JP2004251272A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脈動に起因する不具合を解決する場合、従来は多数の独立した補正マップを用いて駆動パルスの出力タイミングを補正しており、適合工数はとても大きかった。
【解決手段】 小噴射時は時間軸と噴射率によって三角形の図形が描かれ、大噴射時は台形の図形が描かれる。幾何学的図形の形成開始時点ａ1 から、開弁圧到達時間Ｔｄｓを前だしすることで、駆動パルスのON時期が求められる。「開弁圧到達時間Ｔｄｓ＋ニードル上昇時間Ｔｑｒ−閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 」によって、噴射パルス期間Ｔｑｆが求められ、駆動パルスOFF 時期が求まる。なお、駆動パルスOFF 時期は、制御室圧が閉弁圧に達する時点ａ2 から閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 分だけ前だししたり、幾何学的図形の形成終了時点ａ3 から「閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 ＋ニードル下降時間Ｔｄｅ2 」を前だししても求められる。このように、開弁圧到達時間Ｔｄｓの変化に基づく演算結果を他の演算結果に反映でき、適合工数を大幅に削減できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジン）に燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものであり、特にインジェクタの開閉駆動制御に関する。

燃料噴射装置の従来技術を図５に示すマルチ噴射（１サイクル中に燃料噴射を複数回に分けて行う多段噴射）を例に説明する。図５に示すように、１サイクル中に、複数回の噴射を実施すると、２段目以降の噴射は、その前の噴射の影響（インジェクタに燃料を供給する配管中に発生する脈動の影響）を受けて、噴射開始遅れや、噴射終了遅れが変動する。

このことを図５の下段を参照して具体的に説明する。
図５の下段のような駆動パルスをインジェクタに与えた場合、脈動の影響がないと、駆動パルスを発生してから開弁圧到達時間Ｔｄｓが経過した時点から噴射率が上昇し、駆動パルスを停止してから閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 が経過した時点から噴射率が低下するため、噴射率で描かれる幾何学的図形は、図５中、基準三角形αで示す図形になる。そして、インジェクタから実際に噴射される噴射量Ｑ’は、基準三角形αの面積に応じた量となる。

ここで一般に、脈動の影響でインジェクタに供給される燃料圧が上がると、開弁圧到達時間Ｔｄｓが図中矢印(1) 分短くなり、最大噴射率が図中矢印(2) に示すように高くなり、ニードル下降時間Ｔｄｅ2 が図中矢印(3) に示すように長くなる。この結果、噴射率で描かれる幾何学的図形は、図５中、大三角形βで示す図形になる。即ち、インジェクタから実際に噴射される噴射量Ｑ’は、図５中、大三角形βの面積に応じた量となり、噴射量が要求噴射量Ｑより多くなってしまう。
逆に、脈動の影響でインジェクタに供給される燃料圧が下がると、噴射率で描かれる幾何学的図形は、基準三角形αより小さくなり、噴射量が要求噴射量Ｑより少なくなってしまう。

また、脈動の影響でインジェクタに供給される燃料圧が変動して開弁圧到達時間Ｔｄｓが変化することにより、制御装置が求めた要求噴射開始タイミングに対して、実際の噴射タイミングも前後にずれてしまう。

そこで、従来では、基本噴射量とコモンレール圧からインジェクタの基本パルス期間を求めるためのマップの他に、脈動によって変化する開弁圧到達時間Ｔｄｓを求める補正マップと、脈動によって変化する閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 を求める補正マップと、脈動によって変化する噴射量を求める補正マップとを独立に持たせて、それぞれにおいて独立演算を行って駆動パルスの出力タイミングを補正し、脈動の影響によって噴射量が変動するのを防いでいた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２６６８８８号公報

上記で示した従来の技術では、脈動の影響のように１つの要因に起因する不具合を解決する場合であっても、多数の独立した補正マップを用いて、脈動によって変化する開弁圧到達時間Ｔｄｓ、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 、噴射量を別個に求めて、それらの値を用いて駆動パルスの出力タイミングを補正する必要がある。
このため、例えば多段噴射においては、多数の独立した補正マップを用いた演算工程を噴射段数倍実施する必要が生じ、制御装置の演算負荷はとても大きいものとなる。このことは、これら駆動パルスの補正に関する多数の演算工程を有し、この演算工程の適合工程が膨大なものとなっている。

〔発明の目的〕
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インジェクタを開閉駆動する駆動パルスの出力期間およびタイミング補正に関する適合工程を低減することのできる燃料噴射装置の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用する燃料噴射装置は、時間軸とインジェクタの噴射率の変化による幾何学的図形を求め、要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ噴射率の幾何学的図形からインジェクタの駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を求めるものである。
このように、請求項１の手段を採用する燃料噴射装置は、要求噴射量Ｑに対応した面積を持つ噴射率の幾何学的図形からインジェクタの駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を求めるものであるため、ある要因（例えば、開弁圧到達時間Ｔｄｓの変化）に基づく演算結果（噴射率の幾何学的図形の形成）を自動的に他の演算結果（噴射率の幾何学的図形から導き出される駆動信号発生時期、駆動信号停止時期等）に反映でき、制御装置の適合工数を大幅に削減できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用する燃料噴射装置は、時間軸とインジェクタにおけるニードルリフト量の変化による幾何学的図形を求め、このニードルリフト量の幾何学的図形から噴射率の幾何学的図形を変換して求めるものである。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用する燃料噴射装置は、ニードルリフト量の幾何学的図形から噴射率の幾何学的図形を変換して求める際に、噴射領域を、インジェクタのニードルとノズルシートの間で噴射量が決定されるシート絞り領域と、インジェクタの噴孔の絞り量で噴射量が決定される噴孔絞り領域とに分ける。そして、シート絞り領域におけるニードルリフト量に対する噴射流量特性を１次式で近似してニードルリフト量に対する噴射率の変換を行うとともに、噴孔絞り領域におけるニードルリフト量に対する噴射流量特性を１次式で近似してニードルリフト量に対する噴射率の変換を行うものである。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用する燃料噴射装置は、噴射率の幾何学的図形を、インジェクタに供給される高圧燃料の圧力とインジェクタの吐出系の仕様とを少なくても用いて描くものである。即ち、燃料の供給圧力とインジェクタの吐出系の仕様を用いることで、インジェクタから噴射される噴射率の幾何学的図形を描くことが可能なものである。

〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用する燃料噴射装置は、噴射率の幾何学的図形を、インジェクタのニードルが上昇する際の上昇噴射率Ｑｕｐと、インジェクタのニードルが下降する際の下降噴射率Ｑｄｎと、上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率に達する場合に適用される最大噴射率Ｑｍａｘとによって描くものである。
即ち、小噴射のように上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに達しない場合、噴射率の幾何学的図形は、上昇噴射率Ｑｕｐと下降噴射率Ｑｄｎの三角形で定義される。この結果、要求噴射量Ｑに対応した面積を持つ三角形が噴射期間の２次式で表されるため、要求噴射タイミングおよび要求噴射量Ｑを実現するための駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を、三角形から解析的に求めることができる。
また、大噴射のように上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに達する場合、噴射率の幾何学的図形は、上昇噴射率Ｑｕｐと最大噴射率Ｑｍａｘと下降噴射率Ｑｄｎの台形で定義される。この結果、要求噴射量Ｑに対応した面積を持つ台形が噴射期間の１次式で表されるため、要求噴射タイミングおよび要求噴射量Ｑを実現するための駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を、台形から解析的に求めることができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６の手段を採用する燃料噴射装置は、時間軸に対する噴射率の幾何学的図形の形成開始時点から、インジェクタに開弁指示を与えてから実際にインジェクタが燃料噴射を開始するまでの開弁圧到達時間Ｔｄｓ分だけ前だししてインジェクタの駆動信号発生時期を求めるものである。

〔請求項７の手段〕
請求項７の手段を採用する燃料噴射装置は、開弁圧到達時間Ｔｄｓ、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 、ニードル上昇時間Ｔｑｒを求め、Ｔｄｓ＋Ｔｑｒ−Ｔｄｅ1 によってインジェクタの駆動信号発生時期から駆動信号停止時期までの期間Ｔｑｆを求めるものである。

〔請求項８の手段〕
請求項８の手段を採用する燃料噴射装置は、ニードル上昇時間Ｔｑｒを、要求噴射量Ｑ、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎにより求めるものである。

〔請求項９の手段〕
請求項９の手段を採用する燃料噴射装置において開弁圧到達時間Ｔｄｓは、インジェクタに供給される高圧燃料の圧力と、１サイクル中に燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射のインターバルとの関数によって求められるものである。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０の手段を採用する燃料噴射装置は、噴射量のズレを補正する際、噴射パラメータ（Ｔｄｓ、Ｑｕｐ、Ｑｄｎ、Ｑｍａｘ、Ｔｄｅ1 、Ｔｑｒ、Ｔｑｆ）のうち、少なくても１つ以上を調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させるものである。
このようにすることにより、個々の燃料噴射装置の機差および劣化に対応して噴射量のズレを補正できる。

〔請求項１１の手段〕
請求項１１の手段を採用する燃料噴射装置は、噴射量のズレを補正する際、２つ以上の噴射パラメータ（Ｔｄｓ、Ｑｕｐ、Ｑｄｎ、Ｑｍａｘ、Ｔｄｅ1 、Ｔｑｒ、Ｔｑｆ）のうち、２つ以上を調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータに重みを付けて噴射量のズレを補正し、それぞれの調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させるものである。
このようにすることにより、個々の燃料噴射装置の機差および劣化に対応して噴射量のズレを補正できるとともに、噴射タイミング（噴射始まり、噴射終わり、あるいはその両方）のズレも補正できる。

〔請求項１２の手段〕
請求項１２の手段を採用する燃料噴射装置は、噴射量のズレを補正する際、噴射量のズレ量を、インジェクタの仕様を決める所定部位のパラメータの変化によるものであると推定し、その所定部位のパラメータを調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させるものである。
このように、インジェクタの仕様を決める所定部位のパラメータを補正することにより、その所定部位のパレメータを用いて求められる噴射パラメータが補正される。即ち、補正された噴射率の幾何学的図形が描かれるため、２次的な補正（噴射量や噴射タイミングの補正）を実施しなくても良い。

〔最良の形態１〕
燃料噴射装置の制御装置は、時間軸とインジェクタの噴射率の変化による幾何学的図形を求め、要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ「噴射率の幾何学的図形」から、インジェクタの駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を求める。

〔最良の形態２〕
燃料噴射装置の制御装置は、時間軸とインジェクタにおけるニードルリフト量の変化による幾何学的図形を求め、この「ニードルリフト量の幾何学的図形」から「噴射率の幾何学的図形」を変換して求める。そして、要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ「噴射率の幾何学的図形」から、インジェクタの駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を求める。

〔最良の形態３〕
燃料噴射装置の制御装置は、時間軸とインジェクタにおけるニードルリフト量の変化による幾何学的図形を求め、要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ「ニードルリフト量の幾何学的図形」から、インジェクタの駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を求める。

本発明をコモンレール式燃料噴射装置に適用した実施例１を図１〜図４を参照して説明する。まず、コモンレール式燃料噴射装置の構成を図３を参照して説明する。
コモンレール式燃料噴射装置は、例えばディーゼルエンジン（以下、エンジン）１に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール２、インジェクタ３、サプライポンプ４、ＥＣＵ５（エンジン・コントロール・ユニットの略：制御装置に相当する）等から構成される。
エンジン１は、吸入・圧縮・爆発・排気の各工程を連続して行う気筒を複数備えたものであり、図３では一例として４気筒エンジンを例に示すが、他の気筒数のエンジンであっても良い。

コモンレール２は、インジェクタ３に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように燃料配管（高圧燃料流路）６を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ４の吐出口と接続されている。
なお、インジェクタ３からのリーク燃料は、リーク配管（燃料還流路）７を経て燃料タンク８に戻される。
また、コモンレール２から燃料タンク８へのリリーフ配管（燃料還流路）９には、プレッシャリミッタ１１が取り付けられている。このプレッシャリミッタ１１は圧力安全弁であり、コモンレール２内の燃料圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール２の燃料圧を限界設定圧以下に抑える。

インジェクタ３は、エンジン１の各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール２より分岐する複数の高圧燃料配管１０の下流端に接続されて、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射供給する。なお、インジェクタ３の詳細は後述する。

サプライポンプ４は、コモンレール２へ高圧燃料を圧送する燃料ポンプであり、燃料タンク８内の燃料をサプライポンプ４へ吸引するフィードポンプと、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール２へ圧送する高圧ポンプとを搭載しており、フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト１２によって駆動される。なお、このカムシャフト１２は、図３に示されるように、エンジン１のクランク軸１３等によって回転駆動されるものである。
また、サプライポンプ４には、高圧ポンプに吸引される燃料の量を調整するポンプ制御弁（図示しない）が搭載されており、このポンプ制御弁がＥＣＵ５によって調整されることにより、コモンレール圧が調整されるようになっている。

ＥＣＵ５には、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、スタンバイＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路等の機能を含んで構成されている周知構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、ＥＣＵ５に読み込まれたセンサ類の信号（エンジンパラメータ：乗員の運転状態、エンジン１の運転状態等に応じた信号）に基づいて各種の演算処理を行うようになっている。
なお、ＥＣＵ５に接続されるセンサ類は、図３に示すように、アクセル開度を検出するアクセルセンサ２１、エンジン回転数を検出する回転数センサ２２、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ２３、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ２４、およびその他のセンサ類２５がある。

［実施例１の特徴］
ここで、本発明にかかる燃料噴射制御について説明する。
この実施例１では、１サイクル中に複数回の燃料噴射（マルチ噴射）を実施し、エンジン振動およびエンジン騒音の防止、排気ガスの浄化、エンジン出力と燃費を高い次元で両立させるものであり、ＥＣＵ５は、燃料の各噴射毎に、ＲＯＭに記憶されたプログラム（マップ等）と、ＲＡＭに読み込まれたエンジンパラメータとに基づいて、現運転状態に応じた要求噴射タイミングと要求噴射量Ｑを求め、その要求噴射タイミングで要求噴射量Ｑが得られるようにインジェクタ３に駆動パルスを出力するように設けられている。

ＥＣＵ５の制御を説明する。
ＥＣＵ５は、要求噴射タイミングで要求噴射量Ｑが得られるようにインジェクタ３に駆動パルスを出力するために、要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ噴射率の幾何学的図形を描く。この幾何学的図形は、時間軸とインジェクタ３の噴射率によって描かれる図形であり、ＥＣＵ５は、要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ噴射率の幾何学的図形からインジェクタ３の駆動信号発生時期（駆動パルスON時期）と駆動信号停止時期（駆動パルスOFF 時期）を求める（駆動タイミング算出手段の機能）。なお、噴射率の幾何学的図形は、インジェクタ３に供給される高圧燃料の圧力（例えば、コモンレール圧Ｐｃ）、およびインジェクタ３の吐出系の仕様の条件を有して描かれるものである。

ここで、インジェクタ３の作動原理を図１、図２、図４を参照して説明する。
この実施例１のインジェクタ３は、図４に示されるように、制御室（背圧室）３１の圧力を電磁弁３２で制御してニードル３３を駆動するタイプであり、図１、図２に示されるように、ＥＣＵ５より電磁弁３２に噴射パルス（パルスON）が与えられると、電磁弁３２の弁体（図中、２ＷＶ）３２ａがリフトアップを開始すると同時に、アウトオリフィス３４が開いて、インオリフィス３５で減圧された制御室３１の圧力が低下を開始する。

制御室３１の圧力が開弁圧以下まで低下すると、ニードル３３が上昇を開始する。ニードル３３がノズルシート３６から離座すると、ノズル室３７と噴孔３８とが連通し、ノズル室３７に高圧供給された燃料が噴孔３８から噴射する（駆動パルスONから噴射開始までの時間を開弁圧到達時間Ｔｄｓと称す）。
ニードル３３の上昇に従い、噴射率が上昇する（噴射率の上昇を上昇噴射率Ｑｕｐと称す）。この上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達すると、それ以上噴射率は上昇しない（図２参照）。

ＥＣＵ５より電磁弁３２に与えられている噴射パルスが停止（パルスOFF ）すると、電磁弁３２の弁体３２ａがリフトダウンを開始する。そして、電磁弁３２の弁体３２ａがアウトオリフィス３４を閉じると、制御室３１の圧力が上昇を開始する。制御室３１の圧力が閉弁圧以上まで上昇すると、ニードル３３が下降を開始する（パルスOFF からニードル３３の下降開始までの時間を閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 と称し、ニードル３３の上昇開始から下降開始までの時間をニードル上昇時間Ｔｑｒと称し、ニードル３３の下降時において、噴射率の下降を下降噴射率Ｑｄｎと称す）。
ニードル３３が下降して、ニードル３３がノズルシート３６に着座すると、ノズル室３７と噴孔３８の連通が遮断されて、噴孔３８からの燃料噴射が停止する（ニードル３３が下降開始してから噴射停止までの時間Ｔｄｅ2 と称す）。

以上で説明したように、上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達しない場合（例えば小噴射時）では、時間軸と噴射率（上昇噴射率Ｑｕｐと下降噴射率Ｑｄｎ）によって図１に示すように三角形の図形が描かれる。また、上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達する場合（例えば大噴射時）では、時間軸と噴射率（上昇噴射率Ｑｕｐと最大噴射率Ｑｍａｘと下降噴射率Ｑｄｎ）によって図２に示すように台形の図形が描かれる。

次に、噴射率の幾何学的図形の各パラメータを説明する。
（１）上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達しない場合（例えば小噴射時）で、噴射率の幾何学的図形が三角形の場合。
上昇噴射率Ｑｕｐ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ，Ｔｉｎｔ）
下降噴射率Ｑｄｎ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ）

開弁圧到達時間Ｔｄｓ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ，Ｔｉｎｔ）
閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ）
噴射パルス期間Ｔｑｆ＝Ｔｑｒ＋Ｔｄｓ−Ｔｄｅ1
ニードル下降時間Ｔｄｅ2 ＝Ｔｑｒ（Ｑｕｐ／Ｑｄｎ）

（２）上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達する場合（例えば大噴射時）で、噴射率の幾何学的図形が台形の場合。
上昇噴射率Ｑｕｐ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ，Ｔｉｎｔ）
下降噴射率Ｑｄｎ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ）
最大噴射率Ｑｍａｘ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ）

開弁圧到達時間Ｔｄｓ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ，Ｔｉｎｔ）
閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 ＝ｆｕｎｃ（Ｐｃ）
噴射パルス期間Ｔｑｆ＝Ｔｑｒ＋Ｔｄｓ−Ｔｄｅ1
ニードル下降時間Ｔｄｅ2 ＝Ｔｑｒ（Ｑｕｐ／Ｑｄｎ）

なお、上記において、Ｔｉｎｔはマルチ噴射時におけるインターバル（噴射間隔）であり、噴射パルス期間Ｔｑｆはインジェクタ３の駆動信号発生時期（駆動パルスON時期）から駆動信号停止時期（駆動パルスOFF 時期）までの期間に相当するものである。また、ｆｕｎｃは関数（インジェクタ３の吐出系の仕様条件を有する関数）あるいは記憶装置に記憶されたマップ（インジェクタ３の吐出系の仕様条件に基づき作成されたマップ）を示すものであり、関数あるいはマップから数値を導き出すものである。さらに、Ｐｃはコモンレール圧センサ２４によって読み込まれたコモンレール圧であり、インジェクタ３に供給される高圧燃料の圧力に相当するものである。

ここで、ニードル上昇時間Ｔｑｒは、要求噴射量Ｑ、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎにより求められるものである。即ち、噴射率の幾何学的図形と要求噴射量Ｑの関係によって求められるものである。

開弁圧到達時間Ｔｄｓは、上述したように、コモンレール圧ＰｃとインターバルＴｉｎｔとの関数によって求めても良いし、マップ（コモンレール圧Ｐｃ、インターバルＴｉｎｔ、開弁圧到達時間Ｔｄｓの３次元マップ）によって求めても良い。即ち、コモンレール圧Ｐｃ、インターバルＴｉｎｔ、開弁圧到達時間Ｔｄｓの３次元マップを予めＥＣＵ５のＲＯＭエリアに記憶しておき、運転状態に応じたコモンレール圧Ｐｃと、演算によって求められたインターバルＴｉｎｔとに対応した開弁圧到達時間Ｔｄｓを３次元マップから求めても良い。

そして、ＥＣＵ５は、図１、図２に示すように、時間軸に対する噴射率の幾何学的図形の形成開始時点ａ1 から、開弁圧到達時間Ｔｄｓ分だけ前だしして、駆動パルスのON時期を求める。即ち、駆動パルスのON時期は、ａ1 −Ｔｄｓによって求められる。
このように、駆動パルスのON時期を、実際にインジェクタ３が燃料噴射を開始する時点から開弁圧到達時間Ｔｄｓ分だけ前だしすることによって、ＥＣＵ５が求めた要求噴射タイミングで噴射を開始できる。

また、ＥＣＵ５は、開弁圧到達時間Ｔｄｓ分にニードル上昇時間Ｔｑｒ分を加え、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 分を差し引くことで、噴射パルス期間Ｔｑｆを求める。即ち、噴射パルス期間Ｔｑｆは、Ｔｄｓ＋Ｔｑｒ−Ｔｄｅ1 によって求められる。
このように、駆動パルスON〜OFF までの間隔を噴射パルス期間Ｔｑｆによって求めることにより、駆動パルスOFF 時期が求まり、ＥＣＵ５が求めた要求噴射量Ｑをインジェクタ３から実際に噴射することができる。

なお、この実施例１では、駆動パルスOFF 時期を噴射パルス期間Ｔｑｆで求めた例を示したが、制御室３１の圧力が閉弁圧に達する時点ａ2 から閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 分だけ前だしすることで、駆動パルスOFF 時期を求めても良い。即ち、駆動パルスOFF 時期を、ａ2 −Ｔｄｅ1 によって求めても良い。

また、時間軸に対する噴射率の幾何学的図形の形成終了時点ａ3 から、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 分とニードル下降時間Ｔｄｅ2 分を前だしすることで、駆動パルスOFF 時期を求めても良い。即ち、駆動パルスOFF 時期を、ａ3 −Ｔｄｅ1 −Ｔｄｅ2 によって求めても良い。

上記で示したように、実施例１の燃料噴射装置は、要求噴射量Ｑに対応した面積を持つ噴射率の幾何学的図形から駆動パルスON時期と駆動パルスOFF 時期を求めるものであるため、開弁圧到達時間Ｔｄｓの変化に基づく演算結果（噴射率の幾何学的図形の形成）を自動的に他の演算結果（噴射率の幾何学的図形から導き出される駆動信号発生時期から駆動信号停止時期までの期間等）に反映できる。
即ち、脈動の影響によって変動する開弁圧到達時間Ｔｄｓのみ適合させれば、ＥＣＵ５が求めた噴射率の幾何学的図形（上述した三角形や台形）から、要求噴射タイミングと要求噴射量Ｑに応じた駆動パルスON時期と駆動パルスOFF 時期を自動的に求めることができる。
このため、従来のような個別の補正マップおよび個別の補正演算が不要になり、ＥＣＵ５の適合工数を従来に比較して大幅に削減できる。

上記の実施例１では、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ、最大噴射率Ｑｍａｘを直接的に求め、それらの値を用いて噴射率の幾何学的図形を求める例を示した。そして、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ、最大噴射率Ｑｍａｘを、インジェクタ供給圧（コモンレール圧Ｐｃ）やインジェクタ３の仕様に基づいた関数もしくはマップを用いて求める例を示した。
即ち、上記の実施例１では、噴射率の幾何学的図形を、インジェクタ供給圧（コモンレール圧Ｐｃ）やインジェクタ３の仕様に基づいた関数もしくはマップを用いて直接的に求める例を示した。
これに対し、この実施例２では、先ず、時間軸とニードルリフト量の変化による幾何学的図形を求め、そのニードルリフト量の幾何学的図形から噴射率の幾何学的図形を変換して求めるものである。

ニードルリフト量の幾何学的図形から噴射率の幾何学的図形を変換して求める方法を説明する。
噴射領域を、シート絞り領域（燃料の供給圧と、ニードル３３とノズルシート３６の間で噴射量が決定される領域：上述した上昇噴射率Ｑｕｐと下降噴射率Ｑｄｎの領域）と、噴孔絞り領域（燃料の供給圧と、噴孔３８の絞り量で噴射量が決定される領域：上述した最大噴射率Ｑｍａｘの領域）とに分ける。

シート絞り領域だけで噴射が行われる場合は、ニードルリフト量の幾何学的図形（三角形）を、噴射率の幾何学的図形（三角形）に変換する。具体的には、ニードルリフト量に対する噴射流量特性（リフト−流量特性）を１次式で近似して、ニードルリフト量に対する噴射率（リフト−噴射率変換）の変換を行う。
これによって、上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達しない場合（例えば小噴射時）における噴射率の幾何学的図形（三角形）が描かれる。

シート絞り領域に加え、噴孔絞り領域でも噴射が行われる場合は、シート絞り領域の最大値を噴孔絞り領域の値としてニードルリフト量の幾何学的図形（台形）を求める。次に、ニードルリフト量の幾何学的図形（台形）を、噴射率の幾何学的図形（台形）に変換する。具体的には、ニードルリフト量に対する噴射流量特性（リフト−流量特性）を１次式で近似して、ニードルリフト量に対する噴射率（リフト−噴射率変換）の変換を行う。
これによって、上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率Ｑｍａｘに到達する場合（例えば大噴射時）における噴射率の幾何学的図形（台形）が描かれる。

このように求めた噴射率の幾何学的図形を用いても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

ＥＣＵ５には、エンジン回転数のズレを回転数センサ２２などによって検出すると、そのズレ分を無くすように噴射量を変更する補正機能（例えば、気筒間ばらつきの補正機能）が設けられている。
具体的に、ＥＣＵ５には、エンジン回転数のズレを検出すると、そのズレ分を無くすように噴射量を変更するべく、開弁圧到達時間Ｔｄｓ、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ、最大噴射率Ｑｍａｘ、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 、ニードル上昇時間Ｔｑｒ、噴射パルス期間Ｔｑｆよりなる噴射パラメータ（噴射率の幾何学的図形を作成するパラメータ）のうち、少なくても１つ以上を調整用パラメータとして補正を加える。そして、その調整用パラメータの補正値を学習値として記憶装置に記憶し、次回の噴射時に反映させるようになっている。

もちろん補正機能は、エンジン回転数のズレ量が変動した場合、その変動量に応じて調整用パラメータの補正値を更新し、その更新した調整用パラメータの補正値を学習値として更新し、常にエンジン回転数のズレを無くすように作動する。
この学習を含む補正機能によって、個々の燃料噴射装置の機差（インジェクタ３のばらつき）および劣化（例えば、ニードル３３とノズルシート３６の着座径であるシート径の変動）による噴射精度の低下を防ぐことができる。

上記の実施例３の補正機能では、開弁圧到達時間Ｔｄｓ、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ、最大噴射率Ｑｍａｘ、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 、ニードル上昇時間Ｔｑｒ、噴射パルス期間Ｔｑｆよりなる噴射パラメータのうち、少なくても１つ以上を調整用パラメータとして補正を加える例を示した。
これに対して、この実施例４の補正機能では、噴射量のズレを補正する際、噴射パラメータのうち、２つ以上を調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータに重みを付けて噴射量のズレを補正し、それぞれの調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させるものである。

具体的な一例を示すと、エンジン回転数のズレを検出した場合、そのズレ分を無くすように、開弁圧到達時間Ｔｄｓ、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎの３つを調整用パラメータとして補正を加えるものとする。その場合に、開弁圧到達時間Ｔｄｓの補正度合を一番重くし（例えば、重さ６）、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎの補正度合を軽く（例えば、それぞれの重さ２）するものである。
このように設けることにより、個々の燃料噴射装置の機差および劣化に対応して噴射量のズレを補正できるとともに、噴射タイミング（噴射始まり、噴射終わり、あるいはその両方）のズレも補正できる。

上記の実施例３、４の補正機能では、エンジン回転数のズレを検出すると、そのズレ分を無くすように、噴射パラメータ（開弁圧到達時間Ｔｄｓ、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ、最大噴射率Ｑｍａｘ、閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 、ニードル上昇時間Ｔｑｒ、噴射パルス期間Ｔｑｆ）の値を直接的に補正する例を示した。
これに対して、この実施例５の補正機能は、エンジン回転数のズレを検出すると、そのズレ量がインジェクタ３の仕様を決める所定部位のパラメータの変化によるものであると推定し、その所定部位のパラメータを調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させるものである。

具体的な一例を示すと、開弁圧到達時間Ｔｄｓ＝ｆｕｎｃ（Ｄｓｔ，Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔ）によって求めるとする。
ここで、ｆｕｎｃは上述したように関数あるいは記憶装置に記憶されたマップを示し、Ｄｓｔはシート径（ニードル３３とノズルシート３６の着座径：所定部位のパラメータの一例）を示し、Ｑｉｎはインオリフィス３５の絞り流量を示し、Ｑｏｕｔはアウトオリフィス３４の絞り流量を示す。
そして、エンジン回転数のズレを検出すると、そのズレ量がインジェクタ３の仕様を決めるシート径の変化によるものであると推定し、シート径Ｄｓｔの値を変更する。
即ち、開弁圧到達時間Ｔｄｓ＝ｆｕｎｃ（Ｄｓｔ，Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔ）の内のシート径Ｄｓｔの値を補正するものであり、結果的に開弁圧到達時間Ｔｄｓの値が補正される。

また、シート径Ｄｓｔの値を１つ補正するだけで、シート径Ｄｓｔを用いて作成される他の噴射パラメータ（開弁圧到達時間Ｔｄｓ以外の例えば、上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ等）の値も同時に補正されることになる。
このように、インジェクタ３の仕様を決める所定部位のパラメータを補正することにより、その所定部位のパレメータを用いて求められる噴射パラメータが同時補正される。即ち、補正された噴射率の幾何学的図形が描かれるため、２次的な補正（噴射量や噴射タイミングの補正）を実施しなくても良い。

［変形例］
上記の各実施例では、マルチ噴射時に生じる脈動の影響を小さな演算負荷で処理する例を示したが、本発明はマルチ噴射に限定されるものではなく、例えば１サイクル中に１回の噴射を実施する単噴射時であっても適用可能なものである。
また、マルチ噴射に適用する場合、１サイクル中に噴射される噴射量をほぼ均等に複数回に分割して噴射する均等マルチ噴射に適用しても良いし、１サイクル中の噴射を微少噴射とメイン噴射に分け、メイン噴射の前に１回の微少噴射、あるいは複数回の微少噴射を行うマルチ噴射に本発明を適用しても良いし、メイン噴射の後に１回の微少噴射、あるいは複数回の微少噴射を行うマルチ噴射に本発明を適用しても良いし、メイン噴射の前後に１回の微少噴射、あるいは複数回の微少噴射を行うマルチ噴射に本発明を適用しても良い。

上記の各実施例では、本発明をインジェクタ３の作動時にリーク燃料が発生するコモンレール式燃料噴射装置に適用した例を示したが、インジェクタ３に搭載されたリニアソレノイドが直接ニードル３３を駆動してリーク燃料を発生しないタイプのコモンレール式燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。即ち、ピエゾインジェクタ等で直接ニードル３３を駆動するタイプのインジェクタ３を搭載する燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。

上記の各実施例では、噴射率の幾何学的図形を上昇噴射率Ｑｕｐ、下降噴射率Ｑｄｎ、および上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率に達する場合にのみ適用される最大噴射率Ｑｍａｘで描く例を示したが、インジェクタ３に供給される高圧燃料の圧力と、インジェクタ３の吐出系の仕様（噴口仕様、開弁圧設定など）が分れば、時間軸と噴射率による幾何学的図形を描くことができる。このため、インジェクタ３に供給される高圧燃料の圧力と、インジェクタ３の吐出系の仕様から噴射率の幾何学的図形を求めるようにしても良い。

上記の各実施例では、本発明をコモンレール式燃料噴射装置に適用した例を示したが、コモンレールを用いない燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。つまり、ディーゼルエンジン以外の例えばガソリンエンジン等に用いられる燃料噴射装置に本発明を適用しても良い。

小噴射時における駆動パルスと実際の噴射との関係を示すタイムチャートである（実施例）。 大噴射時における駆動パルスと実際の噴射との関係を示すタイムチャートである（実施例）。 コモンレール式燃料噴射装置の概略図である（実施例）。 インジェクタの概略断面図である（実施例）。 駆動パルスと実際の噴射との関係を示すタイムチャートである（従来例）。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ コモンレール（インジェクタに供給される高圧燃料を蓄える蓄圧室）
３ インジェクタ
５ ＥＣＵ（制御装置）
２４ コモンレール圧センサ（高圧燃料の圧力を検出するセンサ）
３１ 制御室
３３ ニードル
３６ ノズルシート
３８ 噴孔

Claims (12)

1. 高圧燃料を噴射するインジェクタと、
   内燃機関の運転状態に応じた要求噴射タイミングと要求噴射量Ｑを求め、この要求噴射タイミングと要求噴射量Ｑに基づいて前記インジェクタを開閉駆動制御する制御装置と、を備える燃料噴射装置であって、
   前記制御装置は、
   時間軸と前記インジェクタの噴射率の変化による幾何学的図形を求め、
   前記要求噴射量Ｑに応じた面積を持つ前記噴射率の幾何学的図形から、前記インジェクタの駆動信号発生時期と駆動信号停止時期を求める駆動タイミング算出手段を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   時間軸と前記インジェクタにおけるニードルリフト量の変化による幾何学的図形を求め、このニードルリフト量の幾何学的図形から前記噴射率の幾何学的図形を変換して求めることを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項２に記載の燃料噴射装置において、
   前記ニードルリフト量の幾何学的図形から前記噴射率の幾何学的図形を変換して求める際には、
   噴射領域を、前記インジェクタのニードルとノズルシートの間で噴射量が決定されるシート絞り領域と、前記インジェクタの噴孔の絞り量で噴射量が決定される噴孔絞り領域とに分け、
   前記シート絞り領域におけるニードルリフト量に対する噴射流量特性を１次式で近似してニードルリフト量に対する噴射率の変換を行うとともに、
   前記噴孔絞り領域におけるニードルリフト量に対する噴射流量特性を１次式で近似してニードルリフト量に対する噴射率の変換を行うことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   前記噴射率の幾何学的図形は、
   前記インジェクタに供給される高圧燃料の圧力、および前記インジェクタの吐出系の仕様の条件を有して描かれることを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   前記噴射率の幾何学的図形は、
   前記インジェクタのニードルが上昇する際の上昇噴射率Ｑｕｐと、
   前記インジェクタのニードルが下降する際の下降噴射率Ｑｄｎと、
   前記上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率に達する場合に適用される最大噴射率Ｑｍａｘと、によって描かれることを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   前記インジェクタの駆動信号発生時期は、時間軸に対する前記噴射率の幾何学的図形の形成開始時点から、前記インジェクタに開弁指示を与えてから実際に前記インジェクタが燃料噴射を開始するまでの開弁圧到達時間Ｔｄｓ分だけ前だしして求められることを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   時間軸に対する前記噴射率の幾何学的図形の形成開始時点から、前記インジェクタに開弁指示を与えてから実際に前記インジェクタが燃料噴射を開始するまでの開弁圧到達時間Ｔｄｓを求め、
   前記インジェクタに閉弁指示を与えてから実際に噴射率が降下を開始するまでの閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 を求め、
   時間軸に対する前記噴射率の幾何学的図形の形成開始時点から、前記インジェクタの制御室の圧力が閉弁圧に達するまでのニードル上昇時間Ｔｑｒを求め、
   前記インジェクタの駆動信号発生時期から駆動信号停止時期までの期間Ｔｑｆは、
   Ｔｄｓ＋Ｔｑｒ−Ｔｄｅ1 によって求められることを特徴とする燃料噴射装置。
8. 請求項７に記載の燃料噴射装置において、
   前記ニードル上昇時間Ｔｑｒは、
   要求噴射量Ｑ、
   前記インジェクタのニードルが上昇する際の上昇噴射率Ｑｕｐ、
   前記インジェクタのニードルが下降する際の下降噴射率Ｑｄｎ、
   により求められることを特徴とする燃料噴射装置。
9. 請求項６〜請求項８のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   前記開弁圧到達時間Ｔｄｓは、前記インジェクタに供給される高圧燃料の圧力と、１サイクル中に燃料噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射のインターバルとの関数によって求められることを特徴とする燃料噴射装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
    前記制御装置は、噴射量のズレを補正する際、
    時間軸に対する前記噴射率の幾何学的図形の形成開始時点から、前記インジェクタに開弁指示を与えてから実際に前記インジェクタが燃料噴射を開始するまでの開弁圧到達時間Ｔｄｓ、
    前記インジェクタのニードルが上昇する際の上昇噴射率Ｑｕｐ、
    前記インジェクタのニードルが下降する際の下降噴射率Ｑｄｎ、
    前記上昇噴射率Ｑｕｐが最大噴射率に達する場合に適用される最大噴射率Ｑｍａｘ、
    前記インジェクタに閉弁指示を与えてから実際に噴射率が降下を開始するまでの閉弁圧到達時間Ｔｄｅ1 、
    時間軸に対する前記噴射率の幾何学的図形の形成開始時点から、前記インジェクタの制御室の圧力が閉弁圧に達するまでのニードル上昇時間Ｔｑｒ、
    前記インジェクタの駆動信号発生時期から駆動信号停止時期までの期間Ｔｑｆ、
    よりなる噴射パラメータのうち、少なくても１つ以上を調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させることを特徴とする燃料噴射装置。
11. 請求項１０に記載の燃料噴射装置において、
    前記制御装置は、噴射量のズレを補正する際、
    前記噴射パラメータのうち、２つ以上を調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータに重みを付けて噴射量のズレを補正し、
    それぞれの調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させることを特徴とする燃料噴射装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
    前記制御装置は、噴射量のズレを補正する際、
    噴射量のズレ量を、前記インジェクタの仕様を決める所定部位のパラメータの変化によるものであると推定し、その所定部位のパラメータを調整用パラメータとして用いるとともに、その調整用パラメータを学習値として記憶して、次回の噴射時に反映させることを特徴とする燃料噴射装置。
    

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