JP2014227952A - 燃料噴射特性検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料噴射弁の作動特性を検出する処理についての演算負荷の低減と実行頻度の低下抑制との両立を図ることのできる燃料噴射特性検出装置を提供する。【解決手段】この装置は、昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用される。圧力センサによって検出した燃料圧力に基づいて燃料噴射率の検出時間波形を形成するとともに、その検出時間波形に基づいて燃料噴射弁の作動特性を検出する。燃料噴射弁に開弁信号が出力されたとき(t11,t13,t15)から燃料圧力の検出結果に基づいて燃料噴射弁による燃料噴射の終了が判明するとき(t12,t14,t16)までの検出期間TAにおいて圧力センサによって検出した燃料圧力を作動特性の検出に用いる一方、検出期間TA以外の時点の燃料圧力を作動特性の検出に用いない。【選択図】図10

Description

本発明は、燃料供給系内の燃料圧力の検出結果に基づいて燃料噴射弁の作動特性を検出する燃料噴射特性検出装置に関するものである。
内燃機関には、昇圧された状態の燃料が供給される蓄圧容器や、燃料噴射弁、それら蓄圧容器および燃料噴射弁を接続する接続通路などにより構成される燃料供給系が取り付けられている。
近年、そうした燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサを設けるとともに、同圧力センサにより検出した燃料圧力に基づいて燃料噴射弁の作動特性を検出する装置が提案されている(特許文献1参照)。燃料供給系内の燃料圧力は、燃料噴射弁の開弁駆動に伴って低下するとともにその後の閉弁駆動に伴って低下分が復帰するといったように、同燃料噴射弁の開閉に伴って一時的に低下する。上記装置では、そうした燃料圧力を検出するとともに、その検出結果に基づいて燃料噴射弁の作動特性が検出される。
特開2009−57925号公報
上記特許文献1の装置では、燃料噴射弁の作動特性の検出のための演算処理として、圧力センサによる燃料圧力の検出を短周期で実行する処理や、燃料圧力の検出結果を解析して上記作動特性を特定する処理が実行される。これら処理は演算負荷が大きいため、同処理の実行にある程度の時間がかかる。そのため、例えば機関回転速度が高く一燃焼サイクル当たりの時間が短いときなど、上記演算処理を実行可能な時間が短いときに、同演算処理の実行時間を十分に確保することができなくなって燃料噴射弁の作動特性を適正に検出することができなくなるおそれがある。
なお、演算処理の実行時間の確保のために、同演算処理の実行を所定周期毎に間引くことが考えられる。この場合、演算負荷を小さくすることが可能になるものの、燃料噴射弁の作動特性の検出頻度の低下を招いてしまう。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁の作動特性を検出する処理についての演算負荷の低減と実行頻度の低下抑制との両立を図ることのできる燃料噴射特性検出装置を提供することにある。
上記課題を解決するための燃料噴射特性検出装置は、昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する。当該装置は、前記燃料噴射弁に開弁信号が出力されたときから前記検出結果に基づいて前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了が判明するときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない。
また上記課題を解決するための燃料噴射特性検出装置は、昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する。当該装置は、前記燃料噴射弁への開弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときから前記検出結果に基づいて前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了が判明するときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない。
上記課題を解決するための燃料噴射特性検出装置は、昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する。当該装置は、前記燃料噴射弁に開弁信号が出力されたときから同燃料噴射弁への閉弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない。
また上記課題を解決するための燃料噴射特性検出装置は、昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する。当該装置は、前記燃料噴射弁への開弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときから同燃料噴射弁への閉弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない。
上記装置において、燃料噴射弁の作動特性を検出するためには、燃料噴射弁の開閉に伴って燃料圧力が一時的に低下する期間における燃料圧力の変動波形を把握することが重要になる一方、燃料噴射弁の開弁前や同燃料噴射弁の開閉に伴う燃料圧力の一時的な低下が解消した後における燃料圧力の変動波形を把握することの必要性はごく低い。
上記装置によれば、燃料噴射弁の開閉による燃料供給系内の燃料圧力の一時的な低下を招く可能性のある期間において検出された燃料圧力が燃料噴射弁の作動特性の検出に用いられる一方で、燃料噴射弁の開弁前の燃料圧力や同燃料噴射弁の開閉に伴う燃料圧力の一時的な低下が解消した後の燃料圧力は上記作動特性の検出に用いられない。これにより、燃料圧力の変動波形を把握することの必要性がごく低いときの燃料圧力が上記作動特性の検出に用いられなくなるため、その分だけ燃料噴射弁の作動特性を検出する処理の演算負荷を低減することができる。しかも、燃料供給系内の燃料圧力の一時的な低下を招くときに検出した燃料圧力をもとに燃料噴射弁の開弁時における燃料供給系内の燃料圧力の変動波形を把握することができる。したがって、燃料圧力の変動波形が把握されない期間があるとはいえ、燃料圧力の変動波形に基づく燃料噴射弁の作動特性の検出を実行することができるため、その検出頻度の低下を抑えることができる。
上記装置において、複数回に分けて燃料噴射を実行する多段噴射によって一回の燃焼サイクルにおける前記燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、前記多段噴射の各噴射について各別に前記作動特性の検出を実行することができる。そうした装置において、前記多段噴射の段数が予め定めた判定数であり且つ機関回転速度が予め定めた判定速度以上であるときには、前記多段噴射における先頭段噴射以外の特定の燃料噴射についての前記作動特性の検出を間引いて実行しないことが好ましい。
機関回転速度が高くなると、一燃焼サイクル当たりの時間が短くなるため、燃料噴射弁の作動特性の検出のための演算処理を実行可能な時間も短くなる。また、多段噴射における噴射段数が多くなると、燃料噴射弁の開閉に伴って燃料圧力が一時的に低下する期間の合計が長くなるため、その分だけ燃料圧力の変動波形を把握することが必要になる期間も長くなる。したがって、噴射段数が多く且つ機関回転速度が高いときには、燃料噴射弁の作動特性を検出する処理の演算負荷が大きくなる。
多段噴射における二段目以降の噴射は、直前の燃料噴射との間隔が短いため、直前の燃料噴射に伴う燃料供給系内の燃料圧力の脈動による影響を受け易い。これに対して、多段噴射における先頭段の噴射は、直前の噴射との間隔が長いため、直前の噴射に伴う燃料圧力の脈動による影響が小さい。そのため、先頭段噴射の実行時には、直前の噴射に伴う燃料圧力脈動による影響を抑えた状態で燃料噴射弁の作動特性を精度よく検出することが可能になる。
上記装置によれば、噴射段数が多い状況で機関回転速度が高くなった場合に、先頭段噴射についての前記作動特性の検出を確実に実行して同作動特性を精度良く検出することができる。しかも、先頭段噴射以外の燃料噴射についての前記作動特性の検出を間引くことによって上記演算負荷の低減を図ることもできる。
上記装置において、前記作動特性の検出を間引く特定の燃料噴射としては、前記多段噴射における最後段噴射を採用することができる。
上記装置は、複数の気筒を有する内燃機関に適用されて、同内燃機関の気筒毎に前記作動特性の検出を実行する装置に適用することができる。
複数の気筒を有する内燃機関において燃料噴射弁の作動特性の検出を気筒毎に実行する装置は、単気筒の内燃機関に適用される装置や複数気筒のうちの特定気筒のみ上記作動特性の検出を実行する装置と比較して、燃料噴射弁の作動特性を検出する処理を実行可能な時間が短くなり易い。
上記装置によれば、そうした複数の気筒を有する内燃機関に適用される装置において、燃料噴射弁の作動特性の検出頻度の低下を抑えつつ、同作動特性を検出する処理の演算負荷を低減することができる。
燃料噴射特性検出装置の一実施形態の概略構成を示す略図。 燃料噴射弁の断面構造を示す断面図。 (a)および(b)駆動パルスと燃料噴射率との関係を燃料噴射弁の各特性パラメータとともに示すタイミングチャート。 (a)〜(c)燃料圧力の時間波形と燃料噴射率の検出時間波形との関係を示すタイミングチャート。 (a)および(b)燃料噴射率の検出時間波形と基本時間波形との関係を示すタイミングチャート。 パイロット噴射の実行時における目標噴射量と目標噴射圧力と各学習項との関係を記憶した先頭段学習マップのマップ構造を示す概念図。 メイン噴射の実行時における目標噴射量と目標噴射圧力と各学習項との関係を記憶したメイン学習マップのマップ構造を示す概念図。 多段噴射の噴射段と各差分補正項との関係を示す表。 差分補正項および学習項の反映態様の一例の概念図。 (a)および(b)駆動パルスの出力態様と燃料噴射率の検出時間波形との関係の一例を示すタイミングチャート。 (a)〜(f)機関回転速度と多段噴射の噴射段数と燃料噴射率の検出時間波形との関係の例を示すタイミングチャート。 多段噴射の噴射段数と機関回転速度と演算負荷率との関係を示すグラフ。 時間波形形成処理の実行手順を示すフローチャート。 変形例の時間波形形成処理の実行手順を示すフローチャート。 他の変形例の時間波形形成処理の実行手順を示すフローチャート。 その他の変形例の時間波形形成処理の実行手順を示すフローチャート。
以下、燃料噴射特性検出装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、内燃機関10の気筒11には吸気通路12が接続されている。内燃機関10の気筒11内には吸気通路12を介して空気が吸入される。なお、この内燃機関10としては複数(本実施形態では4つ[♯1,♯2,♯3,♯4])の気筒11を有するディーゼル機関が採用されている。内燃機関10には、気筒11(♯1〜♯4)毎に、同気筒11内に燃料を直接噴射する直噴タイプの燃料噴射弁20が取り付けられている。この燃料噴射弁20の開弁駆動によって噴射された燃料は内燃機関10の気筒11内において圧縮加熱された吸入空気に触れて着火および燃焼する。そして内燃機関10では、気筒11内における燃料の燃焼に伴い発生するエネルギによってピストン13が押し下げられてクランクシャフト14が回転する。内燃機関10の気筒11において燃焼した燃焼ガスは排気として内燃機関10の排気通路15に排出される。
各燃料噴射弁20は分岐通路31aを介してコモンレール34に各別に接続されている。コモンレール34は供給通路31bを介して燃料タンク32に接続されている。この供給通路31bには、燃料を圧送する燃料ポンプ33が設けられている。本実施形態では、燃料ポンプ33による圧送によって昇圧された燃料が蓄圧容器としてのコモンレール34に蓄えられるとともに各燃料噴射弁20の内部に供給される。なお本実施形態では、各燃料噴射弁20、分岐通路31a、供給通路31b、燃料ポンプ33、およびコモンレール34が燃料供給系を構成する。
また、各燃料噴射弁20にはリターン通路35が接続されている。リターン通路35はそれぞれ燃料タンク32に接続されている。このリターン通路35を介して燃料噴射弁20の内部の燃料の一部が燃料タンク32に戻される。
以下、燃料噴射弁20の内部構造について説明する。
図2に示すように、燃料噴射弁20のハウジング21の内部にはニードル弁22が設けられている。このニードル弁22はハウジング21内において往復移動(同図の上下方向に移動)することの可能な状態で設けられている。ハウジング21の内部には上記ニードル弁22を噴射孔23側(同図の下方側)に常時付勢するスプリング24が設けられている。またハウジング21の内部には、上記ニードル弁22を間に挟んで一方側(同図の下方側)の位置にノズル室25が形成されるとともに、他方側(同図の上方側)の位置に圧力室26が形成されている。
ノズル室25には、その内部とハウジング21の外部とを連通する噴射孔23が形成されるとともに、導入通路27を介して上記分岐通路31aから燃料が供給されている。圧力室26には連通路28を介して上記ノズル室25および分岐通路31aが接続されている。また圧力室26は排出路30を介してリターン通路35(燃料タンク32)に接続されている。
上記燃料噴射弁20としては電気駆動式のものが採用されている。詳しくは、燃料噴射弁20のハウジング21の内部に駆動パルス(開弁信号または閉弁信号)の入力によって伸縮する圧電素子(例えばピエゾ素子)が積層された圧電アクチュエータ29が設けられている。この圧電アクチュエータ29には弁体29aが取り付けられている。この弁体29aは圧力室26の内部に設けられている。そして、圧電アクチュエータ29の作動による弁体29aの移動を通じて、連通路28(ノズル室25)および排出路30(リターン通路35)の一方が選択的に圧力室26に連通されるようになっている。
この燃料噴射弁20では、圧電アクチュエータ29に閉弁信号が入力されると、圧電アクチュエータ29が収縮して弁体29aが移動することによって、連通路28と圧力室26とが連通された状態になるとともに、リターン通路35と圧力室26との連通が遮断された状態になる。これにより、圧力室26内の燃料のリターン通路35(燃料タンク32)への排出が禁止された状態でノズル室25と圧力室26とが連通されるようになる。その結果、ノズル室25と圧力室26との圧力差がごく小さくなって、ニードル弁22がスプリング24の付勢力によって噴射孔23を塞ぐ位置に移動するために、このとき燃料噴射弁20は燃料が噴射されない状態(閉弁状態)になる。
一方、圧電アクチュエータ29に開弁信号が入力されると、圧電アクチュエータ29が伸長して弁体29aが移動することによって、連通路28と圧力室26との連通が遮断された状態になるとともに、リターン通路35と圧力室26とが連通された状態になる。これにより、ノズル室25から圧力室26への燃料の流出が禁止された状態で圧力室26内の燃料の一部がリターン通路35を介して燃料タンク32に戻されるようになる。その結果、圧力室26内の燃料の圧力が低下して同圧力室26とノズル室25との圧力差が大きくなり、同圧力差によってニードル弁22がスプリング24の付勢力に抗して移動して噴射孔23から離れるために、このとき燃料噴射弁20は燃料が噴射される状態(開弁状態)になる。
燃料噴射弁20には、上記導入通路27の内部の燃料圧力PQを検出するための圧力センサ51が一体に取り付けられている。そのため、例えばコモンレール34(図1参照)内の燃料圧力などの燃料噴射弁20から離れた位置の燃料圧力が検出される装置と比較して、燃料噴射弁20の噴射孔23に近い部位の燃料圧力を検出することができ、燃料噴射弁20の開弁に伴う同燃料噴射弁20の内部の燃料圧力の変化を精度良く検出することができる。この圧力センサ51は、各燃料噴射弁20に一つずつ、すなわち内燃機関10の気筒11(♯1〜♯4)毎に設けられている。
図1に示すように、内燃機関10には、その周辺機器として、運転状態を検出するための各種センサが設けられている。それらセンサとしては、上記圧力センサ51の他、例えば吸気通路12を通過する空気の量(通路空気量GA)を検出するための吸気量センサ52や、クランクシャフト14の回転速度(機関回転速度NE)を検出するためのクランクセンサ53が設けられている。その他、アクセル操作部材(例えばアクセルペダル)の操作量(アクセル操作量ACC)を検出するためのアクセルセンサ54なども設けられている。
また内燃機関10の周辺機器としては、演算処理装置を備えて構成された電子制御ユニット40なども設けられている。この電子制御ユニット40は各種センサの出力信号を取り込むとともにそれら出力信号に基づき各種の演算を行い、その演算結果をもとに燃料噴射弁20の作動制御(噴射量制御)や燃料ポンプ33の作動制御(噴射圧制御)などの内燃機関10の運転にかかる各種制御を実行する。なお本実施形態では、圧力センサ51による燃料圧力PQの検出がごく短い周期(本実施形態では10マイクロ秒)で検出されるとともに、同燃料圧力PQがその検出タイミングに関連付けられたかたちで電子制御ユニット40に記憶されている。
本実施形態では噴射圧制御が次のように実行される。すなわち先ず、通路空気量GAおよび機関回転速度NEに基づいてコモンレール34内の燃料圧力についての制御目標値(目標噴射圧力)が算出されるとともに、実際の燃料圧力が目標噴射圧力になるように燃料ポンプ33の作動量(燃料圧送量または燃料戻し量)が調節される。こうした燃料ポンプ33の作動量の調節を通じて、コモンレール34内の燃料圧力、ひいては、燃料噴射弁20の燃料噴射圧力が機関運転状態に応じた圧力に調節されるようになる。
本実施形態では噴射量制御が基本的には次のように実行される。すなわち先ず、内燃機関10の運転状態(具体的には、アクセル操作量ACCおよび機関回転速度NE)に基づいて、燃料噴射量の制御目標値(目標燃料噴射量TQ)が算出されるとともに噴射パターンが選択される。その後、目標燃料噴射量TQおよび機関回転速度NEに基づいて、このとき選択された噴射パターンの各噴射の各種制御目標値が算出される。そして、それら制御目標値に応じたかたちで各燃料噴射弁20が各別に開弁駆動される。
なお本実施形態では、パイロット噴射やアフター噴射をメイン噴射に組み合わせた複数の噴射パターンが予め設定されるとともにそれら噴射パターンが電子制御ユニット40に記憶されている。そして噴射量制御を実行する際にはそれら噴射パターンのうちの一つが選択される。各種の制御目標値としては、メイン噴射やパイロット噴射、アフター噴射等の各噴射の燃料噴射量の制御目標値(目標噴射量)、メイン噴射の開始時期やパイロット噴射間のインターバル、パイロット噴射とメイン噴射とのインターバル、メイン噴射とアフター噴射とのインターバル等の各噴射の実行時期についての制御目標値が算出される。
そして、各噴射についてそれぞれ、燃料噴射弁20の開弁期間の制御目標値(目標噴射期間TAU)が、上記目標噴射量および燃料圧力PQに基づきモデル式から設定される。本実施形態では、コモンレール34、各分岐通路31a、各燃料噴射弁20等からなる燃料供給系をモデル化した物理モデルが構築されており、同物理モデルを通じて上記目標噴射期間TAUが算出される。詳しくは、目標噴射量、燃料圧力PQ、いずれも後述する学習項、差分補正項などを変数とするモデル式が定められて電子制御ユニット40に予め記憶されており、同モデル式を通じて目標噴射期間TAUが算出される。
そして、各噴射についてそれぞれ、実行時期の制御目標値および目標噴射期間TAUに応じたかたちで電子制御ユニット40から駆動パルスが出力され、この駆動パルスの入力に基づき各燃料噴射弁20が各別に開弁駆動される。これにより、そのときどきの機関運転状態に見合う量の燃料が同機関運転状態に適した噴射パターンで各燃料噴射弁20から噴射されて内燃機関10の各気筒11内に供給されるようになるため、機関運転状態に見合う回転トルクがクランクシャフト14に付与されるようになる。このように本実施形態では、複数回に分けて燃料噴射を実行する多段噴射によって一回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁20からの燃料噴射が実行される。
本実施形態では、圧力センサ51により検出される燃料圧力PQに基づいて燃料噴射弁20の作動特性としての複数の特性パラメータを学習する学習処理が実行される。なお学習処理は、内燃機関10の運転状態が変化の少ない安定した状態であることを判断するための実行条件が満たされることを条件に実行される。実行条件が満たされることは、単位期間(例えばクランクシャフト14が数回回転する期間)あたりの目標燃料噴射量の変化量が小さいことや、単位期間あたりの目標噴射圧力の変化量が小さいことなどによって判断される。
図3に、学習処理により学習される特性パラメータの一例を示す。
図3に示すように、本実施形態では上記特性パラメータとして、開弁遅れ時間τd、噴射率上昇速度Qup、最大噴射率Qmax、閉弁遅れ時間τe、噴射率低下速度Qdnを採用している。詳しくは、開弁遅れ時間τdは電子制御ユニット40から燃料噴射弁20に開弁信号(図3(a))が出力されてから同燃料噴射弁20による燃料噴射が実際に開始されるまでの時間であり、噴射率上昇速度Qupは燃料噴射弁20の開弁動作が開始された後の燃料噴射率(図3(b))の上昇速度である。また、最大噴射率Qmaxは燃料噴射率の最大値であり、閉弁遅れ時間τeは電子制御ユニット40から燃料噴射弁20に閉弁信号が出力されてから同燃料噴射弁20の閉弁動作(詳しくはニードル弁22の閉弁側への移動)が開始されるまでの時間である。さらに、噴射率低下速度Qdnは、燃料噴射弁20の閉弁動作が開始された後の燃料噴射率の下降速度である。
学習処理では先ず、圧力センサ51により検出される燃料圧力PQに基づいて実際の燃料噴射率の時間波形(検出時間波形)が形成される。
燃料噴射弁20の内部(詳しくは、ノズル室25)の燃料圧力は、同燃料噴射弁20が開弁駆動されるときのニードル弁22のリフト量の増加に伴って低下し、その後において閉弁駆動されるときのニードル弁22のリフト量の減少に伴って上昇するようになる。本実施形態では、そうした燃料噴射弁20内部の燃料圧力(詳しくは、燃料圧力PQ)の推移をもとに、上記開弁遅れ時間τd、噴射率上昇速度Qup、最大噴射率Qmax、閉弁遅れ時間τe、および噴射率低下速度Qdnが特定される。そして、それら特定した値によって実際の燃料噴射率の時間波形(検出時間波形)が形成される。なお、燃料圧力PQの時間波形としては、ローパスフィルタを用いて平滑化したり、無噴射気筒に対応する圧力センサ51により検出された燃料圧力PQによる補正を行ったりした値をもとに形成した波形が用いられる。
図4に、燃料圧力PQの時間波形と燃料噴射率の検出時間波形との関係を示す。
図4に示すように、詳しくは先ず、燃料噴射弁20の開弁動作が開始される直前の所定期間T1における燃料圧力PQ(図4(c))の平均値が算出されるとともに、同平均値が基準圧力Pbsとして記憶される。この基準圧力Pbsは、閉弁時における燃料噴射弁20内部の燃料圧力に相当する圧力として用いられる。
次に、この基準圧力Pbsから所定圧力P1を減算した値が動作圧力Pac(=Pbse−P1)として算出される。この所定圧力P1は、燃料噴射弁20の開弁駆動あるいは閉弁駆動に際してニードル弁22が閉弁位置にある状態であるにも関わらず燃料圧力PQが変化する分、すなわちニードル弁22の移動に寄与しない燃料圧力PQの変化分に相当する圧力である。
その後、燃料噴射の実行開始直後に燃料圧力PQが降下する期間において、同燃料圧力PQとの差が最も小さくなる直線L1(図4では、直交座標の縦軸を燃料噴射率とし横軸を時間とする一次関数)が最小二乗法を用いて求められるとともに、この直線L1と上記動作圧力Pacとの交点Aが算出される。そして、この交点Aを燃料圧力PQの検出遅れ分だけ過去の時期に戻した点AAに対応する時期が、燃料噴射弁20による燃料噴射が開始された時期(噴射開始時期Tos、図4(b))として特定される。なお上記検出遅れ分は、燃料噴射弁20のノズル室25(図2参照)の圧力変化タイミングに対する燃料圧力PQの変化タイミングの遅れに相当する期間であり、ノズル室25と圧力センサ51との距離などに起因して生じる遅れ分である。本実施形態では、電子制御ユニット40から燃料噴射弁20に開弁信号(図4(a))が出力された時期から上記噴射開始時期Tosまでの時間が開弁遅れ時間τdとして特定される。
また、燃料噴射の実行開始に伴い燃料圧力PQが一旦降下した後に上昇する上昇期間において、同燃料圧力PQとの差が最も小さくなる直線L2(図4では、直交座標の縦軸を燃料噴射率(図4(b))とし横軸を時間とする一次関数)が最小二乗法を用いて求められるとともに、この直線L2と上記動作圧力Pacとの交点Bが算出される。そして、この交点Bを検出遅れ分だけ過去の時期に戻した点BBに対応する時期が、燃料噴射弁20による燃料噴射が停止された時期(噴射停止時期Tce)として特定される。
さらに、直線L1と直線L2との交点Cが算出されるとともに同交点Cにおける燃料圧力PQと動作圧力Pacとの差(仮想圧力低下分ΔP[=Pac−PQ])が求められる。また、この仮想圧力低下分ΔPに目標噴射量および目標噴射圧力に基づき設定されるゲインG1を乗算した値が仮想最大燃料噴射率VRt(=ΔP×G1)として算出される。さらに、この仮想最大燃料噴射率VRtに目標噴射量および目標噴射圧力に基づき設定されるゲインG2を乗算した値が最大噴射率Qmax(=VRt×G2)として算出される。なお本実施形態では、各ゲインG1,G2の設定に用いる目標噴射量および目標噴射圧力として、検出時間波形の形成に用いる燃料圧力PQの圧力センサ51による検出時において設定されていた値が採用される。
その後、上記交点Cを検出遅れ分だけ過去の時期に戻した時期CCが算出されるとともに、同時期CCにおいて仮想最大燃料噴射率VRtになる点Dが特定される。
そして、この点Dに対応する時期が、燃料噴射弁20の閉弁動作が開始された時期(閉弁開始時期Tcs)として特定される。本実施形態では、電子制御ユニット40から燃料噴射弁20に閉弁信号が出力された時期から上記閉弁開始時期Tcsまでの時間が閉弁遅れ時間τeとして特定される。
また、上記点Dおよび噴射開始時期Tos(詳しくは、同時期Tosにおいて燃料噴射率が「0」になる点)を繋ぐ直線L3が求められるとともに、同直線L3の傾き(具体的には、単位時間当たりの燃料噴射率の増加量)が噴射率上昇速度Qupとして特定される。
さらに、点Dおよび噴射停止時期Tce(詳しくは、同時期Tceにおいて燃料噴射率が「0」になる点)を繋ぐ直線L4が求められるとともに、同直線L4の傾き(具体的には、単位時間当たりの燃料噴射率の低下量)が噴射率低下速度Qdnとして特定される。
本実施形態では、このようにして特定された開弁遅れ時間τd、噴射率上昇速度Qup、最大噴射率Qmax、噴射率低下速度Qdn、および閉弁遅れ時間τeによって形成される台形形状の時間波形が燃料噴射率についての検出時間波形として用いられる。
一方、本実施形態の学習処理では、目標噴射量、実行時期の制御目標値、目標噴射圧力などといった各種算出パラメータに基づいて燃料噴射率についての基本時間波形が算出される。本実施形態では、それら算出パラメータにより定まる機関運転領域と同運転領域に適した基本時間波形との関係が各種の実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて電子制御ユニット40に記憶されている。そして、電子制御ユニット40は各種算出パラメータに基づいて上記関係から基本時間波形を算出する。
図5に、上記基本時間波形の一例を示す。同図5(a)および(b)に示すように、基本時間波形としては、開弁遅れ時間τdb、噴射率上昇速度Qupb、最大噴射率Qmaxb、閉弁遅れ時間τeb、および噴射率低下速度Qdnbにより規定される台形の波形が設定される。
そして、本実施形態の学習処理では、検出時間波形と基本時間波形との関係に基づいて燃料噴射弁20の複数の特性パラメータについての学習項が学習される。すなわち先ず、内燃機関10の運転中において検出時間波形と基本時間波形とが比較されるとともにそれら波形の各特性パラメータの差が逐次算出される。各特性パラメータの差としては、具体的には、開弁遅れ時間の差Δτd(=τdb−τd)、噴射率上昇速度の差ΔQup(=Qupb−Qup)、最大噴射率の差ΔQmax(=Qmaxb−Qmax)、噴射率低下速度の差ΔQdn(=Qdnb−Qdn)、および閉弁遅れ時間の差Δτe(=τeb−τe)が算出される。そして、これら差Δτd,ΔQup,ΔQmax,ΔQdn,Δτeの加重平均値が算出されるとともに、その加重平均値が燃料噴射弁20の作動特性のばらつきを補償するための学習項Gτd,GQup,GQmax,GQdn,Gτeとして電子制御ユニット40に記憶される。
また本実施形態の装置では、燃料噴射圧力(詳しくは、目標噴射圧力)と燃料噴射量(詳しくは、目標噴射量)とにより区画される複数の学習領域が定められており、それら領域毎に学習項が学習されて記憶されている。
図6に示すように、電子制御ユニット40には、パイロット噴射やアフター噴射において用いられる学習領域、すなわち目標噴射量が少ない学習領域における目標噴射量と目標噴射圧力と学習項との関係を記憶したマップ(先頭段学習マップ)が記憶されている。そして、パイロット噴射やアフター噴射についての目標噴射期間TAUを算出する際には、算出対象の燃料噴射の目標噴射量と目標噴射圧力とに基づいて図6に示す先頭段学習マップから学習項が算出されて用いられる。
また図7に示すように、電子制御ユニット40には、メイン噴射において用いられる学習領域、すなわち目標噴射量が少ない領域から同目標噴射量が多い領域までを含む学習領域における目標噴射量と目標噴射圧力と学習項との関係を記憶したマップ(メイン学習マップ)が記憶されている。メイン噴射の目標噴射期間TAUの算出に際しては、同メイン噴射の目標噴射量と目標噴射圧力とに基づいて図7に示すメイン学習マップから学習項が算出されて用いられる。
多段噴射における二段目以降の燃料噴射の実行時における燃料供給系内の圧力変動には、直前の燃料噴射に伴い発生した燃料圧力の脈動分が含まれる。そのため、単に圧力センサ51によって検出される燃料圧力PQに基づいてメイン噴射の実行時における学習項を学習すると、上記燃料圧力の脈動分の影響によって学習項の学習精度の低下を招くおそれがある。
そのため本実施形態では、メイン学習マップ(図7参照)において、燃料噴射量が少ない領域(詳しくは、パイロット噴射が実行される領域[図7中に斜線で示す領域])では、パイロット噴射の先頭段の実行時に圧力センサ51により検出した燃料圧力PQに基づき学習項の学習が実行される。また、先頭段学習マップ(図6参照)に記憶されている学習項についても、パイロット噴射の先頭段の実行時に圧力センサ51により検出した燃料圧力PQに基づき学習される。これにより、他の噴射に伴う燃料圧力脈動の影響がごく小さく抑えられつつ学習項が精度良く学習されるようになる。さらに、メイン学習マップにおいて、燃料噴射量が多い領域(詳しくは、パイロット噴射が実行されない領域)では、メイン噴射の実行時に圧力センサ51により検出した燃料圧力PQに基づき学習項の学習が実行される。
また、このように学習した学習項をそのまま目標噴射期間TAUの算出に反映させると、直前の噴射に伴い発生する燃料圧力脈動に起因して燃料噴射量に誤差が生じるおそれがある。本実施形態では、そうした誤差分を補正するための差分補正項Kτd,KQup,KQmax,KQdn,Kτeが算出される。すなわち先ず、差分補正項の算出対象の燃料噴射についての上記各パラメータの差Δτd,ΔQup,ΔQmax,ΔQdn,Δτeが検出されるとともに、同燃料噴射の目標噴射期間TAUの算出に際して反映された学習項Gτd,GQup,GQmax,GQdn,Gτeが読み込まれる。そして、上記各パラメータの差と学習項との差(=Δτd−Gτd,ΔQup−GQup,ΔQmax−GQmax,ΔQdn−GQdn,Δτe−Gτe)が算出されるとともに、それら差が差分補正項Kτd,KQup,KQmax,KQdn,Kτeとして一時的に記憶される。なお、このようにして差分補正項を算出する処理は多段噴射における二段目以降の燃料噴射について各別に実行される。
さらに、直前の噴射に伴い発生した燃料圧力の脈動分は一定ではなく、噴射間のインターバルや燃料噴射圧力、直前の噴射の燃料噴射量などに応じて異なる。そのため、そうした直前の噴射に伴う燃料圧力脈動を考慮することなく前記学習項の学習や差分補正項の算出を実行すると、前記燃料圧力PQの時間波形や前記検出時間波形の不要な変化を招き、これが同学習項の学習精度や差分補正項の算出精度を低下させる一因になる。
本実施形態では、そうした精度低下を抑えるために、二段目以降の噴射についての前記検出時間波形の形成に際して、そのもとになる燃料圧力PQの時間波形に、直前の噴射に伴い発生する圧力脈動を相殺可能な圧力時間波形(補正波形)を重畳する処理が実行される。この処理を通じて、検出時間波形から直前の噴射に伴う燃料圧力脈動の影響分が除かれ、上記各パラメータの差として適正な値が検出されて、学習項としても適正な値が学習されるようになる。
なお上記補正波形は、補正対象の燃料噴射を含む燃焼サイクルの噴射パターン、各噴射の目標噴射量、各噴射間のインターバルおよび目標噴射圧力に基づいて、多段噴射の二段目以降の各噴射についてそれぞれ算出される。本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに噴射パターンと各噴射の目標噴射量と各噴射間のインターバルと目標噴射圧力と多段噴射の二段目以降の各噴射に適した補正波形との関係が予め求められて電子制御ユニット40に記憶されている。そして、この関係に基づいて多段噴射の二段目以降の噴射についての補正波形が算出されて用いられる。
図8に、多段噴射の噴射段と差分補正項との関係を示す。
同図8に示すように、差分補正項を算出する処理の実行を通じて、「N」を自然数とすると、(N+1)段目の燃料噴射をもとに算出された値が同(N+1)段目の燃料噴射に対応する差分補正項K(N+1)として記憶される。例えば二段目噴射をもとに算出された値が同二段目噴射に対応する差分補正項K2として記憶され、三段目噴射をもとに算出された値が同三段目噴射に対応する差分補正項K3として記憶される。なお、多段噴射で実行されなかった噴射段に対応する差分補正項としては初期値(本実施形態では「0」)が設定される。
このように本実施形態では、差分補正項が、例えばメイン噴射に対応する補正項や同メイン噴射の直前に実行されるパイロット噴射に対応する補正項等といったように噴射位置に関連づけして算出されるのではなく、二段目噴射に対応する差分補正項K2や三段目噴射に対応する差分補正項K3といったように噴射順序に関連づけして算出される。
そして本実施形態では、前記学習項Gτd,GQup,GQmax,GQdn,Gτe、および差分補正項Kτd,KQup,KQmax,KQdn,Kτeがそれぞれ、前述したモデル式に基づいて目標噴射期間TAUを算出するための算出パラメータとして用いられる。このようにして多段噴射の各段の燃料噴射についての目標噴射期間TAUを算出することにより、燃料噴射弁20の経時的な変化による作動特性ばらつきの影響分と、直前の噴射に伴う燃料圧力脈動による影響分とがそれぞれ補償されるようになる。なお、上記差分補正項Kτd,KQup,KQmax,KQdn,Kτeは、その算出対象の燃料噴射を含む燃焼サイクル(算出燃焼サイクル)の次の燃焼サイクル(反映燃焼サイクル)における燃料噴射の目標噴射期間TAUの算出に際して上記モデル式に反映される。また本実施形態では、燃料圧力PQに基づいて学習項を算出する処理や差分補正項を算出する処理が、内燃機関10の気筒11(♯1〜♯4)毎にそれぞれ対応する圧力センサ51の出力信号に基づき実行される。
図9に、反映燃焼サイクルでの学習項および差分補正項の反映態様の一例を示す。
同図9に示す例では、算出燃焼サイクルおよび反映燃焼サイクルにおいて共に、二段のパイロット噴射とメイン噴射とからなる三段の燃料噴射が実行される。そのため、算出燃焼サイクルにおける二段目のパイロット噴射に基づき二段目噴射に対応する差分補正項K2が算出されるとともに、メイン噴射に基づき三段目噴射に対応する差分補正項K3が算出される。
そして図9に示すように、反映燃焼サイクルの二段目のパイロット噴射についての目標噴射期間TAUの算出に際して上記差分補正項K2が反映され、反映燃焼サイクルのメイン噴射についての目標噴射期間TAUの算出に際して上記差分補正項K3が反映される。また、各パイロット噴射についての目標噴射期間TAUの算出に際して反映される学習項は先頭段学習マップ(図6)に基づき算出され、メイン噴射についての目標噴射期間TAUの算出に際して反映される学習項はメイン学習マップ(図7)から算出される。
ここで、本実施形態の装置では、燃料噴射弁20の特性パラメータを検出するための演算処理として、圧力センサ51による燃料圧力PQの検出を短周期で実行する処理や、検出した燃料圧力PQの時間波形を解析して上記特性パラメータを特定する処理が実行される。これらの処理は電子制御ユニット40にかかる演算負荷が大きいために、同処理の実行にある程度の時間がかかる。そのため、例えば機関回転速度NEが高く一燃焼サイクル当たりの時間が短いときなど、上記演算処理を実行可能な時間が短いときに、同演算処理の実行時間を十分に確保することができなくなって学習項の学習や差分補正項の算出を適正に実行できなくなるおそれがある。
また本実施形態の装置では、燃料噴射弁20の特性パラメータを検出する処理が内燃機関10の気筒11毎に実行されるため、同処理が特定の気筒についてのみ実行される装置と比較して、特性パラメータを検出するための演算処理を実行可能な時間が短くなり易い。
本実施形態の装置では、燃料噴射弁20への開弁信号(駆動パルス)の出力時を始点とし、燃料噴射率の検出時間波形に基づいて燃料噴射弁20による燃料噴射の終了(前記噴射停止時期Tce)が判明するときを終点とする期間(検出期間TA)が定められている。そして、燃料噴射率の検出時間波形を形成する処理(時間波形形成処理)に、上記検出期間TAにおいて圧力センサ51によって検出された燃料圧力PQを用いる一方、同検出期間TA以外の時点の燃料圧力PQを用いないようにしている。
以下、このようにして時間波形形成処理を実行することによる作用について説明する。
図10に、駆動パルスの出力態様と燃料噴射率の検出時間波形との関係の一例を示す。
図10に示すように、燃料噴射率の検出時間波形を形成する際には先ず、検出タイミングに関連付けられたかたちで電子制御ユニット40に記憶されている燃料圧力PQのうちの燃料噴射弁20への開弁信号(同図(a))の出力時以降に圧力センサ51によって検出された燃料圧力PQの読み込みが開始される(時刻t11,t13,t15)。このとき、燃料圧力PQがその検出順に読み込まれ、この燃料圧力PQの読み込みは同燃料圧力PQに基づいて噴射停止時期Tce(図4参照)が特定されるタイミングまで繰り返される(時刻t11〜t12,t13〜t14,t15〜t16)。そして、燃料圧力PQに基づいて噴射停止時期Tce(図4参照)が特定されると(時刻t12,t14,t16)、燃料圧力PQの読み込みが停止されるとともに、読み込まれた燃料圧力PQに基づいて燃料噴射率の検出時間波形が形成される。
燃料噴射弁20の各特性パラメータを検出するためには、燃料噴射弁20の開閉に伴って燃料圧力が一時的に低下する期間における燃料圧力PQの変動波形を把握することが重要になる。その一方で、燃料噴射弁20の開弁前や同燃料噴射弁20の開閉に伴う燃料圧力の一時的な低下が解消した後における燃料圧力PQの変動波形を把握することの必要性はごく低い。
本実施形態の装置によれば、燃料噴射弁20の開閉による燃料供給系内の燃料圧力の一時的な低下を招く可能性のある検出期間TA(時刻t11〜t12,t13〜t14,t15〜t16)において検出された燃料圧力PQが前記時間波形形成処理に用いられる。その一方で、燃料噴射弁20の開弁前や同燃料噴射弁20の開閉に伴う燃料圧力の一時的な低下が解消した後(時刻t11以前,t12〜t13,t14〜t15,t16以降)に検出された燃料圧力PQが検出時間波形形成処理に用いられない。これにより、燃料圧力PQの変動波形を把握することの必要性がごく低いときの燃料圧力PQが上記検出時間波形形成処理に用いられなくなるため、その分だけ燃料圧力PQを読み込む処理の演算負荷や検出時間波形を形成する処理の演算負荷を低減することができる。しかも、燃料供給系内の燃料圧力の一時的な低下を招く検出期間TAにおいて検出された燃料圧力PQに基づいて燃料噴射率の検出時間波形を形成するとともに、その検出時間波形をもとに燃料噴射弁20の複数の特性パラメータを検出することができる。したがって、燃料圧力PQの変動波形が把握されない期間があるとはいえ、特性パラメータの検出のために必要な期間については燃料圧力PQの変動波形が把握されるために、同特性パラメータの検出頻度の低下を抑えることができる。
また本実施形態の装置では、時間波形形成処理の実行対象の燃料噴射を含む多段噴射の噴射段数が予め定めた所定段数になり、且つ同多段噴射の実行時における機関回転速度NEが予め定めた判定速度以上であるときに、多段噴射における最後段噴射についての上記各特性パラメータの検出を間引いて実行しないようにしている。本実施形態の装置では、四段噴射の実行時において、機関回転速度NEが判定速度J1(例えば、2200回転/分)以上であるときには、四段目の噴射についての上記各特性パラメータの検出が間引かれて実行されない。また、五段噴射の実行時において、機関回転速度NEが判定速度J12(例えば、1200回転/分)以上であるときには、五段目の噴射についての各特性パラメータの検出が間引かれて実行されない。
図11(a)〜(f)に、機関回転速度NEと多段噴射における噴射段数と検出時間波形の形成を実行する噴射段数との関係の例を示す。
図11(a)は、機関回転速度NEが判定速度J2より低い状況で五段噴射が実行されるときの上記関係を示している。このときには、図11(a)に示すように、五段噴射における全ての噴射段について検出時間波形の形成が実行される。
図11(b)は、機関回転速度NEが判定速度J2以上である状況で五段噴射が実行されるときの上記関係を示している。このときには、図11(b)に示すように、最後段噴射(図中に破線で示す)を除く四つの噴射段について検出時間波形の形成が実行される。
図11(c)は、機関回転速度NEが判定速度J1より低い状況で四段噴射が実行されるときの上記関係を示している。このときには図11(c)に示すように、四段噴射における全ての噴射段について検出時間波形の形成が実行される。
図11(d)は、機関回転速度NEが判定速度J1以上である状況で四段噴射が実行されるときの上記関係を示している。このときには、図11(d)に示すように、最後段噴射(図中に破線で示す)を除く三つの噴射段について検出時間波形の形成が実行される。
図11(e)は、三段噴射の実行時における上記関係を示している。このときには、図11(e)に示すように、全ての噴射段について検出時間波形の形成が実行される。
図11(f)は、二段噴射の実行時における上記関係を示している。このときには、図11(f)に示すように、全ての噴射段について検出時間波形の形成が実行される。
前述したように機関回転速度NEが高くなると、一燃焼サイクル当たりの時間が短くなって、燃料噴射弁20の作動制御のための演算処理を実行可能な時間が短くなる。また、多段噴射における噴射段数が多くなると、燃料噴射弁20の開閉に伴って燃料圧力が一時的に低下する期間の合計が長くなるため、その分だけ検出時間波形の形成が必要になる期間も長くなる。したがって、多段噴射の噴射段数が多く且つ機関回転速度NEが高いときには、燃料噴射弁20の特性パラメータを検出するための演算処理の演算負荷が大きくなり易いと云える。
多段噴射における二段目以降の噴射は、直前の噴射との間隔が短いため、直前の噴射に伴う燃料供給系内の燃料圧力の脈動による影響を受け易い。これに対して、多段噴射における先頭段の噴射は、直前の噴射との間隔が長いため、直前の噴射による燃料圧力脈動の影響が小さい。そのため、先頭段噴射の実行時には、直前の噴射に伴う燃料圧力脈動による影響を抑えた状態で燃料噴射弁20の各特性パラメータを精度よく検出することができる。
本実施形態の装置によれば、多段噴射の噴射段数が多い状況で機関回転速度NEが高くなった場合であっても、先頭段噴射についての検出時間波形の形成を確実に実行して、同検出時間波形に基づく上記各特性パラメータの検出を精度良く実行することができる。しかも、直前の噴射による燃料圧力脈動の影響が比較的大きい最後段噴射についての検出時間波形の形成を間引くことにより、燃料噴射弁20の特性パラメータの検出精度の低下を抑えつつ同特性パラメータを検出するための演算処理の演算負荷を低減することができる。
図12に、多段噴射の噴射段数と機関回転速度NEと電子制御ユニット40の演算負荷率(演算能力の最大値に対する実際の演算負荷の割合)との関係を示す。なお図12において、一点鎖線は全ての期間において燃料噴射率の検出時間波形を形成する比較例の装置における上記関係を示し、実線は所定期間TAにおいてのみ検出時間波形の形成を実行する本実施形態の装置における上記関係を示している。また図12中の破線は、燃料噴射弁20の駆動回路の性能により定まる多段噴射の実行限界を示している。
本実施形態の装置では、燃料噴射率の検出時間波形の形成に用いる燃料圧力PQが検出期間TA(図10参照)において検出された値に限定される。そのため、図12中に白抜きの矢印で示すように、比較例の装置(図中に一点鎖線で示す)と比較して、本実施形態の装置(図中に実線で示す)では演算負荷率が低くなる。これにより、学習処理や差分補正項を算出する処理を実行可能な運転領域(本実施形態では、演算負荷率が所定比率[例えば80%]以下の領域)を拡大することができる。なお本実施形態の装置では、燃料噴射弁20の駆動回路の性能により定まる二段噴射の実行限界(図12中のC2)で同二段噴射が実行された場合であっても、上記検出時間波形を形成する処理を間引くことなく、全ての噴射段についての検出時間波形の形成が実行される。また燃料噴射弁20の駆動回路の性能により定まる三段噴射の実行限界(図12中のC3)で同三段噴射が実行された場合にも、上記検出時間波形を形成する処理を間引くことなく、全ての噴射段についての検出時間波形の形成が実行されるようになる。
四段噴射の実行に際して機関回転速度NEが判定速度J1以上であるときには、最後段噴射である四段目噴射についての燃料圧力PQを読み込む処理と検出時間波形を形成する処理とが実行されない。これによっても演算負荷が低下するため、図中に黒塗りの矢印で示す分だけ、四段噴射を実行可能な領域が拡大する。すなわち、四つの噴射段の全てについて検出時間波形を形成することができないことを理由に、燃料噴射弁20の作動制御において四段噴射を実行できない状況になることが抑えられる。なお本実施形態の装置において、四つの噴射段の全てについて検出時間波形を形成すると仮定した場合には、判定速度J1(図12中の二点鎖線)が四段噴射の実行限界になる。本実施形態の装置では、機関回転速度NEが判定速度J1以上であるときに四段目噴射を除く三つの噴射段についてのみ検出時間波形を形成するようにした結果、燃料噴射弁20の駆動回路の性能により定まる四段噴射の実行限界(図12中のC4)まで同四段噴射を実行することができるようになる。
また、五段噴射の実行に際して機関回転速度NEが判定速度J2以上であるときには、最後段噴射である五段目噴射についての燃料圧力PQを読み込む処理と検出時間波形を形成する処理とが実行されない。これによっても演算負荷が低下するため、五段噴射を実行可能な領域が拡大する。これにより本実施形態の装置では、燃料噴射弁20の駆動回路の性能により定まる五段噴射の実行限界(図12中のC5)まで同五段噴射を実行することができるようになる。
図13に、前記時間波形形成処理の実行手順を示す。なお、同図のフローチャートに示される一連の処理は、時間波形形成処理の実行手順を概念的に示したものであり、多段噴射の各段の燃料噴射が実行される度に電子制御ユニット40により実行される。
図13に示すように、この処理では先ず、検出時間波形の形成対象の燃料噴射が、多段噴射における先頭段噴射、二段目噴射、三段目噴射のいずれかであるか否かが判断される(ステップS11)。
先頭段噴射、二段目噴射、三段目噴射のいずれかである場合には(ステップS11:YES)、形成対象の燃料噴射についての開弁信号の燃料噴射弁20への出力時以降に検出された燃料圧力PQがその検出順に読み込まれる(ステップS12)。そして、その後において、読み込まれた燃料圧力PQに基づき噴射停止時期Tce(図4参照)が特定されるまでの間(ステップS13:NO)、燃料圧力PQの読み込みが繰り返し実行される(ステップS12)。そして、読み込まれた燃料圧力PQに基づき噴射停止時期Tceが特定されると(ステップS13:YES)、開弁信号が出力されたときから燃料圧力PQの検出結果に基づき噴射停止時期Tceが判明するときまでの検出期間TAに検出された燃料圧力PQに基づいて検出時間波形が形成された後(ステップS14)、本処理は終了される。
一方、先頭段噴射、二段目噴射、三段目噴射のいずれでもない場合には(ステップS11:NO)、四段目噴射であり且つ同噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J1未満であるか否かが判断される(ステップS15)。
そして、五段目噴射である場合や四段目噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J1以上である場合には(ステップS15:NO)、五段目噴射であり且つ同噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J2未満であるか否かが判断される(ステップS16)。
ここで、五段目噴射でない場合や、五段目噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J2以上である場合には(ステップS16:NO)、検出時間波形を形成するための処理(ステップS12〜ステップS14)を実行することなく、本処理は終了される。
一方、四段目噴射であり且つ同噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J1未満である場合や(ステップS15:YES)、五段目噴射であり且つ同噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J2未満である場合には(ステップS16:YES)、検出時間波形を形成するための処理(ステップS12〜ステップS14)が実行された後、本処理は終了される。
そして本実施形態の装置では、この検出時間波形に基づいて学習項の学習や差分補正項の算出が実行される。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
(1)燃料噴射弁20への開弁信号が出力されたときから燃料圧力PQの検出結果に基づいて噴射停止時期Tceが判明するときまでの検出期間TAに圧力センサ51によって検出された燃料圧力PQを時間波形形成処理に用いる一方、同検出期間TA以外の時点の燃料圧力PQを時間波形形成処理に用いないようにした。これにより、燃料噴射弁20の開弁前に検出された燃料圧力PQや同燃料噴射弁20の開閉に伴う燃料圧力の一時的な低下が解消した後に検出された燃料圧力PQが検出時間波形形成処理に用いられなくなるため、その分だけ燃料圧力PQを読み込む処理の演算負荷や検出時間波形を形成する処理の演算負荷を低減することができる。しかも、燃料圧力PQの変動波形が把握されない期間があるとはいえ、特性パラメータの検出のために必要な期間では燃料圧力PQの変動波形を把握することができるため、同特性パラメータの検出頻度の低下を抑えることができる。
(2)四段噴射の実行時において機関回転速度NEが判定速度J1以上であるときには、四段目の噴射についての検出時間波形を形成する処理を間引いて実行しないようにした。また、五段噴射の実行時において機関回転速度NEが判定速度J2以上であるときには、五段目の噴射についての検出時間波形を形成する処理を間引いて実行しないようにした。そのため、多段噴射の噴射段数が多い状況で機関回転速度NEが高くなった場合であっても、先頭段噴射についての検出時間波形の形成を確実に実行して、同検出時間波形に基づく上記各特性パラメータの検出を精度良く実行することができる。しかも、最後段噴射についての検出時間波形の形成を間引くことにより、燃料噴射弁20の特性パラメータを検出するための演算処理の演算負荷を低減することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・検出期間TAに代えて、燃料噴射弁20への開弁信号の出力後に所定時間Tbが経過したときを始点とし、燃料圧力PQの検出結果に基づいて噴射停止時期Tceが判明するときを終点とする検出期間TBを定めてもよい。そして、この検出期間TBにおいて圧力センサ51によって検出された燃料圧力PQを燃料噴射率の検出時間波形を形成する処理に用いる一方、検出期間TB以外の時点の燃料圧力PQを同処理に用いないようにしてもよい。
上記実施形態の装置では、燃料噴射弁20への開弁信号の出力タイミングが分かれば、同タイミングや燃料噴射弁20の作動特性(開弁遅れ時間など)に基づいて、燃料噴射弁20の開弁が開始されるタイミングを推定することができる。そのため、検出期間TAに代えて、上記検出期間TBを定める装置によっても、上記実施形態の装置に準じた作用効果を得ることができる。しかも、上記実施形態の装置と比較して、燃料圧力PQの読み込み対象になる期間を短くすることができるため、検出時間波形の形成対象の燃料圧力PQの総数を減少させることができる。したがって、燃料噴射弁20の各特性パラメータの検出にかかる演算処理の演算負荷をより低減することができる。なお上記装置では、開弁遅れ時間に検出した燃料圧力PQの一部が読み込まれなくなるように検出期間TBを短くしつつ検出時間波形を適正に形成することの可能な一定時間を、各種の実験やシミュレーションの結果に基づき予め求めて、上記所定時間Tbとして電子制御ユニット40に記憶しておけばよい。
図14に、上記装置における時間波形形成処理の実行手順を示す。なお図14は、図13に示す時間波形形成処理と異なる部分を中心に示しており、以下の説明では図13に示す時間波形形成処理と同一の処理については同一の符号を付して示し、その詳細な説明を割愛する。図14に示すように、この処理では、検出時間波形を形成する際に(ステップS11:YES、またはステップS15:YES、またはステップS16:YES)、燃料噴射弁20への開弁信号の出力後に所定時間Tbが経過したとき以降に検出された燃料圧力PQがその検出順に読み込まれる(ステップS22)。そして、その後において、読み込まれた燃料圧力PQに基づき噴射停止時期Tceが特定されるまでの間(ステップS13:NO)、燃料圧力PQの読み込みが繰り返し実行される(ステップS22)。そして、読み込まれた燃料圧力PQに基づき噴射停止時期Tceが特定されると(ステップS13:YES)、開弁信号の出力後に所定時間Tbが経過したときから燃料圧力PQの検出結果に基づき噴射停止時期Tceが判明するときまでの検出期間TBに検出された燃料圧力PQに基づいて検出時間波形が形成される(ステップS24)。その後、本処理は終了される。
・検出期間TAに代えて、燃料噴射弁20への開弁信号の出力時を始点とし、同燃料噴射弁20への閉弁信号の出力後に予め定めた所定時間Tcが経過したときを終点とする検出期間TCを定めてもよい。そして、この検出期間TCにおいて圧力センサ51によって検出された燃料圧力PQを燃料噴射率の検出時間波形を形成する処理に用いる一方、検出期間TC以外の時点の燃料圧力PQを同処理に用いないようにしてもよい。
上記実施形態の装置では、燃料噴射弁20への閉弁信号の出力タイミングが分かれば、同タイミングや燃料噴射弁20の作動特性(閉弁遅れ時間、噴射率低下速度など)に基づいて、燃料噴射弁20が閉弁状態になるタイミングを推定することができる。そのため、検出期間TAに代えて、上記検出期間TCを定める装置によっても、上記実施形態の装置に準じた作用効果を得ることができる。なお上記装置では、燃料噴射弁20が閉弁状態になった後に検出した燃料圧力PQができるだけ読み込まれなくなるように検出期間TCを短くしつつ検出時間波形を適正に形成することの可能な一定時間を、各種の実験やシミュレーションの結果に基づき予め求めて、上記所定時間Tcとして電子制御ユニット40に記憶しておけばよい。
図15に、上記装置における時間波形形成処理の実行手順を示す。なお図15は、図13に示す時間波形形成処理と異なる部分のみを示しており、以下の説明では図13に示す時間波形形成処理と同一の処理については同一の符号を付して示し、その詳細な説明を割愛する。図15に示すように、この処理では、検出時間波形を形成する際に(ステップS11:YES、またはステップS15:YES、またはステップS16:YES)、検出期間TBにおいて検出された燃料圧力PQが読み込まれる(ステップS32)。そして、この読み込まれた燃料圧力PQ、すなわち形成対象の燃料噴射についての開弁信号が出力されたときから同燃料噴射についての閉弁信号の出力後に所定時間Tcが経過したときまでの検出期間TCに検出した燃料圧力PQに基づいて検出時間波形が形成された後(ステップS33)、本処理は終了される。
・検出期間TAに代えて、燃料噴射弁20への開弁信号の出力後に所定時間Tbが経過したときを始点とし、同燃料噴射弁20への閉弁信号の出力後に予め定めた所定時間Tcが経過したときを終点とする検出期間TDを定めてもよい。そして、この検出期間TDにおいて圧力センサ51によって検出された燃料圧力PQを燃料噴射率の検出時間波形を形成する処理に用いる一方、検出期間TD以外の時点の燃料圧力PQを同処理に用いないようにしてもよい。
図16に、上記装置における時間波形形成処理の実行手順を示す。なお図16は、図13に示す時間波形形成処理と異なる部分のみを示しており、以下の説明では図13に示す時間波形形成処理と同一の処理については同一の符号を付して示し、その詳細な説明を割愛する。図16に示すように、この処理では、検出時間波形を形成する際に(ステップS11:YES、またはステップS15:YES、またはステップS16:YES)、検出期間TCにおいて検出された燃料圧力PQが読み込まれる(ステップS42)。そして、この読み込まれた燃料圧力PQ、すなわち形成対象の燃料噴射についての開弁信号の出力後に所定時間Tbが経過したときから同燃料噴射についての閉弁信号の出力後に所定時間Tcが経過したときまでの検出期間TDに検出した燃料圧力PQに基づいて検出時間波形が形成された後(ステップS43)、本処理は終了される。
・四段噴射であり且つ同噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J1以上であるときや、五段噴射であり且つ同噴射の実行時における機関回転速度NEが判定速度J2以上であるときに燃料噴射率の検出時間波形を形成する処理を間引く対象の噴射段を最後段噴射にすることに限らず、先頭段噴射以外の任意の噴射段にすることができる。
・多段噴射の段数が予め定めた所定数であり且つ機関回転速度NEが判定速度以上であるときに、複数の噴射段についての燃料噴射率の検出時間波形の形成を間引くようにしてもよい。こうした装置としては例えば次のような装置が考えられる。すなわち、五段噴射の実行時において、機関回転速度NEが第1判定速度未満のときには全ての噴射段について検出時間波形の形成を実行する。そして、機関回転速度NEが第1判定速度以上であり且つ第2判定速度未満であるときには最後段噴射を除く四段の燃料噴射について検出時間波形の形成を実行し、機関回転速度NEが第2判定速度以上であるときには最後段噴射と四段目噴射とを除く三段の燃料噴射について検出時間波形の形成を実行する。
機関回転速度NEが高くなるほど、燃料噴射弁20の各特性パラメータの検出のための演算処理を実行可能な時間が短くなるため、同演算処理の実行時間の確保が困難になる。この点、上記装置によれば、例えば機関回転速度NEが高いときには多段噴射の二段分の演算処理を間引くとともに、機関回転速度が比較的低いときには一段分の演算処理だけ間引くといったように、演算処理を実行可能な時間の変化に合わせて、検出時間波形を形成する処理を間引く噴射段の数を定めることができる。そのため、燃料噴射弁20の各特性パラメータの検出頻度の低下抑制と、同特性パラメータを検出する処理の演算負荷の低減とを好適に両立することができる。
・図13〜図16のステップS11、ステップS15、およびステップS16の処理を省略してもよい。
・学習処理において、複数の特性パラメータの差Δτd,ΔQup,ΔQmax,ΔQdn,Δτeそれぞれの加重平均値を算出することなく、同差そのものを学習項Gτd,GQup,GQmax,GQdn,Gτeとして記憶するようにしてもよい。
・学習領域を目標噴射量および目標噴射圧力の一方のみによって区画することができる。また、学習領域を区画するパラメータとしては、目標噴射量や目標噴射圧力を用いることに限らず、機関回転速度NEや通路空気量GA、アクセル操作量ACC、吸入空気量などを用いることができる。
・補正波形の算出および反映を省略してもよい。
・上記実施形態の装置は、メイン噴射に先立ちプレ噴射を実行する装置にも、その構成を適宜変更したうえで適用することができる。
・燃料噴射弁20の作動特性としての特性パラメータは任意に変更することができる。例えば開弁遅れ時間τd、噴射率上昇速度Qup、最大噴射率Qmax、噴射率低下速度Qdn、および閉弁遅れ時間τeのうちのいずれか一つのみを特性パラメータとしたり、二つのみを特性パラメータとしたり、三つのみを特性パラメータとしたり、四つのみを特性パラメータとしたりすることができる。また、燃料噴射率が最大噴射率に到達した時期や、燃料噴射率が最大噴射率から低下し始める時期、燃料噴射率が「0」になる時期などを特性パラメータとして新たに採用することもできる。
・燃料噴射弁20の内部(詳しくは、ノズル室25内)の燃料圧力の指標となる圧力、言い換えれば同燃料圧力の変化に伴って変化する燃料圧力を適正に検出することができるのであれば、圧力センサ51を燃料噴射弁20に直接取り付けることに限らず、同圧力センサ51の取り付け態様は任意に変更することができる。具体的には、圧力センサ51を燃料供給通路におけるコモンレール34と燃料噴射弁20との間の部位(分岐通路31a)に取り付けたり、コモンレール34に取り付けたりしてもよい。
・圧電アクチュエータ29により駆動されるタイプの燃料噴射弁20に代えて、例えばソレノイドコイルなどを備えた電磁アクチュエータによって駆動されるタイプの燃料噴射弁を採用することもできる。
・4つの気筒を有する内燃機関に限らず、1つ〜3つの気筒を有する内燃機関、あるいは5つ以上の気筒を有する内燃機関にも、上記燃料噴射特性検出装置は適用することができる。
・上記燃料噴射特性検出装置は、ディーゼル機関に限らず、ガソリン燃料を用いるガソリン機関や天然ガス燃料を用いる天然ガス機関にも適用することができる。
10…内燃機関、11…気筒、12…吸気通路、13…ピストン、14…クランクシャフト、15…排気通路、20…燃料噴射弁、21…ハウジング、22…ニードル弁、23…噴射孔、24…スプリング、25…ノズル室、26…圧力室、27…導入通路、28…連通路、29…圧電アクチュエータ、29a…弁体、30…排出路、31a…分岐通路、31b…供給通路、32…燃料タンク、33…燃料ポンプ、34…コモンレール、35…リターン通路、40…電子制御ユニット、51…圧力センサ、52…吸気量センサ、53…クランクセンサ、54…アクセルセンサ。

Claims (7)

  1. 昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する燃料噴射特性検出装置において、
    当該装置は、前記燃料噴射弁に開弁信号が出力されたときから前記検出結果に基づいて前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了が判明するときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
  2. 昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する燃料噴射特性検出装置において、
    当該装置は、前記燃料噴射弁への開弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときから前記検出結果に基づいて前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了が判明するときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
  3. 昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する燃料噴射特性検出装置において、
    当該装置は、前記燃料噴射弁に開弁信号が出力されたときから同燃料噴射弁への閉弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
  4. 昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系と同燃料供給系の内部の燃料圧力を検出する圧力センサとを備えた内燃機関に適用されて、前記圧力センサによって検出した燃料圧力の検出結果に基づいて前記燃料噴射弁の作動特性を検出する燃料噴射特性検出装置において、
    当該装置は、前記燃料噴射弁への開弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときから同燃料噴射弁への閉弁信号の出力後に予め定めた所定時間が経過したときまでの期間に前記圧力センサによって検出した燃料圧力を前記作動特性の検出に用いる一方、前記期間以外の時点の燃料圧力を前記作動特性の検出に用いない
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料噴射特性検出装置において、
    当該装置は、
    複数回に分けて燃料噴射を実行する多段噴射によって一回の燃焼サイクルにおける前記燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、前記多段噴射の各噴射について各別に前記作動特性の検出を実行するものであり、
    前記多段噴射の段数が予め定めた判定数であり且つ機関回転速度が予め定めた判定速度以上であるときには、前記多段噴射における先頭段噴射以外の特定の燃料噴射についての前記作動特性の検出を間引いて実行しない
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
  6. 請求項5に記載の燃料噴射特性検出装置において、
    前記特定の燃料噴射は、前記多段噴射における最後段噴射である
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料噴射特性検出装置において、
    前記内燃機関は複数の気筒を有するものであり、
    前記装置は、前記内燃機関の気筒毎に、前記作動特性の検出を実行する
    ことを特徴とする燃料噴射特性検出装置。
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