JP4532532B2 - 燃料噴射制御装置及び燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁からの実噴射量と指令噴射量とのずれを検出して噴射量補正値を設定する燃料噴射制御装置及びそれを用いた燃料噴射システムに関する。

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、メイン噴射に先立って極少量の燃料噴射を行うパイロット噴射が行われている。
このパイロット噴射では、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、例えば、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、その単発噴射によって生じるディーゼル機関の回転変動量から実噴射量を推定し、その推定した実噴射量と指令噴射量とのずれに基づき、噴射量補正値を設定する、といった手順で、気筒毎に燃料噴射量の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）。

つまり、この提案の学習制御では、単発的な燃料噴射によって生じる回転変動量とそのときの機関回転数とを乗じることで、その燃料噴射によってディーゼル機関に生じた発生トルクを求める。そして、ディーゼル機関において、その発生トルクは燃料噴射弁からの燃料噴射量に比例することから、この発生トルクから実噴射量を推定し、その推定した実噴射量と指令噴射量とのずれを、当該気筒に燃料を噴射供給する際の噴射量補正値として設定するのである。
特開２００５−３６７８８号公報

ところで、燃料噴射弁からの燃料噴射量は、燃料噴射圧に応じて変化するので、上記のような学習制御は、燃料噴射圧毎に実行することが望ましい。
そして、このためには、学習制御を実行する際に、学習制御を実行する際の学習用噴射圧を設定して、燃料噴射圧をその学習用噴射圧に制御し、その後、上記学習制御を実行することにより、燃料噴射圧毎に噴射量補正値を算出するようにすればよい。

しかし、このように、学習制御を実行する度に、燃料噴射圧を学習用噴射圧に制御するようにすると、学習時の燃料噴射圧（学習用噴射圧）が、学習制御を実施しない通常噴射時の燃料噴射圧に比べて高くなり過ぎ、学習制御を終了して通常噴射を再開するときに、燃料噴射圧を十分に低下させることができないことが考えられる。

そして、燃料噴射圧が十分に低下していない状態で通常噴射を再開すると、内燃機関の燃焼音や振動等の運転状態が大きく変化し、運転者等に違和感を与えることになる。
また、通常噴射時の燃料噴射圧に比べて学習用噴射圧が高くなり過ぎると、学習制御実行時にも、内燃機関の燃焼音や振動等の運転状態が大きく変化することになるので、この場合にも運転者等に違和感を与えることが考えられる。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、燃料噴射弁からの実噴射量と指令噴射量とのずれを検出して噴射量補正値を設定する学習制御を、運転者等に違和感を与えることなく、燃料噴射圧毎に実行し得る燃料噴射制御装置、及びそれを用いた燃料噴射システムを提供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、学習条件判定手段が、燃料噴射弁からの燃料噴射量の学習条件が成立しているか否かを判定し、噴射圧設定手段が、その学習条件成立時に燃料噴射弁から燃料を噴射させる際の学習用噴射圧を設定する。

そして、学習条件判定手段にて学習条件が成立していると判定されると、学習噴射制御手段が、噴射圧制御手段に対し燃料噴射圧を学習用噴射圧に制御させ、その後、燃料噴射弁に学習用の噴射指令を出力して、燃料噴射弁から指令噴射量だけ燃料を噴射させる。

また、学習噴射制御手段からの噴射指令によって燃料噴射弁から燃料が噴射されると、補正値設定手段が、その噴射された燃料の実噴射量を検出し、その検出した実噴射量と指令噴射量との差に基づき、学習用噴射圧に対応した燃料噴射圧で燃料噴射を行う際の噴射量補正値を設定する。

従って、本発明の燃料噴射制御装置によれば、噴射圧設定手段が学習用噴射圧として設定した燃料噴射圧毎に、噴射量補正値を設定できることになり、内燃機関の通常運転時には、燃料噴射圧に影響されることなく、燃料噴射弁からの燃料噴射量を内燃機関の運転状態に応じた最適値に制御することが可能となる。

また、本発明の燃料噴射制御装置には、噴射圧設定手段にて設定された学習用噴射圧と噴射圧制御手段が学習条件の非成立時に制御する目標噴射圧との圧力差を求め、その圧力差が予め設定されたしきい値以上であれば、学習噴射制御手段の動作を禁止する学習噴射禁止手段が設けられている。

よって、本発明の燃料噴射制御装置によれば、学習用噴射圧と通常噴射時の目標噴射圧との圧力差が大きく、上記学習制御を実行するとその実行時や通常噴射再開時に内燃機関の運転状態が大きく変化する場合には、学習制御を禁止して、運転者等に違和感を与えるのを防止できる。

ここで、学習制御の実行時や通常噴射の再開時に、上記圧力差によって生じる内燃機関の運転変動（燃焼音や振動の変化）により、運転者等が違和感を感じるのは、周囲の騒音が小さいときであり、周囲の騒音が大きいときには、運転者等は、違和感を感じ難くなる。

このため、本発明（請求項１）の燃料噴射制御装置には、請求項２に記載のように、学習噴射禁止手段が圧力差の判定に用いるしきい値を、周囲の騒音に応じて設定する、しきい値設定手段を設けるとよい。

つまり、請求項２に記載の燃料噴射制御装置によれば、周囲の騒音が大きく、運転者が違和感を感じ難いときには、しきい値に大きな値が設定されて、学習噴射禁止手段により学習噴射制御手段の動作が禁止される確率を少なくすることができる。よって、この装置によれば、上述した学習制御を、運転者等に違和感を与えることなく実行できるだけでなく、その学習制御により噴射量補正値が更新される確率を高めることができる。

また、請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、しきい値設定手段は、請求項３に記載のように構成するとよい。
つまり、請求項３に記載の燃料噴射制御装置において、しきい値設定手段は、周囲の騒音を表すパラメータとして、内燃機関の回転速度又はこの内燃機関を動力源とする車両の車速を検出し、その検出した回転速度又は車速が大きい程大きくなるように、しきい値を設定する。

この結果、内燃機関の回転速度や車速が大きく、周囲の騒音が大きくなるときには、しきい値に大きな値が設定されることになり、上記学習制御によって噴射量補正値を更新し得る確率を、より確実に高めることができる。

一方、請求項４に記載の燃料噴射制御装置においては、学習条件判定手段が、内燃機関が無噴射減速状態であるときに学習条件が成立していると判定する。
このため、請求項４に記載の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関の運転状態に変化を与える外乱の少ない条件下で上述した学習制御を実行できることになり、噴射量補正値を燃料噴射圧毎に高精度に設定することが可能となる。

次に、請求項５に記載の燃料噴射システムにおいては、コモンレールから燃料供給を受けて内燃機関（ディーゼル機関）に燃料を噴射供給する燃料噴射弁からの燃料噴射量を、上述した請求項１〜請求項４の何れかに記載の燃料噴射制御装置により制御する。

従って、この燃料噴射システムによれば、燃料噴射弁からの燃料噴射量、特にメイン噴射の前に実施するパイロット噴射による微少噴射量を、高精度に補正できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
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、回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ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、ディーゼル機関２に設けられた各種センサ３２，３４，３６，３８…、ディーゼル機関２が搭載された自動車の走行速度（車速）を検出する車速センサ４０、等からの検出信号を取り込み、これら各検出信号に基づき、コモンレール圧（換言すれば燃料噴射弁３０からの燃料噴射圧）や燃料噴射弁３０からの燃料噴射量を制御する。

つまり、ＥＣＵ５０は、
ａ）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（換言すれば目標噴射圧）を算出し、圧力センサ２２にて検出されたコモンレール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、噴射圧制御手段としてのコモンレール圧制御や、
ｂ）ディーゼル機関２の運転状態に基づき燃料噴射量を算出し、その算出結果に応じて各気筒の燃料噴射弁３０を所定の噴射タイミングで所定時間開弁することで、各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射制御を実行する。

また、この燃料噴射制御では、ＥＣＵ５０は、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を実行させる。
そして、このパイロット噴射では、燃料噴射弁３０に対する燃料噴射の指令値（指令噴射量）と燃料噴射弁３０から実際に噴射される燃料量（実噴射量）とのずれによって燃料噴***度が大きく変化することから、ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３０からの実噴射量と指令噴射量とのずれを燃料噴射量の補正値（噴射量補正値）として算出する学習制御も実行する。

以下、この学習制御について、図２に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。
図２は、ＥＣＵ５０において、例えば、各気筒の噴射制御タイミングで実行される噴射量学習ルーチンを表している。

図２に示すように、噴射量学習ルーチンでは、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、燃料噴射量の学習条件が成立しているか否かを判定する。なお、この判定処理では、例えば、アクセル開度ＡＣＣが零となって、ディーゼル機関２が減速運転に入り、各気筒への燃料噴射量が零となっているとき（換言すればディーゼル機関２が無噴射減速状態であるとき）に、学習条件が成立したと判定する。

そして、Ｓ１１０にて学習条件が成立したと判定されなければ、当該噴射量学習ルーチンを終了し、Ｓ１１０にて学習条件が成立したと判定されると、Ｓ１２０に移行して、以降の処理で学習用の燃料噴射を行う際の目標噴射圧（学習用噴射圧）が既に設定されているか否かを判断する。

Ｓ１２０にて、学習用の目標噴射圧は設定されていないと判断されると、Ｓ１３０に移行し、学習対象となる複数の学習用噴射圧の中から、次に噴射量補正値を更新すべき学習用噴射圧を選択し、その選択した学習用噴射圧を、上記コモンレール圧制御での目標圧力（目標噴射圧）として設定する。

なお、Ｓ１３０にて、学習用噴射圧をコモンレール圧制御での目標圧力（目標噴射圧）として設定すると、ＥＣＵ５０にて別途実行されるコモンレール圧制御によって、コモンレール圧が学習用噴射圧に制御されるようになる。

次に、Ｓ１２０にて、学習用の目標噴射圧は既に設定されていると判断されるか、或いは、Ｓ１３０にて、学習用の目標噴射圧が設定されると、Ｓ１４０に移行する。
そして、Ｓ１４０では、現在設定されている学習用の目標噴射圧（学習用噴射圧）と、上述したコモンレール圧制御でディーゼル機関２の運転状態に基づき算出された通常運転用の目標噴射圧（通常噴射圧）との圧力差（＝学習用噴射圧−通常噴射圧）を算出し、Ｓ１５０に移行する。

また、Ｓ１５０では、車速センサ４０にて検出された車速と、ＥＣＵ５０のＲＯＭ等に予め記憶された図３に示すしきい値演算マップとを用いて、上記圧力差の上限値となるしきい値を算出する。

なお、図３に示すように、しきい値演算マップは、車速をパラメータとして、車速が大きい程、しきい値が大きくなるように、設定されている。
次に、Ｓ１５０にてしきい値が設定されると、Ｓ１６０に移行し、その設定されたしきい値とＳ１４０にて算出した圧力差とを比較し、圧力差がしきい値よりも小さいか否かを判断する。

Ｓ１６０にて、圧力差がしきい値よりも小さいと判断されると、Ｓ１７０に移行して、コモンレール圧制御によってコモンレール圧がＳ１３０にて設定した学習用の目標噴射圧（学習用噴射圧）に達したか否かを判断する。

そして、コモンレール圧が学習用の目標噴射圧（学習用噴射圧）に達していなければ、当該噴射量学習ルーチンを終了し、逆に、コモンレール圧が学習用の目標噴射圧（学習用噴射圧）に達していれば、Ｓ１８０に移行して、燃料噴射量の学習のために、現在燃料噴射タイミングとなっている気筒の燃料噴射弁３０に対し、予め設定された指令噴射量だけ燃料噴射（単発噴射）を実行させる。

次に、単発噴射実行後は、Ｓ１９０にて、ディーゼル機関２の運転状態の変化量（回転速度の変動量等）を検出する。そして、続くＳ２００では、Ｓ１９０で検出した変化量に基づき、ディーゼル機関２の発生トルクを求め、その発生トルクから実噴射量を推定し、Ｓ２１０に移行する。

Ｓ２１０では、Ｓ２００で求めた実噴射量と指令噴射量とのずれに基づき、コモンレール圧が現在の燃料噴射圧になっているときに、今回単発噴射を行った気筒に対する燃料噴射量を補正するための噴射量補正値を算出し、補正値算出用マップを更新する。

そして、このようにＳ２１０にて補正値算出用マップが更新されるか、或いは、Ｓ１６０にて圧力差がしきい値以上であると判断されると、Ｓ２２０に移行して、コモンレール圧制御での目標圧力（目標噴射圧）を、学習用噴射圧から通常運転用の目標噴射圧（通常噴射圧）に戻すことで、コモンレール圧制御を通常制御に戻し、当該噴射量学習ルーチンを終了する。

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、燃料噴射量の学習条件が成立すると、燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ５０が、学習用の単発噴射を実行させる際の目標噴射圧（学習用噴射圧）を設定し、その設定した学習用噴射圧と学習条件非成立時の目標噴射圧（通常噴射圧）との圧力差（＝学習用噴射圧−通常噴射圧）がしきい値未満であるか否かを判定する。

そして、ＥＣＵ５０は、圧力差がしきい値未満であれば、別途実行するコモンレール圧制御により燃料噴射圧（コモンレール圧）が学習用噴射圧に制御されるのを待って、単発噴射を実行し、単発噴射後のディーゼル機関２の運転状態の変化量に基づき、現在の燃料噴射圧での噴射量補正値を算出する、といった手順で燃料噴射量の学習制御を実行する。

従って、本実施形態の燃料噴射システム１０によれば、燃料噴射圧毎に噴射量補正値を設定できることになり、ディーゼル機関２の通常運転時には、燃料噴射圧に影響されることなく、燃料噴射弁３０からの実噴射量を内燃機関の運転状態に応じた最適値に制御することが可能となる。

また、ＥＣＵ５０は、圧力差がしきい値以上であれば、学習制御の実行を中止する。
よって、本実施形態の燃料噴射システム１０によれば、上記圧力差が大きく、上述した学習制御を実行すると単発噴射実行後や通常噴射再開後にディーゼル機関２の運転状態が大きく変化するような場合には、学習制御を禁止して、運転者等に違和感を与えるのを防止することができる。

また、本実施形態では、学習制御を実行するか禁止するかを判定するのに用いるしきい値が、図３に示したマップを用いて、車速が大きいほどしきい値が大きくなるように設定される。このため、運転者等が上記圧力差によって生じるディーゼル機関２の運転変動を感じ難くなる車両の高速走行時には、しきい値を大きくして、学習制御が禁止される確率を少なくすることができる。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ５０にて実行される噴射量学習ルーチンのうち、Ｓ１１０の判定処理が、本発明の学習条件判定手段に相当し、Ｓ１３０の処理が、本発明の噴射圧設定手段に相当し、Ｓ１５０の処理が、本発明のしきい値設定手段に相当し、Ｓ１４０及びＳ１６０の処理が、本発明の学習噴射禁止手段に相当し、Ｓ１７０及びＳ１８０の処理が、本発明の学習噴射制御手段に相当し、Ｓ１９０〜Ｓ２１０の処理が、本発明の補正値設定手段に相当する。

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。
例えば、上記実施形態では、噴射量学習ルーチンのＳ１５０にて、しきい値を、図３に示したマップに基づき、車速に応じて設定するものとして説明した。しかし、しきい値は、例えば、ディーゼル機関２の回転速度に応じて、回転速度が高い程大きくなるように設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、噴射量学習ルーチンのＳ１４０にて、学習用噴射圧から通常噴射圧を減じた値（学習用噴射圧−通常噴射圧）を、圧力差として算出し、この圧力差がしきい値以上であるとき（換言すれば、学習噴射圧が通常噴射圧よりもしきい値以上大きい場合に）、学習制御を禁止するものとして説明したが、Ｓ１４０では、学習用噴射圧と通常噴射圧との差の絶対値を圧力差として算出するようにしてもよい。

そして、このようにすれば、学習噴射圧が通常噴射圧よりもしきい値以上小さいときにも、学習制御が禁止されることになり、通常噴射再開時の燃料噴射圧が低くなり過ぎて、ディーゼル機関２に燃料を充分できなくなる、といったことを防止できるようになる。

一方、上記実施形態では、ディーゼル機関２が無噴射減速状態であるときに燃料を単発的に噴射して噴射量補正値を算出する、所謂減速式の学習制御を実行するものとして説明した。

しかし、本発明は、例えば、ディーゼル機関２のアイドル運転時に、気筒毎に、燃料噴射を複数回に分けて行い、そのとき生じたディーゼル機関の回転速度及び回転変動に基づき、各気筒間で回転変動を平滑化するための第１補正値と全気筒の平均回転速度を目標回転速度（アイドル回転速度）に制御するための第２補正値とを求め、これら両補正値を実噴射量と指令噴射量とのずれを表すパラメータとして、最終的な噴射量補正値を設定する学習制御等、上記実施形態とは異なる方式の学習制御であっても、上記実施形態と同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、コモンレール２０内の燃料を燃料噴射弁３０からディーゼル機関２の各気筒に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、気筒毎に燃料噴射弁が設けられていれば、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ができる。

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。 ＥＣＵにて実行される噴射量学習ルーチンを表すフローチャートである。 車速に基づきしきい値を算出するのに用いられるマップを表す説明図である。

符号の説明

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…回転速度センサ、３４…アクセルセンサ、３６…水温センサ、３８…吸気温センサ、４０…車速センサ、５０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。

Claims (5)

1. 内燃機関の運転状態に基づき燃料噴射量を算出し、該算出結果に応じて燃料噴射弁を駆動することにより、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射制御装置であって、
   燃料噴射弁からの燃料噴射圧を目標噴射圧に制御する噴射圧制御手段と、
   燃料噴射弁からの燃料噴射量の学習条件が成立しているか否かを判定する学習条件判定手段と、
   前記学習条件成立時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる際の学習用噴射圧を設定する噴射圧設定手段と、
   前記学習条件判定手段にて学習条件が成立していると判定されると、前記噴射圧制御手段に対し前記燃料噴射圧を前記学習用噴射圧に制御させ、その後、前記燃料噴射弁に学習用の噴射指令を出力して、前記燃料噴射弁から指令噴射量だけ燃料を噴射させる学習噴射制御手段と、
   該学習噴射制御手段からの噴射指令によって前記燃料噴射弁から噴射された燃料の実噴射量を検出し、該実噴射量と前記指令噴射量との差に基づき、前記学習用噴射圧に対応した燃料噴射圧で燃料噴射を行う際の噴射量補正値を設定する補正値設定手段と、
   前記噴射圧設定手段にて設定された学習用噴射圧と前記噴射圧制御手段が前記学習条件の非成立時に制御する目標噴射圧との圧力差を求め、該圧力差が予め設定されたしきい値以上であれば、前記学習噴射制御手段の動作を禁止する学習噴射禁止手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記学習噴射禁止手段が前記圧力差の判定に用いるしきい値を、周囲の騒音に応じて、該騒音が大きい程大きくなるように設定するしきい値設定手段、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記しきい値設定手段は、周囲の騒音を表すパラメータとして、内燃機関の回転速度又は該内燃機関を動力源とする車両の車速を検出し、該回転速度又は車速が大きい程大きくなるように、前記しきい値を設定することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記学習条件判定手段は、前記内燃機関が無噴射減速状態であるとき、前記学習条件が成立していると判定することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料噴射制御装置。
5. 燃料を加圧し圧送する燃料供給ポンプと、
   前記燃料供給ポンプが圧送する燃料を蓄圧するコモンレールと、
   前記コモンレールが蓄圧している燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
   請求項１〜請求項４の何れかに記載の燃料噴射制御装置と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射システム。

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