JP2010275989A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射制御装置において、燃料噴射弁からの燃料噴射量と指令噴射量とのずれを学習する学習制御を、内燃機関の通常運転時にも実施できるようにすることで、学習制御の実行頻度を高め、学習値を適正に更新できるようにする。
【解決手段】学習制御処理にて、ディーゼル機関２の気筒毎及び燃料圧力毎に学習値Ｇを算出する際には、ディーゼル機関２の通常運転時に、学習対象気筒での燃料の噴射パターンに、学習用噴射（パイロット噴射）を追加し(S180)、学習用噴射を追加しない通常噴射時に学習対象気筒の燃焼行程で得られた仕事量と、学習用噴射追加時に学習対象気筒の燃焼行程で得られた仕事量とをそれぞれ検出して(S130-S160，S170-S210)、その検出した仕事量の差から、学習用噴射だけで得られた仕事量を求め(S220)、その仕事量から、燃料噴射弁３０からの燃料噴射誤差を補正するための学習値Ｇを算出する(S250)。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料噴射弁からの燃料噴射量と指令噴射量とのずれを学習する学習機能を有する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、車両用のディーゼル機関では、燃焼騒音の低減、ＮＯｘの抑制等のために、メイン噴射の前／後に極少量の燃料噴射（パイロット噴射、プレ噴射、アフター噴射等）を行うことが知られている。そして、これらの燃料噴射では、一回の燃料噴射量が微少であるため、燃料噴射弁からの燃料噴射量と指令噴射量とにずれが生じると、燃料噴***度が著しく低下して、その効果を充分に発揮することができないという問題があった。

そこで、従来より、ディーゼル機関への燃料噴射量が零となる減速運転時に、燃料噴射弁から単発的に燃料噴射を実施させて、その燃料噴射によって生じるディーゼル機関の回転変動量から燃料噴射量を推定し、その推定した燃料噴射量と指令噴射量とのずれを、指令噴射量に対する補正値（学習値）として設定する、といった手順で、学習制御を実行することが提案されている（例えば、特許文献１等、参照）。

特開２００５−１３９９５１号公報

しかし、上記提案の装置では、燃料噴射量の学習制御を、ディーゼル機関への燃料噴射量が零となる減速運転時（換言すればフューエルカット時）に実行するようにされていたため、学習機会が少なく、燃料噴射量と指令噴射量とのずれが許容範囲を超える前に、ディーゼル機関各気筒の燃料噴射弁に対し全噴射条件下で学習を完了させることができないことがあった。

つまり、上記提案の学習制御は、ディーゼル機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁の経時変化等によって気筒毎に生じる燃料噴射量のずれを学習値として求めるものであるが、燃料噴射弁からの燃料噴射量のずれは、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力によって変化するため、上記学習制御は、ディーゼル機関の気筒毎に全噴射条件下で実行する必要がある。しかし、上記従来の装置では、学習制御を実行する機会（つまり学習機会）が少ないため、ディーゼル機関の気筒毎に全噴射条件下で学習制御を完了するのには時間がかかり、燃料噴射弁の経時変化によって燃料噴射量と指令噴射量とのずれが許容範囲を超える前に全ての学習値の更新を完了することができないことがあるのである。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射弁からの燃料噴射量と指令噴射量とのずれを学習する学習制御を、内燃機関の通常運転時にも実施できるようにすることで、学習制御の実行頻度を高め、学習値を適正に更新できるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の燃料噴射制御装置においては、内燃機関の運転中に学習条件が成立すると、噴射パターン変更手段が、所定期間、燃料噴射弁からの燃料の噴射パターンを変化させ、運転変化量算出手段が、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させているときの内燃機関の運転状態と、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させていないときの内燃機関の運転状態とを比較し、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることによって生じた前記内燃機関の運転状態の変化量を算出する。

また、運転変化量算出手段にて運転状態の変化量が算出されると、学習値算出手段が、その算出された運転状態の変化量から、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることにより生じた燃料噴射量の変化量を推定し、その推定した変化量と、噴射パターンの変化に対応した基準変化量との差を、燃料噴射弁からの燃料噴射誤差補正用の学習値として算出する。

このように、請求項１に記載の燃料噴射制御装置では、内燃機関の運転中に燃料噴射弁からの燃料の噴射パターンを変化させ、その噴射パターンの変化によって生じる運転状態の変化量から、燃料噴射弁からの燃料噴射誤差を補正するための学習値を算出する。

従って、請求項１に記載の燃料噴射制御装置によれば、上述した従来装置に比べ、学習値を算出する学習制御の実行頻度を高くし、燃料噴射弁の経時変化によって燃料噴射量と指令噴射量とのずれ（換言すれば燃料噴射誤差）が大きくなる前に学習値を適正に更新できるようになる。よって、この燃料噴射制御装置を用いれば、従来装置に比べ、燃料噴射制御をより精度よく実行できることになる。

ここで、噴射パターン変更手段は、学習値の更新（所謂学習制御）のために、内燃機関に運転中に一時的に燃料噴射弁からの燃料の噴射パターンを変化させるものであるが、噴射パターンを変化させることによって内燃機関の運転状態が大きく変化することのないようにする必要がある。

そして、このためには、請求項２に記載のように、噴射パターン変更手段は、通常運転時の噴射パターンに対し、その噴射パターンで実施されるメイン噴射の前／後で実行可能な燃料噴射（パイロット噴射、プレ噴射、アフター噴射等）を追加するようにすればよい。

つまり、このようにすれば、メイン噴射の噴射量を変化させることがないので、内燃機関の運転状態を大きく変化させることなく、学習値を算出することができるようになる。
また、噴射パターン変更手段は、請求項３に記載のように、噴射パターンを設定するのに用いられる燃料噴射量及び前記燃料噴射弁を開弁させる噴射タイミングの少なくとも一方を変化させることにより、前記噴射パターンを変化させるようにしてもよい。

一方、運転変化量算出手段は、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることによって生じた運転状態の変化量を算出するものであるため、請求項４に記載のように、噴射パターンの変化によって変化する内燃機関の運転状態を検出可能な運転状態検出用センサ（例えば、回転角センサ、筒内圧センサ、ノックセンサ、空燃比センサ、ＮＯｘセンサ等）からの検出信号をサンプリングすることにより、内燃機関の運転状態を検出するようにすればよい。

つまり、このようにすれば、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させているときと変化させていないときとで生じる運転状態の偏差（例えば、回転変動量の偏差、燃焼圧力の偏差、ノック発生頻度の偏差、空燃比の偏差、ＮＯｘ発生量の偏差等）から、運転状態の変化量を算出することができ、学習値算出手段では、その運転状態の変化量から学習値を算出することができるようになる。

また、運転変化量算出手段において、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることによって生じた運転状態の変化量をより正確に算出できるようにするには、運転変化量算出手段を、請求項５に記載のように構成するとよい。

すなわち、請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、運転変化量算出手段は、内燃機関の運転状態として、まず、内燃機関に設けられた回転角センサからの検出信号をサンプリングすることにより、所定の角度周期で内燃機関の回転速度を検出し、その検出した回転速度から、内燃機関の爆発行程で得られる仕事量を算出する。そして、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させているときに算出した仕事量と、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させていないときに算出した仕事量との差を、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることによって生じた運転状態の変化量として算出する。

従って、請求項５に記載の燃料噴射制御装置によれば、運転変化量算出手段において、燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼することによって生じる仕事量から、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることによって生じる仕事量の変化量を求め、学習値算出手段では、その仕事量の変化量から、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることにより生じた燃料噴射量の変化量を正確に推定することができるようになる。

つまり、単に運転状態検出用センサからの検出信号をサンプリングすることにより得られた運転状態の変化量から、燃料噴射量の変化量を推定するようにした場合には、外乱の影響を受けて、推定した燃料噴射量の変化量に誤差が生じることが考えられるが、請求項５に記載のように、燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼することによって生じる仕事量を算出するようにすれば、その仕事量の変化量から燃料噴射量の変化量をより正確に推定することができるようになり、延いては、学習値の算出精度を向上することができる。

なお、運転変化量算出手段において、仕事量は、所定の角度周期で検出した内燃機関の回転速度を、内燃機関の爆発周期の帯域フィルタにてフィルタリングすることで瞬時トルクを算出し、その瞬時トルクを内燃機関の爆発周期毎に積分する、といった手順で算出されるが、この仕事量の算出手順等については、特開２００７−３２５４０号公報等に開示されているため、本明細書では、より詳細な説明は省略する。

ところで、内燃機関が多気筒内燃機関であり、燃料噴射弁が気筒毎に設けられている場合には、各気筒に設けられた燃料噴射弁毎に学習値を算出することもできるし、全気筒共通の学習値（平均的なずれ補正用の学習値）として算出することもできる。

そして、各気筒の燃料噴射弁毎に学習値を算出する場合には、燃料噴射制御装置を、請求項６又は請求項７に記載のように構成するとよい。
すなわち、まず、請求項６に記載の燃料噴射制御装置においては、噴射パターン変更手段は、内燃機関の気筒毎に噴射パターンを変化させ、運転変化量算出手段は、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させているときの内燃機関の運転状態、及び、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させていないときの内燃機関の運転状態として、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させた気筒毎に、当該気筒の爆発行程時に生じる内燃機関の運転状態をそれぞれ検出し、その検出した運転状態を比較することで、内燃機関の運転状態の変化量を気筒毎に算出する。そして、学習値算出手段は、運転変化量算出手段にて内燃機関の気筒毎に算出された運転状態の変化量から燃料噴射量の変化量を気筒毎に推定し、その推定した変化量と基準変化量とから、内燃機関の気筒毎に学習値を算出する。

従って、請求項６に記載の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関の気筒毎に、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させているときと、噴射パターンを変化させていないときの内燃機関の運転状態をそれぞれ検出して、その気筒に設けられた燃料噴射弁によって生じる燃料噴射誤差を補正するための学習値を算出することができるようになり、学習値を、各気筒の燃料噴射弁の特性に合わせて精度よく設定することが可能となる。

一方、請求項７に記載の燃料噴射制御装置は、基本的には上記請求項６に記載の燃料噴射制御装置と略同様の手順で学習値を算出するが、運転変化量算出手段が気筒毎に内燃機関の運転状態の変化量を算出する際、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させた気筒の爆発行程時に生じた内燃機関の運転状態と、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させていない気筒の爆発行程時に生じた内燃機関の運転状態とを比較する点が異なる。

つまり、請求項７に記載の燃料噴射制御装置においては、一つの気筒に設けられた燃料噴射弁からの燃料噴射誤差を防止するための学習値を算出する際、噴射パターン変更手段がその気筒の燃料噴射弁からの噴射パターンを変化させたときにその気筒の爆発行程時に生じた内燃機関の運転状態と、噴射パターンを変化させていない気筒の爆発行程時に生じた内燃機関の運転状態とを用いることで、同一気筒で内燃機関の運転状態を検出するようにした場合に比べて、運転状態の変化量の算出、延いては、学習値の算出を短時間で行うことができるようにしているのである。

この結果、請求項７に記載の燃料噴射制御装置によれば、各気筒に設けられた燃料噴射弁毎に設定される学習値の精度は、請求項６に記載の燃料噴射制御装置に比べて低くなるものの、学習条件成立後に学習値の算出が完了するまでの時間を短くして、全気筒の学習制御を短時間で完了することができるようになる。

なお、請求項７に記載の燃料噴射制御装置では、学習対象となっていない気筒の爆発行程時に生じた運転状態を基準に、噴射パターンを変化させた学習対象気筒での運転状態の変化量を算出するが、これは、多気筒内燃機関では、気筒間で、燃料噴射弁からの燃料噴射特性が大きく異なることはなく、最終的に得られる気筒毎の学習値に大きな誤差が生じることはないためである。

一方、請求項８に記載の燃料噴射制御装置においては、噴射パターン変更手段は、内燃機関の全気筒若しくは特定の複数気筒の噴射パターンを変化させ、運転変化量算出手段は、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させているときに内燃機関の全気筒若しくは複数気筒の爆発行程時に生じる内燃機関の運転状態の平均値と、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させていないときに内燃機関の全気筒若しくは複数気筒の爆発行程時に生じる内燃機関の運転状態の平均値とを比較することで、噴射パターン変更手段が噴射パターンを変化させることによって生じた内燃機関の運転状態の変化量を算出する。

そして、学習値算出手段は、運転変化量算出手段にて算出された運転状態の変化量から燃料噴射量の変化量を推定し、その推定した変化量と基準変化量との差を、全気筒共通の学習値として算出する。

つまり、多気筒内燃機関では、上記のように、気筒間で燃料噴射弁からの燃料噴射特性が大きく異なることはないため、請求項８に記載の燃料噴射制御装置では、内燃機関の全気筒若しくは複数気筒の噴射パターンを変化させて、その変化させた気筒の爆発行程時に生じる運転状態の平均値から、噴射パターンの変化によって生じる運転状態の変化量を求め、その運転状態の変化量に基づき、全気筒共通の学習値を算出するのである。

従って、請求項８に記載の燃料噴射制御装置によれば、請求項６、７に記載の装置のように、気筒毎に学習値を設定する場合に比べて、燃料噴射誤差の抑制精度は低下するものの、学習条件成立後に学習値の算出が完了するまでの時間をより短くすることができるようになる。

実施形態の燃料噴射システム全体の構成を表す概略構成図である。 気筒毎、燃料圧力毎に学習値が記憶された学習値データを表す説明図である。 燃料噴射の学習処理を表すフローチャートである。 通常運転時の燃料噴射（ａ）と学習処理実行時に通常噴射に加えて実施される学習用噴射（ｂ）とを説明する説明図である。 各気筒の爆発行程で得られる仕事量の算出手順を説明する説明図である。 学習用噴射によって生じる仕事量から学習値を算出する手順を説明する説明図である。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明が適用された蓄圧式の燃料噴射システム１０全体の構成を表す概略構成図である。

本実施形態の燃料噴射システム１０は、例えば、自動車用の４気筒のディーゼル機関２に燃料を供給するためのものであり、高圧燃料を蓄えるコモンレール２０と、コモンレール２０より供給される高圧燃料をディーゼル機関２の各気筒の燃焼室に噴射する燃料噴射弁３０と、本システムを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０とを備える。

また、当該燃料噴射システム１０には、コモンレール２０に燃料を供給するために、燃料タンク１２から燃料を汲み上げるフィードポンプ１４と、フィードポンプ１４から供給された燃料を加圧してコモンレール２０に供給する高圧ポンプ１６とが備えられている。

ここで、高圧ポンプ１６は、カムシャフトのカムの回転に伴いプランジャが往復移動することにより加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。そして、この高圧ポンプ１６には、吸入行程でフィードポンプ１４から吸入する燃料量を調量するための調量弁１８が設けられている。

また、コモンレール２０には、内部の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ２２、及び、内部の燃料を燃料タンク１２側へ溢流させることで内部の燃料圧力を減圧する減圧弁２４が設けられている。

また、ディーゼル機関２には、その運転状態を検出するセンサとして、ディーゼル機関２の所定の回転角度毎（例えば３０°ＣＡ毎）に回転角信号を発生する回転角センサ３２、運転者によるアクセル操作量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセルセンサ３４、冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ３６、吸入空気の温度（吸気温ＴＡ）を検出する吸気温センサ３８、等が設けられている。

一方、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。
そして、ＥＣＵ５０は、コモンレール２０に設けられた圧力センサ２２や、ディーゼル機関２に設けられた各種センサ３２，３４，３６，３８…から検出信号を取り込み、コモンレール圧や燃料噴射弁３０からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。

つまり、ＥＣＵ５０は、ディーゼル機関２の運転状態に基づきコモンレール２０の目標圧力を算出し、圧力センサ２２にて検出されたコモンレール圧（換言すれば燃料噴射弁３０からの噴射圧）が目標圧力となるよう調量弁１８及び減圧弁２４を通電制御するコモンレール圧制御、及び、ディーゼル機関２の運転状態に基づき燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出し、その算出結果に応じて各気筒の燃料噴射弁３０に所定タイミングで所定の噴射期間ＴＱだけ通電することで、燃料噴射弁３０を噴射期間ＴＱに対応した所定期間開弁させて、各気筒に燃料を噴射供給させる、燃料噴射制御を実行する。

また、燃料噴射弁３０を噴射期間ＴＱの間通電して燃料を噴射させた際に、実際に噴射される燃料量Ｑは、燃料噴射弁３０の噴射特性のバラツキにより変化し、しかも、燃料噴射弁３０の噴射特性は経時的に変化する。このため、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量Ｑを目標噴射量（指令Ｑ）に制御するために、燃料噴射弁３０の噴射機関ＴＱを指令Ｑに基づき設定しても、実際に噴射される燃料量Ｑは、指令Ｑからずれることがある。

そこで、ＥＣＵ５０には、そのずれに応じた噴射補正値（より具体的には燃料噴射弁３０の通電期間の補正値）が学習値Ｇとして設定された学習値データが記憶されており、ＥＣＵ５０は、その学習値データを利用して燃料噴射弁３０の通電期間を補正することで、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量Ｑを目標噴射量（指令Ｑ）に制御する。

なお、学習値データは、図２に示すように、気筒＃１〜＃４及び複数の燃料圧力（コモンレール圧）で区分される学習領域毎に設定された多数の噴射補正値（学習値）Ｇにて構成されており、これら各学習値Ｇは、工場出荷時に初期設定され、その後、後述の学習制御処理にて、ディーゼル機関２の運転中に適宜更新される。

また、この燃料噴射制御では、ＥＣＵ５０は、ディーゼル機関２の運転状態に応じて最適な噴射パターンを設定することにより、メイン噴射に加えてプレ噴射、パイロット噴射、アフター噴射等を実行するか否かを決定し、その設定した噴射パターンに従い燃料噴射弁３０を開弁させることで、メイン噴射を実行させると共に、その前／後でプレ噴射、パイロット噴射、アフター噴射等を実行させる。

そして、後述の学習制御処理で学習用噴射の実行が指令されると、その指令に対応する気筒の燃料噴射弁からの燃料噴射時に、通常の噴射パターンに対しパイロット噴射を追加し、燃料噴射量をパイロット噴射一回分だけ増量させる。

以下、上記学習領域毎に学習値Ｇを算出して学習データを更新するためにＥＣＵ５０にて実行される学習制御処理について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。
この学習制御処理は、ディーゼル機関２の運転中、ＥＣＵ５０において、上述したコモンレール圧制御や燃料噴射制御と共に繰り返し実行される処理である。そして、この学習制御が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、当該燃料噴射システムは正常に動作しているか否かを判断し、正常に動作していなければＳ１１０の処理を繰り返し実行することにより正常状態になるのを待機し、正常に動作していればＳ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、圧力センサ２２を介して現在の燃料圧力（コモンレール圧）を検出し、この燃料圧力（コモンレール圧）で学習値Ｇが最も古い気筒を、今回の学習領域として決定する。そして、続くＳ１３０では、この学習領域での学習条件が成立しているか否かを判断し、学習条件が成立していれば、Ｓ１４０に移行し、逆に学習条件が成立していなければ、Ｓ１１０に戻る。

なお、この学習条件は、ディーゼル機関２が加速若しくは減速の過渡状態ではなく、冷却水温ＴＨＷや吸気温ＴＡが通常範囲内あること、つまり、ディーゼル機関２の運転状態が安定していること、として設定されている。そして、Ｓ１３０では、回転角センサ３２、アクセルセンサ３４、水温センサ３６、吸気温センサ３８等からの検出信号に基づき、ディーゼル機関２の運転状態が定常状態であるか否かを判定することにより、学習条件が成立しているか否かを判定する。

次に、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて学習領域として設定された学習対象気筒の爆発行程時に、回転角センサ３２からの回転角信号に基づき、ディーゼル機関２の所定回転角度毎に回転速度を検出し、その検出した回転速度から学習対象気筒の爆発行程で得られる仕事量Ａを算出し、更に、Ｓ１３０にて学習条件が成立したと判断されてから当該Ｓ１４０で算出した仕事量Ａの平均値Ａａｖｅを算出する。

なお、学習対象気筒の爆発行程での仕事量の算出は、図５に示すように、まず、上記のように回転角信号に基づきディーゼル機関２の所定回転角度毎（例えば３０°ＣＡ毎）に検出した回転速度を、ディーゼル機関２の爆発周期（本実施形態では、ディーゼル機関２が４気筒であるので１８０°ＣＡとなる）の帯域フィルタにてフィルタリングすることで、なまされた瞬時トルクを算出し、その算出した瞬時トルクを、学習対象気筒の爆発周期内で積分する、といった手順で行われる。そして、上述したように、この仕事量の算出手順は、特開２００７−３２５４０号公報等に開示されているため、ここでは詳細な説明は省略する。

こうして、仕事量Ａ及びその平均値Ａａｖｅの算出がなされると、Ｓ１５０にて、その仕事量Ａの算出回数をカウントするための収束判定カウンタをインクリメントし、続くＳ１６０にて、その収束判定カウンタが予め設定された収束判定用の設定値に達したか否かを判断する。

このＳ１６０の処理は、Ｓ１４０での仕事量Ａ及び平均値Ａａｖｅの算出が設定回数（例えば数十回）以上実行されて、現在の通常運転状態での燃料噴射（通常噴射）によって学習対象気筒で得られた仕事量（平均値Ａａｖｅ）を正確に算出できたか否かを判断するための処理である。

そして、Ｓ１６０にて、収束判定カウンタが設定値に達していないと判断されると、再度Ｓ１３０に移行して、Ｓ１３０以降の処理を再度実行し、Ｓ１６０にて、収束判定カウンタが設定値に達したと判断されると、Ｓ１７０に移行する。

Ｓ１７０では、Ｓ１３０と同様の手順で、学習条件が成立しているか否かを判断する。そして、学習条件が成立していれば、Ｓ１８０に移行し、逆に学習条件が成立していなければ、Ｓ１１０に戻る。

次に、Ｓ１８０では、上述した学習用噴射の実行指令を出力することにより、当該学習制御処理と並列に実行されている燃料噴射制御に対し、学習対象気筒の燃料噴射弁３０からの燃料噴射時に、通常の噴射パターンにパイロット噴射を追加させる。

この結果、学習対処気筒において、今まで、図４（ａ）に示すようなプレ噴射とメイン噴射とからなる噴射パターンで通常噴射がなされていた場合、Ｓ１８０の処理実行後は、図４（ｂ）に示すようなパイロット噴射（学習用噴射）とプレ噴射とメイン噴射とからなる噴射パターンで燃料噴射がなされるようになる。

次に、Ｓ１９０では、学習対象気筒の次の爆発行程時に、回転角センサ３２からの回転角信号に基づき、ディーゼル機関２の所定回転角度毎に回転速度を検出し、その検出した回転速度から学習対象気筒の爆発行程で得られる仕事量Ｂを算出し、更に、Ｓ１７０にて学習条件が成立したと判断されてから当該Ｓ１９０で算出した仕事量Ｂの平均値Ｂａｖｅを算出する。

なお、Ｓ１９０での仕事量Ｂ及び平均値Ｂａｖｅの算出は、Ｓ１４０と同様の手順で実行され、算出される仕事量Ｂ及び平均値Ｂａｖｅは、通常噴射に学習用噴射を加えたときの値であること以外は、Ｓ１４０で得られる仕事量Ａ及び平均値Ａａｖｅと同様である。

またこのように、Ｓ１９０にて、仕事量Ｂ及びその平均値Ｂａｖｅの算出がなされると、Ｓ２００にて、その仕事量Ｂの算出回数をカウントするための収束判定カウンタをインクリメントし、続くＳ２１０にて、その収束判定カウンタが予め設定された収束判定用の設定値に達したか否かを判断する。なお、Ｓ２００及びＳ２１０の処理は、上述したＳ１５０、Ｓ１６０と同様に実行される。

そして、Ｓ２１０にて、収束判定カウンタが設定値に達していないと判断されると、再度Ｓ１７０に移行して、Ｓ１７０以降の処理を再度実行し、Ｓ２１０にて、収束判定カウンタが設定値に達したと判断されると、Ｓ２２０に移行する。

Ｓ２２０では、Ｓ１７０〜Ｓ２１０の一連の処理で算出された学習用噴射を含む燃料噴射時の仕事量平均値Ｂａｖｅと、Ｓ１３０〜Ｓ１６０の一連の処理で算出された通常噴射時の仕事量平均値Ａａｖｅとの差（Ｂａｖｅ−Ａａｖｅ）を、学習用噴射（パイロット噴射）により得られた仕事量として算出する。

そして、続くＳ２３０では、図６に示す仕事量−Ｑ変換特性を記述したマップ（若しくは計算式）を用いて、Ｓ２２０で算出した仕事量から、学習対象気筒の燃料噴射弁３０から実際に噴射された燃料量（噴射量）Ｑを推定し、続くＳ２４０にて、その推定された噴射量Ｑ（推定Ｑ）が所定値（正常範囲）内にあるか否かを判断する。

そして、推定Ｑが所定値内になければ、当該学習制御処理を一旦終了し、逆に、推定Ｑが所定値内にあれば、Ｓ２５０に移行して、現在の学習領域での学習値Ｇを算出して、図２に示した学習値データを更新し、当該学習制御処理を一旦終了する。

なお、Ｓ２５０における学習値Ｇの算出は、図６に示すように、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量Ｑと燃料噴射弁３０の噴射期間ＴＱとの関係を表すＴＱ−Ｑ特性を記述したマップ（若しくは演算式）を用いて、Ｓ２３０にて算出した推定Ｑに対応した噴射期間ＴＱを算出し、その噴射期間ＴＱと、学習用噴射（パイロット噴射）を指令した際に燃料噴射弁３０が実際に開弁された期間（噴射期間ＴＱ）との偏差（ＴＱ差）を求め、この偏差（ＴＱ差）に予め設定された学習係数を乗じる（学習値Ｇ＝ＴＱ差×学習係数）、といった手順で実行される。

以上説明したように、本実施形態の燃料噴射システム１０においては、ＥＣＵ５０にて実行される学習制御処理で、ディーゼル機関２の気筒毎及び燃料圧力毎に学習値Ｇを算出する際には、ディーゼル機関２の通常運転時に、学習対象気筒での燃料の噴射パターンに、学習用噴射（パイロット噴射）を追加し、通常噴射時に学習対象気筒の燃焼行程で得られた仕事量と、学習用噴射追加時に学習対象気筒の燃焼行程で得られた仕事量とをそれぞれ検出して、その検出した仕事量の差から、学習用噴射だけで得られた仕事量を求め、その仕事量から、燃料噴射弁３０からの燃料噴射誤差を補正するための学習値Ｇを算出するようにされている。

このため、本実施形態の燃料噴射システム１０によれば、ディーゼル機関のフューエルカット時に学習制御を実行する従来装置に比べ、学習制御で学習値Ｇを算出する頻度を高くし、燃料噴射弁３０の経時変化によって燃料噴射誤差が大きくなる前に、ディーゼル機関２の全燃料圧力領域で各気筒に対する学習値を適正に更新できるようになる。

よって、この燃料噴射制御装置を用いれば、従来装置に比べ、燃料噴射制御をより精度よく実行できることになる。
なお、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、本発明の燃料噴射制御装置に相当する。また、ＥＣＵ５０にて実行される学習制御処理において、Ｓ１８０の処理が、本発明の噴射パターン変更手段に相当し、Ｓ１３０〜Ｓ１６０、Ｓ１７０、Ｓ１９０〜Ｓ２２０の処理が、本発明の運転変化量算出手段に相当し、Ｓ２３０〜Ｓ２５０の処理が、学習値算出手段に相当する。

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るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
（変形例１）
例えば、上記実施形態では、学習制御のために燃料噴射弁３０からの燃料の噴射パターンを変化させる際には、Ｓ１８０の処理にて、通常噴射時の噴射パターンに、パイロット噴射を追加するものとして説明したが、Ｓ１８０の処理では、プレ噴射やアフター噴射を追加するようにしてもよく、ディーゼル機関２の運転状態に応じて追加する噴射パターンを設定するようにしてもよい。

なお、上記実施形態において、通常噴射時にパイロット噴射を行うように設定されている場合、Ｓ１８０にて学習用噴射を追加させる際には、パイロット噴射を複数回実行するようにパイロット噴射を追加すればよい。

また、学習制御のために噴射パターンを変更する際には、必ずしも学習用噴射を追加する必要はなく、例えば、Ｓ１８０の処理にて、ディーゼル機関２の運転状態から算出される燃料噴射量に学習用の噴射量を追加することにより、噴射パターンを通常噴射時から変化させるようにしてもよく、或いは、通常噴射時の燃料噴射のタイミングを変化させるようにしてもよい。
（変形例２）
一方、上記実施形態では、学習用噴射を追加することによって生じたディーゼル機関２の運転状態の変化量を算出するために、学習対象気筒の爆発行程で得られる仕事量を算出するものとして説明したが、例えば、回転角センサ３２から得られるディーゼル機関２の回転数或いはその変動量、筒内圧センサから得られる燃焼圧力、ノックセンサにより得られる内燃機関の振動等、ディーゼル機関２に設けられる各種運転状態検出用センサからの検出信号に基づき、学習用噴射を追加することによって学習対象機能の爆発行程で生じた運転状態の変化量を算出するようにしてもよい。

また、後述するように、学習値Ｇとして、全気筒共通のものを算出する際には、ディーゼル機関２の排気成分を検出する空燃比センサやＮＯｘセンサ等からの検出信号をサンプリングすることにより、運転状態の変化量を算出するようにしてもよい。
（変形例３）
また上記実施形態では、気筒毎に学習値Ｇを設定するため、通常噴射時と学習用噴射を行ったときとで、それぞれ、学習対象気筒の爆発行程時に仕事量を算出するものとして説明したが、例えば、学習用噴射を指令した後、学習対象気筒の爆発行程時と他の気筒の爆発行程時とで、それぞれ仕事量及びその平均値を算出するようにし、その平均値の複数回の算出結果の差から、学習用噴射による仕事量を算出するようにしてもよい。

そして、このようにすれば、学習用噴射を複数回実行する期間中に、学習用噴射を行わないときの仕事量と学習用噴射を行ったときの仕事量とを算出することができることから、学習用噴射だけで得られる仕事量を算出するのにようする時間を短くし、学習値Ｇの更新頻度を高めることができる。
（変形例４）
また、学習値Ｇは、必ずしも気筒毎に設定する必要はなく、全気筒共通の学習値を設定するようにしてもよい。そしてこの場合には、学習用噴射等で噴射パターンを変化させる学習対象気筒を全気筒、若しくは、一部の気筒に設定し、その複数の学習対象気筒の爆発行程時に生じる仕事量（詳しくはその平均値）を、上記実施形態のＳ１３０〜Ｓ１６０及びＳ１７０〜Ｓ２１０の処理と同様の手順で、通常噴射時と学習用噴射実行時とで検出し、更に、その検出した学習対象気筒毎の仕事量（詳しくはその平均値）を、全気筒若しくは一部の気筒間で平均化することで、全気筒共通の学習値を算出するようにすればよい。
（変形例５）
また次に、上記実施形態では、通常噴射時の学習値Ａ及びその平均値Ａａｖｅの算出と、学習用噴射実行時の学習値Ｂ及びその平均値Ｂａｖｅの算出とを、それぞれ、連続して複数回実行するものとして説明したが、これら各学習値Ａ、Ｂの算出は、通常噴射時と学習用噴射実行時とで交互に行うようにしてもよく、更に、その平均値Ａａｖｅ、Ｂａｖｅは、複数回学習値Ａ、Ｂを算出した後で行うようにしてもよい。
（変形例６）
一方、上記実施形態では、仕事量を算出する際の爆発周期は１８０°ＣＡであるものとして説明したが、これはディーゼル機関２が４気筒であるためであり、ディーゼル機関２が６気筒の場合には、爆発周期は１２０°ＣＡとなる。

また、上記実施形態では、ディーゼル機関２の各気筒に設けられた燃料噴射弁３０によって各気筒に燃料を噴射供給するディーゼル機関用の燃料噴射システム１０について説明したが、本発明は、ガソリンエンジン用の燃料噴射システムであっても、上記実施形態と同様に適用することはできる。

２…ディーゼル機関、１０…燃料噴射システム、１２…燃料タンク、１４…フィードポンプ、１６…高圧ポンプ、１８…調量弁、２０…コモンレール、２２…圧力センサ、２４…減圧弁、３０…燃料噴射弁、３２…回転角センサ、３４…アクセルセンサ、３６…水温センサ、３８…吸気温センサ、５０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。

Claims (8)

1. 内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射量を算出し、その算出結果に基づき設定される噴射パターンにて燃料噴射弁を駆動することにより、前記内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射制御装置において、
   前記内燃機関の運転中に学習条件が成立すると、所定期間、前記噴射パターンを変化させる噴射パターン変更手段と、
   該噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させているときの前記内燃機関の運転状態と、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていないときの前記内燃機関の運転状態とを比較し、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させることによって生じた前記内燃機関の運転状態の変化量を算出する運転変化量算出手段と、
   該運転変化量算出手段にて算出された運転状態の変化量から、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させることにより生じた燃料噴射量の変化量を推定し、その推定した変化量と前記噴射パターンの変化に対応した基準変化量との差を、前記燃料噴射弁からの燃料噴射誤差補正用の学習値として算出する学習値算出手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射パターン変更手段は、メイン噴射の前／後に実行される燃料噴射を追加することで前記噴射パターンを変化させ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. 前記噴射パターン変更手段は、前記噴射パターンを設定するのに用いられる燃料噴射量及び前記燃料噴射弁を開弁させる噴射タイミングの少なくとも一方を変化させることにより、前記噴射パターンを変化させ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。
4. 前記運転変化量算出手段は、前記内燃機関に設けられた運転状態検出用センサからの検出信号をサンプリングすることにより、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させているときの前記内燃機関の運転状態、及び、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていないときの前記内燃機関の運転状態をそれぞれ検出し、その検出した運転状態の差から、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させることによって生じた運転状態の変化量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記運転変化量算出手段は、
   前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させているときの前記内燃機関の運転状態、及び、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていないときの前記内燃機関の運転状態として、それぞれ、前記内燃機関に設けられた回転角センサからの検出信号をサンプリングすることにより、所定の角度周期で前記内燃機関の回転速度を検出し、
   更に、その検出した回転速度を前記内燃機関の爆発周期の帯域フィルタにてフィルタリングすることで瞬時トルクを算出し、その瞬時トルクを前記内燃機関の爆発周期毎に積分することで、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させているとき、及び、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていないときに、前記内燃機関の爆発行程で得られる仕事量をそれぞれ算出し、
   その算出した仕事量の差を、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させることによって生じた運転状態の変化量として算出することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記内燃機関は、前記燃料噴射弁が気筒毎に設けられた多気筒内燃機関であり、
   前記噴射パターン変更手段は、前記内燃機関の気筒毎に、前記噴射パターンを変化させ、
   前記運転変化量算出手段は、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させているときの前記内燃機関の運転状態、及び、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていないときの前記内燃機関の運転状態として、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させた気筒毎に、当該気筒の爆発行程時に生じる前記内燃機関の運転状態をそれぞれ検出し、その検出した運転状態を比較することで、前記内燃機関の運転状態の変化量を気筒毎に算出し、
   前記学習値算出手段は、前記運転変化量算出手段にて前記内燃機関の気筒毎に算出された運転状態の変化量から燃料噴射量の変化量を気筒毎に推定し、その推定した変化量と前記基準変化量とから、前記内燃機関の気筒毎に前記学習値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 前記内燃機関は、前記燃料噴射弁が気筒毎に設けられた多気筒内燃機関であり、
   前記噴射パターン変更手段は、前記内燃機関の気筒毎に、前記噴射パターンを変化させ、
   前記運転変化量算出手段は、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させた気筒の爆発行程時に生じた前記内燃機関の運転状態と、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていない気筒の爆発行程時に生じた前記内燃機関の運転状態とを比較することで、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させた気筒毎に前記内燃機関の運転状態の変化量を算出し、
   前記学習値算出手段は、前記運転変化量算出手段にて前記内燃機関の気筒毎に算出された運転状態の変化量から燃料噴射量の変化量を気筒毎に推定し、その推定した変化量と前記基準変化量とから、前記内燃機関の気筒毎に前記学習値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 前記内燃機関は、前記燃料噴射弁が気筒毎に設けられた多気筒内燃機関であり、
   前記噴射パターン変更手段は、前記内燃機関の全気筒若しくは特定の複数気筒の噴射パターンを変化させ、
   前記運転変化量算出手段は、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させているときに前記内燃機関の全気筒若しくは複数気筒の爆発行程時に生じる前記内燃機関の運転状態の平均値と、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させていないときに前記内燃機関の全気筒若しくは複数気筒の爆発行程時に生じる前記内燃機関の運転状態の平均値とを比較することで、前記噴射パターン変更手段が前記噴射パターンを変化させることによって生じた前記内燃機関の運転状態の変化量を算出し、
   前記学習値算出手段は、前記運転変化量算出手段にて算出された運転状態の変化量から燃料噴射量の変化量を推定し、その推定した変化量と前記基準変化量との差を、全気筒共通の学習値として算出することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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