JP5040588B2 - 燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に直接、かつ１回の燃焼に対し複数回に渡り燃料を噴射する燃料噴射システムに関する。

内燃機関、すなわちエンジンに取り付けられる燃料噴射装置には、加圧された燃料が供給される。燃料噴射装置はＥＣＵから噴射信号を受信し、噴射信号を受信する期間、燃料を噴射する。

実際に噴射される実燃料噴射量を精密に制御するためには、噴射信号受信期間と実燃料噴射量との関係が略線形であることが必要である。しかし、燃料噴射装置において噴射信号受信期間が所定判定値以下となる範囲では、噴射信号受信期間と実燃料噴射量との関係が略線形でなくなるため、噴射信号受信期間を制御して所望の実燃料噴射量を得ることが困難となる。

マルチ噴射では１回の燃焼に対し複数回に渡り燃料を噴射するため、一つ一つの噴射信号受信期間が小さくなる。そのため、燃料要求量が少なくなると、一つ一つの噴射信号受信期間が所定判定値以下となることがある。

これを解決するため、マルチ噴射における最小の噴射信号受信期間が所定判定値以上であるときにマルチ噴射を行う構成が開示されている（特許文献１）。
特開平１０−１０３１４２号公報

しかし、噴射信号受信期間が所定判定値以上であっても、燃料噴射装置に供給される燃料の燃圧が所定の目標圧力に達していなければ、マルチ噴射を中止したとしても所望の実燃料噴射量を得ることができない。所望の燃料噴射量を噴射することができなければ、エンジンのエミッション及びドライバビリティが悪化するおそれがある。

一方、実燃料噴射量はアクセル開度を考慮して増減され、アクセル開度が大きくなると実燃料噴射量が増やされる。アクセル開度が急激に大きくなると、実燃料噴射量の増加に対し燃料噴射装置への燃料供給が追いつかず、燃料噴射装置に供給される燃料の燃圧が目標圧力に達しなくなるおそれがある。この燃圧の低下により、１回の燃料噴射において所望の燃料噴射量を噴射することができなくなる。このときマルチ噴射が行われていると、マルチ噴射における噴射回数の分だけ所望の燃料噴射量と実燃料噴射量とのずれが拡大し、エンジンのエミッション及びドライバビリティが悪化するおそれが生じる。

本発明は、上記問題に鑑みて、所望の目標燃圧を得ることができないときに、必要以上にエンジンのエミッション及びドライバビリティの悪化を抑えることができる燃料噴射システムを得ることを目的とする。

本願第１の発明による燃料噴射システムは、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃料噴射手段に供給される燃料の実際の圧力である実燃圧を測定する燃圧測定手段と、燃料噴射手段に供給されるべき燃料圧力である目標燃圧と実燃圧との燃圧差を検出する燃圧差検出手段と、１回の燃焼に対し複数の噴射回数に分割して燃料を噴射する分割噴射を燃料噴射手段に実行させる噴射制御手段とを備え、噴射制御手段は、燃圧差が所定値未満である場合に燃料噴射手段に分割噴射を実行させ、燃料噴射手段が分割噴射を実行しているとき燃圧差が所定値以上となった場合に噴射回数を減少させることを特徴とする。燃料噴射手段は、内燃機関の吸入行程から排気行程までの各行程のいずれか１つ又は複数の行程において複数回燃料を噴射する。これにより、空燃比センサが正常に機能しなくなっても、必要以上にエンジンのエミッションを悪化させず所定の性能を得ることができる。

アクセル開度に応じた目標燃圧の変化によって燃圧差が生じるとき、噴射回数を減少させることが望ましい。アクセル開度の急激な増大に応じて目標燃圧が増加すると、燃圧差が増加することがある。ユーザがアクセル開度を急激に増大させることによって燃圧が目標燃圧に達しなくなったときでも、所望の燃料噴射量を噴射して、エンジンのエミッション及びドライバビリティの悪化を抑えることができる。

噴射制御手段は、燃圧差が所定値未満である期間が所定期間を超えたときに燃料噴射手段に分割噴射を実行させ、燃料噴射手段が分割噴射を実行しているとき燃圧差が所定値以上となる期間が所定期間を超えた場合に噴射回数を減少させるように構成されてもよい。これにより、燃圧差が所定値近辺で変動するときでも、噴射回数が減少する処理へ頻繁に切り替わることを防止するとともに、マップによる燃焼噴射手段の制御を再開することが可能になる。

噴射制御手段は、燃圧差が第１の値以上となったときに噴射回数を減少させ、噴射回数を減少させた後に燃圧差が第１の値よりも小さい第２の値未満となったとき、燃料噴射手段に分割噴射を実行させるように構成されることが好ましい。これによりヒステリシスを設定して、噴射回数を減少させる処理とマップによる処理とが頻繁に切り替わることを防止する。

噴射制御手段は、燃圧差が第１の値以上である期間が所定期間を超えたときに噴射回数を減少させ、噴射回数を減少させた後に燃圧差が第１の値よりも小さい第２の値未満である期間が所定期間を超えたとき、燃料噴射手段に分割噴射を実行させるように構成されてもよい。これによりヒステリシスを設定して、噴射回数を減少させる処理とマップによる処理とが頻繁に切り替わることを防止する。

噴射制御手段は、噴射回数にかかわらず一定の燃料噴射量を燃料噴射手段に噴射させることが望ましい。燃圧差が所定値以上となる前と同じ量の燃料を少ない噴射回数で噴射して、エンジンに必要な燃料噴射量を確保する。少ない噴射回数で所望の量の燃料を噴射することにより、噴射期間および噴射時期の誤差を少なくすることが出来る。

本願第２の発明による火花点火式直噴内燃機関は、上記燃料噴射システムを備えることを特徴とする。これにより目標燃圧を得ることができないときでも、必要以上にエミッション及びドライバビリティの悪化を抑えることができる火花点火式直噴内燃機関を得ることができる。

本発明によれば、所望の目標燃圧を得ることができないときに、必要以上にエンジンのエミッション及びドライバビリティの悪化を抑えることができる燃料噴射システムを得る。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

本発明による燃料噴射システムの一実施形態について図１を用いて説明する。

燃料噴射システムは火花点火式直噴内燃機関に取り付けられる。火花点火式直噴内燃機関（以下エンジンと言う）１１０は、エアクリーナ１３１から吸入された空気を燃焼室１４１に吸入する。燃焼室１４１内には燃料噴射装置１１１から燃料が噴射される。空気は燃焼室１４１内で燃料と混合される。燃焼室１４１の頂部には点火プラグ１４２が設けられ、ＥＣＵ１１２からの信号に従って燃料と空気の混合気に点火する。混合気は燃焼した後、排気ガスとなって排気管１５１へ排出される。排気ガスは排ガス浄化触媒１５２によって浄化された後、大気に放出される。排気管１５１にはＡ／Ｆセンサ１１３が取り付けられ、排気ガスから空燃比を検出し、ＥＣＵ１１２に伝達する。

燃料は図示しない燃料タンクから燃料ポンプ１１４によってコモンレール１１５に注入、及び加圧される。コモンレール１１５にはその内部に蓄積された燃料の圧力、すなわち実燃圧を測定するための燃圧センサ１１７が取り付けられ、ＥＣＵ１１２に燃圧値を送信する。コモンレール１１５と燃料噴射装置１１１は燃料配管１１６により接続され、燃料噴射装置１１１には加圧された燃料が供給される。

燃料噴射装置１１１はシリンダヘッド１４３から燃焼室１４１へ噴射ノズル１１８が突出するように設けられる。噴射ノズル１１８内部には開閉弁１２０が設けられ、この開閉弁１２０を開閉することにより燃料が燃焼室１４１内に噴射される。燃料噴射装置１１１にはＥＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）１１９が接続される。ＥＤＵ１１９はＥＣＵ１１２からの燃料噴射信号に従って、燃料噴射装置１１１へ通電を行う。燃料噴射装置１１１は、ＥＤＵ１１９から通電される通電期間だけ燃料を噴射する。

燃料噴射装置１１１はマルチ噴射を行う。マルチ噴射とは、エンジン１１０の吸入行程から排気行程までの各行程のいずれか１つにおいて、複数回燃料を噴射するものである。エンジンが高負荷運転されているときマルチ噴射を行うことにより、燃焼室内の燃料の均質度が向上する。例えば、ＢＴＤＣ３２０°、３００°、２８０°において燃料を噴射する。

アクセル１６０はＥＣＵ１１２にアクセル開度を送信する。ＥＣＵ１１２はアクセル開度を用いて目標燃料噴射量を定める。目標燃料噴射量は車両の走行状態に応じて決定される燃料噴射量である。例えばアクセル開度が大きくなると、目標燃料噴射量が増やされる。ＥＣＵ１１２は目標燃料噴射量及び実燃圧からマルチ噴射における燃料噴射回数を算出するマップを備え、このマップを用いて燃料噴射回数を算出する。そして、燃料噴射回数に対応した燃料噴射信号がＥＣＵ１１２からＥＤＵ１１９に送信される。

アクセル開度の増加率が大きくなると、それに応じて目標燃料噴射量の増加率が大きくなる。目標燃料噴射量を噴射するためには、燃料ポンプ１１４がコモンレール１１５に供給する燃料供給量を増加することにより、コモンレール１１５内部の実燃圧を維持しなければならない。ＥＣＵ１１２は実燃圧と目標燃圧とから燃圧差を検出すると共に、コモンレール１１５内部の燃圧が目標燃圧となるように燃料ポンプ１１４を制御する。燃料供給量の増加に燃料ポンプ１１４の能力が追従できなくなるとき、コモンレール１１５内部の燃圧が維持できなくなり、コモンレール１１５から燃料噴射装置１１１に供給される燃料の燃圧が目標圧力に達しなくなる。燃圧が目標圧力に達しないと、開閉弁１２０が所定期間開いても所望の燃料噴射量を噴射できない。すなわち燃料噴射装置１１１は、１回の燃料噴射において所望の燃料噴射量を噴射できない。このときマルチ噴射が行われていると、マルチ噴射における噴射回数の分だけ所望の燃料噴射量と実燃料噴射量とのずれが拡大する。

コモンレール１１５内部の燃圧を維持できないときにマルチ噴射を継続すると、燃料噴射の度にコモンレール１１５内部の燃圧が低下し、マルチ噴射における初めの噴射時の実燃圧と最後の噴射時の実燃圧とが大きく異なることになる。これにより、所望の燃料噴射量と実燃料噴射量とのずれが拡大する。すなわち、マップによる燃料噴射では最適な空燃比を得られない可能性が生じる。

実燃圧が目標燃圧に達していないときにマルチ噴射をする場合、目標燃料噴射量を確保するためマルチ噴射における実際の燃料噴射期間を長くする制御を行うことがある。しかしこの制御は、燃料噴射の度にコモンレール１１５内部の燃圧を低下させてマルチ噴射における初めの噴射時の実燃圧と最後の噴射時の実燃圧との差を更に拡大させるため、燃料噴射装置１１１が目標燃料噴射量を噴射できなくなる可能性がある。

これを解決するため燃料噴射システムにおいて行われる処理について、図２を用いて説明する。図２において、実線３１は時間に対する実燃圧、破線３２は時間に対する目標燃圧、一点鎖線３３は時間に対するアクセル開度を示す。

図２の第１の期間３５では、ＥＣＵ１１２は第１の制御手段として動作し、マップによる制御に従ってマルチ噴射を行っている。このとき、ユーザがアクセル開度を大きくすると、ＥＣＵ１１２は燃料ポンプ１１４を制御してアクセル開度に応じた目標燃圧まで燃圧を上昇させようとする。しかし、燃料ポンプ１１４による反応遅れ等の理由により実燃圧が充分に上昇せず、目標燃圧と実燃圧との間に燃圧差ｄが生じる。この燃圧差ｄが第１の値Ｄ１以上である期間が所定の期間Ｔ１を超えたとき、ＥＣＵ１１２はマップによる制御を中止して、第２の制御手段として動作する。第２の制御手段として動作するＥＣＵ１１２は、燃料噴射回数を減少させると共に、マップ制御を中止する直前における全ての燃料噴射量を、減少された燃料噴射回数に分割して噴射させる。この燃料噴射回数を減少して燃料噴射を行う期間が第２の期間３６となる。このように燃料噴射回数を減らすことにより所望の燃料噴射量と実燃料噴射量とのずれが抑制されるため、燃料噴射システムは所望の燃料噴射量を確保することができる。

目標燃圧の上昇が終了すると、実燃圧が目標燃圧に近づいていく。そして、実燃圧と目標燃圧との燃圧差ｄが第１の値Ｄ１未満となる期間が所定期間Ｔ１を超えたとき、ＥＣＵ１１２は噴射回数を減少させる処理を中止し、第１の制御手段として動作、つまりマップによる制御に従ったマルチ噴射を再開する。このとき第２の期間３６は終了し、第３の期間３７が開始する。これによりマップによる燃料噴射装置１１１の制御を再開して、マルチ噴射を行うことが可能になる。

次に図３を用いて噴射回数を減少させる処理について説明する。

この制御は一定の時間間隔でＥＣＵ１１２において実行される。まず、ステップＳ４１において、燃圧差ｄが第１の値Ｄ１以上となる期間が、所定の期間Ｔ１を超えたかが判定される。超えていないときにはこの処理は終了する。超えているとき、処理はステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２では、燃料噴射装置１１１がマルチ噴射を行っているかどうかを判断する。マルチ噴射を行っていないときにはこの処理は終了する。マルチ噴射を行っているときには、ステップＳ４３においてマルチ噴射の回数を減少させることにより第２の制御手段を実行する。例えば、３回の噴射回数を２回に減少させる。このとき、減少前における全ての燃料噴射量を減少された燃料噴射回数に分割して噴射する。

次のステップＳ４４では、燃圧差ｄが第１の値Ｄ１未満となる期間が、所定の期間Ｔ１を超えたかが判定される。超えていないときには超えるまで判定が繰り返される。超えているとき、処理はステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５では、第１の制御手段であるマップによる燃料噴射回数の制御を再開し、この処理は終了する。

これにより、実燃圧と目標燃圧との間に燃圧差が生じても、エンジン１１０の燃焼に必要な燃料の量を確保しながら、最適な空燃比を実現することが可能となる。最適な空燃比を実現することにより、燃料の燃焼状態を良好に保ち、必要以上にエミッションが悪化せず、エンジン１１０が所定の性能を発揮することが可能となる。

なお、ステップＳ４３において燃料噴射回数を１回としても良い。このとき、減少前における全ての燃料噴射量を１回で噴射する。これにより、エンジン１１０の燃焼に必要な燃料の量を確保しながら、最適な空燃比を実現することが可能となる。

また、ステップＳ４１では燃圧差ｄが第１の値Ｄ１以上であるかのみが判定され、ステップＳ４４では燃圧差ｄが第１の値Ｄ１よりも小さい第２の値Ｄ２未満であるか否かのみが判定されてもよい。ヒステリシスを設定して燃料噴射回数を減少させる処理とマップによる処理とが頻繁に切り替わることを防止すると共に、所定期間を超えたか否かの判断を省略することにより、迅速な判定を行うことが可能となる。

さらに、ステップＳ４４において、所定値は第１の値Ｄ１よりも小さい第２の値Ｄ２であってもよく、所定期間はＴ２であってもよい。ヒステリシスを設定することにより、燃料噴射回数を減少させる処理とマップによる処理とが頻繁に切り替わることを防止する。

なお、実燃圧が目標燃圧の変化に追従できない場合について説明したが、目標燃圧が変化しないときに実燃圧が変化することにより実燃圧と目標燃圧との差が所定値より大きくなったときに前述の処理が実行されても良い。燃料系統の障害等により所望の実燃圧を得られなくなったときでも、最適な空燃比を得て、必要以上にエンジンのエミッション及びドライバビリティの悪化を抑えることができる。

火花点火式直噴内燃機関に接続された燃料噴射システムを模式的に示した図である。 目標燃圧と実燃圧との関係を示したグラフである。 燃料噴射システムにおける処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１１０ エンジン
１１１ 燃料噴射装置
１１２ ＥＣＵ
１１３ Ａ／Ｆセンサ（空燃比計）
１１４ 燃料ポンプ
１１５ コモンレール
１１７ 燃圧センサ
１１８ 噴射ノズル
１１９ ＥＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）
１２０ 開閉弁

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記燃料噴射手段に供給される燃料の実際の圧力である実燃圧を測定する燃圧測定手段と、
   前記実燃圧が前記燃料噴射手段に供給されるべき燃料圧力である目標燃圧に達していないときの前記目標燃圧と前記実燃圧との燃圧差を検出する燃圧差検出手段と、
   １回の燃焼に対し複数の噴射回数に分割して燃料を噴射する分割噴射を前記燃料噴射手段に実行させる噴射制御手段とを備え、
   前記噴射制御手段は、前記燃圧差が所定値未満である場合に前記燃料噴射手段に分割噴射を実行させ、前記燃料噴射手段が分割噴射を実行しているとき前記燃圧差が所定値以上となった場合に噴射回数を減少させる燃料噴射システム。
2. 前記燃圧差は前記目標燃圧の変化により生じる請求項１に記載の燃料噴射システム。
3. 前記目標燃圧は、アクセル開度に応じて変化する請求項２に記載の燃料噴射システム。
4. 前記噴射制御手段は、前記燃圧差が所定値未満である期間が所定期間を超えたときに前記燃料噴射手段に分割噴射を実行させ、前記燃料噴射手段が分割噴射を実行しているとき前記燃圧差が所定値以上となる期間が前記所定期間を超えた場合に噴射回数を減少させる請求項１に記載の燃料噴射システム。
5. 前記噴射制御手段は、前記燃圧差が第１の値以上となったときに噴射回数を減少させ、噴射回数を減少させた後に前記燃圧差が前記第１の値よりも小さい第２の値未満となったとき、前記燃料噴射手段に分割噴射を実行させる請求項１に記載の燃料噴射システム。
6. 前記噴射制御手段は、前記燃圧差が第１の値以上である期間が所定期間を超えたときに噴射回数を減少させ、噴射回数を減少させた後に前記燃圧差が前記第１の値よりも小さい第２の値未満である期間が前記所定期間を超えたとき、前記燃料噴射手段に分割噴射を実行させる請求項１に記載の燃料噴射システム。
7. 前記噴射制御手段は、噴射回数にかかわらず一定の燃料噴射量を前記燃料噴射手段に噴
   射させる請求項１に記載の燃料噴射システム。
8. 請求項１に記載の燃料噴射システムを備える火花点火式直噴内燃機関。

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