(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料ポンプから送り出される燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記検出手段からの検出信号に応じて前記インジェクタからの燃料噴射を制御するコントローラを具備してなるコモンレール式燃料噴射装置において、
前記コントローラは、前記インジェクタへの前記燃料噴射の開始指示時期から実際の前記インジェクタによる前記燃料噴射の開始時期までの開始遅れ時間と噴射初期における燃料噴射制御量との間における予め決められた関係を第１マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第１マップデータから前記開始遅れ時間に対応した前記噴射初期における燃料噴射制御量を求めるとともに、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記噴射初期における目標燃料噴射制御量を求め、前記燃料噴射制御量が前記目標燃料噴射制御量と一致するように前記インジェクタからの前記燃料噴射を制御するものであり、かつ、前記噴射初期における前記燃料噴射制御量と前記目標燃料噴射制御量とは、それぞれ初期燃料噴射率と目標初期燃料噴射率とであることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項２】
高圧燃料ポンプから送り出される燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記検出手段からの検出信号に応じて前記インジェクタからの燃料噴射を制御するコントローラを具備してなるコモンレール式燃料噴射装置において、
前記コントローラは、前記インジェクタへの前記燃料噴射の開始指示時期から実際の前記インジェクタによる前記燃料噴射の開始時期までの開始遅れ時間と噴射初期における燃料噴射制御量との間における予め決められた関係を第１マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第１マップデータから前記開始遅れ時間に対応した前記噴射初期における燃料噴射制御量を求めるとともに、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記噴射初期における目標燃料噴射制御量を求め、前記燃料噴射制御量が前記目標燃料噴射制御量と一致するように前記インジェクタからの前記燃料噴射を制御するものであり、かつ、前記噴射初期における前記燃料噴射制御量と前記目標燃料噴射制御量とは、それぞれ初期燃料噴射率の変化率と初期燃料噴射率の目標変化率とであることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射の開始時期は、前記燃料噴射に起因する圧力下降前の前記コモンレールの燃料圧力と前記コモンレールの燃料圧力の下降開始時期とに基づいて、予め決められた関係から決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項４】
前記コモンレールの燃料圧力の下降開始時期は、前記燃料噴射の前後における時間と前記コモンレールにおける燃料圧力との関係を示すグラフにおいて、前記燃料噴射に起因して下降する前記コモンレールの燃料圧力の近似下降直線と前記コモンレールの燃料圧力が下降する前の前記コモンレールの燃料圧力の下降前近似直線との交点の時間座標として求められることを特徴とする請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項５】
前記コモンレールの燃料圧力の下降開始時期は、前記燃料噴射の前後における時間と前記コモンレールにおける燃料圧力との関係を示すグラフにおいて、前記燃料噴射に起因して下降する前記コモンレールの燃料圧力の近似下降直線と前記コモンレールの燃料圧力の変化曲線との圧力偏差が最大となる時間座標として求められることを特徴とする請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項６】
前記インジェクタは、前記コモンレールから供給される燃料の一部が導入される圧力制御室、前記圧力制御室内の燃料の圧力作用に基づいて昇降して前記インジェクタの先端部に形成された燃料を噴射する噴孔を開閉する針弁、前記圧力制御室内の燃料を排出することにより前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する開閉弁、及び前記開閉弁を作動させるアクチュエータを有しており、前記アクチュエータは、前記コントローラが前記燃料噴射を指示するために出力するコマンドパルスに応答する駆動信号によって作動するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、電磁ソレノイド又は圧電素子を用いて構成されており、前記アクチュエータを作動させるための前記駆動信号は、前記電磁ソレノイドに供給される電流若しくは電圧又は前記圧電素子に印加される電圧であり、前記コントローラは、前記コモンレールの燃料圧力、前記噴射初期における前記目標燃料噴射制御量、及び前記電流又は前記電圧の間における予め決められた関係を第２マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第２マップデータから前記コモンレールの燃料圧力と前記目標燃料噴射制御量とに対応した前記電流又は前記電圧を演算するものであることを特徴とする請求項６に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記噴射初期における目標初期燃料噴射制御量と前記第１マップデータから前記開始遅れ時間に対応して求められた前記噴射初期における初期燃料噴射制御量との偏差に基づいて、前記第２マップデータに基づく演算によって求められた前記電流又は電圧を補正するものであることを特徴とする請求項７に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいて求められた目標燃料噴射量、前記コモンレールの燃料圧力、前記電流又は電圧、及び前記コマンドパルスのパルス幅の間における決め求められた関係を第３マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第３マップデータから、前記目標燃料噴射量が達成されるように、前記コモンレールの燃料圧力と前記第２マップデータに基づく演算によって求められた前記電流又は電圧とに対応した前記コマンドパルスのパルス幅を演算するものであることを特徴とする請求項７又は８に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，コモンレールから供給される燃料の圧力作用に基づいて，燃料をエンジンの燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，エンジンの燃料噴射装置として，コモンレールに貯留された燃料を複数のインジェクタに供給し，燃料の一部を作動流体として利用してインジェクタを作動させると共に，かかる各インジェクタの作動によってコモンレールから供給された燃料を，インジェクタの先端に形成された噴孔からエンジンの燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。
【０００３】
図５には，上記のコモンレール式燃料噴射装置の一例が概略化されて示されている。燃料タンク４からフィルタ５を経てフィードポンプ６によって吸い上げられて所定の吸入圧力に加圧された燃料は，燃料管７を通じて高圧燃料ポンプ８に送られる。高圧燃料ポンプ８は，例えばエンジンによって駆動される，所謂，プランジャ式のサプライポンプであり，燃料を運転状態等に基づいて定められる高圧に昇圧し，昇圧された燃料を燃料管９を通じてコモンレール２に供給する。所定圧力に昇圧された状態でコモンレール２に貯留された燃料は，燃料供給管３を通じて，複数のインジェクタ１に供給される。図示のエンジンは，６気筒エンジンであり，６つの気筒（図示せず）には，その内部に形成される燃焼室にそれぞれ燃料を噴射するインジェクタ１が配設されている。なお，エンジンは，図示の６気筒に限らず，４気筒でもよいことは明らかである。
【０００４】
高圧燃料ポンプ８からリリーフされた燃料は，戻し管１０を通じて燃料タンク４に戻される。また，コモンレール２からインジェクタ１に供給された燃料のうち，燃焼室への噴射に費やされなかった燃料は，戻し管１１を通じて燃料タンク４に戻される。コントローラ１２には，各種のセンサ，即ち，エンジン回転数を検出するためのクランク角度センサ，エンジン負荷としてのアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ，高圧燃料の温度を検出する燃料温度センサ等の各種センサからの信号が入力される。その他のエンジンの運転状態を検出するためのセンサとしては，吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ，冷却水温度を検出するための水温センサ等がある。また，コントローラ１２には，コモンレール２に設けられている圧力センサ１３が検出したコモンレール２内の燃料圧力（以下，コモンレール圧力という）の検出信号が送られる。
【０００５】
コントローラ１２は，これらの信号に基づいて，エンジン出力がその運転状態に即した最適なものになるように，例えば，燃料が最適な噴射時期に最適な燃料噴射量でもって対応する燃焼室に噴射されるように，燃料の噴射時期や噴射量を含むインジェクタ１による燃料噴射を制御する。インジェクタ１から噴射される燃料の噴射圧はコモンレール圧力に略等しい。燃料噴射量は，噴射期間と噴射圧力とによって決定されるが，噴射圧力は，流量制御弁１４によって制御されるコモンレール２への高圧燃料の送出し量によって制御される。インジェクタ１からの燃料の噴射でコモンレール２内の燃料が消費された場合や，燃料噴射量を変更する場合に，コントローラ１２は，コモンレール圧力が所定の圧力となるように，流量制御弁１４を制御して高圧燃料ポンプ８からコモンレール２への燃料の送出し量を制御する。コモンレール燃料噴射装置それ自体は，従来公知のものであり，これ以上の詳細な説明を省略する。
【０００６】
このコモンレール式燃料噴射装置において用いられるインジェクタ１の概略図が，図６に示されている。インジェクタ１は，インジェクタ本体２１と，インジェクタ本体２１に取り付けられ且つ内部に形成された中空穴２３内を摺動自在な針弁２４を有するノズル２２とを備えている。コモンレール２から燃料供給管３を通じて各インジェクタ１に供給された燃料は，インジェクタ本体２１の内部に形成された燃料通路３１，３２と燃料溜まり３３，及び中空穴２３内において針弁２４の周囲の通路を満たしており，ノズル２２の先端に形成された噴孔２５が針弁２４のリフトによって開いたとき，噴孔２５から燃焼室内に噴射される。ノズル２２の先端部にはサック部２６が形成されており，噴孔２５はサック部２６に開口している。針弁２４の先端部に形成されたテーパ部２７が，ノズル２２のテーパ面２８に着座するか又はテーパ面２８からリフトすることにより，噴孔２５からの燃料の噴射が遮断又は実行される。
【０００７】
針弁２４のリフトを制御するために，インジェクタ１には圧力制御室式の針弁リフト機構が設けられている。即ち，コモンレール２から供給される高圧燃料の一部は，燃料通路３１から分岐した燃料通路３５，通路断面の狭い燃料通路３６を通じてインジェクタ１の内部に形成された圧力制御室４０に供給される。また，インジェクタ１のヘッド部には，圧力制御室４０への作動流体の流出を制御する電子デバイスとしての電磁弁１５が設けられており，コントローラ１２は，エンジンの運転状態に応じて電磁弁１５を制御して，圧力制御室４０内における作動流体の圧力状態を，導入した高圧燃料による高圧状態，又は圧力制御室４０内の圧力を解放した低圧状態に制御する。コントローラ１２からの制御信号としての駆動信号が電磁弁１５のソレノイド３８に送られる。電磁弁１５は，アーマチュア３９の先端がリーク通路としての燃料路４１の出口側開口部を開閉する開閉弁４２を構成している。ソレノイド３８が励磁されると，アーマチュア３９が上昇して，圧力制御室４０内の燃料が開弁した開閉弁４２を通じて排出されることにより，圧力制御室４０内の高圧の燃料圧が解放される。開閉弁４２は，燃料路４１の出口側開口部を開閉する形式の弁であるが，燃料路４１を貫通する弁ステム部と，弁ステム部の端部に設けられ且つ燃料路４１の入口側開口部に形成された弁シートに着座可能な弁フェースが形成されたた弁傘部とから成るポペット弁としてもよい。
【０００８】
インジェクタ１のインジェクタ本体２１に形成された中央中空穴４３内には，コントロールピストン４４が昇降可能に設けられている。図示の例では，コントロールピストン４４は針弁２４と一体に形成されているが，互いに追従するように付勢された別体で構成してもよい。電磁弁１５の作動時に低下した圧力制御室４０内の圧力に基づいてコントロールピストン４４に働く押下げ力よりも，燃料溜まり３３に臨むテーパ面３４及び針弁２４の先端部に作用する燃料圧に基づいてコントロールピストン４４を押し上げる力が勝るため，コントロールピストン４４は上昇する。その結果，針弁２４がリフトして，噴孔２５から燃料が噴射される。燃料噴射量は，燃料流路内の燃料圧と針弁２４のリフト（リフト量，リフト期間）とによって定められる。
【０００９】
上記のような，インジェクタ１を作動させるための作動流体をコモンレール２に貯溜された高圧燃料とし，コモンレール２から各インジェクタ１に供給された高圧燃料の一部をインジェクタ１に形成された圧力制御室（バランスチャンバ）４０に導入して，圧力制御室４０における圧力作用に基づいてインジェクタ１に設けられた針弁２４を昇降させて，噴孔２５から燃料を噴射する圧力バランス式（以下，コモンレール式）燃料噴射装置は，例えば，特開昭５９−１６５８５８号公報，特開昭６２−２８２１６４号公報に開示されている。
【００１０】
ところで，エンジン，特にディーゼルエンジンにおいては，インジェクタ１からの初期の燃料噴射，即ち，初期燃料噴射量，初期燃料噴射率，及びその変化率は，エンジンの運転状態に大きな影響を及ぼすことが知られている。例えば，インジェクタ１からの初期噴射量が多いと，燃焼初期に着火する燃料量が増加して燃焼初期の熱発生率が高くなり，その結果，エンジン騒音が大きくなったり，排気ガス特性に好ましくない影響を生じることがある。また，初期燃料噴射量の時間微分としての初期燃料噴射率，更にその時間微分としての燃料噴射率の変化率も，燃焼室内での燃焼初期の着火態様に影響を与え，延いてはエンジン騒音や排気ガス特性に影響が及ぶ。しかしながら，実際の噴射初期における燃料噴射量，燃料噴射率，及びその変化率がどの程度であるのかを簡単な機構で且つ低コストで知ることができず，実車においては，安定した燃料噴射率等の制御が困難であるという問題がある。
【００１１】
近年，インジェクタからの燃料噴射量を計測するのに，図７の要部斜視図に示すような，インジェクタ１の燃料供給管３がインジェクタ本体２１に接続されるインレットコネクタ通路部に配設されたマイクロタービン５０と，このマイクロタービン５０の回転数を検出する光学系センサ機構を備えた計測装置が提案されている。マイクロタービン５０を構成する回転羽根５１は，その一部が燃料供給路中に配置されているので，燃料供給路を流れる燃料によって回転される。光源から送られる光５２が，回転羽根５１に断続的に遮られることにより得られる出力光パルス５３が検出器で検出される。マイクロタービン５０の回転羽根５１の最外周での周速Ｖは，タービン回転数をｎ，タービン半径をＲとすると，Ｖ＝２πｎＲで与えられる。周速Ｖは，流体の平均速度に等しいことから，回転数ｎと時間とを測定することにより，燃料流量を知ることができる。また，燃料流量を時間微分することにより燃料噴射率を検出することができる。
【００１２】
しかしながら，マイクロタービン５０は極めて小型のタービンであり，製作精度，及び測定精度等の精度を確保することが困難であり，また，光学系センサを用いるため，コスト上昇が避けられない。更に，マイクロタービン５０は，高圧燃料の流路内に配設されるため燃料の流れに対して抵抗となり，燃料噴射特性に圧影響を及ぼすことが懸念される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって，噴射初期における燃料噴射量，燃料噴射率及びその変化率のような燃料噴射制御量についての情報を，新たな部品を用いた測定によって得るのではなく，既存のエンジンの運転状態に関するセンサからの検出結果のコントローラによる計算処理で得て，噴射初期における燃料噴射諸量のフィードバック制御を可能とする点で解決すべき課題がある。また，インジェクタの個体間の特性にバラツキに起因して噴射初期における燃料噴射諸量にバラツキを生じている場合にも，個々のインジェクタの燃料噴射諸量を検出して，初期燃料噴射のフィードバック制御を可能とする点で解決すべき課題がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，各インジェクタごとの噴射初期における燃料噴射制御量を検出して，各インジェクタについて初期燃料噴射諸量のフィードバック制御を行うことにより，噴射初期における任意な且つ安定化した燃料噴射制御を可能としてエンジン性能の安定化を図ると共に，個々のインジェクタの燃料噴射特性のバラツキを防止して，コモンレール式燃料噴射装置の製造上のバラツキの許容幅を広く取ることによるコストの低減を図ることをも可能にするコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１５】
前記目的を達成するためこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置は、高圧燃料ポンプから送り出される燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ、エンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記検出手段からの検出信号に応じて前記インジェクタからの燃料噴射を制御するコントローラを具備してなるコモンレール式燃料噴射装置において、前記コントローラは、前記インジェクタへの前記燃料噴射の開始指示時期から実際の前記インジェクタによる前記燃料噴射の開始時期までの開始遅れ時間と噴射初期における燃料噴射制御量との間における予め決められた関係を第１マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第１マップデータから前記開始遅れ時間に対応した前記噴射初期における燃料噴射制御量を求めるとともに、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記噴射初期における目標燃料噴射制御量を求め、前記燃料噴射制御量が前記目標燃料噴射制御量と一致するように前記インジェクタからの前記燃料噴射を制御するものであることを特徴とする。
【００１６】
このコモンレール式燃料噴射装置によれば，コントローラは，検出信号に基づいて噴射初期における目標燃料噴射制御量を求める。一方，インジェクタへの燃料噴射の開始指示時期から実際のインジェクタによる燃料噴射の開始時期までの開始遅れ時間と噴射初期における燃料噴射制御量との間には一定の関係が存在することがわかったので，その予め決められた関係を第１マップデータとして記憶しており，開始遅れ時間に対応した噴射初期における燃料噴射制御量を第１マップデータから求める。燃料噴射制御量が目標燃料噴射制御量と一致するように前記インジェクタからの燃料噴射を制御する。開始遅れ時間は，コモンレール式燃料噴射装置に通常設けられる圧力センサの検出信号であるコモンレール圧力から求めることができるので，噴射初期における燃料噴射制御量を第１マップデータから知ることができる。したがって，エンジンの運転状態が変化して目標燃料噴射制御量が変化するのに対応して，その変化に追従した燃料噴射制御量のフィードバック制御が行われる。また，インジェクタ毎に初期燃料噴射特性のバラツキが存在していても，かかるバラツキが修正されて所定の初期燃料噴射率特性が得られる。
【００１７】
前記噴射初期における前記燃料噴射制御量と前記目標燃料噴射制御量とは、初期燃料噴射率と目標初期燃料噴射率とであるか、或いは初期燃料噴射率の変化率と初期燃料噴射率の目標変化率とであるかのいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
前記燃料噴射の開始時期は、前記燃料噴射に起因する圧力下降前の前記コモンレールの燃料圧力と前記コモンレールの燃料圧力の下降開始時期とに基づいて、予め決められた関係から決定されることを特徴とする。また、前記コモンレールの燃料圧力の下降開始時期は、前記燃料噴射の前後における時間と前記コモンレールにおける燃料圧力との関係を示すグラフにおいて、前記燃料噴射に起因して下降する前記コモンレールの燃料圧力の近似下降直線と前記コモンレールの燃料圧力が下降する前の前記コモンレールの燃料圧力の下降前近似直線との交点の時間座標として求められるか、又は前記燃料噴射に起因して下降する前記コモンレールの燃料圧力の近似下降直線と前記コモンレールの燃料圧力の変化曲線との圧力偏差が最大となる時間座標として求められるかのいずれかであることを特徴とする。
【００１９】
前記インジェクタは、前記コモンレールから供給される燃料の一部が導入される圧力制御室、前記圧力制御室内の燃料の圧力作用に基づいて昇降して前記インジェクタの先端部に形成された燃料を噴射する噴孔を開閉する針弁、前記圧力制御室内の燃料を排出することにより前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する開閉弁、及び前記開閉弁を作動させるアクチュエータを有しており、前記アクチュエータは、前記コントローラが前記燃料噴射を指示するために出力するコマンドパルスに応答する駆動信号によって作動するものであることを特徴とする。
【００２０】
前記アクチュエータは、電磁ソレノイド又は圧電素子を用いて構成されており、前記アクチュエータを作動させるための前記駆動信号は、前記電磁ソレノイドに供給される電流若しくは電圧又は前記圧電素子に印加される電圧であり、前記コントローラは、前記コモンレールの燃料圧力、前記噴射初期における前記目標燃料噴射制御量、及び前記電流又は前記電圧の間における予め決められた関係を第２マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第２マップデータから前記コモンレールの燃料圧力と前記目標燃料噴射制御量とに対応した前記電流又は前記電圧を演算するものであることを特徴とする。
【００２１】
前記コントローラは、前記噴射初期における目標初期燃料噴射制御量と第１マップデータから前記開始遅れ時間に対応して求められた前記噴射初期における初期燃料噴射制御量との偏差に基づいて、前記第２マップデータに基づく演算によって求められた前記電流又は電圧を補正するものであることを特徴とする。この補正によって、初期燃料噴射制御量が目標初期燃料噴射制御量に一致するように、前記インジェクタのアクチュエータへの前記電流又は電圧が補正される。即ち、初期燃料噴射量、初期燃料噴射率、又はその変化率が不足している場合には、前記電流又は電圧を増加する方向に電流・電圧を強めるように制御し、インジェクタの構造から言えば、圧力制御室からの燃料圧力の解放を早めて針弁のリフトを早め、その結果、インジェクタからの燃料噴射の開始遅れ時間が少なくなる方向に制御される。
【００２２】
前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいて求められた目標燃料噴射量、前記コモンレールの燃料圧力、前記電流又は電圧、及び前記コマンドパルスのパルス幅の間における決め求められた関係を第３マップデータとして記憶するようにした記憶手段を有しており、該記憶手段により記憶されている前記第３マップデータから、前記目標燃料噴射量が達成されるように、前記コモンレールの燃料圧力と前記第２マップデータに基づく演算によって求められた前記電流又は電圧とに対応した前記コマンドパルスのパルス幅を演算するものであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下，図１〜図４を参照して，この発明によるエンジンのコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。コモンレール式燃料噴射装置の概要は，図５及び図６に示した装置をそのまま用いることができるので，再度の詳細な説明を省略する。図５及び図６に示したような構造を有するコモンレール式燃料噴射装置においては，次の式〔１〕が成立している。
【数１】
0003855473.tif 000002
ここで，Ｐｃｒ−ＰｃｃをΔＰと置くと，式〔１〕は式〔２〕で表される。
【数２】
0003855473.tif 000003
【００２４】
一方，コマンドパルス通電開始，即ち，インジェクタのアクチュエータである電磁弁開弁開始から，実際にインジェクタの噴孔から燃料が噴射開始されるまでの開始遅れ時間をＴとして，圧力制御室の圧力降下割合が一定であると仮定すると，制御理論上，次の式〔３〕が成り立つ。
【数３】
0003855473.tif 000004
【００２５】
圧力制御室４０に関して，針弁２４の開弁前の連続式は，次の式で示される。即ち，圧力制御室４０内の流体の連続に関する式として，コモンレールからの燃料供給管３及び燃料路３５，３６を通じて流入する燃料量と，燃料路４１を通じて流出する燃料量との差として定められるから，次の式〔４〕が成り立つ。
【数４】
0003855473.tif 000005
数式〔３〕及び数式〔４〕から次の数式〔５〕が得られる。
【数５】
0003855473.tif 000006
【００２６】
次に，針弁２４の開弁後における圧力制御室４０に関する燃料の連続の式において，体積圧縮分を無視できると仮定すると，針弁のリフト速度（ｄｘ／ｄｔ）は，次の数式〔６〕で表される。
【数６】
0003855473.tif 000007
数式〔５〕を数式〔６〕に代入すると，次の数式〔７〕が得られる。
【数７】
0003855473.tif 000008
【００２７】
次に，サック部２６に関する連続式は，体積圧縮分を無視できると仮定した場合，次の式〔８〕で示される。
【数８】
0003855473.tif 000009
ここで，式〔８〕の左辺第２項はノズル２２の噴孔２５からの単位時間当たりの流出流量，即ち，燃料噴射率を示している。式〔８〕を噴射率項について解くと，次の式〔９〕が得られる。
【数９】
0003855473.tif 000010
ここで，サック部２６の入口側開口面積Ａ’i n は，針弁２４のリフト量の関数であり，その関係は，次の式〔１０〕で示される。なお，θは，針弁２４のテーパ部２７のシート角である。
【数１０】
0003855473.tif 000011
【００２８】
初期燃料噴射量を噴射開始から時間ｔまでの燃料噴射量と定義して，サック部２６の入口側開口面積Ａ’i n の代表面積としてその時間ｔで面積を取ると，式〔１０〕は，次の式〔１１〕となる。
【数１１】
0003855473.tif 000012
【００２９】
以上の式〔７〕及び式〔１１〕を式〔９〕に代入すると，次の式〔１２〕となる。
【数１２】
0003855473.tif 000013
サック部２６は，圧力が比較的低いところであり，コモンレール圧力項が支配的であるので，平方根内の圧力項はコモンレール圧力で代表できる。式〔１２〕で得られる燃料噴射率は，噴射開始から時間ｔ内での平均燃料噴射率に相当する。したがって，初期燃料噴射率は，次の式〔１３〕となる。
【数１３】
0003855473.tif 000014
また，式〔１２〕をｔで除したものが，燃料噴射率の傾きとなる。
以上のようにして，インジェクタへの燃料噴射開始指示時期から実際の燃料噴射開始までの開始遅れ時間を知ることで，初期燃料噴射量，初期燃料噴射率，及び初期燃料噴射率の変化率を知ることができると言える。
【００３０】
ところで，数式〔７〕の左辺は，針弁２４のリフト速度を表しており，噴孔２５が開口される速度を表している。数式〔７〕の右辺は，開始遅れ時間Ｔとコモンレール圧力以外は，圧力制御室の容積，燃料の体積弾性率，針弁最大面積，針弁シート面積，及び設定ばね力であって既知のものである。コモンレール圧力は，センサにて容易に知ることができるものである。したがって，針弁２４のリフト速度，即ち，初期燃料噴射率は，開始遅れ時間Ｔから間接的に知ることができる。このことは，実際のエンジンの初期燃料噴射率を実験で求めた場合に，図４に示すように，開始遅れ時間Ｔが長くなればなるほど，初期燃料噴射率が小さくなる（即ち，初期燃料噴射率の変化率ｋ，即ち，燃料噴射率ｑの初期の部分の傾斜が緩やかであるという結果と良く一致している）。
【００３１】
図４は，コマンドパルスに応答したコモンレール圧力及び燃料噴射率の変化を示すグラフである。図４において，コマンドパルスが立ち下がる時刻ｔ0 は，インジェクタ１に対する燃料噴射の開始指示時期を示している。開始遅れ時間Ｔの後の時刻ｔS においてインジェクタ１から実際に燃料噴射が開始される。開始遅れ時間Ｔより短い開始遅れ時間Ｔ1 （実際の噴射開始時刻ｔ1 ）に対しては，初期燃料噴射率（燃料噴射率ｑの噴射初期の部分）とその変化率ｋ1 とは大きな値を示し，したがって，噴射開始時期から一定時期までの間に噴射される初期燃料噴射量も変化率ｋ1 に比例した大きな値となることが分かる。また，開始遅れ時間Ｔより長い開始遅れ時間Ｔ2 （実際の噴射開始時刻ｔ2 ）に対しては，初期燃料噴射率とその変化率ｋ2 とは小さい値を示しており，したがって，噴射開始時期から一定時期までの間に噴射される初期燃料噴射量も変化率ｋ2 に比例した少ない値となることが分かる。このように，開始遅れ時間Ｔと，初期燃料噴射量，初期燃料噴射率及びその変化率とは互いに関係があり，これらの関係は予め実験等から決定されてマップデータ（第１マップデータ）としてコントローラのＲＯＭに記憶されている。
【００３２】
インジェクタのアクチュエータへの駆動信号を制御するコマンドパルスの立ち下がり時期から実際の燃料噴射開始時期までの開始遅れ時間Ｔを知る方法については，本出願人が既に出願している方法がある（特願平９−２７７９７４号）。この方法によれば，図４を参照すると，燃料噴射に基づくコモンレール圧力が低下を開始してから最初の極小値（時間ｔ4 ）をとるまでの変化曲線の近似直線Ｌｄを求め，この近似直線Ｌｄとコモンレール圧力が低下を開始する前の下降前近似直線（平均圧力）Ｌｐとの交点の時間座標ｔ3 としてコモンレール圧力低下開始時期を求め，低下開始前のコモンレールの平均圧力Ｌｐとこのコモンレール圧力低下開始時期ｔ3 とに基づいて，予め実験等で求められている関数関係によって，コマンドパルスの立ち下がり時期ｔ0 から燃料噴射開始時期ｔs までの開始遅れ時間Ｔが求められている。図４では，変化曲線の下降近似直線Ｌｄは，コモンレール圧力Ｐｃｒが最初の極小値をとるまでの曲線の変曲点における接線として求められているが，この他にも，例えば，コモンレール圧力Ｐｃｒが降下を開始する前の所定の時間からコモンレール圧力Ｐｃｒが最初の極小値をとるまでの圧力曲線の最小二乗法による近似直線であってもよい。このとき，コモンレール圧力低下開始時期は，コモンレール圧力の変化曲線と下降近似直線との圧力偏差の最大値となる時点として求められる。
【００３３】
開始遅れ時間Ｔから，初期燃料噴射量，初期燃料噴射率，及び初期燃料噴射率の変化率を求めることができると，それらを初期燃料噴射制御量としてフィードバック制御が可能になる。図１及び図２は，初期燃料噴射量を初期燃料噴射制御量とした初期燃料噴射のフィードバック制御の一例を示しており，図１はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における初期燃料噴射量のフィードバック制御を示すフローチャートであり，図２は制御内容を示すブロック線図である。エンジンの運転状態を検出するセンサは，エンジンの回転数センサとアクセルペダル踏込み量のようなアクセル開度を検出する負荷センサを含んでおり，回転数センサがエンジンの回転数Ｎｅを，負荷センサがエンジンへの負荷Ａｃを検出する（ステップ１，以下Ｓ１と略す）。エンジンの回転数Ｎｅ，エンジンへの負荷Ａｃ及び目標燃料噴射量Ｑ0 （全噴射期間に渡る目標燃料噴射量）の間の関係が予めマップＡとして決められており，各センサが検出したエンジンの回転数Ｎｅとエンジンへの負荷Ａｃとに対応した噴射すべき目標燃料噴射量Ｑ0 が，マップＡから求められる（Ｓ２）。エンジン回転数Ｎｅ，マップＡに基づいて求められた目標燃料噴射量Ｑ0 とに対応する目標コモンレール圧力Ｐｆが，予め決められたマップＢから求められる。目標コモンレール圧力Ｐｆは，ポンプコントローラへ入力され，実際にコモンレール圧力が目標コモンレール圧力Ｐｆになるように高圧燃料ポンプ８及び流量制御弁１４を制御している。
【００３４】
目標燃料噴射量Ｑ0 ，エンジン回転数Ｎｅ，及び目標初期燃料噴射量Ｑｉ0 の間の関係が，エンジンの騒音や，ＥＧＲが実行できないときに対応したスモークや燃費の観点から，マップＣとして予め決められている。算出された目標燃料噴射量Ｑ0 ，及び検出されたエンジン回転数Ｎｅに対応した目標初期燃料噴射量Ｑｉ0 がマップＣに基づいて決定される（Ｓ３）。初期燃料噴射量Ｑi がＳ３で求められた目標初期燃料噴射量Ｑｉ0 になるように，インジェクタ１のアクチュエータに供給されるプルイン電圧Ｖｐ又はプルイン電流Ｉｐの大きさが，予め決められたマップＤによって求められる（Ｓ４）。マップＤは，この発明による第２マップデータである。プルイン電圧Ｖｐはアクチュエータが圧電素子の場合に求められ，プルイン電流Ｉｐはアクチュエータが電磁ソレノイドの場合に求められる。
【００３５】
Ｓ４において，プルイン電圧Ｖｐ（又はプルイン電流Ｉｐ，以下同じ）が求められると，トータルとしての燃料噴射量Ｑが目標燃料噴射量Ｑ0 と異なる可能性があるので，燃料噴射量Ｑが目標燃料噴射量Ｑ0 となるように，目標コモンレール圧力Ｐｆをパラメータとした目標燃料噴射量Ｑ0 ，コマンドパルス幅Ｐｗ，及びプルイン電圧Ｖｐの予め決められた三次元マップＥに基づいて，コマンドパルス幅Ｐｗが決められる（Ｓ５）。Ｓ４で求められたプルイン電圧Ｖｐ，及びＳ５で求められたコマンドパルス幅Ｐｗでもって，インジェクタドライバが駆動されて，実際の燃料噴射処理が実行される（Ｓ６）。マップＥは，幾つかのプルイン電圧Ｖｐの値に応じて，目標燃料噴射量Ｑ0 とコマンドパルス幅Ｐｗとの二次元マップとしてもよい。
【００３６】
Ｓ６において，実際にインジェクタから燃料噴射が行われると，上述したように，コモンレール圧力の低下曲線に基づいて実際に燃料噴射が開始された時期が検出される（Ｓ７）。コマンドパルスの立ち下がり時期から燃料噴射の開始時期までの開始遅れ時間Ｔが演算される（Ｓ８）。開始遅れ時間Ｔに基づいて，実際の初期燃料噴射量Ｑｉが求められる（Ｓ９）。即ち，例えば，開始遅れ時間Ｔと初期燃料噴射量Ｑｉ（例えば，噴射開始時期から０．５ｍｓｅｃまでの期間における燃料噴射量）との関係を示すものとして，図３に示すマップデータ（この発明による第１マップデータ）が予め決められており，第１マップデータから開始遅れ時間Ｔに対応した実際の初期燃料噴射量Ｑｉが求められる。
【００３７】
Ｓ３においてマップＣによって決められた目標初期燃料噴射量Ｑｉ0 と，Ｓ９において求められた実際の初期燃料噴射量Ｑｉとの差（Ｑｉ0 −Ｑｉ）に基づいて，プルイン電圧Ｖｐの補正値が求められる〔例えば，差（Ｑｉ0 −Ｑｉ）のＰＩＤ制御による〕。求められた補正値は，マップＤに基づいて求められたプルイン電圧Ｖｐに加算されてプルイン電圧Ｖｐを補正する。プルイン電圧Ｖｐの補正により，開閉弁４２の開弁速度，即ち，針弁２４のリフト速度が変わり，初期燃料噴射量についての偏差（Ｑｉ0 −Ｑｉ）が零となるように，インジェクタ１における初期燃料噴射量が制御される。なお，図３において，電圧制御と電流制御とで示す曲線は，アクチュエータを電磁ソレノイドとした場合のプルイン電圧の電圧制御とプルイン電流の電流制御による特性を示しており，圧電素子で示す曲線は，アクチュエータを圧電素子とした場合のその圧電素子に印加する電圧の制御による特性を示している。電磁ソレノイドの場合，電流制御の方が，電圧制御よりも理論値に近く，且つ実際上も電圧昇圧手段を要せず且つコンパレータを用いることで低コストで実現できる。
【００３８】
図１〜図３では，初期燃料噴射制御量として，初期燃料噴射量を取り上げて説明したが，初期燃料噴射量に代えて，その時間微分としての初期燃料噴射率，更にその時間微分としての初期燃料噴射率の変化率を採用して初期燃料噴射のフィードバック制御を行ってもよい。即ち，図３に対応して，開始時間遅れＴと，初期燃料噴射率ｑｉ及び初期燃料噴射率の変化率ｋとの間における関係が予め実験等で求められており，コントローラにはこれらの関係がマップデータとして記憶される。この場合，マップＣは，目標燃料噴射量Ｑ0 とエンジン回転数Ｎｅとから，目標初期燃料噴射率ｑｉ0 又は初期燃料噴射率の目標変化率ｋ0 を決定するマップとなり，マップＤは，コモンレール圧力Ｐｆと目標初期燃料噴射率ｑｉ0 又は初期燃料噴射率の目標変化率ｋ0 とからプルイン電圧Ｖｐ（電流Ｉｐ）を決定するマップとなる。初期燃料噴射量の制御と同様，開始時間遅れＴを検出することにより，その開始時間遅れＴに対応した初期燃料噴射率ｑｉ又は初期燃料噴射率の変化率ｋが求められ，マップＣから求められた目標初期燃料噴射率ｑｉ0 又は初期燃料噴射率の目標変化率ｋ0 との偏差に応じて，アクチュエータへのプルイン電流Ｖｐ（プルイン電流Ｉｐ）が差分補正される。前記したコモンレール式燃料噴射装置においては，噴射初期（例えば，燃料噴射開始時点から０．５ｍｓｅｃ）までの期間の燃料噴射率が噴射時間の経過と共に直線的に増加するものであり，噴射初期の燃料噴射量，燃料噴射率及び燃料噴射率の変化率は，互いに比例関係にあるから，例えば，燃料噴射率の変化率を制御パラメータとして利用することができるので，燃料噴射量に代えて，燃料噴射率及びその変化率の観点からも燃料噴射制御が可能である。なお，圧力制御室の燃料圧力を解放することにより針弁のリフト，即ち，燃料噴射率が制御されるので，直接的には，燃料噴射率が制御されていると言える。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば，コントローラは，検出手段からの検出信号に基づいて噴射初期における目標燃料噴射量，目標燃料噴射率又はその目標変化率等の目標初期燃料噴射制御量を求め，噴射開始遅れ時間に基づいて得られた実際の燃料噴射における初期燃料噴射制御量と目標初期燃料噴射制御量との偏差を求め，この偏差に基づいて，初期燃料噴射制御量が目標初期燃料噴射制御量となるようにインジェクタからの燃料噴射を制御するので，エンジンの運転状態が変化して目標燃料噴射制御量が変化しても，その変化に追従したフィードバック制御が行われる。したがって，初期燃料噴射量，初期燃料噴射率，又はその変化率を任意に定めることができるようになり，且つ安定化した制御によって，エンジン性能の安定化を図ることができる。更に，インジェクタの燃料噴射特性のバラツキによって初期燃料噴射制御量がインジェクタ毎に異なっていても，個々のインジェクタの初期燃料噴射特性のバラツキを修正して，所定の初期燃料噴射率特性を得ることができる。また，コモンレール式燃料噴射装置の製造上のバラツキの許容幅を広く取ることができるので，コモンレール式燃料噴射装置の製造や組立の精度を著しく向上させる必要がなくなるので製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における初期燃料噴射量のフィードバック制御を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す初期燃料噴射量のフィードバック制御を表すブロック線図である。
【図３】燃料噴射の開始遅れ時間と初期燃料噴射量との関係を示すマップである。
【図４】コマンドパルスに応答したコモンレール圧力及び燃料噴射率の変化を示すグラフである。
【図５】従来のコモンレール式燃料噴射装置の一例を示す概略図である。
【図６】図５に示されるコモンレール式燃料噴射装置において用いられるインジェクタの概略図である。
【図７】マイクロタービンとその回転数を検出する光学系センサ機構から成る燃料量の計測装置の要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    インジェクタ
２    コモンレール
８    高圧燃料ポンプ
１２  コントローラ
１３  圧力センサ
１４  流量制御弁
１５  電磁弁
２１  インジェクタ本体
２２  ノズル
２４  針弁
２５  噴孔
３８  ソレノイド
４０  圧力制御室
４２  開閉弁
Ｑ0   目標燃料噴射量
Ｑｉ0 目標初期燃料噴射量
ｑ    燃料噴射率
ｋ    燃料噴射率の変化率
Ｐｆ  目標コモンレール圧力
Ｖｐ  プルイン電圧
Ｉｐ  プルイン電流
Ｔ    開始遅れ時間
Ｐｗ  コマンドパルス幅
【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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