JP3354411B2 - 直噴式ガソリン内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

直噴式ガソリン内燃機関の燃料噴射制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直噴式ガソリン内燃
機関の燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、機関の始動
直後の燃料圧力の増大変化時における噴射量の制御技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、燃料を燃焼室内に直接噴射す
る直噴式ガソリン内燃機関が知られている。前記直噴式
ガソリン内燃機関としては、燃料噴射弁に燃料を供給す
る機関駆動式の高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプに
燃料を供給する電動式の低圧燃料ポンプと、前記低圧燃
料ポンプと高圧燃料ポンプとの間の低圧燃料系における
圧力を所定の低圧に調整する低圧プレッシャレギュレー
タと、前記高圧燃料ポンプ下流側の高圧燃料系における
圧力を所定の高圧に調整する高圧プレッシャレギュレー
タと、を備える構成のものがあった（特開平７−７７１
１９号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記燃料噴
射弁に対して供給される燃料の圧力（以下、燃圧とい
う）が所期圧力からずれていると、燃料噴射弁に出力さ
れる燃料噴射パルス幅に対して実際に噴射される燃料量
が変化し、空燃比制御精度が低下する。このため、燃圧
を検出するセンサを設け、該燃圧センサで検出される燃
圧に応じて燃料噴射パルス幅を補正することが要求され
る。
【０００４】しかし、燃圧を検出するセンサは、図６に
示すように、低燃圧側ほど誤差割合が大きくなる特性を
一般的に有するため、図７に示すように噴射量の補正エ
ラーが始動直後の低圧状態でより大きくなり、燃圧の検
出結果に基づいて噴射パルス幅を補正することで、却っ
て空燃比制御精度を低下させてしまう惧れがあった。本
発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃圧に応
じた燃料噴射パルス幅の補正制御において、始動直後の
低圧状態における補正エラーを減少させることを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
燃料噴射パルス幅演算手段は、機関の運転条件に基づい
て燃料噴射弁に出力する燃料噴射パルス幅を演算する。
オープン制御手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料
の圧力が所定の基準圧力であるものとして前記燃料噴射
パルス幅演算手段で演算される燃料噴射パルス幅を補正
する手段であり、クローズド制御手段は、燃圧検出手段
で検出された燃料の圧力に基づいて前記燃料噴射パルス
幅演算手段で演算される燃料噴射パルス幅を補正する手
段である。
【０００６】ここで、圧力条件判別手段は、前記燃料噴
射弁に供給される燃料圧力が低圧状態であるか高圧状態
であるかを判別し、制御切り換え手段は、前記圧力条件
判別手段で低圧状態であると判別されたときに前記オー
プン制御手段を動作させ、高圧状態であると判別された
ときに前記クローズド制御手段を動作させる。かかる構
成によると、始動直後の低燃圧状態では、燃圧検出手段
による検出結果を用いずに、燃料の圧力が所定の基準圧
力であるものと仮定して燃料噴射パルス幅が補正される
が、高燃圧状態では、実際に燃圧検出手段で検出された
燃料の圧力に基づいて燃料噴射パルス幅が補正される。
【０００７】請求項２記載の発明では、燃料噴射弁に燃
料を供給する機関駆動式の高圧燃料ポンプと、該高圧燃
料ポンプに燃料を供給する電動式の低圧燃料ポンプと、
前記低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとの間の低圧燃料
系における圧力を所定の低圧に調整する低圧プレッシャ
レギュレータと、前記高圧燃料ポンプ下流側の高圧燃料
系における圧力を所定の高圧に調整する高圧プレッシャ
レギュレータと、を備え、前記オープン制御手段が、前
記基準圧力を前記低圧プレッシャレギュレータによる調
整圧として燃料噴射パルス幅を補正する構成とした。
【０００８】かかる構成によると、低圧状態として判別
されているときには、低圧プレッシャレギュレータによ
る調整圧に、実際の燃料圧力が調整されているものと仮
定して、燃料噴射パルス幅が補正されることになる。請
求項３記載の発明では、前記圧力条件判別手段が、前記
燃圧検出手段で検出された燃料の圧力と予め設定された
切り換え圧力とを比較して、低圧状態と高圧状態とのい
ずれかに判別する構成とした。
【０００９】かかる構成によると、実際の燃圧検出結果
の切り換え圧力に対する大小関係に基づいて、低圧状態
と高圧状態とのいずれかに判別される。請求項４記載の
発明では、前記圧力条件判別手段において前記燃圧検出
手段で検出された燃料の圧力と比較される切り換え圧力
にヒステリシスを設ける構成とした。
【００１０】かかる構成によると、前記燃圧検出手段で
検出される燃圧に脈動が生じても、該脈動がヒステリシ
ス特性の不感帯内であれば、オープン制御とクローズド
制御との切り換えが行われないことになる。尚、ヒステ
リシスは、燃圧の増大変化方向のみ，減少方向のみ、増
大及び減少方向の双方に設ける構成のいずれであっても
良い。
【００１１】請求項５記載の発明では、前記圧力条件判
別手段が、機関の回転速度と前記高圧燃料ポンプの回転
速度との少なくとも一方と予め設定された切り換え回転
速度とを比較して、低圧状態と高圧状態とのいずれかに
判別する構成とした。かかる構成によると、高圧燃料ポ
ンプは機関駆動式であるから、機関回転速度が高圧燃料
ポンプの回転速度を間接的に示すことになり、高圧燃料
ポンプの回転速度又は機関回転速度が十分に高いときに
は、燃圧も十分に上昇しているものと推定されることに
なる。
【００１２】請求項６記載の発明では、前記圧力条件判
別手段が、機関始動からの経過時間と予め設定された切
り換え時間とを比較して、低圧状態と高圧状態とのいず
れかに判別する構成とした。かかる構成において、機関
始動からの経過時間に応じて燃料圧力が上昇するから、
前記経過時間に応じて燃料圧力を推定して、低圧状態と
高圧状態とに判別できる。
【００１３】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、燃圧が低
いときに、検出誤差の大きな燃圧検出値を用いずに、燃
圧がある圧力であると仮定して燃料噴射パルス幅を補正
するようにしたので、低圧状態における補正エラーを、
予測し得る比較的小さい状態に確実に抑制できるという
効果がある。
【００１４】請求項２記載の発明によると、高圧燃料系
内の燃料圧力が十分に上昇する前の圧力を、低圧プレッ
シャレギュレータにより調整される圧力と仮定すること
で、低圧状態における補正エラーを確実に抑制できる。
請求項３記載の発明によると、実際に検出された燃料圧
力に基づいてオープン制御とクローズド制御とを切り換
えるので、オープン制御が必要な条件を精度良く判別し
て、制御の切り換えを行わせることができるという効果
がある。
【００１５】請求項４記載の発明によると、燃圧の検出
値が脈動しても、オープン制御とクローズド制御との切
り換えがハンチングすることを回避できるという効果が
ある。請求項５記載の発明によると、高圧燃料ポンプの
稼働状態から燃圧状態を推定して、オープン制御とクロ
ーズド制御との切り換えを行わせることができるという
効果がある。
【００１６】請求項６記載の発明によると、始動からの
経過時間に基づいて燃圧状態を判別させることで、オー
プン制御とクローズド制御との切り換えを簡便な構成で
行わせることができるという効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、実施の形態における直噴式ガソリン内燃
機関の燃料噴射制御装置のシステム構成である。この図
２において、電磁式燃料噴射弁１は、図示しない直噴式
ガソリン内燃機関の各気筒の燃焼室に臨ませて設けられ
るものであり、燃料を燃焼室内に直接に噴射する。
【００１８】前記各燃料噴射弁１には、コモンレール２
から分配管３を介して燃料が分配供給されるようになっ
ており、前記コモンレール２には、機関駆動式の高圧燃
料ポンプ４から燃料が圧送される。前記コモンレール２
の下流側には、高圧プレッシャレギュレータ５が設けら
れており、前記高圧燃料ポンプ４と高圧プレッシャレギ
ュレータ５との間の高圧燃料系における燃料圧力を、所
定の高圧に調整する。前記高圧プレッシャレギュレータ
５は、所定の高圧よりも実際の燃料圧力が高い場合に、
高圧燃料系内の燃料を高圧燃料ポンプ４の吸引側に戻す
ことで、実際の燃料圧力を所定の高圧に調整するもので
ある。
【００１９】一方、前記高圧燃料ポンプ４には、電動式
の低圧燃料ポンプ６によって燃料タンク７から吸い込ま
れた燃料が低圧用プレッシャレギュレータ８によって所
定の低圧に調整されて供給される。前記低圧プレッシャ
レギュレータ８は、高圧燃料ポンプ４に供給される燃料
の圧力が所定の低圧よりも高い場合に、低圧燃料ポンプ
６から高圧燃料ポンプ４の間の低圧燃料系における燃料
をリターン通路９を介して燃料タンク７に戻すことで、
実際の燃料圧力を所定の低圧に調整するものである。
【００２０】前記燃料噴射弁１に対して所定の噴射タイ
ミングにおいて噴射パルス信号を出力するコントロール
ユニット10は、マイクロコンピュータを含んで構成さ
れ、予め設定されたプログラムに従って各種の検出信号
を演算処理して、前記噴射パルス信号のパルス幅（燃料
噴射パルス幅）を演算する。前記コントロールユニット
10には、エアフローメータ11からの吸入空気量信号Ｑ、
クランク角センサ12からの回転速度信号Ｎｅ、水温セン
サ13からの冷却水温度信号Ｔｗ、スタートスイッチ14か
らのＯＮ，ＯＦＦ信号、燃圧センサ15からの燃圧信号Ｐ
などが入力される。
【００２１】前記燃圧センサ15は、前記高圧燃料系にお
ける燃料の圧力、即ち、燃料噴射弁１に供給される燃料
の圧力を検出するものであり、燃圧検出手段に相当す
る。尚、以下において燃圧とは、前記高圧燃料系におけ
る燃料の圧力、即ち、燃料噴射弁１に供給される燃料の
圧力を示すものとする。尚、図２において、16，17はア
キュムレータ、18はコールドスタートバルブである。
【００２２】ここで、前記コントロールユニット10は、
吸入空気量Ｑ，機関回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等に
基づいて標準の燃圧状態に適合して燃料噴射パルス幅を
演算する一方（燃料噴射パルス幅演算手段）、前記燃圧
センサ15の検出結果に基づいて前記燃料噴射パルス幅を
補正するようになっており、かかる補正制御の様子を、
図３のフローチャートに示してある。
【００２３】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１と記してある。以下同様）で
は、燃圧センサ15からの検出信号Ｐを読み込む。そし
て、次のステップ２では、前記燃圧センサ15により検出
された燃圧Ｐを加重平均し、加重平均値Ｐavを求める。
ステップ３では、前記加重平均圧力Ｐavと予め設定され
た切り換え圧力Ｐs とを比較することで、現在の燃圧状
態を、切り換え圧力Ｐs よりも低い低圧状態と切り換え
圧力Ｐs よりも高い高圧状態とのいずれかに判別する
（圧力条件判別手段）。
【００２４】前記切り換え圧力Ｐs は、燃圧センサ15に
よる検出誤差が所定値以上であって燃圧検出結果を用い
た噴射パルス幅の補正精度が要求精度を満たすことがで
きなくなる圧力の閾値である（図６及び図７参照）。こ
こで、切り換え圧力Ｐs よりも実際の燃料圧力Ｐavが高
い高圧状態であると判別されたときには、ステップ４へ
進み、前記加重平均値Ｐavと前記標準圧力とに基づいて
前記燃料噴射パルス幅を補正するクローズド制御を行う
（クローズド制御手段）。
【００２５】これにより、実際の燃料圧力の検出結果か
ら噴射パルス幅が補正されて、燃料圧力の変化があって
も所期の燃料量を噴射させることが可能となる。一方、
切り換え圧力Ｐs よりも実際の燃料圧力Ｐavが低い、始
動直後の低圧状態であると判別されたときには、ステッ
プ５へ進む。ステップ５では、前記加重平均値Ｐavを用
いずに、燃圧が前記低圧プレッシャレギュレータ８によ
る調整圧ＰL であると仮定して、前記燃料噴射パルス幅
を補正するオープン制御を行う（オープン制御手段）。
【００２６】前記切り換え圧力Ｐs よりも実際の燃料圧
力Ｐavが低い低圧状態では、燃圧センサ15の検出誤差が
大きく、実際の検出結果を用いて燃料噴射パルス幅を補
正させると大きな補正エラーが生じてしまう（図６及び
図７参照）。そこで、低圧プレッシャレギュレータ８の
調整圧ＰL （基準圧力）で低圧状態の燃圧を代表させ、
前記調整圧になっているものと仮定して燃料噴射パルス
幅を補正させることで、補正エラーを、予測される比較
的小さいレベルに確実に抑制できるようにしたものであ
る。
【００２７】上記のステップ３からステップ４，ステッ
プ５のいずれか一方に進む処理が、制御切り換え手段に
相当する。ところで、燃圧が上昇するときに、図８に示
すように脈動して、一定の切り換え圧力Ｐs を中心とし
て燃圧が上下すると、低圧状態と高圧状態との判別、引
いては、オープン制御とクローズド制御との切り換えが
ハンチングすることになってしまう。そこで、前記切り
換え圧力Ｐs にヒステリシスを設け、図９に示すよう
に、低圧状態，高圧状態判別（制御切り換え）の不感帯
を設定することが好ましい。尚、図９に示す例では、ヒ
ステリシスを燃圧の減少方向と増大方向との双方に設け
る構成としたが、いずれか一方にのみ設定しても良い。
【００２８】また、上記図３のフローチャートにおいて
は、クローズド制御とオープン制御とを切り換えるため
の低圧，高圧状態の判別を、燃圧センサ15の検出結果に
基づいて行わせたが、燃圧に相関するパラメータに基づ
いて実際の燃圧を推定して、低圧状態と高圧状態とに判
別させる構成としても良く、かかる構成の実施の形態を
図４及び図５のフローチャートに示す。
【００２９】図４のフローチャートにおいて、圧力条件
判別手段としてのステップ13以外の各ステップ（ステッ
プ11，12，14，15）は前記図３のフローチャートにおけ
るステップ１，２，４，５と全く同じ処理を行うもので
あり、ステップ13（図３におけるステップ３に相当）の
部分のみを詳細に説明する。図４のフローチャートにお
いて、ステップ13では、機関回転速度Ｎｅと予め設定さ
れた切り換え回転速度Ｎesとを比較し、機関回転速度Ｎ
ｅが切り換え回転速度Ｎesよりも高いときには、高圧状
態であると判別してステップ14へ進み、燃圧センサ15の
検出結果を用いた噴射パルス幅の補正制御（クローズド
制御）を行わせる。
【００３０】一方、ステップ13で機関回転速度Ｎｅが切
り換え回転速度Ｎesよりも低いと判別されたときには、
低圧状態であると判別してステップ15へ進み、燃圧セン
サ15の検出結果を用いずに、燃圧が低圧プレッシャレギ
ュレータ８の調整圧ＰL になっているものと仮定して噴
射パルス幅を補正する制御（オープン制御）を行わせ
る。
【００３１】前記高圧燃料ポンプ４は機関駆動式である
から、機関回転速度Ｎｅに一定の相関する回転速度で駆
動されることになり、始動後に機関回転速度Ｎｅが十分
に高くなっていて、高圧燃料ポンプ４の回転速度も十分
に高い状態になっているときには、これに対応して燃圧
も高圧状態になっているものと推定できるので、上記の
ように機関回転速度Ｎｅと予め設定された切り換え回転
速度Ｎesとを比較することで、低圧状態と高圧状態とに
判別できる。
【００３２】尚、機関回転速度Ｎｅの代わりに、高圧燃
料ポンプ４の回転速度を直接検出して低圧状態と高圧状
態とを判別させても良い。また、燃圧は、機関の始動開
始からの経過時間、換言すれば、高圧燃料ポンプ４の駆
動開始からの経過時間に応じて徐々に増大するから、始
動からの経過時間に基づいて燃圧を推定することがで
き、以て、始動からの経過時間に基づいてオープン制御
を行わせるべき低圧状態とクローズド制御を行わせるべ
き高圧状態とを判別させることができる。
【００３３】図５のフローチャートは、上記のように始
動からの経過時間に基づいて低圧状態と高圧状態とを判
別して、オープン制御とクローズド制御を切り換える構
成の実施の形態を示すものであり、前記図４のフローチ
ャートと同様に、低圧，高圧状態の判別を行うステップ
23の部分（圧力条件判別手段）のみが、前記図３のフロ
ーチャートに対して異なる。
【００３４】図５のフローチャートにおいて、ステップ
23では、始動からの経過時間ｔと予め設定された切り換
え時間ｔｓとを比較し、切り換え時間ｔｓに達していな
い場合には、低圧状態であると判断してステップ25へ進
み、前記オープン制御を行わせる。また、始動からの経
過時間ｔが切り換え時間ｔｓを越えているときには、高
圧状態と判断してステップ24へ進み、前記クローズド制
御を行わせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明にかかる燃料噴射制御装置
の基本構成図。
【図２】実施の形態における燃料噴射制御装置のシステ
ム構成図。
【図３】第１の実施の形態におけるパルス幅補正制御の
様子を示すフローチャート。
【図４】第２の実施の形態におけるパルス幅補正制御の
様子を示すフローチャート。
【図５】第２の実施の形態におけるパルス幅補正制御の
様子を示すフローチャート。
【図６】燃圧センサの検出誤差特性を示す線図。
【図７】燃圧センサの検出誤差によるパルス幅補正のエ
ラー特性を示す線図。
【図８】燃圧の脈動と制御状態との相関を示すタイムチ
ャート。
【図９】燃圧判定にヒステリシスを設けたときの特性を
示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁 ２ コモンレール ３ 分配管 ４ 高圧燃料ポンプ ５ 高圧プレッシャレギュレータ ６ 低圧燃料ポンプ ７ 燃料タンク ８ 低圧プレッシャレギュレータ ９ リターン通路 10 コントロールユニット 11 エアフローメータ 12 クランク角センサ 13 水温センサ 14 スタートスイッチ 15 燃圧センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/02 330 F02D 41/32 F02D 41/34 F02M 37/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機関の運転条件に基づいて燃料噴射弁に出
    力する燃料噴射パルス幅を演算する燃料噴射パルス幅演
    算手段と、 前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定の基準圧
    力であるものとして前記燃料噴射パルス幅演算手段で演
    算される燃料噴射パルス幅を補正するオープン制御手段
    と、 前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出する燃圧
    検出手段と、 該燃圧検出手段で検出された燃料の圧力に基づいて前記
    燃料噴射パルス幅演算手段で演算される燃料噴射パルス
    幅を補正するクローズド制御手段と、 前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力が低圧状態である
    か高圧状態であるかを判別する圧力条件判別手段と、 該圧力条件判別手段で低圧状態であると判別されたとき
    に前記オープン制御手段を動作させ、高圧状態であると
    判別されたときに前記クローズド制御手段を動作させる
    制御切り換え手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする直噴式ガソリン内
    燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 【請求項２】燃料噴射弁に燃料を供給する機関駆動式の
    高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプに燃料を供給する
    電動式の低圧燃料ポンプと、前記低圧燃料ポンプと高圧
    燃料ポンプとの間の低圧燃料系における圧力を所定の低
    圧に調整する低圧プレッシャレギュレータと、前記高圧
    燃料ポンプ下流側の高圧燃料系における圧力を所定の高
    圧に調整する高圧プレッシャレギュレータと、を備え、 前記オープン制御手段が、前記基準圧力を前記低圧プレ
    ッシャレギュレータによる調整圧として燃料噴射パルス
    幅を補正することを特徴とする請求項１記載の直噴式ガ
    ソリン内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 【請求項３】前記圧力条件判別手段が、前記燃圧検出手
    段で検出された燃料の圧力と予め設定された切り換え圧
    力とを比較して、低圧状態と高圧状態とのいずれかに判
    別することを特徴とする請求項１又は２に記載の直噴式
    ガソリン内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 【請求項４】前記圧力条件判別手段において前記燃圧検
    出手段で検出された燃料の圧力と比較される切り換え圧
    力にヒステリシスを設けたことを特徴とする請求項３記
    載の直噴式ガソリン内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 【請求項５】前記圧力条件判別手段が、機関の回転速度
    と前記高圧燃料ポンプの回転速度との少なくとも一方と
    予め設定された切り換え回転速度とを比較して、低圧状
    態と高圧状態とのいずれかに判別することを特徴とする
    請求項２に記載の直噴式ガソリン内燃機関の燃料噴射制
    御装置。
  6. 【請求項６】前記圧力条件判別手段が、機関始動からの
    経過時間と予め設定された切り換え時間とを比較して、
    低圧状態と高圧状態とのいずれかに判別することを特徴
    とする請求項１又は２に記載の直噴式ガソリン内燃機関
    の燃料噴射制御装置。
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