JP4743090B2 - 多気筒エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置の噴射量制御をより精度よく行うことができる多気筒エンジンの燃料噴射装置に関するものである。

直噴エンジン、例えばコモンレールディーゼルエンジンは、燃料噴射ポンプにより燃料を高圧化し、その高圧燃料をコモンレールに送り、このコモンレールから各気筒に設けられた燃料噴射弁に導いている。各燃料噴射弁は、電磁式の噴射制御弁（ニードルバルブ）を備えており、燃料の噴射量、噴射時期、噴射回数に応じて噴射制御弁が開閉制御される。

ところで、エンジンの排気ガス性能を一層向上する、又は、エンジン駆動時に発生する騒音を一層抑制するためには、燃料噴射装置から噴射される燃料量が狙い通りの目標値となるように、噴射量精度を高めることが重要である。特に、通常噴射での主噴射に先駆けて行われているプレ噴射やパイロット噴射、あるいは主噴射後のアフタ噴射やポスト噴射などの小噴射量を一層的確に制御して、噴射量の精度を高めることが重要である。

ここで、パイロット噴射を例に採って、噴射量とスモーク及び騒音の発生との関係について説明する。
図１０は、パイロット噴射量に対するスモーク、騒音の発生度合いの一例を表すグラフである。このグラフにおいては、上側の曲線がパイロット噴射量に対する騒音の発生特性を示し、下側の曲線がパイロット噴射量に対するスモークの発生特性を示している。

図１０に示すように、パイロット噴射量が多いと騒音、スモーク共に悪化する傾向があり、逆に少なすぎる場合には騒音が極端に悪化する傾向がある。このため、スモークや騒音を抑制するためには、パイロット噴射やポスト噴射等の副噴射の噴射量制御をより精度よく行う必要がある。

ところが、パイロット噴射やポスト噴射等の副噴射は、主噴射に比べて噴射量が少なく、燃料噴射弁（インジェクタ）の個体差や経時劣化等の影響を受けやすく、気筒毎の噴射量のバラツキが生じやすい。そのため、従来より、気筒毎のバラツキを抑制すべく、通常噴射での燃料噴射量を修正することが行われている。
例えば、特開２００２−８９３４４号公報（特許文献１）に開示の燃料噴射装置では、気筒毎の回転上昇変動量情報を取得し、その回転上昇変動量情報から気筒毎の実噴射量を演算し、そのような実噴射量演算処理を経時的に異なる前後２時点で順次行い、更に、前後２時点で求めた各実噴射量の変化量の算出を行い、算出された変化量を反映させて以後の気筒毎の噴射量制御を適正化している。

特開２００２−８９３４４号公報

ところで、特許文献１に開示されるような燃料噴射装置では、経時的に異なる前後２時点での各通常噴射時の実噴射量の差である変化量を考慮して以後の気筒毎の噴射量を的確に制御できるとしている。しかし、ここで演算されている実噴射量は、気筒毎の回転変動情報に基づき算出されており、燃焼出力以外の要因である駆動系からの各種の回転負荷トルク変動、例えばフリクションロスやエアコンのオンオフ等の負荷変動が含まれている。そのため、特許文献１における実噴射量には、気筒毎の経時変化に直接かかわらない要因が含まれている。

このように、実噴射量の演算に燃焼出力以外の情報が含まれていると、実噴射量自体の推定値が不正確であり、したがって実噴射量に基づき推定される気筒毎の通常噴射制御での噴射量の適正化（修正）の精度が低い。
本発明は、上述のような問題点に着目してなされたもので、噴射量制御をより精度よく行うことができる多気筒エンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明は、多気筒エンジンの気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記エンジンの排ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記エンジンの運転状態に応じて設定される通常の目標噴射量を前記各燃料噴射弁から噴射させる通常噴射制御手段と、所定の基準噴射量を前記燃料噴射弁から噴射させる追加噴射制御手段と、前記エンジンが所定の運転域にあるときに、前記通常噴射制御手段の作動により噴射された燃料の実噴射量を前記空燃比及び前記吸入空気量に基づき推定する実噴射量推定手段と、前記所定の運転域にあるときに、前記通常噴射制御手段の作動と前記気筒のうち特定気筒に対する前記追加噴射制御手段の作動とにより噴射された燃料の追加時実噴射量を前記空燃比及び前記吸入空気量に基づき推定する追加時実噴射量推定手段と、前記エンジンの運転条件変動に伴う前記目標噴射量の前後２つの時点での変化分を、前記エンジンの運転条件変動に伴う実噴射量変動分と見做した上で、前記追加時実噴射量から、前記基準噴射量の噴射を行う前の実噴射量と前記エンジンの運転条件変動に伴う前記実噴射量変動分とを減算することで追加分噴射量を算出する追加分噴射量算出手段と、前記追加分噴射量に基づいて前記特定気筒に対する前記燃料噴射弁の噴射制御量を修正する修正手段と、を備えたことを特徴とする。
なお、前記基準噴射量は、例えば、前記通常噴射制御手段により燃料噴射弁から噴射される燃料量以下の噴射量とすることができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、前記修正手段が、前記気筒間の前記実噴射量の偏差が小さくなるように前記燃料噴射弁の噴射制御量を修正することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、前記通常噴射制御手段が、主噴射及びこれよりも少量の副噴射を噴射させるよう作動し、前記修正手段が、前記気筒間の前記副噴射の偏差が小さくなるように前記燃料噴射弁の噴射制御量を修正することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、前記追加噴射制御手段が、前記通常の目標噴射量に影響を与えない噴射時期に作動することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、前記所定の運転域は、アイドル運転域であることを特徴とする。

請求項１の発明は、追加分噴射量に基づき特定気筒に対する噴射制御量を修正することで、エンジンの個体差や外乱負荷変動に影響されずに少量の噴射量のバラツキをより正確に把握して修正することができる。これによって、燃料噴射制御をより細かく正確に行うことができ、スモークや騒音の発生を抑制できる。特に、エンジン負荷変動などに応じて通常の目標噴射量が変動したとしても、エンジンの運転条件変動に伴う目標噴射量の前後２つの時点での変化分を、エンジンの運転条件変動に伴う実噴射量変動分と見做し設定する。即ち、通常の目標噴射量の変化量に基づき実噴射量変動分を推定するので、目標噴射量の変動による実際の噴射量の変動が追加分噴射量の推定精度に悪影響を与えることがなく、噴射制御をより正確に行うことができる。

請求項２の発明は、追加分噴射量に基づき気筒間の実噴射量の偏差が小さくなるように修正することで、実噴射量の気筒間バラツキを抑制でき、よってスモークや騒音の発生を抑制できる。

請求項３の発明は、副噴射の噴射量の偏差が小さくなるように修正することで、副噴射量の気筒間バラツキを抑制でき、よってスモークや騒音の発生を抑制できる。

請求項４の発明は、追加噴射制御手段の作動が通常の目標噴射量に影響を与えないので、基準噴射量の噴射が出力トルクの発生に寄与せず、基準噴射量の噴射をエンジンの燃料噴射制御に干渉することなく行える。

請求項５の発明は、アイドル運転域において追加分噴射量の算出を行うことで、追加分噴射量の算出精度やそれを用いた燃料噴射制御をより正確に行うことができる。

図１には本発明の一実施形態としての燃料噴射装置Ａを備えたコモンレールディーゼルエンジン（以後、単にエンジン１と記す）を模式的に示した。
エンジン１は多気筒直噴式（本実施例では４気筒の例を説明しており、図１では４気筒のうち１気筒のみ示している）であり、各気筒の燃料噴射弁２を装備するシリンダヘッド３とシリンダブロック４とピストン５のキャビティ６とにより燃焼室７を形成する。エンジン１には各気筒に連通する吸気通路８及び排気通路９がそれぞれ設けられている。吸気通路８には過給機１１のコンプレッサ１２（図１で紙面裏側）が設けられ、排気通路９には過給機１１のタービン１３が設けられている。なお、本実施例の過給機１１は可変容量式ターボ（ＶＧＴ）である。過給機１１は排気ガスのエネルギーを利用してタービン１３を回転させ、その同軸上にあるコンプレッサ１２を回転させて吸入空気を昇圧させるものである。そして、吸入空気が昇圧されることにより、高密度の空気が燃焼室７へと送り込まれると共に燃料噴射弁２を介して噴射された燃料が混合燃焼され、エンジン１の出力が増大される。

吸気通路８のコンプレッサ１２の上流にはエアクリーナー１４が配備され、エアクリーナー１４のケーシング内には吸入空気量検出手段であるエアーフローセンサ１５が配備される。コンプレッサ１２の下流にはインタクーラ１６、吸気絞り弁２０が設けられる。インタクーラ１６は吸気冷却を行うことで、エンジン１の吸気の体積効率を向上させ、これにより出力アップを図ることができる。吸気絞り弁２０は常開弁であり、後述するコントローラ１８により制御されることで吸気流量を適時に調整でき、ＥＧＲ増量のための負圧発生等に使用される。

一方、排気通路９には過給機１１のタービン１３が配備され、その下流に排ガス浄化装置１７が配備される。なお、排気通路９の排ガス浄化装置１７の上流側には排ガス中の空燃比Ａ／Ｆ情報を大小連続的に出力するリニア空燃比センサ３４が配備されている。
エンジン１の燃料噴射装置Ａは燃料供給装置１９と、燃焼室７に燃料噴射を行う燃料噴射弁２と、これらの噴射制御手段であるコントローラ（エンジンＥＣＵ）１８とを備える。

シリンダヘッド３に取り付けられた燃料噴射弁２は、その本体内に励磁コイル２１と、同励磁コイル２１の励磁時に開弁作動する針弁２２と、同針弁２２により開閉されてコモンレール２３から送り込まれている高圧燃料を燃焼室７に噴射可能なノズル２４とを備える。
なお、シリンダヘッド３には燃料噴射弁２の近傍にグロープラグ３０が取り付けられる。これはコントローラ１８にリレー２８１を介して接続され、エンジンの冷態運転時の燃焼改善を図るように駆動される。

燃料供給装置１９は、コモンレール２３と同コモンレール２３に接続される燃料噴射ポンプ２５と、燃料タンク２６と、コモンレール圧Ｐｒを出力する燃圧センサ２７とを備える。
コモンレール２３に蓄えられる燃料は、エンジン１の回転力を受けて駆動する燃料噴射ポンプ２５から高圧管２９を経由して供給される。このコモンレール２３に蓄えられる燃料の圧力（コモンレール圧Ｐｒ）信号は燃圧センサ２７によりコントローラ１８に入力されている。

コントローラ１８は、燃料噴射ポンプ２５、即ち、エンジン１の運転条件に応じて、複数の設定レール圧Ｐｒ１〜Ｐｒ３（図５参照）の一つを選択的に設定する。その上で、燃圧センサ２７により求めたコモンレール圧Ｐｒが設定レール圧となるように、制御信号をコントローラ１８から直接燃圧調整器２５１に伝達する。これにより、コモンレール２３内の圧力Ｐｒが、図５に示すような所定レール圧Ｐｒの一つとなるよう燃圧調整可能である。
なお、図１中で符号３１は燃料戻り管を示し、燃料噴射弁２からの低圧油を燃料タンク２６に戻す。
噴射制御手段であるコントローラ（エンジンＥＣＵ）１８は燃料噴射装置Ａ内の各気筒（例えば、ここでは４気筒とする）の各燃料噴射弁２、燃圧調整器２５１、グロープラグ３０を駆動制御する。

ここでコントローラ１８は、上述のセンサ類からの検出情報に基づいて、通常の目標噴射量を算出し、各燃料噴射弁２に、エンジンが要求出力を発生するためのメイン噴射（主噴射）と、このメイン噴射（主噴射）に対して副次的に噴射されるパイロット噴射（副噴射）と、を通常噴射作動として噴射させる。しかも、本実施例では、この通常噴射作動に加えて、４気筒のうちの１の気筒を順次特定気筒とし、同特定気筒に対して所定の基準噴射量の追加噴射作動を行うよう、コントローラ１８が各燃料噴射弁２を制御する。

具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、コントローラ１８が通常噴射制御手段Ａ１として通常噴射モード（主噴射とこれに先駆けて行う副噴射であるパイロット噴射からなるモード）（符号Ｍ１）で噴射行程を行う場合には、コモンレール圧Ｐｒ等を決定し、これらに基づいて燃料噴射ポンプ２５の燃圧調整器２５１を制御する。その上で、燃料噴射弁２がメイン噴射（駆動パルス間隔Ｔｍ、噴射時期ｔｍ、噴射量Ｑｆｍ）と、パイロット噴射（駆動パルス間隔Ｔｐ、噴射時期ｔｐ、噴射量Ｑｆｐ）とを順次行うよう制御する。この通常噴射モード（符号Ｍ１）は、エンジンが低中高の各負荷運転域や、アイドル回転数Ｎ１を保持するアイドル運転域（所定の運転域）でのフィードバック制御時に使用される。
このように１噴射行程を通常噴射モード（符号Ｍ１）で行う際の、即ち、メイン噴射に先駆けて副噴射であるパイロット噴射を順次行ったときの実際の実噴射量ＱＦＭ１が後述の式（１）（図６、図７参照）で算出される。

さらに、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、コントローラ１８が追加噴射制御手段Ａ２として追加噴射モード（通常噴射モードでの主噴射とパイロット噴射に加えて、特定気筒に基準噴射量の追加噴射を行うモード）（符号Ｍ２）で噴射行程を行う場合には、コモンレール圧Ｐｒ等を決定し、これらに基づいて燃料噴射ポンプ２５の燃圧調整器２５１を制御する。その上で、燃料噴射弁２がメイン噴射と、これに先駆けて行うパイロット噴射（副噴射）と、メイン噴射後のエンジンの膨張行程中の追加噴射（駆動パルス間隔Ｔａ、噴射時期ｔａ、噴射量Ｑｆａ）とを行うよう制御した際の実際の追加時実噴射量ＱＦＭ２が後述の式（２）（図６、図７参照）で算出される。

なお、この追加噴射モード（符号Ｍ２）は、アイドル回転数Ｎ１を保持するアイドル運転域（所定の運転域）でのフィードバック制御時において行われる。ここでは通常噴射モードＭ１での駆動に加え、膨張行程内で所定遅角状態（リタード量δθ）、例えば遅角量ＴＤＣＡ４０〜５０°で基準噴射量Ｑｆａの追加噴射（駆動パルス間隔Ｔａ）を特定気筒に対して行う。この追加噴射は、まず、全気筒のうちの１の気筒を特定気筒と見做し、特定気筒にのみ噴射された後、他の気筒についても順次基準噴射量Ｑｆａ分の追加噴射（駆動パルス間隔Ｔａ）が行われる。このようにリタード状態で行われる基準噴射量Ｑｆａの追加噴射はアイドル回転数Ｎ１を保持するフィードバック制御に影響するような出力トルクの発生が生じないよう、通常の目標噴射量に影響を与えない噴射時期ｔａが選択される。

図１に示すように、コントローラ１８は図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、図示しないタイマカウンタ等を備える。コントローラ１８の入力端側には、アクセル操作量θａを検出するアクセルセンサ３２、吸気量Ｑａを検出するエアーフローセンサ１５、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ２１、コモンレール圧Ｐｒを検出する燃圧センサ２７、水温ｗｔを検出する水温センサ２８、車速信号Ｖｃを検出する車速センサ３３、空燃比Ａ／Ｆを検出する空燃比センサ３４、エアコン駆動信号Ｓａを検出するエアコンスイッチ４０、ニュートラルＳｏｎを検出するニュートラル検知スイッチ５０、気圧ＡＰを検出する大気圧センサ６０、等の各種センサ類が接続される。なお、ここでのクランク角情報Δθはコントローラ１８においてエンジン回転数Ｎｅの導出に用いられる。
出力側には燃料噴射弁２、燃料噴射ポンプ２５、グロープラグ３０、吸気絞り弁２０、等の各種デバイス類が接続されている。

コントローラ１８は周知のエンジン制御機能を発揮すると共に、本発明の特徴を成す燃料噴射装置Ａの制御部として機能する。即ち、図４に示すように、コントローラ１８は通常噴射制御手段Ａ１と追加噴射制御手段Ａ２と、目標噴射量設定手段Ａ３と、実噴射量推定手段Ａ４と、追加時実噴射量推定手段Ａ５と、追加分噴射量算出手段Ａ６と、修正手段Ａ７とを備えている。なお、ここでの通常噴射制御手段Ａ１と追加噴射制御手段Ａ２とは相互に関連させて制御機能を発揮するもので、これら両手段が燃料噴射制御手段Ａ０を成している。

ここで、コントローラ１８の目標噴射量設定手段Ａ３は、エンジン１の各気筒に対してエンジン運転情報であるアクセル開度θａ、エンジン回転速度Ｎｅ等を取り込み、これらに基づき基本燃料噴射量ＩＮＪｂを求める。そして、これに気圧ＡＰ、水温ｗｔ等の補正値Ｑｗｔを加えて各噴射モードでの目標噴射量ＱＦＭＴ（＝ＩＮＪｂ＋Ｑｗｔ）を演算する。更に、コモンレール圧Ｐｒを選択（設定）し、次いで、予め設定されている運転モードに応じた燃料噴射量マップ（不図示）を用い、パイロット噴射、メイン噴射の各駆動パルス間隔Ｔｐ、Ｔｍと、噴射時期ｔｐ、ｔｍと、噴射量（パルス幅相当）Ｑｆｐ、Ｑｆｍ等を目標噴射量ＱＦＭＴに応じて順次演算する。

更に、燃料噴射制御手段Ａ０のうちの通常噴射制御手段Ａ１は、供給データに基づきエンジンの運転情報に応じた通常噴射モードＭ１で、目標噴射量設定手段Ａ３から入力された目標噴射量ＱＦＭＴ１，２に応じ、各気筒の燃料噴射弁２を駆動制御する。同時に、指定されたコモンレール圧Ｐｒを維持するよう燃圧調整器２５１がフィードバック制御される。
ここで、通常噴射制御手段Ａ１は、通常噴射モード（符号Ｍ１）で噴射行程を行う場合、メイン噴射（駆動パルス間隔Ｔｍ、噴射時期ｔｍ、噴射量Ｑｆｍ）と、これに先駆けて行う副噴射であるパイロット噴射（駆動パルス間隔Ｔｐ、噴射時期ｔｐ、噴射量Ｑｆｐ）のデータを目標噴射量ＱＦＭＴに応じ設定し、同データに沿って、燃料噴射弁２を駆動制御する。

次に、燃料噴射制御手段Ａ０のうちの追加噴射制御手段Ａ２は追加噴射モードＭ２で噴射行程を行う場合には、燃料噴射弁２がメイン噴射と、これに先駆けて行うパイロット噴射（副噴射）と、メイン噴射後のエンジンの膨張行程中になされ、基準噴射量Ｑｆａで行われる追加噴射（駆動パルス間隔Ｔａ、噴射時期ｔａ）のデータを目標噴射量ＱＦＭＴに応じて設定し、同データに沿って、燃料噴射弁２を駆動制御する。

次に、実噴射量推定手段Ａ４は、エンジンがアイドル運転域（所定の運転域）に達しているときに、通常噴射モード（符号Ｍ１）で噴射が行われ、即ち、メイン噴射（駆動パルス間隔Ｔｍ、噴射時期ｔｍ、噴射量Ｑｆｍ）と、これに先駆けて行う副噴射であるパイロット噴射（駆動パルス間隔Ｔｐ、噴射時期ｔｐ、噴射量Ｑｆｐ）のデータに沿って、燃料噴射弁２が駆動制御されることを確認する。更に、その通常噴射モードＭ２（図２参照）で駆動時の燃料噴射量を実噴射量ＱＦＭ１として推定する。

ここでは、コントローラ１８は、エアーフローセンサ１５で検出された吸入空気量Ｑｆａｉｒ１と、空燃比センサ３４で検出された空燃比ＡＦ１とを用いて実噴射量ＱＦＭ１を下記の式（１）で演算する。

ＱＦＭ１＝Ｑｆａｉｒ１／ＡＦ１・・・・・・・（１）
なお、この１の気筒（例えば４気筒のうちのＮｏ１の気筒）の実噴射量ＱＦＭ１をＱＦＭ１♯１として記憶すると、続いて、同様に他の１の気筒（例えばＮｏ２の気筒）の実噴射量ＱＦＭ１♯２として記憶し、順次、Ｎｏ３、４の気筒においても、実噴射量ＱＦＭ１をＱＦＭ１♯３、ＱＦＭ１♯４として演算して記憶する。

次に、追加時実噴射量推定手段Ａ５は、エンジンがアイドル運転域（所定の運転域）に達していると判定した制御中であって、実噴射量ＱＦＭ１の演算後において、１の気筒（例えば４気筒エンジンのうちのＮｏ１の気筒）を特定気筒とし、その燃料噴射弁２をパイロット噴射（副噴射）Ｔｐ、主噴射Ｔｍに加え、追加噴射Ｔａ（基準噴射量Ｑｆａ相当の噴射パルス幅）を行う追加噴射モード（パイロット噴射Ｔｐ＋主噴射Ｔｍ＋追加噴射Ｔａ）Ｍ２（図３参照）で駆動させた際の燃料噴射量を推定する。

この追加時実噴射量推定手段Ａ５は、追加噴射モードＭ２による噴射における実際に噴射された追加時実噴射量ＱＦＭ２を下記の式（２）で演算する。
ここでは、エアーフローセンサ１５で検出された吸入空気量Ｑｆａｉｒ２と、空燃比センサ３４で検出された空燃比ＡＦ２とを用いて、基準噴射量Ｑｆａ（追加噴射Ｔａ相当の噴射量）の噴射を行った１の特定気筒のみの追加時実噴射量ＱＦＭ２を演算する。

ＱＦＭ２＝Ｑｆａｉｒ２／ＡＦ２・・・・・・・（２）
この特定気筒のみに追加噴射Ｔａを行った場合の追加時実噴射量ＱＦＭ２をＱＦＭ２♯１として記憶すると、続いて、同様にＮｏ１の次に追加噴射Ｔａを行った他の１の気筒（例えばＮｏ２の気筒）を特定気筒と見做し、その追加時実噴射量ＱＦＭ２をＱＦＭ２♯２として記憶し、順次、追加噴射Ｔａを行った順に他の気筒（Ｎｏ３、４の気筒）も特定気筒と順次見做し、追加時実噴射量ＱＦＭ２をＱＦＭ２♯３、ＱＦＭ２♯４として演算して記憶する。

次に、追加分噴射量算出手段Ａ６は、追加噴射Ｔａでの追加分噴射量Ｑａｄｄを目標噴射量ＱＦＭＴ、実噴射量ＱＦＭ１及び追加時実噴射量ＱＦＭ２に基づき気筒毎に推定する。以下、この推定方法について、図６及び図７を参照して説明する。
最初に、図６を参照して、アイドル回転フィードバック制御に伴う目標噴射量ＱＦＭＴ１（全気筒平均の目標噴射量）が、経時的に異なる前後２つの制御周期において変動がない場合（ＱＦＭＴ１＝ＱＦＭＴ２）の推定方法について説明する。

この場合は、まず、追加分噴射量算出手段Ａ６は、１の気筒（Ｎｏ１の気筒）について、追加時実噴射量推定手段Ａ５で推定された追加時実噴射量ＱＦＭ２と、実噴射量推定手段Ａ４で推定された実噴射量ＱＦＭ１の差分より、追加分噴射量Ｑａｄｄ♯１を演算して記憶する。同様に各気筒Ｎｏ２〜４においても、追加分噴射量Ｑａｄｄ♯２〜Ｑａｄｄ♯４を順次演算する（下記式（３）参照）。

Ｑａｄｄ♯１〜Ｑａｄｄ♯４＝ＱＦＭ２−ＱＦＭ１・・・・・・・（３）
次に、図７を参照して、エンジン１に負荷変動があり、これに応じて目標噴射量が、経時的に異なる前後２つの制御周期において変動した場合（ＱＦＭＴ２≠ＱＦＭＴ１）を説明する。

この場合は、エンジン負荷変動に応じた目標噴射量ＱＦＭＴの変動を考慮するため、追加分噴射量の推定にあたって目標噴射量の変動分α（＝ＱＦＭＴ２−ＱＦＭＴ１）が演算される。この目標噴射量変動分α（＝ＱＦＭＴ２−ＱＦＭＴ１）は、実際には目標噴射量設定手段Ａ３で設定される追加時目標噴射量ＱＦＭＴ２と通常目標噴射量ＱＦＭＴ１との差であるが、この値αがエンジン負荷変動に応じた実噴射量変動分βにほぼ正比例すると見做し、α＝βと見做す。そして、次式（３ａ）に示すように、追加時実噴射量ＱＦＭ２より基準噴射量Ｑｆａ（追加噴射Ｔａ相当の噴射量）の噴射が行われる前の実噴射量ＱＦＭ１と、噴射量変動分βを減算することで１の気筒の追加分噴射量Ｑａｄｄを算出する。この処理は、追加噴射Ｔａが行われる順に従って、全ての気筒（♯１〜♯４）につき、順次行う。

Ｑａｄｄ♯１〜Ｑａｄｄ♯４＝ＱＦＭ２−ＱＦＭ１−β・・・・・・・（３ａ）
このように、目標噴射量の差分（目標噴射量変動分）αに基づき実際の噴射量変動分βを推定するので、目標噴射量の変動による実際の噴射量の変動が追加分噴射量の推定精度に悪影響を与えることがなく、噴射制御をより正確に行うことができる。

次に、修正手段Ａ７は追加分噴射量算出手段Ａ６で推定された各気筒毎の追加分噴射量Ｑａｄｄ♯１〜Ｑａｄｄ♯４に基づいて、修正後の各気筒の目標噴射量ＱＦＭＴ♯１〜ＱＦＭＴ♯４を、これ以後に燃料噴射装置Ａのメインルーチンで行う燃料噴射駆動制御に反映させ、各燃料噴射弁２の噴射制御（例えば各燃料噴射弁２の駆動時間制御）を行う。

次に、図１のコントローラ１８の各制御処理を、図８のアイドル制御ルーチン、図９の追加噴射量サンプリングルーチンに沿って説明する。なお、これらルーチンはコントローラ１８内のＣＰＵにより所定の演算周期で実施される。
図８に示すように、コントローラ１８の制御処理がアイドル制御ルーチンへ移行すると、先ずステップｓ１において、吸気量センサ１５、クランク角センサ２１、燃圧センサ２７、大気圧センサ６０、水温センサ２８、アクセル開度センサ３２、空燃比センサ３４、車速センサ３３、ニュートラル検知スイッチ５０、エアコンスイッチ４０、等からの各種信号に基づき、吸気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ、燃圧Ｐｒ、気圧ＡＰ、冷却水温ｗｔ、アクセル開度θａ、空燃比Ａ／Ｆ、車速Ｖｃ、ニュートラル信号Ｓｏｎ、エアコン信号Ｓａ、等の各運転情報をそれぞれ読み込む。続いて、ステップｓ２において、エンジン１が予め設定された所定の運転域であるアイドル状態であるか否かを判断する。この判断は、エンジン回転数Ｎｅが所定のアイドル回転数Ｎ１で、アクセル開度θａが全閉で、車速Ｖｃが停車判定値以下で、ニュートラル信号Ｓｏｎ等に基づいて行われる。そして、アイドル状態でない場合には、ステップｓ４へ移行し、非アイドル運転時（発進、走行時）の燃料噴射量制御処理へ移行して、不図示のメインルーチンに戻る。又、アイドル状態である場合にはステップｓ３へ進む。

ステップｓ３においては、今回読み込まれた冷却水温ｗｔが暖気判定値ｗｔ１を上回るか否か判断し、下回るとステップｓ５に移行する。ステップｓ５では、暖気促進用の暖気回転数Ｎｅｈを目標値として設定し、同暖気目標回転数Ｎｅｈにエンジン回転数Ｎｅが一致するように現目標暖気噴射量ＱＦＭＴｗに対して単位燃料修正量Δｑｗを増減修正して演算し、ステップｓ６に移行する。ステップｓ６では、同目標暖気噴射量ＱＦＭＴｗを用い、各気筒の燃料噴射弁２を図２の通常噴射モードＭ１で駆動し、不図示のメインルーチンに戻る。

一方、ステップｓ３で冷却水温ｗｔが暖気判定値ｗｔ１を上回ると判断すると、ステップｓ７に進み、目標アイドル回転数Ｎ１を保持すべくエンジン回転数Ｎｅを修正するフィードバック制御（ＩＳＣ）に入る。なお、ここでの目標アイドル回転数Ｎ１はエンジン負荷、例えばエアコン駆動の場合での運転に対処できる値があらかじめ設定されている。
ステップｓ８では実際のエンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎ１との差の絶対値｜δｎ｜を求める。次いで、ステップｓ９では絶対値｜δｎ｜が予め定められた基準値δｎ１よりも大きいか否かを判断する。ここで、大きい場合にはステップｓ１０で前回求められた目標噴射量ＱＦＭＴ（ｎ−１）の一定量δｑの増減修正をして、新たな目標噴射量ＱＦＭＴ（ｎ）として設定する。なお、このデータは燃料噴射駆動制御の際に採用されて、燃料噴射処理が順次実行され、目標アイドル回転数Ｎ１のフィードバック制御が成される。

この後、ステップｓ１１に達すると、基準時サンプリングフラグがオン（ＦＬＧ１＝１）か否か判断する。アイドル制御ルーチンに入った直後においては、基準時サンプリングフラグはオフであるため、ステップｓ１２に進む。
基準時サンプリングフラグがオフでステップｓ１２に進むと、ここではメインルーチン側より全気筒平均の通常目標噴射量ＱＦＭＴ１を読み取り、記憶処理する。ここでの全気筒平均の通常目標噴射量ＱＦＭＴ１は、予め、メインルーチン側で、目標アイドル回転数Ｎ１、空燃比ＡＦ１、現在の吸気量Ｑｆａｉｒ１に応じて通常目標噴射量ＱＦＭＴ１を算出し、順次更新される複数回のデータを平均化して演算されているものが用いられる。

ステップｓ１３では、基準時サンプリングフラグをオン（ＦＬＧ１＝１）処理し、ステップｓ１４に進む。
ステップｓ１４に達すると、ここでは追加噴射時サンプリングフラグが（ＦＬＧ２＝１）オンか否か判断し、オン（ＦＬＧ２＝１）でない間はステップｓ１５に、オンした後はステップｓ１７に進む。
追加噴射時サンプリングフラグがオフ（ＦＬＧ２＝０）でステップｓ１５に達すると、ここでは、追加噴射量サンプリング処理（図９参照）に入る。

図９に示す追加噴射量サンプリング処理では、まず、ステップａ１において、予め設定されている全筒中の１の特定気筒（例えばＮｏ１の気筒（♯１）とする）に対し追加噴射処理完了前（ＦＬＧＲ１＝０）であるとステップａ２に進み、完了後であるとステップａ３に進む。
ステップａ２においては、１の特定気筒以外の気筒（♯２〜♯４）を全て同一の通常噴射モード（符号Ｍ１）で駆動する噴射制御信号｛パイロット噴射（副噴射）Ｔｐ＋主噴射Ｔｍ｝を設定する。なお、ここでの実噴射量ＱＦＭ１を上述の式（１）で演算する。

次いで、ステップａ４においては、１の特定気筒（Ｎｏ１の気筒（♯１））についてのみ、図３に示すように、追加噴射Ｔａを行う追加噴射モード（符号Ｍ２）で駆動する噴射制御信号｛パイロット噴射（副噴射）Ｔｐ＋主噴射Ｔｍ＋追加噴射Ｔａ｝を設定する（燃料噴射制御手段Ａ０としての機能）。これらの噴射処理信号は、メインルーチン側の不図示の燃料噴射駆動ルーチンにおいて読み込まれてセットされる。そして、コントローラ１８は、同噴射処理信号に応じた時点に達すると、各燃料噴射弁２を駆動するという１の特定気筒（♯１）および特定気筒以外の気筒（♯２〜♯４）への噴射追加処制御を行う。

なお、ステップａ４において、１の特定気筒（♯１）に対し、燃料噴射弁２から実際に噴射された追加時実噴射量ＱＦＭ２を上述の式（２）で演算する。ここでは、エアーフローセンサ１５で検出された吸入空気量Ｑｆａｉｒ２と、空燃比センサ３４で検出された空燃比ＡＦ２とを用いて、１の気筒（♯１）のみ追加噴射Ｔａを行う場合の追加時実噴射量ＱＦＭ２♯１を演算し、記憶する。

次いでステップａ５に達すると、ここでは追加噴射時の目標噴射量ＱＦＭＴ２と通常目標噴射量ＱＦＭＴ１を取り込み、これら演算値に基づき、目標噴射量変動分α（＝ＱＦＭＴ２―ＱＦＭＴ１）が演算される。更に、この目標噴射量変動分αを実際の噴射量変動分である実噴射量変動分βと見做処理する。更に、特定気筒（♯１）における最新の追加時実噴射量ＱＦＭ２と実噴射量ＱＦＭ１及び実噴射量変動分βの差分より特定気筒（♯１）の追加分噴射量Ｑａｄｄ♯１を上述の式（３ａ）を用いて演算して記憶する。

なお、アイドル回転フィードバック制御に伴う目標噴射量ＱＦＭＴ１に経時的に異なる２時点において変動がない場合（ＱＦＭＴ１＝ＱＦＭＴ２）は、図６に示す２時点の黒丸位置に運転域が保持されると見做される。目標噴射量ＱＦＭＴ１に変動がある場合は、図７に示すように黒丸位置Ｄ１よりＤ２への変動がなされ、Ｄ２の運転域が保持されると見做される。なお、ここでの１の気筒（Ｎｏ１の気筒）の追加分噴射量Ｑａｄｄ♯１は「ｇ／ｓｅｃ」で示されるが、この値を１噴射行程毎の値に修正するには、１回転周期をＮｃｙ１として用いると、追加分噴射量Ｑａｄｄ（＝Ｑａｄｄ♯１×Ｎｃｙ１）「ｍｍ^３／ｓｔ」として算出できる。

次いで、ステップａ６に達すると、１の特定気筒（♯１）の追加噴射処理完了フラグをオン（ＦＬＧＲ１＝１）に設定して、ステップａ７に進む。
ステップａ７、ａ８に達し、アイドル運転域（所定運転域）離脱でない間（ステップａ７でＮｏ）で、追加噴射処理完了フラグ（ＦＬＧＲ１＝１）が全筒においてオンに達成されていない（ステップａ８でＮｏ）限り、全学習データ取得を行うまで、ステップａ１に戻る。

ステップａ１でＮｏ１の気筒の追加噴射処理完了後（ＦＬＧＲ１＝１）と判断されると、ステップａ３に進む。ステップａ３ではＮｏ２の気筒（♯２）について、追加噴射処理完了フラグＦＬＧＲ２のオン前（ＦＬＧＲ２＝０）であればステップａ９に進み、完了後（ＦＬＧＲ２＝１）であればステップａ１０に進む。

ステップａ９ではステップａ２と同様に、１の特定気筒（ここではＮｏ２の気筒）以外の気筒（♯１、３、４）は同一の通常噴射モードＭ１（図２参照）で、１の特定気筒（♯２）のみは、図３に示すように、追加噴射Ｔａを行う追加噴射モードＭ２で噴射駆動させる指令を発する。ステップａ１１ではステップａ４と同様に、♯２の特定気筒についてのみ、追加噴射モードＭ２での追加時実噴射量ＱＦＭ２♯２を式（２）で演算する。

この後、ステップａ１２ではステップａ５と同様に、♯２の特定気筒についての追加噴射Ｔａによる追加分噴射量をＱａｄｄ♯２として式（３ａ）で演算して記憶する。
次いで、ステップａ１３に達すると、♯２の特定気筒について追加噴射処理完了（フラグＦＬＧＲ２＝１）に設定して、前述したステップａ７、ａ８に進む。

以下同様に、ステップａ１０、ａ１４、ａ１６、ａ１７、ａ１８では♯３の気筒を特定気筒とした処理を行い、ステップａ１５、ａ１９、ａ２０、ａ２１、ａ２２では、♯４の気筒を特定気筒とした処理を行う。
そして、ステップａ１、ａ３、ａ１０、ａ１５で全てＹｅｓと判定され、全気筒のサンプリングが完了すると、ステップａ８でＹｅｓと判定されてステップａ２３に進む。ステップａ２３では、上述した追加噴射量サンプリングルーチンにおけるステップａ１〜ａ２２が全てのレール圧Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３（図５参照）についてサンプリングされているか否かが判定される。そして、全レール圧についてサンプリングが完了している場合（Ｙｅｓ）はアイドル制御ルーチンステップｓ１６へと進む。

一方、他のレール圧についてサンプリングがなされていない場合（Ｎｏ）はステップａ２４へと進み、追加噴射処理完了フラグＦＬＧＲ１〜ＦＬＧＲ４を全てリセット（ＦＬＧＲ１〜ＦＬＧＲ４＝０）した後にステップａ２５へと進む。そして、ステップａ２５でレール圧の変更を行った後にアイドル制御ルーチンのステップｓ１２へと進む。

図８のアイドル制御ルーチンにおけるステップｓ１６では追加分噴射量による噴射量修正（修正手段Ａ７としての機能）の処理に入る。
ステップｓ１６では、図９の追加噴射量サンプリングルーチンで得られた全気筒＃１〜＃４及び全レール圧Ｐｒ１〜Ｐｒ３のサンプリングデータの学習結果に基づき、修正後の各気筒の目標噴射量ＱＦＭＴ♯１〜ＱＦＭＴ♯４を、これ以後に燃料噴射装置Ａのメインルーチンで行う燃料噴射駆動制御に反映させ、各燃料噴射弁２の噴射制御を行う。このように、追加分噴射量による噴射量学習結果を燃料噴射駆動制御に反映させることで、エンジンの個体差や外乱負荷変動に影響されずに少量の噴射量のバラツキをより正確に把握して修正することができ、燃料噴射制御をより細かく正確に行うことができるので、スモークや騒音の発生を抑制できる。

なお、上述のルーチンでは、まず各気筒＃１〜＃４についてのデータ取得を行った後、各レール圧Ｐｒ１〜Ｐｒ３についてのデータ取得を行うものとして説明したが、先に各レール圧Ｐｒ１〜Ｐｒ３についてのデータ取得を行ってから各気筒＃１〜＃４についてのデータ取得を行うことも可能である。

次に、本実施の形態のエンジンの燃料噴射装置における具体的な演算の一例を説明する。
図１のコントローラ１８の各制御処理において、ＣＰＵにより所定の時間周期・運転条件で以下の演算が実施された。
ここでの通常アイドル運転条件は、全筒同一での通常噴射モードＭ１で噴射制御するものとして設定してある。
アイドル回転数は、Ｎ１＝７００ｒｐｍであった。
空燃比は、Ａ／Ｆ＝１７（リニア空燃比センサ３４で計測）であった。
吸気量は、Ｑ＝２．３ｇ／ｓｅｃ（エアーフローセンサ３４で計測）であった。

この際の目標噴射量はＱＦＭＴ＝１３５．３ｍｇ／ｓｅｃとして算出された。
さらに、ここでの追加噴射条件は、全筒同一での通常噴射モードに加え、順次１の気筒のみ追加噴射Ｔａを行うものとして設定してある。

ここでのアイドル回転数は、Ｎ１＝７００ｒｐｍ（変化なしに保持）であった。
空燃比は、Ａ／Ｆ＝１６（に変化）であった。
吸気量は、Ｑ＝２．３ｇ／ｓｅｃ（変化なしに保持）であった。
この運転条件下での目標噴射量はＱＦＭＴ＝１４３．７５ｍｇ／ｓｅｃとして算出された。

この後、ここでは１の気筒の目標噴射量ＱＦＭＴがアイドル運転域に入った初期の基準時（Ｓ１）と、その後の追加時（Ｓ２）である２つの時点間において変化していない運転状態にあるとする（図６参照）。すると、追加パルスによる追加噴射Ｔａの値は：１．４５ｍｇ／ｓｅｃとなる。
なお、燃料比重が０．８３とすると、追加分噴射量Ｑａｄｄ（１の気筒の１噴射周期あたりの噴射量）は１．７４５ｍｍ^３／ｓｔとなった。

上述のように、図１に示した燃料噴射装置Ａによれば、所定の運転域であるアイドル運転域に達すると、全気筒中の１の特定気筒に追加噴射Ｔａが行われる。そして、予め求めた追加時実噴射量ＱＦＭ２のうちの追加噴射Ｔａの追加分噴射量Ｑａｄｄが、予め求めた目標噴射量ＱＦＭＴ、実噴射量ＱＦＭ１及び追加時実噴射量ＱＦＭ２に基づき気筒毎に推定される。そして、これに基づく噴射量学習結果を燃料噴射駆動制御に反映させることで、各気筒毎の追加噴射の燃料噴射制御をより正確に行うことができ、気筒毎の噴射量のバラツキを抑制できる。

特に、実噴射量ＱＦＭ１と追加時実噴射量ＱＦＭ２およびこれらより演算される追加分噴射量Ｑａｄｄを燃焼反応に直接的にかかわる空燃比Ａ／Ｆと吸入空気量Ｑｆａとを用いて特定気筒毎に演算するので、特定気筒毎の噴射量をより正確に把握することができ、燃料噴射制御をより正確に行うことができる。

特に、アイドル運転域を保持するようエンジンが運転されている際に、エンジン負荷に変動があり、図７に示すように、アイドル運転域を保持すべく目標噴射量ＱＦＭＴ１、ＱＦＭＴ２に変動があった場合でも、その際の追加時目標噴射量ＱＦＭＴ２より通常目標噴射量ＱＦＭＴ１を減算して求めた差分αを運転条件変動に伴う実噴射量変動分βと見做し設定する。即ち、目標噴射量の差分に基づき実際の噴射量変動分を推定するので、目標噴射量と実際の噴射量との差異が追加分噴射量Ｑａｄｄの推定精度に悪影響を与えることがない。そのため、噴射制御をより正確に行うことができる。
特に、追加分燃料の追加噴射Ｔａが目標噴射量に影響を与えない膨張行程の後期、例えばＴＤＣＡ＋４０°〜＋５０°で行うことで、各気筒の噴射量変化（αに相当する）の学習をエンジンの燃料噴射量制御に干渉することなく容易に行える。

上述のところにおいて、基準噴射を、図２に示したように、主噴射（駆動パルス間隔Ｔｍ、噴射時期ｔｍ、噴射量Ｑｆｍ）に対して副噴射としてパイロット噴射（駆動パルス間隔Ｔｐ、噴射時期ｔｐ、噴射量Ｑｆｐ）を行う場合について説明した。しかし、これに代えて、基準噴射が主噴射に対する副噴射として主噴射後のアフタ噴射やポスト噴射などの小噴射量の噴射を行う場合であっても、これら噴射モードに対し、前述のパイロット噴射の場合と同様に追加噴射を加えて、小噴射量の噴射をより正確に把握し、燃料噴射制御をより正確に行うことができる等の同様の作用効果が得られる。

本発明の一実施形態としての多気筒エンジンの燃料噴射装置を備えたエンジンの概略構成図である。 図１の燃料噴射装置が行う主噴射モードの特性説明線図である。 図１の燃料噴射装置が行う追加噴射を行う追加噴射モードの特性説明線図である。 図１の燃料噴射装置の機能ブロック図である。 図１の燃料噴射装置のレール圧特性線図である。 図１の燃料噴射装置の追加噴射運転時における目標噴射量に変動がない場合の運転位置説明図である。 図１の燃料噴射装置の学習運転時における目標噴射量に変動がある場合の運転位置説明図である。 図１の燃料噴射装置のアイドル制御ルーチンのフローチャートである。 図１の燃料噴射装置のアイドル制御ルーチン内で行う追加噴射量サンプリングルーチンのフローチャートである。 従来燃料噴射装置におけるパイロット噴射量に対する騒音、スモーク特性線図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃料噴射弁
１５ エアーフローセンサ
１８ コントローラ（噴射制御手段）
１９ 燃料供給装置
２１ クランク角センサ
３４ リニア空燃比センサ
Ａ 燃料噴射装置
Ａ０ 燃料噴射制御手段
Ａ１ 通常噴射制御手段
Ａ２ 追加噴射制御手段
Ａ３ 目標噴射量設定手段
Ａ４ 実噴射量推定手段
Ａ５ 追加時実噴射量推定手段
Ａ６ 追加分噴射量算出手段
Ａ７ 修正手段
Ｑｆａｉｒ 吸入空気量
Ａ／Ｆ 空燃比
Ｍ１ 通常噴射モード
Ｍ２ 追加噴射モード
Ｔａ 追加噴射（駆動パルス間隔）
Ｑａｄｄ♯１〜Ｑａｄｄ♯４ 追加分噴射量
Ｑｆａ 基準噴射量（追加噴射Ｔａ相当の噴射量）
ＱＦＭ１ 実噴射量
ＱＦＭ２ 追加時実噴射量
ＱＦＭＴ１ 目標噴射量
ＱＦＭＴ２ 追加時目標噴射量

Claims (5)

1. 多気筒エンジンの気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、
   前記エンジンの排ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記エンジンの運転状態に応じて設定される通常の目標噴射量を前記各燃料噴射弁から噴射させる通常噴射制御手段と、
   所定の基準噴射量を前記燃料噴射弁から噴射させる追加噴射制御手段と、
   前記エンジンが所定の運転域にあるときに、前記通常噴射制御手段の作動により噴射された燃料の実噴射量を前記空燃比及び前記吸入空気量に基づき推定する実噴射量推定手段と、
   前記所定の運転域にあるときに、前記通常噴射制御手段の作動と前記気筒のうち特定気筒に対する前記追加噴射制御手段の作動とにより噴射された燃料の追加時実噴射量を前記空燃比及び前記吸入空気量に基づき推定する追加時実噴射量推定手段と、
   前記エンジンの運転条件変動に伴う前後２つの時点での目標噴射量変動分を、前記エンジンの運転条件変動に伴う実噴射量変動分と見做した上で、前記追加時実噴射量から、前記基準噴射量の噴射を行う前の実噴射量と前記エンジンの運転条件変動に伴う前記実噴射量変動分とを減算することで追加分噴射量を算出する追加分噴射量算出手段と、
   前記追加分噴射量に基づいて前記特定気筒に対する前記燃料噴射弁の噴射制御量を修正する修正手段と、
   を備えたことを特徴とする多気筒エンジンの燃料噴射装置。
2. 請求項１記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、
   前記修正手段が、前記気筒間の前記実噴射量の偏差が小さくなるように前記燃料噴射弁の噴射制御量を修正することを特徴とする多気筒エンジンの燃料噴射装置。
3. 請求項１又は２記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、
   前記通常噴射制御手段が、主噴射及びこれよりも少量の副噴射を噴射させるよう作動し、
   前記修正手段が、前記気筒間の前記副噴射の偏差が小さくなるように前記燃料噴射弁の噴射制御量を修正することを特徴とする多気筒エンジンの燃料噴射装置。
4. 請求項１、２又は３記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、
   前記追加噴射制御手段が、前記通常の目標噴射量に影響を与えない噴射時期に作動することを特徴とする多気筒エンジンの燃料噴射装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の多気筒エンジンの燃料噴射装置において、
   前記所定の運転域は、アイドル運転域であることを特徴とする多気筒エンジンの燃料噴射装置。

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