JP4689695B2 - Fuel injection system - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼に用いられる燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた、燃料噴射システムに関する。 The present invention relates to a fuel injection system including a fuel injection valve that injects fuel used for combustion of an internal combustion engine.
内燃機関の出力トルク及びエミッション状態を精度良く制御するには、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量及び噴射開始時期等、その噴射状態を精度良く制御することが重要である。そこで従来より、燃料噴射弁に供給される高圧燃料の圧力が噴射に伴い変動することに着目し、その高圧燃料の圧力を検出することで実際の噴射状態を検出する技術が提案されている。例えば、噴射に伴い燃圧が下降を開始した時期を検出することで実際の噴射開始時期を検出したり、噴射に伴い生じた燃圧の下降量を検出することで実際の噴射量を算出することを図っている。このように実際の噴射状態を取得できれば、その取得した値に基づき噴射状態を精度良く制御することができる。 In order to accurately control the output torque and the emission state of the internal combustion engine, it is important to accurately control the injection state such as the injection amount of fuel injected from the fuel injection valve and the injection start timing. Thus, conventionally, a technique for detecting the actual injection state by detecting the pressure of the high-pressure fuel has been proposed, focusing on the fact that the pressure of the high-pressure fuel supplied to the fuel injection valve fluctuates with the injection. For example, the actual injection start time can be detected by detecting the time when the fuel pressure starts to decrease along with the injection, or the actual injection amount can be calculated by detecting the amount of decrease in the fuel pressure caused by the injection. I am trying. If the actual injection state can be acquired in this way, the injection state can be accurately controlled based on the acquired value.
なお、このような燃圧の変動を検出するにあたり、コモンレール(蓄圧容器)に直接設置された燃圧センサ(レール圧センサ)では、噴射に伴い生じた燃圧変動がコモンレール内で緩衝されてしまうため、正確な燃圧変動を検出することができない。そこで特許文献1記載の発明では、燃圧センサを、コモンレールから燃料噴射弁に燃料を供給する高圧配管のうちコモンレールとの接続部分に設置することで、噴射に伴い生じた燃圧変動がコモンレール内で緩衝する前に、その燃圧変動を検出することを図っている。
しかしながら、上記特許文献1記載の構造では、燃圧センサを高圧配管に取り付けているため、その取付部分において高い耐圧シール性が要求される。よって、高性能なシール構造とすることによるコストアップや、シール部分からの燃料漏れが懸念される。
However, in the structure described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、実際の噴射状態を検出可能にしつつも、高い耐圧シール性を不要にできる燃料噴射システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection system that makes it possible to detect an actual injection state and eliminate the need for high pressure-resistant sealability.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
第1の発明では、
内燃機関の燃焼に用いられる燃料を噴射する噴孔が形成されたボディー、前記ボディー内部に形成されて前記噴孔に向けて高圧燃料を流通させる高圧通路、前記ボディー内部に形成されて前記高圧通路に供給された燃料の余剰分を燃料タンクに戻す低圧通路、及び前記ボディー内部に収容されて前記高圧通路のうち前記噴孔の近傍部分を開閉する弁体、を有する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に接続され、前記低圧通路内の低圧燃料を燃料タンクに戻す低圧配管と、
を備える燃料噴射システムにおいて、
前記低圧通路及び前記低圧配管を経由して前記燃料タンクに至るまでのリターン経路に配置され、前記リターン経路中の低圧燃料の圧力を検出するリターン圧センサと、
前記リターン圧センサの検出値の挙動に基づき、前記噴孔から噴射される燃料の噴射状態を検出する噴射状態検出手段と、
を備えることを特徴とする。
In the first invention,
A body formed with an injection hole for injecting fuel used for combustion of an internal combustion engine, a high-pressure passage formed inside the body and allowing high-pressure fuel to flow toward the injection hole, and a high-pressure passage formed inside the body A fuel injection valve having a low pressure passage for returning surplus fuel supplied to the fuel tank, and a valve body housed inside the body and opening and closing a portion near the injection hole in the high pressure passage;
A low pressure pipe connected to the fuel injection valve and returning low pressure fuel in the low pressure passage to a fuel tank;
A fuel injection system comprising:
A return pressure sensor that is disposed in a return path to the fuel tank via the low-pressure passage and the low-pressure pipe, and detects the pressure of the low-pressure fuel in the return path;
Injection state detecting means for detecting an injection state of fuel injected from the nozzle hole based on the behavior of the detection value of the return pressure sensor;
It is characterized by providing.
特許文献1記載の従来構造では、燃料噴射弁に供給される高圧燃料の圧力が噴射に伴い変動することに着目して、燃圧センサを高圧配管に配置している。これに対し本発明者らは、リターン経路における低圧燃料の圧力についても噴射に伴い変動することに着目して、低圧燃料の圧力挙動に基づき噴射状態を検出する上記第1の発明を想起した。当該発明によれば、リターン圧センサ及び噴射状態検出手段を備えることで実際の噴射状態を検出可能にしつつも、低圧経路(リターン経路)にリターン圧センサを配置するので、リターン圧センサの取付部分において高い耐圧シール性を不要にできる。
In the conventional structure described in
第2の発明では、複数気筒を有し、前記燃料噴射弁を気筒毎に備える多気筒内燃機関に適用され、前記リターン経路には、気筒毎の前記低圧配管の低圧燃料を集合させて前記燃料タンクへ戻す集合配管が含まれており、前記リターン圧センサを、前記集合配管の上流側に配置したことを特徴とする。 In the second invention, the present invention is applied to a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of cylinders and including the fuel injection valve for each cylinder, and the low-pressure fuel in the low-pressure pipe for each cylinder is collected in the return path to collect the fuel. A collecting pipe returning to the tank is included, and the return pressure sensor is arranged on the upstream side of the collecting pipe.
ここで、リターン圧センサを集合配管に配置すると、ある気筒での噴射に伴い生じた燃圧の変動と、他の気筒での噴射に伴い生じた燃圧変動とが干渉してしまうため、ある気筒での噴射状態を精度良く検出することが困難となる。この点を鑑みた上記第2記載の発明によれば、リターン圧センサを集合配管の上流側に配置するので、上記干渉を回避でき、噴射状態を精度良く検出できる。 Here, if the return pressure sensor is arranged in the collecting pipe, the fluctuation of the fuel pressure caused by the injection in one cylinder interferes with the fluctuation of the fuel pressure caused by the injection in the other cylinder. It becomes difficult to accurately detect the injection state of. According to the second aspect of the invention in view of this point, since the return pressure sensor is arranged on the upstream side of the collecting pipe, the interference can be avoided and the injection state can be detected with high accuracy.
ここで、リターン圧センサを低圧配管に取り付けると、噴射に伴い生じた燃圧変動が低圧配管中にて減衰した状態の燃圧を検出することとなるため、噴射状態の検出精度低下が懸念される。この点を鑑みた第3の発明では、前記リターン圧センサを前記燃料噴射弁に取り付けたことを特徴とするので、上記減衰が少ない状態の燃圧を検出でき、ひいては噴射状態の検出精度向上を図ることができる。 Here, when the return pressure sensor is attached to the low-pressure pipe, the fuel pressure in a state where the fuel pressure fluctuation caused by the injection is attenuated in the low-pressure pipe is detected, so there is a concern that the detection accuracy of the injection state is lowered. In view of this point, the third invention is characterized in that the return pressure sensor is attached to the fuel injection valve, so that it is possible to detect the fuel pressure in a state where the attenuation is small, and to improve the detection accuracy of the injection state. be able to.
第4の発明では、前記ボディー内部に形成され、前記高圧通路の高圧燃料の一部を流入させて、流入した高圧燃料の圧力により前記弁体を閉弁方向に付勢させる制御室と、前記制御室に形成され、前記制御室の燃料を前記リターン経路に流出させる流出口と、前記低圧通路の一部を拡大して形成された低圧室に配置され、前記流出口を開閉することで前記制御室の燃料圧力を制御する制御弁と、を備え、前記リターン圧センサを前記低圧室に取り付けたことを特徴とする。 In a fourth aspect of the invention, a control chamber is formed inside the body, allows a part of the high-pressure fuel in the high-pressure passage to flow in, and biases the valve body in a valve closing direction by the pressure of the high-pressure fuel that has flowed in, The control chamber is formed in an outflow port that allows the fuel in the control chamber to flow out to the return path, and a low-pressure chamber that is formed by enlarging a part of the low-pressure passage. And a control valve for controlling the fuel pressure in the control chamber, wherein the return pressure sensor is attached to the low pressure chamber.
このような制御室、流出口及び制御弁を供えた燃料噴射弁においては、噴射に伴い生じる低圧燃料の圧力変動は、流出口にて生じることとなる。この点を鑑みた上記第4の発明によれば、リターン圧センサを低圧室に取り付けるので、先述した減衰が最も少ない状態の燃圧を検出でき、ひいては噴射状態の検出精度をより一層向上できる。 In a fuel injection valve provided with such a control chamber, an outflow port, and a control valve, the pressure fluctuation of the low-pressure fuel caused by the injection occurs at the outflow port. According to the fourth aspect of the invention in view of this point, since the return pressure sensor is attached to the low pressure chamber, it is possible to detect the fuel pressure with the least attenuation described above, and to further improve the detection accuracy of the injection state.
第5の発明では、前記噴射状態検出手段は、前記噴孔を前記弁体により開閉させた場合における前記噴孔からの噴射開始時点、噴射終了時点及び前記弁体の開弁作動量が最大となるフルリフト時点の少なくとも1つを前記噴射状態として検出することを特徴とする。 In a fifth aspect of the invention, the injection state detecting means has a maximum injection start time, injection end time, and valve opening operation amount of the valve body when the injection hole is opened and closed by the valve body. It is characterized in that at least one of the full lift points is detected as the injection state.
特に、適用される内燃機関がディーゼルエンジン等の圧縮自着火式の場合には、ガソリンエンジン等の点火式に比べて、噴射開始時点が燃焼状態に与える影響が大きいため、上記第5の発明により実際の噴射開始時点を検出し、その検出値を用いて燃料噴射弁の作動を制御すれば、所望の燃焼状態にすることを精度良くできる。 In particular, when applied internal combustion engine of the compression ignition type, such as a diesel engine, as compared with the ignition such as a gasoline engine, since the injection start time is large influence on the combustion state, the invention of the fifth If the actual injection start time is detected and the operation of the fuel injection valve is controlled using the detected value, the desired combustion state can be accurately achieved.
また、燃料噴射弁の経年劣化の度合いに応じて、噴射開始時点からフルリフト時点に達するまでの所要時間が変化することを本発明者らは見出した。したがって、上記第5の発明により実際の噴射開始時点及びフルリフト時点を検出して前記所要時間を算出すれば、経年劣化の度合いを推定できる。よって、例えばその推定結果に応じて燃料噴射弁の作動を制御すれば、所望の燃焼状態にすることを精度良くできる。ちなみに、噴射開始時点からフルリフト時点までの検出値の傾きを算出し、この傾きに基づき前記経年劣化の度合いを推定するようにしてもよい。 Further, the present inventors have found that the required time from the injection start point to the full lift point changes depending on the degree of aging deterioration of the fuel injection valve. Therefore, if the actual injection start time and full lift time are detected and the required time is calculated according to the fifth invention, the degree of deterioration over time can be estimated. Therefore, for example, if the operation of the fuel injection valve is controlled according to the estimation result, the desired combustion state can be accurately achieved. Incidentally, the inclination of the detected value from the injection start time to the full lift time may be calculated, and the degree of aging deterioration may be estimated based on this inclination.
第6の発明では、前記噴射状態検出手段は、前記噴射開始時点及び前記噴射終了時点を少なくとも検出し、検出された前記噴射開始時点及び前記噴射終了時点に基づき、前記弁体による1回の開弁に伴い噴射された燃料の噴射量を算出する噴射量算出手段を備えることを特徴とする。噴射開始時点から噴射終了時点までの噴射時間は噴射量と相関が高い。つまり、噴射時間が長いほど噴射量は多くなる。したがって、上記第6の発明の如く噴射開始時点及び噴射終了時点に基づき噴射量を算出して好適である。 In a sixth aspect of the invention, the injection state detecting means detects at least the injection start time and the injection end time, and based on the detected injection start time and the injection end time, a single opening by the valve element is performed. An injection amount calculating means for calculating an injection amount of fuel injected along with the valve is provided. The injection time from the injection start time to the injection end time is highly correlated with the injection amount. That is, the injection amount increases as the injection time increases. Therefore, it is preferable to calculate the injection amount based on the injection start time and the injection end time as in the sixth invention .
第7の発明では、前記高圧燃料の圧力を検出する高圧側センサを備え、前記噴射量算出手段は、検出された前記噴射開始時点及び前記噴射終了時点に加え、前記高圧側センサの検出値に基づき前記噴射量を算出することを特徴とする。 In a seventh aspect of the invention, a high-pressure side sensor that detects the pressure of the high-pressure fuel is provided, and the injection amount calculation means uses the detected value of the high-pressure side sensor in addition to the detected injection start time and injection end time. The injection amount is calculated based on this.
ここで、先述した噴射時間が同じであっても、燃料噴射弁に供給される高圧燃料の圧力が高いほど噴射量は多くなる。この点を鑑みた上記第7の発明では、噴射開始時点及び噴射終了時点に加え、高圧側センサの検出値に基づき噴射量を算出するので、その算出精度を向上できる。なお、噴射量算出に用いる高圧側センサの検出値は、噴射開始時点以前における検出値であることが望ましい。 Here, even if the injection time described above is the same, the injection amount increases as the pressure of the high-pressure fuel supplied to the fuel injection valve increases. In the seventh aspect in view of this point, since the injection amount is calculated based on the detection value of the high-pressure side sensor in addition to the injection start time and the injection end time, the calculation accuracy can be improved. The detection value of the high-pressure sensor used for calculating the injection amount is preferably a detection value before the injection start time.
第8の発明では、前記噴射状態検出手段は、前記燃料噴射弁が前記弁体を開弁させるよう作動を開始した直後に、前記リターン圧センサの検出値が上昇して上昇ピークに達した後、下降して下降ピークに達した時点を検出し、その下降ピーク時点を前記噴射開始時点として検出することを特徴とする。 In an eighth aspect of the invention, the injection state detecting means is configured to increase the detection value of the return pressure sensor and reach a rising peak immediately after the fuel injection valve starts operating to open the valve body. In this case, the time point when the vehicle descends and reaches the descending peak is detected, and the descending peak time point is detected as the injection start time point.
噴射開始時点には、リターン圧センサの検出値の挙動中に上記「下降ピーク時点」が出現することを、本発明者らは見出した。したがって、この知見に基づく上記第8の発明によれば、噴射開始時点を容易に検出することができる。以下、噴射開始時点にて「下降ピーク時点」が出現する根拠を、図6に示すシミュレーション結果を用いて説明する。 The present inventors have found that the “falling peak time point” appears in the behavior of the detection value of the return pressure sensor at the injection start time point. Therefore, according to the eighth aspect based on this finding, the injection start time can be easily detected. Hereinafter, the reason why the “falling peak time” appears at the injection start time will be described using the simulation results shown in FIG.
先ず、燃料噴射弁が弁体を開弁させるよう作動を開始する(つまり制御弁が流出口を開く)と、制御室の燃料が流出口から低圧室に流出し、その流出に伴い低圧室の燃圧が上昇する(図6(a)中の符号A1参照)。そして、制御室の燃料が所定量流出すると、制御室の燃圧が徐々に低下し、その低下に伴い低圧室の燃圧も徐々に低下する(図6(a)中の符号A2参照)。その後、制御室の燃圧が低下することにより弁体が開弁作動を開始すると、その開弁作動力により制御室の燃料が流出口から押し出され、その結果、低圧室の燃圧が再び上昇することとなる(図6(a)中の符号A3参照)。つまり、弁体が開弁作動を開始したタイミングで、リターン経路中の低圧燃料の圧力は再上昇する。 First, when the fuel injection valve starts to open the valve body (that is, the control valve opens the outlet), the fuel in the control chamber flows out from the outlet to the low-pressure chamber. The fuel pressure rises (see symbol A1 in FIG. 6A). When a predetermined amount of fuel in the control chamber flows out, the fuel pressure in the control chamber gradually decreases, and the fuel pressure in the low-pressure chamber gradually decreases with the decrease (see symbol A2 in FIG. 6A). After that, when the valve body starts to open due to the fuel pressure in the control chamber decreasing, the fuel in the control chamber is pushed out from the outlet by the valve opening operating force, and as a result, the fuel pressure in the low pressure chamber increases again. (See reference numeral A3 in FIG. 6A). That is, the pressure of the low-pressure fuel in the return path rises again at the timing when the valve body starts the valve opening operation.
以上により、リターン圧センサの検出値が上昇(A1)して上昇ピークに達した後、下降(A2)して下降ピークに達した時点t3(つまり再上昇A3の開始時点)が噴射開始時点であると言える。なお、上記図6(a)は、制御室及び制御弁等を備えた構成においてリターン圧センサを低圧室に取り付けた場合(第4の発明の場合)のシミュレーション結果であるが、このような構成以外においても図6(a)と同様の傾向になると推察する。 As described above, after the detection value of the return pressure sensor rises (A1) and reaches the rising peak, the time point t3 (that is, the starting point of the re-raising A3) when the falling (A2) reaches the falling peak is the injection start time. It can be said that there is. FIG. 6A is a simulation result when the return pressure sensor is attached to the low pressure chamber in the configuration including the control chamber and the control valve (in the case of the fourth invention ). It is presumed that the same tendency as in FIG.
第9の発明では、前記噴射状態検出手段は、前記燃料噴射弁が前記弁体を開弁させるよう作動を開始した直後に、前記リターン圧センサの検出値が上昇して上昇ピークに達した後、一旦下降してから再上昇して安定した状態において再度下降を開始する時点を検出し、その下降開始時点を前記フルリフト時点として検出することを特徴とする。 In a ninth aspect of the present invention, the injection state detecting means is configured to increase the detection value of the return pressure sensor and reach a rising peak immediately after the fuel injection valve starts operation to open the valve body. In this case, a time point at which the descent starts again after being lowered and then rises again in a stable state is detected, and the descent start time is detected as the full lift time.
フルリフト時点には、リターン圧センサの検出値の挙動中に上記「下降開始時点」が出現することを、本発明者らは見出した。したがって、この知見に基づく上記第9の発明によれば、フルリフト時点を容易に検出することができる。以下、フルリフト時点にて「下降開始時点」が出現する根拠を、先述した図6(a)を用いて説明する。 The present inventors have found that the above-mentioned “fall start time” appears in the behavior of the detection value of the return pressure sensor at the full lift time. Therefore, according to the ninth aspect based on this knowledge, the full lift time can be easily detected. Hereinafter, the reason why the “downward start time” appears at the time of full lift will be described with reference to FIG.
先述の如く制御室の燃料が押し出される際には、押し出される初期にはリターン経路中の低圧燃料は脈動しながら再上昇(A3)するものの、押し出される後期には低圧室の燃圧は安定する(符号A4参照)。その後、弁体の開弁作動量が最大(フルリフト)になると、制御室の燃料は押し出されることがなくなるため、低圧室の燃圧は再度下降する(符号A5参照)。以上により、リターン圧センサの検出値が再上昇(A3)して安定(A4)した状態において、再度下降を開始する時点t4(つまり再下降A5の開始時点)がフルリフト時点であると言える。 As described above, when the fuel in the control chamber is pushed out, the low-pressure fuel in the return path rises again while pulsating (A3) at the initial stage of pushing out, but the fuel pressure in the low-pressure chamber is stabilized in the later stage of pushing out ( Reference A4). After that, when the valve opening operation amount of the valve body reaches the maximum (full lift), the fuel in the control chamber is not pushed out, so the fuel pressure in the low pressure chamber decreases again (see symbol A5). From the above, it can be said that the time point t4 at which the descent starts again (that is, the start point of the re-decreasing A5) is the full lift time in the state where the detection value of the return pressure sensor is again increased (A3) and stabilized (A4).
第10の発明では、前記噴射状態検出手段は、前記燃料噴射弁が前記弁体を閉弁させるよう作動を開始することに伴い、前記リターン圧センサの検出値が下降を開始した後、その下降が終了した時点を検出し、その下降終了時点から所定時間が経過した時点を前記噴射終了時点として検出することを特徴とする。 In a tenth aspect of the invention, the injection state detecting means starts the operation so that the fuel injection valve closes the valve body, and then the detected value of the return pressure sensor starts to decrease and then decreases. Is detected, and a point in time when a predetermined time has elapsed from the end point of the descent is detected as the injection end point.
噴射終了時点の所定時間前には、リターン圧センサの検出値の挙動中に上記「下降終了時点」が出現することを、本発明者らは見出した。したがって、この知見に基づく上記第10の発明によれば、噴射終了時点を容易に検出することができる。以下、噴射終了時点の所定時間前にて「下降終了時点」が出現する根拠を、先述した図6(a)を用いて説明する。 The present inventors have found that the above-mentioned “falling end point” appears in the behavior of the detection value of the return pressure sensor before a predetermined time before the end point of injection. Therefore, according to the tenth aspect based on this finding, the end point of injection can be easily detected. Hereinafter, the reason why the “falling end time point” appears a predetermined time before the injection end time point will be described with reference to FIG.
先述の如く低圧室の燃圧が再下降A5して安定した状態において、噴孔からの噴射を停止させるべく制御弁を作動させると低圧室の燃圧は再下降し(符号A6参照)、流出口が制御弁により閉ざされたタイミングで低圧室の燃圧下降(A6)は終了する(符号t7参照)。その後弁体は、閉弁作動を開始して所定時間(図6(e)中の符号B2参照)が経過した後に閉弁作動を終了する(図6(d)中の符号t8参照)。以上により、噴射停止作動を開始することに伴いリターン圧センサの検出値が下降(A6)してその下降が終了した時点t7から、所定時間(B2)が経過した時点(t8)が噴射終了時点であると言える。 When the control valve is operated to stop the injection from the nozzle hole in the stable state where the fuel pressure in the low pressure chamber is lowered again A5 as described above, the fuel pressure in the low pressure chamber is lowered again (see symbol A6), and the outlet is The fuel pressure drop (A6) in the low pressure chamber ends at the timing when the control valve is closed (see t7). Thereafter, the valve body starts the valve closing operation and ends the valve closing operation after a predetermined time (see symbol B2 in FIG. 6E) has elapsed (see symbol t8 in FIG. 6D). As described above, the time point (t8) when the predetermined time (B2) has elapsed from the time point t7 when the detection value of the return pressure sensor is lowered (A6) and the lowering is finished in accordance with the start of the injection stop operation is the time point when the injection is finished. It can be said that.
第11の発明では、前記所定時間を、検出された前記噴射開始時点から前記フルリフト時点までの立ち上がり所要時間に応じて可変設定することを特徴とする。ここで、燃料噴射弁の経年劣化の度合いに応じて、上記立ち上がり所要時間が変化することを本発明者らは見出した。この点を鑑みた上記第11の発明によれば、噴射終了時点の検出に用いる所定時間を、立ち上がり所要時間に応じて可変設定するので、噴射終了時点を高精度で検出できる。 In an eleventh aspect of the invention, the predetermined time is variably set according to a required rise time from the detected injection start time to the full lift time. Here, the present inventors have found that the required rise time varies depending on the degree of deterioration of the fuel injection valve over time. According to the eleventh aspect in view of this point, since the predetermined time used for detecting the injection end time is variably set according to the required rise time, the injection end time can be detected with high accuracy.
さらに本発明者らは、燃料噴射弁に供給される高圧燃料の圧力に応じて上記立ち上がり所要時間が変化することを見出した。この点を鑑みた上記第12の発明によれば、噴射終了時点の検出に用いる所定時間を、高圧側センサの検出値に応じて可変設定するので、噴射終了時点を高精度で検出できる。なお、上記可変設定に用いる高圧側センサの検出値は、噴射開始時点以前における検出値であることが望ましい。 Furthermore, the present inventors have found that the required rise time varies depending on the pressure of the high-pressure fuel supplied to the fuel injection valve. According to the twelfth aspect in view of this point, since the predetermined time used for detecting the injection end point is variably set according to the detection value of the high-pressure side sensor, the injection end point can be detected with high accuracy. The detection value of the high-pressure side sensor used for the variable setting is preferably a detection value before the injection start time.
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
先ず、本実施形態に係る燃料噴射システムが搭載されるエンジン(内燃機関)の概略について、簡単に説明する。
(First embodiment)
First, an outline of an engine (internal combustion engine) on which the fuel injection system according to the present embodiment is mounted will be briefly described.
本実施形態では、4輪自動車用ディーゼルエンジンを対象にしており、燃焼室に直接的に高圧燃料(例えば噴射圧力「1000気圧」以上の軽油)を噴射供給(直噴供給)する方式のエンジンである。また、当該エンジンは、多気筒(例えば直列4気筒)の4ストローク、レシプロ式ディーゼルエンジンを想定しており、4つのシリンダ#1〜#4について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクルが「720°CA」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「180°CA」ずらしてシリンダ#1,#3,#4,#2の順に逐次実行される。
In this embodiment, a diesel engine for a four-wheeled vehicle is targeted, and an engine of a system in which high pressure fuel (for example, light oil having an injection pressure of “1000 atm” or more) is directly supplied to the combustion chamber by injection (direct injection supply). is there. Further, the engine is assumed to be a multi-cylinder (for example, in-line four-cylinder) four-stroke, reciprocating diesel engine, and four
次に、エンジンの燃料系について図1〜図4を用いて説明する。 Next, the fuel system of the engine will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態に係るコモンレール式燃料噴射システムの構成図である。このシステムに備えられたECU30(電子制御ユニット)は、吸入調整弁11cに対する電流供給量を調整して燃料ポンプ11の燃料吐出量を所望の値に制御することで、コモンレール12(蓄圧容器)内の燃料圧力(レール圧センサ13にて測定される時々の燃料圧力)を目標値(目標燃圧)にフィードバック制御(例えばPID制御)している。そして、その燃料圧力に基づいて、対象エンジンの所定シリンダに対する燃料噴射量、ひいては同エンジンの出力(出力軸の回転速度やトルク)を所望の大きさに制御している。
FIG. 1 is a configuration diagram of a common rail fuel injection system according to the present embodiment. The ECU 30 (electronic control unit) provided in this system adjusts the amount of current supplied to the intake regulating valve 11c and controls the fuel discharge amount of the
燃料供給系を構成する諸々の装置は、燃料上流側から、燃料タンク10、燃料ポンプ11、コモンレール12、及びインジェクタ20(燃料噴射弁)の順に配設されている。燃料ポンプ11は、対象エンジンの出力によって駆動される高圧ポンプ11a及び低圧ポンプ11bを有し、低圧ポンプ11bによって上記燃料タンク10から汲み上げられた燃料を、高圧ポンプ11aにて加圧して吐出するように構成されている。そして、高圧ポンプ11aに送られる燃料圧送量、ひいては燃料ポンプ11の燃料吐出量は、燃料ポンプ11の燃料吸入側に設けられた吸入調整弁(SCV:Suction Control Valve)11cによって調量される。すなわち、この燃料ポンプ11では、吸入調整弁11cの駆動電流量(ひいては弁開度)を調整することで、同ポンプ11からの燃料吐出量を所望の値に制御する。
Various devices constituting the fuel supply system are arranged in order of the
低圧ポンプ11bは、例えばトロコイド式のフィードポンプとして構成されている。これに対し高圧ポンプ11aは、例えばプランジャポンプからなり、図示しない偏心カムにてプランジャを軸方向に往復動させることにより加圧室に送られた燃料を逐次所定のタイミングで圧送するように構成されている。
The
燃料タンク10の燃料は、燃料ポンプ11によりコモンレール12へ加圧供給(圧送)された後、高圧状態でコモンレール12に蓄えられる。その後、シリンダ毎に設けられた高圧配管14を通じて、各シリンダ#1〜#4のインジェクタ20へそれぞれ分配供給される。これらインジェクタ20(#1)〜(#4)に供給された燃料の余剰分は、低圧配管15及び集合配管16を通じて燃料タンク10へ戻される。なお、低圧配管15はシリンダ毎の各インジェクタ20に接続され、各々の低圧配管15を流通する低圧燃料は、集合配管16にて集合された後、燃料タンク10へ流れる。
The fuel in the
図2に、上記インジェクタ20の詳細構造を示す。なお、上記4つのインジェクタ20(#1)〜(#4)は基本的には同様の構造(例えば図2に示す構造)となっている。いずれのインジェクタ20も、燃焼用のエンジン燃料(燃料タンク10内の燃料)を利用した油圧駆動式の燃料噴射弁であり、燃料噴射に際しての駆動動力の伝達が、制御室Cd内の燃料を介して行われる。同図2に示されるように、このインジェクタ20は、非通電時に閉弁状態となるノーマリクローズ型の燃料噴射弁として構成されている。
FIG. 2 shows a detailed structure of the
インジェクタ20のボディー21に形成された燃料供給口21aには、高圧配管14が接続されており、コモンレール12から送られてくる高圧燃料が流入する。燃料供給口21aから流入した高圧燃料の一部は、ボディー21内部に形成された制御室Cdに流入し、他の燃料は、ボディー21内部に形成された高圧通路21bを通じて噴孔21cに向けて流れる。制御室Cdには制御弁22により開閉される流出口21dが形成されており、制御弁22により流出口21dが開放されると、制御室Cdの燃料は、流出口21dから低圧室21eに流出し、低圧室21eから燃料排出口21fを通じて低圧配管15へ排出され、集合配管16を通じて燃料タンク10へ戻される。なお、前記流出口21d、及び高圧通路21bから制御室Cdへの流入口には、オリフィスが形成されている。
A high-
ボディー21内部には、コマンドピストン23及びノズルニードル24(弁体)が、軸方向(図2の上下方向)に摺動可能に収容されている。コマンドピストン23の一端は、制御室Cdの燃圧により噴孔21c側(閉弁側)に付勢され、コマンドピストン23の他端は、制御室Cdから分岐する低圧通路21g内の低圧燃料の圧力により反噴孔21c側(開弁側)に付勢される。
A
ボディー21に形成されたシート部21hにノズルニードル24が着座して、高圧通路21bが閉ざされた状態(噴射停止状態)においては、ノズルニードル24の一端は、コマンドピストン23の作動力、スプリング25(コイルばね)の弾性力、及び低圧通路21g内の低圧燃料の圧力により噴孔21c側(閉弁側)に付勢されている。ノズルニードル24の他端は、高圧通路21b内の高圧燃料の圧力により反噴孔21c側(開弁側)に付勢されている。
In a state where the
このインジェクタ20の燃料噴射に際しては、二方電磁弁を構成するソレノイド26を通電状態にする。すると制御弁22は、スプリング27の弾性力に抗して、制御室Cdの流出口21dを開けるように作動する。すると、制御室Cd内の燃料圧力(以下、制御圧と呼ぶ)が低下することに起因して、コマンドピストン23とともにノズルニードル24は開作動するようリフトアップして、シート部21hからノズルニードル24が離座する。これにより、高圧通路21b内の高圧燃料が噴孔21cから噴射されることとなる。
When fuel is injected from the
要するに、上記制御室Cdの増圧処理は、燃料供給口21aからの高圧燃料の供給によって行われる。他方、制御室Cdの減圧処理は、ソレノイド26への通電により制御弁22を作動させて流出口21dを開放させることによって行われる。つまり、制御室Cd内の燃料圧力を制御弁22の開閉作動により調整することで、噴孔21cを開閉するノズルニードル24の作動が制御される。
In short, the pressure increasing process in the control chamber Cd is performed by supplying high-pressure fuel from the
なお、ノズルニードル24の駆動制御は、オンオフ制御を通じて行われる。すなわち、ノズルニードル24の駆動部(上記二方電磁弁)には、ECU30からオンオフを指令するパルス信号(通電信号)が送られる。そして、パルスオン(又はオフ)によりノズルニードル24がリフトアップして噴孔21cが開放され、パルスオフ(又はオン)によりリフトダウンして噴孔21cが閉塞される。
The drive control of the
インジェクタ20には、制御室Cdの流出口21dから排出された低圧燃料の圧力を検出するリターン圧センサ28(図1も併せ参照)が取り付けられている。具体的には、リターン圧センサ28は低圧室21eに取り付けられ、低圧室21eの燃圧を検出する。このように流出口21dと連通する低圧室21eにリターン圧センサ28を取り付けることで、流出口21dから排出される低圧燃料の随時の圧力検出が可能とされている。
A return pressure sensor 28 (see also FIG. 1) for detecting the pressure of the low-pressure fuel discharged from the
リターン圧センサ28は、複数のインジェクタ20(#1)〜(#4)の各々に対して設けられている。そして、これらリターン圧センサ28の出力に基づいて、所定気筒の噴射について、インジェクタ20の噴射動作に伴い生じる低圧燃料の圧力変動波形を、高い精度で検出することができるようになっている(詳しくは後述)。なお、リターン圧センサ28の具体例として、燃圧を受けて弾性変形するステム部材と、ステム部材に貼り付けられた歪ゲージとから構成することが挙げられる。
The
リターン圧センサ28に接続された図示しないハーネスは、ボディー21に形成された取出口21iを通じてボディー21の外部に取り出され、ECU30に接続されている。このハーネスを通じて、リターン圧センサ28により検出された信号はECU30に入力される。低圧室21eの低圧燃料が取出口21iを通じて外部に漏れ出ることを防止するために、リターン圧センサ28と取出口21iとの間はシールされている。
A harness (not shown) connected to the
当該シールの具体例を挙げると、燃圧を検出するセンシング素子と、そのセンシング素子を収容するハウジングとからリターン圧センサ28を構成した場合において、ハウジングとボディー21との間にシール部材を介在させることで前記シールを実現させてもよいし、ハウジングをボディー21に所定圧力で面接触させることにより前記シールを実現させてもよい。
As a specific example of the seal, when the
ECU30に搭載されるマイクロコンピュータ(マイコン)は、各種の演算を行うCPU、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM、プログラムメモリとしてのROM、データ保存用メモリとしてのEEPROM、バックアップRAM(ECU30の主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ)等を備えて構成されている。そして、ROMには、当該燃料噴射制御に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ(例えばEEPROM)には、対象エンジンの設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。
A microcomputer (microcomputer) mounted on the
また、ECU30は、クランク角センサ42(図1参照)から入力される検出信号に基づき、対象エンジンの出力軸(クランク軸41)の回転角度位置や回転速度(エンジン回転速度NE)を算出する。また、アクセルセンサ44から入力される検出信号に基づき、運転者によるアクセルペダルの操作量(踏込み量)が算出される。ECU30は、前記各種センサ42,44及び後述する各種センサの検出信号に基づいて対象エンジンの運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記吸入調整弁11cやインジェクタ20等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジンに係る各種の制御を行っている。
Further, the
次に、ECU30が実行する燃料系の制御についての概略を説明する。
Next, an outline of fuel system control executed by the
ECU30のマイコンは、時々のエンジン運転状態(例えばエンジン回転速度NE)や運転者によるアクセルペダルの操作量等に応じて燃料噴射量を算出し、所望の噴射開始時期に同期して、その燃料噴射量での燃料噴射を指示する噴射制御信号(噴射指令信号)を上記インジェクタ20へ出力する。当該噴射制御信号に応じた駆動量(例えば開弁時間)でインジェクタ20が作動することにより、対象エンジンの出力トルクが目標値へ制御されることになる。
The microcomputer of the
以下、図3を参照して、上記燃料系制御の基本的な処理手順について説明する。なお、この図3の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばECU30に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、図3の処理は、ECU30のROMに記憶されたプログラムにより実行される処理である。
Hereinafter, a basic processing procedure of the fuel system control will be described with reference to FIG. Note that the values of various parameters used in the processing of FIG. 3 are stored as needed in a storage device such as a RAM, EEPROM, or backup RAM mounted in the
同図3に示すように、この一連の処理においては、まずステップS11で、所定のパラメータ、例えばその時のエンジン回転速度NE(クランク角センサ42による実測値)及び供給燃料圧力(レール圧センサ13による実測値)、さらには運転者によるその時のアクセル操作量(アクセルセンサ44による実測値)等を読み込む。 As shown in FIG. 3, in this series of processing, first, in step S11, predetermined parameters, for example, the engine speed NE at that time (actual value measured by the crank angle sensor 42) and the supply fuel pressure (based on the rail pressure sensor 13). (Actually measured value), and further, the accelerator operation amount (actually measured value by the accelerator sensor 44) at that time by the driver is read.
続くステップS12では、上記ステップS11で読み込んだ各種パラメータに基づいて噴射パターンを設定する。例えば単段噴射の場合にはその噴射の噴射量Q(噴射時間)が、また多段噴射の噴射パターンの場合にはトルクに寄与する各噴射の総噴射量Q(総噴射時間)が、それぞれ上記出力軸(クランク軸41)に生成すべきトルク(アクセル操作量等から算出される要求トルク、いわばその時のエンジン負荷に相当)に応じて可変設定される。 In subsequent step S12, an injection pattern is set based on the various parameters read in step S11. For example, in the case of single-stage injection, the injection amount Q (injection time) of the injection, and in the case of the injection pattern of multi-stage injection, the total injection amount Q (total injection time) of each injection that contributes to torque is described above. It is variably set according to the torque to be generated on the output shaft (crankshaft 41) (required torque calculated from the accelerator operation amount or the like, which corresponds to the engine load at that time).
この噴射パターンは、例えば上記EEPROMに記憶保持された図4に示すマップM(噴射制御用マップ、数式でも可)に基づいて取得されるものであり、要求トルク及び良好なエミッション状態にすべく最適化されたパターンである。詳しくは、例えば予め上記所定パラメータ(ステップS11)の想定される範囲について試験により最適噴射パターン(適合値)を求め、その噴射制御用マップMに書き込んでおく。 This injection pattern is obtained based on, for example, the map M (injection control map, which may be a mathematical expression) shown in FIG. 4 stored and held in the above-mentioned EEPROM, and is optimal for achieving a required torque and a good emission state. Pattern. Specifically, for example, an optimum injection pattern (adapted value) is obtained in advance by testing for an assumed range of the predetermined parameter (step S11), and is written in the injection control map M.
この噴射パターンは、例えば噴射段数(1燃焼サイクル中の噴射回数)、並びにそれら各噴射の噴射開始時期及び噴射時間(噴射量に相当)等のパラメータにより定められるものである。本実施形態にかかるマップMは、前述の総噴射量Q及びエンジン回転速度NEと噴射パターンとの関係を定めるものであり、各シリンダ#1〜#4のインジェクタ20毎に設けられている。ちなみに、エンジン冷却水温等、他のパラメータ毎にマップMを設けるようにしてもよい。
This injection pattern is determined by parameters such as the number of injection stages (the number of injections in one combustion cycle) and the injection start timing and injection time (corresponding to the injection amount) of each injection. The map M according to the present embodiment defines the relationship between the total injection amount Q and the engine rotation speed NE and the injection pattern, and is provided for each
そして、このような噴射制御用マップMを用いて取得した噴射パターンに基づいて、上記インジェクタ20に対する指令値(噴射指令信号)が設定されることになる。これにより、車両の状況等に応じて、前述した多段噴射におけるパイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等が、適宜メイン噴射と共に実行されることになる。
A command value (injection command signal) for the
また、この噴射制御用マップMで取得された噴射パターンを、別途更新されている補正係数(例えばECU30内のEEPROMに記憶)に基づいて補正する(例えば「設定値=マップ上の値/補正係数」なる演算を行う)ことで、その時に噴射すべき噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応した上記インジェクタ20に対する噴射指令信号を得る。補正係数は、別途の処理により内燃機関の運転中に逐次更新されている。
Further, the injection pattern acquired in this injection control map M is corrected based on a separately updated correction coefficient (for example, stored in the EEPROM in the ECU 30) (for example, “set value = value on the map / correction coefficient”). To obtain an injection command signal for the
こうして設定された噴射パターン、ひいてはその噴射パターンに対応する指令値(噴射指令信号)は、続くステップS13で使用される。すなわち、同ステップS13では、その指令値をインジェクタ20へ出力して、同インジェクタ20の駆動を制御する。そして、このインジェクタ20の駆動制御をもって、図3の一連の処理を終了する。
The injection pattern thus set, and thus the command value (injection command signal) corresponding to the injection pattern, is used in the subsequent step S13. That is, in step S13, the command value is output to the
ところで、噴射指令信号に対する実際の噴射状態(例えば、噴射量、噴射開始時期及び噴射終了時期等)は、インジェクタ20の経年劣化により変化する。そこで本実施形態では、噴射に伴い低圧燃料の圧力が変動することに着目し、リターン圧センサ28の検出値の挙動に基づき実際の噴射状態を検出する。そして、上述した噴射制御用マップMに記憶されたデータ(噴射パターン)を、検出した噴射状態に近づけるように修正することによる学習を行っている。
By the way, the actual injection state (for example, the injection amount, the injection start timing, the injection end timing, etc.) with respect to the injection command signal changes due to the deterioration of the
以下、リターン圧センサ28の検出値に基づき実際の噴射状態を検出する処理手順を、図5及び図6を用いて説明する。なお、図5の処理は、例えば所定周期(例えばマイコンの演算周期)又は所定クランク角毎にECU30のマイコンにより繰り返し実行される。また、図6は、1回の開弁噴射に伴い生じる各種変化を示すシミュレーション結果であり、(a)はリターン圧センサ28の検出値(低圧室21eのリーク圧)、(b)は上記ステップS13にてインジェクタ20に出力される噴射指令信号、(c)は制御弁22のリフト量、(d)はノズルニードル24のリフト量、(e)は噴孔21cから噴射される燃料の噴射率(単位時間当りの噴射量)、をそれぞれ示し、横軸は経過時間を示す。
Hereinafter, the processing procedure for detecting the actual injection state based on the detection value of the
図6に示す一連の処理では、まずステップS21において、リターン圧センサ28の検出値を取り込む。この取り込み処理は複数のリターン圧センサ28の各々について実行される。以下、ステップS21の取り込み処理について、図6を用いて詳細に説明する。
In the series of processing shown in FIG. 6, first, in step S21, the detection value of the
図6(b)に示すように、噴射指令信号のパルスオンによりソレノイド26が作動して噴孔21cが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期t1により噴射開始が指令され、パルスオフ時期t5により噴射終了が指令される。よって、噴射指令信号のパルスオン期間(噴射指令期間)により噴孔21cの開弁時間Tqを制御することで、噴射量Qを制御している。
As shown in FIG. 6 (b), the
そして、ECU30は、図5の処理とは別のサブルーチン処理により、リターン圧センサ28の検出値を検出しており、そのサブルーチン処理ではリターン圧センサ28の検出値を、該センサ出力で圧力変動波形の軌跡(図6(a)にて例示される軌跡)が描かれる程度に短い間隔(図5の処理周期よりも短い間隔)にて逐次取得している。具体的には、50μsecよりも短い間隔(より望ましくは20μsec)でセンサ出力を逐次取得する。
Then, the
続くステップS22(噴射状態検出手段)では、ステップS21にて取得した検出値の変動波形から、以下に説明する下降ピーク時点t3、下降開始時点t4及び下降終了時点t7が現れるタイミングを検出する。以下、これらの時点t3、t4、t7が現れるタイミングと、制御弁22のリフト量、ノズルニードル24のリフト量及び噴射率との相関を、図6を用いて説明する。
In the subsequent step S22 (injection state detection means), the timing at which a descending peak time point t3, a descending start time point t4 and a descending end time point t7 described below appear is detected from the fluctuation waveform of the detected value acquired in step S21. Hereinafter, the correlation between the timing at which these times t3, t4, and t7 appear and the lift amount of the
<下降ピーク時点t3と噴射開始時点t3との相関について>
先ず、噴射指令信号のパルスオン(符号t1参照)に伴い、制御弁22がリフトアップを開始する。すると、制御室Cdの燃料が流出口21dから低圧室21eへの流出を開始し、その流出に伴い低圧室21eの燃圧(リーク圧)が上昇する(符号A1参照)。その後、変動波形には1回目の上昇ピークt2が現れる。つまり、制御室Cdの燃料が所定量流出すると、制御室Cdの燃圧は低下し始め、その低下に伴い低圧室21eの燃圧も徐々に低下する(符号A2参照)。
<Correlation between descent peak time t3 and injection start time t3>
First, as the injection command signal is turned on (see t1), the
その後、制御室Cdの燃圧が低下することによりノズルニードル24が開弁作動を開始すると(図6(d)中の符号t3参照)、その開弁作動力により制御室Cdの燃料が流出口21dから押し出され、その結果、低圧室21eの燃圧が再び上昇することとなる(符号A3参照)。つまり、ノズルニードル24が開弁作動を開始したタイミングt3で、低圧室21eの燃圧は再上昇(A3参照)する。以上により、噴射指令信号のパルスオンの後、変動波形に1回目の上昇ピークt2が現れた後、下降ピークに達した時点t3(つまり再上昇A3の開始時点)が噴射開始時点であると言える。
Thereafter, when the fuel pressure in the control chamber Cd decreases and the
<下降開始時点t4とフルリフト時点t4との相関について>
上述の如く制御室Cdの燃料が押し出される際には、押し出される初期には変動波形(低圧室21eの燃圧)は脈動しながら再上昇(A3参照)するものの、押し出される後期には変動波形は安定する(符号A4参照)。その後、図6(d)中の符号t4に示すようにノズルニードル24の開弁作動量が最大(フルリフト)になると、制御室Cdの燃料は押し出されることがなくなるため、低圧室21eの燃圧は再度下降する(符号A5参照)。以上により、変動波形中に2回目の上昇(A3参照)が現れた後安定(A4参照)した状態において、再度下降を開始する時点t4(つまり再下降A5の開始時点)が、ノズルニードル24のリフト量が最大に達した時点(フルリフト時点)であると言える。
<Correlation between descent start time t4 and full lift time t4>
As described above, when the fuel in the control chamber Cd is pushed out, the fluctuation waveform (fuel pressure in the
<下降終了時点t7と噴射終了時点t8との相関について>
上述の如く低圧室21eの燃圧が再下降A5して安定した状態において、噴射指令信号をパルスオフ(図6(b)中の符号t5参照)させると、制御弁22がリフトダウン(閉弁作動)を開始する(符号t6参照)。すると、制御弁22のリフトダウン作動に伴い低圧室21eの燃圧は再下降し(符号A6参照)、流出口21dが制御弁22により閉ざされたタイミングで低圧室21eの燃圧下降(A6参照)は終了する(符号t7参照)。その後ノズルニードル24は、リフトダウン作動(閉弁作動)を開始して所定時間(図6(e)中の符号B2参照)が経過した後にシート部21hに着座して、閉弁作動を終了する(図6(d)中の符号t8参照)。以上により、噴射指令信号をパルスオフさせることに伴い変動波形が下降(A6)して、その下降の終了が現れた時点t7(つまり噴射開始前のリターン圧に戻った時点)から、所定時間(B2)が経過した時点t8が噴射終了時点であると言える。
<Correlation between descent end time t7 and injection end time t8>
As described above, when the fuel pressure in the low-
図5の説明に戻り、先述のステップS22に続くステップS23において、以下に説明する噴射状態検出用マップを用いて、ステップS22にて検出した下降ピーク時点t3及び下降終了時点t7に基づき噴射開始時点t3及び噴射終了時点t8を算出する。上記ROM及びEEPROM等には、噴射状態検出用マップが記憶されている。当該マップは、下降ピーク時点t3及び下降終了時点t7と、噴射開始時点t3及び噴射終了時点t8との関係が記憶されている。なお、当該マップは、レール圧センサ13(高圧側センサ)により検出されたレール圧や燃料温度等の各種パラメータ毎に設けるようにしてもよい。 Returning to the description of FIG. 5, in step S23 following step S22 described above, the injection start time point is determined based on the descent peak time point t3 and the descent end time point t7 detected in step S22 using the injection state detection map described below. t3 and the injection end time t8 are calculated. An injection state detection map is stored in the ROM and EEPROM. The map stores the relationship between the descent peak time t3 and descent end time t7, and the injection start time t3 and injection end time t8. The map may be provided for each of various parameters such as rail pressure and fuel temperature detected by the rail pressure sensor 13 (high pressure side sensor).
続くステップS24では、ステップS23にて算出した噴射開始時点t3から、ステップS22にて検出したフルリフト時点t4までの、立ち上がり所要時間(図6(e)中の符号B4参照)を算出する。 In the following step S24, the required rise time (see symbol B4 in FIG. 6E) from the injection start time t3 calculated in step S23 to the full lift time t4 detected in step S22 is calculated.
ここで、インジェクタ20の経年劣化の度合いに応じて立ち上がり所要時間B4は変化する。そして、この経年劣化の度合いに応じて前記所定時間B2は変化する。そこで、続くステップS25では、ステップS24にて算出した立ち上がり所要時間B4に基づき、ステップS23にて算出した噴射終了時点t8を補正している。例えば、経年劣化が進行するにつれ、コマンドピストン23とボディー21とのクリアランスが磨耗により大きくなるので、立ち上がり所要時間B4は短くなり、かつ、所定時間B2は長くなる。よって、立ち上がり所要時間B4が短いほど、所定時間B2を長くするよう補正する。つまり、ステップS23にて算出した噴射終了時点t8を遅くするよう補正することが、補正の具体例として挙げられる。
Here, the required rise time B4 changes in accordance with the degree of deterioration of the
また、立ち上がり所要時間B4が同じであってもその時のレール圧に応じて、所定時間B2は変化する。この点を鑑みステップS25では、立ち上がり所要時間B4を検出した時のレール圧に応じて、経年劣化の度合い判定を変化させ、噴射終了時点t8の補正量を変化させている。 Even if the required rise time B4 is the same, the predetermined time B2 changes according to the rail pressure at that time. In view of this point, in step S25, the determination of the degree of aging deterioration is changed according to the rail pressure when the required rise time B4 is detected, and the correction amount at the injection end time t8 is changed.
続くステップS26(噴射量算出手段)では、ステップS23にて算出した噴射開始時点t3、ステップS25にて補正した噴射終了時点t8及びレール圧に基づき、噴射指令信号の1回のパルスオン/オフに伴い噴射された燃料の噴射量を算出する。つまり、噴射量は、噴射期間B3が長いほど、かつ、レール圧が高いほど多くなる。そして、噴射期間B3(B3=B1+B2)は、噴射開始時点t3及び噴射終了時点t8により特定できるので、これら両時点t3,t8及びレール圧に基づき噴射量を算出することができる。なお、両時点t3,t8及びレール圧と噴射量との関係をマップとして予め記憶させ、当該マップを用いて噴射量を算出するようにしてもよいし、予め記憶された算出式を用いて噴射量を算出するようにしてもよい。 In subsequent step S26 (injection amount calculating means), the injection command signal is turned on / off once based on the injection start time t3 calculated in step S23, the injection end time t8 corrected in step S25, and the rail pressure. An injection amount of the injected fuel is calculated. That is, the injection amount increases as the injection period B3 is longer and the rail pressure is higher. Since the injection period B3 (B3 = B1 + B2) can be specified by the injection start time t3 and the injection end time t8, the injection amount can be calculated based on both the time points t3 and t8 and the rail pressure. It should be noted that the relationship between both time points t3 and t8 and the rail pressure and the injection amount may be stored in advance as a map, and the injection amount may be calculated using the map, or the injection may be performed using a pre-stored calculation formula. The amount may be calculated.
以上により、図5の一連の処理が終了し、ステップS22にて検出された噴射開始時点t3、ステップS25にて算出された噴射終了時点t8、及びステップS26にて算出された噴射量に基づき、図3のステップS12で用いる先述の噴射制御用マップの更新(学習)等に用いられる。 With the above, the series of processes in FIG. 5 is completed, and based on the injection start time t3 detected in step S22, the injection end time t8 calculated in step S25, and the injection amount calculated in step S26, This is used for updating (learning) the above-described injection control map used in step S12 of FIG.
なお、ステップS23〜S25に替えて、以下に説明するマップを用いて噴射量を算出するようにしてもよい。例えば、ステップS22にて検出された下降ピーク時点t3、下降開始時点t4及び下降終了時点t7と、噴射開始時点、噴射終了時点及び噴射量との関係を特定するマップを予め記憶させ、当該マップを用いて、下降ピーク時点t3、下降開始時点t4及び下降終了時点t7に基づき噴射開始時点、噴射終了時点及び噴射量を算出するようにしてもよい。 Note that the injection amount may be calculated using a map described below instead of steps S23 to S25. For example, a map that specifies the relationship between the descent peak time t3, descent start time t4 and descent end time t7 detected in step S22, and the injection start time, injection end time, and injection amount is stored in advance. The injection start time, the injection end time, and the injection amount may be calculated based on the descending peak time t3, the descending start time t4, and the descending end time t7.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)低圧室21eにリターン圧センサ28を配置しており、低圧燃料の圧力の変動波形に基づき、実際の噴射開始時点、噴射終了時点及び噴射量を検出するので、高圧燃料の変動波形に基づき検出する場合に比べて、リターン圧センサ28と取出口21iとの間はシールに関し、高い耐圧シール性を不要にできる。よって、リターン圧センサ28の取り付け部分における燃料漏れのおそれを抑制できる、或いは、耐圧シール性の低い安価なシール構造を採用することができる。
(1) The
(2)低圧経路の燃圧を検出するリターン圧センサ28をインジェクタ20に取り付けている。そのため、リターン圧センサ28を集合配管16に配置した場合に懸念される以下の不具合を回避できる。すなわち、検出対象となるインジェクタ20で生じた低圧燃料の圧力変動に、他インジェクタ20で生じた燃圧変動が干渉するといった不具合を回避できる。また、噴射に伴い生じた低圧燃料の圧力変動が低圧配管15中にて減衰した状態の燃圧を検出するといった不具合を回避できる。以上により、本実施形態によれば、実際の噴射開始時点、噴射終了時点及び噴射量を精度良く検出できる。
(2) A
(3)リターン圧センサ28を、インジェクタ20内部のうち低圧室21eに取り付けている。そのため、低圧室21eの下流側に位置する低圧通路21gや燃料排出口21f等にリターン圧センサ28を取り付ける場合に比べて、上述した減衰がより一層少ない状態の燃圧を検出することができる。よって、実際の噴射開始時点、噴射終了時点及び噴射量を精度良く検出できる。
(3) The
(4)リターン圧センサ28による変動波形からフルリフト時点t4を検出することにより、立ち上がり所要時間B4を算出して取得することができる。そして、インジェクタ20の経年劣化と相関の高い立ち上がり所要時間B4に応じて噴射終了時点t8を補正するので、実際の噴射終了時点t8及び噴射量を精度良く検出できる。
(4) By detecting the full lift time t4 from the fluctuation waveform by the
(5)噴射期間B3に加えレール圧に基づき噴射量を算出するので、噴射量を精度良く算出できる。なお、リーク圧とレール圧とは相関があり、レール圧が高いほどリーク圧も高くなるので、噴射期間B3及びリーク圧に基づき噴射量を算出するようにしてもよい。この場合、レール圧センサ13を廃止することも可能である。このように噴射量の算出に用いるリーク圧には、以下の時点におけるリーク圧を用いることが具体例として挙げられる。すなわち、上昇ピーク時点t2、制御室Cdの燃料が押し出される後期にて安定した期間中(A4参照)、下降開始時点t4、噴射指令信号をパルスオフさせた時点t5、及び、制御弁22がリフトダウンを開始した時点t6等が挙げられる。
(5) Since the injection amount is calculated based on the rail pressure in addition to the injection period B3, the injection amount can be calculated with high accuracy. Note that there is a correlation between the leak pressure and the rail pressure, and the higher the rail pressure, the higher the leak pressure. Therefore, the injection amount may be calculated based on the injection period B3 and the leak pressure. In this case, the
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、低圧経路のうち流出口21dと連通する部分を低圧室21eとしているのに対し、図2に示す本実施形態では、流出口21dと連通する部分を中間背圧室210eとし、中間背圧室210eと低圧室21eとの連通路にオリフィス21jを形成している。要するに、低圧経路のうちリーク圧センサ28の下流側部分にオリフィス21jを設けている。このオリフィス21jの作用により、制御弁22をリフトアップ作動させた直後における中間背圧室210eの燃圧は、制御室Cdの燃圧と低圧通路21gの燃圧との中間値となる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the portion communicating with the
そのため、流出口21dから燃料が流出する際に生じる流出口21dでのキャビテーションを低減できる。よって、リーク圧センサ28の検出値に含まれるキャビテーションによるノイズを低減できるので、燃圧変動に基づき実際の噴射状態を検出するにあたり、その検出精度を向上できる。但し、このようなオリフィス21jを設けていない上記第1実施形態によれば、僅かな燃圧変動をも検出できるので、高感度で検出された燃圧変動を取得できる。
Therefore, cavitation at the
(他の実施形態)
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The above embodiments may be implemented with the following modifications. Further, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and the characteristic configurations of the respective embodiments may be arbitrarily combined.
・上記実施形態では、リーク圧センサ28により検出された燃圧変動(図6(a)参照)から、下降ピーク時点t3、下降開始時点t4、及び下降終了時点t7を噴射状態として検出し、噴射開始時点、噴射終了時点及び噴射量を算出しているが、噴射状態を示す他の値として、最大噴射率到達時点、噴射率降下開始時点、噴射率の上昇率、噴射率の下降率及び最大噴射率等が挙げられる。 In the above embodiment, from the fluctuation in fuel pressure detected by the leak pressure sensor 28 (see FIG. 6A), the descent peak time t3, the descent start time t4, and the descent end time t7 are detected as the injection state, and the injection starts. The time point, the end point of injection, and the injection amount are calculated, but other values indicating the injection state include the maximum injection rate arrival point, the injection rate drop start point, the injection rate increase rate, the injection rate decrease rate, and the maximum injection rate. Rate.
・リーク圧センサ28により検出された燃圧変動(図6(a)参照)に基づき、噴射率の変動(図6(e)参照)を算出する噴射率算出手段を備えるようにしてもよい。例えば、下降ピーク時点t3、下降開始時点t4、下降終了時点t7及びレール圧等に基づき、噴射率変動を算出することが挙げられる。
An injection rate calculation unit that calculates the injection rate variation (see FIG. 6E) based on the fuel pressure variation (see FIG. 6A) detected by the
・立ち上がり所要時間B4に基づき、インジェクタ20の経年劣化度合いを推定する経年劣化推定手段を備えるようにしてもよい。
-You may make it provide the aged deterioration estimation means which estimates the aged deterioration degree of the
・上記第1実施形態ではリーク圧センサ28を低圧室21eに配置しているが、本発明はこのような配置に限らず低圧経路への配置であればよい。例えば、低圧通路21g、燃料排出口21f、低圧配管15、及び集合配管16等に配置することが挙げられる。なお、図1に示す例では、低圧通路21gを拡大して形成された低圧室21e、低圧通路21g、燃料排出口21f、低圧配管15、及び集合配管16が、特許請求の範囲に記載の「リターン経路」に相当する。
In the first embodiment, the
・図2に例示した電磁駆動式のインジェクタ20に替えて、ピエゾ駆動式のインジェクタを用いるようにしてもよい。
A piezo drive injector may be used instead of the
・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば、上記実施形態ではディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について言及したが、例えば火花点火式のガソリンエンジン(特に直噴エンジン)等についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射システムでは、燃料(ガソリン)を高圧状態で蓄えるデリバリパイプを備えており、このデリバリパイプに対して燃料ポンプから燃料が圧送されるとともに、同デリバリパイプ内の高圧燃料が複数のインジェクタ20に分配され、エンジン燃焼室内に噴射供給される。また、単気筒エンジンに本発明を適用してもよい。
-The type and system configuration of the engine to be controlled can be changed as appropriate according to the application. For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a diesel engine has been described. However, for example, the present invention can be basically applied to a spark ignition type gasoline engine (particularly a direct injection engine). it can. The fuel injection system of a direct injection gasoline engine is equipped with a delivery pipe that stores fuel (gasoline) in a high-pressure state. Fuel is pumped from the fuel pump to the delivery pipe, and the high-pressure fuel in the delivery pipe is The fuel is distributed to a plurality of
10…燃料タンク、13…レール圧センサ(高圧側センサ)、15…低圧配管(リターン経路)、16…集合配管(リターン経路)、20…インジェクタ(燃料噴射弁)、21…ボディー、21b…高圧通路、21c…噴孔、21d…流出口、21e…低圧室(リターン経路)、210e…中間背圧室(リターン経路)、21f…燃料排出口(リターン経路)、21g…低圧通路(リターン経路)、22…制御弁、24…ノズルニードル(弁体)、28…リターン圧センサ、Cd…制御室、S22…噴射状態検出手段、S26…噴射量算出手段。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記燃料噴射弁に接続され、前記低圧通路内の低圧燃料を燃料タンクに戻す低圧配管と、
を備える燃料噴射システムにおいて、
前記低圧通路及び前記低圧配管を経由して前記燃料タンクに至るまでのリターン経路に配置され、前記リターン経路中の低圧燃料の圧力を検出するリターン圧センサと、
前記リターン圧センサの検出値の挙動に基づき、前記噴孔から噴射される燃料の噴射状態を検出する噴射状態検出手段と、
前記ボディー内部に形成され、前記高圧通路の高圧燃料の一部を流入させて、流入した高圧燃料の圧力により前記弁体を閉弁方向に付勢させる制御室と、
前記制御室に形成され、前記制御室の燃料を前記リターン経路に流出させる流出口と、
前記低圧通路の一部を拡大して形成された低圧室に配置され、前記流出口を開閉することで前記制御室の燃料圧力を制御して、前記制御室の燃料圧力を低下させることにより前記弁体に開弁作動を開始させる制御弁と、
を備え、
前記リターン圧センサを前記低圧室に取り付け、
前記噴射状態検出手段は、前記燃料噴射弁が前記弁体を開弁させるよう作動を開始した直後に、前記リターン圧センサの検出値が上昇して上昇ピークに達した後、下降して下降ピークに達した時点を検出し、その下降ピーク時点を、前記噴孔を前記弁体により開かせた場合における前記噴孔からの噴射開始時点として検出することを特徴とする燃料噴射システム。 A body formed with an injection hole for injecting fuel used for combustion of an internal combustion engine, a high-pressure passage formed inside the body and allowing high-pressure fuel to flow toward the injection hole, and a high-pressure passage formed inside the body A fuel injection valve having a low pressure passage for returning surplus fuel supplied to the fuel tank, and a valve body housed inside the body and opening and closing a portion near the injection hole in the high pressure passage;
A low pressure pipe connected to the fuel injection valve and returning low pressure fuel in the low pressure passage to a fuel tank;
A fuel injection system comprising:
A return pressure sensor that is disposed in a return path to the fuel tank via the low-pressure passage and the low-pressure pipe, and detects the pressure of the low-pressure fuel in the return path;
Injection state detecting means for detecting an injection state of fuel injected from the nozzle hole based on the behavior of the detection value of the return pressure sensor;
A control chamber formed inside the body, allowing a portion of the high-pressure fuel in the high-pressure passage to flow in, and biasing the valve body in a valve-closing direction by the pressure of the high-pressure fuel that has flowed in;
An outlet that is formed in the control chamber and allows the fuel in the control chamber to flow into the return path;
It is arranged in a low pressure chamber formed by enlarging a part of the low pressure passage, and controls the fuel pressure in the control chamber by opening and closing the outlet, thereby reducing the fuel pressure in the control chamber. A control valve for starting the valve opening operation of the valve body;
Equipped with a,
The return pressure sensor is attached to the low pressure chamber,
Immediately after the fuel injection valve starts operation to open the valve body, the injection state detection means decreases after the detection value of the return pressure sensor increases and reaches an increase peak, and then decreases and decreases. The fuel injection system is characterized in that a point in time when the injection hole is reached is detected and a descending peak time is detected as an injection start point when the injection hole is opened by the valve body .
検出された前記噴射開始時点及び前記噴射終了時点に基づき、前記弁体による1回の開弁に伴い噴射された燃料の噴射量を算出する噴射量算出手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射システム。 The injection state detection means detects at least the injection start time and the injection end time,
3. An injection amount calculating means for calculating an injection amount of fuel injected with one valve opening by the valve body based on the detected injection start time and injection end time. The fuel injection system described in 1.
前記噴射量算出手段は、検出された前記噴射開始時点及び前記噴射終了時点に加え、前記高圧側センサの検出値に基づき前記噴射量を算出することを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射システム。 A high-pressure side sensor for detecting the pressure of the high-pressure fuel;
The fuel injection according to claim 3 , wherein the injection amount calculation means calculates the injection amount based on a detected value of the high-pressure side sensor in addition to the detected injection start time and the injection end time. system.
前記所定時間を、検出された前記噴射開始時点から前記フルリフト時点までの立ち上がり所要時間に応じて可変設定することを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射システム。 The injection state detecting means detects at least a full lift time point at which the valve opening operation amount of the valve body is maximum,
The fuel injection system according to claim 6 , wherein the predetermined time is variably set according to a required rise time from the detected injection start time to the full lift time.
前記所定時間を、前記高圧側センサの検出値に応じて可変設定することを特徴とする請求項6又は7に記載の燃料噴射システム。 A high-pressure side sensor for detecting the pressure of the high-pressure fuel;
The fuel injection system according to claim 6 or 7 , wherein the predetermined time is variably set according to a detection value of the high-pressure side sensor.
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