JP4089600B2 - 内燃機関の噴射量制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関において噴射量学習を実施する噴射量制御装置に関する。

従来、ディーゼル機関では、燃焼騒音の低減やNOxを抑制する手段として、メイン噴射に先立って極少量の燃料を噴射する、所謂パイロット噴射を実施する方法が知られている。しかし、噴射量の指令値が小さいパイロット噴射の場合には、その効果(燃焼騒音の低減、NOxの抑制)を十分に発揮させるために、微量噴射精度の向上が要求される。このため、パイロット噴射に対する指令噴射量と、実際に噴射された燃料量(以下、実噴射量と呼ぶ)とのずれを検出し、ソフトウエア側で補正する噴射量学習が必要となる。

そこで、本出願人は、噴射量学習を高精度に実施できる燃料噴射制御装置を提案した(特許文献1参照)。これは、インジェクタに指令する指令噴射量がゼロ以下となる無噴射状態(例えば、シフトチェンジ時や減速時等のフューエルカット状態)の時に、ディーゼル機関の特定気筒に対してインジェクタより単発噴射を実施し、その単発噴射によって生じるエンジン回転数の変動量を基に実噴射量を求め、この実噴射量と単発噴射に対する指令噴射量とに誤差が生じた場合に、その誤差に応じて指令噴射量を補正する方法である。
特願2003−185633

従来の技術においては、単発噴射を実施することにより検出した実噴射量と、指令噴射量との差に基づき、図8に示すような特性より噴射期間補正値を求めて補正を実施していた。この特性は、指令噴射量と実噴射量とのずれが大きければ大きい程、補正量を大きくして、補正にかかる時間を短縮することを狙いとしている。ところが、この方法では、指令噴射量に対して実噴射量が大きく減側にずれた時には、増側にずれた時に比べて、ずれを補う補正量を見つけるために、膨大な時間を費やすという欠点があった。その理由について以下に述べる。

まず、本発明が適用されるディーゼル機関用インジェクタの特性を図9に示す。
この特性上で、前述のごとく、実噴射量が大きく減側にずれた時(図中で特性線が実線から破線に変化した際)には、無噴射領域が拡大するため、図中の単発噴射実施TQ(1回目)では、インジェクタは噴射せず、噴射によって生じるエンジン回転変動は発生しないことになる。この状態において、前述の手段に基づき、噴射期間補正値を求めると、実噴射量=0であるため、指令噴射量から実噴射量を差し引いた値は、指令噴射量−0=指令噴射量となり、そのときの値aが、噴射期間補正値となる。

この補正値aを反映して、図中の単発噴射実施TQ(2回目)で再度噴射を実施した際に、未だ無噴射だった場合は、前述と同じく、補正量はやはりaとなる。
つまり、実噴射量が大幅に減側にずれて、補正後の実噴射量が0の場合は、インジェクタのずれの度合いに係わらず、一定の補正量が算出されることになるため、元々の狙いである「ずれが大きければ大きい程、補正量を大きくして、補正に係る時間を短縮する」ことが不可能であり、補正に時間がかかることになってしまう。

一方、指令噴射量に対し実噴射量が増側に大きくずれた時には、学習用に噴射する燃料量(単発噴射量)が過大となり、そのままの指令噴射量で噴射を続けると、騒音の発生やエミッションの悪化などの不具合を生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、補正完了までの所要時間を短くでき、且つ噴射量学習時の過大な量の噴射による騒音発生及びエミッション悪化を防止できる内燃機関の噴射量制御装置を提供することにある。

(請求項1の発明)
本発明は、学習条件が成立している時に、内燃機関の特定気筒に対してインジェクタより学習用の単発噴射を実施し、それによって生じる内燃機関の状態変化量を基に、単発噴射に対する指令噴射量を増量または減量すべき補正量を算出し、その補正量に応じて指令噴射量を増減補正する噴射量補正手段とを備える内燃機関の噴射量制御装置であって、
補正量算出手段は、指令噴射量を減らす側に補正する場合より、増やす側に補正する場合の方が、補正量を変更する際の変更量または変更速度の少なくとも一方を大きくすることを特徴とする。

実際の噴射量が極小の場合は、前述のごとく、噴射量を補正更新しても「0」の状態が続くことがあり、所望の補正量を見つけるまでに時間がかかる。これに対し、本発明では、指令噴射量を増やす側に補正する場合に、減らす側に補正する場合より、補正量を変更する際の変更量または変更速度の少なくとも一方を大きくするので、補正量が収束するまでの時間を短縮できる。

(請求項2の発明)
請求項1に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、例えば、単発噴射によって生じる内燃機関の状態変化量と、単発噴射に対する指令噴射量との相関を予めマップ化して記憶することにより、状態変化量検出手段によって検出された状態変化量と、マップから得られる目標値との差を誤差量として算出し、その誤差量に応じて変更量または変更速度を算出することが可能である。

(請求項3の発明)
請求項1に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、例えば、単発噴射によって生じる内燃機関の状態変化量(状態変化量検出手段によって検出された状態変化量)を基に、単発噴射によって実際に噴射された実噴射量を算出し、その実噴射量と、単発噴射に対する指令噴射量との差を誤差量として算出し、その誤差量に応じて変更量または変更速度を算出することが可能である。

(請求項4の発明)
請求項3に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、補正量算出手段は、実噴射量に相当する噴射パルス幅と、指令噴射量に相当する噴射パルス幅とを比較して、そのずれ分を誤差量として算出することができる。

(請求項5の発明)
請求項2〜4に記載した何れかの内燃機関の噴射量制御装置において、補正量算出手段は、指令噴射量を減らす側に補正する場合に、誤差量が、予め決められた許容値を超える時は、誤差量が許容値より小さい場合と比較して、変更量または変更速度を大きくすることを特徴とする。

指令噴射量を減らす側に補正する場合に、補正量算出手段で算出された誤差量が許容値を超える時、つまり誤差量が大きい時には、実際の噴射量が多いことを表しており、学習用の噴射により騒音の発生やエミッションの悪化などの不具合を生じる虞がある。そこで、指令噴射量を減量補正する際に、誤差量が許容値を超える時には、変更量または変更速度の少なくとも一方を大きくして、実際の噴射量を早期に減らすことにより、騒音及びエミッションの悪化を最小限に抑えることが可能である。

(請求項6の発明)
請求項1〜5に記載した何れかの内燃機関の噴射量制御装置において、学習条件には、少なくとも、インジェクタに対する指令噴射量がゼロ以下となる無噴射時であることが含まれる。これにより、単発噴射によって生じる内燃機関の状態変化量を正確に検出でき、噴射量学習を高精度に実行できる。なお、インジェクタに指令する指令噴射量がゼロ以下となる無噴射時とは、例えば、シフトチェンジ時あるいは減速時等のフューエルカット状態を言う。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図2はディーゼル機関の制御システムを模式的に示したシステム構成図である。
本実施例の内燃機関は、例えば、4気筒のディーゼル機関(以下、エンジン1と呼ぶ)であり、以下に説明する蓄圧式の燃料噴射システムを備えている。
その燃料噴射システムは、図2に示す様に、高圧燃料を蓄えるコモンレール2と、燃料タンク3から汲み上げた燃料を加圧してコモンレール2に供給する燃料ポンプ4と、コモンレール2より供給される高圧燃料をエンジン1の気筒内(燃焼室1a)に噴射するインジェクタ5と、本システムを電子制御する電子制御ユニット(以下ECU6と呼ぶ)とを備えている。

コモンレール2は、ECU6により目標レール圧が設定され、燃料ポンプ4から供給された高圧燃料を目標レール圧まで蓄圧する。このコモンレール2には、燃料圧力を検出してECU6に出力する圧力センサ7と、レール圧が予め設定された上限値を超えないように制限するプレッシャリミッタ8が取り付けられている。

燃料ポンプ4は、エンジン1に駆動されて回転するカム軸9と、このカム軸9に駆動されて燃料タンク3から燃料を汲み上げるフィードポンプ10と、カム軸9の回転に同期してシリンダ11内を往復運動するプランジャ12と、フィードポンプ10からシリンダ11内の加圧室13に吸入される燃料量を調量する電磁調量弁14などを有している。

この燃料ポンプ4は、プランジャ12がシリンダ11内を上死点から下死点に向かって移動する際に、フィードポンプ10より送り出された燃料が電磁調量弁14で調量され、吸入弁15を押し開いて加圧室13に吸入される。その後、プランジャ12がシリンダ11内を下死点から上死点へ向かって移動する際に、プランジャ12によって加圧室13の燃料が加圧され、加圧室13から吐出弁16を押し開いてコモンレール2に圧送される。

インジェクタ5は、エンジン1の気筒毎に取り付けられ、高圧配管17を介してコモンレール2に接続されている。このインジェクタ5は、ECU6からの指令に基づいて作動する電磁弁5aと、この電磁弁5aへの通電時に燃料を噴射するノズル5bとを備える。 電磁弁5aは、コモンレール2の高圧燃料が供給される圧力室(図示せず)から低圧側に通じる低圧通路(図示せず)を開閉するもので、通電時に低圧通路を開放し、通電停止時に低圧通路を遮断する。

ノズル5bは、噴孔を開閉するニードル(図示せず)を内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向(噴孔を閉じる方向)に付勢している。従って、電磁弁5aへの通電により低圧通路が開放されて圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル5b内を上昇して開弁する(噴孔を開く)ことにより、コモンレール2より供給された高圧燃料を噴孔より噴射する。一方、電磁弁5aへの通電停止により低圧通路が遮断されて、圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル5b内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する。

ECU6は、エンジン回転数(1分間当たりの回転数)を検出する回転数センサ18と、アクセル開度(エンジン負荷)を検出するアクセル開度センサ(図示せず)、及びレール圧を検出する圧力センサ7等が接続され、これらのセンサで検出された情報に基づいて、コモンレール2の目標レール圧と、エンジン1の運転状態に適した噴射時期及び噴射量等を演算し、その演算結果に従って、燃料ポンプ4の電磁調量弁14及びインジェクタ5の電磁弁5aを電子制御する。

また、ECU6は、例えば、メイン噴射の前に実施されるパイロット噴射等の微小噴射に対する精度を向上させる目的で、以下に説明する噴射量学習を実行する。
噴射量学習は、例えば、パイロット噴射に対する指令噴射量と、その指令噴射量(噴射指令パルス)を受けて実際にインジェクタ5より噴射された燃料量(以下、実噴射量と呼ぶ)との誤差を検出し、その誤差量に応じて指令噴射量を補正するものである。なお、ECU6は、本発明に係わる判定手段、単発噴射指令手段、状態変化量検出手段、補正量算出手段、及び噴射量補正手段等の機能を有している。

続いて、噴射量学習を実行するECU6の処理手順を図1に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップ101…学習用の単発噴射を実施する気筒を選択する。具体的には、今回より前に行った補正(噴射量学習)の状況から、学習を行う気筒を選択する。今回の学習が始めの時は、予め決められた気筒、または任意の気筒を選択する。

ステップ102…選択された気筒に単発噴射を実施するための学習条件が成立しているか否かを判定する。学習条件には、インジェクタ5に指令する指令噴射量がゼロ以下となる無噴射時(例えば、シフトチェンジ時や減速時等でフューエルカット状態の時)であること、所定のレール圧が維持されていること等が含まれる。この判定結果がYESの時は、次のステップ103へ進み、判定結果がNOの時は、本処理を終了する。

ステップ103…学習を行いたい噴射領域での噴射量、噴射圧力(レール圧)に基づき、インジェクタ5に指令する噴射指令パルスの基本通電期間TQmap 、及びエンジン状態変化量の目標値Ntrg を求める。なお、TQmap は、予め噴射量毎に適合させた噴射パルスマップより求めることができる。また、エンジン状態変化量とは、例えば、単発噴射によって生じるエンジン回転数の変動量(上昇量)であり、予め噴射量毎に適合させた回転数変動量マップよりNtrg を求めることができる。

ステップ104…補正が初めてか否かを判定する。補正が2回目以上の場合(判定結果NO)は、ステップ105へ進み、補正が初めての場合(判定結果YES)は、ステップ106へ進む。
ステップ105…補正計算の前回値ΔTprevを補正値ΔTとする。
ステップ106…補正値ΔT=0とする。
ステップ107…ステップ103で求めた基本通電期間TQmap と、ステップ105または106で求めた補正値ΔTに基づき、学習用噴射の噴射期間TQを算出する。

ステップ108…学習用噴射の噴射期間TQをインジェクタ5に指令して、ステップ101で選択した気筒に対し単発噴射を実施する。
ステップ109…単発噴射によって生じるエンジン状態変化量ΔN(例えば、回転数上昇量)を検出する。
ステップ110…検出された変化量ΔNを目標値Ntrg と比較し、ΔN>Ntrg の時はステップ111へ進み、ΔN=Ntrg の時はステップ112へ進み、ΔN<Ntrg の時はステップ113へ進む。

ステップ111…図3に示す補正マップより変更量T2を算出し、ステップ105または106で求めた補正値ΔTより変更量T2を減算した値を補正値ΔTprevとする。
ステップ112…ステップ105または106で求めた補正値ΔTを補正値ΔTprevとする。
ステップ113…図4に示す補正マップより変更量T3を算出し、ステップ105または106で求めた補正値ΔTに変更量T3を加算した値を補正値ΔTprevとする。
なお、ステップ111〜113で求めた補正値ΔTprevは、次回の補正に使用される。

次に、図3及び図4に示した補正マップについて説明する。
図3に示す補正マップは、変化量ΔNが目標値Ntrg より大きい場合に、補正値ΔTを減らす際に参照するものであり、変化量ΔNと目標値Ntrg との差(絶対値)が大きくなるに連れて、変更量T2も次第に大きくなる。但し、変化量ΔNがきわめて大きい場合、即ち、実際の噴射量が極めて多い場合は、騒音の発生やエミッションの悪化などが予想されるため、変化量ΔNと目標値Ntrg との差が、予め決められた許容値を超える場合は、速やかに噴射量(補正値ΔT)を減らせるように、それ以前と比較して変更量T2を大きく(補正マップの傾きを大きく)している。

図4に示す補正マップは、変化量ΔNが目標値Ntrg より小さい場合に、補正値ΔTを増やす際に参照するものであり、変化量ΔNと目標値Ntrg との差(絶対値)が大きくなるに連れて、変更量T3も次第に大きくなる。但し、検出された変化量が0の時には、実際の噴射量が0であるため、噴射量を補正更新しても、噴射量=0の状態が続くことがあり、所望の補正量を見つけるのに時間がかかる。そこで、補正値ΔTを増やす場合(変化量ΔNが目標値Ntrg より小さい場合)は、補正値ΔTを減らす場合より、変更量T3>T2(但し、変化量ΔNと目標値Ntrg との差が許容値以下の範囲)となる様に、補正マップの傾きを大きくしている。

(実施例1の効果)
本実施例によれば、補正値ΔTを減らす場合(変化量ΔNが目標値Ntrg より大きい場合)より、補正値ΔTを増やす場合の方が、変更量T3を大きくしているので、補正値ΔTが収束するまでの時間を短縮できる。
また、補正値ΔTを減らす場合には、変化量ΔNと目標値Ntrg との差(絶対値)が許容値を超える時に、補正マップの傾きを大きくして、補正値ΔTを減らす量(変更量T2)を大きくしているので、過大な燃料の噴射による騒音の発生やエミッションの悪化を最小限に抑えることが可能である。

実施例1では、変化量ΔNと目標値Ntrg との差(絶対値)に応じて、補正値ΔTを変更する際の変更量T2、T3を求めているが、本実施例は、変化量ΔNと目標値Ntrg との差(絶対値)に応じて、噴射期間の変更速度を変える場合の一例である。
なお、変更速度とは、学習データ取得継続回数Nと相関を持つものであり、その学習データ取得継続回数Nとは、任意の噴射パルスでデータを続けて取る回数のことを指す。従って、データを続けて取れば取るほど(学習データ取得継続回数Nが大きくなる程)、任意の噴射パルス幅での学習実施時間が長くなるため、噴射期間(パルス幅)の変更速度は遅くなる。このように、データを続けて取得する理由として、以下のものが挙げられる。

噴射系には、毎噴射で噴射量がばらつく性質があるため、目標値Ntrg と変化量ΔNとのずれが、毎噴射のばらつきによるものか、経時変化によるものかを、1回のデータ取得では区別できない。
よって、噴射量学習では、毎噴射のばらつきを排除するため、同一噴射パルス幅(TQ)で、複数の学習データを取得し、それらを平均化する等して補正を実施する(これを、データ取得継続回数Nと呼称している)。

以下に、本実施例の噴射量学習を図5に示すフローチャートを基に説明する。
なお、ステップ101〜104、及びステップ106〜109までは、実施例1と同じであり、その説明は省略する。
ステップ105…補正計算の前回値ΔTprevf を補正値ΔTとする。
ステップ110…学習データの取得数カウンタを1カウントアップし、ステップ109で検出された全データ(データ数=num)の変化量ΔNの平均値ΔNave を算出する。

ステップ111…算出された変化量(平均値)ΔNave を、目標値Ntrg と比較し、ΔNave >Ntrg の時はステップ112へ進み、ΔNave =Ntrg の時はステップ113へ進み、ΔNave <Ntrg の時はステップ114へ進む。
ステップ112…図6に示す補正マップより学習データ取得継続回数Nを求めると共に、ステップ105または106で求めた補正値ΔTより規定値α分(α>0)だけ小さくした値を補正値ΔTprevとする。
ステップ113…学習データ取得継続回数Nを「1」とすると共に、今回の補正値ΔTを補正値ΔTprevとする。

ステップ114…図7に示す補正マップより学習データ取得継続回数Nを求めると共に、ステップ105または106で求めた補正値ΔTより規定値α分だけ大きくした値を補正値ΔTprevとする。
ステップ115…学習データの取得数numと、学習データ取得継続回数Nとを比較し、num≧Nの場合(判定結果YES)は、ステップ116へ進み、num<Nの場合(判定結果NO)は、同一TQで繰り返しデータを取得する。
ステップ116…ステップ112〜114で求めた補正値ΔTprevを、次回の補正に使用する補正値ΔTprevf として、取得数カウンタをリセットする(num=0)。

次に、図6及び図7に示した補正マップについて説明する。
図6及び図7に示す補正マップは、それぞれ学習データ取得継続回数Nを決めるために参照するものであり、図6に示す補正マップは、変化量(平均値)ΔNave が目標値Ntrg より大きい場合に使用し、図7に示す補正マップは、変化量(平均値)ΔNave が目標値Ntrg より小さい場合に使用する。

両マップともに、ΔNave とNtrg との差が大きい時は、Nを小さくして、少ないデータ数で噴射期間TQを更新していく。また、ΔNave とNtrg との差が小さくなってくると、Nを大きくすることで、毎噴射のばらつきを排除し、現在のTQによる変化量が目標値より大きいか小さいかを確実に見るようにする(この時、Nが小さいと、実際には現在のTQによる変化量が目標値より大きいのに、毎噴射のばらつきのために、目標値より小さいと誤認して補正することが起こり得る)。

但し、図7に示す補正マップは、図6に示す補正マップより、噴射期間の変更速度を速くする領域(Nが小さい領域)が広く設定されている。これは、以下の理由による。
即ち、ΔNave がNtrg より小さいということは、現在の噴射期間TQが小さい(実際の噴射量が少ない)ということであり、特に、無噴射になった状態での学習の場合は、前述のごとく、噴射期間を所定量ずつ増やしていっても、なかなか噴射が開始されないこともあり、補正に時間が掛かる。このため、噴射量が少ない場合は、速く安定した燃焼域に入るように、噴射期間の変更速度が速い領域を広くしているのである。

(変形例)
実施例1と2を組み合わせて、噴射期間の変更量と、その変更速度(学習データ取得継続回数N)を共に噴射による実変化量と目標値との差に応じて変化させることもできる。これは、図5に示したフローチャートのステップ112、114の噴射期間変更量αを、図3、4の変更量T2、T3に置き換えることで実現できる。
なお、実施例1、2では、エンジン1の状態変化量として、回転数上昇量を一例として説明しているが、回転数上昇量以外に、例えば、A/F(空燃比)、筒内圧等を用いることも可能である。

噴射量学習を実行するECUの処理手順を示すフローチャートである(実施例1)。 ディーゼル機関の制御システムを模式的に示したシステム構成図である。 エンジンの状態変化量が目標値より大きい時に、噴射期間の変更量を求めるための補正マップである。 エンジンの状態変化量が目標値より小さい時に、噴射期間の変更量を求めるための補正マップである。 噴射量学習を実行するECUの処理手順を示すフローチャートである(実施例2)。 エンジンの状態変化量が目標値より大きい時に、噴射期間の変更速度を決める学習データ取得継続回数を求めるための補正マップである。 エンジンの状態変化量が目標値より小さい時に、噴射期間の変更速度を決める学習データ取得継続回数を求めるための補正マップである。 従来技術に係わる噴射期間補正量を求めるための補正マップである。 インジェクタの噴射特性図である。

符号の説明

1 エンジン(内燃機関)
5 インジェクタ
6 ECU(噴射量制御装置)

Claims (6)

  1. 噴射量学習を実施するための学習条件が成立しているか否かを判定する判定手段と、
    前記学習条件が成立している時に、内燃機関の特定気筒に対してインジェクタより学習用の単発噴射を実施する単発噴射指令手段と、
    前記単発噴射の実施によって生じる前記内燃機関の状態変化量を検出する状態変化量検出手段と、
    検出された前記内燃機関の状態変化量を基に、前記単発噴射に対する指令噴射量を増量または減量すべき補正量を算出する補正量算出手段と、
    算出された補正量に応じて前記指令噴射量を増減補正する噴射量補正手段とを備える内燃機関の噴射量制御装置であって、
    前記補正量算出手段は、前記指令噴射量を減らす側に補正する場合より、増やす側に補正する場合の方が、前記補正量を変更する際の変更量または変更速度の少なくとも一方を大きくすることを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
  2. 請求項1に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、
    前記補正量算出手段は、前記単発噴射に対する指令噴射量から前記状態変化量の目標値を求め、且つ前記状態変化量検出手段によって検出された前記内燃機関の状態変化量と前記目標値との差を誤差量として算出し、その誤差量に応じて前記変更量または変更速度を算出することを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
  3. 請求項1に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、
    前記補正量算出手段は、検出された前記内燃機関の状態変化量を基に、前記単発噴射によって実際に噴射された実噴射量を求め、且つ前記実噴射量と前記単発噴射に対する指令噴射量との差を誤差量として算出し、その誤差量に応じて前記変更量または変更速度を算出することを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
  4. 請求項3に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、
    前記補正量算出手段は、前記実噴射量に相当する噴射パルス幅と、前記指令噴射量に相当する噴射パルス幅とを比較して、そのずれ分を前記誤差量として算出することを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
  5. 請求項2〜4に記載した何れかの内燃機関の噴射量制御装置において、
    前記補正量算出手段は、前記指令噴射量を減らす側に補正する場合に、前記誤差量が、予め決められた許容値を超える時は、前記誤差量が前記許容値より小さい場合と比較して、前記変更量または変更速度の少なくとも一方を大きくすることを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
  6. 請求項1〜5に記載した何れかの内燃機関の噴射量制御装置において、
    前記学習条件には、少なくとも、前記インジェクタに指令する指令噴射量がゼロ以下となる無噴射時であることが含まれることを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
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