JP3960283B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

燃料噴射弁が高圧ラインを介してコモンレールに連結されており、一サイクル中に複数回の燃料噴射、例えば二回のパイロット噴射とそれに続く主噴射とを行うようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１）。この内燃機関ではマップから主噴射量が算出され、主噴射量と機関回転数に基づいてマップから一回目および二回目のパイロット噴射の噴射量および噴射時期が算出される。
特開２０００−１８０７４号公報

ところがこのような内燃機関において、使用される燃料が変化すると燃料性状が変化し、燃料性状が変化するとエミッションの悪化を招いたり、或いは車両運転性が悪化してしまうという問題を生ずる。

上記問題点を解決するために本発明によれば、コモンレールと、コモンレールに連結された燃料噴射弁とを具備し、各燃料噴射弁から機関の一サイクル中に先の噴射と後の噴射の少なくとも二回の燃料噴射が行われ、先の噴射が行われてから後の噴射が行われるまでのインターバル時間によって後の噴射の噴射量の目標値に対する変動量が変化する内燃機関の噴射制御装置において、予め定められている機関の運転状態において基準となる燃料を用いた場合に後の噴射の変動量が基準値となる基準インターバル時間が予め記憶されており、機関運転中に機関の運転状態が予め定められた機関の運転状態になったときに後の噴射の変動量が基準値となるインターバル時間を求め、基準インターバル時間と求めたインターバル時間とのインターバル時間比からそのとき使用された燃料中の圧力脈動の伝播速度が算出され、算出された伝播速度から燃料性状を推定して推定された燃料性状に基づいて機関の制御定数を修正するようにしている。

良好なエミッションおよび良好な機関の運転性を確保することができる。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１０内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１１が配置される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１２を介してコモンレール１３に連結される。このコモンレール１３内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１４によって燃料タンク１５から燃料が供給され、コモンレール１３内に供給された燃料は各燃料供給管１２を介して燃料噴射弁３に供給される。コモンレール１３にはコモンレール１３内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ１６が取付けられ、燃料圧センサ１６の出力信号に基づいてコモンレール１６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ１４の吐出量が制御される。また、機関本体１には機関冷却水温を検出するための水温センサ１７が取付けられる。

電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。燃料圧センサ１６および水温センサ１７の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。一方、アクセルペダル１８にはアクセルペダル１８の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ１８ａが接続され、負荷センサ１８ａの出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ１９が接続される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１１、および燃料ポンプ１４に接続される。

図２に燃料噴射弁３の拡大図を示す。図２に示されるように燃料噴射弁３は弁座３０上に着座可能なニードル弁３１と、ニードル弁３１の先端周りに形成されているサック室３２と、サック室３２から燃焼室２内に延びる噴孔３３と、ニードル弁３１周りに形成されたノズル室３４とを具備する。ノズル室３４は燃料噴射弁３の本体内および燃料供給管１２内を延びる高圧燃料供給通路、いわゆる高圧ライン３５を介してコモンレール１３内に連結されており、コモンレール１３内の高圧の燃料がこの高圧ライン３５を介してノズル室３４内に供給される。

燃料噴射弁３内にはニードル弁３１の背面に面して圧力制御室３６が形成されており、この圧力制御室３６内にはニードル弁３１を弁座３０に向けて押圧する圧縮ばね３７が配置されている。この圧力制御室３６は一方では入口側絞り３８を介して高圧ライン３５の途中に連結されており、他方では出口側絞り３９を介して溢流制御弁４０により開閉制御される燃料溢流口４１に連結されている。圧力制御室３６へは絞り３８を介して高圧の燃料が常時供給されており、従って圧力制御室３６は燃料で満たされている。

燃料溢流口４１が溢流制御弁４０により閉鎖されているときには図２に示されるようにニードル弁３１が弁座３０上に着座しており、従って燃料噴射は停止されている。このときノズル室３４内と圧力制御室３６内とは同じ燃料圧となっている。溢流制御弁４０が開弁、即ち燃料溢流口４１を開口すると圧力制御室３６内の高圧の燃料が絞り３９を介して燃料溢流口４１から流出し、斯くして圧力制御室３６内の圧力は徐々に低下する。圧力制御室３６内の圧力が低下するとニードル弁３１が上昇し、噴孔３３から燃料の噴射が開始される。

即ち、圧力制御室３６と燃料溢流口４１との間には絞り３９が設けられており、またその他の遅れ要素によって溢流制御弁４０が開弁した後暫らくしてから燃料の噴射が開始される。次いで溢流制御弁４０が閉弁、即ち燃料溢流口４１を閉鎖すると絞り３８を介して圧力制御室３６内に供給される燃料によって圧力制御室３６内の圧力は徐々に増大し、斯くして溢流制御弁４０が閉弁した後暫らくしてから燃料噴射が停止される。

本発明では各燃料噴射弁３から機関の一サイクル中に先の噴射と後の噴射の少なくとも二回の燃料噴射が行われる。図３に代表的な二つの燃料噴射方法を示す。図３（Ａ）は主噴射Ｍの前にパイロット噴射Ｐを行うようにした場合を示している。この場合にはパイロット噴射Ｐが先の噴射であり、主噴射Ｍが後の噴射となる。

一方、図３（Ｂ）は主噴射Ｍの前の複数回のパイロット噴射Ｐ₁ ，Ｐ₂ を行い、主噴射Ｍの後に複数回のポスト噴射Ｐ₃ ，Ｐ₄ を行うようにした場合を示している。この場合にはパイロット噴射Ｐ₂ を後の噴射とするとパイロット噴射Ｐ₁ が先の噴射となり、主噴射Ｍを後の噴射とするとパイロット噴射Ｐ₁ ，Ｐ₂ が先の噴射となり、ポスト噴射Ｐ₃ を後の噴射とするとパイロット噴射Ｐ₁ ，Ｐ₂ および主噴射Ｍが先の噴射となる。

なお、以下図３（Ａ）に示すように主噴射Ｍの前にパイロット噴射Ｐを行うようにした場合を例にとって本発明を説明する。

本発明における実施例では目標とする全噴射量ＱＴが図４（Ａ）に示すようにアクセルペダル１７の踏込み量、即ちアクセル開度Ｌと機関回転数Ｎとの関数としてマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。また、目標とする主噴射量ＱＭが図４（Ｂ）に示すように全噴射量ＱＴおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。一方、目標とするパイロット噴射量ＱＰは全噴射量ＱＴから主噴射量ＱＭを減算することによって得られる。

また、主噴射Ｍの噴射開始時期θＭは図５（Ａ）に示されるように全噴射量ＱＴおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されている。更に、先の噴射が行われてから後の噴射が行われるまでの時間間隔、即ちインターバル時間が予め設定されている。本発明による実施例ではパイロット噴射Ｐが開始されたときから主噴射Ｍが開始されるときまでのインターバル時間ＴＩが図５（Ｂ）に示されるように全噴射量ＱＴおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されており、主噴射Ｍの噴射開始時期θＭとインターバル時間ＴＩからパイロット噴射Ｐの噴射開始時期θＰが算出される。

また、本発明による実施例ではコモンレール１３内の目標レール圧が予め設定されている。この目標レール圧は概略的に云うと全噴射量ＱＴが増大するほど高くなる。

さて、図２においてニードル弁３１が開弁して燃料噴射が開始されるとノズル室３４内の圧力は急速に低下する。このようにノズル室３４内の圧力が急速に低下すると圧力波が発生し、この圧力波が高圧ライン３５内をコモンレール１３に向けて伝播する。次いでこの圧力波は高圧ライン３５のコモンレール１３内への開放端において反射し、今度はこの圧力波は平均圧力に対して圧力が反転した状態で、即ち高圧の圧力波の形で高圧ライン３５内をノズル室３４に向けて進み、ノズル室３４内に高圧を一時的に発生させる。例えばパイロット噴射が行われたとするとその後暫らくしてコモンレール１３における反射波によってノズル室３４内には一時的に高圧が発生する。

一方、ニードル弁３１が閉弁すると燃料の流動が急激に堰き止められるためにノズル室３４内の圧力が一時的に上昇し、圧力波が発生する。この圧力波も高圧ライン３５内を伝播し、コモンレール１３において反射してノズル室３４内に戻ってくる。

また、溢流制御弁４０の開閉弁動作によってもノズル室３４内に伝播する圧力波が発生する。即ち、溢流制御弁４０が開弁すれば燃料溢流口４１の圧力が急激に低下するために圧力波が発生し、溢流制御弁４０が閉弁すれば燃料溢流口４１の圧力が急激に上昇するために圧力波が発生する。これらの圧力波は一対の絞り３９，３８を通ってノズル室３４内に伝播してノズル室３４内の圧力を上昇或いは低下させ、同時にこの圧力波はノズル室３４内において反射してコモンレール１３又は燃料溢流口４１に向けて伝播する。

このようにパイロット噴射Ｐが行われるとニードル弁３１の開閉動作および溢流制御弁４０の開閉動作により発生する圧力波によってノズル室３４内の燃料圧が脈動を生ずる。次いでこのようにノズル室３４内の燃料圧が脈動を生じているときに主噴射Ｍが行われる。しかしながらこのようにノズル室３４内の燃料圧が脈動を生じているときに主噴射Ｍが行われるとノズル室３４内の燃料圧が高くなったときには噴射量が増大し、ノズル室３４内の燃料圧が低くなったときには噴射量が減少するので主噴射Ｍの噴射量が変動することになる。

次にこのような主噴射Ｍの噴射量の変動を利用して燃料性状を判定する方法について説明する。
図６および図７は機関アイドリング運転時においてレール圧が予め定められたレール圧、例えば４８MPa に維持されているときの主噴射Ｍの噴射量の変動量を示している。なお、図６および図７において横軸Ｔｉはパイロット噴射Ｐが開始されたときから主噴射Ｍが開始されるまでのインターバル時間（msec）を表しており、縦軸ｄＱは主噴射Ｍの噴射量の目標値に対する変動量（mm³ ）を表している。

さて、図６および図７に示される各曲線は主噴射Ｍの噴射量の目標値に対する実際の変動量ｄＱを表している。前述したようにノズル室３４内の燃料圧が高くなれば主噴射量が増大し、ノズル室３４内の燃料圧が低くなれば主噴射量が減少するので図６および図７からパイロット噴射が行われた後、ノズル室３４内の燃料圧が上昇と下降を繰返すこと、即ち脈動していることがわかる。

ところで、前述したようにノズル室３４内の燃料圧はノズル室３４とコモンレール１３間、或いはノズル室３４と燃料溢流口４１間を伝播する圧力波によって変動する。これらノズル室３４とコモンレール１３間は一定長であり、ノズル室３４と燃料溢流口４１間も一定長であるので圧力波の伝播速度が一定であればパイロット噴射Ｐが行われた後にノズル室３４内に発生する燃料圧は決まった変動パターンで脈動することになる。

ところが圧力波の伝播速度は燃料性状、燃料圧および燃料温によって変化する。即ち、圧力波の伝播速度は、Ｅを体積弾性係数、γを燃料の密度、ｇを重力の加速度とすると、（Ｅ／γ）・ｇの平方根で表される。即ち、圧力波の伝播速度は体積弾性係数Ｅの平方根に比例し、燃料の密度γの平方根に反比例することになる。使用する燃料の性状が異なると体積弾性係数Ｅや密度γが変わるので圧力波の伝播速度が変化することになる。また、体積弾性係数Ｅは燃料圧に比例し、燃料温に反比例する。従って圧力波の伝播速度は燃料圧が高くなるほど速くなり、燃料温が高くなるほど遅くなる。即ち、圧力波の伝播速度はレール圧が高くなるほど速くなる。

図６（Ａ）および図７（Ａ）は燃料として燃料性状のわかっている基準となる燃料を用いた場合の主噴射Ｍの変動量ｄＱを表わしている。一方、図６（Ｂ）は基準となる燃料よりも伝播速度が速い性状の燃料を用いた場合の主噴射Ｍの変動量ｄＱを示している。伝播速度が速くなると主噴射Ｍの変動量ｄＱの変動パターンは図６（Ａ）に示される基準の変動パターン全体をインターバル時間Ｔｉの時間軸方向にパイロット噴射完了時を基準として収縮したような形となる。

一方、図７（Ｂ）は基準となる燃料よりも伝播速度が遅い性状の燃料を用いた場合の主噴射Ｍの変動量ｄＱを示している。伝播速度が遅くなると主噴射Ｍの変動量ｄＱの変動パターンは図７（Ａ）に示される基準の変動パターン全体をインターバル時間Ｔｉの時間軸方向にパイロット噴射完了時を基準として伸長したような形となる。

さて、本発明では燃料の性状を判定する際には準備段階としてまず初めに基準となる燃料が用いられ、図６（Ａ）および図７（Ａ）に示されるようにパイロット噴射量と主噴射量とが同一とされ、主噴射Ｍの変動量ｄＱが基準値のときに主噴射Ｍが開始される。図６（Ａ）および図７（Ａ）に示される例では基準値が零とされており、従って図６（Ａ）および図７（Ａ）では主噴射Ｍの変動量が零のときに主噴射Ｍが開始される。このときのパイロット噴射完了から主噴射開始までのインターバル時間ＩＮＴは基準インターバル時間と称され、この基準インターバル時間ＩＮＴは予め記憶されている。

このように図６（Ａ）および図７（Ａ）に示される例では主噴射Ｍの変動量が零のときに主噴射Ｍが開始されるので実際に噴射される主噴射量は予め定められている主噴射量に一致する。別の言い方をするとパイロット噴射が一回の場合には、主噴射量は燃料性状の判定のために予め定められている全噴射量の１／２とされる。この燃料性状の判定のために予め定められている全噴射量ＱＳはアイドリング運転時に機関回転数Ｎを目標アイドリング回転数ＮＳとするのに必要な噴射量である。この目標アイドリング回転数ＮＳは機関冷却水温ＴＷに応じて異なっており、従って図８（Ａ）に示されるように目標アイドリング回転数ＮＳおよび全噴射量ＱＳは機関冷却水温ＴＷの関数となる。

図８（Ｂ）は全噴射量ＱＴと機関回転数Ｎとの関係を示している。図８（Ｂ）に示されるように全噴射量ＱＴが燃料性状判定のための全噴射量ＱＳにされると機関回転数Ｎは目標回転数ＮＳとなる。また、図８（Ｂ）からわかるようにもしこのとき全噴射量がＱＳよりも少なくなれば機関回転数は目標アイドリング回転数ＮＳよりも低くなり、全噴射量がＱＳよりも多くなれば機関回転数は目標アイドリング回転数ＮＳよりも高くなる。

燃料性状を判定する際にはパイロット噴射完了後、基準インターバル時間ＩＮＴが経過したときに主噴射が開始される。このときのパイロット噴射量および主噴射量は夫々全噴射量ＱＳの１／２である。このとき燃料として基準となる燃料が使用されていたとすると図６（Ａ）および図７（Ａ）に示されるように主噴射開始時における主噴射の変動量ｄＱは零となる。従ってこのときの主噴射量はＱＳ／２となり、従って機関回転数Ｎは目標アイドリング回転数ＮＳとなっている。

一方、このとき燃料として基準となる燃料に比べて圧力波の伝播速度が速い性状を有する燃料が使用されたとすると図６（Ｂ）において破線で示されるように主噴射が行われたときに主噴射開始時における主噴射の変動量ｄＱはマイナスの値となる。即ち、実際の主噴射量はＱＳ／２よりも少なくなり、全噴射量はＱＳよりも少なくなる。全噴射量がＱＳよりも少なくなると図８（Ｂ）からわかるように機関回転数Ｎは目標アイドリング回転数ＮＳよりも低くなる。即ち、機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳよりも低くなれば全噴射量がＱＳよりも少なくなっていること、即ち図６（Ｂ）に示されるように変動量ｄＱの変動パターンが図６（Ａ）に示される基準の変動パターンに比べてインターバル時間Ｔｉの時間軸方向に収縮していることがわかる。

次いで本発明による実施例では主噴射量がＱＳ／２となるように、即ち機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳとなるようにインターバル時間が徐変される。言い換えると図６（Ａ）の主噴射開始時における変動量ｄＱの変動パターン上の基準値に対応する変動パターン上の位置において主噴射が開始されるようにインターバル時間が徐変される。そのためにはインターバル時間を短かくすればよいことがわかる。即ち、本発明による実施例では機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳよりも低いときにはインターバル時間Ｔｉが基準インターバル時間ＩＮＴから徐々に短縮され、主噴射の変動量ｄＱが基準値となったときのインターバル時間ＩＮＴｓ、即ち機関回転数Ｎが目標回転数ＮＳとなったときのインターバル時間ＩＮＴｓが求められる。

一方、燃料として基準となる燃料に比べて圧力波の伝播速度が遅い性状を有する燃料が使用されたとすると図７（Ｂ）において破線で示されるように主噴射が行われたときに主噴射開始時における主噴射の変動量ｄＱはプラスの値となる。即ち、実際の主噴射量はＱＳ／２よりも多くなり、全噴射量はＱＳよりも多くなる。全噴射量がＱＳよりも多くなると図８（Ｂ）からわかるように機関回転数Ｎは目標アイドリング回転数ＮＳよりも高くなる。即ち、機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳよりも高くなれば全噴射量がＱＳよりも多くなっていること、即ち図７（Ｂ）に示されるように変動量ｄＱの変動パターンが図７（Ａ）に示される基準の変動パターンに比べてインターバル時間Ｔｉの時間軸方向に伸長していることがわかる。

次いで本発明による実施例では主噴射量がＱＳ／２となるように、即ち機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳとなるようにインターバル時間が徐変される。言い換えると図７（Ａ）の主噴射開始時における変動量ｄＱの変動パターン上の基準値に対応する変動パターン上の位置において主噴射が開始されるようにインターバル時間が徐変される。そのためにはインターバル時間を長くすればよいことがわかる。即ち、本発明による実施例では機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳよりも高いときにはインターバル時間Ｔｉが基準インターバル時間ＩＮＴから徐々に増大され、主噴射の変動量ｄＱが基準値となったときのインターバル時間ＩＮＴｓ、即ち機関回転数Ｎが目標回転数ＮＳとなったときのインターバル時間ＩＮＴｓが求められる。

伝播速度が速くなると図６（Ｂ）に示されるようにインターバル時間ＩＮＴｓは短かくなり、伝播速度が遅くなると図７（Ｂ）に示されるようにインターバル時間ＩＮＴｓは長くなる。従って基準インターバル時間ＩＮＴとインターバル時間ＩＮＴｓとのインターバル時間比（ＩＮＴ／ＩＮＴｓ）は伝播速度比ＶＲを表しており、基準となる燃料の伝播速度Ｖｏにこの伝播速度比ＶＲを乗算すると使用している燃料の伝播速度Ｖを算出することができる。

燃料の伝播速度Ｖが算出されるとこの伝播速度から燃料性状を推定でき、推定された燃料性状に基づいて機関の制御定数が修正される。即ち、伝播速度がわかると燃料の体積弾性係数Ｅや密度γといった燃料性状を推定でき、これら燃料性状の影響を受ける機関の適合定数のような制御定数をエミッションが向上し車両運転性が向上するように修正することができる。

次に図９を参照しつつ燃料性状の判定ルーチンについて説明する。
図９を参照するとまず初めにステップ５０において燃料性状の判定条件が成立しているか否かが判別される。機関の運転状態が予め定められた運転状態であるとき、本発明による実施例では暖機完了後であって機関アイドリング運転時に判定条件が成立していると判断される。判定条件が成立しているときにはステップ５１に進む。

ステップ５１では図８（Ａ）に示す関係から機関冷却水温ＴＷに応じた目標アイドリング回転数ＮＳが算出され、次いでステップ５２では図８（Ａ）に示す関係から機関冷却水温ＴＷに応じた全噴射量ＱＳが算出される。次いでステップ５３では全噴射量ＱＳの１／２がパイロット噴射量ＱＰおよび主噴射量ＱＭとされる。次いでステップ５４では基本インターバル時間ＩＮＴがインターバル時間ＩＮＴｓとされ、このインターバル時間ＩＮＴｓに従って主噴射が開始される。次いでステップ５５では一定時間が経過したか否かが判別され、一定時間が経過したときにはステップ５６に進む。

ステップ５６では機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳに小さな値αを加算した値（ＮＳ＋α）よりも大きいか否かが判別される。Ｎ＞ＮＳ＋αのときにはステップ５７に進んでインターバル時間ＩＮＴｓに一定値ΔＩＮＴが加算され、ステップ５６に戻る。従ってＮ＞ＮＳ＋αである限りインターバル時間ＩＮＴｓは増大され続ける。

一方、ステップ５６においてＮ≦ＮＳ＋αになったと判断されたときにはステップ５８に進んで機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳから小さな値βを減算した値（ＮＳ−β）よりも小さいか否かが判別される。Ｎ＜ＮＳ−βのときにはステップ５９に進んでインターバル時間ＩＮＴｓから一定値ΔＩＮＴが減算され、ステップ５６に戻る。従ってＮ＜ＮＳ−βである限りインターバル時間ＩＮＴｓは短縮され続ける。

一方、ステップ５８においてＮ≧ＮＳ−βになったと判断されたとき、即ち機関回転数Ｎが目標アイドリング回転数ＮＳになったときにはステップ６０に進んで基本インターバル時間ＩＮＴとインターバル時間ＩＮＴｓとのインターバル時間比（ＩＮＴ／ＩＮＴｓ）が伝播速度比ＶＲとされる。次いでステップ６１では基準となる燃料の伝播速度Ｖｏに伝播速度比ＶＲを乗算することによって使用している燃料の伝播速度Ｖが算出される。次いでステップ６２ではこの伝播速度Ｖから燃料性状が推定され、推定された燃料性状に基づいて機関の制御定数が修正される。

次にこの伝播速度比ＶＲを用いて燃料噴射制御を行うようにした実施例について説明する。
図１０は三つの異なるレール圧に対する主噴射の変動量を示している。即ち、図６および図７と同様に図１０において横軸Ｔｉはパイロット噴射Ｐが開始されたときから主噴射Ｍが開始されるまでのインターバル時間（msec）を表しており、縦軸ｄＱは主噴射Ｍの噴射量の目標値に対する変動量（mm³ ）を表している。また、図１０において□印はレール圧が４８MPa のときを示しており、○印はレール圧が８０MPa のときを示しており、△印はレール圧が１２８MPa のときを示している。なお、図１０（Ａ）は三つの異なるレール圧に対する主噴射Ｍの噴射量の目標値に対する実際の変動量ｄＱを表している。図１０（Ａ）をみると各曲線で表される主噴射量の変動パターンは周期は異なるが、即ちレール圧が高くなるほど周期は短かくなるが同じ様な形で上下動していることがわかる。

このようにレール圧が高くなるとノズル室３４内の燃料圧の変動周期は短かくなり、このときノズル室３４内の燃料圧はその変動パターンが図１０（Ａ）における横軸方向、即ちインターバル時間軸方向に収縮したような形で変動する。従って図１０（Ａ）に示されるようにレール圧が高くなると主噴射の変動量ｄＱはその変動パターンがインターバル時間軸方向に収縮したような形で変動する。

図１０（Ａ）において○印で示されるレール圧８０MPa を基準レール圧とし、この基準レール圧のときの主噴射の変動量ｄＱの変動パターンを基準変動パターンとすると□印で示されるレール圧４８MPa のときには、即ちレール圧が基準レール圧よりも低いときにはパイロット噴射完了時期を固定点として主噴射の変動量ｄＱの変動パターン全体をインターバル時間軸方向に一様に収縮すると変動パターンの上下変動時期が基準変動パターンの上下変動時期に一致し、△印で示されるレール圧１２８MPa のときには、即ちレール圧が基準レール圧よりも高いときにはパイロット噴射完了時期を固定点として主噴射の変動量ｄＱの変動パターン全体をインターバル時間軸方向に一様に伸長すると変動パターンの上下変動時期が基準変動パターンの上下変動時期に一致する。図１０（Ｂ）はこのように変動パターンの上下変動周期が基準変動パターンの上下変動周期に一致するようにレール圧が４８MPa のときの変動パターンを収縮させ、レール圧が１２８MPa の変動パターンを伸長させた場合を示している。

このように各レール圧における変動パターンを収縮又は伸長させると各変動パターンを基準変動パターンに重ね合わせることができる。即ち、各変動パターンを共通の基準変動パターンに規格化できることになる。このように各変動パターンを共通の基準変動パターンに規格化できる場合には各変動パターンの収縮率又は伸長率によりインターバル時間を修正し、この修正されたインターバル時間を用いて各レール圧における主噴射の変動量ｄＱを共通の基準変動パターンから求めることができる。

例えば図１０（Ａ）においてレール圧が８０MPa のときの主噴射の変動量ｄＱの変動パターンを共通の基準変動パターンとするとレール圧が４８MPa のときの各インターバル時間Ｔｉにおける主噴射の変動量ｄＱは、４８MPa のときの変動パターンの収縮率でもってインターバル時間Ｔｉを収縮したときの基準変動パターンにおける主噴射量の基準変動量ｄＱに一致する。即ち、各レール圧における変動パターンの収縮率又は伸長率をインターバル時間Ｔｉに乗算したものを修正インターバル時間とし、この修正インターバル時間に応じた基準変動パターンにおける基準変動量ｄＱは各レール圧における主噴射の変動量ｄＱに一致する。このように修正インターバル時間を用いると基準変動パターンにおける主噴射の基準変動量ｄＱのみを記憶しておけばこの基準変動量ｄＱから各レール圧における主噴射の変動量ｄＱを求めることができる。

即ち、本発明による実施例では、レール圧が予め定められた基準レール圧のときにインターバル時間Ｔｉの増大に伴い基準の変動パターンに沿って変化する後の噴射の基準変動量が予め記憶されており、レール圧が基準のレール圧でないときの後の噴射の変動量の変動パターンを収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせる際の変動パターンの収縮率又は伸長率が予め記憶されており、これら収縮率又は伸長率を用いて基準変動量およびインターバル時間Ｔｉからレール圧に応じた後の噴射の変動量が算出される。

具体的に言うと、基準レール圧における後の噴射の基準変動量ｄＱがインターバル時間Ｔｉの関数として予め記載されており、代表的なレール圧における変動パターンを基準変動パターンに重ね合わせる際の各変動パターンの収縮率又は伸長率が予め記憶されており、現在のレール圧における変動パターンの収縮率又は伸長率をインターバル時間Ｔｉに乗算することにより修正インターバル時間が求められ、この修正インターバル時間に応じた後の噴射の基準変動量ｄＱが現在のレール圧における後の噴射の変動量とされる。

図１０（Ｂ）に示されるように同一のインターバル時間Ｔｉにおける主噴射の変動量ｄＱはレール圧が高くなるほど大きくなる。従って各レール圧における変動パターンを共通の基準変動パターンに規格化するには各レール圧における変動パターンをレール圧に応じて図１０（Ｂ）の縦軸方向、即ち主噴射の変動量ｄＱの増大又は減少方向に収縮又は伸長することが好ましい。図１０（Ｃ）は各レール圧における変動パターンを主噴射の変動量ｄＱの増大又は減少方向に収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせた場合を示している。

本発明による実施例では後の噴射の変動量の変動パターンを収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせる際の変動パターンの収縮率又は伸長率が各レール圧に対して記憶されており、図１０（Ｂ）においてレール圧が８０MPa のときの基準変動量ｄＱにこれら収縮率の逆数又は伸長率の逆数を乗算することにより各レール圧における主噴射の変動量ｄＱが算出される。

図１１（Ａ）はレール圧を４８MPa に一定に維持した状態で主噴射の噴射量を５（mm³ ）、１０（mm³ ）、２０（mm³ ）、３０（mm³ ）および４０（mm³ ）としたときの主噴射の変動量ｄＱを示している。インターバル時間Ｔｉが同じであっても主噴射の噴射量が変化すると、即ち噴射期間が変化すると噴射に影響を与える変動パターンの領域が変化するので主噴射の噴射量に応じて主噴射の変動量ｄＱが変化する。この場合、同一のインターバル時間Ｔｉにおける主噴射の変動量ｄＱは概略的に言うと主噴射の噴射量が増大するほど大きくなる。従って各レール圧における変動パターンを共通の基準変動パターンに規格化するには各レール圧における変動パターンをレール圧に応じて図１１（Ａ）の縦軸方向、即ち主噴射の変動量ｄＱの増大又は減少方向に収縮又は伸長することが好ましい。図１１（Ｂ）は各レール圧における変動パターンを主噴射の噴射量ｄＱの増大又は減少方向に収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせた場合を示している。

この場合、本発明による実施例では後の噴射の変動量の変動パターンを収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせる際の変動パターンの収縮率又は伸長率が主噴射の各噴射量に対して記憶されており、図１１（Ａ）において噴射量が２０（mm³ ）のときの基準変動量ｄＱにこれら収縮率の逆数又は伸長率の逆数を乗算することにより主噴射の変動量ｄＱが算出される。

一方、図１０および図１１は基準となる燃料を用いた場合の主噴射の変動量ｄＱを示している。燃料の性状が基準となる燃料の性状と異なった場合に基準となる変動パターンから主噴射の変動量ｄＱを求めるには図６および図７からわかるようにインターバル時間Ｔｉにインターバル時間比の逆数、即ち伝播速度比ＶＲの逆数を乗算することにより修正インターバル時間Ｔｉを求め、この修正インターバル時間Ｔｉに応じた基準変動パターン上の基準変動値が求めようとしている変動値となる。

次に図１２に示す燃料噴射制御ルーチンを参照しつつ噴射燃料を目標値に制御するための燃料噴射制御の一例について説明する。

図１２を参照するとまず初めにステップ１００において図４（Ａ）に示すマップから全噴射量ＱＴが算出される。次いでステップ１０１では図４（Ｂ）に示すマップから主噴射量ＱＭが算出される。次いでステップ１０２では全噴射量ＱＴから主噴射量ＱＭを減算することによってパイロット噴射量ＱＰが算出される。次いでステップ１０３では図５（Ａ）に示すマップから主噴射開始時期θＭが算出される。次いでステップ１０４では図５（Ｂ）に示すマップからインターバル時間ＴＩが算出される。次いでステップ１０５では主噴射開始時期θＭとインターバル時間ＴＩからパイロット噴射開始時期θＰが算出される。

次いでステップ１０６では燃料圧センサ１６により検出されたレール圧又はこのレール圧の一定時間内における平均値（以下、単にレール圧という）に基づいてレール圧に応じた主噴射の変動量ｄＱの変動パターンをインターバル時間の増大又は減少方向に収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせる際の収縮率又は伸長率Ｋ１が算出される。この収縮率又は伸長率Ｋ１が図１３（Ａ）に示されている。基準レール圧が８０MPa であるとするとレール圧が８０MPa 付近のときには収縮率又は伸長率Ｋ１は１．０であり、レール圧が基準レール圧より低くなるにつれてＫ１が減少し、即ち変動パターンが収縮され、レール圧が基準レール圧よりも高くなるにつれてＫ１が増大し、即ち変動パターンが伸長される。

次いでステップ１０７では変動パターンの収縮率又は伸長率Ｋ１をインターバル時間ＴＩに乗算することにより修正インターバル時間Ｔｉが算出される。次いでステップ１０８ではこの修正インターバル時間にインターバル時間比の逆数、即ち伝播速度比ＶＲの逆数を乗算することによって最終的な修正インターバル時間Ｔｉが算出される。次いでステップ１０９では、基準レール圧を８０MPa 、基準となる主噴射量ＱＭを２０（mm³ ）、基準となるパイロット噴射量ＱＰを２（mm³ ）とすると、即ち図１０（Ｂ）において○印で示される変動量を基準変動量ｄＱとすると、修正インターバル時間Ｔｉに応じた基準変動量ｄＱが算出される。

次いでステップ１１０ではレール圧に応じ主噴射量の変動パターンを主噴射の変動量の増大又は減少方向に収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせる際の変動パターンの収縮率又は伸長率Ｋ２が算出される。このＫ２の変化が図１３（Ｂ）に示されている。図１３（Ｂ）に示されるように基準となるレール圧付近ではＫ２の値は１．０となり、レール圧が基準レール圧より低くなるとＫ２の値は１．０よりも大きくなり、レール圧が基準レール圧よりも高くなるとＫ２の値は１．０よりも小さくなる。

次いでステップ１１１では主噴射量ＱＭに応じ主噴射量の変動パターンを主噴射の変動量の増大又は減少方向に収縮又は伸長して基準の変動パターンに重ね合わせる際の変動パターンの収縮率又は伸長率Ｋ３が算出される。このＫ３の変化が図１３（Ｃ）に示されている。図１３（Ｃ）に示されるように基準となる主噴射量付近ではＫ３の値は１．０となり、主噴射量が基準主噴射量より低くなるとＫ３の値は１．０よりも大きくなり、主噴射量が基準主噴射量よりも高くなるとＫ３の値は１．０よりも小さくなる。

次いでステップ１１２ではステップ１０９において算出された基準変動量ｄＱに収縮率又は伸長率Ｋ２およびＫ３の逆数を乗算することによって最終的な主噴射の変動量ｄＱが算出される。次いでステップ１１３ではこの変動量ｄＱに基づいて実際の噴射量が目標値となるように主噴射の指令値が補正される。例えば変動量ｄＱがプラスの場合にはステップ１０１において算出された主噴射量ＱＭから変動量ｄＱが減算され、実際の噴射量が減算された主噴射量（ＱＭ−ｄＱ）となるように主噴射の指令値が補正される。これに対し、変動量ｄＱがマイナスであれば主噴射量ＱＭに変動量ｄＱが加算され、実際の噴射量が加算された主噴射量（ＱＭ＋ｄＱ）となるように主噴射の指令値が補正される。このようにして実際の噴射量が目標値ＱＴに制御される。次いでステップ１１４ではパイロット噴射および主噴射の噴射処理が行われる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。 燃料噴射弁の先端部を示す側面断面図である。 噴射パターンを示す図である。 噴射量のマップを示す図である。 主噴射時期等のマップを示す図である。 主噴射の変動量を示す図である。 主噴射の変動量を示す図である。 機関冷却水温と目標アイドリング回転数と全噴射量との関係を示す図である。 燃料性状の判定を行うためのフローチャートである。 主噴射の変動量を示す図である。 主噴射の変動量を示す図である。 燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。 収縮率又は伸長率を示す図である。

符号の説明

２…燃焼室
３…燃料噴射弁
１２…燃料供給管
１３…コモンレール
３１…ニードル弁
３４…ノズル室
３６…圧力制御室

Claims (6)

1. コモンレールと、コモンレールに連結された燃料噴射弁とを具備し、各燃料噴射弁から機関の一サイクル中に先の噴射と後の噴射の少なくとも二回の燃料噴射が行われ、先の噴射が行われてから後の噴射が行われるまでのインターバル時間によって後の噴射の噴射量の目標値に対する変動量が変化する内燃機関の噴射制御装置において、予め定められている機関の運転状態において基準となる燃料を用いた場合に後の噴射の上記変動量が基準値となる基準インターバル時間が予め記憶されており、機関運転中に機関の運転状態が上記予め定められた機関の運転状態になったときに後の噴射の上記変動量が基準値となるインターバル時間を求め、基準インターバル時間と求めたインターバル時間とのインターバル時間比からそのとき使用された燃料中の圧力脈動の伝播速度が算出され、算出された伝播速度から燃料性状を推定して推定された燃料性状に基づいて機関の制御定数を修正するようにした内燃機関の燃料噴射装置。
2. 上記基準値が零である請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 上記予め定められた機関の運転状態がアイドリング運転状態である請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 後の噴射の上記変動量が基準値となったときの機関回転数が目標回転数として予め記憶されており、機関運転中に機関の運転状態が上記予め定められた機関の運転状態になったときに機関回転数が目標回転数となるようにインターバル時間を徐変することにより後の噴射の変動量が基準値となるインターバル時間が探索される請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
5. レール圧が予め定められた基準レール圧のときにインターバル時間の増大に伴い基準の変動パターンに沿って変化する後の噴射の基準変動量を記憶している記憶手段を具備し、上記インターバル時間比を用いて上記基準変動量およびインターバル時間からレール圧に応じた後の噴射の上記変動量を算出する変動量算出手段と、変動量算出手段により算出された変動量を用いて噴射量を目標値に制御する制御手段とを具備した請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
6. 上記変動量算出手段は、レール圧が基準レール圧でないときにインターバル時間に上記インターバル時間比の逆数を乗算することにより修正インターバル時間を求め、該修正インターバル時間に応じた基準変動量を後の噴射の上記変動量とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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