JP4088600B2 - 増圧式燃料噴射装置の補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置の補正方法に関し、詳細にはコモンレールから供給された燃料を昇圧して燃料噴射弁から噴射する増圧手段を備えた増圧式燃料噴射装置の補正方法に関する。

燃料ポンプから供給された高圧の燃料をコモンレール（蓄圧室）に貯留し、この燃料を内燃機関の各気筒に設けた気筒内燃料噴射弁に供給し、気筒燃焼室に直接噴射する、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置が一般に知られている。

コモンレール式燃料噴射装置では、コモンレール圧力を任意の圧力に制御することが可能なため、燃料噴射弁からの噴射率を機関運転状態に応じて適切な値に制御し機関運転状態にかかわらず気筒内燃焼状態を良好に維持することが可能となる。

特に、直噴式のディーゼルエンジンでは気筒内への燃料噴射期間が制限されるが、コモンレール式燃料噴射装置では機関回転数にかかわらず燃料噴射圧力を高く維持することができる。このため、コモンレール式燃料噴射装置を使用することにより、短時間で多量の燃料を燃焼室内に供給しディーゼルエンジンを高回転高出力化することが可能となっている。

一方、ディーゼルエンジンの過給が一般に行われるようになった結果、過給とともに噴射量の増大による更なるディーゼルエンジンの高出力化が要求されるようになり、燃料噴射圧力を更に増大する必要が生じている。

ところが、コモンレール式燃料噴射装置においてコモンレール燃料圧力は既に限界近くまで高圧（例えば、１８０ＭＰａ程度）に設定されている。このため、これ以上コモンレール燃料圧力を増大させるためには、燃料ポンプ、コモンレール、デリバリ配管などの全ての燃料噴射系要素の設計圧力を増大させる必要があるが、コスト増大や信頼性の低下等の問題を考慮すると、全ての燃料噴射要素の設計圧力を増大させることは実際的でない。

そこで、この問題を解決するためにコモンレール内燃料圧力は従来と同程度もしくは従来より低い圧力に設定し、コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料をできるだけ燃料噴射弁の噴孔に近い部分で更に昇圧する増圧装置を使用する、増圧式ＣＲ（コモンレール）燃料噴射装置が提案されている。

増圧式ＣＲ燃料噴射装置では、コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料をさらに昇圧する増圧装置を用いたことにより燃料ポンプ、コモンレールなどの要素の設計圧力は従来と同程度（若しくはそれより低い圧力）に設定しながら、燃料噴射弁の実際の燃料噴射圧力を更に高圧（例えば、２５０ＭＰａ程度）に設定することが可能となるため、コストの大幅な上昇を抑制しつつ燃料噴射圧力を増大することが可能となっている。

この種の増圧装置を用いた増圧式ＣＲ燃料噴射装置の例としては、特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１の増圧式ＣＲ燃料噴射装置では、増圧装置としてコモンレールと燃料噴射弁噴射孔との間に配置された増圧ピストンを有する増圧ユニットが使用されている。増圧ピストンは大径の受圧ピストンと小径の加圧ピストンとを連結した構成とされ、受圧ピストンと加圧ピストンとの面積比に応じて燃料を加圧するものである。すなわち、増圧ピストンでは、大径の受圧ピストン側にコモンレール内の燃料圧力を作用させることにより小径の加圧ピストンで加圧室内にコモンレールから供給される燃料を加圧し、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を大径ピストンと小径ピストンとの面積比により定まるコモンレール燃料圧力より高い圧力まで昇圧することが可能となっている。

特表２００２−５３９３７２号公報 特許第２８８５０７６号公報 特許第２５２６６２０号公報 特許第２５２６６２０号公報

特許文献１の増圧式ＣＲ燃料噴射装置では、それぞれの燃料噴射弁毎に増圧装置を設けることにより大幅なコスト上昇を招くことなく燃料噴射圧力を増大させている。

ところが、特許文献１のような増圧式ＣＲ燃料噴射装置を多気筒内燃機関に適用すると問題が生じる場合がある。

多気筒内燃機関では、各気筒で発生するトルクにばらつきがあると、機関出力の変動が生じたり、燃焼騒音、振動等が発生する問題がある。このため、各気筒に供給する燃料量はできるだけばらつきをなくし同一にする必要がある。このため、多気筒機関では各気筒の燃料噴射弁の噴射特性は規定の公差内になるように調整され、気筒毎の燃料噴射量にできるだけばらつきが生じないようにしている。

ところが、増圧式ＣＲ燃料噴射装置では燃料噴射量は燃料噴射弁の噴射特性のみならず増圧装置の特性によっても大きく変化する。このため、増圧式ＣＲ燃料噴射装置を多気筒内燃機関に使用する場合には、各燃料噴射弁の噴射特性と各増圧装置の特性との両方のばらつきを同時になくすことが必要となり、燃料噴射弁のみのばらつきを抑制する場合に較べた場合調整が極めて困難となる。

また、仮に各気筒の燃料噴射弁と増圧装置の初期特性ばらつきを規定値内に納めることが可能であったとしても、燃料噴射弁、増圧装置はそれぞれ使用による摩耗や劣化のため使用とともに特性が変化して行く。このため、初期特性ばらつきが規定の範囲内にあったとしても、使用期間に伴う特性変化のために各気筒で燃料噴射量のばらつきが生じるようになる場合がある。

これを防止するためには燃料噴射装置の稼働中に各気筒の燃料噴射量のばらつきを無くすように各燃料噴射弁と増圧装置との調整を行う必要があるが、増圧式燃料噴射装置では各気筒の燃料噴射量は燃料噴射弁の特性と増圧装置の特性との両方により定まるため、仮にある気筒の燃料噴射量が他の気筒の燃料噴射量から大きくずれていた場合であっても、そのずれの原因が燃料噴射弁にあるのか増圧装置にあるのかを燃料噴射量のみから判断することは困難である。このため、増圧式燃料噴射装置では各気筒間の燃料噴射量のばらつきを調整することができず、排気性状の悪化や運転時の振動、騒音などが生じやすい問題があった。

本発明は上記課題に鑑み、燃料噴射弁と増圧装置との初期の各気筒毎の特性ばらつきのみならず、使用による特性変化によるばらつきをも機関稼働中に容易に補正し各気筒における燃料噴射量のばらつきを低減することが可能な増圧式燃料噴射装置の補正方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、前記増圧手段の非作動時に前記燃料噴射制御手段を作動させて燃料噴射を実行し、該燃料噴射実行時に前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する補正操作を行い、前記補正操作が、気筒燃焼室内圧力と機関クランク角とを計測するステップと、計測した燃焼室内圧力Ｐと計測したクランク角から算出される燃焼室容積Ｖとの積ＰＶの値を算出するとともに、前記ＰＶの値の最大値ＰＶｍａｘと、ＰＶの値が前記最大値ＰＶｍａｘになるクランク角θｐｖｍａｘとを検出するステップと、燃焼室内で燃焼が生じなかったと仮定した場合のピストンの圧縮のみにより生じる燃焼室内圧力とクランク角θから定まる燃焼室容積との積ＰＶｂａｓｅを算出するステップと、前記ＰＶが最大値ＰＶｍａｘとなるクランク角θｐｖｍａｘにおけるＰＶｂａｓｅの値を用いて、ＰＶｍａｘとＰＶｂａｓｅとの差ΔＰＶを算出するステップと、前記ΔＰＶを用いて実際に燃焼室内に噴射された燃料量を算出するステップと、前記算出された実際の燃料噴射量を用いて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正するステップと、を含む、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項１の発明の補正方法を適用する増圧式燃料噴射装置では増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミングを調整することにより燃料噴射特性が制御されるため、実際の燃料噴射量には増圧手段と燃料噴射制御手段との両方の誤差、更には上記作動タイミング差とが複雑に絡み合って影響する。このため、それぞれの要素の特性に起因する燃料噴射量の誤差を抽出して補正することは困難である。

本発明では、増圧手段の非作動時に燃料噴射量の補正を行う。増圧手段非作動時には増圧手段の増圧特性に起因する燃料噴射量への影響はないため、この状態での燃料噴射量のばらつきは燃料噴射弁の特性に起因するもののみとなる。これにより増圧手段の特性とは切り離して独立に燃料噴射弁の特性に起因する燃料噴射量の誤差を補正することが可能となり、燃料噴射弁の初期特性を厳密に基準値に調整しなくても機関の運転中に補正を行うことが可能となる。

また、本発明の補正方法により機関運転中に燃料噴射弁の特性の基準値からのずれを補正することが可能となるため、本補正方法を実行した後は増圧手段作動時の燃料噴射量のずれは増圧手段の特性ずれに起因するもののみとなり、増圧手段の特性ずれを補正することも可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を、コモンレール内の前記所定圧力から、前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、前記増圧手段作動後、燃料供給圧力が前記増圧圧力に到達した後に前記噴射制御手段を作動させて燃料噴射を実行し、該燃料噴射実行時に前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する補正操作を行い、前記補正操作が、気筒燃焼室内圧力と機関クランク角とを計測するステップと、計測した燃焼室内圧力Ｐと計測したクランク角から算出される燃焼室容積Ｖとの積ＰＶの値を算出するとともに、前記ＰＶの値の最大値ＰＶｍａｘと、ＰＶの値が前記最大値ＰＶｍａｘになるクランク角θｐｖｍａｘとを検出するステップと、燃焼室内で燃焼が生じなかったと仮定した場合のピストンの圧縮のみにより生じる燃焼室内圧力とクランク角θから定まる燃焼室容積との積ＰＶｂａｓｅを算出するステップと、前記ＰＶが最大値ＰＶｍａｘとなるクランク角θｐｖｍａｘにおけるＰＶｂａｓｅの値を用いて、ＰＶｍａｘとＰＶｂａｓｅとの差ΔＰＶを算出するステップと、前記ΔＰＶを用いて実際に燃焼室内に噴射された燃料量を算出するステップと、前記算出された実際の燃料噴射量を用いて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正するステップと、を含む、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項２の発明の補正方法では、増圧手段作動後に燃料供給圧力が増圧圧力に到達した後に燃料噴射を実行し、この燃料噴射実行時に燃料噴射弁の燃料噴射量の補正を行う。
増圧手段作動時には作動開始とともに燃料供給圧力は増大を始め、所定の増圧圧力に到達する。従って、燃料供給圧力が増圧圧力に到達後に燃料噴射を行うことにより、燃料供給圧力がほぼ一定の高圧の状態における燃料噴射を行うことができる。

このため、この状態で燃料噴射弁の燃料噴射量の補正を行うことにより、増圧手段の増圧特性（例えば、燃料供給圧力の昇圧速度など）の影響を排除して高圧下における燃料噴射弁の燃料噴射特性ずれのみに起因する燃料噴射量の誤差を抽出して補正することが可能となる。

また、このように燃料噴射弁の燃料噴射特性ずれのみに起因する燃料噴射量誤差を補正することにより、次に増圧手段の増圧特性のみに起因する燃料噴射量の誤差を抽出して補正することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、前記増圧式燃料噴射装置はそれぞれ複数の前記燃料噴射弁と前記噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射量の補正操作は各燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつきを縮小するように各噴射制御手段の作動期間を調整する操作を含む、請求項１または２に記載の増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項３の発明の補正方法では、請求項１または２で燃料噴射弁の燃料噴射特性ずれを補正する際に、各燃料噴射弁の燃料噴射量が同一になるように燃料噴射弁の開弁期間が調整される。これにより、各燃料噴射弁の燃料噴射特性に起因する燃料噴射量のばらつきが補正され、各燃料噴射弁からの燃料噴射量が同一になる。

請求項４に記載の発明によれば、所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、前記増圧手段作動時に燃料供給圧力が前記増圧圧力に到達する前に前記噴射制御手段を作動させて燃料噴射を実行し、該燃料噴射実行時に前記増圧手段の作動タイミングを補正する補正操作を行う、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項４の発明の補正方法では増圧手段作動時に燃料供給圧力が増圧圧力に到達する前に燃料噴射が開始されるため、燃料噴射期間は増圧手段による燃料供給圧力の上昇期間を含んで設定されるようになる。このため、燃料噴射弁からの燃料噴射量は増圧手段による燃料供給圧力の増大速度に大きな影響を受ける。従って、燃料供給圧力の増大中に燃料噴射を行うことにより、このときの燃料噴射量に基づいて増圧手段の増圧特性（圧力増大速度）の基準値からのずれを知ることが可能となり、増圧手段の増圧特性のずれに起因する燃料噴射量のずれを補正することが可能となる。

なお、増圧手段の補正は増圧手段の作動タイミング、すなわち燃料噴射開始時に燃料供給圧力がどの程度まで上昇しているかを変更することにより行う。
これにより、増圧手段の増圧特性のずれに起因する燃料噴射量の誤差を補正することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、前記増圧式燃料噴射装置はそれぞれ複数の前記燃料噴射弁と噴射制御手段と増圧手段とを備え、前記補正操作は各燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつきを縮小するように各燃料噴射弁の増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整する操作を含む、請求項４に記載の増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項５の発明の補正方法では請求項４の補正操作において、増圧手段の作動タイミングの調整を行う際に、各燃料噴射弁からの燃料噴射量のばらつきがなくなるように増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差の補正を行う。これにより、増圧手段の特性のずれによる各燃料噴射弁からの燃料噴射量のばらつきが補正され、各燃料噴射弁からの燃料噴射量が同一となる。

請求項６に記載の発明によれば、前記増圧式燃料噴射装置は更に、前記増圧手段を作動させた状態での燃料噴射と前記増圧手段を非作動に保持した状態での燃料噴射とを機関運転状態に応じて切り換える増圧制御手段を備え、前記補正操作を、前記増圧手段が前記増圧制御手段により非作動に保持されるべき機関運転状態において前記補正操作に必要な時間だけ増圧手段を作動させることにより実行する請求項４または５に記載の増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項６の発明による補正方法では、本来増圧手段を作動させずにコモンレール圧力だけで噴射を行う低圧燃料噴射時に、補正に必要な時間だけ増圧手段を作動させることにより増圧手段の補正を行う。これにより、低圧燃料噴射時のように増圧手段が非作動状態に維持されるべき機関運転状態においても増圧手段の補正を行うことができる。

なお、本発明では本来低圧燃料噴射を行うべきときに増圧手段を作動させるため実際には燃料噴射弁の噴射圧が上昇してしまうが、予めコモンレールの圧力を低下させておき増圧時の燃料噴射圧力の大幅な増大を抑制し、機関運転に対する燃料噴射圧の増大の影響を防止することも可能である。

請求項７に記載の発明によれば、所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、コモンレール油圧が作用する大径ピストンと、該大径ピストンに連結され前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料油を加圧する小径加圧ピストンとを備え、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記加圧ピストンによりコモンレール内の前記所定圧力から、前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、前記増圧手段による燃料の増圧時の燃料噴射の際にのみ、コモンレール内の燃料圧力変動に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量を算出し、該算出した燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する補正操作を行う、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項７の発明の補正方法を適用する燃料噴射装置では、増圧手段は大径ピストンにコモンレールからの油圧を供給し、この大径ピストンに連結された小径の加圧ピストンを押圧することによりコモンレールから供給される燃料を加圧し燃料噴射弁に圧送する。このため、増圧燃料噴射時には加圧ピストンにより燃料噴射弁に圧送される燃料量（すなわち燃料噴射量）に対してコモンレールから大径ピストン側に流入する燃料量は、大径ピストンと小径ピストンとの面積比倍になる。

コモンレールは増圧手段非作動時には燃料噴射量に相当する量の燃料が燃料噴射毎に流出し、コモンレール内圧力は燃料噴射量に比例して低下するが、通常コモンレール容積は燃料噴射量に対して十分に大きく設定されているため増圧手段非作動時の燃料噴射時のコモンレール内圧力変動は小さい。
これに対して、増圧手段作動時には燃料噴射弁からの燃料噴射量に加えて増圧手段の大径ピストンを押動するのに必要な比較的多量の燃料がコモンレールから流出するため、増圧手段作動時の燃料噴射ではコモンレールの圧力低下が比較的大きくなる。
また、この場合もコモンレールの圧力低下は燃料噴射量に比例する。このため、比較的圧力低下幅が大きく正確な計測が可能となる増圧手段作動時の燃料噴射においては燃料噴射時のコモンレール圧力低下に基づいて正確に燃料噴射弁からの燃料噴射量を算出することが可能となる。

本発明では、増圧燃料噴射時のコモンレール圧力変化に基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量を算出することにより、簡易かつ正確に燃料噴射量を決定することが可能となり、燃料噴射量の正確な補正を行うことが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の補正操作を実行した後に請求項４に記載の補正操作を実行する、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項８の発明の補正方法では、まず燃料噴射弁の特性ずれに基づく燃料噴射量の誤差を補正した後で、増圧手段の特性ずれによる燃料噴射量の誤差を補正する。燃料噴射弁の特性ずれに基づく燃料噴射量誤差が補正された状態では、燃料噴射量の誤差は増圧手段の特性ずれのみに起因するものとなる。

このため、本発明では燃料噴射弁の噴射特性ずれのみに起因する燃料噴射量誤差と増圧手段の特性ずれのみに起因する燃料噴射量誤差とをそれぞれ互いに独立して抽出補正することが可能となり、正確な燃料噴射量補正を行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項３に記載の補正操作において更に、いずれかの噴射制御手段の作動期間の調整量が予め定めた値より大きい場合に燃料噴射弁に異常が生じたと判断する、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項９の発明の補正方法では、請求項３の補正操作において噴射制御手段の作動期間の調整量が過大である場合には、燃料噴射弁の噴射特性のずれが異常に大きくなっていると判断し、燃料噴射弁に異常が生じたと判定する。これにより、簡易かつ正確に燃料噴射弁の異常の有無を判定することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項５に記載の補正操作において更に、前記作動タイミング差の調整量が予め定めた値より大きい場合に前記増圧手段に異常が生じたと判断する、増圧式燃料噴射装置の補正方法が提供される。

すなわち、請求項１０の発明の補正方法では請求項５の補正操作において、増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差がの調整量が過大である場合には、増圧手段の増圧特性のずれが異常に大きいと判断し、増圧手段に異常が生じたと判定する。これにより、簡易かつ正確に増圧手段の異常の有無を判定することができる。

各請求項に記載の発明によれば、増圧式燃料噴射装置の燃料噴射量の補正を機関稼働中に簡易かつ正確に行うことが可能となるため、燃料噴射弁の噴射特性と増圧装置の作動特性とを予め厳密に調整するために要する工数やコストを低減することが可能となるとともに、使用開始後の燃料噴射弁と増圧装置の特性の変化による燃料噴射量の誤差を補正することが可能となる特有の効果を奏する。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の補正方法を実施する燃料噴射装置を自動車用ディーゼル機関に使用する場合の概略構成を示す図である。

図１において、１は内燃機関（本実施形態では＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒４サイクルディーゼル機関が使用される）、１０ａから１０ｄは機関１の＃１から＃４の各気筒内に直接燃料を噴射する増圧ユニット付燃料噴射弁を示す。燃料噴射弁１０ａから１０ｄは、それぞれ高圧燃料配管１１ａから１１ｄを介して共通の蓄圧室（コモンレール）３に接続されている。コモンレール３は、高圧燃料噴射ポンプ５から供給される加圧燃料を貯留し、貯留した高圧燃料を高圧燃料配管１１ａから１１ｄを介して各燃料噴射弁１０ａから１０ｄに分配する機能を有する。

本実施形態では、高圧燃料噴射ポンプ５は、例えば吐出量調節機構を有するプランジャ形式のポンプとされ、図示しない燃料タンクから供給される燃料を所定の圧力に昇圧しコモンレール３に供給する。ポンプ５からコモンレール３への燃料圧送量は、コモンレール３圧力が目標圧力になるようにＥＣＵ２０によりフィードバック制御される。

図１に２０で示すのは、機関の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の構成のディジタルコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１０ａから１０ｄの開弁時期、開弁期間及び、後述する増圧ユニット１１０ａから１１０ｄの作動タイミング等を制御して燃料噴射弁１０からの燃料噴射時期及び噴射量を制御する他、回転数制御などの機関の基本制御を行う。

これらの制御を行なうために、本実施形態ではコモンレール３にはコモンレール内燃料圧力を検出する燃料圧センサ２７が設けられている他、機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍にはアクセル開度（運転者のアクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ２１が設けられている。

また、図１に２５で示すのは機関１のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサである。クランク角センサはクランク軸近傍に配置され、所定クランク回転角毎（例えば１５度毎）にクランク角パルスを発生する他、クランク回転角度７２０度毎に基準パルスを出力する。
ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２５から入力するクランク回転角パルス信号の周波数から機関回転数を算出し、アクセル開度センサ２１から入力するアクセル開度信号と、機関回転数とに基づいて燃料噴射弁１０ａから１０ｄの燃料噴射時期と燃料噴射量とを算出する。なお、本実施形態では、燃料噴射弁からの燃料噴射時期と燃料噴射量との算出方法は、公知のいずれの方法をも使用することができる。
また、ＥＣＵ２０はクランク角センサ２５の基準パルス信号入力後の回転角パルス信号の数からクランク軸の回転位相（現在のクランク回転角）を算出する。

更に、本実施形態では機関１の各気筒には気筒内の圧力を検出する筒内圧センサ２３ａ〜２３ｄ（以下筒内圧センサ２３と総称する）が設けられており、これらの出力も図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＥＣＵ２０の入力ポートに入力されている。後述するように、筒内圧センサ２３により検出した機関運転中の各気筒の筒内圧は、クランク角センサ２５で検出したクランク回転角とともに、ＥＣＵ２０により各気筒の実際の燃料噴射量を算出するのに用いられる。

次に、本実施形態の増圧ユニット付燃料噴射弁１０（燃料噴射弁１０ａから１０ｄは同一の構造であるため、以下の説明では、参照符号１０で総称する）の構造について説明する。

図２は、本実施形態における増圧ユニット付燃料噴射弁１０の概略構成を説明する図である。

図２において、１０は増圧ユニット付燃料噴射弁の全体を示す。図１に示したように、燃料噴射弁１０はコモンレール３と高圧配管１１で接続されている。図２では説明の便宜上高圧配管１１は３つ（１１−１、１１−２、１１−３）に分けて示しているが、実際にはこれらの３つの配管は１本の高圧配管１１から分岐させても良い。

図２において、１１０は増圧ユニット、１１１は増圧制御弁を示す。
また、１１３は燃料噴射弁１０のノズル部１０５の噴孔１１６を開閉するニードル、１０６はノズル部１０５内のニードル１１３の周囲に形成された燃料溜まりを示す。
図２に１１２で示すのは、後述する噴射制御室１０３内の油圧を受けてニードルを図２下方向（閉弁方向）に押圧するコマンドピストン、１１２ａで示すのはコマンドピストンとは独立してニードルを閉弁方向に押圧するスプリングである。

１０３はニードル上端に形成された噴射制御室を示す。制御室１０３にはソレノイドアクチュエータ１０９ａを有する噴射制御弁１０９が設けられ、ソレノイドアクチュエータ１０９ａを作動させることにより、制御室１０３内の油圧をオリフィス１１９を介して図示しないドレーン配管に逃がすようにされている。また、制御室１０３はオリフィス１１８を介して増圧油路１０８に、また逆止弁１１７を介して高圧配管１１−１に、それぞれ接続されている。

また、図２に１０７で示すのは燃料噴射油路である。燃料噴射油路１０７はノズル１０５の燃料溜まり１０６に接続され、増圧燃料噴射時には増圧ユニット１１０から増圧された燃料を、また非増圧燃料噴射時にはコモンレール３からの燃料を燃料溜まり１０６に供給する。

噴射制御弁１１９閉弁時には噴射制御室１０３内の燃料圧力は噴射油路１０７及び燃料溜まり１０６の圧力とほぼ等しくなっている。この状態では、ニードル１１３はスプリング１１２ａとコマンドピストン１１２に押圧され、ノズル先端のシートに密着して噴孔１１６を閉鎖している。
一方、アクチュエータ１０９ａが通電され、噴射制御弁１０９が開弁すると、制御室１０３内の燃料はオリフィス１１９を通ってドレーンに流出し、制御室１０３内の圧力が低下する。

これにより、制御室１０３内の圧力は噴射油路１０７、燃料溜まり１０６の圧力より低くなるためニードル１１３は燃料溜まり１０６内の油圧に押動され、スプリング１１２ａとコマンドピストン１１２との押圧力に抗して上方（開弁方向）に移動する。このため、噴孔１１６が開放され燃料溜まり１０６内の燃料油が噴孔１１６から噴射される。

次に増圧ユニット１１０について説明する。
増圧ユニットは大径ピストン部１０４ａと小径ピストン部１０４ｂとを有する増圧ピストン１０４を備えている。大径ピストン部１０４ａの小径ピストン部１０４ｂ側には増圧制御室１１４ｂが、また、大径ピストン部１０４ｂの増圧制御室１１４ｂと反対の側には、高圧配管１１−２を介してコモンレール３に連通する油圧室１１４ａが、それぞれ形成されている。更に、増圧ピストン１０４の小径ピストン部１０４ｂ端部には増圧油路１０８に連通する増圧室１１４ｃが形成されている。

図２に１１１で示すのは増圧制御弁である。増圧制御弁１１１はソレノイド駆動の切換弁であり増圧制御室１１４ｂを高圧配管１１−３を介してコモンレール３とドレーン配管１１１ａとに選択的に接続する。
増圧ユニット１１０の非作動時には増圧制御弁１１１のソレノイドアクチュエータの通電は停止されており、増圧制御室１１４ｂは増圧制御弁１１１を介して高圧配管１１−３に接続されているため増圧制御室１１４ｂ内にはコモンレール３内の燃料油圧力が作用している。また、増圧ユニット１１０の油圧室１１４ａには高圧配管１１−２を介してコモンレール３の圧力が作用しているため、増圧ピストン１０４の大径ピストン部１０４ａの両側の圧力は等しくなる。

この状態では、増圧ピストン１０４は大径ピストン部１０４ａを油圧室１１４ａ側に向けて付勢するスプリング１１５に押されて上方に移動しており、増圧室１１４ｃ内には配管１１−１と逆止弁１１７を通ってコモンレール３から燃料が流入する。このため、増圧油路１０８及び燃料噴射油路１０７内の燃料圧力はコモンレール３圧力と等しくなっている。
すなわち、増圧ユニット１１０非作動時には燃料噴射弁１０の噴射圧力はコモンレール３の燃料圧力となる。

一方、増圧制御弁１１１のソレノイドが通電されると増圧制御室１１４ｂは増圧制御弁１１１を介してドレーン配管１１１ａに接続される。これにより、増圧制御室１１４ｂ内の燃料が増圧制御弁１１１からドレーン１１１ａに流出し、増圧制御室１１４ｂの圧力は急激に低下する。

このため、増圧ピストン１０４は大径ピストン部１０４ａに作用する油圧室１１４ａ内の油圧に押圧され、増圧室１１４ｃ内の燃料油は小径ピストン部１０４ｂにより加圧される。これにより、増圧室１１４ｃ内の燃料圧力は油圧室１１４ａ内のコモンレール燃料圧力に大径ピストン部１０４ａと小径ピストン部１０４ｂとの断面積比を乗じた値にほぼ等しくなる。
すなわち、増圧ユニット１１０作動時には増圧油路１０８及び噴射油路１０７内の圧力、及び噴射制御室１０３内の圧力はコモンレール内燃料圧に増圧ピストン４の大径ピストンと小径ピストンとの面積比倍の増圧圧力まで増圧される。

このように、本実施形態の増圧ユニット付燃料噴射弁１０では、増圧ユニット１１０の作動、非作動を切り換えることにより、燃料噴射圧力を低圧（コモンレール３内燃料圧力）から高圧（増圧圧力）に増大させることができる。また、この場合、増圧時に増圧圧力が作用するのは増圧ユニット１１０の増圧室１１４ｃから増圧油路１０８、燃料噴射油路１０７とノズル部１０５、噴射制御室１０３等の限られた部分である。従って、増圧ユニット１１０を用いることにより、コモンレール３や燃料ポンプ５等燃料噴射装置の殆どの要素は従来と同等の比較的低い設計圧力を設定することができるため、燃料噴射圧力を大幅に増大させながら装置全体のコストの上昇を抑制することができる。

ところが、図１に示したように増圧ユニット付燃料噴射弁を多気筒機関の各気筒毎に設置する場合には、気筒毎の燃料噴射量のばらつきの問題が生じる。すなわち、燃料噴射弁や増圧ユニットはそれぞれ製作上の公差による特性の初期ばらつきや、使用に伴う摩耗などにより燃料噴射弁毎に燃料噴射特性のばらつきを生じている。

このため、多気筒機関の場合には各気筒の燃料噴射量にはばらつきが生じるが、このばらつきが大きいと機関の出力トルク変動や振動などが増大し、排気エミッションも悪化する場合がある。
このため、前述したように、各要素の特性の初期ばらつきや使用によるばらつき等を補正して各気筒の燃料噴射量が同一になるように各燃料噴射弁を調整する必要がある。

後述するように、機関の運転中に各気筒の燃料噴射量を検出或いは推定する方法は従来から知られている。ところが図２に示したように増圧ユニットを有する燃料噴射弁では、燃料噴射特性はノズル１０５、ニードル１１３、噴射制御弁１０９等の要素（以下、「燃料噴射弁要素」と言う）の燃料噴射特性と増圧ユニット１１０、増圧制御弁１１１等の要素（以下、「増圧要素」と言う）の増圧特性との両方に影響を受ける。

従って、仮に機関運転中に燃料噴射量を推定し、各気筒の燃料噴射量にばらつきが生じていることが判明したとしても、そのばらつきが燃料噴射弁要素の特性ばらつきによるものか、増圧要素の特性ばらつきによるものかを判別することは困難である。このため、従来機関運転中に各要素の補正を行う場合にも、どの要素をどの程度補正すれば良いのかを決定することができず、各気筒の燃料噴射量を均一にすることが困難な問題があった。

本実施形態では、上記の問題を解決するために、次の３つの補正操作を行う。
（１）低圧噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正。
（２）増圧矩形噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正。
（３）増圧デルタ噴射時における増圧ユニットの増圧特性の補正。
以下、それぞれについて説明する。

（１）低圧噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正。
本明細書では、増圧ユニット１１０を作動させない状態での燃料噴射を「低圧噴射」と称している。すなわち、低圧噴射は通常のコモンレール燃料噴射と同じ状態を意味する。

本実施形態では、機関が低圧噴射で運転されている状態で、各気筒の燃料噴射量を検出または推定する。この状態では増圧ユニットが作動していないため各気筒に燃料噴射量のばらつきが生じているとすれば、そのばらつきは燃料噴射弁要素の特性のばらつきのみによって生じていることになる。

そこで、本実施形態では、まずこの低圧噴射時に各気筒の燃料噴射量を検出または推定し、各気筒の燃料噴射量がばらついている場合には、ばらつきがなくなるように各燃料噴射弁の燃料噴射特性を補正する。

燃料噴射特性の補正は、具体的には燃料噴射期間（燃料噴射弁の開弁期間）を補正することにより行う。各燃料噴射弁の燃料噴射量は燃料噴射弁のノズル孔径、燃料噴射圧力、燃料噴射期間（開弁期間）により変化する。通常、ノズル孔径は燃料噴射弁により定まっているため各燃料噴射弁の標準的な燃料噴射量は燃料噴射圧力毎に燃料噴射期間と燃料噴射量とを対応させた基準数値テーブルとして与えられる。

前述したように、実際には製作公差による初期のばらつきや使用による各部の摩耗などにより燃料噴射弁の噴射特性は変化する。
本実施形態では、これらの燃料噴射弁の噴射特性の変化を燃料噴射期間を補正することにより補正する。
すなわち、本実施形態では低圧噴射時に各気筒の燃料噴射量を検出、算出または推定（以下、総称して「検出」と言う）して、検出した各気筒の燃料噴射量が所定値以上ばらついている場合にはばらつきが所定値以下になるように各燃料噴射弁の燃料噴射期間を増減補正する。
後述するように、このばらつき補正は各気筒の燃料噴射量の絶対値を検出可能な場合、或いは各気筒間の燃料噴射量の相対的大小関係のみが検出可能な場合等、場合に応じた方法で行う。

図３は、燃料噴射弁の燃料噴射期間τと燃料噴射量Ｑとの関係（噴射特性）を示す図である。図３に示すように、燃料噴射弁の燃料噴射量Ｑは噴射期間τに略比例して増大する。図３の実線Ａは基準となる燃料噴射弁の噴射特性を示す。噴射特性直線の傾きは噴射圧力毎に異なるが、ばらつきが生じていると各燃料噴射弁毎にも異なってくる。

例えば、ある燃料噴射弁の噴射特性がばらつきにより図３に点線Ｂで示すように変化した場合について考える。この場合、例えばＱ₀の量の燃料を噴射するためには、基準の噴射特性では燃料噴射期間（基準燃料噴射期間）はａであるのに対してばらつきを生じた燃料噴射弁ではｂとなる。
本実施形態では、燃料噴射期間の補正係数αをα＝ｂ／ａとして定義し、ばらつきを生じている燃料噴射弁（図３点線Ｂ）については燃料噴射量の基準数値テーブルから求められる燃料噴射期間をα倍することにより燃料噴射量のばらつきの補正を行っている。

なお、補正係数αの値は燃料噴射圧力毎に異なってくるため、本実施形態では、低圧噴射時と以下に説明する増圧矩形噴射時（高圧噴射時）との両方で補正係数αを求め、中間の噴射圧力では圧力に応じてこの２つの補正係数の値を、例えば１次補間することにより中間圧力での補正係数を算出している。

（２）増圧矩形噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正。
図４は、増圧ユニットの増圧特性を示す図であり、図４の縦軸は増圧ユニット１１０出口（増圧油路１０８）の圧力を、横軸は増圧制御弁１１１に増圧指令信号を発してからの経過時間（増圧制御弁作動開始後の経過時間）を示している。

図４に示すように、増圧油路圧力は、増圧制御弁作動開始後、増圧制御弁１１１と増圧ピストン１０４との作動遅れによる増圧遅れ時間ＴＤの間はコモンレール圧力ＰＣのまま変化せず、上記遅れ時間経過後略直線的に増大し、増圧圧力ＰＥに到達後は一定となる。増圧圧力はコモンレール圧力ＰＣに増圧ピストンの大径ピストン部と小径ピストン部との面積比を乗じた値となる。

増圧ユニット１１０や増圧制御弁１１１等の増圧要素の各部に初期ばらつきや摩耗によるばらつきなどが生じると、図４に点線で示すように増圧時の作動遅れ時間ＴＤや増圧時の圧力上昇速度（増圧スロープ部ＰＳの傾き）は変化するものの、最終的に到達する増圧圧力ＰＥはほとんど変化しない。
本実施形態では、増圧時に増圧ユニット出口圧力が上記増圧圧力ＰＥに到達した後に行う燃料噴射を増圧矩形噴射と称している。

上述したように、増圧矩形噴射時には燃料噴射圧力は燃料噴射期間を通じて一定の増圧圧力（ＰＥ）となり、しかもこの増圧圧力は増圧ユニットなどの増圧要素毎のばらつきにはほとんど影響されない。
従って、増圧矩形噴射時に各気筒の燃料噴射量にばらつきが生じていたとすれば、低圧噴射時と同様にこのばらつきは燃料噴射弁要素の特性のばらつきのみに起因することとなる。

そこで、本実施形態では機関が増圧矩形噴射で運転されているときに低圧噴射時と同様なばらつき補正を行い、増圧時（高圧時）における燃料噴射期間の補正係数αを算出する。
増圧矩形噴射時に補正係数αを算出することにより、前述の低圧噴射時に算出した補正係数αとともに、高圧側（増圧矩形噴射時）と低圧側（低圧噴射時）との２つの燃料噴射期間の補正係数αの値が得られるため、これらの中間の任意の圧力における補正係数を算出することが可能となる。

（３）増圧デルタ噴射時における増圧ユニットの増圧特性の補正。
前述した増圧矩形噴射では、増圧ユニット作動後燃料圧力が増圧圧力に到達した後に燃料噴射が行われる。このため、増圧矩形噴射では燃料噴射のタイミングが多少前後しても燃料圧力が増圧圧力到達後に位置している限り燃料噴射量には影響を生じない。

ところが、図４にＩＪＤで示すように燃料噴射期間が増圧ユニットの昇圧期間（図４の増圧スロープ部ＰＳ）を含んで設定されている場合には、燃料噴射のタイミングが変化すると（例えば燃料噴射期間がＩＪＤ′に変化すると）燃料噴射期間全体を通じての平均燃料噴射圧が変わってくるため燃料噴射期間は同一であっても燃料噴射量は変化する。

本実施形態では、図４にＩＪＤで示すように燃料噴射期間が増圧スロープＰＳを含んで設定されている燃料噴射を増圧デルタ噴射と称する。
増圧デルタ噴射では、増圧ユニットの作動開始時期（正確には増圧制御弁１１１作動開始時期）と、燃料噴射開始時期とのタイミング差（図４、ＩＤ）または燃料噴射期間を変更することにより燃料噴射率と燃料噴射量との両方を変更することができる。

本実施形態では、増圧デルタ噴射を行う場合には機関運転状態（燃料噴射量、機関回転数など）に応じて最適な燃料噴射が得られるように、予め実験に基づいて増圧制御弁と燃料噴射弁との作動タイミング差と燃料噴射期間とが定められており、それぞれ燃料噴射量、機関回転数等をパラメータとして用いた数値テーブルの形でＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されている。

ところで、前述したように増圧要素は製作公差によるばらつきや摩耗による増圧特性の変化が生じているため、各増圧要素の作動遅れ時間や増圧スロープの傾きなどにばらつきが生じている。例えば、増圧特性が図４に点線で示すように基準特性（図４実線）から変化したような場合には、作動タイミング差ＩＤと燃料噴射期間ＩＪＤが同一であっても燃料噴射量は変化してしまう。

本実施形態では、増圧デルタ噴射時に各気筒の燃料噴射量を検出し、燃料噴射量のばらつきが所定値以上になっている場合には、増圧要素の補正を行う。
ここで、増圧デルタ噴射時には、前述したように燃料噴射期間と作動タイミング差との両方により燃料噴射量が定まる。このため、本来増圧デルタ噴射時に燃料噴射量のばらつきが生じている場合には、増圧要素の特性ばらつきと燃料噴射弁要素の特性ばらつきとの両方によりばらつきが生じている可能性がある。

そこで、本実施形態では、まず前述の低圧噴射時と増圧矩形噴射時における燃料噴射期間の補正係数を求め、この結果に基づいて燃料噴射期間を補正した状態で増圧デルタ噴射を行い燃料噴射量のばらつきを検出する。
このように、燃料噴射弁要素の補正を行った後に増圧デルタ噴射時の燃料噴射量のばらつきを判定することにより、燃料噴射量にばらつきがあった場合には、そのばらつきは増圧要素の特性（作動遅れ時間ＴＤ及び／または増圧スロープＰＳ傾き）の変化のみに起因するものであることになる。

本実施形態では、増圧要素の特性（作動遅れ時間ＴＤ及び／または増圧スロープＰＳ傾き）の変化に起因する燃料噴射量のばらつきを、増圧制御弁１１１作動開始時期と、燃料噴射開始時期とのタイミング差（図４、ＩＤ）を変えることにより補正する。具体的には、燃料噴射開始時期及び期間は変えずに増圧制御弁１１１の作動開始時期を変化させることにより作動タイミング差を調整する。

例えば、図４の場合、基準増圧特性（実線）から点線で示すように増圧特性が変化している場合、基準の作動タイミング差（ＩＤ）で噴射を行った場合には、実際の増圧特性（点線）では基準の増圧特性（実線）より圧力が高い部分で噴射を行うことになるため、全体として燃料噴射量が基準値より増大している。

従って、この場合には例えば図４に示すように作動タイミング差をＩＤからＩＤ′に減少させることにより、燃料噴射量を減少させる。また、逆に燃料噴射量が基準量より減少している場合には作動タイミング差を増大させることにより燃料噴射量を増大させることができる。

本実施形態では、増圧デルタ噴射時に各燃料噴射弁の燃料噴射量ばらつきを所定範囲内に調整するための作動タイミング差ＩＤ′を求め、基準値ＩＤとの差ＩＤ′−ＩＤを作動タイミング差の補正量βとして記憶し、増圧デルタ噴射時には、実際の作動タイミング差を機関運転条件から定まる基準作動タイミング差ＩＤに補正量βを加えた値（ＩＤ＋β）とすることにより増圧要素の特性を補正している。
なお、作動タイミング差の補正は増圧制御弁１１１の作動タイミングを変更することによっても、燃料噴射開始時期を変更することによっても可能であるが、燃料噴射開始時期を変更することは機関性能に影響を与える場合があるため、本実施形態では増圧制御弁１１１の作動開始タイミングを変更することにより、作動タイミング差ＩＤを変更するようにしている。

上述のように、本実施形態ではまず低圧噴射時と増圧矩形噴射時に燃料噴射弁要素の補正（燃料噴射期間の補正）を行い、次に増圧デルタ噴射時に増圧要素の補正（作動タイミング差の補正）を行うことにより、機関運転中に燃料噴射弁要素と増圧要素とをそれぞれ独立して補正し、各気筒の燃料噴射量のばらつきを抑制することを可能としている。

なお、本実施形態では、機関運転中ＥＣＵ２０は機関運転条件（燃料噴射量、機関回転数等）に基づいて、現在の機関運転状態が予め定めた条件（例えば高出力、高回転）に合致する場合にのみ増圧ユニットを用いた高圧の噴射を行う。このため、機関運転状態によっては増圧ユニットを使用しない通常のコモンレール燃料噴射が長時間継続する場合があり、上述した増圧矩形噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正と増圧デルタ噴射時における増圧ユニットの増圧特性の補正とを行えない場合がある。

そこで、本実施形態では機関始動後、各気筒の燃料噴射量ばらつきの補正が完了しない状態で通常のコモンレール燃料噴射（低圧噴射）が所定時間以上継続した場合には、本来増圧ユニットを作動させる機関運転状態でない場合にも強制的に増圧ユニットを作動させ、増圧矩形噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正と増圧デルタ噴射時における増圧ユニットの増圧特性の補正とを行うようにしている。

これにより、機関の運転状態にかかわらず各気筒の燃料噴射量のばらつきを迅速に補正することが可能となる。
なお、この場合、燃料噴射圧上昇による燃料噴射量への影響を防止するため、予めコモンレール燃料圧力を低下させた状態で増圧ユニットを作動させ、増圧噴射時の燃料噴射圧の過度の上昇を防止するようにしてもよい。

図５は上記の燃料噴射量補正操作の一例を具体的に説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ２０により行われる。
本操作では、各気筒に噴射された燃料量を検出し、検出された燃料量が基準量から所定の許容値以上離れている場合、すなわち許容範囲を越えてばらついている場合に燃料噴射弁要素及び／または増圧要素を補正して各気筒の燃料噴射量のばらつきを許容範囲内になるように調整する。

なお、図５の操作では各気筒に供給される燃料量を正確に検出する必要がある。機関運転中に各気筒の燃料噴射量を正確に検出する方法としては燃料噴射弁への燃料油路に流量計を設けることも考えられるが、例えば本願出願人が特願２００３−１９０１３号で既に提案しているように、各気筒の筒内圧センサ２３で検出した筒内圧に基づいて各気筒の１行程サイクル毎の発熱量を算出する方法を用いることもできる。
以下、特願２００３−１９０１３号に提案した方法を簡単に説明する。

図６は、図５の操作で用いる筒内圧変化に基づく各気筒の燃料噴射量算出原理を説明する図である。
図６において、横軸は気筒の圧縮行程から膨張行程にかけてのクランク角（ＣＡ）を、縦軸は後述するＰＶ値を、それぞれ示している。横軸にＴＤＣで示すのは圧縮上死点である。
本実施形態におけるＰＶ値は、筒内圧センサなどで検出した各クランク角における燃焼室内圧力Ｐと、そのクランク角における燃焼室容積Ｖ（クランク角の関数として与えられる）との積（ＰＶ＝Ｐ×Ｖ）として定義される。

図６の実線は、実際の燃焼時におけるＰＶ値の変化を示している。図６に示すように、ＰＶ値は燃焼開始とともに急激に増大し、最大値ＰＶｍａｘに到達した後急激に低下する。
ＰＶ値は圧力と体積との積であるため、気体の状態方程式ＰＶ＝ＧＲＴの関係（Ｇ：気体質量、Ｒ：ガス定数（Ｊ／Ｋｇ・°Ｋ）、Ｔ：温度（°Ｋ））より、ＰＶ値はそのクランク角における筒内温度に相当する値となる。

従って、ＰＶ値の最大値ＰＶｍａｘは、筒内の燃焼最高温度に相当する値となる。また、実験からＰＶが最大値ＰＶｍａｘとなるタイミング（図６、θｐｖｍａｘ）は筒内で噴射された燃料の燃焼が終了した時点（厳密には９０パーセントの燃料が燃焼した時点）に対応することが確認されている。このため、θｐｖｍａｘは筒内での燃焼終了時を表す指標として用いることができる。

また、図６において点線は、気筒内で燃焼が生じなかった場合のＰＶ値の変化（ＰＶｂａｓｅ）を表している。ＰＶｂａｓｅは、ピストンの上下動のみによる筒内の気体の圧縮と膨張とを表すため、上死点に対して対称な曲線となる。
本実施形態では、前述のＰＶ値の最大値ＰＶｍａｘと、θｐｖｍａｘにおけるＰＶｂａｓｅ値との差をΔＰＶとして定義している（図６参照）。
θｐｖｍａｘにおけるＰＶｂａｓｅの値は、吸気行程終了時における筒内圧と筒内容積とθｐｖｍａｘにおける筒内容積とを用いて容易に算出することができる。

ここで、上述したようにＰＶの値は筒内温度を表している。このため、ΔＰＶの値は、燃焼時の筒内温度最高値（ＰＶｍａｘ）と燃焼が全く生じなかったと仮定した時の筒内温度（ＰＶｂａｓｅ）との差であるので、ΔＰＶの値は燃焼により筒内に生じたエネルギー（発熱量）に対応し、燃焼室内で燃焼した燃料の量に比例する。

従って、気筒内に噴射された燃料が全部燃焼すると仮定すれば、気筒内への燃料噴射量ＱはΔＰＶを用いて
Ｑ＝Ｋ１×ΔＰＶ
として算出することができる（Ｋ１は、ＰＶ値と燃料量との換算係数であり、予め実験等により求めておく）。
本実施形態では、各気筒に筒内圧センサを設け、上記のΔＰＶを算出することにより各気筒の燃料噴射量を算出している。

すなわち、図５の燃料噴射量補正操作ではで上記のＰＶ値を用いた方法により一の気筒の燃料噴射量を算出し、算出した燃料噴射量が基準値から予め定めた許容範囲内にない場合にはその気筒の燃料噴射弁の燃料噴射量補正を行う。そして、この燃料噴射量補正を気筒毎に繰り替えすことにより、全気筒の燃料噴射量を基準値から許容範囲内になるように調整し、ばらつきを抑制する。

すなわち、図５ステップ５０１ではｉ番目の気筒（本実施形態ではｉ＝１〜４）の筒内圧を１行程サイクルにわたって記録し、前述したΔＰＶの値を算出する。そして、ΔＰＶの値から前述の換算式を用いての燃料噴射量Ｑｉを算出する。

そして、ステップ５０３では、実際の燃料噴射量Ｑｉと基準燃料噴射量Ｑ₀との偏差が予め定めた許容値γより大きいか否かを判定する。
ステップ５０３で｜Ｑｉ−Ｑ₀｜≦γである場合には、この気筒の燃料噴射量のばらつきは許容範囲内であるため、ステップ５０５以下の操作は行わずに操作を終了する。
また、ステップ５０３で｜Ｑｉ−Ｑ₀｜＞γである場合には、ステップ５０５に進み現在増圧噴射を実行中か否かを判定し、増圧噴射を行っていない場合にはステップ５０７に進み、前述の低圧噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正を行い、低圧時の燃料噴射期間の補正係数αｉ１を算出する。

また、現在増圧噴射実行中である場合には、現在増圧矩形噴射を実行中か否かを判定し、増圧矩形噴射実行中であった場合には前述した増圧矩形噴射時における燃料噴射弁要素の噴射特性の補正を行い、高圧時の燃料噴射期間の補正係数αｉ２を求める。

また、本実施形態では、ステップ５１３、５１７で上記により算出したαｉ１とαｉ２の値が過度に大きいか、または過度に小さいかのいずれかになっているかを判断し、過大または過小の場合（すなわち｜αｉ１−１｜が予め定めた許容値Ａ₀より大きいか、｜αｉ２−１｜が予め定めた許容値Ｂ₀より大きい場合）には燃料噴射弁要素に異常が生じたと判断し、異常フラグＡＬＭを１にセットする（ステップ５１５、５１９）。この場合には燃料噴射期間の補正量が通常の範囲を越えて大きくなっていることを意味するため、何らかの異常が燃料噴射弁要素に生じていると考えられるためである。フラグＡＬＭが１にセットされると、別途行われる操作により運転席近傍に配置された警告灯が点灯され、運転者に異常発生を報知する。

ステップ５０５で増圧噴射が行われており、ステップ５０９で増圧矩形噴射が行われていない場合には、すなわち、現在機関では増圧デルタ噴射が行われていることになる。そこで、この場合にはステップ５２１に進み、既に燃料噴射弁要素の補正（補正係数αｉ１及びαｉ２による燃料噴射期間の補正）が完了しているか否かを判断し、完了している場合にのみステップ５２３に進む。

ステップ５２３では、前述した増圧デルタ噴射時における増圧ユニットの増圧特性の補正（作動タイミング差の補正）が行われ、作動タイミング差の補正量βｉが算出される。また、この場合もβｉが予め定めた許容値Ｃ₀より大きい場合（すなわち、｜βｉ｜＞Ｃ₀の場合）には、増圧ユニットに異常が生じていると判断してステップ５２７で異常フラグＡＬＭを１にセットする。

図５の例では、ステップ５０１から５２７の操作を各気筒毎に繰り返すことにより、全部の気筒の燃料噴射量が基準値から許容範囲内になるように調整される。
なお、図５の例では各気筒に筒内圧センサを設け、ＰＶ値を算出することにより各気筒の燃料噴射量を求めているが、例えば、各気筒の燃料噴射毎のコモンレール３の圧力変化（低下）幅を検出することによっても各気筒の燃料噴射量を算出することができる。

すなわち、燃料噴射弁から燃料噴射が行われるとコモンレール３からは燃料噴射量に略比例した量の燃料が流出するため、コモンレール３には流出量に比例した幅の圧力降下が生じる。このため、各気筒の燃料噴射毎にコモンレール３の圧力降下幅を検出することによっても各燃料噴射弁の燃料噴射量を算出することが可能となるのである。

ところが、実際には各燃料噴射弁からの１回の燃料噴射量はコモンレール３の容積に比して小さいため、通常のコモンレール噴射（低圧噴射）時の燃料噴射によるコモンレール圧力低下幅は小さく、燃料噴射量を正確に算出するのが困難な場合がある。

一方、増圧噴射時には図２で説明したように、増圧ユニット１１０の増圧制御室１１４ｂからは、増圧室１１４ｃから燃料噴射ノズル１０５に供給される燃料量（燃料噴射量）に対して大径ピストン部と小径ピストン部との面積比倍の量の燃料が増圧制御弁１１１を介して流出し、コモンレール３からは同量の燃料が増圧ユニット１１０の油圧室１１４ａに流入する。

つまり、増圧噴射（増圧矩形噴射及び増圧デルタ噴射）実行時には、コモンレール３からは燃料噴射量の上記面積比倍の量の燃料が流出するため、燃料噴射時の圧力降下も大きくなる。このため、増圧噴射実行時には燃料噴射時のコモンレール圧力降下を計測することによっても正確に各燃料噴射弁の燃料噴射量を算出することが可能となる。

次に、図７を用いて燃料噴射量補正操作の別の実施形態を説明する。
図５の実施形態では、各気筒への燃料噴射量を検出し全部の気筒の燃料噴射量が基準値に対して所定の許容ばらつき範囲に収まるように燃料噴射弁要素と増圧要素とを補正していた。ところが、このためには各気筒の燃料噴射量（絶対量）を正確に検出する必要があり、筒内圧センサ２３等が必要となる。

これに対して、図７の実施形態では各気筒の燃料噴射量の絶対量ではなく、燃料噴射量の気筒間の相対的な大小関係を検出することにより、ばらつきを許容範囲に収める操作を行う。

気筒間の燃料噴射量の相対的大小関係を判別する手段としては、例えば機関クランク軸の回転速度変動を検出する方法を用いることができる。各気筒の行程サイクルでは爆発行程では出力トルクが発生し、他の行程では負のトルクが発生する。このため、クランク軸回転速度は機関の１サイクル中、各気筒の爆発行程が来る毎に上昇する変動を繰り返しており、気筒での発生トルクが大きいほど爆発行程における回転数の上昇幅も大きくなる。一方、各気筒の出力トルクは気筒の燃料噴射量に応じて増大するため、各気筒の爆発行程におけるクランク軸回転速度の変動（上昇）幅は燃料噴射量が多いほど大きくなる。
本実施形態では、各気筒の爆発行程時のクランク軸回転速度変動をクランク角センサ２５（図１）で検出し、この変動幅に基づいて燃料噴射量のばらつきを判定する。

図７において、ステップ７０１は燃料噴射量のばらつきの判定操作を示す。ステップ７０１では、機関１サイクルにわたって各気筒の爆発行程時のクランク軸回転速度を検出し、その最大値を検出する。爆発行程時のクランク軸回転速度の最大値はその気筒の燃料噴射量に対応した値となる。本実施形態では、例えばこの爆発行程時クランク軸回転速度最大値が最大の気筒と最小の気筒とを検出し、これらの爆発行程時クランク軸回転速度最大値の差をばらつきとして定義する。

ステップ７０３では上記により求めたばらつきが過大であるか否かを判断する。具体的にはステップ７０１で求めたばらつき（回転速度最大値の最大気筒と最小気筒との差）の値が予め定めた許容値より大きい場合にばらつきが過大であると判定される。
ステップ７０３でばらつきが許容値以下であった場合には、燃料噴射量を調整する必要はないため、今回の本操作実行は終了する。また、ステップ７０３でばらつきが過大（許容値以上）であった場合には次にステップ７０５で全気筒の中で燃料噴射量が最小になっている気筒、すなわち爆発行程時のクランク軸回転速度最大値が最小になっている気筒を特定する。

ステップ７０７以降の操作は、ステップ７０５で特定された燃料噴射量最小の気筒について実行される。本実施形態では、燃料噴射量最小の気筒の燃料噴射量をステップ７０３でばらつきが許容値にはいるまで徐々に増大させることにより各気筒の燃料噴射量のばらつきを解消する。

すなわち、ステップ７０７では現在機関で増圧噴射が行われているか否かを判定し、行われていない場合（通常のコモンレール噴射時）には低圧噴射時の燃料噴射期間補正係数α１を、ステップ７０３でばらつきが許容値以下になるまで一定量ずつ増大する。そして、ステップ７１１、７１３では図５の実施形態と同様補正係数α１が過大になった場合には燃料噴射弁要素に異常が生じたと判定して異常フラグＡＬＭの値が１にセットされる。

また、ステップ７０７で増圧噴射が行われている場合には、ステップ７１５で現在増圧矩形噴射が行われているか否かを判断し、増圧矩形噴射実行中であればステップ７１７で増圧矩形噴射（高圧噴射）時の補正係数α２を、ステップ７０３でばらつきが許容値以下になるまで一定量ずつ増大する。この場合も、ステップ７１９、７２１で補正係数α２が過大になった場合には燃料噴射弁要素に異常が生じたと判定して異常フラグＡＬＭを１にセットする。

更に、本実施形態ではステップ７０９から７１３の低圧噴射時の燃料噴射期間の補正及びステップ７１７から７２１の増圧矩形噴射時の燃料噴射期間の補正のいずれかで燃料噴射期間を増大した後にはステップ７２３で全気筒の燃料噴射量の合計ＱＴの値が基準値ＱＴ₀に対して許容範囲Ｄを越えて増大しているか否かを判定し、許容範囲Ｄを越えて増大している場合にはステップ７２５で、全気筒の燃料噴射弁の燃料噴射期間を一律に所定値だけ短縮する操作を行う。これにより、ばらつきを補正するために燃料噴射量が全体として過度に増大してしまうことが防止される。

なお、ステップ７２３では全気筒の燃料噴射量の合計ＱＴを検出することが必要となるが、全気筒の合計燃料噴射量ＱＴは、例えば燃料ポンプ５（図１）の出口流量を計測（または、燃料ポンプの可変容量機構の流量設定値から推測）することによって求めても良いし、走行速度から算出される車両走行抵抗に基づいて合計燃料噴射量ＱＴを推測することも可能である。

一方、ステップ７０７で増圧噴射中であり、ステップ７１５で増圧矩形噴射中でなかった場合には、ステップ７２７で燃料噴射期間の補正が完了している場合にのみステップ７２９以下の増圧デルタ噴射時の増圧要素の補正を行う。

この場合も、ステップ７２９ではステップ７０３でばらつきが許容範囲内に納まるまで徐々に増圧制御弁１１１の作動開始タイミングを進角させる。また、ステップ７３１、７３３では補正量（進角量）βが許容量Ｂ₀を超えて過大になっているか否かを判断し、過大になっている場合にはステップ７３３で異常フラグＡＬＭの値を１にセットする。

また、ステップ７３５では、ステップ７２３と同様に補正後の燃料噴射量の全気筒合ＱＴが基準値ＱＴ₀に対して許容範囲（Ｑ₀＋Ｄ）を越えて増大している場合には、ステップ７３７で補正量βを所定量だけ減量し、全体としての噴射量が過大になることを防止する。
図７の操作を行うことにより、各気筒の燃料噴射量の絶対量を計測することなく機関運転中に各燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつきを許容範囲内に調整することが可能となる。

なお、図７の操作ではばらつきが大きいときに燃料噴射量が最小の気筒を選び（ステップ７０５）、この気筒の燃料噴射量を徐々に増大することによりばらつきを抑制していたが、図８に示すように燃料噴射量が最大の気筒を選び（ステップ８０５）、この気筒の燃料噴射量を徐々に減少させることによりばらつきを抑制するようにしても良い。

この場合、図８ステップ８２３、８２５及びステップ８３５、８３７では補正後の全気筒の燃料噴射量合計量ＱＴが基準値ＱＴ₀から許容範囲を越えて過度に少なくなった場合には燃料噴射量を増大する操作を行う。

本発明の補正方法を適用可能な自動車用ディーゼル機関の概略構成例を説明する図である。 増圧ユニット付燃料噴射弁の概略構成の一例を説明する図である。 燃料噴射弁の噴射特性を説明する図である。 増圧ユニットの増圧特性を説明する図である。 燃料噴射補正操作の一例を説明するフローチャートである。 筒内圧変化に基づく燃料噴射量算出原理を説明する図である。 燃料噴射補正操作の、図５とは異なる例を説明するフローチャートである。 図７の燃料噴射補正操作の変形例を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…自動車用ディーゼル機関
３…コモンレール
５…燃料ポンプ
１０（１０ａ〜１０ｄ）…増圧ユニット付燃料噴射弁
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２３…筒内圧センサ
２５…クランク角センサ
１０４…増圧ピストン
１０４ａ…大径ピストン部（大径ピストン）
１０４ｂ…小径ピストン部（小径ピストン）
１０５…燃料噴射ノズル
１０９…噴射制御弁（噴射制御手段）
１１０（１１０ａから１１０ｄ）…増圧ユニット（増圧手段）
１１１…増圧制御弁（増圧制御手段）

Claims (10)

1. 所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、
   前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、
   前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、
   前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、
   前記増圧手段の非作動時に前記燃料噴射制御手段を作動させて燃料噴射を実行し、該燃料噴射実行時に前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する補正操作を行い、
   前記補正操作が、
   気筒燃焼室内圧力と機関クランク角とを計測するステップと、
   計測した燃焼室内圧力Ｐと計測したクランク角から算出される燃焼室容積Ｖとの積ＰＶの値を算出するとともに、前記ＰＶの値の最大値ＰＶｍａｘと、ＰＶの値が前記最大値ＰＶｍａｘになるクランク角θｐｖｍａｘとを検出するステップと、
   燃焼室内で燃焼が生じなかったと仮定した場合のピストンの圧縮のみにより生じる燃焼室内圧力とクランク角θから定まる燃焼室容積との積ＰＶｂａｓｅを算出するステップと、
   前記ＰＶが最大値ＰＶｍａｘとなるクランク角θｐｖｍａｘにおけるＰＶｂａｓｅの値を用いて、ＰＶｍａｘとＰＶｂａｓｅとの差ΔＰＶを算出するステップと、
   前記ΔＰＶを用いて実際に燃焼室内に噴射された燃料量を算出するステップと、
   前記算出された実際の燃料噴射量を用いて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正するステップと、
   を含む、増圧式燃料噴射装置の補正方法。
2. 所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、
   前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を、コモンレール内の前記所定圧力から、前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、
   前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、
   前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、
   前記増圧手段作動後、燃料供給圧力が前記増圧圧力に到達した後に前記噴射制御手段を作動させて燃料噴射を実行し、該燃料噴射実行時に前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する補正操作を行い、
   前記補正操作が、
   気筒燃焼室内圧力と機関クランク角とを計測するステップと、
   計測した燃焼室内圧力Ｐと計測したクランク角から算出される燃焼室容積Ｖとの積ＰＶの値を算出するとともに、前記ＰＶの値の最大値ＰＶｍａｘと、ＰＶの値が前記最大値ＰＶｍａｘになるクランク角θｐｖｍａｘとを検出するステップと、
   燃焼室内で燃焼が生じなかったと仮定した場合のピストンの圧縮のみにより生じる燃焼室内圧力とクランク角θから定まる燃焼室容積との積ＰＶｂａｓｅを算出するステップと、
   前記ＰＶが最大値ＰＶｍａｘとなるクランク角θｐｖｍａｘにおけるＰＶｂａｓｅの値を用いて、ＰＶｍａｘとＰＶｂａｓｅとの差ΔＰＶを算出するステップと、
   前記ΔＰＶを用いて実際に燃焼室内に噴射された燃料量を算出するステップと、
   前記算出された実際の燃料噴射量を用いて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正するステップと、
   を含む、増圧式燃料噴射装置の補正方法。
3. 前記増圧式燃料噴射装置はそれぞれ複数の前記燃料噴射弁と前記噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射量の補正操作は各燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつきを縮小するように各噴射制御手段の作動期間を調整する操作を含む、請求項１または２に記載の増圧式燃料噴射装置の補正方法。
4. 所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、
   前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、
   前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、
   前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、
   前記増圧手段作動時に燃料供給圧力が前記増圧圧力に到達する前に前記噴射制御手段を作動させて燃料噴射を実行し、該燃料噴射実行時に前記増圧手段の作動タイミングを補正する補正操作を行う、増圧式燃料噴射装置の補正方法。
5. 前記増圧式燃料噴射装置はそれぞれ複数の前記燃料噴射弁と噴射制御手段と増圧手段とを備え、前記補正操作は各燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつきを縮小するように各燃料噴射弁の増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整する操作を含む、請求項４に記載の増圧式燃料噴射装置の補正方法。
6. 前記増圧式燃料噴射装置は更に、前記増圧手段を作動させた状態での燃料噴射と前記増圧手段を非作動に保持した状態での燃料噴射とを機関運転状態に応じて切り換える増圧制御手段を備え、
   前記補正操作を、前記増圧手段が前記増圧制御手段により非作動に保持されるべき機関運転状態において前記補正操作に必要な時間だけ増圧手段を作動させることにより実行する請求項４または５に記載の増圧式燃料噴射装置の補正方法。
7. 所定圧力の燃料を貯蔵し燃料噴射弁に供給するコモンレールと、
   コモンレール油圧が作用する大径ピストンと、該大径ピストンに連結され前記コモンレールから燃料噴射弁に供給される燃料油を加圧する小径加圧ピストンとを備え、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を前記加圧ピストンによりコモンレール内の前記所定圧力から、前記所定圧力より高い増圧圧力に昇圧する増圧手段と、
   前記燃料噴射弁を開弁し、供給された燃料を燃料噴射弁から噴射させる噴射制御手段とを備え、
   前記増圧手段作動時に増圧手段と噴射制御手段との作動タイミング差を調整することにより前記燃料噴射弁からの燃料噴射特性を制御する増圧式燃料噴射装置の、燃料噴射量を補正する補正方法であって、
   前記増圧手段による燃料の増圧時の燃料噴射の際にのみ、コモンレール内の燃料圧力変動に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量を算出し、該算出した燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射量を補正する補正操作を行う、増圧式燃料噴射装置の補正方法。
8. 請求項１または請求項２に記載の補正操作を実行した後に請求項４に記載の補正操作を実行する、増圧式燃料噴射装置の補正方法。
9. 請求項３に記載の補正操作において更に、いずれかの噴射制御手段の作動期間の調整量が予め定めた値より大きい場合に燃料噴射弁に異常が生じたと判断する、増圧式燃料噴射装置の補正方法。
10. 請求項５に記載の補正操作において更に、前記作動タイミング差の調整量が予め定めた値より大きい場合に前記増圧手段に異常が生じたと判断する、増圧式燃料噴射装置の補正方法。

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