JP2010138918A - 内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に実際に供給される燃料量が目標値になるように、燃料噴射量の補正を正確に行い、始動性、特に、一回の燃料噴射量が多い冷間始動性を確保し、排気ガス悪化を防止する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射中の燃圧を用いて、単位時間当たりの燃料噴射量（噴射実燃料量ＱＦ）をリアルタイムに算出してそれを積算し、積算噴射量（ＱＦＳ）と目標噴射量（ＴＱ）とを比較して噴射終了時期を調整することにより、実際の燃料噴射量を目標噴射量に正確に一致させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に係り、詳しくは燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関するものである。

従来から、ガソリンを燃料とする内燃機関に用いられる燃料噴射装置の多くは、燃料噴射弁として電磁弁を用いており、燃料ポンプによって加圧された燃料を燃料噴射弁の開弁によって内燃機関内に噴射する構成となっている。この種の装置では、燃料噴射量は、燃料の圧力（燃圧）が一定であれば、燃料噴射弁の開弁時間に比例したものとなるので、燃料噴射弁の開弁時間をエンジンの運転条件に応じて制御することにより、燃料噴射量の制御を行っている。

ここで、燃料噴射弁の開弁時間と噴射量との相関は、燃圧によって変化するため、燃圧が変化する場合には、それに応じた開弁時間の補正が必要である。

燃圧の変化は、燃料ポンプから供給される燃料量と、燃料噴射弁から噴射される燃料量の差によって発生するが、特に、筒内へ向けて燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関においては、吸気ポート噴射式の噴射装置に比べて短時間で噴射動作を行う必要があるため、燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量が多く、また、燃料ポンプがエンジンの回転に同期して駆動されるような構成となっているため、内燃機関の始動時など回転数の低い場合には燃料ポンプから供給される燃料量が少なくなり、これによる燃料噴射中の燃圧低下が顕著なものとなる。

このような燃料噴射中の燃圧低下に対し、噴射開始および噴射終了に同期した２つのタイミングで燃圧をサンプリングし、両者の差として実際の燃圧低下量を検出するとともに、この燃圧低下量に対応した補正値を学習し、燃圧低下による燃料噴射量への影響を補正するようにした燃料噴射制御装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平９−１８９２５５号公報

しかしながら、上記従来の燃料噴射制御装置においては、燃料噴射量の補正値が噴射動作終了時に算出され、それ以降の噴射に対して補正が実施されるため、最初の噴射動作から噴射量の補正を実施することが不可能である。また、学習が十分に行われる前の段階や、燃圧の変化に不確定要素がある場合などは補正の精度が低くなる。

さらに、筒内に噴射された燃料は、一度の燃焼行程でその全量が燃焼するわけではなく、一部は壁面に付着するなどして次回以降の燃焼行程に持ち越されるため、燃料噴射制御装置は、その分の燃料量も次回の燃料噴射量演算の要素に組み込む必要がある。

しかしながら、従来の燃料噴射制御装置においては、燃料噴射弁が実際に噴射した燃料量を関知しておらず、過去の燃圧挙動だけを用いて以降の噴射量補正を実施しているため、次回以降の燃焼行程に持ち越される燃料量が正確に把握できず、燃料噴射量の算出精度が悪化する。

燃料噴射量の補正が正確に実施されず、内燃機関に供給される燃料量が目標値と異なってしまうと、始動性が悪化したり、排気ガス中の有害物質が増加したりする虞れがある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関に実際に供給される燃料量が目標値になるように、燃料噴射量の補正を正確に行い、始動性、特に、一回の燃料噴射量が多い冷間始動性を確保し、排気ガス悪化を防止する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、前記燃料噴射弁から噴射される実燃料量を算出し、当該実燃料量に基づいて前記燃料噴射弁による実際の燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整する。

本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、好ましくは、更に、調整された燃料噴射の終了時期における前記実燃料量の総量を算出し、当該実燃料量の総量と前記目標噴射量とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正する。

また、前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、単位時間当たり毎に、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力に基づいて、前記燃料噴射弁より噴射される単位時間当たりの実燃料量を算出し、それを積算して積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とを比較し、前記燃料噴射弁による燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整する。

本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、好ましくは、更に、調整された燃料噴射の終了時期における積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正する。

本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、より好ましくは、更に、一回の燃料噴射毎に未燃燃料量を算出し、当該未燃燃料量を用いて次回の燃料噴射量を補正する。

本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、好ましくは、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を、前記燃料噴射弁に燃料を供給する配管に設置された圧力センサによって検出する。

本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は、好ましくは、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの吐出量と前記燃料噴射弁から噴射された実燃料量とを用いて推定する。

また、前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の燃料噴射制御方法は、燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御方法であって、
前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、単位時間当たり毎に、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力に基づいて、前記燃料噴射弁より噴射される単位時間当たりの実燃料量を算出し、それを積算して積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とを比較し、前記燃料噴射弁による燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整する。

本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、前記燃料噴射弁から噴射される実燃料量を算出し、当該実燃料量に基づいて前記燃料噴射弁による実際の燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整するから、燃料噴射過程での燃圧変化に拘らず、内燃機関に実際に供給される燃料量が目標値になり、あるいは誤差が少なくなり、始動性を確保し、排気ガス悪化を防止することができる。

本発明による燃料噴射制御装置が適用される筒内噴射式内燃機関の全体構成の一つの実施形態を示す構成図。 本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置が適用される筒内噴射エンジンの燃料系の一つの実施形態を示す構成図。 本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置が適用されるエンジン燃料系に用いられる高圧燃料ポンプの一つの実施形態を示す構成図。 本実施形態の筒内噴射式内燃機関のエンジン制御装置の構成図。 本実施形態による燃料噴射処理の構成図。 本実施形態における燃圧低下時における噴射動作と燃圧変化および燃料噴射量の関係を示すタイムチャート。 本実施形態における燃圧上昇時における噴射動作と燃圧変化および燃料噴射量の関係を示すタイムチャート。 本実施形態における燃圧急上昇時における噴射動作と燃圧変化および燃料噴射量の関係を示すタイムチャート。 噴射動作を複数回実施する場合の噴射動作と燃圧変化および燃料噴射量の関係を示すタイムチャート。 本発明の他の実施形態による燃料噴射処理の構成図。

本発明による燃料噴射制御装置が適用される筒内噴射式内燃機関の全体構成の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

エンジン１は、複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、ピストン１０１ａ、シリンダブロック１０１ｂ等によって気筒数の燃焼室１０１ｃを形成している。

各燃焼室１０１ｃには、エアクリーナ１０２の入口部１０２ａより取り入れられた空気が、吸入空気量センサ（エアフローセンサ）２５、吸入空気量を制御するスロットル弁１４０ａが収容されたスロットルボディ１４０、コレクタ１０６を通り、各燃焼室１０１ｃに接続されている吸気管１０７によって分配供給される。

スロットル弁１４０ａの開度はエンジン制御装置９０によって制御される。エアフローセンサ２５は吸入空気量を表す信号をエンジン制御装置９０に出力する。スロットルボディ１４０にはスロットル弁１４０ａの開度を検出するスロットルセンサ２７が取り付けられており、スロットルセンサ２７はスロットル弁１４０ａの開度を表す信号をエンジン制御装置９０に出力する。

ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から電動式の燃料ポンプ５１により一次加圧され、燃圧レギュレータ５２により一定の圧力（例えば０．３ＭＰａ）に調圧され、更に、カム駆動式の高圧燃料ポンプ５８によって高い圧力（例えば１０ＭＰａ）に二次加圧され、燃料噴射弁５４に燃料を供給する配管であるコモンレール５３を介して各燃焼室１０１ｃ毎に設けられている燃料噴射弁５４から燃焼室１０１ｃ内に噴射される。燃焼室１０１ｃ内に噴射された燃料は、吸入空気とで混合気を形成し、点火コイル１０８で高電圧化された点火信号により点火プラグ１０９によって着火される。

コモンレール５３には、コモンレール５３における燃圧（燃料圧力）を検出してエンジン制御装置９０に出力する燃圧センサ５６と、燃圧が異常に上昇した場合にコモンレール５３の燃料を高圧燃料ポンプ５８の吸入側に逃がすリリーフ弁５５が設けられている。

エンジン１のクランク軸１０１ｄにはクランク角センサ２４が取り付けられている。クランク角センサ２４は、クランク軸１０１ｄの回転位置を表す信号をエンジン制御装置９０に出力する。排気弁を開閉するための排気弁カム軸１２０にはカム角センサ１１７が取り付けらている。カム角センサ１１７は排気弁カム軸１２０の回転位置を表す角度信号をエンジン制御装置９０に出力する。

排気管２０９には、排気ガス中の酸素濃度を検出してその検出信号をエンジン制御装置９０に出力する空燃比センサ２０８と、排気ガス浄化用触媒２１０等が設けられている。

コモンレール５３には燃圧を検出してエンジン制御装置９０に出力する燃圧センサ５６と、燃圧が異常に上昇した場合に燃料を高圧燃料ポンプの入力側に逃がすリリーフ弁５５が設けられている。

高圧燃料ポンプ５８を備えた燃料系システムの全体構成と、高圧燃料ポンプ５８の詳細、図２、図３を、参照して説明する。

高圧燃料ポンプ５８は、燃料ポンプ５１によって一次加圧された燃料を更に加圧してコモンレール５３に圧送するものである。燃料ポンプ５１は、シリンダ室７と、ポンプ室８と、ソレノイド室９を有する。シリンダ室７はポンプ室８の下方に配置され、ソレノイド室９はポンプ室８の吸入側に配置されている。

シリンダ室７には、プランジャ２、リフタ３、プランジャ下降ばね４が設けられている。プランジャ２は、エンジン１の排気弁カム軸１２０に取り付けられたポンプ駆動カム１００に圧接されたリフタ３によって往復駆動され、加圧室１２の容積を変化させている。

ポンプ室８は、低圧燃料の吸入通路１０と、加圧室１２と、高圧燃料の吐出通路１１から構成されている。

吸入通路１０と加圧室１２との間には吸入弁５が設けられている。吸入弁５は、閉弁ばね５ａにより加圧室１２の側から吸入通路１０に向かって閉弁方向に付勢されて燃料の流通方向を制限する逆止弁である。閉弁ばね５ａは、プランジャ２による加圧室１２内の容積変化により、吸入弁５を挟んで、加圧室１２側の圧力が、流入通路１０側の圧力に対して同等、又はそれ以上になった場合（吐出行程時）には、吸入弁５を閉弁させるように付勢するものである。

また、加圧室１２と吐出通路１１との間には吐出弁６が設けられている。吐出弁６は、閉弁ばね６ａによって吐出通路１１の側から加圧室１２に向かって閉弁方向に付勢されて燃料の流通方向を制限する逆止弁であり、吸入行程時に閉弁し、吐出行程時に開弁する。

ソレノイド室９には、アクチュエータであるソレノイド３００、吸入弁係合部材３０１、開弁ばね３０２、吸引子３０３が設けられている。

吸入弁係合部材３０１は、吸入弁５に相対する位置に配設されて先端にて吸入弁５に接離自在に当接し、ソレノイド３００に対して通電が行われている時には、開弁ばね３０２のばる力に抗して吸引子３０３の側（図３でみて右側）に移動して吸入弁５より離間し、閉弁ばね５ａのばね力による吸入弁５の閉弁を許可する。これに対し、ソレノイド３００に対する通電が解かれている状態では、吸入弁係合部材３０１は、開弁ばね３０２のばね力によって図３に示されている位置へ移動し、吸入弁５を押して閉弁ばね５ａのばね力に抗して強制開弁させる。

燃料タンク５０から燃料ポンプ５１及び燃圧レギュレータ５２を介して一定圧力に調圧された燃料は、ポンプ室８の吸入通路１０に導かれ、その後、ポンプ室８内の加圧室１２でプランジャ２の往復動により加圧され、ポンプ室８の吐出通路１１からコモンレール５３に圧送される。

コモンレール５３には、エンジン１の気筒数にあわせて設けられた各燃料噴射弁５４のほか、圧力調整弁（以下リリーフ弁と呼ぶ）５５、燃圧センサ５６が取り付けられている。リリーフ弁５５は、コモンレール５３内の燃料圧力が所定値を超えた場合に開弁し、配管系破損の防止を図っている。

高圧燃料ポンプ５８の動作について説明する。ポンプ駆動カム１００の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に応じてプランジャ２が上死点側から下死点側に移動することにより、ポンプ室８の吸入行程が行われる。吸入行程では、吸入弁係合部材３０１が、開弁ばね３０２のばね力により付勢されて吸入弁５と係合し、吸入弁５を開弁させており、プランジャ２の降下に伴って加圧室１２内の圧力が低下し、吸入通路１０より加圧室１２内に燃料を吸入する。

次に、プランジャ２が、ポンプ駆動カム１００の回転により、プランジャ下降ばね４の付勢力に抗して下死点側から上死点側に移動すると、ポンプ室８の圧縮行程が行われる。圧縮行程では、エンジン制御装置９０からアクチュエータであるソレノイド３００の駆動信号（ＯＮ信号）が出力されてソレノイド３００が通電（ＯＮ状態）されると、吸入弁係合部材３０１が開弁ばね３０２の付勢力に抗して吸入弁５より離れる方向に移動し、吸入弁係合部材３０１の先端が吸入弁５との係合より解かれ、これに伴い吸入弁５が閉弁ばね５ａの付勢力によって閉弁方向へ移動し、加圧室１２内の圧力が上昇する。

そして、吸入弁係合部材３０１が吸引子３０３側に最も吸引され、プランジャ２の往復動に同期する吸入弁５が閉弁して加圧室１２内の圧力が高くなると、加圧室１２内の燃料が吐出弁６を押圧する。これにより、吐出弁６が、閉弁ばね６ａの付勢力に抗して自動的に開弁し、加圧室１２の容積減少分の高圧燃料がコモンレール５３側に吐出される。

なお、ソレノイド３００の駆動信号は、吸入弁５がソレノイド３００側で閉弁されると、その通電が停止（ＯＦＦ状態）されるが、上記のように、加圧室１２内の圧力が高いため、吸入弁５は閉弁状態で維持されてコモンレール５３側への燃料の吐出が行われる。

また、プランジャ２が、ポンプ駆動カム１００の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に応じて上死点側から下死点側に移動すると、ポンプ室８の吸入行程が行われ、加圧室１２内の圧力低下に伴って、吸入弁係合部材３０１が開弁ばね３０２の付勢力に応じて吸入弁５と係合されて開弁方向に移動するとともに、吸入弁５がプランジャ２の往復動に同期して自動的に開弁し、吸入弁５の開弁状態が保持される。そして、加圧室１２内は圧力の低下が生じていることにより、吐出弁６の開弁が行われない。以後、上述の動作を繰り返す。

よって、プランジャ２が上死点に達する前の圧縮行程の途中で、ソレノイド３００がＯＮ状態にされる場合には、このときから、コモンレール５３への燃料圧送が行われ、また、燃料圧送が一度始まれば、加圧室１２内の圧力は上昇しているので、その後に、ソレノイド３００をＯＦＦ状態にしても、吸入弁５は閉塞状態を維持する一方で、吸入行程の始まりに同期して自動開弁することができ、ソレノイド３００のＯＮ信号の出力タイミングにより、コモンレール５３側への燃料の吐出量を調節することができる。さらに、燃圧センサ５６の信号に基づき、エンジン制御装置９０にて適切な通電ＯＮタイミングを演算し、ソレノイド３００をコントロールすることにより、コモンレール５３の圧力を目標値にフィードバック制御させることができる。

エンジン制御装置９０は、図４に示されているように、ＭＰＵ２０３、ＥＰ−ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０４及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／Ｏ−ＬＳＩ２０１等で構成されたマイクロコンピュータ式のものであり、ソフトウェア処理によって燃料噴射制御装置を具現化する。

エンジン制御装置９０は、クランク角センサ２４、カム角センサ１１７、機関冷却水温度を測定する水温センサ２８、エアフローセンサ２５、吸気管内の圧力を測定する吸気管内圧センサ２９、スロットルセンサ２７、燃圧センサ５６、空燃比センサ２０８を含む各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである燃料ポンプ５１、高圧燃料ポンプ５８、燃料噴射弁５４および点火コイル１０８等に所定の制御信号を出力し、燃料吐出量制御、燃料噴射量制御および点火時期制御等を実行する。

つぎに、エンジン制御装置９０における燃料噴射処理について、図５を参照して説明する。エンジン制御装置９０は、エンジン回転数ＮＥ算出処理部５０１と、基本噴射量ＴＰ算出処理部５０２と、運転条件判断部５０３と、空燃比フィードバック制御部５０４と、燃圧補正制御部５０６と、燃料噴射制御部５０８、乗算処理部５０５、５０７とを有する。

エンジン回転数ＮＥ算出処理部５０１は、クランク角センサ２４の入力からエンジン１の回転数（回転速度）ＮＥを算出する。基本噴射量ＴＰ算出処理部５０２は、エアフローセンサ２５による吸入空気量ＱＡとエンジン回転数ＮＥを用いて基本燃料噴射量ＴＰを算出する。

運転条件判断部５０３は、エンジン回転数ＮＥ、基本燃料噴射量ＴＰ、水温センサ２８による冷却水温ＴＷ、吸気管内圧センサ２９による吸気管内圧ＰＡやスロットセンサ２７によるスロットル開度ＴＲ等を用いてエンジン１の運転条件を判断し、その運転条件に最適な燃料補正量ＫＭＲを算出する。

空燃比フィードバック制御部５０４は、空燃比センサ２０８の出力を用いて空燃比フィードバック補正係数ＲＭＤを算出する。

乗算処理部５０５は、基本燃料噴射量ＴＰに燃料補正量ＫＭＲと空燃比フィードバック補正係数ＲＭＤを乗算して最終燃料噴射量（目標燃料量）ＴＱを算出する。

最終燃料噴射量ＴＱから燃料噴射弁５４を開弁する時間ＴＦを算出するには、燃料噴射弁５４から単位時間当たりに噴射される実燃料量（噴射実燃料量）ＱＦを求める必要がある。単位時間当たりの噴射実燃料量ＱＦは燃圧ＰＦによって変化するから、下記の数式（１）のように表すことができる。

ＱＦ ＝ Ａ√ＰＦ …（１）
ここで、Ａはこの燃料噴射弁５４の噴口の面積および流出係数より求まる数であり、噴口の面積と燃料の質量や粘度が一定であると考え、Ａを定数として扱う。

数式（１）より、燃料噴射弁５４より噴射される単位時間あたりの噴射実燃料量ＱＦは燃圧ＰＦの平方根に比例することが分かるため、燃圧補正制御部５０６は、燃圧ＰＦを用いて、燃圧補正値ＫＰＦを下記の数式（２）により算出する。

ＫＰＦ ＝ １／Ｂ｛√（ＰＳ／ＰＦ）｝ …（２）
ここで、ＢおよびＰＳは燃料噴射弁５４の特性より求まる定数であり、これらの定数は、基準とする燃圧をＰＳとして設定し、その場合に単位時間あたりに噴射される燃料量がＢとなることから求めることができる。

乗算処理部５０７は、最終燃料噴射量ＴＱに燃圧補正値ＫＰＦを乗算して噴射時間ＴＦを算出する。

燃料噴射制御部５０８は、各気筒の吸気行程または圧縮行程に合わせて燃料噴射弁５４を開弁し、燃料噴射を開始した後、噴射時間ＴＦが経過したら燃料噴射弁５４を閉弁して燃料噴射を終了する。

図６は、燃圧低下時の噴射弁動作と燃圧変化および燃料噴射量の関係を示している。
燃料噴射弁５４の開閉タイミングは、ＭＰＵ２０３内のタイマ機能（図示せず）により制御されており、ＭＰＵ２０３がソフトウェア処理を行って燃料噴射弁５４の開閉タイミングをタイマ機能に指示すると、タイマ機能は指示されたタイミングで燃料噴射弁５４の開閉制御を実施する。

具体的には、タイマ機能は、タイマカウンタＴＭを所定周期で加算しており、コンペアレジスタＣＲとの比較を常に行っている。タイマカウンタＴＭの値がコンペアレジスタＣＲの値と等しくなると、タイマ機能はコンペアマッチ信号を発生し、コンペアマッチ信号に同期してＭＰＵ２０３の出力ポートを制御し、燃料噴射弁５４の開閉を行う。

まず、噴射開始前に噴射開始タイミングＴ０および噴射時間ＴＦの演算を実施し、コンペアレジスタＣＲにＴ０の値をセットしておく。その後、時間が経過してタイマカウンタＴＭがコンペアレジスタＣＲの値に等しくなると、Ｔ０のタイミングで噴射が開始される。

噴射を開始すると同時に、そのときの燃圧ＰＦおよび最終燃料噴射量ＴＱを用いて噴射時間ＴＦＡを算出し、コンペアレジスタＣＲにＴ０＋ＴＦＡの値をセットしておく。また、Ｔ０のタイミングにおける燃圧ＰＦから、数式（１）を用いて、単位時間毎の噴射実燃料量ＱＦを算出し、これをＱＦ０として記憶しておく。

Ｔ１以降のタイミングＴｎ（ｎ＝１、２、３、…）では、その時の燃圧ＰＦ、つまり、単位時間毎に、その時の燃圧ＰＦから、数式（１）を用いて単位時間毎の噴射実燃料量ＱＦの算出し、これをＱＦｎとして記憶すると共に、単位時間毎に、つまり噴射実燃料量ＱＦを算出する度に、積算噴射量ＱＦＳを下記の数式（３）により算出し、これをＱＦＳｎとして記憶する。

ＱＦＳ ＝ ＱＦＳ_n-1＋｛（ＱＦ_n-1＋ＱＦ_n）（Ｔ_n−Ｔ_n-1）／２｝ …（３）
数式（３）は、積算噴射量ＱＦＳが単位時間毎の噴射実燃料量ＱＦの時間積分であることを表しており、上底をＱＦｎ、下底をＱＦ_n-1とし、高さをＴ_n−Ｔ_n-1とする台形の面積を積算したものとなることを表している。

積算噴射量ＱＦＳを算出する度に、最終燃料噴射量ＴＱから積算噴射量ＱＦＳを減算し、残りの噴射量ＱＦＲを算出する。

残りの噴射量ＱＦＲを算出した後、これにＴｎ のタイミングにおける燃圧補正値ＫＰＦを乗算することにより、残りの噴射量に対応する噴射終了時間ＴＦｎ を算出し、コンペアレジスタＣＲにＴｎ＋ＴＦｎの値をセットし、残りの噴射量ＱＦＲの算出の度に、噴射終了時刻を更新する。

その後、時間が経過してタイマカウンタＴＭがコンペアレジスタＣＲの値に等しくなると、Ｔｎ＋ＴＦｎ のタイミングで延長されて噴射終了となる。

Ｔｎ のタイミングで実施する処理は、その繰返し周期が短く回数が多いほど目標とする燃料噴射量と実際の燃料噴射量の誤差を小さくすることができるため、噴射時間ＴＦよりも短い周期で繰り返されるソフトウェアの定時処理や、ソフトウェア処理の空き時間に実施する。

以上、燃圧低下時の処理について述べたが、図７に示されているように、燃圧上昇時にも、何ら変更することなく、この制御は有効である。燃圧上昇時には、燃圧上昇によって積算噴射量ＱＦＳが燃圧一定の場合よりも早く増加するため、実際の噴射時間を短縮補正する。

ただし、燃圧が急に大きく増加する場合などには、Ｔｎのタイミングで噴射終了時刻を更新する処理を行う際に、噴射量の目標値である最終燃料噴射量ＴＱを積算噴射量ＱＦＳが超えてしまう場合がある。この場合の処理について、図８を参照して説明する。

Ｔ１のタイミングではまだ燃圧が上昇していないため、噴射終了タイミングに変化はないが、Ｔ１のタイミングを経過した直後に燃圧が急激に上昇し、Ｔ２のタイミングでは積算噴射量ＱＦＳが最終燃料噴射量ＴＱを超えてしまっている。積算噴射量ＱＦＳが最終燃料噴射量ＴＱ以上になった場合には、例外処理として、燃料噴射を直ちに終了するようにタイマ機能に指示を出す。これにより、過剰噴射量を最小限に抑えることができる。

上述したように、燃料噴射制御部５０８は、燃料噴射弁５４による燃料の噴射動作中に、燃料噴射弁５４から噴射される実燃料量を算出し、当該実燃料量に基づいて燃料噴射弁５４による実際の燃料噴射量が最終燃料噴射量（目標燃料量）ＴＱに一致するように、燃料噴射弁５４による燃料噴射の終了時期を調整する。

より詳細には、燃料噴射制御部５０８は、燃料噴射弁５４による燃料の噴射動作中に、燃料噴射弁５４に供給される燃料の圧力（燃圧ＰＦ）に基づいて、単位時間当たりの噴射実燃料量ＱＦを算出し、それを積算して積算噴射量ＱＦＳを算出し、積算噴射量ＱＦＳと最終燃料噴射量（目標燃料量）ＴＱとを比較し、燃料噴射弁５４による実際の燃料噴射量が目標噴射量に一致するように、燃料噴射弁５４による燃料噴射の終了時期を調整する。

このように、燃料噴射中に、単位時間毎に、実際に噴射している噴射実燃料量ＱＦを燃圧ＰＦから随時算出し、目標とする燃料量と燃料噴射弁５４より実際に噴射する燃料量が等しくなるように燃料噴射弁５４の閉弁時期を調整するから、燃料噴射動作中の燃圧変化に対して即座に噴射時間の調整を実施することができ、燃圧変化の予測が困難な初回の噴射時や、不確定要素による燃圧変化が発生した時でも、目標燃料量と実燃料量が等しくなるように噴射動作の終了時期が調整される。これにより、燃料噴射過程での燃圧変化に拘らず、内燃機関に実際に供給される燃料量が目標値になり、あるいは誤差が少なくなり、始動性、特に、低温始動性を確保し、排気ガス悪化を防止することができる。

燃料の噴射動作が複数回実施される場合には、前回の噴射動作中に燃料噴射弁５４から噴射された実燃料量を算出し、前回の噴射動作時の目標燃料量と実燃料量との差を用いて次回の目標燃料量を補正することもできる。

噴射動作を複数回実施する場合の燃料噴射量補正の実施形態について、図９を参照して説明する。ここでは、噴射動作が２回実施される場合について説明するが、それぞれ個々の噴射動作については、図６〜図８を参照して説明した実施形態の制御が実施される。

つまり、燃料噴射中に、随時、単位時間毎噴射実燃料量ＱＦ、積算噴射量ＱＦＳ、残りの噴射量ＱＦＲ、噴射終了時間ＴＦｎを算出し、コンペアレジスタＣＲにＴｎ＋ＴＦｎの値をセットして噴射終了時刻を更新する。

ここで、本実施形態では、噴射終了（実際）のタイミングでも単位時間毎噴射実燃料量ＱＦ、積算噴射量ＱＦＳ、残りの噴射量ＱＦＲを算出し、それぞれＱＦＺ、ＱＦＳＺ、ＱＦＲＺとして保存しておく。

図９において、噴射１回目に示すようにタイミングＴ１の直後に急激な燃圧低下が発生し、残りの噴射量ＱＦＲが０以下とならない状態で噴射が終了時してしまったとき、つまり、調整された燃料噴射の終了時期における実燃料量の総量、換言すると、積算噴射量ＱＦＳＺと目標燃料量（最終燃料噴射量ＴＱＵ）とに差がある場合には、その次に行なわれる噴射２回目では、前回噴射時の残りの噴射量ＱＦＲＺを用いて噴射時間を算出する。

噴射２回目に実施される噴射時間の算出について、図１０を用いて説明する。
図１０に示す処理構成図は、図５に示した処理構成図に対し、未燃補正量ＱＵＢ算出処理部５０９を追加したものである。

未燃補正量ＱＵＢ算出処理部５０９は、吸入空気量ＱＡ、回転数ＮＥ、燃料噴射量ＴＱ、冷却水温ＴＷ、吸気管内圧ＰＡ、スロットル開度ＴＲ、前回噴射時の残りの噴射量ＱＦＲＺ等を用いて、未燃補正量ＱＵＢを算出する。

未燃補正量とは、燃料噴射弁５４から燃焼室１０１ｃ内に噴射された燃料のうち、そのサイクル中に燃焼しない燃料量に対する補正値であり、気化せずに燃焼室内壁に付着する燃料量と、気化はするものの、火炎伝播が行なわれずに燃え残る燃料量を推定し、その分を噴射量として補正する量である。

具体的には、冷却水温ＴＷによって算出される温度に対する燃料の揮発特性や、吸入空気量ＱＡ、回転数ＮＥ、吸気管内圧ＰＡ、スロットル開度ＴＲなどによって算出される空気流速に対する燃料の揮発特性などを予め設定しておき、それぞれの環境に対して、噴射された燃料が気化せずに燃焼室内壁に付着する割合（付着率ＲＷ）と、気化しつつも燃え残る割合（不燃率ＲＭ）を求め、燃料噴射量ＴＱに付着率ＲＷと不燃率ＲＭを乗算することにより今回のサイクルの未燃燃料量を求める。

前のサイクルで燃焼室内壁に付着した燃料は、そのほとんどが次のサイクルにも持ち越され、その一部が気化してそのサイクルで燃焼するため、未燃補正量ＱＵＢは今回のサイクルの未燃燃料量から前のサイクルで付着した燃料が気化する分を減算して算出する。よって、未燃補正量ＱＵＢを正確に算出するためには、前のサイクルで実際に噴射された燃料量を正確に把握する必要がある。

本実施形態では、未燃補正量ＱＵＢ算出処理部５０９は、前回噴射時の残りの噴射量ＱＦＲＺに付着率ＲＷを乗算して付着量減算値ＱＦＲＰを求め、前のサイクルで付着した燃料量から減算することを特徴としており、これにより、前回のサイクルでの噴射量が、当初の想定よりも少なかった場合に、次回のサイクルで未燃補正量ＱＵＢが実際の噴射量を基にして算出されるようになる。

以上を踏まえ、図９中の噴射２回目の噴射時間について説明すると、前回噴射時の残りの噴射量ＱＦＲＺが０より大きな値であるため、噴射２回目の噴射開始タイミングにて、残りの噴射量ＱＦＲＺに付着率ＲＷを乗算して付着量減算値ＱＦＲＰを求めており、未燃補正量ＱＵＢがその分増加しており、加算処理部５１０による未燃補正量ＱＵＢの加算処理により、最終燃料噴射量ＴＱＵが増加している。

上述したように、本実施形態では、調整された燃料噴射の終了時期における実燃料量の総量（積算噴射量ＱＦＳＺ）を算出し、当該実燃料量の総量と最終燃料噴射量ＴＱＵ（目標噴射量）とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正する。

詳細には、調整された燃料噴射の終了時期における積算噴射量ＱＦＳＺを算出し、当該積算噴射量ＱＦＳＺと最終燃料噴射量ＴＱＵ（目標噴射量）とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正する。

よって、本実施形態では、各サイクルごとの空燃比を目標値に、より確実に保つことが可能となり、始動性や排気ガスの悪化を防止することができる。

更には、前回噴射時の残りの噴射量ＱＦＲＺ、内燃機関の運転状態に応じて前のサイクルでの未燃燃料量（未燃補正量ＱＵＢ）を算出し、当該未燃燃料量を用いて次回の燃料噴射量を補正するから、未燃燃料量を考慮して空燃比を目標値に保つことができ、より一層、排気ガスの悪化を防止できる。

上述の実施形態では、コモンレール５３の燃圧ＰＦとして燃圧センサ５９による燃圧計測値を用いたが、コモンレール５３に流入する燃料の体積と流出する燃料の体積より算出することもできる。

コモンレール５３に流入する燃料の体積をＱＩＮ、流出する燃料の体積をＱＯＵＴとすると、コモンレール５３の燃圧ＰＦは、下記の数式（４）により算出される。

ＰＦ ＝ ｛（ＱＩＮ−ＱＯＵＴ）／ＶＲ｝ＫＣ …（４）
数式（４）において、ＶＲはコモンレール５３の容積であり、ＫＣはコモンレール５３の弾性係数である。

よって、エンジン１が回転を開始する前のＱＩＮ、ＱＯＵＴを０とすると、燃圧ＰＦも０となる。ここで、ＱＩＮは高圧燃料ポンプ５８の燃料吐出量の積算値であり、ＱＯＵＴは燃料噴射量の積算値であるため、これらを求めることにより、燃圧ＰＦを算出することができる。

具体的には、ＱＩＮは高圧燃料ポンプ５８内のプランジャ２の断面積にプランジャ２のストローク量とストローク回数を乗算したものであり、これらはエンジン１の回転数およびソレノイド３００の出力タイミングから算出することができる。ＱＯＵＴは上述の実施形態における積算噴射量ＱＦＳを積算することにより算出することができる。

以上により、燃圧センサ５６を用いずに燃圧ＰＦを算出することが可能となり、上述の実施形態で燃圧センサ５６を用いている部分を置き換えることが可能となる。燃圧センサ５６を不要とすることで、エンジンシステムの簡略化によるコストダウンが可能になる。

本実施形態による燃料噴射制御装置の効果は、以下のように、要約できる。
（１）燃料噴射動作中に実燃料量を算出して噴射終了時期を調整するため、燃料噴射動作中の燃圧変化に対して即座に噴射時間の調整を実施することができ、燃圧変化の予測が困難な初回の噴射時や、不確定要素による燃圧変化が発生したときでも、目標燃料量と実燃料量が等しくなるように噴射動作の終了時期が調整されるため、始動性を確保し、排気ガス悪化を防止することができる。

（２）調整された燃料噴射の終了時期における前記実燃料量の総量を算出し、当該実燃料量の総量と前記目標噴射量とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正することにより、つまり、調整された燃料噴射の終了時期における積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正することにより、各サイクルごとの空燃比を目標値に、より確実に保つことが可能となり、燃料噴射過程での燃圧変化に拘らず、内燃機関に実際に供給される燃料量が
目標値になり、あるいは誤差が少なくなり、始動性や排気ガスの悪化を防止することができる。

（３）内燃機関の運転状態に応じて前のサイクルでの未燃燃料量を算出し、当該未燃燃料量を用いて次回の燃料噴射量を補正することにより、実際の燃料噴射量の履歴によって、前回噴射した分のうち、燃焼しきれずに現在まで持ち越している燃料量が正確に把握できるようになって、空燃比を目標値に保つことができ、始動性を確保し、排気ガス悪化を防止することができる。

（４）燃圧センサを用いて燃圧を計測するため、正確な噴射量の算出が可能となる。
（５）料噴射弁に供給される燃料の圧力を、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの吐出量と前記燃料噴射弁から噴射された実燃料量とを用いて推定する場合には、燃圧センサを用いずに燃圧を算出するため、装置の簡略化とコストダウンが可能となる。

１ エンジン
５ 吸入弁
５ａ 閉弁ばね
６ 吐出弁
６ａ 閉弁ばね
７ シリンダ室
８ ポンプ室
９ ソレノイド室
１０ 吸入通路
１１ 吐出通路
１２ 加圧室
２４ クランク角センサ
２５ 吸入空気量センサ（エアフローセンサ）
２７ スロットルセンサ
２８ 水温センサ
２９ 吸気管内圧センサ
５０ 燃料タンク
５１ 燃料ポンプ
５２ 燃圧レギュレータ
５３ コモンレール
５４ 燃料噴射弁
５５ リリーフ弁
５６ 燃圧センサ
５８ 高圧燃料ポンプ
９０ エンジン制御装置
１００ ポンプ駆動カム
１０１ａ ピストン
１０１ｂ シリンダブロック
１０１ｃ 燃焼室
１０１ｄ クランク軸
１０２ エアクリーナ
１０６ コレクタ
１０７ 吸気管
１０８ 点火コイル
１０９ 点火プラグ
１１７ カム角センサ
１２０ 排気弁カム軸
１４０ スロットルボディ
１４０ａ スロットル弁
２０２ ＥＰ−ＲＯＭ
２０３ ＭＰＵ
２０４ ＲＡＭ
２０８ 空燃比センサ
２０９ 排気管
２１０ 排気ガス浄化用触媒
３００ ソレノイド
３０１ 吸入弁係合部材
３０２ 開弁ばね
５０１ エンジン回転数ＮＥ算出処理部
５０２ 基本噴射量ＴＰ算出処理部
５０３ 運転条件判断部
５０４ 空燃比フィードバック制御部
５０５ 乗算処理部
５０６ 燃圧補正制御部
５０７ 乗算処理部
５０８ 燃料噴射制御部
５０９ 未燃補正量ＱＵＢ算出処理部
５１０ 加算処理部

Claims (8)

1. 燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、前記燃料噴射弁から噴射される実燃料量を算出し、当該実燃料量に基づいて前記燃料噴射弁による実際の燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 調整された燃料噴射の終了時期における前記実燃料量の総量を算出し、当該実燃料量の総量と前記目標噴射量とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、単位時間当たり毎に、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力に基づいて、単位時間当たり前記燃料噴射弁より噴射される単位時間当たりの実燃料量を算出し、それを積算して積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とを比較し、前記燃料噴射弁による燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 調整された燃料噴射の終了時期における積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とに差がある場合には、その差を用いて次回の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 一回の燃料噴射毎に未燃燃料量を算出し、当該未燃燃料量を用いて次回の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項２又は４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を、前記燃料噴射弁に燃料を供給する配管に設置された圧力センサによって検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの吐出量と前記燃料噴射弁から噴射された実燃料量とを用いて推定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 燃料噴射弁によって目標燃料量の燃料を噴射供給する内燃機関の燃料噴射制御方法であって、
   前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作中に、単位時間当たり毎に、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力に基づいて、前記燃料噴射弁より噴射される単位時間当たりの実燃料量を算出し、それを積算して積算噴射量を算出し、当該積算噴射量と前記目標噴射量とを比較し、前記燃料噴射弁による燃料噴射量が前記目標噴射量に一致するように、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時期を調整することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。

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