JP2008180169A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関を制御する制御装置に関し、詳細には、吸気通路に燃料を噴射する低圧燃料噴射装置と、気筒内に直接燃料を噴射する高圧燃料噴射装置と、低圧燃料噴射装置に燃料を供給する低圧燃料通路から燃料を吸入し昇圧させて高圧燃料噴射装置に燃料を供給する高圧燃料通路に燃料を圧送する高圧燃料ポンプとを備える内燃機関の制御に関する。 The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine, and in particular, a low pressure fuel injection device that injects fuel into an intake passage, a high pressure fuel injection device that directly injects fuel into a cylinder, and a fuel in the low pressure fuel injection device. The present invention relates to the control of an internal combustion engine including a high-pressure fuel pump that sucks fuel from a low-pressure fuel passage that supplies fuel and boosts the pressure to supply the fuel to a high-pressure fuel injection device.
内燃機関には、燃費低減と高出力化の両立を図るため、吸気通路に燃料を噴射する低圧燃料噴射装置と、気筒内に燃料を噴射する高圧燃料噴射装置の双方を備えるものがある。このような内燃機関は、作動状態に応じて低圧燃料噴射装置と高圧燃料噴射装置を併用または選択使用することで、低負荷時における燃費低減や、高負荷時における耐ノック性能の向上を実現している。 Some internal combustion engines include both a low-pressure fuel injection device that injects fuel into an intake passage and a high-pressure fuel injection device that injects fuel into a cylinder in order to achieve both reduction in fuel consumption and high output. In such an internal combustion engine, a low-pressure fuel injection device and a high-pressure fuel injection device are used in combination or selectively according to the operating state, thereby reducing fuel consumption at low loads and improving anti-knock performance at high loads. ing.
このような内燃機関は、通常、燃料タンクから燃料を汲み上げて圧送する燃料ポンプ(以下、低圧燃料ポンプと記す)と、低圧燃料ポンプから圧送された燃料をさらに昇圧させて圧送する燃料ポンプ(以下、高圧燃料ポンプと記す)を備えている。低圧燃料ポンプは、燃料タンクからの低圧(例えば、0.4MPa)の燃料を、低圧燃料噴射装置に連通する燃料通路(以下、低圧燃料通路と記す)に圧送する。このようにして、低圧燃料噴射装置は、低圧燃料通路から燃料の供給を受けて、低圧の燃料を吸気通路に噴射することができる。低圧燃料通路は、低圧燃料噴射装置だけでなく、高圧燃料ポンプにも連通している。 Such an internal combustion engine usually has a fuel pump (hereinafter referred to as a low-pressure fuel pump) that pumps fuel from a fuel tank and pumps it, and a fuel pump (hereinafter referred to as a low-pressure fuel pump) that further boosts the pressure of the fuel pumped from the low-pressure fuel pump. , Referred to as a high-pressure fuel pump). The low-pressure fuel pump pumps low-pressure (for example, 0.4 MPa) fuel from the fuel tank to a fuel passage (hereinafter referred to as a low-pressure fuel passage) that communicates with the low-pressure fuel injection device. In this way, the low pressure fuel injection device can receive fuel supplied from the low pressure fuel passage and inject low pressure fuel into the intake passage. The low pressure fuel passage communicates not only with the low pressure fuel injection device but also with the high pressure fuel pump.
高圧燃料ポンプは、低圧燃料通路から低圧の燃料を吸入し、内部で昇圧させて、高圧燃料噴射装置に連通する燃料通路(以下、高圧燃料通路と記す)に高圧(例えば、10MPa)の燃料を圧送する。このようにして、高圧燃料噴射装置は、高圧燃料通路から高圧の燃料の供給を受けて、気筒内に直接燃料を噴射している。 The high-pressure fuel pump sucks low-pressure fuel from a low-pressure fuel passage, boosts the pressure inside, and supplies high-pressure (for example, 10 MPa) fuel to a fuel passage (hereinafter referred to as a high-pressure fuel passage) communicating with a high-pressure fuel injection device. Pump. In this way, the high pressure fuel injection device receives the supply of high pressure fuel from the high pressure fuel passage and injects the fuel directly into the cylinder.
このような高圧燃料ポンプには、内燃機関の作動状態に応じて周期的に容積が変化する加圧室と、低圧燃料通路と加圧室との間に介在して設けられ、弁体の開閉動作により低圧燃料通路と加圧室との連通/遮断を切替可能な遮断弁とを有しており、加圧室の容積増大により低圧燃料通路から加圧室に燃料を吸入し、吸入した燃料を加圧室の容積減少により昇圧させて高圧燃料通路に圧送するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Such a high-pressure fuel pump is provided between a pressurization chamber whose volume changes periodically according to the operating state of the internal combustion engine, and between the low-pressure fuel passage and the pressurization chamber, and opens and closes the valve body. It has a shut-off valve that can switch communication / cut-off between the low-pressure fuel passage and the pressurization chamber by operation, and the fuel that is sucked into the pressurization chamber from the low-pressure fuel passage by increasing the volume of the pressurization chamber Is known to increase the pressure of the pressure chamber by reducing the volume of the pressurizing chamber and pump it to the high pressure fuel passage (see, for example, Patent Document 1).
下記の特許文献1に記載の高圧燃料ポンプにおいて、加圧室は、高圧燃料ポンプの内部に形成されたシリンダ穴と、カムの回転により駆動されてシリンダ穴内を往復運動するプランジャにより区画されて形成されており、加圧室と低圧燃料通路との間には、加圧室に吸入する燃料を調量する電磁開閉弁(遮断弁)が設けられている。電磁開閉弁は、内燃機関用の電子制御装置(ECU)により開閉駆動が制御されている。 In the high-pressure fuel pump described in Patent Document 1 below, the pressurizing chamber is defined by a cylinder hole formed inside the high-pressure fuel pump and a plunger that is driven by the rotation of the cam to reciprocate within the cylinder hole. An electromagnetic on-off valve (shutoff valve) is provided between the pressurizing chamber and the low-pressure fuel passage for metering the fuel sucked into the pressurizing chamber. The electromagnetic open / close valve is controlled to open and close by an electronic control unit (ECU) for an internal combustion engine.
加えて、特許文献1には、高圧燃料ポンプから高圧燃料通路に圧送する燃料の量(以下、圧送量と記す)を制御する方法として、主に以下の二通りの制御手法が開示されている。一つは、加圧室の容積が増大している時(以下、容積増大時と記す)には、所定の期間、遮断弁を開弁させることで、低圧燃料通路から加圧室に吸入する燃料の量を調整し、加圧室の容積が減少している時(以下、容積減少時と記す)には、常時、遮断弁を閉弁させることで、吸入した燃料を加圧室で昇圧させて高圧燃料通路に圧送する手法である。この制御手法では、加圧室の容積増大時における遮断弁の開弁期間を変化させることで、高圧燃料ポンプの圧送量を制御している。 In addition, Patent Document 1 discloses mainly the following two control methods as a method for controlling the amount of fuel pumped from the high-pressure fuel pump to the high-pressure fuel passage (hereinafter referred to as a pumping amount). . One is that when the volume of the pressurizing chamber is increasing (hereinafter referred to as “when the volume is increasing”), the shutoff valve is opened for a predetermined period of time to suck into the pressurizing chamber from the low pressure fuel passage. When the amount of fuel is adjusted and the volume of the pressurizing chamber is decreasing (hereinafter referred to as volume decreasing), the shut-off valve is always closed to boost the intake fuel in the pressurizing chamber. This is a technique of pumping to the high pressure fuel passage. In this control method, the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by changing the opening period of the shutoff valve when the volume of the pressurizing chamber is increased.
もう一つは、加圧室の容積増大時には、常時、遮断弁を開弁させて、低圧燃料通路から加圧室に燃料を吸入し、加圧室の容積減少時には、所定の期間、遮断弁の閉弁させることで、閉弁前に加圧室から低圧燃料通路に所定量の燃料を逆流させてから、閉弁しているときに加圧室に残った燃料を高圧燃料通路に圧送する手法である。この制御手法では、加圧室の容積減少時における遮断弁の閉弁期間を変化させることで、高圧燃料ポンプの圧送量を制御している。 The other is that when the volume of the pressurizing chamber is increased, the shut-off valve is always opened, and fuel is sucked into the pressurizing chamber from the low-pressure fuel passage. By closing the valve, a predetermined amount of fuel flows backward from the pressurizing chamber to the low pressure fuel passage before the valve is closed, and then the fuel remaining in the pressurizing chamber is pumped to the high pressure fuel passage when the valve is closed. It is a technique. In this control method, the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by changing the closing period of the shut-off valve when the volume of the pressurizing chamber is decreased.
ところで、加圧室の容積減少時における遮断弁の閉弁期間を変化させて高圧燃料ポンプの圧送量を制御する制御手法(以下、圧送調量制御と記す)では、加圧室の容積減少時において、加圧室から低圧燃料通路に逆流が生じる。このような逆流は、加圧室の容積変化、すなわち高圧燃料ポンプの作動に応じて、周期的に生じることとなる。内燃機関のアイドリング時など高圧燃料ポンプの圧送量が少なくなるよう制御されるとき、その分、高圧燃料ポンプから低圧燃料通路に逆流する燃料量は増大することとなる。 By the way, in the control method for controlling the pumping amount of the high-pressure fuel pump by changing the closing period of the shut-off valve when the volume of the pressurizing chamber is decreased (hereinafter referred to as pumping metering control), when the volume of the pressurizing chamber is decreased In FIG. 3, a back flow occurs from the pressurizing chamber to the low pressure fuel passage. Such a reverse flow is periodically generated in accordance with the volume change of the pressurizing chamber, that is, the operation of the high-pressure fuel pump. When control is performed to reduce the pumping amount of the high-pressure fuel pump, such as when the internal combustion engine is idling, the amount of fuel flowing back from the high-pressure fuel pump to the low-pressure fuel passage increases accordingly.
このようにして、高圧燃料ポンプから低圧燃料通路に逆流する燃料量が大きいと、低圧燃料通路には、燃圧の周期的な変動である燃圧脈動が生じる。なお、このような高圧燃料ポンプの作動に起因して低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を、以下の説明において、単に「高圧ポンプ起因脈動」と記す。これに対して、低圧燃料噴射装置の燃料噴射に起因して低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を、単に「燃料噴射起因脈動」と記して区別する。図6に、燃料噴射起因脈動と高圧ポンプ起因脈動が同時に生じたとき低圧燃料通路における燃圧脈動の一例を示す。高圧ポンプ起因脈動は、加圧室の容積変化に応じて生じるものであり、図6に示すように、燃料噴射脈動に比べて極めて周期の長いものとなる傾向がある。 In this way, when the amount of fuel flowing back from the high-pressure fuel pump to the low-pressure fuel passage is large, fuel pressure pulsations that are periodic fluctuations in fuel pressure occur in the low-pressure fuel passage. The fuel pressure pulsation generated in the low pressure fuel passage due to the operation of the high pressure fuel pump is simply referred to as “high pressure pump induced pulsation” in the following description. On the other hand, the fuel pressure pulsation generated in the low-pressure fuel passage due to the fuel injection of the low-pressure fuel injection device is distinguished by simply being referred to as “fuel injection-induced pulsation”. FIG. 6 shows an example of the fuel pressure pulsation in the low pressure fuel passage when the fuel injection pulsation and the high pressure pump pulsation occur simultaneously. The high-pressure pump-induced pulsation is generated according to the volume change of the pressurizing chamber, and as shown in FIG. 6, the cycle tends to be extremely long compared to the fuel injection pulsation.
このように、低圧燃料通路で周期の長い高圧ポンプ起因脈動が生じると、低圧燃料通路から直接燃料の供給を受ける低圧燃料噴射装置においては、実際に噴射する噴射量が、所定の燃料噴射量とすることができなくなる。また、高圧ポンプ起因脈動の周期が長いものであると、異なる気筒間で、低圧燃料噴射装置が実際に噴射する噴射量にバラツキが生じることがある。このように低圧燃料噴射装置の燃料噴射量に、所定値からのズレや、異なる気筒間でのバラツキが生じると、排気ガス中の有害成分が増大する虞や内燃機関の出力が低下する虞がある。 In this way, when a pulsation caused by a high-pressure pump with a long cycle occurs in the low-pressure fuel passage, in the low-pressure fuel injection device that receives the direct supply of fuel from the low-pressure fuel passage, the injection amount actually injected is the predetermined fuel injection amount. Can not do. Further, if the period of pulsation caused by the high-pressure pump is long, the injection amount actually injected by the low-pressure fuel injection device may vary between different cylinders. As described above, when the fuel injection amount of the low-pressure fuel injection device is deviated from a predetermined value or varies between different cylinders, harmful components in the exhaust gas may increase or the output of the internal combustion engine may decrease. is there.
一方、加圧室の容積増大時における遮断弁の開弁期間を変化させて高圧燃料ポンプの圧送量を制御する制御手法(以下、吸入調量制御と記す)では、加圧室の容積減少時において、常時、遮断弁が閉弁させている。このため、吸入調量制御では、加圧室から低圧燃料通路に逆流が生じることがない。 On the other hand, in the control method (hereinafter referred to as intake metering control) that controls the pumping amount of the high-pressure fuel pump by changing the opening period of the shut-off valve when the volume of the pressurizing chamber increases, when the volume of the pressurizing chamber decreases In FIG. 5, the shut-off valve is always closed. For this reason, in the intake metering control, there is no back flow from the pressurizing chamber to the low pressure fuel passage.
しかし、吸入調量制御では、高圧燃料ポンプの圧送量を調整するためには、加圧室の容積増大時、すなわち加圧室が減圧されている時に、遮断弁を開閉動作する必要がある。低圧燃料通路から加圧室に燃料が流入している最中に遮断弁を閉弁させるには、加圧室に流入する燃料により弁体が開弁する方向に吸引される力を上回るよう、弁体を閉弁する方向に駆動する必要がある。特に、高圧燃料ポンプの圧送量が大きい場合、すなわち加圧室に吸入する燃料量が大きい場合には、弁体が開弁方向に吸引される力も大きなものとなり、この力を上回るよう弁体を閉弁方向に駆動することは、遮断弁の開閉動作を確実に行う点で不利なものとなる。 However, in the intake metering control, in order to adjust the pumping amount of the high pressure fuel pump, it is necessary to open and close the shutoff valve when the volume of the pressurizing chamber is increased, that is, when the pressurizing chamber is depressurized. In order to close the shut-off valve while the fuel is flowing from the low pressure fuel passage into the pressurizing chamber, the fuel sucked in the direction in which the valve element is opened by the fuel flowing into the pressurizing chamber is exceeded. It is necessary to drive the valve body in the closing direction. In particular, when the pumping amount of the high-pressure fuel pump is large, that is, when the amount of fuel sucked into the pressurizing chamber is large, the force that the valve body is sucked in the valve opening direction becomes large, and the valve body is adjusted to exceed this force. Driving in the valve closing direction is disadvantageous in that the shutoff valve is reliably opened and closed.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高圧燃料ポンプの遮断弁の開閉動作を確実なものとしつつ、高圧燃料ポンプの加圧室の容積変化に起因する燃圧脈動が低圧燃料通路に生じることを抑制可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and fuel pressure pulsation caused by a change in the volume of the pressurizing chamber of the high-pressure fuel pump is generated in the low-pressure fuel passage while ensuring the opening and closing operation of the shutoff valve of the high-pressure fuel pump. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine capable of suppressing the occurrence.
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、低圧燃料通路から燃料の供給を受けて、吸気通路に燃料を噴射する低圧燃料噴射装置と、高圧燃料通路から燃料の供給を受けて、気筒内に燃料を噴射する高圧燃料噴射装置と、周期的に容積が変化する加圧室と、弁体の開閉動作により低圧燃料通路と加圧室の連通と遮断を切替可能な遮断弁とを有し、加圧室の容積増大により低圧燃料通路から加圧室に燃料を吸入し、吸入した燃料を加圧室の容積減少により昇圧させて高圧燃料通路に圧送可能な高圧燃料ポンプと、を備える内燃機関の制御装置であって、加圧室の容積減少時における遮断弁の閉弁期間を変化させて高圧燃料ポンプの圧送量を制御する圧送調量制御手段と、加圧室の容積増大時における遮断弁の開弁期間を変化させて高圧燃料ポンプの圧送量を制御する吸入調量制御手段とを有し、高圧燃料ポンプの圧送量が所定の判定量を下回る場合には、吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine control apparatus according to the present invention includes a low-pressure fuel injection device that receives fuel from a low-pressure fuel passage and injects fuel into an intake passage, and a fuel supply from the high-pressure fuel passage. High pressure fuel injection device that receives fuel and injects fuel into the cylinder, pressurization chamber whose volume changes periodically, and communication between the low pressure fuel passage and pressurization chamber can be switched by opening and closing the valve body High pressure pressure that can be pumped into the high pressure fuel passage by increasing the volume of the pressurization chamber and sucking fuel from the low pressure fuel passage into the pressurization chamber. A control device for an internal combustion engine comprising a fuel pump, and a pressure adjustment amount control means for controlling a pumping amount of the high pressure fuel pump by changing a closing period of the shut-off valve when the volume of the pressurizing chamber is reduced; The opening period of the shut-off valve when the volume of the pressure chamber increases And a suction metering control means for controlling the pumping amount of the high-pressure fuel pump, and when the pumping amount of the high-pressure fuel pump falls below a predetermined judgment amount, It is characterized by controlling the amount.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、加圧室は、機関回転速度に比例する周波数で容積が変化するものとすることができ、機関回転速度が所定の判定回転速度を上回る場合には、高圧燃料ポンプの圧送量に拘らず、圧送調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御するものとすることができる。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the pressurizing chamber may have a volume that changes at a frequency proportional to the engine rotation speed, and when the engine rotation speed exceeds a predetermined determination rotation speed, Regardless of the pumping amount of the high-pressure fuel pump, the pumping amount control means can control the pumping amount of the high-pressure fuel pump.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、遮断弁は、スプリングの付勢力により弁体が付勢されて開弁し、電磁コイルの通電により生じる電磁力によって弁体が駆動されて閉弁するものとすることができ、吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御している場合、加圧室の容積増大時における電磁コイルの通電量は、加圧室の容積減少時における電磁コイルの通電量に比べて大きく設定されているものとすることができる。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the shut-off valve is opened by energizing the valve body by the energizing force of the spring, and is closed by driving the valve body by the electromagnetic force generated by energizing the electromagnetic coil. When the pumping amount of the high pressure fuel pump is controlled by the suction metering control means, the energization amount of the electromagnetic coil when the volume of the pressurizing chamber is increased is the electromagnetic coil when the volume of the pressurizing chamber is decreased. It can be set to be larger than the energization amount.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御している場合、遮断弁の開弁期間は、終期が加圧室の容積が最大となる時点に設定されるものとすることができ、始期が高圧燃料ポンプの圧送量に応じて変化するよう設定されるものとすることができる。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, when the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by the intake metering control means, the opening period of the shut-off valve is the end point when the volume of the pressurizing chamber becomes maximum The initial period can be set to change according to the pumping amount of the high-pressure fuel pump.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、高圧燃料ポンプは、内燃機関のクランク軸からの機械的動力を受けて回転駆動されるポンプ用カムと、ポンプ用カムに駆動されてシリンダ穴内を往復運動するプランジャと、を備えるものとすることができ、加圧室は、シリンダ穴とプランジャにより区画されて形成されるものとすることができ、加圧室の容積は、ポンプ用カムの回転によるプランジャのリフト量の増減に応じて変化するものとすることができる。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the high-pressure fuel pump includes a pump cam that is rotationally driven by receiving mechanical power from the crankshaft of the internal combustion engine, and a reciprocating motion within the cylinder hole that is driven by the pump cam. And the pressurizing chamber may be formed by being partitioned by a cylinder hole and a plunger, and the volume of the pressurizing chamber is determined by the rotation of the pump cam. It can be changed according to the increase or decrease of the lift amount.
本発明によれば、高圧燃料ポンプの圧送量が所定の判定量を下回る場合には、加圧室の容積増大時における遮断弁の開弁期間を変化させる吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御するものとした。高圧燃料ポンプの圧送量が少なく、圧送調量制御を行うと、加圧室の容積減少時に低圧燃料通路に大量の燃料の逆流が生じてしまう場合でも、吸入調量制御を行うことで、加圧室の容積減少時に遮断弁を常に閉弁させて低圧燃料通路に逆流が生じることを防止して、低圧燃料通路に高圧ポンプ起因脈動が生じることを抑制することができる。また、高圧燃料ポンプの圧送量が所定の判定量より少ない場合にのみ、吸入調量制御を行うため、吸入行程において、低圧燃料通路から加圧室に吸入される燃料量は少量となり、遮断弁の弁体が開弁方向に吸引される力も小さなものとなるため、このとき、遮断弁の閉弁動作を確実に行うことができる。 According to the present invention, when the pumping amount of the high pressure fuel pump is less than the predetermined determination amount, the suction metering control means for changing the valve opening period of the shut-off valve when the volume of the pressurizing chamber is increased is used. The pumping amount was controlled. If the high-pressure fuel pump has a small amount of pumping and pressure-feeding control is performed, even if a large amount of fuel backflow occurs in the low-pressure fuel passage when the volume of the pressurizing chamber is reduced, When the volume of the pressure chamber is reduced, the shut-off valve is always closed to prevent the backflow in the low pressure fuel passage, and the occurrence of pulsation caused by the high pressure pump in the low pressure fuel passage can be suppressed. In addition, since the intake metering control is performed only when the pumping amount of the high-pressure fuel pump is smaller than the predetermined determination amount, the amount of fuel sucked into the pressurizing chamber from the low-pressure fuel passage becomes small in the suction stroke, and the shut-off valve Since the force with which the valve body is sucked in the valve opening direction becomes small, the shut-off valve can be reliably closed at this time.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
まず、本実施例に係る内燃機関の概略構成について図1及び図2を用いて説明する。図1は、内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。図2は、内燃機関を含むエンジンシステムの概略構成を示す模式図である。なお、図1及び図2において、内燃機関及び燃料供給装置については、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。本実施例に係る内燃機関は、原動機として自動車に搭載されるものであり、自動車には、後述する燃料噴射装置、高圧燃料ポンプ、及び低圧燃料ポンプを含むエンジンシステムを制御するための電子制御装置(以下、ECUと記す)が設けられている。 First, a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration around a cylinder of an internal combustion engine. FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an engine system including an internal combustion engine. In FIGS. 1 and 2, for the internal combustion engine and the fuel supply device, only the main parts related to the present invention are schematically shown. The internal combustion engine according to this embodiment is mounted on a motor vehicle as a prime mover, and the motor vehicle includes an electronic control device for controlling an engine system including a fuel injection device, a high pressure fuel pump, and a low pressure fuel pump, which will be described later. (Hereinafter referred to as ECU).
図1に示すように、内燃機関10には、気筒に燃料を供給する燃料噴射装置として、吸気通路に低圧(例えば、0.4MPa)の燃料を噴射する低圧燃料噴射装置30と、気筒内に高圧(例えば、10MPa)の燃料を噴射する高圧燃料噴射装置40が、気筒ごとに設けられている。
As shown in FIG. 1, an
なお、「気筒」とは、シリンダブロック14のシリンダ壁15、シリンダヘッド20の天井壁22、及びピストン27の頂面28(キャビティ壁28cを含む)で囲まれた空間であり、本実施例において、気筒には、シリンダヘッド20に形成された燃焼室21と、ピストン27に形成されたキャビティが含まれている。
The “cylinder” is a space surrounded by the
なお、「吸気通路」とは、図示しない外気ダクトから導入された空気が気筒に流入するまでに通過する空気流路を意味しており、本実施例において、吸気通路には、図示しない吸気マニホールドのサージ室及びブランチ通路に加えて、シリンダヘッド20の吸気ポート24が含まれている。
The “intake passage” means an air flow path through which air introduced from an outside air duct (not shown) passes into the cylinder. In this embodiment, the intake passage includes an intake manifold (not shown). In addition to the surge chamber and the branch passage, an
低圧燃料噴射装置30は、電磁式の燃料噴射弁であり、その噴射期間すなわち開弁時期と開弁時間長さは、ECU70により制御される。低圧燃料噴射装置30は、シリンダヘッド20に形成された吸気ポートに設けられ、噴孔が吸気ポート24に露出している。低圧燃料噴射装置30が吸気通路に燃料を噴射すると、噴射された燃料は、吸気ポート24から吸気弁25を経て気筒内に流入する。
The low-pressure
高圧燃料噴射装置40は、電磁式又はピエゾ式の燃料噴射弁であり、噴射期間は、ECU70により制御される。高圧燃料噴射装置40は、シリンダヘッド20に形成された燃焼室21の天井壁22に設けられており、噴孔が燃焼室21に露出している。高圧燃料噴射装置40が燃焼室21に燃料を噴射すると、噴射された燃料は、気筒内において空気と燃料の混合気を形成することとなる。
The high-pressure
図2に示すように、内燃機関10には、図示しないクランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)を検出するクランク角センサ72が設けられており、クランク角に係る信号をECU70に送出している。また、内燃機関10には、吸入している空気の流量(以下、吸入空気量と記す)を検出するエアフロメータ74が設けられており、吸入空気量に係る信号をECU70に送出している。また、内燃機関10が搭載される自動車(図示せず)には、運転者が操作するアクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量と記す)を検出する図示しないアクセルポジションセンサ76が設けられており、アクセル操作量に係る信号をECU70に送出している。
As shown in FIG. 2, the
また、内燃機関10が搭載される自動車には、図2に示すように、上述の燃料噴射装置30,40が噴射する燃料を貯蔵する燃料タンク80が設けられている。燃料タンク80には、燃料タンク80内の燃料を所定の燃圧で内燃機関10に供給する部品として、燃料を汲み上げて圧送するポンプである低圧燃料ポンプ82と、燃料中に含まれる塵芥を除去する燃料フィルタ84と、低圧燃料ポンプ82から圧送される燃料の圧力を調整する調圧弁(プレッシャレギュレータ)86が設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, the automobile on which the
燃料タンク80内において、低圧燃料ポンプ82の燃料の流動方向の下流側には、燃料フィルタ84が設けられており、さらに燃料フィルタ84の下流側には、調圧弁86が設けられている。調圧弁86には、内燃機関10に向けて燃料を供給する車体燃料配管90と、余分な燃料を再び燃料タンク80に戻すリターン配管92が接続されている。
In the
低圧燃料ポンプ82は、電動式の燃料ポンプであり、燃料タンク80内の燃料を汲み上げて内燃機関10に向けて圧送する。低圧燃料ポンプ82の作動/非作動、及び燃料を圧送する能力は、ECU70により制御されている。
The low-
調圧弁86は、図示しないハウジングとダイヤフラムにより区画されて、減衰対象である燃料が流入する燃料室が形成される形式のものであり、燃料室に流入した燃料の圧力により、図示しないスプリングが伸縮してダイヤフラムが撓むことで弁体が開弁移動する形式のものである。調圧弁86は、その燃料室の燃圧が所定の圧力を超えたときに弁体が開弁移動して、余分な燃料をリターン配管92に導く。このようにして調圧弁86は、その燃料室とこれに連通する燃料通路における燃圧を、所定の圧力(例えば、0.4MPa)に調圧することができる。
The
低圧燃料ポンプ82が汲み上げた燃料は、燃料フィルタ84で燃料中に含まれる塵芥を除去されて、調圧弁86に送られる。調圧弁86は、低圧燃料ポンプ82が汲み上げる燃料のうち、燃料噴射装置30,40で消費されない余分な燃料をリターン配管92から再び燃料タンク80に戻す。そして、調圧弁86は、低圧燃料ポンプ82燃圧を所定の圧力に調整して燃料を車体燃料配管90に流す。車体燃料配管90は、内燃機関10のエンジンルームに設けられた後述する低圧燃料配管34に接続されている。
The fuel pumped up by the low-
また、内燃機関10には、低圧燃料ポンプ82からの燃料を低圧燃料噴射装置30及び高圧燃料ポンプ50に供給するための低圧燃料系部品として、低圧燃料噴射装置30に燃料を分配する低圧燃料レール32と、車体燃料配管90からの燃料を低圧燃料レール32及び後述する高圧燃料ポンプ50に導く低圧燃料配管34と、低圧燃料配管34及び低圧燃料レール32内で生じる燃圧脈動を減衰するパルセーションダンパ36,38が設けられている。
The
低圧燃料レール32は、金属製の管状部材であり、気筒ごとに設けられた低圧燃料噴射装置30が接続されている。低圧燃料レール32の内部には、蓄圧室33が形成されており、この蓄圧室33と、低圧燃料噴射装置30の噴孔(図示せず)は連通している。また、低圧燃料レール32の一端には、後述する低圧燃料配管34が接続されており、低圧燃料レール32の蓄圧室33と低圧燃料配管34内に形成された燃料通路35が連通している。低圧燃料レール32は、低圧燃料ポンプ82から車体燃料配管90及び低圧燃料配管34を経て流入した低圧の燃料を、各低圧燃料噴射装置30に分配して供給する。
The low-
低圧燃料配管34は、エンジンルーム内に設けられた金属製の配管や、樹脂製のホース等が複数接続されて構成されており、その内部には、低圧の燃料が流れる燃料通路35が形成されている。低圧燃料配管34は、一端が車体燃料配管90に、他端が低圧燃料レール32に接続されており、途中には、後述する高圧燃料ポンプ50が接続されている。この燃料通路35は、燃料タンク80内の調圧弁86と、高圧燃料ポンプ50内の後述する遮断弁64の上流側の燃料通路39と、低圧燃料レール32内の蓄圧室33とを連通させている。低圧燃料配管34は、燃料タンク80内の低圧燃料ポンプ82が圧送し、調圧弁86で調圧された低圧の燃料を、高圧燃料ポンプ50及び低圧燃料レール32に導く。
The low-
パルセーションダンパ36,38(以下、単に「ダンパ」と記す)は、図示しないハウジングとダイヤフラムにより区画されて、減衰対象である燃料が流入する燃料室36c,38cが形成される形式のものである。ダンパ36,38、図示しないスプリングが伸縮してダイヤフラムが撓み、燃料室36c、38cの容積を変化させることで、燃料の圧力変動である燃圧脈動を抑制することが可能となっている。
The
本実施例において、ダンパ36,38は、それぞれ低圧燃料レール32と、低圧燃料配管34のうち分岐して高圧燃料ポンプ50に向かう部位34cに対応して設けられている。低圧燃料レール32に設けられたダンパ36は、低圧燃料噴射装置30の開弁及び閉弁動作により低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を主に減衰するよう、その周波数特性が設定されている。一方、高圧燃料ポンプ50近傍に設けられたダンパ38は、高圧燃料ポンプ50からの逆流により低圧燃料通路に生じる燃圧脈動を主に減衰するよう、その周波数特性が設定されている。
In the present embodiment, the
なお、「低圧燃料通路」とは、調圧弁86で調圧された燃料が流れる燃料流路を意味している。本実施例において、低圧燃料通路には、車体燃料配管90内の燃料通路91及び低圧燃料配管34内の燃料通路35に加えて、低圧燃料レール32内の蓄圧室33や、ダンパ36,38の燃料室36c,38cが含まれている。
The “low pressure fuel passage” means a fuel flow path through which the fuel regulated by the
また、内燃機関10には、低圧燃料配管34から供給された燃料を、さらに昇圧して高圧燃料噴射装置40に供給するための高圧燃料系部品として、各高圧燃料噴射装置40に燃料を分配する高圧燃料レール44と、低圧燃料配管34からの低圧の燃料を加圧して昇圧させる高圧燃料ポンプ50と、高圧燃料ポンプ50からの高圧の燃料を高圧燃料レール44に流す高圧燃料配管46が設けられている。
The
高圧燃料レール44は、金属製の管状部材であり、気筒ごとに設けられた各高圧燃料噴射装置40が接続されている。高圧燃料レール44の内部には、蓄圧室45が形成されており、この蓄圧室45と各高圧燃料噴射装置40の噴孔は連通している。また、高圧燃料レール44の一端には、高圧燃料配管46が接続されており、高圧燃料レール44の蓄圧室45と高圧燃料配管46内の燃料通路47が連通している。高圧燃料レール44は、高圧燃料ポンプ50からの高圧の燃料を、各高圧燃料噴射装置40に分配して供給する。
The high-
高圧燃料配管46は、内燃機関10に設けられた金属製の配管で構成されており、内部に燃料が流れる燃料通路47が形成されている。高圧燃料配管46は、一端が高圧燃料ポンプ50の後述する逆止弁51に、他端が高圧燃料レール44に接続されている。高圧燃料配管46は、高圧燃料ポンプ50の逆止弁51と、高圧燃料レール44の蓄圧室45とを連通させている。高圧燃料配管46は、高圧燃料ポンプ50が昇圧した高圧の燃料を高圧燃料レール44に導く。
The high-
なお、「高圧燃料通路」とは、高圧燃料ポンプ50により昇圧された高圧の燃料が流れる燃料の流路を意味している。本実施例において、高圧燃料通路には、高圧燃料配管46内の燃料通路47に加えて、高圧燃料レール44内の蓄圧室45が含まれている。
The “high pressure fuel passage” means a fuel flow path through which high pressure fuel pressurized by the high
高圧燃料ポンプ50は、内部にシリンダ穴52が形成されており、このシリンダ穴52内を往復運動するプランジャ54と、プランジャ54を駆動するポンプ用カム56と、プランジャ54をポンプ用カム56側に付勢するバネ58等から構成されている。高圧燃料ポンプ50には、シリンダ穴52とプランジャ54により区画されて、燃料を加圧する加圧室60が形成されている。
The high-
高圧燃料ポンプ50において、ポンプ用カム56は、吸気弁又は排気弁を駆動するカムシャフト(図示せず)に結合されており、このカムシャフトは、内燃機関10のクランク軸(図示せず)からの機械的動力を受けて駆動される。よって、ポンプ用カム56は、内燃機関10のクランク軸の回転速度に倍の速度で回転することとなる。本実施例において、ポンプ用カム56には、3つのカム山(カムノーズ)56aが形成されている。
In the high-
高圧燃料ポンプ50は、ポンプ用カム56の回転により、プランジャ54がシリンダ穴52の軸心に沿って往復運動する。プランジャ54の往復運動により、高圧燃料ポンプ50は、加圧室60の容積を増減させる。つまり、加圧室60は、ポンプ用カム56の回転速度に応じて周期的に容積が変化する。
In the high-
本実施例において、ポンプ用カム56の1回転につきプランジャが3回往復運動することで、加圧室60は、3周期、容積が増減する。ポンプ用カム56は、内燃機関のクランク軸の回転速度(以下、機関回転速度と記す)の2倍の回転速度で回転するため、加圧室60は、機関回転速度の6倍の周波数で、容積が周期的に変化することとなる。加圧室60には、低圧燃料通路に連通して、低圧燃料通路からの燃料を吸入する吸入口62が設けられている。
In the present embodiment, the volume of the pressurizing chamber 60 increases and decreases by three cycles as the plunger reciprocates three times per rotation of the pump cam 56. Since the pump cam 56 rotates at a rotational speed twice that of the crankshaft of the internal combustion engine (hereinafter referred to as engine rotational speed), the pressurizing chamber 60 has a frequency six times the engine rotational speed. The volume will change periodically. The pressurizing chamber 60 is provided with a
高圧燃料ポンプ50には、吸入口62の開放と閉止を切り替える遮断弁64が低圧燃料通路と加圧室60との間に介在して設けられている。遮断弁64は、電磁式の開閉弁であり、吸入口62を開放/閉止する弁体64aと、通電により生じる電磁力によって、弁体64aを、吸入口62が開放される方向(以下、開弁方向と記す)に駆動する電磁コイル66と、弁体64aを、吸入口62が閉止される方向(以下、閉弁方向と記す)に付勢するスプリング67等から構成されている。
The high-
遮断弁64は、電磁コイル66に通電していないとき、スプリング67の付勢力により弁体64aがプランジャ54側に付勢されて、吸入口62を開放している。つまり、遮断弁64は、電磁コイル66に通電していないとき、低圧燃料通路と加圧室60が連通するよう開弁している。一方、遮断弁64は、電磁コイル66に所定の電流が通電しているとき、電磁コイル66が生じる電磁力により、弁体64aがプランジャ54側とは反対側に駆動されて、吸入口62を閉止している。つまり、遮断弁64は、電磁コイル66が通電しているとき、低圧燃料通路と加圧室60が遮断されるよう閉弁している。電磁コイル66の通電期間、すなわち遮断弁64の閉弁期間は、ECU70により制御される。このようにして、ECU70は、遮断弁64の開閉動作により、低圧燃料通路と加圧室60との連通と遮断を切り替えるよう制御することができる。
When the
なお、遮断弁64の閉弁時における電磁コイル66の通電量は、電磁コイル66が弁体64aを閉弁方向に駆動する力が、スプリング67の付勢力と、吸入口62から加圧室60に流入する燃料の流れにより弁体64aが開弁方向に吸引される力に抗することができるように設定されている。
The energization amount of the
また、高圧燃料ポンプ50の加圧室60には、高圧燃料通路に向けて燃料を吐出する吐出口69が形成されている。加えて、高圧燃料ポンプ50の吐出口69と高圧燃料配管46との間には、燃料の逆流を防止する逆止弁51が設けられている。逆止弁51は、いわゆるチェックバルブであり、吐出口69からの燃料が所定の開弁圧力を超えると開弁して、吐出口69からの燃料を高圧燃料通路に流す。これにより、逆止弁51は、加圧室60から吐出口69を経て、高圧燃料配管46内の高圧燃料通路に圧送された燃料が、再び加圧室60に逆流することを防止している。
In addition, a
高圧燃料ポンプ50は、内燃機関10が作動してポンプ用カム56が回転して、カム山56aがプランジャ54を押し上げると、プランジャ54が加圧室60の容積を減少させる方向に移動する。以下の説明において、プランジャ54の加圧室60の容積を減少させる方向への移動を「リフト」と記し、その移動量を「リフト量」と記す。すなわち、高圧燃料ポンプ50においては、プランジャ54のリフト量が減少するに従って、加圧室60の容積が増大することとなる。
When the
また、高圧燃料ポンプ50は、プランジャ54のリフト量が減少している時(以下、リフト量減少時と記す)、すなわち加圧室60の容積が増大している時(以下、容積増大時と記す)に、遮断弁64を開弁させて低圧燃料通路と加圧室60を連通させることで、低圧燃料通路にある燃料を加圧室60に吸入することが可能となっている。
Further, the high-
また、高圧燃料ポンプ50は、プランジャ54のリフト量が増大している時(以下、リフト量増大時と記す)すなわち加圧室60の容積が減少している時(以下、容積減少時と記す)に、遮断弁64を閉弁させて低圧燃料通路と加圧室60とを遮断することで、加圧室60にある燃料を加圧することができる。高圧燃料ポンプ50は、加圧室60にある燃料が逆止弁51の開弁圧以上に昇圧させることで、逆止弁51から高圧燃料通路に燃料を圧送することが可能となっている。
Further, the high-
このように構成された高圧燃料ポンプ50において、高圧燃料ポンプ50から高圧燃料通路に圧送される燃料の流量(以下、圧送量と記す)は、プランジャ54のリフト量増大時における遮断弁64の閉弁期間を変化させることで制御することができる。リフト量増大時における遮断弁64の閉弁期間を長く設定するに従って、高圧燃料ポンプ50の圧送量を増大させることができる。また、プランジャ54のリフト量減少時における遮断弁64の開弁期間を長くする設定することで、高圧燃料ポンプ50が低圧燃料通路から加圧室60に吸入する燃料量を増大させることができる。遮断弁64の開閉動作は、ECU70により制御される。
In the high-
ECU70は、クランク角センサ72からのクランク角に係る信号と、エアフロメータ74からの吸入空気量に係る信号と、アクセルポジションセンサ76からのアクセル操作量に係る信号とを受けている。これら検出された各種信号に基づいて、ECU70は、クランク角と、吸入空気量と、アクセル操作量、目標空燃比等を算出して、さらに、これら制御変数から、内燃機関10のクランク軸の回転速度(以下、機関回転速度と記す)と、内燃機関10が出力するトルク(以下、機関負荷と記す)等を算出している。
The
ECU70は、機関回転速度、機関負荷、目標空燃比等に応じて、低圧燃料噴射装置30と高圧燃料噴射装置40の併用又は選択使用を決定している。ECU70は、低圧燃料噴射装置30と高圧燃料噴射装置40のそれぞれについて、燃料噴射量を算出し、燃料噴射期間すなわち燃料噴射装置の開弁時期と開弁時間長さを決定している。
The
また、ECU70は、高圧燃料噴射装置40を作動させるとき、高圧燃料噴射装置40が噴射する燃料噴射量から高圧燃料ポンプ50に要求される圧送量を算出している。ECU70は、算出された圧送量から遮断弁64の開弁期間(開弁時期及び開弁時間長さ)、すなわち電磁コイル66の通電期間(通電時期及び通電時間長さ)を決定して、これを実現するよう電磁コイル66の通電を制御する。加えて、ECU70は、電磁コイル66に通電する電流値(以下、通電量と記す)を制御することが可能となっている。
Further, when the high pressure
このようにECU70は、電磁コイル66の通電期間及び通電量を制御して、遮断弁64に開閉動作を行わせることで、高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御することが可能となっている。ECU70は、以下の二通りの手法により、高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御することが可能となっている。
Thus, the
一つは、加圧室60の容積減少時における遮断弁64の閉弁期間を変化させることで、高圧燃料ポンプの圧送量を制御する手法(以下、圧送調量制御と記す)である。ECU70は、加圧室60の容積増大時には、常時、遮断弁64を開弁させて、低圧燃料通路から加圧室60に燃料を吸入する。そして、ECU70は、加圧室60の容積減少時には、所定の期間、遮断弁64を閉弁させることで、閉弁前に加圧室60から低圧燃料通路に所定量の燃料を逆流させてから、閉弁しているときに加圧室60に残った燃料を高圧燃料通路に圧送する。高圧燃料ポンプ50の圧送量は、加圧室60の容積減少時における遮断弁64の閉弁時間長さを含む閉弁期間に応じて変化させることができる。このように、ECU70は、加圧室60の容積減少時における遮断弁64の閉弁期間を変化させることで、高圧燃料ポンプ50の圧送量を所望の値に制御する機能である、圧送調量制御手段を有している。
One is a method of controlling the pumping amount of the high-pressure fuel pump by changing the closing period of the
もう一つは、加圧室60の容積増大時における遮断弁64の開弁期間を変化させて高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御する手法(以下、吸入調量制御と記す)である。ECU70は、高圧燃料ポンプ50の加圧室60の容積増大時には、所定の期間、遮断弁64を開弁させることで、低圧燃料通路から加圧室60に吸入する燃料量を調整する。そして、ECU70は、加圧室60の容積減少時には、常時、遮断弁64を閉弁させることで、吸入した燃料を加圧室60で昇圧させて高圧燃料通路に圧送する。高圧燃料ポンプ50の圧送量は、加圧室60の容積増大時における遮断弁64の開弁期間に応じて変化させることができる。このように、ECU70は、加圧室60の容積増大時における遮断弁64の開弁期間を変化させることで、高圧燃料ポンプ50の圧送量を所望の値に制御する機能である、吸入調量制御手段を有している。
The other is a method of controlling the pumping amount of the high-
次に、本実施例に係る内燃機関の制御装置(ECU)が実行する高圧燃料ポンプ制御について、図2〜図5を用いて説明する。図3は、ECUが実行する高圧燃料ポンプ制御のフローチャートである。図4は、圧送調量制御における高圧燃料ポンプの動作を示すタイミングチャートである。図5は、吸入調量制御における高圧燃料ポンプの動作を示すタイミングチャートである。本実施例では、高圧燃料ポンプの圧送量が所定の判定量を下回る場合には、吸入調量制御により高圧燃料ポンプの圧送量を制御することを特徴としており、以下に、高圧燃料ポンプの動作と併せて説明する。 Next, the high-pressure fuel pump control executed by the control device (ECU) for the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart of high-pressure fuel pump control executed by the ECU. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the high-pressure fuel pump in the pressure adjustment control. FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the high-pressure fuel pump in the intake metering control. In this embodiment, when the pumping amount of the high-pressure fuel pump is lower than a predetermined determination amount, the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by suction metering control. It explains together with.
図2及び図3に示すように、ステップS100において、ECU70は、各種制御信号から、現時点における機関回転速度と高圧燃料ポンプ50に要求される圧送量を算出する。高圧燃料ポンプ50の圧送量は、高圧燃料噴射装置40が噴射する燃料噴射量から算出される。
As shown in FIGS. 2 and 3, in step S <b> 100, the
そして、ステップS102において、ECU70は、機関回転速度が所定の判定回転速度を上回るか否かを判定する。判定回転速度は、これを上回る機関回転速度で内燃機関10を作動させた場合、低圧燃料通路に生じる高圧ポンプ起因脈動がダンパ36,38により吸収可能な程度に高い周波数のものとなるよう設定されている。本実施例において、判定回転速度は、内燃機関10のアイドリング作動時の機関回転速度に設定されている。判定回転速度は、予め適合実験等により求められており、ECU70のROM(図示せず)に記憶されている。
In step S102, the
ステップS102において、機関回転速度が所定の判定回転速度を上回る(Yes)と判定された場合、ECU70は、高圧ポンプ起因脈動が低圧燃料通路に生じても、ダンパ36,38により吸収可能な高い周波数のものであり、加えて、高圧燃料ポンプ50からの逆流する燃料量が多くても、高い周波数のため低圧燃料レール32の蓄圧室33に伝播するまでに十分に減衰されて低圧燃料噴射装置30の燃料噴射量に影響を与えないものと判断して、ステップS110に進む。
If it is determined in step S102 that the engine rotation speed exceeds the predetermined determination rotation speed (Yes), the
ステップS110において、ECU70は、通常時の高圧燃料ポンプ制御に設定されている圧送調量制御を行う。図4に示すように、プランジャ54のリフト量が最大値となる時点Aからリフト量がゼロになる時点Bまでの、リフト量減少時において、ECU70は、電磁コイル66に流す通電量をゼロに設定することで、遮断弁64を開弁させている。このとき、加圧室60の容積は増大しており、高圧燃料ポンプ50は、低圧燃料通路から加圧室60に燃料を吸入する(吸入行程)。
In step S110, the
そして、リフト量がゼロである時点Bから最大値に向けてリフト量が増大する途中の時点Cまでの、リフト量増大時の前半において、ECU70は、そのまま遮断弁64を開弁状態に維持する。このとき加圧室60の容積は減少しており、高圧燃料ポンプ50は、加圧室60から低圧燃料通路に燃料を逆流させている(逆流行程)。このように逆流させることで、低圧燃料通路から加圧室60に吸入した燃料のうち、高圧燃料通路に圧送が不要な余分な燃料を、再び低圧燃料通路に戻している。
Then, in the first half of the lift amount increase from the time point B at which the lift amount is zero to the time point C during the increase of the lift amount toward the maximum value, the
そして、時点Cからプランジャ54のリフト量が最大値となる時点Dまでのリフト量増大時の後半において、ECU70は、電磁コイル66の通電量を所定の閉弁電流値に設定することで、遮断弁64を閉弁させる。このときプランジャ54のリフト量の増大するに従って、加圧室60にある燃料は逆止弁51の開弁圧力以上に昇圧し、高圧燃料ポンプ50は、高圧燃料通路に燃料を圧送する(昇圧・圧送行程)。ECU70は、プランジャ54のリフト量増大時における遮断弁64の閉弁期間(時点C〜時点D)を変化させることで、高圧燃料ポンプ50が高圧燃料通路に圧送する圧送量を、所望の値に調整している。
Then, in the latter half of the increase in the lift amount from the time point C to the time point D at which the lift amount of the
一方、ステップS102において、機関回転速度が所定の判定回転速度を上回らない(No)と判定された場合、ECU70は、高圧ポンプ起因脈動が、ダンパ36,38では吸収できない低い周波数のものであり、高圧燃料ポンプ50から逆流する燃料量によっては、低圧燃料噴射装置30の燃料噴射量に影響を及ぼす虞があるものと判断して、ステップS104に進む。
On the other hand, if it is determined in step S102 that the engine rotation speed does not exceed the predetermined determination rotation speed (No), the
そして、ステップS104において、ECU70は、高圧燃料ポンプ50の圧送量が、所定の判定量を超えるか否かを判定する。この判定量は、この値を超える量の燃料が逆流すると、低圧燃料噴射装置30の燃料噴射量に影響を与える高圧ポンプ起因脈動が低圧燃料通路に生じるような値に設定されている。この判定量は、予め適合実験等により求められており、ECU70のROMに記憶されている。
In step S104, the
ステップS104において、高圧燃料ポンプ50の圧送量が所定の判定量を超えない(No)と判定された場合、ECU70は、低圧燃料通路に逆流が生じても、低圧燃料噴射装置30の燃料噴射量に影響を与える高圧ポンプ起因脈動が生じないものと判断して、ステップS110に進み、上述の「圧送調量制御」を行った後、再びステップS100に戻る。
When it is determined in step S104 that the pumping amount of the high-
一方、ステップS104において、高圧燃料ポンプ50の圧送量が所定の判定値を超える(Yes)と判定された場合、ECU70は、燃料の逆流により、低圧燃料噴射装置30の燃料噴射量に影響を与える高圧ポンプ起因脈動が低圧燃料通路に生じるものと判断して、ステップS106に進む。
On the other hand, when it is determined in step S104 that the pumping amount of the high-
ステップS106において、ECU70は、「吸入調量制御」を行う。図5に示すように、ECU70は、プランジャ54のリフト量がゼロとなる時点Eから最大値となる時点Gまでの、リフト量増大時において、ECU70は、電磁コイル66の通電量を所定の閉弁電流値に設定することで、遮断弁64を閉弁させている。このとき、加圧室60の容積は減少しており、高圧燃料ポンプ50は、加圧室60にある燃料を昇圧させている。そして、リフト量増大時の途中において、加圧室60にある燃料は逆止弁51の開弁圧力以上に昇圧し、逆止弁51から高圧燃料通路に燃料が吐出され始める。逆止弁51の開弁から、プランジャ54のリフト量が最大値となる時点Gまで、高圧燃料ポンプ50は、所定の圧送量の燃料を高圧燃料通路に圧送する(昇圧・圧送行程)。
In step S106, the
そして、リフト量が最大値となる時点Gにおいて、ECU70は、電磁コイル66の通電量を、上述の閉弁電流値から増大させて、所定の閉弁維持電流値に設定する。ECUは、時点Gからリフト量がゼロに向けて減少する途中の時点Hまでの、リフト量減少時の前半において、電磁コイル66の通電量を閉弁維持電流値に設定することで、遮断弁64の閉弁状態を維持している。なお、このとき、加圧室60の容積は減少しており、加圧室60内は減圧されていく(減圧行程)。
Then, at the time point G when the lift amount reaches the maximum value, the
なお、閉弁維持電流値は、通電した電磁コイル66が弁体64aを閉弁方向に駆動する力が、スプリング67の付勢力と、加圧室60に流入する燃料の流れにより弁体64aが開弁方向に吸引される力を足し合わせたものを、上回るように設定されている。閉弁維持電流値は、予め適合実験等により求められており、ECU70のROMに記憶されている。
The valve closing maintaining current value is determined by the force that the energized
そして、時点Hにおいて、ECU70は、電磁コイル66の通電量をゼロに設定することで、遮断弁64を開弁させる。時点Hからプランジャ54のリフト量がゼロとなる時点Iまでの、リフト量減少時の後半において、ECU70は、電磁コイル66の通電量をゼロに設定して遮断弁64を開弁させている。このとき、加圧室60は十分に減圧されており、高圧燃料ポンプ50は、低圧燃料通路から加圧室60に燃料を吸入する(吸入行程)。
At time H, the
このように、ECU70は、プランジャ54のリフト量減少時における遮断弁64の開弁期間(時点H〜時点I)を制御することで、吸入行程において低圧燃料通路から加圧室60に吸入する燃料量、すなわち昇圧・圧送行程において加圧室60から高圧燃料通路に圧送される圧送量を、所望の値に調整している。詳細には、ECU70は、遮断弁64の開弁期間の終期を、加圧室60の容積が最大となる時点Iに設定しており、始期すなわち開弁時期を変化させることで、遮断弁64の開弁時間長さを調整している。
In this manner, the
このように、始期(開弁時期)を変化させて開弁時間長さを変化させることで、ECU70は、加圧室60の容積増大時から容積減少時の減圧行程まで連続して、電磁コイル66に通電させて遮断弁64を閉弁状態とすることができる。これにより、本実施例に係る高圧燃料ポンプ50は、加圧室60の減圧中に、遮断弁64の閉弁動作を行う必要がなくなる。このようにしてECU70は、吸入調量制御の昇圧・圧送行程において、高圧燃料ポンプ50の圧送量が所望の値となるよう制御している。以上に説明したステップS106の制御を行った後、ECU70は、ステップS100に戻る。
In this way, by changing the start time (valve opening time) and changing the valve opening time length, the
以上に説明したように本実施例では、高圧燃料ポンプ50の圧送量が所定の判定量を下回る場合には、加圧室60の容積増大時における遮断弁64の開弁期間を変化させる吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御するものとした。高圧燃料ポンプ50の圧送量が少なく、圧送調量制御を行うと、加圧室60の容積減少時に低圧燃料通路に大量の燃料の逆流が生じてしまう場合でも、吸入調量制御を行うことで、加圧室60の容積減少時に遮断弁64を常に閉弁させて低圧燃料通路に逆流が生じることを防止して、低圧燃料通路に高圧ポンプ起因脈動が生じることを抑制することができる。また、高圧燃料ポンプ50の圧送量が判定量より少ない場合にのみ、吸入調量制御を行うため、吸入行程において、低圧燃料通路から加圧室60に吸入する燃料量は少量であり、遮断弁64の弁体64aが開弁方向に吸引される力も小さなものとなっており、このとき、遮断弁64の閉弁動作を確実に行うことができる。
As described above, in this embodiment, when the pumping amount of the high-
また、本実施例では、加圧室60は、機関回転速度に比例する周波数で容積が変化するものとし、機関回転速度が判定回転速度を上回ると判定された場合には、高圧燃料ポンプ50の圧送量に拘らず、圧送調量制御により高圧燃料ポンプの圧送量を制御するものとした。圧送調量制御を行うことで低圧燃料通路に高圧ポンプ起因脈動が生じても、この脈動は、高い周波数のものとなっており、ダンパ36,38等により減衰することが可能である。また、高圧燃料ポンプ50から低圧燃料噴射装置30に伝播するまでに十分に減衰可能なものとなっている。吸入調量制御に比べて遮断弁64の開閉動作がより容易に行える圧送調量制御を極力用いて、低圧燃料噴射装置30の燃料噴射量に影響を与えるような高圧ポンプ起因脈動を抑制することができる。
In the present embodiment, the volume of the pressurizing chamber 60 changes at a frequency proportional to the engine rotation speed. If it is determined that the engine rotation speed exceeds the determination rotation speed, the high-
また、本実施例では、遮断弁64は、スプリング67の付勢力により弁体64aが付勢されて開弁し、電磁コイル66の通電により生じる電磁力によって弁体64aが駆動されて閉弁するものとし、吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御している場合、加圧室60の容積増大時における電磁コイル66の通電量を、加圧室60の容積減少時における電磁コイル66の通電量に比べて大きく設定するものした。これにより、吸入調量制御により高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御しているとき、加圧室60の容積減少時である昇圧・圧送行程から容積増大時の減圧行程に移行する際に、遮断弁64の開弁状態を良好に維持することができる。換言すれば、加圧室60の容積増大時の加圧行程及び昇圧・圧送行程における電磁コイル66の通電量を、容積減少時の減圧行程に比べて小さなものとすることができ、遮断弁64の電磁コイル66における電力消費を極力小さなものとすることができる。
In this embodiment, the
また、本実施例では、吸入調量制御により高圧燃料ポンプ50の圧送量を制御しているとき、遮断弁64の開弁期間、すなわち、終期が加圧室60の容積が最大となる時点Iに設定されており、始期が高圧燃料ポンプ50の圧送量に応じて変化するよう設定されているものとしたので、加圧室60の容積増大時から容積減少時の減圧行程まで連続して、電磁コイル66に通電させて遮断弁64を閉弁状態にすることができる。これにより、本実施例に係る吸入調量制御においては、加圧室60の減圧中に遮断弁64の閉弁動作を行わせる必要がなくなり、遮断弁64の開閉動作をより容易なものとすることができる。
In this embodiment, when the pumping amount of the high-
また、本実施例では、高圧燃料ポンプ50は、内燃機関10のクランク軸からの機械的動力を受けて回転駆動されるポンプ用カム56と、ポンプ用カム56に駆動されてシリンダ穴12内を往復運動するプランジャ54とを備えるものとし、加圧室60は、シリンダ穴12とプランジャに54より区画されて形成されるものとし、加圧室60の容積は、ポンプ用カム56の回転によるプランジャ54のリフト量の増減に応じて変化するものとした。このような高圧燃料ポンプの場合、高圧燃料噴射装置が噴射することで高圧燃料通路から消費される燃料量に関係なく高圧燃料ポンプの加圧室容積が変化してしまうため、圧送調量制御により高圧燃料ポンプの圧送量を制御すると、低圧燃料通路への燃料の逆流が生じ易く、低圧燃料噴射装置の燃料噴射量に影響を与えるような低周波数の高圧ポンプ起因脈動が生じ易い。よって、このような高圧燃料ポンプを備える内燃機関の場合、本実施例に係る内燃機関の制御手法が特に有用なものとなる。
In the present embodiment, the high-
なお、本発明が適用可能な高圧燃料ポンプは、上述の態様に限定されるものではない。弁体の開閉動作により低圧燃料通路と加圧室の連通と遮断を切替可能な遮断弁とを有し、加圧室の容積増大により低圧燃料通路から加圧室に燃料を吸入し、吸入した燃料を加圧室の容積減少により昇圧させて高圧燃料通路に圧送可能な高圧燃料ポンプであれば、本発明を適用することができる。例えば、ポンプ用カムが電動機からの機械的動力を受けて駆動されることで、加圧室の容積が周期的に変化するような高圧燃料ポンプを備える内燃機関にも、本発明を適用することができる。 The high-pressure fuel pump to which the present invention can be applied is not limited to the above-described aspect. It has a shut-off valve that can switch between communication and shut-off of the low-pressure fuel passage and the pressurization chamber by opening and closing the valve body. By increasing the volume of the pressurization chamber, fuel is sucked into the pressurization chamber from the low-pressure fuel passage. The present invention can be applied to any high-pressure fuel pump that can pressurize the fuel by reducing the volume of the pressurizing chamber and pump the fuel into the high-pressure fuel passage. For example, the present invention is also applied to an internal combustion engine having a high-pressure fuel pump in which the volume of the pressurizing chamber changes periodically by driving the pump cam with mechanical power from an electric motor. Can do.
以上のように、本実施例に係る内燃機関の制御装置は、吸気通路に燃料を噴射する低圧燃料噴射装置と、気筒内に直接燃料を噴射する高圧燃料噴射装置と、低圧燃料噴射装置に燃料を供給する低圧燃料通路から燃料を吸入し昇圧させて高圧燃料噴射装置に燃料を供給する高圧燃料通路に燃料を圧送する高圧燃料ポンプと、を備える内燃機関に有用であり、特に、内燃機関の作動状態に応じて周期的に容積が変化する加圧室と、開閉動作により低圧燃料通路と加圧室の連通と遮断を切替可能な遮断弁とを有する高圧燃料ポンプを備えた内燃機関に有用である。 As described above, the control apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment includes a low pressure fuel injection device that injects fuel into the intake passage, a high pressure fuel injection device that directly injects fuel into the cylinder, and a fuel that is supplied to the low pressure fuel injection device. This is useful for an internal combustion engine comprising a high-pressure fuel pump that sucks fuel from a low-pressure fuel passage that supplies fuel and pressurizes the fuel into a high-pressure fuel passage that supplies fuel to a high-pressure fuel injection device. Useful for internal combustion engines equipped with a high-pressure fuel pump having a pressurizing chamber whose volume changes periodically according to the operating state, and a shut-off valve that can switch between communication and shut-off of the low-pressure fuel passage and the pressurizing chamber by opening and closing operations It is.
1 エンジンシステム
10 内燃機関
30 低圧燃料噴射装置
32 低圧燃料レール
33 蓄圧室
34 低圧燃料配管
36,38 パルセーションダンパ(ダンパ)
40 高圧燃料噴射装置
44 高圧燃料レール
45 蓄圧室
46 高圧燃料配管
50 高圧燃料ポンプ
51 逆止弁
54 プランジャ
56 ポンプ用カム
60 加圧室
62 吸入口
64 遮断弁
64a 弁体
66 電磁コイル
67 スプリング
69 吐出口
70 内燃機関の制御装置(ECU)
72 クランク角センサ
80 燃料タンク
82 低圧燃料ポンプ
84 燃料フィルタ
86 調圧弁
90 車体燃料配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
72
Claims (5)
高圧燃料通路から燃料の供給を受けて、気筒内に燃料を噴射する高圧燃料噴射装置と、
周期的に容積が変化する加圧室と、弁体の開閉動作により低圧燃料通路と加圧室の連通と遮断を切替可能な遮断弁とを有し、加圧室の容積増大により低圧燃料通路から加圧室に燃料を吸入し、吸入した燃料を加圧室の容積減少により昇圧させて高圧燃料通路に圧送可能な高圧燃料ポンプと、
を備える内燃機関の制御装置であって、
加圧室の容積減少時における遮断弁の閉弁期間を変化させて高圧燃料ポンプの圧送量を制御する圧送調量制御手段と、
加圧室の容積増大時における遮断弁の開弁期間を変化させて高圧燃料ポンプの圧送量を制御する吸入調量制御手段と、
を有し、
高圧燃料ポンプの圧送量が所定の判定量を下回る場合には、吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A low-pressure fuel injection device that receives fuel from the low-pressure fuel passage and injects fuel into the intake passage;
A high pressure fuel injection device that receives fuel from the high pressure fuel passage and injects fuel into the cylinder;
A pressurizing chamber whose volume changes periodically, and a shutoff valve that can switch between communication and shutoff of the low pressure fuel passage and the pressurizing chamber by opening and closing operation of the valve body, and the low pressure fuel passage by increasing the volume of the pressurizing chamber A high-pressure fuel pump capable of sucking fuel into the pressurizing chamber, boosting the sucked fuel by reducing the volume of the pressurizing chamber, and pumping the fuel into the high-pressure fuel passage;
An internal combustion engine control device comprising:
A pressure adjustment amount control means for controlling the pressure supply amount of the high-pressure fuel pump by changing the valve closing period of the shut-off valve when the volume of the pressurization chamber is reduced;
A suction metering control means for controlling the pumping amount of the high-pressure fuel pump by changing the opening period of the shut-off valve when the volume of the pressurizing chamber is increased;
Have
A control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that, when the pumping amount of the high-pressure fuel pump is below a predetermined determination amount, the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by the intake metering control means.
加圧室は、機関回転速度に比例する周波数で容積が変化するものであり、
機関回転速度が所定の判定回転速度を上回る場合には、高圧燃料ポンプの圧送量に拘らず、圧送調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The pressurizing chamber changes its volume at a frequency proportional to the engine speed,
A control device for an internal combustion engine, wherein when the engine rotational speed exceeds a predetermined determination rotational speed, the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by the pumping adjustment amount control means regardless of the pumping amount of the high-pressure fuel pump. .
遮断弁は、スプリングの付勢力により弁体が付勢されて開弁し、電磁コイルの通電により生じる電磁力によって弁体が駆動されて閉弁するものであり、
吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御している場合、加圧室の容積増大時における電磁コイルの通電量は、加圧室の容積減少時における電磁コイルの通電量に比べて大きく設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The shut-off valve is a valve body that is energized by the energizing force of a spring to open, and the valve element is driven and closed by electromagnetic force generated by energization of an electromagnetic coil.
When the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by the suction metering control means, the energizing amount of the electromagnetic coil when the volume of the pressurizing chamber is increased is larger than the energizing amount of the electromagnetic coil when the volume of the pressurizing chamber is decreasing. A control device for an internal combustion engine, characterized by being set large.
吸入調量制御手段により高圧燃料ポンプの圧送量を制御している場合、遮断弁の開弁期間は、終期が加圧室の容積が最大となる時点に設定されており、始期が高圧燃料ポンプの圧送量に応じて変化するよう設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
When the pumping amount of the high-pressure fuel pump is controlled by the suction metering control means, the opening period of the shut-off valve is set at the end when the volume of the pressurizing chamber is maximized, and the start is at the high-pressure fuel pump A control device for an internal combustion engine, wherein the control device is set so as to change according to the pumping amount of the engine.
高圧燃料ポンプは、内燃機関のクランク軸からの機械的動力を受けて回転駆動されるポンプ用カムと、ポンプ用カムに駆動されてシリンダ穴内を往復運動するプランジャと、を備えるものであり、
加圧室は、シリンダ穴とプランジャにより区画されて形成されるものであり、
加圧室の容積は、ポンプ用カムの回転によるプランジャのリフト量の増減に応じて変化する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The high-pressure fuel pump includes a pump cam that is rotationally driven by receiving mechanical power from a crankshaft of an internal combustion engine, and a plunger that is driven by the pump cam and reciprocates in a cylinder hole.
The pressurizing chamber is formed by being divided by a cylinder hole and a plunger,
The volume of the pressurizing chamber changes according to the increase or decrease of the lift amount of the plunger due to the rotation of the pump cam.
A control device for an internal combustion engine.
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