JP2010180825A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】適した噴射タイミングで燃料を噴射できる燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン1に対する燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置10において、
燃料噴射弁6は、高圧ポンプP2により供給された燃料を蓄圧するコモンレール13から供給される燃料を噴射する。ECU2は、燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ37と、燃料の温度を検出する燃料温度センサ35とによって検出された状態に基づいて、燃料噴射弁6に噴射指令を与える。燃料噴射弁6による燃料噴射実行時の燃料圧力の変動値から燃料噴射弁6による燃料噴射量を算出すると共に、噴射指令から燃料噴射が行われるまでの遅れ時間に適した噴射タイミングを、燃料温度又は燃料圧力に応じて制御する。
【選択図】図1
【解決手段】エンジン1に対する燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置10において、
燃料噴射弁6は、高圧ポンプP2により供給された燃料を蓄圧するコモンレール13から供給される燃料を噴射する。ECU2は、燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ37と、燃料の温度を検出する燃料温度センサ35とによって検出された状態に基づいて、燃料噴射弁6に噴射指令を与える。燃料噴射弁6による燃料噴射実行時の燃料圧力の変動値から燃料噴射弁6による燃料噴射量を算出すると共に、噴射指令から燃料噴射が行われるまでの遅れ時間に適した噴射タイミングを、燃料温度又は燃料圧力に応じて制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、コモンレールを用いた燃料噴射制御装置に関する。
ディーゼルエンジンに適用される燃料噴射制御装置においては、エンジンの燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクター(以下、燃料噴射弁ともいう)に蓄圧された燃料を供給するコモンレールシステムが多く利用されている。このようなコモンレールシステムでは、瞬時に規定量を噴射させることができるように、高圧ポンプによって加圧された燃料が供給されている。
また、インジェクターの応答性改善によりインジェクターから短い噴射時間で燃料を噴射することができる。このような応答性の高いインジェクターと前述した高圧に蓄圧できるコモンレールを組み合わせることによって燃料を勢いよく燃焼室に噴射し、燃料を微粒化して、燃焼特性を改善することができる。このように燃焼特性を改善することによって、排出ガスのさらなるクリーン化を図ることが行われている。
また、インジェクターの応答性改善によりインジェクターから短い噴射時間で燃料を噴射することができる。このような応答性の高いインジェクターと前述した高圧に蓄圧できるコモンレールを組み合わせることによって燃料を勢いよく燃焼室に噴射し、燃料を微粒化して、燃焼特性を改善することができる。このように燃焼特性を改善することによって、排出ガスのさらなるクリーン化を図ることが行われている。
また、ディーゼルエンジンでは、噴射される燃料の量とその噴射時期によって出力特性及び燃料消費率が左右される。つまり、必要な量の燃料を必要とされるときにエンジンに供給するためには、燃料噴射制御装置では燃料の噴射量と噴射時期を適切に管理することが必要とされている。
このようなディーゼルエンジンに適した燃料噴射制御装置において、噴射される燃料の量の制御に関するいくつかの技術が存在する(例えば、特許文献1)。
ところで、燃料噴射制御装置では、コモンレールに蓄圧された燃料は、各インジェクターから多段噴射される。
特許文献1の技術によれば、そのような燃料圧力の変動に影響されずに適切な噴射を行うために、インジェクター内にオリフィスを設けて、その燃料噴射を安定化させる方法が開示されている。しかしながら、燃料の噴射間隔を短くして連続噴射する場合に、先に行った噴射により生じた燃料圧力の変動が次の噴射タイミングになっても収斂しない場合が生じる。このように、次の噴射まで燃料圧力変動が継続する状態において検出された燃料圧力からは、噴射状態を特定することができず、安定な燃料噴射制御が行いにくいという問題がある。
特許文献1の技術によれば、そのような燃料圧力の変動に影響されずに適切な噴射を行うために、インジェクター内にオリフィスを設けて、その燃料噴射を安定化させる方法が開示されている。しかしながら、燃料の噴射間隔を短くして連続噴射する場合に、先に行った噴射により生じた燃料圧力の変動が次の噴射タイミングになっても収斂しない場合が生じる。このように、次の噴射まで燃料圧力変動が継続する状態において検出された燃料圧力からは、噴射状態を特定することができず、安定な燃料噴射制御が行いにくいという問題がある。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、燃料圧力変動に影響されずに安定な燃料噴射を行える燃料噴射制御装置を提供することにある。
上記問題を解決するために、請求項1に記載した発明は、内燃機関(例えば、実施の形態におけるエンジン1)に対する燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置(例えば、実施の形態における燃料噴射制御装置10)において、前記燃料を供給する燃料供給手段(例えば、実施の形態における高圧ポンプP2)と、前記燃料供給手段により供給された燃料を蓄圧する燃料蓄圧手段(例えば、実施の形態におけるコモンレール13)と、前記燃料蓄圧手段から供給される燃料を噴射する燃料噴射手段(例えば、実施の形態における燃料噴射弁6)と、前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段(例えば、実施の形態におけるECU2)と、前記蓄圧手段と前記燃料噴射手段との間の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段(例えば、実施の形態における燃料圧力センサ37)と、前記燃料噴射実行時の前記燃料圧力の変動値から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段(例えば、実施の形態におけるECU2)と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、第1の燃料噴射(パイロット噴射)及び第2の燃料噴射(メイン噴射)を続けて実行する際に、該第1の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値に基づいて該第1の燃料噴射における噴射量を算出し、該第2の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値に含まれる該第1の燃料噴射による変動値を、該第1の燃料噴射による変動値の変化と逆位相の圧力変動値を加算して変動値を低減させ、該第2の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値から該第2の燃料噴射の噴射時期を算出することを特徴とする燃料噴射制御装置である。
請求項1に記載した発明によれば、燃料噴射制御手段は、第1の燃料噴射(パイロット噴射)及び第2の燃料噴射(メイン噴射)を続けて実行する際に、第1の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値に基づいて第1の燃料噴射における噴射量を算出する。また、燃料噴射制御手段は、第2の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値に含まれる第1の燃料噴射による変動値を、第1の燃料噴射による変動値の変化と逆位相の圧力変動値を加算して変動値を低減させる。そして、第2の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値から第2の燃料噴射の噴射時期を算出することができる。
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した発明において、前記燃料圧力検出手段(例えば、実施の形態における燃料圧力センサ37)は、前記蓄圧手段と前記燃料噴射手段との間に設けられ、その間の燃料圧力を検出することを特徴とする。
請求項2に記載した発明によれば、燃料圧力検出手段は、蓄圧手段と燃料噴射手段との間の燃料圧力を検出することができる。燃料噴射手段に供給される燃料圧力の変動を的確に検出することができ、検出された燃料圧力に基づいた燃料噴射制御を行うことができる。
請求項2に記載した発明によれば、燃料圧力検出手段は、蓄圧手段と燃料噴射手段との間の燃料圧力を検出することができる。燃料噴射手段に供給される燃料圧力の変動を的確に検出することができ、検出された燃料圧力に基づいた燃料噴射制御を行うことができる。
請求項1及び請求項2に記載した発明によれば、燃料圧力変動に影響されずに安定な燃料噴射を行うことが可能となる。
(第1実施形態)
図1を参照し本発明における実施形態の燃料噴射制御装置10について説明する。燃料噴射制御装置10は、図示されない車両に搭載されるディーゼルエンジン(以下、「エンジン1」という)に適応され、エンジン1の燃焼室に供給される燃料の圧力を制御する。
図1を参照し本発明における実施形態の燃料噴射制御装置10について説明する。燃料噴射制御装置10は、図示されない車両に搭載されるディーゼルエンジン(以下、「エンジン1」という)に適応され、エンジン1の燃焼室に供給される燃料の圧力を制御する。
燃料タンク11は、エンジン1に供給される燃料が収容される。その燃料タンク11内には、低圧ポンプP1が設けられている。
低圧ポンプP1には、ECU(Electronic Control Unit)2に接続されているモータP1−Mが設けられている。低圧ポンプP1は、ECU2によってモータP1−Mが制御され、エンジン1の運転中に常時作動する電動ポンプであり、燃料タンク11内の燃料を所定圧(例えば、0.5MPa(メガパスカル))まで増圧して吐出する。
低圧ポンプP1の吸入側にはフィルタ17が設けられ、吐出側には燃料供給路12が接続される。接続される燃料供給路12には、ECU2からの制御によって燃料の温度制御を行うヒータを備えるフィルタ18と、同じくECU2からの制御によって低圧ポンプP1から供給される燃料の流量を制御する電磁流量制御弁21とが順次設けられている。
低圧ポンプP1には、ECU(Electronic Control Unit)2に接続されているモータP1−Mが設けられている。低圧ポンプP1は、ECU2によってモータP1−Mが制御され、エンジン1の運転中に常時作動する電動ポンプであり、燃料タンク11内の燃料を所定圧(例えば、0.5MPa(メガパスカル))まで増圧して吐出する。
低圧ポンプP1の吸入側にはフィルタ17が設けられ、吐出側には燃料供給路12が接続される。接続される燃料供給路12には、ECU2からの制御によって燃料の温度制御を行うヒータを備えるフィルタ18と、同じくECU2からの制御によって低圧ポンプP1から供給される燃料の流量を制御する電磁流量制御弁21とが順次設けられている。
フィルタ18と電磁流量制御弁21の間の燃料供給路12には、燃料タンク11に燃料を戻す燃料戻し路16が分岐接続される。燃料戻し路16には、燃料供給路12の圧力制御を行う圧力制御弁22が介装されている。圧力制御弁22は、燃料供給路12の圧力が前述の所定圧を超えたときに開弁して燃料戻し路16を介して燃料を燃料タンク11内に戻す。
また、フィルタ18と電磁流量制御弁21の間の燃料供給路12において、燃料戻し路16の接続部と電磁流量制御弁21との間には、燃料温度センサ35が設けられている。燃料温度センサ35は、低圧ポンプP1から吐出された燃料の温度を検出し、検出された温度を表す検出信号SgTempをECU2に出力する。
また、フィルタ18と電磁流量制御弁21の間の燃料供給路12において、燃料戻し路16の接続部と電磁流量制御弁21との間には、燃料温度センサ35が設けられている。燃料温度センサ35は、低圧ポンプP1から吐出された燃料の温度を検出し、検出された温度を表す検出信号SgTempをECU2に出力する。
電磁流量制御弁21の下流側には、高圧ポンプP2が接続され、高圧ポンプP2の吐出側には高圧配管13aを介してコモンレール13が接続されている。高圧ポンプP2は、低圧ポンプP1から供給される燃料をさらに増圧してコモンレール13に供給する。高圧ポンプP2によって吐出される燃料は、電磁流量制御弁21において流量制御されることにより、その圧力が制御されることとなる。
コモンレール13の戻し路側には、高圧配管13dが接続され、この高圧配管13dには、燃料戻し路16が接続されている。高圧配管13dには、電磁圧力制御弁23が設けられ、電磁圧力制御弁23から燃料戻し路16までは、燃料戻し路14で接続されている。
この電磁圧力制御弁23は、機械的に動作する機能と、接続されるECU2からの制御によって電気的に動作する機能を有している。機械的な動作では、高圧ポンプP2の運転により燃料圧力Prailが所定の設定圧Prail_max(例えば、200MPa(メガパスカル))を超えたときに、開弁する。これにより、コモンレール13内の燃料が燃料タンク11内に戻され、燃料圧力Prailが所定の設定圧Prail_maxまで低減される。また、電気的動作では、必要に応じて出力されるECU2からの減圧指示にしたがって弁が開放されることにより、コモンレール13内に蓄圧された燃料を放出し減圧することができる。
この電磁圧力制御弁23は、機械的に動作する機能と、接続されるECU2からの制御によって電気的に動作する機能を有している。機械的な動作では、高圧ポンプP2の運転により燃料圧力Prailが所定の設定圧Prail_max(例えば、200MPa(メガパスカル))を超えたときに、開弁する。これにより、コモンレール13内の燃料が燃料タンク11内に戻され、燃料圧力Prailが所定の設定圧Prail_maxまで低減される。また、電気的動作では、必要に応じて出力されるECU2からの減圧指示にしたがって弁が開放されることにより、コモンレール13内に蓄圧された燃料を放出し減圧することができる。
また、コモンレール13は、高圧ポンプP2によって加圧され供給される燃料の量と、電磁圧力制御弁23などで放出され減圧される量とをバランスさせることによって、その内部空間を高圧の状態(例えば、200MPa(メガパスカル))で蓄える燃料室となる。
このコモンレール13には、エンジン1に燃料を噴射する4つの燃料噴射弁6−1〜6−4(以下、まとめて表すときには、「燃料噴射弁6」という。)に燃料を供給する高圧配管13b−1〜13b−4が接続されている。
燃料噴射弁6は、ECU2からの制御信号などにより開弁してコモンレール13から供給される燃料をエンジン1の燃焼室内に噴射する。
このコモンレール13には、エンジン1に燃料を噴射する4つの燃料噴射弁6−1〜6−4(以下、まとめて表すときには、「燃料噴射弁6」という。)に燃料を供給する高圧配管13b−1〜13b−4が接続されている。
燃料噴射弁6は、ECU2からの制御信号などにより開弁してコモンレール13から供給される燃料をエンジン1の燃焼室内に噴射する。
高圧配管13b−1〜13b−4のコモンレール13への接続点付近には、オリフィス13c−1〜13c−4(以下、まとめて表すときには、「オリフィス13c」という。)がそれぞれ設けられる。このオリフィス13cは、燃料噴射弁6からの燃料噴射によって生じる高圧配管13b−1〜13b−4における燃料圧力の圧力変動によって起こる、コモンレール13の圧力変動の影響を低減させることができる。
また、そのオリフィス13cの下流側には、燃料圧力センサ37−1〜37−4(以下、まとめて表すときには、「燃料圧力センサ37」という。)がそれぞれ取り付けられる。この燃料圧力センサ37は、オリフィス13cの下流側の燃料圧力を検出する。燃料圧力センサ37は、検出された圧力を示す検出信号SgPをECU2に出力する。
また、そのオリフィス13cの下流側には、燃料圧力センサ37−1〜37−4(以下、まとめて表すときには、「燃料圧力センサ37」という。)がそれぞれ取り付けられる。この燃料圧力センサ37は、オリフィス13cの下流側の燃料圧力を検出する。燃料圧力センサ37は、検出された圧力を示す検出信号SgPをECU2に出力する。
燃料戻し路15は、それぞれの燃料噴射弁6からの燃料の戻り路を示し、並列に接続されるチェック弁24と圧力制御バルブ25を介して低圧ポンプP1とフィルタ18との間の燃料供給路12に接続されている。
この燃料戻し路15の途中に設けられるチェック弁24と圧力制御バルブ25は、燃料噴射弁6からの排出油の圧力を一定に調整する。圧力制御バルブ25は、エンジン1の運転開始時には、燃料供給路12から燃料噴射弁6に至る燃料戻し路15を燃料供給路12に接続される低圧ポンプP1によって加圧させる働きも有する。
この燃料戻し路15の途中に設けられるチェック弁24と圧力制御バルブ25は、燃料噴射弁6からの排出油の圧力を一定に調整する。圧力制御バルブ25は、エンジン1の運転開始時には、燃料供給路12から燃料噴射弁6に至る燃料戻し路15を燃料供給路12に接続される低圧ポンプP1によって加圧させる働きも有する。
ECU2は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)およびI/O(Input/Output)インターフェース(いずれも図示せず)などからなるマイクロコンピュータで構成される。
ECU2は、エンジン1に設けられたクランク角センサ33によって検出されるエンジン1のクランク角度情報SgDegから、燃料噴射弁6での燃料噴射タイミングを制御する。また、ECU2は、前述した燃料温度センサ35からの検出信号SgTemp、燃料圧力センサ37からの検出信号SgPなどの検出信号に応じてエンジン1の運転状態を判断し、電磁流量制御弁21、電磁圧力制御弁23、低圧ポンプP1を制御することによりコモンレール13の圧力を制御するとともに、燃料噴射弁6を開閉動作させることにより燃料噴射量制御を実行する。
ECU2は、エンジン1に設けられたクランク角センサ33によって検出されるエンジン1のクランク角度情報SgDegから、燃料噴射弁6での燃料噴射タイミングを制御する。また、ECU2は、前述した燃料温度センサ35からの検出信号SgTemp、燃料圧力センサ37からの検出信号SgPなどの検出信号に応じてエンジン1の運転状態を判断し、電磁流量制御弁21、電磁圧力制御弁23、低圧ポンプP1を制御することによりコモンレール13の圧力を制御するとともに、燃料噴射弁6を開閉動作させることにより燃料噴射量制御を実行する。
ECU2では、その検出された燃料圧力に基づいて、コモンレール13内の燃料圧力である燃料圧力Prail及び燃料噴射弁6による燃料噴射によって生じる燃料圧力変動を導く。
なお、燃料圧力センサ37は、各高圧配管13b−1〜13b−4にそれぞれ独立に設けられる形態を例示し、それぞれの燃料圧力センサ37が独立に燃料圧力を検出することとしたが、少なくとも高圧配管13b−1〜13b−4のうちいずれか1箇所に設けた燃料圧力センサ37が、コモンレール13及び各高圧配管13b−1〜13b−4の燃料圧力を検出することも可能である。その際、ECU2は、1つの燃料圧力センサ37によって検出された検出信号から、コモンレール13及び他の高圧配管13bの燃料圧力を導く処理を行う。
なお、燃料圧力センサ37は、各高圧配管13b−1〜13b−4にそれぞれ独立に設けられる形態を例示し、それぞれの燃料圧力センサ37が独立に燃料圧力を検出することとしたが、少なくとも高圧配管13b−1〜13b−4のうちいずれか1箇所に設けた燃料圧力センサ37が、コモンレール13及び各高圧配管13b−1〜13b−4の燃料圧力を検出することも可能である。その際、ECU2は、1つの燃料圧力センサ37によって検出された検出信号から、コモンレール13及び他の高圧配管13bの燃料圧力を導く処理を行う。
以上に示した構成により、この燃料噴射制御装置10では、電磁流量制御弁21により流量制御される高圧ポンプP2の運転状態、電磁圧力制御弁23の開閉状態、および燃料噴射弁6の開閉状態により、コモンレール13の燃料圧力Prailが所定の設定値Prail_maxを上限とする範囲内で制御される。
なお、図1で示される実線での接続は、燃料系の配管を示し、一点鎖線での接続は、電気信号による制御線での接続を示すものとする。また、燃料タンク11内に低圧ポンプP1が設けられていることとしたが、低圧ポンプP1を燃料タンク11の外に配置したものでも良い。
なお、図1で示される実線での接続は、燃料系の配管を示し、一点鎖線での接続は、電気信号による制御線での接続を示すものとする。また、燃料タンク11内に低圧ポンプP1が設けられていることとしたが、低圧ポンプP1を燃料タンク11の外に配置したものでも良い。
続いて、本発明の燃料噴射制御装置10における燃料噴射時の燃料圧力変動と燃料噴射量の関係について説明する。
図1に示した燃料圧力センサ37は、高圧配管13b−1〜13b−4内に設けられたオリフィス13cの下流部の圧力を検出する。燃料噴射により噴射される燃料の量は、式(1)に示される関係が成立する。
図1に示した燃料圧力センサ37は、高圧配管13b−1〜13b−4内に設けられたオリフィス13cの下流部の圧力を検出する。燃料噴射により噴射される燃料の量は、式(1)に示される関係が成立する。
式(1)において、Cが流量係数を示し、Aが燃料噴射弁6の開口面積を示し、ΔPが燃料噴射弁6に供給される燃料圧力とエンジン1の燃焼室内の圧力との差を示し、ρが液体の密度を示し、Qが燃料噴射弁6から噴射される燃料の噴射量、Tiが燃料噴射弁6に印加される燃料噴射指令の継続時間を示す。
この式によって示される流量Qは、燃料噴射指令Tiを継続する時間に比例する。
一方、燃料噴射指令Tiを継続して出力する時間を所定の値に定めた場合、流量Qは、圧力差ΔPの関数となる。また、コモンレール13における燃料圧力に変化がないとすれば、圧力差ΔPは、燃料噴射弁6に供給される燃料圧力の変化に依存する。すなわち、流量Qは、燃料噴射弁6に供給される燃料圧力の変化量(ΔP)に依存して変化する。
この式によって示される流量Qは、燃料噴射指令Tiを継続する時間に比例する。
一方、燃料噴射指令Tiを継続して出力する時間を所定の値に定めた場合、流量Qは、圧力差ΔPの関数となる。また、コモンレール13における燃料圧力に変化がないとすれば、圧力差ΔPは、燃料噴射弁6に供給される燃料圧力の変化に依存する。すなわち、流量Qは、燃料噴射弁6に供給される燃料圧力の変化量(ΔP)に依存して変化する。
図2は、燃料噴射制御装置10における燃料噴射時の燃料圧力の変動を示すタイミングチャートである。
(a)は、燃料噴射制御装置10のECU2が燃料噴射弁6に対して出力する燃料噴射指令Tiを示す制御信号SgTiの変化を示す波形g21である。ECU2は、制御信号SgTiに時刻t0から時刻t1までハイレベルを出力し、その間燃料噴射弁6に燃料噴射指令を与える。この波形によって示される範囲では、分割噴射における先の噴射(パイロット噴射)のための燃料噴射指令Tiが示される。
(b)は、ECU2から燃料噴射弁6に対して出力された燃料噴射指令Tiによって、燃料噴射弁6が燃料噴射を行い、その燃料噴射によって変動する燃料圧力の波形gP(n−1)を示す。また、波形gLP(n−1)は、燃料圧力SgPの値に基づいた演算から導かれる値を示す。
(a)は、燃料噴射制御装置10のECU2が燃料噴射弁6に対して出力する燃料噴射指令Tiを示す制御信号SgTiの変化を示す波形g21である。ECU2は、制御信号SgTiに時刻t0から時刻t1までハイレベルを出力し、その間燃料噴射弁6に燃料噴射指令を与える。この波形によって示される範囲では、分割噴射における先の噴射(パイロット噴射)のための燃料噴射指令Tiが示される。
(b)は、ECU2から燃料噴射弁6に対して出力された燃料噴射指令Tiによって、燃料噴射弁6が燃料噴射を行い、その燃料噴射によって変動する燃料圧力の波形gP(n−1)を示す。また、波形gLP(n−1)は、燃料圧力SgPの値に基づいた演算から導かれる値を示す。
(c)は、波形gP(n−1)によって示される燃料圧力SgPの値に基づいた演算から導かれる値を示す波形gdP(n-1)と、波形gdP(n-1)を反転した波形gdP(n-1)’を示す。
(d)は、上記の波形gP(n−1)によって示された燃料噴射のサイクル(n−1)の次のサイクル(n)の燃料噴射における燃料噴射によって変動する燃料圧力の波形gP(n)を示す。また、波形gPc(n)は、検出された燃料圧力の波形gP(n)から、サイクル(n−1)における演算によって導かれた値(波形gdP(n−1)’参照)を加算することにより導かれた値を示す。また、波形gndP(n−1)は、波形gPc(n)によって示された値を基準にして、サイクル(n−1)における演算によって導かれた値(波形gdP(n−1)’参照)を示したものである。
(d)は、上記の波形gP(n−1)によって示された燃料噴射のサイクル(n−1)の次のサイクル(n)の燃料噴射における燃料噴射によって変動する燃料圧力の波形gP(n)を示す。また、波形gPc(n)は、検出された燃料圧力の波形gP(n)から、サイクル(n−1)における演算によって導かれた値(波形gdP(n−1)’参照)を加算することにより導かれた値を示す。また、波形gndP(n−1)は、波形gPc(n)によって示された値を基準にして、サイクル(n−1)における演算によって導かれた値(波形gdP(n−1)’参照)を示したものである。
このタイミングチャートを時間経過にしたがって、各波形によって示される値の変化を説明する。
時刻t0において、分割噴射による先の噴射(パイロット噴射)のための燃料噴射指令Tiが送出され、制御信号SgTiがハイレベルに遷移する。その後、所定の噴射継続時間を経過すると時刻t1で燃料噴射指令Tiの送出を停止する。時刻t0で送出された燃料噴射指令Tiに応じて燃料噴射弁6が応答し、燃料噴射が行われる。燃料噴射弁6では、入力された燃料噴射指令Tiに対して実際に燃料が噴射されるまでの応答遅延、すなわちむだ時間分の遅れをもって燃料噴射が開始される。
時刻t0において、分割噴射による先の噴射(パイロット噴射)のための燃料噴射指令Tiが送出され、制御信号SgTiがハイレベルに遷移する。その後、所定の噴射継続時間を経過すると時刻t1で燃料噴射指令Tiの送出を停止する。時刻t0で送出された燃料噴射指令Tiに応じて燃料噴射弁6が応答し、燃料噴射が行われる。燃料噴射弁6では、入力された燃料噴射指令Tiに対して実際に燃料が噴射されるまでの応答遅延、すなわちむだ時間分の遅れをもって燃料噴射が開始される。
時刻t10は、そのむだ時間が経過して燃料噴射弁6からの燃料噴射が始まるタイミングを示す。この時刻t10を過ぎると、燃料噴射により燃料圧力SgPの値は急激に低下する。その燃料圧力SgPの値の変化を検出することにより、燃料圧力SgPの値から燃料噴射が開始された時刻t10を定めることができ、その時刻t10を基準として得られたデータを参照することが容易となる。この図では、その変化点を基準点ZP10として示す。
また、時刻t11を迎えると、燃料噴射指令Tiの送出停止(時刻t1参照)からのむだ時間の遅れを持って、実際の燃料噴射が停止する。燃料噴射弁6からの燃料噴射が停止すると、その後の燃料圧力は、水撃の原理により上昇に転じる。この燃料圧力の変動は、周期性を示す減衰振動によってその値の変動が継続する。
時刻t12では、分割噴射による次の燃料噴射(メイン噴射)を行うタイミングとなり、燃料噴射弁6から燃料が噴射される。このメイン噴射では、先のパイロット噴射より噴射量が多く、噴射時間も長く継続するので、その間に流出する燃料の量が多い。そのため、燃料圧力も大きく低下する。そして、メイン噴射による燃料噴射が停止すると、その後の燃料圧力は、同じく減衰振動による変化を経て当初の燃料圧力に収斂する。
また、時刻t11を迎えると、燃料噴射指令Tiの送出停止(時刻t1参照)からのむだ時間の遅れを持って、実際の燃料噴射が停止する。燃料噴射弁6からの燃料噴射が停止すると、その後の燃料圧力は、水撃の原理により上昇に転じる。この燃料圧力の変動は、周期性を示す減衰振動によってその値の変動が継続する。
時刻t12では、分割噴射による次の燃料噴射(メイン噴射)を行うタイミングとなり、燃料噴射弁6から燃料が噴射される。このメイン噴射では、先のパイロット噴射より噴射量が多く、噴射時間も長く継続するので、その間に流出する燃料の量が多い。そのため、燃料圧力も大きく低下する。そして、メイン噴射による燃料噴射が停止すると、その後の燃料圧力は、同じく減衰振動による変化を経て当初の燃料圧力に収斂する。
ここで、ECU2は、時刻t0から時刻t12の間の燃料圧力SgP(n−1)の値を連続的に検出し、その値を記憶している。記憶された燃料圧力SgP(n−1)の値(波形gP(n−1)参照)は、短時間の燃料噴射によって生成される周期性の変動による成分と、その燃料噴射によって流出した燃料の量に応じて変化する平均的な燃料圧力の変化とによる成分に分けることができる。
その成分の分離は、燃料圧力SgPにおける周波数領域の分割によって分離する。まず、記録された燃料圧力の値(波形gP(n−1)参照)に基づいて低域成分を抽出すると、波形gLP(n−1)に示されるように変化する平均燃料圧力を抽出することができる。
波形gP(n−1)は、この平気燃料圧力に対して周期性を有する変動の成分が重畳されているとすれば、波形gP(n−1)の値から波形gLP(n−1)に示される平均燃料圧力を減算することにより、周期性を有する変動の成分を抽出することができる。その減算処理から導かれた周期性を有する変動の成分を示したものが、(c)に示した波形gdP(n−1)になる。また、波形gdP(n−1)の位相を反転させた波形gdP(n−1)’を合わせて(c)に示す。
この周期性を有する燃料圧力の変動は、繰り返し行われる燃料噴射においてそれぞれ類似の波形を示す。このことから、波形gdP(n−1)’に示される値を、実噴射時の燃料圧力の値に加算すると、周期性の変動成分を相殺することができる。また、波形gdP(n−1)’を示すデータは、記憶領域に割り付けられたテーブルに記録される。
その成分の分離は、燃料圧力SgPにおける周波数領域の分割によって分離する。まず、記録された燃料圧力の値(波形gP(n−1)参照)に基づいて低域成分を抽出すると、波形gLP(n−1)に示されるように変化する平均燃料圧力を抽出することができる。
波形gP(n−1)は、この平気燃料圧力に対して周期性を有する変動の成分が重畳されているとすれば、波形gP(n−1)の値から波形gLP(n−1)に示される平均燃料圧力を減算することにより、周期性を有する変動の成分を抽出することができる。その減算処理から導かれた周期性を有する変動の成分を示したものが、(c)に示した波形gdP(n−1)になる。また、波形gdP(n−1)の位相を反転させた波形gdP(n−1)’を合わせて(c)に示す。
この周期性を有する燃料圧力の変動は、繰り返し行われる燃料噴射においてそれぞれ類似の波形を示す。このことから、波形gdP(n−1)’に示される値を、実噴射時の燃料圧力の値に加算すると、周期性の変動成分を相殺することができる。また、波形gdP(n−1)’を示すデータは、記憶領域に割り付けられたテーブルに記録される。
(d)のタイミングチャートに戻り、次の燃料噴射のサイクル(n)において検出される燃料圧力SgP(n)から、そのサイクルにおける平均燃料圧力を導く処理過程を説明する。
上記に示した処理により、パイロット噴射における燃料圧力の周期性変動の波形gdP(n−1)が導かれ、記憶領域に割り付けられたテーブルに記憶されている。また、このサイクル(n)の燃料圧力SgP(n)を検出し、検出された値から燃料噴射が開始されたタイミング(基準点ZP20参照)を抽出することができる。そのタイミングを時刻t20とする。
このサイクル(n)の時刻t20を基準時刻として、先のサイクル(n−1)によって導かれたデータを参照させることができる。すなわち、先のサイクル(n−1)の波形gdP(n−1)の基準点ZP10と、このサイクル(n)の基準点ZP20を対応付けすることで、その時刻以降に変化する周期性成分を相殺させることが可能となる。
時間軸において、基準点ZP10と基準点ZP20を一致させる。その基準点ZP20(時刻t20)に続く燃料圧力SgP(n)のデータから、基準点ZP10に続く波形gdP(n−1)’を示すデータの値を加算すると、サイクル(n)における平均的な燃料圧力変動を導くことができる。演算によって導かれる平均的な燃料圧力変動を波形gPc(n)に示す。
上記に示した処理により、パイロット噴射における燃料圧力の周期性変動の波形gdP(n−1)が導かれ、記憶領域に割り付けられたテーブルに記憶されている。また、このサイクル(n)の燃料圧力SgP(n)を検出し、検出された値から燃料噴射が開始されたタイミング(基準点ZP20参照)を抽出することができる。そのタイミングを時刻t20とする。
このサイクル(n)の時刻t20を基準時刻として、先のサイクル(n−1)によって導かれたデータを参照させることができる。すなわち、先のサイクル(n−1)の波形gdP(n−1)の基準点ZP10と、このサイクル(n)の基準点ZP20を対応付けすることで、その時刻以降に変化する周期性成分を相殺させることが可能となる。
時間軸において、基準点ZP10と基準点ZP20を一致させる。その基準点ZP20(時刻t20)に続く燃料圧力SgP(n)のデータから、基準点ZP10に続く波形gdP(n−1)’を示すデータの値を加算すると、サイクル(n)における平均的な燃料圧力変動を導くことができる。演算によって導かれる平均的な燃料圧力変動を波形gPc(n)に示す。
(d)には、パイロット噴射によって発生した燃料圧力変動(波形gP(n)参照)が、メイン噴射を開始する時刻t22になっても収斂せずに変動している状態が示される。さらに、その時の燃料圧力の瞬時値は、演算によって求められた平均燃料圧力(点ZP22c)の値より高い値(点ZP22参照)が検出される。このような状態では、燃料圧力の瞬時値から直接的に平均燃料圧力を導くことができず、上記に示した一連の処理により平均燃料圧力を導くことが可能となる。平均燃料圧力により、パイロット噴射によって低下したコモンレール13の圧力を検出することができる。この平均燃料圧力を利用してメイン噴射における燃料噴射量の制御を行うことが可能となる。
さらに、メイン噴射を開始する時刻t22が変化し、(d)に示した波形gP(n)の位相と異なる状態になると、燃料圧力の瞬時値が変化する。このような状態において、平均燃料圧力は大きな変化を示すことなくパイロット噴射の噴射量に依存して低下した燃料圧力を示す。
このように、パイロット噴射開始時の基準燃料圧力を平均燃料圧力から導くことにより燃料圧力の検出精度が向上し、燃料噴射制御の安定性を確保することが可能となる。
さらに、メイン噴射を開始する時刻t22が変化し、(d)に示した波形gP(n)の位相と異なる状態になると、燃料圧力の瞬時値が変化する。このような状態において、平均燃料圧力は大きな変化を示すことなくパイロット噴射の噴射量に依存して低下した燃料圧力を示す。
このように、パイロット噴射開始時の基準燃料圧力を平均燃料圧力から導くことにより燃料圧力の検出精度が向上し、燃料噴射制御の安定性を確保することが可能となる。
なお、波形gdP(n−1)’を示すデータは、燃料噴射制御装置10の系固有の設定値として予め定められたデータして設定することができる。予め設定することにより、データ生成処理を繰り返して行う必要がなくなり、演算処理の負荷を軽減することができる。
或いは、繰り返し行われる燃料噴射実行時に検出された燃料圧力に基づいて演算処理を行い、その演算処理の結果から燃料圧力の変動値を動的に更新することもできる。
或いは、繰り返し行われる燃料噴射実行時に検出された燃料圧力に基づいて演算処理を行い、その演算処理の結果から燃料圧力の変動値を動的に更新することもできる。
続いて、燃料噴射に影響されない燃料圧力の検出手順について説明する。
図3は、燃料圧力検出処理(燃圧検出処理)を示すフローチャートである。
図2において、定められた時間間隔でサンプリングされた燃料圧力の変化をタイミングチャートに示したが、この図に示される燃料圧力検出処理は、繰り返し行われるそれぞれのサンプリングに対応して行われる一連の処理を示す。
図3は、燃料圧力検出処理(燃圧検出処理)を示すフローチャートである。
図2において、定められた時間間隔でサンプリングされた燃料圧力の変化をタイミングチャートに示したが、この図に示される燃料圧力検出処理は、繰り返し行われるそれぞれのサンプリングに対応して行われる一連の処理を示す。
最初にパイロット噴射工程において燃料圧力センサ37によって検出された燃料圧力が検出信号SgPとしてECU2に入力され、ECU2は、入力された燃料圧力を記憶領域に一時的に記録する(ステップSa1)。
ECU2は、ステップSa1で記録された燃料圧力と、過去のサンプリングによって記録されている燃料圧力のデータを参照して、記憶されているデータに基づいたデジタル信号処理(デジタルフィルタ)により、時系列データの時間に依存する変動を除去するローパスフィルタ(LPF)処理を行う(ステップSa2)
ECU2は、ステップSa1で記録された燃料圧力と、過去のサンプリングによって記録されている燃料圧力のデータを参照して、記憶されているデータに基づいたデジタル信号処理(デジタルフィルタ)により、時系列データの時間に依存する変動を除去するローパスフィルタ(LPF)処理を行う(ステップSa2)
ECU2は、燃料噴射(パイロット噴射)が開始されたタイミングを燃料圧力の低下によって検出する。この燃料噴射が開始されたタイミングを、燃料噴射が開始された始点を検索する(ステップSa3)。
ECU2は、検索によって定められた燃料噴射の始点を基準として、ローパスフィルタ(LPF)処理を行った平均燃料圧力から入力された燃料圧力を減算し、燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化を記録する。記録されたデータは、圧力履歴記憶として逐次追加され、記録されるデータが更新される(ステップSa4)。
ECU2は、検索によって定められた燃料噴射の始点を基準として、ローパスフィルタ(LPF)処理を行った平均燃料圧力から入力された燃料圧力を減算し、燃料噴射によって生じる燃料圧力の変化を記録する。記録されたデータは、圧力履歴記憶として逐次追加され、記録されるデータが更新される(ステップSa4)。
燃料圧力センサ37によって検出されたエンジン1の運転状態における燃料圧力が検出信号SgPによってECU2に入力される。ECU2は、入力された燃料圧力の変化からパイロット噴射工程における燃料噴射が行われたタイミングを判定する。判定された燃料噴射の始点と、圧力履歴記録の始点とを一致させ、それぞれの始点並びに始点を基準とする時間軸を一致させることができる。始点からの経過時間に応じて検出された燃料圧力から、経過時間に応じた圧力履歴記録の値を加算することにより、経過時間における平均燃料圧力が導かれる(ステップSa5)。
ECU2は、平均燃料圧力の変化を検出して、メイン噴射が開始されたことを検出する。メイン噴射が開始すると、噴射量に伴って平均燃料圧力が低下にするため、パイロット噴射終了後の平均燃料圧力の変化量が定められた閾値以上となった時点をメイン噴射開始とすることができる。メイン噴射開始が検出されると、ECU2は、メイン噴射開始時刻と、その時刻における平均燃料圧力とを検出する燃圧検出処理を終了する(ステップSa6)。
ECU2は、平均燃料圧力の変化を検出して、メイン噴射が開始されたことを検出する。メイン噴射が開始すると、噴射量に伴って平均燃料圧力が低下にするため、パイロット噴射終了後の平均燃料圧力の変化量が定められた閾値以上となった時点をメイン噴射開始とすることができる。メイン噴射開始が検出されると、ECU2は、メイン噴射開始時刻と、その時刻における平均燃料圧力とを検出する燃圧検出処理を終了する(ステップSa6)。
以上に示された本発明の実施形態によれば、燃料噴射制御装置10におけるECU2は、供給された燃料を蓄圧するコモンレール13から供給される燃料を噴射する燃料噴射弁6を制御する。燃料圧力センサ37は、コモンレール13と燃料噴射弁6との間の燃料圧力を検出する。ECU2は、燃料圧力センサ37によって検出された燃料噴射実行時の燃料圧力の変動値から燃料噴射量を算出する。
ECU2は、パイロット噴射及びメイン噴射を続けて実行する際に、パイロット噴射により生じる燃料圧力の変動値に基づいてパイロット噴射における噴射量を算出する。また、ECU2は、メイン噴射により生じる燃料圧力の変動値に含まれるパイロット噴射による変動値を、パイロット噴射による変動値の変化と逆位相の圧力変動値を加算して変動値を低減させる。さらに、ECU2は、メイン噴射により生じる燃料圧力の変動値からメイン噴射の噴射時期を算出する。
ECU2は、パイロット噴射及びメイン噴射を続けて実行する際に、パイロット噴射により生じる燃料圧力の変動値に基づいてパイロット噴射における噴射量を算出する。また、ECU2は、メイン噴射により生じる燃料圧力の変動値に含まれるパイロット噴射による変動値を、パイロット噴射による変動値の変化と逆位相の圧力変動値を加算して変動値を低減させる。さらに、ECU2は、メイン噴射により生じる燃料圧力の変動値からメイン噴射の噴射時期を算出する。
そして、パイロット噴射開始時の基準燃料圧力を平均燃料圧力から導くことにより燃料圧力の検出精度が向上し、パイロット噴射の燃料圧力変動に影響されずに安定な燃料噴射を行うことができる。
また、ECU2における、燃料圧力センサ37は、コモンレール13と燃料噴射弁6との間に設けられ、その間の燃料圧力を検出する。
そして、燃料圧力センサ37は、コモンレール13と燃料噴射弁6との間の燃料圧力を検出することができる。燃料圧力センサ37により、燃料噴射弁6に供給される燃料圧力の変動を的確に検出することができ、検出された燃料圧力に基づいた燃料噴射制御を行うことができることから、パイロット噴射の燃料圧力変動に影響されずに安定な燃料噴射を行うことができる。
そして、燃料圧力センサ37は、コモンレール13と燃料噴射弁6との間の燃料圧力を検出することができる。燃料圧力センサ37により、燃料噴射弁6に供給される燃料圧力の変動を的確に検出することができ、検出された燃料圧力に基づいた燃料噴射制御を行うことができることから、パイロット噴射の燃料圧力変動に影響されずに安定な燃料噴射を行うことができる。
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本発明の燃料噴射制御装置10における、燃料圧力センサ37は、燃料噴射弁6に対応して設けられるものとして説明したが、少なくとも1つの燃料圧力センサ37によって、複数の燃料噴射弁6の噴射によって変動する燃料圧力変動を検出することとしても良い。その燃料圧力センサ37の設置箇所は、オリフィス13cの下流に配置することが好適であるが、目的の変動量を検出することができる場所に設けることとしても良い。
例えば、本発明の燃料噴射制御装置10における、燃料圧力センサ37は、燃料噴射弁6に対応して設けられるものとして説明したが、少なくとも1つの燃料圧力センサ37によって、複数の燃料噴射弁6の噴射によって変動する燃料圧力変動を検出することとしても良い。その燃料圧力センサ37の設置箇所は、オリフィス13cの下流に配置することが好適であるが、目的の変動量を検出することができる場所に設けることとしても良い。
また、オリフィス13cを例に示し、コモンレール13と高圧配管13bの間に流量を制限する抵抗成分を設けた。この抵抗成分には、オリフィス13c以外にも目的の流量制御を行える構造のものであれば選択可能である。
また、高圧配管13b内に設けられるオリフィス13cの配置は、コモンレール13側に近い位置とすることが好適である。
また、燃料圧力センサ37の配置は、オリフィス13cに近い下流部側とすることが好適である。
また、燃料圧力センサ37の配置は、オリフィス13cに近い下流部側とすることが好適である。
また、メイン噴射に先立って行われるパイロット噴射の回数は、1回に限定されることなく、複数回に分割することは可能である。
また、本実施形態では、燃料噴射弁6の数を4個、コモンレール13の数を1個として説明しているが、それぞれ4個と1個に制限されるものではなく、エンジン1の構成によってその数量は任意に設定することができる。
また、エンジン1はディーゼルエンジンであることとして説明したが、この燃料噴射制御装置10はガソリンエンジンに対する適応も可能である。
また、本発明は、船外機のような船舶推進機用の内燃機関を含む、様々な産業用の内燃機関に適用することが可能である。
また、エンジン1はディーゼルエンジンであることとして説明したが、この燃料噴射制御装置10はガソリンエンジンに対する適応も可能である。
また、本発明は、船外機のような船舶推進機用の内燃機関を含む、様々な産業用の内燃機関に適用することが可能である。
1 エンジン(内燃機関)
2 ECU(噴射量算出手段)
6 燃料噴射弁(燃料噴射手段)
10 燃料噴射制御装置(燃料噴射制御装置)
13 コモンレール(燃料蓄圧手段)
37、37−1〜37−4 燃料圧力センサ(燃料圧力検出手段)
P2 高圧ポンプ(燃料供給手段)
第1の燃料噴射(パイロット噴射)
第2の燃料噴射(メイン噴射)
2 ECU(噴射量算出手段)
6 燃料噴射弁(燃料噴射手段)
10 燃料噴射制御装置(燃料噴射制御装置)
13 コモンレール(燃料蓄圧手段)
37、37−1〜37−4 燃料圧力センサ(燃料圧力検出手段)
P2 高圧ポンプ(燃料供給手段)
第1の燃料噴射(パイロット噴射)
第2の燃料噴射(メイン噴射)
Claims (2)
- 内燃機関に対する燃料の噴射を制御する燃料噴射制御装置において、
前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段により供給された燃料を蓄圧する燃料蓄圧手段と、
前記燃料蓄圧手段から供給される燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、
前記蓄圧手段と前記燃料噴射手段との間の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
前記燃料噴射実行時の前記燃料圧力の変動値から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
を備え、
前記燃料噴射制御手段は、第1の燃料噴射(パイロット噴射)及び第2の燃料噴射(メイン噴射)を続けて実行する際に、該第1の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値に基づいて該第1の燃料噴射における噴射量を算出し、該第2の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値に含まれる該第1の燃料噴射による変動値を、該第1の燃料噴射による変動値の変化と逆位相の圧力変動値を加算して変動値を低減させ、該第2の燃料噴射により生じる燃料圧力の変動値から該第2の燃料噴射の噴射時期を算出する
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 前記燃料圧力検出手段は、
前記蓄圧手段と前記燃料噴射手段との間に設けられ、その間の燃料圧力を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026433A JP2010180825A (ja) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | 燃料噴射制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2009026433A JP2010180825A (ja) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | 燃料噴射制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010180825A true JP2010180825A (ja) | 2010-08-19 |
Family
ID=42762527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009026433A Pending JP2010180825A (ja) | 2009-02-06 | 2009-02-06 | 燃料噴射制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010180825A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012062849A (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-29 | Denso Corp | 燃料噴射波形演算装置 |
GB2500207A (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-18 | Gm Global Tech Operations Inc | Fuel injection method comprising correction factors for fuel rail pressure and fuel temperature |
JP2013217341A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Nippon Soken Inc | 燃料噴射制御装置 |
EP2719887A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-16 | Continental Automotive GmbH | A fuel injection pump |
JP2015102071A (ja) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃料調整器、燃焼器、ガスタービン、ガスタービンシステム、燃料調整器制御方法、及びプログラム |
-
2009
- 2009-02-06 JP JP2009026433A patent/JP2010180825A/ja active Pending
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