JP2009180136A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大幅な減圧の際にも、目標燃料圧力への応答性及び制御性の向上した内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関の高圧燃料を圧送する高圧ポンプ１０３と、高圧ポンプにより圧送された燃料を蓄圧するフューエルレール１０５と、フューエルレールに蓄圧された燃料をシリンダに噴射する噴射弁１０６と、フューエルレールに蓄圧された燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ１０４と、フューエルレールの蓄圧燃料を放出する電磁リリーフ弁１０７と、電磁リリーフ弁１０７の開閉を制御するＥＣＵ１１０を有する。ＥＣＵ１１０は、リリーフ弁の開閉弁を繰り返し、段階的に燃圧を放出させることにより、フューエルレール内の燃料圧力を目標の燃料圧力まで減圧させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に、内燃機関の燃料を蓄圧するフューエルレールの燃料圧力を減圧制御する、圧力制御弁を配置した内燃機関の燃料噴射装置に関する。

機関通常運転時のフューエルレール内の燃料圧力を上昇させる手段として、高圧の燃料ポンプによる燃料圧送があるが、減圧させる手段は、高圧ポンプによる圧送を停止し、燃料噴射弁から燃料を各気筒に噴射させることで、フューエルレールの燃料圧力を減少させる方法が一般的である。このよう方法では、燃料圧力を減圧させる為だけに燃料を噴射させる必要があり、無駄な燃料を消費している。

それに対して、高圧燃料ポンプで圧送された燃料を蓄圧するフューエルレールから燃料噴射弁を介して、各気筒に燃料を噴射する燃料装置において、エンジンの停止時にフューエルレールに燃料放出弁を設置したが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような燃料供給装置では、フューエルレール内の燃料圧力が所定値以上となると、圧力制御弁を開弁させ、フューエルレール内から燃料を放出させ、燃料圧力を所定値以下に制御している。

しかしながら、特許文献１記載のものは、エンジン停止時にしか使えないものである。

それに対して、フューエルレールに燃料放出弁を設置するとともに、
急速に減圧する際には、１パルスを放出弁に供給し、緩やかに減圧する際には、オンデューティが一定のオンオフパルスを放出弁に供給するように制御するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１５８５３６号公報 特開平１０−５４３１８号公報

ここで、たとえば、車両減速時等においては、減速燃料カット直前の燃料圧力に対して、燃料リカバー時の目標燃料圧力が小さく、燃料圧力の大幅な減圧が必要となる。例えば、燃料圧力を１５ＭＰａから、５ＭＰａに減圧する必要がある。

このような大幅な燃料圧力の減圧時に、特許文献１に記載のように、１パルスを供給弁に供給して減圧しようとすると、減圧しすぎたり、減圧が不十分である場合があり、減圧制御の安定性が悪いという問題があった。

本発明の目的は、大幅な減圧の際にも、目標燃料圧力への応答性及び制御性の向上した内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の高圧燃料を圧送する高圧ポンプと、該高圧ポンプにより圧送された燃料を蓄圧するフューエルレールと、該フューエルレールに蓄圧された燃料をシリンダに噴射する噴射弁と、前記フューエルレールに蓄圧された燃料の圧力を検出する圧力検出手段と、前記フューエルレールの燃料圧力の目標値を算出する目標値算出手段と、前記フューエルレールの蓄圧燃料を放出する電磁式のリリーフ弁とを有する、燃料噴射制御装置であって、前記リリーフ弁の開閉弁を繰り返し、段階的に燃圧を放出させることにより、フューエルレール内の燃料圧力を目標の燃料圧力まで減圧させる制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、大幅な減圧の際にも、目標燃料圧力への応答性及び制御性のを向上し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁の開閉弁時間を、時系列的に変化させるようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁の開弁時間を初めは長く設定し、徐々に開弁時間を短く設定するようにしたものである。

（４）上記（２）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁の開弁時間を初めは短く設定し、その後、長く設定した後、徐々に開弁時間を短く設定するようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁を開弁させるごとに、現在の燃料圧力と目標の燃料圧力との偏差を計測し、次回のリリーフ弁の開弁時間を変化させるようにしたものである。

（６）上記（５）において、好ましくは、前記制御手段は、現在の燃圧と目標の燃圧との差分が所定値以下の時、前記リリーフ弁の減圧動作を停止するようにしたものである。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁の減圧動作中に、前記フューエルレール内の燃料圧力が目標の燃料圧力以下となったときは、前記リリーフ弁の減圧動作を停止するようにしたものである。

（８）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁による減圧動作を終了した後は、前記フューエルレール内の燃料圧力が所定値以上となるまで、再度リリーフ弁による減圧動作を再開しないようにしたものである。

（９）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁による減圧動作を終了した後は、所定期間が経過するまで、再度リリーフ弁による減圧動作を再開しないようにしたものである。

（１０）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記リリーフ弁による減圧動作中は前記高圧ポンプによる燃料圧送を停止するようにしたものである。

（１１）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記燃料圧力算出手段が故障している時は、リリーフ弁による減圧動作を停止させるようにしたものである。

（１２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記高圧燃料ポンプの圧送能力が低下した時は、リリーフ弁による減圧動作を停止させるようにしたものである。

本発明によれば、大幅な減圧の際にも、目標燃料圧力への応答性及び制御性のを向上させることができる。

以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの構成図である。

燃料タンク１００内の燃料は低圧燃料ポンプ１０１より汲み上げられ、燃料フィルタ（図示せず）を介して低圧配管１０２を経由して高圧燃料ポンプ１０３に供給される。高圧ポンプ１０３に供給される燃料の圧力は、低圧プレッシャレギュレータ（図示せず）よって、０．３〜０．５Mpaに調圧されている。高圧燃料ポンプ１０３に供給された燃料は３Mpa〜２０Mpa程度に昇圧され、フューエルレール１０５に蓄圧される。燃料圧力は、通常は、エンジンの負荷に応じて制御され、高負荷の時は高圧とし、低負荷の時は低圧とする。エンジンの負荷は、吸入空気量，アクセル開度，エンジン回転数等によって判定される。

フューエルレール１０５に蓄圧された燃料は、エンジンの各気筒に設置された、インジェクタ１０６によって、各気筒に供給され燃焼される。フューエルレール１０５に蓄圧された燃料の圧力は、燃料圧力センサ１０４によって検出され、ＥＣＵ１１０に燃料圧力センサ信号として送られる。フューエルレール１０５には、さらに、燃料圧力を調整する電磁式のリリーフ弁１０７が設置されている。リリーフ弁１０７は、ＥＣＵ１１０からの制御信号に基づいて、開閉弁され、開弁時にはフューエルレール内の燃料を低圧リリーフ配管１０８に排出し、フューエルレール内の燃料圧力が減圧される。

リリーフ弁１０７から排出された燃料は、低圧配管１０２を介して再び高圧燃料ポンプ１０３に供給され、高圧燃料ポンプ１０３によって、フューエルレール１０５に供給される。ＥＣＵ１１０は、燃料圧力センサ信号以外にも、エンジン回転数や、エンジン吸入空気量、アクセルポジション信号、エンジン水温等のエンジン状態信号を取り込み、燃料噴射量、目標燃圧を算出している。

次に、図２〜図７を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置の制御内容について説明する。
最初に、図２を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の全体的な制御内容について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の全体的な制御内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１０において、ＥＣＵ１１０は、エンジン回転数、エンジン吸入空気量、アクセルポジション信号、エンジン水温等、燃料圧力等のエンジン状態信号を取り込む。

次に、ステップＳ２０において、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１０にて取り込んだエンジン状態から、エンジンの各気筒に供給する燃料噴射量を算出する。

次に、ステップＳ３０において、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ１０にて取り込んだエンジン状態から、フューエルレール内の蓄圧燃料の目標圧力を算出する。

次に、ステップＳ４０において、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ２０で算出された燃料圧力に従い、高圧燃料ポンプにて燃料を高圧配管を介してフューエルレール内の燃料圧力を制御する高圧ポンプ制御量を算出する。

次に、ステップＳ５０において、ＥＣＵ１１０は、減圧制御起動条件が満たされているかと判定する。なお、減圧制御起動条件判定の詳細処理内容については、図３を用いて後述する。

次に、ステップＳ６０において、ＥＣＵ１１０は、リリーフ弁の制御量を算出する。

そして、ステップＳ７０において、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ６０で算出されたリリーフ弁の制御量に基づいて、フューエルレールの蓄圧燃料圧力を減圧方向に制御する。減圧制御の詳細処理内容については、図４を用いて後述する。

また、減圧制御が始まると、ステップＳ７０において、ＥＣＵ１１０は、高圧ポンプの停止制御を実行する。

次に、図３を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の内、図２のステップＳ５０の減圧制御起動条件判定の処理内容について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の内、図２のステップＳ５０の減圧制御起動条件判定の処理内容を示すフローチャートである。

ステップＳ５０Ａにおいて、ＥＣＵ１１０は、エンジン状態の信号を読み取る。

次に、ステップＳ５０Ｂにおいて、ＥＣＵ１１０は、フューエルレール内の蓄圧燃料圧力を検出する燃料圧力センサ１０４が正常か否かを判定する。燃料圧力センサが正常か否かは、燃料圧力センサによって検出された燃料圧力の数値によって判定できる。例えば、図１にしめす構成において、高圧燃料ポンプ１０３が燃料の圧力を３Mpa〜２０Mpa程度まで昇圧している場合、燃料圧力センサによって検出された燃料圧力の数値は、この数値範囲よりも低い数値若しくは高い数値を取ることはないものである。そのため、例えば、燃料圧力センサ１０４によって検出された数値が、１Mpa以下の場合や、２５Mpa以上の場合には、燃料圧力センサ１０４が正常でないと判定する。燃圧センサが正常に動作している場合は、ステップＳ５０Ｃに進む。一方、燃圧センサが正常に動作していない場合は、正確な燃料圧力を把握できず、本実施形態によるリリーフ弁による燃料制御も正確に実施できないため、ステップＳ５０Ｆにおいて、減圧制御を停止して、終了する。

燃圧センサが正常に動作している場合は、ステップＳ５０Ｃにおいて、ＥＣＵ１１０は、フューエルレールに蓄圧燃料を圧送する高圧燃料ポンプ１０３の動作が正常か否かを判定する。高圧燃料ポンプ１０３がエンジンによって駆動されている場合、高圧燃料ポンプ１０３の吐出圧は、エンジン回転数に比例する。従って、エンジン回転数から算出された吐出圧と、燃料圧力センサ１０４によって検出された燃料圧力とを比較して、その差が所定値以上の場合、高圧燃料ポンプ１０３の動作が正常でないと判定できる。高圧燃料ポンプが正常に動作している場合は、ステップＳ５０Ｄに進む。一方、高圧燃料ポンプが正常に動作していない場合は、フューエルレール内の燃料圧力を上昇させることが困難となり、本実施形態によるリリーフ弁による燃料制御が正確に実施できないため、ステップＳ５０Ｆにおいて、減圧制御を停止して、終了する。

高圧燃料ポンプが正常に動作している場合は、ステップＳ５０Ｄにおいて、ＥＣＵ１１０は、前回のリリーフ弁による燃料圧力制御が終了してから、予め設定した時間TDCMP［ｓ］を経過したか否かを判定する。設定時間TDCMP［ｓ］が経過している場合は、ステップＳ５０Ｅに進む。一方、前回のリリーフ弁による燃料圧力制御が終了してから設定時間TDCMP［ｓ］を経過していない場合は、本実施形態による燃料圧力制御が頻繁に起動時し、フューエルレール内の燃料圧力変動を防止するため、本判定を繰り返す。

設定時間TDCMP［ｓ］が経過すると、ステップＳ５０Ｅにおいて、ＥＣＵ１１０は、現在の実際の燃料圧力FPRESと目標圧力TFPRESとの偏差が、予め設定した値DFPRES２より大きいか否かを判定する。現在の実際の燃料圧力FPRESと目標圧力TFPRESとの偏差が、設定値DFPRES２より大きい場合は、本実施形態によるリリーフ弁の燃圧制御条件成立させる。一方、現在の実際の燃料圧力FPRESと目標圧力TFPRESとの偏差が、設定値DFPRES２より小さい場合は、本実施形態による燃料圧力制御が頻繁に起動時しフューエルレール内の燃料圧力変動を防止するため、本条件が成立するまで、判定を繰り返す。

次に、図４を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の内、図２のステップＳ７０の減圧制御の処理内容について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の内、図２のステップＳ７０の減圧制御の処理内容を示すフローチャートである。

ステップＳ７０Ａにおいて、ＥＣＵ１１０は、エンジン回転数、エンジン吸入空気量、アクセルポジション信号、エンジン水温等、燃料圧力等のエンジン状態信号を取り込む。

次に、ステップＳ７０Ｂにおいて、ＥＣＵ１１０は、目標燃料圧力と現在の実際の燃料圧力の偏差、エンジン回転数、エンジン吸入空気量、冷却水温、車両速度、スロットル開度等から、目標圧力まで何回リリーフ弁を開弁させるかを示すリリーフ開弁回数Ｎｉを算出する。

ここで、図５を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ開弁回数Ｎｉの算出処理内容について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ開弁回数Ｎｉの算出処理の説明図である。

図４のステップＳ７０Ｂにおいて、ＥＣＵ１１０は、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差に基づいて、この偏差が大きいほど、リリーフ開弁回数Ｎｉを増やすように設定する。

なお、前述のように、エンジン回転数、エンジン吸入空気量、冷却水温、車両速度、スロットル開度等から、リリーフ開弁回数Ｎｉを算出することもできる。

次に、図４に戻り、ステップＳ７０Ｃにおいて、ＥＣＵ１１０は、リリーフ弁の開弁時間ｔｉを算出する。

ここで、図６及び図７を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ弁の開弁時間ｔの算出処理内容について説明する。
図６及び図７は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ弁の開弁時間ｔｉの算出処理の説明図である。

図６において、横軸は実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差を示し、縦軸はリリーフ弁を用いて１回の開弁当たりフューエルレールから放出させる燃料量を示している。

図６に示すように、フューエルレールから放出させる燃料量は、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差に応じて設定され、偏差が大きいほどリリーフ量を大きく設定する。

図７において、横軸は１回のリリーフ量を示し、縦軸はリリーフ弁の開弁時間を示している。

図７に示すように、１回のリリーフ量に対して、リリーフ量が増えるほど、開弁時間が長くなるように設定するとともに、燃圧が大きいほど、開弁時間を短くする。これは、同じリリーフ弁の開弁時間でも実際の燃料圧力が高いほど、リリーフ量が増えることによる。

次に、図４に戻り、ステップＳ７０Ｄにおいて、ＥＣＵ１１０は、実際にリリーフ弁１０７を開弁させることにより、フューエルレール内の蓄圧燃料を低圧側へ放出する。

次に、ステップＳ７０Ｅにおいて、ＥＣＵ１１０は、現在の実際の燃圧FPRESと目標燃圧TFPRESを比較し、実際の燃圧FPRESが目標燃圧TFPRES以下となったときは、本発明による燃料供給装置のリリーフ弁による燃圧制御を終了する。一方、実際の燃圧FPRESが目標燃圧TFPRESより大きい時は、ステップＳ７０Ｆに進む。

ステップＳ７０Ｆでは、ＥＣＵ１１０は、ステップＳ７０Ｄにおけるリリーフ弁開弁後からの経過時間ｔを監視し、経過時間ｔがステップＳ７０Ｃで算出したリリーフ弁の開弁時間ｔｉを超えると、ステップＳ７０Ｇに進み、リリーフ弁を閉弁する。

次に、ステップＳ７０Ｈにおいて、ＥＣＵ１１０は、数値Ｎに、１を加算し、ステップＳ７０Ｉにおいて、数値Ｎが、ステップＳ７０Ｂで算出したリリーフ開弁回数Ｎｉを超えたか否かを判定する。超えてない場合には、ステップＳ７０Ｃに戻り、処理を継続する。超えると、ステップＳ７０Ｊに進む。

次に、ステップＳ７０Ｊにおいて、ＥＣＵ１１０は、現在の実際の燃圧FPRESと目標燃圧TFPRESの偏差を算出し、この偏差が予め設定している値DFPRESより大きいか小さいかを判定する。現在の実際の燃圧FPRESと目標燃圧TFPRESの偏差が、設定値DFPRESより大きい場合は、ステップＳ７０Ｂに戻り、再度次回のリリーフ弁開弁時間を算出する。一方、現在の実際の燃圧FPRESと目標燃圧TFPRESの偏差が設定値DFPRESより小さいと判定された時は、本実施形態による燃料供給装置のリリーフ弁による燃圧制御を終了する。

ここで、図８を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置にて用いる設定値DFPRESについて説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置にて用いる設定値DFPRESの説明図である。

ステップＳ７０Ｊでは、現在の実際の燃圧FPRESと目標燃圧TFPRESの偏差が設定値DFPRESより大きいか否かの判定を行うが、設定値DFPRESは、図８に示すように、実際の燃圧FPRESが大きいほどDFPRESの値を大きく設定する。これは、リリーフ弁の最小開弁時間によるリリーフ量が実際の燃料圧力応じて増えることから、最小開弁時間でのリリーフ量以下の設定とならないようにする為である。

ここで、図９を用いて、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による減圧制御の内容について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による減圧制御の内容を示すタイミングチャートである。

図９において、横軸は時間Ｔを示している。図９（Ａ）の縦軸は目標燃圧を示し、図９（Ｂ）の縦軸は高圧ポンプの動作を示している。図９（Ｃ）の縦軸はリリーフ弁の開閉状態を示し、図９（Ｄ）の縦軸は燃料圧力を示している。

時刻Ｔ０において、図９（Ａ）に示すように、目標燃圧が、「燃圧大」（例えば、１５MPa）から、「燃圧小」（例えば、５MPa）に低下したものとする。すると、図３のステップＳ５０Ｅにより、現在の実際の燃料圧力FPRESと目標圧力TFPRESとの偏差が、設定値DFPRES２より大きくなり、リリーフ弁の燃圧制御条件成立する。

そして、図４のステップＳ７０Ｂにより、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差に基づいて、リリーフ開弁回数Ｎｉを設定する。図９に示す例では、５回（若しくは、５回以上）と設定される。そして、図４のステップＳ７０Ｃにより、リリーフ弁の開弁時間ｔｉを算出する。そして、図４のステップＳ７０Ｄにより、リリーフ弁の開弁が開始し、図９（Ｃ）に示すように、時刻Ｔ０〜時刻Ｔ１の間（時間ｔ１分）、開弁し、時刻Ｔ１において閉弁する。

さらに、時刻Ｔ２〜時刻Ｔ３の間（時間ｔ２分）、開弁し、時刻Ｔ３において閉弁する。

時刻Ｔ６において、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が、設定値DFPRESより小さくなると、燃料供給装置のリリーフ弁による燃圧制御を終了する。

そして、図９（Ｂ）に示すように、高圧ポンプによる燃料圧送を再開する。

ここで、図４のステップＳ７０Ｃにおける開弁時間ｔｉの算出は、図６にて説明したように、横軸は実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差に基づいており、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が大きいほどリリーフ量を大きく設定されている。その結果、図７にて説明したように、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が大きいほど開弁時間を長くなる。

従って、開弁時間ｔ１は、後の開弁時間ｔ２よりも長くなっている。換言すると、開弁時間は、最初、時間ｔ１とすると、次の開弁時間ｔ２は時間ｔ１よりも短く、また、次の開弁時間ｔ３は時間ｔ２よりも短くというように、徐々に、開弁時間が減少するようにしている。最初の方の開弁時間を長くすることで、減圧制御に要する時間を短縮でき、一方では、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が小さくなると、開弁時間を短くするので、１回当たりのリリーフ量を少なくして、実際の燃料圧力FPRESを目標燃料圧力TFPRESに精度良く制御できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、最初の減圧を大きくし、徐々に小さく減圧するように、段階的に燃圧を減圧させることで、減圧の応答性と、収束性を両立させる減圧制御が可能となる。さらに、リリーフ弁の個体ばらつきや、経時劣化で発生する流量ばらつきの影響を極力少なくすることができる。

次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の全体的な制御内容は、図２に示したものと同様である。また、図２のステップＳ５０の減圧制御起動条件判定の処理内容は、図３に示したものと同様である。また、図２のステップＳ７０の減圧制御の処理内容は、図４に示したものと同様である。

図１０は、本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による減圧制御の内容を示すタイミングチャートである。図１１は、本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ弁の開弁時間ｔｉの算出処理の説明図である。

図１０において、横軸は時間Ｔを示している。図１０（Ａ）の縦軸は目標燃圧を示し、図１０（Ｂ）の縦軸は高圧ポンプの動作を示している。図１０（Ｃ）の縦軸はリリーフ弁の開閉状態を示し、図１０（Ｄ）の縦軸は燃料圧力を示している。

時刻Ｔ０において、図１０（Ａ）に示すように、目標燃圧が、「燃圧大」（例えば、１５MPa）から、「燃圧小」（例えば、５MPa）に低下したものとする。すると、図３のステップＳ５０Ｅにより、現在の実際の燃料圧力FPRESと目標圧力TFPRESとの偏差が、設定値DFPRES２より大きくなり、リリーフ弁の燃圧制御条件成立する。

そして、図４のステップＳ７０Ｂにより、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差に基づいて、リリーフ開弁回数Ｎｉを設定する。図１０に示す例では、６回（若しくは、６回以上）と設定される。そして、図４のステップＳ７０Ｃにより、リリーフ弁の開弁時間ｔｉを算出する。そして、図４のステップＳ７０Ｄにより、リリーフ弁の開弁が開始し、図１０（Ｃ）に示すように、時刻Ｔ０〜時刻Ｔ１１の間（時間ｔ１’分）、開弁し、時刻Ｔ１１において閉弁する。

そして、時刻Ｔ１２〜時刻Ｔ１３の間（時間ｔ２’分）、開弁し、時刻Ｔ１３において閉弁する。また、時刻Ｔ１４〜時刻Ｔ１５の間（時間ｔ３’分）、開弁し、時刻Ｔ１５において閉弁する。さらに、時刻Ｔ１６〜時刻Ｔ１７の間（時間ｔ４’分）、開弁し、時刻Ｔ１７において閉弁する。

時刻Ｔ１８において、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が、設定値DFPRESより小さくなると、燃料供給装置のリリーフ弁による燃圧制御を終了する。

そして、図１０（Ｂ）に示すように、高圧ポンプによる燃料圧送を再開する。

ここで、開弁時間ｔ１’は、後の開弁時間ｔ２’よりも短くなっている。また、開弁時間ｔ２’は、後の開弁時間ｔ３’よりも短くなっている。次に、開弁時間ｔ４’は、後の開弁時間ｔ３’よりも短くなっている。

すなわち、減圧制御の開始当初は、開弁時間を徐々に長くし、その後、開弁時間を徐々に短くしている。

このようにするために、図４のステップＳ７０Ｃにおけるリリーフ弁の開弁時間ｔｉの算出処理には、図６に代えて、図１１のものを用いている。

図１１において、横軸は実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差を示し、縦軸はリリーフ弁を用いて１回の開弁当たりフューエルレールから放出させる燃料量を示している。

図１１に示すように、フューエルレールから放出させる燃料量は、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差に応じて設定され、偏差が小さい領域では、偏差が大きいほどリリーフ量を大きく設定する。しかし、所定の偏差よりも大きくなると、偏差が大きいほどリリーフ量を小さく設定する。

これにより、減圧制御の開始当初は、開弁時間を比較的短くできる。実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が極端に大きい場合、最初に、開弁時間を長くしすぎると、大きく減圧するため、燃料圧力にハンチングを生じる恐れがある。このような場合、減圧制御の開始当初は、開弁時間を比較的短くすることでハンチングを防止できる。ある程度減圧が進んだ段階以降では、図９と同様に、最初の方の開弁時間を長くすることで、減圧制御に要する時間を短縮でき、一方では、実際の燃料圧力FPRESと目標燃料圧力TFPRESとの偏差が小さくなると、開弁時間を短くするので、１回当たりのリリーフ量を少なくして、実際の燃料圧力FPRESを目標燃料圧力TFPRESに精度良く制御できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、最初の減圧を大きくし、徐々に小さく減圧するように、段階的に燃圧を減圧させることで、減圧の応答性と、収束性を両立させる減圧制御が可能となる。また、減圧開始時の急激な減圧による燃料圧力のハンチングを防止できる。さらに、リリーフ弁の個体ばらつきや、経時劣化で発生する流量ばらつきの影響を極力少なくすることができる。

次に、図１２を用いて、図１〜図９や、図１０及び図１１に示した実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を、直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの他の構成について説明する。
図１２は、本発明の各実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの他の構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本例では、図１のシステム構成に対して、リリーフ弁によって排出された燃料を、のリリーフ配管１０９により、燃料タンクに戻す点が異なる。

本例においても、減圧制御の内容は、図２〜図９や、図１０及び図１１に示した実施形態と同様となる。

本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの構成図である。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の全体的な制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の内、図２のステップＳ５０の減圧制御起動条件判定の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による燃料圧力制御の内、図２のステップＳ７０の減圧制御の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ開弁回数Ｎｉの算出処理の説明図である。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ弁の開弁時間ｔｉの算出処理の説明図である。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ弁の開弁時間ｔｉの算出処理の説明図である。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置にて用いる設定値DFPRESの説明図である。 本発明の第１の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による減圧制御の内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置による減圧制御の内容を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃料噴射装置によるリリーフ弁の開弁時間ｔｉの算出処理の説明図である。 本発明の各実施形態による内燃機関の燃料噴射装置を直噴式ガソリンエンジン燃料供給装置に適用したシステムの他の構成図である。

符号の説明

１００…燃料タンク
１０１…低圧燃料ポンプ
１０２…低圧燃料配管
１０３…高圧燃料ポンプ
１０４…燃料圧力センサ
１０５…フューエルレール
１０６…インジェクタ
１０７…電磁リリーフ弁
１０８，１０８…のリリーフ配管
１１０…ＥＣＵ

Claims (12)

1. 内燃機関の高圧燃料を圧送する高圧ポンプと、該高圧ポンプにより圧送された燃料を蓄圧するフューエルレールと、該フューエルレールに蓄圧された燃料をシリンダに噴射する噴射弁と、前記フューエルレールに蓄圧された燃料の圧力を検出する圧力検出手段と、前記フューエルレールの燃料圧力の目標値を算出する目標値算出手段と、前記フューエルレールの蓄圧燃料を放出する電磁式のリリーフ弁とを有する、燃料噴射制御装置であって、
   前記リリーフ弁の開閉弁を繰り返し、段階的に燃圧を放出させることにより、フューエルレール内の燃料圧力を目標の燃料圧力まで減圧させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁の開閉弁時間を、時系列的に変化させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
3. 請求項２記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁の開弁時間を初めは長く設定し、徐々に開弁時間を短く設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
4. 請求項２記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁の開弁時間を初めは短く設定し、その後、長く設定した後、徐々に開弁時間を短く設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
5. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁を開弁させるごとに、現在の燃料圧力と目標の燃料圧力との偏差を計測し、次回のリリーフ弁の開弁時間を変化させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
6. 請求項５記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、現在の燃圧と目標の燃圧との差分が所定値以下の時、前記リリーフ弁の減圧動作を停止することを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置。
7. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁の減圧動作中に、前記フューエルレール内の燃料圧力が目標の燃料圧力以下となったときは、前記リリーフ弁の減圧動作を停止することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
8. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁による減圧動作を終了した後は、前記フューエルレール内の燃料圧力が所定値以上となるまで、再度リリーフ弁による減圧動作を再開しないことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
9. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
   前記制御手段は、前記リリーフ弁による減圧動作を終了した後は、所定期間が経過するまで、再度リリーフ弁による減圧動作を再開しないことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
10. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
    前記制御手段は、前記リリーフ弁による減圧動作中は前記高圧ポンプによる燃料圧送を停止することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
11. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
    前記制御手段は、前記燃料圧力算出手段が故障している時は、リリーフ弁による減圧動作を停止させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
12. 請求項１記載の燃料噴射装置において、
    前記制御手段は、前記高圧燃料ポンプの圧送能力が低下した時は、リリーフ弁による減圧動作を停止させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。

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