JP2011089449A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサに異常が発生した場合にも、コモンレール圧に基づいて燃料噴射システムを高精度に制御する燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン運転状態が無噴射減速状態であれば（Ｓ４００：Ｙｅｓ）、燃料噴射制御装置は、微少噴射量学習用の単発噴射を燃料噴射弁に指令し（Ｓ４０２）、エンジン回転数の変動量（Δω）からエンジントルクを算出し、エンジントルクから燃料噴射弁の実噴射量を算出する（Ｓ４０４）。燃料噴射制御装置は、噴射指令信号のパルス幅と噴射量との相関を表す噴射特性マップからコモンレール圧を特定し、推定圧力として取得する（Ｓ４０６）。コモンレールの推定圧力と圧力センサによるコモンレールの検出圧力との差の絶対値が連続してｎ回所定値を超えている場合（Ｓ４１０：Ｙｅｓ、Ｓ４１４：Ｙｅｓ）、燃料噴射制御装置は、圧力センサが異常であると診断する。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料供給ポンプから供給されコモンレールで蓄圧された燃料を内燃機関の各気筒に設置された燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用され、圧力センサが検出するコモンレール圧に基づいて前記燃料噴射システムを制御する燃料噴射制御装置に関する。

従来、燃料供給ポンプから供給されコモンレールで蓄圧された燃料を内燃機関の各気筒に設置された燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムにおいて、圧力センサが検出するコモンレール圧に基づいて燃料噴射システムが制御されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、燃料噴射弁からの燃料噴射量は、アクセル開度と内燃機関の回転数とに基づいて設定され、設定された指令噴射量の噴射を燃料噴射弁に指令する噴射指令信号は、指令噴射量とそのときのコモンレール圧とに基づいて生成される。

また、内燃機関の運転状態に基づいてコモンレールの目標圧力を設定し、圧力センサが検出するコモンレールの実圧力と目標圧力との偏差に基づいて燃料供給ポンプの吐出量を制御し、コモンレール圧を目標圧力に一致させるフィードバック制御が行われている。

特開２００７−３０９１０３号公報

ところで、断線等により圧力センサの出力が変化せずに「ｈｉｇｈ」または「ｌｏｗ」の一定値になる場合には、圧力センサの異常を容易に診断できる。しかしながら、圧力センサの経時変化等によるゲインずれ、またはオフセットずれによりセンサ出力がずれる場合には、コモンレール圧の変化に伴って圧力センサの出力が変化するので、圧力センサが検出するコモンレール圧が異常であるか否かを診断することは困難である。そして、出力ずれの生じている圧力センサが検出するコモンレール圧では、燃料噴射システムを高精度に制御できない。

圧力センサの異常が検出された場合には、例えば圧力センサが検出するコモンレール圧を使用せず、燃料噴射弁および燃料供給ポンプの物理モデルに基づいて燃料噴射弁の噴射量、燃料供給ポンプの吐出量、および燃料リーク量等を算出し、コモンレールに出入りする燃料量に基づいて燃料供給ポンプの吐出量を調整してコモンレール圧を目標圧力にオープン制御することが考えられる。また、オープン制御で設定された目標圧力と指令噴射量とに基づいて、燃料噴射弁に対する噴射指令信号が生成される。

しかしながら、圧力センサが検出するコモンレール圧を使用せずに物理モデルに基づいてオープン制御を実行すると、燃料供給ポンプの機差および経時変化、燃料噴射弁の機差および経時変化、燃料リーク量、温度、燃料通路容積等の物理モデルの設定誤差により、コモンレール圧を目標圧力に高精度に制御できない恐れがある。

そして、オープン制御によりコモンレール圧を制御するときに発生する誤差は修正されずに累積されていくので、図９に示すように、コモンレール圧が目標コモンレールよりも高くなり過ぎたり、低くなり過ぎたりする恐れがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、圧力センサに異常が発生した場合にも、コモンレール圧に基づいて燃料噴射システムを高精度に制御する燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によると、内燃機関が無噴射減速運転状態のときに、所定量の燃料噴射を噴射指令手段が燃料噴射弁に指令し、噴射指令手段からの噴射指令信号により燃料噴射弁が燃料噴射を実行することにより生じる内燃機関の回転数の変動量に基づいて、燃料噴射弁から実際に噴射された実噴射量を噴射量検出手段が検出する。そして、噴射量検出手段により検出された実噴射量と噴射指令信号とコモンレール圧との間には相関関係があるので、圧力推定手段は、実噴射量と噴射指令信号とに基づいてコモンレール圧を推定できる。

また、請求項２に記載の発明によると、内燃機関がアイドル運転状態のときに、噴射指令手段からの指令により燃料噴射弁が所定量の燃料噴射を実行したときの各気筒の回転速度変動を検出し、気筒間の回転速度変動を平滑化するように各気筒の噴射量を補正するとともに、内燃機関の平均回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるように全気筒の燃料噴射弁の噴射量をアイドル噴射量補正手段が一律に補正する。

ここで、アイドル噴射量補正手段により補正された指令噴射量により気筒間の回転速度変動が平滑化され、内燃機関の平均回転速度がアイドル運転時の目標回転速度に一致すると、各気筒の燃料噴射弁の実際の噴射量は補正前に燃料噴射弁に指令する所定量になるはずである。

そして、燃料噴射弁の噴射量が所定量になるようにアイドル噴射量補正手段により噴射量が補正されている状態で、アイドル運転時のコモンレール圧が所定圧に制御されている場合には、内燃機関の平均回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるように全気筒の燃料噴射弁の噴射量を補正する補正量は０になる筈である。

言い換えれば、アイドル噴射量補正手段により指令噴射量が補正されている状態で、内燃機関の平均回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるように全気筒の燃料噴射弁の噴射量を補正する補正量が０でない場合には、補正量に応じてコモンレール圧が所定圧からずれていると考えられる。そして、このときの補正量とコモンレール圧のずれ量とには相関がある。

したがって、噴射指令手段が燃料噴射弁に指令する所定量の噴射量と、内燃機関の平均回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるようにアイドル噴射量補正手段が全気筒の燃料噴射弁の噴射量を一律に補正したときの補正噴射量とに基づいて、圧力推定手段はコモンレール圧を推定できる。

例えば、噴射指令手段が燃料噴射弁に指令する所定量の噴射量と、アイドル運転時に平均回転速度を目標回転速度に一致させるための補正量とから、補正後の指令噴射量を算出できる。補正後の指令噴射量により、燃料噴射弁は噴射指令手段からの指令により所定量の燃料噴射を実行する。そして、燃料噴射弁が所定量の燃料噴射するように噴射指令手段が指令する指令噴射量は、コモンレールの実圧力により決定される。

したがって、噴射指令手段が燃料噴射弁に指令する所定量の噴射量と、アイドル運転時に平均回転速度を目標回転速度に一致させるようにアイドル噴射量補正手段が補正した補正噴射量とに基づいて、圧力推定手段はコモンレール圧を推定できる。

このように、無噴射減速運転状態のときに回転数の変動量に基づいて噴射量を検出する噴射量学習方法、あるいはアイドル運転時に気筒間の回転速度変動を平滑化するとともに、目標回転速度に平均回転速度を一致させる噴射量学習方法を用いることにより、そのときのコモンレール圧を推定できる。これにより、圧力センサに異常が発生した場合にも、推定したコモンレール圧に基づいて燃料噴射システムを高精度に制御できる。

請求項３に記載の発明によると、圧力制御手段は、圧力センサが異常の場合、圧力センサが検出する実圧力に代えて、圧力推定手段が推定するコモンレールの推定圧力とコモンレールの目標圧力との偏差に基づいて燃料供給ポンプの吐出量をフィードバック制御する。

これにより、圧力センサが異常の場合にも、推定したコモンレール圧に基づいて燃料供給ポンプの吐出量を高精度に制御できる。
請求項４に記載の発明によると、圧力センサが検出するコモンレールの実圧力と、圧力推定手段が推定するコモンレールの推定圧力とを比較して圧力センサが異常であるか否かを診断する。

これにより、断線等により圧力センサの出力が変化せずに「ｈｉｇｈ」または「ｌｏｗ」の一定値になっているときだけでなく、圧力センサの出力がコモンレール圧に応じて変化するもののずれている場合にも、圧力センサの異常を容易に診断できる。

尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

第１実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。 （Ａ）は正常時のＦ／Ｂ制御のブロック図、（Ｂ）は圧力センサ異常時のＦ／Ｂ制御のブロック図。 推定コモンレール圧によるコモンレール圧制御を示すタイムチャート。 無噴射減速時のコモンレール圧推定を示すフローチャート。 推定圧力に基づくコモンレール圧のＦ／Ｂ制御を示すフローチャート。 第２実施形態によるアイドル運転時のコモンレール圧推定を示すフローチャート。 アイドル運転時の補正噴射量を示す特性図。 アイドル運転時のコモンレール圧推定を示す特性図。 従来の圧力センサ故障時のコモンレール圧の変化を示すタイムチャート。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による燃料噴射システムを図１に示す。

（燃料噴射システム１０）
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気筒の内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２に燃料を供給するためのものであり、コモンレール２０に燃料を供給する燃料供給ポンプ１４と、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エンジン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装置(Electronic Control Unit;ＥＣＵ)４０とを備える。

燃料供給ポンプ１４は、燃料タンク１２から燃料を汲み上げるフィードポンプを内蔵している。燃料供給ポンプ１４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、フィードポンプから加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。調量アクチュエータとしての調量弁１６は、燃料供給ポンプ１４の吸入側に設置されており、電流制御されることにより燃料供給ポンプ１４が吸入行程で吸入する燃料吸入量を調量する。燃料吸入量が調量されることにより、燃料供給ポンプ１４の燃料吐出量が調量される。

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、および、内部の燃料を燃料タンク１２側へ溢流させることでコモンレール圧を減圧する減圧弁２４が設けられている。

エンジン２には、運転状態を検出するセンサとして、エンジン回転数（ＮＥ）を検出する回転数センサ３２が設置されている。さらに、運転状態を検出する他のセンサとして、運転者によるアクセルペダルの操作量であるアクセル開度（ＡＣＣＰ）を検出するアクセルセンサ、冷却水の温度（水温）、吸入空気の温度（吸気温）をそれぞれ検出する温度センサ等が燃料噴射システム１０に設けられている。

燃料噴射弁３０は、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルのリフトを制御室の圧力で制御する公知の電磁弁である。燃料噴射弁３０の噴射量は、ＥＣＵ４０から指令される噴射指令信号のパルス幅によって制御される。噴射指令信号のパルス幅が長くなると、噴射量が増加する。

燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータにて主に構成されている。そして、ＥＣＵ４０は、圧力センサ２２、回転数センサ３２を含む各種センサから出力信号を取り込み、エンジン運転状態を制御する。

例えば、ＥＣＵ４０は、圧力センサ２２が検出するコモンレール圧が目標圧力になるように燃料供給ポンプ１４の吐出量を制御する。ＥＣＵ４０は、調量弁１６を制御する電流値と吐出量との相関を表す特性マップに基づいて、調量弁１６を制御する電流値を設定する。

また、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁３０の燃料噴射量、燃料噴射時期、およびメイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等を実施する多段噴射のパターンを制御する。
ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁３０に噴射を指令する噴射指令信号のパルス幅と噴射量との相関を示す噴射特性マップを、コモンレール圧の所定の圧力範囲毎にＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶している。そして、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数およびアクセル開度に基づいて燃料噴射弁３０の噴射量が決定されると、圧力センサ２２が検出したコモンレール圧に応じて該当する圧力範囲の噴射特性マップを参照し、燃料噴射弁３０に決定された噴射量を指令する噴射指令信号のパルス幅を取得する。

次に、第１実施形態の燃料噴射システム１０におけるフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御について、図２の制御ブロックに基づいて説明する。尚、図２において、ＰＩ制御部１００、燃料噴射弁（ＩＮＪ）３０の物理モデル１０２、燃料供給ポンプ（Ｓ／Ｐ）１４の物理モデル１０４、コモンレールシステム（ＣＲＳ）１１０、コモンレールの圧力予測部１２０、および圧力推定部１３０は、ＥＣＵ４０における制御ブロックである。

（圧力センサ２２の正常時）
圧力（Ｐｃ）センサ２２が正常の場合、図２の（Ａ）に示すように、ＰＩ制御部１００は、圧力センサ２２の出力信号から検出するコモンレール２０の実圧力をフィードバックして目標圧力と実圧力との偏差を求め、実圧力が目標圧力に一致するように燃料供給ポンプ１４の吐出量を算出する。コモンレールの目標圧力は、エンジン回転数、アクセル開度等のエンジン運転状態に基づいて設定される。

燃料噴射弁３０の物理モデル１０２は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射弁３０の噴射量を算出する。
そして、ＰＩ制御部１００が算出した燃料供給ポンプ１４の吐出量と、燃料噴射弁３０の物理モデル１０２が算出した噴射量との和が、燃料供給ポンプ１４が吐出すべき燃料量として燃料供給ポンプ１４の物理モデル１０４に入力される。実際には、燃料噴射システム１０の燃料リーク量も、燃料供給ポンプ１４の吐出量と燃料噴射弁３０の噴射量とに加算されて燃料供給ポンプ１４の物理モデル１０４に入力される。

燃料供給ポンプ１４の物理モデル１０４は、入力された燃料量に基づいて、燃料供給ポンプ１４の調量弁１６を制御する電流値を算出する。燃料供給ポンプ１４は、物理モデル１０４が算出した電流値により調量弁１６が制御されることにより、電流値に応じた燃料量を吐出する。

コモンレールシステム１１０は、コモンレール２０および燃料噴射弁３０からなる。燃料供給ポンプ１４から吐出された燃料は、コモンレール２０で蓄圧されて燃料噴射弁３０から噴射される。

そして、圧力センサ２２が検出するコモンレールの実圧力と目標圧力との偏差に基づいて、実圧力が目標圧力に一致するようにＰＩ制御部１００が燃料供給ポンプ１４の吐出量をフィードバック制御する。

圧力予測部１２０は、次式（１）に基づいて、コモンレール圧が次に変化する予測圧力を算出する。
Ｐ（ｉ＋１）＝（Ｑｐｕｍｐ＋Ｑｉｎｊ＋Ｑｌｅａｋ）×体積弾性係数／高圧部容積＋Ｐｘ ・・・（１）
尚、Ｐ（ｉ＋１）：コモンレールの次の予測圧力、Ｐｘ：現在のコモンレール圧、Ｑｐｕｍｐ：燃料供給ポンプ１４の吐出量、Ｑｉｎｊ：燃料噴射弁３０の噴射量、Ｑｌｅａｋ：燃料供給ポンプ１４から燃料噴射弁３０に至る燃料噴射システム１０の燃料リーク量、高圧部容積：燃料供給ポンプ１４から燃料噴射弁３０に至る燃料噴射システム１０の高圧部の容積、である。Ｑｉｎｊは燃料噴射弁３０の物理モデル１０２から取得され、Ｑｐｕｍｐは燃料供給ポンプ１４の物理モデル１０４から取得される。

圧力センサ２２が正常の場合には、圧力センサ２２の検出圧力がＰｘに代入される。また、圧力センサ２２が異常の場合には、後述するように、圧力推定部１３０が推定するコモンレールの推定圧力か、圧力予測部１２０が前回予測した予測圧力が代入される。

ＥＣＵ４０は、コモンレールの実圧力が目標圧力に近づくと、ＰＩ制御部１００の入力を圧力センサ２２による検出圧力から圧力予測部１２０による予測圧力に切り替える。そして、目標圧力に対してコモンレール圧がオーバーシュートしないように、式（１）で算出した予測圧力と目標圧力との偏差に基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量を制御し、コモンレール圧を目標圧力に近づける。

（圧力センサ２２の異常時）
圧力センサ２２が異常の場合、圧力センサ２２の出力信号に基づくフィードバック制御は実行できない。この場合、ＥＣＵ４０の圧力推定部１３０は、無噴射減速運転時において所定量の微少量噴射を燃料噴射弁３０に指令する。このときの燃料噴射は、微少噴射量の学習用の燃料噴射と兼用してもよいし、微少噴射量の学習とは別に、本実施形態におけるコモンレール圧の推定用に実行してもよい。

圧力推定部１３０は、無噴射減速運転時に実行された微少量噴射によって生じるエンジン回転数の変動量（Δω）を回転数センサ３２の出力信号から検出する。そして、エンジン回転数の変動量からエンジントルクを算出し、エンジントルクから燃料噴射弁３０から実際に噴射された実噴射量を算出する。

微少噴射量学習が既に実行されており、今回算出された実噴射量が正しい場合には、微少量噴射を指令する噴射指令信号のパルス幅と実噴射量との噴射特性マップ１３２から、コモンレール圧を推定できる。

図２の（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ４０は、圧力センサ２２が異常の場合、無噴射減速時に圧力推定部１３０がコモンレール圧を推定すると、ＰＩ制御部１００において、推定されたコモンレール２０の推定圧力を圧力センサ２２による検出圧力に代えて使用し、推定圧力と目標圧力との偏差に基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量をフィードバック制御する。

エンジン運転状態が無噴射減速状態ではなくなると、図２の（Ｂ）に点線で示すように、ＥＣＵ４０は、推定圧力に代えて、圧力予測部１２０が予測するコモンレールの予測圧力と目標圧力との偏差に基づいて、燃料供給ポンプ１４の吐出量を制御しコモンレール圧を制御する。

式（１）において、エンジン運転状態が無噴射減速状態ではなくなってから最初に予測圧力を算出する場合には、無噴射減速状態において最後に推定したコモンレール圧の推定圧力ＰｐがＰｘとして使用される。

このように第１実施形態では、圧力センサ２２が異常の場合にも、圧力予測部１２０でコモンレール圧を予測するだけでなく、無噴射減速状態で実行した微少量噴射から燃料噴射弁３０の実噴射量を検出し、実噴射量と噴射指令信号とに基づいてコモンレール圧を推定する。

したがって、図３に示すように、圧力予測部１２０が予測するコモンレール圧だけでフィードバック制御する場合に想定されるコモンレール圧２００に対して実際のコモンレール圧２０２が点線のようにずれている場合にも、無噴射減速状態で推定したコモンレール圧に基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量をフィードバック制御することにより、コモンレール圧が目標圧力から大きくずれることを防止できる。

（コモンレール圧推定ルーチン）
図４に、コモンレール圧推定ルーチンを示す。図４のコモンレール圧推定ルーチンは常時実行される。図４において、「Ｓ」はステップを表している。

Ｓ４００においてＥＣＵ４０は、微少噴射量の学習条件が成立しているか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、アクセルオフ時に車速が減速し燃料噴射がカットされる無噴射減速状態であれば、学習条件が成立していると判定する。学習条件が成立していない場合（Ｓ４００：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。

学習条件が成立している場合（Ｓ４００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、微少噴射量学習用に単発噴射を燃料噴射弁３０に指令し（Ｓ４０２）、そのときのエンジン回転数の変動量（Δω）からエンジントルクを算出し、エンジントルクから燃料噴射弁３０の実噴射量を算出する（Ｓ４０４）。

Ｓ４０６においてＥＣＵ４０は、噴射指令信号のパルス幅と噴射量との噴射特性マップ１３２から、そのときのコモンレール圧を推定圧力として取得する。
Ｓ４０８においてＥＣＵ４０は、圧力センサ２２が異常であると既に診断されているか否かを、フラグＦに基づいて判定する。圧力センサ２２が異常であると既に診断されている場合には、フラグＦは１に設定されており、圧力センサ２２が異常であると診断されていない場合には、フラグＦは０に設定されている。フラグＦが０ではなく圧力センサ２２が異常であると既に診断されている場合（Ｓ４０８：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０はＳ４１８に処理を移行する。

フラグＦが０であり圧力センサ２２が異常であると未だに診断されていない場合（Ｓ４０８：Ｙｅｓ）、Ｓ４１０においてＥＣＵ４０は、Ｓ４０６で推定したコモンレールの推定圧力と圧力センサ２２によるコモンレールの検出圧力との差の絶対値が所定値を超えているか否かを判定する。推定圧力と検出圧力との差の絶対値が所定値以下であれば（Ｓ４１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は圧力センサ２２は正常であると判断し、本ルーチンを終了する。

推定圧力と検出圧力との差の絶対値が所定値を超えている場合（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、圧力センサ２２は異常であると判断し、Ｓ４１２において異常カウンタをカウントアップ（＋１）する。そして、Ｓ４１４においてＥＣＵ４０は、異常カウンタの値から、ｎ回連続して圧力センサ２２に異常が発生しているか否かを判定する。圧力センサ２２の異常がｎ回連続して発生していない場合（Ｓ４１４：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は圧力センサ２２が異常であると判断せず、本ルーチンを終了する。

圧力センサ２２の異常がｎ回連続して発生している場合（Ｓ４１４：Ｙｅｓ）、Ｓ４１６においてＥＣＵ４０は、圧力センサ２２は異常であると判断し、フラグＦを１に設定する。

Ｓ４１８においてＥＣＵ４０は、フラグＣを１に設定して本ルーチンを終了する。フラグＣは、１であればコモンレール圧が推定されたことを表し、０であればコモンレール圧が推定されていないことを表す。

（圧力フィードバックルーチン）
図５に、コモンレール圧のフィードバックルーチンを示す。図５の圧力フィードバックルーチンは常時実行される。図５において、「Ｓ」はステップを表している。

Ｓ４２０においてＥＣＵ４０は、フラグＦが1であるか否かを判定する。前述したように、フラグＦは、圧力センサ２２の異常が既に診断されている場合には１に設定されており、圧力センサ２２が異常と診断されていない場合には０に設定されている。

フラグＦが１ではない場合（Ｓ４２０：Ｎｏ）、圧力センサ２２は正常であるから、Ｓ４２２においてＥＣＵ４０は通常のフィードバック制御を実行して本ルーチンを終了する。つまり、ＥＣＵ４０は、圧力センサ２２が検出するコモンレール圧が目標圧力に一致するように燃料供給ポンプ１４の吐出量をフィードバック制御する。

フラグＦが１の場合、つまり圧力センサ２２が異常の場合（Ｓ４２０：Ｙｅｓ）、Ｓ４２４においてＥＣＵ４０は、フラグＣが１であるか否かを判定する。前述したように、フラグＣは、１であればコモンレール圧が推定されたことを表し、０であればコモンレール圧が推定されていないことを表す。

フラグＣが１の場合、つまり図４のコモンレール圧推定ルーチンでコモンレール圧が推定されている場合（Ｓ４２４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ４０は、推定圧力ＰｐをＰｘに代入し（Ｓ４２６）、フラグＣを０に設定する（Ｓ４２８）。そして、式（１）に基づいて予測圧力Ｐ（ｉ＋１）を算出し（Ｓ４３０）、推定圧力Ｐｐに基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量をフィードバック制御し（Ｓ４３２）、本ルーチンを終了する。

フラグＣが１ではない場合、つまりコモンレール圧が推定されていない場合（Ｓ４２４：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は、式（１）において前回予測した予測圧力Ｐ（ｉ＋１）をＰ（ｉ）としてＰｘに代入し（Ｓ４３４）、予測圧力Ｐ（ｉ＋１）を算出する（Ｓ４３６）。そして、予測圧力Ｐ（ｉ＋１）に基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量を制御してコモンレール圧を制御し（Ｓ４３８）、本ルーチンを終了する。

第１施形態では、ＥＣＵ４０が本発明の燃料噴射制御装置に相当し、圧力推定部１３０が本発明の圧力推定手段に相当する。また、図４のＳ４００およびＳ４０２の処理が本発明の噴射指令手段が実行する機能に相当し、Ｓ４０４の処理が本発明の噴射量検出手段が実行する機能に相当し、Ｓ４０６の処理が本発明の圧力推定手段が実行する機能に相当し、Ｓ４０８〜Ｓ４１６の処理が本発明の異常診断手段が実行する機能に相当する。また、図５のＳ４３２の処理が本発明の圧力制御手段が実行する機能に相当する。

以上説明した第１実施形態では、無噴射減速運転状態において、微少噴射量の学習方法を応用して回転数の変動量から実噴射量を検出し、実噴射量からコモンレール圧を推定している。これにより、コモンレールの推定圧力と圧力センサ２２の検出圧力とを比較できるので、断線等により圧力センサの出力が変化せずに「ｈｉｇｈ」または「ｌｏｗ」の一定値になっているときだけでなく、圧力センサ２２の出力がコモンレール圧に応じて変化するものの、ゲインずれまたはオフセットずれによりずれている場合にも、圧力センサ２２の異常を容易に診断できる。

そして、圧力センサ２２に異常が発生した場合にも、推定圧力に基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量を制御し、コモンレール圧を目標圧力に高精度に制御できる。
また、圧力センサ２２に異常が発生した場合にも、推定圧力に基づいて、エンジン回転数およびアクセル開度から設定される噴射量を噴射するように燃料噴射弁３０に指令する適切な噴射指令信号を生成できる。

[第２実施形態]
本発明の第２実施形態を図６に示す。第２実施形態では、アイドル運転時にＦＣＣＢ補正およびＩＳＣ補正を実行してコモンレール圧を推定する。

（コモンレール圧推定ルーチン）
図６に、第２実施形態によるコモンレール圧推定ルーチンを示す。図６のコモンレール圧推定ルーチンは常時実行される。図６において、「Ｓ」はステップを表している。尚、図６のＳ４４８〜Ｓ４５８の処理は図４のＳ４０８〜Ｓ４１８の処理と実質的に同一であるから説明を省略する。

Ｓ４４０においてＥＣＵ４０は、微少噴射量の学習条件が成立しているか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、アクセルがオフされて車速が０であり、エンジン回転数が所定範囲で安定し、水温、吸気温、吸気圧等が噴射量学習を実行するための所定範囲内であれば、アイドル運転時の微少噴射量の学習条件が成立していると判定する。

学習条件が成立していない場合（Ｓ４４０：Ｎｏ）、ＥＣＵ４０は本ルーチンを終了する。
学習条件が成立している場合（Ｓ４４０：Ｙｅｓ）、Ｓ４４２においてＥＣＵ４０は、図７に示すように、アイドル運転時の微少噴射量学習用に設定した所定量の指令噴射量Ｑｔｏｔａｌを均等にｎ分割し、ｎ回の噴射を燃料噴射弁３０に指令する。図７では、例えばＱｔｏｔａｌを５ｍｍ³に設定し、Ｑｔｏｔａｌを５分割してＱｔｏｔａｌ／５＝１ｍｍ³ずつ５回の燃料噴射を燃料噴射弁３０に指令する。

尚、各気筒において指令噴射量を分割する数は、指令噴射量および学習したい微少噴射量に応じて適宜設定すればよい。例えば、指令噴射量が６ｍｍ³の場合に６分割すれば分割された各噴射の噴射量は１ｍｍ³になり、３分割すれば分割された各噴射の噴射量は２ｍｍ³になる。

また、Ｑｔｏｔａｌ／５＝１ｍｍ³の噴射を燃料噴射弁３０に指令する噴射指令信号のパルス幅は、アイドル運転時において所定圧に設定されるコモンレール圧と指令噴射量であるＱｔｏｔａｌ／５＝１ｍｍ³とから噴射特性マップに基づいて設定される。この場合、Ｑｔｏｔａｌ／５＝１ｍｍ³の噴射を指令する噴射指令信号のパルス幅には、前回実行した後述するＦＣＣＢ補正およびＩＳＣ補正が反映されている。

そして、Ｓ４４４においてＥＣＵ４０は、気筒間回転速度変動補正（ＦＣＣＢ補正）およびアイドル平均回転速度補正（ＩＳＣ補正）を実行する。尚、ここで使用するエンジン回転速度は、前述した回転数センサ３２から検出するエンジン回転数と同じか、または単位が異なるだけである。

ＦＣＣＢ補正では、ＥＣＵ４０は、回転数センサ３２から各気筒の回転速度変動を検出し、気筒間の回転速度変動を平滑化するように、各気筒においてＱｔｏｔａｌにＦＣＣＢ補正量（ΔＱｃ）を加える。この場合、５回に分割された各噴射の噴射量Ｑｔｏｔａｌ／５にΔＱｃ／５が加えられる。

また、ＩＳＣ補正では、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるために、全気筒一律にＩＳＣ補正量（ＱＩＳＣ）を加える。この場合、５回に分割された各噴射の噴射量Ｑｔｏｔａｌ／５に、ＦＣＣＢ補正で加えたΔＱｃ／５にさらにＱＩＳＣ／５が加えられる。ここで、ΔＱｃ／５およびＱＩＳＣ／５は、燃料噴射弁３０に対する噴射指令信号のパルス幅として補正される。

このように、Ｑｔｏｔａｌ／５にＦＣＣＢ補正によるΔＱｃ／５と、ＩＳＣ補正によるＱＩＳＣ／５を加えることにより、気筒間の回転速度変動が平滑化されるとともに、エンジンの平均回転速度が目標のアイドル回転速度に一致する。

ところで、アイドル運転時にコモンレール圧がエンジン運転状態から想定される所定圧であり、噴射指令信号により指令される所定量の燃料を燃料噴射弁３０が噴射していれば、補正噴射量であるＩＳＣ補正量は０となり、エンジンの平均回転速度は目標回転速度になるはずである。

逆に、図８に示すように、エンジンの平均回転速度が目標回転速度からずれており、平均回転速度を目標回転速度に一致させるための今回のＩＳＣ補正量が０ではない場合は、噴射指令信号に対して燃料噴射弁３０の噴射量が想定した所定圧における噴射特性マップの噴射量からずれているか、コモンレール圧がアイドル運転時に想定される所定圧からずれていることを表している。

そして、アイドル運転時に燃料噴射弁３０が所定量の燃料を噴射して平均回転速度が目標回転速度に一致するように噴射指令信号が既に補正されているにも関わらずＩＳＣ補正量が０ではない場合、コモンレールの実圧力が所定圧からずれていると考えられる。そして、このときのコモンレール圧のずれ量とＩＳＣ補正量との間には相関関係がある。

ここで、ＩＳＣ補正量は、前述したように噴射指令信号のパルス幅の補正量であるから、ＩＳＣ補正量、すなわち噴射指令信号のパルス幅の補正量に基づいて、アイドル運転時に平均回転速度が目標回転速度に一致するように補正された補正後の噴射指令信号のパルス幅を算出できる。この補正された噴射指令信号により燃料噴射弁３０は所定量の燃料を噴射している。したがって、所定量の指令噴射量と、補正後の噴射指令信号のパルス幅とに基づいて、噴射特性マップの該当するコモンレール圧を推定できる。つまり、所定量の指令噴射量とＩＳＣ補正量とに基づいてコモンレール圧を推定できる。

そこで、Ｓ４４６においてＥＣＵ４０は、ＩＳＣ補正量に基づいてコモンレール圧を推定する。
以下、Ｓ４４８〜Ｓ４５８の処理は、前述したように図４のＳ４０８〜Ｓ４１８の処理と実質的に同一であるから説明を省略する。

第２実施形態では、図６のＳ４４０およびＳ４４２の処理が本発明の噴射指令手段が実行する機能に相当し、Ｓ４４４の処理がアイドル噴射量補正手段が実行する機能に相当し、Ｓ４４６の処理が圧力推定手段が実行する機能に相当する。

以上説明した上記複数の実施形態では、学習条件が成立する無噴射減速運転状態またはアイドル運転状態において、微少噴射量の学習方法を応用して回転数（回転速度）の変動量から噴射量を学習し、前回までの学習で正常に噴射量が補正されているという前提の元に、回転数の変動量からコモンレール圧を推定した。

これにより、コモンレール圧を検出する圧力センサ２２が異常の場合にも、コモンレールの推定圧力に基づいて燃料供給ポンプ１４の吐出量をフィードバック制御できる。
その結果、コモンレール圧が目標圧力に対して高くなり過ぎたり、低くなり過ぎたりすることを防止し、コモンレール圧を高精度に制御できる。したがって、コモンレール圧が過度に上昇すると開弁するプレッシャリミッタを省略することも可能である。

また、コモンレールの推定圧力を圧力センサ２２の代わりに使用できるので、圧力センサ２２に異常が発生したときのフェイルセーフのために圧力センサ２２を２個設置する必要がない。

［他の実施形態］
上記実施形態では、微少噴射量の学習方法を応用して噴射量を学習し、学習した噴射量に基づいて推定したコモンレールの推定圧力を、燃料供給ポンプ１４の吐出量制御、燃料噴射弁３０に対する噴射指令信号の生成に使用した。これ以外にも、圧力センサ２２が異常の場合に、コモンレールの推定圧力を燃料噴射システム１０の他の制御に使用してもよい。

上記実施形態では、噴射指令手段、噴射量検出手段、圧力推定手段、アイドル噴射量補正手段、圧力制御手段、および異常診断手段の機能を制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ４０により実現している。これに対し、上記手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。

このように、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。

２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１４：燃料供給ポンプ、２０：コモンレール、２２：圧力センサ、３０：燃料噴射弁、４０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、噴射指令手段、噴射量検出手段、圧力推定手段、アイドル噴射量補正手段、圧力制御手段、異常診断手段）

Claims (4)

1. 燃料供給ポンプから供給されコモンレールで蓄圧された燃料を内燃機関の各気筒に設置された燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用され、圧力センサが検出するコモンレール圧に基づいて前記燃料噴射システムを制御する燃料噴射制御装置において、
   前記内燃機関が無噴射減速運転状態のときに、所定量の燃料噴射を前記燃料噴射弁に指令する噴射指令手段と、
   前記噴射指令手段からの噴射指令信号により前記燃料噴射弁が燃料噴射を実行することにより生じる前記内燃機関の回転数の変動量に基づいて前記燃料噴射弁から実際に噴射された実噴射量を検出する噴射量検出手段と、
   前記噴射量検出手段により検出された前記実噴射量と前記噴射指令信号とに基づいて前記コモンレール圧を推定する圧力推定手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 燃料供給ポンプから供給されコモンレールで蓄圧された燃料を内燃機関の各気筒に設置された燃料噴射弁から噴射する燃料噴射システムに適用され、圧力センサが検出するコモンレール圧に基づいて前記燃料噴射システムを制御する燃料噴射制御装置において、
   前記内燃機関がアイドル運転状態のときに、所定量の燃料噴射を前記燃料噴射弁に指令する噴射指令手段と、
   前記噴射指令手段からの噴射指令信号により前記燃料噴射弁が燃料噴射を実行したときの各気筒の回転速度変動を検出し、気筒間の回転速度変動を平滑化するように各気筒の噴射量を補正するとともに、前記内燃機関の平均回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるように全気筒の前記燃料噴射弁の噴射量を一律に補正するアイドル噴射量補正手段と、
   前記噴射指令手段が前記燃料噴射弁に指令する所定量の指令噴射量と、前記内燃機関の平均回転速度をアイドル運転時の目標回転速度に一致させるように前記アイドル噴射量補正手段が全気筒の前記燃料噴射弁の噴射量を一律に補正したときの補正噴射量と、に基づいて前記コモンレール圧を推定する圧力推定手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
3. 前記圧力センサが検出する前記コモンレールの実圧力と前記コモンレールの目標圧力との偏差に基づいて前記燃料供給ポンプの吐出量を制御して前記コモンレール圧をフィードバック制御する圧力制御手段を備え、
   前記圧力制御手段は、前記圧力センサが異常の場合、前記圧力センサが検出する前記実圧力に代えて、前記圧力推定手段が推定する前記コモンレールの推定圧力と前記コモンレールの目標圧力との偏差に基づいて前記燃料供給ポンプの吐出量をフィードバック制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記圧力センサが検出する前記コモンレールの実圧力と、前記圧力推定手段が推定する前記コモンレールの推定圧力とを比較して前記圧力センサが異常であるか否かを診断する異常診断手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

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