JP2004027910A

JP2004027910A - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2004027910A
Application number: JP2002183182A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Oonagane; 太長根　嘉紀; Yoshimasa Watanabe; 渡辺　義正
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29
Also published as: US6729297B2; EP1375887A3; US20030233998A1; EP1375887A2

Abstract

【課題】燃料噴射弁の使用に伴う燃料噴射特性の変化を正確に補正する。
【解決手段】機関１の各気筒の燃料噴射弁１０ａ〜１０ｄをコモンレール３に接続する高圧燃料配管１１ａ〜１１ｄ上に燃料圧センサ２７ａ〜２７ｄを設け、各燃料噴射弁からのパイロット噴射時の圧力変動幅Ｐを検出する。機関の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０は、検出した圧力変動幅Ｐと高圧燃料配管圧力Ｐｃとから、予め測定しておいた関係に基づいて実際のパイロット燃料噴射量Ｑｐｌを算出し、目標値Ｑｐｌｔからの偏差ｄＱｐｌｉを各燃料噴射弁毎に算出するとともに、ｄＱｐｌｉが所定の範囲内（許容範囲内）になるようにそれぞれの燃料噴射弁の燃料噴射時間を増減補正する。これにより、燃料噴射特性の変化にかかわらず、正確に各燃料噴射弁の実際の燃料噴射量が目標値に一致するようになる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射制御装置に関し、詳細にはパイロット噴射と主燃料噴射とを行う内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関等において、主燃料噴射に先立って少量の燃料を燃焼室に供給するパイロット噴射が知られている。ディーゼルエンジン等の内燃機関では、ディーゼルノック等の燃焼騒音が生じる場合がある。ディーゼルノックは、燃焼時の着火遅れなどにより燃焼圧力の上昇率が過大になり、燃焼ガスに共振が生じるために燃焼音が急激に増大する現象である。一般に、燃焼音の増大は着火遅れが大きくなる低温始動時や、吸気温度や燃焼室温度上昇の遅れに伴う着火遅れが生じる過渡運転時等に特に発生しやすい。また、高圧燃料噴射を行なう機関では噴射圧力の増大に伴う燃焼速度の増加により燃焼音の増大が生じやすくなる。
【０００３】
上記の燃焼音の増大を防止するためには、主燃料噴射に先立って気筒内に少量の燃料を噴射するパイロット噴射が有効なことが知られている。主燃料噴射に先立ってパイロット噴射を行なうと、パイロット噴射により噴射された燃料が主燃料噴射に先立って燃焼するため、主燃料噴射が行われた時には気筒内は燃料の着火、燃焼に適した温度と圧力とになる。このため、パイロット噴射を行なうと、主燃料噴射により噴射された燃料の着火遅れが短縮され内燃機関の燃焼音が増大することが防止される。
【０００４】
パイロット噴射を行う内燃機関の例としては、例えば２０００−１８０７４号公報に記載されたものがある。同公報の装置では、比較的多量の燃料をパイロット噴射により噴射する際に、噴射された燃料が気化しないままシリンダ壁面に到達し、壁面の潤滑油を希釈して潤滑不良を生じさせることを防止するために、少量ずつ複数回のパイロット燃料噴射を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルノックが発生しやすい高圧燃料噴射を行うディーゼル機関では、ディーゼルノックを抑制するためにパイロット噴射が行われる。高圧燃料噴射を行う燃料噴射装置で使用される燃料噴射弁では、燃料噴射弁内の燃料圧力を利用して弁体を弁座に押圧する圧力バランス方式の弁体駆動方法がとられている。
【０００６】
圧力バランス方式の燃料噴射弁では、弁体の弁座と接触する側に作用する燃料圧力と弁体の反対側に作用する燃料圧力とのバランスにより開弁圧力が決定される。ところが、燃料噴射弁の使用中には弁体と弁座とは接触、離間を繰り返し弁座には徐々に摩耗が生じるようになる。
【０００７】
弁座に摩耗が生じると、弁体と接触する弁座の径が大きくなるため、弁体の弁座側に作用する燃料圧力を受ける部分の面積が減少するようになる。このため、燃料噴射弁を開弁させるためにはより高い燃料圧力が必要となる。すなわち、燃料噴射弁は使用期間に応じて開弁圧力が変化（増大）するようになる。開弁圧力が増大すると燃料噴射時間（量）指令信号が同一であった場合でも、信号を入力してから油圧が開弁圧力に上昇するまでの時間が長くなるため、実際に弁体が弁座から離れている時間（実際の燃料噴射時間）は短くなる。このため、燃料噴射弁の噴射指令信号と実際の燃料噴射量、あるいは開弁圧力などの燃料噴射特性は燃料噴射弁使用期間とともに変化し、噴射指令信号が同一であれば実際の燃料噴射量は徐々に低下するようになる。
【０００８】
この、使用に伴う燃料噴射量の低下は比較的小さいものであるが、例えばパイロット噴射を行う機関では、パイロット噴射の燃料噴射量は少量であるため、パイロット噴射に対して大きな影響が生じる場合がある。このため通常、パイロット噴射を行うディーゼル機関では上記の燃料噴射弁の使用期間に伴う燃料噴射量の変化（減少）を考慮して、パイロット噴射の燃料噴射量の目標値は実際に必要とされる量より大きな値に設定し、燃料噴射弁の長期間使用後も充分なパイロット燃料噴射量を確保できるようにされている。
【０００９】
しかし、このようにパイロット燃料噴射量の目標値を実際に必要とされる量より多く設定していると、燃料噴射弁の弁座の摩耗が生じていない状態ではパイロット燃料噴射量が過大となり、シリンダ壁への燃料液滴の到達によるオイルの希釈や、パイロット燃料噴射量過大によるスモークの発生等が生じる場合がある。一方、パイロット燃料噴射量過大による上記問題を防止するために、パイロット燃料噴射量の目標値を弁座の摩耗による減少分の余裕を考慮しないで設定したのでは、燃料噴射弁使用時間とともにパイロット燃料噴射量が不十分になり、ディーゼルノックや排気性状の悪化が生じる問題がある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、使用に伴う燃料噴射弁の燃料噴射特性の変化を検出し、燃料噴射特性の変化に基づいて燃料噴射指令信号を補正することにより、燃料噴射を必要とされる値に正確に制御することを可能とする燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、高圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室に接続され蓄圧室内の燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する燃料噴射弁とを備え、該燃料噴射弁から主燃料噴射に先立ってパイロット噴射を行う燃料噴射制御装置であって、燃料噴射弁に供給される燃料圧力の、前記パイロット噴射により生じる変動を検出する脈動検出手段と、前記圧力変動に基づいて、前記燃料噴射弁のパイロット噴射における燃料噴射特性の変化を算出するとともに、前記燃料噴射特性の変化に基づいて、次回のパイロット噴射における実際の燃料噴射量が目標パイロット噴射量に一致するようにパイロット噴射における燃料噴射量を補正する補正手段と、を備えた燃料噴射制御装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明では高圧燃料を貯留する蓄圧室（コモンレール）を備えた、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置において、パイロット噴射に伴う燃料圧力の変動を検出し、この検出した圧力変動に基づいてパイロット燃料噴射における各燃料噴射弁の燃料噴射特性の変化が算出される。
【００１３】
例えば、パイロット噴射が行われると燃料噴射量に応じて系内の燃料圧力が変動する。このため、弁座の摩耗などによりパイロット燃料噴射量が低下すると、それに応じてパイロット燃料噴射時の系内の燃料圧力変動幅も小さくなる。このため、パイロット燃料噴射時の燃料圧力変動に基づいて燃料噴射量等の燃料噴射特性の変化量を算出することが可能となるとともに、上記変化量（低下量）だけ実際の燃料噴射量が増大するように噴射指令信号を補正して、実際のパイロット燃料噴射量を正確に目標値に一致させることが可能となる。
これにより、燃料噴射弁の使用開始時から長期間の使用後まで、常にパイロット燃料噴射量を適正な値に維持することができるようになり、オイルの希釈やスモークの発生、排気性状の悪化などが生じることを防止することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、前記補正手段は更に、前記算出したパイロット噴射特性の変化に基づいて、主燃料噴射における実際の燃料噴射量が目標主燃料噴射量に一致するように主燃料噴射における燃料噴射量を補正する、請求項１に記載の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項２の発明ではパイロット噴射について算出した各燃料噴射弁のパイロット噴射特性変化を用いて、各燃料噴射弁の主燃料噴射における燃料噴射量をも補正する。弁座の摩耗などによる噴射特性の変化は当然に主燃料噴射における燃料噴射量にも影響を与える。また、噴射量の補正はパイロット噴射に対するものと同様に行うことができる。本発明では、主燃料噴射においても燃料噴射量の補正を行うことにより排気性状の悪化やスモークの発生などを更に確実に防止することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、前記補正手段は、算出した燃料噴射特性の標準の燃料噴射特性からのずれが所定以上である場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じたと判定する、請求項１に記載の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１７】
すなわち、請求項３の発明では、請求項１で算出した燃料噴射特性の標準状態からのずれが所定値以上に大きくなった場合には、弁座の摩耗が過大となり正常な使用ができないと判断する。これにより、燃料噴射弁の異常の有無を判定することが可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、前記補正手段は、前記燃料噴射量の補正量が、所定値以上である場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じたと判定する、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１９】
すなわち、請求項４の発明ではパイロット噴射または主燃料噴射の燃料噴射量の補正量が所定値以上に大きくなった場合には燃料噴射弁が異常であると判定する。燃料噴射量の変化は燃料噴射弁の噴射特性の変化対応したものとなるため、燃料噴射量の補正量に基づいて異常の有無を判定することにより、正確な異常判定が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の燃料噴射装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１において、１は内燃機関（本実施形態では１番（＃１）から４番（＃４）の４つの気筒を備えた４気筒４サイクルディーゼル機関が使用される）、１０ａから１０ｄ　は機関１の１番から４番の各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を示している。燃料噴射弁１０ａから１０ｄは、それぞれ燃料通路（高圧燃料配管）１１ａから１１ｄを介して共通の蓄圧室（コモンレール）３に接続されている。コモンレール３は、高圧燃料噴射ポンプ５から供給される加圧燃料を貯留し、貯留した高圧燃料を高圧燃料配管１１ａから１１ｄを介して各燃料噴射弁１０ａから１０ｄ　に分配する機能を有する。
【００２２】
本実施形態では、高圧燃料噴射ポンプ５は、例えば吐出量調節機構を有するプランジャ形式のポンプとされ、図示しない燃料タンクから供給される燃料を所定の圧力に昇圧しコモンレール３に供給する。ポンプ５からコモンレール３への燃料圧送量は、後述する燃料圧センサで検出した各燃料噴射弁への燃料供給圧力が目標圧力になるようにＥＣＵ２０によりフィードバック制御される。このため、コモンレール３燃料圧力（すなわち各燃料噴射弁の燃料噴射圧力）は機関低回転時にも高い圧力に設定することができる。
【００２３】
図１に２０で示すのは、機関の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ２０は、本実施形態では、燃料ポンプ５の吐出量を制御してコモンレール３圧力を機関運転条件に応じて定まる目標値に制御する燃料圧制御を行っている他、燃料噴射弁１０ａから１０ｄの開弁時期、時間等の開弁動作を制御してパイロット噴射及びメイン燃料噴射の噴射時期及び噴射量を制御する燃料噴射制御等の機関の基本制御を行う。更に、本実施形態ではＥＣＵ２０は後述する燃料噴射量補正操作及び噴射時間補正操作（図３及び図４）を行い、各燃料噴射弁１０ａから１０ｄの使用に伴う燃料噴射特性の補正を行う。
【００２４】
これらの制御を行なうために、本実施形態ではコモンレール３と各燃料噴射弁１０ａから１０ｄを接続する高圧燃料配管１１ａから１１ｄには、それぞれの高圧燃料配管中の燃料圧力を検出する燃料圧センサ２７ａから２７ｄが設けられている他、機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍にはアクセル開度（運転者のアクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ２１が設けられている。
【００２５】
また、図１に２３で示すのは機関１のカム軸の回転位相を検出するカム角センサ、２５で示すのはクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサである。カム角センサ２３は、機関１のカム軸近傍に配置され、クランク回転角度に換算して７２０度毎に基準パルスを出力する。また、クランク角センサ２５は、機関１のクランク軸近傍に配置され所定クランク回転角毎（例えば１５度毎）にクランク角パルスを発生する。
【００２６】
ＥＣＵ２０は、クランク各センサ２５から入力するクランク回転角パルス信号の周波数から機関回転数を算出し、アクセル開度センサ２１から入力するアクセル開度信号と、機関回転数とに基づいて燃料噴射弁１０ａから１０ｄの燃料噴射時期と燃料噴射量とを算出する。
【００２７】
本実施形態では、各燃料噴射弁からは各気筒の吸気行程時に、主燃料噴射に先立って比較的少量の燃料がパイロット噴射として噴射される。パイロット噴射により気筒内に噴射された燃料は、主燃料噴射が開始される前に燃焼し、気筒内の温度圧力を主燃料噴射の燃料の燃焼に適した状態まで上昇させる。このため、パイロット噴射を行うことによりディーゼルノックなどの燃焼騒音が低減されるようになる。
なお、本実施形態では、各燃料噴射弁からのパイロット噴射と主燃料噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量との算出は公知のいずれの方法をも使用することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２８】
燃料噴射が行われていないとき、すなわち燃料噴射弁の閉弁中高圧燃料配管１１ａから１１ｄにはコモンレール３内と同じ圧力の高圧燃料が充満している。この状態では、燃料噴射弁のニードル弁の弁体の先端は弁座に接触している。弁体の先端は略円錐形をしており、弁体の先端が環状の弁座に嵌入することによりシールが行われる。燃料噴射弁ハウジング内の弁体先端と弁座との周囲部分にはノズル室が設けられており、弁体先端の弁座嵌入部の外側の部分にはノズル室内の燃料油圧力が弁体を弁座から離間させる方向に作用している。また、弁体の弁座と反対側の端面にはスプリング、燃料圧力などの力が弁体を弁座に押圧する方向に作用している。
【００２９】
燃料噴射時には、ノズル室が高圧燃料配管に適宜な手段で連通され、ノズル室内の圧力が上昇する。ノズル室内の圧力が上昇するにつれて、弁体を弁座から離間方向（開弁方向）に押圧する力は増大し、ノズル室内圧力が所定の圧力（開弁圧）になると弁体が弁座から離れてノズル室内の燃料が燃料噴射孔から噴射される。これにより、燃料噴射が行われる。
【００３０】
ところが、燃料噴射弁の弁座は使用とともに摩耗していくため、弁座の内径も大きくなる。このため、弁座の摩耗とともに弁体の弁座への嵌入量も大きくなり、弁体先端の弁座外に出ている部分の面積（受圧面積）は減少していく。従って、弁体を弁座から離間させるためには受圧面積の減少を補うだけの圧力上昇が必要となり、弁座の摩耗とともにノズル室内の開弁圧力が上昇するようになる。
【００３１】
開弁圧力が上昇すると、燃料噴射時に燃料噴射指令信号を受信してからノズル室内の燃料油圧が開弁圧力まで上昇する時間が長くなるため、燃料噴射指令信号が同じであっても実際に弁体が弁座から離れている時間が短くなる。
すなわち、燃料噴射弁は使用とともに燃料噴射特性が変化し、同一の指令信号に対して実際の燃料噴射量が徐々に低下して行くことになる。
このため、燃料噴射量を設定する際には、燃料噴射弁の将来の摩耗を考慮して燃料噴射量を実際に必要とされる量に対して余裕を見た大きな値に設定して、摩耗により燃料噴射量が現象した場合でも充分な燃料噴射量が確保できるように考慮するのが通常である。
【００３２】
ところが、主燃料噴射では燃料噴射量が大きいためそれほど問題にはならないが、パイロット噴射における燃料噴射量は比較的小さい。このため、パイロット噴射では上記摩耗に対する余裕量の影響が大きくなる。従って、余裕量が過大になると、スモークの発生やオイルの希釈などの問題が起きやすく、また、余裕量が過小であると、排気性状の悪化や極端な場合にはパイロット噴射が消失（燃料噴射量がゼロまで減少）する場合が生じる。
本実施形態では、パイロット噴射の実際の燃料噴射特性の変化を検出し、それに応じて燃料噴射量を補正することにより上記問題を解決している。
【００３３】
燃料噴射時に、燃料噴射弁のニードル弁体が弁座から離れると高圧燃料が燃料噴射弁内のノズル室から燃料噴射孔を介して噴射され、ノズル室圧力は急激に低下する。このノズル室急激な圧力降下は圧力波となってノズル室に連通する高圧燃料配管１１を通ってコモンレール３に戻り、コモンレール３入口で反射して再度燃料噴射弁１０に伝播する。また、この反射波は再度燃料噴射弁のノズル室で反射しこれ方向に伝播する。このため、例えば高圧燃料配管１１ａから１１ｄに設けた燃料圧センサ２７ａから２７ｄの位置では、それぞれ対応する燃料噴射弁１０ａから１０ｄのパイロット燃料噴射が行われると、圧力波の往復により圧力の変動（脈動）が生じる。
【００３４】
図２は、例えば図１の燃料圧センサ位置で検出した、パイロット噴射時の圧力変動を示す図である。図２において、横軸は経過時間、縦軸は圧力を表している。図２において、Ｆで示す負の圧力変動は時点ＰＬに行われたパイロット噴射により生じた負の圧力波がセンサに到達した時の圧力変動を示す。また、Ｓで示す正の圧力変動は、Ｐの圧力波がコモンレール３入口部に到達して反射したことにより、圧力変動が反転して正の圧力波となって再度圧力センサに到達したものを、Ｔで示すのは更に圧力波Ｓがノズル室で反射して反転し、圧力センサ部に到達した際の圧力変動である。
【００３５】
このように、パイロット噴射による圧力変動は減衰しつつ繰り返されるが、圧力変動の大きさは燃料供給圧力（図２にＰｃで示す圧力）と燃料噴射弁からの燃料噴射量に対応したものとなり、燃料噴射量が大きければ圧力変動幅（図２にＰで示す圧力変化）も大きくなる。
本実施形態では、圧力センサ２７ａから２７ｄにより各燃料噴射弁のパイロット噴射後の高圧燃料配管１１ａから１１ｄの圧力変動幅を検出し、この圧力変動幅に基づいて各燃料噴射弁１１ａから１１ｄの燃料噴射特性の変化を検出するようにしている。
【００３６】
すなわち、本実施形態では、実際の燃料噴射系を用いて燃料噴射圧力Ｐｃ（すなわち、高圧燃料配管圧力）を変えて実際の燃料噴射量Ｑｐｌと、燃料噴射直後の圧力変動（図２の圧力変動Ｆ）の圧力変化幅Ｐとの関係を測定し、実際の燃料噴射量Ｑｐｌの値を燃料噴射圧力Ｐｃと圧力変化幅Ｐとをパラメータとして用いた数値テーブル（あるいはＰｃとＰとを用いた計算式）としてＥＣＵ２０のＲＯＭに格納してある。
【００３７】
機関運転中、ＥＣＵ２０はパイロット噴射毎に燃料圧力センサ２７ａから２７ｄの出力変化に基づいて圧力変化幅Ｐ（図２）を算出し、ＰｃとＰとを用いてＲＯＭに格納した数値テーブルから各燃料噴射弁の実際のパイロット噴射量Ｑｐｌを算出する。摩耗による燃料噴射特性の変化は、パイロット噴射の目標値Ｑｐｌｔと実際のパイロット噴射量Ｑｐｌとの差ｄＱｐｌに対応した量となるため、ｄＱｐｌの大きさに応じてパイロット噴射量を補正することにより、燃料噴射特性の変化にかかわらず目標値Ｑｐｌｔのパイロット噴射を行うことが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態では更に上記により検出した燃料噴射特性の変化に応じて主燃料噴射量をも補正する。弁座の摩耗などによる燃料噴射特性の変化は、もともと噴射量が少ないパイロット噴射により大きな影響を生じるが、当然に主燃料噴射の燃料噴射量にも影響が生じている。また、燃料噴射特性の変化の原因となった弁座の摩耗による開弁圧力の増大分はパイロット噴射と主燃料噴射とで共通しているので、主燃料噴射量の補正量もパイロット噴射量の補正量と同一の量となる。
これにより、本実施形態では燃料噴射弁の燃料噴射特性の変化にかかわらず、パイロット噴射量のみならず主燃料噴射量をも正確に目標燃料噴射量に一致させることが可能となる。
【００３９】
図３、図４は、上述した本実施形態の燃料噴射量補正操作を具体的に説明するフローチャートであり、図３は補正量算出操作、図４は噴射時間補正操作を、それぞれ示している。
図３の操作は、所定の時間間隔毎、あるいは機関クランク軸の所定回転角毎に実行される。
図３、ステップ３０１では現在どの気筒のパイロット噴射が行われるタイミングかが判定され、いずれの気筒のパイロット噴射タイミングでもない場合には今回の操作は直ちに終了する。
【００４０】
また、いずれかの気筒（例えばｉ番気筒）のパイロット噴射タイミングであった場合には、ステップ３０３に進み、その気筒の高圧燃料配管１１に設けた燃料圧力センサ２７ｉで検出したパイロット噴射前の高圧燃料配管圧力Ｐとパイロット噴射後の燃料圧力変動幅Ｐｉ（図２のＰに相当）とを読み込み、ステップ３０５では予め実験により求めＥＣＵ２０のＲＯＭに格納してあるＰ及びＰｃと燃料噴射量Ｑｐｌとの関係から、ｉ番気筒の燃料噴射弁の実際の燃料噴射量Ｑｐｌｉを算出する。この燃料噴射量Ｑｐｌｉはｉ番気筒の実際のパイロット燃料噴射量になる。
【００４１】
次いで、ステップ３０７では別途ＥＣＵ２０により実行される燃料噴射量演算操作で算出された目標パイロット噴射量Ｑｐｌｔと上記により求めたｉ番目気筒の実際のパイロット燃料噴射Ｑｐｌｉとからｉ番目気筒の燃料噴射弁における、実際のパイロット燃料噴射量Ｑｐｌｉの目標パイロット噴射量Ｑｐｌｔからの変化量ｄＱｐｌｉが、ｄＱｐｌｉ＝Ｑｐｌｔ−Ｑｐｌｉとして算出される。ｄＱｐｌｉは、ｉ番目気筒の燃料噴射弁の燃料噴射特性の変化の大きさを表す値になる。
【００４２】
ステップ３０９では、上記により算出した燃料噴射弁の噴射特性の変化の大きさｄＱｐｌｉが所定値α以上であるか、すなわちｄＱｐｌｉ≧αになっているか否かが判定される。ここで、αはパイロット噴射量の目標噴射量からの許容偏差であり、本実施形態では例えば０．５ｍｍ^３程度の値に設定されている。
【００４３】
ステップ３０９で、ｄＱｐｌｉ≧αであった場合には、予め定めた値βだけ燃料噴射時間の補正量ｔｑｃｍｉが増大される。補正量ｔｑｃｍｉは、燃料噴射弁の燃料噴射時間（開弁時間）の補正量であり、後述するように別途ＥＣＵ２０により算出されたパイロット噴射量目標値Ｑｐｌを噴射するための目標噴射時間ｔｑｐｌに加算して燃料噴射特性の変化を補償するものである。すなわち、本実施形態ではＥＣＵ２０によりパイロット噴射量の目標値Ｑｐｌが算出されると、燃料噴射弁の標準燃料噴射特性に基づいてＱｐｌの燃料を噴射するために必要とされる燃料噴射時間ｔｑｐｌが算出される。
【００４４】
この目標燃料噴射時間ｔｑｐｌは、燃料噴射弁の標準状態、すなわち弁座の摩耗が生じていない新品の状態の平均的な噴射特性であるため、燃料噴射弁の使用とともに噴射特性が変化すると目標燃料噴射時間ｔｑｐｌだけ燃料を噴射しても目標噴射量Ｑｐｌを下回る量の燃料しか噴射することができなくなる。補正量ｔｑｃｍｉは、この噴射特性変化による燃料噴射量の低下を補正するものであり、目標噴射量Ｑｐｌと実際の噴射量Ｑｐｌｉとの偏差がβ以内になるまで図３のステップ３０９、３１１により増大される。
すなわち、後述するように標準の燃料噴射特性から算出された燃料噴射時間をｔｑｃｍｉだけ増大し、燃料噴射時間をｔｑｐｌ＋ｔｑｃｍｉとすることにより実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量になるように補正される。
【００４５】
ステップ３１１で補正量ｔｑｃｍｉをβだけ増大後、またはステップ３０９でｄＱｐｌｉ＜αであった場合には、次にステップ３１３が実行され、補正量ｔｑｃｍｉの値が予め定めた判定値γ以上になったか否かを判定する。ここで、補正量ｔｑｃｍｉの値は、ｉ番気筒の燃料噴射弁の燃料噴射特性が標準の燃料噴射特性からどれだけ変化しているかに対応した値となる。言い換えれば、ｔｑｃｍｉの値は燃料噴射弁の使用に伴う劣化（摩耗）の程度を表すパラメータとして使用できる。
【００４６】
本実施形態では、ステップ３１３で補正量ｔｑｃｍｉの値が予め定めた判定値γ以上になった場合には燃料噴射弁の劣化の程度が大きいと判断し、ステップ３１７でフラグＡＬＭの値を１（劣化）にセットして今回の操作を終了する。また、補正量ｔｑｃｍｉの値がγに到達していない場合にはステップ３１５でフラグＡＬＭの値を０（許容範囲内）にセットして操作を終了する。
【００４７】
本実施形態では、フラグＡＬＭの値が１にセットされると、別途ＥＣＵ２０により実行される図示しない操作により、運転席近傍に配置された警告灯が点灯され運転者に燃料噴射弁の劣化を報知するようにされている。
図３の操作を実行することにより、各気筒のパイロット噴射時に各気筒毎に燃料噴射弁の噴射特性の変化量ｔｑｃｍｉが算出される。
【００４８】
次に、図４は図３の操作により算出された補正量ｔｑｃｍｉを用いた燃料噴射時間補正操作を示している。本操作は一定時間毎、あるいは機関クランク軸一定回転角毎に実行される。
【００４９】
図４において操作がスタートすると、ステップ４０１では、現在いずれかの気筒のパイロット噴射時期であるか否かが判定され、いずれの気筒のパイロット噴射時期でもない場合には、ステップ４０９に進む。また、ステップ４０１で現在いずれかの気筒（例えばｉ番気筒）のパイロット噴射時期であった場合にはステップ４０３で別途算出されたパイロット噴射量の目標値Ｑｐｌｔを読み込み、ステップ４０５では予め記憶した燃料噴射弁の標準噴射特性からＱｐｌｔの量の燃料を噴射するのに必要な標準時間ｔｑｐｌｔを算出する。
なお、本実施形態ではパイロット噴射量はＥＣＵ２０により別途実行される演算操作により、機関回転数とアクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）とに基づいて算出される。
【００５０】
ステップ４０７では、現在パイロット噴射時期にある気筒（ｉ番気筒）の燃料噴射弁の燃料噴射時間ｔｑｐｌｉが、図３で算出されたｉ番気筒の燃料噴射弁の補正量ｔｑｃｍｉを用いて標準噴射時間ｔｑｐｌｔを補正することにより、ｔｑｐｌｉ＝ｔｑｐｌｔ＋ｔｑｃｍｉとして算出される。
これにより、各気筒のパイロット噴射量が各気筒の燃料噴射弁の噴射特性の変化にかかわらず正確に目標噴射量に一致するようになる。
【００５１】
ステップ４０７で燃料噴射時間を補正後、あるいはステップ４０１で現在いずれの気筒のパイロット噴射時期でもなかった場合には、次にステップ４０９で、現在いずれかの気筒の主燃料噴射時期であるか否かが判定され、いずれの気筒の主燃料噴射時期でもない場合にはそのまま今回の操作の実行は終了する。
【００５２】
また、現在何れかの気筒の（例えばｉ番気筒）主燃料噴射時期であった場合には、ステップ４１１から４１５で、図３で算出されたｉ番気筒の燃料噴射弁の噴射時間補正量ｔｑｃｍｉを用いて、主燃料噴射の気筒別の噴射時間ｔｑｆｉｎｉが算出される。
【００５３】
すなわち、ステップ４１１では別途ＥＣＵ２０により実行される各気筒共通の主燃料噴射量目標値Ｑｆｉｎｔが算出され、ステップ４１３では、Ｑｆｉｎｔの量の燃料を噴射するために必要とされる標準噴射時間ｔｑｆｉｎｔが、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに格納した標準燃料噴射特性から算出される。
【００５４】
また、ステップ４１５ではｉ番気筒の燃料噴射弁の燃料噴射時間ｔｑｆｉｎｉが、標準噴射時間ｔｑｆｉｎに各気筒毎の噴射時間補正量ｔｑｃｍｉを加算することにより算出される。これにより、各気筒の燃料噴射弁の噴射特性の変化にかかわらず各気筒の主燃料噴射も目標値に正確に一致するようになる。
【００５５】
なお、本実施形態では図３ステップ３０９、３１１で実際のパイロット噴射量Ｑｐｌｉが目標パイロット噴射量Ｑｐｌｔから所定量α以上低下した場合に、その燃料噴射弁の燃料噴射量を増大補正するようにしているが、これに加えて、例えば実際のパイロット噴射量Ｑｐｌｉが目標パイロット噴射量Ｑｐｌｔを所定量上回った場合にその燃料噴射弁の燃料噴射量を所定量減量補正するようにすれば、更に正確に各燃料噴射弁の噴射量を目標値に一致させることが可能となる。
【００５６】
また、この場合に燃料噴射量の増量と減量とが交互に生じ、燃料噴射量が安定しない場合には、燃料噴射弁の噴射量のサイクル間でのばらつきが過大であるため何らかの異常が生じていると判断して警告灯を点灯するようにしても良い。
【００５７】
更に、図１の実施形態では圧力センサ２７ａから２７ｄは燃料噴射弁をコモンレールと接続する高圧燃料配管１１ａから１１ｄ上に設けられているが、圧力センサの設置場所は高圧燃料配管上に限られるわけではなく、各燃料噴射弁のパイロット噴射による燃料圧力変動を正確に検出可能な位置であればどの場所に設けても良い。例えば、燃料圧センサを各燃料噴射弁に直接接続し燃料噴射弁の弁体先端周囲に形成されたノズル室内の圧力を検出するようにすれば更に正確に実際の燃料噴射量を検出することが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、燃料噴射弁の使用期間に応じた燃料噴射特性の変化にかかわらず、実際の燃料噴射量を常に正確に目標燃料噴射量に一致させることが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】パイロット噴射により生じる燃料配管中の圧力変動を示す図である。
【図３】図１の実施形態における燃料噴射補正量算出操作を説明するフローチャートである。
【図４】図３の補正量を用いた噴射時間補正操作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関
３…コモンレール
１０ａ〜１０ｄ…燃料噴射弁
１１ａ〜１１ｄ…高圧燃料配管
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２７ａ〜２７ｄ…燃料圧センサ

Claims

高圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室に接続され蓄圧室内の燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する燃料噴射弁とを備え、該燃料噴射弁から主燃料噴射に先立ってパイロット噴射を行う燃料噴射制御装置であって、
燃料噴射弁に供給される燃料圧力の、前記パイロット噴射により生じる変動を検出する脈動検出手段と、
前記圧力変動に基づいて、前記燃料噴射弁のパイロット噴射における燃料噴射特性の変化を算出するとともに、前記燃料噴射特性の変化に基づいて、次回のパイロット噴射における実際の燃料噴射量が目標パイロット噴射量に一致するようにパイロット噴射における燃料噴射量を補正する補正手段と、
を備えた燃料噴射制御装置。
前記補正手段は更に、前記算出したパイロット噴射特性の変化に基づいて、主燃料噴射における実際の燃料噴射量が目標主燃料噴射量に一致するように主燃料噴射における燃料噴射量を補正する、請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
前記補正手段は、算出した燃料噴射特性の標準の燃料噴射特性からのずれが所定以上である場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じたと判定する、請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
前記補正手段は、前記燃料噴射量の補正量が、所定値以上である場合には、前記燃料噴射弁に異常が生じたと判定する、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射制御装置。