JP2009108800A - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレール式燃料噴射システムにおいて、燃料噴射に起因してコモンレール内に生じる圧力の変化より、燃料噴射時期をより簡単な手法で且つ精度良く算出し、燃料噴射時期又は燃料噴射期間をより精度良く制御できる技術を提供する。
【解決手段】コモンレール式燃料噴射システムにおいて、燃料噴射に起因してコモンレール内の圧力が低下した際に、その圧力の低下曲線の２点をサンプリングし、その２点を結ぶことによって定まる直線と、燃料噴射前のコモンレール内の圧力を示す直線との交点をもって、燃料噴射開始時期を特定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、コモンレールに蓄圧状態で貯留された燃料を燃料噴射弁から燃焼室内に噴射する内燃機関の燃料噴射システムに関する。

ディーゼル機関のような内燃機関の燃料噴射制御に関して、燃料噴射圧力の高圧化を図り、燃料の噴射時期及び噴射量等の噴射特性を運転状態に応じて最適に制御する方法として、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、燃料ポンプによって所定圧力に加圧された燃料を複数の燃料噴射弁に対して共通するコモンレールに貯留し、コモンレールに貯留した燃料を各燃料噴射弁から対応する燃焼室内に噴射する燃料噴射システムである。コントローラは、加圧された燃料が各燃料噴射弁において運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの燃料圧と各燃料噴射弁の作動とを制御している。

ここで、上述の内燃機関において、燃料噴射時期は機関の性能に大きく影響を及ぼす。すなわち、燃料噴射時期が最適値からずれてくると排気ガス中の有害成分の量が多くなったり、騒音が増大したりする不都合が発生するため、燃料噴射時期は常に最適値に制御する必要がある。これに対し、電子制御式の内燃機関では、燃料噴射時期について機関回転数と負荷とよりなるマップを設け、機関の運転中においてその回転数と負荷に対応した燃料噴射時期をマップより演算し、この算出された燃料噴射時期が得られるように燃料噴射弁を駆動している。ところが、燃料噴射弁の個々の変動や経時変化によって、コントローラがマップより計算される燃料噴射時期で噴射するよう指令しても、実際の燃料噴射時期が内燃機関に最適な燃焼を行わせる時期からずれてくる場合があった。そうすると、排気ガス中の有害成分の量が増大したり、騒音が大きくなったりするおそれがあった。

これに対し、コモンレールの圧力の低下開始前の平均圧力を示す直線と、コモンレールの圧力の最大低下傾斜を有する一次近似直線との交点の時間をコモンレール圧力の低下開始時期とみなす技術が提案されている（特許文献１参照。）。この技術では、燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されると燃料噴射時期までの噴射遅れ時間を求め、基本目標噴射時期と噴射遅れ時間とから噴射指令信号の出力時期を決定する。

この技術においては、コモンレールの圧力の低下において、低下する圧力の最大傾斜の傾きを有する曲線上の点（変曲点）における一時回帰直線に近似するため、その演算量も多く、制御が複雑になる場合があった。

その他の関連技術としては、コモンレールの圧力の変化率が予め定められた閾値とクロスした時期から算出した燃料噴射開始時期に基づいて、噴射指令信号を制御する技術が提案されている（特許文献２参照。）。
特開平１１−１０１１４９号公報 特許３６９５２０７号公報 特開平１１−１４８４１０号公報 特開平１１−１５３０５６号公報 特開２００３−２２７３９４号公報 特開２００３−２６２１５２号公報

本発明の目的とするところは、コモンレール式燃料噴射システムにおいて、燃料噴射に起因してコモンレール内に生じる圧力の変化より、燃料噴射時期をより簡単な手法で且つ精度良く算出し、燃料噴射時期又は燃料噴射期間をより精度良く制御できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明においては、コモンレール式燃料噴射システムにおいて、燃料噴射に起因してコモンレール内の圧力が低下した際に、その圧力の低下曲線の２点をサンプリングし、その２点を結ぶことによって定まる直線と、燃料噴射前のコモンレール内の圧力を示す直線との交点をもって、燃料噴射開始時期を特定することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を貯留するコモンレールと、
前記コモンレールに接続され、前記コモンレールから供給された燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の要求運転状態に応じて、所定のタイミングで前記燃料噴射弁に燃料噴射指令を提供する噴射時期制御手段と、
前記噴射時期制御手段による燃料噴射指令と前記燃料噴射弁による実際の燃料噴射との時間差の、目標値からのずれを検出するとともに、該ずれを修正する噴射時期修正手段と、
を備え、
前記噴射時期修正手段は、
前記燃料噴射弁による燃料噴射に起因する前記コモンレール内の圧力の低下を検出する圧力検出手段を有し、
前記コモンレール内の圧力の低下曲線における２点をサンプリングすることにより前記圧力の低下を直線近似し、
前記直線近似によって得られた直線と、前記燃料噴射前のコモンレール内の圧力を示す直線とが交わる時間をもって、燃料噴射開始時期とし、
前記燃料噴射開始時期に基づいて前記ずれを修正することを特徴とする。

本発明によれば、燃料噴射の際の、コモンレール内の圧力の低下曲線における２点をサンプリングするという簡単な手法により、前記圧力の低下を直線近似し、この近似直線と前記燃料噴射前のコモンレール内の圧力を示す直線とが交わる時間をもって、燃料噴射開始時期とする。よって、より簡単な制御でより正確に、実際の燃料噴射開始時期を特定することができる。

また、本発明においては、前記噴射時期制御手段によって、前記内燃機関の１サイクルに複数回の燃料噴射指令を前記燃料噴射弁に供給させることで副噴射制御を実施し、
前記複数回の燃料噴射指令の時期は、各燃料噴射における前記燃料噴射開始時期の間のインターバルに基づいて制御されるようにしてもよい。

ここで、パイロット噴射など、内燃機関の１サイクルに複数回の燃料噴射を行う副噴射制御においては、副噴射と主噴射の燃料噴射間のインターバルが、機関の運転性能や排気浄化性能に影響を及ぼす。そして、副噴射の各燃料噴射における燃料噴射時期の制御を正確に行うためには、副噴射と主噴射の燃料噴射間のインターバルを簡単な手法で迅速に取得することが必要となる。

ここで、本発明を副噴射と主噴射の各々に対して適用すれば、副噴射と主噴射の燃料噴射開始時期をより簡単な手法により、且つより正確に取得することができる。そうすると
、各燃料噴射における燃料噴射開始時期の差から各燃料噴射のインターバルをより簡単に、且つより正確に取得することができる。結果として、内燃機関の副噴射制御における副噴射と主噴射のインターバルをより高速且つ正確に最適化することができ、より確実に、内燃機関の運転性能または排気特性を向上させることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、コモンレール式燃料噴射システムにおいて、燃料噴射に起因してコモンレール内に生じる圧力の変化より、燃料噴射時期をより簡単な手法で且つ精度良く算出し、燃料噴射時期又は燃料噴射期間をより精度良く制御することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る燃料噴射システム１０の概略構成を示す図である。図１において、燃料噴射システム１０は、４気筒ディーゼル機関の各気筒に設けられる電子制御型の燃料噴射弁１を４つ備えている。この燃料噴射弁１は、高圧配管２によってコモンレール３に接続されている。コモンレール３には燃料ポンプ４が接続され、燃料タンク５の燃料が燃料ポンプ４によってコモンレール３に圧送され供給される。燃料ポンプ４は周知の圧力制御機構を内蔵しており、これによってコモンレール３内の燃料圧力は運転条件に応じた所定の値に制御される。

燃料噴射システム１０には、燃料噴射弁１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）６が併設されている。このＥＣＵ６は、内燃機関の運転条
件や運転者の要求に応じて燃料噴射弁１に燃料噴射指令を提供する。従ってＥＣＵ６は、本実施例における噴射時期制御手段を構成する。

ＥＣＵ６には、燃料噴射弁１や燃料ポンプ４などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ６によって制御されるようになっている。また、ＥＣＵ６には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。

また、コモンレール３には圧力センサ７が設けられている。この圧力センサ７はコモンレール３内に充填される燃料の圧力を検出する。圧力センサ７からのコモンレール３内の燃料圧力に応じた信号はＥＣＵ６に送られる。後述のように、燃料噴射弁１からの現実の燃料噴射の開始は圧力センサ７によって検出されるコモンレール３内の燃料圧力の降下時期より把握することができる。

ＥＣＵ６には圧力センサ７に加え、内燃機関のクランク軸の例えば３０°及び７２０°毎の回転角度に応じたパルス信号を発生するクランクポジションセンサ８、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセルポジションセンサ９が接続され、これらのセンサの信号よりプログラムに従って必要な演算処理を実行し、各気筒の燃料噴射弁１の駆動のための燃料噴射信号の形成が行われる。

ここで、例えば経年変化などにより燃料噴射弁１が劣化した場合について考える。燃料噴射弁１が劣化すると、ＥＣＵ６から燃料噴射指令が同じタイミングで供給されたとして
も、図２（ａ）に示すように、燃料噴射弁１の開弁時間τと、燃料噴射量Ｑの関係が変化する場合がある。そうすると、同じ開弁時間τによって噴射できる燃料噴射量Ｑが減少する場合があった。これは、図２（ｂ）に示すように、燃料噴射指令に対する燃料噴射弁１の応答が遅れ、実際の燃料噴射開始時期が遅れることに起因する。

このような実際の燃料噴射開始時期の遅れや、それに伴う燃料噴射量Ｑの減少は、最適時期における燃料噴射を困難とし、内燃機関の運転性能や排気浄化性能が悪化してしまう場合があった。従って、上記のような実際の燃料噴射タイミングの初期値に対する遅れを修正する必要がある。

それに対して本実施例においては、燃料噴射弁１からの燃料噴射があった際の、コモンレール３における圧力の低下が開始する時を実際の燃料噴射開始時期として、この値に基づいて、燃料噴射タイミングの修正を行うこととした。より具体的には、図３に示すように、燃料噴射に起因するコモンレール３内の圧力の低下曲線における２点をサンプリングし、この２点を結んだ直線と、圧力低下前のコモンレール３内の圧力値を示す直線との交点の時間をもって、燃料噴射開始時期とする。

そうすれば、２つの時点におけるコモンレール内圧力を検出し、簡単な演算を行うだけで、より精度よく、実際の燃料噴射開始時期を取得することが可能となる。なお、２回のサンプリングを行う時間は、予め実験などにより最も精度よく燃料噴射開始時期を求められる２点の時間を求めた上で定めてもよい。そして、例えば、サンプル点１におけるコモンレール内圧力が、燃料噴射前のコモンレール内圧力と一致した場合には、実際の燃料噴射時期の遅れによって正常にサンプリングすることが不可能になったと判断し、２点のサンプリングの時間を所定時間遅らせるようにしてもよい。

これによれば、より簡単な手法でより正確に、実際の燃料噴射開始時期を取得できるので、より正確に、実際の燃料噴射開始時期の経年変化などによるずれを修正することが可能となる。その結果、図３（ｂ）に示すような、ＥＣＵ６からの燃料噴射指令時期と、実際の燃料噴射開始時期の時間差をより精度よく制御することが可能となる。ここで、実際の燃料噴射開始時期の経年変化などによるずれを修正する制御そのものはＥＣＵ６によって実行される。従ってＥＣＵ６は本実施例において噴射時期修正手段を構成する。

なお、上記において、圧力低下前のコモンレール３内の圧力値を示す直線は、圧力低下前の圧力センサ７の検出値の平均値としてもよい。この圧力センサ７は、本実施例において圧力検出手段に相当する。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、本発明をパイロット噴射制御など、内燃機関の１サイクルに複数回の燃料噴射を行う制御に適用した例である。

図４には、パイロット噴射制御に本発明を適用した例を示す。この場合は、パイロット噴射と主噴射のそれぞれ対して、コモンレール内圧力を２点サンプリングし、当該２点を結んだ直線と、燃料噴射前コモンレール内圧力との交点を、それぞれの燃料噴射開始時期とする。そうすると、パイロット噴射と主噴射の間の実インターバルを、より簡単な手法によって、より精度よく求めることができる。

この情報をもとにすれば、最適の実インターバルを得るために、各燃焼噴射指令をいつ出せばよいかの判断を、より確実に行うことができる。また、経年変化などにより燃料噴射弁１の応答に遅れが生じ、実インターバルが最適値からずれた場合にも、パイロット噴
射及び主噴射の燃料噴射指令時期を適宜修正することで、より確実に最適の実インターバルに修正することが可能となる。

本発明の実施例における燃料噴射システムの概略構成を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射弁の劣化の態様について説明するための図である。 本発明の実施例１における実際の燃料噴射開始時期を特定する手法及び、実際の燃料噴射開始時期と燃料噴射指令時期の関係について説明するための図である。 本発明の実施例２における実際の燃料噴射開始時期を特定する手法及び、実際の燃料噴射開始時期と燃料噴射指令時期の関係について説明するための図である。

符号の説明

１・・・燃料噴射弁
２・・・高圧配管
３・・・コモンレール
４・・・燃料ポンプ
５・・・燃料タンク
６・・・ＥＣＵ
７・・・圧力センサ
８・・・クランクポジションセンサ
９・・・アクセルポジションセンサ
１０・・・燃料噴射システム

Claims (2)

1. 内燃機関の燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を貯留するコモンレールと、
   前記コモンレールに接続され、前記コモンレールから供給された燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁と、
   前記内燃機関の要求運転状態に応じて、所定のタイミングで前記燃料噴射弁に燃料噴射指令を提供する噴射時期制御手段と、
   前記噴射時期制御手段による燃料噴射指令と前記燃料噴射弁による実際の燃料噴射との時間差の、目標値からのずれを検出するとともに、該ずれを修正する噴射時期修正手段と、
   を備え、
   前記噴射時期修正手段は、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射に起因する前記コモンレール内の圧力の低下を検出する圧力検出手段を有し、
   前記コモンレール内の圧力の低下曲線における２点をサンプリングすることにより前記圧力の低下を直線近似し、
   前記直線近似によって得られた直線と、前記燃料噴射前のコモンレール内の圧力を示す直線とが交わる時間をもって、燃料噴射開始時期とし、
   前記燃料噴射開始時期に基づいて前記ずれを修正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 前記噴射時期制御手段によって、前記内燃機関の１サイクルに複数回の燃料噴射指令を前記燃料噴射弁に供給させることで副噴射制御を実施し、
   前記複数回の燃料噴射指令の時期は、各燃料噴射における前記燃料噴射開始時期の間のインターバルに基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。

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