(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１燃焼サイクル中に多段噴射を実施する燃料噴射弁の噴射量を制御する燃料噴射制御装置において、
前段噴射と前記前段噴射に続いて噴射する後段噴射とのインターバル時間の使用範囲の全域における前記インターバル時間に対する基準噴射特性を記憶している記憶手段と、
前記インターバル時間に対する実際の実噴射特性データを取得する実噴射特性取得手段と、
前記インターバル時間に対する前記基準噴射特性と前記実噴射特性データとの位相差を算出する位相差算出手段と、
前記基準噴射特性を前記位相差分ずらして補正する位相補正手段と、
補正された前記基準噴射特性に基づき前記後段噴射の噴射量を補正する噴射補正手段と、
を備え、
前記基準噴射特性および前記実噴射特性データは、前記インターバル時間と前記前段噴射および前記後段噴射の合計噴射量との関係を表している、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記基準噴射特性をマップとして記憶してい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】
前記記憶手段は、前記基準噴射特性を数式として記憶してい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４】
燃料を加圧し圧送する燃料供給ポンプと、
前記燃料供給ポンプが圧送する燃料を蓄圧するコモンレールと、
前記コモンレールが蓄圧している燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
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と、
を備えることを特徴とする燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１燃焼サイクル中に多段噴射を実施する燃料噴射弁の噴射量を制御する燃料噴射制御装置およびそれを用いた燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コモンレール式の燃料噴射システムにおいては、燃焼音の低減または排気フィルタの再生等を目的として、主なトルクを発生するメイン噴射の前後にパイロット噴射およびポスト噴射等を実施する多段噴射が実施されている。
【０００３】
このように１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射する多段噴射式の燃料噴射弁においては、各段において燃料噴射弁を閉弁し噴射を終了するときに水撃作用により圧力脈動が発生する。圧力脈動の大きさは各段の噴射が終了してからの経過時間により変化するので、多段噴射において前段の噴射により圧力脈動が生じると、前段噴射に続いて噴射する後段の噴射量が、前段噴射終了から後段噴射開始までのインターバル時間に依存してばらつく。
【０００４】
そこで、出荷時等において予めインターバル時間と圧力脈動との特性を測定し、インターバル時間に対して噴射量を補正する基準補正マップを設定することが考えられる。
しかしながら、燃料噴射弁の噴射特性は燃料噴射弁毎の機差または経時変化によりばらつくので、基準補正マップにおいて設定している目標インターバル時間と実インターバル時間との間にずれが生じる。その結果、基準補正マップに基づいて目標インターバル時間における後段噴射の噴射量を補正しても、後段の噴射量が目標噴射量からずれることになる。
【０００５】
そこで、特許文献１では、多段噴射を実施したときの実噴射量を算出し、実噴射量と目標噴射量との差に基づいて機差または経時変化によるインターバル時間のずれを学習しようとしている。
【特許文献１】特開２００７−１３２３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、インターバル時間の使用範囲全域において後段噴射を実施する一部の使用範囲におけるインターバル時間のずれを学習し、学習したインターバル時間のずれを学習した一部の使用範囲に適用している。その結果、インターバル時間の使用範囲全域内の他の使用範囲においては新たにインターバル時間のずれを学習する必要がある。
【０００７】
これに対し、図７に示すように、インターバル時間の使用範囲全域の検出ポイントにおいて前段および後段の２段噴射を行って実噴射量２００を測定し、この実噴射量２００と予め単段噴射で測定しておいた前段および後段それぞれの噴射量の合計の基準噴射量２０２との差から、使用範囲の全域におけるインターバル時間に対する圧力脈動による後段噴射の噴射量の変化を学習することが考えられる。
【０００８】
前段および後段の噴射量をそれぞれ単段噴射で測定しているので、基準噴射量２０２は圧力脈動の影響を受けない噴射量である。圧力脈動による後段噴射の噴射量の変化を学習するためなら、前段と後段との噴射量を同じにし、測定した単段噴射量の２倍を基準噴射量としてもよい。この場合、実噴射量は、前段および後段で同じ噴射量を指令して２段噴射を実施した噴射量の測定値になる。
【０００９】
しかしながら、単段および２段の噴射量の測定には誤差が含まれるので、誤差を含んだ実噴射量２００と基準噴射量２０２との噴射量の差から、インターバル時間に対する圧力脈動による後段噴射の噴射量の変化を学習すると、学習精度が低くなるという問題ある。
【００１０】
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、多段噴射のインターバル時間の使用範囲全域において後段噴射の噴射量を高精度に補正する燃料噴射制御装置およびそれを用いた燃料噴射システム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】
【００１１】
本発明者は、図６の（Ａ）に示すように、指令噴射量が異なり噴射中の噴射率および燃料噴射弁（ＩＮＪ）の内部圧力が異なっても、噴射終了後の燃料噴射弁の内部圧力の変化、つまり圧力脈動の特性は、噴射終了からの経過時間に対してほぼ同一であることを見いだした。
【００１２】
そして、本発明者は、図６の（Ｂ）に示すように、多段噴射において前段噴射の終了時に発生する圧力脈動のために変化する後段（２段目）噴射の噴射量の特性は、前段噴射の噴射量が異なっても、前段噴射の噴射終了時期および後段噴射の指令噴射量が同じであればインターバル時間に対してほぼ同一であることを見いだした。図６の（Ｂ）では、前段噴射の噴射量を例えば５０ｍｍ3／ｓｔ、１０ｍｍ3／ｓｔ、２ｍｍ3／ｓｔと変化させ、後段噴射の指令噴射量を２ｍｍ3／ｓｔに設定した場合のインターバル時間に対する後段噴射の噴射量の特性を示している。つまり、機差または経時変化によるインターバル時間に対する噴射特性のばらつきは、燃料噴射弁の開閉弁遅れ時間のばらつきによるインターバル時間のばらつきのみである。よって、インターバル時間に対する噴射特性は基準となる噴射特性の位相がずれるだけである。
【００１３】
そこで、請求項１から４に記載の発明では、前段噴射と後段噴射とのインターバル時間の使用範囲全域におけるインターバル時間に対する基準噴射特性と、実際に取得したインターバル時間に対する実噴射特性データとのインターバル時間に対する位相差を算出し、算出した位相差分ずらして補正した基準噴射特性に基づき後段噴射の噴射量を補正する。
そして、基準噴射特性および実噴射特性データは、インターバル時間と前段噴射および後段噴射の合計噴射量との関係を表している。
【００１４】
これにより、基準噴射特性が高精度に測定されていれば、基準噴射特性を位相差分ずらすことにより、機差または経時変化により燃料噴射弁の噴射特性がばらついても、インターバル時間の使用範囲全域において後段噴射の噴射量を高精度に補正できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、基準噴射特性をマップとして記憶するので、マップから基準噴射特性を短時間で取得できる。
請求項３に記載の発明では、基準噴射特性を数式として記憶するので、基準噴射特性を記憶する記憶容量が小さくなる。
【００１７】
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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による燃料噴射システムを図１に示す。
（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システム１０を図１に示す。
【００１９】
蓄圧式の燃料噴射システム１０は、フィードポンプ１４、高圧ポンプ１６、コモンレール２０、圧力センサ２２、燃料噴射弁３０、電子制御装置（Electronic Control Unit;ＥＣＵ）４０等から構成されており、４気筒のディーゼルエンジン６０の各気筒に燃料を噴射する。
【００２０】
フィードポンプ１４は燃料タンク１２から燃料を吸入し燃料供給ポンプである高圧ポンプ１６に供給する。高圧ポンプ１６は、クランクシャフト６６の回転に連動する駆動シャフトによりプランジャが往復移動し、加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。ＥＣＵ４０が高圧ポンプ１６の調量弁１８に供給する電流値を制御することにより、高圧ポンプ１６が吸入行程で吸入する燃料吸入量が調量される。そして、燃料吸入量が調量されることにより、高圧ポンプ１６の燃料吐出量が調量される。
【００２１】
コモンレール２０は、高圧ポンプ１６が圧送する燃料を蓄圧しエンジン運転状態に応じた所定の高圧に燃料圧力を保持する。圧力センサ２２は、コモンレール２０の内部の燃料圧力を検出しＥＣＵ４０に出力する。
【００２２】
燃料噴射弁３０は、４気筒のディーゼルエンジン６０の各気筒に設置され、コモンレール２０が蓄圧している燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁３０は、ディーゼルエンジンの１燃焼サイクルにおいて、主なトルクを発生するメイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等を含む多段噴射を実施する。
【００２３】
図２に示すように、燃料噴射弁３０は、ノズルニードル３２に閉弁方向に燃料圧力を加える制御室１００の圧力を制御することにより燃料噴射量を制御する公知の電磁駆動式の弁である。コモンレール２０から燃料噴射弁３０の噴孔３４周囲および制御室１００に高圧燃料が供給されている。
【００２４】
制御弁３６が制御室１００と低圧側との連通を遮断している図２に示す状態では、制御室１００からノズルニードル３２に加わる燃料圧力により、ノズルニードル３２は噴孔３４を閉塞している。
【００２５】
制御弁３６が制御室１００と低圧側とを連通させると、制御室１００から低圧側に流出する燃料量がコモンレール２０から制御室１００に流入する燃料量より多くなるので、制御室１００の圧力が低下する。これにより、ノズルニードル３２はリフトし噴孔３４から燃料が噴射される。
【００２６】
図１に示すように、燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ４０に搭載されているマイクロコンピュータ５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５６、ＥＥＰＲＯＭ５８等の書換可能な不揮発性メモリ、各種入出力ポート等から構成されている。ＥＣＵ４０を実噴射特性取得手段、位相差算出手段、位相補正手段および噴射補正手段として機能させる制御プログラム、ならびにインターバル時間に対する基準噴射特性は、ＲＯＭ５４またはＥＥＰＲＯＭ５８等の記憶手段としての記憶装置に記憶されている。基準噴射特性は、マップとして記憶されていてもよいし、近似式等の数式として記憶されていてもよい。マップの場合には基準噴射特性を短時間で取得できる。数式の場合には、基準噴射特性を記憶する記憶容量が小さくなる。
【００２７】
ＥＣＵ４０は、アクセルペダルの開度（ＡＣＣ）を検出するアクセルセンサ、温度センサ、圧力センサ２２、エンジン回転数（ＮＥ）を検出するＮＥセンサ等の各種センサの検出信号からディーゼルエンジン６０の運転状態を取得する。ＥＣＵ４０は、ディーゼルエンジン６０を最適な運転状態に制御するために、取得したエンジン運転状態に基づいて調量弁１８および燃料噴射弁３０等への通電を制御する。
【００２８】
ＥＣＵ４０は、圧力センサ２２を含む各種センサから得たエンジン運転状態に応じ、多段噴射を実施する燃料噴射弁３０の各段の噴射時期および噴射量を制御する。ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁３０の噴射時期および噴射量を制御する噴射指令信号としてパルス信号を出力する。
【００２９】
ディーゼルエンジン６０のシリンダ６２内に往復移動自在に収容されているピストン６４は、燃料噴射弁３０から燃焼室１１０に噴射された燃料が燃焼し膨張することにより往復駆動される。ピストン６４はコンロッド６５を介してクランクシャフト６６に連結されている。ピストン６４が往復移動することによりクランクシャフト６６は回転する。
【００３０】
燃焼室１１０への吸気の流入は吸気弁７０の開閉により制御され、燃焼室１１０から排出される排気は排気弁７４の開閉により制御される。吸気弁７０および排気弁７４は、カムシャフト７２、７６に設けられたカムの回転により開閉駆動される。
【００３１】
（圧力脈動による噴射量の変化）
図３に示すように、多段噴射において燃料噴射弁３０が閉弁し前段噴射が終了すると、水撃作用により燃料噴射弁３０内の燃料に圧力脈動が発生する。この圧力脈動はコモンレール２０内にも伝わるので、後段噴射の噴射時期が圧力脈動の大きさにより変化する。その結果、後段噴射の噴射量が圧力脈動の大きさにより変化する。
【００３２】
また、図４に示すように、噴射指令信号である駆動電流の立ち下がり時期に対して燃料噴射弁３０の前段噴射の閉弁には閉弁遅れが発生し、駆動電流の立ち上がり時期に対して燃料噴射弁３０の後段噴射の開弁には開弁遅れが発生する。そこで、駆動電流で指令される前段噴射と後段噴射との指令インターバル時間（指令ＩＮＴ）に対し、閉弁遅れ時間Ｔｄｅ１および開弁遅れ時間Ｔｄｓ１を考慮して目標インターバル時間（目標ＩＮＴ）を設定することが必要である。目標インターバル時間は次式（１）で表される。
【００３３】
目標ＩＮＴ＝指令ＩＮＴ−Ｔｄｅ１＋Ｔｄｓ１    ・・・（１）
しかしながら、燃料噴射弁３０の機差または経時変化により、初期設定した閉弁遅れ時間Ｔｄｅ１および開弁遅れ時間Ｔｄｓ１は符号２１０、２１２に示すようにＴｄｅ２およびＴｄｓ２となりばらつくので、目標インターバル時間と実インターバル時間との間に、（ΔＩＮＴ１＋ΔＩＮＴ２）で示される時間差、つまり位相差が発生する。その結果、機差および経時変化を考慮せずに目標インターバル時間のポイント２２０で後段噴射の噴射量を補正すると、後段噴射の噴射量を補正すべき実インターバル時間のポイント２２２とは異なるポイントで補正することになる。
【００３４】
前述したように、前段噴射に対する指令噴射量が異なり噴射中の噴射率および燃料噴射弁３０の内部圧力が異なっても、圧力脈動の特性は、前段噴射終了から後段噴射開始までの間のインターバル時間に対してほぼ同一である。
【００３５】
そして、圧力脈動のために変化する後段噴射の噴射量の特性は、前段噴射の噴射量が異なっても、前段噴射の噴射終了時期および後段噴射の指令噴射量が同じであればインターバル時間に対してほぼ同一である。したがって、機差または経時変化によりインターバル時間がばらついても、インターバル時間に対する実噴射特性は基準噴射特性の位相がずれたものになるだけである。それ故、基準噴射特性と実際に測定した実噴射特性データとの位相差を算出し、位相差分ずらして補正した基準噴射特性により後段噴射の噴射量を補正すればよいと考えられる。
【００３６】
（ＥＣＵ４０の各手段）
ＥＣＵ４０のＲＯＭ５４またはＥＥＰＲＯＭ５８等は以下に説明する基準噴射特性を記憶する記憶手段として機能する。また、ＥＣＵ４０は、ＲＯＭ５４またはＥＥＰＲＯＭ５８等の記憶手段に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
【００３７】
（１）記憶手段
１燃焼サイクルにおいて、前段噴射と前段噴射に続いて噴射される後段噴射とのインターバル時間の使用範囲全域において、インターバル時間の使用範囲全域に対する後段噴射の噴射量の補正値が基準噴射特性としてＲＯＭ５４またはＥＥＰＲＯＭ５８等に記憶されている。後段噴射の噴射量の補正値は、後段噴射の噴射量を制御する駆動電流の噴射指令パルス幅の立ち下がり時期の補正値である。駆動電流の噴射指令パルス幅の立ち下がり時期が変化することにより噴射指令パルス幅の長さが変化するので、後段噴射の噴射量が変化する。基準噴射特性は、燃料噴射弁３０の出荷時において初期設定されている。
【００３８】
（２）実噴射特性取得手段
ＥＣＵ４０は、アクセルオフの無噴射減速運転中であれば学習条件が成立していると判断し、インターバル時間の使用範囲の一部において、複数のインターバル時間のポイントで前段噴射と前段噴射に続いて後段噴射を実施し、前段噴射および後段噴射の２段噴射による合計噴射量である実噴射量を測定する。ＥＣＵ４０は、２段噴射によるエンジン回転数の変化を検出し、エンジン回転数をエンジントルクに換算し、さらに噴射量に換算して実噴射量を測定する。ＥＣＵ４０は、インターバル時間のポイント毎に測定した実噴射量から、後段噴射の噴射量を制御する駆動電流の噴射指令パルス幅の立ち下がり時期の補正値を測定ポイント毎に算出し、実噴射特性データとして取得する。
【００３９】
（３）位相差算出手段
ＥＣＵ４０は、基準噴射特性と実噴射特性データとの位相差を算出する。
（４）位相補正手段
ＥＣＵ４０は、算出した位相差分、実噴射特性データ側に基準噴射特性をずらして基準噴射特性を補正する。
【００４０】
（５）噴射補正手段
ＥＣＵ４０は、位相差分ずらして補正された基準噴射特性に基づいて後段噴射の噴射量を補正する。
【００４１】
（インターバル時間の位相差学習）
次に、インターバル時間に対する基準噴射特性と実噴射特性との位相差学習について図５に基づいて説明する。図５において「Ｓ」はステップを表している。図５に示す学習ルーチンは、ディーゼルエンジン６０の運転中において常時実行される。
【００４２】
Ｓ３００においてＥＣＵ４０は、位相差の学習条件として、アクセルオフ時の無噴射減速運転中であるかを判定する。学習条件が成立していない場合、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
【００４３】
学習条件が成立している場合、ＥＣＵ４０は、インターバル時間のポイント毎に前段噴射に続いて後段噴射を実施し、前段および後段の合計噴射量を実噴射量として測定する。そして、ＥＣＵ４０は、インターバル時間のポイント毎に測定した実噴射量から、後段噴射の噴射量を制御する駆動電流の噴射指令パルス幅の立ち下がり時期の補正値を測定ポイント毎に算出し、実噴射特性データとして取得する。
【００４４】
Ｓ３０４においてＥＣＵ４０は、ＲＯＭ５４またはＥＥＰＲＯＭ５８に記憶されている基準噴射特性と取得した実噴射特性データとの位相差を算出する。
Ｓ３０６においてＥＣＵ４０は、算出した位相差分、基準噴射特性を実噴射特性データ側にずらして補正し、本ルーチンを終了する。
【００４５】
ＥＣＵ４０は、位相差分ずらした基準噴射特性に基づき、多段噴射を実施するときの後段噴射の噴射量を補正する。
以上説明したように、本実施形態では、機差または経時変化によりインターバル時間がばらついても、インターバル時間に対する基準噴射特性のずれは、オフセット方向、周期、振幅、等のずれではなく位相方向だけであることに着目した。そして、インターバル時間の使用範囲全域におけるインターバル時間に対する基準噴射特性を実噴射特性データとの位相差分だけずらし、後段噴射量を補正することにより、インターバル時間の使用範囲全域において、高精度に後段噴射の噴射量を補正できる。
【００４６】
［他の実施形態］
上記実施形態では、後段噴射に対する噴射指令信号の立ち下がり時期を補正して噴射パルス幅を補正することにより後段噴射の噴射量を補正した。これに対し後段噴射に対する噴射指令信号のパルス幅を変更せず、噴射時期だけを補正することにより後段噴射の噴射量を補正してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、インターバル時間に対する後段噴射の噴射量の補正値を基準噴射特性および実噴射特性データとして採用した。これに対し、インターバル時間に対する前段噴射および後段噴射の合計噴射量を基準噴射特性および実噴射特性データとして採用してもよい。
【００４８】
また、多段噴射において前段噴射と後段噴射とをどのように組み合わせてもよい。
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る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。
【図２】燃料噴射弁の構成を示す模式的断面図。
【図３】圧力脈動の発生を説明する説明図。
【図４】インターバル時間のずれを説明するタイムチャート。
【図５】位相差学習ルーチンを示すフローチャート。
【図６】（Ａ）は噴射終了後の経過時間と噴射率および燃料噴射弁内の圧力との関係を示し、（Ｂ）はインターバル時間と後段噴射の噴射量との関係を示すタイムチャート。
【図７】使用範囲全域で測定したインターバル時間と噴射量との関係を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００５０】
１０：燃料噴射システム、１６：高圧ポンプ（燃料供給ポンプ）、２０：コモンレール、３０：燃料噴射弁、４０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、記憶手段、実噴射特性取得手段、位相差算出手段、位相補正手段、噴射補正手段）、５４：ＲＯＭ（記憶手段）、５８：ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）、６０：ディーゼルエンジン（内燃機関）
【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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