JP2833211B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料噴射弁の精度にばらつきがあるために燃料噴射圧
および燃料噴射時間が同一であっても燃料噴射弁毎に実
際の燃料噴射量が異なる。また、燃料噴射弁を長時間使
用しているうちに、燃料噴射圧および燃料噴射時間が同
一であっても実際の燃料噴射量が変化する。従って、実
際の燃料噴射量を、機関回転数および機関負荷に基づい
て計算された基本噴射量に一致せしめることが困難であ
る。

この問題点を解消するため特開昭62−186034号公報に
は、燃料供給ポンプの燃料吐出口をリザーバタンクを介
して燃料噴射弁に連結し、機関回転数および機関負荷か
ら基本噴射量を計算し、リザーバタンク内の燃料圧を検
出するための燃料圧センサの出力信号に基づき燃料噴射
の前後の圧力変化を求めてこの圧力変化から実噴射量を
計算し、この実噴射量によって基本噴射量を補正するこ
とにより燃料噴射弁の噴射量を制御するようにした内燃
機関の燃料噴射量制御装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの装置では、燃料噴射によって生じる
リザーバタンク内の燃料圧の低下量検出時においても、
燃料供給ポンプによってリザーバタンク内に加圧燃料を
供給しているために、燃料噴射によるリザーバタンク内
の燃料圧の低下量を精度良く検出することができないと
いう問題がある。すなわち、燃料噴射によるリザーバタ
ンク内の燃料圧の低下量に対して、燃料供給ポンプによ
るリザーバタンク内の燃料圧の変動量が相対的に大きい
ために、燃料噴射によるリザーバタンク内の燃料圧の低
下量を精度良く検出することができないのである。この
ため実噴射量を正確に計算することができず、斯くして
実噴射量を基本噴射量に精度良く一致せしめることがで
きないという問題を生ずる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明によれば第１図の発
明の構成図に示すように、燃料供給ポンプ300の燃料吐
出口を燃料通路301を介して燃料噴射弁302に連結した内
燃機関において、機関回転数および機関負荷から基本噴
射量を設定する基本噴射量設定手段303と、前記燃料通
路301内の燃料圧を検出する燃料圧センサ304と、燃料圧
センサ304の出力信号に基づいて求められる制御値によ
って燃料通路301内の燃料圧が予め定められた目標圧力
となるように燃料供給ポンプ300の燃料通路301への吐出
量を制御する吐出量制御手段305と、制御値に基づいて
実噴射量を計算する実噴射量計算手段306と、実噴射量
計算手段の計算結果から基本噴射量を補正することによ
り燃料噴射弁302の噴射量を定める噴射量設定手段307と
を具備している。

〔作 用〕

燃料供給ポンプの吐出量は、燃料通路内の燃料圧が予
め定められた目標圧力となるように、制御値によって制
御される。すなわち、燃料噴射による燃料通路内の燃料
圧の低下量を補うように制御値が変化する。従って、制
御値に基づいて実噴射量を正確に計算することができ
る。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を採用した４気筒ガソリン
機関の全体図を示す。同図において、１は機関本体、２
はサージタンク、３はエアクリーナ、４はサージタンク
２とエアクリーナ３とを連結する吸気管、５は各気筒内
に燃料噴射する電歪式の燃料噴射弁、６は点火栓、７は
高圧用リザーバタンク、８は吐出圧制御可能な高圧燃料
ポンプ、９は高圧燃料ポンプ８からの高圧燃料をリザー
バタンク７に導くための高圧導管、10は燃料タンク、11
は導管12を介して燃料タンク10から高圧燃料ポンプ８に
燃料を供給する低圧燃料ポンプを夫々示す。低圧燃料ポ
ンプ11の吐出側は、各燃料噴射弁５のピエゾ圧電素子を
冷却するための圧電素子冷却用導入管13に接続される。
圧電素子冷却用返戻管14は燃料タンク10に連結され、こ
の返戻管14を介して圧電素子冷却用導入管13を流れる燃
料を燃料タンク10に回収する。各枝管15は、各高圧燃料
噴射弁５を高圧用リザーバタンク７に接続する。

電子制御ユニット20はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス21によって相互に接続されたROM（リ
ードオンリメモリ）22、RAM（ランダムアクセスメモ
リ）23、CPU（マイクロプロセッサ）24、入力ポート25
および出力ポート26を具備する。高圧用リザーバタンク
７に取り付けられた燃料圧センサ27は高圧用リザーバタ
ンク７内の圧力を検出し、その検出信号はA/Dコンバー
タ28を介して入力ポート25に入力される。機関回転数N_e
に比例した出力パルスを発生するクランク角センサ29の
出力パルスは入力ポート25に入力される。アクセルペダ
ル（図示せず）の踏込み量（アクセル開度θＡ）に応じ
た出力電圧を発生するアクセル開度センサ30の出力電圧
はA/Dコンバータ31を介して入力ポート25に入力され
る。一方、各燃料噴射弁５は各駆動回路34を介して出力
ポート26に接続される。また高圧燃料ポンプ８は駆動回
路36を介して出力ポート26に接続される。

第３図は燃料噴射弁５の側面断面図を示す。第３図を
参照すると、40はノズル50内に挿入されたニードル、41
は加圧ロッド、42は可動プランジャ、43はばね収容室44
内に配置されかつニードル40を下方に向いて押圧する圧
縮ばね、45は加圧ピストン、46はピエゾ圧電素子、47は
可動プランジャ42の頂部とピストン45間に形成されかつ
燃料で満たされた加圧室、48はニードル加圧室を夫々示
す。ニードル加圧室48は燃料通路49および枝管15を介し
て高圧用リザーバタンク７（第２図）に連結され、従っ
て高圧用リザーバタンク７内の高圧燃料が枝管15および
燃料通路49を介してニードル加圧室48内に供給される。
ピエゾ圧電素子46に電荷がチャージされるとピエゾ圧電
素子46が伸長し、それによって加圧室47内の燃料圧が高
められる。その結果、可動プランジャ42が下方に押圧さ
れ、ノズル口53は、ニードル40によって閉弁状態に保持
される。一方、ピエゾ圧電素子46にチャージされた電荷
がディスチャージされるとピエゾ圧電素子46が収縮し、
加圧室47内の燃料圧が低下する。その結果、可動プラン
ジャ42が上昇するためにニードル40が上昇し、ノズル口
53から燃料が噴射される。

第４図は第２図に示す機関の縦断面図を示す。第４図
を参照すると、60はシリンダブロック、61はシリンダヘ
ッド、62はピストン、63はピストン62の帳面に形成され
た略円筒状凹部、64はピストン62頂面とシリンダヘッド
61内壁面間に形成されたシリンダ室を夫々示す。点火栓
６はシリンダ室64に臨んでシリンダヘッド61のほぼ中央
部に取り付けられる。図面には示さないがシリンダヘッ
ド61内には吸気ポートおよび排気ポートが形成され、こ
れら吸気ポートおよび排気ポートのシリンダ室64内への
開口部には夫々吸気弁および排気弁が配置される。燃料
噴射弁５はスワール型の燃料噴射弁であり、広がり角が
大きく貫徹力の弱い噴霧状の燃料を噴射する。燃料噴射
弁５は、斜め下方を指向して、シリンダ室64の頂部に配
置され、点火栓６近傍に向かって燃料噴射するように配
置される。また、燃料噴射弁５の燃料噴射方向および燃
料噴射時期は、噴射燃料がピストン62頂部に形成された
凹部63を指向するように決められる。

第５図は高圧燃料ポンプ８全体の側面断面図を示す。
この高圧燃料ポンプ８は大きく別けるとポンプ部Ａと、
ポンプ部Ａの吐出量を制御する吐出量制御部Ｂとにより
構成される。第６図はポンプ部Ａの断面図を示してお
り、第７図は吐出量制御部Ｂの拡大側面断面図を示して
いる。

第５図および第６図を参照すると、70は一対のプラン
ジャ、71は各プランジャ70によって形成される加圧室、
72は各プランジャ70の下端部に取付けられたプレート、
73はタペット、74はプレート72をタペット73に向けて押
圧する圧縮ばね、75はタペット73により回転可能に支承
されたローラ、76は機関によって駆動されるカムシャフ
ト、77はカムシャフト76上に一体形成されたカムを夫々
示し、ローラ75はカム77のカム面上を転動する。従って
カムシャフト76が回転せしめられるとそれに伴なって各
プランジャ70が上下動する。

第５図を参照すると、ポンプ部Ａの頂部には燃料供給
口78が形成され、この燃料供給口78は低圧燃料ポンプ11
（第２図）の吐出口に接続される。この燃料供給口78は
燃料供給通路79および逆止弁80を介して加圧室71に接続
される。従ってプランジャ70が下降したときに燃料供給
通路79から加圧室71内に燃料が供給される。81はプラン
ジャ70周りからの漏洩燃料を燃料供給通路79へ返戻する
ための燃料返戻通路を示す。一方、第５図および第６図
に示されるように各加圧室71は対応する逆止弁82を介し
て各加圧室71に対し共通の加圧燃料通路83に接続され
る。この加圧燃料通路83は逆止弁84を介して加圧燃料吐
出口85に接続され、この加圧燃料吐出口85はリザーバタ
ンク７（第２図）に接続される。従ってプランジャ70が
上昇して加圧室71内の燃料圧が上昇すると加圧室71内の
高圧の燃料は逆止弁82を介して加圧燃料通路83内に吐出
され、次いでこの燃料は逆止弁84および燃料吐出口85を
介してリザーバタンク７（第２図）内に送り込まれる。
一対のカム77の移送は180度だけずれており、従って一
方のプランジャ70が上昇行程にあって加圧燃料を吐出し
ているときには他方のプランジャ70は下降行程にあって
燃料を加圧室71内に吸入している。従って加圧燃料通路
83内には一方の加圧室71から必ず高圧の燃料が供給され
ており、従って加圧燃料通路83内には各プランジャ70に
よって常時高圧の燃料が供給され続けている。加圧燃料
通路83からは第５図に示すように燃料溢流通路90が分岐
され、この燃料溢流通路90は吐出量制御部Ｂに接続され
る。

第７図を参照すると吐出量制御部Ｂはそのハウジング
内に形成された燃料溢流室91と、燃料溢流通路90から燃
料溢流室91に向かう燃料流を制御する溢流制御弁92とを
具備する。溢流制御弁92は燃料溢流室91内に配置された
弁部93を有し、この弁部93によって弁ポート94の開閉制
御が行なわれる。また、吐出量制御部Ｂのハウジング内
には溢流制御弁92を駆動するためのアクチュエータ95が
配置される。このアクチュエータ95は吐出量制御部Ｂの
ハウジング内に摺動可能に挿入された加圧ピストン96
と、加圧ピストン96を駆動するためのピエゾ圧電素子97
と、加圧ピストン96によって画定された加圧室98と、加
圧ピストン96をピエゾ圧電素子95に向けて押圧する皿ば
ね99と、吐出量制御部Ｂのハウジング内に摺動可能に挿
入された加圧ピン100とにより構成される。加圧ピン100
の上端面は溢流制御弁92の弁部93に当接しており、加圧
ピン100の下端面は加圧室98内に露呈している。なお、
燃料溢流室91内には加圧ピン100を常時上方に向けて付
勢する皿ばね101が配置される。溢流制御弁92の上方に
はばね室102が形成され、このばね室102内には圧縮ばね
103が挿入される。溢流制御弁102はこの圧縮ばね103に
よって常時下方に向けて押圧される。燃料溢流室91は燃
料流出孔104を介してばね室102内に連通しており、この
ばね室102は燃料流出孔105、逆止弁106および燃料流出
口107を介して燃料タンク10（第２図）に接続される。
この逆止弁106は通常燃料流出孔105を閉鎖するチェック
ボール108と、このチェックボール108を燃料流出孔105
に向けて押圧する圧縮ばね109とにより構成される。更
に燃料溢流室91は燃料流出孔110、逆止弁111、ピエゾ圧
電素子97の周囲に形成された燃料流出通路112および燃
料流出口113を介して燃料タンク10（第２図）に接続さ
れる。この逆止弁111は通常燃料流出孔110を閉鎖するチ
ェックボール114と、このチェックボール114を燃料出孔
110に向けて押圧する圧縮ばね115とにより構成される。
また燃料溢流室91は絞り通路116および逆止弁117を介し
て加圧室98内に接続される。この逆止弁117は通常絞り
通路116を閉鎖するチェックボール118と、このチェック
ボール118を絞り通路116に向けて押圧する圧縮ばね119
とにより構成される。

ピエゾ圧電素子97はリード線120を介して電子制御ユ
ニット20（第２図）に接続されており、従ってピエゾ圧
電素子97は電子制御ユニット20の出力信号によって制御
される。ピエゾ圧電素子97は多数の薄板状圧電素子を積
層した積層構造をなしており、ピエゾ圧電素子97に電荷
をチャージするとピエゾ圧電素子97は軸方向に伸長し、
ピエゾ圧電素子97にチャージされた電荷をディスチャー
ジするとピエゾ圧電素子97は軸方向に収縮する。燃料溢
流室91および加圧室98は燃料で満たされており、従って
ピエゾ圧電素子97に電圧が印加されてピエゾ圧電素子97
が軸方向に伸長すると加圧室98内の燃料圧が上昇する。
加圧室98内の燃料圧が上昇すると加圧ピン100が上昇せ
しめられ、それに伴なって溢流制御弁92も上昇せしめら
れる。その結果、溢流制御弁92の弁部93が弁ポート94を
閉鎖し、その結果燃料溢流通路90から燃料溢流室91内へ
の燃料の溢流が停止せしめられる。従ってこのときプラ
ンジャ70の加圧室71からの加圧燃料通路83（第６図）内
に吐出された全ての加圧燃料はリザーバタンク７（第２
図）内に送り込まれる。

一方、ピエゾ圧電素子97への電圧の印加が停止せしめ
られてピエゾ圧電素子97が収縮すると加圧ピストン96が
下降するために加圧室98の容積が増大する。その結果、
加圧室98内の燃料圧が低下するために溢流制御弁92およ
び加圧ピン100は圧縮ばね103のばね力により下降し、斯
くして溢流制御弁92の弁体93が弁ポート94を開弁する。
このときプランジャ70の加圧室71から加圧燃料通路83
（第６図）内に吐出された全ての加圧燃料は燃料溢流通
路90および弁ポート94を介して燃料溢流室91内に送り込
まれる。従ってこのときにはリザーバタンク７（第２
図）内に加圧燃料は供給されない。

燃料溢流通路90から燃料溢流室91内に溢流した燃料は
各燃料出孔104,105,110および逆止弁105,111を介して燃
料タンク10（第２図）に返戻される。

リザーバタンク７内の燃料圧を目標燃料圧に維持する
ために、一定クランク角毎に溢流制御弁92が閉弁せしめ
られてプランジャ70の加圧室71から吐出された加圧燃料
がリザーバタンク７内に補給され、次いで再び溢流制御
弁92が閉弁せしめられるまで溢流制御弁92は開弁状態に
保持される。この場合、一定クランク角の間で溢流制御
弁92が閉弁しているクランク角の割合が大きくなればリ
ザーバタンク７内に補給される加圧燃料の量が増大す
る。ここで第８図に示されるように一定のクランク角θ
_０の間で溢流制御弁92が閉弁しているクランク角θの割
合、即ち一定のクランク角θ_０の間でピエゾ圧電素子97
が伸長せしめられているクランク角θの割合をデューテ
ィ比DT（＝θ／θ_０）と称すると、デューティ比DTが大
きくなるほどリザーバタンク７内に補給される加圧燃料
の量が増大することになる。

第９図にはリザーバタンク７内の燃料圧を一定の目標
燃料圧に制御するためのルーチンを示す。このルーチン
は180クランク角毎の割込みによって実行される。

第９図を参照すると、まずステップ150においてリザ
ーバタンク７内の平均圧力が読込まれる。この平均圧
力は、一定時間毎に検出されるリザーバタンク７内の
圧力P_rを複数回検出してその平均をとったものである。
ステップ151ではリザーバタンク７内の平均圧力が予
め定められた一定の目標燃料圧P_M以上か否か判定され
る。≧P_Mの場合ステップ152に進みデューティ比DTが
αだけ減じられる。これによってリザーバタンク７内に
補給される加圧燃料の量が減少することになる。一方、
＜P_Mの場合、ステップ153に進みデューティ比DTがα
だけ増大せしめられる。これによってリザーバタンク７
内に補給される加圧燃料の量が増大することになる。

高圧燃料ポンプ８はこのようにして計算されるデュー
ティ比を有するデューティ信号によって制御される。

このように、リザーバタンク７内の燃料圧が予め定め
られた一定の目標燃料圧P_Mとなるように、高圧燃料ポン
プ８の吐出量（リザーバタンク７への燃料供給量）を制
御しているために、実際の燃料噴射量は高圧燃料ポンプ
８の吐出量と等しくなる。一方、高圧燃料ポンプ８の吐
出量はデューティ信号によって制御され、従ってデュー
ティ信号のデューティ比DTは高圧燃料ポンプ８の吐出量
を間接的に示している。従って、デューティ比DTに基づ
いて実際の燃料噴射量を計算することができる。

なお目標燃料圧P_Mは必ずしも一定である必要はなく、
目標燃料圧P_Mが変化する場合には、実際の燃料噴射量は
高圧燃料ポンプ８の吐出量に圧力補正をして求められ
る。

第10図には燃料噴射弁５の燃料噴射時間τを計算する
ためのルーチンを示す。このルーチンは一定クランク角
毎の割込みによって実行される。

まずステップ160において機関回転数N_eおよびアクセ
ル開度θＡが読込まれる。次いでステップ161において
機関回転数N_eおよびアクセル開度θＡに基づいて基本噴
射量Q_aが計算される。N_e,θＡとQ_aとの関係はマップの
形で予めROM 22内に記憶されており、このマップから基
本噴射量Q_aが計算される。ステップ162では基本噴射量Q
_aに補正係数K_Pを乗じて補正噴射量Ｑを計算し、この補
正噴射量Ｑに基づいて燃料噴射弁５の開弁時間τが比例
計算される。

第11図には補正係数K_Pを更新するためのメインルーチ
ンを示す。このルーチンは一定時間毎に実行される。エ
ンジンキーオン時には、更新フラグF_m1には１にセット
され、計算フラグF_m2は０にリセットされ、カウンタC_m
は予め定められた値にセットされ、累積燃料供給量Q_Dお
よび累積噴射量Q_Cは０にクリアされる。まず、ステップ
170において機関冷却水温TWが80℃以上か否か判定され
る。TW≧80℃の場合にはステップ171に進み更新フラグF
_m1が１にセットされているか否か判定される。今、更新
フラグF_m1は１にセットされているためステップ172に進
み、計算フラグF_m2が１にセットされる。ステップ170お
よび171のうちいずれか一方でも否定判定されると、何
も実行せずに本ルーチンを終了する。ステップ173では
カウンタC_mが０になったか否か判定される。カウンタC_m
が０であればステップ174以下に進んで補正係数K_Pが更
新され、カウンタC_mが０でなければ本ルーチンを終了す
る。

第12図には累積噴射量Q_Cおよび累積燃料供給量Q_Dを計
算するためのルーチン示す。このルーチンは180クラン
ク角毎の割込みによって実行される。ステップ180では
計算フラグF_m2が１にセットされているか否か判定され
る。計算フラグF_m2が０にリセットされている場合何も
実行せず本ルーチンを終了する。計算フラグF_m2が１に
セットされている場合、ステップ181に進みカウンタC_m
が０か否か判定される。カウンタC_mが０でない場合に
は、ステップ182に進みカウンタC_mが１だけデクリメン
トされる。４気筒機関の場合180クランク毎に燃料噴射
が実行されるため、１回の燃料噴射毎にカウンタC_mが１
ずつデクリメントされることになる。一方、カウンタC_m
が０の場合には本ルーチンを終了する。次いで、燃料噴
射が実行される毎にステップ183では基本噴射量Q_a（第1
0図参照）が累積噴射量Q_Cに累積されていく。ステップ1
84ではデューティ比DTと機関回転数N_eに基づくマップか
ら、180クランク角における高圧燃料ポンプ８の吐出
量、すなわちリザーバタンク７への燃料供給量ｑが計算
される。マップが機関回転数に基づくのは、回転数によ
って高圧燃料ポンプ８の吐出効率が変化するからであ
る。ステップ185では燃料供給量ｑが累積燃料供給量Q_D
に累積されていく。この累積燃料供給量Q_Dは燃料噴射弁
５から噴射される実際の総噴射量を示している。

再び第11図を参照すると、ステップ173でカウンタC_m
が０と判定された場合、すなわちC_m回の燃料噴射が完了
した場合、ステップ174に進んで仮補正係数K_Pnが次式に
より計算される。

K_Pn＝K_P・Q_C/Q_D ここで、例えば計算された累積噴射量（噴射されるべ
き総燃料噴射量）Q_Cを100とし、このときの累積燃料供
給量Q_D、すなわち実際の総燃料噴射量を95とすると、K
_Pn＝K_P・100/95となって仮補正係数K_Pnは大きくなる。
このため、燃料噴射時間τ（第10図参照）は増大するた
めに、実際の燃料噴射量は増大し、Q_DをQ_Cに等しくする
ことができる。ステップ175では次式に基づいて補正係
数K_Pが更新せしめられる。

K_P＋（K_Pn−K_P）/N この式を変形すると次式のように書ける。

この式からわかるように、K_PにＮ−１の重み付けを
し、K_Pnに１の重み付けをすることによってK_Pを更新し
ているのである。次いでステップ176では更新フラグF_m1
および計算フラグF_m2が更新せしめられる。

以上のように本実施例では、高圧燃料ポンプの吐出量
を制御するためのデューティ比に基づいて実噴射量を求
めているために、正確な実噴射量を求めることができ
る。従って、実噴射量を基本噴射量に精度良く一致せし
めることができる。

なお、カウンタC_mの設定値を１としてもよいが、１以
上の整数とした場合には複数回の燃料噴射の実噴射量を
求めることになり、実噴射量をより高い精度で計算する
ことができる。

〔発明の効果〕

実噴射量を正確に計算することができるために、燃料
噴射量の精度を向上せしめることができる。すなわち、
実噴射量を基本噴射量に精度良く一致せしめることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、第２図は４気筒ガソリン機関の
全体図、第３図は燃料噴射弁の縦断面図、第４図は第２
図に示す機関の縦断面図、第５図は高圧燃料ポンプの縦
断面図、第６図は第５図のVI−VI線に沿ってみた高圧燃
料ポンプの断面図、第７図は第５図の吐出量制御部の拡
大側面断面図、第８図はピエゾ圧電素子および溢流制御
弁の作動を示すタイムチャート、第９図はデューティ比
DTを制御するためのフローチャート、第10図は燃料噴射
時間τを計算するためのフローチャート、第11図は補正
係数K_Pを更新するためのフローチャート、第12図は累積
噴射量Q_Cおよび累積燃料供給量Q_Dを計算するためのフロ
ーチャートである。 ５……燃料噴射弁、７……リザーバタンク、 ８……高圧燃料ポンプ、27……燃料圧センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料供給ポンプの燃料吐出口を燃料通路を
   介して燃料噴射弁に連結した内燃機関において、機関回
   転数および機関負荷から基本噴射量を設定する基本噴射
   量設定手段と、前記燃料通路内の燃料圧を検出する燃料
   圧センサと、該燃料圧センサの出力信号に基づいて求め
   られる制御値によって前記燃料通路内の燃料圧が予め定
   められた目標圧力となるように前記燃料供給ポンプの前
   記燃料通路への吐出量を制御する吐出量制御手段と、前
   記制御値に基づいて実噴射量を計算する実噴射量計算手
   段と、該実噴射量計算手段の計算結果から前記基本噴射
   量を補正することにより燃料噴射弁の噴射量を定める噴
   射量設定手段とを具備した内燃機関の燃料噴射量制御装
   置。