(57)【要約】【課題】筒内圧力の適合値からのずれに応じて燃料の噴射圧力を変化させて着火遅れ期間の変化に伴う不都合を解消できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】運転状態に応じて定められた筒内圧力の適合値に対応する目標値に基づいて燃料噴射弁９から筒内への燃料噴射時期が制御される内燃機関１に適用される燃料噴射制御装置１３において、筒内圧力の現在値を取得し、その現在値の適合値に対する偏差に基づいて、偏差に応じた着火遅れ期間の変化を打ち消す方向に燃料噴射弁の燃料噴射圧力を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態に応じて定められた筒内圧力の適合値に対応する目標値に基づいて燃料噴射弁から筒内への燃料噴射時期が制御される内燃機関に適用される燃料噴射制御装置において、
筒内圧力の現在値を取得する筒内圧力取得手段と、
前記筒内圧力取得手段による前記筒内圧力の現在値の前記適合値に対する偏差に基づいて、前記偏差に応じた着火遅れ期間の変化を打ち消す方向に前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を制御する噴射圧制御手段と、
を備えた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】
前記噴射圧制御手段は、前記現在値が前記適合値より低いときは前記燃料噴射圧が上昇するように前記噴射圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関には過給器が設けられ、前記噴射圧制御手段は前記過給器の応答遅れに伴って発生する前記筒内圧力の前記偏差に基づいて、前記噴射圧力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記筒内圧力取得手段は、前記筒内圧力として、圧縮端における筒内圧力を取得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、筒内圧力の適合値からのずれを考慮した燃料噴射制御を行う内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の運転制御においては、予め用意されたマップを利用して機関の運転状態に応じた燃料噴射時期の目標値を取得し、その目標値に従って燃料噴射弁の燃料噴射動作を制御することが一般に行われている。燃料噴射時期の目標値は、負荷と回転数とを所定値に固定した定常状態で内燃機関を運転しつつ、燃料噴射時期を変化させてその定常状態における噴射時期の最適値を検出するというベンチ適合試験を複数の代表的な負荷及び回転数に関して実施することにより求められている。
【０００３】
ところが、ターボチャージャが設けられた内燃機関の場合、過給圧の応答遅れにより、ベンチ適合試験にて燃料噴射時期の目標値を取得した際に与えられていた筒内圧力の値（これを適合値という。）に対して実際の筒内圧力がずれた過渡状態が生じることがある。さらに、自着火式のディーゼルエンジンにおいては、燃料の噴射開始から着火までの着火遅れ期間が筒内圧力によって変化し、筒内圧力が低いほど着火遅れ期間は長くなる。従来の燃料噴射時期の目標値はこのような過渡状態を考慮せずに決定されており、筒内圧力が適合値よりも低い過渡状態であっても燃料噴射時期を目標値通りに制御すれば着火時期が遅くなり、その結果としてエンジンの出力トルクの低下、燃費悪化、失火等の不都合が生じる。
【０００４】
着火遅れ期間と燃料噴射圧力とを関連付けて制御する技術としては、エンジンの圧縮端温度や圧縮端圧力から着火遅れ期間を算出し、得られた着火遅れ期間内に燃料の噴射が完了するように燃料噴射圧力を制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１４８４１２号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の技術は着火遅れ期間に合わせて燃料の噴射期間を増減させるために燃料噴射圧力を調整しているに過ぎず、着火遅れ期間そのものが制御されているわけではない。例えば着火遅れ期間が長いときは燃料噴射圧力を下げて燃料噴射期間を延ばしている。しかしながら、筒内圧力が適合値よりも低い過渡状態では着火遅れ期間が長くなっており、その状態でさらに燃料噴射圧力を低下させると噴射された燃料粒の微細化が進まず、その結果、混合気の形成が遅れて着火遅れ期間がさらに長くなる。従って、燃料噴射時期が定常状態のそれと同じままでは着火時期がさらに遅くなり、上述したトルクの低下等の不都合は何等改善されず、却って悪化するおそれがある。
【０００７】
なお、筒内圧力の適合値からのずれは、ターボチャージャー以外の過給器が設けられていても応答遅れがある限りは発生する。また、吸気弁等の動弁特性（開閉時期や作用角）の応答遅れによっても筒内圧力が適合値からずれることがあり、さらに内燃機関が置かれている高度、気圧によっても筒内圧力が適合値からずれることがある。このような場合のいずれにおいても、上述した着火遅れ期間の問題は生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、筒内圧力の適合値からのずれに応じて燃料の噴射圧力を適切に変化させて着火遅れ期間の変化に伴う不都合を解消でき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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、運転状態に応じて定められた筒内圧力の適合値に対応する目標値に基づいて燃料噴射弁から筒内への燃料噴射時期が制御される内燃機関に適用される燃料噴射制御装置において、筒内圧力の現在値を取得する筒内圧力取得手段と、前記筒内圧力取得手段による前記筒内圧力の現在値の前記適合値に対する偏差に基づいて、前記偏差に応じた着火遅れ期間の変化を打ち消す方向に前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を制御する噴射圧制御手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【００１０】
この発明によれば、筒内圧力の偏差に応じた着火遅れ期間の変化を打ち消すように燃料圧力を制御するので、筒内圧力の現在値が適合値よりも低下した過渡状態において、着火遅れ期間が延びることによるトルク低下等の不都合といった問題を解消することができる。また、筒内圧力の現在値が適合値よりも高い過渡状態においても着火遅れ期間が不適切に短くなるおそれを解消することができる。
【００１１】
本発明の燃料噴射制御装置において、前記噴射圧制御手段は、前記現在値が前記適合値より低いときは前記燃料噴射圧が上昇するように前記噴射圧力を制御してもよい（請求項２）。筒内圧力が現在値よりも低い場合には筒内の空気量が減少して燃料と酸素とが十分に混ざり合うまで時間がかかり、着火遅れ期間が増大する。その一方で、燃料噴射圧が高くなれば燃料の微細化が促進され、燃料が酸素と混ざり易くなって着火遅れ期間が短縮されるようになる。従って、筒内圧力の現在値の低下に伴う着火遅れ期間の増加が燃料噴射圧の制御によって打ち消される。
【００１２】
本発明の燃料噴射制御装置において、前記内燃機関には過給器が設けられ、前記噴射圧制御手段は前記過給器の応答遅れに伴って発生する前記筒内圧力の前記偏差に基づいて、前記噴射圧力を制御してもよい（請求項３）。過給器には応答遅れがあり、その応答遅れが生じている過渡期間は筒内圧力が定常運転時の筒内圧力（適合値）からずれる。このような傾向は排気エネルギを利用するターボチャージャーにおいて顕著である。本発明の燃料噴射圧の制御をこうした過給器の応答遅れに対応して実施すれば、過給圧が上昇又は低下する過渡期においても内燃機関の運転状態を良好に維持できる利点がある。
【００１３】
本発明の燃料噴射制御装置において、前記筒内圧力取得手段は、前記筒内圧力として、圧縮端における筒内圧力を取得してもよい（請求項４）。圧縮端における筒内圧力が着火遅れ期間に対して最も相関性が高くなるからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の燃料噴射制御装置の一実施形態を示している。内燃機関は４つのシリンダ２が直線的に並べられた直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称することがある。）１として構成され、その吸気通路３と排気通路４との間にはターボチャージャー５が配置されている。ターボチャージャー５のコンプレッサ５ａよりも下流の吸気通路３にはインタークーラー６、スロットルバルブ７が設けられ、ターボチャージャー５のタービン５ｂよりも下流の排気通路４には排気浄化装置８が設けられている。
【００１５】
エンジン１にはシリンダ２に１：１に対応付けて燃料噴射弁９が設けられている。各燃料噴射弁９はコモンレール１０に接続され、そのコモンレール１０にはポンプ１１から送出された燃料がプレッシャレギュレータ１２の設定圧に調整されて導かれる。コモンレール１０に蓄えられた燃料は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）１３からの指示に従って燃料噴射弁９が開かれることによりシリンダ２内に噴射される。
【００１６】
ＥＣＵ１３はマイクロプロセッサやその主記憶装置としてのＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶された各種のプログラムに基づいてエンジン１の運転状態の制御に必要な各種の処理を実行する。典型的な処理の一つとして、ＥＣＵ１３はエアフローメータ１４が検出する吸入空気量とクランク角センサ１５が検出するエンジン回転数（回転速度）とに基づいて、各燃料噴射弁９から噴射すべき燃料量の基本値（基本燃料噴射量）を演算し、その演算された基本燃料噴射量を各種の運転パラメータに基づいて補正して燃料噴射量を決定する。また、ＥＣＵ１３はＲＯＭに格納されたマップに基づいてエンジン１の運転状態に対応した燃料噴射時期を取得し、決定された燃料噴射量がその取得された燃料噴射時期に噴射されるように燃料噴射弁９の燃料噴射動作を制御する。これらの燃料噴射弁９の制御は従来の公知のディーゼルエンジンと同様でよく、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００１７】
さらに、ＥＣＵ１３は図２に示す燃料噴射圧設定ルーチンを所定の周期で繰り返し実行してプレッシャレギュレータ１２の設定圧を制御することにより、本発明の燃料噴射制御装置として機能する。その燃料噴射圧設定ルーチンを実行するに際して、ＥＣＵ１３は筒内圧力取得手段として、吸気通路３に設けられた吸気圧センサ１６の出力を参照する。吸気圧センサ１６は吸気圧と筒内圧力との相関性がなるべく高くなる位置に設けることが望ましい。図１ではスロットルバルブ７の下流でサージタンク１７の付近に設けられている。なお、筒内圧力取得手段として、吸気圧センサ１６に代えて筒内圧力を直接検出する筒内圧センサを設けてもよい。
【００１８】
図２の燃料噴射圧設定ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３はまずステップＳ１で燃料の基本噴射圧を設定する。基本噴射圧は、ベンチ適合試験によりエンジン１の現在の運転状態に応じた最適値として求められた圧力であり、例えばＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶したマップからこれを取得することができる。現在の運転状態は例えばエンジン回転数と負荷とによって特定することができる。
【００１９】
続くステップＳ２において、ＥＣＵ１３はエンジン１の現在の運転状態に対応して目標吸気圧を設定する。ここで設定される目標吸気圧はエンジン１のベンチ適合試験にて現在の運転状態に対応して与えられる吸気圧の適合値であって、例えばＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されたマップから取得される。また、ここでは、吸気圧センサ１６の位置にて検出される圧力が対象となる。吸気圧センサ１６と筒内圧力との相関関係から、吸気圧センサ１６の位置における吸気圧は筒内圧力を代表する値と見なすことができる。
【００２０】
次に、ＥＣＵ１３はステップＳ３に進んで吸気圧センサ１６が検出する現在の吸気圧を取得する。続くステップＳ４において、ＥＣＵ１３は現在の吸気圧（現在値）からステップＳ２で設定した目標吸気圧（適合値）を減算することにより、吸気圧の偏差を求める。その後、ステップＳ５において吸気圧の偏差に対応した燃料噴射圧の補正量を図３に示すマップから取得する。図３のマップにおいては、吸気圧偏差が０のときに補正量が０であり、吸気圧偏差が０から負方向に増加するほど、つまり目標吸気圧に対して吸気圧の現在値が低下するほど噴射圧補正量が正方向に増加する。また、吸気圧偏差が０から正方向に増加するほど、つまり目標吸気圧に対して吸気圧の現在値が上昇するほど噴射圧補正量が負方向に増加する。
【００２１】
続くステップＳ６において、ＥＣＵ１３はステップＳ１で設定した基本燃料噴射圧にステップＳ５で求めた噴射圧補正量を加算して燃料噴射圧を求める。次のステップＳ７において、ＥＣＵ１３はプレッシャレギュレータ１２の設定圧をステップＳ６で求めた燃料噴射圧に設定する。以上により一回のルーチンを終える。
【００２２】
図２の燃料噴射圧設定ルーチンによれば、ターボチャージャー５の過給圧がベンチ試験において与えられる適合値に等しい定常運転状態の場合、吸気圧偏差が０となり、プレッシャレギュレータ１２の設定圧は基本燃料噴射圧の通りに設定される。これに対して、ターボチャージャー５による過給が遅れて吸気圧が適合値よりも低くなる過渡運転状態では、燃料噴射圧の補正量として正の値が与えられ、プレッシャレギュレータ１２の設定圧が基本燃料噴射圧よりも高くなる。従って、燃料噴射弁９からは基本燃料噴射圧よりも高い圧力で燃料が噴射される。吸気圧の現在値が適合値よりも低下すれば燃料の微粒化が遅れて着火遅れ期間が増加するが、その一方で、燃料噴射圧が上昇すればシリンダ２内に噴射された燃料の微粒化が促進され、燃料と酸素とが混ざり易くなって着火遅れ期間の増加が抑えられる。このため、過渡運転状態において燃料噴射時期が定常運転状態と同様に制御されたとしても着火時期の遅れは抑えられる。
【００２３】
一方、吸気圧が適合値よりも高くなる過渡運転状態では、燃料噴射圧の補正量として負の値が与えられ、プレッシャレギュレータ１２の設定圧が基本燃料噴射圧よりも低くなる。従って、燃料噴射弁９からは基本燃料噴射圧よりも低い圧力で燃料が噴射される。吸気圧の現在値が適合値よりも上昇すればシリンダ２内の酸素量が増加して酸素と燃料とがより早く混ざり合い、それにより着火遅れ期間が短くなるが、その一方で、燃料噴射圧が低下すれば燃料の微細化が相対的に遅れて着火遅れ期間の短縮が抑えられる。これにより、着火時期が不適切に短くなるおそれがなくなる。
【００２４】
このように、本実施形態では、吸気圧の適合値に対する現在値の偏差に伴う着火遅れ期間の増加を打ち消す方向に燃料噴射圧を補正しているので、吸気圧が適合値からずれる過渡運転状態であっても燃料の着火時期を適正に維持してトルク低下等の不都合を排除することができる。
【００２５】
以上の実施形態では、ステップＳ３の処理によってＥＣＵ１３が筒内圧力取得手段として機能し、ステップＳ４〜Ｓ６の処理によってＥＣＵ１３が噴射圧制御手段として機能する。なお、実施形態では筒内圧力を吸気圧で代表して取得しているが、筒内圧力センサを設けて筒内圧力を直接検出してもよい。筒内圧力を吸気圧以外の物理量に置き換えて検出してもよい。例えば吸入空気量及び吸気温度の検出値に基づいて筒内圧力を演算してもよい。ターボチャージャー５の回転数と吸入空気量とから過給圧を演算して筒内圧力を推定してもよい。いずれにせよ、本発明における筒内圧力取得手段は、筒内圧力を直接的に検出する手段に限らず、筒内圧力をこれに相関する他の物理量に置換して検出し、あるいは筒内圧力に相関する他の物理量から筒内圧力を演算する各種の手段を含めることができる。また、筒内圧力を検出し、あるいは演算する場合、その筒内圧力としては着火遅れ期間に最も相関性の高い圧縮端における筒内圧力を用いることが望ましい。
【００２６】
以上の実施形態では、ターボチャージャー５の応答遅れによって吸気圧に偏差が生じる場合を例に挙げて説明したが、本発明はターボチャージャーの応答遅れに対応して燃料噴射圧を補正するものに限定されず、各種の要因に基づく筒内圧力の適合値からのずれに対応して燃料噴射圧を補正してよい。例えば、ターボチャージャー以外の過給器の応答遅れ、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングや作用角といった動弁特性を変化させる可変動弁機構の応答遅れ、筒内圧力に影響する高度又は気圧のベンチ適合試験における環境との相違等が要因となる筒内圧力のずれに対応して、本発明の燃料噴射圧の制御を適用してよい。
【００２７】
本発明において、燃料噴射制御装置はプレッシャレギュレータのような圧力調整手段を操作するものに限定されず、燃料噴射圧を制御できるものであれば適宜にこれを使用してよい。例えば、ポンプの操作やコモンレールに蓄えられた燃料の温度の操作によって燃料噴射圧を調整することも可能である。
【００２８】
本発明はコモンレール式のディーゼルエンジンに限らず、他の形式のディーゼルエンジンにも適用できる。さらには、火花点火式の直噴式ガソリンエンジンにおいても、筒内圧力の偏差に応じた初期燃焼期間の変化を着火遅れ期間の変化の一態様と捉えることにより本発明の燃料噴射圧の制御を適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、筒内圧力の偏差に応じた着火遅れ期間の変化を打ち消すように燃料圧力を制御しているので、筒内圧力の現在値が適合値よりも低下し、あるいは上昇する過渡状態において着火遅れ期間が長期化し、又は短くなることによる不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】図１のＥＣＵを燃料噴射制御装置として機能させるための燃料噴射圧設定ルーチンを示すフローチャート。
【図３】図２の燃料噴射圧設定ルーチンにて参照される吸気圧偏差と燃料噴射圧の補正量とを対応付けたマップを示す図。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  シリンダ
３  吸気通路
４    排気通路
５  ターボチャージャー（過給器）
８  排気浄化装置
９  燃料噴射弁
１０  コモンレール
１１  ポンプ
１２  プレッシャレギュレータ
１３  エンジンコントロールユニット（燃料噴射制御装置）
１４  エアフローメータ
１５  クランク角センサ
１６  吸気圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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