JP2012163056A - 燃料噴射システム、燃料噴射制御装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレールへの燃料の噴射量の制御性能を向上させる技術を提供する。
【解決手段】本燃料噴射システムは、蓄圧部６０と、シリンダと、加圧移動で圧力室５３内の容積変化を生じさせることによって燃料を蓄圧部へ圧送するプランジャ５１と、蓄圧部に蓄圧された燃料を噴射するインジェクタを有する噴射部と、インジェクタからの燃料の噴射量を制御する制御部と、を備える。制御部は、インジェクタからの燃料の噴射期間中における蓄圧部への燃料の圧送量を算出する圧送量算出部と、噴射期間中における圧送量に基づいて噴射期間の補正量を決定する補正量決定部と、を有し、圧送量算出部は、圧力室５３の内周面とプランジャ５１の外周面との間の隙間からの燃料の漏洩量を推定し、推定された漏洩量と、加圧移動時のプランジャ５１のストロークに応じた圧力室５３内の容積変化量と、を使用して圧送量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を加圧して噴射する技術に関し、特に内燃機関の燃焼に使用される燃料の噴射に好ましい技術に関する。

内燃機関の燃料噴射システムとして、コモンレール（蓄圧部）式の燃料噴射システムが知られている。この燃料噴射システムは、コモンレールへ燃料を圧送する圧送ポンプを備えている。近年、多種の内燃機関、すなわち気筒数が異なる内燃機関（例えば、４気筒エンジン、５気筒エンジン、６気筒エンジン等）に対し、共通の圧送ポンプを使用する共用化が図られている。この共用化のために、内燃機関の燃焼サイクル（各気筒のインジェクタの噴射サイクル）と、圧送ポンプからの燃料の圧送サイクルとが、必ずしも同期しなくともコモンレールへ燃料圧送を行える非同期化が求められている。しかしながら、一般的に、燃料の圧送とインジェクタの噴射の非同期化は、インジェクタの実噴射量の変動の要因となって気筒間噴射量に差が発生していた。インジェクタの実噴射量の変動は、コモンレールへの燃料の圧送期間とインジェクタの噴射期間とに重複が発生すると、インジェクタの噴射量が変動することに起因していた。このような問題に対して、噴射期間における燃料の圧送量から補正量を算出し、インジェクタの指令噴射量を補正する技術も提案されている（特許文献１）。この補正量は、インジェクタの噴射期間におけるコモンレールへの燃料の圧送量を算出し、その算出量とコモンレール圧力から算出される。

一方、従来は、圧送ポンプの吐出量は、コモンレールへの燃料の圧送を行なう圧送ポンプが容積型ポンプであることを利用して、その内部の圧力室の容積変化に基づいて算出することが出願時の当業者の技術常識として形成されていた。容積型ポンプとは、圧力室の容積を往復運動または回転運動で変化させて液体を吐出するポンプである。

特開２００５−１２７１６４号公報

しかし、本発明者は、圧送ポンプの吐出圧の高圧化に伴って圧送ポンプにおける、吐出圧送時の漏洩が無視できない量となりつつある点を新たに発見した。

本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、コモンレールへの燃料の噴射量の制御性能を向上させる技術を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。

請求項１の燃料噴射システムは、燃料を蓄圧する蓄圧部と、内部に圧力室が形成されているシリンダと、前記シリンダ内において加圧方向への移動である加圧移動を行ない、前記加圧移動で前記圧力室内の容積変化を生じさせることによって燃料を前記蓄圧部へ圧送するプランジャと、前記蓄圧部に蓄圧された燃料を噴射するインジェクタを有する噴射部と、前記インジェクタからの燃料の噴射量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インジェクタからの燃料の噴射期間中における前記蓄圧部への燃料の圧送量を算出する圧送量算出部と、前記噴射期間中における圧送量に基づいて前記噴射期間の補正量を決定する補正量決定部と、を有し、前記圧送量算出部は、前記シリンダの内周面（圧力室を形成）と前記プランジャの外周面との間の隙間からの燃料の漏洩量を推定し、前記推定された漏洩量と、前記加圧移動時のプランジャのストロークに応じた前記圧力室内の容積変化量と、を使用して前記圧送量を算出する。

上記発明によれば、インジェクタからの燃料の噴射期間中における蓄圧部への燃料の圧送量を算出し、その圧送量に基づいて噴射期間の補正量を予め決定することができるので、フィードフォワード制御を実現することができる。本圧送量は、圧力室を形成するシリンダの内周面とプランジャの外周面との間の隙間からの燃料の漏洩量を推定し、その推定値を利用して圧送量を算出することができるので、その隙間からの燃料の漏洩量に起因する圧送量の誤差を抑制することができる。これにより、コモンレールからの燃料の噴射量の算出精度を向上させることができる。

本発明者の実験によれば、シリンダの内周面とプランジャの外周面との間の隙間からの漏れは、コモンレールへの吐出圧の上昇に応じて非線形（急激）に増大することが見出された。したがって、容積型ポンプとの仮定に基づく算出値を補正する方法では、吐出圧の高圧化に対応できないので、本発明は、コモンレールの超高圧化において重要性を増す技術である。

請求項２の発明は、前記蓄圧部の内部圧力を計測するセンサを備え、前記噴射部は、複数のインジェクタを有し、前記制御部は、前記複数のインジェクタのうち前記噴射期間外に前記蓄圧部への燃料の圧送を実行する基準インジェクタを決定する機能と、前記複数のインジェクタのうち前記噴射期間内に前記蓄圧部への燃料の圧送を実行する補正対象インジェクタを決定する機能と、前記噴射期間中における前記蓄圧部の内部圧力に基づいて、前記基準インジェクタの噴射量である基準噴射量と、前記補正対象インジェクタの噴射量である補正噴射量とを実測する噴射量実測部と、前記基準噴射量と前記補正噴射量の差に基づいてフィードバック量を決定する機能と、を有し、前記補正量決定部は、前記フィードバック量に基づいて前記補正量を調整する。

請求項２の発明では、噴射期間中における蓄圧部の内部圧力に基づいて、基準インジェクタの噴射量である基準噴射量と、補正対象インジェクタの噴射量である補正噴射量との差に基づいてフィードバック量を決定することができるので、フィードフォワード補正の予測の誤差を補償して信頼性と精度の高い補正を実現することができる。

請求項３の発明では、前記圧送量算出部は、前記隙間を流れる燃料の流れに対する抵抗値を前記ストロークに基づいて算出し、前記抵抗値を使用して前記漏洩量を推定することを特徴とする。

上記発明によれば、シリンダの内周面とプランジャの外周面との間の隙間からの漏洩の算出において、燃料の流れに対する流路抵抗の抵抗値をストロークに基づいて算出することができるので、漏洩量を簡易かつ正確に推定することができる。

請求項４の発明では、前記圧送量算出部は、前記加圧時の圧力室内の圧力であるプランジャ室圧と、前記蓄圧部の圧力との差に基づいて前記蓄圧部への圧送速度を算出することを特徴とする。

上記発明によれば、プランジャ室圧と蓄圧部の圧力との差に基づいて、高圧通路への圧送速度を算出することができる。この方法は、容積型ポンプとの仮定に基づき容積型ポンプの圧力室の容積変化に応じて圧送量を算出する従来の方法と相違し、圧力室内の容積変化から圧力変化を算出し、その圧力変化に基づいて圧送量を算出することができる。これにより、従来の容積型ポンプとの仮定を必要しないので、超高圧化に伴って忠実性が低下する容積型ポンプの仮定に起因する誤差を排除して正確かつ信頼性の高い計測を超高圧化で実現することができるのである。

請求項５の発明では、前記圧送量算出部は、前記燃料を所定の圧縮性流体とみなし、前記所定の圧縮性流体の体積弾性係数を使用して前記加圧移動に起因する前記加圧時の圧力室内の圧力であるプランジャ室圧の上昇量を算出し、前記所定の圧縮性流体は、前記シリンダと前記プランジャの少なくとも一方の弾性変形と、前記燃料の体積弾性変形の少なくとも一方に基づいて予め決定されている体積弾性係数を有することを特徴とする。

上記発明によれば、燃料がシリンダとプランジャの少なくとも一方の弾性変形と、燃料の体積弾性変形の少なくとも一方に基づいて予め決定されている体積弾性係数を有する所定の圧縮性流体として扱われているので、簡易に弾性変形による圧力室５３の拡大を考慮した計算を実現することができる。

なお、本発明は、燃料噴射システムだけでなく、燃料噴射制御装置やその制御方法や制御機能を具現化するコンピュータプログラム、そのプログラムを格納するプログラム媒体あるいはプログラム製品といった形で具現化することもできる。

本実施形態にかかるコモンレール式燃料噴射システム１０の構成を示す全体構成図。 コモンレールの圧力と高圧ポンプの吐出量の関係の実験結果を表すグラフ。 高圧ポンプ５０の吐出量を計算するための算出式を示す図。 高圧ポンプ５０の吐出量を計算するための処理内容を示すフローチャート。 インジェクタの噴射期間とコモンレールへの圧送期間（吐出期間）の重複に起因して噴射量が増加する様子を示す説明図。 本実施形態の噴射補正の内容を比較例と比較して示す説明図。 噴射量補正を実行するための処理内容を示すフローチャート。 本処理の主要な処理の内容を示すブロック図。 噴射量補正に使用される算出式を示す図。 非重複時と重複時の噴射におけるコモンレール内部の燃料の圧力降下の様子を示すチャート。

以下、本発明にかかるコモンレール式燃料噴射システム１０を搭載したディーゼルエンジンに適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（吐出量算出処理の内容）
図１は、本実施形態にかかるコモンレール式燃料噴射システム１０の構成を示す全体構成図である。コモンレール式燃料噴射システム１０は、図示しない４サイクル（ストローク）の４気筒ディーゼルエンジン８０（以下エンジンと呼ぶ）の各気筒に燃料を噴射するためのシステムである。コモンレール式燃料噴射システム１０は、４個のインジェクタ７１〜７４と、蓄圧容器であるコモンレール６０と、コモンレール６０に燃料を圧力送する高圧ポンプ５０と、高圧ポンプ５０に燃料を供給するフィードポンプ３０と、フィードポンプ３０から高圧ポンプ５０への燃料供給量を制御する供給制御弁（ＳＣＶ）４０と、燃料タンク２０と、これらを電子制御する電子制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）７０とを備えている。

なお、コモンレール６０は、蓄圧部とも呼ばれる。また、電子制御ユニット７０は、制御装置や制御部とも呼ばれ、上述の圧送量算出部としても機能している。

コモンレール６０は、高圧燃料を蓄圧してインジェクタ７１〜７４に供給するための蓄圧容器である。コモンレール６０には、高圧供給配管１６を介して高圧ポンプ５０から吐出された高圧燃料が供給されている。高圧供給配管１６には、高圧ポンプ５０への逆流防止用のチェックバルブ１５が装備されている。コモンレール６０は、その内部に蓄圧されている高圧燃料の圧力を計測するレール圧センサ６１を備えている。レール圧センサ６１の出力値Ｐoutは、ＥＣＵ７０に入力されている。ＥＣＵ７０は、レール圧力Ｐoutに基づいてコモンレール６０の内部に蓄圧されている高圧燃料の総量の変動量を推定することができる。本推定の詳細については後述する。

ＥＣＵ７０は、エンジン回転数Ｎｅやアクセル量に応じて噴射タイミングや噴射量を決定し、４個のインジェクタ７１〜７４に対して噴射指令を実行する。インジェクタ７１〜７４は、コモンレール６０から供給された高圧燃料を４気筒ディーゼルエンジン８０の各気筒に燃料を噴射するための電磁式燃料噴射弁である。噴射量については、さらに噴射タイミングと高圧ポンプ５０からコモンレール６０への圧送タイミングの重複が発生している場合には補正処理が実行される。補正処理の内容については後述する。なお、インジェクタ７１〜７４は、噴射部とも呼ばれる。

燃料タンク２０には、フィードポンプ３０に燃料を供給するための燃料供給配管１１とリターン流路１７とが接続されている。リターン流路１７は、高圧ポンプ５０のリーク燃料を燃料タンク２０に還流させるための流路である。リターン流路１７には、コモンレール６０のリーク燃料を還流させるためのリターン流路１８と、インジェクタ７１〜７４のリーク燃料を還流させるためのリターン流路１９とが直接的にあるいは間接的に接続されている。

フィードポンプ３０は、供給制御弁４０と燃料供給配管１２，１３とを介して高圧ポンプ５０に燃料を供給する。燃料供給配管１３には、供給制御弁４０への逆流防止用のチェックバルブ１４が装備されている。供給制御弁４０は、高圧ポンプ５０への燃料の供給量を調整（絞り調整）するための弁である。供給量の調整は、ＥＣＵ７０からの指令によって行なわれる。

高圧ポンプ５０は、円筒状の内壁であるシリンダ壁面５４と、シリンダ壁面５４に摺動可能に格納されているプランジャ５１と、プランジャ５１に往復運動させるために駆動するカム５２とを備えている。プランジャ５１は、シリンダ壁面５４とともに圧力室５３を形成する平面状の端面５６と、円柱外周面の形状を有する外周面５５とを有している。外周面５５は、シリンダ壁面５４との間にミクロンオーダーの微小なクリアランス量Ｃｒの隙間を有するような外径に設定されている。外周面５５とシリンダ壁面５４との間の潤滑性は、燃料の一部が圧力室５３から内部リターン流路５８にリークすることで実現されている。

高圧ポンプ５０の作動内容は以下のとおりである。カム５２は、エンジン８０のクランクシャフト（図示せず）からの駆動力によって角速度ωで回転する。高圧ポンプ５０は、図１では、プランジャ５１が下死点からストロークＸ１だけ圧力室５３を狭くする方向に移動した状態である。下死点は、プランジャ５１の端面５６がシリンダ壁面５４の端部面５７から距離Ｌだけ挿入された位置に設定されている。外周面５５とシリンダ壁面５４との間の摺動面は、軸線方向に長さＸ２だけ形成されている。長さＸ２は、端部面５７から下死点位置の端面５６までの距離Ｌと、プランジャ５１のストロークＸ１との加算量となる。

高圧ポンプ５０は、以下のようにして圧力室５３に燃料を吸入する。燃料の吸入は、カム５２によって駆動されたプランジャ５１が供給制御弁４０からの燃料の供給量に応じて下降（圧力室５３を拡大する方向）に移動することによって行なわれる。高圧ポンプ５０は、以下のようにしてコモンレール６０に燃料を圧送する。燃料の圧送は、カム５２によって駆動されたプランジャ５１が上昇（圧力室５３を狭くする方向）に移動して加圧することによって行なわれる。このような移動は、加圧移動とも呼ばれる。

高圧ポンプ５０は、プランジャを有するいわゆる容積型ポンプなので、従来は、燃料を非圧縮性流体として捉えて圧力室５３の変動量を基礎としてコモンレール６０への吐出量Ｑ１を計測していた。しかしながら、本発明者は、コモンレール６０の高圧化に伴って、外周面５５とシリンダ壁面５４との間のクリアランス量Ｃｒの隙間からのリーク量Ｑ２が急激に増大することを発見するとともに、リーク量Ｑ２の増大に関わらず吐出量Ｑ１を正確に計測する技術を考案した。

図２は、コモンレールの圧力と高圧ポンプの吐出量（圧送量）の関係の実験結果を表すグラフである。横軸は、コモンレールの圧力であるレール圧Ｐoutの実験時の最大圧力を「１」としてその対比として示している。縦軸は、所定のストロークでの高圧ポンプの吐出量の実験時の最大吐出量を「１」としてその対比として示している。

線Ｃ１は、リーク量Ｑ２を考慮しない従来の方法で計測した結果を表している。線Ｃ２は、リーク量Ｑ２を考慮する後述の実施形態の方法で計測した結果を表している。線Ｃ３は、実測値である。本図から分かるように、従来の方法では、コモンレールの高圧化に伴って誤差が急激に拡大しているのに対して、実施形態の方法は、高圧化に関わらず正確に吐出量を計測可能なことがわかる。

図３は、高圧ポンプ５０の吐出量を計算するための算出式を示す図である。算出式Ｆ１〜Ｆ４は、従来の圧力室５３の容量変化に基づく方法とは本質的に相違し、圧力に基づいて算出する点を特徴としている。算出式Ｆ１は、チェックバルブ１５をオリフィスとみなして流量を計算する算出式である。算出式Ｆ１は、圧力室５３の圧力であるプランジャ室圧Ｐroomと、コモンレール６０の内部圧力であるレール圧Ｐoutの差圧を利用して瞬間吐出量（流量レートあるいは流速）ΔＱ１を算出する。

チェックバルブ１５の下流の圧力は、高圧供給配管１６における圧力降下がチェックバルブ１５における圧力降下に比べて無視できる量であるとしてレール圧Ｐoutで代用している。レール圧Ｐoutは、レール圧センサ６１によって計測可能な値である。流量係数Ｃqは、実験値であり、既知の固定値として利用される。吐出弁開口面積Ａは、チェックバルブ１５のオリフィス面積（既知）である。燃料密度ρは、既知の固定値である。ただし、プランジャ室圧Ｐroomは、プランジャ室圧の瞬時変化量（変化レート）ΔＰroomの積算（あるいは積分）によって算出される。

プランジャ室圧の瞬時変化量ΔＰroomは、算出式Ｆ２，Ｆ３を使用して算出することができる。算出式Ｆ２は、理想気体（圧縮性流体）の状態方程式と同じ考え方によるものである。すなわち、プランジャ室圧の瞬時変化量ΔＰroomは、燃料加圧量ΔＱroomを圧力室５３の内容積である圧力室容積Ｖで除し、体積弾性係数κを乗ずることによって算出される。圧力室容積Ｖは、プランジャストロークＸ１に基づいて算出される量である。燃料加圧量ΔＱroomは、圧力室容積Ｖの減少分に相当する燃料が流入したとみなすことによって現れる仮想流量レート（流速）である。

体積弾性係数κは、燃料の体積弾性係数（既知）を利用することができる。ただし、燃料の体積弾性係数だけでなく、シリンダ壁面５４の変形やプランジャ５１の少なくとも一方の弾性変形による圧力室５３の拡大を燃料の体積弾性変形の一部とみなして取り扱うようにしてもよい。すなわち、圧力室５３の弾性変形による拡大を燃料の圧縮とみなして体積弾性係数κを決定し、体積弾性係数κを有する所定の流体を燃料の代わりに使用するようにしてもよい。こうすれば、簡易に弾性変形による圧力室５３の拡大を考慮した計算を実現することができる。弾性変形は、有限要素法による計算や実験等によって決定することができる。

算出式Ｆ３は、燃料加圧量（流速）ΔＱroomを計算する算出式である。燃料加圧量ΔＱroomでは、プランジャストロークＸ１の時間微分値と圧力室内面積Ｓ１との積として圧力室容積Ｖの減少分を算出し、その減少分に相当する燃料が流入したとみなされている。一方、圧力室容積Ｖの減少の際には、外周面５５とシリンダ壁面５４との間のクリアランス量Ｃｒの隙間からのリークも発生するので、リーク量（レート）ΔＱ２を上述の仮想流量から減じている。

リーク量ΔＱ２は、算出式Ｆ４を使用して算出することができる。算出式Ｆ４は、円筒の隙間流れ（層流の粘性流）を想定した算出式である。π×ｄ（プランジャ径）は、プランジャ５１の外周長なので既知の固定値である。クリアランス量Ｃｒは、外周面５５とシリンダ壁面５４との間の既知の固定値である。μは、燃料の粘性係数なので既知の固定値である。Ｘ２は、クリアランス量Ｃｒの隙間の軸線方向の長さ（隙間長）であり、プランジャストロークＸ１に距離Ｌ（図１参照）を加算することによって求めることができる。なお、クリアランス量Ｃｒは、プランジャ室圧Ｐroomに応じて増大する量として取り扱ってもよい。

算出式Ｆ４において、プランジャ室圧Ｐroomの係数の逆数は、流路抵抗の抵抗値として把握することもできる。すなわち、円筒の隙間を流路として把握し、その流路抵抗として考えることができるので、流路抵抗は、流路長Ｘ２に比例する値としてプランジャストロークＸ１の関数として取り扱うこともできる。

外周面５５とシリンダ壁面５４との間の円筒隙間（クリアランス量Ｃｒ）は、ミクロンオーダーの極めて狭い隙間なので、その中の流体の流れは一般に層流となる。乱流判別に利用可能なレイノルズ数Ｒｅが極めて小さくなるからである。レイノルズ数Ｒｅは、数値が大きくなると流れが乱流に遷移することが知られているが、その計算式（＝特性長さＬ×特性速度ｖ／動粘性係数ν）において特性長さＬが隙間の厚さなので数値が極めて小さくなるからである。ただし、乱流となる場合も乱流用の周知の計算式が利用可能であり、リーク量ΔＱが隙間長Ｘ２に反比例する点で共通している。

図４は、高圧ポンプ５０の吐出量を計算するための処理内容を示すフローチャートである。本計算処理は、専用ツール（たとえばＡＭＥ−Ｓｉｍモデル）や数値積分法（あるいは積算法）を使用してＥＣＵ７０によって実行される。本実施形態では、説明を分かり易くするために最も簡略化された積算方法を例示して説明する。本積算方法は、たとえば１０マイクロ秒毎に実行される繰り返し計算処理を含んでいる。

ステップＳ１では、ＥＣＵ７０は、初期値を入力する。初期値は、加圧開始時の圧力室５３の初期圧力Ｐroom0とプランジャ５１のプランジャストロークＸ１である。初期圧力Ｐroom0は、加圧開始時なのでゲージ圧ゼロとなる。プランジャストロークＸ１は、供給制御弁４０によって調量される高圧ポンプ５０への燃料の吸入量に基づいて決定される。

ステップＳ２では、ＥＣＵ７０は、算出式Ｆ２〜Ｆ４を使用してプランジャ圧上昇量ΔＰroomを算出する。ＥＣＵ７０は、先ず、算出式Ｆ３を使用して燃料加圧量ΔＱroomを算出する。プランジャストロークＸ１の積算量ΔＸ１は、カム５２の角速度ωとカム５２のカムプロファイルに基づいて１０マイクロ秒の間に進むプランジャストロークＸ１として算出される。一方、初期圧力Ｐroom0がゲージ圧ゼロなので、リーク量ΔＱ２はゼロとなる。最後に、ＥＣＵ７０は、算出された燃料加圧量ΔＱroomを使用してプランジャ圧上昇量ΔＰroomを算出する。

ステップＳ３では、ＥＣＵ７０は、プランジャ圧上昇量ΔＰroomを初期圧力Ｐroom0（ゲージ圧ゼロ）に加算してプランジャ室圧Ｐroomを決定する。なお、プランジャ圧上昇量ΔＰroomの算出時には、算出式Ｆ３から分るようにコモンレール６０への吐出量は考慮されないが、その理由については後述する。

ステップＳ４では、ＥＣＵ７０は、プランジャ室圧Ｐroomとレール圧Ｐoutとを比較し、プランジャ室圧Ｐroomがレール圧Ｐout以下のときには、処理をステップＳ８に進めて、ステップＳ５〜ステップＳ７をスキップする。一方、ＥＣＵ７０は、プランジャ室圧Ｐroomがレール圧Ｐoutよりも大きいときには、処理をステップＳ５に進める。レール圧Ｐoutは、前述のようにレール圧センサ６１（図１参照）の計測値を使用することができる。

ステップＳ５では、ＥＣＵ７０は、高圧ポンプ５０からコモンレール６０への燃料の瞬間吐出量ΔＱ１を算出する。吐出量の算出は、算出式Ｆ１を使用して行われる。瞬間吐出量ΔＱ１は、コモンレール６０に１０マイクロ秒間で吐出される燃料の量である。

ステップＳ６では、ＥＣＵ７０は、プランジャ圧降下量ΔＰroomを算出する。プランジャ圧降下量ΔＰroomは、瞬間吐出量ΔＱ１の吐出に起因して降下するプランジャ室圧Ｐroomの変動量である。プランジャ圧降下量ΔＰroomは、算出式Ｆ２を使用して燃料加圧量ΔＱroomの代わりに瞬間吐出量ΔＱ１を代入することによって算出することができる。

ステップＳ７では、ＥＣＵ７０は、プランジャ圧降下量ΔＰroomをプランジャ室圧Ｐroom（ステップＳ３での決定値）から減算することによってプランジャ室圧Ｐroomを決定する。このように、本計算処理では、プランジャ５１の上昇に起因するプランジャ室圧Ｐroomの上昇、コモンレール６０への瞬間吐出量ΔＱ１の燃料吐出、および燃料吐出（圧送）に起因するプランジャ室圧Ｐroomの降下といった挙動をモデル化している。

ただし、現実には、プランジャ５１の上昇に起因するプランジャ室圧Ｐroomの上昇は、燃料吐出に起因するプランジャ室圧Ｐroomの降下によって相殺されつつ発生する。しかしながら、計算処理の時間刻み（この例では１０マイクロ秒毎）を適切に小さな値とすることによって、現実の挙動とモデルの差に起因する算出誤差を十分に小さな値とすることができる。これにより、算出式Ｆ２，Ｆ３を簡略化して簡易な積算を実現している。

このような計算処理（ステップＳ２〜Ｓ７）は、プランジャ５１が上死点に達するまで継続して実行され、上死点に達した時点で算出された数値が全てクリアされる。本計算処理は、高圧ポンプ５０からコモンレール６０への燃料の吐出が現実に開始される前に実行することが可能なので、以下に説明するようにインジェクタ７１〜７４からの燃料噴射のフィードフォワード制御処理に利用することもできる。

このように、本実施形態の吐出量算出処理は、外周面５５とシリンダ壁面５４との間の円筒隙間（クリアランス量Ｃｒ）から漏れる燃料の量である漏洩量を算出して、コモンレール６０への燃料の圧送量（吐出総量）を算出することができる。これにより、コモンレール６０の噴射圧（蓄圧）の圧力の上昇に応じて漏れが増大しても、吐出量（圧送量）の算出精度を維持させることができる。

さらに、本実施形態の吐出量算出処理は、プランジャ室圧Ｐroomとコモンレール６０の内部圧力であるレール圧Ｐoutの差圧を利用して瞬間吐出量ΔＱ１を算出することができるので、レール圧Ｐoutが変動する噴射期間中の吐出についても正確に算出することができる。本発明者は、このような特徴を活かした噴射量補正処理を新たに創作した。

（噴射量補正処理の内容）
図５は、インジェクタの噴射期間とコモンレールへの圧送期間（吐出期間）の重複に起因して噴射量が増加する様子を示す説明図である。図５（ａ）は、両期間の重複である圧送重複期間が発生しない同期システムを示している。図５（ｂ）は、圧送重複期間が発生する非同期システムを示している。本図中の＃１，＃２，＃３，＃４は、エンジン８０の各気筒の番号である。

本実施形態では、同期と非同期は、インジェクタ７１〜７４の噴射期間とコモンレール６０への圧送期間の同期性に着目した概念である。一方、高圧ポンプ５０を駆動するカム５２は、エンジン８０のクランクシャフト（図示せず）によって駆動されて、カム５２とクランクシャフトの回転は同期している。これにより、ＥＣＵ７０は、非同期システムにおいても噴射期間と圧送期間のタイミングの関係を予測することができる。

図５（ａ）の同期システムでは、エンジン８０のサイクルが完了して４個全ての気筒の噴射が完了する間において、ポンプの圧送回数が４回となっている。図５（ａ）では、たとえば周知の構成である２個の高圧ポンプ５０をカム５２の両側から挟む構成とし、カム５２の２回転で４回の圧送が行なわれている。一方、エンジン８０は、４ストロークの内燃機関なので、クランクシャフトが２回転する毎に１サイクルが完了し、全気筒の噴射が完了することになる。すなわち、ポンプ回転数ＮＰとエンジン回転数Ｎｅの回転比は、１：１であり、カム５２が１回転する毎にクランクシャフトが１回転することになる。

ＥＣＵ７０は、ポンプのカムリフトに基づいて駆動電流波形のタイミングを調整して、噴射期間とポンプの圧送期間を同期させることができる。これにより、ポンプの圧送期間を噴射期間から外すことができるので、噴射期間とポンプの圧送期間の重複（圧送重複期間）に起因する噴射量のばらつきを排除することができる。

図５（ｂ）の同期システムでは、ポンプ回転数ＮＰとエンジン回転数Ｎｅの回転比は、３：４であり、カム５２が３回転する毎にクランクシャフトが４回転することになる。この例では、エンジン８０のサイクルが完了して４個全ての気筒の噴射が完了する間において、ポンプの圧送回数が３回となる。このような例は、たとえば比較的に小排気量のエンジンに高圧ポンプ５０を共用させる際に、過大な高圧ポンプ５０の容量を考慮して圧送回数を削減することによって発生する。

このような非同期システムでは、ＥＣＵ７０は、ポンプのカムリフトに基づいて駆動電流波形のタイミングを調整して、噴射期間とポンプの圧送期間を同期させることができない。この結果、圧送期間の重複（圧送重複）に起因する噴射量のばらつき（増大）が発生し、気筒間噴射量差が発生することになる。

図６は、本実施形態の噴射補正の内容を比較例（上述の例）と比較して示す説明図である。比較例に示されるように、非同期システムでは、圧送重複に起因して噴射量が増大していることが分る。この増大は、駆動電流波形が噴射時において、燃料噴射に起因するレール圧の低下の発生を想定しているにも関わらず、高圧ポンプ５０からの燃料の圧送によってレール圧が上昇してしまうことに起因している。

本実施形態では、ポンプの圧送に起因するレール圧の上昇を想定した波形の補正（ＴＱ補正、すなわち閉弁タイミングを早くする補正）を行なうことによって重複吐出量を抑制することによって実現されている。重複吐出量とは、ポンプの圧送に起因する噴射量の増大を意味している。

図７は、噴射量補正を実行するための処理内容を示すフローチャートである。図８は、本処理の主要な処理の内容を示すブロック図である。図９は、噴射量補正に使用される算出式を示す図である。本計算処理は、ＥＣＵ７０によって実行される。本処理は、エンジン８０の気筒毎に一定の周期で実施される処理である。

ステップＳ１１では、ＥＣＵ７０は、エンジン８０の運転状態が定常であるか否かを判定する。処理の結果、アクセルが踏み込まれて加速中であるといった非定常状態であると判定されると、処理がステップＳ１２に進められて全ての補正処理がスキップされる。非定常状態では、噴射タイミングが刻々と変動するのでフィードフォワード制御処理の前提となっている予測が崩れて補正処理によって却って悪影響を発生させる可能性があるからである。一方、定常であると判定されると、処理がステップＳ１３とステップＳ１４とに進められる。

ＥＣＵ７０は、ステップＳ１３とステップＳ１４の処理を並行して実行する。ステップＳ１３では、噴射期間が算出される。噴射期間は、エンジン８０の回転数Ｎｅと負荷とによって決定される。具体的には、たとえば噴射期間の始期はエンジン８０の回転数Ｎｅによって決定され、噴射期間の終期は負荷によって決定される。一方、ステップＳ１４では、ポンプ吐出期間が算出される。ポンプ吐出期間の始期は、高圧ポンプ５０の吐出量に基づいて決定される（図８のステップＳ１４参照）。

ステップＳ１５では、ＥＣＵ７０は、噴射期間と吐出期間の有無を判定する。本実施形態では、＃１，＃２，＃３の気筒は、常に重複が発生することになる。一方、＃４の気筒は、重複が発生しないことになる。したがって、本実施形態のエンジン８０では、ステップＳ１５は不用とも考えられるが、カム５２とクランクシャフトの回転比やエンジン８０の噴射特性によっては必要となるステップである。

ステップＳ１６では、ＥＣＵ７０は、重複期間を算出する。重複期間の算出は、ステップＳ１３とステップＳ１４の算出値を使用して行われる。これにより、重複期間の始期と終期とが算出される。

ステップＳ１７では、ＥＣＵ７０は、重複時吐出量Ｑoutを算出する。重複時吐出量Ｑoutは、算出式Ｆ５（図９参照）を使用し、上述の方法（図３，図４）の処理方法を利用して算出することができる。この際に、重複時吐出量Ｏoutに起因するレール圧Ｐoutの変動（上昇）をも考慮した計算によって算出精度を向上させるようにしてもよいし、あるいは重複時吐出量Ｏoutに起因するレール圧Ｐoutの変動（上昇）を考慮しない簡易な計算方法としても良い。

ステップＳ１８では、ＥＣＵ７０は、フィードバックがあるか否かを判定する。この判定は、後述するフィードバックフラグに基づいて判定される。フィードバックがある場合には、フィードバック量Ｑｆｂが加算（ステップＳ１９）された後に処理がステップＳ２１に進められる。一方、フィードバックがない場合には、フィードバック量Ｑｆｂが非加算（ステップＳ２０）で処理がステップＳ２１に進められる。

ステップＳ２１では、ＥＣＵ７０は、レール圧変化量ΔＰoutを算出する。レール圧変化量ΔＰoutは、算出式Ｆ６（図９参照）を使用して算出することができる。算出式Ｆ６は、上述の算出式Ｆ２と同様の考え方に基づく式である。レール圧変化量ΔＰoutは、たとえば重複時吐出量Ｏoutとフィードバック量Ｑｆｂの加算量（あるいは非加算）に基づいて算出することができる（図８参照）。

ステップＳ２２では、ＥＣＵ７０は、噴射期間ＴＱの補正量ＴＱｃを決定する。補正量ＴＱｃの決定は、予め準備されているマップ（図８のステップＳ２２参照）を使用して行われる。本マップは、実験によって求められたものである。これにより、フィードフォワード制御による噴射量の補正処理の準備が噴射前に完了したことになる。

ステップＳ２３では、ＥＣＵ７０は、噴射処理を実行する。噴射処理は、補正量ＴＱｃを使用して補正された駆動電流波形を使用して駆動することによって実行される。補正量ＴＱｃは、噴射期間の短縮量の決定に利用される。

ステップＳ２４では、ＥＣＵ７０は、噴射前後のレール圧を実測する。レール圧の実測は、レール圧センサ６１を使用して行われる。レール圧の実測は、次回のサイクルの噴射量補正のためにフィードバック処理（図８のステップＳ２４，Ｓ２５参照）を実現するために実行される。

ステップＳ２５では、ＥＣＵ７０は、気筒差検出処理を実行する。気筒差検出処理は、高圧ポンプ５０への圧送期間（吐出期間）と噴射期間の重複がない＃４の気筒の噴射量の実測値Ｑｉ（基準噴射量）と、重複がある他の＃１〜＃３の気筒の噴射量の実測値Ｑ‘ｉ（補正噴射量）とを比較し、これにより重複の有無に起因する噴射量の気筒差を検出する処理である。各気筒の噴射量は、コモンレール６０の内部燃料の圧力降下の実測値に基づいて算出される。

図１０は、非重複時と重複時の噴射におけるコモンレール６０の内部燃料の圧力降下の様子を示すチャートである。非重複時においては、噴射開始時の噴射圧Ｐ１から噴射終了時の噴射圧Ｐ２までコモンレール６０の内部燃料の圧力が降下する。この圧力は、噴射に起因するものなので、この圧力降下量を使用して噴射量を計測することができる。具体的には、重複がない＃４の気筒の噴射量Ｑｉは、図９の算出式Ｆ７を使用してＥＣＵ７０によって算出される。
一方、重複時においては、噴射開始時の噴射圧Ｐ’１から噴射終了時の噴射圧Ｐ’２までコモンレール６０の内部燃料の圧力が降下する。ただし、圧力降下量は、重複時吐出量Ｏoutに起因するΔＰoutによって減殺されているのでΔＰoutが加算されている。この結果、重複がある＃１〜＃３の気筒の噴射量の実測値Ｑ’ｉは、図９の算出式Ｆ８を使用してＥＣＵ７０によって算出されることになる。

気筒差検出処理は、重複がない＃４の気筒の噴射量Ｑｉを基準とし、その基準値と重複がある＃１〜＃３の気筒の噴射量Ｑ’ｉの各々との差を検出（図９の算出式Ｆ９参照）して、フィードバック量Ｑｆｂを算出する処理である。これにより、＃１〜＃３の気筒の各々についてフィードバック量Ｑｆｂが算出されることになる。なお、重複がない＃４の気筒に燃料を噴射するインジェクタ７４は、基準インジェクタとも呼ばれる。重複がある＃１〜＃３の気筒に燃料を噴射するインジェクタ７１〜７３、補正対象インジェクタとも呼ばれる。

ステップＳ２６では、ＥＣＵ７０は、フィードバック量Ｑｆｂが閾値以内（すなわち所定の範囲内）であるか否かを判定する。この判定の結果、フィードバック量Ｑｆｂが閾値以内であるときには、フィードバックフラグを「フィードバック有り」にし、ＥＣＵ７０が有する図示しないメモリにフィードバック量Ｑｆｂを格納する。一方、フィードバック量Ｑｆｂが閾値以外であるときには、フィードバックフラグを「フィードバック無し」にする。

フィードバックフラグは、上述のステップＳ１８（フィードバックの有無の判定）において使用される。フィードバック量ΔＱｆｂは、上述のステップＳ１９（フィードバック量加算）で使用される。これにより、次回の噴射では、フィードバック量ΔＱｆｂを使用することによって実測値に基づいた補正がなされた駆動電流波形で噴射することができる。

本発明者は、フィードバック量ΔＱｆｂを使用する補正は、特に実使用環境(燃料粘性）変化によるフィードフォワード補正量のズレの補償に利用することができるという顕著な効果を奏することを見出した。

このように、本実施形態の噴射量補正処理は、コモンレール６０への圧送期間と噴射期間が重複してもコモンレール６０への圧送量（吐出量）を予測して、フィードフォワード補正を行なって重複圧送に起因する噴射誤差を補償することができる。さらに、本実施形態の噴射量補正処理は、噴射時の噴射圧を監視することによって、気筒差検出処理によってフィードバック量ΔＱｆｂを生成することができるので、フィードフォワード補正の予測の誤差をも補償して信頼性と精度の高い補正の実現にも成功している。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。

（１）上記実施形態では、ポンプ回転数ＮＰとエンジン回転数Ｎｅの回転比は、３：４のシステムであるが、これに限られず、本発明は、インジェクタの噴射期間とポンプの圧送期間とが重複するシステムに広く適用することができる。

（２）上記実施形態では、高圧ポンプの調量方式は絞り調整であるが、たとえば溢流方式といった他の調量方式にも適用することができる。

１０…コモンレール式燃料噴射システム、１６…高圧供給配管、２０…燃料タンク、３０…フィードポンプ、４０…供給制御弁、５０…高圧ポンプ、５１…プランジャ、５２…カム、５３…圧力室、５４…シリンダ壁面、６０…コモンレール、６１…レール圧センサ、７０…ＥＣＵ。

Claims (7)

1. 燃料を蓄圧する蓄圧部と、
   内部に圧力室が形成されているシリンダと、
   前記シリンダ内において加圧方向への移動である加圧移動を行ない、前記加圧移動で前記圧力室内の容積変化を生じさせることによって燃料を前記蓄圧部へ圧送するプランジャと、
   前記蓄圧部に蓄圧された燃料を噴射するインジェクタを有する噴射部と、
   前記インジェクタからの燃料の噴射量を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記インジェクタからの燃料の噴射期間中における前記蓄圧部への燃料の圧送量を算出する圧送量算出部と、
   前記噴射期間中における圧送量に基づいて前記噴射期間の補正量を決定する補正量決定部と、
   を有し、
   前記圧送量算出部は、前記圧力室の内周面と前記プランジャの外周面との間の隙間からの燃料の漏洩量を推定し、前記推定された漏洩量と、前記加圧移動時のプランジャのストロークに応じた前記圧力室内の容積変化量と、を使用して前記圧送量を算出する燃料噴射システム。
2. 前記蓄圧部の内部圧力を計測するセンサを備え、
   前記噴射部は、複数のインジェクタを有し、
   前記制御部は、
   前記複数のインジェクタのうち前記噴射期間外に前記蓄圧部への燃料の圧送を実行する基準インジェクタを決定する機能と、
   前記複数のインジェクタのうち前記噴射期間内に前記蓄圧部への燃料の圧送を実行する補正対象インジェクタを決定する機能と、
   前記噴射期間中における前記蓄圧部の内部圧力に基づいて、前記基準インジェクタの噴射量である基準噴射量と、前記補正対象インジェクタの噴射量である補正噴射量とを実測する噴射量実測部と、
   前記基準噴射量と前記補正噴射量の差に基づいてフィードバック量を決定する機能と、
   を有し、
   前記補正量決定部は、前記フィードバック量に基づいて前記補正量を調整する請求項１記載の燃料噴射システム。
3. 前記圧送量算出部は、前記隙間を流れる燃料の流れに対する抵抗値を前記ストロークに基づいて算出し、前記抵抗値を使用して前記漏洩量を推定する請求項１又は２に記載の燃料噴射システム。
4. 前記圧送量算出部は、前記加圧時の圧力室内の圧力であるプランジャ室圧と、前記蓄圧部の圧力との差に基づいて前記蓄圧部への圧送速度を算出する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
5. 前記圧送量算出部は、前記燃料を所定の圧縮性流体とみなし、前記所定の圧縮性流体の体積弾性係数を使用して前記加圧移動に起因する前記加圧時の圧力室内の圧力であるプランジャ室圧の上昇量を算出し、
   前記所定の圧縮性流体は、前記シリンダと前記プランジャの少なくとも一方の弾性変形と、前記燃料の体積弾性変形の少なくとも一方に基づいて予め決定されている体積弾性係数を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
6. 燃料を蓄圧する蓄圧部と、内部に圧力室が形成されているシリンダと、前記シリンダ内において加圧方向への移動である加圧移動を行ない、前記加圧移動で前記圧力室内の容積変化を生じさせることによって燃料を前記蓄圧部へ圧送するプランジャと、前記蓄圧部に蓄圧された燃料を噴射するインジェクタを有する噴射部と、を有する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記インジェクタからの燃料の噴射期間中における前記蓄圧部への燃料の圧送量を算出する圧送量算出部と、
   前記噴射期間中における圧送量に基づいて前記噴射期間の補正量を決定する補正量決定部と、
   前記補正された噴射量に基づいて前記インジェクタからの燃料の噴射量を制御する噴射量制御部と、
   を有し、
   前記圧送量算出部は、前記圧力室の内周面と前記プランジャの外周面との間の隙間からの燃料の漏洩量を推定し、前記推定された漏洩量と、前記加圧移動時のプランジャのストロークに応じた前記圧力室内の容積変化量と、を使用して前記圧送量を算出する燃料噴射制御装置。
7. 燃料を蓄圧する蓄圧部と、内部に圧力室が形成されているシリンダと、前記シリンダ内において加圧方向への移動である加圧移動を行ない、前記加圧移動で前記圧力室内の容積変化を生じさせることによって燃料を前記蓄圧部へ圧送するプランジャと、前記蓄圧部に蓄圧された燃料を噴射するインジェクタを有する噴射部と、を有する燃料噴射装置の制御を制御装置に実現させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記インジェクタからの燃料の噴射期間中における前記蓄圧部への燃料の圧送量を算出する圧送量算出機能と、
   前記噴射期間中における圧送量に基づいて前記噴射期間の補正量を決定する補正量決定機能と、
   前記補正された噴射量に基づいて前記インジェクタからの燃料の噴射量を制御する噴射量制御機能と、
   を前記制御装置に実現させるプログラムを備え、
   前記圧送量算出機能は、前記圧力室の内周面と前記プランジャの外周面との間の隙間からの燃料の漏洩量を推定し、前記推定された漏洩量と、前記加圧移動時のプランジャのストロークに応じた前記圧力室内の容積変化量と、を使用して前記圧送量を算出する機能を含んでいるコンピュータプログラム。

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