共轨式燃料喷射装置的控制方法.pdf

一种能够避免在发动机运转中的前导喷射对主喷射产生的不良影响，同时，最大限度地发挥因前导喷射产生的排气清洁效果等的共轨式燃料喷射装置的控制方法。在进行多段喷射的共轨式燃料喷射装置(100)中，由ECU(70)对以曲柄角度为基础的前导喷射时期(θp)和以曲柄角度为基础的主喷射时期(θm)进行控制，其中，由ECU(70)演算以时间为基础的前导喷射间隔(Tpin)，若前导喷射间隔(Tpin)未达到预先设定的阈值(在本实施例中为1(ms))，则调整主喷射时期(θm)。

1.  一种共轨式燃料喷射装置的控制方法，在进行多段喷射的共轨式燃料喷射装置中，由控制器对以曲柄角度为基础的前导喷射时期和以曲柄角度为基础的主喷射时期进行控制，
其特征在于，由上述控制器演算以时间为基础的前导喷射间隔，若该前导喷射间隔未达到预先设定的阈值，则为了确保以上述时间为基础的前导喷射间隔而调整以上述曲柄角度为基础的主喷射时期。

2.  如权利要求1所述的共轨式燃料喷射装置的控制方法，其特征在于，以上述时间为基础的前导喷射间隔，基于以上述曲柄角度为基础的前导喷射时期和以上述曲柄角度为基础的主喷射时期以及在演算时刻的发动机转速，由上述控制器演算而输出。

3.  如权利要求1所述的共轨式燃料喷射装置的控制方法，其特征在于，对上述主喷射时期，采用以时间为基础的调整主喷射时期，以所述时间为基础的调整主喷射时期按如下的方式进行调整，即，基于以上述曲柄角度为基础的前导喷射时期和前导喷射时间以及以上述时间为基础的前导喷射间隔，把以上述曲柄角度为基础的前导喷射时期作为基准，仅延迟将上述前导喷射时间和以上述时间为基础的前导喷射间隔相加的时间。

共轨式燃料喷射装置的控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及适用于柴油发动机的共轨式燃料喷射装置的技术，详细地说，涉及在进行多段喷射控制的情况下的主喷射时期的控制方法。
背景技术
[0002]以往，作为柴油发动机中的排出气体清洁化的有效的手段，采用共轨式燃料喷射装置，通过进行预喷射·前导喷射·主喷射·后喷射以及后期喷射等多次喷射的多段喷射控制，使排出气体中含有的PM(Particulate Matter：粒子状物质)、NOx(氮氧化合物)降低的技术已被公知，并被广泛使用。
但是，在进行多段喷射控制的情况下，由于伴随着前导喷射的结束而产生的燃料的压力变动，导致主喷射的燃料喷射率变动，发动机转速不稳定的情况已被公知，特别是在发动机转速为低怠速的状态下，即使燃料喷射率略微变动，发动机转速也敏感地变动，存在损害发动机转速的稳定性的问题。
因此，为了解决此问题，在日本特开平10-205383号公报中公开了对发动机的怠速运转状态作出响应，以从前导喷射的结束时到主喷射的开始时的期间为一定的方式，以主喷射的开始时为基准，对前导喷射的喷射条件进行控制的技术，这种技术已被公知。
发明内容
发明所要解决的课题
[0003]但是，伴随着前导喷射的结束而产生的燃料的压力变动不限于怠速运转状态，而是在发动机运转中经常产生的问题。作为迄今为止的对发动机运转中的此问题的应对方法，是将前导喷射和主喷射的喷射间隔设定得较长，使因前导喷射而产生的燃料的压力变动不要对主喷射产生影响。因此，难以在最有效地发挥因前导喷射而产生的排出气体清洁化等的效果的区域中使用。
[0004]因此，在本发明中，借鉴这样的状况，以提供一种能够避免发动机运转中的前导喷射对主喷射产生的不良影响，同时能够最大限度地发挥因前导喷射而产生的排气清洁效果等的共轨式燃料喷射装置的控制方法为课题。
为了解决课题的手段
[0005]一种共轨式燃料喷射装置的控制方法，在本发明的共轨式燃料喷射装置中，由控制器对以曲柄角度为基础的前导喷射时期和以曲柄角度为基础的主喷射时期进行控制，其特征在于，由上述控制器演算以时间为基础的前导喷射间隔，若该前导喷射间隔未达到预先设定的阈值，则为了确保以上述时间为基础的前导喷射间隔而调整以上述曲柄角度为基础的主喷射时期。
[0006]在本发明的共轨式燃料喷射装置中，其特征在于，以上述时间为基础的前导喷射间隔，基于以上述曲柄角度为基础的前导喷射时期和以上述曲柄角度为基础的主喷射时期以及在演算时刻的发动机转速，由上述控制器演算而输出。
[0007]在本发明的共轨式燃料喷射装置中，其特征在于，对上述主喷射时期，采用以时间为基础的调整主喷射时期，以所述时间为基础的调整主喷射时期按如下的方式进行调整，即，基于以上述曲柄角度为基础的前导喷射时期和前导喷射时间以及以上述时间为基础的前导喷射间隔，把以上述曲柄角度为基础的前导喷射时期作为基准，仅延迟将上述前导喷射时间和以上述时间为基础的前导喷射间隔相加的时间。
发明的效果
[0008]根据本发明，能够在因前导喷射间隔而导致主喷射量受到影响的区域中，防止因发动机转速的变动而产生的前导喷射间隔的变动。
[0009]根据本发明，通过将在演算时刻的发动机转速作为控制要素来使用，能够减少将前导喷射间隔作为通过以时间为基础进行的控制的区域。
另外，即使是在急加减速时，也能够恰当地进行前导喷射间隔的判断。
[0010]根据本发明，通过对主喷射时期进行修正，能够恰当地维持前导喷射间隔。
附图说明
[0011]
图1是表示有关本发明的一个实施例的共轨式燃料喷射装置的整体的构成的简要模式图。
图2是同样表示喷射器的整体的构成的简要模式图。
图3是表示前导喷射间隔和主喷射量的关系的图。
图4是表示前导喷射和主喷射的关系的图。
图5是对比地表示以角度为基础和以时间为基础的各喷射时期的图。
图6是同样表示Tpin≥1(ms)的情况的图。
图7是同样表示Tpin＜1(ms)的情况的图。
图8是表示主喷射时期的演算流程的图。
符号说明
[0012]
70：ECU(控制器)
100：共轨式燃料喷射装置
θp：前导喷射时期(以曲柄角度为基础)
θm：主喷射时期(以曲柄角度为基础)
θpin：前导喷射间隔(以曲柄角度为基础)
Tpin：前导喷射间隔(以时间为基础)
Tm2：修正主喷射时期(调整主喷射时期)
Qp：前导喷射时间
Qm：主喷射时间
具体实施方式
[0013]接着，说明发明的实施方式。
[0014]首先，使用图1以及图2，对有关本发明的实施例的柴油发动机所具备的共轨式燃料喷射装置的构成进行说明。
如图1所示，共轨式燃料喷射装置100主要由将燃料向各内燃机喷射的多个喷射器50，和将高压燃料蓄压并向各喷射器50分配的共轨40构成。
[0015]喷射器50，在多气缸的情况下，是分别设置在各气缸上的电子控制型的燃料喷射装置，经高压配管45与共轨40连接着。
共轨40经低压泵20以及高压泵30与燃料箱10连接着，且经压力调整阀80与燃料箱10连接着。
依靠这样的构成，燃料由低压泵20以及高压泵30从燃料箱10向共轨40压送，在共轨40中由设置在高压泵30上的排出量控制阀和压力调整阀80以规定压力蓄压，并分配给各喷射器50，向各气缸喷射。
[0016]ECU(Electronic Control Unit：控制器)70基于来自各传感器的输入信号以及内部存储程序和映像数据等，发出针对喷射器50的输出信号，进行该喷射器50的燃料喷射动作等的控制。
另外，ECU70还与使喷射器50动作的电磁阀60连接着，控制该电磁阀60的ON·OFF，同时，还与压力调整阀80连接着，控制该压力调整阀80的ON·OFF。
[0017]进而，ECU70还与检测共轨40内的压力的压力传感器71、检测柴油发动机的转速的转速传感器72、检测柴油发动机的负荷的负荷传感器73等连接着，被构成为能够检测柴油发动机各部的运转状态、共轨40内的压力。
虽然在这里省略了对各传感器的说明，但是，作为转速传感器72，产生与曲柄的规定旋转角度相应的脉冲信号的角度传感器，作为负荷传感器73，检测油门踏板的踩入量的传感器等已被公知。
[0018]接着，使用图2，详细说明喷射器50的构造·作用。
如图2所示，指令活塞51上下滑动自由地设置在喷射器主体50a内。指令活塞51由控制室52内的燃料压力向下方加载。从共轨40供给到燃料供给路54的高压燃料经节流孔55向控制室52供给。
另外，在上述控制室52的上方，设置了电磁阀60。在电磁阀60中，做成如下的结构：通过将螺线圈61通电，阀芯62抵抗弹簧63的加载力而被吸引到上方。此电磁阀60的开闭的控制由上述控制器70进行。控制室52内的燃料压力，通过打开电磁阀60，经节流孔65向低压侧配管46排出，使得向上述指令活塞51的下方的加载力减弱。
[0019]针阀56上下滑动自由地设置在指令活塞51的下方。指令活塞51的下端与针阀56的上部抵接。另外，在针阀56的滑动部设置了喷嘴室58。从共轨40供给到燃料供给路54的高压燃料向喷嘴室58供给。进而，在针阀56的上方的阀箱内设置了止动环59，弹簧53夹装在针阀56和止动环59之间，向下方加载针阀56。
[0020]在控制室52内的燃料压力高，指令活塞51和上述弹簧53的总和的向下方的加载力比由喷嘴室58内的燃料压力产生的将针阀56向上方加载的力大的状态下，针阀56向下方移动，喷口57·57被关闭。另一方面，通过将螺线管61通电，由喷嘴室58内的燃料压力产生的使针阀56上升的力大于由指令活塞51产生的向针阀56的下方的加载力和弹簧53的加载力的总和，由此，能够打开喷口57·57。
[0021]依靠上述的构成，若通过ECU70的控制，电磁阀60(阀芯62)被打开，则控制室52内的高压燃料经阀室64排出到低压侧配管46，控制室52的压力下降。同时，因为指令活塞51的下方的加载力降低，所以针阀56依靠喷嘴室58内的燃料的压力(开阀压力)而被提升。由此，喷口57·57被打开，进行燃料喷射。
另外，若通过ECU70的控制，电磁阀60(阀芯62)被关闭，则高压燃料的压力被蓄压在控制室52内，依靠该压力，指令活塞51下降。这样，针阀56向下方移动，喷口57·57被关闭，燃料喷射结束。
上面是对有关本发明的实施例的柴油发动机所具备的共轨式燃料装置的构成的说明。
[0022]接着，使用图3至图8，说明有关本发明的实施例的多段喷射的控制方法。
如图3所示，以往在进行多段喷射控制的情况下，已确认在缩短了前导喷射和主喷射的间隔的情况下，若将与前导喷射的间隔缩短到一定的时间间隔以下，则对主喷射时的喷射量产生影响。这是因为，在前导喷射后到喷嘴内的压力下降平稳需要一定时间，而在压力下降平稳前进行主喷射的情况下，因受到该压力下降的影响而引起的现象。因此，可使用(设定)的前导喷射间隔的区域被限定，在某个一定的时间间隔以下不能缩短前导喷射间隔。
因此，在本发明中，以即使在以往是不能使用(设定)的前导喷射间隔的区域中也能够实现稳定的喷射的方式进行控制。
首先，在下面对有关本发明的控制方法在表示具体的主喷射时期的演算流程的同时进行说明。
[0023]如图8所示，被构成为转速传感器72、负荷传感器73连接在ECU70上，从这些传感器将发动机转速Ne的信号、其它的信号输入到ECU70中，以这些值为基础，能够把握发动机的运转(负荷)状况(步骤-1)。
然后，基于把握的运转(负荷)状况(发动机转速Ne等)和预先存储在ECU70中的映像信息，导出适合于目前的运转状况的前导喷射时期θp以及主喷射时期θm(步骤-2)。
[0024]此时，前导喷射时期θp和主喷射时期θm的关系如图4所示。
即，前导喷射时期θp以及主喷射时期θm，作为从基准时期θ0开始的以曲柄角度为基础的(即单位为度)时期已被给出。
另外，如图4所示，前导喷射间隔θpin表示从前导喷射结束时到主喷射开始时(即主喷射时期θm)的间隔(曲柄角度的相位差)。
另外，基准时期θ0可以采用与控制对象的喷射相比为上一次的喷射中的TDC等。
[0025]接着，如图8所示，将发动机转速Ne进行平均化处理，导出平均发动机转速Nem，通过将平均发动机转速Nem作为发动机转速来采用，能够除去因微小的发动机的旋转变动而产生的影响(步骤-3)。
由此，能够不依赖于发动机转速地将后述的以时间为基础的前导喷射间隔Tpin保持为大致一定。
具体地说，能够相对于后述的以时间为基础的前导喷射间隔Tpin的阈值(在本实施例中为1(ms))以十倍以上的时间将发动机转速Ne平均化而导出平均发动机转速Nem。另外，也可以代替进行平均化处理，做成使用具有同等的时间常数的过滤器的结构。
[0026]接着，如图8所示，根据下述公式，将以曲柄角度为基础的前导喷射间隔θpin换算成以时间为基础的前导喷射间隔Tpin(步骤-4)。
Tpin＝(θp-θm)×1000/(6×Nem)
[0027]此时，前导喷射时期θp、主喷射时期θm以及前导喷射间隔θpin、前导喷射间隔Tpin、前导喷射时间Qp以及主喷射时间Qm的关系，如图5所示。
[0028]接着，如图8所示，能够进行基于由公式1求出的前导喷射间隔Tpin的判断(步骤-5)。
即，若前导喷射间隔Tpin在阈值(在本实施例中为1(ms))以上，则能够将主喷射时期θm不加改变地作为主喷射时期采用，与由曲柄脉冲得到的曲柄角度同步，在主喷射时期θm中开始主喷射(步骤-8)。
[0029]此时，前导喷射时期θp、主喷射时期θm以及前导喷射间隔θpin、前导喷射间隔Tpin以及前导喷射时间Qp的关系，如图6所示。
[0030]另外，如图8所示，若前导喷射间隔Tpin未达到阈值(在本实施例中为1(ms))，则将主喷射时期θm，作为以前导喷射时期θp为基准算出将前导喷射时间Qp和前导喷射间隔Tpin相加的修正时间Tr(ms)(步骤-6)并仅延迟了该修正时间Tr的时期(即修正主喷射时期Tm2)。另外，修正时间Tr由下述公式求出。
Tr＝Qp+Tpin
[0031]而且，在此情况下(即在前导喷射间隔Tpin未达到阈值的情况下)，作为主喷射时期，采用了把以曲柄角度为基础的前导喷射时期θp作为基准不依赖发动机转速地从θp经过了Tr(ms)后的修正主喷射时期Tm2(步骤-7)。
[0032]此时，前导喷射时期θp、主喷射时期θm、修正时间Tr、修正主喷射时期Tm2、主喷射时期θm、前导喷射间隔Tpin以及前导喷射时间Qp的关系，如图7所示。
[0033]如图8所示，按上面那样一系列的控制动作结束，进而向下一次的控制转移。由此，能够连续地进行前导喷射间隔的控制。
另外，在本实施例中，虽然将阈值作为1(ms)，但不限定于此。
[0034]即，如图7所示，在以时间为基础的前导喷射间隔Tpin未达到阈值的情况下，作为主喷射时期，通过以前导喷射时期θp为基准仅延迟了将前导喷射时期Qp与进行了时间换算的前导喷射间隔Tpin相加的时间Tr(ms)，能够以使前导喷射间隔Tpin不依赖于发动机转速一定地进行控制。
此时，作为在从以角度为基础的前导喷射间隔θp换算为以时间为基础的前导喷射间隔Tpin时使用的发动机转速Ne，通过进行平均化处理或者过滤器处理，采用除去了有害的微小旋转变动的平均发动机转速Nem，能够不依赖于发动机转速地使前导喷射间隔Tpin一定。
[0035]由此，在前导喷射间隔Tpin为阈值以上的情况下，主喷射时期θm与曲柄角度同步，能够恰当地进行发动机控制，另外，即使是在前导喷射间隔Tpin未达到阈值的情况下，因为能够不会被发动机转速的变动所左右而恰当地维持前导喷射间隔Tpin，所以，能够确保发动机转速的稳定性。
[0036]另外，在实际的控制动作中，前导喷射以及主喷射的各控制通过对螺线管61的脉冲电流的通电时期和通电时间进行可变控制来进行。
即，基于存储在ECU70中的映像信息，导出前导喷射时期θp以及前导喷射时间Qp，在与此前导喷射时期θp同步的时刻，且仅以与前导喷射时间Qp对应的时间对螺线管61通入脉冲电流。
另外，同样地基于存储在ECU70中的映像信息导出主喷射时期θm以及主喷射时间Qm，在与此主喷射时期θm同步的时刻，且仅以与主喷射时间Qm对应的时间对螺线管61通入脉冲电流。
然后，前导以及主的各喷射，相对于脉冲电流的ON-OFF而言，经过一定的响应延迟而开始喷射。
上面是对有关本发明的实施例的多段喷射的控制方法的说明。
[0037]如上述的说明所示，这是在进行多段喷射的共轨式燃料喷射装置100中，由ECU70对以曲柄角度为基础的前导喷射时期θp和以曲柄角度为基础的主喷射时期θm进行控制的共轨式燃料喷射装置100的控制方法，由ECU70演算以时间为基础的前导喷射间隔Tpin，若前导喷射间隔Tpin未达到预先设定的阈值(在本实施例中为1(ms))，则为了能够确保以上述时间为基础的前导喷射间隔Tpin，采用了修正主喷射时期Tm2。
即，在因前导喷射间隔Tpin而导致主喷射量受到影响的区域中，能够防止因发动机转速的变动而产生的前导喷射间隔Tpin的变动。
[0038]另外，以时间为基础的前导喷射间隔Tpin，能够基于以曲柄角度为基础的前导喷射时期θp和以曲柄角度为基础的主喷射时期θm以及在演算时刻的发动机转速Ne由ECU70演算而输出。
即，通过将在演算时刻的发动机转速作为控制要素来使用，能够减少将前导喷射间隔Tpin作为通过以时间为基础进行的控制的区域。
另外，即使是在急加减速时，也能够恰当地进行前导喷射间隔Tpin的判断。
[0039]另外，修正主喷射时期Tm2，能够成为基于以曲柄角度为基础的前导喷射时期θp和前导喷射时间Qp以及以时间为基础的前导喷射间隔Tpin，把以曲柄角度为基础的前导喷射时期θp作为基准，使前导喷射时间Qp和以时间为基础的前导喷射间隔Tpin仅延迟了时间Tr(ms)的时期。
即，通过对主喷射时期θm进行修正，能够恰当地维持前导喷射间隔Tpin。
产业上的利用可能性
[0040]本发明能够利用于对柴油发动机适用的共轨式燃料喷射装置中。