JP2005048610A

JP2005048610A - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2005048610A
Application number: JP2003203687A
Authority: JP
Inventors: Taro Aoyama; 太郎青山; Kazuhisa Inagaki; 和久稲垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力にもとづいて燃料噴射を制御するものにおいて燃焼室内圧力のずれの影響を排除する。
【解決手段】ＥＣＵ（２０）は筒内圧センサ（２９ａ〜２９ｄ）の出力Ｅを増幅器（３１）で増幅して燃焼室内圧力Ｐをクランク角に対してもとめ、そこから、ＰＶｍａｘとＰＶｂａｓｅを算出し、さらに、実ＰＶ比＝（ＰＶｍａｘ／ＰＶｂａｓｅ）−１をもとめる。また、同じ運転条件における標準機関の標準ＰＶ比を記憶しておき、実ＰＶ比が標準ＰＶ比に等しくなるように燃料噴射量を補正する。補正後ＰＶｍａｘと補正後ＰＶｂａｓｅから補正後ＰＶ差分値＝補正後ＰＶｍａｘ−補正後ＰＶｂａｓｅをもとめ、これと記憶しておいた標準機関の標準ＰＶ差分値との比α＝補正後ＰＶ差分値／標準ＰＶ差分値をもとめ、増幅器の増幅率Ｇに１／αを乗算して増幅率Ｇを補正する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、詳細にはディーゼル機関の燃焼を最適化する燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の排気ガス規制の強化や騒音低減に対する要求から、ディーゼル機関においても燃焼室内での燃焼最適化の要求が高まってきている。燃焼最適化のためにはディーゼル機関においても燃料噴射量、燃料噴射時期、噴射期間などを正確に制御することが必要となる。しかし、ディーゼル機関では、理論空燃比よりかなり高いリーン空燃比領域で燃焼が行われており、ガソリン機関のように、正確に空燃比を目標空燃比に維持する必要がなかったため、従来、燃料噴射量、燃料噴射時期などの燃料噴射パラメータもガソリン機関ほどには精密な制御は行われていない。
【０００３】
又、従来、ディーゼル機関では機関運転条件（回転数、アクセル開度など）から燃料噴射量、噴射時期、噴射圧、ＥＧＲガス量などを決定しているが、他の条件が精密に制御可能であったとしても、実際の燃料噴射量が目標噴射量に対して誤差を生じるため燃焼状態を目標とする状態に正確に制御することは困難であった。
【０００４】
更に、燃焼状態改善のために最近ディーゼル機関において採用されるようになったコモンレール式高圧燃料噴射装置では、燃料噴射時間が短く、しかも噴射中に燃料噴射圧力が変化する等のため、燃料噴射量に誤差を生じやすい問題がある。このため、コモンレール式高圧燃料噴射装置では燃料噴射弁の公差を小さく設定して燃料噴射精度を向上させる等の対策が取られているが、実際には燃料噴射弁は各部の摩耗などにより使用期間ともに燃料噴射特性が変化するため、燃料噴射量を常に正確に目標値に一致させることは困難である。
【０００５】
このように、ディーゼル機関では燃料噴射量などに誤差が生じやすいため最適な燃焼状態を得る目標値を設定できても、実際にその燃料噴射量を目標値に合致させることが困難な事情がある。
【０００６】
そこで、燃焼状態を目標とする燃焼状態に合致させるために、実際の燃焼状態を何らかの形で検出し、実際の燃焼状態が目標とする燃焼状態に合致するように燃料噴射量や燃料噴射時期などの燃料噴射パラメータをフィードバック制御するものの開発が進められている。
【０００７】
本願出願人も先に出願した特願２００２−２６３１７３号明細書において、各種の燃焼状態を検出して燃料噴射パラメータをフィードバック制御する内燃機関の燃焼制御装置を出願している。同明細書では、燃焼開始後の燃焼室内圧力の最大値Ｐｍａｘと、この最大値が生じるクランク角、等の１２種類の燃料噴射パラメータを紹介しているが、これらはいずれも筒内圧センサで検出した燃焼室内の圧力Ｐを利用している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この圧力Ｐは筒内圧センサが検出した出力値（電圧）を増幅器で増幅したものであり、増幅器の増幅率が関係する。その結果、例えば、圧力Ｐ、あるいは、圧力Ｐに別の値を乗じたものは増幅率のずれにより値が異なってしまう。図７は、燃焼室容積Ｖの定数γ乗（γ＝１、あるいは、比熱比）の積であるＰＶ^γにおける増幅率の影響を示す図である。
【０００９】
図７において実線で示すのが増幅率が正しい場合、破線で示すのが増幅率が低下した場合である。したがって、例えば、ＰＶ^γ差分値（＝ＰＶ^γｍａｘ−ＰＶ^γｂａｓｅ）には大きな差が生じてしまい、ＰＶ^γ差分値を予め定めた所定値と比較して制御をおこなうような場合には正しい制御ができないということになる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力にもとづいて燃料噴射を制御するものにおいて、燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力のずれの影響を排除することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、燃焼室内圧力Ｐを検出する燃焼室内圧力検出手段と、
燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力Ｐと、クランク角θから定まる燃焼室容積Ｖと、予め定めた定数γとから、ＰＶ^γを算出するＰＶ^γ算出手段と、
ＰＶ^γ算出手段の算出したＰＶ^γから、ＰＶ^γの最大値であるＰＶ^γｍａｘ、及び、ＰＶ^γが最大になるクランク角における非発火運転時のＰＶ^γの値であるＰＶ^γｂａｓｅとをもとめ、該もとめたＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅから、ＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅの比を示す実ＰＶ^γ比を算出する実ＰＶ^γ比算出手段と、
実ＰＶ^γ比算出手段が算出した実ＰＶ^γ比にもとづいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を具備する、燃料噴射制御装置が提供される。
このように構成される燃料噴射制御装置では、ＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅの比を示す実ＰＶ^γ比を算出し、この実ＰＶ^γ比にもとづいて燃料噴射量が補正されるが、実ＰＶ^γ比はＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅの比を示すものであって、ＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅを算出するにあたって燃焼室内圧力Ｐを筒内圧センサの出力を増幅器で増幅してもとめていても、増幅器の増幅率の影響は受けない。
【００１２】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、さらに、標準機関において、前記実ＰＶ^γｍａｘを求めた運転条件と同じ運転条件における燃料噴射量を含む、各燃料噴射量の燃料を噴射した場合のＰＶ^γ比である標準ＰＶ^γ比を記憶する標準ＰＶ^γ比記憶手段を備え、
燃料噴射量補正手段は、実ＰＶ^γ比算出手段が算出した実ＰＶ^γ比が、標準ＰＶ^γ比記憶手段が記憶している前記実ＰＶ^γｍａｘを求めた運転条件と同じ運転条件における燃料噴射量における標準ＰＶ^γ比に、等しくなるように燃料噴射量を補正する、燃料噴射制御装置が提供される。
このように構成される燃料噴射制御装置では、実ＰＶ^γ比が標準機関における標準ＰＶ^γ比に等しくなるように燃料噴射量が補正される。
【００１３】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明において、燃焼室内圧力検出手段が、圧力に応じた出力を発生する筒内圧センサと、筒内圧センサの発生した出力を増幅する増幅器を含み、筒内圧センサが発生した出力を増幅器で増幅して燃焼圧力Ｐを算出するようにされていて、
補正された燃料噴射量の燃料を噴射したときの燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力Ｐに基づく実運転時におけるＰＶ^γの最大値である補正後ＰＶ^γｍａｘと、該運転時にＰＶ^γが最大になるクランク角における非発火運転時のＰＶ^γの計算値である補正後ＰＶ^γｂａｓｅとの差である補正後実ＰＶ^γ差分値を算出する補正後実ＰＶ差分値算出手段と、
標準機関において、前記補正された燃料噴射量を含む、各燃料噴射量の燃料を噴射した場合のＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅとの差である標準ＰＶ^γ差分値を記憶する標準ＰＶ^γ差分値記憶手段と、
補正後実ＰＶ^γ差分値算出手段が算出した補正後実ＰＶ^γ差分値と、標準ＰＶ^γ差分値記憶手段が記憶している補正された燃料噴射量の燃料を噴射したときの標準ＰＶ^γ差分値との比に基づいて、燃焼室内圧力検出手段の増幅器の増幅率のずれを算出する増幅率ずれ算出手段と、を具備し、
増幅率ずれ算出手段の算出した増幅器の増幅率のずれにもとづいて増幅器の増幅率を補正する、燃料噴射制御装置が提供される。
このように構成される燃料噴射制御装置では、増幅器の増幅率のずれは、実ＰＶ^γ比が標準機関における標準ＰＶ^γ比に等しくなるように燃料噴射量が補正されてから算出され、算出された値は正確である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の燃料噴射装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【００１５】
図１において、１は内燃機関（本実施形態では＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒４サイクルディーゼル機関が使用される）、１０ａから１０ｄは機関１の＃１から＃４の各気筒燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を示している。燃料噴射弁１０ａから１０ｄは、それぞれ燃料通路（高圧燃料配管）を介して共通の蓄圧室（コモンレール）３に接続されている。コモンレール３は、高圧燃料噴射ポンプ５から供給される加圧燃料を貯留し、貯留した高圧燃料を高圧燃料配管を介して各燃料噴射弁１０ａから１０ｄに分配する機能を有する。
【００１６】
図１に２０で示すのは、機関の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。
【００１７】
ＥＣＵ２０は、本実施形態では、燃料ポンプ５の吐出量を制御してコモンレール３の圧力を機関運転条件に応じて定まる目標値に制御する燃料圧制御を行っている他、機関運転状態に応じて燃料噴射の噴射時期及び噴射量を設定するとともに、本発明に関して、後述する増幅器３１の増幅率Ｇの補正をおこなう。
そして、筒内圧センサ出力に基づいて算出した燃焼パラメータの値が、機関運転状態に応じて定められる目標値に一致するように燃料噴射量、噴射時期等をフィードバック制御する。
【００１８】
機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍にはアクセル開度（運転者のアクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ２１が設けられている。
カム角センサ２３は、機関１のカム軸近傍に配置され、クランク回転角度に換算して７２０度毎に基準パルスを出力する。また、クランク角センサ２５は、機関１のクランク軸近傍に配置され所定クランク回転角毎（例えば１５度毎）にクランク角パルスを発生し、クランク軸の回転位相を検出する。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２５から入力するクランク回転角パルス信号の周波数から機関回転数を算出し、アクセル開度センサ２１から入力するアクセル開度信号と、機関回転数とに基づいて燃料噴射弁１０ａから１０ｄの燃料噴射時期と燃料噴射量とを算出する。
【００２０】
また、図１に２９ａから２９ｄで示すのは、各気筒１０ａから１０ｄに配置され、気筒燃焼室内の圧力を検出する公知の形式の筒内圧センサである。筒内圧センサ２９ａ〜２９ｄが発生する圧力に対応する出力電圧ＥはＡＤコンバータ３０を経てＥＣＵ２０に供給され、ＥＣＵ２０内の増幅器３１で増幅される。
【００２１】
以下、上記のようにハード構成される本実施の形態の制御について説明する。
この実施の形態は、最終的に、燃焼室内圧力Ｐをもとめる際に筒内圧センサ１０ａ〜１０ｂの出力電圧Ｅに乗算される増幅器３１の増幅率Ｇを補正するものである。
図２に示すのが、本発明の制御のフローチャートである。
ステップ１では各種データを読み込む。ステップ２ではＰＶｍａｘを算出する。これは、所定の運転条件における筒内圧センサ２９ａ〜２９ｄの出力電圧から得られる燃焼圧Ｐとその時の気筒容積Ｖの積ＰＶのクランク角に対する変化をもとめ、その最大値を求める。この時、同時にＰＶが最大値となるクランク角Ｃｍａｘをもとめる。
ここで燃焼圧Ｐは前述したように筒内圧センサ２９ａ〜２９ｄの出力電圧Ｅに増幅器３１の増幅率Ｇを乗算したものである。したがって、ＰＶｍａｘ＝Ｇ×Ｅｍａｘ×Ｖである。
【００２２】
ステップ３では、上記のＰＶｍａｘをもとめたのと同じ回転数で非発火運転、すなわちモータリング運転、したときのクランク角がＣｍａｘにおけるＰＶの値であるＰＶｂａｓｅを計算により算出する。これは、図３において上死点ＴＤＣの前の値を反転させて外挿することによりもとめる。したがって、この値に使用する燃焼圧Ｐも筒内圧センサ２９ａ〜２９ｄの出力電圧Ｅに増幅器３１の増幅率Ｇを乗算したものである。したがって、ＰＶｂａｓｅ＝Ｇ×Ｅｂａｓｅ×Ｖである。
【００２３】
ステップ４では、ステップ２でもとめたＰＶｍａｘとステップ３でもとめたＰＶｂａｓｅから、その比を表わすパラメータとして実ＰＶ比＝（ＰＶｍａｘ／ＰＶｂａｓｅ）−１を算出する。
ここで注目すべきは、（ＰＶｍａｘ／ＰＶｂａｓｅ）−１は、（Ｇ×Ｅｍａｘ／Ｇ×Ｅｂａｓｅ）−１と表わすことができ、増幅率Ｇは共通であるから、結局、（Ｅｍａｘ／Ｅｂａｓｅ）−１であり、増幅率Ｇの影響を受けない値であるということである。
【００２４】
ステップ５では、標準ＰＶ比を予め記憶しておいたマップから読み込む。
これは、標準機関（量産される機関の仕様決定のために開発時に使用した機関）で、上記の実ＰＶ比を算出するために筒内圧Ｐを算出したのと同じ運転条件（負荷と回転数が同じ）、で運転した時の上記と同じ（ＰＶｍａｘ／ＰＶｂａｓｅ）−１の値を標準ＰＶ比として、例えば、図４に示すような形で、ＥＣＵ２０に記憶しておき、これを読み込む。
【００２５】
ステップ６では、ステップ４で算出した実ＰＶ比とステップ５で読み込んだ標準ＰＶ比から両者の差であるＰＶ比差分値＝実ＰＶ比−標準ＰＶ比をもとめる。
前述したように実ＰＶ比は増幅器３１の増幅率Ｇの差を含んでいないので、ステップ６でもとめたＰＶ比差分値は実ＰＶ比を算出した機関と標準機関との燃料噴射量の差を表わしている。
そこで、ステップ７でステップ６で算出したＰＶ比差分値が０（ゼロ）であるか、否か、を判定し、ステップ７で否定判定された場合、すなわち、実ＰＶ比と標準ＰＶ比が同じでない場合は、ステップ８，９で燃料噴射量Ｑを補正する。
【００２６】
そこで、予め、ＰＶ比差分値と対応する燃料噴射量Ｑのずれ量ｄＱの関係を、例えば、図５に示すようなマップを予めＥＣＵ２０に記憶しておき、ステップ８においてステップ６でもとめたＰＶ比差分値に相当するｄＱをもとめ、ステップ９でＰＶ比差分値をもとめたときの燃料噴射量ＱからｄＱを減算して補正した燃料噴射量Ｑをもとめる。
【００２７】
ステップ９における燃料噴射量Ｑの補正が終了したら、ステップ１に戻り、再び、ステップ１〜７を実行する。今回は、燃料噴射量Ｑが標準機関と同じになるように補正され、実ＰＶ比が標準ＰＶ比と同じ値になり、ＰＶ比差分値は０（ゼロ）になり、ステップ７では肯定判定されステップ１０に進む。
【００２８】
ステップ１０では、燃料噴射量を補正後のステップ２で算出したＰＶｍａｘと、同じく燃料噴射量を補正後のステップ３で算出したＰＶｂａｓｅの差をもとめる。ここで、補正前の燃料噴射量での値と区別するために、この場合のＰＶｍａｘを補正後ＰＶｍａｘと呼び、ＰＶｂａｓｅを補正後ＰＶｂａｓｅと呼び、差を補正後実ＰＶ差分値という。補正後実ＰＶ差分値は、燃料噴射量が補正された後にもとめた図３にＰＶ差分値で示される値である。
【００２９】
ステップ１１では、予め記憶しておいた図６に示すようなマップから補正後の燃料噴射量に対応する標準ＰＶ差分値を読み込む。ステップ１０でもとめた補正後実ＰＶ差分値とステップ１１で読み込んだ標準ＰＶ差分値は同じ燃料噴射量に対応するものであるから、両者の差は増幅器３１の増幅率Ｇの差に起因するものである。
そこで、ステップ１２ではステップ１１でもとめた標準ＰＶ差分値のステップ１１でもとめた補正後実ＰＶ差分値に対する比αを算出し、ステップ１３において増幅器３１の増幅率Ｇに（１／α）を乗算して増幅率Ｇを更新して終了する。
【００３０】
本発明の実施の形態は、上記のようにして、筒内圧センサ１０ａ〜１０ｂの出力Ｅを増幅する増幅器３１の増幅率Ｇを補正することができる。
そして補正された増幅率を用いて、例えば、前述の特願２００２−２６３１７３号明細書に述べられている色々な燃焼パラメータを用いて燃料噴射量、燃料噴射時期のフィードバック制御をおこなうことができるが、その詳細は特願２００２−２６３１７３号明細書に述べられているので省略する。
また、本実施の形態の制御のフローチャートのステップ１〜９のみを使用して燃料噴射量の制御をおこなうこともできる。
また、本実施の形態はＰＶ^γにおいてγ＝１の場合を説明したが、γを比熱比にしたものでも同様におこなうことができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば燃焼室内圧力Ｐを筒内圧センサの出力を増幅器で増幅してもとめていても、増幅器の増幅率のずれの影響を受けることなく燃料噴射量を補正することができる。
請求項３に記載の発明によれば、増幅器の増幅率のずれ率を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のハード構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における制御のフローチャートである。
【図３】ＰＶ比を説明する図である。
【図４】燃料噴射量Ｑと標準ＰＶ比の関係を示す図である。
【図５】燃料噴射量のずれｄＱとＰＶ比差分値との関係を示す図である。
【図６】燃料噴射量Ｑと標準ＰＶ差分値との関係を示す図である。
【図７】増幅率の影響を説明する図である。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関
３…コモンレール
１０ａ〜１０ｄ…筒内燃料噴射弁
２０…電子制御ユニット
２５…クランク角センサ
２９ａ〜２９ｄ…筒内圧センサ
３１…増幅器

Claims

燃焼室内圧力Ｐを検出する燃焼室内圧力検出手段と、
燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力Ｐと、クランク角θから定まる燃焼室容積Ｖと、予め定めた定数γとから、ＰＶ^γを算出するＰＶ^γ算出手段と、
ＰＶ^γ算出手段の算出したＰＶ^γから、ＰＶ^γの最大値であるＰＶ^γｍａｘ、及び、ＰＶ^γが最大になるクランク角における非発火運転時のＰＶ^γの値であるＰＶ^γｂａｓｅとをもとめ、該もとめたＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅから、ＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅの比を示す実ＰＶ^γ比を算出する実ＰＶ^γ比算出手段と、
実ＰＶ^γ比算出手段が算出した実ＰＶ^γ比にもとづいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を具備する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
さらに、標準機関において、前記実ＰＶ^γｍａｘを求めた運転条件と同じ運転条件における燃料噴射量を含む、各燃料噴射量の燃料を噴射した場合のＰＶ^γ比である標準ＰＶ^γ比を記憶する標準ＰＶ^γ比記憶手段を備え、
燃料噴射量補正手段は、実ＰＶ^γ比算出手段が算出した実ＰＶ^γ比が、標準ＰＶ^γ比記憶手段が記憶している前記実ＰＶ^γｍａｘを求めた運転条件と同じ運転条件における燃料噴射量における標準ＰＶ^γ比に、等しくなるように燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
燃焼室内圧力検出手段が、圧力に応じた出力を発生する筒内圧センサと、筒内圧センサの発生した出力を増幅する増幅器を含み、筒内圧センサが発生した出力を増幅器で増幅して燃焼圧力Ｐを算出するようにされていて、
補正された燃料噴射量の燃料を噴射したときの燃焼室内圧力検出手段で検出した燃焼室内圧力Ｐに基づく実運転時におけるＰＶ^γの最大値である補正後ＰＶ^γｍａｘと、該運転時にＰＶ^γが最大になるクランク角における非発火運転時のＰＶ^γの計算値である補正後ＰＶ^γｂａｓｅとの差である補正後実ＰＶ^γ差分値を算出する補正後実ＰＶ差分値算出手段と、
標準機関において、前記補正された燃料噴射量を含む、各燃料噴射量の燃料を噴射した場合のＰＶ^γｍａｘとＰＶ^γｂａｓｅとの差である標準ＰＶ^γ差分値を記憶する標準ＰＶ^γ差分値記憶手段と、
補正後実ＰＶ^γ差分値算出手段が算出した補正後実ＰＶ^γ差分値と、標準ＰＶ^γ差分値記憶手段が記憶している補正された燃料噴射量の燃料を噴射したときの標準ＰＶ^γ差分値との比に基づいて、燃焼室内圧力検出手段の増幅器の増幅率のずれを算出する増幅率ずれ算出手段と、を具備し、
増幅率ずれ算出手段の算出した増幅器の増幅率のずれにもとづいて増幅器の増幅率を補正する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。