(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒の内燃機関の運転状態が所定の運転状態にあるときの各気筒における機関回転速度のばらつきを検出し、上記機関回転速度のばらつきを気筒間で均一ならしめるように各気筒ごとに上記機関回転速度のばらつきに応じて燃料噴射量の補正量を設定する内燃機関の燃料噴射量制御方法において、上記内燃機関の冷却水温を検出し、運転状態が上記所定の運転状態から離れた時に、上記所定の運転状態において上記補正量を設定した時からの冷却水温の上昇量が大きいほど上記補正量を減じるように設定した水温補正係数により各気筒ごとに補正量を再設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関、特にディーゼルエンジンの気筒別に燃料噴射量を補正する燃料噴射量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンはガソリンエンジンに比較してアイドル時の振動が遙に大きく、エンジンマウント機構によって弾性的に支持されたエンジンがその振動によって共振し、車両の居住性を悪化させるだけではなくエンジン周辺に配置された機器に悪影響をおよぼすおそれがあった。この振動は、例えば４サイクルのエンジンでは主としてエンジン回転に対する１／２次の低周波の振動によって引き起こされ、エンジン回転の半サイクルで各気筒に圧送される燃料の圧送量の周期的ばらつきが原因である。
【０００３】
かかる不具合を解決するには、エンジン本体、燃料噴射ポンプおよびインジェクションノズルをきわめて高精度に作製して各気筒に供給される燃料の圧送量のばらつきを小さくすることが考えられるが、そのためには、生産技術上の大きな困難を伴うとともに、高価なものについてしまう。一方、エンジンマウント機構を改良してエンジンの振動を抑制することも考えられるが、複雑かつ高価なものになってしまうとともに、エンジン自体の振動を抑制するものではないので、根本的な対策にはなり得ない。
【０００４】
かかる問題点を解決するものとして、例えば特公平６−５００７７号公報記載の内燃機関用燃料噴射量制御方法がある。この内燃機関用燃料噴射量制御方法は、所定の運転状態（アイドル回転数が一定時間継続しているようなアイドル安定状態等）において、例えば爆発１サイクル内の所定の爆発前後の２か所において、エンジンが４５°ＣＡ回転するのに要した時間（以下、４５°ＣＡ毎時間という）（ＴＨＮ，ＴＨＬ）を検出し、検出結果に基づいて所定の運転状態における気筒間の燃料噴射量の不均量レベルを学習し、学習結果に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正するものである。
【０００５】
この内燃機関用燃料噴射量制御方法は、図５に示すように、エンジン回転速度のばらつきである時間（ＴＨＮ）と時間（ＴＨＬ）の偏差から回転変動幅（ＤＮＥk ：ｋは気筒番号１〜４）を得、回転変動幅（ＤＮＥk ）の平均から平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）を得る。各回転変動幅（ＤＮＥk ）と平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）とを比較して、当該気筒の回転変動幅（ＤＮＥk ）が平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）よりも小さいときは、当該気筒の燃料噴射量が相対的に不足と判定し、当該気筒の回転変動幅（ＤＮＥk ）が平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）よりも大きいときは、当該気筒の燃料噴射量が相対的に過剰と判定するとともに、上記過剰量、不足量を補うように燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）を更新、設定する。燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）の更新は、回転変動幅（ＤＮＥk ）と平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）の偏差（ＤＤＮＥk ）に応じて算出される積分補正量（ＤＱＣＭＰ）を加減算することにより行われる。
【０００６】
更新された燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）は次回の当該気筒の燃料噴射量指令値に反映され、気筒間で回転変動幅（ＤＮＥk ）が均一になるまで燃料噴射量を増減することにより、エンジン振動の抑制を図っている。そして、所定の運転状態から離れてエンジン回転数が所定値以上になった場合には、学習した燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）から徐々に減少するように修正して燃料噴射量を補正し、所定運転状態から他の運転状態へのつながりを滑らかにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン本体や燃料噴射ポンプの暖機状態により気筒間の燃料噴射量の不均量レベルが変化するので、始動直後の冷間時に燃料噴射量補正量を設定しても、暖機状態が変化すると設定した燃料噴射量補正量が妥当性を失い、エンジン振動を十分に抑制することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、暖機状態が変化しても適正な燃料噴射量の補正量を得ることのできる内燃機関の燃料噴射量制御方法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】
本発明では、多気筒の内燃機関の運転状態が所定の運転状態にあるときの各気筒における機関回転速度のばらつきを検出し、上記機関回転速度のばらつきを気筒間で均一ならしめるように各気筒ごとに上記機関回転速度のばらつきに応じて燃料噴射量の補正量を設定する。そして上記内燃機関の冷却水温を検出し、運転状態が上記所定の運転状態から離れた時に、上記所定の運転状態において上記補正量を設定した時からの冷却水温の上昇量が大きいほど上記補正量を減じるように設定した水温補正係数により各気筒ごとに補正量を再設定する。
【００１０】
発明者らの実験研究によれば、燃料噴射量の不均量レベルは、冷却水温が低く暖機が不十分であれば高く、冷却水温が高く暖機が十分であれば低いことが分かっている。しかして、運転状態が上記所定の運転状態から離れた時に、冷却水温の上昇量に応じて補正量を上記のごとく再設定することで、燃料の噴射量の補正量が、暖機状態変化に伴う燃料噴射量の不均量レベル変化に対応した適正な値に調整される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関の燃料噴射量制御方法の実施形態を図１、図２により説明する。図２は自動車の電子制御ディーゼルエンジンの全体構成を示すもので、エンジンは、エンジン本体１と、エンジン本体１に設けられたインジェクションノズル１０６に燃料を圧送する燃料噴射ポンプ２、全体を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵという）３等からなる。
【００１２】
エンジン本体１は、シリンダ１０１内にピストン１０２が摺動自在に保持され、燃焼室（副室）１０５に吸気管１０７から供給されるエアと、燃焼室１０５内に突出して設けられたインジェクションノズル１０６から噴射される燃料との混合気の爆発力で上下に往復動し、ピストン１０２の往復動がコンロッド１０３を介してクランク軸１０４の回転運動に変換される。エンジン本体１が発生する駆動力の調整は、燃焼室１０５に通じる吸気管１０７に設けられたスロットルバルブ１０８の開度を、スロットルバルブ１０８とワイヤを介して連動し運転席床面に配置されたアクセルペダル８を運転者が踏み込み量を調整することにより行われる。
【００１３】
燃料噴射ポンプ２は、エンジン本体１のクランク軸１０４の回転と同期して回転するポンプ駆動軸２０１を有し、駆動軸２０１にはフィードポンプ（９０°展開して図示）２０２が結合されており、フィードポンプ２０２から吐出された燃料が燃料室２０４に供給される。供給燃料圧は燃料圧調整弁２０３にて調整される。駆動軸２０１にはまたフェイスカム２０８が連結されて、駆動軸２０１に同軸位置に配置されたローラリング２０９に押し付けられている。フェイスカム２０８のカム動によりフェイスカム２０８と一体のプランジャ２０６が回転運動を伴いつつシリンダボア２０５内を往復動し、シリンダボア２０５内の燃料を加圧して送出するようになっている。この圧送燃料は燃料の逆流や後だれを防止するデリバリバルブ２０７を経由してエンジン本体１のインジェクションノズル１０６に供給される。
【００１４】
ローラリング２０９は駆動軸２０１周りに回動自在で、その回動位置に対応してプランジャ２０６の作動タイミングすなわち燃料圧送時期（したがって燃料噴射時期）が決定される。ローラリング２０９の回動位置は、ローラリング２０９と連動するタイマピストン（９０°展開して図示）２１０の変位を、タイマピストン２１０の駆動油圧をタイミング制御弁２１１により増減することで変更可能である。そして燃料圧送終了時期（したがって燃料噴射終了時期）はシリンダボア２０５内を低圧に開放するスピルバルブ２１２により変更可能である。
【００１５】
ＥＣＵ３は例えばマイクロコンピュータ等で構成される。ＥＣＵ３には、エンジン本体１および燃料噴射ポンプ２の各部に設置された各種センサ４，５，６，７等からの検出信号が入力している。エンジン回転数センサ４は電磁ピックアップセンサからなり、燃料噴射ポンプ２の駆動軸２０１の外周部に固着されたギア２１３の歯列の通過を検知することにより駆動軸２０１と同期回転するクランクシャフト１０４の回転状態が知られるようになっている。吸気圧センサ５は、エンジン本体１の吸気管１０７を介して燃焼室１０５に吸入される吸入空気の圧力を検出する。水温センサ６はエンジン本体１のシリンダブロック１００に取り付けられ、ウォータージャケット内の冷却水温を検出する。アクセルセンサ７はスロットルバルブ１０８の開度（以下、アクセル開度という）Ａccp を検出する。
【００１６】
ＥＣＵ３は、エンジン回転数センサ４の出力から求められるエンジン回転数ＮＥ、水温センサ６の出力から求められる冷却水温、アクセルセンサ７の出力から求められるアクセル開度Ａccp 等により制御噴射時期および制御噴射量を求め、制御噴射時期に制御噴射量の燃料が噴射されるようにタイミング制御弁２１１、スピルバルブ２１２等を制御するようになっている。
【００１７】
図１は上記ＥＣＵ３における燃料噴射量制御の一部を示す制御フローで、所定の周期で実行される。本制御フローにおいては、その実行ごとに上記センサ４〜７等からの車両各部の状態を示す信号が読み込まれ用いられる。なお制御に用いられるパラメータのうち、上述の従来技術と同じものについては同じ記号を付し、相違点を中心に説明する。また、気筒数は４として説明する。
【００１８】
ステップＳ１０では各種センサ信号に基づき補正量の学習条件が成立か否かを判定する。各種センサ信号から知られる運転状態が上記所定の運転状態であると判断されたときは学習条件成立としてステップＳ１１に進む。
【００１９】
ステップＳ１１では各気筒毎に最高回転時間（ＴＮＨ）から最低回転時間（ＴＮＬ）を減じて回転変動幅（ＤＮＥk ）を算出する。
【００２０】
ステップＳ１２では気筒数分（ここでは４、以下同じ）の回転変動幅（ＤＮＥk ）を加算して気筒数で除し平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）を求める。
【００２１】
ステップＳ１３では各気筒の回転変動幅（ＤＮＥk ）から平均回転変動幅（ＷＮＤＮＬＴ）を減じて回転変動偏差（ＤＤＮＥk ）を求める。
【００２２】
ステップＳ１４では上記回転変動偏差（ＤＤＮＥk ）から予めメモリに記憶された関数形により積分補正量（ＤＱＣＭＰ）を求める。積分補正量（ＤＱＣＭＰ）は、回転変動偏差（ＤＤＮＥk ）の大きさに応じて与えられる。
【００２３】
ステップＳ１５では、各気筒毎に、燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）に積分補正量（ＤＱＣＭＰ）を加減算して燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）を更新し、回転変動幅（ＤＮＥk ）の大きな気筒では燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）を増加し、回転変動幅（ＤＮＥk ）の小さな気筒では燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）を減少するように設定する。
【００２４】
ステップＳ１６では回転補正係数（ＭＫ５）と水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）とを１．０とする。
【００２５】
ステップＳ１７では冷却水温（ＴＨＷ）を学習時水温（ＴＨＷＦＣＮ）として記憶する。
【００２６】
ステップＳ１８ではガバナパターンから求める基本噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）に補正値を加算して最終噴射量指令値（ＱＡＮＧＦ）を求める。加算する補正値は、各気筒の燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）に回転補正係数（ＭＫ５）および水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）を乗じて算出する。なお、ステップＳ１０にて学習条件が成立してステップＳ１６が実行されているので、回転補正係数（ＭＫ５）、水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）は１．０である。
【００２７】
次に、ステップＳ１０において学習条件が成立しない場合、すなわち運転状態がエンジン回転数の上昇などでアイドル安定状態から離れた場合について説明する。この場合は、ステップＳ１０からステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では回転補正係数（ＭＫ５）を予めメモリに記憶された関数形によりエンジン回転数（ＮＥ）に基づいて算出する。回転補正係数（ＭＫ５）はエンジン回転数（ＮＥ）が高いほど減じられる。
【００２８】
ステップＳ２２では現在の冷却水温（ＴＨＷ）を現在水温（ＴＨＷＦＣＧ）として記憶する。続くステップＳ２３において、現在水温（ＴＨＷＦＣＧ）と学習時水温（ＴＨＷＦＣＮ）の差が予め設定した所定値（ＫＴＨＷＦＣ）以上か否かを判定し、所定値未満のときは、ステップＳ３４に進み水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）を１．０とし、ステップＳ１８に進む。
【００２９】
ステップＳ１８では上記のごとく、基本噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）に補正値を加算して最終噴射量指令値（ＱＡＮＧＦ）を算出するが、回転補正係数（ＭＫ５）が減じられる分、補正値は小さなものになる。すなわち、エンジン回転数（ＮＥ）が高いほど最終噴射量指令値（ＱＡＮＧＦ）は噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）に近づいていき、他の運転状態へのつながりを滑らかにしている。
【００３０】
ステップＳ２３において、現在水温（ＴＨＷＦＣＧ）と学習時水温（ＴＨＷＦＣＮ）の差が所定値（ＫＴＨＷＦＣ）以上のときは、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、予めメモリに記憶された関数形により、現在水温（ＴＨＷＦＣＧ）に対応する現在水温補正係数（ＫＴＨＷＦＣＧ）と、学習時水温（ＴＨＷＦＣＮ）に対応する学習時水温補正係数（ＫＴＨＷＦＣＮ）とを求める。そして両係数（ＫＴＨＷＦＣＧ，ＫＴＨＷＦＣＮ）の比率（＝ＫＴＨＷＦＣＮ／ＫＴＨＷＦＣＧ）を算出して水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）を求める。なお、上記関数形は、図３に示す水温補正係数−冷却水温特性線図に従うものであり、水温補正係数は、冷却水温が所定温度までは直線的に減少し、所定値を越えると一定値をとる。したがって現在水温が学習時から上昇したときは水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）は１よりも小さくなる。
【００３１】
続くステップＳ１８では、基本噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）に補正値ＱＣＭＰk ×ＭＫ５×ＭＫＴＨＷを加算して最終噴射量指令値（ＱＡＮＧＦ）を決定する。最終噴射量指令値（ＱＡＮＧＦ）にはエンジン回転数（ＮＥ）が変化する分に加えて、冷却水温（ＴＨＷ）が補正量学習時から変化する分が反映される。
【００３２】
このように、運転状態が所定の状態から離れると冷却水温（ＴＨＷ）の変化に応じて基本噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）への加算値が再設定されることになる。ここで、図３から知られるように、水温補正係数は冷却水温（ＴＨＷ）が高いほど小さな値が与えられる。したがって、例えば冷間時に補正量の学習（ステップ１０１〜１０７）が行われた後、運転状態が所定状態から離れた時に冷却水温が上昇していたとすると、水温補正係数（ＭＫＴＨＷ）は小さくなり、基本噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）へ加減算する補正値が小さくなる。
【００３３】
図４は冷却水温（ＴＨＷ）に対する気筒間の燃料噴射量の不均量（ΔＱ）特性を示すもので、冷却水温（ＴＨＷ）が高く暖機が十分であるほど不均量（ΔＱ）が小さくなる傾向がある。本発明では、不均量（ΔＱ）の大きいエンジン始動直後の冷間時に燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ）を学習、設定した後、所定運転状態から離れた時に、暖機状態の変化で冷却水温（ＴＨＷ）が高くなっていれば、上記のごとく、最終噴射量指令値（ＱＡＮＧＦ）を得るべく基本噴射量指令値（ＱＡＮＧＢ）に加算する補正値は小さくなる。このように、現在の冷却水温（ＴＨＷＦＣＧ）における不均量（ΔＱ）に見合った燃料噴射量補正量（ＱＣＭＰk ×ＭＫＴＨＷ）に調整されることになるから、所定状態を離れた時にも適正な燃料噴射量の補正が行われて燃料噴射量が気筒間で均一になり、振動レベルを最小限に抑えることができる。
【００３４】
また、燃料噴射量の気筒間ばらつきを低減することができるので、燃料噴射ポンプの圧送供給量の気筒間ばらつきやインジェクションノズルの開弁圧のばらつきの品質基準を緩めることが可能となり、コストダウンを図ることができる。
【００３５】
なお、水温補正係数は冷却水温に対して、途中で折れ曲がる直線状に変化するのではなく、図４の、不均量の冷却水温に対する特性図のごとく曲線状に変化するように与えるのもよい。
【００３６】
また、水温補正係数等の関数形は、数式で与えてもよいしマップで与えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の燃料噴射量制御方法のフローチャートである。
【図２】本発明の内燃機関の燃料噴射量制御方法を適用したディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図３】本発明の内燃機関の燃料噴射量制御方法を説明する第１のグラフである。
【図４】本発明の内燃機関の燃料噴射量制御方法を説明する第２のグラフである。
【図５】従来の内燃機関の燃料噴射量制御方法の代表例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
１０６  インジェクションノズル
２  燃料噴射ポンプ
３  電子制御ユニット
【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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