燃料噴射制御装置及び方法
【課題】燃料噴射量の高精度な推定を可能とし、以って、燃料噴射弁の劣化状態に応じた燃料噴射量の高精度な補正を可能とする燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段とを備える。
【解決手段】燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関に装着される燃料噴射弁は、高温、高圧及び強振動の環境下で使用されるため、経年劣化による動作異常が発生しやすい。例えば、燃料噴射量は、制御ユニットから燃料噴射弁に供給される駆動パルス信号の通電時間（換言すれば、駆動パルス信号のパルス幅）によって制御されているが、経年劣化によって燃料噴射弁に動作異常が発生すると、駆動パルス信号に対する開弁時期及び閉弁時期が変化するため、必要な燃料噴射量が得られなくなり、内燃機関の運転に深刻な悪影響を及ぼすことになる。
【０００３】
このような問題に対し、下記特許文献１には、内燃機関の運転中に燃料噴射弁の異常診断を実現する技術として、燃料噴射弁の開閉動作による振動を検出するノックセンサを内燃機関に設け、駆動パルス信号のオンタイミングから第１期間内に燃料噴射弁の開弁動作による所定レベルの振動が生じておらず、且つ駆動パルス信号のオフタイミングから第２期間内に燃料噴射弁の閉弁動作による所定レベルの振動が生じていない場合に、燃料噴射弁の動作異常と判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２４２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料噴射弁の経年劣化に対する対策としては、上記特許文献１に開示された技術のように、内燃機関の運転中に燃料噴射弁の異常診断を行うことも重要ではあるが、これだけでは異常と診断された場合に診断結果を運転手に報知し、運転手（或いは運転手に依頼された作業者）によって燃料噴射弁の交換作業を行うという対応しかとれず、継続的な内燃機関の運転を実現することは困難である。
【０００６】
そこで、燃料噴射弁の劣化状態に関わらず、継続的な内燃機関の運転を実現するための技術として、燃料噴射弁の劣化状態に応じて燃料噴射量の補正制御を行う技術の導入が検討されている。このような技術の導入には、現時点における燃料噴射弁の劣化状態で得られる燃料噴射量を高精度に推定可能な手法の確立が最重要事項となる。なぜなら、燃料噴射量の補正は、駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）の補正によって実現されるものであるが、燃料噴射量の推定誤差は通電時間の補正誤差に直結し、その結果、燃料噴射量の補正精度の低下を招くことになるからである。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射量の高精度な推定を可能とし、以って、燃料噴射弁の劣化状態に応じた燃料噴射量の高精度な補正を可能とする燃料噴射制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段とを備える。
【０００９】
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記開弁時期検出手段は、外部の振動センサから入力される振動検出信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値及び初期値を基に算出した前記燃料噴射量の変化率が閾値以上であることを前記補正実施条件とすることを特徴とする。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射時期変更手段は、所定の運転状態時に前記燃料噴射時期の変更を行うことを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明に係る燃料噴射制御方法は、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を所定量変更する燃料噴射時期変更行程と、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出工程と、前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定工程と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明者は、燃料噴射弁の開弁時期と燃料噴射量との関係、及び燃料噴射弁の閉弁時期と燃料噴射量との関係について鋭意検証を行った結果、開弁時期と燃料噴射量との関係は強い比例関係になるが、閉弁時期と燃料噴射量との関係は極めて弱い比例関係になることから、閉弁時期を考慮して燃料噴射量の補正を行うと補正精度が悪化することを見出し、本発明を出願するに至った。
すなわち、本発明によれば、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期を検出し、当該検出した開弁時期を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、燃料噴射弁の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。
さらに、本発明によれば、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更することで、隣接気筒の振動による影響を除去できるため、開弁時期の検出精度が向上し、その結果、より高精度な燃料噴射量の補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における燃料噴射制御装置（ＥＣＵ３）のブロック構成図である。
【図２】本実施形態によって燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる理由に関する第１説明図である。
【図３】本実施形態によって燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる理由に関する第２説明図である。
【図４】ＥＣＵ３のＣＰＵ４８が実行する燃料噴射量の補正制御処理を表すフローチャートである。
【図５】４気筒エンジンにおける各気筒の行程を示す図である。
【図６】燃料噴射時期の変更効果を示す図である。
【図７】燃料噴射量の推定値Ｑの算出処理（ステップＳ６）に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、ＥＣＵ３（燃料噴射制御装置）は、エンジン制御システムの全体動作を統括制御するものであり、波形整形回路４０、回転数カウンタ４１、Ａ／Ｄ変換器４２、点火回路４３、インジェクタ駆動回路４４、ポンプ駆動回路４５、ＲＯＭ(Read Only Memory)４６、ＲＡＭ(Random Access Memory)４７及びＣＰＵ（Central Processing Unit）４８を備えている。
【００１４】
波形整形回路４０は、クランク角度センサ２７から入力されるクランク信号を、方形波のパルス信号（例えば負極性のクランク信号をハイレベルとし、正極性及びグランドレベルのクランク信号をローレベルとする）に波形整形し、回転数カウンタ４１及びＣＰＵ４８に出力する。つまり、この方形波のパルス信号は、クランクシャフトが２０°回転する際に要した時間を周期とする方形波のパルス信号である。以下では、この波形整形回路４０から出力される方形波のパルス信号をクランクパルス信号と称す。
【００１５】
回転数カウンタ４１は、上記波形整形回路４０から入力されるクランクパルス信号に基づいてエンジン回転数を算出し、その算出結果をＣＰＵ４８に出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、吸気圧センサ２３から入力される吸気圧信号、吸気温センサ２４から入力される吸気温信号、スロットル開度センサ２５から入力されるスロットル開度信号、冷却水温センサ２６から入力される冷却水温信号、及びノックセンサ２８から入力される振動検出信号を、デジタル信号（吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値、振動波形データ）に変換してＣＰＵ４８に出力する。
【００１６】
点火回路４３は、ＣＰＵ４８から入力される点火制御信号に応じて、点火用電圧信号を点火コイル１７の１次巻線に出力する。インジェクタ駆動回路４４は、ＣＰＵ４８から入力される燃料噴射制御信号に応じて、インジェクタ２２を駆動するための駆動パルス信号を生成し、当該駆動パルス信号をインジェクタ２２に出力する。ポンプ駆動回路４５は、ＣＰＵ４８から入力される燃料供給制御信号に応じて、燃料ポンプ３１を駆動するためのポンプ駆動信号を生成し、当該ポンプ駆動信号を燃料ポンプ３１に出力する。
【００１７】
ＲＯＭ４６は、ＣＰＵ４８によって実行されるエンジン制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ４７は、ＣＰＵ４８がエンジン制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。
【００１８】
ＣＰＵ４８は、ＲＯＭ４６に記憶されているエンジン制御プログラムを実行し、波形整形回路４０から入力されるクランクパルス信号、回転数カウンタ４１から得られるエンジン回転数、Ａ／Ｄ変換器４２から得られる吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値及び振動波形データに基づいて、エンジンの燃料噴射、点火、燃料供給に関する制御を行う。具体的には、ＣＰＵ４８は、点火タイミングに点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路４３に出力し、燃料噴射タイミングにインジェクタ２２から所定量の燃料を噴射させるための燃料噴射制御信号をインジェクタ駆動回路４４に出力し、また、インジェクタ２２に燃料を供給するための燃料供給制御信号をポンプ駆動回路４５に出力する。
【００１９】
また、このＣＰＵ４８は、エンジン制御プログラムの実行によって実現される機能として、燃料噴射時期変更部４８ａ、開弁時期検出部４８ｂ、燃料噴射量推定部４８ｃ及び補正制御部４８ｄを備えている。燃料噴射時期変更部４８ａは、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する（例えば、燃料噴射時期を１０°遅角させる）。開弁時期検出部４８ｂは、Ａ／Ｄ変換器４２から得られる振動波形データに基づいて、インジェクタ２２の開弁時期を検出する。
【００２０】
燃料噴射量推定部４８ｃは、開弁時期検出部４８ｂによって検出されたインジェクタ２２の開弁時期に基づいて、現時点におけるインジェクタ２２の劣化状態で得られる燃料噴射量を推定（算出する）する。また、補正制御部４８ｄは、燃料噴射量推定部４８ｃによって算出された燃料噴射量の推定値と予め求めておいた燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合に燃料噴射量の補正制御を行う。
【００２１】
これら燃料噴射時期変更部４８ａ、開弁時期検出部４８ｂ、燃料噴射量推定部４８ｃ及び補正制御部４８ｄの機能についての詳細は後述するが、これらの機能をＣＰＵ４８に設けることにより、現時点におけるインジェクタ２２の劣化状態で得られる燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる。以下、その理由について説明する。
【００２２】
本願発明者は、インジェクタ２２の開弁時期と燃料噴射量との関係、及びインジェクタ２２の閉弁時期と燃料噴射量との関係について鋭意検証を行った。図２は、インジェクタ２２に所定のパルス幅を有する駆動パルス信号Ｐを供給した場合における、インジェクタ２２のソレノイドコイルに流れる励磁電流Ｉと、インジェクタ２２のプランジャのリフト量Ｌと、インジェクタ２２の開弁及び閉弁動作による振動波形Ｇとの時間変化を示す図である。なお、図２では、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングをｔ０としている。
【００２３】
図２に示すように、駆動パルス信号Ｐがオンになっても励磁電流Ｉは緩やかに上昇するため、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過後に、インジェクタ２２のプランジャが開弁方向にリフトする。この時、インジェクタ２２の開弁動作による振動によって振動波形Ｇが大きく振れることになる。つまり、振動波形Ｇからインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を検出することができる。
【００２４】
一方、図２に示すように、駆動パルス信号Ｐがオフになっても励磁電流Ｉは緩やかに下降するため、駆動パルス信号Ｐのオフタイミングから一定時間経過後に、インジェクタ２２のプランジャが閉弁方向にリフトする。この時、インジェクタ２２の閉弁動作による振動によって振動波形Ｇが大きく振れることになる。つまり、振動波形Ｇからインジェクタ２２の閉弁時期Ｔ２を検出することができる。
【００２５】
図３（ａ）は、上記のように検出したインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１と燃料噴射量Ｑとの関係を表す検証結果であり、図３（ｂ）は、上記のように検出したインジェクタ２２の閉弁時期Ｔ２と燃料噴射量Ｑとの関係を表す検証結果である。これら図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、開弁時期Ｔ１と燃料噴射量Ｑとの関係は強い比例関係になるが、閉弁時期Ｔ２と燃料噴射量Ｑとの関係は極めて弱い比例関係になることがわかる。
【００２６】
本願発明者は、このような検証結果を基に、閉弁時期Ｔ２を考慮して燃料噴射量Ｑの補正を行うと補正精度が悪化することを見出し、本発明を出願するに至った。すなわち、本実施形態によれば、開弁時期検出部４８ｂによって燃料噴射量Ｑと強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を検出し、燃料噴射量推定部４８ｃによって開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、インジェクタ２２の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。
【００２７】
以下では、上記のような燃料噴射量の高精度な推定及び補正を実現可能とする燃料噴射時期変更部４８ａ、開弁時期検出部４８ｂ、燃料噴射量推定部４８ｃ及び補正制御部４８ｄの機能について詳細に説明する。図４は、ＥＣＵ３のＣＰＵ４８が実行する燃料噴射量の補正制御処理を表すフローチャートである。なお、ＣＰＵ４８は、図４に示す燃料噴射量の補正制御処理を、エンジンの起動後から一定周期で繰り返し実行するものである。
【００２８】
この図４に示すように、まず、ＣＰＵ４８の燃料噴射時期変更部４８ａは、エンジンが所定の運転状態（本実施形態では、暖気運転後のアイドリング状態）か否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、燃料噴射時期変更部４８ａは、回転数カウンタ４１から得られるエンジン回転数Ｎｅが例えば７１０±２０（ｒｐｍ）であって、且つＡ／Ｄ変換器４２から得られる冷却水温値Ｔｗが例えば９０°Ｃ以上であれば、エンジンが暖気運転後のアイドリング状態であると判断する。
【００２９】
燃料噴射時期変更部４８ａは、上記ステップＳ１において「Ｎｏ」の場合、燃料噴射量の補正制御処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。燃料噴射時期変更部４８ａは、上記ステップＳ２において「Ｎｏ」の場合、ステップＳ４の処理へ移行する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させる（ステップＳ３）。
【００３０】
例えば、図５（ａ）に示すように、エンジンが４気筒エンジンであって、現在の燃料噴射対象気筒（吸気行程の気筒）が第２気筒である場合、それに隣接する第３気筒が燃焼行程にある。この場合、第２気筒の燃料噴射時期と、第３気筒の筒内圧が最大となる時期とが一致するため、ノックセンサ２８の出力信号には、第２気筒のインジェクタ２２の開弁動作による振動成分と、第３気筒の燃焼作用による振動成分が含まれる。
【００３１】
一方、図５（ｂ）に示すように、エンジンが４気筒エンジンであって、現在の燃料噴射対象気筒が第３気筒である場合、それに隣接する第２気筒が燃焼行程にある。この場合、第３気筒の燃料噴射時期と、第２気筒の筒内圧が最大となる時期とが一致するため、ノックセンサ２８の出力信号には、第３気筒のインジェクタ２２の開弁動作による振動成分と、第２気筒の燃焼作用による振動成分が含まれる。
【００３２】
開弁時期Ｔ１の検出に必要な振動成分は、燃料噴射対象気筒のインジェクタ２２の開弁動作による振動成分なので、燃料噴射対象気筒の隣接気筒の燃焼作用による振動成分は開弁時期Ｔ１の検出誤差の原因となる。従って、上記ステップＳ３のように、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させる（所定量変更する）ことにより、燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期と、その隣接気筒の筒内圧が最大となる時期とをずらすことができる。その結果、ノックセンサ２８の出力信号から隣接気筒の燃焼作用による振動成分が除去され、開弁時期Ｔ１の検出精度が向上する。
【００３３】
本願発明者は、上記のような燃料噴射時期の変更効果について鋭意検証したところ、図６に示すような検証結果を得た。図６（ａ）は、燃料噴射時期を所定角度ずらした場合におけるノックセンサ２８で受信した信号の時系列データを示している。この図において、横軸はインジェクタ２２の開弁振動をトリガー（時刻０）とした場合の経過時間であり、縦軸は信号の受信回数（不連続に１００回受信したもの）である。また、コンター表示がノックセンサ２８の出力電圧である。
この図６（ａ）に示すように、通常の燃料噴射時期（ＢＡＣＥ）に対し、５°進角させても、５°遅角１０°遅角させても、伝達時間は同じで出力電圧が増加することがわかる。
【００３４】
図６（ｂ）は、第２気筒と第３気筒のそれぞれについて、燃料噴射時期を１０°遅角させた場合における、開弁時期Ｔ１の算出値と実測値との誤差時間を示したものである。なお、開弁時期Ｔ１の算出値は、後述するステップＳ４及びＳ５の処理によって算出した値であり、開弁時期Ｔ１の実測値は、インジェクタ２２に加速度センサを直接取り付け、インジェクタ２２の通電開始時点から加速度センサの出力変動が生じた時点までの時間を測定したものである。
この図６（ｂ）に示すように、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させると、開弁時期Ｔ１の検出精度が向上することがわかる。
【００３５】
さて、図４に戻って説明を続けると、上記ステップＳ３の終了後、開弁時期検出部４８ｂは、Ａ／Ｄ変換器４２から振動波形データ（つまり、ノックセンサ２８から出力される振動検出信号をデジタル信号化したもの）を取り込み（ステップＳ４）、この振動波形データからインジェクタ２２の開弁動作による振動波形Ｇを抽出し、当該抽出した振動波形Ｇからインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を検出する（ステップＳ５）。以下、このステップＳ５の処理、すなわち、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１の検出処理について詳細に説明する。
【００３６】
ノックセンサ２８から出力される振動検出信号には、インジェクタ２２の開弁動作による振動の周波数成分の他、様々な振動の周波数成分（ノイズ成分）が含まれている。
【００３７】
そこで、開弁時期検出部４８ｂは、Ａ／Ｄ変換器４２から取り込んだ振動波形データにバンドパスフィルタ処理（デジタルフィルタリング）及び絶対値処理を施すことにより、振動波形データからインジェクタ２２の開弁動作による振動の周波数成分（振動波形Ｇ）を抽出する。
【００３８】
そして、開弁時期検出部４８ｂは、振動波形Ｇにおいて、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過するまでの区間ＴＳ０を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間から除外する。これは、図２で説明したように、インジェクタ２２が、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過後に開弁動作を行うためである。なお、この区間ＴＳ０の値は、インジェクタ２２の機種に応じて適宜設定すれば良い。
【００３９】
そして、開弁時期検出部４８ｂは、区間ＴＳ０の終了タイミングから駆動パルス信号Ｐのオフタイミングまでの区間を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間ＴＳとして設定し、この検出対象区間ＴＳ内において、振動波形Ｇが最大振幅値となるタイミングＴ１’を検出する。この振動波形Ｇが最大振幅値となるタイミングＴ１’には、インジェクタ２２の開弁動作による振動の伝達時間Ｔ＿Ｄが含まれている。そこで、開弁時期検出部４８ｂは、下記（１）式に基づいて、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を算出する。
Ｔ１ ＝ Ｔ１’− Ｔ＿Ｄ …（１）
【００４０】
なお、伝達時間Ｔ＿Ｄは、エンジンの気筒毎に適宜設定すれば良い。インジェクタ２２からノックセンサ２８までの振動の伝達距離や共振の仕方は、エンジンの気筒毎に変化するため、開弁時期Ｔ１の検出精度（算出精度）を確保する上で、伝達時間Ｔ＿Ｄの設定が必要となる。
【００４１】
以上がステップＳ５の処理、すなわち、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１の検出処理についての説明であり、以下、図４に戻って説明を続ける。
図４に示すように、上記ステップＳ５の終了後、ＣＰＵ４８の燃料噴射量推定部４８ｃは、開弁時期検出部４８ｂによって検出（算出）されたインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１に基づいて、燃料噴射量の推定値Ｑを算出する（ステップＳ６）。
【００４２】
具体的には、燃料噴射量推定部４８ｃは、開弁時期検出部４８ｂによって検出された開弁時期Ｔ１、及びインジェクタ２２に供給された駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）Ｔｉと、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（２）式に基づいて、燃料噴射量の推定値Ｑを算出する。
Ｑ＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ−Ｔ１）＋Ｋ２・｛Ｔ１−（Ｂ・Ｔ１−Ｃ）｝〕 …（２）
【００４３】
上記（２）式において、係数Ａは、インジェクタ２２の静的噴射量Ｑｗｏｔ（或いは静的噴射量Ｑｗｏｔを補正したもの）であり、工場出荷時の実測値、或いはインジェクタ２２の機種毎に設定された固定値である。また、係数Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２は、予め実験的に求められた実験係数である。図７は、燃料噴射量Ｑと時間ｔとの関係を示している。上記（２）式の第１項は図７中の領域Ｗ１の面積を表しており、第２項は図７中の領域Ｗ２、Ｗ３の面積を表している。
【００４４】
つまり、理論的には、燃料噴射量の推定値Ｑは、図７中の領域Ｗ１のみを考慮して、単位時間当たりの燃料噴射量である静的噴射量Ｑｗｏｔに開弁時間（Ｔｉ−Ｔ１）を乗算すれば算出できるが、実際には、インジェクタ２２の開弁動作は駆動パルス信号のオンタイミングに対して遅れて追従するため、単位時間当たりの燃料噴射量が瞬時に静的噴射量Ｑｗｏｔまで到達することはない（領域Ｗ２の発生）。同様に、インジェクタ２２の閉弁動作は駆動パルス信号のオフタイミングに対して遅れて追従するため、単位時間当たりの燃料噴射量が瞬時にゼロに到達することはない（領域Ｗ３の発生）。従って、図７中の領域Ｗ１だけでなく、領域Ｗ２及びＷ３も考慮した（２）式を用いることで、正確に燃料噴射量の推定値Ｑを算出することができる。
【００４５】
上記ステップＳ６の終了後、ＣＰＵ４８の補正制御部４８ｄは、燃料噴射量推定部４８ｃによって算出された燃料噴射量の推定値Ｑと予め求めておいた燃料噴射量の初期値Ｑ０とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足しているか否かを判断する（ステップＳ７）。本実施形態において、補正制御部４８ｄは、燃料噴射量の推定値Ｑ及び初期値Ｑ０を基に算出した燃料噴射量の変化率Ｘ（＝Ｑ／Ｑ０）が閾値以上であることを補正実施条件としている。つまり、補正制御部４８ｄは、ステップＳ７において、燃料噴射量の変化率Ｘが閾値以上であった場合に、補正実施条件を満足していると判断する。
【００４６】
なお、燃料噴射量の初期値Ｑ０は、燃料噴射量推定部４８ｃによって予め算出されていた値である。つまり、燃料噴射量推定部４８ｃは、インジェクタ２２の正常動作時において、開弁時期検出部４８ｂによって検出された開弁時期Ｔ０、及びインジェクタ２２に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉ０と、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（３）式に基づいて、燃料噴射量の初期値Ｑ０を予め算出しておく機能を有している。
Ｑ０＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ０−Ｔ０）＋Ｋ２・｛Ｔ０−（Ｂ・Ｔ０−Ｃ）｝〕…（３）
【００４７】
補正制御部４８ｄは、上記ステップＳ７において「Ｎｏ」の場合、つまり燃料噴射量の変化率Ｘが閾値未満であって補正実施条件を満足しない場合、燃料噴射量の補正制御処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、燃料噴射量の補正制御を行う（ステップＳ８）。
【００４８】
具体的には、補正制御部４８ｄは、燃料噴射量の推定値Ｑの算出に用いた開弁時期Ｔ１と、初期値Ｑ０の算出に用いた開弁時期Ｔ０との時間差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）を求める。そして、補正制御部４８ｄは、上記のように求めた時間差ΔＴと、初期値Ｑ０の算出に用いた通電時間Ｔｉ０と、係数Ｂ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（４）式に基づいて、インジェクタ２２に供給すべき駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを算出する。
Ｔｉｘ＝Ｔｉ０＋｛１＋（Ｂ−１）・Ｋ２／Ｋ１｝・ΔＴ …（４）
【００４９】
なお、上記（４）式は、インジェクタ２２の経年劣化により時間差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）が生じたと仮定し、上記（２）式にＴ１＝Ｔ０＋ΔＴを代入して得られる燃料噴射量の推定値Ｑと、上記（３）で表される燃料噴射量の初期値Ｑ０とが等しくなるような通電時間Ｔｉを（２）式及び（３）式の変形によって求め、その求めた通電時間ＴｉをＴｉｘで表記したものである。つまり、上記（４）式は、現在の燃料噴射量Ｑを初期値Ｑ０に補正するための駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを表している。
【００５０】
そして、補正制御部４８ｄは、上記（４）式を用いて算出した駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘをインジェクタ駆動回路４４に指示する。これにより、インジェクタ駆動回路４４から通電時間（パルス幅）Ｔｉｘを有する駆動パルス信号がインジェクタ２２に供給され、現在の燃料噴射量Ｑが初期値Ｑ０に補正されることになる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を検出し、当該検出した開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、インジェクタ２２の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。
また、本実施形態によれば、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させることで、開弁時期Ｔ１の検出精度が向上し、その結果、より高精度な燃料噴射量の補正を行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させる場合を例示したが、これに限らず、燃料噴射時期をある一定量、遅角させても良いし、或いは進角させても良い。また、エンジンの気筒数に関わらず、本発明を適用することができる。
【００５３】
（２）上記実施形態では、上記（２）式に基づいて燃料噴射量の推定値Ｑを算出する場合を例示したが、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期Ｔ１の関数であれば、他の推定値Ｑの算出式を用いても良い（勿論、推定値Ｑの算出式が変われば、それに応じて、初期値Ｑ０の算出式及び駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘの算出式も変わることになる）。
【００５４】
（３）上記実施形態では、燃料噴射量の推定値Ｑ及び初期値Ｑ０を基に算出した燃料噴射量の変化率Ｘ（＝Ｑ／Ｑ０）が閾値以上であることを補正実施条件とする場合を例示したが、補正実施条件はこれに限定されるものでなく、経年劣化の進行度が補正の実施を必要とするレベルか否かを判断できるような条件であれば、他の条件を用いても良い。
【００５５】
（４）開弁時期Ｔ１の検出手法は上記実施形態に記載の方法に限定されるものでなく、開弁時期Ｔ１を高精度に検出可能な手法であれば、他の検出手法を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
３…ＥＣＵ（Electronic Control Unit）、１７…点火コイル、２２…インジェクタ、２３…吸気圧センサ、２４…吸気温センサ、２５…スロットル開度センサ、２６…冷却水温センサ、２７…クランク角度センサ、３１…燃料ポンプ、４０…波形整形回路、４１…回転数カウンタ、４２…Ａ／Ｄ変換器、４３…点火回路、４４…インジェクタ駆動回路、４５…ポンプ駆動回路、４６…ＲＯＭ(Read Only Memory)、４７…ＲＡＭ(Random Access Memory)、４８…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、４８ａ…燃料噴射時期変更部、４８ｂ…開弁時期検出部、４８ｃ…燃料噴射量推定部、４８ｄ…補正制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関に装着される燃料噴射弁は、高温、高圧及び強振動の環境下で使用されるため、経年劣化による動作異常が発生しやすい。例えば、燃料噴射量は、制御ユニットから燃料噴射弁に供給される駆動パルス信号の通電時間（換言すれば、駆動パルス信号のパルス幅）によって制御されているが、経年劣化によって燃料噴射弁に動作異常が発生すると、駆動パルス信号に対する開弁時期及び閉弁時期が変化するため、必要な燃料噴射量が得られなくなり、内燃機関の運転に深刻な悪影響を及ぼすことになる。
【０００３】
このような問題に対し、下記特許文献１には、内燃機関の運転中に燃料噴射弁の異常診断を実現する技術として、燃料噴射弁の開閉動作による振動を検出するノックセンサを内燃機関に設け、駆動パルス信号のオンタイミングから第１期間内に燃料噴射弁の開弁動作による所定レベルの振動が生じておらず、且つ駆動パルス信号のオフタイミングから第２期間内に燃料噴射弁の閉弁動作による所定レベルの振動が生じていない場合に、燃料噴射弁の動作異常と判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２４２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料噴射弁の経年劣化に対する対策としては、上記特許文献１に開示された技術のように、内燃機関の運転中に燃料噴射弁の異常診断を行うことも重要ではあるが、これだけでは異常と診断された場合に診断結果を運転手に報知し、運転手（或いは運転手に依頼された作業者）によって燃料噴射弁の交換作業を行うという対応しかとれず、継続的な内燃機関の運転を実現することは困難である。
【０００６】
そこで、燃料噴射弁の劣化状態に関わらず、継続的な内燃機関の運転を実現するための技術として、燃料噴射弁の劣化状態に応じて燃料噴射量の補正制御を行う技術の導入が検討されている。このような技術の導入には、現時点における燃料噴射弁の劣化状態で得られる燃料噴射量を高精度に推定可能な手法の確立が最重要事項となる。なぜなら、燃料噴射量の補正は、駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）の補正によって実現されるものであるが、燃料噴射量の推定誤差は通電時間の補正誤差に直結し、その結果、燃料噴射量の補正精度の低下を招くことになるからである。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料噴射量の高精度な推定を可能とし、以って、燃料噴射弁の劣化状態に応じた燃料噴射量の高精度な補正を可能とする燃料噴射制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段とを備える。
【０００９】
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記開弁時期検出手段は、外部の振動センサから入力される振動検出信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を検出することを特徴とする。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値及び初期値を基に算出した前記燃料噴射量の変化率が閾値以上であることを前記補正実施条件とすることを特徴とする。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射時期変更手段は、所定の運転状態時に前記燃料噴射時期の変更を行うことを特徴とする。
【００１０】
一方、本発明に係る燃料噴射制御方法は、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を所定量変更する燃料噴射時期変更行程と、前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出工程と、前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定工程と、前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明者は、燃料噴射弁の開弁時期と燃料噴射量との関係、及び燃料噴射弁の閉弁時期と燃料噴射量との関係について鋭意検証を行った結果、開弁時期と燃料噴射量との関係は強い比例関係になるが、閉弁時期と燃料噴射量との関係は極めて弱い比例関係になることから、閉弁時期を考慮して燃料噴射量の補正を行うと補正精度が悪化することを見出し、本発明を出願するに至った。
すなわち、本発明によれば、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期を検出し、当該検出した開弁時期を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、燃料噴射弁の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。
さらに、本発明によれば、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更することで、隣接気筒の振動による影響を除去できるため、開弁時期の検出精度が向上し、その結果、より高精度な燃料噴射量の補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における燃料噴射制御装置（ＥＣＵ３）のブロック構成図である。
【図２】本実施形態によって燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる理由に関する第１説明図である。
【図３】本実施形態によって燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる理由に関する第２説明図である。
【図４】ＥＣＵ３のＣＰＵ４８が実行する燃料噴射量の補正制御処理を表すフローチャートである。
【図５】４気筒エンジンにおける各気筒の行程を示す図である。
【図６】燃料噴射時期の変更効果を示す図である。
【図７】燃料噴射量の推定値Ｑの算出処理（ステップＳ６）に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、ＥＣＵ３（燃料噴射制御装置）は、エンジン制御システムの全体動作を統括制御するものであり、波形整形回路４０、回転数カウンタ４１、Ａ／Ｄ変換器４２、点火回路４３、インジェクタ駆動回路４４、ポンプ駆動回路４５、ＲＯＭ(Read Only Memory)４６、ＲＡＭ(Random Access Memory)４７及びＣＰＵ（Central Processing Unit）４８を備えている。
【００１４】
波形整形回路４０は、クランク角度センサ２７から入力されるクランク信号を、方形波のパルス信号（例えば負極性のクランク信号をハイレベルとし、正極性及びグランドレベルのクランク信号をローレベルとする）に波形整形し、回転数カウンタ４１及びＣＰＵ４８に出力する。つまり、この方形波のパルス信号は、クランクシャフトが２０°回転する際に要した時間を周期とする方形波のパルス信号である。以下では、この波形整形回路４０から出力される方形波のパルス信号をクランクパルス信号と称す。
【００１５】
回転数カウンタ４１は、上記波形整形回路４０から入力されるクランクパルス信号に基づいてエンジン回転数を算出し、その算出結果をＣＰＵ４８に出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、吸気圧センサ２３から入力される吸気圧信号、吸気温センサ２４から入力される吸気温信号、スロットル開度センサ２５から入力されるスロットル開度信号、冷却水温センサ２６から入力される冷却水温信号、及びノックセンサ２８から入力される振動検出信号を、デジタル信号（吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値、振動波形データ）に変換してＣＰＵ４８に出力する。
【００１６】
点火回路４３は、ＣＰＵ４８から入力される点火制御信号に応じて、点火用電圧信号を点火コイル１７の１次巻線に出力する。インジェクタ駆動回路４４は、ＣＰＵ４８から入力される燃料噴射制御信号に応じて、インジェクタ２２を駆動するための駆動パルス信号を生成し、当該駆動パルス信号をインジェクタ２２に出力する。ポンプ駆動回路４５は、ＣＰＵ４８から入力される燃料供給制御信号に応じて、燃料ポンプ３１を駆動するためのポンプ駆動信号を生成し、当該ポンプ駆動信号を燃料ポンプ３１に出力する。
【００１７】
ＲＯＭ４６は、ＣＰＵ４８によって実行されるエンジン制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ４７は、ＣＰＵ４８がエンジン制御プログラムを実行して各種動作を行う際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリである。
【００１８】
ＣＰＵ４８は、ＲＯＭ４６に記憶されているエンジン制御プログラムを実行し、波形整形回路４０から入力されるクランクパルス信号、回転数カウンタ４１から得られるエンジン回転数、Ａ／Ｄ変換器４２から得られる吸気圧値、吸気温値、スロットル開度値、冷却水温値及び振動波形データに基づいて、エンジンの燃料噴射、点火、燃料供給に関する制御を行う。具体的には、ＣＰＵ４８は、点火タイミングに点火プラグ１６をスパークさせるための点火制御信号を点火回路４３に出力し、燃料噴射タイミングにインジェクタ２２から所定量の燃料を噴射させるための燃料噴射制御信号をインジェクタ駆動回路４４に出力し、また、インジェクタ２２に燃料を供給するための燃料供給制御信号をポンプ駆動回路４５に出力する。
【００１９】
また、このＣＰＵ４８は、エンジン制御プログラムの実行によって実現される機能として、燃料噴射時期変更部４８ａ、開弁時期検出部４８ｂ、燃料噴射量推定部４８ｃ及び補正制御部４８ｄを備えている。燃料噴射時期変更部４８ａは、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する（例えば、燃料噴射時期を１０°遅角させる）。開弁時期検出部４８ｂは、Ａ／Ｄ変換器４２から得られる振動波形データに基づいて、インジェクタ２２の開弁時期を検出する。
【００２０】
燃料噴射量推定部４８ｃは、開弁時期検出部４８ｂによって検出されたインジェクタ２２の開弁時期に基づいて、現時点におけるインジェクタ２２の劣化状態で得られる燃料噴射量を推定（算出する）する。また、補正制御部４８ｄは、燃料噴射量推定部４８ｃによって算出された燃料噴射量の推定値と予め求めておいた燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合に燃料噴射量の補正制御を行う。
【００２１】
これら燃料噴射時期変更部４８ａ、開弁時期検出部４８ｂ、燃料噴射量推定部４８ｃ及び補正制御部４８ｄの機能についての詳細は後述するが、これらの機能をＣＰＵ４８に設けることにより、現時点におけるインジェクタ２２の劣化状態で得られる燃料噴射量を高精度に推定することが可能となる。以下、その理由について説明する。
【００２２】
本願発明者は、インジェクタ２２の開弁時期と燃料噴射量との関係、及びインジェクタ２２の閉弁時期と燃料噴射量との関係について鋭意検証を行った。図２は、インジェクタ２２に所定のパルス幅を有する駆動パルス信号Ｐを供給した場合における、インジェクタ２２のソレノイドコイルに流れる励磁電流Ｉと、インジェクタ２２のプランジャのリフト量Ｌと、インジェクタ２２の開弁及び閉弁動作による振動波形Ｇとの時間変化を示す図である。なお、図２では、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングをｔ０としている。
【００２３】
図２に示すように、駆動パルス信号Ｐがオンになっても励磁電流Ｉは緩やかに上昇するため、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過後に、インジェクタ２２のプランジャが開弁方向にリフトする。この時、インジェクタ２２の開弁動作による振動によって振動波形Ｇが大きく振れることになる。つまり、振動波形Ｇからインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を検出することができる。
【００２４】
一方、図２に示すように、駆動パルス信号Ｐがオフになっても励磁電流Ｉは緩やかに下降するため、駆動パルス信号Ｐのオフタイミングから一定時間経過後に、インジェクタ２２のプランジャが閉弁方向にリフトする。この時、インジェクタ２２の閉弁動作による振動によって振動波形Ｇが大きく振れることになる。つまり、振動波形Ｇからインジェクタ２２の閉弁時期Ｔ２を検出することができる。
【００２５】
図３（ａ）は、上記のように検出したインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１と燃料噴射量Ｑとの関係を表す検証結果であり、図３（ｂ）は、上記のように検出したインジェクタ２２の閉弁時期Ｔ２と燃料噴射量Ｑとの関係を表す検証結果である。これら図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、開弁時期Ｔ１と燃料噴射量Ｑとの関係は強い比例関係になるが、閉弁時期Ｔ２と燃料噴射量Ｑとの関係は極めて弱い比例関係になることがわかる。
【００２６】
本願発明者は、このような検証結果を基に、閉弁時期Ｔ２を考慮して燃料噴射量Ｑの補正を行うと補正精度が悪化することを見出し、本発明を出願するに至った。すなわち、本実施形態によれば、開弁時期検出部４８ｂによって燃料噴射量Ｑと強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を検出し、燃料噴射量推定部４８ｃによって開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、インジェクタ２２の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。
【００２７】
以下では、上記のような燃料噴射量の高精度な推定及び補正を実現可能とする燃料噴射時期変更部４８ａ、開弁時期検出部４８ｂ、燃料噴射量推定部４８ｃ及び補正制御部４８ｄの機能について詳細に説明する。図４は、ＥＣＵ３のＣＰＵ４８が実行する燃料噴射量の補正制御処理を表すフローチャートである。なお、ＣＰＵ４８は、図４に示す燃料噴射量の補正制御処理を、エンジンの起動後から一定周期で繰り返し実行するものである。
【００２８】
この図４に示すように、まず、ＣＰＵ４８の燃料噴射時期変更部４８ａは、エンジンが所定の運転状態（本実施形態では、暖気運転後のアイドリング状態）か否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、燃料噴射時期変更部４８ａは、回転数カウンタ４１から得られるエンジン回転数Ｎｅが例えば７１０±２０（ｒｐｍ）であって、且つＡ／Ｄ変換器４２から得られる冷却水温値Ｔｗが例えば９０°Ｃ以上であれば、エンジンが暖気運転後のアイドリング状態であると判断する。
【００２９】
燃料噴射時期変更部４８ａは、上記ステップＳ１において「Ｎｏ」の場合、燃料噴射量の補正制御処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。燃料噴射時期変更部４８ａは、上記ステップＳ２において「Ｎｏ」の場合、ステップＳ４の処理へ移行する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させる（ステップＳ３）。
【００３０】
例えば、図５（ａ）に示すように、エンジンが４気筒エンジンであって、現在の燃料噴射対象気筒（吸気行程の気筒）が第２気筒である場合、それに隣接する第３気筒が燃焼行程にある。この場合、第２気筒の燃料噴射時期と、第３気筒の筒内圧が最大となる時期とが一致するため、ノックセンサ２８の出力信号には、第２気筒のインジェクタ２２の開弁動作による振動成分と、第３気筒の燃焼作用による振動成分が含まれる。
【００３１】
一方、図５（ｂ）に示すように、エンジンが４気筒エンジンであって、現在の燃料噴射対象気筒が第３気筒である場合、それに隣接する第２気筒が燃焼行程にある。この場合、第３気筒の燃料噴射時期と、第２気筒の筒内圧が最大となる時期とが一致するため、ノックセンサ２８の出力信号には、第３気筒のインジェクタ２２の開弁動作による振動成分と、第２気筒の燃焼作用による振動成分が含まれる。
【００３２】
開弁時期Ｔ１の検出に必要な振動成分は、燃料噴射対象気筒のインジェクタ２２の開弁動作による振動成分なので、燃料噴射対象気筒の隣接気筒の燃焼作用による振動成分は開弁時期Ｔ１の検出誤差の原因となる。従って、上記ステップＳ３のように、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させる（所定量変更する）ことにより、燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期と、その隣接気筒の筒内圧が最大となる時期とをずらすことができる。その結果、ノックセンサ２８の出力信号から隣接気筒の燃焼作用による振動成分が除去され、開弁時期Ｔ１の検出精度が向上する。
【００３３】
本願発明者は、上記のような燃料噴射時期の変更効果について鋭意検証したところ、図６に示すような検証結果を得た。図６（ａ）は、燃料噴射時期を所定角度ずらした場合におけるノックセンサ２８で受信した信号の時系列データを示している。この図において、横軸はインジェクタ２２の開弁振動をトリガー（時刻０）とした場合の経過時間であり、縦軸は信号の受信回数（不連続に１００回受信したもの）である。また、コンター表示がノックセンサ２８の出力電圧である。
この図６（ａ）に示すように、通常の燃料噴射時期（ＢＡＣＥ）に対し、５°進角させても、５°遅角１０°遅角させても、伝達時間は同じで出力電圧が増加することがわかる。
【００３４】
図６（ｂ）は、第２気筒と第３気筒のそれぞれについて、燃料噴射時期を１０°遅角させた場合における、開弁時期Ｔ１の算出値と実測値との誤差時間を示したものである。なお、開弁時期Ｔ１の算出値は、後述するステップＳ４及びＳ５の処理によって算出した値であり、開弁時期Ｔ１の実測値は、インジェクタ２２に加速度センサを直接取り付け、インジェクタ２２の通電開始時点から加速度センサの出力変動が生じた時点までの時間を測定したものである。
この図６（ｂ）に示すように、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させると、開弁時期Ｔ１の検出精度が向上することがわかる。
【００３５】
さて、図４に戻って説明を続けると、上記ステップＳ３の終了後、開弁時期検出部４８ｂは、Ａ／Ｄ変換器４２から振動波形データ（つまり、ノックセンサ２８から出力される振動検出信号をデジタル信号化したもの）を取り込み（ステップＳ４）、この振動波形データからインジェクタ２２の開弁動作による振動波形Ｇを抽出し、当該抽出した振動波形Ｇからインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を検出する（ステップＳ５）。以下、このステップＳ５の処理、すなわち、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１の検出処理について詳細に説明する。
【００３６】
ノックセンサ２８から出力される振動検出信号には、インジェクタ２２の開弁動作による振動の周波数成分の他、様々な振動の周波数成分（ノイズ成分）が含まれている。
【００３７】
そこで、開弁時期検出部４８ｂは、Ａ／Ｄ変換器４２から取り込んだ振動波形データにバンドパスフィルタ処理（デジタルフィルタリング）及び絶対値処理を施すことにより、振動波形データからインジェクタ２２の開弁動作による振動の周波数成分（振動波形Ｇ）を抽出する。
【００３８】
そして、開弁時期検出部４８ｂは、振動波形Ｇにおいて、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過するまでの区間ＴＳ０を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間から除外する。これは、図２で説明したように、インジェクタ２２が、駆動パルス信号Ｐのオンタイミングから一定時間経過後に開弁動作を行うためである。なお、この区間ＴＳ０の値は、インジェクタ２２の機種に応じて適宜設定すれば良い。
【００３９】
そして、開弁時期検出部４８ｂは、区間ＴＳ０の終了タイミングから駆動パルス信号Ｐのオフタイミングまでの区間を、開弁時期Ｔ１の検出対象区間ＴＳとして設定し、この検出対象区間ＴＳ内において、振動波形Ｇが最大振幅値となるタイミングＴ１’を検出する。この振動波形Ｇが最大振幅値となるタイミングＴ１’には、インジェクタ２２の開弁動作による振動の伝達時間Ｔ＿Ｄが含まれている。そこで、開弁時期検出部４８ｂは、下記（１）式に基づいて、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１を算出する。
Ｔ１ ＝ Ｔ１’− Ｔ＿Ｄ …（１）
【００４０】
なお、伝達時間Ｔ＿Ｄは、エンジンの気筒毎に適宜設定すれば良い。インジェクタ２２からノックセンサ２８までの振動の伝達距離や共振の仕方は、エンジンの気筒毎に変化するため、開弁時期Ｔ１の検出精度（算出精度）を確保する上で、伝達時間Ｔ＿Ｄの設定が必要となる。
【００４１】
以上がステップＳ５の処理、すなわち、インジェクタ２２の開弁時期Ｔ１の検出処理についての説明であり、以下、図４に戻って説明を続ける。
図４に示すように、上記ステップＳ５の終了後、ＣＰＵ４８の燃料噴射量推定部４８ｃは、開弁時期検出部４８ｂによって検出（算出）されたインジェクタ２２の開弁時期Ｔ１に基づいて、燃料噴射量の推定値Ｑを算出する（ステップＳ６）。
【００４２】
具体的には、燃料噴射量推定部４８ｃは、開弁時期検出部４８ｂによって検出された開弁時期Ｔ１、及びインジェクタ２２に供給された駆動パルス信号の通電時間（パルス幅）Ｔｉと、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（２）式に基づいて、燃料噴射量の推定値Ｑを算出する。
Ｑ＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ−Ｔ１）＋Ｋ２・｛Ｔ１−（Ｂ・Ｔ１−Ｃ）｝〕 …（２）
【００４３】
上記（２）式において、係数Ａは、インジェクタ２２の静的噴射量Ｑｗｏｔ（或いは静的噴射量Ｑｗｏｔを補正したもの）であり、工場出荷時の実測値、或いはインジェクタ２２の機種毎に設定された固定値である。また、係数Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２は、予め実験的に求められた実験係数である。図７は、燃料噴射量Ｑと時間ｔとの関係を示している。上記（２）式の第１項は図７中の領域Ｗ１の面積を表しており、第２項は図７中の領域Ｗ２、Ｗ３の面積を表している。
【００４４】
つまり、理論的には、燃料噴射量の推定値Ｑは、図７中の領域Ｗ１のみを考慮して、単位時間当たりの燃料噴射量である静的噴射量Ｑｗｏｔに開弁時間（Ｔｉ−Ｔ１）を乗算すれば算出できるが、実際には、インジェクタ２２の開弁動作は駆動パルス信号のオンタイミングに対して遅れて追従するため、単位時間当たりの燃料噴射量が瞬時に静的噴射量Ｑｗｏｔまで到達することはない（領域Ｗ２の発生）。同様に、インジェクタ２２の閉弁動作は駆動パルス信号のオフタイミングに対して遅れて追従するため、単位時間当たりの燃料噴射量が瞬時にゼロに到達することはない（領域Ｗ３の発生）。従って、図７中の領域Ｗ１だけでなく、領域Ｗ２及びＷ３も考慮した（２）式を用いることで、正確に燃料噴射量の推定値Ｑを算出することができる。
【００４５】
上記ステップＳ６の終了後、ＣＰＵ４８の補正制御部４８ｄは、燃料噴射量推定部４８ｃによって算出された燃料噴射量の推定値Ｑと予め求めておいた燃料噴射量の初期値Ｑ０とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足しているか否かを判断する（ステップＳ７）。本実施形態において、補正制御部４８ｄは、燃料噴射量の推定値Ｑ及び初期値Ｑ０を基に算出した燃料噴射量の変化率Ｘ（＝Ｑ／Ｑ０）が閾値以上であることを補正実施条件としている。つまり、補正制御部４８ｄは、ステップＳ７において、燃料噴射量の変化率Ｘが閾値以上であった場合に、補正実施条件を満足していると判断する。
【００４６】
なお、燃料噴射量の初期値Ｑ０は、燃料噴射量推定部４８ｃによって予め算出されていた値である。つまり、燃料噴射量推定部４８ｃは、インジェクタ２２の正常動作時において、開弁時期検出部４８ｂによって検出された開弁時期Ｔ０、及びインジェクタ２２に供給された駆動パルス信号の通電時間Ｔｉ０と、予め求めておいた係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（３）式に基づいて、燃料噴射量の初期値Ｑ０を予め算出しておく機能を有している。
Ｑ０＝Ａ・〔Ｋ１・（Ｔｉ０−Ｔ０）＋Ｋ２・｛Ｔ０−（Ｂ・Ｔ０−Ｃ）｝〕…（３）
【００４７】
補正制御部４８ｄは、上記ステップＳ７において「Ｎｏ」の場合、つまり燃料噴射量の変化率Ｘが閾値未満であって補正実施条件を満足しない場合、燃料噴射量の補正制御処理を終了する一方、「Ｙｅｓ」の場合には、燃料噴射量の補正制御を行う（ステップＳ８）。
【００４８】
具体的には、補正制御部４８ｄは、燃料噴射量の推定値Ｑの算出に用いた開弁時期Ｔ１と、初期値Ｑ０の算出に用いた開弁時期Ｔ０との時間差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）を求める。そして、補正制御部４８ｄは、上記のように求めた時間差ΔＴと、初期値Ｑ０の算出に用いた通電時間Ｔｉ０と、係数Ｂ、Ｋ１、Ｋ２とからなる下記（４）式に基づいて、インジェクタ２２に供給すべき駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを算出する。
Ｔｉｘ＝Ｔｉ０＋｛１＋（Ｂ−１）・Ｋ２／Ｋ１｝・ΔＴ …（４）
【００４９】
なお、上記（４）式は、インジェクタ２２の経年劣化により時間差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ０）が生じたと仮定し、上記（２）式にＴ１＝Ｔ０＋ΔＴを代入して得られる燃料噴射量の推定値Ｑと、上記（３）で表される燃料噴射量の初期値Ｑ０とが等しくなるような通電時間Ｔｉを（２）式及び（３）式の変形によって求め、その求めた通電時間ＴｉをＴｉｘで表記したものである。つまり、上記（４）式は、現在の燃料噴射量Ｑを初期値Ｑ０に補正するための駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘを表している。
【００５０】
そして、補正制御部４８ｄは、上記（４）式を用いて算出した駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘをインジェクタ駆動回路４４に指示する。これにより、インジェクタ駆動回路４４から通電時間（パルス幅）Ｔｉｘを有する駆動パルス信号がインジェクタ２２に供給され、現在の燃料噴射量Ｑが初期値Ｑ０に補正されることになる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期Ｔ１を検出し、当該検出した開弁時期Ｔ１を基に燃料噴射量の推定を行うため、高精度に燃料噴射量を推定することができるようになり、その結果、インジェクタ２２の劣化状態に応じて燃料噴射量の高精度な補正を行うことが可能となる。
また、本実施形態によれば、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させることで、開弁時期Ｔ１の検出精度が向上し、その結果、より高精度な燃料噴射量の補正を行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合には、その燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を１０°遅角させる場合を例示したが、これに限らず、燃料噴射時期をある一定量、遅角させても良いし、或いは進角させても良い。また、エンジンの気筒数に関わらず、本発明を適用することができる。
【００５３】
（２）上記実施形態では、上記（２）式に基づいて燃料噴射量の推定値Ｑを算出する場合を例示したが、燃料噴射量と強い比例関係にある開弁時期Ｔ１の関数であれば、他の推定値Ｑの算出式を用いても良い（勿論、推定値Ｑの算出式が変われば、それに応じて、初期値Ｑ０の算出式及び駆動パルス信号の通電時間Ｔｉｘの算出式も変わることになる）。
【００５４】
（３）上記実施形態では、燃料噴射量の推定値Ｑ及び初期値Ｑ０を基に算出した燃料噴射量の変化率Ｘ（＝Ｑ／Ｑ０）が閾値以上であることを補正実施条件とする場合を例示したが、補正実施条件はこれに限定されるものでなく、経年劣化の進行度が補正の実施を必要とするレベルか否かを判断できるような条件であれば、他の条件を用いても良い。
【００５５】
（４）開弁時期Ｔ１の検出手法は上記実施形態に記載の方法に限定されるものでなく、開弁時期Ｔ１を高精度に検出可能な手法であれば、他の検出手法を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
３…ＥＣＵ（Electronic Control Unit）、１７…点火コイル、２２…インジェクタ、２３…吸気圧センサ、２４…吸気温センサ、２５…スロットル開度センサ、２６…冷却水温センサ、２７…クランク角度センサ、３１…燃料ポンプ、４０…波形整形回路、４１…回転数カウンタ、４２…Ａ／Ｄ変換器、４３…点火回路、４４…インジェクタ駆動回路、４５…ポンプ駆動回路、４６…ＲＯＭ(Read Only Memory)、４７…ＲＡＭ(Random Access Memory)、４８…ＣＰＵ（Central Processing Unit）、４８ａ…燃料噴射時期変更部、４８ｂ…開弁時期検出部、４８ｃ…燃料噴射量推定部、４８ｄ…補正制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段と、
前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、
前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、
前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記開弁時期検出手段は、外部の振動センサから入力される振動検出信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値及び初期値を基に算出した前記燃料噴射量の変化率が閾値以上であることを前記補正実施条件とすることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射時期変更手段は、所定の運転状態時に前記燃料噴射時期の変更を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、
燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更行程と、
前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出工程と、
前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定工程と、
前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御工程と、
を有することを特徴とする燃料噴射制御方法。
【請求項１】
燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更手段と、
前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出手段と、
前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定手段と、
前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記開弁時期検出手段は、外部の振動センサから入力される振動検出信号に含まれる、前記燃料噴射弁の開弁動作による振動波形を抽出し、当該抽出した振動波形から前記開弁時期を検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記補正制御手段は、前記燃料噴射量の推定値及び初期値を基に算出した前記燃料噴射量の変化率が閾値以上であることを前記補正実施条件とすることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射時期変更手段は、所定の運転状態時に前記燃料噴射時期の変更を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御方法であって、
燃料噴射対象気筒の隣接気筒が燃焼行程にある場合、前記燃料噴射対象気筒の燃料噴射時期を変更する燃料噴射時期変更行程と、
前記燃料噴射弁の開弁時期を検出する開弁時期検出工程と、
前記燃料噴射弁の開弁時期に基づいて燃料噴射量を推定する燃料噴射量推定工程と、
前記燃料噴射量の推定値と予め求めておいた前記燃料噴射量の初期値とを比較し、両者の関係が補正実施条件を満足する場合、前記燃料噴射量の補正制御を行う補正制御工程と、
を有することを特徴とする燃料噴射制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４７１２９（Ｐ２０１２−４７１２９Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９１１５５（Ｐ２０１０−１９１１５５）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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