JP2001152941A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射制御装置

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JP2001152941A JP33786999A JP33786999A JP2001152941A JP 2001152941 A JP2001152941 A JP 2001152941A JP 33786999 A JP33786999 A JP 33786999A JP 33786999 A JP33786999 A JP 33786999A JP 2001152941 A JP2001152941 A JP 2001152941A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1サイクル中に複数回の燃料噴射を行う内燃
機関において、噴射量の少ないサブ噴射の有無を確実に
判定し、その判定結果に基づいて各燃料噴射量を最適値
にフィードバック制御できること。 【解決手段】 ECUは、メイン噴射用ゲートに振動セ
ンサの出力信号を取り込み、その信号を基にパイロット
噴射の有無を判定するためのしきい値を算出する。続い
て、パイロット噴射用ゲートに前記しきい値を超える振
動があるか否かを判定する。ここで、パイロット噴射が
無いと判定された場合のみ、パイロット噴射量の指令値
を所定量だけ増加する。これにより、補正後の指令値が
最適な噴射量が得られる指令値を超えるまで、所定量ず
つパイロット噴射量の指令値が増加されるので、パイロ
ット噴射が確実に行われる値以上にパイロット噴射量の
指令値を保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1サイクル中に複
数回の燃料噴射を行う内燃機関において、各噴射の燃料
噴射量を調整して所定値とする内燃機関の燃料噴射制御
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の燃料噴射弁より燃料を噴射す
る際には、噴射弁の開閉動作に伴う振動が発生するた
め、この振動を検出して噴射の有無を判定する技術が公
知である。例えば従来技術として、特開平10−318
027号公報が公示されている。これは、燃料噴射弁の
動作後、所定時間内に所定レベルの振動があるか否かを
判別し、所定レベルの振動がない場合には噴射が無いと
判定するものである。しかし、内燃機関の振動の大きさ
は、運転条件により変化し、対象とする内燃機関に
より変化し、振動検出手段の特性のバラツキや経時変
化等により変化するため、事前に決定した所定の振動レ
ベルを基に噴射の有無を判定する従来技術では、噴射有
無の確実な検出が困難な場合がある。即ち、これら〜
の変化を考慮して所定の振動レベルを十分に低く設定
すると、噴射弁の開閉動作に伴う振動以外のノイズを検
出する誤検出の可能性があり、また逆に所定の振動レベ
ルを十分に高く設定すると、必要な振動を検出できない
可能性が生じる。これを防ぐために、内燃機関ごとに、
あるいは運転条件ごとに所定の振動レベルを事前に求め
るとすると、膨大な手間と時間を要するという問題があ
る。
【0003】また、内燃機関の中でも特にディーゼルエ
ンジンにおいては、エンジンの振動低減あるいはエミッ
ション改善のために、機関上死点付近における主たる燃
料噴射(メイン噴射)に先立ち、微量の燃料をシリンダ
内に噴射して火種とするパイロット噴射が一般的に行わ
れる。このパイロット噴射の噴射量は、メイン噴射と比
較すると極微量であるが、パイロット噴射の効果を十分
に出すためには、この微少量を精度よく噴射することが
必要であり、噴射量が少な過ぎて噴射がなくなった場合
には当然のことながら、逆に噴射量が多過ぎても十分な
効果が得られず、適量の噴射を行わないと、却ってエミ
ッションが悪化する場合もある。従って、パイロット噴
射量をバラツキなく安定して所定の微少量(望ましくは
噴射可能な最少量)とすることが、パイロット噴射の効
果を十分に発揮するためには重要である。
【0004】しかし、実際には、エンジンや振動検出手
段のバラツキや特性の変化等があるため、噴射量を所定
量にフィードバック制御することが非常に有用となる。
そのためには、微少量の噴射の有無を確実に検出して所
定量にフィードバック制御することが重要であるが、従
来技術によると、上述したように噴射有無の確実な検出
が困難な場合があり、それによる不具合が特にパイロッ
ト噴射を行う場合のように複数回の燃料噴射を行うディ
ーゼルエンジンでは顕著となる。最近、特にディーゼル
エンジンのエミッション等の性能をさらに向上するため
に、1サイクル中に3回以上の燃料噴射を行うマルチ噴
射が開発されているが、この場合、さらに精度の高い微
少量噴射が要求されるため、前記の問題が一層クローズ
アップされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するために成されたもので、1サイクル中に複
数回の燃料噴射を行う内燃機関において、噴射量の少な
いサブ噴射の有無を確実に判定し、その判定結果に基づ
いて各燃料噴射量を最適値にフィードバック制御できる
内燃機関の燃料噴射制御装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】(請求項1の手段)メイ
ン噴射に起因する振動から基準レベルを設定し、この基
準レベルに対し、振動検出手段の出力から得られる振動
の大きさを比較することで、サブ噴射の有無を検出す
る。この場合、基準レベルを予め決めるのではないた
め、内燃機関の運転条件の変化や対象とする内燃機関の
変化、あるいは振動検出手段の特性のバラツキや経時変
化等によらず、噴射の有無を確実に判定できる最適な基
準レベルを設定することができる。これにより、1サイ
クル中で複数回の噴射を行う内燃機関において、メイン
噴射以外のサブ噴射の有無を確実に検出することが可能
である。
【0007】(請求項2の手段)請求項1に記載した内
燃機関の燃料噴射制御装置において、噴射検出手段は、
燃料噴射指令手段よりメイン噴射指令が出力された後、
そのメイン噴射指令に基づき設定される所定期間に渡っ
て振動検出手段の出力信号を取得し、その取得した信号
から基準レベルを設定するとともに、燃料噴射指令手段
よりサブ噴射指令が出力された後、そのサブ噴射指令に
基づき設定される所定期間に渡って振動検出手段の出力
信号を取得し、その取得した信号から得られる振動の大
きさを基準レベルと比較して、基準レベルを超える大き
さの振動が無い場合は、サブ噴射が行われていないと判
定する。これにより、各内燃機関の運転条件におけるメ
イン噴射による振動を基に最適な基準レベルを設定で
き、その基準レベルに基づきサブ噴射の有無を確実に検
出することが可能となる。さらに、これによりエンジン
条件によりメイン噴射およびサブ噴射の噴射時期が大き
く変化してもそれぞれの噴射指令に基づき振動検出手段
の出力信号を取得するため、確実な信号の取得が可能と
なる。
【0008】(請求項3の手段)請求項1または2に記
載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、噴射指令
補正手段は、燃料噴射指令手段からの燃料噴射指令が出
力されているにも係わらず、噴射検出手段によりサブ噴
射が無いと判定された場合に、燃料噴射指令手段による
サブ噴射指令を徐々に増加する。これにより、サブ噴射
が実行されるようになるため、例えばメイン噴射に先立
って微量のパイロット噴射(本発明のサブ噴射)を行う
ディーゼルエンジンでは、確実にパイロット噴射を行う
ことができる。この結果、経時変化その他の理由により
パイロット噴射が無くなることにより生じる不具合(エ
ンジン振動やエミッションの増大)を防止することが可
能となる。これは、パイロット噴射だけに限らず、さら
に複数回にわたってサブ噴射を行うマルチ噴射において
は更に有効となる。
【0009】(請求項4の手段)請求項1または2に記
載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、噴射指令
補正手段は、燃料噴射指令手段からの燃料噴射指令が出
力されているにも係わらず、噴射検出手段によりサブ噴
射が無いと判定された場合には、燃料噴射指令手段によ
るサブ噴射指令を徐々に増加し、噴射検出手段によりサ
ブ噴射があると判定された場合には、燃料噴射指令手段
によるサブ噴射指令を徐々に減少する。これにより、サ
ブ噴射の噴射量を本来あるべき噴射可能な最少量とする
ことが可能である。例えばメイン噴射に先立って微量の
パイロット噴射を行うディーゼルエンジンでは、パイロ
ット噴射の噴射量が増加補正によって多くなり過ぎた
り、減少補正によって無くなってしまうことを防止で
き、本来あるべき微量の噴射量(噴射可能な最少量)と
することが可能である。この結果、パイロット噴射の噴
射量が多過ぎることによる不具合、及び少な過ぎること
による不具合を防止できる。これは、パイロット噴射だ
けに限らず、さらに複数回にわたってサブ噴射を行うマ
ルチ噴射においては更に有効となる。
【0010】(請求項5の手段)請求項4に記載した内
燃機関の燃料噴射制御装置において、噴射指令補正手段
は、サブ噴射指令に基づく減少補正量を増加補正量より
も小さくする。例えばメイン噴射に先立って微量のパイ
ロット噴射を行うディーゼルエンジンでは、噴射量が目
標噴射量より少な過ぎても多過ぎても不具合を生じる。
しかし、噴射量が目標噴射量より多い場合と少ない場合
とを比較すると、微少噴射量が目標噴射量より少なくな
って噴射が無くなってしまう場合の方が、エンジン振動
やエミッションに与える悪影響が大きい。従って、本発
明では、減少補正量を増加補正量よりも小さくすること
により、上記の悪影響を極力防いだ上で噴射可能な最少
量とすることが可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明を多気筒ディーゼル
エンジンに適用した実施形態を図面に基づいて説明す
る。 (第1実施形態)図2はディーゼルエンジンの燃料噴射
制御装置のシステム図である。本システムSは、図2に
示すように、エンジンの各気筒1毎に取り付けられた燃
料噴射弁2にコモンレール3を介して高圧燃料が供給さ
れ、その燃料噴射弁2よりエンジンの1サイクル中に複
数回の燃料噴射(パイロット噴射とメイン噴射)が行わ
れる。
【0012】燃料噴射弁2は、エンジン電子制御回路
(以下ECU4と呼ぶ)の指令に基づいて作動する電磁
弁5を具備し、この電磁弁5の作動に伴って気筒1内へ
の燃料噴射を行う。コモンレール3は、図示しない高圧
燃料ポンプより圧送された燃料を所定の圧力で蓄える蓄
圧室である。ECU4には、本システムSの作動を制御
する上で必要な情報が以下の各種センサよりセンサ信号
として入力される。
【0013】各種センサは、コモンレール3内の燃料圧
力を検出する圧力センサ6、エンジン回転数を検出する
回転数センサ7、エンジン負荷(アクセル開度)を検出
する負荷センサ8、燃料噴射に起因する振動を検出する
振動センサ9、及び通常の電子制御式ディーゼルエンジ
ンに用いられるその他のセンサ類である。振動センサ9
は、例えば圧電素子を用いたもので、図2に示すよう
に、シリンダブロック1aの側面に設置され、エンジン
振動を電圧として検出する。なお、振動センサ9を1個
だけ設置する場合は、全気筒の略中央(4気筒エンジン
であれば、第2気筒と第3気筒の中央)に設置される。
ECU4は、上記の各種センサで検出される情報(セン
サ信号)に基づいて、燃料の噴射圧力、噴射時期、及び
噴射量を演算し、その演算結果に従って高圧燃料ポンプ
及び燃料噴射弁2(電磁弁5)の作動を電子制御する。
【0014】しかし、燃料噴射弁2の特性のバラツキや
経時変化等が生じると、ECU4から出力される燃料噴
射量の指令値と実際の噴射量との間にずれが生じてしま
う。特に、燃料噴射量の指令値が小さい微少量噴射の場
合は、上記のずれが生じることで、本来あるべき噴射が
無くなってしまうことがある。あるいは、噴射量が多過
ぎて、微少量噴射である本来の役割を果たせなくなる場
合がある。この微少量噴射が要求されるのは、例えばデ
ィーゼルエンジンにおけるパイロット噴射、あるいはエ
ンジンの1サイクル中に3回以上の燃料噴射を行うマル
チ噴射等の場合である。
【0015】そこで、メイン噴射に先立ってパイロット
噴射を行う本システムSでは、振動センサ9の検出情報
に基づいてパイロット噴射の有無を検出し、パイロット
噴射が検出されなかった場合は、次回のパイロット噴射
の指令値を増加して噴射量を補正することで、パイロッ
ト噴射が無くなってしまうことを防止するパイロット噴
射量補正制御を実行している。このパイロット噴射量補
正制御は、予めECU4のマイクロコンピュータにイン
プットされた補正プログラムに沿って処理される。
【0016】以下に、パイロット噴射量補正制御の方法
をECU4の処理手順に従って説明する。図1はECU
4の処理手順を示すフローチャート、図3はECU4の
処理手順を図式化したブロック図である。なお、ここで
は、1個の振動センサ9で検出した振動を基に、ある1
つの気筒1のパイロット噴射量を補正する場合について
説明する。また、例えば4気筒エンジンでは、180ク
ランク角毎に各気筒の燃焼が起こるため、振動センサ9
を1個だけ設置する場合は、検出した振動がどの気筒の
燃焼に起因するものであるかを判別した上で、以下の処
理を実行する。
【0017】Step100 :パイロット噴射指令が出力され
たか否かを判定する。本制御は、パイロット噴射指令が
出力された場合(判定結果YES)のみ実施されるの
で、判定結果がYESの場合のみStep101 へ進む。 Step101 :図4に示すように、パイロット噴射指令パル
スAとメイン噴射指令パルスBに基づき、それぞれの噴
射に起因する振動を検出するための信号取り込み用ゲー
トG、Hを設定する。これは、例えば噴射指令出力の所
定時間後、所定時間にわたってゲートを開くように設定
される。なお、パイロット噴射及びメイン噴射の各噴射
量は、前記パルスA、Bの各パルス幅で決定される。
【0018】Step102 :Step101 で設定したメイン噴射
用ゲートHに振動センサ9より出力される信号Fを取り
込む。 Step103 (本発明の基準レベル設定手段):メイン噴射
用ゲートHに取り込んだ信号Fを基に、パイロット噴射
が実際に行われているか否かを判定するためのしきい値
(図4のJ=本発明の基準レベル)を算出する。具体的
には、例えば図3に示すように、信号Fを整流して積分
した後、更にK倍(Kは予め設定された係数)して算出
する。あるいは、振動ピーク値を基に算出しても良い。
【0019】Step104 (本発明の比較手段):Step101
で設定したパイロット噴射用ゲートGにStep103 で算出
したしきい値Jを超える振動があるか否かを判定する。
具体的には、例えば図4の信号Eのように、パイロット
噴射用ゲートGにしきい値Jを超える振動がある場合に
は、検出パルスIを出力し、この検出パルスIの有無に
よってパイロット噴射の有無を判定する。ここで、パイ
ロット噴射が無いと判定された場合(判定結果NO)の
みStep105 へ進む。 Step105 (本発明の噴射指令補正手段):パイロット噴
射量の指令値を所定量だけ増加する。一方、Step104 で
しきい値Jを超える振動があると判定された場合(判定
結果YES)は、再びStep100 へ戻って本制御を繰り返
し行う。
【0020】以上の制御によれば、図6に示すように、
実際のパイロット噴射として最適な噴射量が得られる指
令値より現在の指令値の方が大きい場合(Step104 でし
きい値Jを超える振動がある場合)は、パイロット噴射
の補正は行われない。一方、図7に示すように、実際の
パイロット噴射として最適な噴射量が得られる指令値よ
り現在の指令値の方が小さい場合(Step104 でしきい値
Jを超える振動が無い場合)は、補正後の指令値が最適
な噴射量が得られる指令値を超えるまで、即ちパイロッ
ト噴射用ゲートGにしきい値Jを超える振動が取り込ま
れるまで、所定量ずつパイロット噴射量の指令値を増加
させる。
【0021】これにより、パイロット噴射量の指令値
は、確実にパイロット噴射が行われる値以上に保持され
る。この結果、本来あるべき噴射が無くなってしまうこ
とに起因するエンジン騒音やエミッションの悪化を防止
することができる。また、本システムSでは、パイロッ
ト噴射の有無を判定するためのしきい値J(基準レベ
ル)を予め決めるのではなく、メイン噴射に起因する振
動に基づいて算出しているので、エンジンの運転条件の
変化や対象とするエンジンの変化、あるいは振動センサ
9の特性のバラツキや経時変化等の影響を受けることな
く、確実にパイロット噴射の有無を検出することが可能
である。
【0022】なお、上記の説明では、1個の振動センサ
9で検出した振動を基に、ある1つの気筒1のパイロッ
ト噴射量を補正する場合を例に説明したが、多気筒エン
ジンにおいては、各気筒の噴射量が独立で補正される。
また、振動の検出精度を向上するために複数の振動セン
サ9を設置しても良い。例えば、4気筒エンジンに2個
の振動センサ9を設置する場合は、第1気筒と第2気筒
との間に第1の振動センサ9を設置し、第3気筒と第4
気筒との間に第2の振動センサ9を設置する。そして、
第1の振動センサ9の出力に基づき第1気筒と第2気筒
のパイロット噴射量を補正し、第2の振動センサ9の出
力に基づき第3気筒と第4気筒のパイロット噴射量を補
正する。また、メイン噴射以外に複数回の微量噴射を行
うマルチ噴射においても、上述した本制御を適用できる
ことは言うまでもない。
【0023】(第2実施形態)この第2実施形態は、第
1実施形態で説明したパイロット噴射用ゲートGにしき
い値Jを超える振動がある場合でも、パイロット噴射量
の指令値を補正する一例である。図8はECU4の処理
手順を示すフローチャートである。なお、図8のStep20
0 〜Step204 の処理は、図1のStep100 〜Step104 の処
理と同じである。従って、ここでは、第1実施形態と異
なる部分についてのみ説明する。
【0024】Step205 (本発明の噴射指令補正手段):
パイロット噴射用ゲートGにしきい値Jを超える振動が
無い場合は、パイロット噴射量の指令値を増加する。具
体的には、指令パルス幅TをΔT1 だけ増やし、T+Δ
T1 とする。 Step206 (本発明の噴射指令補正手段):パイロット噴
射用ゲートGにしきい値Jを超える振動がある場合は、
パイロット噴射量の指令値を減少する。具体的には、指
令パルス幅TをΔT2 だけ減らし、T−ΔT2 とする。
以上の制御によれば、図9に示すように、パイロット噴
射指令値は、最適な噴射量が得られる指令値近傍に精度
良く維持される。
【0025】また、Step205 で補正する指令パルス幅の
増加量ΔT1 とStep206 で補正する指令パルス幅の減少
量ΔT2 は、ΔT1 >ΔT2 とする。これにより、パイ
ロット噴射が無くなることによる不具合を最小限にした
上で、パイロット噴射による効果を最大限に得ることが
できるため、可能な限りの微少噴射量を常に実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ECUの処理手順を示すフローチャートである
(第1実施形態)。
【図2】本システムの構成図である。
【図3】ECUの処理手順を図式化したブロック図であ
る。
【図4】パイロット噴射の有無を検出する本システムの
動作を示すタイムチャートである(パイロット噴射があ
る場合)。
【図5】パイロット噴射の有無を検出する本システムの
動作を示すタイムチャートである(パイロット噴射が無
い場合)。
【図6】パイロット噴射量の指令値が最適な指令値より
大きい場合の補正内容を示すタイムチャートである(第
1実施形態)。
【図7】パイロット噴射量の指令値が最適な指令値より
小さい場合の補正内容を示すタイムチャートである(第
1実施形態)。
【図8】ECUの処理手順を示すフローチャートである
(第2実施形態)。
【図9】パイロット噴射量の指令値を補正する様子を示
すタイムチャートである(第2実施形態)。
【符号の説明】
S 本システム(内燃機関の燃料噴射制御装置) 2 燃料噴射弁(燃料噴射手段) 4 ECU(噴射検出手段) 9 振動センサ(振動検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 45/04 F02M 45/04 65/00 301 65/00 301A Fターム(参考) 3G066 AA07 AC09 BA23 CB12 CC05U CD26 CE22 CE29 DA01 DA04 DA06 DA09 DA10 DC04 DC05 DC11 DC18 3G084 AA01 DA10 EA07 EA11 EB11 EC02 FA00 FA10 FA13 FA18 FA38 FA39 3G301 HA02 JA21 MA11 MA18 MA23 MA26 MA27 MA28 NA04 NA08 ND01 NE01 NE03 NE08 NE23 PA17Z PB03Z PB08Z PE01Z PE03Z PE04Z PE05Z PF03Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段
    と、 この燃料噴射手段に対し前記内燃機関の1サイクル中に
    最も噴射量の多いメイン噴射とその他のサブ噴射を行わ
    せる噴射指令を出力する燃料噴射指令手段と、 前記燃料噴射手段の燃料噴射に起因する振動を検出でき
    る振動検出手段と、 前記メイン噴射に起因する振動から基準レベルを設定
    し、この基準レベルに対し、前記振動検出手段の出力か
    ら得られる振動の大きさを比較することで、前記サブ噴
    射の有無を検出する噴射検出手段とを備えた内燃機関の
    燃料噴射制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載した内燃機関の燃料噴射制
    御装置において、 前記噴射検出手段は、 前記燃料噴射指令手段よりメイン噴射指令が出力された
    後、そのメイン噴射指令に基づき設定される所定期間に
    渡って前記振動検出手段の出力信号を取得し、その取得
    した信号から前記基準レベルを設定する基準レベル設定
    手段と、 前記燃料噴射指令手段よりサブ噴射指令が出力された
    後、そのサブ噴射指令に基づき設定される所定期間に渡
    って前記振動検出手段の出力信号を取得し、その取得し
    た信号から得られる振動の大きさを前記基準レベルと比
    較する比較手段とを有し、この比較手段で前記基準レベ
    ルを超える大きさの振動が無い場合は、前記サブ噴射が
    行われていないと判定することを特徴とする内燃機関の
    燃料噴射制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載した内燃機関の燃
    料噴射制御装置において、 前記噴射検出手段の検出結果に基づき前記燃料噴射指令
    手段における燃料噴射指令を補正する噴射指令補正手段
    を備え、 この噴射指令補正手段は、前記燃料噴射指令手段からの
    燃料噴射指令が出力されているにも係わらず、前記噴射
    検出手段により前記サブ噴射が無いと判定された場合
    に、前記燃料噴射指令手段による前記サブ噴射指令を徐
    々に増加することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御
    装置。
  4. 【請求項4】請求項1または2に記載した内燃機関の燃
    料噴射制御装置において、 前記噴射検出手段の検出結果に基づき前記燃料噴射指令
    手段における燃料噴射指令を補正する噴射指令補正手段
    を備え、 この噴射指令補正手段は、前記燃料噴射指令手段からの
    燃料噴射指令が出力されているにも係わらず、前記噴射
    検出手段により前記サブ噴射が無いと判定された場合に
    は、前記燃料噴射指令手段による前記サブ噴射指令を徐
    々に増加し、前記噴射検出手段により前記サブ噴射があ
    ると判定された場合には、前記燃料噴射指令手段による
    前記サブ噴射指令を徐々に減少することを特徴とする内
    燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 【請求項5】請求項4に記載した内燃機関の燃料噴射制
    御装置において、 前記噴射指令補正手段は、前記サブ噴射指令に基づく減
    少補正量を増加補正量よりも小さくすること特徴とする
    内燃機関の燃料噴射制御装置。
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