JP5023042B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒に燃料を噴射するとともに、気筒ごとに燃料噴射時期を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来の内燃機関の燃料噴射制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、気筒内に燃料を直接、噴射する直噴タイプのものである。また、この燃料噴射制御装置では、単一のエアフロセンサによって、各気筒の吸気行程ごとに、所定の時間間隔で複数回、吸入空気量をサンプリングし、これらの複数のサンプリング値を積算することによって、各気筒の吸入空気量を推定する。推定された吸入空気量は、当該気筒の次回の燃料噴射量を算出するのに用いられる。

また、内燃機関が過渡運転状態にあるときには、当該気筒の１つ前に燃料噴射が行われる他の気筒の吸入空気量の推定値を用いて、当該気筒の燃料噴射量を算出する。これにより、過渡運転状態における吸入空気量の変化に対応して、燃料噴射量を適切に算出するようにしている。

さらに、推定された複数の気筒の吸入空気量の平均値を求め、この平均値に対する各気筒の吸入空気量の偏差を算出し、この偏差に基づいて、各気筒の燃料噴射量を補正する。これにより、複数の気筒間の吸入空気量のばらつきに対応した適切な燃料噴射量を得るようにしている。

しかし、この従来技術では、単一のエアフロセンサによって検出された吸入空気量を各気筒に振り分けることによって、各気筒の吸気行程における吸入空気量を推定しているので、エアフロセンサから気筒までの吸気の移送遅れや、エアフロセンサの応答遅れにより、上記のように推定された吸入空気量と気筒内に吸入された実際の吸入空気量との間には、誤差が生じる。したがって、推定した吸入空気量から燃料噴射量を算出しても、適正な燃料噴射量を得ることができない。また、吸入空気量が正しく推定されたとしても、気筒間における、インジェクタの噴射特性やＥＧＲ量、圧縮比のばらつきにより、実際の燃焼状態が異なるため、各気筒において燃焼状態を適正に精度良く制御することは困難である。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、過渡運転状態においても、応答遅れを生じることなく、各気筒において燃焼状態を適正に精度良く制御することが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。

特許第２７５５６７１号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数の気筒３ｂに燃料を噴射するとともに、気筒３ｂごとに燃料噴射時期を制御する内燃機関３の燃料噴射制御装置であって、内燃機関３の運転状態（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）を検出する運転状態検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２）と、気筒３ｂごとに設けられ、気筒３ｂ内の圧力を筒内圧ＰＣＹＬとして検出する筒内圧検出手段（筒内圧センサ１０）と、検出された筒内圧ＰＣＹＬを用いて、気筒３ｂ内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータ（実着火時期ＴＦＡＣＴ）を気筒３ｂごとに検出する燃焼状態パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、筒内圧センサ１０）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、燃焼状態パラメータの目標となる目標燃焼状態パラメータ（目標着火時期ＴＦＣＭＤ）を設定する目標燃焼状態パラメータ設定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ４、図８のステップ４３）と、内燃機関３の運転状態に応じて、燃料噴射時期を設定する燃料噴射時期設定手段（ＥＣＵ２、図２のステップ１１、１２、図９のステップ５１、５２）と、複数のうちの任意の１つの気筒３ｂにおける今回の燃料噴射の直前に燃料噴射がそれぞれ行われた複数の他の気筒３ｂにおける燃焼状態パラメータを含む複数の燃焼状態パラメータの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを算出する平均値算出手段（ＥＣＵ２、図２のステップ９、図８のステップ４７）と、１つの気筒３ｂの燃料噴射時期を、算出された平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥと目標燃焼状態パラメータとの偏差ＤＳＦＡＶＥに応じて補正する燃料噴射時期補正手段（ＥＣＵ２、図２のステップ８〜１１）と、１つの気筒の燃料噴射時期を、１つの気筒において検出された燃焼状態パラメータと目標燃焼状態パラメータとの偏差ＤＳＦに応じて補正する第２燃料噴射時期補正手段（ＥＣＵ２、図２のステップ７、図８のステップ４６）と、燃焼状態パラメータをフィルタリングするフィルタリング手段（ＥＣＵ２、図２のステップ３、図８のステップ４２）と、を備え、第２燃料噴射時期補正手段により燃料噴射時期を補正するときには、フィルタリングされた燃焼状態パラメータ（実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦ）と目標燃焼状態パラメータとの偏差ＤＳＦを用い、燃料噴射時期補正手段により燃料噴射時期を補正するときには、フィルタリングされる前の燃焼状態パラメータの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥと目標燃焼状態パラメータとの偏差ＤＳＦＡＶＥを用いることを特徴とする。

この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、筒内圧検出手段により、各気筒内の圧力を筒内圧として検出するとともに、検出された筒内圧を用いて、燃焼状態パラメータ検出手段により、気筒内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを気筒ごとに検出する。また、検出された内燃機関の運転状態に応じて、目標燃焼状態パラメータ設定手段により、燃焼状態パラメータの目標となる目標燃焼状態パラメータが設定される。また、燃料噴射時期設定手段により、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射時期が設定される。さらに、平均値算出手段により、複数のうちの任意の１つの気筒における今回の燃料噴射の直前に燃料噴射が行われた複数の他の気筒の燃焼状態パラメータを含む複数の燃焼状態パラメータの平均値が算出される。そして、燃料噴射時期補正手段により、１つの気筒の燃料噴射時期が、平均値と目標燃焼状態パラメータとの偏差に応じて補正される。このように、１つの気筒の燃料噴射時期の補正を、複数の他の気筒の燃焼状態パラメータの平均値を用いて行うので、他の気筒の燃焼状態を反映させ、一時的なノイズの影響を除去しながら、その気筒の燃料噴射時期の補正を適切に行うことができる。また、この平均値を算出する際に、複数の燃焼状態パラメータに１つの気筒の前回の燃料噴射時に得られた燃焼状態パラメータを含めてもよく、その場合には、全気筒の燃焼状態を反映させながら、燃料噴射時期の補正を適切に行うことができる。

さらに、第２燃料噴射時期補正手段により、１つの気筒の燃焼状態パラメータと目標燃焼状態パラメータとの偏差に応じて、燃料噴射時期が補正され、燃焼状態パラメータは、フィルタリング手段によりフィルタリングされる。そして、第２燃料噴射時期補正手段により燃料噴射時期を補正するときには、フィルタリング手段によりフィルタリングされた燃焼状態パラメータと目標燃焼状態パラメータとの偏差が用いられる。これにより、検出された燃焼状態パラメータに含まれるノイズによる影響を排除しながら、燃料噴射時期の補正に用いる偏差を適切に求めることができる。一方、燃料噴射時期補正手段により燃料噴射時期を補正するときには、フィルタリングされる前の燃焼状態パラメータの平均値と目標燃焼状態パラメータとの偏差が用いられる。これにより、燃焼状態パラメータに対する応答性を維持しながら、燃料噴射時期の補正を適切に行うことができる。また、平均値を用いることによって、フィルタリングされる前の燃焼状態パラメータを用いても、フィルタリングされた燃焼状態パラメータを用いるのと同様のノイズ除去の効果を得ることができ、フィルタリングされていない分だけ、燃焼状態の変化に対する、より良い応答性を得ることができる。したがって、燃焼状態の変化しがちな過渡運転状態においても、応答遅れを生じることなく、各気筒において燃料噴射時期を適正に精度良く制御でき、その結果、燃焼音の抑制や、ドライバビリティおよび排ガス特性の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による燃料噴射制御装置を適用した内燃機関３を概略的に示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば直列４気筒タイプのディーゼルエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド３ａには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、気筒３ｂ内のピストン３ｄに臨むように取り付けられている。

このインジェクタ６は、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。この高圧ポンプは、燃料タンクの燃料を、高圧に昇圧した後、コモンレールを介してインジェクタ６に送り、インジェクタ６はこの燃料を気筒３ｂ内に噴射する。インジェクタ６の燃料噴射量および燃料噴射時期ＴＩは、後述するＥＣＵ２によって制御される。

また、インジェクタ６には、筒内圧センサ１０が一体に取り付けられている。この筒内圧センサ１０は、リング状の圧電素子で構成されており、気筒３ｂ内の圧力の変化量（以下「筒内圧変化量」という）ＤＰＶを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この筒内圧変化量ＤＰＶに基づき、気筒３ｂ内の圧力（以下「筒内圧」という）ＰＣＹＬを算出する。

エンジン３のクランクシャフト３ｃには、マグネットロータ（図示せず）が取り付けられており、このマグネットロータとＭＲＥピックアップ（図示せず）によって、クランク角センサ１１が構成されている。このクランク角センサ１１は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば１°）ごとに出力される。

ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒３ｂにおいて、ピストン３ｄが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような４気筒タイプの場合には、クランク角度１８０°ごとに出力される。

また、エンジン３には気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、この気筒判別センサは、気筒３ｂを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号に基づいて、各気筒３ｂにおけるクランク角ＣＡを算出する。具体的には、このクランク角ＣＡは、ＴＤＣ信号の発生時に０にリセットされ、ＣＲＫ信号の発生ごとにインクリメントされる。

また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ１２が接続されている。アクセル開度センサ１２は、図示しないアクセルペダルの操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ１０〜１２からの検出信号は、それぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＥＣＵ２は、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、インジェクタ６の燃料噴射時期ＴＩを含むエンジン３の動作を制御する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、運転状態検出手段、燃焼状態パラメータ検出手段、目標燃焼状態パラメータ設定手段、燃料噴射時期設定手段、燃料噴射時期補正手段、ゲイン設定手段、補正禁止手段、平均値算出手段、フィルタリング手段および第２燃料噴射時期補正手段に相当する。以下、ＥＣＵ２で実行される各種の処理について、図面を参照しながら説明する。

図２および図３は、インジェクタ６の燃料噴射時期ＴＩの制御処理のメインフローを示している。本処理は、前述したＴＤＣ信号の発生に同期して、気筒３ｂごとに実行される。したがって、以下の説明では、気筒３ｂごとに検出、算出または設定される各種のパラメータには、気筒３ｂの気筒番号（＃１〜＃４）の表記に代えて、「＃ｉ」を付するものとする。

まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、当該気筒３ｂにおける実際の着火時期（以下「実着火時期」という）ＴＦＡＣＴ＃ｉを算出する。この実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの算出は、次のようにして行われる。

まず、筒内圧センサ１０で検出された筒内圧ＰＣＹＬ＃ｉを用い、次式（１）に従って、クランク角度１°当たりの熱発生量である熱発生率ｄＱθ＃ｉを算出する。
ｄＱθ＃ｉ＝（κ・ＰＣＹＬ＃ｉ・１０００・ｄＶθ＃ｉ
＋ｄＰＣＹＬ＃ｉ・１０００・Ｖθ＃ｉ）
／κ−１ ・・・（１）
ｄＱθ：熱発生率
κ：混合気の比熱比
ＰＣＹＬ：筒内圧
ｄＶθ：筒内容積変化率
ｄＰＣＹＬ：筒内圧変化率
Ｖθ：筒内容積
ここで、比熱比κは所定値（例えば１．３４）に設定されている。また、筒内圧変化率ｄＰＣＹＬは、筒内圧ＰＣＹＬの今回値と前回値との差であり、筒内容積変化率ｄＶθおよび筒内容積Ｖθは、いずれもクランク角ＣＡに基づいて算出される。

この熱発生率ｄＱθ＃ｉを積分することによって、当該気筒３ｂにおける燃焼の開始時からの熱発生量を算出するとともに、順次、記憶する。そして、燃焼の終了時に算出された熱発生量を総熱発生量とするとともに、記憶された複数の熱発生量のうち、総熱発生量の１／２に相当する熱発生量が得られているときのクランク角ＣＡを、実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉとして算出する。

次いで、算出された実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉを、ＥＣＵ２のＲＡＭのリングバッファに実着火時期記憶値ＴＦＡＣＴＲＥＧｎとして、順次、記憶する（ステップ２）。

次に、算出された実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉに、次式（２）に示すフィルタリング処理を施すことによって、実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉを算出する（ステップ３）。
ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉ（ｋ）
＝α１・ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉ（ｋ−１）＋α２・ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉ（ｋ−２）
＋・・・＋αｍ・ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉ（ｋ−ｍ）
＋β１・ＴＦＡＣＴ＃ｉ（ｋ−１）＋β２・ＴＦＡＣＴ＃ｉ（ｋ−２）
＋・・・＋βｊ・ＴＦＡＣＴ＃ｉ（ｋ−ｊ） ・・・（２）

この式（２）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴでサンプリングまたは算出された離散データであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングまたは算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることを示し、記号ｋ−１は前回の制御タイミングでサンプリングまたは算出された値であることを示しており、この点は以下の数式においても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）などを適宜、省略する。また、α１〜αｍ、β１〜βｊは、所定のフィルタ係数であり、ｍおよびｊは、フィルタ次数（自然数）である。このローパスフィルタ処理では、所定の高い周波数がカットオフ周波数として設定されている。これにより、算出された実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉに含まれるノイズが除去される。

次に、ステップ４において、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標着火時期ＴＦＣＭＤを算出する。この要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。

次に、当該気筒３ｂに対する第１フィードバック補正項ＣＦＢＳ＃ｉを算出する（ステップ５）。図４は、そのサブルーチンを示す。まず、ステップ２０では、算出された目標着火時期ＴＦＣＭＤと実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉとの差（ＴＦＣＭＤ−ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉ）を、第１偏差ＤＳＦ＃ｉとして算出する。次に、算出された第１偏差ＤＳＦ＃ｉの絶対値｜ＤＳＦ＃ｉ｜に応じ、図５のマップを検索することによって、マップ値ＫＰ１、ＫＩ１およびＫＤ１を算出し、それぞれ、比例項ゲインＫＰ１＃ｉ、積分項ゲインＫＩ１＃ｉおよび微分項ゲインＫＤ１＃ｉとして設定する（ステップ２１）。これらのマップ値ＫＰ１、ＫＩ１およびＫＤ１は、第１偏差の絶対値｜ＤＳＦ｜が大きいほど、目標着火時期ＴＦＣＭＤへの収束性をより高くするために、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ２２〜２５において、次式（３）〜（６）に示すＰＩＤ制御アルゴリズムにより、比例項ＦＢＳＰ＃ｉ、積分項ＦＢＳＩ＃ｉおよび微分項ＦＢＳＤ＃ｉを算出するとともに、算出されたこれらの値を互いに加算することによって、第１フィードバック補正項ＣＦＢＳ＃ｉを算出する。
ＦＢＳＰ＃ｉ（ｋ）＝ＫＰ１＃ｉ（ｋ）・ＤＳＦ＃ｉ（ｋ） ・・・（３）
ＦＢＳＩ＃ｉ（ｋ）＝ＫＩ１＃ｉ（ｋ）・ＤＳＦ＃ｉ（ｋ）＋ＦＢＳＩ＃ｉ（ｋ−１）
・・・（４）
ＦＢＳＤ＃ｉ（ｋ）＝ＫＤ１＃ｉ（ｋ）・｛ＤＳＦ＃ｉ（ｋ）
−ＤＳＦ＃ｉ（ｋ−１）｝ ・・・（５）
ＣＦＢＳ＃ｉ（ｋ）＝ＦＢＳＰ＃ｉ（ｋ）＋ＦＢＳＩ＃ｉ（ｋ）＋ＦＢＳＤ＃ｉ（ｋ）
・・・（６）

図２に戻り、前記ステップ５に続くステップ６では、要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標燃料噴射時期ＴＩＣＭＤを算出する。

次に、ステップ７において、算出した目標燃料噴射時期ＴＩＣＭＤに第１フィードバック補正項ＣＦＢＳ＃ｉを加算することによって、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを算出する。

次に、第１偏差ＤＳＦの前回値ＤＳＦＺ、すなわち、当該気筒３ｂの直前に燃料噴射が行われた他の気筒３ｂにおける目標着火時期ＴＦＣＭＤと実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦとの差が、所定値ＤＳＦＲＥＦよりも小さいか否かを判別する（ステップ８）。この判別結果がＮＯで、ＤＳＦＺ≧ＤＳＦＲＥＦのときには、前記ステップ２で順次、記憶された実着火時期記憶値ＴＦＡＣＴＲＥＧｎの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを、次式（７）によって算出する（ステップ９）。
ＴＦＡＣＴＡＶＥ＝｛ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−１）＋ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−２）
＋ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−３）＋ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−４）｝ ／４ ・・・（７）
ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−１）、（ｎ−２）、（ｎ−３）は、当該気筒３ｂのそれぞれ１回前、２回前、３回前に燃料噴射が行われた他の気筒３ｂの実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉに相当する実着火時期記憶値ＴＦＡＣＴＲＥＧｎである。また、ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−４）は、当該気筒３ｂの前回の燃料噴射時に得られた実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉに相当する実着火時期記憶値ＴＦＡＣＴＲＥＧｎである。この式（７）から明らかなように、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥは、当該気筒３ｂの前回の燃料噴射から今回の直前の燃料噴射までに得られた全気筒３ｂの各１回分の計４つの実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの単純平均に相当する。

次に、第２フィードバック補正項ＣＦＢＯ＃ｉを算出する（図３のステップ１０）。図６は、そのサブルーチンを示す。まず、ステップ３０において、図２のステップ４において算出された目標着火時期ＴＦＣＭＤと平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥとの差（ＴＦＣＭＤ−ＴＦＡＣＴＡＶＥ）を、第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉとして算出する。次いで、算出された第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉの絶対値｜ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ｜に応じて、図７のマップを検索することによって、マップ値ＫＰ２、ＫＩ２およびＫＤ２を算出し、それぞれ、比例項ゲインＫＰ２＃ｉ、積分項ゲインＫＩ２＃ｉおよび微分項ゲインＫＤ２＃ｉとして設定する（ステップ３１）。これらのマップ値ＫＰ２、ＫＩ２およびＫＤ２は、第２偏差の絶対値｜ＤＳＦＡＶＥ｜が大きいほど、目標着火時期ＴＦＣＭＤへの収束性をより高くするために、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ３２〜３５において、次式（８）〜（１１）に示すＰＩＤ制御アルゴリズムにより、比例項ＦＢＯＰ＃ｉ、積分項ＦＢＯＩ＃ｉおよび微分項ＦＢＯＤ＃ｉを算出するとともに、これらの値を互いに加算することで、第２フィードバック補正項ＣＦＢＯ＃ｉを算出する。
ＦＢＯＰ＃ｉ（ｋ）＝ＫＰ２＃ｉ（ｋ）・ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ（ｋ） ・・・（８）
ＦＢＯＩ＃ｉ（ｋ）＝ＫＩ２＃ｉ（ｋ）・ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ（ｋ）
＋ＦＢＯＩ＃ｉ（ｋ−１） ・・・（９）
ＦＢＯＤ＃ｉ（ｋ）＝ＫＤ２＃ｉ（ｋ）・｛ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ（ｋ）
−ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ（ｋ−１）｝
・・・（１０）
ＣＦＢＯ＃ｉ（ｋ）＝ＦＢＯＰ＃ｉ（ｋ）＋ＦＢＯＩ＃ｉ（ｋ）＋ＦＢＯＤ＃ｉ（ｋ）
・・・（１１）

図３に戻り、前記ステップ１０に続くステップ１１では、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉに、算出された第２フィードバック補正項ＣＦＢＯ＃ｉを加算した値を、最終燃料噴射時期ＴＩＦ＃ｉとして設定し（ステップ１１）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ８の判別結果がＹＥＳで、ＤＳＦＺ＜ＤＳＦＲＥＦのときには、第２フィードバック補正項ＣＦＢＯ＃ｉによる補正を禁止するものとし、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを最終燃料噴射時期ＴＩＦ＃ｉとして設定し（図３のステップ１２）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、検出された筒内圧ＰＣＹＬを用いて、気筒３ｂ内の実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉを気筒３ｂごとに検出する。また、検出されたエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、目標着火時期ＴＦＣＭＤを設定するとともに、目標燃料噴射時期ＴＩＣＭＤを設定する。そして、任意の１つの気筒３ｂの燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを、他の気筒３ｂにおける実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第１偏差ＤＳＦ＃ｉに応じて補正する。これにより、当該気筒３ｂの前回の燃料噴射よりも近いタイミングで燃料噴射が行われた他の気筒３ｂの燃焼状態を反映させながら、当該気筒３ｂの燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを適切に補正することができる。したがって、燃焼状態の変化しがちな過渡運転状態においても、応答遅れを生じることなく、各気筒３ｂにおいて燃料噴射時期を適正に精度良く制御でき、その結果、燃焼音の抑制や、ドライバビリティおよび排ガス特性の向上を図ることができる。

また、フィードバック制御により、実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉが目標着火時期ＴＦＣＭＤに収束するように、目標燃料噴射時期ＴＩＣＭＤを補正するとともに、このフィードバック制御のゲインＫＰ１＃ｉ、ＫＩ１＃ｉ、ＫＤ１＃ｉを、実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第１偏差ＤＳＦ＃ｉが大きいほど、より大きな値に設定する。これにより、過渡運転状態において、実着火時期ＴＦＡＣＴを目標着火時期ＴＦＣＭＤにより迅速に近づけることができ、フィードバック制御の応答性を高めることができる。

さらに、直前に燃料噴射が行われた気筒３ｂにおける実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの偏差である第１偏差ＤＳＦの前回値ＤＳＦＺが、所定値ＤＳＦＲＥＦよりも小さいときには、燃料噴射時期ＴＩの補正を禁止する。これにより、定常運転状態において、燃料噴射時期ＴＩの補正を禁止することにより、他の気筒３ｂにおける燃焼状態の影響を排除することによって、各気筒３ｂにおいて安定した燃焼状態を維持することができる。

一方、上記の第１偏差ＤＳＦの前回値ＤＳＦＺが所定値ＤＳＦＲＥＦ以上のときには、当該気筒３ｂの前回の燃料噴射から今回の燃料噴射までに得られた全気筒３ｂの各１回分計４つの実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを算出するとともに、この平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉに応じて、当該気筒３ｂの燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを補正する。このように、当該気筒３ｂの燃料噴射時期ＴＩ＃ｉの補正を、複数の他の気筒３ｂの実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを用いて行うので、他の気筒３ｂの燃焼状態を反映させ、一時的なノイズの影響を除去するとともに、燃焼状態の変化に対してより良く応答しながら、当該気筒３ｂの燃料噴射時期ＴＩ＃ｉの補正を適切に行うことができる。また、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを算出する際に、当該気筒３ｂの前回の燃料噴射時に対応する実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉも含めるので、全気筒３ｂの燃焼状態を反映させながら、一時的なノイズの影響を除去するとともに、燃焼状態の変化に対してより良く応答しながら、当該気筒３ｂの燃料噴射時期ＴＩ＃ｉの補正を適切に行うことができる。

さらに、フィードバック制御により、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥが目標着火時期ＴＦＣＭＤに収束するように、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを補正するとともに、このフィードバック制御のゲインＫＰ２＃ｉ、ＫＩ２＃ｉ、ＫＤ２＃ｉを、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉが大きいほど、より大きな値に設定する。これにより、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを目標着火時期ＴＦＣＭＤにより迅速に近づけ、フィードバック制御の応答性を高めることができる。

また、燃焼状態パラメータとして、気筒３ｂ内の燃焼状態と密接な相関関係を有する実着火時期ＴＦＡＣＴを用いるので、燃料噴射時期の補正を適切に行うことができる。

さらに、目標燃料噴射時期ＴＩＣＭＤを補正して燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを求める（図２のステップ７）際には、実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉをフィルタリングした実着火時期フィルタ値ＴＦＡＣＴＡＦ＃ｉと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第１偏差ＤＳＦ＃ｉを用いる。これにより、検出された実着火時期ＴＦＡＣＴに含まれるノイズによる影響を排除しながら、第１偏差ＤＳＦを適切に求めることができる。一方、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉをさらに補正して最終目標噴射時期ＴＩＦ＃ｉを求める（図３のステップ１１）際には、フィルタリングされる前の実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉを用いる。これにより、実着火時期ＴＦＡＣＴに対する応答性を維持しながら、燃料噴射時期ＴＩの補正を適切に行うことができる。

図８および図９は、本発明の第２実施形態による燃料噴射時期の制御処理のメインフローを示している。この第２実施形態は、前述した第１実施形態と比較し、他の気筒３ｂの燃焼状態に応じた燃料噴射時期ＴＩのフィードバック制御の実行条件が異なるものである。

まず、ステップ４０〜４６において、前述した図２のステップ１〜７と同様の処理を行う。次いで、実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを前記式（７）により算出する（ステップ４７）。

次に、目標着火時期ＴＦＣＭＤと算出された平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥとの差（ＴＦＣＭＤ−ＴＦＡＣＴＡＶＥ）を第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉとして算出する（ステップ４８）。

次に、算出された第２偏差ＤＳＦＡＶＥ＃ｉが、所定値ＤＳＦＲＥＦよりも小さいか否かを判別する（ステップ４９）。この判別結果がＮＯで、ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ≧ＤＳＦＲＥＦのときには、第２フィードバック補正項ＣＦＢＯ＃ｉを算出する（図９のステップ５０）。この算出は、前述した図６のサブルーチンによって行われる。

次に、ステップ５１において、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉと算出された第２フィードバック補正項ＣＦＢＯ＃ｉとを加算した値を、最終燃料噴射時期ＴＩＦ＃ｉとして設定し、本処理を終了する。

一方、前記ステップ４９の判別結果がＹＥＳで、ＤＳＦＡＶＥ＃ｉ＜ＤＳＦＲＥＦのときには、燃料噴射時期ＴＩ＃ｉを最終燃料噴射時期ＴＩＦ＃ｉとして設定し（図９のステップ５２）、本処理を終了する。

以上のように、前述した第１実施形態では、実着火時期ＴＦＡＣＴと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの偏差である第１偏差ＤＳＦが、所定値ＤＳＦＲＥＦよりも小さいときに、燃料噴射時期ＴＩの補正を禁止するのに対し、本実施形態では、実着火時期ＴＦＡＣＴの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥと目標着火時期ＴＦＣＭＤとの第２偏差ＤＳＦＡＶＥが所定値ＤＳＦＲＥＦよりも小さいときに、燃料噴射時期ＴＩの補正が禁止される。したがって、第１実施形態と同様、定常運転状態において、燃料噴射時期ＴＩの補正を禁止することにより、他の気筒３ｂにおける燃焼状態の影響を排除することによって、各気筒３ｂにおいて安定した燃焼状態を維持することができる。また、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを目標着火時期ＴＦＣＭＤと比較するので、複数の他の気筒３ｂの燃焼状態を反映させ、かつ、一時的なノイズの影響を排除しながら、補正禁止の判定を適切に行うことができる。

なお、上述した第１および第２実施形態では、図２のステップ９や図８のステップ４７における平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥの算出を、前記式（７）により、単純平均によって行っているが、例えば、次式（１２）により加重平均によって行ってもよい。
ＴＦＡＣＴＡＶＥ＝ＫＷＥ（ｎ−１）・ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−１）
＋ＫＷＥ（ｎ−２）・ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−２）
＋ＫＷＥ（ｎ−３）・ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−３）
＋ＫＷＥ（ｎ−４）・ＴＦＡＣＴＲＥＧ（ｎ−４）
・・・（１２）
このように、式（１２）では、実着火時期記憶値ＴＦＡＣＴＲＥＧｎに重み係数ＫＷＥｎを乗算することによって、平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥが算出される。重み係数ＫＷＥｎは、当該気筒３ｂの今回の燃料噴射に対して、より近いタイミングで燃料噴射が行われた気筒３ｂほど、より大きな値に設定されており、ＫＷＥ（ｎ−１）〜ＫＷＥ（ｎ−４）の和は１．０である。具体的には、ＫＷＥ（ｎ−１）が最も大きく、例えば０．５であり、ＫＷＥ（ｎ−２）は０．３、ＫＷＥ（ｎ−３）は０．２、ＫＷＥ（ｎ−４）が最も小さく、例えば０に設定されている。

このように、実着火時期ＴＦＡＣＴ＃ｉの平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを加重平均値として算出するとともに、このときの加重平均に用いる重み係数ＫＷＥｎは、当該気筒３ｂの今回の燃料噴射に対してより近いタイミングで燃料噴射が行われた気筒３ｂほど、より大きな値に設定される。これにより、燃焼がより近いタイミングで行われた気筒３ｂほど、その燃焼状態をより強く反映させながら、燃焼状態の変化しがちな過渡運転状態においても、燃焼状態の変化に対して応答遅れを生じることなく、燃料噴射時期ＴＩの補正を迅速かつ適切に行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、燃焼状態パラメータとして、実着火時期ＴＦＡＣＴを用いているが、気筒３ｂ内における燃焼状態を良好に表すものであればよく、例えば、燃料噴射時期から着火時期までの着火遅れ期間または筒内圧変化率ｄＰＣＹＬを用いてもよい。

また、実施形態では、前記式（７）により平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを算出する際に、当該気筒３ｂの実着火時期ＴＦＡＣＴ（ｎ−４）を含めたが、これを除外し、他の気筒に相当する３つの実着火時期ＴＦＡＣＴ（ｎ−１）〜（ｎ−３）のみを用いてもよい。また、前記式（１２）により平均値ＴＦＡＣＴＡＶＥを算出する際に、重み係数ＫＷＥ（ｎ−４）が０に設定されているため、当該気筒３ｂの前回の燃料噴射時に対応する実着火時期ＴＦＡＣＴ（ｎ−４）は実質上、含まれていないが、重み係数ＫＷＥ（ｎ−４）を０よりも大きな値で設定することで、当該気筒３ｂの実着火時期ＴＦＡＣＴ（ｎ−４）を含めてもよい。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種エンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による燃料噴射時期制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 燃料噴射時期制御処理のメインフローを示すフローチャートである。 図２の続きを示すフローチャートである。 第１フィードバック補正項ＣＦＢＳの算出処理を示すサブルーチンである。 第１フィードバック補正項ＣＦＢＳを算出する際のフィードバック制御のゲインを設定するためのマップである。 第２フィードバック補正項ＣＦＢＯの算出処理を示すサブルーチンである。 第２フィードバック補正項ＣＦＢＯを算出する際のフィードバック制御のゲインを設定するためのマップである。 第２実施形態による燃料噴射制御処理のメインフローを示すフローチャートである。 図８の続きを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射時期制御装置
２ ＥＣＵ（運転状態検出手段、燃焼状態パラメータ検出手段、目標燃焼状態パラメータ設定手段、燃料噴射時期設定手段、燃料噴射時期補正手段、ゲイン設定手段、補正禁止手段、平均値算出手段、フィルタリング手段、第２燃料噴射時期補正手段）
３ エンジン（内燃機関）
３ｂ 気筒
１０ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
１１ クランク角センサ（運転状態検出手段）
１２ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
ＰＣＹＬ 筒内圧
ｄＰＣＹＬ 筒内圧変化率（変化率）
ＴＦＡＣＴ 実着火時期（着火時期、燃焼状態パラメータ）
ＴＦＡＣＴＡＦ 実着火時期フィルタ値（フィルタリングされた燃焼状態パラメータ）
ＴＦＡＣＴＡＶＥ 平均値
ＴＦＣＭＤ 目標着火時期（目標燃焼状態パラメータ）
ＴＩ 燃料噴射時期
ＴＩＦ 最終燃料噴射時期（燃料噴射時期）
ＤＳＦ 第１偏差（偏差）
ＤＳＦＲＥＦ 所定値
ＤＳＦＡＶＥ 第２偏差（偏差）
ＫＷＥ 重み係数
ＫＰ１、ＫＩ１、ＫＤ１ マップ値（ゲイン）
ＫＰ２、ＫＩ２、ＫＤ２ マップ値（ゲイン）

Claims (1)

1. 複数の気筒に燃料を噴射するとともに、前記気筒ごとに燃料噴射時期を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   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、
   前記気筒ごとに設けられ、前記気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧検出手段と、
   当該検出された筒内圧を用いて、前記気筒内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを前記気筒ごとに検出する燃焼状態パラメータ検出手段と、
   前記検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記燃焼状態パラメータの目標となる目標燃焼状態パラメータを設定する目標燃焼状態パラメータ設定手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射時期を設定する燃料噴射時期設定手段と、
   前記複数のうちの任意の１つの気筒における今回の燃料噴射の直前に燃料噴射がそれぞれ行われた複数の他の気筒における燃焼状態パラメータを含む複数の燃焼状態パラメータの平均値を算出する平均値算出手段と、
   前記１つの気筒の前記燃料噴射時期を、前記算出された平均値と前記設定された目標燃焼状態パラメータとの偏差に応じて補正する燃料噴射時期補正手段と、
   前記１つの気筒の前記燃料噴射時期を、当該１つの気筒において検出された前記燃焼状態パラメータと前記目標燃焼状態パラメータとの偏差に応じて補正する第２燃料噴射時期補正手段と、
   前記燃焼状態パラメータをフィルタリングするフィルタリング手段と、
   を備え、
   前記第２燃料噴射時期補正手段により前記燃料噴射時期を補正するときには、前記フィルタリングされた燃焼状態パラメータと前記目標燃焼状態パラメータとの偏差を用い、前記燃料噴射時期補正手段により前記燃料噴射時期を補正するときには、前記フィルタリングされる前の燃焼状態パラメータの平均値と前記目標燃焼状態パラメータとの偏差を用いることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

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