JP6330334B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁の噴射量を学習する燃料噴射制御装置に関する。

従来、経時変化等による燃料噴射弁の噴射量の誤差を学習し、燃料噴射弁の噴射量を補正する噴射量補正値を算出することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特に、ＮＯｘおよび燃焼騒音を低減するためにメイン噴射の前にパイロット噴射を実行するディーゼルエンジンの場合、微少噴射量を高精度に補正する噴射量学習が求められている。

特許文献１には、学習条件として例えば無噴射減速運転になると学習用噴射を実行し、そのときのエンジン回転数の変動量に基づいて噴射量補正値を算出する技術が開示されている。

特許４１９２７５９号公報

学習用噴射を実行したときの回転数変動量に基づいて噴射量補正値を算出する方式では、同じエンジンであっても車両構成の違いにより車両全体の重量が異なる場合、内燃機関に加わる負荷の大きさが異なるので、同じ噴射量の学習用噴射に対して回転数変動量が変化する。

したがって、同じエンジンであっても、例えば車体形状がセダンタイプまたはワゴンタイプであるのか、トラックであれば例えばタンク、コンテナのいずれで積載物を運ぶのかなど、車両構成の違いにより車両全体の重量が異なる場合に噴射量学習を適切に実行するためには、車両構成に合わせて噴射量補正値を予め適合させておく必要がある。しかし、車両構成毎に噴射量補正値を適合させるためには、多大な工数が必要である。

エンジンと車両構成とが同じであっても、搭乗人数または積載物の重量が異なると車両全体の重量は異なる。この場合、基準となる車両構成に基づいて噴射量を学習しても、噴射量学習の精度が低下するという問題がある。

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、車両全体の重量に関わりなく噴射量の学習精度が高い燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料噴射制御装置は、車重取得手段と、噴射指令手段と、噴射量推定手段と、噴射量補正手段と、を備えている。
噴射量推定手段は、噴射指令手段からの指令により燃料噴射弁が学習用噴射を実行することにより生じる内燃機関の回転数の変動量と、車重取得手段が取得する車両全体の重量とに基づいて、燃料噴射弁から実際に噴射される実噴射量を推定する。

噴射量補正手段は、噴射量推定手段が推定する実噴射量と噴射指令手段が燃料噴射弁に指令する学習用噴射の指令噴射量との差に基づいて、燃料噴射弁の噴射量を補正する噴射量補正値を算出する。

この構成によれば、車両全体の重量の違いにより同じ噴射量の学習用噴射を実行したときに回転数変動量が異なっても、回転数変動量と車両全体の重量とに基づいて噴射量補正値を算出するので、車両全体の重量に関わりなく噴射量を高精度に学習できる。

これにより、同じエンジンを搭載した車両であれば、車両構成が異なるために車両全体の重量が異なっても、車両構成に合わせて噴射量補正値を予め適合させる必要がない。したがって、車両構成に合わせて噴射量補正値を適合させる工数を省略できる。

さらに、エンジンと車両構成とが同じであっても、例えば積載物の重量が大きく異なることがあるために従来では噴射量学習が困難であったトラック等の車両に対し、噴射量を高精度に学習できる。

本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。 学習用噴射実行時の回転数変動量を示すタイムチャート。 車重と学習指令噴射量と回転数変動量との関係を示す特性図。 車重と回転数変動量の補正量との関係を示す特性図。 車重と学習開始時のエンジン回転数と学習時間との関係を示す特性図。 各学習領域における学習進行状態を示す対応図。 噴射量学習処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１に示す蓄圧式の燃料噴射システム１０は、燃料供給ポンプ２０、コモンレール３０、燃料噴射弁４０、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０等から構成されており、４気筒のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」とも言う。）２に燃料を噴射するものである。

燃料供給ポンプ２０は、燃料タンク１２から燃料を汲み上げるフィードポンプを内蔵している。燃料供給ポンプ２０は、カムシャフトのカムの回転に伴いプランジャが往復移動することにより、フィードポンプから加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。燃料供給ポンプ２０の燃料吐出量は調量弁２２で調量される。

コモンレール３０は、燃料供給ポンプ２０から吐出される燃料を蓄圧する中空の蓄圧容器である。コモンレール３０には、内部の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ３２、および、コモンレール圧が所定圧を超えると開弁してコモンレール３０内の燃料を排出するプレッシャリミッタ３４が設けられている。

エンジン２には、運転状態を検出するセンサとして、エンジン回転数（ＮＥ）を検出する回転数センサ４２が設置されている。さらに、運転状態を検出する他のセンサとして、運転者によるアクセルペダルの操作量であるアクセル開度（ＡＣＣＰ）を検出するアクセルセンサ、吸入空気の温度（吸気温）と冷却水の温度（水温）とをそれぞれ検出する温度センサ等が燃料噴射システム１０に設けられている。

燃料噴射弁４０は、エンジン２の各気筒に設置されており、コモンレール３０で蓄圧された燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁４０は、噴孔を開閉するノズルニードルのリフトを制御室の圧力で制御する公知の弁である。燃料噴射弁４０の噴射量は、ＥＣＵ５０から指令される噴射指令信号のパルス幅によって制御される。噴射指令信号のパルス幅が長くなると噴射量が増加する。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータを搭載している。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、圧力センサ３２、回転数センサ４２を含む各種センサから取り込んだ出力信号に基づき、燃料噴射システム１０の各種制御を実行する。

例えば、ＥＣＵ５０は、圧力センサ３２が検出するコモンレール圧が目標圧力になるように燃料供給ポンプ２０の吐出量を調量する。
また、ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁４０の燃料噴射量、燃料噴射時期、ならびに、メイン噴射の前にパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射の後にアフター噴射、ポスト噴射等を実行する多段噴射のパターンを制御する。

ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁４０に噴射を指令する噴射指令信号のパルス幅（Ｔ）と噴射量（Ｑ）との相関を示す所謂ＴＱマップを、コモンレール圧の所定の圧力範囲毎にＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶している。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数およびアクセル開度に基づいて燃料噴射弁４０の噴射量が決定されると、圧力センサ３２が検出したコモンレール圧に応じて該当する圧力範囲のＴＱマップを参照し、決定された噴射量を燃料噴射弁４０に指令する噴射指令信号のパルス幅をＴＱマップから取得する。

（噴射量学習）
ＥＣＵ５０は、所定の学習条件として無噴射減速運転であり、かつ車両全体の重量（単に、「車重」とも言う。）が所定重量未満のときに、所定噴射量の学習用噴射を燃料噴射弁４０に指令する。車両全体の重量は、車両単体の重量、搭乗人数の重量、および積載物の重量等の全ての重量を合わせた重量である。

車重は、トラック等であれば車軸に設置されている重量センサから取得する。重量センサが設置されていない車両であれば、例えば、加速時のアクセル開度とエンジン回転数の上昇率、あるいは減速時のアクセル開度またはブレーキ踏み込み量とエンジン回転数の減少率などから推定して取得する。

車重が所定重量以上になると、ＥＣＵ５０が燃料噴射弁４０に指令する学習指令噴射量が変化してもエンジン回転数の変動量が小さいので、噴射量学習の精度が低下する。そのため、車重が所定重量未満であることを所定の学習条件の一つとしている。

無噴射減速運転になると、エンジン回転数は一定の割合で減速する。このとき、燃料噴射弁４０が学習用噴射を実行するとエンジン回転数が上昇する。
ＥＣＵ５０は、回転数センサ４２が検出するエンジン回転数（ω）を気筒毎に取得する。エンジン回転数（ω）は、各気筒における燃料噴射弁４０の噴射タイミングの直前に検出される。そして、４気筒の気筒毎に、学習用噴射後に検出した今回の回転数と７２０°ＣＡ前に検出した前回の回転数との差である回転数変動量（Δω）を各気筒毎に算出する。

図２では、第４気筒で学習用噴射を実行し、第１気筒〜第４気筒の回転数変動量をそれぞれΔω１、Δω２、Δω３、Δω４として算出する。学習用噴射を実行しなかった場合の△印で示される回転数変動量は、学習用噴射実行前の回転数変動量と学習用噴射実行後の回転数変動量とを直線で結んだ点線２００上に一致する。

ＥＣＵ５０は、詳細には、回転数センサ４２の検出信号から算出した学習用噴射による回転数変動量を示す実線２１０と、学習用噴射を実行しなかった場合の回転数変動量を示す点線２００との差から回転数変動量Δωの上昇量を気筒毎に算出し、回転数変動量Δωの上昇量の平均値を算出する。

そして、回転数変動量Δωの上昇量の平均値に基づいてエンジン２の発生トルクを算出する。そして、算出した発生トルクから燃料噴射弁４０の実噴射量を算出することにより、実噴射量を推定する。回転数変動量Δωの上昇量が大きいほど実噴射量は大きくなる。

ここで、図３に示すように、同じ噴射量の学習用噴射を燃料噴射弁４０に指令した場合、車重が重いほど回転数変動量は小さくなり、回転数変動量の上昇量も小さくなる。そのため、回転数変動量の上昇量に基づいて推定される実噴射量は減少する。

一方、同じ学習指令噴射量に対し、車重が軽いほど回転数変動量は大きくなり、回転数変動量の上昇量も大きくなる。そのため、回転数変動量の上昇量に基づいて推定される実噴射量は上昇する。

そこで、図４に示すように、同じエンジンを搭載している車両について基準車重における回転変動量の補正量を０とすると、車重が基準車重よりも重いほど回転数変動量を増加する補正量を大きくし、車重が基準車重よりも軽いほど回転数変動量を減少させる補正量を大きくする。

ＥＣＵ５０は、図３に示す学習指令噴射量と回転数変動量との特性に基づき、基準車重の特性に対し、自車量の車重に対応した特性のゲインおよびオフセットの少なくとも一方に基づいて、図４に示す補正特性を、学習指令噴射量、コモンレール圧をパラメータとした補正マップとして記憶している。そして、補正マップに基づいて車重に応じた回転数変動量の補正量を算出する。

ＥＣＵ５０は、車重に基づいて補正した回転数変動量に基づいて、学習用噴射を指令したときの実噴射量を推定し、推定した実噴射量と学習指令噴射量との差に基づいて、燃料噴射弁４０の噴射量を補正する噴射量補正値を算出する。噴射量補正値は、例えば、ＴＱマップにおいて、噴射量に対応する噴射指令信号のパルス幅を補正する値である。

（学習時間）
学習条件である無噴射減速運転状態になると、慣性力のために、車重が重いほど車両の減速時間は長くなり、車重が軽いほど車両の減速時間は短くなる。つまり、図５に示すように、無噴射減速運転状態が継続することによる噴射量の学習時間は、車重が重いほど長くなり、車重が軽いほど短くなると推定される。そして、無噴射減速運転が開始されるときのエンジン回転数が大きいほど、学習時間は長くなる。

学習時間が長くなると、無噴射減速運転状態が成立している１回の学習機会に実行できる学習用噴射の噴射回数が増加する。
ＥＣＵ５０は、図６に示すように、各気筒について学習用噴射を実行するコモンレール圧の圧力領域毎に、噴射量学習を終了するまでに必要な学習用噴射の残りの噴射回数を、学習指令噴射量毎にマップ等の形式でフラッシュメモリ等の書換可能な不揮発性の記憶装置に記憶している。

コモンレール圧と学習指令噴射量とは、各気筒の燃料噴射弁４０に学習用噴射を実行するときの噴射条件を規定する噴射パラメータである。学習指令噴射量が固定であれば噴射パラメータはコモンレール圧だけの１個でもよいし、コモンレール圧と学習指令噴射量以外に噴射条件を規定する噴射パラメータがあれば噴射パラメータは３個以上でもよい。

気筒番号とコモンレール圧と学習指令噴射量とにより、学習用噴射を実行する学習領域が分類されている。各学習領域に記憶されている噴射量学習が終了するまでの残りの噴射回数は、学習領域における学習進行状態を示している。

車重を考慮しない従来の噴射量学習であれば、実行機会の少ないコモンレール圧の高い学習領域から噴射量学習を実行することが一般的である。これに対し、本実施形態では、無噴射減速運転状態になると、ＥＣＵ５０は、図５の特性から取得した学習時間と図６のマップが示す学習領域における学習進行状態とに基づいて、今回の学習時間で噴射量学習を効率的に終了できるように、図６のマップから学習用噴射を指令するときの学習領域を決定する。

例えば、現在のコモンレール圧が６５ＭＰａの圧力領域であり、学習用噴射を５０回実行できる学習時間であれば、コモンレール圧を最大圧力領域として１８０ＭＰａに上昇させることなく、図６のマップから、６５ＭＰａの圧力領域において第１気筒で３０回、第２気筒で１０回、第４気筒で１０回の学習用噴射を合計５０回実行する。これにより、今回の噴射量学習によって、６５ＭＰａの圧力領域において第１気筒、第２気筒、および第４気筒の噴射量学習が終了する。

これに対し、現在のコモンレール圧が６５ＭＰａの圧力領域であり、学習用噴射を１０回実行できる学習時間であれば、コモンレール圧を１８０ＭＰａに上昇させ、第２気筒で１０回の学習用噴射を実行すればよい。

（噴射量学習処理）
次に、ＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶された制御プログラムによりＥＣＵ５０のＣＰＵが実行する噴射量学習処理について説明する。図７に示す噴射量学習処理のフローチャートは、タイマ割り込み等により所定時間間隔で実行される。図７において、「Ｓ」はステップを表わしている。

ＥＣＵ５０は、自車両の車重を取得し（Ｓ４００）、所定の学習条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ４０２）。学習条件は、前述したように無噴射減速運転であり、かつ車重が所定重量未満であるか否かで判定する。

学習条件が成立すると（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、車重と無噴射減速運転が開始されるときのエンジン回転数とに基づいて、図５の特性から今回の学習時間を取得する（Ｓ４０４）。取得した学習時間と図６のマップが示す学習進行状態とに基づいて、今回の噴射量学習で実行する学習領域を図６のマップから決定し（Ｓ４０６）、決定した学習領域において学習用噴射を実行する（Ｓ４０８）。

学習用噴射を実行したときの回転数変動量を算出し（Ｓ４１０）、学習用噴射を所定の実行条件で実行したか否かを判定する（Ｓ４１２）。
Ｓ４１２で判定する実行条件としては、無噴射減速運転であることはもちろんのこと、学習用噴射の実行時に車両が段差を通過したり、上り坂または下り坂を走行したりすることにより、学習指令噴射量に対して所定範囲を外れた回転数変動量になっていないことが挙げられる。

これ以外にも、学習用噴射以外に回転数変動量を増減させる要因として、吸気圧、燃温、および水温の急激な変化が学習用噴射の実行時に発生していないことが、Ｓ４１２で判定する実行条件として挙げられる。

所定の実行条件が成立している場合（Ｓ４１２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、回転数変動量を保存し（Ｓ４１４）、学習指令噴射量と車重とに基づいて回転数変動量を補正する（Ｓ４１６）。そして、補正された回転数変動量に基づいて実噴射量を推定し（Ｓ４１８）、実噴射量と学習指令噴射量との差に基づいて、燃料噴射弁４０の噴射量を補正する噴射量補正値を算出する（Ｓ４２０）。

実行時条件が成立していない場合（Ｓ４１２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は算出した回転数変動量を破棄し（Ｓ４２２）、本処理を終了する。
以上説明した本実施形態では、車重を取得し、車重に基づいて学習用噴射を実行したときの回転数変動量を補正し、補正した回転数変動量に基づいて学習用噴射を実行したときの実噴射量を高精度に推定できる。これにより、同じエンジンを搭載している車両であれば、車重に関わらず、推定した実噴射量と学習指令噴射量との差に基づいて、燃料噴射弁４０の噴射量を高精度に補正できる。

したがって、同じエンジンを搭載しているにも関わらず、車両構成の違いにより車重が異なるために車両構成毎に噴射量補正値を適合させる必要がないので、適合工数を省略できる。また、エンジンと車両構成とが同じ車両であるにも関わらず、搭乗人数や積載物の重量が異なるために噴射量の学習精度が低下することを防止できる。

［他の実施形態］
上記実施形態では、無噴射減速運転を所定の学習条件の一つとして学習用噴射を実行した。無噴射減速運転以外の学習条件として、例えば一定速度で走行時に学習用噴射を追加した噴射パターンで噴射量を学習するための噴射を行ってもよいし、自動変速の車両であればアイドル運転時に学習用噴射を実行してもよい。いずれの場合にも、噴射量を学習するための噴射を行ったときの実噴射量を、車重と回転数変動量とに基づいて推定する。

また、上記実施形態では、車重が所定重量未満であることを所定の学習条件の一つとした。これに対し、車重が所定重量未満であることを所定の学習条件から外してもよい。
上記実施形態では、車重に基づいて学習用噴射を実行したときの回転数変動量を補正し、補正した回転数変動量に基づいて実噴射量を推定するという学習順序を採用した。これに対し、車重と学習用噴射を実行したときの回転数変動量とに基づいて、マップ等から一度に実噴射量を推定してもよい。

本発明の燃料噴射制御装置による噴射量学習は、蓄圧式のディーゼルエンジンを搭載した車両に限らず、噴射量学習を実行する必要のある車両であれば、どのような車両に適用してもよい。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

２：エンジン、１０：燃料噴射システム、２０：燃料供給ポンプ、３０：コモンレール、４０：燃料噴射弁、４２：回転数センサ、５０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、噴射指令手段、噴射量推定手段、噴射量学習手段、補正手段、学習時間推定手段、学習領域決定手段）

Claims (3)

1. 車両全体の重量を取得する車重取得手段（Ｓ４００）と、
   所定の学習条件が成立すると、燃料噴射弁から実際に噴射される実噴射量と前記燃料噴射弁に指令する指令噴射量との差を学習するための学習用噴射を前記燃料噴射弁に指令する噴射指令手段（Ｓ４０２、Ｓ４０８）と、
   前記噴射指令手段からの指令により前記燃料噴射弁が前記学習用噴射を実行することにより生じる、前記車両全体の重量が重いほど小さくなり前記車両全体の重量が軽いほど大きくなる内燃機関の回転数の変動量を、前記車重取得手段が取得する前記車両全体の重量に基づいて補正し、補正した前記回転数の変動量に基づいて前記実噴射量を推定する噴射量推定手段（Ｓ４１８）と、
   前記噴射量推定手段が推定する前記実噴射量と前記噴射指令手段が前記燃料噴射弁に指令する前記学習用噴射の前記指令噴射量との差を学習し、学習した前記差に基づいて、前記燃料噴射弁の噴射量を補正する噴射量補正値を算出する噴射量補正手段（Ｓ４２０）と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射指令手段は、前記所定の学習条件として無噴射で車両が減速する無噴射減速運転のときに前記燃料噴射弁に前記学習用噴射を指令し、
   前記所定の学習条件として前記無噴射減速運転が継続することにより生じる、前記学習用噴射を実行して前記実噴射量と前記指令噴射量との差を学習できる時間の長さを表す学習時間を、前記車両全体の重量に基づいて推定する学習時間推定手段（Ｓ４０４）と、
   前記燃料噴射弁が設置された前記内燃機関の各気筒と、前記燃料噴射弁が前記学習用噴射を実行するときの噴射条件を規定する１個以上の噴射パラメータの値とにより分類される学習領域における学習進行状態、ならびに前記学習時間推定手段が推定する前記学習時間に基づいて、前記噴射指令手段が前記学習用噴射を指令するときの前記学習領域を決定する学習領域決定手段（Ｓ４０６）と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射指令手段は、さらに前記所定の学習条件として前記車両全体の重量が所定重量未満のときに、前記燃料噴射弁に前記学習用噴射を指令することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。