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図面 (5)

課題

高圧ポンプ吐出量内燃機関運転状態に応じて適切に設定可能とする。

解決手段

高圧ポンプの吐出量は、プレコントロール量とPID制御に基づくフィードバック制御量とから算出され、プレコントロール量は、アクセル開度エンジン回転数に基づいて定められる指示噴射量燃料噴射弁の動的リークとの和に、エンジン回転数と、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じて求められる稼働シリンダ数が乗ぜられ、その乗算結果に燃料噴射弁の静的リークが加算されて算出されることで、高圧ポンプによる不要な燃料吐出が防止され、内燃機関の運転状態に応じた適切な吐出量が確保される。

概要

背景

いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧ポンプによって燃料加圧して蓄圧器であるコモンレールへ圧送して蓄圧し、その蓄圧された高圧燃料燃料噴射弁へ供給することにより、燃料噴射弁による内燃機関への高圧燃料の噴射を可能として、燃費エミッション特性等に優れるものとして良く知られているものである(例えば、特許文献1等参照)。

かかるコモンレール式燃料噴射制御装置において、上述の高圧ポンプからコモンレールへ吐出される燃料の吐出量は、通常、燃料噴射が行われるシリンダの数(筒数)やエンジン回転数から定まるプレコントロール量と称される基本的な燃料量に、PID制御による補正分が加味されて定められるものとなっている。

ところで、車両によっては、燃費向上の観点等から燃料噴射弁を意図的に動作停止状態として減筒運転を行うものもあり、必ずしも常に全ての燃料噴射弁による燃料噴射が行われるとは限らない。
また、突発的な電気的故障の発生によって燃料噴射弁が動作せず燃料噴射がなされなくなることもあり得る。

概要

高圧ポンプの吐出量を内燃機関の運転状態に応じて適切に設定可能とする。高圧ポンプの吐出量は、プレコントロール量とPID制御に基づくフィードバック制御量とから算出され、プレコントロール量は、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて定められる指示噴射量と燃料噴射弁の動的リークとの和に、エンジン回転数と、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じて求められる稼働シリンダ数が乗ぜられ、その乗算結果に燃料噴射弁の静的リークが加算されて算出されることで、高圧ポンプによる不要な燃料吐出が防止され、内燃機関の運転状態に応じた適切な吐出量が確保される。

目的

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、高圧ポンプの吐出量を内燃機関の運転状態に応じて適切に調整可能な高圧ポンプ吐出量制御方法及びコモンレール式燃料噴射制御装置を提供する

効果

実績

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請求項1

燃料タンク燃料高圧ポンプによりコモンレール加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジン高圧燃料噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、当該調量弁の駆動制御により前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置における高圧ポンプ吐出量制御方法であって、前記高圧ポンプの吐出量は、指示噴射量を基に算出されたプレコントロール量と、PID制御に基づいて求められたフィードバック制御量とに基づいて決定され、前記プレコントロール量は、アクセル開度エンジン回転数に基づいて定められる指示噴射量と前記燃料噴射弁の動的リークとの和に、エンジン回転数とシリンダ数とを乗じ、当該乗算結果に前記燃料噴射弁の静的リークを加算して算出され、前記シリンダ数は、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じた値に設定することを特徴とする高圧ポンプ吐出量制御方法。

請求項2

全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じた値をシリンダ数とすることに代えて、動作状態にある燃料噴射弁の数をシリンダ数とすることを特徴とする請求項1記載の高圧ポンプ吐出量制御方法。

請求項3

燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、電子制御ユニットにより、前記調量弁が駆動制御されて前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、前記電子制御ユニットは、指示噴射量に基づいてプレコントロール量を算出し、PID制御に基づいてフィードバック制御量を算出し、当該フィードバック制御量に前記プレコントロール量を加算して前記高圧ポンプの吐出量を算出し、前記プレコントロール量を、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて定められる指示噴射量と前記燃料噴射弁の動的リークとの和に、エンジン回転数とシリンダ数とを乗じ、当該乗算結果に前記燃料噴射弁の静的リークを加算して算出し、前記シリンダ数を、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じた値とするよう構成されてなることを特徴とするコモンレール式燃料噴射制御装置。

請求項4

前記電子制御ユニットは、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じた値をシリンダ数とすることに代えて、動作状態にある燃料噴射弁の数をシリンダ数とするよう構成されてなることを特徴とする請求項3記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。

技術分野

0001

本発明は、コモンレール式燃料噴射制御装置における高圧ポンプ吐出量制御方法係り、特に、吐出量制御の精度、信頼性向上等を図ったものに関する。

背景技術

0002

いわゆるコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧ポンプによって燃料加圧して蓄圧器であるコモンレールへ圧送して蓄圧し、その蓄圧された高圧燃料燃料噴射弁へ供給することにより、燃料噴射弁による内燃機関への高圧燃料の噴射を可能として、燃費エミッション特性等に優れるものとして良く知られているものである(例えば、特許文献1等参照)。

0003

かかるコモンレール式燃料噴射制御装置において、上述の高圧ポンプからコモンレールへ吐出される燃料の吐出量は、通常、燃料噴射が行われるシリンダの数(筒数)やエンジン回転数から定まるプレコントロール量と称される基本的な燃料量に、PID制御による補正分が加味されて定められるものとなっている。

0004

ところで、車両によっては、燃費向上の観点等から燃料噴射弁を意図的に動作停止状態として減筒運転を行うものもあり、必ずしも常に全ての燃料噴射弁による燃料噴射が行われるとは限らない。
また、突発的な電気的故障の発生によって燃料噴射弁が動作せず燃料噴射がなされなくなることもあり得る。

先行技術

0005

特開2014−84810号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、高圧ポンプの吐出量を定める際に用いられる上述のプレコントロール量の算出には、燃料噴射弁の実際の動作の有無は何ら考慮されてない。
そのため、先に述べたように意図的な減筒運転や電気的な故障が発生している場合にあっては、高圧ポンプからは必要以上の燃料が吐出され、場合によっては、燃料噴射弁が閉弁シャットオフ)した瞬間にレール圧が急激に上昇し高圧安全弁開弁するような好ましくないことも起こり得る。

0007

また、高圧ポンプの吐出量が必要以上の量となることが常態化すると、レール圧のオーバーシュートが発生したり、目標レール圧に対して実レール圧が高い状態が継続し、排ガス性能の悪化やコンポーネント劣化等を招く虞が生ずる。

0008

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、高圧ポンプの吐出量を内燃機関の運転状態に応じて適切に調整可能な高圧ポンプ吐出量制御方法及びコモンレール式燃料噴射制御装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0009

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る高圧ポンプ吐出量制御方法は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、当該調量弁の駆動制御により前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置における高圧ポンプ吐出量制御方法であって、
前記高圧ポンプの吐出量は、指示噴射量を基に算出されたプレコントロール量と、PID制御に基づいて求められたフィードバック制御量とに基づいて決定され、
前記プレコントロール量は、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて定められる指示噴射量と前記燃料噴射弁の動的リークとの和に、エンジン回転数とシリンダ数とを乗じ、当該乗算結果に前記燃料噴射弁の静的リークを加算して算出され、
前記シリンダ数は、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じた値に設定するよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るコモンレール式燃料噴射制御装置は、
燃料タンクの燃料が高圧ポンプによりコモンレールへ加圧、圧送され、当該コモンレールに接続された燃料噴射弁を介してエンジンへ高圧燃料の噴射を可能としてなると共に、少なくとも前記高圧ポンプの上流側に調量弁が設けられ、電子制御ユニットにより、前記調量弁が駆動制御されて前記コモンレールのレール圧を制御可能に構成されてなるコモンレール式燃料噴射制御装置であって、
前記電子制御ユニットは、
指示噴射量に基づいてプレコントロール量を算出し、PID制御に基づいてフィードバック制御量を算出し、当該フィードバック制御量に前記プレコントロール量を加算して前記高圧ポンプの吐出量を算出し、
前記プレコントロール量を、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて定められる指示噴射量と前記燃料噴射弁の動的リークとの和に、エンジン回転数とシリンダ数とを乗じ、当該乗算結果に前記燃料噴射弁の静的リークを加算して算出し、
前記シリンダ数を、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減じた値とするよう構成されてなるものである。

発明の効果

0010

本発明によれば、高圧ポンプの吐出量の算出過程において、従来と異なり、稼働状態にあるシリンダの数を用いるようにすることで、コモンレールへ対する高圧ポンプによる余分な燃料吐出が確実に回避されるため、レール圧の急激な上昇を防止し、動作停止状態となる燃料噴射弁の故障が発生しても、通常運転と同等のレール圧制御性が維持できる。
また、従来と異なり、高圧ポンプの吐出量が過多となった状態が続くことがなくなるため、レール圧のオーバーシュートが発生したり、目標レール圧に対して実レール圧が高い状態が継続するようなことが確実に防止される。そのため、排ガス性能の悪化を招くことがなく、さらには、レール圧の急上昇等による燃料系統構成品の劣化が抑圧され、より信頼性、安定性のあるコモンレール式燃料噴射制御装置を提供することができるという効果を奏するものである。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御方法が適用されるコモンレール式燃料噴射制御装置の構成例を示す構成図である。
本発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射制御装置において高圧ポンプ吐出量制御を実行するために必要とされる基本的機能を機能ブロックにいより表した機能ブロック図である。
本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御の中でプレコントロール量算出処理を実行するために必要とされる基本的機能を機能ブロックにより表した機能ブロック図であって、図3(A)は稼働シリンダの数を燃料噴射弁の全筒数から動作停止状態にある燃料噴射弁数を減算して求める場合の機能ブロック図、図3(B)は稼働シリンダの数を動作状態にある燃料噴射弁の数とする場合の機能ブロック図である。
本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御処理におけるプレコントロール量算出処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。

実施例

0012

以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図4を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるコモンレール式燃料噴射制御装置について図1を参照しつつ説明する。
このコモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料の圧送を行う高圧ポンプ装置50と、この高圧ポンプ装置50により圧送された高圧燃料を蓄えるコモンレール1と、このコモンレール1から供給された高圧燃料を、内燃機関としてのエンジン3の気筒噴射供給する複数の燃料噴射弁2−1〜2−nと、燃料噴射制御処理や後述する高圧ポンプ吐出量制御処理などを実行する電子制御ユニット(図1においては「ECU」と表記)4を主たる構成要素として構成されたものとなっている。この構成自体は、従来から良く知られているこの種の燃料噴射制御装置の基本的な構成と同一のものである。

0013

高圧ポンプ装置50は、供給ポンプ5と、調量弁6と、高圧ポンプ7とを主たる構成要素として構成されてなる公知・周知の構成を有してなるものである。
かかる構成において、燃料タンク9の燃料は、供給ポンプ5により汲み上げられ、調量弁6を介して高圧ポンプ7へ供給されるようになっている。調量弁6には、電磁式比例制御弁が用いられ、その通電量が電子制御ユニット4により制御されることで、高圧ポンプ7への供給燃料の流量、換言すれば、高圧ポンプ7の吐出量が調整されるものとなっている。
コモンレール1には、高圧ポンプ7により加圧された燃料が圧送されるものとなっている。

0014

なお、供給ポンプ5の出力側と燃料タンク9との間には、戻し弁8が設けられており、供給ポンプ5の出力側の余剰燃料を燃料タンク9へ戻すことができるようになっている。
また、供給ポンプ5は、高圧ポンプ装置50の上流側に高圧ポンプ装置50と別体に設けるようにしても、また、燃料タンク9内に設けるようにしても、いずれでも良いものである。

0015

燃料噴射弁2−1〜2−nは、エンジン3の気筒(シリンダ)毎に設けられており、それぞれコモンレール1から高圧燃料の供給を受け、電子制御ユニット4による噴射制御によって燃料噴射を行うようになっている。

0016

本発明の実施の形態におけるコモンレール1には、余剰燃料をタンク9へ戻すリターン通路(図示せず)に、いわゆる機械式圧力制限弁10が設けられている。このため、コモンレール1内のレール圧が、圧力制限弁10において設定された所定圧開弁圧)を越えると、圧力制限弁10が開弁状態となり、コモンレール1の燃料を低圧側のリターン通路(図示せず)を介してタンク9へ排出することで、レール圧の不用意な上昇が制限されるようになっている。

0017

電子制御ユニット4は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ(図示せず)を中心に、RAMやROM等の記憶素子(図示せず)を有すると共に、燃料噴射弁2−1〜2−nを通電駆動するための回路(図示せず)や、調量弁6等を通電駆動するための回路(図示せず)を主たる構成要素として構成されたものとなっている。

0018

かかる電子制御ユニット4には、コモンレール1の圧力を検出する圧力センサ11の検出信号が入力される他、エンジン回転数、アクセル開度、燃料温度などの各種の検出信号が、エンジン3の燃料噴射制御処理や後述する本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御処理などに供するために入力されるようになっている。

0019

次に、本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御処理について、図2乃至図4を参照しつつ説明する。
最初に、電子制御ユニット4において実行される高圧ポンプ7の吐出量算出処理の基本的な処理手順について、図2の機能ブロック図を参照しつつ説明する。
この高圧ポンプ吐出量算出処理の基本的な手順は、従来と同様のものである。
すなわち、高圧ポンプ吐出量は、プレコントロール量に、PID制御に基づいて求められたフィードバック制御量が加算されて求められるものとなっている。
なお、実レール圧が目標レール圧となるようにPID制御に基づいて行われるフィードバック制御は基本的に従来同様のものである。

0020

プレコントロール量は、指示噴射量と目標エンジン回転数に対して定められる高圧高圧ポンプ7の基本的な目標吐出量というべきものである。ここで、指示噴射量、目標エンジン回転数は、電子制御ユニット4において、従来同様、別途実行される噴射噴射制御処理などにおいて算出されるものである。
プレコントロール量に加算される先のフィードバック制御量は、実際の燃料噴射動作の状態において上述のプレコントロール量のみでは不足する高圧ポンプ吐出量を補うものである。

0021

本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御処理は、特に、プレコントロール量の算出処理が従来と異なるものであり、以下、図3及び図4を参照しつつ説明する。
電子制御ユニット4による処理が開始されると指示噴射量の算出が行われる(図4のステップS100参照)。この指示噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数に基づいて演算算出されるものである。その演算算出の手法は従来の手法と基本的に同様である。

0022

次いで、制御量の算出が行われる(図4のステップS110参照)。
この制御量は、具体的には、燃料噴射弁2−1〜2−nにおいて発生する動的リークの量である。
動的リークは、燃料噴射弁2−1〜2−nが、ニードル弁バルブシート面に対するシート及びリフトの制御のために背圧室を有する構成のものにおいて生ずるものである。

0023

すなわち、燃料噴射弁において、背圧室は、ニードル弁の後端側に圧力を作用させるために設けられ、燃料を導入することでニードル弁をバルブシート面にシートさせて噴射孔を閉じる一方、電磁ソレノイド等の背圧制御手段によって背圧室内の燃料の一部をリークさせることでニードル弁をバルブシート面からリフトさせて噴射孔を開くよう機能するものとなっている。
動的リークは、上述のようにニードル弁をバルブシート面からリフトさせる際に背圧室からリークされる燃料の一部である。

0024

なお、燃料噴射が、例えば、パイロット噴射メイン噴射ポスト噴射の3段で行われる場合の動的リークは、それぞれの噴射において生ずる動的リークの総和となる。

0025

動的リークは、車両の具体的な仕様や、その時々のエンジン回転数や目標燃料噴射量等によって異なるものである。そのため、動的リークを求めるにあたっては、例えば、試験結果やシミュレーション結果に基づいて、エンジン回転数や目標燃料噴射量を入力パラメータとして、対応する動的リークの量を読み出し可能としたマップを用いるのが好適である。

0026

次いで、指示噴射量と制御量の和としての単位燃料量が算出される(図4のステップS120参照)。
このように算出される単位燃料量は、1つのシリンダでの1回の噴射における、指示噴射量と動的リークの和に相当するものである。

0027

次いで、トータルシリンダ数の算出が行われる(図4のステップS130参照)。
ここで、トータルシリンダ数は、燃料噴射が必要なシリンダの数である。換言すれば、燃料噴射弁が動作状態にあるシリンダの数(稼働シリンダ数)である。

0028

このトータルシリンダ数は、次述するように2つの算出方法がある。
一つは、全シリンダ数から動作停止状態にある燃料噴射弁の数を減算して求める方法である(図3(A)参照)。ここで、燃料噴射弁の動作停止状態には、燃費向上等の観点から意図的に動作停止状態とされている場合と、電気的な故障により動作停止状態となっている場合の双方を含むものとする。
また、稼働シリンダ数の求め方としては、動作状態にある燃料噴射弁の数、すなわち、稼働噴射弁数を求める方法もある(図3(B)参照)。

0029

なお、動作状態にある燃料噴射弁の数や動作停止状態にある燃料噴射弁の数は、通常、電子制御ユニット4において別途実行される故障診断処理によって検出されるが、いずれが検出されるかは、個々の車両の仕様等によって縷々異なるものである。したがって、上述したトータルシリンダ数の算出方法のいずれを用いるかは、燃料噴射弁の動作に関する故障診断処理の内容に応じて定めるのが好適である。

0030

次いで、プレコントロール量の算出が行われる(図4のステップS140参照)。
すなわち、プレコントロール量[mm3/s]は、プレコントロール量[mm3/s]=単位燃料量[mm3/st]×トータルシリンダ数×(エンジン回転数[rpm]/60/2)+インジェクタリーク量[mm3/s]として求められる。

0031

ここで、エンジン回転数を60と2で除算するのは、他の物理量との単位次元を合わせるためである。
また、インジェクタリーク量は、いわゆる静的リークと称されるもので、ニードル弁等の摺動部から漏れる燃料の量である。かかるインジェクタリーク量は、燃料噴射弁2−1〜2−nの構造によってとなるものもある。
インジェクタリーク量は、レール圧と燃料温度に基づいて所定の演算式によって算出可能であり、本発明の実施の形態においても、従来同様、演算式により算出された値が用いられるようになっている。

0032

このように、本発明の実施の形態における高圧ポンプ吐出量制御処理においては、従来と異なり、動作状態にある燃料噴射弁に対応したシリンダ数をプレコントロール量の算出に用いるようにしたので、高圧ポンプ7による不要な燃料吐出が防止され、余剰燃料によるレール圧の不必要な上昇が確実に防止されて、装置のさらなる安全性、信頼性が確保されるものとなっている。

0033

内燃機関の運転状態に応じて高圧ポンプの適切な吐出量の設定が所望されるコモンレール式燃料噴射制御装置に適用できる。

0034

1…コモンレール
3…エンジン
4…電子制御ユニット
7…高圧ポンプ

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