JP5928380B2 - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Description

本発明はエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
コモンレールに蓄圧された燃料を高圧管によって燃料噴射弁に導き、気筒への燃料噴射をエンジン運転状態に応じて1燃焼サイクルに複数回実行する燃料噴射制御装置が知られている。例えば、ディーゼルエンジンでは、エンジントルクを得るためのメイン噴射に先行して、燃料を微少量噴射して空気と混合させるパイロット噴射、或いは火種を生成するためのパイロット噴射が実行され、また、触媒での排気ガス浄化を促進すべく排気ガス温度を上昇させるためのポスト噴射が実行される。
このような燃料の所謂多段噴射においては、先行する前噴射によって燃料噴射圧の脈動が発生し、この脈動によって燃料噴射弁の噴孔を開閉する弁部材の作動が不安定になって、後噴射の実際の噴射量が目標噴射量からずれることが知られている。燃料噴射弁の噴孔が前噴射の終了に伴って閉じられると、それまで噴孔に向かっていた燃料の流れが急にせき止められる水撃作用によって脈動を生ずるものである。燃料噴射量が目標噴射量からずれると、燃費改善、NV(騒音・振動)の低減、NOxやスモークの低減等に不利になる。
上記燃料噴射圧の脈動による後噴射の噴射量のずれ対策として、特許文献1には、燃料噴射圧の脈動による噴射量の変動特性を減衰振動式で近似し、この減衰振動式に基づいて噴射量を補正することが記載されている。
具体的に説明すると、特許文献1では、噴射量の変動は、コモンレール圧脈動と、弁部材に燃料圧力を加える制御室圧脈動とによって生ずるとされている。コモンレール圧脈動による噴射量の変動特性を近似する減衰振動式と、弁部材に燃料圧力を加える制御室圧脈動による噴射量の変動特性を近似する減衰振動式とが線形結合されている。それら各減衰振動式における変数及び係数(振幅、減衰係数、周期及び位相)は、当該燃焼サイクルにおけるコモンレール圧、前噴射量、制御室容量等に基づいて決定するようにされている。例えば、噴射量の変動特性の振幅が大きいときに後噴射が開始されるときは、燃料噴射弁の駆動パルス幅(噴孔を開閉する弁部材の開弁時間)が短くされ、噴射量の変動特性の振幅が小さいときに後噴射が開始されるときは、上記駆動パルス幅が長くされる。
特開2009−275621号公報
しかし、各減衰振動式の変数及び係数を当該燃焼サイクルにおけるコモンレール圧、前噴射量、制御室容量等に基づいて決定する方式では、その変数及び係数を決定するために全ての噴射パターンを網羅する必要がある。そのため、制御定数が膨大な数になって適合工数が増大する。その結果、実用化が困難となり、噴射量の目標値からのずれを少なくするためには、前噴射による燃料噴射圧の脈動が弱まるまで前噴射と後噴射のインターバルを長くせざるを得ず、燃料の多段噴射による燃費、NV、NOx・スモークの改善(低減)を十分に図ることができない。
そこで、本発明は、上記燃料噴射圧の脈動による燃料噴射量のずれを、減衰振動式を利用して、定数及び適合工数の増加を抑制し実用的な範囲内で精度良く補正することができるようにする。
本発明では、上記課題を解決するために、基準となる減衰振動モデル式を設定し、このモデル式に設定した補正項を燃料噴射条件の変動に応じて変更することによって、噴射ずれ量の変動特性を求めるようにした。
ここに提示するエンジンの燃料噴射制御装置は、高圧状態で蓄えられた燃料をエンジンの気筒に噴射する燃料噴射弁を備え、エンジン運転状態に応じて上記燃料噴射弁による気筒への燃料噴射を1燃焼サイクルに複数回実行することを前提とする。
この燃料噴射制御装置は、エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する制御手段と、上記複数回の燃料噴射のうち先行する前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動による後噴射の目標噴射量からの噴射ずれ量の変動特性を推定する手段と、上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び/又は噴射時期を補正する補正手段とを備えている。
上記噴射ずれ量の変動特性推定手段は、所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの、前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる噴射ずれ量の変動特性に係る減衰振動モデル式を備え、この減衰振動モデル式の振幅、減衰係数、周波数及び位相の少なくとも一つに補正項が設定されており、該補正項を当該燃焼サイクルの噴射条件の変動に応じて変更することによって、上記噴射ずれ量の変動特性を求めるものであり、上記補正項として、少なくとも前噴射量の影響に係る補正項と後噴射量の影響に係る補正項とを備え、前噴射量及び後噴射量を各々の補正項に対応付けたデータに基づいて各補正項を決定することを特徴とする。
この燃料噴射制御装置によれば、噴射ずれ量の変動特性の推定にあたっては、基準となる減衰振動モデル式の補正項を当該燃焼サイクルの噴射条件の変動に応じて変更すればよく、減衰振動モデル式の基本パラメータ(振幅、減衰係数、周波数係数、周波数、位相)自体は変化させる必要がない。
例えば、噴射条件としての前噴射量や後噴射量が変動するとき、その変動によって噴射ずれ量の変動特性がどのように変わるかを把握すればよく、実用化にあたっての適合工数が少なくなるため、開発期間を大幅に短縮することができるとともに、噴射ずれ量の変動特性を精度良くとらえることが可能になる。よって、前噴射と後噴射のインターバルを短くしても噴射量を目標値からのずれが小さくなるように精度良く補正することが可能になり、燃費、NV、NOx・スモークの改善に有利になる。
好ましい態様では、上記減衰振動モデル式には、上記燃料を高圧状態で蓄える高圧室から上記燃料噴射弁の先端に至る間の各部において上記前噴射に伴って発生する複数の燃料噴射圧の脈動波形が合成して反映される。
例えば、燃料噴射弁と高圧室(コモンレール)とが高圧管によって接続されている場合、燃料噴射弁の先端で発生する水撃作用による圧力波が燃料噴射弁と高圧管の接続部で反射されて高周波の脈動が生ずる。また、その接続部を透過した圧力波が高圧管と高圧室との接続部で反射されて低周波の脈動が生じ、さらには、高圧室内で反射されてさらに低い周波数の脈動を生ずる。その場合、これら複数の脈動の合成波が噴射量に影響を及ぼすことになる。
このように周波数の異なる複数の脈動が生ずる場合でも、当該実施態様によれば、前噴射に伴って発生する複数の燃料噴射圧の脈動波形を合成して減衰振動モデル式に反映させるようにしたから、噴射量を精度良く補正することができる。
上記補正項は、当該燃料サイクルの噴射条件の変動に応じて、ルックアップテーブル又はデータマップにより決定することができる。好ましい態様では、上記噴射ずれ量の変動特性推定手段は、前噴射量と後噴射量を各々の上記補正項に対応付けたルックアップテーブル、又は上記補正項として前噴射量の影響に係る補正項と後噴射量の影響に係る補正項と上記高圧室の燃料圧力の影響に係る補正項を備え、前噴射量と後噴射量と上記高圧室の燃料圧力を各々の上記補正項に対応付けたデータマップに基づいて補正項を決定する。
このように噴射条件に応じた補正項データを実験又はシミュレーションにより求めておくことで、噴射ずれ量の変動特性の推測精度を向上させることができる。
好ましい態様では、上記補正手段は、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による噴射ずれ量を重み付け加算して後噴射の噴射量及び/又は噴射時期を補正する。後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各々による燃料噴射圧の脈動が後噴射における噴射量のずれに影響するが、先の前噴射による燃料噴射圧の脈動は次の前噴射による燃料噴射圧の脈動によって減衰されて影響が小さくなる。そこで、各前噴射による噴射ずれ量に重み付けしてそれらを加算するものである。これにより、噴射量を精度良く補正することができる。
好ましい態様では、上記補正手段は、上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて、後噴射の噴射時期を噴射ずれ量が小さくなるときに又は噴射ずれ量がゼロになるときに後噴射が開始されるように補正する。これにより、予定された正規の燃料噴射圧で又は正規の燃料噴射圧に近い圧力で後噴射を開始することができるため、その噴射量を目標噴射量に近づけやすくなる。
本発明によれば、所定の噴射条件下での前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる減衰振動モデル式を備え、該減衰振動モデル式に設定した補正項を噴射条件の変動に応じて変更することによって、上記燃料噴射圧の脈動による後噴射における噴射ずれ量の変動特性を推定するようにし、上記補正項として、少なくとも前噴射量の影響に係る補正項と後噴射量の影響に係る補正項とを備え、前噴射量及び後噴射量を各々の補正項に対応付けたデータに基づいて各補正項を決定するようにしたから、減衰振動モデル式の基本パラメータは変える必要がなく、実用化にあたっての適合工数が少なくなるため、開発期間を大幅に短縮することができるとともに、上記補正項によって噴射ずれ量の変動特性を精度良くとらえることができる。よって、前噴射と後噴射のインターバルを短くしても後噴射量を目標値からのずれが小さくなるように精度良く補正することができ、燃費、NV、NOx・スモークの改善に有利になる。
エンジンの燃料噴射制御装置の全体構成図である。 前噴射による燃料噴射圧の脈動の説明図である。 燃料噴射圧の脈動と噴射ずれ量との関係を示すグラフ図である。 燃料噴射圧脈動波の重ね合わせの一例を示すグラフ図である。 燃料噴射圧脈動波の重ね合わせの別の例を示すグラフ図である。 前噴射量に応じて燃料噴射圧の脈動波形が変わることを示す図である。 後噴射量に応じて後噴射が燃料噴射圧の脈動の影響を受ける時間が変わることを示す図である。 減衰振動モデル式の補正項テーブルの作成方法の説明図である。 減衰振動モデル式の補正項テーブルを示す図である。 前噴射があるときの噴射ずれ量の脈動波の足し合わせを示す図である。 後噴射量補正制御のフロー図である。 後噴射量補正制御のサブルーチンのフロー図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
(燃料噴射制御装置の全体構成)
本実施形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置は、例えば自動車に搭載された4気筒ディーゼルエンジンに用いられる。図1に示す燃料噴射制御装置において、1はエンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁、2は燃料を高圧状態で蓄える高圧室としてのコモンレール、3は燃料噴射弁1とコモンレール2を結ぶ高圧管である。燃料タンク4の燃料が燃料供給ポンプ5で加圧されてコモンレール2に供給され高圧状態で蓄えられる。高圧状態の燃料がコモンレール2から高圧管3を通して燃料噴射弁1に供給される。当該燃料噴射制御装置は、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁1による気筒への燃料噴射を1燃焼サイクルに複数回実行する。
なお、図1では、一つの気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁1及び高圧管3を具体的に図示し、他の気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁1及び高圧管3は簡略に図示している。
燃料噴射弁1について説明する。燃料噴射弁1のボディ11にはボディ先端の噴孔12を開閉するニードル(弁部材)13が往復動自在に収容されている。ニードル13はスプリング14によって噴孔12を閉塞する方向に付勢されている。ボディ11には、噴孔12に通ずる燃料室15、ニードル13に噴孔閉塞方向の圧力を加えるための制御室16、並びに燃料室15及び制御室16に高圧燃料を分岐して供給する燃料通路17が形成されている。燃料通路17は制御室16に供給用オリフィス18を介して連通している。制御室16は燃料戻り通路19に戻り用オリフィス21を介して連通している。
また、燃料噴射弁1のボディ11には戻り用オリフィス21を開閉する制御弁22が往復動自在に設けられている。制御弁22はスプリング23によって戻り用オリフィス21を閉塞する方向に付勢されていて、ソレノイド24によって戻り用オリフィス21を開く方向に駆動される。燃料噴射弁1の燃料通路17に高圧管3の燃料通路25が接続されている。コモンレール2と高圧管3とはオリフィス26を介して接続されている。
ここに、ニードル13が燃料室15の燃料によって噴孔開放方向に受ける力をF1とし、制御室16の燃料によって噴孔閉塞方向に受ける力をF2とし、スプリング14による付勢力をF3として、燃料噴射弁1の作動を説明する。
ソレノイド24への通電がオフであるときは、制御弁22がスプリング23の付勢によって制御室16の戻り用オリフィス21を閉塞している。このときはF1<(F2+F3)となり、噴孔12はニードル13によって閉塞されている。ソレノイド24が励磁されると、制御弁22がスプリング23の付勢に抗して移動し、制御室16の戻り用オリフィス21が開放される。これにより、F2が小さくなるため、F1>(F2+F3)となり、ニードル13が噴孔12を開放し、噴孔12から燃料が噴射される。
ソレノイド24への通電の制御はECU27によりソレノイド駆動回路28を通じて行なわれる。ECU27は、マイクロコンピュータによって構成されており、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射弁1による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する制御手段、上記複数回の燃料噴射のうち後噴射に先行する前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による後噴射の噴射ずれ量の変動特性を推定する手段、並びに噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び/又は噴射時期を補正する補正手段として機能する。
そのため、ECU27には、エンジン回転数を検出する回転数センサ31、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度を検出するアクセルセンサ32、エンジンの吸入空気量を検出するセンサ33,エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ34、エンジンのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ35、コモンレール2の内部の燃料圧力(以下、「燃圧」という。)を検出する燃圧センサ36等の各検出信号が入力される。回転数センサ31及びアクセルセンサ32がエンジン運転状態を検出するセンサとして機能する。
(制御手段)
ECU27では、アクセル開度(エンジン負荷)とエンジン回転数に応じた目標トルクを記録した目標トルクマップ、並びにこの目標トルク、吸入空気量及びエンジン回転数に応じた燃料噴射量を記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納されている。通常は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて目標トルクが求められ、この目標トルクとエンジン回転数と吸入空気量とに基づいて燃料の主噴射量が求められ、主噴射量とコモンレール2の燃圧とに基づいて、燃料噴射弁1の励磁時間(開弁時間)が決定される。
上記ECU35のメモリには、目標トルク(又はアクセル開度)とエンジン回転数に応じて燃料の噴射パターン(噴射段数、噴射圧力、噴射時期、噴射量)を設定した噴射パターンマップが電子的に格納されており、目標トルクとエンジン回転数とに基づいて噴射パターンが選択される。例えば、主噴射に関しては、燃料を圧縮行程上死点付近で一括して噴射するか、2回に分割して噴射するか、3回に分割して噴射するかのいずれかが選択されるとともに、分割噴射の場合には、その途中の閉弁状態となる噴射インターバルを変更して、燃費性能や排気特性等が最適なものになるように燃焼が制御される。また、燃料予混合等のために主噴射前に実行されるパイロット噴射或いはプレ噴射、並びに、スモークの低減等のための主噴射後のポスト噴射に関しても、エンジンの運転状態に応じた噴射時期を設定した噴射時期マップ、並びにエンジンの運転状態に応じた噴射量を設定した噴射量マップが電子的に格納されており、それらマップに基づいて噴射時期及び噴射量が制御される。なお、パイロット噴射、プレ噴射、ポスト噴射が実行されるときは必要に応じて主噴射量が補正される。
(噴射ずれ量の変動特性推定手段)
図2に示すように、燃料費噴射弁1による燃料噴射が1燃焼サイクル中に複数回実行されるときは、先行する前噴射の終了に伴って(噴孔12が閉じられたときに)燃料噴射弁1の先端で水撃作用による圧力波が発生して燃料噴射圧の脈動を生ずる。この燃料噴射圧の脈動により、後噴射の噴射量に目標値からのずれを生ずる。
ここに、「後噴射」とは、1燃焼サイクルにおいて、先行する前噴射の後に実行される燃料噴射を意味する。例えば、パイロット噴射が実行されるときは、パイロット噴射が「前噴射」となり、主噴射が「後噴射」となる。或いは、主噴射が分割噴射されるときは、例えば、先行する第1段目の噴射が「前噴射」となり、2段目の噴射、或いは3段目の噴射が「後噴射」となる。或いは、ポスト噴射が実行されるときは、例えば、パイロット噴射や主噴射が「前噴射」となり、ポスト噴射が「後噴射」となる。また、当該噴射に先行する燃料噴射が複数あるときは、そのいずれもが前噴射となる。
図3は前噴射による燃料噴射圧の脈動の一例と、この脈動による後噴射での噴射ずれ量を示している。噴射ずれ量の波形は、前噴射によって発生する燃料噴射弁1の先端部分の燃料噴射圧の脈動波形と位相は異なるが相似の形状(減衰振動の波形)になっている。従って、前噴射による燃料噴射圧の脈動波形をとらえることで後噴射の噴射ずれ量の変動特性を推測することができる。
[燃料噴射圧の脈動波形について]
図3に示す燃料噴射圧の脈動波形は複雑な形になっているが、これは、複数の脈動波が重なっているためである。この点を典型例で具体的に説明する。
図1に示すように、燃料噴射弁1の燃料通路17と高圧管3の燃料通路25の径が異なる場合、燃料噴射弁1の先端で生ずる水撃作用による圧力波は燃料通路17と燃料通路25の接続部Aで反射する。そのため、燃料噴射弁1の先端と接続部Aの間(燃料通路17)で燃料噴射圧の脈動を生ずる。この脈動に係る波を「波1」とする。接続部Aを透過した圧力波は高圧管3とオリフィス26の接続部Bで反射する。そのため、燃料噴射弁1の先端と接続部Bの間(燃料通路17,25)で燃料噴射圧の脈動を生ずる。この脈動に係る波を「波2」とする。さらに、オリフィス26を通過した圧力波はコモンレール2内で反射するため、同様に燃料噴射弁1の先端との間で燃料噴射圧の脈動を生ずる。この脈動に係る波を「波3」とする。
図4は波1と波2の重ね合わせ例を示す。波1の周波数は波2の周波数よりも高くなっているが、これは、脈動を生ずる管路長さが互いに異なるためである。図5は波1と波2の合成波に周波数が低い波3を重ね合わせた例を示す。
以上から、燃料噴射弁1の先端での燃料噴射圧の脈動波形は、複数の波の重ね合わせで表現できることがわかる。また、脈動は減衰することからその波形は減衰振動式で表すことができる。すなわち、次のとおりである。
燃料噴射圧の脈動波形=波形1+波形2+……+波形n
波形n=減衰振動(t)=振幅項×減衰項(t)×周期項(t)
=A×exp(−kt)×cos(Kωt−θ)
[噴射ずれ量の変動特性について]
従って、燃料噴射圧の脈動波形に対応する噴射ずれ量ΔQの変動特性(脈動波形)も、複数の減衰振動波の重ね合わせで表現することができる。
式1において、Aは振幅、kは減衰係数、Kは周波数係数、ωは周波数、θは位相、tは噴射インターバル、Constは前噴射によって生ずる平均燃圧の低下による後噴射全体の噴射ずれ量を補正する項である。式1は燃料噴射圧の脈動波形を反映させた噴射ずれ量ΔQの変動特性を表す減衰振動式である。
[減衰振動モデル式の策定]
ところで、後噴射における噴射ずれ量ΔQの変動特性は前噴射量が変わると変化する。図6に示すように、前噴射量が多くなると燃料噴射圧の脈動波形そのものが変化するためである。一方、前噴射量が同じで当該後噴射量が変わったときも、噴射ずれ量ΔQの変動特性が変化する。図7に示すように、燃料噴射量は燃料噴射弁1の噴孔12の開時間(パルス幅)で制御されるから、後噴射量が多くなるほど前噴射による燃料噴射圧の脈動の影響を受ける時間が長くなるためである。
従って、噴射ずれ量ΔQの変動特性の変化は、前噴射量の影響(燃料噴射圧の脈動自体の変動)による変化と、後噴射量の影響(燃料噴射圧の脈動の影響を受ける期間の変動)による変化とに分けてとらえることができる。
そうして、前噴射量及び後噴射量各々の影響による噴射ずれ量ΔQの変動特性の変化は、式1における振幅A、減衰係数k、周波数係数K、位相θの変化に現れる。よって、式1の振幅A、減衰係数k、周波数係数K及び位相θの各々に前噴射量及び後噴射量各々の影響に係る補正項を設定すれば、前噴射量及び後噴射量各々が基準値から変化したときに噴射ずれ量ΔQの変動特性がどのように変化するかを表す式2の減衰振動モデル式が得られる。
式2において、G1n、M1n、N1n及びα1nは前噴射量の基準値からの変動による振幅、減衰係数、周波数係数及び位相の各補正項である。G2n、M2n、N2n及びα2nは後噴射量の基準値からの変動による振幅、減衰係数、周波数係数及び位相の各補正項である。
式2の基本パラメータである振幅A、減衰係数k、周波数係数K、周波数ω及び位相θについては、前噴射量、後噴射量、燃圧、噴射インターバル等を所定値(基準値)に設定した所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの実測値又はシミュレーションによる値を採用する。つまり、前噴射量、後噴射量又は燃圧が基準値からずれても、基本パラメータ(A、k、K、ω、θ)は変えず、G1n、M1n、N1n、α1n、G2n、M2n、N2n及びα2nのうちの必要な補正項の値を変えることになる。
従って、振幅A、減衰係数k、周波数係数K、周波数ω及び位相θに上記実測値又はシミュレーション値を与えた式2は、所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの、前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる減衰振動モデル式である。この減衰振動モデル式に設定された補正項の少なくとも一つを噴射条件(前噴射量、後噴射量、或いは燃圧)の変動に応じて変更することによって、当該噴射条件での噴射ずれ量ΔQの変動特性が求まる。
[補正項の決定]
上述の如く、基本パラメータ(A、k、K、ω、θ)については、基準とする前噴射量及び後噴射量の組み合わせで得られる噴射ずれ量ΔQの波形に基づいて決定する。前噴射量の変動による補正項(G1n、M1n、N1n、α1n)については、図8に示すように、前噴射量のみを基準値から段階的に変化させたときの噴射ずれ量ΔQの波形を実測又はシミュレーションにより求め、それぞれの波形に合うように決定する。同様に、後噴射量の変動による補正項(G2n、M2n、N2n及びα2n)についても、後噴射量のみを基準値から段階的に変化させたときの噴射ずれ量ΔQの波形を実測又はシミュレーションにより求め、それぞれの波形に合うように決定する。
従って、図9に示すように、前噴射量を変化させたときの補正項の値a1、a2、a3、a4、a5、a6と、後噴射量を変化させたときの補正項の値b1、b2、b3、b4、b5、b6とを組み合わせることにより、例えば、振幅補正項(G1n,G2n)を前噴射量及び後噴射量に応じて決定するルックアップテーブルが得られる。減衰係数補正項(M1n,M2n)、周波数係数補正項(N1n,N2n)及び位相補正項(α1n,α2n)の各々のルックアップテーブルについても同様に得ることができる。ルックアップテーブルによる補正項の決定においては、線形補間を利用することができる。
図9は前噴射量と後噴射量の2つのパラメータで定まる各ポジションに補正項のデータを与えたルックアップテーブルの一例を示す。なお、前噴射量及び後噴射量各々が基準値であるとき、G1n、G2n、M1n、M2n、N1n、N2nの各々は「1」であり、α1n及びα2nは「0」である。
以上のように、前噴射量が噴射ずれ量ΔQの波形に与える影響と後噴射量が噴射ずれ量ΔQの波形に与える影響とを分けて各補正項の値を決定するため、噴射ずれ量の変動特性の推定のために全ての噴射パターンを網羅する必要がなく、適合工数を大幅に削減することができる。また、前噴射量又は後噴射量が同じ場合には、同じ補正値を使用することができるため、補正値データの増大を抑えることができ、前噴射量と後噴射量の組み合わせに制約されることなく、噴射ずれ量ΔQの変動特性(波形)を精度良く推定することができる。
噴射ずれ量ΔQの波形は燃圧にも影響される。よって、前噴射量と後噴射量と燃圧を上記各補正項に対応付けたデータマップを作成し、このマップに基づいて当該補正項の値を決定するようにしてもよい。
[減衰振動モデル式の簡略化]
基本パラメータ(A、k、K、ω、θ)のうち、前噴射量や後噴射量の変動に対する感度が低いパラメータについては補正項を設定せず、基準点で決定した値に固定してもよい。また、噴射ずれ量ΔQの変動特性(脈動波形)を構成する各波成分の補正項が前噴射量や後噴射量の変動に対して同じ感度を示す(又は感度が小差である)場合は、各波成分毎に補正項を設定せず、重ね合わせた脈動波全体に補正項を設定してもよい。
例えば、前噴射量や後噴射量の変動に対する減衰係数及び周波数係数の感度が低く(又は感度がなく)、後噴射量の変動に対する振幅の感度が各波成分で同じである場合は、式2の減衰振動モデル式を次に示す式3のように展開することができる。
式3において、Gは後噴射量の変動による脈動波全体の振幅補正項である。この場合、各波成分の振幅補正項G1n及び位相補正項α1nを前噴射量に応じて決定し、重ね合わせた脈動波全体の振幅補正項G及び位相補正項α2nを後噴射量に応じて決定することになる。
(補正手段)
上記変動特性推定手段によって得られる噴射ずれ量ΔQの変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び/又は噴射時期を補正する。具体的には、振動減衰モデル式に基づいて後噴射の噴射ずれ量ΔQを求め、これに−1を掛けて噴射量の補正量を算出する。この補正量に基づいて後噴射における燃料噴射弁の駆動パルス幅を補正する。
この駆動パルス幅の補正において、駆動パルス信号の立上り時期、すなわち、噴射時期を噴射ずれ量ΔQの脈動波形における噴射ずれ量ΔQが小さい時期に、例えば、噴射ずれ量Qがゼロになる時期に補正するようにしてもよい。これにより、後噴射を予定された正規の燃料噴射圧で開始することができるため、噴射量を目標値に近づけやすくなる。
図10に示すように、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたときは、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動が後噴射に影響を及ぼす。この場合も、各前噴射による噴射ずれ量の変動特性に係る脈動波を足し合わせ、これに基づいて後噴射量の補正量を求めることができる。その場合、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による噴射ずれ量を重み付け加算して後噴射の噴射ずれ量ΔQを求める。例えば、3段の前噴射があるときは次のとおりである。
ΔQ=ΔQ+A×ΔQn−1+A×ΔQn−2
ΔQは後噴射直前のn段目の前噴射による噴射ずれ量、ΔQn−1はn−1段目の前噴射による噴射ずれ量、ΔQn−2はn−2段目の前噴射による噴射ずれ量である。A及びAは重み係数であり、1>A>A>0である。
すなわち、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各々による燃料噴射圧の脈動が後噴射における噴射量のずれに影響するが、先の前噴射による燃料噴射圧の脈動は次の前噴射による燃料噴射圧の脈動によって減衰されて影響が小さくなる。そこで、各前噴射による噴射ずれ量に後噴射に近づくほど大きな重み付けをしてそれらを加算するものである。これにより、噴射量を精度良く補正することができる。
(補正制御の流れ)
図11に後噴射量の補正制御の流れの一例を示す。スタート後のステップA1でエンジン運転状態(アクセル開度、エンジン回転数等)が検出される。続くステップA2でエンジン運転状態に基づいてエンジン要求特性(目標トルク)が算出される。続くステップA3で目標トルク及びエンジン回転数に基づいて燃料の噴射パターンを算出される。噴射段数が2段以上であるときは(ステップA4)、ステップA5に進んで前噴射各段によって生ずる燃料噴射圧の脈動に伴う後噴射の噴射ずれ量の重み付け加算がされる。この加算によって得られた噴射ずれ量に基づいて、ステップA6で後噴射量の補正量が算出され、後噴射量の補正(燃料噴射弁1の駆動パルス幅の補正)がされる。
前噴射各段による後噴射の噴射ずれ量の算出はサブルーチンで実行される。図12に示すように、ステップB1で前噴射量、後噴射量及び燃圧に基づいてテーブル又はマップの参照により減衰振動モデル式の補正項が決定される。この決定された補正項に基づいて、ステップB2で噴射ずれ量の変動特性が確定される。続くステップB3で噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射ずれ量が算出される。
1 燃料噴射弁
2 コモンレール(高圧室)
3 高圧管
12 噴孔
13 ニードル(弁部材)
17 燃料通路
25 燃料通路
26 オリフィス
27 ECU(制御手段,噴射ずれ量の変動特性推定手段,補正手段)
31 回転数センサ
32 アクセルセンサ

Claims (5)

  1. 高圧室に高圧状態で蓄えられた燃料をエンジンの気筒に噴射する燃料噴射弁を備え、エンジン運転状態に応じて上記燃料噴射弁による気筒への燃料噴射を1燃焼サイクルに複数回実行するエンジンの燃料噴射制御装置において、
    エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁による燃料の噴射時期及び噴射量を制御する制御手段と、
    上記複数回の燃料噴射のうち先行する前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動による後噴射の目標噴射量からの噴射ずれ量の変動特性を推定する手段と、
    上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて後噴射の噴射量及び/又は噴射時期を補正する補正手段とを備え、
    上記噴射ずれ量の変動特性推定手段は、所定の噴射条件下で前噴射及び後噴射を実行したときの、前噴射によって生ずる燃料噴射圧の脈動波形を反映させた基準となる噴射ずれ量の変動特性に係る減衰振動モデル式を備え、この減衰振動モデル式の振幅、減衰係数、周波数及び位相の少なくとも一つに補正項が設定されており、該補正項を当該燃焼サイクルの噴射条件の変動に応じて変更することによって、上記噴射ずれ量の変動特性を求めるものであり、
    上記補正項として、少なくとも前噴射量の影響に係る補正項と後噴射量の影響に係る補正項とを備え、前噴射量及び後噴射量を各々の補正項に対応付けたデータに基づいて各補正項を決定することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
  2. 請求項1において、
    上記減衰振動モデル式には、上記燃料を高圧状態で蓄える高圧室から上記燃料噴射弁の先端に至る間の各部において上記前噴射に伴って発生する複数の燃料噴射圧の脈動波形が合成して反映されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
  3. 請求項1又は請求項2において、
    上記噴射ずれ量の変動特性推定手段は、前噴射量と後噴射量を各々の上記補正項に対応付けたルックアップテーブル、又は上記補正項として前噴射量の影響に係る補正項と後噴射量の影響に係る補正項と上記高圧室の燃料圧力の影響に係る補正項を備え、前噴射量と後噴射量と上記高圧室の燃料圧力を各々の上記補正項に対応付けたデータマップに基づいて補正項を決定することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
    上記補正手段は、後噴射に先行して複数回の前噴射が実行されたとき、各前噴射に伴って生ずる燃料噴射圧の脈動による噴射ずれ量を重み付け加算して後噴射の噴射量及び/又は噴射時期を補正することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
    上記補正手段は、上記噴射ずれ量の変動特性に基づいて、後噴射の噴射時期を噴射ずれ量が小さくなるときに又は噴射ずれ量がゼロになるときに後噴射が開始されるように補正することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
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