(57)【要約】【課題】各気筒の回転変動のばらつきと燃焼状態のばらつきを効果的に低減し、振動抑制と排ガス性能を両立させる。【解決手段】本発明に係る多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置は、各気筒の回転変動のばらつき量を検出し、この回転変動のばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第１の補正手段と、各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を検出し、この筒内圧パラメータのばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第２の補正手段とを備える。第１の補正手段による補正と第２の補正手段による補正とを、内燃機関の運転領域毎に切り替えて実行する。これら補正をそれぞれに適した運転領域で実行することができ、振動抑制と排ガス性能を両立させることができる。【選択図】図７
2011052616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の燃料噴射弁から噴射される燃料量を気筒毎に制御する多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
各気筒の回転変動のばらつき量を検出し、この回転変動のばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第１の補正手段と、
各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を検出し、この筒内圧パラメータのばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第２の補正手段とを備え、
前記第１の補正手段による第１の補正と前記第２の補正手段による第２の補正とを、内燃機関の運転領域毎に切り替えて実行することを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記第１の補正が実行される第１の運転領域が、前記第２の補正が実行される第２の運転領域よりも低回転且つ低負荷側に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記筒内圧パラメータが、所定期間内の筒内圧センサの検出値に基づき算出された図示平均有効圧力からなることを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記第１の補正手段および前記第２の補正手段が、それぞれ、内燃機関の定常運転時に補正量を算出して補正を実行すると共に、算出した補正量を内燃機関の運転状態に対応づけて学習値として記憶し、内燃機関の非定常運転時に学習値を用いて補正を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
内燃機関の非定常運転時に前記第１の補正と前記第２の補正とが切り替わる際、前記第１の補正手段に記憶された第１の学習値と、前記第２の補正手段に記憶された第２の学習値との一方から他方に、学習値を徐変させることを特徴とする請求項４に記載の多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
各気筒の燃料噴射弁から噴射される燃料量を気筒毎に制御する多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
各気筒の回転変動のばらつき量を検出し、この回転変動のばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第１の補正手段と、
各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を検出し、この筒内圧パラメータのばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第２の補正手段とを備え、
前記第１の補正手段による第１の補正と前記第２の補正手段による第２の補正とを、内燃機関の運転状態の変化に応じて重み付けを変えつつ実行することを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の運転状態が高回転または高負荷側になるほど、前記第２の補正の重み付けが増大され、前記第１の補正の重み付けが減少されることを特徴とする請求項６に記載の多気筒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】
本発明は多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、気筒間のばらつきを無くすように各気筒の燃料噴射量を制御可能な多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の気筒を有する多気筒内燃機関にあっては、気筒毎の燃料噴射量のばらつき、気筒毎のＥＧＲガス量のばらつき、気筒毎のメカニカルなフリクションのばらつきなどに起因した気筒間の回転変動のばらつきが生じる。この回転変動ばらつきによる振動を低減するため、気筒毎のエンジン回転速度の変化をクランク軸に取り付けられたクランク角センサにより計測し、回転速度の変化が各気筒で一定になるように気筒毎の燃料噴射量を補正する技術がある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５２６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この技術によれば、各気筒の回転変動が一定となり、特にアイドリングを含む低負荷域においてエンジン全体としての回転変動を低減することができる。しかし、回転変動を低減できたとしても各気筒の燃焼状態がばらついて排ガス性能が十分でない場合がある。なお中高負荷域においてはエンジンの回転変動が自ずと低減することから、当該技術を有効に活用するのは困難である。
【０００５】
一方、各気筒の燃焼状態は各気筒に設けられた筒内圧センサの出力から把握することが可能である。そこで、筒内圧センサの出力から、筒内の燃焼状態を表す指標値である筒内圧パラメータを気筒毎に算出し、この筒内圧パラメータの値を各気筒で一定にするよう気筒毎の燃料噴射量を補正することが考えられる。こうすれば各気筒の燃焼状態を一定とし、十分な排ガス性能を得ることができる。この技術はいずれの負荷域でも有効と考えられる。
【０００６】
しかし、この技術では、各気筒のフリクション違いによる回転変動のばらつきを十分低減できない可能性がある。つまり、前者の技術には、低負荷時の回転変動のばらつきを低減できるという利点があるが、燃焼状態のばらつきまでは低減できないという欠点があり、後者の技術には、負荷域に拘わらず各気筒の燃焼状態のばらつきを低減できるという利点があるが、低負荷時の回転変動のばらつきを十分に低減できないという欠点がある。
【０００７】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各気筒の回転変動のばらつきと燃焼状態のばらつきを効果的に低減し、振動抑制と排ガス性能を両立させることが可能な多気筒内燃機関の燃料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】
【０００８】
本発明の一の形態によれば、各気筒の燃料噴射弁から噴射される燃料量を気筒毎に制御する多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置であって、各気筒の回転変動のばらつき量を検出し、この回転変動のばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第１の補正手段と、各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を検出し、この筒内圧パラメータのばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第２の補正手段とを備え、前記第１の補正手段による第１の補正と前記第２の補正手段による第２の補正とを、内燃機関の運転領域毎に切り替えて実行することを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
【０００９】
これによれば、第１の補正と第２の補正とをエンジンの運転領域毎に切り替えて実行するので、これら補正をそれぞれに適した運転領域で実行することができ、振動抑制と排ガス性能を両立させることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、前記第１の補正が実行される第１の運転領域が、前記第２の補正が実行される第２の運転領域よりも低回転且つ低負荷側に設定されている。
【００１１】
これによれば、両補正の長所と短所を補い合い、低回転・低負荷側では第１の補正による回転変動ばらつき低減を実現でき、高回転・高負荷側では第２の補正による燃焼状態ばらつき低減を実現できる。よって、振動抑制と排ガス性能を効果的に両立させることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、前記筒内圧パラメータが、所定期間内の筒内圧センサの検出値に基づき算出された図示平均有効圧力からなる。こうすることで筒内の燃焼状態を良好に表すことができ、第２の補正を好適に行うことが可能である。
【００１３】
好ましくは、前記第１の補正手段および前記第２の補正手段が、それぞれ、内燃機関の定常運転時に補正量を算出して補正を実行すると共に、算出した補正量を内燃機関の運転状態に対応づけて学習値として記憶し、内燃機関の非定常運転時に学習値を用いて補正を実行する。
【００１４】
内燃機関の定常運転時に補正量を学習し、内燃機関の非定常運転時に学習値を用いて第１の補正および第２の補正を実行するので、非定常運転時に検出された不適切な値に基づき補正を実行することが無く、制御の信頼性を確保できる。
【００１５】
好ましくは、内燃機関の非定常運転時に前記第１の補正と前記第２の補正とが切り替わる際、前記第１の補正手段に記憶された第１の学習値と、前記第２の補正手段に記憶された第２の学習値との一方から他方に、学習値を徐変させる。
【００１６】
これによれば、第１の学習値と第２の学習値が大きく異なる場合に、切替時の補正量ひいては燃料噴射量の急変、さらにはトルクショックを防止することができる。
【００１７】
本発明の他の形態によれば、各気筒の燃料噴射弁から噴射される燃料量を気筒毎に制御する多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置であって、各気筒の回転変動のばらつき量を検出し、この回転変動のばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第１の補正手段と、各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を検出し、この筒内圧パラメータのばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第２の補正手段とを備え、前記第１の補正手段による第１の補正と前記第２の補正手段による第２の補正とを、内燃機関の運転状態の変化に応じて重み付けを変えつつ実行することを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１８】
これによれば、内燃機関の運転状態の変化に応じて一方の補正の重み付けを増大すると共に、他方の補正の重み付けを減少することができる。よって内燃機関の運転状態に適した補正をより強く働かせることができるようになり、振動抑制と排ガス性能を両立させることが可能となる。
【００１９】
好ましくは、前記内燃機関の運転状態が高回転または高負荷側になるほど、前記第２の補正の重み付けが増大され、前記第１の補正の重み付けが減少される。
【００２０】
これにより、低回転または低負荷側では第１の補正をより強く働かせ、高回転または高負荷側では第２の補正をより強く働かせ、両補正の長所と短所を補い合い、振動抑制と排ガス性能を効果的に両立させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、各気筒の回転変動のばらつきと燃焼状態のばらつきを効果的に低減し、振動抑制と排ガス性能を両立させることができるという、優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関を示す概略図である。
【図２】エンジン運転領域の領域分けを示す図である。
【図３】クランク角に応じた各値の変化を示すタイムチャートである。
【図４】回転変動補正用の学習マップを示す。
【図５】筒内圧補正用の学習マップを示す。
【図６】学習値徐変制御の内容を示すタイムチャートである。
【図７】燃料噴射量算出ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関（エンジン）を示す。本実施形態のエンジンは、自動車用且つ多気筒（本実施形態では４気筒）の圧縮着火式内燃機関、即ちディーゼルエンジンである。エンジンは、複数（４つ）のシリンダ７およびピストン、シリンダブロック並びにクランクシャフト等を含むエンジン本体１を有する。エンジン本体１には、燃料をシリンダ７内に直接噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）４が気筒毎に設けられ、各燃料噴射弁４から噴射される燃料を高圧状態で貯留するコモンレール６が設けられている。またエンジン本体１には、シリンダ７内の圧力すなわち筒内圧を検出する筒内圧センサ５が気筒毎に設けられている。各シリンダ７はエンジン前側から順に＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒および＃４気筒とされている。但し燃料噴射順序および燃焼順序は異なり、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順である。
【００２５】
エンジン本体１には吸気通路２および排気通路３が接続されている。また吸気を過給するためのターボチャージャ８が設けられる。ターボチャージャ８は、排気通路３に設けられて排気ガスにより駆動されるタービン９と、吸気通路２に設けられてタービン９により駆動され、吸気を過給するコンプレッサ１０とを有する。
【００２６】
排気ガスの一部すなわちＥＧＲガスを吸気側に還流するためのＥＧＲ装置３１も設けられている。ＥＧＲ装置３１は、排気通路３内の排気ガスの一部を吸気通路２内に還流させるためのＥＧＲ通路３２と、ＥＧＲ通路３２を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３４と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁３３とを備える。
【００２７】
吸気通路２において、コンプレッサ１０の下流側且つＥＧＲ通路３２と吸気通路２の合流部の上流側には、電子制御式のスロットル弁１２が設けられている。また吸気通路２の上流端にはエアクリーナ１４が設けられている。
【００２８】
タービン９の上流側の排気通路３には、過給圧制御のため排気ガスをタービン９に対して適宜バイパスさせるバイパス弁１１が設けられている。またタービン９の下流側の排気通路３には排気浄化装置１３が設けられている。排気浄化装置１３は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒、および排気ガス中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタの少なくとも一つから成る。
【００２９】
またエンジンには制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１５が設けられる。ＥＣＵ１５はいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。前述の燃料噴射弁４、ＥＧＲ弁３３、スロットル弁１２およびバイパス弁１１はＥＣＵ１５によって制御される。またＥＣＵ１５には、アクセル開度センサ（図示せず）、クランク角センサ１６、筒内圧センサ５および水温センサ１７から、それぞれアクセル開度、クランク角、筒内圧および水温の検出信号が入力される。ＥＣＵ１５は、クランク角の検出信号に基づいてエンジン回転速度を計算する。
【００３０】
特に、ＥＣＵ１５は、各気筒の燃料噴射弁４から噴射される燃料量を、後述の方法に従って気筒毎に個別に制御するようになっている。そしてＥＣＵ１５は、エンジン運転状態に基づいて定まる基本噴射量を、補正量を用いて補正し、各気筒の回転変動のばらつきや燃焼状態のばらつきを低減するようにしている。
【００３１】
次に、本実施形態における燃料噴射制御の内容を説明する。
【００３２】
本実施形態は、各気筒の回転変動のばらつき量を検出し、この回転変動のばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第１の補正手段と、各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を検出し、この筒内圧パラメータのばらつき量に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する第２の補正手段とを備えている。そして第１の補正手段による第１の補正（以下、回転変動補正という）と、第２の補正手段による第２の補正（以下、筒内圧補正という）とを、内燃機関の運転領域毎に切り替えて実行するようになっている。ここで筒内圧パラメータとは、筒内圧に基づく値であり、任意の１気筒における筒内の燃焼状態を表す指標値のことをいう。第１の補正手段および第２の補正手段は具体的にはＥＣＵ１５によって構成されている。
【００３３】
両補正の具体的な説明の前に、これら補正のための領域分けについて説明する。図２には、エンジン回転速度と、エンジン負荷の代用値である燃料噴射量とをパラメータとするエンジン運転領域を示す。基本的に、回転変動補正は第１の運転領域Ｉ（以下、単に領域Ｉという）で実行され、筒内圧補正は第２の運転領域ＩＩ（以下、単に領域ＩＩという）で実行される。領域Ｉは領域ＩＩより低回転且つ低負荷側に設定されている。領域Ｉはアイドリング領域Ｉ’を含む。領域Ｉと領域ＩＩの間には、制御のハンチングを防止するためのヒステリシス領域ＩＩＩが設けられている。
【００３４】
ここでいう燃料噴射量とは、エンジンの運転状態に基づいて定まる後述の基本噴射量Ｑｂのことである。またエンジン回転速度はＮｅで表される。領域Ｉは、Ｎｅ≦Ｎｅ１且つＱｂ≦Ｑｂ１となる領域である。領域ＩＩは、Ｎｅ２≦Ｎｅ又はＱｂ２≦ＱｂであってＮｅ≦Ｎｅ３且つＱｂ≦Ｑｂ３となる領域である。但し、Ｎｅ１＜Ｎｅ２＜Ｎｅ３、Ｑｂ１＜Ｑｂ２＜Ｑｂ３である。ヒステリシス領域ＩＩＩは、Ｎｅ１＜Ｎｅ又はＱｂ１＜ＱｂであってＮｅ＜Ｎｅ２且つＱｂ＜Ｑｂ２となる領域である。なお、領域ＩＩより高回転または高負荷側の領域は、常用域から外れた最高回転または最大負荷付近の領域、すなわち上限付近領域であり、いずれの補正も実行されない。
【００３５】
ＥＣＵ１５は、図２に示すような各領域をマップとして予め記憶しており、実際に検出ないし算出されたエンジン回転速度Ｎｅおよび基本噴射量Ｑｂの値をマップと比較して、補正を適宜切り替える。すなわち、実際値が領域Ｉに属する値であるときには回転変動補正を実行し、実際値が領域ＩＩに属する値であるときには筒内圧補正を実行する。
【００３６】
一方、実際値が領域Ｉに属する値から高回転または高負荷側に変化するとき、実際値がヒステリシス領域ＩＩＩに属する値であるときにはまだ回転変動補正から筒内圧補正への切り替えを行わず、実際値が領域ＩＩに属する値になって始めて回転変動補正から筒内圧補正への切り替えを行う。逆に、実際値が領域ＩＩに属する値から低回転または低負荷側に変化するとき、実際値がヒステリシス領域ＩＩＩに属する値であるときにはまだ筒内圧補正から回転変動補正への切り替えを行わず、実際値が領域Ｉに属する値になって始めて筒内圧補正から回転変動補正への切り替えを行う。このようにヒステリシス領域ＩＩＩは、実際値の変化の仕方に応じてあたかも領域Ｉに属したり、領域ＩＩに属したりする中間領域となる。
【００３７】
次に、燃料噴射量の回転変動補正について説明する。図３には、本実施形態の補正に関するクランク角に応じた各値の変化を示す。（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ燃焼順の＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の筒内圧を示す。（Ｅ）はエンジン回転速度Ｎｅを示す。（Ｆ）はＥＣＵ１５により発生される筒内圧フラグの状態を示し、この筒内圧フラグは、各気筒の圧縮上死点を含む所定期間内でハイ（Ｈｉ）、それ以外の期間でロー（Ｌｏ）となる。本実施形態の場合、各気筒の圧縮上死点に対し±６０°の範囲内で筒内圧フラグがハイとなる。詳しくは後述するが、この筒内圧フラグがハイとなっている期間内でサンプリングされた筒内圧データを基に筒内圧パラメータが算出される。
【００３８】
（Ｇ）はＥＣＵ１５により発生される回転変動フラグの状態を示し、この回転変動フラグは、エンジン回転速度が最も低下する各気筒の圧縮上死点から所定期間経過時点までの間でハイ（Ｈｉ）、それ以外の期間でロー（Ｌｏ）となる。本実施形態の場合、各気筒の圧縮上死点から６０°までの範囲内で回転変動フラグがハイとなる。詳しくは後述するが、この回転変動フラグがローからハイに切り替わるタイミングと、ハイからローに切り替わるタイミングとのエンジン回転速度に基づき、各気筒の回転変動の値が検出される。
【００３９】
さて、図３（Ｅ）、（Ｇ）に示すように、回転変動フラグがローからハイに切り替わるタイミングで検出されたエンジン回転速度をＮｅ４、回転変動フラグがハイからローに切り替わるタイミングで検出されたエンジン回転速度をＮｅ５とすると、これらタイミング間のエンジン回転速度変化量（即ち回転変動量）Ｗは次式により算出される。
Ｗ＝Ｎｅ５−Ｎｅ４  ・・・（１）
【００４０】
また、各気筒のエンジン回転速度変化量をＷｎ（但しｎは気筒番号）とすると、その平均値Ｗｍは以下となる。
Ｗｍ＝（Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＋Ｗ４）／４  ・・・（２）
【００４１】
ところで各気筒の燃料噴射量（即ち燃料噴射弁４に対する指示噴射量）Ｑｆｎは、各気筒共通の基本噴射量Ｑｂに、各気筒の回転変動補正量ｄＱｅｎを加算して算出される。ここで基本噴射量Ｑｂは、実際のエンジン運転状態、特にエンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度Ａｃとの検出値に基づき、所定のマップに従い算出される。各気筒の燃料噴射量Ｑｆｎは次式により求められる。
Ｑｆｎ＝Ｑｂ＋ｄＱｅｎ  ・・・（３）
【００４２】
また、各気筒の回転変動補正量ｄＱｅｎは、例えばＰＩ制御（比例積分制御）あるいはＩ制御（積分制御）の手法に基づき次のように算出される。まず、目標値を各気筒の回転速度変化量の平均値Ｗｍとし、各気筒の回転速度変化量Ｗｎの平均値Ｗｍに対する偏差Ｅｎが次式に基づき算出される。
Ｅｎ＝Ｗｍ−Ｗｎ  ・・・（４）
【００４３】
この偏差Ｅｎが、各気筒の回転変動のばらつき量を表す値となる。ある気筒において回転速度変化量Ｗｎが目標値Ｗｍから離れるほど、目標値Ｗｍに対する回転変動のばらつきは大きくなるからである。こうして、各気筒の回転速度変化量Ｗｎが検出され、これらに基づき各気筒の偏差Ｅｎが検出されることになる。
【００４４】
次いで、各気筒の回転変動補正量ｄＱｅｎが、ＰＩ制御の手法に従い次式により算出される。なおＫｐ、Ｋｉは所定のフィードバックゲインである。
ｄＱｅｎ＝Ｋｐ×Ｅｎ＋Ｋｉ×∫Ｅｎ・ｄｔ  ・・・（５）
【００４５】
この各気筒の回転変動補正量ｄＱｅｎは、各気筒の偏差Ｅｎをゼロに近づけるような値、言い換えれば各気筒の回転変動のばらつきを無くすような値である。
【００４６】
こうして算出された各気筒の回転変動補正量ｄＱｅｎを用いて、次回の燃料噴射のための基本噴射量Ｑｂがフィードバック補正され、各気筒の燃料噴射量Ｑｆｎが求められる。そしてこの燃料噴射量Ｑｆｎが実際に噴射されることで、各気筒の回転変動のばらつきが低減され、各気筒の回転変動が一定となり、エンジン自体の回転変動ひいては振動が低減される。
【００４７】
なお、ここでは各気筒のエンジン回転速度変化量を算出するためのタイミングとして、各気筒の圧縮上死点と圧縮上死点後６０°との２点を採用したが、これらタイミングは圧縮上死点を含む膨張行程区間内で任意に設定することができ、また燃料噴射パターンに応じて変更してもよい。
【００４８】
次に、燃料噴射量の筒内圧補正について説明する。
【００４９】
まず、筒内圧フラグがハイとなっている期間内において、対応気筒の筒内圧センサ５により検出される筒内圧のデータがサンプリングされる。ここで対応気筒とは、筒内圧フラグがハイとなっている期間内に圧縮上死点を含むような気筒である。データのサンプリング周期は例えば０．５°または１°である。なおクランク角センサ１６がこれよりも大きい、例えば５°毎にしかクランク角を検出できないようなものであれば、０．５°または１°毎のサンプリングができるよう逓倍処理などをＥＣＵ１５内部で実行すればよい。あるいは、筒内圧データを一定時間毎にサンプリングし、サンプリング時間毎に角度インデックスを作成しても良い。
【００５０】
サンプリングされた筒内圧データに対しては、移動平均などのフィルタリング処理を実行するのが好ましい。また、必要に応じて、サンプリングされた筒内圧データに対して絶対圧力方向のドリフト補正を行うのも好ましい。この際には吸気通路に設けられた絶対圧センサの検出値を利用する。また、モータリングデータを利用した上死点補正を予め行っておくのも好ましい。
【００５１】
次に、サンプリングされた筒内圧データ（好ましくは上記各種処理が行われた後のデータ）から、以下の式により、筒内圧パラメータとしての図示平均有効圧力Ｐｉｎ（但しｎは気筒番号）が算出される。
Ｐｉｎ＝∫（Ｐθ×ｄＶθ）・ｄθ  ・・・（６）
【００５２】
ここでＰは筒内圧、Ｖは筒内容積、θはクランク角である。Ｐθは、クランク角がθの時点における筒内圧を意味し、ｄＶθは、クランク角がθから微小角度ｄθ（例えば前述の０．５°または１°）だけ変化したときの筒内容積の変化を意味する。
【００５３】
なお、クランク角θと筒内容積Ｖとの関係は予め物理的に定まっているため、両者の関係が予めＥＣＵ１５にマップ等の形で記憶され、検出されたクランク角θに対応した筒内容積Ｖがマップ等から算出される。クランク角が微小角度ｄθだけ変化したときの筒内容積の変化量ｄＶθも同様にＥＣＵ１５により算出される。
【００５４】
各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉｎの平均値Ｐｉｍは以下となる。
Ｐｉｍ＝（Ｐｉ１＋Ｐｉ２＋Ｐｉ３＋Ｐｉ４）／４  ・・・（７）
【００５５】
ところで各気筒の燃料噴射量Ｑｆｎは、回転変動補正のときと同様、各気筒共通の基本噴射量Ｑｂに、各気筒の筒内圧補正量ｄＱｐｎを加算して算出される。すなわち各気筒の燃料噴射量Ｑｆｎは次式により求められる。
Ｑｆｎ＝Ｑｂ＋ｄＱｐｎ  ・・・（８）
【００５６】
また、各気筒の筒内圧補正量ｄＱｐｎは、回転変動補正のときと同様、例えばＰＩ制御あるいはＩ制御の手法に基づき次のように算出される。まず、目標値を各気筒の図示平均有効圧力の平均値Ｐｉｍとし、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉｎの平均値Ｐｉｍに対する偏差Ｅｐｎが次式に基づき算出される。
Ｅｐｎ＝Ｐｉｍ−Ｐｉｎ  ・・・（９）
【００５７】
この偏差Ｅｐｎが、各気筒の筒内圧パラメータのばらつき量を表す値となる。ある気筒において図示平均有効圧力Ｐｉｎが目標値Ｐｉｍから離れるほど、目標値Ｐｉｍに対する図示平均有効圧力Ｐｉｎのばらつき、すなわち燃焼状態のばらつきは大きくなるからである。こうして、各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉｎが検出され、これらに基づき各気筒の偏差Ｅｐｎが検出されることになる。
【００５８】
次いで、各気筒の筒内圧補正量ｄＱｐｎが、ＰＩ制御の手法に従い次式により算出される。なおＫｐ、Ｋｉは所定のフィードバックゲインである。
ｄＱｐｎ＝Ｋｐ×Ｅｐｎ＋Ｋｉ×∫Ｅｐｎ・ｄｔ  ・・・（１０）
【００５９】
この各気筒の筒内圧補正量ｄＱｐｎは、各気筒の偏差Ｅｐｎをゼロに近づけるような値、言い換えれば各気筒の燃焼状態のばらつきを無くすような値である。
【００６０】
こうして算出された各気筒の筒内圧補正量ｄＱｐｎを用いて、次回の燃料噴射のための基本噴射量Ｑｂがフィードバック補正され、各気筒の燃料噴射量Ｑｆｎが求められる。そしてこの燃料噴射量Ｑｆｎが実際に噴射されることで、各気筒の燃焼状態のばらつきが低減され、各気筒の燃焼状態が一定となり、排ガス性能が向上され、排ガスエミッションの悪化が抑制される。
【００６１】
なお、ここでは各気筒の図示平均有効圧力Ｐｉｎを算出するための筒内圧データサンプリング期間として、各気筒の圧縮上死点に対し±６０°の範囲内の期間を採用したが、この期間は任意に設定することができ、また燃料噴射パターンに応じて変更してもよい。
【００６２】
本実施形態において、上述のような回転変動補正および筒内圧補正は、いずれもエンジンの定常運転時に実行され、エンジンの過渡運転時（加速時または減速時）のような非定常運転時には実行されない。すなわちエンジンの非定常運転時には、上述の回転変動補正および筒内圧補正を伴う燃料噴射量のフィードバック制御は実質的に停止される。
【００６３】
但し、次に述べるように、本実施形態では定常運転時に算出した補正量ｄＱｅｎ、ｄＱｐｎをエンジンの運転状態に対応づけて学習値としてＥＣＵ１５に記憶するようになっており、エンジンの非定常運転時には、その記憶された学習値を用いて補正を実行するようにしている。なお、エンジンが定常運転状態にあるか否かは、例えば、エンジン回転速度や燃料噴射量の変化率（所定時間当たりの変化量）を計算し、変化率が所定の閾値以下であるとき定常運転状態にあると判定可能である。
【００６４】
図４および図５には、かかる学習のための学習マップを示し、これら学習マップはＥＣＵ１５のメモリに予め記憶されている。学習マップは気筒毎および補正の種類毎に用意され、本実施形態の場合だと４気筒×２種類＝８つのマップが用意されている。図４は、回転変動補正用のある１気筒の学習マップであり、図５は、筒内圧補正用のある１気筒の学習マップである。マップデータの初期値は０とし、図示例では学習済みの幾つかの値が入力されている。
【００６５】
ただし、回転変動補正と筒内圧補正とは異なる運転領域で実行されるので、マップを別々とせず共用としてもよい。この場合、ヒステリシス領域ではいずれの補正でも補正量が算出されるが、この補正量がいずれの補正で算出されたものであるかどうかに拘わらず、算出された補正量をその時の運転状態に対応づけて学習値として保存してしまってよい。
【００６６】
これらマップでは、エンジンの運転状態を表す値としてエンジン回転速度（エンジン回転数（ｒｐｍ））と燃料噴射量（基本噴射量Ｑｂ（ｍｍ3／ｓｔ））との二つのパラメータを採用している。そして回転変動補正と筒内圧補正とのいずれかを実行中、補正量算出時点でのエンジン回転速度および燃料噴射量に対応した格子の中に、算出した補正量を格納する。格子内の値は、補正実行中に常に更新してもよい。或いは、１格子内での補正実行中に複数の補正量を別途バッファメモリに格納しておき、その格子から運転状態が外れたときに、バッファメモリに保存しておいた値を平均化してその格子の学習値として保存してもよい。なお実際の運転状況によっては、未学習領域（格子）が存在する場合もあるが、このときには学習済みの周りの領域から補間して学習値を算出してもよい。
【００６７】
なお、マップは、エンジン回転速度と燃料噴射量の代わりに、例えば燃料噴射量とコモンレール圧力で規定してもよい。
【００６８】
エンジンの非定常運転時には、実際のエンジン回転速度と燃料噴射量に対応した学習値を図４または図５のマップから取得し、この取得した学習値を前記補正量に置き換えて補正を実行する。例えば、図２に示した領域Ｉで非定常運転時に回転変動補正を実行する場合、実際のエンジン回転速度（ｅｘ．８００（ｒｐｍ））と燃料噴射量（ｅｘ．１０（ｍｍ3／ｓｔ））に対応した学習値（ｅｘ．１．５０）を図４のマップから取得し、この取得した学習値を補正量ｄＱｅｎとして補正を実行する。
【００６９】
ところで、エンジンの非定常運転時にはその運転状態が変化することから、図２に示したような運転領域が切り替わり、補正の種類が切り替わることがある。そうなると、一方の補正用の学習値から他方の補正用の学習値に、学習値ないし補正量が切り替わる。
【００７０】
このとき、一方と他方の学習値にそれほど違いがなければ特に問題ないが、一方と他方の学習値に大きな違いがあると、切替時に補正量ひいては燃料噴射量が急変し、トルクショックが生じる可能性がある。
【００７１】
そこで、本実施形態ではこのような補正量ひいては燃料噴射量の急変、さらにはトルクショックを防止するため、一方の学習値から他方の学習値へと学習値を徐変させるようにしている。すなわち、一方の学習値から他方の学習値へと学習値を一気に切り替えず、これら学習値をゆっくりとスムーズに繋ぐようにしている。
【００７２】
例えば図６に示すように、エンジンの運転状態が領域Ｉ、ＩＩＩ、ＩＩを順次通過するように変化する場合、学習値は領域ＩＩＩから領域ＩＩに入った時点で回転変動補正量ｄＱｅｎから筒内圧補正量ｄＱｐｎに変化する。このとき、学習値を回転変動補正量ｄＱｅｎから筒内圧補正量ｄＱｐｎに一気に切り替えることはせず、回転変動補正量ｄＱｅｎから筒内圧補正量ｄＱｐｎに徐々に変化させる。図示例では一定速度で直線的に変化させるようにしているが、一次遅れフィルタを適用して曲線的に変化させてもよい。切り替え前後の学習値の差が所定値以上のときのみ徐変を行うようにしても良い。
【００７３】
次に、本実施形態の燃料噴射量算出ルーチンを図７のフローチャートに基づき説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１５により実行される。
【００７４】
まず、ステップＳ１にて、現在のエンジン運転状態が属するエンジンの運転領域が判定される。
【００７５】
次いでステップＳ２において、現在のエンジン運転状態が領域Ｉに属するか否かが判断される。なお、領域Ｉで回転変動補正を実行している状態からヒステリシス領域ＩＩＩに移行しても、補正の切り替えが生じないことから、領域Ｉに属しているものとして扱う。
【００７６】
領域Ｉに属すると判断された場合、ステップＳ３に進んで、現在のエンジン運転状態が定常状態にあるか否かが判断される。定常状態にあると判断された場合、ステップＳ４に進んで回転変動補正量ｄＱｅｎが算出される。他方、非定常状態にあると判断された場合、ステップＳ５に進んで図４に示したような学習マップから、現在のエンジン運転状態に対応する学習値が取得される。ステップＳ４、Ｓ５の後はステップＳ１１に進む。
【００７７】
一方、ステップＳ２において、現在のエンジン運転状態が領域Ｉに属しないと判断された場合、ステップＳ６に進んで、現在のエンジン運転状態が領域ＩＩに属するか否かが判断される。なお、領域ＩＩで筒内圧補正を実行している状態からヒステリシス領域ＩＩＩに移行しても、補正の切り替えが生じないことから、領域ＩＩに属しているものとして扱う。
【００７８】
領域ＩＩに属すると判断された場合、ステップＳ７に進んで、現在のエンジン運転状態が定常状態にあるか否かが判断される。定常状態にあると判断された場合、ステップＳ８に進んで筒内圧補正量ｄＱｐｎが算出される。他方、非定常状態にあると判断された場合、ステップＳ９に進んで図５に示したような学習マップから、現在のエンジン運転状態に対応する学習値が取得される。ステップＳ８、Ｓ９の後はステップＳ１１に進む。
【００７９】
ステップＳ６において、現在のエンジン運転状態が領域ＩＩに属しないと判断された場合、ステップＳ１０に進む。この場合、現在のエンジン運転状態は領域Ｉ〜ＩＩＩのいずれにも属していない（すなわち領域ＩＩより高回転高負荷側の上限付近領域に属している）ことになるから、補正量または学習値を用いた両補正が停止させられる。ステップＳ１０の後はステップＳ１１に進む。
【００８０】
ステップＳ１１においては、図６に示したような領域切り替わり時の補正量処理が実行される。すなわち、現在のエンジン運転状態が非定常状態であって且つ領域ＩＩＩから領域ＩまたはＩＩへの移行直後であるとき、学習値を徐々に変化させるよう、学習値の補正が行われる。
【００８１】
この後、ステップＳ１２において、補正量ｄＱｅｎ、ｄＱｐｎまたは学習値を必要に応じて用い、燃料噴射量Ｑｆｎが算出される。
【００８２】
このように本実施形態によれば、回転変動補正と筒内圧補正とをエンジンの運転領域毎に切り替えて実行する。よってこれらの補正をそれぞれに適した運転領域で実行することができ、振動抑制と排ガス性能を両立させることが可能となる。
【００８３】
特に、回転変動補正には、低負荷時における各気筒の回転変動のばらつきを低減できるという利点があるが、各気筒の燃焼状態のばらつきまでは低減できないという欠点がある。また筒内圧補正には、回転負荷域に拘わらず各気筒の燃焼状態のばらつきを低減できるという利点があるが、低負荷時における各気筒の回転変動のばらつきを十分に低減できないという欠点がある。なお、エンジン回転速度が上昇するにつれ、エンジンの回転変動自体が低下すると共に回転変動の検出分解能が低下し、十分な精度が期待できないので、回転変動補正を中高回転域に適用するのは困難である。一方、極低負荷では、筒内圧センサの精度によっては計測結果の誤差が大きくなるので、筒内圧補正を極低負荷で適用するのは困難である。
【００８４】
本実施形態では、回転変動補正が実行される領域Ｉ（領域ＩＩＩも含み得る）が、筒内圧補正が実行される領域ＩＩ（領域ＩＩＩも含み得る）よりも低回転且つ低負荷側に設定されているので、両補正の長所と短所を補い合い、低回転・低負荷側では回転変動補正による回転変動ばらつき低減を実現でき、高回転・高負荷側では筒内圧補正による燃焼状態ばらつき低減を実現できる。よって、振動抑制と排ガス性能を効果的に両立させることが可能となる。
【００８５】
本実施形態では、筒内圧パラメータとして図示平均有効圧力を用いているので、筒内の燃焼状態を良好に表すことができ、筒内圧補正を好適に行うことが可能である。但し、筒内圧パラメータとして他の値を用いることも可能である。
【００８６】
また本実施形態では、エンジンの定常運転時に補正量を学習し、エンジンの非定常運転時に学習値を用いて回転変動補正および筒内圧補正を実行するので、非定常運転時に検出された不適切な値に基づき補正を実行することが無く、制御の信頼性を確保できる。
【００８７】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００８８】
前記実施形態は、エンジンの運転領域毎に回転変動補正と筒内圧補正とを明確に切り替えるものであった。これに対し、本実施形態は、エンジン運転状態の変化に応じて重み付けを変えつつ両補正を常時実行するものである。
【００８９】
本実施形態において、燃料噴射量Ｑｆは次式により算出される。
Ｑｆ＝Ｑｂ＋ｋ×ｄＱｅｎ＋（１−ｋ）×ｄＱｐｎ  ・・・（１１）
【００９０】
ｋは重み係数であり、エンジン運転状態に応じて０≦ｋ≦１の範囲の値を取り得る。エンジン運転状態を表す値、例えばエンジン回転速度および燃料噴射量（基本噴射量Ｑｂ）と重み係数ｋとの関係が予めマップの形でＥＣＵ１５に記憶されている。ＥＣＵ１５は、実際のエンジン回転速度および燃料噴射量に対応した重み係数ｋをマップから取得し、この重み係数ｋを用いて前式に従い燃料噴射量Ｑｆを算出する。
【００９１】
重み係数ｋは、エンジン運転状態が高回転または高負荷側になるほど小さくなり、逆にエンジン運転状態が低回転または低負荷側になるほど大きくなるように設定されている。よって、エンジン運転状態が高回転または高負荷側になるほど、筒内圧補正の重み付けが増大され、回転変動補正の重み付けが減少される。逆に、エンジン運転状態が低回転または低負荷側になるほど、回転変動補正の重み付けが増大され、筒内圧補正の重み付けが減少される。
【００９２】
それ故、低回転・低負荷側では、回転変動補正を筒内圧補正よりも強く働かせることができ、高回転・高負荷側では、筒内圧補正を回転変動圧補正よりも強く働かせることができる。よって前記実施形態と同様の作用効果を得られる。
【００９３】
なお、このような重み付けを利用した制御は、前述の学習値の徐変切替制御に適用することも可能である。この場合、切替開始時からの時間の経過につれ重み係数ｋが変化させられる。
【００９４】
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態を採用することも可能である。例えば、各気筒のばらつき量を表す偏差Ｅｎ、Ｅｐｎは、各気筒の平均値Ｗｍ、Ｐｉｍを基準としたが、これに代えて、所定の特定気筒の値を基準としてもよい。また、各気筒のばらつき量を表す値は、偏差Ｅｎ、Ｅｐｎ以外の値を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１  エンジン本体
４  燃料噴射弁
５  筒内圧センサ
７  シリンダ
Ｅｎ  偏差
Ｅｐｎ  偏差
Ｑｂ  基本噴射量
Ｑｆ  燃料噴射量
Ｐｉｎ  図示平均有効圧力
ｋ  重み係数
【図１】
2011052616.tif 000003
【図２】
2011052616.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011052616.tif 000008
【図７】
2011052616.tif 000009