JP2003269228A - 分割式燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
する影響を排除して、目標噴射量に基づく正確な燃料噴
射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が生じたときの
種々の不具合を未然に防止できる分割式燃料噴射制御装
置を提供する。 【解決手段】 パイロット噴射の実行によって生じるレ
ール圧Pcrの変動特性、及び燃料噴射弁の動作遅れによ
って生じるパイロット噴射とメイン噴射との噴射波形の
干渉特性に基づいてマップe,fを設定し、当該マップ
e,fから算出した第1の補正量ΔTQm1及び補正係数
Kによりメイン目標噴射期間Tmainを補正し、パイロッ
ト噴射による影響を相殺する。
Description
エンジンという)の燃料噴射を複数回に分割して実行す
る分割式燃料噴射制御装置に関するものである。
エンジンのように、筒内に燃料を直接噴射するエンジン
では、1回の燃焼に対して複数回の燃料噴射を任意の時
期に実行可能である。そこで、この種のエンジンに適用
される分割式燃料噴射制御装置では、運転状態に応じて
燃料噴射の回数や時期を変更しており、例えば、メイン
噴射より先行するパイロット噴射を実行して、燃焼圧の
急増を抑制することで騒音低減を図ったり、或いは、メ
イン噴射後のアフタ噴射を実行して、排ガス中のスート
等の低減を図ったりしている。
た分割式燃料噴射制御装置では、先行する燃料噴射を実
行することにより後続の燃料噴射が影響を受けて、トー
タルの目標噴射量を達成できない場合があった。即ち、
本発明者が実施した試験では、図8に示すように先行す
る燃料噴射から後続の燃料噴射までの噴射間隔を変更し
た場合に、トータル噴射量及び正味平均有効圧が変動す
ることが確認された。
波形の干渉及び噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等
によるものと考えられる。例えば先行する燃料噴射によ
りコモンレール圧が変動すると、その影響で後続の燃料
噴射量が変動するため、トータル噴射量は誤差を生じ
る。又、燃料噴射弁の動作遅れに起因して、先行する燃
料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形が干渉すると、同
じくトータル噴射量の誤差に繋がる。
るため、結果としてドライバビリティの悪化を引き起こ
す上に、目標噴射量に対して実際の燃料噴射量に誤差が
生じると、目標噴射量に基づく処理、例えば空気過剰率
の推定処理や、目標噴射量を引数とするEGR制御等を
的確に実施できないという問題が生じてしまう。本発明
の目的は、先行する燃料噴射による後続の燃料噴射に対
する影響を排除して、目標噴射量に基づく正確な燃料噴
射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が生じたときの
種々の不具合を未然に防止することができる分割式燃料
噴射制御装置を提供することにある。
め、請求項1の発明は、内燃機関の筒内に燃料を噴射す
る燃料噴射弁と、燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する燃
料供給手段と、燃料噴射弁を開閉制御して分割噴射を実
行する制御手段とを備えた分割式燃料噴射制御装置にお
いて、制御手段は、分割噴射のうち先行する燃料噴射に
よって発生する燃料供給手段の燃料圧の変動特性に基づ
いて補正量を設定する補正量設定手段と、補正量に基づ
き後続の燃料噴射量を補正する補正手段とを備えたもの
である。
射弁の駆動により燃料供給手段の燃料圧に変動が生じ、
この燃料圧の変動が後続の燃料噴射の噴射量に影響を与
える。そこで、先行する燃料噴射によって発生する燃料
供給手段の燃料圧の変動特性が予め特定され、その変動
特性に基づいて、補正量設定手段により燃料圧の変動の
影響を相殺可能な補正量が設定されるため、補正量に基
づいて後続の燃料噴射が適切な噴射量で実行可能とな
る。
料圧の変動特性に加えて、先行する燃料噴射と後続の燃
料噴射との噴射波形の干渉特性に基づいて補正量を設定
するものである。燃料噴射弁の動作遅れにより、先行す
る燃料噴射時の燃料噴射弁が全閉しないうちに後続の燃
料噴射が開始された場合には、先行する燃料噴射と後続
の燃料噴射との噴射波形が互いに干渉するため、トータ
ルの燃料噴射量に誤差が生じる。又、先行する燃料噴射
時の燃料噴射弁が全閉した後でも、噴射弁内部の圧力バ
ランスや残留磁界等により噴射波形の干渉が起こるた
め、トータルの燃料噴射量に誤差が生じる。そこで、先
行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形の干渉特
性が予め特定され、その干渉特性に基づいて、補正量設
定手段により噴射波形の干渉の影響を相殺可能な補正量
が設定されるため、トータルの燃料噴射量の誤差を排除
可能となる。
料供給手段の燃料圧、先行する燃料噴射の噴射量、先行
する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔の少なくと
も何れか一つに基づいて補正量を設定するものである。
先行する燃料噴射後に燃料供給手段の燃料圧は脈動を発
生して次第に減衰するため、後続の燃料噴射を何れの時
点で実行するかによって後続の燃料噴射が受ける影響は
変わる。よって、先行する燃料噴射からの経過時間、つ
まり先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔に
基づいて、後続の燃料噴射の時点における燃料供給手段
の燃料圧の変動状況を推測すれば、その影響を相殺する
補正が可能となる。
燃料圧の大きさによっても変わり、例えば燃料圧が高い
ほど変動周期が短くなることが考えられる。よって、変
動する以前の燃料圧、例えば先行する燃料噴射以前に検
出した燃料圧、或いは燃料供給手段の燃料圧を制御する
ときの目標値等に基づいて、その影響を相殺する補正が
可能となる。更に、燃料圧の変動状況は、先行する燃料
噴射の噴射量によっても変わり、例えば先行する燃料噴
射の噴射量が多いほど燃料圧の脈動の振幅が増加するこ
とが考えられる。よって、先行する燃料噴射の噴射量に
基づいて、その影響を相殺する補正が可能となる。
との噴射間隔が短くなるほど、双方の噴射波形の干渉が
大きくなるため、噴射間隔に基づいて、噴射波形の干渉
による影響を相殺する補正が可能となる。
ィーゼルエンジン用の分割噴射式燃料噴射制御装置に具
体化した一実施形態を説明する。図1は本実施形態の分
割噴射式燃料噴射制御装置を示す全体構成図であり、デ
ィーゼルエンジン1の各気筒には燃料噴射弁2が設けら
れ、各燃料噴射弁2は共通のコモンレール3(燃料供給
手段)を介して燃料噴射ポンプ4から圧送される燃料が
供給されるようになっている。
置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記
憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CP
U)、タイマカウンタ等を備えたECU(電子制御ユニ
ット)11が設置されている。ECU11の入力側に
は、アクセル操作量APSを検出するアクセルセンサ1
2、エンジン回転速度Neを検出する回転速度センサ1
3、コモンレール圧Pcrを検出するレール圧センサ14
等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射
弁2や燃料噴射ポンプ4等の各種デバイス類が接続され
ている。
に基づいて噴射時期や噴射量、或いはコモンレール3の
レール圧等を決定し、これらに基づいて燃料噴射弁2や
燃料噴射ポンプ4を駆動制御してエンジン1を運転す
る。本実施形態では燃焼圧の急増による騒音の増加を抑
制すべく、主たる燃料噴射(メイン噴射)に先行して予
備的な噴射(パイロット噴射)を実行しており、以下
に、このときの燃料噴射制御の概要を説明する。
射制御の制御フローを示しており、まず、アクセル操作
量APS及びエンジン回転速度Neに基づいてマップa
からトータル目標噴射量Qtotalが算出される。トータ
ル目標噴射量Qtotal及びエンジン回転速度Neに基づい
てマップbからパイロット目標噴射量Qpilotが算出さ
れ、このパイロット目標噴射量Qpilot及びレール圧Pc
rに基づいてマップcからパイロット目標噴射期間Tpil
otが算出される。又、上記トータル目標噴射量Qtotal
からパイロット目標噴射量Qpilotを減算してメイン目
標噴射量Qmainが求められ、このメイン目標噴射量Qma
in及びレール圧Pcrに基づいてマップdからメイン目標
噴射期間Tmainが算出される。
あり、更に本実施形態では、パイロット噴射によるメイ
ン噴射への影響を相殺するために、メイン目標噴射期間
Tmainを補正しており、以下、この特徴部分について述
べる。パイロット噴射からメイン噴射までの噴射間隔T
ijは、例えばトータル目標噴射量Qtotal及びエンジン
回転速度Neに基づいて算出され、噴射間隔Tij及びレ
ール圧Pcrに基づいてマップeから第1の補正量ΔTQ
m1が算出される(補正量設定手段)。尚、このときに適
用されるレール圧Pcrは、パイロット噴射の実行以前に
検出されたものであり、後述するパイロット噴射による
変動を生じていないときの値である。又、パイロット目
標噴射量Qpilotに基づいてマップfから補正係数Kが
算出され(補正量設定手段)、補正係数Kが第1の補正
量ΔTQm1に乗算され、乗算値が上記メイン目標噴射期
間Tmainに加算される(補正手段)。これらの第1の補
正量ΔTQm1及び補正係数Kは、上記パイロット噴射に
よるメイン噴射への影響を相殺するためのものであり、
その詳細は後述する。
びエンジン回転速度Neに基づいてマップgから第2の
補正量ΔTQm2が算出され、第2の補正量ΔTQm2が上
記メイン目標噴射期間Tmainに加算される。第2の補正
量ΔTQm2はマッチングのためのものであり、上記第1
の補正量ΔTQm1及び補正係数Kのみでは補正しきれな
い微妙なドライバビリティの改善を目的とする。
(1)に従って補正される。 Tmain ← Tmain+(ΔTQm1×K)+ΔTQm2 ………(1) そして、以上の補正完了後のメイン目標噴射期間Tmain
が実際の燃料噴射制御に適用され、図3に示すように、
各気筒の燃料噴射では、パイロット噴射が実行されてか
ら噴射間隔Tij相当分の経過後にメイン噴射が開始さ
れ、これによりトータル目標噴射量Qtotalが達成され
る(制御手段)。
係数Kの設定状況を説明する。先行するパイロット噴射
によるメイン噴射への影響は、以下の2種の要因による
ものと考えられる。 1)一方の要因としてはレール圧Pcrの変動が挙げら
れ、パイロット噴射を実行するための燃料噴射弁2の駆
動によりレール圧Pcrに変動が生じ、このレール圧Pcr
の変動がメイン噴射の噴射量に影響を与えるものであ
る。レール圧Pcrの変動は、実際にパイロット噴射され
た場合は勿論、パイロット噴射が行われなくても燃料噴
射弁2の駆動により内部の圧力バランスが変化すれば起
こり得る。 2)他方の要因としては燃料噴射弁2の動作遅れが挙げ
られ、内部の圧力バランス、コイルの残留磁界、可動部
分の慣性等により、図6に示すように、パイロット噴射
時の燃料噴射弁2が全閉しないうちにメイン噴射の駆動
信号が与えられた場合等には、パイロット及びメインの
噴射波形が互いに干渉して実質的なトータル噴射量を増
加させる方向に作用する。又、パイロット噴射時の燃料
噴射弁が全閉した後でも、噴射弁内部の圧力バランスや
残留磁界等により噴射波形の干渉が起こるため、トータ
ルの燃料噴射量を増加させる。
的にメイン噴射開始時のレール圧Pcrの変動方向と反対
側にメイン目標噴射期間Tmainを補正すれば、その影響
を相殺できる。例えば、メイン噴射開始時においてレー
ル圧Pcrが減少方向に変動しているときには、メイン噴
射量の不足を補うために増加方向に補正し、逆にレール
圧Pcrが増加方向に変動しているときには、メイン噴射
の過剰を抑制するために減少方向に補正すればよい。
射によるレール圧Pcrへの影響を試験した。図4は3種
のレール圧Pcrを前提とした試験結果を示し、何れのレ
ール圧Pcrにおいてもパイロット噴射後に脈動が発生し
て次第に減衰しており、且つ、ピークを結んだ一点鎖線
から明らかなように、レール圧Pcrが高いほど変動周期
が短いことがわかる。よって、メイン噴射時のレール圧
Pcrは、その時点のレール圧Pcr、及びパイロット噴射
終了からの経過時間(つまり、上記噴射間隔Tij)に基
づいて推測でき、そのレール圧Pcrによる影響を相殺す
る補正も可能となる。
Qpilotによるレール圧Pcrへの影響を試験した。図5
はその試験結果を示し、パイロット噴射量Qpilotが少
ない場合(2mm3/st)に比較して多い場合(4mm3/st)
の方が脈動の振幅が増加しており、レール圧Pcrへの影
響が大であることがわかる。よって、メイン噴射時のレ
ール圧Pcrを推測するには、上記レール圧Pcr及び噴射
間隔Tijに加えて、パイロット噴射の噴射量Qpilotを
考慮する必要がある。
噴射間隔Tijが短くなるほどパイロット噴射とメイン噴
射との噴射波形の干渉が大きくなるため、トータル噴射
量Qtotalはより増加する。よって、噴射間隔Tijが短
いほどメイン噴射量Qmainを減少方向に補正すれば、そ
の影響を相殺できる。そこで、上記第1の補正量ΔTQ
m1を算出するためのマップは、上記図4に基づいて説明
したレール圧Pcr及び噴射間隔Tijに応じたレール圧P
crの変動特性、及び図6に基づいて説明した噴射間隔T
ijに応じた噴射波形の干渉特性を考慮して設定され、こ
れらの影響を相殺可能な第1の補正量ΔTQm1が算出さ
れるようになっている。
プは、上記図5に基づいて説明したパイロット噴射の噴
射量Qpilotに応じたレール圧Pcrの変動特性を考慮し
て設定され、その影響を相殺可能な補正係数Kが算出さ
れるようになっている。一方、本出願人は、エンジン回
転速度Ne、レール圧Pcr、パイロット噴射量Qpilot、
正味平均有効圧Pe、噴射間隔Tijを変更したときに、
メイン噴射に対して要求される補正量を測定する試験を
実施した。
MPa、パイロット噴射量Qpilot=2mm3/stに設定した
上で、エンジン回転速度Ne=1000rpm、正味平均有
効圧Pe=2に設定した場合(○印)、Ne=1500rp
m、Pe=2に設定した場合(▲印)、Ne=1500rp
m、Pe=4に設定した場合(●印)、Ne=2000rp
m、Pe=4に設定した場合(△印)についての噴射間隔
Tij毎の要求補正量を表しており、図中の実線は、各要
求補正量から求めた平均値を表している。要求補正量は
実際の試験で導き出されるため、レール圧Pcrの変動に
よる要因1)のみならず、燃料噴射弁2の動作遅れによ
る要因2)も反映されることになる。
Tijに応じて大きく変化する一方、エンジン回転速度N
e及び正味平均有効圧Peを変更してもほぼ同様の特性を
示すことから、これらの値Ne,Peにはほとんど依存し
ないことがわかる。図7中の特性Bは、Pcr=60MP
a、Qpilot=2mm3/stに設定した上で、Ne=750rp
m、Pe=0に設定した場合(○印)、Ne=1000rp
m、Pe=2に設定した場合(▲印)、Ne=1000rp
m、Pe=4に設定した場合(●印)を表している。又、
図7中の特性Cは、Pcr=140MPa、Qpilot=2mm
3/stに設定した上で、Ne=1500rpm、Pe=2に設
定した場合(○印)、Ne=1500rpm、Pe=4に設
定した場合(▲印)、Ne=2000rpm、Pe=4に設
定した場合(●印)を表している。
圧Pcrを増減した試験条件と見なせ、各特性A,B,C
の比較から明らかなように、要求補正量は、レール圧P
crに応じて大きく変化することがわかる。以上のよう
に、この試験結果からも、上記マップe(レール圧Pcr
及び噴射間隔Tij)に基づく第1の補正量ΔTQm1の設
定が適切なものであることが証明される。
Pa、Qpilot=1mm3/stに設定した上で、Ne=100
0rpm、Pe=2に設定した場合(○印)、Ne=150
0rpm、Pe=2に設定した場合(▲印)を表している。
又、図7中の特性Eは、Pcr=100MPa、Qpilot=
4mm3/stに設定した上で、Ne=1000rpm、Pe=4
に設定した場合(○印)、Ne=1500rpm、Pe=4
に設定した場合(△印)、Ne=2000rpm、Pe=4
に設定した場合(●印)を表している。
ット噴射量Qpilotを増減した試験条件と見なせ、各特
性A,D,Eの比較から明らかなように、要求補正量
は、パイロット噴射量Qpilotに応じて大きく変化する
が、噴射間隔Tijに対する全体的な特性はほとんど変化
しない。よって、特性Aに単に係数(0.8と1.4)
を乗算することで、特性D,Eに破線で示すように、パ
イロット噴射量Qpilotが変化しても試験値にほぼ近似
する要求補正量を求めることができる。この試験結果か
らも、上記マップf(パイロット噴射量Qpilot)に基
づく補正係数Kの設定が適切なものであることが証明さ
れる。
射制御装置では、パイロット噴射の実行に伴ってレール
圧Pcrが変動したときのメイン噴射への影響、及び燃料
噴射弁2の動作遅れにより噴射波形が干渉したときのメ
イン噴射への影響を相殺するように、第1の補正量ΔT
Qm1及び補正係数Kに基づきメイン目標噴射期間Tmain
を補正しているため、パイロット噴射によるメイン噴射
への影響を排除して、パイロット噴射の実行状況に関わ
らず常に適切なメイン噴射を実行し、ひいてはトータル
目標噴射量に基づいて正確な燃料噴射を実現することが
できる。その結果、燃料噴射量に誤差が生じたときの種
々の不具合、例えばトルク変動によりドライバビリティ
が悪化したり、目標トータル噴射量Qtotalに基づく空
気過剰率の推定処理や目標トータル噴射量Qtotalを引
数とするEGR制御等が不適切になったりする不具合を
未然に防止できる。
噴射量Qpilotが0以下に設定されてパイロット噴射を
行わない運転領域が存在するが、この領域であっても燃
料噴射弁2への駆動信号は継続している。これは上記し
た要因1)で述べたように、実際に燃料噴射しなくても
燃料噴射弁2を駆動するだけでレール圧Pcrに変動を与
えるためであり、パイロット噴射の中止に伴って燃料噴
射弁2の駆動も中止すると、レール圧Pcrの変動状況が
変化してトルク変動を引き起こすことから、この場合で
も燃料噴射弁2を駆動しているのである。
の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例え
ば上記実施形態では、ディーゼルエンジン用の分割噴射
式燃料噴射制御装置として具体化したが、エンジンの形
式はこれに限ることはなく、例えば、筒内に直接燃料を
噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンに適用してもよ
い。
噴射間隔Tijから求めた第1の補正量ΔTQm1、及びパ
イロット目標噴射量Qpilotから求めた補正係数Kによ
りメイン目標噴射期間Tmainを補正したが、これらのレ
ール圧Pcr、噴射間隔Tij、パイロット目標噴射量Qpi
lotを全て考慮する必要はなく、何れかの要件を省略し
てもよい。又、逆に他の要件を加えてもよく、例えば上
記図7で述べたように、エンジン回転速度Neや正味平
均有効圧Peは要求補正量にそれほど影響を与えないも
のの、これらの要件に基づく補正も加えれば、より高精
度の燃料噴射を実現することができる。
としたパイロット噴射によるメイン噴射への影響を排除
するために補正を実施したが、燃料噴射を複数回に分割
して実行するものであれば、その分割回数や噴射の目的
等は限定されない。従って、例えばパイロット噴射を複
数回実行する場合に適用してもよいし、或いは、メイン
噴射の直後に実施されるアフタ噴射に適用してもよい。
アフタ噴射は、メイン噴射による燃焼ガス中のHC(炭
化水素)の燃焼を促進して排ガス中のスートの低減を図
るものであるが、メイン噴射の影響でアフタ噴射の噴射
量に誤差を生じる可能性がある。従って、上記実施形態
のメイン噴射と同様にアフタ噴射の噴射量を補正すれ
ば、正確な燃料噴射を実現できる。
噴射制御装置によれば、先行する燃料噴射による後続の
燃料噴射に対する影響を排除して、目標噴射量に基づく
正確な燃料噴射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が
生じたときの種々の不具合を未然に防止することができ
る。
全体構成図である。
ローを示す図である。
すタイムチャートである。
ル圧毎に示す試験結果である。
の影響を示す試験結果である。
渉した場合を示すタイムチャートである。
域毎にまとめた試験結果である。
したときの燃料噴射量を示す特性図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴
射弁と、 上記燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する燃料供給手段
と、 上記燃料噴射弁を開閉制御して分割噴射を実行する制御
手段とを備えた分割式燃料噴射制御装置において、 上記制御手段は、 上記分割噴射のうち先行する燃料噴射によって発生する
上記燃料供給手段の燃料圧の変動特性に基づいて補正量
を設定する補正量設定手段と、 上記補正量に基づき後続の燃料噴射量を補正する補正手
段とを備えたことを特徴とする分割式燃料噴射制御装
置。 - 【請求項2】 上記補正量設定手段は、上記燃料圧の変
動特性に加えて、上記先行する燃料噴射と後続の燃料噴
射との噴射波形の干渉特性に基づいて補正量を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の分割式燃料噴射制御
装置。 - 【請求項3】 上記補正量設定手段は、上記燃料供給手
段の燃料圧、先行する燃料噴射の噴射量、先行する燃料
噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔の少なくとも何れか
一つに基づいて補正量を設定することを特徴とする請求
項1又は2に記載の分割式燃料噴射制御装置。
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