JP4118652B2

JP4118652B2 - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JP4118652B2
Application number: JP2002330439A
Authority: JP
Inventors: 守沖; 辰優杉山
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: EP1338781A2; EP1338781A3; JP2003314337A; EP1338781B1; DE60333966D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を実施する蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コモンレールに蓄圧された高圧燃料をインジェクタからディーゼル機関に噴射する蓄圧式燃料噴射装置がある。この蓄圧式燃料噴射装置では、パイロット噴射時に発生する圧力脈動がメイン噴射に影響を及ぼし、例えば図７に示す様に、噴射インターバル（パイロット噴射とメイン噴射との時間間隔）の変化に応じてメイン噴射量及びメイン噴射時期が変動する問題があった。
この問題を解決する従来技術として、特許文献１及び特許文献２が公知である。
これらの従来技術は、噴射インターバルに対するメイン噴射量及びメイン噴射時期の補正量を予め記憶したマップを有し、このマップから補正量を求めてメイン噴射量及びメイン噴射時期を補正している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１０１５５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６６８８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１及び特許文献２では、圧力脈動の影響によりメイン噴射の噴射遅れ期間が変化し、その噴射遅れ期間の変化がメイン噴射量の主な変動要因になることまでは言及していない。つまり、メイン噴射の補正量をマップから求める際に、噴射遅れ期間の変化を考慮していないため、精度の高い補正を行うことは困難である。
【０００５】
また、噴射インターバルが同じでも、圧力脈動の伝播速度が変わると脈動の位相がずれるため、インターバルに対する補正量にずれが生じる。即ち、圧力脈動の伝播速度は、圧力や燃温（つまり運転条件や環境条件）及び配管長さによって変化するため、これらを考慮していないと精度良く補正することはできない。そこで、例えば周期の変化に対応するために、図８に示す様に、圧力毎に補正量（メイン噴射量及びメイン噴射時期の補正量）のマップを持つ必要がある。しかし、この場合、マップ数（データ容量）が増大するだけでなく、燃温による位相のずれが補正量の誤差となる。また、配管長さを変更した場合には、マップを作成し直す必要がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、内燃機関の運転条件及び環境条件の変化に係わらず、精度の高い補正（メイン噴射量及びメイン噴射時期の補正）を実現できる蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、１つの気筒に対し内燃機関の燃焼１行程の間に少なくとも２回の噴射を実施する蓄圧式燃料噴射装置において、２回の噴射のうち先に実施される第１の噴射と後に実施される第２の噴射との間の噴射インターバルに応じて第２の噴射を補正する際に、その補正量を蓄圧室の燃料圧力、燃料温度、及び高圧通路長さを考慮して求めることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、圧力脈動の伝播速度（燃料圧力及び燃料温度により変化する）、及び高圧通路長さを考慮した補正量を求めることができるので、運転条件や環境条件の変化、及び高圧通路長さの変更に係わらず、第２の噴射を精度良く補正することが可能である。なお、「高圧通路長さ」とは、高圧配管だけの長さではなく、蓄圧室に開口する高圧配管の開口端から燃料噴射弁のシート部に至るまでの通路長さである。
【０００９】
また、噴射インターバルを第１の噴射時に発生する圧力脈動の周期で除算して求められる無次元化インターバルに対応して補正量が予め設定された補正手段を具備している。そして、圧力脈動の周期を、蓄圧室の燃料圧力、燃料温度、及び高圧通路長さから求め、補正手段を用いて、無次元化インターバルに対応する前記補正量を求める。
この構成では、噴射インターバルと圧力または燃温との関係（適合）や高圧通路長さが変化しても、無次元化インターバルに対する補正量をその都度設定し直す必要がないので、適合工数を大幅に低減可能である。
【００１０】
なお、圧力脈動の周期は、以下の算式から求めることができる。
圧力脈動の周期＝高圧配管の長さ÷圧力脈動の伝播速度
また、圧力脈動の伝播速度は、以下の算式から求めることができる。
圧力脈動の伝播速度＝√（燃料の体積弾性係数÷燃料密度）
ここで、燃料の体積弾性係数は、圧力及び燃温の関数であり、燃料密度は、燃温の関数であることは言うまでもない。
【００１１】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した蓄圧式燃料噴射装置において、補正量は、第２の噴射の噴射量及び噴射時期を補正する値である。第２の噴射量が変動する主な要因は、第１の噴射時に発生する圧力脈動の影響を受けて第２の噴射開始時期が変化することにある。これに対し、本発明では、第２の噴射の噴射量と噴射時期の両方を補正するので、精度の高い補正を行うことができる。
【００１２】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した蓄圧式燃料噴射装置において、噴射インターバルは、第１の噴射終了（第１の噴射が終了する噴射終了時点）から第２の噴射開始（第２の噴射が開始される噴射開始時点）までの時間間隔である。また、第１の噴射期間は、圧力脈動の周期に比べて小さいので、第１の噴射開始（第１の噴射が開始される噴射開始時点）から第２の噴射開始までの時間間隔を噴射インターバルとしても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は蓄圧式燃料噴射装置１のシステム全体図である。
本実施例の蓄圧式燃料噴射装置１は、例えば６気筒のディーゼル機関２に適用されるもので、図２に示す様に、燃料タンク３から燃料を汲み上げる低圧ポンプ４、この低圧ポンプ４で汲み上げた燃料を加圧して吐出する高圧ポンプ５、この高圧ポンプ５より圧送された燃料を蓄圧するコモンレール６、このコモンレール６から供給される高圧燃料をディーゼル機関２の気筒内に噴射するインジェクタ７、及びディーゼル機関２の運転状態に基づいて本システムを制御する電子制御装置（以下ＥＣＵ８と呼ぶ）等を備えている。
【００１４】
高圧ポンプ５は、低圧ポンプ４で汲み上げられた燃料をポンプ室（図示しない）に導入する燃料通路（図示しない）に電磁弁５ａが設けられ、この電磁弁５ａの開弁開始時期によって燃料吐出量が決定される。
インジェクタ７は、噴孔を開閉するニードル（図示しない）の背圧側にコモンレール６の燃料圧力が作用する圧力室（図示しない）が設けられ、この圧力室を低圧側に開放する低圧通路（図示しない）に電磁弁７ａが配置されている。この電磁弁７ａが低圧通路を閉じると、圧力室の燃料圧力によりニードルが押し下げられて閉弁し、電磁弁７ａが低圧通路を開くと、圧力室の燃料が低圧側へ流出するため、ニードルがリフトして開弁する。
【００１５】
本システムには、ディーゼル機関２の運転状態を検出する手段として、エンジン回転速度を検出する回転数センサ９、アクセルペダル１０の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１１、コモンレール６内の燃料圧力を検出する圧力センサ１２、及び高圧ポンプ５内の燃料温度を検出する燃温センサ１３等が使用される。
【００１６】
ＥＣＵ８は、ディーゼル機関２の運転状態（エンジンの回転速度と負荷）に基づいて目標燃料圧力（目標コモンレール圧）を算出し、実際のコモンレール圧（圧力センサ１２の検出値）が目標燃料圧力と一致する様に高圧ポンプ５の燃料吐出量を制御する。また、ディーゼル機関２の運転状態から噴射時期と噴射量を算出し、インジェクタ７に内蔵される電磁弁７ａへの通電時期により噴射時期を制御し、電磁弁７ａへの通電時間により噴射期間（噴射量）を制御する。
【００１７】
なお、本システムでは、１つの気筒に対しディーゼル機関２の燃焼１行程の間に２回の噴射を実施する。つまり、インジェクタ７の電磁弁７ａに対する通電を２回行うことにより、例えば図３に示す様に、噴射率の小さいパイロット噴射の後に、噴射率の大きいメイン噴射が実施される。
但し、２段噴射を実施すると、図４に示す様に、パイロット噴射時に発生した圧力脈動がコモンレール６とインジェクタ７との間（高圧配管１４）を往復するため、その影響でメイン噴射量及びメイン噴射時期が或る周期（＝圧力脈動の周期）で変動する（図７参照）。これに対し、本実施例では、メイン噴射量及びメイン噴射時期を補正するためのメイン噴射補正制御を実施している。
【００１８】
次に、メイン噴射補正制御を実行するＥＣＵ８の処理手順を図１に示すフローチャートに基づいて説明する。
Step100 …アクセル開度センサ１１及び回転数センサ９からセンサ信号を入力し、アクセル開度及びエンジン回転数を検出する。
Step110 …ディーゼル機関２の運転状態（アクセル開度とエンジン回転数）からパイロット噴射量とメイン噴射量を算出する。
【００１９】
Step120 …ディーゼル機関２の運転状態に応じて最適な燃料噴射圧を実現するための目標燃料圧力を算出する。
Step130 …パイロット噴射とメイン噴射との噴射インターバルＩを求める。なお、この噴射インターバルＩは、図３に示す様に、パイロット噴射の終了時点からメイン噴射の開始時点までの時間間隔であり、以下の手順で算出される。
【００２０】
▲１▼エンジン回転数とメイン噴射量との２次元マップより、パイロット噴射の開始時期とメイン噴射の開始時期との時間間隔ta（図３参照）を算出する。
▲２▼目標燃料圧力とパイロット噴射量からパイロット噴射の実噴射期間tb（図３参照）を算出する。
▲３▼上記▲１▼で算出した時間間隔taからパイロット噴射の実噴射期間tbを引き算して噴射インターバルＩを算出する。
【００２１】
Step140 …燃温センサ１３及び圧力センサ１２からセンサ信号を入力し、燃料温度及び燃料圧力（コモンレール圧）を検出する。
Step150 …パイロット噴射時に発生する圧力脈動の周期（脈動周期Ｔと呼ぶ）を算出する。この脈動周期Ｔは、以下の算式により求められる。
脈動周期Ｔ＝４Ｌ÷圧力脈動の伝播速度（Ｌ：高圧通路長さ）
なお、高圧通路長さＬは、図４に示す様に、コモンレール６に開口する高圧配管１４の開口端ａ〜インジェクタ７の内部のシート部ｂまでの長さである。
【００２２】
また、圧力脈動の伝播速度は、以下の算式により求められる。
圧力脈動の伝播速度＝√（燃料の体積弾性係数÷燃料密度）
ここで、燃料の体積弾性係数は、燃料圧力及び燃料温度の関数であり、燃料密度は、燃料温度の関数であることは言うまでもない。
Step160 …Step130 で算出した噴射インターバルＩをStep150 で算出した脈動周期Ｔで除算して無次元化インターバルを算出する。
【００２３】
Step170 …Step160 で算出した無次元化インターバルに対する補正量を求める。なお、無次元化インターバルと補正量との関係は、予め適合が図られて、補正マップ（本発明の補正手段）として作成されている。この補正マップには、図５(a) に示すメイン噴射量の補正量を求める補正マップと、図５(b) に示すメイン噴射時期の補正量を求める補正マップとが作成され、それぞれＥＣＵ８のメモリに記憶されている。
Step180 …Step110 で算出したメイン噴射量とStep130 で算出したメイン噴射時期に対し、それぞれStep170 で求めた補正量を加算して、最終のメイン噴射量及びメイン噴射時期を決定する。
【００２４】
（本実施例の効果）
本実施例では、メイン噴射の補正量を無次元化インターバルに適合させて記憶しているので、圧力や燃温による位相のずれを吸収でき、あらゆる運転状態（圧力及び燃温）において最適な補正量を算出することが可能である。その結果、補正量を求めるためのマップ数を削減（データ容量の削減）でき、且つ高圧通路長さ（配管長さ）が変わっても同一の補正マップ（図５参照）を使用することができる。
【００２５】
（変形例）
本発明は、３回以上の噴射にも適用することができる。例えば、図６に示す様に、パイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射から成る３回噴射の場合では、パイロットインターバル（パイロット噴射とメイン噴射との噴射インターバル）に対するメイン噴射の補正だけでなく、メインインターバル（メイン噴射とアフター噴射との噴射インターバル）に対するアフター噴射の補正にも効果がある。
【００２６】
更に、上記の実施例では、パイロット噴射とメイン噴射との噴射インターバルＩを、パイロット噴射の終了時点からメイン噴射の開始時点までの時間間隔としているが、パイロット噴射期間は、圧力脈動の周期に比べて小さいので、パイロット噴射の開始時点からメイン噴射の開始時点までの時間間隔taとして無次元化インターバルを算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図２】蓄圧式燃料噴射装置のシステム全体図である。
【図３】インジェクタの駆動電流と噴射率を示すタイムチャートである。
【図４】圧力脈動の説明図である。
【図５】メイン噴射量の補正マップ(a) とメイン噴射時期の補正マップ(b) である。
【図６】３回噴射の一例を示す図面である（変形例）。
【図７】噴射インターバルに対するメイン噴射量及びメイン噴射時期の変動特性を示す特性線図である。
【図８】圧力毎に作成されたメイン噴射補正量の補正マップである。
【符号の説明】
１蓄圧式燃料噴射装置
２ディーゼル機関（内燃機関）
６コモンレール（蓄圧室）
７インジェクタ（燃料噴射弁）
８ＥＣＵ

Claims

燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、
この蓄圧室より高圧配管を通って供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁とを備え、
１つの気筒に対し前記内燃機関の燃焼１行程の間に少なくとも２回の噴射を実施し、
前記２回の噴射のうち先に実施される第１の噴射と後に実施される第２の噴射との間の噴射インターバルに応じて前記第２の噴射を補正する際に、その補正量を前記蓄圧室の燃料圧力、燃料温度、及び高圧通路長さを考慮して求めることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置であって、
前記噴射インターバルを前記第１の噴射時に発生する圧力脈動の周期で除算して求められる無次元化インターバルに対応して前記補正量が予め設定された補正手段を具備し、
前記圧力脈動の周期を、前記蓄圧室の燃料圧力、燃料温度、及び高圧通路長さから求め、
前記補正手段を用いて、前記無次元化インターバルに対応する前記補正量を求めることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
請求項１に記載した蓄圧式燃料噴射装置において、
前記補正量は、前記第２の噴射の噴射量及び噴射時期を補正する値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２に記載した蓄圧式燃料噴射装置において、
前記噴射インターバルは、前記第１の噴射終了から前記第２の噴射開始までの時間間隔、または前記第１の噴射開始から前記第２の噴射開始までの時間間隔であることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。