(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の個体差及び経年劣化に影響を受けずに、燃料噴射量の高精度な制御を実現可能とする燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】燃料噴射弁の通電時間を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁の静的噴射量を推定する静的噴射量推定手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期を推定する開弁時期推定手段と、前記開弁時期及び静的噴射量に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量と前記通電時間との関係に基づき、エンジンの運転状態に応じて要求される燃料噴射量に応じた通電時間を設定する通電時間設定手段とを備える。【選択図】図２
2013155701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁の通電時間を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁の静的噴射量を推定する静的噴射量推定手段と、
前記燃料噴射弁の開弁時期を推定する開弁時期推定手段と、
前記開弁時期及び静的噴射量に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、
前記燃料噴射量と前記通電時間との関係に基づき、エンジンの運転状態に応じて要求される燃料噴射量に応じた通電時間を設定する通電時間設定手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記静的噴射量推定手段は、前記エンジンの特定気筒に対応する前記燃料噴射弁の通電時間を変化させた時に得られる空燃比及び吸入空気量の実測値を基に燃料噴射量を算出し、その算出結果と通電時間との関係から前記静的噴射量を推定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】
前記開弁時期推定手段は、外部の振動センサから入力される信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を推定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】
前記静的噴射量推定手段及び前記開弁時期推定手段は、エンジンの暖気完了後のアイドリング状態時に前記静的噴射量の推定及び前記開弁時期の推定を行うことを特徴とする請求項１〜３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、燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、インジェクタの燃料噴射量は、ＥＣＵ(Electric Control Unit)等の制御ユニットからインジェクタに出力される駆動パルス信号のパルス幅（インジェクタの通電時間）によって制御される。従って、インジェクタの噴射特性に個体差が存在すると、制御ユニットから同一パルス幅の駆動パルス信号が複数のインジェクタに出力された場合に、それぞれのインジェクタから異なる量の燃料が噴射されてしまい、エンジン動作が不安定となる可能性がある。
【０００３】
下記特許文献１には、インジェクタ固有の噴射特性（動的噴射量及び静的噴射量など）を記憶した情報記憶素子をそのインジェクタに内蔵しておき、制御ユニットが各インジェクタに内蔵された情報記憶素子から各インジェクタの噴射特性を読み出し、それぞれの噴射特性に応じて各インジェクタに出力すべき駆動パルス信号のパルス幅を補正することにより、各インジェクタの燃料噴射量を均等化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２００９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、個々のインジェクタに情報記憶素子を取り付けなければならず、インジェクタのコストアップが懸念される。また、上記従来技術では、経年劣化によって個々のインジェクタの噴射特性が変化した場合に、エンジンの運転状態に応じて要求される燃料噴射量を精度良く得られなくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁の個体差及び経年劣化に影響を受けずに、燃料噴射量の高精度な制御を実現可能と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】
上記目的を達成するために、本発明では、燃料噴射制御装置に係る第１の解決手段として、燃料噴射弁の通電時間を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁の静的噴射量を推定する静的噴射量推定手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期を推定する開弁時期推定手段と、前記開弁時期及び静的噴射量に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量と前記通電時間との関係に基づき、エンジンの運転状態に応じて要求される燃料噴射量に応じた通電時間を設定する通電時間設定手段とを備える、という手段を採用する。
【０００８】
また、本発明では、燃料噴射制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記静的噴射量推定手段は、前記エンジンの特定気筒に対応する前記燃料噴射弁の通電時間を変化させた時に得られる空燃比及び吸入空気量の実測値を基に燃料噴射量を算出し、その算出結果と通電時間との関係から前記静的噴射量を推定する、という手段を採用する。
【０００９】
また、本発明では、燃料噴射制御装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記開弁時期推定手段は、外部の振動センサから入力される信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を推定する、という手段を採用する。
【００１０】
また、本発明では、燃料噴射制御装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記静的噴射量推定手段及び前記開弁時期推定手段は、エンジンの暖気完了後のアイドリング状態時に前記静的噴射量の推定及び前記開弁時期の推定を行う、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料噴射弁の噴射特性である静的噴射量を推定し、その推定結果に基づいて燃料噴射弁の通電時間を設定するので、燃料噴射弁の個体差及び経年劣化に影響を受けずに、燃料噴射量の高精度な制御を実現することが可能となる。
さらに、本出願人の検証により、燃料噴射弁の開弁時期と燃料噴射量との間に強い比例関係が存在することが明らかになっている（例えば特開２０１１−１４９３６４号公報参照）。本発明では、そのような開弁時期をも考慮して燃料噴射弁の通電時間を設定するので、燃料噴射量の制御精度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る燃料噴射制御装置１のブロック構成図である。
【図２】燃料噴射制御装置１のＣＰＵ１０が実施する燃料噴射制御（インジェクタ２０の通電制御）を表すフローチャートである。
【図３】４気筒エンジンの排気管に設置された空燃比センサ１３にて測定した空燃比（Ａ／Ｆ）と実時間との関係を示すグラフ（ａ）と、通電時間の変化による空燃比Ａ／Ｆの差分の変化傾向を示すグラフ（ｂ）である。
【図４】静的噴射量（Ｑｗｏｔ）の算出原理を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置１のブロック構成図である。この図１に示すように、燃料噴射制御装置１は、エンジンの燃料噴射制御及び点火制御を行うＥＣＵであり、波形整形回路２、回転数カウンタ３、Ａ／Ｄ変換器４、点火回路５、インジェクタ駆動回路６、ポンプ駆動回路７、ＲＯＭ(Read Only Memory)８、ＲＡＭ(Random Access Memory)９及びＣＰＵ（Central Processing Unit）１０を備えている。
【００１４】
波形整形回路２は、エンジンのクランク角度センサ１１から入力されるクランク信号を、方形波のパルス信号に波形整形して回転数カウンタ３及びＣＰＵ１０に出力する。この方形波のパルス信号（以下、クランクパルス信号と称す）は、エンジンのクランクシャフトが例えば２０°回転するのに要した時間を１周期としている。回転数カウンタ３は、波形整形回路２から入力されるクランクパルス信号に基づいてエンジン回転数を算出し、その算出結果をＣＰＵ１０に出力する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器４は、エンジンのエアフローセンサ１２、空燃比センサ１３、ノックセンサ１４、吸気圧センサ１５、吸気温センサ１６、スロットル開度センサ１７及び冷却水温センサ１８から入力される各種のアナログ信号を、それぞれデジタル信号（吸入空気量、空燃比、シリンダブロックの振動波形、吸気圧、吸気温、スロットル開度、冷却水温を示す信号）に変換してＣＰＵ１０に出力する。
【００１６】
点火回路５は、ＣＰＵ１０から入力される点火指令信号に応じて、点火用電圧信号を点火コイル１９の１次巻線に出力する。インジェクタ駆動回路６は、ＣＰＵ１０から入力される燃料噴射指令信号に応じて、所定パルス幅の駆動パルス信号を生成してインジェクタ２０（燃料噴射弁）に出力する。ポンプ駆動回路７は、ＣＰＵ１０から入力される燃料供給指令信号に応じて、燃料ポンプ２１を駆動するためのポンプ駆動信号を生成して燃料ポンプ２１に出力する。
【００１７】
ＲＯＭ８は、ＣＰＵ１０によって実行されるエンジン制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ９は、ＣＰＵ１０がエンジン制御プログラムに従って各種処理を実行する際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。
【００１８】
ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ８に記憶されているエンジン制御プログラムに従い、波形整形回路２から入力されるクランクパルス信号と、回転数カウンタ３から得られるエンジン回転数と、Ａ／Ｄ変換器４から得られる吸入空気量、空燃比、シリンダブロックの振動波形、吸気圧、吸気温、スロットル開度、冷却水温とに基づいて、燃料噴射制御（インジェクタ２０及び燃料ポンプ２１の通電制御）と点火制御（点火コイル１９の通電制御）を行う。
【００１９】
また、詳細は後述するが、ＣＰＵ１０は、エンジン制御プログラムの実行によって実現される機能として、インジェクタ２０の静的噴射量を推定する静的噴射量推定部１０ａと、インジェクタ２０の開弁時期を推定する開弁時期推定部１０ｂと、開弁時期及び静的噴射量に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定部１０ｃと、燃料噴射量と通電時間との関係に基づき、エンジンの運転状態に応じて要求される燃料噴射量に応じた通電時間を設定する通電時間設定部１０ｄとを備えている。
【００２０】
次に、上記のように構成された燃料噴射制御装置１の動作について説明する。
図２は、燃料噴射制御装置１のＣＰＵ１０が実施する燃料噴射制御（インジェクタ２０の通電制御）を表すフローチャートである。なお、ＣＰＵ１０は、エンジン運転中において、図２に示す「ＳＴＡＲＴ」から「ＥＮＤ」までの一連の処理を一定周期で繰り返し実行するものである。
【００２１】
図２に示すように、まず、ＣＰＵ１０は、現在のエンジン運転状態が暖気完了後のアイドリング状態か否かを判定し（ステップＳ１）、「Ｎｏ」の場合には「ＥＮＤ」に移行する一方、「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ２に移行する。具体的には、ＣＰＵ１０は、例えばエンジン回転数Ｎｅが７００±２０（ｒｐｍ）であって、且つ冷却水温Ｔｗが９０°Ｃ以上であった場合に、現在のエンジン運転状態が暖気完了後のアイドリング状態であると判断する。
【００２２】
ＣＰＵ１０の静的噴射量推定部１０ａは、上記ステップＳ１にて「Ｙｅｓ」の場合、特定気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間（特定気筒に対応するインジェクタ２０に出力する駆動パルス信号のパルス幅）を変化させ(ステップＳ２)、その時の吸入空気量及び空燃比をＡ／Ｄ変換器４から取得し（ステップＳ３）、その取得した空燃比と吸入空気量、つまり空燃比と吸入空気量の実測値から燃料噴射量を算出する（ステップＳ４）。
【００２３】
図３（ａ）は、４気筒エンジンの排気管に設置された空燃比センサ１３にて測定した空燃比（Ａ／Ｆ）と実時間との関係を示すグラフである。図中の４本の曲線は、各気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間のみを変化させた時の空燃比の変化傾向を示している。つまり、１番気筒に対応する曲線（ＩＮＪ＃１）に着目すると、１番気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間のみが他の気筒のものと異なる場合を示している。
【００２４】
なお、この図では、４本の曲線（１番気筒に対応する曲線ＩＮＪ＃１、２番気筒に対応する曲線ＩＮＪ＃２、３番気筒に対応する曲線ＩＮＪ＃３、４番気筒に対応する曲線ＩＮＪ＃４）を、時間の先頭を１番気筒の吸気行程に固定して１サイクル区間のみの変動に整理している。また、グラフの下には、時間に対応した各気筒（１番気筒ＣＹＬ＃１、２番気筒ＣＹＬ＃２、３番気筒ＣＹＬ＃３、４番気筒ＣＹＬ＃４）の４行程と点火時期を示している。
【００２５】
この図によると、インジェクタ２０の通電時間を変化させる気筒をずらすと、空燃比の変化傾向が位相差を持ってずれることがわかる。この位相差の発生順序を燃焼行程（膨張行程）の点火順序と照合すると、４つの曲線における値の上昇地点の発生順序は、“１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒”であるのに対し、点火順序も、“（２番気筒）→１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒”と一致しており、点火順序と等しく空燃比が変動していることがわかる。この傾向を利用すると、排気管に１つだけ空燃比センサ１３が設置されていれば、特定気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間を変化させた場合に、そのインジェクタ２０の空燃比の情報を特定できる。
【００２６】
また、図３（ｂ）の左図に示すように、特定気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間のみを増減させると、同じタイミングで空燃比の最大値と最小値の位置が現れる。この位置の空燃比の差分（最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差分）とインジェクタ２０の通電時間（Ｔｏｕｔ）との関係を整理すると、図３（ｂ）の右図に示すような関係が得られる。このような空燃比の変化傾向を利用して、特定気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間を変化させることにより、意図的に変化させた空燃比を得ることができる。
【００２７】
そして、通電時間に応じて変化する空燃比の差分に対し、さらにその差をとると、通電時間を変化させた場合のインジェクタ２０の燃料噴射量を算出することができる。この時、燃料噴射量の算出には同じタイミングで測定した吸入空気量を用いる。なお、これらの一連の処理に空燃比の差分を用いる理由は、通常運転中でも測定タイミングによってサイクル毎の空燃比の絶対値が変動することを考慮するためである。
【００２８】
ＣＰＵ１０の静的噴射量推定部１０ａは、上記のように特定気筒に対応するインジェクタ２０の燃料噴射量を算出すると、通電時間と燃料噴射量の関係から、このインジェクタ２０の静的噴射量を推定（算出）する（ステップＳ５）。
【００２９】
図４は、静的噴射量（Ｑｗｏｔ）の算出原理を示す概念図である。この図に示すように、特定気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間を小さくすると、燃料噴射量Ｑは小さくなる。エンジン駆動状態での通電時間であれば、燃料噴射量の増減は図に示すような長方形部分の変化量として捉えることができる。よって、燃料噴射量の変化量と通電時間の差分との関係から静的噴射量（Ｑｗｏｔ）を算出することができる。
【００３０】
続いて、ＣＰＵ１０の開弁時期推定部１０ｂは、Ａ／Ｄ変換器４からデジタル信号化された振動波形（つまり、ノックセンサ１４の出力信号をデジタル信号化したもの）を取り込み（ステップＳ６）、この振動波形から特定気筒に対応するインジェクタ２０の開弁時期を推定（算出）する（ステップＳ７）。なお、ノックセンサ１４の出力信号からインジェクタ２０の開弁時期を算出する手法は、例えば特開２０１１−１４９３６４号公報に記載されている手法を用いることができる。
【００３１】
以下、このステップＳ７の処理について簡単に説明すると、開弁時期推定部１０ｂは、まず、Ａ／Ｄ変換器４から取り込んだ振動波形にバンドパスフィルタ処理（デジタルフィルタリング）及び絶対値処理を施すことにより、振動波形からインジェクタ２０の開弁動作による振動の周波数成分を抽出する。
【００３２】
そして、開弁時期推定部１０ｂは、抽出した振動波形において、駆動パルス信号のオンタイミングから一定時間経過するまでの区間ＴＳ０を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間から除外する。これは、インジェクタ２０が、駆動パルス信号のオンタイミングから一定時間経過後に開弁動作を行うためである。なお、この区間ＴＳ０の値は、インジェクタ２０の機種に応じて適宜設定すれば良い。
【００３３】
そして、開弁時期推定部１０ｂは、区間ＴＳ０の終了タイミングから駆動パルス信号のオフタイミングまでの区間を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間ＴＳとして設定し、この検出対象区間ＴＳ内において、振動波形が最大振幅値となるタイミングＴ１’を検出する。この振動波形が最大振幅値となるタイミングＴ１’には、インジェクタ２０の開弁動作による振動の伝達時間Ｔ＿Ｄが含まれている。そこで、開弁時期推定部１０ｂは、下記（１）式に基づいて、インジェクタ２０の開弁時期Ｔ１を算出する。
Ｔ１  ＝  Ｔ１’−  Ｔ＿Ｄ              …（１）
【００３４】
なお、伝達時間Ｔ＿Ｄは、エンジンの気筒毎に適宜設定すれば良い。インジェクタ２０からノックセンサ１４までの振動の伝達距離や共振の仕方は、エンジンの気筒毎に変化するため、開弁時期Ｔ１の検出精度（算出精度）を確保する上で、伝達時間Ｔ＿Ｄの設定が必要となる。
【００３５】
続いて、ＣＰＵ１０の燃料噴射量推定部１０ｃは、上記のように算出した静的噴射量及び開弁時期から特定気筒に対応するインジェクタ２０から得られる燃料噴射量の現在値を算出する（ステップＳ８）。そして、ＣＰＵ１０の通電時間設定部１０ｄは、上記のように算出した燃料噴射量の現在値から、特定気筒に対応するインジェクタ２０の通電時間と燃料噴射量との関係を導出し、その関係に基づき、エンジンの運転状態に応じて要求される燃料噴射量に応じた通電時間を設定する（ステップＳ９）。
【００３６】
以上のような本実施形態によれば、インジェクタ２０の噴射特性である静的噴射量を適時（暖気完了後のアイドリング状態時）推定し、その推定結果に基づいてインジェクタ２０の通電時間を設定するので、インジェクタ２０の個体差及び経年劣化に影響を受けずに、燃料噴射量の高精度な制御を実現することが可能となる。
さらに、本出願人の検証により、インジェクタ２０の開弁時期と燃料噴射量との間に強い比例関係が存在することが明らかになっている（例えば特開２０１１−１４９３６４号公報参照）。本実施形態では、そのような開弁時期をも考慮してインジェクタ２０の通電時間を設定するので、燃料噴射量の制御精度をより向上させることができる。
なお、インジェクタ２０の静的噴射量を暖気完了後のアイドリング状態時に推定するのは、エンジンが安定した状態の方が静的噴射量の推定精度が高いからである。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において実施形態を変更しても良いことは勿論である。例えば、上記実施形態では、ステップＳ７において（１）式を用いてインジェクタ２０の開弁時期を算出したが、開弁時期を高精度に算出可能な手法であれば、他の算出手法を採用しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１…燃料噴射制御装置、１０…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、１０ａ…静的噴射量推定部（静的噴射量推定手段）、１０ｂ…開弁時期推定部（開弁時期推定手段）、１０ｃ…燃料噴射量推定部（燃料噴射量推定手段）、１０ｄ…通電時間設定部（通電時間設定手段）、２０…インジェクタ（燃料噴射弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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