JP4147710B2

JP4147710B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4147710B2
Application number: JP33786999A
Authority: JP
Inventors: 司窪島; 寛原口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: DE10059029A1; JP2001152941A; DE10059029B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１サイクル中に複数回の燃料噴射を行う内燃機関において、各噴射の燃料噴射量を調整して所定値とする内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射弁より燃料を噴射する際には、噴射弁の開閉動作に伴う振動が発生するため、この振動を検出して噴射の有無を判定する技術が公知である。例えば従来技術として、特開平１０−３１８０２７号公報が公示されている。これは、燃料噴射弁の動作後、所定時間内に所定レベルの振動があるか否かを判別し、所定レベルの振動がない場合には噴射が無いと判定するものである。
しかし、内燃機関の振動の大きさは、▲１▼運転条件により変化し、▲２▼対象とする内燃機関により変化し、▲３▼振動検出手段の特性のバラツキや経時変化等により変化するため、事前に決定した所定の振動レベルを基に噴射の有無を判定する従来技術では、噴射有無の確実な検出が困難な場合がある。即ち、これら▲１▼〜▲３▼の変化を考慮して所定の振動レベルを十分に低く設定すると、噴射弁の開閉動作に伴う振動以外のノイズを検出する誤検出の可能性があり、また逆に所定の振動レベルを十分に高く設定すると、必要な振動を検出できない可能性が生じる。これを防ぐために、内燃機関ごとに、あるいは運転条件ごとに所定の振動レベルを事前に求めるとすると、膨大な手間と時間を要するという問題がある。
【０００３】
また、内燃機関の中でも特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンの振動低減あるいはエミッション改善のために、機関上死点付近における主たる燃料噴射（メイン噴射）に先立ち、微量の燃料をシリンダ内に噴射して火種とするパイロット噴射が一般的に行われる。このパイロット噴射の噴射量は、メイン噴射と比較すると極微量であるが、パイロット噴射の効果を十分に出すためには、この微少量を精度よく噴射することが必要であり、噴射量が少な過ぎて噴射がなくなった場合には当然のことながら、逆に噴射量が多過ぎても十分な効果が得られず、適量の噴射を行わないと、却ってエミッションが悪化する場合もある。
従って、パイロット噴射量をバラツキなく安定して所定の微少量（望ましくは噴射可能な最少量）とすることが、パイロット噴射の効果を十分に発揮するためには重要である。
【０００４】
しかし、実際には、エンジンや振動検出手段のバラツキや特性の変化等があるため、噴射量を所定量にフィードバック制御することが非常に有用となる。そのためには、微少量の噴射の有無を確実に検出して所定量にフィードバック制御することが重要であるが、従来技術によると、上述したように噴射有無の確実な検出が困難な場合があり、それによる不具合が特にパイロット噴射を行う場合のように複数回の燃料噴射を行うディーゼルエンジンでは顕著となる。
最近、特にディーゼルエンジンのエミッション等の性能をさらに向上するために、１サイクル中に３回以上の燃料噴射を行うマルチ噴射が開発されているが、この場合、さらに精度の高い微少量噴射が要求されるため、前記の問題が一層クローズアップされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたもので、１サイクル中に複数回の燃料噴射を行う内燃機関において、噴射量の少ないサブ噴射の有無を確実に判定し、その判定結果に基づいて各燃料噴射量を最適値にフィードバック制御できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
メイン噴射に起因する振動から基準レベルを設定し、この基準レベルに対し、振動検出手段の出力から得られる振動の大きさを比較することで、サブ噴射の有無を検出する。この場合、基準レベルを予め決めるのではないため、内燃機関の運転条件の変化や対象とする内燃機関の変化、あるいは振動検出手段の特性のバラツキや経時変化等によらず、噴射の有無を確実に判定できる最適な基準レベルを設定することができる。これにより、１サイクル中で複数回の噴射を行う内燃機関において、メイン噴射以外のサブ噴射の有無を確実に検出することが可能である。
【０００７】
（請求項２の手段）
請求項１に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
噴射検出手段は、燃料噴射指令手段よりメイン噴射指令が出力された後、そのメイン噴射指令に基づき設定される所定期間に渡って振動検出手段の出力信号を取得し、その取得した信号から基準レベルを設定するとともに、燃料噴射指令手段よりサブ噴射指令が出力された後、そのサブ噴射指令に基づき設定される所定期間に渡って振動検出手段の出力信号を取得し、その取得した信号から得られる振動の大きさを基準レベルと比較して、基準レベルを超える大きさの振動が無い場合は、サブ噴射が行われていないと判定する。これにより、各内燃機関の運転条件におけるメイン噴射による振動を基に最適な基準レベルを設定でき、その基準レベルに基づきサブ噴射の有無を確実に検出することが可能となる。
さらに、これによりエンジン条件によりメイン噴射およびサブ噴射の噴射時期が大きく変化してもそれぞれの噴射指令に基づき振動検出手段の出力信号を取得するため、確実な信号の取得が可能となる。
【０００８】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
噴射指令補正手段は、燃料噴射指令手段からの燃料噴射指令が出力されているにも係わらず、噴射検出手段によりサブ噴射が無いと判定された場合に、燃料噴射指令手段によるサブ噴射指令を徐々に増加する。これにより、サブ噴射が実行されるようになるため、例えばメイン噴射に先立って微量のパイロット噴射（本発明のサブ噴射）を行うディーゼルエンジンでは、確実にパイロット噴射を行うことができる。この結果、経時変化その他の理由によりパイロット噴射が無くなることにより生じる不具合（エンジン振動やエミッションの増大）を防止することが可能となる。これは、パイロット噴射だけに限らず、さらに複数回にわたってサブ噴射を行うマルチ噴射においては更に有効となる。
【０００９】
（請求項４の手段）
請求項１または２に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
噴射指令補正手段は、燃料噴射指令手段からの燃料噴射指令が出力されているにも係わらず、噴射検出手段によりサブ噴射が無いと判定された場合には、燃料噴射指令手段によるサブ噴射指令を徐々に増加し、噴射検出手段によりサブ噴射があると判定された場合には、燃料噴射指令手段によるサブ噴射指令を徐々に減少する。これにより、サブ噴射の噴射量を本来あるべき噴射可能な最少量とすることが可能である。例えばメイン噴射に先立って微量のパイロット噴射を行うディーゼルエンジンでは、パイロット噴射の噴射量が増加補正によって多くなり過ぎたり、減少補正によって無くなってしまうことを防止でき、本来あるべき微量の噴射量（噴射可能な最少量）とすることが可能である。この結果、パイロット噴射の噴射量が多過ぎることによる不具合、及び少な過ぎることによる不具合を防止できる。これは、パイロット噴射だけに限らず、さらに複数回にわたってサブ噴射を行うマルチ噴射においては更に有効となる。
【００１０】
（請求項５の手段）
請求項４に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
噴射指令補正手段は、サブ噴射指令に基づく減少補正量を増加補正量よりも小さくする。例えばメイン噴射に先立って微量のパイロット噴射を行うディーゼルエンジンでは、噴射量が目標噴射量より少な過ぎても多過ぎても不具合を生じる。しかし、噴射量が目標噴射量より多い場合と少ない場合とを比較すると、微少噴射量が目標噴射量より少なくなって噴射が無くなってしまう場合の方が、エンジン振動やエミッションに与える悪影響が大きい。従って、本発明では、減少補正量を増加補正量よりも小さくすることにより、上記の悪影響を極力防いだ上で噴射可能な最少量とすることが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を多気筒ディーゼルエンジンに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図２はディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置のシステム図である。
本システムＳは、図２に示すように、エンジンの各気筒１毎に取り付けられた燃料噴射弁２にコモンレール３を介して高圧燃料が供給され、その燃料噴射弁２よりエンジンの１サイクル中に複数回の燃料噴射（パイロット噴射とメイン噴射）が行われる。
【００１２】
燃料噴射弁２は、エンジン電子制御回路（以下ＥＣＵ４と呼ぶ）の指令に基づいて作動する電磁弁５を具備し、この電磁弁５の作動に伴って気筒１内への燃料噴射を行う。
コモンレール３は、図示しない高圧燃料ポンプより圧送された燃料を所定の圧力で蓄える蓄圧室である。
ＥＣＵ４には、本システムＳの作動を制御する上で必要な情報が以下の各種センサよりセンサ信号として入力される。
【００１３】
各種センサは、コモンレール３内の燃料圧力を検出する圧力センサ６、エンジン回転数を検出する回転数センサ７、エンジン負荷（アクセル開度）を検出する負荷センサ８、燃料噴射に起因する振動を検出する振動センサ９、及び通常の電子制御式ディーゼルエンジンに用いられるその他のセンサ類である。
振動センサ９は、例えば圧電素子を用いたもので、図２に示すように、シリンダブロック１ａの側面に設置され、エンジン振動を電圧として検出する。なお、振動センサ９を１個だけ設置する場合は、全気筒の略中央（４気筒エンジンであれば、第２気筒と第３気筒の中央）に設置される。
ＥＣＵ４は、上記の各種センサで検出される情報（センサ信号）に基づいて、燃料の噴射圧力、噴射時期、及び噴射量を演算し、その演算結果に従って高圧燃料ポンプ及び燃料噴射弁２（電磁弁５）の作動を電子制御する。
【００１４】
しかし、燃料噴射弁２の特性のバラツキや経時変化等が生じると、ＥＣＵ４から出力される燃料噴射量の指令値と実際の噴射量との間にずれが生じてしまう。特に、燃料噴射量の指令値が小さい微少量噴射の場合は、上記のずれが生じることで、本来あるべき噴射が無くなってしまうことがある。あるいは、噴射量が多過ぎて、微少量噴射である本来の役割を果たせなくなる場合がある。この微少量噴射が要求されるのは、例えばディーゼルエンジンにおけるパイロット噴射、あるいはエンジンの１サイクル中に３回以上の燃料噴射を行うマルチ噴射等の場合である。
【００１５】
そこで、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を行う本システムＳでは、振動センサ９の検出情報に基づいてパイロット噴射の有無を検出し、パイロット噴射が検出されなかった場合は、次回のパイロット噴射の指令値を増加して噴射量を補正することで、パイロット噴射が無くなってしまうことを防止するパイロット噴射量補正制御を実行している。
このパイロット噴射量補正制御は、予めＥＣＵ４のマイクロコンピュータにインプットされた補正プログラムに沿って処理される。
【００１６】
以下に、パイロット噴射量補正制御の方法をＥＣＵ４の処理手順に従って説明する。
図１はＥＣＵ４の処理手順を示すフローチャート、図３はＥＣＵ４の処理手順を図式化したブロック図である。
なお、ここでは、１個の振動センサ９で検出した振動を基に、ある１つの気筒１のパイロット噴射量を補正する場合について説明する。
また、例えば４気筒エンジンでは、１８０クランク角毎に各気筒の燃焼が起こるため、振動センサ９を１個だけ設置する場合は、検出した振動がどの気筒の燃焼に起因するものであるかを判別した上で、以下の処理を実行する。
【００１７】
Step100 ：パイロット噴射指令が出力されたか否かを判定する。本制御は、パイロット噴射指令が出力された場合（判定結果ＹＥＳ）のみ実施されるので、判定結果がＹＥＳの場合のみStep101 へ進む。
Step101 ：図４に示すように、パイロット噴射指令パルスＡとメイン噴射指令パルスＢに基づき、それぞれの噴射に起因する振動を検出するための信号取り込み用ゲートＧ、Ｈを設定する。これは、例えば噴射指令出力の所定時間後、所定時間にわたってゲートを開くように設定される。なお、パイロット噴射及びメイン噴射の各噴射量は、前記パルスＡ、Ｂの各パルス幅で決定される。
【００１８】
Step102 ：Step101 で設定したメイン噴射用ゲートＨに振動センサ９より出力される信号Ｆを取り込む。
Step103 （本発明の基準レベル設定手段）：メイン噴射用ゲートＨに取り込んだ信号Ｆを基に、パイロット噴射が実際に行われているか否かを判定するためのしきい値（図４のＪ＝本発明の基準レベル）を算出する。具体的には、例えば図３に示すように、信号Ｆを整流して積分した後、更にＫ倍（Ｋは予め設定された係数）して算出する。あるいは、振動ピーク値を基に算出しても良い。
【００１９】
Step104 （本発明の比較手段）：Step101 で設定したパイロット噴射用ゲートＧにStep103 で算出したしきい値Ｊを超える振動があるか否かを判定する。具体的には、例えば図４の信号Ｅのように、パイロット噴射用ゲートＧにしきい値Ｊを超える振動がある場合には、検出パルスＩを出力し、この検出パルスＩの有無によってパイロット噴射の有無を判定する。ここで、パイロット噴射が無いと判定された場合（判定結果ＮＯ）のみStep105 へ進む。
Step105 （本発明の噴射指令補正手段）：パイロット噴射量の指令値を所定量だけ増加する。
一方、Step104 でしきい値Ｊを超える振動があると判定された場合（判定結果ＹＥＳ）は、再びStep100 へ戻って本制御を繰り返し行う。
【００２０】
以上の制御によれば、図６に示すように、実際のパイロット噴射として最適な噴射量が得られる指令値より現在の指令値の方が大きい場合（Step104 でしきい値Ｊを超える振動がある場合）は、パイロット噴射の補正は行われない。
一方、図７に示すように、実際のパイロット噴射として最適な噴射量が得られる指令値より現在の指令値の方が小さい場合（Step104 でしきい値Ｊを超える振動が無い場合）は、補正後の指令値が最適な噴射量が得られる指令値を超えるまで、即ちパイロット噴射用ゲートＧにしきい値Ｊを超える振動が取り込まれるまで、所定量ずつパイロット噴射量の指令値を増加させる。
【００２１】
これにより、パイロット噴射量の指令値は、確実にパイロット噴射が行われる値以上に保持される。この結果、本来あるべき噴射が無くなってしまうことに起因するエンジン騒音やエミッションの悪化を防止することができる。
また、本システムＳでは、パイロット噴射の有無を判定するためのしきい値Ｊ（基準レベル）を予め決めるのではなく、メイン噴射に起因する振動に基づいて算出しているので、エンジンの運転条件の変化や対象とするエンジンの変化、あるいは振動センサ９の特性のバラツキや経時変化等の影響を受けることなく、確実にパイロット噴射の有無を検出することが可能である。
【００２２】
なお、上記の説明では、１個の振動センサ９で検出した振動を基に、ある１つの気筒１のパイロット噴射量を補正する場合を例に説明したが、多気筒エンジンにおいては、各気筒の噴射量が独立で補正される。
また、振動の検出精度を向上するために複数の振動センサ９を設置しても良い。例えば、４気筒エンジンに２個の振動センサ９を設置する場合は、第１気筒と第２気筒との間に第１の振動センサ９を設置し、第３気筒と第４気筒との間に第２の振動センサ９を設置する。そして、第１の振動センサ９の出力に基づき第１気筒と第２気筒のパイロット噴射量を補正し、第２の振動センサ９の出力に基づき第３気筒と第４気筒のパイロット噴射量を補正する。
また、メイン噴射以外に複数回の微量噴射を行うマルチ噴射においても、上述した本制御を適用できることは言うまでもない。
【００２３】
（第２実施形態）
この第２実施形態は、第１実施形態で説明したパイロット噴射用ゲートＧにしきい値Ｊを超える振動がある場合でも、パイロット噴射量の指令値を補正する一例である。
図８はＥＣＵ４の処理手順を示すフローチャートである。
なお、図８のStep200 〜Step204 の処理は、図１のStep100 〜Step104 の処理と同じである。従って、ここでは、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００２４】
Step205 （本発明の噴射指令補正手段）：パイロット噴射用ゲートＧにしきい値Ｊを超える振動が無い場合は、パイロット噴射量の指令値を増加する。具体的には、指令パルス幅ＴをΔＴ1 だけ増やし、Ｔ＋ΔＴ1 とする。
Step206 （本発明の噴射指令補正手段）：パイロット噴射用ゲートＧにしきい値Ｊを超える振動がある場合は、パイロット噴射量の指令値を減少する。具体的には、指令パルス幅ＴをΔＴ2 だけ減らし、Ｔ−ΔＴ2 とする。
以上の制御によれば、図９に示すように、パイロット噴射指令値は、最適な噴射量が得られる指令値近傍に精度良く維持される。
【００２５】
また、Step205 で補正する指令パルス幅の増加量ΔＴ1 とStep206 で補正する指令パルス幅の減少量ΔＴ2 は、ΔＴ1 ＞ΔＴ2 とする。これにより、パイロット噴射が無くなることによる不具合を最小限にした上で、パイロット噴射による効果を最大限に得ることができるため、可能な限りの微少噴射量を常に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第１実施形態）。
【図２】本システムの構成図である。
【図３】ＥＣＵの処理手順を図式化したブロック図である。
【図４】パイロット噴射の有無を検出する本システムの動作を示すタイムチャートである（パイロット噴射がある場合）。
【図５】パイロット噴射の有無を検出する本システムの動作を示すタイムチャートである（パイロット噴射が無い場合）。
【図６】パイロット噴射量の指令値が最適な指令値より大きい場合の補正内容を示すタイムチャートである（第１実施形態）。
【図７】パイロット噴射量の指令値が最適な指令値より小さい場合の補正内容を示すタイムチャートである（第１実施形態）。
【図８】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第２実施形態）。
【図９】パイロット噴射量の指令値を補正する様子を示すタイムチャートである（第２実施形態）。
【符号の説明】
Ｓ本システム（内燃機関の燃料噴射制御装置）
２燃料噴射弁（燃料噴射手段）
４ＥＣＵ（噴射検出手段）
９振動センサ（振動検出手段）

Claims

内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
この燃料噴射手段に対し前記内燃機関の１サイクル中に最も噴射量の多いメイン噴射とその他のサブ噴射を行わせる噴射指令を出力する燃料噴射指令手段と、
前記燃料噴射手段の燃料噴射に起因する振動を検出できる振動検出手段と、
前記メイン噴射に起因する振動から基準レベルを設定し、この基準レベルに対し、前記振動検出手段の出力から得られる振動の大きさを比較することで、前記サブ噴射の有無を検出する噴射検出手段と
を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記噴射検出手段は、
前記燃料噴射指令手段よりメイン噴射指令が出力された後、そのメイン噴射指令に基づき設定される所定期間に渡って前記振動検出手段の出力信号を取得し、その取得した信号から前記基準レベルを設定する基準レベル設定手段と、
前記燃料噴射指令手段よりサブ噴射指令が出力された後、そのサブ噴射指令に基づき設定される所定期間に渡って前記振動検出手段の出力信号を取得し、その取得した信号から得られる振動の大きさを前記基準レベルと比較する比較手段とを有し、この比較手段で前記基準レベルを超える大きさの振動が無い場合は、前記サブ噴射が行われていないと判定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１または２に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記噴射検出手段の検出結果に基づき前記燃料噴射指令手段における燃料噴射指令を補正する噴射指令補正手段を備え、
この噴射指令補正手段は、前記燃料噴射指令手段からの燃料噴射指令が出力されているにも係わらず、前記噴射検出手段により前記サブ噴射が無いと判定された場合に、前記燃料噴射指令手段による前記サブ噴射指令を徐々に増加することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１または２に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記噴射検出手段の検出結果に基づき前記燃料噴射指令手段における燃料噴射指令を補正する噴射指令補正手段を備え、
この噴射指令補正手段は、前記燃料噴射指令手段からの燃料噴射指令が出力されているにも係わらず、前記噴射検出手段により前記サブ噴射が無いと判定された場合には、前記燃料噴射指令手段による前記サブ噴射指令を徐々に増加し、前記噴射検出手段により前記サブ噴射があると判定された場合には、前記燃料噴射指令手段による前記サブ噴射指令を徐々に減少することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項４に記載した内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記噴射指令補正手段は、前記サブ噴射指令に基づく減少補正量を増加補正量よりも小さくすること特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。