JP2005337138A - 直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直噴式内燃機関において燃料噴射率の寄与の違いを考慮して高精度な燃料噴射制御を実現する。
【解決手段】 燃料噴射率の寄与の違いに応じて燃料噴射弁の開閉弁駆動過渡期間と全開期間とに区分して過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１（Ｓ１２０，Ｓ１２４）と全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２と（Ｓ１２２，Ｓ１２６）を算出している。そして過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１及び全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２は、推定燃料噴射率ｒｑｉ（Ｓ１２８）に基づいて燃料噴射率補償補正時間ｄＴｈに変換して（Ｓ１３０）、開弁時期補償補正時間ｄＴｔ（Ｓ１３２，Ｓ１３４）と共に基本燃料噴射時間Ｔｂｓに対する補正を実行している（Ｓ１３６）。こうして課題が達成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料噴射における圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁から筒内への燃料噴射量誤差を補償して燃料噴射を行う直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

直噴式内燃機関における燃料噴射制御においては、予め標準筒内圧力下での実験にて設定されているマップに基づいて、内燃機関の運転状態から燃料噴射量を算出している。そして実際の筒内圧力と実際の燃料圧力との差圧から得られる燃料噴射率Ｋに基づいて燃料噴射量Ｔｐを補正（Ｔｐ／Ｋ）して、実際の燃料噴射制御に用いている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−２５６８８６号公報（第４頁、図３）

しかし実際には燃料噴射の過程において、燃料噴射率は、燃料噴射量に対して一律の寄与ではないことが判明した。したがって従来技術にごとくの一次計算（Ｔｐ／Ｋ）のみでは誤差が生じて高精度な燃料噴射制御はできず、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いを考慮する必要がある。

このことから、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて燃料噴射補正量を算出することにより、直噴式内燃機関において圧力要因の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

そして、このように燃料噴射率の寄与の違いを考慮して燃料噴射量を補正する燃料噴射制御においても更に改良できることが判明した。
本発明は、直噴式内燃機関において、燃料噴射率の寄与の違いを考慮して高精度な燃料噴射制御を実現することを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射における圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁から筒内への燃料噴射量誤差を補償して燃料噴射を行う直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償するための燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて算出する補正量算出手段と、前記補正量算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射時における推定燃料噴射率に基づいて燃料噴射時間に変換することで、燃料噴射率補償補正時間を算出する燃料噴射率補償補正時間算出手段と、前記直噴式内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量に対応する燃料噴射時間を算出する燃料噴射時間算出手段と、前記燃料噴射率補償補正時間算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正時間を含む補正時間により、前記燃料噴射時間算出手段にて算出された燃料噴射時間を補正する燃料噴射時間補正手段とを備えたことを特徴とする。

このように補正量算出手段が燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて、前記燃料噴射量誤差を補償するための燃料噴射率補償補正量を算出する。そして、この燃料噴射率補償補正量は、燃料噴射率補償補正時間算出手段により、燃料噴射時における推定燃料噴射率に基づいて燃料噴射率補償補正時間に変換される。そしてこの燃料噴射率補償補正時間を含む補正時間を用いて、燃料噴射時間補正手段が、要求燃料噴射量に対応する燃料噴射時間を補正することになる。

このように補正量算出手段は、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて燃料噴射率補償補正量を算出しているため、圧力要因の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

そして燃料噴射率補償補正量は、直接、燃料噴射量の補正には用いられるのではなく、燃料噴射時における推定燃料噴射率に基づいて燃料噴射率補償補正量を時間変換した燃料噴射率補償補正時間にて、燃料噴射時間に対する補正を実行している。このため、現実の燃料噴射時の状況に対応して要求燃料噴射量に合致する正確な燃料噴射時間の設定が可能となる。

このことにより、直噴式内燃機関において、燃料噴射率の寄与の違いを考慮して高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
請求項２に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射における圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁から筒内への燃料噴射量誤差を補償して燃料噴射を行う直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記圧力要因に基づいて生じる前記燃料噴射弁の開弁時期の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する開弁時期補償補正時間を算出する開弁時期補償補正時間算出手段と、前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償するための燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて算出する補正量算出手段と、前記補正量算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射時における推定燃料噴射率に基づいて燃料噴射時間に変換することで、燃料噴射率補償補正時間を算出する燃料噴射率補償補正時間算出手段と、前記直噴式内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量に対応する燃料噴射時間を算出する燃料噴射時間算出手段と、前記開弁時期補償補正時間算出手段にて算出された開弁時期補償補正時間と前記燃料噴射率補償補正時間算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正時間とを含む補正時間により、前記燃料噴射時間算出手段にて算出された燃料噴射時間を補正する燃料噴射時間補正手段とを備えたことを特徴とする。

開弁時期補償補正時間算出手段を設けることで、圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁の開弁時期の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する開弁時期補償補正時間を算出している。そして、この開弁時期補償補正時間と前述した燃料噴射率補償補正時間とを含む補正時間により、燃料噴射時間を補正している。

燃料噴射弁によっては、圧力要因の変化により開弁時期が変化する場合がある。このような場合に開弁時期補償補正時間算出手段にて開弁時期補償補正時間を求めて、請求項１にて説明した燃料噴射率補償補正時間と共に燃料噴射時間を補正することで、圧力要因の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

そして開弁時期補償補正時間と燃料噴射率補償補正時間とを含む補正時間による燃料噴射時間に対する補正であるので、現実の燃料噴射時の状況に対応して要求燃料噴射量に合致する正確な燃料噴射時間の設定が可能となる。

このことにより、直噴式内燃機関において、燃料噴射率の寄与の違いを考慮して高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
請求項３に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項１又は２において、前記推定燃料噴射率は、予め、筒内圧力、燃料圧力及び前記要求燃料噴射量をパラメータとするマップから、燃料噴射時における実際の筒内圧力、燃料圧力及び前記要求燃料噴射量に基づいて算出されることを特徴とする。

このようなマップを予め備えておくことにより、現実の燃料噴射時の状況に対応して容易にかつ正確に、燃料噴射率補償補正量を燃料噴射率補償補正時間に変換することができるので、直噴式内燃機関において、燃料噴射率の寄与の違いを考慮して高精度な燃料噴射制御を実現することができる。

請求項４に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記圧力要因とは筒内圧力及び燃料圧力であることを特徴とする。
より具体的には圧力要因としては筒内圧力及び燃料圧力を用いる。このことにより上述した構成によって、筒内圧力及び燃料圧力の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

請求項５に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記補正量算出手段は、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて、前記燃料噴射弁の開閉弁駆動過渡期間と全開期間とに区分して、前記開閉弁駆動過渡期間での前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する過渡期間燃料噴射率補償補正量と、前記全開期間での前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する全開期間燃料噴射率補償補正量とを算出して、前記燃料噴射率補償補正量とすることを特徴とする。

このように燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いにより、燃料噴射弁の開閉弁駆動過渡期間と全開期間とに区分することができる。そして、それぞれの区分において過渡期間燃料噴射率補償補正量と全開期間燃料噴射率補償補正量とを算出することにより、正確な燃料噴射率補償補正量となり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

請求項６に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項２において、前記圧力要因とは筒内圧力及び燃料圧力であり、前記開弁時期補償補正時間算出手段は、前記開弁時期補償補正時間を、燃料噴射時における実際の筒内圧力と標準筒内圧力との差と、実際の燃料圧力の値に基づいて求めた噴射時期補正係数との積に基づいて算出することを特徴とする。

開弁時期補償補正時間については、燃料噴射時における実際の筒内圧力と標準筒内圧力との差と、実際の燃料圧力の値に基づいて求めた噴射時期補正係数との積に基づいて算出することができる。このようにして求めた開弁時期補償補正時間と燃料噴射率補償補正時間とを含む補正時間により燃料噴射時間を補正することにより、圧力要因の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

請求項７に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項５において、前記圧力要因とは筒内圧力及び燃料圧力であり、前記補正量算出手段は、実際の燃料圧力と燃料噴射時における実際の筒内圧力との圧力差と、実際の燃料圧力と標準筒内圧力との圧力差との比に基づいて、標準燃料噴射率と実際の燃料噴射率との噴射率差と、標準燃料噴射率との比を表す変化燃料噴射率比を算出するとともに、前記全開期間燃料噴射率補償補正量を前記変化燃料噴射率比と一次式の関係に基づいて算出し、前記過渡期間燃料噴射率補償補正量を前記変化燃料噴射率比と二次式の関係に基づいて算出することを特徴とする。

前述したごとく過渡期間燃料噴射率補償補正量と全開期間燃料噴射率補償補正量とを算出する場合、過渡期間燃料噴射率補償補正量は変化燃料噴射率比と二次式の関係に基づいて算出でき、全開期間燃料噴射率補償補正量は変化燃料噴射率比と一次式の関係に基づいて算出できる。このことにより、これらの補正量を合計した燃料噴射率補償補正量は、正確な補正量となり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

請求項８に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置では、請求項３、６又は７において、前記燃料噴射時における実際の筒内圧力は、燃料噴射時における推定値又は実測値であることを特徴とする。

燃料噴射時における実際の筒内圧力は推定値でも良く、噴射時の実測から求めても良い。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジン及びエンジン制御装置の概略構成図である。

ディーゼルエンジン２は複数気筒、例えば４気筒あるいは６気筒からなるエンジンである。各気筒の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気経路１４を介してエアクリーナあるいは過給機側から空気が供給されている。尚、サージタンク１２には、排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称する）経路１６からＥＧＲガスが供給されている。そして吸気経路１４にはスロットル弁１８が配置され、スロットル弁１８とサージタンク１２との間には吸気温センサ２０が配置されている。尚、スロットル弁１８にはスロットル開度検出のためのスロットル開度センサ１８ａと弁駆動のためのモータ１８ｂとが設けられ、サージタンク１２には内部の吸気圧Ｐｉｎを検出するための吸気圧センサ２１が設けられている。

燃焼室４は排気弁２２にて開閉される排気ポート２４及び排気マニホールド２６を介して排気浄化触媒あるいは過給機側へ排気を排出している。尚、排気マニホールド２６には、ＥＧＲ経路１６へＥＧＲガスとして排気が供給されている。

気筒毎に設けられて各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２８は、燃料供給管３０を介してコモンレール３２に連結されている。このコモンレール３２内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ３４から燃料が供給され、燃料ポンプ３４からコモンレール３２内に供給された高圧燃料は各燃料供給管３０を介して各燃料噴射弁２８に分配供給される。尚、コモンレール３２には燃料圧力Ｐｆ（いわゆるレール圧）を検出するための燃料圧力センサ３６が取り付けられている。

電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）４０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ４０は前述した吸気温センサ２０、吸気圧センサ２１、燃料圧力センサ３６及びスロットル開度センサ１８ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル４２の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ４４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温度ＴＨＷを検出する冷却水温センサ４６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸４８の回転数（以下、「エンジン回転数ＮＥ」と称する）を検出するエンジン回転数センサ５０、クランク軸４８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して基準クランク角信号Ｇ２を出力する気筒判別センサ５２から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態や操作状態に基づいて、ＥＣＵ４０は燃料噴射弁２８による燃料噴射制御を実行する。その他、モータ１８ｂによるスロットル開度制御、燃料ポンプ３４の吐出量制御等を実行する。

ここで燃料噴射弁２８の構造及び動作について説明する。図２に示すごとく燃料噴射弁２８は本体６２、ニードル弁６４及びコイルスプリング６６を備えている。ニードル弁６４とコイルスプリング６６とは本体６２内部に収納され、本体６２の先端には燃料噴射孔６８が形成されている。ニードル弁６４は軸方向に進退移動可能であり、進出時にはシート部７０に着座することにより燃料噴射孔６８を閉じ、後退時にはシート部７０から離れることにより燃料噴射孔６８を開く。コイルスプリング６６はニードル弁６４を閉弁方向、すなわち燃料噴射孔６８の方向に付勢している。尚、燃料噴射孔６８とシート部７０との間にはサック室７２が形成されている。

更に、本体６２には、第１燃料供給路７４、第１燃料供給路７４から分岐している第２燃料供給路７６、燃料排出路７８、制御室８０及び燃料溜８２が形成されている。第１燃料供給路７４は、燃料供給管３０（図１）を介してコモンレール３２から所定圧力に調節されて供給されてくる高圧燃料を燃料溜８２へ導いている。第２燃料供給路７６は、コモンレール３２からの高圧燃料を制御室８０へ導いている。燃料排出路７８は、制御室８０内の圧力を低下させる際に制御室８０内の高圧燃料を排出する機能を果たす。尚、第２燃料供給路７６にはインレットオリフィス７６ａが設けられて、制御室８０への燃料流入量を決定している。燃料排出路７８にはアウトレットオリフィス７８ａが設けられて、制御室８０からの燃料排出量を決定している。尚、アウトレットオリフィス７８ａの通路断面積は、インレットオリフィス７６ａよりも大きく設定されている。

ニードル弁６４は、メインピストン６４ａとサブピストン６４ｂとを備えている。メインピストン６４ａは制御室８０からの燃料圧力を受けてニードル弁６４を閉弁方向への駆動力Ｆｍを発生する。サブピストン６４ｂは燃料溜８２からの燃料圧力を受けてニードル弁６４を開弁方向への駆動力Ｆｓを発生する。サブピストン６４ｂが燃料溜８２から受ける燃料圧力の受圧面積はメインピストン６４ａが制御室８０から受ける燃料圧力の受圧面積よりも小さく設定されている。

ここでコイルスプリング６６から付勢力Ｆｃが与えられているとすると、定常時はＦｍ＋Ｆｃ＞Ｆｓ、Ｆｃ＜Ｆｓとなるように設定されている。
アウトレットオリフィス７８ａ部分には燃料排出路７８を開閉制御する排圧制御弁８４が設けられている。この排圧制御弁８４が閉弁されている時には制御室８０からの高圧燃料の排出を阻止して制御室８０内を高圧状態に維持する機能を果たす。そして排圧制御弁８４が開弁された時には制御室８０から高圧燃料が排出されるので制御室８０内を低圧化する機能を果たす。この排圧制御弁８４は電磁弁にて構成されている。

排圧制御弁８４が閉弁駆動されていれば、制御室８０内の燃料圧力が上昇しているので、Ｆｍ＋Ｆｃ＞Ｆｓであり、メインピストン６４ａが燃料噴射孔６８側に押されてニードル弁６４はシート部７０に着座しており燃料噴射弁２８は閉弁状態を維持する。

ＥＣＵ４０により排圧制御弁８４が開弁駆動されると、燃料排出路７８を介して制御室８０内の燃料が排出され、しかもインレットオリフィス７６ａよりもアウトレットオリフィス７８ａの通路断面積が大きく設定されているため、制御室８０内の燃料圧力は低下する。このため閉弁方向の駆動力Ｆｍは小さくなる。

このことによりＦｍ＋Ｆｃ＜Ｆｓとなるとニードル弁６４がリフトを開始してシート部７０から離れることで燃料噴射孔６８から燃料噴射が開始される。そしてリフト開始から最大リフト（フルリフト）まで次第に燃料噴射率（ｍｍ3／μｓｅｃ）が上昇し、全開すなわち最大リフトにて、最大の燃料噴射率となる。

閉弁時にはＥＣＵ４０により排圧制御弁８４が閉弁駆動されることにより燃料排出路７８が閉じられて制御室８０の燃料圧力が上昇し、Ｆｍ＋Ｆｃ＞Ｆｓとなることによりニードル弁６４のリフト量が小さくなり、最終的にシート部７０に着座することで燃料噴射孔６８からの燃料噴射は停止する。

次に、本実施の形態において、ＥＣＵにより実行される制御のうち、燃料噴射制御処理について説明する。図３，４に燃料噴射制御処理のフローチャートを示す。本処理は燃料噴射間隔の周期で、ここで４気筒エンジンであるとすると１８０°ＣＡ（ＣＡ：クランク角）毎に割り込み実行される。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

本処理が開始されると、まず１噴射当たりの基本燃料噴射量Ｑｂｓ（ｍｍ3）が設定される（Ｓ１０２）。例えばＥＣＵ４０内に記憶されているガバナパターンに従ってアクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとから基本燃料噴射量Ｑｂｓが求められる。

次にこの基本燃料噴射量Ｑｂｓが、図５に実線にて示した燃料噴射時間変換マップＭａｐｔｂｓに基づいて基本燃料噴射量Ｑｂｓから基本燃料噴射時間Ｔｂｓ（μｓｅｃ）が算出される（Ｓ１０４）。例えば基本燃料噴射量Ｑｂｓ＝ＱＡであれば図５に示したごとく基本燃料噴射時間Ｔｂｓ＝ＴＡが求められる。

この燃料噴射時間変換マップＭａｐｔｂｓは予め標準の燃料噴射弁により標準筒内圧力Ｐｓ（例えば１ＭＰａ）下で燃料圧力Ｐｆを変更することで燃料噴射量と燃料噴射時間との関係を測定してマップ化したものである。尚、図５は現在の燃料圧力Ｐｆ下での燃料噴射量と燃料噴射時間との関係を表しているのであり、燃料圧力Ｐｆが変化した場合には実線部分も変化する。

次に燃料噴射時期θｉがＴＤＣなどの基準クランク角に対する進角値（°ＣＡ）として設定される（Ｓ１０６）。これは基本燃料噴射量Ｑｂｓ（あるいは基本燃料噴射時間Ｔｂｓ）とエンジン回転数ＮＥとに基づいて燃料噴射時期マップから設定される。この燃料噴射時期マップは最適燃焼のためにエンジンの種類に応じて予め実験などに基づいて設定されているものである。

燃料噴射時期θｉが設定されると、次に図６に示した容積比マップＭａｐｖｒから燃料噴射時期θｉに基づいて、燃料噴射時期θｉでの燃焼室４の容積比Ｒｖが算出される（Ｓ１０８）。例えば燃料噴射時期θｉ＝θＡであれば図６に示したごとく容積比Ｒｖ＝ＲＡが求められる。

この容積比マップＭａｐｖｒは、燃焼室４の最大容積Ｖｍと該当クランク角での燃焼室４の容積Ｖｉとの比Ｖｍ／Ｖｉを表しているものであり、理論計算や実験にて設定されている。

容積比Ｒｖが求められると、次にこの容積比Ｒｖと吸気圧センサ２１にて検出されている吸気圧Ｐｉｎとにより燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃが式１のごとく算出される（Ｓ１１０）。

［式１］ Ｐｉｃ ← Ｒｖ × Ｐｉｎ
この燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃは、今回燃料噴射対象となっている気筒において、該当する燃料噴射弁２８から燃料噴射が開始される時の燃焼室４内の気圧を表している。

次に式２により差圧比Ｒｄｐが算出される（Ｓ１１２）。
［式２］ Ｒｄｐ ← （Ｐｆ−Ｐｉｃ）／（Ｐｆ−Ｐｓ）
ここで式２の右辺は、燃料噴射開始時に燃料噴射弁２８に生じる差圧（Ｐｆ−Ｐｉｃ）と、標準状態での差圧（Ｐｆ−Ｐｓ）との比を表している。

次に燃料圧力Ｐｆに基づいて折れ点マップＭａｐｑｆｌから、図５に実線で示した燃料噴射時間変換マップＭａｐｔｂｓの折れ点Ｅにおける燃料噴射量Ｑｆｌを求める（Ｓ１１４）。この折れ点マップＭａｐｑｆｌは、例えば図７のごとく表される。

図２において述べたごとく、燃料噴射弁２８は燃料噴射開始時に全開（フルリフト）状態となって燃料を噴射するのではなく、開き始めから全開までに時間を要する。又、閉じる時にも一瞬にして全閉となるのではなく全開から全閉までに時間を要する。この現象を燃料噴射率（ｍｍ3／μｓｅｃ）との関係で示すと図８のごとくとなる。このような開閉弁駆動過渡期間が存在するため、図５に示したごとく基本燃料噴射量Ｑｂｓに対する基本燃料噴射時間Ｔｂｓの関係が不連続に変化する折れ点Ｅが生じる。この折れ点Ｅの燃料噴射量を折れ点噴射量Ｑｆｌとして、予め実験により燃料圧力Ｐｆとの関係を、折れ点マップＭａｐｑｆｌ（図７）として設定してある。

次に差圧比Ｒｄｐに基づいて変化燃料噴射率比Ｒｈが式３のごとく算出される（Ｓ１１６）。
［式３］ Ｒｈ ← １ − √（Ｒｄｐ）
尚、右辺の「√（）」は、図３のステップＳ１１６に表示しているごとく、（）内の値の平方根を算出する演算子を表している。

ここで１回の噴射において、図９の(Ａ)に示すごとく実際の燃料噴射率パターン（実線）と標準の燃料噴射率パターン（一点鎖線）との間に差が存在するとする。全開期間の実際の噴射率ｒｑと標準噴射率ｒＱｓとの差は「ｒＱｓ−ｒｑ」で表される。この差（ｒＱｓ−ｒｑ）と標準噴射率ｒＱｓとの比は式４に示すごとく計算される。

［式４］ （ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ ＝ １ − ｒｑ／ｒＱｓ
この内、実際と標準との噴射率比（ｒｑ／ｒＱｓ）の二乗は、物理的関係により差圧比Ｒｄｐと等しいことが分かっている。

したがって、前記式３は前記式４と同等であり、前記式３で表される変化燃料噴射率比Ｒｈは標準噴射率ｒＱｓに対する実際の噴射率ｒｑの変化分割合を示していることになる。

次に基本燃料噴射量Ｑｂｓが折れ点噴射量Ｑｆｌ未満か否かが判定される（Ｓ１１８）。
ここで、まずＱｂｓ≧Ｑｆｌの場合（Ｓ１１８でＹＥＳ）について説明する。この場合には、図９の(Ａ)に示した標準の噴射率パターン（一点鎖線）を、図９の(Ｂ)に示すごとく全開から全閉までの噴射率変化線と平行な破線で、全開までで噴射が終了した場合の燃料噴射量（折れ点噴射量Ｑｆｌと同じ）と、全開以後の分の噴射量（Ｑｂｓ−Ｑｆｌ）とに分割する。この状態でハッチングで示す実際の噴射率パターン（実線）との燃料噴射量誤差（ｄＱ１，ｄＱ２）を算出する。

まず、式５により全開までで噴射が終了した場合の燃料噴射量における誤差である過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１を算出する（Ｓ１２０）。
［式５］ ｄＱ１ ← Ｑｆｌ × Ｒｈ × Ｒｈ
図９の(Ｂ)において過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１は、「（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ」の二乗に比例することから、式６のごとく「（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ」の二次式で表される。

［式６］ ｄＱ１＝
Ｑｆｌ×｛（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ｝×｛（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ｝
したがって前記式３，４の関係から式６は前記式５と同等であり、前記式５のごとく変化燃料噴射率比Ｒｈの二次式により過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１は算出できることになる。

次に式７により全開以後の分の燃料噴射量（Ｑｂｓ−Ｑｆｌ）における誤差である全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２を算出する（Ｓ１２２）。
［式７］ ｄＱ２ ← （Ｑｂｓ−Ｑｆｌ）×Ｒｈ
図９の(Ｂ)において全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２は、「（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ」に比例することから、式８のごとく「（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ」の一次式でで表される。

［式８］ ｄＱ２＝（Ｑｂｓ−Ｑｆｌ）×（ｒＱｓ−ｒｑ）／ｒＱｓ
したがって前記式３，４の関係から式８は前記式７と同等であり、前記式７のごとく変化燃料噴射率比Ｒｈの一次式により全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２は算出できることになる。

次に、Ｑｂｓ＜Ｑｆｌの場合（Ｓ１１８でＹＥＳ）について説明する。例えば、図５のＱｂｓ＝ＱＢの場合であり、ステップＳ１０４では基本燃料噴射時間Ｔｂｓ＝ＴＢが求められている。

この場合には、過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１が式９に示すごとく算出される（Ｓ１２４）。
［式９］ ｄＱ１ ← Ｑｂｓ × Ｒｈ × Ｒｈ
このＱｂｓ＜Ｑｆｌの場合においては、折れ点噴射量Ｑｆｌと同じ値が基本燃料噴射量Ｑｂｓに設定された場合には、前記式５により「Ｑｆｌ×Ｒｈ×Ｒｈ」の値が過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１となる。この場合、基本燃料噴射量Ｑｂｓが折れ点噴射量Ｑｆｌより小さくなることに比例して、過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１が小さくなることが判明しているので、式１０のごとくの関係が存在する。

［式１０］ Ｑｂｓ／Ｑｆｌ＝ｄＱ１／（Ｑｆｌ×Ｒｈ×Ｒｈ）
式１０から過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１は式１１にて表される。
［式１１］ ｄＱ１＝（Ｑｆｌ×Ｒｈ×Ｒｈ）×（Ｑｂｓ／Ｑｆｌ）
＝Ｑｂｓ × Ｒｈ × Ｒｈ
このようにして過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１は、前記式９のごとく変化燃料噴射率比Ｒｈの二次式により算出できることになる。

そしてこの時は全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２は存在しないので、全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２に「０」を設定する（Ｓ１２６）。
次に今回燃料噴射がなされる燃料噴射弁２８での推定燃料噴射率ｒｑｉ（ｍｍ3／μｓｅｃ）が、今回燃料噴射がなされる燃料噴射弁２８に対して設定されている燃料噴射率マップＭａｐｒｑから、燃料圧力Ｐｆ、基本燃料噴射量Ｑｂｓ及び燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃに基づいて算出される（Ｓ１２８）。

各燃料噴射弁２８については、それぞれの燃料噴射弁２８の製造時に、燃料圧力、燃料噴射量及び筒内圧力をパラメータとして燃料噴射率データが実測されている。そしてディーゼルエンジン２に各燃料噴射弁２８を組み付ける際に、各燃料噴射弁２８に添付されたデータタグなどからＥＣＵ４０に対して読み込まれて燃料噴射率マップＭａｐｒｑとしてマップ化されている。この燃料噴射弁２８毎の燃料噴射率マップＭａｐｒｑを用いて、噴射時点での推定燃料噴射率ｒｑｉが算出される。尚、燃料噴射弁２８毎に設けられた他のマップについても同様に作成され、データタグなどからＥＣＵ４０に対して読み込まれている。

次に式１２のごとく燃料噴射率補償補正時間ｄＴｈ（μｓｅｃ）を算出する（Ｓ１３０）。
［式１２］ ｄＴｈ ← （ｄＱ１ ＋ ｄＱ２）／ｒｑｉ
次に開弁時期補償補正時間ｄＴｔを求めるための、噴射時期補正係数Ｋｉを燃料圧力Ｐｆをパラメータとして図１０に示すマップＭａｐｋｉから算出する（Ｓ１３２）。

次に式１３により開弁時期補償補正時間ｄＴｔを算出する（Ｓ１３４）。
［式１３］ ｄＴｔ ← Ｋｉ × （Ｐｉｃ − Ｐｓ）
実際の筒内圧力である燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃと標準筒内圧力Ｐｓとの差（Ｐｉｃ−Ｐｓ）は、燃料噴射弁２８の開弁時期のずれ（図９のΔＴｈ）を生じさせるものであり、このずれの程度は燃料圧力Ｐｆにより感度が変化する。したがってマップＭａｐｋｉを予め実測により作成しておき、上記式１３により算出される。

そして式１４により、基本燃料噴射時間Ｔｂｓを、前述したごとく算出した燃料噴射率補償補正時間ｄＴｈ及び開弁時期補償補正時間ｄＴｔと、更に無効噴射時間ｄＴｘとにより補正して、今回噴射対象の燃料噴射弁２８に対する噴射時間（通電時間）Ｔａｕを算出する（Ｓ１３６）。

［式１４］ Ｔａｕ ← Ｔｂｓ ＋ ｄＴｈ ＋ ｄＴｔ ＋ ｄＴｘ
そして燃料噴射時期θｉに、噴射時間Ｔａｕの通電がなされるようにＥＣＵ４０において設定がなされて（Ｓ１３８）、本処理を一旦終了する。

上述した構成において、請求項との関係は、燃料噴射制御処理（図３，４）のステップＳ１３２，Ｓ１３４が開弁時期補償補正時間算出手段としての処理に、ステップＳ１１８〜Ｓ１２６が補正量算出手段としての処理に相当する。更に、ステップＳ１２８，Ｓ１３０が燃料噴射率補償補正時間算出手段としての処理に、ステップＳ１０２，Ｓ１０４が燃料噴射時間算出手段としての処理に、ステップＳ１３６が燃料噴射時間補正手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．燃料噴射制御処理（図３，４）のステップＳ１１８〜Ｓ１２６では、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて、燃料噴射弁２８の開閉弁駆動過渡期間と全開期間とに区分して燃料噴射率補償補正量を算出している。すなわち、開閉弁駆動過渡期間については過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１を算出し（Ｓ１２０，Ｓ１２４）、全開期間については全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２を算出している（Ｓ１２２，Ｓ１２６）。

このため圧力要因（筒内圧力及び燃料圧力）の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。
そして過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１及び全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２は、直接、燃料噴射量の補正に用いられるのではなく、推定燃料噴射率ｒｑｉ（Ｓ１２８）に基づいて燃料噴射率補償補正時間ｄＴｈに変換して（Ｓ１３０）、基本燃料噴射時間Ｔｂｓに対する補正を実行している（Ｓ１３６）。このため、現実の燃料噴射時の状況に対応して要求燃料噴射量に合致する正確な燃料噴射時間Ｔａｕの設定が可能となる。

更に、圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁２８の開弁時期の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する開弁時期補償補正時間ｄＴｔを、噴射時期補正係数Ｋｉと（Ｐｉｃ−Ｐｓ）との積により算出している（Ｓ１３２，Ｓ１３４）。そして、前述した燃料噴射率補償補正時間ｄＴｈと共に、この開弁時期補償補正時間ｄＴｔによる補正を行っている（Ｓ１３６）。

本燃料噴射弁２８は、圧力要因の変化により開弁時期が変化する。したがって開弁時期補償補正時間ｄＴｔを加味して燃料噴射時間を補正することで、より適切に圧力要因の差異に基づいて適切に燃料噴射量を補正することができるようになり、燃料噴射量の制御精度は高められることになる。

こうして、直噴式内燃機関において、燃料噴射率の寄与の違いを考慮して高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
（ロ）．推定燃料噴射率ｒｑｉは、燃料噴射率マップＭａｐｒｑから、燃料圧力Ｐｆ、要求燃料噴射量に相当する基本燃料噴射量Ｑｂｓ及び燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃに基づいて算出される。このような燃料噴射率マップＭａｐｒｑが予め燃料噴射弁２８毎に備えられているので、現実の燃料噴射時の状況に対応して容易にかつ正確に、過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１及び全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２を燃料噴射率補償補正時間ｄＴｈに変換することができる。したがって、直噴式内燃機関において、燃料噴射率の寄与の違いを考慮して、より高精度な燃料噴射制御を実現することができる。

（ハ）．ステップＳ１１８〜Ｓ１２６にて説明したごとく、過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１は、変化燃料噴射率比Ｒｈと二次式の関係に基づいて算出し、全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２は変化燃料噴射率比Ｒｈと一次式の関係に基づいて算出できる。このことにより全体の燃料噴射率補償補正量（ｄＱ１＋ｄＱ２）を容易に算出することが可能となる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態１においては、図２に示したごとく燃料噴射弁２８が制御室８０を備えていたが、制御室８０が存在しない直動タイプの燃料噴射弁では、燃料噴射弁の開弁時期のずれ（図９のΔＴｈ）は生じないので開弁時期補償補正時間ｄＴｔを算出する必要はない。したがってこの場合には燃料噴射制御処理（図３，４）のステップＳ１３２，Ｓ１３４の処理は不要である。したがってステップＳ１３６での噴射時間Ｔａｕの算出は、式１５のごとくとなる。

［式１５］ Ｔａｕ ← Ｔｂｓ ＋ ｄＴｈ ＋ ｄＴｘ
このような燃料噴射弁による燃料噴射制御においても、開弁時期補償補正の部分を除いて、前記実施の形態１の（イ）〜（ハ）の効果を生じる。

（ｂ）．前記実施の形態１では、Ｑｂｓ＜Ｑｆｌの時には前記式９により過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１を算出したが、これ以外の手法として次のごとくに算出しても良い。

すなわち図２に示したニードル弁６４が全開（フルリフト）に至らない場合のごとく、開度（リフト量）が小さい状態で行われる燃料噴射においては、燃料噴射が行われた場合の実際の燃料噴射圧力であるサック室７２内の燃料圧力は燃料圧力Ｐｆ（レール圧）に達していない。このためサック室７２内の燃料圧力を推定して過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１を求めることができる。

ここでサック室７２内の燃料圧力はニードル弁６４のリフト位置と燃料圧力Ｐｆに基づいて決定される。ニードル弁６４のリフト位置は、リフト速度と時間とに基づいて決定される。ニードル弁６４のリフト速度は制御室８０から燃料排出路７８のアウトレットオリフィス７８ａを介して排出される燃料のオリフィス流量の特性により求めることができ、略等速度、すなわち一定とみなすことができる。したがってサック室７２内の燃料圧力は時間の関数で表すことができる。

そしてこのように時間に基づいて求められるサック室７２内の燃料圧力と基本燃料噴射量Ｑｂｓとに基づいて、単位筒内圧力当たりの燃料噴射量の変化量を求めるためのマップを予め実験等により求めておく。そして燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃと標準筒内圧力Ｐｓとの差に基づいて、前記マップから燃料噴射量の変化量、すなわち誤差を求めて、このずれ量を過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１として設定する。

（ｃ）．燃料噴射開始時筒内圧力Ｐｉｃは、燃料噴射時における推定値として求めたが、これ以外に筒内圧力センサを設けて実測値として求めても良い。
（ｄ）．前述した各例については、ディーゼルエンジンにて説明したが、筒内噴射型であれば、本発明はガソリンエンジンについても適用できる。

実施の形態１の車両用ディーゼルエンジン及びエンジン制御装置の概略構成図。 実施の形態１の燃料噴射弁の構成説明図。 実施の形態１のＥＣＵが実行する燃料噴射制御処理のフローチャート。 同じく燃料噴射制御処理のフローチャート。 実施の形態１の燃料噴射時間変換マップＭａｐｔｂｓの構成説明図。 実施の形態１の容積比マップＭａｐｖｒの構成説明図。 実施の形態１の折れ点マップＭａｐｑｆｌの構成説明図。 実施の形態１における燃料噴射時の燃料噴射率変化説明図。 実施の形態１における過渡期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ１と全開期間燃料噴射率補償補正量ｄＱ２との算出手法の説明図。 実施の形態１のマップＭａｐｋｉの構成説明図。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１４…吸気経路、１６…ＥＧＲ経路、１８…スロットル弁、１８ａ…スロットル開度センサ、１８ｂ…モータ、２０…吸気温センサ、２１…吸気圧センサ、２２…排気弁、２４…排気ポート、２６…排気マニホールド、２８…燃料噴射弁、３０…燃料供給管、３２…コモンレール、３４…燃料ポンプ、３６…燃料圧力センサ、４０…ＥＣＵ、４２…アクセルペダル、４４…アクセル開度センサ、４６…冷却水温センサ、４８…クランク軸、５０…エンジン回転数センサ、５２…気筒判別センサ、６２…燃料噴射弁の本体、６４…ニードル弁、６４ａ…メインピストン、６４ｂ…サブピストン、６６…コイルスプリング、６８…燃料噴射孔、７０…シート部、７２…サック室、７４…第１燃料供給路、７６…第２燃料供給路、７６ａ…インレットオリフィス、７８…燃料排出路、７８ａ…アウトレットオリフィス、８０…制御室、８２…燃料溜、８４…排圧制御弁、Ｅ…折れ点、Ｆｃ…付勢力、Ｆｍ，Ｆｓ…駆動力。

Claims (8)

1. 燃料噴射における圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁から筒内への燃料噴射量誤差を補償して燃料噴射を行う直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償するための燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて算出する補正量算出手段と、
   前記補正量算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射時における推定燃料噴射率に基づいて燃料噴射時間に変換することで、燃料噴射率補償補正時間を算出する燃料噴射率補償補正時間算出手段と、
   前記直噴式内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量に対応する燃料噴射時間を算出する燃料噴射時間算出手段と、
   前記燃料噴射率補償補正時間算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正時間を含む補正時間により、前記燃料噴射時間算出手段にて算出された燃料噴射時間を補正する燃料噴射時間補正手段と、
   を備えたことを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 燃料噴射における圧力要因に基づいて生じる燃料噴射弁から筒内への燃料噴射量誤差を補償して燃料噴射を行う直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記圧力要因に基づいて生じる前記燃料噴射弁の開弁時期の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する開弁時期補償補正時間を算出する開弁時期補償補正時間算出手段と、
   前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償するための燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて算出する補正量算出手段と、
   前記補正量算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正量を、燃料噴射時における推定燃料噴射率に基づいて燃料噴射時間に変換することで、燃料噴射率補償補正時間を算出する燃料噴射率補償補正時間算出手段と、
   前記直噴式内燃機関の運転状態に基づいて要求燃料噴射量に対応する燃料噴射時間を算出する燃料噴射時間算出手段と、
   前記開弁時期補償補正時間算出手段にて算出された開弁時期補償補正時間と前記燃料噴射率補償補正時間算出手段にて算出された燃料噴射率補償補正時間とを含む補正時間により、前記燃料噴射時間算出手段にて算出された燃料噴射時間を補正する燃料噴射時間補正手段と、
   を備えたことを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 請求項１又は２において、前記推定燃料噴射率は、予め、筒内圧力、燃料圧力及び前記要求燃料噴射量をパラメータとするマップから、燃料噴射時における実際の筒内圧力、燃料圧力及び前記要求燃料噴射量に基づいて算出されることを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記圧力要因とは筒内圧力及び燃料圧力であることを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記補正量算出手段は、燃料噴射過程における燃料噴射率の寄与の違いに応じて、前記燃料噴射弁の開閉弁駆動過渡期間と全開期間とに区分して、前記開閉弁駆動過渡期間での前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する過渡期間燃料噴射率補償補正量と、前記全開期間での前記圧力要因に基づいて生じる燃料噴射率の変化に応じた燃料噴射量誤差を補償する全開期間燃料噴射率補償補正量とを算出して、前記燃料噴射率補償補正量とすることを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 請求項２において、前記圧力要因とは筒内圧力及び燃料圧力であり、前記開弁時期補償補正時間算出手段は、前記開弁時期補償補正時間を、燃料噴射時における実際の筒内圧力と標準筒内圧力との差と、実際の燃料圧力の値に基づいて求めた噴射時期補正係数との積に基づいて算出することを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 請求項５において、前記圧力要因とは筒内圧力及び燃料圧力であり、前記補正量算出手段は、実際の燃料圧力と燃料噴射時における実際の筒内圧力との圧力差と、実際の燃料圧力と標準筒内圧力との圧力差との比に基づいて、標準燃料噴射率と実際の燃料噴射率との噴射率差と、標準燃料噴射率との比を表す変化燃料噴射率比を算出するとともに、前記全開期間燃料噴射率補償補正量を前記変化燃料噴射率比と一次式の関係に基づいて算出し、前記過渡期間燃料噴射率補償補正量を前記変化燃料噴射率比と二次式の関係に基づいて算出することを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 請求項３、６又は７において、前記燃料噴射時における実際の筒内圧力は、燃料噴射時における推定値又は実測値であることを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。

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