JP4924668B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
まず、第1の技術手法として、燃料噴射制御装置に設けられたCPU(中央処理装置)が、エンジンのクランク軸の回転に同期して起動される割込処理により、噴射セットタイミングか否かを判定して、噴射セットタイミングならば、A/D変換器を作動させて燃料圧センサからのアナログ信号(以下、燃料圧信号という)をA/D変換し、更に、そのA/D変換値(即ち、燃料圧の検出値)と要求噴射量とから噴射時間を算出し、その算出した噴射時間に基づいて、噴射パルスのオンタイミングとオフタイミングとを噴射パルス出力用のタイマに設定する、というものがある(例えば、特許文献1の図2参照)。
駆動手段は、CPUにより開弁動作開始時刻と閉弁動作開始時刻とが設定され、開弁動作開始時刻が到来すると、エンジンの燃料噴射弁を開弁させる動作を開始して該燃料噴射弁を開弁させ、閉弁動作開始時刻が到来すると、燃料噴射弁を閉弁させる動作を開始して該燃料噴射弁を閉弁させる。
例えば、第1の処理ルーチンの実行期間が前回の燃料噴射中の期間と重なったとしても、また、第2の処理ルーチンの実際の実行開始タイミングが、今回の実際の噴射開始時刻の後まで遅れてしまったとしても、第2の処理ルーチンでは、前回の実際の噴射終了時刻から今回の実際の噴射開始時刻までの間の時刻での燃料圧に基づいて、今回の燃料噴射の閉弁動作開始時刻を算出することができるようになる。よって、前述した従来の技術手法よりも、噴射量の制御精度を良好にすることができる。
次に、請求項5の燃料噴射制御装置では、請求項1〜4の燃料噴射制御装置において、燃料圧取得記憶回路は、前記各A/D変換値と対応付けて、そのA/D変換値のA/D変換実施時刻を特定可能な時刻情報もRAMに記憶する。尚、時刻情報としては、A/D変換値のA/D変換実施時刻そのものでも良いし、例えば、A/D変換値を記憶した時刻でも良い。
このため、第2の処理ルーチンにて、燃料圧取得記憶回路によりRAMに記憶されたA/D変換値のうち、今回の実際の噴射開始時刻よりも前で、且つ、今回の実際の噴射開始時刻にできるだけ近い時刻にA/D変換されたA/D変換値を用いて、閉弁動作開始時刻を算出するように構成するのに有利である。
まず、第1参考例の燃料噴射制御装置では、
「CPUと、
前記CPUにより開弁動作開始時刻と閉弁動作開始時刻とが設定され、前記開弁動作開始時刻が到来すると、エンジンの燃料噴射弁を開弁させる動作を開始して該燃料噴射弁を開弁させ、前記閉弁動作開始時刻が到来すると、前記燃料噴射弁を閉弁させる動作を開始して該燃料噴射弁を閉弁させる駆動手段と、
燃料ポンプから前記燃料噴射弁に圧送される燃料の圧力を検出する燃料圧センサからのアナログ信号である燃料圧信号が入力されると共に、前記CPUによりA/D変換時刻が設定され、そのA/D変換時刻にて前記燃料圧信号をA/D変換して、そのA/D変換値を記憶する燃料圧取得記憶手段とを備え、
前記CPUは、
前記エンジンのクランク軸の回転に同期して起動される第1の処理ルーチンにより、前記駆動手段に対して前記開弁動作開始時刻を設定すると共に、前記燃料圧取得記憶手段に対して前記A/D変換時刻を設定し、
前記第1の処理ルーチンが終了した後に起動される第2の処理ルーチンにより、前記第1の処理ルーチンで前記駆動手段に設定した開弁動作開始時刻と、前記エンジンの運転状態に応じた要求噴射量と、前記燃料圧取得記憶手段に記憶されたA/D変換値とに基づき、前記開弁動作開始時刻の到来により開弁する前記燃料噴射弁に前記要求噴射量だけの燃料を噴射させるための前記閉弁動作開始時刻を算出し、その算出した閉弁動作開始時刻を前記駆動手段に設定するようになっている燃料噴射制御装置」において、
CPUは、第1の処理ルーチンにより設定したA/D変換時刻よりも前に、第2の処理ルーチンを実行する場合、その第2の処理ルーチンでは、前回の燃料噴射の閉弁動作開始時刻を算出するために燃料圧取得記憶手段によりA/D変換された燃料圧信号のA/D変換値(換言するならば、前回の当該第2の処理ルーチンの前に実行された第1の処理ルーチンにより設定されたA/D変換時刻で燃料圧取得記憶手段によりA/D変換された燃料圧信号のA/D変換値であり、以下、前回のA/D変換値という)を用いて、今回の燃料噴射の閉弁動作開始時刻を算出する。
尚、上記推定値(即ち、今回の燃料噴射開始時の燃料圧)は、例えば、前回の開弁動作開始時刻から今回の開弁動作開始時刻までの時間、前回の要求噴射量(つまり、前回の燃料噴射量)、前回の開弁動作開始時刻から今回の開弁動作開始時刻までの間の、燃料ポンプからの燃料圧送量及び燃料噴射弁のリーク量等を加味して算出することができる。
しかし、本発明において、燃料圧センサは、コモンレールから燃料噴射弁に至る燃料供給経路に取り付けられて、その燃料供給経路から燃料噴射弁に供給される燃料の圧力(インレット圧と呼ばれる)を検出するインレット圧センサであるため、従来技術と比較して、噴射量制御精度の向上効果が一層大きくなる。
図1に示すように、本実施形態の燃料噴射制御装置(以下、ECUという)11は、車載ディーゼルエンジン13の各気筒(本実施形態では4つの気筒)#1〜#4に設けられている燃料噴射弁(インジェクタ)I1〜I4を駆動して、そのエンジン13への燃料噴射を制御するものである。尚、本実施形態において、燃料噴射弁I1〜I4は、コイルへの通電によって開弁する電磁弁式のものである。
そして、クランク角センサ23からのクランク角信号は、波形整形回路33により矩形波に波形整形されてマイコン31に入力される。尚、波形整形後のクランク角信号は、エンジン13のクランク軸が所定角度回転する毎に立ち上がりエッジが生じるパルス信号(以下、NEパルスという)となり、そのNEパルスがマイコン31に入力される。
そして、タイマ49は、燃料噴射弁Ixを駆動するための通電パルスのオン時刻(開弁動作開始時刻に相当)とオフ時刻(閉弁動作開始時刻に相当)とが、CPU42によって設定され、オン時刻の到来を検知すると、対応する駆動回路37への通電パルスをハイレベルにし、その後、オフ時刻の到来を検知すると、対応する駆動回路37への通電パルスをローレベルに戻す。このため、タイマ49に設定されたオン時刻が到来すると、駆動回路37により燃料噴射弁Ixを開弁させる動作が開始され、タイマ49に設定されたオフ時刻が到来すると、駆動回路37により燃料噴射弁Ixを閉弁させる動作が開始されることとなる。
[第1実施形態の処理]
第1実施形態では、マイコン31内のADC制御回路47を、単発のタイマトリガA/D変換モードで動作させる。そして、CPU42は、図2と図3の処理を行う。
具体的には、エッジ時刻キャプチャ部46に記憶されているNEパルスのエッジ発生時刻(即ち、噴射セットタイミングの時刻)と、クランク軸の回転速度(エンジン回転数)とから、燃料噴射を開始すべきクランク角となる予測時刻を算出し、その予測時刻よりも燃料噴射弁Ixの開弁遅れ時間Td1だけ前の時刻を、通電パルスのオン時刻として算出する。
その際に、A/D変換対象チャンネルとしては、ADC41の入力チャンネルのうち、今回の噴射対象気筒#xに設けられた燃料噴射弁Ixの燃料圧信号(詳しくは、その燃料噴射弁Ixに対して設けられた燃料圧センサPSからの燃料圧信号)が入力されている入力チャンネルを設定する。
ここで、噴射終了セット用割込処理は、当該図2の処理によってオン時刻をセットした通電パルスのオフ時刻を決定し、そのオフ時刻をタイマ49にセットするための処理である。そして、S130では、噴射終了セット用割込処理を起動させるための割込要求(以下、噴射終了セット用割込要求ともいう)が、上記S115で算出した通電パルスのオン時刻で発生するように、当該マイコン31の内部設定を行う。
そして、CPU42は、まずS210にて、図4における二点鎖線の矢印で示すように、RAM44の上記特定領域から、A/D変換時刻でのA/D変換値(燃料圧A/D変換結果)を読み取る。
具体的に説明すると、まず、S210で取得したA/D変換値(燃料圧の検出値)と、S220で取得した要求噴射量とから、燃料噴射弁Ixに要求噴射量だけの燃料を噴射させるための該燃料噴射弁Ixの開弁時間を、噴射時間として算出する。そして、直前のNEパルス割込処理のS140でタイマ49にセットしたオン時刻から、その算出した噴射時間だけ進んだ時刻を、通電パルスのオフ時刻として算出する。
次に、第2実施形態について、第1実施形態と異なる点を説明する。尚、本実施形態では、タイマ49と駆動回路37が、駆動手段に相当し、ADC制御回路47とDMAC48が、燃料圧取得記憶回路に相当している。
そして、そのS125では、燃料圧A/D変換の予約処理として、ADC制御回路47に対し、A/D変換の開始時刻としてのA/D変換時刻tstと、A/D変換対象チャンネルと、A/D変換周期Tadと、A/D変換回数Nadとを設定する(図7参照)。そして更に、RAM44のA/D変換値記憶領域とDMA転送時刻記憶領域とをクリアする。
また、A/D変換時刻(A/D変換の開始時刻)tstとしても、噴射対象気筒#xの前回の実際の噴射終了時刻から今回の実際の噴射開始時刻までの間の時刻を設定するが、本第2実施形態では、図7に示すように、A/D変換時刻tstとA/D変換周期Tadは、そのA/D変換時刻tstから今回の実際の噴射開始時刻tionまでの間に、2回以上の目標回数のA/D変換が実施できる値を設定する。そして、その目標回数と同じ値か、それよりも大きい値を、A/D変換回数Nadとして設定する。
次に、S350にて、図3のS220と同様に、エンジン13の運転状態に応じた要求噴射量をRAM44から取得する。
このため、図6のS330にて、RAM44から平均化対象のA/D変換値を選択する処理が容易になる。つまり、各A/D変換値のA/D変換実施時刻は、A/D変換の開始時刻であるA/D変換時刻tstと、A/D変換周期Tadと、各A/D変換値のA/D変換順とから、計算して求めることもできるが、そのような計算を省くことができるからである。
<変形例1>
上記第2実施形態では、A/D変換回数Nadを上記目標回数よりも大きい値に設定したため、図6のS340では、RAM44のA/D変換値記憶領域に記憶されるA/D変換回数Nad分のA/D変換値のうち、最大でも、始めの目標回数分のA/D変換値について平均値を算出することになる。つまり、上記第2実施形態では、A/D変換回数NadのA/D変換が今回噴射前の非噴射期間に全て実施されないが、噴射終了セット用割込処理にて、RAM44のA/D変換値記憶領域に記憶されたA/D変換値の中から、今回噴射前の非噴射期間にA/D変換されたA/D変換値を選択し、その選択したA/D変換値の平均値を用いて噴射時間及びオフ時刻を算出している。
<変形例2>
図6のS330では、平均化対象として、噴射開始時刻tionよりも前にA/D変換された全てのA/D変換値を選択するのではなく、そのA/D変換値のうちで、噴射開始時刻tionにできるだけ近い時刻にA/D変換された2つ以上の所定数のA/D変換値(つまり、A/D変換された時刻がtionに近い順の所定数のA/D変換値)を選択するように構成しても良い。
<変形例3>
上記第2実施形態では、図5のS125で設定するA/D変換時刻tstが、前回の実際の噴射終了時刻よりも後の時刻であったため、図6のS330では、必然的に、前回の実際の噴射終了時刻よりも後にA/D変換されたA/D変換値を、平均化対象として選択することとなる。
<変形例4>
図6のS330では、今回の実際の噴射開始時刻tionよりも前で、且つ、その噴射開始時刻tionに最も近い時刻にA/D変換された1つのA/D変換値(つまり、噴射開始時刻tionの直前にA/D変換されたA/D変換値)だけを選択すると共に、S340の処理を削除し、S360では、そのS330で選択した1つのA/D変換値を用いて、噴射時間及びオフ時刻を算出するように構成しても良い。尚、この場合も、図5のS125にて、仮にA/D変換時刻tstとして、前回の実際の噴射終了時刻よりも前の時刻を設定したとしても問題はない。
<変形例5>
上記第2実施形態及び変形例1〜3において、A/D変換周期Tadを、燃料噴射弁による燃料の噴射と燃料ポンプ21による燃料の圧送との何れかに起因して燃料圧信号に生じる脈動(以下、信号脈動という)の周期のm分の1(mは4以上の偶数)の時間に設定する。
<変形例6>
上記第2実施形態及び変形例1〜3において、A/D変換周期Tad自体を、信号脈動の周期のn分の1(nは2以上の偶数)の時間に設定する。
[第3実施形態の処理]
次に、第3実施形態について、第1実施形態と異なる点を説明する。
まず、今回の燃料噴射(即ち、今から行う燃料噴射であり、今回のS140でタイマ49にセットするオン時刻が起因となる燃料噴射)が、短時間噴射であるか否かを判定する。その短時間噴射とは、『通電パルスのオン時刻で噴射終了セット用割込要求を発生させたのでは、タイマ49にオフ時刻をセットする処理が、そのオフ時刻の到来前に実施できなくなる程に、噴射時間が短くなる燃料噴射』のことである。
(1)まず、現在が噴射対象気筒#xの燃料噴射中(即ち、多段噴射における前回の燃料噴射中)か否かを判定する。具体的には、現在のフリーランタイマ45の値を、現在時刻として取得し、その現在時刻が、前回の実際の噴射開始時刻から前回の実際の噴射終了時刻までの期間内に入っているか否かを判定し、その期間内であれば燃料噴射中であると判定する。尚、前回の実際の噴射開始時刻は、前回設定したオン時刻に燃料噴射弁Ixの開弁遅れ時間Td1を加えた値として算出することができ、前回の実際の噴射終了時刻は、前回設定したオフ時刻に、燃料噴射弁Ixの閉弁遅れ時間Td2を加えた値として算出することができる。
(2)上記(1)の判定で、燃料噴射中であると判定したならば、前回の当該NEパルス割込処理のS120でADC制御回路47に設定したA/D変換時刻でのA/D変換値をRAM44の特定領域から取得し、そのA/D変換値と、今回の要求噴射量とから、図3のS230と同様の手順で、燃料噴射弁Ixに要求噴射量だけの燃料を噴射させるための噴射時間を算出する。尚、ここで算出する噴射時間は、後の噴射終了セット用割込処理で正式に算出される噴射時間の予想値である。
(3)また、上記(1)の判定で燃料噴射中ではないと判定したならば、ADC41に、噴射対象気筒#xに設けられた燃料噴射弁Ixの燃料圧信号をA/D変換させて、そのA/D変換値を取得する。そして、そのA/D変換値と、今回の要求噴射量とから、図3のS230と同様の手順で、燃料噴射弁Ixに要求噴射量だけの燃料を噴射させるための噴射時間を算出する。ここで算出する噴射時間も、後の噴射終了セット用割込処理で正式に算出される噴射時間の予想値である。尚、この(3)の場合、ADC41によるA/D変換値は、RAM44にDMA転送されず、ADC41内のレジスタに記憶されるため、CPU42は、そのADC41内のレジスタからA/D変換値を取得する。
(4)そして、上記(2)又は(3)の処理で算出した噴射時間の予想値が所定値よりも短いか否かを判定し、所定値よりも短ければ、今回の燃料噴射が短時間噴射であると判定する。
そして、図9の噴射終了セット用割込処理では、まずS410にて、直前のNEパルス割込処理のS120でADC制御回路47に設定したA/D変換時刻(今回の燃料圧A/D変換時刻)を、RAM44又はADC制御回路47から取得する。
次に、S430にて、上記S420で取得した現在時刻と、上記S410で取得したA/D変換時刻とを比較して、現在時刻がA/D変換時刻よりも後であるか否か、即ち、そのA/D変換時刻が過ぎているか否かを判定する。
次に、S460にて、図3のS230と同様の手順で、今回の噴射時間及び通電パルスのオフ時刻を算出する。即ち、S440で取得した今回のA/D変換値(燃料圧の検出値)と、S450で取得した要求噴射量とから、燃料噴射弁Ixに要求噴射量だけの燃料を噴射させるための噴射時間を算出し、直前のNEパルス割込処理のS140でタイマ49にセットしたオン時刻から、その算出した噴射時間だけ進んだ時刻を、通電パルスのオフ時刻として算出する。
Pest=Po−ΔPinj−ΔPleak+ΔPpump …式1
ここで、Poは、前回のA/D変換値である。
ΔPinj=「(前回の燃料噴射量+動リーク量)×体積弾性係数÷コモンレール容積」
尚、動リーク量とは、燃料噴射による燃料噴射弁からの燃料リークのことであり、体積弾性係数とは、燃料の圧力変化により燃料の体積が変化する状態を数値で表した係数である。
ΔPleak=「単位時間当たりの静リーク量×(今回の実際の噴射開始時刻−前回の実際の噴射開始時刻)×体積弾性係数÷コモンレール容積」
また、ΔPpumpは、燃料ポンプ21の圧送による燃料圧上昇量であり、下記の式から求められる。
尚、ΔPleakとΔPpumpとを求める各式において、「今回の実際の噴射開始時刻−前回の実際の噴射開始時刻」の部分は、「今回の通電パルスのオン時刻−前回の通電パルスのオン時刻」に置き換えても良い。
<変形例7>
図2のNEパルス割込処理では、前述のS130にて、今回の燃料噴射が短時間噴射であると判定した場合であって、S115で今回算出したオン時刻よりも前の時刻で噴射終了セット用割込要求が発生するように設定した場合には、S120で今回設定したA/D変換時刻よりも前に噴射終了セット用割込処理が実行されることになる(あるいはその可能性が高い)と判断できるため、そのことを示すフラグをセットする。
<変形例8>
図9の噴射終了セット用割込処理において、S490を削除すると共に、S480からS450へ移行し、その場合のS460では、燃料圧の検出値として、S480で取得した前回のA/D変換値をそのまま用いて、今回の燃料噴射の噴射時間及びオフ時刻を算出するように構成しても良い。
<変形例9>
また、本実施形態では、RAM44の特定領域に記憶されるA/D変換値が、次のA/D変換時刻でのA/D変換が実施されるまで保持されるため、上記第3実施形態において、図9の処理ではなく、図3の噴射終了セット用割込処理を実行するように構成しても、結局は上記変形例8と同じになる。
尚、燃料圧センサとしては、例えば、コモンレール15内の燃料圧(コモンレール圧)を検出するコモンレール圧センサとすることも考えられる。
Claims (6)
- CPUと、
前記CPUにより開弁動作開始時刻と閉弁動作開始時刻とが設定され、前記開弁動作開始時刻が到来すると、エンジンの燃料噴射弁を開弁させる動作を開始して該燃料噴射弁を開弁させ、前記閉弁動作開始時刻が到来すると、前記燃料噴射弁を閉弁させる動作を開始して該燃料噴射弁を閉弁させる駆動手段と、
燃料ポンプから前記燃料噴射弁に圧送される燃料の圧力を検出する燃料圧センサからのアナログ信号である燃料圧信号が入力されるA/D変換器と、
前記CPUとは独立して動作する回路であって、前記CPUによりA/D変換の開始時刻としてのA/D変換時刻が設定され、そのA/D変換時刻の到来を検知した時から一定時間毎に、前記A/D変換器を起動することにより、該A/D変換器に前記燃料圧信号を2回以上の所定回数A/D変換させ、更に、前記A/D変換器が前記燃料圧信号のA/D変換を完了する毎に、該A/D変換器によるA/D変換値をRAMに記憶する燃料圧取得記憶回路とを備え、
前記CPUは、
前記エンジンのクランク軸の回転に同期して起動される第1の処理ルーチンにより、前記駆動手段に対して前記開弁動作開始時刻を設定すると共に、前記燃料圧取得記憶回路に対して前記A/D変換時刻を設定し、
前記第1の処理ルーチンが終了した後に起動される第2の処理ルーチンにより、前記第1の処理ルーチンで前記駆動手段に設定した開弁動作開始時刻と、前記エンジンの運転状態に応じた要求噴射量と、前記燃料圧取得記憶回路により前記RAMに記憶されたA/D変換値とに基づき、前記開弁動作開始時刻の到来により開弁する前記燃料噴射弁に前記要求噴射量だけの燃料を噴射させるための前記閉弁動作開始時刻を算出し、その算出した閉弁動作開始時刻を前記駆動手段に設定するようになっており、
更に、前記燃料圧センサは、前記燃料ポンプにより圧送される燃料を貯留するコモンレールから前記燃料噴射弁に至る燃料供給経路に取り付けられて、該燃料供給経路から前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出するものであること、
を特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1に記載の燃料噴射制御装置において、
前記CPUは、前記第2の処理ルーチンでは、前記燃料圧取得記憶回路により前記RAMに記憶された複数のA/D変換値の少なくとも一部の平均値を算出し、その平均値を用いて前記閉弁動作開始時刻を算出すること、
を特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項2に記載の燃料噴射制御装置において、
前記CPUは、前記第2の処理ルーチンでは、前記燃料圧取得記憶回路により前記RAMに記憶された複数のA/D変換値の中から、前記燃料噴射弁による燃料の噴射と前記燃料ポンプによる燃料の圧送との何れかに起因して前記燃料圧信号に生じる脈動の周期のn分の1(nは2以上の偶数)の間隔でA/D変換された「n×N」個(Nは1以上の整数)のA/D変換値を選別し、その選別したA/D変換値の平均値を用いて前記閉弁動作開始時刻を算出すること、
を特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項2に記載の燃料噴射制御装置において、
前記一定時間は、前記燃料噴射弁による燃料の噴射と前記燃料ポンプによる燃料の圧送との何れかに起因して前記燃料圧信号に生じる脈動の周期のn分の1(nは2以上の偶数)の時間であり、
前記CPUは、前記第2の処理ルーチンでは、前記燃料圧取得記憶回路により前記RAMに記憶された「n×N」個(Nは1以上の整数)のA/D変換値の平均値を算出し、その平均値を用いて前記閉弁動作開始時刻を算出すること、
を特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料圧取得記憶回路は、前記各A/D変換値と対応付けて、そのA/D変換値のA/D変換実施時刻を特定可能な時刻情報も前記RAMに記憶すること、
を特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1ないし請求項5の何れか1項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記CPUは、前記第1の処理ルーチンでは、前記A/D変換時刻として、前回の実際の噴射終了時刻から今回の実際の噴射開始時刻までの間の時刻を設定すること、
を特徴とする燃料噴射制御装置。
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