JP2010096162A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の圧電素子の温度を、これを直接、検出するセンサを用いることなく、精度良く推定でき、燃料噴射量を高い精度で制御できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】本発明による内燃機関３の燃料噴射制御装置１は、設定された燃料噴射量ＱＦＣＭＤに応じて、駆動電圧ＡＤＲＶおよび印可時間ＴＥＮＺを設定する（ステップ２、７）。また、燃料噴射弁４に流入する燃料の温度を第１燃料温度ＴＦ１として算出し（ステップ１１〜１３）、燃料噴射弁４に流入する燃料の流量を第１燃料流量ＱＦ１として算出する（ステップ１４〜１６）。第１燃料温度ＴＦ１および第１燃料流量ＱＦ１に応じて、圧電素子４ａの温度ＴＰＩＥＺＯを推定し（ステップ１７、１８）、推定された圧電素子４の温度ＴＰＩＥＺＯに応じて、駆動電圧ＡＤＲＶおよび印可時間ＴＥＮＺの少なくとも一方を補正する（ステップ４、６）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電素子を有する燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の燃料噴射制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この燃料噴射制御装置では、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射時間を設定する。また、燃料噴射弁の圧電素子の温度を温度センサで直接、検出し、検出された圧電素子の温度に応じて、圧電素子に印可される駆動電圧を補正する。この補正により、温度に応じた圧電素子の伸縮量の変化に起因する燃料噴射量のばらつきを補償し、燃料噴射量を精度良く制御するようにしている。

また、この特許文献１には、圧電素子の温度を直接、検出するのに代えて、圧電素子の温度を代表する温度として、内燃機関の温度あるいはその冷却水の温度をセンサで検出し、その検出結果に応じて、駆動電圧を補正することも開示されている。

しかし、内燃機関の制御では一般に、圧電素子の温度が他の用途に用いられることは少ないので、圧電素子の温度を温度センサで直接、検出する場合には、ほとんど駆動電圧を補正するためだけの専用のものとして、温度センサを設けることになるため、その分、コストが増加してしまう。また、圧電素子の温度に代えて、内燃機関の温度やその冷却水の温度をセンサで検出する場合には、それらの検出部位が圧電素子の位置から比較的離れているため、検出された温度は圧電素子の温度を必ずしも正確には表さない。このため、検出された温度をそのまま用いて駆動電圧を補正しても、燃料噴射量のばらつきを適切に補償できず、高い制御精度を得ることはできない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁の圧電素子の温度を、これを直接、検出するセンサを用いることなく、精度良く推定でき、それにより、燃料噴射量を高い精度で制御することが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。

特開平１−１８７３４５号公報

この目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、圧電素子４ａを有する燃料噴射弁４を備える内燃機関３において、圧電素子４ａに駆動電圧ＶＤＲＶを印可することによって、燃料噴射弁４から噴射される燃料噴射量を制御する内燃機関３の燃料噴射制御装置１であって、内燃機関３の運転状態（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）を検出する運転状態検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２３、アクセル開度センサ２５）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて、燃料噴射量（目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤ）を設定する燃料噴射量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、設定された燃料噴射量に応じて、駆動電圧（駆動電圧の基本値ＡＢＡＳＥ）および駆動電圧の印可時間ＴＥＮＺを設定する電圧設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２、７）と、燃料噴射弁４に流入する燃料の温度を第１燃料温度ＴＦ１として検出する第１燃料温度検出手段（ＥＣＵ２、ステップ１１〜１３）と、燃料噴射弁４に流入する燃料の流量を第１燃料流量ＱＦ１として検出する第１燃料流量検出手段（ＥＣＵ２、ステップ１４〜１６）と、検出された第１燃料温度ＴＦ１および第１燃料流量ＱＦ１に応じて、圧電素子４ａの温度（圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯ）を推定する圧電素子温度推定手段（ＥＣＵ２、ステップ１７、１８）と、推定された圧電素子４の温度に応じて、駆動電圧および印可時間の少なくとも一方を補正する電圧補正手段（ＥＣＵ２、ステップ４、６）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量が設定されるとともに、設定された燃料噴射量に応じて、燃料噴射弁の圧電素子に印可される駆動電圧およびその印可時間が設定される。また、燃料噴射弁に流入する燃料の温度が第１燃料温度として検出され、燃料噴射弁に流入する燃料の流量が第１燃料流量として検出される。そして、検出されたこれらの第１燃料温度および第１燃料流量に応じ、圧電素子温度検出手段によって、圧電素子の温度が推定されるとともに、推定された圧電素子の温度に応じ、電圧補正手段によって、駆動電圧および印可時間の少なくとも一方が補正される。なお、本明細書における「検出」には、パラメータをセンサで検出し、求めることに加え、算出などによって求めることも含むものとする。

圧電素子が燃料噴射弁に設けられているため、圧電素子の温度は、燃料噴射弁に流入する燃料の温度（第１燃料温度）および流量（第１燃料流量）と高い相関性を有する。例えば、第１燃料温度が高いほど、それに応じて圧電素子の温度もより高くなり、第１燃料流量が多いほど、第１燃料温度に対する圧電素子の温度変化の応答性はより高くなる。このため、検出された第１燃料温度および第１燃料流量をパラメータとして用いることにより、圧電素子の温度を精度良く推定することができる。したがって、推定された圧電素子の温度に応じ、駆動電圧および／または印可時間を補正することによって、温度に応じた圧電素子の伸縮量の変化に起因する燃料噴射量のばらつきを適切に補償することができる。以上のように、本発明によれば、圧電素子の温度を、これを直接、検出するセンサを用いることなく、精度良く推定でき、それにより、燃料噴射量を高い精度で制御することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、圧電素子温度推定手段は、第１燃料温度ＴＦ１に対する圧電素子４ａの温度の応答遅れの度合いを表す応答遅れパラメータ（重み係数ＫＷ）を、第１燃料流量ＱＦ１に応じて設定する応答遅れパラメータ設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１７、図５）と、第１燃料温度ＴＦ１を、設定された応答遅れパラメータによる応答遅れを有するようにフィルタリングすることによって、圧電素子４の温度を算出するフィルタリング手段（ＥＣＵ２、ステップ１８）と、を有することを特徴とする。

前述したように、圧電素子の温度は、第１燃料温度に対し、第１燃料流量に応じた応答遅れをもって変化する。上記の構成によれば、第１燃料温度に対する圧電素子の温度の応答遅れの度合いを表す応答遅れパラメータを、第１燃料流量に応じて設定するとともに、第１燃料温度を、設定された応答遅れパラメータによる応答遅れを有するようにフィルタリングすることによって、圧電素子の温度を算出する。したがって、このようなフィルタリングにより、第１燃料流量に応じた応答遅れを良好に反映させながら、第１燃料温度に応じて圧電素子の温度を精度良く推定することができ、それに基づく燃料噴射量の制御を高い精度で行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射弁４は、燃料供給通路７を介して供給された燃料を蓄圧する蓄圧室（コモンレール９）から燃料を供給されるように構成されており、燃料供給通路７を流れる燃料の温度を第２燃料温度ＴＦ２として検出する第２燃料温度検出手段（燃料温度センサ２１）と、蓄圧室内の燃料の圧力（コモンレール圧ＰＦ）を検出する燃料圧力検出手段（燃料圧力センサ２２）と、蓄圧室に流入する燃料の流量を温度を第２燃料流量ＱＦ２として検出する第２燃料流量検出手段（ＥＣＵ２、ステップ１２）と、をさらに備え、第１燃料温度検出手段は、検出された第２燃料温度ＴＦ２、燃料圧力および第２燃料流量ＱＦ２に基づいて、第１燃料温度ＴＦ１を検出する（ステップ１１〜１３）ことを特徴とする。

この構成によれば、燃料は、燃料供給通路から蓄圧室に供給され、蓄圧されるとともに、蓄圧室から燃料噴射弁に供給される。このため、燃料噴射弁に流入する燃料の温度（第１燃料温度）は、燃料供給通路を流れる燃料の温度（第２燃料温度）、蓄圧室内の燃料の圧力、および蓄圧室に流入する燃料の流量（第２燃料流量）と高い相関性を有する。例えば、第２燃料温度が高いほど、また、蓄圧室内の燃料の圧力が高いほど、第１燃料温度はより高くなり、第２燃料流量が多いほど、第１燃料温度の変化の応答性はより高くなる。したがって、第２燃料温度、蓄圧室内の燃料の圧力および第２燃料流量を検出するとともに、検出されたこれらの３つのパラメータに基づいて、第１燃料温度を精度良く検出することができる。その結果、第１燃料温度に応じた圧電素子の温度の推定と、それに基づく燃料噴射量の制御を、高い精度で行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射弁４は、燃料を蓄圧する蓄圧室（コモンレール９）から燃料を供給されるように構成されており、蓄圧室内の燃料の圧力（コモンレール圧ＰＦ）を検出する燃料圧力検出手段（燃料圧力センサ２２）と、蓄圧室に流入する燃料の流量を温度を第２燃料流量ＱＦ２として検出する第２燃料流量検出手段（ＥＣＵ２、ステップ１２）と、燃料噴射弁４から噴射された燃料量を消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰとして検出する消費燃料量検出手段（ＥＣＵ２、ステップ１５）と、をさらに備え、第１燃料流量検出手段は、検出された燃料圧力、第２燃料流量ＱＦ２および消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰに基づいて、第１燃料流量ＱＦ１を検出する（ステップ１４〜１６）ことを特徴とする。

この構成によれば、燃料を蓄圧する蓄圧室から燃料噴射弁に燃料が供給される。このため、燃料噴射弁に流入する燃料の流量（第１燃料流量）は、蓄圧室内の燃料の圧力、蓄圧室に流入する燃料の流量（第２燃料流量）、および燃料噴射弁から噴射された噴射燃料量と高い相関性を有し、これらの３つのパラメータが大きいほど、より大きくなる。したがって、検出されたこれらの３つのパラメータに基づいて、第１燃料流量を精度良く検出でき、その結果、第１燃料流量に応じた圧電素子の温度の推定と、それに基づく燃料噴射量の制御を、高い精度で行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による燃料噴射制御装置１を、これを適用した内燃機関３とともに概略的に示している。この燃料噴射制御装置１は、内燃機関３の燃料噴射制御処理を含む各種の制御処理を実行するＥＣＵ２を備えている。

内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された直列４気筒型のディーゼルエンジンである。エンジン３の各気筒（図示せず）には、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４が設けられている。インジェクタ４は、燃料供給装置５に接続されており、この燃料供給装置５から供給された燃料を気筒内に噴射する。

また、インジェクタ４は、圧電素子４ａを内蔵したタイプのものである。この圧電素子４ａは、例えば積層された多数の圧電素子板（図示せず）で構成されており、電圧が印可されることによって歪み、ニードル（図示せず）を開くことによって、インジェクタ４から燃料が噴射される。インジェクタ４から噴射される燃料噴射量は、圧電素子４ａに印可される駆動電圧ＶＤＲＶおよびその印可時間ＴＥＮＺを、ＥＣＵ２からの駆動信号で制御することによって、制御される。

燃料供給装置５は、燃料を貯留する燃料タンク６と、燃料タンク６に燃料供給通路７を介して接続され、燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール９と、燃料供給通路７の途中に設けられた燃料ポンプ１０を有している。

燃料ポンプ１０は、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）に連結され、それにより駆動されるものであり、燃料タンク６内の燃料を、高圧に昇圧し、燃料供給通路７を介してコモンレール９に圧送する。

燃料ポンプ１０には、燃料調量弁１０ａが設けられている。燃料調量弁１０ａは、ソレノイドとスプール弁機構を組み合わせたものであり、燃料ポンプ１０に供給される燃料量を調整するとともに、不要な燃料を、燃料戻し通路１２を介して燃料タンク６に戻すという機能を有する。これらの燃料ポンプ１０への供給燃料量および燃料タンク６への戻し燃料量は、燃料調量弁１０ａに供給される電流のデューティ比（以下「調量弁デューティ比」という）ＴＤＵＴＹをＥＣＵ２で制御することによって、制御される。

また、コモンレール９は、燃料供給通路７と並列の燃料戻し通路８を介して、燃料タンク６に接続されており、コモンレール９の燃料戻し通路８との接続部分には、電磁リリーフ弁１３が設けられている。電磁リリーフ弁１３は、常開式の電磁弁で構成されており、供給される電流のデューティ比（以下「リリーフ弁デューティ比」という）ＲＥＤＵＴＹをＥＣＵ２で制御することにより、その弁開度が無段階に変化することによって、コモンレール９から燃料タンク６への戻し燃料量が制御される。

以上の構成によれば、調量弁デューティ比ＴＤＵＴＹにより、コモンレール９に流入する燃料量を制御するとともに、リリーフ弁デューティ比ＲＥＤＵＴＹにより、コモンレール９から流出する燃料量を制御することによって、コモンレール９内の燃料の圧力が制御される。これにより、コモンレール９内に、燃料が高圧状態で蓄圧され、コモンレール９内の燃料は、燃料噴射通路１４を介してインジェクタ４に送られる。

燃料供給通路７には、燃料調量弁１０ａの入口付近に、燃料温度センサ２１が設けられている。この燃料温度センサ２１は、燃料供給通路７を流れる燃料の温度（以下「第２燃料温度」という）ＴＦ２を検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、コモンレール９には、燃料圧力センサ２２が取り付けられている。燃料圧力センサ２２は、コモンレール９内の燃料の圧力（以下「コモンレール圧」という）ＰＦを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン３には、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されたクランク角センサ２３が設けられている。クランク角センサ２３は、エンジン３のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、エンジン３の各気筒のピストン（図示せず）が吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のように４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）には、エンジン水温センサ２４が取り付けられている。エンジン水温センサ２４は、シリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、電圧センサ２６から、インジェクタ４の圧電素子４ａに印可されている実際の電圧ＶＡＣＴを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２６からの検出信号に応じて、エンジン３および燃料供給装置５の運転状態を判別するとともに、判別したこれらの運転状態に応じ、インジェクタ４の燃料噴射制御処理を含むエンジン３の制御処理を実行する。

なお、ＥＣＵ２は、本実施形態において、運転状態検出手段、燃料噴射量設定手段、電圧設定手段、第１燃料温度検出手段、第１燃料流量検出手段、圧電素子温度推定手段、電圧補正手段、応答遅れパラメータ設定手段、フィルタリング手段、第２燃料流量検出手段、および消費燃料量検出手段に相当する。

図２は、ＥＣＵ２によって実行される燃料噴射制御処理を示している。この燃料噴射制御処理は、インジェクタ４の圧電素子４ａの温度ＴＰＩＥＺＯを推定し、推定された圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯに応じて、圧電素子４ａへの駆動電圧ＶＤＲＶを補正することにより、インジェクタ４から実際に噴射される燃料噴射量を、設定された目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤになるように制御するものである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤを算出する。この目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤの算出は、エンジン３の要求トルクＰＭＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに基づき、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、基本値を算出するとともに、この基本値を、エンジン水温ＴＷその他のエンジン３の運転状態を表すパラメータに応じて補正することにより、算出される。また、要求トルクＰＭＣＭＤは、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、算出される。

次に、ステップ２において、算出した目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤに応じ、所定のマップを検索することによって、駆動電圧ＶＤＲＶの基本値ＶＢＡＳＥを算出する。図示しないが、このマップでは、基本値ＶＢＡＳＥは、目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを推定する（ステップ３）。その算出は、後述する図４のサブルーチンに従って行われる。

次に、ステップ４において、推定した圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯに応じ、図３に示すマップを検索することによって、温度補正係数ＫＰＩＥＺＯを算出する。この温度補正係数ＫＰＩＥＺＯは、温度に応じた圧電素子４ａの伸縮量の変化に起因する燃料噴射量のばらつきを補償するためのものである。圧電素子は一般に、その温度が所定温度のときに伸縮量が最大になり、この所定温度から離れるほど、伸縮量が減少するという特性を有している。このため、図３のマップでは、温度補正係数ＫＰＩＥＺＯは、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯが所定温度ＴＯＰＴのときに最小値ＫＭＩＮ（例えば１．０）に設定され、所定温度ＴＯＰＴから離れるほど、より大きな値に設定されている。

次いで、駆動電圧ＶＤＲＶのフィードバック補正値ΔＶＦＢを算出する（ステップ５）。このフィードバック補正値ΔＶＦＢの算出は、電圧センサ２６で検出された実際の駆動電圧ＶＡＣＴが、設定された駆動電圧ＶＤＲＶに収束するよう、例えばＰＩＤフィードバック制御によって行われる。

次に、ステップ３〜５で算出されたパラメータを用い、次式（１）によって駆動電圧ＶＤＲＶを算出する（ステップ６）。
ＶＤＲＶ＝ＶＢＡＳＥ×ＫＰＩＥＺＯ＋ΔＶＦＢ ・・・（１）

最後に、目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤに応じ、所定のマップを検索することによって、駆動電圧の印可時間ＴＥＮＺを算出し（ステップ７）、本処理を終了する。図示しないが、このマップでは、印可時間ＴＥＮＺは、目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次に、図２のステップ３で実行される圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯの推定処理を、図４のサブルーチンを参照しながら説明する。まずステップ１１では、検出されたエンジン水温ＴＷと、燃料温度センサ２１で検出された第２燃料温度ＴＦ２に応じ、所定のマップを検索することによって、第１燃料温度ＴＦ１（インジェクタ４に流入する燃料の温度）の基本値ＴＦ１ＢＡＳＥを算出する。

図示しないが、このマップでは、基本値ＴＦ１ＢＡＳＥは、エンジン水温ＴＷが高いほど、また、第２燃料温度ＴＦ２が高いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが高いほど、エンジン３自体の温度が高いことから、また、第２燃料温度ＴＦ２が高いほど、燃料供給通路７を流れる燃料の温度が高いことから、インジェクタ４に流入する燃料の温度がより高いと推定されるためである。

次に、ステップ１２では、燃料圧力センサ２２で検出されたコモンレール圧ＰＦと、第２燃料流量ＱＦ２に応じ、所定のマップを検索することによって、基本値ＴＦ１ＢＡＳＥを補正するための補正係数ＫＦ１を算出する。第２燃料流量ＱＦ２は、コモンレール９に流入する燃料の流量に相当するものであり、例えば燃料調量弁１０ａに出力されている調量弁デューティ比ＴＤＵＴＹに基づいて算出される。図示しないが、このマップでは、補正係数ＫＦ１は、コモンレールＰＦが高いほど、また、第２燃料流量ＱＦ２が大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ１３において、ステップ１１で算出された基本値ＴＦ１ＢＡＳＥに、ステップ１２で算出された補正係数ＫＦ１を乗算することによって、第１燃料温度ＴＦ１を算出する（ＴＦ１＝ＴＦ１ＢＡＳＥ×ＫＦ１）。

次に、ステップ１４では、ステップ１２と同じパラメータであるコモンレール圧ＰＦおよび第２燃料流量ＱＦ２に応じ、所定のマップを検索することによって、第１燃料流量ＱＦ１（インジェクタ４に流入する燃料の流量）の基本値ＱＦ１ＢＡＳＥを算出する。図示しないが、このマップでは、基本値ＱＦ１ＢＡＳＥは、コモンレール圧ＰＦが高いほど、また、第２燃料流量ＱＦ２が大きいほど、インジェクタ４に流入する燃料の流量が大きいと推定されることから、より大きな値に設定されている。

次に、消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰを算出する（ステップ１５）。この消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰは、インジェクタ４において実際に消費された燃料量を表すものであり、例えば、コモンレール圧ＰＦおよびインジェクタ４の印可時間ＴＥＮＺに応じ、所定のマップを検索することによって、算出される。図示しないが、このマップでは、消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰは、コモンレール圧ＰＦが高いほど、また、印可時間ＴＥＮＺが大きいほど、インジェクタ４から実際に噴射される燃料量が大きくなるため、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ１６において、ステップ１４で算出された基本値ＱＦ１ＢＡＳＥに、ステップ１５で算出された消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰを加算することによって、第１燃料流量ＱＦ１を算出する（ＱＦ１＝ＱＦ１ＢＡＳＥ＋ＱＦＣＯＮＳＰ）。

次に、算出した第１燃料流量ＱＦ１に応じ、図５に示すマップを検索することによって、重み係数ＫＷを算出する（ステップ１７）。このマップでは、重み係数ＫＷは、０〜１の範囲内で、第１燃料流量ＱＦ１が小さいほど、より大きな値に設定されている。

次に、ステップ１８において、ステップ１３で算出された第１燃料温度ＴＦ１に重み係数ＫＷを適用し、次式（２）によって圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを算出し、本処理を終了する。
ＴＰＩＥＺＯ＝ＴＰＩＥＺＯＺ×ＫＷ＋ＴＦ１×（１−ＫＷ） ・・・（２）
ここで、ＴＰＩＥＺＯＺは、圧電素子温度の前回値である。

以上のような重み係数ＫＷを用いた加重平均（フィルタリング）により、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯは、第１温度ＴＦ１に対して応答遅れを有するように算出される。この場合、重み係数ＫＷは、第１温度ＴＦ１に対する圧電素子ＴＰＩＥＺＯの応答遅れの度合いを表し、上述したように、第１燃料流量ＱＦ１が小さいほど、より大きな値に設定される。したがって、圧電素子温度ＴＰＩＷＺＯは、インジェクタ４に流入する燃料の流量が小さいほど、第１温度ＴＦ１に対する応答遅れが大きくなるように算出される。

以上のように、本実施形態によれば、設定された目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤに応じて、インジェクタ４の圧電素子４ａへの駆動電圧ＶＤＲＶの基本値ＶＢＡＳＥおよび印可時間ＴＥＮＺを算出する（ステップ２、７）。また、インジェクタ４に流入する燃料の温度である第１燃料温度ＴＦ１と、インジェクタ４に流入する燃料の流量である第１燃料流量ＱＦ１を算出する（ステップ１３、１６）。そして、算出された第１燃料温度ＴＦ１および第１燃料流量ＱＦ１に応じ、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを推定する（ステップ１８）とともに、推定された圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯに応じ、基本値ＶＢＡＳＥを補正することによって、駆動電圧ＶＤＲＶを算出する（ステップ６）。

このように、第１燃料温度ＴＦ１および第１燃料流量ＱＦ１をパラメータとして、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを推定するので、これを直接、検出するセンサを用いることなく、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを精度良く推定することができる。したがって、推定された圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯに応じ、駆動電圧ＶＤＲＶを補正することによって、温度に応じた圧電素子４ａの伸縮量の変化に起因する燃料噴射量のばらつきを適切に補償しながら、実際に噴射される燃料噴射量を、目標燃料噴射量ＱＦＣＭＤになるように高い精度で制御することができる。

また、第１燃料流量ＱＦ１が小さいほど、重み係数ＫＷをより大きな値に設定する（ステップ１７、図５）とともに、重み係数ＫＷを用いた加重平均により第１燃料温度ＴＦ１をフィルタリングすることによって、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを算出する（ステップ１８）。これにより、第１燃料流量ＱＦ１に応じた応答遅れを良好に反映させながら、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを、第１燃料温度ＴＦ１に対して応答遅れを有するように精度良く推定でき、それに基づく燃料噴射量の制御をより高い精度で行うことができる。

さらに、第２燃料温度ＴＦ２およびコモンレール圧ＰＦを検出し、コモンレール９に流入する燃料の流量である第２燃料流量ＱＦ２を算出するとともに、相関性の高いこれら３つのパラメータを用いて、第１燃料温度ＴＦ１を算出する（ステップ１１〜１３）ので、第１燃料温度ＴＦ１を精度良く求めることができる。その結果、第１燃料温度ＴＦ１に応じた圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯの推定と、それに基づく燃料噴射量の制御を、さらに高い精度で行うことができる。

また、コモンレール圧ＰＦおよび第２燃料流量ＱＦ２を検出するとともに、インジェクタ４において実際に消費された燃料量である消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰを算出し、相関性の高いこれらの３つのパラメータを用いて、第１燃料流量ＱＦ１を算出する（ステップ１４〜１６）ので、第１燃料流量ＱＦ１を精度良く求めることができる。その結果、第１燃料流量ＱＦ１に応じた圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯの推定と、それに基づく燃料噴射量の制御を、さらに高い精度で行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、推定した圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯに応じて駆動電圧ＶＤＲＶを補正しているが、これに代えて、またはこれとともに、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯに応じて印可時間ＴＥＮＺを補正してもよい。この場合においても、温度に応じた圧電素子４ａの伸縮量の変化に起因する燃料噴射量のばらつきを適切に補償でき、燃料噴射量を高い精度で制御することができる。

また、実施形態では、第１燃料温度ＴＦ１をフィルタリングし、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを算出するフィルタリング手段として、重み係数ＫＷを用いた加重平均を採用しているが、第１燃料温度ＴＦ１を応答遅れを有するようにフィルタリングできるものであれば、適当な任意の手段を採用でき、例えば、第１燃料流量ＱＦ１に応じて、第１燃料温度ＴＦ１の応答遅れを表す時定数を設定してもよい。

さらに、実施形態では、第１燃料温度ＴＦ１を、第２燃料温度ＴＦ２、コモンレール圧ＰＦおよび第２燃料流量ＱＦ２の計３つのパラメータを用いて、第１燃料流量ＱＦ１を、コモンレール圧ＰＦ、第２燃料流量ＱＦ２および消費燃料量ＱＦＣＯＮＳＰの計３つのパラメータを用いて、それぞれ求めているが、これらのパラメータに代えてまたは加えて、適当な他のパラメータを用いることも、本発明の範囲内である。

また、圧電素子温度ＴＰＩＥＺＯを推定するための各種のパラメータのうち、第２燃料温度ＴＦ２およびコモンレール圧ＰＦについては、燃料温度センサ２１および燃料圧力センサ２２でそれぞれ検出し、他のパラメータについては、算出によって求めているが、求めたパラメータの精度が保たれる限り、センサによる検出と算出を入れ替えて行ってもよい。さらに、図３および図５に示したマップは、あくまで例示であり、圧電素子４ａの温度特性や燃料供給装置５の燃料の輸送特性などに応じて適宜、変更することができる。

また、実施形態は、本発明を車両用のディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用の内燃機関を含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の実施形態による燃料噴射制御装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 燃料噴射制御処理で用いられる温度補正係数を設定するためのマップである。 圧電素子温度の推定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図４の推定処理で用いられる重み係数を設定するためのマップである。

符号の説明

１ 燃料噴射制御装置
２ ＥＣＵ（運転状態検出手段、燃料噴射量設定手段、電圧設定手段、第１燃料温度 検出手段、第１燃料流量検出手段、圧電素子温度推定手段、電圧補正手段、応答 遅れパラメータ設定手段、フィルタリング手段、第２燃料流量検出手段、消費燃 料量検出手段）
３ 内燃機関
４ 燃料噴射弁
４ａ 圧電素子
７ 燃料供給通路
９ コモンレール（蓄圧室）
２１ 燃料温度センサ（第２燃料温度検出手段）
２２ 燃料圧力センサ（燃料圧力検出手段）
２３ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２５ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＡＰ アクセル開度（内燃機関の運転状態）
ＱＦＣＭＤ 目標燃料噴射量（燃料噴射量）
ＶＤＲＶ 圧電素子の駆動電圧
ＴＥＮＺ 圧電素子の印可時間
ＴＦ１ 第１燃料温度
ＱＦ１ 第１燃料流量
ＴＰＩＥＺＯ 圧電素子温度（圧電素子の温度）
ＫＰＩＥＺＯ 温度補正係数
ＫＷ 重み係数
ＴＦ２ 第２燃料温度
ＰＦ コモンレール圧（蓄圧室内の燃料の圧力）
ＱＦ２ 第２燃料流量
ＱＦＣＯＮＳＰ 消費燃料量

Claims (4)

1. 圧電素子を有する燃料噴射弁を備える内燃機関において、前記圧電素子に駆動電圧を印可することによって、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、
   当該設定された燃料噴射量に応じて、前記駆動電圧および当該駆動電圧の印可時間を設定する電圧設定手段と、
   前記燃料噴射弁に流入する燃料の温度を第１燃料温度として検出する第１燃料温度検出手段と、
   前記燃料噴射弁に流入する燃料の流量を第１燃料流量として検出する第１燃料流量検出手段と、
   前記検出された第１燃料温度および第１燃料流量に応じて、前記圧電素子の温度を推定する圧電素子温度推定手段と、
   当該推定された圧電素子の温度に応じて、前記駆動電圧および前記印可時間の少なくとも一方を補正する電圧補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記圧電素子温度推定手段は、
   前記第１燃料温度に対する前記圧電素子の温度の応答遅れの度合いを表す応答遅れパラメータを、前記第１燃料流量に応じて設定する応答遅れパラメータ設定手段と、
   前記第１燃料温度を、前記設定された応答遅れパラメータによる応答遅れを有するようにフィルタリングすることによって、前記圧電素子の温度を算出するフィルタリング手段と、を有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. 前記燃料噴射弁は、燃料供給通路を介して供給された燃料を蓄圧する蓄圧室から燃料を供給されるように構成されており、
   前記燃料供給通路を流れる燃料の温度を第２燃料温度として検出する第２燃料温度検出手段と、
   前記蓄圧室内の燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
   前記蓄圧室に流入する燃料の流量を温度を第２燃料流量として検出する第２燃料流量検出手段と、をさらに備え、
   前記第１燃料温度検出手段は、前記検出された第２燃料温度、燃料圧力および第２燃料流量に基づいて、前記第１燃料温度を検出することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記燃料噴射弁は、燃料を蓄圧する蓄圧室から燃料を供給されるように構成されており、
   前記蓄圧室内の燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
   前記蓄圧室に流入する燃料の流量を温度を第２燃料流量として検出する第２燃料流量検出手段と、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料量を消費燃料量として検出する消費燃料量検出手段と、をさらに備え、
   前記第１燃料流量検出手段は、前記検出された燃料圧力、第２燃料流量および消費燃料量に基づいて、前記第１燃料流量を検出することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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