JP2010196676A

JP2010196676A - 燃料インジェクター制御装置及び制御方法

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Publication number: JP2010196676A
Application number: JP2009045484A
Authority: JP
Inventors: Seishi Oga; 清史大賀
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】製造コストを上昇させることなく機能信頼性を維持することができる燃料インジェクター制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】噴口部１１ａから燃料を供給する燃料インジェクターであって、燃料の供給・停止を行うためにノズルシート部１１ｂに対してニードルバルブ２１を開閉する燃料インジェクターの燃料噴射を制御する装置において、燃料噴射に際してニードルバルブ２１の開弁を開始後に、ニードルバルブ２１のリフト量を、リフト量を変更しても噴射量が変化しない位置と、ニードルバルブ２１に接続されるコマンドピストン２２が他部品に干渉しない位置との間に、アクチュエーター２４を制御するアクチュエーター制御部(ステップＳ１０)を有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、燃料インジェクターを制御する装置及び方法に関する。

燃料インジェクターは、コモンレールなどで高圧化された燃料を噴射する。この噴射時にコマンドピストンがオリフィスに干渉しては機能信頼性を維持することができないおそれがある。そこでたとえば特許文献１では、コマンドピストンのリフト量を規制するチップパッキンを設けて、コマンドピストンがオリフィスに干渉しないようにしている。

特開２００８−２５４７８号公報

しかしながら、チップパッキンを設けては部品点数が増えてしまって製造コストがアップしてしまう。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、製造コストを上昇させることなく機能信頼性を維持することができる燃料インジェクター制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、噴口部(１１ａ)から燃料を供給する燃料インジェクターであって、燃料の供給・停止を行うためにノズルシート部(１１ｂ)に対してニードルバルブ(２１)を開閉する燃料インジェクターの燃料噴射を制御する装置において、燃料噴射に際して前記ニードルバルブ(２１)の開弁を開始後に、前記ニードルバルブ(２１)のリフト量を、リフト量を変更しても噴射量が変化しない位置と、前記ニードルバルブ(２１)に接続されるコマンドピストン(２２)が他部品に干渉しない位置との間に、アクチュエーター(２４)を制御するアクチュエーター制御部(ステップＳ１０)を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、アクチュエーターの駆動信号を制御することで、燃料噴射量制御に影響を与えることなく、コマンドピストンを所定領域に停滞させることができ、製造コストを上昇させることなく機能信頼性を維持することができる。

本発明による燃料インジェクター制御装置を適用する燃料インジェクターを示す図である。ノズルボディーの先端の拡大図である。本発明による燃料インジェクター制御装置の一実施形態における制御内容を示すフローチャートである。各種特性マップの一例を示す図である。本発明による燃料インジェクター制御装置を実行したときのタイムチャートである。本発明による燃料インジェクター制御装置を実行したときのニードルリフト量と燃料噴射率との関係を示す図である。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明による燃料インジェクター制御装置を適用する燃料インジェクターを示す図である。

燃料インジェクター１は、ノズルボディー１１とノズルホルダーボディー１２とを含む。ノズルボディー１１及びノズルホルダーボディー１２は、リテーニングナット１３によって一体化される。ノズルボディー１１の先端近傍には噴孔１１ａが形成されている(図２参照)。

ノズルボディー１１には、ニードルバルブ２１が収装される。またノズルホルダーボディー１２には、コマンドピストン２２が収装される。ノズルホルダーボディー１２の上側であってコマンドピストン２２の上方にはオリフィス２３が配置される。さらにその上方には、圧電素子２４が設けられる。圧電素子２４は、コネクター２５を介して供給された電流に応じて伸縮するアクチュエーターである。コマンドピストン２２は、圧電素子２４の伸縮に応動して上下する。ニードルバルブ２１は、コマンドピストン２２に応動して上下する。

図２はノズルボディーの先端の拡大図であり、図２(Ａ)は初期状態を示し、図２(Ｂ)はシート絞りモードを示し、図２(Ｃ)は噴孔絞りモードを示す。

図２(Ａ)に示すように、ノズルボディー１１の先端近傍には噴孔１１ａが形成されている。ニードルバルブ２１は、初期状態ではノズルボディー１１のシート１１ｂに押圧されている。この状態では燃料は噴射されない。

圧電素子２３に電流が流れると、図２(Ｂ)に示すように、ニードルバルブ２１が上方向に移動する。すると図中矢印で示すように、燃料がニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間を通りさらに噴孔１１ａを通って外部に噴射される。圧電素子２３に電流が流れ始めた直後は、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間が狭い。この状態では、燃料噴射量は、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間に支配される。この状態がシート絞りモードである。

圧電素子２３に電流が流れ始めてから時間が経過するにつれて、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間が広がる。ある程度広がると、図２(Ｃ)に示すように、燃料噴射量は、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間ではなく、噴孔１１ａに支配される。この状態が噴孔絞りモードである。

上述したように、燃料インジェクターが燃料を噴射するときに、コマンドピストンがオリフィスに干渉しては機能信頼性を維持することができないおそれがある。そこで特許文献１では、コマンドピストンのリフト量を規制するチップパッキンを設けて、コマンドピストンがオリフィスに干渉しないようにしていた。

そこで本件発明者は、コマンドピストンの位置を制御することでチップパッキンが無くても所望の性能を満足する手法に想到した。

ここでシート絞りモードでは、燃料噴射量が、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間に支配される。この隙間は、圧電素子２３に電流が流れ始めてから時間が経過するにつれて広がる。したがって燃料噴射量が変わってしまうので、シート絞りモードでは所望の燃料噴射量を調整することは困難である。これに対して、噴孔絞りモードでは、燃料噴射量が、噴孔１１ａに支配される。したがって燃料噴射量は一定であり、噴孔絞りモードでは所望の燃料噴射量を調整しやすい。

そこで本件発明者は、噴孔絞りモード期間中には、シート絞りモードに切り替わることなく、噴孔絞りモードを維持することで、燃料噴射量を容易に調整できるようにしたのである。

この技術思想を実現する制御内容について以下に説明する。

図３は、本発明による燃料インジェクター制御装置の一実施形態における制御内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１においてコントローラー９０は、アクセルペダルの踏込量を入力する。

ステップＳ２においてコントローラー９０は、エンジン回転速度を入力する。

ステップＳ３においてコントローラー９０は、入力したアクセルペダルの踏込量及び
エンジン回転速度に基づいて目標燃料噴射量を設定する。

ステップＳ４においてコントローラー９０は、コモンレールの圧力(レール圧)を入力する。

ステップＳ５においてコントローラー９０は、現在のレール圧のもとで目標燃料噴射量を達成するために圧電素子２４をコントロールするための電流を制御する期間(駆動電流制御期間)TQを設定する。具体的には、ＲＯＭに格納された図４(Ａ)に例示する特性のマップに基づいて駆動電流制御期間TQを設定すればよい。なお図４(Ａ)を見ると、レール圧が大きくなるほど、駆動電流制御期間TQが小さくなっていることが分かる。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。

ステップＳ６においてコントローラー９０は、現在のレール圧のもとでコマンドピストンが他部品(オリフィス２３)に干渉しないように圧電素子２４に駆動電流を流すための期間(駆動電流出力期間TQ_GUARD)を設定する。具体的には、ＲＯＭに格納された図４(Ｂ)に例示する特性のマップに基づいて駆動電流出力期間TQ_GUARDを設定すればよい。なお図４(Ｂ)では安全率を見込んでマージンを取った。また図４(Ｂ)を見ると、レール圧が大きくなるほど、駆動電流出力期間TQ_GUARDが小さくなっていることが分かる。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。

ステップＳ７においてコントローラー９０は、駆動電流制御期間TQが駆動電流出力期間TQ_GUARDよりも大きいか否かを判定する。大きければステップＳ８へ処理を移行し、そうでなければステップＳ１０へ処理を移行する。

ステップＳ８においてコントローラー９０は、現在のレール圧のもとで、噴孔絞りモードからシート絞りモードに切り替わないように、圧電素子２４へ流す駆動電流を休止する期間(駆動電流休止期間INT_NL_DOWN)を設定する。具体的には、ＲＯＭに格納された図４(Ｃ)に例示する特性のマップに基づいて駆動電流休止期間INT_NL_DOWNを設定すればよい。なお図４(Ｃ)では安全率を見込んでマージンを取った。また図４(Ｃ)を見ると、レール圧が大きくなるほど、駆動電流休止期間INT_NL_DOWNが小さくなっていることが分かる。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。

ステップＳ９においてコントローラー９０は、現在のレール圧のもとで目標燃料噴射量を達成するために圧電素子２４へ再び駆動電流を流すための期間(駆動電流再出力期間TQ_NL_UP)を設定する。具体的には次式(1)に基づいて駆動電流再出力期間TQ_NL_UPを設定する。

TQ_NL_UP = TQ - ( TQ_GUARD + INT_NL_DOWN ) ・・・(1)

ステップＳ１０においてコントローラー９０は、圧電素子２４に対して、駆動電流出力期間TQ_GUARDにおいて駆動電流を流し、駆動電流休止期間INT_NL_DOWNにおいて駆動電流を休止し、駆動電流再出力期間TQ_NL_UPにおいて駆動電流を再び流し、駆動電流制御期間TQの経過を待って駆動電流を再び休止する。

図５は、本発明による燃料インジェクター制御装置を実行したときのタイムチャートである。

上記フローチャートに沿って燃料インジェクターを制御して、時刻ｔ０から圧電素子２４に駆動電流を流す(図５(Ａ))。すると時刻ｔ１でニードルバルブがリフトし始めてシート絞りモードになる(図５(Ｂ))。すなわちこの状態では、燃料噴射量は、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間に支配されており、時間の経過につれて燃料噴射率が上昇する(図５(Ｃ))。そして時刻ｔ２で噴孔絞りモードになる。すなわちこの状態では、燃料噴射量は、ニードルバルブ２１とノズルボディーシート１１ｂとの隙間ではなく、噴孔１１ａに支配され、燃料噴射率が一定になる(図５(Ｃ))。

時刻ｔ３で圧電素子２４への駆動電流を休止すると(図５(Ａ))、時刻ｔ４からニードルリフト量が低下し、コマンドピストンがオリフィスに干渉することを防止できる(図５(Ｂ))。

時刻ｔ５で圧電素子２４に駆動電流を再び流し始めると(図５(Ａ))、時刻ｔ６からニードルリフト量が再び上昇し、シート絞りモードに切り替わることなく、噴孔絞りモードを維持できる(図５(Ｂ))。したがって一定の燃料噴射率を維持できる(図５(Ｃ))。

時刻ｔ７で圧電素子２４への駆動電流を再び休止すると(図５(Ａ))、時刻ｔ８からニードルリフト量が低下する(図５(Ｂ))。そして時刻ｔ９で噴孔絞りモードからシート絞りモードに切り替わり(図５(Ｂ))、徐々に燃料噴射率が下降する(図５(Ｃ))。

図６は、本発明による燃料インジェクター制御装置を実行したときのニードルリフト量と燃料噴射率との関係を示す図である。

上述のように時刻ｔ１でニードルバルブがリフトし始めると、ニードルリフト量と燃料噴射率との関係は、矢印Ａで示すように変化する。すなわちニードルリフト量が増えるにつれて燃料噴射率も大きくなる。この状態がシート絞りモードである。

時刻ｔ２でシート絞りモードから噴孔絞りモードに切り替わり、ニードルリフト量と燃料噴射率との関係は、矢印Ｂで示すように変化する。すなわちニードルリフト量が増えても燃料噴射率は一定である。

時刻ｔ４でニードルリフト量を減少させると、コマンドピストンがオリフィスに干渉することを防止できる。またニードルリフト量と燃料噴射率との関係は、矢印Ｃで示すように変化する。すなわちニードルリフト量が減っても燃料噴射率は一定である。

時刻ｔ６でニードルリフト量を再び増加させると、噴孔絞りモードからシート絞りモードに切り替わることを防止できる。またニードルリフト量と燃料噴射率との関係は、矢印Ｄで示すように変化する。すなわちニードルリフト量が増えても燃料噴射率は一定である。

時刻ｔ８でニードルリフト量を再び減少させると、ニードルリフト量と燃料噴射率との関係は、矢印Ｅで示すように変化する。すなわちニードルリフト量が減っても燃料噴射率は一定である。そして時刻ｔ９から矢印Ｆで示すように変化して、噴孔絞りモードからシート絞りモードに切り替わり、ニードルリフト量が減るにつれて燃料噴射率も小さくなる。

本実施形態によれば、圧電素子２４に対して、駆動電流出力期間TQ_GUARDにおいて駆動電流を流し、駆動電流休止期間INT_NL_DOWNにおいて駆動電流を休止し、駆動電流再出力期間TQ_NL_UPにおいて駆動電流を再び流し、駆動電流制御期間TQの経過を待って駆動電流を再び休止するようにした。このようにしたので、コマンドピストンがオリフィスに干渉することで機能信頼性を損なうことを防止できる。また噴孔絞りモード期間中に、シート絞りモードに切り替わってしまうことを防止でき、噴孔絞りモードを維持できるので、所望の燃料噴射量を容易に制御できる。これにより現在のレール圧のもとで目標燃料噴射量を達成することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、コマンドピストンが干渉するおそれのある部品としてオリフィスを例示した。またアクチュエーターの一例として圧電素子を例示した。しかしこれらは例示に過ぎず、燃料インジェクターによっては他の構造物であってもよい。

また上記説明においては、安全率を見込んでマージンを設定したが、その値は任意であり、ゼロすなわちマージンを考えなくてもよい。

１燃料インジェクター
１１ノズルボディー
１１ａ噴孔
１１ｂノズルボディーシート
１２ノズルホルダーボディー
２１ニードルバルブ
２２コマンドピストン
２３オリフィス
２４圧電素子(アクチュエーター)
ステップＳ５制御期間設定部
ステップＳ６信号出力期間設定部
ステップＳ８信号休止期間設定部
ステップＳ９信号再出力期間設定部

Claims

噴口部から燃料を供給する燃料インジェクターであって、燃料の供給・停止を行うためにノズルシート部に対してニードルバルブを開閉する燃料インジェクターの燃料噴射を制御する装置において、
燃料噴射に際して前記ニードルバルブの開弁を開始後に、前記ニードルバルブのリフト量を、リフト量を変更しても噴射量が変化しない位置と、前記ニードルバルブに接続されるコマンドピストンが他部品に干渉しない位置との間に、アクチュエーターを制御するアクチュエーター制御部を有する、
ことを特徴とする燃料インジェクター制御装置。
請求項１に記載の燃料インジェクター制御装置において、
前記アクチュエーター制御部は、燃料噴射するための前記アクチュエーター駆動信号を出力し、前記コマンドピストンが他部品に干渉する前に前記アクチュエーター駆動信号を休止し、前記ニードルバルブのリフト量の変更により噴射量が変化する前に前記アクチュエーター駆動信号を再び出力した後、アクチュエーター駆動信号を休止する、
ことを特徴とする燃料インジェクター制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の燃料インジェクター制御装置において、
前記燃料噴射期間に応じて、アクチュエーター駆動信号を制御する期間を設定する制御期間設定部と、
前記コマンドピストンが他部品に干渉しないようにアクチュエーター駆動信号を出力する期間を設定する信号出力期間設定部と、
噴孔絞りモードからシート絞りモードに切り替わないようにアクチュエーター駆動信号を休止する期間を設定する信号休止期間設定部と、
前記コマンドピストンが他部品に干渉しないように前記アクチュエーター駆動信号制御期間の終了までアクチュエーター駆動信号を再び出力する期間を設定する信号再出力期間設定部と、
を備え、
前記アクチュエーター制御部は、前記信号出力期間設定部で設定された期間においてアクチュエーター駆動信号を出力し、前記信号休止期間設定部で設定された期間においてアクチュエーター駆動信号を休止し、前記信号再出力期間設定部で設定された期間においてアクチュエーター駆動信号を再び出力する、
ことを特徴とする燃料インジェクター制御装置。
請求項３に記載の燃料インジェクター制御装置において、
前記信号出力期間設定部で設定された期間が、前記制御期間設定部で設定された期間よりも長いか否かを判定する判定部を備え、
前記信号休止期間設定部及び前記信号再出力期間設定部は、前記信号出力期間設定部で設定された期間が前記制御期間設定部で設定された期間よりも長いときに、期間を設定する、
ことを特徴とする燃料インジェクター制御装置。
噴口部から燃料を供給する燃料インジェクターであって、燃料の供給・停止を行うためにノズルシート部に対してニードルバルブを開閉する燃料インジェクターの燃料噴射を制御する方法において、
燃料噴射に際して前記ニードルバルブの開弁を開始後に、前記ニードルバルブのリフト量を、リフト量を変更しても噴射量が変化しない位置と、前記ニードルバルブに接続されるコマンドピストンが他部品に干渉しない位置との間に、アクチュエーターを制御するアクチュエーター制御工程を有する、
ことを特徴とする燃料インジェクター制御方法。