JP3984446B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の制御装置に係り、特に、インジェクタに燃料を圧送する燃料供給ポンプを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガソリン等の燃料を使用する火花点火式内燃機関においては、燃料をポンプにより圧送すると共に燃焼室内に直接噴射して、点火プラグ近傍に可燃混合気を層状に生成することで成層燃焼をさせる技術が開発されている。この成層燃焼により空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能としたことで、内燃機関の燃費・排出ガス性能を大きく改善することができる。
【0003】
前記成層燃焼を行う内燃機関においては、成層燃焼と均質燃焼を切換える場合あるいは内燃機関の運転条件に応じて、所望の燃料噴射圧力に制御することが必要である。この要求に対しては、特開平11−324757号公報に記載の技術が提案されている。該技術は、インジェクタからの燃料噴射量に基づいて設定されたフィードフォワード制御量と、燃圧センサで検出される燃料蓄圧室(以下コモンレールと云う)内の燃圧が目標圧力に一致するようなフィードバック制御量とに基づいて、燃料ポンプの吐出量を制御し、結果として燃圧を制御する構成となっている。
【0004】
しかし、前記コモンレール内の燃圧は、脈動するものであるため、特開平2000−324757号公報に記載の技術は、定常状態における実燃圧の目標に対するオフセットおよび実燃圧の長い周期での変動を回避しつつ、実燃圧の検出応答性を確保することを目的として、内燃機関の回転速度に応じて加重平均処理における重みを設定する構成となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図13は、前記燃圧の脈動発生メカニズムについて示したものである。燃圧脈動は、ポンプ非吐出期間においてインジェクタから燃料が噴射され、燃圧が低下することによって発生する。このため、燃料噴射量が多くなるほど燃圧の低下量が大きくなり、即ち、燃圧脈動の振幅が大きくなる。
【0006】
前記特開平2000−324757号公報に記載されている前記技術においては、前記コモンレール内の燃圧脈動の大きさの原因である燃料噴射量について考慮されていないために、内燃機関の負荷変化等により燃料噴射量が変化した場合、実燃圧の脈動の影響を受けてしまい、燃圧およびインジェクタからの燃料噴射量を精度良く制御することができない。
【0007】
前記の如く、燃圧及びインジェクタからの燃料噴射量を精度良く制御できない場合には、インジェクタからの噴射燃料の粒径が大きくなることで、空燃比がばらつく等により安定した燃焼を得ることができず、燃費および排出ガス性能の悪化を招くことになる。
【0008】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料供給系統のコモンレール内の脈動振幅の大きさの原因となる燃料噴射量に着目することによって、実燃料圧力の脈動の影響を排除して、該燃料圧力および燃料噴射弁からの燃料噴射量を精度よく制御する内燃機関の制御装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、噴射燃料を圧力供給する往復動式の燃料ポンプと、燃料圧力を検出する燃圧センサと、燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えると共に、前記検出した燃料圧力を前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量に応じた重みで平滑化処理を行う燃圧入力平滑化処理手段を備え、前記燃料ポンプは、コモンレールを介して燃料を前記燃料噴射弁に供給するものであり、前記燃圧センサは、前記コモンレール内の燃料圧力を検出するものであり、前記燃料ポンプは、前記内燃機関によって駆動されるものであることを特徴としている。
【0010】
本発明の内燃機関の制御装置は、前記構成により、コモンレール内の実燃料圧力(実燃圧)の脈動の影響を排除して、該実燃圧及び燃料噴射弁(インジェクタ)からの燃料噴射量を精度よく制御するものであり、このことにより、安定した燃焼と排出ガス性能の改善ができるものである。
【0011】
また、本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様としては、前記燃圧入力平滑化処理手段は、前記燃料噴射量が多いときほど、過去の検出値に対する重みを大きくすることを特徴とし、前記燃圧入力平滑化処理手段は、前記燃料噴射量に対応して重みを設定記憶したテーブルを備え、該テーブルからそのときの燃料噴射量に対応する重みを検索することを特徴とし、前記テーブルは、各制御対象によって異なるものを設定記憶していることを特徴としている。
【0012】
更に、本発明の内燃機関の制御装置の他の具体的な態様としては、燃料噴射量の算出に当たっては、吸入空気量もしくは前記燃料ポンプの吐出量を前記燃料噴射量相当として用いることを特徴としている。
【0013】
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の他の態様としては、前記制御装置は、前記平滑化処理された燃料圧力と内燃機関の運転状態に基づいて算出された目標燃圧とを比較して、前記燃料ポンプの吐出行程毎に前記吐出量をフィードバック制御することを特徴とし、前記平滑化処理された燃料圧力により前記燃料噴射弁の制御信号を補正することを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の燃料供給ポンプを備えた内燃機関の制御装置の一実施形態について詳細に説明する。
【0015】
図1は、本実施形態の内燃機関507の制御システムにおける全体構成を示したものである。前記システムは、高圧燃料ポンプ1を備えた筒内噴射内燃機関で4気筒から成り、シリンダ507bに導入される吸入空気は、エアクリーナ502の入口部502aから取り入れられ、内燃機関507の運転状態計測手段の一つである空気流量計(エアフロセンサ)503を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁505aが収容されたスロットルボディ505を通ってコレクタ506に入る。前記エアフロセンサ503からは、前記吸気流量を示す信号が内燃機関制御装置であるコントロールユニット515に出力されている。
【0016】
また、前記スロットルボディ505には、電制スロットル弁505aの開度を検出する内燃機関の運転状態計測手段の一つであるスロットルセンサ504が取り付けられており、その信号もコントロールユニット515に出力されるようになっている。
前記コレクタ506に吸入された空気は、内燃機関507の各シリンダ507bに接続された各吸気管501に分配された後、前記シリンダ507bの燃焼室507cに導かれる。
【0017】
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク50から燃料ポンプ51により一次加圧されて燃圧レギュレータ52により一定の圧力(例えば3kg/cm2)に調圧されるとともに、高圧燃料ポンプ1でより高い圧力に二次加圧(例えば50kg/cm2)されてコモンレール53へ圧送される。前記高圧燃料は、各シリンダ507bに設けられているインジェクタ54から燃焼室507cに噴射される。前記燃焼室507cに噴射された燃料は、点火コイル522で高電圧化された点火信号により点火プラグ508で着火される。
【0018】
また、排気弁526のカムシャフトに取り付けられたカム角センサ511は、カムシャフトの位相を検出するための信号をコントロールユニット515に出力する。ここで、カム角センサ511は、吸気弁514側のカムシャフトに取り付けてもよい。また、内燃機関507のクランクシャフト507dの回転と位相を検出するために、クランク角センサ516をクランクシャフト507dの軸上に設け、その出力をコントロールユニット515に入力する。
さらに、排気管519中の触媒520の上流に設けられたA/Fセンサ518は、排気ガスを検出し、その検出信号がコントロールユニット515に出力する。
【0019】
前記コントロールユニット515の主要部は、図2に示すように、MPU603、ROM602、RAM604及びA/D変換器を含むI/OLSI601等で構成され、内燃機関507の運転状態を計測(検出)する手段の一つであるエアフロセンサ503、燃圧センサ56、クランク角センサ516、カム角センサ511、スロットルセンサ504、空燃比センサ518を含む各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、制御対象である前記各インジェクタ54、点火コイル522、低圧燃料ポンプ510、高圧燃料ポンプ1等に所定の制御信号を供給して燃料供給量制御、点火時期制御及び燃料供給ポンプによる燃圧制御を実行するものである。
【0020】
図3及び図4は、前記高圧燃料ポンプ1について示しており、図3は、該高圧燃料ポンプ1を備えた燃料系システムの全体構成図を示し、図4は、該高圧燃料ポンプ1の縦断面図を示している。
前記高圧ポンプ1は、燃料タンク50からの燃料を加圧してコモンレール53に高圧の燃料を圧送するものであり、シリンダ室7と、ポンプ室8と、ソレノイド室9とからなり、前記シリンダ室7は前記ポンプ室8の下方に配置され、前記ソレノイド室9は前記ポンプ室8の右方に配置されている。
【0021】
高圧燃料ポンプ1には、燃料吸入通路10、吐出通路11、加圧室12が形成されている。加圧室12には、プランジャ2が摺動可能に保持されている。吸入通路10及び吐出通路11には、吸入弁5、吐出弁6が設けられており、それぞればね5a、6aにて一方向に保持され、燃料の流通方向を制限する逆止弁となっている。また、ソレノイド室9がポンプ室8に保持されており、該ソレノイド室9のソレノイド200には、係合部材201、ばね202が配されている。係合部材201は、ソレノイド200の通電がOFF時は、ばね202によって、吸入弁5を開弁する方向に付勢力がかけられている。ばね202の付勢力は、吸入弁ばね5aの付勢力より大きくなっているため、ソレノイド200の通電がOFF時は、吸入弁5は開弁状態となっている。
【0022】
燃料は、タンク50から低圧ポンプ51にて高圧燃料ポンプ1の燃料導入口へと、プレッシャレギュレータ52にて一定の圧力の調圧されて、導かれている。その後、燃料は、高圧燃料ポンプ1にて加圧され、燃料吐出通路11を経てコモンレール53内に圧送される。コモンレール53には、インジェクタ54、リリーフ弁55、圧力センサ56が装着されている。インジェクタ54は、内燃機関507の気筒数にあわせてその数だけ装着されており、内燃機関507のコントロールユニット515の信号にて燃料噴射の制御が行われている。また、リリーフ弁55は、コモンレール53内の圧力が所定値を超えた際に開弁し、配管系の破損を防止する。
【0023】
次に、前記構成の高圧燃料ポンプ1の動作について説明する。
高圧燃料ポンプ1のプランジャ2の下端に設けられたリフタ3は、ばね4にてカム100に圧接されている。プランジャ2は、内燃機関507の吸気弁514または排気弁526のカムシャフト等により回転されるカム100により、往復運動して加圧室12内の容積を変化させる。プランジャ2の圧縮工程中に吸入弁5が閉弁すると、加圧室12内圧力が上昇し、これにより吐出弁6が自動的に開弁し、燃料をコモンレール53内に圧送する。
【0024】
吸入弁5は、加圧室12の圧力が燃料導入口より低くなると自動的に開弁するが、閉弁に関しては、ソレノイド200の動作により決定される。ソレノイド200がON(通電)状態を保持した際は、ばね202の付勢力以上の電磁力を発生させ、係合部材201をソレノイド202側に引き寄せるため、係合部材201と吸入弁5は分離される。この状態であれば、吸入弁5はプランジャ2の往復運動に同期して開閉する自動弁となる。従って、圧縮工程中は、吸入弁5は閉塞し、加圧室12の容積減少分の燃料は、吐出弁6を押し開きコモンレール53内へ圧送される。よって、ソレノイド200の応答性に関係せずに、高圧燃料ポンプ1の最大吐出を行うこととなる。
【0025】
これに対し、ソレノイド200がOFF(無通電)を保持した際は、ばね202の付勢力により、係合部材201は、吸入弁5に係合し、吸入弁5を開弁状態に保持する。従って、圧縮工程時においても、加圧室12の圧力は燃料導入口部とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁6を開弁することができず、加圧室12の容積減少分の燃料は、吸入弁5を通り燃料導入口側へ戻される。よって、高圧燃料ポンプ1の吐出量を0とすることができる。
【0026】
また、圧縮工程の途中で、ソレノイド200をON状態とすれば、このときから、コモンレール53内へ燃料圧送される。また、一度圧送が始まれば、加圧室12内の圧力は上昇するため、その後、ソレノイド200をOFF状態にしても、吸入弁5は閉塞状態を維持し、吸入工程の始まりと同期して自動開弁する。よって、ソレノイド200のONタイミングにより、吐出量を調節することができる。
【0027】
本実施形態の高圧燃料ポンプ1は、以上のように、圧縮工程におけるソレノイド200のON時間又はONタイミングをコントロールすることにより、コモンレール53内への吐出量を可変制御することができる。また、圧力センサ56の信号に基づき、コントロールユニット515にて適切な吐出タイミングを演算し、ソレノイド200をコントロールすることにより、コモンレール53内の圧力を目標燃圧にフィードバック制御することが可能となる。
【0028】
図5は、前記高圧燃料ポンプ1の動作タイミングチャートを示している。なお、ポンプ駆動カム100で駆動するプランジャ2の実際のストローク(実位置)は、図6に示すような曲線になるが、上死点と下死点との位置を分かり易くするために、以下、プランジャ2のストロークを直線的に表すこととする。
【0029】
図7は、高圧燃料ポンプ1の制御に関して、コントロールユニット515のMPU603が行う内燃機関の制御装置の燃料供給制御の制御ブロック図である。
内燃機関の制御装置は、基本角度算出手段701、目標燃圧算出手段702、燃圧入力平滑化処理手段703、燃圧差既定値算出手段1501、前記ソレノイド200の駆動信号を算出する手段の一態様であるポンプ制御信号算出手段1502を備えている。
【0030】
基本角度算出手段701は、運転状態に基づきソレノイド200をON状態にするソレノイド信号の基本角度を演算し、目標燃圧算出手段702は、同じく運転状態に基づき、その動作点に最適な目標燃圧を算出する。また、燃圧入力平滑化処理手段703は、燃圧センサ56の信号を燃料噴射量に応じた可変の重みを持つように、加重平均処理を施す。更に、圧力差既定値算出手段1501は、高圧燃料ポンプ1の運転を判定するために運転状態に応じて既定圧力差を演算する。
そして、ポンプ制御信号算出手段1502は、前記各手段により演算された各信号に基づいてポンプ制御信号を演算出力して、ソレノイド駆動手段1503に出力してソレノイドを駆動させる。
【0031】
図8は、ポンプ制御信号算出手段1502の基本処理を示したブロック図である。
ポンプ制御信号算出手段1502は、ソレノイド200のON信号のタイミングを演算する基準角度演算手段704と、そのON信号の幅を算出するポンプ信号通電時間算出手段706とを基本的な構成とし、基準角度演算手段704は、基本角度算出手段701の基本角度に、目標燃料圧力算出手段702の目標燃圧と燃圧入力平滑化処理手段703の平滑化燃圧との偏差により平滑化燃圧を目標燃圧に追従させるよう変化するフィードバック制御量を加えた、基準角度を演算する。該基準角度にソレノイド作動遅れ補正分を加えて最終角度を計算し、ソレノイド駆動手段1503へと入力し、ポンプ信号通電時間算出手段706で演算された時間、ソレノイド200の駆動を行う。
【0032】
図9は、本実施形態の4気筒の内燃機関507における各信号のタイミングチャートの一例を示したものである。もともと、内燃機関507のコントロールユニット515はカム角センサ511からの信号(CAM信号)とクランク角センサ516からの信号(CRANK信号)を基に、各シリンダ507bの上死点位置を検出し、燃料噴射、点火時期制御を行っているものであり、高圧燃料ポンプ1のソレノイド制御も、同様に、2つの信号の組み合わせでプランジャストロークを検出し、ソレノイド制御信号を出力する。
【0033】
図9に点線で示したCRANK信号の基準位置となる信号が欠けた部分はCYL#1の上死点またはCYL#4の上死点と所定位相ずれた位置にあり、内燃機関のコントロールユニット515では、CRANK信号の信号が欠けた時にCAM信号がHiかLoかで、CYL#1側かCYL#4側かを判別する。
【0034】
更に、図示したREF信号は、CRANK信号とCAM信号に基づいて生成され、点火、燃料噴射、ソレノイド制御のための基準信号として用いられるものである。図9中には、プランジャストロークが示されているが、この位相を基準にソレノイド制御を行う。また、図9に示したソレノイド制御信号は、ソレノイド作動遅れ分を含んでいるので、ソレノイド制御信号の立ち上りからある時間遅れの後、高圧燃料ポンプ1からの吐き出しが開始され、ソレノイド制御信号が立ち下がってからも、高圧燃料ポンプ1のポンプ室12の圧力によって吸入弁5が押されているので高圧燃料ポンプ1からの吐出プランジャストロークが上死点に来るまで続けられる。
【0035】
図10は、コントロールユニット515による圧力制御中のソレノイド信号の出力開始角度とその通電時間等の各パラメータを示したものであり、図9の動作タイミングをより詳細に示したものである。出力開始角度STANGは、次の式(1)のように表すことができる。
【0036】
【数1】
STANG = REFANG − PUMRE (1)
ここで、REFANGは、基準角度であり、図7の基本角度算出手段701で運転状態に基づいて算出する。PUMREは、ポンプ遅れ角度であり、ソレノイド通電開始からロッド201の作動遅れ分を表し、図8のソレノイド作動遅れ補正手段705により演算する。
【0037】
また、ポンプ位相制御信号通電時間TPUMKEは、図8のポンプ位相制御信号通電時間算出手段706で運転状態に基づいて算出する。ポンプ位相制御信号を運転状態に基づいて算出された規定時間通電する目的は、ソレノイド200の電磁力が切れてロッド201が吸入弁5に係合しても、加圧室2の圧力で吸入弁5を閉じられるようになるまでロッドを保持しておくためである。
【0038】
図11は、本実施形態の内燃機関の制御装置の燃圧入力平滑化処理手段703の制御フローチャートである。この燃圧入力平滑化処理手段703での処理は、所定時間毎に実行される。ステップ1102ではコントロールユニット515に燃圧センサ56の検出信号をA/D変換して読み込む。ステップ1103では、その時の燃料噴射量を読み込む。図14には、インジェクタ制御信号パルス幅と燃料噴射量の関係が示されており、該図14のインジェクタ制御信号パルス幅から燃料噴射量を算出することが可能である。
【0039】
ここでの燃料噴射量は、思想的には燃料噴射量相当を意味しており、ポンプ吐出量、もしくは、内燃機関実負荷相当パラメータに置き換えても良い。また、吸入空気量と空燃比により燃料噴射量を算出する方法もある。
ステップ1104では、前記読み込んだ燃料噴射量に基づいて前記燃圧検出値の加重平均における重みを設定する。一般に加重平均は、次の式(2)で表される。
【0040】
【数2】
Y =(1−α)・X+α・Y(−1) (2)
過去の検出値(Y(−1))に対する重み(α)が大きくなるほど、入力値Xは平滑化され、加重平均Yとして出力される。
【0041】
前記重みの設定の方法は、数式で演算する方法、テーブルで演算する方法、内燃機関回転数とのマップにする方法等がある。前記燃料噴射量に応じて設定される重みは、脈動の影響を排除するため燃料噴射量が多いほど過去の検出値に対する重み付けが大きくなるように設定する。
ステップ1105では、前記燃料噴射量に応じて設定された重みを用いて、前記燃圧センサ56の検出値を加重平均する。ここでの思想は検出値を平滑化することであり、加重平均に限定されるものではない。
【0042】
図12は、前記のように平滑化された燃圧を、インジェクタの燃料噴射の制御パルス幅の算出に用いる場合の制御フローチャートを示したものである。ここでの処理は、所定時間毎に実行される。
【0043】
ステップ1202においては、内燃機関の運転状態に応じた燃料噴射量が算出される。ステップ1203では、図14に示されるインジェクタの特性により基本インジェクタ制御信号パルス幅が算出される。噴射燃圧に応じて、前記基本パルス幅に対応する燃料噴射量が異なるため、前記基本パルス幅は、固定の燃圧におけるインジェクタ制御信号パルス幅となる。ステップ1205では、ステップ1204で読み込まれた平滑化された燃圧に応じて設定された燃圧補正係数を算出する。燃圧補正係数は、噴射燃圧にかかわらず要求された燃料噴射量になるように設定される。ステップ1206では、前記燃圧補正係数を用いてインジェクタ制御信号パルス幅を算出する。ステップ1204で読み込まれた平滑化された燃圧は、図13のステップ1104で設定された重みと異なる重みで算出することも可能にしておく。これは、個別の重みテーブルをもつことで実現され、ポンプ制御に使用する燃圧とインジェクタ制御パルス幅算出に使用する燃圧の脈動の影響に対する要求値が異なり、より精度よく制御するためである。
【0044】
図15及び図16は、高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置の制御における燃料圧力(燃圧)の変動に伴うポンプ制御量、ポンプ燃料吐出量、噴射燃料の燃圧補正量、及び、燃料噴射量の状態を示したものであり、図15は従来の高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置の制御の状態を示したものであり、図16は、本実施形態の高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置の制御の状態を示したものである。
【0045】
図15及び図16から理解されるように、両者共に、脈動の影響を大きく受けた場合、ポンプ吐出量と燃料噴射量は変動するものであるが、本実施形態の高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置は、従来の制御装置に比べて、燃圧の変動が小さいので、ポンプF/B制御量を小さくすることができることで、ポンプ吐出量の変動幅を小さくすることができる。また、噴射燃料の燃圧補正量の変動を小さくできるので、燃料噴射量の変動幅を小さくすることができる。
【0046】
このように、本実施形態の内燃機関の制御装置は、高圧ポンプ吐出量と燃料噴射量の燃圧脈動による影響を低減し、燃圧およびインジェクタからの燃料噴射量を精度よく制御する事ができ、これにより、安定した燃焼と排出ガス性能改善に貢献することができる。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の内燃機関の制御装置は、燃圧およびインジェクタからの燃料噴射量を精度よく制御することができ、これにより、安定した燃焼が確保されると共に、排出ガスの性能が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の内燃機関の制御装置であって、高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御システムの全体構成図。
【図2】図1の制御装置の内部構成図。
【図3】図1の高圧燃料ポンプの燃料系システムの全体構成図。
【図4】図4の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図5】図4の高圧燃料ポンプの作動タイミングチャート。
【図6】図5の高圧燃料ポンプの作動タイミングチャートの補足説明図。
【図7】図1の内燃機関の制御装置の基本制御ブロック図。
【図8】図7の内燃機関の制御装置の詳細の制御ブロック図。
【図9】図1の内燃機関の制御装置が4気筒の内燃機関である場合の各出力信号と高圧燃料ポンプの作動とのタイミングチャート
【図10】図1の内燃機関の制御装置による燃料圧力制御中の高圧燃料ポンプのソレノイド信号の出力開始角度とその通電時間等のタイミングタャート。
【図11】図1の内燃機関の制御装置の燃圧入力平滑化処理手段の制御フローチャート。
【図12】図1の内燃機関の制御装置のインジェクタの燃料噴射の制御パルス幅の算出に用いる場合の制御フローチャート。
【図13】内燃機関の高圧燃料ポンプの燃圧脈動の発生原因の説明図。
【図14】内燃機関の制御装置のインジェクタ制御パルス幅と燃料噴射量の関係を示す図。
【図15】従来の高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置の制御における燃料圧力(燃圧)の変動に伴うポンプ制御量、ポンプ燃料吐出量、噴射燃料の燃圧補正量、及び、燃料噴射量の状態を示した図。
【図16】図1の高圧燃料ポンプを備えた内燃機関の制御装置の制御における燃料圧力(燃圧)の変動に伴うポンプ制御量、ポンプ燃料吐出量、噴射燃料の燃圧補正量、及び、燃料噴射量の状態を示した図。
【符号の説明】
1・・・高圧燃料ポンプ
2・・・プランジャ
3・・・リフタ
5・・・吸入弁
6・・・吐出弁
7・・・シリンダ室
8・・・ポンプ室
9・・・ソレノイド室
12・・・加圧室
56・・・燃圧センサ
100・・・カム
200・・・燃料供給ポンプソレノイド
201・・・係合部材
507・・・内燃機関
515・・・コントロールユニット(制御装置)
701・・・基本角度算出手段
702・・・目標燃圧算出手段
703・・・燃圧入力平滑化処理手段
704・・・基準角度演算手段
705・・・ソレノイド作動遅れ補正手段
706・・・ポンプ信号通電時間算出手段
1501・・圧力差既定値算出手段
1502・・ポンプ制御信号算出手段
1503・・ソレノイド駆動手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly, to a control device for an internal combustion engine provided with a fuel supply pump that pumps fuel to an injector.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a spark ignition type internal combustion engine using a fuel such as gasoline, the fuel is pumped by a pump and directly injected into a combustion chamber to generate a flammable mixture in the vicinity of a spark plug to cause stratified combustion. Technology has been developed. This stratified combustion enables combustion with a substantially lean air-fuel ratio, so that the fuel consumption and exhaust gas performance of the internal combustion engine can be greatly improved.
[0003]
In an internal combustion engine that performs stratified combustion, it is necessary to control the fuel injection pressure to a desired value when switching between stratified combustion and homogeneous combustion or according to the operating conditions of the internal combustion engine. In response to this requirement, a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-324757 has been proposed. This technique is a feedback control in which the feedforward control amount set based on the fuel injection amount from the injector and the fuel pressure in the fuel pressure accumulation chamber (hereinafter referred to as a common rail) detected by the fuel pressure sensor coincide with the target pressure. The fuel pump discharge amount is controlled based on the amount, and as a result, the fuel pressure is controlled.
[0004]
However, since the fuel pressure in the common rail pulsates, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-324757 avoids the offset of the actual fuel pressure in a steady state and the fluctuation of the actual fuel pressure in a long cycle. However, for the purpose of ensuring the detection response of the actual fuel pressure, the weight in the weighted average process is set according to the rotational speed of the internal combustion engine.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 13 shows the fuel pressure pulsation generation mechanism. Fuel pressure pulsation occurs when fuel is injected from the injector during the pump non-discharge period and the fuel pressure decreases. For this reason, the amount of fuel pressure decrease increases as the fuel injection amount increases, that is, the amplitude of fuel pressure pulsation increases.
[0006]
In the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-324757, the fuel injection amount that causes the magnitude of the fuel pressure pulsation in the common rail is not taken into account. When the injection amount changes, it is affected by the pulsation of the actual fuel pressure, and the fuel pressure and the fuel injection amount from the injector cannot be accurately controlled.
[0007]
As described above, when the fuel pressure and the amount of fuel injected from the injector cannot be controlled with high accuracy, the particle size of the fuel injected from the injector becomes large, so that stable combustion cannot be obtained due to variations in the air-fuel ratio or the like. This will lead to deterioration of fuel consumption and exhaust gas performance.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and its object is to focus on the fuel injection amount that causes the magnitude of the pulsation amplitude in the common rail of the fuel supply system. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that eliminates the influence of pressure pulsation and accurately controls the fuel pressure and the fuel injection amount from the fuel injection valve.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine according to the present invention comprises a reciprocating fuel pump for supplying injected fuel under pressure, a fuel pressure sensor for detecting fuel pressure, and a fuel injection valve for injecting fuel. And a fuel pressure input smoothing processing means for smoothing the detected fuel pressure with a weight according to the fuel injection amount injected from the fuel injection valve, and the fuel pump supplies fuel via a common rail. Supplying to the fuel injection valve, the fuel pressure sensor detects fuel pressure in the common rail, and the fuel pump is driven by the internal combustion engine.
[0010]
The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention eliminates the influence of the pulsation of the actual fuel pressure (actual fuel pressure) in the common rail and accurately determines the actual fuel pressure and the fuel injection amount from the fuel injection valve (injector). It is well controlled, which allows stable combustion and improved exhaust gas performance.
[0011]
Further, as a specific aspect of the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the fuel pressure input smoothing processing means increases the weight for the past detection value as the fuel injection amount increases, The fuel pressure input smoothing processing means includes a table in which a weight is set and stored corresponding to the fuel injection amount, and the weight corresponding to the fuel injection amount at that time is retrieved from the table. The feature is that different items are set and stored for each control target.
[0012]
Furthermore, as another specific aspect of the control device for an internal combustion engine of the present invention, in calculating the fuel injection amount, an intake air amount or a discharge amount of the fuel pump is used as the fuel injection amount. Yes.
[0013]
Furthermore, as another aspect of the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the control apparatus compares the smoothed fuel pressure with a target fuel pressure calculated based on an operating state of the internal combustion engine. The discharge amount is feedback-controlled for each discharge stroke of the fuel pump, and the control signal of the fuel injection valve is corrected by the smoothed fuel pressure.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine provided with a fuel supply pump of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows the overall configuration of the control system of the
[0016]
The
The air sucked into the
[0017]
On the other hand, fuel such as gasoline is primarily pressurized from the
[0018]
The
Further, an A /
[0019]
As shown in FIG. 2, the main part of the
[0020]
3 and 4 show the high-
The high-
[0021]
The high-
[0022]
The fuel is led from the
[0023]
Next, the operation of the high-
The
[0024]
The
[0025]
On the other hand, when the
[0026]
Also, if the
[0027]
As described above, the high-
[0028]
FIG. 5 shows an operation timing chart of the high-
[0029]
FIG. 7 is a control block diagram of the fuel supply control of the control device for the internal combustion engine performed by the
The control device for the internal combustion engine is one aspect of a basic angle calculation means 701, a target fuel pressure calculation means 702, a fuel pressure input smoothing processing means 703, a fuel pressure difference default value calculation means 1501, and a drive signal for the
[0030]
The basic angle calculation means 701 calculates the basic angle of the solenoid signal that turns on the
The pump control signal calculation means 1502 calculates and outputs a pump control signal based on each signal calculated by each means, and outputs it to the solenoid driving means 1503 to drive the solenoid.
[0031]
FIG. 8 is a block diagram showing basic processing of the pump control signal calculation means 1502.
The pump control signal calculation means 1502 is basically composed of a reference angle calculation means 704 for calculating the timing of the ON signal of the
[0032]
FIG. 9 shows an example of a timing chart of each signal in the four-cylinder
[0033]
The portion where the signal serving as the reference position of the CRANK signal indicated by the dotted line in FIG. 9 is missing is at a position shifted by a predetermined phase from the top dead center of
[0034]
Further, the illustrated REF signal is generated based on the CRANK signal and the CAM signal, and is used as a reference signal for ignition, fuel injection, and solenoid control. FIG. 9 shows the plunger stroke, and solenoid control is performed based on this phase. Further, since the solenoid control signal shown in FIG. 9 includes the solenoid operation delay, after a certain time delay from the rise of the solenoid control signal, the discharge from the high-
[0035]
FIG. 10 shows each parameter such as the output start angle of the solenoid signal during pressure control by the
[0036]
[Expression 1]
STANG = REFANG − PUMRE (1)
Here, REFANG is a reference angle, and is calculated based on the operating state by the basic angle calculation means 701 in FIG. PUMRE is a pump delay angle, which represents the operation delay of the
[0037]
Further, the pump phase control signal energization time TPUMKE is calculated based on the operating state by the pump phase control signal energization time calculation means 706 of FIG. The purpose of energizing the pump phase control signal for a specified time calculated based on the operating state is that the suction valve is controlled by the pressure in the pressurizing
[0038]
FIG. 11 is a control flowchart of the fuel pressure input smoothing processing means 703 of the control device for the internal combustion engine of the present embodiment. The processing in the fuel pressure input smoothing processing means 703 is executed every predetermined time. In
[0039]
The fuel injection amount here conceptually means the fuel injection amount, and may be replaced with a pump discharge amount or a parameter corresponding to the actual load of the internal combustion engine. There is also a method for calculating the fuel injection amount from the intake air amount and the air-fuel ratio.
In
[0040]
[Expression 2]
Y = (1−α) · X + α · Y (−1) (2)
As the weight (α) with respect to the past detection value (Y (−1)) increases, the input value X is smoothed and output as a weighted average Y.
[0041]
The weight setting method includes a calculation method using a mathematical formula, a calculation method using a table, and a method of making a map with the engine speed. The weight set in accordance with the fuel injection amount is set so that the weight of the past detection value increases as the fuel injection amount increases in order to eliminate the influence of pulsation.
In
[0042]
FIG. 12 shows a control flowchart in the case where the fuel pressure smoothed as described above is used for calculation of the control pulse width of the fuel injection of the injector. This process is executed every predetermined time.
[0043]
In
[0044]
15 and 16 show a pump control amount, a pump fuel discharge amount, a fuel pressure correction amount of injected fuel, and a fuel injection in the control of a control device for an internal combustion engine equipped with a high-pressure fuel pump. FIG. 15 shows the state of control of a control device for an internal combustion engine equipped with a conventional high-pressure fuel pump, and FIG. 16 shows the high-pressure fuel pump of this embodiment. 2 shows the control state of the control device for the internal combustion engine.
[0045]
As understood from FIGS. 15 and 16, when both are greatly affected by pulsation, the pump discharge amount and the fuel injection amount fluctuate, but the internal combustion engine provided with the high-pressure fuel pump of the present embodiment. Since the engine control device has a smaller variation in fuel pressure than the conventional control device, the pump F / B control amount can be reduced, so that the fluctuation range of the pump discharge amount can be reduced. In addition, since the fluctuation of the fuel pressure correction amount of the injected fuel can be reduced, the fluctuation range of the fuel injection amount can be reduced.
[0046]
As described above, the control device for the internal combustion engine of the present embodiment can reduce the influence of the fuel pressure pulsation of the high pressure pump discharge amount and the fuel injection amount, and can accurately control the fuel pressure and the fuel injection amount from the injector. This contributes to stable combustion and improved exhaust gas performance.
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various designs can be used without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.
[0047]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the control device for an internal combustion engine of the present invention can accurately control the fuel pressure and the fuel injection amount from the injector, thereby ensuring stable combustion and exhaust gas. Performance is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine control system including a high-pressure fuel pump, which is a control apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
2 is an internal configuration diagram of the control device of FIG. 1;
3 is an overall configuration diagram of a fuel system of the high-pressure fuel pump in FIG. 1. FIG.
4 is a longitudinal sectional view of the high-pressure fuel pump of FIG.
FIG. 5 is an operation timing chart of the high-pressure fuel pump of FIG.
6 is a supplementary explanatory diagram of an operation timing chart of the high-pressure fuel pump of FIG. 5. FIG.
7 is a basic control block diagram of the control device for the internal combustion engine of FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a detailed control block diagram of the control device for the internal combustion engine of FIG. 7;
9 is a timing chart of each output signal and the operation of the high-pressure fuel pump when the control device for the internal combustion engine of FIG. 1 is a four-cylinder internal combustion engine.
FIG. 10 is a timing chart of the output start angle of the solenoid signal of the high-pressure fuel pump during the fuel pressure control by the control device for the internal combustion engine of FIG.
11 is a control flowchart of fuel pressure input smoothing processing means of the control device for the internal combustion engine of FIG. 1;
FIG. 12 is a control flowchart for use in calculating a fuel injection control pulse width of the control device for the internal combustion engine of FIG. 1;
FIG. 13 is an explanatory diagram of the cause of occurrence of fuel pressure pulsation in a high-pressure fuel pump of an internal combustion engine.
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between an injector control pulse width and a fuel injection amount of a control device for an internal combustion engine.
FIG. 15 shows a pump control amount, a pump fuel discharge amount, a fuel pressure correction amount of injected fuel, and a fuel injection amount in accordance with a change in fuel pressure (fuel pressure) in control of a control device for an internal combustion engine equipped with a conventional high-pressure fuel pump. The figure which showed the state of.
16 shows a pump control amount, pump fuel discharge amount, fuel pressure correction amount of injected fuel, and fuel injection in the control of the control device for the internal combustion engine having the high-pressure fuel pump of FIG. The figure which showed the state of quantity.
[Explanation of symbols]
1 ... High pressure fuel pump
2 ... Plunger
3 ... Lifter
5 ... Suction valve
6 ... Discharge valve
7 ... Cylinder chamber
8 ... Pump room
9 ... Solenoid room
12 ... Pressurizing chamber
56 ... Fuel pressure sensor
100 ... Cam
200: Fuel supply pump solenoid
201 ... engaging member
507 ... Internal combustion engine
515 ... Control unit (control device)
701: Basic angle calculation means
702 ... Target fuel pressure calculation means
703 ... Fuel pressure input smoothing processing means
704: Reference angle calculation means
705 ... Solenoid operation delay correction means
706: Pump signal energization time calculation means
1501 .. Pressure difference predetermined value calculation means
1502 ..Pump control signal calculation means
1503 .. Solenoid drive means
Claims (9)
該制御装置は、前記検出した燃料圧力を前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量が多いときほど、過去の検出値に対する重みが大きくなるように平滑化処理を行う燃圧入力平滑化処理手段を備え、
前記燃圧入力平滑化処理手段による前記平滑化処理がなされた燃料圧力に応じて、燃料噴射のパルス幅を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。A control device for an internal combustion engine, comprising: a reciprocating fuel pump that supplies pressure of injected fuel; a fuel pressure sensor that detects fuel pressure; and a fuel injection valve that injects fuel;
The control device includes fuel pressure input smoothing processing means for performing a smoothing process so that a weight for a past detected value increases as the fuel injection amount of the detected fuel pressure injected from the fuel injection valve increases. Prepared ,
A control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that a pulse width of fuel injection is calculated according to the fuel pressure subjected to the smoothing processing by the fuel pressure input smoothing processing means .
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