JP2013217277A - 燃料動粘度算出方法及びコモンレール式燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に、信頼性の高い燃料動粘度を算出可能とする。
【解決手段】電子制御ユニット４により、燃料噴射弁２−１〜２−ｎによる燃料噴射の際のレール圧の降下の大きさと、燃料噴射弁２−１〜２−ｎによる燃料噴射の際の燃料の消費量とに基づいて、所定の演算式により燃料の体積弾性係数Ｋが算出され（Ｓ１０２〜Ｓ１０６）、次いで、体積弾性係数Ｋと燃料動粘度νとの相関関係に基づいて予め設定された動粘度マップから、先に算出された体積弾性係数Ｋに対応する燃料動粘度νが求められ（Ｓ１０８）、求められた燃料動粘度νを基にインジェクタリーク量の補正が可能となっている（Ｓ１１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料の動粘度を算出する方法に係り、特に、コモンレール式燃料噴射制御装置における燃料動粘度の算出値の信頼性の向上等を図ったものに関する。

いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧ポンプによって燃料を加圧して蓄圧器であるコモンレールへ圧送して蓄圧し、その蓄圧された高圧燃料をインジェクタへ供給することにより、インジェクタによる内燃機関への高圧燃料の噴射を可能として、燃費やエミッション特性等に優れるものとして良く知られているものである。
かかるコモンレール式燃料噴射制御装置において、精度良く、安定した燃料噴射制御を行うには、インジェクタから噴射される燃料量に加えて、インジェクタの摺動部分などから漏れる燃料量も把握し、噴射量を制御することが必要である。

従来、インジェクタにおける漏れ燃料量は、例えば、レール圧と燃料温度の関数として、試験結果やシミュレーション結果等に基づいて設定された演算式により算出する等の方法によって算定されていた。
ところが、インジェクタにおける漏れ燃料量は、実際には、レール圧と燃料温度だけではなく、燃料の種類、換言すれば、燃料動粘度の違いも変動要因となることが知られている。
このような観点から、例えば、高圧ポンプの吐出量を演算算出し、その算出値を基に燃料の動粘度の推定値を求め、かかる推定値を燃料噴射制御に用いるようにしたコモンレール式燃料噴射制御装置等が提案されている（例えば、特許文献１等参照）

特開２００９−１７４３８３号公報（第５−１０頁、図１−図３）

しかしながら、上述の従来技術にあっては、燃料動粘度の推定値を算出するに際して、予めマッピングされた圧力と流量を用いるようになっているが、実際の燃料温度や燃料の種類、さらには、高圧ポンプの特性ばらつき等に起因するずれが生ずる可能性大きく、推定値の精度が十分保証できないという問題がある。
また、燃料動粘度の推定値を得るに際して、コモンレール式燃料噴射制御装置を特別の運転モードで安定な状態とする必要があるため、推定値を得るまでの処理時間が比較的長く、処理を実行する電子制御ユニットの負荷が大となるという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡易に、信頼性の高い燃料動粘度を算出することのできる燃料動粘度算出方法及びコモンレール式燃料噴射制御装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料動粘度算出方法は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、少なくとも前記調量弁の駆動制御により前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置における前記燃料の動粘度を算出する燃料動粘度算出方法であって、
前記燃料の体積弾性係数を、前記燃料噴射弁による燃料噴射の際のレール圧の降下の大きさと、前記燃料噴射弁による燃料噴射の際の燃料の消費量とに基づいて、所定の演算式により算出し、
前記体積弾性係数と燃料動粘度との相関関係に基づいて予め設定された動粘度マップから、前記算出された体積弾性係数に対応する燃料動粘度を求めるよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るコモンレール式燃料噴射制御装置は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、電子制御ユニットにより、少なくとも前記調量弁が駆動制御されて前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記燃料噴射弁による燃料噴射の際のレール圧の降下の大きさと、前記燃料噴射弁による燃料噴射の際の燃料の消費量とに基づいて、所定の演算式により前記燃料の体積弾性係数を算出し、
前記体積弾性係数と燃料動粘度との相関関係に基づいて予め設定された動粘度マップから、前記算出された体積弾性係数に対応する燃料動粘度を求め得るよう構成されてなるものである。

本発明によれば、燃料噴射弁における燃料の消費量を燃料動粘度の算出に用いるようにしたので、燃料温度や燃料性状の影響を極力受けることなく、従来に比して、簡易に、燃料動粘度をより精度高く求めることができるので、より安定性、信頼性の高いコモンレール式燃料噴射制御を提供することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における燃料動粘度算出方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。 図１に示されたコモンレール式燃料噴射制御装置を構成する電子制御ユニットにより実行される本発明の実施の形態における燃料動粘度算出処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 コモンレール式燃料噴射制御装置における燃料噴射時のレール圧変化の一例を概略的に示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における燃料動粘度算出方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置について、図１を参照しつつ説明する。
このコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料の圧送を行う高圧ポンプ装置５０と、この高圧ポンプ装置５０により圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１から供給された高圧燃料をエンジン３の気筒へ噴射供給する複数の燃料噴射弁２−１〜２−ｎと、燃料噴射制御処理や後述するレール圧制御処理などを実行する電子制御ユニット（図１においては「ＥＣＵ」と表記）４を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

高圧ポンプ装置５０は、供給ポンプ５と、調量弁６と、高圧ポンプ７とを主たる構成要素として構成されてなる公知・周知の構成を有してなるものである。
かかる構成において、燃料タンク９の燃料は、供給ポンプ５により汲み上げられ、調量弁６を介して高圧ポンプ７へ供給されるようになっている。調量弁６には、電磁式比例制御弁が用いられ、その通電量が電子制御ユニット４に制御されることで、高圧ポンプ７への供給燃料の流量、換言すれば、高圧ポンプ７の吐出量が調整されるものとなっている。

なお、供給ポンプ５の出力側と燃料タンク９との間には、戻し弁８が設けられており、供給ポンプ５の出力側の余剰燃料を燃料タンク９へ戻すことができるようになっている。
また、供給ポンプ５は、高圧ポンプ装置５０の上流側に高圧ポンプ装置５０と別体に設けるようにしても、また、燃料タンク９内に設けるようにしても良いものである。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎは、エンジン３の気筒毎に設けられており、それぞれコモンレール１から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット４による噴射制御によって燃料噴射を行うようになっている。

本発明のコモンレール１には、余剰高圧燃料をタンク９へ戻すリターン通路（図示せず）に、電磁式比例制御弁による圧力制御弁１２が設けられており、調量弁６と共にレール圧の制御に用いられるようになっている。
本発明の実施の形態においては、エンジン３の動作状態に応じて、調量弁６と圧力制御弁１２のそれぞれの動作状態を適宜変えることで、適切なレール圧制御の実現が図られるようになっている。

電子制御ユニット４は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを駆動するための駆動回路（図示せず）や、調量弁６や圧力制御弁１２への通電を行うための通電回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
かかる電子制御ユニット４には、コモンレール１の圧力を検出する圧力センサ１１の検出信号が入力される他、エンジン回転数やアクセル開度、また、燃料温度などの各種の検出信号が、エンジン３の動作制御や燃料噴射制御に供するために入力されるようになっている。

図２には、電子制御ユニット４により実行される本発明の実施の形態における燃料動粘度算出処理の手順がサブルーチンフローチャートに示されており、以下、同図を参照しつつ、その本発明の実施の形態における燃料動粘度算出処理の手順について説明する。
電子制御ユニット４による処理が開始されると、最初に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎにおける燃料噴射タイミングに合わせて、噴射時のレール圧差ΔＰの算出が行われる（図２のステップＳ１０２参照）。

レール圧差ΔＰは、燃料噴射が行われた際のレール圧力変化、すなわち、レール圧力の降下の大きさである。
燃料噴射前後におけるレール圧変化は、図３に概略が示されたように、高圧ポンプ７からの燃料の圧送が開始される（図３の時刻ｔの時点）と、それまで低下していたレール圧が上昇して、圧送終了時（図３の時刻ｔａの時点）までレール圧は上昇を続けるが、圧送終了後から噴射が行われるまでの間は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの摺動部分からの燃料漏れであるいわゆる摺動リーク等によってレール圧は漸減してゆく傾向を示す。そして、燃料噴射時にレール圧は、ΔＰだけ急速に降下し、その後、漸減してゆく傾向を示す（図３参照）。
本発明の実施の形態においては、この燃料噴射時のレール圧降下を、圧力センサ１１の入力信号を基に、レール圧差ΔＰとして取得するようにしている。

次いで、噴射時インジェクタ燃料消費量ΔＶが算出される（図２のステップＳ１０４参照）。
ここで、噴射時インジェクタ燃料消費量は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎにより燃料噴射が行われた際に、消費された燃料の量であり、燃料噴射弁２−１〜２−ｎから噴射された燃料の量とコントロール流量の和として表されるものである。
燃料噴射弁２−１〜２−ｎから噴射された燃料の量として、本発明の実施の形態においては、電子制御ユニット４において従来同様に実行される燃料噴射制御処理において求められる指示燃料噴射量を流用することとしている。指示燃料噴射量は、通常、アクセル開度とエンジン回転数を入力パラメータとして、これらに対応する指示燃料噴射量が読み出し可能に構成されたマップが、予め電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に記憶されて燃料噴射制御処理において用いられるようになっている。

また、コントロール流量は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎを開弁させる際に、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの燃料噴射口（図示せず）反対側の端部近傍における背圧を低下させるために逃がされる少量の燃料の量であり、通常、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの仕様に応じて定まる値であり、予め既知となっており、電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に予め記憶されたものとなっている。

次いで、弾性係数Ｋの算出が行われる（図２のステップＳ１０６参照）。
すなわち、弾性係数Ｋは、良く知られているように、Ｋ＝ΔＰ×（Ｖ／ΔＶ）として求められるものである。
ここで、ΔＰは、弾性係数を求める対象物の圧力変化量であり、本発明の実施の形態においては、先のステップＳ１０２において求められた燃料噴射時のレール圧降下の大きさΔＰである。

また、Ｖは、弾性係数を求める対象物の体積であり、本発明の実施の形態においては、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの高圧部分の体積（内部容積）、コモンレール１の内部容積、及び、高圧部の燃料配管の内部容積の和として求められるものである。ここで、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの高圧部分の内部容積は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの仕様が定まれば定まるものであり、予め電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に記憶されたものである。また、高圧部の燃料配管の内部容積は、具体的には、高圧ポンプ７とコモンレール１との間の配管１３の内部容積と、コモンレール１と各燃料噴射弁２−１〜２−ｎとの間の配管１４−１〜１４−ｎの内部容積の和として求められるものである。
さらに、ΔＶは、先にステップＳ１０４で算出された噴射時インジェクタ燃料消費量ΔＶである。

上述のようにして体積弾性係数Ｋが算出された後は、この体積弾性係数Ｋに基づいて燃料動粘度νが算出される（図２のステップＳ１０８参照）。
本発明の実施の形態においては、ステップＳ１０６において求められた体積弾性係数Ｋと、圧力センサ１１により検出されたこの時点におけるレール圧Ｐrailとを入力パラメータとして、予め電子制御ユニット４の適宜な記憶領域に記憶された動粘度マップ（図示せず）から読み出されるようになっている。

この動粘度マップは、燃料の動粘度と体積弾性係数が、レール圧を一定とした場合、ほぼ比例関係となるという本願発明者による試験やシミュレーションを重ねて得られた知見に基づいて設定されたものである。
かかる動粘度マップは、複数のレール圧毎に、種々の体積弾性係数に対する燃料動粘度が、読み出し可能に構成されたものである。

次いで、上述のようにして求められた燃料動粘度νを用いてインジェクタリーク量が算出される（図２のステップＳ１１０参照）。
インジェクタリーク量は、燃料噴射弁２−１〜２−ｎの摺動部分から漏れる燃料の量であり、従来は、レール圧と燃料温度の関数として推定値を算出していたが、実際には、燃料動粘度νもインジェクタリーク量に影響を与える因子である。
このため、本発明の実施の形態においては、予め試験やシミュレーション結果等に基づいて、燃料動粘度νを一つのパラメータとして用いるよう設定されたインジェクタリーク量を算出する演算式によって、インジェクタリーク量の算出が行われるようになっている。なお、このようにして算出されたインジェクタリーク量は、電子制御ユニット４において別個に実行される燃料噴射制御処理へ供されることとなる。
上述のようにステップＳ１１０の処理が実行された後は、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。

なお、上述した本発明の実施の形態においては、調量弁６と圧力制御弁１２を有する構成のコモンレール式燃料噴射制御装置を前提としたが、本発明は、かかる構成のコモンレール式燃料噴射制御装置に限定されるものではなく、例えば、圧力制御弁１２が無く、調量弁６のみでコモンレール圧が制御可能な構成であっても良い。

燃料噴射制御の更なる安定性、信頼性が所望されるコモンレール式燃料噴射制御装置に適する。

１…コモンレール
２−１〜２−ｎ…燃料噴射弁
３…エンジン
４…電子制御ユニット
６…調量弁
７…高圧ポンプ
１１…圧力センサ
１２…圧力制御弁

Claims (2)

1. 燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、少なくとも前記調量弁の駆動制御により前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置における前記燃料の動粘度を算出する燃料動粘度算出方法であって、
   前記燃料の体積弾性係数を、前記燃料噴射弁による燃料噴射の際のレール圧の降下の大きさと、前記燃料噴射弁による燃料噴射の際の燃料の消費量とに基づいて、所定の演算式により算出し、
   前記体積弾性係数と燃料動粘度との相関関係に基づいて予め設定された動粘度マップから、前記算出された体積弾性係数に対応する燃料動粘度を求めることを特徴とする燃料動粘度算出方法。
2. 燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、電子制御ユニットにより、少なくとも前記調量弁が駆動制御されて前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
   前記電子制御ユニットは、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射の際のレール圧の降下の大きさと、前記燃料噴射弁による燃料噴射の際の燃料の消費量とに基づいて、所定の演算式により前記燃料の体積弾性係数を算出し、
   前記体積弾性係数と燃料動粘度との相関関係に基づいて予め設定された動粘度マップから、前記算出された体積弾性係数に対応する燃料動粘度を求め得るよう構成されてなることを特徴とするコモンレール式燃料噴射制御装置。

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