JP2013108360A

JP2013108360A - コモンレール減圧制御装置

Info

Publication number: JP2013108360A
Application number: JP2011251678A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Arai; 渓一新井; Takashi Sakasai; 隆逆井
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: JP5902443B2

Abstract

【課題】キースイッチオフ後、短時間にコモンレール内の燃料圧を減圧することができるコモンレール減圧制御装置を提供すること。
【解決手段】コモンレール２内の圧力を燃料を流出させることで減圧させる減圧弁７と、コモンレール２内の圧力を検出する圧力センサ６と、エンジン１を駆動、停止させるキースイッチ１０と、キースイッチオフ後、該キースイッチオフ時に圧力センサ６が検出した圧力から初期の駆動デューティを決定するとともに、その後の時間経過に伴う駆動デューティを徐々に大きくする決定を行い、該決定した初期の駆動デューティを含む駆動デューティで減圧弁７を開にする減圧弁制御部９と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、キースイッチオフ後のコモンレール圧を減圧するコモンレール減圧制御装置に関する。

コモンレールシステムでは、供給ポンプで高圧化した燃料を、蓄圧室であるコモンレールに一旦貯めておき、電子制御システムで、インジェクタノズルの開閉をコントロールすることによって、エンジンの運転状況に応じ、必要な時期に必要な量の燃料を噴射することができる。コモンレールの適用により燃料の超高圧噴射と多段階噴射とが可能になり、超高圧噴射により、燃料が微粒化され空気とよく混ざり、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を生じにくくすることができ、多段階噴射により、排気ガス中のＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）を低減できるとともに騒音も低減できる。

特開平１０−３１８０２８号公報

ところで、コモンレールシステムでは、エンジン停止後であってもコモンレール内に蓄積された燃料が高圧状態に保持されるため、コモンレールシステムのメンテナンス等を行う場合、コモンレール内の燃料が噴出する虞がある。このため、エンジン停止後にコモンレール内の燃料を抜いて減圧させるようにしている。

たとえば、特許文献１では、キースイッチがオフになると、インジェクタが無噴射領域となるように、インジェクタのソレノイドコイルを細かい周期で切り換え、インジェクタ内でコモンレール内の燃料圧をバックリークさせ、コモンレール内の圧力を減圧させるようにしている。

ここで、電子制御システムでは、キースイッチがオフされると、各種情報の保持等のため、一定時間、通電状態となる制御部通電時間がある。したがって、コモンレールの減圧処理を行う場合、キースイッチオフ後、制御部通電時間内に行う必要がある。さらに、近年のコモンレールは超高圧状態に維持されているため、減圧処理に時間がかかる。この結果、従来のインジェクタが無噴射領域を用いた減圧制御では、キースイッチオフ後に確実にコモンレール内の燃料圧を減圧することができない場合があるという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、キースイッチオフ後、短時間にコモンレール内の燃料圧を減圧することができるコモンレール減圧制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、コモンレール内の圧力を燃料を流出させることで減圧させる減圧弁と、コモンレール内の圧力を検出する圧力センサと、エンジンを駆動、停止させるキースイッチと、前記キースイッチオフ後、該キースイッチオフ時に前記圧力センサが検出した圧力から初期の駆動デューティを決定するとともに、その後の時間経過に伴う駆動デューティを徐々に大きくする決定を行い、該決定した初期の駆動デューティを含む駆動デューティで前記減圧弁を開にする制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、時間経過に伴う駆動デューティを、前記キースイッチオフから当該制御部の通電がオフとなるまでの制御部通電時間内で前記コモンレール内の圧力が所定減圧値となるように決定することを特徴とする。

また、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記キースイッチオフ時の圧力と１駆動周期当たりの最大許容吐出量と前記初期の駆動デューティとの関係を予め保持し、該保持する関係を参照して前記初期の駆動デューティを決定することを特徴とする。

また、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、時間経過に伴う駆動デューティを、前記減圧弁を開閉する駆動周期毎に、前記圧力センサが検出する圧力から決定することを特徴とする。

また、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記所定減圧値から終期の駆動デューティを決定し、前記制御部通電時間内における駆動デューティを時間経過に対して直線近似した駆動デューティとして前記駆動デューティを大きくすることを特徴とする。

また、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記減圧弁を開閉する駆動周期を一定とすることを特徴とする。

また、この発明にかかるコモンレール減圧制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記減圧弁を開閉する駆動周期を、前記キースイッチオフ時の圧力に応じて決定することを特徴とする。

この発明によれば、制御部が、キースイッチオフ後、該キースイッチオフ時に圧力センサが検出した圧力をもとに減圧弁からの燃料の吐出量が１駆動周期当たりの最大許容吐出量となるように初期の駆動デューティを決定するとともに、その後の時間経過に伴う駆動デューティを前記１駆動周期当たりの最大許容吐出量以下で時間経過に伴って該駆動デューティを大きくする決定を行い、該決定した初期の駆動デューティを含む駆動デューティで前記減圧弁を開にするようにしているので、キースイッチオフ後、短時間にコモンレール内の燃料圧を減圧することができる。

図１は、この発明の実施の形態にかかるコモンレール減圧制御装置の概要構成を示す模式図である。図２は、図１に示した減圧弁制御部による減圧弁制御処理手順を示すフローチャートである。図３は、時間経過に伴う駆動デューティの開時間を説明するタイムチャートである。図４は、キースイッチオフ後、制御部通電時間Ｔ０内での減圧弁の駆動デューティの時間変化を示すタイムチャートである。図５は、コモンレール圧力Ｐの入力によって開時間ｔを出力するフローを示す図である。図６は、コモンレール圧力と減圧弁の開時間との関係を示す図である。図７は、変形例１の減圧弁制御部による減圧弁制御処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の実施の形態にかかるコモンレール減圧制御装置の概要構成を示す模式図である。図１において、このコモンレール減圧制御装置は、エンジン１と、コモンレール２と、燃料タンク３と、燃料タンク３からコモンレール２内に燃料を供給してコモンレール２内の燃料圧を高圧にする供給ポンプ４と、複数のインジェクタからコモンレール２内の高圧燃料を噴射するインジェクタ群５と、コモンレール２内の圧力を検出する圧力センサ６と、燃料を流出させることでコモンレール２内の圧力を減圧する減圧弁７と、エンジン１、インジェクタ群５、供給ポンプ４などを制御するコントローラ８と、エンジン１を駆動、停止させるキースイッチ１０とを備える。コントローラ８は、キースイッチ１０のオフ後、圧力センサ６が検出するコモンレール２内の圧力をもとに、減圧弁７を制御してコモンレール２内の圧力を減圧させる減圧弁制御部９を有する。なお、減圧弁７は、コモンレール２に近接配置してもよいし、コモンレール２と燃料タンク３との配管途中に設けてもよい。

コントローラ８は、エンジン１の状態を監視し、供給ポンプ４を駆動してコモンレール２内の圧力を所望の高圧に維持し、インジェクタ群５によって燃料の超高圧噴射および多段階噴射を行ってエンジン１の駆動制御を行う。

減圧弁制御部９は、図２に示すフローチャートにしたがって減圧弁制御処理を行う。減圧弁制御部９は、まず、キースイッチ１０がオフされたか否かを判断し（ステップＳ１０１）、オフされた場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、圧力センサ６が検出したコモンレール圧力Ｐに対応する初期の駆動デューティを決定する（ステップＳ１０２）。駆動デューティは、減圧弁制御部９から、減圧弁７を開にする指令を減圧弁７に送る周期である駆動周期Ｔに対する減圧弁７の開時間ｔの比率であり、駆動周期Ｔが一定の場合、減圧弁７の開時間ｔに対応する。したがって、初期の駆動デューティは、図４に示すように、減圧弁７の初期の開時間ｔ１とする場合、ｔ１／Ｔである。この初期の駆動デューティは、後述するように、１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘとコモンレール圧力Ｐとによって決定される。この初期の駆動デューティ（開時間ｔ）と１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘとコモンレール圧力Ｐとの関係は、予め決定されており、関数あるいはマップなどで保存されている。したがって、この関係をもとに、圧力センサ６が検出したコモンレール圧力Ｐに対応する初期の駆動デューティ（開時間ｔ）が一意に決定される。なお、駆動デューティは、駆動周期が同一であれば、開時間ｔと等価であるため、以降、駆動デューティに替えて開時間ｔで説明する。

初期の開時間ｔ１が決定されると、この初期の開時間ｔ１と、予め決定されている、制御部通電時間Ｔ０の終期の開時間ｔｎとから、直線近似によって、初期の開時間ｔ１と終期の開時間ｔｎとの間に挟まれた、時間経過に伴う開時間ｔを決定する（ステップＳ１０３）。その後、これら決定した開時間ｔで減圧弁７を開にする駆動制御を行い（ステップＳ１０４）、本処理を終了する。

すなわち、図３に示すように、初期の開時間ｔがｔ１である場合、予め決定されている、制御部通電時間Ｔ０の終了の時点Ｔｂにおける所望の減圧値に対応する開時間ｔｎと、決定された開時間ｔ１とを直線Ｌ１によって結び、時間に関して直線近似（直線補間）し、時間経過に伴う開時間ｔを簡易に求めるようにしている。したがって、開時間ｔは、直線的に単調増加したものとなる。なお、キースイッチオフ後のコモンレール２の圧力が低く、初期の開時間ｔがｔ３である場合、図３に示すように、開時間ｔｎと開時間ｔ３とを直線Ｌ３で近似し、時間経過に伴う開時間ｔを簡易に求める。なお、直線近似に限らず、単調増加するものであれば、どのような近似であっても適用することができる。

なお、図４は、キースイッチオフ後、制御部通電時間Ｔ０内での減圧弁７を開にする駆動デューティ（減圧弁の開時間）の時間変化を示すタイムチャートである。図４に示すように、減圧弁７は、駆動周期Ｔで駆動され、初期の駆動デューティｔ１／Ｔが決定されると、図３でも示したように、その後、時間経過とともに、駆動デューティが徐々に大きくなるように決定する。したがって、時間経過とともに、減圧弁７の開時間ｔ１〜ｔｎは、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜…＜ｔｎとなる関係をもつ。

ここで、上述した初期の開時間ｔ１と１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘとコモンレール圧力Ｐとの関係について説明する。ステップＳ１０２では、コモンレール圧力Ｐが入力されると、初期の開時間ｔ１が決定されるものであったが、この決定過程は、図５に示すフローにしたがって決定される。

図５に示すように、まず、コモンレール圧力Ｐは、減圧弁７の安全特性を示すマップＭ１に入力される。マップM１は、１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘのコモンレール圧力Ｐ依存性を示しており、特性曲線Ｌａで示される。すなわち、Ｑｍａｘ＝Ｌａ（Ｐ）である。１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘは、コモンレール圧力Ｐが大きくなればなるほど、小さくなるという、減圧弁７の機械的使用や熱的使用などによって決定される。したがって、マップＭ１にコモンレール圧力Ｐ＝Ｐ１が入力されると、特性曲線Ｌａによって１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘ＝Ｑｍａｘ（Ｐ１）が決定される。

この安全特性をクリアして決定されたＱｍａｘ（Ｐ１）と入力されたＰ１は、減圧弁７の一般的な吐出性能を示すマップＭ２に入力される。マップＭ２は、初期の開時間ｔに対する１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘとコモンレール圧力Ｐとの依存性を示しており、特性曲面Ｓａで示される。数式で表すと、ｔ＝Ｓａ（Ｑｍａｘ，Ｐ）となる。ここで、マップＭ２には、Ｑｍａｘ（Ｐ１）とＰ１とが入力されるため、初期の開時間ｔが一意に決定される。すなわち、ｔ１＝Ｓａ（Ｑｍａｘ（Ｐ１），Ｐ１）として決定されて、出力される。

図６はキースイッチオフ後の経過時間と、それに対応する減圧弁７の開時間ｔおよびコモンレール圧力Ｐの変化の関係を示した図である。図６に示すように、開時間ｔは、時間の経過とともに、大きくなり、これに伴って、コモンレール圧力Ｐも、Ｐ１から徐々に減少し、制御部通電時間Ｔ０が終了する時点Ｔｂ前の時点で所望の減圧値ＰＬになる。

この実施の形態では、キースイッチオフ後、初期のコモンレール圧力Ｐに対応した１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘを満足する初期の駆動デューティ（初期の開時間ｔ１）を決定し、この初期の駆動デューティ（開時間ｔ１）と終期の駆動デューティ（開時間ｔｎ）とから直線近似で時間経過に伴う駆動デューティを簡易に決定しているので、短時間にコモンレール圧力Ｐを簡易かつ確実に減圧することができる。換言すれば、この実施の形態では、時間経過に伴う駆動デューティを直線近似によって大きくなるようにし、時間が経過しても減圧弁７からの流量を極力大きくしているので、短時間にコモンレール圧力Ｐを減圧することができる。

（変形例１）
上述した実施の形態では、時間経過に伴う開時間ｔを初期の開時間ｔ１と終期の開時間ｔｎとの直線近似によって決定するようにしていたが、この変形例１では、２番目以降の開時間ｔも、その都度、初期の開時間ｔ１と同様な決定によって求めている。

図７は、変形例１の減圧弁制御部による減圧弁制御処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、まず、減圧弁制御部９は、キースイッチ１０がオフされたか否かを判断する（ステップＳ２０１）。キースイッチがオフの場合（ステップＳ２０１）、圧力センサ６が検出するコモンレール圧力を取得し（ステップＳ２０２）、このコモンレール圧力に対応した１駆動周期当たりの最大許容吐出量Ｑｍａｘを満足する駆動デューティ（開時間ｔ）を決定する（ステップＳ２０３）。そして、この決定した駆動デューティ（開時間ｔ）で減圧弁７を開にする駆動制御を行う（ステップＳ２０４）。その後、制御部通電時間Ｔ０内であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。制御部通電時間Ｔ０内である場合（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）には、さらに次の駆動周期Ｔでの駆動デューティを決定するために、上述したステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理を繰り返し、制御部通電時間Ｔ０内でない場合（ステップＳ２０５，Ｎｏ）には、本処理を終了する。

この変形例１では、各駆動周期毎にコモンレール圧力を検出して駆動デューティを決定しているので、精度の高い、駆動デューティの決定および減圧弁７の駆動制御を行うことができるとともに、短時間にコモンレール圧力を減圧することができる。

なお、上述した実施の形態および変形例１では、駆動周期Ｔを一定として駆動デューティを決定していたが、これに限らず、たとえば、高い繰り返し数のときにオンオフ切換損失や、電磁弁などの連続通電に伴う熱発生等を考慮し、駆動周期Ｔを、キースイッチオフ後のコモンレール圧力をもとにその都度、変更するようにしてもよい。

また、この実施の形態および変形例１では、減圧弁７をインジェクタ群５から独立して設けているので、インジェクタ機能に影響を与えずに、減圧弁７の能力である１駆動周期当たりの最大許容吐出量を自由に設定することができる。

１エンジン
２コモンレール
３燃料タンク
４供給ポンプ
５インジェクタ群
６圧力センサ
７減圧弁
８コントローラ
９減圧弁制御部
１０キースイッチ

Claims

コモンレール内の圧力を燃料を流出させることで減圧させる減圧弁と、
コモンレール内の圧力を検出する圧力センサと、
エンジンを駆動、停止させるキースイッチと、
前記キースイッチオフ後、該キースイッチオフ時に前記圧力センサが検出した圧力から初期の駆動デューティを決定するとともに、その後の時間経過に伴う駆動デューティを徐々に大きくする決定を行い、該決定した初期の駆動デューティを含む駆動デューティで前記減圧弁を開にする制御部と、
を備えたことを特徴とするコモンレール減圧制御装置。
前記制御部は、時間経過に伴う駆動デューティを、前記キースイッチオフから当該制御部の通電がオフとなるまでの制御部通電時間内で前記コモンレール内の圧力が所定減圧値となるように決定することを特徴とする請求項１に記載のコモンレール減圧制御装置。
前記制御部は、前記キースイッチオフ時の圧力と１駆動周期当たりの最大許容吐出量と前記初期の駆動デューティとの関係を予め保持し、該保持する関係を参照して前記初期の駆動デューティを決定することを特徴とする請求項１または２に記載のコモンレール減圧制御装置。
前記制御部は、時間経過に伴う駆動デューティを、前記減圧弁を開閉する駆動周期毎に、前記圧力センサが検出する圧力から決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコモンレール減圧制御装置。
前記制御部は、前記所定減圧値から終期の駆動デューティを決定し、前記制御部通電時間内における駆動デューティを時間経過に対して直線近似した駆動デューティとして前記駆動デューティを大きくすることを特徴とする請求項２または３に記載のコモンレール減圧制御装置。
前記制御部は、前記減圧弁を開閉する駆動周期を一定とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のコモンレール減圧制御装置。
前記制御部は、前記減圧弁を開閉する駆動周期を、前記キースイッチオフ時の圧力に応じて決定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のコモンレール減圧制御装置。