JP4398315B2 - 多気筒エンジンの燃料制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数気筒に対し燃料噴射弁からの燃料の供給量を個別に制御するようにした多気筒エンジンの燃料制御方法に関し、詳しくは、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったときにエンジンの振動を積極的に低減させる対策に係わる。

一般に、ディーゼルエンジンなどの多気筒エンジンにあっては、運転性のより一層の向上を図る観点から、エンジンの運転状態に応じて電気的に燃料の噴射制御（即ち、燃料噴射量制御と噴射時期制御）を行う電子燃料噴射装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

このような電子燃料噴射装置では、エンジンの各気筒に対し燃料噴射弁からの燃料の供給量を個別に制御することが行われている。
特公平４−５９４５８号公報

ところで、電子燃料噴射装置を備えた多気筒エンジンでは、図７に示すように、６気筒のうちのある気筒（図７では第４気筒）に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、エンジンの出力を確保する上で、第４気筒の燃焼サイクルの後側に位置する第２気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量を増量させる制御が行われている。

しかし、第２気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量を増量させた分だけその燃焼サイクルの後側に位置する第６気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量を減少させる制御が行われるため、この第６気筒の燃焼サイクルの後側に位置する第３気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量を第６気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量の減少に応じて増量させ、更に、この第３気筒の燃焼サイクルの後側に位置する第５気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量を第３気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量の増加に応じて減量させることが行われることになる。これは、各気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給によってクランク軸の回転量を当該気筒の燃焼サイクルの前の例えば２気筒分を認識して決定しているからである。

このため、各気筒の燃料噴射弁からの燃料の供給量が交互に増減してバラツキが生じ、エンジンの振動が非常に大きなものとなる。

本発明は、かかる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、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料供給が不能となったときに、エンジンの振動を積極的に低減させることができる多気筒エンジンの燃料制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、複数気筒に対し燃料噴射弁からの燃料の供給量を個別に制御するようにした多気筒エンジンの燃料制御方法として、気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給によって回転するクランク軸の回転量を当該気筒の燃焼サイクル以前の少なくとも２以上の気筒により認識する回転認識手段を備える。そして、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、前記回転認識手段は、燃料の供給が不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する少なくとも４つの気筒毎のクランク軸の回転量を認識するように、対象気筒の気筒数を増加すべく変更し、当該少なくとも４つの気筒毎のクランク軸の回転量を認識して燃料の供給量を決定するとともに、その燃料供給不能な気筒を挟んで燃焼サイクルの前後両側に位置する気筒間での燃焼サイクルの間隔が均一となるように、燃料供給不能な気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する気筒に対し燃料を供給する燃料噴射弁の燃料供給を停止するように制御している。

この特定事項により、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料供給が不能となったとき、回転認識手段による対象気筒の気筒数を燃料供給不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する少なくとも４つの気筒に変更して各気筒毎のクランク軸の回転量を認識し、その燃料供給不能な気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する気筒に対し燃料を供給する燃料噴射弁の燃料供給を停止して、燃料供給しない気筒を挟んで燃焼サイクルの前後両側に位置する気筒間での燃焼サイクルの間隔が均一となるようにしているので、燃料供給不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する少なくとも４つの気筒毎のクランク軸の回転量を認識して燃料の供給量が決定される上、燃料噴射弁から燃料供給されない気筒間での燃焼サイクルの間隔が均一なものとなる。これにより、燃料噴射弁から燃料供給されない気筒によって生じるエンジンの振動を積極的に低減させることが可能となる。

また、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、エンジンの運転可能領域をエンジンの振動に応じて変更している場合には、燃料噴射弁から燃料供給されない気筒と燃料噴射弁から燃料供給される気筒との燃焼サイクル間でのバラツキが抑制され、無理のないエンジンの運転可能領域でエンジンの振動を効果的に低減させることが可能となる。

そして、複数気筒のうちの燃焼サイクルが連続する複数の気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、残る全ての気筒に対し燃料噴射弁からの燃料供給を行うように制御している場合には、残る全ての気筒に対する燃料供給によってエンジンの運転可能領域を確保することが可能となる。

更に、各気筒に対し燃料を供給する燃料噴射弁からの燃料噴射量をブーストコンペンセータによるブースト圧に応じて調整しており、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整を解除するように制御している場合には、燃料噴射弁から燃料供給されない気筒によってブースト圧が低下していても、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除によってエンジンの出力低下に伴い燃料噴射量が抑制されることがない。これにより、複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったときに、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整によってエンジンの出力が制限されることがなく、エンジンの運転可能領域を拡大させることが可能となる。

以上、要するに、ある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料供給が不能となったとき、回転認識手段による対象気筒の気筒数を燃料供給不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する少なくとも４つの気筒に変更して各気筒毎のクランク軸の回転量を認識し、その燃料供給不能な気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する気筒に対し燃料を供給する燃料噴射弁の燃料供給を停止して燃料供給しない気筒の燃焼サイクル前後両側に位置する気筒間での燃焼サイクルの間隔を均一にすることで、燃料供給不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する少なくとも４つの気筒毎のクランク軸の回転量を認識して燃料の供給量を決定する上、燃料噴射弁から燃料供給されない気筒間での燃焼サイクルの間隔を均一なものにし、エンジンの振動を積極的に低減させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わる多気筒ディーゼルエンジンに用いられるコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示している。

このコモンレール式燃料噴射システムは、舶用の６気筒ディーゼルエンジン１（以下、エンジンと称する）の各気筒毎に搭載された複数個（本例では６個）の燃料噴射弁としてのインジェクタ２，…と、エンジン１により回転駆動されるサプライポンプ３と、このサプライポンプ３より吐出された高圧燃料を蓄圧する蓄圧室を形成するコモンレール５と、各気筒のインジェクタ２およびサプライポンプ３を電子制御する電子制御ユニット１０とを備えている。

各気筒のインジェクタ２は、コモンレール５より分岐する複数の分岐管（高圧配管経路）１６の下流端に連結された高圧パイプ（図示せず）に接続され、コモンレール５に蓄圧された高圧燃料をエンジン１の各気筒の燃焼室内に噴射供給する燃料噴射ノズルである。これらのインジェクタ２からエンジン１への燃料の噴射は、インジェクタ２内の燃料通路の途中に設けられた噴射制御用電磁弁（図示せず）への通電および通電停止（ＯＮ／ＯＦＦ）により電子制御される。つまり、各気筒のインジェクタ２の噴射制御用電磁弁が開弁している間、コモンレール５に蓄圧された高圧燃料がエンジン１の各気筒の燃焼室内に噴射供給される。

サプライポンプ３は、エンジン１のクランク軸１１の回転に伴ってポンプ駆動軸１２が回転することで燃料タンク９内の燃料を汲み上げる周知のフィードポンプ（図示せず）と、ポンプ駆動軸１２により駆動されるプランジャ（図示せず）と、このプランジャの往復運動により燃料を加圧する加圧室（図示せず）とを有している。そして、サプライポンプ３は、フィードポンプにより吸い出された燃料を加圧して吐出口からコモンレール５へ高圧燃料を吐出する高圧供給ポンプである。このサプライポンプ３の加圧室への燃料流路の入口側には、その燃料流路を開閉することで、サプライポンプ３からコモンレール５への燃料の吐出量を変更する入り口調量弁４が取り付けられている。

入り口調量弁４は、図示しないポンプ駆動回路を介して電子制御ユニット１０からの制御信号（ポンプ駆動信号）によって電子制御されることにより、サプライポンプ３の加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整する吸入量調整用電磁弁（ポンプ吸入弁）であって、各インジェクタ２からエンジン１へ噴射供給する噴射圧力（燃料圧）に相当するコモンレール５内の圧力（以下、コモンレール圧と称する）を変更するようになされている。この入り口調量弁４は、通電が停止されると弁状態が全開状態となるノーマリオープンタイプのポンプ流量制御弁（電磁弁）である。

コモンレール５には、連続的に噴射圧力に相当する高い圧力が蓄圧される必要があり、そのために燃料配管（高圧配管経路）１３を介して高圧燃料を吐出するサプライポンプ３の吐出口と接続されている。なお、インジェクタ２からのリーク燃料およびサプライポンプ３からのリーク燃料は、リーク配管（低圧通路）１４を経て燃料タンク９にリターンされる。また、コモンレール５から燃料タンク９へ燃料をリリーフするリリーフ配管（低圧通路）１５には、コモンレール圧が限界蓄圧圧力（限界設定圧）を超えることがないように圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ６が取り付けられている。

プレッシャリミッタ６は、高圧配管経路内の燃料圧、すなわち、実コモンレール圧が限界設定圧を超えた際に開弁して燃料圧を限界設定圧以下に抑えるための圧力安全弁である。このプレッシャリミッタ６は、バルブボディ（弁本体）と、このバルブボディに形成された弁孔を開閉するボールバルブ（弁体）と、このボールバルブと一体的に動作するピストンと、ボールバルブおよびピストンが弁座に着座する側（閉弁方向）に所定の付勢力で付勢するスプリング等とを備えている。そして、ボールバルブのシート径とスプリングのセット荷重とでプレッシャリミッタ６の開弁圧が決定されている。

電子制御ユニット１０は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存するＲＯＭ、ＲＡＭ、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータを備えている。そして、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。

また、電子制御ユニット１０は、エンジン１の運転条件に応じた最適な目標噴射時期（噴射開始時期）、各気筒のインジェクタ２からエンジン１に噴射する燃料の目標噴射量（噴射期間）を決定する噴射量・噴射時期決定手段と、エンジン１の運転条件および目標噴射量に応じた噴射パルス時間（噴射パルス幅）のインジェクタ噴射パルスを演算する噴射パルス幅決定手段と、インジェクタ駆動回路を介して各インジェクタ２の噴射制御用電磁弁にインジェクタ噴射パルスを印加するインジェクタ駆動手段とを備えている。すなわち、電子制御ユニット１０は、回転速度センサ２１によって検出されたエンジン回転速度（以下、エンジン回転数と称する）およびアクセル開度センサ２２によって検出されたアクセル開度等のエンジン運転情報に基づいて目標噴射量を算出し、エンジン１の運転条件および目標噴射量から算出された噴射パルス幅に応じて各気筒のインジェクタ２の噴射制御用電磁弁にインジェクタ噴射パルスを印加するように構成されている。これにより、エンジン１が運転される。

そして、電子制御ユニット１０は、エンジン１の運転条件に応じた最適な燃料噴射圧力に相当する目標コモンレール圧を演算し、ポンプ駆動回路を介してサプライポンプ３の入り口調量弁４を駆動する吐出量制御手段でもある。すなわち、電子制御ユニット１０は、回転速度センサ２１によって検出されたエンジン回転数およびアクセル開度センサ２２によって検出されたアクセル開度等のエンジン運転情報、更には冷却水温センサ２３によって検出されたエンジン冷却水温の補正を加味して目標コモンレール圧を算出し、この目標コモンレール圧を達成するために、サプライポンプ３の入り口調量弁４に制御信号を出力するように構成されている。

また、電子制御ユニット１０には、第１気筒、第４気筒、第２気筒、第６気筒、第３気筒、第５気筒の順で繰り返される燃焼サイクルでの各気筒毎のクランク軸１１の回転量がクランク軸回転量センサ２４によって入力されている。そして、電子制御ユニット１０は、図２に示すように、例えば第５気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給によって回転するクランク軸１１の回転量を当該気筒（インジェクタ２から燃料が噴射供給された第５気筒）の燃焼サイクル以前の２つ以上の気筒（図２では第６気筒および第３気筒）により認識する回転認識手段１００を備えている。この回転認識手段１００は、図３に示すように、６気筒のうちのある気筒（図では第４気筒）に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、当該気筒（第４気筒）の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する６つの気筒全てのクランク軸の回転量が認識されるように、対象気筒の気筒数を２気筒から６気筒に変更している。この場合、６気筒のうちのある気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったことの検出は、コモンレール５内に設けられた燃料圧力検出センサ２５により行われ、この燃料圧力検出センサ２５によって、任意の気筒に対しインジェクタ２から燃料の噴射供給がなされているにも係わらず噴射供給によるコモンレール圧の低下が発生しないことにより検出されるようにしている。

そして、電子制御ユニット１０は、６気筒のうちのある気筒（図３では第４気筒）に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、図４に示すように、その燃料の噴射供給不能な第４気筒を挟んで燃焼サイクルの前後両側に位置する第１気筒と第２気筒との間での燃焼サイクルの間隔（１気筒とばしの間隔）が均一となるように、燃料の噴射供給不能な第４気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する第６気筒および第５気筒に対し燃料を噴射供給するインジェクタ２の燃料噴射を停止するように制御している。このとき、インジェクタ２から燃料が噴射供給された気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する４つの気筒（燃料が噴射供給されない気筒も含む）のクランク軸１１の回転量が認識されるように、回転認識手段１００による対象気筒の気筒数が４気筒に変更されている。また、３つの気筒に対するインジェクタ２からの燃料噴射量は、６つの気筒全てにインジェクタ２からの燃料噴射が行われている場合に比べて約倍増され、エンジンの出力維持が図られている。

また、電子制御ユニット１０は、６気筒のうちのある気筒（図３では第４気筒）に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、エンジン１の運転可能領域をエンジン１の振動に応じて変更している。この場合、図５に示すように、エンジン１の振動により予め決定された、回転数に対する各気筒に対するインジェクタ２の燃料噴射量の２つの特性（図では一点鎖線と二点鎖線で示す特性）に応じて選択される。なお、図５中実線で示す特性は、全ての気筒に対するインジェクタ２からの燃料噴射が支障なく行われている通常の場合を示している。また、それぞれの特性は、図６に示すように、エンジン回転数に対するエンジントルクの特性からも窺える。

加えて、電子制御ユニット１０は、複数気筒のうちの燃焼サイクルが連続する２つ以上の気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、残る全ての気筒に対しインジェクタ２からの燃料の噴射供給を行うように制御している。例えば、燃焼サイクルが連続する第１気筒と第４気筒との２つの気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、残る第２気筒、第６気筒、第３気筒および第５気筒の全ての気筒に対しインジェクタ２からの燃料の噴射供給を行うように制御している。

更に、各気筒に対し燃料を噴射供給するインジェクタ２は、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じて燃料噴射量が調整されている。そして、電子制御ユニット１０は、６気筒のうちのある気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整を解除するように制御している。

したがって、上記実施形態では、６気筒のうちのある気筒（例えば第４気筒）に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、回転認識手段１００による対象気筒の気筒数を燃料の噴射供給不能な第４気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する６つの全ての気筒に変更して各気筒毎のクランク軸１１の回転量を認識し、その燃料の噴射供給不能な第４気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する第６気筒および第５気筒に対し燃料を噴射供給するインジェクタ２の燃料噴射を停止して、燃料を噴射供給しない気筒を挟んで燃焼サイクルの前後両側に位置する気筒間での燃焼サイクルの間隔が均一となるようにしているので、燃料の噴射供給不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する６つの全ての気筒毎のクランク軸１１の回転量を認識して燃料の噴射量が決定される上、インジェクタ２から燃料が噴射供給されない気筒間での燃焼サイクルの間隔が均一なものとなる。これにより、インジェクタ２から燃料が噴射供給されない気筒によって生じるエンジン１の振動を積極的に低減させることができる。

また、６気筒のうちのある気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、エンジン１の振動により予め決定された、回転数に対する各気筒に対するインジェクタ２の燃料噴射量の２つの特性（図５では一点鎖線と二点鎖線で示す特性）に応じて、エンジン１の運転可能領域が変更されるので、インジェクタ２から燃料が噴射供給されない気筒とインジェクタ２から燃料が噴射供給される気筒との燃焼サイクル間でのバラツキが抑制され、無理のないエンジン１の運転可能領域でエンジン１の振動を効果的に低減させることができる。

そして、６気筒のうちの燃焼サイクルが連続する２つ以上の気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、残る全ての気筒に対しインジェクタ２からの燃料の噴射供給が行われるように制御されているので、残る全ての気筒に対する燃料の噴射供給によってエンジン１の運転可能領域を確保することができる。

更に、６気筒のうちのある気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったとき、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整が解除されるように制御されているので、インジェクタ２から燃料が噴射供給されない気筒によってブースト圧が低下していても、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除によってエンジン１の出力低下に伴い燃料噴射量が抑制されることがない。これにより、６気筒のうちのある気筒に対するインジェクタ２からの燃料の噴射供給が不能となったときに、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整によってエンジン１の出力が制限されることがなく、エンジン１の運転可能領域を拡大させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、多気筒エンジンとして６気筒エンジンを用いたが、４気筒以上の偶数気筒エンジンであれば、舶用を問わずあらゆるエンジンに適用することができる。

本発明の実施形態に係わる舶用６気筒エンジンに適用したコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示す概略構成図である。 通常状態での燃焼サイクルの各気筒の燃料噴射量を示す特性図である。 ある気筒に対しインジェクタからの燃料の噴射供給が不能となった状態での燃焼サイクルの各気筒の燃料噴射量を示す特性図である。 燃料の噴射供給不能な第４気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する第６気筒および第５気筒に対し燃料を噴射供給するインジェクタの燃料噴射を停止した状態での燃焼サイクルの各気筒の燃料噴射量を示す特性図である。 通常状態および各気筒に対するインジェクタの燃料噴射を停止した状態でのエンジンの回転数に対する燃料噴射量特性を示す特性図である。 通常状態および各気筒に対するインジェクタの燃料噴射を停止した状態でのエンジンの回転数に対するエンジントルクの特性を示す特性図である。 従来例に係わるエンジンのある気筒に対しインジェクタからの燃料の噴射供給が不能となった状態での燃焼サイクルの各気筒の燃料噴射量を示す特性図である。

符号の説明

１ ６気筒ディーゼルエンジン（多気筒エンジン）
１１ クランク軸
１００ 回転認識手段
２ インジェクタ（燃料噴射弁）

Claims (4)

1. 複数気筒に対し燃料噴射弁からの燃料の供給量を個別に制御するようにした多気筒エンジンの燃料制御方法であって、
   気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給によって回転するクランク軸の回転量を当該気筒の燃焼サイクル以前の少なくとも２以上の気筒により認識する回転認識手段を備え、
   複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、前記回転認識手段は、燃料の供給が不能な気筒の燃焼サイクル以前で燃焼サイクルが連続する少なくとも４つの気筒毎のクランク軸の回転量を認識するように、対象気筒の気筒数を増加すべく変更し、当該少なくとも４つの気筒毎のクランク軸の回転量を認識して燃料の供給量を決定するとともに、その燃料供給不能な気筒を挟んで燃焼サイクルの前後両側に位置する気筒間での燃焼サイクルの間隔が均一となるように、燃料供給不能な気筒と燃焼サイクルの間隔が一致する気筒に対し燃料を供給する燃料噴射弁の燃料供給を停止するように制御していることを特徴とする多気筒エンジンの燃料制御方法。
2. 上記請求項１に記載の多気筒エンジンの燃料制御方法において、
   複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、エンジンの運転可能領域をエンジンの振動に応じて変更していることを特徴とする多気筒エンジンの燃料制御方法。
3. 上記請求項１または請求項２に記載の多気筒エンジンの燃料制御方法において、
   複数気筒のうちの燃焼サイクルが連続する複数の気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、残る全ての気筒に対し燃料噴射弁からの燃料供給を行うように制御していることを特徴とする多気筒エンジンの燃料制御方法。
4. 上記請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の多気筒エンジンの燃料制御方法において、
   各気筒に対し燃料を供給する燃料噴射弁は、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じて燃料噴射量が調整されており、
   複数気筒のうちのある気筒に対する燃料噴射弁からの燃料の供給が不能となったとき、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整を解除するように制御していることを特徴とする多気筒エンジンの燃料制御方法。

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