JP7283418B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Description

この明細書における開示は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
内燃機関の燃焼室に燃料噴射弁により燃料を噴射する場合、個体差や経年変化等に起因する燃料噴射量のばらつきが生じることが懸念される。そのため、燃料噴射量のばらつきが生じていることを把握し、そのばらつき分を補正する技術が各種提案されている。例えば特許文献1に記載の技術では、燃料噴射弁のソレノイドの接地電位側端子と接地電位との間の電圧変化を表す特性曲線が折れ曲がる点を検出して、弁体が弁座と接触するタイミングを検知する。そしてこれにより、燃料噴射量のばらつきの要因となる通電パルスと実際の弁挙動とのずれを認識することとしている。
特開2016-196893号公報
ところで、燃料噴射量のばらつきには様々な要因があり、それら様々な要因に応じて燃料噴射量の補正を行うことが望ましい。この場合、燃料噴射量のばらつきの要因は相互に影響を及ぼすものであることが考えられ、高精度な燃料噴射を実現するには、ばらつき要因の相互の影響を加味しつつ、燃料噴射補正を適宜実施する必要がある。
具体的には、開弁指令である通電パルスに応じて燃料噴射弁で燃料噴射が行われる際において、通電パルスに対する燃料噴射量の誤差を噴射量ばらつきとして検出するとともに、その噴射量ばらつきに応じて噴射量補正を実施する。なお、噴射量ばらつきは、要求噴射量と実噴射量との差分から求めることが可能である。実噴射量は、例えば噴射前後の燃圧変化量から求めることが可能である。また、噴射量ばらつきの補正に加え、燃料噴射弁の弁体動作のばらつきを検出するとともに、その弁体動作ばらつきに応じて噴射量補正を実施する。ここで、上記各補正のうち噴射量ばらつきは、弁体のフルリフト状態でのリフト量のばらつきや噴孔径のばらつき等の静的誤差に起因して生じるものであり、その補正は静的補正として捉えることができ、弁体動作ばらつきは、弁体の開弁速度や閉弁タイミング等の動的誤差に起因して生じるものであり、その補正は動的補正として捉えることができる。
上記のとおり静的補正及び動的補正が実施される場合において、先に静的補正が実施され、その静的補正が実施されている状態で動的補正が実施されると、動的誤差分の補正が実質的に二重に行われ、結果として燃料噴射量が過補正されることが懸念される。つまり、静的誤差に対応する噴射量ばらつき分の補正が静的補正として実施される場合には、その静的補正により、通電パルスに対する燃料噴射量の誤差が解消される。ただし、噴射量ばらつきが解消された状態でも、弁体の開弁速度や閉弁タイミング等の動的誤差が依然として残り、その動的誤差に応じた動的補正が行われることで、燃料噴射量が過補正されると考えられる。こうして各補正の互いの干渉が生じると、補正量のハンチング等が生じ、燃料補正量の収束に時間を要するといった不都合が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射量の補正を適正に実施することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
手段1は、
燃料噴射弁を備える内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁への通電に伴い弁体を開弁状態にして燃料噴射を行わせる燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁の噴射量特性を示すパラメータとして、前記燃料噴射弁において通電指令信号に対する実際の噴射量を示す噴射量パラメータと、前記通電指令信号による通電開始及び通電終了に伴う前記弁体の開弁動作及び閉弁動作の特性を示す動的パラメータとが定められており、
前記燃料噴射弁による燃料噴射に際して前記動的パラメータを取得する第1取得部と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射に際して前記噴射量パラメータを取得する第2取得部と、
前記動的パラメータに基づいて、前記弁体の動作特性のずれを補償する動的補正値を算出する第1算出部と、
前記噴射量パラメータに基づいて、前記通電指令信号に対する実際の噴射量のずれを補償する噴射量補正値を算出する第2算出部と、
前記第1算出部により算出された前記動的補正値と前記第2算出部により算出された前記噴射量補正値とを用いて、燃料噴射の実施態様を補正する補正部と、
を備え、
前記第2算出部は、前記動的補正値による燃料噴射補正が実施されていることを条件に、前記噴射量補正値の算出を実施する。
燃料噴射弁における燃料噴射量のばらつきは、通電指令信号に対して実際の燃料噴射量がずれる噴射量ずれを生じるものや、通電指令信号による通電開始及び通電終了に伴う弁体の開弁動作及び閉弁動作の動作特性ずれが生じるものを含んでおり、噴射量ずれが噴射量パラメータとして取得され、動作特性ずれが動的パラメータとして取得される。また、動的パラメータに基づいて、弁体の動作特性のずれを補償する動的補正値が算出され、噴射量パラメータに基づいて、通電指令信号に対する実際の噴射量のずれを補償する噴射量補正値が算出される。そして、それら動的補正値と噴射量補正値とを用いて、燃料噴射の実施態様が補正される。
上記構成によれば特に、動的補正値による燃料噴射補正が実施されていることを条件に、噴射量補正値の算出が実施される。つまり、動作特性ずれについての燃料噴射補正と噴射量ずれについての噴射量補正値の算出との処理順序が定められており、先に動作特性ずれの燃料噴射補正が実施され、その補正が実施されている状態で噴射量補正値の算出が実施される。これにより、誤差要因に応じた最適な補正手法の割り当てが可能となり、動的誤差分の補正が実質的に二重に行われるといった不都合、すなわち燃料噴射量が過補正されることを回避できる。その結果、燃料噴射量の補正を適正に実施することができる。
手段2では、手段1において、
前記動的パラメータには、前記燃料噴射弁への通電開始に伴い前記弁体が開弁する際に投入される開弁エネルギを示す開弁パラメータと、前記燃料噴射弁への通電終了後の前記弁体の閉弁挙動を示す閉弁パラメータとを含まれており、
前記第1取得部は、前記動的パラメータとして、前記開弁パラメータと前記閉弁パラメータとを取得し、
前記第1算出部は、前記動的補正値として、前記開弁パラメータに基づいて、前記開弁エネルギを補正する開弁エネルギ補正値を算出するとともに、その開弁エネルギ補正値による開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、前記閉弁パラメータに基づいて、前記弁体の閉弁挙動を補正する閉弁挙動補正値を算出し、
前記第2算出部は、前記閉弁挙動補正値による閉弁挙動補正が実施されていることを条件に、前記噴射量補正値の算出を実施する。
燃料噴射弁への通電開始及び通電終了に伴う弁体の開弁動作及び閉弁動作の特性を示す動的パラメータには、燃料噴射弁への通電開始に伴い弁体が開弁動作する際に投入される開弁エネルギを示す開弁パラメータと、燃料噴射弁への通電終了に伴い弁体が閉弁する際の弁体の閉弁挙動を示す閉弁パラメータとが含まれている。この場合、開弁パラメータに基づく燃料噴射補正と、閉弁パラメータに基づく燃料噴射補正との実施の順序を誤ると、動的補正が過剰に実施されることが懸念される。つまり、例えば通電終了に伴う弁体の閉弁タイミングは、弁体の閉弁挙動だけでなく、開弁エネルギによる開弁挙動の影響を受ける。そのため、閉弁補正を先に実施した状況下で開弁補正を実施すると、実質的には開弁補正を二重に実施することになり、過剰な補正が行われたり、補正の収束に時間を要したりする。
この点、開弁エネルギ補正値による開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、閉弁パラメータに基づいて、弁体の閉弁挙動を補正する閉弁挙動補正値を算出するようにした。つまり、弁体の開弁時期や開弁速度といった開弁挙動を合わせた上で、閉弁挙動の合わせ込みを行うようにした。これにより、動弁特性の補正について、過剰な補正が行われたり、補正の収束に時間を要したりするといった不都合を抑制できる。
また、閉弁挙動補正値による閉弁挙動補正が実施されていることを条件に、噴射量補正値の算出を実施するため、やはり燃料噴射量が過補正されることを回避でき、燃料噴射量の補正を適正に実施することができる。
手段3では、手段2において、前記内燃機関の運転状態に基づいて要求噴射量を設定するとともに、その要求噴射量を、前記燃料噴射弁を通電する時間である通電時間に変換し、その通電時間に基づいて、前記燃料噴射弁を駆動させて燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、前記第1算出部は、前記閉弁挙動補正値を、前記通電時間を補正する補正値として算出し、前記第2算出部は、前記噴射量補正値を、前記要求噴射量を補正する補正値として算出する。
上記構成によれば、閉弁挙動補正値により燃料噴射弁の通電時間が補正されている状況下で、要求噴射量を補正する噴射量補正値が算出される。これにより、燃料噴射弁への通電指令を適正に行いつつ、その通電指令に基づいて、内燃機関に対して所望のとおりに燃料を噴射供給することができる。
手段4では、手段2又は3において、前記第1算出部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の温度及び圧力の少なくとも一方により区分された複数の領域で前記閉弁挙動補正値を各々算出するものであり、前記複数の領域のうちいずれかの領域で最初に前記閉弁挙動補正値が算出された場合に、その閉弁挙動補正値を、前記複数の領域における他の領域の閉弁挙動補正値として反映させる。
上記構成によれば、燃料噴射に際して閉弁挙動補正値による補正を実施しようとする場合に、複数の領域のうち閉弁挙動補正値の算出が完了していない領域においても、閉弁挙動補正値による補正をいち早く開始することができる。この場合、複数の領域において少なくとも1つの領域で閉弁挙動補正値が算出されていれば、燃料噴射弁での個体差のばらつきの傾向を把握できるため、そのばらつきの傾向を加味した燃料噴射制御が可能となっている。
なお、閉弁挙動補正値を、複数の領域における他の領域の閉弁挙動補正値として反映させる構成としては、以下の構成が考えられる。例えば、1つの閉弁挙動補正値を全ての領域に反映させる構成や、1つの閉弁挙動補正値を、全領域のうち現時点の領域を含む近隣領域のみに反映させる構成が考えられる。また、算出済みの閉弁挙動補正値を他の領域の値とする構成としては、以下の構成が考えられる。例えば、そのまま他の領域の閉弁挙動補正値とする構成や、算出済みの閉弁挙動補正値を、そのままでなく燃温や燃圧による大小の違いを加味して他の領域の閉弁挙動補正値とする構成が考えられる。
手段5では、手段4において、前記第2算出部は、前記第1算出部により前記閉弁挙動補正値が前記他の領域の閉弁挙動補正値として反映された場合に、前記他の領域で、前記閉弁パラメータに基づいて前記閉弁挙動補正値が算出されていなくても、前記噴射量補正値の算出を許可する。
上記構成では、燃温及び燃圧に関する少なくとも1つの領域で閉弁挙動補正値の算出が完了していれば、閉弁挙動補正値による閉弁挙動補正と噴射量補正値の算出との実施順序の制限が解除される。これにより、高精度な燃料噴射制御を早期に実施可能とすることができる。
手段6では、手段2~5のいずれかにおいて、前記弁体がフルリフト位置に到達しない通電時間で前記燃料噴射弁を開弁駆動させるパーシャルリフト噴射と、前記弁体がフルリフト位置に到達する通電時間で前記燃料噴射弁を開弁駆動させるフルリフト噴射とを実施する燃料噴射制御装置であって、前記第1算出部は、前記パーシャルリフト噴射の実施時に取得された前記閉弁パラメータに基づいて、当該パーシャルリフト噴射用の前記閉弁挙動補正値を算出し、前記フルリフト噴射の実施時に取得された前記閉弁パラメータに基づいて、当該フルリフト噴射用の前記閉弁挙動補正値を算出する。
動的特性のずれは、弁体が閉位置と開位置との間でリフト動作する時に生じるものであり、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とでは、弁体の動作範囲が異なることから、動的特性のずれ量が相違する。特に、動的特性のうち閉弁挙動のずれ量は、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで相違することが考えられる。仮にパーシャルリフト噴射で算出した閉弁挙動補正値をフルリフト噴射で用いると、誤補正が行われる可能性がある。この点、パーシャルリフト噴射の実施時に取得された閉弁パラメータに基づいて、パーシャルリフト噴射用の閉弁挙動補正値を算出し、フルリフト噴射の実施時に取得された閉弁パラメータに基づいて、フルリフト噴射用の閉弁挙動補正値を算出するようにしたため、都度の燃料噴射に則した高精度な閉弁挙動補正値を算出することができる。
手段7では、手段6において、前記第1算出部は、前記開弁エネルギ補正値を、前記パーシャルリフト噴射と前記フルリフト噴射とで区別することなく算出する一方、前記閉弁挙動補正値を、前記パーシャルリフト噴射と前記フルリフト噴射とで区別して算出する。
燃料噴射弁において、開弁エネルギのばらつきと閉弁挙動のばらつきとを比べると、開弁エネルギのばらつき(開弁速度ばらつき等)は、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで違いが生じにくいのに対し、閉弁挙動のばらつき(閉弁タイミングばらつき等)は、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで違いが生じやすいと考えられる。一方で、開弁エネルギ補正値による開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、閉弁パラメータに基づいて閉弁挙動補正値を算出する構成では、早期に開弁エネルギ補正が完了しないと、閉弁挙動補正の未実施期間が長引いてしまう。
この点、開弁エネルギ補正値を、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで区別することなく算出する一方、閉弁挙動補正値を、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで区別して算出するようにしたため、パーシャルリフト噴射及びフルリフト噴射でそれぞれ高精度な補正を実現しつつ、閉弁挙動補正の未実施期間が長引くといった不都合を抑制できる。
手段8では、手段6又は7において、前記閉弁挙動補正値が算出されていなければ、前記パーシャルリフト噴射の実施を許可せず、前記閉弁挙動補正値が算出された後に、前記パーシャルリフト噴射の実施を許可するパーシャルリフト噴射許可部を備える。
パーシャルリフト噴射では、噴射量ばらつきに起因して失火等が生じやすくなると考えられる。そのため、閉弁挙動補正値が算出されていない状況、すなわち閉弁挙動補正値による補正が実施されていない状況では、失火等の発生の懸念が大きくなる。この点、閉弁挙動補正値が算出されていなければ、パーシャルリフト噴射の実施を許可せず、閉弁挙動補正値が算出された後に、パーシャルリフト噴射の実施を許可するようにしたため、失火等の発生を抑制できる。
なお、閉弁挙動補正値が算出されておらず、パーシャルリフト噴射の実施を許可しない場合に、今回の燃料噴射の通電時間(通電パルス幅)を強制的に延長し、その延長した通電時間により燃料噴射弁での燃料噴射を実施する構成としてもよい。この場合、今回の燃料噴射において、仮に噴射量ずれが生じていたとしても失火のおそれのない領域まで通電時間が延長されるとよい。又は、今回の燃料噴射が多段噴射に含まれる一噴射であれば、今回の燃料噴射の通電時間を、多段噴射に含まれる他の噴射の通電時間を足し合わせることで強制的に延長してもよい。
手段9では、手段6~8のいずれかにおいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて要求噴射量を設定する設定部と、前記パーシャルリフト噴射での前記閉弁挙動補正値が算出されていない場合に、前記設定部により設定された要求噴射量を分割し、分割した少なくとも1噴射分の噴射量により前記パーシャルリフト噴射に相当する燃料噴射を実施する噴射分割部と、を備える。
閉弁挙動補正値による閉弁挙動補正が実施されていることを条件に噴射量補正値の算出を実施する構成では、閉弁挙動補正(特にパーシャルリフト噴射の閉弁挙動補正)が完了しないと、噴射量補正値による補正の未実施期間が長引いてしまう。この点、パーシャルリフト噴射での閉弁挙動補正値が算出されていない場合に、要求噴射量を強制的に分割し、そのうち少なくとも一噴射分の噴射量によりパーシャルリフト噴射に相当する燃料噴射を実施するようにしたため、噴射量補正値による補正の未実施期間が長引くといった不都合を抑制できる。
上記構成では、要求噴射量を減量補正してパーシャルリフト噴射を実施するのではなく、要求噴射量に対応する1噴射を複数に分割し、その分割噴射によりパーシャルリフト噴射を実現するものであるため、気筒での燃焼状態への影響を極力小さくすることができる。
手段10では、手段9において、前記噴射分割部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の温度及び圧力の少なくとも一方に基づいて、前記パーシャルリフト噴射に相当する分割噴射の噴射量を設定する。
パーシャルリフト噴射を実施する場合には、燃温や燃圧の影響により噴射量特性が変化する。この点、燃温及び燃圧の少なくとも一方に基づいて、パーシャルリフト噴射に相当する分割噴射の噴射量を設定するようにしたため、分割噴射を適正に実施することができ、ひいては、閉弁挙動補正値を高精度に算出することができる。
手段11では、手段6~10のいずれかにおいて、前記パーシャルリフト噴射を実施するパーシャルリフト領域と前記フルリフト噴射を実施するフルリフト領域との境界となる境界領域が定められており、前記閉弁挙動補正値による補正済みの前記パーシャルリフト領域の噴射量特性と、前記閉弁挙動補正値による補正済みの前記フルリフト領域の噴射量特性とを用い、前記境界領域において、前記燃料噴射弁の通電時間に対する噴射量ずれを補償する噴射量特性を算出する第3算出部を備える。
パーシャルリフト領域とフルリフト領域との境界となる境界領域では、パーシャルリフト領域やフルリフト領域とは異なる要因で噴射量ずれが生じることが考えられる。すなわち、例えば弁体がフルリフト位置に到達した際の衝撃力に起因した噴射量の乱れが生じることにより、通電時間に対する噴射量にばらつきが生じる。
この点、上記構成では、閉弁挙動補正値による補正済みのパーシャルリフト領域の噴射量特性と、閉弁挙動補正値による補正済みのフルリフト領域の噴射量特性とを用い、境界領域において、燃料噴射弁の通電時間に対する噴射量ずれを補償する噴射量特性を算出するようにした。この場合、パーシャルリフト領域での噴射量ずれとフルリフト領域での噴射量ずれとが是正された状態では、境界領域での噴射量ずれを適正に把握でき、その噴射量ずれを適正に是正することができる。これにより、パーシャルリフト領域からフルリフト領域にかけての全域において噴射量ずれを抑制し、燃料噴射制御の一層の精度向上を図ることができる。
手段12では、手段6~11のいずれかにおいて、前記第2算出部は、前記フルリフト噴射を実施するフルリフト領域において所定の高流量域での燃料噴射であることを条件に、前記噴射量補正値を算出する。
通電指令信号に対する噴射量のずれを補償する噴射量補正値は、弁体のフルリフト状態でのリフト量のばらつきや噴孔径のばらつき等の静的誤差に起因して生じるものであり、その静的誤差は、燃料噴射量が多いほど、換言すれば燃料噴射弁の通電時間が長いほど、顕著に把握できる。より具体的には、フルリフト領域においてパーシャルリフト領域との境界付近では弁体のフルリフト状態での噴射期間が短く、静的誤差要因(リフト量のばらつきや噴孔径のばらつき)が生じていても、その誤差分が実噴射量に反映される度合は比較的小さくなる。これに対して、弁体のフルリフト状態での噴射期間が長くなると、静的誤差要因による誤差分が実噴射量に反映される度合が大きくなる。この点、フルリフト噴射を実施するフルリフト領域において所定の高流量域での燃料噴射であることを条件に、噴射量補正値を算出する構成にしたため、その噴射量補正値の算出精度を高めることができる。
手段13では、手段2~12のいずれかにおいて、前記第1算出部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の温度及び圧力の少なくとも一方により区分された複数の領域ごとに前記閉弁挙動補正値を算出し、その閉弁挙動補正値を学習値としてバックアップ用のメモリに記憶し、前記第2算出部は、前記複数の領域ごとに前記噴射量補正値を算出し、その噴射量補正値を学習値として前記メモリに記憶する。
閉弁挙動補正値と噴射量補正値とを、燃温及び燃圧の少なくとも一方により区分された複数の領域ごとに分けて、学習値としてバックアップ用のメモリに記憶する構成とした。この場合、燃料噴射弁やその駆動部における個体差や経時的な要因により噴射量ばらつきが生じていても、その噴射量ばらつきを補償する適正な補正を実現できる。
エンジン制御システムの概略構成図。 (a)は燃料噴射弁のフルリフト噴射を説明する図、(b)は燃料噴射弁のパーシャルリフト噴射を説明する図。 パーシャルリフト領域とフルリフト領域とを示す図。 ECUの構成を示すブロック図。 燃料噴射弁の駆動時における駆動電流及び印加電圧の推移を示すタイムチャート。 燃料噴射量のばらつきの要因を示すタイムチャート。 通電開始当初の駆動電流の推移を示すタイムチャート。 燃圧とピーク電流Ipとの関係を示す図。 通電開始当初の駆動電流の推移を示すタイムチャート。 通電パルスに対する弁体リフト挙動と電圧挙動とを示すタイムチャート。 学習メインルーチンを示すフローチャート。 開弁エネルギ補正値算出処理を示すフローチャート。 エンジン水温とFF補正値との関係を示す図。 閉弁学習処理を示すフローチャート。 通電時間と噴射量との関係において複数の噴射領域を示す図。 (a)は燃温と閾値Th1,Th2との関係を示す図、(b)は燃圧と閾値Th1,Th2との関係を示す図。 パーシャルリフト学習処理を示すフローチャート。 燃温と燃圧とにより定められた学習領域を示す図。 パーシャルリフト噴射の閉弁特性データを示す図。 フルリフト学習処理を示すフローチャート。 フルリフト噴射の閉弁特性データを示す図。 パーシャルリフト領域及びフルリフト領域での噴射特性のノミナル特性と実特性とを示す図。 境界領域での噴射量特性のばらつきを示す図。 境界領域学習の手順を示す説明図。 境界領域学習処理を示すフローチャート。 静的学習処理を示すフローチャート。 燃料噴射メインルーチンを示すフローチャート。 昇圧マスク期間を説明するためのタイムチャート。 (a)は燃圧と所定時間Tmkとの関係を示す図、(b)はエンジン水温と所定時間Tmkとの関係を示す図。 異常モードでの通電パターンを示すタイムチャート。 開弁エネルギ補正処理を示すフローチャート。 閉弁補正処理を示すフローチャート。 通常の通電パルスと、強制分割噴射を実施する際の通電パルスとを示すタイムチャート。 燃温及び燃圧による噴射量特性の変化を説明するための図。 (a)は燃温と分割噴射量との関係を示す図、(b)は燃圧と分割噴射量との関係を示す図。 車両起動後における燃温変化と強制分割噴射の実施タイミングとを示すタイムチャート。 パーシャルリフト噴射の閉弁補正処理を示すフローチャート。 パーシャルリフト噴射の噴射量特性データを示す図。 フルリフト噴射の閉弁補正処理を示すフローチャート。 フルリフト噴射の噴射量特性データを示す図。 境界領域補正処理を示すフローチャート。 境界領域での噴射量特性データを示す図。 静的噴射量補正処理を示すフローチャート。 バッテリ電圧の低下による噴射量ばらつきを説明するための図。 高電圧の印加停止直後の電流落ち込みの状態を説明するための図。 バッテリ電圧補正処理を示すフローチャート。 (a)はバッテリ電圧と補正値K1との関係を示す図、(b)は要求噴射量と補正値K2との関係を示す図、(c)はピーク電流と補正値K3との関係を示す図。 パーシャルリフト噴射領域とフルリフト噴射領域とを示す図。 バッテリ電圧の低下時における昇圧ピックアップ処理を説明するためのタイムチャート。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両用の筒内噴射式の多気筒ガソリンエンジンを制御する制御システムとして具体化している。まず、図1を用いてエンジン制御システムの概略構成を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
エンジン11において、吸気管12の最上流部にはエアクリーナ13が設けられ、エアクリーナ13の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。エアフローメータ14の下流側には、モータ15によって開度調節されるスロットルバルブ16と、スロットルバルブ16の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ17とが設けられている。
スロットルバルブ16の下流側にはサージタンク18が設けられている。サージタンク18には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。また、サージタンク18には、エンジン11の各気筒21に空気を導入する吸気マニホールド20が接続されている。エンジン11の各気筒21には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁30が取り付けられている。エンジン11のシリンダヘッドには、気筒21ごとに点火プラグ22が取り付けられており、各気筒21の点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
エンジン11の排気管23には、排気の空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排気センサ24が設けられている。排気センサ24は、空燃比センサ、酸素センサ等である。排気センサ24の下流側には、排気を浄化する三元触媒等の触媒25が設けられている。
エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ26や、ノッキングを検出するノックセンサ27が取り付けられている。クランク軸28の外周側には、クランク軸28が所定クランク角回転するごとにパルス信号を出力するクランク角センサ29が取り付けられている。クランク角センサ29のクランク角信号に基づいて、クランク角やエンジン回転速度が検出される。燃料噴射弁30に燃料を供給する燃料供給系(例えばデリバリパイプ)には、燃料噴射弁30に供給される燃料の圧力(燃圧)を検出する燃圧センサ41と燃料の温度(燃温)を検出する燃温センサ42とが設けられている。図示は省略するが、燃料供給系において、デリバリパイプには燃料ポンプにより高圧化された燃料が供給される。
ECU50は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶されている制御プログラムを用い、各種センサの検出信号に基づいてエンジン11の各種制御を実施する。ECU50が燃料噴射制御装置に相当する。ECU50は、エンジン運転状態に応じた要求噴射量を算出し、その要求噴射量に基づいて燃料噴射弁30の駆動を制御する。各気筒の燃料噴射弁30では、気筒ごとに、1燃焼サイクル内の吸気行程及び圧縮行程の少なくとも一方において要求噴射量に基づいて燃料噴射が実施される。また、ECU40は、点火プラグ22の点火時期を制御する点火時期制御や、燃料ポンプの燃料吐出量の調整による燃圧制御を実施する。
燃料噴射制御としては、燃料噴射弁30の弁体をフルリフト位置まで到達させて、フルリフト状態で所望量の燃料を噴射するフルリフト噴射と、燃料噴射弁30の弁体がフルリフト位置に到達する前のパーシャルリフト状態で弁体の開弁側への移動を終了させ、その状態で所望の微少量の燃料を噴射するパーシャルリフト噴射とのいずれかが実施される。パーシャルリフト噴射は、例えば分割噴射の実施時においてメイン噴射(例えば吸気行程噴射)の後に行われる燃料噴射(例えば圧縮行程噴射)として実施される。
フルリフト噴射及びパーシャルリフト噴射について、図2を用いて説明する。図2(a)はフルリフト噴射時の動作を示し、図2(b)はパーシャルリフト噴射時の動作を示している。
図2に示すように、燃料噴射弁30は、通電により電磁力を生じさせる電磁部としてのコイル31と、磁性体よりなる固定コア32と、磁性体よりなり電磁力によって固定コア32の側に吸引される可動コア33と、可動コア33と一体的に駆動されるニードル状の弁体34と、弁体34を閉弁側に付勢する第1スプリング35と、可動コア33を反閉弁側に付勢する第2スプリング36とを有している。コイル31への通電に伴い弁体34が弁座から離れて開弁側に移動することにより燃料噴射弁30が開弁状態となり、燃料噴射が行われる。なお、第2スプリング36の付勢力は、第1スプリング35の付勢力よりも小さく設定されている。
図2(a)、(b)では通電パルス幅である通電時間Tiが相違している。図2(a)に示すように、弁体リフト量がフルリフト量となる場合には、通電時間Tiが比較的長くなる。この場合、弁体34が、可動コア33が固定コア32側のストッパ32aに突き当たる位置であるフルリフト位置に到達する。一方、図2(b)に示すように、弁体リフト量がパーシャルリフト量となる場合には、通電時間Tiが比較的短くなる。この場合、弁体34が、可動コア33がストッパ32aに突き当たる手前の状態であり、フルリフト位置に到達しないパーシャルリフト状態となる。通電パルスの立ち下がりに伴いコイル31の通電が停止されると、可動コア33と弁体34とが閉弁位置に戻ることで燃料噴射弁30が閉弁状態となり、燃料噴射が停止される。なお、可動コア33と弁体34とが別体で構成されているため、弁体34が閉位置に到達した際には、弁体34はその閉位置で保持されるのに対し、可動コア33は単独でより先端側に移動する。
図3は、パーシャルリフト噴射を実施するパーシャルリフト領域と、フルリフト噴射を実施するフルリフト領域とを示す図である。図3に示すように、パーシャルリフト領域及びフルリフト領域のいずれにおいても、通電時間(すなわち通電パルス幅)が長いほど、燃料噴射量が多くなる傾向を有する。
ECU50における燃料噴射に関する構成を図4に示す。ECU50は、燃料噴射制御を実施するエンジン制御用のマイコン51と、燃料噴射弁駆動用の駆動IC52とを備えている。マイコン51は、エンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン運転状態に基づいて要求噴射量を算出するとともに、算出した要求噴射量に基づいて通電指令信号である通電パルスを設定し、駆動IC52に出力する。駆動IC52は、マイコン51から入力した通電パルスにより燃料噴射弁30を駆動し、要求噴射量分の燃料を燃料噴射弁30から噴射させる。
マイコン51は、バックアップRAMやEEPROM等からなるバックアップメモリ53を有している。バックアップメモリ53は、車両の電源オフ後(イグニッションスイッチのオフ後)も記憶内容が保持されるメモリであり、そのバックアップメモリ53には、各種の学習値やダイアグデータが記憶保持されている。
ECU50は、低圧電源54と高圧電源55と電圧切換回路56とを有している。電圧切換回路56により、燃料噴射弁30の駆動電圧が、低圧電源54から供給される低電圧V1と、高圧電源55から供給される高電圧V2との間で切り換えられる。例えば、低圧電源54は定格12Vのバッテリであり、高圧電源55はバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路である。また、ECU50は、燃料噴射弁30のマイナス端子電圧Vmを検出する電圧検出部57と、電磁部(コイル)に流れる駆動電流を検出する電流検出部58とを有している。
ここで、図5のタイムチャートを用い、燃料噴射弁30の駆動時における駆動電流及び印加電圧の推移について説明する。なお、図5では、フルリフト噴射が行われる場合の電流パターンを示す。
図5において、タイミングt1では、通電パルスの立ち上がりに伴い燃料噴射弁30に高電圧V2が印加される。その後、タイミングt2において、駆動電流が、あらかじめ定めた所定のピーク電流Ipに到達すると、高電圧V2の印加が停止される。このとき、駆動電流がピーク電流Ipに到達するタイミング又はその前後のタイミングにおいて弁体リフトが開始され、その弁体リフトに伴い燃料噴射が開始される。駆動電流がピーク電流Ipに到達したか否かの判定は、電流検出部58の検出電流に基づいて実施される。つまり、昇圧期間(t1~t2)では、検出電流がIp以上になったか否かが判定され、検出電流≧ピーク電流Ipになった時点で、電圧切換回路56により印加電圧の切替(V2印加停止)が実施される。昇圧期間(t1~t2)では、駆動電流の積算値である電流積算値に対応するエネルギが開弁エネルギとして燃料噴射弁30に付与される。
タイミングt3では、バッテリ電圧である低電圧V1が断続的に燃料噴射弁30に印加される。これにより、駆動電流がホールド電流Ih付近で維持される。この場合、弁体34がフルリフト位置に到達した後において、フルリフト状態が維持されることで燃料噴射が継続される。その後、タイミングt4で通電パルスが立ち下げられると、燃料噴射弁30への電圧印加が停止され、駆動電流がゼロになる。タイミングt4では、通電停止に伴い生じる誘導起電力によって印加電圧が一時的に負側に増加する。そして、燃料噴射弁30のコイル通電の停止に伴い弁体リフトが終了され、それに合わせて燃料噴射が停止される。
ところで、燃料噴射弁30による燃料噴射が行われる場合において、燃料噴射量のばらつきには様々な要因があり、具体的には、図6に示す各要因が考えられる。図6には、燃料噴射弁30の駆動時における駆動電流の推移と噴射率の推移とを示す。なお、噴射率の推移は、概ね弁体34のリフト量の推移に合致する。
図6に示すように、噴射量ばらつきの要因には、燃料噴射弁30への通電開始に伴う弁体34の開弁時に生じる動作ばらつき(開弁挙動のばらつき)と、通電終了に伴う弁体34の閉弁時に生じる動作ばらつき(閉弁挙動のばらつき)とが含まれており、これらの動作ばらつきはいずれも動的特性における誤差要因と捉えることができる。このうち、開弁時の誤差要因は、主に開弁時に燃料噴射弁30に投入される開弁エネルギのずれに起因するものであり、具体的には、駆動電流の立ち上がりの傾き、すなわち電流上昇率のずれ(図6のP1)や、弁体34の開弁速度のずれ(図6のP2)、開弁タイミングのずれ(図6のP3)が生じる。また、閉弁時の誤差要因は、主に燃料噴射弁30の個体差や経時変化に起因するものであり、その誤差要因により閉弁タイミングのずれ(図6のP4)が生じる。
また、燃料噴射量のばらつき要因には、上記の動的な要因以外に、静的特性における誤差要因がある。この静的特性の誤差要因は、主に弁体34が開弁している状態での単位時間当たりの燃料噴射量のずれ、すなわちフルリフト状態での噴射率のずれ(図6のP5)に起因するものであり、より具体的には、燃料噴射弁30のフルリフト位置(フルリフト状態でのリフト量)のずれや噴孔径に起因するものである。この静的特性の誤差要因により、実際の燃料噴射量が要求噴射量からずれるといった静的誤差が生じる。
ECU50は、開弁時の動的特性を示す動的パラメータとして、燃料噴射弁30への通電開始後に弁体34の開弁のために投入される開弁エネルギを示す開弁パラメータを取得するとともに、閉弁時の動的特性を示す動的パラメータとして、燃料噴射弁30への通電終了後の弁体34の閉弁挙動を示す閉弁パラメータを取得する。そして、ECU50は、開弁パラメータに基づいて、開弁特性のずれを補償する開弁エネルギ補正を実施するとともに、閉弁パラメータに基づいて、閉弁特性のずれを補償する閉弁タイミング補正を実施する。
また、ECU50は、弁体34が開弁している状態での単位時間当たりの燃料噴射量を示す噴射量特性を、静的な噴射量パラメータとして取得し、その噴射量パラメータに基づいて、静的な噴射量特性のずれを補償する静的噴射量補正を実施する。
要するに、燃料噴射弁30における噴射量ばらつきは、通電パルス(通電指令信号)に対して実際の燃料噴射量がずれる噴射量ずれを生じるものや、通電パルスによる通電開始及び通電終了に伴う弁体34の開弁動作及び閉弁動作の動作特性ずれが生じるものを含んでいる。ECU50は、噴射量ずれを噴射量パラメータとして取得し、動作特性ずれを動的パラメータとして取得する。そして、動的パラメータに基づいて、弁体34の動作特性のずれを補償する動的補正値を算出するとともに、噴射量パラメータに基づいて、通電パルスに対する実際の噴射量のずれを補償する噴射量補正値を算出し、それら動的補正値と噴射量補正値とを用いて、燃料噴射の実施態様を補正する。以下に、これら各補正について詳しく説明する。
(開弁エネルギ補正)
ECU50は、「開弁パラメータ」として、燃料噴射弁30への高電圧印加に伴う電流上昇時を含む期間において所定の電流変化に要する電流変化時間ΔTを算出する。そして、その電流変化時間ΔTに基づいて、開弁エネルギを補正するための開弁エネルギ補正値αを算出する。
図7には、通電開始当初の駆動電流の推移を示しており、図示する2つの電流プロファイルPF1,PF2は、駆動電流の立ち上がりの傾きが互いに相違するものとなっている。駆動電流は、高電圧印加に伴い上昇し、その後、ピーク電流Ipに到達することで降下に転じる。この場合、電流プロファイルPF1では、駆動電流の上昇及び降下に際し、タイミングta1,ta2で駆動電流が所定の電流閾値Ithを横切り、そのta1-ta2間の時間は電流変化時間ΔT1となっている。また、電流プロファイルPF2では、駆動電流の上昇及び降下に際し、タイミングtb1,tb2で駆動電流が所定の電流閾値Ithを横切り、そのtb1-tb2間の時間は電流変化時間ΔT2となっている。なお、電流上昇時と電流降下時とで電流閾値Ithを互いに異なる値としてもよい。
電流変化時間ΔT1,ΔT2はΔT1≠ΔT2であり、こうした電流変化時間ΔTのばらつきは開弁エネルギのずれに起因して生じる。そこで、開弁エネルギのずれを解消すべく、電流変化時間ΔTに基づいて開弁エネルギ補正値αを算出する。このとき、通電開始後の電流プロファイルとして基準特性に則した基準プロファイルを予め定めておき、その基準プロファイルの電流変化時間ΔTrefと実際の電流プロファイルの電流変化時間ΔTとの偏差に基づく所定のフィードバック演算により開弁エネルギ補正値αを算出する。
開弁エネルギ補正値αは、燃料噴射弁30に印加される高電圧V2を補正する電圧補正値として算出されるとよい。このとき、高圧電源55の昇圧回路において昇圧の幅が調整されることで、高電圧V2の補正が行われる。
こうした開弁エネルギ補正により、通電開始後における開弁エネルギのずれが補償され、駆動電流の立ち上がりの傾きや、弁体34の開弁速度、開弁タイミングといった弁体34の開弁特性を所望の開弁特性に合わせ込むことができる。
なお、開弁パラメータは、開弁エネルギを反映しつつ求められるものであればよく、上述の電流変化時間ΔTに限られない。例えば、通電開始からの電流上昇時において、駆動電流が電流閾値Ithに到達するまでの所要時間、又は駆動電流がピーク電流Ipに到達するまでの所要時間を電流変化時間ΔTとして算出してもよい。又は、駆動電流がピーク電流Ipから電流閾値Ithに到達するまでの所要時間を、電流変化時間ΔTとして算出してもよい。さらに、駆動電流の上昇期間において、電流検出部58により検出される駆動電流の変化率や、通電開始から所定時間が経過したタイミングでの駆動電流の値を、開弁パラメータとして算出する構成であってもよい。
また、燃料噴射弁30では、閉弁時においてデリバリパイプから供給される燃料の圧力(燃圧)により弁体34が閉弁状態で保持されるため、仮に燃圧が大きいと、弁体34の開弁動作の妨げとなる力が大きくなる。つまり、燃圧が大きい場合には、弁体34を所望のとおりに開弁動作させるための開弁エネルギが不足することが考えられる。そのため、燃圧に応じてピーク電流Ipを可変に設定するとよい。つまり、ECU50は、例えば図8の関係を用い、燃圧に基づいてピーク電流Ipを可変に設定する。なお、燃圧とピーク電流Ipとの関係は、段階的に定められていてもよく、ピーク電流Ipが2段以上に定められていればよい。
図9には、通電開始当初の駆動電流の推移を示しており、図示する2つの電流プロファイルPF11,PF12は、ピーク電流Ipが互いに相違するものとなっている。これら各電流プロファイルPF11,PF12は、燃圧が互いに異なる場合の電流プロファイルであり、燃圧が大きい場合には、電流プロファイルPF12のようにピーク電流Ipが高められている。この場合、各電流プロファイルPF11,PF12において、図示のとおり電流変化時間ΔT11,ΔT12が算出される。そして、上述のとおり電流変化時間ΔT11,ΔT12に基づいて開弁エネルギ補正値αが算出されるとともに、その開弁エネルギ補正値αを用いて、高電圧V2が補正される。これにより、通電開始後における開弁エネルギのずれが補償され、所望の開弁特性を実現することができる。
なお、ピーク電流Ip又は燃圧に応じて、電流閾値Ithを可変に設定する構成であってもよい。この場合、ピーク電流Ipが高くなると、それに合わせて電流閾値Ithも高くするとよい。
(閉弁タイミング補正)
本実施形態では、「閉弁パラメータ」として、通電終了後の閉弁タイミングを取得することとしており、ECU50は、通電終了後において燃料噴射弁30のマイナス端子電圧Vmの電圧変曲点が生じる電圧変曲タイミングTinfを、閉弁タイミングとして算出する。そして、その電圧変曲タイミングTinfに基づいて、閉弁タイミングを補正するための閉弁タイミング補正値βを算出する。電圧変曲タイミングTinfは、例えば通電パルスのオン時からの時間データであるとよい。なお、閉弁タイミング補正値βは、弁体34の閉弁挙動を補正する閉弁挙動補正値に相当する。
弁体34の閉弁タイミングの検出手法は既に知られているため、ここでは図10を用いて簡単に説明する。燃料噴射弁30では、通電パルスがオフされるタイミングt11において誘導起電力によってマイナス端子電圧Vmが変化する。その後、弁体34が閉弁位置に到達するタイミングt12では、弁体34の速度変化に起因してマイナス端子電圧Vmが変化し、電圧変曲点が生じる。この場合、電圧検出部57によりマイナス端子電圧Vmの変化を観測することにより、燃料噴射弁30の閉弁タイミングとして電圧変曲タイミングTinfが求められる。
閉弁タイミング補正値βは、通電時間Tiである通電パルス幅を補正するパルス補正値として算出されるとよい。通電時間Tiを閉弁タイミング補正値β(パルス補正値)により補正することで、燃料噴射弁30の閉弁タイミング補正が行われる。これにより、燃料噴射弁30における閉弁タイミングのずれが補償され、弁体34の閉弁特性を所望の閉弁特性に合わせ込むことができる。
なお、マイナス端子電圧Vmに代えてコイル通電電流を用い、その通電電流の挙動に基づいて閉弁タイミングを検出する構成としてもよい。つまり、通電パルスのオフ後において誘導起電力によってマイナス端子電圧Vmが変化する場合には、マイナス端子電圧Vmの変化に伴いコイル通電電流が変化する。そのため、電流検出部58により駆動電流の変化を観測することで、燃料噴射弁30の閉弁タイミングを検出することができる。また、燃料噴射弁30の閉弁タイミングを、弁体位置を検出する位置センサにより求めることも可能である。
なお、開弁エネルギ補正値αと閉弁タイミング補正値βとが、動作特性のずれを補償する「動的補正値」に相当する。
(静的噴射量補正)
また、ECU50は、燃料噴射弁30の噴射量特性を示す「噴射量パラメータ」として、燃料噴射弁30から実際に噴射された実噴射量を算出する。そして、その実噴射量に基づいて、要求噴射量を補正するための噴射量補正値γを算出する。なお、噴射量パラメータとして、要求噴射量に対する実噴射量のずれ量を算出することも可能である。要求噴射量を噴射量補正値γにより補正することで、静的補正としての噴射量補正が行われる。これにより、要求噴射量に対する実噴射量のずれが補償され、燃料噴射弁30の静的な噴射量特性を所望の噴射量特性に合わせ込むことができる。
実噴射量は、例えば燃料噴射弁30に供給される燃料の圧力変化に基づいて推定することが可能である。具体的には、ECU50は、燃圧センサ41により検出された検出燃圧から、気筒ごとに燃料噴射に伴い生じる燃圧変化量を算出し、その燃圧変化量に基づいて実噴射量を推定する。この場合、燃圧センサ41により検出された検出燃圧の変化量に加えて又は代えて、検出燃圧の変化速度に基づいて実噴射量を推定することも可能である。通常のエンジン運転状態では、燃料供給系の燃圧は燃料噴射に伴う圧力低下と燃料ポンプからの燃料圧送に伴う圧力上昇とが繰り返されるため、燃料噴射に伴う圧力低下分を精度良く把握するには、燃料ポンプからの燃料圧送を一時的に停止した状態で、燃圧センサ41の検出燃圧に基づいて実噴射量を推定するとよい。その他に、気筒ごとに燃料噴射(燃焼)に伴い生じる空燃比変化に基づいて実噴射量を推定することも可能である。
本実施形態では特に、閉弁タイミング補正値βと噴射量補正値γとを、気筒ごと(すなわち燃料噴射弁30ごと)に学習値としてバックアップメモリ53に記憶することとしており、これら各補正値β,γは、車両の電源オフ後も記憶保持される。以下の説明では、学習値として保持される閉弁タイミング補正値βを「閉弁タイミング学習値βL」、学習値として保持される噴射量補正値γを「噴射量学習値γL」と称する。また、閉弁タイミング学習値βLを算出する処理を「閉弁学習処理」、噴射量学習値γLを算出する処理を「静的学習処理」と称する。これら各学習値βL,γLは、車両の電源オンに伴うトリップごとに適宜更新されるものとなっている。
以下に、ECU50のマイコン51により実施される燃料噴射学習と燃料噴射補正とをフローチャートを用いて詳しく説明する。本実施形態では、燃料噴射学習と燃料噴射補正とを気筒ごとに実施することとしている。まずは、学習処理について説明する。
(学習メインルーチン)
図11は、燃料噴射弁30の燃料噴射学習を実施する学習メインルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは、マイコン51により各気筒の燃料噴射ごとに実施される。マイコン51は、本ルーチンにおいて、気筒ごとに開弁エネルギ補正値α、閉弁タイミング学習値βL、噴射量学習値γLを適宜算出する。
図11において、ステップS11では、学習実施条件として、本燃料噴射システムが正常であり、かつエンジン運転状態が予め定めた想定状態にあるか否かを判定する。具体的には、本システムに関して何ら異常が発生していない場合に、燃料噴射システムが正常であるとする。また、エンジン回転速度が所定範囲内(例えば所定回転速度以下)であること、エンジン水温が所定範囲内であること、燃圧が所定範囲内であること、バッテリ電圧が所定範囲内であること、始動中ではないこと、始動後経過時間が所定時間以上であること、フューエルカット中でないことを全て満たす場合に、エンジン運転状態が想定状態にあるとする。なお、エンジン運転状態を判定する条件は上記以外であってもよく、上記各条件の一部を満たす場合に、エンジン運転状態が想定状態にあるとしてもよい。また、吸気圧やEGR率、筒内圧等、エンジン運転状態を把握できる他のパラメータを判定条件に用いたり、互いに相関のある代替可能なパラメータ(油温等)を判定条件に用いたりしてもよい。
ステップS11において、前回の燃料噴射時からの残留磁束をパラメータとし、その残留磁束が所定以下である場合に、実施条件が成立するとしてもよい。また、前回の燃料噴射時からの経過時間をパラメータとし、その経過時間が所定以上である場合に、実施条件が成立するとしてもよい。
ステップS11が否定されるとステップS12に進み、ステップS11が肯定されると、ステップS13に進む。ステップS12では、補正値及び学習値の算出を禁止する。
また、ステップS13では、開弁エネルギ補正値αを算出する開弁エネルギ補正値算出処理を実施する。このステップS13では、図12に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて開弁エネルギ補正値αが算出される。ただし、その詳細は後述する。
その後、ステップS14では、今回実施された燃料噴射において、開弁エネルギ補正値αを用いた開弁エネルギ補正が実施されていたか否かを判定する。そして、開弁エネルギ補正が実施されていなければ、そのまま本ルーチンを終了し、開弁エネルギ補正が実施されていれば、ステップS15に進み、閉弁学習処理を実施する。このステップS15では、図14に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて閉弁タイミング学習値βLが算出される。ただし、その詳細は後述する。ステップS14,S15によれば、開弁エネルギ補正値αによる開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、閉弁タイミング学習値βLの算出が行われる。
その後、ステップS16では、今回実施された燃料噴射において、閉弁タイミング学習値βLを用いた閉弁タイミング補正が実施されていたか否かを判定する。そして、閉弁タイミング補正が実施されていなければ、そのまま本ルーチンを終了し、閉弁タイミング補正が実施されていれば、ステップS17に進み、静的学習処理を実施する。このステップS17では、図26に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて噴射量学習値γLが算出される。ただし、その詳細は後述する。ステップS16,S17によれば、閉弁タイミング学習値βLによる燃料噴射補正が実施されていることを条件に、噴射量学習値γLの算出が行われる。
(開弁エネルギ補正値の算出処理)
図12は、図11のステップS13で実施される開弁エネルギ補正値算出処理を示すフローチャートである。マイコン51は、本処理において、開弁エネルギ補正値αを算出する。
図12において、ステップS21では、電流検出部58により検出された駆動電流を取得し、その駆動電流の推移に応じて電流変化時間ΔTを算出する。このとき、燃料噴射弁30の通電開始に伴い駆動電流が上昇する上昇期間、及び駆動電流がピーク電流Ipから降下する降下期間において、それぞれ駆動電流が電流閾値Ithを横切るタイミングを取得し、それら各タイミングの時間差により電流変化時間ΔTを算出する。
なお、図9に示すように、昇圧期間におけるピーク電流Ipを可変にしている場合には、そのピーク電流Ipに応じて電流変化時間ΔTが変化する。そのため、ステップS21において、電流変化時間ΔTについて正規化処理を実施するとよい。この場合、ピーク電流Ipと電流変化時間ΔTとの関係を予め定めておき、都度のピーク電流Ipに応じて、電流変化時間ΔTを正規化するとよい。
その後、ステップS22では、電流変化時間ΔTについて気筒ごとに平均化処理を実施する。具体的には、所定の噴射回数分の電流変化時間ΔTを積算するとともに、その積算値を噴射回数で除算し、電流変化時間ΔTの平均値を算出する。なお、電流変化時間ΔTの積算に用いる所定の噴射回数分のΔTデータを取得する間に、燃料噴射弁30や駆動IC52を含む通電経路での所定値以上の温度変化が生じた場合には、それまでに取得した電流変化時間ΔTを全て廃棄し、新たに電流変化時間ΔTの積算を始める構成であるとよい。
その後、ステップS23では、平均化後の電流変化時間ΔTが正常値であるか否かを判定する。このとき、平均化後の電流変化時間ΔTが予め定めた所定の正常範囲に入っており、かつその電流変化時間ΔTが正常範囲に入っているとの判定が所定回繰り返された場合に、ステップS23が肯定されるとよい。ステップS23が肯定されるとステップS24に進み、ステップS23が否定されるとステップS27に進む。
ステップS24では、電流変化時間ΔTに基づいてFB補正値を算出する。具体的には、基準プロファイルの電流変化時間ΔTrefと実際の電流プロファイルの電流変化時間ΔTとの偏差に基づく所定のフィードバック演算によりFB補正値を算出する。このとき、既にFB補正値の前回値が存在していれば、その前回値に対して、FB補正値の今回値を加算することで、新たなFB補正値を算出する。
その後、ステップS25では、燃料噴射弁30や駆動IC52を含む通電経路での抵抗温度特性に基づいてFF補正値を算出する。具体的には、図13の関係を用い、エンジン水温に基づいてFF補正値を算出する。
その後、ステップS26では、FB補正値とFF補正値とを加算して開弁エネルギ補正値αを算出する。開弁エネルギ補正値αは、後述する閉弁タイミング学習値βLや噴射量学習値γLとは異なり、トリップごとに算出される補正値として取り扱われるとよい。ただし、開弁エネルギ補正値αを学習値としてバックアップメモリ53に記憶することも可能である。
上記構成では、FB補正値とFF補正値とを加算して開弁エネルギ補正値αを算出することとしたが、これを変更し、FB補正値をそのまま開弁エネルギ補正値αとしてもよい。つまり、FF補正値を加算しない構成としてもよい。
また、ステップS27では、開弁エネルギ補正値αの算出に関して何らかの異常が生じている旨を判定する。この場合、故障警告灯(MIL)を点灯させるとともに、異常発生を示すダイアグデータを記憶する。その後、ステップS28では、現時点以降の開弁エネルギ補正値αの更新を停止させる。
なお、ステップS23の異常判定では、平均化後の電流変化時間ΔTが正常範囲外となり、かつその電流変化時間ΔTが正常範囲外であるとの判定が所定回繰り返された場合に、開弁エネルギ補正値αが異常値であると判定し、ステップS27に進むとよい。
(閉弁学習処理)
図14は、図11のステップS15で実施される閉弁学習処理を示すフローチャートである。マイコン51は、本処理において、閉弁タイミング学習値βLを算出する。
図14において、ステップS31では、今回の燃料噴射における要求噴射量、燃温、燃圧を取得する。
続くステップS32では、燃温と燃圧とに基づいて、少なくともパーシャルリフト領域とフルリフト領域とを含む複数の噴射領域を設定する。本実施形態では、噴射領域を図15のごとく区分することとしており、燃料噴射量が第1閾値Th1未満の領域をパーシャルリフト領域(PL領域)、燃料噴射量が第2閾値Th2以上の領域をフルリフト領域(FL領域)、燃料噴射量が第1閾値Th1以上でかつ第2閾値Th2未満となる領域、すなわちパーシャルリフト領域とフルリフト領域との境界部分を含む領域を境界領域としている。ステップS32では、燃温と燃圧とに基づいて閾値Th1,Th2を可変に設定することで、各噴射領域の設定を実施する。
各閾値Th1,Th2は、図16(a)の関係を用い、燃温に基づいて可変に設定される。この場合、閾値Th1,Th2は、燃温が高いほど小さい値に設定される。また、各閾値Th1,Th2は、図16(b)の関係を用い、燃圧に基づいて可変に設定される。この場合、閾値Th1,Th2は、燃圧が高いほど大きい値に設定される。図16(a),(b)の関係は、複数段の段差状に定められていてもよい。
なお、各閾値Th1,Th2は、図16(a),(b)のいずれか一方の関係のみを用いて設定されてもよい。各閾値Th1,Th2のうち一方が可変値、他方が固定値であってもよい。つまり、パーシャルリフト領域の上限のみが可変設定されるか、又はフルリフト領域の下限のみが可変設定される構成とする。また、各閾値Th1,Th2の両方が固定値であってもよい。
パーシャルリフト領域において燃料噴射量の下限値が定められていてもよい。また、フルリフト領域において燃料噴射量の上限値が定められていてもよい。
その後、ステップS33では、今回の燃料噴射における要求噴射量がパーシャルリフト領域に属するものか否かを判定し、ステップS34では、今回の燃料噴射における要求噴射量がフルリフト領域に属するものか否かを判定する。そして、ステップS33が肯定されるとステップS35に進み、ステップS34が肯定されるとステップS36に進む。ステップS33,S34が共に否定されるとステップS37に進む。
ステップS35では、パーシャルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLを算出するパーシャルリフト学習処理を実施する。このステップS35では、図17に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいてパーシャルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLが算出される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS36では、フルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLを算出するフルリフト学習処理を実施する。このステップS36では、図20に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいてフルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLが算出される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS37では、パーシャルリフト領域とフルリフト領域との間の境界領域での燃料噴射について特性ばらつきを補償するための境界領域学習処理を実施する。このステップS37では、図25に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて境界領域学習が実施される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS38では、ステップS35で算出したパーシャルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βL、ステップS36で算出したフルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLがそれぞれ正常値であるか否かを判定する。このとき、パーシャルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLの算出後には、その閉弁タイミング学習値βLが所定の正常範囲に入っているか否かを判定する。また、フルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLの算出後には、その閉弁タイミング学習値βLが所定の正常範囲に入っているか否かを判定する。そして、各閉弁タイミング学習値βLが正常範囲に入っていれば、そのまま本処理を終了する。また、各閉弁タイミング学習値βLが正常範囲に入っていなければ、ステップS39に進む。燃料噴射弁30において経時劣化等により閉弁タイミングのずれが過剰に大きくなると、閉弁タイミング学習値βLが正常範囲から外れ、例えば所定の上限値又は下限値に張り付いた状態になる。かかる場合に、ステップS38が否定されてステップS39に進む。
ステップS39では、閉弁タイミング学習値βLの算出に関して何らかの異常が生じている旨を判定し、故障警告灯(MIL)を点灯させるとともに、異常発生を示すダイアグデータを記憶する。また、現時点以降の閉弁タイミング学習値βLの算出を停止させる。なお、ステップS38の異常判定では、閉弁タイミング学習値βLが正常範囲外となり、かつ閉弁タイミング学習値βLが正常範囲外であるとの判定が所定回繰り返された場合に、異常発生の旨が判定されるとよい。
なお、ステップS33,S34において、今回の燃料噴射がいずれの噴射領域に属するものである確認の判定として、要求噴射量以外のパラメータを用いることも可能であり、例えば、通電時間Ti(通電パルス幅)を判定パラメータとして用いてもよい。
(パーシャルリフト学習処理)
図17は、図14のステップS35で実施されるパーシャルリフト学習処理を示すフローチャートである。この学習処理では、図18に示すように、燃温と燃圧とをパラメータにして複数に区分されたパーシャルリフト噴射用の学習領域が定められており、その学習領域ごとに、閉弁タイミング学習値βLが保存される。本実施形態では、燃温、燃圧を共に3領域で区分しているが、その区分数は任意である。また、学習領域を区画するパラメータとして、燃温及び燃圧の一方のみを用いたり、これらに代えて燃料噴射弁30による燃料噴射の特性に影響を及ぼす他の因子を用いたりしてもよい。学習領域が1つであってもよい。
図17において、ステップS41では、燃料噴射弁30の閉弁タイミングを示す閉弁パラメータとして、マイナス端子電圧Vmの電圧変曲タイミングTinfを取得する(図10参照)。
その後、ステップS42では、通電時間Ti(通電パルス幅)と閉弁パラメータとの関係を規定したパーシャルリフト領域の閉弁特性データを用い、今回のパーシャルリフト噴射での特性ずれとして、基準特性からのずれ量比率を算出する。ずれ量比率の算出について以下に詳しく説明する。
図19は、パーシャルリフト噴射において通電時間Tiと閉弁パラメータとの関係を規定した閉弁特性データを示す図であり、この特性データは、例えばマップデータとしてECU50内のメモリに記憶されている。なお、図19には、基準特性としてのノミナル特性と、閉弁パラメータが大きくなる側(閉弁タイミングが遅れる側)の上限特性と、閉弁パラメータが小さくなる側(閉弁タイミングが進む側)の下限特性とが規定されている。上限特性及び下限特性は、許容上限、許容下限となる限界特性である。これらノミナル特性、上限特性及び下限特性は、適合等により定められたモデル値であり、個体差や温度等の環境ばらつきを含めて定められているとよい。ノミナル特性、上限特性及び下限特性は、通電時間Tiに対する閉弁パラメータのゲイン(傾き)が相違するものとして定められているとよい。
マイコン51は、図19の関係を用い、今回のパーシャルリフト噴射での通電時間Tiと閉弁パラメータとに基づいて、ノミナル特性に対する特性ずれを算出する。本実施形態では、特性ずれとして、ノミナル特性と上限特性との間における実特性位置に基づいて、ノミナル特性に対する上限側のずれ量比率を算出する。又は、特性ずれとして、ノミナル特性と下限特性との間における実特性位置に基づいて、ノミナル特性に対する下限側のずれ量比率を算出する。なお、図19の閉弁特性データは、燃温及び燃圧の少なくともいずれかに応じて複数定められているとよい。
ずれ量比率の算出についてより具体的には、図19において、今回のパーシャルリフト噴射での通電時間TiがX1であり、閉弁パラメータがX2である場合に、実際の特性点がX3として求められる。この場合、実特性がノミナル特性に対して上限側にずれることになり、通電時間X1において、上限特性での閉弁パラメータとノミナル特性での閉弁パラメータとの差Y1と、実際の閉弁パラメータとノミナル特性での閉弁パラメータとの差Y2との比(Y2/Y1)によりずれ量比率が算出される。なお、実特性がノミナル特性に対して下限側にずれる場合には、上限特性に代えて下限特性を用いてずれ量比率が算出される。
特性ずれとしてのずれ量比率は、パーシャルリフト領域において正規化されたものであるとよい。この場合、ずれ量比率は、単点の閉弁パラメータ、又は複数点の閉弁パラメータにより算出されるとよい。
なお、閉弁特性データにおいて上限特性及び下限特性のいずれかのみを規定しておき、上限特性に基づいて上限側のずれ量比率を算出する処理と、下限特性に基づいて下限側のずれ量比率を算出する処理とのいずれかのみを実施する構成であってもよい。
その後、図17のステップS43では、ずれ量比率の今回値を用い、なまし演算によりずれ量比率の前回値を更新する。マイコン51は、ずれ量比率を、パーシャルリフト領域の閉弁タイミング学習値βLとして算出し、その閉弁タイミング学習値βLを、燃温及び燃圧により定められた学習領域ごとに記憶する。
その後、ステップS44では、パーシャルリフト領域での初回学習が完了していることを示す初回学習フラグFPLが0であるか否かを判定する。初回学習フラグFPLは、パーシャルリフト噴射用の複数の学習領域において少なくとも1つの領域で閉弁タイミング学習値βL(ずれ量比率)の学習が完了していることを示すものである。初回学習フラグFPLは、パーシャルリフト領域の全ての学習領域で閉弁タイミング学習値βLが未学習(すなわちデータ無し)であれば「0」がセットされ、少なくとも1つの学習領域で閉弁タイミング学習値βLの学習が完了すると「1」がセットされるものとなっている。
ステップS44が肯定されるとステップS45に進み、ずれ量比率の初回学習値の算出が完了しているか否かを判定する。このとき、初回学習の期間を定めておき、その期間で繰り返し算出されたずれ量比率により、初回学習値としてのずれ量比率が算出されるとよい。そして、ずれ量比率の初回学習値の算出が完了していれば後続のステップS46に進み、初回学習値の算出が完了していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
ステップS46では、初回学習値であるずれ量比率を、閉弁タイミング学習値βLとしてパーシャルリフト領域の全ての学習領域に反映する。このとき、現時点の燃温及び燃圧にかかわらず、全ての学習領域に同じ学習値を記憶する。なお、全ての学習領域に学習値を記憶する場合に、現時点の燃温や燃圧と、他の学習領域の燃温や燃圧との差を考慮してもよく、燃温の差や燃圧の差に応じて学習値を補正し、その補正後の学習値を各学習領域に記憶する構成であってもよい。続くステップS47では、初回学習フラグFPLに1をセットし、その後、本ルーチンを終了する。
初回学習フラグFPLに1がセットされた後は、ステップS44が否定され、ステップS48に進む。ステップS48では、ずれ量比率の算出が行われた今回の学習領域について、ずれ量比率を閉弁タイミング学習値βLとして記憶するか否かを判定する。そして、該当する学習領域において閉弁タイミング学習値βLとすべきずれ量比率の算出が完了していれば、ステップS49に進み、その学習領域に閉弁タイミング学習値βL(ずれ量比率)を記憶する。
なお、パーシャルリフト噴射での特性ずれを示す値としてずれ量比率とは異なる値を算出する構成としてもよい。例えば、特性ずれとして、ノミナル特性に対する実特性のずれ量を算出する構成としてもよい。
(フルリフト学習処理)
図20は、図14のステップS36で実施されるフルリフト学習処理を示すフローチャートである。この学習処理では、パーシャルリフト学習と同様に、燃温と燃圧とをパラメータとして複数に区分されたフルリフト学習用の学習領域が定められており、その学習領域ごとに、閉弁タイミング学習値βLが保存される(図18参照)。
図20において、ステップS51では、燃料噴射弁30の閉弁タイミングを示す閉弁パラメータとして、マイナス端子電圧Vmの電圧変曲タイミングTinfを取得する(図10参照)。
その後、ステップS52では、通電時間Ti(通電パルス幅)と閉弁パラメータとの関係を規定したフルリフト領域の閉弁特性データを用い、今回のフルリフト噴射での特性ずれとして、基準特性からのずれ量を算出する。ずれ量の算出について以下に詳しく説明する。
図21は、フルリフト噴射において通電時間Tiと閉弁パラメータとの関係を規定した閉弁特性データを示す図であり、この特性データは、例えばマップデータとしてECU50内のメモリに記憶されている。なお、図21には、基準特性としてのノミナル特性が規定されている。
マイコン51は、図21の関係を用い、今回のフルリフト噴射での通電時間Tiと閉弁パラメータとに基づいて、ノミナル特性に対する特性ずれを算出する。本実施形態では、特性ずれとして、ノミナル特性と実特性との閉弁パラメータの差に基づいて、ノミナル特性に対するずれ量を算出する。なお、図21の閉弁特性データは、燃温及び燃圧の少なくともいずれかに応じて複数定められているとよい。ずれ量の算出についてより具体的には、図21において、今回のフルリフト噴射での通電時間TiがX11であり、閉弁パラメータがX12である場合に、実際の特性点がX13として求められる。この場合、通電時間X11において、ノミナル特性に対する実特性の閉弁パラメータの差Y11によりずれ量が算出される。ずれ量は、フルリフト領域において正規化されたものであるとよい。この場合、ずれ量は、単点の閉弁パラメータ、又は複数点の閉弁パラメータにより算出されるとよい。
その後、図20のステップS53では、ずれ量の今回値を用い、なまし演算によりずれ量の前回値を更新する。マイコン51は、ずれ量を、フルリフト領域の閉弁タイミング学習値βLとして算出し、その閉弁タイミング学習値βLを、燃温及び燃圧により定められた学習領域ごとに記憶する。
その後、ステップS54では、フルリフト領域での初回学習が完了していることを示す初回学習フラグFFLが0であるか否かを判定する。初回学習フラグFFLは、フルリフト噴射用の複数の学習領域において少なくとも1つの領域で閉弁タイミング学習値βL(ずれ量)の学習が完了していることを示すものである。初回学習フラグFFLは、フルリフト領域の全ての学習領域で閉弁タイミング学習値βLが未学習(すなわちデータ無し)であれば「0」がセットされ、少なくとも1つの学習領域で閉弁タイミング学習値βLの学習が完了すると「1」がセットされるものとなっている。
ステップS54が肯定されるとステップS55に進み、ずれ量の初回学習値の算出が完了しているか否かを判定する。このとき、初回学習の期間を定めておき、その期間で繰り返し算出されたずれ量により、初回学習値としてのずれ量が算出されるとよい。そして、ずれ量の初回学習値の算出が完了していれば後続のステップS56に進み、初回学習値の算出が完了していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
ステップS56では、初回学習値であるずれ量を、閉弁タイミング学習値βLとしてフルリフト領域の全ての学習領域に反映する。このとき、現時点の燃温及び燃圧にかかわらず、全ての学習領域に同じ学習値を記憶する。なお、全ての学習領域に学習値を記憶する場合に、現時点の燃温や燃圧と、他の学習領域の燃温や燃圧との差を考慮してもよく、燃温の差や燃圧の差に応じて学習値を補正し、その補正後の学習値を各学習領域に記憶する構成であってもよい。続くステップS57では、初回学習フラグFFLに1をセットし、その後、本ルーチンを終了する。
初回学習フラグFFLに1がセットされた後は、ステップS54が否定され、ステップS58に進む。ステップS58では、ずれ量の算出が行われた今回の学習領域について、ずれ量を閉弁タイミング学習値βLとして記憶するか否かを判定する。そして、該当する学習領域において閉弁タイミング学習値βLとすべきずれ量の算出が完了していれば、ステップS59に進み、その学習領域に閉弁タイミング学習値βL(ずれ量)を記憶する。
なお、フルリフト噴射での特性ずれを示す値としてずれ量とは異なる値を算出する構成としてもよい。例えば、特性ずれとして、ノミナル特性と上限特性との間における実特性位置に基づいて、ノミナル特性に対する上限側又は下限側のずれ量比率を算出する構成としてもよい。
上述したパーシャルリフト学習処理及びフルリフト学習処理によれば、図22に示すように、パーシャルリフト領域及びフルリフト領域においてそれぞれ学習済みの噴射量特性が得られる。図22には、パーシャルリフト領域での噴射量特性として、ノミナル特性を破線で示し、実特性を実線で示している。また、フルリフト領域での噴射量特性として、ノミナル特性を破線で示し、実特性を実線で示している。この場合、パーシャルリフト領域での実特性とフルリフト領域での実特性との交点Pxよりも低流量側で、実際のパーシャルリフト噴射特性が規定されるとともに、交点Pxよりも高流量側で、実際のフルリフト噴射特性が規定される。
(境界領域学習処理)
ところで、パーシャルリフト噴射特性とフルリフト噴射特性との交点Px付近では、弁体34がフルリフト位置に到達することに起因する噴射量の乱れが生じやすく、噴射量が意図せず増加又は減少する。噴射量の乱れの原因としては、弁体34がフルリフト位置に到達する際に生じる弁体34の跳ね返りなどが考えられる。この場合、図23に示すように、パーシャルリフト領域とフルリフト領域との境界付近の境界領域では、通電時間と噴射量との関係性が乱れ、例えば通電時間に対して噴射量が過少になる(ハッチング部分)。
本実施形態では、境界領域学習処理において、境界領域での噴射量の乱れに起因する噴射量特性のずれを見いだし、その特性ずれを学習する。境界領域学習の概要を以下に説明する。
図24(a)~(d)は、境界領域学習の手順を示す説明図であり、これら各図には、パーシャルリフト学習処理及びフルリフト学習処理により学習されたパーシャルリフト噴射特性とフルリフト噴射特性とが破線にて示されている。また、実際の噴射量特性(実特性)が実線にて示されており、その実特性ではパーシャルリフト噴射特性とフルリフト噴射特性との交点付近で噴射量の落ち込みが生じるものとなっている。図24(a)では、境界領域での学習実施範囲が定められており、具体的には、噴射量が噴射量閾値Th11~Th12であり、かつ通電時間Tiが通電時間閾値Th13~Th14である範囲が学習実施範囲として定められている。なお、噴射量閾値Th11,Th12は、上述した図15の第1閾値Th1、第2閾値Th2と同じであるとよい。そして、その学習実施範囲内に2つの検索領域R1,R2が定められている。これら検索領域R1,R2は、噴射量の落ち込みが生じる境界領域の実特性において、その実特性上の特性点Pq1,Pq2を検索する領域である。本実施形態では、学習実施範囲内において、検索領域R1,R2で検索された2つの特性点Pq1,Pq2と、パーシャルリフト特性上及びフルリフト特性上で各々設定された2つの特性点W1,W2とに基づいて、境界領域での噴射量特性を学習する。
まず図24(a)では、検索領域R1において実特性上の特性点Pq1を検索する。この場合、今回の燃料噴射の実噴射量Qz1を取得するとともに、フルリフト噴射特性を用いて今回の要求噴射量に対応する通電時間Tz1を求め、それら実噴射量Qz1、通電時間Tz1から決まる点(座標)を特性点Pq1とする。
また、図24(b)では、パーシャルリフト特性上の特性点W1と、フルリフト特性上の特性点W2とを設定する。そして、パーシャルリフト特性上の特性点W1と実特性上の特性点Pq1との間を直線補完することで特性線L1を作成するとともに、フルリフト特性上の特性点W2と実特性上の特性点Pq1との間を直線補完することで特性線L2を作成する。
図24(c)では、検索領域R2において実特性上の特性点Pq2を検索する。この場合、今回の燃料噴射の実噴射量Qz2を取得するとともに、特性線L1を用いて今回の要求噴射量に対応する通電時間Tz2を求め、それら実噴射量Qz2、通電時間Tz2から決まる点(座標)を特性点Pq2とする。
図24(d)では、実特性上の特性点Pq1,Pq2の間を直線補完することで特性線L21を作成するとともに、フルリフト特性上の特性点W2と実特性上の特性点Pq2との間を直線補完することで特性線L22を作成する。この場合、図24(b)で説明した特性線L2が特性線L21,L22により2分割される。これにより、境界領域の噴射量特性を実特性に一層近づけることができる。図24(d)に示す各特性線L1,L21.L22が、境界領域の噴射量特性を示すものとなっている。
なお、実特性上の特性点Pq1,Pq2の数は任意でよく、1つとしたり、3点以上にしたりすることが可能である。要するに、境界領域の噴射量特性を示す特性線(L1,L21.L22)は、学習済みのパーシャルリフト特性上の特性点W1と、学習済みのフルリフト特性上の特性点W1と、境界領域内であり、かつ特性点W1,W2の間となる実特性上の1又は複数の特性点(Pq1,Pq2)とを用い、それら各特性点を上記のごとく繋ぐことで作成されるものとなっている。
図25は、図14のステップS37で実施される境界領域学習処理を示すフローチャートである。本学習処理において、学習実施範囲は燃温や燃圧に応じて可変に設定されることが考えられる。この場合、本学習処理が実施される時の燃圧に応じて学習実施範囲が変化するため、学習実施範囲内において各特性点Pq1,Pq2、W1,W2を正規化して求めるとよい。これにより、燃温や燃圧が相違する場合にも各特性点を共通に用いることができる。ただし、パーシャルリフト学習時やフルリフト学習時と同様に、燃温と燃圧とをパラメータにして複数に区分された学習領域(図18参照)にそれぞれ学習値が保存される構成であってもよい。
なお、境界領域での噴射量の乱れは、バッテリ電圧等の影響により変動する。そのため、例えばバッテリ電圧が所定値以下であれば、本学習処理の実施を禁止する構成であってもよい。
図25において、ステップS61では、パーシャルリフト領域及びフルリフト領域での閉弁タイミング学習値βLの学習が完了しているか否かを判定する。このとき、現時点の燃温及び燃圧に相当する学習領域で、パーシャルリフト領域及びフルリフト領域での閉弁タイミング学習値βLがそれぞれ記憶されていれば、パーシャルリフト領域及びフルリフト領域での学習が完了している旨を判定する。
また、ステップS62では、境界領域での噴射量ずれが所定値以上であるか否かを判定する。具体的には、図23において、今回の通電時間Tixに対するフルリフト噴射特性上の噴射量Qx1(学習済みの噴射特性上の噴射量)と実噴射量Qx2とを取得するとともに、それらQx1及びQx2の乖離量が所定値以上であるか否かを判定する。そして、ステップS61,S62が共に肯定されると後続のステップS63に進み、ステップS61,S62のいずれかが否定されると、本処理を終了する。
ステップS63では、今回の燃料噴射の通電時間Ti(通電パルス幅)が検索領域R1に入っているか否かを判定する。そして、ステップS63が肯定されるとステップS64に進み、ステップS63が否定されるとステップS65に進む。
ステップS64では、検索領域R1において実特性上の特性点Pq1を検索する。このとき、図24(a)に示すように、今回の燃料噴射での通電時間Tz1と実噴射量Qz1とにより特性点Pq1を決定する。特性点Pq1の通電時間Tz1及び実噴射量Qz1は前回値に対してなまし処理を行うことで求められるとよい。
また、ステップS65では、今回の燃料噴射の通電時間Ti(通電パルス幅)が検索領域R2に入っているか否かを判定する。そして、ステップS65が肯定されるとステップS66に進み、ステップS65が否定されると本処理を一旦終了する。
ステップS66では、パーシャルリフト特性上の特性点W1と、フルリフト特性上の特性点W2とを設定する。
また、ステップS67では、検索領域R2において実特性上の特性点Pq2を検索する。このとき、図24(b)に示すように、フルリフト特性上の特性点W2と実特性上の特性点Pq1との間を直線補完することで特性線L2を作成する。また、図24(c)に示すように、特性線L2で今回の燃料噴射での要求噴射量に対応する通電時間Tz2を取得するとともに、その通電時間Tz2と今回の実噴射量Qz2とにより特性点Pq2を決定する。特性点Pq2の通電時間Tz2及び実噴射量Qz2は前回値に対してなまし処理を行うことで求められるとよい。
特性点Pq1,Pq2の通電時間(Ti値)及び噴射量(Q値)は、境界領域での噴射量ずれ(噴射量を基準にすれば通電時間ずれ)を補償するための境界領域学習値として求められ、これら特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値がバックアップメモリ53に記憶される。また同様に、特性点W1,W2のTi値及びQ値がバックアップメモリ53に記憶される。なお、特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値を、都度の燃温や燃圧に応じて定められる学習領域ごとに記憶する構成としてもよい。
(静的学習処理)
図26は、図11のステップS17で実施される静的学習処理を示すフローチャートである。マイコン51は、本処理において噴射量学習値γLを算出する。
図26において、ステップS71では、今回の要求噴射量がフルリフト領域において所定の高流量域に入っているか否かを判定する。そして、要求噴射量がフルリフト領域内の高流量域に入っていれば、後続のステップS72に進み、要求噴射量が高流量域に入っていなければ、そのまま本処理を終了する。
ステップS72では、今回の燃料噴射での実際の燃料噴射量を実噴射量として推定する。具体的には、燃料噴射が行われると、それに伴う燃圧低下が生じることから、燃料噴射の前後における燃圧低下量を取得し、その燃圧低下量に基づいて実噴射量を推定する。このとき、燃料噴射量と燃圧低下量との相関を定めておき、燃圧低下量に基づいて実噴射量を推定するとよい。燃圧低下量が大きいほど、実噴射量が多いと推定するとよい。
また、燃料噴射弁30から噴射された燃料が燃焼に供されると、それに伴う排気の空燃比の変化やエンジン回転速度(単位回転角当たりの瞬時回転速度)の変化が生じることから、それら空燃比変化量や回転速度変化量を取得し、それらの変化量に基づいて実噴射量を推定してもよい。このとき、燃料噴射量と空燃比変化量との相関、又は燃料噴射量と回転速度変化量との相関を定めておき、空燃比変化量や回転速度変化量に基づいて実噴射量を推定するとよい。なお、空燃比変化量や回転速度変化量に基づいて実噴射量を推定する手法は、多段噴射でなく単段噴射の燃料噴射が行われる場合に限られる。燃料噴射に伴い生じる燃圧低下量と、燃料の燃焼に伴い生じる空燃比変化量及び回転速度変化量の少なくともいずれかとに基づいて、実噴射量を推定することも可能である。
その後、ステップS73では、要求噴射量と実噴射量との偏差に基づいて、要求噴射量を補正するための噴射量学習値γLを算出する。このとき、要求噴射量と実噴射量との差を噴射量学習値γLとするとよい。
(燃料噴射メインルーチン)
図27は、燃料噴射弁30の燃料噴射を実施する燃料噴射メインルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは、ECU50のマイコン51により各気筒の燃料噴射ごとに実施される。マイコン51は、本ルーチンにおいて、気筒ごとに、開弁エネルギ補正値αによる開弁エネルギ補正、閉弁タイミング学習値βLによる閉弁補正、噴射量学習値γLによる静的補正を適宜算出する。
図27において、ステップS101では、今回の燃焼気筒での燃料噴射弁30による総噴射量と、噴射段数と、各段の噴射の要求噴射量と、通電時間Tiとを算出する。このとき、エンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン運転状態に基づいて基本噴射量を算出するとともに、空燃比、エンジン水温等に基づく各種補正を実施して総噴射量を算出する。また、エンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン運転状態に基づいて、多段噴射を実施する際の噴射段数を設定する。例えば、高負荷運転時において噴射段数が大きくなるようにして噴射段数の設定を実施する。そして、多段噴射又は単段噴射の要求噴射量を算出するとともに、各段の要求噴射量に応じて通電時間Tiを算出する。
ステップS102,S103では、燃料噴射弁30による燃料噴射が正常に実施される状況にあるか否かを判定する。具体的には、ステップS102では、燃圧センサ41により検出された燃圧が所定の圧力閾値Thpよりも低いか否かを判定する。圧力閾値Thpは、燃圧が過剰に高い過高圧であることを判定する判定値であり、予め定められた燃圧使用範囲よりも高い圧力として定められている。例えば、燃料噴射システムでの燃圧使用範囲を10~40MPaとする場合において、圧力閾値Thpは50MPaである。
また、ステップS103では、前回を含む過去の燃料噴射(前回以前の燃料噴射)においてその燃料噴射が正常に行われているか否かを判定する。前回以前の燃料噴射が正常でないこと(すなわち異常であること)の判定は、前回以前の燃焼行程でのエンジン回転速度の変化が所定値以下であること、前回以前の燃料噴射に伴い生じる燃圧低下量が所定値以下であること、前回以前の燃料噴射時における通電終了後の閉弁タイミングが所定タイミングよりも早いこと、前回以前の燃焼行程で失火が生じていること、エンジン始動時のクランキング時間が所定値以上であることの少なくとも1つに基づいて行われるとよい。これらいずれかの異常が生じ、その状況が所定時間継続されている場合に、燃料噴射が正常でない旨を判定するとよい。
ステップS102,S103が共に肯定される場合には、ステップS104に進み、燃料噴射弁30を通電するための通電パターンとして通常モードでの通電パターンを設定する。このとき、マイコン51は、高電圧V2(昇圧電圧)、ピーク電流Ip、ホールド電流Ihを設定する。なお、これら各値は、本駆動システムでの最大の燃圧に対して燃料噴射弁30や駆動回路のばらつきを加味しつつ正常な燃料噴射が実施可能な値として設定されるとよい。この場合、上述した図5に示す通常モードの通電パターンで燃料噴射弁30が通電駆動される。つまり、通常モードの通電パターンでは、通電パルスがオンされることに伴い燃料噴射弁30に高電圧V2が印加され、その電圧印加に伴い弁体34の開弁リフトにより燃料噴射が開始される。そして、駆動電流がピーク電流Ipに到達したことに基づいて、印加電圧が高電圧V2から低電圧V1に切り替えられる。これにより、駆動電流がホールド電流Ihで保持され、弁体34の開弁状態が維持される。その後、通電パルスがオフになると、燃料噴射弁30への電圧印加が停止され、弁体34が閉弁位置に到達することで燃料噴射が停止される。
その後、ステップS104aでは、高圧電源55における昇圧動作を制限する期間である昇圧マスク期間を設定する。その詳細を、図28のタイムチャートを用いて以下に説明する。図28において、タイミングt21では、通電パルスの立ち上がりに伴い燃料噴射弁30に高電圧V2が印加され、それに伴い駆動電流が流れる。そして、駆動電流がピーク電流Ipに到達したタイミングt22以降において、低電圧V1の断続的な印加によりホールド電流Ihが流れ、タイミングt23で通電パルスが立ち下げられる。また、タイミングt23では、燃料噴射弁30のマイナス端子電圧Vmが変化し、その電圧波形において、弁体34が閉弁位置に到達する時の電圧変化に基づいて、燃料噴射弁30の閉弁タイミングが求められる(タイミングt24)。
ここで、高電圧V2が印加されるt21~t22の期間では、高圧電源55により印加される高電圧V2が徐々に低下する。そのため、高電圧V2の印加終了後には、高圧電源55において昇圧処理(充電処理)が行われる。この場合、高圧電源55として、リアクトルとスイッチとを有し、スイッチのスイッチング動作によりバッテリ電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を用いる構成では、例えば高電圧V2の印加終了時であるタイミングt22から昇圧期間Tchで昇圧が行われることが考えられ、その昇圧期間Tchにおいてスイッチの高速スイッチング動作による昇圧が行われる。この構成では、マイナス端子電圧Vmにスイッチング周波数に応じた電圧変動が重畳し、その結果、マイナス端子電圧Vmの検出精度が低下することが懸念される。
そこで本実施形態では、少なくとも通電パルスの立ち下がり時から所定時間が経過するまでの期間を昇圧マスク期間とし、昇圧マスク期間において高圧電源55における昇圧動作を禁止する。図28で言えば、パルスオフ時のタイミングt23から所定時間Tmkが経過するタイミングt25までの期間をマスク期間とする。この場合、タイミングt25以降に、高圧電源55での昇圧が開始される。
所定時間Tmkは、燃圧や燃料噴射弁30の温度などに基づいて可変に設定されてもよい。例えば、図29(a)の関係を用い、燃圧に基づいて所定時間Tmkを設定するとよい。また、図29(b)の関係を用い、燃料噴射弁30の温度に相関するエンジン水温に基づいて所定時間Tmkを設定するとよい。図29(a),(b)によれば、燃圧が高いほど、又はエンジン水温が高いほど、燃料噴射弁30の閉弁応答が早いことを加味して所定時間Tmkが設定される。
なお、マスク期間は、少なくとも通電パルスの立ち下がり時からマイナス端子電圧Vmの電圧変曲点までを含む期間で定められていればよい。タイミングt23以前のタイミングをマスク期間の開始タイミングとしてもよい。例えば高電圧V2の印加停止時のタイミングt22をマスク期間の開始タイミングとしてもよい。
図27の説明に戻り、ステップS102,S103のいずれかが否定される場合には、ステップS105に進み、燃料噴射弁30の通電パターンとして異常モードでの通電パターンを設定する。この異常モードでの通電パターンを以下に説明する。
燃料噴射弁30では、通電開始に伴い弁体34が正常に開弁リフトしないと、正常な燃料噴射が行われない。例えば燃料噴射弁30に供給される燃料の圧力(燃圧)が圧力閾値Thp以上になっていると、燃料噴射弁30において弁体34を閉弁側に押圧する力が過剰に大きくなり、燃料噴射が異常となることが考えられる。そこで本実施形態では、異常モードでの通電パターンとして、通電開始後に駆動電流がピーク電流Ipまで上昇した後に、高圧電源55により高電圧V2を多重に繰り返し印加することとし、燃料噴射弁30の開弁エネルギを充足させる。この場合、マイコン51は、異常モードの通電条件として、高電圧V2、ピーク電流Ipx、ホールド電流Ihx、1段目の高電圧印加期間Tap1、2段目の高電圧印加期間Tap2を設定する。なお、これら各値を、例えば燃圧に応じて可変に設定することも可能である。
図30は、異常モードでの通電パターンを示すタイムチャートである。図30において、タイミングt31では、通電パルスの立ち上がりに伴い燃料噴射弁30に高圧電源55から高電圧V2が印加される。その後、タイミングt32において、駆動電流がピーク電流Ipxに到達すると、高圧電源55の高電圧V2が断続的に印加されることで、駆動電流がピーク電流Ipx付近で保持される。この高電圧印加は、通電開始から1段目の高電圧印加期間Tap1が経過するタイミングt33まで継続される。
その後、タイミングt34で、駆動電流がホールド電流Ihxまで降下すると、再び高圧電源55から高電圧V2が断続的に印加されることで、駆動電流がホールド電流Ihx付近で保持される。この高電圧印加は、通電開始から2段目の高電圧印加期間Tap2が経過するタイミングt35まで継続される。タイミングt35では、通電パルスが立ち下げられ、燃料噴射弁30への電圧印加が停止される。
なお、異常モードでの通電パターンを上記以外で実現することも可能である。例えば、1段目及び2段目の高電圧印加のうち1段目の高電圧印加のみを実施する構成としてもよい。また、高圧電源55により高電圧V2を断続印加する1段目の高電圧印加を実施した後、駆動電流を、通常モードでの通電パターンと同様のホールド電流Ihとする構成としてもよい。又は、高圧電源55により高電圧V2を断続印加する1段目の高電圧印加を実施した後、駆動電流を、ホールド電流Ihx→ホールド電流Ihの順に切り替える構成としてもよい。
図27の説明に戻り、ステップS106では、開弁エネルギ補正値αによる開弁エネルギ補正処理を実施する。ステップS106では、図31に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて開弁エネルギ補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS107では、閉弁タイミング学習値βLによる閉弁補正処理を実施する。ステップS107では、図32に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて閉弁タイミング補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS108では、噴射量学習値γLによる静的補正処理を実施する。ステップS108では、図43に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて静的補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS109では、バッテリ電圧によるバッテリ電圧補正処理を実施する。ステップS109では、図46に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて閉弁タイミング補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
その後、ステップS110では、上記各種補正を適宜実施して求められた噴射量及び通電時間Tiに基づいて、通電指令信号として通電パルスを生成し、その通電パルスを駆動IC52に出力する。
(開弁エネルギ補正処理)
図31は、図27のステップS106で実施される開弁エネルギ補正処理を示すフローチャートである。マイコン51は、本処理において、開弁エネルギ補正値αを用い、通電開始時に印加される高電圧V2を補正する。
図31において、ステップS111では、開弁エネルギ補正値αの有無を判定する。このとき、今回のトリップにおいて開弁エネルギ補正値αが既に算出されていれば、ステップS111を肯定してステップS112に進み、開弁エネルギ補正値αが算出されていなければ、そのまま本処理を終了する。なお、開弁エネルギ補正値αが学習値としてバックアップメモリ53に記憶される構成であれば、開弁エネルギ補正値αがバックアップメモリ53に記憶されているか否かが判定される。
ステップS112では、開弁エネルギ補正値αを用いて高電圧V2を補正する。これにより、通電開始後における開弁エネルギのずれが補償される。続くステップS113では、開弁エネルギ補正が実施されたことを示す開弁エネルギ補正フラグFX1に1をセットし、その後、本処理を終了する。なお、開弁エネルギ補正フラグFX1は、車両起動時(IGオン時)に0にリセットされ、開弁エネルギ補正値αによる高電圧V2の補正が実施された後は、1がセットされた状態で保持される。
(閉弁補正処理)
図32は、図27のステップS107で実施される閉弁補正処理を示すフローチャートである。マイコン51は、本処理において、閉弁タイミング学習値βLや境界領域の特性点データ(特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値)を用い、通電時間Tiを補正する。
図32において、ステップS121では、開弁エネルギ補正フラグFX1に1がセットされているか否かを判定する。FX1=1であれば、後続のステップS122に進み、FX1=0であれば、そのまま本処理を終了する。
ステップS122では、要求噴射量を強制的に複数に分割する強制分割噴射の実施条件が成立しているか否かを判定する。強制分割噴射は、要求噴射量がフルリフト領域の下限噴射量よりも多い場合に、要求噴射量を2段に分割し、そのうち前段の燃料噴射でパーシャルリフト噴射を実施するものである。そして、パーシャルリフト領域での初回学習が完了していない場合において、その初回学習を早期に完了させるべく強制分割によるパーシャルリフト噴射を実施する。又は、パーシャルリフト領域での走行開始後学習(トリップごと学習)が完了していない場合において、その走行開始後学習を早期に完了させるべく強制分割によるパーシャルリフト噴射を実施する。
具体的な実施条件としては、例えば、
・パーシャルリフト噴射によりエンジン11での燃料の燃焼に与える影響が小さく、パーシャルリフト噴射の実施が許可されていること(例えばフェイルセーフ状態でないこと)、
・単段の燃料噴射時であり、かつ要求噴射量が所定値以上(例えばフルリフト領域の下限噴射量以上)であること、
・燃料噴射の開始時期が所定範囲内(例えば吸気行程内)であること、
・燃圧の時間当たりの変化量が所定値以下であり、燃圧安定状態であること、
・エンジン負荷の時間当たりの変化量が所定値以下であり、負荷安定状態であること、
・エンジン回転速度の時間当たりの変化量が所定値以下であり、回転速度安定状態であること、
・エンジン回転速度、エンジン水温が所定範囲内にあること、
の各条件が含まれており、これらが全て満たされる場合に、強制分割噴射の実施条件が成立していると判定する。なお、上記実施条件の変更は可能であり、要は、過渡運転状態での実施を避けること、強制分割噴射によるエミッション悪化を生じさせないことを判定するものであれば、他の判定パラメータを代用する構成であってもよい。
強制分割条件が成立している場合、ステップS123に進み、強制分割の実施の態様を決定する。この場合、強制分割噴射における前段噴射及び後段噴射の噴射量と噴射開始時期とを決定する。図33は、通常の通電パルスと、強制分割噴射を実施する際の通電パルスとを上下に並べて示す。
強制分割噴射では、パーシャルリフト領域での所定噴射量を前段噴射の噴射量とし、要求噴射量から前段噴射の噴射量を差し引いた噴射量を後段噴射の噴射量とする。前段噴射の噴射量は、燃温や燃圧に基づいて可変に設定されるとよい。
図34に示すように、パーシャルリフト領域では、燃温及び燃圧に応じて噴射量特性が変化し、燃温が高温であるほど、通電時間に対する噴射量が多くなるとともに、燃圧が高圧であるほど、通電時間に対する噴射量が多くなる。この場合、燃温や燃圧に応じてパーシャルリフト領域の噴射量範囲が変化する。そのため、パーシャルリフト領域の一定のポイント(例えば領域内中央位置、又は領域内高流量位置)で前段噴射を行わせる場合には、前段噴射の噴射量を、燃温及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて可変に設定することが望ましい。例えば、図35(a)に示すように、燃温が高い場合に、燃温が低い場合に比べて、前段噴射の噴射量(分割噴射量)を多くするとよい。また、図35(b)に示すように、燃圧が高い場合に、燃圧が低い場合に比べて、前段噴射の噴射量(分割噴射量)を多くするとよい。
また、強制分割噴射では、エンジン回転速度に基づいて前段噴射の噴射開始時期を決定するとよい。つまり、エンジン回転速度に基づいて前段噴射の進角量を設定し、その進角量を加味して前段噴射の噴射開始時期を決定する。このとき、分割前の単段の燃料噴射の噴射開始時期を後段噴射の噴射開始時期とするとともに、分割前の噴射開始時期から、エンジン回転速度に応じて定められた所定の進角量を前出しした時期を、前段噴射の噴射開始時期とする。
強制分割噴射は、車両起動後(IGオン後)において、エンジン11の暖機に伴う燃温の上昇に合わせて、異なる燃温領域でそれぞれ実施されるとよい。具体的には、図36に示すように、IGオン後は、燃温が徐々に上昇する。この場合、燃温の領域が温度Te1,Te2により3つに区分されており、それら各温度領域において、パーシャルリフト領域での閉弁タイミング学習値βLの学習を行わせるべく、強制分割噴射が適宜実施される。図36では、燃温がTe1未満となっているタイミングt41、燃温がTe1~Te2となっているタイミングt42、燃温がTe2以上となっているタイミングt43でそれぞれ強制分割噴射が実施されている。なお、温度Te1,Te2で区分される各領域は、パーシャルリフト領域での閉弁タイミング学習値βLの学習が行われる複数の学習領域と同じ領域であるとよい。強制分割噴射が実施される温度領域の数は任意でよい。
図32の説明に戻り、ステップS124では、今回の燃料噴射の噴射段数をNとする。この場合、強制分割噴射でない多段噴射を実施する場合には、多段噴射の段数をNとする。また、強制分割噴射を実施する場合には、N=1とする。
その後、ステップS125では、Nの値が1以上であるか否かを判定する。N≧1であれば、後続のステップS126に進む。ステップS126では、要求噴射量がパーシャルリフト領域に属するものか否かを判定し、ステップS127では、要求噴射量がフルリフト領域に属するものか否かを判定する。なお、強制分割噴射が実施される場合には、前段噴射の噴射量が要求噴射量に相当する。そして、ステップS126が肯定されるとステップS128に進み、ステップS127が肯定されるとステップS129に進む。ステップS126,S127が共に否定されるとステップS130に進む。
ステップS128では、パーシャルリフト噴射の閉弁タイミング学習値βLにより通電時間Tiを補正する閉弁補正処理を実施する。このステップS128では、図37に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいてパーシャルリフト噴射での閉弁補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS129では、フルリフト噴射の閉弁タイミング学習値βLにより通電時間Tiを補正する閉弁補正処理を実施する。このステップS129では、図39に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいてフルリフト噴射での閉弁補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
ステップS130では、境界領域学習値として求めた特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値(図24(d)参照)を用い、境界領域噴射での通電時間Tiを補正する境界領域補正処理を実施する。このステップS130では、図41に示すサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンにおいて境界領域の燃料噴射について閉弁補正が実施される。ただし、その詳細は後述する。
その後、ステップS131では、Nを1減算し、ステップS125に戻る。そして、上述したとおりステップS125以降の処理を実施する。ステップS125~S131が繰り返し実施されることで、今回の燃料噴射気筒での噴射段数分の各噴射について学習値(閉弁タイミング学習値βL、又は特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値)による補正が適宜実施される。
(パーシャルリフト噴射の閉弁補正処理)
図37は、図32のステップS128で実施されるパーシャルリフト噴射の閉弁補正処理を示すフローチャートである。この閉弁補正処理では、パーシャルリフト噴射の実施時において、閉弁タイミング学習値βLに基づいて通電時間Tiが補正されることで、燃料噴射弁30における閉弁タイミングのずれが補償される。
図37において、ステップS141では、今回のパーシャルリフト噴射において、通電時間Tiの補正に使用可能な閉弁タイミング学習値βLが存在しているか否かを判定する。具体的には、現時点の燃温及び燃圧に対応する学習領域の閉弁タイミング学習値βLが記憶されているか否かを判定する。この場合、初回学習の実施により、パーシャルリフト噴射用の全ての学習領域に何らかの学習値(閉弁タイミング学習値βL)が記憶されていれば、ステップS141を肯定する。又は、初回学習後のトリップごとの学習の実施により、現時点の燃温及び燃圧の条件に相当する学習領域で学習値(閉弁タイミング学習値βL)が更新されていれば、ステップS141を肯定する構成としてもよい。ステップS141を肯定するとステップS142に進む。
ステップS142では、現時点の燃温及び燃圧の条件に対応する学習領域から、閉弁タイミング学習値βLを読み出す。上述したとおり、パーシャルリフト噴射時の閉弁タイミング学習値βLは、ノミナル特性に対する特性ずれをずれ量比率として算出したものである。
その後、ステップS143では、閉弁タイミング学習値βL(ずれ量比率)による通電時間Tiの補正を実施する。この補正について以下に詳しく説明する。
図38は、パーシャルリフト噴射において通電時間Tiと燃料噴射量との関係を規定した噴射量特性データを示す図であり、この特性データは、例えばマップデータとしてECU50内のメモリに記憶されている。なお、図38には、基準特性としてのノミナル特性と上限特性と下限特性とが規定されている。これらノミナル特性、上限特性及び下限特性は、適合等により定められたモデル値であり、個体差や温度等の環境ばらつきを含めて定められているとよい。ノミナル特性、上限特性及び下限特性は、通電時間Tiに対する燃料噴射量のゲイン(傾き)が相違するものとして定められているとよい。
マイコン51は、図38の噴射量特性データのノミナル特性において、今回の要求噴射量に対応する通電時間Tiをノミナル通電時間TA1とする。また、マイコン51は、図38の噴射量特性データにおける上限特性又は下限特性を用い、都度の要求噴射量に基づいて、上限特性又は下限特性のいずれかに対応する限界通電時間TA2を算出する。このとき、例えば上限特性を用いて上限側の限界通電時間TA2を算出する。そして、ノミナル通電時間TA1と限界通電時間TA2との差(=TA2-TA1)に対して、閉弁タイミング学習値βLであるずれ量比率を乗算することで、補正時間ΔTiを算出する。補正時間ΔTiは、ノミナル特性に対する通電時間ずれ幅に相当する。この場合、実特性がノミナル特性に対して上限側にずれていれば、補正時間ΔTiとして通電時間Tiを減補正する補正値(マイナス補正値)が算出され、実特性がノミナル特性に対して下限側にずれていれば、補正時間ΔTiとして通電時間Tiを増補正する補正値(プラス補正値)が算出される。
また、マイコン51は、ノミナル通電時間TA1と補正時間ΔTiとにより、補正後の通電時間TA3を算出する。この通電時間TA3に基づいて、パーシャルリフト噴射の噴射量制御が実施される。
なお、ノミナル特性と上下限特性とを用いた上記の通電時間Tiの補正手法は一例であり、ノミナル特性と上下限特性とを用いて通電時間を補正できる構成であれば、中間変数等を任意に変更することが可能である。
また、ステップS141が否定された場合、ステップS144では、今回の燃料噴射(パーシャルリフト噴射)が、噴射量ずれに起因して失火が生じるおそれのあるものか否かを判定する。例えば、今回の燃料噴射が、パーシャルリフト領域のうち上限噴射量を含む上限近傍でのパーシャルリフト噴射(比較的多量のパーシャルリフト噴射)であれば、ステップS144を否定し、上限近傍以外のパーシャルリフト噴射(比較的少量のパーシャルリフト噴射)であれば、ステップS144を肯定するとよい。ただし、ステップS144の判定処理を削除し、今回の燃料噴射がパーシャルリフト噴射であることをもって、今回の燃料噴射が、噴射量ずれに起因する失火のおそれのある燃料噴射であると判定してもよい。ステップS144を肯定するとステップS145に進み、ステップS144を否定するとそのまま本処理を終了する。
ステップS145では、今回の燃料噴射の通電時間Tiを強制的に延長する。具体的には、今回の燃料噴射(パーシャルリフト噴射)での通電時間Tiに所定の延長時間を加算する。この延長時間は、今回の燃料噴射の通電時間Tiを、仮に噴射量ずれが生じていたとしても、換言すれば閉弁タイミングのずれ補正が行われていない状況であっても、失火のおそれのない領域まで延長する時間である。この延長時間は、予め定められた所定時間であってもよいし、例えば燃圧により可変設定される時間であってもよい。
又は、今回の燃料噴射(パーシャルリフト噴射)が多段噴射に含まれる一噴射である場合には、今回の燃料噴射(パーシャルリフト噴射)の通電時間Tiに、多段噴射に含まれる他の噴射の通電時間Tiを足し合わせることで、今回の燃料噴射の通電時間Tiを強制的に延長してもよい。なお、ステップS145において、今回の燃料噴射の通電時間Tiを強制的に延長することに代えて、今回の燃料噴射の噴射量を強制的に増量する構成としてもよい。
(フルリフト噴射の閉弁補正処理)
図39は、図32のステップS129で実施されるフルリフト噴射の閉弁補正処理を示すフローチャートである。この閉弁補正処理では、フルリフト噴射の実施時において、閉弁タイミング学習値βLに基づいて通電時間Tiが補正されることで、燃料噴射弁30における閉弁タイミングのずれが補償される。
図39において、ステップS151では、今回のフルリフト噴射において、通電時間Tiの補正に使用可能な閉弁タイミング学習値βLが存在しているか否かを判定する。具体的には、現時点の燃温及び燃圧に対応する学習領域の閉弁タイミング学習値βLが記憶されているか否かを判定する。この場合、初回学習の実施により、フルリフト噴射用の全ての学習領域に何らかの学習値(閉弁タイミング学習値βL)が記憶されていれば、ステップS151を肯定する。又は、初回学習後のトリップごとの学習の実施により、現時点の燃温及び燃圧の条件に相当する学習領域で学習値(閉弁タイミング学習値βL)が更新されていれば、ステップS151を肯定する構成としてもよい。ステップS151を肯定するとステップS152に進み、ステップS151を否定すると本処理を終了する。
ステップS152では、現時点の燃温及び燃圧の条件に対応する学習領域から、閉弁タイミング学習値βLを読み出す。上述したとおり、フルリフト噴射時の閉弁タイミング学習値βLは、ノミナル特性に対する特性ずれをずれ量として算出したものである。
その後、ステップS153では、閉弁タイミング学習値βL(ずれ量)による通電時間Tiの補正を実施する。この補正について以下に詳しく説明する。
図40は、フルリフト噴射において通電時間Tiと燃料噴射量との関係を規定した噴射量特性データを示す図であり、この特性データは、例えばマップデータとしてECU50内のメモリに記憶されている。なお、図40には、基準特性としてのノミナル特性が規定されている。
マイコン51は、図40の噴射量特性データのノミナル特性において、今回の要求噴射量に対応する通電時間Tiをノミナル通電時間TA11とする。また、マイコン51は、閉弁タイミング学習値βL(ずれ量)を補正時間ΔTiとする。補正時間ΔTiは、ノミナル特性に対する通電時間ずれ幅に相当する。この場合、実特性がノミナル特性に対して噴射量過多の側にずれていれば、補正時間ΔTiがマイナス補正値として用いられ、実特性がノミナル特性に対して噴射量過少の側にずれていれば、補正時間ΔTiがプラス補正値として用いられる。マイコン51は、ノミナル通電時間TA11に補正時間ΔTiを加算することで、補正後の通電時間TA12を算出する。この通電時間TA12に基づいて、パーシャルリフト噴射の噴射量制御が実施される。
(境界領域の噴射特性補正処理)
図41は、図32のステップS130で実施される境界領域補正処理を示すフローチャートである。この補正処理では、境界領域噴射の実施時において、境界領域の特性点データ(特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値)に基づいて通電時間Tiが補正されることで、燃料噴射弁30における閉弁タイミングのずれが補償される。
図41において、ステップS161では、境界領域での燃料噴射に際し、境界領域学習値としての特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値が存在しているか否かを判定する。ステップS161を肯定するとステップS162に進み、ステップS161を否定すると本処理を終了する。なお、特性点Pq1,Pq2のうち少なくとも特性点Pq1のTi値及びQ値が存在している場合に、ステップS161を肯定する構成であってもよい。
ステップS162では、特性点データとして、特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値と、特性点W1,W2のTi値及びQ値とを読み出す。続くステップS163では、ステップS162で読み出した特性点データを用い、通電時間Tiの補正を実施する。この補正について以下に詳しく説明する。
図42は、境界領域での噴射量特性データを示す図であり、同図には、基準特性としてパーシャルリフト噴射のノミナル特性とフルリフト噴射のノミナル特性とが破線で示されている。また、パーシャルリフト領域、フルリフト領域及び境界領域における実際の噴射特性が実線で示されている。実線で示す実特性は、4つの特性点Pq1,Pq2,W1,W2を直線補完して得られる特性線L1,L21.L22である。
マイコン51は、図42のフルリフト噴射のノミナル特性において、今回の要求噴射量に対応する通電時間Tiをノミナル通電時間TA21とする。また、マイコン51は、特性線L22を用い、要求噴射量に対応する通電時間TA22を補正後の通電時間Tiとして算出する。通電時間TA22が、境界領域での噴射量ずれを補償した通電時間に相当する。そして、この通電時間TA22に基づいて、境界領域での噴射量制御が実施される。
(静的噴射量の補正処理)
図43は、図27のステップS108で実施される静的噴射量補正処理を示すフローチャートである。この補正処理では、噴射量学習値γLにより要求噴射量が補正されることで、燃料噴射弁30における静的な噴射量ずれが補償される。
図43において、ステップS171では、閉弁タイミング補正が実施されている状況、すなわち閉弁タイミング学習値βLによる通電時間補正、又は境界領域での通電時間補正が実施されている状況であるか否かを判定する。
また、ステップS172では、今回の燃料噴射において、静的噴射量補正に使用可能な噴射量学習値γLが存在しているか否かを判定する。具体的には、現時点の燃温及び燃圧に対応する学習領域の噴射量学習値γLが記憶されているか否かを判定する。そして、ステップS171,S172を共に肯定するとステップS173に進み、ステップS171,S172のいずれかを否定すると本処理を終了する。
ステップS173では、現時点の燃温及び燃圧の条件に対応する学習領域から、噴射量学習値γLを読み出す。その後、ステップS174では、噴射量学習値γLによる要求噴射量の補正を実施する。このとき、要求噴射量に噴射量学習値γLを加算し、その加算した結果を、補正後の要求噴射量とする。
(バッテリ電圧補正処理)
燃料噴射に際し、上述した開弁エネルギ補正、閉弁タイミング補正、静的噴射量補正を実施することで、高精度な燃料噴射制御が可能となるが、仮にバッテリ電圧の低下が生じていると、その影響による噴射量ばらつきが生じることが考えられる。バッテリ電圧は、低圧電源54の低電圧V1に相当する電圧である。ここで、バッテリ電圧の低下による噴射量ばらつきについて説明する。
図44において、実線は、パーシャルリフト領域において基準となる噴射量特性(基準噴射特性)を示しており、バッテリ電圧の低下が生じると、一点鎖線で示すように基準噴射特性に対して噴射量が減少する側(低流量側)に噴射量ずれが生じる。この場合、バッテリ電圧の低下の度合が大きくなるほど、通電時間に対する噴射量の傾きが小さくなるとともに、噴射量ずれの程度が大きくなる。なお、ここで言う基準噴射特性は、パーシャルリフト領域において開弁エネルギ補正と閉弁タイミング補正と静的噴射量補正とによる特性ずれの是正が行われた噴射量特性である。
バッテリ電圧の低下に伴い燃料噴射量に影響が及ぶ場合には、バッテリ電圧の低下の度合に応じて燃料噴射量の傾きが変わるため、都度の燃料噴射量又は通電時間に応じて噴射量ばらつきの程度が相違することとなる。燃料噴射量を基準にして言えば、例えば図44の噴射量Q1と噴射量Q2とでは、基準特性に対する通電時間のずれが相違しており、噴射量Q1では時間ずれがΔTy1、噴射量Q2では時間ずれがΔTy2となっている(ΔTy1<ΔTy2)。そのため、バッテリ電圧補正を行う場合において、要求噴射量又は通電時間を加味することが望ましい。
また、バッテリ電圧が低下すると、高電圧V2の印加停止直後の駆動電流の落ち込みに影響が及ぶ。図45は、ピーク電流Ipが大小異なる場合において、高電圧V2の印加停止直後の駆動電流の落ち込み量がバッテリ電圧に応じて異なることを説明するための図である。図45において(a)は、ピーク電流Ipが比較的高い場合の電流波形を示し、(b)は、ピーク電流Ipが比較的低い場合の電流波形を示している。また、図45(a)、(b)は、バッテリ電圧が14Vから8Vに低下した状態の波形を示すものであり、高電圧V2の印加停止直後の電流落ち込みを、実線と破線とでそれぞれ示している。
バッテリ電圧が14Vであると、ピーク電流Ipが高い場合及び低い場合のいずれにおいても、高電圧V2の印加停止後において駆動電流が意図せず過度に落ち込むことが生じにくくなっている。これに対して、バッテリ電圧が8Vに低下すると、高電圧V2の印加停止後において駆動電流の落ち込みが生じやすくなり、さらに、ピーク電流Ipが高い場合と低い場合とを比べると、その際の落ち込み量がピーク電流Ipに応じて相違するものとなっている。この場合、駆動電流の落ち込み量が大きくなるほど、噴射量の低下の程度が大きくなる。そのため、バッテリ電圧補正を行う場合において、ピーク電流Ipを加味することが望ましい。
ちなみに、燃料噴射弁30では、弁体34が開弁動作する際にリフト量の変化によりインダクタンスが変化し、それに起因して、高電圧の印加停止直後の電流落ち込みが発生する。ただし、通電時間Tiの長い長時間噴射では、電流落ち込みの影響は小さくなる。
図46は、図27のステップS109で実施されるバッテリ電圧補正処理を示すフローチャートである。
図46において、ステップS180では、バッテリ電圧補正を実施する条件が成立しているか否かを判定する。このとき、バッテリ電圧が所定値(例えば12V)以下であり、かつ要求噴射量又はそれに対応する通電時間Tiが所定範囲内にある場合に、実施条件が成立している旨を判定する。ここで、駆動電流の落ち込みが生じる以前に燃料噴射弁30の通電が終了される場合や、パーシャルリフト領域を越える長時間の通電が行われる場合には、バッテリ電圧に起因する電流落ち込みが生じにくくなる。そのため、要求噴射量や通電時間Tiに応じて電流落ち込みの発生状況が相違することを加味して上記所定範囲が定められているとよい。ステップS180の実施条件が成立している場合に、ステップS181に進む。
ステップS181では、現時点のバッテリ電圧と要求噴射量とピーク電流Ipとを取得する。ステップS182では、パーシャルリフト領域での噴射量特性として、閉弁タイミング補正が行われた補正済みの噴射量特性を取得する。
ステップS183では、バッテリ電圧と要求噴射量とピーク電流Ipとに基づいて、通電時間Tiを補正するための通電補正値Kを算出する。詳しくは、図47(a)の関係を用いて、バッテリ電圧に基づいて補正値K1を算出し、図47(b)の関係を用いて、要求噴射量に基づいて補正値K2を算出し、図47(c)の関係を用いて、ピーク電流Ipに基づいて補正値K3を算出する。そして、これら各補正値K1~K3を加算して、通電補正値Kを算出する。なお、図8に示すようにピーク電流Ipは燃圧と相関を有する。そのため、ピーク電流Ipに基づいて補正値K3を算出することに代えて、燃圧に基づいて補正値K3を算出する構成としてもよい。
その後、ステップS184では、パーシャルリフト領域での噴射量特性上の通電時間Tipを算出する。詳しくは、今回の要求噴射量に対応する通電時間Ti、又はその通電時間Tiに対してパーシャルリフト噴射の閉弁タイミング学習値βLによる補正等が行われた補正後の通電時間Tiを、通電補正値Kにより補正し、パーシャルリフト領域での通電時間Tipを算出する。このとき、通電時間Tipは、バッテリ電圧低下を伴う実際のパーシャルリフト特性上の通電時間として算出される。
その後、ステップS185では、フルリフト領域での噴射量特性上の通電時間Tifを算出する。このとき、フルリフト領域では、パーシャルリフト領域に比べてバッテリ電圧低下に起因する特性ずれが生じにくいため、バッテリ電圧補正を行っておらず、フルリフト領域において閉弁タイミング補正により是正された噴射量特性を用いて、通電時間Tifを算出する。
ステップS186では、パーシャルリフト特性上の通電時間Tip(補正通電時間)が、フルリフト特性上の通電時間Tifよりも大きいか否かを判定する。そして、Tip≧Tifであれば、ステップS187に進み、「Tip」を今回の通電時間Tiとしてセットする。また、Tip<Tifであれば、ステップS188に進み、「Tif」を今回の通電時間Tiとしてセットする。
ステップS186~S188の処理を、図48を用いて補足説明する。図48では、パーシャルリフト領域の噴射量特性とフルリフト領域の噴射量特性とが示されており、これら各特性が交点PYで交差している。図示のパーシャルリフト特性(PL特性)は、パーシャルリフト領域での閉弁タイミング補正とバッテリ電圧補正とが行われた補正済みの噴射量特性であり、フルリフト特性(FL特性)は、フルリフト領域での閉弁タイミング補正が行われた補正済みの噴射量特性である。パーシャルリフト特性では、噴射量Q1である場合に通電時間Tiが「Tip1」となり、噴射量Q2である場合に通電時間Tiが「Tip2」となっている。また、フルリフト特性では、噴射量Q1である場合に通電時間Tiが「Tif1」となり、噴射量Q2である場合に通電時間Tiが「Tif2」となっている。
ここで、噴射量Q1である場合において、パーシャルリフト特性及びフルリフト特性により各々算出される通電時間TiはTip1,Tif1であり、それらはTip1>Tif1の関係となっている。この場合、図46のステップS186が肯定され、「Tip1」が今回の通電時間Tiとしてセットされる。また、噴射量Q2である場合において、パーシャルリフト特性及びフルリフト特性により各々算出される通電時間TiはTip2,Tif2であり、それらはTip2<Tif2の関係となっている。この場合、図46のステップS186が否定され、「Tif2」が今回の通電時間Tiとしてセットされる。
要するに、パーシャルリフト特性とフルリフト特性とは交点PYで交差し、その交点PYよりも低流量側では、パーシャルリフト特性が有効とされ、交点PYよりも高流量側では、フルリフト特性が有効とされる。この場合、交点PYよりも低流量側では、パーシャルリフト特性上の通電時間Tipが、フルリフト特性上の通電時間Tifよりも長くなることに基づいて、パーシャルリフト特性の通電時間Tipが最終的な通電時間Tiとしてセットされる。また、交点PYよりも高流量側では、フルリフト特性上の通電時間Tifが、パーシャルリフト特性上の通電時間Tipよりも長くなることに基づいて、フルリフト特性の通電時間Tifが最終的な通電時間Tiとしてセットされる。
上記補正処理によれば、高電圧V2の印加停止直後において電流落ち込みによって発生する噴射量の低下を、通電時間Tiを延長することによる噴射量の増量により補償することができる。なお、バッテリ電圧補正として、通電時間Tiを補正対象とすることに代えて、燃料噴射量を補正対象にすることも可能である。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
燃料噴射制御に際し、動的補正値である閉弁タイミング学習値βLによる燃料噴射補正が実施されていることを条件に、噴射量学習値γLの算出を実施するようにした。つまり、動作特性ずれについての燃料噴射補正と噴射量ずれについての噴射量補正値の算出との処理順序を定めておき、先に動作特性ずれの燃料噴射補正を実施し、その補正が実施されている状態で噴射量補正値の算出を実施するようにした。これにより、誤差要因に応じた最適な補正手法の割り当てが可能となり、動的誤差分の補正が実質的に二重に行われるといった不都合、すなわち燃料噴射量が過補正されることを回避できる。その結果、燃料噴射量の補正を適正に実施することができる。
開弁エネルギ補正と閉弁タイミング補正との実施の順序を誤ると、動的補正が過剰に実施されることが懸念される。つまり、例えば通電終了に伴う弁体の閉弁タイミングは、弁体34の閉弁挙動だけでなく、開弁エネルギによる開弁挙動の影響を受ける。そのため、閉弁タイミング補正を先に実施した状況下で開弁エネルギ補正を実施すると、実質的には開弁エネルギ補正を二重に実施することになり、過剰な補正が行われたり、補正の収束に時間を要したりする。
この点、開弁エネルギ補正値αによる開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、閉弁パラメータに基づいて閉弁タイミング学習値βL(閉弁挙動補正値)を算出するようにした。つまり、弁体34の開弁時期や開弁速度といった開弁挙動を合わせた上で、閉弁挙動の合わせ込みを行うようにした。これにより、動弁特性の補正について、過剰な補正が行われたり、補正の収束に時間を要したりするといった不都合を抑制できる。
閉弁挙動補正値である閉弁タイミング学習値βLを、通電時間Tiを補正する補正値として算出し、噴射量学習値γLを、要求噴射量を補正する補正値として算出するようにした。この構成によれば、閉弁タイミング学習値βLにより通電時間Tiが補正されている状況下で、噴射量学習値γLが算出される。これにより、燃料噴射弁30への通電指令を適正に行いつつ、その通電指令に基づいて、エンジン11に対して所望のとおりに燃料を噴射供給することができる。
パーシャルリフト学習処理及びフルリフト学習処理において、複数の学習領域のうちいずれかの学習領域で最初に閉弁タイミング学習値βLが算出された場合に、その閉弁タイミング学習値βLを、複数の学習領域における他の領域の閉弁タイミング学習値βLとして反映させるようにした。これにより、燃料噴射に際して閉弁タイミング学習値βLによる補正を実施しようとする場合に、複数の学習領域のうち閉弁タイミング学習値βLの算出が完了していない領域においても、閉弁タイミング学習値βLによる補正をいち早く開始することができる。この場合、複数の学習領域において少なくとも1つの学習領域で閉弁タイミング学習値βLが算出されていれば、燃料噴射弁30での個体差のばらつきの傾向を把握できるため、そのばらつきの傾向を加味した燃料噴射制御が可能となっている。
閉弁タイミング学習値βLが他の学習領域の閉弁タイミング学習値βLとして反映された場合に、他の学習領域で閉弁タイミング学習値βLが算出されていなくても、噴射量学習値γLの算出を許可するようにした。上記構成では、少なくとも1つの学習領域で閉弁タイミング学習値βLの算出が完了していれば、閉弁タイミング学習値βLによる閉弁タイミング補正と噴射量学習値γLの算出との実施順序の制限が解除される。これにより、高精度な燃料噴射制御を早期に実施可能とすることができる。
動的特性のずれは、弁体34がゼロリフト位置とフルリフト位置との間でリフト動作する時に生じるものであり、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とでは、弁体34の動作範囲が異なることから、動的特性のずれ量が相違する。特に、動的特性のうち閉弁挙動のずれ量は、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで相違することが考えられる。仮にパーシャルリフト噴射で算出した閉弁タイミング学習値βLをフルリフト噴射で用いると、誤補正が行われる可能性がある。この点、パーシャルリフト領域とフルリフト領域とで各々個別に、閉弁パラメータの取得と、閉弁タイミング学習値βLの算出とを実施する構成とした。これにより、都度の燃料噴射に則した高精度な閉弁タイミング学習値βLを算出することができる。
燃料噴射弁30において、開弁エネルギのばらつきと閉弁挙動のばらつきとを比べると、開弁エネルギのばらつき(開弁速度ばらつき等)は、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで違いが生じにくいのに対し、閉弁挙動のばらつき(閉弁タイミングばらつき等)は、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで違いが生じやすいと考えられる。一方で、開弁エネルギ補正値αによる開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、閉弁パラメータに基づいて閉弁タイミング学習値βLを算出する構成では、早期に開弁エネルギ補正が完了しないと、閉弁挙動補正の未実施期間が長引いてしまう。
この点、開弁エネルギ補正値αを、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで区別することなく算出する一方、閉弁タイミング学習値βLを、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射とで区別して算出するようにしたため、パーシャルリフト噴射及びフルリフト噴射でそれぞれ高精度な補正を実現しつつ、閉弁挙動補正の未実施期間が長引くといった不都合を抑制できる。
パーシャルリフト噴射では、噴射量ばらつきに起因して失火等が生じやすくなると考えられる。そのため、閉弁タイミング学習値βLが算出されていない状況、すなわち閉弁タイミング学習値βLによる補正が実施されていない状況では、失火等の発生の懸念が大きくなる。この点、閉弁タイミング学習値βLが算出されていなければ、パーシャルリフト噴射の実施を許可せず、閉弁タイミング学習値βLが算出された後に、パーシャルリフト噴射の実施を許可するようにしたため、失火等の発生を抑制できる。
パーシャルリフト噴射の閉弁タイミング学習値βLが算出されておらず、パーシャルリフト噴射の実施を許可しない場合に、今回のパーシャルリフト噴射の通電時間Tiを強制的に延長し、その延長した通電時間Tiにより燃料噴射弁30での燃料噴射を実施する構成とした。又は、パーシャルリフト噴射の閉弁タイミング学習値βLが算出されておらず、パーシャルリフト噴射の実施を許可しない場合に、複数に分割された噴射の各通電時間Tiを足し合わせることで、今回の燃料噴射の通電時間Tiを強制的に延長する構成とした。これにより、失火等の発生を抑制しつつ、今回の燃焼気筒での燃焼を好適に実施することができる。
閉弁タイミング学習値βLによる閉弁タイミング補正が実施されていることを条件に噴射量学習値γLの算出を実施する構成、すなわち閉弁タイミング学習値βLによる閉弁タイミング補正と噴射量学習値γLの算出との実施順序が規定されている構成では、閉弁タイミング補正(特にパーシャルリフト噴射の閉弁タイミング補正)が完了しないと、噴射量学習値γLによる補正の未実施期間が長引いてしまう。この点、パーシャルリフト噴射での閉弁タイミング学習値βLが算出されていない場合に、要求噴射量を強制的に分割し、そのうち少なくとも一噴射分の噴射量によりパーシャルリフト噴射に相当する燃料噴射(強制分割噴射)を実施するようにした。これにより、噴射量学習値γLによる補正の未実施期間が長引くといった不都合を抑制できる。
上記構成では、要求噴射量を減量補正してパーシャルリフト噴射を実施するのではなく、要求噴射量に対応する1噴射を複数に分割し、その分割噴射によりパーシャルリフト噴射を実現するものであるため、気筒での燃焼状態への影響を極力小さくすることができる。
強制分割噴射において、燃温及び燃圧の少なくとも一方に基づいて、パーシャルリフト噴射に相当する分割噴射の噴射量を設定するようにした。これにより、分割噴射を適正に実施することができ、ひいては、閉弁タイミング学習値βLを高精度に算出することができる。
パーシャルリフト領域とフルリフト領域との境界となる境界領域では、パーシャルリフト領域やフルリフト領域とは異なる要因で噴射量ずれが生じることが考えられる。すなわち、例えば弁体34がフルリフト位置に到達することに起因する噴射量の乱れが生じることにより、通電時間Tiに対する噴射量にばらつきが生じる。
この点、閉弁タイミング学習値βLによる補正済みのパーシャルリフト領域の噴射量特性と、閉弁タイミング学習値βLによる補正済みのフルリフト領域の噴射量特性とを用い、境界領域において、燃料噴射弁30の通電時間Tiに対する噴射量ずれを補償する噴射量特性を算出するようにした。具体的には、境界領域の特性点データ(特性点Pq1,Pq2のTi値及びQ値)を学習により算出するようにした。この場合、パーシャルリフト領域での噴射量ずれとフルリフト領域での噴射量ずれとが是正された状態では、境界領域での噴射量ずれを適正に把握でき、その噴射量ずれを適正に是正することができる。これにより、パーシャルリフト領域からフルリフト領域にかけての全域において噴射量ずれを抑制し、燃料噴射制御の一層の精度向上を図ることができる。
通電パルスに対する噴射量のずれを補償する噴射量学習値γLは、弁体フルリフト状態でのリフト量のばらつきや噴孔径のばらつき等の静的誤差に起因して生じるものであり、その静的誤差は、燃料噴射量が多いほど、換言すれば燃料噴射弁30の通電時間が長いほど、顕著に把握できる。より具体的には、フルリフト領域においてパーシャルリフト領域との境界付近では弁体フルリフト状態での噴射期間が短く、静的誤差要因(リフト量のばらつきや噴孔径のばらつき)が生じていても、その誤差分が実噴射量に反映される度合は比較的小さくなる。これに対して、弁体フルリフト状態での噴射期間が長くなると、静的誤差要因による誤差分が実噴射量に反映される度合が大きくなる。この点、フルリフト領域において所定の高流量域での燃料噴射であることを条件に、噴射量学習値γLを算出する構成にしたため、その噴射量学習値γLの算出精度を高めることができる。
閉弁タイミング学習値βLと噴射量学習値γLとを、燃温及び燃圧の少なくとも一方により区分された複数の学習領域ごとに分けて、学習値としてバックアップメモリ53に記憶する構成とした。この場合、燃料噴射弁30やその駆動部における個体差や経時的な要因により噴射量ばらつきが生じていても、その噴射量ばらつきを補償する適正な補正を実現できる。
学習実施条件として、本燃料噴射システムが正常であり、かつエンジン運転状態が予め定めた想定状態にあることを判定し、その条件の成立時に各種学習等を実施する構成とした。これにより、誤学習を抑制できる。
開弁エネルギ補正値αの算出時や閉弁タイミング学習値βLの算出時において、それら算出値やその算出に用いるパラメータが正常値であるか否かを判定し、正常判定がなされた場合に開弁エネルギ補正値αや閉弁タイミング学習値βLの算出を許容する構成とした。これにより、学習制御ロジックが誤動作することを抑制できる。
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
・上記実施形態では、パーシャルリフト学習処理及びフルリフト学習処理において、初回学習値としての閉弁タイミング学習値βLが算出された場合に、1つの閉弁タイミング学習値βLを全ての学習領域に反映させる構成としたが(図17、図20を参照)、これを変更してもよい。例えば、1つの閉弁タイミング学習値βLを、全領域のうち現時点の学習領域を含む近隣領域のみに反映させる構成としてもよい。
・上記実施形態では、パーシャルリフト領域とフルリフト領域との間の境界領域での燃料噴射について特性ばらつきを補償するための境界領域学習処理を実施する構成としたが、この境界領域学習処理を実施しない構成としてもよい。
・上記実施形態では、
(1)燃料噴射制御に際し、動的補正値である閉弁タイミング学習値βLによる燃料噴射補正が実施されていることを条件に、噴射量学習値γLの算出を実施する処理、
(2)開弁エネルギ補正値αによる開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、閉弁パラメータに基づいて閉弁タイミング学習値βLを算出する処理、
を共に実施する構成としたが、これを変更し、上記(1)、(2)のうち(1)のみを実施する構成としてもよい。
・バッテリ電圧の低下時において噴射量特性のずれを補償する処理として、マイコン51が、以下に示す昇圧ピックアップ処理を実施する構成としてもよい。図49(a)は、バッテリ電圧の低下時において昇圧ピックアップ処理を実施しない場合の各パラメータの推移を示し、図49(b)は、バッテリ電圧の低下時において昇圧ピックアップ処理を実施する場合の各パラメータの推移を示す。
図49(a)に示すように、タイミングt51では、通電パルスの立ち上がりに伴い燃料噴射弁30に高電圧V2が印加され、それに伴い駆動電流が流れる。そして、駆動電流がピーク電流Ipに到達した後のタイミングt52以降において、低電圧V1(バッテリ電圧)の断続的な印加によりホールド電流Ihが流れ、タイミングt53で通電パルスが立ち下げられる。このとき、バッテリ電圧VBが低下していると、図示の破線のごとく駆動電流に落ち込みが生じる。具体的には、燃料噴射弁30のリフト挙動によるインダクタンスの変化でホールド電流Ihの落ち込みが発生する。そしてそれに伴い、噴射量の低下が生じる(図のXA参照)。
これに対して、昇圧ピックアップ処理が実施される場合には、タイミングt61で通電パルスの立ち上げに伴い燃料噴射弁30に高電圧V2が印加され、駆動電流がピーク電流Ipに到達した後のタイミングt62以降において、バッテリ電圧を昇圧した昇圧電圧が断続的に印加される。これにより、ホールド電流Ihの落ち込みが回避され、その後、タイミングt63で通電パルスが立ち下げられる。したがって、バッテリ電圧の低下に起因する噴射量の低下が抑制される。
昇圧ピックアップ処理は、以下に示す態様で実施されるとよい。例えば、図49(b)に示すように、高電圧V2の印加停止後において通電パルスが立ち下げられるまでの期間で、バッテリ電圧を昇圧した昇圧電圧の断続的な印加と、昇圧していないバッテリ電圧の断続的な印加とを実施する。このとき、弁体34がフルリフト位置に到達した後において、昇圧電圧の印加の状態からバッテリ電圧の印加の状態に切り替えられるとよい。又は、高電圧V2の印加停止後において通電パルスが立ち下げられるまでの期間で昇圧電圧の断続的な印加のみが実施される構成でもよい。さらに、昇圧電圧が多段に切り替えられる構成であってもよい。この場合、通電時間の経過に伴い、昇圧電圧が低電圧側に変更されるとよい。ホールド電流Ihの制御として、電流保持期間での駆動電流の下限値を1段又は多段に設定する構成としてもよい。
なお、マイコン51は、バッテリ電圧が所定値よりも低下したことを条件に昇圧ピックアップ処理を実施してもよいし、バッテリ電圧低下の有無にかかわらず昇圧ピックアップ処理を常に実施してもよい。昇圧ピックアップ処理を常に実施する場合には、高電圧V2の印加停止後におけるホールド電流Ihの落ち込みを監視しつつ、その落ち込みの発生に応じてバッテリ電圧の昇圧(昇圧ピックアップ)を実施するとよい。
・上記構成では、閉弁タイミング学習値βLや噴射量学習値γLをバックアップメモリ53に記憶する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、トリップごと、すなわちIGスイッチのオン後に、閉弁タイミング補正値βや噴射量補正値γを算出し、RAM領域に記憶する構成であってもよい。
・燃料噴射弁30として、コアブースト型の燃料噴射弁を用いることも可能である。コアブースト型の燃料噴射弁については周知であるため、ここではその構成を簡単に説明する。コアブースト型の燃料噴射弁は、通電に伴い固定コアに吸引される可動コアと、可動コアが所定量移動した後に、可動コアに係合されて開弁動作する弁体(ニードル)とを有している。そして、非通電状態(閉弁状態)では、可動コアと弁体とが軸方向に互いに離間し(係合しておらず)、通電後に可動コアが弁体に係合して弁体が開弁側にリフトする。つまり、可動コアが移動を開始し所定距離移動した時に可動コアが弁体に係合して弁体の開弁動作を開始させるものとなっている。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
11…エンジン(内燃機関)、30…燃料噴射弁、34…弁体、50…ECU(燃料噴射制御装置)。

Claims (13)

  1. 燃料噴射弁(30)を備える内燃機関(11)に適用され、前記燃料噴射弁への通電に伴い弁体(34)を開弁状態にして燃料噴射を行わせる燃料噴射制御装置(50)であって、
    前記燃料噴射弁の噴射量特性を示すパラメータとして、前記燃料噴射弁において通電指令信号に対する実際の噴射量を示す噴射量パラメータと、前記通電指令信号による通電開始及び通電終了に伴う前記弁体の開弁動作及び閉弁動作の特性を示す動的パラメータとが定められており、
    前記燃料噴射弁による燃料噴射に際して前記動的パラメータを取得する第1取得部と、
    前記燃料噴射弁による燃料噴射に際して前記噴射量パラメータを取得する第2取得部と、
    前記動的パラメータに基づいて、前記弁体の動作特性のずれを補償する動的補正値を算出する第1算出部と、
    前記噴射量パラメータに基づいて、前記通電指令信号に対する噴射量のずれを補償する噴射量補正値を算出する第2算出部と、
    前記第1算出部により算出された前記動的補正値と前記第2算出部により算出された前記噴射量補正値とを用いて、燃料噴射の実施態様を補正する補正部と、
    を備え、
    前記第2算出部は、前記動的補正値による燃料噴射補正が実施されていることを条件に、前記噴射量補正値の算出を実施する内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 前記動的パラメータには、前記燃料噴射弁への通電開始に伴い前記弁体が開弁する際に投入される開弁エネルギを示す開弁パラメータと、前記燃料噴射弁への通電終了後の前記弁体の閉弁挙動を示す閉弁パラメータとを含まれており、
    前記第1取得部は、前記動的パラメータとして、前記開弁パラメータと前記閉弁パラメータとを取得し、
    前記第1算出部は、前記動的補正値として、前記開弁パラメータに基づいて、前記開弁エネルギを補正する開弁エネルギ補正値を算出するとともに、その開弁エネルギ補正値による開弁エネルギ補正が行われていることを条件に、前記閉弁パラメータに基づいて、前記弁体の閉弁挙動を補正する閉弁挙動補正値を算出し、
    前記第2算出部は、前記閉弁挙動補正値による閉弁挙動補正が実施されていることを条件に、前記噴射量補正値の算出を実施する請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 前記内燃機関の運転状態に基づいて要求噴射量を設定するとともに、その要求噴射量を、前記燃料噴射弁を通電する時間である通電時間に変換し、その通電時間に基づいて、前記燃料噴射弁を駆動させて燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、
    前記第1算出部は、前記閉弁挙動補正値を、前記通電時間を補正する補正値として算出し、
    前記第2算出部は、前記噴射量補正値を、前記要求噴射量を補正する補正値として算出する請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 前記第1算出部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の温度及び圧力の少なくとも一方により区分された複数の領域で前記閉弁挙動補正値を各々算出するものであり、前記複数の領域のうちいずれかの領域で最初に前記閉弁挙動補正値が算出された場合に、その閉弁挙動補正値を、前記複数の領域における他の領域の閉弁挙動補正値として反映させる請求項2又は3に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 前記第2算出部は、前記第1算出部により前記閉弁挙動補正値が前記他の領域の閉弁挙動補正値として反映された場合に、前記他の領域で、前記閉弁パラメータに基づいて前記閉弁挙動補正値が算出されていなくても、前記噴射量補正値の算出を許可する請求項4に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  6. 前記弁体がフルリフト位置に到達しない通電時間で前記燃料噴射弁を開弁駆動させるパーシャルリフト噴射と、前記弁体がフルリフト位置に到達する通電時間で前記燃料噴射弁を開弁駆動させるフルリフト噴射とを実施する燃料噴射制御装置であって、
    前記第1算出部は、前記パーシャルリフト噴射の実施時に取得された前記閉弁パラメータに基づいて、当該パーシャルリフト噴射用の前記閉弁挙動補正値を算出し、前記フルリフト噴射の実施時に取得された前記閉弁パラメータに基づいて、当該フルリフト噴射用の前記閉弁挙動補正値を算出する請求項2~5のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 前記第1算出部は、前記開弁エネルギ補正値を、前記パーシャルリフト噴射と前記フルリフト噴射とで区別することなく算出する一方、前記閉弁挙動補正値を、前記パーシャルリフト噴射と前記フルリフト噴射とで区別して算出する請求項6に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  8. 前記閉弁挙動補正値が算出されていなければ、前記パーシャルリフト噴射の実施を許可せず、前記閉弁挙動補正値が算出された後に、前記パーシャルリフト噴射の実施を許可するパーシャルリフト噴射許可部を備える請求項6又は7に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  9. 前記内燃機関の運転状態に基づいて要求噴射量を設定する設定部と、
    前記パーシャルリフト噴射での前記閉弁挙動補正値が算出されていない場合に、前記設定部により設定された要求噴射量を分割し、分割した少なくとも1噴射分の噴射量により前記パーシャルリフト噴射に相当する燃料噴射を実施する噴射分割部と、
    を備える請求項6~8のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  10. 前記噴射分割部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の温度及び圧力の少なくとも一方に基づいて、前記パーシャルリフト噴射に相当する分割噴射の噴射量を設定する請求項9に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  11. 前記パーシャルリフト噴射を実施するパーシャルリフト領域と前記フルリフト噴射を実施するフルリフト領域との境界となる境界領域が定められており、
    前記閉弁挙動補正値による補正済みの前記パーシャルリフト領域の噴射量特性と、前記閉弁挙動補正値による補正済みの前記フルリフト領域の噴射量特性とを用い、前記境界領域において、前記燃料噴射弁の通電時間に対する噴射量ずれを補償する噴射量特性を算出する第3算出部を備える請求項6~10のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  12. 前記第2算出部は、前記フルリフト噴射を実施するフルリフト領域において所定の高流量域での燃料噴射であることを条件に、前記噴射量補正値を算出する請求項6~11のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  13. 前記第1算出部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の温度及び圧力の少なくとも一方により区分された複数の領域ごとに前記閉弁挙動補正値を算出し、その閉弁挙動補正値を学習値としてバックアップ用のメモリ(53)に記憶し、
    前記第2算出部は、前記複数の領域ごとに前記噴射量補正値を算出し、その噴射量補正値を学習値として前記メモリに記憶する請求項2~12のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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