JP2699545B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
〔従来の技術〕
筒内噴射式内燃機関における燃料噴射量は燃料噴射時
における筒内圧と燃料噴射圧との差圧、および燃料噴射
時間によって定まり、従って機関の運転状態に応じて定
まる最適な量の燃料を噴射するためには燃料噴射時にお
ける筒内圧を知る必要がある。そこで筒内圧を圧力セン
サにより検出し、この検出された筒内圧に基いて最適な
量の燃料を噴射できるように燃料噴射圧を制御するよう
にしたディーゼル機関が公知である(特開昭58−217730
号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら燃料噴射圧の制御応答性を高めることは
困難であり、従って燃料噴射圧を制御している限り正確
に最適な量の燃料を噴射するのは困難であるという問題
がある。特に多気筒の筒内噴射式内燃機関において吸気
行程にも燃料噴射を行なうようにした場合において或る
気筒の吸気行程噴射時期と他の気筒の圧縮行程噴射時期
とが重複した場合には夫々の筒内圧が異なるために燃料
噴射圧の制御が困難であるという問題がある。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば第1図の
発明の構成図に示されるように筒内噴射式内燃機関にお
いて、要求燃料噴射量を算出する噴射量算出手段Aと、
燃料噴射が行われるクランク角を算出するクランク角算
出手段Bと、吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段
Cと、クランク角算出手段Bおよび吸入空気量算出手段
Cの算出結果に基いて燃料噴射が行われるときの筒内圧
を算出する筒内圧算出手段Dと、燃料噴射圧を検出する
噴射圧検出手段Eと、筒内圧算出手段Eの算出結果およ
び噴射圧検出手段Eの検出結果に基いて燃料噴射圧と筒
内圧の差圧を算出する差圧算出手段Fと、噴射量算出手
段Aおよび差圧算出手段Fの算出結果に基いて燃料噴射
時間を算出する噴射時間算出手段Gとを具備している。
〔作 用〕
高精度で容易に制御しうる燃料噴射時間が最適な噴射
量を得られるように制御される。
〔実施例〕
第2図に内燃機関の全体図を示す。第2図を参照する
と、1は機関本体、2は気筒、3は各気筒2に対して夫
々配置された燃料噴射弁、4は蓄圧室、5は吸気マニホ
ルド、6は吸気ダクトを夫々示し、蓄圧室4は吐出量可
変の加圧燃料供給ポンプ7および燃料ポンプ8を介して
燃料タンク9に接続される。燃料ポンプ8は加圧燃料供
給ポンプ7に低圧の燃料を送り込むために設けられてい
る。この低圧の燃料は加圧燃料供給ポンプ7により高圧
の燃料とされ、次いでこの高圧の燃料は蓄圧室4内に供
給される。蓄圧室4内に蓄わえられた高圧の燃料は燃料
分配管10および各燃料噴射弁3を介して各気筒2内に噴
射される。蓄圧室4内には蓄圧室4内の燃料圧を検出す
る圧力センサ11が配置される。
第3図は第2図に示す燃料噴射弁3の拡大側面断面図
を示す。第3図を参照すると燃料噴射弁3はそのハウジ
ング20内に摺動可能に挿入されてノズル口21の開閉制御
をするニードル22と、ニードル22の円錐状受圧面23周り
に形成されたニードル加圧室24と、ハウジング20内に摺
動可能に挿入されたピストン25と、ハウジング20とピス
トン25間に挿入されたピエゾ圧電素子26と、ピストン25
をピエゾ圧電素子26に向けて付勢する皿ばね27と、ニー
ドル22とピストン25間に形成された圧力制御室28と、ニ
ードル22をノズル口21に向けて付勢する圧縮ばね29とを
具備する。圧力制御室28はニードル22周りに形成された
絞り通路30を介してニードル加圧室24に連結され、ニー
ドル加圧室24は燃料通路31および燃料分配管10(第2
図)を介して蓄圧室4内に連結される。従ってニードル
加圧室24には蓄圧室4内の高圧の燃料が導びかれ、この
高圧燃料の一部は絞り通路30を介して圧力制御室28内に
送り込まれる。斯くして、ニードル加圧室24内および圧
力制御室28内の燃料圧は蓄圧室4内とほぼ同じ高圧とな
っている。
ピエゾ圧電素子26にチャージされた電荷がディスチャ
ージされてピエゾ圧電素子26が収縮するとピストン25が
上昇するために圧力制御室28内の燃料圧が急激に低下す
る。その結果、ニードル22が上昇し、ノズル口21からの
燃料噴射が開始される。燃料噴射が行われている間、ニ
ードル加圧室24内の燃料が絞り通路30を介して圧力制御
室28内に送り込まれるために圧力制御室28内の燃料圧は
次第に上昇する。次いでピエゾ圧電素子26に電荷がチャ
ージされてピエゾ圧電素子行26が伸長するとピストン25
が下降するために圧力制御室28内の燃料圧が急激に上昇
する。その結果、ニードル22が下降してノズル口21を閉
鎖し、斯くして燃料噴射が停止せしめられる。燃料噴射
が停止されている間、圧力制御室28内の燃料が絞り通路
30を介してニードル加圧室24内に流出するために圧力制
御室28内の燃料圧は徐々に低下し、元の高圧に戻る。こ
のようにピエゾ圧電素子26にチャージされた電荷がディ
ースチャージされると燃料噴射が開始され、ピエゾ圧電
素子26に電荷がチャージされると燃料噴射が停止され
る。このようなピエゾ圧電素子26に対する電荷のチャー
ジおよびディスチャージは電子制御ユニット40(第2
図)の出力信号により制御される。
第2図を参照すると、電子制御ユニット40はディジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス41によって相互
に接続されたROM(リードオンメモリ)42、RAM(ランダ
ムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)4
4、入力ポート45および出力ポート46を具備する。圧力
センサ11は蓄圧室4内の燃料圧に比例した出力電圧を発
生し、この出力電圧はAD変換器47を介して入力ポート45
に入力される。また、入力ポート45には例えば1番気筒
が吸気上死点にあることを検出する上死点検出センサ4
8、および例えばクランクシャフトが30度回転する毎に
出力パルスを発生するクランク角センサ49が接続され、
このクランク角センサ49の出力パルスから機関回転数が
計算される。また、負荷センサ50はアクセルペダルの踏
込み量に比例した出力電圧が発生し、この出力電圧がAD
変換器51を介して入力ポート45に入力される。一方、出
力ポート46は対応する駆動回路52を介して各燃料噴射弁
3のピエゾ圧電素子26に接続され、更に出力ポート46は
駆動回路53を介して加圧燃料供給ポンプ7に接続され
る。加圧燃料供給ポンプ7は電子制御ユニット40の出力
信号に基いて蓄圧室4内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに吐出量が制御される。
燃料噴射弁3から噴射される燃料量は筒内圧と燃料噴
射圧との差圧、第2図に示される実施例では筒内圧と蓄
圧室4内の燃料圧との差圧、および燃料噴射時間で定ま
り、要求噴射量は機関の運転状態に応じて定まる。そこ
で本発明による実施例では筒内圧と蓄圧室4内の燃料圧
との差圧を求め、噴射量が要求噴射量となるように燃料
噴射時間を制御するようにしている。即ち、筒内圧は一
回転当り一気筒に吸入される吸入空気量によって定ま
り、この筒内圧POは第4図に示されるように吸気下死点
BDCを越えて圧縮上死点TDCに向かうに従って高くなる。
従って吸入空気量がわかり、燃料噴射時期がわかれば燃
料噴射時における筒内圧POがわかることになる。そこで
第4図に示す実施例ではまず初めに機関運転状態に応じ
た最適噴射開始時期θSを求める。次いで吸入空気量と
噴射開始時期θSから噴射開始時における筒内圧POを求
める。次いでこの筒内圧POと蓄圧室4内の燃料圧との差
圧を求め、この差圧と噴射開始時期θSと要求噴射量か
ら暫定的に燃料噴射期間Xを求める。次いでこの燃料噴
射期間Xの中間点のクランク角θmを求め、このクラン
ク角θmを燃料噴射が行われるクランク角とする。次い
で吸入空気量とクランク角θmから燃料噴射が行われる
ときの筒内圧POを求める。次いでこの筒内圧POと蓄圧室
4内の燃料圧との差圧を求め、噴射量が要求噴射量とな
うように燃料噴射時間TAUを求める。
第5図に燃料噴射制御ルーチンの一実施例を示す。こ
のルーチンは予め定められたクランク角で実行される。
第5図を参照するとまず初めにステップ60においてク
ランク角センサ49および負荷センサ50の出力信号に基い
て要求燃料噴射量QFが計算される。この要求燃料噴射量
QFは第6図(A)に示されるように機関回転数Nおよび
機関負荷Lの関数としてマップの形で予めROM42内に記
憶されている。次いでステップ61では機関回転数Nおよ
び機関負荷Lから燃料噴射開始時期θS(クランク角)
が計算される。この燃料噴射開始時期θSは第6図
(B)に示されるように機関回転数Nおよび機関負荷L
の関数としてマップの形で予めROM42内に記憶されてい
る。次いでステップ62ではθSがθとされる。次いでス
テップ63では吸入空気量QAが計算される。第2図に示す
ように吸気ダクト6内にスロットル弁が配置されていな
い場合には第6図(C)に示されるように吸入空気量QA
は機関回転数Nの関数となる。第6図(C)に示す関係
は予めROM42内に記憶されている。次いでステップ64で
はクランク角θと吸入空気量QAから燃料噴射開始時期θ
Sにおける筒内圧POが計算される。この筒内圧POは第6
図(D)に示すようにクランク角θと吸入空気量QAの関
数としてマップの形で予めROM42内に記憶されている。
次いでステップ65では圧力センサ11により検出された蓄
圧室4内の燃料圧Pと筒内圧POとの差圧ΔPが計算され
る。次いでステップ66では要求燃料噴射量QFと燃料噴射
開始時期θSと差圧ΔPから要求燃料噴射量QFを噴射す
るのに必要な暫定的な噴射期間X(第4図)が計算さ
れ、次いでステップ67では燃料噴射開始時期θSと噴射
期間Xから噴射期間Xの中間点のクランク角θmが計算
される。
次いでステップ68ではθmがθとされる。次いでステ
ップ69では第6図(D)に示す関係に基づいてクランク
角θと吸入空気量QAから噴射期間Xの中間点のクランク
角θmにおける、即ち燃料噴射時における筒内圧POが計
算される。次いでステップ70では圧力センサ11により検
出された蓄圧室4内の燃料圧Pと筒内圧POとの差圧ΔP
が計算される。次いでステップ71では要求燃料噴射量QF
と差圧ΔPから燃料噴射時間TAUが計算される。この燃
料噴射時間TAUは第6図(E)に示されるように要求燃
料噴射量QFと差圧ΔPの関数としてマップの形で予じめ
ROM42内に記憶されている。次いでステップ72では燃料
噴射時間TAUと燃料噴射開始時期θSから燃料噴射完了
時期θEが計算される。次いでステップ73ではピエゾ圧
電素子26にチャージされた電荷を燃料噴射開始時期θS
にディスチャージすべきデータ、およびピエゾ圧電素子
26に電荷を燃料噴射完了時期θEにチャージすべきデー
タが出力ポート46に出力される。
第7図に別の実施例を示す。この実施例において第5
図と異なるところはステップ61a、ステップ72aのみであ
り、その他は第5図と同じであるのでこれらステップ61
a、ステップ72aを中心に説明する。
この実施例ではステップ61aにおいて機関回転数Nお
よび機関負荷Lから燃料噴射完了時期θEが計算され
る。この燃料噴射完了時期θEは第9図(A)に示され
るように機関回転数Nおよび機関負荷Lの関数としてマ
ップの形で予めROM42内に記憶されている。従ってこの
実施例ではステップ66において燃料噴射完了時期θEに
基いて暫定的に噴射期間Xが計算される。また、ステッ
プ72aにおいては燃料噴射時間TAUと燃料噴射完了時期θ
Eから燃料噴射開始時期θSが計算される。
第8図に示す実施例では吸気ダクト6内にスロットル
弁54が配置される。このように吸気ダクト6内にスロッ
トル弁54が配置されると吸入空気量QAは機関回転数Nの
みの関数ではなくなり、機関回転数Nとスロットル弁54
の開度の関数、或いは吸気マニホルド5内の負圧の関数
となる。
スロットル弁54の開度に基いて吸入空気量QAを求める
場合には第8図に示されるようにスロットル弁54の開度
に比例した出力電圧を発生するスロットルセンサ55がス
ロットル弁54に取付けられ、このスロットルセンサ55の
出力電圧がAD変換器56を介して入力ポート45に入力され
る。この場合には第5図および第7図のステップ63にお
いてスロットル弁開度θTと機関回転数Nから吸入空気
量QAが計算される。この吸入空気量QAは第9図(B)に
示すようにスロットル弁開度θTと機関回転数Nの関数
としてマップの形で予めROM42内に記憶されている。
一方、吸気マニホルド5内の負圧に基いて吸入空気量
QAを求める場合には第8図に示されるように吸気マニホ
ルド5内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する絶対圧
センサ57が吸気マニホルド5に取付けられ、この絶対圧
センサ57の出力電圧がAD変換器58を介して入力ポート45
に入力される。この場合には第5図および第7図のステ
ップ63において吸気マニホルド5内の絶対圧APから吸入
空気量QAが計算される。この吸入空気量QAは第9図
(C)に示すように吸気マニホルド5内の絶対圧APの関
数として予めROM42内に記憶されている。
なお、上述したように本発明による実施例では暫定的
な噴射期間Xの中間点のクランク角θmを求め、このク
ランク角θmから筒内圧POを求めるようにしている。従
ってこの筒内圧POは噴射が行われているときの平均的な
筒内圧を表わしていることになり、斯くしてこの筒内圧
POに基いて燃料噴射時間を計算することにより燃料噴射
量を正確に要求噴射量に一致させることができる。
しかしながら、燃料噴射時間が短かいときには第5図
のステップ67で計算されるクランク角θmを燃料噴射開
始時期θSとすることもできるし、第7図のステップ67
で計算されるクランクθmを燃料噴射完了時期θEとす
ることもできる。
また、一回の燃焼に対して吸気行程と圧縮行程に分割
して燃料を噴射するようにした場合には吸気行程時の噴
射および圧縮行程時の噴射の各々について上述の実施例
の如く噴射時間を定めてやればよい。
〔発明の効果〕
筒内圧と燃料噴射圧との差圧、および要求噴射量に基
いて燃料噴射時間を制御することにより燃料噴射量を正
確かつ容易に要求噴射量に一致させることができる。ま
た、吸気行程および圧縮行程の双方において燃料噴射を
行うようにした場合でも燃料噴射量を正確かつ容易に要
求噴射量に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成図、第2図は内燃機関の全体図、
第3図は燃料噴射弁の拡大側面断面図、第4図は筒内圧
を示す線図、第5図は燃料噴射を制御するためのフロー
チャート、第6図はROM内に記憶された種々のデータを
示す図、第7図は燃料噴射を制御するための別の実施例
を示すフローチャート、第8図は別の実施例を示す内燃
機関の全体図、第9図はROM内に記憶された種々のデー
タを示す図である。 2……気筒、3……燃料噴射弁、4……蓄圧室、 7……加圧燃料供給ポンプ、11……圧力センサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】筒内噴射式内燃機関において要求燃料噴射
    量を算出する噴射量算出手段と、燃料噴射が行われるク
    ランク角を算出するクランク角算出手段と、吸入空気量
    を算出する吸入空気量算出手段と、クランク角算出手段
    および吸入空気量算出手段の算出結果に基いて燃料噴射
    が行われるときの筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
    燃料噴射圧を検出する噴射圧検出手段と、筒内圧算出手
    段の算出結果および噴射圧検出手段の検出結果に基いて
    燃料噴射圧と上記筒内圧の差圧を算出する差圧算出手段
    と、噴射量算出手段および差圧算出手段の算出結果に基
    いて燃料噴射時間を算出する噴射時間算出手段とを具備
    した内燃機関の燃料噴射制御装置。
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