JP4066954B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

自動車などに搭載される内燃機関の燃料噴射装置は、気筒内にインジェクタにより燃料を供給するもので、噴射量および噴射時期などの噴射条件を、トルク要求としてのアクセルペダルの踏込み量や検出された運転状態に応じて設定する制御装置を備えている。インジェクタなどの作動特性に基因して、実際の噴射量および噴射時期に誤差が生じるが、これを補正することは燃料噴射の高精度化にとって重要である。下記特許文献１には、インジェクタの経年変化を反映した重み付け特性曲線を記憶しておき、前記重み付け特性曲線を参照して経年変化量を求め、インジェクタの駆動時間に対する補正量を設定している。重み付け特性曲線の例として指数関数が提案されている。
特開２００２−２５０２４７号公報

しかしながら、駆動時間に対して設定された補正量を乗算や加算により反映させるだけで高精度化が実現できるほどインジェクタなどの作動特性は単純ではない。図４は、駆動時間に対する噴射量の特性を示すもので、駆動時間に対して噴射量が漸増する。そしてその傾きは噴射圧によって異なる。図中には、インジェクタの経時変化前後のそれぞれを併せて示している。図例では、ある駆動時間および噴射圧の領域（例えばＡ点）では、経時変化が、噴射量が増大する方向に作用するのに対し、別の領域（例えばＢ点）では、経時変化が、噴射量が減少する方向に作用する。前記特許文献１の技術のように、単一の重み付け特性曲線でインジェクタなどの経時変化に基因した燃料噴射の誤差を十分に吸収しきれるものではない。また、指数関数のような単純な関数によって適正に補正量が与えられるほど単純なものでもない。したがって、前記特許文献１の技術では必ずしも十分ではない。

本発明は前記実情に鑑みなされたもので、インジェクタなどの内燃機関を構成する部材経時変化が燃料噴射の誤差に複雑な傾向を与える場合であっても、燃料噴射の高精度化を実現することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、運転状態に応じて設定された燃料噴射指令値に対し内燃機関が備えるインジェクタの経時変化に基因する誤差を現在の経時変化の状態に基づいて補正する補正手段を有する内燃機関の燃料噴射装置において、
前記経時変化の状態を複数の進行段階に分け、進行段階のそれぞれについて、運転状態と補正量とを対応付ける補正マップを予め記憶する記憶手段を具備せしめ、
複数の進行段階に応じた複数の補正マップは、進行段階が進むにつれ、その進行段階に相当する補正マップの使用期間が長くなるように設定され、かつ、各補正マップが記憶する、インジェクタ駆動時間に対する噴射量の誤差を相殺する補正量は、進行段階が進むにつれて使用される補正量の各進行段階間の偏差が小さくなるように設定されており、
前記補正手段を、現在の経時変化の状態が前記複数の進行段階のいずれにあたるかを判断し、判断結果に基づいて前記補正マップを選択するように設定する補正手段とする。

補正すべき誤差の経時的な変化が、運転状態によって同じ傾向の変化とはならないものであっても、経時変化の各進行段階における運転状態と補正量とを対応付ける補正マップを参照して適正な補正を行うことができる。各補正マップは、各進行段階における運転状態と実際の燃料噴射量などとの対応関係を反映したものとすればよい。内燃機関の経時変化は比較的緩やかに進行するから、各進行段階の間を通じて適正な対応関係を設定することができる。重み付け特性曲線により補正値を与えるよりも、より、補正すべき誤差の経時的な変化を補正に反映させることができるので、燃料噴射の高精度化を図ることができる。しかも、重み付け特性曲線を最適化するよりも極めて簡単に実施することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明の構成において、前記運転状態を示すパラメータが噴射量と噴射圧であり、前記複数の進行段階は、経時変化の状態を示すパラメータの大きさで分けるとともに、経時変化が進んだ段階ほど、前記パラメータの数値幅が大きくなるように設定する。

補正すべき誤差の経時的な変化は、内燃機関の経時的な変化に対して最初急激に増大し、漸次、緩やかになって誤差の値が収束していく傾向を呈するので、経時変化が進んだ進行段階ほど、前記パラメータの数値幅が大きくなるようにすることで、補正による精度向上作用を満たしながら、記憶する補正マップを最小限で済むようにすることができる。

（第１実施形態）
図１に本発明の内燃機関の燃料制御装置を適用した圧縮着火式の内燃機関であるディーゼルエンジン（以下，適宜、単にエンジンという）の構成を示す。本実施形態は例えば自動車に適用したものである。複数の気筒を有するエンジン本体１１の各気筒に１対１に対応してインジェクタ２１，２２，２３，２４が設けてあり、ＥＣＵ５の制御で、所定の時期に所定時間、開弁して燃料を噴射する。インジェクタ２１〜２４はそれぞれに設けられた駆動用のソレノイドへの通電により開弁する。通電時間がインジェクタ２１〜２４に対する駆動時間であり、通電期間と略対応する期間、燃料を噴射する。エンジン本体１１は一般的な構成のもので、各気筒ごとに設けられた吸排気弁など図示しない構成を備えている。

インジェクタ２１〜２４への燃料供給はコモンレール３３からなされる。コモンレール３３にはポンプ部２３が接続され、燃料タンク３１から吸い上げられた低圧燃料をコモンレール３３に圧送するようになっている。コモンレール３３内の燃料圧力（以下、適宜、コモンレール圧力という）はインジェクタ２１〜２４の噴射圧を規定する。

ＥＣＵ５は、インジェクタ２１〜２４などのエンジン各部の制御を、エンジン各部に設けられたセンサ類によって知られる運転状態に基づいて実行する。かかるセンサ類として、機関回転数（以下，適宜、エンジン回転数という）を検出する回転数センサ６１、吸気スロットルバルブ４１の開度（以下，適宜、スロットル開度という）を検出するスロットルポジションセンサ６２が設けられる。また、前記コモンレール３３にはコモンレール圧力を検出する圧力センサ６３が取付けられ、ＥＣＵ５は圧力センサ６３の検出圧力が設定された目標圧力となるようにポンプ部３２を制御する。また、図示のもの以外に一般的なエンジンに取付けられるセンサが設けられる。

ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータを中心に構成されたもので、スロットル開度を含む運転状態に基づいて目標噴射量を演算し、インジェクタ２１〜２４の開弁時間を規定する前記通電時間を設定する。

図２は補正手段および記憶手段としてのＥＣＵ５における通電時間を設定するための制御機能を示すもので、目標噴射量とコモンレール圧力とを入力として基本通電時間マップに基づき基本通電時間が演算される。基本通電時間マップは、目標噴射量とコモンレール圧力とを入力として基本通電時間の長さを対応させるマップであり、予めＥＣＵ５のＲＯＭに制御プログラムとともに記憶される。

一方、経時劣化指数Ｔが読み込まれ，経時劣化指数Ｔの値から、インジェクタ２１〜２４を含む燃料噴射系の経時変化である経時劣化の進行段階がどの段階にあたるかを判断する。経時劣化指数Ｔは例えばエンジンの積算作動時間とする。進行段階は、経時劣化に基因した通電時間の誤差の補正が必要とは認められない段階に始まり、誤差が大きくなるにしたがって進行段階が進むように判断される。したがって、各段階間の境界となる経時劣化指数Ｔの閾値が予め前記ＲＯＭに記憶される。補正が必要と認められる進行段階を、経年劣化の進行が浅いものから順に進行段階１、進行段階２、進行段階３、・・・のようにいう。具体的には、例えば経時劣化指数Ｔが閾値Ｔ1を超えると進行段階１と、経時劣化指数Ｔが閾値Ｔ2を超えると進行段階２と、経時劣化指数Ｔが閾値Ｔ3を超えると進行段階３と判断する。判断の結果は選択ブロックに出力される。

選択ブロックは段階１以上の判断結果が入力すると、段階に応じて対応関係である補正マップを選択し、補正時間を出力する。補正マップは目標噴射量とコモンレール圧力とを入力として通電時間の長さを加算補正する補正値を対応させるマップであり、予め前記ＲＯＭに記憶される。補正マップは複数記憶され、各運転状態（噴射量目標値およびコモンレール圧力）に対して、各進行段階の間を通じて代表的な噴射量の誤差を予め実験などにより求めておき、当該誤差を好適に相殺する通電時間の補正時間が与えられるようにしておく。

基本通電時間に補正時間を加算することで、補正後通電時間が得られる。補正後通電時間にてインジェクタ２１〜２４が開弁し、燃料が噴射される。

なお、進行段階の範囲を規定する経時劣化指数Ｔの数値幅は次のように設定するのがよい。図３は時間に対して、経時劣化に基因した噴射量変化ΔＱの推移を示すもので、Ａは、図４におけるＡ点の通電時間および噴射圧を示し、Ｂは図４におけるＢ点の通電時間および噴射圧を示している。ＡとＢとで噴射量変化の方向は異なるが、いずれも最初急激に増大し、漸次、緩やかになって誤差の値が収束していく傾向を呈する。したがって、経時変化が進んだ進行段階ほど、すなわち、進行段階１よりも進行段階２の方が、進行段階２よりも進行段階３の方が前記経時劣化指数Ｔの数値幅が大きくなるようにする（Ｔ1＜Ｔ2−Ｔ1＜Ｔ3−Ｔ2＜・・・）ことで、補正による精度向上作用を満たしながら、記憶する対応関係を最小限で済むようにすることができる。

なお、エンジンを構成する部材の経時劣化に基因した噴射量の経時変化は、エンジンを始動してから停止させるまでの長さよりも相当程度長いスパンで変化するものであり、エンジンが作動中に経時劣化指数Ｔが閾値を越えて次の進行段階に入っても、進行段階を更新するのは、次回、ＥＣＵ電源がオンした時点で行えばよい。

また、経時劣化指数Ｔは、エンジンの積算作動時間に限らず、走行距離や、積算回転数、積算燃料噴射量などでもよい。燃料噴射量を直接に積算するのではなく、単位時間当りの噴射回数にそのときのコモンレール圧力を乗じたものの積算値でもよい。また、走行距離のように、メータ制御用のＥＣＵから情報を得られる場合には、ＥＣＵ５の電源がオンした時点でのみ経時劣化指数Ｔを更新し、次の進行段階への閾値を越えているか否かを判断すればよい。

また、本発明は通電時間に限らず、噴射時期などの燃料噴射指令値に対して応用することができる。

本発明の内燃機関の燃料噴射装置を適用したディーゼルエンジンの構成図である。 前記内燃機関の燃料噴射装置を構成するＥＣＵで実行される制御機能の要部を示すブロック図である。 前記内燃機関の燃料噴射装置の変形例を説明するである。 従来の内燃機関の燃料噴射装置の課題を説明するである。

符号の説明

１１ エンジン本体
２１，２２，２３，２４ インジェクタ
５ ＥＣＵ（補正手段、記憶手段）

Claims (2)

1. 運転状態に応じて設定された燃料噴射指令値に対し内燃機関が備えるインジェクタの経時変化に基因した誤差を現在の経時変化の状態に基づいて補正する補正手段を有する内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記経時変化の状態を複数の進行段階に分け、進行段階のそれぞれについて、運転状態と補正量とを対応付ける補正マップを予め記憶する記憶手段を具備せしめ、
   複数の進行段階に応じた複数の補正マップは、進行段階が進むにつれ、その進行段階に相当する補正マップの使用期間が長くなるように設定され、かつ、各補正マップが記憶する、インジェクタ駆動時間に対する噴射量の誤差を相殺する補正量は、進行段階が進むにつれて使用される補正量の各進行段階間の偏差が小さくなるように設定されており、
   前記補正手段を、現在の経時変化の状態が前記複数の進行段階のいずれにあたるかを判断し、判断結果に基づいて前記補正マップを選択するように設定したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記運転状態を示すパラメータが噴射量と噴射圧であり、前記複数の進行段階は、経時変化の状態を示すパラメータの大きさで分けるとともに、経時変化が進んだ進行段階ほど、前記パラメータの数値幅が大きくなるように設定した内燃機関の燃料噴射装置。

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