JP5760695B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧燃料が蓄圧されるコモンレールへの高圧燃料供給ポンプからの供給を調量弁により制御する蓄圧式燃料噴射装置に関する。

従来より、特許文献１や特許文献２にあるように、高圧に蓄圧された燃料を保持するコモンレールから燃料噴射弁に燃料を供給する蓄圧式燃料噴射装置では、高圧燃料供給ポンプからコモンレールに高圧燃料を供給すると共に、低圧のフィードポンプと高圧燃料供給ポンプとの間に調量弁を設け、調量弁の開度を制御して高圧燃料供給ポンプからの供給量を変更して、コモンレールの燃料圧を制御している。

その際、センサによりコモンレールの燃料圧を検出し、検出した燃料圧と目標圧とに基づいて、燃料圧と目標圧との差が小さくなるように、調量弁をフィードバック制御している。また、調量弁の機差等による制御性の低下を防止するために、学習制御によって調量弁の特性のばらつきを吸収するようにしている。

特開２００１−８２２３０号公報 特開２００４−２９３５４０号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、調量弁の特性学習を、内燃機関の運転状態が負荷により変化しないアイドル運転時に実施している。そのため、例えば、アイドルストップ機能により自動停止するとアイドル運転になることなく停止するので特性学習できない場合があり、また、自動停止する前にアイドル運転を行って特性学習を行なうと、アイドルストップ機能による燃費低減効果が軽減されてしまうという問題があった。

本発明の課題は、アイドル運転が行われなくても、調量弁の特性学習を行うことができる蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
高圧に蓄圧された燃料を保持し前記燃料噴射弁に供給するコモンレールと、
該コモンレールに高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプと、
前記高圧燃料供給ポンプから前記コモンレールへの前記高圧燃料の供給を調量する調量弁と、
前記コモンレールの燃料圧を検出する燃料圧検出手段とを備え、
前記燃料圧検出手段により検出した前記燃料圧に基づいて前記調量弁を制御して前記コモンレールの燃料圧を制御する蓄圧式燃料噴射装置において、
前記内燃機関の停止に基づく回転数降下中に、前記調量弁を制御して前記コモンレールに高圧燃料を供給すると共に、前記燃料圧検出手段により前記燃料圧を検出して、前記回転数降下中の前記燃料圧の降下速度を算出し、前記燃料圧降下速度が予め設定された基準圧力降下速度よりも早いときには前記調量弁を供給増量側に補正し、前記基準圧力降下速度よりも遅いときには前記調量弁を供給減量側に補正する学習を行う学習手段を備えたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置がそれである。

前記学習手段は、前記内燃機関の停止に基づく回転数降下中に、前記調量弁を予め設定された一定の弁開度に制御するようにするとよい。更に、前記内燃機関の回転数降下速度が予め設定された基準内であるときに、前記学習手段による前記学習を許可する学習許可手段を備えた構成としてもよい。また、前記学習手段は、前記内燃機関の自動停止に基づく回転数降下中にも、学習を行うようにするとよい。

本発明の蓄圧式燃料噴射装置は、内燃機関の停止に基づく回転数降下中に、調量弁の特性を学習するので、アイドルストップ機能によりアイドル運転になることなく自動停止する場合でも学習できるという効果を奏する。また、燃料圧降下速度が基準圧力降下速度よりも早いときには調量弁の開度を増加側に補正し、基準圧力降下速度よりも遅いときには調量弁の開度を減少側に補正する学習を行うことで、適切に学習できる。更に、内燃機関の停止に基づく回転数降下中に、調量弁を一定の弁開度に制御することにより、正確に燃料圧降下速度を検出できる。

また、内燃機関の回転数降下速度が予め設定された基準内であるときに、学習を許可することにより、外部要因の影響を受けることなく、正確な学習を行うことができる。更に、内燃機関の自動停止に基づく回転数降下中にも、学習を行うことにより、学習の機会を増やすことができる。

本発明の一実施形態としての蓄圧式燃料噴射装置を示す全体構成図である。 本実施形態の電子制御ユニットにおいて行われる学習処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態のポンプ回転数とレール圧との時間変化を示すタイムチャートである。 本実施形態の調量弁開度と励磁電流との関係を示すグラフである。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態としての蓄圧式燃料噴射装置を示す全体構成図である。
図１に示すように、本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置は、例えば、４気筒のディーゼル式内燃機関１に適用されており、内燃機関１は高圧燃料を蓄え保持するコモンレール２と、燃料タンク３からフィードポンプ１０により汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に供給する高圧燃料供給ポンプ４と、高圧配管１７を介してコモンレール２より供給される高圧燃料を内燃機関１の気筒内の燃焼室２１に噴射する燃料噴射弁５と、燃料噴射弁５等を電子制御する電子制御ユニット６（以下ＥＣＵ６と呼ぶ）とを備えている。

コモンレール２は、ＥＣＵ６により運転状態等に基づいて目標圧が設定され、高圧燃料供給ポンプ４から供給された高圧燃料を目標圧に蓄圧する。このコモンレール２には、蓄圧された燃料圧を検出してＥＣＵ６に出力する燃料圧検出手段としての燃料圧センサ７が取り付けられている。

高圧燃料供給ポンプ４は、内燃機関１に駆動されて図示しないピストンを往復動させ、フィードポンプ１０より送り出された燃料を吸入し、加圧された燃料を吐出弁１２を押し開いてコモンレール２に供給するように構成されている。

高圧燃料供給ポンプ４とフィードポンプ１０との間には、調量弁１４と逆止弁１５とが設けられており、調量弁１４は図示しないソレノイドを励磁することにより弁体を閉弁方向に移動すると共に、図示しないスプリングの付勢力で弁体を開弁方向に移動し、図４に示すように、ソレノイドを励磁する電流値に応じて弁開度を可変できる周知のものである。本実施形態では、励磁電流値が大きくなれば、それに比例して開度が小さくなる関係を有する調量弁１４を用いている。図４は基準となる調量弁１４の励磁電流値と弁開度との関係を示すグラフで、所定の励磁電流値でソレノイドを励磁すると、所定の弁開度となる。

ソレノイドに入力される励磁電流値を制御することにより弁開度を調整して高圧燃料供給ポンプ４への燃料流入速度を変化させることにより吸入燃料を調量し、高圧燃料供給ポンプ４への燃料吸入量を制御して、高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２への高圧燃料の供給量を調整して、コモンレール２の燃料圧を制御している。

各センサ等はＥＣＵ６に接続されており、ＥＣＵ６は、周知のＣＰＵ６２、ＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６等を中心に論理演算回路として構成され、外部と入出力を行う入出力回路、ここでは入出力回路６８をコモンバス７０を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ６２は、燃料圧センサ７、パルサ１６に形成された複数の歯を検出する電磁ピックアップを用いた回転センサ１８、アクセルペダル１９の踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２０、冷却水温度を検出する水温センサ２２、燃料の温度を検出する燃料温度センサ２４からの入力信号を入出力回路６８を介して入力する。

これらの信号及びＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６内のデータや予め記憶された制御プログラムに基づいてＣＰＵ６２は、回転センサ１８により検出される回転数やアクセル開度センサ２０により検出されるアクセル開度等の運転状態に基づいて燃料噴射弁５からの噴射量や噴射時期を算出する。

また、回転数や噴射量に基づいて、コモンレール２の目標圧を算出し、噴射量とコモンレール２の目標圧とに基づいて、高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２に供給する供給量を算出する。供給量の算出の際には、燃料圧センサ７により検出されるコモンレール２の燃料圧と、目標圧とに基づいて、例えば、ＰＩＤ制御等によるフィードバック制御が行われる。

基準となる調量弁１４の開度と高圧燃料供給ポンプ４からの供給量との関係特性が予め求められ、基準となる調量弁１４のソレノイドを励磁する電流値と供給量との関係特性を示すマップ等がＥＣＵ６に記憶され、算出した供給量の燃料をコモンレール２に供給する際には、このマップ等に基づいて調量弁１４の開度が制御される。

更に、アイドルストップ機能（ＩＳＳ）を備えており、アイドルストップ機能は運転時に自動停止条件が成立すると内燃機関１の運転を自動的に停止させ、内燃機関１が自動停止された後に自動始動条件が成立すると内燃機関１を自動的に始動させる。

例えば、内燃機関１の冷却水温度が所定の範囲にあり、アクセルペダル１９が踏まれていない状態にあり、バッテリの電圧が基準電圧以上であり、図示しないブレーキペダルが踏み込まれている状態であり、車両速度が所定速度以下である全ての条件がみたされたときに自動停止条件が成立している判断し、いずれか一つでも満たされないときには自動始動条件が成立すると判断する。

次に、ＥＣＵ６により実行される学習処理について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、内燃機関１の運転中に、内燃機関１の停止要求があったか否かを判断する（ステップ１００。以下Ｓ１００という。以下同様。）。例えば、内燃機関１を停止させるために運転者が図示しないイグニッションスイッチをオフ位置に操作した場合の停止要求や、アイドルストップ機能により内燃機関１の運転を自動停止する場合の停止要求があったか否かにより判断する。停止要求があるとＥＣＵ６は燃料噴射弁５からの燃料噴射を停止する。

内燃機関１の停止要求があったと判断すると（Ｓ１００：ＹＥＳ）、学習モードをスタートする（Ｓ１１０）。尚、内燃機関１の停止要求がないときには（Ｓ１００：ＮＯ）、待期する。

学習モードがスタートすると、学習条件が成立するか否かを環境条件や運転条件に基づいて判断する（Ｓ１２０）。例えば、環境条件としては、水温センサ２２により検出される冷却水温度が予め設定された温度以上で、燃料温度センサ２４により検出される燃料温度が予め設定された温度以上である等の、内燃機関１が暖機状態にあり燃料の流れが一定の状態となっている条件のときである。

運転条件としては、アクセルペダル１９が踏まれていない状態であることがアクセル開度センサ２０により検出され、また、内燃機関１の回転数がアイドル回転数以下の状態であることが回転センサ１８により検出されて、コモンレール２の燃料圧が予め設定されたアイドル時の燃料圧以下であることが燃料圧センサ７により検出されて、無負荷減速中の状態となっている条件のときである。

環境条件及び運転条件が成立したときに、学習条件が成立したと判断する。学習条件が成立していないと判断すると（Ｓ１２０：ＮＯ）、本制御処理を一旦終了する。
また、学習条件が成立したと判断すると（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、環境条件や運転条件が学習の実施に適した状態にあると判断して、調量弁１４を予め設定した所定値の励磁電流をソレノイドに出力して、調量弁１４を開弁させる（Ｓ１３０）。一定の励磁電流値でソレノイドを励磁することにより、調量弁１４はその励磁電流値に応じた開度で開弁する。図４に示すように、基準となる調量弁１４を所定の励磁電流値でソレノイドを励磁すると、所定の弁開度となる。調量弁１４の機差や経時変化等により個体差があり、車両毎の調量弁１４では一定の励磁電流値が入力されても開度がそれぞれ異なる場合がある。

調量弁１４を一定の励磁電流値に応じた開度で開弁することにより、高圧燃料供給ポンプ４に開度に応じた燃料が吸入され、それに応じた供給量の高圧燃料が高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２に供給される。

図３に示すように、内燃機関１の停止要求により、燃料噴射弁５から燃料噴射が行われなくなると、内燃機関１の回転数が降下する。これに伴って、内燃機関１の回転数の１／２の回転数で回転する高圧燃料供給ポンプ４の回転数も降下する。また、各燃料噴射弁５等では、燃料を噴射していなくても一定量の燃料のリークがある。高圧燃料供給ポンプ４からの供給量よりもリーク量の方が多く、コモンレール２の燃料圧Ｐｃは徐々に降下する。

調量弁１４を開弁させた後、コモンレール２の燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔを測定する（Ｓ１４０）。予め設定された計測時間ｔでの燃料圧Ｐｃの降下量△Ｐｃを測定し、降下速度△Ｐｃ／ｔを算出する。あるいは、予め設定した燃料圧Ｐｃの降下量△Ｐｃとなるまでの時間ｔを測定して、降下速度△Ｐｃ／ｔを算出する。また、同時に、同様にして、高圧燃料供給ポンプ４の回転数Ｎｐの降下速度△Ｎｐ／ｔも測定する。

測定した後、高圧燃料供給ポンプ４の回転数Ｎｐの降下速度△Ｎｐ／ｔが予め設定された基準回転数降下速度に対して所定の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１５０）。例えば、アイドルストップ機能により内燃機関１の運転を自動停止する場合、車両が坂路を登る途中である場合には、内燃機関１の回転数が急激に降下する場合がある。降下速度△Ｎｐ／ｔが基準の範囲内にないと判断したときには（Ｓ１５０：ＮＯ）、このような外部条件の影響を受けていると判断して、学習を行うことなく、本制御処理を一旦終了する。

回転数Ｎｐの降下速度△Ｎｐ／ｔが基準内であるときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、測定した燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔを基準圧力降下速度と比較する（Ｓ１６０）。基準圧力降下速度は、予め設定されており、基準となる調量弁１４を用いて基準圧力降下速度を測定して記憶している。

例えば、基準となる調量弁１４は、前述したように、励磁電流値と高圧燃料供給ポンプ４からの供給量との関係特性を予め測定した際に用いたもので、この基準となる調量弁１４の関係特性をマップ等としてＥＣＵ６に記憶している。同じ調量弁１４を用いて、Ｓ１３０の処理の際と同じ開度で開弁して、図３に示すように、Ｓ１５０の処理に用いるアイドル時の回転数からの降下速度△Ｎｐ／ｔを測定して基準回転数降下速度として記憶している。また、同じ調量弁１４により、基準回転数降下速度の測定と同時に、アイドル時の燃料圧からの降下速度△Ｐｃ／ｔを基準圧力降下速度として測定し記憶している。

続いて、測定した燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より早いか否かを判断する（Ｓ１７０）。燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より早いときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、燃料の供給量を増加側に学習した後（Ｓ１８０）、本制御処理を一旦終了する。

調量弁１４に同じ励磁電流値を入力してソレノイドを励磁しても、同じ開度になるとは限らず、調量弁１４の機差や経時変化等によって開度が異なる場合がある。同じ励磁電流値でも、調量弁１４の開度が小さいと、高圧燃料供給ポンプ４に吸入される燃料量が少なくなり、従って高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２に供給される供給量も少ない。また、同じ励磁電流値で調量弁１４の開度が大きいと、高圧燃料供給ポンプ４に吸入される燃料量が多くなり、従って高圧燃料供給ポンプ４からコモンレール２に供給される供給量も多い。

燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より早いときは、所定の励磁電流値に対してコモンレール２への供給量が少ないために圧力の降下が早くなっていると学習する。本実施形態では、同じ励磁電流値でも開度が小さい調量弁１４であると学習して、例えば、励磁電流値と供給量との関係特性マップを励磁電流値が減少する側に補正、同じ励磁電流値であるならば調量弁１４からの供給が増加する側に補正する。

図４に示すように、基準となる調量弁１４に対して、同じ所定の励磁電流値では弁開度が小さい特性の調量弁１４であると学習して、同じ弁開度であるならば励磁電流値を減少側とする補正を行う。

例えば、前述した励磁電流値と供給量との関係特性マップを励磁電流値が減少する側に補正して、調量弁１４の開度が大きくなり供給量が増加するように補正する。あるいは、励磁電流値が減少する側となるように補正係数を掛ける算出式により補正するようにしてもよい。このように、基準圧力降下速度より早いときは、調量弁１４を供給増量側となるように学習する。

また、補正量は、一定値として本学習処理を繰り返し実行することにより徐々に減少させるようにしてもよく、あるいは、燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔと基準圧力降下速度との差に応じた値としてもよい。

一方、測定した燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より早くないと判断したときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、測定した燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より遅いか否かを判断する（Ｓ１９０）。燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より遅いときは（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、燃料の供給量を減少側に学習した後（Ｓ２００）、本制御処理を一旦終了する。

燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より遅いときは、所定の励磁電流値に対してコモンレール２への供給量が多いために圧力の降下が遅くなっていると学習する。本実施形態では、同じ励磁電流値でも開度が大きい調量弁１４であると学習して、例えば、励磁電流値と供給量との関係特性マップを励磁電流値が増加する側に補正、同じ励磁電流値であるならば調量弁１４からの供給量が減少する側に補正する。

図４に示すように、基準となる調量弁１４に対して、同じ所定の励磁電流値では弁開度が大きい特性の調量弁１４であると学習して、同じ弁開度であるならば励磁電流値を増加側とする補正を行う。

例えば、前述した励磁電流値と供給量との関係特性マップを励磁電流値が増加する側に補正して、調量弁１４の開度が小さくなり供給量が減少するように補正する。あるいは、励磁電流値が増加する側となるように補正係数を掛ける算出式により補正するようにしてもよい。このように、基準圧力降下速度より遅いときは、調量弁１４を供給減量側となるように学習する。

また、測定した燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔが基準圧力降下速度より早くもなく（Ｓ１７０：ＮＯ）、あるいは、遅くもないときには（Ｓ１９０：ＮＯ）、測定した燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔは基準圧力降下速度と同じであると判断して、補正することなく、本制御処理を一旦終了する。尚、本実施形態では、Ｓ１００，Ｓ１１０，Ｓ１３０〜Ｓ２００の処理の実行が学習手段として働き、Ｓ１２０の処理の実行が学習許可手段として働く。

このように、本実施形態では、内燃機関１の停止要求があると、回転数がアイドル時の回転数以下に、また、コモンレール２の燃料圧がアイドル時の燃料圧以下になったときに、調量弁１４を一定の開度で開弁して、コモンレール２に高圧燃料を供給する。そして、燃料圧Ｐｃの降下速度△Ｐｃ／ｔを基準圧力降下速度と比較して、早いときには励磁電流値が減少する側となるように、遅いときには励磁電流値が増加する側となるようにする。

従って、内燃機関１の停止に基づく回転数降下中に、調量弁１４の特性を学習するので、学習をするために、アイドル運転を行う必要がない。特に、アイドルストップ機能によりアイドル運転になることなく自動停止する場合でも学習できる。

また、燃料圧降下速度が基準圧力降下速度よりも早いときには調量弁１４の開度を増加側に補正し、基準圧力降下速度よりも遅いときには調量弁１４の開度を減少側に補正する学習を行うことで、適切に学習できる。更に、内燃機関１の停止に基づく回転数降下中に、調量弁１４を一定の弁開度に制御することにより、正確に燃料圧降下速度を検出できる。

また、内燃機関１の回転数降下速度が予め設定された基準内であるときに、学習を許可することにより、外部要因の影響を受けることなく、正確な学習を行うことができる。更に、内燃機関１の自動停止に基づく回転数降下中にも、学習を行うことにより、学習の機会を増やすことができる。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…内燃機関 ２…コモンレール
３…燃料タンク ４…高圧燃料供給ポンプ
５…燃料噴射弁 ６…電子制御ユニット
７…燃料圧センサ １０…フィードポンプ
１２…吐出弁 １４…調量弁
１５…逆止弁 １８…回転センサ
２０…アクセル開度センサ ２１…燃焼室
２２…水温センサ ２４…燃料温度センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   高圧に蓄圧された燃料を保持し前記燃料噴射弁に供給するコモンレールと、
   該コモンレールに高圧燃料を供給する高圧燃料供給ポンプと、
   前記高圧燃料供給ポンプから前記コモンレールへの前記高圧燃料の供給を調量する調量弁と、
   前記コモンレールの燃料圧を検出する燃料圧検出手段とを備え、
   前記燃料圧検出手段により検出した前記燃料圧に基づいて前記調量弁を制御して前記コモンレールの燃料圧を制御する蓄圧式燃料噴射装置において、
   前記内燃機関の停止に基づく回転数降下中に、前記調量弁を制御して前記コモンレールに高圧燃料を供給すると共に、前記燃料圧検出手段により前記燃料圧を検出して、前記回転数降下中の前記燃料圧の降下速度を算出し、前記燃料圧降下速度が予め設定された基準圧力降下速度よりも早いときには前記調量弁を供給増量側に補正し、前記基準圧力降下速度よりも遅いときには前記調量弁を供給減量側に補正する学習を行う学習手段を備えたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
2. 前記学習手段は、前記内燃機関の停止に基づく回転数降下中に、前記調量弁を予め設定された一定の弁開度に制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
3. 更に、前記内燃機関の回転数降下速度が予め設定された基準内であるときに、前記学習手段による前記学習を許可する学習許可手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置。
4. 前記学習手段は、前記内燃機関の自動停止に基づく回転数降下中にも、学習を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蓄圧式燃料噴射装置。

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