JP5924302B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの燃料噴射制御装置に関する。

コモンレールに蓄圧された燃料を高圧管によって燃料噴射弁に導き、気筒への燃料噴射をエンジン運転状態に応じて１燃焼サイクルに複数回実行する燃料噴射制御装置が知られている。例えば、ディーゼルエンジンでは、エンジントルクを得るためのメイン噴射に先行して、燃料を微少量噴射して空気と混合させるパイロット噴射、或いは火種を生成するためのパイロット噴射が実行され、また、触媒での排気ガス浄化を促進すべく排気ガス温度を上昇させるためのポスト噴射が実行される。

このような燃料の所謂多段噴射においては、先行する前噴射によって燃料噴射圧の脈動が発生し、この脈動によって燃料噴射弁の噴孔を開閉する弁部材の作動が不安定になって、後噴射の実際の噴射量が目標噴射量からずれることが知られている。燃料噴射弁の噴孔が前噴射の終了に伴って閉じられると、それまで噴孔に向かっていた燃料の流れが急にせき止められる水撃作用によって脈動を生ずるものである。燃料噴射量が目標噴射量からずれると、燃費改善、ＮＶ（騒音・振動）の低減、ＮＯｘやスモークの低減等に不利になる。

上記燃料噴射圧の脈動による後噴射の噴射量のずれ対策として、特許文献１には、目標後噴射量に対する実際の噴射量のうねりの影響を弱め合う状態となるように、前噴射と後噴射のインターバルを設定することが記載されている。また、上記燃料噴射圧の脈動対策として、特許文献２には、コモンレールと燃料噴射弁を繋ぐ高圧管の内径をコモンレールから燃料噴射弁に向かってテーパー状に拡大することが記載されている。

特開２００５−１６３６３９号公報 特開２００７−３２７４２８号公報

燃料噴射弁の先端で発生する水撃作用による圧力波は燃料噴射弁と高圧管との接続部で反射され、その接続部を透過した圧力波は高圧管と蓄圧室（例えば、コモンレール）との接続部で反射される。圧力波が燃料噴射弁と高圧管との接続部で反射されて生ずる脈動と、高圧管と蓄圧室との接続部で反射されて生ずる脈動とでは、圧力波の伝播距離の相違によって脈動の周期が異なる。相対的に、前者は高周波の脈動となり、後者は低周波の脈動となる。従って、実際に観測される燃料噴射圧の脈動は、周期が異なる複数の脈動成分が合わさった複雑な波形になる。そのため、噴射量のずれの補正（例えば、特許文献１に記載されているような前噴射と後噴射のインターバルの補正）が難しくなる。

これに対して、特許文献２に記載されている高圧管は、燃料噴射圧の脈動を抑制する効果があると思われるものの、高圧管をその内径がテーパー状に拡大した形状とするために、製作コストが高くなる。

そこで、本発明は、通路断面積一定の高圧管を採用しながら、燃料噴射圧の脈動によって生ずる噴射ずれ量の補正を容易にする。

本発明は、上記課題を解決するために、燃料噴射弁内の燃料通路の断面積と高圧管の燃料通路の断面積との比によって、低周波の脈動成分と高周波の脈動成分の強さが変わる点に着目した。

本発明に係るエンジンの燃料噴射制御装置は、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、燃料をエンジンの気筒に噴射する燃料噴射弁と、上記蓄圧室から上記燃料噴射弁に燃料が供給されるように上記蓄圧室と上記燃料噴射弁を結ぶ通路断面積一定の高圧管とを備え、エンジン運転状態に応じて上記燃料噴射弁による気筒への燃料噴射を１燃焼サイクルに複数回実行することを前提とする。

そうして、本発明は、上記燃料噴射弁の先端から該燃料噴射弁と上記高圧管の一端との接続部に至る当該燃料噴射弁内の燃料通路の断面積をａ１とし、上記高圧管の燃料通路の断面積をａ２とし、上記燃料噴射弁の先端からの燃料噴射によって、該燃料噴射弁の先端と上記高圧管の一端との間で生ずる燃料噴射圧の脈動成分Ｐ１のピーク振幅をＡ１とし、該燃料噴射弁の先端と上記高圧管の他端との間で生ずる燃料噴射圧の脈動成分Ｐ２のピーク振幅をＡ２としたとき、Ａ１がＡ２の１／２以下となるように、又はＡ２がＡ１の１／２以下となるように、上記燃料通路の断面積比Ｒ＝ａ２／ａ１が設定されていることを特徴とする。

ここに、圧力波の脈動の周期は脈動を生ずる通路長さに比例するから、燃料噴射弁の先端と高圧管の一端との間で生ずる脈動成分Ｐ１の周期Ｔ１は、燃料噴射弁の先端と高圧管の他端との間で生ずる脈動成分Ｐ２の周期Ｔ２よりも短くなる（脈動成分Ｐ１は高周波となり、脈動成分Ｐ２は低周波となる。）。一方、通路径が異なる異径点では、圧力波の一部が反射され、残部が透過する。その透過係数Ｓは異径点における通路断面積比Ｒが１に近づくほど大きくなる。

本発明では、燃料噴射弁内の燃料通路と高圧管の燃料通路の断面積比Ｒの設定によって圧力波の透過係数を調整し、脈動の高周波成分及び低周波成分のうちの一方のピーク振幅が他方のピーク振幅の１／２以下になるようにしている。従って、実際の脈動は高周波成分と低周波成分とが合わさった波形になるものの、それは低周波成分のみ又は高周波成分のみの波形に近いシンプルな形になる。すなわち、高周波成分及び低周波成分のうちの一方が支配的になった（強く影響した）脈動となる。

よって、燃料噴射圧の脈動波形に対応して後噴射量のずれ量の変動もシンプルになり、支配的となる一方の脈動成分に基く後噴射量の補正制御であっても、信頼性が高い制御となる。このことは、実用化にあたっての適合工数が少なくなること、従って、開発期間を大幅に短縮することができることを意味する。よって、前噴射と後噴射のインターバルを短くしても後噴射量を目標値からのずれが小さくなるように精度良く補正することが可能になり、燃費、ＮＶ、ＮＯｘ・スモークの改善に有利になる。

好ましいのは、上記燃料通路の断面積比Ｒを１．２５以下とすることである。これにより、上記低周波成分が支配的になった燃料噴射圧の脈動となり、後噴射量及び／又は後噴射時期の補正制御が容易になる。

前噴射に伴って燃料噴射圧の脈動を生ずるとき、後噴射量の目標噴射量からのずれを補正するためには、エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する制御手段と、上記複数回の燃料噴射のうち先行する前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動による後噴射の目標噴射量からの噴射ずれ量の変動特性を推定する手段と、この噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び／又は噴射時期を補正する補正手段とを備えている構成とすればよい。

好ましいのは、上記噴射ずれ量の変動特性の推定手段は、所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの、前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる噴射ずれ量の変動特性に係る減衰振動モデル式を備え、この減衰振動モデル式の振幅、減衰係数、周波数及び位相の少なくとも一つに補正項が設定されており、該補正項を当該燃焼サイクルの噴射条件の変動に応じて変更することによって、上記噴射ずれ量の変動特性を求めることである。

このような燃料噴射制御装置によれば、噴射ずれ量の変動特性の推定にあたっては、基準となる減衰振動モデル式の補正項を当該燃焼サイクルの噴射条件の変動に応じて変更すればよく、減衰振動モデル式の基本パラメータ（振幅、減衰係数、周波数係数、周波数、位相）自体は変化させる必要がない。

例えば、噴射条件としての前噴射量や後噴射量が変動するとき、その変動によって噴射ずれ量の変動特性がどのように変わるかを把握すればよく、実用化にあたっての適合工数が少なくなるため、開発期間を大幅に短縮することができるとともに、噴射ずれ量の変動特性を精度良くとらえることが可能になる。よって、前噴射と後噴射のインターバルを短くしても噴射量を目標値からのずれが小さくなるように精度良く補正することが可能になり、燃費、ＮＶ、ＮＯｘ・スモークの改善に有利になる。

上記補正項は、当該燃料サイクルの噴射条件の変動に応じて、ルックアップテーブル、データマップ、又は関数により変更することができる。好ましい態様では、上記噴射ずれ量の変動特性の推定手段は、前噴射量と後噴射量を上記補正項に対応付けたルックアップテーブル、又は前噴射量と後噴射量と上記蓄圧室の燃料圧力を上記補正項に対応付けたデータマップ、又は前噴射量と後噴射量と上記蓄圧室の燃料圧力とを変数とする関数に基づいて補正項を決定する。

このように噴射条件に応じた補正項データを実験又はシミュレーションにより求めておくことで、噴射ずれ量の変動特性の推測精度を向上させることができる。

好ましい態様では、上記補正手段は、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による噴射ずれ量を重み付け加算して後噴射の噴射量及び／又は噴射時期を補正する。後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各々による燃料噴射圧の脈動が後噴射における噴射量のずれに影響するが、先の前噴射による燃料噴射圧の脈動は次の前噴射による燃料噴射圧の脈動によって減衰されて影響が小さくなる。そこで、各前噴射による噴射ずれ量に重み付けしてそれらを加算するものである。これにより、噴射量を精度良く補正することができる。

好ましい態様では、上記補正手段は、上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて、後噴射の噴射時期を噴射ずれ量が小さくなるときに又は噴射ずれ量がゼロになるときに後噴射が開始されるように補正する。これにより、予定された正規の燃料噴射圧で又は正規の燃料噴射圧に近い圧力で後噴射を開始することができるため、その噴射量を目標噴射量に近づけやすくなる。

本発明によれば、燃料噴射弁内の燃料通路断面積ａ１と高圧管の燃料通路断面積ａ２の比を、高周波脈動成分Ｐ１のピーク振幅Ａ１が低周波脈動成分Ｐ２のピーク振幅Ａ２の１／２以下となるように、又は当該Ａ２がＡ１の１／２以下となるように設定したから、実際の燃料噴射圧の脈動は高周波成分及び低周波成分のうちの一方が支配的になった脈動となる。よって、信頼性が高い補正制御のために高周波成分と低周波成分の双方をみる必要がなくなり、実用化にあたっての適合工数が少なくり、開発期間を大幅に短縮することができるとともに、前噴射と後噴射のインターバルを短くしても後噴射量を目標値からのずれが小さくなるように精度良く補正することが可能になり、燃費、ＮＶ、ＮＯｘ・スモークの改善に有利になる。

エンジンの燃料噴射制御装置の全体構成図である。 前噴射による燃料噴射圧の脈動の説明図である。 燃料噴射圧の脈動と噴射ずれ量との関係を示すグラフ図である。 燃料噴射圧の脈動の周波数分析結果を示すグラフ図である。 燃料噴射圧の脈動成分の重ね合わせの一例を示すグラフ図である。 異径点における圧力波の透過と反射の説明図である。 燃料通路の断面積比と圧力波の透過係数の関係を示すグラフ図である。 燃料通路の断面積比と脈動成分のピーク振幅の関係を示すグラフ図である。 断面積比Ｒ＝１、Ｒ＝２．２５及びＲ＝４各々における燃料噴射圧の脈動波形を示すグラフ図である。 前噴射量に応じて燃料噴射圧の脈動波形が変わることを示す図である。 後噴射量に応じて後噴射が燃料噴射圧の脈動の影響を受ける時間が変わることを示す図である。 減衰振動モデル式の補正項テーブルの作成方法の説明図である。 減衰振動モデル式の補正項テーブルを示す図である。 ２段以上の前噴射があるときの噴射ずれ量の脈動波の足し合わせを示す図である。 後噴射量補正制御のフロー図である。 後噴射量補正制御のサブルーチンのフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（燃料噴射制御装置の全体構成）
本実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置は、例えば自動車に搭載された４気筒ディーゼルエンジンに用いられる。図１に示す燃料噴射制御装置において、１はエンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁、２は燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室としてのコモンレール、３は燃料噴射弁１とコモンレール２を結ぶ高圧管である。燃料タンク４の燃料が燃料供給ポンプ５で加圧されてコモンレール２に供給され高圧状態で蓄えられる。高圧状態の燃料がコモンレール２から高圧管３を通して燃料噴射弁１に供給される。当該燃料噴射制御装置は、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１による気筒への燃料噴射を１燃焼サイクルに複数回実行する。

なお、図１では、一つの気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁１及び高圧管３を具体的に図示し、他の気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁１及び高圧管３は簡略に図示している。

燃料噴射弁１について説明する。燃料噴射弁１のボディ１１にはボディ先端の噴孔１２を開閉するニードル（弁部材）１３が往復動自在に収容されている。ニードル１３はスプリング１４によって噴孔１２を閉塞する方向に付勢されている。ボディ１１には、噴孔１２に通ずる燃料室１５、ニードル１３に噴孔閉塞方向の圧力を加えるための制御室１６、並びに燃料室１５及び制御室１６に高圧燃料を分岐して供給する燃料通路１７が形成されている。燃料通路１７は制御室１６に供給用オリフィス１８を介して連通している。制御室１６は燃料戻り通路１９に戻り用オリフィス２１を介して連通している。

また、燃料噴射弁１のボディ１１には戻り用オリフィス２１を開閉する制御弁２２が往復動自在に設けられている。制御弁２２はスプリング２３によって戻り用オリフィス２１を閉塞する方向に付勢されていて、ソレノイド２４によって戻り用オリフィス２１を開く方向に駆動される。燃料噴射弁１の燃料通路１７に高圧管３の燃料通路２５が接続されている。燃料噴射弁１の燃料通路１７の入口には燃料中の異物を除去するためのフィルタ２９が設けられている。コモンレール２と高圧管３とはオリフィス２６を介して接続されている。

ここに、ニードル１３が燃料室１５の燃料によって噴孔開放方向に受ける力をＦ１とし、制御室１６の燃料によって噴孔閉塞方向に受ける力をＦ２とし、スプリング１４による付勢力をＦ３として、燃料噴射弁１の作動を説明する。

ソレノイド２４への通電がオフであるときは、制御弁２２がスプリング２３の付勢によって制御室１６の戻り用オリフィス２１を閉塞している。このときはＦ１＜（Ｆ２＋Ｆ３）となり、噴孔１２はニードル１３によって閉塞されている。ソレノイド２４が励磁されると、制御弁２２がスプリング２３の付勢に抗して移動し、制御室１６の戻り用オリフィス２１が開放される。これにより、Ｆ２が小さくなるため、Ｆ１＞（Ｆ２＋Ｆ３）となり、ニードル１３が噴孔１２を開放し、噴孔１２から燃料が噴射される。

ソレノイド２４への通電の制御はＥＣＵ２７によりソレノイド駆動回路２８を通じて行なわれる。ＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータによって構成されており、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射弁１による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する制御手段、上記複数回の燃料噴射のうち後噴射に先行する前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による後噴射の噴射ずれ量の変動特性を推定する手段、並びに噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び／又は噴射時期を補正する補正手段として機能する。

そのため、ＥＣＵ２７には、エンジン回転数を検出する回転数センサ３１、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度を検出するアクセルセンサ３２、エンジンの吸入空気量を検出するセンサ３３，エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３４、エンジンのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ３５、コモンレール２の内部の燃料圧力（以下、「燃圧」という。）を検出する燃圧センサ３６等の各検出信号が入力される。回転数センサ３１及びアクセルセンサ３２がエンジン運転状態を検出するセンサとして機能する。

（制御手段）
ＥＣＵ２７では、アクセル開度（エンジン負荷）とエンジン回転数に応じた目標トルクを記録した目標トルクマップ、並びにこの目標トルク、吸入空気量及びエンジン回転数に応じた燃料噴射量を記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納されている。アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて目標トルクが求められ、この目標トルクとエンジン回転数と吸入空気量とに基づいて燃料の主噴射量が求められ、主噴射量とコモンレール２の燃圧とに基づいて、燃料噴射弁１の励磁時間（開弁時間）が決定される。

上記ＥＣＵ２７のメモリには、目標トルク（又はアクセル開度）とエンジン回転数に応じて燃料の噴射パターン（噴射段数、噴射圧力、噴射時期、噴射量）を設定した噴射パターンマップが電子的に格納されており、目標トルクとエンジン回転数とに基づいて噴射パターンが選択される。例えば、主噴射に関しては、燃料を圧縮行程上死点付近で一括して噴射するか、２回に分割して噴射するか、３回に分割して噴射するかのいずれかが選択されるとともに、分割噴射の場合には、その途中の閉弁状態となる噴射インターバルを変更して、燃費性能や排気特性等が最適なものになるように燃焼が制御される。また、燃料予混合等のために主噴射前に実行されるパイロット噴射或いはプレ噴射、並びに、スモークの低減等のための主噴射後のポスト噴射に関しても、エンジンの運転状態に応じた噴射時期を設定した噴射時期マップ、並びにエンジンの運転状態に応じた噴射量を設定した噴射量マップが電子的に格納されており、それらマップに基づいて噴射時期及び噴射量が制御される。なお、パイロット噴射或いはプレ噴射、ポスト噴射が実行されるときは必要に応じて主噴射量が補正される。

（後噴射量の目標値からのずれ）
図２に示すように、燃料噴射弁１による燃料噴射が１燃焼サイクル中に複数回実行されるときは、先行する前噴射の終了に伴って（噴孔１２が閉じられたときに）燃料噴射弁１の先端で水撃作用による圧力波が発生して燃料噴射圧の脈動を生ずる。この燃料噴射圧の脈動により、後噴射の噴射量に目標値からのずれを生ずる。

ここに、「後噴射」とは、１燃焼サイクルにおいて、先行する前噴射の後に実行される燃料噴射を意味する。例えば、パイロット噴射が実行されるときは、パイロット噴射が「前噴射」となり、主噴射が「後噴射」となる。或いは、主噴射が分割噴射されるときは、例えば、先行する第１段目の噴射が「前噴射」となり、２段目の噴射、或いは３段目の噴射が「後噴射」となる。或いは、ポスト噴射が実行されるときは、例えば、パイロット噴射や主噴射が「前噴射」となり、ポスト噴射が「後噴射」となる。また、当該噴射に先行する燃料噴射が複数あるときは、そのいずれもが前噴射となる。

図３は前噴射による燃料噴射圧の脈動の一例と、この脈動による後噴射での噴射ずれ量を示している。噴射ずれ量の波形は、前噴射によって発生する燃料噴射弁１の先端部分の燃料噴射圧の脈動波形と位相は異なるが相似の形状（減衰振動の波形）になっている。従って、前噴射による燃料噴射圧の脈動波形をとらえることで後噴射の噴射ずれ量の変動特性を推測することができる。

（燃料噴射圧の脈動波形について）
図３に示す燃料噴射圧の脈動波形は複雑な形になっているが、これは、複数の脈動成分が含まれているためである。図４は実際の脈動の周波数分析結果を示す。同図によれば、この脈動は、主として、高周波の脈動成分Ｐ１と低周波の脈動成分Ｐ２とよりなることがわかる。この点を具体的に説明する。

図１に示すように、燃料噴射弁１の燃料通路１７と高圧管３の燃料通路２５の径が異なる場合、燃料噴射弁１の先端で生ずる水撃作用による圧力波は燃料通路１７と燃料通路２５の接続部Ａで反射する。そのため、燃料噴射弁１の先端と接続部Ａの間（燃料通路１７）で燃料噴射圧の脈動を生ずる（脈動成分Ｐ１）。接続部Ａを透過した圧力波は高圧管３とオリフィス２６の接続部Ｂで反射する。そのため、燃料噴射弁１の先端と接続部Ｂの間（燃料通路１７，２５）で燃料噴射圧の脈動を生ずる（脈動成分Ｐ２）。

上記脈動成分Ｐ１，Ｐ２の脈動周期Ｔ１，Ｔ２は、燃料噴射弁１の先端から各反射点Ａ，Ｂまでの距離をＬ１，Ｌ２とすると、次式で表すことができる。αは音速である。

Ｔ１＝２×２×Ｌ１／α
Ｔ２＝２×２×Ｌ２／α

距離Ｌ１，Ｌ２の違いにより、脈動成分Ｐ１，Ｐ２は、相対的に前者が高周波成分となり、後者が低周波成分となっている。図５は参考のために典型的な脈動成分Ｐ１と脈動成分Ｐ２とを重ね合わせた脈動波形を示す。

（燃料噴射圧の脈動波形のシンプル化）
上述の如く、燃料噴射弁１の先端での燃料噴射圧の脈動波形は複数の波の重ね合わせで表現できるが、脈動波形が複雑になると、それだけ後噴射の噴射ずれ量の補正が難しくなる。本発明の特徴の一つは、燃料噴射装置の燃料通路に工夫を加えて燃料噴射圧の脈動波形が複雑にならないようにした点にある。以下、具体的に説明する。

図６に模式的に示すように、燃料噴射弁側の小径の燃料通路１７から高圧管３側の大径の燃料通路２５に向かって圧力波が進行するとき、その進行波Ｆは異径点（接続部Ａ）において透過波Ｆ_Ｓと反射波Ｆ_Ｄとなる。この圧力波の透過係数Ｓは、燃料通路１７，２５での圧力波の伝播速度が等しいとすると、次式で表すことができる。但し、ａ１及びａ２は燃料通路１７，２５の断面積である。なお、図１では、燃料通路１７の径がフィルタ２９の収容部において拡大しているが、このフィルタ収容部のフィルタ２９を除いた実質的な通路断面積はフィルタ収容部に至るまでの燃料通路１７の断面積ａ１と略同じである。

Ｓ＝２／（１＋（ａ２／ａ１））

図７は断面積比Ｒ＝ａ２／ａ１と透過係数Ｓとの関係を示すグラフである。断面積比Ｒで透過係数が決まり、断面積比Ｒが１に近づくに従って、透過係数Ｓが大きくなっていく。つまり、異径点での圧力波の反射が少なくなって、低周波成分が支配的になった脈動となる。

図８は実際の燃料噴射弁において上記断面積比Ｒを変化させたときの低周波成分及び高周波成分のピーク振幅の変化を示す。同図によれば、上記断面積比Ｒを１．２５以下にすると、高周波の脈動成分Ｐ１のピーク振幅Ａ１が低周波の脈動成分Ｐ２のピーク振幅Ａ２の１／２以下となること、つまり、低周波成分が支配的な脈動になることがわかる。また、上記断面積比Ｒを２．７５以上にすると、低周波の脈動成分Ｐ２のピーク振幅Ａ２が高周波の脈動成分Ｐ１のピーク振幅Ａ１の１／２以下となること、つまり、高周波成分が支配的な脈動になることがわかる。

なお、断面積比Ｒ＝１では透過係数Ｓ＝１となるから、理論的には高周波成分がゼロになるが、実際には燃料噴射弁１の燃料通路１７には分岐があり、また、フィルタ２９も設けられている。そのため、断面積比Ｒ＝１でも弱い高周波成分が認められ、ノイズ的な影響で図８に示すように高周波成分の振幅が発生していると考えられる。

図９は上記断面積比Ｒ＝１のとき、Ｒ＝２．２５のとき、並びにＲ＝４のときの燃料噴射圧の脈動波形を示す。Ｒ＝１のときは実質的に低周波成分のみの脈動となり、Ｒ＝４のときは実質的に高周波成分のみの脈動となっている。そして、Ｒ＝２．２５のときは低周波成分と高周波成分が合わさった比較的複雑な脈動になっている。

以上から、上記断面積比を１．２５以下に、又は２．７５以上に設定すると、燃料噴射圧の脈動は低周波成分のみ又は高周波成分のみの波形に近いシンプルな波形になることがわかる。そして、この脈動波形に対応して後噴射量のずれ量の変動もシンプルになり、支配的となる一方の脈動成分に基くだけでも信頼性が高い後噴射量の補正制御を実現できることがわかる。

（噴射ずれ量の変動特性推定手段）
燃料噴射圧の脈動は減衰することから、この脈動波形に対応する噴射ずれ量ΔＱの変動特性（脈動波形）は減衰振動式で表すことができる。また、上記断面積比の設定により、支配的になる脈動成分のみで当該脈動波形を表すことができる。その減衰振動式は次のとおりである。

ΔＱ＝減衰振動(ｔ)＝振幅項×減衰項(ｔ)×周期項(ｔ)
＝Ａ・exp(-ｋｔ)・cos(Ｋωｔ-θ)+Const ……（１）

式１において、Ａは振幅、ｋは減衰係数、Ｋは周波数係数、ωは周波数、θは位相、ｔは噴射インターバル、Constは前噴射によって生ずる平均燃圧の低下による後噴射全体の噴射ずれ量を補正する項である。式１は燃料噴射圧の脈動波形を反映させた噴射ずれ量ΔＱの変動特性を表す減衰振動式である。

[減衰振動モデル式の策定]
ところで、後噴射における噴射ずれ量ΔＱの変動特性は前噴射量が変わると変化する。図１０に示すように、前噴射量が多くなると燃料噴射圧の脈動波形そのものが変化するためである。一方、前噴射量が同じで当該後噴射量が変わったときも、噴射ずれ量ΔＱの変動特性が変化する。図１１に示すように、燃料噴射量は燃料噴射弁１の噴孔１２の開時間（パルス幅）で制御されるから、後噴射量が多くなるほど前噴射による燃料噴射圧の脈動の影響を受ける時間が長くなるためである。

従って、噴射ずれ量ΔＱの変動特性の変化は、前噴射量の影響（燃料噴射圧の脈動自体の変動）による変化と、後噴射量の影響（燃料噴射圧の脈動の影響を受ける期間の変動）による変化とに分けてとらえることができる。

そうして、前噴射量及び後噴射量各々の影響による噴射ずれ量ΔＱの変動特性の変化は、式１における振幅Ａ、減衰係数ｋ、周波数係数Ｋ、位相θの変化に現れる。よって、式１の振幅Ａ、減衰係数ｋ、周波数係数Ｋ及び位相θの各々に前噴射量及び後噴射量各々の影響に係る補正項を設定すれば、前噴射量及び後噴射量各々が基準値から変化したときに噴射ずれ量ΔＱの変動特性がどのように変化するかを表す式２の減衰振動モデル式が得られる。

ΔＱ＝Ｇ_１Ｇ_２Ａ・exp(-Ｍ_１Ｍ_２ｋｔ)・cos(Ｎ_１Ｎ_２Ｋωｔ-θ+β_１+β_２)+Const ……（２）

式２において、Ｇ_１、Ｍ_１、Ｎ_１及びβ_１は前噴射量の基準値からの変動による振幅、減衰係数、周波数係数及び位相の各補正項である。Ｇ_２、Ｍ_２、Ｎ_２及びβ_２は後噴射量の基準値からの変動による振幅、減衰係数、周波数係数及び位相の各補正項である。

式２の基本パラメータである振幅Ａ、減衰係数ｋ、周波数係数Ｋ、周波数ω及び位相θについては、前噴射量、後噴射量、燃圧、噴射インターバル等を所定値（基準値）に設定した所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの実測値又はシミュレーションによる値を採用する。つまり、前噴射量、後噴射量又は燃圧が基準値からずれても、基本パラメータ（Ａ、ｋ、Ｋ、ω、θ）は変えず、Ｇ_１、Ｍ_１、Ｎ_１、β_１、Ｇ_２、Ｍ_２、Ｎ_２及びβ_２のうちの必要な補正項の値を変えることになる。

従って、振幅Ａ、減衰係数ｋ、周波数係数Ｋ、周波数ω及び位相θに上記実測値又はシミュレーション値を与えた式２は、所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの、前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる減衰振動モデル式である。この減衰振動モデル式に設定された補正項の少なくとも一つを噴射条件（前噴射量、後噴射量、或いは燃圧）の変動に応じて変更することによって、当該噴射条件での噴射ずれ量ΔＱの変動特性が求まる。

[補正項の決定]
上述の如く、基本パラメータ（Ａ、ｋ、Ｋ、ω、θ）については、基準とする前噴射量及び後噴射量の組み合わせで得られる噴射ずれ量ΔＱの波形に基づいて決定する。前噴射量の変動による補正項（Ｇ_１、Ｍ_１、Ｎ_１、β_１）については、図１２に示すように、前噴射量のみを基準値から段階的に変化させたときの噴射ずれ量ΔＱの波形を実測又はシミュレーションにより求め、それぞれの波形に合うように決定する。同様に、後噴射量の変動による補正項（Ｇ_２、Ｍ_２、Ｎ_２及びβ_２）についても、後噴射量のみを基準値から段階的に変化させたときの噴射ずれ量ΔＱの波形を実測又はシミュレーションにより求め、それぞれの波形に合うように決定する。

従って、図１３に示すように、前噴射量を変化させたときの補正項の値a1、a2、a3、a4、a5、a6と、後噴射量を変化させたときの補正項の値b1、b2、b3、b4、b5、b6とを組み合わせることにより、例えば、振幅補正項（Ｇ_１，Ｇ_２）を前噴射量及び後噴射量に応じて決定するルックアップテーブルが得られる。減衰係数補正項（Ｍ_１，Ｍ_２）、周波数係数補正項（Ｎ_１，Ｎ_２）及び位相補正項（β_１，β_２）の各々のルックアップテーブルについても同様に得ることができる。ルックアップテーブルによる補正項の決定においては、線形補間を利用することができる。

図１３は前噴射量と後噴射量の２つのパラメータで定まる各ポジションに補正項のデータを与えたルックアップテーブルの一例を示す。なお、前噴射量及び後噴射量各々が基準値であるとき、Ｇ_１、Ｇ_２、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｎ_１、Ｎ_２の各々は「１」であり、β_１及びβ_２は「０」である。

以上のように、前噴射量が噴射ずれ量ΔＱの波形に与える影響と後噴射量が噴射ずれ量ΔＱの波形に与える影響とを分けて各補正項の値を決定するため、各噴射項の値の決定のために全ての噴射パターンを網羅する必要がなく、適合工数を大幅に削減することができる。また、前噴射量又は後噴射量が同じ場合には、同じ補正値を使用することができるため、補正値データの増大を抑えることができ、前噴射量と後噴射量の組み合わせに制約されることなく、噴射ずれ量ΔＱの変動特性（波形）を精度良く推定することができる。

噴射ずれ量ΔＱの波形は燃圧にも影響される。よって、前噴射量と後噴射量と燃圧を上記各補正項に対応付けたデータマップを作成し、このマップに基づいて当該補正項の値を決定するようにしてもよい。

[減衰振動モデル式の簡略化]
基本パラメータ（Ａ、ｋ、Ｋ、ω、θ）のうち、前噴射量や後噴射量の変動に対する感度が低いパラメータについては補正項を設定せず、基準点で決定した値に固定してもよい。例えば、前噴射量や後噴射量の変動に対する減衰係数及び周波数係数の感度が低い（又は感度がない）場合は、式２の減衰振動モデル式を次に示す式３のようにすることができる。

ΔＱ＝Ｇ_１Ｇ_２Ａ・exp(-ｋｔ)・cos(Ｋωｔ-θ+β_１+β_２)+Const ……（３）

（補正手段）
上記変動特性推定手段によって得られる噴射ずれ量ΔＱの変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び／又は噴射時期を補正する。具体的には、振動減衰モデル式に基づいて後噴射の噴射ずれ量ΔＱを求め、これに−１を掛けて噴射量の補正量を算出する。この補正量に基づいて後噴射における燃料噴射弁の駆動パルス幅を補正する。

この駆動パルス幅の補正において、駆動パルス信号の立上り時期、すなわち、噴射時期を噴射ずれ量ΔＱの脈動波形における噴射ずれ量ΔＱが小さい時期に、例えば、噴射ずれ量Ｑがゼロになる時期に補正するようにしてもよい。これにより、後噴射を予定された正規の燃料噴射圧で開始することができるため、噴射量を目標値に近づけやすくなる。

図１４に示すように、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたときは、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動が後噴射に影響を及ぼす。この場合は、各前噴射による噴射ずれ量の変動特性に係る脈動波を足し合わせ、これに基づいて後噴射量の補正量を求めることができる。その場合、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による噴射ずれ量を重み付け加算して後噴射の噴射ずれ量ΔＱを求める。例えば、ｎ段の前噴射があるときは次のとおりである。

ΔＱ＝ΔＱ_ｎ＋Ａ_１×ΔＱ_ｎ−１＋Ａ_２×ΔＱ_ｎ−２＋……＋Ａ_ｎ−１×ΔＱ_１

ΔＱ_ｎは後噴射直前のｎ段目の前噴射による噴射ずれ量、ΔＱ_ｎ−１はｎ−１段目の前噴射による噴射ずれ量、ΔＱ_ｎ−２はｎ−２段目の前噴射による噴射ずれ量である。Ａ_１及びＡ_２は重み係数であり、１＞Ａ_１＞Ａ_２＞…＞Ａ_ｎ−１＞０である。

すなわち、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各々による燃料噴射圧の脈動が後噴射における噴射量のずれに影響するが、先の前噴射による燃料噴射圧の脈動は次の前噴射による燃料噴射圧の脈動によって減衰されて影響が小さくなる。そこで、各前噴射による噴射ずれ量に後噴射に近づくほど大きな重み付けをしてそれらを加算するものである。これにより、噴射量を精度良く補正することができる。

３段の前噴射があるときは次のとおりになる。

ΔＱ＝ΔＱ_３＋Ａ_１×ΔＱ_２＋Ａ_２×ΔＱ_１

（補正制御の流れ）
図１５に後噴射量の補正制御の流れの一例を示す。スタート後のステップＡ１でエンジン運転状態（アクセル開度、エンジン回転数等）が検出される。続くステップＡ２でエンジン運転状態に基づいてエンジン要求特性（目標トルク）が算出される。続くステップＡ３で目標トルク及びエンジン回転数に基づいて燃料の噴射パターンを算出される。噴射段数が２段以上であるときは（ステップＡ４）、ステップＡ５に進んで前噴射各段によって生ずる燃料噴射圧の脈動に伴う後噴射の噴射ずれ量の重み付け加算がされる。この加算によって得られた噴射ずれ量に基づいて、ステップＡ６で後噴射量の補正量が算出され、後噴射量の補正（燃料噴射弁１の駆動パルス幅の補正）がされる。

前噴射各段による後噴射の噴射ずれ量の算出はサブルーチンで実行される。図１６に示すように、ステップＢ１で前噴射量、後噴射量及び燃圧に基づいてテーブル又はマップの参照により又は関数に基いて減衰振動モデル式の補正項が決定される。この決定された補正項に基づいて、ステップＢ２で噴射ずれ量の変動特性が確定される。続くステップＢ３で噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射ずれ量が算出される。

１ 燃料噴射弁
２ コモンレール（蓄圧室）
３ 高圧管
１２ 噴孔
１３ ニードル（弁部材）
１７ 燃料通路
２５ 燃料通路
２６ オリフィス
２７ ＥＣＵ（制御手段，噴射ずれ量の変動特性推定手段，補正手段）
３１ 回転数センサ
３２ アクセルセンサ

Claims (7)

1. 燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、燃料をエンジンの気筒に噴射する燃料噴射弁と、上記蓄圧室から上記燃料噴射弁に燃料が供給されるように上記蓄圧室と上記燃料噴射弁を結ぶ通路断面積一定の高圧管とを備え、エンジン運転状態に応じて上記燃料噴射弁による気筒への燃料噴射を１燃焼サイクルに複数回実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記燃料噴射弁の先端から該燃料噴射弁と上記高圧管の一端との接続部に至る当該燃料噴射弁内の燃料通路の断面積をａ１とし、上記高圧管の燃料通路の断面積をａ２とし、上記燃料噴射弁の先端からの燃料噴射によって、該燃料噴射弁の先端と上記高圧管の一端との間で生ずる燃料噴射圧の脈動成分Ｐ１のピーク振幅をＡ１とし、該燃料噴射弁の先端と上記高圧管の他端との間で生ずる燃料噴射圧の脈動成分Ｐ２のピーク振幅をＡ２としたとき、
   Ａ１がＡ２の１／２以下となるように、又はＡ２がＡ１の１／２以下となるように、上記燃料通路の断面積比ａ２／ａ１が設定されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 請求項１において、
   上記燃料通路の断面積比ａ２／ａ１が１．２５以下であることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する制御手段と、
   上記複数回の燃料噴射のうち先行する前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動による後噴射の目標噴射量からの噴射ずれ量の変動特性を推定する手段と、
   上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び／又は噴射時期を補正する補正手段とを備えていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
4. 請求項３において、
   上記噴射ずれ量の変動特性の推定手段は、所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの、前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる噴射ずれ量の変動特性に係る減衰振動モデル式を備え、この減衰振動モデル式の振幅、減衰係数、周波数及び位相の少なくとも一つに補正項が設定されており、該補正項を当該燃焼サイクルの噴射条件の変動に応じて変更することによって、上記噴射ずれ量の変動特性を求めることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
5. 請求項４において、
   上記噴射ずれ量の変動特性の推定手段は、前噴射量と後噴射量を上記補正項に対応付けたルックアップテーブル、又は前噴射量と後噴射量と上記蓄圧室の燃料圧力を上記補正項に対応付けたデータマップ、又は前噴射量と後噴射量と上記蓄圧室の燃料圧力とを変数とする関数に基づいて補正項を決定することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
6. 請求項４又は請求項５において、
   上記補正手段は、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による噴射ずれ量を重み付け加算して後噴射の噴射量及び／又は噴射時期を補正することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれか一において、
   上記補正手段は、上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて、後噴射の噴射時期を噴射ずれ量が小さくなるときに又は噴射ずれ量がゼロになるときに後噴射が開始されるように補正することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。

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