(57)【要約】【課題】内燃機関において吸気温度に起因する燃焼のばらつきに特化した補正を行なう。【解決手段】吸気温度センサ２６が内燃機関１の吸気温度を、筒内圧センサ２２が筒内圧力を検出する。コントローラ２０は筒内圧力変化率の吸気温度変化に対する感度を学習する。吸気温度が変化すると、コントローラ２０は学習した感度に基づき、吸気温度変化に起因する燃焼パラメータの変化が補償されるように燃料噴射を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射制御装置において、
吸気温度を検出する手段と、
吸気温度の違いに起因する燃焼パラメータの変化を検出する手段と、
吸気温度を強制的に変化させる吸気温度強制変化手段と、
吸気温度強制変化手段による吸気温度変化前後の吸気温度差と燃焼パラメータの変化とから燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度を学習する学習手段と、
吸気温度と、学習した燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度と、に基づき燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
内燃機関は車両用であり、車両はアクセルペダルを備え、アクセルペルの踏み込み量がゼロかつ車速の変化がゼロ以下でない場合には学習手段による学習を阻止する手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項１の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
燃焼パラメータは筒内圧力の最大変化率である、ことを特徴とする請求項１または２の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
燃焼パラメータは最大筒内燃焼圧力である、ことを特徴とする請求項１または２の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
燃焼パラメータは噴射された燃料の実着火時期である、ことを特徴とする請求項１または２の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
吸気温度強制変化手段は、内燃機関の排気の一部を内燃機関の吸気に還流する排気還流通路と、排気還流通路の還流排気を冷却するクーラと、クーラをバイパスするバイパス通路と、クーラとバイパス通路を切り換えるバイパス弁とを備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかの内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
内燃機関は燃料噴射ノズルと、燃料噴射ノズルに燃料を供給するコモンレールとを備え、燃料噴射制御手段は燃料噴射ノズルのパイロット噴射量とコモンレールのレール圧の少なくとも一方を制御するように構成される、ことを特徴とする請求項１から６のいずれかの内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の吸気温度に起因する燃焼のばらつきを補償するための燃料噴射制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の従来技術は、筒内圧センサが検出した燃焼室圧力とクランク角とから、内燃機関の発熱パラメータを計算し、発熱パラメータに基づきパイロット噴射量を制御することを開示している。
【特許文献１】特開２００３−２０７４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関には、温度、燃料噴射量、空気量などのさまざまな要素による燃焼のばらつきが発生する。特許文献１の従来技術は筒内圧センサを用いて実噴射時期を検出することで、実噴射時期を目標噴射時期へとフィードバック制御することを可能にしている。
【０００４】
こうしたフィードバック制御は燃焼のばらつきを補償するうえで有効であるが、特定のばらつき要因に特化した補償を行なうことはできない。例えば吸気温度は気温によって大きく変化し，燃焼に大きなばらつきをもたらす要素であるが、吸気温度に起因する燃焼のばらつきに特化した燃焼の補正は行なわれていない。
【０００５】
この発明は従来技術の以上の状況に鑑みて、吸気温度に起因する燃焼のばらつき補正に特化した燃料噴射制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するために、この発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置において、吸気温度を検出する手段と、吸気温度の違いに起因する燃焼パラメータの変化を検出する手段と、吸気温度を強制的に変化させる吸気温度強制変化手段と、吸気温度強制変化手段による吸気温度変化前後の吸気温度差と燃焼パラメータの変化とから燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度を学習する学習手段と、吸気温度と、学習した燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度と、に基づき燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段、を備えている。
【０００７】
この発明はまた、内燃機関の燃料噴射制御方法において、吸気温度を検出し、吸気温度の違いに起因する燃焼パラメータの変化を検出し、吸気温度を強制的に変化させ、吸気温度の強制的な変化の前後の吸気温度差と燃焼パラメータの変化とから燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度を学習し、吸気温度と、学習した燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度と、に基づき燃料噴射を制御している。
【発明の効果】
【０００８】
燃焼パラメータの吸気温度変化に対する感度を学習し、吸気温度が変化すると、燃焼パラメータの変化に基づき燃料噴射制御を行なうので、吸気温度に起因する燃焼のばらつきに特化した補正を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に図面を参照してこの発明の第１の実施形態を説明する。
【００１０】
図１はこの発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図である。図２は燃料噴射制御装置が備えるコントローラが実行する燃料噴射の学習制御ルーチンを説明するフローチャートである。図３は吸気温度と燃焼騒音との関係を、ＥＧＲクーラの冷却能力に応じて示すダイアグラムである。図４は吸気温度と二酸化窒素（ＮＯｘ）の排出量との関係を、ＥＧＲクーラの冷却能力に応じて示すダイアグラムである。
【００１１】
図１を参照すると、車両用の圧縮着火式の多気筒内燃機関１は吸気通路３と排気通路１１を備える。エアクリーナ２を介して吸気通路３に吸い込まれた吸気はターボ過給器のコンプレッサ４で過給され、インタクーラ５で冷却した後に吸気コレクタ６から吸気マニホールド７を介して各気筒の燃焼室８に供給される。
【００１２】
各気筒の燃焼室８には燃料噴射ノズル９が設けられている。燃料噴射ノズル９は吸気に燃料を噴射することで燃焼室８内に混合気を生成する。
【００１３】
往復動型のピストン１０は混合気を圧縮することで混合気に圧縮着火し、混合気を燃焼室８内で燃焼させる。燃焼ガスは排気通路１１に排出され、ターボ過給器のタービン１２を回転駆動した後、大気中に放出される。
【００１４】
内燃機関１は排気通路１１の排気の一部を吸気コレクタ６に還流する排気還流（ＥＧＲ）通路１３を備える。ＥＧＲ通路１３には還流排気を冷却するＥＧＲクーラ１４と、ＥＧＲクーラ１４をバイパスするバイパス通路１５と、還流排気の流量を調整するＥＧＲ弁１６が設けられる。ＥＧＲクーラ１４とバイパス通路１５はバイパス弁１９の操作により切り換えられる。ＥＧＲ通路１３と、ＥＧＲクーラ１４と、バイパス通路１５と、バイパス弁１９とが吸気温度強制変化手段を構成する。
【００１５】
燃料噴射ノズル９にはコモンレール１７から燃料が供給される。内燃機関１と一体回転する燃料ポンプ１８は燃料タンクの燃料を加圧してコモンレール１７に供給する。燃料噴射ノズル９の燃料噴射タイミングと燃料噴射期間は、学習手段及び燃料噴射制御手段としてのコントローラ２０が出力するパルス幅変調信号によって制御される。
【００１６】
コントローラ２０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ  インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００１７】
コントローラ２０には燃焼室８内の圧力を検出するパラメータ検出手段としての筒内圧センサ２２、車両が備えるアクセルペダルの踏み込み量ＡＰＯを検出するアクセルペダル踏込み量センサ２３、内燃機関１のクランク角θと機関回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ２４、車両の走行速度Ｖを検出する車速センサ２５、及び吸気コレクタ６内の吸気温度を検出する吸気温度検出手段としての吸気温度センサ２６から検出信号がそれぞれ信号入力される。
【００１８】
コントローラ２０はこれらの入力信号に基づき燃焼の変化を示すパラメータとして、ある機関回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆの組み合わせのもとで、筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値ｄＰ／ｄθＭａｘ１を計算する。次に、バイパス弁１９の操作によりＥＧＲクーラ１４とバイパス通路１５とを切り換える。そして、同じ機関回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆの組み合わせのもとで、筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値ｄＰ／ｄθＭａｘ２を計算する。ふたつの筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値の差ｄＰ／ｄθＭａｘ１−ｄＰ／ｄθＭａｘ２が、ＥＧＲクーラ１４とバイパス通路１５の切り換えによる内燃機関１の吸気温度の差がもたらす燃焼パラメータの差である。コントローラ２０はこれらの値から吸気温度に対する燃焼パラメータの感度を学習し、以後の吸気温度の違いに応じて燃焼パラメータが最適に保たれるように、燃料噴射を制御する。
【００１９】
図２を参照して、コントローラ２０が以上の制御プロセスのために実行する燃料噴射の学習制御ルーチンを説明する。このルーチンは、内燃機関１の運転ごとに実行される。
【００２０】
ステップＳ１でコントローラ２０はアクセルペダル踏み込み量ＡＰＯがゼロであり、かつ車速Ｖの変化率ΔＶすなわち車両の加速度がゼロ以下であるかどうかを判定する。言い換えれば、アクセルペダルが踏み込まれておらず、内燃機関１がアイドル運転状態にあり、かつ車両が加速していないという条件が成立するかどうかを判定する。
【００２１】
この条件が成立しない場合には、コントローラ２０は条件が成立するまで待機する。
【００２２】
ステップＳ１の条件が成立すると、コントローラ２０はステップＳ２で、その時点のエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆのもとでの筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値ｄＰ／ｄθＭａｘ１を筒内圧センサ２２からの入力信号に基づき計算する。計算結果は吸気温度センサ２６が検出したバイパス弁１９の切り換え前の吸気温度とともにＲＡＭに格納される。
【００２３】
ステップＳ３でコントローラ２０は、バイパス弁１９を切り換えて、ＥＧＲクーラ１４による還流排気の冷却をオンからオフ、あるいはオフからオンへと切り換える。
【００２４】
ステップＳ４でコントローラ２０はステップＳ１と同様にアクセルペダル踏み込み量ＡＰＯがゼロであり、かつ車速Ｖの変化率ΔＶすなわち車両の加速度がゼロ以下であるかどうかを判定する。これらの条件が成立しない場合には、コントローラ２０は条件が成立するまで待機する。
【００２５】
ステップＳ４の条件が成立すると、コントローラ２０はステップＳ５で、ステップＳ２と同じエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆのもとでの筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値ｄＰ／ｄθＭａｘ２を筒内圧センサ２２からの入力信号に基づき計算する。また、吸気温度センサ２６が検出するバイパス弁１９の切り換え後の吸気温度を読み取る。
【００２６】
コントローラ２０は計算したｄＰ／ｄθＭａｘ２とバイパス弁１９の切り換え後の吸気温度と、ＲＡＭに格納されているｄＰ／ｄθＭａｘ１とバイパス弁１９の切り換え前の吸気温度とから、ＥＧＲクーラ１４とバイパス通路１５の切り換えによる内燃機関１の吸気温度の差がもたらす燃焼パラメータの差ｄＰ／ｄθＭａｘ１−ｄＰ／ｄθＭａｘ２を計算し、計算結果と実測された吸気温度差から吸気温度に対する燃焼パラメータの感度を計算する。
【００２７】
ステップＳ６でコントローラ２０は吸気温度による燃焼パラメータの変化を補正するための燃料噴射ノズル９によるパイロット噴射量の補正量と、コモンレール１７のレール圧に関する補正量とを決定する。
【００２８】
ステップＳ７でコントローラ２０は、吸気温度センサ２２が検出する吸気温度に基づき、吸気温度に基づく補正量のもとでパイロット噴射量と、コモンレール１７のレール圧を制御することで、燃焼パラメータの変化を補正する。
【００２９】
以上のルーチンにおいて、ステップＳ６までが学習プロセスを、ステップＳ７が学習に基づく燃料噴射制御プロセスを構成する。時系列的には内燃機関１が運転を開始した後、コントローラ２０はステップＳ１からＳ６に至る学習プロセスを実行し、以後は学習した補正量を用いてステップＳ７における燃料噴射制御プロセスを内燃機関１の運転終了まで継続する。
【００３０】
ステップＳ７における燃料噴射制御の内容を次に説明する。
【００３１】
図３は吸気コレクタ６内の吸気温度と燃焼騒音ＡＶＬとの関係を、ＥＧＲクーラ１４の冷却能力の大小に応じて示している。図に示すように、吸気温度が低いほど燃焼騒音は大きくなる。また、ＥＧＲクーラ１４の冷却能力が小さいほどこの傾向が顕著に現れる。
【００３２】
図４は、吸気コレクタ６内の吸気温度と二酸化窒素（ＮＯｘ）の排出量との関係を、ＥＧＲクーラ１４の冷却能力の大小に応じて示している。図に示すように、吸気温度が下がるにつれてＮＯｘの排出量は増加する。また、ＥＧＲクーラ１４の冷却能力が小さい場合ほどこの傾向が顕著に現れる。ＥＧＲクーラ１４の冷却能力は既知であるので、内燃機関１における吸気温度と燃焼騒音の関係、及び吸気温度とＮＯｘ排出量との関係は、あらかじめマップとしてコントローラ２０のＲＯＭに格納しておくことができる。
【００３３】
コントローラ２０は、検出した吸気温度に基づき、ＲＯＭに格納されたマップを参照して燃焼騒音を計算し、燃焼騒音があらかじめ定めた領域より大きい場合には、コモンレール１７のレール圧を低下方向に補正するか、あるいはパイロット噴射量を増量する。
【００３４】
コントローラ２０は、また計算した吸気温度に基づき、ＲＯＭに格納されたマップを参照してＮＯｘ排出量を計算し、ＮＯｘ排出量があらかじめ定めた領域より多い場合には、コモンレール１７のレール圧を低下方向に補正するか、あるいはパイロット噴射量を増量する。
【００３５】
このようにして、筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値ｄＰ／ｄθＭａｘを燃焼パラメータとして、吸気温度に基づき燃料噴射制御を行なうことで、吸気温度の変化が内燃機関１の燃焼騒音やＮＯｘ発生量に及ぼす好ましくない影響を的確に是正することができる。
【００３６】
図５を参照して、この発明の第２の実施形態を説明する。
【００３７】
図５は図２の燃料噴射の学習制御ルーチンの代わりにコントローラ２０が実行する燃料噴射の学習制御ルーチンを示す。このルーチンと図２のルーチンとの相違は、燃焼の変化を示すパラメータとして筒内圧力変化率の最大値ｄＰ／ｄθＭａｘの代わりに、筒内圧センサ２２が検出する筒内圧力Ｐの最大値Ｐｍａｘを用いる。
【００３８】
ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７は図２のルーチンと同一である。ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ６の代わりにこのルーチンではステップＳ１２，Ｓ１５，Ｓ１６を設けている。
【００３９】
ステップＳ１２でコントローラ２０はステップＳ１の条件のもとでのエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆにおける筒内圧力最大値Ｐｍａｘ１を筒内圧センサ２２が検出する筒内圧力Ｐの値から読み取り、計算結果をＲＡＭに格納する。
【００４０】
ステップＳ１５では、バイパス弁１９を切り換えた後の同じエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆにおける筒内圧力最大値Ｐｍａｘ２を筒内圧センサ２２が検出する筒内圧力Ｐの値から読み取る。
【００４１】
コントローラ２０は読み取ったＰｍａｘ２とＲＡＭに格納されているＰｍａｘ１とから、ＥＧＲクーラ１４とバイパス通路１５の切り換えによる内燃機関１の吸気温度の差がもたらす燃焼パラメータの差Ｐｍａｘ１−Ｐｍａｘ２を計算し、さらに吸気温度に対する燃焼パラメータの感度を計算する。
【００４２】
ステップＳ１６でコントローラ２０は燃焼パラメータの変化に対する燃料噴射ノズル９によるパイロット噴射量の補正量と、コモンレール１７のレール圧に関する補正量を決定する。
【００４３】
このように、燃焼パラメータとして筒内圧力変化率の最大値ｄＰ／ｄθＭａｘの代わりに筒内圧力最大値Ｐｍａｘを用いても、吸気温度変化に対する的確な補正を行なうことができる。
【００４４】
図６を参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。
【００４５】
図６は図２の燃料噴射の学習制御ルーチンの代わりにコントローラ２０が実行する燃料噴射の学習制御ルーチンを示す。このルーチンと図２のルーチンとの相違は、燃焼の変化を示すパラメータとして筒内圧力変化率の最大値ｄＰ／ｄθＭａｘの代わりに、実着火時期ＩＧＴを用いる。実着火時期ＩＧＴは筒内圧センサ２２により検出することができる。
【００４６】
ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７は図２のルーチンと同一である。ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ６の代わりにこのルーチンではステップＳ２２，Ｓ２５，Ｓ２６を設けている。
【００４７】
ステップＳ２２でコントローラ２０はステップＳ１の条件のもとでのエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆにおける実着火時期ＩＧＴ１を検出し、計算結果をＲＡＭに格納する。
【００４８】
ステップＳ２５でコントローラ２０は、バイパス弁１９を切り換えた後の同じエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆにおける実着火時期ＩＧＴ２を検出する。
【００４９】
コントローラ２０は検出した実着火時期ＩＧＴ２とＲＯＭに格納されたＩＧＴ１とから、ＥＧＲクーラ１４とバイパス通路１５の切り換えによる内燃機関１の吸気温度の差がもたらす燃焼パラメータの差ＩＧＴ１−ＩＧＴ２を計算し、吸気温度に対する燃焼パラメータの感度を計算する。
【００５０】
ステップＳ２６でコントローラ２０は燃焼パラメータの変化に対する燃料噴射ノズル９によるパイロット噴射量の補正量と、コモンレール１７のレール圧に関する補正量を決定する。
【００５１】
このように、燃焼パラメータとして筒内圧力変化率の最大値ｄＰ／ｄθＭａｘの代わりに実着火時期ＩＧＴを用いても、吸気温度変化に対する的確な補正を行なうことができる。
【００５２】
以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明してきたが、この発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲の技術範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
【００５３】
例えば燃焼の変化を示すパラメータとして筒内圧力変化率の最大値ｄＰ／ｄθＭａｘの代わりに着火遅れ期間を用いることも可能である。
【００５４】
上記の各実施形態では、吸気温度強制変化手段をＥＧＲ通路１３と、ＥＧＲクーラ１４と、バイパス通路１５と、バイパス弁１９とで構成しているが、吸気温度強制変化手段は吸気温度を強制的に変化させる機能を有するいかなる装置でも良い。例えば、吸気温度強制変化手段としてインタクーラ５をバイパスするバイパス通路３０と、インタクーラ５とバイパス通路３０を切り換えるバイパス弁３１とを設け、バイパス弁３１の切り換えにより吸気温度を強制的に変化させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図である。
【図２】燃料噴射制御装置が備えるコントローラが実行する燃料噴射の学習制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【図３】吸気温度と燃焼騒音との関係を、ＥＧＲクーラの冷却能力に応じて示すダイアグラムである。
【図４】吸気温度と二酸化窒素（ＮＯｘ）の排出量との関係を、ＥＧＲクーラの冷却能力に応じて示すダイアグラムである。
【図５】この発明の第２の実施形態による燃料噴射の学習制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【図６】この発明の第３の実施形態による燃料噴射の学習制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１    内燃機関
３    吸気通路
６    吸気コレクタ
７    吸気マニホールド
８    燃焼室
９    燃料噴射ノズル
１１  排気通路
１３  排気還流（ＥＧＲ）通路
１４  ＥＧＲクーラ
１５  バイパス通路
１６  ＥＧＲ弁
１７  コモンレール
１８  燃料ポンプ
１９  バイパス弁
２０  コントローラ
２２  筒内圧センサ
２３  アクセルペダル踏込み量センサ
２４  クランク角センサ
２５  車速センサ
２６  吸気温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010144677.tif 000007
【図６】
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