JP2009057911A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の噴射特性に応じて燃料噴射の補正値を適正に設定でき、しかも、その噴射特性を効率よく検出できる燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】学習条件成立時に、単発的に燃料噴射を行い、噴射後の内燃機関の状態変化量から実噴射量Ｑを検出する学習動作を、燃料噴射弁の通電期間Ｔｄを変更しつつ複数回実行し（ａ〜ｄ）、その検出結果から、燃料噴射弁の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）を推定して、噴射量を目標噴射量に制御するための通電期間補正値△Ｔｑｃを算出する（ｈ）。通電期間Ｔｄは、実噴射量と目標噴射量との偏差の積算値Σ（△Ｑ）が目標噴射量よりも大きいときは、過去の最小通電期間ＭｉｎＴｑから△Ｔｑを減じ、積算値Σ（△Ｑ）が目標噴射量以下であるときは、過去の最大通電期間ＭａｘＴｑに△Ｔｑを加えることで、目標噴射量周りで変化させる（ｃ，ｄ）。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料噴射弁からの実噴射量と目標噴射量とのずれを学習して、燃料噴射弁の噴射期間に対する補正値を設定するのに好適な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が、このパイロット噴射では、燃料噴射弁からの実噴射量と目標噴射量とにずれが生じると、燃料噴射精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、この種のディーゼル機関では、燃料噴射量が零となる減速運転時に、燃料噴射弁に対し、所定の目標噴射量にて単発的に燃料噴射を実施させ、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て、その推定した実噴射量と目標噴射量とのずれに基づき、燃料噴射弁の噴射期間（換言すれば、燃料噴射弁の通電期間若しくは開弁期間）に対する補正値を設定する、といった手順で、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）。
特開２００５−１５５３６０号公報

上記提案の学習制御は、単発噴射によって検出した実噴射量と目標噴射量とのずれに基づき燃料噴射弁の噴射期間を補正することで、燃料噴射弁からの実噴射量を目標噴射量に制御するものであるが、従来では、上記学習制御で燃料噴射弁から燃料を単発噴射させる際の噴射期間を、目標噴射量に応じて一義的に設定していたことから、燃料噴射弁の噴射特性によっては、補正値を適正に設定することができず、燃料噴射量の制御精度を充分高めることができないという問題があった。

つまり、例えば、燃料噴射弁の通電期間Ｔｑと燃料噴射量Ｑとの関係を表す噴射特性は、図５に例示するように、燃料噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃ…毎に異なり、燃料噴射弁Ｂ，Ｃの噴射特性のように、基本噴射特性とは傾きが大きく異なることがある。

しかし、従来では、燃料噴射弁の基本噴射特性に基づき設定した一定の基本通電期間Ｔｑｏにて燃料噴射弁を通電することで、燃料の単発噴射を実施させ、その単発噴射後に推定した実噴射量と目標噴射量とのずれ量と、燃料噴射弁の基本噴射特性（詳しくはその傾き）とに基づき、燃料噴射弁の通電期間Ｔｑに対する補正値を算出する。

このため、学習対象となる燃料噴射弁が、基本噴射特性と略同じ傾きの噴射特性を有する燃料噴射弁Ａである場合には、通電期間Ｔｑに対する補正値を略適正に設定して、燃料噴射弁からの実噴射量を目標噴射量に制御することができるが、噴射特性の傾きが基本噴射特性と大きく異なる燃料噴射弁Ｂ、Ｃの場合には、補正値を燃料噴射弁の噴射特性に応じて適正に設定することができず、実噴射量を目標噴射量に制御することができなくなる。

一方、こうした問題を解決する方法として、例えば、燃料噴射弁の噴射期間（通電期間、開弁期間等）を変化させることで学習用の燃料噴射（単発噴射）を複数回実行し、その複数回の燃料噴射で得られた実噴射量と各実噴射量に対応した噴射期間とから、燃料噴射弁の噴射特性（図５に示したＱ−Ｔｑ特性）を求め、この噴射特性に基づき燃料噴射弁の噴射期間に対する補正値を設定することが考えられる。

しかし、このような学習方法を実現するには、目標噴射量付近での燃料噴射弁の噴射特性を複数回の単発噴射で検出できるようにする必要があり、このためには、単発噴射の際の噴射期間を、目標噴射量周りで効率よく変化（換言すれば分散）させる必要がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、燃料噴射弁の噴射特性に応じて燃料噴射の補正値を適正に設定することができ、しかも、その噴射特性を複数回の燃料噴射で効率よく検出できる内燃機関の燃料噴射制御装置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、噴射量の学習条件が成立しているときに、燃料噴射指令手段が、燃料噴射弁に対し学習用の燃料噴射を実施させ、実噴射量算出手段が、その燃料噴射実施後の内燃機関の状態変化量（上述した回転変動量等）に基づき、燃料噴射弁からの実噴射量を算出する。

また、燃料噴射指令手段は、燃料噴射弁に対して、学習用の燃料噴射を複数回実施させるが、燃料噴射を実施するための燃料噴射弁の噴射期間は、噴射期間変更手段によって、燃料噴射の実施の度に変更される。

そして、複数回の燃料噴射が実施されると、補正値算出手段が、燃料噴射毎に実噴射量算出手段にて算出された複数の実噴射量と、各実噴射量に対応した燃料噴射弁の噴射期間とに基づき、燃料噴射弁の噴射期間と実噴射量との関係を表す噴射特性（上述したＱ−Ｔｑ特性）を特定し、その噴射特性に基づき実噴射量を目標噴射量に制御するための噴射期間補正値を算出する。

従って、本発明の燃料噴射制御装置によれば、噴射期間補正値を、燃料噴射弁の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）に応じて適正に設定することができるようになり、燃料噴射弁からの燃料噴射量（実噴射量）を精度よく目標噴射量に制御することが可能となる。

また次に、噴射期間変更手段は、実噴射量算出手段にて算出された実噴射量の積分平均値が目標噴射量よりも小さいときには、燃料噴射指令手段が燃料噴射の実施に用いた過去の噴射期間の最大値を基準として、その基準期間よりも長い噴射期間を次回の噴射期間として設定し、実噴射量算出手段にて算出された実噴射量の積分平均値が目標噴射量よりも大きいときには、燃料噴射指令手段が燃料噴射の実施に用いた過去の噴射期間の最小値を基準として、その基準期間よりも短い噴射期間を次回の噴射期間として設定する。

この結果、燃料噴射指令手段が燃料噴射弁に対し学習用の燃料噴射を複数回実施させるのに用いる燃料噴射弁の噴射期間は、目標噴射量に対応した噴射期間を中心として、上下に広がるようにバランスよく変化することになる。

よって、本発明の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射弁からの実噴射量を目標噴射量周りで変化させて、目標噴射量付近の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）を少ない噴射回数で効率よく検出することができるようになり、燃料噴射弁の噴射特性に対応した噴射期間補正値を短時間で設定することが可能となる。

ここで、燃料噴射指令手段が学習用の燃料噴射を最初に実施させるのに用いる噴射期間の初期値には、請求項２に記載のように、燃料噴射弁の基本噴射特性に基づき目標噴射量を実現するように設定された基本噴射期間を使用するようにしてもよく、或いは、請求項３に記載のように、燃料噴射弁の基本噴射特性に基づき設定される噴射期間の下限ガード値を使用するようにしてもよい。

そして、請求項２に記載のように、噴射期間の初期値として、燃料噴射弁の基本噴射特性に基づく基本噴射期間を使用するようにした場合には、目標噴射量に対応した噴射期間を速やかに検出して、学習用の噴射期間を目標噴射量周りで上下に変化させることができるようになり、燃料噴射弁の噴射特性をより早く特定できることになる。

一方、請求項３に記載のように、噴射期間の初期値として、下限ガード値を使用するようにした場合には、燃料噴射弁の噴射特性のうち、燃料噴射弁の噴射期間に対する燃料噴射量が、基本噴射特性に比べて大きいときに、学習制御開始直後の燃料噴射量が多くなりすぎ、内燃機関に大きな回転変動が発生して、運転者等に違和感を与えてしまうのを防止できる。

次に、請求項４に記載の燃料噴射制御装置において、噴射期間変更手段は、実噴射量算出手段にて算出された実噴射量が、所定回数以上連続して目標噴射量を下回るか、上回った場合に、次回の噴射期間を設定するのに用いる噴射期間の変更量を増加させる。

これは、噴射期間変更手段が噴射期間を複数回補正しても、実噴射量と目標噴射量との大小関係が反転しない場合には、噴射期間の変更量を増加させることで、実噴射量と目標噴射量との大小関係を速やかに反転させて、実噴射量（延いては噴射期間）をより早く目標噴射量周りで変化させるためである。

よって、請求項４に記載の燃料噴射制御装置によれば、学習制御開始後、燃料噴射弁の噴射期間を、より早く目標噴射量周りで変化させることができるようになり、燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに要する噴射回数を減らすことができる。

なお、このように、噴射期間の変更量を増加させる場合、その増加分は固定してもよく、或いは、請求項５に記載のように、実噴射量が連続して目標噴射量を下回るか、上回った回数が多いほど、その変更量の増加分を大きくするようにしてもよい。

そして、請求項５に記載のように、噴射期間の変更量の増加分を、実噴射量が連続して目標噴射量を下回るか、上回った回数に応じて変化させれば、燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに要する噴射回数をより少なくすることができる。

一方、請求項６に記載の燃料噴射制御装置において、噴射期間変更手段は、基準期間に対応した実噴射量と目標噴射量との差が第１範囲を越えると、基準期間に対する噴射期間の増減方向を反転させて、次回の燃料噴射での実噴射量を目標噴射量に近づける。

このため、請求項６に記載の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量及び噴射期間の検出範囲が第１範囲を超えて広がるのを防止することができ、その検出範囲を、目標噴射量周りで燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに適した範囲内に抑えて、燃料噴射弁の噴射特性をより精度よく特定することが可能となる。

また、請求項７に記載の燃料噴射制御装置において、噴射期間変更手段は、基準期間に対応した実噴射量と目標噴射量との差が第１範囲を超えると、燃料噴射指令手段が学習用の燃料噴射に用いた過去の噴射期間の中から基準期間に最も近い噴射期間を検索し、その検索した噴射期間を、次回の噴射期間として設定する。

このため、請求項７に記載の燃料噴射制御装置においても、燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量及び噴射期間の検出範囲が第１範囲を超えて広がるのを防止することができ、請求項６に記載の装置と同様の効果を得ることができる。

また次に、請求項８に記載の燃料噴射制御装置において、噴射期間変更手段は、基準期間に対応した実噴射量と目標噴射量との差が第１範囲よりも大きい第２範囲を超えると、実噴射量が目標噴射量となるように次回の噴射期間を設定する。

つまり、請求項６又は請求項７に記載のように、燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量及び噴射期間の検出範囲を、第１範囲を用いて制限しているのにもかかわらず、基準期間として選択した過去の噴射期間の最大値又は最小値に対応した実噴射量が、目標噴射量から大きく外れ、これら各噴射量の差が第２範囲を超えたときには、燃料噴射弁からの燃料噴射若しくは燃料噴射後の実噴射量の算出等に何等かの異常があったと考えられる。

そこで、請求項８に記載の燃料噴射制御装置においては、基準期間に対応した実噴射量と目標噴射量との差が第２範囲を超えると、実噴射量が目標噴射量となるように次回の噴射期間を設定し直すことで、燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量及び噴射期間の検出範囲が広がるのを防止するのである。よって、この燃料噴射制御装置においても、燃料噴射弁の噴射特性を精度よく特定することが可能となる。

なお、基準期間に対応した実噴射量と目標噴射量との差が第２範囲を超えているときに、次回の噴射期間を設定する際には、例えば、請求項９に記載のように、基準期間を、燃料噴射弁の基本噴射特性における噴射期間に対する燃料噴射量の変化割合に応じて補正することで、実噴射量を目標噴射量に制御するのに必要な噴射期間を求め、これを次回の噴射期間として設定するようにすればよい。

一方、上記のように実噴射量算出手段にて算出された実噴射量と目標噴射量との差が第２範囲を超えている場合、この実噴射量を、補正値算出手段が燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量の一つとして使用すると、目標噴射量付近での燃料噴射弁の噴射特性を正確に求めることができず、燃料噴射弁の実際の噴射特性に応じて噴射期間補正値を適正に設定できないことが考えられる。

このため、請求項１０に記載のように、実噴射量算出手段にて算出された実噴射量と目標噴射量との差が第２範囲を超えている場合には、実噴射量除外手段が、この実噴射量を、補正値算出手段が燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量から除外するようにするとよい。

そして、このようにすれば、補正値算出手段において、燃料噴射弁からの燃料噴射量を目標噴射量に制御するのに必要な噴射期間補正値を、より精度よく算出することができるようになる。

なお、上記実噴射量除外手段は、更に、請求項１１又は請求項１２に記載のように構成するとよい。
すなわち、請求項１１に記載の燃料噴射制御装置において、実噴射量除外手段は、実噴射量算出手段にて算出された実噴射量を、補正値算出手段が燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量から除外すると、燃料噴射指令手段による学習用の燃料噴射の実施回数を増加させる。

このため、請求項１１に記載の燃料噴射制御装置によれば、補正値算出手段が燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量の数が減って、噴射特性の特定精度が低下するのを防止でき、延いては、噴射期間補正値を燃料噴射弁の噴射特性に応じて精度よく設定することが可能となる。

また、請求項１２に記載の燃料噴射制御装置において、実噴射量除外手段は、実噴射量算出手段にて、目標噴射量との差が第２範囲を超える実噴射量が所定回数以上算出されると、燃料噴射指令手段による燃料噴射の実施（換言すれば学習制御）を停止させる。

このため、請求項１２に記載の燃料噴射制御装置によれば、学習用の燃料噴射を所定回数以上行っても、実噴射量と目標噴射量との差が第２範囲内に収まらない場合に、無駄な燃料噴射を実施してしまうのを防止できる。

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、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燃料噴射時期を制御する。

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通電期間だけ通電することで、燃料噴射弁３０を通電期間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、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に対する燃料噴射指令の出力期間（つまり通電期間Ｔｄ）と燃料噴射弁３０から実際に噴射される燃料量（実噴射量）Ｑとのずれによって燃料噴射精度が大きく変化することから、ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３０からの実噴射量を目標噴射量（パイロット噴射量）に制御するのに必要な通電期間の補正値を算出する学習制御を実行し、この学習制御で求めた補正値にてパイロット噴射時の通電期間を補正することで、燃料噴射弁３０からの実噴射量を目標噴射量に制御できるようにしている。なお、上記通電期間は本発明の噴射期間に相当し、その補正値は本発明の噴射期間補正値に相当する。

以下、この学習制御について、図２に示すフローチャート及び図３に示す動作説明図を用いて説明する。
この学習制御処理は、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に、学習条件が成立したとして、気筒毎に実行される処理である。

図２に示すように、この学習制御処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）にて、現在学習対象となっている気筒での噴射量の学習回数をカウントするカウンタｉに初期値「１」をセットし、続くＳ１２０にて、学習用の燃料噴射を実施するための燃料噴射弁３０の通電期間Ｔｄとして、目標噴射量Ｑｏに対応した基本通電期間Ｔｑｏを設定する。

なお、この基本通電期間Ｔｑｏは、図５に示したように、燃料噴射弁３０の基本噴射特性に基づき、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量Ｑが目標噴射量Ｑｏとなるように設定されたものである。

次に、続くＳ１３０では、Ｓ１２０若しくは後述の処理で設定された通電期間Ｔｑに従い、所定の噴射タイミングで学習対象気筒の燃料噴射弁３０を通電することにより、その燃料噴射弁３０から学習対象気筒への燃料噴射を単発的に実行させる。

Ｓ１３０での単発噴射実行後は、Ｓ１４０に移行して、ディーゼル機関２の運転状態の変化量（回転速度及びその変動量）を検出し、その検出した回転変動量と回転速度とからディーゼル機関２の発生トルクを求め、その発生トルクから実噴射量Ｑを推定する、といった手順で実噴射量Ｑを検出し、その検出した実噴射量Ｑを通電期間Ｔｑと共にＥＣＵ５０内のＲＡＭに記憶する。

そして、続くＳ１５０では、今回Ｓ１４０で求めた実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑを算出し、Ｓ１６０に移行する。
Ｓ１６０では、カウンタｉが初期値「１」であるか否か（換言すれば、現在、１回目の実噴射量Ｑの検出が終了した直後であるか否か）を判断し、カウンタｉが初期値「１」であれば、Ｓ１７０に移行して、通電期間Ｔｑを、偏差△Ｑを「０」に近づける方向に所定の変更量△Ｔｑだけずらす。

そして、その後は、Ｓ１８０にて、カウンタｉをインクリメント（＋１）した後、Ｓ１３０に移行し、補正後の通電期間Ｔｄにて再度燃料噴射を実行する。
つまり、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、１回目の燃料噴射に伴う実噴射量Ｑが検出されると、その実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑを求め、その偏差△Ｑが「０」に近づくように、通電期間Ｔｄを変更量△Ｔｑだけずらして、２回目の燃料噴射を実施するのである。

次に、Ｓ１６０にて、カウンタｉが初期値「１」ではないと判断された場合には、Ｓ１９０に移行して、カウンタｉの値が所定の学習回数ｎに達したか否かを判断する。
そして、カウンタｉの値が所定の学習回数ｎに達していなければ、Ｓ２００に移行して、Ｓ１３０での燃料噴射が実行される度にＳ１５０にて算出される偏差△Ｑが、ｍ（例えば、ｍ＞３）回以上連続で同符号（正又は負）であるか否かを判断する。

Ｓ２００にて、偏差△Ｑがｍ回以上連続で同符号でないと判断されると、Ｓ２１０に移行し、通電期間Ｔｑの変更量△Ｔｑとして、Ｓ１７０で通電期間Ｔｑをずらすのに用いた初期値を設定し、Ｓ２３０に移行する。

一方、Ｓ２００にて、偏差△Ｑがｍ回以上連続で同符号であると判断されると、Ｓ２２０に移行し、通電期間Ｔｑの変更量△Ｔｑとして、初期値を所定値倍（例えば「ｍ−１」倍）した値を設定し、Ｓ２３０に移行する。

そして、Ｓ２３０では、Ｓ１３０での燃料噴射が実行される度にＳ１５０にて算出される偏差△Ｑの積算値Σ（△Ｑ）を算出し、続くＳ２４０にて、その積算値Σ（△Ｑ）が「０」よりも大きいか否かを判断する。

Ｓ２４０にて、偏差△Ｑの積算値Σ（△Ｑ）が「０」よりも大きいと判断されると、Ｓ２５０に移行する。そして、Ｓ２５０では、図３（ｃ）に例示するように、Ｓ１３０にて燃料噴射を行うのに過去に用いた通電期間Ｔｑの最小値（最小通電期間）ＭｉｎＴｑを基準として、この基準期間ＭｉｎＴｑからＳ２１０又はＳ２２０で設定した変更量△Ｔｑを減じることで、次回の燃料噴射に用いる通電期間Ｔｑ（＝ＭｉｎＴｑ−△Ｔｑ）を設定する。

一方、Ｓ２４０にて、偏差△Ｑの積算値Σ（△Ｑ）が「０」以下であると判断されると、Ｓ２６０に移行する。そして、Ｓ２６０では、図３（ｄ）に例示するように、Ｓ１３０にて燃料噴射を行うのに過去に用いた通電期間Ｔｑの最大値（最大通電期間）ＭａｘＴｑを基準として、この基準期間ＭａｘＴｑにＳ２１０又はＳ２２０で設定した変更量△Ｔｑを加えることで、次回の燃料噴射に用いる通電期間Ｔｑ（＝ＭａｘＴｑ＋△Ｔｑ）を設定する。

次に、Ｓ２７０では、Ｓ２５０又はＳ２６０にて次回の通電期間Ｔｑを設定するのに選択された基準期間（最小又は最大通電期間）Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑを識別して、その基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑに対応する実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑは、予め設定された第２範囲内にあるか否かを判断する。

そして、Ｓ２７０にて、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの偏差△Ｑが第２範囲内にない（つまり偏差が第２範囲を超えている）と判断された場合には、Ｓ２８０に移行して、その基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑに対応した実噴射量Ｑの検出結果を破棄し、続くＳ２９０に移行する。

Ｓ２９０では、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑを、燃料噴射弁３０の基本噴射特性における通電期間に対する燃料噴射量の変化割合に応じて補正することで、次回の燃料噴射量が目標噴射量Ｑｏとなるように、次回の通電期間Ｔｑを設定し直す。

つまり、Ｓ２９０では、図３（ｆ）に示すように、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑを、燃料噴射弁３０の基準噴射特性の傾きに沿って、燃料噴射量Ｑが目標噴射量Ｑｏとなる位置までずらすことで、次回の通電期間Ｔｑを設定し直す。

そして、このようにＳ２９０にて次回の通電期間Ｔｑが設定されると、カウンタｉを更新することなく、Ｓ１３０に移行する。
一方、Ｓ２７０にて、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの偏差△Ｑが第２範囲内にあると判断された場合には、Ｓ３００に移行して、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑに対応する実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑは、第２範囲よりも小さい第１範囲内にあるか否かを判断する。

そして、Ｓ３００にて、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの偏差△Ｑが第１範囲内にあると判断された場合には、そのままＳ１８０に移行し、逆に、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの偏差△Ｑが第１範囲内にないと判断された場合には、Ｓ３１０の処理を実行した後、Ｓ１８０に移行する。

なお、Ｓ３１０では、図３（ｇ）に示すように、Ｓ２５０又はＳ２６０にて次回の通電期間Ｔｑを設定するのに選択された基準期間（最小又は最大通電期間）Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑを基準として、偏差△Ｑを「０」にする方向（換言すれば図３（ｃ）、（ｄ）に示した通常時とは逆方向）に、所定の変更量Ｔｑだけ通電期間Ｔｄをずらすことで、次回の通電期間Ｔｄを設定し直す。これは、通電期間Ｔｑの更新により、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量Ｑが目標噴射量Ｑｏから大きく外れるのを防止するためである。

次に、Ｓ１９０にて、カウンタｉの値が所定の学習回数ｎに達したと判断された場合（ｉ≧ｎ）には、Ｓ３２０に移行し、Ｓ１４０にて検出され、ＲＡＭに記憶されているｎ個の実噴射量Ｑと各実噴射量Ｑに対応した通電期間Ｔｑとを用いて、燃料噴射弁３０の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）を推定する。なお、この噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）の推定には、例えば、図３（ｈ）に示すように、通電期間Ｔｑと燃料噴射量Ｑとの関係を線形近似（Ｑ＝ａ・Ｔｑ＋ｂ）する最小二乗法が利用される。

そして、このようにＳ３２０にて、燃料噴射弁３０の噴射特性が推定されると、Ｓ３３０に移行して、この噴射特性に基づき、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量を目標噴射量Ｑｏに制御するのに必要な、基本通電期間Ｔｑｏに対する補正値△Ｔｑｃを求め、当該学習制御処理を終了する。

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、学習対象となる気筒の燃料噴射弁３０から燃料噴射を実施させて、燃料噴射実施後の内燃機関の状態変化量（回転速度及びその変動量）に基づき燃料噴射弁３０からの実噴射量Ｑを算出する、一連の学習動作を、燃料噴射弁３０の通電期間Ｔｄを変更しつつ、複数回実行する。

そして、その複数回の学習動作によって得られた複数の学習結果、つまり、ｎ個の実噴射量Ｑと、各実噴射量Ｑに対応した通電期間Ｔｑとに基づき、燃料噴射弁３０の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）を推定し、その噴射特性に基づき、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量を目標噴射量に制御するための基本通電期間Ｔｑｏに対する補正値△Ｔｑｃを算出する。

従って、本実施形態の燃料噴射システム１０によれば、補正値△Ｔｑｃを、燃料噴射弁３０の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）に応じて適正に設定することができるようになり、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量を精度よく目標噴射量に制御することが可能となる。

また、学習制御で複数回燃料噴射を行う際には、基本通電期間Ｔｑｏを初期値として、２回目以降の燃料噴射の通電期間Ｔｄを、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように設定する。
つまり、２回目の燃料噴射の通電期間Ｔｄは、最初の燃料噴射で算出した実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの差が「０」に近づくように、通電期間Ｔｄを所定の変更量△Ｔｑだけずらすことで設定し、３回目以降の燃料噴射の通電期間Ｔｄは、次のように設定する。

１）燃料噴射毎に算出した実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑの積算値Σ（△Ｑ）が「０」より大きければ（換言すれば燃料噴射毎に算出した実噴射量Ｑの積分平均値が目標噴射量Ｑｏよりも大きいときは）、過去の通電期間Ｔｄの最小値ＭｉｎＴｑを基準として、その基準期間ＭｉｎＴｑよりも所定の変更量△Ｔｑだけ短い通電期間を次回の通電期間として設定する。

２）燃料噴射毎に算出した実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑの積算値Σ（△Ｑ）が０以下であれば（換言すれば燃料噴射毎に算出した実噴射量Ｑの積分平均値が目標噴射量Ｑｏ以下であるときは）、過去の通電期間Ｔｄの最大値ＭａｘＴｑを基準として、その基準期間ＭａｘＴｑよりも所定の変更量△Ｔｑだけ長い通電期間を次回の通電期間として設定する。

このため、燃料噴射毎の燃料噴射量は、図３（ｈ）から明らかなように、目標噴射量Ｑｏを中心として増／減方向にバランスよく広がることになる。よって、本実施形態によれば、燃料噴射弁３０からの実噴射量Ｑを目標噴射量Ｑｏ周りで変化させて、目標噴射量Ｑｏ付近の噴射特性（Ｑ−Ｔｑ特性）を、少ない噴射回数で効率よく検出することができるようになり、基本通電期間Ｔｑに対する補正値△Ｔｑｃを短時間で設定することができる。

また、本実施形態では、図３（ｅ）に示すように、燃料噴射毎に算出した実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑが所定回数（ｍ回）以上連続して同一符号となると（換言すれば、実噴射量Ｑが所定回数以上連続して目標噴射量Ｑｏを下回るか、上回ると）、次回の通電期間を設定するのに用いる通電期間の変更量△Ｔｑを、初期値から増加させる。

このため、例えば、燃料噴射弁３０の噴射特性の傾きが小さく、通電期間を複数回補正しても実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの大小関係が反転しない場合に、通電期間の変更量△Ｔｑを増加させることで、実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの大小関係を速やかに反転させて、実噴射量Ｑをより早く目標噴射量周りで変化させることができる。

なお、このように、通電期間の変更量を増加させる場合、その増加分は、例えば所定値（ｍ−１）で固定してもよく、同一符号の偏差△Ｑが連続した回数に応じて増加させるようにしてもよい。

また次に、本実施形態では、次回の通電期間Ｔｑを設定するための基準期間として選択した最小又は最大通電期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの実噴射量Ｑが、目標噴射量Ｑｏを中心とする第１範囲から外れているときには、その基準期間に基づく次回の通電期間の設定方向を通常時とは逆方向に設定する（図３（ｇ）参照）。

このため、学習制御実行時に、燃料噴射弁３０からの燃料噴射量Ｑが目標噴射量Ｑｏから大きく外れ、目標噴射量Ｑｏ付近での噴射特性の推定精度が低下するのを防止できる。
また更に、本実施形態では、次回の通電期間Ｔｑを設定するための基準期間として選択した最小又は最大通電期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの実噴射量Ｑが、目標噴射量Ｑｏを中心とする第２範囲から外れているときには、その基準期間に対応した実噴射量Ｑの検出値を破棄し、次回の通電期間として、燃料噴射弁３０の基本噴射特性を用いて、燃料噴射量Ｑを目標噴射量Ｑｏに制御するための通電期間を探索する（図３（ｆ）参照）。

このため、実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの差が第２範囲を超えるような異常があったときには、次回の通電期間を目標噴射量付近に設定し直すことで、噴射特性の推定精度が低下するのを防止できる。

なお、本実施形態においては、上記のようにＥＣＵ５０にて実行される学習制御処理のうち、Ｓ１３０の判定処理が、本発明の燃料噴射指令手段に相当し、Ｓ１４０の処理が、本発明の実噴射量算出手段に相当し、Ｓ１５０〜Ｓ２９０の処理が、本発明の噴射時期変更手段に相当し、Ｓ３２０及びＳ３３０の処理が、本発明の補正値算出手段に相当し、Ｓ２８０の処理が実噴射量除外手段に相当する。

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、基準期間として選択した最小又は最大通電期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの燃料噴射量Ｑが、目標噴射量Ｑｏを中心とする第２範囲から外れているときに、その基準期間に対応した実噴射量Ｑの検出値を破棄するものとして説明したが、図４に示すように、Ｓ１５０にて実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑが算出される度に、その偏差△Ｑが第２範囲内にあるか否かを判断するようにしてもよい。

すなわち、図４は、図２に示す学習制御処理において、Ｓ１８０の処理に入る前に、Ｓ１８１にて、今回検出した実噴射量Ｑと目標噴射量Ｑｏとの偏差△Ｑが第２範囲内にあるか否かを判断するようにした学習制御処理の一部を表している。なお、この学習制御処理は、図４に示す部分以外は、図２に示すフローチャートと同様の手順で実行される。

そして、図４に示す学習制御処理では、Ｓ１８１にて、偏差△Ｑが第２範囲内にあると判断されると、Ｓ１８０に移行し、Ｓ１８１にて、偏差△Ｑが第２範囲を超えていると判断されると、Ｓ１８２にて、偏差△Ｑが第２範囲を超えた回数をカウントするカウンタｊ（初期値：０）をインクリメントし、Ｓ１８３に移行する。

また、Ｓ１８３では、カウンタｊの値が所定値未満であるか否かを判断し、カウンタｊの値が所定値未満であれば、Ｓ１８４にて、今回の実噴射量Ｑの検出結果を、噴射特性の推定用から除外し、Ｓ１３０へ移行する。

また、Ｓ１８３にて、カウンタｊの値が所定値以上であると判断されると、燃料噴射系に何らかの異常があると判断して、学習処理を終了する。
従って、図４に示すように学習制御処理を実行するようにすれば、偏差△Ｑが第２範囲を超える学習結果（実噴射量Ｑ及び通電期間Ｔｄ）が噴射特性の推定に用いられるのをより確実に防止でき、しかも、偏差△Ｑが何度も第２範囲を超える場合には、何等かの異常が発生したと判断して、学習制御を中止することができる。

また次に、本実施形態では、基準期間として選択した最小又は最大通電期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑでの燃料噴射量Ｑが、目標噴射量Ｑｏを中心とする第１範囲から外れているときには、その基準期間に基づく次回の通電期間の設定方向を通常時とは逆方向に設定するものとして説明したが、このような場合には、基準期間Ｍｉｎ／ＭａｘＴｑに最も近い通電期間（つまり基準期間の次に大きい又は小さい通電期間）を検索し、その検索した通電期間を、次回の通電期間として設定するようにしてもよい。

一方、上記実施形態では、学習制御処理を開始してから最初に燃料噴射を行う際の通電期間（初期値）は、燃料噴射弁３０の基本噴射特性に基づき目標噴射量Ｑｏを実現するように設定された基本通電期間Ｔｑｏを使用するものとして説明したが、この通電期間の初期値には、燃料噴射弁の基本噴射特性に基づき設定される通電期間Ｔｄの下限ガード値を使用するようにしてもよい。

そして、このように通電期間の初期値として下限ガード値を使用すれば、学習制御開始直後の燃料噴射量が多くなりすぎ、ディーゼル機関２に大きな回転変動が発生して、運転者等に違和感を与えるのを防止できる。

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にて実行される学習制御処理を表すフローチャートである。 学習制御処理の動作を説明する説明図である。 学習制御処理の変形例を表すフローチャートである。 燃料噴射弁の噴射特性及び従来の学習方法を説明する説明図である。

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、５０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。

Claims (12)

1. 燃料噴射弁からの噴射量の学習条件が成立しているとき、前記燃料噴射弁に対し学習用の燃料噴射を複数回実施させる燃料噴射指令手段と、
   該燃料噴射指令手段が学習用の燃料噴射を実施させる際の前記燃料噴射弁の噴射期間を、目標噴射量周りで変化させる噴射期間変更手段と、
   前記燃料噴射弁から学習用の燃料噴射が実施される度に、内燃機関の状態変化量を検出し、該状態変化量に基づき前記燃料噴射弁からの実噴射量を算出する実噴射量算出手段と、
   該実噴射量算出手段にて算出された複数の実噴射量と、各実噴射量に対応した噴射期間とに基づき、前記燃料噴射弁の噴射期間と実噴射量との関係を表す噴射特性を特定し、該噴射特性に基づき、実噴射量を目標噴射量に制御するための噴射期間補正値を算出する補正値算出手段と、
   を備え、前記噴射期間変更手段は、
   前記実噴射量算出手段にて算出された実噴射量の積分平均値が前記目標噴射量よりも小さいときには、前記燃料噴射指令手段が燃料噴射の実施に用いた過去の噴射期間の最大値を基準として、該基準期間よりも長い噴射期間を次回の噴射期間として設定し、
   前記実噴射量算出手段にて算出された実噴射量の積分平均値が前記目標噴射量よりも大きいときには、前記燃料噴射指令手段が燃料噴射の実施に用いた過去の噴射期間の最小値を基準として、該基準期間よりも短い噴射期間を次回の噴射期間として設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射指令手段は、前記燃料噴射弁に学習用の燃料噴射を最初に実施させるのに用いる前記噴射期間の初期値として、前記燃料噴射弁の基本噴射特性に基づき前記目標噴射量を実現するように設定された基本噴射期間を使用す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. 前記燃料噴射指令手段は、前記燃料噴射弁に学習用の燃料噴射を最初に実施させるのに用いる前記噴射期間の初期値として、前記燃料噴射弁の基本噴射特性に基づき設定される噴射期間の下限ガード値を使用す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. 前記噴射期間変更手段は、前記実噴射量算出手段にて算出された実噴射量が、所定回数以上連続して前記目標噴射量を下回るか、上回った場合、次回の噴射期間を設定するのに用いる噴射期間の変更量を増加させ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. 前記噴射期間変更手段は、前記実噴射量算出手段にて算出された実噴射量が連続して前記目標噴射量を下回るか、上回った回数が多いほど、前記変更量の増加分を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記噴射期間変更手段は、前記基準期間に対応した実噴射量と前記目標噴射量との差が第１範囲を超えると、前記基準期間に対する噴射期間の増減方向を反転させて、次回の燃料噴射での実噴射量を前記目標噴射量に近づけ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. 前記噴射期間変更手段は、前記基準期間に対応した実噴射量と前記目標噴射量との差が第１範囲を超えると、前記燃料噴射指令手段が学習用の燃料噴射に用いた過去の噴射期間の中から前記基準期間に最も近い噴射期間を検索し、該検索した噴射期間を、次回の噴射期間として設定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. 前記噴射期間変更手段は、前記基準期間に対応した実噴射量と前記目標噴射量との差が前記第１範囲よりも大きい第２範囲を超えると、実噴射量が目標噴射量となるよう次回の噴射期間を設定することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
9. 前記噴射期間変更手段は、前記基準期間に対応した実噴射量と前記目標噴射量との差が前記第２範囲を超えると、前記基準期間を、前記燃料噴射弁の基本噴射特性における噴射期間に対する燃料噴射量の変化割合に応じて補正することで、次回の噴射期間を設定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
10. 前記実噴射量算出手段にて算出された実噴射量と前記目標噴射量との差が、前記第２範囲を超えると、当該実噴射量を、前記補正値算出手段が前記燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量から除外する実噴射量除外手段を備えたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
11. 前記実噴射量除外手段は、前記実噴射量算出手段にて算出された実噴射量を、前記補正値算出手段が前記燃料噴射弁の噴射特性を特定するのに用いる実噴射量から除外すると、前記燃料噴射指令手段による学習用の燃料噴射の実施回数を増加させることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
12. 前記実噴射量除外手段は、前記実噴射量算出手段にて、前記目標噴射量との差が前記第２範囲を超える実噴射量が、所定回数以上算出されると、前記燃料噴射指令手段による学習用の燃料噴射の実施を停止させることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

Images