JP5382006B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

燃料噴射制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5382006B2
JP5382006B2 JP2011003391A JP2011003391A JP5382006B2 JP 5382006 B2 JP5382006 B2 JP 5382006B2 JP 2011003391 A JP2011003391 A JP 2011003391A JP 2011003391 A JP2011003391 A JP 2011003391A JP 5382006 B2 JP5382006 B2 JP 5382006B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
injection
pressure
fuel
waveform
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011003391A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012145020A (ja
Inventor
豊盛 立木
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Priority to JP2011003391A priority Critical patent/JP5382006B2/ja
Publication of JP2012145020A publication Critical patent/JP2012145020A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5382006B2 publication Critical patent/JP5382006B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2464Characteristics of actuators
    • F02D41/2467Characteristics of actuators for injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2409Addressing techniques specially adapted therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2438Active learning methods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602Fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402Multiple injections

Description

本発明は、燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサを備えた燃料噴射システムに適用される、燃料噴射制御装置に関するものである。
特許文献1〜3等には、燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を燃圧センサで検出することで、燃料噴射に伴い生じた圧力変化(燃圧波形)を検出し、検出した燃圧波形に基づき噴射特性値を算出して学習する発明が開示されている。例えば、検出した燃圧波形から、噴射率上昇に伴い生じた圧力降下量ΔP(図2参照)を検出し、その圧力降下量ΔPから最大噴射率(噴射特性値)を算出する。そして、このように算出した各種の噴射特性値を学習し、その学習値に基づき燃料噴射弁の作動を制御する。これによれば、噴射特性値の経年変化を加味して噴射制御することができる。
しかし、例えば噴射量指令値が同じであっても、その時の内燃機関の運転状態(例えば多段噴射における噴射間のインターバル、気筒内圧力、噴射開始直前の燃料圧力、スロットルバルブ開度、EGR量、過給圧等)が異なると燃圧波形が異なってくるので、逐次変化する運転状態の影響を受けて燃圧波形が噴射毎に変動する場合がある。この場合、上述の噴射特性値を学習してしまうと、言ってみれば経年変化とは別の要因(運転状態の変化)も含んで学習を行ってしまうことになる。そうすると、純粋に燃料噴射弁の経年変化のみに基づく学習以外の学習も行われるため、噴射特性値の学習値が逐次変動してしまい、制御が不安定になる。
特開2009−103063号公報 特開2010−3004号公報 特開2010−223184号公報
上述した制御が不安定になる問題に対し、本発明者は、前記運転状態が所定の基準値になっていた時の燃圧波形に基づき、噴射特性値を算出して学習することを検討した。これによれば、経年変化とは別の要因(運転状態の変化)で噴射特性値の学習値が逐次変動することを抑制できるので、上記問題は解消される。
しかしながら、この検討による手法では、運転状態が基準値になった時にしか噴射特性値を学習できないので、噴射特性値の学習頻度が著しく低下してしまい、経年変化を加味した噴射制御が損なわれる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、制御の安定性向上と噴射特性値の学習頻度向上の両立を図った燃料噴射制御装置を提供することにある。
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。
第1の発明では、燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサと、前記燃圧センサの検出値に基づき、噴射に伴い生じた圧力変化を燃圧波形として検出する燃圧波形検出手段と、を備える燃料噴射システムに適用され、内燃機関の運転状態を表した状態値が所定範囲内になった時に、前記所定範囲内に設定された基準値に前記状態値を合わせるよう、前記運転状態を強制的に変更する強制変更手段と、前記強制変更手段による強制変更を実施している時に検出した前記燃圧波形に基づき、前記噴射特性値を算出して学習する噴射特性値学習手段と、を備えることを特徴とする。
これによれば、状態値が基準値になっている時に検出した燃圧波形に基づき噴射特性値を算出して学習するので、経年変化とは別の要因(運転状態の変化)で噴射特性値の学習値が逐次変動することを抑制できる。よって、その学習値に基づき燃料噴射弁の作動を制御するにあたり、当該制御が不安定になることを抑制できる。
しかも、状態値を基準値に合わせるよう運転状態を強制的に変更して噴射特性値を学習するので、成り行きで状態値が基準値に一致した時に学習する場合に比べて、噴射特性値の学習頻度を十分に高めることができる。
さらに、上記発明によれば以下の懸念を解消できる。すなわち、上記強制変更を実施して運転状態が大きく変化すると、内燃機関の出力トルクが急変したり内燃機関の作動音が急変したりして、運転者に違和感を与えることが懸念される。これに対し上記発明では、状態値が所定範囲内に変化した時に強制変更を実施するので、強制変更の実施により運転状態が大きく変化することを回避でき、上記懸念を解消できる。
第2の発明では、前記状態値は、多段噴射における噴射間のインターバル、噴射開始時の気筒内圧力、噴射開始直前の燃料圧力のいずれかであることを特徴とする。
ここで、内燃機関の運転状態を表した状態値の具体例としては、上記インターバル、気筒内圧力、噴射開始直前の燃料圧力の他にも、スロットルバルブ開度、EGR量、過給圧等が挙げられる。しかし、これらの状態値の中でも特にインターバル、気筒内圧力、噴射開始直前の燃料圧力については、その状態値が僅かに変化するだけで燃圧波形が大きく変化するので、運転状態(状態値)が逐次変化することに伴い燃圧波形が噴射毎に変動する、といった先述の問題が顕著に現れる。そのため、これらの状態値を基準値に合わせて学習する上記発明によれば、制御の安定性向上及び学習頻度の向上といった先述の効果が好適に発揮される。
第3の発明では、降下波形を直線に近似した降下近似直線、及び上昇波形を直線に近似した上昇近似直線を算出する直線近似手段と、前記燃圧波形のうち前記降下波形が現れる直前の特定期間における波形に基づき、基準圧力を算出する基準圧力算出手段と、前記降下近似直線及び前記上昇近似直線の交点圧力と前記基準圧力との圧力差に基づき最大噴射率を算出する最大噴射率算出手段と、噴射率上昇に伴い生じた圧力降下量を検出する圧力降下量検出手段と、前記圧力降下量検出手段により検出された圧力降下量が前記燃料噴射弁の経年変化に伴い変化する度合いを表した、経年変化指数を算出する経年変化指数算出手段と、前記経年変化指数に基づき、前記最大噴射率算出手段により算出される最大噴射率を補正する補正手段と、を備え、前記噴射特性値学習手段は、前記強制変更を実施している時に検出した前記圧力降下量に基づき、前記経年変化指数を前記噴射特性値として算出して学習することを特徴とする。
ここで、上記特許文献1,2には、噴射率上昇に伴い生じた圧力降下量(燃圧波形)に基づき最大噴射率(噴射特性値)を算出して学習する旨が記載されている。しかし、インターバル等の運転状態に応じて圧力降下量は噴射毎に逐次異なる値になるため、最大噴射率の算出値が運転状態に応じて逐次変動するので、このように算出した最大噴射率に基づき噴射制御を実施すると、その制御が不安定になる。
この問題は、上記発明により次のように解消される。すなわち、図2に例示する降下近似直線Lα及び上昇近似直線Lβとの交点圧力Pαβと基準圧力Pbaseとの圧力差ΔPγは最大噴射率Rmaxと相関が高く、しかも、圧力差ΔPγの算出に用いる降下波形及び上昇波形は、インターバル等の運転状態に応じて生じる圧力降下量ΔPの逐次変動の影響を殆ど受けない。したがって、圧力降下量ΔPの逐次変動の影響を大きく受けることなく最大噴射率Rmaxを算出できるようになるので、噴射制御の安定性が損なわれるといった先述の問題を解消できる。
但し、噴射指令信号が同じであっても、燃料噴射弁が経年劣化することに伴い圧力差ΔPγと最大噴射率Rmaxとの相関は変化していく。しかしながら、圧力差ΔPγの算出に用いる降下波形及び上昇波形は、このような経年劣化の影響を殆ど受けないので、経年劣化を加味した最大噴射率Rmaxを算出することができない。
この問題に対しては、上記発明によりのように解消される。すなわち、圧力降下量ΔPが経年変化する度合い(経年変化指数)を算出し、算出した経年変化指数に基づき、圧力差ΔPγから算出した最大噴射率を補正する。そのため、経年劣化を加味した最大噴射率Rmaxに補正できる。
要するに、運転状態に応じて逐次変動する圧力降下量ΔPの影響を殆ど受けない降下近似直線Lα及び上昇近似直線Lβを用いて最大噴射率Rmaxを算出することで、噴射制御の安定性向上を図り、その一方で、経年変化の影響が顕著に現れる圧力降下量ΔPを用いて最大噴射率Rmaxを補正することで、経年変化を加味した噴射制御を実現可能にする。
但し、噴射間インターバル等の運転状態(状態値)が僅かに変化するだけで圧力降下量ΔPは大きく変化する。この問題に対し、上記発明によれば、前記状態値を基準値に合わせた時の燃圧波形における圧力降下量に基づき、経年変化指数を噴射特性値として算出して学習するので、制御の安定性向上及び経年変化指数(噴射特性値)の学習頻度の向上といった先述の効果が好適に発揮される。
第4第6の発明では、噴射開始直前の燃料圧力が所定圧力以上である時に検出した燃圧波形、又は、多段噴射にかかる前段噴射数が所定数以下である時に検出した燃圧波形、又は、多段噴射にかかる前段噴射数との噴射間インターバルが所定時間以上である時に検出した燃圧波形に基づき、前記噴射特性値を算出することを特徴とする。
噴射開始直前の燃料圧力が高圧であるほど燃圧波形の振幅が大きくなるので、燃圧波形から噴射特性値を算出するにあたり、その算出精度を向上できる。また、前段噴射数が少ないほど、或いは噴射間インターバルが長いほど、燃圧波形が受ける前段噴射の脈動の影響が小さくなるので前記算出精度を向上できる。そのため、上記発明によれば、燃圧波形から噴射特性値を算出するその算出精度を向上できる。
第7の発明では、前記強制変更手段による強制変更を、所定噴射回数又は所定時間継続して実施したら、当該強制変更を終了させることを特徴とする。
ここで、上記強制変更を実施すると、排気エミッションが僅かに悪化することとなる。これに対し上記発明では、所定噴射回数又は所定時間継続して強制変更を実施したら当該強制変更を終了させるので、学習に必要な時間だけ強制変更を実施させることができる。よって、強制変更により排気エミッションが悪化する期間を必要最小限にできる。
本発明の第1実施形態にかかる内燃機関制御装置が適用される、燃料噴射システムの概略を示す図である。 噴射指令信号に対応する噴射率および燃圧の変化を示す図である。 第1実施形態において、噴射率パラメータの学習及び噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図である。 第1実施形態において、噴射率パラメータの算出手順を示すフローチャートである。 噴射時燃圧波形Wa、非噴射時燃圧波形Wu、噴射波形Wbを示す図である。 インターバル(状態値)の変化に伴い圧力降下量ΔP(噴射特性値)が変化する様子を示す図である。 第1実施形態において、強制変更の実施手順を示すフローチャート。 図4の処理で用いる補正比Kaの算出手順を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態において、噴射開始時期(状態値)の変化に伴い圧力降下量ΔP(噴射特性値)が変化する様子を示す図である。 本発明の第3実施形態において、噴射開始直前の燃料圧力(状態値)の変化に伴い圧力降下量ΔP(噴射特性値)が変化する様子を示す図である。
以下、本発明に係る制御装置を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。以下に説明する制御装置は、車両用のエンジン(内燃機関)に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒#1〜#4について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。
(第1実施形態)
図1は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁10、各々の燃料噴射弁10に搭載された燃圧センサ20、及び車両に搭載された電子制御装置であるECU30等を示す模式図である。
先ず、燃料噴射弁10を含むエンジンの燃料噴射システムについて説明する。燃料タンク40内の燃料は、燃料ポンプ41によりコモンレール42(蓄圧容器)に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁10(#1〜#4)へ分配供給される。複数の燃料噴射弁10(#1〜#4)は、予め設定された順番で燃料の噴射を順次行う。
なお、燃料ポンプ41にはプランジャポンプが用いられているため、プランジャの往復動に同期して燃料は圧送される。また、燃料タンク40から燃料ポンプ41(プランジャ)への燃料供給量を調量弁41aが調節する。したがって、調量弁41aによる供給量を調節するようECU30が調量弁41aの作動を制御すれば、燃料ポンプ41からコモンレール42への燃料圧送量を制御でき、コモンレール42内の圧力を目標圧力に制御することができる。
燃料噴射弁10は、以下に説明するボデー11、ニードル形状の弁体12及びアクチュエータ13等を備えて構成されている。ボデー11は、内部に高圧通路11aを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔11bを形成する。弁体12は、ボデー11内に収容されて噴孔11bを開閉する。
ボデー11内には弁体12に背圧を付与する背圧室11cが形成されており、高圧通路11a及び低圧通路11dは背圧室11cと接続されている。高圧通路11a及び低圧通路11dと背圧室11cとの連通状態は制御弁14により切り替えられており、電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ13へ通電して制御弁14を図1の下方へ押し下げ作動させると、背圧室11cは低圧通路11dと連通して背圧室11c内の燃料圧力は低下する。その結果、弁体12へ付与される背圧力が低下して弁体12はリフトアップ(開弁作動)する。これにより、弁体12のシート面12aがボデー11のシート面11eから離座して、噴孔11bから燃料が噴射される。
一方、アクチュエータ13への通電をオフして制御弁14を図1の上方へ作動させると、背圧室11cは高圧通路11aと連通して背圧室11c内の燃料圧力は上昇する。その結果、弁体12へ付与される背圧力が上昇して弁体12はリフトダウン(閉弁作動)する。これにより、弁体12のシート面12aがボデー11のシート面11eに着座して、噴孔11bからの燃料噴射が停止される。
したがって、ECU30がアクチュエータ13への通電を制御することで、弁体12の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール42から高圧通路11aへ供給された高圧燃料は、弁体12の開閉作動に応じて噴孔11bから噴射される。
燃圧センサ20は、各々の燃料噴射弁10に搭載されており、以下に説明するステム21(起歪体)及び圧力センサ素子22等を備えて構成されている。ステム21はボデー11に取り付けられており、ステム21に形成されたダイヤフラム部21aが高圧通路11aを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。圧力センサ素子22はダイヤフラム部21aに取り付けられており、ダイヤフラム部21aで生じた弾性変形量に応じて圧力検出信号をECU30へ出力する。
ECU30は、アクセルペダルの操作量やエンジン負荷、エンジン回転速度NE等に基づき目標噴射状態(例えば噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等)を算出する。例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度に対応する最適噴射状態を噴射状態マップにして記憶させておく。そして、現状のエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づき、噴射状態マップを参照して目標噴射状態を算出する。そして、算出した目標噴射状態に対応する噴射指令信号t1、t2、Tq(図2(a)参照)を、後に詳述する噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmaxに基づき設定し、燃料噴射弁10へ出力することで燃料噴射弁10の作動を制御する。
また、燃圧センサ20の検出値に基づき、噴射に伴い生じた燃料圧力の変化を燃圧波形(図2(c)参照)として検出し、検出した燃圧波形に基づき燃料の噴射率変化を表した噴射率波形(図2(b)参照)を演算して噴射状態を検出する。そして、検出した噴射率波形(噴射状態)を特定する噴射率パラメータRα,Rβ,Rmaxを学習するとともに、噴射指令信号(パルスオン時期t1、パルスオフ時期t2及びパルスオン期間Tq)と噴射状態との相関関係を特定する噴射率パラメータtd,teを学習する。
具体的には、燃圧波形のうち、噴射開始に伴い燃圧降下を開始する変曲点P1から降下が終了する変曲点P2までの降下波形を、最小二乗法等により直線に近似した降下近似直線Lαを算出する。そして、降下近似直線Lαのうち基準値Bαとなる時期(LαとBαの交点時期LBα)を算出する。この交点時期LBαと噴射開始時期R1とは相関が高いことに着目し、交点時期LBαに基づき噴射開始時期R1を算出する。例えば、交点時期LBαよりも所定の遅れ時間Cαだけ前の時期を噴射開始時期R1として算出すればよい。
また、燃圧波形のうち、噴射終了に伴い燃圧上昇を開始する変曲点P3から降下が終了する変曲点P5までの上昇波形を、最小二乗法等により直線に近似した上昇近似直線Lβを算出する。そして、上昇近似直線Lβのうち基準値Bβとなる時期(LβとBβの交点時期LBβ)を算出する。この交点時期LBβと噴射終了時期R4とは相関が高いことに着目し、交点時期LBβに基づき噴射終了時期R4を算出する。例えば、交点時期LBβよりも所定の遅れ時間Cβだけ前の時期を噴射終了時期R4として算出すればよい。
次に、降下近似直線Lαの傾きと噴射率増加の傾きとは相関が高いことに着目し、図2(b)に示す噴射率波形のうち噴射増加を示す直線Rαの傾きを、降下近似直線Lαの傾きに基づき算出する。例えば、Lαの傾きに所定の係数を掛けてRαの傾きを算出すればよい。同様にして、上昇近似直線Lβの傾きと噴射率減少の傾きとは相関が高いので、噴射率波形のうち噴射減少を示す直線Rβの傾きを、上昇近似直線Lβの傾きに基づき算出する。
次に、噴射率波形の直線Rα,Rβに基づき、噴射終了を指令したことに伴い弁体12がリフトダウンを開始する時期(閉弁作動開始時期R23)を算出する。具体的には、両直線Rα,Rβの交点を算出し、その交点時期を閉弁作動開始時期R23として算出する。また、噴射開始時期R1の噴射開始指令時期t1に対する遅れ時間(噴射開始遅れ時間td)を算出する。また、閉弁作動開始時期R23の噴射終了指令時期t2に対する遅れ時間(噴射終了遅れ時間te)を算出する。
また、降下近似直線Lα及び上昇近似直線Lβの交点に対応した圧力を交点圧力Pαβとして算出し、後に詳述する基準圧力Pbaseと交点圧力Pαβとの圧力差ΔPγを算出し、この圧力差ΔPγと最大噴射率Rmaxとは相関が高いことに着目し、圧力差ΔPγに基づき最大噴射率Rmaxを算出する。具体的には、圧力差ΔPγに相関係数Cγを掛けることで最大噴射率Rmaxを算出する。但し、圧力差ΔPγが所定値ΔPγth未満である小噴射の場合には、上述の如くRmax=ΔPγ×Cγとする一方で、ΔPγ≧ΔPγthである大噴射の場合には、予め設定しておいた値(設定値Rγ)を最大噴射率Rmaxとして算出する。
なお、上記「小噴射」とは、噴射率がRγに達する前に弁体12がリフトダウンを開始する態様の噴射を想定しており、シート面11e,12aで燃料が絞られて噴射量が制限されている時の噴射率が最大噴射率Rmaxとなる。一方、上記「大噴射」とは、噴射率がRγに達した後に弁体12がリフトダウンを開始する態様の噴射を想定しており、噴孔11bで燃料が絞られて噴射量が制限されている時の噴射率が最大噴射率Rmaxとなる。要するに、噴射指令期間Tqが十分に長く、最大噴射率に達した以降も開弁状態を継続させる場合においては、図2(b)に示す噴射率波形は台形となる。一方、最大噴射率に達する前に閉弁作動を開始させるような小噴射の場合には、噴射率波形は三角形となる。
以上により、燃圧波形から噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmaxを算出することができる。そして、これらの噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmaxの学習値に基づき、噴射指令信号(図2(a)参照)に対応した噴射率波形(図2(b)参照)を算出することができる。なお、このように算出した噴射率波形の面積(図2(b)中の網点ハッチ参照)は噴射量に相当するので、噴射率パラメータに基づき噴射量を算出することもできる。
図3は、これら噴射率パラメータの学習及び噴射指令信号の設定等の概要を示すブロック図であり、ECU30により機能する各手段31,32,33について以下に説明する。噴射率パラメータ算出手段31は、燃圧センサ20により検出された燃圧波形に基づき噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmaxを算出する。
学習手段32は、算出した噴射率パラメータをECU30のメモリに記憶更新して学習する。なお、噴射率パラメータは、その時の供給燃圧(コモンレール42内の圧力)に応じて異なる値となるため、供給燃圧又は後述する基準圧力Pbase(図2(c)参照)と関連付けて学習させることが望ましい。図3の例では、燃圧に対応する噴射率パラメータの値を噴射率パラメータマップMに記憶させている。
設定手段33(制御手段)は、現状の燃圧に対応する噴射率パラメータ(学習値)を、噴射率パラメータマップMから取得する。そして、取得した噴射率パラメータに基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号t1、t2、Tqを設定する。そして、このように設定した噴射指令信号にしたがって燃料噴射弁10を作動させた時の燃圧波形を燃圧センサ20で検出し、検出した燃圧波形に基づき噴射率パラメータ算出手段31は噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmaxを算出する。
要するに、噴射指令信号に対する実際の噴射状態(つまり噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmax)を検出して学習し、その学習値に基づき、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を設定する。そのため、実際の噴射状態に基づき噴射指令信号がフィードバック制御されることとなり、先述した経年劣化が進行しても、実噴射状態が目標噴射状態に一致するよう燃料噴射状態を高精度で制御できる。
次に、検出した燃圧波形(図2(c)参照)から噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmax(図2(b)参照)を算出する手順について、図4のフローチャートを用いて説明する。なお、図4に示す処理は、ECU30が有するマイクロコンピュータにより、燃料の噴射を1回実施する毎に実行される。なお、前記燃圧波形とは、所定のサンプリング周期で取得した、燃圧センサ20による複数の検出値の集合である。
先ず、図4に示すステップS10(燃圧波形検出手段)において、噴射率パラメータの算出に用いる燃圧波形であって、以下に説明する噴射波形Wb(補正後燃圧波形)を算出する。なお、以下の説明では、燃料噴射弁10から燃料を噴射させている気筒を噴射気筒(表気筒)、この噴射気筒が燃料を噴射しているときに燃料噴射させていない気筒を非噴射気筒(裏気筒)とし、かつ、噴射気筒に対応する燃圧センサ20を噴射時燃圧センサ、非噴射気筒に対応する燃圧センサ20を非噴射時燃圧センサと呼ぶ。
噴射時燃圧センサにより検出された燃圧波形である噴射時燃圧波形Wa(図5(a)参照)は、噴射による影響のみを表しているわけではなく、以下に例示する噴射以外の影響で生じた波形成分をも含んでいる。すなわち、燃料タンク40の燃料をコモンレール42へ圧送する燃料ポンプ41がプランジャポンプの如く間欠的に燃料を圧送するものである場合には、燃料噴射中にポンプ圧送が行われると、そのポンプ圧送期間中における噴射時燃圧波形Waは全体的に圧力が高くなった波形となる。つまり、噴射時燃圧波形Wa(図5(a)参照)には、噴射による燃圧変化を表した燃圧波形である噴射波形Wb(図5(c)参照)と、ポンプ圧送による燃圧上昇を表した燃圧波形(図5(b)中の実線Wu参照)とが含まれていると言える。
また、このようなポンプ圧送が燃料噴射中に行われなかった場合であっても、燃料を噴射した直後は、その噴射分だけ噴射システム内全体の燃圧が低下する。そのため、噴射時燃圧波形Waは全体的に圧力が低くなった波形となる。つまり、噴射時燃圧波形Waには、噴射による燃圧変化を表した噴射波形Wbの成分と、噴射システム内全体の燃圧低下を表した燃圧波形(図5(b)中の点線Wu’参照)の成分とが含まれていると言える。
そこで図4のステップS10では、非噴射気筒センサにより検出される非噴射時燃圧波形Wu(Wu’)はコモンレール内の燃圧(噴射システム内全体の燃圧)の変化を表していることに着目し、噴射気筒センサにより検出された噴射時燃圧波形Waから、非噴射気筒センサによる非噴射時燃圧波形Wu(Wu’)を差し引いて噴射波形Wbを演算している。なお、図2(c)に示す燃圧波形は噴射波形Wbである。
また、多段噴射を実施する場合には、前段噴射にかかる燃圧波形の脈動Wc(図2(c)参照)が燃圧波形Waに重畳する。特に、前段噴射とのインターバルが短い場合には、燃圧波形Waは脈動Wcの影響を大きく受ける。そこで、非噴射時燃圧波形Wu(Wu’)に加えて脈動Wcを燃圧波形Waから差し引く処理を実施して、噴射波形Wbを算出することが望ましい。
続くステップS11(基準圧力算出手段)では、噴射波形Wbのうち、噴射開始に伴い燃圧が降下を開始するまでの期間に対応する部分の波形である基準波形に基づき、その基準波形の平均燃圧を基準圧力Pbaseとして算出する。例えば、噴射開始指令時期t1から所定時間が経過するまでの期間TAに対応する部分を、基準波形として設定すればよい。或いは、降下波形の微分値に基づき変曲点P1を算出し、噴射開始指令時期t1から変曲点P1より所定時間前までの期間に相当する部分を基準波形として設定すればよい。
続くステップS12(直線近似手段)では、噴射波形Wbのうち、噴射率増大に伴い燃圧が降下していく期間に対応する部分の波形である降下波形に基づき、その降下波形の近似直線Lαを算出する。例えば、噴射開始指令時期t1から所定時間が経過した時点からの所定期間TBに対応する部分を、降下波形として設定すればよい。或いは、降下波形の微分値に基づき変曲点P1,P2を算出し、これら変曲点P1,P2の間に相当する部分を降下波形として設定すればよい。そして、降下波形を構成する複数の燃圧検出値(サンプリング値)から、最小二乗法により近似直線Lαを算出すればよい。或いは、降下波形のうち微分値が最小となる時点における接線を、近似直線Lαとして算出すればよい。
続くステップS13(直線近似手段)では、噴射波形Wbのうち、噴射率減少に伴い燃圧が上昇していく期間に対応する部分の波形である上昇波形に基づき、その上昇波形の近似直線Lβを算出する。例えば、噴射終了指令時期t2から所定時間が経過した時点からの所定期間TCに対応する部分を、上昇波形として設定すればよい。或いは、上昇波形の微分値に基づき変曲点P3,P5を算出し、これら変曲点P3,P5の間に相当する部分を上昇波形として設定すればよい。そして、上昇波形を構成する複数の燃圧検出値(サンプリング値)から、最小二乗法により近似直線Lβを算出すればよい。或いは、上昇波形のうち微分値が最大となる時点における接線を、近似直線Lβとして算出すればよい。
続くステップS14では、基準圧力Pbaseに基づき基準値Bα,Bβを算出する。例えば、基準圧力Pbaseより所定量だけ低い値を基準値Bα,Bβとして算出すればよい。なお、両基準値Bα,Bβを同じ値に設定する必要はない。また、前記所定量は基準圧力Pbaseの値や燃料温度等に応じて可変設定してもよい。
続くステップS15では、近似直線Lαのうち基準値Bαとなる時期(LαとBαの交点時期LBα)を算出する。この交点時期LBαと噴射開始時期R1とは相関が高いことに着目し、交点時期LBαに基づき噴射開始時期R1を算出する。例えば、交点時期LBαよりも所定の遅れ時間Cαだけ前の時期を噴射開始時期R1として算出すればよい。
続くステップS16では、近似直線Lβのうち基準値Bβとなる時期(LβとBβの交点時期LBβ)を算出する。この交点時期LBβと噴射終了時期R4とは相関が高いことに着目し、交点時期LBβに基づき噴射終了時期R4を算出する。例えば、交点時期LBβよりも所定の遅れ時間Cβだけ前の時期を噴射終了時期R4として算出すればよい。なお、上記遅れ時間Cα,Cβは、基準圧力Pbaseの値や燃料温度等に応じて可変設定してもよい。
続くステップS17では、近似直線Lαの傾きと噴射率増加の傾きとは相関が高いことに着目し、図2(b)に示す噴射率波形のうち噴射増加を示す直線Rαの傾きを、近似直線Lαの傾きに基づき算出する。例えば、Lαの傾きに所定の係数を掛けてRαの傾きを算出すればよい。なお、ステップS15で算出した噴射開始時期R1と当該ステップS17で算出したRαの傾きに基づき、噴射指令信号に対する噴射率波形の上昇部分を表した直線Rαを特定することができる。
さらにステップS17では、近似直線Lβの傾きと噴射率減少の傾きとは相関が高いことに着目し、噴射率波形のうち噴射減少を示す直線Rβの傾きを、近似直線Lβの傾きに基づき算出する。例えば、Lβの傾きに所定の係数を掛けてRβの傾きを算出すればよい。なお、ステップS16で算出した噴射終了時期R4と当該ステップS17で算出したRβの傾きに基づき、噴射指令信号に対する噴射率波形の降下部分を表した直線Rβを特定することができる。なお、上記所定の係数は、基準圧力Pbaseの値や燃料温度等に応じて可変設定してもよい。
続くステップS18では、ステップS17で算出した噴射率波形の直線Rα,Rβに基づき、噴射終了を指令したことに伴い弁体12がリフトダウンを開始する時期(閉弁作動開始時期R23)を算出する。具体的には、両直線Rα,Rβの交点を算出し、その交点時期を閉弁作動開始時期R23として算出する。
続くステップS19では、ステップS15で算出した噴射開始時期R1の噴射開始指令時期t1に対する遅れ時間(噴射開始遅れ時間td)を算出する。また、ステップS18で算出した閉弁作動開始時期R23の噴射終了指令時期t2に対する遅れ時間(噴射終了遅れ時間te)を算出する。なお、噴射終了遅れ時間teとは、噴射終了を指令した時期t2から、制御弁14の作動を開始する時期までの遅れ時間のことである。要するにこれらの遅れ時間td,teは、噴射指令信号に対する噴射率変化の応答遅れを表すパラメータであり、他にも、噴射開始指令時期t1から最大噴射率到達時期R2までの遅れ時間、噴射終了指令時期t2から噴射率低下開始R3までの遅れ時間、噴射終了指令時期t2から噴射終了時期R4までの遅れ時間等が挙げられる。
続くステップS20では、基準圧力Pbaseと交点圧力Pαβとの圧力差ΔPγが所定値ΔPγth未満であるか否かを判定する。ΔPγ<ΔPγthと判定された場合(S20:YES)には、次のステップS21(最大噴射率算出手段)において、先述した小噴射であるとみなして、圧力差ΔPγに基づき最大噴射率Rmaxを算出する(Rmax=ΔPγ×Cγ)。一方、ΔPγ≧ΔPγthと判定された場合(S20:NO)には、次のステップS22(最大噴射率算出手段)において、予め設定しておいた値(設定値Rγ)を最大噴射率Rmaxとして算出する。続くステップS23(補正手段)では、ステップS21又はS22で算出した最大噴射率Rmaxに後述する補正比Ka(経年変化指数)を掛けることで、最大噴射率Rmaxを補正する。
次に、上記ステップS23による補正の技術的意義を説明する。
噴射指令期間Tqが同じであっても、検出される燃圧波形は経年変化により異なってくる。例えば、噴孔11bにデポジット等の異物が堆積して噴射量が減少するといった経年劣化が進行すると、図2(c)に示す圧力降下量ΔPは小さくなっていく。また、シート面11e,12aが磨耗して噴射量が増大するといった経年劣化が進行すると、圧力降下量ΔPは大きくなっていく。なお、圧力降下量ΔPとは、噴射率上昇に伴い生じた検出圧力の降下量のことであり、例えば、基準圧力Pbaseから変曲点P2までの圧力降下量、又は、変曲点P1から変曲点P2までの圧力降下量のことである。
要するに、噴射指令期間Tqが同じであっても、経年劣化により噴孔面積が縮小していくことに伴い、最大噴射率Rmaxが低下して圧力降下量ΔPも低下していく。また、経年劣化により噴孔面積が拡大することに伴い、最大噴射率Rmaxが増大して圧力降下量ΔPも増大していく。
ここで、図4のステップS20〜S22による最大噴射率Rmaxの算出手法では、インターバルや気筒内圧力等の状態(内燃機関の運転状態)に応じて圧力降下量ΔPが逐次変動することの影響を受けないように、降下近似直線Lα及び上昇近似直線Lβに基づき最大噴射率Rmaxを算出している。そして、例えば圧力降下量ΔPが低くなるように燃圧波形が経年変化していっても、近似直線Lα,Lβは大きくは変化しない。そのため、最大噴射率Rmaxが経年変化しても、ステップS21,S22で算出される最大噴射率Rmaxには前記経年変化が加味されず、経年変化の進行に伴い最大噴射率Rmaxの算出精度が悪化することとなる。
そこで本実施形態では、実最大噴射率Rmaxの経年変化と圧力降下量ΔPの経年変化とは相関が高いことに着目し、圧力降下量ΔPの検出結果から実最大噴射率Rmaxの経年変化指数を推定し、推定した経年変化指数に基づき、図4のステップS21,S22で算出した最大噴射率Rmaxを補正している。
具体的には、噴射毎に圧力降下量ΔPを検出し、検出したΔPに所定の相関係数Gγを掛けて最大噴射率を噴射毎に算出する。以下の説明では、このように圧力降下量ΔPに基づき算出した最大噴射率をRmax(ΔP)と記載し、ステップS21,S22で算出した最大噴射率Rmaxとは区別する。そして、所定期間(例えば1トリップ)で検出した複数の最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値Rmax(ΔP)aveに基づき補正比Ka(経年変化指数)を算出し、当該補正比Kaを最大噴射率Rmaxに掛けることで補正する。
但し、最大噴射率Rmax(ΔP)の算出に用いる圧力降下量ΔPは、図7を用いて後述する強制変更を実施している時に検出された圧力降下量ΔPであることを条件とする。以下、このような条件を設定した技術的意義について説明する。
図6は、噴射間のインターバルの変化に対する圧力降下量ΔPの変化を示す図であり、噴射指令期間Tqや基準圧力Pbase等、インターバル以外の条件を同じにして圧力降下量ΔPを検出した試験結果である。この結果は、経年変化が同じであってもインターバルが異なれば圧力降下量ΔPが異なってくることを意味する。
そこで本実施形態では、インターバル(状態値)の指令値が所定範囲wint内になった時に、所定範囲wint内に設定された基準値にインターバルを合わせるよう、インターバルの指令値を強制的に変更する。そして、強制変更時に検出した圧力降下量ΔP(噴射特性値)に基づき、最大噴射率Rmax(ΔP)を算出して平均値Rmax(ΔP)aveを算出する。そして、この平均値Rmax(ΔP)aveに基づき補正比Ka(噴射特性値)を算出して学習する。
図7は、上述した強制変更の実施手順を示すフローチャートであり、ECU30が有するマイクロコンピュータにより、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行される。
先ず、図7に示すステップS30において、後述するステップS33で圧力降下量ΔPを検出した回数(ΔP取得数)が所定数未満であるか否かを判定する。ΔP取得数≧所定数と判定されれば(S30:NO)、平均値Rmax(ΔP)aveの算出に用いる圧力降下量ΔPのサンプリング数が十分であるとみなして、ステップS32(強制変更手段)による強制変更を実施することなく図7の処理を終了する。
一方、ΔP取得数<所定数と判定された場合(S30:YES)には、次のステップS31に進み、現時点での目標インターバルが所定範囲wint内であるか否かを判定する。なお、アクセルペダルの操作量やエンジン負荷、エンジン回転速度NE等に基づき目標噴射状態を算出することは先述した通りであるが、その目標噴射状態の1つが前記目標インターバルである。
目標インターバルが所定範囲wint内であると判定された場合(S31:YES)には、次のステップS32に進み、インターバルを基準値にするようインターバル指令値(前段噴射の噴射終了指令時期t2から今回噴射の噴射開始指令時期t1までの時間)を強制変更する。この強制変更では、前段噴射の噴射終了指令時期t2及び今回噴射の噴射開始指令時期t1の少なくとも一方を強制変更すればよいが、メイン噴射にかかる指令値はできるだけ変更させないようにして、目標燃焼状態に対する実燃焼状態のずれを小さくさせることが望ましい。また、ステップS32による強制変更は、複数気筒の各々に設けられた燃料噴射弁10のうち、特定の気筒の燃料噴射弁10についてのみ実施する。
続くステップS33(圧力降下量検出手段)では、ステップS32により強制変更した状態において、燃料を噴射する毎に圧力降下量ΔPを検出し、検出した圧力降下量ΔPに相関係数Gγを掛けて最大噴射率Rmax(ΔP)を算出する。
続くステップS34では、ステップS32による強制変更が所定時間継続して実施されたか否かを判定する。強制変更の実施時間が所定時間未満であれば(S34:NO)、ステップS32による強制変更を継続させ、ステップS33による圧力降下量ΔPの検出及び最大噴射率Rmax(ΔP)の算出を繰り返す。強制変更が所定時間実施されると(S34:YES)、次のステップS35にて強制変更を終了させ、目標インターバルとなるようインターバル指令値を復帰させる。
なお、ステップS34において、所定時間継続実施したか否かの判定に替え、強制変更の実施中に所定回数(例えば10回)だけ噴射が為されたか否かを判定するようにしてもよい。
図8は、補正比Kaの算出手順を示すフローチャートであり、ECU30が有するマイクロコンピュータにより、エンジンを始動操作する毎、或いはエンジンを停止操作する毎に繰り返し実行される。
先ず、図8に示すステップS40において、図7のステップS33で算出した最大噴射率Rmax(ΔP)であって、運転者がエンジンを始動操作してから停止操作するまでの期間(1トリップ期間)に算出した複数の最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値Rmax(ΔP)aveを算出する。
続くステップS41(経年変化指数算出手段)では、最大噴射率Rmax(ΔP)の学習値に対する平均値Rmax(ΔP)aveの割合である経年劣化率K(経年変化指数)を算出する(K=Rmax(ΔP)ave/Rmax(ΔP)学習値)。つまり、算出した経年劣化率Kが1より小さければ、噴孔11bが閉塞して噴射量が少なくなる劣化が進行していると言える。一方、算出した経年劣化率Kが1より大きければ、噴孔11bの磨耗やシート面11e,12aの損傷等により噴射量が多くなる劣化が進行していると言える。
続くステップS42では、ステップS41で算出した経年劣化率Kが、2トリップ連続で上限閾値以上又は下限閾値以下になったか否かを判定する。そして、経年劣化率Kが2トリップ連続で閾値を超えたと判定された場合(S42:YES)には、次のステップS43(経年変化指数算出手段、噴射特性値学習手段)に進み、補正比Kaの前回値に経年劣化率Kを掛けて算出した値を、補正比Kaの更新値(経年変化指数)として学習する。また、次のステップS44において、最大噴射率Rmax(ΔP)の学習値を、ステップS40で算出したRmax(ΔP)aveに更新する。
以上により、本実施形態によれば、降下近似直線Lα及び上昇近似直線Lβの交点圧力Pαβと基準圧力Pbaseとの圧力差ΔPγは、インターバルや気筒内圧力等の環境条件の影響を殆ど受けず、しかも実最大噴射率Rmaxとの相関が高いことに着目し、この圧力差ΔPγに基づき最大噴射率Rmaxを算出する。そのため、算出した最大噴射率Rmaxがインターバルや気筒内圧力等の運転状態の影響により逐次変動することを回避しつつ、最大噴射率Rmaxを高精度で算出できる。よって、このように算出された最大噴射率Rmaxの学習値(噴射率パラメータ)に基づき噴射指令信号t1、t2、Tqを設定して、燃料噴射弁10をフィードバック制御する本実施形態によれば、目標噴射状態に対して実噴射状態が大きくハンチングすることを抑制しつつ、フィードバック制御の安定性を向上できる。
また、本実施形態では、圧力降下量ΔPと最大噴射率Rmaxとの相関が高いことにも着目して、所定期間(1トリップ期間)に検出した複数の圧力降下量ΔPに対して最大噴射率Rmax(ΔP)を算出し、その最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値Rmax(ΔP)aveに基づき補正比Kaを算出する。そして、上述した圧力差ΔPγから算出した最大噴射率Rmaxを、補正比Kaを用いて補正するので、経年劣化を加味した最大噴射率Rmaxに補正できる。
さらに本実施形態では、補正比Kaの算出に用いる最大噴射率Rmax(ΔP)を、インターバルが基準値になっている時に検出した圧力降下量ΔPに基づき算出するので、経年変化とは別の要因(インターバル(状態値)の変化)で補正比Kaの学習値が逐次変動することを抑制できる。よって、噴射制御が不安定になることを抑制できる。
しかも、インターバルを基準値に合わせるよう強制変更した時の圧力降下量ΔPに基づき、最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値Rmax(ΔP)aveを算出するので、成り行きでインターバルが基準値に一致した時に学習する場合に比べて、最大噴射率Rmax(ΔP)のサンプリング数を多くでき、平均値Rmax(ΔP)aveの算出精度を向上できる。よって、補正比Kaの算出精度を向上できる。
さらに、本実施形態によれば、インターバルが所定範囲wint内であることを条件として、所定範囲wint内に設定した基準値に強制変更するので、エンジンの出力トルクが急変したりエンジンの作動音が急変したりすることを抑制でき、強制変更することが原因で運転者に違和感を与えることを抑制できる。また、強制変更が所定時間継続したら強制変更を終了させるので、最大噴射率Rmax(ΔP)のサンプリング数が、平均値Rmax(ΔP)aveを高精度で算出するのに十分な数になった時点で、強制変更を終了させることができ、強制変更により排気エミッションが悪化する期間を必要最小限にできる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態ではインターバル(状態値)を基準値に合わせるよう強制変更しているのに対し、本実施形態では、燃料の噴射開始時期を基準値に合わせるよう強制変更する。
ここで、噴射開始時の気筒内圧力が高いほど噴射されにくくなるので、燃圧波形に表れる圧力降下量ΔPが小さくなる。そして、圧縮行程の上死点TDCに対する噴射開始時期の位相に応じて、噴射開始時の気筒内圧力は異なってくる。したがって、噴射開始時期を基準値に合わせるよう強制変更するということは、噴射開始時の気筒内圧力を基準値に合わせることを意味する。
図9は、噴射開始時期の変化に対する圧力降下量ΔPの変化を示す図であり、噴射指令期間Tqや基準圧力Pbase等、噴射開始時期以外の条件を同じにして圧力降下量ΔPを検出した試験結果である。この結果は、経年変化が同じであっても噴射開始時の気筒内圧力が異なれば圧力降下量ΔPが異なってくることを意味する。
そこで本実施形態では、燃料の噴射開始時期(状態値)の指令値が所定範囲wint内になった時に、所定範囲wang内に設定された基準値に噴射開始時期を合わせるよう、噴射開始時期の指令値(噴射開始指令時期t1)を強制的に変更する。そして、強制変更時に検出した圧力降下量ΔPに基づき、最大噴射率Rmax(ΔP)を算出して平均値Rmax(ΔP)aveを算出する。そして、この平均値Rmax(ΔP)aveに基づき補正比Ka(噴射特性値)を算出して学習する。なお、強制変更の実施手順は図7と同じである。
以上により、本実施形態によれば、噴射開始時期を基準値に合わせるよう強制変更した時の圧力降下量ΔPに基づき、最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値Rmax(ΔP)aveを算出するので、成り行きで噴射開始時期が基準値に一致した時に学習する場合に比べて、最大噴射率Rmax(ΔP)のサンプリング数を多くでき、平均値Rmax(ΔP)aveの算出精度を向上できる。よって、補正比Kaの算出精度を向上できる。
さらに、本実施形態によれば、噴射開始時期が所定範囲wang内であることを条件として、所定範囲wang内に設定した基準値に強制変更するので、エンジンの出力トルクが急変したりエンジンの作動音が急変したりすることを抑制でき、強制変更することが原因で運転者に違和感を与えることを抑制できる。また、強制変更が所定時間継続したら強制変更を終了させるので、強制変更により排気エミッションが悪化する期間を必要最小限にできる。
(第3実施形態)
上記第1実施形態ではインターバル(状態値)を基準値に合わせるよう強制変更しているのに対し、本実施形態では、基準圧力Pbaseを基準値に合わせるよう強制変更する。なお、基準圧力Pbaseはコモンレール42内の圧力(レール圧)で決まるものであり、そのレール圧は、調量弁41aにより目標レール圧となるよう制御されている。つまり、本実施形態では、裏気筒の燃圧波形Wuに基づき実レール圧を検出し、検出した実レール圧を基準値に合わせるように調量弁41aを制御することで、基準圧力Pbaseを基準値に合わせる強制変更を実施する。
図10は、基準圧力Pbaseの変化に対する圧力降下量ΔPの変化を示す図であり、噴射指令期間Tqや噴射開始時期等、基準圧力Pbase以外の条件を同じにして圧力降下量ΔPを検出した試験結果である。この結果は、経年変化が同じであっても基準圧力Pbaseが異なれば圧力降下量ΔPが異なってくることを意味する。
そこで本実施形態では、目標レール圧(状態値)が所定範囲w1〜w7のいずれかになった時に、各々の所定範囲w1〜w7内に設定された基準値に実レール圧を合わせるよう、調量弁41aの制御内容を強制変更する。そして、強制変更時に検出した圧力降下量ΔPに基づき、最大噴射率Rmax(ΔP)を算出して平均値Rmax(ΔP)aveを算出する。そして、この平均値Rmax(ΔP)aveに基づき補正比Ka(噴射特性値)を算出して学習する。なお、強制変更の実施手順は図7と同じである。
なお、上記第1実施形態では、強制変更時に検出した全ての圧力降下量ΔPを平均して、補正比Kaの算出に用いる平均値Rmax(ΔP)aveを算出しているが、本実施形態の如く所定範囲w1〜w7及び基準値を複数設定している場合には、基準値毎に平均値を算出し、これらの平均値に、基準値毎の圧力降下量ΔPのサンプリング数に応じて重み付けをする。そして、これら重み付けされた値の平均値を、経年劣化率Kの算出に用いる平均値Rmax(ΔP)aveとして算出する。
以上により、本実施形態によれば、基準圧力Pbaseを基準値に合わせるよう強制変更した時の圧力降下量ΔPに基づき、最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値Rmax(ΔP)aveを算出するので、成り行きで基準圧力Pbaseが基準値に一致した時に学習する場合に比べて、最大噴射率Rmax(ΔP)のサンプリング数を多くでき、平均値Rmax(ΔP)aveの算出精度を向上できる。よって、補正比Kaの算出精度を向上できる。
さらに、本実施形態によれば、基準圧力Pbaseが所定範囲w1〜w7内であることを条件として、所定範囲w1〜w7内に設定した基準値に強制変更するので、エンジンの出力トルクが急変したりエンジンの作動音が急変したりすることを抑制でき、強制変更することが原因で運転者に違和感を与えることを抑制できる。また、強制変更が所定時間継続したら強制変更を終了させるので、強制変更により排気エミッションが悪化する期間を必要最小限にできる。
(第4実施形態)
上記第1実施形態では、算出した全ての圧力降下量ΔP(つまり最大噴射率Rmax(ΔP))を平均値Rmax(ΔP)aveの算出に用いているが、本実施形態では、以下に説明する条件の時に検出された圧力降下量ΔPに基づき算出した最大噴射率Rmax(ΔP)を、平均値Rmax(ΔP)aveの算出に用いる。
すなわち、基準圧力Pbaseが所定圧力以上である高圧時に検出された圧力降下量ΔPであること、多段噴射にかかる前段噴射数が所定数以下(例えば1段又は前段噴射無し)である時に検出された圧力降下量ΔPであること、インターバルが所定時間以上である時に検出された圧力降下量ΔPであること、等が上記条件として挙げられる。
基準圧力Pbaseが高圧であるほど燃圧波形の振幅が大きくなるので、燃圧波形から圧力降下量ΔPを検出して経年変化指数(補正比Ka)を算出するにあたり、その算出精度を向上できる。また、前段噴射数が少ないほど、或いは噴射間インターバルが長いほど、燃圧波形が受ける前段噴射の脈動Wcの影響が小さくなるので前記算出精度を向上できる。
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
・上記第1実施形態では、1トリップ期間で検出した複数の圧力降下量ΔPを用いて、補正比Kaの算出に用いる平均値Rmax(ΔP)aveを算出しているが、車両が所定の距離だけ走行する期間で検出した複数の圧力降下量ΔPを用いるように変更してもよいし、エンジンの運転時間が所定時間経過する期間で検出した複数の圧力降下量ΔPを用いるように変更してもよい。
・上記第1実施形態では、燃料噴射弁10の経年変化に伴い圧力降下量ΔPが変化する度合いを表した「経年変化指数」を、最大噴射率Rmax(ΔP)の学習値に対する平均値Rmax(ΔP)aveの割合(経年劣化率K又は補正比Ka)としている。これに対し、最大噴射率Rmax(ΔP)の学習値と平均値Rmax(ΔP)aveとの差分である経年変化量を、前記「経年変化指数」としてもよい。
・上記実施形態では、補正比Ka(経年変化指数)に基づき最大噴射率Rmaxを補正しているが、経年劣化率Kに基づき最大噴射率Rmaxを補正してもよい。この場合、経年劣化率Kが経年変化指数に相当する。また、圧力降下量ΔPの経年変化量や、最大噴射率Rmax(ΔP)の経年変化量に基づき最大噴射率Rmaxを補正してもよい。この場合、これらの経年変化量が経年変化指数に相当する。
・上記第1実施形態では、最大噴射率Rmax(ΔP)の算出に用いる圧力降下量ΔP、及びその最大噴射率Rmax(ΔP)の平均値から算出される経年変化指数(補正比Ka)を、噴射特性値学習手段にかかる噴射特性値としているが、噴射特性値は経年変化指数に限られるものではなく、例えば、噴射指令信号及び燃圧波形から噴射状態を特定するのに要する各種の噴射率パラメータtd,te,Rα,Rβ,Rmaxを、噴射特性値学習手段にかかる噴射特性値としてもよい。
・上記第1実施形態では、強制変更実施時の圧力降下量ΔP(燃圧波形)に基づき噴射特性値を算出して学習しているが、強制変更実施時の燃圧波形であれば圧力降下量ΔPに限られるものではなく、例えば、強制変更実施時の、降下波形、上昇波形、各種変曲点P1,P2,P3,P5の出現時期、これら変曲点の噴射指令信号に対する応答遅れ時間等に基づき、噴射特性値を算出して学習してもよい。
・上記各実施形態では、強制変更の対象となる状態値として、インターバル、噴射開始時期(気筒内圧力)、基準圧力Pbaseを例示してきたが、これらの他にも、スロットルバルブ開度、EGR量、過給圧等の状態値を強制変更の対象としてもよい。
・上記第1実施形態では、1トリップ期間で検出した複数の圧力降下量ΔPを用いて、補正比Kaの算出に用いる平均値Rmax(ΔP)aveを算出しているが、車両が所定の距離だけ走行する期間で検出した複数の圧力降下量ΔPを用いるように変更してもよいし、エンジンの運転時間が所定時間経過する期間で検出した複数の圧力降下量ΔPを用いるように変更してもよい。
・上記第1実施形態では、燃料噴射弁10の経年変化に伴い圧力降下量ΔPが変化する度合いを表した「経年変化指数」を、最大噴射率Rmax(ΔP)の学習値に対する平均値Rmax(ΔP)aveの割合(経年劣化率K又は補正比Ka)としている。これに対し、最大噴射率Rmax(ΔP)の学習値と平均値Rmax(ΔP)aveとの差分である経年変化量を、前記「経年変化指数」としてもよい。
・上記実施形態では、補正比Ka(経年変化指数)に基づき最大噴射率Rmaxを補正しているが、経年劣化率Kに基づき最大噴射率Rmaxを補正してもよい。この場合、経年劣化率Kが経年変化指数に相当する。また、圧力降下量ΔPの経年変化量や、最大噴射率Rmax(ΔP)の経年変化量に基づき最大噴射率Rmaxを補正してもよい。この場合、これらの経年変化量が経年変化指数に相当する。
・図1に示す上記実施形態では、燃圧センサ20を燃料噴射弁10に搭載しているが、コモンレール42の吐出口42aから噴孔11bに至るまでの燃料供給経路内に燃圧センサを配置してもよい。よって、例えばコモンレール42と燃料噴射弁10とを接続する高圧配管42bに燃圧センサを搭載してもよい。また、コモンレール42に燃圧センサ20を配置してもよいし、燃料ポンプ41の吐出口からコモンレール42にいたるまでの燃料供給経路内に燃圧センサを配置してもよい。
10…燃料噴射弁、20…燃圧センサ、42…コモンレール(蓄圧容器)、Ka…補正比(経年変化指数)、S10…燃圧波形検出手段、S11…基準圧力算出手段、S12,S13…直線近似手段、S21,S22…最大噴射率算出手段、S23…補正手段、S32…強制変更手段、S33…圧力降下量検出手段、S43…経年変化指数算出手段(噴射特性値学習手段)。

Claims (6)

  1. 燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサと、
    前記燃圧センサの検出値に基づき、噴射に伴い生じた圧力変化を燃圧波形として検出する燃圧波形検出手段と、
    を備える燃料噴射システムに適用され、
    内燃機関の運転状態を表した状態値が所定範囲内になった時に、前記所定範囲内に設定された基準値に前記状態値を合わせるよう、前記運転状態を強制的に変更する強制変更手段と、
    前記強制変更手段による強制変更を実施している時に検出した前記燃圧波形に基づき、燃料の噴射特性値を算出して学習する噴射特性値学習手段と、
    を備え
    前記状態値は、多段噴射における噴射間のインターバル、噴射開始時の気筒内圧力、噴射開始直前の燃料圧力のいずれかであり、
    前記燃圧波形のうち、燃料の噴射率上昇に伴い圧力降下する期間の波形を降下波形、燃料の噴射率降下に伴い圧力上昇する期間の波形を上昇波形とした場合に、前記降下波形を直線に近似した降下近似直線、及び前記上昇波形を直線に近似した上昇近似直線を算出する直線近似手段と、
    前記燃圧波形のうち前記降下波形が現れる直前の特定期間における波形に基づき、基準圧力を算出する基準圧力算出手段と、
    前記降下近似直線及び前記上昇近似直線の交点に対応した圧力である交点圧力を算出し、その交点圧力と前記基準圧力との圧力差に基づき最大噴射率を算出する最大噴射率算出手段と、
    噴射率上昇に伴い生じた圧力降下量を検出する圧力降下量検出手段と、
    前記圧力降下量検出手段により検出された圧力降下量が前記燃料噴射弁の経年変化に伴い変化する度合いを表した、経年変化指数を算出する経年変化指数算出手段と、
    前記経年変化指数に基づき、前記最大噴射率算出手段により算出される最大噴射率を補正する補正手段と、
    を備え、
    前記噴射特性値学習手段は、前記強制変更を実施している時に検出した前記圧力降下量に基づき、前記経年変化指数を前記噴射特性値として算出して学習することを特徴とする燃料噴射制御装置。
  2. 燃料噴射弁へ供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサと、
    前記燃圧センサの検出値に基づき、噴射に伴い生じた圧力変化を燃圧波形として検出する燃圧波形検出手段と、
    を備える燃料噴射システムに適用され、
    内燃機関の運転状態を表した状態値が所定範囲内になった時に、前記所定範囲内に設定された基準値に前記状態値を合わせるよう、前記運転状態を強制的に変更する強制変更手段と、
    前記強制変更手段による強制変更を実施している時に検出した前記燃圧波形に基づき、燃料の噴射特性値を算出して学習する噴射特性値学習手段と、
    前記燃圧波形のうち、燃料の噴射率上昇に伴い圧力降下する期間の波形を降下波形、燃料の噴射率降下に伴い圧力上昇する期間の波形を上昇波形とした場合に、前記降下波形を直線に近似した降下近似直線、及び前記上昇波形を直線に近似した上昇近似直線を算出する直線近似手段と、
    前記燃圧波形のうち前記降下波形が現れる直前の特定期間における波形に基づき、基準圧力を算出する基準圧力算出手段と、
    前記降下近似直線及び前記上昇近似直線の交点に対応した圧力である交点圧力を算出し、その交点圧力と前記基準圧力との圧力差に基づき最大噴射率を算出する最大噴射率算出手段と、
    噴射率上昇に伴い生じた圧力降下量を検出する圧力降下量検出手段と、
    前記圧力降下量検出手段により検出された圧力降下量が前記燃料噴射弁の経年変化に伴い変化する度合いを表した、経年変化指数を算出する経年変化指数算出手段と、
    前記経年変化指数に基づき、前記最大噴射率算出手段により算出される最大噴射率を補正する補正手段と、
    を備え、
    前記噴射特性値学習手段は、前記強制変更を実施している時に検出した前記圧力降下量に基づき、前記経年変化指数を前記噴射特性値として算出して学習することを特徴とする燃料噴射制御装置。
  3. 前記噴射特性値学習手段は、噴射開始直前の燃料圧力が所定圧力以上である時に検出した前記燃圧波形に基づき、前記噴射特性値を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料噴射制御装置。
  4. 前記噴射特性値学習手段は、多段噴射にかかる前段噴射数が所定数以下である時に検出した前記燃圧波形に基づき、前記噴射特性値を算出することを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
  5. 前記噴射特性値学習手段は、多段噴射にかかる前段噴射数との噴射間インターバルが所定時間以上である時に検出した前記燃圧波形に基づき、前記噴射特性値を算出することを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
  6. 前記強制変更手段による強制変更を、所定噴射回数又は所定時間継続して実施したら、当該強制変更を終了させることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
JP2011003391A 2011-01-11 2011-01-11 燃料噴射制御装置 Active JP5382006B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011003391A JP5382006B2 (ja) 2011-01-11 2011-01-11 燃料噴射制御装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011003391A JP5382006B2 (ja) 2011-01-11 2011-01-11 燃料噴射制御装置
DE102012100069.7A DE102012100069B4 (de) 2011-01-11 2012-01-05 Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012145020A JP2012145020A (ja) 2012-08-02
JP5382006B2 true JP5382006B2 (ja) 2014-01-08

Family

ID=46509757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011003391A Active JP5382006B2 (ja) 2011-01-11 2011-01-11 燃料噴射制御装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5382006B2 (ja)
DE (1) DE102012100069B4 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5886500B2 (ja) * 2012-11-14 2016-03-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射特性学習装置
CN104806428B (zh) * 2015-04-01 2017-03-01 浙江大学 一种漂浮摆波浪能发电装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4353270B2 (ja) * 2007-05-08 2009-10-28 株式会社デンソー 燃料噴射特性検出装置及びエンジン制御システム
JP4532532B2 (ja) * 2007-08-30 2010-08-25 トヨタ自動車株式会社 燃料噴射制御装置及び燃料噴射システム
JP4424395B2 (ja) * 2007-08-31 2010-03-03 株式会社デンソー 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP4577348B2 (ja) 2007-10-24 2010-11-10 株式会社デンソー 内燃機関制御装置及び内燃機関制御システム
JP4631937B2 (ja) 2008-06-18 2011-02-23 株式会社デンソー 学習装置及び燃料噴射システム
JP5052484B2 (ja) * 2008-11-17 2012-10-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射量学習制御装置
JP4737314B2 (ja) * 2009-03-25 2011-07-27 株式会社デンソー 燃料噴射状態検出装置
JP5110036B2 (ja) * 2009-05-22 2012-12-26 株式会社デンソー 内燃機関の燃料噴射制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012100069A1 (de) 2012-07-12
DE102012100069A8 (de) 2012-09-20
JP2012145020A (ja) 2012-08-02
DE102012100069B4 (de) 2018-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2378101B1 (en) Fuel injection device and adjustment method thereof
EP2031231B1 (en) Fuel injection control device
JP3849367B2 (ja) コモンレール式燃料噴射装置
US8150600B2 (en) Control device and control system of internal combustion engine
JP4416026B2 (ja) 蓄圧式燃料噴射システムの制御装置
JP4353256B2 (ja) 燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御システム
JP4075774B2 (ja) ディーゼル機関の噴射量制御装置
EP1660767B1 (en) Fuel injection system of internal combustion engine
US7765995B2 (en) Fuel injection device and fuel injection system
US7913666B2 (en) Method and device for controlling an injection valve of an internal combustion engine
EP1741913B1 (en) Engine fuel control system
US8543314B2 (en) Injection control device of internal combustion engine
JP4244683B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
US7845343B2 (en) Fuel injection control device and engine control system
US7792632B2 (en) Intake air quantity correcting device
US8539935B2 (en) Fuel injection device, fuel injection system, and method for determining malfunction of the same
US6722345B2 (en) Fuel injection system for internal combustion engine
US7552709B2 (en) Accumulator fuel injection apparatus compensating for injector individual variability
US7921707B2 (en) Exhaust gas recirculation distribution variation sensing device
EP2031227B1 (en) Fuel injection device and method for examining the same
EP1443198B1 (en) Fuel injection system
EP2028356B1 (en) Fuel injection control device
EP1990528B1 (en) Injection characteristic detection apparatus, control system, and method for the same
US8459234B2 (en) Fuel injection device, fuel injection system, and method for determining malfunction of the same
US8812215B2 (en) Fuel injection system for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120528

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130328

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130416

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130611

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130916

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5382006

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250