JP5527338B2

JP5527338B2 - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP5527338B2
Application number: JP2012021662A
Authority: JP
Inventors: 幸俊湊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: JP2013160110A; DE102013100687A1; DE102013100687B4

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関するものである。

内燃機関において使用燃料の性状が異なると、内燃機関での燃焼状態が相違する。そのため、使用燃料の性状が分かっていないと、所望とする機関出力が得られなかったり、燃焼状態の悪化に伴い構成部品が損傷する等の支障が生じたりすることが懸念される。そのため、燃料性状を判定するための技術が各種提案されている。

例えば特許文献１の蓄圧式燃料噴射装置では、燃料噴射弁のシール部や燃料ポンプのシール部から燃料リークが生じることを利用し、燃料ポンプの吐出停止後において燃料リークに基づく燃料圧力の低下量に基づいて燃料性状を推定するようにしている。

特開２００３−２３９７９４号公報

しかしながら、上記先行技術において、燃料ポンプの吐出停止後における燃料圧力の低下は、各シール部における燃料リークに依存するものであり、都度の燃料圧力の状態等に応じて燃料リーク量にばらつきがあると、燃料性状の判定精度が低下することが懸念される。

本発明は、燃料性状の判定精度を高めることができる燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

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説明する。

請求項１に記載の発明は、燃料を高圧化して吐出する燃料ポンプ（１３）と、該燃料ポンプで高圧化された燃料が導入される蓄圧部（１２）と、該蓄圧部内の高圧燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁（１１）と、前記蓄圧部内の高圧燃料を排出して蓄圧部内を減圧する減圧弁（１８）とを備える燃料噴射システムに適用され、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃料噴射弁による燃料噴射を実施するとともに、前記蓄圧部の減圧要求に基づいて前記減圧弁を開放するものである。そして、前記内燃機関の停止後に、前記減圧弁を開放して前記蓄圧部内を減圧させる減圧制御手段と、前記減圧制御手段により前記減圧弁を開放した状態で前記蓄圧部内の燃料圧力を検出し、該検出した燃料圧力の低下量に基づいて、使用燃料の性状を判定する性状判定手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成では、内燃機関の停止後において減圧弁を開放し、強制的に蓄圧部内の燃料圧力を低下させるようにしており、その際、例えば使用燃料の粘度に応じて圧力低下の傾き（減圧速度）が相違することから、使用燃料の性状を判定できる。この場合特に、減圧弁の開放に伴い積極的に燃料圧力を低下させるようにした上記構成では、その圧力低下に関して如何なる圧力条件（圧力範囲）で圧力低下を生じさせるか等を適宜設定でき、実施の前提条件を把握した上で燃料性状を判定できる。そのため、燃料性状の判定精度を高めることができる。

また、請求項２に記載の発明では、前記減圧制御手段は、前記内燃機関の停止後において、前記蓄圧部内の燃料圧力を所定圧力まで低下させるべく前記減圧弁を開放状態とする第１減圧処理を実施するとともに、その第１減圧処理の実施後に前記性状判定手段による性状判定を行うべく前記減圧弁を開放状態とする第２減圧処理を実施し、前記性状判定手段は、前記第１減圧処理により前記蓄圧部内の燃料圧力が前記所定圧力まで低下した後において、前記第２減圧処理により燃料圧力が低下する状態下で、前記検出した燃料圧力の低下量に基づいて使用燃料の性状を判定する。

上記構成によれば、蓄圧部内の燃料圧力が所定圧力に低下するのを待って使用燃料の性状判定が実施されるため、その性状判定を同じ圧力条件で実施できる。この場合、圧力条件が相違していると、使用燃料の性状が異なっていても燃料圧力の低下量が同じになることがあり得るが、上記構成では同じ圧力条件としているため、同じ基準で性状判定を実施でき、結果として燃料性状の判定精度を高めることができる。

コモンレール式燃料噴射システムの概要を示す構成図。燃料性状の判定処理を示すフローチャート。性状判定処理をより具体的に説明するためのタイムチャート。燃料温度とレール圧低下量との関係を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。本実施形態は、車両用の多気筒ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。

図１において、４気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１０には気筒ごとに電磁式のインジェクタ１１が配設され、これらインジェクタ１１は各気筒共通のコモンレール（蓄圧部）１２に接続されている。コモンレール１２には燃料ポンプとしての高圧ポンプ１３が接続されており、高圧ポンプ１３の駆動に伴い燃料が高圧化され、噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール１２に連続的に蓄圧される。高圧ポンプ１３は、エンジン１０の回転に伴い駆動され、エンジン回転に同期して燃料の吸入及び吐出が繰り返し行われる。高圧ポンプ１３には、その燃料吸入部に電磁駆動式の吸入調量弁（ＳＣＶ）１３ａが設けられており、フィードポンプ１４によって燃料タンク１５から汲み上げられた低圧燃料は吸入調量弁１３ａを介して当該ポンプ１３の燃料室に吸入される。

コモンレール１２には圧力センサ１６と温度センサ１７が設けられており、圧力センサ１６によりコモンレール１２内の燃料圧力（以下、レール圧とも言う）が逐次検出され、温度センサ１７によりコモンレール１２内の燃料温度が逐次検出される。また、コモンレール１２には電磁駆動式の減圧弁１８が設けられており、この減圧弁１８が開放されることにより、コモンレール１２内の高圧燃料が排出配管１９を介して燃料タンク１５に向けて排出されるようになっている。こうした高圧燃料の排出によりコモンレール１２内の減圧が行われる。

本実施形態では、燃料噴射システムの高圧側においてリークレス化が図られており、インジェクタ１１に供給された高圧燃料について低圧側へのリークが生じない構成となっている。具体的には、インジェクタ１１として、高圧燃料の低圧側へのリーク（漏れ）を無くしたリークレス構造のものを採用している。なお、インジェクタ１１のリークレス構造としては、電磁ソレノイド（アクチュエータ）により弁体を直接動かす、いわゆる直動方式のインジェクタ構造や、弁体の摺動径を小さくしかつ摺動隙間を微小とした構造が想定される。また、ピエゾ素子を用いた直動式インジェクタを採用することも可能である。

エンジン１０のクランク軸２１付近には、該クランク軸２１の回転速度を検出するための回転速度センサ２２が設けられている。回転速度センサ２２は、例えば、クランク軸２１に一体に設けられたタイミングロータの歯の通過を検出する電磁ピックアップ式センサであり、該センサ２２の検出信号を波形整形することによりパルス状の回転速度信号（ＮＥパルス）が生成されるようになっている。本実施形態では、ＮＥパルスの角度間隔（パルス立ち上がりエッジ間の角度）が６°ＣＡであり、６°ＣＡ周期で回転速度の検出が可能となっている。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えた電子制御ユニットであり、ＲＯＭ内に記憶されている制御プログラムにより各種制御を実施する。ＥＣＵ３０には、圧力センサ１６や回転速度センサ２２の検出信号の他、アクセル開度センサや車速センサなどの各種センサから検出信号が逐次入力される。そして、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度やアクセル開度等のエンジン運転情報に基づいて、燃料噴射態様として燃料噴射量及び噴射時期を決定し、それに応じた噴射制御信号をインジェクタ１１に出力する。かかる燃料噴射制御により、各気筒においてインジェクタ１１から燃焼室への燃料噴射が制御される。

また、ＥＣＵ３０は、都度のエンジン運転状態に基づいてレール圧をフィードバック制御する。具体的には、エンジン運転状態に基づいて目標レール圧を算出し、圧力センサ１６にて検出された実レール圧が目標レール圧となるように吸入調量弁１３ａの通電制御を実施する。この場合、レール圧は、あらかじめ定めた所定範囲内で調整され、本実施形態では３０〜２００ＭＰａの範囲内でレール圧が調整されるようになっている。

さらに、ＥＣＵ３０は、都度の減圧要求に基づいて減圧弁１８を開放してレール圧を低減させる減圧制御機能を有している。例えば、コモンレール１２において実レール圧＞目標レール圧となる場合に減圧要求が生じ、ＥＣＵ３０から減圧弁１８に開放指令が出される。そして、減圧弁１８の開放に伴いレール圧が低下する。

また、本実施形態の燃料噴射システムでは、エンジン１０の停止後において、減圧弁１８を開放してレールを低下させ、その減圧弁１８の開放状態でのレール圧の減少変化に基づいて使用燃料の性状を判定することとしており、以下、その詳細を説明する。

図２は、燃料性状の判定処理を示すフローチャートであり、本処理は、エンジン１０の運転停止後においてＥＣＵ３０により例えば所定時間ごとに繰り返し実行される。

図２において、ステップＳ１１では、今現在のレール圧Ｐｃと燃料温度Ｔｃとを取得する。続くステップＳ１２では、エンジン停止後においてレール圧Ｐｃが所定値Ｐ１まで低下したか否か（Ｐｃ≦Ｐ１か否か）を判定する。所定値Ｐ１は、例えばレール圧の調整範囲内における下限値（３０ＭＰａ）である。そして、ステップＳ１２がＮＯであればステップＳ１３に進み、減圧弁１８を開放状態とし（第１減圧処理に相当）、その後本処理を一旦終了する。すなわち、エンジン運転中においてはレール圧Ｐｃは所定値Ｐ１以上に制御されており、エンジン停止直後にも同様にレール圧Ｐｃは所定値Ｐ１以上になっている。この状態で減圧弁１８が開放されることによりレール圧Ｐｃが低下する。

また、ステップＳ１２がＹＥＳであればステップＳ１４に進み、エンジン停止後において燃料温度Ｔｃがあらかじめ定めた所定温度Ｋ１（例えば３０℃）まで低下したか否か（Ｔｃ≦Ｋ１か否か）を判定する。そして、ステップＳ１４がＮＯであればそのまま本処理を終了し、ＹＥＳであれば後続のステップＳ１５に進む。すなわち、ステップＳ１４では、燃料温度Ｔｃが所定温度Ｋ１まで低下するのを待つ待機処理が行われる。ステップＳ１５では、減圧弁１８を開放状態とする（第２減圧処理に相当）。

その後、ステップＳ１６では、ステップＳ１２，Ｓ１４の各条件が共に成立するのに伴い減圧弁１８が開放されてから所定時間αが経過したか否かを判定する。そして、ＹＥＳであればステップＳ１７に進み、所定時間αが経過する前後のレール圧の比較によりレール圧低下量ΔＰｃを算出する（ΔＰｃ＝Ｐ１−Ｐｃ）。なおここでは、α経過前のレール圧として所定値Ｐ１を用いているが、実測のレール圧（ステップＳ１２＆Ｓ１４が共にＹＥＳとなる時のレール圧Ｐｃ）を用いることも可能である。

その後、ステップＳ１８では、レール圧低下量ΔＰｃを標準低下量ΔＰ０と比較し、ΔＰｃ＞ΔＰ０であるか否かを判定する。標準低下量ΔＰ０は、あらかじめ定めた標準燃料を使用した場合におけるレール圧低下量であり、特に燃料温度Ｔｃ＝Ｋ１とした条件下で適合された値となっている。そして、ΔＰｃ＞ΔＰ０である場合、ステップＳ１９に進み、今現在の使用燃料が低粘度燃料であると判定する。

なお、使用燃料が低粘度燃料であると判定された場合には、噴射系部品の保護のための処理が実施される。具体的には、次回のエンジン始動後においてエンジン回転速度、燃料圧力、噴射量の少なくともいずれか制限する制限運転が実施される。

図３は、上記の性状判定処理をより具体的に説明するためのタイムチャートである。なお、図３において、実線のレール圧変化は標準燃料でのレール圧変化を示し、一点鎖線のレール圧変化は低粘度燃料でのレール圧変化を示している。

さて図３では、タイミングｔ０でエンジン１０が停止し、その際レール圧Ｐｃが所定値Ｐ１以上になっているため、減圧弁１８が開放される。そして、タイミングｔ１でレール圧Ｐｃが所定値Ｐ１まで低下すると、減圧弁１８が閉鎖される。なお、減圧弁１８の閉鎖状態（タイミングｔ１〜ｔ２）では、高圧側での燃料リークが生じることはなく、レール圧Ｐｃは一定のまま保持される。

その後、燃料温度が所定温度まで低下するのを待って、タイミングｔ２で減圧弁１８が再び開放される。これにより、レール圧Ｐｃが再び低下する。そして、タイミングｔ２から所定時間αが経過したタイミングｔ３では、レール圧低下量ΔＰｃが算出されるとともに、そのレール圧低下量ΔＰｃに基づいて燃料性状が判定される。このとき、使用燃料が低粘度燃料であれば、圧力低下の傾きが大きく（圧力低下率が大きく）、ΔＰｃ＞ΔＰ０となる。これにより、今現在の使用燃料が低粘度燃料であると判定できる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

エンジン停止後において、コモンレール１２内を減圧させるべく減圧弁１８を開放した状態で、レール圧Ｐｃを検出し、該検出したレール圧Ｐｃの低下量（ΔＰｃ）に基づいて使用燃料の性状を判定する構成とした。この場合、減圧弁１８を開放して強制的にレール圧Ｐｃを低下させるようにしているため、レール圧Ｐｃの低下に関して如何なる圧力条件（圧力範囲）で圧力低下を生じさせるか等を適宜設定でき、実施の前提条件を把握した上で燃料性状を判定できる。そのため、燃料性状の判定精度を高めることができる。

エンジン停止後において、レール圧Ｐｃを所定値Ｐ１まで低下させるべく減圧弁１８を開放状態とする第１減圧処理を実施するとともに、その第１減圧処理の実施後に性状判定を行うべく減圧弁１８を開放状態とする第２減圧処理を実施するようにした。そして、第１減圧処理によりレール圧Ｐｃが所定値Ｐ１まで低下した後において、第２減圧処理によりレール圧Ｐｃが低下する状態下でレール圧低下量ΔＰｃに基づいて使用燃料の性状を判定するようにした。上記構成によれば、レール圧Ｐｃが所定値Ｐ１に低下するのを待って使用燃料の性状判定が実施されるため、その性状判定を同じ圧力条件で実施できる。この場合、圧力条件が相違していると、使用燃料の性状が異なっていてもレール圧低下量ΔＰｃが同じになることがあり得るが、上記構成では同じ圧力条件としているため、同じ基準で性状判定を実施でき、結果として燃料性状の判定精度を高めることができる。

燃料噴射システムにおいてインジェクタ１１を含む高圧側部分をリークレス構造とした。そのため、減圧弁１８の開閉状態とレール圧Ｐｃの低下挙動とを一致させることができ、性状判定のための圧力条件を設定しやすいものとなる。また、燃料リーク量のばらつきに起因して燃料性状の判定精度が低下するといった不都合を抑制できる。

エンジン停止時におけるコモンレール１２内の燃料温度Ｔｃを取得し、レール圧低下量ΔＰｃと燃料温度Ｔｃとに基づいて燃料性状を判定する構成とした。より具体的には、エンジン停止後において燃料温度Ｔｃが所定温度Ｋ１まで低下したことを性状判定の実施条件とし、その燃料温度低下の状態でのレール圧低下量ΔＰｃに基づいて燃料性状を判定するようにした。燃料温度が相違すると、燃料の粘度が相違し、ひいてはコモンレール１２からの燃料排出に伴いレール圧Ｐｃが低下する傾き（減圧速度）が相違するが、上記のとおり燃料温度を加味しているため、燃料性状の判定精度を一層高めることができる。また、上記構成では、温度条件を一定にした状態下でレール圧Ｐｃを低下させて性状判定を実施することができ、一定条件での性状判定によりその判定精度を高めることができる。また、複数の燃料温度ごとに標準低下量ΔＰ０（性状判定値）を用意しなくてもよく、その標準低下量ΔＰ０を求めるための適合やシミュレーションの手間を省くことができ、さらに、標準低下量ΔＰ０を記憶しておくためのメモリのデータ記憶容量の削減を図ることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記実施形態では、燃料性状の判定処理として、レール圧低下量ΔＰｃを標準低下量ΔＰ０と比較して、使用燃料が低粘度燃料であるか否かを判定する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、互いに粘度の異なる複数の燃料について各々、レール圧低下量の標準値を定めておき、エンジン停止後における実際のレール圧低下量がどの燃料の標準値に一致するか（又はどの燃料の標準値に最も近いか）により燃料性状を判定する構成としてもよい。

・エンジン停止後におけるレール圧Ｐｃの低下量を、各々異なる燃料温度ごとに対応付けてそれを圧力低下量データとして、当該データをメモリ（ＥＣＵ３０内のＲＯＭ）に記憶しておき、圧力低下量データに基づいて燃料性状を判定するようにしてもよい。具体的には、図４に示すように、標準燃料の圧力低下量データとして、異なる燃料温度ごとにレール圧低下量の基準値（図のａ１，ａ２，ａ３）を定めておく。そして、都度の燃料温度に応じて基準値ａ１〜ａ３のいずれかを選択的に用いて性状判定を実施する。

上記構成によれば、圧力低下量データが燃料温度に対応付けられたものであるため、その圧力低下量データを用いることで高精度な性状判定を実施できる。

また、図４に示すように、標準燃料よりも低粘度の燃料についてもレール圧低下量の基準値を定めておくようにしてもよい。なお、図中の低粘度１、低粘度２は粘度が異なる燃料を示し、低粘度２の燃料の方が低粘度１の燃料よりも粘度が小さいものとなっている。この場合、低粘度１，２の各燃料の圧力低下量データとして、異なる燃料温度ごとにレール圧低下量の基準値（図のｂ１，ｂ２，ｂ３，ｃ１，ｃ２，ｃ３）を定めておく。そして、都度の燃料温度に応じて基準値ｂ１〜ｂ３，ｃ１〜ｃ３のいずれかを選択的に用いて性状判定を実施する。

・上記実施形態では、エンジン停止後における第１減圧処理としてレール圧Ｐｃをレール圧調整範囲内の下限値（３０ＭＰａ）まで低下させるようにしたが、これを変更し、第１減圧処理としてレール圧Ｐｃをレール圧調整範囲内の下限値よりも低い圧力まで低下させるようにしてもよい。又は、第１減圧処理としてレール圧Ｐｃをレール圧調整範囲内の中間圧力（例えば５０ＭＰａ）まで低下させるようにしてもよい。また、第１減圧処理を実施せず、エンジン停止時点のレール圧Ｐｃを開始圧力として、その開始圧力からのレール圧低下量ΔＰｃに基づいて性状判定する構成としてもよい。

・上記実施形態では、エンジン停止後における減圧弁１８の開放状態において、所定時間内におけるレール圧低下量ΔＰｃに基づいて燃料性状を判定する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、同じく減圧弁１８の開放状態において、レール圧低下量ΔＰｃが所定値に達するのに要する所要時間に基づいて燃料性状を判定する構成としてもよい。この場合、レール圧低下量ΔＰｃが所定値に達するまでの所要時間が標準時間より短い場合に、低粘度燃料であると判定する。又は、その所要時間が短いほど、燃料の粘度が小さいと判定する。

・減圧弁１８として、開放状態と閉鎖状態とが切り替えられるもの以外に、開放状態での開度を可変に調整できるものを用いる構成であってもよい。この場合、減圧弁１８の開度を調整することにより、レール圧Ｐｃの低下の傾き（減圧速度）を任意に調整でき、所望の減圧速度とした上で性状判定を実施することが可能となる。

・上記実施形態では、燃料噴射システムにおいてインジェクタ１１を含む高圧側部分をリークレス構造としたが、例えばインジェクタ１１における燃料リークが生じるシステムにも適用可能である。この場合、摺動部分等での燃料リーク分を加味して性状判定値を定めておくとよい。

・使用燃料の性状判定として、バイオ燃料等の多種燃料であることを判定する構成としてもよい。この場合、例えば化石燃料（軽油）にバイオ燃料が混合されているか否か、どの種類のバイオ燃料が混合されているか、又はバイオ燃料の混合割合がどの程度であるかを判定するようにする。

・上記実施形態では、自己着火式のディーゼルエンジンについての実施例を説明したが、これに代えて火花点火式エンジン（ガソリンエンジン等）についての実施も可能である。この場合、蓄圧部としてのデリバリパイプに設けられた減圧弁を用いて減圧処理を行えばよい。

１０…エンジン（内燃機関）、１１…インジェクタ（燃料噴射弁）、１２…コモンレール（蓄圧部）、１３…高圧ポンプ（燃料ポンプ）、１８…減圧弁、３０…ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、減圧制御手段、性状判定手段、温度取得手段）。

Claims

燃料を高圧化して吐出する燃料ポンプ（１３）と、該燃料ポンプで高圧化された燃料が導入される蓄圧部（１２）と、該蓄圧部内の高圧燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁（１１）と、前記蓄圧部内の高圧燃料を排出して蓄圧部内を減圧する減圧弁（１８）とを備える燃料噴射システムに適用され、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃料噴射弁による燃料噴射を実施するとともに、前記蓄圧部の減圧要求に基づいて前記減圧弁を開放する燃料噴射制御装置において、
前記内燃機関の停止後に、前記減圧弁を開放して前記蓄圧部内を減圧させる減圧制御手段と、
前記減圧制御手段により前記減圧弁を開放した状態で前記蓄圧部内の燃料圧力を検出し、該検出した燃料圧力の低下量に基づいて、使用燃料の性状を判定する性状判定手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
前記減圧制御手段は、前記内燃機関の停止後において、前記蓄圧部内の燃料圧力を所定圧力まで低下させるべく前記減圧弁を開放状態とする第１減圧処理を実施するとともに、その第１減圧処理の実施後に前記性状判定手段による性状判定を行うべく前記減圧弁を開放状態とする第２減圧処理を実施し、
前記性状判定手段は、前記第１減圧処理により前記蓄圧部内の燃料圧力が前記所定圧力まで低下した後において、前記第２減圧処理により燃料圧力が低下する状態下で、前記燃料圧力の低下量に基づいて使用燃料の性状を判定する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
前記内燃機関の停止時における前記蓄圧部内の燃料温度を取得する温度取得手段を備え、
前記性状判定手段は、前記減圧弁の開放状態で検出した燃料圧力の低下量と、前記温度取得手段により取得した燃料温度とに基づいて、使用燃料の性状を判定する請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
前記内燃機関の停止後における前記高圧燃料の圧力低下量を、各々異なる燃料温度ごとに対応付けてそれを圧力低下量データとし、当該データをメモリに記憶しておき、
前記性状判定手段は、前記圧力低下量データに基づいて燃料性状を判定する請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
前記性状判定手段は、前記内燃機関の停止後において前記蓄圧部内の燃料温度があらかじめ定めた所定温度に低下したことを性状判定の実施条件とし、その実施条件が成立した状態で前記燃料圧力の低下量に基づいて燃料性状を判定する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。