JP4238634B2

JP4238634B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4238634B2
Application number: JP2003145934A
Authority: JP
Inventors: 宏一郎都築; 譲二松原
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004346851A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒の内燃機関における蓄圧式の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の複数の気筒に燃料を供給する装置として、蓄圧式の燃料噴射制御装置が従来から知られている。これは、燃料の蓄圧配管となるデリバリパイプに、ポンプ等を用いて燃料を高圧で蓄圧し、デリバリパイプに接続された燃料噴射弁を開弁することで、内燃機関の各気筒に燃料を噴射するものである。又、デリバリパイプ内に畜圧する燃料の圧力を可変とすることで、幅広い燃料噴射量の制御を可能としている（可変燃圧システム）。
【０００３】
上記蓄圧式の燃料噴射制御装置では、各気筒に燃料噴射が行われるたびに、蓄圧された燃料の圧力（以下、燃圧と略す。）の脈動が生じ、脈動による燃圧の変化が次の燃料噴射に影響を及ぼしてしまい、燃料噴射の制御性が悪くなる問題があった。
【０００４】
例えば、従来の内燃機関の燃料噴射制御装置での燃料噴射制御では、図４に示すタイムチャートのように、前回の燃料噴射量の演算時ａから今回の燃料噴射量の演算時ａまでの１行程中（ＳＧＴ間）にサンプリングされた燃圧の総和から平均値を算出し、算出された１行程中の燃圧の平均値に基づき、今回の燃料噴射量の演算時ａにおいて、次の行程の燃料噴射量、つまり、パルス幅を求めて、燃料噴射制御を行っている。このような燃料噴射制御を行う場合、脈動による燃圧の変化が次の燃料噴射に影響を及ぼし、例えば、＃３気筒の燃料噴射のパルス幅を求めるため、＃１気筒への燃料噴射を行う行程中に算出された燃圧の平均値は、＃３気筒への燃料噴射中の実際の燃圧と差異があるため、要求された燃料噴射量に対して適量な燃料噴射制御ができていないことになる。
【０００５】
そこで、デリバリパイプの燃圧の脈動を求める手段として、燃料噴射弁（インジェクタ）の燃料噴射量により、デリバリパイプ（コモンレール）内の燃圧の脈動を考慮する燃料噴射制御技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１５９３７２号公報（第４−９頁、第１−８図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に示された従来技術では、燃料噴射弁からの燃料噴射量に基づいて、デリバリパイプ内の燃圧を補正しているだけであり、高圧ポンプから供給される燃料量による燃圧の変化が十分に考慮されていない。つまり、デリバリパイプ内の燃圧の変化は、燃料噴射による燃圧の脈動だけではなく、高圧ポンプからの燃料の供給による燃圧の変化も考慮しなければ、実際の燃料噴射量に誤差が生じてしまうこととなる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、誤差の少ない燃料噴射量を供給する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、
燃料タンクから高圧ポンプにより燃料が供給されるデリバリパイプと、
デリバリパイプに設けられ、デリバリパイプの燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
デリバリパイプに設けられ、デリバリパイプ内の燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
運転状態検出手段の検出結果より、燃料噴射弁の噴射期間を求める燃料噴射制御手段と、
高圧ポンプの吐出率曲線に基づいてデリバリパイプ内に供給される燃料量と、デリバリパイプ内より吐出される燃料量との増減により、次の１行程の開始点を基点として、次の１行程間のデリバリパイプ内の燃料の圧力の変動量を予測し、当該予測により求めた前回の１行程間の燃料圧力の予測平均値と燃料圧力検出手段により計測した前回の１行程間の燃料圧力の実測平均値との差分を求め、当該予測による前回の１行程の終了点での予測燃料圧力に差分を加算して、次の１行程の開始点の燃料圧力を求め、開始点の燃料圧力に予測した次の１行程間の燃料圧力の変動量を加算することにより、次の１行程間の燃料圧力を予測し、当該燃料圧力に基づいて、噴射期間を補正する燃料噴射補正手段とを備える。
なお、運転状態検出手段では、アクセル開度センサによるアクセル開度、クランク角センサによる内燃機関の回転数等を検出することで、内燃機関の運転状態を判断している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態の一例を示す概略図である。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関であるエンジンには、複数の気筒１（本実施例の場合、４気筒）が設けられており、各気筒に対して燃料噴射弁２が配設されている。燃料噴射弁２は、各燃料噴射弁２に共通の蓄圧配管となるデリバリパイプ３に設けられており、デリバリパイプ３内に蓄圧された燃料が、燃料噴射弁２を開弁することで、燃料が噴射されて、各気筒へ燃料が供給されることとなる。
【００１３】
デリバリパイプ３は、供給配管４、逆止弁５を介して、高圧ポンプ６の吐出ポート６ａに接続されており、高圧ポンプ６により高圧で供給される燃料は、供給配管４を通過してデリバリパイプ３へ供給され、逆止弁５により高圧の燃料が逆流しないようにしている。そのため、デリバリパイプ３内には比較的高圧の燃料が蓄積され、連続的な燃料噴射を各燃料噴射弁２により行うことができる。又、高圧ポンプ６は、吸入ポート６ｂに接続された吸入配管７を介して、燃料タンク８に接続され、吸入配管７の途中には高圧ポンプ６に燃料を供給するフィードポンプ９が設けられている。
【００１４】
高圧ポンプ６には、エンジンの回転と同期して回転する駆動カム１０が設けられており、駆動カム１０により高圧ポンプ６のプランジャ１１が往復運動させられて、要求される所定圧まで上昇させられる。高圧ポンプ６の吸入側には、調量電磁弁１２が設けられており、この調量電磁弁１２が開状態であるとき、燃料タンク８から低圧の燃料が高圧ポンプ６のシリンダ内に導入され、余分な燃料はシリンダ内から吸入配管７へ戻る。この調量電磁弁１２が閉状態になった後、駆動カム１０によりプランジャ１１が押されて、シリンダ内の燃料が加圧されて、デリバリパイプ３へ吐出される。なお、ここでは、一例として、高圧ポンプ６の駆動カム１０がカム山を２つ有し、エンジンの１回転に対して１／２回転して同期駆動されるものとする。
【００１５】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）１３は、プログラムに従って演算を行い、各機器の制御を行うＣＰＵと、プログラムやデータ、演算結果を記録するＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶領域と、信号の入出力を行うインターフェース、タイマカウンタ等を有するものである。ＥＣＵ１３には、デリバリパイプの燃料の圧力を検出する圧力センサ１４（燃料圧力検出手段）、内燃機関のクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ１５、内燃機関のアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１６等により検出された信号が入力されている。
【００１６】
又、ＥＣＵ１３は、これらの検出信号を用いて、エンジンの運転状態を検出しており（運転状態検出手段）、検出結果に基づいて、調量電磁弁１２が制御されて、高圧ポンプ６からの燃料の吐出量、すなわち、燃料の吐出圧力が制御され、更に、各燃料噴射弁２での噴射パルス幅が制御されて、各気筒２への燃料噴射量が制御される。なお、圧力センサ１４によるデリバリパイプの燃圧の検出は、ここではＣＡ（クランク角）１０°毎に測定されているが、一定時間や他の一定クランク角毎でもよい。
【００１７】
上記内燃機関の噴射制御装置のハードウェア上の構成は、従来と略同等のものであるが、本発明では、デリバリパイプ３内の燃料の圧力変動を考慮して、要求噴射量に対して、できるだけ誤差が少なくなる燃料噴射量を制御するようにしていることが特徴である。具体的には、本発明に係る内燃機関の噴射制御装置は、高圧ポンプからデリバリパイプ内に供給される燃料量の増加分と、デリバリパイプから燃料噴射弁により噴射される燃料量の減少分とから、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動量を予測して噴射期間を補正する燃料噴射補正手段を有し、この燃料噴射補正手段を用いて、適切な燃料噴射の制御を行っている。
【００１８】
次に、本発明に係る内燃機関の噴射制御装置における燃料噴射の制御を、図２、図３を参照して、詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明に係る内燃機関の噴射制御装置での制御の一例を示すタイムチャートであり、図３は、フローチャートである。
なお、ここでは、一例として、クランク角ａ_(n-1)の時点を現時点として、次の行程以降の燃圧の変動を予測し、噴射期間を補正する燃料噴射の制御を説明する。
【００２０】
（ステップＳ１）
最初に、現時点ａ_(n-1)までの１８０°区間［ａ_(n-2)〜ａ_(n-1)］の実測された燃圧の平均値、実測燃圧平均Ｐave_(n-1)を求める。
【００２１】
（ステップＳ２）
エンジンの運転状況に応じた次回の要求噴射開始時期Ｔst_(n)及び要求噴射量Ｑと、ステップＳ１にて算出された実測燃圧平均Ｐave_(n-1)から、次回の燃料の噴射パルス幅Ｔinj_(n)が仮決めされ、噴射終了時期Ｔend_(n)が算出される。つまり、次回の燃料の噴射パルス区間［Ｔst_(n)〜Ｔend_(n)］が決定されることとなる。
Ｔinj_(n)＝Ｑ／Ｐave_(n-1)
【００２２】
（ステップＳ３）
デリバリパイプ内の燃圧の変化は、高圧ポンプによりデリバリパイプに供給する燃料量の増加分と、デリバリパイプの燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料量の減少分とを考慮して演算することで、デリバリパイプでの燃料の給排出時に発生する脈動の影響等を十分考慮した燃圧の変化を求めることができる。
【００２３】
具体的には、エンジンの運転状況に応じた高圧ポンプの要求吐出量、要求吐出開始時期が決定されれば、高圧ポンプの駆動カムにより決定される吐出率曲線に基づいて、所定クランク角毎の燃料の吐出量を算出することができ、これが、デリバリパイプに供給する燃料量の増加分Ｑp_(i)となる。又、噴射パルス幅Ｔinj_(n)からは、噴射パルス区間［Ｔst_(n)〜Ｔend_(n-1)］における燃料の噴射量、つまり、デリバリパイプからの燃料量の減少分Ｑi_(i)を算出することができる。したがって、下記式を用いて、デリバリパイプの燃圧変化量Ｐ_(i)を、所定クランク角毎に予測することが可能となる。
Ｐ_(i)＝Ｋf／Ｖdv×｛Ｑp_(i)−Ｑi_(i)｝
ここで、Ｋfは燃料の体積弾性係数であり、Ｖdvはデリバリパイプの体積である。又、燃圧変化量Ｐ_(i)は、次回の行程の開始点ｂ_(n)における燃圧を基点としたときの燃圧の変化量を示すものである。
【００２４】
予測区間としては、次回の行程の開始点ｂ_(n)からｂ_(n+2)までの３６０°区間の燃圧変化量Ｐ_(i)の予測を行なう。但し、この予測区間は、少なくとも、次回の行程の１８０°区間［ｂ_(n)〜ｂ_(n+1)］の燃圧変化量Ｐ_(i)の予測でもよく、噴射期間が予測区間の１８０°区間を超える場合は、噴射開始から予測区間の終わりまでの燃圧変化量Ｐ_(i)を用いて予測する。又、予測を行なう所定クランク角間隔としては、例えば、５°毎、１０°毎に予測を行なうようにする。その場合、クランク角間隔に応じたゲインの補正が必要となる。
【００２５】
（ステップＳ４）
所定クランク角毎に予測された燃圧変化量Ｐ_(i)を用いて、次回の行程の１８０°区間［ｂ_(n)〜ｂ_(n+1)］の燃圧変化量の総和平均Ｐaf_(n)を求める。これは、次回の行程の開始点ｂ_(n)における燃圧Ｐ_0(n)が算出されれば、次回の行程の１８０°区間［ｂ_(n)〜ｂ_(n+1)］の予測燃圧平均［Ｐ_0(n)＋Ｐaf_(n)］が求められることとなる。
【００２６】
（ステップＳ５）
実測燃圧平均Ｐave_(n-1)と、前回のａ_(n-2)時点において予測された現在の行程の１８０°区間［ｂ_(n-1)〜ｂ_(n)］での予測燃圧平均とを比較して、燃圧差分補正量Ｐdf_(n-1)を求める。具体的にはステップＳ１で求めた実測燃圧平均Ｐave_(n-1)と、前回のａ_(n-2)時点におけるステップＳ４で求められた燃圧変化量の総和平均Ｐaf_(n-1)から求めた予測燃圧平均［Ｐ_0(n-1)＋Ｐaf_(n-1)］との差分から求められる。
Ｐdf_(n-1)＝Ｐave_(n-1)−｛Ｐ_0(n-1)＋Ｐaf_(n-1)｝（１）
【００２７】
そして、前回のａ_(n-2)時点におけるステップＳ３において予測されたｂ_(n)時点での燃圧変化量Ｐ_(i=180)と、前回のａ_(n-2)時点におけるステップＳ５で求められた予測燃圧Ｐ_0(n-1)から、前回のａ_(n-2)時点でのｂ_(n)時点の予測燃圧Ｐ_180(n-1)を求める。
Ｐ_180(n-1)＝Ｐ_0(n-1)＋Ｐ_(i=180) （２）
上記式（１）、（２）から、次回の行程の１８０°区間［ｂ_(n)〜ｂ_(n+1)］において、基準の燃圧となるｂ_(n)時点での予測燃圧Ｐ_0(n)が求められる。
Ｐ_0(n)＝Ｐ_180(n-1)＋Ｐdf_(n-1)
つまり、上記式では、前回の行程での実測燃圧平均Ｐave_(n-1)と予測燃圧平均［Ｐ_0(n-1)＋Ｐaf_(n-1)］との比較による補正をすることにより、次回の行程の開始点となるｂ_(n)時点において、予測燃圧Ｐ_0(n)が実測値による補正が行われることとなり、より正確な燃圧を算出することが可能となる。
これは、図２中においては、点線部分に拡大して示している。
【００２８】
（ステップＳ６）
又、ステップＳ３において予測された燃圧変化量Ｐ_(i)から、ステップＳ２において求められた次回の燃料の噴射パルス区間［Ｔst_(n)〜Ｔend_(n)］に該当する燃圧変化量Ｐ_(i)を抽出し、噴射パルス区間［Ｔst_(n)〜Ｔend_(n)］の燃圧平均偏差Ｐinj_(n)を求める。
【００２９】
（ステップＳ７）
ステップＳ５において求められた予測燃圧Ｐ_0(n)に、ステップＳ６において求められた燃圧平均偏差Ｐinj_(n)を加えることで、噴射パルス区間［Ｔst_(n)〜Ｔend_(n)］に対する予測燃圧平均が算出される。つまり、この予測燃圧平均［Ｐ_0(n)＋Ｐinj_(n)］が、脈動等による変化を適切に推測した燃圧となる。
【００３０】
（ステップＳ８）
燃圧補正係数マップから、ステップＳ７において求めた予測燃圧平均［Ｐ_0(n)＋Ｐinj_(n)］に基づいて、燃圧補正係数Ｋb_(n)を抽出する。
【００３１】
（ステップＳ９）
予め、ステップＳ１において求められた実測燃圧平均Ｐave_(n-1)に基づいて、燃圧補正係数Ｋa_(n)が抽出されており、ステップＳ８において求められた燃圧補正係数Ｋb_(n)とから、噴射パルス幅補正係数Ｋ_(n)を求める。
Ｋ_(n)＝Ｋb_(n)／Ｋa_(n)
【００３２】
（ステップＳ１０）
ステップＳ２において仮決めされていた噴射パルス幅Ｔinj_(n)に、噴射パルス幅補正係数Ｋ_(n)をかけることで、実際の燃料噴射制御で用いる補正噴射パルス幅Ｔinjr_(n)を算出する。
Ｔinjr_(n)＝Ｔinj_(n)×Ｋ_(n)
【００３３】
上述して求めた補正噴射パルス幅Ｔinjr_(n)を、次回の行程の燃料噴射制御に用いることで、要求噴射量に対して誤差の少ない高精度な制御を行なうことが可能となる。
【００３４】
なお、上記制御は、４気筒エンジンをベースに説明を行なったものであるが、他の気筒数のエンジンにも適応可能であり、例えば、６気筒エンジンの場合、１行程の区間として、１２０°を１区間として予測を行なう。又、４気筒エンジンの場合でも、高圧ポンプの駆動カムのカム山や同期回転数が異なる場合は、そのカム山数や同期回転数を考慮したクランク角周期を用いて予測を行なう。
【００３５】
本発明に係る燃料噴射制御を用いることで、エンジンの運転状態が定常状態の場合に限らず、過渡状態（例えば、加減速等）においても、その変化に対応して、高精度の燃料噴射量の制御が可能となる。特に、本発明の場合、燃料噴射期間に対応する予測燃圧を用いて燃料噴射制御を行なうため、噴射開始時期を変更した場合や追加噴射を行なう場合にも、高精度の燃料噴射量の制御が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、デリバリパイプ内の燃料量の増減を考慮して、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動量（脈動）を物理現象として予測するので、その予測に基づいて補正された燃料噴射期間が、要求噴射量に対して誤差の少ないものとなり、高精度の燃料噴射制御を行なうことができる。そのため、要求噴射量と同等の燃料噴射量が内燃機関に供給されることとなり、出力の向上、燃費の向上を図ることができると共に、触媒等の排出ガス対策装着品が適切に作用して、排出ガスの低減が図れ、更に、触媒等の排出ガス対策装着品の耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の噴射制御装置の実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す内燃機関の噴射制御装置での制御の一例を示すタイムチャートである。
【図３】図１に示す内燃機関の噴射制御装置での制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】内燃機関の噴射制御装置での従来の制御を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１気筒
２燃料噴射弁
３デリバリパイプ
４供給配管
５逆止弁
６高圧ポンプ
６ａ吐出ポート
６ｂ吸入ポート
７吸入配管
８燃料タンク
９フィードポンプ
１０駆動カム
１１プランジャ
１２調量電磁弁
１３ＥＣＵ
１４圧力センサ
１５クランク角センサ
１６アクセル開度センサ

Claims

高圧ポンプにより燃料が供給されるデリバリパイプと、
前記デリバリパイプの燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
前記デリバリパイプ内の燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果より、前記燃料噴射弁の噴射期間を求める燃料噴射制御手段と、
前記高圧ポンプの吐出率曲線に基づいて前記デリバリパイプ内に供給される燃料量と、前記デリバリパイプ内より吐出される燃料量との増減により、次の１行程の開始点を基点として、次の１行程間の前記デリバリパイプ内の燃料の圧力の変動量を予測し、当該予測により求めた前回の１行程間の燃料圧力の予測平均値と前記燃料圧力検出手段により計測した前回の１行程間の燃料圧力の実測平均値との差分を求め、当該予測による前回の１行程の終了点での予測燃料圧力に前記差分を加算して、次の１行程の開始点の燃料圧力を求め、開始点の前記燃料圧力に予測した次の１行程間の燃料圧力の前記変動量を加算することにより、次の１行程間の燃料圧力を予測し、当該燃料圧力に基づいて、前記噴射期間を補正する燃料噴射補正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。