JP4078874B2 - 増圧型燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄圧室に貯留された燃料と増圧機構により増圧された燃料とを切換えてインジェクタにより燃焼室に噴射する増圧型燃料噴射装置、特に、内燃機関の運転状態に応じた負荷に対応する燃料噴射量を的確に噴射処理できる増圧型燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室にインジェクタにより燃料噴射する燃料噴射装置の一つに増圧型燃料噴射装置がある。この増圧型燃料噴射装置は、蓄圧室を成すコモンレールに燃料供給系からの高圧燃料を貯留し、このコモンレールに連結されるインジェクタのノズル部を燃焼室に対設している。しかも、コモンレールとインジェクタを結ぶ高圧燃料路の途中に分岐路を設けて増圧機構を連結する。この増圧機構は高圧燃料路の燃圧を分岐路を介してパワーピストンで受けて高圧燃料路のインジェクタ側に増圧燃料を供給するもので、パワーピストンの作動を増圧ピストン電磁弁で切換え作動している。この増圧型燃料噴射装置は、例えば、図5に示すように、インジェクタ電磁弁の駆動信号n1がオン時t01に燃料噴射を開始し、増圧ピストン電磁弁の駆動信号n2がオン時t02にコモンレール圧Pcが増圧され、符号Phで示す増圧燃料の経時圧力を発生し、符号pmで示す噴射率の燃料噴射作動を行う。
【0003】
ここでインジェクタ電磁弁のオン時t01と増圧ピストン電磁弁のオン時t02の間で初期噴射j1が、増圧ピストン電磁弁のオン時t02とインジェクタ電磁弁のオフ時t03の間で後噴射j2が2段階で成され、これによりエンジンの排出ガス低減ならびに騒音低減を図るようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常のコモンレール式燃料噴射装置は噴射圧がコモンレール圧力相当であることから、噴射直前にモニタしたコモンレール圧を噴射圧として代用し、目標噴射量に相当するインジェクタ駆動期間を決定している。
しかし、増圧型燃料噴射装置では、増圧後の噴射圧はコモンレール圧で代用することができないため、別途、噴射圧力をモニタする必要がある。
しかし、インジェクタ内の噴口手前に同位置の噴射圧を検出するセンサを設けるとした場合、取り付けスペース確保が困難な場合が多く、しかも、各インジェクタにセンサをそれぞれ取付ける必要があり、コスト増を招くという問題がある。
【0005】
また、噴射圧力のモニタをやめるとした場合、エンジン運転条件に応じて変化するコモンレール圧、増圧ピストン駆動時期などに対応して目標噴射量に基くインジェクタ及び増圧ピストンの駆動期間の決定ができず、燃料噴射制御が的確に成されず、安定したエンジン制御ができない。
本発明は、以上のような課題に基づき、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる増圧型燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、蓄圧室に貯留された燃料と増圧機構により増圧された燃料とを切換えてインジェクタにより燃焼室に噴射する燃料噴射装置において、エンジンの運転状態に応じた目標燃料噴射量を設定する目標噴射量設定手段と、上記インジェクタからの燃料噴射を噴射状態と非噴射状態とに切換えるインジェクタ電磁弁の開弁時期と、上記増圧機構の作動をオン・オフ切換えする増圧機構作動電磁弁のオン開始時期との時間差を運転状態に応じて設定する時間差設定手段と、上記インジェクタ電磁弁が作動した場合の上記蓄圧室の燃料圧力に応じた経時圧力と上記時間差設定手段により与えられた時間差を基に初期の噴射量を算出する初期噴射量算出手段と、上記目標燃料噴射量から上記初期の噴射量を減算して求めた後期の噴射量と、上記増圧機構作動電磁弁が作動した場合の増圧燃料の経時圧力とを基に上記インジェクタ電磁弁のオン状態の時間を算出する後期噴射期間設定手段と、を備えたことを特徴とする。
このように、初期噴射量算出手段がインジェクタ電磁弁が作動した場合の蓄圧室の燃料圧力に応じた経時圧力と時間差設定手段により与えられた時間差を基に初期の噴射量を算出し、目標燃料噴射量から初期の噴射量を減算して求めた後期の噴射量と、増圧機構作動電磁弁が作動した場合の増圧燃料の経時圧力とを基にインジェクタ電磁弁のオン状態の時間である後噴射期間を算出することができるので、インジェクタ内の噴口近傍の燃圧をモニタすることなく、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1記載の増圧型燃料噴射装置において、上記初期噴射量算出手段により算出される初期噴射量は、上記蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定されていることを特徴とする。
このように、初期噴射量をインジェクタ電磁弁が作動した場合の蓄圧室の燃料圧力に応じた経時圧力と、時間差とに応じて設定し、しかも蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定するので、的確な初期噴射量を求めることができ、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる。
【0008】
請求項3の発明は、請求項1記載の増圧型燃料噴射装置において、上記後期噴射期間設定手段は、上記後期噴射量と上記増圧機構作動電磁弁が作動した場合の増圧燃料の経時圧力とに応じて上記後期噴射期間を設定し、且つ当該後期噴射期間は、上記蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定されていることを特徴とする。
このように、後期噴射期間を後期噴射量と増圧燃料の経時圧力とに応じて設定し、しかも蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定するので、的確な後期噴射量を求めることができ、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態としての増圧型燃料噴射装置を図1乃至図3を参照して説明する。
ここでの増圧型燃料噴射装置1は、図示しない車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン(以後単にエンジンと記す)2に装着される。
エンジン2はそのエンジン本体3上に増圧型燃料噴射装置1を装着しており、エンジン本体3内の各燃焼室(1つのみ示した)4に増圧型燃料噴射装置1により後述のブーツ型噴射モードM1或いは矩形型噴射モードM2での増圧燃料噴射を行う。
【0010】
増圧型燃料噴射装置1は、エンジン本体3内の各燃焼室4に燃料噴射を行うインジェクタ5と、各インジェクタ5に高圧燃料を供給するコモンレール6と、コモンレール6に高圧燃料を供給する高圧燃料供給装置7と、各インジェクタ5のインジェクタ電磁弁8を駆動制御するエンジン制御装置としてのコントローラ9を備える。
高圧燃料供給装置7は燃料タンク11と、同燃料タンク11の燃料をコモンレール6に圧送する供給管12と、供給管12上に配備され、同燃料タンク11の燃料をフィルタ13を介し吸入して高圧化し、コモンレール6に圧送する供給ポンプ14と、各インジェクタ5側からの戻り燃料を集合させて燃料タンク11に導く低圧管15とを備える。
【0011】
コモンレール6は気筒配列方向に向けた状態でエンジン本体3に支持され、供給ポンプ14からの高圧燃料を貯留し、各インジェクタ5との対向位置より同部に向う主噴射路16を分岐して延出する。
各インジェクタ5は同一構成を採り、ノズル部17とインジェクタ電磁弁8と噴射切換部19を備える。ノズル部17は燃焼室4に燃料噴射可能にエンジン本体3に支持される。インジェクタ電磁弁8はコントローラ9の駆動信号でオンオフ作動して主噴射路16の高圧燃料をノズル部17を介し燃焼室4に噴射供給可能に構成される。
【0012】
噴射切換部19は主噴射路16を形成され、しかも、主噴射路16に分岐して接続される増圧機構21を備える。増圧機構21は、主噴射路16に対し、並列状に大小の内径のシリンダ室22、23を備え、ここに大小の外径で一体化して形成された増圧ピストン241を収容する。大径のシリンダ室22の端部は主噴射路16の上流分岐部(コモンレール側)b1に小径のシリンダ室23の端部は主噴射路16の下流分岐部(インジェクタ側)b2に連通する。大径シリンダ室22の小径シリンダ室23側部位には大径シリンダ室22の燃圧を開放する増圧機構作動電磁弁としての増圧電磁弁25を備えた開放路30と、主噴射路16の中間分岐部b3に絞り28を介し連通する調圧路27とが接続される。更に、主噴射路16の下流分岐部b1と中間分岐部b3の間にはインジェクタ5側からコモンレール6側への燃料流動を防止する逆止弁29が配設される。
【0013】
増圧電磁弁25はコントローラ9の駆動信号でオンオフ作動して開放路30及び大径のシリンダ室22を開閉し、大径増圧ピストン241の表裏面に圧力差を生じさせて大小径の増圧ピストン241を図中左側に加圧作動させ、下流分岐部(インジェクタ側)b2側の燃圧を加圧できる。
なお、開放路30は開放口301が形成され、同口は低圧燃料を燃料タンク11に導く低圧管15に接続される。符号18は増圧ピストン241を上流分岐部(コモンレール側)b1に戻す戻しばねを示す。
【0014】
コントローラ9はその入出力回路に多数のポートを有し、エンジンの運転情報を検出するための各種センサを接続しており、特に、エンジン2のアクセルペダル開度θaを検出するアクセルペダル開度センサ31と、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ32、水温wtを検出する水温センサ33とが接続される。ここでクランク角情報ΔθはエンジンECU2においてエンジン回転数Neの導出に用いられる。
コントローラ9は周知のエンジン制御処理機能を備え、特に、増圧型燃料噴射装置1の制御機能として、目標噴射量設定手段A1と、時間差設定手段A2と、初期噴射量算出手段A3と、後期噴射期間設定手段A4、インジェクタ開弁期間設定手段A5としての機能を有する。
【0015】
ここで増圧型燃料噴射装置1は、図2に示すように、インジェクタ電磁弁18の駆動信号s1がオンする開弁時期taに燃料噴射を開始し、増圧電磁弁25の駆動信号s2がオンするオン開始時期tb(開弁時期)に主噴射路16の下流分岐部(インジェクタ側)b2の燃圧が増圧され、符号Phで示す増圧燃料の経時圧力を発生し、ブーツ型噴射モードM1、或いは矩形型噴射モードM2で示す噴射率の燃料噴射作動を行うよう、制御機能を発揮する。
ブーツ型噴射モードM1の場合、インジェクタ電磁弁8の開弁時期taと増圧電磁弁25のオン開始時期tbの間で初期噴射j1が、増圧電磁弁25のオン開始時期tbとインジェクタ電磁弁のオフ時tcの間で後噴射j2が2段階で成され、これによりエンジンの暖機促進を図るようにしている。
【0016】
目標噴射量設定手段A1はエンジン2の運転状態であるエンジン回転数Ne、アクセルペダル開度θaに応じた目標燃料噴射量qtargetを図示しない目標燃料噴射量マップより算出する。
時間差設定手段A2はインジェクタ5からの燃料噴射を噴射状態と非噴射状態とに切換えるインジェクタ電磁弁8の開弁時期taと、増圧機構21の作動をオン・オフ切換えする増圧電磁弁25(増圧機構作動電磁弁)のオン開始時期tbとの時間差Δtini(図2参照)を運転状態に応じて設定する。
【0017】
開弁時期taも同様エンジンの運転状態に応じて設定される。
初期噴射量算出手段A3はコモンレールの圧力毎に設定されたインジェクタ電磁弁8が作動した場合の経時圧力Phと、時間差Δtiniとにより初期噴射量qiniを設定するマップで構成されており時間差設定手段A2により与えられた時間差Δtiniを基に初期の噴射量qiniを当該初期噴射量マップm1により算出する。
【0018】
後期噴射期間設定手段A4は目標燃料噴射量qtargetから初期の噴射量qiniを減算して求めた後期の噴射量qmainと、増圧電磁弁25が作動した場合の増圧燃料の経時圧力Phを基に、図3の後期噴射期間マップm2によりインジェクタ電磁弁8のオン状態の時間(後期噴射期間)Δtmainを算出する。
インジェクタ開弁期間設定手段A5は、後期噴射期間Δtmainと時間差Δtini(前期噴射期間)を加算して(時間差Δtiniが負では減算)インジェクタ開弁期間Δtを算出する。
【0019】
次に、図1の増圧型燃料噴射装置の作動を図4に示す燃料噴射制御ルーチンに沿って説明する。
燃料噴射制御ルーチンのステップs1に達すると、最新のデータ、例えば、コモンレール圧Pcr,エンジン回転数Ne、アクセルペダル開度θa、クランク角度Δθ、水温wt等が取り込まれ、それぞれ記憶処理される。
【0020】
ステップs2では運転状態であるエンジン回転数Ne、アクセルペダル開度θaに応じた目標燃料噴射量qtargetを図示しない目標燃料噴射量マップより算出する。
【0021】
ステップs3ではインジェクタ電磁弁8の開弁時期taと増圧電磁弁25のオン開始時期tbとの時間差Δtiniを図示しない時間差マップより算出する。この場合、Δtiniはエンジンの水温wt増に応じて短く成るよう図示しない演算マップで設定しても良い。
特に、ブーツ型噴射モードM1では、時間差Δtini(=ta−tb)が正の値で設定され、矩形型噴射モードM2では負の値(−Δtini)として設定される。
【0022】
ステップs4に達すると、増圧電磁弁25(増圧機構作動電磁弁)が作動した場合の経時圧力と現在のコモンレール圧Pcrと時間差Δtiniに応じた初期噴射量qiniを初期噴射量設定マップm1より導出する。この際、ブーツ型噴射モードM1の場合は増圧電磁弁25がインジェクタ電磁弁8よりも遅れて作動するので増圧燃料の経時圧の影響を受けないため、初期噴射量は略コモンレール圧Pcrと時間差Δtiniの関係から求まる。また、矩形型噴射モードM2の場合は、増圧電磁弁25がインジェクタ電磁弁よりも先に作動するのでΔtiniがマイナスに設定され、そのΔtini期間中の増圧燃料の経時圧とΔtiniの関係からマイナスの初期噴射量がマップm1により与えられる。ステップs6では現在の目標燃料噴射量qtargetより初期噴射量qiniを減算して後期の噴射量qmainを求める。この時、矩形型噴射モードM2の場合は、初期噴射量がマイナスとして与えられているため、目標燃料噴射量qtargetに加算されることになる。
【0023】
更に、ステップs6では、増圧電磁弁25が作動して場合の経時圧力と、後期の噴射量qmainと現在のコモンレール圧Pcrとに応じたインジェクタ電磁弁8のオン状態の時間(後期噴射期間)Δtmainを後期噴射量設定マップm2より算出する。
ステップs7では時間差Δtiniと後期噴射期間Δtmainを加算して今回のインジェクタ開弁期間Δtを算出する。この場合、矩形型噴射モードM2では後期噴射期間Δtmainは減算されて、算出される。
【0024】
次いで、ステップs8に達すると、今回のインジェクタ開弁期間Δt、時間差Δtin相当のインジェクタ電磁弁8の開弁時期ta、増圧電磁弁25のオン開始時期tb、及び両電磁弁8、25の閉弁時期tcに相当する情報を含む出力を燃料噴射用ドライバ(図示せず)にセットし、この回の制御を終了させ、リターンする。
【0025】
これに応じて燃料噴射用ドライバはクランク角Δθ信号に基き、インジェクタ電磁弁8に開弁時期taを、増圧電磁弁25にオン開始時期tbを、更に両電磁弁に閉弁時期tcをそれぞれカウントし、カウントアップ時に弁切換え出力を発し、ブーツ型噴射モードM1或いは矩形型噴射モードM2でインジェクタ5が噴射駆動する。
【0026】
このように、図1の増圧型燃料噴射装置1は初期噴射量算出手段A3が初期噴射量設定マップm1と時間差設定手段A2により与えられた時間差Δtiniを基に初期の噴射量qiniを算出し、目標燃料噴射量qtargetから初期の噴射量qiniを減算して求めた後期の噴射量qmainと、切換え弁21が作動した場合の増圧燃料の経時圧力Phとを基にインジェクタ電磁弁のオン状態の時間である後期噴射期間Δtmainを算出することができるので、インジェクタ5内の噴口近傍の燃圧をモニタするようなコスト増を招くことなく、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる。
【0027】
更に、ブーツ型噴射モードM1でも矩形型噴射モードM2でも初期噴射量qiniを同一の初期噴射量マップm1で求め、その際、時間差Δtiniをブーツ型噴射モードM1では正の値である初期噴射量qiniとし、矩形型噴射モードM2では負の値−qiniとして設定する。その後で後期噴射量設定マップm2により算出された後期噴射期間Δtmainに対し、初期噴射量qiniが正の値ではこれを加算し、負の値ではこれを減算し、今回のインジェクタ開弁期間Δtを求めており、同一のマップm1、m2及び演算処理でブーツ型噴射モードM1或いは矩形型噴射モードM2の燃料噴射制御を実行でき、制御の簡素化を図ることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、このように、初期噴射量算出手段がインジェクタ電磁弁が作動した場合の蓄圧室の燃料圧力に応じた経時圧力と時間差設定手段により与えられた時間差を基に初期の噴射量を算出し、目標燃料噴射量から初期の噴射量を減算して求めた後期の噴射量と、増圧機構作動電磁弁が作動した場合の増圧燃料の経時圧力とを基にインジェクタ電磁弁のオン状態の時間である後噴射期間を算出することができるので、インジェクタ内の噴口近傍の燃圧をモニタすることなく、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる。
【0029】
請求項2の発明は、初期噴射量をインジェクタ電磁弁が作動した場合の蓄圧室の燃料圧力に応じた経時圧力と、時間差とに応じて設定し、しかも蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定するので、的確な初期噴射量を求めることができ、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御がPM堆積量Maできる。
【0030】
請求項3の発明は、後期噴射期間を後期噴射量と増圧燃料の経時圧力とに応じて設定し、しかも蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定するので、的確な後期噴射量を求めることができ、的確な燃料噴射制御が成され、安定したエンジン制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての増圧型燃料噴射装置と同装置を装着するエンジンの概略構成図である。
【図2】図1の増圧型燃料噴射装置のブーツ型噴射モード或いは矩形型噴射モードの説明図である。
【図3】図1の増圧型燃料噴射装置の機能ブロック図である。
【図4】図1の増圧型燃料噴射装置の燃料噴射制御ルーチンのフローチャートである。
【図5】燃料噴射装置の噴射率説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン
5 インジェクタ
4 燃焼室
8 インジェクタ電磁弁
21 増圧機構
25 増圧電磁弁(増圧機構作動電磁弁)
ta 開弁時期
tb オン開始時期
Δtini 時間差(前期噴射期間)
Δtmain 後期噴射期間
qini 初期の噴射量
qtarget 目標燃料噴射量
qmain 後期の噴射量
Ph 経時圧力
A1 目標噴射量設定手段
A2 時間差設定手段
A3 初期噴射量算出手段
A4 後期噴射期間設定手段
Claims (3)
- 蓄圧室に貯留された燃料と増圧機構により増圧された燃料とを切換えてインジェクタにより燃焼室に噴射する燃料噴射装置において、
エンジンの運転状態に応じた目標燃料噴射量を設定する目標噴射量設定手段と、
上記インジェクタからの燃料噴射を噴射状態と非噴射状態とに切換えるインジェクタ電磁弁の開弁時期と、上記増圧機構の作動をオン・オフ切換えする増圧機構作動電磁弁のオン開始時期との時間差を運転状態に応じて設定する時間差設定手段と、
上記インジェクタ電磁弁が作動した場合の上記蓄圧室の燃料圧力に応じた経時圧力と上記時間差設定手段により与えられた時間差を基に初期の噴射量を算出する初期噴射量算出手段と、
上記目標燃料噴射量から上記初期の噴射量を減算して求めた後期の噴射量と、上記増圧機構作動電磁弁が作動した場合の増圧燃料の経時圧力とを基に上記インジェクタ電磁弁のオン状態の時間を算出する後期噴射期間設定手段と、を備えたことを特徴とする増圧型燃料噴射装置。 - 上記初期噴射量算出手段により算出される初期噴射量は、上記蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定されていることを特徴とする請求項1記載の増圧型燃料噴射装置。
- 上記後期噴射期間設定手段は、上記後期噴射量と上記増圧機構作動電磁弁が作動した場合の増圧燃料の経時圧力とに応じて上記後期噴射期間を設定し、且つ当該後期噴射期間は、上記蓄圧室の燃料圧力が増大するに従って増大するように設定されていることを特徴とする請求項1記載の増圧型燃料噴射装置。
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