(57)【要約】【課題】筒内における燃料量と新気量とのバランスを適正に保ち、ひいては良好なる筒内燃焼を実現する。【解決手段】ＥＣＵ４０は、インジェクタ１２による燃料噴射の開始当初に、インジェクタソレノイドに対して初期動作エネルギを供給するとともに、該初期動作エネルギの供給に引き続き、同インジェクタソレノイドに対してインジェクタ１２の開弁状態を保持する開弁保持エネルギを供給する。また、ＥＣＵ４０は、初期動作エネルギの供給に際し、都度のエンジン運転状態に基づいて、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御する。【選択図】      図１
2008025345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられ、噴口を開閉するための弁部材と、該弁部材を開閉駆動するための駆動部とを有してなる燃料噴射弁を駆動対象とし、
前記燃料噴射弁による燃料噴射の開始当初に前記駆動部に対して初期動作エネルギを供給するとともに、該初期動作エネルギの供給に引き続き、前記駆動部に対して前記燃料噴射弁の開弁状態を保持する開弁保持エネルギを供給するようにして燃料噴射制御を行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、
内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
前記初期動作エネルギの供給に際し、前記パラメータ取得手段により取得した運転状態パラメータに基づいて、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御する噴射率制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記パラメータ取得手段は、都度の新気導入量に関わる新気導入パラメータを前記運転状態パラメータとして取得し、
前記噴射率制御手段は、前記新気導入パラメータに基づいて噴射率制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
排気の一部を吸気系に環流させるＥＧＲ装置を備えたシステムに適用され、
前記パラメータ取得手段は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率を前記新気導入パラメータとして取得し、
前記噴射率制御手段は、都度のＥＧＲ率が大きいほど、前記噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくするようにして噴射率制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
吸気を過給する過給装置を備えたシステムに適用され、
前記パラメータ取得手段は、前記過給装置による過給圧を前記新気導入パラメータとして取得し、
前記噴射率制御手段は、都度の過給圧が小さいほど、前記噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくするようにして噴射率制御を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記パラメータ取得手段は、前記内燃機関の回転速度を前記運転状態パラメータとして取得し、
前記噴射率制御手段は、都度の機関回転速度が小さいほど、前記噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくするようにして噴射率制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記パラメータ取得手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記運転状態パラメータとして取得し、
前記噴射率制御手段は、都度の燃料圧力が小さいほど、前記噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくするようにして噴射率制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記パラメータ取得手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射量を前記運転状態パラメータとして取得し、
前記噴射率制御手段は、都度の燃料噴射量が少ないほど、前記噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくするようにして噴射率制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記噴射率制御手段は、前記初期動作エネルギの供給量を増減調整することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記燃料噴射弁は前記駆動部としてソレノイドを備えるものであり、前記初期動作エネルギの供給に際し、前記弁部材の始動のための初期ピーク電流を前記ソレノイドに流すとともに同弁部材が全開位置に達するまでの期間でその開弁速度を維持するための開弁速度維持電流を流し、その後の前記開弁保持エネルギの供給に際し、前記弁部材の開弁状態を保持するための開弁状態保持電流を流すようにした内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射率制御手段は、前記開弁速度維持電流を増減調整することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
前記噴射率制御手段は、前記開弁速度維持電流に加え、前記初期ピーク電流を増減調整することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
前記噴射率制御手段は、前記初期動作エネルギの供給途中においてそのエネルギ供給を一時的に休止させることで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１２】
前記燃料噴射弁は、前記弁部材を閉弁状態で保持すべく同弁部材に作用する高圧燃料を溜める圧力制御室と、その圧力制御室に通じる燃料排出通路とを有し、前記駆動部に対するエネルギの供給態様に応じて前記燃料排出通路を介しての高圧燃料の排出状況が可変とされるものであり、
前記噴射率制御手段は、前記駆動部に対するエネルギ供給態様を変更することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１３】
前記燃料噴射弁は、前記燃料排出通路を複数有するとともに、前記駆動部として前記複数の燃料排出通路を各々個別に開閉する複数のソレノイドを有するものであり、
前記噴射率制御手段は、前記複数のソレノイドのうちいずれを通電するかを変更することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１４】
前記複数の燃料排出通路はそれぞれ孔径が異なる複数のオリフィスにより構成されるものであり、
前記噴射率制御手段は、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を大きくする場合に、前記複数のオリフィスのうち大径オリフィスに対応するソレノイドに対して通電を行わせ、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を小さくする場合に、前記複数のオリフィスのうち小径オリフィスに対応するソレノイドに対して通電を行わせることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関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、内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関に対して燃料を噴射供給する技術として、コモンレール等の蓄圧配管を用いて高圧燃料を蓄えるとともに、その高圧燃料をインジェクタに給送して内燃機関に噴射供給する蓄圧式燃料噴射装置が知られている。また、内燃機関における燃料の燃焼状態を良化すべくインジェクタの噴射態様を種々変更することも提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。具体的には、燃料噴射パターンを切り替えることで噴射率等を適宜変更し、マルチ噴射、ブーツ噴射、矩形噴射（台形噴射とも言う）等を実現する技術がある。
【０００３】
ここで、噴射波形を矩形化した矩形噴射によれば、噴射開始直後における噴射率の立ち上がりを比較的急峻なものとすることができ、その矩形噴射により噴霧の微粒化が促進される。また、インジェクタによる噴射開始直後には、噴口を開閉するためのニードル弁が全開位置に達するまでの過程で一時的に噴霧粒径が大きくなることが懸念されるが、矩形噴射を行うことにより、噴霧粒径の拡大を極力抑えることが可能となる。
【特許文献１】特開平５−３２１７３２号公報
【特許文献２】特開２００４−４４４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、燃料噴射の矩形化により、筒内における燃焼状態を良化することができる。しかしながら、例えば内燃機関において筒内の新気導入量は都度のＥＧＲ率等に応じて変動し、それに伴い筒内において燃料量と新気導入量とのバランスが崩れることが考えられる。そして、燃料量と新気導入量とのバランスが崩れることに起因して、燃焼状態の悪化が生じるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、筒内における燃料量と新気量とのバランスを適正に保ち、ひいては良好なる筒内燃焼を実現することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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説明する。
【０００７】
本発明では、噴口を開閉するための弁部材と、該弁部材を開閉駆動するための駆動部とを有してなる燃料噴射弁を駆動対象とし、燃料噴射弁による燃料噴射の開始当初に前記駆動部に対して初期動作エネルギを供給するとともに、該初期動作エネルギの供給に引き続き、前記駆動部に対して燃料噴射弁の開弁状態を保持する開弁保持エネルギを供給するようにして燃料噴射制御を行うこととしている。そして特に、請求項１に記載の発明では、初期動作エネルギの供給に際し、内燃機関の運転状態パラメータに基づいて、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御する。
【０００８】
要するに、内燃機関の運転状態が相違すると、内燃機関の筒内（燃焼室内）における空気導入の様相等が変わり、その影響で燃焼状態も変動することが考えられる。この場合、初期動作エネルギの供給に際し、噴射開始直後における噴射率の変化勾配が一定であると、筒内に噴射供給される燃料量と筒内に導入される新気量（筒内酸素濃度）とのバランスが崩れ、燃焼状態が悪化するおそれが生じる。この点本発明では、内燃機関の都度の運転状態に応じて、噴射開始直後における噴射率の変化勾配が可変となるため、筒内における燃料量と新気量とのバランスが適正に保たれ、ひいては良好なる筒内燃焼を実現することができる。
【０００９】
なお、燃料噴射弁において弁部材の変位に追従して噴射率が変化することを考えると、「噴射開始直後における噴射率の変化勾配」は、燃料噴射弁（弁部材）の開弁応答性として言い換えることもできる。
【００１０】
例えば、筒内への新気導入が少ない場合において、その新気導入量に対して噴射開始直後における噴射率の変化勾配が急峻であると（すなわち、噴射率の立ち上がり変化が速いと）、噴射開始直後において一時的に燃料過多の状態となり、燃焼状態の悪化を招く。また逆に、筒内への新気導入が多い場合において、その新気導入量に対して噴射開始直後における噴射率の変化勾配が緩慢であると（すなわち、噴射率の立ち上がり変化が遅いと）、噴射開始直後において一時的に酸素過多の状態となり、やはり燃焼状態の悪化を招く。
【００１１】
そこで、請求項２に記載したように、都度の新気導入量に関わる新気導入パラメータを前記運転状態パラメータとして取得し、その新気導入パラメータに基づいて噴射率制御を行うと良い。この場合、新気導入量に応じて噴射率の変化勾配を増加又は減少させることにより、噴射開始直後において筒内への燃料供給量と新気導入量とのバランスを適正に保ち、燃焼状態の改善を図ることができる。
【００１２】
新気導入量の変動要因としては、ＥＧＲ率の変化や過給圧の変化等が考えられる。そこで、請求項３に記載したように、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率を前記新気導入パラメータとして取得し、都度のＥＧＲ率が大きいほど、噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくする（変化勾配を寝かせる）ようにして噴射率制御を行うと良い。
【００１３】
又は、請求項４に記載したように、過給装置による過給圧を前記新気導入パラメータとして取得し、都度の過給圧が小さいほど、噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくする（変化勾配を寝かせる）ようにして噴射率制御を行うと良い。
【００１４】
つまり、ＥＧＲ率が大きい場合、又は過給圧が小さい場合には、筒内への新気導入量が少なくなると考えられる。こうした場合において、噴射開始直後の噴射率の変化勾配を寝かせる（すなわち、噴射率変化を遅くする）ことにより、筒内の新気を最大限利用でき、上記のとおり燃焼状態の改善を図ることができる。
【００１５】
内燃機関では、その回転速度に依存して筒内の空気流動や充填効率が変化する。そこで、請求項５に記載したように、内燃機関の回転速度を前記運転状態パラメータとして取得し、都度の機関回転速度が小さいほど、噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくする（変化勾配を寝かせる）ようにして噴射率制御を行うと良い。これにより、筒内の空気流動や充填効率の変化を考慮した噴射率制御が実現でき、燃焼状態の更なる良化が可能となる。
【００１６】
また、燃料圧力に応じて、供給噴霧のペネトレーションや拡散度合いが変化する。そこで、請求項６に記載したように、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記運転状態パラメータとして取得し、都度の燃料圧力が小さいほど、噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくする（変化勾配を寝かせる）ようにして噴射率制御を行うと良い。これにより、供給噴霧のペネトレーションや拡散度合いの変化を考慮した噴射率制御が実現でき、燃焼状態の更なる良化が可能となる。
【００１７】
また、燃料噴射量が相違すると、筒内での燃焼に要する空気量も相違する。そこで、請求項７に記載したように、燃料噴射弁による燃料噴射量を前記運転状態パラメータとして取得し、都度の燃料噴射量が少ないほど、噴射開始直後の噴射率の変化勾配を小さくする（変化勾配を寝かせる）ようにして噴射率制御を行うと良い。これにより、都度の燃料噴射量に見合った噴射率制御が実現できる。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、初期動作エネルギの供給量を増減調整することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御する。すなわち、初期動作エネルギの供給量を増やすことで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配が急峻なものとなり、逆に初期動作エネルギの供給量を減らすことで、同噴射率の変化勾配が緩慢なものとなる。これにより、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００１９】
一般に、駆動部としてソレノイドを備える電磁駆動式の燃料噴射弁が知られている。この電磁駆動式の燃料噴射弁を用いる場合には、前記初期動作エネルギの供給に際し、弁部材の始動のための初期ピーク電流をソレノイドに流すとともに同弁部材が全開位置に達するまでの期間でその開弁速度を維持するための開弁速度維持電流を流し、その後の前記開弁保持エネルギの供給に際し、弁部材の開弁状態を保持するための開弁状態保持電流を流すようにしている。
【００２０】
かかる場合、請求項９に記載したように、前記開弁速度維持電流を増減調整することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御すると良い。本構成では、開弁速度維持電流の増減させることで弁部材の開弁速度が低速又は高速となり、これにより噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００２１】
より具体的な構成としては、燃料噴射弁用の駆動回路に、ソレノイドに対して開弁速度維持電流を供給するための定電流回路を設け、その定電流回路の定電流出力を可変とする。そして、都度要求される噴射率の変化勾配に応じて、定電流回路からの定電流出力（開弁速度維持電流）を増加又は減少させると良い。
【００２２】
又は、請求項１０に記載したように、前記開弁速度維持電流に加え、前記初期ピーク電流を増減調整することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御すると良い。本構成では、初期ピーク電流を増減させることで弁部材の初期開弁速度が低速又は高速となり、噴射開始直後における噴射率制御をより精密に行うことができる。
【００２３】
より具体的な構成としては、燃料噴射弁用の駆動回路に、ソレノイドに対して初期ピーク電流を供給するためのコンデンサと、初期ピーク電流の放電後に同コンデンサを充電する充電回路（充電コイル等）を設け、そのコンデンサの充電電流を可変とする。そして、都度要求される噴射率の変化勾配に応じて、コンデンサからソレノイドへの通電量（初期ピーク電流）を増加又は減少させると良い。
【００２４】
また、請求項１１に記載の発明では、初期動作エネルギの供給途中においてそのエネルギ供給を一時的に休止させることで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御する。この場合、初期動作エネルギの供給を一時的に休止させると、噴射開始直後における噴射率の変化勾配が緩慢なものとなる。これにより、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００２５】
ここで、燃料噴射弁として、弁部材を閉弁状態で保持すべく同弁部材に作用する高圧燃料を溜める圧力制御室と、その圧力制御室に通じる燃料排出通路とを有し、前記駆動部に対するエネルギの供給態様に応じて前記燃料排出通路を介しての高圧燃料の排出状況が可変とされるものがある。同燃料噴射弁では、高圧燃料の排出状況（すなわち、圧力制御室内の圧力低下の速さ）が可変とされることで、弁部材の応答性が変わり、それに伴い噴射率の変化勾配が変更できるものとなっている。かかる燃料噴射弁を用いた構成では、請求項１２に記載したように、前記駆動部に対するエネルギ供給態様を変更することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御すると良い。これにより、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００２６】
また、燃料噴射弁として、前記燃料排出通路を複数有するとともに、前記駆動部として複数の燃料排出通路を各々個別に開閉する複数のソレノイドを有するものがある（請求項１３）。かかる構成では、複数のソレノイドのうちいずれを通電するかを変更することで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御すると良い。この場合、複数のソレノイドのうちいずれを通電するかによって、どの燃料排出通路を通じて高圧燃料が排出されるか（幾つの燃料排出通路を通じて高圧燃料が排出されるか、を含む）が切り替えられ、それによって噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００２７】
さらに、同じく燃料噴射弁として、複数の燃料排出通路が、それぞれ孔径が異なる複数のオリフィスにより構成されるものがある（請求項１４）。かかる構成では、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を大きくする場合に、複数のオリフィスのうち大径オリフィスに対応するソレノイドに対して通電を行わせ、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を小さくする場合に、複数のオリフィスのうち小径オリフィスに対応するソレノイドに対して通電を行わせると良い。この場合、大径オリフィス側／小径オリフィス側のいずれのソレノイドを通電するかによって、圧力制御室内の圧力低下の速さが切り替えられ、それによって噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両用の多気筒ディーゼルエンジンを制御対象にしてエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの各種制御が実施される。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの概略を説明する。
【００２９】
エンジン１０においてはコモンレール式燃料噴射システムが採用されており、先ずは当該燃料噴射システムについて説明する。すなわち、エンジン本体１１には気筒ごとに電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射弁）１２が設けられている。インジェクタ１２は各気筒共通のコモンレール（蓄圧配管）１３に接続されている。コモンレール１３には燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ１４が接続され、高圧ポンプ１４の駆動に伴い噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール１３に連続的に蓄圧される。高圧ポンプ１４はエンジン１０の回転に伴い駆動され、エンジン回転に同期して燃料の吸入及び吐出が繰り返し行われる。高圧ポンプ１４には、その燃料吸入部に吸入調量弁（ＳＣＶ）１４ａが設けられており、図示しない燃料タンクから汲み上げられた低圧燃料が吸入調量弁１４ａを介して当該ポンプ１４の燃料室に吸入される。コモンレール１３にはコモンレール圧センサ１３ａが設けられており、このコモンレール圧センサ１３ａによりコモンレール１３内の燃料圧（実レール圧）が検出される。
【００３０】
エンジン本体１１には、吸気管（マニホールド部分を含む）１５と排気管（マニホールド部分を含む）１６とが接続されており、吸気管１５には吸気圧センサ１７が設けられている。また、吸気管１５には、スロットルバルブ１８ａを有するスロットルアクチュエータ１８が設けられている。吸気管１５と排気管１６とはＥＧＲ通路２０により接続されており、そのＥＧＲ通路２０にはＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ弁２２とが設けられている。
【００３１】
また、本システムには、過給装置としてターボチャージャ２４が設けられている。ターボチャージャ２４は、吸気管１５に設けられた吸気コンプレッサ２５と、排気管１６に設けられた排気タービン２６とを有しており、排気管１６を流れる排気によって排気タービン２６が回転し、その回転力がシャフト（図示略）を介して吸気コンプレッサ２５に伝達される。そして、吸気コンプレッサ２５により、吸気管１５内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。ターボチャージャ２４にて過給された空気は、インタークーラ２７によって冷却された後、吸気管１５の下流側に給送される。
【００３２】
吸気管１５において、吸気コンプレッサ２５の上流側には吸入空気量を検出するエアフロメータ２８が設けられ、その最上部にはエアクリーナ２９が設けられている。また、排気管１６において排気タービン２６よりも下流側には、排気浄化装置としてのＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３１が設置されており、このＤＰＦ３１によって排気中のＰＭ（パティキュレートマター）が捕集される。なお、排気管１６には、ＤＰＦ３１以外に、酸化触媒やＮＯｘ触媒等の排気浄化装置、酸素濃度センサ、排気温度センサなどが適宜設けられるが、ここではその説明を省略する。
【００３３】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成されており、マイコン４１には、上記したコモンレール圧センサ１３ａ、吸気圧センサ１７、エアフロメータ２８、酸素濃度センサ３２、排気温度センサ３３といった各センサの検出信号や、その他エンジンの回転速度を検出するための回転速度センサ４５、ドライバによるアクセル操作量（アクセル開度）を検出するためのアクセルセンサ４６などの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、マイコン４１は、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ１２に出力する。これにより、各気筒においてインジェクタ１２による燃料噴射が制御される。
【００３４】
ＥＣＵ４０には、インジェクタ１２を駆動するためのインジェクタ駆動回路４２が設けられており、その詳細については後述する。なお、インジェクタ駆動回路４２は、ＥＣＵ４０においてマイコン４１（制御部）に一体に設けられる他、マイコン４１（制御部）とは別体で設けられても良い。
【００３５】
また、マイコン４１は、その時々のエンジン回転速度及び燃料噴射量に基づきコモンレール圧（噴射圧）の目標値を算出するとともに、実レール圧が目標レール圧となるように高圧ポンプ１４の燃料吐出量をフィードバック制御する。実際には、実レール圧と目標レール圧との偏差に基づいて高圧ポンプ１４の目標吐出量を決定し、それに応じて吸入調量弁１４ａの開度を制御する。このとき、吸入調量弁１４ａの開度が増減されることにより、高圧ポンプ１４による燃料吐出量が調整される。その他、マイコン４１は、都度のエンジン運転状態に基づいてスロットルアクチュエータ１８やＥＧＲ弁２２等を適宜制御する。
【００３６】
ここで、インジェクタ１２の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、インジェクタ１２は、インジェクタ本体部５１と二方電磁弁からなる電磁駆動部５２とを有している。インジェクタ本体部５１において、ボディ５３の内部には弁部材としてのニードル５４とコマンドピストン５５とが摺動可能に収容されており、ニードル５４の先端部側に設けられた燃料溜まり室５６と、コマンドピストン５５の背面側（図の上端部側）に設けられた圧力制御室５７とにはそれぞれコモンレール１３から高圧燃料が導入される。本構成において、ニードル５４及びコマンドピストン５５は、圧力制御室５７内の圧力（図の下向きの力）と、燃料溜まり室５６内の圧力（図の上向きの力）と、ニードル５４を下方に付勢するスプリング５８の付勢力とのバランスに応じて動作する。
【００３７】
圧力制御室５７は、オリフィス６１を介して低圧燃料室６２に接続されている。また、この低圧燃料室６２には、燃料溜まり室５６や圧力制御室５７から漏れ出たリーク燃料がリーク通路６３を通じて導入されるようになっている。低圧燃料室６２にはオリフィス６１の開口を開閉するための弁体６５が設けられている。弁体６５は、通常はオリフィス開口を閉じる方向にスプリング６６により付勢されており、電磁駆動部５２において、ソレノイド６７の非通電時には弁体６５によってオリフィス開口が閉鎖される。これに対し、ＥＣＵ４０からの通電信号によるソレノイド６７の通電時には、弁体６５が図の上方向に移動してオリフィス開口が開放され、それに伴い圧力制御室５７と低圧燃料室６２とが連通される。また、低圧燃料室６２の燃料はリターン燃料通路６８等を通じて燃料タンク（図示略）に戻されるようになっている。
【００３８】
上記構成において、ソレノイド６７が通電されていない状態では、弁体６５が閉弁位置にあるために圧力制御室５７内が高圧状態で保持され、図示の如くニードル５４の先端部により噴口６９が閉じられる。この状態では燃料噴射が行われない。これに対し、ソレノイド６７が通電されると、弁体６５が開弁位置に移動し、圧力制御室５７内の高圧燃料がオリフィス６１を介して低圧燃料室６２に流れ込む。その際、圧力制御室５７内の圧力が一気に低下するため、それに伴いニードル５４が図の上方に移動する。これにより、噴口６９が開き、燃料噴射が行われる。
【００３９】
次に、インジェクタ駆動回路４２の概略構成を図３により説明する。図３では説明の便宜上、１気筒分のインジェクタソレノイド（ソレノイド６７）のみを示している。
【００４０】
図３において、バッテリ等よりなる電源部７１には充電用コイル７２の一端が接続され、同充電用コイル７２の他端には充電用スイッチング素子としてのトランジスタ７３が接続されている。トランジスタ７３のベース端子はマイコン４１に接続されている。また、充電用コイル７２とトランジスタ７３との間には逆流防止用ダイオード７４を介してコンデンサ回路７５が接続されている。コンデンサ回路７５は、並列に設けられた第１コンデンサ７６及び第２コンデンサ７７と、第１コンデンサ７６の＋端子側に設けられたトランジスタ７８とを有しており、トランジスタ７８のベース端子がマイコン４１に接続されている。上記構成において、マイコン４１によりトランジスタ７３が断続的にＯＮ／ＯＦＦされると、充電用コイル７２によりコンデンサ回路７５内の各コンデンサ７６，７７が充電される。
【００４１】
ここで、コンデンサ回路７５では、基本的に２つのコンデンサ７６，７７に対して同時に充電が行われる。そして、放電に際しては、トランジスタ７８がＯＮされていれば、２つのコンデンサ７６，７７から同時に放電が行われ、同トランジスタ７８がＯＦＦされていれば、一方のコンデンサ７７のみで放電が行われる。
【００４２】
また、コンデンサ回路７５には、ダイオード８１を介してソレノイド６７の一端が接続され、同ソレノイド６７の他端には噴射制御用スイッチング素子としてのトランジスタ８２が接続されている。トランジスタ８２のベース端子はマイコン４１に接続されており、マイコン４１から出力されるインジェクタ駆動信号に応じて同トランジスタ８２がＯＮ又はＯＦＦされる。
【００４３】
電源部７１には定電流回路８５が接続され、さらにその定電流回路８５にはダイオード８６を介してソレノイド６７が接続されている。定電流回路８５は、電源部７１からの給電を受けて定電流を生成し出力するものであり、その定電流レベルはマイコン４１からの制御信号により適宜切り替え可能となっている。
【００４４】
次に、インジェクタ駆動回路４２の動作について図４を参照しながら説明する。図４には、インジェクタソレノイドに対する通電電流波形と、そのソレノイド通電に伴う噴射率の推移とを示している。なお図４では、タイミングｔａ〜ｔｃの燃料噴射期間でトランジスタ８２がＯＮされ、それに伴い燃料噴射が行われるようになっている。
【００４５】
図４において、燃料噴射の開始タイミングであるタイミングｔａでは、トランジスタ８２がＯＮされることでコンデンサ回路７５からソレノイド６７に対して大電流が一気に流れる。またそれとともに、定電流回路８５からソレノイド６７に対して定電流が流れ始める。このとき、第１通電期間Ｔ１では、ニードル５４を開弁方向に初期駆動（始動）するために要する開弁初期電流（初期ピーク電流）が流れ、それに引き続く第２通電期間Ｔ２では、そのニードル５４の開弁速度を維持するために要する高レベル定電流（開弁速度維持電流）が流れる。これにより、燃料噴射開始に伴いインジェクタ１２が一気に全開状態とされる。
【００４６】
その後、タイミングｔｂでは、定電流回路８５から出力される定電流が高レベル定電流からそれよりも低い低レベル定電流（開弁状態保持電流）に切り替えられる。このとき、第３通電期間Ｔ３では、ニードル５４の開弁状態を維持するために要する低レベル定電流が流れる。これにより、インジェクタ１２の全開状態が保持される。
【００４７】
上記のように本実施形態では、インジェクタソレノイドに対する通電電流が３段階に制御される（期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）。その際、噴射率が略矩形状になるように通電制御が行われる。なお、期間Ｔ１，Ｔ２にて供給される通電電流が「初期動作エネルギ」に相当し、期間Ｔ３にて供給される通電電流が「開弁保持エネルギ」に相当する。
【００４８】
ところで、エンジン１０においては、その運転状態が相違すると、筒内（燃焼室内）に噴射供給される燃料量と筒内に導入される新気量（スロットル通過空気量に相当）とのバランスが崩れ、燃焼状態が悪化するおそれが生じる。具体的には、都度のエンジン運転状態等に応じてＥＧＲ率や過給圧が大小異なると、そのＥＧＲ率や過給圧に相応して新気量が増加又は減少し、その影響で燃焼状態に変化が生じる。例えば、ＥＧＲ率が大きい場合、又は過給圧が小さい場合には、新気量が少なくなるため、その新気量に対して噴射開始直後における噴射率の変化勾配（噴射率の立ち上がり時の変化割合）が急峻であると、一時的に燃料過多の状態となり、それに起因して燃焼状態が悪化する。また逆に、ＥＧＲ率が小さい場合、又は過給圧が大きい場合には、新気量が多くなるため、その新気量に対して噴射開始直後における噴射率の変化勾配（噴射率の立ち上がり時の変化割合）が緩慢であると、一時的に酸素過多の状態となり、やはり燃焼状態が悪化する。
【００４９】
そこで本実施形態では、都度のエンジン運転状態に応じて、噴射開始直後における噴射率の変化勾配（噴射率の立ち上がり時の変化割合）を可変とする。そしてそれにより、筒内への燃料噴射量と新気導入量とのバランスを適正に保ち、ひいては筒内燃焼の改善を図ることとしている。
【００５０】
図５は、インジェクタ駆動に関するメイン処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０内のマイコン４１により所定の時間周期で繰り返し実行される。
【００５１】
図５において、ステップＳ１０１では、エンジン運転状態を表す各種パラメータの読み込みを行う。具体的には、各種センサ等の検出信号により算出されたエンジン回転速度、アクセル開度、燃料圧（実レール圧）等を読み込む。
【００５２】
次に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４では、燃料噴射量の算出、ＥＧＲ率の算出、過給圧の算出をそれぞれ実施する。詳しくは、ステップＳ１０２では、アクセル開度等をパラメータとして要求トルクを算出するとともに、その要求トルクとエンジン回転速度とをパラメータとするマップデータ等を用いて燃料噴射量を算出する。また、ステップＳ１０３では、燃料噴射量とエンジン回転速度とをパラメータとするマップデータ等を用いてＥＧＲ率を算出する。ステップＳ１０４では、同じく燃料噴射量とエンジン回転速度とをパラメータとするマップデータ等を用いて過給圧を算出する。なお、燃料噴射量、ＥＧＲ率及び過給圧の算出に際し、インジェクタの微小噴射領域のバラツキを補正するための微小噴射量補正や、その他燃料温度補正等を適宜行うことも可能である。過給圧情報の取得に関しては、吸気圧センサ１７の検出値から推定する手法や、吸気コンプレッサ２５の下流側（スロットル上流側）に過給圧センサを設けて該センサの検出値から求める手法などが適用できる。
【００５３】
その後、ステップＳ１０５では、燃料噴射開始直後において目標とする噴射率の変化勾配（目標変化勾配）を設定する。その詳細を図６のサブルーチンにより説明する。図６において、ステップＳ２０１では、あらかじめ規定した変化勾配のベース値に各種補正量Ｈ１〜Ｈ５を加算し、目標変化勾配を算出する（目標変化勾配＝ベース値＋補正量Ｈ１〜Ｈ５）。
【００５４】
このとき、補正量Ｈ１〜Ｈ５は、エンジン回転速度、燃料圧、燃料噴射量、ＥＧＲ率、過給圧のそれぞれをパラメータとして算出される補正項であり、例えば図７（ａ）〜（ｅ）の関係に基づいて算出される。なお、各補正量Ｈ１〜Ｈ５の算出に用いる各パラメータが「運転状態パラメータ」に相当する。
【００５５】
図７（ａ）には、エンジン回転速度と、同回転速度をパラメータとして算出される補正量Ｈ１との関係を示している。同図の関係によれば、エンジン回転速度が大きいほど、補正量Ｈ１が大きい値として算出される。
【００５６】
図７（ｂ）には、燃料圧と、同燃料圧をパラメータとして算出される補正量Ｈ２との関係を示している。同図の関係によれば、燃料圧が大きいほど、補正量Ｈ２が大きい値として算出される。
【００５７】
図７（ｃ）には、燃料噴射量と、同燃料噴射量をパラメータとして算出される補正量Ｈ３との関係を示している。同図の関係によれば、燃料噴射量が大きいほど、補正量Ｈ３が大きい値として算出される。
【００５８】
図７（ｄ）には、ＥＧＲ率と、同ＥＧＲ率をパラメータとして算出される補正量Ｈ４との関係を示している。同図の関係によれば、ＥＧＲ率が大きいほど、補正量Ｈ４が小さい値として算出される。
【００５９】
図７（ｅ）には、過給圧と、同過給圧をパラメータとして算出される補正量Ｈ５との関係を示している。同図の関係によれば、過給圧が大きいほど、補正量Ｈ５が大きい値として算出される。
【００６０】
その後、ステップＳ２０２では、前記算出した目標変化勾配が、あらかじめ規定した下限ガード値以上であるか否かを判定する。目標変化勾配≧下限ガード値であれば、そのまま本処理を終了する。また、目標変化勾配＜下限ガード値であれば、ステップＳ２０３に進み、同変化勾配について下限ガード値による下限ガードを施した後、本処理を終了する。
【００６１】
図５の説明に戻り、ステップＳ１０６では、インジェクタソレノイドを通電するための通電条件を決定する。この場合、前記ステップＳ１０５で算出した目標変化勾配に基づいて、ソレノイド通電時における第１通電期間Ｔ１の通電量（第１通電量：初期ピーク電流に相当）と第２通電期間Ｔ２の通電量（第２通電量：開弁速度維持電流に相当）を決定する。本実施形態では、図８に示す関係に基づいて第１，第２通電量を決定することとしており、図８の関係によれば、目標変化勾配に応じて第１，第２通電量が大小２段階に可変設定される。このとき、目標変化勾配が所定値Ａ未満であれば、第１，第２通電量として比較的小さい値が求められ、目標変化勾配が所定値Ａ以上であれば、第１，第２通電量として比較的大きい値が求められる。
【００６２】
なお、インジェクタ駆動回路４２において、第１通電期間Ｔ１ではコンデンサ回路７５からの放電によりソレノイド通電が行われるようになっており、上記決定されたソレノイド通電条件（第１通電量）に応じて、２つのコンデンサ７６，７７から同時放電するか、又は一方のコンデンサ７７からのみ放電するかが切り替えられる。また、第２通電期間Ｔ２では定電流回路８５からの定電流出力によりソレノイド通電が行われるようになっており、上記決定されたソレノイド通電条件（第２通電量）に応じて、定電流出力が大小２つの定電流レベルで切り替えられる。
【００６３】
最後に、ステップＳ１０７では、前記決定したソレノイド通電条件や、その他通電開始タイミング、指令噴射量等に基づいて噴射指令信号を生成し、該指令信号をインジェクタ駆動回路４２に対して出力する。なお、インジェクタソレノイドの通電開始タイミングを、エンジン回転速度や要求トルク等に応じて可変設定することも可能である。
【００６４】
図９は、目標変化勾配が異なる場合におけるソレノイド通電態様の違いを示すタイムチャートである。図９において（ａ）には目標変化勾配が比較的大きい場合を、（ｂ）には目標変化勾配が比較的小さい場合を示す。
【００６５】
図９（ａ），（ｂ）では、第１通電量及び第２通電量がそれぞれ相違し、目標変化勾配が大きい（ａ）の方の各通電量が大電流となっている。これにより、噴射開始直後における噴射率の変化勾配が（ａ）＞（ｂ）となっている。すなわち、（ａ）の方が噴射率の立ち上がり変化が急峻なものとなっている。
【００６６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００６７】
都度のエンジン運転状態に応じて、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を可変に制御する構成としたため、筒内における燃料量と新気量とのバランスを適正に保つことができ、ひいては良好なる筒内燃焼を実現することができる。
【００６８】
具体的には、エンジン回転速度、燃料圧、燃料噴射量、ＥＧＲ率、過給圧のそれぞれをパラメータとして噴射率の変化勾配を制御する構成とした。この場合、エンジン回転速度をパラメータとすることにより、筒内の空気流動や充填効率の変化を考慮した噴射率制御が実現できる。燃料圧力をパラメータとすることにより、供給噴霧のペネトレーションや拡散度合いの変化を考慮した噴射率制御が実現できる。燃料噴射量をパラメータとすることにより、都度の燃料噴射量に見合った噴射率制御が実現できる。また、ＥＧＲ率及び過給圧をパラメータとすることにより、筒内への新気導入量の変化を考慮した噴射率制御が実現できる。
【００６９】
インジェクタ駆動回路４２によるソレノイド通電に際し、前後３段階の通電量のうち先の２つの通電量（第１通電量、第２通電量）を可変設定する構成としたため、それら通電量の変更によって、所望とする噴射量制御を容易に実現できる。この場合、噴射率制御を実施する上で、通常一般に用いられているインジェクタ１２がそのまま使用できるという利点もある。
【００７０】
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００７１】
上記実施形態では、目標変化勾配に応じてソレノイド通電条件（第１，第２通電量）を大小２つの電流レベルに可変設定する構成としたが（図８参照）、これを変更する。例えば、目標変化勾配に応じてソレノイド通電条件（第１，第２通電量）を３つ以上の電流レベルに可変設定する構成や、同じく目標変化勾配に応じてソレノイド通電条件（第１，第２通電量）を線形的に設定する構成などを適用することも可能である。
【００７２】
上記実施形態では、インジェクタ駆動回路４２によるソレノイド通電に際し、前後３段階の通電量のうち第１通電量（初期ピーク電流）と第２通電量（開弁速度維持電流）とを可変設定して噴射率の変化勾配を制御する構成としたが、これを変更する。例えば、第２通電量（開弁速度維持電流）のみを可変設定して噴射率の変化勾配を制御することとする。この場合、第１通電量（初期ピーク電流）は固定とする。本構成であっても、前記同様、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００７３】
インジェクタ駆動回路４２によるソレノイド通電に際し、初期動作エネルギの供給途中にそのエネルギ供給を一時的に休止させることで、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を制御することも可能である。すなわち、図１０に示すように、第１通電期間での初期ピーク電流による通電（コンデンサ放電）の後、一時的にソレノイド通電を中止させる。具体的な構成で言えば、定電流回路８５による通電を、コンデンサ放電を開始するタイミングｔ１１で開始するのではなく、コンデンサ放電の終了後のタイミングｔ１２で開始する。この場合、エネルギ供給の一時休止により、噴射率の変化勾配が一時的に遅くなり（全体としては緩慢となり）、結果として、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００７４】
駆動対象であるインジェクタとして、噴射率可変構造を有するインジェクタを用いても良い。その構成を図１１により説明する。なお、図１１に示すインジェクタ９０は、前述したインジェクタ１２（図２参照）の一部構成を変更したものであり、同一の構成については同じ部材番号を付してその説明を省略する。インジェクタ９０では、前述したインジェクタ１２（図２参照）に比して電磁駆動部９１の構成が相違している。
【００７５】
インジェクタ９０の電磁駆動部９１には、２系統のソレノイド９２ａ，９２ｂが設けられるとともに、それら各ソレノイド９２ａ，９２ｂに対応させて弁体９３ａ，９３ｂが設けられている。ＥＣＵ４０により各ソレノイド９２ａ，９２ｂが個々に通電されると、その通電に伴いスプリング９４ａ，９４ｂの付勢力に抗して弁体９３ａ，９３ｂが変位する。また、低圧燃料室９６と圧力制御室５７とは燃料排出通路としての２つのオリフィス９５ａ，９５ｂを介して連通されている。２つのオリフィス９５ａ，９５ｂはそれぞれ孔径が異なり、オリフィス９５ａが大径オリフィス、オリフィス９５ｂが小径オリフィスである。
【００７６】
この場合、各ソレノイド９２ａ，９２ｂの非通電時には弁体９３ａ，９３ｂによりオリフィス９５ａ，９５ｂがそれぞれ閉じられ、同ソレノイド９２ａ，９２ｂの通電時には弁体９３ａ，９３ｂによりオリフィス９５ａ，９５ｂが開放される。
【００７７】
上記構成のインジェクタ９０を用いたシステムでは、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を大きくする場合、ＥＣＵ４０は、大径オリフィス９５ａ側のソレノイド９２ａを通電し、大径オリフィス９５ａを通じて圧力制御室５７内の高圧燃料を低圧燃料室９６側に排出する。また、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を小さくする場合、ＥＣＵ４０は、小径オリフィス９５ｂ側のソレノイド９２ｂを通電し、小径オリフィス９５ｂを通じて圧力制御室５７内の高圧燃料を低圧燃料室９６側に排出する。かかる場合、大径オリフィス９５ａによる燃料排出時と小径オリフィス９５ｂによる燃料排出時とでは圧力制御室５７内の圧力低下の速さが相違し、前者の方が噴射開始直後における噴射率の変化勾配が大きくなる。本構成においても、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を望みとおりに制御することができる。
【００７８】
上記構成において、ソレノイド９２ａ，９２ｂを択一的に通電する他に、両ソレノイド９２ａ，９２ｂを同時通電することも可能であり、かかる場合にはソレノイド通電方式を３通りに切り替えることができる。なお、上記図１１のインジェクタ９０を採用する場合、初期動作エネルギ（初期ピーク電流、開弁速度維持電流）を可変とする必要はなく、インジェクタ駆動回路４２について従前の回路構成が適用できる。
【００７９】
２つのオリフィス９５ａ，９５ｂは孔径が同じものであっても良い。この場合、２つのオリフィス９５ａ，９５ｂのうち、１つを通電するか、２つを通電するかによって圧力制御室５７内の圧力低下の速さが相違し、噴射開始直後における噴射率の変化勾配を可変制御することができる。
【００８０】
上記実施形態では、駆動部としてソレノイドを有する電磁駆動式インジェクタを駆動対象としたが、それ以外のインジェクタを駆動対象とすることも可能である。例えば、駆動部としてピエゾスタックを有するピエゾ駆動式インジェクタを駆動対象とし、同インジェクタを用いて本発明の燃料噴射制御装置を実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。
【図２】インジェクタの概略構成を示す断面図。
【図３】インジェクタ駆動回路の概略構成を示す回路図。
【図４】インジェクタソレノイドに対する通電電流波形と、そのソレノイド通電に伴う噴射率の推移とを示すタイムチャート。
【図５】インジェクタ駆動に関するメイン処理を示すフローチャート。
【図６】噴射率の変化勾配設定のためのサブルーチンを示すフローチャート。
【図７】各種補正量を算出するための関係図。
【図８】ソレノイド通電条件の設定内容を説明するための関係図。
【図９】インジェクタソレノイドに対する通電電流波形と、そのソレノイド通電に伴う噴射率の推移とを示すタイムチャート。
【図１０】インジェクタソレノイドに対する通電電流波形と、そのソレノイド通電に伴う噴射率の推移とを示すタイムチャート。
【図１１】別の実施形態におけるインジェクタの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…エンジン、１２…インジェクタ、１３…コモンレール、１４…高圧ポンプ、２２…ＥＧＲ弁、２４…ターボチャージャ、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン、４２…インジェクタ駆動回路、５１…インジェクタ本体部、５２…電磁駆動部、５４…ニードル、５５…コマンドピストン、５７…圧力制御室、６１…オリフィス、６７…ソレノイド、６９…噴口、７２…充電用コイル、７５…コンデンサ回路、７６，７７…コンデンサ、８５…定電流回路、９０…インジェクタ、９１…電磁駆動部、９２ａ，９２ｂ…ソレノイド、９５ａ，９５ｂ…オリフィス。
【図１】
2008025345.tif 000003
【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】
2008025345.tif 000008
【図７】
2008025345.tif 000009
【図８】
2008025345.tif 000010
【図９】
2008025345.tif 000011
【図１０】
2008025345.tif 000012
【図１１】
2008025345.tif 000013