｄ（３）との偏差を破線で示すように直線で近似して結び、この近似直線と閾値Ｓｔｈとクロスするクランク角を回転変化開始時期Ｔｖとして推定する。予め作成されて記憶されている図５に示す回転変化開始時期と燃料着火時期との相関マップから、回転変化開始時期Ｔｖに対応する実燃料着火時期Ｔｒが求められる（ステップ１２）。
【００２４】
実燃料着火時期Ｔｒは、ＣＰＵメイン処理で計算される基本燃料噴射時期算出ルーチンにおいて、実燃料着火時期Ｔｒが目標燃料着火時期Ｔｔに一致するように、インジェクタへの燃料噴射開始時期Ｔｉがフィードバック補正される。具体的には、実燃料着火時期Ｔｒと目標燃料着火時期Ｔｔとの着火時期偏差ΔＴに基づいて着火時期補正量を求め、目標燃料噴射時期を着火時期補正量で補正することにより、最終目標燃料噴射時期を求めることで、燃料噴射時期が補正される。現実には、コントローラがインジェクタの電磁アクチュエータに制御信号を出力するためのコマンドパルス信号の出力時期が補正される。
【００２５】
図９及び図１０を参照して、アイドリング時に燃料着火時期を強制的に上死点以後に生じさせて、気筒毎に個体バラツキや経年変化バラツキに起因した回転変動偏差バラツキを学習制御する例について説明する。図９は、アイドリング時の学習制御を示すフローチャートである。アイドリング時の学習制御は、エンジン運転中に常にこのフローチャートが参照されるが、アイドル学習フラグＦのデータは、エンジン運転終了時にクリアされる。アイドル学習フラグＦが０であるか否かが判定され（ステップ２０）、アイドル学習が完了していれば直ちにこのフローは終了するが、アイドル学習が未完（アイドル学習フラグＦは０）であればアイドル学習モードに移行する。現在のエンジンの運転状態がアイドル運転状態であるか否かが判定される（ステップ２１）。エンジンの運転状態がアイドル運転状態でなければ、アイドル学習は実行されない。学習モードでは、目標燃料噴射時期が強制的に上死点後に設定される（ステップ２２）。実際には、燃料着火時期が上死点後であればよい。この時、目標燃料着火時期Ｔｔも演算される。上死点後に燃焼が開始されるとき、図８に示す実燃料着火時期推定ロジックを用いて、実際の燃料着火時期、即ち、実燃料着火時期Ｔｒが求められる（ステップ２３）。実燃料着火時期推定マップは１つでよい。実燃料着火時期Ｔｒは気筒毎に求められる。ここで、ｃは気筒番号を示す。目標燃料着火時期Ｔｔと実燃料着火時期Ｔｒ（ｃ）との偏差Ｔｅ（ｃ）を演算する（ステップ２４）。すべての気筒について着火時期の偏差Ｔｅ（ｃ）が求められたか否かが判定される（ステップ２５）。すべての気筒について偏差Ｔｅ（ｃ）が求められていなければ、ステップ２１に戻って、演算を繰り返す。全気筒について偏差Ｔｅ（ｃ）が求められていれば、アイドル学習が終了し、アイドルフラグＦが１に設定される（ステップ２６）。なお、終了条件は、すべての気筒で偏差Ｔｅ（ｃ）を複数回（例えば１０回）求め、複数個の偏差Ｔｅ（ｃ）を平均化できた場合とするとより好ましい。そうすることで、センシングバラツキを吸収することができる。
【００２６】
アイドル学習で求められた偏差Ｔｅ（ｃ）を気筒毎の着火時期バラツキデータとして記憶される。図１０は、偏差Ｔｅ（ｃ）を用いて、コントローラから気筒に対応したインジェクタへの燃料噴射開始時期に応じて出力されるコマンドパルス指令時期の算出についての説明図である。コントローラがコマンドパルスを指令してから燃料着火時期までの時間遅れ（クランク角度）Ｔｄを実験で求めておき、アイドル運転モードでの燃料噴射制御において、図１０に示すように、コマンドパルス指令時期Ｔｍ（ｃ）を次式（３）によって与える。
Ｔｍ（ｃ）＝Ｔｔ−Ｔｄ＋Ｔｅ（ｃ） 式（３）
【００２７】
図１１を参照して、この発明によるエンジンの燃焼状態検出装置の一実施例について説明する。エンジン１の出力軸であるクランク軸２の回転変動偏差を得るには、回転検出用のセンサとして高分解能のセンサを用いる必要がある。そのようなセンサとして、例えば、ロータリエンコーダＲＥがある。光学式のロータリエンコーダＲＥは、回転を検出すべきクランク軸２に取り付けられた回転円板４に１つのスリット５と回転軸の周りに環状に並ぶ多数のスリット６を形成し、回転円板４の一側に発光素子７，８を配置し、回転円板４の他側において発光素子７，８にそれぞれ対応した位置に受光素子９，１０を配置することにより構成されている。発光素子７，８が発した光が回転円板４に貫通した状態に形成されたスリット５，６を通ることで受光素子９，１０に検出されたとき、受光素子９，１０は検出信号を発する。なお、光学式のロータリエンコーダＲＥに代えて、回転円板に磁石を配置し、回転円板に近接配置した磁気センサで磁石を検出することにより回転角度を検出する磁気式のロータリエンコーダを用いてもよい。
【００２８】
発光素子７が発した光が回転円板４に軸方向に貫通して形成された１つのスリット５を通ることにより、受光素子９はクランク軸２の２回転に１つの割合の波形信号１１（１つのパルス）を出力する。波形信号１１は、気筒番号に対応した信号であり、４つの気筒においてそれぞれ４サイクルの燃焼サイクルが一巡したことに対応している。スリット５は、気筒判別用である。
【００２９】
発光素子８が発し回転円板４に形成された多数のスリット６を通過した光を受光素子１０が検出することによって、クランク軸２の回転角度に応じたパルスを生じたパルス信号が得られる。パルスの時間間隔を計測することで、クランク軸２の回転変動を検出することができる。クランク軸２の回転は、プーリ・ベルトのような適当な変速比（１／２）を有する伝動機構３を介してロータリエンコーダＲＥに伝達される。微小なクランク角度、例えば１°毎のパルスを知るため、スリット６の数は、７２０とされる。クランク軸２の回転速度の分解能は、スリットの数を増やすほど高めることが可能である。
【００３０】
受光素子９，１０が出力した波形信号１１，１２は、それぞれ整形器１３，１４に入力されてパルス状の信号に整形され、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であるコントローラ１８の入力手段１９に入力される。エンジンの燃焼室内での燃料の噴射・燃焼を行う燃焼状態にあるときに受光素子１０が検出した検出信号は整形器１４によって整形される。この整形された信号は、パルス間隔が短いほど速い回転速度を表す実回転速度に関する情報を含む実パルス信号１６である。
【００３１】
クランク軸２の回転変動データは、記憶手段としてのコントローラ１８のＲＡＭ２０に記憶される。即ち、エンジン１が燃焼運転状態にあるときに、クランク軸２の上死点前における所定の回転角度の範囲（−２０°〜ＴＤＣ）に渡って回転センサが検出した燃料着火前の実回転変動が上死点前基準回転変動波形データＡ（図１）としてＲＡＭ２０に記憶される。演算処理器２１は、上死点前基準回転変動波形データＡを上死点を境に反転させ、反転された回転変動データを上死点後基準回転変動波形データＢとしてＲＡＭ２０に記憶する。
【００３２】
コントローラ１８の入力手段１９には、上死点後のクランク軸２の実回転変動データＣが入力され、演算処理器２１において実回転変動データＣとＲＡＭ２０から読み出された上死点後基準回転変動波形データＢとの回転変動偏差ｄＳｐｄが演算される。
【００３３】
演算処理器２１が算出した回転速度偏差ｄＳｐｄは、それ自体でも燃料着火時期を表すものとして扱うことができるが、更に演算器２２によって偏差積分値Ｉ、及び偏差微分値Ｄ等の燃焼状態（熱発生率）に関連する実燃料噴射状態としてのデータを演算することができる。演算処理器２１や演算器２２は、回転変動偏差ｄＳｐｄに基づいて燃料の着火・燃焼に起因して生じるエンジンの燃料着火時期を算出する燃料着火時期算出手段に相当する。演算結果は、コントローラ１８の噴射条件決定手段２３に出力される。演算器２２は、また、回転変動偏差ｄＳｐｄが所定の閾値Ｓｔｈを超える時期と燃料着火時期とを対応させて予め作成された燃料着火時期マップに基づいて、回転変動偏差ｄＳｐｄが閾値Ｓｔｈを超える時期に対応した実燃料着火時期Ｔｒを求める。
【００３４】
コントローラ１８には、アクセルペダル踏込み量Ａｃｃを検出するためのアクセル開度センサ、冷却水温度Ｔｗを検出するための水温センサ、及び吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号が入力されている。コモンレール式燃料噴射システムが適用される場合には、コモンレールに設けられた圧力センサによって検出されたコモンレール内の燃料圧の検出信号がコントローラ１８に送られる。
【００３５】
噴射条件決定手段２３は、各種センサが検出したエンジンの運転状態に応じて、最適な燃料噴射開始時期、燃料噴射期間、初期燃料噴射量、燃料噴射圧力等の目標燃料噴射条件を求める。噴射条件決定手段２３は、エンジン出力を運転状態に即した最適出力とするため、演算器２２からの燃料着火時期に関連するデータ、即ち、実燃料噴射状態に関するデータとエンジンの運転状態に応じた目標燃料噴射条件とに応じた最適な燃料噴射条件でインジェクタ３１からピストン３３上の燃焼室３２への燃料噴射が行われるように、各気筒における最終燃料噴射条件を決定する。実燃料噴射状態と目標燃料噴射条件とを対比し、燃料噴射のフィードバック制御が行われる。コントローラ１８の出力手段２４は、インジェクタ３１からの燃料噴射を実行するため、噴射条件決定手段２３が決定した最終燃料噴射条件に応じた制御信号をインジェクタ３１の電磁アクチュエータ等に出力する。
【００３６】
実燃料噴射状態、目標燃料噴射条件及び最終燃料噴射条件がそれぞれ実燃料着火時期、目標燃料着火時期又は最終目標燃料噴射時期であるときには、噴射条件決定手段２３は、燃焼行程にある各気筒について回転速度偏差ｄＳｐｄから閾値Ｓｔｈを超える時期を実燃料着火時期Ｔｒとして求める。噴射条件決定手段２３は、目標燃料着火時期と実燃料着火時期Ｔｒとを比較して求めた着火時期偏差ΔＴに基づいて着火時期補正量を求め、目標燃料噴射時期を着火時期補正量で補正することにより最終目標燃料噴射時期を求める。なお、実燃料着火時期Ｔｒ後の燃料噴射量及び実燃料着火時期Ｔｉ前の初期燃料噴射量についても、実燃料着火時期Ｔｒ前後において回転速度偏差ｄＳｐｄを積算して求めた偏差積分値Ｉに基づいて目標（初期）燃料噴射量との噴射量偏差が求められ、噴射量偏差に基づいて求められた噴射量補正量で目標（初期）燃料噴射量を補正することにより最終目標（初期）燃料噴射量を決定することができる。
【００３７】
この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置によれば、上死点に至る前の所定範囲におけるクランク角度でのエンジンの出力回転速度の変動を検出し、その上死点前のエンジンの出力回転速度の変動データを利用して、上死点後のエンジンの出力回転速度の変動を想定したので、モータリング運転状態で求めた基準回転変動波形をデータとして記憶しておく必要がなくなり、エンジンの回転速度が基準回転速度から変化しても、エンジンやセンサのバラツキも考慮することがない。また、冷間時など、エンジンの内部フリクションが大きい時等でも、実際に現在回転しているクランク軸の回転波形を基準波形とするので、実際の燃料着火時期を正確に把握することができる。そのようにして求めたエンジンの燃料着火時期に基づいて、燃料着火時期を制御することに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置の一実施例を説明するグラフである。
【図２】この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置において、燃料噴射開始時期を変化させた場合のエンジン回転速度の変化を示すグラフである。
【図３】この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置において、燃料噴射時期を変化させた場合の、筒内圧力の変化を示すグラフである。
【図４】この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置において、燃料噴射時期を変化させた場合の、エンジン回転変動偏差を示すグラフである。
【図５】図３に示す筒内圧力から算出した熱発生率から求められる燃料着火時期Ｔｒと、図４から求められる回転変化開始時期Ｔｖとの関係を示すグラフである。
【図６】線形補間による回転変化開始時期Ｔｖの推定を説明する説明図である。
【図７】エンジンの燃料噴射制御におけるＣＰＵメイン処理において、燃料着火時期の決定のために行われる割込み処理を示すフローチャートである。
【図８】燃料着火時期を推定するＣＰＵ処理を示すフローチャートである。
【図９】この発明によるエンジンの燃料着火時期検出方法及び装置において、アイドリング時の学習制御を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示すアイドル学習で求められた着火時期偏差を用いた、コントローラからインジェクタへのコマンドパルス指令時期の算出についての説明図である。
【図１１】この発明によるエンジンの燃料着火時期検出装置に一実施例の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ クランク軸（出力軸）
５，６ スリット
７，８ 発光素子
９，１０ 受光素子
１３，１４ 整形器
１６ 実パルス信号
１８ コントローラ
１９ 入力手段
２０ ＲＡＭ（記憶手段）
２１ 演算処理器
２２ 演算器
２３ 噴射条件決定手段
２４ 出力手段
３１ インジェクタ
３２ 燃焼室
ＲＥ ロータリエンコーダ
ＴＤＣ 上死点
Ａ 上死点前基準回転変動波形データ
Ｂ 上死点後基準回転変動波形データ
Ｃ 上死点後の前記実回転変動データ
ｄＳｐｄ 回転変動偏差
Ｓｔｈ 閾値
Ｔｖ 回転変化開始時期
Ｔｔ 目標燃料着火時期
Ｔｒ 実燃料着火時期
ΔＴ 着火時期偏差

Claims (6)

1. エンジンのクランク軸の実回転変動を回転センサによって検出し、前記クランク軸の上死点前における所定の回転角度の範囲に渡って前記回転センサが検出した燃料着火前の実回転変動を上死点前基準回転変動波形データとし、前記上死点前基準回転変動波形データを前記上死点を境に反転させて上死点後基準回転変動波形データとして、前記上死点後の前記実回転変動と前記上死点後基準回転変動波形データとの回転変動偏差に基づいて燃料の着火・燃焼に起因して生じる前記エンジンの燃料着火時期を算出することから成り、前記エンジンの燃料着火時期は、前記回転変動偏差が所定の閾値を超える時期と燃料着火時期とを対応させて予め作成された燃料着火時期マップに基づいて、前記回転変動偏差が前記閾値を超える時期に対応した実際の前記燃料着火時期を求める実燃料着火時期の算出に適用されることから成るエンジンの燃料着火時期検出方法。
2. 前記エンジンの運転状態に基づいて決定される目標燃料着火時期と、前記燃料着火時期マップに基づいて算出された前記実燃料着火時期との着火時期偏差に基づいて、前記エンジンの運転状態に基づいて決定される燃料噴射時期の補正を行う燃料噴射制御に適用されることから成る請求項１に記載のエンジンの燃料着火時期検出方法。
3. 前記燃料噴射時期の補正は、前記着火時期偏差に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標燃料噴射時期を前記着火時期補正量で補正することにより最終目標燃料噴射時期を求めることから成る請求項２に記載のエンジンの燃料着火時期検出方法。
4. エンジンのクランク軸の実回転変動を検出する回転センサ、前記クランク軸の上死点前における所定の回転角度の範囲に渡って前記回転センサが検出した燃料着火前の実回転変動を上死点前基準回転変動波形データとして記憶すると共に、前記上死点前基準回転変動波形データを前記上死点を境に反転させて上死点後基準回転変動波形データとして記憶する記憶手段、及び前記上死点後の前記実回転変動と前記上死点後基準回転変動波形データとの回転変動偏差に基づいて燃料の着火・燃焼に起因して生じる前記エンジンの燃料着火時期を算出する燃料着火時期算出手段から成り、 前記エンジンの燃料着火時期は、前記回転変動偏差が所定の閾値を超える時期と燃料着火時期とを対応させて予め作成された燃料着火時期マップに基づいて、前記回転変動偏差が前記閾値を超える時期に対応した実際の前記燃料着火時期を求める実燃料着火時期の算出に適用されることから成るエンジンの燃料着火時期検出装置。
5. 前記エンジンの運転状態に基づいて決定される目標燃料着火時期と、前記燃料着火時期マップに基づいて算出された前記実燃料着火時期との着火時期偏差に基づいて、前記エンジンの運転状態に基づいて決定される燃料噴射時期の補正を行う燃料噴射制御に適用されることから成る請求項４に記載のエンジンの燃料着火時期検出装置。
6. 前記燃料噴射時期の補正は、前記着火時期偏差に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標燃料噴射時期を前記着火時期補正量で補正することにより最終目標燃料噴射時期を求めることから成る請求項５に記載のエンジンの燃料着火時期検出装置。

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