(57)【要約】【課題】  燃料噴射量を従来よりもさらに高精度に制御可能な構成を提供する。【解決手段】  燃料噴射制御装置（４）は、内燃機関（１）の気筒（１１ａ）内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁（２）の動作を制御するものであって、筒内圧取得部（４０、４７）と、燃料噴射量補正部（４０）と、を備えている。筒内圧取得部（４０、４７）は、前記内燃機関（１）の運転中の前記気筒（１１ａ）内の圧力である筒内圧を取得する。燃料噴射量補正部（４０）は、前記筒内圧取得部（４０、４７）によって取得された前記筒内圧に基づいて、前記筒内噴射弁（２）の閉弁遅れによる燃料噴射量の増量側の誤差を補正する。【選択図】  図１
2010048214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の動作を制御する、燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射量を取得する、燃料噴射量取得部と、
前記内燃機関の運転中の前記気筒内の圧力である筒内圧を取得する、筒内圧取得部と、
前記燃料噴射量取得部によって取得された前記燃料噴射量が所定量よりも少ない少量噴射領域にて、前記筒内噴射弁の単体試験にて前記燃料の噴射が行われる雰囲気内の圧力である基準筒内圧と、前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧と、に基づいて、当該筒内圧と前記基準筒内圧との差に起因する前記筒内噴射弁の閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正する、燃料噴射量補正部と、
を備えたことを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の、燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射量補正部は、前記少量噴射領域のみにて、前記閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の、燃料噴射制御装置において、
前記筒内噴射弁に対する前記燃料の供給圧力である燃圧を取得する、燃圧取得部と、
前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧と、前記燃圧取得部によって取得された前記燃圧と、前記燃料噴射量取得部によって取得された前記燃料噴射量に対応する前記筒内噴射弁への通電時間と、に基づいて、前記閉弁時期ズレを取得する、閉弁時期ズレ取得部と、
をさらに備え、
前記燃料噴射量補正部は、前記閉弁時期ズレ取得部によって取得された前記閉弁時期ズレに基づいて、当該閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の、燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射量補正部は、前記閉弁時期ズレ取得部によって取得された前記閉弁時期ズレに対応する、前記通電時間の補正量を取得することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項５】
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の動作を制御する、燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の運転中の前記気筒内の圧力である筒内圧を取得する、筒内圧取得部と、
前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧に基づいて、前記筒内噴射弁の閉弁時期ズレによる燃料噴射量の誤差を補正する、燃料噴射量補正部と、
を備えたことを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の、燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射量補正部は、前記筒内噴射弁の単体試験にて前記燃料の噴射が行われる雰囲気内の圧力である基準筒内圧と、前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧と、に基づいて、当該筒内圧と前記基準筒内圧との差に起因する前記閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の、燃料噴射制御装置において、
前記筒内噴射弁に対する前記燃料の供給圧力である燃圧を取得する、燃圧取得部と、
前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧と、前記燃圧取得部によって取得された前記燃圧と、に基づいて、前記閉弁時期ズレを取得する、閉弁時期ズレ取得部と、
をさらに備え、
前記燃料噴射量補正部は、前記閉弁時期ズレ取得部によって取得された前記閉弁時期ズレに基づいて、当該閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の、燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射量補正部は、前記閉弁時期ズレ取得部によって取得された前記閉弁時期ズレに対応する、前記筒内噴射弁への通電時間の補正量を取得することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１項に記載の、燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射量補正部は、
閉弁期間における前記閉弁時期ズレによる燃料噴射量の誤差と、それより前の開弁期間における燃料噴射量の誤差と、をそれぞれ算出するとともに、両者を合算することで得られる誤差総量に基づいて前記燃料噴射量を補正することを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１項に記載の、燃料噴射制御装置であって、
前記筒内噴射弁は、
低圧燃料通路と連通する低圧ポートと、前記低圧ポートと当該筒内噴射弁の軸方向に沿って対向するように設けられ高圧燃料通路と連通する高圧ポートと、噴孔を開閉するノズルニードルの基端部に対して閉弁時に高圧の燃料の圧力を与えるとともに開弁時に当該圧力を緩和する制御室と連通する制御ポートと、の３つのポートのみを有するバルブ室内に収容されていて、前記低圧ポートを閉塞する第一位置と前記高圧ポートを閉塞する第二位置との間で前記軸方向に沿って往復可能に配置された、弁体と、
前記低圧燃料通路側から前記弁体を押下することで当該弁体を前記第一位置から前記第二位置へ移動させるように、前記軸方向に沿って移動可能に収容された、ピストン部材と、
前記ピストン部材を前記軸方向に沿って移動させる、アクチュエータと、
を備えたことを特徴とする、燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の動作を制御する、燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置は、通常、予め作成された所定のマップを用いて、機関運転状態に応じた燃料噴射量を算出する。このマップは、所定の燃料噴射雰囲気（標準筒内圧：例えば１ＭＰａ）における筒内噴射弁の単体試験の結果に基づいて設定されたものである。
【０００３】
ところで、機関運転中の気筒内の圧力である筒内圧は、筒内噴射の背圧として作用する。この筒内圧は、機関運転状態によって変化する（例えば４〜１０ＭＰａ）。このため、この種の装置において、筒内圧に基づいて筒内噴射弁の開弁時間を補正する機能を備えたものが提案されている（例えば、特開２００５−１０５９４７号公報、特開２００５−３３７１３８号公報、等参照。）。
【０００４】
具体的には、特開２００５−１０５９４７号公報や特開２００５−３３７１３８号公報に記載の構成は、上述の標準筒内圧と実際の筒内圧との差に起因して生じる以下の２つの誤差、すなわち、（１）燃料噴射率（単位時間あたりに噴射される燃料量）の低下による燃料噴射量の減量側の誤差、及び、（２）燃料噴射の開始時期の早まりによる燃料噴射量の増量側の誤差を、補正するようになっている。
【特許文献１】特開２００５−１０５９４７号公報
【特許文献２】特開２００５−３３７１３８号公報
【発明の開示】
【０００５】
近年の高燃費化等の要請により、燃料噴射量制御をさらに高精度で行うことが必要となっている。特に、燃料噴射量が少量である場合、筒内圧による燃料噴射量の誤差の影響が大きくなる。
【０００６】
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、（特に少量噴射領域における）燃料噴射量を従来よりもさらに高精度に制御可能な構成を提供することにある。
【０００７】
本発明の燃料噴射制御装置は、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の動作を制御するようになっている。
【０００８】
ここで、前記筒内噴射弁は、以下の構成を備え得る：当該筒内噴射弁には、噴孔と、高圧燃料通路と、低圧燃料通路と、制御室と、バルブ室と、が設けられている。また、当該筒内噴射弁は、弁体と、ピストン部材と、アクチュエータと、を備えている。
【０００９】
前記噴孔は、燃料を前記気筒内に噴射するための貫通孔である。この噴孔は、前記気筒内に露出するように、当該筒内噴射弁の先端部に設けられている。前記高圧燃料通路は、前記噴孔に高圧の燃料を供給するための燃料通路であって、所定の高圧燃料供給源（例えばコモンレール）と接続されている。前記低圧燃料通路は、前記高圧燃料通路内よりも低圧の燃料が通過する燃料通路であって、当該筒内噴射弁の外部に燃料を排出するように設けられている。
【００１０】
前記制御室は、前記噴孔を開閉するノズルニードルの基端部（前記噴孔に対向する先端部と反対側の端部）を収容するように設けられている。この制御室は、前記基端部に対して閉弁時に高圧の燃料の圧力を与えるとともに、開弁時に当該圧力を緩和するようになっている。すなわち、この制御室は、内部の燃料の圧力が高圧の場合に当該圧力によって前記ノズルニードルを下降させて当該インジェクタを閉弁させるとともに、内部の燃料の圧力が低圧の場合に前記ノズルニードルを上昇させて当該インジェクタを開弁させるようになっている。
【００１１】
前記バルブ室は、前記低圧燃料通路と連通する低圧ポートと、前記高圧燃料通路と連通する高圧ポートと、前記制御室と連通する制御ポートと、の３つのポートのみを有している。前記高圧ポートは、当該筒内噴射弁の軸方向に沿って前記低圧ポートと対向するように設けられている。
【００１２】
前記弁体は、前記バルブ室内に収容されていて、第一位置と第二位置との間で前記軸方向に沿って往復可能に配置されている。ここで、前記第一位置は、前記弁体が前記低圧ポートを閉塞する位置である。また、前記第二位置は、前記弁体が前記高圧ポートを閉塞する位置である。
【００１３】
前記ピストン部材は、前記軸方向に沿って移動可能に収容されている。このピストン部材は、前記低圧燃料通路側から前記弁体を押下することで、当該弁体を前記第一位置から前記第二位置へ移動させるようになっている。前記アクチュエータは、前記ピストン部材を前記軸方向に沿って移動させるようになっている。
【００１４】
本燃料噴射制御装置は、筒内圧取得部と、燃料噴射量補正部と、を備えている。また、本燃料噴射制御装置は、燃料噴射量取得部をも備え得る。この燃料噴射量取得部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射量を取得するようになっている。ここで、「燃料噴射量」には、前記筒内噴射弁への通電時間等の、燃料噴射量に対応するパラメータが含まれ得る。
【００１５】
前記筒内圧取得部は、筒内圧を取得するようになっている。前記燃料噴射量補正部は、前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧に基づいて、前記燃料噴射量の誤差を補正するようになっている。具体的には、前記燃料噴射量補正部は、前記筒内圧と基準筒内圧との差に起因する前記燃料噴射量の誤差を補正するようになっている。ここで、前記筒内圧は、前記内燃機関の運転中の前記気筒内の圧力である。また、前記基準筒内圧は、前記筒内噴射弁の単体試験にて前記燃料の噴射が行われる雰囲気内の圧力である。
【００１６】
本発明の特徴は、前記燃料噴射量補正部が、前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧に基づいて、前記筒内噴射弁の閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正するようになっていることにある。具体的には、前記燃料噴射量補正部は、前記内燃機関の運転中の前記筒内圧と前記基準筒内圧との差に起因する前記燃料噴射量の誤差を補正するようになっている。
【００１７】
かかる構成を備えた本発明の燃料噴射制御装置においては、前記筒内圧取得部は、前記内燃機関の運転中に前記筒内圧を取得する。この取得された前記筒内圧に基づいて、前記燃料噴射量補正部は、前記筒内噴射弁の閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正する。例えば、前記燃料噴射量補正部は、前記筒内圧が前記基準筒内圧より高いことに起因する前記筒内噴射弁の閉弁遅れによる、前記燃料噴射量の増量側の誤差を補正する。
【００１８】
前記燃料噴射量補正部は、前記燃料噴射量取得部によって取得された前記燃料噴射量が所定量よりも少ない少量噴射領域にて、前記基準筒内圧と、前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧と、に基づいて、当該筒内圧と前記基準筒内圧との差に起因する前記筒内噴射弁の閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正し得る。具体的には、例えば、前記燃料噴射量補正部は、前記少量噴射領域のみにて、前記閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正し得る。
【００１９】
前記燃料噴射量補正部は、閉弁期間（閉弁動作期間）における前記閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差と、それより前の開弁期間（開弁動作期間及び開弁維持期間を含む）における前記燃料噴射量の誤差と、をそれぞれ算出するとともに、両者を合算することで得られる誤差総量に基づいて前記燃料噴射量を補正し得る。ここで、前記閉弁期間は、前記ノズルニードルが閉弁方向すなわち前記噴孔を塞ぐ方向に移動し始めてから閉弁完了するまでの期間である。前記開弁動作期間は、前記ノズルニードルが開弁方向すなわち前記噴孔を開放する方向に移動している期間である。前記開弁維持期間は、前記ノズルニードルの前記開弁方向への移動が完了して当該ノズルニードルがほぼ停止している期間である。
【００２０】
この場合、例えば、前記燃料噴射量補正部は、前記筒内圧が前記基準筒内圧より高いことに起因する以下の２つの誤差、すなわち、（１）燃料噴射率の低下による前記燃料噴射量の減量側の誤差、及び（２）前記閉弁遅れによる前記燃料噴射量の増量側の誤差、の双方を補正し得る。
【００２１】
前記燃料噴射制御装置は、燃圧取得部と、閉弁時期ズレ取得部と、をさらに備え得る。ここで、前記燃圧取得部は、前記筒内噴射弁に対する前記燃料の供給圧力である燃圧（例えば前記コモンレール内の圧力であるレール圧）を取得するようになっている。また、前記閉弁時期ズレ取得部は、少なくとも、前記筒内圧取得部によって取得された前記筒内圧と、前記燃圧取得部によって取得された前記燃圧と、に基づいて、前記閉弁時期ズレを取得するようになっている。例えば、前記閉弁時期ズレ取得部は、前記筒内圧、前記燃圧、及び、前記燃料噴射量取得部によって取得された前記燃料噴射量に対応する前記通電時間と、に基づいて、前記閉弁時期ズレを取得するようになっている。
【００２２】
この場合、前記燃料噴射量補正部は、前記閉弁時期ズレ取得部によって取得された前記閉弁時期ズレに基づいて、当該閉弁時期ズレによる前記燃料噴射量の誤差を補正する。具体的には、例えば、前記燃料噴射量補正部は、前記閉弁時期ズレ取得部によって取得された前記閉弁時期ズレに対応する、前記通電時間の補正量を取得する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態（本願の出願時点において取り敢えず出願人が最良と考えている実施形態）について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００２５】
＜システム構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用された内燃機関システムＳ（以下、単に「システムＳ」と略称する。）の概略構成を示す図である。図１を参照すると、このシステムＳは、内燃機関１と、この内燃機関１に装着された筒内噴射弁であるインジェクタ２と、このインジェクタ２に燃料を供給するための燃料供給装置３と、これらの動作を制御する制御装置４と、を備えている。
【００２６】
＜＜内燃機関＞＞
内燃機関１の本体部分を構成するシリンダブロック１１内には、シリンダ１１ａが形成されている（図１においては、４つのシリンダ１１ａが直列に形成されているものとする。）。シリンダ１１ａの周囲には、冷却水の通路であるウォータージャケット１１ｂが設けられている。
【００２７】
シリンダ１１ａの内側には、ピストン１２が、当該シリンダ１１ａの軸線方向（図中上下方向）に沿って往復移動可能に収容されている。ピストン１２は、その下方に配置されたクランクシャフト１３と、コンロッド１４を介して連結されている。
【００２８】
シリンダブロック１１の上端部には、当該シリンダブロック１１とともに内燃機関１の本体部分を構成するシリンダヘッド１５が接合されている。シリンダヘッド１５の下端面には、凹部が、シリンダ１１ａの上端部に対応する位置に設けられている。燃焼室ＣＣは、シリンダヘッド１５がシリンダブロック１１に接合されて固定された状態における、ピストン１２の頂面よりも上側（シリンダヘッド１５側）のシリンダ１１ａの内側の空間と、上述の凹部の内側の空間と、によって形成されている。
【００２９】
シリンダヘッド１５には、燃焼室ＣＣに連通するように、吸気ポート１５ａ及び排気ポート１５ｂが形成されている。吸気ポート１５ａには、インテークマニホールドやサージタンク等を含む吸気通路１６が接続されている。吸気通路１６には、スロットル１７等の補機類が介装されている。
【００３０】
＜＜燃料供給装置＞＞
燃料供給装置３は、燃料タンク３１内に貯留された燃料をインジェクタ２に供給するとともに、燃焼室ＣＣ内で噴射されずにインジェクタ２から排出された燃料を回収するように、以下の通りの構成を備えている。
【００３１】
コモンレール３２は、高圧の状態で燃料を貯留し得るように構成されている。コモンレール３２には、燃料の流入口である流入ポート３２ａと、インジェクタ２に向けての燃料の流出口である供給ポート３２ｂと、が設けられている。流入ポート３２ａには、燃料の逆流を防止するためのチェック弁が設けられている。本実施形態においては、複数の供給ポート３２ｂが、複数のシリンダ１１ａのそれぞれに対応して設けられた複数のインジェクタ２と同数設けられている。
【００３２】
燃料ポンプ３３は、燃料タンク３１とコモンレール３２との間に介装されている。この燃料ポンプ３３は、燃料タンク３１から燃料を吸入するとともに、この吸入した燃料を高圧状態でコモンレール３２に向けて送出するように構成されている。具体的には、燃料ポンプ３３は、送出圧及び送出量を調整可能な電動ポンプからなり、燃料タンク３１から燃料を吸入するための吸入ポート３３ａと、吸入した燃料をコモンレール３２に向けて送出するために吐出する送出ポート３３ｂと、吸入した燃料のうちのコモンレール３２に向けて送出されなかったものを燃料タンク３１に戻すために吐出するリターンポート３３ｃと、を備えている。
【００３３】
コモンレール３２には、調整弁３４が装着されている。調整弁３４は、コモンレール３２内の圧力が所定の上限圧を超えないように圧力を調整する調圧弁（リリーフ弁）としての機能を奏するように構成されている。
【００３４】
インジェクタ２、燃料タンク３１、コモンレール３２、及び燃料ポンプ３３は、燃料循環路３５によって互いに接続されている。燃料循環路３５は、燃料タンク３１からインジェクタ２に向けて燃料を供給するとともに、インジェクタ２における噴射に供されなかった（燃焼室ＣＣ内に噴射されなかった）燃料を燃料タンク３１に戻すように、以下の通りの構成を備えている。
【００３５】
具体的には、本実施形態における燃料循環路３５は、ポンプ吸入路３５ａと、コモンレール供給路３５ｂと、インジェクタ供給路３５ｃと、低圧燃料リターン路３５ｄと、ポンプリターン路３５ｅと、コモンレールリターン路３５ｆと、を備えている。
【００３６】
燃料タンク３１と、燃料ポンプ３３における吸入ポート３３ａとは、ポンプ吸入路３５ａによって接続されている。このポンプ吸入路３５ａの、燃料タンク３１側の端部は、当該燃料タンク３１の内側の空間における底部に配置されている。燃料ポンプ３３における送出ポート３３ｂと、コモンレール３２における流入ポート３２ａとは、コモンレール供給路３５ｂによって接続されている。
【００３７】
コモンレール３２における供給ポート３２ｂと、インジェクタ２とは、インジェクタ供給路３５ｃによって接続されている。すなわち、コモンレール３２に貯留された高圧の燃料は、インジェクタ供給路３５ｃを介して、インジェクタ２に供給されるようになっている。
【００３８】
インジェクタ２と、燃料タンク３１とは、低圧燃料リターン路３５ｄによって接続されている。すなわち、インジェクタ２内の低圧の燃料は、低圧燃料リターン路３５ｄを介して、燃料タンク３１に回収されるようになっている。また、低圧燃料リターン路３５ｄは、その途中で、燃料ポンプ３３におけるリターンポート３３ｃと接続されたポンプリターン路３５ｅ、及び、調整弁３４と接続されたコモンレールリターン路３５ｆと合流するようになっている。
【００３９】
＜＜制御装置＞＞
本発明の燃料噴射制御装置の一実施形態としての制御装置４は、本発明の燃料噴射量取得部、筒内圧取得部、燃料噴射量補正部、燃圧取得部、及び閉弁時期ズレ取得部を構成する電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４０ａと、ＲＯＭ４０ｂと、ＲＡＭ４０ｃと、バックアップＲＡＭ４０ｄと、インターフェース４０ｅと、双方向バス４０ｆと、を備えている。ＣＰＵ４０ａ、ＲＯＭ４０ｂ、ＲＡＭ４０ｃ、バックアップＲＡＭ４０ｄ、及びインターフェース４０ｅは、双方向バス４０ｆによって互いに接続されている。
【００４０】
ＣＰＵ４０ａは、本システムにおける各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行するように構成されている。ＲＯＭ４０ｂには、ＣＰＵ４０ａが実行するルーチン、このルーチン実行の際に参照されるマップ等（マップの他、テーブルや関係式等を含む。以下同様。）やパラメータその他のデータが予め格納されている。ＲＡＭ４０ｃは、ＣＰＵ４０ａがルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。バックアップＲＡＭ４０ｄは、電源が投入された状態でＣＰＵ４０ａがルーチンを実行する際にデータが適宜格納されるとともに、この格納されたデータが電源遮断後も保持され得るように構成されている。
【００４１】
インターフェース４０ｅは、後述する各種のセンサと電気回路的に接続されていて、これらのセンサからの検出信号をＣＰＵ４０ａに伝達し得るように構成されている。また、インターフェース４０ｅは、インジェクタ２や燃料ポンプ３３等の動作部と電気回路的に接続されていて、これらの動作部を動作させるための動作信号をＣＰＵ４０ａからこれらの動作部に伝達し得るように構成されている。すなわち、ＥＣＵ４０は、後述する各種のセンサの出力信号に基づいて内燃機関１の運転状態を取得し、この運転状態に基づいて、インジェクタ２における燃料の噴射量や噴射時期等を制御するように構成されている。
【００４２】
エアフローメータ４１及び吸気温センサ４２は、吸気通路１６におけるスロットル１７よりも上流側に設けられている。エアフローメータ４１は、吸入空気の単位時間あたりの質量流量（吸入空気流量Ｇａ）に応じた出力電圧を発生するように構成されている。吸気温センサ４２は、吸入空気の温度に対応する信号を出力するように構成されている。
【００４３】
吸気通路１６におけるスロットル１７よりも下流側には、吸気圧センサ４３が設けられている。吸気圧センサ４３は、スロットル１７を通過した吸入空気の圧力に応じた信号を出力するように構成されている。スロットルポジションセンサ４４は、スロットル１７に対応する位置に設けられていて、スロットル１７の開度に対応する信号を出力するように構成されている。
【００４４】
冷却水温センサ４５は、シリンダブロック１１に装着されている。この冷却水温センサ４５は、ウォータージャケット１１ｂ内の冷却水の温度（冷却水温Ｔｗ）に対応する信号を出力するように構成されている。
【００４５】
クランクポジションセンサ４６は、クランクシャフト１３の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するように構成されている。具体的には、クランクポジションセンサ４６は、クランクシャフト１３が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに、クランクシャフト１３が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するように構成されている。すなわち、クランクポジションセンサ４６の出力信号に基づいて、機関回転数Ｎｅが取得されるようになっている。
【００４６】
筒内圧センサ４７は、シリンダブロック１１に装着されている。ＥＣＵ４０とともに本発明の筒内圧取得部を構成する筒内圧センサ４７は、燃焼室ＣＣ内の圧力に対応する信号を出力するように構成されている。
【００４７】
レール圧センサ４８は、コモンレール３２に装着されている。ＥＣＵ４０とともに本発明の燃圧取得部を構成するレール圧センサ４８は、コモンレール３２内の燃料の圧力であるレール圧（燃圧）に対応する信号を出力するように構成されている。
【００４８】
＜＜インジェクタ＞＞
インジェクタ２は、その先端部が燃焼室ＣＣ内に露出することで当該燃焼室ＣＣ内に燃料を直接噴射するように、シリンダヘッド１５に装着されている。
【００４９】
図２は、図１に示されているインジェクタ２を拡大した断面図である。図３は、図２に示されているインジェクタ２の要部をさらに拡大した断面図である。以下、図２及び図３を参照しつつ、本実施形態にて用いられているインジェクタ２の構成の詳細について説明する。
【００５０】
＜＜＜ハウジング＞＞＞
インジェクタ２のハウジング２１０の主要部をなすメインハウジング２１１は、略円柱状の部材である。メインハウジング２１１には、その中心軸線から偏心するように、略シリンダ状の縦孔２１１ａが形成されている。また、メインハウジング２１１の上端部から外側（斜め側方）に突出するように、燃料導入管２１１ｂ及び燃料排出管２１１ｃが設けられている。燃料導入管２１１ｂは、インジェクタ供給路３５ｃ（図１参照）と接続されている。同様に、燃料排出管２１１ｃは、低圧燃料リターン路３５ｄ（図１参照）と接続されている。
【００５１】
メインハウジング２１１の下端面には、略円板状の流路形成部材２１２が接合されている。流路形成部材２１２の下端面には、略円板状の流路形成部材２１３が接合されている。流路形成部材２１３の下端面には、ノズルボディ２１４が接合されている。
【００５２】
ノズルボディ２１４は、流路形成部材２１３と接合された略円柱状の大径部２１４ａと、その下方に設けられた略円柱状の小径部２１４ｂと、を有している。ノズルボディ２１４には、大径部２１４ａ及び小径部２１４ｂの両者を貫通するように、ニードル収容孔２１４ｃが形成されている。すなわち、小径部２１４ｂは、先端部（図中下端部）が閉塞された円管状に形成されている。この小径部２１４ｂの先端部には、噴孔２１４ｄが形成されている。
【００５３】
噴孔２１４ｄは、燃料を噴射するための貫通孔であって、ニードル収容孔２１４ｃの下端部とインジェクタ２の外部とを連通させるように形成されている。すなわち、噴孔２１４ｄは、燃焼室ＣＣ（図１参照）内に露出するように設けられている。
【００５４】
メインハウジング２１１の下端部と、流路形成部材２１２及び２１３と、ノズルボディ２１４の上部の大径部２１４ａとは、リテーナ２１５によって液密的に結合されている。また、メインハウジング２１１における縦孔２１１ａの上端部は、コネクタ部２１６によって閉塞されている。
【００５５】
コネクタ部２１６には、後述するピエゾアクチュエータ２２０におけるピエゾスタック２２１に給電するための配線２１６ａ及び２１６ｂが設けられている。このコネクタ部２１６は、リテーニングナット２１７によって、メインハウジング２１１における縦孔２１１ａの上端部に固定されている。リテーニングナット２１７の下端部には、縦孔２１１ａの上端部を液密的に閉塞するために、リング状のシム２１７ａが設けられている。
【００５６】
メインハウジング２１１、流路形成部材２１２、流路形成部材２１３、及びノズルボディ２１４を貫通するように、メイン高圧燃料通路２１８が形成されている。メイン高圧燃料通路２１８は、コモンレール３２（図１参照）から供給されてきた高圧の燃料の通路であって、縦孔２１１ａの側方を通ってニードル収容孔２１４ｃと連通するように設けられている。メイン高圧燃料通路２１８の上端部は、燃料導入管２１１ｂと接続されている。
【００５７】
また、メインハウジング２１１には、メイン低圧燃料通路２１９が設けられている。メイン低圧燃料通路２１９は、縦孔２１１ａの内周面と、その内部に配置された後述の各部材との隙間によって形成されている。このメイン低圧燃料通路２１９は、低圧の燃料の通路であって、その上端部は燃料排出管２１１ｃと接続されている。
【００５８】
＜＜＜ピエゾアクチュエータ＞＞＞
ピエゾアクチュエータ２２０は、縦孔２１１ａと同軸に形成されていて、当該縦孔２１１ａの上部内にて脱着可能に収容されている。上述のように、ピエゾアクチュエータ２２０は、ピエゾスタック２２１を備えていて、このピエゾスタック２２１が配線２１６ａ及び２１６ｂを介して給電されることで動作するように、以下の通りの構成を有している。
【００５９】
ピエゾスタック２２１の下方には、略円柱状のロッド部材２２２が配置されている。このロッド部材２２２は、給電のオンオフによるピエゾスタック２２１の伸縮に伴って上下動するように、ピエゾスタック２２１の下端部に固定されている。ロッド部材２２２の下方には、プレート状の変位伝達部材２２３が配置されている。変位伝達部材２２３は、ピエゾスタック２２１の伸縮変形によるロッド部材２２２の変位を、ピエゾアクチュエータ２２０（ロッド部材２２２）よりも下方に伝達するようになっている。
【００６０】
ピエゾアクチュエータ２２０は、薄肉の金属管２２４内に収容されている。この金属管２２４の下端部には、ベローズ２２４ａが形成されている。ベローズ２２４ａは、ロッド部材２２２の周囲に設けられていて、その下端が変位伝達部材２２３の外周に接続されている。このベローズ２２４ａは、ロッド部材２２２及び変位伝達部材２２３の変位に追従して上下方向に弾性的に伸縮するように構成されていて、かかる弾性によってピエゾスタック２２１への予荷重を与えるようになっている。
【００６１】
＜＜＜噴孔開閉機構＞＞＞
ノズルボディ２１４の内部には、噴孔２１４ｄを開閉するための機構が備えられている。
【００６２】
具体的には、ニードル収容孔２１４ｃ内には、略円柱状のノズルニードル２３１が、上下方向に往復移動可能に収容されている。ノズルニードル２３１の先端部２３１ａは、小径部２１４ｂにおける上述の先端部の内側面と当接することで噴孔２１４ｄを閉塞する（ニードル収容孔２１４ｃと外部との連通を遮断する）ように、略円錐状に形成されている。
【００６３】
また、ノズルニードル２３１の基端部２３１ｂには、段差が設けられている。この段差は、高圧燃料の圧力及び後述するコイルスプリング２３４によってノズルニードル２３１が下方（噴孔２１４ｄを閉塞する方向）に付勢されるように形成されている。
【００６４】
さらに、ノズルニードル２３１の中腹部には、中間段差部２３１ｃが形成されている。この中間段差部２３１ｃは、燃料溜２３２に対応する位置に設けられている。燃料溜２３２は、略ドーナツ状の空間であって、メイン高圧燃料通路２１８の下端部と、ニードル収容孔２１４ｃの中腹部と、の接続部に設けられている。そして、中間段差部２３１ｃは、燃料溜２３２内の高圧燃料の圧力の作用によってノズルニードル２３１が上方（噴孔２１４ｄを開放する方向）に付勢されるような形状に形成されている。
【００６５】
ニードル収容孔２１４ｃの上端部であって、ノズルニードル２３１の基端部２３１ｂに対応する位置には、制御室２３３が設けられている。制御室２３３は、ニードル収容孔２１４ｃにおける当該制御室２３３以外の部分よりもやや大径に形成されている。
【００６６】
制御室２３３は、ノズルニードル２３１の基端部２３１ｂを収容するように設けられた空間であって、略シリンダ状に形成されている。この制御室２３３は、当該インジェクタ２の閉弁時に基端部２３１ｂに対して高圧の燃料の圧力を与えるとともに、当該インジェクタ２の開弁時に当該圧力を緩和するようになっている。すなわち、この制御室２３３は、内部の燃料の圧力が高圧の場合に当該圧力によってノズルニードル２３１を下降させて当該インジェクタ２を閉弁させるとともに、内部の燃料の圧力が低圧の場合にノズルニードル２３１を上昇させて当該インジェクタ２を開弁させるようになっている。
【００６７】
制御室２３３内には、上述のコイルスプリング２３４が収容されている。コイルスプリング２３４は、ノズルニードル２３１の基端部２３１ｂの周囲を囲むように配置されている。コイルスプリング２３４は、その上端部が流路形成部材２１３の下端面と当接することで、ノズルニードル２３１の基端部２３１ｂを常時下方に付勢するように設けられている。
【００６８】
＜＜＜三方弁＞＞＞
三方弁２４０は、インジェクタ２の軸方向に沿った弁体２４１の上下動によって制御室２３３内の燃料の圧力を増減させることで、ノズルニードル２３１をインジェクタ２の軸方向に沿って上下動させるように、以下のように構成されている。
【００６９】
弁体２４１は、バルブ室２４２内に収容されている。バルブ室２４２は、メインハウジング２１１の下端面に設けられたドーム状の空間である。このバルブ室２４２は、低圧ポート２４２ａ、高圧ポート２４２ｂ、及び制御ポート２４２ｃの３つのポート（燃料出入口）のみを有している。
【００７０】
低圧ポート２４２ａは、バルブ室２４２の上端部に設けられている。この低圧ポート２４２ａは、その上方に設けられた低圧室２４３（メイン低圧燃料通路２１９とともに本発明の低圧燃料通路を構成する）を介してメイン低圧燃料通路２１９と接続されている。
【００７１】
高圧ポート２４２ｂは、流路形成部材２１２の上端面に設けられていて、高圧連通路２４４を介してメイン高圧燃料通路２１８と接続されている。高圧ポート２４２ｂは、インジェクタ２の軸方向に沿って低圧ポート２４２ａと対向する位置に設けられている。そして、低圧ポート２４２ａと高圧ポート２４２ｂとの間に、弁体２４１が配置されている。換言すれば、弁体２４１は、その上面が低圧ポート２４２ａと対向し、下面が高圧ポート２４２ｂと対向するように設けられている。
【００７２】
メイン高圧燃料通路２１８とともに本発明の高圧燃料通路を構成する高圧連通路２４４の上端部は、高圧ポート２４２ｂを構成する部分であって、他の部分よりも細いオリフィス状に形成されている。この高圧連通路２４４の下端部は、流路形成部材２１３を貫通するように設けられた高圧連通路２４５と接続されている。高圧連通路２４５の下端部は、制御室２３３と接続されている。高圧連通路２４４の下端部と連通する、高圧連通路２４５の上端部は、他の部分よりも細いオリフィス状に形成されている。
【００７３】
制御ポート２４２ｃは、流路形成部材２１２及び２１３を貫通するように設けられた制御室連通路２４６を介して、制御室２３３と接続されている。制御室連通路２４６の上端部は、制御ポート２４２ｃを構成する部分であって、他の部分よりも細いオリフィス状に形成されている。
【００７４】
＜＜＜三方弁駆動部＞＞＞
三方弁駆動部２５０は、ピエゾアクチュエータ２２０における変位伝達部材２２３の変位によって三方弁２４０における弁体２４１を上下動させるように、以下のように構成されている。
【００７５】
変位伝達部材２２３の下方には、ロッド部材２５１が、ロッド部材２２２と同軸に配置されている。ロッド部材２５１の周囲には、コイルスプリング２５２が配置されている。また、ロッド部材２５１の下方には、略円柱状の大径ピストン２５３が、ロッド部材２５１と同軸に配置されている。ロッド部材２５１は、変位伝達部材２２３によって、コイルスプリング２５２の弾性力に抗して下方に付勢されることで、大径ピストン２５３を下方に変位させるように設けられている。この大径ピストン２５３の内部には、メイン低圧燃料通路２１９に連通するように、ピストン内通路２５３ａが形成されている。
【００７６】
大径ピストン２５３の下方には、当該大径ピストン２５３よりも外径が小さな略円柱状の小径ピストン２５４が、当該大径ピストン２５３と同軸に配置されている。小径ピストン２５４の下端部は、低圧室２４３内に収容されている。この小径ピストン２５４の下端部には、突起部が形成されている。この突起部は、低圧室２４３側から弁体２４１を下方に押下することで、弁体２４１を第一位置（低圧ポート２４２ａを閉塞するとともに高圧ポート２４２ｂを開放する位置）から第二位置（低圧ポート２４２ａを開放するとともに高圧ポート２４２ｂを閉塞する位置）に移動させるようになっている。
【００７７】
シリンダ部材２５５には、大径ピストン２５３の外径に対応する内径を有する大径部と、その下方の小径ピストン２５４の外径に対応する内径を有する小径部と、が形成されている。そして、大径ピストン２５３は、シリンダ部材２５５における上述の大径部内にて摺動自在に収容されている。同様に、小径ピストン２５４は、シリンダ部材２５５における上述の小径部内にて摺動自在に収容されている。
【００７８】
シリンダ部材２５５の下端部と、小径ピストン２５４の下端部との間には、コイルスプリング２５６が配置されている。コイルスプリング２５６は、小径ピストン２５４を下方に付勢するように構成されている。
【００７９】
大径ピストン２５３と小径ピストン２５４との間には、変位拡大室２５７が形成されている。変位拡大室２５７内には、作動流体としての低圧の燃料が充填されている。変位拡大室２５７は、ピエゾアクチュエータ２２０の変位を、大径ピストン２５３と小径ピストン２５４との径差による油圧変換で拡大して、小径ピストン２５４に伝達するようになっている。
【００８０】
シリンダ部材２５５における上述の大径部の内側の空間内であって、大径ピストン２５３の下方には、逆止弁２５８が設けられている。逆止弁２５８は、ピストン内通路２５３ａと変位拡大室２５７とを連通させる連通孔２５８ａを有している。この逆止弁２５８は、燃料リーク等により変位拡大室２５７内の圧力が低下した場合に、当該変位拡大室２５７内における気泡の発生の抑制のために、ピストン内通路２５３ａから変位拡大室２５７へ燃料を補充するように構成されている。
【００８１】
さらに、逆止弁２５８の下方には、リング部材２５９が配置されている。リング部材２５９には、小径ピストン２５４の外径よりも小さく、且つ逆止弁２５８における連通孔２５８ａの内径よりも大きな内径を有する貫通孔が設けられている。このリング部材２５９は、小径ピストン２５４の上昇位置を規制するとともに、上述の貫通孔における燃料の流通によって小径ピストン２５４の振動を減衰させるようになっている。
【００８２】
＜実施形態の構成の動作の概要＞
以下、図１ないし図３に示されている本実施形態の構成の動作の概要について、各図を参照しつつ説明する。
【００８３】
＜＜燃料供給動作＞＞
図１を参照すると、燃料タンク３１内に貯留されている燃料は、ポンプ吸入路３５ａを通って、燃料ポンプ３３に吸引される。この燃料は、燃料ポンプ３３によって、コモンレール供給路３５ｂを介してコモンレール３２に供給される。なお、燃料ポンプ３３によって吸引された燃料のうち、コモンレール３２に供給されなかった余剰のものは、リターンポート３３ｃから排出されて、ポンプリターン路３５ｅ及び低圧燃料リターン路３５ｄを介して燃料タンク３１に戻される。
【００８４】
コモンレール３２においては、調整弁３４によって調整された所定の高圧（レール圧）にて、燃料が貯留される。何らかの原因でレール圧が上述の上限圧以上に上昇した場合には、調整弁３４が開弁し、コモンレール３２から燃料が排出される。この排出された燃料は、コモンレールリターン路３５ｆ及び低圧燃料リターン路３５ｄを介して、燃料タンク３１に戻される。
【００８５】
コモンレール３２内に貯留された高圧の燃料は、インジェクタ供給路３５ｃを介して、インジェクタ２におけるメイン高圧燃料通路２１８（図２参照）に供給される。インジェクタ２にて燃焼室ＣＣ内に噴射されずに、メイン低圧燃料通路２１９（図２参照）に流入した低圧の燃料は、低圧燃料リターン路３５ｄを介して燃料タンク３１に戻される。
【００８６】
＜＜燃料噴射動作＞＞
以下、図２及び図３を参照すると、開弁時においては、ピエゾスタック２２１への給電がなされる。すると、ピエゾスタック２２１が伸張変形する。このピエゾスタック２２１の変形によって、ロッド部材２２２が下方に変位する。このロッド部材２２２の下方への変位は、変位伝達部材２２３及びロッド部材２５１を介して、大径ピストン２５３に伝達される。
【００８７】
大径ピストン２５３に伝達された変位は、変位拡大室２５７にて大径ピストン２５３と小径ピストン２５４との径差による油圧変換で拡大されて、小径ピストン２５４に伝達する。すなわち、大径ピストン２５３の変位量よりも大きな量で、小径ピストン２５４が下降する。このようにして小径ピストン２５４が下降すると、当該小径ピストン２５４の下端部に設けられた上述の突起部によって、三方弁２４０における弁体２４１が押下される。これにより、弁体２４１が、第一位置から第二位置へ移動する。この弁体２４１の移動により、低圧ポート２４２ａが開放されるとともに、高圧ポート２４２ｂが閉塞される。
【００８８】
上述のような弁体２４１の移動により、バルブ室２４２と低圧室２４３とが低圧ポート２４２ａを介して連通する一方、バルブ室２４２と高圧連通路２４４との連通は遮断される。すると、制御室２３３は、制御室連通路２４６、制御ポート２４２ｃ、及びバルブ室２４２を介して、低圧室２４３と連通することとなる。このため、制御室２３３内の燃料の圧力が低下する。
【００８９】
このようにして制御室２３３内の燃料の圧力が低下すると、燃料溜２３２やニードル収容孔２１４ｃ内の高圧燃料の作用によって、ノズルニードル２３１が、コイルスプリング２３４の弾性力に抗して上昇する。これにより、噴孔２１４ｄが開放される。すると、ニードル収容孔２１４ｃ内の高圧燃料が、噴孔２１４ｄから噴射される。（なお、制御室２３３は、高圧連通路２４５の上端部に設けられた上述のオリフィスを介して、高圧連通路２４４と比較的大きな流路抵抗をもって常時連通している。よって、開弁動作開始時における制御室２３３内の圧力低下が若干緩和される。このため、ノズルニードル２３１の過度に急激な上昇動作が回避される。）
【００９０】
一方、閉弁時においては、ピエゾスタック２２１への給電が遮断されて、ピエゾスタック２２１が初期の収縮状態となり、上述とは逆の動作で小径ピストン２５４が上昇する。すると、高圧ポート２４２ｂを介して高圧連通路２４４からバルブ室２４２内に流入する高圧燃料の作用で、三方弁２４０における弁体２４１が、第二位置から第一位置へ移動する。この弁体２４１の移動により、低圧ポート２４２ａが閉塞されるとともに、高圧ポート２４２ｂが開放される。これにより、高圧ポート２４２ｂを介して高圧連通路２４４からバルブ室２４２内に高圧燃料が充填され、バルブ室２４２内の高圧燃料と低圧室２４３内の低圧燃料との差圧により、弁体２４１が第一位置に維持される。
【００９１】
上述のような弁体２４１の動作によって制御室２３３と低圧室２４３との連通が遮断されると、高圧連通路２４４内の高圧燃料が、バルブ室２４２及び制御室連通路２４６を介して、並びに、高圧連通路２４５を介して、制御室２３３内に充填される。すると、制御室２３３内の燃料の圧力が上昇し、ノズルニードル２３１が下降する。これにより、噴孔２１４ｄが閉塞される。（なお、上述のように、制御室２３３は、高圧連通路２４５を介して高圧連通路２４４と常時連通している。よって、閉弁動作開始時における制御室２３３内の圧力が急速に上昇する。このため、インジェクタ２の迅速な閉弁が可能となる。）
【００９２】
＜＜燃料噴射制御＞＞
インジェクタ２における燃料の噴射時期及び噴射量は、機関運転状態（スロットル開度や機関回転数等）に応じて、制御装置４によって制御される。
【００９３】
ここで、図４Ａは、図２に示されているインジェクタ２の単体実験によって求められた、ニードル速度（ノズルニードル２３１の速度）に対する筒内圧の影響を示すグラフである。図４Ｂは、同様に、ニードルリフト（ノズルニードル２３１のリフト量）に対する筒内圧の影響を示すグラフである。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、破線は、実験時の燃料噴射雰囲気が基準筒内圧（１ＭＰａ）の場合を示している。また、実線は、実験時の燃料噴射雰囲気が、実際の筒内圧に相当する、基準筒内圧よりも高い圧力（４ＭＰａ）の場合を示している。
【００９４】
図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、上述のようなインジェクタ２の構成（図２及び図３参照）においては、実験により、以下の事実が判明した：（１）実際の筒内圧が基準筒内圧より高いことに起因して、閉弁時期ズレ（閉弁遅れ）が生じ、これにより燃料噴射量の増量側の誤差が生じる。（２）実際の筒内圧が基準筒内圧より高いことに起因した開弁時期のずれ（特開２００５−１０５９４７号公報の図３におけるΔτｄ、及び図１１参照。）は生じない。これらの現象は、以下の理由により、インジェクタ２の構成に起因するものと考えられる。
【００９５】
本実施形態におけるインジェクタ２の構成においては、バルブ室２４２と高圧連通路２４４との連通は、開弁動作時には遮断される。よって、バルブ室２４２内の燃料の圧力が急速に低下する。このため、制御室２３３内の燃料の圧力も、いわゆる圧力バランス弁構造（特開２００５−１０５９４７号公報における図２参照）と比較すると、より急速に低下する。したがって、開弁動作時に筒内圧の作用を受けても、開弁時期の進角側のずれは実質的には生じないので、かかる開弁時期の進角側のずれに起因する燃料噴射量の増量側の誤差は生じない。
【００９６】
上述のように、開弁動作開始時、すなわち、ニードルリフト開始時においては、燃料噴射開始時期はずれないものの、筒内圧の影響により、実際のニードル速度は基準筒内圧の場合よりも速くなる（図４Ａの左側部分参照）。また、筒内圧の影響により、一旦ニードルリフトが開始すると、実際のニードルリフトは基準筒内圧の場合よりも大きくなる（図４Ｂ参照）。よって、これらに起因して、燃料噴射率が増加する。かかる燃料噴射率の増加と、実際の筒内圧が基準筒内圧より高いことに起因する背圧上昇（噴孔２１４ｄ前後の差圧の減少）に伴う燃料噴射率の減少とは、互いに相殺する。したがって、開弁動作時の燃料噴射率の単位時間あたりの上昇度合い（縦軸を燃料噴射率とし横軸を時間とした場合の勾配）は、筒内圧の影響をほとんど受けない。なお、開弁動作が終了した後の開弁維持期間においては、実際の筒内圧が基準筒内圧より高いことに起因する背圧上昇に伴い、燃料噴射率に減量側の誤差が生じる。
【００９７】
また、上述のように、筒内圧の影響により、一旦ニードルリフトが開始すると、実際のニードルリフトは基準筒内圧の場合よりも大きくなる（図４Ｂ参照）。一方、閉弁動作時のニードル速度は、筒内圧の影響をほとんど受けない（図４Ａの右側部分参照：横軸方向のずれを無視すれば、ニードル速度［縦軸方向の大きさ］自体は、筒内圧の影響をほとんど受けていない。）。このため、筒内圧の影響により、閉弁遅れが発生する（図４Ａ及び図４Ｂ参照：図中右側の部分において、横軸方向すなわち時間軸方向におけるずれが発生している。）。かかる閉弁遅れにより、燃料噴射量に増量側の誤差が生じる。
【００９８】
そこで、本実施形態においては、以上の事実を考慮して、燃料噴射量（インジェクタ通電時間）の補正が、以下に詳述する通りに行われる。
【００９９】
＜実施形態の構成における燃料噴射制御の詳細＞
図５Ａは、燃料噴射量が比較的多い場合における、筒内圧の影響による燃料噴射率の挙動変化をモデル化して示す図である。ここで、図５Ａ中、実線Ｘは基準筒内圧の場合を示し、一点鎖線Ｙは実際の筒内圧の場合を示している。また、図５Ｂは、図５Ａに示されている燃料噴射率の挙動変化を図形的にモデル化して示す図である。同様に、図６Ａは、燃料噴射量が少ない場合における、筒内圧の影響による燃料噴射率の挙動変化をモデル化して示す図である。また、図６Ｂは、図６Ａに示されている燃料噴射率の挙動変化を図形的にモデル化して示す図である。以下、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂを参照しつつ、本実施形態の構成における燃料噴射制御の具体例について説明する。
【０１００】
図５Ａ及び図５Ｂ図において、実線の台形Ｘの面積をＱ（要求燃料噴射量）とし、台形Ｘの高さをＱ’（基準筒内圧時の燃料噴射率）とし、一点鎖線の台形Ｙの高さをｑ’（筒内噴射時の燃料噴射率）とする。また、台形Ｘの頂点をａ，ｂ，ｃ，ｄで表し、台形Ｙの頂点をｅ，ｆ，ｇ，ｈで表すこととする。また、台形Ｘの右辺ｄｃと台形Ｙの上底ｅｈとの交点をｉで表し、頂点ａから右辺ｄｃと平行に引いた補助線と下底ｂｃとの交点をｊで表し、辺ａｊと台形Ｙの上底ｅｈとの交点をｋで表すこととする。さらに、点ｅから右辺ｄｃと平行に引いた補助線と下底ｂｃとの交点をｍで表すこととする。
【０１０１】
上述の通り、開弁動作期間においては、燃料噴射率の単位時間あたりの上昇度合いは筒内圧の影響を受けない（点ｆは点ｂと重なり、ｂ→ａの辺はｆ→ｅの辺と重なる。）。一方、開弁動作期間の後の開弁維持期間及び閉弁期間においては、筒内圧の影響で、燃料噴射量の誤差が生じる。すなわち、開弁維持期間においては、筒内圧の影響で燃料噴射率が減少するため（Ｑ’→ｑ’）、燃料噴射量に減量側の誤差が生じる（台形ａｅｉｄ参照）。また、閉弁期間においては、筒内圧の影響で閉弁時期が遅れるため（ｄｃ→ｈｇ）、燃料噴射量に増量側の誤差が生じる（平行四辺形ｉｃｇｈ参照）。
【０１０２】
よって、燃料噴射量の変化量ΔＱは、三角形ａｅｋで表される部分の面積をΔｑ１（開弁動作期間噴射補正量）、平行四辺形ａｋｉｄで表される部分の面積をΔｑ２（開弁維持期間噴射補正量）、平行四辺形ｉｃｇｈで表される部分の面積をΔｑ３（閉弁期間噴射補正量）とすると、以下の式（１）により表される。
ΔＱ＝−（Δｑ１＋Δｑ２）＋Δｑ３  ・・・（１）
【０１０３】
また、三角形ａｂｊの面積をＱ１、平行四辺形ａｊｃｄの面積をＱ２（Ｑ１＋Ｑ２＝Ｑ）、三角形ｅｆｍの面積をＱ１’、平行四辺形ａｂｃｄの下底ｂｃと平行四辺形ｅｆｇｈの下底ｆｇとの比ｆｇ／ｂｃの値をＲtinj（噴射期間比）とすると、上記の式（１）におけるΔｑ１、Δｑ２、及びΔｑ３は、以下の式（２）ないし（５）により表される。なお、下記式（４）における右辺の［］内は、図５Ｂにおける白色塗りつぶしの図形の面積の総和（三角形ｎｆｅ、台形ｅｆｊｋ、及び平行四辺形ｋｊｃｉを密着させてなる平行四辺形ｎｆｃｉの面積）に相当するものである。
Δｑ１＝Ｑｌ×（１−ｑ’／Ｑ’）2・・・（２）
Δｑ２＝Ｑ２×（１−ｑ’／Ｑ’）
【０１０４】
＝（Ｑ−Ｑｌ）×（１−ｑ’／Ｑ’）・・・（３）
Δｑ３＝（Ｒtinj−１）×［Ｑ−（Δｑ１＋Δｑ２）＋Ｑ１’］・・・（４）
Ｑ１’＝Ｑ１×（ｑ’／Ｑ’）2・・・（５）
【０１０５】
さらに、燃料噴射率をオリフィス流れとして捉えることにより、燃料噴射率Ｑ’，ｑ’は、それぞれ、以下の式（６）及び（７）により算出することができる。但し、下記各式中、オリフィス係数をＣ０とし、噴孔面積（燃料噴射弁の開口面積）をＡとし、レール圧をＰｃｒとし、燃料噴射開始時の筒内圧をＰｃｌとし、基準筒内圧をＰ０とし、燃料の密度をρとする。
Ｑ’＝Ｃ０×Ａ×［２×（Ｐｃｒ−Ｐ０）／ρ］1/2・・・（６）
ｑ’＝Ｃ０×Ａ×［２×（Ｐｃｒ−Ｐｃｌ）／ρ］1/2・・・（７）
【０１０６】
したがって、燃料噴射率の変化率（ｑ’／Ｑ’）は、以下の式（８）で表すことができる。
ｑ’／Ｑ’＝［（Ｐｃｒ−Ｐｃｌ）／（Ｐｃｒ−Ｐ０）］1/2・・・（８）
【０１０７】
以上の各式において、要求燃料噴射量Ｑは、マップ等を用いて、運転状態に基づいて取得される。レール圧Ｐｃｒは、レール圧センサ４８の出力に基づいて取得され、筒内圧Ｐｃｌは、筒内圧センサ４７の出力に基づいて取得される。噴射期間比Ｒtinjは、予め実験やシミュレーションによって求められたマップ等を用いて、要求燃料噴射量Ｑに対応する通電時間τ、レール圧Ｐｃｒ、及び筒内圧Ｐｃｌに基づいて取得される。Ｑ１及びＱ２は、マップ等を用いて、要求燃料噴射量Ｑに対応する通電時間τに基づいて取得される。基準筒内圧Ｐ０及び密度ρは、既知の値である。
【０１０８】
したがって、以上の（１）ないし（８）式を用いれば、燃料噴射量の変化量ΔＱが簡易に求められる。そして、かかるΔＱを用いて、燃料噴射量補正値、すなわち、インジェクタ２に対する通電時間τ（要求燃料噴射量Ｑに対応する）を補正するための通電時間補正量Δτが、簡易に取得される。
【０１０９】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、燃料噴射量が少ない場合（少量噴射領域）、燃料噴射率の波形がほぼ三角波状となる。この場合、上記各式において以下の通りとなる以外は、上記と同様にして、燃料噴射量補正値が取得される。
Ｑ１＝Ｑ、Ｑ２＝０、Δｑ１＝Ｑ、Δｑ２＝０
【０１１０】
ここで、図５Ｂと図６Ｂとを比較すると、燃料噴射量が比較的多い図５Ｂの場合、減量側の誤差である［−（Δｑ１＋Δｑ２）］と、増量側の誤差である＋Δｑ３との間には、あまり大きな差がない。よって、減量側の誤差と増量側の誤差とが相殺され、筒内圧による燃料噴射量の誤差の発生量ΔＱは小さくなる。このため、上述のような燃料噴射量補正を積極的に行わなくても、或る程度精度良い燃料噴射制御が行われ得る。
【０１１１】
これに対し、燃料噴射量が少なく燃料噴射率の波形がほぼ三角波状となる図６Ｂの場合（このとき上述のようにΔｑ２＝０）、減量側の誤差である−Δｑ１と、増量側の誤差である＋Δｑ３との間には、大きな差がある。したがって、この場合、増量側の誤差である＋Δｑ３分を考慮して燃料噴射量を補正する必要がある。
【０１１２】
そこで、以下に説明する具体例は、燃料噴射量が少なく燃料噴射率の波形がほぼ三角波状となる少量噴射領域のみにて、筒内圧に基づく燃料噴射量補正を行うようにしている。
【０１１３】
＜＜具体例＞＞
図７は、図１に示されているＥＣＵ４０におけるＣＰＵ４０ａにより実行される燃料噴射量補正ルーチンの一つの具体例を示すフローチャートである。以下、本実施形態の構成による、燃料噴射量補正の一つの具体例について、図７のフローチャートを含む各図面を参照しつつ説明する。なお、図７においては、「ステップ」は“Ｓ”と略記されている。
【０１１４】
ＥＣＵ４０におけるＣＰＵ４０ａは、図７に示されている燃料噴射量補正ルーチン７００を、所定のタイミング（クランク角度）毎に繰り返し実行する。
【０１１５】
燃料噴射量補正ルーチン７００が実行されると、まず、ステップ７１０において、運転状態を示す各種のパラメータ（機関回転数Ｎｅ，スロットル開度ＴＡ，クランク角度ＣＡ，冷却水温ＴＨＷ，レール圧Ｐｃｒ，筒内圧Ｐｃｌ，等）が取得される。なお、本具体例においては、このステップ７１０におけるＣＰＵ４０ａ（ＥＣＵ４０）の処理によって、本発明の筒内圧取得部及び燃圧取得部が実現されているものとする。
【０１１６】
次に、ステップ７２０において、要求燃料噴射量Ｑが、ＲＯＭ４０ｂに格納されたマップ等を用いて、機関回転数Ｎｅやスロットル開度ＴＡ等のパラメータに基づいて取得される。なお、本具体例においては、このステップ７２０におけるＣＰＵ４０ａ（ＥＣＵ４０）の処理によって、本発明の燃料噴射量取得部が実現されているものとする。
【０１１７】
続いて、ステップ７３０においては、ＲＯＭ４０ｂに格納されたマップ等を用いて、ステップ７２０にて取得された要求燃料噴射量Ｑと、レール圧Ｐｃｒと、に基づいて、通電時間τが取得される。このステップ７３０にて用いられるマップ等（τ−Ｑ特性）は、図８Ａに示されているように、レール圧Ｐｃｒ毎に作成されている。
【０１１８】
その後、処理がステップ７４０に進行し、上述のステップ７３０にて取得された通電時間τが所定値τ０より小さいか否か（すなわち、要求燃料噴射量Ｑが所定値Ｑ０よりも少ないか否か）が判定される。すなわち、通電時間τが短く噴射率波形が三角形にモデル化される領域（少量噴射領域）では、通電時間τの増加によって燃料噴射量が二次関数的に増加する。一方、通電時間τが長く噴射率波形が台形にモデル化される領域では、通電時間τの増加によって線形的に増加する。そして、両者の変曲点が、所定値τ０となる。但し、この所定値τ０（所定値Ｑ０）は、レール圧Ｐｃｒによって変化する。よって、ステップ７４０における所定値τ０は、ＲＯＭ４０ｂに格納されたマップ等を用いて、レール圧Ｐｃｒに基づいて取得されたものである。
【０１１９】
通電時間τが所定値τ０より小さい場合（ステップ７４０＝Ｙｅｓ）、燃料噴射率波形が図６Ａに示されているような三角波状である。よって、この場合、少量噴射時の燃料噴射量をより高精度に制御すべく、ステップ７５０以降に処理が進行する。一方、通電時間τが所定値τ０以上である場合（ステップ７４０＝Ｎｏ）、燃料噴射率波形が図５Ａに示されているような台形状であり、上述のように、開弁期間（開弁動作期間及び開弁維持期間）における減量側の誤差と、閉弁期間における増量側の誤差とが相殺され得る。よって、この場合、ステップ７５０以降の処理がスキップされ、本ルーチンが一旦終了する。
【０１２０】
ステップ７５０においては、噴射期間比Ｒtinjが、予め実験やシミュレーションによって求められたマップ等を用いて、レール圧Ｐｃｒ、筒内圧Ｐｃｌ、及び、ステップ７３０にて取得された通電時間τに基づいて取得される。なお、本具体例においては、このステップ７５０におけるＣＰＵ４０ａ（ＥＣＵ４０）の処理によって、本発明の閉弁時期ズレ取得部が実現されているものとする。
【０１２１】
次に、ステップ７６０において、上述の式に基づいて、開弁動作期間噴射補正量Δｑ１と、閉弁期間噴射補正量Δｑ３とが算出される。続いて、ステップ７７０において、燃料噴射量の変化量ΔＱが算出される。
【０１２２】
続くステップ７８０においては、ＲＯＭ４０ｂに格納されたマップ等を用いて、ステップ７７０にて算出された燃料噴射量の変化量ΔＱと、要求燃料噴射量Ｑに対応する通電時間τと、レール圧Ｐｃｒと、に基づいて、閉弁遅れを補償するための（当該閉弁遅れによる実質的な燃料噴射期間の増加分と等価な）通電時間補正量Δτが取得される。
【０１２３】
そして、要求燃料噴射量Ｑに対応する通電時間τが、ステップ７９０にて、通電時間補正量Δτによって補正され、本ルーチンが一旦終了する。なお、本具体例においては、このステップ７９０におけるＣＰＵ４０ａ（ＥＣＵ４０）の処理によって、本発明の燃料噴射量補正部が実現されているものとする。
【０１２４】
＜実施形態の構成による効果＞
図６Ｂに示されているように、少量噴射領域における、筒内圧と基準筒内圧との差に起因する燃料噴射率の低下による燃料噴射量の減量側の誤差の絶対値Δｑ１（三角形ａｅｋの面積）は、要求燃料噴射量Ｑ（三角形ａｂｃの面積）に対して小さい。これに対し、同領域における、筒内圧と基準筒内圧との差に起因する閉弁遅れによる燃料噴射量の増量側の誤差Δｑ３（平行四辺形ｋｃｇｈの面積）は、要求燃料噴射量Ｑ（三角形ａｂｃの面積）とほぼ同程度の大きさとなり、その影響は非常に大きい。そして、この誤差Δｑ３の影響は、要求燃料噴射量Ｑがより少量になるほど、より大きくなる。
【０１２５】
この点、本実施形態によれば、この誤差Δｑ３を補正することで、特に少量噴射領域における燃料噴射量の制御がより高精度に行われる。
【０１２６】
また、上述の具体例においては、燃料噴射量が少なく燃料噴射率の波形がほぼ三角波状となる少量噴射領域のみにて、筒内圧に基づく燃料噴射量補正が行われる。これにより、ＣＰＵ４０ａの計算負荷が大幅に低減される。
【０１２７】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【０１２８】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、互いに複合的に適用され得る。本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【０１２９】
（Ａ）本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数や気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）も、特に限定はない。
【０１３０】
（Ｂ）その他、本発明は、上述の実施形態で示された具体的な装置構成に限定されない。
【０１３１】
（Ｃ）また、本発明は、上述の実施形態で示された具体的動作に限定されない。
【０１３２】
例えば、筒内圧Ｐｃｌは、レール圧センサ４８を用いなくても、機関運転状態に基づいてオンボード推定され得る。
【０１３３】
ステップ７３０における、要求燃料噴射量Ｑから通電時間τを取得するためのマップ等は、図８Ｂに示されているように、レール圧Ｐｃｒ及び筒内圧Ｐｃｌ毎に作成されていてもよい。これにより、基準筒内圧Ｐ０と筒内圧Ｐｃｌとの差による燃料噴射量の減少量−（Δｑ１＋Δｑ２）が、簡易に推定され得る。
【０１３４】
減量側の誤差である−Δｑ１は、増量側の誤差である＋Δｑ３よりも充分小さいとして無視され得る。この場合、噴射期間比Ｒtinjに基づいて、＋Δｑ３分のみが補正される。
【０１３５】
要求燃料噴射量Ｑが所定値Ｑ０以上である場合にも（ステップ７４０＝Ｎｏ）、Δｑ１ないしΔｑ３の算出、これらに基づくΔＱ及びΔτの取得、及び、要求燃料噴射量Ｑに対応する通電時間τの補正が行われ得る。
【０１３６】
ステップ７５０に関し、フルリフトがあるインジェクタ２においては、通電時間τが所定値τ０以上となるフルリフト後は、閉弁遅れの発生量（図５Ａにおけるｃｇ間の時間）は、ほぼ一定となる。一方、フルリフト前は、閉弁遅れの発生量は、通電時間τに応じて異なる。そこで、噴射期間比Ｒtinjは、フルリフト後は、通電時間τによらず、レール圧Ｐｃｒ、及び筒内圧Ｐｃｌに基づいて取得されるようにしてもよい。
【０１３７】
本発明の処理は、要求燃料噴射量Ｑやその補正値ΔＱを介さずに行われ得る。例えば、機関運転状態に基づいて通電時間τが取得され、筒内圧Ｐｃｌ等に基づいて噴射期間比Ｒtinjが取得され、この噴射期間比Ｒtinjに基づいて通電時間τが補正され得る。
【０１３８】
基準筒内圧Ｐ０と筒内圧Ｐｃｌとの差に基づいて、レール圧Ｐｃｒが制御（補正）されてもよい。これにより、基準筒内圧Ｐ０と筒内圧Ｐｃｌとの差による燃料噴射量の減少量−（Δｑ１＋Δｑ２）が補償され得る。
【０１３９】
（Ｄ）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の一実施形態が適用された内燃機関システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示されているインジェクタを拡大した断面図である。
【図３】図２に示されているインジェクタの要部をさらに拡大した断面図である。
【図４Ａ】図２に示されているインジェクタの単体実験によって求められた、ニードル速度（ノズルニードルの速度）に対する筒内圧の影響を示すグラフである。
【図４Ｂ】図２に示されているインジェクタの単体実験によって求められた、ニードルリフト（ノズルニードルのリフト量）に対する筒内圧の影響を示すグラフである。
【図５Ａ】燃料噴射量が比較的多い場合における、筒内圧の影響による燃料噴射率の挙動変化をモデル化して示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されている燃料噴射率の挙動変化を図形的にモデル化して示す図である。
【図６Ａ】燃料噴射量が少ない場合における、筒内圧の影響による燃料噴射率の挙動変化をモデル化して示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示されている燃料噴射率の挙動変化を図形的にモデル化して示す図である。
【図７】図１に示されているＥＣＵにおけるＣＰＵにより実行される燃料噴射量補正ルーチンの一つの具体例を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図７に示されているフローチャートの処理に用いられるマップ等（τ−Ｑ特性）の一例である。
【図８Ｂ】図７に示されているフローチャートの処理に用いられるマップ等（τ−Ｑ特性）の他の一例である。
【符号の説明】
【０１４１】
Ｓ…内燃機関システム          １…内燃機関                １１…シリンダブロック
１１ａ…シリンダ              ＣＣ…燃焼室
２…インジェクタ              ２１０…ハウジング          ２１４…ノズルボディ
２１４ｄ…噴孔                ２１８…メイン高圧燃料通路  ２１９…低圧燃料通路
２２０…ピエゾアクチュエータ  ２３１…ノズルニードル      ２３３…制御室
２４０…三方弁                ２４１…弁体                ２４２…バルブ室
２４２ａ…低圧ポート          ２４２ｂ…高圧ポート        ２４２ｃ…制御ポート
２４３…低圧室                ２４４…高圧連通路          ２４５…高圧連通路
２４６…制御室連通路          ２５０…三方弁駆動部        ２５３…大径ピストン
２５４…小径ピストン          ２５５…シリンダ部材        ２５７…変位拡大室
３…燃料供給装置              ３１…燃料タンク            ３２…コモンレール
３３…燃料ポンプ              ３４…調整弁                ３５…燃料循環路
４…制御装置                  ４０…ＥＣＵ                ４０ａ…ＣＰＵ
４０ｂ…ＲＯＭ                ４７…筒内圧センサ          ４８…レール圧センサ
【図１】
2010048214.tif 000003
【図２】
2010048214.tif 000004
【図３】
2010048214.tif 000005
【図４Ａ】
2010048214.tif 000006
【図４Ｂ】
2010048214.tif 000007
【図５Ａ】
2010048214.tif 000008
【図５Ｂ】
2010048214.tif 000009
【図６Ａ】
2010048214.tif 000010
【図６Ｂ】
2010048214.tif 000011
【図７】
2010048214.tif 000012
【図８Ａ】
2010048214.tif 000013
【図８Ｂ】
2010048214.tif 000014