(57)【要約】【課題】センサを追加することなく処理負荷を極力低減して燃料噴射時期のずれを検出する燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】インジェクタ２０は、燃料噴射ポンプ１２から吐出されコモンレール１４で蓄圧された燃料を噴射する。ＥＣＵ５０は、コモンレール１４の圧力を検出する圧力センサ１６の検出信号、電磁ピックアップ７４により検出されたＧパルサ７０およびＮＥパルサ７２の検出信号、およびその他の各種センサの検出信号等を入力し、これら検出信号により推定されるエンジン運転状態に基づいてインジェクタ２０からの燃料噴射を制御する。ＥＣＵ５０は、気筒毎のエンジン回転速度から学習した微少噴射量に基づいて無効噴射期間を推定し、推定した無効噴射期間から燃料噴射時期のずれを検出する。【選択図】図１
2008190405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールで蓄圧された燃料をインジェクタから内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射システムの燃料噴射制御装置において、
エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段が検出したエンジン回転速度から各気筒の燃料噴射量を学習する噴射量学習手段と、
前記噴射量学習手段が学習した微少噴射量に基づいて、前記インジェクタに噴射を指令してから前記インジェクタが燃料噴射を開始するまでの無効噴射期間を推定し、前記無効噴射期間から燃料噴射時期のずれを検出する噴射時期検出手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記噴射時期検出手段は、前記コモンレールの複数の異なる圧力において燃料噴射時期のずれを検出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】
前記噴射量学習手段は、アイドル運転時または減速運転時に微少噴射量を学習することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
検出された燃料噴射時期のずれが所定範囲を超えると異常であると判定する異常判定手段をさらに備え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】
燃料噴射時期のずれに基づき燃料噴射時期を補正する噴射時期補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４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、コモンレールで蓄圧された燃料をインジェクタから内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射システムの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コモンレールで蓄圧された燃料をインジェクタから内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射システムにおいて、エンジン運転状態に基づいて電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）がインジェクタの燃料噴射を制御することが知られている。
ここで、例えば経年劣化等により、インジェクタのノズルニードルに荷重を加えるスプリングの劣化、あるいはノズルニードルと弁座との接触箇所の摩耗等が生じると、エンジン運転状態に基づいてＥＣＵが算出するインジェクタの目標噴射量と、目標噴射量に基づきＥＣＵがインジェクタを制御した結果インジェクタが噴射する実際の燃料噴射量（以下、実噴射量という。）との差が大きくなることがある。このような場合、ＥＣＵがエンジン回転速度の変動から実噴射量を検出し、実噴射量と目標噴射量との差に基づいて噴射指令信号を制御してインジェクタの燃料噴射量を補正することが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
しかしながら、エンジントルクは燃料噴射量だけでなく燃料噴射時期によっても変化するので、実噴射量を検出し燃料噴射量を補正するだけでは、エンジントルクを高精度に制御することは困難である。
また、特許文献３には、筒内圧センサにより内燃機関の各気筒内の圧力を検出し、この検出圧から燃料噴射時期を算出することが開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献３では、各気筒に筒内圧センサを設置する必要があるので、センサ数が増加するという問題がある。さらに、筒内圧センサから燃料噴射時期を検出するための負荷が新たにＥＣＵに加わるので、ＥＣＵの処理負荷が増加するという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９６３７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５５３６０号公報
【特許文献３】特開２００５−１９４８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、センサを追加することなく処理負荷を極力低減して燃料噴射時期のずれを検出する燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
インジェクタに燃料噴射を指令してからインジェクタが燃料噴射を開始するまでの無効噴射期間が推定できれば、噴射指令の開始時期と無効噴射期間とからインジェクタの燃料噴射時期を検出し、燃料噴射時期のずれを検出できる。そこで、請求項１から５に記載の発明では、エンジン回転速度から学習した微少噴射量に基づいて無効噴射期間を推定し、無効噴射期間から燃料噴射時期のずれを検出している。
【０００８】
エンジン回転速度は、エンジン運転状態に基づいてインジェクタの燃料噴射量を制御するために従来から検出されているので、エンジン回転速度から学習した微少噴射量に基づいて無効噴射期間を推定し、無効噴射期間から燃料噴射時期のずれを検出するために、新たにセンサ等を設置する必要がない。また、エンジン回転速度を検出する従来のプログラムを利用できるので、ＥＣＵの負荷の増加を低減できる。このように請求項１から５に記載の発明では、従来検出されているエンジン回転速度から燃料噴射時期のずれを検出するので、燃料噴射時期のずれを検出するためにＥＣＵに加わる負荷を極力低減できる。
【０００９】
燃料噴射時期は、コモンレールから供給される燃料の圧力によっても変化するので、請求項２に記載の発明のように、コモンレールの複数の異なる圧力において燃料噴射時期のずれを検出することにより、燃料噴射時期のずれを高精度に検出できる。
請求項３に記載の発明では、燃料噴射量の少ないアイドル運転時または減速運転時に微少噴射量を学習するので、エンジン運転状態を大きく変えずに微少噴射量を学習できる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、検出された燃料噴射時期のずれが所定範囲を超えると異常であると判定する。これにより、例えば、経年劣化等によるインジェクタの作動不良を通知したり、燃料噴射量を所定量以下に制限して内燃機関を制御運転するフェイルセーフ処理を実施することができる。
請求項５に記載の発明では、エンジン回転速度から検出する燃料噴射時期のずれに基づき燃料噴射時期を補正するので、従来検出されているエンジン回転速度から燃料噴射時期を補正できる。これにより、燃料噴射時期を補正するためにＥＣＵに加わる負荷を極力低減できる。
【００１１】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（燃料噴射システム１０）
本発明の一実施形態による燃料噴射制御装置を用いた４気筒のディーゼルエンジンの燃料噴射システムを図１に示す。
燃料噴射システム１０では、燃料噴射ポンプ１２から吐出されコモンレール１４で蓄圧された燃料をインジェクタ２０から噴射する。ＥＣＵ５０は、コモンレール１４の圧力を検出する圧力センサ１６の検出信号、電磁ピックアップ７４により検出されたＧパルサ７０およびＮＥパルサ７２の検出信号、およびその他の各種センサの検出信号等を入力し、これら検出信号により推定されるエンジン運転状態に基づいてインジェクタ２０からの燃料噴射を制御する。電子駆動装置（Electronic Driving Unit;ＥＤＵ）６０は、ＥＣＵ５０から出力されるインジェクタ２０の噴射指令信号（噴射パルス）に基づいて、インジェクタ２０に駆動電流を供給する。
【００１３】
インジェクタ２０の構成を図２に基づいて簡単に説明する。弁ボディ２２に形成された弁座２３の燃料下流側に噴孔２４が形成されている。ノズルニードル３０が弁座２３に着座すると噴孔２４からの燃料噴射が遮断され、ノズルニードル３０が弁座２３から離座すると噴孔２４から燃料が噴射される。スプリング３２は弁座２３に着座する方向にノズルニードル３０に荷重を加えている。噴孔２４から噴射される燃料は、コモンレール１４から、燃料流入通路２００を通りノズルニードル３０周囲の燃料溜まり２０２に供給される。
【００１４】
制御ピストン３４は、ノズルニードル３０に対して噴孔２４と反対側に設置され、ノズルニードル３０とともに往復移動する。制御ピストン３４に対してノズルニードル３０と反対側に制御室２０４が形成されている。制御室２０４には、燃料流入通路２００から入口絞り２０６を通りコモンレール１４で蓄圧された燃料が供給される。
【００１５】
電磁弁４０は、制御室２０４に連通している出口絞り２１０と燃料排出通路２１２との連通を断続する制御弁である。電磁弁４０の弁部材４２は、出口絞り２１０と燃料排出通路２１２との連通を遮断する方向にスプリング４４から荷重を受けている。
図３に示すように、ＥＣＵ５０から噴射指令信号として噴射パルスが出力されると、ＥＤＵ６０は噴射パルスに応じた駆動電流をインジェクタ２０に供給する。ＥＤＵ６０から電磁弁４０のコイル４６に駆動電流が供給されると、スプリング４４の荷重に抗して働く磁気吸引力により、弁部材４２は出口絞り２１０と燃料排出通路２１２とが連通する方向に移動する。これにより、制御室２０４と燃料排出通路２１２とが出口絞り２１０を介して連通する。出口絞り２１０の絞り径は入口絞り２０６の絞り径よりも大きいので、制御室２０４と燃料排出通路２１２とが連通すると、制御室２０４の圧力は低下する。
【００１６】
制御室２０４の圧力が低下すると、弁座２３に着座する方向に制御室２０４から受ける力が小さくなるので、ノズルニードル３０が弁座２３から離座し、噴孔２４から燃料が噴射される。図３において、噴射パルスが立ち上がりインジェクタ２０に燃料噴射が指令されてからインジェクタ２０が燃料噴射を開始するまでの期間を無効噴射期間という。無効噴射期間は、インジェクタ２０が燃料を噴射しない噴射パルスの最大幅でもある。
【００１７】
噴射パルスがオフになり、ＥＤＵ６０からインジェクタ２０への駆動電流の供給が停止されると、スプリング４４の荷重により弁部材４２は出口絞り２１０と燃料排出通路２１２との連通を遮断する方向に移動する。出口絞り２１０と燃料排出通路２１２との連通が遮断されると、制御室２０４の圧力が上昇し制御室２０４の圧力から弁座２３に着座する方向にノズルニードル３０が受ける力が上昇するので、ノズルニードル３０は弁座２３に着座し噴孔２４からの燃料噴射は遮断される。
【００１８】
インジェクタ２０の燃料噴射量はＥＣＵ５０が生成する噴射パルスのパルス幅により決定され、インジェクタ２０が燃料噴射を開始する燃料噴射時期はＥＣＵ５０が生成する噴射パルスの立ち上がり時期により決定される。
図１に示すように、燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５２、ＲＡＭ５４、フラッシュメモリ５６等から構成されている。ＲＡＭ５４は、ＣＰＵ５２で処理されるデータやプログラムを一時的に格納する。フラッシュメモリ５６は、ＣＰＵ５２で実行される制御プログラム、およびセンサの検出信号に基づき参照する各種マップを格納している書き換え可能な不揮発性メモリである。ＥＣＵ５０は、特許請求の範囲に記載した、回転速度検出手段、噴射量学習手段、噴射時期検出手段、異常判定手段、および噴射時期補正手段として機能する。また、ＥＣＵ５０は、噴射量補正手段としても機能する。
【００１９】
Ｇパルサ７０は図示しないカムシャフトとともに回転し、ＮＥパルサ７２は図示しないクランクシャフトとともに回転する。したがって、Ｇパルサ７０が１回転する間にＮＥパルサ７２は２回転する。Ｇパルサ７０の外周には、各気筒を判別するための歯が９０°間隔にそれぞれ１個形成されており、基準気筒を判別する箇所には２個の歯が形成されている。ＮＥパルサ７２の外周には、単位時間当たりに電磁ピックアップ７４が検出する歯数によりクランクシャフトの回転速度、つまりエンジン回転速度を検出するための複数の歯が、１箇所の欠歯部を除いて等角度間隔に形成されている。
【００２０】
図４に、電磁ピックアップ７４が検出するＧパルサ７０およびＮＥパルサ７２の検出信号、各気筒の噴射パルス、各気筒に設置されたインジェクタ２０のノズルニードル３０のリフト量を示す。図４において、＃１、＃２、＃３、＃４は気筒番号を表している。
ＥＣＵ５０は、センサからの検出信号によりエンジン運転状態を推定し、推定したエンジン運転状態に基づいて、最適な燃料噴射量および燃料噴射時期になるように噴射パルスを生成するパルス幅およびパルスの立ち上がり時期とエンジン運転状態との対応を、コモンレール１４の圧力に応じてマップとしてフラッシュメモリ５６に記憶している。インジェクタ２０から噴射される燃料の噴射量および噴射時期は、このマップに基づいて生成される噴射パルスにより制御される。
【００２１】
ところで、経年劣化等により、インジェクタ２０のノズルニードル３０に荷重を加えるスプリング３２の劣化、あるいはノズルニードル３０と弁座２３との接触箇所の摩耗等が生じると、インジェクタ２０の実噴射量と目標噴射量との差、あるいはインジェクタ２０の実噴射時期と目標噴射時期との差が大きくなることがある。
【００２２】
図５は、経年劣化により実噴射量が目標噴射量よりも減少する例を示し、図６は、経年劣化により実噴射量が目標噴射量よりも増加する例を示している。図５および図６において、実線は実噴射量および実噴射時期を示し、点線は目標噴射量および目標噴射時期を示している。図５および図６の上段の噴射パルス幅と噴射量との特性は、コモンレール１４の内圧に応じた噴射パルス幅と噴射量との特性の変化を示している。また、図５の減量劣化においては噴射開始時期が遅れており、図６の増量劣化においては噴射開始時期が進んでいる。
【００２３】
（噴射量補正、噴射時期補正）
次に、インジェクタ２０の噴射量補正および噴射時期補正について、図８の出荷時および図９の通常のエンジン運転時の制御ルーチンに基づいて説明する。
（出荷時）
図８のＳ３００において、ＥＣＵ５０は、燃料噴射ポンプ１２を制御することによりコモンレール１４の内圧をマップに応じて変化させ、エンジン回転速度の変動から複数の異なる各コモンレール圧における燃料噴射量を学習する。この噴射量学習において、ＥＣＵ５０は、微少噴射量学習および気筒間噴射量補正（ＦＣＣＢ補正）を実施し、気筒毎のエンジン回転速度の変動が等しくなるように燃料噴射量を補正する。具体的には、ＥＣＵ５０は、各気筒に出力する噴射パルスのパルス幅を補正して各気筒のエンジン回転速度の変動を等しくする。メイン噴射の前後に微少量噴射を実施する多段噴射を行う場合、燃料噴射量の補正として、複数回の燃料噴射の合計噴射量を補正してもよいし、微少量噴射を含む各噴射の噴射量を補正してもよい。
【００２４】
さらに、Ｓ３００において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度から推定した各気筒の実噴射量と目標噴射量との差から、噴射パルスの立ち上がり時期は変えずにパルス幅の補正値を算出し、算出した噴射量補正値をフラッシュメモリ５６に記憶しマップに反映させる。
次に、Ｓ３０２において、ＥＣＵ５０は、Ｓ３００において気筒毎に学習した各コモンレール圧に対応する微少噴射量に基づいて、燃料噴射時期のずれを検出する。ここで、多段噴射を行うインジェクタの場合、燃料噴射時期の学習はメイン噴射について行う。噴射時期学習は、図７に示すように、Ｓ３００においてエンジン回転速度から学習した微少噴射量の２点間を結ぶ直線と噴射量＝０との交点から無効噴射期間を推定し、推定した無効噴射期間と噴射パルスの立ち上がり時期とから燃料噴射時期を検出することにより実施される。この場合、図７に示すように、噴射量＝０付近の噴射パルス幅と噴射量との特性を考慮し、検出した燃料噴射時期をさらに補正することが望ましい。
【００２５】
そして、Ｓ３０４においてＥＣＵ５０は、エンジン回転速度の変動から学習した微少噴射量に基づいて検出した燃料噴射時期（実噴射時期）と目標噴射時期とのずれから、噴射パルスのパルス幅は変えずに噴射パルスの立ち上がり時期の補正値を算出し、算出した噴射時期補正値をフラッシュメモリ５６に記憶する。そして、Ｓ３０６において、記憶された噴射時期補正値が噴射時期制御に反映される。
以上の補正処理を実行することにより、出荷時において各気筒に設置されるインジェクの燃料噴射量および燃料噴射時期が補正される。
【００２６】
（エンジン運転時）
図９に示すフローチャートにおいて各コモンレール圧とは、エンジン運転時において変化する実コモンレール圧であり、コモンレール１４に設置された圧力センサ１６の検出圧力に相当する。
Ｓ３１０において、ＥＣＵ５０は、アイドル運転時において、微少噴射量学習およびＦＣＣＢ補正を実施し、気筒毎のエンジン回転速度の変動が等しくなるように燃料噴射量を補正する。つまり、ＥＣＵ５０は、各気筒のインジェクタ２０に出力する噴射パルスのパルス幅を補正する。さらに、Ｓ３１０において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度から推定した各気筒の実噴射量と目標噴射量との差から、噴射パルスのパルス幅の補正値を算出する。さらに、Ｓ３１０において、ＥＣＵ５０は、算出した噴射量補正値をフラッシュメモリ５６に記憶しマップに反映させる。
【００２７】
次に、Ｓ３１２において、ＥＣＵ５０は、Ｓ３１０においてエンジン回転速度から学習した各コモンレール圧に対応する微少噴射量の２点間を結ぶ直線と噴射量＝０との交点から無効噴射期間を推定し、推定した無効噴射期間と噴射パルスの立ち上がり時期とから燃料噴射時期を検出する。そして、検出された燃料噴射時期（実噴射時期）と目標噴射時期との差から燃料噴射時期のずれを検出する。
【００２８】
Ｓ３１４において、ＥＣＵ５０は、Ｓ３１２において検出した燃料噴射時期のずれ量と初期値とを比較し、初期値からの変化量をＲＡＭ５４に記憶する。初期値は、例えば出荷時に補正された後の燃料噴射時期のずれ量である。そして、Ｓ３１６において、ＥＣＵ５０は、検出した燃料噴射時期のずれ量の初期値からの変化量が所定の範囲を超えているかを判定する。燃料噴射時期のずれ量の変化量が所定の範囲を超えていれば、ＥＣＵ５０は、インジェクタ２０の経年劣化が激しいと判断し、Ｓ３１８において燃料噴射を所定量以下に制限して内燃機関を制御運転したり、警告灯を点灯して運転者に警告する。
【００２９】
Ｓ３１６において、燃料噴射時期のずれ量の異常を判定する所定範囲の値は、一定値であってもよいし、車両の走行距離等の経年変化に応じて値が大きくなる可変値でもよい。また、Ｓ３１６において、燃料噴射時期のずれ量の変化量が所定範囲を超える偏差量に応じて異常判定回数を設定し、Ｓ３１６において燃料噴射時期のずれ量の変化量が所定範囲を超えていると判定される回数が異常判定回数以上になった場合にＳ３１８の異常処理へと移行してもよい。例えば、偏差量が小さいほど異常判定回数の設定値を増加し、偏差量が大きいほど異常判定回数の設定値を減少する。ＥＣＵ５０は、Ｓ３１６において、燃料噴射時期のずれ量の変化量が所定範囲を超えていると判定した回数が異常判定回数未満の場合は、燃料噴射時期のずれが所定範囲を超えていてもＳ３１６からＳ３２０に処理を移行し、異常判定回数以上になるとＳ３１６からＳ３１８に処理を移行する。
【００３０】
Ｓ３１６において、燃料噴射時期のずれが所定の範囲内であると判定すると、ＥＣＵ５０は、Ｓ３２０において、エンジン回転速度から検出した燃料噴射時期のずれから、噴射パルスのパルス幅は変えずに噴射パルスの立ち上がり時期の補正値を算出し、算出した噴射時期補正値をフラッシュメモリ５６に記憶し、燃料噴射時期制御に反映させる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態では、従来、燃料噴射量を補正するために検出されていたエンジン回転速度から無効噴射期間を推定し、この無効噴射期間から燃料噴射時期を検出する。これにより、新たにセンサを追加することなく、燃料噴射時期のずれを検出し、補正できる。さらに、エンジン回転速度を検出する従来のプログラムを利用できるので、ＥＣＵ５０の処理負荷を極力低減できる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記実施形態では、学習した噴射時期補正値をフラッシュメモリ５６に記憶しマップを補正した。これに対し、燃料噴射時期を補正せず、エンジン回転速度から検出した燃料噴射時期のずれが所定範囲を超えていれば、燃料噴射を所定量以下に制限して内燃機関を制御運転したり、警告灯を点灯して運転者に警告するフェイル処理を実施するだけでもよい。
【００３３】
上記実施形態では、出荷時およびエンジン運転時の噴射量補正および噴射時期補正について説明した。これ以外にも、車両の保守診断時において、診断装置にＥＣＵ５０を接続したときに図８および図９とは異なる診断モード用のプログラムが作動しエンジン回転速度から燃料噴射量および燃料噴射時期を推定し補正してもよい。通常のエンジン運転時には多段噴射を行うインジェクタであっても、診断モード時においては、単発噴射を行うことにより、エンジン回転速度の変動および変化率から、より高精度に燃料噴射量および燃料噴射時期を推定できる。
【００３４】
このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、上記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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】燃料噴射システムを示す構成図。
【図２】インジェクタを示す模式的断面図。
【図３】インジェクタの動作を説明するタイムチャート。
【図４】各気筒の噴射パルス、ノズルニードルリフトを示すタイムチャート。
【図５】燃料噴射量の減量劣化を説明する特性図。
【図６】燃料噴射量の増量劣化を説明する特性図。
【図７】微少噴射量学習から無効噴射期間を推定する説明図。
【図８】出荷時の噴射量補正および噴射時期補正の処理ルーチン。
【図９】エンジン運転時の噴射量補正および噴射時期補正の処理ルーチン。
【符号の説明】
【００３６】
１０：燃料噴射システム、１４：コモンレール、２０：インジェクタ、５０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、回転速度検出手段、噴射時期検出手段、噴射時期補正手段、噴射量学習手段、異常判定手段）
【図１】
2008190405.tif 000003
【図２】
2008190405.tif 000004
【図３】
2008190405.tif 000005
【図４】
2008190405.tif 000006
【図５】
2008190405.tif 000007
【図６】
2008190405.tif 000008
【図７】
2008190405.tif 000009
【図８】
2008190405.tif 000010
【図９】
2008190405.tif 000011