JP4424275B2 - 内燃機関用燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吸入調量型の燃料供給ポンプを備える内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、詳しくは、吸入調量弁の印加電流−吐出量特性の機差、劣化補正に関する。
従来より、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして、コモンレール式燃料噴射制御装置が知られている。コモンレールには、所定の噴射圧力となるように高圧燃料が蓄圧され、噴射指令に応じてインジェクタを駆動することによって燃料噴射を制御するようになっている。コモンレールに燃料を供給する燃料供給ポンプとしては、例えば、吸入調量弁を備える可変吐出量の燃料供給ポンプが用いられ、吸入調量弁の電磁駆動部への印加電流によって吸入量を調整することにより、コモンレールへの高圧燃料の吐出量を制御して、コモンレール圧力を目標圧力にフィードバック制御している。
ところが、個々の吸入調量弁の印加電流−吐出量特性は、燃料供給ポンプの機差や経時変化により、基準となる機差中央ポンプの調量特性(中央特性)に対して、電流方向および傾き方向にばらつきを生じることが知られている。これは、弁部の開口部形状やばね部材のばらつき等によるものであり、吐出量制御を精度よく行うには、制御部に記憶されている吸入調量弁の調量特性を学習補正する必要がある。
具体的には、例えば、特許文献1〜2に、学習補正によって調量特性のバラツキを吸収する方法が提案されている。特許文献1は、機差によるばらつきの影響が、主に実際の吸入開始電流値のずれとして表れることに着目したもので、吸入量ゼロが保証される電流から徐々に変化させて、実際の吸入開始電流値を算出する方法が開示されている。特許文献2には、電流方向に補正を行うとともに、回転数に対しての補正量を持つことにより、傾き方向への補正を行う方法が開示されている。また、印加電流に対する吐出量と中央特性とのずれ量を多点サンプリングし、直線近似することで、ばらつき成分を除去する方法が記載されている。

特開2001−82230号公報 特開2004−293540号公報
しかしながら、特許文献1の方法は、印加電流−吐出量特性に対して、電流方向へ平行方向の補正を行うものである。これは、機差の影響が主に電流方向に表れるとしているためであるが、この方法では、印加電流−吐出量特性に傾き方向の偏差を持った場合、完全に補正を行うことはできない。また、特許文献2の方法では、精度をよくしようとすると多くの調整点を持たなければならないという問題点がある。
このように、より高精度な制御特性を実現するためには、傾き方向の補正が必要であるが、上記従来方法では、傾き補正を正確に行うことが困難であったり、補正に手間を要する不具合があった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的簡易な方法で、吸入調量弁の印加電流−吐出量特性の傾き方向の補正を精度よく行い、燃料供給ポンプの機差や劣化による特性のばらつきを吸収して、燃料供給ポンプの吐出量を高精度に制御可能とするものである。
請求項1の燃料噴射制御装置は、内燃機関に噴射される高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、吸入調量弁によって調量される燃料を加圧して上記コモンレールへ圧送する燃料供給ポンプと、コモンレール圧力を検出する圧力センサを有し、検出されるコモンレール圧力が目標圧力となるように、上記吸入調量弁への印加電流を調整する制御手段を設けて上記コモンレールへの吐出量を制御する。
また、制御手段は、上記吸入調量弁への印加電流と吐出量の関係を表す基準特性線を記憶する記憶手段と、複数の異なる釣り合い圧力点において上記吸入調量弁へ実際に印加した実印加電流値をそれぞれ検出する実印加電流値検出手段と、上記基準特性線に基づいて、上記複数の釣り合い圧力点において本来釣り合うべき基準印加電流値をそれぞれ算出する基準印加電流値算出手段と、上記複数の実印加電流値と上記基準特性線とで囲まれる面積と、上記複数の基準印加電流値と上記基準特性線とで囲まれる面積との比または差分を指標値として、上記基準特性線を補正する補正手段とを有する。
制御手段は、吸入調量弁の機差や経時変化による特性ずれが生じると、そのずれ量に応じて、既知の機差中央ポンプの特性(基準特性)を補正する。具体的には、異なる複数の釣り合った圧力点において、固有ポンプの吸入調量弁への実際の印加電流値は、本来釣り合うべき基準印加電流値と異なるから、これら複数の実印加電流値と基準特性線から求められる面積と、複数の基準印加電流値と基準特性線から求められる面積も異なる。したがって、この面積比または差分を指標値として補正を行うことができ、面積を用いることで、無数の点補正を行うのと同じ効果が得られるので、より精度の高い補正が可能となる。
請求項2において、上記補正手段は、上記面積比または差分を指標値とする代わりに、上記複数の実印加電流値と上記複数の基準印加電流値の差分を指標値とする。印加電流−吐出量特性グラフ上における面積を用いる以外に、例えば、実印加電流値と基準印加電流値の差に基づいて、補正を行うこともでき、同様の効果が得られる。
請求項3において、上記実印加電流値検出手段は、上記コモンレールの目標圧力をP1 からP2 に変化させた時に、各圧力を釣り合わせる上記吸入調量弁への上記複数の実印加電流値I1 ’、I2 ’をそれぞれ検出し、上記基準印加電流値検出手段は、各圧力に対し本来釣り合うべき上記複数の基準印加電流値I1 、I2 をそれぞれ算出する。上記補正手段は、これら実印加電流値I1 ’、I2 ’と、基準印加電流値I1 、I2 と、上記基準特性線から得られる上記指標値に基づいて回転補正量を算出し、この回転補正量を用いて上記基準特性線を回転変換することにより、傾き方向の補正を行う。
具体的には、ある特定のコモンレール圧力P1からP2に状態を変化させた時の、固有ポンプの実印加電流値I1 ’、I2 ’と、機差中央ポンプの基準印加電流値I1 、I2 とから上記指標値を求め、さらに回転補正量を算出する。回転補正量と指標値との関係は、予め試験等を行って求められ、回転補正量に応じて基準特性線を変換させることで、傾き方向の補正が可能となる。
より具体的には、請求項4のように、上記回転補正量を、ある点を中心とした回転成分θとし、この回転成分θにより上記ある点を中心に上記基準特性線を回転変換させる。例えば、製造時のマスター点(調整点)といった信頼性の高い点を中心に変換することにより、より高い精度での補正が可能となる。
請求項5において、上記補正手段は、上記基準特性線を回転変換して得られた印加電流−吐出量特性線に基づいて、上記指標値を新たに算出し、この新たな指標値に基づく回転補正量を用いて上記印加電流−吐出量特性線を補正することを繰り返し行う。
好適には、補正により得られた印加電流−吐出量特性線を基に、新たな指標値および回転補正量を算出することを繰り返し行う。これにより、固有ポンプの実際の調量特性により近い印加電流−吐出量特性線を算出することができる。
請求項6において、上記補正手段は、上記指標値が所定値Cm以下となったかどうかを判定する判定手段を有し、該判定手段が肯定判定されるまで、上記印加電流−吐出量特性線の補正を繰り返す。
所定値Cmを十分小さい値Cmに設定すれば、補正を繰り返し行うことで、指標値が限りなく小さくできる。すなわち、固有ポンプの実際の印加電流−吐出量特性線を算出することができる。
請求項7において、上記記憶手段は、上記判定手段が肯定判定された時点における上記印加電流−吐出量特性線を、新たな基準特性線として記憶する。
指標値が所定値Cm以下となった時点における印加電流−吐出量特性線が、固有ポンプの実際の印加電流−吐出量特性線とみなせるので、これを新たな基準特性線として吐出量制御を行うことで、コモンレール圧力を高精度に制御できる。
以下、本発明の第1実施形態を図1〜5に基づいて説明する。図4は多気筒ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御装置の全体構成を示す図で、高圧燃料が蓄圧されるコモンレール1と、コモンレール1から供給される燃料をエンジンの各気筒(図略)に噴射するための燃料噴射弁2と、燃料噴射弁2の駆動を制御するとともに、燃料供給ポンプ4からコモンレール1への高圧燃料の供給を制御する制御手段としての電子制御ユニット(以下、ECUという)3を有している。なお、図1では簡略化のため、ディーゼルエンジンの各気筒に対して設けられる燃料噴射弁2のうち1つのみを示しているが、他の気筒についても同様の構成となっている。
燃料供給ポンプ4は、燃料タンクTからフィルタFを介して吸入される低圧燃料を高圧に加圧し、加圧された燃料を高圧流路11を介してコモンレール1に圧送供給する。コモンレール1の圧力は圧力センサSによって検出され、ECU3は、コモンレール1の圧力が所定の噴射圧力となるように、燃料供給ポンプ4からの吐出量を制御する。なお、コモンレール1は減圧弁13を介して燃料タンクTに至る低圧流路12へ連通し、必要に応じてコモンレール1圧力を減圧制御可能となっているとともに、高圧流路11を安全弁14を介して低圧流路12へ連通してコモンレール1圧力が所定圧を超えて高くならないようにしている。
図5に燃料供給ポンプ4構成の一例を示す。図中、ポンプハウジング41の上面にはシリンダヘッド5が固定され、シリンダヘッド5内にプランジャ51を往復摺動自在に支持している。プランジャ51の上方には、プランジャ51の端面とシリンダヘッド5の内壁面とで形成される燃料の加圧室52が設けられ、逆止弁53を経て低圧燃料が流入するようになしてある。
ポンプハウジング41内にはエンジンの1/2の回転と同期して回転駆動されるドライブシャフト42が挿通配置され、その外周にカム44が一体にかつ偏心して設けられている。カム44の外周には、外形が四角形状のシュー45がブッシュ46を介して摺動自在に保持され、シュー45の上端面にプランジャ51と一体のプレート部材54が、スプリング55の付勢力によって押圧されている。これにより、カム44の回転に伴い、プランジャ51が上下動して加圧室52内の燃料を加圧することが可能となる。なお、図示しないが、カム44の下方にも同様の構成の加圧室が設けられ、ドライブシャフト42の回転により吸入、圧送が交互に行われるように構成されている。
加圧室52へは、燃料溜まり71の燃料が、吸入調量弁6を経て吸入される。燃料溜まり71へは、図4の燃料タンクTから供給されフィードポンプ7で所定の低圧に加圧された燃料が、燃料流路73を通って供給される。吸入調量弁6は、ハウジング61内に摺動自在に保持されて、逆止弁53へ至る燃料流路72と燃料溜まり71との間を開閉する弁体62と、弁体82を駆動するコイル63を有している。コイル63への印加電流はECU3によって制御され、電流値に応じてテーパ状の弁体62のリフト量を変化させるようになっている。
吸入調量弁6の弁体62は、コイル63へ通電しない状態で、スプリングのバネ力によって開弁方向(図の右方)へ付勢されて、燃料流路72と燃料溜まり71とを連通させる構成となっている。コイル63に通電すると、弁体62が閉弁方向(図の左方)へ移動し、印加電流値に応じて弁開度が変化する。従って、ECU3によってコイル63への印加電流を制御し、開口面積を調整して流入速度を変化させることにより、加圧室52内への燃料の吸入量を制御することができる。
逆止弁53は、燃料流路72と加圧室52の間に配設され、加圧室52方向へのみ燃料を流入させる。逆止弁53の弁体56は、通常状態では、スプリングのバネ力によって閉弁方向(図の上方)へ付勢されており、吸入調量弁6から燃料流路72を経て低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体56が開弁して、加圧室52に燃料が吸入される。加圧中は、弁体56が燃料の圧力で閉弁する。加圧された燃料は、吐出弁57より吐出され、図4に示す高圧流路11からコモンレール1に供給される。
ECU3には、圧力センサSの他、アクセル開度センサ、エンジン回転数センサ、水温センサ等、エンジンの運転状態を検出するための図示しない各種センサが接続されている。ECU3は、これらセンサからの信号に基づいて、エンジン状態に応じた最適な噴射時期や噴射量等を決定して各燃料噴射弁2を駆動する。また、ECU3は、圧力センサSにより検出されるコモンレール1の圧力が、噴射圧力に相当する目標圧力に追従するように、燃料供給ポンプ4からの吐出量を算出し、吸入調量弁6を駆動して、コモンレール圧力をフィードバック制御する。
図3に、ECU3において実行されるコモンレール圧力制御処理のフローチャートを示す。まず、ステップ101において、ECU3は、上述した各種センサの検出信号からエンジン回転数およびアクセル開度を算出する。ステップ102では、算出したエンジン回転数とアクセル開度、噴射量等から、目標コモンレール圧力を算出し、続くステップ103で、圧力センサSからの信号を基に実コモンレール圧力を算出する。
ステップ104では、燃料供給ポンプ4からの必要吐出量を算出する。例えば、ステップ102、103で算出された目標コモンレール圧力と実コモンレール圧力の差分に相当する必要燃料量を、公知のPIまたはPID手法を用いたフィードバック演算によって算出し、予測される燃料リーク量や噴射量等を加算して、必要吐出量を算出することができる。ステップ105では、ステップ104で算出した必要吐出量を、吐出量Qと回転数NEをパラメータとする2次元マップ(I−Qベースマップ)を用いて、吸入調量弁6のコイル63への印加電流値Iに変換する。I−Qベースマップには、既知の機差中央ポンプの印加電流−吐出量特性(I−Q特性)が、基準特性として記憶されている(記憶手段)。
ここで、吸入調量弁6の弁部形状やばね力のばらつきといった機差の影響や経時劣化等により、燃料供給ポンプ4の実際のI−Q特性が、I−Qベースマップ特性に対してずれが生じることがある。このずれが大きくなると、吸入調量弁6への印加電流値Iに対して必要とする吐出量Qが得られず、コモンレール1の圧力制御性が低下する。そこで、本発明では、燃料供給ポンプ4の機差や経時劣化によるI−Q特性のずれを検出し、これに応じて既知のI−Qベースマップ特性、特に、傾き方向のずれを補正する。この傾き方向の補正を実施するための処理を図1のフローチャートに示す。
図1の処理は、例えば、始動時または始動後の一定期間毎に実行される。また、アイドル運転時のように、吐出量が少ない安定した運転状態にあることを条件として実施されることが望ましい。アイドル安定状態は、例えば、エンジン回転数が所定の範囲にあるかどうか、アクセル開度が所定値以下かどうか、等によって判断される。
処理が実行されると、制御手段であるECU3は、まず、ステップS101で、特定のある釣り合った圧力2点における、固有ポンプへの実際の印加電流値(実印加電流値)I1 ’、I2 ’を算出する(実印加電流値検出手段)。具体的には、予め設定された特定のコモンレール圧力P1を目標圧力として、圧力センサSで検出される実コモンレール圧力が目標圧力となるようにフィードバック制御を行い、圧力が釣り合った時点での印加電流値を計測して実印加電流値I1 ’とする。この状態から、目標圧力をコモンレール圧力P1とは異なる特定のコモンレール圧力P2に変化させ、同様にフィードバック制御を行って、圧力が釣り合った時点での実印加電流値I2’を計測する。
図2(A)は、機差中央ポンプと固有ポンプのI−Q特性グラフである。図中、実線は、既知の機差中央ポンプのI−Q特性を表す基準特性線f(I)であり、点線で示す固有ポンプのI−Q特性線g(I)は未知とする。ここでは、固有ポンプのI−Q特性線g(I)が、基準特性線f(I)に対して傾き方向のずれを有するものとする。このずれにより、特定のコモンレール圧力P1、P2を釣り合わせる印加電流値にも、ずれが生じることになり、本発明では、このずれに基づく指標値を用い、ステップ2以降の手順にてI−Q特性の補正を行う(補正手段)。
ステップS102では、既知の機差中央ポンプのI−Q特性と、固有ポンプの実印加電流値I1 ’、I2 ’と、対応する機差中央ポンプの基準印加電流値I1 、I2 とから、指標値となる面積差ΔWを求める。図2(A)において、上述した特定のコモンレール圧力P1、P2に対応する釣り合い吐出量をそれぞれQ1、Q2とすると、吐出量Q1、Q2を得るための固有ポンプの実印加電流値I1 ’、I2 ’に対し、本来釣り合うべき基準特性線f(I)上の印加電流値(基準印加電流値)I1 、I2 を算出することができる(基準印加電流値検出手段)。この時、特性グラフ上において、既知の基準特性線f(I)と基準印加電流値I1 、I2 にて囲まれる面積と、基準特性線f(I)と実印加電流値I1 ’、I2 ’にて囲まれる面積とは異なる。そこで、この面積差ΔWを算出し、これを指標値として、基準特性線f(I)からのずれを補正する。なお、ここでは、吐出量Q1に対応する基準印加電流値I1 と実印加電流値I1 ’とが一致する図としている。
ステップS103では、算出した面積差ΔWを十分に小さな定数Cmと比較し、式ΔW>Cmが成立した場合には、次のステップS104の処理に進む。式ΔW>Cmが成立しない場合、すなわち、面積差ΔWが十分に小さい場合には、固有ポンプのI−Q特性線の基準特性線f(I)からのずれが十分に小さく、補正の必要がないと判断され、そのまま本処理を終了する。
ステップS104では、ステップS102で求められた面積差ΔWに基づき、回転補正量となる回転成分θを算出する。回転成分θと面積差ΔWの関係は、例えば下記演算式で表され、
θ=K(ΔW)
これに基づいて回転成分θを算出することができる。演算式θ=K(ΔW)は、予め試験等を行って測定した結果を基に作成される。次いで、ステップS105にて、機差中央ポンプの基準特性線f(I)を、回転成分θを用いてある点を中心に回転変換し、新しいI−Q特性線f(I)’を求める。回転成分θによる変換式は、次式で表され、
f(I)’=R(θ)f(I)
算出された新たなI−Q特性線f(I)’は、図2(B)に示すように、固有ポンプのI−Q特性線により近いものとなる。
この時、回転の中心となる点は、製造時のマスター点(調整点)やその他の補正ロジックで補正された点等、機差ばらつきの少ない点とすることが望ましい。このような信頼性の高い点を中心として回転変換を行うと、より精度の高い補正が可能となる。なお、中心となる点は、常に一定である必要はない。
続いて、ステップS102に戻り、新たなI−Q特性線f(I)’を基に、面積差ΔWを新たに算出する。ここで、基準印加電流値I1 、I2 は、実印加電流値I1 ’、I2 ’に対応する新たなI−Q特性線f(I)’上の印加電流値とし、新たなI−Q特性線f(I)’と実印加電流値I1 ’、I2 ’にて囲まれる面積と、新たなI−Q特性線f(I)’と基準印加電流値I1 、I2 にて囲まれる面積との差を、新たな面積差ΔWとする。続いて、新たな面積差ΔWを用いて、ステップS103〜105の処理を同様にして行い、I−Q特性線f(I)’をさらに補正する。
以上の処理を、ステップS103において、式ΔW>Cmが成立するまで繰り返す。このようにして、最終的にΔWを限りなく小さくすることできる。そして、この時点におけるI−Q特性線f(I)’が、未知であった固有ポンプのI−Q特性線g(I)といえるので、これを新たな基準特性線として記憶し、以降の吸入調量弁制御を実施する。
このように、本実施形態によれば、ある特性のコモンレール圧P1からP2に状態を変化させた時の実際の印加電流値I1 ’、I2 ’と、既知の基準特性線f(I)上の印加電流値I1 、I2 とが、それぞれ基準特性線f(I)と作る面積の差を指標値とすることにより、無数の点補正を行うのと同様となる。よって、これを指標値として回転方向に補正を加えることで、簡易かつ高い精度で傾き方向の補正を行うことができる。したがって、吸入調量弁の機差や経時変化等によるばらつきを吸収して、より高精度なコモンレール圧力制御が可能になる。
上記実施形態では、指標値として面積差ΔWを算出したが、既知の基準特性線f(I)と基準印加電流値I1 、I2 の作る面積と、基準特性線f(I)と実印加電流値I1 ’、I2 ’の作る面積の比を指標値とすることもできる。また、面積を用いる代わりに、基準印加電流値I1 、I2 と実印加電流値I1 ’、I2 ’の差分、例えば、基準印加電流値I1 と実印加電流値I1 ’の差、基準印加電流値I2 と実印加電流値I2 ’の差、もしくは、基準印加電流値I2 −I1 と実印加電流値I2 ’−I1 ’の差、等を指標値として、補正を行うこともできる。
なお、上記実施形態では、傾き方向の補正のみを実施したが、電流方向の補正が必要な場合には、予め公知の方法で電流方向の補正を実施することもできる。
第1の実施形態におけるI−Q特性の補正処理のフローチャート図である。 機差中央ポンプと固有ポンプのI−Q特性グラフであり、(A)は機差中央ポンプと固有ポンプの印加電流値から指標値となる面積差ΔWを算出する方法を説明するための図、(B)は機差中央ポンプの基準特性線を回転成分θにより補正する方法を説明するための図である。 ECUにおけるコモンレール圧力制御のフローチャート図である。 本発明の燃料噴射制御装置の全体構成図である。 燃料供給ポンプの全体断面図である。
符号の説明
1 コモンレール
2 燃料噴射弁
3 ECU(制御手段、実印加電流検出手段、基準印加電流算出手段、補正手段)
4 燃料供給ポンプ
5 逆止弁
6 吸入調量弁
S 燃料圧センサ
T 燃料タンク


Claims (7)

  1. 内燃機関に噴射される高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、吸入調量弁によって調量される燃料を加圧して上記コモンレールへ圧送する燃料供給ポンプと、上記コモンレールの圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサで検出されるコモンレール圧力が目標圧力となるように上記吸入調量弁への印加電流を調整して上記コモンレールへの吐出量を制御する制御手段を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記制御手段が、上記吸入調量弁への印加電流と吐出量の関係を表す基準特性線を記憶する記憶手段と、
    複数の異なる釣り合い圧力点において上記吸入調量弁へ実際に印加した実印加電流値をそれぞれ検出する実印加電流値検出手段と、
    上記基準特性線に基づいて、上記複数の釣り合い圧力点において本来釣り合うべき基準印加電流値をそれぞれ算出する基準印加電流値算出手段と、
    上記複数の実印加電流値と上記基準特性線とで囲まれる面積と、上記複数の基準印加電流値と上記基準特性線とで囲まれる面積との比または差分を指標値として、上記基準特性線を補正する補正手段とを有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 上記補正手段は、上記面積比または差分を指標値とする代わりに、上記複数の実印加電流値と上記複数の基準印加電流値の差分を指標値とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 上記実印加電流値検出手段は、上記コモンレールの目標圧力をP1 からP2 に変化させた時に、各圧力を釣り合わせる上記吸入調量弁への上記複数の実印加電流値I1 ’、I2 ’をそれぞれ検出し、
    上記基準印加電流値検出手段は、各圧力に対し本来釣り合うべき上記複数の基準印加電流値I1 、I2 をそれぞれ算出するとともに、
    上記補正手段は、これら実印加電流値I1 ’、I2 ’と、基準印加電流値I1 、I2 と、上記基準特性線から得られる上記指標値に基づいて回転補正量を算出し、この回転補正量を用いて上記基準特性線を回転変換することにより、傾き方向の補正を行う請求項1または2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 上記回転補正量は、ある点を中心とした回転成分θであり、この回転成分θにより上記ある点を中心に上記基準特性線を回転変換させる請求項3記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 上記補正手段は、上記基準特性線を回転変換して得られた印加電流−吐出量特性線に基づいて、上記指標値を新たに算出し、この新たな指標値に基づく回転補正量を用いて上記印加電流−吐出量特性線を補正することを繰り返し行う請求項3または4記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  6. 上記補正手段は、上記指標値が所定値Cm以下となったかどうかを判定する判定手段を有し、該判定手段が肯定判定されるまで、上記印加電流−吐出量特性線の補正を繰り返す請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 上記記憶手段は、上記判定手段が肯定判定された時点における上記印加電流−吐出量特性線を、新たな基準特性線として記憶する請求項6記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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