JP2010525228A - 内燃機関での噴射制御方法および内燃機関での噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、付加的なハードウェアなしに燃料噴射システムでの噴射量を正確に調整するための内燃機関での噴射制御方法および内燃機関での噴射制御装置に関する。本発明によれば、圧力値が圧力センサ（２０５）の時間遅延量とともに制御装置（２６０）へ供給され、これらの値が評価されることにより、当該の圧力値が補正される。

Description

従来技術
例えば、欧州および米国における障害物質放出規制に関する要求の増大に基づいて、コモンレール燃料噴射システムでは高精度の噴射燃料量を得ることがますます重要になってきている。また、これからのＣＲシステムの最大レール圧に関する要求も増大している。

高いレール圧への要求に応えるためには漏れ損失を低減しなければならない。これは特に圧送フェーズを短縮することによって達成される。しかし、圧送フェーズを短縮すると、高回転数領域で圧送量が大きくなり、レールでの圧力勾配が過度に急峻となって、所望の噴射量を正確に調量することが困難になってしまう。

インジェクタに対する所望の噴射燃料量をできるだけ正確に調量するには、インジェクタを駆動する直前に圧力センサによってレール内の燃料圧を測定し、その圧力値から、特性マップ（いわゆる流量‐駆動時間特性マップ）を用いて、駆動時間を求めることが行われている。

ただし、圧力センサおよび制御装置でのノイズ低減に必要なローパスフィルタにより、制御装置内での真のレール圧信号に時間遅延が生じる。また、インジェクタからの本来の調量の直前の圧力値の読み出しは、必要な駆動時間を計算するための充分な時間を制御装置で確保するために、動的なインタラプトのあいだに行われることがある。全体として、圧力測定から制御装置内で圧力値が利用可能となるまでの時間遅延量Δｔが発生し、この時間遅延量はインジェクタの駆動時間を計算する際に利用される。

レール圧の勾配が急峻となる高回転数領域の多数の動作点では、上述した時間遅延量Δｔにより、制御装置で用いられるレール圧の測定値と噴射時点でのレール圧の実際値とのあいだに８０ｂａｒ程度の差が生じる。噴射燃料量は主にレール圧に応じて定まるので、こうした圧力差は重大な噴射量誤差をまねく。

独国公開第１９８５７９７１号明細書から、線形補間により噴射開始時点での圧力値を求める方法が公知である。ただし、この方法は、圧力勾配がきわめて急峻となって強い変動が見られるときにしか利用できない。

発明の開示
本発明の課題は、低コストで噴射量を正確に調整できる方法を提供することである。

この課題は、高圧ポンプとコモンレールと圧力センサと少なくとも１つの噴射弁と噴射弁を駆動制御する制御装置とを備えた内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法であって、噴射ｊに対して、噴射弁の噴射前の時間ΔＴに存在する第１の時点ｔ_１（ｊ）でのコモンレールの第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}を検出して評価する、内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法において、時間的に先行する噴射ｊ−ｒに対して、第１の時点より後の第２の時点ｔ_２（ｊ）でコモンレールの第２のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｊ−ｒ）を検出し、検出された第２のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｊ−ｒ）に基づいて、噴射ｊに対して第１の時点で検出された第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}を補正することにより解決される。

コモンレール燃料噴射システムの概略図である。 １作業サイクル当たり２回の圧送行程を行う４気筒内燃機関での１作業サイクルでの圧力特性を表すグラフである。

本発明の方法は、第１の時点ｔ_１での第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}の検出から第２の時点ｔ_２での第２のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−２}の検出までの時間遅延による誤差が所定の規則性を有するという事実を利用している。こうした誤差すなわちシステマティックエラーは先行して行われた噴射ｊ−ｒから比較的正確に既知となり、次の噴射ｊの第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}の補正に用いられる。これによりレール圧の誤差は著しく低減され、噴射燃料量を正確に調整することができる。しかも、付加的なハードウェアは必要ない。

本発明の方法のさらなる利点は、既存の圧力センサによって付加的な圧力測定を１回だけ行えばよく、そのほかのハードウェアを要しないことである。つまり、本発明の方法は、既存の燃料噴射システムをソフトウェア面でアップデートすることによって実現可能である。

本発明の方法の有利な実施形態では、時間的に先行する噴射ｊ−ｒでの第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｊ−ｒ）を用いて、噴射ｊでの第１のレール圧が補正される。これにより、レール圧の補正の精度、ひいては噴射燃料量の調量の精度が改善される。

本発明の方法の有利な実施形態では、第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}の補正は請求項３に記載した式にしたがって行われる。

当該の式を説明するために、それぞれの概念を説明する。

１作業サイクルとは、４サイクル内燃機関では、クランクシャフトの２回転すなわちクランクシャフト角度７２０°に相当する。当該の１作業サイクルでは、ｍ個の気筒がそれぞれ４サイクル内燃機関の４行程（吸気行程・圧縮行程・作業工程・排気行程）を行っている。次の作業サイクルでも当該の４行程が反復されるので、内燃機関は１作業サイクルごとに周期的に動作していることになる。インデクスｊはｍ個の気筒の番号である。

本発明では、噴射ｊとは気筒ｊに燃料が噴射されることを意味する。１作業サイクル内でｍ個の気筒のすべてに１回ずつ燃料が噴射される。本発明の方法は主噴射、前噴射および後噴射のいずれにも適用可能であるので、これらの噴射のタイプは区別されない。

高圧ポンプは内燃機関のクランクシャフトに剛性に結合されているため、高圧ポンプの圧送行程は前述した内燃機関の所定の周期性に追従し、有利には作業サイクルの整数倍の周期で動作する。１作業サイクルの圧送の回数は、高圧ポンプのポンプ要素の個数と、高圧ポンプからクランクシャフトまでの変換比とに応じて定まる。一般に１作業サイクル当たりの圧送の回数は整数である。したがって、例えば４気筒内燃機関では１作業サイクルに高圧ポンプから２回の圧送が行われる。

つまり、例えば４気筒内燃機関では、１作業サイクルに４回の噴射および高圧ポンプからの２回の圧送が行われるので、１回置きの噴射ごとに高圧ポンプからの圧送が行われる。これは、実際の噴射ｊの前の２回の噴射ｊ−２においてきわめて類似したレール圧特性が支配的となることを意味する。本発明では当該の効果を利用して、次の噴射ｊの実際の噴射圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}を補正する。本発明の方法によれば、圧力値の誤差に起因する噴射誤差を著しく低減することができる。

前述した実施例では、先行する噴射から実際の噴射ｊまでの遅延量は２である。この遅延量を以下ではｒとする。

請求項３に挙げた式に関連して、前述した４気筒内燃機関の実施例における遅延量はｒ＝２である。

ここで注意すべきは、噴射に同期した圧送および充分なポンプの均等圧送特性を有する直列気筒システムでないと、点火シーケンスにおいて先行する気筒を考慮することができない点である。変換比が噴射に同期していない場合、および／または、Ｖ型気筒システムが利用される場合、噴射の時間的近傍でのレール圧特性は個々の気筒によって差を有する。これは、システムに基づいており、遅延量ｒに応じて、先行する１つまたは複数の気筒の点火シーケンスに関連づけられる。気筒ｊ−ｒでの噴射ｊ−ｒに際して既知となった第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｊ−ｒ）および第２のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｊ−ｒ）により、実際の噴射での第１のレール圧ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｊ）を置換して補正することができる。次の表には現行の内燃機関のコンセプトおよび内燃機関から高圧ポンプまでの変換比に対する遅延量ｒが表されている。

本発明の別の有利な実施例では、気筒ｊ−ｒの第２のレール圧および／または第１のレール圧の測定値を用いて噴射ｊでの第１のレール圧が補正され、ここで、噴射直前および／または噴射中の気筒ｊ−ｒ，ｊでは類似した圧力特性が支配的である。

また、本発明の課題は、本発明の方法にしたがって動作する制御装置を構成することによっても解決される。

本発明の他の実施形態および他の利点は、明細書、特許請求の範囲および図から得られる。明細書、特許請求の範囲および図に示されている全ての特徴は単独でも任意に組み合わせても本発明の対象となりうる。

本発明の実施例
図１には内燃機関用の燃料噴射装置の概略図が示されており、本発明の方法をこれに即して詳細に説明する。

インジェクタを介して、燃料が図示されていない内燃機関の個々の燃焼室へ調量される。各インジェクタは図示されていない内燃機関のそれぞれの気筒に対応する。図１の実施例では、４気筒内燃機関の４つの気筒１００−１〜１００−４が示されている。内燃機関の気筒数がこれとは異なってｍ個である場合、インジェクタの個数も相応に１００−１〜１００−ｍとなる。

各インジェクタには圧力蓄積器すなわちコモンレール２００から燃料が供給される。コモンレール２００は高圧管路２１０を介して高圧ポンプ２２０へ接続されている。高圧ポンプ２２０は低圧管路２４０を介して低圧ポンプ２５０に接続されている。低圧ポンプ２５０は、たいていの場合、電動燃料ポンプとして構成されている。低圧ポンプ２５０は有利には燃料タンク２５５内に配置されている。

コモンレール２００には圧力センサ２０５が配置されている。低圧ポンプ２５０と高圧ポンプ２２０とのあいだには燃料量制御弁２３０が配置されている。これに代えて、図示されてはいないが、燃料量制御弁２３０を高圧ポンプ２２０とコモンレール２００とのあいだに配置してもよい。燃料量制御弁２３０およびインジェクタ１００には出力段１６０から所定の電圧が印加される。出力段１６０は有利には制御装置２６０内に組み込まれており、圧力センサ２０５および他の種々のセンサ２７０の出力信号を処理する。

燃料噴射装置は次のように動作する。すなわち、まず、低圧ポンプ２５０が、燃料タンク２５５内の燃料を、低圧管路２４０を介して高圧ポンプ２２０へ圧送する。ついで、高圧ポンプ２２０が燃料を圧縮し、高圧管路２１０を介してコモンレール２００へ圧送する。さらに、インジェクタ１００−ｊが駆動されることにより、ｊ番目の気筒への燃料噴射ｊの開始および終了が制御される。当該の制御は種々のセンサ２７０によって検出された内燃機関の動作特性量に基づいて行われる。

圧力センサ２０５により、コモンレール２００内の燃料圧ｐ_ｒａｉｌ（ｔ）が測定され、有利には制御装置２６０内で評価される。

燃料量制御弁２３０は、測定された圧力値ｐ_ｒａｉｌに応じて、コモンレール２００に圧力目標値ｐ_ｓｏｌｌが生じるように駆動される。燃料量制御弁２３０により、高圧ポンプ２２０から圧送される燃料量、ひいてはコモンレール２００内の圧力低下量が制御される。このためには、燃料量制御弁２３０が所定の第１の時点で駆動され、所定の第２の時点で元へ戻されることが必要である。正確な圧力制御を達成するには、燃料量制御弁２３０を正確に定められた時点で開放および閉鎖しなければならない。このとき、燃料量制御弁２３０の駆動から実際の応働すなわち燃料量制御弁２３０の開放または閉鎖までの遅延時間ができるだけ小さいと有利である。

デマンド型圧力制御が行われる場合、高圧ポンプ２２０により、コモンレール２００での燃料圧ｐ_ｒａｉｌ（ｔ）の維持に必要な燃料量または所望の圧力変化に必要な燃料量が圧送される。

図２にはクランクシャフト角度７２０°に相当する作業サイクルにわたるレール圧特性のグラフが示されている。第１の曲線２８０によって示されているレール圧ｐ_ｒａｉｌ（ｔ）は周期的なパターンに追従している。クランクシャフト角度０°〜７２０°に相当する１作業サイクル内で、２回の圧送が行われる。当該の圧送はクランクシャフト角度１８０°，５４０°におけるレール圧の最大値によって識別される。

２回の圧送は内燃機関の気筒２，４の噴射の直前に行われる。内燃機関の４つの気筒の噴射ｊは気筒の番号１，２，３，４によって表される。気筒１，３の噴射ｊ＝１，ｊ＝３のあいだは高圧ポンプの圧送は行われない。

燃料が燃焼室へ噴射されるとコモンレール２００内に存在する燃料量が低下するので、噴射１，３のあいだのコモンレール内の燃料圧ｐ_ｒａｉｌは低下している。このことも第１の曲線２８０から明らかである。

前述したように、レール圧の検出から噴射までのあいだに或る程度の時間遅延が生じるのは避けられないので、制御装置は例えばクランクシャフト角度０°での第１の気筒の噴射ｊ＝１の噴射持続時間を計算し、これに基づいて時点ｔ_１（ｊ＝１）での第１のレール圧ｐ_{ｒａｉｌ−１}（ｊ＝１）を求めなければならない。クランクシャフト角度０°での第１の気筒の噴射ｊ＝１から時点ｔ_１（ｊ＝１）までのあいだには高圧ポンプによる燃料の圧送は行われないため、時間範囲ΔＴ内のレール圧はほぼ一定である。

第２の気筒への噴射ｊ＝２でのレール圧特性はこれとは異なっている。この場合にも時間範囲ΔＴが考察されるが、当該の噴射では、高圧ポンプ２２０による圧送のために、時点ｔ_１（ｊ＝２）からクランクシャフト角度１８０°での噴射までの時間範囲ΔＴにおいて、レール圧ｐ_ｒａｉｌがいちじるしく変化する。従来の手法では噴射量を制御するために第２の噴射ｊ＝２の時点ｔ_１（ｊ＝２）での第１のレール圧のみを用いて噴射持続時間を求めており、第２の噴射ｊ＝２の開始時にコモンレール２００内の燃料圧が駆動持続時間を基礎として求めた燃料に比べていちじるしく高くなっていたため、実際の噴射量は所望の噴射量よりも大きくなってしまっていた。図２によれば、第２の噴射ｊ＝２での第２のレール圧ｐ_{ｒａｉｌ−２}と第１のレール圧ｐ_{ｒａｉｌ−１}との圧力差は約８０ｂａｒにもなる。

本発明によれば、噴射ｊの前に第２の時点ｔ_２（ｊ）でレール圧が検出される。当該の第２の時点ｔ_２（ｊ）とは噴射の開始直前または噴射と同時の時点である。この場合、第２のレール圧ｐ_{ｒａｉｌ−２}と第１のレール圧ｐ_{ｒａｉｌ−１}との圧力差は約８０ｂａｒである。誤差すなわちシステマティックエラーは図２に示されているようにクランクシャフト角度５４０°に対応する第４の噴射ｊ＝４ごとにほぼ同様に反復される。

本発明の方法ではこうした周期性が利用され、第４の噴射ｊ＝４の前に時点ｔ_１（ｊ＝４）で測定された第１のレール圧ｐ_{ｒａｉｌ−１}（ｊ＝４）が、第２の噴射ｊ＝２に対して求められた圧力差ｐ_{ｒａｉｌ−２}（ｊ＝２）−ｐ_{ｒａｉｌ−１}（ｊ＝２）によって補正される。このようにして、圧力値の誤差に起因する噴射量の誤差をいちじるしく低減することができる。

Claims (8)

1. 高圧ポンプ（２２０）とコモンレール（２００）と圧力センサ（２０５）と少なくとも１つの噴射弁（１００−ｊ［ｊ＝１〜ｍ］）と該噴射弁を駆動制御する制御装置（１６０）とを備えた内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法であって、
   噴射ｊに対して、前記噴射弁（１００−ｊ）の噴射前の時間ΔＴに存在する第１の時点（ｔ_１（ｊ））で前記コモンレールの第１のレール圧（ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｊ））を検出して評価する、
   内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法において、
   時間的に先行する噴射ｊ−ｒに対して、前記第１の時点より後の第２の時点（ｔ_２（ｊ））で前記コモンレールの第２のレール圧（ｐ_{Ｒａｉｌ−２}）を検出し、該第２のレール圧（ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｊ−ｒ））に基づいて、前記噴射ｊに対して前記第１の時点で検出された前記第１のレール圧（ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｊ））を補正する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法。
2. 時間的に先行する噴射ｊ−ｒに対する第１のレール圧（ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｔ_１（ｊ−ｒ）））を用いて、前記噴射ｊに対して前記第１の時点で検出された前記第１のレール圧（ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｊ））を補正する、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法。
3. 前記第１のレール圧の補正を、式
   ｐ_{Ｒａｉｌ−１，ｋｏｒｒ}（ｔ_１（ｊ））＝ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｔ_１（ｊ））＋［ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｔ_２（ｊ−ｒ））−ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｔ_１（ｊ−ｒ））］
   にしたがって行い、ここで
   ｐ_{Ｒａｉｌ−１，ｋｏｒｒ}（ｔ_１（ｊ））は噴射ｊでの第１のレール圧の補正値であり、ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｔ_１（ｊ））は噴射ｊでの第１のレール圧の測定値であり、ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｔ_２（ｊ−ｒ））は噴射ｊに時間的に先行する噴射ｊ−ｒでの第２のレール圧の測定値であり、ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｔ_１（ｊ−ｒ））は噴射ｊに時間的に先行する噴射ｊ−ｒでの第１のレール圧の測定値であり、ｊは噴射のインデクスであって内燃機関の気筒数ｍに相応にｊ＝１〜ｍであり、ｒは遅延量であってｒ≦ｊである、請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法。
4. 前記時間（ΔＴ）は信号を検出し噴射持続時間を求めてから噴射開始までの時間遅延量に等しいかそれより大きい、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法。
5. 前記時間（ΔＴ）はインタラプトから噴射開始までの時間に等しいかそれより大きい、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法。
6. 所定の気筒ｊ−ｒでの第２のレール圧の測定値（ｐ_{Ｒａｉｌ−２}（ｔ_２（ｊ−ｒ）））および／または所定の気筒（ｊ−ｒ）での第１のレール圧の測定値（ｐ_{Ｒａｉｌ−１}（ｔ_１（ｊ−ｒ）））を用いて、前記噴射ｊに対する前記第１のレール圧を補正し、ここで、気筒ｊ−ｒと気筒ｊとでは噴射直前および／または噴射中に類似した圧力特性が支配的である、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法の全てのステップをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
8. 請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法の全てのステップを実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images