JP5021605B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射と、この主燃料噴射に先立つパイロット燃料噴射と、を少なくとも行う燃料噴射手段を備える内燃機関の制御装置にかかり、詳しくはアイドル時におけるパイロット燃料噴射の制御装置に関する。

ディーゼルエンジンは、１回の燃焼行程で複数回の燃料噴射を行うことによって、騒音、振動の低減、排出ガスの低減を図っている。パイロット燃料噴射は、この複数回の燃料噴射に含まれる主燃料噴射に先立って行われる燃料噴射であり、ごく少量の燃料噴射を行って燃焼させ、気筒内のガス温度を上昇させることで主燃料噴射時の着火遅れ時間を短縮できるため、急激な気筒内の圧力上昇を抑制する。この結果、燃焼騒音も抑制される。このように、ディーゼルエンジンは、パイロット燃料噴射を行うことによって、燃焼音が改善される。

内燃機関の燃焼において、吸入空気量と燃料との適正な混合比、いわゆる空燃比を管理する必要がある。空気は温度によって比重が変化する。従って、正確な吸入空気量を知るためには吸入される空気の温度が重要となる。

例えば、大気温が低いとき、燃料が多くなり白煙を生じさせる。かかる事態を改善するために燃料噴射タイミングを進角すれば騒音が高くなる。そこで、パイロット燃料噴射を大気温に基づき補正する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３７２１８７３号公報

前記した公知技術（特許文献１）においてパイロット燃料噴射の補正に用いられる大気温は、通常、内燃機関の吸気管内に備えられた大気温センサによって検出される。大気温センサ（吸気温センサ）は、車種によってはエアフローメータの近くに設置され、またはインテークマニホールドの近くに設置される。大気温センサの指示値は、いずれの場合もエンジン本体で発生する熱の影響を受けることがある。

通常の内燃機関の運転状態では、吸入される空気量が多く、流体が吸気管内に滞留する時間も少ないため、燃焼室等の熱源からの影響は受けにくい。しかしながら、内燃機関がアイドル状態、特に長期にわたるいわゆるロングアイドル状態のときには、吸入される空気量は、通常の運転状態と比べ少なくなっている。空気量が少ないため気体の熱容量が小さくなり、また流量が少ないため空気の吸気管内の滞留時間が多くなることから、熱源からの熱の伝導および気体内の温度上昇による対流の影響で、大気温センサ近傍の空気の温度が、実際の大気温と比較して高くなり、大気温センサが指示する温度も同様に実際の大気温と比較して高くなる。

このような状況になった場合、実際の大気温よりも高い温度に応じてパイロット燃料噴射の燃料量が算出される。算出されたパイロット燃料噴射の燃料量は、温度が低い実際の吸入空気量に対して少なくなり、適正な燃焼状態とならないことから、十分な燃焼音低減効果を得ることができないおそれがあった。

本発明は、前記課題を鑑み、内燃機関がアイドル時であっても適正な燃料量のパイロット燃料噴射を行う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。

前記課題を解決するため、本発明の燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射と、この主燃料噴射に先立つパイロット燃料噴射と、を少なくとも行う燃料噴射手段を備える内燃機関の燃料噴射を制御する。この装置は、吸気管内に備えられ、吸入される外気の温度を検出する検出手段と、前記内燃機関のアイドル状態を判定する判定手段と、を備える。この装置は、内燃機関がアイドル状態にあると判定されたときに、検出された外気温度を補正し、この補正された外気温度に応じて前記パイロット燃料噴射を制御するよう構成されている。

前記構成によれば、外気温度を計測するセンサが検出した値が正しく大気温度（外気温度）を示さなくなるおそれがあるアイドル状態において、検出された外気温度を実際の外気温度に近くなるように補正することによって、適正なパイロット燃料噴射の制御量を算出できる。該制御量によってパイロット燃料噴射を行うことにより、燃焼音の低減に貢献する。

前記構成において、前記パイロット燃料噴射は、前記補正された外気温度に基づいて燃料噴射量および燃料噴射の時期の両方もしくは一方を制御するよう構成することができる。

前記構成において、前記外気温度の補正は、内燃機関がアイドル状態に入ったことに応じて、外気温をアイドル状態直前に検出された温度に保持することにより行うことができる。

前記構成において、前記外気温度の補正は、前記検出手段が検出する今回値と前回値とを比較し、温度が低い方を補正後の外気温度とするよう構成することができる。

本発明は、内燃機関がアイドル時であっても、適正なパイロット燃料噴射の制御量を算出する燃料噴射制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置を備えたエンジンシステムの模式図である。

図１では、本実施形態にかかる燃料噴射制御装置を備えることが可能な多気筒のディーゼルエンジンの一つの気筒１０について説明する。このディーゼルエンジンの機械的な構成自体は周知のものと同様であり、ターボチャージャー２０を備えている。

外部から吸気された空気は、白矢印Ａの方向から吸気管１１を通過し、ターボチャージャー２０のコンプレッサによって圧縮される。吸気管１１には、燃焼室１２に流入する外気の温度ＴＥを計測する外気温度センサ２１がターボチャージャー２０の上流に設けられている。なお、この外気温度センサ２１の位置は一例であり、かかる位置には限定されない。

ターボチャージャー２０のコンプレッサによって圧縮された吸入空気は、吸気バルブ１６が開くことによって、燃焼室１２へ流入する。吸気バルブ１６が閉じ、ピストン１４が上昇し、燃焼室１２内の空気を圧縮することで、燃焼室１２は高圧状態となる。適正な圧力になったところで、インジェクタ１７から適正な混合比となる量の燃料が噴射され、その後自然着火が生じる。ピストン１４は圧力に付勢され、コンロッド１８を押し下げ、コンロッド１８はクランクシャフト１９を回転させる。その後、排気バルブ１５が開き、排気は、ターボチャージャー２０のタービンを通過し、タービンを回転させつつ、ハッチング矢印Ｅの方向へ排気管１３から排気される。

インジェクタ１７へは黒矢印Ｆ方向から燃料が供給される。燃料は図示しない燃料タンクからフィルター、高圧サプライポンプ、コモンレール等を経由し、高圧化されて供給されている。インジェクタ１７はソレノイドやピエゾ素子によって燃料噴射量や燃料噴射時期、タイミング等の制御がされている。燃料圧力は極めて高圧（例えば２０００気圧）であり、またソレノイドやピエゾ素子は応答性に優れ、極めて短い噴射間隔を実現できることから、インジェクタ１７は最適な量の燃料を最適なタイミングで噴射することができる。なお、吸気管１１への吸気流路には、図示しない中間冷却器等を介してもよい。

燃料噴射は、インジェクタ１７によって、１回の燃焼行程において複数回実施される。この複数回とは、例えば、主燃料噴射の前に、パイロット燃料噴射、プリ燃料噴射、主燃料噴射の後にアフター燃料噴射、ポスト燃料噴射などがあり、それぞれの段階で発生する排出ガスの低減や騒音、振動の低減を図っている。

パイロット燃料噴射は、ごく少量の燃料噴射を行って燃焼させ、気筒内のガス温度を上昇させることで主燃料噴射時の着火遅れ時間を短縮できるため、急激な気筒内の圧力上昇を抑制する。パイロット燃料噴射を行うことによって、燃焼音が大きく改善されている。

次に図を参照して燃料噴射制御装置の機能について説明する。図２は本実施形態における燃料噴射制御装置の機能ブロック図である。

本実施形態の燃料噴射制御装置は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１００によって実現できる。ＥＣＵ１００は、一種のコンピュータであり、演算を実行するプロセッサ（ＣＰＵ）、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

ＥＣＵ１００の燃料噴射制御機能は、主に、エンジン回転数ＮＥ等を計測する複数のセンサ１１０，１１１，１１２，１１３，１１５等から出力される信号を受け取る入力インタフェース１２０と、アイドル判定部１０１と、外気温度補正部１０２と、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３と、インジェクタ制御部１０４と、燃料噴射量算出部１０５と、制御信号等をインジェクタ１７へ出力する出力インタフェース１２１と、から構成されている。そして、ＥＣＵ１００は、アイドル判定部１０１と、外気温度補正部１０２の機能を実現させるようにプログラムされている。ＥＣＵ１００は燃料噴射制御装置専用としてもよいが、内燃機関系統を制御するＥＣＵ１００にそれぞれの機能を組み込んでもよい。

入力インタフェース１２０は、ＥＣＵ１００とエンジン系統の各部とのインタフェース部であり、エンジン系統の様々な箇所から送られてくる車両の運転状態を示す情報を受け取って信号処理を行い、アナログ情報はデジタル信号に変換し、これらをアイドル判定部１０１、外気温度補正部１０２、および内燃機関系統の制御機器を備えるＥＣＵ１００へ受け渡す。図２では、エンジン回転数NE、車速、エンジン温度、アクセル開度および外気温度TEが示されているが、これに限定されるものではなく、その他種々の情報が入力される。例えば、図１の排気管１３に備えられるＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ：図示せず）の温度などを検出して、後記するアイドル判定のパラメータとすることもできる。

ここで、エンジン回転数NEは、クランクシャフト１９の回転を検出するエンジン回転数センサ１１０からの信号に基づいて検出される。車速は、車両の車輪を駆動するドライブシャフトの付近に備えられた車速センサ１１１によって、ドライブシャフトの所定回転ごとに出力される信号に基づいて検出される。エンジン温度は、エンジン冷却水の水温を検出するエンジン温度センサ１１２からの信号に基づいて検出される。アクセル開度は、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ１１３からの信号に基づいて検出される。外気温度TEは、前記したように吸気管１１に備えられた（図１参照）外気温度センサ２１から出力される信号に基づいて検出される。

アイドル判定部１０１は、エンジン回転数センサ１１０によって検出されたエンジン回転数NE、車速センサ１１１によって検出された車速、エンジン温度センサ１１２によって検出されたエンジン温度等を、入力インタフェース１２０を介して取得する。そして、これらの検出値は信号処理されて、アイドル判定のためのパラメータとして用いられる。アイドル判定部１０１は、各パラメータが所定の範囲内にあるかを、しきい値と比較する。各パラメータが所定範囲内であれば、エンジンがアイドル状態であると判断する。エンジンがアイドル状態であると判断されたとき、アイドル判定部１０１は、外気温度補正部１０２に信号を送る。

なお、本実施形態では、前記した各パラメータが一瞬だけアイドル判定の条件を満たすような場合を回避するために、アイドル判定部１０１は、アイドル判定を行うに際して、図２に示すようにディレイ時間Tを付加している。そして、ディレイ時間T経過後もアイドル判定の条件を満たす場合に、エンジンがアイドル状態にあると判断する構成としている。

外気温度補正部１０２は、アイドル判定部１０１からアイドル状態であるとの信号を受けて、後記するプロセスに基づいて外気温度センサ２１が正しく外気温度を示しているか否かの判定および補正を実行する。

補正が実行されたとき、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３は、補正された外気温度に基づいて、予め設定されたマップ等を参照し、パイロット燃料噴射量、燃料噴射時期を算出する。これらの制御量の算出方法については後記する。

出力インタフェース１２１は、ＥＣＵ１００によって算出されたパイロット燃料噴射の制御量をインジェクタ１７に出力する機能を有する。しかしながらこれに限定するものではなく出力インタフェース１２１には、他のコントローラ等を接続することもできる。

次に図３および図４を参照して、パイロット燃料噴射の制御量の算出について説明する。パイロット燃料噴射の制御量には、パイロット燃料噴射量とパイロット燃料噴射時期がある。図３はパイロット燃料噴射量の補正に関するブロック図であり、図４はパイロット燃料噴射時期の補正に関するブロック図である。なお、図３および図４は、図２のＥＣＵ１００の燃料噴射量算出部１０５とパイロット燃料噴射制御量算出部１０３についての詳細を説明するものである。

図３を参照すると、燃料噴射量算出部１０５は、エンジン回転数NEの検出値とアクセル開度の検出値を入力し、総燃料噴射量TOUTを算出する。算出された総燃料噴射量TOUTの信号は、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３が備える基本パイロット燃料噴射量算出部に入力される。基本パイロット燃料噴射量算出部は、さらにエンジン回転数NEの信号を入力し、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップを参照して、基本パイロット燃料噴射量POUTの信号を算出し、出力する。

また、算出された総燃料噴射量TOUTの信号は、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３が備える補正用パイロット燃料噴射量算出部に入力される。補正用パイロット燃料噴射量算出部は、さらにエンジン回転数NEの信号を入力し、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップを参照して、補正用パイロット燃料噴射量POUT2の信号を算出し、出力する。

パイロット燃料噴射制御量算出部１０３は、さらに補正係数ｋ１算出部を備える。補正係数ｋ１算出部は、後記するプロセスによって算出される補正後の外気温度TEEの信号に基づき、パイロット燃料噴射量の補正量を算出するための補正係数ｋ１を算出する。補正係数ｋ１は、図３の補正係数マップに示すように外気温度TEEが低いときには大きく、外気温度TEEが高いときには小さいものとしている。これは、外気温度TEEが低ければ、吸入空気の密度が高いため吸入空気量が多くなり、パイロット燃料に着火しにくくなる。それに伴いパイロット燃料噴射量も多く必要となる。一方、外気温度TEEが高ければ、吸入空気の密度が低いため吸入空気量が少なくなり、パイロット燃料に着火しやすくなる。それに伴いパイロット燃料噴射量も少なくする必要があるからである。

算出された補正係数ｋ１は補正用パイロット燃料噴射量POUT2の信号に乗ぜられ、パイロット燃料噴射量外気温補正量CPOUTの信号が算出される。パイロット燃料噴射量外気温補正量CPOUTの信号は、基本パイロット燃料噴射量POUTの信号に加算され、補正後のパイロット燃料噴射量FPOUTの信号が算出され、インジェクタ制御部１０４へ出力される。

次に、図４を参照すると、燃料噴射量算出部１０５は、エンジン回転数NEの検出値とアクセル開度の検出値を入力し、総燃料噴射量TOUTの信号を算出する。算出された総燃料噴射量TOUTの信号は、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３が備える基本パイロット燃料噴射時期算出部に入力される。基本パイロット燃料噴射時期算出部は、さらにエンジン回転数NEの信号を入力し、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップを参照して、基本パイロット燃料噴射時期PINTの信号を算出し、出力する。該マップには、クランク角と噴射時期との関係も情報として格納されており、クランク角に応じて適正な噴射時期が算出される。

また、算出された総燃料噴射量TOUTの信号は、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３が備える補正用パイロット燃料噴射時期算出部に入力される。補正用パイロット燃料噴射時期算出部は、さらにエンジン回転数NEの信号を入力し、ＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップを参照して、補正用パイロット燃料噴射時期PINT2の信号を算出し、出力する。

パイロット燃料噴射制御量算出部１０３は、さらに補正係数ｋ２算出部を備える。補正係数ｋ２算出部は、後記するプロセスによって算出される補正後の外気温度TEEに基づき、パイロット燃料噴射制御量の補正量を算出するための補正係数ｋ２を算出する。補正係数ｋ２は、図４の補正係数マップに示すように外気温度TEEが低いときには大きく、外気温度TEEが高いときには小さいものとしている。これは、外気温度TEEが低ければ、吸入空気の密度が高く、それに伴いパイロット燃料噴射時期を調整し、一方外気温度TEEが高ければ、吸入空気の密度が低く、それに伴いパイロット燃料噴射時期を調整する必要があるからである。ここで、外気温度TEEが低いほどパイロット燃料に着火しにくく、補正量が大きくなるため、噴射時期は圧縮上死点方向に遅角するように制御することが好ましい。

算出された補正係数ｋ２は補正用パイロット燃料噴射時期PINT2の信号に乗ぜられ、パイロット燃料噴射時期外気温補正量CPINTの信号が算出される。パイロット燃料噴射時期外気温補正量CPINTの信号は、基本パイロット燃料噴射時期PINTの信号に加算され、補正後のパイロット燃料噴射時期FPINTの信号が算出され、インジェクタ制御部１０４へ出力される。

かかる構成は、最初に、吸入される空気量が通常の運転状態と比べ少なくなるアイドル状態、特に長期にわたるいわゆるロングアイドル状態を検出する。このアイドル状態では、空気量が少ないため気体の熱容量が少なくなり、また流量が小さいため空気の吸気管内の滞留時間が多くなることから、熱源からの熱の伝導および気体内の温度上昇による対流の影響で、外気温度センサ２１の近傍の空気温度は、実際の大気温と比較して高くなる。いわゆるセンサが検出した値が正しく外気温度を示さないおそれがある。そして、かかる環境において、センサがこのような状況になるのを回避するために、外気温度センサ２１から検出された外気温度を後記するプロセスに従って補正等することによって適正なパイロット燃料噴射の制御を実現させている。

図５は、本実施例にかかる外気温度の判定および補正プロセスのフロー図である。図６は、本実施形態の変形例にかかる外気温度の判定および補正プロセスのフロー図である。図７は、補正された外気温度の状態を表す説明図である。図８は、一補正手法を表す説明図である。なお、以下の説明では図１，２も併せて参照する。

図５に示す外気温度の判定および補正プロセスは、ＥＣＵ１００のＣＰＵによって実行され、より具体的には、図２に示すアイドル判定部１０１および外気温度補正部１０２によって主に実行される。このプロセスは、所定の時間間隔で実行することができる。

アイドル判定部１０１は、ステップＳ２０１において、アイドル運転か否かを判定する。アイドル判定部１０１は、まず検出されたエンジン回転数NE、車速およびエンジン温度のそれぞれを所定値と比較する。エンジン回転数NE、車速が所定値以下であり、エンジン温度が所定値の範囲内であるとき（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、アイドル運転であると判定し、ステップＳ２０２へ進む。

一方、ステップＳ２０１において、エンジン回転数NEが所定値以上、車速が所定値以上、エンジン温度が所定値の範囲外のいずれかに該当すれば（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、通常の運転状態であると判定する。そして、パイロット燃料噴射制御量算出部１０３は、温度センサ２１に検出された外気温度TE、エンジン回転数NE、要求トルクに基づいて、予め設定されＥＣＵ１００のメモリに格納されたマップ等を参照して、パイロット燃料噴射の制御量を算出する（ステップＳ２０８）。パイロット燃料噴射の制御量は、燃料噴射量と燃料噴射量時期があり、図３および図４の説明で前記したように、ＥＣＵ１００に備えられたパイロット燃料噴射制御量算出部１０３が算出し、インジェクタにその制御量を指令する。

アイドル判定部１０１は、図２で説明したように、アイドル判定の誤判定を回避するためにディレイ時間Tを付与してもよい。また、アイドル判定のパラメータとして、排気管１３に備えたDPF（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ：図示せず）の温度も追加し、該温度が所定範囲内であるか判定する構成としても良い。

次に、ステップＳ２０２において、アイドル判定部１０１がアイドル状態と判定した結果はアイドル信号として外気温度補正部１０２へ送られる。外気温度補正部１０２は、アイドル判定時点で検出された外気温度のサンプル値TE１を取得する。次に、外気温度補正部１０２は、アイドル状態が新たに開始されたものか、継続されたものかを判定する。この判定は、最初にアイドル状態と判定されたときに、フラグを立てる、もしくは、タイマ等を設定して行うことができ、周知技術を適用することができる。

外気温度補正部１０２は、アイドル状態が新たに開始されたものである場合は（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、外気温度TE１以前の外気温度のサンプル値TE0をＥＣＵ１００のメモリから参照し、（１）式のように、このTE0を外気温度TEPとして設定する（ステップＳ０２０４）。
TEP=TE0 （１）

ここで、TE1はいわゆる今回値となり、TEPはいわゆる前回値となり、以後の判定で用いられる。サンプル値はセンサ出力の瞬時値の移動平均またはなまし値を用いることが好ましい。

アイドル状態が継続されている場合は（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、外気温度補正部１０２は、ＥＣＵ１００のメモリに保存されている、前回の判定結果であって、外気温度に最終的に設定された判定結果TEEを参照し、（２）式に示すように、この判定結果TEEを前回値TEPとして設定する（ステップＳ２０３）。この判定結果TEEは、前回の判定の結果であり、ステップＳ２０８に送られてパイロット燃料噴射の制御量の算出に用いられた外気温度である。
TEP=TEE （２）

次に、外気温度補正部１０２は、外気温度センサ２１に検出された外気温度を取得し、検出される外気温度が大きく上昇しているか否かの判定および補正のプロセスを実行する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５において、今回値TE1と、（１）式または（２）式より算出された前回値TEPと、を（３）式のように比較する。
TE1＞TEP （３）

ここで、今回値TE1が前回値TEPよりも低いか、もしくは等しければ、アイドル状態に起因する温度上昇はなく、外気温度センサ２１が正しく外気温度を示していると判定される（ステップＳ２０５：Ｎｏ）。このとき、外気温度補正部１０２は、（４）式のように、今回値TE1を判定結果に従い判定結果TEEとする（ステップ２０６）。
TEE＝TE１ （４）

パイロット燃料噴射制御量算出部１０３は、この判定結果TEEに基づき、パイロット燃料噴射制御量を算出する（ステップＳ２０８）。算出されたパイロット燃料噴射制御量は、インジェクタ制御部１０４へ送られ、インジェクタ制御部１０４はパイロット燃料噴射の制御量は出力インタフェース１２１を介して、信号としてインジェクタ１７へ送られる。ここで、判定結果TEEは、ＥＣＵ１００のメモリに保存される。

一方、（３）式において、今回値TE1が前回値TEPよりも高ければ、アイドル状態に起因する温度上昇によって、外気温度センサ２１が正しく外気温度を示していないと判定され（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、（５）式に示すように、前回値TEPを補正後の新たな外気温度の補正値TECとする補正が実行される。続いて、（６）式に示すように、外気温度補正部１０２は補正値TECを判定結果TEEとする（ステップＳ２０７）。
TEC＝TEP （５）
TEE＝TEC （６）

ＥＣＵ１００は、この判定結果TEEに基づき、パイロット燃料噴射の制御量を算出する。ステップＳ２０８の説明は前記したとおりである。

かかる判定および補正の必要性について図７を参照して説明する。

アイドル運転に入る前の外気温度は、吸入空気量が多いため、燃焼器等の熱源からの熱影響は相対的に少ない。従って、検出された外気温度と大気温との差は少なく、変動の少ない温度状態が維持されている。

アイドル運転に移行すると、図７の領域Ｃの破線に示すように、外気温度検出値は急激に上昇する場合がある。アイドル運転時には内燃機関の回転数が低く、燃焼のための空気量は通常の走行時と比べて非常に少なくなる。従って、吸気管内に存在する空気の重量は少なく、熱容量が小さくなるため、外部熱源からの熱伝達によって、温度が上昇しやすくなるからである。また、吸気管内に滞留した空気は、温度が上昇することによって生ずる対流によって、吸気管内の全体の温度までも上昇させる。この結果、吸気管に備えられた外気温度センサ２１が検出する外気温度の検出値も上昇する。すなわち、外気温度センサ２１が検出した値は、外気の温度を示さないおそれがある。

その後、アイドル運転から通常走行状態に移行すると、大量の空気が吸入され、熱容量が大きくなり、周囲の熱源の影響を受けにくくなる。また、流量が増加するとともに空気の吸気管内の滞留状態もなくなることから、自然対流による温度上昇が緩和され、一方、流入する外気による強制対流熱伝達によって温度は下降する。その後、外気温度検出値も通常の運転状態を表す図７の領域Ｍの実線と破線が重なって示されるように外気温度を指示するようになる。

しかしながら、外気温度センサ２１自身の温度状態や外気温度センサ２１の周囲の構造体の温度や保存されている熱量等の影響があるため、図７の領域Ｃから領域Ｍへの移行するときも（領域Ｌで表されている）、熱慣性的な温度変化の遅れが生ずる。かかる状況も、領域Ｃとともに外気温度検出値が外気の温度を指示しない状況となるおそれがある。

空気は、車両の周囲からフィルター等の機器を通過して内燃機関へ吸入されるが、吸入される外気の温度は大気温と大きく異なることはない。さらに、大気温は図７に示す外気温度検出値のような短時間の大きな温度変動が生ずる可能性は極めて希である。

以上のように、図７の領域Ｃについては、外気温度を補正することによって、適正なパイロット燃料噴射の制御量を算出することが可能となる。さらに、領域Ｌについては、外気温度センサ２１が正しく外気温度を示す状態に復帰するまで、領域Ｃにおいて補正された外気温度を用いることによって適正なパイロット燃料噴射の制御量を算出することが可能となる。

上記で説明した補正プロセスは、図８に示すように実行されている。すなわち、アイドル運転と判定される領域Ｃに移行して微少時間Δｔごとに、今回値TE1と前回値TEPとが比較され、温度が低い方を判定結果TEEとする。アイドル運転が判定されると、外気温度が正しく外気温度を示しているか否かを判定し、示していない場合は補正する（補正領域Ｃ）。この判定と補正はアイドル運転が終了するまで継続される。

なお、図７に示すように、通常、アイドル状態に入ると、外気温度センサ２１が検出する温度は、アイドル状態直前の温度と比べ、高くなる場合が多い。センサの設置等の関係により、常に外気温度センサ２１が検出する温度が高くなる場合、外気温度の補正は、内燃機関がアイドル状態に入ったことに応じて、（７）、（８）式のように、アイドル期間中、外気温度をアイドル状態直前に検出された外気温度のサンプル値TE0に保持するように構成することができる。
TEC＝TE0 （７）
TEE＝TEC （アイドル期間中保持） （８）

また、アイドル運転が終了して、吸入空気量が多くなると、外気温度検出値は下降する。しかし、前記したように、この外気温度検出値は下降して安定するまでは、実際の外気温度が観測されていることにならないと想定される。そこで、図７に示すように、ランプ領域Ｌを設け、下がり勾配を付与し、外気温度検出値をゆっくりと下降させるようにさせてもよい。なお、この間においても、パイロット燃料噴射の制御に用いられる温度は図７の実線で移行していく補正された外気温度となる。

例えば、アイドル運転終了後の所定時間をランプ領域Ｌとして予め設定しておき、アイドル運転終了時の外気温度検出値TEendから、そのときの判定結果TEEとを用いて、（９）式のようになまし計算を行うことができる。
TEE（なまし計算）＝kc×TEE＋（１−kc）×TEend （９）

ここでkcはなまし係数である。

この間、補正領域Ｃにおける判定結果TEEも、上がり勾配を付与し、ランプ領域Ｌが終了するときに、今回値TE1と判定結果TEEとが一致するようにしてもよい。なお、ランプ領域Ｌの期間は外気温度検出値が安定する時間を考慮して設定することが好ましい。なお、ランプ領域Ｌを過ぎると、通常の運転の領域Ｍにおいては、外気温度検出値を外気温度とすることができる。

前記した実施例では、外気温度の前回値を単に今回値TE１以前の外気温度のサンプル値TE0としていたが、アイドル状態に至る前に内燃機関への負荷が減少し、アイドル状態と判定されたときに、すでに外気温度検出値が正しく外気温度を示さない状態になっているおそれがある。このような状況を回避するために、ステップＳ２０１におけるアイドル判定後、最初の前回値TEPを、（１０）式のように、今回値TE１以前に複数回検出された外気温度のサンプル値TE0,TE-1,TE-2,,,TE-nの平均値としてもよい。ここで、0,-1,-2,,-nは、以前のサンプル値であることを表しており、nは、サンプル個数を表している。
TEP（最初の前回値）＝（TE0＋TE-1＋TE-2＋・・＋TE-n）／(n+1) （１０）

本実施形態におけるセンサが正しく外気温度を示しているか否かの判定および補正は、アイドル状態が開始されたときの外気温度の前回値をより正確に把握することも重要となる。前記した修正によって、判定および補正の精度を向上させることができる。

［変形例］
次に、図６を参照して、変形例を説明する。アイドル状態であっても、内燃機関は運転されているため、吸気管から空気が吸気される。従って、外気温度センサ２１が配設される位置によっては、吸入空気からの強制対流熱伝達の影響も無視できなくなる場合もある。かかる吸入空気の熱影響を考慮するために、次のような判定、補正を行うこともできる。なお、ステップＳ２０１、Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０８については、図５と同じであるので説明を省略し、ステップＳ３０５から説明する。

ステップＳ３０５において、前回値TEPと今回値TE1とを（１１）式のように判定した結果、今回値TE1の増分が所定のしきい値thを超えるものであれば（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、外気温度センサ２１は正しく外気温度を示していない状態となる。そこで、（１２）式のように、ステップ３０６において、温度が低い前回値TEPを補正値TECとして設定する。
（TE1（今回値）−TEP（前回値））＞th（しきい値） （１１）
TEC（補正値）＝TEP（前回値） （１２）

しかし、今回値が前回値より高い場合でも、今回値と前回値との差が所定のしきい値を超えなければ、外気温度センサ２１の正しく外気温度を示していない状態は軽微であり、吸入空気からの熱影響も受けている可能性がある。そこで、今回値と前回値との差がしきい値th以下の場合（ステップＳ３０７：Ｎｏ）は、式（１３）のように、今回値TE1と前回値TEPとを比較する（ステップＳ３０７）。
TE1（今回値）＞TEP（前回値） （１３）

今回値TE1が前回値TEPより低い、もしくは等しければ（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、外気温度センサ２１は正しく外気温度を示していると判定され、今回値TE1は判定結果TEEとされる（ステップＳ３０８）。

今回値TE1が前回値TEPより高ければ（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、外気温度センサ２１は正しく外気温度を示していないが、吸入空気からの熱影響も無視できないと判定され、ステップＳ３０９において、例えば、（１４）式のように、前回値と今回値との加重平均をとり、これを補正後の外気温度とすることができる。

TEC（補正値）＝（a×TEP（前回値）＋b×TE1（今回値））／（ａ＋ｂ） （１４）
ａ、bは、加重係数。

流速の遅い気体が流れる管内温度の計測は、センサのサイズ、位置や特性によって、応答性や指示値に差が生ずる場合がある。加重係数a，bは、実験や解析によって取得されるアイドル運転時の外気温度センサ２１が配設される箇所における外気温度TEの挙動を反映することによって決定することができる。

このように、補正の手法は、一実施例や変形例で説明したように、センサの置かれる状況に応じて適宜選択することができる。

また、アイドル期間Ｃにおける内燃機関等の熱源からの熱影響によって生ずる外気温度センサ２１の単位時間あたりの温度上昇ΔTを実験や解析により予め取得し、アイドル期間Ｃとなったときに、今回値TE1とこのときの温度上昇ΔTの差分を（１５）式のように、補正値TECとしてもよい。
TEC＝TE1−ΔT （１５）

本実施形態の構成によれば、実際の外気温度に近くなるように補正を行った補正後外気温度に応じてパイロット燃料噴射の制御量を算出できる。そして、ＥＣＵ１００は、この制御量に基づいて、パイロット燃料噴射の燃料噴射量、燃料噴射時期等を適正に制御し、燃焼音の低減を効果的に行える。

さらに、かかる構成は、外気温度検出値と補正後外気温度の前回値と比較して、温度センサが正しく外気温度を示しているか否かを判定した後に、外気温度を設定する。設定に当たっては、前記したように、前回値と今回値のいずれか低い外気温度を選択する方法や、アイドル状態直前に検出された温度に外気温度を保持する方法や、前回値と今回値の差に応じて補正を行う方法や、加重平均をとる方法など、適宜、センサの配設状態等に応じて選択することができる。

本実施形態のような判定方法、補正手法を適用することにより、熱源となる燃焼室から熱影響を受ける箇所にも外気温度センサを配設することも可能となる。このように、温度センサの配設位置の自由度を広げ、コンパクトな艤装設計を可能とする。

以上、本発明について好適な実施形態を説明した。本発明は、図面に記載したものに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置を備えたエンジンシステムの模式図である。 一実施形態における燃料噴射制御装置の機能ブロック図である。 一実施形態における燃料噴射制御装置のパイロット燃料噴射量算出にかかる機能ブロック図である。 一実施形態における燃料噴射制御装置のパイロット燃料噴射時期算出にかかる機能ブロック図である。 一実施形態における外気温度の判定および補正プロセスのフロー図である。 一実施形態の変形例にかかる外気温度の判定および補正プロセスの詳細なフロー図である。 補正された外気温度の状態を表す説明図である。 実施例にかかる一補正方法を表す説明図である。

符号の説明

１０ 気筒
１１ 吸気管
１２ 燃焼室
１３ 排気管
１４ ピストン
１５ 排気バルブ
１６ 吸気バルブ
１７ インジェクタ
１８ コンロッド
１９ クランクシャフト
２０ ターボチャージャー
２１ 外気温度センサ
１００ ＥＣＵ
１０１ アイドル判定部
１０２ 外気温度補正部
１０３ パイロット燃料噴射制御量算出部
１０４ インジェクタ制御部
１２０ 入力インタフェース
１２１ 出力インタフェース

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射と、この主燃料噴射に先立つパイロット燃料噴射と、を少なくとも行う燃料噴射手段を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   吸気管内に備えられ、吸入される外気の温度を検出する検出手段と、
   前記内燃機関のアイドル状態を判定する判定手段と、を備え、
   内燃機関がアイドル状態にあると判定されたときに、検出された外気温度を補正し、この補正された外気温度に応じて前記パイロット燃料噴射を制御するよう構成されており、かつ、前記外気温度の補正は、内燃機関がアイドル状態に入ったことに応じて、外気温をアイドル状態直前に検出された温度に保持することにより行う、
   内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記パイロット燃料噴射は、前記補正された外気温度に基づいて燃料噴射量および燃料噴射時期の両方もしくは一方を制御するよう構成されている、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する主燃料噴射と、この主燃料噴射に先立つパイロット燃料噴射と、を少なくとも行う燃料噴射手段を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   吸気管内に備えられ、吸入される外気の温度を検出する検出手段と、
   前記内燃機関のアイドル状態を判定する判定手段と、を備え、
   内燃機関がアイドル状態にあると判定されたときに、検出された外気温度を補正し、この補正された外気温度に応じて前記パイロット燃料噴射を制御するよう構成されており、かつ、前記外気温度の補正は、前記検出手段が検出する今回値と前回値とを比較し、温度が低い方を補正後の外気温度とすることにより行う、
   内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記パイロット燃料噴射は、前記補正された外気温度に基づいて燃料噴射量および燃料噴射時期の両方もしくは一方を制御するよう構成されている、請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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