JP2005325714A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 機関運転状態に応じた目標空燃比となる基本燃料噴射流量を演算して燃料噴射弁を駆動制御する燃料噴射弁制御手段101と、蓄圧室内の燃圧を検出する燃圧センサ61と、高圧ポンプから蓄圧室へ供給される燃料量を制御する吐出量制御弁10と、蓄圧室内の燃圧が目標燃圧に一致するように吐出量制御弁を制御する燃圧制御手段105を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関の回転数が、高圧ポンプの最小吐出流量が零を超えることが予想される所定回転数域にあって、かつ、目標燃圧よりも蓄圧室内の燃圧の方が高くなった状態のときに、基本燃料噴射流量を増量する燃料増量補正手段102を設けたもの。
【選択図】図1
Description
図4において、高圧ポンプ20は、燃料を高圧に加圧するためのものであり、シリンダ21と、同シリンダ21内で往復動するプランジャ22と、シリンダ21の内周壁面およびプランジャ22の上端面により区画形成された加圧室23とを備えている。プランジャ22の下端は、機関のカムシャフト24に設けられたカム25に圧接され、カムシャフト24の回転に伴ってカム25が回転することにより、プランジャ22がシリンダ21内を往復動して加圧室23内の容積が変化する。
また、加圧室23の上流に接続された流入通路30は、低圧ポンプ31を介して燃料タンク32に接続されており、低圧ポンプ31は、燃料タンク32の燃料を吸入して吐出し、低圧ポンプ31から吐出された燃料は、低圧プレッシャレギュレータ33によって所定の低圧値に調整された後、逆止弁34を通じてプランジャ22がシリンダ21内で下動する際に加圧室23内に導入される。
一方、加圧室23の下流に接続された供給通路35は、逆止弁36を介して蓄圧室50に接続されており、この蓄圧室50は、加圧室23から吐出された高圧の燃料を保持すると共に、燃料噴射弁51に分配する。また、逆止弁36は蓄圧室50から加圧室23への燃料の逆流を規制するためのものである。
そして、プランジャ22がシリンダ21内で上動中の所定タイミングで吐出流量制御弁10を閉弁した後は、加圧室23から供給通路35へ吐出された加圧燃料が、逆止弁36を通じて蓄圧室50へ供給される。
また、ECU60は、例えば、エアーフローセンサ65の検出する吸入空気流量、回転速度センサ62の検出する機関回転数、燃圧センサ61の検出する蓄圧室50内の燃圧などに基づき、排気管に配設された空燃比センサ66の検出する空燃比が目標空燃比となる基本燃料噴射流量を演算して、燃料噴射弁51を駆動制御している。
スピル弁プランジャ11の一端には、該スピル弁プランジャ11と連動するスピルバルブ12が接続されており、スピル弁プランジャ11のもう一方の一端には、スプリング13が接続されている。ソレノイド14が非通電の場合、スピルプランジャ11と連動するスピルバルブ12は、スプリング13のスプリング力によって下方に押し下げられ、供給通路35とスピル通路39とが連通された開弁状態となっている。(図5(a))
一方、ECU60によってソレノイド14が通電されると、ソレノイド14の発生する電磁力が,スプリング13のスプリング力に打ち勝ってスピルプランジャ11を上方に吸引する。その結果、スピルプランジャ11と連動するスピルバルブ12も上方に引き上げられ、供給通路35とスピル通路39とが遮断された閉弁状態となる。(図5(b))
高圧ポンプ20のプランジャ22は、エンジン40のカム25の回転に連動して最小リフト位置と最大リフト位置の間で上下動を繰り返す。そして、前述したように、プランジャ22が最大リフト位置から最小リフト位置に下動する燃料吸入行程において、吸入通路30から高圧ポンプ20の加圧室23内に燃料が吸入される。
プランジャ22が最小リフト位置から最大リフト位置に上動する燃料吐出行程においては、ソレノイド14が非通電の場合は、吐出流量制御弁10が開弁状態となっており、高圧ポンプ20から吐出された燃料は、供給通路35からスピル通路39を通って流入通路30へ戻されて燃料が蓄圧室50へ供給されない。また、所定のタイミングでソレノイド14が通電されると、吐出流量制御弁10が閉弁状態となって供給通路35とスピル通路39とが遮断され、それ以降にプランジャ22が上動する間に加圧室23から供給通路35へ吐出された燃料は、蓄圧室50へ供給される。
図7において、横軸は機関回転数NEであり、エンジン40のカムシャフト24に連動して高圧ポンプ20が駆動される場合には、通常、高圧ポンプ20の回転数NPと機関回転数NEとは、NP=NE÷2の関係にある。
また、縦軸は高圧ポンプ20の燃料吐出流量QPであり、機関回転数NEに対する高圧ポンプ20の吐出可能な最大吐出流量は、図7の一点鎖線で示される100%吐出制御時の流量となる。
すなわち、機関回転数NEがNm以下のときの最小吐出流量は、設計通りの零に制御できるが、機関回転数NEがNm以上の高回転数域になると、最小吐出流量が零より増えて、例えば、機関回転数NEがNn(>Nm)のときには、最低でも最小吐出流量QP=qnが吐出されてしまう。以下に、この原因を説明する。
このとき、加圧室23から供給通路35へ吐出された燃料は,開弁状態にあるスピルバルブ12を通ってスピル通路39へと流れ込むが、機関回転数NEが速くなるにつれてスピルバルブ12を通過する燃料の流速も早くなり,供給通路35内に発生する最大圧力が次第に高くなる。
供給通路35内の最大圧力が高くなりすぎると、高圧ポンプ20の吐出する燃料の一部がスピル通路39に流れ込まずに蓄圧室50側へ流出する。また、最悪の場合、供給通路35内の圧力が,スピルバルブ12を押し下げているスプリング13のスプリング力に勝ってスピルバルブ12が押し上げられ、ソレノイド14が非通電にも関わらず吐出流量制御弁10が閉弁状態となる。このようにソレノイド14が非通電にも関わらず吐出流量制御弁10が自閉してしまった場合、図6の〔4〕0%吐出制御(但しNE≧Nm)の期間に示すように、ソレノイド14が非通電にも関わらず、吐出流量制御弁10の自閉期間の吐出燃料(図6の斜線部C)が、蓄圧室50へ不要に供給される恐れがある。
図8は、機関回転数NE=Nn(>Nm)で高負荷定常運転(燃料噴射流量=qf)している状態から、所定量だけアクセルを戻したときの各種状態量の変化を示している。
図8の時刻t1までは、アクセルペダル63の踏込量ap1(一定値)に応じた一定の吸入空気流量qa1が機関へ吸気されており、吸入空気流量qa1に応じた実線で示される燃料噴射流量qfが燃料噴射弁51より噴射されて、機関回転数NE=Nnで定常運転されている。このとき、料噴射流量qfと等しいポンプ吐出流量が、高圧ポンプ20より吐出されて蓄圧室50へ供給されており、蓄圧室50内の燃圧PRは目標燃圧POと一致している。
そして、時刻t3以降は、燃料噴射流量よりも高圧ポンプ20の最小吐出流量のほうが少なくなるように制御可能となるため、蓄圧室50内の燃料量が減少を始めて燃圧PRも低下を始める。なお、時刻t4以降では機関回転数NE<Nmとなるため、高圧ポンプ20の最小吐出流量を零に制御可能となって、蓄圧室50内の燃圧PRは目標燃圧POに低下していく。
かかる懸念を解消するための方策として、例えば、特開2000−303883号公報
(以下特許文献1と称す。)に示されるものがある。
この特許文献1においては、前記図4で説明したリリーフ弁37の代わりに、ECU60によって開閉制御可能な電磁放圧弁を採用し、燃圧PRを下げたいときに該電磁放圧弁を開弁制御することが提案されている。しかしながら、このような従来装置においては、電磁放圧弁の制御システムが必要となりコストアップを招く。
この発明が適用される内燃機関の燃料噴射制御装置は、基本的には前述した図4の燃料供給系構成図がそのまま適用可能であるため、ここでの詳細説明は省略する。
以下、この発明の実施の形態1における燃料噴射制御装置の、電子制御ユニットであるECU60の構成を図1のブロック図で説明する。
図1において、燃料噴射弁制御手段101は、エアーフローセンサ65の検出する吸入空気流量、回転速度センサ62の検出する機関回転数NE、燃圧センサ61の検出する蓄圧室50内の燃圧PR、といった機関運転状態に基づき、排気管に配設された空燃比センサ66の検出する空燃比が、予め設定された目標空燃比となるような基本燃料噴射流量Qbaseを演算して燃料噴射弁51を駆動制御する。
一方、燃料噴射制御手段101からは、基本燃料噴射流量Qbaseが入力され、該基本燃料噴射流量Qbaseが、前記高圧ポンプ20の最小吐出流量よりも少ないか否かを判定する。また、燃圧センサ61の検出する燃圧PRと、燃圧制御手段105により演算された目標燃圧POとを比較し、目標燃圧POよりも燃圧PRの方が高くなった状態にあるか否かを判定する。
燃料噴射制御手段101は、この指令にもとづいて、基本燃料噴射流量Qbaseを所定量Qaddだけ増量して最終噴射流量Qfin=(Qbase+Qadd)で燃料噴射弁51を駆動制御する。
また、機関運転状態毎に予め空燃比のリッチ化可能なリッチ限界空燃比を定めておき、空燃比が該リッチ限界空燃比よりもリッチにならない最大噴射流量Qltdで制限された最終噴射流量Qfinが、燃料噴射弁制御手段101へ指令される。
なお、この実施の形態1においては、排気温度TEを直接検出する排気温度センサ67を用いて触媒温度を推定する例を示したが、機関運転状態毎の触媒温度を実験的に計測しておき、実験で得た該触媒温度を予めECUのメモリへ記憶させて推定触媒温度として用いるようにしても良い。
先ず、ステップS101で、回転速度センサ62の検出する機関回転数NE、燃圧センサ61の検出する蓄圧室50内の燃圧PR、排気温度センサ67の検出する排気温度TE等、各種機関運転状態を読み込み、ステップS102で、燃料噴射制御手段101が演算した基本燃料噴射流量Qbaseを読み込み、ステップS103で、燃圧制御手段105が決定した目標燃圧POを読み込んで、ステップS104へ進む。
ステップS105では、ステップS101で読み込んだ機関回転数NEと、図7の吐出流量特性とから現時点での高圧ポンプ20の最小吐出流量qnを演算し、ステップS102にて読み込んだ基本燃料噴射流量Qbaseと、最小吐出流量qnとを比較する。
なお、上限を規制する方法の一例としては、例えば、現在の吸入空気流量Qa、リッチ化可能なリッチ限界空燃比AF、最終噴射流量Qfinの上限規制値Qltdとすると、
Qltd<Qa÷AFとなる最終噴射流量Qfinの上限規制値Qltdを求め、ステップS108でセットした最終噴射流量Qfinが、該上限規制値Qltdを超えていたときには、最終噴射流量Qfin=Qltdとして制限するようにする。
すなわち、増量制御によって燃圧PRが目標燃圧POにまで低下したか否かを判定する。
図3では、機関回転数NE=Nn(>Nm)で高負荷定常運転(燃料噴射流量=qf)している状態から、所定量だけアクセルを戻したときの各種状態量の変化を示している。
時刻t3’で燃料噴射流量が増量補正されると、燃料噴射流量よりも高圧ポンプ20の最小吐出流量の方が少なくなって、蓄圧室50内の燃料の増加が止まる。
そして、時刻t3’以降は蓄圧室50内の燃料量が急速に減少し、蓄圧室50内の燃圧PRも迅速に低下する。
、燃料噴射弁の応答性の低下に起因するエンストの発生を防止することができる。
11 スピル弁プランジャ
12 スピルバルブ
13 スプリング
14 ソレノイド
20 高圧ポンプ
21 シリンダ
22 プランジャ
23 加圧室
24 カムシャフト
25 カム
30 流入通路
31 低圧ポンプ
32 燃料タンク
33 低圧プレッシャレギュレータ
34 逆止弁
35 供給通路
36 逆止弁
37 リリーフ弁
38 リリーフ通路
39 スピル通路
40 エンジン
50 蓄圧室
51 燃料噴射弁
60 ECU
61 燃圧センサ
62 回転速度センサ
63 アクセルペダル
64 アクセルポジションセンサ
65 エアーフローセンサ
66 空燃比センサ
67 排気温度センサ
101 燃料噴射弁制御手段
102 燃料増量補正手段
103 点火時期制御手段
104 点火コイル
105 燃圧制御手段
Claims (6)
- 機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、機関運転状態に応じた目標空燃比となる基本燃料噴射流量を演算して前記燃料噴射弁を駆動制御する燃料噴射弁制御手段と、前記燃料噴射弁に接続され高圧の燃料を蓄える蓄圧室と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する燃圧センサと、燃料タンクから移送される燃料を加圧室内で加圧して前記蓄圧室へ高圧の燃料を供給する高圧ポンプと、前記高圧ポンプから前記蓄圧室へ供給される燃料吐出流量を制御するための吐出流量制御弁と、前記燃圧センサにより検出された前記蓄圧室内の燃圧が予め設定された目標燃圧に一致するように前記吐出流量制御弁をフィードバック制御する燃圧制御手段と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関の回転数が、前記高圧ポンプの最小吐出流量が零を超えることが予想される予め設定した所定回転数域にあって、かつ、前記目標燃圧よりも前記蓄圧室内の燃圧の方が高くなった状態のときに、前記燃料噴射制御手段に増量指令を与え、前記基本燃料噴射流量を増量する燃料増量補正手段を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記燃料増量補正手段は、前記高圧ポンプの最小吐出流量よりも前記基本燃料噴射流量の方が少なくなった状態のときに、前記基本燃料噴射流量を増量することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記燃料増量補正手段による増量値は、前記高圧ポンプの最小吐出流量と前記基本燃料噴射流量との差分を最小値として設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記燃料増量補正手段による増量は、予め空燃比のリッチ化可能なリッチ限界空燃比を定めておき、空燃比が前記リッチ限界空燃比よりもリッチにならないように前記基本燃料噴射流量の最大増量値を制限することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記燃料増量補正手段により前記基本燃料噴射流量を増量したときの点火時期は、前記燃料増量補正手段により前記基本燃料噴射流量が増量されなかったときと同等の機関発生トルクが得られるような点火時期へ変更するようにしたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 機関の排気管に配設された触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を備え、検出された触媒の温度が予め設定した所定温度を超えたときは、前記燃料増量補正手段による前記基本燃料噴射流量の増量を禁止することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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