(57)【要約】【課題】インジェクタ経時変化と外部経時変化とを個別に補正対応することを容易に実現できる燃料噴射制御装置及び燃料噴射装置を提供する。【解決手段】要求噴射量に基づいて指令信号を設定し出力する出力手段と、弁部材が閉弁作動して噴射が実際に終了した終了時期を検出する終了時期検出手段と、終了時期検出手段により検出された終了時期に応じて、要求噴射量に基づき設定される指令信号について補正を実施する補正手段と、を備える。そのため、ピエゾ素子の制御内容を外部経時変化とは無関係に補正できるので、インジェクタ経時変化と外部経時変化とを個別に補正対応することを容易に実現できる。【選択図】      図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴射孔が形成された弁ボディ、前記弁ボディに収容されて前記噴射孔を開閉する弁部材、及び前記弁部材を開閉作動させるアクチュエータを有するインジェクタを制御対象とし、前記アクチュエータの作動を制御することにより燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置において、
要求噴射量に基づいて指令信号を設定し出力する出力手段と、
前記弁部材が閉弁作動して噴射が実際に終了した終了時期を検出する終了時期検出手段と、
前記終了時期検出手段により検出された終了時期に応じて、前記要求噴射量に基づき設定される前記指令信号について補正を実施する補正手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記指令信号は駆動パルス信号であり、
前記補正手段は、前記駆動パルス信号により閉弁作動を指令する時期を変えるよう、前記駆動パルス信号を補正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】
前記出力手段は、前記要求噴射量と予想噴射終了時期との関係を示す噴射指令特性を用いて前記指令信号を設定し、
前記補正手段は、前記終了時期検出手段により検出された終了時期に基づき前記噴射指令特性を学習させることにより前記指令信号を補正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】
前記アクチュエータは、供給される電力の充電及び放電に応じて伸縮するピエゾ素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記ピエゾ素子に印加する駆動電力の電圧値又は電流値の大きさを補正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】
前記アクチュエータの開閉作動を指令する駆動パルス信号を出力する出力手段を備え、
前記終了時期検出手段は、
前記ピエゾ素子に印加される電圧の値又は電流の値が時間経過とともに変化する波形の中から、前記駆動パルス信号により閉弁作動を指令した時期以降に生じたピーク波形を検出するとともに、
前記ピーク波形が出現した時期を、前記噴射が実際に終了した時期とみなすことを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記終了時期検出手段は、
前記電圧値が予め設定された閾値よりも高くなっている期間、或いは前記電流値が予め設定された閾値よりも低くなっている期間内に前記ピーク波形が出現しているとみなすことを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記終了時期検出手段は、
前記電圧値の単位時間あたりの変化量が正から負に変化した時期、或いは前記電流値の単位時間あたりの変化量が負から正に変化した時期を前記ピーク波形が出現した時期とみなすことを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記終了時期検出手段は、前記ピーク波形を検出するにあたり、前記駆動パルス信号により閉弁作動を指令した時期から予め設定された放電時間が経過した以降に検出を行なうことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
内燃機関の複数の気筒に対して各々設置された前記インジェクタを制御対象とし、
前記補正手段は、前記インジェクタから噴射される実噴射量が各々のインジェクタについて一致するように、前記指令信号について補正を実施することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
燃料を噴射する噴射孔が形成された弁ボディ、前記弁ボディに収容されて前記噴射孔を開閉する弁部材、及び前記弁部材を開閉作動させるアクチュエータを有するインジェクタと、
請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃料噴射制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタによる燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置及び燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なインジェクタは、燃料を噴射する噴射孔が形成された弁ボディ、弁ボディに収容されて噴射孔を開閉する弁部材、及び弁部材を開閉作動させるアクチュエータを備えて構成されている。そして、所望の燃料噴射量が得られるようにアクチュエータの作動を制御することが特許文献１等にて開示されており、例えば、アクチュエータの開閉作動を指令する駆動パルス信号を出力し、この信号のパルス幅を制御することにより弁部材の開弁時間を制御し、ひいては燃料噴射量を制御することが挙げられる。
【０００３】
ここで、噴射孔の磨耗や目詰まり等によるインジェクタの経時変化が生じると、インジェクタの噴射特性（パルス幅Ｔｑと噴射量Ｑとの関係）は変化する。そこで、特許文献１記載の制御装置では、実際の噴射量と目標噴射量との偏差に基づき駆動パルス信号のパルス幅をフィードバック補正している。この時、実際の噴射量と目標噴射量との偏差は、実際のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差から推定している。
【特許文献１】特開２００３−２５４１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際のエンジン回転速度は、インジェクタの経時変化以外の経時変化（以下、外部経時変化と呼ぶ）にも起因して変化する。外部経時変化の具体例としては、吸気量を制御するスロットルバルブや排気ポートにデポジットが付着することが挙げられる。なお、デポジットとは、残留した未燃燃料が燃焼以外の化学反応を起したり、燃料中の不純物が析出することにより生じる堆積物のことである。
【０００５】
したがって、上述した補正の方法では、実際のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差から駆動パルス信号のパルス幅をフィードバック補正しているので、インジェクタの経時変化のみならず外部経時変化をも含めて補正が行われていることとなる。そのため、インジェクタ経時変化と外部経時変化とを個別に補正対応することが困難となり、正確な補正が困難となる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インジェクタ経時変化と外部経時変化とを個別に補正対応することを容易に実現できる燃料噴射制御装置及び燃料噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明では、燃料を噴射する噴射孔が形成された弁ボディ、弁ボディに収容されて噴射孔を開閉する弁部材、及び弁部材を開閉作動させるアクチュエータを有するインジェクタを制御対象とし、アクチュエータの作動を制御することにより燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置において、要求噴射量に基づいて指令信号を設定し出力する出力手段と、弁部材が閉弁作動して噴射が実際に終了した終了時期を検出する終了時期検出手段と、終了時期検出手段により検出された終了時期に応じて、要求噴射量に基づき設定される指令信号について補正を実施する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、インジェクタが経時変化して噴射特性が変化すると、実噴射終了時期が変化することに起因して実噴射量が変化していることを本発明の発明者らは見出した。本発明はこの点に着目してなされたものであり、上記構成によれば、噴射が実際に終了した終了時期を終了時期検出手段により検出し、その検出結果に応じてアクチュエータの開閉作動を指令する指令信号を補正する。そのため、アクチュエータの開閉作動内容を外部経時変化とは無関係に補正できるので、インジェクタ経時変化と外部経時変化とを個別に補正対応することを容易に実現できる。
【００１０】
なお、指令信号の具体例として、アクチュエータの開閉作動量及び開閉時間の少なくとも一方を指令する信号が挙げられる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、指令信号は駆動パルス信号であり、補正手段は、駆動パルス信号により閉弁作動を指令する時期を変えるよう、駆動パルス信号を補正することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明では、出力手段は、要求噴射量と予想噴射終了時期との関係を示す噴射指令特性を用いて指令信号を設定し、補正手段は、終了時期検出手段により検出された終了時期に基づき噴射指令特性を学習させることにより指令信号を補正することを特徴とする。これによれば、閉弁作動を指令する時期を正確に補正することができる。
【００１３】
なお、請求項３記載の如く噴射指令特性を学習させることにより指令信号を補正することに替えて、指令信号を直接補正するようにしてもよい。
【００１４】
請求項４記載の発明では、アクチュエータは、供給される電力の充電及び放電に応じて伸縮するピエゾ素子であることを特徴とする。ここで、実噴射終了時期が変化することに起因して実噴射量が変化するといった現象は、アクチュエータに電磁ソレノイドを採用した場合に比べて、ピエゾ素子を採用した場合の方が顕著に現れることを発明者らは見出した。よって、アクチュエータにピエゾ素子を採用した場合には、アクチュエータの制御内容を外部経時変化とは無関係に補正することをより確実にできる。
【００１５】
また、アクチュエータにピエゾ素子を採用した場合には、駆動パルス信号により閉弁作動を指令する時期を変えるよう駆動パルス信号を補正することに替えて、請求項５記載の如く、ピエゾ素子に印加する電圧の値又は電流の値の大きさを補正することにより、噴射終了時期を変えることもできる。例えば、駆動パルス信号を同じにしたまま電圧値を高くするように電圧値を補正すれば、電圧又は電流を印加したことによる弁部材の開弁作動量が大きくなる。すると、電圧又は電流の印加を解除したことによる弁部材の閉弁に要する時間が長くなり、その結果噴射終了時期が遅くなる。
【００１６】
ところで、発明者らが行った各種試験により、ピエゾ素子に印加する電圧の値又は電流の値に関し、これらの値が時間経過とともに変化する波形中に、噴射終了のタイミングでピーク波形が生じることが明らかになった。
【００１７】
この点に鑑み請求項６記載の発明では、終了時期検出手段は、ピエゾ素子に印加される電圧の値又は電流の値が時間経過とともに変化する波形の中から、駆動パルス信号により閉弁作動を指令した時期以降に生じたピーク波形を検出するとともに、ピーク波形が出現した時期を、噴射が実際に終了した時期とみなす。これによれば、弁部材の作動位置を検出するセンサ等を用いることなく噴射終了時期を検出できるとともに、噴射終了時期を正確に検出することができる。
【００１８】
請求項７記載の発明では、終了時期検出手段は、電圧値が予め設定された閾値よりも高くなっている期間、或いは電流値が予め設定された閾値よりも低くなっている期間内にピーク波形が出現しているとみなすことを特徴とする。これによれば、ピーク波形の出現時期を容易に検出することができる。
【００１９】
請求項８記載の発明では、終了時期検出手段は、電圧値の単位時間あたりの変化量が正から負に変化した時期、或いは前記電流値の単位時間あたりの変化量が負から正に変化した時期を前記ピーク波形が出現した時期とみなすことを特徴とする。これによれば、ピーク波形の出現時期を正確に検出することができる。
【００２０】
請求項９記載の発明では、終了時期検出手段は、ピーク波形を検出するにあたり、駆動パルス信号により閉弁作動を指令した時期から予め設定された放電時間が経過した以降に検出を行なうことを特徴とする。そして、駆動パルス信号により閉弁作動を指令した時期からピエゾ素子に印加された電力が放電されるまでの間は、ピーク波形は出現しないため、上記構成の如く予め設定された放電時間が経過した以降に検出を行えば、ピーク波形の検出に不要なノイズを検出してしまうことを回避できる。
【００２１】
請求項１０記載の発明では、内燃機関の複数の気筒に対して各々設置されたインジェクタを制御対象とし、補正手段は、インジェクタから噴射される実噴射量が各々のインジェクタについて一致するように、指令信号について補正を実施することを特徴とする。そのため、各々のインジェクタの実噴射量がばらついている場合に比べて内燃機関の出力効率を向上できる。
【００２２】
また、請求項１１記載の如く、燃料を噴射する噴射孔が形成された弁ボディ、弁ボディに収容されて噴射孔を開閉する弁部材、及び弁部材を開閉作動させるアクチュエータを有するインジェクタと、請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃料噴射制御装置と、を備えた燃料噴射装置とした場合、上記各効果を燃料噴射装置においても享受することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る燃料噴射制御装置を、ディーゼル機関に搭載されるピエゾインジェクタを用いた燃料噴射制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１に、上記ディーゼル機関を含むエンジンシステムの全体構成を示す。図示されるように、燃料タンク２から汲み上げられた燃料は、高圧燃料ポンプ４により加圧され高圧状態でコモンレール６に供給される。コモンレール６は、高圧燃料ポンプ４から供給される燃料を高圧状態で蓄え、高圧燃料通路８を介してピエゾインジェクタ１０に供給する。ピエゾインジェクタ１０は、低圧燃料通路１２とも接続されており、低圧燃料通路１２を介して燃料タンク２に燃料を戻すことが可能となっている。
【００２５】
電子制御装置（ＥＣＵ６０）は、マイクロコンピュータやメモリ等を備えて構成され、ディーゼル機関の出力の制御を行なう。この制御に際しては、ＥＣＵ６０は、コモンレール６内の燃圧を検出する燃圧センサ１４の検出結果や、ディーゼル機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１６の検出結果、ユーザによるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ１８等、各種センサの検出結果を取り込み、これら検出結果を参照する。
【００２６】
図２に、ピエゾインジェクタ１０の構成を示す。
【００２７】
ピエゾインジェクタ１０は、複数の部材からなる弁ボディ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備え、弁ボディ３０ｄの先端部には、弁ボディ３０ｄの内部とピエゾインジェクタ１０の外部とを連通させる噴射孔３２が形成されている。そして、弁ボディ３０ｄ内部には、弁部材としてのノズルニードル３４、ニードルストッパ３６及びバランスピストン３８が先端部側から順に配置され、弁ボディ３０ｄの内壁に沿ってその軸方向に変位可能に収納されている。ノズルニードル３４と弁ボディ３０ｄの内壁とによって区画形成されるニードル室３５と、バランスピストン３８の背面側のバランス室３９とには、上記高圧燃料通路８から高圧燃料が供給される。
【００２８】
ニードルストッパ３６のうち噴射孔３２の反対側（以下、後方側と呼ぶ）の面と弁ボディ３０ｃの内壁とで形成される背圧室４１は、上記低圧燃料通路１２と連通しており、低圧燃料通路１２からの燃料が供給される。背圧室４１には、スプリング４０が設けられており、これにより、ニードルストッパ３６は、弁ボディ３０ｃの噴射孔３２側（以下、先端側と呼ぶ）へ押されている。
【００２９】
一方、ニードルストッパ３６のうち噴射孔３２側の面は、弁ボディ３０ｃの内壁とともに第１油密室４２を形成している。第１油密室４２は、伝達通路４４を介して、バランスピストン３８よりも噴射孔３２の反対側に位置する第２油密室４６と接続されている。これら第１油密室４２、伝達通路４４、第２油密室４６には、動力を伝達する媒体としての燃料が充填されている。
【００３０】
第２油密室４６は、ピエゾピストン４８のうち弁ボディ３０ｂの噴射孔３２側の面と弁ボディ３０ｂの内壁とによって区画形成される空間である。ピエゾピストン４８は、その内部に逆止弁５０を備えており、低圧燃料通路１２から第２油密室４６への燃料の供給が可能となっている。また、ピエゾピストン４８は、その後方側においてピエゾ素子５２と接続されている。
【００３１】
上記ピエゾ素子５２は、複数積層されて積層体（ピエゾスタック）を構成しており、これが逆圧電効果により伸縮することによりアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子５２は、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。ちなみに、本実施形態にかかるピエゾ素子５２は、ＰＺＴ等の圧電材料の圧電素子を利用したものである。
【００３２】
こうした構成において、ピエゾ素子５２に通電が開始されると、ピエゾ素子５２の伸長に伴い、ピエゾピストン４８が弁ボディ３０ａの先端方向に変位する。これにより、第２油密室４６、伝達通路４４及び第１油密室４２内の燃圧が上昇する。そして、ニードル室３５内の高圧燃料がノズルニードル３４を後方側に押す力と第１油密室４２内の燃料がニードルストッパ３６を後方側に押す力とが、スプリング４０及び低圧燃料がニードルストッパ３６を先端側に押す力とバランス室３９内の高圧燃料がバランスピストン３８の背面を先端側に押す力とに打ち勝つと、ノズルニードル３４が弁ボディ３０ｄの後方側に変位し、ピエゾインジェクタ１０が開弁する。これにより、弁ボディ３０ｄの内部の燃料が噴射孔３２を介して外部に噴射される。
【００３３】
一方、ピエゾ素子５２の通電後にこれを放電させると、ピエゾ素子５２の収縮に伴い、ピエゾピストン４８が弁ボディ３０ａの後方側に変位するため、第２油密室４６、伝達通路４４及び第１油密室４２内の燃圧が低下する。これにより、スプリング４０及び低圧燃料がニードルストッパ３６を先端側に押す力とバランス室３９内の高圧燃料がバランスピストン３８の背面を先端側に押す力とが、ニードル室３５内の高圧燃料がノズルニードル３４を後方側に押す力と第１油密室４２内の燃料がニードルストッパ３６を後方側に押す力とに打ち勝つと、ノズルニードル３４の加速度が弁ボディ３０ｄの先端側方向となり、ピエゾインジェクタ１０が閉弁する。これにより、燃料噴射が終了する。
【００３４】
このピエゾインジェクタ１０では、ピエゾ素子５２の変位量に応じて、ノズルニードル３４のボディ３０の後方への変位量であるリフト量が変化する。なお、リフト量はピエゾ素子５２の変位量に比例する。このため、ピエゾインジェクタ１０の閉弁に対応するリフト量ゼロから最大のリフト量であるフルリフト量までの間で、リフト量を任意に制御することができる。
【００３５】
すなわち、例えばピエゾ素子５２の通電によりその電気的な状態量を操作する際に、同状態量を一定とする期間を設けると、ノズルニードル３４は中間のリフト量で停滞する。このため、その後通電制御を再開することで２段階のリフト量を有するリフト制御が可能となる。このように、ピエゾインジェクタ１０を用いることで、リフト量を自由に制御することができるために、燃料噴射量のみならず１回の燃料噴射における燃料噴射率波形をも自由に制御することが可能となる。ちなみに、ここで燃料噴射率とは、ピエゾインジェクタ１０から噴射される単位時間当たりの燃料量を意味する。
【００３６】
図３に、本実施形態におけるピエゾ素子５２の駆動回路としてのドライバユニット２０の構成を示す。
【００３７】
図示されるように、バッテリＢからドライバユニット２０に供給される電力は、まず昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ２１に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、バッテリＢの電圧（例えば「１２Ｖ」）を、ピエゾ素子５２を充電するための高電圧（例えば「２００〜３００Ｖ」）に昇圧する。
【００３８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧電圧は、コンデンサ２２に印加される。コンデンサ２２は、その一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ２１側に接続され、また他方の端子が接地されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧電圧がコンデンサ２２に印加されると、コンデンサ２２はピエゾ素子５２に供給するための電荷を蓄える。
【００３９】
コンデンサ２２のうちの高電位となる端子側、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１側は、充電スイッチ２３と充放電コイル２４との直列接続体を介して、ピエゾ素子５２の高電位となる端子側に接続されている。そして、ピエゾ素子５２の低電位となる端子側は、接地されている。充電スイッチ２３と充放電コイル２４との間には、放電スイッチ２５の一方の端子が接続されており、放電スイッチ２５の他方の端子は、接地されている。
【００４０】
放電スイッチ２５には、接地側からコンデンサ２２及び充放電コイル２４間側に向かう方向を順方向とする態様にて、ダイオード２６が並列接続されている。このダイオード２６は、コンデンサ２２、充電スイッチ２３、充放電コイル２４と共に、ピエゾ素子５２を充電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。
【００４１】
一方、充電スイッチ２３には、放電スイッチ２５側からコンデンサ２２側へと向かう方向を順方向とする態様にて、ダイオード２７が並列接続されている。このダイオード２７は、コンデンサ２２、充放電コイル２４、放電スイッチ２５と共に、ピエゾ素子５２の電荷を放電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。
【００４２】
そして、検出部２９により検出された電流値はＥＣＵ６０に入力される。また、上記構成の駆動回路は、コントローラ２８により駆動され、コントローラ２８はＥＣＵ６０により制御される。詳しくは、ＥＣＵ６０では、ディーゼル機関の運転状態等を検出する各種センサの検出値が入力される。また、上記回路によりピエゾ素子５２に印加される電流値は検出部２９により検出されてＥＣＵ６０に入力される。ＥＣＵ６０は、これらの検出値に基づきピエゾインジェクタ１０の噴射を指令する駆動パルス信号を生成し、コントローラ２８に出力する。
【００４３】
コントローラ２８では、駆動パルス信号による噴射指令に応じてピエゾ素子５２を伸縮させるようピエゾ素子５２に駆動電力を印加する。具体的には、コントローラ２８は、ノードＮ１を介して検出されるピエゾ素子５２の電圧、ノードＮ２を介して検出されるピエゾ素子５２の電流に基づき、充電スイッチ２３や放電スイッチ２５を操作する。また、この駆動パルス信号に基づき、充電スイッチ２３や放電スイッチ２５を操作する。駆動パルス信号に応じたこれら各操作は、図４に示す態様にて行なわれる。
【００４４】
図４（ａ）に駆動パルス信号の出力態様の推移を示し、また、図４（ｂ）に充電スイッチ２３の操作態様の推移を示し、図４（ｃ）に放電スイッチ２５の操作態様の推移を示し、図４（ｄ）にピエゾ素子５２を介して流れる電流（操作電流）の推移を示し、図４（ｅ）にピエゾ素子５２の操作電圧の推移を示す。
【００４５】
図示されるように、駆動パルス信号は、論理値が「Ｈ」であるパルスオン期間において燃料を噴射させるように指令する信号であり、この論理値「Ｈ」の期間を駆動パルス幅ｔｑ（ｍｓ）と呼ぶ。そして、ピエゾインジェクタ１０が噴射孔を１回開閉させることにより噴射される燃料の噴射量Ｑ（ｍｍ3／ｓｔ）は、駆動パルス幅ｔｑにより制御されることとなる。つまり、駆動パルス幅ｔｑを長くするほど噴射量Ｑは多くなる。以下、このような駆動パルス幅ｔｑと噴射量Ｑとの関係を示す特性をピエゾインジェクタ１０の噴射特性と呼ぶ。
【００４６】
また、駆動パルス信号のパルスが立ち上がって噴射が指令されると、充電スイッチ２３のオン・オフ操作によるチョッパ制御により、操作電流を増減させつつピエゾ素子５２の充電がなされる。具体的には、充電スイッチ２３がオン操作されることによって、コンデンサ２２、充電スイッチ２３、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２からなる閉ループ回路が形成される。これにより、コンデンサ２２の電荷がピエゾ素子５２に充電される。このとき、ピエゾ素子５２を介して流れる電流量が増加する。一方、充電スイッチ２３のオン操作の後、充電スイッチ２３がオフ操作されることで、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２、ダイオード２６からなる閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル２４のフライホイールエネルギが、ピエゾ素子５２に充電される。このとき、ピエゾ素子５２を介して流れる電流量が減少する。
【００４７】
上記態様にて充電スイッチ２３が操作される降圧チョッパ制御が行なわれることで、ピエゾ素子５２が充電され、ピエゾ素子５２の高電位となる端子側の電位が上昇する。
【００４８】
一方、駆動パルス信号のパルスが立ち下がって噴射停止が指令されると、放電スイッチ２５のオン・オフ操作によるチョッパ制御により、操作電流を増減させつつピエゾ素子５２の放電がなされる。具体的には、放電スイッチ２５がオン操作されることで、放電スイッチ２５、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２によって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾ素子５２が放電される。このとき、ピエゾ素子５２を介して流れる電流量が増加する。更に、放電スイッチ２５のオン操作の後、放電スイッチ２５がオフ操作されることで、コンデンサ２２、ダイオード２７、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２によって閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル２４のフライホイールエネルギがコンデンサ２２に回収される。
【００４９】
上記態様にて放電スイッチ２５が操作される昇圧チョッパ制御が行なわれることで、ピエゾ素子５２が放電され、ピエゾ素子５２の高電位となる端子側の電位が低下する。
【００５０】
ところで、本発明の発明者らは、異なる噴射特性である複数のピエゾインジェクタ１０について以下に説明する試験を行ない、図５、図６及び図７に示す試験結果を得た。なお、異なる噴射特性となる要因の具体例として、ピエゾインジェクタ１０が経時変化した場合、製造過程にて生じる個体間ばらつきを有する場合、等が挙げられる。
【００５１】
図５は、３つのピエゾインジェクタ１０について、コモンレール６の内部圧力を２００ＭＰａに設定して噴射特性を試験した結果を示す。その結果、駆動パルス幅ｔｑが約０．３２ｍｓのときに噴射量のばらつきが最も大きく、そのばらつきの幅は１１．３（ｍｍ3／ｓｔ）になっていることが分かった。
【００５２】
次に、このように噴射特性が異なる３つのピエゾインジェクタ１０について、０．３２ｍｓの駆動パルス幅ｔｑで燃料を噴射した時の、ピエゾ素子５２に印加される電圧（Ｖ）、電流（Ａ）、及び噴射率（ｍｍ3／ｍｓ）の時間経過にともなう変化を計測する試験を行なった。すると、図６に示すように、噴射率の上昇開始時期及び噴射率の最大値は３つのピエゾインジェクタ１０についてほぼ同じであるが、噴射率の下降終了時期にばらつきが生じていることが分かった。したがって、図５に示す噴射特性の違いは、噴射率の下降終了時期に大きく依存していることとなる。本発明者らはこの点に着目し、噴射率の下降終了時期を検出すれば、実際に噴射されている噴射量Ｑ（図６に示す噴射率の面積）を正確把握でき、要求噴射量と実噴射量との偏差が得られ、この偏差に基づき要求噴射量をフィードバック補正できるとの知見を得た。
【００５３】
次に、噴射率の下降終了時期をどのようにして検出するかに関し、図６のＩ部拡大図である図７を用いて説明する。図７に示すように、ピエゾ素子５２の放電が終了した後に、電流値の波形の中にマイナス側に凸となるピーク波形が出現し、図中の点線ｔ１、ｔ２、ｔ３は、ピーク値が出現した時期を３つのピエゾインジェクタ１０についてそれぞれ示す。そして、図６に示すように、ピーク値が出現した時期ｔ１、ｔ２、ｔ３が噴射率の下降終了時期にほぼ一致することが分かった。したがって、電流波形中におけるピーク値が出現した時期ｔ１、ｔ２、ｔ３を検出すれば、噴射率の下降終了時期を推定できるとの知見を発明者らは得た。
【００５４】
これらの知見に基づき本実施形態では、ＥＣＵ６０は上述の如く要求噴射量と実噴射量との偏差を得、その偏差に基づき要求噴射量をフィードバック補正する。具体的には、ＥＣＵ６０は、各気筒のピエゾインジェクタ１０に対して噴射指令特性としてのマップを有しており、算出した要求噴射量に対して駆動パルス幅ｔｑをどれだけに設定したらよいかを前記マップに基づき決定している。ところが、噴射特性はピエゾインジェクタ１０の経時変化により変化するため、その変化を検知してマップを学習する必要がある。そこで、このマップ学習に前記フィードバック補正を用いている。
【００５５】
図８及び図９に、本実施形態にかかるマップ学習処理手順を示す。図８及び図９に示す処理は、ＥＣＵ６０により例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５６】
図８に示す一連の処理では、先ずステップＳ１０において、エンジン回転速度及びアクセル操作量等に基づき所望のエンジン出力を得るべく要求噴射量Ｑを算出し、続くステップＳ１１において、コモンレール６内の高圧燃料の圧力（レール圧Ｐｃ）を読み取る。以下、ステップＳ１１にて読み取ったレール圧Ｐｃ（駆動パルス幅指令値Tq_comを出力した時のレール圧）をPc_comと呼ぶ。
【００５７】
ＥＣＵ６０のメモリには第１のマップＭ１が予め記憶されており、この第１のマップＭ１には、要求噴射量Ｑ及びレール圧Ｐｃに対する噴射終了時期が記憶されている。この噴射終了時期は、上述した噴射率の下降終了時期に相当するものであり、以下、マップＭ１に記憶された噴射終了時期のことを噴射終了時期指令値Tfin_comと呼ぶ。
【００５８】
そして、ステップＳ１２において、ステップＳ１０にて算出した要求噴射量Ｑ及びステップＳ１１にて読み取ったレール圧Pc_comに応じた、噴射終了時期指令値Tfin_comを第１のマップＭ１から読み取る。因みに、第１のマップＭ１によれば、要求噴射量Ｑが多いほど噴射終了時期指令値Tfin_comは大きくなり、レール圧Pc_comが高いほど噴射終了時期指令値Tfin_comは小さくなる。
【００５９】
ＥＣＵ６０のメモリには第２のマップＭ２が予め記憶されており、この第２のマップＭ２には、噴射終了時期指令値Tfin_com及びレール圧Pc_comに対する駆動パルス幅が記憶されている。以下、マップＭ２に記憶された駆動パルス幅のことを駆動パルス幅指令値Tq_comと呼ぶ。
【００６０】
そして、ステップＳ１３において、ステップＳ１２にて読み取った噴射終了時期指令値Tfin_com及びステップＳ１１にて読み取ったレール圧Pc_comに応じた、駆動パルス幅指令値Tq_comを第２のマップＭ２から読み取る。因みに、第２のマップＭ２によれば、噴射終了時期指令値Tfin_comが大きいほど駆動パルス幅指令値Tq_comは大きくなり、レール圧Pc_comが高いほど駆動パルス幅指令値Tq_comは小さくなる。
【００６１】
続くステップＳ１４では、ステップＳ１３にて読み取った駆動パルス幅指令値Tq_comに対して、例えば、パイロット噴射とメイン噴射との間隔であるパイロットインターバルの長さに応じた補正、等の各種補正を行ない、続くステップＳ１５では、駆動パルス幅指令値Tq_comを駆動パルス信号としてコントローラ２８に出力する。すると、ドライバユニット２０は駆動パルス幅指令値Tq_comに基づきピエゾ素子５２への充放電を行ない、その結果、ピエゾインジェクタ１０は駆動パルス幅指令値Tq_comに応じた噴射量で燃料を噴射することとなる。
【００６２】
次に、後に詳述する図９の処理にて検出された噴射終了時期Tfinを読み込む。この噴射終了時期Tfinは、駆動パルス信号がオンになってから電流マイナスピーク値が出現するまでの経過時間に等しい。
【００６３】
続くステップＳ１７では、検出された噴射終了時期Tfinと噴射終了時期指令値Tfin_comとの偏差dif_Tfin＝Tfin-Tfin_comを演算するとともに、噴射終了時期Tfinを検出したときのレール圧PcとステップＳ１１にて読み取ったレール圧Pc_comとの偏差dif_Pc＝Pc-Pc_comを演算する。
【００６４】
続くステップＳ１８では、ＥＣＵ６０のメモリに、ステップＳ１５にて出力した駆動パルス幅指令値Tq_comとステップＳ１７にて演算した噴射終了時期偏差dif_Tfinとの関係を、レール圧偏差dif_Pc毎にサンプリングデータmem(Pc,I)として記憶する。そして、このサンプリングデータmem(Pc,I)の数Ｉが所定数Ｎ以上になるまでステップＳ１０〜Ｓ１８の処理が繰り返される。具体的には、ステップＳ１９にてサンプリングデータ数Ｉが所定数Ｎ以上になっていないと判定されれば（Ｓ１９：ＮＯ）処理を終了し、Ｉ≧Ｎになっていると判定されれば（Ｓ１９：ＹＥＳ）処理はステップＳ２０に進む。
【００６５】
続くステップＳ２０では、メモリに記憶された複数の駆動パルス幅指令値Tq_comのうちの最大値と最小値が、所定の補正Tq範囲（図１０（ｂ）参照）を超えているか否かを判定する。所定の補正Tq範囲を超えていないと判定されれば（Ｓ２０：ＮＯ）処理を終了する。その結果、所定の補正Tq範囲を超えるまでステップＳ１０〜Ｓ２０の処理が再度繰り返されることとなる。一方、所定の補正Tq範囲を超えていないと判定されれば（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２１に進み、メモリ内の全てのサンプリングデータmem(Pc,I)を母集団として近似カーブを生成する（図１０参照）。この近似カーブは、駆動パルス幅指令値Tq_com及びレール圧偏差dif_Pcを変数とした関数ｆunc(Tq_com,dif_Pc)で噴射終了時期偏差dif_Tfinを表したものである。
【００６６】
なお、図１０（ａ）は、駆動パルス幅指令値Tq_comと噴射終了時期偏差dif_Tfinとレール圧偏差dif_Pcとの関係を示すグラフである。また、図１０（ｂ）は、駆動パルス幅指令値Tq_comと噴射終了時期偏差dif_Tfinとの関係を示すグラフであり、図１０（ａ）に示すレール圧偏差dif_Pc軸を、駆動パルス幅指令値Tq_comを出力した時のレール圧Pc_comの値に固定した場合のグラフである。
【００６７】
続くステップＳ２２では、ステップＳ２１にて生成された近似カーブに基づき、駆動パルス幅指令値Tq_comと噴射終了時期偏差dif_Tfinとの相関関係の度合いが大きいか否かを判定する。具体的には、近似カーブから得られる相関係数の絶対値が所定値以上（例えば０．２以上）であれば相関大と判定する。そして、相関大ではないと判定されれば（Ｓ２２：ＮＯ）処理を終了する。その結果、相関大となるまでステップＳ１０〜Ｓ２１の処理が再度繰り返されることとなる。
【００６８】
一方、相関大であると判定されれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）処理はステップＳ２３に進み、ステップＳ１２で用いる第１のマップＭ１を書き換える。具体的には、ステップＳ２１にて生成された近似カーブから演算される噴射終了時期偏差dif_Tfin＝ｆunc(Tq_com,dif_Pc)を、マップＭ１中の噴射終了時期指令値Tfin_comに加算して書き換える。これにより、第１のマップＭ１は学習される。
【００６９】
ステップＳ２３でのマップＭ１の書き換え処理が終了すると、ステップＳ２４に進み、メモリ内に記憶されていたサンプリングデータmem(Pc,I)を全てクリアして、サンプリングデータ数Ｉをゼロにする。
【００７０】
図９に示す一連の処理では、図７に示す試験結果から得られた前述の知見に基づき、電流波形中におけるマイナスピーク値が出現した時期を検出することにより、噴射率の下降終了時期を推定している。そして、マイナスピーク値が出現した時期が、ステップＳ１６にて用いられる噴射終了時期Tfinに相当する。
【００７１】
先ず、ステップＳ３０において駆動パルス信号がオフになったことを検出すると、ステップＳ３１においてカウンターによるカウントを開始する。つまり、駆動パルス信号がオフになった時点ｔ４（図１１参照）からカウントを開始する。そして、カウント値が予め設定された判定時間範囲Ｗ１（図１１参照）内の時にステップＳ３３、Ｓ３４、Ｓ３５の処理を実行して、検出部２９にて検出される電流のマイナスピーク値出現時期を検出する。なお、判定時間範囲Ｗ１は、ピエゾ素子５２の放電時間Ｗ２（図１１参照）と重複しないように設定されている。
【００７２】
ステップＳ３２の判定処理により前記カウント値が判定時間範囲Ｗ１の前でないと判定されれば（Ｓ３２：ＮＯ）、ステップＳ３３において、検出部２９で検出された現時点での電流値Icurを検出する。そして、その検出した電流値Icurが最大値Icur_maxよりも大きいと判定されれば（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ステップＳ３５において、最大値Icur_maxを電流値Icurに更新するとともに、その更新時点でのカウント値を記憶する。一方、電流値Icurが最大値Icur_max以下であると判定されれば（Ｓ３４：ＮＯ）、前記更新を行なうことなく処理はステップＳ３６に進む。
【００７３】
その後、ステップＳ３６の判定処理により前記カウント値が判定時間範囲Ｗ１の後でないと判定されれば（Ｓ３６：ＮＯ）処理はステップＳ３３に戻り、前記カウント値が判定時間範囲Ｗ１の後であると判定されれば（Ｓ３６：ＹＥＳ）、ステップＳ３３、Ｓ３４、Ｓ３５によるマイナスピーク値検出の処理を終了して処理はステップＳ３７に進む。
【００７４】
以上のステップＳ３３、Ｓ３４、Ｓ３５によれば、判定時間範囲Ｗ１にて電流マイナスピーク値Ｐ１（図１１参照）が出現した時期のカウント値Tfin_cntが検出されることとなる。
【００７５】
続くステップＳ３７では、ステップＳ１５にて出力した駆動パルス幅指令値Tq_comに、ステップＳ３５にて記憶されたカウント値Tfin_cntを加算して、ステップＳ１６にて用いられる噴射終了時期Tfinを算出する。そして、続くステップＳ３８では、ステップＳ３７にて算出した噴射終了時期Tfinを、対応する駆動パルス幅指令値Tq_com及びレール圧Ｐｃとともにメモリに格納して記憶し、処理を終了する。
【００７６】
なお、図８及び図９に示す処理は、図１に示す複数のピエゾインジェクタ１０の各々に対して実行される。また、図９の処理を実行するときのＥＣＵ６０及び検出部２９が終了時期検出手段として機能し、駆動パルス信号を出力するときのＥＣＵ６０が出力手段として機能し、図９の処理にて検出された噴射終了時期Tfinを用いて第１のマップＭ１を学習するときのＥＣＵ６０が補正手段として機能することとなる。
【００７７】
以上詳述した本実施形態によれば、例えば、ピエゾインジェクタ１０が経時変化して、駆動パルス幅ｔｑに対する噴射量Ｑが低下すると、図９の処理にて検出される噴射終了時期Tfinが第１のマップＭ１に記憶されている噴射終了時期Tfinよりもカウント値Tfin_cntの分だけ遅くなり、駆動パルス信号により噴射を指令してから実際に噴射が終了するまでの時間（噴射終了時期Tfinに相当）が長くなる。そして、このように長くなった噴射終了時期Tfinに基づきステップＳ２３にて第１のマップを学習させるので、ピエゾインジェクタ１０の経時変化による噴射特性の変化を学習して、要求噴射量Ｑに対する駆動パルス幅ｔｑを決定することができる。
【００７８】
さらに本実施形態によれば、噴射が実際に終了した噴射終了時期Tfinを図９の処理により検出し、その検出した噴射終了時期Tfinを用いて第１のマップＭ１を学習させる。そして、噴射終了時期Tfinはピエゾインジェクタ１０の経時変化にのみに起因して変化するものであるため、外部経時変化とは無関係に第１のマップＭ１を学習させることができる。よって、インジェクタ経時変化と外部経時変化とを個別に学習又は補正対応することを容易に実現できる。
【００７９】
ところで、上述した特許文献１記載の従来制御では、インジェクタの噴射特性が経時変化した場合の補正に関し、エンジン回転速度の変動に基づき駆動パルス幅Ｔｑを補正している。すると、噴射孔３２詰まり等により実噴射率が適正値より低くなっていたとしても、上記補正によれば駆動パルス幅Ｔｑが長く補正されることとなるため、要求噴射量Ｑは満たされることとなる。したがって、実噴射率が適正値より低くなっていないかまでは判定できず、適正値より低い実噴射率での燃料噴射によるエミッション悪化状態を検知できない。
【００８０】
これに対し、本実施形態によれば、低実噴射率になってエンジン回転速度が低下したことは第１のマップＭ１の学習に反映されないので、実際に噴射される燃料の噴射量が要求噴射量Ｑよりも少なくなる。すると、エンジンのトルク不足によりエンジン回転速度が所望の回転数よりも低くなるため、エンジン回転速度の低下の有無を検知することで低実噴射率になっていることを検知できる。なお、このようにエミッション悪化状態をＥＣＵ６０が検出した場合には、ウォーニングランプ等の警告報知装置６１（図３参照）を作動させて、エミッション悪化状態であるとともにトルク不足の状態で退避運転中である旨を運転者に報知することが望ましい。
【００８１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８２】
上記第１の実施形態では、噴射量Ｑを制御するにあたり、駆動パルス信号の駆動パルス幅ｔｑを調節することにより噴射時間を調節しているのに対し、本実施形態では、駆動パルス幅ｔｑを一定にしたまま、ピエゾ素子５２に印加する電圧の値を調節することにより噴射時間を調節している。
【００８３】
以下、図１２を用いてより具体的に説明する。駆動パルス幅ｔｑを一定にしたままピエゾ素子５２への電圧値を上昇させると、その電圧波形は図中の実線位置から一点鎖線Ｌ１の位置に変化する。すると、ノズルニードル３４のリフト量の変位は図中の実線位置から一点鎖線Ｌ２の位置に変化する。その結果、リフト量がゼロになる時期が図中のｔ５からｔ６に変化し、噴射率は図中の実線位置から一点鎖線Ｌ３の位置に変化する。つまり、噴射時間が長くなる。したがって、例えば噴射量Ｑを増大させるよう制御する場合には、電圧値を高くすることにより噴射時間を長くすればよい。
【００８４】
なお、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様にして、電流波形中にマイナスピーク値が出現した時期を検出することにより噴射終了時期Tfinを推定し、推定した噴射終了時期Tfinに基づき第１のマップＭ１を学習する。よって、第１の実施形態と同様の効果が発揮される。
【００８５】
（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、上記各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、例えば次のように実施しても良い。
【００８６】
ピエゾ素子５２に印加する電流のマイナスピーク値が出現する時期が噴射率の下降終了時期にほぼ一致するとの知見を上述したが、この知見に加え、噴射終了時期にピエゾ素子５２に印加する電圧のプラスピーク値Ｐ２（図１１参照）が出現するとの知見も発明者らは得ている。したがって、検出部２９にて電流値を検出することに替えて電圧値を検出し、図９の処理において電圧のプラスピーク値を検出することにより噴射終了時期Tfinを検出するようにしてもよい。
【００８７】
また、上記各実施形態では、ノズルニードル３４を開閉作動させるアクチュエータとしてピエゾ素子５２を採用しているが、ソレノイドを採用してもよい。但し、ソレノイドを採用した場合には電流及び電圧のピーク値が出現しないため、他の終了時期検出手段を要する。例えば、ノズルニードル３４のリフト量を検出するセンサを備え、ノズルニードル３４が噴射孔３２を閉鎖した時期をそのセンサにより検出することが必要となる。
【００８８】
また、上記第２の実施形態では、ピエゾ素子５２に印加する電圧の値を調節することにより噴射時間を調節しているが、電流の値を調節することによっても噴射時間を調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１の実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す図。
【図２】同実施形態のピエゾインジェクタの断面構成を示す断面図。
【図３】同実施形態に係るドライバユニット及びＥＣＵの構成を示す図。
【図４】同実施形態に係るピエゾ素子の操作態様を示すタイムチャート。
【図５】発明者らによる試験結果であり、３つのピエゾインジェクタの噴射特性を示すグラフ。
【図６】発明者らによる試験結果であり、ピエゾ電圧、ピエゾ電流及び噴射率の変化を示すグラフ。
【図７】図６のＩ部拡大図。
【図８】上記実施形態において、マップ学習処理手順を示すフローチャート。
【図９】上記実施形態において、噴射終了時期Tfinを検出する処理手順を示すフローチャート。
【図１０】図８の処理にて用いられるマップ。
【図１１】図８の処理によるピエゾ電圧、ピエゾ電流及び噴射率の変化を示すタイミングチャート。
【図１２】第２の実施形態を説明する、ピエゾ電圧、ピエゾ電流及び噴射率の変化を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００９０】
１０…ピエゾインジェクタ、２９…検出部（終了時期検出手段）、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…弁ボディ、３２…噴射孔、３４…ノズルニードル（弁部材）、５２…ピエゾ素子（アクチュエータ）、６０…ＥＣＵ（終了時期検出手段、出力手段、補正手段）。
【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】
2008240544.tif 000010
【図９】
2008240544.tif 000011
【図１０】
2008240544.tif 000012
【図１１】
2008240544.tif 000013
【図１２】
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