JP2005330907A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 精度のよい燃圧推定ができ、燃圧センサを必要としない内燃機関の燃料供給制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関201により駆動される燃料供給手段106、107と、前記燃料供給手段からの燃料を蓄える燃料蓄圧手段110と、前記燃料蓄圧手段の燃料を前記内燃機関の燃焼室内に供給する燃料噴射手段112と、前記蓄圧手段に蓄えられた燃料の圧力を推定する燃圧推定手段218とを備えた内燃機関の燃料供給制御装置において、前記内燃機関の停止期間を算出する停止期間算出手段218を設け、前記燃圧推定手段が前記内燃機関の停止期間に応じて推定燃圧値の初期値を設定する構成とする。
【選択図】図3

Description

この発明は、内燃機関の燃焼室内に噴射する燃料を制御する内燃機関の燃料供給制御装置に関するものである。
従来のこの種の制御装置は、圧力検出手段によって蓄圧室内の燃料の圧力を検出し、燃圧が目標圧力となるように圧力調整手段を制御しているが、燃料の圧力検出手段に異常が検出された場合には、圧力推定手段により燃料ポンプからの圧送量及び噴射弁からの噴射量にもとづいて蓄圧室内の燃圧を推定し、この推定燃圧を用いて蓄圧室内の燃圧を目標燃圧に制御していた。
この場合の推定燃圧は次式によって演算されていた。
Pccal=K/Vcr×∫(vp−vi)dst
ただし、Pccal:推定燃圧
K :体積弾性率
Vcr :コモンレール容積
vp :高圧ポンプ圧送体積
vi :インジェクタ噴射体積
st :エンジン行程数
である。
なお、推定燃圧(Pccal)の初期値は、エンジン始動時の目標レール圧をセットしていた。(例えば特許文献1参照)。
また、別の従来装置においては、燃圧センサが異常となった場合には、所定燃圧(フィード圧)に制御するようにしているが、実際の燃圧はすぐにフィード圧にはならないので、フィード圧到達までは、燃圧を推定して、この推定燃圧を用いて燃料制御を行なうようにしていた。
即ち、燃圧センサが正常時には燃圧センサで検出した燃圧値によって制御し、燃圧センサが異常であると判断されると、高圧ポンプのスピル弁を全開状態とし、燃圧をフィードポンプの燃圧に制御すると共に、次式によって燃圧を推定していた。
PR = PRn−1 − K × Qf
ただし、PR :燃料圧力
PRn−1:前回のルーチンで算出された燃料圧力
K :定数(燃料性状、レール容積等により決まる)
Qf :目標燃料噴射量の最新値
である。
なお、燃料圧力(PR)の初期値には、燃圧センサが故障する直前に燃圧センサで検出した燃圧値が設定されていた。(例えば特許文献2参照)。
また、さらに別の従来装置においては、始動時の燃圧をモデル式により推定するようにしていた。即ち、検出燃圧が(最大燃圧−所定値)以下で回転速度がゼロの場合に、次式によって燃料圧力を算出していた。
MPs = Ps0 + Pa × Pb − Pc
ただし、MPs:燃料圧力
Ps0:残存燃料圧力(燃圧センサでの検出値)
Pa :燃料圧力係数(累積回転回数に応じた値)
Pb :燃料圧力係数(回転速度に応じた値)
Pc :消費燃料圧力(燃料噴射弁からの消費燃料量に応じた値)
である。
なお、残存燃料圧力(Ps0)は燃圧センサの検出値によって設定されていた。(例えば特許文献3参照)。
特開2000−303887号公報 特開平11−210532号公報 特開平10−9017号公報
従来の内燃機関の燃料供給制御装置のうち特許文献1に開示されたものは、上述のように、推定燃圧の初期値に始動時の目標レール圧がセットされるようになっている。
実際の燃圧は、機関の停止期間が十分長い場合には燃圧はゼロまで低下するため、高圧ポンプで加圧されないフィードポンプでの吐出圧となる。また、機関の停止期間が短い場合には停止直前の目標燃圧から少し低下しただけの燃圧となる。
一方、始動時の目標燃圧は、一定値もしくは温度によって設定されるが、始動時の実燃圧は一定ではないため、目標燃圧とはずれが生じている場合がほとんどである。
よって、実際の燃圧と推定燃圧には初期値から差があるという問題点があった。
実際の燃圧と推定燃圧に差が生じれば、初期値以降の推定値にもずれが生じることとなる。実際の燃圧と推定燃圧にずれが生じれば、推定燃圧で燃料噴射制御を行なうと噴射量に誤差が生じることとなり、その結果、空燃比(A/F)にずれが生じ、始動性の悪化、始動後の回転低下、エンストの発生等が生じることとなり、排ガス悪化を招くという問題点があった。
また、特許文献2に開示されたものにおいては、推定燃圧の初期値に燃圧センサが故障する直前の燃圧センサ出力値を設定するようになっているため、燃圧センサが必要であり、コストアップ要因になるという問題点があった。
さらに、特許文献3に開示されたものにおいては、残存燃料圧力値に燃圧センサの検出値を設定するようになっているため、この場合も燃圧センサが必要であり、コストアップ要因になるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点に対処するためになされたもので、精度のよい燃圧推定が可能となり、燃圧センサを必要としない内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。
この発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は、内燃機関により駆動される燃料供給手段と、前記燃料供給手段からの燃料を蓄える燃料蓄圧手段と、前記燃料蓄圧手段の燃料を前記内燃機関の燃焼室内に供給する燃料噴射手段と、前記蓄圧手段に蓄えられた燃料の圧力を推定する燃圧推定手段とを備えた内燃機関の燃料供給制御装置において、前記内燃機関の停止期間を算出する停止期間算出手段を設け、前記燃圧推定手段が前記内燃機関の停止期間に応じて推定燃圧値の初期値を設定するものである。
この発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は上記のように構成されており、高圧ポンプが駆動されないエンジン停止期間中は、高圧燃料配管からの漏れによって徐々に燃圧低下が生じるため、エンジンが停止している期間により推定燃圧の初期値を設定することによって、精度のよい燃圧推定が可能となり実際の燃圧との誤差をなくすることが出来る。
また、精度の高い燃圧推定が可能となれば、燃圧センサは必要ではなくなるためコスト低減が図れるものである。
また、機関停止後の燃圧推移を予測して推定燃圧の初期値を設定するため、機関始動時から精度の高い燃圧推定が可能となり、A/Fの制御精度が向上し始動性が良好となる他、始動時の排ガスも低減される。
さらに、高圧ポンプの吐出量とインジェクタの噴射量から初期値以降の燃圧を推定することで、始動開始以降高圧レギュレータでの制御燃圧到達までの過渡的な燃圧変化も推定可能であるため、A/Fの制御精度が向上し、始動性が良好となり、さらには始動後の回転低下、エンスト等の発生がなく、排ガス低減も可能となるものである。
また、高精度の燃圧推定が可能となることで燃圧センサを取り付ける必要がなくなり、低コストでシステムを実現することができる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1における燃料供給及び燃圧制御装置の構成及び概要を示す概略図である。
図示のように、燃料タンク101よりフィードポンプ102で燃料を汲み上げ、フィルタ103を通過した燃料は低圧レギュレータ104で燃圧調整され、上流側逆止弁105Aを通過して高圧ポンプの容積室106に導入される。
高圧ポンプのピストン107はカムシャフトに加工されたポンプ用カム108により上下方向に駆動され、容積室106の容積を変化させることにより燃料を加圧、吐出するようにされている。吐出された燃料は下流側逆止弁105Bを通過して高圧レギュレータ109で調圧される。高圧レギュレータ109で調圧された燃料はフューエルレール110に蓄圧され、フューエルレール110に接続されたインジェクタ112から内燃機関の燃焼室に噴射される。ECU113は、低圧ポンプ102の駆動及びインジェクタ112の駆動を含む内燃機関の制御を行なっている。
図2は、内燃機関の構成及び概要を示す概略図である。この図において、201は内燃機関、202は内燃機関が吸入する空気の温度を検出する吸気温センサ、203は内燃機関201が吸入する空気を浄化するエアクリーナ、204は内燃機関201が吸入する空気量を計量するエアフローセンサ、205は吸気管、206は吸入する空気量を調節し、内燃機関201の出力をコントロールするスロットルバルブ、207は吸入した空気量に見合った燃料を供給するインジェクタで、図1の符号112と同一のものであり、図示していないが図1のフューエルレール110に接続されている。
208は内燃機関201の燃焼室内の混合気を燃焼させる火花を発生する点火プラグ、209は点火プラグ208に高電圧エネルギを供給する点火コイル、210は燃焼した排気ガスを排出する排気管、211は排気ガス内の残存酸素量を検出するO2センサ、212は排気ガス内の有害ガスであるTHC、CO、NOxを同時に浄化することの出来る三元触媒である。213はクランクシャフトに取り付けられ、クランク角を検出するセンサプレートで、所定位置に突起(図示せず)が設けられており、クランクシャフトと一体に回転するようにされている。
214はクランクシャフトの位置を検出するクランク角センサであり、周知のように、センサプレート213の突起(図示せず)がクランク角センサ214を横切る時に信号を発するようになっており、クランク角を検出する。215はクランク角センサと同様、図示しないカム角検出用センサプレートの突起によりパルス信号を発生し、カム角を検出するカム角センサである。216は内燃機関201を冷却する水通路であり、冷却水が充満している。217は冷却水の温度を検出する水温センサ、218はECUであり内燃機関201の制御を行なうものである。
ECU218は、エアフローセンサ204で検出した空気量と、クランク角センサ214で検出したクランク角信号をもとに算出した回転速度から内燃機関が必要な燃料量を次式にもとづいて算出する。
Qf=Qa/Ne×K
ただし、Qf:燃料量[g/s]
Qa:吸入空気量[g/s]
Ne:回転速度[r/m]
K :各種補正
である。
インジェクタ207は開弁している時間によって噴射する燃料量をコントロールしているため、流量を次式により開弁時間に変換する。
Qft=Qf×Kft×Kfp
ただし、Qft:インジェクタ駆動時間[ms]
Kft:流量→時間変換係数
Kfp:燃圧補正係数
である。
開弁時間が同じであっても燃圧によって噴射量が変化するため、燃圧によらず同一噴射量となるように燃圧補正係数で補正する。
この燃圧補正係数は次式によって算出する。
Kfp=√(Pt/Pf)
ただし、Pt:目標燃圧[MPa]
Pf:推定燃圧[MPa]
である。
以下、上式における推定燃圧(Pf)の算出方法について説明する。
図3は、イグニッションスイッチがONされ、ECU218に最初に電源が投入された時に実行される処理を示すフローチャートである。この処理はイグニッションスイッチON時の1回のみ実施される。
ステップS1で前回エンジン停止時の水温(WToff)からエンジンが停止された時刻(Toff)を算出する。次に、ステップS2で今回イグニッションスイッチON時の水温(WTon)から今回イグニッションスイッチがONされた時刻(Ton)を算出する。続いてステップS3で今回イグニッションスイッチがONされた時刻(Ton)から前回エンジンが停止された時刻(Toff)を減算してエンジン停止の基準時間(TBoff)を算出する。
図4は、エンジン停止後の水温変化を表すグラフである。雰囲気温度によってエンジン停止からの経過時間が同じでも水温が異なる。また、収束する温度も異なることを示している。図5は図4をマップ化したものであり、横軸に水温、縦軸に吸気温度をとって時間を算出できるようにしたものである。これをECU218内のROM(リードオンリメモリ)に記憶させておき、参照することで算出することができる。
図3のステップS1でのToff算出では、例えば吸気温が0℃、水温が80℃であれば、図5からToffは50[min]となる。
また、図3のステップS2でのTon算出では、例えば吸気温が0℃、水温が70℃であれば、図5の水温60℃と80℃の中間値からTonは80.5[min]となる。
図3のステップS3で算出されるTBoffは、上記の結果から80.5[min]−50[min]=30.5[min]となり、エンジン停止の基準時間(TBoff)は30.5[min]となる。
ステップS1、S2で算出したエンジン停止時の時刻(Toff)、イグニッションスイッチON時の時刻(Ton)は水温100℃からの経過時間が算出されるが、ステップS3で算出するエンジン停止の基準時間(TBoff)はイグニッションスイッチONの時刻(Ton)とエンジン停止時の時刻(Toff)の時間差であり、基準となる時間が同一であるため問題はない。
なお、図4は、吸気温が一定の場合の水温低下のグラフであるが、実際には吸気温は一定とはならず、エンジン停止直後の水温が高い場合には吸気温は高く、時間の経過とともに低下するため、吸気温変化による補正が必要となる。
このため、図3のステップS4で吸気温変化(△AT)から吸気温変化補正係数(Kta)を算出する。
ΔAT=AToff−ATon
ただし、△AT :吸気温変化
AToff:エンジン停止時の吸気温
ATon :エンジン始動時の吸気温
である。
算出方法は、図6に示すマップをROMに記憶させておき、補間参照することになる。
吸気温変化が0℃の時は図6に示すように、補正係数は1、吸気温変化が0℃よりも大きい、即ちエンジン停止時の方が始動時よりも吸気温が高い場合は図6に示すように、補正係数は1よりも大きく、また、吸気温変化が0℃よりも小さい場合は補正係数は1よりも小さい値に設定しておく。
図3のステップS5でエンジン停止の基準時間(TBoff)と吸気温変化補正係数(Kta)とを乗算してエンジン停止時間(Toff)を算出する。
次に、ステップS6でエンジン停止時間(Toff)から燃圧(Pf)を算出する。
図7はエンジン停止からの燃圧遷移を示すグラフであり、時間経過とともに燃圧が低下することが分かる。算出は図7の特性を2次元マップとしてROMに記憶させておき、これを参照することによって行なう。
図7で説明すると、上記で算出したTBoff=30.5[min]に対応する燃圧を図7のマップを参照して求めると、推定燃圧(Pf)は1.945[MPa]となる。
エンジン停止状態では燃圧はゼロまで低下するが、イグニッションスイッチがONされただけでは高圧ポンプは駆動せずフィードポンプのみが駆動されるため、最低燃圧は低圧レギュレータでの制御燃圧となる。よって、ROMに記憶する燃圧は、フィードポンプ以下の燃圧となる経過時間の領域を図7に破線で示すように、フィードポンプの吐出圧に設定しておく。
なお、図3のステップS1、S2のf1は水温(WToff、WTon)から2次元マップを参照して時間を算出することを意味する。
また、ステップS4のf2は吸気温変化(△AT)から2次元マップを参照して吸気温補正係数を算出することを意味する。さらに、ステップS6のf3はエンジン停止時間(Toff)から2次元マップデータを参照して推定燃圧(Pf)を算出することを意味する。
図8は、エンジン停止時の水温(WToff)を設定する処理を示すフローチャートである。この処理は例えば、クランク角センサ214のBTDC5度の信号入力毎に実行される。ステップS11で現在の水温(WT)をエンジン停止時の水温(WToff)に設定する。この処理はクランク角センサ214のBTDC5度毎の信号入力時に実施されるので、エンジンが運転されている状態では、常に更新される。
エンジンがストールするとクランク角センサ214のBTDC5度毎の入力信号が入力されなくなるのでこの処理は実施されず、最後に更新したエンジン停止時の水温(WToff)が保持される。イグニッションスイッチをOFFしてエンジンを停止させる場合でも最後に更新した値がエンジン停止時の水温(WToff)として保持される。
エンジン停止時の水温(WToff)はバッテリバックアップされ、イグニッションスイッチOFF後も記憶されている。
次に、推定燃圧の初期値設定以降の処理について説明する。
図9は、行程毎、例えばBTDC5度のクランク角センサ信号入力毎に実行されるフローチャートである。ステップS21で1行程毎の燃圧変化量を次式にもとづいて算出する。
dPf=Kt/Vfr×(Vp−Vi)
ただし、dPf:1行程での変化燃圧[MPa]
Kt :体積弾性係数[MPa]
Vfr:フューエルレール容積[cc]
Vp :高圧ポンプ吐出量[cc]
Vi :インジェクタ噴射量[cc]
である。
次に、ステップS22で推定燃圧を次式にもとづいて算出する。
Pf=min(Pf[i−1]+dPf,Pmax)
ただし、Pmax:最大燃圧[MPa]
である。
高圧燃料系には高圧レギュレータ109が設けられており、最大燃圧(Pmax)は高圧レギュレータ109で制御される燃圧となる。
前回の推定燃圧(Pf[i−1])に1行程での変化燃圧(dPf)を加算したものが最大燃圧(Pmax)よりも大きい場合は、推定燃圧(Pf)を最大燃圧(Pmax)とし、前回の推定燃圧(Pf[i−1])に1行程での変化燃圧(dPf)を加算したものが最大燃圧(Pmax)以下の場合は、推定燃圧(Pf)は、前回の推定燃圧(Pf[i−1])と1行程での変化燃圧(dPf)を加算したものとなる。
このように、高圧ポンプが駆動されないエンジン停止期間中は、高圧燃料配管からの漏れによって徐々に燃圧低下が生じるため、エンジンが停止している期間により推定燃圧の初期値を設定することで、精度のよい燃圧推定が可能となり実際の燃圧との誤差をなくすることが出来る。また、精度の高い燃圧推定が可能となれば、燃圧センサは必要ではなくなるためコスト低減が図れる。
また上記のように、エンジン停止時の水温と、エンジン始動時の水温と、エンジン始動時の吸気温とで、エンジン停止期間を算出することによって、エンジン停止期間中にタイマ等で計測する装置を追加する必要がなくなるため、装置が安価に出来る。
なお、エンジン停止期間中にタイマでの計測を行なうと電力消費が懸念されるが、水温による停止期間算出ではエンジン停止期間中にタイマ等の装置を駆動する必要がなく、従って、電力消費量増加によるバッテリ上がりの懸念がなくなる。
また上記のように、エンジン停止時と、エンジン始動時には吸気温が変化していることが多く、エンジン周囲の温度が異なると水温変化も異なるため、エンジン停止時の水温と、エンジン始動時の水温の変化で停止期間を補正することによって、さらに精度の高い停止期間の算出が可能となる。
また上記のように、燃圧初期値を算出した以降は、行程毎の高圧ポンプの吐出量と、インジェクタの噴射量から燃圧を推定することで、過渡的な燃圧変化も精度よく推定することが可能となる。
さらにまた、推定燃圧でインジェクタでの燃料噴射量を補正することによって、燃圧が変化しても噴射量は一定にすることができ、要求通りの燃料をエンジンに供給することができるため、A/Fの制御精度が向上し、始動性が良好となり、また始動時の排ガスも低減される。
また、高圧レギュレータによる制限燃圧到達以降は、推定燃圧を制限燃圧とすることにより、推定燃圧と実燃圧の微小誤差の長期間の積み重ねによる誤差拡大をなくすることが出来る。
この発明の実施の形態1における燃料系の構成を示す概略図である。 実施の形態1における内燃機関の構成及び概要を示す概略図である。 実施の形態1の動作説明用のフローチャートである。 実施の形態1の動作説明用のグラフである。 実施の形態1において、図4をマップ化したものである。 実施の形態1において、吸気温変化から吸気温変化補正係数を導くマップである。 実施の形態1の動作説明用のグラフである。 実施の形態1の動作説明用のフローチャートである。 実施の形態1の動作説明用のフローチャートである。
符号の説明
101 燃料タンク、 102 フィードポンプ、 103 フューエルフィルタ、
104 低圧レギュレータ、 105A 上流側逆止弁、 105B下流側逆止弁、
106 高圧ポンプ容積室、 107 高圧ポンプピストン、 108 ポンプカム、
109 高圧レギュレータ、 110 フューエルレール。

Claims (6)

  1. 内燃機関により駆動される燃料供給手段と、前記燃料供給手段からの燃料を蓄える燃料蓄圧手段と、前記燃料蓄圧手段の燃料を前記内燃機関の燃焼室内に供給する燃料噴射手段と、前記蓄圧手段に蓄えられた燃料の圧力を推定する燃圧推定手段とを備えた内燃機関の燃料供給制御装置において、前記内燃機関の停止期間を算出する停止期間算出手段を設け、前記燃圧推定手段が前記内燃機関の停止期間に応じて推定燃圧値の初期値を設定することを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
  2. 前記内燃機関の機関温度を検出する温度検出手段と、前記内燃機関が吸入する空気の温度を検出する吸気温検出手段とをさらに備え、前記停止期間算出手段は前記温度検出手段で検出した前回内燃機関が停止した時の機関温度と、今回内燃機関が始動した時の機関温度と、今回内燃機関の始動時に前記吸気温検出手段で検出した吸気温度とから内燃機関の停止期間を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
  3. 前記停止期間算出手段は、前回内燃機関が停止した時の吸気温度と、今回内燃機関が始動した時の吸気温度との差に応じて前記内燃機関の停止期間を補正することを特徴とする請求項2記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
  4. 前記燃圧推定手段は、前記内燃機関の行程毎の前記燃料供給手段の吐出量と、前記燃料噴射手段での燃料噴射量とから初期値以降の燃圧を推定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
  5. 前記燃圧推定手段で推定した燃圧によって、前記燃料噴射手段での演算量を補正することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
  6. 前記燃料蓄圧手段の最大燃圧を制限する燃圧調整手段をさらに備え、前記燃圧推定手段は前記燃圧調整手段で制限される燃圧に到達するまでは、前記燃料供給手段での吐出量と前記燃料噴射手段での噴射量とによって推定燃圧を算出し、前記燃圧調整手段で制限される燃圧到達以降は、前記燃圧調整手段での調整燃圧とすることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
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