JP4462315B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射弁の作動等を制御することにより内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置に関する。

ディーゼル機関(内燃機関)の制御に関し、1燃焼サイクルあたりに複数回の噴射を実行する多段噴射制御が特許文献1等にて開示されている。そして従来では、多段噴射の最適な噴射形態(多段噴射の噴射段数、各段における噴射量及び噴射時期等)を、要求トルク(例えばアクセル操作量)及びエンジン回転速度等をパラメータとしてマップ化して記憶させている。

そして、上記各種パラメータに基づき前記マップを用いて最適噴射形態を決定し、決定した最適噴射形態となるよう燃料噴射弁の作動を制御している。従来では、このように最適な噴射形態に制御することで、所望の出力トルクを得るとともに所望のエミッション状態にすることを図っていた。
特開2005−155360号公報

ところで、実際に噴射した燃料が燃焼に寄与する割合(燃焼割合)は、燃料性状(例えばセタン価)等の各種条件によって異なってくる。そして、燃焼割合が異なれば、噴射段数、各段における噴射量及び噴射時期等が同じであっても得られる出力トルク及びエミッションの状態は異なってくる。例えば、燃焼割合80%の前提で前記マップが作成されているにもかかわらず、実際の燃焼が燃焼割合50%である場合には、単位時間あたりの熱発生量(熱発生率)の挙動又は筒内圧力の挙動(図9(b)中の点線にて例示される挙動)が所望の挙動(図9(b)中の実線にて例示される挙動)からずれてしまい、ひいては出力トルクの低下及びエミッション状態の悪化を招いてしまう。

以上により、従来の燃料噴射制御では、出力トルク及びエミッション状態を精度よく制御するのに限界があった。なお、このような燃焼割合に起因した問題は、多段噴射のみならず単段噴射の場合にも同様に生じ得る。また、燃料噴射制御のみならず、内燃機関の運転状態を制御するための他の制御(例えば過給圧制御やEGR量制御等)においても、燃焼割合の違いに起因した上記問題は同様に生じ得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、出力トルク及びエミッション状態を精度よく制御することを図った内燃機関制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項1記載の発明では、内燃機関の燃料噴射弁を操作して、前記内燃機関の出力トルクを増加させるよう燃料噴射を行うトルク増加手段と、前記燃料噴射に伴い生じた前記出力トルクの増加量又はその増加量に関連する物理量を検出するトルク増加量検出手段と、前記燃料噴射の実際の噴射量又はその噴射量に関連する物理量を検出する噴射量検出手段と、前記トルク増加量検出手段の検出値及び前記噴射量検出手段の検出値に基づき、1燃焼サイクルで噴射した全ての燃料のうち実際に燃焼に寄与した割合を示す燃焼割合を算出する燃焼割合算出手段と、前記燃焼割合算出手段により算出された前記燃焼割合に応じて前記内燃機関の運転状態を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

つまり本発明では、トルク増加手段による燃料噴射により出力トルクを増加させ、その時のトルク増加量等及び噴射量等を検出し、これらの検出値に基づき燃焼割合を算出する。例えば、検出した噴射量が100%燃焼に寄与すると仮定した場合に推定されるトルク増加量に対し、実際に検出されたトルク増加量が前記推定量よりもどれだけ少ないかを算出することで、燃焼割合を算出することができる。そして本発明では、このように算出された燃焼割合に応じて内燃機関の運転状態を制御するので、内燃機関の出力トルク及びエミッション状態を精度よく制御することができる。

なお、前記トルク増加手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射をカットする無噴射実行条件が成立している時(例えば運転者によりアクセル操作がなされていない時)に、出力トルクを増加させる前記燃料噴射を行うことが望ましい。これによれば、出力トルクの変動が殆ど生じていない状態でトルク増加手段による燃料噴射が行われるので、トルク増加量検出手段により出力トルク増加量等を検出するにあたり、その検出精度を向上できる。よって、トルク増加量検出手段による燃料噴射に伴い生じた出力トルクの増加量を精度よく検出することができる。

さらに、前記トルク増加手段による前記燃料噴射は、以下に説明する微小噴射(例えば約2mm3/st)であることが望ましい。すなわち、トルク増加手段により出力トルクを増加させた時に、内燃機関の運転者(例えば内燃機関が搭載された車両の運転者)がそのトルク増加を体感しない程度の微小量であることが望ましい。また、前記内燃機関としてディーゼル機関を適用し、前記燃料噴射弁は1燃焼サイクルあたりに複数回噴射する多段噴射を実行可能である場合において、前記多段噴射におけるメイン噴射よりも少ない微小量(例えばパイロット噴射やプレ噴射に相当する量)で前記燃料噴射を行うことが望ましい。これによれば、上述の無噴射時において、内燃機関の運転者の意に反してエンジン回転速度が上昇する度合いを小さくできる。

請求項2記載の発明では、前記内燃機関の燃料供給システムは、燃料を蓄圧する蓄圧容器から前記燃料噴射弁へ燃料を分配供給するよう構成されており、前記噴射量検出手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記物理量として検出する燃圧センサであるとともに、前記蓄圧容器から前記燃料噴射弁の噴射孔に至るまでの燃料通路のうち前記蓄圧容器に対して前記噴射孔に近い側に配置されていることを特徴とする。

燃料噴射弁に供給される燃料の圧力は、噴射孔からの燃料噴射に伴い変動する。よって、その変動の形態(燃圧降下量、燃圧降下時間等)を検出すれば実際の噴射量を算出することができる。この点に着目した上記請求項2記載の発明では、噴射量検出手段として、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を噴射量に関連する物理量として検出する燃圧センサを採用しているため、上述の如く噴射量を算出することができる。

しかも、請求項2記載の発明では、燃圧センサを、蓄圧容器から噴射孔に至るまでの燃料通路のうち蓄圧容器に対して噴射孔に近い側に配置しているので、噴射孔での圧力変動を蓄圧容器内で減衰する前に検出することができる。よって、噴射に伴い生じる圧力変動を精度よく検出することができるので、噴射量を高精度に算出することができる。

トルク増加手段による燃料噴射が先述した微小噴射である場合には、その微小噴射に伴い生じる燃圧の変動は極めて小さいため、蓄圧容器に配置された燃圧センサ(レール圧センサ)ではそのような燃圧の変動を検出することが困難である。よって、このように検出が困難な微小噴射の場合に上記請求項2記載の発明を適用すれば、圧力変動を精度良く検出できるとの先述した効果を好適に発揮できる。

ちなみに、噴射量検出手段として燃圧センサを適用する以外の適用例としては、燃料噴射弁の弁体リフト量を噴射量に関連する物理量として検出するリフトセンサや、噴射孔に至るまでの燃料供給通路に配置されて燃料流量を噴射量として検出する流量計等が挙げられる。

請求項3記載の発明では、前記トルク増加量検出手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度(エンジン回転速度)を前記物理量として検出する回転速度センサであることを特徴とする。トルクが増加すればその増加量に応じて出力軸の回転速度も上昇するので、トルク増加量検出手段として回転速度センサを採用する上記請求項3記載の発明によれば、出力トルクの増加量を好適に算出することができる。

ちなみに、トルク増加量検出手段として回転速度センサを適用する以外の適用例としては、内燃機関の燃焼室内の圧力をトルク増加量に関連する物理量として検出する筒内圧センサ等が挙げられる。

請求項4記載の発明では、前記制御手段は、前記燃焼割合に応じて燃料の噴射形態を変更するよう前記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段であることを特徴とする。よって、筒内圧力の挙動(又は熱発生率の挙動)が所望の挙動からずれてしまうことを抑制するよう燃焼割合を加味して噴射形態を制御でき、ひいては、内燃機関の出力トルク及びエミッション状態を精度よく制御することができる。

ちなみに、前記制御手段として噴射制御手段を適用する以外の適用例としては、燃焼割合に応じて過給圧を変更させる過給圧制御や、燃焼割合に応じてEGR(exhaust gas recirculation)の量(排気の一部を吸気に還流させる量)を変更させるEGR量制御等が挙げられる。

請求項5記載の発明では、前記噴射制御手段は1燃焼サイクルあたりに複数回噴射する多段噴射の制御を実行可能であり、前記多段噴射の噴射段数、前記多段噴射の各段における噴射量及び噴射時期の少なくとも1つを変更することにより、前記噴射制御手段は前記噴射形態を変更することを特徴とする。このように、多段噴射の噴射段数、各段における噴射量及び噴射時期の少なくとも1つを燃焼割合に応じて変更すれば、筒内圧力の挙動(又は熱発生率の挙動)が所望の挙動からずれてしまうことを抑制するよう噴射形態を好適に制御できる。

ここで、パイロット噴射にかかる噴射量は、メイン噴射にて噴射された燃料の燃焼状態(例えば燃焼割合や着火時期等)に大きく影響を及ぼすため、ひいては1燃焼サイクルあたりに得られる出力トルク及びエミッション状態に大きく影響を及ぼす。この点を鑑み請求項6記載の発明では、前記噴射制御手段は、前記燃焼割合に応じて、前記多段噴射のパイロット噴射にかかる噴射量を変更させるよう前記噴射形態を変更することを特徴とする。そのため、パイロット噴射量を調整することで出力トルク及びエミッション状態を所望の状態に調整することを容易にできる。

パイロット噴射量の調整の具体例としては、燃焼割合算出手段により算出された燃焼割合が少ないほどパイロット噴射量を増量調整することで、パイロット噴射又はプレ噴射(メイン噴射に先立つ噴射)により噴射された燃料の着火性を向上させることが挙げられる。また、燃焼割合が多いほどパイロット噴射量を減量調整することで、エミッション(例えばHC,CO)を低下させることが挙げられる。

ここで、上述の如くパイロット噴射量を増減させると、1燃焼サイクルあたりに噴射される燃料の総量も増減してしまい、その結果1燃焼サイクルあたりに得られるトルクが増減してしまうことが懸念される。これに対し請求項7記載の発明では、前記噴射制御手段は、前記パイロット噴射にかかる噴射量を増量させる場合にはメイン噴射にかかる噴射量を減量させ、前記パイロット噴射にかかる噴射量を減量させる場合にはメイン噴射にかかる噴射量を増量させるよう前記噴射形態を変更することを特徴とする。そのため、上述の如く着火性およびエミッションを調整すべくパイロット噴射量を増減調整しつつも、1燃焼サイクルあたりに噴射される燃料の総量が増減しないように調整して、1燃焼サイクルあたりに得られるトルクが増減しないように調整することができる。

請求項8記載の発明では、前記噴射制御手段は、前記燃焼割合に応じて、前記多段噴射のメイン噴射にかかる噴射時期を変更させるよう前記噴射形態を変更することを特徴とする。例えば、燃焼割合が少ない場合には、筒内圧力(又は熱発生率)がピークとなる時期、或いはメイン噴射の着火時期が、所望の時期よりも遅角してしまうことが懸念されるので、このように燃焼割合が少ない場合にはメイン噴射時期を進角調整することが望ましい。一方、燃焼割合が多い場合には、前記ピーク時期或いは前記着火時期が所望の時期よりも進角してしまわないよう、メイン噴射時期を遅角調整することが望ましい。

なお、請求項8記載の発明を請求項6記載の発明に適用させることが望ましい。つまり、燃焼割合が少ない場合には、請求項6記載の如くパイロット噴射量を増量させて、筒内圧力のピーク時期(又は熱発生率のピーク時期)或いはメイン噴射の着火時期の遅角化抑制を図るが、パイロット噴射量のみでは対応できない程度に燃焼割合が少ない場合には、パイロット噴射量の増量に加えて請求項8記載の如くメイン噴射時期を進角させて、上述のピーク時期或いは着火時期のさらなる遅角化抑制を図ることが望ましい。

請求項9記載の発明では、前記トルク増加手段は前記燃料噴射を同一条件にて複数回実行し、前記燃焼割合算出手段は、前記複数回の燃料噴射により得られた複数の前記燃焼割合の算出結果を積分平均し、前記制御手段は、前記積分平均により得られた燃焼割合に応じて前記内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする。これによれば、1回の燃料噴射により得られた燃焼割合の算出結果に比べて、トルク増加量検出手段及び噴射量検出手段の検出誤差等による影響を少なくできるので、検出誤差による影響の少ない高精度な燃焼割合の値を取得できる。

請求項10記載の発明では、前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力、前記内燃機関の出力軸の回転速度、及び前記内燃機関の気筒番号の少なくとも1つをパラメータとして、前記パラメータ毎に前記燃焼割合を記憶し、記憶された前記パラメータ毎の燃焼割合に応じて前記内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする。上記パラメータ毎に燃焼割合は異なってくるので、パラメータ毎の燃焼割合に応じて内燃機関の運転状態を制御する上記請求項10記載の発明によれば、内燃機関の出力トルク及びエミッション状態をより一層精度よく制御できる。

ところで、噴射形態や上記パラメータ等の条件が同じであったとしても、燃料のセタン価が高ければ燃焼割合は多くなり、セタン価が低ければ燃焼割合は少なくなる。この点に着目してなされた請求項11記載の発明では、前記燃焼割合算出手段により算出された前記燃焼割合に基づき、燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段を備えることを特徴とする。よって、制御手段に用いるために算出した燃焼割合を利用して、セタン価を推定できる。

以下、本発明に係る燃料噴射装置及び燃料噴射システムを具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置は、例えば4輪自動車用エンジン(内燃機関)を対象にするコモンレール式燃料噴射システムに搭載されており、ディーゼルエンジンのエンジンシリンダ内の燃焼室に直接的に高圧燃料(例えば噴射圧力「1000気圧」以上の軽油)を噴射供給(直噴供給)する際に用いられる。

はじめに、図1を参照して、本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射システム(車載エンジンシステム)の概略について説明する。なお、本実施形態では多気筒(例えば直列4気筒)の4ストローク、レシプロ式ディーゼルエンジン(内燃機関)を想定している。このエンジンでは、吸排気弁のカム軸に設けられた気筒判別センサ(電磁ピックアップ)にてその時の対象シリンダが逐次判別され、4つのシリンダ#1〜#4について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクルが「720°CA」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「180°CA」ずらしてシリンダ#1,#3,#4,#2の順に逐次実行される。

同図1に示されるように、このシステムは、大きくは、電子制御ユニットであるECU(燃料噴射制御手段)30が、各種センサからのセンサ出力(検出結果)を取り込み、それら各センサ出力に基づいて燃料供給系を構成する各装置の駆動を制御するように構成されている。ECU30は、吸入調整弁11cに対する電流供給量を調整して燃料ポンプ11の燃料吐出量を所望の値に制御することで、コモンレール12(蓄圧容器)内の燃料圧力(圧力センサ20aにて測定される時々の燃料圧力)を目標値(目標燃圧)にフィードバック制御(例えばPID制御)している。そして、その燃料圧力に基づいて、対象エンジンの所定シリンダに対する燃料噴射量、ひいては同エンジンの出力(出力軸の回転速度やトルク)を所望の大きさに制御している。

燃料供給系を構成する諸々の装置は、燃料上流側から、燃料タンク10、燃料ポンプ11、コモンレール12、及びインジェクタ20(燃料噴射弁)の順に配設されている。このうち、燃料タンク10と燃料ポンプ11とは、燃料フィルタ10bを介して配管10aにより接続されている。

燃料ポンプ11は、駆動軸11dによって駆動される高圧ポンプ11a及び低圧ポンプ11bを有し、低圧ポンプ11bによって上記燃料タンク10から汲み上げられた燃料を、高圧ポンプ11aにて加圧して吐出するように構成されている。そして、高圧ポンプ11aに送られる燃料圧送量、ひいては燃料ポンプ11の燃料吐出量は、燃料ポンプ11の燃料吸入側に設けられた吸入調整弁(SCV:Suction Control Valve)11cによって調量される。すなわち、この燃料ポンプ11では、吸入調整弁11c(例えば非通電時に開弁するノーマリオン型の調整弁)の駆動電流量(ひいては弁開度)を調整することで、同ポンプ11からの燃料吐出量を所望の値に制御することができるようになっている。

こうした燃料ポンプ11により燃料タンク10から燃料フィルタ10bを介して汲み上げられた燃料は、コモンレール12へ加圧供給(圧送)される。そして、コモンレール12は、その燃料ポンプ11から圧送された燃料を高圧状態で蓄えてこれを、シリンダ毎に設けられた高圧配管14を通じて、各シリンダ#1〜#4のインジェクタ20へそれぞれ分配供給する。これらインジェクタ20(#1)〜(#4)の燃料排出口21は、それぞれ余分な燃料を燃料タンク10へ戻すための配管18とつながっている。また、コモンレール12と高圧配管14との間には、コモンレール12から高圧配管14に流れる燃料の圧力脈動を減衰させるオリフィス12a(燃料脈動軽減手段)が備えられている。

図2に、上記インジェクタ20の詳細構造を示す。なお、上記4つのインジェクタ20(#1)〜(#4)は基本的には同様の構造(例えば図2に示す構造)となっている。いずれのインジェクタ20も、燃焼用のエンジン燃料(燃料タンク10内の燃料)を利用した油圧駆動式の燃料噴射弁であり、燃料噴射に際しての駆動動力の伝達が油圧室Cd(制御室)を介して行われる。同図2に示されるように、このインジェクタ20は、非通電時に閉弁状態となるノーマリクローズ型の燃料噴射弁として構成されている。

インジェクタ20のハウジング20eに形成された燃料流入口22には、コモンレール12から送られてくる高圧燃料が流入し、流入した高圧燃料の一部は油圧室Cdに流入し、他は噴射孔20fに向けて流れる。油圧室Cdには制御弁23により開閉されるリーク孔24が形成されており、制御弁23によりリーク孔24が開放されると、油圧室Cdの燃料はリーク孔24から燃料排出口21を経て燃料タンク10に戻される。

このインジェクタ20の燃料噴射に際しては、二方電磁弁を構成するソレノイド20bに対する通電状態(通電/非通電)に応じて制御弁23を作動させることで、油圧室Cdの密閉度合、ひいては同油圧室Cdの圧力(ニードル弁20cの背圧に相当)が増減される。そして、その圧力の増減により、スプリング20d(コイルばね)の伸張力に従って又は抗して、ニードル弁20cがハウジング20e内を往復動(上下)することで、噴射孔20f(必要な数だけ穿設)までの燃料供給通路25が、その中途(詳しくは往復動に基づきニードル弁20cが着座又は離座するテーパ状のシート面)で開閉される。

ここで、ニードル弁20cの駆動制御は、オンオフ制御を通じて行われる。すなわち、ニードル弁20cの駆動部(上記二方電磁弁)には、ECU30からオンオフを指令するパルス信号(通電信号)が送られる。そして、パルスオン(又はオフ)によりニードル弁20cがリフトアップして噴射孔20fが開放され、パルスオフ(又はオン)によりリフトダウンして噴射孔20fが閉塞される。

ちなみに、上記油圧室Cdの増圧処理は、コモンレール12からの燃料供給によって行われる。他方、油圧室Cdの減圧処理は、ソレノイド20bへの通電により制御弁23を作動させてリーク孔24を開放させることによって行われる。これにより、当該インジェクタ20と燃料タンク10とを接続する配管18(図1)を通じてその油圧室Cd内の燃料が上記燃料タンク10へ戻される。つまり、油圧室Cd内の燃料圧力を制御弁23の開閉作動により調整することで、噴射孔20fを開閉するニードル弁20cの作動が制御される。

このように、上記インジェクタ20は、弁本体(ハウジング20e)内部での所定の往復動作に基づいて噴射孔20fまでの燃料供給通路25を開閉(開放・閉鎖)することにより当該インジェクタ20の開弁及び閉弁を行うニードル弁20cを備える。そして、非駆動状態では、定常的に付与される閉弁側への力(スプリング20dによる伸張力)でニードル弁20cが閉弁側へ変位するとともに、駆動状態では、駆動力が付与されることにより上記スプリング20dの伸張力に抗してニードル弁20cが開弁側へ変位する。そしてこの際、それら非駆動状態と駆動状態とでは、ニードル弁20cのリフト量が略対称に変化する。

インジェクタ20には、燃料圧力を検出する圧力センサ20a(図1も併せ参照)が取り付けられている。具体的には、ハウジング20eに形成された燃料流入口22と高圧配管14とを治具20jで連結させ、この治具20jに圧力センサ20aを取り付けている。このようにインジェクタ20の燃料流入口22に圧力センサ20aを取り付けることで、燃料流入口22における燃料圧力(インレット圧)の随時の検出が可能とされている。具体的には、この圧力センサ20aの出力により、当該インジェクタ20の噴射動作に伴う燃料圧力の変動パターンや、燃料圧力レベル(安定圧力)、燃料噴射圧力等を検出(測定)することができる。

圧力センサ20aは、複数のインジェクタ20(#1)〜(#4)の各々に対して設けられている。そして、これら圧力センサ20aの出力に基づいて、所定の噴射について、インジェクタ20の噴射動作に伴う燃料圧力の変動パターンを高い精度で検出することができるようになっている(詳しくは後述)。

また、図示しない車両(例えば4輪乗用車又はトラック等)には、上記各センサの他にもさらに、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えば対象エンジンの出力軸であるクランク軸41の外周側には、所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)クランク角信号を出力するクランク角センサ42(例えば電磁ピックアップ)が、同クランク軸41の回転角度位置や回転速度(エンジン回転速度)等を検出するために設けられている。また、アクセルペダルの状態(変位量)に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ44が、運転者によるアクセルペダルの操作量(踏み込み量)を検出するために設けられている。

こうしたシステムの中で、本実施形態の燃料噴射制御手段として機能するとともに、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がECU30である。このECU30(エンジン制御用ECU)は、周知のマイクロコンピュータ(図示略)を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいて対象エンジンの運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記吸入調整弁11cやインジェクタ20等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジンに係る各種の制御を行っている。

また、このECU30に搭載されるマイクロコンピュータは、各種の演算を行うCPU(基本処理装置)、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM、プログラムメモリとしてのROM、データ保存用メモリとしてのEEPROM、バックアップRAM(ECU30の主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ)等を備えて構成されている。そして、ROMには、当該燃料噴射制御に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ(例えばEEPROM)には、対象エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

本実施形態では、ECU30が、随時入力される各種のセンサ出力(検出信号)に基づいて、その時に出力軸(クランク軸41)に生成すべきトルク(要求トルク)、ひいてはその要求トルクを満足するための燃料噴射量を算出する。こうして、インジェクタ20の燃料噴射量を可変設定することで、各シリンダ内(燃焼室)での燃料燃焼を通じて生成されるトルク(生成トルク)、ひいては実際に出力軸(クランク軸41)へ出力される軸トルク(出力トルク)を制御する(要求トルクへ一致させる)ようになっている。

すなわち、このECU30は、例えば時々のエンジン運転状態や運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じた燃料噴射量を算出し、所望の噴射時期に同期して、その燃料噴射量での燃料噴射を指示する噴射制御信号(駆動量)を上記インジェクタ20へ出力する。そしてこれにより、すなわち同インジェクタ20の駆動量(例えば開弁時間)に基づいて、対象エンジンの出力トルクが目標値へ制御されることになる。

なお周知のように、ディーゼルエンジンにおいては、定常運転時、新気量増大やポンピングロス低減等の目的で、同エンジンの吸気通路に設けられた吸気絞り弁(スロットル弁)が略全開状態に保持される。したがって、定常運転時の燃焼制御(特にトルク調整に係る燃焼制御)としては燃料噴射量のコントロールが主となっている。

以下、図3を参照して、本実施形態に係る燃料噴射制御の基本的な処理手順について説明する。なお、この図3の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばECU30に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ECU30でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、対象エンジンの各シリンダについてそれぞれ1燃焼サイクルにつき1回の頻度で順に実行される。すなわち、このプログラムにより、1燃焼サイクルで休止シリンダを除く全てのシリンダに燃料の供給が行われることになる。

同図3に示すように、この一連の処理においては、まずステップS11で、所定のパラメータ、例えばその時のエンジン回転速度(クランク角センサ42による実測値)及び燃料圧力(圧力センサ20aによる実測値)、さらには運転者によるその時のアクセル操作量(アクセルセンサ44による実測値)等を読み込む。

続くステップS12では、上記ステップS11で読み込んだ各種パラメータに基づいて噴射パターンを設定する。例えば単段噴射の場合にはその噴射の噴射量Q(噴射時間)が、また多段噴射の噴射パターンの場合にはトルクに寄与する各噴射の総噴射量Q(総噴射時間)が、それぞれ上記出力軸(クランク軸41)に生成すべきトルク(アクセル操作量等から算出される要求トルク、いわばその時のエンジン負荷に相当)に応じて可変設定される。

この噴射パターンは、例えば上記EEPROMに記憶保持された図4に示すマップM(噴射制御用マップ、数式でも可)に基づいて取得されるものであり、要求トルク及び良好なエミッション状態にすべく最適化されたパターンである。詳しくは、例えば予め上記所定パラメータ(ステップS11)の想定される範囲について試験により最適噴射パターン(適合値)を求め、その噴射制御用マップMに書き込んでおく。

この噴射パターンは、例えば噴射段数(1燃焼サイクル中の噴射回数)、並びにそれら各噴射の噴射時期(噴射タイミング)及び噴射時間(噴射量に相当)等のパラメータにより定められるものである。本実施形態にかかるマップMは、前述の総噴射量Q及びエンジン回転速度NEと噴射パターンとの関係を定めるものであり、各シリンダ#1〜#4のインジェクタ20毎に設けられている。ちなみに、エンジン冷却水温等、他のパラメータ毎にマップMを設けるようにしてもよい。

そして、このような噴射制御用マップMを用いて取得した噴射パターンに基づいて、上記インジェクタ20に対する指令値(指令信号)が設定されることになる。これにより、車両の状況等に応じて、前述したパイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等が適宜メイン噴射と共に実行されることになる。

こうして設定された噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応する指令値(指令信号)は、続くステップS13で使用される。すなわち、同ステップS13では、その指令値(指令信号)に基づいて(詳しくは上記インジェクタ20へその指令信号を出力して)、同インジェクタ20の駆動を制御する。そして、このインジェクタ20の駆動制御をもって、図3の一連の処理を終了する。

ところで、実際に噴射した燃料が燃焼に寄与する割合(燃焼割合)は、燃料性状(例えばセタン価)等の各種条件によって異なってくることは先述した通りである。そして上述した噴射制御用マップMに記憶された噴射パターンは、いずれの総噴射量Q及びエンジン回転速度NEにおいても燃焼割合が80%であることを想定して、インジェクタ20の工場出荷前に試験等により設定されている。そこで本実施形態では、インジェクタ20をエンジンに搭載した実車状態にて燃焼割合を算出し(詳しくは後述)、算出した燃焼割合に基づき噴射制御用マップMのデータ(噴射パターン)を変更して記憶させることによる学習を行っている。

以下、実際の燃焼割合を算出するための処理手順、及びマップMを学習させるための処理手順を、図5を用いて説明する。なお、図5の処理は、例えば所定周期(例えば4msec)又は所定クランク角毎にECU30により繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップS20において、学習条件が成立したか否かを判断する。この学習条件は、アクセルペダルが解放され車両が減速状態となって且つ燃料カット制御がなされる無噴射減速時であること等である。なお、無噴射状態であれば減速状態でなくとも学習条件成立としてもよい。

続くステップS21(トルク増加手段)では、インジェクタ20の駆動を制御することで、噴射孔20fを1回のみ開閉させる単段噴射(単発噴射)を実施する。すなわち、学習の所望されるインジェクタ20を操作することで、予め設定された微小量の燃料を噴射させる学習用の微小噴射を単発で行なう。詳しくは、圧力センサ20aにより検出された燃圧と前記微小量(学習用の微小噴射量)とからインジェクタ20に対する指令噴射期間を算出し、この指令噴射期間に応じてインジェクタ20を開操作する。

なお、上記微小噴射とは、アクセルペダルの操作によって要求される出力トルクを生成するためのメインとなる噴射であるメイン噴射の前後に行なわれるパイロット噴射や、プレ噴射、アフタ噴射等、メイン噴射よりも微小量の噴射を意味し、本実施形態では微小噴射量を2mm3/stとしているが、後述する如くこの微小噴射量を複数種設定しておき、複数種の微小噴射量について、以下のステップS22〜S27の処理を実行するようにしてもよい。

続くステップS22(トルク増加量検出手段)では、微小噴射による燃焼に伴い生じたクランク軸41の回転速度上昇量を、クランク角センサ42(トルク増加量検出手段)を用いて検出する。例えば1番気筒のインジェクタ20(#1)による微小噴射を実施する場合、その720°CA前の回転速度ω(i−1)と、その(i−1)の時点での回転速度の低下速度aと、微小噴射までの720°CAの回転に要する時間tとを用いて、微小噴射時に仮に微小噴射を行なわなかった場合の回転速度は「ω(i−1)+a×t」となる。このため、微小噴射時の回転速度ω(i)を用いて、微小噴射に伴う回転上昇量Δω(図6(b)参照)は、「Δω=ω(i)−ω(i−1)−a×t」との算出式により算出される。なお、図6(a)は噴射指令のパルス信号を示し、無噴射状態中に微小噴射指令が実行される様子を示している。図6(b)は、微小噴射に伴い生じる回転速度NEの変化を示し、図6(c)は、微小噴射に伴い生じる出力トルクの変化を示すタイミングチャートである。

そして、続くステップS23(噴射量検出手段)では、微小噴射に伴い生じるインレット圧の変動(図7(c)参照)を、圧力センサ20a(噴射量検出手段)により検出する。なお、図7(a)は、微小噴射指令に基づくソレノイド20bへの駆動電流の変化を示し、図7(b)は、微小噴射に伴い生じる噴射孔20fからの燃料噴射率の変化を示し、図7(c)は、噴射率の変化に伴い生じる圧力センサ20aの検出値(インレット圧)の変化を示す。

当該ステップS23による燃圧変動の検出は、図5の処理とは別のサブルーチン処理により検出しており、そのサブルーチン処理では圧力センサ20aのセンサ出力を、該センサ出力で圧力推移波形の軌跡(図7(c)にて例示される軌跡)が描かれる程度に短い間隔にて逐次取得することが望ましく、具体的には、50μsecよりも短い間隔(より望ましくは20μsec)でセンサ出力を逐次取得する。

続くステップS24では、ステップS22にて検出した回転上昇量Δωに基づき、微小噴射に伴い実際に生じた出力トルクの増加量ΔTrq(図6(c)参照)を算出する。例えば出力トルクの増加量ΔTrqは、「ΔTrq=bΔω」(bは正の係数)との算出式又はマップにより算出される。なお、出力トルクの増加量ΔTrqの算出では、回転上昇量Δωの他のパラメータ(例えばエンジン冷却水温度等)に基づき補正して算出するようにしてもよい。

続くステップS25では、ステップS23にて検出したインレット圧の変動に基づき、微小噴射した燃料の噴射量ΔQを算出する。例えば、図7(c)に示すインレット圧の変動から図7(b)に示す噴射率の変化を推定し、推定された噴射率変化のうち図7(b)中の斜線に示す部分の面積を噴射量ΔQとして算出する。なお、圧力センサ20aの検出圧力(インレット圧)の変動と噴射率の変化とは以下に説明する相関があるため、上述の如く噴射率の変化を推定することができる。

すなわち、図7(a)に示すように、駆動電流がソレノイド20bに流れた後、噴射率がR3の時点で上昇を開始する前に、圧力センサ20aの検出圧力は変化点P1にて下降する。これは、P1の時点で制御弁23がリーク孔24を開放し、油圧室Cdが減圧処理されることに起因する。その後、油圧室Cdが十分に減圧された時点で、変化点P2にてP1からの下降が一旦停止する。

次に、R3の時点で噴射率が上昇を開始したことに伴い、検出圧力は変化点P3にて下降を開始する。その後、R4の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点P4にて停止する。なお、変化点P3からP4までの下降量は、P1からP2までの下降量に比べて大きい。

次に、R4の時点で噴射率が下降を開始したことに伴い、検出圧力は変化点P4にて上昇を開始する。その後、R5の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点P5にて停止する。P5以降の検出圧力は、一定の周期で下降と上昇を繰り返しながら減衰する(図示省略)。

以上により、圧力センサ20aによる検出圧力の変動のうち変化点P3及びP5を検出することで、噴射率の上昇開始時点R3(噴射開始時点)及び下降終了時点R5(噴射終了時点)を推定することができる。また、以下に説明する検出圧力の変動と噴射率の変化との相関関係に基づき、検出圧力の変動から噴射率の変化を推定できる。

つまり、検出圧力の変化点P3からP4までの圧力下降率Pαと、噴射率の変化点R3からR4までの噴射率上昇率Rαとは相関がある。変化点P4からP5までの圧力上量率Pβと変化点R4からR5までの噴射率下降率Rβとは相関がある。変化点P3からP4までの圧力下降量Pγと変化点R3からR4までの噴射率上昇量Rγとは相関がある。よって、圧力センサ20aによる検出圧力の変動から圧力下降率Pα、圧力上量率Pβ及び圧力下降量Pγを検出することで、噴射率の噴射率上昇率Rα、噴射率下降率Rβ及び噴射率上昇量Rγを推定することができる。以上の如く噴射率の各種状態R3,R5,Rα,Rβ,Rγを推定することができ、よって、図7(b)中の斜線に示す部分の面積である実噴射量ΔQを算出することができる。

ここで、図8の実線Lは、微小噴射にて噴射された燃料の全てが燃焼に寄与した場合(燃焼割合100%の場合)における、出力トルクΔTrqと噴射量ΔQとの関係を示している。そして、実際の燃焼では燃焼割合は100%より低くなるので、ステップS24,S25にて算出される出力トルクΔTrq及び噴射量ΔQは、図8中、実線Lよりも下の領域に位置することとなる。換言すれば、同じ噴射量ΔQであっても、燃焼割合が低いほど得られる出力トルクは低くなる。

この点を鑑み続くステップS26(燃焼割合算出手)では、ステップS24にて算出した実際の出力トルク増加量ΔTrqと、ステップS25にて算出した実際の噴射量ΔQとを比較して、燃焼割合を算出する。例えば、ステップS25にて算出した噴射量ΔQの値を実線Lの関数式に代入して得られる出力トルクTrq1と、ステップS24にて算出した出力トルクTrq2(つまり増加量ΔTrq)とを比較し、出力トルクTrq1に対する出力トルクTrq2の不足分Trqαを算出する。そして、「1−Trqα×c」(cは正の係数)との算出式により燃焼割合を算出する。

続くステップS27では、ステップS26にて算出した燃焼割合に基づき、図4に示す先述のマップMに記憶されているデータ(噴射パターン)を変更して記憶させることによる学習を行っている。具体的には、微小噴射を行った時の各種条件(例えばエンジン回転速度NE、微小噴射量ΔQ、インジェクタ20の番号(#1〜#4)、エンジン冷却水温等の環境条件)に対応するマップM中のデータを、所望の出力トルク及びエミッション状態となるように、噴射パターン(噴射段数並びにそれら各噴射の噴射時期及び噴射量等)を変更する。

例えば、図4中の符号D1に示すデータの変更について図9を用いて説明すると、当該データD1による噴射パターン(図9(a)参照)によれば、燃焼割合80%の場合において図9(b)中の実線に示す如く筒内圧力(又は熱発生率)が変化すると想定してデータD1を作成しており、この想定の通りに筒内圧力が変化すれば所望の出力トルク及びエミッション状態にすることができる。しかしながら、ステップS25にて算出した燃焼割合が50%であった場合には、噴射パターンD1による噴射を行ったとしても実際には図9(b)中の点線に示す如く筒内圧力(又は熱発生率)が変化することが想定される。そこで、図9(b)中の点線に示す挙動が実線に示す挙動となるよう、噴射パターンD1を変更して噴射形態を変更させる。

図9(b)にて例示される如く、燃焼割合が当初想定していた所望の割合(80%)よりも少ない場合には、以下の如くデータD1を変更することが具体例として挙げられる。なお、以下の具体例を任意に組み合わせて変更するようにしてもよい。

<データ変更の具体例>
・パイロット噴射量を2mm3/stから3mm3/stに増量するようデータD1を変更する。この場合には、総噴射量が変化しないように、パイロット噴射量の増量分(1mm3/st)だけメイン噴射量を減量させるようデータD1を変更することが望ましい。
・パイロット噴射時期を進角させるようデータD1を変更する。
・メイン噴射時期を進角させるようデータD1を変更する。
・パイロット噴射の段数を1段から2段に増やすよう変更する。この場合には、総噴射量が変化しないように、パイロット噴射量の増量分(2mm3/st)だけメイン噴射量を減量させるようデータD1を変更することが望ましい。

一方、燃焼割合が当初想定していた所望の割合(80%)よりも多い場合には、上記変更と逆の変更、すなわち、パイロット噴射量の減量調整、パイロット噴射時期の遅角調整、メイン噴射時期の遅角調整、及びパイロット噴射段数の減調整の少なくとも1つを実行すればよい。

こうして先のステップS27の処理が完了すると、図5に示す一連の処理を一旦終了する。また、ステップS21による微小噴射を、複数種(例えば1mm3/st,2mm3/st,3mm3/st,4mm3/st,5mm3/st)設定しておき、各々の微小噴射量について、ステップS22〜S27の処理を実行することが望ましい。これによれば、マップMに記憶されている複数のデータのうち学習されるデータの点数を増やすことができる。

また、ステップS21による微小噴射を実行する時の圧力センサ20aの検出圧力、エンジン回転速度NE、及び気筒番号#1〜#4をパラメータとして、算出される燃焼割合と関連付けて記憶させておき、マップMに記憶されている複数のデータのうち前記パラメータに対応するデータについて学習させることが望ましい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

(1)微小噴射に伴い生じた回転上昇量Δωをクランク角センサ42の検出値に基づき算出し(S22)、算出した回転上昇量Δωに基づき実トルク増加量ΔTrqを算出する(S24)。また、微小噴射に伴い生じた燃圧変動を圧力センサ20aにより検出し(S23)、検出した燃圧変動に基づき実噴射量ΔQを算出する(S25)。そして、実トルク増加量ΔTrqと実噴射量ΔQとを比較することにより燃焼割合を算出(S26)し、噴射制御用マップMのデータ(噴射パターン)を、所望の出力トルク及びエミッション状態となるよう燃焼割合に応じて変更させる。よって、所望の出力トルク及びエミッション状態となるよう精度良く燃料噴射制御を行うことができる。

(2)マップMのデータを変更させるにあたり、図5の処理にて算出した燃焼割合が所望の割合よりも少ない場合には、パイロット噴射量を増量するようマップMのデータを変更する。これによれば、パイロット噴射により噴射された燃料の着火性を向上させることができるので、燃焼割合を前記所望の割合に近づけることができる。一方、燃焼割合が多い場合にはパイロット噴射量を減量するようデータを変更することで、エミッション(例えばHC,CO)を低下させることができる。このように、算出された燃焼割合に応じてパイロット噴射量を調整することで、出力トルク及びエミッション状態を所望の状態に調整することを容易にできる。

(3)パイロット噴射量を調整するようマップMのデータを変更する場合には、総噴射量が変化しないように、パイロット噴射量の増量分(減量分)だけメイン噴射量を減量(増量)させるようデータ変更する。そのため、上述の如く着火性およびエミッションを調整すべくパイロット噴射量を増減調整しつつも、1燃焼サイクルあたりに噴射される燃料の総量が増減しないように調整して、1燃焼サイクルあたりに得られるトルクが所望のトルクに対して過多又は過小にならないように調整できる。

(4)燃焼割合に応じて、メイン噴射の噴射時期を変更させるようマップMのデータを変更する。そのため、燃焼割合が少ない(多い)ことに起因して筒内圧力のピーク時期或いはメイン噴射の着火時期が、所望の時期よりも遅角(進角)してしまうことを抑制するよう、容易に調整できる。

(5)燃焼割合が少ない(多い)場合には、パイロット噴射量の増量により筒内圧力のピーク時期或いはメイン噴射の着火時期の遅角(進角)抑制を図るが、本実施形態ではさらに、パイロット噴射量のみでは対応できない程度に燃焼割合が少ない(多い)場合には、パイロット噴射量の増量(減量)に加えてメイン噴射時期を進角(遅角)させる。よって、上述のピーク時期或いは着火時期のさらなる遅角化抑制を図ることができる。

(6)本実施形態では、図5の処理により算出される燃焼割合を、微小噴射を行った時の各種条件(エンジン回転速度NE、微小噴射量ΔQ、インジェクタ20の番号(#1〜#4)、エンジン冷却水温等の環境条件)に関連付けてEEPROM等に記憶させ、これらのパラメータに対応するマップM中のデータを、所望の出力トルク及びエミッション状態となるように変更する。上記パラメータ毎に燃焼割合は異なってくるので、このように燃焼割合に影響を及ぼすパラメータ毎に燃焼割合を算出してデータを変更させる本実施形態によれば、エンジンの出力トルク及びエミッション状態をより一層精度よく制御できる。

(7)圧力センサ20aを、コモンレール12に対して噴射孔20fに近い側に配置するので、噴射孔20fからの微小噴射に伴い変動する燃圧変動を精度良く検出することができる。よって、検出した燃圧変動から噴射率の変化を精度良く算出することができ、ひいては微小噴射による実噴射量ΔQを精度良く算出することができる。よって、マップMのデータを最適値に変更することを精度良く実現できる。

しかも本実施形態では、圧力センサ20aをインジェクタ20に取り付けているため、コモンレール12とインジェクタ20とを接続する高圧配管14に圧力センサ20aを取り付ける場合に比べて、圧力センサ20aの取り付け位置が噴射孔20fに近い位置となる。よって、噴射孔20fでの圧力変動が高圧配管14にて減衰してしまった後の圧力変動を検出する場合に比べて、噴射孔20fでの圧力変動をより的確に検出することができる。

(その他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、上記各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、例えば次のように実施しても良い。

・図5の処理にて算出した燃焼割合に基づき燃料のセタン価をECU30にて算出するよう構成してもよい。具体的には、図8を用いて先述した如く、実線Lの関数式から得られる出力トルクTrq1と、ステップS24にて算出した出力トルクTrq2(つまり増加量ΔTrq)とを比較し、出力トルクTrq1に対する出力トルクTrq2の不足分Trq3を算出する。そして、不足分Trq3の値に基づきセタン価を算出する。例えば、セタン価を「trq3×d+e」(dは負の係数,eは正の定数)との算出式又はマップにより算出すればよい。

・上記実施形態では、図5の処理にて算出した燃焼割合をそのまま用いて図4のマップMのデータを変更させているが、エンジン回転速度NE等の条件を同じにした条件にて複数回微小噴射を実行するとともに、各々の微小噴射について算出した燃焼割合の値を積分平均し、その積分平均により得られた燃焼割合を用いて図4のマップMのデータを変更させるようにしてもよい。これによれば、1回の燃料噴射により得られた燃焼割合の算出結果をそのまま用いてマップMのデータ変更を行う場合に比べて、ステップS22におけるトルク増加量検出及びステップS23における噴射量検出にかかる検出誤差の影響を少なくできるので、検出誤差による影響の少ないマップMにできる。

・図3のステップS12にて噴射パターンを設定するにあたり、上記実施形態ではEEPROMに記憶保持された図4のマップMを用いて設定しているが、マップMに替えて数式をEEPROMに記憶保持させておき、ステップS11にて取得したパラメータを前記数式に代入することで噴射パターンを算出して設定するようにしてもよい。具体的には、噴射パターンを特定するための各種状態値(例えば、噴射段数、各々の噴射段における噴射開始時点R3,噴射終了時点R5,噴射率上昇率Rα, 噴射率下降率Rβ,噴射率上昇量Rγ等)の各々について、前記数式を設定すればよい。そしてこの場合、前記数式中の補正係数を燃焼割合に応じて変更すればよい。

・上記実施形態では、図5の処理にて算出した燃焼割合に応じてマップM又は数式を変更する学習制御を行っているが、このような学習制御に替えて以下に例示されるフィードバック制御を行ってもよい。例えば、図3のステップS11にて取得した各種パラメータに基づき燃焼割合の目標値を算出し、当該目標値となるよう噴射パターンを決定し、図5の処理にて算出した燃焼割合が前記目標値に近づくよう前記噴射パターンを補正するフィードバック制御することが具体例として挙げられる。

・図2に例示した電磁駆動式のインジェクタ20に替えて、ピエゾ駆動式のインジェクタを用いるようにしてもよい。また、リーク孔24等からの圧力リークを伴わない燃料噴射弁、例えば駆動動力の伝達に油圧室Cdを介さない直動式のインジェクタ(例えば近年開発されつつある直動式ピエゾインジェクタ)等を用いることもできる。そして、直動式のインジェクタを用いた場合には、噴射率の制御が容易となる。

・圧力センサ20aをインジェクタ20に取り付けるにあたり、上記実施形態では、インジェクタ20の燃料流入口22に圧力センサ20aを取り付けているが、図2中の一点鎖線200aに示すようにハウジング20eの内部に圧力センサ200aを組み付けて、燃料流入口22から噴射孔20fに至るまでの内部燃料通路25の燃料圧力を検出するように構成してもよい。

そして、上述の如く燃料流入口22に取り付ける場合には、ハウジング20eの内部に取り付ける場合に比べて圧力センサ20aの取付構造を簡素にできる。一方、ハウジング20eの内部に取り付ける場合には、燃料流入口22に取り付ける場合に比べて圧力センサ20aの取り付け位置が噴射孔20fに近い位置となるので、噴射孔20fでの圧力変動をより的確に検出することができる。

・高圧配管14に圧力センサ20aを取り付けるようにしてもよい。この場合、コモンレール12から一定距離だけ離間した位置に圧力センサ20aを取り付けることが望ましい。

・コモンレール12と高圧配管14との間に、コモンレール12から高圧配管14に流れる燃料の流量を制限する流量制限手段を備えてもよい。この流量制限手段は、高圧配管14やインジェクタ20等の損傷による燃料漏れにより過剰な燃料流出が発生した時に、流路を閉塞するよう機能するものであり、例えば過剰流量時に流路を閉塞するように作動するボール等の弁体により構成することが具体例として挙げられる。なお、オリフィス12a(燃料脈動軽減手段)と流量制限手段とを一体に構成したフローダンパを採用してもよい。

・また、圧力センサ20aをオリフィス及び流量制限手段の燃料流れ下流側に配置する構成の他に、オリフィス及び流量制限手段の少なくとも一方に対して下流側に配置するよう構成してもよい。

・圧力センサ20aの数は任意であり、例えば1つのシリンダの燃料流通経路に対して2つ以上のセンサを設けるようにしてもよい。また、上記実施形態で説明した圧力センサ20aに加えて、さらにコモンレール12内の圧力を測定するレール圧センサを備える構成としてもよい。

・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば、上記実施形態ではディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について言及したが、例えば火花点火式のガソリンエンジン(特に直噴エンジン)等についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射システムでは、燃料(ガソリン)を高圧状態で蓄えるデリバリパイプを備えており、このデリバリパイプに対して燃料ポンプから燃料が圧送されるとともに、同デリバリパイプ内の高圧燃料が複数のインジェクタ20に分配され、エンジン燃焼室内に噴射供給される。なお、かかるシステムでは、デリバリパイプが蓄圧容器に相当する。また、本発明に係る装置及びシステムは、シリンダ内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁に限らず、エンジンの吸気通路又は排気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁についても適用できる。

本発明に係る燃料噴射制御装置が搭載されたエンジン制御システムの一実施形態について、該システムの概略を示す構成図。 同システムに用いられる燃料噴射弁の内部構造を模式的に示す内部側面図。 本実施形態に係る燃料噴射制御処理の基本的な手順を示すフローチャート。 図3の処理に用いる噴射制御用マップを示す図。 図4のマップを学習させるための処理手順を示すフローチャート。 図5の処理による微小噴射を実行した時の回転速度及び出力トルクの変化を示すタイミングチャート。 図5の処理による微小噴射を実行した時の、圧力センサの検出値及び噴射率の変化を示すタイミングチャート。 図5の処理にて実行される噴射割合算出の手法を説明する図。 燃焼割合の違いによる筒内圧変化の違いを説明するタイミングチャート。

符号の説明

12…コモンレール(蓄圧容器)、20…インジェクタ(燃料噴射弁)、20a,200a…圧力センサ(噴射量検出手段)、20f…噴射孔、30…ECU(燃料噴射制御手段)、42…クランク角センサ(トルク増加量検出手段)、S21…トルク増加手段、S22…トルク増加量検出手段、S23…噴射量検出手段、S26…燃焼割合算出手段。

Claims (11)

  1. 内燃機関の燃料噴射弁を操作して、前記内燃機関の出力トルクを増加させるよう燃料噴射を行うトルク増加手段と、
    前記燃料噴射に伴い生じた前記出力トルクの増加量又はその増加量に関連する物理量を検出するトルク増加量検出手段と、
    前記燃料噴射の実際の噴射量又はその噴射量に関連する物理量を検出する噴射量検出手段と、
    前記トルク増加量検出手段の検出値及び前記噴射量検出手段の検出値に基づき、1燃焼サイクルで噴射した全ての燃料のうち実際に燃焼に寄与した割合を示す燃焼割合を算出する燃焼割合算出手段と、
    前記燃焼割合算出手段により算出された前記燃焼割合に応じて前記内燃機関の運転状態を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 前記内燃機関の燃料供給システムは、燃料を蓄圧する蓄圧容器から前記燃料噴射弁へ燃料を分配供給するよう構成されており、
    前記噴射量検出手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記物理量として検出する燃圧センサであるとともに、前記蓄圧容器から前記燃料噴射弁の噴射孔に至るまでの燃料通路のうち前記蓄圧容器に対して前記噴射孔に近い側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
  3. 前記トルク増加量検出手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度を前記物理量として検出する回転速度センサであることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記燃焼割合に応じて燃料の噴射形態を変更するよう前記燃料噴射弁の作動を制御する噴射制御手段であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  5. 前記噴射制御手段は1燃焼サイクルあたりに複数回噴射する多段噴射の制御を実行可能であり、
    前記多段噴射の噴射段数、前記多段噴射の各段における噴射量及び噴射時期の少なくとも1つを変更することにより、前記噴射制御手段は前記噴射形態を変更することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関制御装置。
  6. 前記噴射制御手段は、前記燃焼割合に応じて、前記多段噴射のパイロット噴射にかかる噴射量を変更させるよう前記噴射形態を変更することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関制御装置。
  7. 前記噴射制御手段は、前記パイロット噴射にかかる噴射量を増量させる場合にはメイン噴射にかかる噴射量を減量させ、前記パイロット噴射にかかる噴射量を減量させる場合にはメイン噴射にかかる噴射量を増量させるよう前記噴射形態を変更することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関制御装置。
  8. 前記噴射制御手段は、前記燃焼割合に応じて、前記多段噴射のメイン噴射にかかる噴射時期を変更させるよう前記噴射形態を変更することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  9. 前記トルク増加手段は前記燃料噴射を同一条件にて複数回実行し、
    前記燃焼割合算出手段は、前記複数回の燃料噴射により得られた複数の前記燃焼割合の算出結果を積分平均し、
    前記制御手段は、前記積分平均により得られた燃焼割合に応じて前記内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  10. 前記制御手段は、
    前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力、前記内燃機関の出力軸の回転速度、及び前記内燃機関の気筒番号の少なくとも1つをパラメータとして、前記パラメータ毎に前記燃焼割合を記憶し、
    記憶された前記パラメータ毎の燃焼割合に応じて前記内燃機関の運転状態を制御することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  11. 前記燃焼割合算出手段により算出された前記燃焼割合に基づき、燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
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