JP4056046B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールに蓄えられた高圧燃料をインジェクタから噴射する蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄圧式燃料噴射装置として、一度の噴射期間内に複数回の噴射（例えば、パイロット噴射とメイン噴射）を行う蓄圧式燃料噴射装置が知られている。
パイロット噴射とメイン噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置を例に説明すると、パイロット噴射を行うと、パイロット噴射による圧力脈動の影響でインジェクタに供給される燃料供給圧力が変動するため、パイロット噴射に続いてメイン噴射を行う際に、メイン噴射量が目標メイン噴射量から変動してしまう。
【０００３】
この不具合を解決する技術として、特開２００１−１６４９７６号公報に開示された技術が知られている。
この公報には、パイロット噴射による圧力脈動の影響で発生する燃料供給圧力の変動を適合マップとして制御装置に記憶させておき、パイロット噴射とメイン噴射との間隔（パイロットインターバル）と、圧力脈動の適合マップとでメイン噴射量の補正量を決定する技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、実機による試験データを採取して圧力脈動の適合マップを作成していた。しかし、パイロット噴射による圧力脈動は、コモンレール圧力、パイロット噴射量、パイロット噴射の噴射信号発生時から圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの間で発生する位相差、燃料温度によって変化するものであるため、マップ作成に多大な時間を必要とする。
また、インジェクタの機種変更、コモンレール圧力の変更、噴射量使用域の変更、コモンレールからインジェクタに高圧燃料を導く高圧配管の長さ変更など、エンジン機種変更のたびに実機による多大な試験データを採取して適合マップを作成しなければならないという問題がある。
【０００５】
【発明の目的】
本願発明者は、１次噴射（例えば、パイロット噴射）と２次噴射（例えば、メイン噴射）の間隔による２次噴射の噴射量の変動周期が、インジェクタのノズル室に通じる特定の燃料管路での油撃による圧力脈動に一致するという解析結果を見いだした。
そこで、本願発明は、２次噴射の噴射量を補正するための圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、インジェクタのノズル室に通じる特定の燃料管路の長さを用いた計算のみにより圧力脈動の影響を算出することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
本願発明者は、圧力脈動が、第１燃料管路の長さＬ 1 と、第２燃料管路の長さＬ 2 に起因する２種類の圧力脈動の合成波であることを見いだした。さらに、低周波脈動ｆ 1 は第１燃料管路の長さＬ 1 に起因することを見いだし、高周波脈動ｆ 2 は第２燃料管路の長さＬ 2 に起因することを見いだした。
このため、従来技術のように圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみにより圧力脈動の影響を算出できる。
【０００７】
この結果、適合マップを作成する場合であっても、計算で適合マップを作成できるため、適合マップの作成が非常に容易になる。
また、適合マップを作成しなくても、直接圧力脈動の影響を算出できるため、その算出結果から２次噴射の噴射量を補正することもできる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用し、１次噴射をパイロット噴射とし、２次噴射をメイン噴射としても良い。この結果、パイロット噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置において、圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみでメイン噴射量を補正できる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
本願発明者は、２次噴射の噴射量の変動周期が、コモンレールからノズル室の間の燃料管路において発生する圧力脈動と、インジェクタの制御室からノズル室の間の燃料管路において発生する圧力脈動との合成波に一致するという解析結果を見いだした。
そこで、請求項３の手段を採用し、コモンレールからノズル室までの長さから求められる圧力脈動の周期と制御室からノズル室までの長さから求められる圧力脈動の周期の合成波（合成された圧力脈動の周期）と、１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、２次噴射の噴射量を補正するように設けても良い。
このように、コモンレールからノズル室までの長さ、制御室からノズル室までの長さの２つの長さから求められる圧力脈動の周期の合成波を用いることにより、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１３】
〔請求項４の手段〕
請求項４の蓄圧式燃料噴射装置は、インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、２次噴射の噴射量を補正するものである。
このように、本発明は、従来技術のように圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみにより圧力脈動の影響を算出できる。
そして、２次噴射の補正量を、圧力脈動の周期を用いた補正式によって２次噴射の噴射量を補正できるため、圧力脈動の周期を用いた適合マップの作成を廃止できる。
さらに、補正式に、１次噴射の噴射信号発生時から、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの位相差を修正項として用いることで、圧力脈動の位相差の影響が２次噴射の補正量に加味されるため、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１４】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用し、位相差を、コモンレールに蓄圧されるコモンレール圧力と、１次噴射の噴射量とに基づいて求めることで、圧力脈動の位相差の影響が、コモンレール圧力と、１次噴射の噴射量を考慮して求められるため、より高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１５】
〔請求項６の手段〕
請求項６の蓄圧式燃料噴射装置は、インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、２次噴射の噴射量を補正するものである。
このように、本発明は、従来技術のように圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみにより圧力脈動の影響を算出できる。
そして、２次噴射の補正量を、圧力脈動の周期を用いた補正式によって２次噴射の噴射量を補正できるため、圧力脈動の周期を用いた適合マップの作成を廃止できる。
さらに、補正式に、燃料管路において発生する圧力脈動の減衰率を修正項として用いることで、圧力脈動の減衰の影響が２次噴射の補正量に加味されるため、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１６】
〔請求項７の手段〕
請求項７の手段を採用し、圧力脈動の減衰率を、コモンレールに蓄圧されるコモンレール圧力と、１次噴射の噴射量とに基づいて求めても良い。
このように、圧力脈動が減衰する影響が、コモンレール圧力と、１次噴射の噴射量を考慮して求められるため、より高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１７】
〔請求項８の手段〕
請求項８の手段を採用し、補正式に、燃料温度を修正項として用いても良い。
このように、燃料温度による圧力脈動の影響が２次噴射の補正量に加味されるため、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１８】
〔請求項９の手段〕
請求項９の手段を採用し、補正式を用いて２次噴射時の変動量を算出し、その変動量を用いて２次噴射の噴射量を補正しても良い。
【００１９】
〔請求項１０の手段〕
請求項１０の手段を採用し、補正式を用いて２次噴射時のコモンレール圧力の変動量を算出し、その変動量を用いて２次噴射の噴射量を補正しても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例および変形例を用いて説明する。
［実施例の構成］
図１〜図９を参照して本発明が適用された実施例を説明する。
図１は、ディーゼルエンジンに搭載される蓄圧式燃料噴射装置の概略図であり、高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１に蓄えられた燃料を噴射するインジェクタ２（燃料噴射弁）と、このインジェクタ２における噴射と噴射停止を制御するＥＣＵ３（エンジンコントロールユニットの略：制御装置に相当する）とを備え、ＥＣＵ３に接続された各種センサ４からの信号に基づいてインジェクタ２を制御するように設けられている。
【００２１】
インジェクタ２の作動原理を説明する。図示しない高圧ポンプから高圧燃料の供給を受けてコモンレール１は、所定の高圧（コモンレール圧力）に保たれている。ＥＣＵ３からインジェクタ２に噴射指令が出されると、ソレノイド５が開弁し、制御室６の燃料が低圧側に流出し、制御室６の圧力が低下するためニードル７が上昇する。この結果、ノズル室８が噴孔９と連通し、ノズル室８に供給されていた高圧燃料が噴孔９より噴射される。
逆に、ＥＣＵ３からインジェクタ２に噴射停止指令が出されると、ソレノイド５が閉弁し、制御室６が高圧に上昇するためニードル７が下降する。この結果、ニードル７によって噴孔９が閉じられ、噴射が停止される。
【００２２】
このように、１回の噴射により、制御室６の圧力変化と、ノズル室８の圧力変化に伴う油撃が発生する。この油撃は、コモンレール１からノズル室８に燃料を導く第１燃料管路１１と、ノズル室８と制御室６を連通する第２燃料管路１２（高圧燃料通路）とにおいて、閉口端圧力脈動として発生する。
【００２３】
この蓄圧式燃料噴射装置は、車両走行状態に応じて、一度の噴射期間内にメイン噴射のみを実行する通常噴射制御と、一度の噴射期間内にパイロット噴射とメイン噴射を実行するパイロット噴射制御とを行うように設けられている。
一度の噴射期間内にメイン噴射のみを行う通常噴射制御は、次の噴射時期までの時間が十分長いため、前回の噴射時において発生した圧力脈動は減衰・消滅しており、次の噴射時期における圧力脈動の影響による噴射量の変動はない。
しかし、パイロット噴射制御は、メイン噴射までの間隔（以下、パイロットインターバル）が短いため、パイロット噴射時に発生した圧力脈動がメイン噴射に影響を及ぼしてしまう。
【００２４】
従来技術の項でも説明したように、上記パイロット噴射時に発生する圧力脈動の影響を防ぐ技術として特開２００１−１６４９７６号公報に開示された技術が知られている。
この公報に開示される技術は、図２に示すような適合マップを用いてメイン噴射量を補正するものである。図２に示す適合マップは、パイロットインターバルに対するコモンレール１の圧力変動（もしくはメイン噴射量変化）を示すものである。このマップは、パイロットインターバルの変化、コモンレール圧力の変化、燃料温度の変化等の多大な試験データに基づいて作成されるものであり、マップ作成に多大な工数が必要とされる。
【００２５】
ここで、パイロット噴射を行い、その直後にメイン噴射を行った場合におけるパイロットインターバルと、未補正のメイン噴射量Ｑｍとの関係の一例を図３に示す。
この図３に示される噴射量Ｑｍの変動は、大きく分けて低周波脈動ｆ1 と高周波脈動ｆ2 の２つの異なる周期を持つ波形の合成波である。そのため、この２つの異なる周期を算出できれば、多大な試験を行うことなくマップ作成や、演算式によるメイン噴射量Ｑｍの補正が可能になる。
【００２６】
［実施例の特徴］
次に、低周波脈動ｆ1 、高周波脈動ｆ2 を演算で求め、その演算結果に基づいてメイン噴射量Ｑｍを補正する例を説明する。
一般的にある管路の長さにおける閉口端圧力脈動の周波数ｆは、
ｆ＝α／（４・Ｌ）…▲１▼
で表すことができる。なお、α：燃料音速、Ｌ：管路の長さ。
【００２７】
本願発明者は、上記▲１▼の式を用いて上記図３の脈動周期から管路の長さを求めたところ、図３の低周波脈動ｆ1 は、上述した第１燃料管路１１の長さＬ1 （閉口端圧力脈動の発生する長さ）に起因することを見いだした。また、図３の高周波脈動ｆ2 は、上述した第２燃料管路１２の長さＬ2 （閉口端圧力脈動の発生する長さ）に起因することを見いだした。
この結果、第１、第２燃料配管１１、１２の長さＬ1 、Ｌ2 を上記▲１▼の式のＬに代入することにより、試験を実施しなくても蓄圧式燃料噴射装置における低周波脈動ｆ1 と高周波脈動ｆ2 の２つの異なる周期を求めることができる。
【００２８】
ここで、燃料音速αは、
α＝Ｆ（Ｔｆ，Ｐｃ）…▲２▼
の関係がある。なお、Ｆは関数、Ｔｆは圧力脈動が発生する燃料温度、Ｐｃはコモンレール圧力。
この▲２▼の式に、上記▲１▼の式を代入すると、
ｆ＝Ｆ（Ｔｆ，Ｐｃ）／（４・Ｌ）…▲３▼
となる。
この▲３▼の式に、パイロット噴射量に応じた圧力脈動の位相差（パイロット噴射の噴射信号発生時と、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時との位相差）、および圧力脈動の減衰率を乗じたものが、パイロットインターバルに対する未補正のメイン噴射量Ｑｍの特性式｛後述する圧力変動量ΔＰ（ｔ）を求める数式｝となるため、この特性式を利用してメイン噴射の補正量を求めることができる。
【００２９】
以下に具体的な例を示す。
実験より求めた燃料音速αの式が、
【数１】
であると、次式
【数２】
が導きだされ、低周波脈動ｆ1 と高周波脈動ｆ2 は、第１、第２燃料管路１１、１２の長さＬ1 、Ｌ2 、燃料温度Ｔｆ、コモンレール圧力Ｐｃにより求められる。
【００３０】
次に、図４に示されるように、パイロット噴射の噴射信号発生時から、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの時間θ10、θ20を用いて圧力脈動発生の位相差θ1 、θ2 を演算式あるいはマップから求める。
なお、時間θ10は制御室６において圧力脈動が発生するまでの時間であり、時間θ20はノズル室８において圧力脈動が発生するまでの時間である。また、位相差θ1 は制御室６において発生する圧力脈動の位相差であり、位相差θ2 はノズル室８において発生する圧力脈動の位相差である。
【００３１】
ここで、位相差θ1 、θ2 は、
θ1 ＝θ10＋Δθ1
θ2 ＝θ20＋Δθ2
によって求められる。なお、位相差θ1 、θ2 は、時間θ10、θ20の他に、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに応じて変動するものであり、Δθ1 、Δθ2 は、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに基づいて演算式あるいはマップから求める位相補正量である。
【００３２】
次に、図５に示されるように、パイロット噴射から時間経過により減衰していく低周波脈動ｆ1 の減衰率Ｃ1(t)、および高周波脈動ｆ2 の減衰率Ｃ2(t)を求める。
圧力脈動が始まる初期値Ｃ10、Ｃ20を、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに基づいて演算式あるいはマップから求める。
初期値Ｃ10、Ｃ20をマップから求める場合は、図６に示すマップと、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃの関係から初期値Ｃ10、Ｃ20を求める。また、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに基づくアルゴリズムに応じた演算式から初期値Ｃ10、Ｃ20を算出するように設けても良い。
【００３３】
次に、上述した低高周波脈動ｆ1 、ｆ2 、位相差θ1 、θ2 、減衰率Ｃ1(t)、Ｃ2(t)に基づき、パイロット噴射を行った後に発生する圧力変動量ΔＰ（ｔ）を次式によって求めることができる。
【数３】
この関数式で求められる特性と、未補正のメイン噴射量Ｑｍとの関係を図７に示す。なお、この図７では、上記［数３］の式で求められる圧力変動量ΔＰ（ｔ）を、未補正のメイン噴射量Ｑｍの近くへシフトして開示したものである。
【００３４】
ここで、燃料噴射量は、燃料圧力に密接な関係がある。このため、メイン噴射量Ｑｍに対する圧力変動量ΔＰ（ｔ）の影響度Ｑefは、図８に示すように、メイン噴射量Ｑｍが大きいほど、またコモンレール圧力Ｐｃが高いほど大きい。そこで、コモンレール圧力Ｐｃおよびメイン噴射量Ｑｍに対する影響度Ｑefを用いて、パイロットインターバルＴに対するメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求めることができる。このメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求める式は、
ΔＱ（Ｔ）＝Ｑef・ΔＰ（ｔ）…▲４▼
で表すことができる。
【００３５】
最終的なメイン噴射量Ｑｍは、圧力脈動の影響を打ち消すために、車両の運転状態から演算によって求められるメイン噴射量Ｑｍから、メイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を減算することによって求められる。
【００３６】
次に、上述したメイン噴射量Ｑｍの補正を行う制御フローチャートを図９を参照して説明する。なお、この制御は、ＥＣＵ３に搭載された制御プログラムによってパイロット噴射毎に実行されるものである。
パイロット噴射モード時にメイン噴射量Ｑｍの補正ルーチンに入ると（スタート）、先ずコモンレール圧力Ｐｃ、パイロット噴射量、燃料温度Ｔｆに基づいて上述した各式やマップから低高周波脈動ｆ1 、ｆ2 、位相差θ1 、θ2 、減衰率Ｃ1(t)、Ｃ2(t)を求める（ステップＳ1 ）。
【００３７】
次に、これらの値を用いてパイロット噴射後に第１、第２燃料管路１１、１２に発生する圧力脈動の圧力変動量ΔＰ（ｔ）を上記［数３］の式より求める（ステップＳ2 ）。
次に、メイン噴射量Ｑｍ、コモンレール圧力Ｐｃから影響度Ｑefを演算あるいはマップから求める（ステップＳ3 ）。
次に、圧力変動量ΔＰ（ｔ）、パイロットインターバルＴ、影響度Ｑefからメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求める。つまり、上記▲４▼の式よりメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求める（ステップＳ4 ）。
最後に、車両の運転状態から演算によって求められるメイン噴射量Ｑｍから、ステップＳ4 で算出されたメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を減算し、その補正されたメイン噴射量Ｑｍからメイン噴射指令値を算出し（ステップＳ5 ）、この補正ルーチンを終了する（エンド）。
【００３８】
［実施例の効果］
上記の手法では、圧力脈動が始まる初期値Ｃ10、Ｃ20の関係はインジェクタ２の仕様変更やエンジン機種変更時もほぼ同じ値となる。このため、インジェクタ２の仕様変更やエンジン機種変更時により圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみによってメイン噴射時における圧力脈動の影響を算出できる。
この結果、適合マップを作成する場合であっても、上記数式を用いたシュミレーション技術で適合マップを作成できるため、適合マップの作成が非常に容易になる。
また、この実施例のように適合マップを作成しない場合であっても、圧力脈動の影響を演算によって算出できるため、適合マップを用いなくても算出結果からメイン噴射量Ｑｍを補正することができる。
【００３９】
さらに、従来の技術では、図２に示されるように適合マップに用いられる圧力脈動は、１種類の脈動周期として考えられていた。これに対し、ノズル室８に通じる第１、第２燃料管路１１、１２において発生する圧力脈動は、第１燃料管路１１の長さＬ1 と、第２燃料管路１２の長さＬ2 に起因する２種類の圧力脈動の合成波であることを見いだし、この実施例では２種類の圧力脈動の合成波を用いてメイン噴射を補正するものであるため、従来技術に比較して、さらに高い精度でメイン噴射量Ｑｍを補正することができる。
【００４１】
〔変形例〕
上記実施例では、補正式を用いてメイン噴射時の圧力変動量ΔＰ（ｔ）を算出し、その圧力変動量ΔＰ（ｔ）を用いてメイン噴射量Ｑｍを補正する例を示したが、補正式を用いてメイン噴射時のコモンレール圧力Ｐｃの変動量を算出し、その変動量を用いてメイン噴射量Ｑｍを補正するように設けても良い。
【００４２】
上記の実施例では、一度の噴射期間内に複数回の噴射を例として、一度の噴射期間内にパイロット噴射とメイン噴射を行い、メイン噴射量Ｑｍを圧力脈動で補正する例を示した。これに対し、一度の噴射期間内に複数回の噴射を行い、直後の噴射量を圧力脈動で補正するように設けても良い。この場合の圧力脈動は、複数回の噴射の繰り返しによって乱れるが、この乱れる圧力脈動の周期はノズル室８に通じる燃料管路の長さ（例えば、第１、第２燃料管路１１、１２の長さＬ1 、Ｌ2 ）から求めるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓄圧式燃料噴射装置の概略図である。
【図２】従来技術の適合マップに用いられる線図である。
【図３】未補正のメイン噴射量Ｑｍの変化を示す線図である。
【図４】制御室およびノズル室の圧力変化を示す線図である。
【図５】第１、第２燃料配管における圧力脈動の減衰状態を示す線図である。
【図６】圧力脈動の初期値Ｃ10、Ｃ20を求めるマップである。
【図７】数式によって求められる圧力変動量ΔＰ（ｔ）と、未補正のメイン噴射量Ｑｍとの関係を示す線図である。
【図８】コモンレール圧力Ｐｃおよびメイン噴射量Ｑｍに対する影響度Ｑefの変化を示す線図である。
【図９】メイン噴射量Ｑｍの補正を行う制御フローチャートである。
【符号の説明】
１ コモンレール
２ インジェクタ
３ ＥＣＵ（制御装置）
６ 制御室
８ ノズル室
１１ 第１燃料管路（ノズル室に通じる燃料管路）
１２ 第２燃料管路（ノズル室に通じる燃料管路）
ｆ1 第１燃料管路で発生する圧力脈動の周期（低周波脈動）
ｆ2 第２燃料管路で発生する圧力脈動の周期（高周波脈動）
Ｌ1 コモンレールからノズル室までの長さ
Ｌ2 制御室からノズル室までの長さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールに蓄えられた高圧燃料をインジェクタから噴射する蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄圧式燃料噴射装置として、一度の噴射期間内に複数回の噴射（例えば、パイロット噴射とメイン噴射）を行う蓄圧式燃料噴射装置が知られている。
パイロット噴射とメイン噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置を例に説明すると、パイロット噴射を行うと、パイロット噴射による圧力脈動の影響でインジェクタに供給される燃料供給圧力が変動するため、パイロット噴射に続いてメイン噴射を行う際に、メイン噴射量が目標メイン噴射量から変動してしまう。
【０００３】
この不具合を解決する技術として、特開２００１−１６４９７６号公報に開示された技術が知られている。
この公報には、パイロット噴射による圧力脈動の影響で発生する燃料供給圧力の変動を適合マップとして制御装置に記憶させておき、パイロット噴射とメイン噴射との間隔（パイロットインターバル）と、圧力脈動の適合マップとでメイン噴射量の補正量を決定する技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、実機による試験データを採取して圧力脈動の適合マップを作成していた。しかし、パイロット噴射による圧力脈動は、コモンレール圧力、パイロット噴射量、パイロット噴射の噴射信号発生時から圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの間で発生する位相差、燃料温度によって変化するものであるため、マップ作成に多大な時間を必要とする。
また、インジェクタの機種変更、コモンレール圧力の変更、噴射量使用域の変更、コモンレールからインジェクタに高圧燃料を導く高圧配管の長さ変更など、エンジン機種変更のたびに実機による多大な試験データを採取して適合マップを作成しなければならないという問題がある。
【０００５】
【発明の目的】
本願発明者は、１次噴射（例えば、パイロット噴射）と２次噴射（例えば、メイン噴射）の間隔による２次噴射の噴射量の変動周期が、インジェクタのノズル室に通じる特定の燃料管路での油撃による圧力脈動に一致するという解析結果を見いだした。
そこで、本願発明は、２次噴射の噴射量を補正するための圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、インジェクタのノズル室に通じる特定の燃料管路の長さを用いた計算のみにより圧力脈動の影響を算出することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
本願発明者は、圧力脈動が、第１燃料管路の長さＬ 1 と、第２燃料管路の長さＬ 2 に起因する２種類の圧力脈動の合成波であることを見いだした。さらに、低周波脈動ｆ 1 は第１燃料管路の長さＬ 1 に起因することを見いだし、高周波脈動ｆ 2 は第２燃料管路の長さＬ 2 に起因することを見いだした。
このため、従来技術のように圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみにより圧力脈動の影響を算出できる。
【０００７】
この結果、適合マップを作成する場合であっても、計算で適合マップを作成できるため、適合マップの作成が非常に容易になる。
また、適合マップを作成しなくても、直接圧力脈動の影響を算出できるため、その算出結果から２次噴射の噴射量を補正することもできる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用し、１次噴射をパイロット噴射とし、２次噴射をメイン噴射としても良い。この結果、パイロット噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置において、圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみでメイン噴射量を補正できる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
本願発明者は、２次噴射の噴射量の変動周期が、コモンレールからノズル室の間の燃料管路において発生する圧力脈動と、インジェクタの制御室からノズル室の間の燃料管路において発生する圧力脈動との合成波に一致するという解析結果を見いだした。
そこで、請求項３の手段を採用し、コモンレールからノズル室までの長さから求められる圧力脈動の周期と制御室からノズル室までの長さから求められる圧力脈動の周期の合成波（合成された圧力脈動の周期）と、１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、２次噴射の噴射量を補正するように設けても良い。
このように、コモンレールからノズル室までの長さ、制御室からノズル室までの長さの２つの長さから求められる圧力脈動の周期の合成波を用いることにより、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１３】
〔請求項４の手段〕
請求項４の蓄圧式燃料噴射装置は、インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、２次噴射の噴射量を補正するものである。
このように、本発明は、従来技術のように圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみにより圧力脈動の影響を算出できる。
そして、２次噴射の補正量を、圧力脈動の周期を用いた補正式によって２次噴射の噴射量を補正できるため、圧力脈動の周期を用いた適合マップの作成を廃止できる。
さらに、補正式に、１次噴射の噴射信号発生時から、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの位相差を修正項として用いることで、圧力脈動の位相差の影響が２次噴射の補正量に加味されるため、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１４】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用し、位相差を、コモンレールに蓄圧されるコモンレール圧力と、１次噴射の噴射量とに基づいて求めることで、圧力脈動の位相差の影響が、コモンレール圧力と、１次噴射の噴射量を考慮して求められるため、より高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１５】
〔請求項６の手段〕
請求項６の蓄圧式燃料噴射装置は、インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、２次噴射の噴射量を補正するものである。
このように、本発明は、従来技術のように圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみにより圧力脈動の影響を算出できる。
そして、２次噴射の補正量を、圧力脈動の周期を用いた補正式によって２次噴射の噴射量を補正できるため、圧力脈動の周期を用いた適合マップの作成を廃止できる。
さらに、補正式に、燃料管路において発生する圧力脈動の減衰率を修正項として用いることで、圧力脈動の減衰の影響が２次噴射の補正量に加味されるため、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１６】
〔請求項７の手段〕
請求項７の手段を採用し、圧力脈動の減衰率を、コモンレールに蓄圧されるコモンレール圧力と、１次噴射の噴射量とに基づいて求めても良い。
このように、圧力脈動が減衰する影響が、コモンレール圧力と、１次噴射の噴射量を考慮して求められるため、より高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１７】
〔請求項８の手段〕
請求項８の手段を採用し、補正式に、燃料温度を修正項として用いても良い。
このように、燃料温度による圧力脈動の影響が２次噴射の補正量に加味されるため、高い精度で２次噴射の噴射量を補正できる。
【００１８】
〔請求項９の手段〕
請求項９の手段を採用し、補正式を用いて２次噴射時の変動量を算出し、その変動量を用いて２次噴射の噴射量を補正しても良い。
【００１９】
〔請求項１０の手段〕
請求項１０の手段を採用し、補正式を用いて２次噴射時のコモンレール圧力の変動量を算出し、その変動量を用いて２次噴射の噴射量を補正しても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例および変形例を用いて説明する。
［実施例の構成］
図１〜図９を参照して本発明が適用された実施例を説明する。
図１は、ディーゼルエンジンに搭載される蓄圧式燃料噴射装置の概略図であり、高圧燃料を蓄えるコモンレール１と、このコモンレール１に蓄えられた燃料を噴射するインジェクタ２（燃料噴射弁）と、このインジェクタ２における噴射と噴射停止を制御するＥＣＵ３（エンジンコントロールユニットの略：制御装置に相当する）とを備え、ＥＣＵ３に接続された各種センサ４からの信号に基づいてインジェクタ２を制御するように設けられている。
【００２１】
インジェクタ２の作動原理を説明する。図示しない高圧ポンプから高圧燃料の供給を受けてコモンレール１は、所定の高圧（コモンレール圧力）に保たれている。ＥＣＵ３からインジェクタ２に噴射指令が出されると、ソレノイド５が開弁し、制御室６の燃料が低圧側に流出し、制御室６の圧力が低下するためニードル７が上昇する。この結果、ノズル室８が噴孔９と連通し、ノズル室８に供給されていた高圧燃料が噴孔９より噴射される。
逆に、ＥＣＵ３からインジェクタ２に噴射停止指令が出されると、ソレノイド５が閉弁し、制御室６が高圧に上昇するためニードル７が下降する。この結果、ニードル７によって噴孔９が閉じられ、噴射が停止される。
【００２２】
このように、１回の噴射により、制御室６の圧力変化と、ノズル室８の圧力変化に伴う油撃が発生する。この油撃は、コモンレール１からノズル室８に燃料を導く第１燃料管路１１と、ノズル室８と制御室６を連通する第２燃料管路１２（高圧燃料通路）とにおいて、閉口端圧力脈動として発生する。
【００２３】
この蓄圧式燃料噴射装置は、車両走行状態に応じて、一度の噴射期間内にメイン噴射のみを実行する通常噴射制御と、一度の噴射期間内にパイロット噴射とメイン噴射を実行するパイロット噴射制御とを行うように設けられている。
一度の噴射期間内にメイン噴射のみを行う通常噴射制御は、次の噴射時期までの時間が十分長いため、前回の噴射時において発生した圧力脈動は減衰・消滅しており、次の噴射時期における圧力脈動の影響による噴射量の変動はない。
しかし、パイロット噴射制御は、メイン噴射までの間隔（以下、パイロットインターバル）が短いため、パイロット噴射時に発生した圧力脈動がメイン噴射に影響を及ぼしてしまう。
【００２４】
従来技術の項でも説明したように、上記パイロット噴射時に発生する圧力脈動の影響を防ぐ技術として特開２００１−１６４９７６号公報に開示された技術が知られている。
この公報に開示される技術は、図２に示すような適合マップを用いてメイン噴射量を補正するものである。図２に示す適合マップは、パイロットインターバルに対するコモンレール１の圧力変動（もしくはメイン噴射量変化）を示すものである。このマップは、パイロットインターバルの変化、コモンレール圧力の変化、燃料温度の変化等の多大な試験データに基づいて作成されるものであり、マップ作成に多大な工数が必要とされる。
【００２５】
ここで、パイロット噴射を行い、その直後にメイン噴射を行った場合におけるパイロットインターバルと、未補正のメイン噴射量Ｑｍとの関係の一例を図３に示す。
この図３に示される噴射量Ｑｍの変動は、大きく分けて低周波脈動ｆ1 と高周波脈動ｆ2 の２つの異なる周期を持つ波形の合成波である。そのため、この２つの異なる周期を算出できれば、多大な試験を行うことなくマップ作成や、演算式によるメイン噴射量Ｑｍの補正が可能になる。
【００２６】
［実施例の特徴］
次に、低周波脈動ｆ1 、高周波脈動ｆ2 を演算で求め、その演算結果に基づいてメイン噴射量Ｑｍを補正する例を説明する。
一般的にある管路の長さにおける閉口端圧力脈動の周波数ｆは、
ｆ＝α／（４・Ｌ）…▲１▼
で表すことができる。なお、α：燃料音速、Ｌ：管路の長さ。
【００２７】
本願発明者は、上記▲１▼の式を用いて上記図３の脈動周期から管路の長さを求めたところ、図３の低周波脈動ｆ1 は、上述した第１燃料管路１１の長さＬ1 （閉口端圧力脈動の発生する長さ）に起因することを見いだした。また、図３の高周波脈動ｆ2 は、上述した第２燃料管路１２の長さＬ2 （閉口端圧力脈動の発生する長さ）に起因することを見いだした。
この結果、第１、第２燃料配管１１、１２の長さＬ1 、Ｌ2 を上記▲１▼の式のＬに代入することにより、試験を実施しなくても蓄圧式燃料噴射装置における低周波脈動ｆ1 と高周波脈動ｆ2 の２つの異なる周期を求めることができる。
【００２８】
ここで、燃料音速αは、
α＝Ｆ（Ｔｆ，Ｐｃ）…▲２▼
の関係がある。なお、Ｆは関数、Ｔｆは圧力脈動が発生する燃料温度、Ｐｃはコモンレール圧力。
この▲２▼の式に、上記▲１▼の式を代入すると、
ｆ＝Ｆ（Ｔｆ，Ｐｃ）／（４・Ｌ）…▲３▼
となる。
この▲３▼の式に、パイロット噴射量に応じた圧力脈動の位相差（パイロット噴射の噴射信号発生時と、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時との位相差）、および圧力脈動の減衰率を乗じたものが、パイロットインターバルに対する未補正のメイン噴射量Ｑｍの特性式｛後述する圧力変動量ΔＰ（ｔ）を求める数式｝となるため、この特性式を利用してメイン噴射の補正量を求めることができる。
【００２９】
以下に具体的な例を示す。
実験より求めた燃料音速αの式が、
【数１】
【数２】
【００３０】
次に、図４に示されるように、パイロット噴射の噴射信号発生時から、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの時間θ10、θ20を用いて圧力脈動発生の位相差θ1 、θ2 を演算式あるいはマップから求める。
なお、時間θ10は制御室６において圧力脈動が発生するまでの時間であり、時間θ20はノズル室８において圧力脈動が発生するまでの時間である。また、位相差θ1 は制御室６において発生する圧力脈動の位相差であり、位相差θ2 はノズル室８において発生する圧力脈動の位相差である。
【００３１】
ここで、位相差θ1 、θ2 は、
θ1 ＝θ10＋Δθ1
θ2 ＝θ20＋Δθ2
によって求められる。なお、位相差θ1 、θ2 は、時間θ10、θ20の他に、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに応じて変動するものであり、Δθ1 、Δθ2 は、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに基づいて演算式あるいはマップから求める位相補正量である。
【００３２】
次に、図５に示されるように、パイロット噴射から時間経過により減衰していく低周波脈動ｆ1 の減衰率Ｃ1(t)、および高周波脈動ｆ2 の減衰率Ｃ2(t)を求める。
圧力脈動が始まる初期値Ｃ10、Ｃ20を、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに基づいて演算式あるいはマップから求める。
初期値Ｃ10、Ｃ20をマップから求める場合は、図６に示すマップと、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃの関係から初期値Ｃ10、Ｃ20を求める。また、パイロット噴射量、コモンレール圧力Ｐｃ、燃料温度Ｔｆに基づくアルゴリズムに応じた演算式から初期値Ｃ10、Ｃ20を算出するように設けても良い。
【００３３】
次に、上述した低高周波脈動ｆ1 、ｆ2 、位相差θ1 、θ2 、減衰率Ｃ1(t)、Ｃ2(t)に基づき、パイロット噴射を行った後に発生する圧力変動量ΔＰ（ｔ）を次式によって求めることができる。
【数３】
【００３４】
ここで、燃料噴射量は、燃料圧力に密接な関係がある。このため、メイン噴射量Ｑｍに対する圧力変動量ΔＰ（ｔ）の影響度Ｑefは、図８に示すように、メイン噴射量Ｑｍが大きいほど、またコモンレール圧力Ｐｃが高いほど大きい。そこで、コモンレール圧力Ｐｃおよびメイン噴射量Ｑｍに対する影響度Ｑefを用いて、パイロットインターバルＴに対するメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求めることができる。このメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求める式は、
ΔＱ（Ｔ）＝Ｑef・ΔＰ（ｔ）…▲４▼
で表すことができる。
【００３５】
最終的なメイン噴射量Ｑｍは、圧力脈動の影響を打ち消すために、車両の運転状態から演算によって求められるメイン噴射量Ｑｍから、メイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を減算することによって求められる。
【００３６】
次に、上述したメイン噴射量Ｑｍの補正を行う制御フローチャートを図９を参照して説明する。なお、この制御は、ＥＣＵ３に搭載された制御プログラムによってパイロット噴射毎に実行されるものである。
パイロット噴射モード時にメイン噴射量Ｑｍの補正ルーチンに入ると（スタート）、先ずコモンレール圧力Ｐｃ、パイロット噴射量、燃料温度Ｔｆに基づいて上述した各式やマップから低高周波脈動ｆ1 、ｆ2 、位相差θ1 、θ2 、減衰率Ｃ1(t)、Ｃ2(t)を求める（ステップＳ1 ）。
【００３７】
次に、これらの値を用いてパイロット噴射後に第１、第２燃料管路１１、１２に発生する圧力脈動の圧力変動量ΔＰ（ｔ）を上記［数３］の式より求める（ステップＳ2 ）。
次に、メイン噴射量Ｑｍ、コモンレール圧力Ｐｃから影響度Ｑefを演算あるいはマップから求める（ステップＳ3 ）。
次に、圧力変動量ΔＰ（ｔ）、パイロットインターバルＴ、影響度Ｑefからメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求める。つまり、上記▲４▼の式よりメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を求める（ステップＳ4 ）。
最後に、車両の運転状態から演算によって求められるメイン噴射量Ｑｍから、ステップＳ4 で算出されたメイン噴射補正量ΔＱ（Ｔ）を減算し、その補正されたメイン噴射量Ｑｍからメイン噴射指令値を算出し（ステップＳ5 ）、この補正ルーチンを終了する（エンド）。
【００３８】
［実施例の効果］
上記の手法では、圧力脈動が始まる初期値Ｃ10、Ｃ20の関係はインジェクタ２の仕様変更やエンジン機種変更時もほぼ同じ値となる。このため、インジェクタ２の仕様変更やエンジン機種変更時により圧力脈動の適合マップを作成するための試験を行うことなく、計算のみによってメイン噴射時における圧力脈動の影響を算出できる。
この結果、適合マップを作成する場合であっても、上記数式を用いたシュミレーション技術で適合マップを作成できるため、適合マップの作成が非常に容易になる。
また、この実施例のように適合マップを作成しない場合であっても、圧力脈動の影響を演算によって算出できるため、適合マップを用いなくても算出結果からメイン噴射量Ｑｍを補正することができる。
【００３９】
さらに、従来の技術では、図２に示されるように適合マップに用いられる圧力脈動は、１種類の脈動周期として考えられていた。これに対し、ノズル室８に通じる第１、第２燃料管路１１、１２において発生する圧力脈動は、第１燃料管路１１の長さＬ1 と、第２燃料管路１２の長さＬ2 に起因する２種類の圧力脈動の合成波であることを見いだし、この実施例では２種類の圧力脈動の合成波を用いてメイン噴射を補正するものであるため、従来技術に比較して、さらに高い精度でメイン噴射量Ｑｍを補正することができる。
【００４１】
〔変形例〕
上記実施例では、補正式を用いてメイン噴射時の圧力変動量ΔＰ（ｔ）を算出し、その圧力変動量ΔＰ（ｔ）を用いてメイン噴射量Ｑｍを補正する例を示したが、補正式を用いてメイン噴射時のコモンレール圧力Ｐｃの変動量を算出し、その変動量を用いてメイン噴射量Ｑｍを補正するように設けても良い。
【００４２】
上記の実施例では、一度の噴射期間内に複数回の噴射を例として、一度の噴射期間内にパイロット噴射とメイン噴射を行い、メイン噴射量Ｑｍを圧力脈動で補正する例を示した。これに対し、一度の噴射期間内に複数回の噴射を行い、直後の噴射量を圧力脈動で補正するように設けても良い。この場合の圧力脈動は、複数回の噴射の繰り返しによって乱れるが、この乱れる圧力脈動の周期はノズル室８に通じる燃料管路の長さ（例えば、第１、第２燃料管路１１、１２の長さＬ1 、Ｌ2 ）から求めるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓄圧式燃料噴射装置の概略図である。
【図２】従来技術の適合マップに用いられる線図である。
【図３】未補正のメイン噴射量Ｑｍの変化を示す線図である。
【図４】制御室およびノズル室の圧力変化を示す線図である。
【図５】第１、第２燃料配管における圧力脈動の減衰状態を示す線図である。
【図６】圧力脈動の初期値Ｃ10、Ｃ20を求めるマップである。
【図７】数式によって求められる圧力変動量ΔＰ（ｔ）と、未補正のメイン噴射量Ｑｍとの関係を示す線図である。
【図８】コモンレール圧力Ｐｃおよびメイン噴射量Ｑｍに対する影響度Ｑefの変化を示す線図である。
【図９】メイン噴射量Ｑｍの補正を行う制御フローチャートである。
【符号の説明】
１ コモンレール
２ インジェクタ
３ ＥＣＵ（制御装置）
６ 制御室
８ ノズル室
１１ 第１燃料管路（ノズル室に通じる燃料管路）
１２ 第２燃料管路（ノズル室に通じる燃料管路）
ｆ1 第１燃料管路で発生する圧力脈動の周期（低周波脈動）
ｆ2 第２燃料管路で発生する圧力脈動の周期（高周波脈動）
Ｌ1 コモンレールからノズル室までの長さ
Ｌ2 制御室からノズル室までの長さ
Claims (10)
- 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタと、このインジェクタの噴射および噴射停止を制御する制御装置とを備え、一度の噴射期間内に複数回の噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置であって、
前記制御装置は、前記インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、前記噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、前記２次噴射の噴射量を補正するものであり、
当該制御装置は、１次噴射によって発生する圧力脈動を、低周波脈動と高周波脈動との合成波によって求めるものであり、前記低周波脈動は第１燃料管路の長さに基づき求めるとともに、前記高周波脈動は第２燃料管路の長さに基づき求めることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記１次噴射はパイロット噴射であり、前記２次噴射はメイン噴射であることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項１または請求項２に記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記第１燃料管路は、前記コモンレールから前記ノズル室までの長さであり、
前記第２燃料管路は、前記インジェクタの制御室から前記ノズル室までの長さであり、 この２つの燃料管路の長さから求められる合成圧力脈動の周期と、前記噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、前記２次噴射の噴射量を補正することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタと、このインジェクタの噴射および噴射停止を制御する制御装置とを備え、一度の噴射期間内に複数回の噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置であって、
前記制御装置は、前記インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、前記噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、前記２次噴射の噴射量を補正するものであり、
前記２次噴射の補正量は、前記圧力脈動の周期を用いた補正式を用いて算出され、
前記補正式は、前記１次噴射の噴射信号発生時から、圧力脈動が実際に発生する脈動発生時までの位相差を修正項として用いることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項４に記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記位相差は、前記コモンレールに蓄圧されるコモンレール圧力と、前記１次噴射の噴射量とに基づいて求めることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 高圧燃料を蓄えるコモンレールと、このコモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタと、このインジェクタの噴射および噴射停止を制御する制御装置とを備え、一度の噴射期間内に複数回の噴射を行う蓄圧式燃料噴射装置であって、
前記制御装置は、前記インジェクタのノズル室に通じる燃料管路の長さから求められる圧力脈動の周期と、前記噴射期間内における１次噴射と２次噴射の噴射間隔とに基づいて、前記２次噴射の噴射量を補正するものであり、
前記２次噴射の補正量は、前記圧力脈動の周期を用いた補正式を用いて算出され、
前記補正式は、前記燃料管路において発生する圧力脈動の減衰率を修正項として用いることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項６に記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記減衰率は、前記コモンレールに蓄圧されるコモンレール圧力と、前記１次噴射の噴 射量とに基づいて求めることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項４〜請求項７のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記補正式は、前記燃料管路における燃料温度を修正項として用いることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項４〜請求項８のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記補正式を用いて２次噴射時の変動量を算出し、その変動量を用いて前記２次噴射の噴射量を補正することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項４〜請求項８のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記補正式を用いて２次噴射時のコモンレール圧力の変動量を算出し、その変動量を用いて前記２次噴射の噴射量を補正することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
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