JP2016014323A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】筒内噴射式の内燃機関において燃料の噴射量制御を精度よく実施する。
【解決手段】エンジン10は、燃料を直接気筒内に噴射するインジェクタ23を備える筒内噴射式である。インジェクタ23において、コイル44の通電開始からの経過時間に応じた燃料噴射量の変化を示す噴射量特性上に、ニードル43のバウンスが生じるバウンス域が予め定められている。ECU40は、要求噴射量及び1燃焼サイクル内の噴射回数に基づき決定されるインジェクタ23の1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが、バウンス域を含む所定範囲内に入るか否かを判定する。そして、バウンス域を含む所定範囲内に入ると判定された場合に、1燃焼サイクル内で噴射する燃料量を要求噴射量に保持しつつ、1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更して燃料噴射を実施する。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
従来、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関が知られている。直噴式の内燃機関には、例えば電磁駆動式の燃料噴射弁が搭載されており、電磁部の通電制御により弁体(ニードル)が駆動されることで、内燃機関に供給される燃料量が制御される(例えば特許文献1参照)。特許文献1には、可動コアと弁体とが相対変位可能な二体化構造を有する燃料噴射弁が開示されている。燃料噴射弁を上記のような構成とすることにより、燃料噴射弁の閉弁時において、弁体の先端が弁座に着座したときの弁体の跳ね返り(バウンス)が抑制されるようにしている。
特開2010−138886号公報
弁体の跳ね返りは燃料噴射弁の開弁時にも起こり得る現象であり、例えば特許文献1の燃料噴射弁では、電磁部の通電に伴い可動コアが固定コアに衝突することで、弁体の跳ね返りが生じることが考えられる。また、こうした弁体の跳ね返りによって、弁体の位置が不安定な状態が一時的に生じる結果、噴射量制御を精度良く実施できない場合が発生することが懸念される。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、筒内噴射式の内燃機関において燃料の噴射量制御を精度良く実施することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、ハウジング(42)内を往復動することで噴孔(49)を開閉する弁体(43)と、通電により前記弁体を軸方向に駆動する電磁部(44)と、前記噴孔の開弁状態における前記弁体の停止位置を定める位置決め部(47)とを備える燃料噴射弁(23)から燃料を気筒内に直接噴射する内燃機関(10)に適用され、前記電磁部への供給電力を噴射パルス信号により制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
請求項1に記載の発明は、前記電磁部の通電開始からの経過時間に応じた燃料噴射量の変化を示す噴射量特性において、前記弁体の開弁方向への動きが前記位置決め部によって規制されることで前記弁体のバウンスが生じるバウンス域が予め定められており、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記内燃機関の1燃焼サイクル内での要求噴射量を算出する要求量算出手段と、前記要求量算出手段により算出した要求噴射量及び前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数に基づき決定される前記燃料噴射弁の1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが、前記バウンス域を含む所定範囲内に入るか否かを判定するバウンス判定手段と、前記バウンス判定手段により前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが前記所定範囲内に入ると判定された場合に、前記1燃焼サイクル内で噴射する燃料量を前記要求量算出手段により算出した要求噴射量に保持しつつ、前記1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更して燃料噴射を実施する噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。
燃料噴射弁の開弁時には、弁体の停止位置を定める位置決め部により弁体の停止位置が決定され、その停止位置での開弁時間に応じて燃料噴射量が調整される。ここで、燃料噴射弁の開弁時には、弁体の開弁方向への動きが位置決め部によって規制されることで、弁体が慣性力によってバウンスし、その後停止状態になる。また、弁体のバウンスが生じている間は、燃料噴射弁から噴射される燃料量が安定せず、噴射量のばらつきが生じやすい。そのため、燃料噴射弁の1噴射あたりの噴射時間(噴射パルス信号のパルス幅)に対するバウンス期間の占める割合が大きいと、噴射量制御を精度よく実施できないことが考えられる。
この点に鑑み、上記構成では、燃料噴射弁の1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが、バウンス域を含む所定範囲内に入ると判断される場合、1燃焼サイクル内で噴射する燃料量を運転状態に応じた要求噴射量で保持しつつ、1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更して燃料噴射を実施する。つまり、噴射量特性上の全領域のうち、噴射量が安定しない領域の使用を積極的に回避するようにして燃料噴射を実施する。こうした構成によれば、燃料の噴射量制御を精度よく実施することができる。
エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。 インジェクタの概略を示す断面図。 噴射モード設定用マップの一例を示す図。 噴射量特性を示す図。 燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。 バウンス判定処理の処理手順を示すフローチャート。 燃圧に応じた噴射量特性及びバウンス域を表す図。
以下、本実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、内燃機関である筒内噴射式の車載多気筒4サイクルガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット(以下、ECUという)を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図1に示す。
図1に示すエンジン10において、吸気管11には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ12が設けられている。エアフロメータ12の下流側には、DCモータ等のスロットルアクチュエータ13によって開度調節されるスロットルバルブ14が設けられている。スロットルバルブ14の開度(スロットル開度)は、スロットルアクチュエータ13に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ14の下流側にはサージタンク15が設けられている。このサージタンク15には、吸気管内圧力を検出するための吸気圧センサ16が設けられている。また、サージタンク15には、エンジン10の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド17が接続されており、吸気マニホールド17において各気筒の吸気ポートに接続されている。
エンジン10の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ18及び排気バルブ19が設けられている。この吸気バルブ18の開動作によりサージタンク15内の空気が燃焼室21内に導入され、排気バルブ19の開動作により燃焼後の排ガスが排気管22に排出される。
エンジン10の各気筒の上部には、燃焼室21に燃料を直接供給するインジェクタ23が取り付けられている。インジェクタ23は、燃料配管24を介して燃料タンク25に接続されている。燃料タンク25内の燃料は、低圧ポンプ26により汲み上げられた後、高圧ポンプ27により加圧される。この高圧燃料は、高圧ポンプ27からデリバリパイプ28に圧送され、デリバリパイプ28から各気筒のインジェクタ23に供給される。その後、インジェクタ23により燃焼室21に噴射される。
エンジン10のシリンダヘッドには点火プラグ29が気筒毎に取り付けられている。点火プラグ29には、点火コイル等よりなる点火装置(図示略)を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ29の対向電極間に火花放電が発生する。これにより、燃焼室21内の混合気が着火され燃焼に供される。
排気管22には、排ガス中のCO,HC,NOx等を浄化するための三元触媒等の触媒31が設けられている。また、触媒31の上流側には、排ガスを検出対象として混合気の空燃比(酸素濃度)を検出するための空燃比センサ32が設けられている。
その他、エンジン10には、冷却水温を検出する冷却水温センサ33や、エンジンの所定クランク角毎に(例えば10°CA周期で)矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ34、デリバリパイプ28内の燃料圧力を検出する燃圧センサ35などが取り付けられている。
次に、インジェクタ23について詳細に説明する。図2は、インジェクタ23を示す断面図である。インジェクタ23は、噴孔49が形成されたハウジング42と、弁体としてのニードル43と、電磁部としてのコイル44とを備えている。なお、図2の説明では便宜上、インジェクタ23において噴孔49に向かう方向を下方向又は閉弁方向、噴孔49とは反対側に向かう方向を上方向又は開弁方向とする。
ハウジング42は中空部を有し、その中空部にニードル43が軸方向に往復動自在に収容されている。ニードル43の外周面とハウジング42の内周面との間には、噴孔49に連通する燃料通路45が形成されている。ハウジング42の上端部には、燃料配管24に接続される図示しない通入口が形成されており、デリバリパイプ28内の高圧燃料が通入口を介して燃料通路45内に供給される。ニードル43の上端部は、ニードル43を閉弁方向に付勢する第1スプリング51を介してハウジング42に固定されている。
ニードル43の下端部は、噴孔49の開口面積よりも大きい断面形状をなしている。そして、ニードル43の下端部が弁座46に当接することで、噴孔49がニードル43により閉鎖され、燃料の噴射が阻止される。また、ニードル43の下端部が弁座46から離間すると噴孔49が開放され、燃料通路45内の燃料が噴孔49から噴射される。
ハウジング42内には、コイル44の通電に伴い磁力を発生する固定コア47が設けられている。また、固定コア47の下端面に対向する位置には可動コア48が配置されている。可動コア48は、第2スプリング52を介してハウジング42に固定されており、第2スプリング52によって開弁方向に付勢されている。可動コア48の内部には挿通孔が形成されており、その挿通孔にニードル43が摺動可能に挿入されている。ニードル43の上端部には、下部よりも外径が大きい拡径部53が形成されている。これにより、可動コア48の開弁方向への移動に伴い、ニードル43が可動コア48と一体となって変位可能になっている。
第1スプリング51の閉弁方向の力f1は、第2スプリング52の開弁方向の力f2よりも大きく設定されている。そのため、コイル44の非通電時では、第1スプリング51の付勢力によりニードル43が噴孔49側に変位して着座することで、噴孔49の閉鎖状態が保持される。
一方、コイル44に通電すると、固定コア47と可動コア48との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力と第2スプリング52の開弁方向の力f2との和f3が、第1スプリング51の閉弁方向の力f1よりも大きくなると(f3>f1)、可動コア48が開弁方向に移動するとともに、ニードル43が開弁方向に移動する。そして、可動コア48が固定コア47に当接することにより、可動コア48及びニードル43の開弁方向への移動が規制され、やがて噴孔49の開弁状態におけるニードル43の停止位置が定まる。なお、固定コア47が、噴孔49の開弁状態における弁体の停止位置を定める「位置決め部」に相当する。1噴射においてインジェクタ23から噴射される燃料噴射量は、噴孔49の開弁時間、つまりコイル44の通電時間によって調整される。
ECU40は、周知の通りCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)41を主体として構成され、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン10の各種制御を実施する。すなわち、ECU40のマイコン41は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それらの各種検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算する。また、演算結果に基づいてインジェクタ23や点火プラグ29の駆動を制御する。
燃料噴射制御についてマイコン41は、エンジン10の運転状態に係る各種データ(例えばエンジン回転速度やエンジン負荷、燃料圧力など)を用いて、エンジン10の1燃焼サイクル(吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程)で必要な燃料噴射量として要求噴射量Qrqを算出する。そして、その算出した要求噴射量Qrqに応じて噴射パルス信号を生成する。本実施形態では、要求噴射量Qrqに対応して規定されたパルス信号マップがECU40に予め記憶されている。マイコン41は、このパルス信号マップを参照して、噴射パルス信号のパルス幅と、噴射パルス信号をインジェクタ23に出力する出力タイミングとを決定する。
また本システムでは、都度のエンジン運転状態に応じて燃料の噴射モードを切り替えている。噴射モードについて具体的には、1燃焼サイクル内で燃料噴射を1回行う1回噴射モードと、1燃焼サイクル内で燃料噴射を複数回(本実施形態では2回)行う分割噴射モードとを切り替えている。なお、分割噴射としては、吸気行程で燃料噴射を2回行う吸気−吸気噴射モードを採用しているが、吸気行程及び圧縮行程で噴射する吸気−圧縮噴射モードを採用しているエンジン10に適用してもよい。
図3は、エンジン回転速度とエンジン負荷と噴射モードとの対応関係の一例を示す図である。図3では、高回転高負荷のエンジン運転領域では分割噴射モードが選択され、それよりも低回転又は低負荷のエンジン運転領域では1回噴射モードが選択されるようになっている。また、本実施形態ではエンジン温度に応じて噴射モードを切り替えている。具体的には、エンジン温度が所定の暖機判定温度以下では分割噴射モードを選択し、暖機判定温度よりも高温の場合には図3のマップに基づき噴射モードを選択している。
分割噴射では、1燃焼サイクルでの要求噴射量Qrqを分割率αに応じて分割することにより、1噴射ごとの燃料噴射量を算出するとともに、その算出した燃料噴射量に基づいて各噴射回の噴射パルス信号を生成する。具体的には、1燃料サイクルごとに2回の燃料噴射を実施する場合、先の燃料噴射量をQrq×αとし、後の燃料噴射量をQrq×(1−α)とする。そして、先の燃料噴射と後の燃料噴射のそれぞれについて、パルス信号マップを参照して噴射パルス信号のパルス幅及びパルス出力タイミングを決定する。分割率について本実施形態では一定値(例えば50%)が設定されている。
ここで、インジェクタ23は、コイル44への電力供給により可動コア48が固定コア47に当接することで、開弁状態におけるニードル43の停止位置が決定される。このとき、ニードル43は直ちに停止状態にはならず、慣性力によってニードル43の跳ね返り現象(バウンス現象)が発生する。また、ニードル43がバウンスしている間は、インジェクタ23の燃料噴射量が不安定な状態が継続する。こうしたバウンス現象の影響の受けやすさは、インジェクタ23の1噴射ごとの噴射期間の長さに応じて異なる。また、バウンスによる影響を受けやすい状況では、燃料噴射量を精度よく制御できないことが考えられる。
図4は、噴射パルス信号のパルス幅と燃料噴射量との対応関係を示すパルス信号マップである。なお、この図4は、コイル通電開始からの経過時間(パルス幅)に応じた燃料噴射量の変化を示す噴射量特性を示す図でもある。図4において、通電開始(t0)から時間t1までの期間TZは、コイル44に電力供給してもニードル43が変位しない不感帯である。時間t1よりも長い時間、コイル44に通電すると、可動コア48が固定コア47に吸引されてニードル43が開弁方向に移動する。可動コア48が固定コア47に当接するまでの期間t1〜t2は、通電開始からの経過時間が長くなるにつれて噴孔49の開口面積が増大する期間であり、噴孔49の開口面積大に伴いインジェクタ23からの燃料噴射量が増加する。
そして、コイル44の通電時間をTA以上とすると、可動コア48が固定コア47に当接し、その当接に伴いニードル43がバウンスする。そのため、可動コア48が固定コア47に当接した後において、ニードル43の位置が不安定な状態が所定時間継続する。その後、ニードル43が予め定めた停止位置で停止して安定な状態となる。このとき、図4の噴射量特性上において、バウンス域から外れた点Pでは、噴射パルス信号のパルス幅T1に対して、ニードル43がバウンスしている時間(バウンス期間)が占める割合が小さく、噴射量の精度に及ぼす影響が小さい。これに対し、バウンス域内の点Qではバウンスの影響が大きく、その結果、噴射量のばらつきが大きくなる。
なお、本実施形態のインジェクタ23は、可動コア48とニードル43とが相対変位可能な構造となっており、インジェクタ23の開弁時には、拡径部53の下端面55と可動コア48の上端面54とが当接した際に、ニードル43が更に開弁方向に移動する。そのため、可動コア48が固定コア47に当接した直後では噴射量過多となり、その後、弾性力によりニードル43が閉弁方向に変位することで噴射量過少となる傾向にある。
そこで本実施形態では、インジェクタ23の1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが、バウンス域を含む所定範囲(バウンス発生判定領域)内に入るか否かを判定する。そして、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入らないと判定された場合には、要求噴射量Qrqに基づき生成した噴射パルス信号により燃料噴射を実施する。一方、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合には、1燃焼サイクル内で噴射する燃料量を要求噴射量で保持しつつ、1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更して燃料噴射を実施することとしている。
なお、本実施形態では、空燃比フィードバック制御においてエンジン10の実空燃比が目標値に収束するか否かを指標にバウンス域が設定されている。具体的には、噴射量特性上の各点のうち、可動コア48が固定コア47に当接するタイミングに対応する点Aから、空燃比フィードバック制御により実空燃比を目標値へ収束させることが可能なパルス幅範囲の下限に対応する点Bの間の領域にバウンス域が設定されている。また、バウンス発生判定領域は、噴射量精度をより確実に担保する観点から、予め定めたバウンス域の全体を包含する範囲に設定してある。
図5は、本実施形態の燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ECU40のマイコン41により所定周期毎に実行される。
図5において、ステップS101では、エンジン運転状態に基づいて要求噴射量Qrqを算出する。続くステップS102では、燃料の噴射モードを設定する。具体的には、エンジン回転速度、エンジン負荷及びエンジン水温に係るデータを入力し、その入力したデータに対応する噴射モードを図3のマップを用いて選択する。なお、噴射モードを設定する処理が「回数設定手段」に相当する。
ステップS103では、設定した噴射モードが1回噴射モードか否かを判定する。1回噴射モードが設定されている場合にはステップS104へ進み、要求噴射量Qrq、及び燃圧センサ35により検出した燃圧Piを入力し、これらの入力データから噴射パルス信号(パルス幅及び出力タイミング)を決定する。その後、ステップS107へ進み、図6のバウンス判定処理を実行する。また、ステップS108では、バウンス判定処理により決定された噴射パルス信号に基づいて、図示しないバッテリからコイル44に電力供給してインジェクタ23を駆動する。
一方、分割噴射モードが設定されている場合には、ステップS103で否定判定されてステップS105へ進む。ステップS105では、要求噴射量Qrq及び分割率αを入力し、その入力したデータから、1燃焼サイクル内の各噴射回の燃料噴射量を算出する。続くステップS106では、要求噴射量Qrq、及び燃圧センサ35により検出した燃圧Piを入力し、これらの入力データから各噴射回における噴射パルス信号をそれぞれ決定する。その後、ステップS107へ進み、図6のバウンス判定処理を実行するとともに、ステップS108でインジェクタ23を駆動する。
次に、バウンス判定処理について説明する。図6において、ステップS201では、燃圧センサ35により検出した燃圧Piに基づいて、バウンス発生判定領域を決定する。ここで、バウンス域は燃圧Piに応じて異なり、燃圧Piが低いほど、コイル44の通電開始からの経過時間が短い領域でバウンスが発生する(図7、B1及びB2参照)。したがって、本実施形態では、燃圧Piに応じてバウンス発生判定領域を決定することとしている。具体的には、ECU40には燃圧Piに応じたパルス信号マップが記憶されており、そのマップごとにバウンス発生判定領域が予め設定されている。マイコン41は、今回の燃圧Piに対応するパルス信号マップを参照することでバウンス発生判定領域を決定する。
続くステップS202では、1噴射ごとの噴射パルス信号の各々について、噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入るか否かを判定する(バウンス判定手段)。本実施形態では、噴射パルス信号のパルス幅を指標にして判定する。具体的には、噴射パルス信号のパルス幅が下限判定値TH1よりも大きく、かつ上限判定値TH2よりも小さいか否かにより判定する。ここで、下限判定値TH1は、コイル通電開始後において可動コア48が固定コア47に当接するまでに要する時間に基づき設定されており、本実施形態では、図4のTAが設定されている。また、上限判定値TH2は、コイル通電開始後においてニードル43のバウンスが消失するまでに要する時間に基づき設定されており、本実施形態では、図4のTBが設定されている。
噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域から外れると判定された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。一方、噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合にはステップS203へ進む。なお、分割噴射の場合には、各噴射回の噴射パルス信号のそれぞれについて判定し、少なくともいずれかの噴射回で噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合にはステップS203へ進む。
ステップS203では、1回噴射モードが選択されているか否かを判定する。1回噴射モードが選択されている場合にはステップS204へ進み、分割噴射を実施可能であるか否かを判定する。ここでは、要求噴射量Qrqを分割率αで分割した場合の燃料噴射量が、インジェクタ23の最小噴射量よりも大きいことを含む実施条件が成立しているか否かにより判定する。
ステップS204で分割噴射を実施可能であると判定された場合には、ステップS205へ進み、燃料の噴射モードを1回噴射モードから分割噴射モードに切り替える。また、噴射モードの切り替えに伴い、1燃焼サイクル内の各噴射回で噴射する燃料噴射量を再設定するとともに、その再設定した燃料噴射量及び燃圧センサ35により検出した燃圧Piから、各噴射回における噴射パルス信号をそれぞれ決定する。そしてこのサブルーチンを終了する。
一方、ステップS203で分割噴射モードが設定されていると判定された場合には、ステップS206へ進み、分割率αの変更によって、噴射パルス信号の終了タイミングをバウンス発生判定領域から外すことが可能か否かを判定する。インジェクタ23では、噴射量精度を確保するために最小噴射量が定められているが、場合によっては、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングをバウンス発生判定領域内から外そうとすると、1燃焼サイクル内のいずれかの噴射回において、最小噴射量を下回る噴射量が設定されることがあり得る。そこで本実施形態では、ステップS206の判定処理を行うことにより、噴射量精度を確保できない場合の分割率αの変更を禁止するようにしている。
すなわち、ステップS206で肯定判定された場合には、ステップS207へ進み、分割率αの変更を許可するとともに、その変更後の分割率及び要求噴射量Qrqに基づいて、各噴射回の燃料噴射量を再設定する。また、各噴射回における噴射パルス信号をそれぞれ決定する。一方、ステップS206で否定判定された場合には、ステップS208へ進み、燃料の噴射モードを分割噴射モードから1回噴射モードに切り替える。また、噴射モードの切り替えに伴い、1燃焼サイクル内で噴射する燃料噴射量を再設定するとともに、その再設定した燃料噴射量及び燃圧センサ35により検出した燃圧Piから噴射パルス信号を決定する。そしてこのサブルーチンを終了する。
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
インジェクタ23による1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが、バウンス域を含む所定範囲内に入ると判断される場合、1燃焼サイクル内で噴射する燃料量を運転状態に応じた要求噴射量Qrqで保持しつつ、噴射パルス信号のパルス幅を変更して燃料噴射を実施する構成とした。この場合、噴射量特性上の全領域のうち、噴射量が安定しない領域の使用を積極的に回避するようにして燃料噴射を実施することから、こうした構成によれば、燃料の噴射量制御を精度よく実施することができる。
1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更する構成の一態様として、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合には、1燃焼サイクル内での噴射回数を変更する構成とした。具体的には、燃料の噴射モードとして1回噴射モードが選択されている場合には分割噴射モードに切り替えることにより、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入らないようにした。また、分割噴射モードが選択されている場合には、分割率を変更できない状況下では1回噴射モードに切り替えることにより、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入らないようにした。噴射回数の変更によれば、1燃焼サイクル内での要求噴射量や噴射率を変更することなく、バウンス域を主に使用した燃料噴射を回避することができる。
1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更する構成の一態様として、分割噴射モードが選択されており、インジェクタ23の1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合、基本的には分割率αを変更する構成とした。この構成によれば、分割噴射による燃料噴射制御を継続しつつ、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入らないようにすることができる。
バウンス域を使用した燃料噴射を回避しようとする場合、各噴射回において最小噴射量が確保されることを条件に分割率αを変更し、そうでない場合には、噴射モードを1回噴射モードに切り替える構成とした。噴射量精度などの観点から、通常、インジェクタ23から噴射可能な噴射量範囲には制限が設けられており、最小噴射量が設定されている。また、バウンス域を使用した燃料噴射を回避しようとした結果、最小噴射量よりも少ない噴射量が設定された場合、失火等の不都合が生じることが懸念される。こうした点に鑑み、上記のように、最小噴射量を確保できない状況での分割率の変更を禁止することにより、失火等によるエンジン制御性の低下を好適に抑制することができる。
インジェクタ23に供給される燃料圧力に応じて噴射量特性が異なる点、及びバウンス域が生じる範囲が異なる点に着目し、燃圧センサ35により検出される燃料圧力に応じてバウンス発生判定領域を可変設定する構成とした。こうした構成によれば、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入らないようにする制御をより精度良く実施することができ、ひいては噴射量制御を高い精度で実施することができる。
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。
・上記実施形態では、分割噴射モードが選択されており、かつ1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合、分割率αの変更後の各噴射回において最小噴射量を確保可能であれば分割率αを変更し、そうでなければ1回噴射モードに切り替える構成とした。この構成を変更し、分割噴射モードが選択されており、かつ1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入ると判定された場合に、常に1回噴射モードに切り替える構成としてもよい。
・上記実施形態では、1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングがバウンス発生判定領域内に入るか否かの判定を、噴射パルス信号のパルス幅を指標にして実施する構成としたが、1噴射ごとの燃料噴射量を指標にして判定する構成としてもよい。具体的には、図6のステップS202において、インジェクタ23による1噴射の燃料噴射量が、予め定めた噴射量範囲内の値か否かを判定する。この噴射量範囲の下限値は、例えばパルス幅がTAであるときの噴射量に対応した値とし、上限値は、例えばパルス幅がTBであるときの噴射量に対応した値とする。
・上記実施形態では、予め定めたバウンス域の全体を包含する範囲をバウンス発生判定領域に設定したが、バウンス発生判定領域はこれに限定せず、例えばバウンス域の一部をバウンス発生判定領域に設定してもよい。また、上記実施形態では、可動コア48が固定コア47に当接するタイミングに対応する点Aから、空燃比フィードバック制御により実空燃比を目標値へ収束させることが可能なパルス幅範囲の下限に対応する点Bの間の領域をバウンス発生判定領域に設定したが、これに限定せず、例えば点Aよりもパルス幅小の領域をバウンス発生判定領域に含めてもよい。
・上記実施形態では、分割噴射モードにおける分割率αを一定値としたが、エンジン運転状態に応じて分割率αが可変設定されるエンジンに適用してもよい。
・上記実施形態では分割噴射モードの噴射回数が2回の場合について説明したが、3回以上が適用されるエンジン10にも本発明を適用することができる。1燃焼サイクル内で3回以上の燃料噴射を行う構成において、燃料噴射を行う行程も任意であり、吸気行程で噴射してもよいし、吸気行程と圧縮行程とで噴射してもよい。
・上記実施形態では、ニードル43と可動コア48とが相対変位可能な二体化構造を有するインジェクタ23を備えるエンジン10に適用する場合について説明したが、ニードル43と可動コア48とが一体化した構造のインジェクタを備えるエンジンに適用してもよい。
・上記実施形態では、直噴式のガソリンエンジンに適用する場合について説明したが、ディーゼルエンジンに本発明を適用してもよい。
10…エンジン、23…インジェクタ(燃料噴射弁)、28…デリバリパイプ、35…燃圧センサ、40…ECU、41…マイコン、42…ハウジング、43…ニードル(弁体)、44…コイル(電磁部)、47…固定コア(位置決め部)、48…可動コア、49…噴孔。

Claims (7)

  1. ハウジング(42)内を往復動することで噴孔(49)を開閉する弁体(43)と、通電により前記弁体を軸方向に駆動する電磁部(44)と、前記噴孔の開弁状態における前記弁体の停止位置を定める位置決め部(47)とを備える燃料噴射弁(23)から燃料を気筒内に直接噴射する内燃機関(10)に適用され、前記電磁部への供給電力を噴射パルス信号により制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
    前記電磁部の通電開始からの経過時間に応じた燃料噴射量の変化を示す噴射量特性において、前記弁体の開弁方向への動きが前記位置決め部によって規制されることで前記弁体のバウンスが生じるバウンス域が予め定められており、
    前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記内燃機関の1燃焼サイクル内での要求噴射量を算出する要求量算出手段と、
    前記要求量算出手段により算出した要求噴射量及び前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数に基づき決定される前記燃料噴射弁の1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが、前記バウンス域を含む所定範囲内に入るか否かを判定するバウンス判定手段と、
    前記バウンス判定手段により前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが前記所定範囲内に入ると判定された場合に、前記1燃焼サイクル内で噴射する燃料量を前記要求量算出手段により算出した要求噴射量に保持しつつ、前記1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更して燃料噴射を実施する噴射制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数を設定する回数設定手段を備え、
    前記噴射制御手段は、前記バウンス判定手段により前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが前記所定範囲内に入ると判定された場合に、前記回数設定手段により設定した噴射回数を変更することにより、前記1噴射ごとの噴射パルス信号のパルス幅を変更する請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 前記噴射制御手段は、前記回数設定手段により前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数が1回に設定されており、かつ前記バウンス判定手段により前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが前記所定範囲内に入ると判定された場合に、前記要求量算出手段により算出した要求噴射量を分割して噴射する分割噴射により燃料噴射を実施する請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 前記噴射制御手段は、前記回数設定手段により前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数が複数回に設定されており、かつ前記バウンス判定手段により前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが前記所定範囲内に入ると判定された場合に、前記要求量算出手段により算出した要求噴射量を1回で噴射する1回噴射により燃料噴射を実施する請求項2又は3に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数を設定する回数設定手段を備え、
    前記噴射制御手段は、前記回数設定手段により前記1燃焼サイクル内で実施する噴射回数が複数回に設定されており、かつ前記バウンス判定手段により前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが前記所定範囲内に入ると判定された場合に、前記要求量算出手段により算出した要求噴射量を分割して噴射する分割噴射における分割率を変更して燃料噴射を実施する請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  6. 前記燃料噴射弁の1噴射で噴射可能な燃料量範囲の下限値として最小噴射量が予め定められており、
    前記噴射制御手段は、前記分割率を変更した後の各噴射回において前記最小噴射量が確保される場合に、前記分割噴射における分割率を変更して燃料噴射を実施し、前記分割率を変更した後の各噴射回において前記最小噴射量が確保されない場合に、前記要求量算出手段により算出した要求噴射量を1回で噴射する1回噴射により燃料噴射を実施する請求項5に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力に応じて前記噴射量特性及び前記バウンス域が予め定められており、
    前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段を備え、
    前記バウンス判定手段は、前記燃圧検出手段により検出した燃料の圧力に基づいて前記所定範囲を決定し、該決定した所定範囲内に、前記1噴射ごとの噴射パルス信号の終了タイミングが入るか否かを判定する請求項1〜6のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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