JP2004108286A - コモンレール式燃料噴射システム - Google Patents
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Abstract
【課題】インジェクタ噴射中のコモンレール圧の変動により噴射量がバラツク、特にサプライポンプの圧送時期とインジェクタの噴射時期とが非同期の場合、噴射時期が圧送時期と重なる場合と、重ならない場合があり、コモンレール圧の変動によって実噴射量に大きなバラツキが発生してしまう。
【解決手段】インジェクタ３の開弁期間中のコモンレール圧を常時モニターし、インジェクタ３の噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタ３から噴射される噴射量に相当する推定噴射量ＱＥＳＴ を求め、その推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時にインジェクタ３を閉弁させる。このように設けることで、サプライポンプ４の圧送時期とインジェクタ３の噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動しても、ＥＣＵ５で求めた指令噴射量ＱＦＩＮ と、インジェクタ３から噴射される実噴射量とのバラツキが抑えられる。
【選択図】 図１
【解決手段】インジェクタ３の開弁期間中のコモンレール圧を常時モニターし、インジェクタ３の噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタ３から噴射される噴射量に相当する推定噴射量ＱＥＳＴ を求め、その推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時にインジェクタ３を閉弁させる。このように設けることで、サプライポンプ４の圧送時期とインジェクタ３の噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動しても、ＥＣＵ５で求めた指令噴射量ＱＦＩＮ と、インジェクタ３から噴射される実噴射量とのバラツキが抑えられる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール式燃料噴射システムに関するものであり、特にコモンレール圧に応じてインジェクタ（燃料噴射弁）の閉弁タイミングを決定あるいは補正する制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式燃料噴射システムは、サプライポンプからコモンレールに高圧燃料を供給し、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタから噴射する構成となっている。
インジェクタから噴射される噴射量は、噴射開始直前（あるいは、前回の噴射終了直後）のコモンレール圧をサンプリングし、そのコモンレール圧に応じたインジェクタの開弁時間を設定することによって実施されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１２５９８５号公報（第１−５頁、図１−７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の作動の一例を、図５のフローチャートおよび図６のタイムチャートを参照して説明する。
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略：以下、制御装置をＥＣＵと称す）では、燃料噴射毎に図５に示す噴射制御を実施する。
【０００５】
まず、燃料噴射制御ルーチンに進入すると（スタート）、車両の運転状態（乗員の操作状態、エンジンの運転状態等）をセンサ類によって読み込み（ステップＪ１ ）、その値を基に指令噴射量（目標噴射量）、指令噴射時期（噴射開始時期）、指令コモンレール圧（目標コモンレール圧）を算出する（ステップＪ２ ）。次に、コモンレール圧センサからコモンレール圧を読み込み（ステップＪ３ ）、読み込まれたコモンレール圧と指令噴射量とからインジェクタの目標噴射期間（通電期間）を算出する（ステップＪ４ ）。
【０００６】
そして、エンジンのクランク角が指令噴射時期に達すると（ステップＪ５ のＹＥＳ ）、インジェクタを開弁させる（インジェクタ駆動パルスＯＮ：ステップＪ６ ）。インジェクタの開弁時間（通電時間）が目標噴射期間（通電期間）に達したら（ステップＪ７ のＹＥＳ ）、インジェクタを閉弁させ（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ：ステップＪ８ ）、リターンする。
【０００７】
ここで、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが、同期していない場合（非同期）がある。その場合の噴射作動は、図６に示されるようになる。
従来の制御方法では、燃料を噴射する直前（あるいは、前回の噴射終了直後）の１点でサンプリングしたコモンレール圧によって目標噴射期間（通電期間）を求めていたため、噴射時期（図６中、実線Ａ’のＯＮ時期）がサプライポンプの高圧燃料圧送時期（図６中、実線Ｂ’のハッチングで示す時期）と重なる場合と、重ならない場合とで、コモンレール圧（図６の実線Ｃ’参照）が噴射中に変動してしまい、結果的に実噴射量（図６の実線Ｄ’参照）に大きなバラツキが発生してしまう。
つまり、ＥＣＵで求めた指令噴射量に対して、インジェクタから噴射させる実噴射量にバラツキが生じ、排気ガスのエミッションの悪化、ドライバビリティの悪化の要因になってしまう。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが同期していない場合（非同期）で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とにバラツキが発生しないコモンレール式燃料噴射システムの提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタの開弁中のコモンレール圧を常時モニターし、インジェクタの噴射開始からコモンレール圧の積分を開始して、その積分値が指令噴射量に応じた目標積分値に達した時に、インジェクタを閉弁させる。
このため、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とのバラツキを抑えることができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタの開弁中のコモンレール圧を常時モニターし、インジェクタの噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタから噴射される噴射量に相当する推定噴射量を算出し、その推定噴射量が指令噴射量に達した時に、インジェクタを閉弁させる。
このため、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とのバラツキを抑えることができる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、ＥＣＵが算出する推定噴射量に、インジェクタに閉弁指示を与えてから、実際に閉弁するまでの間に噴射される噴射量（閉弁指示後噴射量）を加算する。
このため、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量との差を極めて小さくできる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタの開弁中にコモンレール圧を常時、あるいは複数回モニターするように設けられ、インジェクタの開弁中にモニターされたコモンレール圧に応じてインジェクタの閉弁タイミングを補正する。
このため、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とのバラツキを抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例と変形例を用いて説明する。
［実施例の構成］
実施例を図１〜図４を参照して説明する。まず、コモンレール式燃料噴射システムの構成を図１を参照して説明する。
【００１４】
コモンレール式燃料噴射システムは、例えばディーゼルエンジン（以下、エンジン）１に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール２、インジェクタ３、サプライポンプ４、ＥＣＵ５等から構成される。
【００１５】
コモンレール２は、インジェクタ３に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように燃料配管（高圧燃料流路）６を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ４の吐出口と接続されている。
なお、インジェクタ３からのリーク燃料は、リーク配管（燃料還流路）７を経て燃料タンク８に戻される。
また、コモンレール２から燃料タンク８へのリリーフ配管（燃料還流路）９には、プレッシャリミッタ１１が取り付けられている。このプレッシャリミッタ１１は圧力安全弁であり、コモンレール２内の燃料噴射圧が限界設定圧を越えた際に開弁して、コモンレール２の燃料噴射圧を限界設定圧以下に抑える。
【００１６】
インジェクタ３は、エンジン１の各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール２より分岐する複数の分岐管の下流端に接続されて、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行うアクチュエータ等を搭載する。
そして、インジェクタ３のアクチュエータは、ＥＣＵ５から与えられるインジェクタ駆動パルスによって噴射時期および噴射量が制御されるものであり、インジェクタ駆動パルスがアクチュエータに与えられることにより高圧燃料を気筒内に噴射供給し、インジェクタ駆動パルスがＯＦＦ することで燃料噴射が停止するものである。
【００１７】
サプライポンプ４は、コモンレール２へ高圧燃料を圧送する燃料ポンプであり、燃料タンク８内の燃料をサプライポンプ４へ吸引するフィードポンプと、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール２へ圧送する高圧ポンプとを搭載しており、フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト１２によって駆動される。なお、このカムシャフト１２は、図１に示されるように、エンジン１のクランク軸１３等によって回転駆動されるものである。
【００１８】
サプライポンプ４に搭載される高圧ポンプは、１つ、または複数のプランジャポンプによって構成されており、カムシャフト１２に設けられたカムの回転によってプランジャポンプが燃料の吸入・圧縮動作を行う。
この実施例のサプライポンプ４に搭載される高圧ポンプは、クランク軸１３が１回転すると２回のポンプ圧送を行う。このため、６気筒のエンジン１に搭載される本実施例の場合は、図２に示すように、６噴射、４圧送のシステムになる。つまり、インジェクタ３が６噴射（クランク軸１３が２回転）する間に、サプライポンプ４がコモンレール２へ高圧燃料を４圧送（カムシャフト１２が２回転）するものである。
【００１９】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等（図示しない）を搭載しており、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態：乗員の運転状態、エンジン１の運転状態等に応じた信号）とに基づいて各種の演算処理を行う。
ここで、本発明にかかる燃料噴射制御について説明すると、ＥＣＵ５は、燃料の噴射毎に、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づき、車両の運転状態に応じた指令噴射量ＱＦＩＮ をＣＰＵにて演算する。
【００２０】
このＥＣＵ５には、車両の運転状態等を検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ２１、エンジン回転数パルスを検出する回転数センサ２２、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ２３、エンジン１に吸入される吸気温度を検出する吸気温度センサ２４、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ２５（コモンレール圧検出手段に相当する）、インジェクタ３からのリーク燃料温度を検出する燃料温度センサ２６およびその他のセンサ類２７が接続されている。
【００２１】
［実施例の特徴］
上述したように、この実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、６気筒のエンジン１に搭載されるとともに、カムシャフト１２の１回転で２回のポンプ圧送を行うサプライポンプ４を採用しているため、６噴射、４圧送のシステムになる。
このため、図２に示されるように、インジェクタ３が燃料噴射する時期（図２中、実線ＡのＯＮの時期）と、サプライポンプ４が高圧燃料を圧送する時期（図２中、実線Ｂのハッチングで示す時期）とが同期しない（非同期）。
つまり、インジェクタ３の燃料噴射期間に、コモンレール圧（図２中、実線Ｃ参照）が上昇する場合と、下降する場合とがある。
【００２２】
すると、従来技術の項でも示したように、噴射時期がサプライポンプ４の圧送時期と重なる場合と、重ならない場合とで、コモンレール圧が噴射中に変動してしまい、結果的にＥＣＵ５のＣＰＵで算出した指令噴射量ＱＦＩＮ と、インジェクタ３から実際に噴射される実噴射量とに大きなバラツキが発生してしまう。
【００２３】
そこで、この実施例のＥＣＵ５は、インジェクタ３の開弁期間中（インジェクタ駆動パルスＯＮ中）のコモンレール圧をコモンレール圧センサ２５によって常時モニターし、インジェクタ３の噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタ３から噴射される噴射量に相当する推定噴射量ＱＥＳＴ を求め、その推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時に、インジェクタ３を閉弁（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ）させるプログラム（このプログラムが閉弁タイミング決定手段に相当する）を採用している。
【００２４】
また、このプログラムは、インジェクタ３を閉弁させる指示を与えてから、実際に閉弁するまでに噴射される閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙが加算された推定噴射量ＱＥＳＴ を求めるようになっており、推定噴射量ＱＥＳＴ とインジェクタ３から実際に噴射される実噴射量との差を極めて小さくしている。
【００２５】
つまり、推定噴射量ＱＥＳＴ は、下記演算にて算出される。
推定噴射量ＱＥＳＴ は、次式の［数式１］に示されるように、インジェクタ３の通電開始（ＴＱ＝０）から開弁経過時間（ｔ）までの推定噴射率積算値と、閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙとを加算した値によって求められる。
【数１】
【００２６】
ここで、上式の［数式１］における推定噴射率Ｑｓｅｔ は、ノズル開口面積ｕｆ、ノズル室圧Ｐｄ、筒内圧Ｐｚ、比重等によって定まる定数ｋにより、次式の［数式２］にて求まる。
【数２】
【００２７】
ここで、ノズル室圧Ｐｄが、コモンレール圧ＰＣと一致していると考えると、ＰｄにＰＣを代入できる（Ｐｄ＝ＰＣ）。
【００２８】
また、ノズル開口面積ｕｆは、インジェクタ３の仕様によって定まる数値である。なお、ノズル開口面積ｕｆは、図３に示すノズル開口面積特性を示すものであるため、インジェクタ通電期間ＴＱと、ノズル室圧Ｐｄ（コモンレール圧ＰＣ）のデータを取得することで、ノズル開口面積ｕｆを求めることができる。
【００２９】
次に、ＥＣＵ５による燃料噴射制御の一例を、図４のフローチャートを参照して説明する。
燃料噴射制御ルーチンに進入すると（スタート）、先ずエンジン１の回転数を算出するとともに、アクセル開度を読み取る（ステップＳ１ ）。
次に、ステップＳ１ の値を基に指令噴射量ＱＦＩＮ 、指令噴射時期ＴＦＩＮ 、指令コモンレール圧ＰＦＩＮ を算出する（ステップＳ２ ）。
次に、エンジン１のクランク角が指令噴射時期ＴＦＩＮ に達したか否かを判断する（ステップＳ３ ）。この判断結果がＮＯの場合はリターンする。また、エンジン１のクランク角が指令噴射時期ＴＦＩＮ に達したと判断した場合（ステップＳ３ のＹＥＳ ）は、インジェクタ３に駆動信号を与えて開弁させる（インジェクタ駆動パルスＯＮ：ステップＳ４ ）。
【００３０】
インジェクタ３の開弁期間中（インジェクタ駆動パルスＯＮ中）、コモンレール圧センサ２５によってコモンレール圧ＰＣを常時モニターし（ステップＳ５ ）、インジェクタ３の噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタ３から噴射される噴射量に相当する推定噴射量ＱＥＳＴ （閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙ加算済みの値：［数１］参照）を算出する（ステップＳ６ ）。
【００３１】
次に、ステップＳ６ で算出された推定噴射量ＱＥＳＴ が、ステップＳ２ で算出された指令噴射量ＱＦＩＮ に達したか否かの判断を行う（ステップＳ７ ）。この判断結果がＮＯの場合（ＱＥＳＴ ＜ＱＦＩＮ ）はステップＳ５ へ戻り、推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達するまで、ステップＳ５ 〜Ｓ７ を繰り返す。
推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達したと判断した場合（ステップＳ７ のＹＥＳ ）は、インジェクタ３を閉弁させ（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ：ステップＳ８ ）、リターンする。
【００３２】
［実施例の効果］
この実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタ３の開弁中（噴射中）にコモンレール圧ＰＣを常時モニターして推定噴射量ＱＥＳＴ を算出するため、噴射中にコモンレール圧ＰＣが変化しても、コモンレール圧ＰＣの変化に応じた推定噴射量ＱＥＳＴ が求まる。
このため、上述したように、推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時にインジェクタ３を閉弁（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ）すれば、コモンレール圧ＰＣの変化に関係なく、ＥＣＵ５が求めた指令噴射量ＱＦＩＮ を、インジェクタ３から実際に噴射することができる。
【００３３】
つまり、サプライポンプ４の圧送時期と、インジェクタ３の噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧ＰＣが変動するような場合であっても、ＥＣＵ５で求めた指令噴射量ＱＦＩＮ と、インジェクタ３から実際に噴射される実噴射量とのバラツキが抑えられる。
この結果、図２の実線Ｄに示されるように、噴射毎における噴射量のバラツキを抑えることができ、排気ガスのエミッションの悪化、ドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００３４】
［変形例］
上記の実施例では、噴射開始からのコモンレール圧の積分値から算出される推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時に、インジェクタ３を閉弁させる例を示したが、噴射開始からコモンレール圧の積分値が指令噴射量ＱＦＩＮ に応じた目標積分値に達した時に、インジェクタ３を閉弁させるプログラム（閉弁タイミング決定手段）を用いても良い。このように制御する場合も、閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙを加味して閉弁時期を決定することが望ましい。
【００３５】
また、ＥＣＵ５における燃料噴射制御として、インジェクタ３の開弁中にコモンレール圧を常時、あるいは複数回モニターし、そのモニターされたコモンレール圧に応じてインジェクタ３の閉弁タイミング（インジェクタ通電期間の終了タイミング）を補正するプログラム（閉弁タイミング補正手段）を用いても良い。このように制御する場合も、閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙを加味した閉弁タイミングが求められることが望ましい。
【００３６】
上記の実施例では、コモンレール圧をコモンレール２に設けたコモンレール圧センサ２５によって検出する例を示したが、コモンレール圧センサ２５を燃料配管６に設けて燃料配管６内のコモンレール圧を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、インジェクタ３の作動時にリーク燃料が発生するタイプを例に示したが、インジェクタ３に搭載されたリニアソレノイドが直接ニードルを駆動してリーク燃料を発生しないタイプのコモンレール式燃料噴射システムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】コモンレール式燃料噴射システムの概略図である（実施例）。
【図２】作動説明のためのタイムチャートである（実施例）。
【図３】ノズル開口面積特性を示すグラフである（実施例）。
【図４】燃料噴射制御のフローチャートである（実施例）。
【図５】燃料噴射制御のフローチャートである（従来例）。
【図６】作動説明のためのタイムチャートである（従来例）。
【符号の説明】
２ コモンレール
３ インジェクタ
４ サプライポンプ
５ ＥＣＵ（制御装置）
２５ コモンレール圧センサ（コモンレール圧検出手段）
ＱＦＩＮ 指令噴射量
ＱＥＳＴ 推定噴射量
Ｑｄｒｅｙ 閉弁指示後噴射量
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール式燃料噴射システムに関するものであり、特にコモンレール圧に応じてインジェクタ（燃料噴射弁）の閉弁タイミングを決定あるいは補正する制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コモンレール式燃料噴射システムは、サプライポンプからコモンレールに高圧燃料を供給し、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタから噴射する構成となっている。
インジェクタから噴射される噴射量は、噴射開始直前（あるいは、前回の噴射終了直後）のコモンレール圧をサンプリングし、そのコモンレール圧に応じたインジェクタの開弁時間を設定することによって実施されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１２５９８５号公報（第１−５頁、図１−７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の作動の一例を、図５のフローチャートおよび図６のタイムチャートを参照して説明する。
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略：以下、制御装置をＥＣＵと称す）では、燃料噴射毎に図５に示す噴射制御を実施する。
【０００５】
まず、燃料噴射制御ルーチンに進入すると（スタート）、車両の運転状態（乗員の操作状態、エンジンの運転状態等）をセンサ類によって読み込み（ステップＪ１ ）、その値を基に指令噴射量（目標噴射量）、指令噴射時期（噴射開始時期）、指令コモンレール圧（目標コモンレール圧）を算出する（ステップＪ２ ）。次に、コモンレール圧センサからコモンレール圧を読み込み（ステップＪ３ ）、読み込まれたコモンレール圧と指令噴射量とからインジェクタの目標噴射期間（通電期間）を算出する（ステップＪ４ ）。
【０００６】
そして、エンジンのクランク角が指令噴射時期に達すると（ステップＪ５ のＹＥＳ ）、インジェクタを開弁させる（インジェクタ駆動パルスＯＮ：ステップＪ６ ）。インジェクタの開弁時間（通電時間）が目標噴射期間（通電期間）に達したら（ステップＪ７ のＹＥＳ ）、インジェクタを閉弁させ（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ：ステップＪ８ ）、リターンする。
【０００７】
ここで、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが、同期していない場合（非同期）がある。その場合の噴射作動は、図６に示されるようになる。
従来の制御方法では、燃料を噴射する直前（あるいは、前回の噴射終了直後）の１点でサンプリングしたコモンレール圧によって目標噴射期間（通電期間）を求めていたため、噴射時期（図６中、実線Ａ’のＯＮ時期）がサプライポンプの高圧燃料圧送時期（図６中、実線Ｂ’のハッチングで示す時期）と重なる場合と、重ならない場合とで、コモンレール圧（図６の実線Ｃ’参照）が噴射中に変動してしまい、結果的に実噴射量（図６の実線Ｄ’参照）に大きなバラツキが発生してしまう。
つまり、ＥＣＵで求めた指令噴射量に対して、インジェクタから噴射させる実噴射量にバラツキが生じ、排気ガスのエミッションの悪化、ドライバビリティの悪化の要因になってしまう。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが同期していない場合（非同期）で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とにバラツキが発生しないコモンレール式燃料噴射システムの提供にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタの開弁中のコモンレール圧を常時モニターし、インジェクタの噴射開始からコモンレール圧の積分を開始して、その積分値が指令噴射量に応じた目標積分値に達した時に、インジェクタを閉弁させる。
このため、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とのバラツキを抑えることができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタの開弁中のコモンレール圧を常時モニターし、インジェクタの噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタから噴射される噴射量に相当する推定噴射量を算出し、その推定噴射量が指令噴射量に達した時に、インジェクタを閉弁させる。
このため、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とのバラツキを抑えることができる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、ＥＣＵが算出する推定噴射量に、インジェクタに閉弁指示を与えてから、実際に閉弁するまでの間に噴射される噴射量（閉弁指示後噴射量）を加算する。
このため、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量との差を極めて小さくできる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用するコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタの開弁中にコモンレール圧を常時、あるいは複数回モニターするように設けられ、インジェクタの開弁中にモニターされたコモンレール圧に応じてインジェクタの閉弁タイミングを補正する。
このため、サプライポンプの高圧燃料圧送時期と、インジェクタの燃料噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧が変動するような場合であっても、ＥＣＵで求めた指令噴射量と、インジェクタから実際に噴射される実噴射量とのバラツキを抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例と変形例を用いて説明する。
［実施例の構成］
実施例を図１〜図４を参照して説明する。まず、コモンレール式燃料噴射システムの構成を図１を参照して説明する。
【００１４】
コモンレール式燃料噴射システムは、例えばディーゼルエンジン（以下、エンジン）１に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール２、インジェクタ３、サプライポンプ４、ＥＣＵ５等から構成される。
【００１５】
コモンレール２は、インジェクタ３に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように燃料配管（高圧燃料流路）６を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ４の吐出口と接続されている。
なお、インジェクタ３からのリーク燃料は、リーク配管（燃料還流路）７を経て燃料タンク８に戻される。
また、コモンレール２から燃料タンク８へのリリーフ配管（燃料還流路）９には、プレッシャリミッタ１１が取り付けられている。このプレッシャリミッタ１１は圧力安全弁であり、コモンレール２内の燃料噴射圧が限界設定圧を越えた際に開弁して、コモンレール２の燃料噴射圧を限界設定圧以下に抑える。
【００１６】
インジェクタ３は、エンジン１の各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール２より分岐する複数の分岐管の下流端に接続されて、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料を各気筒に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行うアクチュエータ等を搭載する。
そして、インジェクタ３のアクチュエータは、ＥＣＵ５から与えられるインジェクタ駆動パルスによって噴射時期および噴射量が制御されるものであり、インジェクタ駆動パルスがアクチュエータに与えられることにより高圧燃料を気筒内に噴射供給し、インジェクタ駆動パルスがＯＦＦ することで燃料噴射が停止するものである。
【００１７】
サプライポンプ４は、コモンレール２へ高圧燃料を圧送する燃料ポンプであり、燃料タンク８内の燃料をサプライポンプ４へ吸引するフィードポンプと、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール２へ圧送する高圧ポンプとを搭載しており、フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト１２によって駆動される。なお、このカムシャフト１２は、図１に示されるように、エンジン１のクランク軸１３等によって回転駆動されるものである。
【００１８】
サプライポンプ４に搭載される高圧ポンプは、１つ、または複数のプランジャポンプによって構成されており、カムシャフト１２に設けられたカムの回転によってプランジャポンプが燃料の吸入・圧縮動作を行う。
この実施例のサプライポンプ４に搭載される高圧ポンプは、クランク軸１３が１回転すると２回のポンプ圧送を行う。このため、６気筒のエンジン１に搭載される本実施例の場合は、図２に示すように、６噴射、４圧送のシステムになる。つまり、インジェクタ３が６噴射（クランク軸１３が２回転）する間に、サプライポンプ４がコモンレール２へ高圧燃料を４圧送（カムシャフト１２が２回転）するものである。
【００１９】
ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等（図示しない）を搭載しており、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態：乗員の運転状態、エンジン１の運転状態等に応じた信号）とに基づいて各種の演算処理を行う。
ここで、本発明にかかる燃料噴射制御について説明すると、ＥＣＵ５は、燃料の噴射毎に、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づき、車両の運転状態に応じた指令噴射量ＱＦＩＮ をＣＰＵにて演算する。
【００２０】
このＥＣＵ５には、車両の運転状態等を検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ２１、エンジン回転数パルスを検出する回転数センサ２２、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ２３、エンジン１に吸入される吸気温度を検出する吸気温度センサ２４、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ２５（コモンレール圧検出手段に相当する）、インジェクタ３からのリーク燃料温度を検出する燃料温度センサ２６およびその他のセンサ類２７が接続されている。
【００２１】
［実施例の特徴］
上述したように、この実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、６気筒のエンジン１に搭載されるとともに、カムシャフト１２の１回転で２回のポンプ圧送を行うサプライポンプ４を採用しているため、６噴射、４圧送のシステムになる。
このため、図２に示されるように、インジェクタ３が燃料噴射する時期（図２中、実線ＡのＯＮの時期）と、サプライポンプ４が高圧燃料を圧送する時期（図２中、実線Ｂのハッチングで示す時期）とが同期しない（非同期）。
つまり、インジェクタ３の燃料噴射期間に、コモンレール圧（図２中、実線Ｃ参照）が上昇する場合と、下降する場合とがある。
【００２２】
すると、従来技術の項でも示したように、噴射時期がサプライポンプ４の圧送時期と重なる場合と、重ならない場合とで、コモンレール圧が噴射中に変動してしまい、結果的にＥＣＵ５のＣＰＵで算出した指令噴射量ＱＦＩＮ と、インジェクタ３から実際に噴射される実噴射量とに大きなバラツキが発生してしまう。
【００２３】
そこで、この実施例のＥＣＵ５は、インジェクタ３の開弁期間中（インジェクタ駆動パルスＯＮ中）のコモンレール圧をコモンレール圧センサ２５によって常時モニターし、インジェクタ３の噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタ３から噴射される噴射量に相当する推定噴射量ＱＥＳＴ を求め、その推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時に、インジェクタ３を閉弁（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ）させるプログラム（このプログラムが閉弁タイミング決定手段に相当する）を採用している。
【００２４】
また、このプログラムは、インジェクタ３を閉弁させる指示を与えてから、実際に閉弁するまでに噴射される閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙが加算された推定噴射量ＱＥＳＴ を求めるようになっており、推定噴射量ＱＥＳＴ とインジェクタ３から実際に噴射される実噴射量との差を極めて小さくしている。
【００２５】
つまり、推定噴射量ＱＥＳＴ は、下記演算にて算出される。
推定噴射量ＱＥＳＴ は、次式の［数式１］に示されるように、インジェクタ３の通電開始（ＴＱ＝０）から開弁経過時間（ｔ）までの推定噴射率積算値と、閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙとを加算した値によって求められる。
【数１】
ここで、上式の［数式１］における推定噴射率Ｑｓｅｔ は、ノズル開口面積ｕｆ、ノズル室圧Ｐｄ、筒内圧Ｐｚ、比重等によって定まる定数ｋにより、次式の［数式２］にて求まる。
【数２】
ここで、ノズル室圧Ｐｄが、コモンレール圧ＰＣと一致していると考えると、ＰｄにＰＣを代入できる（Ｐｄ＝ＰＣ）。
【００２８】
また、ノズル開口面積ｕｆは、インジェクタ３の仕様によって定まる数値である。なお、ノズル開口面積ｕｆは、図３に示すノズル開口面積特性を示すものであるため、インジェクタ通電期間ＴＱと、ノズル室圧Ｐｄ（コモンレール圧ＰＣ）のデータを取得することで、ノズル開口面積ｕｆを求めることができる。
【００２９】
次に、ＥＣＵ５による燃料噴射制御の一例を、図４のフローチャートを参照して説明する。
燃料噴射制御ルーチンに進入すると（スタート）、先ずエンジン１の回転数を算出するとともに、アクセル開度を読み取る（ステップＳ１ ）。
次に、ステップＳ１ の値を基に指令噴射量ＱＦＩＮ 、指令噴射時期ＴＦＩＮ 、指令コモンレール圧ＰＦＩＮ を算出する（ステップＳ２ ）。
次に、エンジン１のクランク角が指令噴射時期ＴＦＩＮ に達したか否かを判断する（ステップＳ３ ）。この判断結果がＮＯの場合はリターンする。また、エンジン１のクランク角が指令噴射時期ＴＦＩＮ に達したと判断した場合（ステップＳ３ のＹＥＳ ）は、インジェクタ３に駆動信号を与えて開弁させる（インジェクタ駆動パルスＯＮ：ステップＳ４ ）。
【００３０】
インジェクタ３の開弁期間中（インジェクタ駆動パルスＯＮ中）、コモンレール圧センサ２５によってコモンレール圧ＰＣを常時モニターし（ステップＳ５ ）、インジェクタ３の噴射開始からコモンレール圧の積分を開始してインジェクタ３から噴射される噴射量に相当する推定噴射量ＱＥＳＴ （閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙ加算済みの値：［数１］参照）を算出する（ステップＳ６ ）。
【００３１】
次に、ステップＳ６ で算出された推定噴射量ＱＥＳＴ が、ステップＳ２ で算出された指令噴射量ＱＦＩＮ に達したか否かの判断を行う（ステップＳ７ ）。この判断結果がＮＯの場合（ＱＥＳＴ ＜ＱＦＩＮ ）はステップＳ５ へ戻り、推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達するまで、ステップＳ５ 〜Ｓ７ を繰り返す。
推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達したと判断した場合（ステップＳ７ のＹＥＳ ）は、インジェクタ３を閉弁させ（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ：ステップＳ８ ）、リターンする。
【００３２】
［実施例の効果］
この実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、インジェクタ３の開弁中（噴射中）にコモンレール圧ＰＣを常時モニターして推定噴射量ＱＥＳＴ を算出するため、噴射中にコモンレール圧ＰＣが変化しても、コモンレール圧ＰＣの変化に応じた推定噴射量ＱＥＳＴ が求まる。
このため、上述したように、推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時にインジェクタ３を閉弁（インジェクタ駆動パルスＯＦＦ ）すれば、コモンレール圧ＰＣの変化に関係なく、ＥＣＵ５が求めた指令噴射量ＱＦＩＮ を、インジェクタ３から実際に噴射することができる。
【００３３】
つまり、サプライポンプ４の圧送時期と、インジェクタ３の噴射時期とが非同期で、噴射中にコモンレール圧ＰＣが変動するような場合であっても、ＥＣＵ５で求めた指令噴射量ＱＦＩＮ と、インジェクタ３から実際に噴射される実噴射量とのバラツキが抑えられる。
この結果、図２の実線Ｄに示されるように、噴射毎における噴射量のバラツキを抑えることができ、排気ガスのエミッションの悪化、ドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００３４】
［変形例］
上記の実施例では、噴射開始からのコモンレール圧の積分値から算出される推定噴射量ＱＥＳＴ が指令噴射量ＱＦＩＮ に達した時に、インジェクタ３を閉弁させる例を示したが、噴射開始からコモンレール圧の積分値が指令噴射量ＱＦＩＮ に応じた目標積分値に達した時に、インジェクタ３を閉弁させるプログラム（閉弁タイミング決定手段）を用いても良い。このように制御する場合も、閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙを加味して閉弁時期を決定することが望ましい。
【００３５】
また、ＥＣＵ５における燃料噴射制御として、インジェクタ３の開弁中にコモンレール圧を常時、あるいは複数回モニターし、そのモニターされたコモンレール圧に応じてインジェクタ３の閉弁タイミング（インジェクタ通電期間の終了タイミング）を補正するプログラム（閉弁タイミング補正手段）を用いても良い。このように制御する場合も、閉弁指示後噴射量Ｑｄｒｅｙを加味した閉弁タイミングが求められることが望ましい。
【００３６】
上記の実施例では、コモンレール圧をコモンレール２に設けたコモンレール圧センサ２５によって検出する例を示したが、コモンレール圧センサ２５を燃料配管６に設けて燃料配管６内のコモンレール圧を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、インジェクタ３の作動時にリーク燃料が発生するタイプを例に示したが、インジェクタ３に搭載されたリニアソレノイドが直接ニードルを駆動してリーク燃料を発生しないタイプのコモンレール式燃料噴射システムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】コモンレール式燃料噴射システムの概略図である（実施例）。
【図２】作動説明のためのタイムチャートである（実施例）。
【図３】ノズル開口面積特性を示すグラフである（実施例）。
【図４】燃料噴射制御のフローチャートである（実施例）。
【図５】燃料噴射制御のフローチャートである（従来例）。
【図６】作動説明のためのタイムチャートである（従来例）。
【符号の説明】
２ コモンレール
３ インジェクタ
４ サプライポンプ
５ ＥＣＵ（制御装置）
２５ コモンレール圧センサ（コモンレール圧検出手段）
ＱＦＩＮ 指令噴射量
ＱＥＳＴ 推定噴射量
Ｑｄｒｅｙ 閉弁指示後噴射量
Claims (4)
- 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射するインジェクタと、
前記コモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプと、
車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段の検出する車両の運転状態に基づいて、前記インジェクタから噴射する指令噴射量を算出し、その算出された指令噴射量が前記インジェクタから噴射されるように前記インジェクタを開閉弁制御する制御装置とを備え、
前記運転状態検出手段は、前記コモンレールに蓄えられるコモンレール圧を検出するコモンレール圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記インジェクタの開弁中のコモンレール圧を常時モニターし、前記インジェクタの噴射開始からコモンレール圧の積分を開始して、その積分値が指令噴射量に応じた目標積分値に達した時に、前記インジェクタを閉弁させる閉弁タイミング決定手段を備えることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。 - 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射するインジェクタと、
前記コモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプと、
車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段の検出する車両の運転状態に基づいて、前記インジェクタから噴射する指令噴射量を算出し、その算出された指令噴射量が前記インジェクタから噴射されるように前記インジェクタを開閉弁制御する制御装置とを備え、
前記運転状態検出手段は、前記コモンレールに蓄えられるコモンレール圧を検出するコモンレール圧検出手段を備え、
前記制御装置は、前記インジェクタの開弁中のコモンレール圧を常時モニターし、前記インジェクタの噴射開始からコモンレール圧の積分を開始して前記インジェクタから噴射される噴射量に相当する推定噴射量を算出し、
その推定噴射量が指令噴射量に達した時に、前記インジェクタを閉弁させる閉弁タイミング決定手段を備えることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。 - 請求項２に記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
前記制御装置が算出する推定噴射量には、前記インジェクタに閉弁指示を与えてから、実際に閉弁するまでの間に噴射される閉弁指示後噴射量が加算されることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。 - 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
このコモンレールに蓄えられた燃料を噴射するインジェクタと、
前記コモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプと、
車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段の検出する車両の運転状態に基づいて、前記インジェクタから噴射する指令噴射量を算出し、その算出された指令噴射量が前記インジェクタから噴射されるように前記インジェクタを開閉弁制御する制御装置とを備え、
前記運転状態検出手段は、前記コモンレールに蓄えられるコモンレール圧を検出するコモンレール圧検出手段を備え、
前記制御装置は、前記インジェクタの開弁中にコモンレール圧を常時、あるいは複数回モニターするように設けられ、前記インジェクタの開弁中にモニターされたコモンレール圧に応じて前記インジェクタの閉弁タイミングを補正する閉弁タイミング補正手段を備えることを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。
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