JP2007255375A - 内燃機関の燃圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料要求量が少ない運転領域であっても必要な燃料供給を行え、良好な燃焼を実現してドライバビリティーと排ガスの改善を図れる内燃機関の燃圧制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関１の燃料噴射弁１２に供給する燃料圧力を調整する燃圧調整手段６８と、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で燃料噴射弁の駆動時間Ｔに相関するパラメータ値が所定値以下になると、燃料噴射弁１２に供給する燃料圧力を高圧にするように燃圧調整手段６８の作動を制御する制御手段５０とを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の燃圧制御装置に係り、詳しくは燃料噴射圧を運転状態に応じて増減調整する技術に関する。

燃料噴射弁から燃料を燃焼室内に噴射する筒内噴射式の内燃機関等では、機関の運転域の変化に応じて燃料噴射圧を切換えている。すなわち、高回転高負荷運転時には比較的多量の燃料噴射が必要なため高圧で燃料を噴射し、低回転低負荷運転時には高回転高負荷運転時ほど燃料を必要としないので低圧で燃料を噴射して燃料噴射弁のダイナミックレンジを確保している。

このほか、燃圧を切換えるものとして特許文献１がある。特許文献１では、低負荷領域で行われるミラーサイクル運転が行われる内燃機関において、有効圧縮比（実圧縮比）が低下するため燃焼が遅くなり、これによって排気性状の悪化やトルクの低下が発生することがあり、高負荷領域において吸・排気弁のオーバーラップ期間で排気系の圧力が負圧になるようにバルブタイミング（排気弁の開時期）を制御して圧力差により掃気を行わせると吸気弁の開時期前に吸気弁上流側に噴射された燃料の掃気が行われるオーバーラップ期間中に排気側へ吹き抜けてしまう可能性があることから、燃料圧力をエンジンの運転領域毎に異なる値に制御している。

特開２００１−１５９３５０号公報

燃料噴射弁からの噴射圧は燃圧調整手段によって調整され、燃料噴射量は燃料噴射弁の開弁時間を制御されることで調整できることから、燃料噴射弁にはリニアな開弁性能が要求される。一般に燃料噴射弁は、閉弁方向にスプリングで付勢されているニードル弁を電磁ソレノイドなどのアクチュエータを駆動することで開弁方向に移動させて燃料を噴射する構成を採るので、低燃圧時と高燃圧時の開弁時間（駆動信号幅）が同一であれば高燃圧時の方が燃料噴射量（噴射流量）は多くなる。

しかし本願発明者らが低燃圧時と高燃圧時の燃料噴射量を考察したところ、ある特定の燃料噴射弁の駆動領域においては、高燃圧時の燃料噴射量が低燃圧時の燃料噴射量よりも少なくなることがわかった。これは、燃料噴射弁のニードル弁がスプリングにより閉弁方向に付勢されているとともに、開弁方向への移動時に燃圧の抵抗を受け、高燃圧の場合は低燃圧の場合に比べて応答遅れが生じ、実開弁時間が短くなってしまうからであり、弁の駆動時間が短い場合にはその影響が大きくなる。また、低燃圧で噴射される運転領域は一般的に低負荷、低回転域なので安定した燃焼が要望されている。特許文献１には、内燃機関の運転状態に応じて燃圧を切り換えることが開示されているが、燃料噴射弁の噴射特性に着目して、その特性を考慮して燃料噴射圧を切り換えるものではない。

本発明は、燃料要求量が少ない運転領域における良好な燃焼を実現してドライバビリティーと排ガスの改善を図れる内燃機関の燃圧制御装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明にかかる内燃機関の燃圧制御装置は、内燃機関の燃料噴射弁に供給する燃料圧力を調整する燃圧調整手段と、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値が所定値以下になると、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を高圧にするように前記燃圧調整手段の作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明に係る内燃機関の燃圧制御装置において、制御手段は、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値が前記所定値より大きい第２所定値を越えると、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を高圧にするように燃圧調整手段の作動を制御することを特徴としている。

本発明に係る内燃機関の燃圧制御装置において、制御手段は、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧から高圧に変化させるに際して燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値の変化に従い燃料噴射弁に供給する燃料圧力を連続的に変化させるように燃圧調整手段の作動を制御することを特徴としている。

本発明によれば、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で、燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値が所定値以下になると燃料圧力を高圧にするので、燃料要求量が微小なときでも燃料噴射弁から噴射される燃料量を精度良く制御することができ、燃料要求量が微小な運転領域にあっても良好な燃焼を実現してドライバビリティーと排ガスの改善を図ることができる。

本発明によれば、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値が前記所定値より大きい第２所定値を越えると燃圧調整手段が制御されて燃料噴射弁に低圧の燃料が供給されるので、燃料噴射弁の駆動時間の変化に対応して適切な燃料圧力の燃料を燃料噴射弁に供給することができ、広範な運転領域で燃料噴射弁から噴射される燃料量を精度良く制御することができ良好な燃焼を実現できてドライバビリティーと排ガスの改善を図ることができる。

本発明によれば、燃料圧力を低圧から高圧に変化させるに際して燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値の変化に従い連続的に変化させるので、燃料噴射弁から噴射される燃料量をより精度良く制御することができ良好な燃焼を実現できてドライバビリティーと排ガスの改善を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の燃焼室２は、シリンダブロック３に形成されている円筒状のシリンダ４と、シリンダ４に上下摺動自在に嵌挿されているピストン６の頂面と、シリンダブロック３に載置されているシリンダヘッド８の下面とに囲まれて形成されている。燃焼室２の上壁を形成しているシリンダヘッド８の下面は、２つの斜面１０ａ，１０ｂが鈍角に向かい合った所謂ペントルーフ形状を呈している。

燃焼室２の上壁の中央部分において、一方の斜面１０ａには燃料を噴射する燃料噴射弁１２が設けられており、他方の斜面１０ｂには点火プラグ１４がその電極部１４ａを燃焼室２に臨むように設けられている。燃料噴射弁１２は、図示しない電磁ソレノイドを備え、このソレノイドが駆動されることで噴射孔を閉弁しているニードル弁を移動して開弁することで燃料が噴射されるタイプのものである。燃料噴射弁１２を駆動するとは、この電磁ソレノイドに通電することを指し、燃料噴射弁１２の駆動時間とは電磁ソレノイドに通電する通電時間を指す。燃料噴射弁１２は燃料配管６４を介して燃料タンク６５内と接続している。燃料タンク６５内には燃料が貯留されていて、フィードポンプ６７によって汲み上げられる。フィードポンプ６７と燃料噴射弁１２の間の燃料配管６４には、燃料圧力を低圧と高圧に可変切り換えする燃料調整手段となる可変燃圧ポンプ６８が設けられている。本形態のエンジン１を４気筒とすると、燃料噴射弁１２は４つ備えることになるが、これら燃料噴射弁１２はデリバリパイプ６９にそれぞれ接続されている。

シリンダヘッド８の一方の斜面１０ａには吸気バルブ１６が、他方の斜面１０ｂには排気バルブ１８がそれぞれ設けられている。吸気バルブ１６及び排気バルブ１８は、上下摺動することでそれぞれシリンダヘッド８内に形成された吸気ポート２０及び排気ポート２２と燃焼室２との連通と遮断を行うよう構成されている。

エンジン１はエンジンコントロールユニット５０（「ＥＣＵ５０」と記す）によってその全般が制御される。ＥＣＵ５０は、エンジン１の燃圧制御装置を構成する制御手段としても機能する。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、及びインターフェースを備えた周知のコンピュータで構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、エンジン１の水温情報を検出する水温センサ５２と、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転検出手段５３と、図示しないアクセルペダルの操作開度であるアクセル開度θを検出するアクセル開度センサ５４が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には燃料噴射弁１２及び点火プラグ１４及び可変燃圧ポンプ６８が電気的に接続されている。

ＥＣＵ５０のＲＯＭには、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θから低燃圧領域と高燃圧領域とを判定する運転領域判定手段となる図２に示すマップと、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θと水温情報から低燃圧時と高燃圧時の基本噴射量と点火時期を定める図示しないマップと、所定時間Ｔ１が予め記憶されている。

ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１２と可変燃圧ポンプ６８を制御して燃料噴射弁１２の駆動時間や燃料噴射弁１２に供給される燃料圧力を制御するとともに、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θからエンジン１の運転状態を判断する。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン１が燃料噴射弁１２に供給する燃料を低燃圧とする運転領域運転中で、燃料噴射弁１２の駆動時間Ｔが所定時間Ｔ１以下の場合に、燃料噴射弁１２に高圧の燃料を供給するように可変燃圧ポンプ６８を制御するとともに、燃料噴射弁１２の駆動時間Ｔが所定時間Ｔ１を越えると、燃料噴射弁１２に低圧の燃料を供給するように可変燃圧ポンプ６８を制御する。なお、この場合、燃料圧力が高圧に切り換えると燃料噴射弁１２の駆動時間は燃圧切換後の高燃圧用に再設定されることは言うまでもない。

図４は燃料噴射弁１２を駆動する駆動時間Ｔとなる駆動信号幅が所定時間（所定値）Ｔ１よりも大きい場合の燃料噴射弁１２の特性を示す。図４（ａ）は噴射流量と燃料圧力との関係を示すもので、燃料噴射弁１２は信号幅が所定時間（所定値）Ｔ１よりも大きい場合には、燃料圧力の上昇に伴い噴射流量も増加する。図４（ｂ）は燃料圧力の違いによる駆動信号と弁（ニードル弁）挙動の関係を示す。

図５は燃料噴射弁１２を駆動する駆動時間Ｔとなる駆動信号幅が所定時間（所定値）Ｔ１よりも小さい場合の燃料噴射弁１２の特性をそれぞれ示す。図５（ａ）は噴射流量と燃料圧力との関係を示すもので、燃料噴射弁１２は駆動信号幅が所定時間（所定値）Ｔ１よりも小さい場合には、燃料圧力の上昇に伴い噴射流量が減少する。図５（ｂ）は燃料圧力の違いによる駆動信号と弁（ニードル弁）の関係を示す。

図４（ａ）と図５（ａ）を比較すると明らかなように、燃料噴射弁１２の駆動時間が所定時間Ｔ１よりも大きい場合は燃料圧力の上昇に伴い噴射流量も増加し、燃料噴射弁１２の駆動時間が所定時間Ｔ１よりも小さい場合には燃料圧力の上昇に伴い噴射流量が減少する。この現象は、燃料噴射弁のニードル弁がスプリングにより閉弁方向に付勢されているとともに開弁方向への移動時に燃圧の抵抗を受け、高燃圧の場合は低燃圧の場合に比べて開弁方向には応答遅れが生じて全開までの時間が長くなる一方で閉弁方向には応答性が高くなることに起因するものであり、図４（ｂ）と図５（ｂ）の比較から明らかなように、弁の駆動時間が短い場合には駆動時間に対する開弁過程および閉弁過程の時間比率が高くなるため上記の影響が大きくなる。

図３は、燃料噴射弁１２に低燃圧と高燃圧が供給されたときの燃料噴射弁１２の駆動時間と噴射量の関係を示す特性図である。図３からわかるように、低燃圧時と高燃圧時の燃料噴射量は符号Ｐで示すポイントにおいて、その特性が変化する。すなわち、一般に燃圧以外の条件が同一場合、燃料噴射量は高燃圧時の方が低燃圧時よりも多くなるものだが、ポイントＰを境にして逆転する状態が発生する。本形態では、この逆転するポイントＰが位置する駆動時間を所定時間Ｔ１として設定した。無論この所定時間Ｔ１は、燃料圧力やニードル弁を閉弁方向に付勢するスプリングによる閉弁力などにより変位するので、所定時間Ｔ１は、使用する燃料噴射弁１２や使用する燃圧に応じて適宜変更すればよい。

以上のようなことから、要求燃料噴射量（噴射弁駆動時間に相関）の変化に対する理想的な燃圧設定の特性としては、図７に示すように要求燃料噴射量が第１の所定値となる所定量α（噴射弁駆動時間Ｔ１相当）以下では高燃圧とし、要求燃料噴射量が所定量αを越えると低燃圧とし、要求燃料噴射量が所定量αより多い第２の所定値となる所定量βを越えると再び高燃圧とするようにすればよい。

このような構成の内燃機関の燃圧制御装置による制御の一例を図６に示すフローチャートに沿って説明する。エンジン１が始動すると、ＥＣＵ５０は図６のステップＳ１で示すようにセンサからの各種情報を取込む。この中にはエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θ、水温情報が含まれている。ステップＳ２ではエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θを基に図２に示すマップから運転状態を判定する。ここで低燃圧運転領域と判定された場合にはステップＳ３に進み、低燃圧運転領域でなければ後述のステップＳ７に進む。なお、低燃圧運転領域は定常運転時の要求燃料噴射量が前述の図７に示した所定量β以下の領域として設定されている。

ステップＳ３では運転領域に対応させて可変燃料ポンプ６８を制御して燃料噴射弁１２への供給燃圧を低燃圧としてステップＳ４に進む。ステップＳ４では低燃圧時に対応する基本噴射弁駆動時間Ｔ（噴射量）と噴射時期を図示しないマップから設定してステップＳ５に進む。ステップＳ５では設定された駆動時間ＴとＲＯＭに設定されている駆動時間Ｔ１と比較する。ここで駆動時間Ｔが駆動時間Ｔ１を越えている場合にはステップＳ６に進んで、ステップＳ５で設定した基本噴射弁駆動時間と噴射時期で燃料噴射弁１２を駆動する。

駆動時間Ｔが駆動時間Ｔ１を越えていない場合、および前述のステップＳ３で低燃圧運転領域でないと判別された場合には、ステップＳ７に進んで可変燃料ポンプ６８を駆動して燃圧を高燃圧へと切り換えるように制御し、続くステップＳ８において高燃圧時に対応する基本噴射弁駆動時間Ｔ（噴射量）と噴射時期を図示しないマップから設定する。その後ステップＳ６においてステップＳ８の基本噴射弁駆動時間と噴射時期で燃料噴射弁１２を駆動してこの制御を終える。このような燃圧切換制御は、例えば（０．１秒）毎に繰り返し実行される。

このように、エンジン１が、燃料噴射弁１２に供給する燃料を低圧とする運転領域運転中であり、燃料噴射弁１２の駆動時間Ｔが所定時間Ｔ１以下の場合に燃料噴射弁１２に高圧の燃料を供給するように可変燃料ポンプ６８を制御するので、燃料要求量が微小なときでも燃料噴射弁から噴射される燃料量を精度良く制御することができ、燃料要求量が微小な運転領域にあっても良好な燃焼を実現してドライバビリティーと排ガスの改善を図ることができる。また、多くの燃料噴射量を要求され低燃圧では燃料噴射量が不足する運転領域でも可変燃料ポンプ６８を制御して燃料噴射弁１２に高圧の燃料が供給されるので、比較的簡素な構成により広範な運転領域で燃料噴射弁から噴射される燃料量を精度良く制御することができ、良好な燃焼を実現できてドライバビリティーと排ガスの改善を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、要求燃料噴射量（噴射弁駆動時間に相関）の変化に対する燃圧設定の特性は、図７に限らず、例えば図８に示すように要求燃料噴射量が所定量α（噴射弁駆動時間Ｔ１相当）以下では高燃圧とし、要求燃料噴射量が所定量αを越えると所定量βまでは要求燃料噴射量の増加に応じて所定の高燃圧に連続的に燃圧を上昇させ、要求燃料噴射量が所定量βを越えると該所定の高燃圧とするようにしてもよい。

また、上記実施形態では、燃圧切換制御に使用する燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値として噴射弁の駆動時間を使用したが、要求燃料噴射量等の他のパラメータ値を使用するようにしても良い。

本発明に係る内燃機関の燃圧制御装置の概略構成図である。 内燃機関の運転領域を判定するためのマップである。 低燃圧時と高燃圧時の燃料噴射弁の駆動時間と噴射量の関係を示す図である。 燃料噴射弁を駆動する駆動時間が所定時間よりも大きい場合の燃料噴射弁の特性を示す線図である。 燃料噴射弁を駆動する駆動時間が所定時間よりも小さい場合の燃料噴射弁の特性を示す線図である。 本発明に係る制御手段による燃圧切換制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明に係る要求燃料噴射量に対する燃圧設定の特性図である。 本発明に係る要求燃料噴射量に対する他の燃圧設定の特性図である。

符号の説明

２ 燃焼室内
１２ 燃料噴射弁
５０ 制御手段
６８ 燃圧調整手段
Ｔ 駆動時間
Ｔ１ 所定時間

Claims (3)

1. 内燃機関の燃料噴射弁に供給する燃料圧力を調整する燃圧調整手段と、
   前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で前記燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値が所定値以下になると、前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を高圧にするように前記燃圧調整手段の作動を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃圧制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の燃圧制御装置において、
   前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧とした状態で前記燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値が前記所定値より大きい第２所定値を越えると、前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を高圧にするように前記燃圧調整手段の作動を制御することを特徴とする内燃機関の燃圧制御装置。
3. 請求項１又は２記載の内燃機関の燃圧制御装置において、
   前記制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低圧から高圧に変化させるに際して前記燃料噴射弁の駆動時間に相関するパラメータ値の変化に従い前記燃料噴射弁に供給する燃料圧力を連続的に変化させるように前記燃圧調整手段の作動を制御することを特徴とする内燃機関の燃圧制御装置。

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