JP2011149364A - 燃料噴射制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射量の高精度な推定を可能とし、以って、燃料噴射弁の劣化状態に応じた燃料噴射量の高精度な補正を可能とする燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、前記開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料噴射制御装置及び方法に関する。

周知のように、内燃機関に装着される燃料噴射弁は、高温、高圧及び強振動の環境下で使用されるため、経年劣化による動作異常が発生しやすい。例えば、燃料噴射量は、制御ユニットから燃料噴射弁に供給される駆動パルス信号の通電時間（換言すれば、駆動パルス信号のパルス幅）によって制御されているが、経年劣化によって燃料噴射弁に動作異常が発生すると、駆動パルス信号に対する開弁時期及び閉弁時期が変化するため、必要な燃料噴射量が得られなくなり、内燃機関の運転に深刻な悪影響を及ぼすことになる。

このような問題に対し、下記特許文献１には、内燃機関の運転中に燃料噴射弁の異常診断を実現する技術として、燃料噴射弁の開閉動作による振動を検出するノックセンサを内燃機関に設け、駆動パルス信号のオンタイミングから第１期間内に燃料噴射弁の開弁動作による所定レベルの振動が生じておらず、且つ駆動パルス信号のオフタイミングから第２期間内に燃料噴射弁の閉弁動作による所定レベルの振動が生じていない場合に、燃料噴射弁の動作異常と判定する技術が開示されている。

特許第３２４２５９６号公報

燃料噴射弁の経年劣化に対する対策としては、上記特許文献１に開示された技術のように、内燃機関の運転中に燃料噴射弁の異常診断を行うことも重要ではあるが、これだけでは異常と診断された場合に診断結果を運転手に報知し、運転手（或いは運転手に依頼された作業者）によって燃料噴射弁の交換作業を行うという対応しかとれず、継続的な内燃機関の運転を実現することは困難である。

そこで、燃料噴射弁の劣化状態に関わらず、継続的な内燃機関の運転を実現するための技術として、燃料噴射弁の劣化状態に応じて燃料噴射量の補正制御を行う技術の導入が検討されている。このような技術の導入には、現時点における燃料噴射弁の劣化状態で得られる燃料噴射量を高精度に推定可能な手法の確立が最重要事項となる。なぜなら、燃料噴射量の補正は、駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）の補正によって実現されるものであるが、燃料噴射量の推定誤差は通電時間の補正誤差に直結し、その結果、燃料噴射量の補正精度の低下を招くことになるからである。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射量の高精度な推定を可能とし、以って、燃料噴射弁の劣化状態に応じた燃料噴射量の高精度な補正を可能とする燃料噴射制御装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、前記開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記開弁時期検出手段は、外部の振動センサから入力される振動検出信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値及び初期値を基に算出した前記燃料噴射量の変化率が閾値以上であることを前記補正実施条件とすることを特徴とする。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記開弁時期検出手段は、所定の運転状態時に前記開弁時期の検出を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射量推定手段は、前記開弁時期検出手段によって検出された開弁時期Ｔ１、及び前記燃料噴射弁に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉと、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（２）式に基づいて、前記燃料噴射量の推定値Ｑを算出することを特徴とする。
Ｑ＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ−Ｔ１）＋Ｋ２・｛Ｔ１−（Ｂ・Ｔ１−Ｃ）｝〕 …（２）

また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射量推定手段は、前記燃料噴射弁の正常動作時において、前記開弁時期検出手段によって検出された開弁時期Ｔ０、及び前記燃料噴射弁に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉ０と、予め求めておいた前記係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（３）式に基づいて、前記燃料噴射量の初期値Ｑ０を予め算出しておくことを特徴とする。
Ｑ０＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ０−Ｔ０）＋Ｋ２・｛Ｔ０−（Ｂ・Ｔ０−Ｃ）｝〕…（３）

また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値Ｑと初期値Ｑ０との関係が前記補正実施条件を満足する場合、前記推定値Ｑの算出に用いた前記開弁時期Ｔ１と、前記初期値Ｑ０の算出に用いた前記開弁時期Ｔ０との時間差ΔＴを求め、当該時間差ΔＴと、前記初期値Ｑ０の算出に用いた前記通電時間Ｔｉ０と、前記係数Ｂ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（４）式に基づいて、前記燃料噴射弁に供給すべき前記駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを算出することを特徴とする。
Ｔｉｘ＝Ｔｉ０＋｛１＋（Ｂ−１）・Ｋ２／Ｋ１｝・ΔＴ …（４）

一方、本発明に係る燃料噴射制御方法は、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出工程と、前記開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定工程と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御工程と、を有することを特徴とする。

本願発明者は、燃料噴射弁の開弁時期と燃料噴射量との関係、及び燃料噴射弁の閉弁時期と燃料噴射量との関係について鋭意検証を行った結果、開弁時期と燃料噴射量との関係は強い比例関係になるが、閉弁時期と燃料噴射量との関係は極めて弱い比例関係になることから、閉弁時期を考慮して燃料噴射量の補正を行うと補正精度が悪化することを見出し、本発明を出願するに至った。
すなわち、本発明によれば、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期を検出し、当該検出した開弁時期を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、燃料噴射弁の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。

本実施形態におけるエンジン制御システムの構成概略図である。 本実施形態における燃料噴射制御装置（ＥＣＵ３）のブロック構成図である。 本実施形態によって燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる理由に関する第１説明図である。 本実施形態によって燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる理由に関する第２説明図である。 ＥＣＵ３のＣＰＵ４８が実行する燃料噴射量の補正制御処理を表すフローチャートである。 開弁時期Ｔ１の検出処理（ステップＳ３の処理）に関する第１説明図である。 開弁時期Ｔ１の検出処理（ステップＳ３の処理）に関する第２説明図である。 燃料噴射量の推定値Ｑの算出処理（ステップＳ４）に関する説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における燃料噴射制御装置（ＥＣＵ）を備えるエンジン制御システムの構成概略図である。この図１に示すように、本実施形態におけるエンジン制御システムは、エンジン１、燃料供給部２、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３から概略構成されている。

エンジン１は、４サイクルエンジンであり、シリンダ１０、ピストン１１、コンロッド１２、クランクシャフト１３、吸気バルブ１４、排気バルブ１５、点火プラグ１６、点火コイル１７、吸気管１８、排気管１９、エアクリーナ２０、スロットルバルブ２１、インジェクタ（燃料噴射弁）２２、吸気圧センサ２３、吸気温センサ２４、スロットル開度センサ２５、冷却水温センサ２６、クランク角度センサ２７及びノックセンサ（振動センサ）２８から概略構成されている。

シリンダ１０は、内部に設けられたピストン１１を、吸気、圧縮、燃焼（膨張）、排気の４行程を繰り返すことによって往復運動させるための中空の円筒形状部材であり、空気と燃料との混合気を燃焼室１０ｂに供給するための流路である吸気ポート１０ａ、上記混合気を留め、圧縮行程において圧縮された混合気を燃焼行程において燃焼させるための空間である燃焼室１０ｂ、排気行程において燃焼室１０ｂから排気ガスを外部に排出するための流路である排気ポート１０ｃが設けられている。また、このシリンダ１０の外壁には、冷却水を循環させるための冷却水路１０ｄが設けられている。

ピストン１１には、ピストン１１の往復運動を回転運動に変換するためのクランクシャフト１３がコンロッド１２を介して連結されている。クランクシャフト１３は、ピストン１１の往復方向と直交する方向に延在しており、不図示のフライホイール、ミッションギア等と連結されている。また、このクランクシャフト１３には、クランク角度を検出するために用いられるロータ１３ａが同軸接続されている。このロータ１３ａの外周には、複数の突起が回転方向に対して、各突起の後端が等角度間隔（例えば２０°間隔）になるように設けられている。

吸気バルブ１４は、吸気ポート１０ａにおける燃焼室１０ｂ側の開口部を開閉するための弁部材であり、不図示のカムシャフトと連結されており、当該カムシャフトによって各行程に応じて開閉駆動される。排気バルブ１５は、排気ポート１０ｃにおける燃焼室１０ｂ側の開口部を開閉するための弁部材であり、不図示のカムシャフトと連結されており、当該カムシャフトによって各行程に応じて開閉駆動される。

点火プラグ１６は、燃焼室１０ｂの内側に電極が露出するように燃焼室１０ｂの上部に設置されており、点火コイル１７から供給される高電圧信号によって電極間に火花を発生する。点火コイル１７は、１次巻線と２次巻線からなるトランスであり、ＥＣＵ３から１次巻線に供給される点火用電圧信号を昇圧して２次巻線から点火プラグ１６に供給する。

吸気管１８は、空気供給用の配管であり、内部の吸気流路１８ａが吸気ポート１０ａと連通するようにシリンダ１０に連結されている。排気管１９は、排気ガス排出用の配管であり、内部の排気流路１９ａが排気ポート１０ｃと連通するようにシリンダ１０に連結されている。エアクリーナ２０は、吸気管１８の上流側に設けられており、外部から取り込まれる空気を清浄化して吸気流路１８ａに送り込む。

スロットルバルブ２１は、吸気流路１８ａの内部に設けられており、スロットル操作（もしくはアクセル操作）に応じて回動する。つまり、スロットルバルブ２１の回動によって吸気流路１８ａの断面積が変化し、吸気量が変化する。インジェクタ２２は、吸気ポート１０ａ側に噴射口が露出するように吸気管１８に設置されており、ＥＣＵ３による制御の下、燃料供給部２から供給される燃料を噴射口から噴射する。具体的には、このインジェクタ２２は、ＥＣＵ３から供給される駆動パルス信号に応じて開弁動作及び閉弁動作を行うことで燃料を噴射する。つまり、燃料噴射量は、ＥＣＵ３からインジェクタ２２に供給される駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）によって制御されている。

吸気圧センサ２３は、例えばピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力センサであり、スロットルバルブ２１の下流側において吸気流路１８ａ側に感度面が露出するように吸気管１８に設置されており、吸気管１８内の吸気圧に応じた吸気圧信号をＥＣＵ３に出力する。吸気温センサ２４は、スロットルバルブ２１の上流側において吸気流路１８ａ側に感部が露出するように吸気管１８に設置されており、吸気管１８内の吸気温度に応じた吸気温信号をＥＣＵ３に出力する。スロットル開度センサ２５は、スロットルバルブ２１の開度に応じたスロットル開度信号をＥＣＵ３に出力する。

冷却水温センサ２６は、冷却水路１０ｄ側に感部が露出するようにシリンダ１０に設置されており、冷却水路１０ｄを流れる冷却水の温度に応じた冷却水温信号をＥＣＵ３に出力する。クランク角度センサ２７は、例えば電磁式ピックアップセンサであり、ロータ１３ａの外周に設けられた各突起がセンサ近傍を通過する毎に極性の異なる１対のパルス状の信号をＥＣＵ３に出力する。より詳細には、クランク角度センサ２７は、回転方向に対して各突起の前端が通過した場合、負極性の振幅を有するパルス状の信号を出力し、回転方向に対して各突起の後端が通過した場合、正極性の振幅を有するパルス状の信号を出力する。

なお、図１では、説明の便宜上、１気筒分の構成しか図示していないが、実際には、エンジン１の気筒数に応じて、シリンダ１０、ピストン１１、コンロッド１２、吸気バルブ１４、排気バルブ１５、点火プラグ１６、点火コイル１７、吸気管１８、排気管１９、エアクリーナ２０、スロットルバルブ２１、インジェクタ２２、吸気圧センサ２３、吸気温センサ２４、スロットル開度センサ２５及び冷却水温センサ２６が必要に応じて１つ又は複数設けられている。

また、これらのエンジン１の構成要素は、不図示のシリンダブロックを基体として一体的に組み込まれている。本実施形態では、このシリンダブロックの所定位置にノックセンサ２８が配置されている。このノックセンサ２８は、例えば加速度センサ等の振動センサであり、配置位置における振動を検出して、その検出結果を示す振動検出信号をＥＣＵ３に出力する。

燃料供給部２は、燃料タンク３０及び燃料ポンプ３１から構成されている。燃料タンク３０は、例えばガソリン燃料、或いはアルコール燃料などの燃料を溜めておくための容器である。燃料ポンプ３１は、燃料タンク３０内に設けられており、ＥＣＵ３から入力されるポンプ駆動信号に応じて、燃料タンク３０内の燃料を汲み出してインジェクタ２２に供給する。

ＥＣＵ３は、エンジン制御システムの全体動作を統括制御するものであり、図２に示すように、波形整形回路４０、回転数カウンタ４１、Ａ／Ｄ変換器４２、点火回路４３、インジェクタ駆動回路４４、ポンプ駆動回路４５、ＲＯＭ(Read Only Memory)４６、ＲＡＭ(Random Access Memory)４７及びＣＰＵ（Central Processing Unit）４８を備えている。

波形整形回路４０は、クランク角度センサ２７から入力されるクランク信号を、方形波のパルス信号（例えば負極性のクランク信号をハイレベルとし、正極性及びグランドレベルのクランク信号をローレベルとする）に波形整形し、回転数カウンタ４１及びＣＰＵ４８に出力する。つまり、この方形波のパルス信号は、クランクシャフト１３が２０°回転する際に要した時間を周期とする方形波のパルス信号である。以下では、この波形整形回路４０から出力される方形波のパルス信号をクランクパルス信号と称す。

回転数カウンタ４１は、上記波形整形回路４０から入力されるクランクパルス信号に基づいてエンジン回転数を算出し、その算出結果をＣＰＵ４８に出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、吸気圧センサ２３から入力される吸気圧信号、吸気温センサ２４から入力される吸気温信号、スロットル開度センサ２５から入力されるスロットル開度信号、冷却水温センサ２６から入力される冷却水温信号、及びノックセンサ２８から入力される振動検出信号を、デジタル信号（吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値、振動波形データ）に変換してＣＰＵ４８に出力する。

点火回路４３は、不図示のバッテリから供給される電源電圧を蓄積するコンデンサを備え、ＣＰＵ４８から入力される点火制御信号に応じて、コンデンサに蓄積された電荷を点火用電圧信号として点火コイル１７の１次巻線に放電する。インジェクタ駆動回路４４は、ＣＰＵ４８から入力される燃料噴射制御信号に応じて、インジェクタ２２を駆動するための駆動パルス信号を生成し、当該駆動パルス信号をインジェクタ２２に出力する。ポンプ駆動回路４５は、ＣＰＵ４８から入力される燃料供給制御信号に応じて、燃料ポンプ３１を駆動するためのポンプ駆動信号を生成し、当該ポンプ駆動信号を燃料ポンプ３１に出力する。

ＲＯＭ４６は、ＣＰＵ４８によって実行されるエンジン制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ４７は、ＣＰＵ４８がエンジン制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。

ＣＰＵ４８は、ＲＯＭ４６に記憶されているエンジン制御プログラムを実行し、波形整形回路４０から入力されるクランクパルス信号、回転数カウンタ４１から得られるエンジン回転数、Ａ／Ｄ変換器４２から得られる吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値及び振動波形データに基づいて、エンジン１の燃料噴射、点火、燃料供給に関する制御を行う。具体的には、ＣＰＵ４８は、点火タイミングに点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路４３に出力し、燃料噴射タイミングにインジェクタ２２から所定量の燃料を噴射させるための燃料噴射制御信号をインジェクタ駆動回路４４に出力し、また、インジェクタ２２に燃料を供給するための燃料供給制御信号をポンプ駆動回路４５に出力する。

また、このＣＰＵ４８は、エンジン制御プログラムの実行によって実現される機能として、開弁時期検出部４８ａ、燃料噴射量推定部４８ｂ及び補正制御部４８ｃを備えている。開弁時期検出部４８ａは、Ａ／Ｄ変換器４２から得られる振動波形データに基づいて、インジェクタ２２の開弁時期を検出する。燃料噴射量推定部４８ｂは、開弁時期検出部４８ａによって検出されたインジェクタ２２の開弁時期に基づいて、現時点におけるインジェクタ２２の劣化状態で得られる燃料噴射量を推定する（燃料噴射量の推定値を算出する）。また、補正制御部４８ｃは、燃料噴射量推定部４８ｂによって算出された燃料噴射量の推定値と予め求めておいた燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合に燃料噴射量の補正制御を行う。

これら開弁時期検出部４８ａ、燃料噴射量推定部４８ｂ及び補正制御部４８ｃの機能についての詳細は後述するが、これらの機能をＣＰＵ４８に設けることにより、現時点におけるインジェクタ２２の劣化状態で得られる燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる。以下、その理由について説明する。

本願発明者は、インジェクタ２２の開弁時期と燃料噴射量との関係、及びインジェクタ２２の閉弁時期と燃料噴射量との関係について鋭意検証を行った。図３は、インジェクタ２２に所定のパルス幅を有する駆動パルス信号Ｐを供給した場合における、インジェクタ２２のソレノイドコイルに流れる励磁電流Ｉと、インジェクタ２２のプランジャのリフト量Ｌと、インジェクタ２２の開弁及び閉弁動作による振動波形Ｇとの時間変化を示す図である。なお、図３では、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングをｔ０としている。

図３に示すように、駆動パルス信号Ｐがオンになっても励磁電流Ｉは緩やかに上昇するため、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過後に、インジェクタ２２のプランジャが開弁方向にリフトする。この時、インジェクタ２２の開弁動作による振動によって振動波形Ｇが大きく振れることになる。つまり、振動波形Ｇからインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を検出することができる。

一方、図３に示すように、駆動パルス信号Ｐがオフになっても励磁電流Ｉは緩やかに下降するため、駆動パルス信号Ｐのオフタイミングから一定時間経過後に、インジェクタ２２のプランジャが閉弁方向にリフトする。この時、インジェクタ２２の閉弁動作による振動によって振動波形Ｇが大きく振れることになる。つまり、振動波形Ｇからインジェクタ２２の閉弁時期Ｔ２を検出することができる。

図４（ａ）は、上記のように検出したインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１と燃料噴射量Ｑとの関係を表す検証結果であり、図４（ｂ）は、上記のように検出したインジェクタ２２の閉弁時期Ｔ２と燃料噴射量Ｑとの関係を表す検証結果である。これら図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、開弁時期Ｔ１と燃料噴射量Ｑとの関係は強い比例関係になるが、閉弁時期Ｔ２と燃料噴射量Ｑとの関係は極めて弱い比例関係になることがわかる。

本願発明者は、このような検証結果を基に、閉弁時期Ｔ２を考慮して燃料噴射量Ｑの補正を行うと補正精度が悪化することを見出し、本発明を出願するに至った。すなわち、本実施形態によれば、開弁時期検出部４８ａによって燃料噴射量Ｑと強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を検出し、燃料噴射量推定部４８ｂによって開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、インジェクタ２２の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。

以下では、上記のような燃料噴射量の高精度な推定及び補正を実現可能とする開弁時期検出部４８ａ、燃料噴射量推定部４８ｂ及び補正制御部４８ｃの機能について詳細に説明する。図５は、ＥＣＵ３のＣＰＵ４８が実行する燃料噴射量の補正制御処理を表すフローチャートである。なお、ＣＰＵ４８は、図５に示す燃料噴射量の補正制御処理を、エンジン１の起動後から一定周期で繰り返し実行するものである。

この図５に示すように、まず、ＣＰＵ４８の開弁時期検出部４８ａは、エンジン１が所定の運転状態（本実施形態では、暖気運転後のアイドリング状態）か否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、開弁時期検出部４８ａは、回転数カウンタ４１から得られるエンジン回転数Ｎｅが例えば７１０±２０（ｒｐｍ）であって、且つＡ／Ｄ変換器４２から得られる冷却水温値Ｔｗが例えば９０°Ｃ以上であれば、エンジン１が暖気運転後のアイドリング状態であると判断する。

開弁時期検出部４８ａは、上記ステップＳ１において「Ｎｏ」の場合、燃料噴射量の補正制御処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、Ａ／Ｄ変換器４２から振動波形データ（つまり、ノックセンサ２８から出力される振動検出信号をデジタル信号化したもの）を取り込み（ステップＳ２）、この振動波形データからインジェクタ２２の開弁動作による振動波形Ｇを抽出し、当該抽出した振動波形Ｇからインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を検出する（ステップＳ３）。以下、このステップＳ３の処理、すなわち、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１の検出処理について詳細に説明する。

図６（ａ）は、ノックセンサ２８から出力される振動検出信号と、インジェクタ２２に供給される駆動パルス信号Ｐとの波形を示す図である。なお、図６（ａ）において、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングをｔ０としている。図６（ａ）に示すように、ノックセンサ２８から出力される振動検出信号には、インジェクタ２２の開弁動作による振動の周波数成分の他、様々な振動の周波数成分（ノイズ成分）が含まれている。

そこで、開弁時期検出部４８ａは、Ａ／Ｄ変換器４２から取り込んだ振動波形データにバンドパスフィルタ処理（デジタルフィルタリング）及び絶対値処理を施すことにより、振動波形データからインジェクタ２２の開弁動作による振動の周波数成分（振動波形Ｇ）を抽出する。図６（ｂ）に、バンドパスフィルタ処理及び絶対値処理後に得られた開弁動作による振動波形Ｇを示す。なお、この振動波形Ｇは、本来デジタルデータとして得られるものであるが、図６（ｂ）では視覚的な理解を容易とするために、アナログ波形で表示している。

そして、開弁時期検出部４８ａは、図７に示すように、振動波形Ｇにおいて、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過するまでの区間ＴＳ０を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間から除外する。これは、図３で説明したように、インジェクタ２２が、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過後に開弁動作を行うためである。なお、この区間ＴＳ０の値は、インジェクタ２２の機種に応じて適宜設定すれば良い。

そして、開弁時期検出部４８ａは、図７に示すように、区間ＴＳ０の終了タイミングから駆動パルス信号Ｐのオフタイミングまでの区間を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間ＴＳとして設定し、この検出対象区間ＴＳ内において、振動波形Ｇが最大振幅値となるタイミングＴ１’を検出する。この振動波形Ｇが最大振幅値となるタイミングＴ１’には、インジェクタ２２の開弁動作による振動の伝達時間Ｔ＿Ｄが含まれている。そこで、開弁時期検出部４８ａは、下記（１）式に基づいて、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を算出する。
Ｔ１ ＝ Ｔ１’− Ｔ＿Ｄ …（１）

なお、伝達時間Ｔ＿Ｄは、エンジン１の気筒毎に適宜設定すれば良い。インジェクタ２２からノックセンサ２８までの振動の伝達距離や共振の仕方は、エンジン１の気筒毎に変化するため、開弁時期Ｔ１の検出精度（算出精度）を確保する上で、伝達時間Ｔ＿Ｄの設定が必要となる。

以上がステップＳ３の処理、すなわち、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１の検出処理についての説明であり、以下、図５に戻って説明を続ける。図５に示すように、上記ステップＳ３の終了後、ＣＰＵ４８の燃料噴射量推定部４８ｂは、開弁時期検出部４８ａによって検出（算出）されたインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１に基づいて、燃料噴射量の推定値Ｑを算出する（ステップＳ４）。

具体的には、燃料噴射量推定部４８ｂは、開弁時期検出部４８ａによって検出された開弁時期Ｔ１、及びインジェクタ２２に供給された駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）Ｔｉと、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（２）式に基づいて、燃料噴射量の推定値Ｑを算出する。
Ｑ＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ−Ｔ１）＋Ｋ２・｛Ｔ１−（Ｂ・Ｔ１−Ｃ）｝〕 …（２）

上記（２）式において、係数Ａは、インジェクタ２２の静的噴射量Ｑｗｏｔ（或いは静的噴射量Ｑｗｏｔを補正したもの）であり、工場出荷時の実測値、或いはインジェクタ２２の機種毎に設定された固定値である。また、係数Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２は、予め実験的に求められた実験係数である。図８は、燃料噴射量Ｑと時間ｔとの関係を示している。上記（２）式の第１項は図８中の領域Ｗ１の面積を表しており、第２項は図８中の領域Ｗ２、Ｗ３の面積を表している。

つまり、理論的には、燃料噴射量の推定値Ｑは、図８中の領域Ｗ１のみを考慮して、単位時間当たりの燃料噴射量である静的噴射量Ｑｗｏｔに開弁時間（Ｔｉ−Ｔ１）を乗算すれば算出できるが、実際には、インジェクタ２２の開弁動作は駆動パルス信号のオンタイミングに対して遅れて追従するため、単位時間当たりの燃料噴射量が瞬時に静的噴射量Ｑｗｏｔまで到達することはない（領域Ｗ２の発生）。同様に、インジェクタ２２の閉弁動作は駆動パルス信号のオフタイミングに対して遅れて追従するため、単位時間当たりの燃料噴射量が瞬時にゼロに到達することはない（領域Ｗ３の発生）。従って、図８中の領域Ｗ１だけでなく、領域Ｗ２及びＷ３も考慮した（２）式を用いることで、正確に燃料噴射量の推定値Ｑを算出することができる。

上記ステップＳ４の終了後、ＣＰＵ４８の補正制御部４８ｃは、燃料噴射量推定部４８ｂによって算出された燃料噴射量の推定値Ｑと予め求めておいた燃料噴射量の初期値Ｑ０とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足しているか否かを判断する（ステップＳ５）。本実施形態において、補正制御部４８ｃは、燃料噴射量の推定値Ｑ及び初期値Ｑ０を基に算出した燃料噴射量の変化率Ｘ（＝Ｑ／Ｑ０）が閾値以上であることを補正実施条件としている。つまり、補正制御部４８ｃは、ステップＳ５において、燃料噴射量の変化率Ｘが閾値以上であった場合に、補正実施条件を満足していると判断する。

なお、燃料噴射量の初期値Ｑ０は、燃料噴射量推定部４８ｂによって予め算出されていた値である。つまり、燃料噴射量推定部４８ｂは、インジェクタ２２の正常動作時において、開弁時期検出部４８ａによって検出された開弁時期Ｔ０、及びインジェクタ２２に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉ０と、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（３）式に基づいて、燃料噴射量の初期値Ｑ０を予め算出しておく機能を有している。
Ｑ０＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ０−Ｔ０）＋Ｋ２・｛Ｔ０−（Ｂ・Ｔ０−Ｃ）｝〕…（３）

補正制御部４８ｃは、上記ステップＳ５において「Ｎｏ」の場合、つまり燃料噴射量の変化率Ｘが閾値未満であって補正実施条件を満足しない場合、燃料噴射量の補正制御処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、燃料噴射量の補正制御を行う（ステップＳ６）。

具体的には、補正制御部４８ｃは、燃料噴射量の推定値Ｑの算出に用いた開弁時期Ｔ１と、初期値Ｑ０の算出に用いた開弁時期Ｔ０との時間差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）を求める。そして、補正制御部４８ｃは、上記のように求めた時間差ΔＴと、初期値Ｑ０の算出に用いた通電時間Ｔｉ０と、係数Ｂ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（４）式に基づいて、インジェクタ２２に供給すべき駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを算出する。
Ｔｉｘ＝Ｔｉ０＋｛１＋（Ｂ−１）・Ｋ２／Ｋ１｝・ΔＴ …（４）

なお、上記（４）式は、インジェクタ２２の経年劣化により時間差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）が生じたと仮定し、上記（２）式にＴ１＝Ｔ０＋ΔＴを代入して得られる燃料噴射量の推定値Ｑと、上記（３）で表される燃料噴射量の初期値Ｑ０とが等しくなるような通電時間Ｔｉを（２）式及び（３）式の変形によって求め、その求めた通電時間ＴｉをＴｉｘで表記したものである。つまり、上記（４）式は、現在の燃料噴射量Ｑを初期値Ｑ０に補正するための駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを表している。

そして、補正制御部４８ｃは、上記（４）式を用いて算出した駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘをインジェクタ駆動回路４４に指示する。これにより、インジェクタ駆動回路４４から通電時間（パルス幅）Ｔｉｘを有する駆動パルス信号がインジェクタ２２に供給され、現在の燃料噴射量Ｑが初期値Ｑ０に補正されることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を検出し、当該検出した開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、インジェクタ２２の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、上記（２）式に基づいて燃料噴射量の推定値Ｑを算出する場合を例示したが、本発明の趣旨は、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うことであるため、開弁時期Ｔ１の関数であれば、他の推定値Ｑの算出式を用いても良い（勿論、推定値Ｑの算出式が変われば、それに応じて、初期値Ｑ０の算出式及び駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘの算出式も変わることになる）。

（２）上記実施形態では、燃料噴射量の推定値Ｑ及び初期値Ｑ０を基に算出した燃料噴射量の変化率Ｘ（＝Ｑ／Ｑ０）が閾値以上であることを補正実施条件とする場合を例示したが、補正実施条件はこれに限定されるものでなく、経年劣化の進行度が補正の実施を必要とするレベルか否かを判断できるような条件であれば、他の条件を用いても良い。

（３）上記実施形態では、開弁時期Ｔ１の検出処理（ステップＳ３の処理）について、図６及び図７を参照しながら詳細に説明したが、開弁時期Ｔ１の検出手法はこれに限定されるものでなく、開弁時期Ｔ１を高精度に検出可能な手法であれば、他の検出手法を採用しても良い。

１…エンジン、２…燃料供給部、３…ＥＣＵ（Electronic Control Unit）、１０…シリンダ、１１…ピストン、１２…コンロッド、１３…クランクシャフト、１４…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…点火プラグ、１７…点火コイル、１８…吸気管、１９…排気管、２０…エアクリーナ、２１…スロットルバルブ、２２…インジェクタ、２３…吸気圧センサ、２４…吸気温センサ、２５…スロットル開度センサ、２６…冷却水温センサ、２７…クランク角度センサ、３０…燃料タンク、３１…燃料ポンプ、４０…波形整形回路、４１…回転数カウンタ、４２…Ａ／Ｄ変換器、４３…点火回路、４４…インジェクタ駆動回路、４５…ポンプ駆動回路、４６…ＲＯＭ(Read Only Memory)、４７…ＲＡＭ(Random Access Memory)、４８…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、４８ａ…開弁時期検出部、４８ｂ…燃料噴射量推定部、４８ｃ…補正制御部

Claims (8)

1. 燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、
   前記開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、
   前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記開弁時期検出手段は、外部の振動センサから入力される振動検出信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値及び初期値を基に算出した前記燃料噴射量の変化率が閾値以上であることを前記補正実施条件と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. 前記開弁時期検出手段は、所定の運転状態時に前記開弁時期の検出を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料噴射量推定手段は、前記開弁時期検出手段によって検出された開弁時期Ｔ１、及び前記燃料噴射弁に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉと、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（２）式に基づいて、前記燃料噴射量の推定値Ｑを算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
   Ｑ＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ−Ｔ１）＋Ｋ２・｛Ｔ１−（Ｂ・Ｔ１−Ｃ）｝〕 …（２）
6. 前記燃料噴射量推定手段は、前記燃料噴射弁の正常動作時において、前記開弁時期検出手段によって検出された開弁時期Ｔ０、及び前記燃料噴射弁に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉ０と、予め求めておいた前記係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（３）式に基づいて、前記燃料噴射量の初期値Ｑ０を予め算出しておくことを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射制御装置。
   Ｑ０＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ０−Ｔ０）＋Ｋ２・｛Ｔ０−（Ｂ・Ｔ０−Ｃ）｝〕…（３）
7. 前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値Ｑと初期値Ｑ０との関係が前記補正実施条件を満足する場合、前記推定値Ｑの算出に用いた前記開弁時期Ｔ１と、前記初期値Ｑ０の算出に用いた前記開弁時期Ｔ０との時間差ΔＴを求め、当該時間差ΔＴと、前記初期値Ｑ０の算出に用いた前記通電時間Ｔｉ０と、前記係数Ｂ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（４）式に基づいて、前記燃料噴射弁に供給すべき前記駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを算出することを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射制御装置。
   Ｔｉｘ＝Ｔｉ０＋｛１＋（Ｂ−１）・Ｋ２／Ｋ１｝・ΔＴ …（４）
8. 燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、
   前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出工程と、
   前記開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定工程と、
   前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御工程と、
   を有することを特徴とする燃料噴射制御方法。

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