JP4258495B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、一燃焼サイクル内の噴射回数（噴射パターン）を内燃機関の運転領域に応じて切り替える内燃機関の制御装置に関する。

従来、自動車等に搭載されるエンジンの燃料噴射制御では、一燃焼サイクル中にて、メイン噴射の前に１回以上のパイロット噴射（微小噴射）、あるいはメイン噴射の後にポスト噴射を行う、いわゆる多段噴射（マルチ噴射）を実施する方法が知られている（特許文献１参照）。この多段噴射（特に、メイン噴射の前に実施されるパイロット噴射）は、主として、燃焼騒音の低減およびＮＯｘの排出を抑制する目的で行われるため、例えば、図５に示す様に、高負荷、高回転域に移行する程、噴射回数を少なくして、噴射パターン（噴射回数）を切り替えることにより、エミッションの低減およびドライバビリティの向上等が図られている（特許文献２、３参照）。
特開２００２−３２７６５２号公報 特開２００４−１５０３１８号公報 特開平１１−３２４７６４号公報

しかし、従来の燃料噴射制御では、例えば、図７に示す様に、噴射回数をＡ噴射パターン（例えば２段噴射）からＢ噴射パターン（例えば５段噴射）へ切り替える際に、エンジンの固体差（機差バラツキ）によってトルク段差が発生し、エンジンの目標回転数と実回転数との間にずれ（回転変動）が生じるという問題があった。
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、所定の噴射パターンの基で内燃機関の機差バラツキを学習し、噴射パターンが切り替わった時に、学習した内燃機関の機差バラツキを反映したトルク制御を実施することにより、噴射パターンの切り替え時に生じるトルク段差を抑制できる内燃機関の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、一燃焼サイクル内の噴射回数（噴射パターンと呼ぶ）を内燃機関の運転領域に応じて切り替える内燃機関の制御装置であって、所定の噴射パターンの基で内燃機関のトルクに係わる機差バラツキを学習する機差バラツキ学習手段と、所定の噴射パターンから異なる噴射パターン（次噴射パターンと呼ぶ）に切り替わった時に、その次噴射パターンの基で、内燃機関の機差バラツキを反映したトルク制御を行うトルク制御手段とを有し、機差バラツキ学習手段は、所定の噴射パターンに対応して設定される指示トルクと、その指示トルクを基に内燃機関が発生する実トルクとの差を、内燃機関の機差バラツキとして学習し、トルク制御手段は、学習した内燃機関の機差バラツキに応じてトルク補正値を求め、次噴射パターンに切り替わった時に設定される指示トルクにトルク補正値を加算して狙いトルクを算出し、この狙いトルクを基にトルク制御を実施することを特徴とする。

同一の内燃機関であれば、ある噴射パターンの基で機差バラツキが生じる場合、異なった噴射パターンにおいても同様の機差バラツキが生じるはずである。例えば、２段噴射時の機差バラツキが平均的な指標（基準）より大きい場合は、５段噴射時でも機差バラツキの傾向が基準より大きくなると考えられる。
そこで、本発明では、所定の噴射パターンの基で内燃機関の機差バラツキを学習し、噴射パターンが切り替わった時に、学習した機差バラツキを反映したトルク制御を行うので、内燃機関が発生する実トルクと狙い値とのずれを小さくでき、内燃機関の機差バラツキに起因するトルク段差を低減できる。

また、機差バラツキ学習手段は、所定の噴射パターンの基で生じるトルクのずれ（指示トルクと実トルクとの差）を内燃機関の機差バラツキとして学習する、つまり、内燃機関の回転数や回転加速度等のトルクに相関するパラメータではなく、トルク自体のずれを内燃機関の機差バラツキとして学習するので、その学習したトルクのずれを次噴射パターンでのトルク制御に反映させることで、次噴射パターンの基で生じるトルクのずれ（狙い値と実トルクとの差）をより小さくできる。

さらに、トルク制御手段は、内燃機関の機差バラツキが反映された狙いトルクを基にトルク制御を実施するので、噴射パターンの切り替えに伴って発生するトルク段差を低減できる。なお、トルク補正値は、内燃機関の機差バラツキである指示トルクと実トルクとの差分として求めても良いし、指示トルクと実トルクとの差分に係数を掛けて算出することもできる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、トルク制御手段は、狙いトルクと、この狙いトルクを基に内燃機関が発生する実トルクとの偏差を求め、その偏差を小さくする方向に、内燃機関の実トルクを制御することを特徴とする。
本発明によれば、内燃機関の機差バラツキを見込んだ状態でトルク制御を実施できるので、後燃焼パターンの基で発生する内燃機関の実トルクを、速やかに狙いトルクに収束させることができる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、トルク制御手段は、所定の噴射パターンから次噴射パターンに切り替わった直後より、内燃機関の機差バラツキを徐変しながら反映させて、トルク制御を実施することを特徴とする。
本発明では、所定の噴射パターンから次噴射パターンに切り替わった直後に、内燃機関の機差バラツキを一度に反映させるのではなく、徐変させることで、噴射パターンの切り替えに伴う急激なトルクの変化を抑制できる。

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４は内燃機関の制御システムに係る全体図である。
実施例１に示す内燃機関は、例えば、図４に示す様に、４気筒のディーゼルエンジン１であり、コモンレール式の燃料噴射装置を備える。この燃料噴射装置は、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール２と、燃料タンク３より汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に圧送する燃料供給ポンプ４と、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料をエンジン１の筒内に噴射するインジェクタ５等を有し、燃料供給ポンプ４およびインジェクタ５等の動作がＥＣＵ６によって制御される。

ＥＣＵ６は、周知のマイクロコンピュータを中心に構成される電子制御装置であり、例えば、図５に示す様に、一燃焼サイクル内の噴射回数（噴射パターン）をエンジン１の運転領域に応じて切り替えると共に、その噴射パターンの切り替えに伴って、以下のトルク制御を実施する。図１はトルク制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
なお、ＥＣＵ６は、本発明に係る機差バラツキ学習手段、およびトルク制御手段の機能を有している。
ステップ１０…現在の噴射パターンの基でエンジン１の機差バラツキを学習する。この学習は、図２に示す「機差バラツキ学習ルーチン」に従って処理される（後述する）。
ステップ２０…噴射パターンが切り替わったか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの時、つまり、噴射パターンが異なる噴射パターン（次噴射パターンと呼ぶ）に切り替わった時は、次のステップ３０へ進み、判定結果がＮＯの時は、ステップ５０へ進む。

ステップ３０…ステップ１０で学習した値（機差バラツキ）を用いて、狙いトルク（見込み値）を演算する。この狙いトルクの演算は、図３に示す「狙いトルク演算ルーチン」に従って処理される（後述する）。
ステップ４０…ステップ３０で演算された狙いトルクを基に、エンジン１が発生する実トルクを制御する。このトルク制御では、例えば、狙いトルクと実トルクとの偏差を求め、この偏差が小さくなる様に、エンジン１への噴射量を補正する。
ステップ５０…噴射パターンの切り替えが行われていないので、現在の噴射パターンの基で実施されているトルク制御（Ｆ／Ｂ制御）を継続する。

次に、図２に示す「機差バラツキ学習ルーチン」の処理手順を説明する。
ステップ１１…現在の噴射パターンの基で、エンジン１が発生する実トルク（ＴＲＱｒ）を検出し、ＥＣＵ６のメモリに記憶する。
ステップ１２…指示トルク（ＴＲＱｓ）を演算する。この指示トルク（ＴＲＱｓ）は、例えば、エンジン回転数とアクセル開度を基に、マップ検索によって求めることができる。また、エンジン１の運転状態に応じた補正（例えば、水温補正、吸気温補正）を加えても良い。

ステップ１３…指示トルク（ＴＲＱｓ）と実トルク（ＴＲＱｒ）との差（ＴＲＱｓ−ＴＲＱｒ）をエンジン１の機差バラツキ（ＴＲＱｂ）として算出する。
ステップ１４…ステップ１３で求めた機差バラツキ（ＴＲＱｂ）が所定の範囲内にあるか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの時、つまり、機差バラツキが所定の範囲内にある時は、次のステップ１５へ進み、判定結果がＮＯの時は、ステップ１６へ進む。
ステップ１５…ステップ１３で求めた機差バラツキ（ＴＲＱｂ）をメモリに記憶する。

ステップ１６…ステップ１３で求めた機差バラツキ（ＴＲＱｂ）が所定の範囲を超える場合は、機差バラツキにガードをかけてメモリに記憶する。なお、このステップ１６では、例えば、「機差バラツキの学習を再度要求する指示を与える」、あるいは「機差バラツキが所定の範囲をある回数超えた時は、異常であると判定する」等の処理に置き換えることもできる。
ステップ１７…学習が始めての時は、ステップ１５またはステップ１６で記憶した機差バラツキを学習値（ＴＲＱｂ）とし、学習回数が２回以上の時は、例えば、今回までに算出された全ての機差バラツキを合計して平均値を求め、その平均値を学習値（ＴＲＱｂ）としてメモリに記憶する。つまり、学習回数が２回以上の時は、学習精度を高めるために、今回の機差バラツキだけでなく、過去に算出された機差バラツキも含めて学習値（ＴＲＱｂ）を算出する。

続いて、図３に示す「狙いトルク演算ルーチン」の処理手順を説明する。
ステップ３１…次噴射パターンでの指示トルク（ＴＲＱｓ）を算出する。指示トルクの算出は、上記の如く、エンジン回転数とアクセル開度を基に、マップ検索によって求めることができる。
ステップ３２…先のステップ１０で学習した機差バラツキ（学習値：ＴＲＱｂ）をエンジン状態に応じて補正する。すなわち、同じ噴射パターンでも、エンジン回転数や冷却水温等、エンジン１の運転状態が異なる場合があるので、エンジン１の運転状態に応じて選定される補正係数により学習値を補正する（補正後の学習値：ＴＲＱｂｆ）。

ステップ３３…ステップ３１で算出した指示トルク（ＴＲＱｓ）に、ステップ３２で補正した学習値（ＴＲＱｂｆ）を反映して、狙いトルク（ＴＲＱｎ）を算出する。具体的には、指示トルク（ＴＲＱｓ）に学習値（ＴＲＱｂｆ）を加算する、あるいは学習値（ＴＲＱｂｆ）に係数αを掛けた値を指示トルク（ＴＲＱｓ）に加算して狙いトルク（ＴＲＱｎ）を算出する。
なお、指示トルク（ＴＲＱｓ）に対する学習値（ＴＲＱｂｆ）の反映は、噴射パターンの切り替え直後に実施しても良いが、噴射パターンの切り替え直後から徐変しながら反映させても良い。この場合、噴射パターンの切り替えに伴う急激なトルク変化を抑制できるメリットがある。

（実施例１の効果）
実施例１に記載したトルク制御では、噴射パターンが切り替わった時に、予め学習した機差バラツキ（学習値）を反映して狙いトルクを算出し、その狙いトルクを基にトルク制御を実施するので、図６に示す様に、エンジン１の機差バラツキに起因するトルク段差を低減でき、噴射パターンの切り替えによる回転変動を小さく抑えることができる。
なお、実施例１では、本発明をディーゼルエンジン１に適用する一例を記載したが、ディーゼルエンジン１に限定されるものではなく、ガソリンエンジンにも適用できる。

トルク制御のメインルーチンを示すフローチャートである。 機差バラツキ学習ルーチンを示すフローチャートである。 狙いトルク演算ルーチンを示すフローチャートである。 ディーゼルエンジンの制御システムに係る全体図である。 噴射パターンの切り替えイメージ図である。 実施例１に記載したトルク制御のタイムチャートである。 従来技術によるトルク制御のタイムチャートである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
６ ＥＣＵ（制御装置）

Claims (3)

1. 一燃焼サイクル内の噴射回数（噴射パターンと呼ぶ）を内燃機関の運転領域に応じて切り替える内燃機関の制御装置であって、
   所定の噴射パターンの基で前記内燃機関のトルクに係わる機差バラツキを学習する機差バラツキ学習手段と、
   前記所定の噴射パターンから異なる噴射パターン（次噴射パターンと呼ぶ）に切り替わった時に、その次噴射パターンの基で、前記内燃機関の機差バラツキを反映したトルク制御を行うトルク制御手段とを有し、
   前記機差バラツキ学習手段は、前記所定の噴射パターンに対応して設定される指示トルクと、その指示トルクを基に前記内燃機関が発生する実トルクとの差を、前記内燃機関の機差バラツキとして学習し、
   前記トルク制御手段は、学習した内燃機関の機差バラツキに応じてトルク補正値を求め、前記次噴射パターンに切り替わった時に設定される指示トルクに前記トルク補正値を加算して狙いトルクを算出し、この狙いトルクを基に前記トルク制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記トルク制御手段は、前記狙いトルクと、この狙いトルクを基に前記内燃機関が発生する実トルクとの偏差を求め、その偏差を小さくする方向に、前記内燃機関の実トルクを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記トルク制御手段は、前記所定の噴射パターンから前記次噴射パターンに切り替わった直後より、前記内燃機関の機差バラツキを徐変しながら反映させて、前記トルク制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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