特許 6204878 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204878

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20170914BHJP

   F02D 41/06 20060101ALI20170914BHJP

   F02D 41/14 20060101ALI20170914BHJP

   F02D 41/20 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 364N

   F02D41/06 380A

   F02D41/14 310N

   F02D41/20 380

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-128192(P2014-128192)

(22)【出願日】2014年6月23日

(65)【公開番号】特開2016-8521(P2016-8521A)

(43)【公開日】2016年1月18日

【審査請求日】2016年8月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 宗弘

(72)【発明者】

【氏名】松下 智彦

【審査官】 山村 秀政

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５８９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５５３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５７９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３６７８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ ４１／０６

Ｆ０２Ｄ ４１／１４

Ｆ０２Ｄ ４１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒と、
前記気筒内に供給される燃料を噴射するインジェクタと、
燃料噴射の停止が要求されている場合に、学習指令に基づいて前記燃料を噴射するように前記インジェクタを制御するとともに、前記燃料の実噴射量と前記学習指令に基づく前記燃料の指令噴射量との噴射量差に基づいて前記燃料の噴射量の補正量を学習する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記インジェクタが使用初期状態である場合には、１回の前記補正量の学習機会において、連続する複数のサイクルの各々において前記学習指令に基づく前記燃料の噴射を行なう連続噴射サイクルと、前記連続噴射サイクルに続く所定のサイクルにおいて前記燃料の噴射を停止する無噴射サイクルとを交互に複数回繰り返し、複数回の前記連続噴射サイクルの各々において、前記連続する複数のサイクルのうちの最初のサイクル以外の他のサイクルにおける前記噴射量差に基づいて前記補正量を学習し、複数回の前記連続噴射サイクルの各々において学習した前記補正量を用いて最終的な補正量を算出する、内燃機関。

【請求項2】

前記制御装置は、前記内燃機関の作動時における前記インジェクタの被熱量の総量がしきい値よりも小さい場合に、前記インジェクタが前記使用初期状態であると判定する、請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記インジェクタは、棒状のニードルと、前記ニードルを長手方向に沿って移動可能に収納するボディとを含み、
前記ボディには、前記ニードルの先端部が前記ボディに接触する所定位置まで移動したときに前記先端部によって開口部分が塞がれる凹部と、前記ニードルの先端部が前記所定位置から離隔する方向に移動したときに前記燃料が噴射される噴孔とが形成される、請求項１または２に記載の内燃機関。

【請求項4】

前記制御装置は、前記補正量の学習時において、前記複数のサイクルの各々において同量の前記燃料を噴射するように前記インジェクタを制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。

【請求項5】

前記制御装置は、前記補正量の学習時において、前記最初のサイクルにおける前記燃料の噴射量が前記他のサイクルにおける前記燃料の噴射量よりも少なくなるように前記インジェクタを制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。

【請求項6】

前記制御装置は、前記学習指令に基づく前記燃料の噴射時における前記内燃機関の出力軸の回転速度の変動量に基づいて前記実噴射量を推定するものであり、前記回転速度の変動量は前記他のサイクルにおける燃料噴射による回転速度の変動量と前記最初のサイクルにおける燃料噴射による回転速度の変動量との差分により算出される、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。

【請求項7】

前記制御装置は、前記インジェクタが前記使用初期状態でない場合であって、かつ、前記燃料噴射の停止が要求されている場合に、所定のサイクル毎に前記学習指令に基づいて前記燃料を単発的に噴射するように前記インジェクタを制御するとともに、前記所定のサイクルにおける前記噴射量差に基づいて前記補正量を学習する、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディーゼルエンジンに設けられるインジェクタからの燃料噴射量の学習に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンのメイン噴射前に燃焼騒音の低減やＮＯｘの発生の抑制を目的として少量の燃料を噴射するパイロット噴射を実施する技術が公知である。また、この少量の燃料噴射を精度高くするためにインジェクタからの燃料噴射量を学習する技術が公知である。たとえば、特開２００５−３６７８８号公報（特許文献１）には、インジェクタに対する指令噴射量がゼロとなる無噴射時に単発噴射を行ない、単発噴射によって上昇するエンジン回転速度の変化量に基づいて実噴射量を推定し、推定した実噴射量と単発噴射時の指令噴射量との差を噴射量ずれとして学習する技術が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−３６７８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、インジェクタの使用初期状態においては、インジェクタの構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所があるため、インジェクタの作動応答性が低下し、燃料の噴射量が低下する場合がある。そのため、インジェクタからの燃料噴射量の学習を精度高く実施できない場合がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インジェクタからの噴射量の学習を精度高く実施する内燃機関を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明のある局面に係る内燃機関は、気筒と、気筒内に供給される燃料を噴射するインジェクタと、燃料噴射の停止が要求されている場合に、学習指令に基づいて燃料を噴射するようにインジェクタを制御するとともに、燃料の実噴射量と学習指令に基づく燃料の指令噴射量との噴射量差に基づいて燃料の噴射量の補正量を学習する制御装置とを備える。制御装置は、インジェクタが使用初期状態である場合には、連続する複数のサイクルの各々において燃料を噴射し、複数のサイクルのうちの最初のサイクル以外の他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習する。

【0007】

このようにすると、複数のサイクルのうちの最初のサイクル以外の他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習するので、最初のサイクルにおける噴射量差が補正量の学習に用いられないようにすることができる。最初のサイクルの燃料噴射は、直前のサイクルにおいて燃料噴射が停止していたため、インジェクタの構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所から燃料が漏れるなどしてインジェクタの作動応答性が低下している可能性が高い。そのため、他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習することにより、最初のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習するよりも精度高くインジェクタからの噴射量の学習を実施できる。

【0008】

好ましくは、制御装置は、内燃機関の作動時におけるインジェクタの被熱量の総量がしきい値よりも小さい場合に、インジェクタが使用初期状態であると判定する。

【0009】

このようにすると、インジェクタの被熱量の総量がしきい値よりも小さい場合に、インジェクタが使用初期状態であると判定されるので、インジェクタが使用初期状態であるか否かを精度高く判定することができる。

【0010】

さらに好ましくは、インジェクタは、棒状のニードルと、ニードルを長手方向に沿って移動可能に収納するボディとを含む。ボディには、ニードルの先端部がボディに接触する所定位置まで移動したときに先端部によって開口部分が塞がれる凹部と、ニードルの先端部が所定位置から離隔する方向に移動したときに燃料が噴射される噴孔とが形成される。

【0011】

このようにすると、インジェクタが使用初期状態である場合には、ニードルが所定位置まで移動したときにニードルの先端部と凹部との間に摺り合わせが十分でない箇所が生じる場合がある。そのため、凹部内の燃料に混入した気泡が膨張することにより凹部から燃料が漏れた状態になる場合がある。そのため、燃料噴射時においては、ニードルが所定位置から離隔する方向に移動する際に、凹部内に燃料が充填された後にニードルの先端部に接触する燃料の圧力よってニードルが所定位置から離隔する方向にさらに力が作用することになるため、凹部内に燃料が残留している場合よりもインジェクタの作動応答性が低下する場合がある。そのため、最初のサイクルよりも凹部内に燃料が残留している可能性が高い他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習することにより、インジェクタからの噴射量を精度高く学習することができる。

【0012】

さらに好ましくは、制御装置は、補正量の学習時において、複数のサイクルの各々において同量の燃料を噴射するようにインジェクタを制御する。

【0013】

このようにすると、補正量の学習時において、複数のサイクルの各々において同量の燃料を噴射するので、最初のサイクルにおける燃料噴射によってインジェクタの構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所から燃料が漏れた状態を改善させることができる。そのため他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習することにより精度高くインジェクタからの噴射量の学習を実施できる。

【0014】

さらに好ましくは、制御装置は、補正量の学習時において、最初のサイクルにおける燃料の噴射量が他のサイクルにおける燃料の噴射量よりも少なくなるようにインジェクタを制御する。

【0015】

このようにすると、補正量の学習時において、最初のサイクルにおける燃料の噴射量が他のサイクルにおける燃料噴射量よりも少なくなるようにインジェクタが制御されるので、最初のサイクルにおける燃料噴射によってインジェクタの構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所から燃料が漏れた状態を改善させることができる。そのため、他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習することにより精度高くインジェクタからの噴射量の学習を実施できる。さらに、複数のサイクルの各々において同量の燃料を噴射する場合と比較して燃料の消費量を低減することができる。

【0016】

さらに好ましくは、制御装置は、学習指令に基づく燃料の噴射時における内燃機関の出力軸の回転速度の変動量に基づいて実噴射量を推定するものであり、回転速度の変動量は他のサイクルにおける燃料噴射による回転速度の変動量と最初のサイクルにおける燃料噴射による回転速度の変動量との差分により算出される。

【0017】

このようにすると、他のサイクルにおける燃料噴射による回転速度の変動量と最初のサイクルにおける燃料噴射による回転速度の変動量との差分により算出される内燃機関の回転速度の変動量に基づいて実噴射量を推定するので、噴射量差を精度高く算出することができる。

【0018】

さらに好ましくは、制御装置は、インジェクタが使用初期状態でない場合であって、かつ、燃料噴射の停止が要求されている場合に、所定のサイクル毎に学習指令に基づいて燃料を単発的に噴射するようにインジェクタを制御するとともに、所定のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習する。

【0019】

このようにすると、インジェクタが使用初期状態でない場合には、複数のサイクルにわたる燃料噴射が抑制されるため、複数のサイクルにわたって燃料噴射を実行する場合と比較して噴射量学習時の燃料の消費量を低減することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によると、複数のサイクルのうちの最初のサイクル以外の他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習するので、最初のサイクルにおける噴射量差が補正量の学習に用いられないようにすることができる。最初のサイクルの燃料噴射は、直前のサイクルにおいて燃料噴射が停止していたため、インジェクタの構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所から燃料が漏れるなどしてインジェクタの作動応答性が低下している可能性が高い。そのため、他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習することにより、最初のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習するよりも精度高くインジェクタからの噴射量の学習を実施できる。したがって、インジェクタからの噴射量の学習を精度高く実施する内燃機関を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】エンジンの概略構成を示す図である。

【図2】インジェクタの概略構成を示す図である。

【図3】単発噴射による噴射量の学習を説明するための図である。

【図4】噴射量の減少の発生原理を説明するための図である。

【図5】エンジンを制御するＥＣＵの機能ブロック図である。

【図6】被熱温度に応じた運転時間と被熱量との関係を示す図である。

【図7】エンジンを制御するＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。

【図8】２サイクル連続噴射による噴射量の学習を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

【0023】

図１は、本実施の形態に係る内燃機関であるエンジン１０の概略構成を示す。本実施の形態において、エンジン１０は、駆動源として車両に搭載されるディーゼルエンジンである。なお、エンジン１０は、発電源として車両に搭載されるものであってもよい。

【0024】

図１に示すように、エンジン１０は、複数（たとえば４つ）の気筒１１と、吸気通路８と、排気通路７とを含む。

【0025】

吸気通路８は、一方端の入口から取り込まれた空気を他方端側へ流通する。吸気通路８の他方端側は分岐して各気筒１１に接続される。そのため、吸気通路８の入口から取り込まれた新気（空気）は、各気筒１１に供給される。吸気通路８にはエアフローメータ２が設けられる。エアフローメータ２は、吸気通路８の入口から取り込まれる新気の流量（吸入空気量）を検出し、検出された吸入空気量を示す検出信号をＥＣＵ（Electronic Control Unit）６に送信する。

【0026】

吸気通路８におけるエアフローメータ２よりも下流であって各気筒１１への分岐点よりも上流の位置に吸気絞り弁１６が設けられる。吸気絞り弁１６には、絞り弁センサ１７が設けられる。絞り弁センサ１７は、吸気絞り弁１６の開度を検出し、検出した吸気絞り弁１６の開度を示す信号をＥＣＵ６に送信する。ＥＣＵ６は、車両の状態（たとえば、アクセルペダルの踏み込み量）に基づいて吸気絞り弁１６の開度を制御する。

【0027】

気筒１１は、シリンダ１１ａと、シリンダ１１ａ内を移動するピストン１１ｂとを含む。気筒１１には、インジェクタ１３が設けられる。各気筒１１の各インジェクタ１３は、コモンレール１５に接続されており、コモンレール１５に貯留された高圧燃料が各インジェクタ１３に供給される。コモンレール１５は、燃料ポンプ１４に接続されており、燃料ポンプ１４によって燃料タンク１２から汲み上げられた燃料は、コモンレール１５に供給される。燃料ポンプ１４は、ＥＣＵ６からの制御信号に応じて作動する。また、インジェクタ１３は、ＥＣＵ６からの制御信号によって作動し、気筒１１内の燃焼室に燃料を供給する。

【0028】

エンジン１０には、ＥＧＲ（排気ガス再循環）システムが設けられる。ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ管１８とＥＧＲ弁１９とを含む。ＥＧＲ管１８は、排気通路７と吸気通路８を各気筒１１を経由せずに連通して、排気通路７に排出された排気ガスの一部を吸気通路８に戻す。ＥＧＲ弁１９は、ＥＣＵ６によって開度が制御されて、ＥＧＲ管１８を流通する排気ガスの流量を調整する。ＥＣＵ６は、エアフローメータ２による吸入空気量の検出結果やＥＧＲ弁１９の開度により気筒１１に供給される空気の流量を算出する。

【0029】

ＥＣＵ６は、プログラムとデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、各種処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、外部との情報のやり取りを行うための、入力ポートおよび出力ポートとを含む。入力ポートにエンジン回転速度センサ２０とアクセルセンサ２１と絞り弁センサ１７等の各種センサが接続される。

【0030】

エンジン回転速度センサ２０は、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトの近傍に設けられてクランクシャフトの回転速度（以下の説明において、エンジン回転速度と記載する）ＮＥを検出する。エンジン回転速度センサ２０は、エンジン回転速度ＮＥを示す信号をＥＣＵ６に送信する。

【0031】

アクセルセンサ２１は、アクセルペダルの近傍に設けられて、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出する。アクセルセンサ２１は、検出したアクセルペダルの踏み込み量を示す信号をＥＣＵ６に送信する。

【0032】

ＥＣＵ６は、入力ポートに接続された各機器から信号を受信し、受信した信号に基づいて出力ポートに接続されたインジェクタ１３、燃料ポンプ１４、吸気絞り弁１６、ＥＧＲ弁１９等を制御する。

【0033】

次に、本実施の形態におけるインジェクタ１３の詳細な構造について図２を用いて説明する。なお、図２において説明するインジェクタ１３の構造は、一例であって、インジェクタ１３の構造としては、図２に示す構造に特に限定されるものではない。

【0034】

図２に示すように、インジェクタ１３は、ノズルボディ４０と、ノズルニードル４２と、制御弁５０とを含む。

【0035】

ノズルニードル４２は、棒状に形成され、ノズルボディ４０の内部に図２の上下方向に摺動可能に収納される。図２に示すノズルニードル４２の位置は、燃料噴射を停止している場合の位置（以下の説明においては、閉弁位置と記載する）である。ノズルニードル４２は、上部に設けられる第１ピストン４２ａと、下部に設けられ、第１ピストン４２ａと断面形状が同じ第２ピストン４２ｂとを含む。

【0036】

ノズルボディ４０の内部にはノズルニードル４２を収納する空間が形成される。ノズルボディ４０の下端部には、噴孔５２，５４が図２において左右対称の位置に形成される。

【0037】

ノズルボディ４０の上部であって、ノズルニードル４２よりも上方には、制御弁５０に連通する第１制御室４４が形成される。ノズルボディ４０の下部には、第２ピストン４２ｂに燃料圧力を作用させるための第２制御室４６が形成される。ノズルボディ４０の内部には、さらに、コモンレール１５から供給される燃料を第１制御室４４と第２制御室４６とに供給するための燃料通路４８が形成される。さらに、ノズルボディ４０の内部には、ノズルニードル４２が閉弁位置である場合に、ノズルニードル４２の下端部分によって開口部が塞がれる凹形状のノズルサック５６が形成される。なお、特に図示しないが、第１制御室４４と燃料通路４８との間や、第２制御室４６と燃料通路４８との間には、燃料の流量を調整するオリフィス等が設けられてもよい。

【0038】

ノズルニードル４２には、第１制御室４４内の燃料圧力に基づく図２の下方向（以下、閉弁方向と記載する）の力と、第２制御室４６内の燃料圧力に基づく図２の上方向（以下、開弁方向と記載する）の力とが作用して、ノズルニードル４２がノズルボディ４０の内部を移動する。

【0039】

ノズルニードル４２は、燃料噴射の停止時においては、閉弁方向の力が開弁方向の力よりも大きくなることにより、閉弁位置において保持される。燃料噴射の停止時におけるこのような力関係は、第１制御室４４内で燃料圧力が作用する第１ピストン４２ａの面積と、第２制御室４６内で燃料圧力が作用する第２ピストン４２ｂの面積との差に基づいて実現されてもよいし、あるいは、図示しない弾性部材等を用いて閉弁方向に弾性力を作用させることによって実現されてもよい。

【0040】

制御弁５０は、第１制御室４４内の燃料圧力を変化させるための開閉弁である。制御弁５０は、たとえば、電磁力によって作動するソレノイドバルブを用いた開閉弁であってもよいし、ピエゾ素子を用いた開閉弁であってもよい。

【0041】

制御弁５０を開弁することによって、第１制御室４４内の燃料が燃料タンクに戻されるため、第１制御室４４内の燃料圧力を低下させることができる。制御弁５０は、ＥＣＵ６からの制御信号に応じて作動する。なお、制御弁５０の作動は、ＥＣＵ６により直接的に行なわれてもよいし、ＥＣＵ６に制御によって駆動する専用の駆動回路等を介在させて間接的に行なわれてもよい。

【0042】

ＥＣＵ６は、燃料噴射を実行する場合には、開弁状態になるように制御弁５０を制御する。制御弁５０が開弁状態になることで上述したとおり第１制御室４４内の燃料圧力が低下する。第１制御室４４内の燃料圧力の低下により、ノズルニードル４２に作用する開弁方向の力が閉弁方向の力よりも大きくなることにより、ノズルニードル４２が閉弁位置から開弁方向に移動する。ノズルニードル４２が閉弁位置から開弁方向に移動すると、ノズルニードル４２の下端部分と、ノズルボディ４０とが離隔するため、第２制御室４６と噴孔５２，５４とが連通する。そのため、第２制御室４６内の燃料が噴孔５２、５４からインジェクタ１３の外部に噴射される。

【0043】

ＥＣＵ６は、燃料噴射を停止する場合には、閉弁状態になるように制御弁５０を制御する。制御弁５０が閉弁状態になることで第１制御室４４内の燃料圧力が燃料噴射の実行前の状態に復帰する。そのため、ノズルニードル４２に作用する閉弁方向の力が開弁方向の力よりも大きくなることにより、ノズルニードル４２が閉弁位置へと移動する。ノズルニードル４２が閉弁位置まで移動すると、ノズルボディ４０の噴孔５２，５４は、ノズルニードル４２によって塞がれるため、燃料噴射が停止される。

【0044】

以上のような構成を有するエンジン１０において、メイン噴射前に燃焼騒音の低減やＮＯｘの発生の抑制を目的として少量の燃料を噴射するパイロット噴射が実施される場合がある。噴射量の指令値が小さいパイロット噴射を実施する場合には、噴射精度の向上が要求されるため、指令噴射量と実際に噴射された実噴射量とのずれを補正量として学習する必要がある。

【0045】

そのため、ＥＣＵ６は、所定の条件が成立した場合に、所定の噴射量（パイロット噴射を想定した噴射量）を指令噴射量として燃料を噴射し、噴射した際のエンジン１０の挙動（具体的には、エンジン回転速度ＮＥの変動量）に基づいて実噴射量を推定し、指令噴射量と実噴射量との噴射量差に基づいて補正量を学習する（以下の説明においては、このような学習を噴射量学習と記載する）。

【0046】

所定の条件とは、エンジン１０が、燃料噴射の停止が要求される状態であるという条件である。所定の条件は、たとえば、インジェクタ１３に対する指令噴射量がゼロである、すなわち、エンジン１０がフューエルカット状態であるという条件を含む。なお、所定の条件としては、その他、学習精度を向上させるため、変速機がニュートラル状態であるという条件や、コモンレール１５において所定のレール圧が維持されているという条件等を含めるようにしてもよい。ＥＣＵ６は、たとえば、車両の走行状態に基づいて（たとえば、アクセルオフ時等の惰性走行時やエンジン回転速度ＮＥがしきい値を超えた場合等）エンジン１０がフューエルカット状態であるか否かを判定する。

【0047】

以下、噴射量学習について詳細に説明する。たとえば、図３に示すように、時間Ｔ（０）において、エンジン１０がフューエルカット状態となり、所定の条件の成立に基づく学習指令により、所定の気筒１１におけるインジェクタ１３の噴射量学習が開始される場合を想定する。

【0048】

噴射量学習が開始される場合には、所定の条件が成立した後の所定のサイクルから指令噴射量に応じて燃料噴射が開始される。本実施の形態において、指令噴射量に応じた燃料噴射は、たとえば、５回実行されるものとする。なお、噴射量学習における燃料噴射の実行回数は５回に特に限定されるものではない。

【0049】

５回の指令噴射量に応じた燃料噴射は、連続しない異なるサイクルで単発的に実行される。本実施の形態においては、指令噴射量に応じた燃料噴射が実行された場合には、所定の無噴射サイクルが終了した後のサイクルにおいて次回の指令噴射量に応じた燃料噴射が実行される。

【0050】

そのため、図３に示すように、指令噴射量に応じた燃料噴射は、時間Ｔ（１）〜時間Ｔ（５）の各タイミングにおいて実行される。なお、図３に示すように、各タイミングにおける指令噴射量は、異なる噴射量であるものとしてもよいが、同じ噴射量であってもよい。

【0051】

指令噴射量に応じた燃料噴射が実行された場合には、次回の指令噴射量に応じた燃料噴射が実行されるまでの間の所定の回転変動検出期間に、所定時間当たりのエンジン回転速度ＮＥの変動量が算出される。そして、算出されたエンジン回転速度ＮＥの変動量と、無噴射状態が継続した場合のエンジン回転速度ＮＥの変動量の推定値との差分が算出される。算出された差分の積算値が算出され、算出された積算値と、積算値と実噴射量との関係を示すマップ等とを用いて実噴射量の推定値が算出される。あるいは、算出された差分と実噴射量との関係を示すマップ等とを用いて実噴射量の推定値が算出されてもよい。そして、指令噴射量と実噴射量の推定値との噴射量差に基づいて補正量が算出される。そして、各タイミングにおける補正量の平均値が最終的な補正量として算出される。

【0052】

しかしながら、このように実行される噴射量学習において、インジェクタ１３が使用初期状態である場合には、インジェクタ１３の構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所があるため、当該箇所から燃料が漏れるなどしてインジェクタの作動応答性が低下し、燃料の噴射量が低下する場合がある。そのため、噴射量学習を精度高く実施できない場合がある。

【0053】

このような現象は、インジェクタ１３の使用初期状態において、ノズルニードル４２が閉弁位置である場合に噴孔５２，５４を塞ぐノズルニードル４２の下端部分とノズルボディ４０との接触部位の摺り合わせ（なじみ）が不十分であることに起因する。

【0054】

図４（Ａ）に示すように、ノズルニードル４２が閉弁位置よりも開弁方向に移動することにより、第２制御室４６と噴孔５２，５４とが連通状態になると噴孔５２，５４から燃料が噴射された状態になる。このとき、ノズルニードル４２周りの燃料には噴孔５２，５４から進入した気泡が混ざった状態になる。

【0055】

その後に、ノズルニードル４２が閉弁位置まで移動した場合、接触部位の摺り合わせが不十分な状態であるときには、図４（Ｂ）に示すように、ノズルニードル４２の先端部分とノズルサック５６の開口部分との間に隙間が生じる。

【0056】

そのため、図４（Ｃ）に示すように、エンジン１０で生じる熱によりノズルサック５６内部の気泡が膨張する場合には、膨張した気泡がノズルサック５６内部の燃料を噴孔５４側に押し出し、ノズルサック５６内部の燃料が減少あるいは消失する場合がある。

【0057】

その結果、図４（Ｄ）に示すように、次回の燃料噴射時において、燃料がノズルサック５６内部を充填した後に燃料圧力がノズルニードル４２の先端部分に作用することになるため、接触部位のすり合わせた十分な状態である場合よりも、ノズルニードル４２の開弁方向への移動の応答性が低下するため、噴射される燃料量が少なくなる。無噴射状態からの１回目の燃料噴射では、このような現象が起こりやすくなる。

【0058】

一方、接触部位の摺り合わせが十分な状態である場合には、図４（Ｅ）に示すように、ノズルニードル４２が閉弁位置である場合には、ノズルサック５６の開口部分は、ノズルニードル４２の先端部分によって塞がれているため、エンジン１０で生じる熱による気泡の膨張が抑制され、ノズルサック５６内部の燃料は残留した状態を維持する。

【0059】

その結果、図４（Ｆ）に示すように、次回の燃料噴射時において、燃料圧力がノズルニードル４２の先端に速やかに作用する。

【0060】

このように、インジェクタ１３の使用初期状態においては、ノズルニードル４２とノズルサック５６との接触部位の摺り合わせが不十分な状態であることにより、噴射量が少なくなる場合がある。その結果、噴射量学習を精度高く実施できない場合がある。

【0061】

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ６が、インジェクタ１３が使用初期状態である場合には、連続する複数のサイクルの各々において燃料を噴射し、複数のサイクルのうちの最初のサイクル以外の他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習する点を特徴とする。

【0062】

このようにすると、複数のサイクルのうちの最初のサイクル以外の他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習するので、最初のサイクルにおける噴射量差が補正量の学習に用いられないようにすることができる。最初のサイクルの燃料噴射は、直前のサイクルにおいて燃料噴射が停止していたため、インジェクタの構成部品間の接触部位の摺り合わせが十分でない箇所から燃料が漏れるなどしてインジェクタの作動応答性が低下している可能性が高い。そのため、他のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習することにより、最初のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習するよりも精度高くインジェクタからの噴射量の学習を実施できる。

【0063】

なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ６は、エンジン１０の作動時におけるインジェクタ１３の被熱量の総量がしきい値よりも小さい場合に、インジェクタ１３が使用初期状態であると判定する。

【0064】

また、本実施の形態において、ＥＣＵ６は、補正量の学習時において、複数のサイクルの各々において同量の燃料を噴射するようにインジェクタを制御するものとする。さらに、ＥＣＵ６は、インジェクタ１３が使用初期状態でない場合であって、かつ、燃料噴射の停止が要求されている場合に、図３を用いて説明したように、学習指令に基づいて所定のサイクルに燃料を単発的に噴射するようにインジェクタを制御するとともに、所定のサイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習する。

【0065】

図５に、本実施の形態に係るエンジン１０を制御するＥＣＵ６の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ６は、被熱量算出部１０２と、初期期間判定部１０４と、噴射量学習部１０６とを含む。なお、これらの構成は、プログラム等のソフトウェアにより実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。

【0066】

被熱量算出部１０２は、インジェクタ１３の被熱量を算出する。インジェクタ１３の被熱量は、インジェクタ１３が使用初期状態であるか否かを判定するために用いられる。

【0067】

図６に示すように、インジェクタ１３の被熱温度が高いほど、噴射量が安定する（すなわち、接触部位の摺り合わせが十分な状態になる）までの運転時間が短くなる傾向がある。

【0068】

図６の横軸は、運転時間を示し、図６の縦軸は、被熱量を示す。図６には、上から被熱温度が４００℃、３００℃、２００℃および１００℃のときの運転時間と噴射量との関係が示される。

【0069】

インジェクタ１３の被熱温度が１００℃である場合には、運転時間によらず、噴射量特性はほとんど変化しない。また、インジェクタ１３の被熱温度が２００℃である場合には、噴射量特性は変化するが、摺り合わせが完了する前に、噴射量は定常状態となる。一方、インジェクタ１３の被熱温度が３００℃または４００℃である場合には、摺り合わせが完了して、噴射量が定常状態となる。特に、被熱温度が４００℃である場合には、被熱温度が３００℃である場合よりも短時間で摺り合わせが完了している。

【0070】

したがって、インジェクタ１３の被熱温度やその被熱温度での運転時間（被熱量）を検出することにより、インジェクタ１３が使用初期状態であるか否かを判定することができる。

【0071】

具体的には、被熱量算出部１０２は、エンジン回転速度ＮＥと指令噴射量ｑとに基づいてインジェクタ１３の被熱温度を算出する。被熱量算出部１０２は、たとえば、エンジン回転速度ＮＥと指令噴射量ｑと被熱温度との関係を示す所定のマップを用いてインジェクタ１３の被熱温度を算出する。エンジン回転速度ＮＥと指令噴射量ｑと被熱温度との関係を示す所定のマップは、たとえば、実験的あるいは設計的に適合される。

【0072】

被熱量算出部１０２は、算出された被熱温度とエンジン１０の運転時間とに基づいて被熱量を算出する。被熱量算出部１０２は、被熱温度とエンジン１０の運転時間と被熱量との関係を示す所定のマップを用いてインジェクタ１３の被熱量を算出する。被熱温度と運転時間と被熱量との関係を示す所定のマップは、たとえば、実験的あるいは設計的に適合される。

【0073】

被熱量算出部１０２は、前回の計算において算出された被熱量の積算値に今回の被熱量を加算して、今回の被熱量の積算値を算出する。

【0074】

初期期間判定部１０４は、被熱量算出部１０２によって算出された今回の被熱量の積算値がしきい値よりも高いか否かを判定し、判定結果に基づいてインジェクタ１３が使用初期状態であるか否かを判定する。初期期間判定部１０４は、たとえば、今回の被熱量の積算値がしきい値よりも高い場合には、インジェクタ１３が使用初期状態でないと判定する。また、初期期間判定部１０４は、たとえば、今回の被熱量の積算値がしきい値以下である場合には、インジェクタ１３が使用初期状態であると判定する。なお、初期期間判定部１０４は、インジェクタ１３が使用初期状態であると判定する場合には、使用初期判定フラグをオン状態にしてもよい。

【0075】

噴射量学習部１０６は、所定条件が成立した場合には、初期期間判定部１０４による判定結果に応じた噴射量学習を実行する。噴射量学習部１０６は、初期期間判定部１０４によってインジェクタ１３が使用初期状態であると判定される場合には、第１噴射量学習を実行する。噴射量学習部１０６は、第１噴射量学習においては、連続する２サイクルの各々において燃料を噴射し、２サイクル目における噴射量差に基づいて補正量を学習する。なお、本実施の形態において、噴射量学習部１０６は、所定サイクルの間隔をあけつつ２サイクルの連続噴射を５回実行し、５回の連続噴射により算出される補正量の平均値を最終的な補正量として算出するものとする。

【0076】

なお、本実施の形態において、２サイクルの連続噴射を実行する場合には、１サイクル目の指令噴射量と２サイクル目の指令噴射量とは同じであるものとする。

【0077】

噴射量学習部１０６は、所定の回転変動検出期間に、２サイクル目の燃料噴射によるエンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥ２と１サイクル目の燃料噴射によるエンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥ１との差分（ΔＮＥ２−ΔＮＥ１）に基づいて２サイクル目の燃料噴射の実噴射量を推定する。所定の回転変動検出期間は、今回の指令噴射量に応じて燃料噴射が実行されてから次回の指令噴射量に応じた燃料噴射が実行されるまでの間の一部または全部の期間である。

【0078】

噴射量学習部１０６は、１サイクル目の燃料噴射により生じるエンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥ１と、２サイクル目の燃料噴射により生じるエンジン回転速度ＮＥの変動量ΔＮＥ２とを算出する。噴射量学習部１０６は、たとえば、１サイクル目の燃料噴射から１サイクル目の燃料噴射による回転変動が生じる第１時間経過した後の所定期間におけるエンジン回転速度ＮＥの変動量をΔＮＥ１として算出してもよい。また、噴射量学習部１０６は、２サイクル目の燃料噴射から２サイクル目の燃料噴射により回転変動が生じる第２時間が経過した後の所定期間におけるエンジン回転速度ＮＥの変動量をΔＮＥ２として算出してもよい。

【0079】

噴射量学習部１０６は、ΔＮＥ２の変動が生じる期間における差分（ΔＮＥ２−ΔＮＥ１）の積算値を算出し、算出した積算値と、積算値と実噴射量との関係を示すマップ等とを用いて実噴射量の推定値を算出する。噴射量学習部１０６は、指令噴射量と実噴射量の推定値との噴射量差に基づいて補正量を算出する。なお、噴射量学習部１０６は、たとえば、噴射量差を補正量としてもよいし、噴射量差に所定の係数を乗算した値を補正量としてもよい。噴射量学習部１０６は、各回の補正量の平均値を最終的な補正量として算出する。なお、噴射量学習部１０６は、算出された補正量が噴射量学習を実行する前の補正量を基準として所定値を超えて変化する場合には、変化量を所定値に制限して補正量を算出してもよい。

【0080】

また、噴射量学習部１０６は、初期期間判定部１０４によってインジェクタ１３が使用初期状態でないと判定される場合には、第２噴射量学習を実行する。噴射量学習部１０６は、第２噴射量学習においては、所定のサイクルにおいて燃料を単発的に噴射し、当該サイクルにおける噴射量差に基づいて補正量を学習する。第２噴射量学習の詳細については、図３を用いて説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0081】

図７を参照して、本実施の形態に係るエンジン１０を制御するＥＣＵ６で実行される制御処理について説明する。

【0082】

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ６は、被熱温度を算出する。Ｓ１０２にて、ＥＣＵ６は、今回の被熱量を算出する。Ｓ１０４にて、ＥＣＵ６は、今回の被熱量の積算値を算出する。被熱温度、被熱量および積算値の算出については、被熱量算出部１０２の動作として説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0083】

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ６は、インジェクタ１３が使用初期状態であるか否かを判定する。インジェクタ１３が使用初期状態である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。

【0084】

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ６は、第１噴射量学習を実行する。Ｓ１１０にて、ＥＣＵ６は、第２噴射量学習を実行する。第１噴射量学習および第２噴射量学習の詳細については、噴射量学習部１０６の動作として説明したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0085】

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係るエンジン１０を制御するＥＣＵ６の動作について図８を参照しつつ説明する。

【0086】

たとえば、エンジン１０がフューエルカット状態となり、所定の条件の成立に基づく学習指令により、所定の気筒１１におけるインジェクタ１３の噴射量学習が開始される場合を想定する。

【0087】

図８の上から１段目のグラフに示すように、エンジン１０がフューエルカット状態となることにより、エンジン回転速度ＮＥは、時間の経過とともに減少していく。

【0088】

被熱温度が算出され（Ｓ１００）、今回の被熱量が算出され（Ｓ１０２）、今回の被熱量の積算値が算出され（Ｓ１０４）、算出された被熱量の積算値がしきい値以下である場合には、インジェクタ１３は使用初期状態であると判定され（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、第１噴射量学習が実行される（Ｓ１０８）。

【0089】

一方、算出された被熱量の積算値がしきい値よりも大きい場合には、インジェクタ１３は使用初期状態でないと判定され（Ｓ１０６にてＮＯ）、第２噴射量学習が実行される（Ｓ１１０）。

【0090】

第２噴射量学習が開始される場合には、図３で説明したように、５回の指令噴射量に応じた燃料噴射が単発的に実行される。そのため、図８の上から２段目のグラフに示すように、時間Ｔ（１）〜時間Ｔ（５）の各タイミングにおいて指令噴射量に応じた燃料噴射が実行される。

【0091】

これに対して、第１噴射量学習が開始される場合には、図８の下から２段目のグラフに示すように、時間Ｔ（１）〜時間Ｔ（５）の各タイミングにおいて、指令噴射量に応じた燃料噴射が２サイクル連続で実行される。

【0092】

そのため、図８の下から１段目のグラフに示すように、時間Ｔ（１）〜時間Ｔ（２）の期間に、時間Ｔ（１）における１サイクル目の燃料噴射によって回転変動量ΔＮＥ１が生じた後に、２サイクル目の燃料噴射によってさらに大きな回転変動量ΔＮＥ２が生じることにより二段階に増加する回転変動が生じる。時間Ｔ（２）〜時間Ｔ（３）の期間、時間Ｔ（３）〜時間Ｔ（４）の期間、時間Ｔ（４）〜時間Ｔ（５）の期間および時間Ｔ（５）以降の期間にそれぞれ同様に二段階に増加する回転変動が生じる。各回における差分ΔＮＥ２−ΔＮＥ１に基づいて各回における実噴射量の推定値が算出され、指令噴射量と算出された実噴射量の推定値とに基づいて各回の補正量が算出される。そして、算出された各回の補正量の平均値が最終的な補正量として算出されることとなる。

【0093】

以上のようにして、本実施の形態に係る車両によると、２サイクルのうち２サイクル目の指令噴射量と実噴射量の推定値との噴射量差に基づいて補正量を学習するので、１サイクル目における噴射量差が補正量の学習に用いられないようにすることができる。１サイクル目の燃料噴射は、他のサイクルの燃料噴射と比較して、直前のサイクルにおける燃料噴射が停止しているため、ノズルニードル４２との接触部位の摺り合わせが十分でないノズルサック５６から燃料が漏れた状態で実施された可能性が高い。すなわち、１サイクル目の燃料噴射においては、ノズルニードル４２の開弁方向への移動の応答性の低下により２サイクル目よりも噴射量が少なくなっている可能性が高い。そのため、２サイクル目における噴射量差に基づいて補正量を学習することにより、１サイクル目における噴射量差に基づいて補正量を学習するよりも精度高くインジェクタからの噴射量の学習を実施できる。したがって、インジェクタからの噴射量の学習を精度高く実施する内燃機関を提供することができる。

【0094】

また、インジェクタ１３の被熱量の総量である被熱量の積算値がしきい値よりも小さい場合に、インジェクタ１３が使用初期状態であると判定されるので、インジェクタ１３が使用初期状態であるか否かを精度高く判定することができる。

【0095】

補正量の学習時において、連続する２サイクルの各々において同量の燃料を噴射するので、最初のサイクルでの燃料噴射によってノズルサック５６内に燃料を残留させることができる。そのため、２サイクル目の燃料噴射において噴射量の低下を抑制することができる。

【0096】

また、学習指令に基づく燃料の噴射時における内燃機関の回転速度の変動量に基づいて実噴射量を推定することによって、実噴射量を精度高く推定することができる。

【0097】

以下、変形例について説明する。本実施の形態においては、インジェクタ１３が使用初期状態である場合に、２サイクルの連続噴射を伴う噴射量学習を実行する旨を説明したが、たとえば、３サイクル以上の複数サイクルにわたる連続噴射を伴う噴射量学習を実行してもよい。この場合においては、最初のサイクル以外の他のサイクルにおける噴射量差に基づいて噴射量学習が実行されることが望ましい。

【0098】

さらに、本実施の形態においては、第１噴射量学習を実行する場合には、最初のサイクルにおける燃料噴射量と他のサイクルにおける燃料噴射量とが同じであるものとして説明したが、たとえば、最初のサイクルにおける燃料噴射量が他のサイクルにおける燃料噴射量よりも少なくなるようにしてもよい。ただし、最初のサイクルにおける燃料噴射量は、他のサイクルにおける燃料噴射時においてノズルサック５６に適量の（ノズルニードル４２の開弁方向の移動の応答性が確保できる量の）燃料が残留することが可能な量であることが望ましい。このようにすると、複数のサイクルの各々において同量の燃料を噴射する場合と比較して燃料の消費量を低減することができる。

【0099】

さらに本実施の形態においては、第１噴射量学習の実行時に、差分（ΔＮＥ２−ΔＮＥ１）の積算値が算出され、差分（ΔＮＥ２−ΔＮＥ１）の積算値と実噴射量との関係を示すマップ等を用いて実噴射量の推定値が算出されるものとして説明したが、たとえば、差分（ΔＮＥ２−ΔＮＥ１）が算出され、差分（ΔＮＥ２−ΔＮＥ１）と実噴射量との関係を示すマップ等を用いて実噴射量の推定値が算出されてもよい。なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。

【0100】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0101】

２ エアフローメータ、６ ＥＣＵ、７ 排気通路、８ 吸気通路、１０ エンジン、１１ 気筒、１１ａ シリンダ、１１ｂ ピストン、１２ 燃料タンク、１３ インジェクタ、１４ 燃料ポンプ、１５ コモンレール、１６ 吸気絞り弁、１７ 絞り弁センサ、１８ ＥＧＲ管、１９ ＥＧＲ弁、２０ エンジン回転速度センサ、２１ アクセルセンサ、４０ ノズルボディ、４２ ノズルニードル、４２ａ，４２ｂ ピストン、４４，４６ 制御室、４８ 燃料通路、５０ 制御弁、５２，５４ 噴孔、５６ ノズルサック、１０２ 被熱量算出部、１０４ 初期期間判定部、１０６ 噴射量学習部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】