(57)【要約】【課題】誤差の少ない燃料噴射量を供給する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵが有する運転状態検出手段により検出された運転状態が所定の定常状態、つまり、燃圧のモード変更がなく、かつ、アクセル開度若しくは要求噴射量の変化が所定範囲内である場合、圧力センサにより燃料噴射期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ２にサンプリングされた燃圧の総和から各々の平均値Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ２を算出すると共に、＃１気筒の時（２噴射周期前）に算出した燃圧の平均値Ｐ１に基づいて、＃４気筒の燃料噴射弁の燃料噴射期間Ｔ４を補正する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ポンプにより燃料が供給されるデリバリパイプと、
前記デリバリパイプの燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
前記デリバリパイプ内の燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の噴射パルスの立ち上がりから所定期間の燃料圧力を、前記燃料圧力検出手段によりサンプリングする燃料圧力サンプリング手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とを備え、
前記運転状態検出手段により検出された運転状態が所定の定常状態である場合、
前記燃料圧力検出手段によりサンプリングされた燃料圧力の平均値を算出すると共に、所定周期前に算出した前記燃料圧力の平均値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射期間を補正する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】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記所定期間は、前記燃料噴射弁の噴射パルス幅と同等、又は、長いものであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記所定期間は、クランク角５０°以上の期間、又は、噴射パルス幅にクランク角２０°を加えた期間以上の期間であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記所定の定常状態は、前記デリバリパイプに設定される燃料圧力の変更がなく、かつ、前記燃料噴射弁への要求噴射量の変化が所定値以内、若しくは、前記内燃機関に設けられたアクセルの開度の変化が所定値以内であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒の内燃機関における蓄圧式の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の複数の気筒に燃料を供給する装置として、蓄圧式の燃料噴射制御装置が従来から知られている。これは、燃料の蓄圧配管となるデリバリパイプに、ポンプ等を用いて燃料を高圧で蓄圧し、デリバリパイプに接続された燃料噴射弁を開弁することで、内燃機関の各気筒に燃料を噴射するものである。又、デリバリパイプ内に畜圧する燃料の圧力を可変とすることで、幅広い燃料噴射量の制御を可能としている（可変燃圧システム）。
【０００３】
このような燃料噴射制御を行う場合、脈動による燃料の圧力（以下、燃圧と略す。）の変化が次の燃料噴射に影響を及ぼすため、圧力変化に応じた燃圧を求める手段として、燃料噴射中の燃圧の低下量に着目し、噴射パルス信号の立ち上がりと立ち下がりとに同期して燃圧をサンプリングして、燃圧の変化、すなわち、低下量を求め、これに基づいた燃料噴射量を制御することで、燃料噴射の制御を行う技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１８９２５５号公報（第３−５頁、第１−４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に示された従来技術では、デリバリパイプでの燃圧を測定する場合、デリバリパイプの形状、長さ、厚み等により、燃圧に微小振動が起きたりするうえ、特に、燃圧の噴射時期による脈動共振時や内燃機関の高回転時には、燃圧に大きな脈動幅が生じたりすることがあり、燃料噴射パルス信号の立ち上がりと立ち下がりに同期した２点の測定値からの平均では、安定した燃圧が測定できず、燃料噴射量に誤差が生じるおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、誤差の少ない燃料噴射量を供給する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、
燃料タンクから高圧ポンプにより燃料が供給されるデリバリパイプと、
デリバリパイプに設けられ、デリバリパイプ内の燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
デリバリパイプに設けられ、デリバリパイプ内の燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
燃料噴射弁の噴射パルスの立ち上がりから所定期間の燃料の圧力を、燃料圧力検出手段によりサンプリングする燃料圧力サンプリング手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とを備える。
運転状態検出手段により検出された運転状態が所定の定常状態である場合、
燃料圧力検出手段によりサンプリングされた燃料の圧力の総和から平均値を算出すると共に、所定周期前に算出した燃料の圧力の平均値に基づいて、燃料噴射弁の燃料噴射期間を補正する。
所定周期としては、例えば、高圧ポンプがカム山を２つ有し、内燃機関の１回転に対して１／２回転して同期駆動される場合、２噴射周期（２行程周期）となり、算出された２噴射周期前の燃料の圧力の平均値に基づいて、燃料噴射弁の燃料噴射期間を補正する。
【０００８】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、
上記内燃機関の燃料噴射制御装置において、
所定期間が、燃料噴射弁の噴射パルス幅（燃料噴射期間）と同等、又は、長いものであり、具体的には、クランク角５０°以上の期間、若しくは、噴射パルス幅にクランク角２０°を加えた期間以上の期間である。
つまり、燃料の圧力のサンプリングを、燃料噴射期間に相当する期間において、できるだけ多数回行なうようにしている。
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、
上記内燃機関の燃料噴射制御装置において、
所定の定常状態が、デリバリパイプに設定される燃料圧力の変更がなく、かつ、燃料噴射弁への要求噴射量の変化が所定値以内、若しくは、内燃機関に設けられたアクセルの開度変化が所定値以内であることであり、アクセル開度センサによるアクセル開度、クランク角センサによる内燃機関の回転数等を検出することで、内燃機関の負荷状態を検出して、運転状態が定常状態であるかを判断する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関であるエンジンには、複数の気筒１（本実施例の場合、４気筒）が設けられており、各気筒に対して燃料噴射弁２が配設されている。燃料噴射弁２は、各燃料噴射弁２に共通の蓄圧配管となるデリバリパイプ３に設けられており、デリバリパイプ３内に蓄圧された燃料が、燃料噴射弁２を開弁することで、燃料が噴射されて、各気筒へ燃料が供給されることとなる。
【００１２】
デリバリパイプ３は、供給配管４、逆止弁５を介して、高圧ポンプ６の吐出ポート６ａに接続されており、高圧ポンプ６により高圧で供給される燃料は、供給配管４を通過してデリバリパイプ３へ供給され、逆止弁５により高圧の燃料が逆流しないようにしている。そのため、デリバリパイプ３内には比較的高圧の燃料が蓄積され、連続的な燃料噴射を各燃料噴射弁２により行うことができる。又、高圧ポンプ６は、吸入ポート６ｂに接続された吸入配管７を介して、燃料タンク８に接続され、吸入配管７の途中には高圧ポンプ６に燃料を供給するフィードポンプ９が設けられている。
【００１３】
高圧ポンプ６には、エンジンの回転と同期して回転する駆動カム１０が設けられており、駆動カム１０により高圧ポンプ６のプランジャ１１が往復運動させられて、要求される所定圧まで上昇させられる。高圧ポンプ６の吸入側には、調量電磁弁１２が設けられており、この調量電磁弁１２が開状態であるとき、燃料タンク８から低圧の燃料が高圧ポンプ６のシリンダ内に導入され、余分な燃料はシリンダ内から吸入配管７へ戻る。この調量電磁弁１２が閉状態になった後、駆動カム１０によりプランジャ１１が押されて、シリンダ内の燃料が加圧されて、デリバリパイプ３へ吐出される。なお、ここでは、一例として、高圧ポンプ６の駆動カム１０がカム山を２つ有し、エンジンの１回転に対して１／２回転して同期駆動されるものとする。
【００１４】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、電子制御装置）１３は、プログラムに従って演算を行い、各機器の制御を行うＣＰＵと、プログラムやデータ、演算結果を記録するＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶領域と、信号の入出力を行うインターフェース、タイマカウンタ等を有するものである。ＥＣＵ１３には、デリバリパイプの燃料の圧力を検出する圧力センサ１４（燃料圧力検出手段）、内燃機関のクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ１５、内燃機関のアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１６等により検出された信号が入力され、これらの検出信号に基づいて、調量電磁弁１２が制御されて、高圧ポンプ６からの燃料の吐出量、すなわち、燃料の吐出圧力が制御され、更に、各燃料噴射弁２での噴射パルス幅が制御されて、各気筒２への燃料噴射量が制御される。
【００１５】
又、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁２の噴射パルスの立ち上がりから所定期間の燃料の圧力を、圧力センサ１４によりサンプリングする燃料圧力サンプリング手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とを備えており、運転状態検出手段により検出された運転状態が所定の定常状態と判断されれば、燃料圧力サンプリング検出手段を用いて、燃料噴射弁２の噴射パルスの立ち上がりから所定期間の燃料の圧力をサンプリングする。
【００１６】
上記内燃機関の噴射制御装置のハードウェア上の構成は、従来と略同等のものであるが、本発明では、デリバリパイプ３内の燃料の圧力変動を考慮して、要求噴射量に対して、できるだけ誤差が少なくなる燃料噴射量を制御するようにしたことが特徴である。そこで、本発明に係る燃料噴射の制御手段を、図２、図３を用いて、詳細に説明する。
【００１７】
図２は、本発明に係る内燃機関の噴射制御装置での制御の一例を示すタイムチャートであり、図３は、フローチャートである。
ここでは、一例として、３６歯のクランク角センサを用い、ＣＡ（クランク角）１０°毎に燃圧を測定しているが、一定時間や他のクランク角毎に測定をしてもよい。
【００１８】
エンジンの運転状態が所定の定常状態である場合には、高圧ポンプがカム山を２つ有し、エンジンの１回転に対して１／２回転して同期駆動されるので、図２に示すように、実際の燃圧の脈動変化は２噴射周期（２行程周期）毎に、同等の燃圧変化をするものとなる。つまり、燃料噴射期間の補正のための所定周期としては２噴射周期を用い、算出された２噴射周期前の燃料噴射期間相当の燃圧の平均値に基づいて、次回の燃料噴射弁の燃料噴射期間を補正すればよい。
【００１９】
ここで、エンジンの運転状態が所定の定常状態とは、以下の状態とする。
１）デリバリパイプの設定燃圧の変更がなく、かつ、アクセルの開度変化が所定値以内である。
２）デリバリパイプの設定燃圧の変更がなく、かつ、要求噴射量の変化が所定値以内である。
【００２０】
デリバリパイプの設定燃圧は、エンジンの回転数及び負荷（アクセル開度）により決定され（ＥＣＵが有するマップデータにより決定される。）、所定範囲内の回転数及び負荷であれば、一定の設定燃圧が用いられ、デリバリパイプに燃料が供給されて、燃料噴射制御が行われる。又、他の所定範囲内の回転数及び負荷であれば、他の一定の設定燃圧に変更されて、燃料噴射制御が行われる。これは、噴射圧モード変更と呼ばれており、エンジンの回転数及び負荷に応じて、例えば、５ＭＰａ、７ＭＰａ、１１ＭＰａ等の設定燃圧に変更する。
【００２１】
又、所定値以内のアクセルの開度変化とは、２噴射周期前行程と現行程の開度変化が５％以内であることであり、所定値以内の要求噴射量の変化とは、前行程と現行程の開度変化が５％以内であることである。なお、要求噴射量は、負荷や回転数等によるエンジンの運転状況に応じて、総合的に決定される。
【００２２】
次に、具体的な燃圧サンプリングと燃料噴射の制御方法を説明する。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、燃圧のサンプリングルーチンでは、エンジンの運転状態が、上記の定常状態であるかどうかで異なる（ステップＳ１）。
定常状態と判断されれば、ステップＳ２へ進み、定常状態でないと判断されれば、ステップＳ６へ進む。
【００２４】
エンジンの運転状態が定常状態であれば、燃料の噴射開始をトリガーに燃圧のサンプリングを始める（ステップＳ２）。具体的には、燃料噴射開始直後のクランク角センサからのＳＧＴ信号を始めとして、少なくともクランク角５０°の期間、又は、噴射パルス幅にクランク角２０°を加えた期間以上の期間で燃圧のサンプリングを行なう（ステップＳ３）。例えば、クランク角５０°以上の期間で、クランク角１０°毎にサンプリングする場合には、少なくとも５回以上サンプリングすることとなる。燃料噴射中には、燃圧の変動が有り、特に、開始時及び終了時にその変動が大きくなるおそれがあるが、できるだけ多数回のサンプリングを行ない、それらの平均値を求めることで、安定した燃圧を用いて燃料の噴射パルス幅を演算することができる。
【００２５】
噴射開始から所定時間の間サンプリングが行われ、サンプリングされた燃圧の総和から平均値Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ２が求められる（ステップＳ４、Ｓ５）。この燃圧の平均値が所定周期後、本実施例の場合、２噴射周期目の燃料噴射量の補正に用いられる。なお、噴射開始後からの所定時間としては、噴射パルス幅相当の時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ２が望ましい。又、ＳＧＴ信号のタイミング等によっては、噴射パルス幅より長い時間でもよい。
【００２６】
エンジンの運転状態が定常状態でなければ、通常の燃圧のサンプリング及びそれらの平均値の算出が行われる。具体的には、１行程間の燃圧のサンプリングを行ない、それらの総和の平均値を求める（ステップＳ６）。
【００２７】
又、燃料噴射ルーチンも、図３（ｂ）に示すように、エンジンの運転状態が、上記の定常状態であるかどうかで異なる（ステップＳ１１）。
定常状態と判断されれば、ステップＳ１２へ進み、定常状態でないと判断されれば、ステップＳ１４へ進む。
【００２８】
エンジンの運転状態が定常状態であれば、所定周期前、本実施例の場合、２噴射周期前の燃料噴射期間に相当するサンプリング燃圧の総和平均から燃料の噴射パルス幅を演算して求める。具体的には、図２を参照すると、＃１気筒の燃料噴射期間Ｔ１の時に求めた燃圧平均Ｐ１は、＃４気筒の燃料の噴射パルス幅Ｔ４の演算のために用い、＃３気筒の燃料噴射期間Ｔ３の時に求めた燃圧平均Ｐ３は、＃２気筒の燃料の噴射パルス幅Ｔ２の演算のために用いる（ステップＳ１２）。これらの演算は、燃料の噴射量演算時ａに、次の行程の演算が行われている。そして、演算された噴射パルス幅を用いて燃料噴射が実行され（ステップＳ１３）、要求噴射量に対して誤差の少ない実際の燃料噴射量が制御されることとなる。
【００２９】
エンジンの運転状態が定常状態でなければ、通常の燃圧噴射が実行される。具体的には、１行程間にサンプリングした燃圧の総和から求めた平均値に基づいて燃料の噴射パルス幅を演算して求め（ステップＳ１４）、演算された噴射パルス幅を用いて燃料噴射が実行される（ステップＳ１３）。
【００３０】
上記の燃料噴射制御を用いれば、要求噴射量に対する実際の燃料噴射量の誤差だけではなく、所定周期前の燃圧平均を用いているため、気筒間の誤差も小さくすることができた。又、定常状態と判断される範囲ではあるが、アクセル開度等が変化した場合にも、その変化に対応して適切な燃料噴射量を演算することも可能となる。
【００３１】
更に、燃料噴射の開始時期が気筒間で異なる場合や分割噴射を行なう場合でも、上記の燃料噴射制御と同等の制御を行なうことで、要求噴射量に対して誤差の少ない実際の燃料噴射量を制御することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、燃料噴射制御に使用される燃圧を、所定期間にサンプリングした燃圧の平均値を用いて補正するので、要求噴射量に対する実際の燃料噴射量の誤差を低減させることができる。そのため、要求噴射量と同等の燃料噴射量が内燃機関に供給されることとなり、出力の向上、燃費の向上を図ることができると共に、触媒等の排出ガス対策装着品が適切に作用して、排出ガスの低減が図れ、更に、触媒等の排出ガス対策装着品の耐久性の向上を図ることができる。
【００３３】
請求項２に係る発明によれば、燃料噴射時期に応じた所定期間中に多数のサンプリングを行なうことで、燃圧の平均値を求めているので、デリバリパイプでの燃圧の微小振動の影響を抑えて安定した燃圧を求めることができ、又、平均化された燃圧自体があいまいな成分を持っているため、運転の定常状態、例えば、アクセル開度等に幅を持たせることができる。
【００３４】
請求項３に係る発明によれば、運転状態が所定の定常状態であるので、燃圧（脈動）変化が所定周期毎に同じ変化を繰り返すため、所定周期前にサンプリングした燃圧を用いて燃料噴射量を補正することで、複雑な演算の必要もなく、単純な演算で、精度の高い補正を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の噴射制御装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す内燃機関の噴射制御装置での制御の一例を示すタイムチャートである。
【図３】図１に示す内燃機関の噴射制御装置での制御の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    気筒
２    燃料噴射弁
３    デリバリパイプ
４    供給配管
５    逆止弁
６    高圧ポンプ
６ａ  吐出ポート
６ｂ  吸入ポート
７    吸入配管
８    燃料タンク
９    フィードポンプ
１０  駆動カム
１１  プランジャ
１２  調量電磁弁
１３  ＥＣＵ
１４  圧力センサ
１５  クランク角センサ
１６  アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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