JP5182995B2 - 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する。

ディーゼルエンジンにおいて、近年、コモンレール型ディーゼルエンジンが主流となっており、コモンレール型ディーゼルエンジンでは、燃料噴射制御装置が燃料噴射弁（インジェクタ）への通電時間（開弁時間）を制御することで、分割噴射等も容易に行え、自由度の高い噴射が可能となっている。ところで、燃料噴射制御装置は、一般的に、所定のクランク角に基づいて各気筒への燃料噴射量の演算を開始する。各気筒への燃料の噴射を確実に行うためには、噴射開始前にて噴射に支障の無い時期、すなわち演算完了限界角度の前に、燃料噴射量の演算を完了する必要がある。

ところで、一般に、燃料噴射量の演算開始時期と、燃料噴射弁の噴射通電開始時期と、の間は、短い方が好ましい。これは、時間の経過に伴い、演算に用いる運転状態（エンジン回転数、負荷等）の情報に変化が生じるためで、前述の時間が短いほど、より精度の高い制御が可能となる。一方で、特に自動車のエンジンの回転数は、低回転数から高回転数まで広範囲に変動する。この為、燃料噴射量の演算開始時期を高回転数側に合わせると、低回転数側では、演算開始より噴射通電開始までの実時間が長くなる為、精度の悪化を招く。一方、燃料噴射量の演算開始時期を低回転数側に合わせると、高回転数側で演算が間に合わなくなるという問題があった。
上記問題への対策の一つとして、ある気筒への噴射開始後、その次に燃料が噴射される気筒への噴射開始前に、演算開始時期に相当する所定のクランク角を二つ設定し、回転数に基づいて、演算開始時期を変更する技術が、特許文献１にて提案されている。

特開２００４−１５０３２１号公報

特許文献１に記載されたディーゼルエンジンは４気筒であるが、ディーゼルエンジンの気筒数が多くなるほど、燃料噴射量の演算に用いることのできるクランク角が狭くなり、実際の演算に用いることのできる時間も短くなる。例えば、１サイクルのクランク角を気筒数で割ると、４気筒のディーゼルエンジンでは１８０°であるが、８気筒のディーゼルエンジンでは９０°となる。このため、８気筒以上の多気筒のディーゼルエンジンにて同程度の制御を行おうとすると、エンジンの高回転数側では、可能な限り演算開始時期を前倒しして設定しても、燃料噴射量の演算が、演算完了限界角度に間に合わないといった問題が生じる。燃料噴射量の演算が間に合わない場合、燃料噴射が抜けてしまうケースや、演算結果を使用できないで噴射するケースが生じる。
なお、演算処理内容を簡素化する、あるいは、燃料噴射量制御装置内のＥＣＵに高性能なものを用いるといった対策は容易に可能ではあるが、燃料噴射量制御の精度が悪化する、あるいは、高コストを招くといった新たな問題が生じる。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、前述の問題を生じることなく、各気筒に抜けなく燃料噴射を行うことのできる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料噴射装置は、複数の気筒を有するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、各気筒への燃料噴射量の演算を行う演算部と、各気筒に対応する記憶エリアを有し、記憶エリアに演算部による演算結果を記憶する記憶部とを備え、ディーゼルエンジンの回転数が、予め設定された基準回転数以下の場合には、演算結果である一つの燃料噴射量を、演算開始後最も早く燃料が噴射される気筒である次気筒と、次気筒の次に燃料が噴射される気筒である次々気筒との２つの気筒への燃料噴射量として、対応する記憶エリアに記憶し、ディーゼルエンジンの回転数が基準回転数よりも大きい場合には、演算結果を、少なくとも次々気筒の燃料噴射量として、対応する記憶エリアに記憶することを特徴とする。
ディーゼルエンジンの回転数が上昇して基準回転数を超えた後、最初に開始される燃料噴射量の演算の演算結果は、少なくとも次々気筒への燃料噴射量として、対応する記憶エリアに記憶されると共に、次気筒の燃料噴射量としては、ディーゼルエンジンの回転数が基準回転数を超えた後に最初に開始された燃料噴射量の演算の１つ前に行われた燃料噴射量の演算の演算結果が用いられてもよい。
各気筒には燃料を噴射するインジェクタが設けられ、各記憶エリアには、各気筒についての演算結果が上書き保存されると共に、対応する気筒のインジェクタに関する補正情報が保存されていてもよい。
演算部及び記憶部を有するＥＣＵと、ＥＣＵからの信号に基づきインジェクタを駆動制御する駆動回路とを備え、各記憶エリアに記憶された演算結果及び補正情報に基づいて、駆動回路は、対応するインジェクタを開閉制御してもよい。
各気筒への燃料噴射量の演算は、予め設定されたクランク角において開始してもよい。

この発明によれば、燃料噴射量の演算結果を、ディーゼルエンジンの回転数に基づいて、演算開始後最初に燃料が噴射される気筒への燃料噴射に用いる制御から、その次に燃料が噴射される気筒への燃料噴射に用いる制御に切り替えることにより、各気筒に抜けなく燃料噴射を行うことができる。

この発明の実施の形態に係る燃料噴射制御装置を備えたディーゼルエンジンの構成模式図である。 この実施の形態に係る燃料噴射制御装置に設けられたエンジン回転センサの構成を説明するための図である。 この実施の形態に係る燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る燃料噴射制御装置を備えたディーゼルエンジンの構成を図１に示す。ディーゼルエンジン１は、Ｖ型８気筒のコモンレール型ディーゼルエンジンである。各気筒２には（図１には、１つの気筒のみが図示されている）、気筒内に燃料を噴射するインジェクタ３がそれぞれ設けられている。インジェクタ３にはそれぞれ、燃料の噴射をオンオフ制御する電磁弁４が設けられている。

インジェクタ３は、高圧の燃料配管１４によりコモンレール５に接続されている。コモンレール５には、高圧状態で燃料が蓄圧されており、電磁弁４が開くと、コモンレール５内の圧力によって、燃料配管１４を経由して燃料が送油され、インジェクタ３から燃料が噴射される。コモンレール５には、ポンプ６によって燃料タンク７内の燃料が供給されるようになっており、これによってコモンレール５内の圧力が、所定の圧力に維持されている。

また、ディーゼルエンジン１には、ディーゼルエンジン１の動作を制御するＥＣＵ８が設けられている。ＥＣＵ８には、ディーゼルエンジン１の運転状態に基づき燃料噴射量の演算を行う演算部１５と、各気筒２の燃料噴射に関わる情報を記憶する記憶部１６とが設けられている。記憶部１６は、各気筒２に対応する８つの記憶エリア１６ａ〜１６ｈを有しており、記憶エリア１６ａ〜１６ｈはそれぞれ、演算部１５による各気筒２への燃料噴射量の演算結果を記憶する。また、各記憶エリア１６ａ〜１６ｈには、別途、対応する各気筒２に対応する補正情報が記憶されている。この補正情報は、インジェクタ３の経年劣化や噴孔詰りの度合い等に基づくもので、燃料噴射量に基づき各電磁弁４の開閉制御の指令値を算出するときに補正を行う為のものである。この補正情報を算出する手段は、例えば、特開２００２−８９３３３号公報に経年劣化に対する補正値を算出する方法が開示されている等、既知の手段であるため、ここでは説明を省略する。ＥＣＵ８には、ディーゼルエンジン１のクランク角及び回転数を検出する為のエンジン回転センサ９と、駆動回路１０とが電気的に接続されている。駆動回路１０には、電磁弁４が電気的に接続されている。

図２に示されるように、エンジン回転センサ９は、パルサ９ａとピックアップ９ｂとを備えている。パルサ９ａは円板形状を有し、その中心部がクランクシャフト１１に連結されて、クランクシャフト１１の回転に伴って回転するようになっている。パルサ９ａの外周縁には、３４個の歯１２が形成されている。これらの歯１２は、パルサ９ａの外周縁の全周を３６分割した位置にそれぞれ設けられ、破線で示された２つ分の歯の位置に、欠歯部１３が存在している。すなわち、２つ分の歯が欠損している。これらの歯１２は、９０°の間隔で４つの区画Ａ〜Ｄに分割され、区画Ａ〜Ｃにおける歯１２にそれぞれ、０〜８の番号が付されている。欠歯部１３が存在する区画Ｄには、７つの歯しか存在しないので、区画Ｄにおける歯１２にはそれぞれ、０〜６の番号が付されている。ピックアップ９ｂは、これらの歯１２に対向する位置に配置された磁気センサであり、パルサ９ａの回転による各歯１２の接近をパルス信号として、電気的に接続されたＥＣＵ８に出力する。パルス信号が伝達されたＥＣＵ８は、パルス信号の間隔に基づき、回転数を算出する。また、ＥＣＵ８は、パルス信号が検出されない欠歯部１３と、欠歯部１３より後に検出されたパルス信号の数とに基づき、クランク角を算出する。

次に、この実施の形態に係る燃料噴射制御装置の動作について説明する。
この実施の形態では、ディーゼルエンジン１の回転数が比較的低く、ある気筒への燃料噴射開始後の所定のクランク角で燃料噴射量の演算を開始し、演算開始後最も早く燃料噴射が行われる気筒（以下、次気筒とする）への燃料噴射量の演算が、演算完了限界角度までに完了する場合を低回転数の場合とする。また、ディーゼルエンジン１の回転数が高くなり、演算に用いることができるクランク角の範囲、すなわち演算角度が同じであっても、演算に用いることができる実時間が短くなるために、低回転数の場合と同じ所定のクランク角で燃料噴射量の演算を開始しても、次気筒の演算完了限界角度までに、燃料噴射量の演算を完了できなくなってしまう場合を、高回転数の場合とする。尚、低回転数の場合と高回転数の場合との境界となるディーゼルエンジン１の回転数を基準回転数とし、ＥＣＵ８内に予め保存されていることとする。所定のクランク角に達すると、ＥＣＵ８は、まず、ディーゼルエンジン１の回転数と、基準回転数との比較を行い、後述する低回転数の場合に対応する制御を実行するか、または高回転数の場合に対応する制御を実行するかを選択する。低回転数の場合、または高回転数の場合に対応する制御の内容については、具体的に後述する。
尚、燃料噴射量とは、各気筒へ噴射される燃料の総量だけを意味するのではない。各気筒には、ディーゼルエンジン１の運転状態によっては、メイン噴射やポスト噴射等のように複数回に分割して燃料が噴射されるので、分割された噴射の回数、タイミング、量も、当該燃料噴射量に含まれることとする。

以下、低回転数の場合について具体的に詳述する。ディーゼルエンジン１の８つの気筒２のそれぞれに、燃料が噴射される順番に♯１〜♯８の記号を付す。図３に示されるように、気筒♯１への燃料噴射量の演算は、パルサ９ａの区画Ａにおける番号１が付された歯１２をピックアップ９ｂ（図２参照）が検知したとき、すなわち、クランク角が１０°のときから、開始される。

ＥＣＵ８（図１参照）は、クランク角が１０°になると、まず、低回転数の場合か高回転数の場合かの判定を行う。低回転数の場合である判定された後、演算部１５が、燃料噴射量の演算を開始する。燃料噴射量の演算自体は、ディーゼルエンジン１の回転数やアクセル開度等に基づく既知のものであるため、ここでは説明を省略する。この燃料噴射量の演算は、例えば、番号６が付された歯１２をピックアップ９ｂが検知したとき、すなわち、クランク角が６０°のときに、終了するものとする。燃料噴射量の演算が完了すると、ＥＣＵ８は、演算結果Ｑ_♯１を、気筒♯１（次気筒に相当する）に対応する記憶エリア１６ａに記憶させる。また、同時に、ＥＣＵ８は、気筒♯１の次に燃料が噴射される気筒♯２（以下、次気筒の次に燃料の噴射が行われる気筒を次々気筒とし、この場合には、気筒♯２が次々気筒に相当する）に対応する記憶エリア１６ｂにも演算結果Ｑ_♯１を記憶させる。

ＥＣＵ８は、燃料噴射量の演算完了後の所定のタイミング、例えば、番号７が付された歯１２をピックアップ９ｂが検知したとき、すなわち、クランク角が７０°のときに、駆動回路１０に対し、記憶エリア１６ａに記憶された演算結果Ｑ_♯１に基づく気筒♯１への燃料噴射に関する要求指令、すなわち予約を行う（図３では省略）。この予約処理により、所定期間経過後、駆動回路１０が、気筒♯１に配置されたインジェクタ３の電磁弁４（図１参照）を開閉制御し、燃料噴射を実行する。このときの気筒♯１に対する要求指令は、記憶エリア１６ａに記憶された燃料噴射量である演算結果Ｑ_♯１に対し、別途、記憶エリア１６ａに保存された各気筒に対応する補正情報による補正処理を行い、算出される。

気筒♯２への燃料噴射量の演算は、パルサ９ａの区画Ｂにおける番号１が付された歯１２をピックアップ９ｂが検知したとき（図２参照）、すなわち、クランク角が１００°のときに、同様の方法で開始される。この場合には、演算部１５は、演算結果Ｑ_♯２を、気筒♯２に対応する記憶エリア１６ｂに記憶させる。記憶エリア１６ｂには既に、演算結果Ｑ_♯１が記憶されているので、演算結果Ｑ_♯２を上書きして記憶させる。また、これと同時に、演算部１５は、気筒♯２の次に燃料が噴射される気筒♯３に対応する記憶エリア１６ｃにも演算結果Ｑ_♯２を記憶させる。この後は、上述した方法と同様にして、気筒♯２へ燃料の噴射が行われる。気筒♯３〜気筒♯８への燃料の噴射についても、同様にして行われ、気筒♯８への燃料の噴射が終了したら、再び気筒♯１への燃料の噴射を同様の方法で行う。

一方で、ＥＣＵ８が、高回転数の場合であると判定した場合の処理を、以下に詳述する。ＥＣＵ８は、演算部１５による演算を、１気筒分だけ前倒しして行うように切り替える。具体的には、パルサ９ａの区画Ａにおける番号１が付された歯１２をピックアップ９ｂが検知したときに開始される演算の演算結果Ｑ_♯１を、気筒♯２（次々気筒に相当する）に用いるものとして、記憶エリア１６ｂに演算結果Ｑ_♯１を記憶する。また、同様に、ＥＣＵ８は、気筒♯２の次に燃料が噴射される気筒♯３に対応する記憶エリア１６ｃにも演算結果Ｑ_♯１を記憶する。その後、区間Ｂにおける番号７が付与された歯１２を、ピックアップ９ｂが検出すると、ＥＣＵ８は、気筒♯２の予約処理を行う。これにより、記憶エリア１６ｂに記憶された演算結果Ｑ_♯１と、記憶エリア１６ｂに保存された補正情報とに基づいて、気筒♯２へ燃料の噴射が行われる。

仮に、ディーゼルエンジン１の回転数が低回転数から高回転数へ切り変わる際、演算結果を一つの記憶エリアのみに記憶して上述の切り替えを行うと、演算部１５は次気筒への演算ではなく次々気筒についての演算を開始することになり、次気筒についての演算結果が存在しないことになってしまうので、駆動回路１０に対する次気筒の予約処理がスキップされて、次気筒に対して燃料噴射が抜けてしまうケースや、演算結果を使用できないで噴射するケースが生じる。例えば、パルサ９ａの区画Ｂにおける番号１〜６の期間の演算を行う前で、上述の切り替えが行われると、この演算結果Ｑ_♯２は、切り替え前は、次気筒、すなわち気筒♯２への燃料噴射のためのものであったのに、気筒♯２の次に燃料の噴射が行われる次々気筒、すなわち気筒♯３への燃料噴射のためのものに変更されてしまい（記憶エリア１６ｃ及び１６ｄに記憶されてしまい）、気筒♯２への燃料噴射のための演算結果がなくなってしまうことになる。しかし、パルサ９ａの区画Ａにおける番号１〜６の期間に演算された演算結果Ｑ_♯１が記憶エリア１６ａ及び１６ｂに記憶されているので、上述の切り替えが行われた直後、ＥＣＵ８は、駆動回路１０に対し、記憶エリア１６ｂに記憶された演算結果Ｑ_♯１に基づいて予約処理を行うことで、燃料噴射を行うことができる。よって、気筒♯２への燃料噴射がスキップされてしまうことを防止できる。ここでは、気筒♯２への燃料噴射のスキップが防止できることを例にして説明したが、どのタイミングで上述の切り替えが行われたとしても、同様にして、演算部１５が行っていた演算に対応する気筒の演算結果がスキップされてしまうことを防止できる。

逆に、高回転数の場合から低回転数の場合へ切り変わる時には、切り替え時に演算中であった演算結果を、本来の気筒への燃料噴射量として用いるように変更すればよい。例えば、パルサ９ａの区画Ｂにおける番号１〜６の期間の演算を行う時点で、高回転数の場合から低回転数の場合へ切り変わったとすると、この演算結果Ｑ_♯２を、気筒♯３への燃料噴射のために用いるのではなく、気筒♯２への燃料噴射のために用いるようにすればよい。

このように、燃料噴射量の演算結果を、ディーゼルエンジン１の回転数に基づいて、演算開始後最初に燃料が噴射される気筒への燃料噴射に用いる制御から、その次に燃料が噴射される気筒への燃料噴射に用いる制御に切り替えることにより、各気筒に抜けなく燃料噴射を行うことができる。

この実施の形態では、高回転数の場合においても、演算部１５による演算結果を２つの記憶エリアに記憶させていたが、この形態に限定するものではない。演算結果を２つの記憶エリアに記憶することは、低回転数の場合から高回転数の場合に切り替わる際に、当該切り替え直後に燃料噴射する気筒への燃料噴射の演算が行われなくなってしまうことを防止するために行っていたので、高回転数の場合に切り替わった後は、演算結果が用いられる気筒に対応する記憶エリアのみに演算結果を記憶させるようにしてもよい。

この実施の形態では、各記憶エリア１６ａ〜１６ｈに、燃料噴射量の演算結果が保存されると共に、各気筒に対応する補正情報が記憶されるが、この形態に限定されるものではない。例えば、各記憶エリア１６ａ〜１６ｈには、燃料噴射量の演算結果のみが保存され、各気筒に対応する補正情報は、異なる記憶エリアを設けて、記憶させてもよい。

この実施の形態では、各気筒への燃料噴射量の演算は、各区画Ａ〜Ｄにおいて、番号１が付された歯１２をピックアップ９ｂが検知したときに開始されているが、この形態に限定するものではない。予め設定されていれば、任意の番号の歯１２をピックアップ９ｂが検知したときから演算を開始してもよい。すなわち、予め設定された任意のクランク角において演算を開始してもよい。

この実施の形態では、ディーゼルエンジン１はＶ型８気筒ディーゼルエンジンであったが、この形態に限定するものではない。複数の気筒を有するものであれば、どのようなディーゼルエンジンであってもよく、例えば直列型や水平対向型であってもよい。尚、気筒の数も８つではなく、８つ以上の場合に用いることができ、特に気筒数が多い場合には有効である。なお、記憶エリアの数は、気筒の数と同数となる。

１ ディーゼルエンジン、２ 気筒、３ インジェクタ、８ ＥＣＵ １０ 駆動回路、１５ 演算部、１６ 記憶部、１６ａ〜１６ｈ 記憶エリア。

Claims (5)

1. 複数の気筒を有するディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
   各気筒への燃料噴射量の演算を行う演算部と、
   各気筒に対応する記憶エリアを有し、該記憶エリアに前記演算部による演算結果を記憶する記憶部と
   を備え、
   前記ディーゼルエンジンの回転数が、予め設定された基準回転数以下の場合には、前記演算結果である一つの燃料噴射量を、演算開始後最も早く燃料が噴射される気筒である次気筒と、該次気筒の次に燃料が噴射される気筒である次々気筒との２つの気筒への燃料噴射量として、対応する前記記憶エリアに記憶し、
   前記ディーゼルエンジンの回転数が前記基準回転数よりも大きい場合には、前記演算結果を、少なくとも前記次々気筒の燃料噴射量として、対応する前記記憶エリアに記憶することを特徴とする燃料噴射制御装置。
   
2. 前記ディーゼルエンジンの回転数が上昇して前記基準回転数を超えた後、最初に開始される燃料噴射量の演算の前記演算結果は、少なくとも前記次々気筒への燃料噴射量として、対応する記憶エリアに記憶されると共に、前記次気筒の燃料噴射量としては、前記ディーゼルエンジンの回転数が前記基準回転数を超えた後に最初に開始された燃料噴射量の演算の１つ前に行われた燃料噴射量の演算の演算結果が用いられ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。
3. 前記各気筒には燃料を噴射するインジェクタが設けられ、
   前記各記憶エリアには、前記各気筒についての前記演算結果が上書き保存されると共に、対応する気筒のインジェクタに関する補正情報が保存されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記演算部及び前記記憶部を有するＥＣＵと、
   該ＥＣＵからの信号に基づき前記インジェクタを駆動制御する駆動回路と
   を備え、
   前記各記憶エリアに記憶された前記演算結果及び前記補正情報に基づいて、前記駆動回路は、対応する前記インジェクタを開閉制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記各気筒への燃料噴射量の演算は、予め設定されたクランク角において開始されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

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