JP2010180771A

JP2010180771A - 燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2010180771A
Application number: JP2009024790A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Minato; 幸俊湊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP5126094B2

Abstract

【課題】高速および高負荷の運転条件でも燃料噴射量を高い精度で補正する燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射制御装置１１は、ディーゼルエンジンシステム１０の運転初期に設定されている第一時期に検出した初期筒内圧と、第一時期より後の高速および高負荷の運転条件のときに設定されている第二時期に検出した検出筒内圧との圧力差に基づいて、インジェクタ４３から噴射する燃料の噴射量を補正している。これにより、燃料の噴射量は、ディーゼルエンジンシステム１０の運転条件に応じて補正される。また、第一時期にインジェクタ４３から燃料を噴射することなく検出した無噴射時初期筒内圧と、第二時期にインジェクタ４３から燃料を噴射することなく検出した無噴射時検出筒内圧とを比較することにより、燃料の補正の原因がエンジン本体１２またはインジェクタ４３のいずれにあるかを判断している。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、多気筒の内燃機関の燃料噴射制御装置は、各気筒間での燃料状態のばらつき、および噴射弁からの燃料噴射量のばらつきを補正している。このような燃料噴射制御装置による補正は、各気筒の燃料時におけるクランクシャフトの回転速度の変化に基づいて実施される。そのため、燃料噴射制御装置は、アイドル条件のような低速および低負荷の運転条件で補正を実施している（例えば、特許文献１参照）。

一方、噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力は、アイドル条件のような低速および低負荷の運転条件では低く、高速および高負荷の運転条件では高く設定されている。そのため、図７に示すように噴射弁への通電時間すなわち噴射弁の開弁時間が同一であっても、高速および高負荷の運転条件における燃料の補正量Ｑ２は、低速および低負荷の運転条件における燃料の補正量Ｑ１よりも多くなる。その結果、高速および高負荷の運転条件における燃料の補正量Ｑ２は、誤差の拡大を招きやすくなる。

しかしながら、上述のように燃料噴射制御装置は、アイドル条件において補正を実施している。そのため、アイドル条件では十分な補正を実施した場合でも、高速および高負荷の運転条件では十分な補正が実施されないおそれがある。特に、内燃機関から排出される各種の物質について厳格な規制が要求される近年の基準に対応するためには、高速および高負荷の運転条件においても精度の高い補正が必要となる。

特開２００１−２４１３５３号公報

そこで、本発明の目的は、高速および高負荷の運転条件でも燃料噴射量を高い精度で補正する燃料噴射制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、噴射量補正手段は、初期筒内圧と検出筒内圧との圧力差に基づいて噴射弁から噴射する燃料の噴射量を補正している。初期筒内圧は、例えば内燃機関の出荷時のように内燃機関の総運転時間が短い運転初期に設定されている第一時期に検出される。一方、検出筒内圧は、内燃機関の運転条件が予め設定された検出条件に合致した第二時期に検出される。そのため、検出条件をアイドル条件よりも高速および高負荷に設定することにより、内燃機関の運転条件に応じて燃料の噴射量が補正される。したがって、高速および高負荷の運転条件でも、燃料噴射量を運転条件に応じて高い精度で補正することができる。

ところで、噴射弁は、例えば未燃焼成分や燃料中の不純物などが付着しやすい。そのため、噴射弁からの燃料の噴射量は、運転初期の第一時期より後の第二時期とでは差が生じる。その結果、補正量補正手段は、噴射弁から噴射される燃料の噴射量を補正して、第一時期と第二時期とで筒内圧力差を低減している。一方、筒内圧力の変化は、例えばシリンダに設けられているガスケットの摩耗などを原因とする場合もある。従来の燃料の噴射量の補正では、燃料の噴射量に変化が検出されても、その変化が噴射弁に起因するものなのか、または内燃機関に起因するものであるかを判別することは困難である。そこで、請求項２記載の燃料噴射制御装置では、筒内圧力差が生じる原因が噴射弁の劣化であるか、または内燃機関の劣化であるかを判別する原因判別手段を備えている。したがって、燃料の噴射量の補正だけでなく、その補正を招く原因が噴射弁または内燃機関のいずれにあるかを判別することができる。

請求項３記載の発明では、第一時期に検出した噴射時初期筒内圧および第二時期に検出した検出筒内圧に基づいてそれぞれ初期燃料噴射量および検出燃料噴射量を算出し、その差を噴射量差として算出している。この算出した噴射量差が噴射量差上限値未満であると判断すると、その噴射量差に基づいて噴射弁から噴射される燃料の噴射量が補正される。したがって、運転条件に関わらず燃料の噴射量を高い精度で補正することができる。

請求項４記載の発明では、第一時期に燃料の噴射を停止して検出した無噴射時初期筒内圧と、第二時期に燃料の噴射を停止して検出した無噴射時検出筒内圧との差を無噴射時筒内圧力差として算出する。判別手段は、この無噴射時筒内圧力差と筒内圧力差上限値とを比較して、無噴射時筒内圧力差が筒内圧力差上限値未満であるとき内燃機関の劣化と判別し、無噴射時筒内圧力差が筒内圧力差上限値以上であれば噴射弁の劣化であると判別する。燃料の噴射を停止することにより、特定気筒では燃焼が生じない。そのため、無噴射時における圧力変化が大きな場合、特定気筒での空気の圧縮が不十分であると考えられる。その結果、無噴射時筒内圧力差が筒内圧力差上限値以上のとき、燃料の噴射量の補正は内燃機関の劣化に起因するものであると考えられる。一方、無噴射時における圧力変化が小さな場合、特定気筒での空気の圧縮は十分であると考えられる。その結果、無噴射時筒内圧力差が筒内圧力差上限値未満のとき、燃料の噴射量の補正は噴射弁の劣化に起因するものであると考えられる。このように、第一時期と第二時期における無噴射時の筒内圧の差を利用することにより、燃料の噴射量を補正する原因が噴射弁にあるのか内燃機関にあるのかが判別される。したがって、例えば部品の交換や修理などを原因に応じて実施することができ、噴射弁および内燃機関のメインテナンスを容易にすることができる。

本発明の一実施形態による燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す模式図本発明の一実施形態による燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムの電気的な構成を示す模式図クランクシャフトの回転角度と燃焼室の圧力との関係を示す図燃焼室の圧力と燃料の噴射量との関係を示す図第一時期および第二時期における燃焼室の圧力を示す図本発明の一実施形態による燃料噴射制御装置の処理の流れを示す概略図噴射期間と噴射量との関係を示す図

以下、本発明の燃料噴射制御装置（以下、「制御装置」という。）を適用した内燃機関としてのディーゼルエンジンシステムの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すようにディーゼルエンジンシステム１０は、制御装置１１、エンジン本体１２、筒内圧検出手段としての筒内圧センサ１３、吸気系１４、排気系１５および燃料噴射装置１６を備えている。制御装置１１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。エンジン本体１２は、例えば四気筒または六気筒の多気筒で構成されている。エンジン本体１２は、気筒１７を形成するシリンダブロック１８および図示しないシリンダヘッドを有する。また、エンジン本体１２は、気筒１７の内部を往復移動するピストン１９を有している。シリンダブロック１８と、図示しないシリンダヘッドと、ピストン１９とは、燃焼室２１を形成している。

筒内圧センサ１３は、シリンダブロック１８またはシリンダヘッドを貫いて設けられ、先端が燃焼室２１へ露出している。筒内圧センサ１３は、燃焼室２１の圧力を検出する。筒内圧センサ１３は、検出した燃焼室２１の圧力を電気信号として制御装置１１へ出力する。吸気系１４は、吸気通路２２を形成する吸気管部２３、および吸気バルブ２４を有している。吸気バルブ２４は、吸気通路２２と燃焼室２１との間の吸気の流れを断続する。排気系１５は、排気通路２５を形成する排気管部２６、および排気バルブ２７を有している。排気バルブ２７は、燃焼室２１と排気通路２５との間の排気の流れを断続する。吸気系１４と排気系１５との間には、過給器３０が設けられている。過給器３０は、吸気通路２２に設けられているコンプレッサ３１、および排気通路２５に設けられているタービン３２を有している。コンプレッサ３１とタービン３２との間は、軸部材３３で接続している。これにより、排気通路２５を流れる排気によって駆動されるタービン３２の回転は、軸部材３３を経由してコンプレッサ３１に伝達される。その結果、コンプレッサ３１は、吸気通路２２を流れる吸気を加圧する。コンプレッサ３１で加圧された吸気は、インタークーラ３４で冷却された後、エンジン本体１２の燃焼室２１へ吸入される。吸気系１４の吸気バルブ２４および排気系１５の排気バルブ２７は、エンジン本体１２も構成している。

燃料噴射装置１６は、サプライポンプ４１、コモンレール４２およびインジェクタ４３を有している。サプライポンプ４１は、図示しない燃料タンクに貯えられている燃料を加圧してコモンレール４２へ供給する。コモンレール４２は、サプライポンプ４１で加圧された燃料を、圧力を維持したまま貯える。コモンレール４２に貯えられている燃料は、インジェクタ４３へ供給される。インジェクタ４３は、図示しないシリンダヘッドを貫いて設けられ、先端に燃焼室２１へ露出する噴孔４４を有している。インジェクタ４３は、噴孔４４を開閉する図示しないニードルを駆動する電磁制御部４５を有している。制御装置１１は、電磁制御部４５への通電を制御することにより、図示しないニードルを駆動し、噴孔４４からの燃料の噴射を断続する。コモンレール４２から供給された燃料は、噴孔４４が開放されることにより、噴孔４４から燃焼室２１へ噴射される。

次に、上記のディーゼルエンジンシステム１０の電気的な構成について説明する。
制御装置１１は、図２に示すように回転数センサ５１およびアクセル開度センサ５２と電気的に接続している。回転数センサ５１は、エンジン本体１２の図示しないクランクシャフトの回転数を検出する。回転数センサ５１は、検出した回転数を電気信号として制御装置１１へ出力する。アクセル開度センサ５２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出する。アクセル開度センサ５２は、検出したアクセルペダルの開度を電気信号として制御装置１１へ出力する。また、制御装置１１は、記憶部５３を有している。記憶部５３は、例えばＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性のメモリ装置などで構成され、制御装置１１のＲＯＭやＲＡＭとともにコンピュータプログラムや制御に必要なデータを記憶する。

制御装置１１は、筒内圧センサ１３、サプライポンプ４１、燃料圧力センサ５４およびインジェクタ４３の電磁制御部４５と電気的に接続している。筒内圧センサ１３は、上述のように燃焼室２１の圧力を検出し、検出した圧力を電気信号として制御装置１１へ出力する。燃料圧力センサ５４は、コモンレール４２に設けられ、コモンレール４２に貯えられている燃料の圧力を検出する。燃料圧力センサ５４は、検出したコモンレール４２の燃料の圧力を電気信号として制御装置１１へ出力する。制御装置１１は、燃料圧力センサ５４で検出したコモンレール４２の燃料の圧力に基づいてサプライポンプ４１の燃料の吐出量を制御する。制御装置１１は、インジェクタ４３の電磁制御部４５への通電を制御することにより、噴孔４４を開閉し、燃料の噴射を断続する。

制御装置１１は、噴射量補正部６０および原因判別部７０を有している。噴射量補正部６０は、噴射量設定部６１、噴射時初期筒内圧取得部６２、検出筒内圧取得部６３、噴射量差算出部６４、噴射量差判断部６５および補正部６６で構成されている。また、原因判別部７０は、無噴射時初期筒内圧取得部７１、無噴射時検出筒内圧取得部７２および判別部７３を有している。これら噴射量補正部６０および原因判別部７０は、制御装置１１のＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムに基づいて制御装置１１によって機能する。なお、噴射量補正部６０および原因判別部７０は、コンピュータプログラムによるソフトウェア的な作動に限らず、ハードウェアとして作動する構成としてもよい。

噴射量補正部６０は、初期筒内圧と検出筒内圧との差である筒内圧力差に基づいて、インジェクタ４３から噴射する燃料の噴射量を補正する。噴射量補正部６０は、燃料の噴射量を補正することにより、筒内圧力差を低減する。初期筒内圧は、第一時期に筒内圧センサ１３で検出された圧力である。第一時期は、例えばディーゼルエンジンシステム１０の工場出荷時などのようにディーゼルエンジンシステム１０の総運転時間が短い運転初期に設定されている。一方、検出筒内圧は、第二時期に筒内圧センサ１３で検出された圧力である。第二時期は、第一時期よりも後であって、ディーゼルエンジンシステム１０の運転条件が検出条件に合致したときである。すなわち、ディーゼルエンジンシステム１０の運転条件が予め設定された検出条件に合致すると、ディーゼルエンジンシステム１０は検出筒内圧を検出する第二時期となる。ここで、検出条件とは、例えばディーゼルエンジンシステム１０が運転を開始した第一時期からの総運転時間が所定時間を経過し、かつディーゼルエンジンシステム１０が所定の高速および高負荷状態となったときである。ディーゼルエンジンシステム１０は、運転を開始した第一時期以降、運転を継続することにより徐々に経年的な劣化が生じる。そのため、経年的な変化に応じて燃料の噴射量を補正するために、第一時期から所定時間が経過した後に第二時期を設定している。そして、ディーゼルエンジンシステム１０が所定の高速および高負荷で運転されるときに、燃料の噴射量の適正な補正を実施するために、検出条件に合致したときを第二時期に設定している。本実施形態の場合、制御装置１１は、第一時期から所定時間が経過した後であって、例えばアクセル開度センサ５２で検出したアクセルペダルの開度が７０％以上の高速および高負荷の運転状態であるとき、第二時期と判断する。

噴射量設定部６１は、インジェクタ４３からの燃料の噴射量を設定する。噴射量設定部６１は、回転数センサ５１で検出したエンジン本体１２の回転数およびアクセル開度センサ５２で検出したアクセルペダルの開度に基づいて燃料の噴射量を設定する。噴射量設定部６１は、例えばＲＯＭに記憶されている噴射量マップに基づいて回転数およびアクセルペダルの開度から燃料の噴射量を設定する。噴射時初期筒内圧取得部６２は、第一時期にインジェクタ４３から燃料を噴射したときの圧力を気筒１７ごとに噴射時初期筒内圧Ｐｃ１として取得する。噴射時初期筒内圧取得部６２は、取得した気筒１７ごとの噴射時初期筒内圧Ｐｃ１を記憶部５３に記憶する。検出筒内圧取得部６３は、第二時期にインジェクタ４３から燃料を噴射したときの圧力を気筒１７ごとに検出筒内圧Ｐｃ２として取得する。検出筒内圧取得部６３は、取得した気筒１７ごとの検出筒内圧Ｐｃ２を記憶部５３に記憶する。

各気筒１７に対応する各燃焼室２１における圧力は、図３に示すようにエンジン本体１２のクランクシャフトの回転角度に応じて変化する。具体的には、下死点（０°）から回転角度が進むにつれてピストン１９が上昇し、燃焼室２１の圧力は上死点（１８０°）に向けて徐々に上昇する。上死点付近でインジェクタ４３から燃料が噴射されると、燃料の燃焼によって図３の実線で示すように燃焼室２１の圧力はさらに上昇する。そして、燃焼室２１の圧力は、燃料の燃焼によって最大となった後、クランクシャフトの回転角度が進むにつれて低下する。一方、インジェクタ４３から燃料が噴射されないとき、燃焼室２１の圧力は、図３の破線で示すように上死点で最大となった後、徐々に低下する。噴射時初期筒内圧取得部６２および検出筒内圧取得部６３は、この燃料の燃焼時における燃焼室２１の圧力の最大値を取得して、記憶部５３に記憶する。

噴射量差算出部６４は、上述の噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に基づく初期燃料噴射量Ｑｃ１、および検出筒内圧Ｐｃ２に基づく検出燃料噴射量Ｑｃ２を算出する。各気筒１７で検出される筒内圧Ｐｃとインジェクタ４３からの燃料噴射量Ｑｃとの間には、図４に示すように相関がある。噴射量差算出部６４は、例えば図４に示す相関に基づいて制御装置１１のＲＯＭに記憶されたマップから噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に基づく初期燃料噴射量Ｑｃ１、および検出筒内圧Ｐｃ２に基づく検出燃料噴射量Ｑｃ２を算出する。そして、噴射量差算出部６４は、算出した初期燃料噴射量Ｑｃ１と検出燃料噴射量Ｑｃ２との差を噴射量差ΔＱとして算出する。

図５に示すように第二時期に取得する検出筒内圧Ｐｃ２は、第一時期に取得した噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に比較して変化する。これは、燃料を噴射するインジェクタ４３やエンジン本体１２に生じる経時的な劣化に起因する。例えば経時的な劣化によってインジェクタ４３の噴孔４４に目詰まりが生じると、燃料の噴射量は減少する。そのため、燃焼室２１で燃焼する燃料が減少し、検出筒内圧Ｐｃ２は噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に比較して低下する。また、例えばエンジン本体１２のピストン１９の摩耗、あるいは吸気バルブ２４や排気バルブ２７の弁密度の低下などによって、圧縮された燃焼室２１の空気が流出する場合も、検出筒内圧Ｐｃ２は噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に比較して低下する。一方、例えばインジェクタ４３の弁密度の低下などが生じると、燃料の噴射量は増大する。そのため、燃焼室２１で燃焼する燃料が増大し、検出筒内圧Ｐｃ２は噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に比較して上昇することもある。このように、時間の経過とともに、第一時期に取得する噴射時初期筒内圧Ｐｃ１と検出筒内圧Ｐｃ２との間には差が生じやすくなる。

噴射量差判断部６５は、算出された噴射量差ΔＱが予め設定されている噴射量差上限値ΔＱｊ未満であるか否かを判断する。補正部６６は、噴射量差判断部６５において噴射量差ΔＱが噴射量差上限値ΔＱｊ未満であると判断すると、インジェクタ４３から噴射される燃料の噴射量を補正する。補正部６６は、エンジン本体１２の気筒１７ごとに噴射量差ΔＱに基づいて噴射期間ＴＱを補正する。制御装置１１は、補正部６６で補正された噴射期間ＴＱに基づいてインジェクタ４３からの燃料の噴射を制御する。その結果、噴射時初期筒内圧Ｐｃ１と検出筒内圧Ｐｃ２との差である筒内圧力差は低減される。

原因判別部７０は、噴射時初期筒内圧Ｐｃ１と検出筒内圧Ｐｃ２とから算出される筒内圧力差がインジェクタ４３の劣化に起因するものか、またはエンジン本体１２の劣化に起因するものかを判別する。原因判別部７０は、上述の筒内圧力差、および噴射量補正部６０で補正された燃料の噴射量に基づいて筒内圧力差の原因がインジェクタ４３またはエンジン本体１２のいずれによるかを判別する。
無噴射時初期筒内圧取得部７１は、第一時期にインジェクタ４３による燃料の噴射を停止したときの圧力を気筒１７ごとに無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０として取得する。無噴射時初期筒内圧取得部７１は、取得した気筒１７ごとの無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０を記憶部５３に記憶する。これにより、無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０は、第一時期における燃料が無噴射時の燃焼室２１の圧力すなわちピストン１９の圧縮のみによる燃焼室２１の圧力に対応する。

無噴射時検出筒内圧取得部７２は、特定気筒について無噴射時検出筒内圧を取得する。特定気筒は、エンジン本体１２の複数の気筒１７のうち、噴射量差判断部６５で噴射量差ΔＱが噴射量差上限値ΔＱｊ以上であると判断された気筒である。無噴射時検出筒内圧取得部７２は、この特定気筒についてインジェクタ４３からの燃料の噴射を停止したときの圧力を無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘとして取得する。無噴射時検出筒内圧取得部７２は、取得した無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘを記憶部５３に記憶する。
判別部７３は、無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０と無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘとの差を無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０として算出する。そして、判別部７３は、算出した無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０と、予め設定された筒内圧力差上限値ΔＰｃｍとを比較する。判別部７３は、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満であるとき、筒内圧力差に基づく燃料の噴射量の補正がインジェクタ４３の劣化を原因とするものであると判別する。一方、判別部７３は、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ以上であるとき、筒内圧力差に基づく燃料の噴射量の補正がエンジン本体１２の劣化を原因とするものであると判別する。

次に、上記の構成によるディーゼルエンジンシステム１０の処理の流れについて図５に基づいて説明する。
例えばディーゼルエンジンシステム１０の工場出荷時などの第一時期になると、噴射時初期筒内圧取得部６２は噴射時初期筒内圧Ｐｃ１を取得する（Ｓ１０１）。噴射時初期筒内圧取得部６２は、各気筒１７に設けられている筒内圧センサ１３から気筒１７ごとに噴射時初期筒内圧Ｐｃ１を取得する。噴射時初期筒内圧取得部６２は、インジェクタ４３から燃料を噴射したとき、図３に示すように最大となる圧力を気筒１７ごとに噴射時初期筒内圧Ｐｃ１として取得する。噴射時初期筒内圧取得部６２は、気筒１７ごとに取得した噴射時初期筒内圧Ｐｃ１を記憶部５３に記憶する。噴射時初期筒内圧Ｐｃ１は、アクセルペダルの開度が後述する第二時期の検出条件に合致するときに検出される。

また、第一時期になると、無噴射時初期筒内圧取得部７１は無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０を取得する（Ｓ１０２）。無噴射時初期筒内圧取得部７１は、各気筒１７に設けられている筒内圧センサ１３から気筒１７ごとに無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０を取得する。無噴射時初期筒内圧取得部７１は、インジェクタ４３から燃料を噴射することなく、最大となる圧力を気筒１７ごとに無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０として取得する。無噴射時初期筒内圧取得部７１は、気筒１７ごとに取得した無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０を記憶部５３に記憶する。

ディーゼルエンジンシステム１０が第二時期に合致、すなわちディーゼルエンジンシステム１０が第一時期からの総運転時間が所定の時間を経過した後、ディーゼルエンジンシステム１０の運転条件が検出条件に合致すると、検出筒内圧取得部６３は検出筒内圧Ｐｃ２を取得する（Ｓ１０３）。検出筒内圧取得部６３は、各気筒１７に設けられている筒内圧センサ１３から気筒１７ごとに検出筒内圧Ｐｃ２を取得する。検出筒内圧取得部６３は、インジェクタ４３から燃料を噴射したとき、最大となる圧力を気筒１７ごとに検出筒内圧Ｐｃ２として取得する。検出筒内圧取得部６３は、取得した検出筒内圧Ｐｃ２を制御装置１１のＲＡＭまたは記憶部５３に記憶する。

図７に示すようにインジェクタ４３の噴射期間ＴＱすなわち電磁制御部４５への通電時間と燃料の噴射量との間には、噴射量特性としての相関が得られる。この相関は、高速および高負荷状態のように燃料の噴射圧力が高いほど、実線で示すように傾きが大きくなる。そして、破線で示すようにアイドル状態や低速および低負荷状態などの燃料の噴射圧力が低い場合、高速および高負荷状態に比較して傾きが小さくなる。そのため、噴射期間ＴＱが一定であっても、高圧側での補正量Ｑ２は、低圧側での補正量Ｑ１よりも大きくなる。その結果、低圧側の補正量Ｑ１に基づいても、高圧側における燃料の噴射量は十分に補正できないおそれがある。本実施形態の場合、第二時期を設定する条件として、ディーゼルエンジンシステム１０の運転状態が高速および高負荷状態であることも含めている。そのため、より高速および高負荷の運転条件において検出筒内圧Ｐｃ２が取得される。したがって、インジェクタ４３から噴射される燃料の量は運転状態に応じて補正される。

第二時期に検出筒内圧Ｐｃ２が取得されると、噴射量差算出部６４は噴射量差ΔＱを算出する（Ｓ１０４）。具体的には、噴射量差算出部６４は、記憶部５３に記憶した噴射時初期筒内圧Ｐｃ１に基づいて初期燃料噴射量Ｑｃ１を算出するとともに、Ｓ１０３で取得した検出筒内圧Ｐｃ２に基づいて検出燃料噴射量Ｑｃ２を算出する。そして、噴射量差算出部６４は、算出した初期燃料噴射量Ｑｃ１と検出燃料噴射量Ｑｃ２とから噴射量差ΔＱを、ΔＱ＝Ｑｃ１−Ｑｃ２として算出する。噴射量差算出部６４は、気筒１７ごとに噴射量差ΔＱを算出する。

噴射量差判断部６５は、噴射量差ΔＱが算出されると、算出した噴射量差ΔＱが噴射量差上限値ΔＱｊ未満であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。この場合、噴射量差判断部６５は、気筒１７ごとに噴射量差ΔＱが噴射量差上限値ΔＱｊ未満であるか否かを判断する。
Ｓ１０５において噴射量差判断部６５が噴射量差ΔＱ＜噴射量差上限値ΔＱｊであると判断すると（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、補正部６６は気筒１７ごとに噴射量差ΔＱに基づいて噴射期間ＴＱを補正する（Ｓ１０６）。そして、制御装置１１は、補正された噴射期間ＴＱに基づいて各気筒１７のインジェクタ４３に通電する。これにより、各気筒１７のインジェクタ４３からは、補正された噴射期間ＴＱに基づいて燃料が噴射される。補正部６６が噴射期間ＴＱを補正すると、Ｓ１０３へリターンし、Ｓ１０３以降の処理を繰り返す。

一方、Ｓ１０５において噴射量差判断部６５が噴射量差ΔＱ≧噴射量差上限値ΔＱｊであると判断すると（Ｓ１０５：Ｎｏ）、無噴射時検出筒内圧取得部７２は、エンジン本体１２の複数の気筒のうち、ΔＱ≧ΔＱｊとなった特定気筒についてインジェクタ４３からの燃料の噴射を停止するとともに、この特定気筒の無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘを取得する（Ｓ１０７）。すなわち、無噴射時検出筒内圧取得部７２は、特定気筒においてインジェクタ４３から燃料を噴射することなく、最大となる圧力を無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘとして取得する。無噴射時検出筒内圧取得部７２は、取得した無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘを制御装置１１のＲＡＭまたは記憶部５３に記憶する。

判別部７３は、Ｓ１０７で無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘが取得されると、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０と筒内圧力差上限値ΔＰｃｍとを比較する（Ｓ１０８）。すなわち、判別部７３は、Ｓ１０２において取得した無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０と、Ｓ１０７で取得した無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘとから無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０を、ΔＰｃ０＝Ｐｃ０−Ｐｃ０ｘとして算出する。そして、判別部７３は、算出した無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満、すなわちΔＰｃ０＜ΔＰｃｍであるか否かを判断する。

判別部７３は、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満でない、すなわちΔＰｃ０≧ΔＰｃｍであると判断すると（Ｓ１０８：Ｎｏ）、筒内圧力差に基づく燃料噴射量の補正がエンジン本体１２の劣化を原因とするものであると判別する（Ｓ１０９）。インジェクタ４３からの燃料の噴射を停止することにより、特定気筒では燃料の燃焼が生じない。そのため、インジェクタ４３からの燃料の噴射を停止しているにも関わらず特定気筒における圧力変化が大きな場合、特定気筒での空気の圧縮が不十分であると考えられる。例えばピストン１９に取り付けられているピストンリングが摩耗したり、固形物の堆積により吸気バルブ２４や排気バルブ２７の弁密度が低下すると、特定気筒での空気の圧縮は不十分となる。したがって、判別部７３は、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ以上のとき、燃料の噴射量の補正はエンジン本体１２の劣化に起因するものであると判別する。

一方、判別部７３は、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満である、すなわちΔＰｃ０＜ΔＰｃｍであると判断すると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、筒内圧力差に基づく燃料噴射量の補正がインジェクタ４３の劣化を原因とするものであると判別する（Ｓ１１０）。無噴射時における圧力変化が小さな場合、特定気筒での空気の圧縮は十分であると考えられる。インジェクタ４３は、例えば噴孔４４の目詰まりや弁密度の低下などによって、噴射期間ＴＱが一定であっても、燃料の噴射量が経時的に増加または減少する。したがって、判別部７３は、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満のとき、エンジン本体１２に不具合が生じておらず、燃料の噴射量の補正はインジェクタ４３の劣化に起因するものである判別する。
以上の処理により、制御装置１１はインジェクタ４３からの燃料の噴射量を補正するとともに、噴射量の補正の原因がインジェクタ４３にあるのかエンジン本体１２にあるのかを判別する。

以上説明した一実施形態では、噴射量補正部６０は、ディーゼルエンジンシステム１０の運転初期に設定されいてる第一時期に検出した初期筒内圧と、第一時期より後の所定の条件に合致する第二時期に検出した検出筒内圧との圧力差に基づいて、インジェクタ４３から噴射する燃料の噴射量を補正している。このように、第二時期を判断する検出条件にアイドル条件よりも高速および高負荷の運転条件を採用することにより、燃料の噴射量はディーゼルエンジンシステム１０の運転条件に応じて補正される。したがって、高速および高負荷の運転条件でも、燃料噴射量を運転条件に応じて高い精度で補正することができる。

具体的には、第一時期に検出した噴射時初期筒内圧Ｐｃ１および第二時期に検出した検出筒内圧Ｐｃ２に基づいてそれぞれ初期燃料噴射量Ｑｃ１および検出燃料噴射量Ｑｃ２を算出し、その差を噴射量差ΔＱとして算出している。補正部６６は、算出した噴射量差ΔＱが噴射量差上限値ΔＱｊ未満であるとき、その噴射量差ΔＱに基づいてインジェクタ４３から噴射される燃料の噴射量を補正する。したがって、運転条件に関わらず燃料の噴射量を高い精度で補正することができる。

ディーゼルエンジンシステム１０の総運転時間が増大することにより、インジェクタ４３からの燃料の噴射量は、運転初期の第一時期とその後の第二時期とでは変化する。そのため、補正部６６は、インジェクタ４３から噴射される燃料の噴射量を補正して、第一時期と第二時期との間の筒内圧力差を低減している。一方、筒内圧力の変化は、例えば噴孔４４の目詰まりなどインジェクタ４３を原因とする場合だけでなく、ピストン１９に設けられているガスケットの摩耗などエンジン本体１２を原因とする場合もある。従来の燃料の噴射量の補正では、燃料の噴射量に変化が検出されても、その変化がインジェクタ４３に起因するものなのか、またはエンジン本体１２に起因するものであるかを判別していない。そこで、本実施形態の場合、原因判別部７０は、筒内圧力差が生じる原因がインジェクタ４３の劣化にあるか、またはエンジン本体１２の劣化にあるかを判別している。具体的には、第一時期に燃料の噴射を停止して検出した無噴射時初期筒内圧Ｐｃ０と、第二時期に燃料の噴射を停止して検出した無噴射時検出筒内圧Ｐｃ０ｘとの差を無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０として算出する。判別部７３は、この無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満であるときエンジン本体１２の劣化と判別し、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ以上であればインジェクタ４３の劣化であると判別する。燃料の噴射を停止することにより、噴射量差ΔＱが噴射量差上限値ΔＱｊ以上と判断された特定気筒では燃焼が生じない。そのため、無噴射時における圧力変化が大きな場合、特定気筒での空気の圧縮が不十分であると考えられる。その結果、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ以上のとき、燃料の噴射量の補正はエンジン本体１２の劣化に起因するものであると考えられる。一方、無噴射時における圧力変化が小さな場合、特定気筒での空気の圧縮は十分であると考えられる。その結果、無噴射時筒内圧力差ΔＰｃ０が筒内圧力差上限値ΔＰｃｍ未満のとき、燃料の噴射量の補正はインジェクタ４３の劣化に起因するものであると考えられる。このように、第一時期と第二時期における無噴射時の筒内圧の差を利用することにより、燃料の噴射量の補正が必要となる原因がインジェクタ４３にあるのかエンジン本体１２にあるのかが判別される。したがって、例えば部品の交換や修理などを原因に応じて実施することができ、インジェクタ４３およびエンジン本体１２のメインテナンスを容易にすることができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０はディーゼルエンジンシステム（内燃機関）、１１は制御装置（燃料噴射制御装置）、１３は筒内圧センサ（筒内圧検出手段）、１７は気筒、４３はインジェクタ（噴射弁）、６０は噴射量補正部（噴射量補正手段）、６２は噴射時初期筒内圧取得部（噴射時初期筒内圧取得手段）、６３は検出筒内圧取得部（検出筒内圧取得手段）、６４は噴射量差算出部（噴射量差算出手段）、６５は噴射量差判断部（噴射量差判断手段）、６６は補正部（補正手段）、７０は原因判別部（原因判別手段）、７１は無噴射時初期筒内圧取得部（無噴射時初期筒内圧取得手段）、７２は無噴射時検出筒内圧取得部（無噴射時検出筒内圧取得手段）、７３は判別部（判別手段）を示す。

Claims

複数の気筒を有する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
複数の前記気筒にそれぞれ設けられ、燃料を噴射する噴射弁と、
複数の前記気筒にそれぞれ設けられ、前記各気筒の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記内燃機関の運転初期に設定されている第一時期に前記筒内圧検出手段で検出した前記各気筒の初期筒内圧と、前記第一時期より後であって前記内燃機関の運転条件が予め設定された検出条件に合致した第二時期に前記筒内圧検出手段で検出した前記各気筒の検出筒内圧との差である筒内圧力差に基づいて、前記噴射弁から噴射する燃料の噴射量を補正して前記筒内圧力差を低減する噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
前記筒内圧力差、および前記噴射量補正手段で補正する燃料の噴射量に基づいて、前記筒内圧力差が生じる原因が前記噴射弁の劣化であるか、または前記内燃機関の劣化であるかを判別する原因判別手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
前記噴射量補正手段は、
前記第一時期に、前記噴射弁から燃料を噴射したときの前記各気筒の圧力を噴射時初期筒内圧として取得する噴射時初期筒内圧取得手段と、
前記第二時期になると、前記各気筒の圧力を前記検出筒内圧として取得する検出筒内圧取得手段と、
前記噴射時初期筒内圧に基づいて設定される初期燃料噴射量と前記検出筒内圧に基づいて設定される検出燃料噴射量との差を噴射量差として算出する噴射量差算出手段と、
前記噴射量差算出手段で算出された前記噴射量差が予め設定されている噴射量差上限値未満であるか否かを判断する噴射量差判断手段と、
前記噴射量差判断手段で前記噴射量差が前記噴射量差上限値未満であると判断すると、前記気筒ごとに前記噴射量差に基づいて前記噴射弁から噴射される燃料の噴射量を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射制御装置。
前記原因判別手段は、
前記第一時期に、前記噴射弁からの燃料の噴射を停止したときの前記各気筒の圧力を無噴射時初期筒内圧として取得する無噴射時初期筒内圧取得手段と、
複数の前記気筒のうち、前記噴射量差判断手段で前記噴射量差が前記噴射量差上限値以上であると判断された特定気筒について前記噴射弁からの燃料の噴射を停止したときの前記特定気筒の圧力を無噴射時検出筒内圧として取得する無噴射時検出筒内圧取得手段と、
前記無噴射時初期筒内圧と前記無噴射時検出筒内圧との差である無噴射時筒内圧力差が予め設定された筒内圧力差上限値未満であるか否かを比較して、前記無噴射時筒内圧力差が前記筒内圧力差上限値未満であれば前記噴射弁の劣化であると判別し、前記無噴射時筒内圧力差が前記筒内圧力差上限値以上であれば前記内燃機関の劣化であると判別する判別手段と、
を有することを特徴とする請求項３記載の燃料噴射制御装置。
前記検出条件は、前記内燃機関の負荷が予め設定された検出負荷よりも大きな高負荷時に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の燃料噴射制御装置。