JP2008180111A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料温度の低温時における減圧性の向上と共に、低騒音特性の向上を図る。
【解決手段】燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にあると判定された場合には、減速噴射のなまし制御におけるなまし量が増量されてなまし噴射が行われる（Ｓ３０２、Ｓ３０４）一方、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された場合においても、減速噴射のなまし制御におけるなまし量が増量されてなまし噴射が行われる（Ｓ３０６、Ｓ３０８）ことで、燃料温度の低温時における減圧性の向上と共に、低騒音特性が向上できるものとなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、コモンレール式燃料噴射制御装置におけるレール圧の減圧特性の改善等を図ったものに関する。

ディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃料噴射制御装置としては、高圧ポンプによって燃料を加圧して蓄圧器であるコモンレールに圧送して蓄圧し、蓄圧された高圧燃料をインジェクタへ供給し、インジェクタによる内燃機関への高圧燃料の噴射を可能としたコモンレール式燃料噴射制御装置が、燃費やエミッション特性等に優れるものとして知られており、さらなる動作特性の改善等のために種々の構成のものが提案、実用化されている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０００−１９２８４３号公報（第５−１２頁、図１−図１３）

ところで、燃料温度が下がるとその粘度が上がることは従前から知られていることであるが、コモンレール式燃料噴射制御装置にあっては、このような燃料粘度の上昇によりレール圧力の減圧性が低下するため、常温と同様な噴射制御では、場合によっては、レール圧が正常値を越えて、噴射系に大きなダメージを与える虞がある。
また、上述のように燃料温度が低下して減圧性が低下すると、減速状態、すなわち、無噴射状態から燃料の噴射を行う場合、レール内の残圧により、レール圧が常温に比して高いために燃焼音が大となり、低騒音特性の悪化という事態を招くことがある。

本願発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、燃料温度の低温時における減圧性の向上と共に、低騒音特性を向上することのできる燃料噴射制御方法及びその装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射制御方法は、
常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射を行うよう構成されてなる燃料噴射制御装置における燃料噴射制御方法であって、
燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されてなるものである。
また、上記発明の目的を達成するため、常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射を行うよう構成されてなる燃料噴射制御装置における燃料噴射制御方法であって、
燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されたものも好適である。
また、上記発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射制御装置は、
複数の燃料噴射弁を有すると共に、当該燃料噴射弁の動作を制御する電子制御ユニットを有し、常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射可能に構成されてなる燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されてなるものである。
さらに、上記発明の目的を達成するため、複数の燃料噴射弁を有すると共に、当該燃料噴射弁の動作を制御する電子制御ユニットを有し、常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射可能に構成されてなる燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されてなるものも好適である。

本発明によれば、燃料温度に起因するレール圧の減圧性の悪化が確実に抑圧されるので、燃料温度の低下によりレール圧が適正値を越え、燃料噴射装置の構成部品の耐圧を脅かすようなことを無くすことができるだけでなく、減圧性の悪化に伴う燃焼音の増大を確実に防ぐことができ、安全性、信頼性が高く、低騒音の燃料噴射制御装置を提供することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における燃料噴射制御装置の構成例について、図１を参照しつつ説明する。

本発明の実施の形態における燃料噴射制御装置は、いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置である。
このコモンレール式燃料噴射制御装置は、ディーゼルエンジン１の気筒へ燃料を噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射弁２−１〜２−ｎへ供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール３と、コモンレール３へ高圧燃料を圧送する高圧ポンプ４と、燃料タンク６から高圧ポンプ４へ燃料を供給するフィードポンプ５と、後述するなまし噴射制御などを実行する電子制御ユニット１１とに大別されて構成されたものとなっている。かかる構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

かかる構成において、燃料タンク６の燃料は、フィードポンプ５で高圧ポンプ４へ汲み上げられ、汲み上げられた燃料は、高圧ポンプ４によってコモンレール３へ高圧燃料として圧送されるようになっている。なお、図示は省略してあるがコモンレール３の余剰燃料は、燃料タンク６へ戻されるよう配管が設けられている。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、ディーゼルエンジン１の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール３から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット１１による噴射制御によって、通常の燃料噴射やなまし噴射を行うようになっている。

電子制御ユニット１１は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを駆動するための駆動回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる電子制御ユニット１１には、エンジン回転数を検出する回転センサ１２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３、外気温度を検出する外気温センサ１４、ディーゼルエンジン１の冷却水の温度を検出する水温センサ１５、燃料噴射弁２−１〜２−ｎに供給される燃料の温度を検出する燃料温度センサ１６などの各種センサの検出信号が、エンジン動作制御や噴射制御に供するために入力されるようになっている。

図２には、かかる電子制御ユニット１１によって実行される燃料噴射制御処理の手順を示すサブルーチンフローチャートが示されており、以下、同図を参照しつつ本発明の実施の形態における燃料噴射制御処理について説明する。
電子制御ユニット１１により処理が開始されると、最初に、ディーゼルエンジン１の動作状態を表す各種の信号（エンジン状態信号）、すなわち、エンジン回転数やエンジン冷却水の水温、アクセル開度や外気温度などが、電子制御ユニット１１内の所定の記憶領域に入力され、一時的に記憶されることとなる（図２のステップＳ１００参照）。

次いで、これらのエンジン状態信号に基づいて、必要とされる目標燃料噴射量が所定の演算式に基づいて算出される（図２のステップＳ２００参照）。
さらに、減速時において行われるなまし制御におけるなまし量の算出が行われることとなる。
ここで、なまし制御は、車両の急加速や急減速時において、急激な燃料噴射量の増加、又は、急激な燃料噴射量の減少を、緩慢とする処理を言う。
本発明の実施の形態は、減速時におけるなまし制御の例であるが、通常、加速時においても同様になまし制御が行われ、急加速時によるサージングの発生防止等が図られている。
次いで、ステップＳ４００においては、なまし制御を伴った燃料噴射が行われることとなる。

図３には、上述の減速噴射量なまし量算出（図２のステップＳ３００参照）のより具体的な処理手順を示すサブルーチンフローチャートが示されており、以下、同図を参照しつつその内容について説明する。
処理が開始されると、燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況であるか否かが判定されることとなる（図３のステップＳ３０２参照）。

ここで、燃料温度が噴射系に与えるダメージとは、具体的には、次述するような事態をいう。すなわち、燃料温度が低下すると、燃料の粘度が上昇するが、それによりレール圧力の減圧性が低下する。そのため、常温と同様な噴射制御では、場合によっては、レール圧が正常値を越え、燃料噴射制御装置を構成する各々の部品の耐圧以上となり、機械的疲労などを招くこととなる。そして、かかる状態を放置する場合には、最悪時に、部品の破損等の事故に至ることとなる。燃料温度が噴射系に与えるダメージとは、このような事態を意味する。

そして、所定の温度状況とは、燃料温度が、上述のような事態を招く可能性のある温度、又は、温度範囲にある場合を意味するものである。このような温度、又は、温度範囲は、実験やシュミレーション結果等に基づいて設定するのが好適である。なお、所定の温度の目安としては、大凡−１０℃程度である。

そして、ステップＳ３０２において、燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にはないと判定された場合（ＮＯの場合）には、後述するステップＳ３０６の処理へ進む一方、燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、減速噴射量に対するなまし量の増量演算が行われることとなる。
すなわち、燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度以下、又は、所定の温度範囲となったと判定された状態においては、このような状態にない場合におけるなまし量ではレール圧の減圧性が悪化するため、所定の演算式やマップ等に基づいて所定の増量分を加味したなまし量が求められることとなる（図３のステップＳ３０４参照）。

ここで、なまし量について説明すれば、まず、なまし制御は、既に述べたように車両の急加速や急減速時において、急激な燃料噴射量の増加、又は、急激な燃料噴射量の減少を、緩慢とする処理であり、このように急激な燃料噴射量の増加、又は、急激な燃料噴射量の減少を、緩慢とすることが”なまし”である。したがって、その”なまし”が大きい、換言すれば、”なまし量”が大きいとは、急激な燃料噴射量の増加、又は、急激な燃料噴射量の減少を、緩緩にするその緩慢さがより大きいことである。すなわち、緩慢さが大きいということを、数値的に表現すれば、連続する２回の燃料噴射量の変化量が、より小さいということである。

したがって、なましが大きくなるほど、すなわち、なまし量が大きくなるほど、その数値、すなわ、便宜上、これを”なまし係数”と称するとすれば、なまし係数は小さくなることとなる。
それ故、ステップＳ３０４において、なまし量を、通常時に比して大きくするということは、燃料噴射量の変化量を、通常時に比してより緩慢にすることであり、具体的には、なまし係数をより小さくすることである。

次いで、ステップ３０６においては、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況であるか否かが判定されることとなる。
ここで、燃料温度による燃焼温の悪化とは、先に述べたように燃料温度の低下によってレール圧の減圧性が低下すると、減速状態、すなわち、無噴射状態から燃料の噴射を行う場合、コモンレール３内の残圧により、レール圧が常温に比して高くなり、燃焼音が大となる現象を意味する。

そして、所定の温度状況とは、燃料温度が、上述のような事態を招く可能性のある温度、又は、温度範囲にある場合を意味するものである。このような温度、又は、温度範囲は、実験やシュミレーション結果等に基づいて設定するのが好適である。なお、所定の温度の目安としては、大凡＋２０℃程度で、一般的に、燃料温度がこれより低下するとレール圧は燃焼音が悪化するような減圧性を示す傾向にある。

ステップＳ３０６において、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度、又は、温度範囲にはないと判定された場合（ＮＯの場合）には、減速噴射量に対するなまし量として、燃料温度の低下による減圧性の悪化や、燃焼温の増大等を考慮することの無い通常のなまし量の算出がなされることとなる（図３のステップＳ３１０参照）。

一方、ステップＳ３０６において、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にある、すなわち、所定の温度、又は、温度範囲にあると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、減速噴射量に対するなまし量の増量演算が行われることとなる（図３のステップＳ３０８参照）。

すなわち、燃料温度が燃焼温の悪化を招く所定の温度以下、又は、所定の温度範囲となったと判定された状態においては、このような状態にない場合におけるなまし量では燃焼温がより大きくなるため、所定の演算式やマップ等に基づいて所定の増量分を加味したなまし量が求められることとなる。
なお、先のステップＳ３０４におけるなまし量の増量算出のために用いられるマップと、ステップＳ３０８におけるなまし量の増量算出のために用いられるマップは、それぞれ算出する際の燃料温度の条件が異なるものであるため、例えば、噴射系保護用の増量値マップと、燃焼音低下用の増量値マップというようにそれぞれ別個のマップが用意されている。図３においては、ステップＳ３０４、Ｓ３０８における増量値が上述のように異なるものであることを示すために、「増量値」の語句後に、丸数字１、丸数字２を添字として表記したものとしてある。
そして、ステップＳ３０８又はステップＳ３１０の処理後は、先の図２に示されたサブルーチンへ戻ることとなる。

このようにして、本発明の実施の形態においては、燃料温度が減速性の悪化や、燃焼音の増大を招く所定の温度状況にあると判断された場合に、通常のなまし量を更に増量して、なまし噴射を行うようにしたことで、以下に、図４及び図５を参照しつつ説明するようにそのような事態の回避がなされるものとなる。
まず、図４においては、図示されないアクセルペダルが踏まれた加速状態から、減速のためにアクセルペダルの踏み込みが解除された際に、それに対応して電子制御ユニット１１において生成される制御信号、すなわち、要求噴射量の変化に対応した信号が実線で示されると共に、その際に通常のなまし噴射が行われる場合における目標噴射燃料の変化が模式的に点線で、また、なまし量の増量が行われてなまし噴射が行われる場合における目標噴射燃料の変化が模式的に一点鎖線で、それぞれ示されたものとなっている。
なお、図４において、横方向は時間の経過を表し、縦方向は、目標燃料噴射量Ｑを表すものとなっている。

また、図５においては、図４において示されたと同一の電子制御ユニット１１内で生成される制御信号が実線により表されると共に、その際に、通常のなまし量によるなまし噴射が低温時に行われた場合における目標レール圧の変化例が点線により表されており、なまし量の増量が行われてなまし噴射が低温時に行われた場合における目標レール圧の変化が一点鎖線により表されている。
なお、同図において、横方向は時間の経過を表し、縦方向は、目標レール圧Ｐを表すものとなっている。

かかる前提の下、まず、例えば、加速のために図示されないアクセルペダルが踏まれた状態から、減速のために、そのアクセルペダルの踏み込みが解除されたとすると、電子制御ユニット１１においては、図４において実線で示されたように、要求噴射量を即座に零とする制御信号が生成され、噴射制御のトリガなどに用いられるようになっている。

燃料温度がレール圧の減圧性の悪化を招く所定の温度状況にはない場合、また、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にはない場合、すなわち、常温時においては、図４に実線で示されたようなアクセルペダルの操作に対応した燃料噴射量の要求信号が発生ずると、その制御信号の発生とほぼ同時に、予め定められている所定の目標噴射量Ｑ１までは一気に通常の燃料噴射が行われる。
そして、目標燃料噴射量Ｑ１に達した以降は、通常のなまし量（図３のステップＳ３１０参照）で、残りの燃料が徐々に噴射（なまし噴射）されることとなる（図４点線参照）。

これに対して、燃料温度がレール圧の減圧性の悪化を招く所定の温度状況にある場合、又は、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にある場合には、まず、制御信号の発生とほぼ同時に、予め定められた所定の目標噴射量Ｑ２（Ｑ２＞Ｑ１）までなまし噴射なしで通常にほぼ一気に噴射が行われる。そして、目標燃料噴射量Ｑ２に達した以降は、通常時に比してより大きななまし量でのなまし噴射（図３のステップＳ３０８参照）が行われることとなる（図４一点鎖線参照）。換言すれば、通常時のなまし噴射が行われる場合に比して、より消費燃料を増加せしめるものとなっている。

したがって、なまし量の増量（図３のステップＳ３０４，Ｓ３０８参照）が行われた場合の燃料噴射の終了時は、通常のなまし量（図３のステップＳ３１０参照）での燃料噴射の終了時に比して、より遅い時期となる（図４参照）。すなわち、図４において、ｔs＞ｔｎである。
その結果、燃料温度がレール圧の減圧性を低下させる程に低下した状態における減速時に、通常のなまし量でなまし噴射が行われた場合の目標レール圧の変化は、ときには、減速時にオーバーシュートを伴い徐々に低下してゆくようなものとなるのに対し（図５の点線の特性線参照）、増加されたななまし量でなまし噴射が行われた場合は、目標レール圧は、通常のなまし量でのなまし噴射の場合に比してより低下した状態で徐々に低下してゆくものとなる（図５の一点鎖線の特性線参照）。
なお、図５の例において、レール圧の上限値は、例えば、１６０ＭＰａ（１６００ｂａｒ）程度であり、下限のレール圧は、アイドル運転時に相当する目標レール圧であって、具体的には、３０ＭＰａ程度である。

したがって、レール圧の減圧性が通常のなまし噴射の場合比して改善され、燃料温度の低温時にレール圧が噴射系にダメージを与えるような高い値となることが抑圧され、装置の安全性が確保されると共に、減圧性の改善により、低温時における燃焼音の増大が抑圧され、低騒音特性の改善がなされることとなる。

なお、本発明の実施の形態においては、なまし量の増圧を伴う燃料噴射の特性線として、図４に一点鎖線で示されたように一つの特性線を示したが、このように一つの特性線に沿ったなまし制御に限定される必要は勿論ない。例えば、燃料温度に応じて、なまし量の増量の程度を変え得るよう複数の燃料噴射の特性線から選択されるようにしても勿論良いものである。なお、この場合、噴射系のダメージを回避するためになまし量の増量を行って燃料噴射を行う場合の燃料噴射の特性線と、燃焼音の悪化を回避するためになまし量の増量を行って燃料噴射を行う場合の燃料噴射の特性線とは、それぞれ別個に設定するのが好適である。
そして、この場合、燃料温度が噴射系のダメージを与える程の低温となった状態において、その燃料温度が燃料温度が低くなるにしたがい、それぞれの温度に応じたなまし噴射を伴う燃料噴射の特性線が、図４の一点鎖線の右側に複数存在することとなる。なお、これは、燃焼音の悪化を回避するためになまし量の増量を行って燃料噴射を行う場合の燃料噴射の特性線についても同様である。

本発明の実施の形態における燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。 図１に示された燃料噴射制御装置における燃料噴射制御処理の全体的手順を示すサブルーチンフローチャートである。 図２のフローチャートに示された減速噴射量なまし量算出処理のより具体的な手順を示すサブルーチンフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるなまし噴射動作を説明する説明図であって、アクセルペダルが踏まれた加速状態から、減速のためにアクセルペダルの踏み込みが解除された際に、それに対応して電子制御ユニットにおいて生成される制御信号と共に、通常のなまし噴射を伴う燃料噴射における噴射燃料の変化、及び、なまし量の増量を伴う燃料噴射における噴射燃料の変化を模式的に示した説明図である。 本発明の実施の形態におけるなまし噴射が行われた際のレール圧の変化を説明する説明図であって、アクセルペダルが踏まれた加速状態から、減速のためにアクセルペダルの踏み込みが解除された際に、それに対応して電子制御ユニットにおいて生成される制御信号と共に、通常のなまし噴射を伴う燃料噴射におけるレール圧の変化、及び、なまし量の増量を伴う燃料噴射におけるレール圧の変化を模式的に示した説明図である。

符号の説明

１…ディーゼルエンジン
２−１〜２−ｎ…燃料噴射弁
３…コモンレール
１１…電子制御ユニット
１２…回転センサ
１３…アクセル開度センサ
１４…外気温センサ
１５…水温センサ
１６…燃料温度センサ

Claims (8)

1. 常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射を行うよう構成されてなる燃料噴射制御装置における燃料噴射制御方法であって、
   燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うことを特徴とする燃料噴射制御方法。
2. 燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御方法。
3. 常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射を行うよう構成されてなる燃料噴射制御装置における燃料噴射制御方法であって、
   燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うことを特徴とする燃料噴射制御方法。
4. 所定の温度状況は、燃料温度が所定の温度以下、又は、所定の温度領域に低下した状態であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の燃料噴射制御方法。
5. 複数の燃料噴射弁を有すると共に、当該燃料噴射弁の動作を制御する電子制御ユニットを有し、常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射可能に構成されてなる燃料噴射制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、燃料温度が噴射系にダメージを与える所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されてなることを特徴とする燃料噴射制御装置。
6. 電子制御ユニットは、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されてなることを特徴とする請求項５記載の燃料噴射制御装置。
7. 複数の燃料噴射弁を有すると共に、当該燃料噴射弁の動作を制御する電子制御ユニットを有し、常温減速時に、燃料噴射を時間の経過に対して徐々に行うなまし噴射可能に構成されてなる燃料噴射制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、燃料温度が燃焼音の悪化を招く所定の温度状況にあると判定された際に、なまし量を増やしてなまし噴射を行うよう構成されてなることを特徴とする燃料噴射制御装置。
8. 所定の温度状況は、燃料温度が所定の温度以下、又は、所定の温度領域に低下した状態であることを特徴とする請求項５乃至請求項７いずれか記載の燃料噴射制御装置。

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