JP2015190318A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーシャルリフト噴射時の噴射特性を学習する機会を増やすことのできる燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】燃料噴射弁３０による燃料の噴射を制御する制御装置４０であって、燃料噴射弁３０に対して要求する噴射量である要求噴射量を設定する設定部４２と、設定部４２により設定された要求噴射量を、所定噴射量と、所定噴射量以外の調整噴射量とに分割する分割部４３と、燃料噴射弁３０により、調整噴射量の燃料を噴射させる調整噴射と、燃料噴射弁３０の弁体３３がフルリフト位置に到達する前のパーシャルリフト状態で弁体３３のリフトを終了させて所定噴射量の燃料を噴射させるパーシャルリフト噴射との分割噴射を実行させる噴射実行部４４，４８と、パーシャルリフト噴射時における燃料噴射弁３０の噴射特性を学習する学習部４５と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料噴射弁による燃料の噴射を制御する装置に関する。

近年、排出ガス規制（Euro6等のPM規制）が強化されており、燃料噴射弁による燃料の最小噴射量（Qmin）の低減が求められている。Qmin低減のために、燃料噴射弁のニードル（弁体）のパーシャルリフト領域（弁体がフルリフト位置に到達する前のパーシャルリフト状態となる領域）を使用する技術が知られている。このような領域では、燃料噴射弁の個体差により噴射特性が相違する影響を強く受ける。このため、パーシャルリフト噴射時の噴射特性を学習し、学習結果を基に噴射指令値が補正されている。

例えば、ソレノイドの駆動電圧ＵＭと、この駆動電圧ＵＭをローパスフィルタでフィルタ処理したリファレンス電圧ＵＲとを比較し、両者の交点に基づいてソレノイドのアーマチャ位置を検出するものがある（特許文献１参照）。

ＵＳ２００３／００７１６１３号公報

ところで、燃料噴射弁は、要求された量の燃料を噴射するように駆動される。このため、パーシャルリフト噴射時の噴射特性を学習しようとしても、パーシャルリフト噴射の行われる状況が制限されることとなる。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、パーシャルリフト噴射時の噴射特性を学習する機会を増やすことのできる燃料噴射制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、燃料噴射弁による燃料の噴射を制御する制御装置であって、前記燃料噴射弁に対して要求する噴射量である要求噴射量を設定する設定部と、前記設定部により設定された前記要求噴射量を、所定噴射量と、前記所定噴射量以外の調整噴射量とに分割する分割部と、前記燃料噴射弁により、前記調整噴射量の燃料を噴射させる調整噴射と、前記燃料噴射弁の弁体がフルリフト位置に到達する前のパーシャルリフト状態で前記弁体のリフトを終了させて前記所定噴射量の燃料を噴射させるパーシャルリフト噴射との分割噴射を実行させる噴射実行部と、前記パーシャルリフト噴射時における前記燃料噴射弁の噴射特性を学習する学習部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、燃料噴射弁に対して要求する噴射量である要求噴射量が設定される。要求噴射量が、所定噴射量と、所定噴射量以外の調整噴射量とに分割される。そして、燃料噴射弁により、調整噴射量の燃料を噴射させる調整噴射と、所定噴射量の燃料を噴射させるパーシャルリフト噴射との分割噴射が実行される。

このため、要求噴射量がパーシャルリフト噴射を実行すべき噴射量でない場合あっても、パーシャルリフト噴射を実行しつつ、調整噴射量により噴射量を補うことで要求噴射量を満たすことができる。そして、パーシャルリフト噴射時における燃料噴射弁の噴射特性が学習される。したがって、要求噴射量にかかわらず、パーシャルリフト噴射を実行することができ、パーシャルリフト噴射時の噴射特性を学習する機会を増やすことができる。

なお、調整噴射量の燃料は、１回の調整噴射により噴射されてもよいし、複数回の調整噴射により噴射されてもよい。また、所定噴射量の燃料は、１回のパーシャルリフト噴射により噴射されてもよいし、複数回のパーシャルリフト噴射により噴射されてもよい。

エンジン制御システムの概略構成を示す図。 ＥＣＵの構成を示すブロック図。 燃料噴射弁のフルリフト状態を示す図。 燃料噴射弁のパーシャルリフト状態を示す図。 燃料噴射弁の噴射パルス幅と実噴射量との関係を示すグラフ。 燃料噴射弁の噴射量と閉弁タイミング等の関係を示すタイムチャート。 燃料噴射弁の電圧変曲点時間と噴射量との関係を示すグラフ。 電圧変曲点時間算出ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 電圧変曲点時間算出の実行例を示すタイムチャート。 閉弁タイミング学習ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 噴射パルス及び噴射インターバルを示すタイムチャート。 噴射パルス及び噴射インターバルの変更例を示すタイムチャート。 噴射パルス及び噴射インターバルの他の変更例を示すタイムチャート。 噴射パルス及び噴射インターバルの他の変更例を示すタイムチャート。

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両用のガソリンエンジンを制御する制御システムとして具体化している。

まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。

筒内噴射式の多気筒内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒２１に空気を導入する吸気マニホールド２０が接続され、エンジン１１の各気筒２１には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３０が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒２１毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒２１の点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

エンジン１１の排気管２３には、排出ガスに基づいて混合気の空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）４０に入力される。このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

図２に示すように、ＥＣＵ４０には、エンジン制御用マイコン４１（エンジン１１の制御用のマイクロコンピュータ）やインジェクタ駆動用ＩＣ４８（燃料噴射弁３０の駆動用ＩＣ）等が設けられている。ＥＣＵ４０は、エンジン制御用マイコン４１により、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等）に応じて要求噴射量を算出して、この要求噴射量に応じて噴射パルスＴi（噴射期間）を算出し、インジェクタ駆動用ＩＣ４８により、要求噴射量に応じた噴射パルスＴiで燃料噴射弁３０を開弁駆動して、要求噴射量分の燃料を噴射させる。インジェクタ駆動用ＩＣ４８には、燃料噴射弁３０の駆動に際して、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖｍが入力される。

本実施形態では、要求噴射量設定部４２（設定部）が要求噴射量を設定し、設定された要求噴射量を、噴射量分割部４３（分割部）が、所定噴射量と、所定噴射量以外の調整噴射量とに分割する。そして、噴射パルス設定部４４が、調整噴射量に対応する噴射パルスＴｉａと所定噴射量に対応する噴射パルスＴｉｐとを設定する。インジェクタ駆動用ＩＣ４８が、設定された噴射パルスＴｉａ，Ｔｉｐ（噴射指令値）に基づいて、燃料噴射弁３０により、調整噴射量の燃料を噴射させる調整噴射と、燃料噴射弁３０の弁体がフルリフト位置に到達する前のパーシャルリフト状態で弁体のリフトを終了させて所定噴射量の燃料を噴射させるパーシャルリフト噴射との分割噴射（学習用分割噴射）を実行させる。そして、噴射特性学習部４５（学習部）が、パーシャルリフト噴射時における燃料噴射弁３０の閉弁タイミング（噴射特性）を学習する。噴射パルス設定部４４（補正部）は、噴射特性学習部４５により学習された閉弁タイミングに基づいて、パーシャルリフト噴射時に燃料噴射弁３０に対する噴射パルスＴｉｐを補正する。なお、噴射パルス設定部４４及びインジェクタ駆動用ＩＣ４８により、噴射実行部が構成されている。

図３及び図４に示すように、燃料噴射弁３０は、噴射パルスをオンして駆動コイル３１（ソレノイド）に通電したときに駆動コイル３１によって生じる電磁力によってプランジャ３２（可動コア）と一体的にニードル３３（弁体）を開弁方向に駆動する構成となっている。図３に示すように、噴射パルス幅が比較的長くなるフルリフト領域（ニードル３３のリフト量がフルリフト量となる領域）では、ニードル３３がフルリフト位置（プランジャ３２がストッパ３４に突き当たる位置）に到達する。一方、図４に示すように、噴射パルス幅が比較的短くなるパーシャルリフト領域（ニードル３３のリフト量がパーシャルリフト量となる領域）では、ニードル３３がフルリフト位置に到達しないパーシャルリフト状態（プランジャ３２がストッパ３４に突き当たる手前の状態）となる。

高圧の燃料を筒内に噴射するエンジン１１の燃料噴射弁３０は、図５に示すように、噴射パルス幅に対する実噴射量の変化特性のリニアリティ（直線性）がパーシャルリフト領域で悪化する傾向がある。このパーシャルリフト領域では、ニードル３３のリフト量のばらつきが大きくなって噴射量ばらつきが大きくなる傾向があり、噴射量ばらつきが大きくなると、排気エミッションやドライバビリティが悪化する可能性がある。

ところで、燃料噴射弁３０は、噴射パルスのオフ後に誘導起電力によってマイナス端子電圧Ｖｍが変化する（図９参照）。その際、燃料噴射弁３０が閉弁するときに、ニードル３３の変化速度（プランジャ３２の変化速度）が比較的大きく変化して、マイナス端子電圧Ｖｍの変化特性が変化するため、閉弁タイミング付近でマイナス端子電圧Ｖｍの変化特性が変化する電圧変曲点となる。

このような特性に着目して、本実施形態では、ＥＣＵ４０（例えばインジェクタ駆動用ＩＣ４８）により後述する図８の電圧変曲点時間算出ルーチンを実行することで、閉弁タイミングを特定するパラメータとして電圧変曲点時間を次のようにして算出する。

ＥＣＵ４０は、インジェクタ駆動用ＩＣ４８の演算部４９で、パーシャルリフト噴射の実行中（少なくともパーシャルリフト噴射の噴射パルスのオフ後）に、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmをノイズ成分の周波数よりも低い第１の周波数ｆ1をカットオフ周波数とする第１のローパスフィルタでフィルタ処理（なまし処理）した第１のフィルタ電圧Ｖsm1を算出する。ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを第１の周波数ｆ1よりも低い第２の周波数ｆ2をカットオフ周波数とする第２のローパスフィルタでフィルタ処理（なまし処理）した第２のフィルタ電圧Ｖsm2を算出する。これにより、マイナス端子電圧Ｖmからノイズ成分を除去した第１のフィルタ電圧Ｖsm1と、電圧変曲点検出用の第２のフィルタ電圧Ｖsm2を算出することができる。

更に、インジェクタ駆動用ＩＣ４８の演算部４９により、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiff（＝Ｖsm1−Ｖsm2）を算出し、所定の基準タイミングから差分Ｖdiffが変曲点となるタイミングまでの時間を電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出する。この際、本実施形態では、差分Ｖdiffが所定の閾値Ｖtを越えるタイミングを、差分Ｖdiffが変曲点となるタイミングとして、電圧変曲点時間Ｔdiffを算出する。すなわち、所定の基準タイミングから差分Ｖdiffが所定の閾値Ｖtを越えるタイミングまでの時間を、電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出する。これにより、燃料噴射弁３０の閉弁タイミングに応じて変化する電圧変曲点時間Ｔdiffを精度良く算出することができる。本実施形態では、パーシャルリフト噴射の噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングを基準タイミングとして、電圧変曲点時間Ｔdiffを算出する。尚、閾値Ｖtは、エンジン制御用マイコン４１の閾値算出部４６により、燃圧や燃温等に応じて算出される。或は、閾値Ｖtを予め設定した固定値としてもよい。

また、燃料噴射弁３０のパーシャルリフト領域では、図６に示すように、燃料噴射弁３０のリフト量のばらつきによって、閉弁タイミングが変動し、ひいては噴射量が変動する。このため、燃料噴射弁３０の閉弁タイミングと噴射量との間には相関関係がある。更に、燃料噴射弁３０の閉弁タイミングに応じて電圧変曲点時間Ｔdiffが変化するため、図７に示すように、電圧変曲点時間Ｔdiffと噴射量との間には相関関係がある。

このような関係に着目して、ＥＣＵ４０は、エンジン制御用マイコン４１の噴射パルス設定部４４により、電圧変曲点時間Ｔdiffに基づいてパーシャルリフト噴射の噴射パルスを補正する。これにより、パーシャルリフト噴射の噴射パルスを精度良く補正することができ、ひいてはパーシャルリフト噴射による噴射量の制御精度を向上させることができる。

次に、図８のフローチャートを参照して、電圧変曲点時間算出ルーチンの処理手順を説明する。この一連の処理は、ＥＣＵ４０（エンジン制御用マイコン４１及びインジェクタ駆動用ＩＣ４８の少なくとも一方）により、ＥＣＵ４０の電源オン期間中（例えばイグニッションスイッチのオン期間中）に所定の演算周期Ｔsで実行される。

まず、ステップ１０１で、パーシャルリフト噴射の実行中（噴射の前後所定期間を含む）であるか否かを判定する。このステップ１０１で、パーシャルリフト噴射の実行中ではないと判定された場合には、ステップ１０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、パーシャルリフト噴射の実行中であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを取得する。この場合、本ルーチンの演算周期Ｔsがマイナス端子電圧Ｖmのサンプリング周期となる。

この後、ステップ１０３に進み、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを、ノイズ成分の周波数よりも低い第１の周波数ｆ1をカットオフ周波数とする第１のローパスフィルタ（カットオフ周波数ｆ1よりも低い周波数帯域を通過域とするローパスフィルタ）でフィルタ処理して、第１のフィルタ電圧Ｖsm1を算出する。

第１のローパスフィルタは、第１のフィルタ電圧の前回値Ｖsm1(k-1)とマイナス端子電圧の今回値Ｖm(k)とを用いて、第１のフィルタ電圧の今回値Ｖsm1(k)を求める下記（１）式で実装されるデジタルフィルタである。

Ｖsm1(k)＝｛（ｎ1 −１）／ｎ1｝×Ｖsm1(k-1)＋（１／ｎ1）×Ｖm(k)…（１）
この第１のローパスフィルタの時定数ｎ1は、マイナス端子電圧Ｖmのサンプリング周波数ｆs（＝１／Ｔs）と、第１のローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ1とを用いた下記（２）式の関係を満たすように設定されている。

１／ｆs：１／ｆ1 ＝１：（ｎ1 −１）…（２）
この後、ステップ１０４に進み、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを、第１の周波数ｆ1よりも低い第２の周波数ｆ2をカットオフ周波数とする第２のローパスフィルタ（カットオフ周波数ｆ2よりも低い周波数帯域を通過域とするローパスフィルタ）でフィルタ処理して、第２のフィルタ電圧Ｖsm2を算出する。

第２のローパスフィルタは、第２のフィルタ電圧の前回値Ｖsm2(k-1)とマイナス端子電圧の今回値Ｖm(k)とを用いて、第２のフィルタ電圧の今回値Ｖsm2(k)を求める下記（３）式で実装されるデジタルフィルタである。

Ｖsm2(k)＝｛（ｎ2 −１）／ｎ2｝×Ｖsm2(k-1)＋（１／ｎ2）×Ｖm(k)…（３）
この第２のローパスフィルタの時定数ｎ2は、マイナス端子電圧Ｖmのサンプリング周波数ｆs（＝１／Ｔs）と、第２のローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ2とを用いた下記（４）式の関係を満たすように設定されている。

１／ｆs：１／ｆ2 ＝１：（ｎ2 −１）…（４）
この後、ステップ１０５に進み、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiff（＝Ｖsm1−Ｖsm2）を算出する。尚、この差分Ｖdiffが０以上にならないようにガード処理して、マイナス成分だけを抽出するようにしてもよい。

この後、ステップ１０６に進み、閾値Ｖtを取得すると共に、電圧変曲点時間の前回値Ｔdiff(k-1)を取得する。

この後、ステップ１０７に進み、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングであるか否かを判定する。このステップ１０７で、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングであると判定された場合には、ステップ１１０に進み、電圧変曲点時間の今回値Ｔdiff(k) を「０」にリセットする。

Ｔdiff(k) ＝０
一方、上記ステップ１０７で、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングではないと判定された場合には、ステップ１０８に進み、噴射パルスがオンであるか否かを判定する。このステップ１０８で、噴射パルスがオンであると判定された場合には、ステップ１１１に進み、電圧変曲点時間の前回値Ｔdiff(k-1)に所定値Ｔs（演算周期Ｔs）を加算して、電圧変曲点時間の今回値Ｔdiff(k)を求める。すなわち、電圧変曲点時間Ｔdiffをカウントアップする。

Ｔdiff(k)＝Ｔdiff(k-1)＋Ｔs
その後、上記ステップ１０８で、噴射パルスがオンではない（すなわち噴射パルスがオフである）と判定された場合には、ステップ１０９に進み、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffが、閾値Ｖtを超えたか否か（閾値Ｖtよりも小から大になったか否か）を判定する。

このステップ１０９で、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffが、閾値Ｖtを超えていないと判定された場合には、ステップ１１１に進み、電圧変曲点時間Ｔdiffをカウントアップする処理を継続する。

その後、上記ステップ１０９で、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffが、閾値Ｖtを超えたと判定された場合には、電圧変曲点時間Ｔdiffの算出が完了したと判断して、ステップ１１２に進み、電圧変曲点時間の今回値Ｔdiff(k) を前回値Ｔdiff(k-1)に保持する。

Ｔdiff(k)＝Ｔdiff(k-1)
以上により、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミング（基準タイミング）から、差分Ｖdiffが閾値Ｖtを越えるタイミングまでの時間を、電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出し、この電圧変曲点時間Ｔdiffの算出値を次の基準タイミングまで保持する。

次に、図９のタイムチャートを参照して、電圧変曲点時間算出の実行例を説明する。

パーシャルリフト噴射の実行中（少なくともパーシャルリフト噴射の噴射パルスのオフ後）に、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを第１のローパスフィルタでフィルタ処理した第１のフィルタ電圧Ｖsm1が算出されると共に、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを第２のローパスフィルタでフィルタ処理した第２のフィルタ電圧Ｖsm2が算出される。更に、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiff（＝Ｖsm1−Ｖsm2）が算出される。

噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミング（基準タイミング）ｔ1で、電圧変曲点時間Ｔdiffが「０」にリセットされ、電圧変曲点時間Ｔdiffの算出が開始される。そして、所定の演算周期Ｔsで電圧変曲点時間Ｔdiffをカウントアップする処理が繰り返される。

その後、噴射パルスのオフ後に第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffが閾値Ｖtを超えるタイミングｔ2で、電圧変曲点時間Ｔdiffの算出が完了される。これにより、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミング（基準タイミング）ｔ1から、差分Ｖdiffが閾値Ｖtを超えるタイミングｔ2までの時間が、電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出される。

この電圧変曲点時間Ｔdiffの算出値は、次の基準タイミングｔ3まで保持される。電圧変曲点時間Ｔdiffの算出完了タイミングｔ2から次の基準タイミングｔ3までの期間に、エンジン制御用マイコン４１により、電圧変曲点時間Ｔdiffがインジェクタ駆動用ＩＣ４８から取得される。

一般に、上述した調整噴射により噴射される調整噴射量は、パーシャルリフト噴射により噴射される所定噴射量よりも多くなる。このため、パーシャルリフト噴射よりも後に調整噴射を実行すると、調整噴射により噴射された燃料が霧化するために必要な時間を確保することが難しくなる。その結果、燃料の燃焼状態が悪化するおそれがある。そこで、本実施形態では、パーシャルリフト噴射よりも先に調整噴射を実行させる。

ただし、燃料噴射弁３０により燃料の噴射が行われた後、一定時間経過するまではニードル３３（プランジャ３２）の動きが継続するとともに、駆動コイル３１に磁束が残留する。これらのニードル３３の状態変化が収まるまでに、燃料噴射弁３０により次の噴射を実行すると、ニードル３３（駆動コイル３１）の状態変化の影響を受けることとなる。その結果、パーシャルリフト噴射時における電圧変曲点時間Ｔdiff（燃料噴射弁３０の噴射特性）を、正確に学習することができないおそれがある。そこで、本実施形態では、調整噴射とパーシャルリフト噴射との間に、調整噴射によるニードル３３の状態変化が収まる所定インターバルを設けている。

次に、図１０を参照して、図８の電圧変曲点時間算出ルーチンを含む閉弁タイミング学習ルーチンの処理手順を説明する。この一連の処理は、ＥＣＵ４０により所定の周期で実行される。

まず、ステップ２０１で、パーシャルリフト噴射が許可されているか否かを判定する。具体的には、パーシャルリフト噴射がエンジン１１における燃料の燃焼に与える影響が大きい場合、例えばフェールセーフ状態の場合には、パーシャルリフト噴射が許可されない。一方、パーシャルリフト噴射がエンジン１１における燃料の燃焼に与える影響が小さい場合、例えば定常運転状態の場合には、パーシャルリフト噴射が許可される。このステップ２０１で、パーシャルリフト噴射が許可されていないと判定された場合には、ステップ２０２に進み、電圧変曲点時間Ｔdiff(k)をリセットする。この場合は、電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の学習値は更新されない。

一方、上記ステップ２０１で、パーシャルリフト噴射が許可されていると判定された場合には、ステップ２０３に進み、閉弁タイミングの学習実行条件が成立しているか否かを判定する。閉弁タイミングの学習実行条件としては、エンジン１１の回転速度及び負荷がそれぞれ所定範囲内であること、エンジン１１の回転速度の変動及び負荷の変動が学習期間においてそれぞれ所定変動範囲内であること、エンジン１１の水温が所定温度以上であること、ＥＣＵ４０の温度及び駆動コイル３１の温度がそれぞれ所定範囲内であること、ＥＣＵ４０の温度変動及び駆動コイル３１の温度変動が学習期間においてそれぞれ所定変動範囲内であること等を含む。すなわち、エンジン１１が所定運転状態であることを学習実行条件とする。このステップ２０３で、閉弁タイミングの学習実行条件が成立していないと判定された場合も、ステップ２０２に進み、電圧変曲点時間Ｔdiff(k)をリセットする。

一方、上記ステップ２０３で、閉弁タイミングの学習条件が成立していると判定された場合には、ステップ２０４に進み、燃料噴射弁３０により閉弁タイミング学習用の分割噴射を実行させる。具体的には、図１１に示すように、調整噴射の噴射パルスＴｉａにより調整噴射量の燃料を噴射させ、その後に噴射インターバルＴｉｎｔが経過した時点で、パーシャルリフト噴射となる噴射パルスＴｉｐにより所定噴射量の燃料を噴射させる。所定噴射量として、ニードル３３がフルリフト位置に到達する直前の所定位置でニードル３３のリフトが終了する量が設定されている。そして、調整噴射量と所定噴射量との合計が要求噴射量となるように、調整噴射量を設定する。また、噴射インターバルＴｉｎｔは、調整噴射によるニードル３３の状態変化が収まる上記の所定インターバルに設定されている。

その後、ステップ１００で、上述した電圧変曲点時間Ｔdiff(k)、すなわち閉弁タイミングを特定するパラメータを検出する。このＳ１００の処理は、図８のステップ１０１〜１１２の処理である。

その後、ステップ２０５で、全ての気筒２１において電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の検出が完了したか否かを判定する。このステップ２０５で、全ての気筒２１において電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の検出が完了していないと判定された場合には、ステップ２０３の処理から再度実行する。

一方、上記ステップ２０５で、全ての気筒２１において電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の検出が完了したと判定された場合には、ステップ２０６に進み、各気筒２１の燃料噴射弁３０について電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の学習値を更新する。具体的には、それまでの学習値と今回検出された電圧変曲点時間Ｔdiff(k)とに所定の重みを掛けて加算することにより学習値を更新する（なまし処理）。この場合は、全ての気筒２１の燃料噴射弁３０について、電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の学習値が更新される。なお、全ての燃料噴射弁３０について電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の学習値が更新されなかった場合には、ステップ２０３からステップ２０２へ進み、電圧変曲点時間Ｔdiff(k)をリセットして電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の学習値を更新しない。

その後、ステップ２０７で、電圧変曲点時間Ｔdiff(k)の学習値に基づいて、各気筒２１の燃料噴射弁３０を駆動するパーシャルリフト噴射における噴射パルスＴｉｐの補正量を算出する。そして、この一連の処理を終了する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・要求噴射量が、所定噴射量と、所定噴射量以外の調整噴射量とに分割される。そして、燃料噴射弁３０により、調整噴射量の燃料を噴射させる調整噴射と、所定噴射量の燃料を噴射させるパーシャルリフト噴射との分割噴射が実行される。このため、要求噴射量がパーシャルリフト噴射を実行すべき噴射量でない場合あっても、パーシャルリフト噴射を実行しつつ、調整噴射量により噴射量を補うことで要求噴射量を満たすことができる。そして、パーシャルリフト噴射時における燃料噴射弁３０の噴射特性が学習される。したがって、要求噴射量にかかわらず、パーシャルリフト噴射を実行することができ、パーシャルリフト噴射時の噴射特性を学習する機会を増やすことができる。

・パーシャルリフト噴射よりも先に調整噴射が実行される。このため、調整噴射により噴射された燃料が霧化するために必要な時間を確保し易くなる。その結果、調整噴射とパーシャルリフト噴射との分割噴射を実行する場合であっても、燃料の燃焼状態が悪化することを抑制することができる。

・調整噴射とパーシャルリフト噴射との間に、調整噴射によるニードル３３の状態変化が収まる噴射インターバルＴｉｎｔが設けられている。このため、調整噴射によるニードル３３の状態変化が収まった後に、パーシャルリフト噴射を実行することができ、パーシャルリフト噴射時の噴射特性を正確に学習することができる。

・パーシャルリフト噴射で噴射される所定噴射量として、ニードル３３がフルリフト位置に到達する直前の所定位置でニードル３３のリフトが終了する量が設定されている。このため、パーシャルリフト噴射でのニードル３３のリフト量を可能な限り大きくすることができ、噴射特性を学習する精度を向上させることができる。

・燃料噴射弁３０による燃料の噴射量と、ニードル３３がリフト開始位置に戻るタイミング（閉弁タイミング）とは相関性を有している。このため、噴射特性として、ニードル３３がリフト開始位置に戻るタイミングを特定するパラメータ（電圧変曲点時間Ｔdiff(k)）を学習することにより、燃料噴射弁３０による燃料の噴射量を正確に把握することができる。

・ニードル３３の閉弁タイミングに基づいて、パーシャルリフト噴射時に燃料噴射弁３０に対する噴射パルスＴｉｐ（噴射指令値）が補正される。このため、パーシャルリフト噴射でのリフト量のばらつきを補正することができ、噴射量の制御精度を向上させることができる。

・エンジン１１の所定運転状態において、全ての燃料噴射弁３０の噴射特性が学習された場合に噴射特性が更新され、全ての燃料噴射弁３０の噴射特性が学習されなかった場合には噴射特性が更新されない。このため、各気筒２１の燃料噴射弁３０によって、噴射特性を学習する際のエンジン１１の運転状態が異なることを抑制することができ、燃料噴射弁３０毎に噴射特性の学習精度が異なることを抑制することができる。

・パーシャルリフト噴射の実行中（少なくともパーシャルリフト噴射の噴射パルスのオフ後）に、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを第１のローパスフィルタでフィルタ処理した第１のフィルタ電圧Ｖsm1を算出することで、ノイズ成分を除去した第１のフィルタ電圧Ｖsm1を算出することができる。また、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmを第２のローパスフィルタでフィルタ処理した第２のフィルタ電圧Ｖsm2を算出することで、電圧変曲点検出用の第２のフィルタ電圧Ｖsm2を算出することができる。

・第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffを算出し、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミング（基準タイミング）から差分Ｖdiffが閾値Ｖtを越えるタイミングまでの時間を電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出することで、燃料噴射弁３０の閉弁タイミングに応じて変化する電圧変曲点時間Ｔdiffを精度良く算出することができる。

・第１のローパスフィルタと第２のローパスフィルタとして、それぞれデジタルフィルタを用いるようにしたので、第１のローパスフィルタと第２のローパスフィルタを容易に実装することができる。

・インジェクタ駆動用ＩＣ４８（演算部４９）がフィルタ電圧取得手段と差分算出手段と時間算出手段として機能するようにしたので、ＥＣＵ４０のうちのインジェクタ駆動用ＩＣ４８の仕様を変更するだけでフィルタ電圧取得手段と差分算出手段と時間算出手段としての機能を実現することができると共に、エンジン制御用マイコン４１の演算負荷を軽減することができる。

・パーシャルリフト噴射の噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングを基準タイミングとして、電圧変曲点時間Ｔdiffを精度良く算出することができる。

・基準タイミングで電圧変曲点時間Ｔdiffをリセットした後に電圧変曲点時間Ｔdiffの算出を開始し、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffが閾値Ｖtを越えるタイミングで電圧変曲点時間Ｔdiffの算出を完了し、この電圧変曲点時間の算出値を次の基準タイミングまで保持するようにした。このため、電圧変曲点時間Ｔdiffの算出完了から次の基準タイミングまで電圧変曲点時間Ｔdiffの算出値を保持することができ、エンジン制御用マイコン４１が電圧変曲点時間Ｔdiffを取得可能な期間を長くすることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・排出ガスセンサ２４の出力値に基づいて、燃料噴射弁３０の噴射特性を学習することも考えられる。しかしながら、パーシャルリフト噴射では、燃焼における空気量及び噴射量が少なくなるため、噴射特性を学習する精度が低くなることが避けられない。また、エンジン１１の始動直後は、排出ガスセンサ２４が活性化していないため、排出ガスセンサ２４の出力値に基づいて、燃料噴射弁３０の噴射特性を学習することができない。この点、ニードル３３がリフト開始位置に戻るタイミングを特定するパラメータとして、電圧変曲点時間Ｔdiffが学習される。このため、エンジン１１の始動直後に、燃料噴射弁３０の噴射特性を学習したとしても、噴射特性を学習する精度が低くなることを抑制することができる。

・上記実施形態では、エンジン１１の所定運転状態において、全ての燃料噴射弁３０の噴射特性が学習された場合に噴射特性を更新し、全ての燃料噴射弁３０の噴射特性が学習されなかった場合には噴射特性を更新しないようにした。しかしながら、エンジン１１の運転状態が所定運転状態になる度に、各燃料噴射弁３０の噴射特性を個々に学習して更新することもできる。

・上記実施形態では、第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffを算出し、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミング（基準タイミング）から差分Ｖdiffが閾値Ｖtを越えるタイミングまでの時間を電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出した。しかしながら、電圧変曲点時間Ｔdiffを、以下のように算出することもできる。

差分Ｖdiffを第３のローパスフィルタでフィルタ処理した第３のフィルタ電圧Ｖdiff.sm3を算出すると共に、差分Ｖdiffを第４のローパスフィルタでフィルタ処理した第４のフィルタ電圧Ｖdiff.sm4を算出し、第３のフィルタ電圧Ｖdiff.sm3と第４のフィルタ電圧Ｖdiff.sm4との差分を２階差分Ｖdiff2として算出する。この２階差分Ｖdiff2が極値となるタイミング（２階差分Ｖdiff2が増加しなくなったタイミング）を、差分Ｖdiffが変曲点となるタイミングとして電圧変曲点時間Ｔdiffを算出する。こうした構成によれば、燃料噴射弁３０の閉弁タイミングに応じて変化する電圧変曲点時間Ｔdiffを精度良く算出することができると共に、電圧変曲点時間Ｔdiffが回路ばらつき等に起因する端子電圧波形のオフセットずれの影響を避けることができる。

パーシャルリフト噴射の噴射パルスがオンからオフに切り換わるタイミングを基準タイミングとして電圧変曲点時間Ｔdiffを算出する。こうした構成によれば、噴射パルスがオンからオフに切り換わるタイミングを基準にして、電圧変曲点時間Ｔdiffを精度良く算出することができる。また、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングを基準タイミングとする場合に比べて、電圧変曲点時間Ｔdiffの算出値を保持する期間を長くすることができ、エンジン制御用マイコン４１が電圧変曲点時間Ｔdiffを取得可能な期間を更に長くすることができる。

パーシャルリフト噴射の噴射パルスのオフ後に燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmが所定値Ｖoffを下回るタイミングを基準タイミングとして、電圧変曲点時間Ｔdiffを算出する。こうした構成によれば、噴射パルスのオフ後に燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖmが所定値Ｖoffを下回るタイミングを基準にして電圧変曲点時間Ｔdiffを精度良く算出することができる。また、噴射パルスがオフからオンに切り換わるタイミングを基準タイミングとする場合に比べて、電圧変曲点時間Ｔdiffの算出値を保持する期間を長くすることができ、エンジン制御用マイコン４１が電圧変曲点時間Ｔdiffを取得可能な期間を更に長くすることができる。

第１のフィルタ電圧Ｖsm1と第２のフィルタ電圧Ｖsm2との差分Ｖdiffが、所定の閾値Ｖｔを下回るまでの時間を、電圧変曲点時間Ｔdiffとして算出することもできる。

・図１２に示すように、第１の調整噴射の噴射パルスＴｉａ１と第２の調整噴射の噴射パルスＴｉａ２とにより調整噴射量の燃料を噴射させ、その後に噴射インターバルＴｉｎｔが経過した時点で、パーシャルリフト噴射の噴射パルスＴｉｐにより所定噴射量の燃料を噴射させてもよい。そして、調整噴射量（噴射パルスＴｉａ１による噴射量＋噴射パルスＴｉａ２による噴射量）と所定噴射量との合計が要求噴射量となるように、調整噴射量を設定する。すなわち、複数回の調整噴射により、調整噴射量の燃料を噴射させてもよい。こうした構成によっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

・図１３に示すように、調整噴射の噴射パルスＴｉａにより調整噴射量の燃料を噴射させ、その後に噴射インターバルＴｉｎｔ１が経過した時点で、第１のパーシャルリフト噴射の噴射パルスＴｉｐ１により所定噴射量の半分の燃料を噴射させ、その後に噴射インターバルＴｉｎｔ２が経過した時点で、第２のパーシャルリフト噴射の噴射パルスＴｉｐ２により所定噴射量の残り半分の燃料を噴射させてもよい。そして、調整噴射量と所定噴射量（噴射パルスＴｉｐ１による噴射量＋噴射パルスＴｉｐ２による噴射量）との合計が要求噴射量となるように、調整噴射量を設定する。すなわち、複数回のパーシャルリフト噴射により、所定噴射量の燃料を噴射させてもよい。こうした構成によれば、上記実施形態と同様の作用効果に加えて、１燃焼行程間に燃料噴射弁３０の噴射特性を２回学習することができる。なお、この場合は、第１のパーシャルリフト噴射の前に実行された前段噴射は調整噴射であり、第２のパーシャルリフト噴射の前に実行された前段噴射は第１のパーシャルリフト噴射である。

・図１４に示すように、パーシャルリフト噴射の噴射パルスＴｉｐにより所定噴射量の燃料を噴射させ、その後に噴射インターバルＴｉｎｔが経過した時点で、調整噴射の噴射パルスＴｉａにより調整噴射量の燃料を噴射させてもよい。そして、所定噴射量と調整噴射量との合計が要求噴射量となるように、調整噴射量を設定する。この場合は、パーシャルリフト噴射によるニードル３３（駆動コイル３１）の状態変化が調整噴射に影響しても問題ないため、噴射インターバルＴｉｎｔを任意に設定することができる。なお、この場合は、パーシャルリフト噴射の前に実行された前段噴射は存在しないこととなる。

・上記実施形態では、パーシャルリフト噴射で噴射される所定噴射量として、ニードル３３がフルリフト位置に到達する直前の所定位置でニードル３３のリフトが終了する量を設定した。しかしながら、所定噴射量として、フルリフト量の３／４の位置でニードル３３のリフトが終了する量や、フルリフト量の１／２の位置でニードル３３のリフトが終了する量等を採用することもできる。

・上記実施形態では、燃料噴射弁３０のマイナス端子電圧Ｖｍを用いて電圧変曲点時間を算出するようにしたが、これに限定されず、燃料噴射弁３０のプラス端子電圧Ｖｐを用いて電圧変曲点時間を算出するようにしてもよい。

・筒内噴射式のガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンに上述した燃料噴射制御装置を適用することもできる。また、筒内噴射用の燃料噴射弁３０を備えたシステムに限らず、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁を備えたシステムに、上述した燃料噴射制御装置を適用することもできる。

３０…燃料噴射弁、３３…ニードル、４０…ＥＣＵ、４２…要求噴射量設定部、４３…噴射量分割部、４４…噴射パルス設定部、４５…噴射特性学習部、４８…インジェクタ駆動用ＩＣ。

Claims (8)

1. 燃料噴射弁（３０）による燃料の噴射を制御する制御装置（４０）であって、
   前記燃料噴射弁に対して要求する噴射量である要求噴射量を設定する設定部（４２）と、
   前記設定部により設定された前記要求噴射量を、所定噴射量と、前記所定噴射量以外の調整噴射量とに分割する分割部（４３）と、
   前記燃料噴射弁により、前記調整噴射量の燃料を噴射させる調整噴射と、前記燃料噴射弁の弁体（３３）がフルリフト位置に到達する前のパーシャルリフト状態で前記弁体のリフトを終了させて前記所定噴射量の燃料を噴射させるパーシャルリフト噴射との分割噴射を実行させる噴射実行部（４４、４８）と、
   前記パーシャルリフト噴射時における前記燃料噴射弁の噴射特性を学習する学習部（４５）と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射実行部は、前記パーシャルリフト噴射よりも先に前記調整噴射を実行させる請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射実行部は、前記パーシャルリフト噴射の前に実行された前段噴射と前記パーシャルリフト噴射との間に、前記前段噴射による前記弁体の状態変化が収まる所定インターバルを設ける請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記分割部は、前記所定噴射量として、前記弁体がフルリフト位置に到達する直前の所定位置で前記弁体のリフトが終了する量を設定する請求項１〜３にいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記噴射特性は、前記パーシャルリフト噴射においてリフトされた前記弁体が、リフト開始位置に戻るタイミングを特定するパラメータである請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記学習部により学習された前記噴射特性に基づいて、前記パーシャルリフト噴射時に前記燃料噴射弁に対する噴射指令値を補正する補正部（４４）を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記燃料噴射弁は、多気筒内燃機関（１１）の各気筒（２１）に設けられており、
   前記学習部は、前記機関の所定運転状態において、全ての前記燃料噴射弁の前記噴射特性を学習したことを条件として、前記噴射特性を更新する請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
8. 前記学習部は、前記機関の始動直後に、前記燃料噴射弁の前記噴射特性を学習する請求項７に記載の燃料噴射制御装置。

Images