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技術 燃料噴射制御装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 高田健輔吉留学
出願日 2008年9月18日 (12年1ヶ月経過) 出願番号 2008-239462
公開日 2010年4月2日 (10年6ヶ月経過) 公開番号 2010-071187
状態 未査定
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 内燃機関の複合的制御
主要キーワード 使用圧力範囲 立ち上がり時期 噴射ばらつき 体積弾性係数 回転速度変動量 基準噴射 吐出量特性 最適噴射
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図面 (8)

課題

多段噴射により噴射量を学習する場合、燃料温度に応じて圧力脈動周期が変化しても噴射量を高精度に学習する燃料噴射制御装置を提供する。

解決手段

燃料噴射制御装置は、コモンレール燃料噴射弁との間の燃料配管の長さと、燃料圧力と、燃料温度とに基づいて学習用多段噴射において発生する圧力脈動の周期fpを算出し(S300)、圧力脈動が正負に変動するときに0になる基準点(fp/2)のいずれかを最適噴射インターバルTINToptとする(S302)。燃料噴射制御装置は、噴射ばらつき補正量Tc2、Tc3、Tc4(S304)と、最適噴射インターバルTINToptとに基づいて各段の間の噴射インターバルTp1、Tp2、Tp3を算出し(S306)、噴射インターバルTp1、Tp2、Tp3に基づいて学習用の多段均等噴射を実施し(S308)、微少噴射量の学習値を算出する(S310)。

概要

背景

近年、排ガス規制強化に対応するために、燃料噴射弁噴射量を高精度に制御することが求められている。例えば、コモンレール式ディーゼルエンジンのように、1燃焼サイクルにおいて、エンジンの主なトルクを生成するメイン噴射の前に微少量のパイロット噴射を実施する場合には、噴射量の高精度な制御が必要である。そのため、燃料噴射弁の加工誤差および経時劣化に対する機械的改良が行われている。

しかしながら、機械的な改良には限界があるので、特許文献1に開示されているように、微少噴射量を学習して噴射量を補正し、燃料噴射弁の噴射量を高精度に制御することが知られている。

特許文献1の噴射量学習では、エンジン運転状態に基づいて算出される学習制御時噴射量を略均等にn回に分割して多段噴射を複数の燃料圧力で実施する。そして、多段噴射を実施しながら気筒間回転速度変動平滑化する噴射量補正を実施するとともに、平均エンジン回転速度目標回転速度に維持する噴射量補正を実施し、気筒毎の噴射量補正量を各段に割り当てた補正値学習値としている。

しかしながら、多段噴射を実施すると各段の噴射によって圧力脈動が発生する。さらに、圧力脈動の周期燃料温度に応じて変化する。特許文献1のように、噴射量を均等に分割して学習用に多段噴射を実施する場合、多段噴射において生じる圧力脈動の周期が燃料温度に応じて変化すると、各段の噴射量がばらつき、高精度に噴射量を学習ができないという問題が生じる。

特許文献2には、噴射量学習用の多段噴射ではないが、1燃焼サイクルの間に少なくとも2回の燃料噴射を実施する場合、先に実施される第1の噴射により圧力脈動が発生し、この圧力脈動のために後に実施される第2の噴射の噴射量および噴射時期が変動することが開示されている。さらに圧力脈動の伝播速度言い換えれば圧力脈動の周期が、燃料配管の長さと燃料圧力(コモンレール圧)と燃料温度とによって変化することが開示されている。

そして、特許文献2では、燃料配管の長さと燃料圧力と燃料温度とに基づいて第1の噴射により発生する圧力脈動の周期を算出し、算出した圧力脈動の周期で第1の噴射と第2の噴射との間の噴射インターバル除算した無次元化インターバルに基づいて、第2の噴射が目標噴射量および目標インターバル目標噴射時期)で実施されるように第2の噴射の噴射量および噴射時期を補正している。

そこで、多段噴射により噴射量学習を実施する場合にも、燃料温度に応じて変化する圧力脈動の周期を算出し、この圧力脈動の周期に基づいて初段噴射以降の各段の噴射が目標噴射量および目標噴射時期になるように噴射量および噴射時期を補正することにより、圧力脈動の影響を排除して噴射量学習を実施することが考えられる。
特開2003−254139号公報
特開2003−314337号公報

概要

多段噴射により噴射量を学習する場合、燃料温度に応じて圧力脈動の周期が変化しても噴射量を高精度に学習する燃料噴射制御装置を提供する。燃料噴射制御装置は、コモンレールと燃料噴射弁との間の燃料配管の長さと、燃料圧力と、燃料温度とに基づいて学習用多段噴射において発生する圧力脈動の周期fpを算出し(S300)、圧力脈動が正負に変動するときに0になる基準点(fp/2)のいずれかを最適噴射インターバルTINToptとする(S302)。燃料噴射制御装置は、噴射ばらつき補正量Tc2、Tc3、Tc4(S304)と、最適噴射インターバルTINToptとに基づいて各段の間の噴射インターバルTp1、Tp2、Tp3を算出し(S306)、噴射インターバルTp1、Tp2、Tp3に基づいて学習用の多段均等噴射を実施し(S308)、微少噴射量の学習値を算出する(S310)。

目的

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、多段噴射により噴射量を学習する場合、燃料温度に応じて圧力脈動の周期が変化しても噴射量を高精度に学習する燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

内燃機関の各気筒噴射する燃料噴射弁の噴射量を均等に分割して多段噴射を実施することにより各段の噴射量を学習する燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁に燃料噴射指令する噴射指令手段と、前記多段噴射により噴射量を学習するときに、前記噴射指令手段が前記燃料噴射弁に指令する初段噴射以降の各段の噴射時期燃料温度に基づいて調整することにより、前記多段噴射において発生する圧力脈動正負に変動するときに0になる基準点を前記初段噴射以降の各段の噴射時期とする噴射時期調整手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。

請求項2

前記噴射時期調整手段は、燃料温度が高くなるにしたがい前記初段噴射以降の各段の噴射時期を遅角させ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。

請求項3

前記噴射時期調整手段は、前記噴射指令手段が前記燃料噴射弁に燃料噴射を指令してから前記燃料噴射弁が実際に燃料噴射を開始するまでの噴射遅れ時間のばらつきを考慮して前記初段噴射以降の各段の噴射時期を調整することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射制御装置。

請求項4

前記噴射時期調整手段は、前記初段噴射によって生じる圧力脈動の前記基準点を前記初段噴射以降の各段の噴射時期とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

請求項5

前記噴射時期調整手段は、前記圧力脈動の合成波の前記基準点を前記初段噴射以降の各段の噴射時期とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

請求項6

前記噴射時期調整手段は、前記多段噴射における前段噴射と前記前段噴射に続く後段噴射との間の噴射インターバルが前記燃料噴射弁の開弁特性によって決定される最小インターバル以上になるインターバル領域の前記基準点を前記初段噴射以降の各段の噴射時期とすることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

請求項7

前記噴射時期調整手段は、前記前段噴射と前記後段噴射との間で許容される最大インターバルと前記最小インターバルとの間のインターバル領域において前記噴射インターバルが最大になる前記基準点を前記初段噴射以降の各段の噴射時期とすることを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射制御装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関の各気筒燃料噴射する燃料噴射弁の噴射量を均等に分割して多段噴射を実施することにより各段の噴射量を学習する燃料噴射制御装置に関する。

背景技術

0002

近年、排ガス規制強化に対応するために、燃料噴射弁の噴射量を高精度に制御することが求められている。例えば、コモンレール式ディーゼルエンジンのように、1燃焼サイクルにおいて、エンジンの主なトルクを生成するメイン噴射の前に微少量のパイロット噴射を実施する場合には、噴射量の高精度な制御が必要である。そのため、燃料噴射弁の加工誤差および経時劣化に対する機械的改良が行われている。

0003

しかしながら、機械的な改良には限界があるので、特許文献1に開示されているように、微少噴射量を学習して噴射量を補正し、燃料噴射弁の噴射量を高精度に制御することが知られている。

0004

特許文献1の噴射量学習では、エンジン運転状態に基づいて算出される学習制御時噴射量を略均等にn回に分割して多段噴射を複数の燃料圧力で実施する。そして、多段噴射を実施しながら気筒間回転速度変動平滑化する噴射量補正を実施するとともに、平均エンジン回転速度目標回転速度に維持する噴射量補正を実施し、気筒毎の噴射量補正量を各段に割り当てた補正値学習値としている。

0005

しかしながら、多段噴射を実施すると各段の噴射によって圧力脈動が発生する。さらに、圧力脈動の周期燃料温度に応じて変化する。特許文献1のように、噴射量を均等に分割して学習用に多段噴射を実施する場合、多段噴射において生じる圧力脈動の周期が燃料温度に応じて変化すると、各段の噴射量がばらつき、高精度に噴射量を学習ができないという問題が生じる。

0006

特許文献2には、噴射量学習用の多段噴射ではないが、1燃焼サイクルの間に少なくとも2回の燃料噴射を実施する場合、先に実施される第1の噴射により圧力脈動が発生し、この圧力脈動のために後に実施される第2の噴射の噴射量および噴射時期が変動することが開示されている。さらに圧力脈動の伝播速度言い換えれば圧力脈動の周期が、燃料配管の長さと燃料圧力(コモンレール圧)と燃料温度とによって変化することが開示されている。

0007

そして、特許文献2では、燃料配管の長さと燃料圧力と燃料温度とに基づいて第1の噴射により発生する圧力脈動の周期を算出し、算出した圧力脈動の周期で第1の噴射と第2の噴射との間の噴射インターバル除算した無次元化インターバルに基づいて、第2の噴射が目標噴射量および目標インターバル目標噴射時期)で実施されるように第2の噴射の噴射量および噴射時期を補正している。

0008

そこで、多段噴射により噴射量学習を実施する場合にも、燃料温度に応じて変化する圧力脈動の周期を算出し、この圧力脈動の周期に基づいて初段噴射以降の各段の噴射が目標噴射量および目標噴射時期になるように噴射量および噴射時期を補正することにより、圧力脈動の影響を排除して噴射量学習を実施することが考えられる。
特開2003−254139号公報
特開2003−314337号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、初段噴射以降の各段の噴射時期によっては、圧力脈動の振幅のばらつき、つまり燃料圧力のばらつきが大きい噴射時期に燃料噴射を実施することがあるので、噴射量を補正しても噴射量が目標噴射量からずれるおそれがある。

0010

また、燃料温度に応じて変化する圧力脈動の周期に基づいて初段噴射以降の各段の噴射時期および噴射量を補正すると、圧力脈動の周期に基づく補正と、多段噴射による噴射量学習とを合わせて噴射量を二重に補正することになる。その結果、高精度に噴射量学習を実施できないという問題がある。

0011

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、多段噴射により噴射量を学習する場合、燃料温度に応じて圧力脈動の周期が変化しても噴射量を高精度に学習する燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

請求項1から7に記載の発明によると、多段噴射により噴射量を学習するときに、噴射指令手段が燃料噴射弁に指令する初段噴射以降の各段の噴射時期を燃料温度に基づいて調整することにより、噴射時期調整手段は多段噴射において発生する圧力脈動が正負に変動するときに0になる基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期とする。

0013

圧力脈動が正負に変動するときに0になる基準点においては、燃料噴射弁の噴射圧力は圧力脈動がない場合に噴射量を学習する燃料圧力になる。そして、圧力脈動の基準点においては、燃料圧力のばらつきが小さい。したがって、基準点を噴射時期とすることにより、学習燃料圧力において初段噴射以降の各段の噴射を開始できる。初段噴射の噴射開始時には圧力脈動は発生していないので、当然のことながら、学習燃料圧力で初段噴射を開始できる。

0014

このように、初段噴射以降の各段の噴射時期を圧力脈動の基準点とすることにより、燃料圧力のばらつきが小さい噴射時期で噴射を開始できる。これにより、燃料圧力のばらつきの影響を極力排除して噴射量学習を実施できる。その結果、多段噴射の各段の噴射量を高精度に学習できる。

0015

さらに、噴射量は調整せず、噴射時期だけを圧力脈動の基準点になるように調整するので、学習時の補正と合わせて噴射量を二重に補正することを防止できる。これにより、多段噴射の各段の噴射量を高精度に学習できる。

0016

請求項2に記載の発明によると、噴射時期調整手段は、燃料温度が高くなるにしたがい初段噴射以降の各段の噴射時期を遅角させる。
燃料温度が高くなると、圧力脈動の伝播速度が遅くなるので圧力脈動の周期は長くなる。したがって、燃料温度が高くなり圧力脈動の周期が長くなるにしたがい、圧力脈動の基準点で燃料噴射を開始するために噴射時期を遅角させる必要がある。

0017

ところで、燃料噴射弁に燃料噴射を指令してから燃料噴射弁が実際に燃料噴射を開始するまでには、燃料噴噴射弁開弁特性に応じて遅れ時間が生じる。この噴射遅れ時間は、燃料圧力が同じであれば、多段噴射の各段においてほぼ同じである。

0018

しかし、燃料温度に基づいて噴射時期を調整し、圧力脈動の基準点で燃料噴射を開始しようとしても、実際の噴射時期が基準点からずれることがある。基準点前後の圧力脈動の振幅の変化率噴射段数の位置によって異なるので、噴射時期が基準点らずれた場合、初段噴射以降の各段の噴射遅れ時間にばらつきが生じる。

0019

そこで、請求項3に記載の発明によると、噴射時期調整手段は、噴射指令手段が燃料噴射弁に指令する初段噴射以降の各段の噴射において、燃料噴射弁が実際に噴射を開始する噴射遅れ時間のばらつきを考慮して噴射時期を調整する。

0020

このように、噴射遅れ時間のばらつきを考慮して噴射時期を調整することにより、燃料温度に基づいて噴射時期を調整し、圧力脈動の基準点に極力近づけて燃料噴射を開始できる。その結果、噴射量を高精度に学習できる。噴射遅れ時間のばらつきは、予め噴射データの測定またはシミュレーション等で求めておくことができる。

0021

ところで、多段噴射の各段における噴射により発生する圧力脈動の周期は、燃料噴射弁に燃料を供給する配管の長さ、燃料圧力、燃料温度が変化しなければほぼ一定である。配管長は長さの異なる配管に交換しない限り同じである。したがって、学習用の多段噴射を実施する場合、1回の多段噴射を実施中に燃料圧力および燃料温度が変化しないと考えれば、初段噴射により生じる圧力脈動の基準点を噴射時期として各段において燃料噴射を開始できれば、多段噴射の実施中に圧力脈動の周期は変化しない。

0022

そこで、請求項4に記載の発明によると、噴射時期調整手段は、多段噴射において、初段噴射によって生じる圧力脈動の基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期とする。
これにより、初段噴射により生じる圧力脈動の基準点を噴射時期とすれば、初段噴射以降の各段において基準点で燃料噴射を開始できる。

0023

しかし、圧力脈動の基準点を噴射時期としても、前述したように、実際の噴射時期が基準点からずれることがある。その結果、多段噴射において発生する圧力脈動の合成波の周期が一定ではなく、噴射段毎に変化する恐れがある。

0024

そこで、請求項5に記載の発明によると、噴射時期調整手段は、多段噴射において発生する圧力脈動の合成波の基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期とする。
これにより、実際の噴射時期が基準点からずれて圧力脈動の周期が変化することを考慮し、圧力脈動の合成波の基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期とすることにより、圧力脈動の基準点でより正確に燃料噴射を開始できる。圧力脈動の合成波における基準点は、予め噴射データの測定またはシミュレーション等で求めておくことができる。

0025

請求項6に記載の発明によると、噴射時期調整手段は、多段噴射における前段噴射と前段噴射に続く後段噴射との間の噴射インターバルが燃料噴射弁の開弁特性によって決定される最小インターバル以上になるインターバル領域の基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期とする。

0026

噴射指令手段が燃料噴射弁に燃料噴射を指令してから燃料噴射弁が開弁し燃料噴射を開始するまでには、燃料噴射弁の機械的特性および電気的特性により決定される開弁特性に応じて遅れ時間が生じる。したがって、前段噴射と後段噴射との間の噴射インターバルは、燃料噴射弁の開弁特性によって決定される最小インターバル以上にする必要がある。

0027

ところで、圧力脈動は時間経過とともに減衰するので、前段噴射との噴射インターバルが長くなるほど、実際の噴射時期が基準点からずれた場合に、後段の噴射量が圧力脈動によりずれるずれ量は小さくなる。しかし、噴射インターバルを長くしすぎると、多段噴射において燃焼不良または異常燃焼音の発生を引き起こす恐れがある。したがって、噴射インターバルには最大値が設定される。

0028

そこで、請求項7に記載の発明によると、噴射時期調整手段は、前段噴射と後段噴射との間で許容される最大インターバルと最小インターバルとの間で噴射インターバルが最大になる基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期とする。

0029

これにより、燃焼を阻害しない範囲で多段噴射を実施できるとともに、噴射時期が基準点からずれたとしても、圧力脈動による噴射量のずれを極力小さくすることができる。
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。

発明を実施するための最良の形態

0030

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
燃料噴射システム
図1に、本実施形態の燃料噴射システム10を示す。燃料噴射システム10は、例えば、自動車用の4気筒のディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」ともいう。)2の各気筒に燃料を噴射するためのものである。燃料噴射システム10は、コモンレール20に燃料を供給する高圧ポンプ14と、高圧燃料を蓄えるコモンレール20と、コモンレール20から供給される高圧燃料をエンジン2の各気筒の燃焼室に噴射する燃料噴射弁30と、本システムを制御する電子制御装置(Electronic Control Unit:ECU)40とを備えている。

0031

燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ14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。高圧ポンプ14は、カムシャフトカムの回転に伴いプランジャ往復移動することにより、フィードポンプから加圧室吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。高圧ポンプ14のプランジャは、1個のカムの周囲に複数設置されている。

0032

調量アクチュエータとしての調量弁16は、高圧ポンプ14の吸入側に設置されており、電流制御されることにより高圧ポンプ14が吸入行程で吸入する燃料吸入量を調量する。そして、燃料吸入量が調量されることにより、高圧ポンプ14の燃料吐出量が調量される。

0033

コモンレール20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22が設置されている。プレッシャリミッタ24は、コモンレール圧が予め設定された上限値を超えるとコモンレール20内の燃料を排出し、コモンレール圧が上限値を超えないように制限する。

0034

燃料噴射弁30は、例えば、噴孔開閉するノズルニードルリフト制御室の圧力で制御する公知の噴射弁である。燃料噴射弁30から燃料を噴射するときには、制御室と低圧側とを連通させることにより、コモンレール20から制御室に供給された高圧燃料を低圧側に溢流させる。これにより、制御室の燃料圧力が低下し、ノズルニードルがリフトする。燃料噴射弁30の制御室から低圧側に溢流した燃料は、燃料タンク12にリターンされる。

0035

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2の回転数を検出する回転数センサ32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、アクセルペダル操作量であるアクセル開度を検出するアクセルセンサ吸入空気の温度(吸気温)および燃料温度(燃温)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。

0036

燃料噴射制御装置を構成するECU40は、CPU、ROM、RAM、フラッシュメモリ入出力インタフェース等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。そして、ECU40は、圧力センサ22、回転数センサ32、アクセルセンサ、吸気温センサ、燃温センサを含む各種センサ出力信号を取り込んでエンジン運転状態を検出し、検出したエンジン運転状態に基づいてエンジン運転状態を制御する。

0037

ECU40は、調量弁16に供給する電流デューティ比と高圧ポンプ14の吐出量との関係を、吐出量特性マップとしてROMまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶している。そして、ECU40は、圧力センサ22から取得するコモンレール圧が目標コモンレール圧となるように調量弁16への通電フィードバック制御している。

0038

また、ECU40は、圧力センサ22を含む各種センサから得たエンジン運転状態に基づいて燃料噴射弁30の噴射時期および噴射量を制御する。
ECU40は、1燃焼サイクル中に、主なトルクをエンジン2に発生させるメイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射を含む多段噴射を実施する場合、各段の燃料噴射における噴射量および噴射時期、ならびに多段噴射のパターンを制御する。

0039

ECU40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実行することにより、噴射指令手段、噴射量学習手段および噴射時期調整手段として機能する。

0040

(噴射指令手段)
ECU40は、燃料噴射弁30の噴射時期および噴射量を制御する噴射指令信号として噴射パルス信号を出力する。ECU40は、噴射パルス信号のパルス幅に対する噴射量の噴射量特性を、噴射圧であるコモンレール圧毎にマップとして前述した記憶装置に記憶している。噴射パルス信号のパルス幅が長くなると、噴射量は増加する。また、ECU40は、噴射パルス信号の立ち上がり時期により、燃料噴射弁30が噴射を開始する噴射時期を制御する。

0041

(噴射量学習手段)
ECU40は、アイドル運転時において、エンジン2に加わる負荷エンジン回転数水温等が所定の学習条件を満たしている場合、微少噴射量学習を実施する。

0042

学習条件が満たされている場合、ECU40は、噴射量をn回に均等に分割し、1燃焼サイクルにおいてn段の多段噴射を燃料噴射弁30に指令する。
そして、ECU40は、気筒間の回転速度変動量が平滑化するように、各気筒の燃料噴射弁30に対する噴射量を補正する。この場合、ECU40は、各気筒において、噴射量の補正量をn等分した値を各段の第1噴射量補正量とする。

0043

次にECU40は、各気筒の平均エンジン回転速度が目標エンジン回転速度になるように、全気筒一律に噴射量を補正する。この場合、ECU40は、各気筒において、噴射量の補正量をn等分した値を各段の第2噴射量補正量とする。

0044

ECU40は、気筒間の回転速度変動量を平滑化し、各気筒の平均エンジン回転速度が目標エンジン回転速度になるように補正した多段噴射における各段の第1噴射量補正量および第2噴射量補正量と、前回までに同様に多段噴射により学習した噴射量学習値との和を、今回の微少噴射量学習の学習値とする。

0045

ECU40は、一つの学習燃料圧力において微少噴射量学習が終了すると、高圧ポンプ14の吐出量を調量してコモンレール圧を異なる学習燃料圧力に調圧する。学習燃料圧力は、噴射圧力として使用するコモンレール圧の使用範囲全域を複数の圧力範囲に分割した各圧力範囲を代表する燃料圧力である。

0046

そして、調圧した学習燃料圧力において、噴射量をn回に均等に分割した多段噴射により前述した微少噴射量学習を実施する。そして、ECU40は、学習条件が満たされている場合、学習燃料圧力を変更し未学習の学習燃料圧力において微少噴射量学習を実施する。

0047

(噴射時期調整手段)
多段噴射により微少噴射量学習を実施する場合、各段の燃料噴射により、各気筒の燃料噴射弁30とコモンレール20との間の燃料配管に圧力脈動が生じる。燃料噴射弁30とコモンレール20との間の燃料配管に圧力脈動が生じると、燃料噴射弁30が燃料噴射を開始するときの燃料圧力がばらつき、初段噴射以降の各段の噴射量がばらつくおそれがある。

0048

さらに、圧力脈動の周期fpは、次式(1)に示すように、燃料噴射弁30とコモンレール20との間の燃料配管の長さと圧力脈動の伝播速度とにより決定される。そして、次式(2)に示すように、圧力脈動の伝播速度は、燃料の体積弾性係数燃料密度とにより決定される。

0049

圧力脈動の周期fp=燃料配管の長さ/圧力脈動の伝播速度・・・(1)
圧力脈動の伝播速度=(燃料の体積弾性係数/燃料密度)1/2 ・・・(2)
燃料の体積弾性係数は、燃料圧力および燃料温度の関数であり、燃料密度は燃料温度の関数である。燃料配管の長さは燃料噴射システム10において基本的に固定である。したがって、圧力脈動の周期は、燃料圧力および燃料温度によって変化する。

0050

したがって、図2に示すように、所定の燃料圧力において、基準の燃料温度のときの圧力脈動200に基づいて学習用の多段噴射202の基準噴射インターバル(TINT)を固定に設定すると、例えば燃料温度が基準温度から上昇し、図2に示すように圧力脈動210の周期が圧力脈動200の周期よりも長くなったときに、初段噴射以降の各段の噴射時期の燃料圧力が変化することがある。その結果、圧力脈動200で噴射したときの多段噴射202に対し、圧力脈動210で噴射したときの多段噴射212において各段の噴射量がばらつく。燃料温度の変化により各段の噴射量がばらつくと、噴射量を均等にn分割した多段噴射により微少噴射量を高精度に学習できない。

0051

そこで、本願発明者は、学習用の多段噴射を実施する場合、圧力脈動の周期が変化しても各段の噴射量がばらつかないように、燃料温度に応じて各段の噴射時期を調整することを考えた。そして、本願発明者は、燃料圧力に加え、燃料温度に応じて変化する圧力脈動の周期に基づいて、初段噴射以降の各段の噴射時期、言い換えれば、前段噴射と前段噴射に続く後段噴射との噴射インターバルを調整し、図3に示す圧力脈動220において、圧力脈動220が正負に変動するときに0となる基準点222を各段の噴射時期とすることを見いだした。基準点222は、圧力脈動220の周期の1/2に相当する点である。

0052

基準点222において、圧力脈動220の燃料圧力は噴射量学習を実施するときのコモンレール圧の燃料圧力、つまり学習燃料圧力になる。初段噴射を開始するときには多段噴射による圧力脈動は発生していないので、初段噴射を実施するときの燃料圧力は学習燃料圧力である。したがって、燃料温度の変化に基づいて初段噴射以降の各段の噴射時期を調整し、圧力脈動220の基準点222で燃料噴射を開始することにより、多段噴射の各段において同じ学習燃料圧力で燃料噴射を開始できる。このように、燃料温度の変化に応じて圧力脈動の周期が変化しても、噴射量を調整することなく噴射時期を調整して圧力脈動220の基準点222を噴射時期とすることにより、噴射量をn分割した多段噴射の各段において、噴射量のばらつきを防止し、均等に燃料を噴射できる。

0053

また、図4に示すように、ECU40が燃料噴射弁30に燃料噴射を指令し、燃料噴射弁30に駆動電流230が供給されてから燃料噴射弁30が実際に多段噴射240の各段の燃料噴射を開始するまでには、燃料噴射弁30の機械的特性および電気的特性により決定される開弁特性に応じて遅れ時間ΔTが生じる。そして、この遅れ時間ΔTを含み、燃料噴射弁30には、燃料噴射弁30の開弁特性に基づいて前段噴射と後段噴射との間に最低限確保する必要のある最小インターバルが設定されている。

0054

一方、多段噴射において各段の噴射インターバルを長くしすぎると、多段噴射の後半の噴射時期が遅れるため、着火不良または異常燃焼音の発生という問題が生じる。本実施形態では、多段噴射の最終段の噴射時期を圧縮行程上死点(TDC)としている。尚、最終段の噴射時期は、燃焼音および排ガス等を考慮して可変に設定しても良い。また、着火不良または異常燃焼音の発生の程度は、コモンレール圧によっても増減する。そこで、多段噴射の段数およびコモンレール圧に基づいて、噴射インターバルの最大インターバルを設定する。

0055

そして、図5に示すように、設定した最小インターバル250と最大インターバル252とのインターバル領域254で、各段の噴射時期となる基準点222を設定する。インターバル領域254に複数の基準点222が存在する場合には、どの基準点222を噴射時期としてもよい。

0056

ここで、圧力脈動は時間経過とともに減衰するので、前段までの燃料噴射により発生する圧力脈動の影響を極力受けないためには、初段噴射以降の各段の噴射時期として、最小インターバル250と最大インターバル252との間で、最大インターバル252に極力近い基準点222を選ぶことが望ましい。

0057

以上のことから、最小インターバルをfmin、最大インターバルをfmax、圧力脈動の周期をfpとすると、学習用の多段噴射において初段噴射以降の各段の噴射時期は、次式(3)に基づいて算出される最適噴射インターバルTINToptにより決定される。

0058

TINTopt=max(fmin<k×fp/2<fmax) ・・・(3)
式(3)において、kは(fmin<k×fp/2<fmax)を満たす自然数である。最大インターバル252に極力近い基準点222を噴射時期とする場合には、式(3)を満たすkの最大値を選択する。

0059

ところで、多段噴射において、今回の噴射を実施するときに生じている圧力脈動は、今回噴射の前までの各段の噴射により生じる圧力脈動の合成である。しかし、1回の多段噴射において、コンレール圧と燃料温度とは一定であると考えられる。そして、式(1)、(2)から、燃料圧力であるコンレール圧と燃料温度とが変化せず一定であれば、圧力脈動の周期は変化せず一定である。したがって、図6に示す圧力脈動260の基準点262で各段の噴射を実施すれば、圧力脈動260の振幅は各段の合成になるものの、圧力脈動260の周期は、先頭の初段噴射を実施したときに生じる圧力脈動の周期と同じであり、変化しないと考えられる。

0060

したがって、圧力脈動260の基準点262を各段の噴射時期にすれば、多段噴射において、圧力脈動260の何れかの基準点262で各段の燃料噴射を実施することができる。

0061

ただし、前述したように、燃料噴射弁30に駆動電流230が供給されてから燃料噴射弁30が実際に多段噴射260の各段の燃料噴射を開始するまでには、燃料噴射弁30の開弁特性に応じて遅れ時間ΔTが生じる。この遅れ時間ΔTは、噴射量学習を実施するときの学習燃料圧力によって変化する。したがって、初段噴射以降の各段において基準点262を噴射時期にするためには、当然この遅れ時間ΔTを考慮する必要がある。

0062

ここで、遅れ時間ΔTを考慮して基準点262を噴射時期としても、正確に基準点262で燃料噴射を開始することは困難であり、実際の噴射時期が基準点262からずれることが考えられる。図6の多段噴射242に示すように実際の噴射時期が基準点262から符号272の示す位置にずれると、圧力脈動260の周期が点線の圧力脈動270に示すように変化する。このように、噴射時期が基準点262からずれると、初段噴射以降の各段における噴射量がばらつくことになる。

0063

さらに、基準点262からずれたときの圧力脈動の変化率は、噴射段数の位置、ならびに最小インターバルと最大インターバルとの間のいずれの基準点262を噴射時期とするか、つまり噴射インターバルによって異なる。この場合、図6の多段噴射242が示すように噴射時期が基準点262からずれると、各段の噴射量がばらつき、噴射量を高精度に学習できない。

0064

そこで、実際の噴射時期が基準点262からずれる噴射遅ればらつきを考慮して初段噴射以降の各段の噴射時期、言い換えれば各段の噴射インターバルを設定することが望ましい。

0065

本実施形態では、噴射遅ればらつきを補正する各段の噴射ばらつき補正量を、コモンレール圧および噴射インターバルをパラメータとするマップとして、多段噴射の段数位置毎にROMまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶している。例えば4段の多段噴射を実施する場合、2段目、3段目、4段目の噴射ばらつき補正量をそれぞれTc2、Tc3、Tc4、1段目と2段目、2段目と3段目、3段目と4段目との間の噴射インターバルをそれぞれTp1、Tp2、Tp3とすると、Tp1、Tp2、Tp3は次式(4)、(5)、(6)で表される。

0066

Tp1=TINTopt−Tc2 ・・・(4)
Tp2=TINTopt+Tc2−Tc3 ・・・(5)
Tp3=TINTopt+TC3−Tc4 ・・・(6)
このように、噴射遅ればらつきを考慮して多段噴射における噴射インターバル、つまり噴射時期を調整することにより、より正確に圧力脈動の基準点で初段噴射以降の各段の噴射を開始できる。

0067

微小噴射量学習ルーチン
図7に、微少噴射量学習ルーチンを示す。図7のルーチンは、アイドル運転時において、エンジン2に加わる負荷、エンジン回転数、水温等が所定の学習条件を満たしている場合に実行される。図7において、「S」はステップを表している。尚、ECU40は、本ルーチンを実行する場合、例えば高圧ポンプ14の吐出量を調量することにより、微少噴射量学習でまだ学習していない学習燃料圧力にコモンレール圧を調圧する。また、多段噴射は4段噴射を例にしている。

0068

S300においてECU40は、コモンレール20と燃料噴射弁30との間の燃料配管の長さをROMまたはフラッシュメモリ等の記憶装置から読み出す。また、ECU40は、圧力センサ22の出力信号からコモンレール圧を燃料圧力として検出し、燃温センサの出力信号から燃料温度を検出する。そして、ECU40は、燃料配管の長さと、燃料圧力と、燃料温度とを式(1)、(2)に代入して圧力脈動の周期fpを算出する。

0069

S302においてECU40は、各段の間の最適噴射インターバルTINToptを式(3)に基づいて算出する。
そして、S304においてECU40は、初段噴射以降の各段の噴射における噴射遅ればらつきを補正する噴射ばらつき補正量Tc2、Tc3、Tc4を、コモンレール圧と、段数位置と、S302で算出した最適噴射インターバルTINToptとに基づいて算出する。

0070

S306においてECU40は、このようにして算出した最適噴射インターバルTINToptと、補正量Tc2、Tc3、Tc4とを式(4)〜(6)に代入し、各段の間の噴射インターバルTp1、Tp2、Tp3を算出する。

0071

S308においてECU40は、エンジン回転数およびアクセル開度に基づいて学習用噴射量を算出し、この学習用噴射量に基づいて、4段の多段噴射における各段の噴射量が均等になるように各段の噴射量を設定する。そして、S306において算出した各段の間の噴射インターバルTp1、Tp2、Tp3と、学習用噴射量を均等に4分割した各段の噴射量とに基づいて、ECU40は学習用の多段均等噴射を実施する。この学習用多段噴射において、ECU40は、気筒間の回転速度変動を平滑化するとともに、平均エンジン回転速度を目標回転速度に維持するように、各気筒において学習用に噴射する多段噴射の各段の噴射量を補正する。

0072

S310においてECU40は、学習した噴射補正量と、前回までに学習した噴射補正量との和を今回の学習値として算出する。
ECU40は、S310において学習値の算出が終了すると、コモンレール圧の使用圧力範囲の全域を学習するまで、本ルーチンを繰り返し実行する。

0073

以上説明した本実施形態によると、噴射量を均等にn分割して学習用の多段噴射を実施するときに、燃料温度とコモンレール圧と燃料配管長とに基づいて初段噴射以降の各段の噴射時期を調整し、圧力脈動の基準点で初段噴射以降の各段に燃料噴射を開始させている。これにより、各段の噴射において発生している圧力脈動の振幅は各段の噴射により発生する圧力脈動の合成波となるものの、圧力脈動の周期は変化せず一定である。したがって、各段の噴射を圧力脈動の基準点で開始することにより、燃料温度に応じて圧力脈動の周期が変化しても、各段における噴射量が圧力脈動によりばらつくことを極力低減できる。これにより、多段噴射を実施して微少噴射量を高精度に学習できる。

0074

また、燃料温度に応じて圧力脈動の周期が変化することにより生じる噴射量のばらつきを、噴射量を調整することなく噴射時期を調整することにより防止するので、噴射量学習における噴射量補正と合わせて二重に噴射量を補正することを防止できる。これにより、多段噴射を実施して微少噴射量を高精度に学習できる。

0075

[他の実施形態]
上記実施形態では、燃料温度に応じて周期の変化する圧力脈動に対し、圧力脈動の基準点を初段噴射以降の各段の噴射時期として各段の噴射を実施することにより、圧力脈動の振幅は各段の噴射により発生する圧力脈動の合成波になるものの、その周期は変らず一定であるとした。これに対し、圧力脈動の基準点を噴射時期とするものの、実際の噴射時期は基準点からずれるので、圧力脈動の合成波の周期、つまり基準点が変化することを考慮してもよい。圧力脈動の合成波における基準点のずれは、予め噴射データの測定またはシミュレーション等で求めておくことができる。

0076

上記実施形態では、噴射指令手段、噴射時期調整手段の機能を、制御プログラムにより機能が特定されるECU40により実現している。これに対し、上記複数の手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。

0077

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。

図面の簡単な説明

0078

本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。
燃料温度の変化による圧力脈動の周期および噴射量のずれを示すタイムチャート
圧力脈動の周期を示すタイムチャート。
駆動電流に対する燃料噴射弁の噴射遅れを示すタイムチャート。
各段の噴射インターバルの設定を示すタイムチャート。
圧力脈動の合成と、燃料噴射弁の噴射遅れのばらつきとを示すタイムチャート。
微少噴射量学習ルーチンを示すフローチャート

符号の説明

0079

2:ディーゼルエンジン(内燃機関)、10:燃料噴射システム、20:コモンレール、30:燃料噴射弁、40:ECU(燃料噴射制御装置、噴射指令手段、噴射時期調整手段)

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