JP2017110523A - 燃料噴射量の補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低地から高地に亘って、燃料噴射弁から噴射される燃料の実噴射量を一定に保つこと。【解決手段】燃料を噴射する燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３を制御する燃料噴射制御手段３１と、所定の高度において、燃料噴射弁１３から所定量の燃料が噴射されるように学習した基準噴射量を記憶する基準噴射量記憶手段３２と、基準噴射量記憶手段３２に記憶された前記基準噴射量と、前記所定の高度よりも高い高地における実噴射量との差分である学習量を算出し、前記学習量を前記基準噴射量に加算して補正基準噴射量を算出する噴射量補正手段３３と、を備え、噴射量補正手段３３で算出された前記補正基準噴射量に基づいて、燃料噴射弁１３から燃料が噴射されるように燃料噴射制御手段３１に制御信号を発する燃料噴射量の補正装置を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に噴射する燃料の噴射量を補正する、燃料噴射量の補正装置に関する。

エンジン等の内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁は、製造時の寸法誤差や、内燃機関に組み込んだ際の取付状態のわずかな違いに起因して、燃料噴射量にばらつきが生じることがある。このばらつきを抑制するために、例えば、特許文献１に示すように、燃料の指示噴射量と実噴射量との間の誤差を学習して、実噴射量の補正を行うことがある。この補正により、燃料噴射弁の経時変化等に起因するばらつきを抑制し、内燃機関の安定的な運転状態を実現することができる（本文献の段落００２９〜００３０等参照）。この学習は、車両が所定の距離を走行する毎（例えばｘ_２ｋｍ毎）に自動的に行われる。車両は、一般的には海抜高度が低い低地を走行する機会が多いため、実噴射量の補正は、この低地で取得したデータに基づいて行われることが多い。

特開２０１５−８６７６３号公報

特許文献１に示すように、低地で実噴射量を補正することにより、その補正結果を高地での走行時にもそのまま適用できるように思われる。しかしながら、本願図面の図２Ｅに示すように、低地（高度が０ｍ付近）では、学習によって補正した通りの実噴射量（以下において、「基準噴射量」と称する。本図の場合、基準噴射量はｆ_１。）が得られる一方で、高地に向かうほど、実噴射量が基準噴射量から大きくずれる傾向があることが分かっている。この傾向は、燃料圧力が大きくなるほど顕著となる。

そこで、この発明は、低地から高地に亘って、燃料噴射弁から噴射される燃料の実噴射量を一定に保つことを課題とする。

上記課題を解決するために、この発明においては、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、所定の高度において、前記燃料噴射弁から所定量の燃料が噴射されるように学習した基準噴射量を記憶する基準噴射量記憶手段と、前記基準噴射量記憶手段に記憶された前記基準噴射量と、前記所定の高度よりも高い高地における実噴射量との差分である学習量を算出し、前記学習量を前記基準噴射量に加算して補正基準噴射量を算出する噴射量補正手段と、を備え、前記噴射量補正手段で算出された前記補正基準噴射量に基づいて、前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるように前記燃料噴射制御手段に制御信号を発する燃料噴射量の補正装置を構成した。

前記構成においては、前記噴射量補正手段による前記補正基準噴射量の算出が、前記燃料の燃料圧力が所定の圧力値以上のときに行われる構成とするのが好ましい。

前記各構成においては、１サイクルの燃焼行程中に前記燃料噴射弁から複数回燃料が噴射され、前記高度が高くなるほど、前記噴射の噴射間隔を短くした構成とするのが好ましい。

前記各構成においては、前記噴射量補正手段による前記補正基準噴射量の算出が、アイドリング状態で実施される構成とするのが好ましい。

この発明によると、実噴射量についてのデータを取得した各高度において学習量が算出され、さらに、この学習量に基づいて補正基準噴射量が算出される。この補正基準噴射量は、高度による補正がかけられており、この補正基準噴射量に基づいて燃料噴射制御手段を制御することによって、高度にかかわらず燃料圧力に対応した量の燃料を安定的に噴射することができる。

この発明に係る燃料噴射量の補正装置を備えた内燃機関を示す全体構成図 燃料圧力が３０ＭＰａのときの高度と噴射量との関係を示す図 燃料圧力が６０ＭＰａのときの高度と噴射量との関係を示す図 燃料圧力が９０ＭＰａのときの高度と噴射量との関係を示す図 燃料圧力が１２０ＭＰａのときの高度と噴射量との関係を示す図 燃料圧力が１５０ＭＰａのときの高度と噴射量との関係を示す図 １サイクルの燃焼行程中における燃料の噴射時期を示す図であって、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後 本願発明に係る燃料噴射量の補正装置の処理フローを示すフローチャート

この発明に係る燃料噴射量の補正装置を図面に基づいて説明する。図１は、この燃料噴射量の補正装置を備えた内燃機関の全体構成図の一例を示す。この内燃機関は、ディーゼルターボエンジンである（以下においては、この内燃機関を単に「エンジンＥ」と称する）。このエンジンＥは、ピストン１１を収容したシリンダの燃焼室１２に吸気を送り込む吸気通路１と、燃焼室１２で生じた排気を排出する排気通路２と、燃焼室１２内に臨む燃料噴射弁１３とを備えている。吸気通路１の燃焼室１２への接続開口部には吸気ポートが、排気通路２の燃焼室１２への接続開口部には排気ポートがそれぞれ設けられ、各ポートは、それぞれバルブによって開閉される。

吸気通路１には、吸気ポートから上流側に向かって順に、吸気通路の流路断面積を調節するスロットルバルブ１４、吸気通路１を流れる吸気を冷却するインタークーラ１５、ターボチャージャのコンプレッサ１６、吸気通路１の流路断面積を調節するスロットルバルブ１７、エアクリーナ１８が設けられている。エアクリーナ１８には、吸気温度を測定する温度センサ１９が併設されている。

排気通路２には、排気ポートから下流側に向かって順に、ターボチャージャのタービン２０、排気中の窒素酸化物等を除去する触媒等を備えた排気浄化部２１、消音器２２が設けられている。

排気通路２のタービン２０と排気ポートとの間と、吸気通路１の吸気ポートとスロットルバルブ１４との間とは、高圧排気ガス再循環装置を構成する高圧排気還流通路２３によって連通している。この高圧排気還流通路２３を通って、燃焼室１２から排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして吸気通路１に還流する。高圧排気還流通路２３に設けられた高圧排気還流弁２４の開閉とスロットルバルブ１４の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて、還流ガスが吸気通路１内の吸気に合流する。

また、排気通路２の排気浄化部２１と消音器２２との間と、吸気通路１のコンプレッサ１６とスロットルバルブ１７との間とは、低圧排気ガス再循環装置を構成する低圧排気還流通路２５によって連通している。この低圧排気還流通路２５には、還流ガスを冷却する還流ガスクーラ２６が設けられている。低圧排気還流通路２５を通って、燃焼室１２から排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして吸気通路１のインタークーラ１５の上流側に還流する。低圧排気還流通路２５に設けられた低圧排気還流弁２７の開閉とスロットルバルブ１７の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて、還流ガスが吸気通路１内の吸気に合流する。

このエンジンＥへの燃料や空気の供給、バルブの開閉等の制御は、車両に搭載された電子制御ユニット３０が行なっている。この電子制御ユニット３０は、燃料噴射制御手段３１、基準噴射量記憶手段３２、及び、噴射量補正手段３３を備える。

燃料噴射制御手段３１は、燃料噴射弁１３を制御する機能を有する。図１に示したディーゼルターボエンジンＥにおいては、１サイクルの燃焼行程中に、噴射量の異なる複数回の燃料噴射が、噴射時期をずらして行なわれる。この燃料噴射制御手段３１は、燃料噴射弁１３に対し、噴射ごとの燃料噴射量に対応してバルブを所定時間開弁するように制御信号を発する。この開弁制御は、車両の所定走行距離ごとに行われる学習結果又はその後の補正結果に基づいて行われる。

基準噴射量記憶手段３２は、所定の高度で実施される学習によって、燃料噴射弁１３から所定量の燃料が噴射されるように調節された、燃料圧力ごとの基準噴射量（燃料噴射弁１３の開弁時間）を記憶する機能を有する。車両は、一般的には海抜高度が低い低地を走行する機会が多いため、基準噴射量の学習を行う所定の高度として海抜０ｍ付近とするのが通常であるが、これ以外の高度で学習を行うことも許容される。

噴射量補正手段３３は、基準噴射量記憶手段３２に記憶された基準噴射量と、前記所定の高度よりも高い高地における実噴射量との差分である学習量を算出し、この学習量を基準噴射量に加算して補正基準噴射量を算出する補正機能を有する。この補正基準噴射量の算出は、全ての燃料圧力及び高度範囲で行ってもよいが、後ほど図２Ａ〜図２Ｅを用いて説明するように、高地において基準噴射量と実噴射量とのずれが顕著となる燃料圧力が高い領域（例えば、図２Ｄ、図２Ｅで示す１２０ＭＰａ以上の領域）においてのみ行うようにしてもよい。

基準噴射量記憶手段３２に記憶された基準噴射量に基づいて燃料を噴射するように、燃料噴射制御手段３１から燃料噴射弁１３に対して制御信号を発すると、この基本噴射量の燃料が噴射されるのが理想的な状態である。しかしながら、高燃料圧力領域（特に高地）においては、燃料噴射制御手段３１から燃料噴射弁１３に対して、基準噴射量に基づいて制御信号を発すると、この基準噴射量よりも多い量（実噴射量）の燃料が噴射されてしまう。

そこで、燃料噴射制御手段３１が発する制御信号の基礎となる基準噴射量を、学習量に基づいて補正した補正基準噴射量に置き換えて、燃料噴射制御手段３１に、本来噴射すべき噴射量からずれが生じていること（すなわち、基準噴射量を噴射しているつもりが、実際には実噴射量を噴射していること）を認識させる。燃料噴射制御手段３１がこのずれを認識することにより、噴射量を減量するように（すなわち、本来の基準噴射量に相当する噴射量で燃料を噴射するように）燃料噴射弁１３に対して補正基準噴射量に基づいた制御信号が発せられる。このような制御を行なうことにより、高燃料圧力領域（特に高地）においても、正しい噴射量で燃料を噴射することができる。

図２Ａ〜図２Ｅに、４気筒ディーゼルターボエンジンの燃料圧力を変化させたときの、高度と実測された燃料噴射量（実噴射量）との関係を示す。それぞれの燃料圧力は、図２Ａが３０ＭＰａ、図２Ｂが６０ＭＰａ、図２Ｃが９０ＭＰａ、図２Ｄが１２０ＭＰａ、図２Ｅが１５０ＭＰａである。各図中の＃１ｃｙｌ〜＃４ｃｙｌは、各気筒にそれぞれ設けられたインジェクタに対応する。このエンジンは、低地（海抜０ｍ付近）において、各インジェクタから所定量（基準噴射量）の燃料が均等に噴射されるように、予め学習が行われている。この学習は、車両がアイドリング状態のときに自動的に実施される。

燃料圧力が低いとき（３０ＭＰａ〜９０ＭＰａのとき。図２Ａ〜図２Ｃ参照）は、実噴射量の高度依存性はほとんど見られず、低地から高地に至るまで、低地で行った学習によって得られた基準噴射量とほぼ同量の燃料が噴射されていた。

これに対し、燃料圧力が高いとき（１２０ＭＰａ〜１５０ＭＰａのとき。図２Ｄ〜図２Ｅ参照）は、低地から高地に向かうほど実噴射量が増加して、低地（海抜０ｍ）で行った学習によって得られた基準噴射量から大きくずれる傾向が確認された。特に、燃料圧力が１５０ＭＰａのときは、その傾向が顕著であった。また、燃料圧力が高いときは、低地から高地に向かうほど、シリンダごとの燃料噴射量のばらつきも大きくなった。

特に高地において、基準噴射量と実噴射量のずれが大きくなる原因は未だ解明されていないが、高地では燃料の気化が不十分となって、燃焼状態が不安定となっていることが原因の一つである可能性がある。そこで、燃焼行程においてスムーズに燃料が気化して燃焼が行なわれるように、燃料の噴射時期をずらす等の調節を行なうことも考えられる。

例えば図３（ａ）に示すように、１サイクルの燃焼行程中に複数回の燃料噴射（Ｐ：プレ噴射、Ｍ：メイン噴射、Ａ：アフター噴射）を行う場合に、図３（ｂ）に示すように、各燃料噴射（Ｐ’：プレ噴射、Ｍ’：メイン噴射、Ａ’：アフター噴射）の噴射時期を進角側にずらすとともに、噴射間隔（Ｐ’からＭ’、Ｍ’からＡ’の間隔）を短くするようにすることができる。このようにすれば、早期の燃料噴射によって燃料の気化が促進され、安定した燃焼状態を継続することができる。このように、燃焼状態を安定化することによって、前記ずれを低減できる可能性がある。

この燃料噴射量の補正装置の制御フローを示すフローチャートを図４に示す。この制御フローにおいては、まず、学習開始条件が成立しているかどうかが判断される（本図Ｓ１）。この学習開始条件として、例えば、車両の製造ラインオフ時、車両の走行距離がｘ_１ｋｍに到達したとき、及び走行距離がｘ_２ｋｍの倍数に到達したとき、のように、走行距離に基づくタイミングを採用することができる。このように、所定の走行距離ごとに学習を開始することにすれば、インジェクタの経時変化を踏まえた基準噴射量の学習を行うことができる。これは、あくまでも学習開始条件の一例であって、他の条件を採用することもできる。

学習開始条件が成立している場合は（本図Ｓ１のＹＥＳ側）、燃料圧力と予め定めた所定圧力の大小が比較される（本図Ｓ２）。図２Ａ〜図２Ｅに示したように、燃料圧力が１２０ＭＰａ以上のときに、基準噴射量と実噴射量との間にずれが生じる傾向があるエンジンの場合、この所定圧力を１２０ＭＰａとし、燃料圧力がこの所定圧力を上回っているときは補正が必要と判断する一方で、燃料圧力がこの所定圧力を下回っているときは補正が不要と判断することもできる。

燃料圧力が所定圧力よりも小さい場合は（本図Ｓ２のＹＥＳ側）、学習が実施（本図Ｓ３）されて、補正を行うことなく基準噴射量が決定される。この基準噴射量は、基準噴射量記憶手段３２に記憶されて（図１参照）、燃料噴射弁１３に制御信号を発する燃料噴射弁制御手段３１に適用される。

その一方で、燃料圧力が所定圧力よりも大きい場合は（本図Ｓ２のＮＯ側）、高燃料圧力領域における高地での燃料の燃焼状態を良化して、基準噴射量と実噴射量との間のずれを抑制するために、燃焼良化工程が実施される（本図Ｓ４）。この燃焼良化工程にはいくつかの手法があり、例えば、
（１）１サイクルの間に複数回燃料を噴射する場合において、高地ほど燃料噴射間隔を狭くする、
（２）１サイクルの間に複数回燃料を噴射する場合において、高地ほど燃料噴射時期を進角側にずらす、
（３）高地ほどターボノズルの開度を高くして、空気量を増大する、
（４）高地ほどグロー通電時間を長くして、グロー温度を上昇させる、
等の手法を適宜採用することができる。これらの手法によって、燃料の気化を促進して、燃焼状態の良化を図ることができる。なお、この燃焼良化制御は必ずしも実施しなくてよい。

引き続いて、学習によって低地（海抜０ｍ付近）における基準噴射量を決定した上で（本図Ｓ５）、学習結果の補正が行なわれる（本図Ｓ６）。この補正は、噴射量補正手段３３（図１参照）で、基準噴射量記憶手段３２（図１参照）に記憶された基準噴射量と、任意の高度における実噴射量の差分である学習量を算出し、この学習量を基準噴射量に加算して補正基準噴射量を算出することによって行う。

図２Ｅ（燃料圧力が１５０ＭＰａのとき）に記載された＃３シリンダを例に挙げて説明すると、この燃料圧力においては、基準噴射量がｆ_１、高度４０００ｍにおける実噴射量がｆ_２である。このため、基準噴射量ｆ_１と高度４０００ｍにおける実噴射量ｆ_２の差分である学習量はΔｆとなる。この学習量Δｆを基準噴射量ｆ_１に加算することによって、補正基準噴射量はｆ_１＋Δｆと算出される。

燃料圧力が１５０ＭＰａのときは、基準噴射量がｆ_１のため、燃料噴射制御手段３１は燃料噴射弁１３に対して、この基準噴射量ｆ_１を噴射するように制御信号を発する。しかしながら、高度４０００ｍにおいては実際にはｆ_２の燃料が噴射されており、Δｆの誤差が生じている。このため、燃料噴射制御手段３１に対して、基準噴射量ｆ_１に基づいて噴射の制御を行なうと、実際には補正基準噴射量ｆ_１＋Δｆだけ噴射されてしまう。

そこで、燃料噴射制御手段３１が発する制御信号の基礎となる基準噴射量ｆ_１を、学習量に基づいて補正した補正基準噴射量ｆ_１＋Δｆに置き換えて、燃料噴射制御手段３１に、本来噴射すべき噴射量からずれΔｆが生じていること（すなわち、基準噴射量ｆ_１を噴射しているつもりが、実際には実噴射量ｆ_２を噴射していること）を認識させる。燃料噴射制御手段３１がこのずれΔｆを認識することにより、噴射量を減量するように（すなわち、本来の基準噴射量に相当する噴射量ｆ_１で燃料を噴射するように）燃料噴射制御手段３１から燃料噴射弁１３に補正基準噴射量に基づいた制御信号が発せられる。このような制御を行なうことにより、高燃料圧力領域においても、低地から高地に亘って正しい噴射量で燃料を噴射することができる。

上記と同様に、他の高度・燃料圧力、及び、他のインジェクタについても、同様に学習結果の補正を行うことができる。

上記の実施形態はあくまでも一例であって、低地から高地に亘って、燃料噴射弁１３から噴射される燃料の実噴射量を一定に保つ、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、エンジンＥの制御系統の配置や制御フロー等を適宜変更することができる。

１ 吸気通路
２ 排気通路
１１ ピストン
１２ 燃焼室
１３ 燃料噴射弁
１４ スロットルバルブ
１５ インタークーラ
１６ コンプレッサ
１７ スロットルバルブ
１８ エアクリーナ
１９ 温度センサ
２０ タービン
２１ 排気浄化部
２２ 消音器
２３ 高圧排気還流通路
２４ 高圧排気還流弁
２５ 低圧排気還流通路
２６ 還流ガスクーラ
２７ 低圧排気還流弁
３０ 電子制御ユニット
３１ 燃料噴射制御手段
３２ 基準噴射量記憶手段
３３ 噴射量補正手段
Ｅ エンジン

Claims (4)

1. 燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、
   所定の高度において、前記燃料噴射弁から所定量の燃料が噴射されるように学習した基準噴射量を記憶する基準噴射量記憶手段と、
   前記基準噴射量記憶手段に記憶された前記基準噴射量と、前記所定の高度よりも高い高地における実噴射量との差分である学習量を算出し、前記学習量を前記基準噴射量に加算して補正基準噴射量を算出する噴射量補正手段と、
   を備え、前記噴射量補正手段で算出された前記補正基準噴射量に基づいて、前記燃料噴射弁から燃料が噴射されるように前記燃料噴射制御手段に制御信号を発する燃料噴射量の補正装置。
2. 前記噴射量補正手段による前記補正基準噴射量の算出が、前記燃料の燃料圧力が所定の圧力値以上のときに行われる請求項１に記載の燃料噴射量の補正装置。
3. １サイクルの燃焼行程中に前記燃料噴射弁から複数回燃料が噴射され、前記高度が高くなるほど、前記噴射の噴射間隔を短くした請求項1又は２に記載の燃料噴射量の補正装置。
4. 前記噴射量補正手段による前記補正基準噴射量の算出が、アイドリング状態で実施される請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料噴射量の補正装置。

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