JP2009103059A - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ポンプで燃料を高圧にして燃料噴射弁に供給するエンジンにおいて、燃料噴射弁の噴射時間算出時から噴射時期までの間の燃料圧力の変化による燃料噴射弁の噴射量の誤差を低減する。
【解決手段】各気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する際に、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量を高圧ポンプモデルにより算出すると共に、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射量を燃料噴射弁モデルにより算出し、これらの高圧ポンプ１３の吐出量と燃料噴射弁２７の噴射量とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリパイプ２６内の燃料圧力を高圧燃料系モデルを用いて予測し、この予測した燃料燃圧と要求噴射量とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を各気筒の燃料噴射弁に供給する筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する発明である。

気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式エンジンは、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射式エンジンと比較して、噴射から燃焼までの時間が短く、噴射燃料を霧化させる時間を十分に稼ぐことができないため、噴射圧力を高圧にして噴射燃料を微粒化する必要がある。そのため、特許文献１（特開２００３−３２２０４８号公報）に記載されているように、筒内噴射式エンジンでは、燃料タンクから低圧ポンプで汲み上げた燃料を、エンジンのカム軸で駆動される高圧ポンプに供給し、この高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を高圧燃料配管を通して各気筒の燃料噴射弁へ圧送するようにしている。

一般に、高圧ポンプは、エンジンのカム軸の動力によってポンプ室内でピストンを往復運動させて燃料の吸入と吐出を繰り返す構成となっているが、近年の噴射圧力の更なる高圧化の要求に伴って高圧ポンプの１回転当たりの吐出量が増加して高圧燃料配管内の燃料圧力（つまり燃料噴射弁に供給される燃料圧力）の変動が大きくなる傾向がある。このため、要求噴射量と燃料圧力等に基づいて燃料噴射弁の噴射時間（噴射パルス幅）を算出する時点から、その後、実際に燃料噴射を実行する噴射時期までの間に、燃料圧力が比較的大きく変化することがある。燃料圧力が変化すると、噴射時間が同じでも噴射量が変化するため、噴射時間の算出時から噴射時期までの間に燃料圧力が変化すると、噴射量の誤差が増大して燃焼状態が悪化し、燃費や排気エミッションの悪化を招いたり、エンジン出力の低下を招く可能性がある。

そこで、特許文献２（特開２００６−５７５１４号公報）に記載されているように、燃料噴射弁の噴射時間の算出時における燃料圧力に基づいてその後の噴射時期における燃料圧力を予測（推定）し、その予測した燃料圧力を用いて燃料噴射弁の噴射時間を算出するようにしたものがある。このものは、噴射時間の算出時から噴射時期までに燃料圧送があるときには、前回の燃料圧送による燃料圧力上昇分をその後の噴射時間の算出時における燃料圧力に加算して噴射時期における燃料圧力を予測し、噴射時間の算出時から噴射時期までに他気筒への燃料噴射があるときには、他気筒への燃料噴射による燃料圧力低下分を噴射時間の算出時における燃料圧力から減算して次の噴射時期における燃料圧力を予測するようにしている。
特開２００３−３２２０４８号公報 特開２００６−５７５１４号公報

しかし、上記特許文献２の技術では、単に噴射時間の算出時における燃料圧力に対して前回の燃料圧送による燃料圧力上昇分を加算し、或は、燃料噴射による燃料圧力低下分を減算して噴射時期における燃料圧力を予測するだけであるため、噴射時間算出時にその後の噴射時期における燃料圧力を精度良く予測することができず、その結果、燃料圧力の予測値を用いた噴射時間の算出精度が低下して、噴射時間算出時から噴射時期までの間の燃料圧力の変化による噴射量の誤差を十分に低減できないという欠点がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、燃料噴射弁の噴射時間の算出時にその後の噴射時期における燃料圧力を精度良く予測して、その燃料圧力の予測値を用いて噴射時間を精度良く算出することができ、噴射時間算出時から噴射時期までの間の燃料圧力の変化による噴射量の誤差を低減することができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を高圧燃料通路を通して燃料噴射弁に供給し、高圧燃料通路内の燃料圧力と要求噴射量とに基づいて燃料噴射弁の噴射時間を算出する噴射時間算出手段を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置において、高圧ポンプの吐出量を高圧ポンプモデル（物理モデル）により算出する吐出量算出手段と、燃料噴射弁の噴射量を燃料噴射弁モデル（物理モデル）により算出する噴射量算出手段と、噴射時間算出手段により燃料噴射弁の噴射時間を算出する際に該燃料噴射弁の噴射時期における燃料圧力を高圧ポンプの吐出量と燃料噴射弁の噴射量とを入力パラメータとする高圧燃料系モデル（物理モデル）により予測する燃圧予測手段とを備え、噴射時間算出手段は、燃圧予測手段で予測した燃料圧力を用いて燃料噴射弁の噴射時間を算出するようにしたものである。

この構成では、噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプの吐出量と燃料噴射弁の噴射量をそれぞれ高圧ポンプモデルと燃料噴射弁モデルを用いて精度良く算出することができる。高圧ポンプの吐出量や燃料噴射弁の噴射量に応じて高圧燃料通路内の燃料圧力（燃料噴射弁に供給される燃料圧力）が変化するため、これらの高圧ポンプの吐出量と燃料噴射弁の噴射量とを入力パラメータとする高圧燃料系モデルにより燃料噴射弁の噴射時期における燃料圧力を精度良く予測することができ、この精度良く予測した噴射時期における燃料圧力と要求噴射量とに基づいて燃料噴射弁の噴射時間を精度良く算出することができる。これにより、噴射時間算出時から噴射時期までの間の燃料圧力の変化による噴射量の誤差を低減することができて、燃費や排気エミッションを向上させることができると共に、噴射量の誤差による内燃機関の出力低下を防止することができる。

また、請求項２のように、内燃機関のカム軸の動力によってポンプ室内で往復運動されるピストンと、該ポンプ室の吸入口側を開閉する燃圧制御弁とを備えた高圧ポンプが使用ている場合は、ピストンの燃料押圧面の面積と燃圧制御弁の駆動パルスと内燃機関のクランク角とを入力パラメータとする高圧ポンプモデルにより高圧ポンプの吐出量を算出するようにすると良い。

内燃機関のクランク軸に連動するカム軸によって高圧ポンプのピストンが駆動されて、クランク角に応じてピストンのリフト量（下死点からの上昇量）が変化するため、クランク角からピストンのリフト量や高圧ポンプの吐出行程（ピストンの上昇時）を判断することができる。更に、燃圧制御弁の駆動パルスから実際に燃料が吐出される実吐出期間（燃圧制御弁の閉弁期間）を判断することができ、実吐出期間におけるピストンの上昇量（リフト量の増加量）とピストンの燃料押圧面の面積から高圧ポンプの吐出量を精度良く算出することができる。

更に、請求項３のように、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させることでカム軸によって駆動される吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置を備えたシステムの場合には、可変バルブタイミング装置によるカム軸位相の変化も考慮して高圧ポンプの吐出量を算出するようにすると良い。

可変バルブタイミング装置によってカム軸位相（クランク軸に対するカム軸の回転位相）が変化した場合には、クランク角と、カム軸によって駆動されるピストンのリフト量との関係が変化するため、クランク角とピストンのリフト量との関係をカム軸位相の変化分だけ補正することで、カム軸位相の変化の影響を受けずに、クランク角からピストンのリフト量を精度良く求めて、高圧ポンプの吐出量を精度良く算出することができる。

また、請求項４のように、前記噴射量算出手段は、燃料噴射弁の噴射時間と高圧燃料通路内の燃料圧力とを入力パラメータとする燃料噴射弁モデルにより燃料噴射弁の噴射量を算出するようにすると良い。噴射時間や燃料圧力に応じて噴射量が変化するため、噴射時間と燃料圧力とを用いれば、噴射量を精度良く算出することができる。

ところで、内燃機関の始動時に気筒判別が完了するまでの期間は、各気筒の噴射時期を判定できないため、噴射時期における燃料圧力を予測することができない。
そこで、請求項５のように、高圧燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサを設け、内燃機関の始動時に気筒判別が完了するまでの期間は燃圧予測手段による燃料圧力の予測を禁止して燃圧センサで燃料圧力を検出するようにしても良い。このようにすれば、気筒判別完了前（つまり噴射時期における燃料圧力を予測できないとき）に燃料噴射弁の噴射時間を算出する場合に、燃圧センサで検出した燃料圧力を用いて噴射時間を算出することができる。

また、請求項６のように、燃圧センサで検出した燃料圧力と燃圧予測手段で予測した燃料圧力とを比較して高圧ポンプから燃料噴射弁までの高圧燃料系の異常の有無を判定するようにしても良い。高圧燃料系が正常に機能していれば、燃料圧力の検出値（燃圧センサで検出した燃料圧力）と燃料圧力の予測値（燃圧予測手段で予測した燃料圧力）との差が誤差の範囲内に収まるはずであるため、燃料圧力の検出値と燃料圧力の予測値とを比較すれば、高圧燃料系の異常の有無を判定することができる。

更に、請求項７のように、燃圧センサで検出した燃料圧力を用いて燃圧予測手段で予測した燃料圧力を補正するようにしても良い。このようにすれば、燃料圧力の予測値に含まれる誤差（モデル誤差や製品ばらつき）を排除して燃料圧力の予測精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて筒内噴射式のエンジン（内燃機関）の高圧燃料供給システム全体の概略構成を説明する。

燃料を貯溜する燃料タンク１１内には、燃料を汲み上げる低圧ポンプ（図示せず）が設置されている。この低圧ポンプは、バッテリ（図示せず）を電源とする電動モータ（図示せず）によって駆動される。この低圧ポンプから吐出される燃料は、燃料配管１２を通して高圧ポンプ１３に供給される。

高圧ポンプ１３は、円筒状のポンプ室１４内でピストン１５を往復運動させて燃料を吸入／吐出するピストンポンプであり、ピストン１５は、エンジンのカム軸１６に嵌着されたカム１７の回転運動によって駆動される。この高圧ポンプ１３の吸入口１８側には、燃圧制御弁１９が設けられている。この燃圧制御弁１９は、常開型の電磁弁であり、吸入口１８を開閉する弁体２０と、この弁体２０を開弁方向に付勢するスプリング２１と、弁体２０を閉弁方向に電磁駆動するソレノイド２２とから構成されている。

高圧ポンプ１３の吸入行程（ピストン１５の下降時）においては、燃圧制御弁１９が開弁されてポンプ室１４内に燃料が吸入され、高圧ポンプ１３の吐出行程（ピストン１５の上昇時）においては、燃圧制御弁１９の閉弁時間（閉弁開始時期からピストン１５の上死点までの閉弁状態の時間）を制御することで、高圧ポンプ１３の吐出量を制御して燃圧（吐出圧力）を制御する。

つまり、燃圧を上昇させるときには、燃圧制御弁１９の閉弁開始時期（通電時期）を進角させることで、燃圧制御弁１９の閉弁時間を長くして高圧ポンプ１３の吐出量を増加させ、逆に、燃圧を低下させるときには、燃圧制御弁１９の閉弁開始時期（通電時期）を遅角させることで、燃圧制御弁１９の閉弁時間を短くして高圧ポンプ１３の吐出量を減少させる。

一方、高圧ポンプ１３の吐出口２３側には、吐出した燃料の逆流を防止する逆止弁２４が設けられている。高圧ポンプ１３から吐出された燃料は、高圧燃料配管２５（高圧燃料通路）を通してデリバリパイプ２６（高圧燃料通路）に送られ、このデリバリパイプ２６からエンジンの各気筒の上部に取り付けられた燃料噴射弁２７に高圧の燃料が分配される。デリバリパイプ２６には、デリバリパイプ２６内の燃料圧力（燃料噴射弁２７に供給される燃料圧力）を検出する燃圧センサ２８が設けられている。

更に、デリバリパイプ２６には、リリーフバルブ２９が設けられ、このリリーフバルブ２９によってデリバリパイプ２６内の燃料圧力が所定圧力に制限され、その圧力を越える燃料の余剰分がリターン配管３０を通して燃料タンク１１又はポンプ室１４に戻されるようになっている。

また、エンジンには、カム軸１６の回転に同期してカム角信号のパルスを出力するカム角センサ３１と、クランク軸（図示せず）の回転に同期して所定クランク角毎にクランク角信号のパルスを出力するクランク角センサ３２が設けられている。このクランク角センサ３２の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３３に入力される。このＥＣＵ３３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、エンジン運転中に燃圧センサ２８で検出したデリバリパイプ２６内の燃料圧力（以下「デリバリ内燃圧」という）を目標燃圧に一致させるように高圧ポンプ１３の吐出量（燃圧制御弁１９の通電時期）をフィードバック制御する。

また、ＥＣＵ３３は、エンジン運転状態に基づいて燃料噴射弁２７の要求噴射量と噴射時期を算出し、要求噴射量とデリバリ内燃圧等に基づいて燃料噴射弁２７の噴射時間（噴射パルス）を算出する。

その際、ＥＣＵ３３は、後述する図２乃至図７の噴射時間算出用の各ルーチンを実行することで、燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する際に、今回、噴射時間を算出する気筒（以下「噴射時間算出気筒」という）の噴射時間算出時からその後の噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を後述する高圧ポンプモデル（物理モデル）を用いて算出すると共に、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj を後述する燃料噴射弁モデルを用いて算出し、これらの高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp と燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧Ｐを後述する高圧燃料系モデルを用いて予測し、この予測したデリバリ内燃圧Ｐと要求噴射量とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する。
以下、図２乃至図７の噴射時間算出用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［噴射時間算出メインルーチン］
図２に示す噴射時間算出メインルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、燃圧予測ロジックがＯＮであるか否かを判定する。この燃圧予測ロジックは、通常ＯＮにセットされているが、例えば、後述する異常判定により高圧燃料系の異常有りと判定されたときに、燃圧予測ロジックがＯＦＦにリセットされる。

このステップ１０１で、燃圧予測ロジックがＯＦＦであると判定されれば、ステップ１０４に進み、高圧燃料系モデルを用いたデリバリ内燃圧の予測を禁止して、燃圧センサ２８でデリバリ内燃圧を検出する。

一方、上記ステップ１０１で、燃圧予測ロジックがＯＮであると判定されれば、ステップ１０２に進み、始動完了前であるか否かを判定し、始動完了前であると判定されれば、ステップ１０３に進み、気筒判別完了前であるか否かを判定する。

上記ステップ１０２で始動完了前であると判定され且つ上記ステップ１０３で気筒判別完了前であると判定された場合（つまりエンジン始動時に気筒判別が完了するまでの期間）は、各気筒の噴射時期を判定できないため、噴射時期におけるデリバリ内燃圧を予測することができないと判断して、ステップ１０４に進み、高圧燃料系モデルを用いたデリバリ内燃圧の予測を禁止して、燃圧センサ２８でデリバリ内燃圧を検出する。

その後、上記ステップ１０３で気筒判別完了後であると判定された場合、又は、上記ステップ１０２で始動完了後であると判定された場合には、ステップ１０５に進み、後述する図３の燃圧予測ルーチンを実行して、今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧を高圧燃料系モデルを用いて予測する。この場合、燃圧センサ２８によるデリバリ内燃圧の検出も行う。

この後、ステップ１０６に進み、上記ステップ１０５で予測したデリバリ内燃圧（今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧の予測値）と要求噴射量とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する。尚、高圧燃料系モデルを用いたデリバリ内燃圧の予測を禁止した場合には、燃圧センサ２８で検出したデリバリ内燃圧と要求噴射量とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する。

この後、ステップ１０７に進み、後述する図７の異常判定ルーチンを実行して、高圧ポンプ１３から燃料噴射弁２７までの高圧燃料系の異常の有無を判定する。

［燃圧予測ルーチン］
図３に示す燃圧予測ルーチンは、前記図２の噴射時間算出メインルーチンのステップ１０５で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、後述する図４のポンプ吐出量算出ルーチンを実行して、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を高圧ポンプモデルを用いて算出する。

この後、ステップ２０２で、後述する図５の燃料噴射量算出ルーチンを実行して、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj を燃料噴射弁モデルを用いて算出する。

この後、ステップ２０３で、後述する図６のデリバリ内燃圧算出ルーチンを実行して、高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp と燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧Ｐを高圧燃料系モデルを用いて予測する。

［ポンプ吐出量算出ルーチン］
図４に示すポンプ吐出量算出ルーチンは、前記図３の燃圧予測ルーチンのステップ２０１で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう吐出量算出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、クランク角センサ３２で検出したクランク角に基づいて高圧ポンプ１３のピストン１５のリフト量（下死点からの上昇量）を算出する。

エンジンのクランク軸に連動するカム軸１６によって高圧ポンプ１３のピストン１５が駆動されて、図８に示すように、クランク角に応じてピストン１５のリフト量が変化するため、クランク角からピストン１５のリフト量を求めることができる。

尚、エンジンのクランク軸に対するカム軸１６の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させることでカム軸１６によって駆動される吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置を備えたシステムでは、可変バルブタイミング装置によってカム軸位相が変化した場合には、図８に破線で示すように、カム軸１６よって駆動されるピストン１５のリフト量とクランク角との関係が変化するため、クランク角とピストン１５のリフト量との関係をカム軸位相の変化分だけ補正することで、カム軸位相の変化の影響を受けずに、クランク角からピストン１５のリフト量を精度良く求めて、高圧ポンプ１３の吐出量を精度良く算出することができる。

この後、ステップ３０２に進み、ピストン１５のリフト量の今回値と前回値との差に基づいて高圧ポンプ１３の吐出行程（ピストン１５の上昇時）であるか吸入行程（ピストン１５の下降時）であるかを判定する。尚、クランク角に基づいて高圧ポンプ１３の吐出行程であるか吸入行程であるかを判定するようにしても良い。

この後、ステップ３０３に進み、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を次のようにして算出する。今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間において、燃圧制御弁１９の駆動パルスから高圧ポンプ１３の吐出行程のうちの実際に燃料が吐出される実吐出期間（燃圧制御弁１９の閉弁期間）を求め、この実吐出期間におけるピストン１５の上昇量Ｌ（リフト量の増加量）とピストン１５の燃料押圧面（上面）の面積Ａとに基づいて次式に示す高圧ポンプモデルを用いて、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を算出する。
Ｑpmp ＝Ａ×Ｌ
尚、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に実吐出期間がない場合には、高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を「０」とする。

［燃料噴射量算出ルーチン］
図５に示す燃料噴射量算出ルーチンは、前記図３の燃圧予測ルーチンのステップ２０２で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう噴射量算出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１で、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間ＴＡＵを読み込む。

この後、ステップ４０２に進み、図９に示す流量係数Ｋ（噴射時間を噴射量に変換するための係数）のマップを参照して、前回のデリバリ内燃圧の予測値Ｐ（今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射時期におけるデリバリ内燃圧の予測値Ｐ）に応じた流量係数Ｋを算出する。尚、燃圧センサ２８で検出した現在のデリバリ内燃圧の検出値Ｐs に応じた流量係数Ｋを算出するようにしても良い。

この後、ステップ４０３に進み、燃料噴射弁２７の噴射時間ＴＡＵと無効噴射時間Ｔi と流量係数Ｋとに基づいて次式に示す燃料噴射弁モデルを用いて、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj を算出する。
Ｑinj ＝Ｋ×（ＴＡＵ−Ｔi ）

［デリバリ内燃圧算出ルーチン］
図６に示すデリバリ内燃圧算出ルーチンは、前記図３の燃圧予測ルーチンのステップ２０３で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう燃圧予測手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ５０１で、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj を読み込んだ後、ステップ５０２に進み、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を読み込む。

この後、ステップ５０３に進み、高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp と燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj と燃料の体積弾性率Ｂとデリバリパイプ２６の容積Ｖとに基づいて次式に示す高圧燃料系モデルを用いて今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間のデリバリ内燃圧の変化量ΔＰを算出する。

ΔＰ＝Ｂ／Ｖ×（Ｑpmp −ΣＱinj ）
ここで、ΣＱinj は、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が複数回実行される場合の各噴射量Ｑinj の合計値である。燃料噴射が１回のみの場合は、ΣＱinj ＝Ｑinj である。

この後、ステップ５０４に進み、前回又は所定回前のデリバリ内燃圧の予測値Ｐold （今回の噴射時期のデリバリ内燃圧に相当する値）に今回のデリバリ内燃圧の変化量ΔＰを加算して今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧の予測値Ｐを求める。
Ｐ＝Ｐold ＋ΔＰ

尚、今回の噴射時間算出時に燃圧センサ２８で検出した現在のデリバリ内燃圧の検出値Ｐs に今回のデリバリ内燃圧の変化量ΔＰを加算して今回のデリバリ内燃圧の予測値Ｐを求めるようにしても良い。
Ｐ＝Ｐs ＋ΔＰ

この後、ステップ５０５に進み、燃圧センサ２８で検出した現在のデリバリ内燃圧の検出値Ｐs を用いてデリバリ内燃圧の予測値Ｐを補正する。このステップ５０５の処理が特許請求の範囲でいう補正手段としての役割を果たす。

具体的には、デリバリ内燃圧が定常状態のとき（高圧ポンプ１３の吸入行程）に、現在のデリバリ内燃圧の検出値Ｐs と前回又は所定回前のデリバリ内燃圧の予測値Ｐold との差（Ｐs −Ｐold ）を求めることで、デリバリ内燃圧の予測値Ｐの誤差（Ｐs −Ｐold ）を求め、この誤差（Ｐs −Ｐold ）を今回のデリバリ内燃圧の予測値Ｐに加算してデリバリ内燃圧の予測値Ｐを補正する。
Ｐ＝Ｐ＋（Ｐs −Ｐold ）
これにより、デリバリ内燃圧の予測値Ｐに含まれる誤差（モデル誤差や製品ばらつき）を排除してデリバリ内燃圧の予測精度を向上させることができる。

或は、図１０に示す補正体積弾性率のマップを参照して、現在のデリバリ内燃圧の検出値Ｐs に応じた補正体積弾性率を算出し、この補正体積弾性率を用いてデリバリ内燃圧の予測値Ｐを補正するようにしても良い。

［異常判定ルーチン］
図７に示す異常判定ルーチンは、前記図２の噴射時間算出メインルーチンのステップ１０７で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう異常判定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ６０１で、今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧の予測値Ｐを読み込むと共に、今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧の検出値Ｐs を読み込む。

この後、ステップ６０２に進み、デリバリ内燃圧の予測値Ｐと検出値Ｐs との差の絶対値が異常判定値αよりも大きいか否かを判定する。高圧ポンプ１３から燃料噴射弁２７までの高圧燃料系が正常に機能していれば、デリバリ内燃圧の予測値Ｐと検出値Ｐs との差が誤差の範囲内に収まるはずであるため、デリバリ内燃圧の予測値Ｐと検出値Ｐs との差の絶対値が異常判定値αよりも大きいか否かを判定すれば、高圧燃料系の異常の有無を判定することができる。

このステップ６０２で、デリバリ内燃圧の予測値Ｐと検出値Ｐs との差の絶対値が異常判定値αよりも大きいと判定されれば、ステップ６０３に進み、高圧燃料系の異常有りと判定して、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ６０２で、デリバリ内燃圧の予測値Ｐと検出値Ｐs との差の絶対値が異常判定値α以下であると判定されれば、ステップ６０４に進み、高圧燃料系の異常無し（正常）と判定して、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例の噴射時間算出処理の実行例を図１１のタイムチャートを用いて説明する。エンジン始動開始の時点ｔ0 から気筒判別が完了する時点ｔ1 までの期間は、各気筒の噴射時期を判定できないため、噴射時期におけるデリバリ内燃圧を予測することができないと判断して、高圧燃料系モデルを用いたデリバリ内燃圧の予測を禁止して、燃圧センサ２８でデリバリ内燃圧Ｐs を検出し、このデリバリ内燃圧Ｐs を用いて噴射時間を算出する。

その後、気筒判別が完了した時点ｔ1 で、高圧燃料系モデルを用いたデリバリ内燃圧の予測を開始する。このデリバリ内燃圧の予測は、燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する際に、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間の高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp を高圧ポンプモデルを用いて算出すると共に、今回の噴射時間算出気筒の噴射時間算出時から噴射時期までの間に燃料噴射が実行される他気筒の燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj を燃料噴射弁モデルを用いて算出し、これらの高圧ポンプ１３の吐出量Ｑpmp と燃料噴射弁２７の噴射量Ｑinj とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧Ｐを高圧燃料系モデルを用いて予測し、このデリバリ内燃圧の予測値Ｐと要求噴射量とに基づいて今回の噴射時間算出気筒の燃料噴射弁２７の噴射時間を算出する。

図１２に示すように、高圧ポンプ１３の吐出量や燃料噴射弁２７の噴射量に応じてデリバリ内燃圧が変化するため、本実施例のように、高圧ポンプモデルと燃料噴射弁モデルにより算出した高圧ポンプ１３の吐出量と燃料噴射弁２７の噴射量とに基づいて高圧燃料系モデルを用いて今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧Ｐを予測することで、今回の噴射時間算出気筒の噴射時期におけるデリバリ内燃圧Ｐを精度良く予測することができ、このように予測した噴射時期におけるデリバリ内燃圧Ｐと要求噴射量とに基づいて燃料噴射弁２７の噴射時間を算出することで、燃料噴射弁２７の噴射時間を精度良く求めることができる。これにより、噴射時間算出時から噴射時期までの間のデリバリ内燃圧Ｐの変化による噴射量の誤差を低減することができて、燃費や排気エミッションを向上できると共に、噴射量の誤差による出力の低下を防止することができる。

尚、高圧ポンプ１３の吐出量を算出する高圧ポンプモデル、燃料噴射弁２７の噴射量を算出する燃料噴射弁モデル、デリバリ内燃圧を予測する高圧燃料系モデルは、上記実施例で説明したものに限定されず適宜変更しても良い。

本発明の一実施例における高圧燃料供給システム全体の概略構成図である。 噴射時間算出メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 燃圧予測ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 ポンプ吐出量算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 燃料噴射量算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 デリバリ内燃圧算出ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 異常判定ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 クランク角と高圧ポンプのピストンのリフト量との関係を示す図である。 流量係数Ｋのマップの一例を概念的に示す図である。 補正体積弾性率のマップの一例を概念的に示す図である。 噴射時間算出処理の実行例を示すタイムチャートである。 デリバリ内燃圧の挙動を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…燃料タンク、１３…高圧ポンプ、１４…ポンプ室、１５…ピストン、１６…カム軸、１８…吸入口、１９…燃圧制御弁、２３…吐出口、２５…高圧燃料配管（高圧燃料通路）、２６…デリバリパイプ（高圧燃料通路）、２７…燃料噴射弁、２８…燃圧センサ、３１…カム角センサ３１、３２…クランク角センサ、３３…ＥＣＵ（噴射時間算出手段，吐出量算出手段，噴射量算出手段，燃圧予測手段，異常判定手段，補正手段）

Claims (7)

1. 高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を高圧燃料通路を通して燃料噴射弁に供給し、前記高圧燃料通路内の燃料圧力と要求噴射量とに基づいて前記燃料噴射弁の噴射時間を算出する噴射時間算出手段を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   前記高圧ポンプの吐出量を高圧ポンプモデルにより算出する吐出量算出手段と、
   前記燃料噴射弁の噴射量を燃料噴射弁モデルにより算出する噴射量算出手段と、
   前記噴射時間算出手段により前記燃料噴射弁の噴射時間を算出する際に該燃料噴射弁の噴射時期における燃料圧力を前記吐出量算出手段で算出した前記高圧ポンプの吐出量と前記噴射量算出手段で算出した前記燃料噴射弁の噴射量とを入力パラメータとする高圧燃料系モデルにより予測する燃圧予測手段とを備え、
   前記噴射時間算出手段は、前記燃圧予測手段で予測した燃料圧力を用いて前記燃料噴射弁の噴射時間を算出することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
2. 前記高圧ポンプは、前記内燃機関のカム軸の動力によってポンプ室内で往復運動されるピストンと、該ポンプ室の吸入口側を開閉する燃圧制御弁とを備え、
   前記吐出量算出手段は、前記ピストンの燃料押圧面の面積と前記燃圧制御弁の駆動パルスと前記内燃機関のクランク角とを入力パラメータとする高圧ポンプモデルにより前記高圧ポンプの吐出量を算出することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させることで前記カム軸によって駆動される吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置を備え、
   前記吐出量算出手段は、前記可変バルブタイミング装置による前記カム軸位相の変化も考慮して前記高圧ポンプの吐出量を算出することを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
4. 前記噴射量算出手段は、前記燃料噴射弁の噴射時間と前記高圧燃料通路内の燃料圧力とを入力パラメータとする燃料噴射弁モデルにより前記燃料噴射弁の噴射量を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
5. 前記高圧燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサを備え、
   前記内燃機関の始動時に気筒判別が完了するまでの期間は前記燃圧予測手段による燃料圧力の予測を禁止して前記燃圧センサで燃料圧力を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
6. 前記高圧燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   前記燃圧センサで検出した燃料圧力と前記燃圧予測手段で予測した燃料圧力とを比較して前記高圧ポンプから前記燃料噴射弁までの高圧燃料系の異常の有無を判定する異常判定手段と
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
7. 前記高圧燃料通路内の燃料圧力を検出する燃圧センサと、
   前記燃圧センサで検出した燃料圧力を用いて前記燃圧予測手段で予測した燃料圧力を補正する補正手段と
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

Images