JP2006322402A - コモンレール式燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレール内の燃料圧の検出誤差を低減し、しかも検出誤差が生じた場合においてそれに起因する不都合の発生を抑制する。
【解決手段】コモンレール１２には２つのコモンレール圧センサ１６，１７が設けられており、それら各センサ１６，１７の検出信号はＥＣＵ２０に各々取り込まれる。ＥＣＵ２０は、前記検出信号に基づく圧力検出値について平均化処理を行うとともに、該平均化した結果を、センサ単体の特性ばらつきの範囲内においてオフセットさせる。そして、オフセット後における圧力検出値に基づいてコモンレール圧を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コモンレール式燃料噴射システムに関するものである。

この種のコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料の噴射圧に相当する高圧の燃料がコモンレール内に蓄圧されるとともに、該コモンレール内に蓄圧された高圧燃料が燃料噴射弁を介してエンジンに噴射供給される。また、コモンレールには燃料圧センサが設けられており、該燃料圧センサにより検出された燃料圧が目標の燃料圧となるように燃料圧のフィードバック制御が実施される。このとき具体的には、燃料圧の偏差に応じて高圧燃料ポンプによる燃料圧送量が制御されることにより、コモンレール内の燃料圧が制御されるようになっている。

ここで、燃料圧センサは個々に特性ばらつきを有しており、その特性ばらつきに起因して燃料圧の検出精度の低下が生じると考えられる。そのため、コモンレールに複数の燃料圧センサを設け、それら各燃料圧センサの検出結果を平均化することで燃料圧の検出精度を向上させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、上記した平均化により燃料圧の検出誤差が低減されたとしても、現実には検出誤差が完全に解消される訳ではなく、その検出誤差がプラス側／マイナス側の何れになるかによっては不都合が生じる。例えば、燃料圧がマイナス側に外れて検出された場合には、燃料圧のフィードバック制御によって高圧燃料ポンプの燃料圧送が過剰に行われ、燃料圧が過上昇するおそれが生じる。また逆に、燃料圧がプラス側に外れて検出された場合には、エンジン始動時等、燃料圧をいち早く上昇させたい場合にその応答性が低下することも考えられる。故に、燃料圧の検出誤差が残ったとしても適正な制御が実施できるような改良技術が望まれている。
特開２００３−１６１２２５号公報

本発明は、コモンレール内の燃料圧の検出誤差を低減し、しかも検出誤差が生じた場合においてそれに起因する不都合の発生を抑制することができるコモンレール式燃料噴射システムを提供することを主たる目的とするものである。

本発明の燃料噴射システムでは、コモンレール内の燃料圧を検出する燃料圧センサが複数設置され、これら複数の燃料圧センサから検出信号が各々取り込まれるとともに、各検出信号に基づく圧力検出値について平均化処理が行われる。また、平均化された結果が、センサ単体の特性ばらつきの範囲内においてオフセットされ、該オフセット後における圧力検出値に基づいて燃料圧が算出される。

要するに、複数の燃料圧センサを用い、各センサの検出信号に基づく圧力検出値について平均化処理を行う場合、センサ数をｎ、センサ単体の特性ばらつき（許容公差）を±α〔ＭＰａ〕とすると、統計学的に特性ばらつきは±α／√ｎ〔ＭＰａ〕となり、ばらつき量が低減される。この場合、特性ばらつきの分布は図５のようになる。図５ではセンサ単体での特性ばらつきの分布を実線で示し（図のＰ１）、平均化後の特性ばらつきの分布を点線で示す（図のＰ２）。これにより、燃料圧の検出精度を向上させることができる。

またこの場合、センサ単体の特性ばらつき（例えば−α〜α）と、平均化後の特性ばらつき（例えば−α／√ｎ〜α／√ｎ）とを比較すると、後者の方が狭いため、センサ単体の特性ばらつきの範囲内において前記平均化した結果をオフセットさせることが可能となる。このオフセットにより、元々許容された特性ばらつき（センサ単体の特性ばらつき）の範囲内で、圧力検出値をプラス側又はマイナス側に偏倚させることができ、燃料圧センサの検出誤差が生じた場合にも、その検出誤差をプラス側又はマイナス側に移行させることができる。これにより、実際の燃料圧に対して圧力検出値がマイナス側又はプラス側に外れることで生じる燃料圧の過上昇などの不都合を解消することが可能となる。以上により、コモンレール内の燃料圧の検出誤差を低減し、しかも検出誤差が生じた場合においてそれに起因する不都合の発生を抑制することができるようになる。なお、元々センサ単体の特性ばらつきは許容公差であるため、該特性ばらつきの範囲内で圧力検出値を変更したとしても、燃料圧に関する制御として支障が生じることはない。

ここで、燃料圧のフィードバック制御が実施される燃料噴射システムでは、前記平均化した結果がプラス側にオフセットされると良い。つまり、センサの特性ばらつきに起因して燃料圧の検出誤差が生じる場合において、実際の燃料圧に対して燃料圧が低めに検出されると、燃料圧フィードバック制御によって燃料圧を上昇させるような制御が行われ、該燃料圧が過剰に上昇することがあると考えられる。これは、コモンレール等の保護の観点からすると、コモンレールの使用圧力を高める要望に対して障壁となる。この点、前記の如く平均化した結果をプラス側にオフセットさせることにより、実際の燃料圧に対して燃料圧が低めに検出される可能性が低くなり、燃料圧の過上昇を抑制することができる。これにより、コモンレール等の保護を図りつつ、コモンレールの使用圧力を高めることができる。

特に、本発明の燃料噴射システムをディーゼル機関に用いる場合においては、昨今、さらなる出力向上やエミッション改善が要望されている実状から、一層の超高圧化（例えば、最大圧力が２００ＭＰａ）が求められている。このような超高圧化を達成する燃料噴射システムにおいては、上述した平均化した結果をプラス側にオフセットさせ、実際の燃料圧に対して低めの燃料圧を検出するように設定することによる、コモンレールや噴射システム等への保護効果をより享受することができ、非常に有利である。

また、センサ単体の特性ばらつきの上限値と前記平均化した後の特性ばらつきの上限値とが一致するよう、前記平均化した結果をオフセットさせると良い。これにより、実際の燃料圧に対して燃料圧が低めに検出される可能性がより低くなり、燃料圧の過上昇を一層確実に抑制することができる。

図６で説明すると、前記図５と同様にセンサ数がｎ、センサ単体の特性ばらつき（許容公差）が±α〔ＭＰａ〕である場合に、センサ単体の特性ばらつきの上限値と前記平均化した後の特性ばらつきの上限値との差は「α−α／√ｎ」であり、その分だけ特性ばらつきの分布がプラス側にオフセットされる（図のＰ３）。

また、燃料圧のフィードバック制御時において、燃料圧を上昇させる昇圧時には、前記平均化した結果をマイナス側にオフセットさせると良い。これにより、エンジン始動時に燃料圧を上昇させる場合や、一時的な燃料圧の低下時に該燃料圧を再上昇させる場合において、圧力検出値が低圧側に認識されることになり、燃料圧のフィードバック制御時において燃料圧の上昇を早めることができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車両ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。

図１は、コモンレール式燃料噴射システムの概要を示す構成図である。図１において、多気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１０には気筒毎に電磁式インジェクタ１１が配設され、これらインジェクタ１１は各気筒共通のコモンレール（蓄圧配管）１２に接続されている。コモンレール１２には高圧ポンプ１３が接続され、高圧ポンプ１３の駆動に伴い噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール１２に連続的に蓄圧される。高圧ポンプ１３には、その燃料吸入部に電磁駆動式の吸入調量弁（ＳＣＶ）１３ａが設けられており、フィードポンプ１４によって燃料タンク１５から汲み上げられた低圧燃料は吸入調量弁１３ａを介して当該ポンプ１３に吸入される。コモンレール１２内に蓄圧される燃料圧は例えば１８０ＭＰａ程度であり、コモンレール１２の耐圧は２００ＭＰａ程度となっている。

コモンレール１２には２つのコモンレール圧センサ１６，１７が設けられており、このコモンレール圧センサ１６，１７によりコモンレール１２内の燃料圧（コモンレール圧）が検出される。図示は省略するが、コモンレール１２には電磁駆動式（又は機械式）の減圧弁が設けられており、コモンレール圧が過剰に上昇した場合にはこの減圧弁が開放されて減圧が行われるようになっている。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＥＣＵ２０には、コモンレール圧センサ１６，１７の検出信号の他、回転速度センサやアクセル開度センサなどの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ２０は、エンジン回転速度やアクセル開度等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ１１に出力する。これにより、各気筒においてインジェクタ１１から燃焼室への燃料噴射が制御される。

また、ＥＣＵ２０は、その時々のエンジン回転速度及び燃料噴射量に基づきコモンレール圧（噴射圧）の目標値を算出するとともに、実際のコモンレール圧が目標コモンレール圧となるように高圧ポンプ１３の燃料吐出量をフィードバック制御する。実際には、コモンレール圧の目標値と実際値との偏差に基づいて高圧ポンプ１３の目標吐出量を決定し、それに応じて高圧ポンプ１３の吸入調量弁１３ａの開度を制御する。

ところで、本システムでは、２つのコモンレール圧センサ１６，１７を設けており、これら各センサ１６，１７の検出信号に基づいて実際のコモンレール圧を算出する際、各検出値の平均化処理が行われる。この場合、コモンレール圧センサ１６，１７は各々特性ばらつきを有しており、それが原因でＥＣＵ２０が認識するコモンレール圧がばらつくが、２つのセンサ検出値を平均化することにより、該コモンレール圧のばらつきが統計学的に１／√２とすることができる。

具体的には、単体特性として±５ＭＰａのばらつきを持つコモンレール圧センサについて考えてみる。図２は特性ばらつきの分布を示す図であり、同図において実線はセンサ単体の特性ばらつきを示している。このとき、センサ単体の特性ばらつきは±５ＭＰａの範囲内において図示の如く分布しており、ばらつきの上限及び下限の値はそれぞれＡ１＝５ＭＰａ、Ａ２＝−５ＭＰａとなっている。

上記センサを２個使用して平均化処理を実施した場合、平均化処理後のばらつきは、統計学的に±５／√２≒±３．５３５５ＭＰａとなる。図２では、点線で示すように特性ばらつきが分布し、ばらつきの上限及び下限の値はそれぞれＢ１＝３．５３５５ＭＰａ、Ｂ２＝−３．５３５５ＭＰａとなる。これにより、ばらつき量を３割程度減少させることが可能となる。

因みに、３個のセンサを使用して平均化処理を実施した場合には、平均化処理後のばらつきは、統計学的に±５／√３≒±２．８８６８ＭＰａとなる。図２では、二点鎖線で示すように特性ばらつきが分布し、ばらつきの上限及び下限の値はそれぞれＣ１＝２．８８６８ＭＰａ、Ｃ２＝−２．８８６８ＭＰａとなる。これにより、ばらつき量を４割以上減少させることが可能となる。ただし、センサの数を増加させるほど、ばらつき量の低減が可能となるが、その効果は平方根（ルート）であらわれるため、低減可能な割合は次第に小さくなると考えられる。

また、上記の如くばらつきが生じる場合、実際のコモンレール圧に対してＥＣＵ２０が認識するコモンレール圧が低い値になると、ＥＣＵ２０によるコモンレール圧のフィードバック制御によりコモンレール圧が過剰に上昇してしまうことが考えられる。この場合、コモンレール圧の過上昇によりコモンレール１２に破損が生じること等が懸念される。特に超高圧のシステムを実現すべく耐圧付近でコモンレール圧制御を実施する構成であって、システムの耐圧性に余裕が無い場合においては上記不具合の発生が危惧される。

そこで本実施の形態では、特性ばらつきが生じる際のマイナス側のばらつき分を減らすよう、上記の如く平均化したコモンレール圧（ＥＣＵ認識値）をプラス側にオフセットする。

具体的には、先と同様に単体特性として±５ＭＰａのばらつきを持つコモンレール圧センサを２個使用する場合を考える。図３には、センサ単体の特性ばらつきを実線で、平均化処理した後の特性ばらつきを点線で、平均化処理＋オフセット処理した後の特性ばらつきを二点鎖線で示す。前者２つの特性ばらつきは前記図２に準ずるものである。

あらかじめ想定した特性ばらつきの範囲内で前記平均化したコモンレール圧（ＥＣＵ認識値）をプラス側にオフセットさせる場合には、そのオフセット量は最大で「Ａ１−Ｂ１」となる。具体的数値で言えば、同オフセット量は「５−３．５３５５＝１．４６４５ＭＰａ」となる。これが、図３に二点鎖線で示す特性ばらつきであり、その下限値はＢ２からＸにシフトされ、「Ｘ＝−３．５３５５＋１．４６４５＝−２．０７１ＭＰａ」となる。上限値に関して言えば、センサ単体の特性ばらつきの上限値と前記平均化した後の特性ばらつきの上限値とが一致する。

上記のようにオフセット処理がなされる場合、システムで使用可能な最高圧力をＡ２点とＸ点との差分（＝５−２．０７１≒２．９ＭＰａ）だけ引き上げることが可能となる。つまり、コモンレール圧のフィードバック制御時において、マイナス側の特性ばらつき分によりコモンレール圧がプラス側に制御されることを考慮すると、そのマイナス側のばらつき量に応じてコモンレール最高圧力に制限（耐圧に対する制限）を持たせておく必要がある。この場合、上記のとおり特性ばらつきの下限値が変更されることにより（すなわち、図３のＢ２→Ｘの変更により）、コモンレール最高圧力の制限を緩めることができ、同最高圧力の高圧力化が可能となる。またこの場合、プラス側の特性ばらつきは上限値が不変であるため、信頼性上、有利なシステムとすることができる。なお、同じ余裕度であれば、使用可能な圧力を大きくすることが可能である。

図４は、コモンレール圧制御処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ２０により所定の角度周期（又は時間周期）で繰り返し実行される。

図４において、まずステップＳ１０１では、コモンレール圧センサ１６，１７の各検出信号のＡ／Ｄ値を取り込み、ステップＳ１０２では、前記取り込んだ２つの検出信号（Ａ／Ｄ値）について平均化処理を実行する。

ステップＳ１０３では、平均化処理後の値についてオフセット処理を実行する。このとき、オフセット量は、単体ばらつきの片側の公差を±α、使用するコモンレール圧センサをｎ個とすると「α−α／√ｎ」であり、先に例示したようにα＝５ＭＰａ、ｎ＝２とした場合、オフセット量＝５−５／√２＝１．４６４５となる。そして、前記平均化後の値にオフセット量を加算することで、センサ単体の特性ばらつきの範囲内においてその都度の圧力検出値がプラス側にオフセットされる。

その後、ステップＳ１０４では、エンジン回転速度や噴射量をパラメータとする検索マップを参照して目標コモンレール圧を算出する。ステップＳ１０５では、目標コモンレール圧と実コモンレール圧との偏差に基づいて高圧ポンプ１３のフィードバック制御量を算出する。最後に、ステップＳ１０６では、前記算出したフィードバック制御量を出力して高圧ポンプ１３の駆動を制御する。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

２つのコモンレール圧センサ１６，１７による圧力検出結果を平均化処理するとともに、該平均化した結果を、センサ単体の特性ばらつきの範囲内においてプラス側にオフセットし、該オフセット後における圧力検出値に基づいてコモンレール圧を算出するようにした。かかる場合、２つのセンサ値の平均化により圧力検出値のばらつき量が低減され、コモンレール圧の検出精度を向上させることができる。また、前記平均化した結果をプラス側にオフセットさせることにより、実際のコモンレール圧に対してコモンレール圧が低めに検出される可能性が低くなり、コモンレール圧の過上昇を抑制することができる。

以上により、コモンレール圧の検出精度向上に伴いインジェクタ１１の燃料噴射量の精度を向上させることができ、しかもコモンレール１２の保護を図りつつコモンレール最高圧力の増大化が可能となる。

上記のとおり２つのセンサ値の平均化によりコモンレール圧の検出精度が向上することで、センサ単体として特性ばらつきの許容レベルを緩和することができる。故に、コモンレール圧センサの歩留まり低下を抑えることができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、センサ単体の特性ばらつきの上限値と前記平均化した後の特性ばらつきの上限値とが一致するようにして前記平均化した結果をオフセットさせたが、これを変更する。例えば、前記平均化した結果をオフセットさせる場合に、前記平均化した後の特性ばらつきの上限値が、センサ単体の特性ばらつきの上限値よりも小さくなるようにしても良い。かかる場合にも、２つのセンサ値の平均化処理とプラス側へのオフセット処理とを実施することにより、前記同様、コモンレール圧の検出精度向上やコモンレール最高圧力の増大化が可能となる。

上記実施の形態では、平均化後の圧力検出値を、センサ単体の特性ばらつきの範囲内でプラス側にオフセットさせたが、これを変更し、マイナス側にオフセットさせるようにしても良い。そのメリットとしては次が考えられる。例えば、エンジン始動時にコモンレール圧を上昇させる場合や、一時的なコモンレール圧の低下時に該コモンレール圧を再上昇させる場合において、センサによる圧力検出値が実際のコモンレール圧に対してプラス側に外れると、該圧力検出値に基づくコモンレール圧制御に際し、コモンレール圧の上昇が遅れることが考えられる。この場合、平均化後の圧力検出値をマイナス側にオフセットさせることにより、コモンレール圧の上昇を早めることができる。したがって、例えばエンジン始動時において適正なる燃料噴射をいち早く開始することができるようになる。

平均化後の圧力検出値をオフセットさせるか又はオフセットさせないかを都度の運転状態等に基づいて切り替えることも可能である。また、オフセットをプラス側又はマイナス側の何れにするかを都度の運転状態等に基づいて切り替えることも可能である。

発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射システムの概略を示す構成図である。 特性ばらつきの分布を示す図である。 特性ばらつきの分布を示す図である。 コモンレール圧制御処理を示すフローチャートである。 特性ばらつきの分布を示す図である。 特性ばらつきの分布を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン、１１…インジェクタ、１２…コモンレール、１６，１７…燃料圧センサとしてのコモンレール圧センサ、２０…ＥＣＵ。

Claims (4)

1. 燃料の噴射圧に相当する高圧の燃料をコモンレール内に蓄圧するとともに、該コモンレール内に蓄圧された高圧燃料を燃料噴射弁を介してエンジンに噴射供給するコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
   前記コモンレール内の燃料圧を検出するために複数設置した燃料圧センサと、
   複数の燃料圧センサから検出信号を各々取り込み、各検出信号に基づく圧力検出値について平均化処理を行う平均化処理手段と、
   前記平均化処理手段により平均化した結果を、センサ単体の特性ばらつきの範囲内においてオフセットさせるオフセット処理手段と、
   前記オフセット処理手段によるオフセット後の圧力検出値に基づいて燃料圧を算出する燃料圧算出手段と、
   を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。
2. 前記燃料圧算出手段により算出した燃料圧が目標の燃料圧に一致するよう当該燃料圧のフィードバック制御を実施する燃料圧制御手段を備えたコモンレール式燃料噴射システムであって、
   前記オフセット処理手段は、前記平均化処理手段により平均化した結果をプラス側にオフセットさせることを特徴とする請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
3. 前記オフセット処理手段は、センサ単体の特性ばらつきの上限値と前記平均化した後の特性ばらつきの上限値とが一致するようにして前記平均化した結果をオフセットさせることを特徴とする請求項２に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
4. 前記燃料圧算出手段により算出した燃料圧が目標の燃料圧に一致するよう当該燃料圧のフィードバック制御を実施する燃料圧制御手段を備えたコモンレール式燃料噴射システムであって、
   前記オフセット処理手段は、前記燃料圧を上昇させる昇圧時において前記平均化処理手段により平均化した結果をマイナス側にオフセットさせることを特徴とする請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射システム。

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