JP4140093B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンの各気筒毎に設けた燃料噴射弁の作動制御を行う燃料噴射制御装置に関し、特にその燃料噴射時期の制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のエンジンの燃料噴射制御装置として、例えば特開平６−２６４７７６号公報に開示されるように、ディーゼルエンジンにおいて燃料噴射ポンプから噴射ノズル（燃料噴射弁）への燃料供給のタイミングをエンジン回転数等に応じて機械的に制御することにより、各気筒毎の燃料噴射時期を一律に変更するようにしたものは既に知られている。
【０００３】
前記従来のものでは、多気筒ディーゼルエンジンの各気筒毎に噴射ノズルが配設されており、その各噴射ノズルが燃料噴射ポンプからの高圧燃料の供給を受けて開かれ、各気筒内の燃焼室にそれぞれ燃料を噴射するようになっている。また、前記燃料噴射ポンプには、エンジン回転数が高いほど燃料の供給時期を進角させる機械式のオートマチックタイマと、エンジンの負荷状態に応じて燃料供給時期を遅角側に補正するロードセンシングタイマとが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、社会環境保護の観点からエンジンの排ガス清浄化や騒音低減といった低公害化のニーズが高まっており、特にディーゼルエンジンにおいては、ＨＣやＣＯに比べて排出量の多いＮＯｘを抑えることや特有のスモークを低減させることが強く求められている。そして、そのような観点から燃料噴射の時期について考察すると、一般に、燃料噴射時期を進めれば、燃料噴霧の気化霧化や空気とのミキシング状態が改善され、スモークを減らすことができるが、その反面、着火直後の予混合燃焼が激しくなり、図６に一点鎖線で示すように燃焼圧力や燃焼温度が急峻に立ち上がってトルク変動が大きくなるとともに、燃焼温度の上昇によりＮＯｘ生成量が増大する難がある。
【０００５】
一方、燃料噴射時期を遅らせれば、同図に二点鎖線で示すように着火直後の燃焼圧力や燃焼温度の立ち上がりは緩やかになり、ＮＯｘの生成を抑えることができるものの、今度は燃焼が緩慢になって長引くことから、スモークの増大を招くことになる。
【０００６】
加えて、前記のように燃料噴射時期の進角によって混合気の着火直後に燃焼圧力が急激に高まるような燃焼状態では、その燃焼圧の上昇に伴い耳障りな燃焼音が大きくなるので、特にアイドル運転時の騒音低減という点で好ましくない。
【０００７】
このように、ディーゼルエンジンにおいては、燃料を早すぎも遅すぎもしない適切な時期に噴射して、初期の予混合燃焼及びその後の拡散燃焼における混合気の燃焼状態を最適化することが、排ガス清浄化や騒音低減といった観点から極めて重要である。
【０００８】
しかしながら、前記従来例のような燃料噴射制御装置では、燃料噴射ポンプからの燃料の供給タイミングを制御することにより、各気筒毎の燃料噴射時期を一律に変更するようにしても、高圧で燃料噴射を行わなければならない個々の噴射ノズルの噴射特性にばらつきがあるので、結局、燃料噴射時期は各気筒毎にそれぞれ異なるものとなり、上述の如き適切な時期に均一に揃えることはできなかった。また、各気筒毎に製作誤差に起因して筒内圧力や筒内温度の上昇度合がばらつくので、仮に燃料噴射時期を均一に揃えることができたとしても、燃焼噴霧の着火時期は各気筒毎に異なり、燃焼状態に差が生じるので、前記の排ガス清浄化や騒音低減といった課題を十分には満足できないのが実状である。
【０００９】
さらに、排ガスの一部を吸気系に還流させることで、予混合燃焼時の燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成を抑えるわゆるＥＧＲ装置を備えたエンジンの場合、各気筒への排ガスの還流量が均一にならないため、そのことによっても各気筒毎の燃焼状態に差を生じてしまう。
【００１０】
そして、そのような種々の要因によって各気筒間に燃焼較差が生じる結果、前記の排ガス清浄化や騒音低減を十分に図れないばかりか、エンジンがアイドル運転状態等の低回転域にあるときに回転変動が大きくなって、運転者が不快な振動を感じる虞れもある。
【００１１】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各気筒毎に燃料噴射弁が設けられている多気筒ディーゼルエンジンにおいて、アイドル運転時の各気筒毎の燃料噴射時期の制御に工夫を凝らして、排ガス中の有害成分の一層の低減を図るとともに、騒音を低減しかつエンジンの燃焼安定性を高めることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、多気筒ディーゼルエンジンの各気筒毎にその気筒内燃焼室における燃焼状態を検出するとともに、その検出結果に応じて各気筒毎に燃料噴射時期を補正するようにした。
【００１３】
すなわち、本発明では、図１に示すように、多気筒ディーゼルエンジン１の各気筒毎に燃料噴射弁５が設けられ、エンジン１の運転状態に応じて前記燃料噴射弁５による燃料の噴射時期を気筒毎に制御するようにしたエンジンの燃料噴射制御装置Ａを前提とする。そして、エンジンがアイドル運転状態になっているときに、少なくとも２つの気筒２についてそれぞれ燃焼状態に対応する燃焼状態量を検出する燃焼状態検出手段３５ｂと、該燃焼状態検出手段３５ｂにより検出される前記各検出気筒毎の燃焼状態量が略同じになるように、該各検出気筒２の燃料噴射時期を補正する噴射時期補正手段３５ｃとを設ける構成とする。
【００１４】
燃焼状態検出手段３５ｂについては、各気筒毎に圧縮行程終期に燃料が噴射された後、燃焼初期に相当するクランク角区間を経過するまでの第１所要時間と、その後、燃焼後期に相当するクランク角区間を経過するまでの第２所要時間と、をそれぞれ検出し、その第１所要時間の第２所要時間に対する比率を燃焼状態量として検出するように構成する。
【００１５】
そして、前記の構成により、エンジン１の運転中に少なくとも２つの気筒２についてそれぞれ燃焼状態検出手段３５ｂにより燃焼状態量が検出され、その燃焼状態量に基づいて、噴射時期補正手段３５ｃにより前記各検出気筒２の燃料噴射時期が補正される。このことで、多気筒エンジン１の複数の気筒のうちの少なくとも２つの気筒について、その気筒の燃焼状態を均一にかつ適切な状態に揃えることができる。
【００１６】
その際、燃料噴射時期の補正が各検出気筒２の実際の燃焼状態に基づいてなされるので、燃料噴射弁５の個体差に起因する噴射ばらつきや筒内温度のばらつき、或いは各気筒毎の吸入空気量や排ガス還流量のばらつき等があっても、それらに拘わらず前記各気筒２の燃焼状態を均一に揃えることができる。よって、該各検出気筒２における燃焼状態を改善して、排ガスの清浄化及び騒音低減を図ることができ、しかも、気筒間の燃焼状態の差を低減させて、エンジン１のアイドル安定性を高めることができる。
【００１７】
上記燃焼状態量としての第１所要時間の第２所要時間に対する比率について説明する。一般に多気筒エンジンでは、膨張行程にある気筒で燃焼圧がトルクとして取り出される一方、そのときに圧縮行程にある他の気筒では吸気を圧縮するためにトルクが消費されるので、各気筒毎にクランク軸の回転変動状態に基づいて燃焼状態を検出するためには、当該気筒の影響が最も強くて、しかも他の気筒の影響が弱いクランク角区間で回転変動状態を検出することが望ましい。
【００１８】
そこで、この発明では、各気筒毎に圧縮行程終期に燃料が噴射された後、燃焼初期に相当するクランク角区間を経過するまでの第１所要時間、即ち当該気筒の燃焼初期におけるクランク軸の平均の回転角速度を検出するようにした。このため、他の気筒の影響を排除しつつ各気筒毎の燃焼状態を正確に検出することができる。
【００１９】
また、各気筒毎の燃焼初期の燃焼状態を反映する第１所要時間に加えて、その後の燃焼状態を反映する第２所要時間を検出するので、その検出結果に基づいて、各気筒毎の燃焼状態を極めて正確に検出できる。
【００２０】
すなわち、第１所要時間の第２所要時間に対する比率を燃焼状態量として検出するので、燃焼状態量が具体化され、燃焼初期のクランク軸の回転角速度と燃焼後期の回転角速度との比率に基づいて、燃焼初期の混合気の燃焼割合と燃焼後期の燃焼割合との燃焼比率、つまり、混合気の燃焼圧波形の特徴を表す値を容易に検出することができる。
【００２１】
そうして、第１所要時間の第２所要時間に対する比率に基いて各検出気筒２の燃料噴射時期を補正するので、各気筒の初期の予混合燃焼における燃焼圧の立ち上がりやその後の拡散燃焼における燃焼速度等を、ＮＯｘ及びスモークの生成を抑える上で最適な状態にすることができ、その結果、排ガス中のＮＯｘやスモーク等の有害成分を極めて少なくすることができ、かつエンジンの運転騒音を十分に低減することができる。
【００２２】
特にディーゼルエンジンでは、燃焼室に噴射された燃料噴霧の自己着火により燃焼が開始するので、その燃料噴射時期の変更による燃焼状態の変化が極めて大きい。従って、本発明では、上述の如き各気筒毎の燃料噴射時期の制御により燃焼状態を改善するという作用効果が極めて大きくなる。
【００２３】
上記燃焼初期に相当するクランク角区間と燃焼後期に相当するクランク角区間とは、互いに同じ大きさの角度範囲とすることができる。
【００２４】
噴射時期補正手段は、エンジンがアイドル運転状態になっていて、且つエンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上に大きいときには、燃料噴射時期の補正を行わないように構成することが好ましい。エンジン回転数の目標回転数からのズレが大きいときには、そのズレに対応する噴射時期補正量が過度に大きくなってしまい、燃料噴射時期の制御が不安定化する虞れがあるからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は第１〜第４の４つの気筒２，２，…（１つのみ図示する）が直列に並ぶ直列４気筒エンジンであり、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、各燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設されており、例えば、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順番にそれぞれ所定の噴射タイミングで開作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２６】
前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上（例えば、アイドル運転時に４０ＭＰａ、それ以外の運転状態では８０ＭＰａ以上）に保持されるように作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられている。このクランク角センサ９は例えば電磁ピックアップからなり、図示しないが、クランク軸７の端部に設けられた被検出用プレートの外周に相対向するように配置されていて、その被検出用プレートの外周部全周に亘って所定角度（例えば１０°）おきに形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力するようになっている。
【００２７】
また、１０はエンジン１の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないがサージタンクを介して気筒毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、そのサージタンク内の過給圧力を検出する過給圧センサ１０ａが設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５の負圧が負圧制御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が制御されるようになっている。
【００２８】
また、２０は各気筒２の燃焼室４から排ガスを排出する排気通路で、この排気通路２０の上流端部は分岐してそれぞれ図示しない排気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排ガス流により回転されるタービン２１と、排ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパティキュレートを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。前記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、図示しないが、タービン２１を収容するタービン室に設けられた複数のフラップが、排気流路のノズル断面積を変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）であり、そのフラップを回動させてノズル断面積を小さくさせることで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を高めることができるようになっている。
【００２９】
前記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されており、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、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）２４が配置されていて、排気通路２０の排ガスの一部を前記ＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させるようになっている。
【００３０】
前記ＥＧＲ弁２４は、図示しない弁本体がスプリングによって閉方向に付勢されている一方、ダイヤフラム２４ａにより開方向に作動されて、ＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調節するものである。すなわち、前記ダイヤフラム２４ａには負圧通路２７が接続され、この負圧通路２７が負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、その電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって負圧通路２７を連通・遮断することにより、ＥＧＲ弁駆動負圧が調節されて、ＥＧＲ弁２４が開閉作動されるようになっている。また、ＥＧＲ弁２４の弁本体の位置を検出するリフトセンサ２６が設けられている。
【００３１】
尚、前記ターボ過給機２５のフラップにもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられており、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節されて、前記フラップが回動されるようになっている。
【００３２】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ等はコントロールユニット（Engine Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３３】
そして、インジェクタ５の作動による燃料噴射制御が行われて、燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量噴射圧の制御が行われる。また、吸気絞り弁１４の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の作動による排ガス還流量の制御と、ターボ過給機２５のフラップの作動制御とが行われるようになっている。
【００３４】
具体的に、前記ＥＣＵ３５には、アクセル開度及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そして、通常は、エンジン１の運転状態、即ちアクセル開度センサ３２からの出力信号とクランク角センサ９から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、燃料噴射制御部３５ａにおいて、各気筒毎に前記燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseが読み込まれ、この基本燃料噴射量Ｑbaseと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されるようになっている。
【００３５】
また、エンジン１がアイドル運転状態になっているときには、前記燃料噴射制御部３５ａにおいて、各気筒毎の燃料噴射量Ｑが気筒間のトルク差が減少するように補正されるようになっている。
【００３６】
さらに、本発明の特徴部分として、エンジン１の各気筒２について、それぞれクランク軸７の回転変動状態量（燃焼状態量）を検出する燃焼状態検出手段３５ｂと、エンジン１がアイドル運転状態になっているときに、前記燃焼状態検出手段３５ｂにより検出される前記各気筒毎の回転変動状態量が所定の設定量になるように、その各気筒２の燃料噴射時期を補正する噴射時期補正手段３５ｃとが設けられており、各気筒毎に実際の回転変動状態に基づいて燃料噴射時期を補正するようにしている。
【００３７】
（燃料噴射量制御）
次に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射制御の手順について、具体的に図２に示すフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御フローはメモリ上に電子的に格納されたプログラムに従い、各気筒毎に独立して所定クランク角で実行される。
【００３８】
まず、スタート後のステップＳ１において、クランク角信号に基づいて求められたエンジン回転数と、アクセル開度センサ３２からの信号（アクセル開度）と、その他の各種センサ信号とを読み込み、続くステップＳ２において、前記アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込む。続いて、ステップＳ３では、前記アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、エンジン１がアイドル運転状態になっているか否かを判定する。すなわち、アクセル開度が零であって、かつエンジン回転数がアイドル目標回転数よりもやや高めに設定されているアイドル判定回転数以下であれば、アイドル運転状態になっているｙｅｓと判定してステップＳ４に進む一方、アクセル開度が零でないか、又はエンジン回転数が前記アイドル判定回転数よりも高いｎｏであれば、ステップＳ１２に進む。
【００３９】
ステップＳ４では、今度は、エンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上であるか否かを判定し、回転数のズレ量が予め設定されている基準ズレ量よりも小さいｎｏであれば、ステップＳ９に進む一方、ズレ量が基準ズレ量以上でｙｅｓならば、ステップＳ５に進む。このステップＳ５では、エンジン回転数がアイドル目標回転数に近づくように燃料噴射量を増量又は減量するためのアイドルスピードコントロール補正量（以下ＩＳＣ補正量という）を演算して、ステップＳ６に進む。
【００４０】
ステップＳ６では、基本燃料噴射量QbaseとＩＳＣ補正量QISCとを足し合わせて燃料噴射量Ｑを演算し（Q#＝０）、続くステップＳ７において各気筒毎に燃料噴射時期になったか否かを判定する。そして、燃料噴射時期になるまで待って（ステップＳ７でｎｏ）、燃料噴射時期になれば（ステップＳ７でｙｅｓ）、ステップＳ８に進んで、各気筒毎にインジェクタ５により燃料を噴射して、しかる後にリターンする。
【００４１】
つまり、エンジン１がアイドル運転状態になっていて、かつエンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上であるときは、各気筒毎の燃料噴射量の補正は行わずに、全気筒の燃料噴射量を一律に増量又は減量することで、エンジン回転数を速やかにアイドル目標回転数に近づけるようにしている。
【００４２】
これに対し、前記ステップＳ４においてエンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレ量が基準ズレ量よりも小さいｎｏと判定されて進んだステップＳ９では、各気筒毎にその気筒（当該気筒）の燃焼力が最も影響するクランク角区間について、その区間をクランク軸７が回転するのに要する所要時間QTIMEを求める。この所要時間QTIMEは、例えば図３に示すように、各気筒毎にその圧縮行程終期に燃焼が開始してからクランク軸７が１８０度回転するまでの期間とすればよく、第１〜第４の各気筒の所要時間QTIMEはそれぞれ同図に斜線を入れて示す領域（ア）〜（エ）の面積に対応している。
【００４３】
すなわち、前記所要時間QTIMEは、各気筒毎にその気筒の１回の燃焼サイクルにおいて燃焼力が最も強く反映されるクランク各区間で、クランク軸７の平均の回転角速度ωの逆数を求めるものであり、それゆえにこの所要時間QTIMEに基づいて、当該気筒の燃焼力を他の気筒の影響を排除して検出することができるのである。より具体的に、前記所要時間QTIMEが相対的に短い気筒では、その区間のクランク軸７の回転角速度ωが相対的に高いので、燃焼力が相対的に大きいと言うことができ、反対に、前記所要時間QTIMEが相対的に長い気筒では、燃焼力が相対的に小さいと言える。この各気筒毎の所要時間QTIMEは、詳しくは後述するが、各気筒毎にその燃焼サイクル毎に計測されてＥＣＵ３５のメモリに記憶更新されるようになっていて、前記ステップＳ９では、前回の燃焼サイクルで記憶更新された値を読み込むようにしている。
【００４４】
前記ステップＳ９に続いて、ステップＳ１０では、第１〜第４気筒の各所要時間QTIMEの平均値である全気筒平均所要時間QTAVEを更新し、続くステップＳ１１において、各気筒毎にその気筒の所要時間QTIMEと前記全気筒平均所要時間QTAVEとのズレ量に応じて、燃料噴射量の気筒毎の補正量Q#を算出する。この補正量Q#は、図４に例示するように所要時間のズレ量QTIME−QTAVEに対応する値を実験的に決定して記録したマップがＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、当該マップから読み込まれるようになっている。このマップによれば、前記所要時間のズレ量QTIME−QTAVEの絶対値が大きいほど、そのズレを減少させる向きに補正量Q#が大きくなるように設定されている。
【００４５】
そして、前記ステップＳ１０に続いて前記ステップＳ６に進んで、各気筒毎に基本燃料噴射量Qbase、ＩＳＣ補正量QISC、及び補正量Q#を足し合わせて燃料噴射量Ｑを演算し、その後。ステップＳ７、Ｓ８で各気筒毎に燃料噴射を実行して、しかる後にリターンする。
【００４６】
つまり、エンジン１がアイドル運転状態になっていて、かつエンジン回転数がアイドル目標回転数に近ければ、各気筒毎にその気筒の燃焼力を強く反映する所要時間QTIMEを求め、その各気筒毎の所要時間QTIMEが全気筒の平均値に一致するように、各気筒毎の燃料噴射量を個別に増量又は減量補正するようにしている。このことで、各気筒間のトルク差を減少させて、エンジンのアイドル安定性を高めることができる。
【００４７】
また、前記ステップＳ３において、エンジン１がアイドル運転状態になっていないｎｏと判定されて進んだステップＳ１２では、ＩＳＣ補正量QISCの値を零として（QISC＝０）、前記ステップＳ６〜Ｓ８に進んで、燃料噴射を実行した後にリターンする。つまり、エンジンがアイドル運転状態になっていなければ、上述の燃料噴射量の補正制御は実行しない。
【００４８】
前記図２に示す燃料噴射制御のフローが全体として、燃料噴射制御部３５ａに対応しており、特にステップＳ６、Ｓ９〜Ｓ１１の各ステップにより、エンジン１がアイドル運転状態になっているときに、燃焼状態検出手段３５ｂにより検出された各気筒毎の回転変動状態量（燃焼状態量）に基づいて、各気筒毎の燃料噴射量Ｑを気筒間のトルク差が減少するように補正する噴射量補正手段３５ｄが構成されている。
【００４９】
（燃料噴射時期の設定手順）
次に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射時期の設定の具体的な手順について、図５に示すフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御フローもメモリ上に電子的に格納されたプログラムに従い、各気筒毎に独立して所定クランク角で実行されるものである。
【００５０】
まず、スタート後のステップＴ１において、クランク角信号に基づいて求められたエンジン回転数と、アクセル開度センサ３２からの信号（アクセル開度）と、その他の各種センサ信号とを読み込み、続くステップＴ２において、前記アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射時期マップから基本燃料噴射時期ITbaseを算出する。この燃料噴射時期マップはＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、アクセル開度及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射時期を記録したものである。
【００５１】
続いて、ステップＴ３では、前記アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、エンジン１がアイドル運転状態になっているか否かを判定する。すなわち、アクセル開度が零であって、かつエンジン回転数がアイドル目標回転数よりも高めに設定されているアイドル判定回転数以下であれば、アイドル運転状態になっているｙｅｓと判定してステップＴ４に進む一方、アクセル開度が零でないか、又はエンジン回転数が前記アイドル判定回転数よりも高いｎｏであれば、ステップＴ９に進む。
【００５２】
ステップＴ４では、今度は、エンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上であるか否かを判定し、回転数のズレ量が予め設定されている基準ズレ量以上でｙｅｓあれば、ステップＴ９に進む一方、ズレ量が基準ズレ量よりも小さいｎｏならば、ステップＴ５に進む。このステップＴ５では、各気筒毎にその気筒（当該気筒）の燃焼初期に相当する第１クランク角区間について、その区間をクランク軸７が回転するのに要する第１所要時間ITTMF#を求める。
【００５３】
ここで、前記第１クランク角区間は、図６に例示するように、各気筒毎に圧縮行程終期に燃料が噴射された後の所定角度（図例では９０°ＣＡ）区間とすればよく、この区間の回転に要する第１所要時間ITTMF#とは、各気筒２の圧縮行程でクランク軸７の平均的な回転角速度ωが略減少状態から増加状態に変化したときから該クランク軸７が前記所定角度回転するまでの所要時間、即ち、各気筒２の燃焼初期におけるクランク軸７の回転角速度ωの逆数になる。従って、この第１所要時間ITTMF#に基づいて、当該気筒の燃焼初期の燃焼力を検出することができる。
【００５４】
尚、第１所要時間ITTMF#として、クランク軸７が各気筒２の圧縮上死点近傍に対応する設定クランク角位置（例えば圧縮上死点前１０°ＣＡ）から所定角度（例えば９０°ＣＡ）回転するまでに要する時間としてもよい。そのようにすれば、第１所要時間ITTMF#の計測をクランク角信号のみに基づいて行うことができるので、燃焼状態検出手段３５ｂを簡単な構成とすることができる。
【００５５】
また、第１所要時間ITTMF#は、各気筒２の圧縮行程でクランク軸７の回転角速度ωが略減少状態から増加状態に変化したときから次に略減少状態に変化するまでに要する時間としてもよく、そのようにしてもこの実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５６】
前記ステップＴ５に続くステップＴ６では、今度は各気筒毎に燃焼後期に相当する第２クランク角区間について同様に第２所要時間ITTMR#を求める。すなわち、この第２クランク角区間は、各気筒毎に前記第１クランク角区間の後の所定角度（例えば９０°ＣＡ：図６参照）区間とすればよく、この区間の回転に要する第２所要時間ITTMR#とは、前記第１所要時間ITTMF#の経過後にクランク軸７がさらに前記所定角度だけ回転するのに要する時間、即ち、各気筒２の燃焼後期におけるクランク軸７の平均的な回転角速度ωの逆数になる。従って、この第２所要時間ITTMR#に基づいて、当該気筒の燃焼後期の燃焼力を検出することができる。
【００５７】
尚、前記第２所要時間ITTMR#として、第１所要時間ITTMF#の経過後にクランク軸７の回転角速度ωが再び略減少状態から増加状態に変化するまでの時間としてもよく、そのようにしてもこの実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５８】
また、詳しくは後述するが、前記第１及び第２所要時間ITTMF#,ITTMR#はいずれも燃料噴射制御と平行して各気筒毎に計測され、ＥＣＵ３５のメモリに記憶更新されるようになっていて、前記ステップＴ５，Ｔ６では、前回の燃焼サイクルで更新された値を読み込むようにしている。
【００５９】
そして、前記ステップＴ６に続いて、ステップＴ７では、各気筒毎に前記第１所要時間ITTMF#及び第２所要時間ITTMR#に基づいて、燃料噴射時期のタイミング補正値IT#を算出する。すなわち、上述の如く第１及び第２所要時間ITTMF#,ITTMR#は各気筒毎に燃焼初期及び燃焼後期の燃焼力をそれぞれ反映するものなので、前記第１所要時間ITTMF#と第２所要時間ITTMR#との時間比率は、即ち混合気の燃焼初期及び後期における燃焼割合の比率（燃焼比率）を表しており、換言すれば燃焼圧波形の形状に対応するものである。
【００６０】
詳しくは、前記図６に実線で示す目標とする燃焼圧波形に対して、それよりも燃料噴射時期が進角側にずれていると、燃料噴霧の気化霧化や空気とのミキシングが促進されて、着火直後の予混合燃焼が激しくなり、同図に一点鎖線で示すように燃焼圧力や燃焼温度が急峻に立ち上がるようになる。その結果、燃焼初期の燃焼割合が大きくなり、第１クランク角区間でのクランク軸７の回転角速度ωが高まって、第１所要期間ITTMF#が短くなる。
【００６１】
反対に、同図に二点鎖線で示すように燃料噴射時期が遅角側にずれていると、着火直後の燃焼圧力や燃焼温度の立ち上がりが緩やかになり、全体として燃焼が緩慢になって燃焼後期まで燃焼圧の高い状態が続くようになる結果、燃焼後期の燃焼割合が大きくなって、第２クランク角区間でのクランク軸７の回転角速度ωが高まり、第２所要期間ITTMR#が短くなる。
【００６２】
従って、まず、ディーゼルエンジンがアイドル運転状態にある場合について、排気中のＮＯｘ及びスモークを両方共に少なくさせ、かつ燃焼音も低減できる理想的な燃焼状態の燃焼圧波形を実験的に求め、第１所要期間ITTMF#の第２所要期間ITTMR#に対する時間比率の前記目標とする燃焼圧波形に対応する所定値（以下アイドル基準値という）ITDEVをＥＣＵ３５のメモリに設定しておく。そして、このステップＴ７では、ステップＴ５及びＴ６で読み込んだ第１及び第２所要時間ITTMF#,ITTMR#に基づく時間比率ITTMF#/ITTMR#と前記アイドル基準値ITDEVとの偏差を算出し、その偏差が小さくなるように燃料噴射時期を補正するタイミング補正値IT#を予め設定した噴射時期補正マップから読み込むようにしている。
【００６３】
すなわち、前記噴射時期補正マップはＥＣＵ３５のメモリ上に電子的に格納されており、図７に例示するように、時間比率のアイドル基準値との偏差(ITTMF#/ITTMR#)−ITDEVに対応するタイミング補正値IT#が実験的に決定して記録されている。この噴射時期補正マップによれば、偏差(ITTMF#/ITTMR#)−ITDEVの絶対値が小さい間は、タイミング補正値IT#が零の不感帯とされている一方、偏差(ITTMF#/ITTMR#)−ITDEVの絶対値が大きいほど、その偏差を減少させる向きにタイミング補正値IT#が大きくなるように設定されている。
【００６４】
そして、前記ステップＴ７に続いて、ステップＴ８において、各気筒毎に基本噴射時期ITbaseにタイミング補正値IT#を足し合わせて燃料噴射時期ITを算出し、この燃料噴射時期ITを各気筒毎にＥＣＵ３５のメモリに記憶更新して、しかる後にリターンする。
【００６５】
つまり、エンジン１がアイドル運転状態になっていて、かつエンジン回転数がアイドル目標回転数に近くなっていれば、各気筒毎に燃焼初期及び後期の燃焼比率に対応する時間比率ITTMF#/ITTMR#を求め、その値がアイドル基準値ITDEVになるように各気筒毎の燃料噴射時期ITを個別に進角又は遅角補正することで、各気筒毎に燃焼初期及び後期の燃焼割合の比率を目標値に近づけるようにしている。
【００６６】
一方、前記ステップＴ３においてエンジン１がアイドル運転状態になっていないｎｏと判定されたか、或いは前記ステップＴ４においてエンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上であるｙｅｓと判定されて進んだステップＴ９では、タイミング補正量IT#の値を零にして（IT#＝０）、前記ステップＴ８に進む。つまり、アイドル運転状態以外では上述の燃料噴射時期の補正は行わない。また、アイドル運転状態になっていても、そのときのエンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上のときには、燃料噴射時期の補正は行わない。これは、エンジン回転数の目標回転数からのズレが大きいときには、そのズレに対応するタイミング補正量IT#の値が過度に大きくなってしまい、燃料噴射時期の制御が不安定化する虞れがあるからである。
【００６７】
前記図５に示す燃料噴射時期の設定のフローにおいて、ステップＴ５及びステップＴ６は、エンジン１の各気筒２について、それぞれ燃焼状態に対応するクランク軸７の回転変動状態量（燃焼状態量）を検出する燃焼状態検出手段３５ｂに対応している。また、ステップＴ７及びステップＴ８は、エンジン１がアイドル運転状態になっているときに、前記燃焼状態検出手段３５ｂにより検出される前記各気筒毎の回転変動状態量が設定量になるように、その各気筒２の燃料噴射時期を補正する噴射時期補正手段３５ｃに対応している。
【００６８】
そして、前記燃焼状態検出手段３５ｂは、各気筒２にインジェクタ５から噴射された燃料が着火して、クランク軸７の回転角速度ωが略減少状態から増加状態に変化したときから、該クランク軸７が所定角度回転するまでの第１所要時間ITTMF#と、その第１所要時間ITTMF#の経過後にクランク軸７がさらに所定角度回転するまでの第２所要時間ITTMR#とを検出し、その第１所要時間の第２所要時間に対する時間比率ITTMF#/ITTMR#に基づいて、各気筒２の回転変動状態（燃焼状態）を検出するようになっている。
【００６９】
（所要時間の計測手順）
次に、前記燃料噴射制御における所要時間QTIME、及び燃料噴射時期の設定における第１及び第２所要時間ITTMF#,ITTMR#の計測手順について、図８に示すフローチャート図に沿って詳細に説明する。尚、このフローも各気筒毎に独立して、所定間隔（例えば数マイクロ秒間隔）で実行される。
【００７０】
まず、スタート後のステップＵ１においてクランク角信号を入力し、続くステップＵ２で、各気筒毎に燃料噴射の開始時期になったか否かを判定する。この判定が噴射開始でｙｅｓであれば、ステップＵ３に進んで、第１クランク角区間であることを示す第１フラグＦ１の値を１にし（Ｆ１＝１）、続くステップＵ４でタイマ値Ｔをインクリメントして、ステップＵ５に進む。一方、前記ステップＵ３で噴射開始でないｎｏと判定されれば、ステップＵ６に進んで第１フラグＦ１の値を判別し、Ｆ１＝１でｙｅｓならば、前記ステップＵ４に進む一方、Ｆ１＝０でｎｏならばリターンする。
【００７１】
ステップＵ５では、前記ステップＵ２で判定した噴射開始から、クランク軸７が前記第１クランク角区間に対応する第１設定角度（例えば９０°ＣＡ）だけ回転したか否かを判定する。この判定が回転していないｎｏであればリターンする一方、回転したｙｅｓであればステップＵ７に進み、今度は、第２クランク角区間であることを示す第２フラグＦ２の値を判別する。そして、Ｆ２＝１でｎｏならば後述のステップＵ１０に進む一方、Ｆ２＝０でｙｅｓならばステップＵ８に進む。このステップＵ８では、そのときのタイマ値Ｔを第１タイマ値Ｔ１としてＥＣＵ３５のメモリに記憶し、続くステップＵ９で、第２フラグＦ２の値を１にして（Ｆ２＝１）、ステップＵ１０に進む。
【００７２】
つまり、各気筒毎にインジェクタ５による燃料噴射からクランク軸７が第１設定角度回転するまでの間、タイマ値Ｔをインクリメントしていって、クランク軸７が前記第１設定角度だけ回転すれば、そのときのタイマ値を第１タイマ値Ｔ１として、メモリに記憶する。この第１タイマ値Ｔ１が第１所要時間ITTMF#に相当している。
【００７３】
続いて、ステップＵ１０では、クランク軸７が前記ステップＵ２で判定した噴射開始から第２設定角度（例えば１８０°ＣＡ）回転したか否かを判定する。この第２設定角度は、第１クランク角区間及び第２クランク角区間を合わせた区間に対応する。そして、未だ回転していないｎｏと判定すればリターンする一方、回転したｙｅｓと判定すればステップＵ１１に進んで、そのときのタイマ値Ｔを第２タイマ値Ｔ２としてＥＣＵ３５のメモリに記憶する。
【００７４】
つまり、各気筒毎にインジェクタ５による燃料噴射からクランク軸７が前記第２設定角度だけ回転するまでの間、タイマ値Ｔをインクリメントしていって、クランク軸７が第２設定角度だけ回転すれば、そのときのタイマ値を第２タイマ値Ｔ２としてメモリに記憶する。この第２タイマ値Ｔ２が所要時間QTIMEに相当している。
【００７５】
続いて、ステップＵ１２では、メモリに記憶されている第２タイマ値Ｔ２から同じくメモリに記憶されている第１タイマ値Ｔ１を減算して、第３タイマ値Ｔ３を算出し、この第３タイマ値Ｔ３をメモリに記憶する。この第３タイマ値Ｔ３が第２所要時間ITTMR#に相当している。そして、上述の如く各気筒毎に第１所要時間ITTMF#と、第２所要時間ITTMR#と、所要時間QTIMEとを計測した後、ステップＵ１３において第１及び第２フラグを共にクリアし（Ｆ１＝Ｆ２＝０）、タイマ値Ｔをリセットして（Ｔ＝０）、しかる後にリターンする。
【００７６】
したがって、この実施形態に係る燃料噴射制御装置Ａによれば、エンジン１がアイドル運転状態になっているとき、エンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが大きければ、まず、全気筒の燃料噴射量Ｑを一律に増量又は減量させて、エンジン回転数をアイドル目標回転数に近づける。そして、エンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが大きくなくなれば、各気筒毎の燃焼力に対応するクランク軸７の回転角速度ωを検出し、その検出値に基づいて各気筒毎の燃焼力が略同じになるように燃料噴射量Ｑを気筒毎に補正する。このことで、気筒間の燃焼力のばらつきを減らしてトルク差を減少させ、エンジンのアイドル安定性を高めることができる。
【００７７】
同時に、エンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが大きくなくなれば、燃焼状態検出手段３５ｂにより前記各気筒毎にその気筒２の燃焼状態を反映する回転変動状態量、具体的には、燃焼初期及び後期のそれぞれの燃焼割合の比率に対応する時間比率ITTMF#/ITTMR#を検出し、その検出結果に基づいて、時間比率ITTMF#/ITTMR#が予め設定されているアイドル基準値ITDEVになるように各気筒毎に燃料噴射時期ITを補正する。このことで、エンジン１の各気筒２における燃焼状態を改善して、排ガス中のＮＯｘ及びスモークの生成を抑えるとともに、騒音低減を図ることができる。また、そのことによっても気筒間の燃焼較差が減少するので、エンジン１のアイドル安定性を一層、高めることができる。
【００７８】
しかも、燃料噴射時期ITの補正を各気筒２における実際の燃焼状態に基づいて行うことで、インジェクタ５の個体差に起因する噴射ばらつきや筒内温度のばらつき、或いは各気筒毎の吸入空気量や排ガス還流量のばらつき等があっても、それらに拘わらず各気筒２の燃焼状態を均一に前記の最適な状態に揃えることができる。
【００７９】
また、この実施形態に係る燃料噴射制御装置Ａによれば、各気筒２の燃焼初期の燃焼力を、その気筒２において燃料が噴射されて燃焼が開始したときから、クランク軸７が９０°ＣＡ回転するまでの第１所要時間ITTMF#に基づいて検出するとともに、燃焼後期の燃焼力を前記第１所要時間ITTMF#の経過後にクランク軸７がさらに９０°ＣＡ回転するまでの第２所要時間ITTMR#に基づいて検出するようにしているので、前記燃焼初期及び後期のそれぞれの燃焼力を各気筒毎に他の気筒の影響を排除しつつ極めて正確に検出することができる。
【００８０】
さらに、エンジン１がアイドル運転状態になっているときには、車両の運転者がエンジン１の回転変動による振動を特に不快に感じやすいので、このようなときに、気筒間の燃焼較差の低減によってエンジン１の燃焼安定性を高めることの作用効果が特に有効なものになる。尚、上述の燃料噴射時期の補正制御をアイドル運転時に限らず、より広くエンジン１の定常運転時に行うようにすることも可能である。
【００８１】
また、この実施形態では、上述の如き燃料噴射時期の補正制御をディーゼルエンジン１に適用している。このディーゼルエンジンでは、燃焼室４に噴射された燃料噴霧の自己着火により燃焼が開始するという特性上、燃料噴射時期ITの変更による燃焼状態の変化が極めて大きいので、各気筒毎の燃料噴射時期の補正制御によって燃焼状態を改善するという作用効果が極めて有効になる。
【００８２】
（他の実施形態）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、各気筒毎の燃焼初期の燃焼力を検出するために、その気筒２における燃料の噴射からクランク軸７が９０°ＣＡ回転するまでの第１クランク角区間で、第１所要時間ITTMF#を検出するようにしているが、これに限らず、前記第１クランク角区間は、混合気の予混合燃焼時に対応するように、例えば３０°〜９０°ＣＡの任意の大きさのクランク角区間としてもよく、また、クランク軸７の回転角速度ωが極小値から極大値に変化するまでのクランク角区間としてもよい。同様に、第２クランク角区間の大きさも９０°ＣＡに限るものではない。
【００８３】
すなわち、ディーゼルエンジンにおいて排ガス中のＮＯｘ及びスモークを両方共に低減しかつ燃焼音の増大を抑えることもできるような理想的な燃焼状態に対応する燃焼圧波形を実験的に決定しておいて、その目標とする燃焼圧波形と現在の燃焼圧波形とのずれを検出できるように燃焼圧波形の特徴を表す状態量を検出すればよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によると、ディーゼルエンジンがアイドル運転状態になっているときに、少なくとも２つの気筒について、各気筒毎に圧縮行程終期に燃料が噴射された後、燃焼初期に相当するクランク角区間を経過するまでの第１所要時間と、その後、燃焼後期に相当するクランク角区間を経過するまでの第２所要時間とをそれぞれ検出し、この各気筒毎の燃焼初期の燃焼状態を反映する第１所要時間の、燃焼後期の燃焼状態を反映する第２所要時間に対する比率を燃焼状態量とし、この燃焼状態量に基いて検出気筒毎の燃焼状態量が略同じになるように、該各検出気筒の燃料噴射時期を補正するから、燃料噴射弁５の個体差に起因する噴射ばらつきや筒内温度のばらつき、或いは該各検出気筒毎の吸入空気量や排ガス還流量のばらつき等があっても、それらに拘わらず前記各検出気筒２の燃焼圧波形の特徴を表す値を容易に検出して燃焼状態を均一に揃えることができ、よって、該各検出気筒２における燃焼状態を改善して、排ガスの清浄化及び騒音低減を図ることができる。また、気筒間の燃焼較差を低減させて、エンジン１のアイドル安定性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】 燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図３】 第１〜第４の各気筒における筒内圧、クランク軸の回転角速度及びその逆数の変化を、各気筒における行程の変化に対応づけて示した説明図である。
【図４】 燃料噴射量の補正量が、全気筒平均所要時間と各気筒毎の所要時間との偏差に対応づけて設定されているマップを例示する説明図である。
【図５】 燃料噴射時期の設定手順を示すフローチャート図である。
【図６】 燃料噴射時期の変化に対する燃焼圧波形の変化の様子と、燃焼初期及び後期にそれぞれ対応する第１及び第２クランク角区間とを例示する説明図である。
【図７】 燃料噴射時期のタイミング補正量が、時間比率のアイドル基準値との偏差に対応づけて設定されているマップを例示する説明図である。
【図８】 所要時間の計測手順を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
Ａ 燃料噴射制御装置
１ ディーゼルエンジン
２ 気筒
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
７ クランク軸
３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
３５ｂ 変動状態判定手段
３５ｃ 噴射時期補正手段
３５ｄ 噴射量補正手段
ITTMF# 第１所要時間
ITTMR# 第２所要時間
ITDEV アイドル基準値（設定量）

Claims (3)

1. 多気筒ディーゼルエンジンの各気筒毎に燃料噴射弁が設けられ、該エンジンの運転状態に応じて前記燃料噴射弁による燃料の噴射時期を気筒毎に制御するようにしたエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記エンジンがアイドル運転状態になっているときに、少なくとも２つの気筒についてそれぞれ燃焼状態に対応する燃焼状態量を検出する燃焼状態検出手段と、
   前記燃焼状態検出手段により検出される前記各検出気筒毎の燃焼状態量が略同じになるように、該各検出気筒の燃料噴射時期を補正する噴射時期補正手段とが設けられ、
   前記燃焼状態検出手段は、各気筒毎に圧縮行程終期に燃料が噴射された後、燃焼初期に相当するクランク角区間を経過するまでの第１所要時間と、その後、燃焼後期に相当するクランク角区間を経過するまでの第２所要時間と、をそれぞれ検出し、その第１所要時間の第２所要時間に対する比率を燃焼状態量として検出するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 請求項１のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   燃焼初期に相当するクランク角区間と燃焼後期に相当するクランク角区間とが、互いに同じ大きさの角度範囲とされていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
3. 請求項１又は２のいずれかのエンジンの燃料噴射制御装置において、
   噴射時期補正手段は、エンジンがアイドル運転状態になっていて、且つエンジン回転数とアイドル目標回転数とのズレが所定以上に大きいときには、燃料噴射時期の補正を行わないように構成されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。

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