JP2001123864A

JP2001123864A - エンジンの燃料噴射量制御装置

Info

Publication number: JP2001123864A
Application number: JP30132399A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Uehara; 哲也上原; Hiroyuki Itoyama; 浩之糸山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】低噴射量領域における燃料噴射量の制御精度を
高める。【解決手段】各気筒に設けたインジェクタ１に高圧の燃
料を供給し、インジェクタ１のアクチュエータ１０の作
動時間に応じて燃料噴射量を制御する。各燃料圧力毎に
目標噴射量とするアクチュエータ１０の作動時間を設定
したマップであって、所定の切換噴射量よりも低噴射量
領域と高噴射量領域とに分けて形成された複数のマップ
を備え、噴射量に基づいていずれかのマップを切換選択
し、選択されたマップから求めた作動時間に基づいてア
クチュエータ１０の作動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は加圧された燃料を
エンジンの各気筒に設けたインジェクタから噴射する燃
料噴射量制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】ディーゼルエンジンの畜圧
式燃料噴射装置のインジェクタとして、特開平１０−１
８９３４号公報に示されるようなものがある。

【０００３】図５によってこれを説明すると、高圧燃料
を蓄える図示しない畜圧室（以下コモンレールという）
からの燃料は、各気筒に設けられるインジェクタ１の油
路２により油だまり室３に導かれると共に、ノズル針弁
４と中間部材５を介して連動する油圧ピストン６の油圧
室７に充填オリフィス８を介して導かれる。油圧ピスト
ン６の受圧面積はノズル針弁４の受圧面積よりも大き
く、電磁弁１０が閉じているときは、燃料圧力の作用に
より油圧ピストン６がノズル針弁４を押し下げ、噴孔１
１を閉じている。

【０００４】電磁弁１０に通電されて開弁すると、放出
オリフィス９を介して油圧室７の燃料が低圧室１２側に
排出され、油圧室７の圧力が低下し、ノズル針弁４が油
だまり室３の圧力によりリフトし、燃料が噴孔１１から
噴射される。なお、電磁弁１０は通電によりストッパ１
０ａに当たるまでリフトし、通電をオフするとリターン
スプリング１０ｂにより閉弁する。

【０００５】電磁弁１０への通電を停止すると電磁弁１
０が閉じ、充填オリフィス８を介して油圧室７に供給さ
れる高圧燃料により油圧室７の圧力が上昇し、油圧ピス
トン６がノズル針弁４を押し下げ、燃料の噴射が終了す
る。

【０００６】リターンスプリング１３はエンジン停止時
などノズル針弁４を閉弁保持し、油だまり室３の燃料が
燃焼室内に漏れるのを防ぐ。

【０００７】このインジェクタでは電磁弁に対する燃料
噴射信号により自由に燃料の噴射時期、噴射回数を制御
することができ、燃料のパイロット噴射あるいはポスト
噴射などを行うのに適している。

【０００８】ところで、このインジェクタの電磁弁通電
（開弁）時間と燃料噴射量の関係を示すと図６のように
なる。（ａ）は全体的な燃料噴射領域についての特性
図、（ｂ）は低噴射領域を拡大して表す図である。

【０００９】図は燃料噴射圧力（以下レール圧という）
が異なる場合の特性をそれぞれ表し、全般的には電磁弁
の通電時間が長くなるほど燃料噴射量が増加するが、電
磁弁通電時間が短い微少噴射領域（上記したパイロット
噴射あるいはポスト噴射のときなど）では、通電時間と
燃料噴射量は単調増加の関係にはならない。

【００１０】レール圧が高圧、中圧のときは、通電時間
が所定値を越えると燃料の噴射が始まり、通電時間ｔ０
でいったん極大値をとり、通電時間の増加に伴い噴射量
が減少し、通電時間ｔ１で極小値となった後には、再び
通電時間の増加に伴い噴射量が増加していく。

【００１１】このような特性となる原因について図７に
よって説明する。

【００１２】図７には噴射量が極大となる通電時間ｔ０
の場合の電磁弁とノズル針弁のリフト特性（太線）と、
それよりも通電時間が長いにもかかわらず噴射量の少な
い通電時間ｔ１の場合の電磁弁とノズル針弁のリフト特
性（細線）を示す。

【００１３】電磁弁は通電により開弁方向にリフトし、
通電を終了したときに閉弁するが、閉弁するときの時間
遅れについては、通電終了直前の電磁弁のリフト位置に
よって相違してくる。

【００１４】通電時間ｔ０の場合は、電磁弁がフルリフ
トしてストッパに当たるよりも前に通電をオフしてお
り、このため通電を終了してもいったんそのまま惰性で
リフトを継続し、その後に電磁弁のリターンスプリング
により押し戻されて着座、閉弁する。

【００１５】これに対して通電時間ｔ１の場合は、電磁
弁がフルリフトしてストッパに当たってから通電を終了
しているため、通電終了とともに電磁弁はリターンスプ
リングにより速やかに押し戻される。ストッパに当たる
前に通電を終了するときのように惰性力が働かず、速や
かに電磁弁が閉じるのである。

【００１６】この結果、通電時間ｔ１の場合は通電時間
ｔ０よりも通電時間が長いにもかかわらず、実際に電磁
弁が開弁している期間は短く、そのためノズル針弁の開
弁期間も短くなり、燃料噴射量が減ってしまうのであ
る。

【００１７】低レール圧のときに通電時間ｔ１のような
短い通電時間でこのような現象が生じないのは、電磁弁
がフルリフトしてストッパと当たらないような短い通電
時間ではノズル針弁をリフトさせるだけの圧力差が生ぜ
ず、燃料を噴射しないためである。

【００１８】なお、燃料噴射量が減少する、あるいは概
略一定となるときの噴射量レベルは図のように、レール
圧が高いときほど高くなる。また、同じレール圧であっ
てもこの噴射量レベルは、インジェクタの油圧室の容
積、充填オリフィス、放出オリフィスの径、あるいは油
圧ピストンの受圧面積などに応じて変化する。

【００１９】上記した特開平１０−１８９３４号公報で
は、主噴射に先立つパイロット噴射あるいは主噴射の後
に行うポスト噴射のときに、電磁弁通電時間に対して噴
射量が略一定あるいは減少している噴射領域を利用する
ことにより、これら微少な噴射量の制御を容易かつ安定
させるようにしている。

【００２０】しかしながらパイロット噴射あるいはポス
ト噴射の要求噴射量は常に一定ではなく、運転条件によ
って変動し、このため前記したようにレール圧とインジ
ェクタのスペックにより決まる噴射量では、この運転条
件により異なる要求噴射量に対応しきれない。

【００２１】ところで、燃料噴射量の制御方法として
は、目標噴射量Ｑとレール圧Ｐｒとから電磁弁の通電時
間を検索するために、図８のようなマップを設定、記憶
しておき、圧力センサによりレール圧を検出して要求噴
射量となる通電時間をマップにしたがって決定するのが
一般的である。

【００２２】このためのマップに記憶させる噴射量と通
電時間との特性の一例（太線）と、実際の噴射特性（細
線）とを図９に示す。

【００２３】図示するようにマップではそのときのレー
ル圧により、目標噴射量に対する通電時間が一意に決ま
るのに対して、実際の特性では異なる通電時間であるに
もかかわらず噴射量が等しくなる二値をもつことがあ
る。

【００２４】例えば、高レール圧の場合に、噴射量Ｑ４
を実現するための通電時間としては３つの通電時間が存
在することになり、実特性とマップ特性とが一致せずに
目標通りの噴射量とならない領域がでてくる。

【００２５】これに対して、通電時間に対して噴射特性
が略一定もしくは減少する領域付近で、図１０に示すよ
うに、噴射量格子を増やし、細分化することにより、実
特性とマップ特性とを近づけることは可能ではあるが、
完全には一致させることはできない。また、噴射量特性
が略一定または減少する場合の噴射量レベルがそのとき
のレール圧によっても異なるため、各レール圧での特性
を合わせるには、噴射量の格子点の数が非常に多くなり
（図示例では高、中、低圧の３種類に過ぎないが、実際
には要求に応じてもっと多くなる）、この場合にはコン
トロールユニットのメモリ容量が不足することもある。

【００２６】このような問題を解決するための全く別の
手法として、噴射量が略一定または減少する領域が生じ
ないようにすることも考えられる。電磁弁の応答性をあ
げるあるいは応答性の高いアクチュエータを用いればよ
いが、これはコストアップにつながり、ノズル針弁のシ
ート径を大きくして、電磁弁への通電開始から噴射始め
までの時間を長くすることも考えられるが、これでは低
レール圧での噴射ができなくなる。また油圧室の容積を
大きくとり、通電開始から噴射開始までの時間を長くす
ることもできるが、充填オリフィスと放出オリフィスに
よる初期燃料噴射率のマッチング自由度が低くなり、最
適な燃料噴射率特性を得にくい場合があるという問題が
ある。

【００２７】本発明は燃料の低噴射領域における燃料噴
射量の制御精度を高められるようにすることを目的とす
る。

【００２８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、各気筒に
設けたインジェクタに高圧の燃料を供給し、インジェク
タのアクチュエータの作動時間に応じて燃料噴射量を制
御するエンジンの燃料噴射量制御装置において、各燃料
圧力毎に目標噴射量とするアクチュエータの作動時間を
設定したマップであって、所定の切換噴射量よりも低噴
射量領域と高噴射量領域とに分けて形成された複数のマ
ップと、運転状態によって要求される噴射量に基づいて
いずれかのマップを切換選択する手段と、選択されたマ
ップから燃料圧力と噴射量にしたがって求めた作動時間
に基づいて前記アクチュエータの作動を制御する手段と
を備える。

【００２９】第２の発明は、第１の発明において、前記
所定の切換噴射量は、前記インジェクタからの噴射量が
アクチュエータ作動時間の増加に対して略一定または減
少する領域における噴射量から設定される。

【００３０】第３の発明は、第２の発明において、前記
所定の切換噴射量は、前記インジェクタからの噴射量が
アクチュエータ作動時間の増加に対して略一定または減
少する領域における極大値と極小値の間の値に設定され
る。

【００３１】第４の発明は、第３の発明において、前記
所定の切換噴射量は、前記インジェクタからの噴射量が
アクチュエータ作動時間の増加に対して減少する領域に
おいて略極小値となる付近の値に設定される。

【００３２】第５の発明は、第１から第４の発明におい
て、前記所定の切換噴射量は前記燃料圧力が高くなるほ
ど大きくなるように設定される。

【００３３】

【作用、効果】第１〜第５の発明において、ある切換噴
射量を境にして低噴射量領域と高噴射量領域とでマップ
を切換え、選択されたマップから要求噴射量に対応する
アクチュエータの作動時間を決定しているので、アクチ
ュエータの作動時間に対して燃料噴射量が一意に増加し
ない領域があっても、マップを分けることにより、この
領域から作動時間が決定されることのないようにするこ
とができ、したがって目標噴射量と実噴射量との差が少
なくなり、精度の高い燃料噴射量制御ができる。

【００３４】アクチュエータの作動時間の増加に対して
噴射量が一意に増加しない領域は、噴射量の微少な領域
にあることが多く、したがって燃料噴射量の微少制御が
要求されるパイロット噴射やポスト噴射での制御精度を
飛躍的に向上させることが可能となる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３６】図１において、ディーゼルエンジンの各気
筒に設置されるインジェクタ１へ燃料噴射信号を出力す
るためのコントロールユニット２１が備えられる。

【００３７】このコントロールユニット２１にはエンジ
ン運転状態を代表する各種の信号、例えば、回転速度信
号、負荷信号、冷却水温信号、コモンレール圧信号など
が入力され、これらに基づいて燃料噴射量、噴射時期を
決定し、また燃料のメイン噴射に対するパイロット噴
射、ポスト噴射の是非、及びそれらの噴射量等を演算
し、これらを燃料噴射信号としてインジェクタ１のアク
チュエータである電磁弁１０に出力する。

【００３８】なお、インジェクタ１の具体的な構成につ
いては、前述した図５の構成と同一のため詳細な説明は
省くことにする。

【００３９】コントロールユニット２１では、各レール
圧について、電磁弁１０の通電時間が変化しても噴射量
が略一定または減少する所定の噴射量を境に、それ以上
と以下とで異なった噴射特性に設定した２つの通電時間
のマップを備え、燃料噴射量によってマップを切り換え
て用いることにより、目標噴射量に対する電磁弁通電時
間を一意的に決定し、目標通りの噴射量が得られるよう
になっている。

【００４０】いま図２にあるレール圧における噴射量特
性を示す（細線）。電磁弁１０の通電時間が短い低噴射
領域において、噴射量特性が極大値をとる噴射量をＱ
ｈ、極小値をとる噴射量をＱｌとして、これらＱｈとＱ
ｌの間において適当な大きさの噴射量Ｑｓを設定する。

【００４１】噴射量がＱｓよりも小さい領域と大きい領
域とで、異なる噴射特性、つまり低噴射量側特性と高噴
射量側特性とのそれぞれに対応した通電時間マップを設
定、記憶（太線）する。低噴射量側のマップは極大値ま
での実噴射量に沿った特性に設定され、また高噴射量側
のマップは、極小値よりも大きい領域で実噴射量に沿っ
た一意的な増加特性に設定する。

【００４２】噴射量がＱｓよりも小さいときは、低噴射
量側のマップを選択し、噴射量がＱｓよりも大きいとき
は高噴射量側のマップを選択して電磁弁１０の通電時間
を決める。これらのマップは、例えば図８のようにして
各レール圧Ｐｒについて噴射量Ｑに応じてそれぞれ通電
時間を設定して構成する。

【００４３】図３には、レール圧Ｐｒについてのマップ
切り換えのための噴射量Ｑｓの特性を示す。レール圧Ｐ
ｒが低いときは電磁弁通電時間に対して噴射量が極大値
と極小値をとる値は小さく、レール圧Ｐｒが大きくなる
にしたがって大きくなるため、これら極大値と極小値と
の間の値で設定されるＱｓはレール圧Ｐｒが高くなるの
に応じて大きくなる。

【００４４】次にコントロールユニットで実行される制
御内容について図４のフローチャートにしたがって説明
する。

【００４５】まず、ステップＳ１で目標噴射量を検索
し、そのときのレール圧を検出する。ステップＳ２で目
標噴射量が、現在のレール圧におけるマップ切り換え噴
射量Ｑｓよりも大きいかどうか判定する。

【００４６】もし目標噴射量がＱｓ以上であるならば、
ステップＳ３に進んで高噴射量側マップを選択し、目標
噴射量とするために必要な電磁弁通電時間を検索する。
これに対して、目標噴射量がＱｓよりも小さいと判定さ
れたときはステップＳ５に進み、低噴射量側マップを選
択し、目標噴射量とするのに必要な電磁弁通電時間を検
索する。

【００４７】このようにしていずれかのマップにしたが
って電磁弁通電時間を検索したら、ステップＳ４でイン
ジェクタ１の電磁弁１０に所定の噴射タイミングにおい
て検索した通電時間だけ通電し、燃料を噴射させる。

【００４８】以上のようにして、電磁弁通電時間を増や
したときにインジェクタ１からの燃料噴射量がいったん
減少するような場合、その噴射量域の前後で電磁弁通電
時間を設定するマップを切り換えている。

【００４９】このため、例えば、図２に示すように、マ
ップ切り換え噴射量Ｑｓよりも小さい噴射量域では低噴
射量側マップが、またＱｓよりも大きい領域では高噴射
量側マップが選択され、目標噴射量に対して通電時間が
２値をもつ通電時間ｔ２とｔ３の間の通電時間領域は使
用されることがなく、目標噴射量に対する通電時間を一
意に決定でき、目標通りの噴射量に精度よく制御するこ
とができる。

【００５０】したがって、燃料のメイン噴射に比較して
微少な噴射量となるパイロット噴射、ポスト噴射などに
おいても、目標噴射量と実噴射量との差が少ない高精度
の燃料噴射制御が可能となり、エンジンの性能を向上さ
せられる。

【００５１】次に、マップ切り換え噴射量Ｑｓを極大値
Ｑｈと極小値Ｑｌの間のどの値に設定するかについて説
明する。

【００５２】一般的に通電時間に対する燃料噴射量の変
化率、つまり感度が鈍い方が噴射量の制御精度が確保し
やすい。したがってＱｓはなるべく変化率の小さいＱｌ
に近づけることが望ましい。ただし、図２にもあるよう
に、噴射量がＱｌとなる時点から通電時間を増やしてい
くと直線的ではなく、小さな曲率で噴射量が増加してい
くため、Ｑｓ＝Ｑｌとして全レール圧領域、全噴射量領
域で、燃料の噴射量の実特性とマップ特性を一致させる
には、マップ上の必要な噴射量軸格子点が多くなってし
まう。したがって実際に使用するレール圧と噴射量の領
域、許容できる噴射量誤差を考慮しつつ、できるだけＱ
ｌに近い小さい値をＱｓとして設定することが好まし
い。

【００５３】上記の実施形態では、電磁弁通電時間に対
して噴射量が増加した後、いったん減少し、その後に再
び増加していくものに本発明を適用した場合について説
明したが、これに限られるわけではなく、例えば、通電
時間に対して噴射量の増加がいったん停止し、つまり略
一定となり、その後に再び増加していくものなどにも、
略一定となる噴射量をマップ切り換え噴射量として、本
発明を適用することが可能である。

【００５４】また、上記の説明において、インジェクタ
のアクチュエータとして電磁弁を用いているが、圧電素
子などからなるピエゾアクチュエータ等、他のアクチュ
エータを用いる場合にも同様な効果を生じる。また、イ
ンジェクタの構造として、例えば電磁弁等により直接的
にノズル針弁を駆動するものであっても、弁体がストッ
パに当たる前後の通電時間領域において本発明の制御が
適用できることは言うまでもない。

【００５５】また、本発明が適用されるエンジンは、必
ずしもディーゼルエンジンに限らず、燃料を燃焼室内に
直接的に噴射するインジェクタをもつガソリンエンジン
などにも適用可能である。

【００５６】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。

【図２】噴射量制御用のマップの特性を示す説明図であ
る。

【図３】マップ切り換え噴射量とレール圧の関係を示す
説明図である。

【図４】本発明の制御内容を示すフローチャートであ
る。

【図５】従来のインジェクタの構成を示す断面図であ
る。

【図６】燃料噴射量と電磁弁通電時間の関係を示す図
で、（ａ）は全噴射量領域を示し、（ｂ）は低噴射量領
域の拡大図である。

【図７】電磁弁通電時間と電磁弁リフト並びにノズル針
弁リフトの関係を示す説明図である。

【図８】燃料噴射量に対して各レール圧における電磁弁
の通電時間を割り振ったマップである。

【図９】マップ噴射量特性と実噴射量特性を示す説明図
である。

【図１０】同じくマップ噴射量特性と実噴射量特性を示
す説明図である。

【符号の説明】

１インジェクタ４ノズル針弁６油圧ピストン１０電磁弁２１コントロールユニット

フロントページの続きＦターム(参考） 3G066 AA02 AA07 AB02 AC09 AD12 BA51 CC06T CC08T CC14 CC26 CC64T CC66 CC67 CC68U CD26 DA01 DA09 DC01 DC09 DC14 DC18 3G301 HA02 MA11 MA23 NC04 PA17Z PB08Z PE01Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒に設けたインジェクタに高圧の燃料
を供給し、インジェクタのアクチュエータの作動時間に
応じて燃料噴射量を制御するエンジンの燃料噴射量制御
装置において、各燃料圧力毎に目標噴射量とするアクチュエータの作動
時間を設定したマップであって、所定の切換噴射量より
も低噴射量領域と高噴射量領域とに分けて形成された複
数のマップと、運転状態に応じて要求される噴射量に基づいていずれか
のマップを切換選択する手段と、選択されたマップから燃料圧力と噴射量にしたがって求
めた作動時間に基づいて前記アクチュエータの作動を制
御する手段とを備えることを特徴とするエンジンの燃料
噴射量制御装置。
【請求項２】前記所定の切換噴射量は、前記インジェク
タからの噴射量がアクチュエータ作動時間の増加に対し
て略一定または減少する領域における噴射量から設定さ
れる請求項１に記載のエンジンの燃料噴射量制御装置。
【請求項３】前記所定の切換噴射量は、前記インジェク
タからの噴射量がアクチュエータ作動時間の増加に対し
て略一定または減少する領域における極大値と極小値の
間の値に設定される請求項２に記載のエンジンの燃料噴
射量制御装置。
【請求項４】前記所定の切換噴射量は、前記インジェク
タからの噴射量がアクチュエータ作動時間の増加に対し
て減少する領域において略極小値となる付近の値に設定
される請求項３に記載のエンジンの燃料噴射量制御装
置。
【請求項５】前記所定の切換噴射量は前記燃料圧力が高
くなるほど大きくなるように設定される請求項１〜４の
いずれか一つに記載のエンジンの燃料噴射量制御装置。