JP4839267B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関し、さらに詳しくは、通常噴射に加えて多段噴射（例えばパイロット噴射）が可能なコモンレールシステムを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。

従来、この種のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置にあっては、インジェクタの微小燃料噴射量下限値（以下、噴射量下限値という）、つまりインジェクタが実際に燃料を噴射し始める通電期間が経時変化に起因して個体毎にばらついてしまうので、インジェクタの噴射量下限値を学習して求めることが行われている。

例えば、特許文献１には、パイロット噴射を行うべくインジェクタに出力される駆動電流の通電期間を０、或いは絶対に噴射が行われないと確信できる小さな値から徐々に大きくしていき、コモンレール圧力の低下があったことによってインジェクタが燃料を噴射し始める通電期間を見い出すことにより、噴射量下限値を実現する最小通電パルス幅を個々のインジェクタ毎に求めることが提案されている。
また、例えば、引用例２には、インジェクタ毎にメイン噴射とパイロット噴射とのトータルの噴射量をメイン噴射だけで噴射した時に失火する限界まで噴射時期をリタードさせた状態で、トータル噴射量は変えずにパイロット噴射の通電時間を変化させて、回転速度変動により失火限界を検出し、その検出した失火限界の通電時間に基づいてパイロット噴射のための通電時間下限値の学習値を更新記憶することが提案されている。

特開平１１−２８７１４９号公報 特開２００３−２７９９５号公報

しかしながら、上記特許文献１のエンジンの燃料噴射制御装置にあっては、インジェクタとコモンレールとが近接している直列エンジンでは、燃料噴射に応じたコモンレール圧力変化の検出時間が比較的小さいために適用できるものの、インジェクタとコモンレールとが離間しているＶ型或いは水平対向エンジンにおいては、左右バンクで１本のコモンレールを共有するために圧力伝播の遅れによる影響（例えば、検出時間がかかる）を避けることができないという問題がある。
そして、そのような影響を回避するためには、左右バンク或いはインジェクタ毎にコモンレール（蓄圧室と圧力センサ）を設けなければならず、コストがかかるという問題がある。

また、特許文献２に記載のディーゼルエンジンの制御装置にあっては、噴射量下限値の更新のためのに失火を意図的に発生させる必要があることから、インジェクタの噴射量下限値を補正する度に失火が発生することとなり、車両用エンジンとしては快適性を欠くという問題がある。

そこで、この発明は、上記した従来技術が有している問題点を解決するためになされたものであって、直列のみならなずＶ型、水平対向エンジンにも適用することができ、しかも、エンジンの不快な回転変動を引き起こすことがなく、インジェクタの噴射量下限値を学習して求めることが可能なディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、インジェクタの劣化を判断する噴射量下限値を記憶し、かつ各種検出手段が検出した検出値に基づいて前記インジェクタの噴射量と噴射時期とを設定し、前記設定値或いは前記噴射量下限値に基づいたパイロット噴射をメイン噴射に先立って行う燃料噴射制御を行うと共に、エンジンの定常アイドリング時の目標回転数を記憶し、かつ前記各種検出手段が検出した検出値に基づいてアイドル回転数を前記目標回転数とするためのフィードバック値を設定し、前記フィードバック値に基づいてアイドル回転数制御を行う制御手段を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記エンジンの定常アイドリング状態で、所定期間だけパイロット噴射なしの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第１のフィードバック値と、前記噴射量下限値に基づいたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第２のフィードバック値とを比較し、前記第２のフィードバック値が前記第１のフィードバック値以上でない場合には、前記噴射量下限値を徐々に減少させたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行い、その際のアイドル回転数制御の第３のフィードバック値が、前記第１のフィードバック値以上となった燃料噴射量を新たな噴射量下限値として記憶更新することを特徴とする。

上記目的を達成するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記第２のフィードバック値が前記第１のフィードバック値以上の場合には、前記インジェクタの劣化と判断することを特徴とする。

請求項１，２に記載の発明によれば、所定期間だけパイロット噴射なしの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第１のフィードバック値と、インジェクタが劣化したと判断する噴射量下限値に基づいたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第２のフィードバック値とから、インジェクタが噴射量下限値に基づいたパイロット噴射をしているか否かが判断される。そして、インジェクタが噴射量下限値に基づいたパイロット噴射をしていないと判断すると、インジェクタの劣化と判断する。

これに対し、インジェクタが噴射量下限値に基づいたパイロット噴射をしていると判断すると、噴射量下限値を徐々に減少させたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行い、その際のアイドル回転数制御の第３のフィードバック値が第１のフィードバック値以上となった燃料噴射量を新たな噴射量下限値として記憶更新する。これにより、インジェクタの劣化及び噴射量下限値を正確かつ容易に判断することができるうえに、燃料噴射に応じたコモンレール圧力変化の検出を行う必要はないので、インジェクタとコモンレールとが離間している場合に発生する圧力伝播の遅れによる影響を回避することができ、直列エンジンのみならずＶ型、水平対向エンジンにも適用することができるようになる。しかも、エンジンを失火させるような制御は行わないので、エンジンの不快な回転変動を防止することができる。

本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、噴射量と噴射時期とを異ならせた燃料噴射制御毎のアイドル回転数制御のフィードバック値に基づいて、インジェクタの経年劣化に伴う新たな噴射量下限値（微小燃料噴射量下限値）を学習するようにしたので、直列のみならなずＶ型、水平対向エンジンにも適用することができ、しかも、噴射量下限値の取得にあたりエンジンの不快な回転変動を防止することができる。

本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を図１を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の構成を示した模式図である。

この発明によるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置１０は、図１に示されるように、ディーゼルエンジン１１に高圧燃料を噴射するコモンレールシステム１２、ディーゼルエンジン１１のアイドル回転数を制御するアイドル回転数制御装置１３、これら装置１２，１３を制御する制御手段としての制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１４、各種検出手段としての各種センサ１５及び各種スイッチ（図示せず）を備えている。

ＥＣＵ１４は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１４０と各種入出力ポート１４１とを備え、中央演算部（ＣＰＵ）１４２が、ＲＯＭ１４３によりファームウェア化されている種々のアプリケーションプログラムを実行することにより、後述する燃料噴射制御、アイドル回転数制御を行うと共に、これら燃料噴射制御及びアイドル回転数制御を用いてインジェクタ毎の噴射量下限値（微小燃料噴射量下限値）を学習して求めるようになっている。また、ＥＣＵ１４は、インジェクタの劣化を判断する噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）をインジェクタ毎に記憶している。なお、この噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）は記憶更新が可能とされている。

各種センサ１５は、エンジン回転数を検出するクランク角度センサ１５０、吸気温度を検出する吸気温センサ１５１、エンジンに吸入される空気量を検出する空気量センサ１５２、吸気管１６内の圧力を検出する吸気圧センサ１５３、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５４、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１５５等のエンジンを制御するためのセンサや、コモンレール圧力を検出する圧力センサ１５６を備えている。これら各種センサ１５が検出した検出値は、ＥＣＵ１４のＡ／Ｄ変換器１４４でデジタルデータに変換され、ＲＡＭ１４５の所定バッファ領域に格納されたり、ＣＰＵ１４２での演算処理に供されるようになっている。

コモンレールシステム１２は、ＥＣＵ１４、高圧ポンプ１７、コモンレール１８（蓄圧室１９と圧力センサ１５６）、インジェクタ２０を備え、高圧ポンプ１７にて生成した高圧の燃料をコモンレール１８に蓄え、ＥＣＵ１４の制御下にあるインジェクタ２０から燃焼室に噴射する燃焼噴射システムである。
なお、図１中の符号２１は、燃料タンク、符号２２は、燃料タンク２１内の燃料を高圧ポンプ１７に圧送する１次ポンプ、符号２３は、燃料を濾過するフィルタである。

コモンレール１８内の燃料圧力は、圧力センサ１５６によって検出されてＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４内部のＭＰＵ１４０は、圧力センサ１５６の検出した検出値が、ディーゼルエンジン１１の回転速度と負荷とに応じて予め設定された設定値となるように、制御下にある高圧ポンプ１７の電磁弁１７１を開閉制御して高圧ポンプ１７の燃料吐出量の流量調整を行う。

インジェクタ２０に供給された燃料圧力は、インジェクタ２０のノズル側と、油圧ピストン（図示せず）を介してノズルの背後側とに印加される。噴射量と噴射時期は、ＭＰＵ１４０が、各種センサ１５が検出したアクセルペダル操作量、エンジン回転数や多くの追加補正係数を、ＲＯＭ１４３に保存されている特性マップデータと比較して適切に算出して、ノズルの背後圧をインジェクタ２０の電磁弁（図示せず）にてきめ細かくＯＮ−ＯＦＦ制御する。電磁弁に通電するとノズル背後の高圧燃料が低位側へ流出し、ノズル側の高圧によるノズル開弁力によってニードル（図示せず）が上昇して噴射が開始され、電磁弁への通電を止めると再びノズル背後に高圧が印加され、ノズルが閉弁して噴射が終了する。このようにして、インジェクタ２０の電磁弁への通電時期により噴射時期が制御されると共に、電磁弁への通電時間により噴射期間が制御されることにより、１回の燃焼で多段の噴射を行う高精度複数回噴射が可能となっている。

そして、このようなコモンレールシステム１２を用いることによって、低回転速度域での昇圧性が大幅に改善され、低速域から高圧噴射が可能となり、全域にわたって噴霧は微粒化され、エンジン出力の向上と、ディーゼルエンジン固有の粒子状物質（ＰＭ）が大幅に低減する。さらには、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を行うことによって、燃焼室の高温化が防止されて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生抑制、燃焼音、振動の低減化が達成される。

アイドル回転数制御装置（ＩＳＣ）１３は、ＥＣＵ１４、各種センサ１５及び各種スイッチ、アイドルスクリュウバルブ２４を備え、ＥＣＵ１４の制御下のアイドルスクリュウバルブ２４を開閉して、スロットルバルブ２５をバイパスする空気量を制御する。ＥＣＵ１４は、エンジンアイドル時の目標回転数をＲＯＭ１４３に記憶しており、各種センサ１５や各種スイッチが検出した水温、車速、エンジン回転数、スロットルセンサ信号、アクセルＳＷ信号、ニュートラルＳＷ信号、バッテリ電圧などの各信号値に基づいてフィードバック値（フィードバック制御値ともいう）を設定し、その設定されたフィードバック値に基づいてアイドル回転数が目標回転数となるようにアイドルスクリュウバルブ２４を開閉して吸入空気量を変化させるフィードバック制御を行う。

これは、アイドル回転数は、ディーゼルエンジン１１（例えば、インジェクタ２０）の経時変化による回転数のずれや、負荷変動による回転変動などの影響を受けるので、各条件時に最適なアイドル回転数となるように目標回転数に基づいて制御することにより、排出ガスの安定化、及び燃費、運転性の向上が図られるようになっている。

さらに、このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置１０は、排気ガス再循環システム２６を備えている。排気ガス再循環システム２６は、ＥＣＵ１４、各種センサ１５、ＥＧＲバルブ２７、ＥＧＲクーラ２８を備え、運転状態に応じてＥＣＵ１４がＥＧＲバルブ２７を開閉してＥＧＲ量及び時期の制御を行う。ディーゼルエンジン１１から排出された排気ガスが再び吸入空気と混合すると、燃焼室内の酸素濃度が下がって燃焼が緩やかになり、ＮＯｘが低減する。ＥＧＲクーラ２８は、燃焼室に送り込まれる排気ガスをさらに冷却する装置であり、燃焼室内の燃焼温度をさらに下げて、ＮＯｘをより低減化させる。
なお、図中の符号２９、３０は、排気ガスを浄化する触媒装置とＤＰＦ（セラミックフィルタ）とである。

ここで、上述した燃料噴射制御及びアイドル回転数制御を用いて、インジェクタ２０の経年劣化等による最小噴射量（微小燃料噴射量下限値）の変化に対応するため、インジェクタ２０の最小噴射量を学習して求める学習制御について図２を用いて説明する。
図２は、ＥＣＵ１４にて行われるインジェクタ２０の最小噴射量の学習制御のフローチャートである。

ステップ１０において、ＥＣＵ１４内部にメモリされているエラーコードなどからコモンレールシステム１２及びアイドル回転数制御装置１３が正常に動作するか否か判断し、否定されるときは本ルーチンを抜け、肯定されるときはステップ１１において、エンジンが定常アイドリング状態か否かを判断する。ここでの定常アイドリング状態とは、暖気後のアイドリング状態のことであって、１回の燃焼で多段噴射を行い、かつアイドル回転数制御を行っているアイドリング状態のことである。ここで否定されるときは本ルーチンを抜け、肯定されるときは、ステップ１２以降の処理へ移る。

ステップ１２では、パイロット噴射を所定期間だけ一時停止する燃料噴射制御を行う。ディーゼルエンジン１１の定常アイドリング状態において、パイロット噴射なしの燃料噴射制御を行うとトルクが低下する。すると、トルクの低下に伴ってアイドル回転数が低下してしまうのを回避するために、アイドル回転数制御によりフィードバック値が増加することとなる。そこで、ステップ１３では、その際のアイドル回転数制御のフィードバック値を第１のフィードバック値として取得（読み込んで記憶）する。

ステップ１４では、インジェクタ２０の劣化を判断するように予め記憶された噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）と等しい燃料噴射量をパイロット噴射として燃料噴射制御を行うと共に、その際のアイドル回転数制御のフィードバック値を第２のフィードバック値として取得（読み込んで記憶）する。ステップ１５では、ステップ１４で取得したアイドル回転数制御の第２のフィードバック値と、ステップ１３で取得したパイロット噴射なしの第１のフィードバック値とを比較して、第２のフィードバック値が第１のフィードバック値以上、すなわち同じかそれ以上であるか否かを判断し、肯定されるときはステップ１６において、インジェクタ２０の劣化と判定する。インジェクタ２０が劣化したと判定した場合は、警告灯を点灯したり、メモリしておきディーラでの診断ツールが接続された際にエラーコードを送信するようにする。これに対し、否定されるときは、ステップ１７に移行して、パイロット噴射量（劣化診断値Ｘ）を徐々に減少させた燃料噴射制御を行う。

ステップ１８では、パイロット噴射量（劣化診断値Ｘ）を徐々に減少させていく際のアイドル回転数制御のフィードバック値を第３のフィードバック値として取得（読み込んで記憶）すると共に、この第３のフィードバック値と、ステップ１３において取得したアイドル回転数制御の第１のフィードバック値とを比較して、第３のフィードバック値が第１のフィードバック値以上であるか否かを判断する。ここで否定されるときはステップ１７にリターンし、肯定されるときはステップ１９に移行し、第３のフィードバック値がパイロット噴射なしの第１のフィードバック値以上になった際の燃料噴射量を新たな噴射量下限値（以下、学習値Ｙ）として取得（読み込んで記憶更新）する。

ステップ２０においては、学習値Ｙが劣化診断値Ｘ、すなわちインジェクタ２０が劣化したと判断するように予め記憶された噴射量下限値、に対してある一定以上の大きさ、例えば、学習値Ｙが劣化診断値Ｘの８０％以上の値であるか否かを判断する。ここで否定されるときは本ルーチンを終了し、肯定されるときはステップ２１において、噴射量下限値の学習頻度を増加させたのち本ルーチンを終了する。

このような学習制御は各インジェクタ毎に行なわれると共に、例えば、予め設定された所定の走行キロ数毎に行われる。

以上述べたように本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射装置によれば、ＥＣＵ１４は、所定期間だけパイロット噴射なしの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第１のフィードバック値と、インジェクタ２０が劣化したと判断する噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）に基づいたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第２のフィードバック値とから、インジェクタ２０が噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）に基づいたパイロット噴射をしているか否かを判断する。そして、インジェクタ２０が噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）に基づいたパイロット噴射をしていないと判断すると、インジェクタ２０の劣化と判断する。これに対し、インジェクタ２０が噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）に基づいたパイロット噴射をしていると判断すると、噴射量下限値（劣化診断値Ｘ）を徐々に減少させたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行い、その際のアイドル回転数制御の第３のフィードバック値が第１のフィードバック値以上となった燃料噴射量を新たな噴射量下限値として記憶更新する。これにより、インジェクタ２０の劣化及び噴射量下限値を正確かつ容易に判断することができるうえに、燃料噴射に応じたコモンレール圧力変化の検出を行う必要はないので、インジェクタとコモンレールとが離間している場合に発生する圧力伝播の遅れによる影響を回避することができ、直列エンジンのみならずＶ型、水平対向エンジンにも適用することができるようになる。しかも、エンジンを失火させるような制御は行わないので、エンジンの不快な回転変動を防止することができる。

なお、本発明は、ディーゼルエンジンにのみ適用されるものではなく、パイロット噴射が可能な燃料噴射装置とアイドリング回転数制御装置とを備えた内燃機関にも適用することができる。

本発明が適用されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の構成を示した模式図である。 ＥＣＵにて行われるインジェクタの最小噴射量の学習制御のフローチャートである。

符号の説明

１０…ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
１１…ディーゼルエンジン
１２…コモンレールシステム
１３…アイドル回転数制御装置
１４…ＥＣＵ、制御ユニット（制御手段）
１５…各種センサ（各種検出手段）
２０…インジェクタ

Claims (2)

1. インジェクタの劣化を判断する噴射量下限値を記憶し、かつ各種検出手段が検出した検出値に基づいて前記インジェクタの噴射量と噴射時期とを設定し、前記設定値或いは前記噴射量下限値に基づいたパイロット噴射をメイン噴射に先立って行う燃料噴射制御を行うと共に、エンジンの定常アイドリング時の目標回転数を記憶し、かつ前記各種検出手段が検出した検出値に基づいてアイドル回転数を前記目標回転数とするためのフィードバック値を設定し、前記フィードバック値に基づいてアイドル回転数制御を行う制御手段を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御手段は、前記エンジンの定常アイドリング状態で、所定期間だけパイロット噴射なしの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第１のフィードバック値と、前記噴射量下限値に基づいたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行った際のアイドル回転数制御の第２のフィードバック値とを比較し、前記第２のフィードバック値が前記第１のフィードバック値以上でない場合には、前記噴射量下限値を徐々に減少させたパイロット噴射ありの燃料噴射制御を行い、その際のアイドル回転数制御の第３のフィードバック値が、前記第１のフィードバック値以上となった燃料噴射量を新たな噴射量下限値として記憶更新することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 前記制御手段は、前記第２のフィードバック値が前記第１のフィードバック値以上の場合には、前記インジェクタの劣化と判断することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。

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