JPH1026046A

JPH1026046A - 筒内噴射エンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH1026046A
Application number: JP8180715A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Shimada; 耕作嶋田; Shinsuke Takahashi; 信補高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】筒内噴射エンジンにおいて、燃料圧力や筒内
圧が変化する外乱のもとで、精密な燃料量制御（空燃比
制御）が可能なエンジン制御装置を提供する。【解決手段】筒内噴射エンジンの制御装置において、
前記インジェクタに印加される燃料圧力を検出する手段
と、該検出した燃料圧力と基準燃料圧力の比により燃料
噴射パルス幅を補正する手段と、シリンダ内の圧力を検
出する手段と、前記２つの圧力の差圧ΔＰを一定とする
ように燃料圧力を制御する手段とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射エンジン
のエンジン制御システムに係り、特に、燃料圧力や筒内
圧力が変化するという外乱のもとで、精密な燃料量制御
（つまり空燃比制御）を行うエンジン制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料噴射弁を燃焼室に配置し、該
燃焼室に直接燃料を噴射するエンジン、即ち、筒内噴射
エンジンにおいては、例えば、特開平5-79370号に記載
されているように、該燃料噴射弁の燃料噴射時期は、吸
気行程だけでなく、エンジンの負荷、及び、他のパラメ
ータの状態によっては、圧縮行程にも切り替えられるよ
うにしたものが提案されている。

【０００３】また、前記の如き筒内噴射エンジンにおい
て、実開平5-1837号に記載されているように、筒内圧力
が変化する圧縮行程で燃料噴射弁から燃料を噴射する場
合に、該筒内圧の変化に応じて補正係数を定め、燃料噴
射のための噴射パルス幅に前記補正係数を乗算して補正
することによって噴射量を正確に定めて運転制御するよ
うにしたものも提案されている。

【０００４】更に、特開平4-116243号に記載されている
ように、筒内噴射エンジンにおいて、エンジンの筒内圧
を検出する圧力検出器を備え、該圧力検出器により先行
圧縮行程の筒内圧を検出し、該筒内圧と噴射燃料圧との
差より燃料噴射量を算出し、算出された燃料噴射量の積
算値が目標燃料噴射量に達する時間を積算して、算出さ
れた時間だけ、後続圧縮行程において燃料噴射弁を開弁
させるものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
方式の内、特開平5-79370号に記載されている方式は、
燃料圧力（以下燃圧）が一定であれば吸気行程での燃料
噴射量は、正確に制御可能であるが、圧縮行程では、燃
圧が一定でも噴射時期によってシリンダ内の圧力（以下
筒内圧）が大きくなるため燃料噴射（インジェクタ）前
後での差圧が減少し、燃料噴射量を正確に制御できず、
空燃比がリーン側にずれるという問題がある。

【０００６】また、実開平5-1837号に記載されている方
式は、前記の問題を解決し、筒内圧が大きくなる圧縮行
程での噴射についても、燃料噴射パルス幅を長くなる方
向に補正して正確な燃料制御が可能となっている。しか
し、インジェクタ前後の差圧が低い状態で燃料噴射パル
ス幅を長くすると噴射する燃料量つまり空燃比は同じで
あっても、燃料の噴霧角度や噴射された燃料の速度が変
わってくるため、燃料の混合状態（濃い混合気の集まる
場所や濃度の分布）が変化し、特にリーン燃焼での安定
度、燃費が悪化するとの問題がある。

【０００７】更に、特開平4-116243号に記載されている
方式は、筒内圧と噴射燃料圧との差圧が少なくなると燃
料噴射時間が長くなる傾向があり、前記方式と同様な問
題が生じる。更にまた、筒内圧が変化しない吸気行程噴
射であっても、燃圧が安定する前の始動時の燃料噴射に
ついては、正確な燃料噴射ができず、始動時空燃比が薄
すぎて始動時間が長くなったり、逆に、始動時空燃比が
濃すぎて排出するHC濃度が高くなって排ガス性能を悪化
させるという問題が生じる。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、燃圧や筒内圧が変化する
という外乱のもとで、精密な燃料量制御、つまり、空燃
比制御を行うと同時に、燃焼安定度、燃費、及び、排ガ
ス性能を確保することを可能とする筒内噴射エンジンの
制御装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係るエンジン制御装置は、エンジンのシリンダ
に入る吸入空気量を測定する手段と、燃料の圧力を所定
値に制御する燃料の加圧および調圧手段と、目標空燃比
となるよう吸入空気量に係数をかけて燃料噴射量を計算
する手段と、該燃料噴射量を噴射するようインジェクタ
の通電時間を算出する手段と、通電されている間燃料を
シリンダ内に直接噴射するインジェクタと、所定の点火
時期に点火プラグで火花を発生させ混合気に着火する手
段から成り、前記インジェクタに印加される燃料圧力を
検出する手段と、検出した燃料圧力と基準燃料圧力の比
により燃料噴射パルス幅を補正する手段を設けたことを
特徴としている。

【００１０】また、検出した燃料圧力と基準燃料圧力の
比により燃料噴射パルス幅を補正する手段は、圧力比を
軸とした補正係数のテーブルを有し、メモリ等の記憶手
段によって記憶されていることを特徴としている。そし
て、燃料噴射パルス幅を補正する手段が機能する条件
は、次の３つのいずれかとすることを特徴としている。

【００１１】第１に、燃料圧力検出手段と噴射パルス幅
補正手段は、クランキング開始から完爆するまでの間に
機能する。そして前記インジェクタは、始動時に燃料圧
力が所定値に上昇するまで燃料を噴射せず、燃料圧力が
所定値を超えたら、噴射パルス幅補正手段で演算したパ
ルス幅の燃料を噴射する。第２に、燃料圧力検出手段と
噴射パルス幅補正手段は、エンジン始動終了後の完爆状
態で機能する。第３に、燃料圧力検出手段と噴射パルス
幅補正手段は、クランキング開始から完爆、さらに完爆
してからエンジンストップの間の全ての燃料噴射に対し
て機能する。

【００１２】また、噴射パルス補正手段は、２通りの補
正テーブルを記憶しており、クランキング時には一方の
テーブルを用いて補正し、完爆後には他方のテーブルを
用いて補正することを特徴としている。更に、クランキ
ング時に用いる始動用の補正テーブルの補正値は、完爆
後に用いる補正値よりも大きい値であることを特徴とし
ている。

【００１３】一方、燃料圧力センサのフィルタ処理にお
いては、クランキング時に用いるフィルタ時定数を完爆
後に用いるフィルタ時定数よりも小さくすることを特徴
としている。更にまた、本発明のエンジン制御装置は、
インジェクタに印加される燃料圧力を検出する手段と、
シリンダ内の圧力を検出する手段と、２つの圧力差ΔＰ
を一定とするように燃料圧力を制御する手段とを設けた
ことを特徴としている。

【００１４】更に、シリンダ内の圧力を検出する手段で
の検出タイミングは、燃料噴射時期に同期させて１噴射
毎にサンプリングし、一方、燃料圧力を検出する手段で
の検出タイミングは、一定時間おきにサンプリングする
ことを特徴としている。また、燃料の圧力を所定値に制
御する燃料の調圧手段のアクチュエータは、電気信号に
よって燃料圧力を変化させることができる電制プレッシ
ャレギュレータであることを特徴としている。

【００１５】また、燃料の圧力を所定値に制御する燃料
の調圧手段のコントロール部は、ソフトウエアによって
動作し、実燃料圧力を検出する手段と、目標燃料圧力と
実燃料圧力の差圧を計算する手段と、該差圧に応じて電
制プレッシャレギュレータへの電気信号を与える手段に
よって構成することを特徴としている。また、燃料の圧
力を所定値に制御する燃料の調圧手段のコントロール部
は、電子回路によって動作し、実燃料圧力を検出する手
段と、目標燃料圧力と実燃料圧力の差圧を計算する手段
と、該差圧に応じて電制プレッシャレギュレータへの電
気信号を与える手段によって構成することを特徴として
いる。

【００１６】更にまた、燃料圧力を検出する手段は、圧
力センサからの信号を１倍およびＮ倍に増幅する手段を
備え、低圧側ではＮ倍信号から圧力変換を行い、高圧側
では１倍信号から圧力変換を行うことを特徴としてい
る。更に、圧力センサからの信号を１倍およびＮ倍に増
幅する手段を設けた燃料圧力検出手段においては、１倍
信号とＮ倍信号の切換え点で、Ｎ倍信号から圧力値に変
換するためのゲインを学習することを特徴としている。

【００１７】前記の如く構成された本発明に係る筒内噴
射エンジンの制御装置は、燃圧や筒内圧が変化するとい
う外乱のもとで、精密な燃料量制御つまり空燃比制御を
行うと同時に、燃費、排ガス性能を確保することが可能
である。即ち、燃圧上昇過渡時、あるいは、燃圧変動時
において、検出した燃圧をもとに燃料噴射パルスを補正
し、燃料噴射量を目標値通りに制御できるので、始動時
間を短く、かつ、排気ガス中の有害成分であるHC,COの
排出を低く抑えることができる。

【００１８】更に、筒内圧の変化する圧縮行程での燃料
噴射においても、燃圧と筒内圧の差圧を一定に制御する
機能を備えているために、燃焼安定性を確保することが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の筒内エ
ンジン制御装置の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態のエンジン制御装置を含むエンジン
システムの全体構成を示したもので、図１において、エ
ンジン７の各気筒には、ピストン７ａ、シリンダ７ｂで
構成される燃焼室７ｃが配置され、該燃焼室７ｃの上部
には、吸気管１と排気管１９とが接続されている。エン
ジン７の各気筒に吸入する空気は、前記吸気管１に接続
されているエアクリーナ２の入口部２ａから取り入れら
れ、空気流量計３及び吸気流量を制御するスロットル弁
５ａが収容されたスロットルボディ５を通り、コレクタ
６に入る。該コレクタ６に導かれた吸気は、エンジン７
の各シリンダ７ｂに接続された各吸気管１に分配され、
シリンダ７ｂ内に導かれる。

【００２０】また、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１
４から燃料ポンプ１０により１次加圧され、更に燃料ポ
ンプ１１により２次加圧され、インジェクタ９が配管さ
れている燃料系に供給される。１次加圧された燃料は、
燃圧レギュレータ１２により一定の圧力（例えば３kg/c
m²）に調圧され、より高い圧力に２次加圧された燃料
は、燃圧レギュレータ１３により一定の圧力（例えば３
０kg/m²）に調圧され、それぞれのシリンダ７ｂに設け
られているインジェクタ９からシリンダ７ｂの中に噴射
される。ここで、燃圧レギュレータ１３は、機械式の一
定圧力に制御するタイプ、または、外部からの電気信号
により制御圧力をリニアに変えられるタイプとする。

【００２１】そして、２次加圧された圧力は、燃圧セン
サ２３で検出され、センサ出力は、コントロールユニッ
ト１５に入力されるようになっている。前記空気流量計
３からは、吸気流量を表す信号が出力され、コントロー
ルユニット１５に入力されるようになっている。更に、
スロットルボディ５には、スロットル弁５ａの開度を検
出するスロットルセンサ４が取り付けてあり、その出力
もコントロールユニット１５に入力されるようになって
いる。

【００２２】次に、前記エンジン７のカムシャフト軸
（図示省略）に取り付けられたクランク角センサ１６
は、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回
転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとを出力し、
これらの信号もコントロールユニット１５に入力される
ようになっている。ここで、クランク角センサ１６は、
クランク軸の回転を直接検出する検出装置２１のタイプ
でもよい。

【００２３】シリンダ７ｂ内の混合気に着火するには、
コントロールユニット１５から信号に基づいてコイル２
２を通電し、該通電を遮断したときに点火プラグ８に高
電圧がかかることで点火し、混合気に点火エネルギーを
与える。前記シリンダ７ｂに配置された筒内圧センサ２
４が、シリンダ７ｂ内の圧力を検出し、電気信号に変え
てコントロールユニット１５に入力される。

【００２４】前記排気管１９には、Ａ／Ｆセンサ１８が
配置され、該Ａ／Ｆセンサ１８の出力信号もコントロー
ルユニット１５に入力されるようになっている。更に、
排気管１９には触媒２０が取り付けられており、排気ガ
ス中の有害成分を除去する。コントロールユニット１５
の主要部は、図２に示すように中央演算部ＭＰＵ３５、
ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３６、及び、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ
／ＯＬＳＩ３７等で構成されており、エンジン７の運転
状態を検出する各種のセンサ等からの信号を入力として
取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果とし
て算定された各種の制御信号を出力し、前記インジェク
タ９、点火コイル２２に所定の制御信号を供給し、燃料
供給量制御と点火時期制御とを実行する。

【００２５】前記のような筒内噴射エンジン７におい
て、始動時の燃圧は、クランキング開始と同時に０から
立上るので、所定の燃圧（例えば３０kg/cm²）になって
から噴射を開始するのでは始動時間が長く（例えば５
秒）なってしまう。そこで、始動時間を短く（例えば１
秒以内）するためには、燃圧が所定値になる前の過渡状
態で燃料の噴射を開始しなければならない。この場合、
理論的に求まる燃料量を噴射するためには、実燃圧の値
に応じてインジェクタ９からの噴射パルス幅を変える必
要がある。つまり、燃圧が低いほど噴射パルス幅を長く
する制御が必要となる。

【００２６】図３は、燃圧によって噴射パルス幅を補正
する制御のブロック図を示したものである。始動時基本
パルス幅テーブル３１はエンジン冷却水温のテーブルと
なっており、水温を入力として始動時基本パルス幅Tis
を検索して出力するものである。水温と始動時基本パル
ス幅Tisの関係は、水温Twが低いほど始動時基本パルス
幅Tisは大きくなる。燃圧が通常回転中の所定値（例え
ば３０kg/cm²）となっていれば始動時基本パルス幅Tis
に無効パルス幅Tsを加えて始動時パルス幅として燃料噴
射を行なえばよいが、燃圧上昇過渡時は燃圧補正係数を
始動時基本パルス幅Tisに乗じて補正する。

【００２７】燃圧補正係数テーブル３２は、燃圧Pfを基
準燃圧Pbで割った燃圧比Kpを入力として、燃圧補正係数
FPhosを検索して出力するテーブルである。ここで、燃
圧補正係数FPhosと燃圧比Kpの関係は、燃圧比Kpが１つ
まり燃圧Pfが基準燃圧Pbに等しいときは燃圧補正係数FP
hosは１であり補正なしに等しい。燃圧比Kpが１より小
さいときは、つまり、燃圧Pfが基準燃圧Pbより低いとき
は燃圧補正係数FPhosは１より大きくなり、噴射パルス
幅を長くするように働く。

【００２８】次に、図５のフローチャートにより図３の
燃圧によって噴射パルス幅を補正する制御上の処理の流
れを説明する。図５に示した一連の処理は、一定時間
（例えば10ms）毎の割込み処理によって実行される。始
めに、ステップ５１で燃圧Pfを読み込み、次いで、ステ
ップ５２で水温Twを読み込む。ステップ５７では燃圧Pf
がしきい値Pthを超えたかどうか判定し、しきい値を超
えない場合はステップ５８の処理により燃料を噴射しな
い。これは燃圧が低すぎる場合、パルス幅を延ばして燃
料量を確保しても、噴射された燃料の粒径が大きくて着
火しにくく、また、燃圧の上昇を遅くしてしまうためで
ある。燃圧Pfがしきい値Pthを超えた場合はステップ５
４で始動時基本パルス幅のテーブル検索を行う。ステッ
プ５５では、基準燃圧Pbと計測した燃圧Pfにより燃圧比
Kpを求めてステップ５６に進む。該ステップ５６では、
燃圧補正係数FPhosのテーブル検索を行い、最後に、ス
テップ５７で、式(1)により噴射パルス幅Tiを求める。

【００２９】 Ti = Tis× FPhos＋ Ts ・・・・・・式(1) 前記の如く、始動時の燃圧によるパルス幅補正を図３に
示したが、図４は、完爆してエンジン回転数が立上って
からのパルス幅補正をブロック図として示したものであ
る。完爆後は、空気流量計３で計測した吸入空気量Qaを
もとに燃料噴射量を決定するが、その過程で燃圧補正係
数を乗じる。完爆後に燃圧が変動する要因は急激なエン
ジン回転数Neの変化等で、燃料ポンプ１１からの燃料吐
出量が急変して燃料レギュレータが追従できなかった時
に起こる。このとき、燃圧補正をかけないと、空燃比A/
Fが目標値から外れて燃焼安定性が悪くなる。

【００３０】図４のブロック図について説明する。ま
ず、空気流量センサ３で計測した吸入空気量Qaをクラン
ク角センサ１６で計測したエンジン回転数Neで割り、該
割った値に定数Kを乗じて基本パルス幅Tpを算出する。
基本パルス幅Tpは、空燃比A/FをA/F=14.7（ストイキ）
にする基本となるパルス幅であり、無効パルス幅Tsを加
えて算出した噴射量Tiをインジェクタ９から噴射する
と、実際の空燃比がストイキとなる。全ての運転領域が
ストイキでないエンジン、つまり、リーンバーンエンジ
ンでは、空燃比は目標A/Fマップ４２により、エンジン
回転数Neと負荷を表わすTpにより規定される。

【００３１】目標A/Fマップ４２は、エンジン回転数Ne
と基本パルス幅Tpを入力として目標A/Fを検索して出力
する。基本パルス幅Tpを目標A/Fで割って基準となるス
トイキのA/F14.7を乗ずると、仮の燃料噴射量Ti'が求ま
る。燃圧補正係数は、図３の実施例と同様に、燃圧Pfを
基準燃圧Pbで割った燃圧比Kpを燃圧補正テーブル４３に
入力して検索する。求まった燃圧補正係数FPhosをTi'に
乗じた後、無効パルス幅Tsを加えて噴射パルス幅Tiを算
出する。

【００３２】次に、図６のフローチャートにより、エン
ジン回転数が立上ってからのパルス幅補正の制御上の処
理の流れを説明する。図６に示した一連の処理は、一定
時間（例えば10ms）毎の割込み処理によって実行され
る。始めに、ステップ６１で吸入空気量Qaを読み込み、
次いでステップ６２でエンジン回転数Neを読み込み、更
に、ステップ６３で燃圧Pfを読み込む。ステップ６４で
は、式(2)により基本パルス幅Tpを計算する。

【００３３】 Tp = K×（Qa／ Ne) ・・・・・・式(2) ステップ６５では、基本パルス幅Tpとエンジン回転数Ne
を入力として目標A/Fマップを検索し、目標となるA/Ft
を求めて出力する。ステップ６６では、目標A/Fとする
ための仮のパルス幅Ti'を式(3)で計算する。 Ti' = Tp× (14.7／ A/Ft) ・・・・・・式(3) ステップ６７では、実測の燃圧Pfと基準燃圧Pbの比であ
る燃圧比Kpを、式(4)で計算する。

【００３４】 Kp＝ Pf／Pb ・・・・・・式(4) ステップ６８では、燃圧比Kpを入力として燃圧補正係数
FPhosを検索する。最後に、ステップ６９で、燃圧補正
をかけた噴射パルス幅Tiを、式(5)で計算する。 Ti＝ Ti'× FPhos＋ Ts ・・・・・・式(5) 以上の構成と処理により燃圧の上昇過渡および燃圧の変
動、つまり、燃圧の変化という外乱があっても、燃料噴
射パルス幅を補正することにより目標A/F通りに空燃比
制御を行うことが可能となる。

【００３５】図７は、始動時に、図５の処理を行ったと
きのタイムチャートを示している。燃料噴射は燃圧Pfが
しきい値Pthを超えてから開始するようになっている。
それぞれの噴射パルスの直前の燃圧Fpを測定し、該燃圧
Fpにより噴射パルス幅Tiを補正して燃料噴射を行うよう
なタイムチャートとなっている。また、始動時の燃圧挙
動は、図７に示すように、燃圧配管内の燃料の圧が小さ
いことから、噴射している間に燃圧低下を起こす。ここ
で、燃圧補正のための燃圧計測は、噴射前であるので、
補正しても、燃料量は目標値よりも少なくなってしま
う。そこで、始動時の補正テーブル３２は、完爆時の補
正テーブル４３の値よりも大きく設定する。

【００３６】次に、圧縮行程の噴射において、燃圧の変
化と筒内圧の変化という２つの外乱に対して、燃焼安定
性を損なうことなく、目標A/F通りに空燃比制御を行う
構成と処理について説明する。図８は、圧縮行程で噴射
を行なったときの筒内圧の変化と燃圧の関係について示
したものであり、１つの気筒の圧縮行程開始から爆発行
程終了までのクランクアングルを横軸にとって筒内圧の
変化を示したものである。

【００３７】爆発なしでエンジンをモータリングしてい
るときの筒内圧は、点線のようにクランクアングル１８
０°つまりＴＤＣ（Top Dad Center）まで上昇して最大
圧力となり、その後ＢＤＣ（Bottom Dead Center）まで
減少する。また、実線で示した筒内圧は、圧縮行程終了
付近で、点火プラグで点火してから燃焼圧力が高まり、
その後減少していくものである。

【００３８】さて、燃料ポンプ１１により２次加圧され
た燃料は、燃圧レギュレータ１３により調圧されて、一
定の圧力（例えば２０kg/cm²）となっている。ところが
筒内圧は、図８の曲線のように変化しているので、イン
ジェクタを境に高圧側（燃料側）と低圧側（シリンダ
側）の差圧は、図の線分ＢＣまたはＥＤのようにクラン
クアングル１８０°に向かって、減少していく。つま
り、線分ＡＦで示される時間（角度）燃料噴射しても、
吸気行程で同じ時間噴射するより燃料量は少なくなる。
定量的には、吸気行程での噴射量をＡＣＤＦの面積とす
ると図８の圧縮行程では、ＢＣＤＥの面積しか噴射でき
ない。この結果、空燃比が目標空燃比よりも薄くなって
しまうので、次のいずれかにより筒内圧に左右されない
噴射量を確保する必要がある。

【００３９】方法１、圧力差が小さくなった分、図４に
示したように燃圧補正係数を乗じて噴射パルス幅を長く
する。方法２、圧力差が小さくならないように燃圧を上
昇させる。前記２つの方法の内、吸気行程で燃料噴射を
行うストイキ燃焼では、筒内圧が上昇しないので方法２
を使う必要はなく、方法１で対応できる。

【００４０】他方、圧縮行程での噴射を主に行うリーン
燃焼では方法１でも方法２でも目標空燃比とする燃料量
は確保できる。しかし、方法１では、パルス幅が長くな
るため噴射タイミング設定の自由度が小さくなるという
問題や、インジェクタ９の前後の差圧が低いので、燃料
の噴霧角度や噴射された燃料の速度が変わり、燃料の混
合状態（濃い混合気の集まる場所や濃度の分布）が変化
し、特に、リーン燃焼での安定度、燃費が悪化するとの
問題がある。

【００４１】そこで、圧縮行程噴射時に有効な方法２に
ついて説明する。図９は、圧縮行程で噴射を行なったと
きの筒内圧の変化と燃圧の関係について示したものであ
る。図９も図８と同様に１つの気筒の圧縮行程開始から
爆発行程終了までのクランクアングルを横軸にとって筒
内圧の変化を示している。図９の燃圧を、図８の燃圧と
比較すると燃圧制御を行なっているため、線分ＣＧで示
される分上昇している。ここで、線分ＣＧ＝線分ＡＢで
あるため、線分ＡＦで示される時間（角度）燃料噴射し
たとき、吸気行程で同じ時間噴射するのと噴射量はほぼ
同じとなる。定量的には、吸気行程での噴射量をＡＣＤ
Ｆの面積とすると、図９の圧縮行程では、ＢＧＨＥの面
積で噴射するので面積はほぼ同じとなる。

【００４２】以下、具体的に燃圧を制御するための構成
と制御および処理について説明する。図１０は、電制燃
圧レギュレータ１３を用いて、燃圧をアクティブに制御
するためのブロック図である。圧力センサ２３で燃圧を
電圧変換してコントロールユニット１５に入力する。圧
力信号変換手段８４は、フイルタ８５を介して燃圧セン
サ２３から入力された電圧を圧力値として認識できるよ
うにデジタル信号に変換して実測燃圧Pfとする。ここ
で、燃圧の信号をサンプルするタイミングは、時間同期
でなく回転同期とし、クランク角センサ１６により燃料
を噴射する直前のタイミングを検出してセンサ電圧をD/
A変換する。燃圧センサ２３の信号は、フイルタ８５で
ノイズ成分除去のためにフイルタ処理を行う。完爆時に
は、燃圧の脈動をキャンセルするように、フィルタ時定
数を大きくするか、始動時、急な燃圧の立ち上がりを計
測できるように、フィルタ時定数を小さくする。

【００４３】次に、前記実測燃圧Pfは、目標燃圧Ptと比
較され、圧力偏差ΔPfを算出する。圧力偏差ΔPfにゲイ
ンＧ（８１）を乗じて、電流換算手段８２によって電制
燃圧レギュレータ１３への電流を決定する。次に、電流
制御手段８３で比例電磁式制御弁への実電流を制御す
る。このように燃圧でのフィードバックをかけて実測燃
圧Pfを目標燃圧Ptになるように制御を行う。

【００４４】図１１は、図１０のブロック図の機能を実
行するための回路構成である。図１０の圧力変換手段に
相当するのが、A/D変換器９３とMPU３５であり、燃圧セ
ンサ２３の出力電圧をA/D変換し、MPU３５の入力ポート
に入力する。MPU３５では、燃料を噴射する直前のタイ
ミングで、センサ電圧をD/A変換するため、クランク角
センサ１６の信号も入力している。

【００４５】更に、MPU３５では、A/D変換器９３から入
力ポートに与えられたHi/LOのビットパターンを２進数
として扱い、燃圧として認識する。一方電流制御手段
は、D/A変換器９４とオペアンプ９１とトランジスタ９
５と電流検出抵抗９２で構成される。MPU３５から出力
された目標電流値のビットパターンは、D/A変換器９４
にて電圧に変換してオペアンプ９１の端子に入力され
る。また、電流検出抵抗９２によりアクチュエータであ
る電制燃圧レギュレータ１３のソレノイドに流れる電流
を電圧変換し、変換された電圧は、オペアンプの別の入
力端子に入力される。オペアンプ９１では、目標電流の
電圧変換値と検出電流の電圧変換値が一致するようにト
ランジスタ９５への電流を制御して電制燃圧レギュレー
タの電流を増減する。

【００４６】図１２は、前記の動作を行なったときのMP
U３５での処理内容を示している。図１２に示した一連
の処理は、一定時間（例えば10ms）毎の割込み処理によ
って実行される。始めに、ステップ１０１で燃圧Pfを読
み込む。ここで、燃圧Pfは回転同期で予めセンシングさ
れた値であり、メモリに一時保存されていた値である。
次に、ステップ１０２で、式(6)により目標燃圧Ptと実
測燃圧Pfの差ΔPfを算出する。

【００４７】 ΔPf＝ Pt − Pf ・・・・・・式(6) ステップ１０３では、式(7)によって、式(6)で求められ
た差圧ΔPfにゲインＧをかけて電制燃圧レギュレータの
操作量増減分Ifを算出する。 If＝ G×ΔP f ・・・・・・式(7) ステップ１０４では、式(8)にて電制燃圧レギュレータ
への新たな目標電流値Is(k)を決定する。

【００４８】 Is(k) ＝ Is(k-1)＋ If × Ki ・・・・・・式(8) 次に、D/A変換器９４が出力する電圧Vsが目標電流Isに
対応するよう、Vsを式(9)にて計算する。 Vs＝ Kv × Is(k) ・・・・・・式(9) ステップ１０６では、出力ポートにVsを２進数のパター
ンとしてセットする。最後にステップ１０７では、次回
の計算に使うために現在の目標電流値Is(k)の値をIs(k-
1)にシフトする。

【００４９】図１０、図１１に示したアクチュエータで
ある電制燃圧（プレッシャ）レギュレータ１３を含む燃
料系のシステムは、図１３のように構成される。燃料
は、燃料タンク１４から低圧側の燃料ポンプ１０により
１次加圧され、更に、高圧側の燃料ポンプ１１により２
次加圧され、インジェクタ９が配管されている燃料系に
供給される。

【００５０】１次加圧された燃料は、燃圧レギュレータ
１２により一定の圧力（例えば３kg/cm²）に調圧され、
より高い圧力に２次加圧された燃料は、コントロールユ
ニット１５に制御された電制燃圧レギュレータ１３によ
り目標燃圧に調圧され、それぞれのシリンダに設けられ
ているインジェクタ９からシリンダ７ｂの中に噴射され
る。また、２次加圧された圧力は、燃圧センサ２３で検
出され、センサ出力は、コントロールユニット１５に入
力されるようになっている。

【００５１】次に、電制燃圧レギュレータ１３の構造の
一実施例を、図１４に示す。図１４の電制燃圧レギュレ
ータ１３は、比例電磁式圧力制御弁のタイプであり、直
流ソレノイドと直動型のポペット弁とから構成される。
直流ソレノイド１７６に入力電流が与えられると、電流
に比例した吸引力が発生し、軸受１７５で軸支された可
動鉄心１７４が、ばね押し１７８を介してスプリング１
７３を圧縮する方向に移動し、さらに、ばねを介してポ
ペット１７２をシート１７１に押し付けようとする。一
方、シート１７１から流入した燃料は、ポペット１７２
を押すようにして流出しており、この圧力と直流ソレノ
イドの吸引力がバランスして燃圧が定まる。すなわち、
入力電流に対して比例的に圧力が制御されることにな
り、その特性は図１５のようになる。

【００５２】次に、燃料系を構成する部品の１つである
燃圧センサ２３の特性を、図１６に示す。図１６に示す
ように、燃圧センサ２３は、燃圧と出力電圧が１：１に
対応しており、その出力は、コントロールユニット１５
に入力される。図１７は、燃圧センサ２３とコントロー
ルユニット１５の関係の一実施例を示したものである。
燃圧センサ２３の出力電圧は、１倍ＡＭＰ２０２及びＮ
倍ＡＭＰ２０３を介してA/D変換器９３に入力される。
１倍ＡＭＰ及びＮ倍ＡＭＰは、コントロールユニット１
５に内蔵されていてもよいし、一点鎖線の範囲２０１で
示したように燃圧センサ２３に内蔵されていてもよい。

【００５３】A/D変換器９３は、それぞれの電圧をデジ
タル変換し、MPU３５に入力する。ここで、１倍および
Ｎ倍にＡＭＰで増幅された信号の特性を図１８に示す。
図１８では、Ｎ＝４のときの特性を示した。A/D変換器
の分解能、つまり、１BIT当たりの電圧は決まっている
（例えば5mV）ので、圧力の低い側では、Ｎ倍ＡＭＰ信
号から変換したほうがより高い分解能で燃圧を計測でき
る。また、圧力の高い側は、１倍ＡＭＰ信号から変換し
たほうが広い範囲の燃圧を計測できる。

【００５４】MPU３５では、図１９に示すように、Ｎ倍
ＡＭＰ信号の電圧Pfnに1/NのゲインGnを乗じてPfn'とし
て１倍信号と同じレベルにした後、圧力に変換する。し
かし、低圧側と高圧側の切換え点である図１９の１９Ａ
部においては、低圧側の終端１９２と高圧側の終端１９
３で段差ΔPfが生じる。これは、回路の温度特性等でＮ
倍ＡＭＰを正確にＮ倍とすることは難しく、Ｎ±α倍と
なっているからである。

【００５５】そこで、前記段差ΔPfをなくすための手段
が必要になる。図２０は、前記段差をなくすためにゲイ
ンを学習するためのロジックを示したものである。ステ
ップ２３１でＮ倍ＡＭＰ信号Pfnと１倍ＡＭＰ信号Pf1を
読み込み、ステップ２３２で式(10)によってＮ倍ＡＭＰ
信号Pfnを１倍ＡＭＰ信号Pf1と同じレベルにする。

【００５６】 Pfn'＝ Pfn× Gn(k-1) ・・・・・・式(10) ステップ２３３では、１倍ＡＭＰ信号Pf1が所定の範囲
にあるかどうかを判定する。所定範囲を1±ΔVとしたの
は、低圧側と高圧側の切換え点の電圧を１付近としたか
らである。１倍ＡＭＰ信号Pf1が所定範囲内にあればゲ
イン学習をすることになり、ステップ２３４へと進む。
ステップ２３４では式(11)により段差ΔPfを計算する。

【００５７】 ΔPf＝ Pf1− Pfn' ・・・・・・式(11) ステップ２３５では、式(12)により修正したゲインを計
算する。 Gn(k) ＝ Gn(k-1)＋ΔPf／Gs ・・・・・・式(12) ここで、Gsは収束係数であり、値が大きいほど収束時間
は長く、ΔPfに異常値が入ったときに影響を受けにくい
という特性を持つ。

【００５８】ステップ２３６では、次の演算を行うとき
のために現在のゲインGnをシフトする。ステップ２３７
では、式(12)により学習したゲインを用いてＮ倍アンプ
からの電圧を修正する。ステップ２３８では、現在の
燃圧が低圧側か高圧側かを判定する。高圧側であればス
テップ２３９に進み、１倍アンプ信号の電圧Pf1を式(1
3)に代入して燃圧Pfを求める。

【００５９】 Pf＝ Pf1× Gf ＋ OFST ・・・・・・式(13) また、低圧側であればステップ２４０に進み、学習した
ゲインで変換したＮ倍アンプ信号の電圧Pfn'を式(14)に
代入して燃圧Pfを求める。 Pf＝ Pfn' × Gf ＋ OFST ・・・・・・式(14) このようにして、精度を要する低圧側で高い分解能を確
保できる燃圧測定が可能となる。

【００６０】本実施形態を適用するエンジン制御装置に
おいて、空燃比を理論空燃比（A/F=14.7）付近で変化さ
せた場合の空燃比と排気ガス中有害成分の関係を図２１
に、同じく空燃比と三元触媒での浄化率の関係を図２２
に示す。図２１に示したように、理論空燃比付近での排
気ガスは、ＨＣ，ＮＯｘについてはリッチ（濃い）側に
ずれてもリーン（薄い）側にずれても大きな変化はない
が、ＣＯはリッチ側にずれると急激に濃くなる。

【００６１】また、図２２から理解されるように、Ｃ
Ｏ，ＨＣについては、理論空燃比よりリッチ側にずれる
と浄化率が急激に下がり、逆に、ＮＯｘについては、理
論空燃比よりリーン側にずれると急激に浄化率が低下す
る。以上、図２１、２２の特性から判るように、触媒よ
り後に排出される有害成分を低く抑えるためには、エン
ジンの運転空燃比を理論空燃比を中心とした狭いバンド
の中に制御することが必要であるが、本実施形態では、
燃圧変化および／もしくは筒内圧変化という外乱が起こ
った時に、空燃比の変動を抑制できるので、排気ガス中
の有害成分を常に効率良く浄化できる。

【００６２】本実施形態を適用するエンジン制御装置に
おいて、空燃比を理論空燃比より薄くリーン燃焼させた
場合、図２３に示す特性となる。空燃比がリーンになる
と、燃焼温度が低下するので、図示のように、NOx排出
濃度は低下する。また、リーンになると、混合気の着火
性がわるくなるので、図示のように、トルク変動Δτの
大きさで表わされる燃焼安定度は、空燃比がリーンにな
るにつれ、或る空燃比まではゆるやかに悪化してゆく
が、それをこえると着火性が極端に低下するため、急激
に悪化する傾向がある。このような特性をもつリーン燃
焼エンジンでは、燃費向上とNOx低減を狙って、燃焼安
定度許容限界よりすこし濃い空燃比で運転するのがよ
い。図２３の例では、A/F=24付近がベストであるが、空
燃比が変動し、リーン側にずれると燃焼安定度許容限界
を越えて運転性が悪化する。しかし、本実施形態を適用
した場合、燃圧変化および／もしくは筒内圧変化という
外乱が起こった時にも空燃比の変動を抑制できるので、
運転性は良好に保たれる。

【００６３】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱す
ることなく、設計において種々の変更ができるものであ
る。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の筒内エンジン制御装置は、燃圧上昇過渡時あるいは
燃圧変動時において、検出した燃圧をもとに燃料噴射パ
ルスを補正して燃料量を目標値通りに制御できるので、
始動時間を短く、かつ排気ガス中の有害成分であるHC,C
Oの排出を低く抑えることができる。

【００６５】また、本発明のエンジン制御装置は、筒内
圧の変化する圧縮行程での燃料噴射においても、燃圧と
筒内圧の差圧を一定に制御する機能があるため、燃焼安
定性を確保し、かつ、排気ガス中の有害成分であるHC,C
O,NOxの排出を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のエンジン制御装置を備え
た筒内噴射エンジン構成図。

【図２】図１のエンジン制御装置のコントロールユニッ
トの構成概念図。

【図３】図１のエンジン制御装置の始動時の燃圧補正の
ブロック図。

【図４】図１のエンジン制御装置の完爆時の燃圧補正の
ブロック図。

【図５】図１のエンジン制御装置の始動時の燃圧補正の
フローチャート。

【図６】図１のエンジン制御装置の完爆時の燃圧補正の
フローチャート。

【図７】図１のエンジン制御装置の始動時のタイムチャ
ート。

【図８】圧縮行程時における筒内圧の変動図（燃料圧力
一定）。

【図９】圧縮行程時における筒内圧の変動図（燃料圧力
補正）。

【図１０】図１のエンジン制御装置の燃圧制御システム
のブロック図。

【図１１】図１のエンジン制御装置の燃圧制御システム
のハードウエア構成図。

【図１２】図１のエンジン制御装置の燃圧制御システム
のフローチャート。

【図１３】図１のエンジン制御装置の燃料系システムの
構成図。

【図１４】図１のエンジン制御装置の電制燃圧レギュレ
ータの構造図。

【図１５】図１４の電制燃圧レギュレータの特性を示す
図。

【図１６】図１のエンジン制御装置の燃圧センサの特性
を示す図。

【図１７】図１のエンジン制御装置の燃圧センサとコン
トロールユニットの関係図。

【図１８】図１のエンジン制御装置の燃圧センサの特性
の１例を示す図。

【図１９】図１のエンジン制御装置の燃圧センサの特性
の計測段差の１例を示す図。

【図２０】図１９のエンジン制御装置の燃圧センサの特
性の計測段差を是正するゲイン学習のフローチャート。

【図２１】空燃比に対する排気ガス成分の濃度の関係を
示す図。

【図２２】空燃比に対する触媒の浄化率の関係を示す
図。

【図２３】エンジンのリーン燃焼の特徴を表わす図。

【符号の説明】

３…空気流量センサ、７…エンジン、８…点火プラグ、
９…インジェクタ、１１…燃料ポンプ、１３…電制燃圧
レギュレータ、１５…コントロールユニット、２３…燃
圧センサ、２４…筒内圧センサ、４３…燃圧補正係数テ
ーブル、２０３…Ｎ倍アンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 69/00 ３４０Ｆ０２Ｍ 69/00 ３４０Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンのシリンダに入る吸入空気量を
測定する手段と、燃料の圧力を所定値に制御する燃料の
加圧および調圧手段と、目標空燃比となるよう吸入空気
量に係数をかけて燃料噴射量を計算する手段と、該燃料
噴射量を噴射するインジェクタの通電時間を算出する手
段と、通電されている間燃料をシリンダ内に直接噴射す
るインジェクタと、所定の点火時期に点火プラグで火花
を発生させ混合気に着火する手段からなる筒内噴射エン
ジンの制御装置において、前記インジェクタに印加される燃料圧力を検出する手段
と、該検出した燃料圧力と基準燃料圧力の比により燃料
噴射パルス幅を補正する手段とを備えたことを特徴とす
る筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項２】前記燃料噴射パルス幅を補正する手段
は、前記圧力比を軸とした補正係数のテーブルであり、
メモリ等の記憶手段によって記憶されていることを特徴
とする請求項１に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項３】前記燃料圧力検出手段と前記噴射パルス
幅補正手段とは、クランキング開始から完爆するまでの
間に機能することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴
射エンジンの制御装置。
【請求項４】前記インジェクタは、始動時に燃料圧力
が所定値に上昇するまで燃料を噴射せず、燃料圧力が所
定値を超えたら、噴射パルス幅補正手段で演算したパル
ス幅の燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載
の筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項５】前記燃料圧力検出手段と前記噴射パルス
幅補正手段とは、エンジン始動終了後の完爆状態で機能
することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジ
ンの制御装置。
【請求項６】前記燃料圧力検出手段と前記噴射パルス
幅補正手段とは、クランキング開始から完爆、さらに完
爆してからエンジンストップの間の全ての燃料噴射に対
して機能することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴
射エンジンの制御装置。
【請求項７】前記噴射パルス補正手段は、２通りの補
正テーブルを記憶しており、クランキング時には一方の
テーブルを用いて補正し、完爆後には他方のテーブルを
用いて補正することを特徴とする請求項５に記載の筒内
噴射エンジンの制御装置。
【請求項８】前記噴射パルス補正手段は、クランキン
グ時に用いる始動用の補正テーブルの補正値を完爆後に
用いる補正値よりも大きい値としたことを特徴とする請
求項７に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項９】前記燃料圧力検出手段は、該手段の燃料
圧力センサのフィルタ処理において、クランキング時に
用いるフィルタ時定数を完爆後に用いるフィルタ時定数
よりも小さくしたことを特徴とする請求項７に記載の筒
内噴射エンジンの制御装置。
【請求項１０】エンジンのシリンダに入る吸入空気量
を測定する手段と、燃料の圧力を所定値に制御する燃料
の加圧および調圧手段と、目標空燃比となるよう吸入空
気量に係数をかけて燃料噴射量を計算する手段と、該燃
料噴射量を噴射するインジェクタの通電時間を算出する
手段と、通電されている間燃料をシリンダ内に直接噴射
するインジェクタと、所定の点火時期に点火プラグで火
花を発生させ混合気に着火する手段からなる筒内噴射エ
ンジンの制御装置において、前記インジェクタに印加される燃料圧力を検出する手段
と、シリンダ内の圧力を検出する手段と、前記２つの圧
力の差圧ΔＰを一定とするように燃料圧力を制御する手
段とを備えたことを特徴とする筒内噴射エンジンの制御
装置。
【請求項１１】シリンダ内の圧力を検出する手段は、
その検出タイミングを燃料噴射時期に同期させて１噴射
毎にサンプリングし、燃料圧力を検出する手段は、その
検出タイミングを一定時間置きにサンプリングすること
を特徴とする請求項１０に記載の筒内噴射エンジンの制
御装置。
【請求項１２】前記燃料の圧力を所定値に制御する燃
料の調圧手段は、アクチュエータを有し、該アクチュエ
ータが電気信号によって燃料圧力を変化させることがで
きる電制プレッシャレギュレータであることを特徴とす
る請求項１又は１０に記載の筒内噴射エンジンの制御装
置。
【請求項１３】前記燃料の圧力を所定値に制御する燃
料の調圧手段のコントロール部は、ソフトウエアによっ
て動作し、実燃料圧力を検出する手段と、目標燃料圧力
と実燃料圧力の差圧を計算する手段と、該差圧に応じて
電制プレッシャレギュレータへの電気信号を与える手段
とによって構成することを特徴とする請求項１又は１０
に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項１４】前記燃料の圧力を所定値に制御する燃
料の調圧手段のコントロール部は、電子回路によって動
作し、実燃料圧力を検出する手段と、目標燃料圧力と実
燃料圧力の差圧を計算する手段と、該差圧に応じて電制
プレッシャレギュレータへの電気信号を与える手段によ
って構成することを特徴とする請求項１又は１０に記載
の筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項１５】前記燃料圧力を検出する手段は、圧力
センサの電圧を１倍およびＮ倍に増幅する手段を備え、
低圧側ではＮ倍信号から圧力変換を行い、高圧側では１
倍信号から圧力変換を行うことを特徴とする請求項１又
は１０に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
【請求項１６】前記圧力センサからの信号を１倍およ
びＮ倍に増幅する手段を備えた燃料圧力検出手段は、１
倍信号とＮ倍信号の切換え点でＮ倍信号から圧力値を変
換するためのゲインを学習することを特徴とする請求項
１５に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。