(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）に燃料を噴射する燃料噴射装置（７０）を操作することで、前記内燃機関の作動サイクルの１サイクル内で主に前記内燃機関の出力トルクに寄与する燃料を噴射するメイン噴射（Ｍ）と、前記メイン噴射に先行して前記メイン噴射よりも少量の燃料を噴射する二つのパイロット噴射（ＦＰ、ＬＰ）とを制御する燃料噴射制御装置であって、
前記二つのパイロット噴射において先のパイロット噴射（ＦＰ）によって前記燃料噴射装置内に発生する圧力脈動に対して逆位相となる圧力脈動を、前記先のパイロット噴射よりも後に噴射される後のパイロット噴射（ＬＰ）によって前記燃料噴射装置内に発生させるように前記先のパイロット噴射の噴射開始から前記後のパイロット噴射の噴射開始までの噴射間隔（ＩＮＴ）を設定する間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）と、
前記間隔設定手段によって設定された前記噴射間隔に応じて、前記燃料噴射装置を操作する操作手段（９０、Ｓ２１０、Ｓ３３０）と、を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）は、前記先のパイロット噴射又は前記後のパイロット噴射によって前記燃料噴射装置内に発生する圧力脈動の整数倍の時間と、前記圧力脈動の半周期分の時間との合計時間を前記噴射間隔として設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）は、前記先のパイロット噴射の噴射終了時期よりも前記後のパイロット噴射の噴射開始時期が後となるように前記噴射間隔を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記二つのパイロット噴射それぞれの噴射量、及び前記メイン噴射の噴射量を設定する噴射量設定手段（９０、Ｓ１３０、Ｓ２６０）を備えており、
前記間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）は、前記噴射量設定手段が設定した前記二つのパイロット噴射それぞれの噴射量の差が小さいほど、前記噴射間隔を短く設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記噴射量設定手段（９０、Ｓ１３０、Ｓ２６０）は、前記先のパイロット噴射の噴射量を前記後のパイロット噴射の噴射量以上に設定することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射装置からの燃料噴射によって前記燃料噴射装置内に発生する圧力脈動のモデルを記憶する記憶手段（９０ａ）と、
前記記憶手段に記憶されている前記モデルに基づいて、前記先のパイロット噴射により前記燃料噴射装置内に発生する圧力脈動の周期を算出する算出手段（９０、Ｓ１６０）と、
前記間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００）は、前記算出手段によって算出された圧力脈動の周期に基づいて、前記噴射間隔を設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
一つのパイロット噴射とその後に噴射されるメイン噴射とが行われた場合の前記燃料噴射装置内の燃料圧力の変化を検出する圧力波形検出手段（９０、Ｓ２４０）と、
前記圧力波形検出手段により取得された圧力波形に基づき前記一つのパイロット噴射により前記燃料噴射装置内に発生する圧力脈動の周期を算出する算出手段（９０、Ｓ２５０）と、
前記間隔設定手段（９０、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）は、前記算出手段によって算出された圧力脈動の周期に基づいて、前記噴射間隔を設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置を操作して、燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の作動サイクルの１つの作動サイクル内で主に内燃機関の出力トルクに寄与する燃料を噴射するメイン噴射と、メイン噴射に先行してメイン噴射よりも少量の燃料を噴射する複数のパイロット噴射とを制御する燃料噴射制御装置が、開示されている。
【０００３】
特許文献２には、１つの作動サイクル内でメイン噴射に先行して二つ以上のパイロット噴射を行うように燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置において、パイロット噴射による燃料噴射装置内の圧力脈動のメイン噴射への影響を少なくするように、二つ以上のパイロット噴射と、メイン噴射との噴射間隔を設定する燃料噴射制御装置が、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９８５６０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２の燃料噴射制御装置では、圧力脈動のメイン噴射への影響を少なくするのにパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を設定することで達成しようとしているので、当該噴射間隔の設定によっては良好な燃焼状態が得られない場合がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、メイン噴射に先行してパイロット噴射を行う燃料噴射制御において、メイン噴射の噴射量精度の低下を抑制させつつ、良好な燃焼を維持することができる燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、内燃機関（１０）に燃料を噴射する燃料噴射装置（７０）を操作することで、内燃機関の作動サイクルの１サイクル内で主に内燃機関の出力トルクに寄与する燃料を噴射するメイン噴射（Ｍ）と、メイン噴射に先行してメイン噴射よりも少量の燃料を噴射する二つのパイロット噴射（ＦＰ、ＬＰ）とを制御する燃料噴射制御装置であって、
二つのパイロット噴射において先のパイロット噴射（ＦＰ）によって燃料噴射装置内に発生する圧力脈動に対して逆位相となる圧力脈動を、先のパイロット噴射よりも後に噴射される後のパイロット噴射（ＬＰ）によって燃料噴射装置内に発生させるように先のパイロット噴射の噴射開始から後のパイロット噴射の噴射開始までの噴射間隔（ＩＮＴ）を設定する間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）と、
間隔設定手段によって設定された噴射間隔に応じて、燃料噴射装置を操作する操作手段（９０、Ｓ２１０、Ｓ３３０）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によると、間隔設定手段（９０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００、Ｓ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０）によって設定された噴射間隔（ＩＮＴ）で二つのパイロット噴射（ＦＰ、ＬＰ）が操作手段（９０、Ｓ２１０、Ｓ３３０）により実行されると、先のパイロット噴射（ＦＰ）による圧力脈動が、後のパイロット噴射（ＬＰ）による逆位相の圧力脈動によって低減される。このため、二つのパイロット噴射が実行されることにより燃料噴射装置内に発生する圧力脈動のメイン噴射（Ｍ）への影響を少なくすることができる。したがって、メイン噴射の噴射量精度の低下を抑制することができる。
【０００９】
さらに、本実施形態では、二つのパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔とは無関係に、二つのパイロット噴射の噴射間隔を設定して、パイロット噴射による圧力脈動を低減するようにしているので、当該二つのパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を良好な燃焼が行われるように設定することが可能である。よって、メイン噴射の噴射量精度の低下を抑制しつつ、良好な燃焼を維持することができる。
【００１０】
また、本発明では、間隔設定手段は、先のパイロット噴射又は後のパイロット噴射によって燃料噴射装置内に発生する圧力脈動の整数倍の時間と、当該圧力脈動の半周期分の時間との合計時間を噴射間隔として設定することを更なる特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、先のパイロット噴射の圧力波形に対して、後のパイロット噴射の圧力波形の位相が半周期分ずれ、互いの圧力脈動が逆位相となる。これにより、後のパイロット噴射による圧力脈動によって、先のパイロット噴射による圧力脈動を低減することができる。
【００１２】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置としての制御回路を含む燃料噴射システムの概要構成を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示す燃料噴射システムで使用する燃料噴射装置としての燃料噴射弁の概略構成を示す構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による制御回路が実施する制御フローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態による制御回路で使用する圧力脈動の推定モデルを説明するための説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態による制御回路で使用する圧力脈動の推定モデルを説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態による制御回路で使用する圧力脈動の推定モデルでの圧力脈動の周期を求める方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による制御回路が図３に示す制御フローを実施した場合の燃料配管内における圧力波形を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による制御回路が実施する制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１５】
（第１実施形態）
以下、図１及び図２に基づいて燃料噴射システム１００及び当該システム１００の各構成要素について説明する。図１に示すように燃料噴射システム１００は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジンという）に設置され、当該エンジン１０のシリンダ１０ａに燃料を噴射する。燃料噴射システム１００は、高圧ポンプ３０、コモンレール４０、燃料噴射弁７０、及び制御回路９０等を備えている。
【００１６】
高圧ポンプ３０は、燃料タンク２０内の燃料を吸い上げ、加圧してコモンレール４０に向けて吐出する。高圧ポンプ３０は、例えばエンジン１０の駆動力によって回転駆動するカムとそのカムの回転駆動によって駆動するプランジャ等によって構成されている。高圧ポンプ３０が吐出する燃料の最高圧力は、例えば１８０ＭＰａ〜２００ＭＰａとなっている。
【００１７】
コモンレール４０は、高圧ポンプ３０によって加圧された燃料を蓄積する配管であり、燃料配管５０を介して各シリンダ１０ａに設けられる燃料噴射弁７０に接続されている。この構成により、コモンレール４０に蓄積された加圧燃料が、燃料配管５０を通じて各燃料噴射弁７０に分配される。また、図２に示すように、燃料配管５０には、絞り５０ａが設けられている。さらに、燃料配管５０において、燃料噴射弁７０側の端部には、燃料配管５０内の燃料圧力を計測するための圧力センサ６０が設けられている。圧力センサ６０は、燃料圧力に応じた圧力信号を制御回路９０に出力する。
【００１８】
燃料噴射弁７０は、コモンレール４０から供給された加圧燃料をシリンダ１０ａに噴射可能に、各シリンダ１０ａに対応してシリンダヘッドに取り付けられている。燃料噴射弁７０は、制御回路９０によって制御され、コモンレール４０内の加圧燃料を各シリンダ１０ａに噴射する。
【００１９】
ここで、本実施形態で使用する燃料噴射弁７０の構成について説明する。燃料噴射弁７０は、ハウジング７１、ノズルニードル８０、三方弁８３等から構成されている。
【００２０】
ハウジング７１は、全体として筒状に形成されており、シリンダ１０ａ側の端部に噴孔７２を形成している。また、ハウジング７１は、内部に噴孔７２と連通する収容部７３を形成するとともに、収容部７３及び三方弁８３に通じる供給通路７５、三方弁８３と燃料タンク２０とを接続する排出通路７６、及び三方弁８３と収容部７３とを連通する連通路７７を形成する。供給通路７５は、燃料配管５０に接続されている。これにより、収容部７３及び三方弁８３には、コモンレール４０からの加圧燃料が供給されることとなる。
【００２１】
ノズルニードル８０は、棒状に形成され、収容部７３内で往復移動可能に収容されている。ノズルニードル８０の噴孔７２側の端部には、収容部７３の内壁に形成されている弁座部７４に離着座するシート部８２が形成されている。また、ノズルニードル８０は、軸方向中央部に段差部８１を形成している。これにより、ノズルニードル８０が往復移動して、シート部８２が弁座部７４に着座することにより噴孔７２は閉塞され、シート部８２が弁座部７４から離座することにより噴孔７２は開放される。また、収容部７３には、ノズルニードル８０の噴孔７２とは反対側にスプリング８４が収容されている。スプリング８４は、所定の付勢力によって常にノズルニードル８０を閉塞方向に付勢する。また、ノズルニードル８０が収容部７３に収容されることにより、ノズルニードル８０の噴孔７２とは反対側に、コモンレール４０からの加圧燃料が供給可能な圧力室７８が形成される。
【００２２】
ここまでの構成により、ノズルニードル８０の外周壁と収容部７３の内周壁との間において、ノズルニードル８０の段差部８１に対応する部分に供給通路７５から供給される加圧燃料が供給可能な油溜り部７９が形成されている。また、油溜り部７９よりも噴孔７２側において、ノズルニードル８０の外周壁と収容部７３の内周壁とは燃料が通過可能な隙間が形成されている。これにより、油溜り部７９に供給された加圧燃料は、上記隙間を通じて噴孔７２付近の空間８５まで至る。このとき、ノズルニードル８０が噴孔７２と反対側に移動して、シート部８２が弁座部７４から離座すると、加圧燃料が噴孔７２から噴射される。ノズルニードル８０が噴孔７２側に移動して、シート部８２が弁座部７４に着座すると、加圧燃料の噴孔７２からの噴射が停止する。
【００２３】
三方弁８３は、供給通路７５、連通路７７及び排出通路７６のそれぞれと接続しており、供給通路７５と連通路７７とを接続する第１のモードと、連通路７７と排出通路７６とを接続する第２のモードの切り替えを行う。三方弁８３は、流路の切り替えを行う弁部と、弁部を駆動する駆動部とを備えている。駆動部は例えば電磁コイルを用いた電磁駆動装置からなっており、通電制御により、弁部を駆動する。これにより、第１、第２のモードが切り替る。第１、第２のモード切り替えは、制御回路９０からの噴射信号により行われる。三方弁８３が制御回路９０により第１のモードに切り替えられると、圧力室７８にコモンレール４０内の加圧燃料が供給される。これにより、圧力室７８の圧力は、加圧燃料の圧力に応じたものとなる。三方弁８３が制御回路９０により第２のモードに切り替えられると、圧力室７８の燃料は、排出通路７６から燃料タンク２０に戻る。これにより、圧力室７８の圧力は、減少し大気圧に近づく。このようにして第１、第２モードの切り替えが行われることにより、圧力室７８の圧力の制御が行われる。
【００２４】
ここまでの構成によると、三方弁８３が第１のモードとなり圧力室７８にコモンレール４０内の加圧燃料が供給される場合では、ノズルニードル８０には、主に、圧力室７８内の加圧燃料の圧力及びノズルニードル８０の圧力室７８に面した面積に応じた閉塞方向の力と、スプリング８４の閉塞方向への付勢力と、油溜り部７９に供給された加圧燃料の圧力及び油溜り部７９に面した段差部８１の面積に応じた開放方向の力とが作用する。この場合、ノズルニードル８０に作用する閉塞方向の力は、開放方向の力に比べ大きくなっているので、ノズルニードル８０は、閉塞方向へ移動し、シート部８２が弁座部７４に着座する。これにより、噴孔７２より燃料噴射が停止する。
【００２５】
一方、三方弁８３が第２のモードとなり圧力室７８から燃料が燃料タンク２０へ排出されると、徐々に低下する。圧力室７８の圧力が徐々に低下すると、ノズルニードル８０に作用していた閉塞方向の力が減少し、開放方向の力が閉塞方向の力よりも上回る。このとき、ノズルニードル８０は、開放方向へ移動し、シート部８２が弁座部７４から離座する。これにより、噴孔７２からの燃料の噴射が行われる。
【００２６】
制御回路９０は、エンジン運転状態を検出する各種検出装置と電気的に接続されており、各種検出装置からの情報からエンジン運転状態を検出し、そのエンジン運転状態に基づきコモンレール４０内の燃料圧力及び燃料噴射弁７０からの燃料噴射を制御する。コモンレール４０内の燃料圧力制御は、例えば、高圧ポンプ３０の吐出量を制御することで行われる。また、燃料噴射弁７０の燃料噴射制御は、三方弁８３のモードを切り替えることにより行われる。特に、本実施形態では、制御回路９０は、燃料噴射弁７０を操作して、内燃機関の作動サイクルの１サイクル内で主に内燃機関の出力トルクに寄与する燃料を噴射するメイン噴射Ｍと、メイン噴射Ｍに先行してメイン噴射Ｍよりも少量の燃料を噴射する二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰとを行う。具体的には、制御回路９０は、エンジン運転状態に基づき、二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍそれぞれの噴射量を算出する。そして、制御回路９０は、その算出したそれぞれの噴射量を実現するための噴射期間、即ち三方弁８３を第２のモードとする期間を算出する。さらに、制御回路９０は、記憶手段としての記憶部９０ａに記憶されている推定モデルに基づき、二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射時期を算出する。そして、制御回路９０は、算出した噴射期間及び噴射時期に基づいて噴射信号を生成し、その噴射信号を三方弁８３に出力し、三方弁８３を操作する。なお、各噴射の噴射時期の算出については後で詳細に説明する。これにより、燃料噴射弁７０は、二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰと、メイン噴射Ｍとを行うことができる。なお、二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰのうち、先に噴射されるパイロット噴射を第１パイロット噴射ＦＰといい、第１パイロット噴射ＦＰよりも後に噴射されるパイロット噴射を第２パイロット噴射ＬＰという。
【００２７】
以下、燃料噴射弁７０の作動、及び燃料噴射時に発生する圧力脈動について説明する。コモンレール４０内に高圧ポンプ３０によって加圧された燃料が満たされた状態で、制御回路９０が三方弁８３を第１のモードとしている場合、圧力室７８の圧力はコモンレール４０内の燃料圧力とほぼ同等の圧力となっているため、ノズルニードル８０のシート部８２が弁座部７４に着座した状態となる。よって、噴孔７２から燃料噴射が停止する。制御回路９０が三方弁８３を第２のモードとすると、圧力室７８の圧力は、徐々に低下する。そして、ノズルニードル８０に作用する開放方向の力が、閉塞方向の力を上回ると、ノズルニードル８０は開放方向に移動し、シート部８２が弁座部７４より離座する。これにより、油溜り部７９に溜まっていた加圧燃料が噴孔７２より噴射される。
【００２８】
噴孔７２から燃料が噴射されると、油溜り部７９と連通する噴孔７２付近の空間８５（以下、噴孔付近の空間を単に空間という）の圧力波形に脈動が発生する（図５参照）。空間８５には、供給通路７５を通じて常にコモンレール４０内の加圧燃料が供給されている。そういった状態において、ノズルニードル８０が移動し、噴孔７２から燃料が噴射されると、空間８５の圧力は開放され、一時的に減少する。例えば、このときに、ノズルニードル８０のシート部８２が弁座部７４に着座すると、空間８５に油溜り部７９を介してコモンレール４０内の加圧燃料が供給され、当該空間８５の圧力が上昇し始める。そして、加圧燃料の空間８５への導入の勢いで、当該空間８５における圧力が過剰に高まる。その後、過剰に高まった圧力によって空間８５内の燃料が油溜り部７９に押し戻され、空間８５の圧力が低下する。これが繰り返されることで空間８５の圧力波形に脈動が発生する。また、先に説明した燃料噴射による圧力波形は、油溜り部７９での反射波形（図２中の（１）を参照）、燃料配管５０の絞り５０ａでの反射波形（図２中の（２）を参照）の影響も受ける。よって、燃料噴射したときの空間８５における燃料の出入りによる圧力波形（以下、基本圧力波形という）、及び先に説明した二つの反射波形を合成したものが、最終的な噴孔７２付近の空間８５における圧力波形となる。なお、基本圧力波形、及び二つの反射波形は、燃料噴射弁７０の供給通路７５、噴孔７２から油溜り部７９までの燃料通路、燃料配管５０、絞り５０ａ等の形状、配置及び寸法等により変化する。
【００２９】
以上説明したように、燃料を噴射する度に、噴孔７２付近の空間８５には、圧力脈動が発生する。この圧力脈動は、時間の経過とともに減衰し、消滅する。メイン噴射だけを行う噴射制御であれば、次のメイン噴射までの期間が比較的長いので、燃料噴射により発生する圧力脈動は減衰する。したがって、次のメイン噴射への圧力脈動の影響は少ない。しかし、１つの作動サイクル内で複数の噴射を行う多段噴射が実行される場合、最初に噴射されるパイロット噴射による圧力脈動が減衰、消滅する前に、メイン噴射が噴射されることとなるため、メイン噴射の噴射量精度が低下するおそれがある。
【００３０】
そこで、先に説明したように従来技術では、パイロット噴射を行うことにより発生する圧力脈動のメイン噴射への影響を抑えるために、パイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を設定している。しかし、このような噴射間隔の設定方法では、圧力脈動は抑えられても、設定された噴射間隔によっては、良好な燃焼を維持することができないおそれがある。
【００３１】
本実施形態では、以下に説明する制御フロー（図３を参照）を実行することにより、この燃料噴射により発生する圧力脈動を極力抑えることによりメイン噴射Ｍの噴射量精度の低下を抑制しつつ、良好な燃焼を維持することができる。以下、この制御フローを詳細に説明する。
【００３２】
ここで、燃料噴射弁７０から燃料を噴射したときに噴孔７２付近の空間８５に発生する圧力脈動の推定モデルを予めを求めておき、当該推定モデルを制御回路９０の記憶部９０ａに記憶しておく。本実施形態では、推定モデルに基づき、第１パイロット噴射ＦＰの噴射開始から第２パイロット噴射ＬＰの噴射開始までの噴射間隔としてのインターバルＩＮＴの設定を行う。本実施形態では、インターバルＩＮＴの設定は、実際の第１、第２パイロット噴射に相関のあるそれぞれの噴射の噴射信号のインターバルを設定することで行なっている。
【００３３】
以下、記憶部９０ａに記憶されている推定モデルについて説明する。本実施形態では、図４に示す燃料噴射により空間８５に発生する基本圧力波形、油溜り部７９での反射波形（図２中の（１）に示す反射波形）、及び絞り５０ａでの反射波形（図２中の（２）に示す反射波形）を合成したものを推定モデルとして使用している（図５を参照）。図５に示す推定モデルは、所定の噴射量及び燃料圧力（コモンレール内の燃料圧力）のときのものである。
【００３４】
図３に示す制御フローは、車両のイグニッションがオンとなった時点から開始される。ステップＳ１１０では、エンジン１０の運転状態を検出する検出装置（圧力センサ６０を含む）からエンジン１０の運転状態を取得する。ステップＳ１２０では、取得したエンジン運転状態から基本パイロット噴射、及びメイン噴射の噴射量を設定する。なお、基本パイロット噴射は、先に説明した第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰが組み合わさったものに相当する。
【００３５】
そして、ステップＳ１３０では、基本パイロット噴射を第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰに分割して、それぞれのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量を設定する。本実施形態では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量は、ほぼ同じ量としている。ＦＰ、ＬＰの各噴射量は、同じ量となっていることが望ましいが、第１パイロット噴射ＦＰの噴射量が、第２パイロット噴射ＬＰの噴射量以上であれば良い。理由については後で説明する。
【００３６】
ステップＳ１４０では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射期間を設定する。噴射期間は、ステップＳ１３０で設定した噴射量を燃料噴射弁７０から噴射可能とするためのものであって、三方弁８３の第２モードの期間に相当する。
【００３７】
ステップＳ１５０では、エンジン運転状態、噴射量、噴射期間を基に、良好な燃焼を維持するために、第１パイロット噴射ＦＰ及びメイン噴射Ｍの噴射時期を設定する。
【００３８】
続く、ステップＳ１６０では、第１パイロット噴射ＦＰの噴射が実行されたときに燃料噴射弁７０の空間８５に発生する圧力脈動の脈動周期Ｔを記憶部９０ａに記憶されている推定モデルに基づき算出する。
【００３９】
ここで、推定モデル及び推定モデルから算出される脈動周期Ｔについて説明する。推定モデルは、先に説明したように燃料噴射弁７０の空間８５における燃料噴射の際の燃料の出入りによる基本圧力波形と、油溜り部７９で反射した反射波形と、絞り５０ａで反射した反射波形の三つの合成波形となる（図４参照）。各圧力波形は、燃料噴射弁７０及び燃料配管５０の構成・形状によって求めることができる。基本圧力波形は、下記の数式１としてモデル化することができ、油溜り部７９で反射した反射波形は、下記の数式２としてモデル化することができ、絞り５０ａで反射した反射波形は、下記の数式３としてモデル化することができる。なお、各圧力波形において、Ａ１ｉ〜Ａ３ｉは振幅を表し、ｋ１ｉ〜３ｉは減衰係数を表し、ｗ１ｉ〜３ｉは角振動数を表し、θ１ｉ〜３ｉは位相角を表し、ｔは時間を表している。本実施形態では、これら三つの圧力波形を合成して、所定噴射量における推定モデルとしている（図５を参照）。
【数１】
0005754407.tif 000002
【数２】
0005754407.tif 000003
【数３】
0005754407.tif 000004
【００４０】
脈動周期Ｔの算出は、図５に示す推定モデルを基に算出する。まず、制御回路９０は、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量（ステップＳ１３０参照）と推定モデルとから空間８５に発生する圧力波形を求める。圧力波形を求めるのにパイロット噴射の噴射量を使用するのは、空間８５に発生する圧力波形が噴射量に応じて変化するからである。次に、制御回路９０は、求めた圧力波形を微分して微分波形を算出する（図６参照）。そして、図６に示すように、制御回路９０は、微分波形の微分値が減少する領域の中の０「ゼロ」となる時点に対応する圧力値のそれぞれにおいて、特定の圧力値について両隣の圧力値よりも値が大きい圧力値を極大値として設定し、各極大値間の間隔を、圧力脈動の個別周期として算出する。即ち、制御回路９０は、推定モデルから求めた圧力波形のうち圧力の上昇から下降に転ずるときの圧力値について両隣の圧力値よりも値が大きい圧力値を極大値として設定し、各極大値間の間隔を、圧力脈動の個別周期として算出する。そして、個別周期の相加平均値を空間８５に発生する圧力脈動の周期として採用する。なお、圧力脈動の周期を求めるのに相加平均を行うものに限定されない。例えば、相乗平均値を圧力脈動の周期としても良い。
【００４１】
こうした求めた脈動周期Ｔを、ステップＳ１７０における第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのインターバルＩＮＴの設定に使用する。インターバルＩＮＴは、インターバルＩＮＴ＝脈動周期Ｔ×（Ｎ＋０．５）によって算出する。このような式を用いて算出されるインターバルＩＮＴは、必ず脈動周期Ｔの整数倍に加え、脈動周期Ｔの半周期が加算されたものなる。
【００４２】
本実施形態では、ステップＳ１８０において、上記インターバルＩＮＴの式のＮに０「ゼロ」を代入する。そして、ステップＳ１９０では、こうして算出されたインターバルＩＮＴが近接限界以下か否かを判定する。インターバルＩＮＴが近接限界以下となっている場合、処理はステップＳ２００に移行し、インターバルＩＮＴが近接限界を上回っている場合、処理はステップＳ２１０に移行する。
【００４３】
ここで、近接限界について説明する。近接限界とは、算出したインターバルＩＮＴによって第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰを実行した場合に、第１パイロット噴射ＦＰの噴射が終了した後に第２パイロット噴射ＬＰの噴射が開始し、第１パイロット噴射ＦＰと第２パイロット噴射ＬＰとが確実に分割することができるインターバルＩＮＴのうち、最も短時間となる状態のことである。インターバルＩＮＴが近接限界以下となる場合では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ，ＬＰの噴射率が重なって二つの独立した噴射とはならない。一方、インターバルＩＮＴが近接限界を上回る場合では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射率は独立したものとなる。
【００４４】
ステップＳ２００では、ステップＳ１９０において判定したときのＮの数字に１を加えたものを新たなＮとする。そして、新たなＮを再びＳ１７０に示したインターバルＩＮＴを算出する式に代入して、近接限界と比較する。そして、再度実行されるステップＳ１９０にて、算出されたインターバルＩＮＴが近接限界を上回っている場合、処理はステップＳ２１０に移行する。本実施形態では、図６に示すように、Ｎ＝０のときのインターバルＩＮＴが近接限界以下となり、Ｎ＝１のときのインターバルＩＮＴが近接限界を上回るよう例となっている。したがって、本実施形態では、インターバルＩＮＴは、Ｎ＝１のときの値となる。
【００４５】
ステップＳ２１０では、ステップＳ１５０で設定された第１パイロット噴射ＦＰ、メイン噴射Ｍの噴射時期、及び算出されたインターバルＩＮＴに基づいたタイミングで第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射信号を燃料噴射弁７０に出力する。これにより、燃料噴射弁７０は、ステップＳ１５０で設定された噴射時期、及びステップＳ１７０〜Ｓ２００に基づいて設定されたインターバルＩＮＴに応じた第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射を行う。
【００４６】
次に、図３に示す制御フローを実行したときの燃料噴射の様子を図７のタイムチャートを用いて説明する。図７は、図３に示す制御フローによって設定されたインターバルＩＮＴによって第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰが実行されたときの燃料配管５０内の圧力波形の様子を示したものである。図７に示す圧力波形は、実測値である。燃料配管５０内の圧力波形は、噴孔７２付近の空間８５に発生する圧力波形とほぼ同じとなっている。
【００４７】
まず、比較例から説明する。比較例のパイロット噴射の噴射量は、本発明の分割前の噴射量、即ち、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのそれぞれの噴射量の合計となっている。比較例のパイロット噴射の噴射時期は、第１パイロット噴射の噴射時期とほぼ同じとする。比較例のパイロット噴射が実行されると、燃料配管５０に表れる圧力波形は、破線で示すようになる。
【００４８】
これに対し、図３に示す制御フローによって設定されたインターバルＩＮＴで第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰが実行されると、図７中の実線で示すような圧力波形となる。本発明の圧力波形と、比較例の圧力波形とを、メイン噴射Ｍが噴射される範囲で比較すると、当該範囲における各圧力波形の振幅の積算値が、本発明の方が比較例の方よりも約３０％低くなっている。即ち、本発明のようにインターバルＩＮＴを設定して各パイロット噴射ＦＰ、ＬＰを実行することにより、圧力脈動が抑えられる。これは、インターバルＩＮＴが、脈動周期Ｔの整数倍の時間と、当該脈動周期Ｔの半周期分の時間との合計時間に設定されているからと考えられる（図３のステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００参照）。このようにインターバルＩＮＴが設定されると、第２パイロット噴射ＬＰによる圧力脈動が、第１パイロット噴射ＦＰによる圧力脈動に対して逆位相となり、第１パイロット噴射ＦＰの圧力脈動が第２パイロット噴射ＬＰの圧力脈動によって低減される。これにより、パイロット噴射が行われることにより発生する圧力脈動のメイン噴射Ｍへの影響が少なくなる。したがって、メイン噴射Ｍの噴射量精度の低下を抑制することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、図３の制御フローに示すように、インターバルＩＮＴは、パイロット噴射ＦＰ、ＬＰとメイン噴射Ｍとのインターバルとは無関係に設定されている。したがって、パイロット噴射とメイン噴射とのインターバルを良好な燃焼を優先して設定することができる。以上により、本実施形態によると、メイン噴射Ｍの噴射量精度の低下を抑制しつつ、良好な燃焼を維持することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、インターバルＩＮＴの設定において、脈動周期Ｔの整数倍の時間と、当該脈動周期Ｔの半周期分の時間との合計時間をインターバルＩＮＴとして設定している。これによれば、第１パイロット噴射ＦＰの圧力波形に対して、第２パイロット噴射ＬＰの圧力波形の位相が半周期分ずれ、互いの圧力脈動が逆位相となる。これにより、第２パイロット噴射ＬＰによる圧力脈動によって第１パイロット噴射ＦＰによる圧力脈動を低減することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、第１パイロット噴射ＦＰが終了してから、第２パイロット噴射ＬＰが開始するようにしている。具体的には、第１パイロット噴射ＦＰと第２パイロット噴射ＬＰとがそれぞれ独立して噴射できるインターバルＩＮＴのうち、最小の値である近接限界値を設定し、インターバルＩＮＴがその設定値を上回るようにしている。これによれば、二つのパイロット噴射ＦＰ、Ｌが重なって噴射されることを抑制することができる。即ち、第１パイロット噴射ＦＰの圧力脈動と位相が逆となる第２パイロット噴射の圧力脈動を確実に発生させることができ、パイロット噴射による圧力脈動を低減させることができる。
【００５２】
圧力脈動は、燃料噴射が行われた後、時間の経過とともに減衰する。また、圧力脈動は、噴射量が多いほど、その振幅が大きくなる。即ち、各パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量の差が小さいほど、燃料噴射時の圧力脈動の振幅はほぼ同じとなる。
【００５３】
そこで、二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰそれぞれの噴射量の差が小さいほど、インターバルＩＮＴを短く設定するようにしている（図３のステップＳ１９０参照）。本実施形態では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量はほぼ同じであるため、インターバルＩＮＴを近接限界値に極力近い値とするようにしている。これによれば、第１パイロット噴射ＦＰによる圧力脈動を、第２パイロット噴射ＬＰによる圧力脈動によって効果的に低減することができる。
【００５４】
上述したように燃料噴射により発生する圧力脈動は、燃料噴射弁７０、燃料配管５０等の構造により定まる。これによれば、燃料噴射により発生する圧力脈動をモデル化することができる。本実施形態では、こうしてモデル化した推定モデルを用いて脈動周期Ｔを算出し、その算出した脈動周期Ｔに基づいてインターバルＩＮＴの設定を行なっている。このことによれば、エンジン始動直後からインターバルＩＮＴの設定を行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態において、ディーゼルエンジン１０が請求項に記載の「内燃機関」に相当し、燃料噴射弁７０が請求項に記載の「燃料噴射装置」に相当し、制御回路９０が請求項に記載の「燃料噴射制御装置」に相当する。また、ステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２００を実行する制御回路９０が請求項に記載の「間隔設定手段」に相当し、ステップＳ２１０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「操作手段」に相当し、ステップＳ１３０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「噴射量設定手段」に相当する。また、記憶部９０ａが請求項に記載の「記憶部」に相当し、ステップＳ１６０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「算出手段」に相当する。
【００５６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、推定モデルを使用して第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのインターバルＩＮＴを設定することにより、パイロット噴射による圧力脈動を低減していた。第２実施形態の燃料噴射制御装置としての制御回路９０は、実際にパイロット噴射を実施したときの圧力脈動を備え付けの圧力センサ６０の検出結果を基に検出し、その検出結果を利用して第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのインターバルＩＮＴを設定している。
【００５７】
以下、図８に示す制御フローに基づいて説明する。ステップＳ２１０では、エンジン１０の運転状態を検出する検出装置（圧力センサ６０を含む）からエンジン１０の運転状態を取得する。
【００５８】
ステップＳ２２０では、取得したエンジン運転状態から基本パイロット噴射、及びメイン噴射の噴射量、噴射時期等の噴射条件を設定する。本実施形態では、基本パイロット噴射は単発である。
【００５９】
そして、ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０で設定された基本パイロット噴射、及びメイン噴射の噴射条件に基づき燃料噴射弁７０に噴射信号を出力する。これにより、燃料噴射弁７０は、設定された噴射条件による単発の基本パイロット噴射、及びメイン噴射を行う。
【００６０】
次に、ステップＳ２４０では、圧力センサ６０からの信号に基づき、燃料配管５０内の圧力波形を検出する（図７中の破線による圧力波形参照）。そして、ステップＳ２５０では、検出された圧力波形に基づき、その圧力波形の脈動周期Ｔを算出する。脈動周期Ｔの算出手順は、第１実施形態の脈動周期Ｔの算出と同様の手順によって行われる。
【００６１】
ステップＳ２６０では、次の作動サイクルでの燃料噴射において、基本パイロット噴射を第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰに分割して、それぞれのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量を設定する。本実施形態においても、第１実施形態と同様、二つのパイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量はほぼ同じ量である。
【００６２】
ステップＳ２７０では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射期間を設定する。そして、ステップＳ２８０では、第１パイロット噴射ＦＰ及びメイン噴射Ｍの噴射時期を設定する。これらのステップＳ２７０、Ｓ２８０は、図３のステップＳ１４０、Ｓ１５０と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６３】
ステップＳ２９０では、図３に示すステップＳ１７０と同様の式によって第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのインターバルＩＮＴを設定する。なお、ステップＳ２９０で使用される脈動周期Ｔは、ステップＳ２５０で算出されたものである。
【００６４】
ステップＳ３００では、インターバルＩＮＴの式のＮに０「ゼロ」を代入する。そして、ステップＳ３１０では、こうして算出されたインターバルＩＮＴが近接限界以下か否かを判定する。インターバルＩＮＴが近接限界以下となっている場合、処理はステップＳ３２０に移行し、インターバルＩＮＴが近接限界を上回っている場合、処理はステップＳ３３０に移行する。なお、本実施形態における近接限界は、第１実施形態における近接限界と同様の考え方に基づいて設定されている。
【００６５】
ステップＳ３２０では、ステップＳ３１０において判定したときのＮの数字に１を加えたものを新たなＮとする。そして、新たなＮを再びＳ２９０に示したインターバルＩＮＴを算出する式に代入して、近接限界と比較する。そして、再度実行されるステップＳ３１０にて、算出されたインターバルＩＮＴが近接限界を上回っている場合、処理はステップＳ３３０に移行する。
【００６６】
ステップＳ３３０では、ステップＳ２８０で設定された第１パイロット噴射ＦＰ、メイン噴射Ｍの噴射時期、及び算出されたインターバルＩＮＴに基づたタイミングで第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射信号を燃料噴射弁７０に出力する。これにより、燃料噴射弁７０は、ステップＳ２８０で設定された噴射時期、及びステップＳ２９０〜Ｓ３２０に基づいて設定されたインターバルＩＮＴに応じた第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰ及びメイン噴射Ｍの噴射を行う。
【００６７】
このように第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのインターバルＩＮＴを設定し、噴射を実行することによれば、第１パイロット噴射ＦＰの圧力波形に対して、第２パイロット噴射ＬＰの圧力波形の位相が半周期分ずれ、互いの圧力脈動が逆位相となる。これによれば、第１実施形態と同様に、メイン噴射Ｍを行う範囲内において圧力脈動を低減することができ、メイン噴射Ｍの噴射量精度の低下を抑制できる。さらに、第１実施形態と同様に、パイロット噴射とメイン噴射とのインターバルを良好な燃焼を優先して設定することができる。
【００６８】
第２実施形態によれば、その他の作用効果についても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態では、圧力センサ６０によって実際に検出した圧力波形に基づいて圧力脈動の脈動周期Ｔを求め、その脈動周期Ｔに基づいて第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰのインターバルＩＮＴを設定するようにしている。このことによれば、圧力脈動低減効果の高いインターバルＩＮＴの設定が行えるので、よりメイン噴射Ｍの噴射量精度の低減抑制効果を向上することができる。
【００６９】
なお、本実施形態において、ステップＳ２９０、Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「間隔設定手段」に相当し、ステップＳ３３０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「操作手段」に相当し、ステップＳ２６０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「噴射量設定手段」に相当する。さらに、ステップＳ２４０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「圧力波形検出手段」に相当し、ステップＳ２５０を実行する制御回路９０が請求項に記載の「算出手段」に相当する。
【００７０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００７１】
第１、第２実施形態では、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰそれぞれの噴射量は、ほぼ同じとなるように設定されている。これらの噴射量は、同量に限られない。例えば、第１パイロット噴射ＦＰが、第２パイロット噴射ＬＰ以上となるように設定されていれば良い。第１パイロット噴射ＦＰの噴射量が第２パイロット噴射ＬＰの噴射量よりも多く設定された場合には、第１、第２パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量差に応じてインターバルＩＮＴを第１、第２実施形態のものより長く設定すれば良い。このようにしてインターバルＩＮＴを設定しても、圧力脈動を低減させることができる。
【００７２】
以下、そのことについて説明する。先にも述べたが燃料噴射が行われることにより発生する圧力脈動は、時間の経過とともに減衰する。また、噴射量が多いほど、圧力脈動の振幅は大きくなる。これらのことによれば、第１パイロット噴射ＦＰにより発生した圧力脈動は時間とともに減衰し、所定の時期に第２パイロット噴射ＬＰにより発生する圧力脈動の振幅に対応したものとなる。したがって、所定の時期の第２パイロット噴射ＬＰを実行するようにインターバルＩＮＴを設定すれば、第２パイロット噴射ＬＰによって第１パイロット噴射ＦＰによる圧力脈動を低減することができる。
【００７３】
具体的には、第１、第２実施形態において、予め設定されている近接限界の値を各パイロット噴射ＦＰ、ＬＰの噴射量の差に応じて設定するようにすれば良い。例えば、噴射量差が大きいほど、近接限界の値を大きくすれば、噴射量に応じて適切なインターバルＩＮＴとすることができる。
【００７４】
また、第２実施形態では、燃料噴射の度に単発のパイロット噴射を実行したときの圧力波形を検出し、その圧力波形に基づいて脈動周期Ｔを算出するようにしているが、検出した圧力波形のパターンを運転状態毎に記憶部９０ａに記憶しておき、記憶された圧力波形の運転状態が再び検出された場合に、記憶部９０ａに記憶されている圧力波形に基づき脈動周期Ｔを算出するようにしても良い。このようにすれば、燃料噴射の度に圧力波形を検出するような作業が省略できるので、制御フローを簡素化することができる。
【００７５】
また、第１、第２実施形態において使用する燃料噴射弁７０は、圧力室７８の圧力制御を三方弁８３で行うものであったが、二方弁を用いて行うものであっても良い。圧力制御用の弁として二方弁を用いる場合、供給通路から分岐して三方弁に接続される通路が廃止される。また、圧力室に接続される供給通路及び連通路に絞りが設けられる。それらの絞りの通路径は、供給通路に設けられるものよりも連通路に設けられるものの方が大きくなっている。これにより、二方弁が開弁したとき、圧力室内の圧力を低下させることができる。
【００７６】
また、三方弁を駆動する駆動源としては、電磁駆動装置の他に、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する圧電素子を用いたピエゾアクチュエータであっても良い。
【００７７】
また、第１、第２実施形態では、燃料を噴射する対象となる内燃機関としてディーゼルエンジンを用いた例で説明したが、１作動サイクル中に複数の燃料噴射を行うものであれば、燃料噴射の対象となる内燃機関はガソリンエンジンであっても良い。
【符号の説明】
【００７８】
１００  燃料噴射システム、１０  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２０  燃料タンク、３０  高圧ポンプ、４０  コモンレール、５０  燃料配管、５０ａ  絞り、６０  圧力センサ、７０  燃料噴射弁（燃料噴射装置）、７２  噴孔、７４  弁座部、７５  供給通路、７６  排出通路、７７  連通路、７８  圧力室、７９  油溜り部、８０  ノズルニードル、８２  シート部、８３  三方弁、８４  スプリング、８５  空間、９０  制御回路（燃料噴射制御装置、間隔設定手段、操作手段、噴射量設定手段）、９０ａ  記憶部、Ｍ  メイン噴射、ＦＰ  第１パイロット噴射（先のパイロット噴射）、ＬＰ  第２パイロット噴射（後のパイロット噴射）、ＩＮＴ  インターバル（噴射間隔）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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