(57)【要約】【課題】簡単な構成で、燃料圧力の切り換えの過渡時においても良好な空燃比制御を実現することができるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の運転状態に基づいてなまし係数Ｋａを可変設定し、このなまし係数Ｋａに応じた応答性で設定燃料圧力Ｐｔに収束させるなまし計算を用いてインジェクタ７の実燃料噴射圧力ＰＦを推定する。これにより、燃圧センサ等を用いることなく、簡単な構成で、燃料圧力を切り換え後の過渡時を含む全領域において、燃料ラインからインジェクタ７に実際に作用する燃料圧力（実燃料噴射圧力ＰＦ）を的確に推定することができる。そして、このように推定した実燃料噴射圧力ＰＦに基づいて、インジェクタ７に対する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することにより、燃料圧力の切り換えの過渡時においても良好な空燃比制御を実現することができる。【選択図】図３
2009250211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタに燃料を供給する燃料ラインの燃料圧力を多段階に切り換える燃料圧力切換手段を備えたエンジンの制御装置であって、
前記燃料圧力切換手段によって燃料圧力が切り換えられたときの前記インジェクタの実燃料圧力を推定する燃料圧力推定手段と、
該燃料圧力手段により推定された燃料圧力に基づいて前記インジェクタの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段を有し、
前記燃料圧力推定手段は、エンジンの運転状態に応じて可変に設定される応答遅れ時間に基づいて前記実燃料噴射圧力を推定することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記応答遅れ時間は、前記燃料ラインに対して燃料ポンプが圧送する燃料の流量が多くなるほど、小さくすることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記応答遅れ時間は、エンジン回転数が高くなるほど、大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記燃料圧力推定手段で推定した燃料圧力に基づいてインジェクタの作動を制御する作動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタに作用する燃料ラインの圧力を多段階に切換可能な燃料系を備えたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、過給機付きのエンジンや筒内噴射型のエンジン等の燃料系においては、高い燃料噴射圧力を必要とする運転領域にも適切に対応すべく、インジェクタに供給する燃料圧力を、多段階（例えば、予め設定された低圧と高圧の２段階）に切り換えて調圧する技術が数多く提案されている。一般に、このような燃料圧力の切換制御は、プレッシャレギュレータの作動状態や燃料系の回路構成を切り換えることによって実現され、燃料圧力の切換制御が行われると、インジェクタに作用する燃料圧力は、物理的に所定の遅れをもって変化する。従って、燃料圧力の切換制御が行われた場合のインジェクタに対する動作制御は、予め設定されたディレイ時間の経過を待って新たな制御へと切り換えられることが一般的であり、このような過渡時には、空燃比等に乱れが生じ、排ガス特性が悪化する傾向にある。なお、燃料圧力の切り換えによる変化スピードは、空燃比フィードバック制御の応答性に比べて速いため、燃料圧力切り換え過渡時の空燃比の乱れを空燃比フィードバック制御で吸収することは困難である。
【０００３】
これに対処し、例えば、特許文献１には、インジェクタ（噴射弁）に作用する燃料圧力を変更する燃料圧力変更手段を備えたエンジンにおいて、インジェクタに作用する燃料圧力を燃圧センサで検出し、検出した燃料圧力に基づいてインジェクタの作動を制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料圧力は定常時には設定値に収束するため特段検出する必要がないにも拘わらず、上述の特許文献１に開示された技術のように、燃料圧力の切換過渡時の空燃比向上のみを目的に、燃圧センサ等を追加することは好ましくない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、燃料圧力の切り換えの過渡時においても良好な空燃比制御を実現することができるエンジンの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】
【０００６】
本発明は、インジェクタに燃料を供給する燃料ラインの燃料圧力を多段階に切り換える燃料圧力切換手段を備えたエンジンの制御装置であって、前記燃料圧力切換手段によって燃料圧力が切り換えられたときの前記インジェクタの実燃料圧力を推定する燃料圧力推定手段と、該燃料圧力手段により推定された燃料圧力に基づいて前記インジェクタの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料圧力推定手段は、エンジンの運転状態に応じて可変に設定される応答遅れ時間に基づいて前記実燃料噴射圧力を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のエンジンの制御装置によれば、簡単な構成で、燃料圧力の切り換えの過渡時においても良好な空燃比制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はエンジンの燃料系を示す説明図、図２は燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート、図３は実燃料噴射圧力演算サブルーチンを示すフローチャート、図４はなまし係数設定用のマップを示す説明図、図５は目標圧力と燃料圧力との関係を示すタイムチャートである。
【０００９】
図１において、符号１はエンジンであり、本実施形態においては過給機（図示せず）を備えたエンジンである。このエンジン１のシリンダヘッド２に形成された各気筒の吸気ポート２ａには、インテークマニホルド３が連通されている。インテークマニホルド３の集合部には吸気管４が連通され、吸気管４の中途にはスロットルバルブ５が介装されている。なお、図中符号２ｂは、排気ポートである。
【００１０】
また、シリンダヘッド２には、先端を燃焼室に露呈する点火プラグ６が各気筒毎に取り付けられ、インテークマニホルド３の各気筒の各吸気ポート２ａの直上流側に、インジェクタ７が臨まされている。各インジェクタ７は、燃料分配用のデリバリパイプ８に接続されており、このデリバリパイプ８が燃料供給配管９に接続されている。さらに、燃料供給配管９には、燃料タンク１０内に設置されたインタンク式の燃料ポンプ１１が、燃料フィルタ１２を介して接続されている。
【００１１】
また、デリバリパイプ８は、互いに並列に配置された調圧手段としての２つのプレッシャレギュレータ１４，１５に接続されており、一方のプレッシャレギュレータ１４とデリバリパイプ８との間には、電磁バルブ１３が介装されている。一方のプレッシャレギュレータ１４の調圧用余剰燃料排出口と他方のプレッシャレギュレータ１５の調圧用余剰燃料排出口とは、共に燃料リターン配管１６に連通され、この燃料リターン配管１６からの余剰燃料が燃料タンク１０内にリターンされる。
【００１２】
ここで、両プレッシャレギュレータ１４，１５は、共に、調圧バルブを連設したダイヤフラムにより、燃料ポンプ１１から圧送された燃料が導入される燃料室と、調圧バルブを閉方向に付勢するスプリングを収納するスプリング室とに仕切られ、吸気管４のスロットルバルブ５下流側に連通する負圧導入通路を介してスプリング室に吸気管圧力が導入される周知の構成のレギュレータであり、設定圧力のみが異なる。
【００１３】
本実施形態では、プレッシャレギュレータ１４の設定圧力は、相対的にプレッシャレギュレータ１５の設定圧力よりも低く設定されている。具体的には、プレッシャレギュレータ１４は燃料室の内圧が３００（ｋＰａ）近傍に達したとき調圧バルブを開放し、プレッシャレギュレータ１５は燃料室の内圧が５００（ｋＰａ）近傍に達したとき調圧バルブを開放する。なお、便宜上、プレッシャレギュレータ１４を低圧用プレッシャレギュレータ１４、プレッシャレギュレータ１５を高圧用プレッシャレギュレータ１５と称呼する。
【００１４】
次に、エンジン１を電子的に制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０について説明する。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、前述のインジェクタ７、燃料ポンプ１１、電磁バルブ１３、点火コイル１７の一次電流をＯＮ，ＯＦＦして二次側に接続された点火プラグ６を放電させるイグナイタ１８等のアクチュエータ類や、スロットル開度センサ、吸入空気量センサ、水温センサ、空燃比センサ、クランク角センサ等の図示しない各種センサ・スイッチ類が接続されている。
【００１５】
ＥＣＵ５０は、メモリに格納されている制御プログラムに従い、各種センサ・スイッチ類からの信号を処理してエンジン運転状態を検出すると、検出したエンジン運転状態から最適な燃料噴射量や点火時期等を演算して各種アクチュエータ類に制御信号を出力し、各種エンジン制御を行う。
【００１６】
ここで、ＥＣＵ５０は、インジェクタ７に燃料を供給する燃料ライン（デリバリパイプ８及び燃料供給配管９）の燃料圧力Ｐｔとして、例えば、異なる２段階の値Ｐ１，Ｐ２（例えば、低圧側の値Ｐ１＝３００（ｋＰａ），高圧側の値Ｐ２＝５００（ｋＰａ））を選択的に切り換えて設定可能となっている。この燃料圧力Ｐｔはエンジン１の運転状態に応じて適宜切り換えられるようになっており、ＥＣＵ５０は、例えば、主としてエンジン１の過給機が非作動状態にある場合に燃料圧力Ｐｔとして低圧側の値Ｐ１を設定し、過給機が作動状態にある場合に燃料圧力Ｐｔとして高圧側の値Ｐ２を設定する。
【００１７】
そして、燃料圧力Ｐｔとして低圧側の値Ｐ１が設定されているとき、ＥＣＵ５０は、電磁バルブ１３を開弁する。これにより、作動圧の低い低圧用プレッシャレギュレータ１４が燃料ラインの調圧に優先的に作用し、燃料圧力が略３００（ｋＰａ）に調圧される。一方、燃料圧力Ｐｔとして高圧側の値Ｐ２が設定されているとき、ＥＣＵ５０は、電磁バルブ１３を閉弁する。これにより、高圧用プレッシャレギュレータ１５が燃料ラインの調圧に作用し、燃料圧力が略５００（ｋＰａ）に調圧される。
【００１８】
また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ７を通じた燃料噴射制御を行う。この燃料噴射制御に際し、ＥＣＵ５０は、インジェクタ７に実際に作用する燃料圧力（すなわち、インジェクタ７の実燃料噴射圧力ＰＦ）を推定する。この実燃料噴射圧力ＰＦの推定は、所定の応答性で燃料圧力の前回値ＰＦn-1を燃料圧力Ｐｔに収束させるなまし計算を用いて行われる。この場合、ＥＣＵ５０は、なまし計算用の係数（なまし係数Ｋａ）をエンジン１の運転状態に基づいて可変設定する。そして、ＥＣＵ５０は、推定した実燃料噴射圧力ＰＦに基づいて、インジェクタ７の作動制御を行う。このように、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、燃料圧力推定手段、係数設定手段、及び、作動制御手段としての各機能を有する。
【００１９】
次に、ＥＣＵ５０で実行される燃料噴射制御について、図２に示す燃料噴射制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。このルーチンは、設定時間毎に繰り返し実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ５０は、先ず、ステップＳ１０１において、後述する燃料噴射圧力演算サブルーチンに従って実燃料噴射圧力ＰＦを推定する。
【００２０】
続くステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、エンジン１の１行程当たりの吸入空気量Ｑに対する基本燃料噴射量を定めるインジェクタ７の基本噴射時間、すなわち、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを求める。本実施形態において、具体的には、ＥＣＵ５０は、吸入空気量センサで検出した吸入空気量Ｑをエンジン回転数Ｎｅで除算した値に、インジェクタ特性係数Ｋ０を乗算して基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを設定する（Ｔｐ＝Ｋ０×Ｑ／Ｎｅ）。
【００２１】
次いで、ステップＳ１０３に進み、ＥＣＵ５０は、Ｏ2センサの出力に基づいて設定されるフィードバック補正係数Ｋαを読み出す。このフィードバック補正係数Ｋαは、０を中心として増減する補正値であり、制御中心である１．０に加算した値（１＋Ｋα：いわゆる空燃比フィードバック補正係数）を基本燃料噴射パルス幅Ｔｐに乗算することで燃料噴射時間に反映される。周知のように、空燃比フィードバック補正係数（フィードバック補正係数Ｋα）は、Ｏ2センサの出力に基づいて判定される空燃比リッチ／リーンの反転に伴い、比例積分制御の比例成分及び積分成分によって更新される。
【００２２】
ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進むと、ＥＣＵ５０は、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを、上述の空燃比フィードバック補正係数（１＋Ｋα）により補正し、さらに、他の補正を付加して有効噴射パルス幅Ｔｅを設定する。空燃比フィードバック以外の補正項としては、例えば、冷却水温補正、加減速補正、全開増量補正、及びアイドル後増量補正等に係わる補正係数ＣＯＥＦと、実燃料噴射圧力ＰＦに係わる補正係数Ｋｐｆが演算され、これらが基本燃料噴射パルス幅Ｔｐに乗算されることで、有効噴射パルス幅Ｔｅが設定される（Ｔｅ＝Ｔｐ×（１＋Ｋα）×ＣＯＥＦ×Ｋｐｆ）。
【００２３】
ここで、周知のように、単位時間あたりの燃料噴射量ｑは、実燃料噴射圧力Ｐに影響を受ける。  
ｑ∝Ｐ1/2
従って、定常であれば、実燃料噴射圧力がＰ１，Ｐ２である場合のそれぞれの単位時間当たりの燃料噴射量ｑ１，ｑ２は、
ｑ１＝ｋ×Ｐ１1/2
ｑ２＝ｋ×Ｐ２1/2
となる。  
ここで、Ｐ１とＰ２との関係が「Ｐ１＜Ｐ２」である本実施形態の場合において、実燃料噴射圧力Ｐ２の場合に、実燃料噴射圧力Ｐ１，噴射時間Ｔ１のときと同一の噴射量を得るための噴射時間Ｔ２は、
Ｔ２＝Ｔ１×（Ｐ２／Ｐ１）1/2
となる。  
従って、例えば、低圧側の実燃料噴射圧力Ｐ１を基準として基本燃料噴射パルス幅Ｔｐが設定されている場合、補正係数Ｋｐｆは、
Ｋｐｆ＝（ＰＦ／Ｐ１）
となる。
【００２４】
ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、ＥＣＵ５０は、バッテリ電圧に基づいてインジェクタ７の無効噴射時間を補正する電圧補正パルス幅Ｔｓ０を、実燃料噴射圧力ＰＦに係わる補正係数Ｋｐｆで補正し、無効噴射パルス幅Ｔｓを演算する（Ｔｓ＝Ｔｓ０×Ｋｐｆ）。
【００２５】
そして、ステップＳ１０６に進むと、ＥＣＵ５０は、有効噴射パルス幅Ｔｅに無効噴射パルス幅Ｔｓを加算することにより最終的な燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定し（Ｔｉ＝Ｔｅ＋Ｔｓ）、続くステップＳ１０７において、燃料噴射パルス幅Ｔｉをタイマにセットした後、ルーチンを抜ける。これにより、各気筒のインジェクタ７が所定のタイミングで駆動され、燃料噴射パルス幅Ｔｉで定められる噴射時間の間、燃料が噴射される。
【００２６】
次に、上述のステップＳ１０１で実行される実燃料噴射圧力ＰＦの推定について、図３に示す、実燃料噴射圧力演算サブルーチンのフローチャートに従って説明する。このサブルーチンがスタートすると、ＥＣＵ５０は、先ず、ステップＳ２０１において、燃料ラインに対する燃料圧力の調圧制御において現在設定されている燃料圧力Ｐｔを読み出す。
【００２７】
続くステップＳ２０２において、ＥＣＵ５０は、燃料圧力Ｐｔを切換えたときの実燃料噴射圧力ＰＦの応答性を示すパラメータとして、なまし係数Ｋａを、現在のエンジン１の運転状態に基づいて算出する。
【００２８】
すなわち、燃料ラインに対する燃料圧力の調圧制御において、燃料圧力Ｐｔを切り換えた場合、実燃料噴射圧力ＰＦの応答遅れは、エンジン１の運転状態に依存する。例えば、図５（ａ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅが同一である場合、実燃料噴射圧力ＰＦは、燃料ラインに対して燃料ポンプ１１が圧送する燃料流量が大きい程、高い応答性で切換設定された燃料圧力Ｐｔに収束する。そこで、本実施形態において、ＥＣＵ５０には、例えば、図４（ａ）に示すように、燃料ポンプ１１が圧送する燃料流量（具体的には、燃料ポンプ１１に対する制御ＤＵＴＹ）となまし係数Ｋａとの関係を示すマップが、適合等によって予め設定され格納されており、ＥＣＵ５０は、このマップを参照して、なまし係数Ｋａを設定する。
【００２９】
ここで、例えば、図５（ｂ）に示すように、燃料ポンプ１１からの燃料流量が同一である場合、実燃料噴射圧力ＰＦは、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、高い応答性で切換設定された燃料圧力Ｐｔに収束する。そこで、例えば、図４（ｂ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅとなまし係数Ｋａとの関係を示すマップ等を、適合等によって予め設定し、このマップを参照して、なまし係数Ｋａを設定することも可能である。さらに、エンジン１の運転状態を示すパラメータとして燃料流量とエンジン回転数Ｎｅとを用いて、なまし係数Ｋａをより高精度に設定することも可能である。
【００３０】
そして、ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進むと、ＥＣＵ５０は、上述の切換設定された燃料圧力Ｐｔ及びなまし係数Ｋａを用い、以下のなまし計算によって実燃料噴射圧力ＰＦを算出した後、サブルーチンを抜ける。  
ＰＦ＝ＰＦn-1＋（Ｐｔ−ＰＦn-1）×Ｋａ
すなわち、ＥＣＵ５０は、なまし係数Ｋａで定められる応答性で実燃料噴射圧力の前回値ＰＦn-1を目標燃料圧力Ｐｔに収束させるなまし計算を用いて、実燃料噴射圧力ＰＦを推定する。
【００３１】
このような実施形態によれば、エンジン１の運転状態に基づいてなまし係数Ｋａを可変設定し、このなまし係数Ｋａに応じた応答性で切換設定された燃料圧力Ｐｔに収束させるなまし計算を用いてインジェクタ７の実燃料噴射圧力ＰＦを推定することにより、燃圧センサ等を用いることなく、簡単な構成で、燃料圧力Ｐｔを切り換え後の過渡時を含む全領域において、燃料ラインからインジェクタ７に実際に作用する燃料圧力（実燃料噴射圧力ＰＦ）を的確に推定することができる。そして、このように推定した実燃料噴射圧力ＰＦに基づいて、インジェクタ７に対する燃料噴射パルス幅Ｔｉを設定することにより、燃料圧力の切り換えの過渡時においても良好な空燃比制御を実現することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態に係るエンジンの制御装置は、実燃料噴射圧力の前回値ＰＦn-1を目標燃料圧力Ｐtに収束させる制御方法としてなまし計算を用いたが、その他の制御方法、例えば徐変制御により燃料圧力Ｐtに収束させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】エンジンの燃料系を示す説明図
【図２】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】実燃料噴射圧力演算サブルーチンを示すフローチャート
【図４】なまし係数設定用のマップを示す説明図
【図５】設定燃料圧力と実燃料噴射圧力との関係を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００３４】
１  …  エンジン
７  …  インジェクタ
８  …  デリバリパイプ（燃料ライン）
９  …  燃料供給配管（（燃料ライン）
１０  …  燃料タンク
１１  …  燃料ポンプ
１３  …  電磁バルブ（調圧手段）
１４  …  プレッシャレギュレータ（調圧手段）
１５  …  プレッシャレギュレータ（調圧手段）
１６  …  燃料リターン配管
５０  …  電子制御装置  Ｋａ  …  なまし係数（係数）
Ｋｐｆ  …  補正係数
Ｎｅ  …  エンジン回転数
ＰＦ  …  実燃料噴射圧力（インジェクタに作用する燃料圧力）
Ｐｔ  …  燃料圧力
【図１】
2009250211.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009250211.tif 000007