(57)【要約】【課題】  筒内に直接燃料が噴射されるエンジンにおいて、エンジンの振動を抑制する。【解決手段】  ＥＣＵは、エンジンがアイドル状態である場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）において、エンジン回転数の変動量が大きい気筒がある場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、シリンダ内に燃料を直接噴射するインジェクタに供給される燃料を加圧するフューエルポンプとフューエルポンプにより加圧された燃料をさらに加圧する高圧フューエルポンプとのうち、高圧フューエルポンプを停止するステップ（Ｓ１０６）を含む、プログラムを実行する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
気筒における燃焼状態を検出するための検出手段と、
燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい場合、前記燃料噴射手段からの噴射圧を低くするように、前記内燃機関を制御するための圧力制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関には、前記燃料噴射手段に供給される燃料を加圧するための第１の加圧手段と、前記第１の加圧手段により加圧された燃料をさらに加圧するための第２の加圧手段とが設けられ、
前記圧力制御手段は、前記第２の加圧手段による燃料の加圧を停止するように前記内燃機関を制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関には、複数の気筒と、前記内燃機関から排出される排気を浄化する触媒とが設けられ、
前記検出手段は、各前記気筒における燃焼状態を検出するための手段を含み、
前記制御装置は、
燃焼状態の変動量が前記予め定められた変動量よりも大きい気筒における空燃比が小さくなるように、前記内燃機関を制御するための第１の空燃比制御手段と、
前記触媒に導かれる排気の空燃比が予め定められた空燃比になるように、前記内燃機関を制御するための第２の空燃比制御手段とをさらに含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射手段は、各前記気筒に対応して設けられ、
前記第１の空燃比制御手段は、燃焼状態の変動量が前記予め定められた変動量よりも大きい気筒における燃料噴射手段の燃料噴射量が増加するように、前記燃料噴射手段を制御するための手段を含む、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第１の空燃比制御手段は、燃焼状態の変動量が前記予め定められた変動量よりも大きい気筒に吸入される空気量が減少するように、前記内燃機関を制御するための手段を含む、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第２の空燃比制御手段は、燃焼状態の変動量が前記予め定められた変動量よりも小さい気筒における空燃比を大きくするように、前記内燃機関を制御するための手段を含む、請求項３〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関の振動および前記気筒内の圧力のうちの少なくともいずれか一つに基づいて、前記気筒における燃焼状態を検出するための手段を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気の清浄性の悪化やアイドル時の回転変動による振動を抑制することができる技術が提案されている。特開平２−６４２５２号公報（特許文献１）に記載の内燃機関の燃焼制御装置は、燃焼の前後する一対の気筒からなる気筒群を複数有するエンジンの運転状態を検出する運転状態検出部と、燃焼行程にある気筒の判別が可能な信号および所定の単位クランク角に対応する信号を出力するクランク角検出部と、エンジンのアイドル状態を検出するアイドル検出部と、クランク角検出部およびアイドル検出部の出力に基づいて、エンジンがアイドル状態にあるとき、各気筒の燃焼毎にエンジンの回転速度の変化量を演算する速度変化量演算部と、回転速度の変化量に基づいて、各一対の気筒間で回転速度の変化量を平衡させるよう一方の気筒に対する噴射量を増量側に他方の気筒に対する噴射量を減量側にそれぞれ補正し、一対の気筒群間で回転速度の変化量を平衡させるように一方の気筒群に対する噴射量を増量側に他方の気筒群に対する噴射量を減量側にそれぞれ補正する補正量を演算する補正量演算部と、エンジンの運転状態に基づいて基本噴射量を演算し、エンジンがアイドル状態にあるとき、基本噴射量を補正量に応じて補正した気筒毎の燃料噴射量を演算する噴射量演算部と、噴射量演算部の出力に基づき燃料を供給する燃料供給部とを含む。
【０００３】
この公報に記載の内燃機関の燃焼制御装置によれば、エンジンがアイドル状態にあるとき、各気筒の燃焼毎にエンジンの回転速度の変化量が速度変化量演算部によって演算される。この演算結果に基づき、燃焼の前後する各一対の気筒間で、更には一対の気筒群間において、回転速度の変化量を平衡させるように、一方を噴射量増量側に他方を噴射量減量側にそれぞれ補正する補正量が決定される。これにより、全体としては補正量がゼロに近付くように燃料噴射量制御がなされる。そのため、全気筒の燃焼状態が目標となる運転点から外れないように制御される。その結果、排気の清浄性の悪化やアイドル回転数の変動による振動を抑制することができる。
【特許文献１】特開平２−６４２５２号公報（特許第２５１０２５０号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平２−６４２５２号公報においては、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えた内燃機関を考慮したものではない。そのため、このような内燃機関における振動を抑制するには、さらなる改善の余地があるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に直接燃料が噴射される内燃機関において、内燃機関の振動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、排気エミッション性能の悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、気筒における燃焼状態を検出するための検出手段と、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい場合、燃料噴射手段からの噴射圧を低くするように、内燃機関を制御するための圧力制御手段とを含む。
【０００８】
第１の発明によると、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい場合、燃料噴射手段からの噴射圧が低くされる。たとえば、燃料噴射手段に供給される燃料を加圧するための第１の加圧手段と、第１の加圧手段により加圧された燃料をさらに加圧するための第２の加圧手段とのうち、第２の加圧手段による燃料の加圧が停止され、噴射圧が低くされる。これにより、第２の加圧手段の作動に伴なう振動を抑制することができる。そのため、筒内に直接燃料が噴射される内燃機関において、内燃機関の振動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、内燃機関には、燃料噴射手段に供給される燃料を加圧するための第１の加圧手段と、第１の加圧手段により加圧された燃料をさらに加圧するための第２の加圧手段とが設けられる。圧力制御手段は、第２の加圧手段による燃料の加圧を停止するように内燃機関を制御するための手段を含む。
【００１０】
第２の発明によると、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい場合、第２の加圧手段による燃料の加圧が停止される。これにより、第２の加圧手段の作動に伴なう振動を抑制することができる。そのため、筒内に直接燃料が噴射される内燃機関において、内燃機関の振動を抑制することができる。
【００１１】
第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加え、内燃機関には、複数の気筒と、内燃機関から排出される排気を浄化する触媒とが設けられる。検出手段は、各気筒における燃焼状態を検出するための手段を含む。制御装置は、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒における空燃比が小さくなるように、内燃機関を制御するための第１の空燃比制御手段と、触媒に導かれる排気の空燃比が予め定められた空燃比になるように、内燃機関を制御するための第２の空燃比制御手段とをさらに含む。
【００１２】
第３の発明によると、内燃機関においては、理論空燃比よりも小さい空燃比において、燃焼状態の変動量が最小になるため、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒における空燃比が小さくされる。これにより、内燃機関の回転数を安定させ、内燃機関の振動を抑制することができる。また、触媒が効率よく排気を浄化し得る空燃比の範囲が限られているため、触媒に導かれる排気の空燃比が予め定められた空燃比（たとえば理論空燃比）にされる。これにより、触媒により排気を浄化することができる。そのため、内燃機関の振動を抑制するために空燃比を補正することに伴なう排気エミッション性能の悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００１３】
第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３の発明の構成に加え、燃料噴射手段は、各気筒に対応して設けられる。第１の空燃比制御手段は、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒における燃料噴射手段の燃料噴射量が増加するように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。
【００１４】
第４の発明によると、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒における燃料噴射手段の燃料噴射量が増加される。これにより、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒における空燃比を小さくし、内燃機関の回転数を安定させて、内燃機関の振動を抑制することができる。
【００１５】
第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３の発明の構成に加え、第１の空燃比制御手段は、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒に吸入される空気量が減少するように、内燃機関を制御するための手段を含む。
【００１６】
第５の発明によると、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒に吸入される空気量が減少される。これにより、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも大きい気筒における空燃比を小さくし、内燃機関の回転数を安定させて、内燃機関の振動を抑制することができる。
【００１７】
第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３〜５のいずれかの発明の構成に加え、第２の空燃比制御手段は、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも小さい気筒における空燃比を大きくするように、内燃機関を制御するための手段を含む。
【００１８】
第６の発明によると、燃焼状態の変動量が予め定められた変動量よりも小さい気筒における空燃比が大きくされる。これにより、燃焼状態の変動量が大きい気筒から排出された排気と、燃焼状態の変動量が小さい気筒から排出された排気とが混ざり合った排気における空燃比、すなわち内燃機関全体における空燃比の変化量を抑制することができる。そのため、触媒により浄化される排気の空燃比を予め定められた空燃比（たとえば理論空燃比）にすることができる。その結果、内燃機関の振動を抑制するために空燃比を補正することに伴なう排気エミッション性能の悪化を抑制することができる。
【００１９】
第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加え、検出手段は、内燃機関の回転数、内燃機関の振動および気筒内の圧力のうちの少なくともいずれか一つに基づいて、気筒における燃焼状態を検出するための手段を含む。
【００２０】
第７の発明によると、内燃機関の回転数、内燃機関の振動および気筒内の圧力のうちの少なくともいずれか一つから、気筒における燃焼状態を適切に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２２】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、たとえば図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。
【００２３】
エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はモータにより駆動される電機制御式スロットルバルブである。
【００２４】
空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔はシリンダ１０６内に設けられている。燃料は、シリンダ１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。
【００２５】
燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔がシリンダ１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。
【００２６】
シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。
【００２７】
シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は吸気バルブ１１８により制御され、シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動され、排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。
【００２８】
燃料タンク１２６には、インジェクタ１０８に供給される燃料が貯えられる。燃料タンク１２６に貯えられた燃料がフューエルポンプ１２８により加圧され、高圧フューエルポンプ１３０によりさらに加圧されてインジェクタ１０８に供給される。
【００２９】
高圧フューエルポンプ１３０においては、電磁スピル弁（図示せず）が閉じるタイミングに応じて加圧量が変化される。なお、フューエルポンプ１２８および高圧フューエルポンプ１３０については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。
【００３０】
ＥＣＵ２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸排気バルブの開閉タイミングなどを制御する。ＥＣＵ２００には、カム角センサ３００からカムの位置を表す信号が、クランク角センサ３０２からクランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号が、ノックセンサ３０４からエンジン１００の振動の強度を表す信号が入力される。
【００３１】
ＥＣＵ２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。本実施の形態において、ＥＣＵ２００はエンジン回転数に基づいて、混合気の燃焼状態を検出し、燃焼状態の変動量、すなわち点火時におけるエンジン回転数の変動量が大きい場合、空燃比を補正する。
【００３２】
以下、エンジン回転数の変動量（シリンダ内における燃料状態の変動量）と空燃比との関係について説明する。図２に示すように、空燃比が理論空燃比よりも小さい（リッチの）位置において、変動量が最小になる。一方、空燃比が理論空燃比よりも小さく（リーンに）なるほど、変動量が大きくなる。
【００３３】
以下、燃料の噴射時期と噴射圧とに対するエンジン回転数の変動量の関係について説明する。図３に示すように、エンジン回転数の変動量は、噴射圧による影響が少なく、噴射時期による影響が大きい。すなわち、噴射時期を上死点側に設定すれば、噴射圧が低くても燃焼変動を小さくすることができる。
【００３４】
図４を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。
【００３５】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ２００は、機関情報（エンジン回転数、水温、吸入空気量など）を読み込む。
【００３６】
Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１００がアイドル状態か否かを判別する。アイドル状態であるか否かを判別する方法については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。アイドル状態である場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００３７】
Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、エンジン回転数の変動量が大きい気筒が有るか否かを判別する。ＥＣＵ２００は、アイドル時における点火後のエンジン回転数の平均上昇幅や平均上昇率が、予め定められた値よりも大きい場合、エンジン回転数の変動量が大きいと判定する。このとき、クランク角から、点火タイミングにある気筒を識別できるので、所望の気筒について、エンジン回転数の変動量が大きいか否かを判別することができる。エンジン回転数の変動量が大きい気筒がある場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００３８】
Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、高圧フューエルポンプ１３０を停止する。なお、高圧フューエルポンプ１３０を停止する代わりに、たとえば、高圧フューエルポンプ１３０の電磁スピル弁（図示せず）が閉じるタイミングを遅くして、高圧フューエルポンプ１３０における加圧量を低くすることにより、噴射圧を低くするようにしてもよい。なお、燃料の噴射時期は、エンジン回転数の変動量を抑制する観点から上死点側（予め定められたクランク角よりも上死点側）であることが望ましい。
【００３９】
Ｓ１０８にて、ＥＣＵ２００は、エンジン回転数の変動量が大きい気筒の空燃比を小さくする。ＥＣＵ２００は、エンジン回転数の変動量が大きい気筒への燃料噴射量を増量したり、エンジン回転数の変動量が大きい気筒に吸入される空気量を減量したりすることにより、空燃比を小さくする。
【００４０】
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ２００は、三元触媒１１２で浄化される排気の空燃比が理論空燃比になるように、エンジン回転数の変動量が大きい気筒とは異なる気筒（エンジン回転数の変動量が小さい気筒）の空燃比を大きくする。すなわち、エンジン回転数の変動量が大きい気筒から排出された排気とエンジン回転数の変動量が小さい気筒から排出された排気とが混ざり合った排気の空燃比が理論空燃比になるように、空燃比が大きくされる。ＥＣＵ２００は、エンジン回転数の変動量が小さい気筒への燃料噴射量を減量したり、エンジン回転数の変動量が小さい気筒に吸入される空気量を増量したりすることにより、空燃比を大きくする。なお、理論空燃比とは異なる空燃比であって、三元触媒１１２が効率よく排気を浄化し得る空燃比になるように、燃焼状態の変動量が小さい気筒の空燃比を大きくするようにしてもよい。
【００４１】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。
【００４２】
エンジン１００の運転中、機関情報（エンジン回転数、水温、吸入空気量など）が読み込まれ（Ｓ１００）、エンジン１００がアイドル状態であるか否かが判別される（Ｓ１０２）。エンジン１００がアイドル状態である場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、エンジン回転数の変動量が大きい気筒が有るか否かが判別される（Ｓ１０４）。
【００４３】
エンジン回転数の変動量が大きい気筒が有る場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、高圧フューエルポンプ１３０が停止され（Ｓ１０６）、噴射圧がフィード圧（フューエルポンプ１２８からの吐出圧）まで低下される。これにより、高圧フューエルポンプ１３０の作動音を抑制することができる。また、高圧フューエルポンプ１３０の作動に伴なう振動を抑制することができる。
【００４４】
高圧フューエルポンプ１３０が停止された状態で、エンジン回転数の変動量が大きい気筒の空燃比が小さくされ（Ｓ１０８）、エンジン回転数の変動量が小さい気筒の空燃比が大きくされる（Ｓ１１０）。これにより、図５に示すように、エンジン回転数の変動量が大きい気筒における変動量が小さくされ、エンジン回転数の変動量が小さい気筒における変動量が大きくされる。そのため、エンジン回転数の変動量の平均値が小さくされ、アイドル時におけるエンジン１００の振動が抑制される。
【００４５】
また、このとき、三元触媒１１２で浄化される排気の空燃比が理論空燃比になるように、各気筒における空燃比が補正される。そのため、三元触媒１１２により、適切に排気を浄化することができる。その結果、空燃比の補正に伴なう排気エミッション性能の悪化を抑制することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵによれば、エンジンのアイドル時においてエンジン回転数の変動量が大きい気筒がある場合、高圧フューエルポンプが停止される。これにより、高圧フューエルポンプの作動に伴なう振動を抑制することができる。また、エンジン回転数の変動量が大きい気筒の空燃比が小さくされ、エンジン回転数の変動量が小さい気筒の空燃比が大きくされる。これにより、エンジン回転数の変動量の平均値を小さくし、アイドル時におけるエンジンの振動を抑制することができる。このとき、触媒で浄化される排気の空燃比が理論空燃比になるように、各気筒における空燃比が補正される。そのため、触媒により、適切に排気を浄化することができる。その結果、空燃比に補正に伴なう排気エミッション性能の悪化を抑制することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、エンジン回転数の変動量から燃焼状態の変動量を検出していたが、エンジン回転数の変わりに、ノックセンサ３０４により検出されるエンジン１００の振動を用いて燃焼状態の変動量を検出するようにしてもよい。この場合、点火後におけるエンジン１００の振動のうち、予め定められた周波数帯の振動の強度（振幅）の上昇幅や上昇率が予め定められた値よりも大きい場合、振動の変動量、すなわち燃焼状態の変動量が大きい気筒があると判別するようにしてもよい。
【００４８】
また、シリンダ１０６内の圧力を検出するセンサを設け、エンジン回転数の変わりに、シリンダ１０６内の圧力を用いて燃焼状態の変動力を検出するようにしてもよい。この場合、点火後における圧力の上昇幅や上昇率が予め定められた値よりも大きい場合、圧力の変動量、すなわち燃焼状態の変動量が大きい気筒があると判別するようにしてもよい。
【００４９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンを示す概略構成図である。
【図２】エンジン回転数の変動量と空燃比との関係を示す図である。
【図３】噴射時期と噴射圧とに対するエンジン回転数の変動量の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図５】空燃比を補正する前後におけるエンジン回転数の変動量を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  エンジン、１０２  エアクリーナ、１０４  スロットルバルブ、１０６  シリンダ、１０８  インジェクタ、１１０  点火プラグ、１１２  三元触媒、１１４  ピストン、１１６  クランクシャフト、１１８  吸気バルブ、１２０  排気バルブ、１２２，１２４  カム、３００  カム角センサ、３０２  クランク角センサ、３０４  ノックセンサ。
【図１】
2006316655.tif 000003
【図２】
2006316655.tif 000004
【図３】
2006316655.tif 000005
【図４】
2006316655.tif 000006
【図５】
2006316655.tif 000007