JP2016008516A - コモンレール式燃料噴射システム - Google Patents
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Abstract
【課題】制御装置でインジェクタ個々の正しい補正情報を確実に用い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課題とする。【解決手段】複数の気筒2A〜2Fを有するエンジン1に備えられ、制御装置15による燃料噴射制御によってコモンレール12に蓄えられた高圧燃料を気筒2A〜2F毎に設けられたインジェクタ13A〜13Fから噴射するコモンレール式燃料噴射システム10であって、制御装置15と複数のインジェクタ13A〜13Fとをそれぞれ接続する複数の通信線16を備え、インジェクタ13A〜13Fは、噴射特性に応じて設定された補正情報を記憶する記憶部13aと、通信線16を介して記憶部13aに記憶されている補正情報を制御装置15に送信する通信部13bとを有する。【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。
コモンレール式燃料噴射システムでは、各気筒のインジェクタからコモンレール内に蓄えられている高圧燃料をそれぞれ噴射する。インジェクタは固有の噴射特性をそれぞれ持っており、同じコモンレール圧かつ同じ噴射時間で噴射した場合でもインジェクタ間で噴射量に差が発生するので、インジェクタ個々に噴射時間を補正する必要がある。特許文献1には、コモンレール式の燃料供給システムにおいて、コモンレール圧と指示燃料噴射量をベースとする噴射時間補正値マップにより噴射時間補正値を算出し、この噴射時間補正値を用いて燃料噴射を行うことが開示されている。
インジェクタには、噴射特性に応じて設定された補正情報を格納したコードがそれぞれ付与されている。インジェクタ個々にこのコードの補正情報が制御装置に書き込まれていないと、インジェクタ個々に噴射時間を高精度に補正ができない。特に、故障などでインジェクタを交換した場合、そのインジェクタのコードの補正情報を人が書き換える必要があるが、人による作業では書き換え忘れなどが発生する場合がある。この場合、制御装置では誤った補正情報を用いて補正を行うことになる。特許文献1には、噴射時間補正値マップの書き換えに関することは開示されていない。
そこで、本技術分野においては、制御装置でインジェクタ個々の正しい補正情報を確実に用いることができるコモンレール式燃料噴射システムが要請されている。
本発明の一側面に係るコモンレール式燃料噴射システムは、複数の気筒を有するエンジンに備えられ、制御装置による燃料噴射制御によってコモンレールに蓄えられた高圧燃料を気筒毎に設けられたインジェクタから噴射するコモンレール式燃料噴射システムであって、制御装置と複数のインジェクタとをそれぞれ接続する複数の通信線を備え、インジェクタは、噴射特性に応じて設定された補正情報を記憶する記憶部と、通信線を介して記憶部に記憶されている補正情報を制御装置に送信する通信部とを有する。
このコモンレール式燃料噴射システムでは、インジェクタ毎に記憶部に記憶されているインジェクタ個々の補正情報を制御装置に送信するので、制御装置でインジェクタ毎にインジェクタ個々の正しい補正情報を確実に用いて補正を行うことができる。この構成の場合、人による作業で補正情報の制御装置への書き込みや書き換えを行う必要がないので、制御装置において誤った補正情報を用いて補正を行うようなことは起こり得ない。
一実施形態のコモンレール式燃料噴射システムでは、補正情報は、噴射特性に応じて複数の設定圧力にそれぞれ設定された噴射量と噴射時間に関する情報との関係を示す補正情報である。このような補正情報を用いて補正することによって、インジェクタの噴射特性に応じて噴射時間を高精度に補正することができる。
本発明によれば、制御装置でインジェクタ個々の正しい補正情報を確実に用いることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るコモンレール式燃料噴射システムを説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態では、本発明に係る制御装置を、車両用のディーゼルエンジンに備えられるコモンレール式燃料噴射システムに適用する。本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射システムは、ディーゼルエンジンを制御する制御装置であるエンジンECU[Electronic Control Unit]によって制御される。本実施形態では、インジェクタ個々にコードが付与されており、このコードはインジェクタ固有の噴射特性に応じて設定された補正情報を表すコードである。
まず、図1を参照して、ディーゼルエンジン1の構成について説明する。図1は、一実施形態に係るコモンレール式燃料噴射システムを備えたディーゼルエンジン1の概略構成図である。
ディーゼルエンジン1は、直列式6気筒のディーゼルエンジンであり、6個の気筒(第1気筒2A,第2気筒2B、第3気筒2C、第4気筒2D、第5気筒2E、第6気筒2F)を備えている。各気筒2A〜2F内には、ピストン3がそれぞれ収納されている。各ピストン3は、各気筒(各シリンダ)2A〜2F内で往復運動する。各ピストン3の一端部には、クランクシャフト4が取り付けられている。クランクシャフト4は、各ピストン3の往復運動を回転運動に変換する。クランクシャフト4の一端部には、フライホイール5が取り付けられている。フライホイール5は、クランクシャフト4による回転運動のエネルギを蓄え、その回転運動エネルギを駆動輪(図示せず)に供給する。また、ディーゼルエンジン1は、各気筒2A〜2F内に燃料を噴射するコモンレール式燃料噴射システム10を備えている。なお、この実施形態では直列式6気筒のディーゼルエンジンとしているが、気筒の配置についてはV型式、水平対向式等の他の配置でもよいし、気筒数については4気筒等の他の気筒数でもよい。
ディーゼルエンジン1の吸入行程では、気筒2A〜2F内でピストン3が下死点まで下がり、空気を吸い込む。圧縮行程では、気筒2A〜2F内でピストン3が上死点まで上がり、空気を圧縮加熱する。膨張行程では、気筒2A〜2F内の高温高圧の空気にコモンレール式燃料噴射システム10によって燃料を噴射することによって自己発火し、膨張した燃焼ガスがピストン3を下死点まで押し下げる。排気行程では、気筒2A〜2F内でフライホイール5の慣性や他の気筒での膨張などによりピストン3が上死点まで上がり、燃焼ガスを気筒2A〜2F外に押し出す。このピストン3の上死点と下死点との往復運動がクランクシャフト4に伝わり、クランクシャフト4で往復運動を回転運動に変換する。
図1を参照して、コモンレール式燃料噴射システム10について説明する。コモンレール式燃料噴射システム10は、サプライポンプ11、コモンレール12、6個のインジェクタ(第1インジェクタ13A,第2インジェクタ13B、第3インジェクタ13C、第4インジェクタ13D、第5インジェクタ13E、第6インジェクタ13F)を備えている。
サプライポンプ11は、燃料タンク14から燃料(軽油)をコモンレール12に供給する高圧ポンプである。サプライポンプ11は、燃料を加圧し、その高圧燃料をコモンレール12に圧送する。サプライポンプ11は、エンジンECU15によって制御され、燃料の加圧状態や供給量等が調整される。したがって、このエンジンECU15によるサプライポンプ11に対する制御により、コモンレール12内の圧力(以下、「コモンレール圧」と呼ぶ)も調整されることになる。
コモンレール12は、サプライポンプ11より圧送された高圧燃料を蓄える管状部材であり、直列に並ぶ6個の気筒2A〜2Fに沿って延在している。コモンレール12には、各気筒2A〜2Fにそれぞれ対応する6個のインジェクタ13A〜13Fが接続されており、各インジェクタ13A〜13Fに高圧燃料をそれぞれ供給する。したがって、コモンレール圧が、各インジェクタ13A〜13Fからの噴射圧力に相当する。
図1及び図2を参照して、インジェクタ13A〜13Fについて説明する。図2は、インジェクタ13A〜13Fの記憶部に記憶されている各補正点設定圧力にそれぞれ設定された各補正点の一例である。
各インジェクタ13A〜13Fは、各気筒2A〜2Fに設けられ、各気筒2A〜2F内に燃料を霧状に噴射する装置である。各インジェクタ13A〜13Fは、電子制御式インジェクタであり、電磁式バルブを有している。この電磁式バルブは、ノーマリクローズのバルブであり、電流が流されると(通電されると)開弁する。各インジェクタ13A〜13Fは、エンジンECU15による制御(通電)に応じて電磁式バルブが開弁し、各気筒2A〜2F内への燃料の噴射量が調整される。したがって、エンジンECU15による各インジェクタ13A〜13Fへの通電時間が、各インジェクタ13A〜13Fの燃料の噴射時間に相当する。上記したようにコモンレール圧が各インジェクタ13A〜13Fの噴射圧力に相当するので、コモンレール圧とエンジンECU15による通電時間により各インジェクタ13A〜13Fの燃料の噴射量が決まる。
なお、インジェクタ13A〜13Fは、固有の噴射特性をそれぞれ持っている。そのため、6個のインジェクタ13A〜13Fが同じコモンレール圧かつ同じ噴射時間で燃料をそれぞれ噴射した場合でも、6個のインジェクタ13A〜13F間で噴射量に差が発生する。したがって、同じコモンレール圧で同じ目標噴射量の燃料を6個のインジェクタ13A〜13Fからそれぞれ噴射させるためには、インジェクタ13A〜13Fの噴射特性に応じて噴射時間(通電時間)をそれぞれ補正する必要がある。そのため、各インジェクタ13A〜13Fには、この通電時間を補正するための情報が格納されるコードがそれぞれ付与されている。
このインジェクタ13A〜13Fにそれぞれ付与されるコードについて説明する。コードは、二次元バーコードなどの所定容量の情報を格納できるコードであり、インジェクタ13A〜13F個々の補正情報を格納している。この補正情報は、噴射量と通電時間との関係を示す補正点からなる情報である。補正点は、複数の予め決められたコモンレール圧(噴射圧力に相当)に応じてそれぞれ設定される。この補正点を設定するためのコモンレール圧を、以下では「補正点設定圧力」と呼ぶ。補正点設定圧力はインジェクタ13A〜13Fで噴射可能な圧力の範囲内で複数設定される圧力であり、この各補正点設定圧力に対応して各補正点が設定される。補正点は、インジェクタ個々の噴射特性に応じて1つの補正点設定圧力に対して1点以上設定され、例えば、1つの補正点設定圧力に対して、大きな噴射量に対する補正点、微小の噴射量に対する補正点、その間の変曲点となる中程度の噴射量に対する補正点の3点の補正点が設定される。メイン噴射の他にプレ噴射やアフタ噴射等の多段噴射を行う場合、大噴射量の補正点や中噴射量の補正点がメイン噴射の通電時間の補正に用いられ、微小噴射量の補正点がプレ噴射やアフタ噴射の通電時間の補正に用いられる。なお、インジェクタ13A〜13Fでノーマリクローズの電磁式バルブを用いているので、補正情報として噴射量と通電時間との関係を示す補正点としているが、この通電時間の代わりに噴射時間でもよい。
図2には、各補正点設定圧力に設定された各補正点の一例を示しており、横軸が通電時間[μs(秒)]であり、縦軸が[mm3/st(ストローク)]である。この例の場合、2つの補正点設定圧力P1、P2があり、補正点設定圧力P1が補正点設定圧力P2よりも低い。補正点設定圧力P1に対しては、大噴射量の補正点RB1、中噴射量の補正点RM1、微小噴射量の補正点RL1が設定されている。補正点設定圧力P2に対しては、大噴射量の補正点RB2、中噴射量の補正点RM2、微小噴射量の補正点RL2が設定されている。この図2に示す例は一例であり、3つ以上の補正点設定圧力があってもよいし、また、変曲点がない場合には補正点設定圧力に対して補正点が1点あるいは2点だけ設定されてもいし、変曲点が複数ある場合には補正点設定圧力に対して補正点が4点以上設定されてもよい。
各インジェクタ13A〜13Fは、インジェクタ内に記憶部13aと通信部13bを有している。この実施形態では、記憶部13aが特許請求の範囲に記載の記憶部に相当し、通信部13bが特許請求の範囲に記載の通信部に相当する。
記憶部13aは、インジェクタのコードに格納される補正情報(複数の補正点設定圧力にそれぞれ設定された噴射量と通電時間との関係を示す補正点)を記憶する記憶部である。記憶部13aは、例えば、情報の書き込み及び読み出しが可能であり、書き込まれた情報を記憶する情報記憶回路で構成される。この情報記憶回路は、例えば、IC[Integrated Circuit]チップからなる。記憶部13aは、インジェクタの出荷前にインジェクタのコードにより補正情報が予め書き込まれ、その補正情報を記憶している。
通信部13bは、通信線16を介してエンジンECU15に情報を送信する通信部である。この通信部13bは、エンジンECU15からの情報を受信することも可能なものでもよい。通信部13bは、例えば、通信ドライバや通信回路で構成される。この通信ドライバや通信回路は、例えば、上記した記憶部13aが構成されるICチップに一体で構成されるとよい。このように、1つのICチップで記憶部13aと通信部13bを構成することによって、インジェクタ13A〜13Fを小型化できる。通信部13bでは、イグニッションスイッチがONしてエンジンECU15が稼働すると、記憶部13aに記憶されている補正情報をエンジンECU15に通信線16を介して送信する。この送信は、インジェクタ13A〜13F側から自発的に行ってもよいし、あるいは、エンジンECU15からの要求に応じて行ってもよい。
なお、イグニッションスイッチがOFFしている間に、6個のインジェクタ13A〜13Fのうちの任意のインジェクタが故障等により交換される可能性がある。しかし、イグニッションスイッチがONしている間は、インジェクタが交換される可能性はない。したがって、各インジェクタ13A〜13FからエンジンECU15への補正情報の送信については、イグニッションスイッチがONしてからOFFするまでの間に、最初の燃料噴射制御が開始される前に少なくとも1回行えばよい。
通信線16は、インジェクタ13A〜13F毎に設けられ、各インジェクタ13A〜13FとエンジンECU15とをそれぞれ接続する通信線である。このインジェクタ13A〜13F毎の通信線16は、エンジンECU15とインジェクタ13A〜13Fとの間に配線されるワイヤハーネス17内に含まれている。この実施形態では、通信線16が特許請求の範囲に記載の通信線に相当する。なお、エンジンECU15から各インジェクタ13A〜13Fへの通電用に、各インジェクタ13A〜13FとエンジンECU15とをそれぞれ接続する通電線(図示せず)も設けられている。
エンジンECU15について説明する。エンジンECU15は、CPU[CentralProcessing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]などからなり、ディーゼルエンジン1を統括制御する電子制御装置である。ここでは、エンジンECU15の1つの機能であるコモンレール式燃料噴射システム10に対する処理についてのみ説明する。この実施形態では、エンジンECU15が特許請求の範囲に記載の制御装置に相当する。
エンジンECU15では、イグニッションスイッチがONして稼働すると、各インジェクタ13A〜13Fからそれぞれ送信された補正情報を各通信線16を介してそれぞれ受信する。この補正情報の受信については、エンジンECU15内のRAM等の一部にインジェクタ13A〜13F毎の補正情報を記憶する領域が確保されている場合、最初の燃料噴射制御を行う前に少なくとも一度だけ受信すればよい。この場合、その確保された領域に受信したインジェクタ13A〜13F毎の補正情報を記憶しておき、燃料噴射制御を行う毎に補正に必要な補正情報を読み出す。RAM等にこのような領域が確保されていない場合、インジェクタ13A〜13Fとの間で常時通信し、燃料噴射制御を行う毎に必要な補正情報を受信すればよい。いずれの場合も、各インジェクタ13A〜13Fにそれぞれ付与されたコードの補正制御を用いて、以下で説明する燃料噴射制御における各インジェクタ13A〜13Fについての通電時間の補正を行うことができる。なお、エンジンECU15は、インジェクタ13A〜13F等と通信するための通信ドライバや通信回路を備えている。
燃料噴射制御について説明する。エンジンECU15では、車両の運転状態とコモンレール圧との関係を示すマップを参照して、車両の現在の運転状態に応じた目標コモンレール圧を設定する。そして、エンジンECU15では、コモンレール12内の圧力が目標コモンレール圧になるように、サプライポンプ11を制御する。
エンジンECU15では、車両の運転状態とマスタインジェクタの噴射量との関係を示すマップを参照して、車両の現在の運転状態に応じたマスタインジェクタの目標噴射量を取得する。さらに、エンジンECU15は、各コモンレール圧に対するマスタインジェクタの噴射量と通電時間との関係を示すマップを参照して、現在のコモンレール圧(目標コモンレール圧または目標コモンレール圧近傍の圧力)で目標噴射量の燃料を噴射するために必要なマスタインジェクタの通電時間を取得する。なお、マスタインジェクタは、実際に組み付けられるインジェクタ13A〜13Fの基準となる仮想のインジェクタである。各インジェクタ13A〜13Fの補正量は、マスタインジェクタに対して設定される通電時間に対して長くする時間あるいは短くする時間が補正量となる。車両の運転状態は、エンジン回転数、アクセル開度に応じたエンジン負荷などから判断できる。
エンジンECU15では、インジェクタ13A〜13F毎に、該当するインジェクタから送信された補正情報を用いて、補正点設定圧力に設定された各補正点から現在のコモンレール圧で目標噴射量の燃料を噴射するために必要なインジェクタの通電時間を取得する。例えば、現在のコモンレール圧に一致する補正点設定圧力がある場合、その補正点設定圧力に設定された補正点から目標噴射量を挟む2点の補正点(1点の補正点の場合もある)を抽出し、その抽出した2点の補正点からインジェクタの通電時間を算出する。また、現在のコモンレール圧に一致する補正点設定圧力がない場合、現在のコモンレール圧を挟む2つの補正点設定圧力を選択し、その各補正点設定圧力に設定された補正点から目標噴射量を挟む2点の補正点(1点の補正点の場合もある)をそれぞれ抽出し、その抽出した計4点(計3点又は計2点の場合もある)の補正点を用いてインジェクタの通電時間を算出する。各インジェクタ13A〜13Fの通電時間とマスタインジェクタの通電時間との時間差が、各インジェクタ13A〜13Fの通電時間の補正量に相当する。エンジンECU15では、各インジェクタ13A〜13Fの噴射タイミングに応じて、各インジェクタ13A〜13Fの通電時間の間、各インジェクタ13A〜13Fに電流を順次供給する。
以上説明したコモンレール式燃料噴射システム10によれば、インジェクタ13A〜13F毎に記憶部13aを有し、記憶部13aに記憶されている補正情報(インジェクタのコード)をエンジンECU15に送信することにより、エンジンECU15でインジェクタ13A〜13F毎にインジェクタ個々の正しい補正情報を確実に用いて補正を行うことができる。この構成の場合、人による作業で補正情報のエンジンECU15への書き込みや書き換えを行う必要がないので、エンジンECU15において誤った補正情報を用いて補正を行うようなことは起こり得ない。したがって、故障などでインジェクタが交換された場合でも、交換されたインジェクタを含む全てのインジェクタ13A〜13Fについて通電時間(噴射時間)を高精度に補正することができる。
また、コモンレール式燃料噴射システム10によれば、補正情報としては噴射特性に応じて複数の補正点設定圧力にそれぞれ設定された噴射量と通電時間との関係を示す補正点とし、この補正点を用いて通電時間を補正することによって、インジェクタ固有の噴射特性に応じて通電時間を高精度に補正することができる。
なお、インジェクタ毎に制御装置に情報を送信できる通信機能がある場合、インジェクタ毎にセンサ(例えば、インジェクタの噴射圧力を検出するセンサ)を設け、そのセンサで検出した検出値を制御装置に送信し、制御装置でインジェクタ毎のセンサの検出値を用いて燃料噴射制御を行うことも考えられる。この構成の場合、噴射圧力等を検出するためにセンサの検出素子や検出回路等をインジェクタ内部に設ける必要があり、インジェクタが大型化する。そのため、インジェクタが取り付けられるシリンダヘッド周辺に大きな搭載スペースを確保する必要がある。また、インジェクタにセンサを設けた場合、センサの故障やセンサの誤検出による燃料噴射制御への影響等の問題もある。ちなみに、全てのインジェクタから狙い通り噴射量の燃料を噴射させるためには、インジェクタ固有の噴射特性から設定された補正情報を用いて噴射時間(通電時間)を補正するだけで十分な性能が得られるので、インジェクタ個々に検出された噴射圧力等によってフィードバック制御等を行う必要はないと考えられる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、上記実施形態ではインジェクタ固有の噴射特性に応じた設定された補正情報として、複数の補正点設定圧力にそれぞれ設定された噴射量と通電時間との関係を示す補正点としたが、各補正点設定圧力にそれぞれ設定された噴射量と通電時間との関係を示す補正曲線あるいは補正直線等の他の補正情報でもよい。補正曲線や補正直線を用いて補正を行う場合には、より高精度な補正を行うことができる。
また、上記実施形態ではインジェクタ個々に付与されるコードに各補正点設定圧力にそれぞれ設定された各補正点が格納され、そのコードの情報がインジェクタの記憶部に記憶される構成としたが、コード以外ものを用いてもよく、例えば、ICチップメモリに各補正点設定圧力にそれぞれ設定された各補正点を記憶させ、ICチップメモリを用いてインジェクタの記憶部に書き込む。ICチップメモリを用いた場合、より多くの情報量の補正情報を書き込むことが可能となる。また、インジェクタ毎の補正情報をコンピュータに格納し、コンピュータから各インジェクタの記憶部にそれぞれ書き込むようにしてもよい。この場合、インジェクタ毎のコードやICチップメモリ等が不要となる。
また、上記実施形態では電磁弁を含むインジェクタ本体内に記憶部や通信部を設ける構成としたが、記憶部と通信部のうちの少なくとも一つをインジェクタ本体外に設け、そのインジェクタ本体外に設けられたものとインジェクタ本体とを通信線で接続する構成としてもよい。このように構成した場合、インジェクタ本体を小型化できるので、スペースに余裕がないシリンダヘッド周辺におけるインジェクタ本体の搭載スペースを縮小化できる。そして、インジェクタ本体外に設けられる記憶部又は/及び通信部をエンジンルーム内のスペースに余裕のある箇所に配置できる。
1…ディーゼルエンジン、2A…第1気筒、2B…第2気筒、2C…第3気筒、2D…第4気筒、2E…第5気筒、2F…第6気筒、3…ピストン、4…クランクシャフト、5…フライホイール、10…コモンレール式燃料噴射システム、11…サプライポンプ、12…コモンレール、13A…第1インジェクタ,13B…第2インジェクタ、13C…第3インジェクタ、13D…第4インジェクタ、13E…第5インジェクタ、13F…第6インジェクタ、13a…記憶部、13b…通信部、14…燃料タンク、15…エンジンECU、16…通信線、17…ワイヤハーネス。
Claims (2)
- 複数の気筒を有するエンジンに備えられ、制御装置による燃料噴射制御によってコモンレールに蓄えられた高圧燃料を前記気筒毎に設けられたインジェクタから噴射するコモンレール式燃料噴射システムであって、
前記制御装置と複数の前記インジェクタとをそれぞれ接続する複数の通信線を備え、
前記インジェクタは、噴射特性に応じて設定された補正情報を記憶する記憶部と、前記通信線を介して前記記憶部に記憶されている前記補正情報を前記制御装置に送信する通信部とを有する、コモンレール式燃料噴射システム。 - 前記補正情報は、前記噴射特性に応じて複数の設定圧力にそれぞれ設定された噴射量と噴射時間に関する情報との関係を示す補正情報である、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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