JP3906909B2 - 分割式燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の燃料噴射を複数回に分割して実行する分割式燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えばコモンレール式ディーゼルエンジンのように、筒内に燃料を直接噴射するエンジンでは、１回の燃焼に対して複数回の燃料噴射を任意の時期に実行可能である。そこで、この種のエンジンに適用される分割式燃料噴射制御装置では、運転状態に応じて燃料噴射の回数や時期を変更しており、例えば、メイン噴射より先行するパイロット噴射を実行して、燃焼圧の急増を抑制することで騒音低減を図ったり、或いは、メイン噴射後のアフタ噴射を実行して、排ガス中のスート等の低減を図ったりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した分割式燃料噴射制御装置では、先行する燃料噴射を実行することにより後続の燃料噴射が影響を受けて、トータルの目標噴射量を達成できない場合があった。即ち、本発明者が実施した試験では、図８に示すように先行する燃料噴射から後続の燃料噴射までの噴射間隔を変更した場合に、トータル噴射量及び正味平均有効圧が変動することが確認された。
【０００４】
この要因は、コモンレール圧の変動、噴射波形の干渉及び噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等によるものと考えられる。例えば先行する燃料噴射によりコモンレール圧が変動すると、その影響で後続の燃料噴射量が変動するため、トータル噴射量は誤差を生じる。又、燃料噴射弁の動作遅れに起因して、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形が干渉すると、同じくトータル噴射量の誤差に繋がる。
【０００５】
燃料噴射量の誤差はトルク変動として現れるため、結果としてドライバビリティの悪化を引き起こす上に、目標噴射量に対して実際の燃料噴射量に誤差が生じると、目標噴射量に基づく処理、例えば空気過剰率の推定処理や、目標噴射量を引数とするＥＧＲ制御等を的確に実施できないという問題が生じてしまう。
本発明の目的は、先行する燃料噴射による後続の燃料噴射に対する影響を排除して、目標噴射量に基づく正確な燃料噴射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が生じたときの種々の不具合を未然に防止することができる分割式燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する燃料供給手段と、燃料噴射弁を開閉制御して分割噴射を実行する制御手段とを備えた分割式燃料噴射制御装置において、制御手段は、分割噴射のうち先行する燃料噴射によって発生する燃料供給手段の燃料圧の変動特性に基づいて補正量を設定する補正量設定手段と、補正量に基づき後続の燃料噴射量を補正する補正手段とを備えるとともに、先行する燃料噴射の目標噴射量の有無に関わらず先行する燃料噴射において燃料噴射弁を駆動させることを特徴とする。
【０００７】
先行する燃料噴射を実行するための燃料噴射弁の駆動により燃料供給手段の燃料圧に変動が生じ、この燃料圧の変動が後続の燃料噴射の噴射量に影響を与える。そこで、先行する燃料噴射によって発生する燃料供給手段の燃料圧の変動特性が予め特定され、その変動特性に基づいて、補正量設定手段により燃料圧の変動の影響を相殺可能な補正量が設定されるため、補正量に基づいて後続の燃料噴射が適切な噴射量で実行可能となる。更に、先行する燃料噴射において、その目標噴射量の有無に関わらず燃料噴射弁を駆動させることにより、先行する燃料噴射弁の駆動の有無によるレール圧の変動を防止してトルク変動を確実に抑制することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、補正量設定手段が、燃料圧の変動特性に加えて、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形の干渉特性に基づいて補正量を設定するものである。
燃料噴射弁の動作遅れにより、先行する燃料噴射時の燃料噴射弁が全閉しないうちに後続の燃料噴射が開始された場合には、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形が互いに干渉するため、トータルの燃料噴射量に誤差が生じる。又、先行する燃料噴射時の燃料噴射弁が全閉した後でも、噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等により噴射波形の干渉が起こるため、トータルの燃料噴射量に誤差が生じる。そこで、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形の干渉特性が予め特定され、その干渉特性に基づいて、補正量設定手段により噴射波形の干渉の影響を相殺可能な補正量が設定されるため、トータルの燃料噴射量の誤差を排除可能となる。
【０００９】
請求項３の発明は、補正量設定手段が、燃料供給手段の燃料圧、先行する燃料噴射の噴射量、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔の少なくとも何れか一つに基づいて補正量を設定するものである。
先行する燃料噴射後に燃料供給手段の燃料圧は脈動を発生して次第に減衰するため、後続の燃料噴射を何れの時点で実行するかによって後続の燃料噴射が受ける影響は変わる。よって、先行する燃料噴射からの経過時間、つまり先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔に基づいて、後続の燃料噴射の時点における燃料供給手段の燃料圧の変動状況を推測すれば、その影響を相殺する補正が可能となる。
【００１０】
又、燃料圧の変動状況は、変動する以前の燃料圧の大きさによっても変わり、例えば燃料圧が高いほど変動周期が短くなることが考えられる。よって、変動する以前の燃料圧、例えば先行する燃料噴射以前に検出した燃料圧、或いは燃料供給手段の燃料圧を制御するときの目標値等に基づいて、その影響を相殺する補正が可能となる。更に、燃料圧の変動状況は、先行する燃料噴射の噴射量によっても変わり、例えば先行する燃料噴射の噴射量が多いほど燃料圧の脈動の振幅が増加することが考えられる。よって、先行する燃料噴射の噴射量に基づいて、その影響を相殺する補正が可能となる。
【００１１】
一方、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔が短くなるほど、双方の噴射波形の干渉が大きくなるため、噴射間隔に基づいて、噴射波形の干渉による影響を相殺する補正が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をコモンレール式ディーゼルエンジン用の分割噴射式燃料噴射制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の分割噴射式燃料噴射制御装置を示す全体構成図であり、ディーゼルエンジン１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３（燃料供給手段）を介して燃料噴射ポンプ４から圧送される燃料が供給されるようになっている。
【００１３】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されている。ＥＣＵ１１の入力側には、アクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセルセンサ１２、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ１３、コモンレール圧Ｐcrを検出するレール圧センサ１４等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁２や燃料噴射ポンプ４等の各種デバイス類が接続されている。
【００１４】
ＥＣＵ１１は上記センサ類からの検出情報に基づいて噴射時期や噴射量、或いはコモンレール３のレール圧等を決定し、これらに基づいて燃料噴射弁２や燃料噴射ポンプ４を駆動制御してエンジン１を運転する。本実施形態では燃焼圧の急増による騒音の増加を抑制すべく、主たる燃料噴射（メイン噴射）に先行して予備的な噴射（パイロット噴射）を実行しており、以下に、このときの燃料噴射制御の概要を説明する。
【００１５】
図２はＥＣＵ１１によって行われる燃料噴射制御の制御フローを示しており、まず、アクセル操作量ＡＰＳ及びエンジン回転速度Ｎeに基づいてマップａからトータル目標噴射量Ｑtotalが算出される。トータル目標噴射量Ｑtotal及びエンジン回転速度Ｎeに基づいてマップｂからパイロット目標噴射量Ｑpilotが算出され、このパイロット目標噴射量Ｑpilot及びレール圧Ｐcrに基づいてマップｃからパイロット目標噴射期間Ｔpilotが算出される。又、上記トータル目標噴射量Ｑtotalからパイロット目標噴射量Ｑpilotを減算してメイン目標噴射量Ｑmainが求められ、このメイン目標噴射量Ｑmain及びレール圧Ｐcrに基づいてマップｄからメイン目標噴射期間Ｔmainが算出される。
【００１６】
以上の処理は通常の燃料噴射制御と同様であり、更に本実施形態では、パイロット噴射によるメイン噴射への影響を相殺するために、メイン目標噴射期間Ｔmainを補正しており、以下、この特徴部分について述べる。
パイロット噴射からメイン噴射までの噴射間隔Ｔijは、例えばトータル目標噴射量Ｑtotal及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて算出され、噴射間隔Ｔij及びレール圧Ｐcrに基づいてマップｅから第１の補正量ΔＴＱm1が算出される（補正量設定手段）。尚、このときに適用されるレール圧Ｐcrは、パイロット噴射の実行以前に検出されたものであり、後述するパイロット噴射による変動を生じていないときの値である。又、パイロット目標噴射量Ｑpilotに基づいてマップｆから補正係数Ｋが算出され（補正量設定手段）、補正係数Ｋが第１の補正量ΔＴＱm1に乗算され、乗算値が上記メイン目標噴射期間Ｔmainに加算される（補正手段）。これらの第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋは、上記パイロット噴射によるメイン噴射への影響を相殺するためのものであり、その詳細は後述する。
【００１７】
一方、上記トータル目標噴射量Ｑtotal及びエンジン回転速度Ｎeに基づいてマップｇから第２の補正量ΔＴＱm2が算出され、第２の補正量ΔＴＱm2が上記メイン目標噴射期間Ｔmainに加算される。第２の補正量ΔＴＱm2はマッチングのためのものであり、上記第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋのみでは補正しきれない微妙なドライバビリティの改善を目的とする。
【００１８】
即ち、メイン目標噴射期間Ｔmainは、次式(1)に従って補正される。
Ｔmain ← Ｔmain＋（ΔＴＱm1×Ｋ）＋ΔＴＱm2 ………(1)
そして、以上の補正完了後のメイン目標噴射期間Ｔmainが実際の燃料噴射制御に適用され、図３に示すように、各気筒の燃料噴射では、パイロット噴射が実行されてから噴射間隔Ｔij相当分の経過後にメイン噴射が開始され、これによりトータル目標噴射量Ｑtotalが達成される（制御手段）。
【００１９】
次に、上記第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋの設定状況を説明する。
先行するパイロット噴射によるメイン噴射への影響は、以下の２種の要因によるものと考えられる。
１）一方の要因としてはレール圧Ｐcrの変動が挙げられ、パイロット噴射を実行するための燃料噴射弁２の駆動によりレール圧Ｐcrに変動が生じ、このレール圧Ｐcrの変動がメイン噴射の噴射量に影響を与えるものである。レール圧Ｐcrの変動は、実際にパイロット噴射された場合は勿論、パイロット噴射が行われなくても燃料噴射弁２の駆動により内部の圧力バランスが変化すれば起こり得る。
２）他方の要因としては燃料噴射弁２の動作遅れが挙げられ、内部の圧力バランス、コイルの残留磁界、可動部分の慣性等により、図６に示すように、パイロット噴射時の燃料噴射弁２が全閉しないうちにメイン噴射の駆動信号が与えられた場合等には、パイロット及びメインの噴射波形が互いに干渉して実質的なトータル噴射量を増加させる方向に作用する。又、パイロット噴射時の燃料噴射弁が全閉した後でも、噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等により噴射波形の干渉が起こるため、トータルの燃料噴射量を増加させる。
【００２０】
要因１）のレール圧Ｐcrに関しては、基本的にメイン噴射開始時のレール圧Ｐcrの変動方向と反対側にメイン目標噴射期間Ｔmainを補正すれば、その影響を相殺できる。例えば、メイン噴射開始時においてレール圧Ｐcrが減少方向に変動しているときには、メイン噴射量の不足を補うために増加方向に補正し、逆にレール圧Ｐcrが増加方向に変動しているときには、メイン噴射の過剰を抑制するために減少方向に補正すればよい。
【００２１】
そこで、本発明者は、まず、パイロット噴射によるレール圧Ｐcrへの影響を試験した。図４は３種のレール圧Ｐcrを前提とした試験結果を示し、何れのレール圧Pcrにおいてもパイロット噴射後に脈動が発生して次第に減衰しており、且つ、ピークを結んだ一点鎖線から明らかなように、レール圧Ｐcrが高いほど変動周期が短いことがわかる。よって、メイン噴射時のレール圧Ｐcrは、その時点のレール圧Ｐcr、及びパイロット噴射終了からの経過時間（つまり、上記噴射間隔Ｔij）に基づいて推測でき、そのレール圧Ｐcrによる影響を相殺する補正も可能となる。
【００２２】
又、本発明者は、パイロット噴射の噴射量Ｑpilotによるレール圧Ｐcrへの影響を試験した。図５はその試験結果を示し、パイロット噴射量Ｑpilotが少ない場合（２mm3/st）に比較して多い場合（４mm3/st）の方が脈動の振幅が増加しており、レール圧Ｐcrへの影響が大であることがわかる。よって、メイン噴射時のレール圧Ｐcrを推測するには、上記レール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔijに加えて、パイロット噴射の噴射量Ｑpilotを考慮する必要がある。
【００２３】
要因２）に関しては、図６に示すように、噴射間隔Ｔijが短くなるほどパイロット噴射とメイン噴射との噴射波形の干渉が大きくなるため、トータル噴射量Ｑtotalはより増加する。よって、噴射間隔Ｔijが短いほどメイン噴射量Ｑmainを減少方向に補正すれば、その影響を相殺できる。
そこで、上記第１の補正量ΔＴＱm1を算出するためのマップは、上記図４に基づいて説明したレール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔijに応じたレール圧Ｐcrの変動特性、及び図６に基づいて説明した噴射間隔Ｔijに応じた噴射波形の干渉特性を考慮して設定され、これらの影響を相殺可能な第１の補正量ΔＴＱm1が算出されるようになっている。
【００２４】
又、上記補正係数Ｋを算出するためのマップは、上記図５に基づいて説明したパイロット噴射の噴射量Ｑpilotに応じたレール圧Ｐcrの変動特性を考慮して設定され、その影響を相殺可能な補正係数Ｋが算出されるようになっている。
一方、本出願人は、エンジン回転速度Ｎe、レール圧Ｐcr、パイロット噴射量Ｑpilot、正味平均有効圧Ｐe、噴射間隔Ｔijを変更したときに、メイン噴射に対して要求される補正量を測定する試験を実施した。
【００２５】
図７中の特性Ａは、レール圧Ｐcr＝１００ＭＰa、パイロット噴射量Ｑpilot＝２mm3/stに設定した上で、エンジン回転速度Ｎe＝１０００rpm、正味平均有効圧Ｐe＝２に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（▲印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）、Ｎe＝２０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（△印）についての噴射間隔Ｔij毎の要求補正量を表しており、図中の実線は、各要求補正量から求めた平均値を表している。要求補正量は実際の試験で導き出されるため、レール圧Ｐcrの変動による要因１）のみならず、燃料噴射弁２の動作遅れによる要因２）も反映されることになる。
【００２６】
このように要求補正量は、横軸の噴射間隔Ｔijに応じて大きく変化する一方、エンジン回転速度Ｎe及び正味平均有効圧Ｐeを変更してもほぼ同様の特性を示すことから、これらの値Ｎe,Ｐeにはほとんど依存しないことがわかる。
図７中の特性Ｂは、Ｐcr＝６０ＭＰa、Ｑpilot＝２mm3/stに設定した上で、Ｎe＝７５０rpm、Ｐe＝０に設定した場合（○印）、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（▲印）、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）を表している。又、図７中の特性Ｃは、Ｐcr＝１４０ＭＰa、Ｑpilot＝２mm3/stに設定した上で、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（▲印）、Ｎe＝２０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）を表している。
【００２７】
つまり、大略的には上記特性Ａからレール圧Ｐcrを増減した試験条件と見なせ、各特性Ａ，Ｂ，Ｃの比較から明らかなように、要求補正量は、レール圧Ｐcrに応じて大きく変化することがわかる。以上のように、この試験結果からも、上記マップｅ（レール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔij）に基づく第１の補正量ΔＴＱm1の設定が適切なものであることが証明される。
【００２８】
一方、図７中の特性Ｄは、Ｐcr＝１００ＭＰa、Ｑpilot＝１mm3/stに設定した上で、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（▲印）を表している。又、図７中の特性Ｅは、Ｐcr＝１００ＭＰa、Ｑpilot＝４mm3/stに設定した上で、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（△印）、Ｎe＝２０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）を表している。
【００２９】
つまり、大略的には上記特性Ａからパイロット噴射量Ｑpilotを増減した試験条件と見なせ、各特性Ａ，Ｄ，Ｅの比較から明らかなように、要求補正量は、パイロット噴射量Ｑpilotに応じて大きく変化するが、噴射間隔Ｔijに対する全体的な特性はほとんど変化しない。よって、特性Ａに単に係数（０．８と１．４）を乗算することで、特性Ｄ，Ｅに破線で示すように、パイロット噴射量Ｑpilotが変化しても試験値にほぼ近似する要求補正量を求めることができる。この試験結果からも、上記マップｆ（パイロット噴射量Ｑpilot）に基づく補正係数Ｋの設定が適切なものであることが証明される。
【００３０】
以上のように、本実施形態の分割式燃料噴射制御装置では、パイロット噴射の実行に伴ってレール圧Ｐcrが変動したときのメイン噴射への影響、及び燃料噴射弁２の動作遅れにより噴射波形が干渉したときのメイン噴射への影響を相殺するように、第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋに基づきメイン目標噴射期間Ｔmainを補正しているため、パイロット噴射によるメイン噴射への影響を排除して、パイロット噴射の実行状況に関わらず常に適切なメイン噴射を実行し、ひいてはトータル目標噴射量に基づいて正確な燃料噴射を実現することができる。その結果、燃料噴射量に誤差が生じたときの種々の不具合、例えばトルク変動によりドライバビリティが悪化したり、目標トータル噴射量Ｑtotalに基づく空気過剰率の推定処理や目標トータル噴射量Ｑtotalを引数とするＥＧＲ制御等が不適切になったりする不具合を未然に防止できる。
【００３１】
尚、図２のマップｂでは、パイロット目標噴射量Ｑpilotが０以下に設定されてパイロット噴射を行わない運転領域が存在するが、この領域であっても燃料噴射弁２への駆動信号は継続している。これは上記した要因１）で述べたように、実際に燃料噴射しなくても燃料噴射弁２を駆動するだけでレール圧Ｐcrに変動を与えるためであり、パイロット噴射の中止に伴って燃料噴射弁２の駆動も中止すると、レール圧Ｐcrの変動状況が変化してトルク変動を引き起こすことから、この場合でも燃料噴射弁２を駆動しているのである。
【００３２】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ディーゼルエンジン用の分割噴射式燃料噴射制御装置として具体化したが、エンジンの形式はこれに限ることはなく、例えば、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンに適用してもよい。
【００３３】
又、上記実施形態では、レール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔijから求めた第１の補正量ΔＴＱm1、及びパイロット目標噴射量Ｑpilotから求めた補正係数Ｋによりメイン目標噴射期間Ｔmainを補正したが、これらのレール圧Ｐcr、噴射間隔Ｔij、パイロット目標噴射量Ｑpilotを全て考慮する必要はなく、何れかの要件を省略してもよい。又、逆に他の要件を加えてもよく、例えば上記図７で述べたように、エンジン回転速度Ｎeや正味平均有効圧Ｐeは要求補正量にそれほど影響を与えないものの、これらの要件に基づく補正も加えれば、より高精度の燃料噴射を実現することができる。
【００３４】
更に、上記実施形態では、騒音低減を目的としたパイロット噴射によるメイン噴射への影響を排除するために補正を実施したが、燃料噴射を複数回に分割して実行するものであれば、その分割回数や噴射の目的等は限定されない。従って、例えばパイロット噴射を複数回実行する場合に適用してもよいし、或いは、メイン噴射の直後に実施されるアフタ噴射に適用してもよい。アフタ噴射は、メイン噴射による燃焼ガス中のＨＣ（炭化水素）の燃焼を促進して排ガス中のスートの低減を図るものであるが、メイン噴射の影響でアフタ噴射の噴射量に誤差を生じる可能性がある。従って、上記実施形態のメイン噴射と同様にアフタ噴射の噴射量を補正すれば、正確な燃料噴射を実現できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の分割式燃料噴射制御装置によれば、先行する燃料噴射による後続の燃料噴射に対する影響を排除して、目標噴射量に基づく正確な燃料噴射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が生じたときの種々の不具合を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の分割噴射式燃料噴射制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵによって行われる燃料噴射制御の制御フローを示す図である。
【図３】パイロット噴射とメイン噴射との実行状況を示すタイムチャートである。
【図４】パイロット噴射によるレール圧への影響をレール圧毎に示す試験結果である。
【図５】パイロット噴射量を変更したときのレール圧への影響を示す試験結果である。
【図６】パイロット噴射とメイン噴射との噴射波形が干渉した場合を示すタイムチャートである。
【図７】メイン噴射に対して要求される補正量を運転領域毎にまとめた試験結果である。
【図８】先行する噴射と後続の噴射との噴射間隔を変更したときの燃料噴射量を示す特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
２ 燃料噴射弁
３ コモンレール（燃料供給手段）
１１ ＥＣＵ（制御手段、補正量設定手段、補正手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の燃料噴射を複数回に分割して実行する分割式燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えばコモンレール式ディーゼルエンジンのように、筒内に燃料を直接噴射するエンジンでは、１回の燃焼に対して複数回の燃料噴射を任意の時期に実行可能である。そこで、この種のエンジンに適用される分割式燃料噴射制御装置では、運転状態に応じて燃料噴射の回数や時期を変更しており、例えば、メイン噴射より先行するパイロット噴射を実行して、燃焼圧の急増を抑制することで騒音低減を図ったり、或いは、メイン噴射後のアフタ噴射を実行して、排ガス中のスート等の低減を図ったりしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した分割式燃料噴射制御装置では、先行する燃料噴射を実行することにより後続の燃料噴射が影響を受けて、トータルの目標噴射量を達成できない場合があった。即ち、本発明者が実施した試験では、図８に示すように先行する燃料噴射から後続の燃料噴射までの噴射間隔を変更した場合に、トータル噴射量及び正味平均有効圧が変動することが確認された。
【０００４】
この要因は、コモンレール圧の変動、噴射波形の干渉及び噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等によるものと考えられる。例えば先行する燃料噴射によりコモンレール圧が変動すると、その影響で後続の燃料噴射量が変動するため、トータル噴射量は誤差を生じる。又、燃料噴射弁の動作遅れに起因して、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形が干渉すると、同じくトータル噴射量の誤差に繋がる。
【０００５】
燃料噴射量の誤差はトルク変動として現れるため、結果としてドライバビリティの悪化を引き起こす上に、目標噴射量に対して実際の燃料噴射量に誤差が生じると、目標噴射量に基づく処理、例えば空気過剰率の推定処理や、目標噴射量を引数とするＥＧＲ制御等を的確に実施できないという問題が生じてしまう。
本発明の目的は、先行する燃料噴射による後続の燃料噴射に対する影響を排除して、目標噴射量に基づく正確な燃料噴射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が生じたときの種々の不具合を未然に防止することができる分割式燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する燃料供給手段と、燃料噴射弁を開閉制御して分割噴射を実行する制御手段とを備えた分割式燃料噴射制御装置において、制御手段は、分割噴射のうち先行する燃料噴射によって発生する燃料供給手段の燃料圧の変動特性に基づいて補正量を設定する補正量設定手段と、補正量に基づき後続の燃料噴射量を補正する補正手段とを備えるとともに、先行する燃料噴射の目標噴射量の有無に関わらず先行する燃料噴射において燃料噴射弁を駆動させることを特徴とする。
【０００７】
先行する燃料噴射を実行するための燃料噴射弁の駆動により燃料供給手段の燃料圧に変動が生じ、この燃料圧の変動が後続の燃料噴射の噴射量に影響を与える。そこで、先行する燃料噴射によって発生する燃料供給手段の燃料圧の変動特性が予め特定され、その変動特性に基づいて、補正量設定手段により燃料圧の変動の影響を相殺可能な補正量が設定されるため、補正量に基づいて後続の燃料噴射が適切な噴射量で実行可能となる。更に、先行する燃料噴射において、その目標噴射量の有無に関わらず燃料噴射弁を駆動させることにより、先行する燃料噴射弁の駆動の有無によるレール圧の変動を防止してトルク変動を確実に抑制することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、補正量設定手段が、燃料圧の変動特性に加えて、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形の干渉特性に基づいて補正量を設定するものである。
燃料噴射弁の動作遅れにより、先行する燃料噴射時の燃料噴射弁が全閉しないうちに後続の燃料噴射が開始された場合には、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形が互いに干渉するため、トータルの燃料噴射量に誤差が生じる。又、先行する燃料噴射時の燃料噴射弁が全閉した後でも、噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等により噴射波形の干渉が起こるため、トータルの燃料噴射量に誤差が生じる。そこで、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形の干渉特性が予め特定され、その干渉特性に基づいて、補正量設定手段により噴射波形の干渉の影響を相殺可能な補正量が設定されるため、トータルの燃料噴射量の誤差を排除可能となる。
【０００９】
請求項３の発明は、補正量設定手段が、燃料供給手段の燃料圧、先行する燃料噴射の噴射量、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔の少なくとも何れか一つに基づいて補正量を設定するものである。
先行する燃料噴射後に燃料供給手段の燃料圧は脈動を発生して次第に減衰するため、後続の燃料噴射を何れの時点で実行するかによって後続の燃料噴射が受ける影響は変わる。よって、先行する燃料噴射からの経過時間、つまり先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔に基づいて、後続の燃料噴射の時点における燃料供給手段の燃料圧の変動状況を推測すれば、その影響を相殺する補正が可能となる。
【００１０】
又、燃料圧の変動状況は、変動する以前の燃料圧の大きさによっても変わり、例えば燃料圧が高いほど変動周期が短くなることが考えられる。よって、変動する以前の燃料圧、例えば先行する燃料噴射以前に検出した燃料圧、或いは燃料供給手段の燃料圧を制御するときの目標値等に基づいて、その影響を相殺する補正が可能となる。更に、燃料圧の変動状況は、先行する燃料噴射の噴射量によっても変わり、例えば先行する燃料噴射の噴射量が多いほど燃料圧の脈動の振幅が増加することが考えられる。よって、先行する燃料噴射の噴射量に基づいて、その影響を相殺する補正が可能となる。
【００１１】
一方、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔が短くなるほど、双方の噴射波形の干渉が大きくなるため、噴射間隔に基づいて、噴射波形の干渉による影響を相殺する補正が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をコモンレール式ディーゼルエンジン用の分割噴射式燃料噴射制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の分割噴射式燃料噴射制御装置を示す全体構成図であり、ディーゼルエンジン１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３（燃料供給手段）を介して燃料噴射ポンプ４から圧送される燃料が供給されるようになっている。
【００１３】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）１１が設置されている。ＥＣＵ１１の入力側には、アクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセルセンサ１２、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ１３、コモンレール圧Ｐcrを検出するレール圧センサ１４等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁２や燃料噴射ポンプ４等の各種デバイス類が接続されている。
【００１４】
ＥＣＵ１１は上記センサ類からの検出情報に基づいて噴射時期や噴射量、或いはコモンレール３のレール圧等を決定し、これらに基づいて燃料噴射弁２や燃料噴射ポンプ４を駆動制御してエンジン１を運転する。本実施形態では燃焼圧の急増による騒音の増加を抑制すべく、主たる燃料噴射（メイン噴射）に先行して予備的な噴射（パイロット噴射）を実行しており、以下に、このときの燃料噴射制御の概要を説明する。
【００１５】
図２はＥＣＵ１１によって行われる燃料噴射制御の制御フローを示しており、まず、アクセル操作量ＡＰＳ及びエンジン回転速度Ｎeに基づいてマップａからトータル目標噴射量Ｑtotalが算出される。トータル目標噴射量Ｑtotal及びエンジン回転速度Ｎeに基づいてマップｂからパイロット目標噴射量Ｑpilotが算出され、このパイロット目標噴射量Ｑpilot及びレール圧Ｐcrに基づいてマップｃからパイロット目標噴射期間Ｔpilotが算出される。又、上記トータル目標噴射量Ｑtotalからパイロット目標噴射量Ｑpilotを減算してメイン目標噴射量Ｑmainが求められ、このメイン目標噴射量Ｑmain及びレール圧Ｐcrに基づいてマップｄからメイン目標噴射期間Ｔmainが算出される。
【００１６】
以上の処理は通常の燃料噴射制御と同様であり、更に本実施形態では、パイロット噴射によるメイン噴射への影響を相殺するために、メイン目標噴射期間Ｔmainを補正しており、以下、この特徴部分について述べる。
パイロット噴射からメイン噴射までの噴射間隔Ｔijは、例えばトータル目標噴射量Ｑtotal及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて算出され、噴射間隔Ｔij及びレール圧Ｐcrに基づいてマップｅから第１の補正量ΔＴＱm1が算出される（補正量設定手段）。尚、このときに適用されるレール圧Ｐcrは、パイロット噴射の実行以前に検出されたものであり、後述するパイロット噴射による変動を生じていないときの値である。又、パイロット目標噴射量Ｑpilotに基づいてマップｆから補正係数Ｋが算出され（補正量設定手段）、補正係数Ｋが第１の補正量ΔＴＱm1に乗算され、乗算値が上記メイン目標噴射期間Ｔmainに加算される（補正手段）。これらの第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋは、上記パイロット噴射によるメイン噴射への影響を相殺するためのものであり、その詳細は後述する。
【００１７】
一方、上記トータル目標噴射量Ｑtotal及びエンジン回転速度Ｎeに基づいてマップｇから第２の補正量ΔＴＱm2が算出され、第２の補正量ΔＴＱm2が上記メイン目標噴射期間Ｔmainに加算される。第２の補正量ΔＴＱm2はマッチングのためのものであり、上記第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋのみでは補正しきれない微妙なドライバビリティの改善を目的とする。
【００１８】
即ち、メイン目標噴射期間Ｔmainは、次式(1)に従って補正される。
Ｔmain ← Ｔmain＋（ΔＴＱm1×Ｋ）＋ΔＴＱm2 ………(1)
そして、以上の補正完了後のメイン目標噴射期間Ｔmainが実際の燃料噴射制御に適用され、図３に示すように、各気筒の燃料噴射では、パイロット噴射が実行されてから噴射間隔Ｔij相当分の経過後にメイン噴射が開始され、これによりトータル目標噴射量Ｑtotalが達成される（制御手段）。
【００１９】
次に、上記第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋの設定状況を説明する。
先行するパイロット噴射によるメイン噴射への影響は、以下の２種の要因によるものと考えられる。
１）一方の要因としてはレール圧Ｐcrの変動が挙げられ、パイロット噴射を実行するための燃料噴射弁２の駆動によりレール圧Ｐcrに変動が生じ、このレール圧Ｐcrの変動がメイン噴射の噴射量に影響を与えるものである。レール圧Ｐcrの変動は、実際にパイロット噴射された場合は勿論、パイロット噴射が行われなくても燃料噴射弁２の駆動により内部の圧力バランスが変化すれば起こり得る。
２）他方の要因としては燃料噴射弁２の動作遅れが挙げられ、内部の圧力バランス、コイルの残留磁界、可動部分の慣性等により、図６に示すように、パイロット噴射時の燃料噴射弁２が全閉しないうちにメイン噴射の駆動信号が与えられた場合等には、パイロット及びメインの噴射波形が互いに干渉して実質的なトータル噴射量を増加させる方向に作用する。又、パイロット噴射時の燃料噴射弁が全閉した後でも、噴射弁内部の圧力バランスや残留磁界等により噴射波形の干渉が起こるため、トータルの燃料噴射量を増加させる。
【００２０】
要因１）のレール圧Ｐcrに関しては、基本的にメイン噴射開始時のレール圧Ｐcrの変動方向と反対側にメイン目標噴射期間Ｔmainを補正すれば、その影響を相殺できる。例えば、メイン噴射開始時においてレール圧Ｐcrが減少方向に変動しているときには、メイン噴射量の不足を補うために増加方向に補正し、逆にレール圧Ｐcrが増加方向に変動しているときには、メイン噴射の過剰を抑制するために減少方向に補正すればよい。
【００２１】
そこで、本発明者は、まず、パイロット噴射によるレール圧Ｐcrへの影響を試験した。図４は３種のレール圧Ｐcrを前提とした試験結果を示し、何れのレール圧Pcrにおいてもパイロット噴射後に脈動が発生して次第に減衰しており、且つ、ピークを結んだ一点鎖線から明らかなように、レール圧Ｐcrが高いほど変動周期が短いことがわかる。よって、メイン噴射時のレール圧Ｐcrは、その時点のレール圧Ｐcr、及びパイロット噴射終了からの経過時間（つまり、上記噴射間隔Ｔij）に基づいて推測でき、そのレール圧Ｐcrによる影響を相殺する補正も可能となる。
【００２２】
又、本発明者は、パイロット噴射の噴射量Ｑpilotによるレール圧Ｐcrへの影響を試験した。図５はその試験結果を示し、パイロット噴射量Ｑpilotが少ない場合（２mm3/st）に比較して多い場合（４mm3/st）の方が脈動の振幅が増加しており、レール圧Ｐcrへの影響が大であることがわかる。よって、メイン噴射時のレール圧Ｐcrを推測するには、上記レール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔijに加えて、パイロット噴射の噴射量Ｑpilotを考慮する必要がある。
【００２３】
要因２）に関しては、図６に示すように、噴射間隔Ｔijが短くなるほどパイロット噴射とメイン噴射との噴射波形の干渉が大きくなるため、トータル噴射量Ｑtotalはより増加する。よって、噴射間隔Ｔijが短いほどメイン噴射量Ｑmainを減少方向に補正すれば、その影響を相殺できる。
そこで、上記第１の補正量ΔＴＱm1を算出するためのマップは、上記図４に基づいて説明したレール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔijに応じたレール圧Ｐcrの変動特性、及び図６に基づいて説明した噴射間隔Ｔijに応じた噴射波形の干渉特性を考慮して設定され、これらの影響を相殺可能な第１の補正量ΔＴＱm1が算出されるようになっている。
【００２４】
又、上記補正係数Ｋを算出するためのマップは、上記図５に基づいて説明したパイロット噴射の噴射量Ｑpilotに応じたレール圧Ｐcrの変動特性を考慮して設定され、その影響を相殺可能な補正係数Ｋが算出されるようになっている。
一方、本出願人は、エンジン回転速度Ｎe、レール圧Ｐcr、パイロット噴射量Ｑpilot、正味平均有効圧Ｐe、噴射間隔Ｔijを変更したときに、メイン噴射に対して要求される補正量を測定する試験を実施した。
【００２５】
図７中の特性Ａは、レール圧Ｐcr＝１００ＭＰa、パイロット噴射量Ｑpilot＝２mm3/stに設定した上で、エンジン回転速度Ｎe＝１０００rpm、正味平均有効圧Ｐe＝２に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（▲印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）、Ｎe＝２０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（△印）についての噴射間隔Ｔij毎の要求補正量を表しており、図中の実線は、各要求補正量から求めた平均値を表している。要求補正量は実際の試験で導き出されるため、レール圧Ｐcrの変動による要因１）のみならず、燃料噴射弁２の動作遅れによる要因２）も反映されることになる。
【００２６】
このように要求補正量は、横軸の噴射間隔Ｔijに応じて大きく変化する一方、エンジン回転速度Ｎe及び正味平均有効圧Ｐeを変更してもほぼ同様の特性を示すことから、これらの値Ｎe,Ｐeにはほとんど依存しないことがわかる。
図７中の特性Ｂは、Ｐcr＝６０ＭＰa、Ｑpilot＝２mm3/stに設定した上で、Ｎe＝７５０rpm、Ｐe＝０に設定した場合（○印）、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（▲印）、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）を表している。又、図７中の特性Ｃは、Ｐcr＝１４０ＭＰa、Ｑpilot＝２mm3/stに設定した上で、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（▲印）、Ｎe＝２０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）を表している。
【００２７】
つまり、大略的には上記特性Ａからレール圧Ｐcrを増減した試験条件と見なせ、各特性Ａ，Ｂ，Ｃの比較から明らかなように、要求補正量は、レール圧Ｐcrに応じて大きく変化することがわかる。以上のように、この試験結果からも、上記マップｅ（レール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔij）に基づく第１の補正量ΔＴＱm1の設定が適切なものであることが証明される。
【００２８】
一方、図７中の特性Ｄは、Ｐcr＝１００ＭＰa、Ｑpilot＝１mm3/stに設定した上で、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝２に設定した場合（▲印）を表している。又、図７中の特性Ｅは、Ｐcr＝１００ＭＰa、Ｑpilot＝４mm3/stに設定した上で、Ｎe＝１０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（○印）、Ｎe＝１５００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（△印）、Ｎe＝２０００rpm、Ｐe＝４に設定した場合（●印）を表している。
【００２９】
つまり、大略的には上記特性Ａからパイロット噴射量Ｑpilotを増減した試験条件と見なせ、各特性Ａ，Ｄ，Ｅの比較から明らかなように、要求補正量は、パイロット噴射量Ｑpilotに応じて大きく変化するが、噴射間隔Ｔijに対する全体的な特性はほとんど変化しない。よって、特性Ａに単に係数（０．８と１．４）を乗算することで、特性Ｄ，Ｅに破線で示すように、パイロット噴射量Ｑpilotが変化しても試験値にほぼ近似する要求補正量を求めることができる。この試験結果からも、上記マップｆ（パイロット噴射量Ｑpilot）に基づく補正係数Ｋの設定が適切なものであることが証明される。
【００３０】
以上のように、本実施形態の分割式燃料噴射制御装置では、パイロット噴射の実行に伴ってレール圧Ｐcrが変動したときのメイン噴射への影響、及び燃料噴射弁２の動作遅れにより噴射波形が干渉したときのメイン噴射への影響を相殺するように、第１の補正量ΔＴＱm1及び補正係数Ｋに基づきメイン目標噴射期間Ｔmainを補正しているため、パイロット噴射によるメイン噴射への影響を排除して、パイロット噴射の実行状況に関わらず常に適切なメイン噴射を実行し、ひいてはトータル目標噴射量に基づいて正確な燃料噴射を実現することができる。その結果、燃料噴射量に誤差が生じたときの種々の不具合、例えばトルク変動によりドライバビリティが悪化したり、目標トータル噴射量Ｑtotalに基づく空気過剰率の推定処理や目標トータル噴射量Ｑtotalを引数とするＥＧＲ制御等が不適切になったりする不具合を未然に防止できる。
【００３１】
尚、図２のマップｂでは、パイロット目標噴射量Ｑpilotが０以下に設定されてパイロット噴射を行わない運転領域が存在するが、この領域であっても燃料噴射弁２への駆動信号は継続している。これは上記した要因１）で述べたように、実際に燃料噴射しなくても燃料噴射弁２を駆動するだけでレール圧Ｐcrに変動を与えるためであり、パイロット噴射の中止に伴って燃料噴射弁２の駆動も中止すると、レール圧Ｐcrの変動状況が変化してトルク変動を引き起こすことから、この場合でも燃料噴射弁２を駆動しているのである。
【００３２】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ディーゼルエンジン用の分割噴射式燃料噴射制御装置として具体化したが、エンジンの形式はこれに限ることはなく、例えば、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンに適用してもよい。
【００３３】
又、上記実施形態では、レール圧Ｐcr及び噴射間隔Ｔijから求めた第１の補正量ΔＴＱm1、及びパイロット目標噴射量Ｑpilotから求めた補正係数Ｋによりメイン目標噴射期間Ｔmainを補正したが、これらのレール圧Ｐcr、噴射間隔Ｔij、パイロット目標噴射量Ｑpilotを全て考慮する必要はなく、何れかの要件を省略してもよい。又、逆に他の要件を加えてもよく、例えば上記図７で述べたように、エンジン回転速度Ｎeや正味平均有効圧Ｐeは要求補正量にそれほど影響を与えないものの、これらの要件に基づく補正も加えれば、より高精度の燃料噴射を実現することができる。
【００３４】
更に、上記実施形態では、騒音低減を目的としたパイロット噴射によるメイン噴射への影響を排除するために補正を実施したが、燃料噴射を複数回に分割して実行するものであれば、その分割回数や噴射の目的等は限定されない。従って、例えばパイロット噴射を複数回実行する場合に適用してもよいし、或いは、メイン噴射の直後に実施されるアフタ噴射に適用してもよい。アフタ噴射は、メイン噴射による燃焼ガス中のＨＣ（炭化水素）の燃焼を促進して排ガス中のスートの低減を図るものであるが、メイン噴射の影響でアフタ噴射の噴射量に誤差を生じる可能性がある。従って、上記実施形態のメイン噴射と同様にアフタ噴射の噴射量を補正すれば、正確な燃料噴射を実現できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の分割式燃料噴射制御装置によれば、先行する燃料噴射による後続の燃料噴射に対する影響を排除して、目標噴射量に基づく正確な燃料噴射を実現し、もって、燃料噴射量に誤差が生じたときの種々の不具合を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の分割噴射式燃料噴射制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵによって行われる燃料噴射制御の制御フローを示す図である。
【図３】パイロット噴射とメイン噴射との実行状況を示すタイムチャートである。
【図４】パイロット噴射によるレール圧への影響をレール圧毎に示す試験結果である。
【図５】パイロット噴射量を変更したときのレール圧への影響を示す試験結果である。
【図６】パイロット噴射とメイン噴射との噴射波形が干渉した場合を示すタイムチャートである。
【図７】メイン噴射に対して要求される補正量を運転領域毎にまとめた試験結果である。
【図８】先行する噴射と後続の噴射との噴射間隔を変更したときの燃料噴射量を示す特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
２ 燃料噴射弁
３ コモンレール（燃料供給手段）
１１ ＥＣＵ（制御手段、補正量設定手段、補正手段）
Claims (3)
- 内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁に高圧の燃料を供給する燃料供給手段と、
上記内燃機関の運転条件に基づいて上記燃料噴射弁の目標噴射量を設定し、上記燃料噴射弁を駆動及び開閉制御して分割噴射を実行する制御手段と
を備えた分割式燃料噴射制御装置において、
上記制御手段は、
上記分割噴射のうち先行する燃料噴射によって発生する上記燃料供給手段の燃料圧の変動特性に基づいて補正量を設定する補正量設定手段と、
上記補正量に基づき後続の燃料噴射量を補正する補正手段と
を備えるとともに、上記先行する燃料噴射の目標噴射量の有無に関わらず上記先行する燃料噴射において上記燃料噴射弁を駆動させることを特徴とする分割式燃料噴射制御装置。 - 上記補正量設定手段は、上記燃料圧の変動特性に加えて、上記先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射波形の干渉特性に基づいて補正量を設定することを特徴とする請求項１に記載の分割式燃料噴射制御装置。
- 上記補正量設定手段は、上記燃料供給手段の燃料圧、先行する燃料噴射の噴射量、先行する燃料噴射と後続の燃料噴射との噴射間隔の少なくとも何れか一つに基づいて補正量を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の分割式燃料噴射制御装置。
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