JP4349339B2

JP4349339B2 - 内燃機関の噴射量制御装置

Info

Publication number: JP4349339B2
Application number: JP2005211536A
Authority: JP
Inventors: 浩明西牧
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007024003A

Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の噴射量制御装置に係わり、特に、気筒間の回転速度のバラツキを抑制する技術に関する。

従来、多気筒の内燃機関では、インジェクタの気筒間個体差や、エンジン側の要因（例えば、吸排気弁の開閉タイミングのバラツキ）等の影響により、各気筒の回転速度にバラツキが発生する問題がある。
この問題に対し、例えば、特許文献１には、図３に示す様に、各気筒の回転速度変動のボトムＮＥＬ（最低回転速度）とトップＮＥＨ（最高回転速度）との偏差ΔＮＥを検出して、気筒間の回転速度変動が平滑化される様に、気筒毎の噴射量を補正する方法（この方法をボトム−トップ方式と呼ぶ）が開示されている。
また、特許文献２には、図４に示す様に、各気筒の燃焼後のトップＮＥＨを前気筒と今回気筒とで比較し、前気筒のトップＮＥＨ（１）と今回気筒のトップＮＥＨ（２）とが等しくなる様に、次回の各気筒への噴射量を補正する方法（この方法をトップ−トップ方式と呼ぶ）が開示されている。
特公平６−５００７７号公報特公平７−５９９１１号公報

上記のボトム−トップ方式は、各気筒のΔＮＥを平均化して全気筒の平均値を求め、その平均値と気筒毎に検出されるΔＮＥとの差分を小さくする方法であるため、収束性に優れている。しかし、気筒間の噴射量補正をボトム−トップ方式で精度良く実施するためには、各気筒のボトムが他の気筒と干渉することなく、独立してサンプルされる必要がある。つまり、４気筒のエンジンでは、図５に示す様に、各気筒の噴射が１８０°ＣＡ毎に繰り返されるため、今回気筒の回転速度変動が前気筒の回転速度の影響を受けることはなく、前気筒と今回気筒との合成速度（エンジンの回転速度）のボトム（図中○印で示す）は、常に一定になる。

しかし、４気筒より多い気筒数の場合、例えば、６気筒では、図６に示す様に、各気筒の噴射が１２０°ＣＡ毎に繰り返されるため、今回気筒の回転速度変動に前気筒の回転速度が干渉する。すなわち、今回気筒に対する燃料噴射時のボトム、つまり前気筒と今回気筒との合成速度のボトム（図中○印で示す）が、前気筒のピストン速度に依存して変動するため、５気筒以上のシリンダを有するエンジンでは、ボトム−トップ方式によって気筒間の噴射量補正を精度良く実施することが困難である。

一方、トップ−トップ方式は、外乱要因であるボトムを検出することはなく、トップのみを検出して補正を行うため、今回気筒に対する燃料噴射時のボトムが前気筒の干渉を受けて変動する様な場合、つまり５気筒以上のエンジンでも、気筒間の噴射量補正を精度良く実施できる。しかし、トップ−トップ方式では、前気筒と今回気筒とのトップ同士を比較し、その偏差に応じて、次回の今回気筒に対する噴射量を補正する方式であるため、気筒間の回転速度変動が発散する傾向があり、収束性の点で問題があった。
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、収束性に優れ、且つ精度の高い気筒間噴射量補正を実施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、内燃機関の気筒間の回転速度変動を平滑化する様に、各気筒への噴射量を補正する噴射量制御装置であって、燃料の噴射順で先に噴射が行われる気筒をＡ気筒と呼び、このＡ気筒の次に噴射が行われる気筒をＢ気筒と呼ぶ時に、Ａ気筒の燃焼後の最高回転速度とＢ気筒の燃焼後の最高回転速度とを検出し、両者の偏差ΔＮＥＨを算出する回転偏差値算出手段と、Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬを検出し、ΔＮＥＨを基にＮＥＬを補正して、Ｂ気筒の最低回転速度を算出する最低回転速度算出手段と、Ｂ気筒の最高回転速度と最低回転速度算出手段にて算出されたＢ気筒の最低回転速度との偏差をＢ気筒の回転速度変動ΔＮＥとして算出する回転速度変動算出手段とを有することを特徴とする。

各気筒の回転速度変動のトップ（最高回転速度）は、他の気筒の影響を受けることはなく、気筒毎に精度良く検出できる。従って、Ａ気筒のトップとＢ気筒のトップとを検出し、両者の偏差を基に、Ｂ気筒のボトム（最低回転速度）を推定することが可能である。つまり、Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬに対し、Ａ気筒のトップとＢ気筒のトップとの偏差を反映させることで、Ｂ気筒のボトムを算出できる。
これにより、各気筒の回転速度変動を検出できるので、気筒間の噴射量補正を精度良く実施でき、且つボトム−トップ方式の長所である収束性にも優れる。

（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、回転速度変動算出手段によって算出された各気筒の回転速度変動を平均化して全気筒の平均値を算出し、その平均値と各気筒の回転速度変動との偏差に応じて、各気筒への噴射量を増減補正することを特徴とする。
例えば、全気筒の回転速度変動の平均値と比較して、Ｂ気筒の回転速度変動の方が大きい時は、その偏差に応じて、次回のＢ気筒の噴射量を減量する。一方、全気筒の回転速度変動の平均値よりＢ気筒の回転速度変動の方が小さい時は、その偏差に応じて、次回のＢ気筒の噴射量を増量する。同様に、他の気筒でも噴射量を増減補正することで、気筒間の回転速度のバラツキを抑制できる。

（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噴射量制御装置において、内燃機関は、５気筒以上のシリンダを有する多気筒内燃機関であることを特徴とする。
５気筒以上のシリンダを有する内燃機関では、Ｂ気筒の回転速度変動にＡ気筒の回転速度が干渉する。すなわち、Ｂ気筒に対する燃料噴射時のボトムがＡ気筒の回転速度の影響を受けて上昇するため、Ａ気筒とＢ気筒との合成速度（つまり内燃機関の回転速度）のボトムは、Ａ気筒のピストン速度に依存して変動する。これに対し、本発明では、Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬをそのままＢ気筒のボトム情報として使用することはなく、Ａ気筒のトップとＢ気筒のトップとの偏差を基に、前記ＮＥＬを補正してＢ気筒のボトムを算出しているので、５気筒以上のシリンダを有する内燃機関であっても、各気筒の回転速度変動を精度良く検出でき、気筒間の噴射量補正を精度良く実施できる。

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１は６気筒ディーゼルエンジン１の噴射量制御システムを示す概略図である。
６気筒ディーゼルエンジン１は、以下に説明するコモンレール式燃料噴射装置２を搭載する。
コモンレール式燃料噴射装置２は、高圧燃料を蓄圧するコモンレール３と、このコモンレール３に加圧した燃料を圧送する燃料供給ポンプ４と、コモンレール３より供給される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と、燃料供給ポンプ４およびインジェクタ５の作動を電子制御する電子制御ユニット（以下ＥＣＵ６と呼ぶ）を有する。

コモンレール３は、燃料供給ポンプ４より供給された高圧燃料を目標レール圧まで蓄圧する。目標レール圧は、エンジン１の運転状態（例えば、アクセル開度とエンジン回転速度）に応じて、ＥＣＵ６により設定される。このコモンレール３には、蓄圧された燃料圧力（実レール圧）を検出してＥＣＵ６に出力する圧力センサ７と、実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とが取り付けられている。燃料供給ポンプ４は、カム軸（図示せず）を介してエンジン１により駆動され、燃料タンク９から汲み上げた燃料を加圧してコモンレール３へ圧送する。この燃料供給ポンプ４は、ＥＣＵ６によって弁開度が調整される電磁調量弁１０を内蔵し、この電磁調量弁１０の弁開度に応じて、コモンレール３へ圧送されるポンプ吐出量が制御される。

インジェクタ５は、エンジン１の各気筒にそれぞれ取り付けられ、高圧配管１１を介してコモンレール３に接続されている。このインジェクタ５は、ＥＣＵ６によって電子制御される電磁弁を内蔵し、この電磁弁の開閉動作によって噴射タイミング及び噴射量が制御される。
ＥＣＵ６は、周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、このマイクロコンピュータに各種センサ（例えば、ＮＥセンサ１２、アクセル開度センサ１３、圧力センサ７等）で検出されたセンサ情報が信号処理回路（図示せず）を介して入力される。

ＮＥセンサ１２は、エンジン１のクランク軸１ａに同期して回転するパルサ１４の近傍に配置され、パルサ１４が１回転する間に、パルサ１４の外周部に形成された突起部１４ａの数に相当する複数のパルス信号を出力する。ＥＣＵ６は、ＮＥセンサ１２より出力されたパルス信号の時間間隔を計測して、エンジン回転数（回転速度）ＮＥを検出するＮＥ検出回路を内蔵している。
アクセル開度センサ１３は、運転者が操作するアクセルペダル１５の操作量（踏込み量）よりアクセル開度ＡＣを検出して、その検出結果をＥＣＵ６に出力する。

ＥＣＵ６は、各センサ情報を基に、以下の噴射圧制御、噴射時期制御、および噴射量制御を実施する。
噴射圧制御は、コモンレール３に蓄圧される燃料圧力を制御するもので、圧力センサ７によって検出される実レール圧が目標レール圧と一致する様に、電磁調量弁１０の弁開度を調整して、燃料供給ポンプ４からコモンレール３へ向けて吐出されるポンプ吐出量をフィードバック制御する。
噴射時期制御は、インジェクタ５より燃料を噴射するタイミング（噴射時期）を制御するもので、例えば、エンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣから最適な噴射時期を演算し、その演算結果に従ってインジェクタ５の電磁弁を制御する。

噴射量制御は、各気筒のインジェクタ５から噴射される燃料噴射量を個別に制御するもので、例えば、エンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣを基に、エンジン１の運転状態に応じた指令噴射量を演算した後、気筒間の噴射量バラツキを補正するための噴射補正量を加味して補正後の指令噴射量を求め、その補正後の指令噴射量に従ってインジェクタ５の電磁弁を制御する。なお、ＥＣＵ６は、本発明の回転偏差値算出手段、最低回転速度算出手段、および回転速度変動算出手段の各機能を有している。

次に、ＥＣＵ６による気筒間噴射量補正の方法を図２を基に説明する。
ａ）燃料の噴射順で先に噴射が行われる気筒をＡ気筒と呼び、このＡ気筒の次に噴射が行われる気筒をＢ気筒と呼ぶ時に、Ａ気筒の燃焼後の最高回転速度ＮＥＨ１とＢ気筒の燃焼後の最高回転速度ＮＥＨ２とを検出し、両者の偏差ΔＮＥＨを算出する。
ｂ）Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬを検出する。なお、ＮＥＬ、ＮＥＨ１、及びＮＥＨ２は、パルサ１４の指定角度（例えば２０°ＣＡ）間にＮＥセンサ１２より出力されるパルス信号の時間間隔を計測して算出される。

ｃ）ΔＮＥＨを基にＮＥＬを補正して、下記の数式（１）より、Ｂ気筒の燃焼前の最低回転速度ＮＥＬ２を算出する。
ＮＥＬ２＝ＮＥＬ＋ｋ×ΔＮＥＨ…………………………（１）
なお、補正定数ｋは、エンジン１の機種に合わせて決定される。あるいは、マップやテーブル補間で決定することもできる。
ｄ）Ｂ気筒の回転速度変動ΔＮＥを下記の数式（２）より算出する。
ΔＮＥ＝ＮＥＨ２−ＮＥＬ２
＝ＮＥＨ２−（ＮＥＬ＋ｋ×ΔＮＥＨ）…………（２）

ｅ）Ｂ気筒と同様に、他の気筒の回転速度変動を算出した後、各気筒の回転速度変動を平均化して全気筒の平均値を算出する。
ｆ）全気筒の平均値と各気筒の回転速度変動との偏差に応じて、各気筒への噴射量を増減補正する。例えば、全気筒の平均値と比較してＢ気筒の回転速度変動ΔＮＥの方が大きい時は、その偏差に応じて、次回のＢ気筒の噴射量を減量する。一方、全気筒の平均値よりＢ気筒の回転速度変動ΔＮＥの方が小さい時は、その偏差に応じて、次回のＢ気筒の噴射量を増量する。

（実施例１の効果）
実施例１に記載したエンジン１、つまり６気筒エンジン１では、図６に示した様に、各気筒の噴射が１２０°ＣＡ毎に繰り返されるため、Ｂ気筒の回転速度変動にＡ気筒の回転速度が干渉する。すなわち、Ｂ気筒に対する燃料噴射時のボトムがＡ気筒の回転速度の影響を受けて上昇するため、Ａ気筒とＢ気筒の合成速度（エンジン１の回転速度）のボトムＮＥＬは、Ａ気筒のピストン速度に依存して変動する。

これに対し、実施例１では、Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬをそのままＢ気筒のボトム情報として使用するのではなく、Ａ気筒のトップＮＥＨ１とＢ気筒のトップＮＥＨ２との偏差ΔＮＥＨを基に、前記ＮＥＬを補正してＢ気筒のボトムＮＥＬ２を算出している。つまり、Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬに対し、Ａ気筒のトップＮＥＨ１とＢ気筒のトップＮＥＨ２との偏差ΔＮＥＨを反映させることで、Ｂ気筒のボトムＮＥＬ２を算出できる。その結果、６気筒エンジン１であっても、各気筒の回転速度変動を精度良く検出できるので、精度の高い気筒間噴射量補正を実施でき、且つボトム−トップ方式の長所である収束性にも優れる。

なお、本発明は、実施例１に記載した６気筒エンジン１に限らず、その他の多気筒エンジン（特に５気筒以上のエンジン）にも同様に適用できる。
また、実施例１では、ディーゼルエンジン１を一例に記載したが、ガソリンエンジンにも本発明を適用できる。

６気筒ディーゼルエンジンの噴射量制御システムを示す概略図である。エンジンの回転速度変動を示す波形図である。気筒間噴射量補正に関するボトム−トップ方式の説明図である。気筒間噴射量補正に関するトップ−トップ方式の説明図である。４気筒エンジンの回転変動を示す波形図である。６気筒エンジンの回転変動を示す波形図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
６ＥＣＵ（噴射量制御装置）

Claims

内燃機関の気筒間の回転速度変動を平滑化する様に、各気筒への噴射量を補正する噴射量制御装置であって、
燃料の噴射順で先に噴射が行われる気筒をＡ気筒と呼び、このＡ気筒の次に噴射が行われる気筒をＢ気筒と呼ぶ時に、前記Ａ気筒の燃焼後の最高回転速度と前記Ｂ気筒の燃焼後の最高回転速度とを検出し、両者の偏差ΔＮＥＨを算出する回転偏差値算出手段と、
前記Ｂ気筒に対する燃料噴射時の回転速度ＮＥＬを検出し、前記ΔＮＥＨを基に前記ＮＥＬを補正して、前記Ｂ気筒の最低回転速度を算出する最低回転速度算出手段と、
前記Ｂ気筒の最高回転速度と前記最低回転速度算出手段にて算出された前記Ｂ気筒の最低回転速度との偏差を前記Ｂ気筒の回転速度変動ΔＮＥとして算出する回転速度変動算出手段とを有することを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
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、
前記回転速度変動算出手段によって算出された各気筒の回転速度変動を平均化して全気筒の平均値を算出し、その平均値と各気筒の回転速度変動との偏差に応じて、前記各気筒への噴射量を増減補正することを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。
請求項１または２に記載した内燃機関の噴射量制御装置において、
前記内燃機関は、５気筒以上のシリンダを有する多気筒内燃機関であることを特徴とする内燃機関の噴射量制御装置。