(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン噴射によるメイン燃焼に先行してパイロット噴射によるパイロット燃焼を行わせる多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置であって、
各燃焼サイクルにおいて、パイロット燃焼前のクランク角速度である第１の角速度、パイロット燃焼後でメイン燃焼前のクランク角速度である第２の角速度、及びメイン燃焼後のクランク角速度である第３の角速度を検出する手段と、
前記第１及び第２の角速度から求まる気筒間の相対エネルギ偏差に基づいて、気筒ごとにパイロット噴射量を補正する手段と、
前記第２及び第３の角速度から求まる気筒間の相対エネルギ偏差に基づいて、気筒ごとにメイン噴射量を補正する手段と、
を具備する、ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メイン噴射に先行してパイロット噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置に関し、より詳細には、多気筒ディーゼルエンジンにおいてパイロット噴射量及びメイン噴射量の気筒間偏差を抑制することができる燃料噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各気筒ごとにインジェクタ（燃料噴射弁）を設けて燃料を噴射する内燃機関では、各気筒間で燃料噴射量のばらつきに起因して燃焼状態に差が生ずると、各気筒において発生するトルクが一定とならず、エンジンの回転が安定しなくなる。したがって、気筒間で燃料噴射量に差が生ずるのを抑制する必要がある。
【０００３】
特に、ディーゼルエンジンでは、燃焼状態を改善すべく、メイン噴射によるメイン燃焼に先行してパイロット噴射によるパイロット燃焼を行わせるのが一般的であるため、気筒間の噴射量偏差の抑制が困難なものとなっている（例えば、特開平９−２６４１６０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、メイン噴射に先行してパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいてパイロット噴射量及びメイン噴射量の気筒間偏差を抑制することができる燃料噴射量制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、メイン噴射によるメイン燃焼に先行してパイロット噴射によるパイロット燃焼を行わせる多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置であって、各燃焼サイクルにおいて、パイロット燃焼前のクランク角速度である第１の角速度、パイロット燃焼後でメイン燃焼前のクランク角速度である第２の角速度、及びメイン燃焼後のクランク角速度である第３の角速度を検出する手段と、前記第１及び第２の角速度から求まる気筒間の相対エネルギ偏差に基づいて、気筒ごとにパイロット噴射量を補正する手段と、前記第２及び第３の角速度から求まる気筒間の相対エネルギ偏差に基づいて、気筒ごとにメイン噴射量を補正する手段と、を具備する、ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射量制御装置を備えた４気筒ディーゼルエンジンの全体構成図である。エンジン本体１における燃焼に必要な空気は、吸気系２を介してエンジン本体１に供給される。その際、空気は、吸気系２に設けられたエアクリーナ３によりろ過される。一方、燃料タンク１０に貯蔵された燃料は、低圧ポンプ１１によってくみ上げられ、低圧導管１２を介して高圧ポンプ１３に供給される。高圧ポンプ１３は、高圧導管１４を介してコモンレール１５へと燃料を圧送する。
【０００８】
コモンレール１５に高圧状態で蓄えられた燃料は、各枝管１６を介して三方電磁弁１７を有する各燃料噴射弁１８に供給され、各燃料噴射弁１８によって各気筒内に噴射される。また、燃料の一部は、燃料噴射弁１８より噴射されることなく、三方電磁弁１７より返戻管１９を介して燃料タンク１０に戻されることができるようになっている。そして、エンジン本体１において発生した排気ガスは、排気系４から排出される。その際、排気ガスは、排気系４に設けられた触媒コンバータ５により浄化される。
【０００９】
電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、燃料噴射制御を実行するマイクロコンピュータシステムである。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３３に格納されたプログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置（ＣＰＵ）３１は、各種センサからの信号を入力ポート３５を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき出力ポート３６を介して各種アクチュエータ用制御信号を出力する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４は、その演算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所として使用される。また、これらのＥＣＵ内各構成要素は、アドレスバス、データバス及びコントロールバスからなるシステムバス３２によって接続されている。
【００１０】
そして、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、アクセルペダル（図示せず）の開度に応じた出力電圧を発生するアクセル開度センサ２１がＡ／Ｄコンバータ３７を介して接続されている。また、入力ポート３５には、特定のクランク角度にて出力パルスを発生するクランク角センサ２２が接続されている。また、入力ポート３５には、第１気筒の圧縮上死点において出力パルスを発生する気筒判別センサ２３が接続されている。また、入力ポート３５には、コモンレール１５内の圧力に応じた出力電圧を発生する圧力センサ２４がＡ／Ｄコンバータ３７を介して接続されている。
【００１１】
一方、ＥＣＵ３０の出力ポート３６には、駆動回路３８を介して高圧ポンプ１３内の圧力制御電磁弁が接続されている。そして、ＥＣＵ３０は、コモンレール１５内の圧力が所望の値となるように、圧力センサ２４の出力信号に基づき、高圧ポンプ１３からコモンレール１５への燃料圧送量を決定し、高圧ポンプ１３内の圧力制御電磁弁を制御する。なお、コモンレール１５内の圧力は、燃料噴射弁１８から各気筒に噴射される燃料の噴射率（単位クランク角又は単位時間当たりの燃料噴射量）を決定するものである。また、出力ポート３６には、駆動回路３９及びカウンタ回路４０を介して燃料噴射弁１８内の三方電磁弁１７が接続されている。そして、ＥＣＵ３０は、三方電磁弁１７の開閉を制御することにより、燃料噴射開始時期及び燃料噴射期間を制御する。なお、燃料噴射率と燃料噴射期間との積が燃料噴射量となる。
【００１２】
ＥＣＵ３０においては、アクセル開度信号が、一定クランク回転角毎に実行されるＡＤ変換ルーチンによって取り込まれ、ＲＡＭ３４の所定領域にアクセル開度データＡＰとして格納される。また、クランク角センサ２２のパルス信号が入力する毎に、クランク角度が算出されるとともに、そのパルス間隔から図示しないルーチンによりクランク角速度及びエンジン回転速度が算出され、ＲＡＭ３４の所定領域にクランク角度データθ[rad] 、クランク角速度データω[rad/s] 及びエンジン回転速度データＮＥ[rpm] として格納される。
【００１３】
図２は、エンジントルクＴｅとクランク角速度ωとの関係を説明するための図である。クランクシャフト及びそれと剛体的に結合される部品の慣性モーメントをＩｃとすると、エンジントルクＴｅとクランク角速度ωとの間には、
Ｔｅ＝Ｉｃ・（ｄω／ｄｔ）
という関係が成立する。
【００１４】
したがって、図２に示される如く、あるクランク角度域θａ≦θ≦θｂ内に投入された仕事量（角運動エネルギ変化量）Ｗｅ、その間のエンジントルクＴｅ、及びクランク角速度ωの間には、θａ、θｂにおける角速度をそれぞれωａ、ωｂとして、下記のような関係が成立する。
【数１】
0003716717.tif 000002
【００１５】
あるクランク角度域θａ≦θ≦θｂにおける角運動エネルギ変化量は、その間にエンジンが発生した仕事量すなわち熱発生量≒燃料噴射量を反映するため、結局、
θａ≦θ≦θｂにおける燃料噴射量∝（ωｂ2 −ωａ2 ）
という関係が成立する。
【００１６】
図３は、角運動エネルギの検出について説明するための図である。燃焼状態の改善のため、図３に示されるように、メイン噴射によるメイン燃焼に先行してパイロット噴射によるパイロット燃焼が発生する。本発明では、パイロット燃焼直前のクランク角度θ１におけるクランク角速度ω１を検出し、次いで、パイロット燃焼後でメイン燃焼直前のクランク角度θ２におけるクランク角速度ω２を検出する。これらの検出値から算出されるＡ＝ω２2 −ω１2 は、前述のように、クランク角度θ１からθ２までに投入されたエネルギ値を反映する観測量である。
【００１７】
そこで、図４に示される如く、各気筒ごとに算出されるエネルギ観測量（Ａ値）をフィルタ処理して定常エネルギ変動パターンを抽出することで、気筒間の相対エネルギ偏差を知ることができる。そして、この相対エネルギ偏差に基づいて気筒間の噴射量のばらつきを補正することができ、その結果、クランク角度θ１からθ２までの燃料噴射量すなわちパイロット噴射量の気筒間偏差を抑制することができる。
【００１８】
さらに、本発明では、図３に示されるように、メイン燃焼後のクランク角度θ３におけるクランク角速度ω３を検出する。そして、上記と同様にして、Ｂ＝ω３2 −ω２2 を演算し、気筒間でその値を比較することで、パイロット燃焼及びメイン燃焼の気筒間相対エネルギ偏差を反映する観測量を得ることができる。
【００１９】
このように、前記したＡ値に基づいてパイロット実噴射量の気筒間均等化を図ることができ、また、前記したＢ値に基づいてパイロット実噴射量とメイン実噴射量との合計噴射量の気筒間均等化を図ることができるため、これらの均等化を併せて行うことで、パイロット噴射量及びメイン噴射量のそれぞれについて気筒間偏差を抑制することが可能となる。
【００２０】
図５及び図６は、上述した本発明の原理に基づく燃料噴射量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、燃焼サイクルごとに、燃焼サイクル初期の所定のクランク角度に達した時点で、ＣＰＵ３１によって実行される。
【００２１】
まず、ステップ１０２では、今回の燃焼サイクルに係る気筒番号ｎを判定する。次いで、ステップ１０４では、クランク角度θがパイロット燃焼直前のクランク角度θ１（図３参照）に達したか否かを判定し、θ＝θ１となった時点でステップ１０６に進む。ステップ１０６では、現在のクランク角速度ωをω１として記憶する。なお、クランク角速度ωは、前述のように、ＲＡＭ３４の所定領域に格納されており、クランク角センサ２２の出力に基づいて常に算出され最新の値に更新されている。
【００２２】
次いで、ステップ１０８では、クランク角度θがパイロット燃焼後でメイン燃焼直前のクランク角度θ２（図３参照）に達したか否かを判定し、θ＝θ２となった時点でステップ１１０に進む。ステップ１１０では、現在のクランク角速度ωをω２として記憶する。
【００２３】
さらに、ステップ１１２では、クランク角度θがメイン燃焼後のクランク角度θ３（図３参照）に達したか否かを判定し、θ＝θ３となった時点でステップ１１４に進む。ステップ１１４では、現在のクランク角速度ωをω３として記憶する。
【００２４】
次いで、ステップ１１６では、前述したように、角運動エネルギを反映する観測量であるＡ値及びＢ値を、
Ａ←ω２2 −ω１2 
Ｂ←ω３2 −ω２2 
なる演算により求める。
【００２５】
次いで、ステップ１１８では、ＣＰＵ３１においてソフトウェア的に実現されるバンドパスフィルタ機能により、Ａ値及びＢ値の気筒間偏差量（全気筒についてのＡ値及びＢ値の平均値から、当該気筒ｎのＡ値及びＢ値がどれだけずれているかを表す量）δＡ（ｎ）及びδＢ（ｎ）を抽出する。
【００２６】
次いで、ステップ１２０では、
δＱＡ（ｎ）←ＧＡ＊δＡ（ｎ）
δＱＢ（ｎ）←ＧＢ＊δＢ（ｎ）
なる演算により、パイロット噴射量偏差δＱＡ（ｎ）並びにパイロット噴射及びメイン噴射の合計噴射量偏差δＱＢ（ｎ）を推定する。なお、ＧＡ及びＧＢは、所定のゲインである。
【００２７】
次いで、ステップ１２２では、δＱＡ（ｎ）を縮小するパイロット噴射量補正量ＱｆＡ（ｎ）と、δＱＢ（ｎ）を縮小するメイン噴射量補正量ＱｆＢ（ｎ）とをＰＩ（比例・積分）制御に基づく演算式、
ＱｆＡ（ｎ）←−ＫＰＡ＊δＱＡ（ｎ）−ＫＩＡ∫δＱＡ（ｎ）
ＱｆＢ（ｎ）←−ＫＰＢ＊δＱＢ（ｎ）−ＫＩＢ∫δＱＢ（ｎ）
によって算出する。なお、ＫＰＡ及びＫＰＢは比例項ゲイン、ＫＩＡ及びＫＩＢは積分項ゲインである。
【００２８】
最後に、ステップ１２４では、当該気筒ｎのパイロット噴射量ＱＡ（ｎ）及びメイン噴射量ＱＢ（ｎ）を、
ＱＡ（ｎ）←ＱＡ（ｎ）＋ＱｆＡ（ｎ）
ＱＢ（ｎ）←ＱＢ（ｎ）＋ＱｆＢ（ｎ）
なる演算により補正する。なお、基本的なパイロット噴射量及びメイン噴射量は、エンジン運転状態（アクセル開度ＡＰ、エンジン回転速度ＮＥ等）から決定される。
【００２９】
こうして気筒ごとにパイロット噴射量及びメイン噴射量を補正することにより、気筒間の実トルク偏差に伴う回転変動を抑制するとともに、気筒間のエミッション偏差を抑制することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、メイン噴射に先行してパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいてパイロット噴射量及びメイン噴射量の気筒間偏差を抑制することができ、その結果、回転変動及びエミッション偏差を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射量制御装置を備えた４気筒ディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図２】エンジントルクとクランク角速度との関係を説明するための図である。
【図３】角運動エネルギの検出について説明するための図である。
【図４】噴射量の気筒間偏差の補正について説明するための図である。
【図５】ＣＰＵによって実行される燃料噴射量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャート（１／２）である。
【図６】ＣＰＵによって実行される燃料噴射量算出ルーチンの処理手順を示すフローチャート（２／２）である。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン本体
２…吸気系
３…エアクリーナ
４…排気系
５…触媒コンバータ
１０…燃料タンク
１１…低圧ポンプ
１２…低圧導管
１３…高圧ポンプ
１４…高圧導管
１５…コモンレール
１６…枝管
１７…三方電磁弁
１８…燃料噴射弁
１９…返戻管
２１…アクセル開度センサ
２２…クランク角センサ
２３…気筒判別センサ
２４…圧力センサ
３０…電子制御装置（ＥＣＵ）
３１…中央処理装置（ＣＰＵ）
３２…システムバス
３３…リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
３４…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
３５…入力ポート
３６…出力ポート
３７…Ａ／Ｄコンバータ
３８…駆動回路
３９…駆動回路
４０…カウンタ回路
【図１】
0003716717.tif 000003
【図２】
0003716717.tif 000004
【図３】
0003716717.tif 000005
【図４】
0003716717.tif 000006
【図５】
0003716717.tif 000007
【図６】
0003716717.tif 000008