JP5052484B2 - 内燃機関の燃料噴射量学習制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関における燃料噴射量を適切に得るための学習制御を行う燃料噴射量学習制御装置に係る。特に、本発明は、微小燃料噴射量に対する学習制御を実行する際における学習期間の短縮化を図る対策に関する。

従来より、例えば下記の特許文献１に開示されているように、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関では、燃焼騒音の低減やＮＯｘ排出量の削減を目的として、メイン噴射に先立って極少量の燃料を気筒内に向けて噴射するパイロット噴射が行われている。

このようなパイロット噴射を行うエンジンにおいて、そのパイロット噴射量の最適値はそのときのエンジンの運転状態によって異なる。一般に、このパイロット噴射量は、エンジンのシリンダ容量にもよるが概ね数ｍｍ³程度であり、エンジン回転数等に基づいて求められる目標パイロット噴射量でパイロット噴射が実行されるようになっている。具体的には、燃料噴射圧に応じて燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ場合もある）の開閉制御（開弁期間の制御）が行われるようになっている。

ここで問題となるのが燃料噴射システムの個体差による燃料噴射量のばらつき（個体ばらつき）である。すなわち、燃料噴射システムに使用されているインジェクタの個体差（噴射量のばらつき）や各センサの個体差（センサ出力のばらつき）は、マイクロコンピュータ等によって求められた目標パイロット噴射量（パイロット噴射量の指示値）と実際に噴射される実パイロット噴射量との間にずれ（インジェクタの噴射特性のずれ）を生じさせることになる。このようなずれが生じると、適正なパイロット噴射量が得られないことになる。そして、実パイロット噴射量が目標パイロット噴射量から大幅にずれてしまう状況では、燃焼騒音の増大、ＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）排出量の増加、エンジンの失火等を招いてしまう可能性がある。そればかりでなく、この燃料噴射量のずれに伴って、ドライバビリティの悪化や、燃料消費率の悪化なども懸念される状況になる。

このため、従来より、例えば下記の特許文献２〜特許文献４に開示されているようなパイロット噴射等の微小燃料噴射に対する学習制御（一般に、微小噴射量制御と呼ばれる）が行われている。

上述した如く、パイロット噴射では、燃料噴射圧に応じてインジェクタの開弁期間を適宜設定して目標パイロット噴射量での燃料噴射が実行されるようにしている。そのため、エンジンの制御系に備えられたエンジンＥＣＵには、複数段階（例えば５段階）のコモンレール内圧（例えば４０ＭＰａ、６０ＭＰａ、８０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１２０ＭＰａ）それぞれに対し、目標パイロット噴射量とインジェクタへの通電時間（開弁期間）との関係が気筒別（インジェクタ別）にそれぞれ記憶されたパイロット噴射量設定マップが格納されている。つまり、エンジン回転数等に応じて決定された目標パイロット噴射量が得られるように、コモンレール内圧に応じたインジェクタへの通電時間（上記微小噴射量制御により得られた学習値）がパイロット噴射量設定マップに記憶されている。

このような微小燃料噴射に対する学習制御は、上記パイロット噴射量設定マップ上の学習値を適切に設定しておくことにより、上記燃料噴射システムに個体ばらつきがあっても適正なパイロット噴射量でパイロット噴射が行えるようにするためのものである。

また、上記微小燃料噴射に対する学習制御により得られた学習値は、上記パイロット噴射に限らず、その他の微小燃料噴射である、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射での燃料噴射量の適正化にも役立てることができる。

このような微小燃料噴射に対する学習制御によって求められる学習値の初期値は、自動車の工場出荷の際に行われる微小燃料噴射に対する学習制御によって取得される。

以下、この自動車の工場出荷の際に行われる微小燃料噴射に対する学習制御の一般的な手法について説明する。

この学習制御は、エンジンの無負荷減速状態でパイロット噴射量と略同等の極少量の燃料を特定の気筒（ピストンが圧縮上死点付近にある気筒）に向けて噴射し（以下、この燃料噴射を「単発噴射」と呼ぶ）、この単発噴射に伴うエンジン回転数の変化量など（エンジン運転状態の変化量）を認識する。そして、正確に所定量の単発噴射が実行された場合のエンジン運転状態の変化量データと、実際に単発噴射を行った場合のエンジン運転状態の変化量とを比較し、そのずれ量に応じて上記パイロット噴射量設定マップの学習値を求める。このような動作を上記パイロット噴射量設定マップ上の各コモンレール内圧毎に且つ各気筒毎に実行していき、それぞれに対応した学習値を求めるようにしている。

図７は、この微小燃料噴射に対する学習制御の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャートである。

この図７に示すように、この学習制御では、エンジン回転数を間欠的に上昇させる所謂レーシングを行いながら、エンジンが無負荷減速状態であってトルク発生のための燃料噴射が要求されない期間（図７において学習期間として示したエンジン回転数が低下している期間：以下、この期間を「特定燃圧学習期間」と呼び、この期間での制御動作（学習値を求めるための動作）を「特定燃圧学習動作」と呼ぶ）に単発噴射を実行し、その際のエンジン運転状態の変化量に基づいて学習値を求めることになる。このレーシングは、上記学習制御の実行指令を発信する発信手段（ツール）をエンジンＥＣＵに接続することで実行される自動レーシングである。

例えば、図７において、第１回目の学習制御であるコモンレール内圧（学習対象コモンレール内圧）をＰ１（例えば４０ＭＰａ）とした場合の学習制御では、先ず、コモンレール内圧を一時的に上昇（圧力Ｐ１よりも大幅に上昇）させて（図中の圧力Ｐ０：例えば１４０ＭＰａ）、レーシングを実行する（このレーシングにおけるエンジン回転数は図中のＮ１）。このコモンレール内圧を一時的に上昇させるのは、レーシングの実行に際してエンジン回転数を急速に高め、その後に行われる上記特定燃圧学習動作での特定燃圧学習期間を長く確保するためである。

そして、その後、燃料ポンプからコモンレール内への燃料供給量を制限（調整）しながらエンジン回転数としては上記高回転状態を保持し（図中の高回転保持期間Ｔ０を参照）、コモンレール内圧を学習対象コモンレール内圧（この場合はＰ１）まで低下させていく。そして、エンジンの高回転状態を所定期間（Ｔ０）だけ維持し、その期間中に、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に調整された後、エンジンを無負荷減速状態にする。つまり、それまでの気筒内への燃料噴射（比較的噴射量の多い燃料噴射：メイン噴射相当の噴射量）を停止する。これに伴いエンジン回転数が次第に低下していく。そして、この次第に低下していくエンジン回転数が所定回転数（エンジンストールに至ることのない許容下限回転数：図７における回転数Ｎ２）に低下するまでの期間（上記特定燃圧学習期間）中に複数回の単発噴射を実行し、その際のエンジン運転状態の変化量に基づいて学習値を求めていく。つまり、上述した如く、正確に所定量の単発噴射が実行された場合のエンジン運転状態の変化量データと、実際に単発噴射を行った場合のエンジン運転状態の変化量とを比較し、そのずれ量に応じて、現コモンレール内圧（Ｐ１：４０ＭＰａ）における微小燃料噴射に対する学習値を求める。これにより、コモンレール内圧（学習対象コモンレール内圧）をＰ１とした場合の学習制御が終了する。

以後、同様にして、学習対象とするコモンレール内圧を、Ｐ２（例えば６０ＭＰａ）、Ｐ３（例えば８０ＭＰａ）、Ｐ４（例えば１００ＭＰａ）、Ｐ５（例えば１２０ＭＰａ）に順に設定していきながら、各コモンレール内圧における微小燃料噴射に対する学習制御を行ってそれぞれの学習値を求めていく。

尚、この図７は、それぞれ１回の特定燃圧学習期間中に全気筒（例えば４気筒）に対して学習値が取得できた場合を示している。
特開２００３−５６３８９号公報 特開２００７−３２７３４１号公報 特開２００８−１６３９１３号公報 特開２００５−３６７８８号公報

ところで、上述したような微小燃料噴射に対する学習制御は、学習制御開始から学習制御終了までに比較的長い時間を要してしまうことが予てからの課題とされていた。

本発明の発明者は、この微小燃料噴射に対する学習制御に要する時間の短縮化について検討を行った。そして、この学習制御に要する時間が長くなる要因として、上記高回転保持期間（図７における期間Ｔ０）が必要以上に長くなっていることを見出した。

上記特許文献２〜特許文献４には、微小燃料噴射量に対する学習制御について開示されてはいるものの、その学習制御としてエンジンの高回転保持期間を設けていることや、この高回転保持期間が必要以上に長くなっているために学習制御に長い時間を要してしまっていたことの課題については何ら開示されていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の微小燃料噴射量に対する学習制御を実行する際における学習期間の短縮化を図ることができる燃料噴射量学習制御装置を提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関の微小燃料噴射量に対する学習制御を実行するに際し、燃料圧力（コモンレール内圧）が学習対象とする圧力まで低下したタイミングと略同時に内燃機関の高回転保持状態を解除し、これによって高回転保持期間を短くできるようにしている。つまり、従来、学習対象燃料圧力の大きさに関わらず高回転保持期間が一律であったものを、本発明では、燃料圧力が学習対象燃料圧力に達するのと略同時に高回転保持状態を解除することで、無駄な高回転保持期間を排除して学習制御に要する時間の短縮化が図れるようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を学習対象燃料圧力よりも高い所定の学習初期基準圧力まで高めると共に内燃機関の回転数を比較的高回転である学習初期基準回転数まで高めておき、この内燃機関の高回転状態を保持しながら燃料圧力を上記学習対象燃料圧力まで降下させた状態で内燃機関を無負荷減速状態にし、この無負荷減速状態において特定の気筒内に燃料噴射弁から微小量の燃料噴射を行い、その燃料噴射に伴う内燃機関の運転状態の変化から目標微小燃料噴射量に対する実微小燃料噴射量の偏差に基づく学習値を取得する燃料噴射量学習制御を実行する内燃機関の燃料噴射量学習制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射量学習制御装置に対し、上記学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差が小さいほど、内燃機関の高回転保持期間を短く設定する高回転保持期間変更手段を備えさせている。

ここで、上記学習対象燃料圧力とは、学習制御を実行する際に学習値の取得対象とする燃料圧力であって、実際の燃料噴射量学習制御では、複数種類の学習対象燃料圧力に対してそれぞれ学習制御が行われて、個々の学習対象燃料圧力における気筒別の学習値が求められていく。また、学習初期基準圧力とは、燃料圧力を上記学習対象燃料圧力に合わせ込む際に、この燃料圧力を一旦上昇させる基準圧力である。このように、燃料圧力を学習初期基準圧力まで一旦上昇させることで、高い学習初期基準回転数が容易に得られ、上記無負荷状態の期間（内燃機関の回転数が学習初期基準回転数から許容下限回転数に達するまでの期間）を長く得ることができる。

この特定事項により、ある学習対象燃料圧力に対しての学習制御を実行する場合には、先ず、燃料圧力を学習初期基準圧力まで高めておく。また、内燃機関の回転数を学習初期基準回転数まで高めておく。そして、この内燃機関の回転数を学習初期基準回転数に保持した状態で、燃料圧力を学習初期基準圧力から学習対象燃料圧力まで降下させる。この場合、上記学習対象燃料圧力が比較的低く、学習初期基準圧力との圧力差が大きい場合には、燃料圧力が学習対象燃料圧力に到達するまでには比較的長い時間を要するのに対し、上記学習対象燃料圧力が比較的高く、学習初期基準圧力との圧力差が小さい場合には、短時間のうちに燃料圧力は学習対象燃料圧力に到達することになる。このため、学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差が小さい場合には、早期に高回転保持状態を解除して、微小量の燃料噴射による学習制御に移行することを可能にしている。従来では、学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差に関わらず、高回転保持期間が一律であったため、燃料圧力が学習対象燃料圧力に到達しているにも拘わらず高回転保持状態を継続させており、その結果、無駄な時間が生じていた。本解決手段では、この無駄な時間を無くすべく、学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差が小さいほど、つまり、早期に学習対象燃料圧力に到達できる状況であるほど高回転保持期間を短く設定している。このため、上記無駄な時間が無くなる分だけ、学習制御に要する時間を短縮化することができる。

上記高回転保持期間変更手段の具体構成としては以下のものが挙げられる。つまり、 上記高回転保持期間変更手段が、内燃機関の高回転保持期間を、燃料圧力が学習初期基準圧力から学習対象燃料圧力に降下するまでの期間に一致する期間として予め設定しているものである。

この構成により、学習対象燃料圧力が決定されておれば、それに従って内燃機関の高回転保持期間も一義的に決定されることになる。例えば、学習対象燃料圧力と高回転保持期間との関係を実験的または経験的に予め求めておき、それをマップ化するなどしてＥＣＵに記憶させておくことで、学習対象燃料圧力から高回転保持期間が一義的に求められることになる。そして、このマップに従って高回転保持期間を設定することで、この高回転保持期間が終了したタイミングでは、燃料圧力は所定の学習対象燃料圧力に到達していることになる。このように、本解決手段にあっては、圧力検知動作等を必要とすることなしに、比較的簡素な制御手順で高回転保持期間を従来のものよりも短くすることができ、学習制御に要する時間を短縮化することができる。

上記高回転保持期間変更手段の他の具体構成としては以下のものが挙げられる。つまり、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を検知可能な燃料圧力検知手段が配設されており、上記高回転保持期間変更手段が、上記燃料圧力検知手段からの出力を受け、燃料噴射弁に供給する燃料圧力が学習対象燃料圧力まで下降した時点で内燃機関の高回転保持期間を終了させる構成としたものである。

この構成では、燃料圧力を学習初期基準圧力から学習対象燃料圧力に向けて降下させていく際に燃料圧力検知手段によって燃料圧力を検知していく。そして、この検知された燃料圧力が学習対象燃料圧力まで降下した時点で高回転保持期間を終了させ、燃料噴射弁から微小量の燃料噴射を行う学習動作（上記特定燃圧学習動作）に移行させることになる。つまり、燃料圧力が学習対象燃料圧力に達するのと略同時に、学習値取得のための微小量の燃料噴射を開始させることが可能になる。このため、本解決手段によれば、高回転保持期間を必要最短期間に規定することができ学習制御に要する時間を最短にできる。

上記燃料噴射量学習制御装置が適用される内燃機関としてはコモンレール式のディーゼルエンジンが挙げられる。この場合、上記燃料噴射弁に供給する燃料圧力はコモンレール内圧であって、上記高回転保持期間変更手段は、このコモンレール内圧における上記学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差が小さいほど、内燃機関の高回転保持期間を短く設定する構成となっている。

本発明では、内燃機関の微小燃料噴射量に対する学習制御を実行するに際し、燃料圧力が学習対象とする圧力まで低下したタイミングと略同時に内燃機関の高回転保持状態を解除し、これによって高回転保持期間が短くなるようにしている。これにより、学習対象燃料圧力の大きさに関わらず高回転保持期間が一律であった従来の学習制御に比べて、学習制御に要する時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明する。

−エンジンの構成説明−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。

このエンジン１におけるシリンダ１ａとピストン１ｂとの間で形成される燃焼室３には、吸気系として、シリンダヘッド５に備えられた吸気バルブ４ａを介して吸気通路４が接続されている。この吸気通路４には、上流側より、吸入空気を濾過するエアクリーナ６、吸入空気量を検出するための吸入空気量センサ８、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ１０、燃焼室３内に導入される吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１４がそれぞれ設けられている。

スロットルバルブ１４は駆動機構１６によって開閉駆動される。この駆動機構１６は、ステップモータ１８および、このステップモータ１８とスロットルバルブ１４とを駆動連結するギア群を備えて構成されている。尚、ステップモータ１８は、エンジン１の各種制御を行うための電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０によって駆動制御される。また駆動機構１６には、スロットルバルブ１４が全開位置となることでオン状態となる全開スイッチ２２が設けられている。

一方、上記燃焼室３には、排気系として、シリンダヘッド５に備えられた排気バルブ２４ａを介して排気通路２４が接続されている。この排気通路２４からはＥＧＲ（排気再循環）通路２６が分岐している。このＥＧＲ通路２６は、吸気通路４におけるスロットルバルブ１４の下流側に接続されている。ＥＧＲ通路２６には、ＥＣＵ２０によって制御されるアクチュエータ２８により開閉駆動されるＥＧＲバルブ３０が設けられている。上記スロットルバルブ１４によって吸入空気量を、また、このＥＧＲバルブ３０によってＥＧＲ量をそれぞれ調整することで、燃焼室３内に導入される吸入空気量とＥＧＲ量との割合を自在に設定することが可能となっている。このことによりエンジン１の全運転領域にわたって適切な吸入空気量およびＥＧＲ量の制御が行えるようになっている。

エンジン１には、複数の気筒（本実施形態のものは４気筒であるが、１気筒のみ図示している）♯１，♯２，♯３，♯４が設けられており、各気筒♯１〜♯４の燃焼室３に対してインジェクタ（燃料噴射弁）３２がそれぞれ配設されている。インジェクタ３２からエンジン１の各気筒♯１〜♯４への燃料噴射は、噴射制御用電磁弁３２ａのオン・オフにより制御される。

上記インジェクタ３２は、各気筒共通の蓄圧容器としてのコモンレール３４に接続されており、上記噴射制御用電磁弁３２ａが開いている間（インジェクタ開弁期間）、コモンレール３４内の燃料がインジェクタ３２より燃焼室３内へ噴射されるようになっている。上記コモンレール３４には、燃料噴射圧に相当する比較的高い圧力が蓄積されている。この蓄圧を実現するために、コモンレール３４は、供給配管３５を介してサプライポンプ３６の吐出ポート３６ａに接続されている。また、供給配管３５の途中には、逆止弁３７が設けられている。この逆止弁３７の存在により、サプライポンプ３６からコモンレール３４への燃料の供給が許容され、且つ、コモンレール３４からサプライポンプ３６への燃料の逆流が規制されている。

上記サプライポンプ３６は、吸入ポート３６ｂを介して燃料タンク３８に接続されており、その途中にはフィルタ３９が設けられている。サプライポンプ３６は、燃料タンク３８からフィルタ３９を介して燃料を吸入する。また、これとともに、サプライポンプ３６は、エンジン１の出力軸であるクランク軸からの回転駆動力を受けてプランジャを往復運動させ、燃料圧力を要求される圧力にまで高め、高圧燃料をコモンレール３４に供給している。

更に、サプライポンプ３６の吐出ポート３６ａ近傍には、圧力制御弁４０が設けられている。この圧力制御弁４０は、吐出ポート３６ａからコモンレール３４へ吐出される燃料圧力（すなわち噴射圧力）を制御するためのものである。この圧力制御弁４０が開かれることにより、吐出ポート３６ａから吐出されない分の余剰燃料が、サプライポンプ３６に設けられたリターンポート３６ｃからリターン配管（戻し流路）４１を経て燃料タンク３８へと戻されるようになっている。

以上の如く、燃料タンク３８、サプライポンプ３６、コモンレール３４、インジェクタ３２を主要構成部材としてエンジン１の燃料供給系が構成されている。

また、上記エンジン１の燃焼室３には、グロープラグ４２が配設されている。このグロープラグ４２は、エンジン１の始動直前にグローリレー４２ａに電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置である。

尚、エンジン１のクランク軸には、このクランク軸の回転に同期して回転するロータが設けられ、このロータの外周面に形成された凸部を検出してその回転速度に対応したパルス信号を出力する電磁ピックアップからなる回転数センサ４４が設けられている。この回転数センサ４４の出力は、エンジン１の回転数の算出に寄与する信号としてＥＣＵ２０に取り込まれる。

上記ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびバックアップＲＡＭ、タイマーやカウンタ等を備え、これらと、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を含む外部入力回路および外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される。

このように構成されたＥＣＵ２０は、各種センサの検出信号を、外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１の燃料噴射等についての基本制御等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０には、上述した吸入空気量センサ８によって検出される吸入空気量情報や吸気温センサ１０によって検出される吸気温度情報をはじめ、アクセル開度センサ４６によって検出されるアクセル開度情報（アクセルペダルの踏み込み量情報）やＩＧ（イグニッション）スイッチ４８のオン・オフ情報、スタータスイッチ５０のオン・オフ情報、シリンダブロック２内のウォータジャケット２ａに設けられた冷却水温センサ５２によって検出される冷却水温度情報、トランスミッションに設けられたシフトポジションセンサ５４によって検出されるシフトポジション情報および車速センサ５６の信号により検出されている車速情報、インジェクタ３２から延びるリターン配管４１に設けられた燃温センサ５８により検出される燃料温度情報、上記リターンポート３６ｃ付近に設けられた燃温センサ５９により検出される燃料温度情報、コモンレール３４に設けられた燃圧センサ６０により検出される燃料の圧力（噴射圧力ＰＣ）情報等の情報も併せて取り込まれ、これら情報に基づいてエンジン１の運転状態に関する各種制御を実行するようになっている。

−微小燃料噴射量学習制御−
次に、本実施形態の特徴とする制御動作である微小燃料噴射量学習制御（微小噴射制御：微小Ｑ制御）についての複数の実施形態を説明する。

微小燃料噴射量学習制御としては、自動車の走行中であってエンジン無負荷時に行われるものと、自動車の工場出荷の際に行われるものとがあるが、本実施形態が対象とする微小燃料噴射量学習制御は、自動車の工場出荷の際に行われるものである。この微小燃料噴射量学習制御は、燃料噴射システムの個体差、例えばインジェクタ３２の個体差による噴射量（噴射特性）のばらつきに応じた学習値の初期値を取得するための制御である。つまり、目標とする微小燃料噴射量（微小燃料噴射量の指示値）と実際の微小燃料噴射量との間にずれを生じさせることのない学習値の初期値を取得するための制御である。

この微小燃料噴射量学習制御では、インジェクタ３２への指令噴射量が零以下となる無噴射期間中に極少量の燃料を特定の気筒（ピストン１ｂが圧縮上死点付近にある気筒）に向けて噴射（単発噴射）し、この単発噴射に伴うエンジン運転状態の変化量を認識する。そして、正確に所定量の単発噴射が実行された場合のエンジン運転状態の変化量データと、実際に単発噴射を行った場合のエンジン運転状態の変化量とを比較し、そのずれ量に応じて学習値を取得して上記ＥＣＵ２０に記憶されている噴射量設定マップ（パイロット噴射量設定マップなど）のマップ値に学習値を反映させるようにしている。

ところが、従来の微小燃料噴射量学習制御にあっては、上記単発噴射が実行される前にエンジン回転数を高回転状態に保持する期間（高回転保持期間）が一律であったため、学習制御に要する時間が長くなるといった課題があった。

具体的に説明すると、この微小燃料噴射量学習制御では、図７を用いて既に説明したように、エンジン回転数を間欠的に上昇させる所謂レーシングを行いながら、トルク発生のための燃料噴射が要求されない期間（図７において学習期間として示した期間）に単発噴射を実行し、その際のエンジン運転状態の変化量に基づいて学習値を求めるようにしている。

つまり、学習対象コモンレール内圧（学習対象燃料圧力）が異なる各微小燃料噴射量学習制御では、先ず、コモンレール内圧を一時的に上昇させて（図７中の圧力Ｐ０（例えば１４０ＭＰａ）：以下、この圧力を学習初期基準コモンレール内圧と呼ぶ）、レーシングを実行する（このレーシングにおけるエンジン回転数は図中のＮ１）。

そして、その後、サプライポンプ３６からコモンレール３４内への燃料供給量を制限（調整）しながらエンジン回転数としては高回転状態を保持し（図中の高回転保持期間Ｔ０を参照）、コモンレール内圧を学習対象レール内圧に向けて降下させていく。本実施形態に係るエンジン１では、コモンレール３４に減圧弁が設けられていないため、各インジェクタ３２からの燃料噴射に伴ってコモンレール内圧が学習対象レール内圧に向けて降下していくことになる。

そして、エンジン１の高回転状態を所定時間だけ維持することでコモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に調整された後、それまでの気筒内への燃料噴射（比較的噴射量の多い燃料噴射）を停止する（無負荷減速状態にする）。これに伴いエンジン回転数が次第に低下していく。そして、この次第に低下していくエンジン回転数が所定回転数（エンジンストールに至ることのない許容下限回転数：図７における回転数Ｎ２）に低下するまでの期間中に複数回の単発噴射を実行し、その際のエンジン運転状態の変化量に基づいて学習値を求めていく。つまり、上述した如く、正確に所定量の単発噴射が実行された場合のエンジン運転状態の変化量データと、実際に単発噴射を行った場合のエンジン運転状態の変化量とを比較し、そのずれ量に応じて、現コモンレール内圧における微小燃料噴射に対する学習値を求める。

このような動作において、従来では、上記単発噴射が実行される前にエンジン回転数を高回転状態に保持する期間（高回転保持期間）が一律（図７における時間Ｔ０）であったため、学習制御に要する期間が長くなっていた。

以下の各実施形態は、この点に鑑み、学習対象とするコモンレール内圧（以下、学習対象コモンレール内圧と呼ぶ）に応じて高回転保持期間を可変とするようにしている。具体的には、学習対象コモンレール内圧が高いほど、つまり、学習初期基準コモンレール内圧と学習対象コモンレール内圧との圧力差が小さいほど、高回転保持期間を短く設定するようにしている（高回転保持期間変更手段による高回転保持期間の設定変更動作）。

（第１実施形態）
本実施形態は、予めＲＯＭに記憶された「高回転保持期間マップ」に従って、学習対象コモンレール内圧に応じて高回転保持期間を設定するようにしている。図２は、この高回転保持期間マップの一例を示している。この高回転保持期間マップでは、学習対象コモンレール内圧（目標コモンレール内圧）として、「４０ＭＰａ」、「６０ＭＰａ」、「８０ＭＰａ」、「１００ＭＰａ」、「１２０ＭＰａ」が設定されており、それぞれに対して、高回転保持期間を、「１．２ｓｅｃ」、「１．０ｓｅｃ」、「０．８ｓｅｃ」、「０．７ｓｅｃ」、「０．６ｓｅｃ」に規定している。つまり、学習対象コモンレール内圧が高いほど高回転保持期間を短く設定するようにしている。これら値はこれに限定されるものではなく、エンジン１の排気量や気筒数などに応じて適宜設定される。

これら学習対象コモンレール内圧と高回転保持期間との関係は、予め実験的または経験的に求められ、そのデータがＲＯＭに記憶されている。また、この高回転保持期間マップを、自動車の工場出荷の際にしか使用しない場合には、ＥＣＵ２０に接続されて学習制御の実行指令を発信する発信手段（ツール）に高回転保持期間マップを記憶させておき、このツールからの指令信号に応じて高回転保持期間を変更するようにしてもよい。

このようにして、本実施形態に係る微小燃料噴射量学習制御にあっては、学習対象コモンレール内圧が更新される度に、それに応じて高回転保持期間も更新されていきながらそれぞれの学習対象コモンレール内圧に対しての微小燃料噴射量学習制御が行われていくようになっている。

図３は、本実施形態における微小燃料噴射量学習制御の手順を示すフローチャートである。また、図４は、この微小燃料噴射量学習制御の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャートである。以下、図３及び図４に従って微小燃料噴射量学習制御について具体的に説明する。

先ず、学習制御を実行させるための指令（学習指令信号）を発信するツールを上記ＥＣＵ２０に接続し、燃料噴射量学習モードに移行させる。

この燃料噴射量学習モードに移行すると、先ず、ステップＳＴ１でコモンレール内圧の上昇動作と、エンジン回転数の上昇動作とが実行される。コモンレール内圧の上昇動作は、上記圧力制御弁４０を閉鎖するなどしてサプライポンプ３６からコモンレール３４への燃料供給量を増大させることにより実行される。一方、エンジン回転数の上昇動作は、例えばインジェクタ３２から燃焼室３内へ噴射される燃料噴射量（メイン噴射での噴射量）を増量させることにより実行される。これら動作により、コモンレール内圧は上記学習初期基準圧力（図４における圧力Ｐ０：例えば１４０ＭＰａ）まで上昇し、エンジン回転数は上記学習初期基準回転数（図４におけるＮ１：例えば５０００ｒｐｍ）まで上昇する。図４では、タイミングｔ１でコモンレール内圧が学習初期基準圧力に達し、且つエンジン回転数が学習初期基準回転数に達している。

その後、今回実施する微小燃料噴射量学習制御での学習対象コモンレール内圧を取得する。ここでは、第１回目の微小燃料噴射量学習制御であるので、複数の学習対象コモンレール内圧のうち最も低い圧力（図４における圧力Ｐ１：例えば４０ＭＰａ）とする。

ステップＳＴ３では、上記取得した学習対象コモンレール内圧を上記高回転保持期間マップに当て嵌めることで、その学習対象コモンレール内圧に対応する高回転保持期間を読み出す。図２に示す高回転保持期間マップの場合には、学習対象コモンレール内圧４０ＭＰａに対応する高回転保持期間として１．２ｓｅｃが読み出される。この高回転保持期間は、図４にあっては図中の期間Ｔ１に相当する。

ステップＳＴ４では、エンジン回転数が上記学習初期基準回転数まで上昇してからの経過時間が計測され、その経過時間が上記高回転保持期間（１．２ｓｅｃ＝Ｔ１）に達したか否かが判定される。これは、上記経過時間が高回転保持期間に達したことで、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧まで降下したか否かを判定する動作に相当する。つまり、上記高回転保持期間マップから求められる高回転保持期間は、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に降下するまでの期間を規定しているものである。

そして、上記経過時間が高回転保持期間に達してステップＳＴ４でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ５に移る。このステップＳＴ５では、それまでの気筒内への燃料噴射（上記学習初期基準回転数Ｎ１を維持するための比較的噴射量の多い燃料噴射）を停止し、単発噴射の実行による微小燃料噴射量学習を開始する（図４におけるタイミングｔ２）。つまり、それまでの気筒内への燃料噴射（比較的噴射量の多い燃料噴射）を停止することに伴いエンジン回転数が次第に低下していき、この次第に低下していくエンジン回転数が所定回転数（エンジンストールに至ることのない許容下限回転数：図４における回転数Ｎ２）に低下するまでの期間中（図４におけるＰ１を対象とする学習期間を参照）に複数回の単発噴射を実行し、その際のエンジン運転状態の変化量に基づいて学習値を求めていく。つまり、上述した如く、コモンレール内圧をＰ１（４０ＭＰａ）に設定した場合に、正確に所定量の単発噴射が実行された場合のエンジン運転状態の変化量データと、実際に単発噴射を行った場合のエンジン運転状態の変化量とを比較し、そのずれ量に応じて、現コモンレール内圧Ｐ１における微小燃料噴射に対する学習値を求める。

このような学習制御を行いながら、ステップＳＴ６では、上記回転数センサ４４によって検出されるエンジン回転数がアイドル回転数（Ｎ２：エンジンストールに至ることのない許容下限回転数）まで低下したか否かを判定し、アイドル回転数まで低下してステップＳＴ６でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ７に移る（図４におけるタイミングｔ３）。

ステップＳＴ７では、全ての学習対象コモンレール内圧（４０ＭＰａ、６０ＭＰａ、８０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１２０ＭＰａの全ての学習対象コモンレール内圧）に対して学習が終了したか否かを判定する。ここでは、第１回目の学習制御、つまり、学習対象コモンレール内圧Ｐ１（４０ＭＰａ）に対しての学習制御しか終了していないので、このステップＳＴ７ではＮＯ判定され、ステップＳＴ８に移って学習対象コモンレール内圧を変更する。ここでは、学習対象コモンレール内圧をＰ２（６０ＭＰａ）に変更し、ステップＳＴ１に戻る。

次に、学習対象コモンレール内圧をＰ２（６０ＭＰａ）とした燃料噴射量学習制御に移る。上述した場合と同様に、コモンレール内圧の上昇動作と、エンジン回転数の上昇動作とが実行され（ステップＳＴ１）、今回実施する微小燃料噴射量学習制御での学習対象コモンレール内圧Ｐ２（６０ＭＰａ）を取得し（ステップＳＴ２）、この取得した学習対象コモンレール内圧を上記高回転保持期間マップに当て嵌めて、その学習対象コモンレール内圧に対応する高回転保持期間を読み出す（ステップＳＴ３）。この場合、高回転保持期間としては、１．０ｓｅｃが読み出される。つまり、上述した学習対象コモンレール内圧をＰ１（４０ＭＰａ）とした学習制御よりも高回転保持期間は短く設定される。

そして、エンジン回転数が上記学習初期基準回転数まで上昇してからの経過時間（図中のタイミングｔ４からの経過時間）が計測され、その経過時間が上記高回転保持期間（１．０ｓｅｃ＝Ｔ２）に達したか否かが判定される（ステップＳＴ４）。上記経過時間が高回転保持期間に達すると（図中のタイミングｔ５）、それまでの気筒内への燃料噴射（比較的噴射量の多い燃料噴射）を停止し、単発噴射の実行による微小燃料噴射量学習を開始する（ステップＳＴ５）。そして、この微小燃料噴射量学習制御中にエンジン回転数がアイドル回転数（Ｎ２）まで低下（ステップＳＴ６でＹＥＳ判定）すると（図中のタイミングｔ６）、ステップＳＴ７及びステップＳＴ８を経て、学習対象コモンレール内圧をＰ３（８０ＭＰａ）に変更し、ステップＳＴ１に戻る。

このような動作を、学習対象コモンレール内圧が１２０ＭＰａとされ、その学習制御が終了するまで繰り返す。

これにより、学習対象コモンレール内圧が高く設定されていくに従って高回転保持期間が短く設定されていきながら（学習対象コモンレール内圧がＰ３（８０ＭＰａ）のときは高回転保持期間がＴ３（０．８ｓｅｃ）、学習対象コモンレール内圧がＰ４（１００ＭＰａ）のときは高回転保持期間がＴ４（０．７ｓｅｃ）、学習対象コモンレール内圧がＰ５（１２０ＭＰａ）のときは高回転保持期間がＴ５（０．６ｓｅｃ））、各学習対象コモンレール内圧に対する学習制御が行われていく。

そして、学習対象コモンレール内圧を１２０ＭＰａとした学習制御が終了すると、全ての学習対象コモンレール内圧に対して学習が終了したと判定され（ステップＳＴ７でＹＥＳ判定され）、微小燃料噴射量学習制御を終了する。これにより、各学習対象コモンレール内圧それぞれに対し、目標微小燃料噴射量とインジェクタ３２への通電時間（開弁時間）との関係が気筒別（インジェクタ別）にそれぞれ記憶されたパイロット噴射量設定マップが作成されることになる。

尚、上述の如く求められた学習値は、パイロット噴射だけでなく、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等に対する学習値としても利用することが可能である。

ここで、パイロット噴射は、インジェクタ３２からのメイン噴射（主噴射）に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作であって、着火直前の燃料と空気との混合を促進させると共に、メイン噴射後の着火時期の遅れを短縮してＮＯｘの発生を抑制するための燃料噴射である。プレ噴射は、メイン噴射後に安定した拡散燃焼に導くための噴射動作である。アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。ポスト噴射は、排気系に燃料を直接的に導入して触媒の昇温を図るための噴射動作である。

以上説明してきたように、本実施形態によれば、学習対象コモンレール内圧が高く、学習初期基準圧力との圧力差が小さい場合には、短時間のうちにコモンレール内圧は学習対象コモンレール内圧に到達することに鑑み、学習初期基準圧力と学習対象コモンレール内圧との圧力差が小さい場合には、早期に高回転保持状態を解除して、微小量の燃料噴射による学習制御に移行することを可能にしている。従来では、学習初期基準圧力と学習対象コモンレール内圧との圧力差に関わらず、高回転保持期間が一律であったため（図７における高回転保持期間Ｔ０を参照）、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に到達しているにも拘わらず高回転保持状態を継続させており無駄な時間を生じていた。本実施形態では、この無駄な時間を無くすべく、学習初期基準圧力と学習対象コモンレール内圧との圧力差が小さいほど、つまり、早期に学習対象コモンレール内圧に到達できる状況であるほど高回転保持期間を短く設定している。このため、上記無駄な時間が無くなる分だけ、学習制御に要する時間を短縮化することができる。

（変形例）
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。上述した第１実施形態では、１回の学習期間中に全ての気筒（例えば４気筒）に対して学習値が取得できる場合について説明した。本変形例では、学習動作を２回繰り返すことで全ての気筒に対しての学習値が取得できる場合について説明する。

図５（ａ）は、本発明を適用した場合における、微小燃料噴射量学習制御の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャートである。

これに対し、図５（ｂ）は、従来の微小燃料噴射量学習制御（高回転保持期間が一律である場合）の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャートである。

これらの図から明らかなように、本発明を適用したものでは、従来例のものに比べて学習制御に要する時間を大幅に短縮化することができる。

本変形例では、学習動作を２回繰り返すことで全ての気筒に対しての学習値が取得できる場合について、本発明を適用した場合と従来例のものとを比較したが、学習動作を３回以上繰り返すことで全ての気筒に対しての学習値が取得できる場合については、この両者が学習制御に要する時間の差は更に大きくなり、本発明の効果をより顕著に発揮することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、予め記憶された高回転保持期間マップに従って、学習対象コモンレール内圧に応じた高回転保持期間を設定していた。本実施形態では、コモンレール内圧をモニタしておき、このコモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に達した時点で高回転保持期間を終了させるようにしたものである。エンジン１の構成及び主たる制御動作は第１実施形態のものと同一であるので、ここでは第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

上述の如く、本実施形態では、コモンレール内圧をモニタしておき、このコモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に達した時点で高回転保持期間を終了させるようにしている。具体的には、上記コモンレール３４に設けられた燃圧センサ（燃料圧力検知手段）６０によってコモンレール内圧を検出し、その検出されたコモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に達した時点で高回転保持期間を終了させるようにしている。

図６は、本実施形態における微小燃料噴射量学習制御の手順を示すフローチャートである。以下、この図６に従って微小燃料噴射量学習制御について具体的に説明する。

燃料噴射量学習制御が開始されると、先ず、ステップＳＴ１でコモンレール内圧の上昇動作と、エンジン回転数の上昇動作とが実行される。コモンレール内圧の上昇動作は、上記第１実施形態の場合と同様に、上記圧力制御弁４０を閉鎖するなどしてサプライポンプ３６からコモンレール３４への燃料供給量を増大させることにより実行される。一方、エンジン回転数の上昇動作は、例えばインジェクタ３２から燃焼室３内へ噴射される燃料噴射量を増量させることにより実行される。これら動作により、コモンレール内圧は上記学習初期基準圧力まで上昇し、エンジン回転数は上記学習初期基準回転数まで上昇する。

その後、ステップＳＴ９において、上記コモンレール３４に設けられた燃圧センサ６０によってコモンレール内圧を検出し、その検出されたコモンレール内圧が、今回の学習制御で対象とする学習対象コモンレール内圧まで降下したか否かを判定する。

そして、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧まで降下し、ステップＳＴ９でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ５に移る。このステップＳＴ５では、それまでの気筒内への燃料噴射を停止し、単発噴射の実行による微小燃料噴射量学習を開始する。このようにして微小燃料噴射量学習が開始された後の動作（ステップＳＴ６〜ステップＳＴ８）は上述した第１実施形態の場合と同一であるので、ここでの説明は省略する。

本実施形態においても、学習対象コモンレール内圧が高く、学習初期基準圧力との圧力差が小さい場合には、短時間のうちにコモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に到達することになるため、学習初期基準圧力と学習対象コモンレール内圧との圧力差が小さい場合には、早期に高回転保持状態を解除して、微小量の燃料噴射による学習制御に移行することができる。従来では、学習初期基準圧力と学習対象コモンレール内圧との圧力差に関わらず、高回転保持期間が一律であったため（図７における高回転保持期間Ｔ０を参照）、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に到達しているにも拘わらず高回転保持状態を継続させており無駄な時間を生じていた。本実施形態では、この無駄な時間を無くすべく、コモンレール内圧が学習対象コモンレール内圧に到達した時点で高回転保持期間を終了させている。このため、高回転保持期間が短くなり、上記無駄な時間が無くなる分だけ、学習制御に要する時間を短縮化することができる。

−他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、コモンレール式筒内直噴型多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンに適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも本発明は適用可能である。更には、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものでもない。

また、上述した各実施形態では、自動車の工場出荷の際に行われる微小燃料噴射に対する学習制御に本発明を適用した場合について説明した。つまり、燃料噴射システムが車両に搭載された状態での学習制御を対象とするものであった。本発明は、これに限らず、燃料噴射システムまたはインジェクタ３２が車両に搭載されていない状態で上記学習値を取得するための学習制御に対しても適用が可能である。

実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。 第１実施形態における高回転保持期間マップの一例を示す図である。 第１実施形態に係る微小燃料噴射量学習制御の手順を示すフローチャート図である。 第１実施形態に係る微小燃料噴射量学習制御の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャート図である。 第１実施形態の変形例に係る微小燃料噴射量学習制御の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャート図である。 第２実施形態に係る微小燃料噴射量学習制御の手順を示すフローチャート図である。 従来例に係る微小燃料噴射量学習制御の実行中におけるエンジン回転数とコモンレール内圧との変化を示すタイミングチャート図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２０ ＥＣＵ
３２ インジェクタ（燃料噴射弁）
３４ コモンレール

Claims (4)

1. 燃料噴射弁に供給する燃料圧力を学習対象燃料圧力よりも高い所定の学習初期基準圧力まで高めると共に内燃機関の回転数を比較的高回転である学習初期基準回転数まで高めておき、この内燃機関の高回転状態を保持しながら燃料圧力を上記学習対象燃料圧力まで降下させた状態で内燃機関を無負荷減速状態にし、この無負荷減速状態において特定の気筒内に燃料噴射弁から微小量の燃料噴射を行い、その燃料噴射に伴う内燃機関の運転状態の変化から目標微小燃料噴射量に対する実微小燃料噴射量の偏差に基づく学習値を取得する燃料噴射量学習制御を実行する内燃機関の燃料噴射量学習制御装置において、
   上記学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差が小さいほど、内燃機関の高回転保持期間を短く設定する高回転保持期間変更手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量学習制御装置。
2. 上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射量学習制御装置において、
   上記高回転保持期間変更手段は、内燃機関の高回転保持期間を、燃料圧力が学習初期基準圧力から学習対象燃料圧力に降下するまでの期間に一致する期間として予め設定していることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量学習制御装置。
3. 上記請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射量学習制御装置において、
   燃料噴射弁に供給する燃料圧力を検知可能な燃料圧力検知手段が配設されており、
   上記高回転保持期間変更手段は、上記燃料圧力検知手段からの出力を受け、燃料噴射弁に供給する燃料圧力が学習対象燃料圧力まで下降した時点で内燃機関の高回転保持期間を終了させるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量学習制御装置。
4. 上記請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射量学習制御装置において、
   内燃機関は、コモンレール式のディーゼルエンジンであり、上記燃料噴射弁に供給する燃料圧力はコモンレール内圧であって、上記高回転保持期間変更手段は、このコモンレール内圧における上記学習初期基準圧力と学習対象燃料圧力との圧力差が小さいほど、内燃機関の高回転保持期間を短く設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射量学習制御装置。

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