JP5045773B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分けて行う多段噴射を実行するエンジンにあって同燃料噴射弁からの燃料噴射態様を制御する燃料噴射制御装置に関するものである。
ディーゼルエンジンにおいては、燃焼騒音の低減や排気性状の清浄化を図るために、一回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分けて実行する、いわゆる多段噴射を実行することが多用されている。そうした多段噴射の具体例としては、例えばメイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するプレ噴射を行うことや、メイン噴射の後に少量の燃料を再度噴射するアフター噴射を行うことなどが挙げられる。
こうした多段噴射の実行に際して、その効果を適正に発揮させるためには、各噴射の間隔(噴射インターバル)を実際のエンジンの運転状態に見合う値に高い精度で調節することが重要になる。この噴射インターバルの調節は通常、そのときどきのエンジンの運転状態(例えば、エンジン回転速度や吸入空気量)をもとに見込まれる最適値になるように燃料噴射弁の作動を制御することによって行われる。
ここで、燃料噴射弁からの燃料噴射を実行すると、これに起因して燃料噴射弁に燃料を供給するための燃料供給系の内部において圧力脈動が発生する。多段噴射が実行される場合には同多段噴射が実行されない場合と比較して燃料噴射弁からの燃料噴射の実行間隔がごく短いために、前段の燃料噴射の実行に伴って圧力脈動が発生した場合においてその圧力脈動が収まる前に後段の燃料噴射の実行が開始されてしまうことがある。この場合には、燃料圧力が変動している状態で後段の燃料噴射が実行されるようになるために、燃料噴射弁の動作態様の不要な変化を招くおそれがある。そして、この動作態様の不要な変化によって噴射インターバルが変化するようなことがあると、多段噴射の実行による効果が適正に発揮されなくなるおそれがある。
従来、例えば特許文献1に記載されるように、そうした圧力脈動に起因する悪影響を抑えるために、そのときどきのエンジンの運転状態(具体的には、エンジン回転速度)に基づき補正項を算出するとともに同補正項によって後段噴射の実行期間を補正することが提案されている。この装置では、エンジンの運転状態の相違によって圧力脈動の発生態様が異なるとはいえ、これに起因する燃料噴射弁の動作特性(具体的には、開弁時期や開弁時間)の変化分がエンジンの運転状態をもとに見込まれる最適値(標準的なエンジンに適した値)に基づく制御、いわゆる見込み制御を実行することによって抑えられる。
国際公開第2003/061469号公報
ところで、多段噴射における前段噴射の実行に際して発生する圧力脈動は、エンジンの運転状態に応じて異なったものになることに加えて、燃料噴射弁を含む燃料供給系の初期個体差や経時変化によっても異なったものになる。そして、こうした燃料供給系の初期個体差や経時変化の相違による燃料噴射弁の動作特性の変化分は、上述した従来の装置のような見込み制御、すなわち標準的なエンジンに見合う制御を実行したところで、これを抑えることができない。したがって上記従来の装置によっても、多段噴射における前段噴射の実行による圧力脈動の発生に起因して燃料噴射弁の動作特性の不要な変化を招くことは避けられず、これによって噴射インターバルの調節精度が低下することも避けられない。
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、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節する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、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項1に記載の発明は、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を備えたエンジンに適用されて、間隔をおいて実行される前段噴射および後段噴射を少なくとも含む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燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁の開弁時における同燃料噴射弁内部の実燃料圧力の変化に伴い変化する燃料圧力を検出する燃圧検出手段、および、同燃圧検出手段によって検出された燃料圧力の変動態様に基づいて前記前段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同前段噴射の実行期間についての要求値と実値との偏差を算出する偏差算出手段、および、前記後段噴射の開始時期についての制御目標値と前記前段噴射および前記後段噴射の噴射インターバルについての制御目標値とを前記エンジンの運転状態に基づいて各別に設定するとともに、それら設定した各制御目標値と前記算出手段によって算出した偏差とに基づいて前記前段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する前段噴射設定手段を備え、前記前段噴射の実行に伴って発生する圧力脈動が前記後段噴射に影響を与えると判断された場合に、前記前段噴射が実行されたときの圧力脈動を相殺する波形を算出するとともに該波形と前記燃圧検出手段により検出される前記燃料圧力の波形とを合成し、該合成された波形に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形と、前記エンジンの運転状態に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形とのずれに基づいて前記後段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正することをその要旨とする。
燃料噴射弁からの燃料噴射を実行すると燃料噴射弁の内部の燃料圧力が一時的に低下するために、そうした燃料圧力の変動態様を監視することによって実際に燃料噴射が実行された期間を精度良く把握することができる。しかも、そのようにして把握される実際の燃料噴射の実行期間(実値)とその制御目標値により見込まれる燃料噴射の実行期間(要求値)とを比較することにより、それら実値と要求値との偏差を算出することもできる。
上記構成によれば、燃料噴射弁からの燃料噴射の実行に伴って燃料供給系内で発生する圧力脈動の発生態様が同燃料供給系の初期個体差や経時変化によって異なるとはいえ、これに起因する燃料噴射弁の動作特性(具体的には、開弁時期や開弁時間)の変化による前段噴射の実際の実行期間のずれ分を、燃圧検出手段により検出される燃料圧力の変動態様に基づいて把握することができる。そして、そのようにして把握した前段噴射の実際の実行期間のずれ分を考慮したうえで、エンジンの運転状態に基づいて後段噴射の開始時期の制御目標値と噴射インターバルの制御目標値とを設定するとともに、それら制御目標値をもとに前段噴射の実行期間の制御目標値を設定することができる。そのため、前段噴射の実際の実行期間の不要な変化を的確に抑えることの可能な値を同前段噴射の実行期間の制御目標値として設定することができ、燃料供給系の初期個体差や経時変化によることなく、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料噴射制御装置において、前記偏差算出手段は、前記偏差として、前記前段噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差を算出するものであることをその要旨とする。
多段噴射を実行する際には、噴射インターバルの中でも、前段噴射の終了時期と後段噴射の開始時期との間隔の設定精度が特に重要になる。上記構成によれば、前段噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差を算出するとともに同偏差を考慮しつつ前段噴射の実行期間の制御目標値を設定することができる。そのため、前段噴射の終了時期と後段噴射の開始時期との間隔が実態に即した値になるように噴射インターバルを適切に設定することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の燃料噴射制御装置において、前記前段噴射設定手段は、前記前段噴射の実行期間についての制御目標値として、前記前段噴射の開始時期についての制御目標値と同前段噴射の実行時間についての制御目標値とを各別に設定するものであることをその要旨とする。
多段噴射の実行に際しては、前段噴射の開始時期と実行時間とを設定することによって同前段噴射の終了時間が自ずと定まる。上記構成によれば、そうした前段噴射の開始時期および実行時間についての各制御目標値の設定を、前記偏差を考慮しつつ適正に行うことができる。これにより前記偏差を小さく抑えることの可能な時期を前段噴射の終了時期として設定することができるようになるため、前段噴射の終了時期と後段噴射の開始時期との間隔を適切に設定することができるようになる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の燃料噴射制御装置において、前記燃料供給系は、前記昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器を有してなるとともに同蓄圧容器が前記燃料噴射弁に接続されてなり、前記燃料噴射制御装置は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記蓄圧容器内の燃料圧力を調節する調節手段を更に備えてなり、前記前段噴射設定手段は、前記蓄圧容器内の燃料圧力に基づいて、前記前段噴射の開始時期についての制御目標値と同前段噴射の実行時間についての制御目標値とを各別に設定するものであることをその要旨とする。
前段噴射の開始時期を変更すると、これに伴って同前段噴射の実行時における燃焼室内の圧力が変化してしまうために、燃料噴射弁から噴射される燃料の量も変化してしまう。そのため、前段噴射の開始時期を変更する際には、その変更に併せて前段噴射の実行時間を変更することにより、燃料噴射量の不要な変化を抑えることが可能になる。また、エンジンの運転状態に応じて蓄圧容器内の燃料圧力が調節される装置では、前段噴射の開始時期を同一の期間だけ変更した場合における燃料噴射量の変化度合いが蓄圧容器内の燃料圧力に応じて異なったものとなる。
上記構成によれば、そうした蓄圧容器内の燃料圧力に基づいて前段噴射の開始時期および実行時間が設定されるために、それら開始時期および実行時間の設定を通じて噴射インターバルを適正に設定することができるようになることに加えて、燃料噴射量についてもこれを適正に設定することができるようになる。
なお、請求項5によるように、後段噴射の開始時期についての制御目標値および前記噴射インターバルについての制御目標値に基づいて前段噴射の実行期間についての制御基本値を算出するとともに前記偏差に基づいて補正項を算出し、制御基本値に補正項を反映させた値を前段噴射の実行期間についての制御目標値として設定することができる。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の燃料噴射制御装置において、前記前段噴射設定手段は、前記算出した前記補正項を前記偏差に見合う値に徐変させることをその要旨とする。
上記構成によれば、補正項の急峻な変化が抑えられるために、同補正項の設定精度を低下させるおそれのある値が前記偏差として算出された場合であっても、これに起因する設定精度の低下を抑えることができる。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、当該燃料噴射制御装置は、前記多段噴射として、前記後段噴射の実行完了から間隔をおいて実行される後後段噴射を含む燃料噴射を実行するものであり、前記燃圧検出手段によって検出された燃料圧力に基づいて前記後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正する補正手段と、前記エンジンの運転状態に基づいて前記後段噴射および前記後後段噴射の噴射インターバルについての要求値を算出する要求値算出手段と、前記要求値に前記補正手段による補正量を反映した値に基づいて前記後後段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する後段噴射設定手段と、をさらに備えてなることをその要旨とする。
燃料噴射の実行に伴い燃料供給系内において同一態様の圧力脈動が発生した場合であっても、噴射インターバルが異なると、その後の燃料噴射の実行時における燃料供給系内の燃料圧力が異なるために、この圧力脈動が燃料噴射の燃料噴射量に与える影響も異なったものとなる。そのため、そうした圧力脈動による影響をふまえた上で燃料噴射の燃料噴射量を適正に調節するためには、実際の噴射インターバルを正確に把握することが重要なポイントになる。
上記構成によれば、後段噴射の実行期間についての制御目標値が補正された場合に、その補正量を噴射インターバルの要求値に反映させた値、すなわち実際の噴射インターバルに近い値をもとに後後段噴射の実行期間についての制御目標値を設定することができる。したがって、後段噴射の実行に伴い燃料供給系内において圧力脈動が発生するとはいえ、その後の後後段噴射の実行時における同圧力脈動の影響に応じたかたちで、後後段噴射の実行期間を適正に設定することができるようになる。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、前記燃圧検出手段は、前記燃料噴射弁に取り付けられた圧力センサであることをその要旨とする。
上記構成によれば、燃料噴射弁から離れた位置において燃料圧力が検出される装置と比較して燃料噴射弁の噴射孔に近い部位の燃料圧力を検出することができるため、燃料噴射弁の開弁に伴う同燃料噴射弁の内部の燃料圧力の低下を精度良く検出することができる。したがって、その燃料圧力の変動態様に基づいて実際に燃料噴射が実行された期間を精度良く検出することができるようになるため、前記偏差を精度よく算出することができるようになる。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、前記エンジンは、複数の気筒を有してなるとともに、その前記燃料供給系が前記昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器を有してなり、前記燃料噴射弁は、前記エンジンの気筒毎に設けられて前記蓄圧容器に各別に接続されてなり、前記燃圧検出手段は、前記エンジンの気筒毎に設けられて、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路内における前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の部位の燃料圧力を検出するものであることをその要旨とする。
上記構成によれば、燃料噴射弁の作動特性が気筒毎に異なる多気筒のエンジンにおいて、気筒毎に設けられた専用の燃圧検出手段により検出される燃料圧力に基づいて、各燃料噴射弁からの燃料噴射における噴射インターバルをそれぞれ精度良く設定することができる。そのため、各気筒の燃料噴射における噴射インターバルを高精度で設定することが可能になり、気筒間における噴射インターバルのばらつきを抑えることができる。
請求項10に記載の発明は、請求項1〜9いずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁は、内部の燃料圧力がニードル弁を閉弁側に付勢するように作用する圧力室と前記昇圧された状態の燃料が供給されるとともに内部の燃料圧力が前記ニードル弁を開弁側に付勢するように作用するノズル室とを有してなるものであり、前記圧力室内の燃料圧力を低下させて前記ニードル弁を移動させることにより噴射孔からの燃料噴射を行うものであることをその要旨とする。
上記構成では、燃料噴射弁を開弁駆動するべく圧力室内の燃料圧力を低下させると、これに伴いノズル室内の燃料圧力が相対的に高くなり、その結果ニードル弁が開弁側に移動するようになる。この燃料噴射弁は、蓄圧容器からノズル室内に供給されている燃料の圧力を利用して開弁される構造になっている。そのため、燃料供給系内に圧力脈動が発生した場合に、アクチュエータによってニードル弁が直接駆動されるタイプの燃料噴射弁と比較して、その圧力脈動の影響を受けやすい。
上記構成によれば、そうした燃料噴射弁が採用された装置において、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節することができる。
本発明を具体化した第1の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置が適用されるエンジンの概略構成を示す略図。 燃料噴射弁20の断面構造を示す断面図。 プレ噴射とメイン噴射との関係の一例を示すタイムチャート。 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ムチャート。 メイン噴射についての検出時間波形と基本時間波形との関係の一例を示すタイムチャート。 メイン噴射についての検出時間波形と基本時間波形との関係の他の例を示すタイムチャート。 燃料噴射の実行に伴い燃料供給系内において発生する圧力脈動の一例を示すタイムチャート。 第1の実施の形態にかかる算出処理の処理手順を示すフローチャート。 同算出処理の処理手順を示すフローチャート。 第1の実施の形態にかかる補正処理の処理手順を示すフローチャート。 同補正処理の処理手順を示すフローチャート。 第2の実施の形態にかかる算出処理の処理手順を示すフローチャート。 メイン噴射とアフター噴射との関係の一例を示すタイムチャート。
(第1の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置について説明する。
図1に、本実施の形態にかかる燃料噴射制御装置が適用されるエンジンの概略構成を示す。
同図1に示すように、エンジン10の気筒11には吸気通路12が接続されている。エンジン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、このエンジン10としては複数(本実施の形態では四つ[♯1〜♯4])の気筒11を有するディーゼルエンジンが採用されている。エンジン10には、気筒11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エンジン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。そしてエンジン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が強制回転されるようになる。エンジン10の気筒11において燃焼した燃焼ガスは排気としてエンジン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には供給通路31bを介して燃料タンク32が接続されるとともに、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。本実施の形態では、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。本実施の形態では、燃料噴射弁20、各分岐通路31a、供給通路31b、燃料ポンプ33およびコモンレール34によって燃料供給系が構成されている。
また、各燃料噴射弁20にはリターン通路35が接続されるとともに、同リターン通路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、燃料噴射弁20の断面構造を示す。
同図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の内部において往復移動(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が形成されている。このノズル室25には、ハウジング21の内部に形成された導入通路27を介して上記分岐通路31a(コモンレール34)から燃料が供給される。一方、圧力室26はハウジング21の内部に形成された連通路28を介して上記ノズル室25に連通されている。また圧力室26にはハウジング21の内部に形成された排出路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、駆動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がハウジング21の内部に設けられている。この圧電アクチュエータ29には弁体29aが取り付けられるとともに、同弁体29aは圧力室26の内部に配設されている。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)のうち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るために、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ようになる。したがって、このときには燃料噴射弁20からの燃料噴射が実行されない状態(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るために、この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から離間するようになる。したがって、このときには燃料噴射弁20からの燃料噴射が実行される状態(開弁状態)になる。
このように燃料噴射弁20は、圧力室26内部の燃料圧力がニードル弁22を閉弁側に付勢するように作用するとともに、ノズル室25内部の燃料圧力がニードル弁22を開弁側に付勢するように作用するようになっている。そして、圧力室26内の燃料圧力を低下させてニードル弁22を移動させることによって噴射孔23からの燃料噴射が行われる。
燃料噴射弁20には、上記導入通路27の内部の燃料圧力PQに応じた信号を出力する圧力センサ41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。なお、上記圧力センサ41は各燃料噴射弁20に一つずつ、すなわちエンジン10の気筒11毎に設けられている。
図1に示すように、エンジン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41の他、例えばクランクシャフト14の回転位相(クランク角CA)および回転速度(エンジン回転速度NE)を検出するためのクランクセンサ42や、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43などが設けられている。
またエンジン10の周辺機器としては、例えばマイクロコンピュータ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をもとに各種の演算を実行する。そして電子制御ユニット40は、それら演算の結果に応じて燃料噴射弁20の作動制御(燃料噴射制御)などのエンジン10の運転にかかる各種制御を実行する。
本実施の形態の燃料噴射制御は、基本的には、以下のように実行される。
先ず、エンジン10の運転状態(具体的には、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NE)に基づいて、燃料噴射量についての制御目標値(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およびエンジン回転速度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について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。これにより、そのときどきのエンジン10の運転状態に適した噴射パターンで同運転状態に見合う量の燃料が各燃料噴射弁20から噴射されてエンジン10の各気筒11内に供給されるようになる。
なお本実施の形態では、プレ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は電子制御ユニット40に記憶されている。そして燃料噴射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。また各種の制御目標値としては、メイン噴射やプレ噴射、アフター噴射などの各噴射の燃料噴射量についての制御目標値、メイン噴射の開始時期やプレ噴射とメイン噴射との間隔(噴射インターバル)などといった各噴射の実行時期についての制御目標値が算出される。
また本実施の形態では、そうした燃料噴射制御の実行に併せて、燃料ポンプ33の作動制御(レール圧制御)が実行される。このレール圧制御は、エンジン10の運転状態に応じたかたちでコモンレール34内の燃料圧力(レール圧)を調節するべく実行される。具体的には、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて上記レール圧についての制御目標値(目標レール圧Tpr)が算出される。そして、この目標レール圧Tprと実際のレール圧とが一致するように燃料ポンプ33の作動が制御されてその燃料圧送量が調節される。本実施の形態では、このレール圧制御が調節手段として機能する。
さて、本実施の形態のエンジン10では、一回の燃焼サイクルにおける燃料噴射弁20からの燃料噴射を複数回に分けて実行する多段噴射(具体的には、プレ噴射やアフター噴射をメイン噴射に組み合わせた燃料噴射)が実行される。この多段噴射の実行に際して、その効果を適正に発揮させるためには、各噴射の間隔(噴射インターバル)を実際のエンジン10の運転状態に応じたかたちで適正に調節することが重要なポイントになる。本実施の形態では基本的に、そうした噴射インターバルの調節が、そのときどきのエンジン10の運転状態に基づいて燃料噴射制御を実行することにより行われる。
ここで、燃料噴射弁20からの燃料噴射が実行されると、これに起因して燃料噴射弁20に燃料を供給するための燃料供給系の内部において圧力脈動が発生する。エンジン10では多段噴射が実行されるために、多段噴射が実行されないエンジンと比較して、燃料噴射弁20からの燃料噴射の実行間隔がごく短い。そのため、前段の燃料噴射(例えばプレ噴射)の実行に伴って圧力脈動が発生した場合においてその圧力脈動が収まる前に後段の燃料噴射(例えばメイン噴射)の実行が開始されてしまうことがある。この場合、燃料圧力が変動している状態で後段噴射が実行されるようになるために、燃料噴射弁20の動作態様の不要な変化を招くおそれがある。そして、この動作態様の不要な変化によって噴射インターバルが変化するようなことがあると、多段噴射の実行による効果が適正に発揮されなくなるおそれがある。
なお本実施の形態の燃料噴射弁20は、その圧力室26(図2)内の燃料圧力を低下させてノズル室25内の燃料圧力を相対的に高くすることによって、ニードル弁22が開弁側に移動して開弁されるようになる。このように本実施の形態では、燃料噴射弁20として、コモンレール34からノズル室25内に供給されている燃料の圧力を利用して開弁される構造のものが採用されている。そのため、アクチュエータによってニードル弁が直接駆動されるタイプの燃料噴射弁が採用される装置と比較して、燃料供給系内に圧力脈動が発生した場合にその圧力脈動の影響を受け易いと云える。
このようにして多段噴射における前段噴射の実行に際して発生する圧力脈動は、エンジン10の運転状態に応じて異なったものになることに加えて、燃料噴射弁20を含む燃料供給系の初期個体差や経時変化によっても異なったものになる。こうした燃料供給系の初期個体差や経時変化の相違による燃料噴射弁20の動作特性の変化分は、エンジン10の運転状態に基づく燃料噴射制御、すなわち標準的なエンジンに見合う制御のみを実行したところで、これを適正に抑えることができない。
こうした実情をふまえて本実施の形態では、燃料供給系の初期個体差や経時変化の相違に起因するプレ噴射およびメイン噴射の噴射インターバルの誤差分を補償するために、プレ噴射およびメイン噴射それぞれの実行期間についての制御目標値を以下のように設定するようにしている。
図3に、プレ噴射とメイン噴射との関係の一例を示す。
図3に示すように、先ず、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいてメイン噴射の開始時期についての制御目標値(目標メイン噴射時期Tsm)とプレ噴射およびメイン噴射の噴射インターバルについての制御目標値(目標プレインターバルTip)が算出される。
また、前回のプレ噴射の実行時において圧力センサ41により検出された燃料圧力PQの変動態様に基づいてプレ噴射の実行期間(詳しくは、燃料噴射弁20の閉弁動作が完了した時期[閉弁動作完了時期])についての実値(実線)が検出されるとともに、同実値と同閉弁動作完了時期についての要求値(一点鎖線)との偏差ΔPRが算出される。なお、この要求値としては、前回のプレ噴射の実行時における同プレ噴射の実行期間についての制御目標値(後述する目標プレ噴射時期Tsp、および目標プレ噴射時間Ttp)により定まる閉弁動作完了時期が用いられる。
その後、目標メイン噴射時期Tsmと目標プレインターバルTipと上記偏差ΔPRとに基づいて、プレ噴射の開始時期についての制御目標値(目標プレ噴射時期Tsp)と同プレ噴射の実行時間についての制御目標値(目標プレ噴射時間Ttp)が設定される。
このようにしてメイン噴射やプレ噴射の実行期間についての各制御目標値を設定することによって以下のような作用が得られる。
プレ噴射を実行すると燃料噴射弁20の内部の燃料圧力が一時的に低下するために、この燃料圧力(詳しくは、燃料圧力PQ)の変動態様を監視することにより、前回のプレ噴射の実行時において同プレ噴射が実際に実行された期間を精度良く把握することができる。しかも、そのようにして把握される実際のプレ噴射の閉弁動作完了時期(実値)と各制御目標値により見込まれるプレ噴射の閉弁動作完了時期(要求値)とを比較することにより、それら閉弁動作完了時期の偏差を算出することもできる。
そのため本実施の形態の装置では、プレ噴射の実行に伴って燃料供給系内で発生する圧力脈動の発生態様が同燃料供給系の初期個体差や経時変化によって異なるとはいえ、これに起因する燃料噴射弁20の動作特性(具体的には、開弁時期や開弁時間)の変化によるプレ噴射の実際の実行期間のずれ分(上記偏差ΔPR)を、圧力センサ41により検出された燃料圧力PQの変動態様に基づいて把握することができる。
そして、そのようにして把握したプレ噴射の実際の実行期間のずれ分を考慮したうえで、エンジン10の運転状態に基づき設定された目標メイン噴射時期Tsmと目標プレインターバルTipとをもとに目標プレ噴射時期Tspと目標プレ噴射時間Ttpとを設定することができる。これにより、プレ噴射の実際の実行期間の不要な変化を的確に抑えることの可能な値を目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpとして設定することができるようになるために、燃料供給系の初期個体差や経時変化によることなく、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節することができるようになる。
なお図3に示す例では、プレ噴射の実際の終了時期が要求値よりも遅い時期になっているため、同終了時期が早い時期に設定されるように目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpが設定される。これにより燃料噴射弁20への駆動信号の出力タイミングが前回のプレ噴射の実行時より図中に黒塗りの矢印で示す分だけ早いタイミングになる。
プレ噴射の開始時期を変更すると、これに伴って同プレ噴射の実行時におけるエンジン10の気筒11(詳しくは燃焼室)内の圧力が変化してしまうために、燃料噴射弁20から噴射される燃料の量も変化してしまう。そのため、プレ噴射の開始時期を変更する際には、その変更に併せてプレ噴射の実行時間を変更することにより、燃料噴射量の不要な変化を抑えることが可能になる。また本実施の形態の装置では、前記レール圧制御が実行されるために、プレ噴射の開始時期を変更した場合における燃料噴射量の変化度合いが前記レール圧に応じて異なったものとなる。
この点をふまえて本実施の形態では、目標プレ噴射時期Tspや目標プレ噴射時間Ttpの設定に用いる設定パラメータとして、上記レール圧(詳しくは、目標レール圧Tprの算出パラメータである目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NE)を採用している。これにより、目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpの設定を通じてプレ噴射とメイン噴射との噴射インターバルを適正に設定することができるようになることに加えて、プレ噴射における燃料噴射量についてもこれを適正に設定することができるようになる。
多段噴射を実行する噴射パターンが選択される場合において、仮に各噴射間の噴射インターバルを見込み制御によって設定するようにすると、燃料供給系の初期個体差や経時変化による影響によって同噴射インターバルが不要に変化してしまう。そのため、そうした比較例の装置において噴射インターバルを比較的短い期間に設定すると、噴射インターバルが不要に短くなる場合において同噴射インターバルが「0」になって、多段噴射を実行することができなくなるおそれがある。したがって、そうした装置では噴射インターバルとして余裕をみた比較的長い期間を設定せざるを得ず、そうした噴射インターバルの設定についての制約は多段噴射の実行に際して各噴射の実行期間の設定についての自由度を低下させる要因になる。
本実施の形態によれば、そうした多段噴射の各噴射間の噴射インターバルを高い精度で設定することができるようになるために、上記制約によることなく同噴射インターバルとして短い期間を設定することが可能になる。そのため、多段噴射における各噴射の実行期間についての設定の自由度を格段に向上させることができ、上記比較例の装置では実現することのできなかった様々な噴射パターンでの燃料噴射を実行することができるようになる。
以下、燃料圧力PQに基づいて実際のプレ噴射の実行期間を検出する手順について詳しく説明する。
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、本実施の形態では、燃料噴射弁20の開弁動作(詳しくはニードル弁22の開弁側への移動)が開始される時期(開弁動作開始時期Tos)、燃料噴射率が最大になる時期(最大噴射率到達時期Toe)、燃料噴射率の降下が開始される時期(噴射率降下開始時期Tcs)、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)が完了する時期(閉弁動作完了時期Tce)がそれぞれ検出される。
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おいて燃料圧力PQが降下する期間における同燃料圧力PQの一回微分値が算出される。そして、この一回微分値が最小になる点における燃料圧力PQの時間波形の接線L1が求められるとともに同接線L1と上記動作圧力Pacとの交点Aが算出される。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に対応する時期が開弁動作開始時期Tos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41との距離などに起因して生じる遅れ分である。
また、燃料噴射の実行開始直後において燃料圧力PQが一旦降下した後に上昇する期間における同燃料圧力PQの一回微分値が算出される。そして、この一回微分値が最大になる点における燃料圧力PQの時間波形の接線L2が求められるとともに同接線L2と上記動作圧力Pacとの交点Bが算出される。この交点Bを検出遅れ分だけ過去の時期に戻した点BBに対応する時期が閉弁動作完了時期Tceとして特定される。
さらに、接線L1と接線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に目標燃料噴射量TQおよび目標レール圧Tpr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に目標燃料噴射量TQおよび目標レール圧Tpr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Rt(=VRt×G2)として算出される。
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および開弁動作開始時期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と前記最大噴射率Rtとの交点Eに対応する時期が最大噴射率到達時期Toeとして特定される。
また、上記点Dおよび閉弁動作完了時期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と最大噴射率Rtとの交点Fに対応する時期が噴射率降下開始時期Tcsとして特定される。
さらに、開弁動作開始時期Tos、最大噴射率到達時期Toe、噴射率降下開始時期Tcs、閉弁動作完了時期Tceおよび最大噴射率Rtによって形成される台形形状の時間波形がプレ噴射における燃料噴射率についての検出時間波形として用いられる。なお本実施の形態では、そうしたプレ噴射における検出時間波形の検出態様と同様の検出態様でメイン噴射やアフター噴射における燃料噴射率についての検出時間波形が検出されるとともに燃料噴射制御において用いられる。本実施の形態では、上記検出時間波形が燃料噴射の実行期間についての実値として機能する。
また本実施の形態にかかる装置では、メイン噴射やアフター噴射をエンジン10の運転状態に応じたかたちで適正に実行するために、燃料圧力PQに基づき検出される燃料噴射率の検出時間波形に基づいてメイン噴射やアフター噴射の実行期間についての各制御目標値を補正するようにしている。
以下、そうした補正の実行態様について、メイン噴射の実行期間の制御目標値を補正する場合の実行態様を例に説明する。
先ず、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NEなどといったエンジン10の運転状態に基づいて、メイン噴射における燃料噴射率の時間波形についての基本値(基本時間波形)が設定される。なお本実施の形態では、エンジン10の運転状態と同運転状態に適した基本時間波形との関係が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はそのときどきのエンジン10の運転状態に基づいて上記関係から基本時間波形の算出を行う。
図5に、メイン噴射についての検出時間波形(実線)と基本時間波形(一点鎖線)との関係の一例を示す。
同図5に示すように、上記基本時間波形としては、開弁動作開始時期Tosb、最大噴射率到達時期Toeb、噴射率降下開始時期Tcsb、閉弁動作完了時期Tceb、最大噴射率Rtbにより規定される台形の時間波形が設定される。そして、そうした基本時間波形と前記検出時間波形とが比較されるとともに、その比較結果に基づいてメイン噴射の開始時期の制御目標値(前記目標メイン噴射時期Tsm)を補正するための補正項Km1と同メイン噴射の実行時間の制御目標値(目標メイン噴射時間Ttm)を補正するための補正項Km2,Km3とがそれぞれ算出される。これら補正項Km1,Km2,Km3の算出は具体的には以下のように実行される。
補正項Km1の算出に際しては先ず、基本時間波形における開弁動作開始時期Tosbと検出時間波形における開弁動作開始時期Tosとの差ΔTosが算出される。そして、この差ΔTosと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて、同差ΔTosを補償することの可能な値が補正項Km1として算出される。
燃料噴射制御の実行に際しては、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づき算出された目標メイン噴射時期Tsmに上記補正項Km1を加算した値が最終的な目標メイン噴射時期Tsmとして算出される。このようにして目標メイン噴射時期Tsmを算出することにより、基本時間波形における開弁動作開始時期Tosbと検出時間波形における開弁動作開始時期Tosbとの間のずれが小さく抑えられるようになるため、メイン噴射の開始時期がエンジン10の運転状態に応じたかたちで精度よく設定されるようになる。
一方、補正項Km2の算出に際しては先ず、基本時間波形における噴射率降下開始時期Tcsbと検出時間波形における噴射率降下開始時期Tcsとの差ΔTcsが算出される。そして、この差ΔTcsと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて、同差ΔTcsを補償することの可能な値が補正項Km2として算出される。
図6に、メイン噴射についての検出時間波形(実線)と基本時間波形(一点鎖線)との関係の他の例を示す。
図6に示すように、補正項Km3の算出に際しては先ず、基本時間波形と検出時間波形との間における燃料噴射率の変化速度の差が算出される。具体的には、開弁動作開始時期Tos(あるいはTosb)と最大噴射率到達時期Toe(あるいはToeb)とを繋ぐ線分の傾きの差ΔRupが燃料噴射率の上昇速度の差として算出される。また、噴射率降下開始時期Tcs(あるいはTcsb)と閉弁動作完了時期Tce(あるいはTcsb)とを繋ぐ線分の傾きの差ΔRdnが燃料噴射率の降下速度の差として算出される。本実施の形態では、それら差ΔRup,ΔRdnが基本時間波形および検出時間波形の面積差と相関の高い値として算出される。そして、補正項Km3としては、それら差ΔRup,ΔRdnと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて、上記基本時間波形の面積(詳しくは、同波形における燃料噴射率と燃料噴射率が「0」である線とによって囲まれる部分の面積)と検出時間波形の面積(同)との差を補償することの可能な値が算出される。
燃料噴射制御の実行に際しては、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づき算出された目標メイン噴射時間Ttmに上記補正項Km2,Km3を加算した値が最終的な目標メイン噴射時間Ttmとして算出される。
このようにして目標メイン噴射時間Ttmを算出することにより、基本時間波形における噴射率降下開始時期Tcsbと検出時間波形における噴射率降下開始時期Tcsとの間のずれが小さく抑えられるようになるために、メイン噴射において燃料噴射率が低下し始める時期がエンジン10の運転状態に応じたかたちで精度よく設定されるようになる。
なお、仮に基本時間波形と検出時間波形との間で開弁動作開始時期と噴射率降下開始時期とが共に一致したとしても、基本時間波形と検出時間波形との間で燃料噴射率の上昇速度や下降速度が異なる場合には、基本時間波形の面積と検出時間波形の面積とが一致せずに、燃料噴射量がエンジン10の運転状態に見合う量からずれる可能性がある。この点、本実施の形態では、上記補正項Km3による補正によって基本時間波形および検出時間波形の面積差が小さく抑えられるようになるために、メイン噴射における燃料噴射量がエンジン10の運転状態に見合う量に精度良く調節されるようになる。
なお本実施の形態の装置では、前記レール圧制御が実行されるために、同一の値だけ目標メイン噴射時期Tsmを変更した場合における開弁動作開始時期の変化量や、同一の値だけ目標メイン噴射時間Ttmを変更した場合における噴射率降下開始時期の変化量が前記レール圧に応じて異なったものとなる。本実施の形態では、各補正項Km1,Km2,Km3の算出に用いる算出パラメータとして、上記レール圧(詳しくは、目標レール圧Tprの算出パラメータである目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NE)を採用している。そのため、そのときどきのレール圧に応じたかたちで各補正項Km1,Km2,Km3を適正に算出することができる。
また本実施の形態では、アフター噴射の実行期間の各制御目標値についても、上述したメイン噴射の実行期間の制御目標値と同様に、燃料圧力PQに基づき検出される燃料噴射率の検出時間波形に基づき補正される。本実施の形態では、アフター噴射が、後段噴射の実行完了から間隔をおいて実行される後後段噴射として機能する。
具体的には、先ずエンジン10の運転状態に基づいてアフター噴射における基本時間波形が設定される。そして、この基本時間波形と前記検出時間波形との比較結果に基づいてアフター噴射の開始時期についての制御目標値(目標アフター噴射時期TsaA)を補正するための補正項Ka1と同アフター噴射の実行時間についての制御目標値(目標アフター噴射時間TtaA)を補正するための補正項Ka2,Ka3とがそれぞれ算出される。
燃料噴射制御の実行に際しては、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づき算出された目標アフター噴射時期TsaAに上記補正項Ka1を加算した値が最終的な目標アフター噴射時期TsaAとして算出される。また、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づき算出された目標アフター噴射時間TtaAに上記補正項Ka2,Ka3を加算した値が最終的な目標アフター噴射時間TtaAとして算出される。
図7に一例を示すように、燃料噴射が実行されると(時刻t11〜t12)、これに伴って燃料供給系内において発生する圧力脈動によって燃料圧力PQが変動するようになる。そのため同図から明らかなように、仮に同図に示す燃料噴射を前段噴射として同図中に二点差線で示すように後段噴射を実行するとともに(時刻t13〜t14)同後段噴射の実行に伴う燃料圧力PQの変動態様を圧力センサ41によって検出すると、同燃料圧力PQの時間波形が、後段噴射の実行に伴う燃料圧力PQの変動分に加えて前段噴射の実行に伴い発生した圧力脈動による変動分を含んだ波形になってしまう。したがって、多段噴射の実行に際して単に燃料圧力PQに基づいて検出時間波形を形成すると、前段噴射の実行に起因して生じる圧力脈動による変動分だけ、検出時間波形の形成精度の低下を招くおそれがある。なお本実施の形態では、プレ噴射が実行される場合にはプレ噴射が前段噴射として機能するとともにメイン噴射が後段噴射として機能する。また、アフター噴射が実行される場合にはメイン噴射が前段噴射として機能するとともにアフター噴射が後段噴射として機能する。
こうした実情をふまえて本実施の形態では、後段噴射の実行に際して圧力センサ41により検出された燃料圧力PQから上記圧力脈動による変動分が除去されるとともに、その除去された燃料圧力PQの変動態様に基づいて検出時間波形が形成されるようになっている。詳しくは、目標燃料噴射量TQ、エンジン回転速度NE、および噴射インターバルに基づいて、上記圧力脈動による変動分を相殺することの可能な補正時間波形が算出されるとともに、この補正時間波形と燃料圧力PQの時間波形とが合成される。これにより、前段噴射の実行に伴い発生する圧力脈動による変動分が除去された値をもとに検出時間波形が精度良く形成されるようになるために、同検出時間波形に基づいて後段噴射の実行期間についての制御目標値の補正が精度良く実行されるようになる。
ここで、図7に示す例では、後段噴射が実行される可能性のある期間(時刻t13〜t14)における燃料圧力PQの変動態様が、図中に実線で示す前段噴射の実行に起因する変動態様と図中に一点鎖線で示す燃料噴射の実行に起因する変動態様とで異なっている。同図から明らかなように、メイン噴射の実行に伴い燃料供給系内において同一態様の圧力脈動が発生した場合であっても、メイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルが異なると、アフター噴射の実行時における圧力脈動による影響が異なるために、燃料供給系内の燃料圧力の変動態様も異なったものとなる。そのため、上述した補正時間波形の算出精度の低下によるアフター噴射についての検出時間波形の形成精度の低下を招くなど、上記圧力脈動がアフター噴射の燃料噴射量に与える影響も異なったものとなる。したがって、そうした圧力脈動による影響をふまえた上でアフター噴射の燃料噴射量を適正に調節するためには、実際の噴射インターバルを正確に把握することが重要なポイントになる。
ここで本実施の形態では、アフター噴射の実行に際して、エンジン10の運転状態に基づいて目標アフター噴射時期TsaAと目標アフター噴射時間TtaAとが算出されるとともに、それら目標アフター噴射時期TsaAおよび目標アフター噴射時間TtaAにより定まる実行期間と実際の実行期間とが一致するように燃料噴射弁20が開弁駆動される。すなわち、メイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルがエンジン10の運転状態に基づく見込み制御により設定される。
そのため、メイン噴射の実行期間についての制御目標値の補正を実行した場合に、これに伴って上記噴射インターバルが不要に変化することがある。詳しくは、補正項Km1による目標メイン噴射時期Tsmの補正や補正項Km2による目標メイン噴射時間Ttmの補正は燃料噴射率についての基本時間波形と検出時間波形とを一致させるべく実行されるために、それら補正を実行したところでメイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルは変化し難い。これに対して、補正項Km3による目標メイン噴射時間Ttmの補正は、燃料噴射率についての基本時間波形の面積と検出時間波形の面積とを一致させるべく、基準検出波形と基本時間波形との間で噴射率降下開始時期や閉弁動作完了時期にずれを生じさせるように実行される。そのため、この補正を通じて目標メイン噴射時間Ttmが変更された場合には、メイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルが変化してしまう。
このように、補正項Km3による目標メイン噴射時間Ttmの補正が実行されると、エンジン10の運転状態により見込まれるメイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルと実際の噴射インターバルとの間にずれが生じるようになる。そして、この場合にはアフター噴射についての検出時間波形の形成に際して算出される前記補正時間波形が上記圧力脈動による燃料圧力PQの変動分を適切に除去することの可能な波形からずれてしまうために、そのずれがアフター噴射の燃料噴射量の調節精度を低下させる一因となってしまう。
この点をふまえて本実施の形態では、補正項Km3による目標メイン噴射時間Ttmの補正が実行された場合に、同補正項Km3を補正時間波形の算出に用いる噴射インターバル(詳しくは、前回のアフター噴射の実行時における噴射インターバルの要求値)に反映させるようにしている。
これにより、実際の噴射インターバルに近い値をもとに補正時間波形が算出されるようになるために、この補正時間波形に基づいて検出時間波形が精度良く形成されるようになる。そして、そうした検出時間波形と基本時間波形との比較結果に基づいて目標アフター噴射時期TsaAと目標アフター噴射時間TtaAとを設定することにより、アフター噴射の実行時における燃料供給系内の圧力脈動の影響に応じたかたちで、同アフター噴射の実行期間が適正に設定されるようになる。ちなみに本実施の形態の装置では、メイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルの設定精度はさほど重要視されず、アフター噴射における燃料噴射量の調節精度が重要視される。
以下、各噴射の実行期間についての制御目標値を算出する処理(算出処理)とメイン噴射およびアフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正する処理(補正処理)とについて詳細に説明する。
ここでは先ず、図8および図9を参照しつつ、上記算出処理の処理手順について詳細に説明する。なお図8および図9は上記算出処理の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、それらフローチャートに示される一連の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット40により実行される。
図8に示すように、この処理では先ず、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NEに基づいて目標燃料噴射量TQが算出される(ステップS101)。なお本実施の形態では、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NEにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標燃料噴射量TQとの関係が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。ステップS101の処理では、この関係に基づいて目標燃料噴射量TQが算出される。
また、この目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて目標メイン噴射時期Tsmおよび目標メイン噴射時間Ttmが算出される(ステップS102)。本実施の形態では、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標メイン噴射時期Tsmとの関係や該運転状態と目標メイン噴射時間Ttmとの関係が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。ステップS102の処理では、それら関係に基づいて目標メイン噴射時期Tsmと目標メイン噴射時間Ttmとが各別に算出される。
その後、このときのエンジン10の運転領域がプレ噴射の実行される領域であるか否かが判断される(ステップS103)。そして、プレ噴射が実行される運転領域である場合には(ステップS103:YES)、プレ噴射の実行期間についての制御目標値を算出する処理が実行される。
すなわち先ず、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて目標プレインターバルTipおよび目標プレ噴射量TQpが算出される(ステップS104)。本実施の形態では、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標プレインターバルTipとの関係や該運転状態と目標プレ噴射量TQpとの関係が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。ステップS104の処理では、それら関係に基づいて目標プレインターバルTipと目標プレ噴射量TQpとが各別に算出される。なお、目標プレインターバルTipとしては、プレ噴射の開始時期とメイン噴射の開始時期との間隔についての制御目標値が算出される。
その後、目標メイン噴射時期Tsmと目標プレインターバルTipと目標プレ噴射量TQpとに基づいて、目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpが算出される(ステップS105)。本実施の形態では、目標メイン噴射時期Tsm、目標プレインターバルTipおよび目標プレ噴射量TQpにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標プレ噴射時期Tspとの関係や該運転状態と目標プレ噴射時間Ttpとの関係が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。ステップS105の処理では、それら関係に基づいて目標プレ噴射時期Tspと目標プレ噴射時間Ttpとが各別に算出される。
その後、プレ噴射が実行された履歴があるか否かが判断される(図9のステップS106)。そして、プレ噴射が実行された履歴がある場合には(ステップS106:YES)、前回のプレ噴射の実行時において検出した圧力PQの変動態様に基づいてプレ噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差(前記偏差ΔPR[図3参照])が算出される(ステップS107)。具体的には、上記燃料圧力PQの変動態様に基づいて検出時間波形が形成されるとともに、同検出時間波形における閉弁動作完了時期Tce(実値)と目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpにより定まるプレ噴射の終了時期(要求値)との差が上記偏差ΔPRとして算出される。本実施の形態では、このステップS107の処理が偏差算出手段として機能する。
そして、この偏差ΔPRに基づいて、目標プレ噴射時期Tspを補正する補正項Kp1を算出するための算出マップや目標プレ噴射時間Ttpを補正する補正項Kp2を算出するための算出マップが更新される(ステップS108)。具体的には、偏差ΔPRと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて上記偏差ΔPRを補償することのできる値(仮値VR1,VR2)が算出される。そして、それら仮値VR1,VR2をもとに目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づき定まるエンジン10の運転状態に対応するマップ値(補正項Kp1および補正項Kp2)を徐変させた値が新たなマップ値として各算出マップに記憶される。そうした新たなマップ値としては、例えば以下の関係式を満たす値が算出される。

補正項Kp1←「記憶されている補正項Kp1」+仮値VR1×n
補正項Kp2←「記憶されている補正項Kp2」+仮値VR2×n
ただし、「n」は0<n<1

その後、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて各補正項Kp1,Kp2が算出される(ステップS109)。そして、補正項Kp1を目標プレ噴射時期Tspに加算した値(=Tsp+Kp1)が最終的な目標プレ噴射時期Tspとして設定されるとともに、補正項Kp2を目標プレ噴射時間Ttpに加算した値(=Ttp+Kp2)が最終的な目標プレ噴射時間Ttpとして設定される(ステップS110)。
このようにして前記偏差ΔPRに見合う値(上記仮値VR1,VR2)に徐変させた値を各補正項Kp1,Kp2として算出することにより、それら補正項Kp1,Kp2の急峻な変化が抑えられるようになる。そのため、エンジン10の運転状態の急峻な変化やノイズの影響などによって補正項Kp1,Kp2の設定精度を低下させるおそれのある値が偏差ΔPRとして算出された場合であっても、これに起因する補正項Kp1,Kp2の算出精度の低下を抑えることができる。そして、これにより目標プレ噴射時期Tspや目標プレ噴射時間Ttpの設定精度の低下を抑えることができるようになる。なお本実施の形態では、ステップS105(図8)の処理において算出された目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpが前段噴射の実行期間についての制御基本値として機能し、ステップS110(図9)の処理において設定された目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpが前段噴射の実行期間についての制御目標値として機能する。また、ステップS103(図8)〜ステップS110(図9)の処理が前段噴射設定手段として機能する。
一方、プレ噴射が実行された履歴がない場合には(ステップS106:NO)、算出マップを更新する処理や目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを補正する処理が実行されない(ステップS107〜S110の処理がジャンプされる)。この場合には、ステップS105(図8)の処理において算出された値が最終的な目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpとして設定される。
他方、エンジン10の運転領域がプレ噴射の実行される領域でない場合には(ステップS103:NO)、プレ噴射の実行期間についての制御目標値を設定する処理を実行されない(ステップS104〜S110の処理がジャンプされる)。
このようにしてプレ噴射の実行期間についての制御目標値を設定するための処理が実行された後、エンジン10の運転状態がアフター噴射の実行される領域であるか否かが判断される(図9のステップS111)。
そして、エンジン10の運転領域がアフター噴射の実行される領域である場合には(ステップS111:YES)、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて目標アフター噴射時期TsaAおよび目標アフター噴射時間TtaAが算出される(ステップS112)。本実施の形態では、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標アフター噴射時期TsaAとの関係や該運転状態と目標アフター噴射時間TtaAとの関係が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。ステップS112の処理では、それら関係に基づいて目標アフター噴射時期TsaAと目標アフター噴射時間TtaAが各別に算出される。
なお、エンジン10の運転領域がアフター噴射の実行される領域でない場合には(ステップS111:NO)、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を設定する処理を実行することなく(ステップS112の処理がジャンプされて)、本処理は一旦終了される。
上述したように本実施の形態にかかる算出処理では、各噴射の開始時期についての制御目標値(目標プレ噴射時期Tsp、目標メイン噴射時期Tsm、目標アフター噴射時期TsaA)が算出されるとともに、各噴射の実行時間についての制御目標値(目標プレ噴射時間Ttp、目標メイン噴射時間Ttm、目標メイン噴射時間Tta)が算出される。
そして燃料噴射制御では、電子制御ユニット40が開弁信号を出力してから実際に燃料噴射弁20の開弁動作が開始されるまでの時間(開弁遅れ時間)を考慮しつつ、各噴射の開始時期についての制御目標値と実際の開始時期とを一致させることの可能なタイミングで、電子制御ユニット40から燃料噴射弁20に開弁信号が出力される。また、電子制御ユニット40が閉弁信号を出力してから実際に燃料噴射弁20の閉弁動作が開始されるまでの時間(閉弁遅れ時間)を考慮しつつ、各噴射の実行時間についての制御目標値と実際の実行時間(具体的には、開弁動作開始時期から噴射率降下開始時期までの時間)とを一致させることの可能なタイミングで、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る。こうした燃料噴射制御の実行を通じて、そのときどきのエンジン10の運転状態に適した噴射パターンで同運転状態に見合う量の燃料が各燃料噴射弁20から噴射されてエンジン10の各気筒11内に供給されるようになる。
次に、図10および図11を参照しつつ、上記補正処理の処理手順について詳細に説明する。
なお図10および図11は上記補正処理の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、それらフローチャートに示される一連の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット40により実行される。また、図10は前段噴射としてプレ噴射が実行されるとともに後段噴射としてメイン噴射が実行される場合にメイン噴射の実行期間についての制御目標値(目標メイン噴射時期Tsmおよび目標メイン噴射時間Ttm)を補正する処理の処理手順を示している。図11は前段噴射としてメイン噴射が実行されるとともに後段噴射としてアフター噴射が実行される場合にアフター噴射の実行期間についての制御目標値(目標アフター噴射時期TsaAおよび目標アフター噴射時間TtaA)を補正するための処理の処理手順を示している。
ここでは先ず、メイン噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正処理の処理手順について図10を参照しつつ説明する。
同図10に示すように、メイン噴射の実行期間についての制御目標値を補正する処理では先ず、プレ噴射の実行に伴って発生する圧力脈動の影響がある状況であるか否かが判断される(ステップS201)。ここでは、プレ噴射の実行に伴い発生する圧力脈動によって燃料圧力PQが変動した状態でメイン噴射の実行が開始される状況であるか否かがエンジン回転速度NEや目標プレインターバルTipをもとに判断される。
そして、上記圧力脈動による影響がある状況であると判断される場合には(ステップS201:YES)、前回プレ噴射が実行されたときの目標プレインターバルTip、目標燃料噴射量TQ(i)、エンジン回転速度NE(i)がそれぞれ読み込まれる(ステップS202)。その後、それら目標プレインターバルTip(i)、目標燃料噴射量TQ(i)、およびエンジン回転速度NE(i)に基づいて前記補正時間波形が算出されるとともに、この補正時間波形と前回のメイン噴射の実行時において検出された燃料圧力PQの時間波形とが合成される(ステップS203)。
一方、上記圧力脈動による影響がない状況であると判断される場合には(ステップS201:NO)、補正時間波形の算出を算出する処理や同補正時間波形と燃料圧力PQの時間波形とを合成する処理が実行されない(ステップS202およびS203の処理がジャンプされる)。
その後、燃料圧力PQの時間波形に基づいてメイン噴射における検出時間波形が形成されるとともに(ステップS204)、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NEに基づいてメイン噴射における基本時間波形が設定されて(ステップS205)、それら検出時間波形と基本時間波形とが比較される。
そして、基本時間波形における開弁動作開始時期Tosbと検出時間波形における開弁動作開始時期Tosとの差ΔTosが算出されるとともに(ステップS206)、同差ΔTosと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項Km1が算出される(ステップS207)。本実施の形態では、上記差ΔTosおよび目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まる状況と同差ΔTosを的確に補償することの可能な補正項Km1との関係が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。ステップS207の処理では、この関係に基づいて補正項Km1が算出される。
また、基本時間波形における噴射率降下開始時期Tcsbと検出時間波形における噴射率降下開始時期Tcsとの差ΔTcsが算出されるとともに(ステップS208)、同差ΔTcsと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項Km2が算出される(ステップS209)。本実施の形態では、上記差ΔTcsおよび目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まる状況と同差ΔTcsを的確に補償することの可能な補正項Km2との関係が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。ステップS209の処理では、この関係に基づいて補正項Km2が算出される。
さらに、基本時間波形と検出時間波形との間における燃料噴射率の上昇速度の差ΔRupと同燃料噴射率の降下速度の差ΔRdnとが算出されるとともに(ステップS210)、それら差ΔRup,ΔRdnと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項Km3が算出される(ステップS211)。本実施の形態では、上記各差ΔRup,ΔRdnおよび目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まる状況と基本時間波形および検出時間波形の面積差を的確に補償することの可能な補正項Km3との関係が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、ステップS211の処理では、この関係に基づいて補正項Km3が算出される。
このようにして各補正項Km1,Km2,Km3が算出された後、本処理は一旦終了される。
そして、上記補正項Km1によって目標メイン噴射時期Tsmを補正するとともに上記補正項Km2,Km3によって目標メイン噴射時間Ttmを補正することにより、メイン噴射の実行期間と同メイン噴射による燃料噴射量とがそれぞれエンジン10の運転状態に見合うように適正に設定されるようになる。
次に、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正処理について図11を参照しつつ説明する。
同図11に示すように、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正する処理では先ず、メイン噴射の実行に伴って発生する圧力脈動の影響がある状況であるか否かが判断される(ステップS301)。ここでは、メイン噴射の実行に伴い発生する圧力脈動によって燃料圧力PQが変動した状態でアフター噴射の実行が開始される状況であるか否かがアクセル操作量ACCやエンジン回転速度NEをもとに判断される。
そして、上記圧力脈動による影響がある状況であると判断される場合には(ステップS301:YES)、前回アフター噴射が実行されたときのメイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルの要求値と補正項Km3(i)が読み込まれるとともに、同噴射インターバルの要求値に補正項Km3(i)を加算した値Kiaが算出される(ステップS302)。なお、上記噴射インターバルの要求値は、目標メイン噴射時期Tsmと目標メイン噴射時間Ttmと目標アフター噴射時期TsaAとにより定まる噴射インターバルに相当する値である。
その後、前回のアフター噴射の実行時における目標燃料噴射量TQ(i)およびエンジン回転速度NE(i)と上記値Kiaとに基づいて前記補正時間波形が算出されるとともに、この補正時間波形と前回のアフター噴射の実行時において検出された燃料圧力PQの時間波形とが合成される(ステップS303)。
一方、上記圧力脈動による影響がない状況であると判断される場合には(ステップS301:NO)、補正時間波形の算出を算出する処理や同補正時間波形と燃料圧力PQの時間波形とを合成する処理が実行されない(ステップS302およびS303の処理がジャンプされる)。
その後、燃料圧力PQの時間波形に基づいてアフター噴射における検出時間波形が形成されるとともに(ステップS304)、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NEに基づいてアフター噴射における基本時間波形が設定されて(ステップS305)、それら検出時間波形と基本時間波形とが比較される。
そして、基本時間波形における開弁動作開始時期Tosと検出時間波形における開弁動作開始時期Tosbとの差ΔTosが算出されるとともに(ステップS306)、同差ΔTosと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項Ka1が算出される(ステップS307)。本実施の形態では、上記差ΔTosおよび目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まる状況と同差ΔTosを的確に補償することの可能な補正項Ka1との関係が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。ステップS307の処理では、この関係に基づいて補正項Ka1が算出される。
また、基本時間波形における噴射率降下開始時期Tcsbと検出時間波形における噴射率降下開始時期Tcsとの差ΔTcsが算出されるとともに(ステップS308)、同差ΔTcsと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項Ka2が算出される(ステップS309)。本実施の形態では、上記差ΔTcsおよび目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まる状況と同差ΔTcsを的確に補償することの可能な補正項Ka2との関係が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。ステップS309の処理では、この関係に基づいて補正項Ka2が算出される。
さらに、基本時間波形と検出時間波形との間における燃料噴射率の上昇速度の差ΔRupと同燃料噴射率の降下速度の差ΔRdnとが算出されるとともに(ステップS310)、それら差ΔRup,ΔRdnと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項Ka3が算出される(ステップS311)。本実施の形態では、上記各差ΔRup,ΔRdnおよび目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まる状況と基本時間波形および検出時間波形の面積差を的確に補償することの可能な補正項Ka3との関係が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、ステップS311の処理では、この関係に基づいて補正項Ka3が算出される。
このようにして各補正項Ka1,Ka2,Ka3が算出された後、本処理は一旦終了される。
そして、上記補正項Ka1によって目標アフター噴射時期TsaAを補正するとともに上記補正項Ka2,Ka3によって目標アフター噴射時間TtaAを補正することにより、アフター噴射の実行期間と同アフター噴射による燃料噴射量とがそれぞれエンジン10の運転状態に見合うように適正に設定されるようになる。
なお本実施の形態では、図10に示す補正処理が補正手段として機能し、図11のステップS302の処理が要求値算出手段として機能し、図11のステップS303〜S311の処理が後後段噴射設定手段として機能する。
本実施の形態では、例えばエンジン10の気筒11[♯1]に設けられた圧力センサ41の検出信号に基づいて同気筒11[♯1]に対する燃料噴射についての算出処理や補正処理を実行するなどといったように、エンジン10の気筒11(♯1〜♯4)毎にそれぞれ対応する圧力センサ41の出力信号に基づいて算出処理や補正処理が実行される。
そのため、初期個体差や経時変化の相違に起因して燃料噴射弁20の作動特性が気筒11毎に異なる多気筒のエンジン10において、気筒11毎に設けられた専用の圧力センサ41により検出される燃料圧力PQに基づいて各燃料噴射弁20からの燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との噴射インターバルをそれぞれ精度良く設定することができる。これにより、各気筒11の燃料噴射における噴射インターバルを高精度で設定することができ、気筒11間における噴射インターバルのばらつきを抑えることができる。
しかも、メイン噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正項Km1,Km2,Km3やアフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正項Ka1,Ka2,Ka3についても同様に、気筒11毎に設けられた専用の圧力センサ41により検出される燃料圧力PQに基づいて精度良く設定することができる。そのため目標メイン噴射時期Tsm、目標メイン噴射時間Ttm、目標アフター噴射時期TsaA、並びに目標アフター噴射時間TtaAの設定を各気筒11の燃料噴射弁20の作動特性に応じたかたちで気筒11毎に適切に行うことができる。
したがって本実施の形態によれば、各気筒11における各燃料噴射の実行期間や燃料噴射量をその気筒11間におけるばらつきを抑えつつ適正に設定することができるようになる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)燃料圧力PQの変動態様に基づいてプレ噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差ΔPRを算出するとともに、同偏差ΔPRとエンジン10の運転状態に基づき設定される目標メイン噴射時期Tsmおよび目標プレインターバルTipとに基づいて目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpをそれぞれ設定するようにした。そのため、プレ噴射の実際の実行期間の不要な変化を的確に抑えることの可能な値を目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpとして設定することができる。したがって、燃料供給系の初期個体差や経時変化によることなく、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節することができるようになる。
(2)偏差ΔPRとして、プレ噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差を算出するようにした。そのため、プレ噴射の実際の終了時期のずれ分を考慮しつつ目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを設定することができる。これにより、プレ噴射の実行に際して特に重要になるプレ噴射の終了時期とメイン噴射の開始時期との間隔が実態に即した値になるように、噴射インターバルを適切に設定することができる。
(3)偏差ΔPRと目標メイン噴射時期Tsmと目標プレインターバルTipとに基づき算出するプレ噴射の実行期間についての制御目標値として、目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを採用した。そのため、偏差ΔPRを考慮しつつ目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを適正に設定することができ、それら目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpにより自ずと定まるプレ噴射の終了時期として同偏差ΔPRを小さく抑えることの可能な時期を設定することができる。これにより、プレ噴射の終了時期とメイン噴射の開始時期との間隔を適切に設定することができるようになる。
(4)レール圧に基づいて目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを設定するようにした。そのため、目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpの設定を通じてプレ噴射とメイン噴射との噴射インターバルを適正に設定することができるようになることに加えて、プレ噴射における燃料噴射量についてもこれを適正に設定することができるようになる。
(5)前記偏差ΔPRを補償することのできる値(仮値VR1,VR2)を徐変させた値を各補正項Kp1,Kp2として算出するようにしたために、各補正項Kp1,Kp2の急峻な変化を抑えることができる。そのため、補正項Kp1,Kp2の設定精度を低下させるおそれのある値が偏差ΔPRとして算出された場合であっても、これに起因する補正項Kp1,Kp2の算出精度の低下を抑えることができ、ひいては目標プレ噴射時期Tspや目標プレ噴射時間Ttpの設定精度の低下を抑えることができる。
(6)補正項Km3による目標メイン噴射時間Ttmの補正が実行された場合において、同補正項Km3を前記補正時間波形の算出に用いる噴射インターバルの要求値に反映させるようにした。これにより、実際の噴射インターバルに近い値をもとに補正時間波形を算出することができるようになるために、この補正時間波形に基づいて検出時間波形を精度良く形成することができるようになる。そして、そうした検出時間波形と基本時間波形との比較結果に基づいて目標アフター噴射時期TsaAと目標アフター噴射時間TtaAとを設定することにより、アフター噴射の実行時における燃料供給系内の圧力脈動の影響に応じたかたちで、同アフター噴射の実行期間を適正に設定することができるようになる。
(7)燃料噴射弁20として、その導入通路27内の燃料圧力PQに応じた信号を出力する圧力センサ41が一体に取り付けられたものを採用した。そのため、例えばコモンレール34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。したがって、圧力センサ41より検出される燃料圧力PQの変動態様に基づいて実際にプレ噴射が実行された期間を精度良く検出することができるようになり、プレ噴射の実行期間についての要求値と実値との偏差ΔPRを精度よく算出することができるようになる。
(8)エンジン10の気筒11(♯1〜♯4)毎にそれぞれ対応する圧力センサ41の出力信号に基づいて算出処理を実行するようにした。そのため、初期個体差や経時変化の相違に起因して燃料噴射弁20の作動特性が気筒11毎に異なる多気筒のエンジン10において、気筒11毎に設けられた専用の圧力センサ41により検出される燃料圧力PQに基づいて各燃料噴射弁20からの燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との噴射インターバルをそれぞれ精度良く設定することができる。これにより、各気筒11の燃料噴射における噴射インターバルを高精度で設定することができ、気筒11間における噴射インターバルのばらつきを抑えることができる。
(9)コモンレール34からノズル室25内に供給されている燃料の圧力を利用して開弁される構造の燃料噴射弁20が採用されているために燃料供給系内に圧力脈動が発生した場合にその圧力脈動の影響を受け易い装置において、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節することができる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第2の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置について、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお以下では、第1の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、同構成についての詳細な説明は省略する。
本実施の形態にかかる燃料噴射制御装置と第1の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置とは、算出処理においてアフター噴射の実行期間についての制御目標値を設定する際の設定態様が異なる。
本実施の形態の算出処理では、メイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルを精度良く設定するために、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を以下のように設定するようにしている。
図12は、本実施の形態にかかる算出処理の処理手順を示している。なお同図12のフローチャートに示される一連の処理は所定周期毎の処理として電子制御ユニット40により実行される処理である。
同図12に示すように、本実施の形態の算出処理では、エンジン10の運転領域がアフター噴射の実行される領域であるときに(ステップS111:YES)、前記目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて目標アフターインターバルTiaと目標アフター噴射量TQaとがそれぞれ算出される(ステップS401)。なお目標アフターインターバルTiaとしては、メイン噴射の終了時期とアフター噴射の開始時期との間隔についての制御目標値が算出される。また、目標アフター噴射量TQaとしては、アフター噴射における燃料噴射量についての制御目標値が算出される。
本実施の形態では、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標アフターインターバルTiaとの関係が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。また上記運転状態と同運転状態に適した目標アフター噴射量TQaとの関係についても同様に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。ステップS401の処理では、それら関係に基づいて目標アフターインターバルTiaと目標アフター噴射量TQaとがそれぞれ算出される。
その後、アフター噴射が実行された履歴があるか否かが判断される(ステップS402)。そして、アフター噴射が実行された履歴がある場合には(ステップS402:YES)、前回のメイン噴射の実行時において検出した燃料圧力PQの変動態様に基づいてメイン噴射の終了時期が検出される(ステップS403)。具体的には、上記燃料圧力PQの変動態様に基づいて検出時間波形が形成されるとともに、同検出時間波形における閉弁動作完了時期Tce(図4参照)がメイン噴射の終了時期として検出される。
そして、この閉弁動作完了時期Tceと上記目標アフターインターバルTiaとに基づいてアフター噴射の開始時期についての制御目標値(目標アフター噴射時期TsaB)が算出される(ステップS404)。
また、目標アフター噴射時期TsaBと目標アフター噴射量TQaと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいてアフター噴射の実行時間についての制御目標値(目標アフター噴射時間TtaB)が算出された後(ステップS405)、本処理は一旦終了される。なお本実施の形態では、目標アフター噴射時期TsaB、目標アフター噴射量TQa、目標燃料噴射量TQ、およびエンジン回転速度NEにより定まるエンジン10の運転状態と同運転状態に適した目標アフター噴射時間TtaBとの関係が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。ステップS405の処理では、この関係に基づいて目標アフター噴射時間TtaBが算出される。
一方、アフター噴射が実行された履歴がない場合には(ステップS402:NO)、エンジン10の運転状態(具体的には、目標メイン噴射時期Tsm、目標メイン噴射時間Ttm、およびエンジン回転速度NE)から見込まれるメイン噴射の終了時期と前記目標アフターインターバルTiaとに基づいて、目標アフター噴射時期TsaBが算出される(ステップS406)。
また、目標アフター噴射時期Tsaと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいてアフター噴射の実行時間についての制御目標値(目標アフター噴射時間TtaB)が算出された後(ステップS405)、本処理は一旦終了される。
なお本実施の形態にかかる装置では、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正処理(図11参照)の実行に際して、補正時間波形の算出に用いる算出パラメータとして上記目標アフターインターバルTiaが用いられる。なお、この目標アフターインターバルTiaは前記補正項Ka3を反映させることなく補正時間波形の算出に用いられる。
上述したように目標アフター噴射時期TsaBと目標アフター噴射時間TtaBとを設定することによって以下のような作用が得られる。
図13に、メイン噴射とアフター噴射との関係の一例を示す。なお図13において、実線はメイン噴射およびアフター噴射それぞれの実行期間についての実値を示し、一点鎖線は前回のアフター噴射の実行時における目標メイン噴射時期Tsmと目標メイン噴射時間Ttmとにより見込まれるメイン噴射の実行期間の要求値を示している。
本実施の形態にかかる算出処理では、アフター噴射を実行した履歴がある場合に、圧力センサ41により検出された燃料圧力PQの変動態様に基づいてメイン噴射の実際の終了時期(図13に示す例では時刻t22)を精度良く把握することができる。
そして、そのようにして把握したメイン噴射の実際の終了時期を基準として、目標アフターインターバルTiaをもとに、目標アフター噴射時期Tsaを設定することができる。すなわち、実際の終了時期(時刻t22)を始点に目標アフターインターバルTiaに相当する期間が経過した時期(時刻t23)を目標アフター噴射時期TsaBとして設定することができる。
これにより、メイン噴射の終了時期の実値(時刻t22)と要求値(時刻t21)とがずれている場合であっても、実際の終了時期(時刻t22)をもとにメイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルを設定することができるために、同噴射インターバルを実態に即したかたちで精度良く設定することができる。したがって、燃料供給系の初期個体差や経時変化によることなく、メイン噴射およびアフター噴射の噴射インターバルを精度良く調節することができるようになる。
アフター噴射の開始時期を変更すると、これに伴って同アフター噴射の実行時における燃焼室内の圧力が変化してしまうために、燃料噴射弁20から噴射される燃料の量も変化してしまう。そのため、アフター噴射の開始時期を変更する際には、その変更に併せてアフター噴射の実行時間を変更することにより、燃料噴射量の不要な変化を抑えることが可能になる。また本実施の形態の装置では、前記レール圧制御が実行されるために、アフター噴射の開始時期を変更した場合における燃料噴射量の変化度合いが前記レール圧に応じて異なったものとなる。この点をふまえて本実施の形態では、目標アフター噴射時間TtaBの設定に用いる設定パラメータとして、上記レール圧(詳しくは、前記目標レール圧Tprの算出パラメータである目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NE)が採用されている。そのため、こうした目標アフター噴射時間TtaBの設定を通じてアフター噴射における燃料噴射量が適正に調節されるようになる。
(その他の実施の形態)
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第1の実施の形態では、前記偏差ΔPRを補償することのできる値(仮値VR1,VR2)を徐変させた値を各補正項Kp1,Kp2として算出するとともに、それら補正項Kp1,Kp2によって目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを補正するようにした。これに代えて、上記偏差ΔPRを徐変させるとともにその徐変させた偏差ΔPRに基づいて目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを算出するようにしてもよい。
・第1の実施の形態において、前記偏差ΔPRを補償することのできる値を各補正項Kp1,Kp2として算出する処理を省略してもよい。この場合には、偏差ΔPRと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて補正項を算出するとともに同補正項により目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを補正するといったように、それら目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpの算出を行うことができる。その他、補正項を算出することなく、偏差ΔPR、目標メイン噴射時期Tsm、目標プレインターバルTip、目標プレ噴射量TQp、目標燃料噴射量TQ、およびエンジン回転速度NEに基づいて目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを算出することもできる。
・第1の実施の形態では、後段噴射の開始時期の制御目標値(目標メイン噴射時期Tsm)と噴射インターバルの制御目標値(目標プレインターバルTip)と後段噴射の終了時期の要求値および実値の偏差(ΔPR)とに基づいて前段噴射の実行期間についての制御目標値(目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttp)が設定される。こうした構成を、プレ噴射が複数回に分けて実行される装置における各プレ噴射間の噴射インターバルの設定に用いるようにしてもよい。また上記構成を、メイン噴射が複数回に分けて実行される装置における各噴射間の噴射インターバルの設定に用いるようにしてもよい。要は、間隔をおいて実行される前段噴射および後段噴射を少なくとも含む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からの燃料噴射を行う装置であれば、上記構成を適用することができる。こうした装置においては、後段側の燃料噴射の開始時期を基準として前段側の燃料噴射の実行期間を設定するとの処理を後段側の燃料噴射から前段側の燃料噴射まで順に実行するようにすればよい。
・第1の実施の形態において、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正処理(図11参照)を、アフター噴射が複数回に分けて実行される装置における各アフター噴射について各別に実行するようにしてもよい。この場合には、前段側のアフター噴射についての補正処理において算出された補正項Ka3を後段側のアフター噴射についての補正処理における補正時間波形の算出に際して用いるようにすればよい。
・第1の実施の形態において、プレ噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差を精度良く把握することができるのであれば、プレ噴射の検出時間波形と基本時間波形との間における開弁動作開始時期の偏差や、最大噴射率到達時期の偏差、噴射率降下開始時期の偏差などを検出するようにしてもよい。
・第1の実施の形態において、プレ噴射の実際の実行期間を算出する方法や、プレ噴射の実行期間についての実値と要求値との偏差を算出する方法は、任意に変更することができる。
・第2の実施の形態において、目標アフター噴射時期TsaBや目標アフター噴射時間TtaBを次の手順により設定するようにしてもよい。すなわち先ず、メイン噴射の閉弁動作完了時期Tce、目標アフターインターバルTiaおよび目標アフター噴射量TQaに基づいて、目標アフター噴射時期TsaBおよび目標アフター噴射時間TtaBを算出する。その後、前回のアフター噴射の実行時において検出した圧力PQの変動態様に基づいてメイン噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差ΔMAを算出する。そして、この偏差ΔMAと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて、目標アフター噴射時期TsaBについての補正項KaAと目標アフター噴射時間TtaBについての補正項KaBとをそれぞれ算出する。その後、目標アフター噴射時期TsaBを補正項KaAによって補正した値を最終的な目標アフター噴射時期TsaBとして設定するとともに、目標アフター噴射時間TtaBを補正項KaBによって補正した値を最終的な目標アフター噴射時間TtaBとして設定する。
上記構成において、前記偏差ΔMAを補償することのできる値(仮値VRA,VRB)を算出するとともにそれら仮値VRA,VRBを徐変させた値を各補正項KaA,KaBとして算出するようにしてもよい。補正項KaAとしては、例えば関係式[補正項KaA←「前回算出された補正項KaA」+仮値VRA×n(ただし、0<n<1)]を満たす値を算出することができる。また補正項KaBとしては、例えば関係式[補正項KaB←「前回算出された補正項KaB」+仮値VRB×n]を満たす値を算出することができる。こうした構成によれば、各補正項KaA,KaBの急峻な変化が抑えられるようになるため、エンジン10の運転状態の急峻な変化やノイズの影響などによって補正項KaA,KaBの設定精度を低下させるおそれのある値が偏差ΔMAとして算出された場合であっても、これに起因する補正項KaA,KaBの設定精度の低下を抑えることができる。これにより、目標アフター噴射時期TsaBや目標アフター噴射時間TtaBの設定精度の低下を抑えることができる。
上記構成において、上記偏差ΔMAを徐変させるとともにその徐変させた偏差ΔMAに基づいて目標アフター噴射時期TsaBおよび目標アフター噴射時間TtaBを算出するようにしてもよい。
・第2の実施の形態では、前段噴射(メイン噴射)の実際の終了時期を始点に噴射インターバルの制御目標値(目標アフターインターバルTia)に相当する期間が経過した時期が後段噴射の開始時期の制御目標値(目標アフター噴射時期TsaB)として設定される。こうした構成を、アフター噴射を複数回に分けて実行する装置における各噴射間の噴射インターバルの設定に用いるようにしてもよい。また上記構成を、プレ噴射が複数回に分けて実行される装置における各噴射間の噴射インターバルの設定や、メイン噴射を複数回に分けて実行する装置における各噴射間の噴射インターバルの設定に用いることもできる。要は、間隔をおいて実行される前段噴射および後段噴射を少なくとも含む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からの燃料噴射を行う装置であれば、上記構成を適用することができる。こうした装置においては、前段側の燃料噴射の終了時期を基準として後段側の燃料噴射の実行期間を設定するとの処理を前段側の燃料噴射から後段側の燃料噴射まで順に実行するようにすればよい。
・各実施の形態において、メイン噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正処理(図10参照)やアフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正するための補正処理(図11参照)を省略してもよい。
・各実施の形態において、レール圧制御を省略してもよい。
・燃料噴射弁20の内部(詳しくは、ノズル室25内)の実燃料圧力の指標となる圧力、言い換えれば同実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41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41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41を燃料供給系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。
・四つの気筒を有する内燃機関に限らず、単気筒の内燃機関や、二つの気筒を有する内燃機関、三つの気筒を有する内燃機関、あるいは五つ以上の気筒を有する内燃機関にも、本発明は適用することができる。
10…エンジン、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(蓄圧容器)、35…リターン通路、40…電子制御ユニット、41…圧力センサ(燃圧検出手段)、42…クランクセンサ、43…アクセルセンサ。

Claims (10)

  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を備えたエンジンに適用されて、間隔をおいて実行される前段噴射および後段噴射を少なくとも含む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燃料噴射制御装置において、
    前記燃料噴射弁の開弁時における同燃料噴射弁内部の実燃料圧力の変化に伴い変化する燃料圧力を検出する燃圧検出手段、および、
    同燃圧検出手段によって検出された燃料圧力の変動態様に基づいて前記前段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同前段噴射の実行期間についての要求値と実値との偏差を算出する偏差算出手段、および、
    前記後段噴射の開始時期についての制御目標値と前記前段噴射および前記後段噴射の噴射インターバルについての制御目標値とを前記エンジンの運転状態に基づいて各別に設定するとともに、それら設定した各制御目標値と前記算出手段によって算出した偏差とに基づいて前記前段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する前段噴射設定手段を備え
    前記前段噴射の実行に伴って発生する圧力脈動が前記後段噴射に影響を与えると判断された場合に、前記前段噴射が実行されたときの圧力脈動を相殺する波形を算出するとともに該波形と前記燃圧検出手段により検出される前記燃料圧力の波形とを合成し、該合成された波形に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形と、前記エンジンの運転状態に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形とのずれに基づいて前記後段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正する
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  2. 請求項1に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記偏差算出手段は、前記偏差として、前記前段噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差を算出するものである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  3. 請求項1または2に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記前段噴射設定手段は、前記前段噴射の実行期間についての制御目標値として、前記前段噴射の開始時期についての制御目標値と同前段噴射の実行時間についての制御目標値とを各別に設定するものである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  4. 請求項3に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記燃料供給系は、前記昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器を有してなるとともに同蓄圧容器が前記燃料噴射弁に接続されてなり、
    前記燃料噴射制御装置は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記蓄圧容器内の燃料圧力を調節する調節手段を更に備えてなり、
    前記前段噴射設定手段は、前記蓄圧容器内の燃料圧力に基づいて、前記前段噴射の開始時期についての制御目標値と同前段噴射の実行時間についての制御目標値とを各別に設定するものである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記前段噴射設定手段は、前記後段噴射の開始時期についての制御目標値および前記噴射インターバルについての制御目標値に基づいて前記前段噴射の実行期間についての制御基本値を算出するとともに前記偏差に基づいて補正項を算出し、前記制御基本値に前記補正項を反映させた値を前記前段噴射の実行期間についての制御目標値として設定するものである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  6. 請求項5に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記前段噴射設定手段は、前記算出した前記補正項を前記偏差に見合う値に徐変させる
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  7. 請求項1〜6の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
    当該燃料噴射制御装置は、前記多段噴射として、前記後段噴射の実行完了から間隔をおいて実行される後後段噴射を含む燃料噴射を実行するものであり、
    前記燃圧検出手段によって検出された燃料圧力に基づいて前記後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正する補正手段と、
    前記エンジンの運転状態に基づいて前記後段噴射および前記後後段噴射の噴射インターバルについての要求値を算出する要求値算出手段と、
    前記要求値に前記補正手段による補正量を反映した値に基づいて前記後後段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する後段噴射設定手段と、をさらに備えてなる
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記燃圧検出手段は、前記燃料噴射弁に取り付けられた圧力センサである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記エンジンは、複数の気筒を有してなるとともに、その前記燃料供給系が前記昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器を有してなり、
    前記燃料噴射弁は、前記エンジンの気筒毎に設けられて前記蓄圧容器に各別に接続されてなり、
    前記燃圧検出手段は、前記エンジンの気筒毎に設けられて、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路内における前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の部位の燃料圧力を検出するものである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
  10. 請求項1〜9いずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記燃料噴射弁は、内部の燃料圧力がニードル弁を閉弁側に付勢するように作用する圧力室と前記昇圧された状態の燃料が供給されるとともに内部の燃料圧力が前記ニードル弁を開弁側に付勢するように作用するノズル室とを有してなるものであり、前記圧力室内の燃料圧力を低下させて前記ニードル弁を移動させることにより噴射孔からの燃料噴射を行うものである
    ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
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