JP3834918B2 - エンジンの燃料噴射方法及びその装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポンプによって加圧されて蓄圧室に貯留された作動流体の圧力を利用して、インジェクタから燃料を燃焼室に噴射するエンジンの燃料噴射方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃料噴射制御に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方法として、蓄圧式燃料噴射システムが知られている。蓄圧式燃料噴射システムは、ポンプによって所定圧力に加圧された燃料噴射制御用の作動流体を蓄圧室に貯留し、作動流体の圧力を利用してインジェクタから対応する燃焼室内に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射システムである。加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コントローラが蓄圧室内の圧力及び各インジェクタに設けられた制御弁を制御している。
【０００３】
蓄圧式燃料噴射システムとして、従来、２つのタイプのシステムが知られている。即ち、一方のタイプの燃料噴射システムは、作動流体として燃料とは別の高圧作動オイルを用いるシステムであり、高圧作動オイルが蓄圧室として高圧のオイルマニホルドに貯留され、作動オイルの圧力を利用して増圧ピストンを駆動し、高圧の作動オイルが導入される圧力室に露呈する増圧ピストンの一端の大面積と、燃料が導入される増圧室に露呈する増圧ピストンの他端の小面積との面積比に基づいて燃料を増圧し、増圧した燃料をインジェクタの噴孔から燃焼室内に噴射している。
【０００４】
このタイプの蓄圧式燃料噴射システムを図９及び図１０の記載に基づいて説明する。図９に示したエンジンにおける燃料供給システムでは、燃料供給のための共通の通路であるコモンレール５１からエンジンの各気筒にインジェクタ１に対して燃料が供給される。燃料タンク５２内の燃料は、燃料ポンプ５３の駆動によって燃料フィルタ５４を通じてコモンレール５１に供給される。インジェクタ１は、その燃料供給口１１と燃料排出口１２とによってコモンレール５１に連通しており、余剰の燃料は燃料回収通路５５を通じて燃料タンク５２に回収される。
【０００５】
インジェクタ１には、燃料圧を増圧するため、燃料とは別系統の高圧の作動流体即ち作動オイルが供給される。即ち、各インジェクタ１は、共通の蓄圧室としての高圧オイルマニホルド５６にそれぞれ連結されている。オイル溜まり５７内のオイルは、オイルポンプ５８の作動によってオイル供給路６１に送り出される。オイル供給路６１の途中にはオイルクーラ５９やオイルフィルタ６０が設けられている。また、オイル供給路６１は、オイルギャラリ６２に通じる潤滑系通路６７とインジェクタ１の圧力室８に供給される作動オイル系通路６６に分岐している。作動オイル系通路６６には高圧オイルポンプ６３が設けられており、高圧オイルポンプ６３から高圧オイルマニホルド５６へのオイルの供給、即ち、高圧オイルマニホルド５６におけるオイル圧力は、流量制御弁６４によって制御されている。余剰のオイルはオイル回収通路６５を通じてオイル溜まり５７に回収される。コントローラ５０は、流量制御弁６４の制御とインジェクタ１のソレノイド１０の制御を行うように構成されている。コントローラ５０には、エンジンの作動状況として、回転数センサ６８で検出されたエンジン回転数Ｎｅ、アクセル踏込み量センサ６９で検出されたアクセルペダルの踏込み量、即ち、アクセル踏込み量Ａｃｃ及びクランク角センサ７０で検出されたクランク角が入力されている。また、コントローラ５０には、高圧オイルマニホルド５６に設置した圧力センサ７１で検出された高圧オイルマニホルド５６の作動オイル圧が入力される。
【０００６】
この蓄圧式燃料噴射システムに用いられるインジェクタ１は、図１０に示すように、中空穴と噴孔１３を形成した本体、及び本体の外側に燃料チャンバ２０を形成するように隙間を形成して配置されたケース６から構成されている。インジェクタ１の本体は、中空穴４６を備え且つ噴孔１３を形成されたノズル本体２、増圧室７を形成する燃料供給本体（プランジャバレル）５、ノズル本体２と燃料供給本体５との間に位置するスペーサ本体８１と中空孔２９を備えた中空スペーサ本体２１、高圧作動オイルが供給される圧力室８を備えているインジェクタ本体４、及びリーク通路であるドレン溝３９とドレン通路３８を備え且つ制御弁としてのソレノイド弁１６を配置したソレノイド本体３から構成されている。ケース６は、燃料チャンバ２０を形成するため、ノズル本体２、スペーサ本体８１、中空スペーサ本体２１及び燃料供給本体５を取り囲んでいる。ケース６は、本体との間に形成された燃料チャンバ２０を形成するため、ケース６の一端がノズル本体２の段部の当接面１４に係止してシールされ、他端がインジェクタ本体４に螺入された嵌合面８０でシールされている。コモンレール５１には、ケース６に形成された燃料供給口１１と燃料排出口１２が開口し、燃料がコモンレール５１から燃料チャンバ２０に常時供給されている。
【０００７】
インジェクタ１は、燃料チャンバ２０から供給された燃料を増圧するための燃料供給本体５内に形成された増圧室７、増圧室７から噴孔１３へと燃料を供給するため、スペーサ本体８１、中空スペーサ本体２１及びノズル本体２に形成された燃料通路２２、ノズル本体２の中空穴４６内で摺動可能に保持されて燃料圧によって噴孔１３を開放する針弁２３、増圧室７の燃料を増圧する増圧ピストン９、増圧ピストン９の端部に高圧を付与する高圧作動オイルが供給される圧力室８、及び圧力室８に高圧作動オイルの供給を制御するソレノイド弁１６を有している。
【０００８】
リターンスプリング１８は、中空スペーサ本体２１に形成された中空孔２９内に配置され、噴孔１３を閉鎖する方向に針弁２３にばね力を付勢する。リターンスプリング１８の一端は針弁２３の上端に当接し、他端はスペーサ本体８１に当接している。インジェクタ本体４に形成された中空穴２６で形成される中空部のスプリング室３０は、増圧ピストン９の大径部２５の端面と燃料供給本体５との端面との間に形成されている。スプリング室３０には、増圧ピストン９を復帰させるため、増圧ピストン９を圧力室８側へ付勢するリターンスプリング１７が圧縮状態で配置されている。インジェクタ本体４に形成された中空穴８５には、作動オイルをカットする側にソレノイド弁１６を付勢するリターンスプリング１９が配置されている。増圧ピストン９が配置されたスプリング室３０は、燃料供給本体５に形成された排出路８３及び排出路８３に配置された逆止弁８４を通じて燃料チャンバ２０に連通している。スプリング室３０には、通常、燃料供給本体５の中空孔４２と小径部２４の外周面との間の摺動面における極僅かな隙間２８及びインジェクタ本体４と燃料供給本体５との当接面間における極僅かな隙間４８を通じて燃料チャンバ２０からの燃料がリークして侵入しており、燃料チャンバ２０内の燃料圧と同等の圧力状態にある。
【０００９】
増圧ピストン９は、増圧室７の一部を下端面で形成するプランジャである小径部２４、圧力室８の一部を頂面７３で形成すると共にインジェクタ本体４の中空穴２６内を往復動する大径部２５、及び大径部２５の外周部４７の全周辺から垂下して中空穴２６の内面を摺動する摺動面４９を構成するガイドリング部４１から構成されている。ガイドリング部４１は、増圧ピストン９の上下動を安定させる機能を有する。増圧ピストン９の小径部２４は燃料供給本体５に形成された中空孔４２を往復動し、大径部２５はインジェクタ本体４に形成された中空穴２６を往復動する。また、インジェクタ本体４に形成された中空穴２６にはシール部材４４が配置され、増圧ピストン９と中空穴２６との隙間をシール部材４４でシールし、それによって、圧力室８内の高圧作動オイルがスプリング室３０へ漏洩しないように、スプリング室３０と圧力室８とが遮断されている。なお、図１０では、小径部２４と大径部２５とが一体構造として描かれているが、別体で構成することができる。
【００１０】
燃料供給本体５に形成された中空孔４２の端部には、増圧室７が形成されている。増圧室７への燃料の供給は、燃料チャンバ２０から中空スペーサ本体２１に形成した燃料通路３７とスペーサ本体８１に形成した燃料通路３５を通じて行われる。燃料通路３５には、増圧室７の高圧燃料が燃料チャンバ２０に逆流するのを防止するため、逆止弁３６が組み込まれている。また、増圧室７で増圧された燃料は、燃料通路２２を通じて噴孔１３へと供給される。ノズル本体２と針弁２３との間には、燃料通路が形成され、針弁２３の先端のテーパ面４５に高圧燃料圧が付与されることによって針弁２３は中空穴４６内でリフトし、噴孔１３を開放する。
【００１１】
インジェクタ本体４の壁面には、増圧ピストン９が復帰位置で着座する着座面７２が、増圧ピストン９の頂面７３と並行に且つ対向して形成されいる。着座面７２と増圧ピストン９の頂面７３とは圧力室８を形成している。圧力室８には、高圧作動オイルが増圧ピストン９の頂面７３と着座面７２との間に浸入して増圧ピストン９の下降と共に上下幅が拡大する隙間７４が形成される。
【００１２】
スプリング室３０には増圧ピストン９のストローク分の空所が形成されて燃料が入り込んでいる。そこで、スプリング室３０における空所が増圧ピストン９のストローク分以下となる程度まで燃料が侵入すると、増圧ピストン９の往復動に伴って中空穴２６内のスプリング室３０に存在する燃料が排出路８３を通じて燃料チャンバ２０へ排出される。排出路８３には逆止弁８４が配設されているので、燃料が燃料チャンバ２０から排出路８３を通じてスプリング室３０へ逆流することはない。
【００１３】
インジェクタ１は、噴孔１３の針弁２３による開閉作動がソレノイド１０の制御によって行われるものであり、コントローラ５０からの指令でソレノイド１０が付勢されると、アーマチュア３２が吸着され、アーマチュア３２に固定されているソレノイド弁１６がリターンスプリング１９のばね力に抗してリフトする。ソレノイド弁１６がリフトすると、ソレノイド弁１６のテーパ面８６とインジェクタ本体４のバルブシート８７との間に形成される通路３３が開口し、高圧作動オイルが高圧オイルマニホルド５６からインジェクタ本体４に形成された供給路３１と通路３４を通じて圧力室８に供給されて、増圧ピストン９を増圧方向に付勢する。一方、コモンレール５１の燃料は、ケース６に形成された供給口１１から燃料チャンバ２０に供給され、次いで、燃料チャンバ２０から中空スペーサ本体２１に形成した燃料通路３７、スペーサ本体８１に形成された燃料通路３５を通じて増圧室７に供給されている。
【００１４】
増圧ピストン９が圧力室８内の作動オイルの圧力で下降すると、燃料通路３５が逆止弁３６によって閉鎖され、増圧室７内の燃料が増圧される。増圧室７の燃料が増圧されると、燃料圧はリターンスプリング１８のばね力に抗して針弁２３をリフトさせ、開放された噴孔１３から燃料が噴射される。また、ソレノイド１０によるソレノイド弁１６への付勢力が解放すると、リターンスプリング１９のばね力でソレノイド弁１６が下降し、ソレノイド弁１６に設けたドレン溝３９が開放し、圧力室８の高圧作動オイルはドレン溝３９とドレン通路３８を通じて排出される。圧力室８の高圧作動オイルが排出されると、増圧ピストン９がリターンスプリング１７のばね力で元に復帰し、増圧室７は燃料チャンバ２０と同等の圧力になり、針弁２３にかかる燃料圧が低下し、リターンスプリング１８のばね力で針弁２３のテーパ面４５がノズル本体２のバルブシートに着座して噴孔１３が閉鎖する。
【００１５】
他方のタイプの蓄圧式燃料噴射システムは、作動流体として加圧された燃料それ自体を用いるシステムであり、バランスチャンバ内の燃料圧を制御することによって針弁のリフトを制御し、高圧燃料をインジェクタから燃焼室内に噴射するものである。このタイプの蓄圧式燃料噴射システム及びこのシステムに用いられるインジェクタを図１１及び図１２に示した例に基づいて説明する。図１１の蓄圧室式燃料噴射システムにおいては、高圧燃料は、蓄圧器としてのコモンレール１０２に貯留され、コモンレール１０２から燃料流路の一部を構成する分岐管１０３を通じて複数のインジェクタ１０１に供給され、各インジェクタ１０１からエンジンの各燃焼室内に噴射される。コモンレール１０２への燃料の供給は、燃料タンク１０４からオイルフィルタ１０５及びフィードポンプ１０６を経た後、燃料管１０７を通じて、例えばプランジャ式の可変容量式高圧ポンプである燃料ポンプ１０８によって行われる。燃料ポンプ１０８は、エンジンによって駆動されるものであり、燃料を要求される所定圧力に昇圧し、燃料管１０９を通じてコモンレール１０２に供給する。また、燃料ポンプ１０８は、コモンレール１０２における燃料圧を所定圧力に維持する。燃料ポンプ１０８からリリーフされた燃料は、戻し管１１０を通じて燃料タンク１０４に戻される。また、分岐管１０３からインジェクタ１０１に供給された燃料のうち、燃焼室への噴射に費やされなかった燃料は、戻し管１１１を通じて燃料タンク１０４に戻される。
【００１６】
電子制御ユニットであるコントローラ１１２には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、エンジン気筒判別センサ及び上死点（ＴＤＣ）検出センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ、冷却水温度Ｔｗを検出するための冷却水温センサ、大気温度Ｔａを検出するための大気温度センサ、大気圧Ｐａを検出するための大気圧センサ、及び吸気管内圧力Ｐｂを検出するための吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサ群１１４からの信号が入力されている。コントローラ１１２は、これらの信号に基づいて、エンジン出力が運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ１０１による燃料の噴射条件、即ち、燃料の噴射タイミング及び噴射量を制御する。また、コモンレール１０２には圧力センサ１１３が設けられており、圧力センサ１１３によって検出されたコモンレール１０２内の燃料圧の検出信号がコントローラ１１２に送られる。インジェクタ１０１が燃料を噴射することでコモンレール１０２内の燃料が消費されることにより、コモンレール１０２内の燃料圧は低下するが、コントローラ１１２は、コモンレール１０２内の燃料圧が一定となるように燃料ポンプ８の吐出圧を制御する。
【００１７】
この蓄圧式燃料噴射システムに用いられるインジェクタ１０１は、図１２に断面として示された構造を有している。インジェクタ１０１の上側側部には燃料入口継手１２０を介して分岐管１０３が接続されている。インジェクタ１０１の本体内部には、燃料通路１２１，１２２が形成されており、分岐管１０３及び燃料通路１２１，１２２から燃料流路が構成されている。燃料流路を通じて供給された燃料は、燃料溜まり１２３及び針弁１２４の周囲の通路を通じて、針弁１２４のリフト時に開く噴孔１２５から燃焼室内に噴射される。
【００１８】
インジェクタ１０１には、針弁１２４のリフトを制御するために、バランスチャンバ式の針弁リフト機構が設けられている。即ち、インジェクタ１０１の最上部には、制御弁としての電磁弁１２６が設けられており、コントローラ１１２からの制御信号としての制御電流が、信号線１２７を通じて電磁弁１２６のソレノイド１２８に送られる。ソレノイド１２８が励磁されると、アーマチュア１２９が上昇して、燃料路１３１の端部に設けられた開閉弁１３２を開くので、燃料流路からバランスチャンバ１３０に供給された燃料の燃料圧が燃料路１３１を通じて解放される。インジェクタ１０１の本体内部に形成された中空穴１３３内には、コントロールピストン１３４が昇降可能に設けられている。低下したバランスチャンバ１３０内の圧力に基づく力とリターンスプリング１３５のばね力とによってコントロールピストン１３４に働く押下げ力よりも、燃料溜まり１２３に臨むテーパ面１３６に作用する燃料圧に基づいてコントロールピストン１３４を押し上げる力が勝るため、コントロールピストン１３４は上昇する。その結果、針弁１２４のリフトが許容され、噴孔１２５から燃料が噴射される。燃料噴射量は、燃料流路内の燃料圧と針弁１２４のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められ、針弁１２４のリフトは、開閉弁１３２の開閉制御をするためにソレノイド１２８へ送られる制御電流としての噴射パルスによって決定される。
【００１９】
一般に、インジェクタ１、１０１の燃料噴射量Ｑとコントローラ５０，１１２からソレノイド弁１６又は電磁弁１２６に供給されるコマンドパルス幅ＰＷとは、高圧オイルマニホルド５６内の作動オイル又はコモンレール１０２内の燃料の各圧力、即ち、作動流体圧力を一定とすると、コマンドパルス幅ＰＷが大きいほど燃料噴射量Ｑは多くなり、また、同じコマンドパルス幅ＰＷであっても、作動流体圧力が大であるほど、燃料噴射量Ｑは大きくなる。一方、燃料噴射は、コマンドパルスの立ち上がり時刻と立ち下がり時刻に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。
【００２０】
燃焼サイクル毎に噴射すべき目標となる燃料噴射量は、基本噴射量特性マップに基づいて計算される。即ち、エンジンの基本特性として、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑｔとは、アクセル踏込み量Ａｃｃをパラメータとして、互いの関係が予め求められている。したがって、その時々のエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとからこのマップに基づいて目標噴射量Ｑｔが求められる。
【００２１】
従来の蓄圧式燃料噴射の制御の概要が、図４のフローに示されている。この制御フローによると、まず、その時のエンジンの回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとから目標噴射量Ｑｔが求められる（Ｓ８１）。一方、蓄圧室である高圧オイルマニホルド５６又はコモンレール１０２に設けられている圧力センサ７１，１１３によって蓄圧室の圧力Ｐｒが検出され、検出した蓄圧室圧力Ｐｒを読み込むタイミングが決定され（Ｓ８２）、そのタイミングで読み込まれた検出値から、インジェクタの電磁弁に供給すべきコマンドパルスのパルス幅ＰＷの算出のための蓄圧室圧力Ｐｒが算出される（Ｓ８３）。Ｓ８１で求めた目標噴射量Ｑｔ、Ｓ８３で算出された蓄圧室圧力、及びその他のセンサからのエンジンの運転状態に関する情報に基づいて、予め定められているマップから、インジェクタの電磁弁に供給すべきコマンドパルスのパルス幅ＰＷが算出される（Ｓ８４）。Ｓ８４で算出されたコマンドパルスのパルス幅ＰＷと、どの気筒に対して燃料を噴射すべきかを定める気筒判定（Ｓ８５）と、アクセル踏込み量Ａｃｃやその他のセンサからのエンジンの運転状態に関する情報に基づいて行われた燃料噴射タイミングの決定（Ｓ８６）とに基づいて、各インジェクタが駆動される（Ｓ８７）。なお、Ｓ８６によって決定された燃料噴射タイミングに基づいて、Ｓ８２における蓄圧室圧力の読込みタイミングが決定される。
【００２２】
また、作動流体を燃料自体とし、バランスチャンバを用いる蓄圧式燃料噴射システムにおいて、蓄圧室圧力であるコモンレール圧力は、燃料供給ポンプによる高圧燃料の圧送、噴射時の圧力低下或いは噴射終了時の閉弁による水撃作用等によって脈動を生じるのであるが、その脈動の中においても、燃料噴射弁のコマンドパルスの立ち下がり時点におけるコモンレールの圧力は、実噴射圧に略等しくなることが経験的に知られている。このことを利用して、上記立ち下がり時点におけるコモンレールの圧力をサンプリング検出して、燃料噴射量を定めることが提案されている（特開平５−１２５９８５号公報参照）。
【００２３】
また、燃料噴射タイミングと燃料噴射量を正確に制御するには、作動流体圧力を正確に制御することが必要である。そのため、増圧式の燃料噴射装置において、インジェクタに供給される作動流体としての作動オイルの圧力をセンサによって検出し、センサが検出した圧力の表示となる圧力表示信号を発生させ、インジェクタに供給された作動オイルの圧力を少なくとも一つのエンジンの作動状態を示す、例えばエンジン回転数のようなパラメータの値に応じて電子的に制御し、前記作動オイルの圧力を前記圧力表示信号に応じて修正したもの（特表平６−５１１５２７号公報参照）がある。作動オイルの圧力の検出は、過渡的な状況で過敏になり過ぎないように、平均圧力を検出するような周期でオイルマニホルドの実際の圧力をサンプリングにより検出している。センサの出力は、電子制御モジュールに送られ、実際の作動流体圧力を所望の理想的な設定値と比較し、出力制御信号に必要な修正を加えている。
【００２４】
更に、各インジェクタからの燃料の噴射を制御するために各インジェクタに供給される作動オイルの油圧を、エンジンの運転状態に応じて求められる目標油圧に一致させるため、油圧ポンプの吐出圧力を制御弁によってフィードバック制御を行っている増圧式の燃料噴射装置において、インジェクタへの共通通路の実際の油圧を検出するサンプリング時期を、インジェクタへのコマンドパルスの立ち上がりに同期した時点とし、そのサンプリングによって検出した油圧に基づいて噴射期間、即ち、コマンドパルス幅を再計算したインジェクタ式燃料噴射システム用電子制御装置が知られている（特開平７−１２０２７号公報）。この制御装置は、各インジェクタへの作動オイルの油圧の過渡的な変化に追従して油圧を正確に再現できなくても、サンプリング時期を特定することにより、実際の噴射が行われるときの圧力の近似値を求めようとするものである。
【００２５】
しかしながら、求めた蓄圧室の圧力が蓄圧室の正確な圧力となっていなければ、マップから求められたコマンドパルス幅ＰＷが、真に必要なパルス幅となっているとは限らない。しかも、蓄圧室圧力の制御する圧力制御弁は、電子制御ユニットによって制御されているが、その圧力制御弁や油圧回路又は燃料回路全体の応答遅れ等の蓄圧室の圧力を正確に制御するのを困難にする要因が存在している。一方、燃料の噴射によって、作動流体の圧力に急激な圧力変化が生じることが知られており、圧力制御弁は、作動流体の圧力をこの急激に変化する圧力に対応して制御することができない。即ち、特表平６−５１１５２７号公報に開示のものにおける蓄圧室圧力の制御に見られるように、圧力制御弁は、瞬間瞬間の蓄圧室圧力を制御しているのではなく、時間平均的な蓄圧室圧力を制御しているに過ぎない。
【００２６】
図５に示すように、蓄圧室圧力は、燃料噴射が実行される度に、変動を繰り返している。即ち、エンジンの運転状態が一定であるとしても、蓄圧室圧力Ｐｒは平均蓄圧室圧力Ｐｒｍの上下に変動している。電子制御ユニットが制御しているのは、平均蓄圧室圧力Ｐｒｍである。即ち、燃料噴射が時刻Ｔn （ｎ＝・・・ｎ−２，ｎ−１，ｎ，ｎ＋１・・・）において実行されると、蓄圧室圧力Ｐｒは、蓄圧室の圧力が消費されるために、各噴射時刻から矢印Ｄで示すように圧力降下を生じ、燃料噴射が終了すると蓄圧室圧力が矢印Ｕで示すように回復し、上記の変化を繰り返している。
【００２７】
ここで、実噴射量Ｑａを物理的に決定するのは、時間平均的な蓄圧室圧力Ｐｒｍではなく、燃料噴射の開始時における蓄圧室圧力Ｐｒｉである。したがって、各インジェクタに燃料噴射を実行させるために各インジェクタに備わる電磁弁へのコマンドパルス幅ＰＷの計算は、その時の蓄圧室圧力Ｐｒｉを用いて行われるべきであるが、実際には電子制御ユニットには演算時間が必要であり、計算結果は実際の噴射に間に合わせることができない。上記特開平７−１２０２７号公報に記載のものにおいては、噴射遅れ期間にこの計算を実行することが上記のとおり提案されているが、少なくともコスト的に採用可能なＣＰＵを用いては、このような高速演算は不可能である。
【００２８】
実際に燃料噴射を実行する時の蓄圧室圧力をどのように求めるかについて、従来、次の２つの方法が知られている。即ち、第一の方法は、図５に示すように、次回の燃料噴射タイミング、即ち、燃料噴射開始時期（Ｔn + 1 ）の蓄圧室圧力として、今回の燃料噴射開始時刻（Ｔn ）における蓄圧室圧力Ｐｒｉ（Ｔn ）を代用するか、又は今回までの複数回の燃料噴射開始時期（・・Ｔn - 4 ，〜，Ｔn ）における蓄圧室圧力の移動平均値を代用する方法である。
【００２９】
第二の方法は、図６に示すように、燃料噴射と無関係に一定のサンプリング周期Ｔｓで蓄圧室圧力Ｐｒをサンプリングし、次回の燃料噴射開始時期（Ｔn + 1 ）の蓄圧室圧力Ｐｒｉ（Ｔn + 1 ）として、燃料噴射の直前のサンプリング値Ｐｊｂｓ、又はサンプリングした複数の値から求めた移動平均値Ｐｍａのうち直前の移動平均値Ｐｊｂｍａを代用する方法である。エンジンの運転状態が定常状態であれば、実際の蓄圧室圧力と移動平均値圧力とのオフセット量ΔＰは、一定であるので、予めオフセット量を設定しておけば、実際の蓄圧室圧力を求めることができる。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の直前の蓄圧室圧力のサンプリング値Ｐｊｂｓ、又は蓄圧室圧力のサンプリング値の直前の移動平均値Ｐｊｂｍａを蓄圧室圧力に代用する方法では、噴射の実行によって生じる蓄圧室圧力の変動が安定している条件下では代用した圧力は実際の蓄圧室圧力の近似値として採用できる。しかし、例えばエンジンの回転数が変化したり、目標燃料噴射量が大きく変化する等の理由によって、蓄圧室圧力が過渡的に変化している状況下では、サンプリング値Ｐｊｂｓ又は移動平均値Ｐｊｂｍａは、実際の蓄圧室圧力との差が大きくなるので、実際の蓄圧室圧力の近似値として採用するのは好ましくない。
【００３１】
図５に示す次回の燃料噴射開始時期Ｔn + 1 における蓄圧室圧力の予測値として、今回の燃料噴射開始時期Ｔn における蓄圧室圧力Ｐｒｉ（Ｔn ）を代用する方法では、図７に示すように蓄圧室圧力が次第に上昇していく過渡状態では、燃料噴射時における実際の蓄圧室圧力と比較して、オフセット量ΔＰ１で示す分だけ低い値となる。また、次回の燃料噴射開始時期Ｔn + 1 における蓄圧室圧力の予測値として、時刻Ｔn までの複数の燃料噴射開始時刻における蓄圧室圧力Ｐｒｉの移動平均値Ｐｉｍａ（図７を参照）を代用する方法であっても、図７に示すように蓄圧室圧力が次第に上昇していく過渡状態では、移動平均値Ｐｉｍａは、実際の蓄圧室圧力と比較して、オフセット量ΔＰ２で示す分だけ低い値となる。実際の蓄圧室圧力と比較して低い蓄圧室圧力に基づいてコマンドパルス幅ＰＷが算出されると、その算出値は実際の蓄圧室圧力に対して求められるべきコマンドパルス幅ＰＷよりも長くなり、燃料噴射量が過大になる。
【００３２】
図６に示す時刻Ｔn + 1 における蓄圧室圧力の予測値を、一定のサンプリング周期Ｔｓ毎にサンプリングする蓄圧室圧力の移動平均値Ｐｍａのうち直前の移動平均値Ｐｊｂｍａとする方法においても、図８に示す蓄圧室圧力が次第に上昇していくような過渡状態では、移動平均値Ｐｊｂｍａは、燃料噴射開始時期における実際の蓄圧室圧力Ｐｒｉ（Ｔn + 1 ）と比較して、オフセット量ΔＰ３で示すように、図７に示す場合と同様、低い値となる。この場合も、算出されたコマンドパルス幅ＰＷは、実際の蓄圧室圧力に対して求められるべきコマンドパルス幅ＰＷよりも長くなり、燃料噴射量が過大になる。即ち、いずれの代用方法であっても、実際の燃料噴射量Ｑａと目標噴射量Ｑｔとの差が大きくなり、排気ガスのクリーン度が低下すると共にドライバビリティ（加速感）や燃費が悪化するので、エンジン制御上好ましくない。
【００３３】
また、移動平均を用いず、直前のサンプリング値を採用する方法では、過渡状態に対する遅れは縮小するものの、ノイズの影響を受けやすい。即ち、蓄圧室圧力は、実際には更に細かく不規則な変動をしているため、サンプリング時点の圧力が本来の平均的な圧力値から大きく外れた異常値を示すことがある。このような異常値に基づいてコマンドパルス幅ＰＷを算出しても、実際に要するパルス幅とは異なるものとなり、やはりエンジン制御上好ましいものではない。
【００３４】
したがって、蓄圧室式のエンジンの燃料噴射について、エンジンの運転状態が変化する等に起因して蓄圧室圧力が過渡状態にある場合であっても、燃料噴射時期における実際の蓄圧室圧力を正確に予測し、その正確に予測した蓄圧室圧力に基づいて燃料噴射を実行することについて解決すべき課題がある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、検出した蓄圧室圧力がノイズであって採用すべきでない場合があるから、過去に検出した蓄圧室圧力に基づいて蓄圧室圧力の近似関数を求め、近似関数によって噴射時期における蓄圧室圧力を予測して、あらゆるエンジンの運転状態で高精度で予測するエンジンの燃料噴射方法及びその装置を提供することである。
【００３６】
前記目的を達成するため、この発明によるエンジンの燃料噴射方法は、ポンプによって送り出された作動流体を蓄圧室に貯留し、エンジンの運転状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて目標噴射特性を設定し、前記蓄圧室から制御弁によってインジェクタに導入される前記作動流体圧力を利用して前記インジェクタの本体内に設けられている針弁のリフトを制御することにより、前記本体に形成され且つ前記針弁によって開放される噴孔から前記目標噴射特性に従って燃料を前記エンジンの燃焼室内に噴射するエンジンの燃料噴射方法において、
予め定められたサンプリング周期毎に前記蓄圧室内の前記作動流体圧力を検出し、複数個の前記作動流体圧力についてのデータに基づいて前記蓄圧室内の前記作動流体圧力の近似関数を求め、前記近似関数により次回の燃料噴射の噴射開始時期における前記作動流体圧力の設定値を求め、前記作動流体圧力の前記設定値に基づいて前記制御弁を制御するようにし、前記蓄圧室内の前記作動流体圧力のサンプリング毎に前記近似関数を更新すると共に、更新された前記近似関数により次回のサンプリング時における前記作動流体圧力の予測値を求め、前記次回のサンプリング時において検出された前記作動流体圧力の検出値と前記予測値との偏差の絶対値を予め定めたしきい値と比較し、前記絶対値が前記しきい値以下である場合には前記作動流体圧力の検出値を取り込んで前記データを更新し、前記絶対値が前記しきい値を超えている場合には前記予測値を取り込んで前記データを更新し、前記近似関数の更新は、更新された前記データに基づいて行われることを特徴とする。
【００３７】
同じく、この発明によるエンジンの燃料噴射装置は、ポンプによって送り出された作動流体を貯留する蓄圧室、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する噴孔が形成され且つ前記噴孔を開閉する針弁が収容される本体を備えたインジェクタ、前記エンジンの運転状態を検出するセンサ、前記インジェクタに設けられ且つ前記蓄圧室から供給された前記作動流体の圧力を利用するため前記作動流体の供給及び排出を制御する制御弁、及び前記センサからの検出信号に基づいて目標噴射特性を設定し、且つ設定された前記目標噴射特性に従った燃料噴射を実行するため、前記制御弁を駆動して前記作動流体の圧力に基づいて前記針弁のリフトを制御するコントローラを具備してなるエンジンの燃料噴射装置において、
前記コントローラは、所定のサンプリング周期毎に前記蓄圧室内の前記作動流体圧力を検出し、複数個の前記作動流体圧力のデータに基づいて前記蓄圧室内の前記作動流体圧力の近似関数を求め、前記近似関数により次回の燃料噴射の噴射開始時期における前記作動流体圧力の設定値を求め、前記作動流体圧力の前記設定値に基づいて前記制御弁を制御するものであり、また、前記蓄圧室内の前記作動流体圧力のサンプリング毎に前記近似関数を更新すると共に、更新された前記近似関数により次回のサンプリング時における前記作動流体圧力の予測値を求め、前記次回のサンプリング時において検出された前記作動流体圧力の検出値と前記予測値との偏差の絶対値を予め定めたしきい値と比較し、前記絶対値が前記しきい値以下である場合には前記作動流体圧力の検出値を取り込んで前記データを更新し、前記絶対値が前記しきい値を超えている場合には前記予測値を取り込んで前記データを更新し、前記近似関数の更新は、更新された前記データに基づいて行われるものであることを特徴とする。
【００３８】
この発明によるエンジンの燃料噴射方法及びその装置は、上記のような構成を有しているので、燃料噴射は次のようにして行われる。即ち、予め定められたサンプリング周期毎に前記蓄圧室内の前記作動流体圧力を検出し、複数個の前記作動流体圧力についてのデータに基づいて前記蓄圧室内の前記作動流体圧力の近似関数を求め、前記近似関数により次回の燃料噴射の噴射開始時期における前記作動流体圧力の設定値を求め、前記作動流体圧力の前記設定値に基づいて前記制御弁を制御しているので、次回の燃料噴射の噴射開始時期における蓄圧室圧力は、噴射直前の蓄圧室圧力の値を知ってもノイズを含んだ測定値から求めるのでなく、予め求められた近似関数から充分な時間的余裕をもって算出されるので、噴射時期における蓄圧室圧力があらゆるエンジンの運転状態で高精度で予測されて、その予測値を設定して、目標の噴射特性に従った燃料噴射が実行される。
【００３９】
また、上記エンジンの燃料噴射方法及びその装置において、前記蓄圧室内の作動流体圧力のサンプリング毎に近似関数を更新すると共に、更新された近似関数により次回のサンプリング時における作動流体圧力の予測値を求め、次回のサンプリング時において検出された作動流体圧力の検出値と前記予測値との偏差の絶対値を予め定めたしきい値と比較し、前記絶対値が前記しきい値以下である場合には作動流体圧力の検出値を取り込んで前記データを更新し、前記絶対値が前記しきい値を超えている場合には前記予測値を取り込んで前記データを更新し、近似関数の更新は、更新されたデータに基づいて行われる。このようにして近似関数の更新を行うと、サンプリング毎に読み込んだ蓄圧室圧力が異常値であると判断された場合には、その測定値は近似関数の更新に用いるデータに採用されず、前回までのサンプリングで求めた蓄圧室圧力から予測した蓄圧室圧力を現在の蓄圧室圧力とみなして、蓄圧室圧力の近似関数が求められる。したがって、異常値に基づいて誤差の大きな近似関数を求めることにならないので、噴射時期における蓄圧室圧力が高精度で予測される。
【００４０】
また、上記エンジンの燃料噴射方法及びその装置において、前記サンプリング周期は、一定の時間周期又は一定のクランク角度周期とされる。サンプリング周期は、燃料噴射時期とは別個に定められる。また、サンプリング周期を一定の時間周期とした場合でも、噴射時期については、最終的にはクランク角度に対する時期に換算される必要があるので、サンプリング周期を一定のクランク角度とするのが好ましい。
【００４１】
また、上記エンジンの燃料噴射方法及びその装置において、前記作動流体は作動オイルであり、前記制御弁は、燃料を増圧する増圧ピストンを駆動するため、インジェクタの本体内に形成され且つ増圧ピストンの端部が露呈する圧力室への作動オイルの供給と排出とを切り換える切換弁である。即ち、蓄圧式燃料噴射システムとして、インジェクタには増圧ピストンを用い、且つ作動流体を燃料ではなく高圧作動オイルとするシステムに、この発明による燃料噴射方法及びその装置が適用される。
【００４２】
また、上記エンジンの燃料噴射方法及びその装置において、前記作動流体は燃料であり、前記制御弁は、前記インジェクタの前記本体内に形成され且つ前記針弁を制御するコントロールピストンの端部が露呈するバランスチャンバ内に供給された前記燃料の圧力を制御するため、前記バランスチャンバからの前記燃料の排出を制御する開閉弁である。即ち、蓄圧式燃料噴射システムとして、作動流体を燃料とし且つインジェクタにはバランスチャンバを形成したシステムに、この発明による燃料噴射方法及びその装置が適用される。
【００４３】
また、上記エンジンの燃料噴射方法及びその装置において、前記目標噴射特性は次回の燃料噴射における噴射開始時期及び燃料噴射量であり、噴射開始時期において求められた作動流体圧力の設定値と燃料噴射量とに基づいて制御弁の駆動期間が制御される。エンジンの燃料噴射特性は、基本的には、噴射開始時期及び燃料噴射量で定まる。噴射開始時期が、例えばエンジン回転数や目標噴射量に基づいてマップにより求められると、その噴射開始時期と蓄圧室圧力の近似関数とによって、サンプリングによる蓄圧室圧力の予想とは別に、その噴射開始時期における蓄圧室圧力の予想値が求められて蓄圧室圧力が設定される。また、目標燃料噴射量が定まれば、噴射開始時期における蓄圧室圧力に基づく噴射の強さ、即ち、噴射率が求められるので、どれだけの時間に亘って燃料を噴射すればよいか、即ち、燃料噴射期間が定められる。
【００４４】
また、上記エンジンの燃料噴射方法及びその装置において、前記制御弁は、駆動期間に対応したパルス幅を有するコマンドパルスによって励磁されるソレノイドを備えた電磁弁である。インジェクタの目標となる噴射開始時期に応じて目標コマンドパルス出力時期が、例えばエンジン回転数や目標噴射量に基づいてマップにより求められる。前記燃料噴射期間は、電磁弁においては、開弁のためにコマンドパルスのパルス幅に対応している。したがって、目標総噴射量に応じてコマンドパルス幅が演算されることになる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、この発明によるエンジンの燃料噴射方法及びその装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるエンジンの燃料噴射制御における、エンジン運転状態からインジェクタの駆動までの基本的な制御フローを示す図であり、図２は図１に示したフローのより詳細なメインルーチンと蓄圧室圧力予測及び設定ルーチンを示す図であり、図３は蓄圧室圧力Ｐｒの時間変化と、この発明による蓄圧室圧力Ｐｒの予測及び設定及び燃料噴射時期における蓄圧室圧力の設定の様子とを説明するグラフである。なお、この発明によるエンジンの燃料噴射装置が適用されるコモンレール燃料噴射システム及び当該システムに用いられるインジェクタについては、図９〜図１２に基づいて既に説明した従来の既に知られている２つのタイプのシステム及びインジェクタのどちらであってもよい。
【００４６】
エンジンの運転状態を検出するセンサとしては、例えば、最低限、以下のものが挙げられる。
（１）エンジン回転数センサ
エンジン回転数センサは、クランクシャフトに取り付けられた所定歯数（例えば、３６歯）のギヤプレートとピックアップセンサとからなり、一定歯数（例えば、１８歯）分のパルス入力に要する時間からその時の回転数Ｎｅを算出する。
（２）気筒判別センサ
気筒判別センサは、コントローラが制御気筒を判別するための基準信号を検出する。高圧燃料ポンプのカムシャフト又は吸排気弁駆動用のカムシャフトに取り付けられた、特定気筒（例えば、第１気筒）の特定クランク角度（例えば、ＴＤＣ）に対応した歯（１歯）を有するギヤプレートとピックアップセンサとからなる。
（３）アクセル踏込み量センサ
アクセル踏込み量センサは、アクセルペダルの踏込み量Ａｃｃを検出する。
（４）蓄圧室圧力センサ
蓄圧室圧力センサは、高圧マニホルド又はコモンレールで蓄圧室の圧力を検出する。
【００４７】
図１に基づいて、この発明によるエンジンの燃料噴射制御の概要を説明する。即ち、この制御フローによると、まず、その時の目標噴射量Ｑｔの決定（Ｓ１）、検出した蓄圧室圧力Ｐｒの読み込むタイミングの決定（Ｓ２）、インジェクタの電磁弁に供給すべきコマンドパルスのパルス幅ＰＷの算出のための蓄圧室圧力Ｐｒの算出（Ｓ３）、Ｓ１で求めた目標噴射量Ｑｔ、Ｓ３で算出された蓄圧室圧力Ｐｒ等に基づくマップからのコマンドパルスのパルス幅ＰＷの算出（Ｓ４）、Ｓ４で算出されたコマンドパルスのパルス幅ＰＷ、気筒判定（Ｓ５）及び燃料噴射開始時期の決定（Ｓ６）とに基づく各インジェクタの駆動（Ｓ７）の各ステップについては、図４に記載のものと同じである。
【００４８】
この発明によれば、Ｓ２における蓄圧室圧力Ｐｒの読込みタイミングは、噴射タイミング、即ち、噴射開始時期とは無関係な一定の時間毎、又は一定のクランク角毎のように、一定のサンプリング周期毎に設定されている。この発明によれば、Ｓ３におけるコマンドパルス幅ＰＷの算出に用いる噴射開始時期における蓄圧室圧力Ｐｒｉの算出には、蓄圧室圧力Ｐｒの読込みタイミングとは別に、Ｓ６における噴射タイミングの決定の結果が反映させられる。
【００４９】
以上のシステムにおいて、コマンドパルス幅ＰＷの決定のための噴射開始時期における蓄圧室圧力Ｐｒｉの算出は、図２に記載のフローによる。即ち、図２のフローの右側に示されたルーチンは、一定周期毎での蓄圧室圧力の予測及び設定ルーチンである。また、図３は、蓄圧室圧力Ｐｒの時間変化と、この発明による蓄圧室圧力Ｐｒの予測及び設定、燃料噴射開始時期における蓄圧室圧力の設定の様子を説明するグラフである。
（１）このルーチンが開始されると、今回のサンプリング時期（時刻ｔn ）の蓄圧室内の作動流体の圧力が検出値Ｐｒn として検出される（Ｓ３１）。
（２）前回（時刻ｔn - 1 ）までの複数個のサンプリングによって検出した圧力に基づいて蓄圧室圧力Ｐｒが近似関数Ｐｒ（ｔ）（図３で実線で示す）で表されており、この近似関数Ｐｒ（ｔ）から今回のサンプリング時期（時刻ｔn ）における蓄圧室圧力の予測値Ｐｒｅが求められている。今回のサンプリング時期の蓄圧室圧力の検出値Ｐｒn と近似関数から求めた蓄圧室圧力の予測値Ｐｒｅとの偏差を求め、この偏差と一定のしきい値（Ｅｒｒ）とを比較する（Ｓ３２）。
（３）この偏差が一定のしきい値（Ｅｒｒ）を超えていれば、予測値Ｐｒｅを現在の蓄圧室圧力Ｐｒn に置き換える（Ｓ３３）。
（４）上記偏差が一定の誤差しきい値（Ｅｒｒ）以下の場合は検出した蓄圧室圧力の検出値Ｐｒn をそのまま用いて、また、この偏差が一定のしきい値（Ｅｒｒ）を超えている場合は、Ｓ３３で予測値Ｐｒｅで置き換えた蓄圧室圧力Ｐｒn を用いて、近似関数を求めるためコントローラのメモリに記憶されるデータとしての一群の検出時間（ｔ0 〜ｔn - 1 ）及び検出した蓄圧室圧力（Ｐｒ0 〜Ｐｒn - 1 ）を一サンプリング周期Ｔｓだけ進んだ状態での検出時間（ｔ1 〜ｔn ）と、これらの検出時間（ｔ1 〜ｔn ）における蓄圧室圧力（Ｐｒ1 〜Ｐｒn ）とに更新する（Ｓ３４）。図３に示した例においては、時刻ｔn における蓄圧室圧力の検出値Ｐｒn の予測値Ｐｒｅとの偏差がしきい値Ｅｒｒを超えているので、近似関数を求めるためのデータとしては、検出値Ｐｒn は採用されず、予測値Ｐｒｅが採用される。
（５）Ｓ３４で更新された検出時間と蓄圧室圧力とのデータに基づいて、蓄圧室圧力の時間関数としての近似関数Ｐｒ（ｔ）が更新される（Ｓ３５）。更新後の近似関数Ｐｒ（ｔ）は、図３において、一点鎖線で示されている。
（６）この更新された近似関数Ｐｒ（ｔ）を用いて、次のサンプリング時期ｔn + 1 （先の時刻ｔn からサンプリング周期Ｔｓ後）の蓄圧室圧力を予測する（Ｓ３６）。この予測値Ｐｒｅは、次回のルーチンでのＳ３２において、蓄圧室圧力の検出値との比較に用いられる。
（７）メインルーチンから、次の燃料噴射開始時期（Ｔi n j ）が読み込まれる（Ｓ３７）。
（８）Ｓ３７で読み込まれた燃料噴射開始時期Ｔi n j における蓄圧室圧力を、上記近似関数Ｐｒ（ｔ）から求めて蓄圧室圧力の設定値Ｐｒｓとする（Ｓ３８）。蓄圧室圧力の設定値Ｐｒｓは、後述するように、コマンドパルス幅ＰＷの算出に用いられる。
【００５０】
図２のフローの左側に示されたルーチンは、燃料をインジェクタから噴射すべき期間を求めるメインルーチンである。このメインルーチンによる制御内容は次のとおりである。
（１）このルーチンが開始されると、センサからエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとが入力される（Ｓ１１）。
（２）Ｓ１１で入力されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとに基づいて、予め求められているマップにより、目標噴射量Ｑｔが算出される（Ｓ１２）。
（３）Ｓ１１で入力されたエンジン回転数Ｎｅと、Ｓ１２で算出された目標噴射量Ｑｔとに基づいて、予め求められているマップにより、燃料噴射開始時期Ｔi n j が求められる（Ｓ１３）。求められた燃料噴射時期Ｔi n j は、図２の右側に示す蓄圧室圧力予測及び設定ルーチンのＳ３７に送られて読み込まれる。
（４）コントローラに備わるクロックによって、現在時刻ｔc が、Ｓ１３で求められた燃料噴射時期Ｔi n j の時間Δｔだけ前の時刻であるか否かを判断する（Ｓ１４）。未だ燃料噴射時期Ｔi n j の時間Δｔだけ前の時刻に到達していなければ、到達するまで、時間をカウントし続ける。なお、Δｔは、目標噴射量Ｑｔと蓄圧室圧力Ｐｒｓとに基づいてコマンドパルスのパルス幅ＰＷを計算するための時間であって、サンプリング周期Ｔｓよりも短い時間でよい。
（５）現在時刻ｔc が、燃料噴射時期Ｔi n j の時間Δｔだけ前の時刻に到達すると、図２の右側に示す蓄圧室圧力予測及び設定ルーチンのＳ３８で求められた燃料噴射時期Ｔi n j における蓄圧室圧力Ｐｒｓが読み込まれる（Ｓ１５）。
（６）Ｓ１２で算出された目標噴射量Ｑｔと、Ｓ１５で読み込まれた燃料噴射時期Ｔi n j における蓄圧室圧力の設定値Ｐｒｓとから、予め求められているマップから、インジェクタの電磁弁に供給すべきコマンドパルスのパルス幅ＰＷが算出される（Ｓ１６）。
（７）クロックによって、現在時刻ｔc が燃料噴射時期Ｔi n j であるか否かを判断する（Ｓ１７）。まだ、現在時刻ｔc が燃料噴射時期Ｔi n j に到達していなければ、燃料噴射時期Ｔi n j に到達するまで、クロックが計時を続ける。
（８）現在時刻が、燃料噴射時期Ｔi n j に到達すると、Ｓ１６で算出したコマンドパルスのパルス幅ＰＷが出力される（Ｓ１８）。
【００５１】
なお、上記の例では、サンプリング間隔を一定時間としたが、一定のクランク角度毎にサンプリングを実行してもよい。蓄圧室圧力を一定のクランク角度毎にサンプリングする方式の方が、エンジン回転数の影響を受けることなくエンジンサイクルに対応したサンプリングが行えるので、一定時間毎のサンプリングより制御ロジック上（近似関数の精度上）好ましいと言える。また、近似関数としては、例えば、定常状態では、蓄圧室圧力は類似パターンの繰り返し変動であるから、三角関数等の複数の周期関数の線型結合として求めることができる。また、過渡状態では、近似関数は、この周期関数と単調増加又は単調減少の複数の関数との線型結合として求めることができる。具体的な数学的計算法は、この発明の主題ではないので、これ以上の言及を省略する。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、蓄圧室圧力のノイズを拾うことなく、蓄圧室圧力の近似関数を用いて燃料噴射時の蓄圧室圧力を精度良く予測することができ、インジェクタの電磁弁に対する制御信号、即ち、コマンドパルス幅の計算精度を向上することができる。したがって、燃料の目標噴射量と実噴射量との誤差がより減少し、各噴射サイクルにおける燃料噴射量の制御が向上して、排ガス性能、運転者への加速感及び燃費等のエンジン性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるエンジンの燃料噴射制御における、エンジン運転状態からインジェクタの駆動までの基本的な制御フローを示す図である。
【図２】図１に示したフローのより詳細なメインルーチンと蓄圧室圧力予測及び設定ルーチンを示す図である。
【図３】蓄圧室圧力Ｐｒの近似関数と、蓄圧室圧力Ｐｒの予測及び燃料噴射開始時期における蓄圧室圧力の設定を説明するグラフである。
【図４】従来のエンジンの燃料噴射制御における、エンジン運転状態からインジェクタの駆動までの基本的な制御フローを示す図である。
【図５】エンジンの定常運転状態における蓄圧室圧力の時間変化を示し、且つ蓄圧室圧力の検出を噴射時期において検出する例を示すグラフである。
【図６】エンジンの定常運転状態における蓄圧室圧力の時間変化を示し、且つ蓄圧室圧力の検出を一定のサンプリング周期で行うと共に検出値の移動平均の様子を示すグラフである。
【図７】エンジンの過渡運転状態における蓄圧室圧力の時間変化を示し、且つ蓄圧室圧力の検出を噴射時期において検出する例を示すグラフである。
【図８】エンジンの過渡運転状態における蓄圧室圧力の時間変化を示し、且つ蓄圧室圧力の検出を一定のサンプリング周期で行うと共に検出値の移動平均の様子を示すグラフである。
【図９】作動流体を高圧作動オイルとした蓄圧式燃料噴射システムの概要を示す図である。
【図１０】図９に示した蓄圧式燃料噴射システムに用いられるインジェクタの断面図である。
【図１１】作動流体を加圧燃料とした蓄圧式燃料噴射システムの概要を示す図である。
【図１２】図１１に示した蓄圧式燃料噴射システムに用いられるインジェクタの断面図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ
２ ノズル本体
３ ソレノイド本体
４ インジェクタ本体
５ 燃料供給本体
７ 増圧室
８ 圧力室
９ 増圧ピストン
１０ ソレノイド
１２ コントローラ
１３ 噴孔
１６ ソレノイド弁
２３ 針弁
２４ 小径部
２５ 大径部
５０ コントローラ
５６ 高圧オイルマニホルド（蓄圧室）
６３ 高圧オイルポンプ
６８ 回転数センサ
６９ アクセル踏込み量センサ
７０ クランク角センサ
７１ 圧力センサ
１０１ インジェクタ
１０２ コモンレール（蓄圧室）
１０８ 燃料ポンプ
１１２ コントローラ
１１４ センサ群
１２４ 針弁
１２５ 噴孔
１２６ 電磁弁（制御弁）
１３０ バランスチャンバ
１３４ コントロールピストン
Ｎｅ エンジン回転数
Ａｃｃ アクセル踏込み量
Ｔｓ サンプリング周期
Ｔi n j 燃料噴孔開始時期
ｔn サンプリング時期
Ｑｔ 目標噴射量
ＰＷ コマンドパルス幅
Ｐｒ 蓄圧室圧力
Ｐｒｓ Ｔi n j における蓄圧室圧力の設定値
Ｐｒｅ ｔn における蓄圧室圧力の予測値
Ｐｒ（ｔ）近似関数
Ｅｒｒ しきい値

Claims (12)

  1. ポンプによって送り出された作動流体を蓄圧室に貯留し、エンジンの運転状態を検出するセンサからの検出信号に基づいて目標噴射特性を設定し、前記蓄圧室から制御弁によってインジェクタに導入される前記作動流体圧力を利用して前記インジェクタの本体内に設けられている針弁のリフトを制御することにより、前記本体に形成され且つ前記針弁によって開放される噴孔から前記目標噴射特性に従って燃料を前記エンジンの燃焼室内に噴射するエンジンの燃料噴射方法において、
    予め定められたサンプリング周期毎に前記蓄圧室内の前記作動流体圧力を検出し、複数個の前記作動流体圧力についてのデータに基づいて前記蓄圧室内の前記作動流体圧力の近似関数を求め、前記近似関数により次回の燃料噴射の噴射開始時期における前記作動流体圧力の設定値を求め、前記作動流体圧力の前記設定値に基づいて前記制御弁を制御するようにし、前記蓄圧室内の前記作動流体圧力のサンプリング毎に前記近似関数を更新すると共に、更新された前記近似関数により次回のサンプリング時における前記作動流体圧力の予測値を求め、前記次回のサンプリング時において検出された前記作動流体圧力の検出値と前記予測値との偏差の絶対値を予め定めたしきい値と比較し、前記絶対値が前記しきい値以下である場合には前記作動流体圧力の検出値を取り込んで前記データを更新し、前記絶対値が前記しきい値を超えている場合には前記予測値を取り込んで前記データを更新し、前記近似関数の更新は、更新された前記データに基づいて行われることを特徴とするエンジンの燃料噴射方法。
  2. 前記サンプリング周期は、一定の時間周期又は一定のクランク角度周期であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射方法。
  3. 前記作動流体として、作動オイルを用い、前記制御弁として、前記燃料を増圧する増圧ピストンを駆動するため、前記インジェクタの前記本体内に形成され且つ前記増圧ピストンの端部が露呈する圧力室への前記作動オイルの供給と排出とを切り換える切換弁を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射方法。
  4. 前記作動流体として、前記燃料を用い、前記制御弁として、前記インジェクタの前記本体内に形成され且つ前記針弁を制御するコントロールピストンの端部が露呈するバランスチャンバ内に供給された前記燃料の圧力を制御するため、前記バランスチャンバからの前記燃料の排出を制御する開閉弁を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射方法。
  5. 前記目標噴射特性は、次回の燃料噴射における前記噴射開始時期及び燃料噴射量であり、前記噴射開始時期において求められた前記作動流体圧力の前記設定値と前記燃料噴射量とに基づいて前記制御弁の駆動期間が制御されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射方法。
  6. 前記制御弁として、前記駆動期間に対応したパルス幅を有するコマンドパルスによって励磁されるソレノイドを備えた電磁弁を用いることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの燃料噴射方法。
  7. ポンプによって送り出された作動流体を貯留する蓄圧室、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する噴孔が形成され且つ前記噴孔を開閉する針弁が収容される本体を備えたインジェクタ、前記エンジンの運転状態を検出するセンサ、前記インジェクタに設けられ且つ前記蓄圧室から供給された前記作動流体の圧力を利用するため前記作動流体の供給及び排出を制御する制御弁、及び前記センサからの検出信号に基づいて目標噴射特性を設定し、且つ設定された前記目標噴射特性に従った燃料噴射を実行するため、前記制御弁を駆動して前記作動流体の圧力に基づいて前記針弁のリフトを制御するコントローラを具備してなるエンジンの燃料噴射装置において、
    前記コントローラは、所定のサンプリング周期毎に前記蓄圧室内の前記作動流体圧力を検出し、複数個の前記作動流体圧力のデータに基づいて前記蓄圧室内の前記作動流体圧力の近似関数を求め、前記近似関数により次回の燃料噴射の噴射開始時期における前記作動流体圧力の設定値を求め、前記作動流体圧力の前記設定値に基づいて前記制御弁を制御するものであり、また、前記蓄圧室内の前記作動流体圧力のサンプリング毎に前記近似関数 を更新すると共に、更新された前記近似関数により次回のサンプリング時における前記作動流体圧力の予測値を求め、前記次回のサンプリング時において検出された前記作動流体圧力の検出値と前記予測値との偏差の絶対値を予め定めたしきい値と比較し、前記絶対値が前記しきい値以下である場合には前記作動流体圧力の検出値を取り込んで前記データを更新し、前記絶対値が前記しきい値を超えている場合には前記予測値を取り込んで前記データを更新し、前記近似関数の更新は、更新された前記データに基づいて行われるものであることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
  8. 前記サンプリング周期は、一定の時間周期又は一定のクランク角度周期であることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  9. 前記作動流体は、作動オイルであり、前記制御弁は、前記燃料を増圧する増圧ピストンを駆動するため、前記インジェクタの本体内に形成され且つ前記増圧ピストンの端部が露呈する圧力室への前記作動オイルの供給と排出とを切り換える切換弁であることを特徴とする請求項７又は８に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  10. 前記作動流体は、前記燃料であり、前記制御弁は、前記インジェクタの本体内に形成され且つ前記針弁を制御するコントロールピストンの端部が露呈するバランスチャンバ内に供給された前記燃料の圧力を制御するため、前記バランスチャンバからの前記燃料の排出を制御する開閉弁であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  11. 前記目標噴射特性は、次回の燃料噴射における前記噴射開始時期及び燃料噴射量であり、前記噴射開始時期において求められた前記作動流体圧力の前記設定値と前記燃料噴射量とに基づいて前記制御弁の駆動期間が制御されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
  12. 前記制御弁は、前記駆動期間に対応したパルス幅を有するコマンドパルスによって励磁されるソレノイドを備えた電磁弁であることを特徴とする請求項１１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
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