WO2013111299A1

WO2013111299A1 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: WO2013111299A1
Application number: PCT/JP2012/051664
Authority: WO
Inventors: 雅里池本
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-08-01
Also published as: EP2808525A1; US20140366846A1; JPWO2013111299A1; EP2808525A4; CN104066961A; JP5459443B2; US9341134B2

Abstract

　本発明における内燃機関の制御装置は、ニードル弁（１２ｂ）のシート当接部（１２ｂ１）と当接するシート部（１２ａ１）よりも下流側に燃料溜まり部（１２ｄ）と複数の噴孔（１２ｅ）を備えるノズルボディ（１２ａ）を有する燃料噴射弁（１２）を備える内燃機関の制御装置である。上記制御装置は、内燃機関（１０）のトルク発生のためのメイン噴射に加え、１サイクル中に１または複数回の微小噴射を実行する。更に、上記制御装置は、学習制御による燃料噴射量の学習値のばらつきが認められる場合において、前記内燃機関（１０）の前回のサイクルにてポスト噴射が行われておらず、かつ、今回のサイクルにおいて最初に微小噴射を行うときには、低負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を増やし、一方、高負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を減らす。

Description

内燃機関の制御装置

　この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置に関する。

　従来、例えば特許文献１には、マルチ噴射に含まれるパイロット噴射等の微小噴射の精度向上のために、微小の燃料噴射量の学習制御を行う内燃機関の制御装置が開示されている。この微小噴射量の学習制御は、具体的には、減速時においてフューエルカットが行われる際に少量の燃料噴射（微小噴射）を実施したうえで、この時の燃料噴射量と内燃機関の発生トルクとの関係に基づいて実行されるというものである。

　ところで、内燃機関に用いられる燃料噴射弁として、次のような構成を備えるものが知られている。すなわち、先端部にシート当接部を有するニードル弁と、前記シート当接部が当接するシート部を有するノズルボディとを含む燃料噴射弁であって、かつ、当該ノズルボディが、シート部よりも下流側に形成された燃料溜まり部（いわゆるサックなどが該当）と、シート部よりも下流側に形成された少なくとも１つの噴孔とを備える燃料噴射弁が知られている。

　上記構成を有する燃料噴射弁では、燃料溜まり部に充填された燃料量が多い状態（液密状態）と、燃料溜まり部に充填された燃料量が少ない状態（気密状態）とで、噴射量特性などの噴射特性が変化する。従って、上記構成を有する燃料噴射弁を備える内燃機関において特許文献１に記載の微小燃料噴射量の学習制御を行った場合、燃料溜まり部の内部状態が液密状態であるか気密状態であるかによって、実際に噴孔から噴射される燃料噴射量が変動してしまう。その結果、燃料噴射量の学習値にばらつき（誤学習）が生じ得る。学習値がばらつくことでパイロット噴射等の微小噴射による燃料噴射量の補正が適切に行われないと、低負荷運転時に失火が発生したり、高負荷運転時にスモーク排出量が増加したりすることが懸念される。
　尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２００９－１１５０６８号公報日本特開２００４－２７８４６３号公報日本特開２００５－７６５２９号公報

　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ニードル弁のシート当接部と当接するシート部よりも下流側に燃料溜まり部と少なくとも１つの噴孔を備えるノズルボディを有する燃料噴射弁が搭載された内燃機関において、燃料噴射量の学習値のばらつきに起因して低負荷時に失火が発生したり、高負荷時にスモーク排出量が増加したりするのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

　本発明は、先端部にシート当接部を有するニードル弁と、前記シート当接部が当接するシート部と、前記シート部よりも下流側に形成された燃料溜まり部と、前記シート部よりも下流側に形成された少なくとも１つの噴孔とを備えるノズルボディと、を含み、筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置であって、学習実行手段とマルチ噴射実行手段と燃料噴射量補正手段とを備えている。
　学習実行手段は、燃料噴射量を学習する燃料噴射量の学習制御を実行するものである。
　マルチ噴射実行手段は、前記燃料噴射弁を用いて、内燃機関のトルク発生のためのメイン噴射に加え、１サイクル中に１または複数回の微小噴射を実行するものである。
　そして、燃料噴射量補正手段は、前記学習制御による燃料噴射量の学習値のばらつきが認められる場合において、前記内燃機関の前回のサイクルにてポスト噴射が行われておらず、かつ、今回のサイクルにおいて最初に微小噴射を行うときには、低負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を増やし、一方、高負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を減らすものである。

　本発明によれば、燃料溜まり部の内部状態が液密状態と気密状態との間で不規則に変化する状況下であっても、最低限の補正によって、低負荷運転時には燃料噴射量が適正値に対して不足することによる失火発生を抑制し、高負荷運転時には燃料噴射量が適正値に対して過剰であることによるスモーク排出量の増加を抑制することができる。

　また、本発明における前記燃料噴射弁は、前記ニードル弁が前記シート部に着座した状態において、当該ニードル弁の先端部の一部が前記噴孔と前記燃料溜まり部との連通を遮断するように構成されたものであってもよい。
　このような構成を有する燃料噴射弁を備えている場合には、ニードル弁とノズルボディとの接触において機械的な馴染みが取れていない新品状態では、燃料溜まり部の内部状態が液密状態と気密状態との間で不規則に変化してしまう。本発明によれば、このような構成を有する燃料噴射弁を備えている場合において、燃料噴射量の学習値のばらつきに起因して低負荷時に失火が発生したり、高負荷時にスモーク排出量が増加したりするのを抑制することができる。

　また、本発明における前記学習実行手段は、前記学習制御による学習パラメータのばらつきが収束した場合に、前記燃料噴射量補正手段による燃料噴射量の補正を禁止する噴射量補正禁止手段を含むものであってもよい。
　上記ばらつきが収束した場合には、学習時の燃料溜まり部の内部状態が液密状態で安定していると判断することができる。従って、本発明によれば、当該ばらつきが収束したか否かを把握することで、上記燃料噴射量補正手段の処理によって過補正となる事態を回避することができる。

本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。図１に示す燃料噴射弁において燃料噴射が行われる側の先端部の構成を表した断面図である。サックの内部が液密状態である場合と気密状態である場合との間で、噴孔から噴射される燃料噴射量を比較して表した図である。サックの内部が液密状態である場合と気密状態である場合との間で、ニードル弁のリフト量を比較して表した図である。マルチ噴射の実行時における特徴的な微小噴射量の補正の具体例を説明するための図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。微小噴射量の補正量ΔＱｖ’を算出するためにＥＣＵが備えているマップの設定を表した図である。ＶＣＯ型の燃料噴射弁を用いた微小噴射量の学習時における、経時変化に伴う推定噴射量Ｑｖのばらつきの変化を表した図である。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［内燃機関のシステム構成］
　図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）１０であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

　内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するための燃料噴射弁１２が設置されている。燃料噴射弁１２の噴射部の詳細な構成の一例については、図２を参照して後述する。各気筒の燃料噴射弁１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ（図示省略）によって加圧された高圧の燃料が供給されている。そして、このコモンレール１４から各気筒の燃料噴射弁１２へ燃料が供給される。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１６ａによって集合され、排気通路１６に流入する。

　内燃機関１０は、ターボ過給機１８を備えている。ターボ過給機１８は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１８ａと、連結軸を介してタービン１８ａと一体的に連結され、タービン１８ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ１８ｂとを有している。ターボ過給機１８のタービン１８ａは、排気通路１６の途中に配置されている。タービン１８ａよりも下流側の排気通路１６には、排気ガスを浄化するために、酸化触媒２０およびＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２２が上流側から順に設置されている。

　内燃機関１０の吸気通路２４の入口付近には、エアクリーナ２６が設けられている。エアクリーナ２６を通って吸入された空気は、ターボ過給機１８のコンプレッサ１８ｂで圧縮された後、インタークーラ２８で冷却される。インタークーラ２８を通過した吸入空気は、吸気マニホールド２４ａにより分配されて、各気筒に流入する。吸気通路２４におけるインタークーラ２８と吸気マニホールド２４ａとの間には、吸気絞り弁３０が設置されている。

　吸気通路２４におけるエアクリーナ２６の下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３２が設置されている。コモンレール１４には、コモンレール１４内の燃料圧力を検出するためのコモンレール圧センサ３４が設置されている。また、吸気マニホールド２４ａには、吸気マニホールド圧力（過給圧）を検出するための吸気圧力センサ３６が設置されている。

　更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ３２、コモンレール圧センサ３４および吸気圧力センサ３６に加え、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ４２、および、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ４４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０には、内燃機関１０を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ４６が接続されている。更に、ＥＣＵ４０の出力部には、上述した燃料噴射弁１２および吸気絞り弁３０等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

　図２は、図１に示す燃料噴射弁１２において燃料噴射が行われる側の先端部の構成を表した断面図である。
　図２に示すように、燃料噴射弁１２は、ノズルボディ１２ａを備えている。ノズルボディ１２ａの内部には、円錐状の先端部を有するニードル弁１２ｂが往復移動自在に配置されている。ノズルボディ１２ａの内周面とニードル弁１２ｂの外周面との間には、燃料が流通する内部燃料通路１２ｃが形成されている。内部燃料通路１２ｃには、図２における内部燃料通路１２ｃの上方側から高圧の燃料が供給されるようになっている。

　ニードル弁１２ｂの円錐状の先端部付近のノズルボディ１２ａの内周面には、ニードル弁１２ｂのシート当接部１２ｂ１が着座可能なシート部１２ａ１が形成されている。より具体的には、ニードル弁１２ｂは、燃料噴射弁１２が備える電磁石（図示省略）が磁力を発していない場合には、シート部１２ａ１に着座するように構成されている。この場合には、シート部１２ａ１の下流側に向けての燃料の流れが遮断される。一方、ニードル弁１２ｂは、励磁電流の供給を受けて電磁石が磁力を発した場合には、シート部１２ａ１から離座するように構成されている。その結果、シート部１２ａ１の上流に蓄えられていた高圧の燃料がシート部１２ａ１の下流側に供給される。

　また、ノズルボディ１２ａにおけるシート部１２ａ１よりも下流側には、図２に示すように、燃料溜まり部（以下、「サック」とも称する）１２ｄおよび複数の噴孔（図２においてそのうちの２つが図示）１２ｅがそれぞれ形成されている。サック１２ｄは、ニードル弁１２ｂの開弁時に上流側から燃料が供給されることによって燃料が溜まり得る部位である。噴孔１２ｅは、このようなサック１２ｄとシート部１２ａ１との間においてノズルボディ１２ａに形成されている。尚、複数の噴孔１２ｅは、燃料噴射弁１２の中心軸線を中心として、放射状に燃料が噴射できるように所定の角度間隔をおいて設置されている。

　更に、ニードル弁１２ｂの先端部の一部は、図２に示すようにニードル弁１２ｂがシート部１２ａ１に着座した状態（閉弁状態）において、噴孔１２ｅよりもサック１２ｄ側のノズルボディ１２ａの壁面１２ｆと接触するように構成されている。これにより、ニードル弁１２ｂがシート部１２ａ１に着座した状態では、サック１２ｄと各噴孔１２ｅとの連通についても遮断されることになる。すなわち、本実施形態の燃料噴射弁１２は、いわゆるＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型の燃料噴射弁である。

［微小噴射量の学習制御］
　排気ガス規制が強化される中、パイロット噴射等の微小量での燃料噴射への要求精度が高まってきた。そこで、本実施形態の内燃機関１０では、燃料噴射弁の個体差や経時劣化による微小噴射量の変化を補正するために、運転中に微小噴射量の学習制御を行うようにしている。

　具体的には、本学習制御では、減速時におけるフューエルカットの実行中にエンジン回転数が所定値に下がった時に、１気筒ずつ順に所定の微小な噴射量での燃料噴射が実行される。この燃料噴射は、燃焼が可能なタイミング（例えば、圧縮上死点近傍）において実行される。この微小な噴射量は、アイドル運転に必要となる燃料量よりも少ない量である。本学習制御では、このような噴射量での燃料噴射に伴うエンジン回転数の変動ΔＮｅを計測し、当該回転数変動ΔＮｅを生じさせるトルクに相当する推定噴射量Ｑｖが算出される。そして、この推定噴射量Ｑｖと、燃料噴射弁１２に対して指令される噴射量との差を無くすために必要な燃料噴射量の補正量ΔＱｖが学習値として算出され、ＥＣＵ４０に記憶される。そして、パイロット噴射等の微小噴射が実行される時に、上記補正量（学習値）ΔＱｖに基づく補正後の噴射量で燃料噴射が行われるようにする。このようにして、微小噴射量の学習制御が実行される。

［実施の形態１における課題］
　上述したように、ＶＣＯ型の燃料噴射弁１２では、ニードル弁１２ｂのリフト終了時に、ニードル弁１２ｂがシート部１２ａ１に着座することによって内部燃料通路１２ｃからの燃料供給が遮断されるとともに、ニードル弁１２ｂの先端部が壁面１２ｆと接触することによってサック１２ｄと噴孔１２ｅとの連通も遮断される。このため、閉弁中のサック１２ｄの内部は、基本的には、液体で満たされた状態（以下、「液密状態」と称する）となることが予定されている。

　しかしながら、燃料噴射弁１２が新品状態である時には、ニードル弁１２ｂとノズルボディ１２ａとの接触において機械的な馴染み（摺り合わせ）がとれていない。また、ニードル弁１２ｂは、一般的に、ノズルボディ１２ａの内部において回転方向の変位は規制されていないため、リフト動作を行う毎にノズルボディ１２ａに対するニードル弁１２ｂの回転位置が変化し得る。このような背景によって、新品状態においては、ニードル弁１２ｂがシート部１２ａ１に着座した際に、上記回転位置次第でニードル弁１２ｂの先端部と壁面１２ｆとの間に隙間が生じ、サック１２ｄと噴孔１２ｅとの連通が遮断されなくなることがある。

　また、燃料噴射弁１２からは、何十から何百ＭＰａという高圧の燃料が勢い良く噴射される。このため、上記隙間が生じているような場合には、ニードル弁１２ｂがシート部１２ａ１に着座した後においても、サック１２ｄ内の燃料の一部が慣性によって上記隙間を介して外部に出て行こうとする。その結果、実際にサック１２ｄから出て行った燃料と入れ替わりでガスがサック１２ｄに浸入し、サック１２ｄ内に気泡が生じ得る。

　上記のようにサック１２ｄ内に気泡が生じている状況下において膨張行程が到来し、筒内圧力（すなわち、噴孔１２ｅの外側の圧力）が低下していくと、サック１２ｄ内のガスが膨張する。その結果、膨張したガスによってサック１２ｄの燃料が上記隙間を通って押し出されると、サック１２ｄの内部が気体で満たされた状態（以下、「気密状態」と称する）となる。

　図３は、サック１２ｄの内部が液密状態である場合と気密状態である場合との間で、噴孔１２ｅから噴射される燃料噴射量を比較して表した図である。また、図４は、サック１２ｄの内部が液密状態である場合と気密状態である場合との間で、ニードル弁１２ｂのリフト量を比較して表した図である。尚、図３および図４は、微小噴射を行った際のデータである。

　気密状態である時に微小噴射を行った場合には、液密状態である時に同様の噴射を行った場合と比べ、図３に示すように、噴孔１２ｅから実際に噴射される燃料量が減少する。その理由の１つは、気密状態である時ではサック１２ｄ内への補充のために燃料が消費されるためである。また、更なる理由として、気密状態である時には、サック１２ｄ内の燃料によるニードル弁１２ｂの押上げ力の低下によって、図４に示すように、液密状態である時と比べ、ニードル弁１２ｂのリフト量が低下することが挙げられる。尚、ここでは、燃料噴射量の変化を例に挙げたが、燃料噴射開始時のサック１２ｄの内部状態が液密状態であるか気密状態であるかの違いによって、燃料噴射量以外の噴射量特性や噴霧も大きく変化する。

　また、上述したように、燃料噴射弁１２が新品状態である時には、リフト動作を行う毎にノズルボディ１２ａに対するニードル弁１２ｂの回転位置が変化し得る。このため、新品状態においては、上記回転位置次第で上記隙間が生ずることとなる。その結果、燃料噴射の開始時のサック１２ｄの内部状態が液密状態と気密状態との間で変化するという現象が生ずる。より具体的には、液密状態と気密状態とが不規則に現れることとなり、その結果、学習値のばらつきの分布は、液密状態と気密状態とで二極化したばらつきを有するものとなる。

　従って、このような現象が生ずる状況下において微小噴射量の学習制御を行った場合、サック１２ｄの内部状態が液密状態であるか気密状態であるかによって、実際に噴孔１２ｅから噴射される燃料噴射量が変動してしまうこととなる。その結果、微小噴射量の学習値にばらつき（誤学習）が生じ得る。

　ところで、本実施形態の内燃機関１０では、運転条件に応じた態様でマルチ噴射が実行されることがある。ここでいうマルチ噴射とは、トルク発生のためのメイン噴射と、当該メイン噴射の前後において適宜実行される所定の微小噴射とを含む燃料噴射のことである。より具体的には、本実施形態では、マルチ噴射に含まれる微小噴射として、１回もしくは２回のパイロット噴射とアフター噴射とが実行され、更には、それらに加えて必要に応じてポスト噴射が実行されるようになっている。尚、パイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火性向上のために圧縮行程においてメイン噴射に先立って実行される微小量の噴射である。アフター噴射は、メイン噴射の後に当該メイン噴射に近接して実行される微小量の噴射であり、メイン噴射により生じたすすの再燃焼を促進することなどを目的として実行されるものである。ポスト噴射は、触媒（酸化触媒２０等）の暖機を目的として、これ自体は燃焼に付されずに排気通路１６への未燃燃料の投入のために膨張行程の後期もしくは排気行程において実行されるものである。

　マルチ噴射に含まれる各微小噴射の開始時のサック１２ｄの内部状態は、次のようになる。すなわち、既述したように、ノズルボディ１２ａに対するニードル弁１２ｂの回転位置次第で上記隙間が生じ得る状況下においては、筒内圧力の低下率が高い膨張行程中の期間（主に前期）を経過することで、サック１２ｄの内部状態が液密状態であるか気密状態であるか分からなくなる。上記期間の経過直後にポスト噴射が実行される場合であれば、このポスト噴射によってサック１２ｄの内部状態が液密状態となる。その結果、当該ポスト噴射の次のサイクルにおけるパイロット噴射、メイン噴射およびアフター噴射の開始時のサック１２ｄの内部状態は、何れも液密状態となる。

　一方、ポスト噴射が実行されない場合には、マルチ噴射の１回目の微小噴射（噴射した燃料が排気通路１６に排出されないタイミングで行われる１回目の微小噴射）の開始時には、サック１２ｄの内部状態が液密状態であるか気密状態であるか分からない状態となる。尚、ポスト噴射が実行されない場合であってもマルチ噴射の２回目以降の燃料噴射の開始時には、サック１２ｄの内部状態は液密状態であることが想定される。

　上記のポスト噴射が実行されない場合におけるマルチ噴射の１回目の微小噴射の場合であっても、当該燃料噴射に反映される微小噴射量の学習制御の実行時と当該燃料噴射の実際の開始時とで、サック１２ｄの内部状態が一致していれば問題がない。しかしながら、気密状態下においては、液密状態下と比べ、微小噴射量を増やすように学習が実行されることになる。従って、気密状態下において学習が実行された後に、液密状態下において微小噴射が実行されると、本来の適正な燃料噴射量よりも多い燃料噴射量を燃料噴射弁１２に対して指令する結果となる。このため、高負荷運転時であれば、スモーク排出量の増加を招くこととなる。逆に、液密状態下において学習が実行された後に、気密状態下において微小噴射が実行されると、本来の適正な燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量を燃料噴射弁１２に対して指令する結果となる。このため、低負荷運転時であれば、失火の発生が懸念されることとなる。

［実施の形態１における特徴的な制御］
　そこで、本実施形態では、微小噴射量の学習制御によって得られた学習値のばらつきが認められる場合において、前回のサイクルにてポスト噴射が行われておらず、かつ、今回のサイクルにおいて最初に微小噴射を行うときには、次のような制御を行うようにした。すなわち、エンジン負荷が所定の低負荷側閾値よりも低い低負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を増やし、一方、エンジン負荷が前記低負荷側閾値よりも大きい所定の高負荷側閾値よりも高い高負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を減らすようにした。

　図５は、マルチ噴射の実行時における特徴的な微小噴射量の補正の具体例を説明するための図である。
　マルチ噴射の具体例として、図５には３つの例が挙げられている。「例１」は、１回のパイロット噴射とメイン噴射とを行うものであり、「例２」は、２回のパイロット噴射とメイン噴射とアフター噴射とを行うものであり、「例３」は、例２に加えてポスト噴射を行うものである。

　「例３」は前回のサイクルにおいてポスト噴射が実行されるものであるので、図９に示すように、この場合には本実施形態における微小噴射量の補正は実施されない。一方、「例１」および「例２」は、前回のサイクルにおいてポスト噴射が実行されないものであるので、本実施形態の微小噴射量の補正の対象となる。具体的には、「例１」では、１回だけ行われるパイロット噴射が上記補正の対象となり、「例２」では、２回行われるパイロット噴射のうちの１回目のパイロット噴射が上記補正の対象となる。

　図６は、マルチ噴射の実行時における本実施の形態１の微小噴射量の補正を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

　図６に示すルーチンでは、先ず、微小噴射量の学習制御によって得られる学習値にばらつきが生じているか否かが判定される（ステップ１００）。具体的には、過去の所定回数の学習結果を参照して、既述した手法によって算出される学習値（微小噴射量の補正量）ΔＱｖにばらつきが生じているか（例えば、ばらつき幅が所定値以上であるか）否かが判断される。

　上記ステップ１００において学習値にばらつきが生じていると判定された場合には、微小噴射の要求噴射量（燃料噴射弁１２への指令値）Ｑｖ_ｒｅｑが取得される（ステップ１０２）。要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑ自体は、内燃機関１０の運転条件に応じて予め設定されているものであり、ここでは、現在の運転条件に応じた値が取得される。次いで、噴射圧力（コモンレール１４内の燃料圧力）Ｐｃｒがコモンレール圧センサ３４を用いて検出される（ステップ１０４）。

　次に、下記の特定の条件下（ステップ１１０または１１４の判定が成立するとき）において使用するための微小噴射量の補正量（学習値）ΔＱｖ’が算出される（ステップ１０６）。図７は、微小噴射量の補正量ΔＱｖ’を算出するためにＥＣＵ４０が備えているマップの設定を表した図である。

　既述したように、気密状態における微小噴射量が液密状態と比べて減少する要因としては、サック１２ｄ内への補充のための燃料の消費と、押上げ力の低下によるニードル弁１２ｂのリフト量が低下とが挙げられる。そこで、補正量ΔＱｖ’は、図７に示すように、サック１２ｄの容積相当分（一定値）と、ニードル弁１２ｂのリフト量変化に応じた分とからなる値（変動値）として設定されている。噴射圧力Ｐｃｒが高くなると、ニードル弁１２ｂのリフト量の低下に起因する燃料噴射量の低下代が大きくなる。このため、図７に示す設定は、噴射圧力Ｐｃｒが高くなるほど、補正量ΔＱｖ’が大きくなるようになっている。また、上記設定は、要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑが多いほど、補正量ΔＱｖ’が大きくなるようになっている。本ステップ１０４では、上記マップを参照して、上記ステップ１０２および１０４において取得された要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑと噴射圧力Ｐｃｒとに基づいて、現在の運転状態に適した補正量ΔＱｖ’が算出される。

　次に、燃料噴射条件が判定される（ステップ１０８）。具体的には、前回のサイクルにおいてポスト噴射が実行されていない状況下においてマルチ噴射における１回目の微小噴射を行う時期が到来したか否かが判定される。その結果、本判定が成立する場合には、現在のエンジン負荷が所定の低負荷側閾値よりも低い低負荷運転時であるか否かが判定される（ステップ１１０）。

　上記ステップ１１０において低負荷運転時であると判定された場合には、今回の微小噴射（マルチ噴射における１回目の微小噴射）の指令値として、補正後の要求噴射量Ｑｖ_ｌｏｗが算出される（ステップ１１２）。この補正後の要求噴射量Ｑｖ_ｌｏｗは、上記ステップ１０２において取得された要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑに対して上記ステップ１０６において算出された補正量ΔＱｖ’を加算して得た値（Ｑｖ_ｒｅｑ＋ΔＱｖ’）である。

　一方、上記ステップ１１０において低負荷運転時ではないと判定された場合には、現在のエンジン負荷が所定の高負荷側閾値（＞上記低負荷側閾値）よりも高い高負荷運転時であるか否かが判定される（ステップ１１４）。その結果、本判定が成立する場合には、今回の微小噴射（マルチ噴射における１回目の微小噴射）の指令値として、補正後の要求噴射量Ｑｖ_ｈｉｇｈが算出される（ステップ１１６）。この補正後の要求噴射量Ｑｖ_ｈｉｇｈは、上記ステップ１０２において取得された要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑに対して上記ステップ１０６において算出された補正量ΔＱｖ’を減算して得た値（Ｑｖ_ｒｅｑ－ΔＱｖ’）である。尚、上記ステップ１１４の判定が不成立である場合、すなわち、中負荷運転時では、要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑの補正は実行されない。

　以上説明した図６に示すルーチンによれば、微小噴射量の学習制御によって得られた学習値のばらつきが認められる場合において、前回のサイクルにてポスト噴射が行われておらず、かつ、今回のサイクルにおける１回目の微小噴射を行うときには、低負荷運転時であれば当該１回目の微小噴射による燃料噴射量が増やされ、高負荷運転時であれば当該１回目の微小噴射による燃料噴射量が減らされる。

　つまり、上記ルーチンによれば、学習値にばらつきが生じているか否かを判定することによって、サック１２ｄの内部状態が液密状態と気密状態との間で不規則に変化している状況下にあるか否かを判断することができる。そのうえで、上記ルーチンによる微小噴射量の補正によれば、サック１２ｄの内部状態が上記のように不規則に変化していることが微小噴射量に与える影響が、各運転条件（低負荷もしくは高負荷運転条件）において内燃機関１０の性能上最も悪い方向に作用された時を想定した対策をとることができる。具体的には、低負荷運転条件であれば、マルチ噴射の１回目の微小噴射（パイロット噴射）による燃料噴射量を増やしておくことで、最低限の補正によって最悪の事態（失火発生）を抑制することができる。また、高負荷運転条件であれば、マルチ噴射の１回目の微小噴射（パイロット噴射）による燃料噴射量を減らしておくことで、最低限の補正によって最悪の事態（スモーク排出量の増加）を抑制することができる。

　尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上述した微小噴射量の学習制御を実行することにより本発明における「学習実行手段」が実現され、ＥＣＵ４０が上記図５に例示したように内燃機関１０の運転条件に応じた態様で所定のマルチ噴射を実行することにより本発明における「マルチ噴射実行手段」が実現され、ＥＣＵ４０が上記図６に示すルーチンの一連の処理を実行することにより本発明における「燃料噴射量補正手段」が実現されている。

実施の形態２．
　次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
　本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図６に示すルーチンとともに後述の図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

　既述したように、ＶＣＯ型の燃料噴射弁１２では、ニードル弁１２ｂとノズルボディ１２ａとの接触において機械的な馴染みがとれていない新品状態においては、シート部１２ａ１に対する着座時のニードル弁１２ｂの回転位置次第で、サック１２ｄの内部状態が液密状態と気密状態との間で変化し得る。しかしながら、膨張行程における筒内圧力の低下時におけるサック１２ｄ内からの燃料の流出の度合いは、経時的に変化し得るものである。例えば、ＶＣＯ型の場合には、ニードル弁１２ｂがリフト動作を繰り返すことによってニードル弁１２ｂとノズルボディ１２ａとの馴染みがとれていく。その結果、閉弁時にサック１２ｄと噴孔１２ｅとの連通が安定して遮断されるようになる。そうすると、微小噴射量の学習時のサック１２ｄの内部状態が液密状態で安定するようになる。

　図８は、ＶＣＯ型の燃料噴射弁１２を用いた微小噴射量の学習時における、経時変化に伴う推定噴射量Ｑｖのばらつきの変化を表した図である。
　サック１２ｄからの燃料の流出度合いは、上述した理由により、経時変化（例えば、上記馴染みが経時的にとれていくこと）によって変化する。

　具体的には、学習回数の少ない学習初期段階（図８中の「Ｘ」）においては、サック１２ｄの内部状態が安定しないことにより、サック１２ｄからの燃料の流出度合いのばらつきが大きい。このため、図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、微小噴射量の学習時の推定噴射量Ｑｖのばらつきが大きくなり（二極化し）、その結果、要求噴射量Ｑｖ_ｒｅｑが得られるようにするための補正量（学習値）ΔＱｖもばらつくことになる。

　一方、多くの学習回数を経ると、形状の馴染みによってサック１２ｄの内部が安定した状態（図８中の「Ｙ」）となり、図８（Ａ）に示すように、ばらつきの二極化が解消する。その結果、図８（Ｃ）に示すように、推定噴射量Ｑｖ（学習値ΔＱｖも同様）のばらつきの発生頻度ｆは、経時的に低下していき、図８（Ｄ）に示すように、当該ばらつきの幅についても、経時的に減少していく。

　そこで、本実施形態では、過去の所定回数の推定噴射量Ｑｖ（学習パラメータ）の履歴に基づいて、当該推定噴射量Ｑｖのばらつきの発生頻度ｆを算出するようにした。そして、当該ばらつきの発生頻度ｆが所定値ａよりも低くなった場合に、当該ばらつきが収束したと判定し、上述した実施の形態１における微小噴射量の補正を禁止するようにした。

　図９は、本発明の実施の形態２における制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの処理は、微小噴射量の学習制御を実施する前に毎回、或いは当該学習制御を所定の複数回実施する毎に１回行われるものである。

　図９に示すルーチンでは、先ず、微小噴射量の学習制御が実行される（ステップ２００）。その結果、今回の学習用噴射に伴う回転数変動ΔＮｅに基づく推定噴射量Ｑｖ_ｉが算出される。次いで、過去の所定回数（例えば、１０回）の推定噴射量Ｑｖ_ｉのばらつきの発生頻度ｆが算出される（ステップ２０２）。

　次に、上記ステップ２０２において算出されたばらつきの発生頻度ｆが所定値ａよりも低いか否かが判定される（ステップ２０４）。本ステップ２０４における所定値ａは、経時変化によりサック１２ｄの内部状態が液密状態で安定した状態になったか否かを判断するための発生頻度ｆの閾値として予め設定された値である。

　上記ステップ２０４においてばらつきの発生頻度ｆが上記所定値ａよりも低いと判定された場合には、実施の形態１の図６に示すルーチンによる微小噴射量の補正が禁止される（ステップ２０６）。

　以上説明した図９に示すルーチンによれば、経時変化によって推定噴射量Ｑｖのばらつき（言い換えれば、学習値のばらつき）が収束した場合には、上述した実施の形態１の微小噴射量の補正が禁止される。当該ばらつきが収束した場合には、学習時のサック１２ｄの内部状態が液密状態で安定していると判断することができる。従って、上記ルーチンによれば、当該ばらつきが収束したか否かを把握することで、実施の形態１の処理によって過補正となる事態を回避することができる。

　ところで、上述した実施の形態２においては、微小噴射量学習時の推定噴射量Ｑｖのばらつきの発生頻度ｆに基づいて、当該ばらつきが収束したか否かを判定するようにしている。しかしながら、本発明において学習パラメータのばらつきが収束したか否かを判定するための手法は、上述したものに限定されない。すなわち、上記学習パラメータとしては、推定噴射量Ｑｖに代え、上述した学習値（補正量）ΔＱｖを用いるようにしてもよい。また、例えば、上記ばらつきの発生頻度ｆに代え、或いはそれとともに当該ばらつきの幅を利用して、上記ばらつきが収束したか否かが判定するようにしてもよい。

　尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記図９に示すルーチンの一連の処理を実行することにより本発明における「噴射量補正禁止手段」が実現されている。

　ところで、上述した実施の形態１および２においては、圧縮着火式内燃機関の一例としてディーゼルエンジンである内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、圧縮着火式内燃機関に限定されるものではない。すなわち、本発明における燃料噴射弁を備え、かつ、トルク発生のためのメイン噴射に加え、１サイクル中に１または複数回の微小噴射を実行するものであれば、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であってもよい。

　また、上述した実施の形態１および２においては、ＶＣＯ型の燃料噴射弁１２（図２参照）を例に挙げて、本実施形態の制御について説明を行った。このようなＶＣＯ型の燃料噴射弁１２においては、既述したように、特に新品状態には、シート部１２ａ１に対する着座時のニードル弁１２ｂの回転位置次第で、ニードル弁１２ｂの先端部と壁面１２ｆとの間に隙間が生じ得る。その結果、燃料噴射の開始時のサック１２ｄの内部状態が液密状態と気密状態との間で変化するという現象が生ずる。しかしながら、本発明の対象となる燃料噴射弁の構成は、上述したＶＣＯ型のものに限られない。

　すなわち、本発明の対象となる燃料噴射弁は、ニードル弁のシート当接部と当接するシート部の下流側に燃料溜まり部と少なくとも１つの噴孔とを備えるノズルボディを含むものであればよい。例えば、ＶＣＯ型のように噴孔と燃料溜まり部（サック）との連通を遮断できるまでにはニードル弁の先端部が延びておらず、かつ、小容積のサック（燃料溜まり部）に噴孔が接続された構成を備える燃料噴射弁（いわゆる、ＭＳ（Mini Sac）ノズル型の燃料噴射弁）を用いるようにしてもよい。このような構成を有する燃料噴射弁であっても、噴射後にサック内に入っている気泡の量がばらつくことによって、膨張行程の前期において当該気泡の膨張によってサック内から押し出される燃料量が変化する。このことが、微小噴射量などの燃料噴射量の学習制御の実行時における学習値のばらつき要因となる。更に、そのような学習値のばらつきは、経時的に変化し得るものでもある。従って、このような構成を有する燃料噴射弁を備える内燃機関においても、上述した実施の形態１および２の制御を適用することは有効である。

１０　内燃機関
１２　燃料噴射弁
１２ａ　燃料噴射弁のノズルボディ
１２ａ１　ノズルボディのシート部
１２ｂ　燃料噴射弁のニードル弁
１２ｂ１　ニードル弁のシート当接部
１２ｃ　内部燃料通路
１２ｄ　サック
１２ｅ　噴孔
１２ｆ　ノズルボディの壁面
１４　コモンレール
１６　排気通路
１８　ターボ過給機
２０　酸化触媒
２２　ＤＰＦ
２４　吸気通路
２６　エアクリーナ
２８　インタークーラ
３０　吸気絞り弁
３２　エアフローメータ
３４　コモンレール圧センサ
３６　吸気圧力センサ
４０　ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２　クランク角センサ
４４　筒内圧センサ
４６　アクセル開度センサ

Claims

　先端部にシート当接部を有するニードル弁と、
　前記シート当接部が当接するシート部と、前記シート部よりも下流側に形成された燃料溜まり部と、前記シート部よりも下流側に形成された少なくとも１つの噴孔とを備えるノズルボディと、
　を含み、筒内に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置であって、
　燃料噴射量を学習する燃料噴射量の学習制御を実行する学習実行手段と、
　前記燃料噴射弁を用いて、内燃機関のトルク発生のためのメイン噴射に加え、１サイクル中に１または複数回の微小噴射を実行するマルチ噴射実行手段と、
　前記学習制御による燃料噴射量の学習値のばらつきが認められる場合において、前記内燃機関の前回のサイクルにてポスト噴射が行われておらず、かつ、今回のサイクルにおいて最初に微小噴射を行うときには、低負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を増やし、一方、高負荷運転時であれば当該最初の微小噴射による燃料噴射量を減らす燃料噴射量補正手段と、
　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
　前記燃料噴射弁は、前記ニードル弁が前記シート部に着座した状態において、当該ニードル弁の先端部の一部が前記噴孔と前記燃料溜まり部との連通を遮断するように構成されたものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
　前記学習実行手段は、前記学習制御による学習パラメータのばらつきが収束した場合に、前記燃料噴射量補正手段による燃料噴射量の補正を禁止する噴射量補正禁止手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。