JP4428405B2 - 燃料噴射制御装置及びエンジン制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、対象エンジンに対して燃料を噴射供給する際の燃料噴射特性を学習するために用いて好適な燃料噴射制御装置及びエンジン制御システムに関する。

周知のように、例えば自動車等の動力源として用いられるエンジン(特に内燃機関)では、適宜の燃料噴射弁(例えばインジェクタ)により噴射供給された燃料を、所定シリンダ内の燃焼室で、着火、燃焼して、所定の出力軸(クランク軸)にトルクを生成している。そして近年、自動車用のディーゼルエンジン等では、1燃焼サイクル中において出力トルクを生成するためのメイン噴射を行う前又は後に、該メイン噴射よりも少量の噴射量(通常は微小量)にてサブ噴射を行う噴射方式、いわゆる多段噴射方式が採用されるようになってきている。例えば今日、燃料燃焼時の騒音やNOx排出量の増大が問題視されており、その改善のため、メイン噴射の前に少量の噴射量にてパイロット噴射やプレ噴射を行うことがある。また、メイン噴射の後においても、拡散燃焼の活性化、ひいてはPM排出の低減等を目的として、アフタ噴射(噴射時期はメイン噴射に近接した燃料燃焼中)を行ったり、あるいは排気温度の昇温や還元成分供給による触媒の活性化等を目的として、ポスト噴射(噴射時期はメイン噴射に対して大きく遅角した燃焼終了後)を行ったりすることがある。近年のエンジン制御では、これら各種の噴射の1つ又は任意の組み合わせをもって、様々な状況に対してより適した噴射態様(噴射パターン)で、エンジンに対する燃料の供給が行われている。

ところで一般に、燃料噴射弁には製造過程等で個体差が生まれる。このため、燃料噴射弁を大量生産した場合、それら噴射弁の噴射特性は必ずしも一致しない。したがって、上記燃料噴射弁に対する噴射量の指令値(噴射時間)を同一としたとしても、実際に噴射される燃料量には少なからずのばらつきが生じる。また、上記サブ噴射(特にパイロット噴射)では、その噴射量がメイン噴射に比して少なくなっているため、所望の噴射量と実際の噴射量との間に差異が生じた場合に、その影響が大きくなり、それが少しの差異であっても上記目的を達成することが困難になり得る。

そこで従来、例えば特許文献1に記載のように、上記燃料噴射弁の噴射特性を逐次学習するとともに、その誤差を逐次補正(校正)することで、製造ばらつきや経年変化等に起因した誤差も含めた燃料噴射弁の特性誤差を補償する装置が提案されている。この特許文献1に記載の装置では、車両減速時における燃料カット期間において微小量の燃料噴射(単発噴射)を行うことにより、その燃料噴射によるエンジン出力軸の挙動変化(詳しくは回転速度の上昇量)を検出するとともに、その検出した回転速度上昇量に基づいて、生成トルク、ひいては燃料噴射量を、算出、保存(いわゆる学習)するようにしている。

また、燃料噴射弁の噴射特性を学習する装置としてはこの他にも、例えば特許文献2に記載されるような装置が提案されている。この装置では、エンジンのアイドリング中にフィードバック制御によりエンジン出力軸の目標回転を目標回転速度に制御するべく、そのために必要な(要求される)要求燃料量を等量(例えば「1mm/st」ずつ)に分割して多段の噴射(例えば5段噴射)を行うようにしている。そして、それら複数回の噴射の1回(1噴射)分の燃料量を検出するとともに、その燃料量の検出値(実際の噴射量に相当)とそれに対応する基準値との差異に基づいて、燃料噴射弁の噴射特性を学習するようにしている。このように、1燃焼サイクル内に複数回の噴射を行うことで、それら複数回の噴射の総噴射量(例えば「5mm/st」)としてアイドリングに必要なトルクを確保しつつ、各噴射の噴射特性として、サブ噴射(微小量の噴射)の噴射特性を、検出、保存(いわゆる学習)することが可能になる。
特開2005−36788号公報 特開2003−254139号公報

しかしながら、上記特許文献1,2に記載の装置について発明者が実験等を行ったところ、幾つかの欠点が確認され、これら装置にあっても未だ改善の余地が残されていることが明らかになった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁の燃料噴射特性をより好適に検出することのできる燃料噴射制御装置及びエンジン制御システムを提供することを主たる目的とするものである。

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。

請求項1に記載の発明では、所定の燃料噴射弁により噴射供給される燃料を所定のシリンダ内で燃焼させて生成したトルクで出力軸を回転させるエンジンに適用され、前記燃料噴射弁の噴射動作を制御する燃料噴射制御装置として、前記エンジンの燃料カット(例えば高速状態からの減速に伴って実行される燃料カット)中に所定の第1許可条件が成立したことに基づいて、前記燃料噴射弁により所定の噴射量(例えばパイロット噴射に相当する量)の燃料噴射を行って、その燃料噴射特性(例えば噴射指令と実際に噴射される燃料量との関係など)を示す第1噴射パラメータを取得する第1パラメータ取得手段と、前記エンジンのアイドリング中に所定の第2許可条件が成立したことに基づいて、前記燃料噴射弁により所定の噴射量(例えば微小量)の燃料噴射を行って、その燃料噴射特性を示す第2噴射パラメータを取得する第2パラメータ取得手段と、前記第1パラメータ取得手段により取得された第1噴射パラメータの値を、時々の状況を示す一乃至複数の所定パラメータからなる特定パラメータの内容にて定義される状況ごとに関連付けて所定の記憶装置に格納する第1パラメータ保存手段と、前記第2パラメータ取得手段により取得された第2パラメータの値を、前記特定パラメータの内容にて定義される状況ごとに関連付けて所定の記憶装置に格納する第2パラメータ保存手段と、を備え、前記燃料噴射弁の噴射圧力レベルの大小により第1状況及び第2状況が定められており、前記第1パラメータ取得手段及び前記第1パラメータ保存手段は、第2状況よりも噴射圧力レベルの高い第1状況に対する前記第1噴射パラメータの保存を優先的に行うものであり、前記第2パラメータ取得手段及び前記第2パラメータ保存手段は、第2状況に対する前記第2噴射パラメータの保存を優先的に行うものであることを特徴とする。

発明者は実験等により、上記特許文献1に記載の装置のように、車両減速時における燃料カット期間を利用して学習を行うものでは、学習機会(ひいては学習頻度)の確保が難しいこと、また上記特許文献2に記載の装置のように、アイドリング中に学習を行うものでは、高い噴射圧力で噴射が行われた場合の噴射音が騒音となってユーザの快適な運転を妨げかねないこと、をそれぞれ見出し、上記装置を発明した。こうした装置であれば、第1パラメータ取得手段と第2パラメータ取得手段とが、互いに欠点を補い合って、あるいは相乗的な効果を生み出して、より好適に、上記燃料噴射弁の燃料噴射特性を検出することができるようになる。

例えば第1パラメータ取得手段と第2パラメータ取得手段とにより、燃料カット期間とアイドリング期間の両方で学習を行うようにすれば、学習機会(ひいては学習頻度)は高められることになる。またこの際、高い噴射圧力に関する燃料噴射特性についてはこれを、燃料カット期間に行うことで、アイドリング期間の高圧噴射に起因した上述の騒音を回避することも可能になる。

さらにこうした用途に限られず、例えば第1パラメータ取得手段と第2パラメータ取得手段との両方により、それぞれ同一の状況での燃料噴射特性を検出して、それら検出値の平均値を用いるようにしたり、あるいは信頼性の高い方の検出値を用いるようにしたりしてよい。こうすることで、学習精度を高めることができる。
また上記構成によれば、都度の状況に関連付けて第1噴射パラメータや第2噴射パラメータの値を保存しておくことで、それら各パラメータを使用する際に、時々の状況に応じた(適した)パラメータ値を読み出すことが可能になる。
前述したように、アイドリング期間においては、噴射圧力レベルが高い状況(第1状況)で燃料噴射を行うと、騒音によってユーザの快適な運転を妨げかねない。この点、上記構成によれば、噴射圧力レベルの高い状況(第1状況)に関する噴射特性の検出が燃料カット期間に優先的に行われ、噴射圧力レベルの低い状況(第2状況)に関する噴射特性の検出がアイドリング期間に優先的に行われる。したがって、このような装置によれば、十分な学習機会(ひいては学習頻度)を確保しつつ、アイドリング期間の高圧噴射に起因した騒音発生の可能性についてもこれを、低く抑えることが可能になる。

ところで、燃料噴射弁の燃料噴射特性は、燃料噴射弁の近傍に燃圧センサを設けるなどして、そのセンサ出力から検出することも可能である。しかしながら、一般的なエンジンシステムへの適用を考えた場合には、請求項2に記載の発明のように、上記請求項1に記載の装置において、前記第1パラメータ取得手段が、前記燃料噴射を行って、その燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化(例えば回転速度の上昇量や推移波形の変化など)に基づいて、前記第1噴射パラメータとして燃料噴射量を求めるものであり、前記第2パラメータ取得手段が、前記燃料噴射を行って、その燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化に基づいて、前記第2噴射パラメータとして燃料噴射量を求めるものである構成とすることが有効である。こうした構成であれば、上記特許文献1,2に記載の装置に準ずるかたちで、検出対象の噴射実行により生じるエンジン出力軸の挙動変化に基づき、その噴射の燃料噴射量(燃料噴射特性に相当)をより容易且つ的確に検出することが可能になる。

また、この請求項2に記載の装置に関しては、請求項3に記載の発明のように、前記第2パラメータ取得手段が、前記エンジンのアイドリング中に所定の第2許可条件が成立したことに基づいて、1燃焼サイクル内で複数回の(多段の)燃料噴射(例えば同一噴射量の複数回の噴射)を行って、それら全燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化に基づいて、前記第2噴射パラメータとしての燃料噴射量を求めるものである構成とすることが有効である。

このように、1燃焼サイクル内に複数回(例えば5回)の噴射を行うことで、それら複数回の噴射の総噴射量(例えば「5mm/st」)としてアイドリングに必要なトルクを確保することが可能になる。そして、噴射特性を検出する際には、それら噴射のうちの1つの噴射特性を検出することで、微小量(例えば「1mm/st」)の噴射(サブ噴射など)に関する噴射特性についてもこれを、好適に検出することが可能になる。

た、燃料噴射弁の燃料噴射特性が、一般に噴射圧力レベルによって変化し易いことに鑑み、請求項に記載の発明のように、前記特定パラメータに、前記燃料噴射弁の噴射圧力レベルが含まれる構成とすることが特に有効である。なお、上記噴射圧力レベルとしては、例えばコモンレール圧を採用することが有効である。

さらにこの場合、請求項に記載の発明のように、前記第2パラメータ取得手段及び前記第2パラメータ保存手段を、前記第1状況に対する第1噴射パラメータの保存を行わないものとすることで、より確実に上述の騒音を防ぐことが可能になる。

請求項に記載の発明では、上記請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置において、前記第1パラメータ取得手段及び前記第1パラメータ保存手段についてはこれを、前記第1状況に対する前記第1噴射パラメータの保存を完了した場合に、所定の条件の成立に基づき、前記第2状況に対する前記第1噴射パラメータの保存を開始するものとする、ことを特徴とする。

こうした装置であれば、噴射圧力レベルの低い状況(第2状況)についての燃料噴射特性としては、燃料カット期間及びアイドリング期間の各々で検出した燃料噴射特性の両方を、取得、保存することが可能になる。このため、それら検出値の平均値を用いるようにしたり、あるいは信頼性の高い方の検出値を用いるようにしたりして、燃料噴射特性の学習精度を高めることが可能になる。

ところで、上記請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置では、前記燃料噴射弁の時々の燃料噴射特性を示す前記第1パラメータ保存手段及び前記第2パラメータ保存手段により、第1噴射パラメータ及び第2噴射パラメータがそれぞれ所定の記憶装置に格納される。そこで、請求項に記載の発明のように、前記第1パラメータ保存手段及び前記第2パラメータ保存手段によりそれぞれ所定の記憶装置に格納された第1噴射パラメータ及び第2噴射パラメータに基づいて、前記燃料噴射弁の異常の有無を診断する手段を備える構成とすれば、前記燃料噴射弁の異常の有無を、より容易且つ的確に診断することができるようになる。

また、上記請求項1〜のいずれか一項に記載の装置によれば、前記燃料噴射弁の時々の燃料噴射特性を示す第1噴射パラメータ及び第2噴射パラメータが得られる。そこで、請求項に記載の発明のように、
・前記第1パラメータ取得手段及び前記第2パラメータ取得手段により取得された第1噴射パラメータ及び第2噴射パラメータとそれに対応する基準値(例えば初期値)とを比較することにより前記燃料噴射弁の燃料噴射特性の誤差を求める噴射特性誤差導出手段を備える構成。
さらにこの場合において、
・前記噴射特性誤差導出手段により求められた燃料噴射特性の誤差に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射特性を補正する手段を備える構成。
とすれば、噴射特性誤差の検出や噴射特性の補正を、より容易且つ的確に行うことが可能になる。

ところで、業種や用途等によっては、上記燃料噴射制御装置の単位ではなく、より大きな単位で、例えばこの装置をエンジン制御に用いる場合には、該燃料噴射制御装置だけでなく他の関連装置(例えばセンサやアクチュエータ等の制御に係る各種装置)も含んで構築されるエンジン制御システムとして扱われる場合がある。上記請求項1〜のいずれか一項に記載の装置も、用途の1つとして、エンジン制御システムに組み込んで用いられることが想定される。請求項10に記載の発明は、そうした用途に対応するものであり、すなわちエンジン制御システムとして、上記請求項1〜のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置と、該燃料噴射制御装置の適用対象とされる前記燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動に基づいて、前記エンジンに関する所定の制御を行うエンジン制御手段(例えばエンジン出力軸のトルク制御や回転速度制御など)と、を備えることを特徴とする。上記請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置は、このようにエンジン制御システムに組み込んで用いて特に有益である。

以下、本発明に係る燃料噴射制御装置及びエンジン制御システムを具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の燃料噴射制御システムは、コモンレール式燃料噴射制御システム(高圧燃料供給システム)であり、本実施形態の燃料噴射制御装置は、そのシステムに搭載され、ディーゼルエンジンにおいてシリンダ内の燃焼室に直接的に高圧燃料を噴射供給(直噴供給)する際に用いられる、いわばディーゼルエンジン用の燃料噴射制御装置である。

はじめに図1を参照して、本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射制御システム(エンジン制御システム)の概略について説明する。なお、本実施形態のエンジンとしては、4輪自動車(例えばAT車)に搭載される多気筒(例えば直列4気筒)エンジンを想定している。このエンジンは、燃料燃焼によるエネルギーを回転運動に変換して出力軸(図中のクランク軸41)を回転させる4ストローク(4×ピストン行程)のレシプロ式ディーゼルエンジン(内燃機関)である。すなわちこのエンジンでは、吸排気弁のカム軸に設けられた気筒判別センサ(電磁ピックアップ)にてその時の対象シリンダが逐次判別され、4つのシリンダ#1〜#4について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクルが「720°CA」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「180°CA」ずらして、シリンダ#1,#3,#4,#2の順に逐次実行される。図中のインジェクタ20は、燃料タンク10側から、それぞれシリンダ#1,#2,#3,#4用のインジェクタである。

同図1に示されるように、このシステムは、大きくは、ECU(電子制御ユニット)30が、各種センサからのセンサ出力(検出結果)を取り込み、それら各センサ出力に基づいて燃料供給系を構成する各装置の駆動を制御するように構成されている。ECU30は、吸入調整弁11cに対する電流供給量を調整して燃料ポンプ11の燃料吐出量を所望の値に制御することで、コモンレール16内の燃料圧力(燃圧センサ16aにて測定される時々の燃料圧力)を目標値(目標燃圧)にフィードバック制御(例えばPID制御)している。そして、その燃料圧力に基づいて、対象エンジンの所定シリンダに対する燃料噴射量、ひいては同エンジンの出力(出力軸の回転速度やトルク)を所望の大きさに制御している。

ここで、燃料供給系を構成する諸々の装置は、燃料上流側から、燃料タンク10、燃料ポンプ11、コモンレール16、及びインジェクタ20の順に配設されている。このうち、燃料タンク10と燃料ポンプ11とは、燃料フィルタ12を介して配管10aにより接続されている。

こうした燃料供給系において、燃料タンク10は、対象エンジンの燃料(軽油)を溜めておくためのタンク(容器)である。この燃料タンク10には燃料計(図示略)が設けられ、燃料タンク10内の燃料残量が検出可能とされている。また、燃料ポンプ11は、高圧ポンプ11a及び低圧ポンプ11bを有し、低圧ポンプ11bによって上記燃料タンク10から汲み上げられた燃料を、高圧ポンプ11aにて加圧して吐出するように構成されている。そして、高圧ポンプ11aに送られる燃料圧送量、ひいては燃料ポンプ11の燃料吐出量は、燃料ポンプ11の燃料吸入側に設けられた吸入調整弁(SCV:Suction Control Valve)11cによって調量されるようになっている。すなわち、この燃料ポンプ11では、吸入調整弁11c(例えば非通電時に開弁するノーマリオン型)の駆動電流量(ひいては弁開度)を調整することで、同ポンプ11からの燃料吐出量を所望の値に制御することができるようになっている。

燃料ポンプ11を構成する2種のポンプのうち、低圧ポンプ11bは、例えばトロコイド式のフィードポンプとして構成されている。これに対し、高圧ポンプ11aは、例えばプランジャポンプからなり、図示しない偏心カム(エキセントリックカム)にて所定のプランジャ(例えば3本のプランジャ)をそれぞれ軸方向に往復動させることにより加圧室に送られた燃料を逐次所定のタイミングで圧送するように構成されている。いずれのポンプも、駆動軸11dによって駆動されるものである。ちなみにこの駆動軸11dは、対象エンジンの出力軸であるクランク軸41に連動し、例えばクランク軸41の1回転に対して「1/1」又は「1/2」等の比率で回転するようになっている。すなわち、上記低圧ポンプ11b及び高圧ポンプ11aは、対象エンジンの出力によって駆動される。

こうした燃料ポンプ11により燃料タンク10から燃料フィルタ12を介して汲み上げられた燃料は、蓄圧配管としてのコモンレール16へ加圧供給(圧送)される。次いでその燃料は、コモンレール16内で所定の燃料圧力(例えば「1000気圧」以上)まで加圧され、シリンダごとに設けられた配管20a(高圧燃料通路)を通じて、各シリンダ#1〜#4のインジェクタ20(燃料噴射弁)へ分配(供給)されるようになっている。ここで、コモンレール16には、同コモンレール16内の燃圧(レール圧力)を検出するための燃圧センサ16aが設けられており、これによりインジェクタ20の燃料噴射圧力に相関するレール圧力の検出や管理が可能とされている。また、各インジェクタ20の燃料排出口には、それぞれ配管20bが接続されており、この配管20bは、1本に集約され、減圧弁18(背圧弁)を介して、燃料を燃料タンク10へ戻すための配管10bとつながっている。減圧弁18は、車両の減速時などにおいて、燃料の圧力を下げるためのものである。

図2に、上記インジェクタ20の詳細構造を示す。なお、本実施形態のインジェクタ20は、燃焼用のエンジン燃料(燃料タンク10内の燃料)を利用した油圧駆動式の燃料噴射弁であり、燃料噴射に際しての駆動動力の伝達が油圧室(コマンド室)を介して行われる。

同図2に示されるように、このインジェクタ20は、内開弁タイプの燃料噴射弁であり、非通電時に閉弁状態となる、いわゆるノーマリクローズ型の燃料噴射弁として構成されている。すなわち、このインジェクタ20では、二方電磁弁を構成するソレノイド201に対する通電状態(通電/非通電)に応じて、油圧室Cdの密閉度合、ひいては同油圧室Cdの圧力(ニードル202の背圧に相当)が増減され、その圧力の増減により、スプリング203(コイルばね)の伸張力に従って又は抗して、ニードル202が弁筒内(ハウジング204内)を往復動(上下)する。そしてこれにより、噴孔205(必要な数だけ穿設)までの燃料供給通路が、その中途(詳しくは往復動に基づきニードル202が着座又は離座するテーパ状のシート面)で開閉される。この際、ニードル202の駆動制御は、いわゆるPWM(Pulse Width Modulation)制御を通じて行われる。すなわち、ニードル202の駆動部(上記二方電磁弁)には、ECU30からパルス信号(通電信号)が送られる。そして、ニードル202のリフト量(シート面からの離間度合)が、そのパルス幅(通電時間に相当)に基づいて可変制御され、その制御に際しては、通電時間が長いほどリフト量が大きくなり、リフト量が大きくなるほど噴射率(単位時間あたりに噴射される燃料量)が大きくなる。ちなみに、上記油圧室Cdの増圧処理は、コモンレール16からの燃料供給によって行われる。他方、油圧室Cdの減圧処理は、当該インジェクタ20と燃料タンク10とを接続する配管(図示略)を通じてその油圧室Cd内の燃料が上記燃料タンク10へ戻されることによって行われる。

このように、上記インジェクタ20は、弁本体(ハウジング204)内部での所定の往復動作に基づいて噴孔205までの燃料供給通路を開閉(開放・閉鎖)することにより当該インジェクタ20の開弁及び閉弁を行うニードル202を備える。そして、非駆動状態では、定常的に付与される閉弁側への力(スプリング203による伸張力)でニードル202が閉弁側へ変位するとともに、駆動状態では、駆動力が付与されることにより上記スプリング203の伸張力に抗してニードル202が開弁側へ変位するようになっている。そしてこの際、それら非駆動状態と駆動状態とでは、ニードル202のリフト量が略対称に変化する。

対象エンジンにおいては、これらインジェクタ20の開弁駆動により各シリンダに対して所要の量の燃料が随時噴射供給されている。すなわち、同エンジンの運転時には、吸気弁の開動作により吸入空気が吸気管からシリンダの燃焼室へ導入され、これがインジェクタ20から直接的に噴射供給(直噴供給)された燃料と混ざり、混合気の状態でシリンダ内のピストンにより圧縮されて着火(自己着火)、燃焼し、排気弁の開動作により燃焼後の排気が排気管へ排出されることになる。

また図示しない車両には、上記各センサのほかにもさらに、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えば、対象エンジンの出力軸であるクランク軸41の外周側には、所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)クランク角信号を出力するクランク角センサ41a(例えば電磁ピックアップ)が、同クランク軸の回転角度位置や回転速度(エンジン回転速度)等を検出するために設けられている。また、アクセルペダル(運転操作部)には、同ペダルの状態(変位量)に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ30aが、運転者によるアクセルペダルの操作量(踏み込み量)を検出するために設けられている。

こうしたシステムの中で、本実施形態の燃料噴射制御装置として機能するとともに、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がECU30である。そして、このECU30(エンジン制御用ECU)は、周知のマイクロコンピュータ(図示略)を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいて対象エンジンの運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記インジェクタ20等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジンに係る各種の制御を行っている。また、このECU30に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うCPU(基本処理装置)、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM(Random Access Memory)、プログラムメモリとしてのROM(読み出し専用記憶装置)、データ保存用メモリとしてのEEPROM(電気的に書換可能な不揮発性メモリ)やバックアップRAM(車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているRAM)、さらにはA/D変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ROMには、当該燃料噴射制御に係るプログラムをはじめとするエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ(例えばEEPROM)には、対象エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

また、EDU40(ドライバユニット)は、ECU30からの指令信号に基づき上記インジェクタ20に対して高電圧を加えるものである。こうした高電圧を加えることで、上記インジェクタ20が高速で動作するようになる。詳しくは、EDU40は、高電圧発生装置(例えばDC/DCコンバータ)を有し、この高電圧発生装置により、車載バッテリから印加されるバッテリ電圧を高電圧に変換する。そして、ECU30からの指令に基づき所定のインジェクタに対してその高電圧(駆動信号)を印加する。またこの際、当該EDU40の回路動作やインジェクタ20の動作が良好であれば、その旨を示す噴射確認信号がECU30に対して出力される。他方、何らかの不具合があれば、この噴射確認信号が出力されない。ECU30は、この噴射確認信号の有無によって、EDU40やインジェクタ20の不具合を随時監視している。

本実施形態では、ECU30が、随時入力される各種のセンサ出力(検出信号)に基づいて、その時に出力軸(クランク軸)に生成すべきトルク(要求トルク)、ひいてはその要求トルクを満足するための燃料噴射量を算出する。こうして、インジェクタ20の燃料噴射量を可変設定することで、上記シリンダ内(燃焼室)での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク(生成トルク)、ひいては実際に出力軸(クランク軸)へ出力される軸トルク(出力トルク)を制御する(要求トルクへ一致させる)ようになっている。すなわち、このECU30は、例えば時々のエンジン運転状態や運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じた燃料噴射量を算出し、所望の噴射時期に同期して、その燃料噴射量での燃料噴射を指示する噴射制御信号(駆動量)を、上記インジェクタ20へ出力する。そしてこれにより、すなわち同インジェクタ20の駆動量(例えば開弁時間)に基づいて、上記エンジンの出力トルクが目標値へ制御されることになる。本実施形態では、こうしたトルク制御を行う部分(詳しくはECU30内のプログラム)が「エンジン制御手段」に相当する。

なお周知のように、ディーゼルエンジンにおいては、定常運転時、新気量増大やポンピングロス低減等の目的で、同エンジンの吸気通路に設けられた吸気絞り弁(スロットル弁)が略全開状態に保持される。したがって、定常運転時の燃焼制御(特にトルク調整に係る燃焼制御)としては燃料噴射量のコントロールが主となっている。以下、図3を参照して、本実施形態に係る燃料噴射制御の基本的な手順について説明する。なお、この図3の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばECU30に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ECU30でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、対象エンジンの各シリンダについてそれぞれ1燃焼サイクルにつき1回の頻度で順に実行される。すなわち、このプログラムにより、1燃焼サイクルで休止シリンダを除く全てのシリンダに燃料の供給が行われることになる。

同図3に示すように、この一連の処理においては、まずステップS11で、所定のパラメータ、例えばその時のエンジン回転速度(クランク角センサ41aによる実測値)及びレール圧力(燃圧センサ16aによる実測値)、さらには運転者によるその時のアクセル操作量(アクセルセンサ30aによる実測値)等を読み込む。そして、続くステップS12では、上記ステップS11で読み込んだ各種パラメータに基づいて(必要に応じて外部負荷による損失等も含めた要求トルクを別途算出して)噴射パターンを設定する。例えば単段噴射の場合にはその噴射の噴射量(噴射時間)が、また多段噴射の噴射パターンの場合にはトルクに寄与する各噴射の総噴射量(総噴射時間)が、それぞれ上記出力軸(クランク軸)に生成すべきトルク(要求トルク、いわばその時のエンジン負荷に相当)に応じて可変設定される。そして、その噴射パターンに基づいて、上記インジェクタ20に対する指令値(指令信号)が設定されることになる。これにより、車両の状況等に応じて、前述したパイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等が適宜メイン噴射と共に実行されることになる。

なお、この噴射パターンは、例えば上記ROMに記憶保持された所定の基本噴射マップ(噴射制御用マップ、数式でも可)及び補正係数に基づいて取得される。詳しくは、例えば予め上記所定パラメータ(ステップS11)の想定される範囲について実験等により最適噴射パターン(適合値)を求めてそれを、基本噴射マップに書き込んでおく。ちなみに、この噴射パターンは、例えば噴射段数(1燃焼サイクル中の噴射回数)、並びにそれら各噴射の噴射時期(噴射タイミング)及び噴射時間(噴射量に相当)等のパラメータにより定められるものである。こうして、上記基本噴射マップは、それらパラメータと最適噴射パターンとの関係を示すものとなっている。そして、このマップで取得された噴射パターンを、別途更新(詳しくは後述)されている補正係数(例えばECU30内のEEPROMに記憶)に基づいて補正する(例えば「設定値=マップ上の値/補正係数」なる演算を行う)ことで、その時に噴射すべき噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応した上記インジェクタ20に対する指令信号を得る。なお、上記噴射パターンの設定(ステップS12)には、同噴射パターンの要素(上記噴射段数等)ごと別々に設けられた各マップを用いるようにしても、あるいはこれら噴射パターンの各要素を幾つか(例えば全て)まとめて作成したマップを用いるようにしてもよい。

こうして設定された噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応する指令値(指令信号)は、続くステップS13で使用される。すなわち、同ステップS13では、その指令値(指令信号)に基づいて(詳しくは上記インジェクタ20へその指令信号を出力して)、同インジェクタ20の駆動を制御する。そして、このインジェクタ20の駆動制御をもって、図3の一連の処理を終了する。

本実施形態では、こうした燃料噴射制御を通じてエンジンに対して燃料が供給されている。そして定常運転時においては、エンジンの1燃焼サイクル中にあって出力トルクを主に生成するためのメイン噴射の実行に先立ち、パイロット噴射、すなわちメイン噴射よりも少量の噴射量(例えば「1mm/st」程度)による事前サブ噴射を実行するようにしている。こうすることで、燃焼騒音の抑制や、NOxの低減を図っている。また、本実施形態の燃焼制御装置も、先の特許文献1,2に記載の装置と同様、インジェクタ20の噴射特性(特にパイロット噴射に関する噴射指令と実際に噴射される燃料量との関係)を逐次学習するとともに、その誤差を逐次補正(校正)することで、製造ばらつきや経年変化等に起因した誤差も含めたインジェクタ20の特性誤差を補償するようにしている。ただし本実施形態の燃料噴射制御装置は、対象エンジンの燃料カット(無噴射)期間に上記インジェクタ20により所定の噴射量の燃料噴射を行ってその燃料噴射特性を検出するプログラムと、同エンジンのアイドリング期間に上記インジェクタ20により所定の噴射量の燃料噴射を行ってその燃料噴射特性を検出するプログラムと、を備えることで、これらのプログラムが互いに欠点を補い合って、あるいは相乗的な効果を生み出して、より好適に、上記インジェクタ20の燃料噴射特性を検出することができるようになっている。以下、図4〜図11を参照して、本実施形態の燃料噴射制御装置による燃料噴射特性の学習態様及び補正態様について説明する。

はじめに図4を参照して、本実施形態の燃料噴射制御装置による学習処理の概略について説明する。なおここでは、燃料カット期間だけに学習を行う装置(例えば特許文献1に記載の装置)と、アイドリング期間だけに学習を行う装置(例えば特許文献2に記載の装置)とを比較例に用い、この比較例の学習態様(1方式のみによる学習)を図4(a)に、本実施形態の学習態様(2方式の組み合わせによる学習)を図4(b),(c)にそれぞれ示して、両者を対比しつつ説明を行う。

ちなみに、本実施形態の学習処理(燃料噴射特性の検出、保存)は、対象エンジンの各シリンダについて、複数のレール圧力、いわば学習すべき複数の圧力ポイントについて、それぞれ行われる。すなわち、学習用の各噴射は、その時に学習すべき所定のレール圧力に制御された後に行われる。図4において、グラフ縦軸は、1つの学習スパン(走行距離等にて設定される学習期間の単位)内で学習を行うことのできる機会(学習機会)の度合を、グラフ横軸は、学習用噴射時のレール圧力(コモンレール16内の燃圧)の大きさを、それぞれ示している。

同図4(a)中、実線L1aにて示されるように、燃料カット期間だけに学習を行う装置では、定常運転で最も使用される機会の多いレール圧力、すなわち通常圧力(グラフ中ほどに相当)近傍についての学習の機会が最も高くなる。そして、この通常圧力近傍よりも高圧になるほど、学習機会は低くなる。燃料カット期間にあっては、エンジンの出力、ひいては燃料ポンプ11の駆動力が得られないため、レール圧力を上昇側に制御することは難しい。したがって、燃料カット実行直前のレール圧力よりも高いレール圧力については、その学習を行うことが難しい。このため、高圧領域においては、高圧になるほど学習機会が低くなる。他方、レール圧力を減少側に制御することは上昇側ほど難しくはない。しかし、減圧弁18(図1)を用いても、レール圧力の減圧には時間がかかる。したがって、燃料カット実行直前のレール圧力が学習圧力に比して大幅に大きい場合には、許容時間内にレール圧力を制御しきれないことが起こり得る。このため、低圧領域においても、低圧になるほど学習機会が低くなる。

一方、アイドリング期間だけに学習を行う装置では、同図4(a)中、実線L2aにて示されるように、高圧領域においては学習を行わない。高圧領域について学習を行う場合には、アイドリング運転の静寂の中で学習用噴射が行われることにより騒音が問題になるからである。ただし、学習の実行される低圧領域においては、上記燃料カットの場合よりもこのアイドリングの場合の方が、学習機会が多くなる。

これに対し、本実施形態の装置は、燃料カット期間にも、アイドリング期間にも、学習を行う。ただし、低圧領域の学習については、図4(b)中、実線L2b(実線L2aと同一の推移)にて示されるように、アイドリング期間に行うようにし、高圧領域の学習については、図4(b)中、実線L1bにて示されるように、燃料カット期間に行うようにする。こうすることで、低圧領域の学習については、高頻度の学習機会が得られるようになり、高圧領域の学習については、アイドリング期間の高圧噴射に起因した上述の騒音を回避することが可能になる。しかもこの際、燃料カット期間に行うべき学習処理が、高圧領域の学習に限定されることで、低圧から高圧までの全圧力領域について学習を行う場合よりも、燃料カット期間の学習機会(ひいては学習頻度)が高められることになる。

このように、本実施形態では、燃料カット期間での学習処理を、低圧領域よりも優先して高圧領域について行うようにしている。そうして、この学習処理により高圧領域において行うべき学習が全て完了し、次の学習スパンまでにまだ時間的な余裕がある場合には、図4(c)中、実線L1cにて示されるように、低圧領域についても、燃料カット期間での学習処理を行うようにしている。すなわちこの場合は、その低圧領域について、図4(c)中、実線L2c(実線L2aと同一の推移)にて示されるアイドリング期間での学習処理により得た学習値と、上記燃料カット期間での学習処理により得た学習値(実線L1c)と、の2種類の学習値が得られることになる。本実施形態では、これら2種類の検出値の平均値を用いることで、学習精度を高めるようにしている。

次に、本実施形態の燃料噴射制御装置による学習処理の具体的な処理手順及び処理内容について説明する。

前述したように、本実施形態の学習処理は、対象エンジンの各シリンダについて、複数のレール圧力(噴射圧力レベルに相当)についてそれぞれ行われる。ここでは説明の便宜上、図5に示すように、5つの領域A〜E(レール圧力はA,B,C,D,Eの順に大きくなる)を学習すべき全ての領域(例えば「32〜140(MPa)」)として、これら領域のうち、レール圧力の小さい側の領域A,B(第2状況)の学習についてはこれをアイドリング期間に行うとともに、レール圧力の大きい側の領域C〜E(第1状況)の学習についてはこれを燃料カット期間に行う場合について説明する。この装置では、学習の進捗状況、すなわちどのシリンダ(シリンダ#1〜#4)でどの領域(領域A〜E)の学習がいずれの方式(燃料カット方式又はアイドリング方式)で完了しているかなどが、図6に示すようなマップを備える(例えばECU30内のEEPROMに記憶されている)ことにより把握可能とされている。なお、この図6のマップは、学習スパンが終了する都度、リセットされるようになっている。すなわち、各領域についての学習(データ更新)は、学習スパンごとに1回とする。そして図7に示すように、本実施形態では、走行距離が直前の学習スパンから「1000km」蓄積される都度、次の学習スパンへ進む(換言すれば、その時の学習スパンが終了する)ようになっている。

図8は、本実施形態の燃料噴射制御装置による学習処理の処理手順を示すフローチャートである。以下、この図8を参照して、燃料カット期間で行う学習処理(第1学習処理)と、アイドリング期間で行う学習処理(第2学習処理)と、の2種類の学習処理の処理手順及び処理内容について、まず第1学習処理、次に第2学習処理の順に説明する。なお、この図8に示す一連の処理は、基本的には、ECU30でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定の条件が成立している間は(例えばエンジン運転中は常時)、所定処理間隔で(例えば所定クランク角ごとに又は所定時間周期などで)逐次実行される。また、この処理において用いられる各種パラメータの値は、例えば上記ECU30に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図8に示すように、第1学習処理の実行に際しては、まずその実行に先立ち、ステップS21において、所定の条件(第1許可条件)が成立しているか否か、具体的には対象エンジンが燃料カット中か否かを判断する。なお、本実施形態では、車両が十分に加速された高速状態でアクセルペダルの操作量が「0」にされた(運転者の足がペダルから離された)時に、その後の減速期間において全シリンダに対して燃料カットが実行されるようになっている(無噴射減速運転)。

続くステップS22では、第1学習処理に割り当てられた学習領域、すなわち図5に示した領域C〜E(ただしその時のレール圧力等に鑑みて学習不可能なものは除く)について、未学習の領域のあるシリンダを検索する。そしてこのステップS22で、該当するシリンダがある旨判断された場合には、そのシリンダ(複数ある場合はそのうちの1つ、例えばシリンダ番号の若いもの)を対象として学習を行うべく、ステップS23へ進む。

ステップS23では、対象シリンダについて学習前処理を行う。具体的には、レール圧力をはじめ、対象エンジンのEGR量(EGR弁開度)や、過給量(例えば可変ノズルターボの絞り開度など)、吸気通路のスロットル弁開度、等々の学習環境を、所定の範囲に調整する。そして、この学習前処理が完了したら、続くステップS24において、所定の指令値(例えばパイロット噴射に相当するパルス幅)で、上記インジェクタ20により燃料噴射を行う。この処理は、先の図3の一連の処理を通じて行うことができる。なお、第1学習処理では、この燃料噴射を、単発噴射として行うようにする。

続くステップS25では、燃料噴射特性の検出及び学習値の保存を行う。すなわち、上記ステップS24での燃料噴射の実行後、その燃料噴射によって生じたエンジン出力軸(クランク軸41)の挙動変化、詳しくはその燃料噴射によるエンジン回転速度(クランク軸41の回転速度)の上昇量(クランク角センサ41aにより実測)を算出する。そして、図9のマップ(数式でも可)に基づいて、エンジン回転速度の上昇量から噴射量を求める。これにより、インジェクタ20の噴射特性として、噴射指令(ステップS24の指令値)と実際に噴射された燃料量(図9のマップによる算出値)との関係が検出されることになる。なお、このマップは、例えば燃料噴射によるエンジン回転速度の上昇量と生成トルクとの相関関係、及び生成トルクと燃料噴射量との相関関係を利用して作成することができる。

また、噴射指令から本来噴射されるべきだったと見込まれる燃料量(基準値)により、実際に噴射された燃料量(算出値)を除算して、両者の乖離量(ずれ度合)を、学習値(=算出値/基準値)として得る。ちなみに、この学習値の大きさは燃料噴射弁の特性誤差に相当する。

そして、続くステップS26において、上記ステップS25にて算出された学習値を、その時のレール圧力に関連付けて所定の記憶装置(例えばECU30内のEEPROM)へ格納する。詳しくは、その記憶装置には、図5の領域(領域A〜E)に対応する5つの記憶領域が設けられており、それら記憶領域のうち、その時のレール圧力に対応する記憶領域(領域C〜Eのいずれか)へ学習値を格納する。なお、対象の記憶領域に前の学習スパンのデータが残っている場合には、昔のデータを最新のデータ(今回取得したデータ)に更新するようにする。

このステップS26の処理をもって、図8の一連の処理を終了する。本実施形態では、上記ステップS21〜S26の処理を繰り返すことにより、同一条件での複数回(例えば10回)の噴射、及びその噴射による回転速度上昇量の算出を行い、それらの平均値を用いて、最終的な燃料噴射特性や学習値を得ることとする。そして、対象エンジンの全てのシリンダについて図5に示した領域C〜Eの学習が完了した場合には、先のステップS22で該当するシリンダがない旨判断されるようになる。

この場合には、続くステップS22aで、低圧側の領域A,Bについて第1学習処理(厳密にはステップS23〜S26の処理)を実行するか否かを判断する。具体的には、例えば次の学習スパンまでにまだ時間的な余裕があるか否かなどを判断する。またこの際、領域A,Bについて未学習の領域のあるシリンダがあるかの判断(ステップS22に準ずる処理)も行い、該当するシリンダがある場合にのみ、そのシリンダ(複数ある場合はそのうちの1つ)を対象として領域A,Bについて第1学習処理を実行する旨判断する。そして、このステップS22aで、低圧側の領域A,Bについても第1学習処理を実行する旨判断された場合には、続くステップS23〜S26を通じて、領域A,Bについての学習値を、取得、保存する。他方、ステップS22aで領域A,Bについては第1学習処理を実行しない旨判断された場合には、図8の一連の処理を終了する。

次に、第2学習処理について説明する。なお、この第2学習処理も、基本的な手順は第1学習処理に準ずるため、ここでは第1学習処理との相違点を中心に説明する。

同図8に示すように、この第2学習処理の実行に際しても、まずはその実行に先立ち、ステップS21において、所定の条件(第2許可条件)が成立しているか否かを判断する。ただしここでは、対象エンジンがアイドリング中か否かを判断する。なお、本実施形態では、例えばアクセルペダルの操作量が略「0」であること(アクセルセンサ30aにて実測)、シフトレバーの位置がニュートラル(N)位置にあること、エンジン回転速度が所定範囲内にあること(クランク角センサ41aにて検出)、等々の条件を満足した場合に、対象エンジンがアイドリング運転になるようになっている。

続くステップS22では、第2学習処理に割り当てられた学習領域、すなわち図5に示した領域A,Bについて、未学習の領域のあるシリンダを検索する。そしてこのステップS22で、該当するシリンダがある旨判断された場合には、そのシリンダを対象として学習を行うべく、ステップS23へ進み、第1学習処理と同様のステップS23の処理を行った後、続くステップS24において、上記インジェクタ20により燃料噴射を行う。ただし、第2学習処理では、この燃料噴射を多段噴射として行う。

すなわち、この噴射は、1燃焼サイクル内で所定の回数(例えば5回)の燃料噴射を行うようにする。この際、それら各噴射の指令値(例えばパイロット噴射に相当するパルス幅)は、アイドリング状態を維持するための基本アイドリング噴射量(例えば所定のマップによりエンジン運転状態等に基づいて取得される適合値)を所定の噴射回数で均等に分割したものとする。例えば、基本アイドリング噴射量が「5mm/st」で5回の噴射あれば、各噴射の噴射量(基本パイロット噴射量)を「1mm/st」とする。そして、続くステップS25では、こうした多段噴射によるエンジン出力軸(クランク軸41)の挙動変化に基づいて、燃料噴射特性の検出及び学習値の保存を行う。

詳しくは、本実施形態では、この図8の処理とは別ルーチンで、1燃焼サイクルごとに、エンジン回転速度の平均値(平均エンジン回転速度)を算出してこれと、目標回転速度とを一致させるように、全シリンダの燃料噴射量を一律に補正するようにしている。これは、ISC補正(アイドルエンジン回転速度補正)と呼ばれる補正であり、この補正を行うための全シリンダ一律の補正量(平均エンジン回転速度と目標回転速度との偏差を補償する値として算出)を、ISC補正量と呼ぶ。

さらに、同じく1燃焼サイクルごとに、エンジン回転速度の変動量をシリンダごとに検出してこれを、全シリンダの平均値と比較することにより、各シリンダ間で平滑化されるように、シリンダごとの燃料噴射量を個別に補正するようにしている。これは、FCCB補正(回転速度変動気筒間補正)と呼ばれる補正であり、この補正を行うためのシリンダごとの補正量(シリンダごとの検出値と全シリンダ平均との回転速度変動量の偏差を補償する値としてそれぞれ算出)を、FCCB補正量と呼ぶ。

これらの補正は、1燃焼サイクルごとに全シリンダについて行われる。またこの際、パイロット噴射量は、
「パイロット噴射量=(基本アイドリング噴射量+ISC補正量+FCCB補正量)/n+前回学習値×補正係数」
なる関係式で表すことができる。

ステップS25では、これらの補正量を利用して、上記燃料噴射特性の検出値及び学習値を得る。すなわち、ISC補正量をn等分(例えば5等分)した値とFCCB補正量をn等分(例えば5等分)した値とを加算して、その値を、燃料噴射特性として検出する。さらにこの加算値に対して、前回の学習値(初期値は「0」)を加算して、その値を、今回の学習値として得る。そして、続くステップS26においては、上記ステップS25にて算出された学習値を、その時のレール圧力に関連付けて所定の記憶装置(例えばECU30内のEEPROM)へ格納する。なお、第2学習処理において、ステップS22で該当するシリンダがない旨判断された場合には、ステップS22aを経ずに図8の一連の処理を終了する。

図10に、図8の処理により取得された学習値の一例をグラフとして示す。なお、図中、データD11,D12は、第1学習処理において、ステップS22aを経て取得された学習値である。

図11は、図8の処理により取得、保存された学習値を用いて、上記インジェクタ20の指令値を補正する際の処理手順を示すフローチャートである。なお、この図11に示す一連の処理も、ECU30でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより逐次実行される。そして、基本的には、先の図3の処理に同期して(例えば図3のステップS12の処理の一部として)、対象エンジンの各シリンダについて実行される。この処理において用いられる各種パラメータの値も、例えば上記ECU30に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図11に示すように、この補正に際しては、まずステップS31で、その時のレール圧力(燃圧センサ16aによる実測値)を所定の閾値(図5の領域Bと領域Cとの間に設定)と比較して、レール圧力が低い(レール圧力<閾値)か否かを判断する。

そして、このステップS31でレール圧力が低くない旨判断された場合には、続くステップS311で、第1学習処理により取得した学習値(領域C〜Eの学習値)を読み出し、さらに続くステップS33で、その読み出した学習値に基づいて上記インジェクタ20の指令値の補正係数を算出する。例えば、その時のレール圧力が学習ポイント(領域C,D,E)と一致する圧力であれば、対応する学習値をそのまま補正係数として用いる。他方、その時のレール圧力が学習ポイントと一致しない圧力であれば、近傍の学習値により外挿又は補間(相加平均や重み付け平均など)して、あるいは直近の学習値を用いて、その時のレール圧力についての補正係数を求める。そして、このステップS33の処理をもって、図11の一連の処理を終了する。

一方、先のステップS31でレール圧力が低い旨判断された場合には、続くステップS32で、第1学習処理により領域A,Bについての学習値が取得されたか否か(例えば図10のデータD11,D12が存在するか否か)、を判断する。そして、このステップS32で第1学習処理によるデータ(学習値)がない旨判断された場合には、続くステップS322で、第2学習処理により取得した学習値(領域A,Bの学習値)を読み出し、さらに続くステップS33で、第1学習処理の場合と同様の処理により、その読み出した学習値に基づいて上記インジェクタ20の指令値の補正係数を算出する。

他方、上記ステップS32で第1学習処理によるデータ(学習値)がある旨判断された場合には、第1学習処理により取得された学習値と第2学習処理により取得された学習値との平均値(相加平均や重み付け平均など)を算出してこれを、続くステップS33での補正係数の算出に用いる。なお、第1学習処理によるデータが一部だけ(例えば領域Bだけ)取得されている場合には、その部分(例えば領域B)については平均値を用い、他の部分(例えば領域A)については第2学習処理によるデータを用いるようにする。

本実施形態では、こうして得た上記インジェクタ20の指令値の補正係数を、図3のステップS12で用いることとする。これにより、同インジェクタ20の特性誤差が補正され、より的確な燃料噴射制御を行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係る燃料噴射制御装置及びエンジン制御システムによれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。

(1)運転中にはインジェクタ20(燃料噴射弁)により噴射供給される燃料を所定のシリンダ内で燃焼させて生成したトルクで出力軸を回転させるエンジンに適用され、上記インジェクタ20の噴射動作を制御する。こうした燃料噴射制御装置として、エンジンの所定の燃料カット(高速状態からの減速に伴って実行される燃料カット)中に所定の第1許可条件が成立したこと(図8のステップS21にて判断)に基づいて、インジェクタ20により所定の噴射量(微小量)の燃料噴射を行って、その燃料噴射特性を示す燃料噴射量(第1噴射パラメータ)を取得するプログラム(第1パラメータ取得手段、図8のステップS23〜S25)と、エンジンの所定のアイドリング中に所定の第2許可条件が成立したこと(図8のステップS21にて判断)に基づいて、上記インジェクタ20により所定の噴射量(微小量)の燃料噴射を行って、その燃料噴射特性を示す燃料噴射量(第2噴射パラメータ)を取得するプログラム(第2パラメータ取得手段、図8のステップS23〜S25)と、を備える構成とした。こうすることで、第1又は第2学習処理を行う上記2種のプログラムにより、互いに欠点を補い合って、あるいは相乗的な効果を生み出して、より好適に上記インジェクタ20の燃料噴射特性を検出することができるようになる。

(2)図8のステップS25(第1及び第2学習処理)においては、燃料噴射を行って、その燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化(回転速度の上昇量)に基づいて燃料噴射量を求めるようにした。こうした構成であれば、前述した特許文献1,2に記載の装置に準ずるかたちで、検出対象の噴射実行により生じるエンジン出力軸の挙動変化に基づき、その噴射の燃料噴射量(燃料噴射特性に相当)をより容易且つ的確に検出することが可能になる。

(3)図8のステップS24(第2学習処理)においては、1燃焼サイクル内で複数回の(多段の)燃料噴射(同一噴射量の複数回の噴射)を行って、それら全燃料噴射によって生じたエンジン出力軸の挙動変化に基づいて燃料噴射量を求めるようにした。こうすることで、アイドリングに必要なトルクを確保しながら、微小量の噴射(サブ噴射など)に関する噴射特性についてもこれを、好適に検出することが可能になる。

(4)第1学習処理により取得された学習値を、時々の状況(エンジンの状態や車両の状態など)を示す特定パラメータの内容、詳しくはインジェクタ20の噴射圧力レベルに相当するレール圧力の大きさ、にて定義される状況ごとに関連付けて所定の記憶装置に格納するプログラム(第1パラメータ保存手段、図8のステップS26)と、第2学習処理により取得された学習値を、レール圧力の大きさにて定義される状況ごとに関連付けて所定の記憶装置に格納するプログラム(第2パラメータ保存手段、図8のステップS26)と、を備える構成とした。こうした構成であれば、都度の状況(レール圧力)に関連付けて学習値を保存しておくことで、それら各パラメータを使用する際に、時々の状況に応じた(適した)パラメータ値を読み出すことが可能になる。

(5)噴射圧力レベルとしてコモンレール16内の圧力(レール圧力)を採用したことで、その検出が容易となる。

(6)上記インジェクタ20の噴射圧力レベルの大小により、2種の状況、すなわち領域C〜E(第1状況)及び領域A,B(第2状況)が定められた構成とした。そして、第1学習処理(図8のステップS23〜S26)においては、より噴射圧力レベルの低い領域C〜Eに対する学習値の保存を優先的に行うようにし、第2学習処理(図8のステップS23〜S26)においては、領域A,Bに対する学習値の保存を優先的に行うようにした。このような装置によれば、十分な学習機会(ひいては学習頻度)を確保しつつ、アイドリング期間の高圧噴射に起因した騒音発生の可能性についてもこれを、低く抑えることが可能になる。

(7)第2学習処理(図8のステップS23〜S26)においては、上記領域C〜Eに対する学習値の保存を行わないものとした。こうすることで、より確実に上述の騒音を防ぐことが可能になる。

(8)第1学習処理(図8のステップS23〜S26)においては、上記領域C〜Eに対する学習値の保存を完了した場合には、所定の条件の成立(ステップS22aにて判断)に基づき、上記領域A,Bに対する学習値の保存を開始するようにした。こうした装置であれば、上記領域A,Bについての燃料噴射特性としては、燃料カット期間及びアイドリング期間の各々で検出した燃料噴射特性の両方を、取得、保存することが可能になる。

(9)燃料カット期間及びアイドリング期間の各々で上記領域A,Bについての学習値が保存されている場合(図11のステップS32にて判断)には、それら検出値の平均値を用いるようにした(図11のステップS321)。これにより、上記燃料噴射特性の学習精度を高めることが可能になる。

(10)第1及び第2学習処理により取得された燃料噴射特性(燃料噴射量)とそれに対応する基準値(例えば初期値)とを比較することにより上記インジェクタ20の燃料噴射特性の誤差(学習値に相当)を求めるプログラム(噴射特性誤差導出手段、図8のステップS25)を備える構成とした。こうすることで、より容易且つ的確に、噴射特性誤差の検出を行うことが可能になる。

(11)図8のステップS25の処理により求められた燃料噴射特性の誤差に基づいて、上記インジェクタ20の燃料噴射特性を補正するプログラム(図3のステップS12及び図11)を備える構成とした。こうすることで、より容易且つ的確に、噴射特性の補正を行うことが可能になる。

(12)上記各プログラムと共に、上記インジェクタ20の作動に基づいて対象エンジンに関する所定の制御を行うプログラム(エンジン制御手段)を、上記ECU30に搭載して、エンジン制御システムとして、このECU30の他に、上記インジェクタ20をはじめとする各種センサ及びアクチュエータ(図1参照)をさらに備える構成とした。こうした構成では、より的確な燃料噴射制御、ひいてはより信頼性の高いエンジン制御を行うことが可能になる。

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。

・上記実施形態では、図8のステップS22aで、次の学習スパンまでにまだ時間的な余裕があるか否かを判断し、時間的な余裕がない場合には、低圧側の領域A,Bについて第1学習処理を実行しないようにした。しかしこれに限られず、ステップS22aの判断基準は任意に設定することができる。例えばユーザの意思を反映するために設けられた所定のスイッチ(ユーザの操作により状態が可変するスイッチ)等を設け、ステップS22aにおいては、そのスイッチの状態(オン又はオフ)に基づいて、いずれの判断(YES/NO)をするかを決めるようにしてもよい。もっとも、このステップS22aの判断処理は必須の構成ではなく、用途等に応じて必要なければ、これを割愛することも可能である。そしてこの場合には、図8のステップS22において学習が全て完了した旨判断されたと同時に、すなわち次の学習スパンまでの残り時間にかかわらず、次の学習スパンに移行するようにしてもよい。

・上記実施形態では、燃料カット期間及びアイドリング期間の各々で上記領域A,Bについての学習値が保存されている場合に、それら検出値の平均値を用いるようにした。しかし平均値を用いるのではなく、第1及び第2学習処理により取得した2種の学習値のうち、信頼性の高い方の検出値を用いるようにしてもよい。例えば、図11の処理に代えて図12の処理を行うようにする。なお、図12中のステップS41,S42,S431,S432,S44は、図11中のステップS31,S32,S322,S311,S33と同様のものである。

同図12に示されるように、この処理では、燃料カット期間及びアイドリング期間の各々で上記領域A,Bについての学習値が保存されている場合(図12のステップS42にて判断)には、第1学習処理により取得した学習値を用いるようにしている。通常、第2学習処理により取得した学習値よりも第1学習処理により取得した学習値の方が信頼性が高いため、こうした構成によれば、上記インジェクタ20の異常の有無を、より容易且つ的確に診断することができるようになる。

・また、図12のステップS42において第2学習処理により取得した学習値を確認するように構成し、その値が、例えば図13中に破線にて示すデータD21,D22のように、第1学習処理により取得した他の学習値(領域C〜Eの学習値)に比して異常な値を示している場合には、上記領域A,Bについても第1学習処理により取得した学習値を用いる構成なども有効である。

・第1及び第2学習処理によりそれぞれ所定の記憶装置に格納された学習値(例えば図10)に基づいて、上記インジェクタ20の異常の有無を診断するプログラムを備える構成としてもよい。例えば図14中に一点鎖線L11〜L15にて示すように、各学習値(領域A〜Eの学習値)に対して、それぞれ個別に許容限界(誤差の許容上限値)を設定しておき、都度の学習値が、この許容限界を超えた場合には、上記インジェクタ20が異常である旨判断する構成が有効である。あるいは図中に破線で示すデータD20のように、他のデータと比べて1つ(又はそれに準ずる少数)だけ大きく異なる値を示した場合などに、異常である旨判断するようにしてもよい。また、データ履歴を残しておき、過去のデータとの比較により異常診断を行うようにしてもよい。例えば前回値からの変動が大きい場合に、異常である旨判断するものなどが有効である。そして、これらの装置により、上記インジェクタ20が異常である旨判断された場合には、運転者への報知処理(例えば警告灯の点灯)など、所定のフェイルセーフ処理を実行することがより有効である。

・学習スパン(図7)は任意に設定することができる。例えば学習スパン間の境界値を固定値にしても、あるいは可変にしてもよい。また、境界値を走行距離で設定するのではなく、その他、例えばイグニッションスイッチの操作回数(オン又はオフの回数)や、時間などで設定するようにしてもよい。さらには、ユーザからの要求によって、学習スパンの移行を行うようにしてもよい。

・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば圧縮着火式のディーゼルエンジンに限られず火花点火式のガソリンエンジン等にも本発明は適用可能であり、またレシプロエンジンに限られずロータリーエンジン等にも本発明は適用可能である。そして、上記実施形態についてこうした構成の変更を行う場合には、上述した各種の処理(プログラム)についても、その細部を、実際の構成に応じて適宜最適なかたちに変更(設計変更)することが好ましい。

・上記実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア(プログラム)を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

本発明に係る燃料噴射制御装置、及び同装置の搭載されたエンジン制御システムの一実施形態について、該システムの概略を示す構成図。 同システムに用いられる燃料噴射弁の内部構造を模式的に示す内部側面図。 本実施形態に係る燃料噴射制御の基本的な処理手順を示すフローチャート。 (a)〜(c)は、それぞれ本実施形態の燃料噴射制御装置による学習処理の概略を示すグラフ。 本実施形態の学習処理による学習値の保存態様を示すマップ。 学習の進捗状況を示すマップ。 学習スパンの移行態様を示す模式図。 本実施形態の燃料噴射制御装置による学習処理の処理手順を示すフローチャート。 同学習処理における燃料噴射量の算出態様を示すグラフ。 同学習処理により取得された学習値の一例を示すグラフ。 上記学習値に基づいて燃料噴射弁の指令値を補正する際の処理手順を示すフローチャート。 同補正処理の変形例を示すフローチャート。 同補正処理の変形例を示すグラフ。 他の実施形態について、上記学習値に基づいて燃料噴射弁の異常診断を行う際の診断態様を示すグラフ。

符号の説明

16…コモンレール、16a…燃圧センサ、18…減圧弁、20…インジェクタ、30…ECU(電子制御ユニット)、41…クランク軸、41a…クランク角センサ。

Claims (10)

  1. 所定の燃料噴射弁により噴射供給される燃料を所定のシリンダ内で燃焼させて生成したトルクで出力軸を回転させるエンジンに適用され、前記燃料噴射弁の噴射動作を制御する燃料噴射制御装置において、
    前記エンジンの燃料カット中に所定の第1許可条件が成立したことに基づいて、前記燃料噴射弁により所定の噴射量の燃料噴射を行って、その燃料噴射特性を示す第1噴射パラメータを取得する第1パラメータ取得手段と、
    前記エンジンのアイドリング中に所定の第2許可条件が成立したことに基づいて、前記燃料噴射弁により所定の噴射量の燃料噴射を行って、その燃料噴射特性を示す第2噴射パラメータを取得する第2パラメータ取得手段と、
    前記第1パラメータ取得手段により取得された第1噴射パラメータの値を、時々の状況を示す一乃至複数の所定パラメータからなる特定パラメータの内容にて定義される状況ごとに関連付けて所定の記憶装置に格納する第1パラメータ保存手段と、
    前記第2パラメータ取得手段により取得された第2パラメータの値を、前記特定パラメータの内容にて定義される状況ごとに関連付けて所定の記憶装置に格納する第2パラメータ保存手段と、を備え、
    前記燃料噴射弁の噴射圧力レベルの大小により第1状況及び第2状況が定められており、前記第1パラメータ取得手段及び前記第1パラメータ保存手段は、第2状況よりも噴射圧力レベルの高い第1状況に対する前記第1噴射パラメータの保存を優先的に行うものであり、前記第2パラメータ取得手段及び前記第2パラメータ保存手段は、第2状況に対する前記第2噴射パラメータの保存を優先的に行うものであることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  2. 前記第1パラメータ取得手段は、前記燃料噴射を行って、その燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化に基づいて、前記第1噴射パラメータとして燃料噴射量を求めるものであり、
    前記第2パラメータ取得手段は、前記燃料噴射を行って、その燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化に基づいて、前記第2噴射パラメータとして燃料噴射量を求めるものである請求項1に記載の燃料噴射制御装置。
  3. 前記第2パラメータ取得手段は、前記エンジンのアイドリング中に所定の第2許可条件が成立したことに基づいて、1燃焼サイクル内で複数回の燃料噴射を行って、それら全燃料噴射によって生じた前記エンジン出力軸の挙動変化に基づいて、前記第2噴射パラメータとしての燃料噴射量を求めるものである請求項2に記載の燃料噴射制御装置。
  4. 前記特定パラメータには、前記燃料噴射弁の噴射圧力レベルが含まれる請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
  5. 前記第2パラメータ取得手段及び前記第2パラメータ保存手段は、前記第1状況に対する第1噴射パラメータの保存を行わないものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
  6. 前記第1パラメータ取得手段及び前記第1パラメータ保存手段は、前記第1状況に対する前記第1噴射パラメータの保存を完了した場合に、所定の条件の成立に基づき、前記第2状況に対する前記第1噴射パラメータの保存を開始するものである請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
  7. 前記第1パラメータ保存手段及び前記第2パラメータ保存手段によりそれぞれ所定の記憶装置に格納された第1噴射パラメータ及び第2噴射パラメータに基づいて、前記燃料噴射弁の異常の有無を診断する手段を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
  8. 前記第1パラメータ取得手段及び前記第2パラメータ取得手段により取得された第1噴射パラメータ及び第2噴射パラメータとそれに対応する基準値とを比較することにより前記燃料噴射弁の燃料噴射特性の誤差を求める噴射特性誤差導出手段を備える請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
  9. 前記噴射特性誤差導出手段により求められた燃料噴射特性の誤差に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射特性を補正する手段を備える請求項8に記載の燃料噴射制御装置。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置と、該燃料噴射制御装置の適用対象とされる前記燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動に基づいて前記エンジンに関する所定の制御を行うエンジン制御手段と、を備えることを特徴とするエンジン制御システム。
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