JP5045773B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
請求項1に記載の発明は、昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系を備えたエンジンに適用されて、間隔をおいて実行される前段噴射および後段噴射を少なくとも含む多段噴射によって一回の燃焼サイクルにおける前記燃料噴射弁からの燃料噴射を行う燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁の開弁時における同燃料噴射弁内部の実燃料圧力の変化に伴い変化する燃料圧力を検出する燃圧検出手段、および、同燃圧検出手段によって検出された燃料圧力の変動態様に基づいて前記前段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同前段噴射の実行期間についての要求値と実値との偏差を算出する偏差算出手段、および、前記後段噴射の開始時期についての制御目標値と前記前段噴射および前記後段噴射の噴射インターバルについての制御目標値とを前記エンジンの運転状態に基づいて各別に設定するとともに、それら設定した各制御目標値と前記算出手段によって算出した偏差とに基づいて前記前段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する前段噴射設定手段を備え、前記前段噴射の実行に伴って発生する圧力脈動が前記後段噴射に影響を与えると判断された場合に、前記前段噴射が実行されたときの圧力脈動を相殺する波形を算出するとともに該波形と前記燃圧検出手段により検出される前記燃料圧力の波形とを合成し、該合成された波形に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形と、前記エンジンの運転状態に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形とのずれに基づいて前記後段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正することをその要旨とする。
以下、本発明を具体化した第1の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置について説明する。
同図1に示すように、エンジン10の気筒11には吸気通路12が接続されている。エンジン10の気筒11内には吸気通路12を介して空気が吸入される。なお、このエンジン10としては複数(本実施の形態では四つ[♯1〜♯4])の気筒11を有するディーゼルエンジンが採用されている。エンジン10には、気筒11毎に、同気筒11内に燃料を直接噴射する直噴タイプの燃料噴射弁20が取り付けられている。この燃料噴射弁20の開弁駆動によって噴射された燃料はエンジン10の気筒11内において圧縮加熱された吸入空気に触れて着火および燃焼する。そしてエンジン10では、気筒11内における燃料の燃焼に伴い発生するエネルギによってピストン13が押し下げられてクランクシャフト14が強制回転されるようになる。エンジン10の気筒11において燃焼した燃焼ガスは排気としてエンジン10の排気通路15に排出される。
図2に、燃料噴射弁20の断面構造を示す。
同図2に示すように、燃料噴射弁20のハウジング21の内部にはニードル弁22が設けられている。このニードル弁22はハウジング21の内部において往復移動(同図の上下方向に移動)することの可能な状態で設けられている。ハウジング21の内部には上記ニードル弁22を噴射孔23側(同図の下方側)に常時付勢するスプリング24が設けられている。またハウジング21の内部には、上記ニードル弁22を間に挟んで一方側(同図の下方側)の位置にノズル室25が形成されるとともに、他方側(同図の上方側)の位置に圧力室26が形成されている。
先ず、エンジン10の運転状態(具体的には、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NE)に基づいて、燃料噴射量についての制御目標値(目標燃料噴射量TQ)が算出されるとともに噴射パターンが選択される。その後、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて、このとき選択された噴射パターンの各噴射についての各種制御目標値が算出される。そして、それら制御目標値に応じたかたちで各燃料噴射弁20が各別に開弁駆動される。これにより、そのときどきのエンジン10の運転状態に適した噴射パターンで同運転状態に見合う量の燃料が各燃料噴射弁20から噴射されてエンジン10の各気筒11内に供給されるようになる。
図3に示すように、先ず、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいてメイン噴射の開始時期についての制御目標値(目標メイン噴射時期Tsm)とプレ噴射およびメイン噴射の噴射インターバルについての制御目標値(目標プレインターバルTip)が算出される。
プレ噴射を実行すると燃料噴射弁20の内部の燃料圧力が一時的に低下するために、この燃料圧力(詳しくは、燃料圧力PQ)の変動態様を監視することにより、前回のプレ噴射の実行時において同プレ噴射が実際に実行された期間を精度良く把握することができる。しかも、そのようにして把握される実際のプレ噴射の閉弁動作完了時期(実値)と各制御目標値により見込まれるプレ噴射の閉弁動作完了時期(要求値)とを比較することにより、それら閉弁動作完了時期の偏差を算出することもできる。
図4に、燃料圧力PQの時間波形と燃料噴射率の検出時間波形との関係を示す。
先ず、アクセル操作量ACCおよびエンジン回転速度NEなどといったエンジン10の運転状態に基づいて、メイン噴射における燃料噴射率の時間波形についての基本値(基本時間波形)が設定される。なお本実施の形態では、エンジン10の運転状態と同運転状態に適した基本時間波形との関係が実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて電子制御ユニット40に記憶されている。そして、電子制御ユニット40はそのときどきのエンジン10の運転状態に基づいて上記関係から基本時間波形の算出を行う。
同図5に示すように、上記基本時間波形としては、開弁動作開始時期Tosb、最大噴射率到達時期Toeb、噴射率降下開始時期Tcsb、閉弁動作完了時期Tceb、最大噴射率Rtbにより規定される台形の時間波形が設定される。そして、そうした基本時間波形と前記検出時間波形とが比較されるとともに、その比較結果に基づいてメイン噴射の開始時期の制御目標値(前記目標メイン噴射時期Tsm)を補正するための補正項Km1と同メイン噴射の実行時間の制御目標値(目標メイン噴射時間Ttm)を補正するための補正項Km2,Km3とがそれぞれ算出される。これら補正項Km1,Km2,Km3の算出は具体的には以下のように実行される。
図6に示すように、補正項Km3の算出に際しては先ず、基本時間波形と検出時間波形との間における燃料噴射率の変化速度の差が算出される。具体的には、開弁動作開始時期Tos(あるいはTosb)と最大噴射率到達時期Toe(あるいはToeb)とを繋ぐ線分の傾きの差ΔRupが燃料噴射率の上昇速度の差として算出される。また、噴射率降下開始時期Tcs(あるいはTcsb)と閉弁動作完了時期Tce(あるいはTcsb)とを繋ぐ線分の傾きの差ΔRdnが燃料噴射率の降下速度の差として算出される。本実施の形態では、それら差ΔRup,ΔRdnが基本時間波形および検出時間波形の面積差と相関の高い値として算出される。そして、補正項Km3としては、それら差ΔRup,ΔRdnと目標燃料噴射量TQとエンジン回転速度NEとに基づいて、上記基本時間波形の面積(詳しくは、同波形における燃料噴射率と燃料噴射率が「0」である線とによって囲まれる部分の面積)と検出時間波形の面積(同)との差を補償することの可能な値が算出される。
補正項Kp1←「記憶されている補正項Kp1」+仮値VR1×n
補正項Kp2←「記憶されている補正項Kp2」+仮値VR2×n
ただし、「n」は0<n<1
その後、目標燃料噴射量TQおよびエンジン回転速度NEに基づいて各補正項Kp1,Kp2が算出される(ステップS109)。そして、補正項Kp1を目標プレ噴射時期Tspに加算した値(=Tsp+Kp1)が最終的な目標プレ噴射時期Tspとして設定されるとともに、補正項Kp2を目標プレ噴射時間Ttpに加算した値(=Ttp+Kp2)が最終的な目標プレ噴射時間Ttpとして設定される(ステップS110)。
なお図10および図11は上記補正処理の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、それらフローチャートに示される一連の処理は所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット40により実行される。また、図10は前段噴射としてプレ噴射が実行されるとともに後段噴射としてメイン噴射が実行される場合にメイン噴射の実行期間についての制御目標値(目標メイン噴射時期Tsmおよび目標メイン噴射時間Ttm)を補正する処理の処理手順を示している。図11は前段噴射としてメイン噴射が実行されるとともに後段噴射としてアフター噴射が実行される場合にアフター噴射の実行期間についての制御目標値(目標アフター噴射時期TsaAおよび目標アフター噴射時間TtaA)を補正するための処理の処理手順を示している。
同図10に示すように、メイン噴射の実行期間についての制御目標値を補正する処理では先ず、プレ噴射の実行に伴って発生する圧力脈動の影響がある状況であるか否かが判断される(ステップS201)。ここでは、プレ噴射の実行に伴い発生する圧力脈動によって燃料圧力PQが変動した状態でメイン噴射の実行が開始される状況であるか否かがエンジン回転速度NEや目標プレインターバルTipをもとに判断される。
そして、上記補正項Km1によって目標メイン噴射時期Tsmを補正するとともに上記補正項Km2,Km3によって目標メイン噴射時間Ttmを補正することにより、メイン噴射の実行期間と同メイン噴射による燃料噴射量とがそれぞれエンジン10の運転状態に見合うように適正に設定されるようになる。
同図11に示すように、アフター噴射の実行期間についての制御目標値を補正する処理では先ず、メイン噴射の実行に伴って発生する圧力脈動の影響がある状況であるか否かが判断される(ステップS301)。ここでは、メイン噴射の実行に伴い発生する圧力脈動によって燃料圧力PQが変動した状態でアフター噴射の実行が開始される状況であるか否かがアクセル操作量ACCやエンジン回転速度NEをもとに判断される。
そして、上記補正項Ka1によって目標アフター噴射時期TsaAを補正するとともに上記補正項Ka2,Ka3によって目標アフター噴射時間TtaAを補正することにより、アフター噴射の実行期間と同アフター噴射による燃料噴射量とがそれぞれエンジン10の運転状態に見合うように適正に設定されるようになる。
(1)燃料圧力PQの変動態様に基づいてプレ噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差ΔPRを算出するとともに、同偏差ΔPRとエンジン10の運転状態に基づき設定される目標メイン噴射時期Tsmおよび目標プレインターバルTipとに基づいて目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpをそれぞれ設定するようにした。そのため、プレ噴射の実際の実行期間の不要な変化を的確に抑えることの可能な値を目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpとして設定することができる。したがって、燃料供給系の初期個体差や経時変化によることなく、多段噴射の実行時における噴射インターバルを精度良く調節することができるようになる。
以下、本発明を具体化した第2の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置について、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお以下では、第1の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、同構成についての詳細な説明は省略する。
図13に、メイン噴射とアフター噴射との関係の一例を示す。なお図13において、実線はメイン噴射およびアフター噴射それぞれの実行期間についての実値を示し、一点鎖線は前回のアフター噴射の実行時における目標メイン噴射時期Tsmと目標メイン噴射時間Ttmとにより見込まれるメイン噴射の実行期間の要求値を示している。
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第1の実施の形態では、前記偏差ΔPRを補償することのできる値(仮値VR1,VR2)を徐変させた値を各補正項Kp1,Kp2として算出するとともに、それら補正項Kp1,Kp2によって目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを補正するようにした。これに代えて、上記偏差ΔPRを徐変させるとともにその徐変させた偏差ΔPRに基づいて目標プレ噴射時期Tspおよび目標プレ噴射時間Ttpを算出するようにしてもよい。
・燃料噴射弁20の内部(詳しくは、ノズル室25内)の実燃料圧力の指標となる圧力、言い換えれば同実燃料圧力の変化に伴って変化する燃料圧力を適正に検出することができるのであれば、圧力センサ41を燃料噴射弁20に直接取り付けることに限らず、同圧力センサ41の取り付け態様は任意に変更することができる。具体的には、圧力センサ41を燃料供給系におけるコモンレール34と燃料噴射弁20との間の部位(分岐通路31a)に取り付けたり、コモンレール34に取り付けたりしてもよい。
Claims (10)
- 昇圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系を備えたエンジンに適用されて、間隔をおいて実行される前段噴射および後段噴射を少なくとも含む多段噴射によって一回の燃焼サイクルにおける前記燃料噴射弁からの燃料噴射を行う燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射弁の開弁時における同燃料噴射弁内部の実燃料圧力の変化に伴い変化する燃料圧力を検出する燃圧検出手段、および、
同燃圧検出手段によって検出された燃料圧力の変動態様に基づいて前記前段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同前段噴射の実行期間についての要求値と実値との偏差を算出する偏差算出手段、および、
前記後段噴射の開始時期についての制御目標値と前記前段噴射および前記後段噴射の噴射インターバルについての制御目標値とを前記エンジンの運転状態に基づいて各別に設定するとともに、それら設定した各制御目標値と前記算出手段によって算出した偏差とに基づいて前記前段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する前段噴射設定手段を備え、
前記前段噴射の実行に伴って発生する圧力脈動が前記後段噴射に影響を与えると判断された場合に、前記前段噴射が実行されたときの圧力脈動を相殺する波形を算出するとともに該波形と前記燃圧検出手段により検出される前記燃料圧力の波形とを合成し、該合成された波形に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形と、前記エンジンの運転状態に基づいて算出される前記後段噴射の燃料噴射率の波形とのずれに基づいて前記後段噴射の開始時期、終了時期、及び実行時間のうち二つにより設定される同後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正する
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1に記載の燃料噴射制御装置において、
前記偏差算出手段は、前記偏差として、前記前段噴射の終了時期についての要求値と実値との偏差を算出するものである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1または2に記載の燃料噴射制御装置において、
前記前段噴射設定手段は、前記前段噴射の実行期間についての制御目標値として、前記前段噴射の開始時期についての制御目標値と同前段噴射の実行時間についての制御目標値とを各別に設定するものである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項3に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料供給系は、前記昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器を有してなるとともに同蓄圧容器が前記燃料噴射弁に接続されてなり、
前記燃料噴射制御装置は、前記エンジンの運転状態に基づいて前記蓄圧容器内の燃料圧力を調節する調節手段を更に備えてなり、
前記前段噴射設定手段は、前記蓄圧容器内の燃料圧力に基づいて、前記前段噴射の開始時期についての制御目標値と同前段噴射の実行時間についての制御目標値とを各別に設定するものである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記前段噴射設定手段は、前記後段噴射の開始時期についての制御目標値および前記噴射インターバルについての制御目標値に基づいて前記前段噴射の実行期間についての制御基本値を算出するとともに前記偏差に基づいて補正項を算出し、前記制御基本値に前記補正項を反映させた値を前記前段噴射の実行期間についての制御目標値として設定するものである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項5に記載の燃料噴射制御装置において、
前記前段噴射設定手段は、前記算出した前記補正項を前記偏差に見合う値に徐変させる
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜6の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
当該燃料噴射制御装置は、前記多段噴射として、前記後段噴射の実行完了から間隔をおいて実行される後後段噴射を含む燃料噴射を実行するものであり、
前記燃圧検出手段によって検出された燃料圧力に基づいて前記後段噴射の実行期間についての制御目標値を補正する補正手段と、
前記エンジンの運転状態に基づいて前記後段噴射および前記後後段噴射の噴射インターバルについての要求値を算出する要求値算出手段と、
前記要求値に前記補正手段による補正量を反映した値に基づいて前記後後段噴射の実行期間についての制御目標値を設定する後段噴射設定手段と、をさらに備えてなる
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃圧検出手段は、前記燃料噴射弁に取り付けられた圧力センサである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記エンジンは、複数の気筒を有してなるとともに、その前記燃料供給系が前記昇圧された状態の燃料を蓄える蓄圧容器を有してなり、
前記燃料噴射弁は、前記エンジンの気筒毎に設けられて前記蓄圧容器に各別に接続されてなり、
前記燃圧検出手段は、前記エンジンの気筒毎に設けられて、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給通路内における前記蓄圧容器と前記燃料噴射弁の噴射孔との間の部位の燃料圧力を検出するものである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 請求項1〜9いずれか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射弁は、内部の燃料圧力がニードル弁を閉弁側に付勢するように作用する圧力室と前記昇圧された状態の燃料が供給されるとともに内部の燃料圧力が前記ニードル弁を開弁側に付勢するように作用するノズル室とを有してなるものであり、前記圧力室内の燃料圧力を低下させて前記ニードル弁を移動させることにより噴射孔からの燃料噴射を行うものである
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
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