(57)【要約】【課題】ドライバビリティを損なうことなく、指令噴射量に対するインジェクタ通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差（τＱ誤差）を学習できるようにする。【解決手段】燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すトルク感度データを予め記憶しておく。τＱ誤差の学習を行う場合には、燃料噴射を前段と後段に分けて等噴射量ずつ実行する。その際、目標空燃比に基づいて各段の指令噴射量を決定するとともに、目標のトルクが得られるように各段の噴射時期をトルク感度データに基づいて決定する。そして、決定された指令噴射量と噴射時期とに従って各段の燃料噴射を実行し、そのときの実空燃比を空燃比センサにより計測する。そして、目標空燃比と実空燃比とのずれに基づいてτＱ誤差を学習する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令噴射量に対するインジェクタ通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
燃料噴射を前段と後段に分けて等噴射量ずつ実行する多段噴射実行手段と、
目標空燃比に基づいて各段の指令噴射量を決定する指令噴射量決定手段と、
燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータを記憶したデータ記憶手段と、
目標のトルクが得られるように各段の噴射時期を前記データに基づいて決定する噴射時期決定手段と、
決定された指令噴射量と噴射時期とに従って各段の燃料噴射を実行する燃料噴射実行手段と、
前記目標空燃比と空燃比センサにより計測される実空燃比とに基づいて前記誤差を学習する誤差学習手段と、
を備え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】
前記噴射時期決定手段は、前段の噴射時期は固定若しくは進角側にのみ変化させ、目標のトルクが得られるように後段の噴射時期を調整することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記誤差の学習を行う場合には、学習の回ごとに前記目標空燃比をリーン側から徐々にストイキ側に変更していく目標空燃比変更手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
少なくとも燃料圧力、及び指令噴射量に関連付けて前記誤差の学習値を記憶する学習値記憶手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の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、指令噴射量に対するインジェクタ通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料噴射制御では、予め確認されたインジェクタ通電時間と燃料噴射量との関係に基づいて、指令噴射量からインジェクタ通電時間が決定されている。ところが、インジェクタには、製品毎の個体差や使用過程での経時変化によるばらつきが存在する。このようなばらつきの存在は、指令噴射量に対するインジェクタ通電時間の設定にずれ（τＱずれ）を生じさせる原因となる。τＱずれが生じた場合には、指令噴射量と実噴射量との間に誤差（τＱ誤差）が発生してしまう。
【０００３】
燃料噴射量のτＱ誤差は、多段噴射における各段の噴射量にも影響する問題である。この問題に関し、特開２０１０−０７１１８７号公報には、多段噴射の場合におけるτＱ誤差の学習方法について記載されている。この公報に記載の方法によれば、τＱ誤差を学習する場合には、１サイクル当たりの噴射量を等分したものを各段の噴射量として設定し、多段噴射を実施する。そして、そのときの実エンジン回転速度が目標エンジン回転速度になるように１サイクル当たりの噴射量を補正し、その補正量を噴射回数で割った値を各段の１噴射当たりの誤差、すなわち、τＱ誤差として学習する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７１１８７号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３０４３号公報
【特許文献３】特開昭６３−１５４８３２号公報
【特許文献４】特開２００２−０２１６１６号公報
【特許文献５】特開２００９−２７９９８７号公報
【特許文献６】特開２００６−１２５３７１号公報
【特許文献７】特開平０４−２０３４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２０１０−０７１１８７号公報に記載されている方法には、次のような問題がある。単位噴射量当たりの出力トルク、すなわち、トルク感度は、燃料の噴射時期によって異なっている。このため、各段の噴射時期はそのままで単純に噴射量を等分しただけでは、噴射時期ごとのトルク感度の違いの影響で出力トルクに増減が生じてしまう。つまり、上記公報に記載の方法では、τＱ誤差の学習時にドライバビリティが悪化してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ドライバビリティを損なうことなく、指令噴射量に対するインジェクタ通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習することの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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、指令噴射量に対するインジェクタ通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差を学習する内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射を前段と後段に分けて等噴射量ずつ実行する多段噴射実行手段と、目標空燃比に基づいて各段の指令噴射量を決定する指令噴射量決定手段と、燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータを記憶したデータ記憶手段と、目標のトルクが得られるように各段の噴射時期を前記データに基づいて決定する噴射時期決定手段と、決定された指令噴射量と噴射時期とに従って各段の燃料噴射を実行する燃料噴射実行手段と、前記目標空燃比と空燃比センサにより計測される実空燃比とに基づいて前記誤差を学習する誤差学習手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記噴射時期決定手段は、前段の噴射時期は固定若しくは進角側にのみ変化させ、目標のトルクが得られるように後段の噴射時期を調整することを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記誤差の学習を行う場合には、学習の回ごとに前記目標空燃比をリーン側から徐々にストイキ側に変更していく目標空燃比変更手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１０】
そして、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、少なくとも燃料圧力、及び指令噴射量に関連付けて前記誤差の学習値を記憶する学習値記憶手段をさらに備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明では、トルクやエンジン回転数の目標からのずれではなく、目標空燃比と実空燃比とのずれに基づいてτＱ誤差の学習が行なわれる。しかも、τＱ誤差を学習する際の各段の噴射時期は、燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータに基づいて目標のトルクが得られるように決定される。このため、第１の発明によれば、τＱ誤差の学習に伴ってドライバビリティが損なわれることがない。
【００１２】
第２の発明によれば、前段で噴射した燃料が高い筒内温度にさらされる機会を保障することができるので、噴射した燃料の失火によるドライバビリティの悪化を防止することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、空燃比センサには、ストイキから外れるほど誤差が大きくなり、特にリッチ側での誤差が大きいという出力特性があるが、そのような出力特性がτＱ誤差の学習に与える影響を小さくして、τＱ誤差の学習精度を高めることができる。
【００１４】
第４の発明によれば、τＱ誤差の学習値の効率的なデータベース化によって、取得すべき学習値の個数を必要最小限に抑えることができる。このため、学習回数を低減することができるだけでなく、学習値を記憶しておくための記憶容量を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態のエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図２】τＱ誤差の学習のための多段噴射の設定について示す図である。
【図３】燃料の噴射時期とトルク感度との関係について示す図である。
【図４】Ａ／Ｆセンサの出力誤差とＡ／Ｆとの関係について示す図である。
【図５】τＱ誤差の学習のための目標Ａ／Ｆの設定について示す図である。
【図６】τＱ誤差の学習値の記憶方法について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態のエンジンシステムの概略構成を示す図である。本実施の形態のエンジンシステムは、燃料の多段噴射が可能なコモンレール式のディーゼルエンジン（以下、エンジン）２を備えている。エンジン２は、図示しない燃料ポンプから加圧燃料の供給を受けるコモンレール１０を有している。コモンレール１０に蓄えられている加圧燃料は、エンジン２の各気筒４に設けられたインジェクタ１２に燃料パイプを介して供給され、インジェクタ１２の開弁によって気筒４の内部に直接噴射される。
【００１８】
コモンレール１０には、その内部の燃料圧力を計測するための燃料圧力センサ１８が取り付けられている。また、エンジン２の吸気通路６には、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ１４が取り付けられ、エンジン２の排気通路８には、排気ガスの空燃比（以下、Ａ／Ｆ）を計測するための空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサ）１６が取り付けられている。燃料圧力センサ１８、エアフローメータ１４、及びＡ／Ｆセンサ１６の各信号は、図示しない他のセンサからの信号とともにＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、それらの信号によってエンジン２の状態やエンジン２が置かれている環境条件を知る。そして、エンジン２の状態が目標とする状態になるように、所定のプログラムに従ってインジェクタ１２を含む様々なアクチュエータを操作する。
【００１９】
本実施の形態のエンジンシステムにおいて、ＥＣＵ２０はエンジン２の燃料噴射制御装置として機能する。ＥＣＵ２０が燃料噴射制御装置として機能する場合、ＥＣＵ２０は以下に説明するような方法にてインジェクタ１２が有するτＱ誤差の学習を行う。τＱ誤差とは、指令噴射量に対するインジェクタ１２の通電時間の設定のずれによって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差であり、インジェクタ１２の個体差や使用過程での経時変化に起因している。なお、τＱ誤差の学習は、触媒の浄化性能を回復させるためのリッチ制御が行われる際、その開始に先立って行われる。
【００２０】
図２は、τＱ誤差の学習のための多段噴射の設定について示す図である。コモンレール式のディーゼルエンジンであるエンジン２は、図２の（ａ）に示すように、前段のメイン噴射と後段のアフター噴射とに分けて燃料を多段噴射することができる。通常の多段噴射では、前段のメイン噴射における燃料噴射量は少なく、後段のアフター噴射における燃料噴射量は多くなるように各段の指令噴射量の設定がなされている。なお、後段の指令噴射量に関しては、ＥＣＵ２０は、うねり誤差の学習値によって指令噴射量を補正している。うねり誤差は、多段噴射時の燃料圧力の脈動によって生じる指令噴射量と実噴射量との誤差である。ＥＣＵ２０は、τＱ誤差の学習に先立ってうねり誤差を学習し、その学習値を記憶している。
【００２１】
このような多段噴射が行われている中でτＱ誤差の学習条件が整った場合、ＥＣＵ２０は、多段噴射における指令噴射量と噴射時期の各設定をτＱ誤差の学習用に変更する。図２の（ｂ）に示す多段噴射の設定が、τＱ誤差の学習用の設定である。つまり、τＱ誤差を学習する場合には、前段と後段とで燃料噴射量が等量になるように各段の指令噴射量の設定が変更される。なお、１サイクル当たりの合計噴射量は、目標Ａ／Ｆとエアフローメータ１４により計測される吸入空気量とから決定される。
【００２２】
ただし、単純に各段の噴射量を等量にしてしまうと、エンジン２の出力トルクが変化してしまい、ドライバビリティの悪化を招いてしまう。図３に示すように、単位噴射量当たりの出力トルク、すなわち、トルク感度は燃料の噴射時期によって異なるためである。トルク感度はＴＤＣよりもやや進角側で最大であり、その最大トルク感度を与えるクランク角よりも進角するにつれて、また、その最大トルク感度を与えるクランク角よりも遅角するにつれてトルク感度は次第に低くなる。
【００２３】
そこで、ＥＣＵ２０は、各段の噴射時期を調整することによって、目標とするトルクからのトルクの変化を防ぐようにしている。具体的には、ＥＣＵ２０には、図３に示すような燃料の噴射時期とトルク感度との関係を示すデータ（トルク感度データ）が記憶されている。ＥＣＵ２０は、そのトルク感度データに基づいて各段の噴射時期を決定するのであるが、前段の噴射時期はτＱ誤差の学習に入る前の噴射時期に固定したままとする。これは、前段で噴射した燃料が高い筒内温度にさらされる機会を保障して着火のロバスト性を確保するためである。したがって、ＥＣＵ２０は、トルクの変化が生じないように、前段の噴射時期を基準にして後段の噴射時期を調整する。詳しくは、まず、前段の噴射量と噴射時期とをトルク感度データに当てはめることによって、前段の燃料噴射で得られるトルクを算出することができる。次に、目標とするトルクと前段の燃料噴射で得られるトルクとの差分を算出し、その差分のトルクと後段の噴射量とをトルク感度データに当てはめることによって、適正な後段の噴射時期を算出することができる。
【００２４】
なお、前段の噴射時期は、着火のロバスト性を確保するために遅角することは禁止されているが、τＱ誤差の学習に入る前の噴射時期よりも進角することは許容される。したがって、例えば、後段の噴射時期が採り得る調整範囲の都合上、前段の噴射時期を固定したままでは後段の噴射時期が定まらないような場合には、前段の噴射時期の固定を解除して進角するようにしてもよい。
【００２５】
各段の指令噴射量と噴射時期が定まれば、ＥＣＵ２０は、燃料圧力センサ１８によって計測された燃料圧力と指令噴射量とに基づいて各段の燃料噴射におけるインジェクタ１２の通電時間を決定し、各段の噴射時期に合わせてインジェクタ１２を駆動する。そして、インジェクタ１２の駆動によって燃料噴射を実行した後、その燃料噴射によって実現された実際のＡ／ＦをＡ／Ｆセンサ１６によって計測する。
【００２６】
ＥＣＵ２０は、計測した実Ａ／Ｆと目標Ａ／Ｆとを用いて１サイクル当たりの燃料噴射量の誤差を算出する。燃料噴射量の誤差（検出誤差）は、具体的には、次の式によって算出することができる。ＥＣＵ２０は、次の式で算出される検出誤差の半分の値を各段の噴射量の誤差、すなわち、τＱ誤差として学習する。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
なお、本実施の形態のτＱ誤差の学習方法は、τＱ誤差の学習を行う際の目標Ａ／Ｆの決め方にも特徴がある。図４は、Ａ／Ｆセンサ１４の出力誤差とＡ／Ｆとの関係について示す図である。この図に示すように、Ａ／Ｆセンサ１４には、ストイキで誤差が最小であり、Ａ／Ｆがストイキよりもリーン側やリッチ側にずれると、徐々に誤差が増大するという特性がある。また、特にストイキよりもリッチ側では、燃焼により発生するＨＣによるリーンずれやＨ２によるリッチずれによってＡ／Ｆセンサ１４の誤差は顕著になる。このような特性に鑑み、本実施の形態では、図５に示すように、τＱ誤差の学習が進んでいない状況では目標Ａ／Ｆをストイキよりリーンに設定し、τＱ誤差の学習が進むにつれて、目標Ａ／Ｆを徐々にストイキ側、すなわち、Ａ／Ｆセンサ１４の精度が高い側に変更していくようにしている。なお、学習初回の目標Ａ／Ｆは、リーン側の許容限界誤差に対応するＡ／Ｆをａとした場合、ストイキとａとの中間の値とするのが好ましい。
【００２９】
ＥＣＵ２０は、以上のような方法によるτＱ誤差の学習が完了したら、τＱ誤差の学習値をメモリに記憶する。τＱ誤差が生じる主要因は、燃料圧力センサ１８によって計測されるコモンレール１０内の燃料圧力（レール圧）と、指令噴射量との２つのパラメータによって整理することができる。このため、ＥＣＵ２０は、図６に示すようなマップによってτＱ誤差の学習値を管理する。図６に示すマップでは、前掲の式で計算される検出誤差がτＱ誤差の学習値として用いられ、学習値はレール圧と指令噴射量とに関連付けて記憶される。図６に示すマップを用いれば、τＱ誤差の学習値の効率的なデータベース化によって、取得すべき学習値の個数を必要最小限に抑えることができる。このため、学習回数を低減することができるだけでなく、学習値を記憶しておくための記憶容量を低減することもできる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態ものから種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３１】
２  エンジン
４  気筒
６  吸気通路
８  排気通路
１０  コモンレール
１２  インジェクタ
１４  エアフローメータ
１６  Ａ／Ｆセンサ
１８  燃料圧力センサ
２０  ＥＣＵ
【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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【図６】
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