JP3282390B2 - 蓄圧式燃料噴射系の制御装置 - Google Patents

蓄圧式燃料噴射系の制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄圧式燃料噴射系の制
御装置に関し、更に詳細には蓄圧式燃料噴射系を備えた
内燃機関において、燃料温度変化に応じて燃料噴射量を
補正する蓄圧式燃料噴射系の制御装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】燃料ポンプと燃料噴射ノズルとの間にコ
モンレールを取り付けた蓄圧式燃料噴射系を装備した内
燃機関が従来から使用されている。この蓄圧式燃料噴射
系では、機関の回転速度及び負荷(一般にはアクセル開
度)に応じた目標燃料噴射量Q及び目標噴射圧Pi を予
めマップに定め、負荷センサの信号に基づいた燃料噴射
圧力(即ちコモンレール内圧力)PI が、前記目標噴射
圧力PI となるようにPID(比例−積分−微分)制御
を行う一方、燃料噴射量が目標燃料噴射量Qとなるよう
に次式に基づいて噴射期間(噴射ノズルの針弁のリフト
期間)を算出し、噴射ノズルに設けられた電磁弁への通
電時間を制御している。
【0003】 但し、Aは噴口面積、αは流量係数、γは燃料比重、Δ
Pは燃料噴射圧力P1 からシリンダ内圧力P2 を引いた
値であり、近似的にΔP≒P1 とすることができる。と
ころで、機関の出力が正味燃料質量によって決定される
のに対し、燃料噴射ノズルから噴射される燃料は、針弁
のリフト高さ及びリフト期間に依存するため、その噴射
量は体積によって決定する。
【0004】そのため、比較的多量の燃料が噴射ノズル
からリークする蓄圧式燃料噴射系では、リーク燃料が燃
料タンクに還流されるため、燃料温度は機関の作動と共
に上昇し高温となり、温度の変化に伴い、燃料比重γも
補正しないと適切な出力制御ができないという問題があ
る。そこで従来から燃料の比重が変化した場合の対策が
提案されている。例えば特開平4−103849号公報
に記載された手段は、二段リフト型の燃料噴射ノズルを
使用し、燃料が基本比重から変化した場合に、基本噴射
量及び基本噴射時期に対する補正係数マップを制御装置
に記憶させておき、アクセル開度及び機関回転速度か
ら、基本噴射量及び基本噴射時期を求め、燃料タンクに
取り付けた比重センサ及び温度センサから温度補正した
比重を求め、前記補正係数マップから容積による燃料噴
射量、燃料噴射時期及び初期リフト量を求め、燃料噴射
ノズルを制御するようにしたものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記公報に
記載された補正手段は、燃料噴射量の補正を噴射期間
(噴射ノズルの針弁のリフト期間)の長さを制御するこ
とのみによって実施している。したがって、排ガス特性
(スモーク、NOX などの排出量)、燃費特性などから
決まる最適噴射期間に対して、最適な制御が得られない
という問題がある。より具体的には、特に高速・高負荷
の運転領域において、燃料温度が上昇し(即ち燃料比重
が小さくなり)燃料噴射量の実質的な低下を補正しよう
とする場合、ピストン速度に対して噴射期間が長くなり
過ぎ、排ガス特性、燃費特性共に悪化してしまう。この
ことは、噴射ノズルからのリーク燃料が多い(即ち、一
旦加熱されて高温になった燃料を燃料タンクに多量に還
流する)蓄圧式燃料噴射系では一層顕著に現れる。
【0006】本発明は、以上の問題に着目してなされた
ものであり、機関の運転状況に応じて最適な燃料噴射量
の補正を行うことにより、排ガス特性、燃費特性の悪化
を伴うことなく、燃料温度の変化による出力の変動を防
止した蓄圧式燃料噴射系の制御装置を提供することを目
的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの本発明の蓄圧式燃料噴射系の制御装置は、蓄圧式燃
料噴射系の制御装置であって、燃料の比重補正をしない
標準温度範囲を定め、該燃料温度範囲について、機関の
回転速度及び負荷に対応する目標燃料噴射量と目標燃料
噴射圧力とを定め、且つ各前記負荷に対して低速回転速
度領域と高速回転速度領域とに区分し、前記領域の境界
上の負荷と回転速度との値を制御手段を決める設定値と
したマップを予め定め、該マップから、前記機関の回転
速度及び負荷に対応する燃料噴射量と燃料噴射圧力と
求めて仮目標値とし、燃料温度が前記標準温度範囲にあ
ると、前記仮目標値を、それぞれの目標噴射量及び目標
噴射圧力とし、前記燃料温度が前記標準温度範囲から逸
脱すると、前記機関の回転速度及び負荷が前記設定値以
下である場合には、燃料噴射量の前記仮目標前記比
の温度補正係数で除した値を目標噴射量とすると共
に、燃焼噴射圧力の前記仮目標を目標噴射圧力とし、
前記機関の回転速度又は負荷が前記設定値以上である場
合には、燃料噴射量の前記仮目標を目標噴射量とする
と共に、燃料噴射圧力の前記仮目標に前記温度補正係
数の2乗の逆数を乗じた値を目標噴射圧力として、燃料
噴射量及び燃料噴射圧力を制御するものである。
【0008】前記燃料の標準温度範囲は、使用地域、使
用状態などによって一定しないが、一般的には、標準的
な温度範囲(例えば30〜40℃)内で設定した温度t
0 の±10℃程度の範囲とすることができる。但し本発
明はこれに限定されず実際に則し適宜決定することがで
きる。そして前記温度t0 に対する比重をγ0 、実際の
温度te における燃料の比重をγ、補正係数をK、aを
軽油の物性から決まる定数とすると、比重γは、 γ=K×γ0 K=1−a(te −t0 ) によって決定することができる。
【0009】噴射圧力、噴射ノズルの電磁弁の通電時
間、噴射時期などは、従来と同様の手段によって決定す
ることができる。更に前記マップは、使用する内燃機関
の性能、排気ガス温度の制限などによる制約、シリンダ
内圧など耐久上の制約などを考慮して作成する場合など
種々変形して実施することもできる。
【0010】本発明に使用する機関の回転速度を検出す
る回転センサ、機関の負荷を検出する負荷センサ、燃料
の温度を検出する温度センサ、燃料噴射圧力を検出する
圧力センサは、いずれも従来から機関の制御に使用され
ているものを使用することができる。
【0011】
【作用】燃料温度が予め定めた範囲内の場合には、予め
機関回転速度及び負荷をパラメータとするマップ又は計
算式から求めた仮目標噴射量に基づいて制御し、前記範
囲から逸脱する燃料温度の場合には、機関回転速度及び
負荷が予め定めた設定値以下であると、前記仮目標噴射
量を燃料の比重の補正係数Kによって決定する目標噴射
量とし、機関回転速度が予め定めた前記設定値以上(高
速回転数)であると、仮目標噴射圧力を前記補正係数K
によって決定する前記手段は、内燃機関の運転状況に応
じた最適な燃料噴射量の補正を行うことにより、排ガス
特性、燃費特性の悪化を伴うことなく、燃料温度の変化
による出力の変動を防止することができる。
【0012】
【実施例】以下添付の図面を参照して一実施例により本
発明を具体的に説明する。図1に示す本実施例における
燃料噴射系は、図示しないディーゼルエンジンの燃料タ
ンク1からフィードポンプ2によって汲み出された燃料
を高圧ポンプ3に送り、高圧に加圧された燃料を、3方
切換弁からなる圧力制御用電磁弁4を経てコモンレール
5に供給する。コモンレール5には、圧力センサ6が取
り付けてあり、ここで検出された圧力信号は制御装置7
に入力される。
【0013】コモンレール5に蓄えられた高圧燃料は、
燃料通路8を通じて燃料噴射ノズル9に送られ噴口(図
示せず)から燃料を噴射する。燃料噴射ノズル9には、
電磁式リーク弁10を取り付けており、リークした燃料
は、リターン通路11を経由して燃料タンク1に還流され
る。その燃料タンク1には温度センサ12を取り付け、検
出した燃料温度を制御装置7に入力している。なお、本
実施例は6気筒機関を使用しており、リターン通路11が
燃料噴射ノズル9を横断するように記載した点線部分
は、各燃料噴射ノズル9のそれぞれにリターン通路11が
接続されていることを示している。
【0014】制御装置7には、前記圧力信号及び温度信
号の外、機関の回転速度を検出する回転センサ13、機関
負荷を検出する負荷センサ14、ピストン(図示せず)の
上死点を検出する上死点センサ15からの信号を入力して
いる。なお、本実施例においては前記負荷センサ14にア
クセル開度を検出するアクセルセンサを使用した。前記
コモンレール5内の燃料圧力の制御は、圧力制御用電磁
弁4を制御して設定圧力に前記圧力センサ6からの圧力
信号を一致させるようにしている。なお圧力制御用電磁
弁4の制御はPID制御によって行うことが好ましい。
また、燃料噴射ノズルの噴射期間TD ,噴射時期TINJ
は、前記各センサ6,12,13,14,15からの信号に基づ
き制御される。
【0015】次に図2,3に示すフローチャートによっ
て制御装置7の動作を説明する。図2に示すメインモー
ドと図3に示サブモードとを、数msecのタイムシェ
アリングを行うことで平行処理している。メインモード
のフローがスタートすると、ステップ1において、回転
センサ13により機関の回転速度Ne を検出し、ステップ
2において負荷センサ14によりアクセル開度VL が検出
され、ステップ3におてい温度センサ12により燃料温度
Tf が検出され、ステップ4において読み込まれた回転
速度Ne 及びアクセル開度VL から、所定のマップによ
り仮目標噴射量Q′を求める。
【0016】次いでステップ5において燃料温度Tf
が、標準温度下限T0MIN(例えば25℃)を越え、標準
温度上限T0MAX(例えば45℃)未満であるかが判別さ
れ、肯定的結果が得られるとステップ6において圧力補
正係数KP を1とし、否定的結果が得られるとステップ
7が実行される。ステップ7において、機関の回転速度
Ne とアクセル開度VL との関係を求めたマップ1の領
域F(図2に示す)の範囲にあるか否かが判別され、否
定的結果が得られると、ステップ8において燃料比重の
温度補正係数Kの平方根を算出し、燃料の圧力補正係数
P を求め、ステップ9に移行する。本実施例で採用し
た燃料比重γの温度補正係数Kは、次式から算出した。
【0017】K=1−a(Tf −Tf0) 但し、aは定数であり、Tf0は標準温度(例えば35
℃)である。ステップ7において肯定的結果が得られる
と、ステップ10において目標噴射量Qを仮目標噴射量
Q′を温度補正温度Kによって除することによって求
め、ステップ11において圧力補正係数KP を1とし、ス
テップ12が実行される。
【0018】前記ステップ9においては、目標噴射量Q
を前記仮目標噴射量Q′にセットし、ステップ12におい
て、燃料噴射ノズル9の電磁式リーク弁10の通電時間T
D を求め、ステップ13において回転速度Ne とアクセル
開度VL とによって決定する噴射時期マップから噴射時
期TINJ を求める。この場合、噴射時期TINJ は1種類
ではなく各気筒ごとに位相分だけずらした複数(本実施
例では6)求めることは明らかである。そしてステップ
14において、噴射時期TINJ から通電時間TDだけ燃料
噴射ノズル9の電磁式リーク弁10に通電し、燃料を噴射
し、ステップ1にリターンする。
【0019】前記ステップ8が実行されると、制御装置
7は、メインモードと同時に図3に示すサブモードをス
タートさせる。サブモードがスタートすると、ステップ
S1においてメインモードで検出した回転速度Ne,アク
セル開度VL,燃料温度Tf 情報を共有し、ステップS2
において回転速度Ne,アクセル開度VL による所定の噴
射圧力マップから仮目標噴射圧力PI ′を求め、ステッ
プS3において、メインモードでセットされた前記圧力
補正係数KP に仮目標噴射圧力PI ′を乗じて目標噴射
圧力PI を求め、ステップS4において圧力センサ6よ
り噴射圧力Piを検出し、ステップS5において、噴射
圧力Pi を目標噴射圧力PI に一致させるように圧力制
御用電磁弁4を制御し、ステップS1にリターンする。
以上のように機関の運転状態に合わせて燃料噴射条件を
変えて制御するようにしたので、排ガス特性、燃費特性
の悪化を伴うことなく、燃料温度の変化による出力変動
を防止することができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の蓄圧式燃料
噴射系の制御装置を構成したので、検出された機関回転
速度、機関負荷、及び燃料温度の組み合わせによって燃
料噴射ノズルの制御と燃料噴射圧力とを制御することに
より、機関の作動条件の全範囲に対して排ガス特性、燃
費特性の悪化を伴うことなく、燃料温度の変化による出
力変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による蓄圧式燃料噴射系の制御
装置の制御系統図である。
【図2】図1に示す制御装置のメインモード制御動作の
フローチャートである。
【図3】図1に示す制御装置のサブモード制御動作のフ
ローチャートである。
【符号の説明】
1 燃料タンク 2 フィードポン
プ 3 高圧ポンプ 4 圧力制御用電
磁弁 5 コモンレール 6 圧力センサ 7 制御装置 8 燃料通路 9 燃料噴射ノズル 10 電磁式リーク
弁 11 戻り通路 12 温度センサ 13 回転センサ 14 負荷センサ 15 上死点センサ F 領域 K 温度補正係数 KP 圧力補正係数 Ne 回転速度 Pi 噴射圧力 PI 目標噴射圧力 PI ′仮目標噴射
圧力 Q 目標噴射量 Q′仮目標噴射量 TD 通電時間 Tf 燃料温度 Tf0 標準温度 TINJ 噴射時期 T0MIN標準温度下限 T0MAX標準温度上
限 VL アクセル開度 γ 燃料比重
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02M 47/00 F02M 47/00 E 61/10 61/10 D (56)参考文献 特開 昭56−56934(JP,A) 特開 昭57−42127(JP,A) 特開 平4−47133(JP,A) 特開 昭57−10740(JP,A) 特開 平5−288109(JP,A) 特開 平4−103849(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/04 380 F02D 41/04 395 F02D 41/38 F02D 41/40 F02D 45/00 312

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄圧式燃料噴射系の制御装置であって、
    燃料の比重補正をしない標準温度範囲を定め、該燃料温
    度範囲について、機関の回転速度及び負荷に対応する目
    標燃料噴射量と目標燃料噴射圧力とを定め、且つ各前記
    負荷に対して低速回転速度領域と高速回転速度領域とに
    区分し、前記領域の境界上の負荷と回転速度との値を制
    御手段を決める設定値としたマップを予め定め、該マッ
    プから、前記機関の回転速度及び負荷に対応する燃料噴
    射量と燃料噴射圧力とを求めて仮目標値とし、燃料温度
    が前記標準温度範囲にあると、前記仮目標値を、それぞ
    れの目標噴射量及び目標噴射圧力とし、前記燃料温度が
    前記標準温度範囲から逸脱すると、前記機関の回転速度
    及び負荷が前記設定値以下である場合には、燃料噴射量
    前記仮目標前記比重の温度補正係数で除した値を
    目標噴射量とすると共に、燃焼噴射圧力の前記仮目標
    を目標噴射圧力とし、前記機関の回転速度又は負荷が
    設定値以上である場合には、燃料噴射量の前記仮目標
    を目標噴射量とすると共に、燃料噴射圧力の前記仮目
    に前記温度補正係数の2乗の逆数を乗じた値を目標
    噴射圧力として、燃料噴射量及び燃料噴射圧力を制御す
    る蓄圧式燃料噴射系の制御装置。
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DE102006036666A1 (de) * 2006-08-03 2008-02-07 Fev Motorentechnik Gmbh Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine

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