JP6065624B2

JP6065624B2 - 燃料噴射量演算方法

Info

Publication number: JP6065624B2
Application number: JP2013020576A
Authority: JP
Inventors: 隆胡木; 千典平林; 裕久白井; 直哉三石; 敏浩上村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-02-05
Also published as: JP2014152633A

Description

本発明は、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算方法に関するものである。

自動車エンジンでは、運転状態に応じて目標燃料噴射量が演算され、この目標燃料噴射量に応じて燃料噴射弁の開弁時間等が制御されることで、燃焼室内への燃料の噴射が行われる。この場合、種々の要因が複雑に絡み合って燃料噴射量にばらつきが生じるため、目標燃料噴射量に等しい燃料を正確に噴射することが難しい。そのため、一般には、エンジンの運転状態に応じて基本となる燃料噴射量（基本燃料噴射量）を一旦求めた上で、各種マップを用いてこの基本燃料噴射量を補正することにより最終的な燃料噴射弁の開弁時間を決定している。これにより燃料噴射弁による燃料噴射量の精度を高めることが行われている。

なお、最近では、特許文献１に開示されるように、冷却水温等を変数とする燃料噴射弁の温度推定式を重回帰分析により予め求めておき、内燃機関の運転中、冷却水温等のデータを取得して上記推定式に基づき燃料噴射弁の温度を演算し、この演算結果（燃料噴射弁の温度）を加味して目標燃料噴射量となるように燃料噴射弁の開弁時間を決定することが考えられている。

特開２００７−３２１６９４号公報

引用文献１に開示されるように、重回帰分析により定めた推定式を用いて燃料噴射弁の温度を推定する手法は、燃料噴射弁の開弁時間を定める上でも有用な手法と考えられる。特に、このような手法によれば、多くのマップデータを用いることなく目標燃料噴射量となる燃料噴射弁の開弁時間を比較的精度よく定めることが可能になると考えられる。しかしながら、引用文献１には、重回帰分析により定めた推定式を用いて燃料噴射量（または、その燃料噴射量となる燃料噴射弁の開弁時間）を求める点についての開示はない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、多くのマップデータを用いることなく燃料噴射量（燃料噴射弁の開弁時間）を精度よく定めることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のエンジンの燃料噴射量演算方法は、エンジンの燃料噴射弁が噴射する燃料の量に影響する当該燃料噴射弁に関する物理量である噴射弁因子、燃料の圧力伝達に影響する当該燃料の物理量である燃圧応答因子、燃料の流動抵抗に影響する当該燃料の物理量である燃料流動抵抗因子、および燃料の有する運動エネルギーに影響する当該燃料の物理量である燃料質量因子のうち、少なくとも噴射弁因子を含む複数の影響因子を独立変数とし、燃料噴射量を目的変数とする重回帰式を設定する重回帰式設定工程と、前記複数の独立変数および前記目的変数の実際のデータを重回帰分析し、前記重回帰式設定工程で設定した前記重回帰式の各係数を決定することにより、前記燃料噴射弁から実際に噴射される燃料噴射量の予測値であってエンジンの運転状態に応じて設定される基本燃料噴射量に対応した予測値である予測燃料噴射量を演算するための演算式を導出する演算式導出工程と、エンジンの運転中に、前記噴射弁因子、前記燃圧応答因子、前記燃料流動抵抗因子および前記燃料質量因子のうち前記独立変数に対応するデータを取得するエンジン運転中データ取得工程と、エンジンの運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁に噴射させる燃料の量の目標値である前記基本燃料噴射量を演算する基本燃料噴射量演算工程と、前記エンジン運転中データ取得工程で取得したデータを前記演算式導出工程で求められた演算式の前記独立変数として、当該演算式と前記基本燃料噴射量とに基づき前記予測燃料噴射量を演算する予測燃料噴射量演算工程と、前記予測燃料噴射量に基づいて前記基本燃料噴射量を補正し、前記燃料噴射弁の弁開時間を求める弁開時間演算工程と、を含み、上記演算式は、下記式であるものである。

予測燃料噴射量＝K ₁ ・（A ₁ ＋C ₁ ） ^N1 ＋K ₂ ・（A ₂ ＋C ₂ ） ^N2 ……＋K _n ・（A _n ＋C _n ） ^Nn +K _（n＋1）
K _n ＝K _na ・（燃圧応答因子）＋K _nb ・（燃料流動抵抗因子）＋K _nc ・（燃料質量因子）＋K _nd
燃圧応答因子＝（K _na11 ・PF＋K _na12 ）・（K _na21 ・QF＋K _na22 ）・（K _na31 ・BM＋K _na32 ）
燃料流動抵抗因子＝（K _nb11 ・PF＋K _nb12 ）・（K _nb21 ・QF＋K _nb22 ）・（K _nb31 ・BM＋K _nb32 ）・（K _nb41 ・VC＋K _nb42 ）
燃料質量因子＝（K _nc11 ・PF＋K _nc12 ）・（K _nc21 ・QF＋K _nc22 ）・（K _nc31 ・BM＋K _nc32 ）・（K _nc41 ・DEN＋K _nc42 ）
ここに、A _n ：噴射弁因子
PF ：燃料噴射圧
QF ：基本燃料噴射量
BM ：燃料の体積弾性率
VC ：燃料粘度
DEN ：燃料密度
K _（n＋1）、K _na 〜K _nd 、C _n 、N _n 、K _na11 〜K _na32 、K _nb11 〜K _nb42 、K _nc11 〜K _nc42 ：定数
n ：１以上の自然数
このような燃料噴射量演算方法によれば、重回帰分析により設定された演算式を用いて予測燃料噴射量が求められ、この予測燃料噴射量に基づいて基本燃料噴射量が補正されることにより最終的な燃料噴射弁の開弁時間が決定される。そのため、最終的な燃料噴射弁の開弁時間をより少ない数のマップデータで決定することが可能となる。特に、予測燃料噴射量の演算式は、燃料噴射弁が噴射する燃料の量に影響する影響因子を独立変数として重回帰分析により求められているため、当該演算式により求められる予測燃料噴射量はある程度信頼性の高いものとなる。

すなわち、エンジンの運転中は、噴射弁因子A_n 、燃料噴射圧PF、基本燃料噴射量QF、燃料の体積弾性率BM、燃料粘度VC、燃料密度DENのデータが取得され、これらのデータと上記演算式とに基づき予測燃料噴射量が演算される。なお、上記の重回帰式を設定するに際しては、各影響因子（燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子、燃料質量因子）を、それらに含まれる個別因子の単純な積で規定してもよいが、単純な積とすると、各個別因子の感度が同等に扱われるため、燃料噴射量の推定精度をより高めるという観点からは望ましくない。そこで、各影響因子（燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子、燃料質量因子）に含まれる個別因子については、当該個別因子を変数とする一次関数式で規定した。

なお、噴射弁因子としては種々考えられるが、例えば、上記エンジンが、燃料を昇圧してコモンレールで蓄圧しつつ複数の前記燃料噴射弁に給送するディーゼルエンジンである場合には、上記噴射弁因子は、上記コモンレールにおけるレールオリフィス径、燃料噴射弁における制御弁リフト量、ニードル先端着座部径およびニードル最先端部径、所定圧力の燃料が前記燃料噴射弁に給送されたときの当該燃料噴射弁内の入口側オリフィス流量、出口側オリフィス流量および噴孔流量のうち、一乃至複数の因子であるのが好適である。

この構成によれば、上記ディーゼルエンジンにおいて、多くのマップデータを用いることなく、ある程度信頼性の高い燃料噴射量を決定することが可能となる。

以上説明したように、本発明の燃料噴射量演算方法によれば、多くのマップデータ等を用いることなく、比較的信頼性の高い燃料噴射量（燃料噴射弁の開弁時間）を決定することが可能となる。

本発明が適用される燃料噴射システムを示すブロック図である。燃料噴射弁の縦断面図である。燃料噴射弁の先端部を示す図２の要部拡大図である。燃料噴射量（燃料噴射弁の開弁時間）と燃料噴射率との関係を示すグラフである。燃料温度及び燃料噴射圧力（燃料圧力）と燃料の体積弾性率との関係を示すグラフである。燃料温度及び燃料噴射圧力（燃料圧力）と燃料の粘度との関係を示すグラフである。燃料温度及び燃料噴射圧力（燃料圧力）と燃料の密度との関係を示すグラフである。（ａ）〜（ｄ）は、互いに異なる燃料温度における燃料噴射量の演算値と試験値（シミュレーション）との関係を示すグラフである。燃料温度、燃料噴射圧、基本燃料噴射量（指示噴射量）の全てを変化させた場合における燃料噴射量の演算値と試験値（シミュレーション）との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明が適用された燃料噴射システム、具体的には、４気筒の車載用ディーゼルエンジンの燃料噴射システムをブロック図で示している。

図中の符号１０は、車載用ディーゼルエンジンを示している。このディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０と略す）の各気筒には、燃焼室（シリンダ）内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄが配設されている。これら燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの燃料入口側（後記高圧燃料通路４５）はそれぞれ分配通路１６を介してコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４は、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器である。

コモンレール１４は、燃料配管１８ａを介して燃料タンク２０に接続され、この燃料配管１８ａの途中には燃料ポンプ２２が介設されている。これにより、燃料タンク２０の燃料が、燃料ポンプ２２により昇圧されてコモンレール１４に給送され、当該コモンレール１４で蓄圧されつつ各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに分配給送される。なお、燃料ポンプ２２は、内部のポンプ制御弁および戻し配管１８ｃを介して後記リリーフ配管１８ｂに接続されており、過剰な燃料がポンプ制御弁および戻し配管１８ｃ等を介して燃料タンク２０に戻される。

コモンレール１４には、燃料を燃料タンク２０に戻すリリーフ配管１８ｂが接続されている。コモンレール１４とリリーフ配管１８ｂとの間には図外の圧力安全弁が介設されており、コモンレール１４内の燃料圧力が設定値を越えると、当該コモンレール１４内の燃料の一部が圧力安全弁を介してリリーフ配管１８ｂに排出され、これによりコモンレール１４内の燃圧が一定値以下に保たれる。

前記燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄは、前記コモンレール１４内に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射するものであり、電子制御ユニット３０から出力される制御信号に応じて燃料の噴射量等が制御される。なお、各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの燃料出口側（後記低圧燃料通路４８）は、図外のリターン通路を介して前記リリーフ配管１８ｂに接続されている。

図２は、前記燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの具体的な構造を断面図で示している。当実施形態の燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄは、いわゆるピエゾインジェクタである。

燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄのボディ４０には、その先端側（下端側）から順に、噴孔４１、ニードル収納室４２、背圧室４３、制御室４４、変位拡大ユニット５６およびピエゾスタック６０が設けられている。

前記ニードル収納４１には、ニードル５２が上下方向に変位可能に収納されている。ニードル５２は、スプリング５３によって下向きに付勢されており、この付勢力によってニードル収納部下端のニードルシート部４２ａに着座することで前記噴孔４１を閉止し、当該付勢力に抗してニードルシート部４２ａから上方に離間することで前記噴孔４１を開放する。ニードル収納室４２には、高圧燃料通路４５および前記分配通路１６を介して前記コモンレール１４から高圧燃料が供給される。なお、ニードル５２の上部は背圧室４３に挿入されている。

前記制御室４４には、制御弁５４が上下方向に変位可能に収納されている。制御室４４は、その内底面側に開口する第１連通路４６を介して前記ニードル収納室４２に連通するとともに、ＩＮオリフィス４７ａを途中部分に有する第２連通路４７を介して前記背圧室４３に連通している。また、ＯＵＴオリフィス４８ａを途中部分に有する低圧燃料通路４８の一端部が、制御室４４の天井面側に開口している。制御弁５４は、スプリング５５によって上向きに付勢されており、この付勢力によって当該制御弁５４が制御室４４の上側シート部４４ａに着座することで制御室４４と低圧燃料通路４８とを遮断する一方、前記付勢力に抗して制御弁５４が制御室４４の下側シート部４４ｂに着座することで制御室４４と第１連通路４６とを遮断するようになっている。但し、制御室４４と背圧室４３とは第２連通路４７を介して常時連通している。

制御弁５４は、プレッシャピン５８を介して変位拡大ユニット５６のピストン５７に連結されている。そして、このピストン５７がスプリング５９により下向きに付勢されるとともに、変位拡大ユニット５６の後方側がピエゾスタック６０に連結されている。このピエゾスタック６０は、複数の圧電素子が積層された積層体であって、逆圧電効果により伸縮するアクチュエータである。具体的には、ピエゾスタック６０は、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。

前記燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの作動は次の通りである。まず、ピエゾスタック６０へ電流が供給されずピエゾスタック６０が収縮状態にあるときには、制御弁５４がスプリング５５によって上向きに付勢されて制御室４４の上側シート部４４ａに着座する。これにより制御室４４と低圧燃料通路４８とが遮断される一方で、第１連通路４６と第２連通路４７とが制御室４４を介して連通状態となる。従って、高圧燃料通路４５の高圧燃料が背圧室４３に導入されることとなり、その結果、背圧室４３内の燃料の圧力（コモンレール１４内の燃料の圧力）及びスプリング５３の弾性力によって、ニードル５２がボディ４０先端側へと押されてニードルシート部４２ａに着座した燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの閉弁状態、つまり噴孔４１が閉止された状態となる。

一方、ピエゾスタック６０へ電流が供給されることで当該ピエゾスタック６０が伸長状態となると、制御弁５４がスプリング５５の弾発力に抗して制御室４４の下側シート部４４ｂに着座する。これにより制御室４４と低圧燃料通路４８とが連通状態となる一方で、第１連通路４６と制御室４４とが遮断される。従って、背圧室４３の圧力が低下し、背圧室１０ｃ内の燃料及びスプリング５３がニードル５２をボディ４０先端側に押圧する力よりも、ニードル収納室４２内の燃料がニードル５２をボディ４０後方側へ押圧する力が大きくなり、ニードル５２がニードルシート部４２ａからから離間した燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの開弁状態、つまり噴孔４１が開放された状態となり、噴孔４１から高圧燃料が噴射される。

前記電子制御ユニット３０（以下、ＥＣＵ３０という）は、論理演算を実行するＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを記憶するＲＯＭ、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、その他の入出回路等を含むマイクロコンピュータで構成されている。

ＥＣＵ３０には、エンジン１０が搭載される車両の運転状態を検知するための複数のセンサから種々の情報が入力されている。具体的には、図１に示すように、前記車両には、図外のアクセルペダルの踏込み量に応じたアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサＳＷ１、エンジン１０の出力軸の回転数を検出するための速度センサＳＷ２、エンジン１０の冷却水温度を検出するための水温センサＳＷ３、エンジンオイルの温度を検出するための油温センサＳＷ４等が設けられており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ４と上記ＥＣＵ３０とが電気的に接続されている。また、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに供給される燃料の圧力、つまりコモンレール１４内の燃料圧力を検出するためのレール圧センサＳＷ５が設けられるとともに、燃料温度を検出するための燃温センサＳＷ６が前記戻し配管１８ｃに設けられており、これらのセンサＳＷ５、ＳＷ６が上記ＥＣＵ３０に電気的に接続されている。

ＥＣＵ３０は、複数の機能構成を含んでおり、本発明との関係では、同図に示すように、燃料噴射制御部３２、燃料噴射量演算部３４および記憶部３６等の機能構成を含む。

燃料噴射制御部３２は、各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに所定の制御信号を出力することにより、各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄによる燃料の噴射量、噴射圧及び噴射タイミングを制御するものである。

燃料噴射量演算部３４は、車両の運転状態に応じた各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの目標燃料噴射量を演算するものであり、前記センサＳＷ１等から入力される情報および前記記憶部３６に記憶されている情報に基づき目標燃料噴射量を演算する。具体的には、アクセル開度センサＳＷ１及び速度センサＳＷ２からの入力情報と記憶部３６に記憶されているマップ等に基づき各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに噴射させる基本燃料噴射量を演算する。さらに、この基本燃料噴射量を元に、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄによる実際の燃料噴射量に影響を与える種々の要因を加味した燃料噴射量を演算し、当該燃料噴射量（以下、予測燃料噴射量と称す）と前記基本燃料噴射量との偏差に応じて当該基本燃料噴射量を補正することで最終的な燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの開弁時間を決定する。前記燃料噴射制御部３２は、最終的に求められた開弁時間に対応する制御信号を各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに出力する。

ここで、噴射量演算部３４は、上記のように基本燃料噴射量を元に予測燃料噴射量を演算するが、これは、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの具体的な構造や燃料の粘度、密度、体積弾性率といった性状に起因する実際の燃料噴射量の変動を加味することで、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄによる実際の燃料噴射量をより精度良く制御するためである。

より具体的に説明すると、前記記憶部３６には、上記予測燃料噴射量を求めるための以下のような演算式（式１）が予め記憶されており、噴射量演算部３４は、レール圧センサＳＷ５及び燃温センサＳＷ６からの入力情報（燃料噴射圧（燃料圧力）、燃料温度）と記憶部３６に記憶されているデータに基づき予測燃料噴射量を求める。

［式１］
予測燃料噴射量＝K ₁ ・（A ₁ ＋C ₁ ） ^N1 ＋K ₂ ・（A ₂ ＋C ₂ ） ^N2 ＋K ₃ ・（A ₃ ＋C ₃ ） ^N3 ＋K ₄ ・（A ₄ ＋C ₄ ） ^N4 ＋K ₅ ・（A ₅ ＋C ₅ ） ^N5 ＋K ₆ ・（A ₆ ＋C ₆ ） ^N6 ＋K ₇ ・（A ₇ ＋C ₇ ） ^N7 ＋K ₈ ・（A ₈ ＋C ₈ ） ^N8 +K ₉
K₁＝K_1a・（燃圧応答因子）＋K_1b・（燃料流動抵抗因子）＋K_1c・（燃料質量因子）＋K_1d
K₂＝K_2a・（燃圧応答因子）＋K_2b・（燃料流動抵抗因子）＋K_2c・（燃料質量因子）＋K_2d
……
K₈＝K_8a・（燃圧応答因子）＋K_8b・（燃料流動抵抗因子）＋K_8c・（燃料質量因子）＋K_8d
燃圧応答因子＝（K_na11・PF＋K_na12）・（K_na21・QF＋K_na22）・（K_na31・BM＋K_na32）
燃料流動抵抗因子＝（K_nb11・PF＋K_nb12）・（K_nb21・QF＋K_nb22）・（K_nb31・BM＋K_nb32）・（K_nb41・VC＋K_nb42）
燃料質量因子＝（K_nc11・PF＋K_nc12）・（K_nc21・QF＋K_nc22）・（K_nc31・BM＋K_nc32）・（K_nc41・DEN＋K_nc42）
ここで、PF：燃料噴射圧（コモンレール１４内の燃料圧力）、QF：指示噴射量（上記基本燃料噴射量）、BM：燃料の体積弾性率、VC：燃料粘度、DEN ：燃料密度、K₁〜K₈、K_1a〜K_8d、C₁〜C₈、N₁〜N₈、K_na11〜K_na32、K_nb11〜K_nb42、Knc11〜K_nc42：係数（定数）、n：１以上の自然数である。また、A₁〜A₈はそれぞれ、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄが噴射する燃料の量に影響する当該燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに関する物理量であり、具体的には、A₁：レールオリフィス径、A₂：ＩＮオリフィス流量（または径）、A₃：ＯＵＴオリフィス流量（または径）、A₄：噴孔流量（または径）、A₅：ノズルセット荷重、A₆：ニードル先端着座部径、A₇：制御弁リフト量、A₈：ニードル最先端部径である。

前記レールオリフィス径（A₁）は、コモンレール１４内の通路のうちそれぞれ分配通路１６に繋がる分岐通路に形成されたオリフィスの内径であり、ＩＮオリフィス流量（または径）（A₂）は、前記ＩＮオリフィス４７ａを流れる燃料の単位時間あたりの流量（またはＩＮオリフィス４７ａの内径）であり、ＯＵＴオリフィス流量（または径）（A₃）は、前記ＯＵＴオリフィス４８ａを流れる燃料の単位時間あたりの流量（またはＯＵＴオリフィス４８ａの内径）である。噴孔流量（または内径）（A₄）は、所定の燃料噴射圧（コモンレール１４内の燃料圧力）の下で燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄが開弁されたときの上記噴孔４１における燃料の単位時間当たりの流量（または噴孔４１の内径）であり、ノズルセット荷重（A₅）は、噴孔４１を閉止するのに必要な当該ニードル５２の押圧力であり、制御弁リフト量（A₇）は、制御室４４内における上記制御弁５４の許容変位量である。また、ニードル先端着座部径（A₆）は、図３に示すように、ニードル５２のうち実際に上記ニードルシート部４２ａに着座する部分（同図中の符号５２ａで示す部分）の外径であり、ニードル最先端部径（A₈）は、ニードル５２の先端部分（同図中の符号５２ｂで示す部分）の外径である。

次に、上記演算式（式１）を規定した理由について説明する。

上記演算式（式１）は、燃料噴射弁１２ａ（〜１２ｄ）による燃料噴射量を目的変数とし、この燃料噴射量の変動に影響のある因子（噴射弁因子、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子）をそれぞれ独立変数とする重回帰式を設定し、実試験もしくは仮想試験（シミュレーション等）により取得した実際の燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの燃料噴射量等のデータに基づき、各係数K_1a〜K_8d、C₁〜C₈、N₁〜N₈を重回帰分析により決定したものである。

ここで、重回帰式の設定については、まず、噴射弁因子のみを考えた。噴射弁因子は、燃料噴射弁１２ａ（〜１２ｄ）が噴射する燃料の量に影響する当該燃料噴射弁１２ａ（〜１２ｄ）に関する物理量であり、当例では、上記の通り、レールオリフィス径（A₁）、ＩＮオリフィス流量（または内径）（A₂）、ＯＵＴオリフィス流量（または内径）（A₃）、噴孔流量（または径）（A₄）、ノズルセット荷重（A₅）、ニードル先端着座部径（A₆）、制御弁リフト量（A₇）、ニードル最先端部径（A₈）を噴射弁因子とした。そして、燃料噴射弁１２ａ（〜１２ｄ）による燃料噴射量を目的変数とし、噴射弁因子を独立変数として下記の重回帰式を設定した。

［式２］
燃料噴射量＝K ₁ ・（A ₁ ＋C ₁ ） ^N1 ＋K ₂ ・（A ₂ ＋C ₂ ） ^N2 ＋K ₃ ・（A ₃ ＋C ₃ ） ^N3 ＋K ₄ ・（A ₄ ＋C ₄ ） ^N4 ＋K ₅ ・（A ₅ ＋C ₅ ） ^N5 ＋K ₆ ・（A ₆ ＋C ₆ ） ^N6 ＋K ₇ ・（A ₇ ＋C ₇ ） ^N7 ＋K ₈ ・（A ₈ ＋C ₈ ） ^N8 +K ₉
ここで、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄが実際に噴射する燃料の量は、上記噴射弁因子以外にもいくつかの要因により変動する。つまり、上記重回帰式の係数K₁〜K₉、C₁〜C₈、N₁〜N₈の値は、上記噴射弁因子以外の要因により変わる。そのため、さらに燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子の各影響因子に着目した。前記燃圧応答因子は、燃料の圧力伝達に影響する当該燃料の物理量であり、前記燃料流動抵抗因子は、燃料の流動抵抗に影響する当該燃料の物理量であり、前記燃料質量因子は、燃料の有する運動エネルギーに影響する当該燃料の物理量である。

上記噴射弁因子以外の因子としては、大凡、これら三つの影響因子が、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄによる実際の燃料噴射量を左右するものと考えられる。そこで、上記式２の係数K₁〜K₉、C₁〜C₈、N₁〜N₈を各々目的変数とし、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子を独立変数とする重回帰式をさらに設定することを考えた。

まず、各影響因子（燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子）に含まれる個別の因子（以下、個別因子と称す）を特定した。まず、燃圧応答因子は、燃料噴射圧（PF）、指示噴射量（QF）および燃料の体積弾性率（BM）とした。燃料流動抵抗因子は、燃料噴射圧（PF）、指示噴射量（QF）、燃料の体積弾性率（BM）および燃料粘度（VC）とした。燃料質量因子は、燃料噴射圧（PF）、指示噴射量（QF）、燃料の体積弾性率（BM）および燃料密度（DEN）とした。なお、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子に共通の因子として、燃料噴射圧（PF）、指示噴射量（QF）および燃料の体積弾性率（BM）が含まれているが、これらの因子は燃料の圧力伝達のみならず、燃料の流動抵抗や運動エネルギーにも大きく影響すると考えられるためである。特に、指示噴射量（QF）は、その大小により燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄ内での燃料の流動状態が異なり、燃料の圧力伝達、流動抵抗および運動エネルギーに大きく影響する。つまり、図４に示すように、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄによる燃料の噴射率は、指示噴射量が多いほど（開弁時間が長いほど）噴射率が安定する時間が長く、指示噴射量が少ない場合には噴射率が不安定になり易く、従って、燃料の圧力伝達、流動抵抗および運動エネルギーに大きく影響する。そのため、指示噴射量（QF）は、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子に共通の因子とした。

なお、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子を独立変数とする重回帰式の設定に際しては、各影響因子（燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子）を、それらに含まれる個別因子の積で規定してもよいが、単純な積とすると、各個別因子の感度が同等に扱われるため、燃料噴射量の推定精度をより高めるという観点からは望ましくない。そこで、各影響因子（燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子、燃料質量因子）に含まれる個別因子については、当該個別因子を変数とする一次関数式で規定した。

このようにして、燃料噴射量（予測燃料噴射量）を目的変数とし、噴射弁因子、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子をそれぞれ独立変数とする重回帰式を設定した。そして、各影響因子のデータと燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの実際の燃料噴射量とを試験的に検出した上で、それらのデータを用いて各係数K_1a〜K_8d、C₁〜C₈、N₁〜N₈を重回帰分析により決定することにより上記演算式（式１）を得た。

この燃料噴射システムでは、エンジン１０の運転中は、燃料噴射量演算部３４が、アクセル開度センサＳＷ１及び速度センサＳＷ２からの入力情報と記憶部３６に記憶されているマップ等に基づき各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの基本燃料噴射量を演算し、さらに、この基本燃料噴射量を指示噴射量（QF）として、記憶部３６に記憶されている上記演算式（式１）に基づき上記予測燃料噴射量を演算する。より詳しくは、燃料噴射量演算部３４は、まず、レール圧センサＳＷ５による検出値（燃料噴射圧（PF））と燃温センサＳＷ６による検出値（燃料温度）とに基づき燃料の体積弾性率（BM）、燃料粘度（VC）および燃料密度（DEN）を特定する。ここで、記憶部３６には、例えば図５〜図７に示すような、燃料温度及び燃料噴射圧と、燃料の体積弾性率（BM）、燃料粘度（VC）および燃料密度（DEN）との関係を示すデータが記憶されており、燃料噴射量演算部３４は、当該データと上記各ＳＷ５、ＳＷ６の検出値とに基づき燃料の体積弾性率（BM）、燃料粘度（VC）および燃料密度（DEN）を求める（取得する）。また、記憶部３６には、レールオリフィス径等の噴射弁因子（A₁〜A₈）及び各係数K_1a〜K_8d、C₁〜C₈、N₁〜N₈のデータが予め記憶されており、燃料噴射量演算部３４は、記憶部３６から当該データ（A₁〜A₈等）を読み出し（取得し）、当該データ（A₁〜A₈等）と、燃料噴射圧（PF）と、燃料の体積弾性率（BM）、燃料粘度（VC）および燃料密度（DEN）と、上記基本燃料噴射量（指示噴射量（QF））とを用いて、前記演算式（式１）から予測燃料噴射量を演算し、さらにこの予測燃料噴射量と上記基本燃料噴射量との偏差に応じて当該基本燃料噴射量を補正することで最終的な目標燃料噴射量を決定し、これより、燃料噴射弁の開弁時間を決定する。なお、記憶部３６に記憶されているレールオリフィス径等の噴射弁因子（A₁〜A₈）の各データとしては設計基準値が記憶されている。

そして、燃料噴射量演算部３４によって求められた、目標燃料噴射量となる上記開弁時間に基づき、前記燃料噴射制御部３２が各燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに制御信号を出力することにより、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄによる燃料の噴射が行われることとなる。

以上のように、この燃料噴射システムによれば、重回帰分析により設定された上記演算式（式１）を用いて予測燃料噴射量が求められ、この予測燃料噴射量と基本燃料噴射量との偏差に応じて基本燃料噴射量が補正されることにより最終的な目標燃料噴射量となる、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの開弁時間が決定される。そのため、従来に比べると、最終的な目標燃料噴射量となる、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの開弁時間をより少ない数のマップデータで決定することが可能となる。

しかも、上記演算式（式１）は、燃料の噴射量に影響する燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄに関する因子（噴射弁因子）、燃料の圧力伝達に影響する因子（燃圧応答因子）、燃料の流動抵抗に影響する因子（燃料流動抵抗因子）、燃料の有する運動エネルギーに影響する因子（燃料質量因子）をそれぞれ独立変数として重回帰分析により求められたものであるため、当該演算式（式１）により求められる予測燃料噴射量の信頼性が比較的高い。例えば図８（ａ）〜（ｄ）は、互いに異なる燃料温度について、上記演算式（式１）に基づき、係数（定数）K₁〜K₉、C₁〜C₈、N₁〜N₈を燃料温度のみを変化させて求めた予測燃料噴射量と試験値（シミュレーション）との関係を示したグラフであり、図９は、上記演算式（式１）において、燃料温度（体積弾性率（BM），燃料粘度（VC），燃料密度（DEN）と関係する）、燃料噴射圧（PF），基本燃料噴射量（指示噴射量）（QF）の全てを変化させて求めた予測燃料噴射量と試験値（シミュレーション）との関係を示したグラフである。これらの図からも、上記演算式（式１）に基づき求められる予測燃料噴射量とその試験値との偏差が小さく、求められる予測燃料噴射量の信頼性が高いことが考察できる。従って、上記燃料噴射システムによれば、最終的に求められる目標燃料噴射量である、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの開弁時間の信頼性も高く、燃料噴射弁１２ａ〜１２ｄの燃料噴射量をより精度良く制御することが可能となる。

ところで、以上説明した燃料噴射システムは、本発明にかかる燃料噴射量制御装置（本発明の燃料噴射量演算装置が適用される燃料噴射量制御装置／本発明の燃料噴射量決定方法が適用される燃料噴射量制御装置）の好ましい実施形態の例示であって、燃料噴射量制御装置や燃料噴射量演算装置の具体的な構成、および燃料噴射量のより具体的な決定方法等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、予測燃料噴射量を演算するための具体的な演算式は上記演算式（式１）に限定されるものではなく、燃料噴射量（予測燃料噴射量）を目的変数とし、噴射弁因子、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子の少なくとも一つを独立変数とする重回帰式に基づいて規定されたものであればよい。この場合、独立変数として、噴射弁因子、燃圧応答因子、燃料流動抵抗因子および燃料質量因子以外の影響因子をさらに含む演算式を規定してもよい。

また、上記演算式（式１）において、噴射弁因子は、レールオリフィス径（A₁）、ＩＮオリフィス流量（又は径）（A₂）、ＯＵＴオリフィス流量（又は径）（A₃）、噴孔流量（又は径）（A₄）、ノズルセット荷重（A₅）、ニードル先端着座部径（A₆）、制御弁リフト量（A₇）、ニードル最先端部径（A₈）であるが、必ずしもこれら全てを噴射弁因子とする必要はなく、この一部を噴射弁因子として上記演算式（式１）を規定してもよい。また、噴射弁因子として、上記レールオリフィス径（A₁）等以外の因子を噴射弁因子として上記演算式（式１）を規定してもよい。

また、上記実施形態では、本発明をディーゼルエンジン１０に適用した場合について説明したが、本発明は、特に筒内噴射型のエンジンに有用なものであり、従って、筒内噴射型のガソリンエンジンについても十分に適用可能である。

１０エンジン
１２ａ〜１２ｄ燃料噴射弁
１４コモンレール
２０燃料タンク
２２燃料ポンプ
３０ＥＣＵ
３２燃料噴射制御部
３４噴射量演算部
３６記憶部

Claims

エンジンの燃料噴射弁が噴射する燃料の量に影響する当該燃料噴射弁に関する物理量である噴射弁因子、燃料の圧力伝達に影響する当該燃料の物理量である燃圧応答因子、燃料の流動抵抗に影響する当該燃料の物理量である燃料流動抵抗因子、および燃料の有する運動エネルギーに影響する当該燃料の物理量である燃料質量因子のうち、少なくとも噴射弁因子を含む複数の影響因子を独立変数とし、燃料噴射量を目的変数とする重回帰式を設定する重回帰式設定工程と、
前記複数の独立変数および前記目的変数の実際のデータを重回帰分析し、前記重回帰式設定工程で設定した前記重回帰式の各係数を決定することにより、前記燃料噴射弁から実際に噴射される燃料噴射量の予測値であってエンジンの運転状態に応じて設定される基本燃料噴射量に対応した予測値である予測燃料噴射量を演算するための演算式を導出する演算式導出工程と、
エンジンの運転中に、前記噴射弁因子、前記燃圧応答因子、前記燃料流動抵抗因子および前記燃料質量因子のうち前記独立変数に対応するデータを取得するエンジン運転中データ取得工程と、
エンジンの運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁に噴射させる燃料の量の目標値である前記基本燃料噴射量を演算する基本燃料噴射量演算工程と、
前記エンジン運転中データ取得工程で取得したデータを前記演算式導出工程で求められた演算式の前記独立変数とし、当該演算式と前記基本燃料噴射量とに基づき前記予測燃料噴射量を演算する予測燃料噴射量演算工程と、
前記予測燃料噴射量に基づいて前記基本燃料噴射量を補正し、前記燃料噴射弁の弁開時間を求める弁開時間演算工程と、を含み、
上記演算式は、下記式であることを特徴とする燃料噴射量演算方法。
予測燃料噴射量＝K ₁ ・（A ₁ ＋C ₁ ） ^N1 ＋K ₂ ・（A ₂ ＋C ₂ ） ^N2 ……＋K _n ・（A _n ＋C _n ） ^Nn +K _（n＋1）
K _n ＝K _na ・（燃圧応答因子）＋K _nb ・（燃料流動抵抗因子）＋K _nc ・（燃料質量因子）＋K _nd
燃圧応答因子＝（K _na11 ・PF＋K _na12 ）・（K _na21 ・QF＋K _na22 ）・（K _na31 ・BM＋K _na32 ）
燃料流動抵抗因子＝（K _nb11 ・PF＋K _nb12 ）・（K _nb21 ・QF＋K _nb22 ）・（K _nb31 ・BM＋K _nb32 ）・（K _nb41 ・VC＋K _nb42 ）
燃料質量因子＝（K _nc11 ・PF＋K _nc12 ）・（K _nc21 ・QF＋K _nc22 ）・（K _nc31 ・BM＋K _nc32 ）・（K _nc41 ・DEN＋K _nc42 ）
ここに、A _n ：噴射弁因子
PF ：燃料噴射圧
QF ：基本燃料噴射量
BM ：燃料の体積弾性率
VC ：燃料粘度
DEN ：燃料密度
K _（n＋1）、K _na 〜K _nd 、C _n 、N _n 、K _na11 〜K _na32 、K _nb11 〜K _nb42 、K _nc11 〜K _nc42 ：定数
n ：１以上の自然数
請求項１に記載の燃料噴射量演算方法において、
上記エンジンは、燃料を昇圧してコモンレールで蓄圧しつつ複数の前記燃料噴射弁に給送するディーゼルエンジンであって、上記噴射弁因子は、上記コモンレールにおけるレールオリフィス径、燃料噴射弁における制御弁リフト量、ニードル先端着座部径およびニードル最先端部径、所定圧力の燃料が前記燃料噴射弁に給送されたときの当該燃料噴射弁内の入口側オリフィス流量、出口側オリフィス流量および噴孔流量のうち、一乃至複数の因子であることを特徴とする燃料噴射量演算方法。