(57)【要約】【課題】インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化する噴射制御方法及び噴射制御装置を提供する。【解決手段】各気筒＃１〜＃４の筒内圧力を測定し、パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅が目標上昇幅より高い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を減少させ、筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より低い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を増加させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒に通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタをそれぞれ設置し、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うエンジンの噴射制御方法において、
各気筒の筒内圧力を測定し、
パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅が目標上昇幅より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、前記筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させることを特徴とする噴射制御方法。
【請求項２】
前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定は、エンジンの状態が所定時間以上継続して安定しているときに行うことを特徴とする請求項１記載の噴射制御方法。
【請求項３】
前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定は、メイン噴射による筒内圧力の上昇が圧縮上死点以降となるときに行うことを特徴とする請求項１又は２記載の噴射制御方法。
【請求項４】
複数の気筒にそれぞれ設置された通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタと、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うマルチ噴射制御部とを備えたエンジンの噴射制御装置において、
各気筒内に設置された筒内圧力を測定する筒内圧力センサと、
パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅が目標上昇幅より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、前記筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させる通電時間増減部とを備えたことを特徴とする噴射制御装置。
【請求項５】
エンジン回転速度の変化率が所定値以下であって、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続しているとき、前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定を許可するエンジン状態判定部を備えたことを特徴とする請求項４記載の噴射制御装置。
【請求項６】
あらかじめ実験に基づいて設定され、前記筒内圧力上昇幅と目標上昇幅との差に対応して通電時間の増減値が参照可能な通電時間増減値マップを備えたことを特徴とする請求項４又は５記載の噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化する噴射制御方法及び噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの運転状態に応じて、メイン噴射に先行して少量の燃料を噴射するパイロット噴射を行うことにより、燃焼騒音抑制、振動抑制、ＮＯｘ低減、燃料消費率の改善などのエンジン性能の向上が図られている。
【０００３】
図５に示されるように、通電パルスの時間（インジェクタへの通電時間）は、１燃焼サイクルにおける噴射回数分のそれぞれについてエンジン状態から算出される。１燃焼サイクルでパイロット噴射とメイン噴射の２回噴射であれば、１燃焼サイクルで２つの通電パルスがインジェクタに通電されることになる。
【０００４】
詳しく述べると、メイン噴射のみの噴射では比較的着火遅れが長いエンジンの運転状態において、パイロット噴射が行われると、パイロット噴射による熱発生によりメイン噴射の着火遅れが短くなる。その結果、着火遅れに起因した初期燃焼が、パイロット噴射無しの時に比べて抑えられ、燃焼騒音と振動が抑制される。加えて、着火遅れが短縮されることによる着火性能の改善効果により、燃料消費率が改善される。さらに、パイロット噴射の燃焼生成ガスによる内部ＥＧＲの効果により、ＮＯｘが低減される。また、メイン噴射時期を遅角とすることが可能となり、ＮＯｘが低減される。
【０００５】
その一方で、パイロット噴射量を必要以上に多くした場合、煤の排出量が増える場合があるため、パイロット噴射量及びパイロット噴射時期は運転状態に応じて最適化する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−８３７１９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料噴射装置であるインジェクタの特性（通電時間に対する噴射量）が固体差によりばらついたり、経年変化により変化したりすると、目標とする最適パイロット噴射量を確保できなくなる。その結果として、多気筒エンジンにおいて、気筒ごとのパイロット噴射量にばらつきが生じる。気筒ごとのパイロット噴射量がばらつくと、パイロット噴射によるエンジン性能の改善効果を十分に発揮できなくなる。
【０００８】
例えば、４気筒エンジンにおいて１つの気筒のみが他の気筒よりもパイロット噴射量が少い場合、その気筒のみメイン噴射の着火遅れが長くなり、初期燃焼が活発となって燃焼騒音と振動が大きくなる。その結果、エンジン回転速度の気筒間変動が引き起こされ、滑らかな回転フィーリングが損なわれ、エンジン全体としての性能が低下する。また、着火遅れが長くなることから燃料消費率が悪化し、エンジン全体としての燃料消費率の悪化に繋がる。
【０００９】
逆に、１つの気筒のみが他の気筒よりもパイロット噴射量が多い場合、その気筒だけが煤の排出量が増加し、エンジン全体としての煤排出量が増加することになる。世界的に強化されている排気ガス規制に対応していくためには、このようなインジェクタの個体差や経年変化の影響を最小限に抑える技術が必要である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化する噴射制御方法及び噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の噴射制御方法は、複数の気筒に通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタをそれぞれ設置し、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うエンジンの噴射制御方法において、各気筒の筒内圧力を測定し、パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅が目標上昇幅より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、前記筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させるものである。
【００１２】
前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定は、エンジンの状態が所定時間以上継続して安定しているときに行ってもよい。
【００１３】
前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定は、メイン噴射による筒内圧力の上昇が圧縮上死点以降となるときに行ってもよい。
【００１４】
また、本発明の噴射制御装置は、複数の気筒にそれぞれ設置された通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタと、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うマルチ噴射制御部とを備えたエンジンの噴射制御装置において、各気筒内に設置された筒内圧力を測定する筒内圧力センサと、パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅が目標上昇幅より高い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を減少させ、前記筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より低い気筒のインジェクタはパイロット噴射通電時間を増加させる通電時間増減部とを備えたものである。
【００１５】
エンジン回転速度の変化率が所定値以下であって、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続しているとき、前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定を許可するエンジン状態判定部を備えてもよい。
【００１６】
あらかじめ実験に基づいて設定され、前記筒内圧力上昇幅と目標上昇幅との差に対応して通電時間の増減値が参照可能な通電時間増減値マップを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）インジェクタの個体差や経年変化によらずパイロット噴射量を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態を示す噴射制御装置の構成図である。
【図２】パイロット噴射量が多い場合に筒内圧力上昇幅が標準より大きいことを説明するための、マルチ噴射におけるインジェクタへの通電電流と筒内圧力の時間変化を示すグラフである。
【図３】本発明の噴射制御装置におけるパイロット噴射通電時間増減の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の噴射制御装置における目標上昇幅の設定手順を示すフローチャートである。
【図５】マルチ噴射におけるインジェクタへの通電電流と筒内圧力の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１に示されるように、本発明に係る噴射制御装置１は、複数の気筒＃１〜＃４にそれぞれ設置された通電時間で燃料噴射量が可変のインジェクタ２と、１燃焼サイクルに少なくともメイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを行うマルチ噴射制御部３とを備えたエンジン４の噴射制御装置１において、各気筒＃１〜＃４内に設置された筒内圧力を測定する筒内圧力センサ５と、パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅が目標上昇幅より高い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を減少させ、前記筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より低い気筒のインジェクタ２はパイロット噴射通電時間を増加させる通電時間増減部６と、エンジン回転速度の変化率が所定値以下であって、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値以下である状態が所定時間以上継続しているとき、前記筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定を許可するエンジン状態判定部７と、あらかじめ実験に基づいて設定され、前記筒内圧力上昇幅と目標上昇幅との差に対応して通電時間の増減値が参照可能な通電時間増減値マップ８と、エンジン状態から目標上昇幅が参照可能な目標上昇幅ベースマップ９と、吸入空気量に依存する筒内圧力上昇幅の変化分を補正するための吸入空気量依存補正マップ１０と、吸入空気温度に依存する筒内圧力上昇幅の変化分を補正するための吸入空気温度依存補正マップ１１とを備える。
【００２２】
マルチ噴射制御部３、通電時間増減部６、エンジン状態判定部７、通電時間増減値マップ８、目標上昇幅ベースマップ９、吸入空気量依存補正マップ１０、吸入空気温度依存補正マップ１１は、従来よりエンジン制御に用いられているＥＣＵ（電子制御ユニット又はエンジン制御ユニット）に設けられるか、又はそれとは別のＥＣＵに設けられる。
【００２３】
エンジン４の周辺に設けられる部材及びセンサ類は、従来公知のものである。すなわち、エンジン４の各気筒＃１〜＃４の出口は排気マニフォールド１２に連通しており、排気マニフォールド１２には過給器１３のタービン１４に接続され、タービン１４には大気への排気管１５が接続されている。大気からの吸気管１６は、エアクリーナ１７を介して過給器１３のコンプレッサ１８に接続されている。吸気管１６のエアクリーナ１７の下流には、吸気の流量を測定する空気量センサ１９が配置されている。
【００２４】
コンプレッサ１８からの高圧空気管２０は、吸気マニフォールド２１に接続されている。排気マニフォールド１２には、ＥＧＲクーラ２２、ＥＧＲバルブ２３を備えたＥＧＲ配管２４が接続され、ＥＧＲ配管２４の下流は高圧空気管２０に接続されている。高圧空気管２０の吸気マニフォールド２１の上流に、吸気の温度を測定する温度センサ２５が配置されている。
【００２５】
各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２は、サプライポンプ２６からの燃料がコモンレール２７を介して供給されるようになっている。各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２は、ＥＣＵからの信号（通電パルス）を受けて、そのパイロット噴射通電時間あるいはメイン噴射通電時間だけ芯弁をリフトさせることで所望の噴射量を噴射する。噴射量は、各噴射の通電時間とコモンレール圧力とにより決まる。ここでは、コモンレール圧力は一定として説明する。
【００２６】
次に、噴射制御装置１の動作を説明する。
【００２７】
本発明は、個体差や経年変化のあるインジェクタのパイロット噴射量を適正化する方法として、パイロット噴射による筒内圧力の上昇に注目したものである。すなわち、パイロット噴射された燃料が燃えることによって筒内圧力が上昇するので、ある気筒においてパイロット噴射量が少ないときには、その気筒のパイロット噴射による筒内圧力の上昇幅は低く、パイロット噴射量が多いときには、その気筒のパイロット噴射による筒内圧力の上昇幅は高い。インジェクタの個体差や経年変化のため通電時間に対する噴射量がずれていれば、パイロット噴射量が本来の値からずれ、筒内圧力上昇幅が本来の値からずれる。しかし、筒内圧力上昇幅が低いときにその気筒のパイロット噴射量を増やすと筒内圧力上昇幅は高くなり、筒内圧力上昇幅が高いときにその気筒のパイロット噴射量を減らすと筒内圧力上昇幅は低くなるので、パイロット噴射量を増減することで筒内圧力上昇幅を目標上昇幅に制御できる。つまり、パイロット噴射通電時間を増減することで、インジェクタの個体差や経年変化による噴射量の増減分を補正することができる。
【００２８】
具体的には、図２に破線及び実線で示されるように、圧縮過程において筒内圧力は徐々に上昇しており、パイロット噴射の後には、その燃料が燃えて筒内圧力が上昇する。つまり、圧縮過程による筒内圧力上昇に、パイロット噴射に起因する筒内圧力の上昇が加わる。図示のように、このパイロット噴射に起因する筒内圧力上昇は圧縮上死点の近傍で顕著である。そこで、パイロット噴射時（通電開始の瞬間）に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅をパイロット噴射に起因する筒内圧力の上昇幅と考えることができる。この上昇幅をあらかじめ実験により求めて設定した目標上昇幅と比較することにより、パイロット噴射量が本来の値より多いか少ないか又は適正であるかが判定できる。
【００２９】
ここで、図示例では適正なインジェクタ２による破線の筒内圧力変化に対し、制御対象である現在のインジェクタ２による実線の筒内圧力変化が大である。つまり、パイロット噴射に起因する筒内圧力上昇幅が目標上昇幅より高い。そこで、パイロット噴射通電時間を補正量だけ短縮すれば、筒内圧力上昇幅を目標上昇幅に制御することができる。実際には、あらかじめ行った実験に基づいて、筒内圧力上昇幅と目標上昇幅との差に対応して通電時間の増減値（補正量に相当）が参照可能な通電時間増減値マップ８を設定しておき、この通電時間増減値マップ８を参照してパイロット噴射通電時間の増減値を決めることになる。
【００３０】
このように、気筒ごとのパイロット噴射に起因する筒内圧力の上昇幅に基づいてパイロット噴射通電時間を増減することにより、インジェクタの個体差や経年変化によるパイロット噴射量の増減分を補正することができ、目標とする最適パイロット噴射量を気筒ごとのばらつきなく確保することが可能となる。その結果、燃焼騒音抑制、振動抑制、ＮＯｘ低減、燃料消費率の改善、煤の排出抑制など、エンジン性能の向上が図られる。
【００３１】
なお、メイン噴射が圧縮上死点より以前、すなわち進角で行われるときは、メイン噴射に起因する筒内圧力の上昇（図２の白抜き矢印）が圧縮上死点時に始まっている可能性がある。そこで、パイロット噴射に起因する筒内圧力上昇幅を求めるための筒内圧力測定は、メイン噴射に起因する筒内圧力の上昇が圧縮上死点より後に生じることが分かっているエンジン状態においてのみ行うことにする。具体的には、メイン噴射が圧縮上死点より後、すなわち遅角で行われるエンジン状態においてに筒内圧力を測定するとよい。メイン噴射の通電開始が圧縮上死点より後であれば、インジェクタ２の応答時間があるため、確実にメイン噴射が圧縮上死点より後となる。
【００３２】
次に、本発明の噴射制御装置におけるパイロット噴射通電時間増減の詳しい手順を図３に基づき説明する。
【００３３】
ステップＳ１；エンジン状態判定部７は、エンジン冷却水温度が所定値Ｔｗｘ以上かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１を繰り返し、ＹＥＳであればステップＳ２へ進む。これは、エンジンが十分に暖気されているときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。
【００３４】
ステップＳ２；エンジン状態判定部７は、エンジン回転速度の変化率が所定値ＮＥｘ以下かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ３へ進む。これは、エンジン回転速度がほぼ一定であるときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。
【００３５】
ステップＳ３；エンジン状態判定部７は、燃料噴射量の変化率が所定値Ｑｘ以下かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ４へ進む。これは、燃料噴射量がほぼ一定であるときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。
【００３６】
ステップＳ４；エンジン状態判定部７は、安定時間が所定時間ＴＳｘ以上かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ５へ進む。これは、ステップＳ１〜Ｓ３での判定において、エンジン冷却水温度が所定値Ｔｗｘ以上で、かつ、エンジン回転速度の変化率が所定値ＮＥｘ以下で、かつ、燃料噴射量の変化率が所定値Ｑｘ以下と判定されたエンジン状態が所定時間ＴＳｘ以上継続しているときのみ、ステップＳ５以降の通電時間増減部６によるパイロット噴射通電時間の増減を許可するためである。このように、本発明の噴射制御装置１は、エンジン４が所定の定常運転で行われているとき筒内圧力を測定することで、筒内圧力を精度良く測定するようになっている。
【００３７】
ステップＳ５；通電時間増減部６は、各気筒の筒内圧力センサ５による筒内圧力、空気量センサ１９による吸入空気量測定、温度センサ２５による吸入空気温度測定を開始する。
【００３８】
ステップＳ６；通電時間増減部６は、各センサによる測定値が集まると測定を終了する。各気筒＃１〜＃４の筒内圧力は、パイロット噴射時と圧縮上死点時にそれぞれ測定されることになる。
【００３９】
ステップＳ７；通電時間増減部６は、圧縮上死点時に測定された筒内圧力からパイロット噴射時に測定された筒内圧力を減ずることにより、筒内圧力上昇幅を算出する。
【００４０】
ステップＳ８；通電時間増減部６は、筒内圧力上昇幅と目標上昇幅との乖離値（差分の絶対値）を算出する。
【００４１】
ステップＳ９；通電時間増減部６は、乖離値が所定の閾値以上かどうか判定する。ＮＯであれば、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳであればステップＳ１０へ進む。これは、筒内圧力上昇幅と目標上昇幅との乖離が大きいときのみパイロット噴射通電時間の増減を実行するためである。
【００４２】
ステップＳ１０；通電時間増減部６は、通電時間増減値マップ８を参照してパイロット通電時間の補正値（増減値）を決める。
【００４３】
ステップＳ１１；通電時間増減部６は、補正前のパイロット噴射通電時間に補正量を加算する。
【００４４】
次に、本発明の噴射制御装置１における目標上昇幅の設定手順を図４に基づき説明する。
【００４５】
パイロット噴射量が適正であるときに、パイロット噴射時に測定された筒内圧力に対する圧縮上死点時に測定された筒内圧力の上昇幅を目標上昇幅とする。目標上昇幅は、エンジン状態に依存して変化する。エンジン状態の指標であるエンジン回転速度と指示噴射量（１燃焼サイクルの総燃料噴射量）を縦横軸としたグラフ上で目標上昇幅が一意的に決まることが実験で確かめられている。そこで、目標上昇幅は、エンジン回転速度と指示噴射量とを座標とする二次元マップである目標上昇幅ベースマップ９に設定しておくとよい。さらに、目標上昇幅は、吸入空気量と吸入空気温度とにそれぞれ依存して変化する。したがって、目標上昇幅は、吸入空気量と吸入空気温度を測定してその影響を考慮して決めるために、目標上昇幅の補正量が吸入空気量で決まる一次元マップである吸入空気量依存補正マップ１０と目標上昇幅の補正量が吸入空気温度で決まる一次元マップである吸入空気温度依存補正マップ１１を用いる。
【００４６】
図４に示されるように、エンジン回転速度と指示噴射量で目標上昇幅ベースマップ９を参照して基本の目標上昇幅を求め、吸入空気量依存補正マップ１０を参照して空気量に依存する目標上昇幅の変化分を補正すると共に、吸入空気温度依存補正マップ１１を参照して吸入空気温度に依存する目標上昇幅の変化分を補正する。すなわち、
目標上昇幅
＝基本の目標上昇幅＋空気量による補正量＋温度による補正量
となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、１燃焼サイクルでパイロット噴射とメイン噴射の２回噴射を行うものとしたが、パイロット噴射以外の噴射が遅角で行われる状態があれば、３回以上の噴射を行う場合でも、本発明は適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  噴射制御装置
２  インジェクタ
３  マルチ噴射制御部
４  エンジン
５  筒内圧力センサ
６  通電時間増減部
７  エンジン状態判定部
８  通電時間増減値マップ
９  目標上昇幅ベースマップ
１０  吸入空気量依存補正マップ
１１  吸入空気温度依存補正マップ
１２  排気マニフォールド
１３  過給器
１４  タービン
１５  排気管
１６  吸気管
１７  エアクリーナ
１８  コンプレッサ
１９  空気量センサ
２０  高圧空気管
２１  吸気マニフォールド
２２  ＥＧＲクーラ
２３  ＥＧＲバルブ
２４  ＥＧＲ配管
２５  温度センサ
２６  サプライポンプ
２７  コモンレール
【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】
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