JP2003314337A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

蓄圧式燃料噴射装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼル機関の運転条件及び環境条件の変
化に係わらず、精度の高い補正(メイン噴射量及びメイ
ン噴射時期の補正)を実現する。 【解決手段】 パイロット噴射時に発生した圧力脈動の
影響で変動するメイン噴射量を補正するための噴射量補
正制御では、パイロット噴射からメイン噴射までの噴射
インターバルを圧力脈動の周期で除算して無次元インタ
ーバルを算出し、この無次元インターバルに対する補正
量(噴射量と噴射時期)を補正マップから求め、その補
正量をディーゼル機関の運転状態から算出されたメイン
噴射量及びメイン噴射時期に加算して最終のメイン噴射
量及びメイン噴射時期を決定する。この噴射量補正制御
によれば、メイン噴射の補正量を求める際に、圧力脈動
の伝播速度を考慮して作成された補正マップを使用して
いるので、運転条件や環境条件の変化に係わらず、メイ
ン噴射を精度良く補正することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メイン噴射に先立
ってパイロット噴射を実施する蓄圧式燃料噴射装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、コモンレールに蓄圧された高
圧燃料をインジェクタからディーゼル機関に噴射する蓄
圧式燃料噴射装置がある。この蓄圧式燃料噴射装置で
は、パイロット噴射時に発生する圧力脈動がメイン噴射
に影響を及ぼし、例えば図7に示す様に、噴射インター
バル(パイロット噴射とメイン噴射との時間間隔)の変
化に応じてメイン噴射量及びメイン噴射時期が変動する
問題があった。この問題を解決する従来技術として、特
許文献1及び特許文献2が公知である。これらの従来技
術は、噴射インターバルに対するメイン噴射量及びメイ
ン噴射時期の補正量を予め記憶したマップを有し、この
マップから補正量を求めてメイン噴射量及びメイン噴射
時期を補正している。
【0003】
【特許文献1】特開平6−101552号公報
【特許文献2】特開平10−266888号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の特許
文献1及び特許文献2では、圧力脈動の影響によりメイ
ン噴射の噴射遅れ期間が変化し、その噴射遅れ期間の変
化がメイン噴射量の主な変動要因になることまでは言及
していない。つまり、メイン噴射の補正量をマップから
求める際に、噴射遅れ期間の変化を考慮していないた
め、精度の高い補正を行うことは困難である。
【0005】また、噴射インターバルが同じでも、圧力
脈動の伝播速度が変わると脈動の位相がずれるため、イ
ンターバルに対する補正量にずれが生じる。即ち、圧力
脈動の伝播速度は、圧力や燃温(つまり運転条件や環境
条件)及び配管長さによって変化するため、これらを考
慮していないと精度良く補正することはできない。そこ
で、例えば周期の変化に対応するために、図8に示す様
に、圧力毎に補正量(メイン噴射量及びメイン噴射時期
の補正量)のマップを持つ必要がある。しかし、この場
合、マップ数(データ容量)が増大するだけでなく、燃
温による位相のずれが補正量の誤差となる。また、配管
長さを変更した場合には、マップを作成し直す必要があ
る。
【0006】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、その目的は、内燃機関の運転条件及び環境条件の
変化に係わらず、精度の高い補正(メイン噴射量及びメ
イン噴射時期の補正)を実現できる蓄圧式燃料噴射装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】(請求項1の発明)本発
明は、1つの気筒に対し内燃機関の燃焼1行程の間に少
なくとも2回の噴射を実施する蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、2回の噴射のうち先に実施される第1の噴射と後
に実施される第2の噴射との間の噴射インターバルに応
じて第2の噴射を補正する際に、その補正量を蓄圧室の
燃料圧力、燃料温度、及び高圧通路長さを考慮して求め
ることを特徴とする。
【0008】この発明では、圧力脈動の伝播速度(燃料
圧力及び燃料温度により変化する)、及び高圧通路長さ
を考慮した補正量を求めることができるので、運転条件
や環境条件の変化、及び高圧通路長さの変更に係わら
ず、第2の噴射を精度良く補正することが可能である。
なお、「高圧通路長さ」とは、高圧配管だけの長さでは
なく、蓄圧室に開口する高圧配管の開口端から燃料噴射
弁のシート部に至るまでの通路長さである。
【0009】(請求項2の発明)請求項1に記載した蓄
圧式燃料噴射装置において、噴射インターバルを第1の
噴射時に発生する圧力脈動の周期で除算して求められる
無次元化インターバルに対応して補正量が予め設定され
た補正手段を具備している。この構成では、噴射インタ
ーバルと圧力または燃温との関係(適合)や高圧通路長
さが変化しても、無次元化インターバルに対する補正量
をその都度設定し直す必要がないので、適合工数を大幅
に低減可能である。
【0010】なお、圧力脈動の周期は、以下の算式から
求めることができる。圧力脈動の周期=高圧配管の長さ
÷圧力脈動の伝播速度また、圧力脈動の伝播速度は、以
下の算式から求めることができる。 圧力脈動の伝播速度=√(燃料の体積弾性係数÷燃料密
度) ここで、燃料の体積弾性係数は、圧力及び燃温の関数で
あり、燃料密度は、燃温の関数であることは言うまでも
ない。
【0011】(請求項3の発明)請求項1または2に記
載した蓄圧式燃料噴射装置において、補正量は、第2の
噴射の噴射量及び噴射時期を補正する値である。第2の
噴射量が変動する主な要因は、第1の噴射時に発生する
圧力脈動の影響を受けて第2の噴射開始時期が変化する
ことにある。これに対し、本発明では、第2の噴射の噴
射量と噴射時期の両方を補正するので、精度の高い補正
を行うことができる。
【0012】(請求項4の発明)請求項1〜3に記載し
た何れかの蓄圧式燃料噴射装置において、噴射インター
バルは、第1の噴射終了(第1の噴射が終了する噴射終
了時点)から第2の噴射開始(第2の噴射が開始される
噴射開始時点)までの時間間隔である。また、第1の噴
射期間は、圧力脈動の周期に比べて小さいので、第1の
噴射開始(第1の噴射が開始される噴射開始時点)から
第2の噴射開始までの時間間隔を噴射インターバルとし
ても良い。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図2は蓄圧式燃料噴射装置1のシス
テム全体図である。本実施例の蓄圧式燃料噴射装置1
は、例えば6気筒のディーゼル機関2に適用されるもの
で、図2に示す様に、燃料タンク3から燃料を汲み上げ
る低圧ポンプ4、この低圧ポンプ4で汲み上げた燃料を
加圧して吐出する高圧ポンプ5、この高圧ポンプ5より
圧送された燃料を蓄圧するコモンレール6、このコモン
レール6から供給される高圧燃料をディーゼル機関2の
気筒内に噴射するインジェクタ7、及びディーゼル機関
2の運転状態に基づいて本システムを制御する電子制御
装置(以下ECU8と呼ぶ)等を備えている。
【0014】高圧ポンプ5は、低圧ポンプ4で汲み上げ
られた燃料をポンプ室(図示しない)に導入する燃料通
路(図示しない)に電磁弁5aが設けられ、この電磁弁
5aの開弁開始時期によって燃料吐出量が決定される。
インジェクタ7は、噴孔を開閉するニードル(図示しな
い)の背圧側にコモンレール6の燃料圧力が作用する圧
力室(図示しない)が設けられ、この圧力室を低圧側に
開放する低圧通路(図示しない)に電磁弁7aが配置さ
れている。この電磁弁7aが低圧通路を閉じると、圧力
室の燃料圧力によりニードルが押し下げられて閉弁し、
電磁弁7aが低圧通路を開くと、圧力室の燃料が低圧側
へ流出するため、ニードルがリフトして開弁する。
【0015】本システムには、ディーゼル機関2の運転
状態を検出する手段として、エンジン回転速度を検出す
る回転数センサ9、アクセルペダル10の踏み込み量
(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ11、
コモンレール6内の燃料圧力を検出する圧力センサ1
2、及び高圧ポンプ5内の燃料温度を検出する燃温セン
サ13等が使用される。
【0016】ECU8は、ディーゼル機関2の運転状態
(エンジンの回転速度と負荷)に基づいて目標燃料圧力
(目標コモンレール圧)を算出し、実際のコモンレール
圧(圧力センサ12の検出値)が目標燃料圧力と一致す
る様に高圧ポンプ5の燃料吐出量を制御する。また、デ
ィーゼル機関2の運転状態から噴射時期と噴射量を算出
し、インジェクタ7に内蔵される電磁弁7aへの通電時
期により噴射時期を制御し、電磁弁7aへの通電時間に
より噴射期間(噴射量)を制御する。
【0017】なお、本システムでは、1つの気筒に対し
ディーゼル機関2の燃焼1行程の間に2回の噴射を実施
する。つまり、インジェクタ7の電磁弁7aに対する通
電を2回行うことにより、例えば図3に示す様に、噴射
率の小さいパイロット噴射の後に、噴射率の大きいメイ
ン噴射が実施される。但し、2段噴射を実施すると、図
4に示す様に、パイロット噴射時に発生した圧力脈動が
コモンレール6とインジェクタ7との間(高圧配管1
4)を往復するため、その影響でメイン噴射量及びメイ
ン噴射時期が或る周期(=圧力脈動の周期)で変動する
(図7参照)。これに対し、本実施例では、メイン噴射
量及びメイン噴射時期を補正するためのメイン噴射補正
制御を実施している。
【0018】次に、メイン噴射補正制御を実行するEC
U8の処理手順を図1に示すフローチャートに基づいて
説明する。 Step100 …アクセル開度センサ11及び回転数センサ9
からセンサ信号を入力し、アクセル開度及びエンジン回
転数を検出する。 Step110 …ディーゼル機関2の運転状態(アクセル開度
とエンジン回転数)からパイロット噴射量とメイン噴射
量を算出する。
【0019】Step120 …ディーゼル機関2の運転状態に
応じて最適な燃料噴射圧を実現するための目標燃料圧力
を算出する。 Step130 …パイロット噴射とメイン噴射との噴射インタ
ーバルIを求める。なお、この噴射インターバルIは、
図3に示す様に、パイロット噴射の終了時点からメイン
噴射の開始時点までの時間間隔であり、以下の手順で算
出される。
【0020】エンジン回転数とメイン噴射量との2次
元マップより、パイロット噴射の開始時期とメイン噴射
の開始時期との時間間隔ta(図3参照)を算出する。 目標燃料圧力とパイロット噴射量からパイロット噴射
の実噴射期間tb(図3参照)を算出する。 上記で算出した時間間隔taからパイロット噴射の実
噴射期間tbを引き算して噴射インターバルIを算出す
る。
【0021】Step140 …燃温センサ13及び圧力センサ
12からセンサ信号を入力し、燃料温度及び燃料圧力
(コモンレール圧)を検出する。 Step150 …パイロット噴射時に発生する圧力脈動の周期
(脈動周期Tと呼ぶ)を算出する。この脈動周期Tは、
以下の算式により求められる。 脈動周期T=4L÷圧力脈動の伝播速度 (L:高圧通
路長さ) なお、高圧通路長さLは、図4に示す様に、コモンレー
ル6に開口する高圧配管14の開口端a〜インジェクタ
7の内部のシート部bまでの長さである。
【0022】また、圧力脈動の伝播速度は、以下の算式
により求められる。 圧力脈動の伝播速度=√(燃料の体積弾性係数÷燃料密
度) ここで、燃料の体積弾性係数は、燃料圧力及び燃料温度
の関数であり、燃料密度は、燃料温度の関数であること
は言うまでもない。 Step160 …Step130 で算出した噴射インターバルIをSt
ep150 で算出した脈動周期Tで除算して無次元化インタ
ーバルを算出する。
【0023】Step170 …Step160 で算出した無次元化イ
ンターバルに対する補正量を求める。なお、無次元化イ
ンターバルと補正量との関係は、予め適合が図られて、
補正マップ(本発明の補正手段)として作成されてい
る。この補正マップには、図5(a) に示すメイン噴射量
の補正量を求める補正マップと、図5(b) に示すメイン
噴射時期の補正量を求める補正マップとが作成され、そ
れぞれECU8のメモリに記憶されている。 Step180 …Step110 で算出したメイン噴射量とStep130
で算出したメイン噴射時期に対し、それぞれStep170 で
求めた補正量を加算して、最終のメイン噴射量及びメイ
ン噴射時期を決定する。
【0024】(本実施例の効果)本実施例では、メイン
噴射の補正量を無次元化インターバルに適合させて記憶
しているので、圧力や燃温による位相のずれを吸収で
き、あらゆる運転状態(圧力及び燃温)において最適な
補正量を算出することが可能である。その結果、補正量
を求めるためのマップ数を削減(データ容量の削減)で
き、且つ高圧通路長さ(配管長さ)が変わっても同一の
補正マップ(図5参照)を使用することができる。
【0025】(変形例)本発明は、3回以上の噴射にも
適用することができる。例えば、図6に示す様に、パイ
ロット噴射、メイン噴射、アフター噴射から成る3回噴
射の場合では、パイロットインターバル(パイロット噴
射とメイン噴射との噴射インターバル)に対するメイン
噴射の補正だけでなく、メインインターバル(メイン噴
射とアフター噴射との噴射インターバル)に対するアフ
ター噴射の補正にも効果がある。
【0026】更に、上記の実施例では、パイロット噴射
とメイン噴射との噴射インターバルIを、パイロット噴
射の終了時点からメイン噴射の開始時点までの時間間隔
としているが、パイロット噴射期間は、圧力脈動の周期
に比べて小さいので、パイロット噴射の開始時点からメ
イン噴射の開始時点までの時間間隔taとして無次元化イ
ンターバルを算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるECUの処理手順を示すフロー
チャートである。
【図2】蓄圧式燃料噴射装置のシステム全体図である。
【図3】インジェクタの駆動電流と噴射率を示すタイム
チャートである。
【図4】圧力脈動の説明図である。
【図5】メイン噴射量の補正マップ(a) とメイン噴射時
期の補正マップ(b) である。
【図6】3回噴射の一例を示す図面である(変形例)。
【図7】噴射インターバルに対するメイン噴射量及びメ
イン噴射時期の変動特性を示す特性線図である。
【図8】圧力毎に作成されたメイン噴射補正量の補正マ
ップである。
【符号の説明】
1 蓄圧式燃料噴射装置 2 ディーゼル機関(内燃機関) 6 コモンレール(蓄圧室) 7 インジェクタ(燃料噴射弁) 8 ECU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 辰優 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G066 AA07 AC09 BA40 CA20U DA00 DA01 DA04 DA10 DC04 DC09 DC15 DC18 3G301 HA02 JA00 LB11 LC01 MA18 MA23 PB01Z PB08Z PE01Z PF03Z PG00Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、 この蓄圧室より高圧配管を通って供給される高圧燃料を
    内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁とを備え、 1つの気筒に対し前記内燃機関の燃焼1行程の間に少な
    くとも2回の噴射を実施する蓄圧式燃料噴射装置におい
    て、 前記2回の噴射のうち先に実施される第1の噴射と後に
    実施される第2の噴射との間の噴射インターバルに応じ
    て前記第2の噴射を補正する際に、その補正量を前記蓄
    圧室の燃料圧力、燃料温度、及び高圧通路長さを考慮し
    て求めることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載した蓄圧式燃料噴射装置に
    おいて、 前記噴射インターバルを前記第1の噴射時に発生する圧
    力脈動の周期で除算して求められる無次元化インターバ
    ルに対応して前記補正量が予め設定された補正手段を具
    備していることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載した蓄圧式燃料噴
    射装置において、 前記補正量は、前記第2の噴射の噴射量及び噴射時期を
    補正する値であることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1〜3に記載した何れかの蓄圧式燃
    料噴射装置において、 前記噴射インターバルは、前記第1の噴射終了から前記
    第2の噴射開始までの時間間隔、または前記第1の噴射
    開始から前記第2の噴射開始までの時間間隔であること
    を特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
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