WO2020121920A1 - 制御装置 - Google Patents

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fuel
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田中　誠
賢健 和田
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a control device.
  • the internal combustion engine is equipped with a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber for each cylinder.
  • Each of these fuel injection valves has its valve element driven in response to a control signal supplied from a control device, and the state of valve opening and valve closing is switched to adjust the fuel injection amount. It is known that in the fuel injection valve, the injection amount varies due to individual differences and deterioration of the fuel injection valve, and if the injection amount varies, exhaust emission and drivability may deteriorate. Therefore, the control device including the fuel injection valve as a control target is required to appropriately correct the injection amount according to the state of each fuel injection valve and reduce the variation in the injection amount.
  • the current flowing through the drive coil of the fuel injection valve is detected, and the peak value of the current is adjusted to the target value based on the slope of the change in the detected current.
  • the internal combustion engine is at room temperature immediately after it is started, but after warming up the internal combustion engine, the temperature gradually rises from the transient operating state to the steady operating state. At this time, the temperature of the fuel injection valve provided in the internal combustion engine also rises, so that the electrical characteristics of the fuel injection valve fluctuate. For example, since the resistance value of the drive coil of the fuel injection valve increases as the temperature rises, the rise of the current flowing through the drive coil is delayed, and the time until the peak current is reached becomes long. As a result, the electromagnetic energy, which is the time integration of the current flowing through the drive coil and the applied voltage, increases, and as a result, the injection amount can increase.
  • the injection amount is corrected while the catalyst is warming up, so that it is appropriate in a lean state where the temperature is higher than during warming up, for example. There is a risk that the injection amount will vary without correction.
  • An object of the present disclosure is to provide a control device that can correct the fuel injection amount in the fuel injection valve with high accuracy in a lean state.
  • a control device includes a drive unit that supplies electric power to a fuel injection valve for supplying fuel to a combustion chamber of an internal combustion engine to drive the valve to open, and a correction unit that corrects a fuel injection amount of the fuel injection valve.
  • a NOx storage catalyst that stores NOx in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe and reduces and purifies the stored NOx by reducing the NOx in the exhaust pipe of the internal combustion engine. The fuel injection amount of the fuel injection valve is learned when the NOx purge for reducing and purifying the storage catalyst is executed.
  • the injection amount is corrected while the vehicle is traveling in the lean state and the NOx purge in which the air-fuel ratio temporarily changes to the fuel rich side is being executed.
  • the injection amount is corrected after the temperature of the internal combustion engine has risen and the combustion is relatively stable. Therefore, the accuracy of correction in the lean state is improved as compared with the configuration in which the injection amount is corrected during warm-up or in the stoichiometric state.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle provided with a control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the control device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the full lift injection.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the partial lift injection.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing executed in the control device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a specific example of the injection amount correction processing.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a specific example of the injection amount correction processing.
  • a control device 100 according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. 1.
  • the control device 100 is attached to a part of the vehicle and controls fuel combustion.
  • the vehicle includes an internal combustion engine 10, an intake pipe 20, an exhaust pipe 30, and a fuel device 40.
  • the internal combustion engine 10 is a 4-cycle reciprocating engine equipped with multiple cylinders.
  • the internal combustion engine 10 mixes air and liquid fuel in the combustion chamber 11 to generate an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture is ignited by the ignition of the spark plug 12 and burned to drive the piston 13.
  • the driving force of the vehicle is generated by driving the piston 13. It should be noted that since the configurations of the respective cylinders are substantially the same, one of the cylinders is shown as an "internal combustion engine 10" in FIG.
  • the water temperature sensor 14 is a temperature sensor for measuring the temperature of cooling water that circulates between a radiator (not shown) and the internal combustion engine 10.
  • the crank angle sensor 15 is a sensor for measuring the rotation angle of the crankshaft included in the cylinder.
  • the crank angle sensor 15 also functions as a sensor that measures the engine speed. Each measurement value measured by these sensors is input to the control device 100.
  • the internal combustion engine 10 is provided with a fuel injection valve 50.
  • the fuel injection valve 50 is also called an injector, and is an electromagnetic valve for injecting fuel into the combustion chamber 11 in the cylinder of the internal combustion engine 10.
  • the fuel injected by the high pressure pump 43 which will be described later, is supplied to the fuel injection valve 50.
  • the fuel injection valve 50 When the fuel injection valve 50 is opened, the fuel injected from the tip of the fuel injection valve 50 is supplied into the combustion chamber 11 while being mixed with air.
  • the control device 100 controls the valve opening drive of the fuel injection valve 50 to adjust the amount of fuel supplied to the combustion chamber 11. Details of the operation of the fuel injection valve 50 will be described later.
  • the intake pipe 20 is a pipe for supplying air to the internal combustion engine 10.
  • the intake pipe 20 is provided with an air flow meter 21, a throttle valve 22, and a surge tank 23 in order from the upstream side where air is introduced.
  • the internal combustion engine 10 is connected to the downstream end of the intake pipe 20.
  • the air flow meter 21 is a flow meter for measuring the flow rate of air supplied to the internal combustion engine 10 through the intake pipe 20.
  • the flow rate measured by the air flow meter 21 is input to the control device 100.
  • the throttle valve 22 is a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of air passing through the intake pipe 20.
  • the opening degree of the throttle valve 22 is adjusted according to the operation amount of an accelerator pedal (not shown) provided in the vehicle, and thus the flow rate of air is adjusted.
  • the throttle valve 22 is provided with an opening sensor 24. The opening degree of the throttle valve 22 is measured by the opening degree sensor 24 and input to the control device 100.
  • the surge tank 23 is a box-shaped container formed in the middle of the intake pipe 20.
  • the intake pipe 20 is branched into a plurality of parts on the downstream side of the surge tank 23, and each branched flow path is connected to each cylinder.
  • the internal space of the surge tank 23 is wider than the internal space of the other portion of the intake pipe 20.
  • the surge tank 23 prevents pressure fluctuations in one cylinder from affecting other cylinders.
  • the surge tank 23 is equipped with a pressure sensor 25. The intake pressure in the intake pipe 20 is measured by the pressure sensor 25 and input to the control device 100.
  • the exhaust pipe 30 is a pipe for discharging the exhaust gas generated in the cylinder of the internal combustion engine 10 to the outside.
  • the upstream end of the exhaust pipe 30 is connected to the internal combustion engine 10.
  • a three-way catalyst 31 and a NOx storage catalyst 32 for purifying exhaust gas are sequentially provided in the middle of the exhaust pipe 30.
  • the three-way catalyst 31 purifies nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 30 when the air-fuel ratio is near the stoichiometric state. ..
  • the NOx storage catalyst 32 stores the NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio is lean, and reduces and purifies the NOx stored when the air-fuel ratio is in a relatively rich state including a stoichiometric state or a rich state. To release. When the air-fuel ratio is in the lean state, the fuel injected from the fuel injection valve 50 is temporarily increased and the air-fuel ratio is set to the fuel rich side to reduce and purify and release NOx, which is also referred to as "NOx purge". To call.
  • control device 100 determines that the NOx storage amount in the NOx storage catalyst 32 has become a predetermined amount or more, that there is a request to switch the air-fuel ratio to the stoichiometric state, or that the target value of the excess air ratio ⁇ is a predetermined value or less (that is, The NOx purge control may be performed such that the NOx purge is performed when at least one of the fuel rich state) is satisfied.
  • Air-fuel ratio sensors 33 and 34 are provided in a portion of the exhaust pipe 30 on the upstream side of the three-way catalyst 31 and a portion between the three-way catalyst 31 and the NOx storage catalyst 32, respectively.
  • the air-fuel ratio sensors 33, 34 are sensors for measuring the oxygen concentration of the exhaust gas passing through the exhaust pipe 30, and the measurement results are input to the control device 100.
  • the control device 100 controls the injection amount in the fuel injection valve 50 based on the measurement results of the air-fuel ratio sensors 33, 34 so that the combustion in the internal combustion engine 10 is performed at the target air-fuel ratio.
  • the fuel device 40 includes a fuel tank 41, a feed pump 42, a high pressure pump 43, a pressure accumulating chamber 44, and a fuel pressure sensor 45.
  • the fuel stored in the fuel tank 41 is pumped up by a feed pump 42 which is an electromagnetically driven low pressure pump, and is introduced into a high pressure pump 43 through a low pressure pipe.
  • the fuel introduced into the high-pressure pump 43 is pressurized in the high-pressure pump 43, and then sent under pressure to the pressure accumulating chamber 44.
  • the high-pressure fuel that has been pressure-fed is stored in the pressure accumulating chamber 44 in a high pressure state and then supplied to the fuel injection valve 50 provided in each cylinder.
  • the fuel pressure sensor 45 is a sensor for measuring the fuel pressure in the pressure accumulating chamber 44.
  • the fuel pressure value measured by the fuel pressure sensor 45 is input to the control device 100.
  • the control device 100 is composed of an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) including, for example, a microcomputer, and performs various controls on the internal combustion engine 10 based on the measurement values input from the various sensors described above. Measurement values are input to the control device 100 from the vehicle speed sensor 61 and the oil temperature sensor 62 in addition to the various sensors described above.
  • the vehicle speed sensor 61 is a sensor that measures the vehicle speed of the vehicle in which the control device 100 is mounted, and outputs the vehicle speed to the control device 100 as a measurement value.
  • the oil temperature sensor 62 is a sensor that measures the oil temperature of the lubricating oil of the internal combustion engine 10, and outputs data indicating the oil temperature to the control device 100 as a measurement value.
  • the control device 100 estimates the engine torque and calculates it as an estimated value.
  • the control device 100 measures a battery voltage of a battery (not shown) provided in a vehicle in which the control device 100 is mounted, or receives a measured value of the battery voltage from another control device that measures the battery voltage. Then, obtain it as a measurement value.
  • the control device 100 calculates the target air-fuel ratio according to the operating state of the vehicle, and controls the valve opening drive of the fuel injection valve 50 so as to approach the target injection amount that satisfies the calculated target air-fuel ratio.
  • the control device 100 adjusts the period during which the fuel injection valve 50 is open, for example, by adjusting the length of time for supplying electric power to the fuel injection valve 50, thereby matching the injection amount with a predetermined target value.
  • the relationship between the amount of time the power is supplied to the fuel injection valve and the injection amount is not constant, and variations may occur due to individual differences and deterioration of the fuel injection valve, ambient temperature, and the like.
  • the injection amount tends to vary widely. Therefore, in order to bring the actual injection amount closer to the target value, it is necessary to correct the injection amount according to the state of the fuel injection valve. The correction of the injection amount by the control device 100 will be described below.
  • FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the control device 100 and input of measured values from various sensors.
  • the control device 100 includes a drive unit 110, a measurement unit 120, a correction unit 130, a fuel pressure control unit 140, a state determination unit 150, and a storage unit 160.
  • the drive unit 110 generates an injection pulse that controls the opening and closing of the fuel injection valve 50, and supplies electric power to the fuel injection valve 50 based on the injection pulse to open and close the fuel injection valve 50. This is the part that drives the valve closing. Specifically, the drive unit 110 applies a rectangular wave drive voltage between the positive side terminal P1 and the negative side terminal P2 provided in the fuel injection valve 50 while the injection pulse is in the ON state. A drive current flows through a drive coil provided in the fuel injection valve 50 according to the application of the drive voltage, and the electromagnetic force generated thereby causes the electromagnetic fuel injection valve 50 to open.
  • the valve opening and closing drive of the fuel injection valve 50 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 shows an injection pulse applied to the fuel injection valve 50.
  • FIG. 3B shows the lift amount of the fuel injection valve 50.
  • FIG. 3C shows the behavior of the fuel injection valve 50.
  • FIG. 4A shows the injection pulse applied to the fuel injection valve 50.
  • FIG. 4B shows the lift amount of the fuel injection valve 50.
  • FIG. 4C shows the behavior of the fuel injection valve 50.
  • the fuel injection valve 50 has a drive coil 51 that generates an electromagnetic force by supplying electric power, a movable core 52 that is driven by the electromagnetic force, and the movable core 52 integrally. It is provided with a moving valve element 53 and a stopper 54 for stopping the driving of the movable core 52.
  • a drive coil 51 that generates an electromagnetic force by supplying electric power
  • a movable core 52 that is driven by the electromagnetic force
  • the movable core 52 integrally. It is provided with a moving valve element 53 and a stopper 54 for stopping the driving of the movable core 52.
  • valve element 53 When the power supply to the drive coil 51 is stopped along with the trailing edge of the injection pulse, the valve element 53 is pushed back by the spring. As a result, the valve body 53 returns to the valve closing position, so that the fuel injection valve 50 is closed and the fuel injection is stopped.
  • the time during which the injection pulse is on (that is, the injection pulse width) differs between FIG. 3 and FIG. 4.
  • the injection pulse width when the injection pulse width is sufficiently long, as shown in FIGS. 3B and 3C, the movable core 52 hits the stopper 54 and the valve body 53 Reach full lift position. The injection at this time is called full lift injection.
  • the injection pulse width is short as shown in FIG. 4(A)
  • the movable core 52 only reaches a state before it abuts on the stopper 54, as shown in FIGS. 4(B) and 4(C). I can't go up. Therefore, the valve body 53 does not reach the full lift position and is in the partial lift state.
  • the injection at this time is called partial lift injection.
  • the measurement unit 120 is a unit that measures the drive current flowing through the drive coil 51 by the current sensor 70 and the voltage generated at the negative side terminal P2 by the voltage sensor 71.
  • the measuring unit 120 calculates at least one of the valve opening timing and the valve closing timing of the fuel injection valve 50 based on at least one of the measured drive current and drive voltage.
  • the valve opening timing of the fuel injection valve 50 includes the valve opening start timing and the valve opening completion timing.
  • the valve closing timing of the fuel injection valve 50 includes a valve closing start timing and a valve closing completion timing.
  • the drive current flowing through the drive coil 51 gradually increases after the rise of the injection pulse, and the valve opening operation of the fuel injection valve 50 is performed at a timing when the maximum current value which is a predetermined target value is reached or immediately before that timing. Is started. After that, the drive current gradually decreases, but it is known that the drive current changes to increase at the timing when the valve opening of the fuel injection valve 50 is completed, so that an inflection point occurs in the current waveform at this time. Therefore, the measuring unit 120 calculates the valve opening completion timing of the fuel injection valve 50 based on the inflection point generated in the current waveform.
  • the measurement unit 120 calculates, for example, the valve opening speed of the fuel injection valve 50 based on the change in the drive current while the fuel injection valve 50 is performing the valve opening drive, and the calculated valve opening speed and the completion of valve opening.
  • the valve opening start timing may be calculated based on the timing. In this way, by measuring the drive current with the current sensor 70, the valve opening start timing of the fuel injection valve 50 can be calculated.
  • the valve opening start timing and valve closing completion timing of the fuel injection valve 50 calculated by the measuring unit 120 are input to the correcting unit 130.
  • the measuring unit 120 may be configured to measure either one of the drive current and the drive voltage and input the corresponding valve opening start timing or valve closing completion timing to the correction unit 130.
  • the correction unit 130 is a unit that corrects the injection amount by correcting the power supply to the fuel injection valve 50 by the drive unit 110 based on the measurement result of the measurement unit 120. Specifically, the correction unit 130 estimates the injection amount of the fuel injection valve 50 based on at least one of the calculated valve opening start timing and valve closing completion timing. For the estimation of the injection amount, for example, data indicating the relationship between the valve opening start timing of the nominal product and the injection amount is stored in advance in the storage unit 160, and the correction unit 130 refers to the stored data to determine the fuel amount. The injection amount of the injection valve 50 may be estimated.
  • the injection amount of the fuel injection valve 50 may be estimated.
  • the correction unit 130 corrects the power supply by the drive unit 110 as necessary so that the difference between the estimated injection amount and the target injection amount becomes small.
  • the correction of the power supply includes, for example, correcting at least one of the pulse width of the injection pulse, the maximum value of the drive voltage applied to the fuel injection valve, and the maximum value of the drive current flowing through the drive coil. Including.
  • the correction unit 130 learns the injection amount by storing the calculated correction value in the storage unit 160 while repeatedly executing the above-described correction a plurality of times. The timing at which the correction unit 130 corrects the injection amount will be described later.
  • the fuel pressure control unit 140 is a unit that controls the fuel pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve 50 based on the fuel pressure measured by the fuel pressure sensor 45.
  • the fuel pressure control unit 140 can adjust the fuel pressure by controlling the high pressure pump 43.
  • the state determination unit 150 is a unit that determines whether the internal combustion engine 10 is in a steady operation state or a transient operation state.
  • the operating state is determined by, for example, the estimated engine torque, the engine speed input from the crank angle sensor 15, the engine load calculated from the engine speed and the injection amount, the vehicle speed input from the vehicle speed sensor 61, and the air flow meter. It is performed based on parameters such as the intake flow rate input from 21, the intake pressure input from the pressure sensor 25, and the required fuel injection amount.
  • the state determination unit 150 determines that the internal combustion engine 10 is in the transient operating state when the amount of change or the rate of change of at least one of these parameters exceeds a predetermined value. Note that each of the above-mentioned parameters may be a required value instead of the actual measurement value.
  • the storage unit 160 stores data indicating the relationship between the injection amount and the valve opening start timing, the valve closing completion timing, and at least one of the valve opening periods of the nominal product.
  • the storage unit 160 stores the correction value calculated by the correction unit 130.
  • the correction unit 130 learns the injection amount when the vehicle is traveling in the lean state and the NOx purge is executed. Since the lean state has a lower fuel concentration than the stoichiometric state or the rich state, high accuracy is required for controlling the injection amount in the fuel injection valve 50.
  • the internal combustion engine 10 is at room temperature immediately after it is started, but after warming up the internal combustion engine 10, the temperature gradually rises as the vehicle runs.
  • the resistance value of the drive coil 51 of the fuel injection valve 50 increases as the temperature rises, the drive current flowing through the drive coil 51 decreases and the electromagnetic force weakens, so that the injection amount can decrease. As described above, the fuel injection amount of the fuel injection valve 50 is affected by the temperature.
  • the correction unit 130 in the present embodiment is NOx in which the internal combustion engine 10 is traveling in the lean state after the temperature rises and the air-fuel ratio temporarily fluctuates to the fuel rich side to stabilize the combustion.
  • the injection amount is learned during purging. Therefore, compared with the case where the injection amount is learned during warm-up or running in a stoichiometric state, for example, learning is performed under conditions where the lean state and the temperature environment are close to each other, which requires high accuracy, and therefore the injection in the lean state is performed. The amount can be corrected with high accuracy. Further, since the injection at the time of executing the NOx purge is used for learning, it is possible to suppress the injection of extra fuel as compared with the configuration in which the fuel rich state is separately created for learning.
  • the correction unit 130 preferably learns the injection amount at the time of partial lift injection.
  • the drive unit 110 divides fuel injection in one cycle of the internal combustion engine 10 and controls the fuel injection valve 50 so that at least one fuel injection is partial lift injection.
  • the injection amount for one injection is smaller than that for the full lift injection. Therefore, by performing injection in a plurality of times, the required injection amount in one cycle is satisfied.
  • the correction unit 130 learns the injection amount during the partial lift injection among the divided injections. For example, when the fuel injection valve 50 performs the full lift injection as the main injection at the first time and the partial lift injection as the injection for learning at the second time, the correction unit 130 causes the injection amount at the time of the second partial lift injection. To learn.
  • the valve body 53 does not reach the full lift position, so that the injection amount tends to be larger than the full lift injection. If the variation in the injection amount increases, exhaust emission and drivability may deteriorate. In this respect, since the correction unit 130 learns the injection amount during the partial lift injection, the accuracy of the correction of the injection amount in the partial lift injection is improved.
  • the driving unit 110 performs the first main injection in the first half of the intake stroke and the second learning injection in the second half of the intake stroke or the second half of the compression stroke.
  • the injection may be controlled.
  • a predetermined interval is secured between the first injection and the second injection, so that the influence of the first injection on the second injection is suppressed.
  • the emission amount of PN exhaust particulates
  • the exposed area of the cylinder side surface at the time of injection is smaller than in the case where the injection is performed in the first half of the compression stroke, and this is because the fuel adheres to the side surface. Oil dilution and discharge of HC are suppressed.
  • the fuel injection division method is not limited to the above mode.
  • the main injection may be performed twice and the learning injection may be performed once.
  • the timing of learning the injection amount is not limited to the partial lift injection, and the learning of the injection amount may be executed during the full lift injection.
  • the correction unit 130 preferably does not learn the injection amount. As a result, more appropriate correction can be performed as compared with the configuration in which learning is performed in the transient operation state.
  • the drive unit 110 may fix these parameters (for example, injection pulse and the like) so that the injection period or the injection amount in each correction becomes constant.
  • the fuel pressure control unit 140 may fix the fuel pressure so that the fuel pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve 50 in each injection becomes constant.
  • the correction unit 130 may correct the injection amount so that the injection amount is on the fuel rich side as compared with after the completion of the learning. For example, the correction unit 130 sets the target initial value of the excess air ratio ⁇ to the fuel rich side within a range that can be taken as the excess air ratio ⁇ after the start of the internal combustion engine 10 until the learning of the injection amount is completed. You may set so that it may become. As a result, the learning of the injection amount is incomplete, and sufficient fuel is secured in a situation where variations in the injection amount are likely to occur, so combustion before learning is stabilized. After the learning is completed, the fuel concentration can be set relatively thin by using the result of the learning, so that the fuel consumption is improved. By reducing the fuel concentration to the lean limit, fuel efficiency can be further improved.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing for determining whether to perform injection amount learning.
  • the series of processes shown in FIG. 5 may be periodically and repeatedly executed in the control device 100 each time a predetermined period elapses.
  • the execution condition for executing the learning of the injection amount is satisfied.
  • the internal combustion engine 10 is not in a transient operation state, fuel is not being cut, the water temperature and the oil temperature are within a predetermined range, the fuel pressure is a predetermined value or more, and the battery voltage is a predetermined value or more. That the predetermined period has elapsed after the internal combustion engine 10 has started, there is no abnormality in the on-off valve detection function, and there is no communication abnormality in the ASIC and the microcomputer included in the control device 100. Then, it is determined that the execution condition is satisfied. For example, by not performing the learning of the injection amount when the fuel pressure is less than the predetermined pressure, correction under the condition where the injection amount is not stable is avoided, so that the learning accuracy is improved.
  • Each parameter such as water temperature, oil temperature, and fuel pressure under each of the above conditions is measured by the water temperature sensor 14, the oil temperature sensor 62, and the fuel pressure sensor 45, and is input to the control device 100.
  • the learning execution condition is not limited to satisfying all of the above conditions, and may satisfy a part of each condition.
  • step S11: Yes If the above execution condition is satisfied (step S11: Yes), the process proceeds to step S12. If the execution condition is not satisfied (step S11: No), the series of processes shown in FIG. 5 is ended. Since the injection amount is learned when the execution condition is satisfied, the learning is performed under stable conditions. Further, since learning in each of the plurality of fuel injection valves is performed under substantially the same conditions, variations in the injection amount of the fuel injection valves among the cylinders are suppressed.
  • step S12 it is determined whether the execution condition for executing the NOx purge is satisfied.
  • the NOx storage amount in the NOx storage catalyst 32 is a predetermined amount or more, there is a request to switch from the lean state to the stoichiometric state, and the target value of the excess air ratio ⁇ is a predetermined value or less (that is, the fuel rich side). If at least one of the above conditions is satisfied, it is determined that the execution condition of the NOx purge is satisfied.
  • step S13: Yes When the above execution condition is satisfied (step S13: Yes), the process proceeds to step S14, and the NOx purge is executed.
  • step S13: No When the execution condition is not satisfied (step S13: No), the series of processes shown in FIG. 5 is ended.
  • step S15 following step S14 the correction unit 130 corrects the injection amount, and the process ends.
  • the injection amount is learned by periodically performing the above processing steps multiple times.
  • the above processing steps are executed for each of a plurality of cylinders included in the vehicle. That is, the injection amount is learned for all the fuel injection valves.
  • the injection amount is learned for all the fuel injection valves.
  • FIG. 6 shows a flow of processing executed when the injection amount is estimated based on the valve closing drive of the fuel injection valve 50.
  • the correction unit 130 will be described as performing learning during partial lift injection.
  • the measuring unit 120 measures the voltage of the negative side terminal P2 of the fuel injection valve 50 during the partial lift injection.
  • the voltage is measured, for example, by an ASIC or a microcomputer included in the control device 100 to acquire the voltage of the negative side terminal P2 after fuel injection in time series.
  • step S21 following step S20 the measurement unit 120 calculates an inflection point from the measured terminal voltage waveform. As described above, an induced electromotive force is generated when the fuel injection valve 50 is closed, so that an inflection point is generated in the waveform of the terminal voltage.
  • step S22 following step S21 the measuring unit 120 calculates the valve closing completion timing of the fuel injection valve 50 based on the calculated inflection point. As described above, the timing at which the inflection point occurs and the timing at which the valve body 53 returns to the valve closing position correspond to each other.
  • step S23 subsequent to step S22 the correction unit 130 estimates the injection amount based on the calculated valve closing completion timing of the fuel injection valve 50. As described above, the estimation of the injection amount is performed by referring to the data of the nominal product stored in the storage unit 160, for example.
  • step S24 following step S23 the correction unit 130 calculates the correction amount of the target fuel injection valve 50 based on the estimated injection amount, and corrects the injection amount based on the correction amount. This completes the injection amount correction process.
  • the method of estimating the injection amount is not limited to the method based on the valve closing drive of the fuel injection valve as described above.
  • the injection amount may be estimated based on the valve opening drive of the fuel injection valve.
  • FIG. 7 shows a flow of processing executed when the injection amount is estimated based on the valve opening drive of the fuel injection valve 50.
  • the correction unit 130 performs learning during the partial lift injection, but at the start of the valve opening drive, the full lift injection and the partial lift injection both exhibit the same behavior, and thus the full lift injection is performed.
  • a method of estimating the injection amount in partial lift injection using the valve opening start timing in injection will be described as an example.
  • the measuring unit 120 measures the drive current flowing through the drive coil 51 of the fuel injection valve 50 at the time of full lift injection.
  • step S31 following step S30 the measuring unit 120 calculates an inflection point from the measured drive current waveform.
  • the drive current which has been gently decreasing, turns to increase, so that an inflection point occurs in the current waveform.
  • step S32 subsequent to step S31 the measuring unit 120 calculates the valve opening completion timing of the fuel injection valve 50 based on the calculated inflection point. As described above, the timing at which the inflection point occurs and the timing at which the valve body 53 reaches the full lift position correspond to each other.
  • step S33 following step S32 the measurement unit 120 calculates the valve opening start timing based on the calculated valve opening completion timing.
  • the measurement unit 120 calculates, for example, the valve opening speed of the fuel injection valve 50 based on the change in the drive current while the fuel injection valve 50 is performing the valve opening drive, and the calculated valve opening speed and the completion of valve opening.
  • the valve opening start timing may be calculated based on the timing.
  • step S34 following step S33 the correction unit 130 estimates the injection amount in partial lift injection based on the calculated valve opening start timing in full lift injection of the fuel injection valve 50.
  • the estimation of the injection amount is performed, for example, by referring to the data of the nominal product stored in the storage unit 160, as described above.
  • step S35 following step S34 the correction unit 130 calculates the correction amount of the target fuel injection valve 50 based on the estimated injection amount, and corrects the injection amount based on the correction amount. This completes the injection amount correction process.
  • the method of correcting the injection amount is not limited to the method shown in FIGS. 6 and 7.
  • the correction unit 130 calculates both the valve opening start timing and the valve closing completion timing of the fuel injection valve by combining the above methods, and calculates the valve opening period of the fuel injection valve based on the difference between these timings. Therefore, the ejection amount may be estimated.
  • the control device and the control method according to the present disclosure are provided by one or more dedicated devices provided by configuring a processor and a memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. It may be realized by a computer.
  • the control device and the control method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor including one or more dedicated hardware logic circuits.
  • a control device and a control method according to the present disclosure are configured by a combination of a processor and a memory programmed to execute one or a plurality of functions, and a processor including one or a plurality of hardware logic circuits. It may be realized by one or a plurality of dedicated computers.
  • the computer program may be stored in a computer-readable non-transition tangible recording medium as an instruction executed by a computer.
  • the dedicated hardware logic circuit and the hardware logic circuit may be realized by a digital circuit including a plurality of logic circuits or an analog circuit.

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Abstract

制御装置（１００）は、内燃機関の燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁（５０）に電力を供給して開弁駆動する駆動部（１１０）と、燃料噴射弁における燃料噴射量を補正する補正部（１３０）と、を備え、補正部は、ＮＯｘ吸蔵触媒を還元浄化するためのＮＯｘパージを実行する際に、燃料噴射弁における燃料噴射量を学習する。

Description

制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年１２月１０日に出願された日本国特許出願２０１８－２３０９９１号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、制御装置に関する。
　内燃機関には、燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁が気筒ごとに備えられている。これらの燃料噴射弁は、それぞれ、制御装置から供給される制御信号に応じて弁体が駆動し、開弁及び閉弁の状態が切り替えられることによって燃料の噴射量を調整する。燃料噴射弁においては、燃料噴射弁の個体差や劣化等により噴射量にばらつきが生じることが知られており、噴射量がばらつくと、排気エミッションやドライバビリティが悪化し得る。従って、燃料噴射弁を制御対象に含む制御装置には、各燃料噴射弁の状態に応じて噴射量を適切に補正し、噴射量のばらつきを低減することが求められる。
　例えば、下記特許文献１に開示された燃料噴射制御装置では、燃料噴射弁の駆動コイルを流れる電流を検出し、検出された電流の変化の傾きに基づいて当該電流のピーク値を目標値に合わせるように補正することにより、噴射量の過不足を抑制している。
特開２０１７－２５８０３号公報
　内燃機関は、その始動直後においては常温であるが、内燃機関の暖機後、過渡運転状態から定常運転状態に至るまでに温度が徐々に上昇する。このとき内燃機関に備えられた燃料噴射弁もまた温度が上昇するため、燃料噴射弁の電気的特性が変動する。例えば燃料噴射弁の駆動コイルは、温度の上昇に伴って抵抗値が増加するため、駆動コイルを流れる電流の立ち上がりが遅くなり、ピーク電流に到達するまでの時間が長くなる。これにより、駆動コイルに流れる電流と印加される電圧の時間積算である電磁エネルギが増大し、結果として噴射量が増加し得る。
　この点、上記特許文献１に開示された燃料噴射制御装置では、触媒の暖機中に噴射量の補正が行われるため、例えば暖機中に比べて温度が上昇しているリーン状態では適切な補正がなされず、噴射量がばらつくおそれがある。
　本開示の目的は、リーン状態において燃料噴射弁における燃料噴射量を高い精度で補正することができる制御装置を提供することにある。
　本開示の一態様による制御装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁に電力を供給して開弁駆動する駆動部と、燃料噴射弁における燃料噴射量を補正する補正部と、を備え、内燃機関の排気配管には、排気配管を流れる排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵されているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵触媒が設けられており、補正部は、ＮＯｘ吸蔵触媒を還元浄化するためのＮＯｘパージを実行する際に、燃料噴射弁における燃料噴射量を学習する。
　本開示では、リーン状態における走行中であって、且つ空燃比が一時的に燃料リッチ側に変動するＮＯｘパージの実行中に噴射量の補正が行われる。言い換えると、内燃機関の温度上昇後であって、且つ燃焼が比較的安定した状態において噴射量が補正される。従って、例えば暖機中やストイキ状態において噴射量が補正される構成に比べて、リーン状態における補正の精度が向上する。
図１は、本開示の実施形態に係る制御装置が備えられた車両の構成を示す図である。 図２は、図１に示される制御装置の機能ブロックを示す図である。 図３は、フルリフト噴射を説明するための図である。 図４は、パーシャルリフト噴射を説明するための図である。 図５は、図１に示される制御装置において実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、噴射量の補正処理の一具体例を示すフローチャートである。 図７は、噴射量の補正処理の一具体例を示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　図１を参照しながら、本開示の一実施形態に係る制御装置１００について説明する。制御装置１００は、車両の一部に取り付けられ、燃料の燃焼に関する制御を行う。
　車両は、内燃機関１０と、吸気配管２０と、排気配管３０と、燃料装置４０と、を備えている。
　内燃機関１０は、複数の気筒を備えた４サイクルレシプロエンジンである。内燃機関１０は、空気と液体燃料とを燃焼室１１において混合し、混合気を生成する。混合気に点火プラグ１２の点火によって着火し、燃焼させることでピストン１３が駆動される。ピストン１３の駆動によって車両の駆動力が発生する。なお、各気筒の構成は略同一であるため、図１においてはそのうちの一つの気筒が「内燃機関１０」として図示されている。
　内燃機関１０の各気筒には、水温センサ１４及びクランク角センサ１５等の各種センサが取り付けられている。水温センサ１４は、ラジエータ（不図示）と内燃機関１０との間で循環する冷却水の温度を測定するための温度センサである。クランク角センサ１５は、気筒が備えるクランクシャフトの回転角を測定するためのセンサである。クランク角センサ１５は、エンジン回転数を測定するセンサとしても機能する。これらのセンサにより計測された各測定値は、制御装置１００に入力される。
　内燃機関１０には、燃料噴射弁５０が設けられている。燃料噴射弁５０は、インジェクタとも称されるものであり、内燃機関１０の気筒内の燃焼室１１に燃料を噴射するための電磁弁である。燃料噴射弁５０には、後述する高圧ポンプ４３により加圧された燃料が供給されている。燃料噴射弁５０が開弁状態になると、その先端から噴射された燃料が空気と混合されながら燃焼室１１内に供給される。制御装置１００は、燃料噴射弁５０の開弁駆動を制御することにより、燃焼室１１への燃料の供給量を調整する。燃料噴射弁５０の動作の詳細については後述する。
　吸気配管２０は、内燃機関１０に空気を供給するための配管である。吸気配管２０には、空気が導入される上流側から順に、エアフロメータ２１と、スロットルバルブ２２と、サージタンク２３と、が設けられている。吸気配管２０の下流側端部には内燃機関１０が接続されている。
　エアフロメータ２１は、吸気配管２０を通り内燃機関１０に供給される空気の流量を測定するための流量計である。エアフロメータ２１により測定された流量は、制御装置１００に入力される。
　スロットルバルブ２２は、吸気配管２０を通る空気の流量を調整するための流量調整弁である。車両に備えられたアクセルペダル（不図示）の操作量に応じて、スロットルバルブ２２の開度が調整され、これにより空気の流量が調整される。スロットルバルブ２２には開度センサ２４が備えられている。スロットルバルブ２２の開度は、開度センサ２４により測定され、制御装置１００に入力される。
　サージタンク２３は、吸気配管２０の途中に形成された箱状の容器である。吸気配管２０は、サージタンク２３の下流側において複数に分岐しており、分岐したそれぞれの流路が各気筒へと接続されている。サージタンク２３の内部空間は、吸気配管２０のうち他の部分における内部空間よりも広くなっている。サージタンク２３により、一の気筒による圧力変動が他の気筒に影響することが防止される。サージタンク２３には圧力センサ２５が備えられている。吸気配管２０内の吸気圧は圧力センサ２５によって測定され、制御装置１００に入力される。
　排気配管３０は、内燃機関１０の気筒で生じた排気ガスを外部に排出するための配管である。排気配管３０の上流側端部は、内燃機関１０に接続されている。排気配管３０の途中には、排気ガスを浄化するための三元触媒３１及びＮＯｘ吸蔵触媒３２が順に設けられている。
　三元触媒３１は、空燃比がストイキ状態近傍であるときに、排気配管３０を流れる排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素（ＨＣ）を浄化する。
　ＮＯｘ吸蔵触媒３２は、空燃比がリーン状態のときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵し、空燃比がストイキ状態又はリッチ状態を含む比較的リッチ状態のときに吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化して放出する。空燃比がリーン状態のときに、燃料噴射弁５０から噴射される燃料を一時的に増加させ、空燃比を燃料リッチ側にすることによりＮＯｘを還元浄化して放出することを「ＮＯｘパージ」とも称する。制御装置１００は、例えばＮＯｘ吸蔵触媒３２におけるＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となったこと、空燃比をストイキ状態に切り替える要求があったこと、又は空気過剰率λの目標値が所定値以下（すなわち、燃料リッチ状態）であることの少なくともいずれか一つを満たす場合にＮＯｘパージを行うよう、ＮＯｘパージ制御を行ってもよい。
　排気配管３０のうち、三元触媒３１の上流側の部分、及び三元触媒３１とＮＯｘ吸蔵触媒３２の間の部分には、空燃比センサ３３，３４がそれぞれ備えられている。空燃比センサ３３，３４は、排気配管３０を通る排気ガスの酸素濃度を測定するためのセンサであって、その測定結果は制御装置１００に入力される。制御装置１００は、内燃機関１０における燃焼が目標とする空燃比で行われるよう、空燃比センサ３３,３４の測定結果等に基づいて燃料噴射弁５０における噴射量を制御する。
　燃料装置４０は、燃料タンク４１と、フィードポンプ４２と、高圧ポンプ４３と、蓄圧室４４と、燃圧センサ４５と、を備えている。燃料タンク４１内に貯留された燃料は、電磁駆動式の低圧ポンプであるフィードポンプ４２により汲み上げられ、低圧配管を介して高圧ポンプ４３に導入される。高圧ポンプ４３に導入された燃料は、高圧ポンプ４３において高圧化された後、蓄圧室４４に圧送される。圧送された高圧燃料は、蓄圧室４４に高圧状態で蓄えられた後、各気筒に設けられた燃料噴射弁５０に供給される。
　燃圧センサ４５は、蓄圧室４４内の燃圧を測定するためのセンサである。燃圧センサ４５により測定された燃圧値は、制御装置１００に入力される。
　制御装置１００は、例えばマイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）により構成され、上述した各種センサから入力される測定値に基づいて、内燃機関１０に関する各種の制御を行う。制御装置１００には、上述した各種センサの他、車速センサ６１及び油温センサ６２から測定値が入力される。車速センサ６１は、制御装置１００が搭載されている車両の車速を測定するセンサであり、車速を測定値として制御装置１００に出力する。油温センサ６２は、内燃機関１０の潤滑油の油温を測定するセンサであり、油温を示すデータを測定値として制御装置１００に出力する。制御装置１００は、エンジントルクを推定し、推定値として算出する。制御装置１００は、制御装置１００が搭載されている車両に設けられたバッテリ（不図示）のバッテリ電圧を測定し、又はバッテリ電圧を測定した他の制御装置からバッテリ電圧の測定値を受信することで、測定値として取得する。
　制御装置１００は、車両の運転状態に応じて目標空燃比を算出し、算出された目標空燃比を満たす目標噴射量に近付くように、燃料噴射弁５０の開弁駆動を制御する。制御装置１００は、例えば燃料噴射弁５０に電力を供給する時間の長さを調整することにより燃料噴射弁５０が開弁している期間を調整し、これによって噴射量を所定の目標値に一致させる。
　しかしながら、燃料噴射弁に電力が供給される時間と噴射量との関係は一定ではなく、燃料噴射弁の個体差や劣化、及び周囲の温度等によりばらつきが生じ得る。特に、目標とする噴射量が微少であり、燃料噴射弁５０の開度が最大とはならない噴射の場合には、噴射量のばらつきが大きくなる傾向がある。このため、実際の噴射量を目標値に近付けるべく、燃料噴射弁の状態に応じて噴射量を補正することが必要となる。以下に、制御装置１００による噴射量の補正について説明する。
　図２は、制御装置１００の機能ブロック及び各種センサからの測定値の入力を示す図である。図２に示されるように、制御装置１００は、駆動部１１０と、計測部１２０と、補正部１３０と、燃圧制御部１４０と、状態判断部１５０と、記憶部１６０と、を備えている。
　駆動部１１０は、燃料噴射弁５０の開弁及び閉弁駆動を制御する噴射パルスを生成し、噴射パルスに基づいて燃料噴射弁５０に電力を供給することにより、燃料噴射弁５０の開弁及び閉弁を駆動する部分である。具体的に、駆動部１１０は、噴射パルスがオン状態である間、燃料噴射弁５０に設けられたプラス側端子Ｐ１とマイナス側端子Ｐ２との間に矩形波状の駆動電圧を印加する。駆動電圧の印加に応じて燃料噴射弁５０に設けられた駆動コイルに駆動電流が流れ、これによって生じた電磁力により電磁式の燃料噴射弁５０が開弁する。燃料噴射弁５０の開弁及び閉弁駆動について、図３及び図４を参照してさらに詳細に説明する。
　図３の（Ａ）は、燃料噴射弁５０に印加される噴射パルスを示している。図３の（Ｂ）は、燃料噴射弁５０のリフト量を示している。図３の（Ｃ）は、燃料噴射弁５０の挙動を示している。図４の（Ａ）は、燃料噴射弁５０に印加される噴射パルスを示している。図４の（Ｂ）は、燃料噴射弁５０のリフト量を示している。図４の（Ｃ）は、燃料噴射弁５０の挙動を示している。
　図３の（Ｃ）に示されるように、燃料噴射弁５０は、電力の供給により電磁力を生じさせる駆動コイル５１と、電磁力により駆動される可動コア５２と、可動コア５２と一体的に移動する弁体５３と、可動コア５２の駆動を止めるストッパ５４と、を備えている。噴射パルスの立ち上がりに伴い、駆動コイル５１への電力供給が開始されると、駆動コイル５１に電磁力が生じ、当該電磁力により可動コア５２と弁体５３がリフトされる。これにより弁体５３が開弁位置に移動するため、燃料噴射弁５０が開弁状態となり、燃料噴射が行われる。噴射パルスの立ち下りに伴い、駆動コイル５１への電力供給が停止されると、弁体５３がバネにより押し戻される。これにより弁体５３は閉弁位置に戻るため、燃料噴射弁５０が閉弁状態となり、燃料噴射が停止される。
　図３と図４とでは、噴射パルスがオン状態である時間（すなわち、噴射パルス幅）が異なる。図３の（Ａ）に示されるように、噴射パルス幅が十分に長い場合、図３の（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、可動コア５２がストッパ５４に突き当たり、弁体５３はフルリフト位置に到達する。このときの噴射をフルリフト噴射と称する。他方、図４の（Ａ）に示されるように、噴射パルス幅が短い場合、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、可動コア５２はストッパ５４に突き当たる手前の状態までしか上がらない。従って、弁体５３は、フルリフト位置に到達せず、パーシャルリフト状態となる。このときの噴射をパーシャルリフト噴射と称する。
　図２に戻り、計測部１２０は、電流センサ７０により駆動コイル５１を流れる駆動電流を計測するとともに、電圧センサ７１によりマイナス側端子Ｐ２に生じる電圧を計測する部分である。計測部１２０は、計測された駆動電流及び駆動電圧の少なくともいずれか一方に基づいて、燃料噴射弁５０の開弁時期及び閉弁時期の少なくともいずれか一方を算出する。燃料噴射弁５０の開弁時期は、開弁開始タイミング及び開弁完了タイミングを含む。燃料噴射弁５０の閉弁時期は、閉弁開始タイミング及び閉弁完了タイミングを含む。
　具体的に、駆動コイル５１を流れる駆動電流は、噴射パルスの立ち上がり以降徐々に増加し、所定の目標値である最大電流値に到達するタイミング又はその直前のタイミングにおいて燃料噴射弁５０の開弁動作が開始される。その後駆動電流は穏やかに減少するが、燃料噴射弁５０の開弁が完了するタイミングにおいて駆動電流が増加に転じるため、このとき電流波形に変曲点が生じることが知られている。従って、計測部１２０は、電流波形に生じる変曲点に基づいて燃料噴射弁５０の開弁完了タイミングを算出する。計測部１２０は、例えば、燃料噴射弁５０が開弁駆動を行っている間の駆動電流の変化に基づいて燃料噴射弁５０の開弁速度を算出し、算出された開弁速度と開弁完了タイミングとに基づいて開弁開始タイミングを算出してもよい。このように、電流センサ７０により駆動電流を計測することで、燃料噴射弁５０の開弁開始タイミングを算出することができる。
　噴射パルスがオフ状態となると、駆動電流が強制的に０まで落とされることに伴って、マイナス側端子Ｐ２に誘導起電力が生じ、マイナス側端子Ｐ２の電圧波形に変曲点が生じることが知られている。すなわち、マイナス側端子Ｐ２の電圧波形の変曲点に対応するタイミングは、弁体５３の閉弁が完了したタイミングに等しくなる。従って、電圧センサ７１によりマイナス側端子Ｐ２に生じる電圧を計測し、電圧波形に生じる変曲点を算出することで、燃料噴射弁５０の閉弁完了タイミングを算出することができる。
　計測部１２０により算出された燃料噴射弁５０の開弁開始タイミングと閉弁完了タイミングは、補正部１３０に入力される。なお、計測部１２０は、駆動電流及び駆動電圧のいずれか一方を計測し、対応する開弁開始タイミング又は閉弁完了タイミングのいずれか一方を補正部１３０に入力する構成であってもよい。
　補正部１３０は、計測部１２０の計測結果に基づいて、駆動部１１０による燃料噴射弁５０への電力供給を補正することにより噴射量を補正する部分である。具体的に、補正部１３０は、算出された開弁開始タイミング及び閉弁完了タイミングの少なくともいずれか一方に基づいて、燃料噴射弁５０の噴射量を推定する。噴射量の推定は、例えば、予め記憶部１６０にノミナル品の開弁開始タイミングと噴射量との関係を示すデータが記憶されており、補正部１３０が当該記憶されたデータを参照することにより燃料噴射弁５０の噴射量を推定してもよい。これに代えて、又はこれに加えて、予め記憶部１６０にノミナル品の閉弁完了タイミングと噴射量との関係を示すデータが記憶されており、補正部１３０が当該記憶されたデータを参照することにより燃料噴射弁５０の噴射量を推定してもよい。
　続いて補正部１３０は、推定された噴射量と、目標とする噴射量の差が小さくなるように、必要に応じて駆動部１１０による電力供給を補正する。電力供給の補正は、例えば、噴射パルスのパルス幅、燃料噴射弁に印加される駆動電圧の最大値、及び、駆動コイルを流れる駆動電流の最大値のうち少なくともいずれか一つを補正することを含む。補正部１３０は、上述の補正を複数回にわたって繰り返し実行しつつ、算出される補正値を記憶部１６０に記憶することにより噴射量の学習を行う。補正部１３０が噴射量の補正を行うタイミングについては後述する。
　燃圧制御部１４０は、燃圧センサ４５により測定された燃圧に基づいて、燃料噴射弁５０に供給される燃料の燃圧を制御する部分である。燃圧制御部１４０は、高圧ポンプ４３を制御することで燃圧を調整することができる。
　状態判断部１５０は、内燃機関１０が定常運転状態か過渡運転状態かを判断する部分である。運転状態の判断は、例えば、推定されたエンジントルク、クランク角センサ１５から入力されるエンジン回転数、エンジン回転数及び噴射量から算出されるエンジン負荷、車速センサ６１から入力される車速、エアフロメータ２１から入力される吸気流量、圧力センサ２５から入力される吸気圧、要求される燃料噴射量等のパラメータに基づいて行われる。状態判断部１５０は、これらのパラメータのうち少なくともいずれか一つのパラメータの変化量又は変化率が所定値を超えた場合に、内燃機関１０が過渡運転状態であると判断する。なお、上述の各パラメータは、実測値に代えて要求値であってもよい。
　記憶部１６０には、ノミナル品の開弁開始タイミング、閉弁完了タイミング、及び開弁期間のすくなくともいずれか一つと噴射量との関係を示すデータが記憶されている。記憶部１６０は、補正部１３０により算出された補正値を記憶する。
　次に、本実施形態において噴射量の学習が実行されるタイミングについて説明する。第一に、補正部１３０は、リーン状態での走行中であって、且つＮＯｘパージが実行される際に噴射量を学習する。リーン状態は、ストイキ状態又はリッチ状態に比べて燃料濃度が薄いため、燃料噴射弁５０における噴射量の制御に高い精度が求められる。ここで、内燃機関１０は、その始動直後においては常温であるが、内燃機関１０の暖機後、走行に伴って温度が徐々に上昇する。このとき燃料噴射弁５０の駆動コイル５１は、温度上昇に伴って抵抗値が増加するため、駆動コイル５１を流れる駆動電流が少なくなることにより電磁力が弱くなり、噴射量が減少し得る。このように、燃料噴射弁５０における燃料の噴射量は温度の影響を受ける。
　この点、本実施形態における補正部１３０は、内燃機関１０の温度上昇後であるリーン状態での走行中であって、且つ空燃比が一時的に燃料リッチ側に変動し、燃焼が安定するＮＯｘパージの実行中に噴射量の学習を行う。従って、例えば暖機中やストイキ状態での走行中に噴射量の学習を行う場合に比べて、高い精度が求められるリーン状態と温度環境が近い条件下で学習が行われるため、リーン状態における噴射量を高い精度で補正することができる。また、ＮＯｘパージ実行時の噴射が学習に利用されるため、学習のために燃料リッチ状態を別途作り出す構成に比べて、余分な燃料の噴出を抑制することができる。
　第二に、補正部１３０は、パーシャルリフト噴射の際に噴射量を学習することが好ましい。例えば、駆動部１１０は、内燃機関１０の１サイクルにおける燃料噴射を分割し、少なくとも１回の燃料噴射がパーシャルリフト噴射となるように燃料噴射弁５０を制御する。パーシャルリフト噴射では、１回の噴射量がフルリフト噴射に比べて少なくなるため、複数回に分割して噴射を行うことにより、１サイクルにおける要求噴射量が満たされる。補正部１３０は、この分割された噴射のうち、パーシャルリフト噴射の際に噴射量を学習する。例えば、燃料噴射弁５０が１回目にメインの噴射としてフルリフト噴射を行い、２回目に学習用の噴射としてパーシャルリフト噴射を行った場合、補正部１３０は２回目のパーシャルリフト噴射の際に噴射量を学習する。
　パーシャルリフト噴射では、図４に示されるように弁体５３がフルリフト位置まで到達しないため、フルリフト噴射に比べて噴射量のばらつきが大きくなる傾向がある。噴射量のばらつきが大きくなると、排気エミッションやドライバビリティが悪化する可能性がある。この点、補正部１３０は、パーシャルリフト噴射の際に噴射量の学習を行うため、パーシャルリフト噴射における噴射量の補正の精度が向上する。
　燃料噴射が分割して行われる場合、駆動部１１０は、１回目のメインの噴射を吸気行程の前半に行い、２回目の学習用の噴射を吸気行程の後半又は圧縮行程の後半に行うように噴射を制御してもよい。これにより、１回目の噴射と２回目の噴射との間に所定のインターバルが確保されるため、１回目の噴射が２回目の噴射に及ぼす影響が抑制される。２回目の噴射を吸気行程の後半に行う場合、当該噴射を圧縮行程において行う場合に比べて、ＰＮ（排出微粒子）の排出量が抑制される。２回目の噴射を圧縮行程の後半に行う場合、当該噴射を圧縮行程の前半に行う場合に比べて、噴射時におけるシリンダー側面の露出面積が小さいため、当該側面に燃料が付着することに起因するオイル希釈やＨＣの排出が抑制される。
　なお、燃料噴射の分割方法は上記態様に限られない。例えばエンジン負荷が高く、１サイクルにおける要求噴射量が比較的多い場合は、メインの噴射を２回行い、学習用の噴射を１回行ってもよい。噴射量の学習のタイミングは、パーシャルリフト噴射に限定されるものではなく、フルリフト噴射の際に噴射量の学習が実行されてもよい。
　第三に、運転状態が過渡運転状態であるときは、内燃機関１０から排出されるＮＯｘ量が安定しないため、不適切な補正を行うおそれがある。従って、状態判断部１５０により運転状態が過渡運転状態であると判断された場合、補正部１３０は、噴射量の学習を行わないことが好ましい。これにより、過渡運転状態において学習を行う構成に比べて、より適切な補正を行うことができる。
　補正部１３０が複数回にわたって補正を行う際に、駆動部１１０は、各補正における噴射期間又は噴射量が一定となるように、これらのパラメータ（例えば、噴射パルス等）を固定してもよい。燃圧制御部１４０は、各噴射における燃料噴射弁５０に供給される燃料の燃圧が一定となるように燃圧を固定してもよい。これらのパラメータを固定することにより、例えば各補正時の運転状態が異なっていても、各補正が概ね同一の条件下で行われることとなるため、学習の精度が向上する。
　補正部１３０は、燃料噴射弁５０における噴射量の学習が未完の場合に、当該学習の完了後に比べて噴射量が燃料リッチ側となるように噴射量を補正してもよい。例えば補正部１３０は、内燃機関１０の始動開始後から噴射量の学習が完了するまで、目標とする空気過剰率λの初期値を、当該空気過剰率λとしてとり得る範囲内において燃料リッチ側となるように設定してもよい。これにより、噴射量の学習が未完であり、噴射量のばらつきが発生しやすい状況において燃料が十分に確保されるため、学習前の燃焼が安定する。学習の完了後には、学習の結果を用いることにより燃料濃度を比較的薄く設定することができるため、燃費が向上する。リーン限界に至るまで燃料濃度を薄くすることで、燃費をより一層向上させることもできる。
　次に、制御装置１００において実行される処理の流れについて図５を参照しながら説明する。図５は、噴射量の学習の実行を判定する処理の流れを示すフローチャートである。図５に示される一連の処理は、所定の期間が経過するごとに、制御装置１００において周期的に繰り返し実行されてもよい。
　最初のステップＳ１０では、噴射量の学習を実行するための実行条件が成立しているか否かが判定される。本実施形態では、内燃機関１０が過渡運転状態でないこと、燃料カット中でないこと、水温及び油温が所定範囲内に収まっていること、燃圧が所定値以上であること、バッテリ電圧が所定値以上であること、内燃機関１０の始動後所定期間が経過していること、開閉弁検出機能の異常がないこと、制御装置１００に含まれるＡＳＩＣ及びマイコンの通信異常がないこと、の全てを満たす場合に、実行条件が成立したとの判定がなされる。例えば燃圧が所定圧力未満の場合に噴射量の学習を実行しないことにより、噴射量が安定しない条件下における補正が回避されるため、学習の精度が向上する。
　なお、上記の各条件における水温、油温、及び燃圧などの各パラメータは、それぞれ、水温センサ１４、油温センサ６２、及び燃圧センサ４５により計測され、制御装置１００に入力される。学習の実行条件は、上記の各条件の全てを満たすことに限られず、各条件のうち一部を満たすことであってもよい。
　上記実行条件が成立した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に移行する。上記実行条件が成立しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、図５に示される一連の処理を終了する。実行条件が満たされた場合に噴射量の学習が行われるため、安定した条件の下で学習が行われる。また、複数の燃料噴射弁のそれぞれにおける学習が、概ね同一の条件で行われるため、気筒間における燃料噴射弁の噴射量のばらつきが抑制される。
　ステップＳ１２では、ＮＯｘパージを実行するための実行条件が成立しているか否かが判定される。本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒３２におけるＮＯｘ吸蔵量が所定量以上であること、リーン状態からストイキ状態に切り替える要求があること、空気過剰率λの目標値が所定値以下（すなわち、燃料リッチ側）であること、の少なくともいずれか一つを満たす場合に、ＮＯｘパージの実行条件が成立したとの判定がなされる。
　上記実行条件が成立した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に移行し、ＮＯｘパージが実行される。上記実行条件が成立しない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、図５に示される一連の処理を終了する。
　ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、補正部１３０が噴射量の補正を実行し、処理が終了する。
　上記処理ステップを周期的に複数回行うことにより、噴射量の学習が行われる。上記処理ステップは、車両が備える複数の気筒ごとに実行される。つまり、全ての燃料噴射弁に対して噴射量の学習が行われる。これにより、燃料噴射弁単体での噴射量のばらつきが抑制されるだけでなく、気筒間における燃料噴射弁の噴射量のばらつきもまた抑制される。
　図６を参照しながら、図５に示されるステップＳ１５における噴射量の学習の具体的な方法について説明する。図６は、燃料噴射弁５０の閉弁駆動に基づいて噴射量を推定する場合に実行される処理の流れを示す。本具体例において、補正部１３０は、パーシャルリフト噴射の際に学習を実行するものとして説明する。
　図６に示されるように、最初のステップＳ２０では、計測部１２０が、パーシャルリフト噴射の際に、燃料噴射弁５０のマイナス側端子Ｐ２の電圧を計測する。電圧の計測は、例えば制御装置１００に含まれるＡＳＩＣ又はマイコンにより、燃料の噴射後におけるマイナス側端子Ｐ２の電圧を時系列で取得することにより行われる。
　ステップＳ２０に続くステップＳ２１では、計測部１２０が、計測された端子電圧の波形から変曲点を算出する。既に述べたとおり、燃料噴射弁５０の閉弁完了時には誘導起電力が生じるため、端子電圧の波形に変曲点が生じる。
　ステップＳ２１に続くステップＳ２２では、計測部１２０が、算出された変曲点に基づいて燃料噴射弁５０の閉弁完了タイミングを算出する。既に述べたとおり、変曲点が生じるタイミングと、弁体５３が閉弁位置に戻ったタイミングとが対応する。
　ステップＳ２２に続くステップＳ２３では、補正部１３０が、算出された燃料噴射弁５０の閉弁完了タイミングに基づいて、噴射量を推定する。噴射量の推定は、既に述べたとおり、例えば記憶部１６０に記憶されたノミナル品におけるデータを参照することにより行われる。
　ステップＳ２３に続くステップＳ２４では、補正部１３０が、推定された噴射量に基づいて、対象となる燃料噴射弁５０の補正量を算出し、当該補正量に基づいて噴射量を補正する。これにより、噴射量の補正処理が完了する。
　なお、噴射量を推定する方法は、上述のように燃料噴射弁の閉弁駆動に基づく方法に限られない。例えば以下に説明するように、燃料噴射弁の開弁駆動に基づいて噴射量を推定してもよい。
　図７は、燃料噴射弁５０の開弁駆動に基づいて噴射量を推定する場合に実行される処理の流れを示す。本具体例において、補正部１３０は、パーシャルリフト噴射の際に学習を実行するものとするが、開弁駆動の開始時では、フルリフト噴射とパーシャルリフト噴射はいずれも同様の挙動を示すため、フルリフト噴射における開弁開始タイミングを用いてパーシャルリフト噴射における噴射量を推定する方法を例に説明する。
　図７に示されるように、最初のステップＳ３０では、計測部１２０が、フルリフト噴射の際に、燃料噴射弁５０の駆動コイル５１を流れる駆動電流を計測する。
　ステップＳ３０に続くステップＳ３１では、計測部１２０が、計測された駆動電流の波形から変曲点を算出する。既に述べたとおり、燃料噴射弁５０の開弁完了タイミングにおいては、穏やかに減少していた駆動電流が増加に転じるため、電流波形に変曲点が生じる。
　ステップＳ３１に続くステップＳ３２では、計測部１２０が、算出された変曲点に基づいて燃料噴射弁５０の開弁完了タイミングを算出する。既に述べたとおり、変曲点が生じるタイミングと、弁体５３がフルリフト位置に到達するタイミングとが対応する。
　ステップＳ３２に続くステップＳ３３では、計測部１２０が、算出された開弁完了タイミングに基づいて開弁開始タイミングを算出する。計測部１２０は、例えば、燃料噴射弁５０が開弁駆動を行っている間の駆動電流の変化に基づいて燃料噴射弁５０の開弁速度を算出し、算出された開弁速度と開弁完了タイミングとに基づいて、開弁開始タイミングを算出してもよい。
　ステップＳ３３に続くステップＳ３４では、補正部１３０が、算出された燃料噴射弁５０のフルリフト噴射における開弁開始タイミングに基づいて、パーシャルリフト噴射における噴射量を推定する。噴射量の推定は、既に述べたように、例えば記憶部１６０に記憶されたノミナル品におけるデータを参照することにより行われる。
　ステップＳ３４に続くステップＳ３５では、補正部１３０が、推定された噴射量に基づいて、対象となる燃料噴射弁５０の補正量を算出し、当該補正量に基づいて噴射量を補正する。これにより噴射量の補正処理が完了する。
　なお、噴射量の補正方法は図６及び図７に示される方法に限られない。例えば補正部１３０は、上述の方法を組み合わせて燃料噴射弁の開弁開始タイミング及び閉弁完了タイミングの双方を算出し、これらの両タイミングの差分に基づいて燃料噴射弁の開弁期間を算出することで噴出量を推定してもよい。
　本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又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１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含む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。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又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１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。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。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
　以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (10)

  1. 　制御装置であって、
    　内燃機関の燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁に電力を供給して開弁駆動する駆動部（１１０）と、
    　前記燃料噴射弁における燃料噴射量を補正する補正部（１３０）と、を備え、
    　前記内燃機関の排気配管には、前記排気配管を流れる排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵されているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵触媒（３２）が設けられており、
    　前記補正部は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒を還元浄化するためのＮＯｘパージを実行する際に、前記燃料噴射弁における燃料噴射量を学習する、制御装置。
  2. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　更に、前記開弁駆動に際して前記燃料噴射弁に流れる駆動電流及び／又は前記燃料噴射弁に印加される駆動電圧を計測する計測部（１２０）を備え、
    　前記補正部は、前記計測部の計測結果に基づいて前記駆動部による電力供給を補正することで、前記燃料噴射弁における燃料噴射量を補正する、制御装置。
  3. 　請求項２に記載の制御装置であって、
    　前記補正部は、前記駆動電流及び／又は前記駆動電圧に基づいて、前記燃料噴射弁の開弁時期及び／又は閉弁時期を学習することにより、前記燃料噴射弁がパーシャルリフト噴射を行う際の燃料噴射量を学習する、制御装置。
  4. 　請求項３に記載の制御装置であって、
    　前記駆動部は、前記内燃機関の１サイクルにおける燃料噴射を分割し、少なくとも１回の燃料噴射がパーシャルリフト噴射を行うようにする、制御装置。
  5. 　請求項４に記載の制御装置であって、
    　前記駆動部は、パーシャルリフト噴射が吸気行程の後半又は圧縮行程の後半に行われるように設定する、制御装置。
  6. 　請求項３から５のいずれか一項に記載の制御装置であって、
    　前記駆動部は、学習のためのパーシャルリフト噴射における噴射期間又は噴射量を固定する、制御装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置であって、
    　更に、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃圧を制御する燃圧制御部（１４０）を備え、
    　前記補正部が燃料噴射量を学習する際に、前記燃圧制御部は燃圧を固定する、制御装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置であって、
    　前記補正部は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の燃圧が所定圧力未満の場合に燃料噴射量の学習を実行しない、制御装置。
  9. 　請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置であって、
    　前記補正部は、前記燃料噴射弁における燃料噴射量の学習が未完の場合に、当該学習の完了後に比べて燃料噴射量を燃料リッチ側に補正する、制御装置。
  10. 　請求項１から９のいずれか一項に記載の制御装置であって、
    　更に、前記内燃機関が定常運転状態か過渡運転状態かを判断する状態判断部（１５０）を備え、
    　前記補正部は、前記状態判断部が前記過渡運転状態であると判断した場合に、燃料噴射量の学習を実行しない、制御装置。
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