(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段の検出する運転状態に基づいて燃料噴射量を決定するとともに、前記運転状態検出手段の検出する運転状態が所定条件を満たすと燃料噴射カットを実施する制御装置とを備え、
前記運転状態検出手段は、前記エンジンの排気ガス中に含まれる物質の濃度に応じた出力を発生する排気センサを備え、
前記制御装置は、
燃料噴射カット状態から燃料噴射への移行時に、所定の微少噴射量を噴射させ、この微少燃料噴射時に発生した排気ガスに含まれる物質の濃度を前記排気センサで検出し、その実測値と目標値とを比較して噴射補正値を求めて記憶し、この記憶された前記噴射補正値を用いて燃料噴射量を決定する補正手段を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１の燃料噴射装置において、
前記補正手段は、前記噴射補正値によって前記微少噴射量を補正することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の燃料噴射装置において、
前記補正手段は、各気筒毎に前記噴射補正値を求めて記憶することを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射装置に関する技術であり、詳しくは経時変化等による噴射量のズレを自動補正するの燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排気ガスの規制強化に伴い、燃料の噴射時に要求される噴射量の要求精度が格段に高くなっている。
具体的な例を示すと、近年のディーゼルエンジンは、排気ガスの規制強化に伴って、パイロット噴射や多段噴射等の要求が高まっており、噴射量の要求精度のレベルが、従来の５ｍｍ3 ／ｓｔ（ｓｔ＝１ストローク）程度から、１ｍｍ3 ／ｓｔとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高い噴射精度を得るために、出荷前に燃料噴射装置等の微細調整を行なうことが考えられる。
しかし、微細調整を行っても、経時変化によって噴射量が変化する可能性があり、高い噴射精度を維持できなくなる可能性がある。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的は長期に亘って高い噴射精度を維持することのできる燃料噴射装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する燃料噴射装置では、燃料噴射カット状態から燃料噴射への移行時に、所定の微少噴射量（エンジントルクに影響を与えない程度の噴射量）を噴射させる。この微少燃料噴射時に発生した排気ガスに含まれる物質の濃度を排気センサで検出し、その実測値と目標値とを比較する。この比較値から噴射補正値を求め、その噴射補正値を記憶する。
そして、通常運転時は、記憶された噴射補正値を用いて燃料噴射量を決定することにより、燃料噴射系の可動部等に経時変化が生じても、高い噴射精度を維持することができる。つまり、経時変化が生じた場合でも、噴射量の補正によって長期に亘って高い噴射精度を維持できる。
【０００６】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用して、噴射補正値によって微少噴射量を補正するようにしても良い。
【０００７】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用して、各気筒毎の噴射補正値を求めて、各気筒毎の噴射補正値を記憶するように設けても良い。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、２つの実施例と変形例を用いて説明する。なお、実施例１は燃料噴射カットへの移行時に補正値を求める例（本発明が適用されていない例）を示す参考例であり、実施例２において燃料噴射カット状態から燃料噴射への移行時に補正値を求める例（本発明が適用された例）を示すものである。
〔第１実施例〕
第１実施例を図１〜図５を参照して説明する。燃料噴射装置は、コモンレール式燃料噴射装置であり、この燃料噴射装置の一例を図５を参照して説明する。
【０００９】
燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン１の各気筒に取り付けられたインジェクタ２から燃料を噴射するものであり、各インジェクタ２は、コモンレール３から燃焼室に向けて供給される高圧燃料を開閉し、噴射と噴射停止を制御するための電磁弁（例えば、ピエゾ素子を多数積層したピエゾスタックをアクチュエータとして用いたピエゾ弁、あるいはコイルの発生する磁力によってアーマチュアを駆動する電磁弁）を搭載している。この電磁弁は、エンジンコントロールユニット（制御装置に相当するものであり、以下、ＥＣＵ）４から与えられる信号によって開閉駆動される。
【００１０】
コモンレール３には、燃料タンク５の燃料が高圧サプライポンプ６の作動によって圧送されており、コモンレール３の内部に高圧燃料が蓄えられる。また、コモンレール３からインジェクタ２に供給される燃料は、燃焼室への噴射の他に、インジェクタ２の制御油圧としても用いられるものであり、インジェクタ２から低圧のドレーンライン７を経て燃料タンク５に還流するようになっている。
【００１１】
コモンレール３には、燃料圧力を検出するための圧力センサ８が取り付けられている。ＥＣＵ４は、圧力センサ８の出力に基づいて調量弁９の開度を制御してコモンレール３への燃料の圧送量を調整し、コモンレール３の内圧を適正な圧力に保っている。
また、コモンレール３には、所定圧力以上に上昇した燃料を燃料タンク５に戻すプレッシャリミッタ１０が取り付けられており、コモンレール３の圧力異常の発生を防いでいる。
【００１２】
ＥＣＵ４は、インジェクタ２の電磁弁を通電制御することにより、燃料の噴射時期と噴射量を制御するものである。
このＥＣＵ４には、演算のための情報信号（エンジン１の運転状態を検出するための信号）を得るために、アクセル開度ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ１１、エンジン回転速度ＮＥを検出可能な回転数センサ１２、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する水温センサ１３、エンジン１の排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出する排気センサ１４、およびその他のセンサ類が接続されている。
なお、ＥＣＵ４は、周知なものであり、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＡＤ変換器、入力ポート、出力ポートなどから構成されている。
【００１３】
燃料噴射装置は、インジェクタ２の電磁弁の通電制御によって、「通常噴射」だけを実施するものであっても良いし、エンジン１の運転状態に応じて「通常噴射」「パイロット噴射」を切り替えて実施するものであっても良い。
なお、「パイロット噴射」とは、高負荷域を除いた領域での燃焼騒音の低減を図るものであり、「通常噴射」を分割して噴射させるものである。
【００１４】
ＥＣＵ４内に搭載されているＲＯＭには、インジェクタ２の電磁弁を制御して、燃料の噴射量や噴射時期を制御するためのプログラムが格納されており、アクセル開度ＡＣＣＰ、エンジン回転速度ＮＥによって演算し、エンジン１の冷却水温ＴＷ等によって補正したインジェクタ２の電磁弁の開閉指令値の演算プログラムが予め記憶されている。
なお、これ以降の実施例では、実施例の理解を容易にするために、エンジン１の冷却水温ＴＷによる補正やインジェクタ２の電磁弁の個体差による補正を省略して説明する。
【００１５】
ＥＣＵ４内に搭載されているＲＯＭには、インジェクタ２等の経時変化による各気筒毎の噴射量のズレを、気筒毎に学習補正する補正手段の機能が予めプログラミングされている。
このプログラムは、例えば燃料噴射カットへの移行時（後述する第１学習状態）に、所定の微少噴射量ＱＳ（エンジントルクに影響を与えない程度の噴射量）を補正対象の気筒へ噴射させ、この微少燃料噴射時に発生した排気ガスに含まれる酸素濃度を排気センサ１４で検出し、その排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒと、その時の噴射量に対応した目標値Ｏ2 Ｔとを比較し、その差ΔＯ2 から補正対象の気筒における噴射補正値ΣΔＱを求め、その噴射補正値ΣΔＱをＥＣＵ４内に搭載されているバックアップＲＡＭ（例えば、不揮発性メモリ）に記憶させるものである。
そして、ＥＣＵ４は、バックアップＲＡＭに記憶された各気筒毎の噴射補正値ΣΔＱを加味して各気筒毎の燃料噴射量ＱＦＩＮを決定し、その燃料噴射量ＱＦＩＮが得られるようにインジェクタ２の電磁弁を開閉制御するものである。
【００１６】
ＥＣＵ４が、微少の燃料を噴射して噴射補正値ΣΔＱを求める領域を、図２の学習状態として示す。この学習状態は、図２に示されるように、エンジン無負荷の状態であり、微少の燃料を噴射してもエンジントルクに影響を与えない領域である。
上述した第１学習状態を図２を参照して説明する。第１学習状態は、エンジン負荷が無負荷で、且つ噴射量指令値が０以下の時である。なお、エンジン負荷が無負荷で、噴射量指令値が０より大きい第２学習状態を用いた例は、後述する第２実施例で説明する。
【００１７】
ＥＣＵ４が噴射補正値ΣΔＱを求める具体的な時期を図３を用いて説明する。アクセル開度が０％になり、エンジン回転速度ＮＥが低下する時（即ち、運転状態検出手段の検出する運転状態が燃料噴射カットを実施する所定条件を満たした時）に燃料噴射カットが実施される。この燃料噴射カットが開始され、上記の第１学習状態になると、ＥＣＵ４が噴射補正値ΣΔＱを求める。
【００１８】
排気センサ１４の出力は、図４に示すように、燃料の噴射量に応じた出力を発生する。そこで、ＥＣＵ４は、排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒ（微少燃料噴射時に発生した排気ガスに含まれる酸素濃度の出力値）と、目標値Ｏ2 Ｔ（適正な微少噴射量ＱＳが噴射された場合に検出されるべき目標出力値）とを比較し、その差ΔＯ2 から経時変化による噴射量のズレを求め、そのズレ量ΔＱから噴射補正値ΣΔＱを求めるように設けられている。
【００１９】
次に、補正手段による補正制御の一例を、図１のフローチャートを参照して説明する。
エンジン１の運転中にこの制御ルーチンに侵入すると（ＩＮ）、ステップ１００でエンジン１のパラメータの読み取りを行う。
ステップ１０１では、ステップ１００で読み込まれたエンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣＣＰによって基本噴射量ＱＢを演算する。
【００２０】
ステップ１０２では、始動回転速度ＮＥや暖気後等の学習実施条件が成立しているか否かをフラグｆ＝１であるか否かで判別する。
このステップ１０２の判断結果がNOの場合（学習実施条件が成立していない状態）は、燃料の噴射ステップへ進む。
燃料の噴射ステップでは、まずステップ１０３においてバックアップＲＡＭに記憶された噴射補正値ΣΔＱを取り出す。
【００２１】
次に、ステップ１０４において基本噴射量ＱＢと噴射補正値ΣΔＱを用いて最終の燃料噴射量ＱＦＩＮを演算する。具体的にステップ１０４では、回転速度ＮＥと基本噴射量ＱＢから求められる補正係数ｆ（ＮＥ，ＱＢ）を噴射補正値ΣΔＱに反映させ、その値で基本噴射量ＱＢを補正して最終の燃料噴射量ＱＦＩＮを求める。
次に、ステップ１０５において最終の燃料噴射量ＱＦＩＮを出力値として出力段に設定し、その後リターンする。
【００２２】
一方、ステップ１０２の判断結果がYES の場合（学習実施条件が成立している状態）は、ステップ１０６において排気センサ１４が排気を検出可能な状態に活性化されているか否かの判断を行う。この判断結果がNOの場合はステップ１０３へ進み、判断結果がYES の場合はステップ１０７において燃料噴射カットが成された直後で、且つ運転状態が第１学習状態の領域内であるか否かの判断を行う。
【００２３】
ステップ１０７の判断結果がNOの場合はステップ１０３へ進み、判断結果がYES の場合はステップ１０８において各気筒の噴射補正値ΣΔＱの更新毎にカウントアップされるカウンタＫのカウント値が、エンジン１の気筒数に達しているか否かの判断を行う。つまり、４気筒エンジン１の場合は、カウンタＫ＝４になっているか否かの判断を行う。
【００２４】
ステップ１０８の判断結果がYES の場合は、全気筒の学習（噴射補正値ΣΔＱのチェック・更新）が済んでいるため、次回の学習実施の条件の成立時に最初の気筒から学習を実施するべく、ステップ１０９、１１０において、気筒カウンタＫをリセットするとともに、学習実施条件のフラグｆをリセットし、その後ステップ１０３へ進む。
【００２５】
ステップ１０８の判断結果がNOの場合は、未学習の気筒の学習を実施する。
まず、ステップ１１１において、学習気筒における微少燃料の噴射回数αを決める。
次に、ステップ１１２において、ＲＯＭに記憶されている微少噴射量ＱＳを取り出す。
次に、ステップ１１３において、バックアップＲＡＭに記憶されている噴射補正値ΣΔＱを取り出し、この実施例では微少噴射量ＱＳに噴射補正値ΣΔＱを加算して補正後微少噴射量ＱＳ’を求めて出力する。
【００２６】
次に、ステップ１１４において、補正後微少噴射量ＱＳ’の噴射実施回数をカウントアップする（ｎ＝ｎ＋１）。
次に、ステップ１１５において、排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒを取り込む。
次に、ステップ１１６において、排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒと目標値Ｏ2 Ｔとのズレ値ΔＯ2 を算出する。
次に、ステップ１１７においてズレ値ΔＯ2 と所定係数を用いて噴射のズレ量ΔＱを求める。
【００２７】
次に、ステップ１１８において噴射のズレ量ΔＱが予め設定された所定値βより小さいか否かの判断を行う。この判断結果がYES の場合は所定気筒の学習が完了したものとしてステップ１１９で学習する気筒を更新し（Ｋ＝Ｋ＋１）、ステップ１２０において噴射補正値ΣΔＱをバックアップＲＡＭに記憶させる。そして、ステップ１２１において補正後微少噴射量ＱＳ’の噴射実施回数のカウンタｎをリセットし（ｎ＝０）、その後ステップ１０３へ進む。
【００２８】
ステップ１１８の判断結果がNOの場合は、経時変化によって噴射量に所定以上のズレが発生した場合であり、新たに噴射補正値ΣΔＱを更新する。具体的に、ステップ１２２において、微少噴射の出力回数ｎが所定の噴射回数αに達したか否かの判断を行う。この判断結果がYES の場合はステップ１２１へ進み、判断結果がNOの場合は、ステップ１２３において、噴射補正値ΣΔＱに噴射のズレ量ΔＱを加算して、新しい噴射補正値ΣΔＱを更新する。そして、ステップ１１３へ戻り、更新した噴射補正値ΣΔＱが適正であるか否かをチェックする。
【００２９】
噴射補正値ΣΔＱの更新例を、図３のタイムチャートを参照して説明する。
燃料噴射カット条件が成立すると、従来では図中破線▲１▼に示すように燃料が噴射されていなかったが、この第１実施例では燃料噴射カット時に運転状態が第１学習状態の範囲になると、図中の実線▲２▼に示すように所定の気筒において微少噴射量ＱＳの燃料を単独噴射させる。
この時の排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒが図中実線▲２▼’の場合、図中一点鎖線▲３▼’で示される目標値Ｏ2 Ｔとの差から、噴射のズレ量ΔＱ（学習の補正量）を求める。
そして、この噴射のズレ量ΔＱを用いて噴射補正値ΣΔＱを求め、バックアップＲＡＭに記憶する。
【００３０】
〔第１実施例の効果〕
上記で説明したように、この第１実施例で示す燃料噴射装置は、燃料噴射カットへ移行して、第１学習状態になったら、エンジントルクに影響を与えない程度の微少噴射量ＱＳを噴射させて、排気センサ１４の出力から燃料のズレ量ΔＱを検出し、ズレがある場合はズレ量ΔＱからズレを補正するための噴射補正値ΣΔＱを算出してバックアップＲＡＭに記憶している。そして、バックアップＲＡＭに記憶された各気筒毎の噴射補正値ΣΔＱを用いて各気筒へ噴射される燃料噴射量ＱＦＩＮをそれぞれ決定している。
このため、インジェクタ２等の可動部等に経時変化が生じても、高い噴射精度を長期に亘って維持することができる。つまり、燃料の噴射系に経時変化が生じた場合でも、噴射量の補正が実施されるため、長期に亘って高い噴射精度を維持できる。
【００３１】
また、燃料噴射装置とは独立して製造されたエンジン１にバラツキが生じた場合であっても、エンジン１と燃料噴射系を最終的に組み合わせた際に、バラツキを燃料噴射装置が学習補正するため、目標値通りにエンジン１を作動させることもできる。このため、エンジン１と燃料噴射系の両者を組み合わせてからバラツキを無くすための調整を簡易化でき、コストを低減することもできる。
【００３２】
〔第２実施例〕
上記の第１実施例では、燃料噴射カットの第１学習状態の時に、微少燃料を噴射して噴射量のズレを計測し、噴射補正値ΣΔＱの学習を実施した例を示したが、この第２実施例では、燃料噴射カット状態（無噴射状態）から噴射（非燃料噴射カット）へ移行する第２学習状態の時に、微少燃料を噴射して噴射のズレ量ΔＱを計測して、経時変化等による噴射量のズレを補正するための噴射補正値ΣΔＱを求めるものである。
【００３３】
第２実施例における噴射補正値ΣΔＱの更新例を図６を参照して説明する。
燃料噴射カットから燃料噴射状態へ移行する際、従来では図中破線▲１▼に示すように燃料の噴射量が徐々に増加するものであったが、この第２実施例では燃料噴射への移行時、第２学習状態の範囲において、図中の実線▲２▼に示すように所定の気筒において微少噴射量ＱＳの燃料を単独噴射させる。
この時の排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒが図中実線▲２▼’の場合、図中一点鎖線▲３▼’で示される目標値Ｏ2 Ｔとの差から、噴射のズレ量ΔＱ（学習の補正量）を求める。
そして、ＥＣＵ４は、第１実施例と同様、噴射のズレ量ΔＱから噴射量のズレを補正するための噴射補正値ΣΔＱを求めてバックアップＲＡＭに記憶し、記憶させた噴射補正値ΣΔＱを用いて基本噴射量ＱＢを補正するものである。
【００３４】
〔変形例〕
上記の実施例では、燃料噴射カットへの移行時と、燃料噴射カット状態から燃料噴射への移行時に、微少燃料を噴射して噴射補正値ΣΔＱを求める例を示したが、燃料噴射カット中など、エンジン１が無負荷の状態で上述した第１実施例と第２実施例とを組み合わせて微少燃料を噴射して噴射補正値ΣΔＱを求めるように設けても良い。
上記の実施例では、噴射補正値ΣΔＱによって微少噴射量ＱＳを補正する例を示したが、排気センサ１４の実測値Ｏ2 Ｒと目標値Ｏ2 Ｔとの差からマップや演算式によって噴射補正値ΣΔＱを求めても良い。
【００３５】
上記の実施例では、コモンレール式燃料噴射装置に本発明を適用したが、分配式燃料噴射装置等、他の形式の噴射装置に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、ディーゼルエンジン１のバラツキを補正する例を示したが、ガソリンエンジンのバラツキを補正する燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】経時変化によって発生する燃料噴射のズレを補正するフローチャートである（第１実施例）。
【図２】学習領域を説明するためのグラフである（第１実施例）。
【図３】作動説明のためのタイムチャートである（第１実施例）。
【図４】排気センサの出力特性を示すグラフである（第１実施例）。
【図５】燃料噴射装置の概略構成図である（第１実施例）。
【図６】作動説明のためのタイムチャートである（第２実施例）。
【符号の説明】
１    エンジン
２    インジェクタ
４    ＥＣＵ（制御装置）
１１    アクセルセンサ
１２    回転数センサ
１３    水温センサ
１４    排気センサ
Ｏ2 Ｒ    実測値
Ｏ2 Ｔ    目標値
ΣΔＱ    噴射補正値
ＱＦＩＮ    燃料噴射量
【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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