JP2006194178A

JP2006194178A - 内燃機関の燃料流量計測装置

Info

Publication number: JP2006194178A
Application number: JP2005007796A
Authority: JP
Inventors: Makoto Itoi; 誠糸井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27
Also published as: US20060156799A1; US7114381B2

Abstract

【課題】コストダウンを実現するとともに、全流量領域において高精度の燃料流量を計測可能な内燃機関の燃料流量計測装置を得る。
【解決手段】インジェクタを駆動するための噴射パルス幅を検出する噴射パルス幅検出手段１−１〜１−ｎと、内燃機関１０の回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度検出手段６と、回転速度Ｎｅから内燃機関の１回転あたりのインジェクタ駆動回数を検出するインジェクタ駆動回数検出手段と、噴射パルス幅に応じた少なくとも１つの燃料噴射量特性を設定する燃料噴射量特性設定手段２−１〜２−ｎと、噴射パルス幅、インジェクタ駆動回数および燃料噴射量特性から単位時間あたりの燃料流量Ｖｐを検出する燃料流量検出手段３−１〜３−ｎ、４、５とを備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両や船舶などの内燃機関の燃料流量計測装置に関し、特にコストダウンを実現するとともに信頼性を向上させるための技術に関するものである。

従来の内燃機関の燃料流量計測装置においては、噴射パルス幅（インジェクタの駆動回数）を検出して積算するとともに、所定の定数（唯一の燃料噴射量特性定数）から適宜の期間内の燃料噴射量（単位時間あたりの燃料流量）を算出している（たとえば、特許文献１参照）。
また、従来の船舶用の内燃機関の燃料流量計測装置においては、船体後部の内燃機関燃料配管から、船体前部の操縦席の計器パネル内の燃料流量計まで、燃料流量計測専用の燃料配管が設置されている。

特開平６−２７８５０５号公報

従来の内燃機関の燃料流量計測装置では、インジェクタの駆動時間あたりの燃料噴射量特性が必ずしも全流量領域にわたって線形特性でないにもかかわらず、駆動時間あたりの燃料噴射量特性が、常用領域にてマッチングされた唯一のパラメータ（定数）しか用意されていないので、たとえば低流量時（噴射パルス幅が短い場合）の燃料噴射量特性に対して不整合が生じ、低流量時に計測する燃料流量に誤差が生じてしまうという課題があった。
また、燃料流量計測装置に専用の配管が存在するので、設置工数およびコストが増加するうえ、配管が折れ曲がってしまうなどにより信頼性が低下するという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、特別なセンサなどを不要としてコストダウンを実現するとともに、計測信頼性を向上させて、全流量領域において高精度の燃料流量を計測可能な内燃機関の燃料流量計測装置を得ることを目的とする。

この発明による内燃機関の燃料流量計測装置は、内燃機関のインジェクタを駆動するための噴射パルス幅を検出する噴射パルス幅検出手段と、内燃機関の回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、回転速度から内燃機関の１回転あたりのインジェクタ駆動回数を検出するインジェクタ駆動回数検出手段と、噴射パルス幅に応じた少なくとも１つの燃料噴射量特性を設定する燃料噴射量特性設定手段と、噴射パルス幅、インジェクタ駆動回数および燃料噴射量特性から単位時間あたりの燃料流量を検出する燃料流量検出手段とを備えたものである。

この発明によれば、噴射パルス幅に応じた（インジェクタ駆動時間あたりの）燃料噴射量特性を用いることにより、コストダウンを実現するとともに、全流量領域において高精度の燃料流量を計測することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料流量計測装置の概略構成を示すブロック図であり、内燃機関（エンジン）全体のシステムと関連させて示している。
図２は図１内のＥＣＵ１１の機能構成を示すブロック図である。

図１において、内燃機関１０には、内燃機関１０の燃料噴射および点火時期などを制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１と、燃料流量を表示する燃料流量表示装置１２と、内燃機関１０に燃料Ｆを供給する燃料タンク１３とが設けられている。
また、内燃機関１０には、内燃機関１０の運転状態を検出する各種センサ（図示せず）が設けられており、各種センサの検出信号（運転状態情報）は、ＥＣＵ１１に入力されている。

ＥＣＵ１１は、内燃機関１０の運転状態に応じて、インジェクタに対するインジェクタ駆動信号ＤＪと、点火プラグに対する点火信号（図示せず）とを生成して、内燃機関１０に入力する。
また、ＥＣＵ１１は、内燃機関１０から入力される噴射タイミング信号ＴＪと、内燃機関１０に設けられた回転センサ（図示せず）からのエンジン回転速度信号Ｐｅとに基づいて、単位時間あたりの燃料流量Ｖｐ（後述する）を演算して燃料流量表示装置１２に表示させるようになっている。

内燃機関１０には、運転状態に応じた適切な量の燃料Ｆが、適切なタイミングで燃料タンク１３から供給される。
ＥＣＵ１１は、あらかじめ格納された所定プログラムにしたがって、運転状態に応じた燃料噴射量および噴射時期などを演算し、インジェクタ駆動信号ＤＪを内燃機関１０に入力し、インジェクタを駆動する。また、同時に、ＥＣＵ１１は、燃料流量の計測プログラム（後述する）を実行する。

図２において、ＥＣＵ１１は、内燃機関１０の気筒数ｎ（＃１〜＃ｎ）に対応した噴射パルス幅検出手段１−１〜１−ｎ（以下、「噴射パルス幅検出手段１」と総称する）と、気筒数ｎに対応した燃料噴射量特性設定手段２−１〜２−ｎ（以下、「燃料噴射量特性設定手段２」と総称する）と、気筒数ｎに対応した第１の燃料流量演算手段３−１〜３−ｎ（以下、「第１の燃料流量演算手段３」と総称する）と、全気筒燃料流量和演算手段４と、第２の燃料流量演算手段５と、エンジン回転速度検出手段６とを備えている。

第１の燃料流量演算手段３、全気筒燃料流量和演算手段４および第２の燃料流量演算手段５は、単位時間あたりの燃料流量Ｖｐを検出するための燃料流量検出手段を構成している。
エンジン回転速度検出手段６は、エンジン回転速度信号Ｐｅから内燃機関１０の回転速度Ｎｅを検出して第２の燃料流量演算手段５に入力する。
第２の燃料流量演算手段５は、第１の燃料流量演算手段３および全気筒燃料流量和演算手段４と関連して、インジェクタ駆動回数検出手段を構成しており、回転速度Ｎｅから内燃機関１０の１回転あたりのインジェクタ駆動回数Ｎｉを検出する。

なお、サンプリング間隔（メイン周期）あたりのインジェクタ駆動回数Ｎｉは、常に検出されているエンジン回転速度Ｎｅから求められる。
すなわち、１回転あたりのインジェクタ駆動回数Ｎｉは、２ストロークエンジンまたは４ストロークエンジンによって異なるものの、一義的に求められる。
ただし、気筒休止制御時においては、インジェクタ駆動回数Ｎｉは、休止回数分だけ減少させることになる。

噴射パルス幅検出手段１は、内燃機関１０の気筒毎のインジェクタ（図示せず）を駆動するための噴射パルス幅Ｔｉ１〜Ｔｉｎ（以下、「噴射パルス幅Ｔｉｊ」と総称する）を検出し、各気筒に対応した第１の燃料流量演算手段３に入力する。
燃料噴射量特性設定手段２は、噴射パルス幅Ｔｉｊに応じた少なくとも１つの燃料噴射量特性ＣＦ１〜ＣＦｎ（以下、「燃料噴射量特性ＣＦｊ」と総称する）を設定し、それぞれ、各気筒に個別に対応した第１の燃料流量演算手段３に入力する。

第１の燃料流量演算手段３は、噴射パルス幅Ｔｉｊおよび燃料噴射量特性ＣＦｊに基づいて、噴射パルス幅Ｔｉｊのサンプリング間隔（メイン処理周期：たとえば、１０ｍｓｅｃ）あたりの燃料流量Ｖｐｓ１〜Ｖｐｓｎ（以下、「燃料流量Ｖｐｓｊ」と総称する）を演算する。
全気筒燃料流量和演算手段４は、第１の燃料流量演算手段３からの燃料流量Ｖｐｓｊを総和して、噴射パルス幅Ｔｉｊのサンプリング間隔あたりの全気筒燃料流量和Ｖｔｐを演算する。

第２の燃料流量演算手段５は、第１の燃料流量演算手段３、全気筒燃料流量和演算手段４およびエンジン回転速度検出手段６と関連して、全気筒燃料流量和Ｖｔｐおよび回転速度Ｎｅから単位時間あたりの燃料流量Ｖｐを検出し、燃料流量表示装置１２に出力する。

すわなち、第１の燃料流量演算手段３、全気筒燃料流量和演算手段４および第２の燃料流量演算手段５からなる燃料流量検出手段は、噴射パルス幅Ｔｉｊと、噴射パルス幅Ｔｉｊに応じた燃料噴射量特性ＣＦｊと、インジェクタ駆動回数Ｎｉとから、単位時間あたりの燃料流量Ｖｐを検出し、燃料流量Ｖｐを燃料流量表示装置１２に表示させるようになっている。

次に、図１および図２とともに、図３のフローチャートおよび図４の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態１による燃料流量計測動作について説明する。
図４は燃料噴射量特性ＣＦの具体例を示す説明図であり、噴射パルス幅Ｔｉｊ（インジェクタ駆動時間）［ｍｓｅｃ］に応じて設定される燃料流量Ｖｐｓｊ［ｍｍ^３／ｍｓ］をマップデータで示している。
図４のマップデータは、ＥＣＵ１１内の燃料噴射量特性設定手段２に格納されているものとする。

図３の処理ルーチンは、ＥＣＵ１１において所定周期毎に実行される。
図３において、まず、燃料流量計測処理が開始すると（ステップＳ１）、エンジン回転速度検出手段６により、エンジン回転速度信号Ｐｅに基づくエンジン回転速度Ｎｅをサンプリング（ＲＡＭから読み出し）する（ステップＳ２）。

続いて、噴射パルス幅検出手段１により、噴射パルス幅Ｔｉｊをサンプリング（ＲＡＭから読み出し）するとともに（ステップＳ３）、燃料噴射量特性設定手段２により、噴射パルス幅Ｔｉｊを用いて、図４の燃料噴射量特性ＣＦ（燃料流量マップ）から単位時間（インジェクタ駆動時間）あたりの燃料流量Ｖｐｊを算出する（ステップＳ４）。
ここで、「ｊ」は気筒番号に対応する。

また、第１の燃料流量演算手段３により、噴射パルス幅サンプリング間隔あたり（メイン周期毎）の燃料流量Ｖｐｓｊを、以下の式（１）から算出する（ステップＳ５）。

Ｖｐｓｊ＝Ｔｉｊ×Ｖｐｊ・・・（１）

次に、気筒番号ｊに対応したカウンタ値Ｎｃが気筒数ｎに達したか否かを判定し（ステップＳ６）、Ｎｃ＜ｎ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、カウンタ値Ｎｃをインクリメントして（ステップＳ７）、ステップＳ３に戻り、次の気筒に対して上記の処理を繰り返し実行する。

なお、カウンタ値Ｎｃは、図３の処理のスタート時（ステップＳ１）において、あらかじめ「０クリア」されているものとする。
すなわち、上記ステップＳ３〜Ｓ５は、気筒数に相当する回数ｎにわたって実行され、各気筒の燃料流量Ｖｐｓｊが全て求められた時点で、次のステップＳ８に進むことになる。

一方、ステップＳ６において、Ｎｃ＝ｎ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、全気筒燃料流量和演算手段４により、噴射パルス幅Ｔｉｊのサンプリング間隔あたり（メイン周期毎）の全気筒燃料流量和Ｖｔｐを、以下の式（２）により算出する（ステップＳ８）。

Ｖｔｐ＝ΣＶｐｓｊ・・・（２）

最後に、第２の燃料流量演算手段５により、エンジン回転速度Ｎｅおよび燃料流量和Ｖｔｐから単位時間あたりの燃料流量Ｖｐを、以下の式（３）により算出し（ステップＳ９）、図３の処理ルーチンを終了する（ステップＳ１０）。

Ｖｐ＝Ｖｔｐ×Ｎｅ・・・（３）

以下、ＥＣＵ１１で算出された燃料流量Ｖｐは、燃料流量表示装置１２に送られて燃料流量表示装置１２に表示される。
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、噴射パルス幅Ｔｉｊ（インジェクタ駆動時間）に応じた少なくとも１つの燃料噴射量特性ＣＦｊを用い、また、必ずしも全流量領域にわたって線形ではないインジェクタ特性に整合させることにより、燃料流量Ｖｐを検出するための特別な燃料流量計（センサなど）を設けることなく、且つ環境変化の影響を受けることなく、全流量領域において高精度の燃料流量を計測することができる。

また、ＥＣＵ１１から燃料流量表示装置１２に燃料流量Ｖｐを送出することにより、燃料流量検出用の特別な配管を設けることなく簡単に燃料流量の表示が可能となるうえ、燃料流量計に専用の配管などが不要になることから、配管などの設置工数および部品コストを削減することができる。また、機械的部品が不要になることから、配管が折れ曲がってしまうなどの懸念が無くなり、さらに信頼性を向上させることができる。

なお、図３内のステップＳ３に関連した処理として、噴射パルス幅検出手段１は、噴射タイミング毎に噴射パルス幅Ｔｉｊを検出している。
これにより、加速時における非同期噴射量（燃料流量の増量補正などで用いられる）を含めて、より高精度の燃料流量を計測することができる。

また、燃料噴射量特性設定手段２は、噴射パルス幅Ｔｉｊに応じて気筒毎に個別の燃料噴射量特性ＣＦｊを設定するとともに、各種センサから得られる所定の燃圧および機関温度などに応じて、各々の運転状態に応じた個別の燃料噴射量特性ＣＦｊに切り換え設定している。
これにより、気筒毎のインジェクタの特性差を吸収することができる。

また、燃料噴射量特性設定手段２は、インジェクタの特性が必ずしも線形ではないことを考慮して、図４の燃料噴射量特性ＣＦにおいて、噴射パルス幅Ｔｉｊの軸間隔を、線形座標でなく不等間隔に設定している。
図４のように、低流量域および高流量域の軸間隔を細かく設定し、定常域の軸間隔を大きく設定することにより、少ないメモリ使用量でインジェクタ特性を設定することができる。なお、図４のような不等間隔の軸刻みに限らす、等間隔の軸刻みとしてもよい。

また、燃料噴射量特性設定手段２は、図４の燃料噴射量特性ＣＦにおいて、所定噴射パルス幅（たとえば、０．０５０ｍｓ）以下の燃料流量Ｖｐｊを「０」に設定し、極短時間での噴射量誤差を低減している。
一般に、インジェクタの機械的な実力上、極短時間の駆動時においては、実際には燃料が噴射されないが、所定噴射パルス幅以下（極短時間）の燃料流量Ｖｐｊを「０」に設定することにより、極短時間での噴射量誤差を低減して、より高精度の燃料流量を計測することができる。

また、内燃機関１０の具体的構成について言及しなかったが、内燃機関１０として２ストロークエンジンを適用してもよい。
２ストロークエンジンの場合、たとえば気筒休止制御時であっても、潤滑オイルを気筒内に注入する必要があり、完全にインジェクタを停止させずに極短時間駆動するが、燃料噴射量特性ＣＦｊの極短時間領域の特性を適切に設定することにより、高精度の燃料流量を計測することができる。
すなわち、上述した通り、極短時間駆動においては、実際には燃料が噴射されないが、演算された噴射パルス幅Ｔｉｊが積算されて誤差も積算されるうえ、気筒休止制御は、アイドル時やオーバー回転時の運転状態で多用されるので、燃料噴射量特性ＣＦｊの極短時間領域の特性を適切に設定する必要がある。

また、内燃機関１０の用途について言及しなかったが、内燃機関１０を船外機に適用してもよい。
船外機の場合も、アイドル領域および全開オーバー回転領域のみを特に多用する運転状態（完全にインジェクタを停止せずに、極短時間の駆動により実現している気筒休止制御を多用する運転状態）において、極短時間領域での特性燃料噴射量特性ＣＦｊを適切に設定することにより、高精度の燃料流量を計測することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料流量計測装置の概略構成を示すブロック図である。図１内のＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による燃料流量の計測処理動作を示すフローチャートである。図２内の燃料噴射量特性設定手段による燃料噴射量特性の具体例を示す説明図である。

符号の説明

１−１〜１−ｎ噴射パルス幅検出手段、２−１〜２−ｎ燃料噴射量特性設定手段、３−１〜３−ｎ第１の燃料流量演算手段、４全気筒燃料流量和演算手段、５第２の燃料流量演算手段、６エンジン回転速度検出手段、１０内燃機関、１１ＥＣＵ、１２燃料流量表示装置、ＣＦ１〜ＣＦｎ燃料噴射量特性、ＤＪインジェクタ駆動信号、Ｎｅエンジン回転速度、ＴＪ噴射タイミング信号、Ｔｉ１〜Ｔｉｎ噴射パルス幅、Ｖｐｓ１〜Ｖｐｓｎ噴射パルス幅サンプリング間隔あたりの燃料流量、Ｖｔｐ全気筒燃料流量和、Ｖｐ単位時間あたりの燃料流量。

Claims

内燃機関のインジェクタを駆動するための噴射パルス幅を検出する噴射パルス幅検出手段と、
前記内燃機関の回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
前記回転速度から前記内燃機関の１回転あたりのインジェクタ駆動回数を検出するインジェクタ駆動回数検出手段と、
前記噴射パルス幅に応じた少なくとも１つの燃料噴射量特性を設定する燃料噴射量特性設定手段と、
前記噴射パルス幅、前記インジェクタ駆動回数および前記燃料噴射量特性から単位時間あたりの燃料流量を検出する燃料流量検出手段と
を備えた内燃機関の燃料流量計測装置。
前記燃料流量検出手段は、前記内燃機関の噴射タイミング毎に、前記単位時間あたりの燃料流量を検出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流量計測装置。
前記燃料噴射量特性設定手段は、前記内燃機関の気筒毎に個別に設けられた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流量計測装置。
前記燃料噴射量特性設定手段は、所定噴射パルス幅以下の噴射量特性を０に設定することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の燃料流量計測装置。
前記単位時間あたりの燃料流量を表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関の燃料流量計測装置。