JP4470134B2 - 噴射量制御方法、噴射装置および噴射システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を噴射する噴射装置の噴射量制御方法、噴射装置および噴射システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、流体噴射装置として、ディーゼルエンジンだけでなくガソリンエンジンにおいても、低圧ポンプにより燃料タンクから汲み上げた低圧燃料を加圧し、加圧した燃料をエンジンの各気筒に噴射する電磁駆動式の燃料噴射装置が知られている。
【0003】
各燃料噴射装置から噴射する燃料量は、電気的アクチュエータ駆動部に加えるパルス幅により変化する。理想的には、パルス幅が同じであれば、各燃料噴射装置から噴射する燃料量は同じであることが望ましい。しかし、製造誤差または加工誤差等により、同じパルス幅の制御信号を電気的アクチュエータ駆動部に加えても、燃料噴射装置毎に燃料噴射量がばらつくことが一般的である。
このような燃料噴射量のばらつきを補正し、同じパルス幅に対し同じ燃料量を噴射しようとしている燃料噴射装置として、特開平7−3321242号公報、特開2000−220508号公報に開示されるものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、両公報に開示されている燃料噴射装置は、補正範囲により燃料噴射装置をグループに分け、グルーブ毎に同じ補正量を設定している。同じグループであれば同じ補正量を適用するので、燃料噴射装置毎に高精度な噴射量制御ができないという問題がある。
【0005】
本発明の目的は、噴射装置毎に高精度に噴射量を制御する噴射量制御方法、噴射装置および噴射システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、一回の噴射を複数噴射で構成する噴射装置において、複数噴射の各噴射量に応じて好適な補正値を求め、噴射量を高精度に制御する噴射量制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1または2記載の噴射量制御方法、請求項6記載の噴射装置、請求項7または8記載の噴射システムによると、圧力の異なる複数の基準流体圧力の内、最高圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中、ならびに他の基準流体圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の少なくともいずれか一方において、噴射装置が実際に噴射する噴射量を一箇所以上で測定し、各測定箇所において目標噴射量と測定噴射量との差から目標噴射量に噴射量を近づける補正値を求め、補正値を基に噴射装置の噴射量を目標噴射量に近づける。つまり、目標噴射量と測定噴射量との差から求めた補正値は、噴射装置を分類(グループ分け)する値ではなく、噴射装置毎に噴射量を制御する噴射装置固有の値である。したがって、噴射装置毎に高精度に噴射量を制御できる。
【0007】
また、ニードル弁のハーフリフト中とフルリフト中との噴射量特性は異なっている。特に流体圧力が高圧の場合、ハーフリフト中とフルリフト中とにおいて噴射量特性の変化が大きい。そこで、複数の基準圧力の最高圧力において、ハーフリフト中およびフルリフト中のそれぞれのリフト位置において補正値を求めることにより、流体圧力が高圧の場合においても噴射量を高精度に制御できる。
【0008】
噴射量を直接制御するのは電気的アクチュエータ駆動部に加える制御信号のパルス幅である。本発明の請求項3記載の噴射量制御方法のように、噴射装置の電気的アクチュエータ駆動部に加えるパルス幅で補正値を表すことにより、噴射量補正制御の負荷が少なく応答性に優れている。
【0009】
本発明の請求項4記載の噴射量制御方法によると、一回の噴射を構成する複数噴射を、所定量以上を噴射する第1群と、所定量未満を噴射する第2群とから構成している。噴射量の少ない第2群の燃料噴射はハーフリフト中に主に行われるので、複数の基準流体圧力の内、少なくとも最低圧力におけるハーフリフト中で微少噴射量用の補正値を求めることにより、第2群の噴射量を高精度に制御することができる。
【0010】
本発明の請求項5記載の噴射量制御方法によると、噴射量の多い第1群の噴射は、ハーフリフト中とフルリフト中にまたがることが多い。前述したように、ハーフリフト中とフルリフト中とにおいて噴射量特性の変化が大きいので、第1群の補正値をハーフリフト中およびフルリフト中のそれぞれで求めることにより、第1群の噴射量を高精度に制御できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例による燃料噴射装置を図1に示す。燃料噴射装置10は、例えば、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関としてのディーゼルエンジンの気筒に噴射する噴射装置である。
【0012】
燃料噴射装置10のハウジング11にノズルニードル20が往復移動可能に収容されている。図示しないコモンレールから燃料供給路100を通りノズルニードル20の先端部周囲の燃料溜まり101に高圧燃料が供給されている。スプリング21は弁座12に向けノズルニードル20を付勢している。ノズルニードル20が図1に示すように弁座12から離座すると、噴孔13から燃料が噴射される。
【0013】
ノズルニードル20の反噴孔側に燃料制御室102が形成されている。燃料供給路100からオリフィス103を通り燃料制御室102に高圧燃料が供給される。燃料制御室102の燃料圧力は、弁座12に向けノズルニードル20を付勢する方向に働く。
弁部材30の当接部31は、図示しない電気的アクチュエータ駆動部への通電がオフのとき弁座15に着座し、電気的アクチュエータ駆動部への通電がオンのとき図1に示すように弁座15から離座する。
【0014】
当接部31が弁座15に着座しているとき、燃料制御室102は低圧側との連通を遮断され、燃料供給路100からオリフィス103とオリフィス104とを通り高圧燃料が供給されるので、燃料制御室102の燃料圧力は高圧である。燃料制御室102の燃料圧力は高圧であれば、ノズルニードル20が燃料制御室102の燃料圧力により弁座12に向けて受ける力とスプリング21から弁座12に向けて受ける力との和は、ノズルニードル20が燃料溜まり101の燃料圧力により弁座12から離座する方向に受ける力より大きいので、ノズルニードル20は弁座12に着座している。したがって、噴孔13から燃料は噴射されない。
【0015】
図1に示すように当接部31が弁座15から離座すると、燃料制御室102は低圧側と連通する。燃料制御室102からオリフィス104を通り低圧側に排出される燃料量はオリフィス103を通り燃料供給路100から燃料制御室102に供給される燃料量よりも多いので、燃料制御室102の燃料圧力は低下する。燃料制御室102の燃料圧力は低下すると、ノズルニードル20が燃料制御室102の燃料圧力により弁座12に向けて受ける力とスプリング21から弁座12に向けて受ける力との和は、ノズルニードル20が燃料溜まり101の燃料圧力により弁座12から離座する方向に受ける力より小さくなるので、ノズルニードル20は弁座12から離座し、噴孔13から燃料が噴射される。
【0016】
本実施例の燃料噴射装置10を用いた燃料噴射システムを図2に示す。図2において、エンジン1に燃料噴射装置10を組み付けた後、パーソナルコンピュータ(PC)220は取り除かれる。
エンジン1は4気筒のディーゼルエンジンである。エンジン制御装置(ECU)200はエンジン1の運転状態に応じ、燃料噴射装置10に加える制御信号である駆動パルスのパルス幅を制御する。各燃料噴射装置10には、駆動パルス幅を補正して噴射量を制御する補正値と補正値を使用する条件とを表す情報、例えば2次元コードが補正値記録手段として張り付け、または刻印されている。エンジン1に燃料噴射装置10を組み付けるとき、読み取り装置210により燃料噴射装置10の2次元コードを読みとり、PC220に送信する。PC220は読み取り装置210から受信した2次元コードをECU200に送信する。ECU200は受信した2次元コードをECU200内の書き換え可能な不揮発性の記録手段、例えばフラッシュメモリ等に記録する。
【0017】
図3に示すように、燃料噴射装置10は、吸入、圧縮、燃焼、排気からなるエンジン1の1サイクルにおいて、パイロット噴射301、プレ噴射302、メイン噴射303、アフター噴射304、ポスト噴射305の最大5回の燃料噴射で一回の燃料噴射300を構成することがある。一回の燃料噴射300の構成は、エンジン運転状態により変化することがある。メイン噴射303だけの場合もあるし、プレ噴射302およびメイン噴射303だけの場合もある。メイン噴射303およびポスト噴射305は第1群の燃料噴射を構成し、パイロット噴射301、プレ噴射302およびアフター噴射304は第2群の燃料噴射を構成している。第1群の燃料噴射量は第2群の燃料噴射量よりも多く、第2群の噴射量は微少である。
【0018】
一回の燃料噴射300を構成する各噴射について説明する。
・パイロット噴射301
一部の燃料を早期噴射により予め混合化することにより、排ガス中の粒子状物質を低減する。
・プレ噴射302
プレ噴射によりあらかじめ火炎をつくり、その中にメイン噴射をすることにより、メイン噴射の着火遅れを減少させる。このことにより、排ガス中のNOxを減少させ、また燃焼騒音を低減させる。
【0019】
・メイン噴射303
エンジン出力を発生させるための噴射。
・アフター噴射304
拡散燃焼を促進することにより、排ガス中の粒子状物質を減少させる。
・ポスト噴射305
NOx触媒に還元剤を供給する。また、触媒およびDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を昇温する。
【0020】
次に、燃料噴射装置10の電気的アクチュエータ駆動部に加える駆動パルス幅と、燃料噴射量との関係を図4に示す。
燃料噴射装置10に加えるパルス幅が短い期間、ノズルニードル20は弁座12から離座しストッパ14に係止される間のハーフリフト310中である。駆動パルス幅が長くなると、ノズルニードル20はストッパ14に係止され、フルリフト311中になる。ノズルニードル20がフルリフトしている場合には、駆動パルス幅が増加してもノズルニードル20のリフト量はそれ以上増加しないため、駆動パルス幅と噴射期間の増加量とは基本的に同一である。一方、ノズルニードル20がハーフリフト中である場合には、駆動パルス幅が増加するとノズルニードル20のリフト量も増加するため、燃料噴射装置10の閉弁タイミングは駆動パルス幅の増加量よりさらに遅れることになる。したがって、噴射期間の増加量は駆動パルス幅の増加量よりも大きくなる。
【0021】
以上の理由により、燃料圧力が一定であれば、ハーフリフト310中とフルリフト311中とにおける駆動パルス幅と燃料噴射量との関係である噴射量特性は、ノズルニードル20がストッパ14に係止される前、つまりハーフリフト310中と、ノズルニードル20がストッパ14に係止された後、つまりフルリフト311中とで異なっている。つまり、フルリフト311よりハーフリフト310の方が特性の傾きが大きくなっている。
また図6に示すように、コモンレールの燃料圧力の高低により噴射量特性の傾きが異なっている。図6において、上方の噴射量特性が高圧側であり、下方の噴射量特性は低圧側である。
【0022】
燃料噴射装置10は、設計通りに製造されていれば、噴射量を決定する条件である燃料圧力と駆動パルス幅と燃料噴射量との特性において図5に示す基準噴射量特性320を有している。しかし、製造誤差および組み付け誤差等により、基準噴射量特性320からずれることが多い。図5に示す噴射量特性321は、燃料噴射装置10が実際に有する噴射量特性である。ECU200は、燃料圧力と燃料噴射装置10の電気的アクチュータ駆動部に加える駆動パルス幅と燃料噴射量との関係を示す噴射量特性マップを図示しないROM(Read Only Memory)等の記録手段に有している。しかし、ECU200が有している噴射量特性マップは基準噴射量特性に従った噴射量特性マップであるから、図5に示す噴射量特性321を有している燃料噴射装置10に基準噴射量特性マップを用いると、目標噴射量と実際の噴射量との間に差が生じ、燃料噴射量が減少する。基準噴射量特性の傾きと燃料噴射装置10が実際に有する噴射量特性の傾きとはほぼ一致しているので、燃料噴射量の差を補正するためには、エンジン運転状態から決定される目標噴射量に対し基準噴射量特性マップから読み出される駆動パルス幅に補正値である増分ΔTqを加えればよい。増分ΔTqは、噴射量特性の傾きと噴射量との差から容易に求めることができる。これにより、基準噴射量特性マップの駆動パルス幅よりも長い駆動パルスが電気的アクチュエータ駆動部に加えられるので、燃料噴射量が増加し、所望の燃料噴射量を得ることができる。
【0023】
図5とは逆に、同じ駆動パルス幅に対し、燃料噴射装置の実際の燃料噴射量が基準噴射量特性の燃料噴射量よりも大きい場合は、エンジン運転状態から決定される目標の燃料噴射量に対し基準噴射量特性マップから読み出される駆動パルス幅を短くすればよい。
【0024】
本実施例では、エンジン1に燃料噴射装置10を組み付ける前に、図6に示す高圧331、中圧332および低圧333の3種類の基準燃料圧力において、それぞれハーフリフト中およびフルリフト中における所定の駆動パルス幅に対する噴射量を合計6箇所で測定する。図6において、HLは高圧高噴射量、HSは高圧低噴射量、MLは中圧高噴射量、MSは中圧低噴射量、LLは低圧高噴射量、LSは低圧低噴射量を表している。各測定箇所の燃料圧力および所定の駆動パルス幅に対し基準噴射量特性マップから得られる目標噴射量と測定した噴射量との差を求め、図5において説明したように、目標噴射量を得るために各測定個所における駆動パルス幅を補正する補正値を燃料噴射装置10毎に求める。求めた駆動パルス幅の補正値を2次元コードとして燃料噴射装置10に貼り付けるか刻印する。そして、前述したように、読み取り装置210により燃料噴射装置10の2次元コードを読みとり、パーソナルコンピュータ(PC)220に送信する。PC220は読み取り装置210から受信した2次元コードをECU200に送信する。ECU200は受信した2次元コードをECU200内の書き換え可能な不揮発性の記録手段、例えばフラッシュメモリ等に記録する。
【0025】
次に、エンジン1に燃料噴射装置10を組み付けた後、高圧、中圧および低圧に限らずセンサ等で検出したコモンレールの燃料圧力に対し、エンジン運転状態に応じた目標噴射量を噴射させる駆動パルス幅を前述した6個の補正値を基に求める方法を説明する。
(1) ECU200は、エンジン回転数等のエンジン運転状態から目標噴射量を求める。この目標噴射量を実現するため、ECU200は、目標噴射量と燃料圧力とをパラメータとして基準噴射量特性マップから基準駆動パルス幅を読み出す。
【0026】
(2) 目標噴射量と基準駆動パルス幅とで規定される座標が、図6に示す6箇所の測定箇所上にあれば、該当する補正値で基準駆動パルス幅を増減し、補正後の駆動パルスを燃料噴射装置10の電気的アクチュエータ駆動部に加えればよい。補正による誤差等がなく高精度に目標噴射量に実際の噴射量を近づけことができる。したがって、図6に示す測定箇所をアイドル運転等の特定の運転条件に設定すれば、特定の運転条件において高精度に噴射量を制御できる。
【0027】
目標噴射量と基準駆動パルス幅とで規定される座標が、図6に示す6箇所の測定箇所上にない場合、座標の領域を図6に示すように分類し、該当領域にある点は、その領域で指定された測定箇所の補正値を基に、線形補正および補正マップ等を用いて基準駆動パルス幅の補正値を求める。
【0028】
さらに微少噴射量を高精度に得るため、図7に示すように、中圧微少噴射量MP、低圧微少噴射LPにおいて燃料噴射装置10の噴射量を測定し、微少噴射量の基準駆動パルス幅の補正値を求めてもよい。なお、このMP、LPは、上述の図6に示された測定点MS、LSよりも駆動パルス幅Tqが小さい領域での測定点である。
【0029】
本実施例では、高圧、中圧および低圧の3種類の基準燃料圧力において駆動パルス幅の補正値を求めた。これに対し、図8に示す変形例のように、高圧および低圧の2種類の基準燃料圧力において駆動パルス幅の補正値を求めてもよい。
また本発明では、少なくとも基準燃料圧力のうち最高圧力のハーフリフト中およびフルリフト中の両方、ならびにその他の基準燃料圧力のハーフリフト中またはフルリフト中のいずれか一方の測定箇所で駆動パルス幅の補正値を求めればよい。
【0030】
以上説明した本発明の実施例では、燃料噴射装置毎に駆動パルス幅の補正値を求め、各燃料噴射装置固有の補正値により燃料噴射量を目標噴射量に近づけている。したがって、燃料噴射装置毎に高精度に燃料噴射量を制御できる。また、ハーフリフト中とフルリフト中とで噴射量特性が大きく異なる燃料の高圧時においては、ハーフリフト中とフルリフト中との両方のリフト位置で補正値を求めているので、燃料圧力により高精度に燃料噴射量を制御できる。
【0031】
本実施例では、駆動パルス幅の補正値を2次元コードとして燃流噴射装置自身が有しているが、ECUが有する不揮発性の書き換え可能な記録手段に補正値を記録してもよいし、抵抗値として制御回路に組み込んでもよい。また、駆動パルス幅以外に燃料噴射量を決定する、例えば燃料圧力または目標噴射量自身を補正値として燃料噴射装置またはECUが所持し、補正値で補正された各値を基に噴射量特性マップから駆動パルス幅を読み出すことも可能である。
【0032】
また本実施実施例では、燃料圧力と駆動パルス幅と噴射量との関係を示す燃料噴射装置の基準噴射量特性マップと補正値とから、燃料噴射装置10の噴射量を決定する駆動パルス幅を燃料噴射装置10の噴射毎に動的に補正した。これに対し、燃料噴射装置10の噴射量を測定して得られた駆動パルス幅の補正値と基準噴射量特性マップとから、基準噴射量特性マップ上のすべての駆動パルス幅を補正し、燃料圧力と補正後の駆動パルス幅と噴射量との関係を示す燃料噴射装置10の噴射量特性マップを基準噴射量特性マップとして予め噴射量特性記録手段としてのROMに記録しておき、燃料噴射装置10の作動中は基準噴射量特性マップから直接駆動パルス幅を求め、電気的アクチュエータ駆動部に加えてもよい。
【0033】
本実施例では、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に本発明を適用したが、ガソリンエンジンの燃料噴射装置に適用してもよい。また、エンジンに限らず、他の流体の噴射量を高精度に制御する噴射装置に本発明を適用することができる。なお、電気的アクチュエータ駆動部として、電磁駆動アクチュエータ、ピエゾアクチュエータまたは磁歪アクチュエータ等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施例による燃料噴射装置を示す模式的断面図である。
【図2】 本実施例による燃料噴射システムを示す構成図である。
【図3】 本実施例の一回の燃料噴射における噴射率の変化を示す特性図である。
【図4】 本実施例による燃料噴射装置に加える駆動パルス幅と噴射量との基準噴射量特性を示す特性図である。
【図5】 本実施例による基準噴射量と測定噴射量との差を示す特性図である。
【図6】 本実施例による燃料噴射装置に加える駆動パルス幅と噴射量との基準噴射量特性を示す特性図である。
【図7】 本実施例による微少噴射量における補正を説明する特性図である。
【図8】 本実施例の変形例による燃料噴射装置に加える駆動パルス幅と噴射量との基準噴射量特性を示す特性図である。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
10 燃料噴射装置
12 弁座
13 噴孔
20 ノズルニードル(ニードル弁)
200 ECU(制御装置)
Claims (8)
- 電気的アクチュエータ駆動部に加える制御信号をオンまたはオフすることによりニードル弁が噴孔を開閉して流体噴射を断続し、前記ニードル弁がリフトしているハーフリフト中と、前記ニードル弁がリフトしストッパに係止されているフルリフト中とにおいて異なる噴射量特性を有する噴射装置の噴射量制御方法であって、
圧力の異なる複数の基準流体圧力の内、最高圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の各リフト位置、ならびに他の基準流体圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の少なくともいずれか一方のリフト位置において、前記噴射装置が実際に噴射する噴射量を一箇所以上で測定し、
各測定箇所において目標噴射量と測定噴射量との差から目標噴射量に噴射量を近づける補正値を求め、
前記補正値を基に前記噴射装置の噴射量を目標噴射量に近づけることを特徴とする噴射量制御方法。 - 前記補正値は、噴射量を決定する条件の内少なくとも一要素の値を補正する値であることを特徴とする請求項1記載の噴射量制御方法。
- 前記補正値は、前記電気的アクチュエータ駆動部に加えられ前記ニードル弁のリフト時間を決定する駆動パルス幅の値であることを特徴とする請求項2記載の噴射量制御方法。
- 前記噴射装置は一回の噴射を複数に分けて噴射可能であり、前記一回の噴射を構成する複数噴射は、所定量以上を噴射する第1群と所定量未満を噴射する第2群とから構成され、前記複数の基準流体圧力の内、少なくとも最低圧力におけるハーフリフト中での噴射量を測定して求めた前記補正値により前記第2群の噴射量を目標噴射量に近づけることを特徴とする請求項1、2または3記載の噴射量制御方法。
- 前記噴射装置は一回の噴射を複数に分けて噴射可能であり、前記一回の噴射を構成する複数噴射は、所定量以上を噴射する第1群と所定量未満を噴射する第2群とから構成され、前記基準流体圧力のハーフリフト中およびフルリフト中のそれぞれで求めた前記補正値により、前記第1群の噴射量を目標噴射量に近づけることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の噴射量制御方法。
- 電気的アクチュエータ駆動部と、前記電気的アクチュエータ駆動部に加える制御信号をオンまたはオフすることにより噴孔を開閉して流体噴射を断続するニードル弁とを備え、前記ニードル弁がリフトしているハーフリフト中と、前記ニードル弁がリフトしストッパに係止されているフルリフト中とにおいて異なる噴射量特性を有する噴射装置であって、
圧力の異なる複数の基準流体圧力の内、最高圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の各リフト位置、ならびに他の基準流体圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の少なくともいずれか一方のリフト位置において、前記噴射装置が実際に噴射する噴射量を一箇所以上で測定し、各測定箇所において目標噴射量と測定噴射量との差から目標噴射量に噴射量を近づけるために求めた補正値を記録している補正値記録手段を備えていることを特徴とする噴射装置。 - 請求項6記載の噴射装置と、前記補正値記録手段に記録されている前記補正値を基に前記噴射装置の噴射毎に噴射量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする噴射システム。
- 電気的アクチュエータ駆動部と、前記電気的アクチュエータ駆動部に加える制御信号をオンまたはオフすることにより噴孔を開閉して流体噴射を断続するニードル弁とを備え、前記ニードル弁がリフトしているハーフリフト中と、前記ニードル弁がリフトしストッパに係止されているフルリフト中とにおいて異なる噴射量特性を有する噴射装置であって、
圧力の異なる複数の基準流体圧力の内、最高圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の各リフト位置、ならびに他の基準流体圧力におけるハーフリフト中およびフルリフト中の少なくともいずれか一方のリフト位置において、前記噴射装置が実際に噴射する噴射量を一箇所以上で測定し、各測定箇所において目標噴射量と測定噴射量との差から目標噴射量に噴射量を近づけるために求めた補正値を基に基準噴射量特性を補正した噴射量特性データを記録している噴射量特性記録手段と、
前記噴射量特性記録手段から噴射量特性データを読み出し、前記噴射装置の噴射量を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする噴射システム。
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