JP2005076596A

JP2005076596A - 燃料温度推定装置

Info

Publication number: JP2005076596A
Application number: JP2003311296A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Konishi; 康正小西
Original assignee: Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】温度センサを高圧ポンプに設けることなしに高圧ポンプ入口の燃料温度を推定できるようにすること。
【解決手段】始動時冷却水温データＤ３と冷却水の温度を示す第３検出信号Ｋ３に従い、始動時水温とそのときの水温と高圧ポンプ３の入口の燃料温度との関係を示すマップデータに従い、マップ演算部５１で温度データＤ６を演算する。温度データＤ６を補正演算部５２において吸気の温度を示す第２検出信号Ｋ２及び燃料タンク５内の燃料の残量を示す第１検出信号Ｋ１とにより補正し、高圧ポンプ３の入口における燃料の推定温度を示す燃料温度データＤ１を出力する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ディーゼル機関用燃料噴射装置の高圧燃料ポンプの入口における燃料の温度を推定するための燃料温度推定装置に関する。

ディーゼル機関に供給される燃料の温度は、機関の運転状態、気温その他の様々な要因によって変化する。例えば、車両用のディーゼル機関の場合、車両が高速で走行する等、ディーゼル機関の負荷が大きい場合にはその発熱量が増大し、この影響で燃料タンク内に蓄えられている燃料の温度は高くなり、一方、寒冷地を走行する場合などは燃料の温度は低くなる。

燃料の温度が変化すると燃料の体積が変化するので、燃料噴射制御系においては１回当たりの必要燃料噴射量の確保のため燃料温度に応じた補正が必要となるほか、燃料の粘度が変化することにより生じる燃料噴射制御等への影響を排除するための各種補正が必要となる。また、コモンレール式の燃料噴射装置を使用する場合にあっては、レール圧の脈動の周期を予想するためには正確な燃料温度を知る必要がある。

このような問題に対処するための技術として、特許文献１に、燃料タンク内の燃料の温度を推定するための装置が開示されている。ここでは、燃料タンク内の燃料の温度の上昇分と下降分とを別個に推定し、推定された燃料の上昇分と下降分とに基づいて現在の燃料温度を推定するようにした構成が開示されている。
特開２００３−３５２１５号公報

しかし、コモンレール式の燃料噴射装置の場合、燃料タンク内の燃料はフィートポンプによって高圧ポンプに送られ、ここで燃料が加圧されて高圧燃料とされコモンレールに供給される構成となっている。したがって、燃料タンク内の燃料が高圧ポンプの入口に達するまでに、様々な熱の影響を受けることとなり、燃料タンク内の燃料の温度と高圧ポンプの入口における燃料の温度とは異なるので、上記従来技術を採用しても燃料噴射を予定したように制御できなくなる虞がある。

この不具合を解決するため、高圧ポンプの入口部分に燃料の温度を検出するための温度センサを取り付ける構成が考えられるが、部品点数が増加してコストの上昇を招くという問題に加えて、センサの取り付けのためにレイアウトの自由度が損なわれるという問題が生じる。

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる燃料温度推定装置を提供することにある。

本発明は、機関の冷却水温の上昇と燃料温度の上昇との間に相関があることに着目して成されたものであり、コモンレール式燃料噴射装置において、センサを用いることなく高圧ポンプの入口における燃料の温度を推定するため、ディーゼル機関の始動時水温及びディーゼル機関の作動中の冷却水温度から基本となる基本燃料温度を導き出し、吸気温度及び燃料タンク内の燃料の残量とに基づく補正を該基本燃料温度に加え、これにより高圧ポンプ入口における燃料温度を推定するようにしたものである。

請求項１の発明によれば、コモンレール式燃料噴射装置の高圧ポンプの入口における燃料の温度を推定するための燃料温度推定装置において、燃料タンク内の燃料の残量を検出するための燃料残量検出手段と、吸気温度を検出するための吸気温センサと、内燃機関の冷却水の温度を検出するための水温センサと、該水温センサからの出力に基づき前記内燃機関の始動時における前記冷却水の温度を得るための検知手段と、前記燃料残量検出手段と、水温センサと、検知手段とに応答し、前記冷却水の温度と前記高圧ポンプの入口の燃料の温度上昇との間の特性を示すマップデータに基づいて前記高圧ポンプの入口の燃料温度を演算するための第１演算手段と、該第１演算手段の演算結果を前記吸気温センサからの出力に基づいて補正して前記高圧ポンプの入口の燃料温度の推定値を得るための第１補正演算手段とを備えたことを特徴とする燃料温度推定装置が提案される。

請求項２の発明によれば、コモンレール式燃料噴射装置の高圧ポンプの入口における燃料の温度を推定するための燃料温度推定装置において、燃料タンク内の燃料の残量を検出するための燃料残量検出手段と、吸気温度を検出するための吸気温センサと、内燃機関の冷却水の温度を検出するための水温センサと、該水温センサからの出力に基づき前記内燃機関の始動時における前記冷却水の温度を得るための検知手段と、前記水温センサと、検知手段とに応答し、前記冷却水の温度と前記高圧ポンプの入口の燃料の温度上昇との間の特性を示すマップデータに基づいて前記高圧ポンプの入口の燃料温度を演算するための第２演算手段と、該第２演算手段の演算結果を前記燃料残量検出手段及び吸気温センサからの出力に基づいて補正して前記高圧ポンプの入口の燃料温度の推定値を得るための第２補正演算手段とを備えたことを特徴とする燃料温度推定装置が提案される。

本発明によれば、高圧ポンプの入口に燃料温度の検出のためのセンサを設ける必要がないので、低コスト化を図ることができ、且つ装置のレイアウトの自由度を確保することができる。

本発明をディーゼル機関用のコモンレール式燃料噴射装置に適用した一実施形態につき説明する。図１は本発明を適用したコモンレール式燃料噴射装置の概略構成図である。燃料噴射装置１は、内燃機関車両のディーゼル機関（図示せず）に燃料を噴射供給するためのコモンレール式の内燃機関用燃料噴射装置であり、コモンレール２と、コモンレール２に高圧燃料を供給するための高圧ポンプ３と、コモンレール２内に蓄積された高圧燃料を図示しないディーゼル機関の各気筒へ噴射するための複数の燃料噴射弁４−１〜４−Ｎとを備えている。これらの燃料噴射弁４−１〜４−Ｎはそれぞれ噴射制御用の電磁弁Ｖ１〜ＶＮを備えており、これらの電磁弁Ｖ１〜ＶＮは、制御ユニット４から後述するようにして出力される開閉制御信号ＳＶ１〜ＳＶＮに応答して動作することによりそれぞれ独立して開閉制御され、対応する気筒内に高圧燃料が所要のタイミングにおいて所要量だけ噴射されるように構成されている。

高圧ポンプ３は、ディーゼル機関によって駆動される高圧ポンプ本体３Ａと、フューエルメタリングユニット３Ｂと、インレット・アウトレットバルブ３Ｃとが一体に組み立てられて成っている。フューエルメタリングユニット３Ｂにはフィードポンプ６によって燃料タンク５内の燃料が供給されており、フューエルメタリングユニット３Ｂはフィードポンプ６から供給された燃料の供給量を調節し、インレット・アウトレットバルブ３Ｃは、フューエルメタリングユニット３Ｂから送られてきた燃料を高圧ポンプ３のプランジャ室（図示せず）に供給し、プランジャ室で高圧にされた燃料をフューエルメタリングユニット３Ｂに逆流することがないようにしてコモンレール２に供給する構成となっている。ここで、フューエルメタリングユニット３Ｂにおける燃料供給量の調節はフューエルメタリングユニット３Ｂ内に設けられた電磁弁３Ｄの開閉制御によって行われる。

電磁弁３Ｄは、コモンレール２内の燃料圧力がディーゼル機関のそのときの要求噴射量に従う圧力となるよう制御ユニット４からの駆動制御信号ＣＳによって開閉制御される構成となっている。制御ユニット４には、コモンレール２内の実際の燃料圧力を検出する圧力センサ７からの実圧力信号ＰＡが入力信号として入力されている。

図１において、８は燃料タンク５内の燃料の残量を検出するための燃料残量検出器、９はディーゼル機関への吸気の温度を検出するための吸気温センサ、１０はディーゼル機関の冷却水の温度を検出するための水温センサ、１１はディーゼル機関の回転数を検出するための回転センサである。燃料残量検出器８からは燃料タンク５内の燃料の残量を示す第１検出信号Ｋ１が出力され、吸気温センサ９からは吸気の温度を示す第２検出信号Ｋ２が出力され、水温センサ１０からは冷却水の温度を示す第３検出信号Ｋ３が出力され、回転センサ１１からはディーゼル機関の回転数を示す第４検出信号Ｋ４が出力される。第１〜第４検出信号Ｋ１〜Ｋ４は、制御ユニット４に入力されている。

制御ユニット４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４Ａとメモリ４Ｂとを含んで成るマイクロコンピュータを用いて構成されている。制御ユニット４は、メモリ４Ｂ内に格納されている制御プログラムをＣＰＵ４Ａにおいて実行し、コモンレール２のレール圧の制御、及び燃料噴射弁４−１〜４−Ｎからの燃料噴射量の制御を行う構成となっている。

図２は、制御ユニット４の機能ブロック図である。図２において、２０は燃料温度推定部であり、高圧ポンプ３の入口の燃料温度を推定し、その推定結果を示す燃料温度データＤ１を出力する。３０は燃料噴射量演算部であり、燃料温度データＤ１と第３検出信号Ｋ３を考慮し、燃料温度補正された燃料噴射量の最適制御値を演算し、その演算結果を示す噴射量データＤ２を出力する。４０は駆動部で、噴射量データＤ２に基づきＳＶ１〜ＳＶＮを出力する。燃料噴射量演算部３０及び駆動部４０は公知の構成のものであるから、その詳細構成についての説明は省略する。

燃料温度推定部２０は、マップ演算部２１と、吸気温度演算部２２と、補正演算部２３とから成っている。マップ演算部２１には、第１検出信号Ｋ１、第３検出信号Ｋ３、及びディーゼル機関の始動時の冷却水温の温度を示す始動時冷却水温データＤ３が与えられており、推定用マップデータを用いて燃料温度を推定するためのマップ演算が実行される。

図３は、推定用マップデータを説明するためのグラフである。このグラフは、ディーゼル機関の始動時の冷却水温の温度がＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の場合について、冷却水の温度（℃）の上昇と共に、高圧ポンプ３の入口の燃料温度（℃）がどのように上昇するのかを示すものである。これらの曲線は、燃料タンク５内の燃料の残量が満タン時の１／２の場合について示してある。燃料タンク５内の燃料の残量が空に近くなると、例えば符号Ｚで示す特性は符号ＺＥで示されるようになり、燃料タンク５内の燃料の残量が満タンに近い場合には符号Ｚで示す特性は符号ＺＦで示されるようになる。他の曲線Ｖ、Ｘ、Ｙについては示されていないが、同様である。

制御ユニット４のメモリ４Ｂ内には、図２に示した特性図に対応するデータが推定用マップデータとして格納されており、マップ演算部２１において、第１検出信号Ｋ１、第３検出信号Ｋ３及び始動時冷却水温データＤ３に応答してマップ演算が実行される。すなわち、第１検出信号Ｋ１に基づき、冷却水の温度と高圧ポンプの燃料入口側の燃料温度との間の特性を補間演算により特定し、この補間演算により得られた特性に基づくマップデータを用いて、第３検出信号Ｋ３と始動時冷却水温データＤ３とからそのときの高圧ポンプ入口の燃料温度が演算される。この演算結果を示す温度データＤ４は補正演算部２３に送られる。

吸気温度演算部２２は、第２検出信号Ｋ２に基づいてそのときの吸気温度を示す吸気温データＤ５を演算出力し、吸気温データＤ５は補正演算部２３に送られる。補正演算部２３では温度データＤ４に対して、吸気温データＤ５により示される吸気温度に従う補正を加える演算を実行し、これにより得られたデータが、燃料温度データＤ１として出力される。

このように、燃料温度推定部２０においては、高圧ポンプ３の入口における燃料の温度を、高圧ポンプ３の入口に温度センサを設けることなく演算により推定して燃料温度データＤ１を得ることができるので、センサの数を増加させることがなく、既存のセンサからの出力信号のデータ処理のみで済むので、コストの上昇を抑えることができる。また、センサの数を増加させないので、高圧ポンプ３の配置の自由度を低下させることもない。

図２の燃料温度推定部２０の機能は、制御ユニット４において所定の推定演算プログラムを実行させることにより実現されている。

図４は、この推定演算プログラムを示すフローチャートである。図４のフローチャートについて説明すると、ステップＳ１で、第１検出信号Ｋ１に基づき、燃料タンク５内の燃料の残量を演算し、ステップＳ２で燃料の残量が中間値（タンク容量の１／２）より多いか否かを判別し、燃料の残量が中間値より多い場合にはステップＳ２の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３に入る。

ステップＳ３では、燃料の残量が中間値の場合の特性及び高い値の場合の特性（例えば特性ＺとＺＦ）を選択する。そして、ステップＳ４では、ステップＳ３で選択された２つの特性に基づき、補間演算を行い、ステップＳ１において得られた燃料の残量に対応するマップデータを得る。

一方、燃料の残量が中間値より少ない場合には、ステップＳ２の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ５に入る。ステップＳ５では、燃料の残量が中間値の場合の特性及び低い場合の特性（例えば特性ＺとＺＥ）を選択する。そしてステップＳ４に入り、ここで、ステップＳ５で選択された２つの特性に基づき、補間演算を行い、ステップＳ１において得られた燃料の残量に対応するマップデータを得る。

ステップＳ６では、第３検出信号Ｋ３に基づき、ディーゼル機関の始動時における冷却水温の温度を記録し、その結果から始動時冷却水温データＤ３を得る。

ステップＳ７では、始動時冷却水温データＤ３に基づき、そのときの始動時冷却水温に近い２つの特性データを選択する。例えば始動時冷却水温がＴ２よりは高く、Ｔ３よりは低い場合、Ｔ２、Ｔ３に対応する２つの特性Ｘ、Ｙを選択する（図３参照）。

ステップＳ８では、ステップＳ７で選択された２つの特性に基づいて補間演算を行い、始動時冷却水温データＤ３に対応するマップデータを作成する。

ステップＳ９では、第３検出信号Ｋ３に基づき、その時の冷却水温度のデータを記録する。そして、ステップＳ１０で、ステップＳ８、Ｓ９で得られたデータに基づき、そのときの高圧ポンプ３の入口の燃料温度をマップ演算し、温度データＤ４を得る。ステップＳ１０で得られた温度データＤ４は、推定燃料温度のベースとなるデータである。

ステップＳ１１では、第２検出信号Ｋ２に基づいて吸入空気の温度が演算される。この演算は、マップ演算との他公知の適宜の手段を用いることができる。

ステップＳ１２では、吸気温度によりステップＳ１０で得られた温度データＤ４を補正するためのマップに基づいて吸気温度補正演算が実行される。この吸気温度補正演算により、得られたデータを燃料温度データＤ１として出力し（ステップＳ１３）、この推定演算プログラムの実行が終了する。

以上、図２〜図４に基づき、本発明における燃料温度推定装置の一実施形態について説明したが、本発明はこの一実施形態に限定されるものではない。

図５及び図６には、本発明における燃料温度推定装置の他の実施形態が示されている。

図５は、図１に示した制御ユニット４の他の構成例を示す機能ブロック図である。図５の各部のうち、図３の各部に対応する部分には同一の符号を付し、それらについての説明を省略する。

燃料温度推定部５０は、燃料温度推定部２０に対応するもので、始動時冷却水温データＤ３と第３検出信号Ｋ３とに基づいて高圧ポンプ３の入口の燃料温度を推定するためのマップ演算を行うためのマップ演算部５１を有している。マップ演算部５１で用いられるマップデータは、図３に示した特性データに従うデータと同一である。マップ演算部５１では、燃料タンク５の燃料の残量が中間値（満タン時の１／２）である場合につき、始動時冷却水温データＤ３と第３検出信号Ｋ３とに従って燃料温度を演算し、その結果を示す温度データＤ６を出力する。

温度データＤ６は、補正演算部５２に送られる。補正演算部５２は、第１検出信号Ｋ１に従って燃料の残量に従う補正を実行する燃料残量補正部５３と、吸気温データＤ５に従って補正を実行する吸気温度補正部５４とを有している。

燃料残量補正部５３及び吸気温度補正部５４は、それぞれ補正演算のためのマップデタを有しており、温度データＤ６は先ず燃料残量補正部５３において第１検出信号Ｋ１に従って補正され、これにより得られたデータＤ７が吸気温度補正部５４において吸気温データＤ５に従って補正される。これにより、吸気温度補正部５４から燃料温度データＤ１が得られる構成となっている。

燃料残量補正部５３及び吸気温度補正部５４における補正のための演算は、基本的には、燃料温度推定部２０における各補正と同様である。

図５の燃料温度推定部５０の機能は、制御ユニット４において所定の推定演算プログラムを実行させることにより実現されている。

図６は、この推定演算プログラムを示すフローチャートである。図６のフローチャートについて説明すると、ステップＳ２１で始動時冷却水温データＤ３の取得を行い、ステップＳ２２で始動時冷却水温データＤ３に基づく特性選択を行う。そして、ステップＳ２３で、ステップＳ２２で選択された２つの特性に基づいて補間演算を行い、マップデータの作成を行う。ステップＳ２４では、冷却水温度のデータを記録する。以上、説明したステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は図４のステップＳ６〜Ｓ８にそれぞれ対応している。

ステップＳ２５では、ステップＳ２３、Ｓ２４で得られたデータに基づき、そのときの高圧ポンプ３の入口の燃料温度をマップ演算し、温度データＤ６を得る。ステップＳ２５で得られた温度データＤ６は、推定燃料温度のベースとなるデータである。

次のステップＳ２６では、燃料タンク５内の燃料の残量を演算する。次のステップＳ２７では、ステップＳ２６で得られた燃料の残量による補正カーブに基づき補正値を選択する。そしてステップＳ２８で、吸入空気の温度を演算し、ステップＳ２９で吸入空気温度に基づく補正値の選択を行う。

ステップＳ３０では、ステップＳ２７、Ｓ２９でそれぞれ選択された補正値に基づき温度データＤ６を補正し、補正により得られたデータをステップＳ３１で燃料温度データＤ１として出力する。

図２に示した実施の形態では、マップデータを２つ用意し、燃料残量に応じてマップ選択し、選択したマップに基づいて補間演算を行う構成であるので、ＣＰＵの演算負荷が軽く設計変更に対応しやすいので汎用性に富むという利点を有している。一方、図５に示した実施の形態では、マップデータを１つだけ用意し、マップ演算データを燃料残量に応じた補正係数で補正演算する構成であるから、メモリの容量が比較的少なくて済むという利点を有している。

本発明によるコモンレール式燃料噴射装置の一実施形態を示す概略構成図。図１の制御ユニットの構成を説明するための機能ブロック図。マップデータを説明するためのグラフ。図２の燃料温度推定部の機能を実現するための推定演算プログラムを示すフローチャート。図１の制御ユニットの他の構成を説明するための機能ブロック図。図５の燃料温度推定部の機能を実現するための推定演算プログラムを示すフローチャート。

符号の説明

１燃料噴射装置
２コモンレール
３高圧ポンプ
３Ａ高圧ポンプ本体
３Ｂフューエルメタリングユニット
３Ｃインレット・アウトレットバルブ
３Ｄ、Ｖ１〜ＶＮ電磁弁
４制御ユニット
４−１〜４−Ｎ燃料噴射弁
４Ａ中央演算処理装置
４Ｂメモリ
５燃料タンク
６フィードポンプ
７圧力センサ
８燃料残量検出器
９吸気温センサ
１０水温センサ
１１回転センサ
２０、５０燃料温度推定部
２１、５１マップ演算部
２２吸気温度演算部
２３、５２補正演算部
３０燃料噴射量演算部
４０駆動部
５３燃料残量補正部
５４吸気温度補正部
ＣＳ駆動制御信号
Ｄ１燃料温度データ
Ｄ２噴射量データ
Ｄ３始動時冷却水温データ
Ｄ４温度データ
Ｄ５吸気温データ
Ｄ６燃料温度データ
Ｄ７データ
Ｋ１第１検出信号
Ｋ２第２検出信号
Ｋ３第３検出信号
Ｋ４第４検出信号
ＰＡ実圧力信号
ＳＶ１〜ＳＶＮ開閉制御信号

Claims

コモンレール式燃料噴射装置の高圧ポンプの入口における燃料の温度を推定するための燃料温度推定装置において、
燃料タンク内の燃料の残量を検出するための燃料残量検出手段と、
吸気温度を検出するための吸気温センサと、
内燃機関の冷却水の温度を検出するための水温センサと、
該水温センサからの出力に基づき前記内燃機関の始動時における前記冷却水の温度を得るための検知手段と、
前記燃料残量検出手段と、水温センサと、検知手段とに応答し、前記冷却水の温度と前記高圧ポンプの入口の燃料の温度上昇との間の特性を示すマップデータに基づいて前記高圧ポンプの入口の燃料温度を演算するための第１演算手段と、
該第１演算手段の演算結果を前記吸気温センサからの出力に基づいて補正して前記高圧ポンプの入口の燃料温度の推定値を得るための第１補正演算手段と
を備えたことを特徴とする燃料温度推定装置。
コモンレール式燃料噴射装置の高圧ポンプの入口における燃料の温度を推定するための燃料温度推定装置において、
燃料タンク内の燃料の残量を検出するための燃料残量検出手段と、
吸気温度を検出するための吸気温センサと、
内燃機関の冷却水の温度を検出するための水温センサと、
該水温センサからの出力に基づき前記内燃機関の始動時における前記冷却水の温度を得るための検知手段と、
前記水温センサと、検知手段とに応答し、前記冷却水の温度と前記高圧ポンプの入口の燃料の温度上昇との間の特性を示すマップデータに基づいて前記高圧ポンプの入口の燃料温度を演算するための第２演算手段と、
該第２演算手段の演算結果を前記燃料残量検出手段及び吸気温センサからの出力に基づいて補正して前記高圧ポンプの入口の燃料温度の推定値を得るための第２補正演算手段と
を備えたことを特徴とする燃料温度推定装置。