JP2009180185A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時においても燃圧上昇の早期化を図ることが出来、始動性を向上させる。
【解決手段】クランク角検出手段１０３で検出されるクランク角の基準位置を検出する基準位置検出手段１０４と、基準位置検出手段１０４で検出されるクランク角の基準位置とカム角検出手段１０２で検出されるカム角に基づいてクランク角の特定を行うクランク角特定手段１０５と、燃料供給手段２０１から供給される燃料量を調整するスピル弁２１１の制御タイミングを演算するスピル弁制御タイミング演算手段１０６とを備え、スピル弁制御タイミング演算手段１０６は、クランク角特定手段１０５でクランク角が特定した場合に用いる通常制御タイミング演算手段１０７と、クランク角特定手段１０５でクランク角が特定していない場合に用いるバイパス制御タイミング演算手段１０８とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、回転検出手段の出力信号に基づいてスピル弁を制御して高圧燃料ポンプの吐出量を制御し、燃料圧力を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、この種の内燃機関の制御装置としては、内燃機関の始動後に気筒判別センサと回転数センサでの基準位置の特定を実施し、その基準位置から判明するプランジャの上昇中にわたって電磁弁を閉弁し、下降中にわたって電磁弁を開弁する始動時制御を行うことにより、燃料圧力（以下、燃圧と称する。）を制御していた。

また、クランキング開始直後の基準信号が得られず上記始動時制御が実行できない間においては、内燃機関の回転とは関係なく、予め定めた通電時間と無通電時間により電磁弁の通電を制御するという、内燃機関の始動開始直後の極初期に専用の始動時制御を行っていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開平６−２０７５４８号公報（段落０００９〜段落００１１、図１３） 特開平２−１４６２５６号公報（５頁右上欄１８行〜右下欄１３行、図６）

上記従来の内燃機関の制御装置においては、内燃機関の始動後に気筒判別センサと回転数センサでの基準位置が特定されて気筒判別が完了出来るまでは、高圧燃料ポンプのプランジャの行程に同期したスピル弁制御が出来ず、プランジャ行程を無視したタイミングでのスピル弁制御となる。このため、始動時の燃圧上昇が遅れ、始動性の悪化を招くという第１の課題がある。

また、内燃機関の回転とは無関係に見込みでスピル弁の通電制御を実行した場合には、必ずしもプランジャの位置に合致したタイミングでスピル弁制御できるとは限らず、要求する燃料吐出量が確保できずに精度の悪い制御となる第２の課題がある。

更に、内燃機関の始動時におけるスピル弁の無通電時間の演算を実行するのに複雑な演算が必要となる第３の課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたのもで、内燃機関の始動時においても燃圧上昇の早期化を図ることが出来、始動性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供するものである。

また、気筒が特定できていない状態であってもプランジャ位置に合致したスピル弁制御を行い、優れた燃圧制御を実施することができる内燃機関の制御装置を提供するものである。

更に、複雑な演算を行うことなく精度良くスピル弁制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供するものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料タンクから供給される燃料の圧力を制御する内燃機関の制御装置であって、内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、内燃機関のカム角を検出するカム角検出手段と、クランク角検出手段で検出されるクランク角の基準位置を検出する基準位置検出手段と、基準位置検出手段で検出されるクランク角の基準位置とカム角検出手段で検出されるカム角に基づいてクランク角の特定を行うクランク角特定手段と、内燃機関の駆動力により駆動されて作動する燃料供給手段と、燃料供給手段から供給される燃料量を調整するスピル弁と、スピル弁の制御タイミングを演算するスピル弁制御タイミング演算手段とを備え、スピル弁制御タイミング演算手段は、クランク角特定手段でクランク角が特定した場合に用いる通常制御タイミング演算手段と、クランク角特定手段でクランク角が特定していない場合に用いるバイパス制御タイミング演算手段とを備えた。

この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、クランク角位置の特定が行われるまでの期間においてもプランジャ位置に応じたスピル弁制御が可能となり、燃圧上昇の早期化が可能となる。

以下、この発明に係る内燃機関の制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。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。

実施の形態１．
説明の便宜上、先ず、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本概念について設明する。図１はその基本概念を示す構成図である。
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置は、燃圧を検出する燃圧検出手段１０１と、内燃機関のカムシャフトの回転に同期してカム角信号を生成するカム角検出手段１０２と、内燃機関のクランクシャフトの回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段１０３と、クランク角検出手段１０３の特定信号（欠け歯検出信号）により基準位置を検出する基準位置検出手段１０４と、カム角検出手段１０２と基準位置検出手段１０４よりクランク角を特定するクランク角特定手段１０５を備えている。

また、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置は、スピル弁の制御タイミングを演算するスピル弁制御タイミング演算手段１０６を備えており、このスピル弁制御タイミング演算手段１０６は、気筒識別完了後に行うスピル弁の制御タイミングを演算する通常制御タイミング演算手段１０７と、気筒識別未完了もしくは周期計測未完了時に行うスピル弁の制御タイミングを演算するバイパス制御タイミング演算手段１０８を備えている。更に、通常制御タイミング演算手段１０７で演算したスピル弁の制御タイミングと、バイパス制御タイミング演算手段１０８で演算したスピル弁の制御タイミングを、気筒識別完了あるいは気筒識別未完了により切り替える切替手段１０９、及びスピル弁制御タイミング演算手段１０６で算出したスピル弁の制御タイミングでスピル弁信号をオン、オフするスピル弁制御手段１１０を備えている。

なお、上記基準位置検出手段１０４、クランク角特定手段１０５、スピル弁制御タイミング演算手段１０６、通常制御タイミング演算手段１０７、バイパス制御タイミング演算手段１０８、切替手段１０９、及びスピル弁制御手段１１０は後述するように電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する。）がその機能を有する。

実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概念構成は上記のとおりであり、次に、その具体的構成について説明する。図２は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の具体的構成図である。
図２において、フィードポンプ２０１は燃料タンク２０２内の燃料を高圧ポンプ２０３に供給する。フィードポンプ２０１から高圧ポンプ２０３に供給される燃料圧力、即ち燃圧は、レギュレータ２０４により調整される。

スピル弁制御装置２０５は高圧燃料ポンプ２０３のプランジャ室２０６内に供給された燃料を蓄圧室２０７へ高圧燃料として供給する制御を実行するものである。このスピル弁制御装置２０５は電磁コイル２０８、スピル弁プランジャ２０９、及び開弁付勢スプリング２１０を備えており、開弁付勢スプリング２１０はその付勢力によりスピル弁プランジャ２０９を押圧し、スピル弁２１１を開弁する。なお、スピル弁２１１はプランジャ室２０６内に設けられており、閉弁付勢スプリング２１２の付勢力により、閉弁するように押圧されている。

プランジャ室２０６内にはプランジャ２１３が設けられており、このプランジャ２１３はポンプカム２１４の回転によって往復運動を行い、ポンプカム２１４は内燃機関の吸気もしくは排気カム（図示せず）のカムシャフト２１５と一体で回転している。

プランジャ室２０６内の蓄圧室２０７との連結部には、蓄圧室２０７からの高圧燃料の逆流を防止する逆止弁２１６が設けられており、逆止弁２１６は逆止弁付勢スプリング２１７の付勢力により押圧されている。なお、高圧ポンプ２０３は、スピル弁制御装置２０５、プランジャ室２０６、スピル弁２１１、閉弁付勢スプリング２１２、プランジャ２１３、ポンプカム２１４、カムシャフト２１５、逆止弁２１６、逆止弁付勢スプリング２１７等から構成されている。

蓄圧室２０７には、図１で説明した燃圧検出手段１０１の具体例である燃圧センサ２１８が設けられると共に、各気筒（図示せず）に燃料を供給するインジェクタ２１９〜２２１が設けられている。インジェクタ２１９〜２２１はＥＣＵ２２２により制御され、各気筒に燃料を供給する。なお、ＥＣＵ２２２は図１で説明した基準位置検出手段１０４、クランク角特定手段１０５、スピル弁制御タイミング演算手段１０６、通常制御タイミング演算手段１０７、バイパス制御タイミング演算手段１０８、切替手段１０９、スピル弁制御手段１１０を含む構成となっており、スピル弁制御装置２０５、及びフィードポンプ２０１の制御も実行する。

また、ＥＣＵ２２２には、燃圧センサ２１８の検出信号が入力されると共に、クランク軸に取り付けられたクランク角センサ２２３の検出信号、及びカム軸に取り付けられたカム角センサ２２４の検出信号が入力されるように構成されている。なお、クランク角センサ２２３は、図１のクランク角検出手段１０３の具体例であり、カム角センサ２２４は、図１のカム角検出手段１０２の具体例である。

実施の形態１に係る内燃機関の制御装置は上記のように構成されており、次にその動作について説明する。

先ず、図２を用いて燃料タンク２０２の燃料を蓄圧室２０７に供給する基本的な動作を説明する。
カムシャフトと一体で回転しているポンプカム２１４により、プランジャ２１３が図２において上下方向に往復運動を行うことでプランジャ室２０６の容積が変化する。

電磁コイル２０８が非通電状態においては、開弁付勢スプリング２１０の付勢力によりスピル弁プランジャ２０９がスピル弁２１１を押圧し、閉弁付勢スプリング２１２の付勢力に打ち勝ってスピル弁２１１は開弁状態（図２の状態）となる。

スピル弁２１１が開弁状態となることにより、燃料タンク２０２に蓄えられている燃料は、ＥＣＵ２２２からの信号によりフィードポンプ２０１が駆動され、燃料フィルタ（図示せず）により燃料内の異物が排除された後に、レギュレータ２０４により調圧され、高圧燃料ポンプ２０３に供給される。

燃料タンク２０２から供給された燃料はプランジャ２１３の下降でプランジャ室２０６に流入するが、電磁コイル２０８が非通電状態のままであれば、プランジャ２１３の上昇時にはプランジャ室２０６に流入した燃料が燃料タンク２０２側に戻される。電磁コイル２０８が通電されると、スピル弁プランジャ２０９は開弁付勢スプリング２１０の付勢力に打ち勝って図２の左方向に移動し、スピル弁２１１は閉弁付勢スプリング２１２の付勢力により閉弁する。

プランジャ２１３が下死点から上死点の間の上昇行程において電磁コイル２０８に通電されると、下降行程においてプランジャ室２０６に流入した燃料が加圧され、スピル弁２１１は閉弁付勢スピリング２１２の付勢力と燃料の加圧による燃圧により閉弁する。スピル弁２１１が閉弁してプランジャ室２０６の内圧が上昇し、蓄圧室２０７内の圧力よりも高くなると、逆止弁付勢スプリング２１７の付勢力に抗して逆止弁２１６が開弁し、プランジャ室２０６の燃料は蓄圧室２０７に流入する。

プランジャ室２０６の燃圧が開弁付勢スプリング２１０の付勢力に打ち勝つ燃圧となると、プランジャ２１３の上昇行程で電磁コイル２０８の通電を遮断してもスピル弁２１１は閉弁を保持することができるため、プランジャ２１３の上昇行程期間中に渡って電磁コイル２０８に通電し続けておく必要はなく、プランジャ室２０６の燃圧が開弁付勢スプリング２１０の付勢力に打ち勝つまで電磁コイル２０８に通電すれば良い。

プランジャ２１３が上死点から下死点の間の下降行程において、電磁コイル２０８への通電が遮断されている場合は、開弁付勢スプリング２１０の付勢力が閉弁付勢スプリング２１２の付勢力に打ち勝ってスピル弁２１１は開弁するため、燃料タンク２０２からの燃料はプランジャ室２０６に流入する。

プランジャ２１３の下降行程において電磁コイル２０８へ通電されている場合には、スピル弁プランジャ２０９は閉弁付勢スプリング２１０の付勢力に打ち勝って図２の左側に移動している。しかし、プランジャ２１３が下降することによりプランジャ室２０６が拡張して圧力が低下することと、フィードポンプ２０１の吐出により燃料が加圧されていることによって、圧力の大小関係は、スピル弁２１１の左側がスピル弁２１１の右側より高くなり、スピル弁２１１は閉弁付勢スプリング２１２の付勢力に打ち勝って図２の右側に移動し開弁状態となる。よって、プランジャ２１３の下降行程において電磁コイル２０８に通電されていても燃料タンク２０２の燃料はプランジャ室２０６に吸入される。

通常制御を行う場合においては、プランジャ２１３の上昇行程中の要求吐出量に見合った任意のタイミングで電磁コイル２０８に通電を開始し、スピル弁２１１を閉弁する。プランジャ２１３の下降行程中であれば、燃圧と閉弁付勢スプリング２１２の付勢力とのバランスにより、電磁コイル２０８の通電状態にかかわらずスピル弁２１１は開弁するのでプランジャ２１３の下降行程中のいずれかで電磁コイル２０８の通電を遮断すれば良い。

次に、気筒判別の方法について図３と共に説明する。
気筒判別方法については、図３に示すクランク角センサによるクランク角信号ＳＧＴとカム角センサによるカム角信号ＳＧＣが出力される場合について説明する。また、この判別方法は、欠け歯検出から欠け歯検出までの間のカム角信号数をカウントし、欠け歯数と欠け歯間のカム角信号数によりクランク角および気筒を判別するものである。

図３については後述の動作説明で詳説するが、この図に示す内燃機関は、３気筒でポンプカム２１４が２山のシステムを用いた場合を示すものであって、次のように判定するものである。
（１）クランク角センサ２２３で検出する信号で欠け歯を検出した時に欠け歯数が２であった場合、前の欠け歯から今回の欠け歯までの間にカム角センサ２２４の信号数が１であった場合は、＃１気筒のクランク角Ｂ７５度のタイミングであると判定する。
（２）クランク角センサ２２３で検出する信号で欠け歯を検出した時に欠け歯数が１であった場合、前の欠け歯から今回の欠け歯までの間にカム角センサ２２４の信号数が２であった場合は、＃３気筒のクランク角Ｂ７５度のタイミングであると判定する。
（３）クランク角センサ２２３で検出する信号で欠け歯を検出した時に欠け歯数が２であった場合、前の欠け歯から今回の欠け歯までの間にカム角センサ２２４の信号数が０であった場合は、＃３気筒のクランク角Ａ４５度のタイミングであると判定する。
（４）クランク角センサ２２３で検出する信号で欠け歯を検出した時に欠け歯数が１であった場合、前の欠け歯から今回の欠け歯までの間にカム角センサ２２４の信号数が１であった場合は、＃２気筒のクランク角Ａ４５度のタイミングであると判定する。

また、欠け歯の検出方法は、次式により実施する。即ち、
（１）１歯欠け：
１．５＜｛Ｔ（ｉ−１）／Ｔ（ｉ）＋Ｔ（ｉ−１）／Ｔ（ｉ−２）｝／２≦２．５
（２）２歯欠け：
｛Ｔ（ｉ−１）／Ｔ（ｉ）＋Ｔ（ｉ−１）／Ｔ（ｉ−２）｝／２＞２．５
但し、Ｔ（ｉ）：クランク信号間の時間（今回値）
Ｔ（ｉ−１）：クランク信号間の時間（前回値）
Ｔ（ｉ−２）：クランク信号間の時間（前々回値）
である。

欠け歯検出を上記式で実施した場合、欠け歯検出タイミングは図３に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとなる。即ち、「ａ停止位置」からクランキングを開始した場合、Ａの時点でまず欠け歯を検出する。この時点では初回の欠け歯検出であるため、欠け歯間のカム角信号数の計数は実施されていない。

次に、欠け歯が検出されたＢの時点では欠け歯間のカム角信号数は計数（２歯）できており、欠け歯数（１歯欠け）も明確であるため気筒判別（＃３気筒 Ｂ７５度）が完了する。以降Ｃ、Ｄ、Ｅでも同様に実施される。

気筒とクランク角が特定できれば、インジェクタ２１９〜２２１から噴射した燃料量に見合った要求吐出量を高圧燃料ポンプ２０３から吐出するようにスピル弁２１１の制御タイミングを制御することが可能となる。

気筒の特定が完了し、かつ、ポンプカム２１４の動作周期が少なくとも１周期分の計測が完了すれば、次回にスピル弁２１１をオンするタイミングの演算が可能となり、要求吐出量に応じたスピル弁制御タイミングでの制御が可能となるため、スピル弁制御をバイパス制御から通常制御に切り替える。

通常制御では、インジェクタ２１９〜２２１から噴射した燃料量と、目標燃圧と検出燃圧の差から算出した要求燃料量から、高圧燃料ポンプ２０３より蓄圧室２０７に供給する燃料量を算出して、その燃料量に応じたスピル弁２１１のオンタイミングを求めてスピル弁２１１を制御することで、要求の燃料量を蓄圧室２０７に供給する制御を行う。

気筒が特定できていない状態、即ち、始動によるクランキング開始後気筒識別もしくは周期計測が完了していない状態では、スピル弁２１１の制御タイミングも特定できないため、通常のスピル弁制御が出来ず、通常制御とは異なるバイパス制御を行う。

次に、始動時のバイパス制御方法について図４及び図５のフローチャートにより説明する。内燃機関の構成は、気筒判別方法の説明と同様に、図３に示すクランク角センサ信号およびカム角センサ信号、ポンプカム形状を有する３気筒内燃機関で２山ポンプカム２１４であるものを例に説明する。

図４では、先ず、通常制御を行うか、バイパス制御を行うかの切り替え判定の処理である。この処理は、クランク角センサ信号が入力されるたびに実行される。

ステップＳ４０１で気筒判別が完了したかを判定する。気筒判別は上記の説明の通り、クランク角センサ２２３での欠け歯数とカム角センサ２２４での信号数で行う。

ステップＳ４０１で気筒判別が完了したと判定すれば、ステップＳ４０２で周期演算が完了したかを判定する。周期演算は気筒判別が完了してからスピル弁制御タイミングである１歯欠け検出間（＃２Ａ４５から＃３Ｂ７５の間、＃３Ｂ７５から＃２Ａ４５の間）の周期時間を一度でも計測すれば周期演算が完了となる。周期演算で計測した周期は、スピル弁制御タイミングを演算するのにスピル弁２１１をオンする時間を予測するために用いる。周期演算は、以降１歯欠けの検出のたびに更新される。

ステップＳ４０２で周期演算が完了していれば、通常のスピル弁制御、即ちインジェクタ２１９〜２２１からの噴射と目標燃圧と検出燃圧の偏差量に見合った燃料量を高圧燃料ポンプ２０３より吐出できる制御が可能と判断され、ステップＳ４０３で通常制御を実施する。

ステップＳ４０１での気筒判別、ステップＳ４０２での周期演算が完了していない場合は、通常制御が不可と判断され、ステップＳ４０４でバイパス制御を実施する。

図５は、バイパス制御のフローチャートである。この処理は、クランク角センサ信号が入力される毎に実行される。

ステップＳ５０１でクランク角センサ２２３の検出値により、欠け歯を検出したかを判定する。欠け歯でなければそのままこの処理を終了する。

ステップＳ５０１で欠け歯の場合は、ステップＳ５０２で初回欠け歯であるかを判定する。初回欠け歯とは、エンジン停止状態からクランキングを開始して、最初に検出する欠け歯のことである。

ステップＳ５０２で初回欠け歯であれば、ステップＳ５０３でスピル弁２１１をオンにする。

ステップＳ５０２で初回欠け歯でなければ、ステップＳ５０４で１歯欠けかを判定し、１歯欠けの場合はステップＳ５０５でスピル弁２１１をオンし、１歯欠けでなければステップＳ５０６でスピル弁２１１をオフする。

次に、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の動作を図３により説明する。前述のとおり、図３に示す内燃機関は、３気筒でポンプカム２１４が２山のシステムを用いた場合を示すもので、図３において、ＳＧＣはカム角センサ２２４の検出信号、ＳＧＴはクランク角センサ２２３の検出信号、＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒は各気筒のサイクル行程、ポンプカムは高圧燃料ポンプ２０３のポンプカム２１４の動作、即ち、プランジャ２１３のストローク位置、スピル信号はスピル弁２１１への制御信号を示す。なお、横軸はクランク角を示している。

前回エンジンを停止した時に「ａ停止位置」で停止したとして、そこからクランキングを開始すると、「ｂ初回欠け歯検出」で初回の欠け歯検出を行う。気筒判別は欠け歯間のカム角センサ信号数も使用するので欠け歯が２回検出される必要があるため、「ｃ気筒判別」の位置で気筒判別完了となる。周期計測は気筒識別が完了してからさらに１歯欠け間の周期を計測するため、「ｄ周期確定」の位置で周期計測を完了する。

クランキング開始後、「ｂ初回欠け歯検出」でスピル弁信号をオンするとスピル弁２１１が閉弁し、燃料タンク２０２からプランジャ室２０６への通路が遮断されるため、高圧燃料ポンプ２０３から蓄圧室２０７へ燃料が供給される。スピル弁信号の通電開始からプランジャ２１３（即ち、ポンプカム２１４）の上昇行程が高圧燃料ポンプ２０３から蓄圧室２０７への吐出となる（吐出ａ）。

さらに回転してクランク角が進むと、１歯欠けを検出する（＃３Ｂ７５）。ここで気筒判別は完了し、１歯欠けであるのでスピル弁信号はオンのままとなる。さらに回転してクランク角が進むと２歯欠けを検出し１歯欠けではないのでスピル弁信号はオフする。しかし、スピル弁信号のオンがプランジャ２１３の上昇行程にかかっているため、燃圧上昇によりスピル弁２１１はオン位置を保持し、「吐出ｂ」のポンプカム２１４の吐出行程は全行程にわたって高圧燃料ポンプ２０３から蓄圧室２０７へ燃料が供給される。

「吐出ａ」と「吐出ｂ」の間のポンプカム２１４が下降する行程ではスピル弁信号がオンのままであるが、スピル弁信号がオン状態であってもプランジャ２１３の下降によるプランジャ室２０６の容積変化によりプランジャ室２０６の燃圧が低下するため、スピル弁２１１が開弁し、燃料タンク２０２からの燃料はプランジャ室２０６内に流入する。

その後、「ｄ周期確定」で周期が確定すると通常制御が可能となり、「通電ｂ」からは通常制御となる。

図６は、図３とは異なるタイミングで内燃機関が停止した状態から、クランキングを開始した場合の気筒判別方法を説明する図で、「ａ停止位置」からクランキングを開始し、「ｂ初回欠け歯検出」でスピル弁信号をオンするとスピル弁２１１が閉弁する。

さらに回転し、「ｃ気筒判別」でスピル弁２１１をオフする。スピル弁信号はポンプカム２１４の上昇行程途中で遮断されるが、ポンプカム２１４の下死点以降スピル弁信号を遮断するまでがクランク角５０度あるため、その間に高圧燃料ポンプ２０５のプランジャ室２０６の圧力が上昇し、「ｃ気筒判別」の時点でスピル弁信号をオフしてもスピル弁２１１は開弁せずに「吐出ａ」が全上昇行程で吐出可能となる。

「ｄ周期確定」まではバイパス制御タイミングでのスピル弁制御を継続するので、次の欠け歯検出タイミングである＃３Ｂ７５でスピル弁信号をオンし、その次の欠け歯検出タイミングである＃４Ａ４５でスピル弁信号をオフする。このときも前回と同様にポンプカム２１４の下死点以降クランク角５０度間でスピル弁２１１がオンされており、「吐出ｂ」全行程が有効吐出となる。そして、「ｄ周期確定」以降は通常のスピル弁制御に切り替わる。

図７は、図５と同等の効果が得られるバイパス制御の他の方法を説明するフローチャートで、図５のステップＳ５０４が置き変わったのみの変更である。即ち、図７のステップＳ５０２で初回欠け歯でなければ、ステップＳ７０１で欠け歯間のクランク角センサ出力が２２歯あったかを判定し、２２歯あればスピル弁２１１をオンし、２２歯なければスピル弁２１１をオフする。

図８は、図５と同等の効果が得られるバイパス制御の更に他の方法を説明するフローチャートで、図５のステップＳ５０４が置き変わったのみの変更である。即ち、図７のステップＳ５０２で初回欠け歯でなければ、ステップＳ８０１でスピル弁信号が現在オフであるかを判定し、オフであればスピル弁２１１をオンし、オフでなければスピル弁２１１をオフする。

以上のように、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、気筒判別もしくは周期計測が未実施の状態である始動開始直後においては、クランク角センサ２２３の基準タイミングを用いてスピル弁制御を行うことで、気筒もしくは周期が特定できていないことによるスピル弁２１１の制御不可状態、及び制御タイミング不良による燃圧上昇不良での始動性悪化を改善することが可能となる。

また、始動初期からスピル弁制御が実施できるため、燃圧上昇の早期化が可能となり、更にまた、気筒判別または周期確定まではスピル弁２１１を全通電するよりもスピル弁２１１への通電時間が短縮され、電磁コイル２０８の発熱による断線、溶損等を回避することが可能となり、故障発生が防止できる。

また、図６に示すように欠け歯検出毎にスピル弁信号のオン、オフを交互に実施することにより、ポンプカム２１４の吐出行程に見合ったスピル弁制御が実施できるので、特に複雑な演算式を用いて制御タイミングを設定する必要もなく、かつ精度良く制御でき、燃圧上昇の早期化も図れる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置について説明する。
図９は図５のフローチャートで制御した場合において、図３とは内燃機関の停止位置が異なる場合の動作説明図である。
図９において、「ａ停止位置」からクランキングを開始しても、欠け歯前後のクランク角センサ信号周期を用いて欠け歯検出していることから、内燃機関の停止位置が図３と異なるため、欠け歯前の周期が計測できず、「ａ停止位置」の直後の欠け歯検出が出来ない。初回欠け歯検出は＃３Ｂ７５の「ｂ初回欠け歯検出」の位置となり、スピル弁の通電開始も同タイミングとなる。よって、図３で説明した実施の形態１に比べてスピル弁への通電開始が遅れるため高圧燃料ポンプの吐出も１吐出行程が無吐出の状態となり、燃圧上昇に遅れを生じる。

図１０は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の基本概念を示す構成図で、上記内燃機関の停止位置によって吐出行程が遅れることを改善するものである。
図１０において、クランク角検出手段１０３の出力が、基準位置検出手段１０５に入力されると共に、バイパス制御タイミング演算手段１０８に入力されており、この点が図１に示す実施の形態１と異なっている。即ち、バイパス制御タイミング演算手段１０８内でクランク角検出手段１０３の情報を用いた制御が追加されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、図示説明を省略する。

次に、図１１は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置により、内燃機関の停止位置によっては吐出行程が遅れることを改善するための方法を説明するフローチャートである。この処理は、クランク角センサ信号が入力される毎に実行される。

図１１において、図５と同一処理については同一符号を付しており、説明を省略する。ステップＳ５０１で欠け歯ではないと判定すると、ステップＳ１１０１で欠け歯検出回数がゼロかどうかを判定する。欠け歯検出回数がゼロの場合は、ステップＳ１１０２でスピル弁をオンにする。ゼロでない場合は何もせずにこの処理を終了する。

次にその動作を図１２により説明する。
「ａ停止位置」よりクランキングを開始し、「ｅ初回クランク信号検出」の位置では欠け歯でなく、欠け歯検出回数がゼロであることからスピル弁２１１をオンすることで、図９では吐出できなかったプランジャ上昇行程が、図１２では「吐出ａ」として高圧燃料ポンプ２０３の吐出が可能となる。

図９に対し図１２では、スピル弁信号の通電開始が早くなったことにより、図９において通電を開始した「ｂ初回欠け歯検出」時点で、図１２では既に通電されている。スピル弁信号のオン、オフを交互に繰り返すと「ｂ初回欠け歯検出」の時点ではオフするタイミングとなるが、ここでオフするとオン時間が「ｃ気筒判別」となり、ポンプカム２１３の全上昇行程を吐出する場合に比べ、ポンプカム２１３の下死点から「ｃ気筒判別」までの間の吐出量分が目減りする。そこで、「ｂ初回欠け歯検出」の時点ではオフせずにオンを継続することでポンプカム２１３の全行程が有効吐出となるようにして燃圧上昇の早期化をはかる。

図１２では１歯欠けと２歯欠けでそれぞれポンプカム２１３の位置が特定できるようなクランク角信号となっており、１歯欠けでオン、２歯欠けでオフするのがポンプカム２１３の全行程全てが有効吐出となり燃圧上昇が最も早い。よって、検出した欠け歯が１歯欠けであった場合にはスピル弁信号が既にオンされていてもそのままオンを継続する。

以上のように、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置によれば、クランキング開始直後では欠け歯でなくてもクランク角信号が入力された時点でスピル弁２１１をオンすることで、クランキング開始タイミングによっては初回のポンプ吐出行程でスピル弁２１１がオンしていないことで吐出できないで燃圧上昇が遅れることを回避して、燃圧上昇の早期化を図り、始動性を向上させることが可能となる。

また、スピル弁信号をオンするべきタイミングで既にオンとなっている場合に、オフすることで有効ポンプ吐出が減少する場合においては、そのままオンを継続することで有効吐出量の減少を改善し、燃圧上昇の早期化を図ることが可能となる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置について説明する。
内燃機関の前回停止からの時間経過が短い場合、燃圧は前回停止時の燃圧からほとんど低下しておらず、始動時から燃圧が高い場合にはクランキング開始早々からスピル弁制御を行うとかえって燃圧が上昇しすぎて始動性が損なわれる場合がある。

図１３は、この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置の基本概念を示す構成図で、上記燃圧の過上昇による始動性悪化を回避するものである。
図１３において、燃圧検出手段１０１の出力が、通常制御タイミング演算手段１０７に入力されると共に、バイパス制御タイミング演算手段１０８に入力されており、この点が図１に示す実施の形態１と異なっている。即ち、バイパス制御タイミング演算手段１０８内で燃圧検出手段１０１の情報を用いた制御が追加されている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、図示説明を省略する。

図１４は、この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置により、燃圧の過上昇による始動性悪化を回避する方法を示すフローチャートである。この処理は、クランク角センサ信号が入力される毎に実行される。

図１４において、図７と同一処理については同一符号を付しており、説明を省略する。
ステップＳ１４０１において、燃圧センサ２１８で検出した燃圧が所定値未満かを判定する。所定値未満でなければ、ステップＳ１４０２でスピル弁２１１をオフし、所定値未満であれば、ステップＳ５０１でクランク角センサ２２３の検出値により、欠け歯を検出したかを判定し、以降図５で説明したように実施の形態１と同様の処理を実行する。なお、上記ステップＳ１４０１で燃圧と比較する所定値は機関温度等で変更しても良い。

以上のように、この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置によれば、燃圧が所定値以上であればスピル弁２１１の通電をオフし、燃圧上昇を抑制することで過度の燃圧上昇により始動性不良を解消することが可能となる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態は、クランク角センサ信号の入力がない場合において、スピル弁がオン状態であればオフにする制御を実施する装置を説明するものである。また、その基本概念の構成は実施の形態２の説明で用いた図１０と同様であり、具体的構成については実施の形態１の説明で用いた図２と同様であるので、これらの図を用いて説明する。

例えば、内燃機関始動のためにクランキングを開始したにもかかわらず、内燃機関が始動せずにクランキングを停止した場合には、内燃機関停止とともにクランク角信号の入力がなくなる。その場合にスピル弁２１１がオン状態であればスピル弁２１１を制御する電磁コイル２０８が通電したままとなり、電磁コイル２０８が発熱により破断する可能性がある。このようなことを回避するために、クランク角信号の入力がなくなって所定時間経過した状態でスピル弁信号がオン状態のままであれば、スピル弁信号を強制的にオフするようにする。

このように、クランク角信号入力がなくなって所定時間経過すれば、スピル弁信号をオフすることで、スピル弁２１１を制御する電磁コイル２０８の発熱による破断を回避することができ、故障を回避することが出来る。

また、クランク角の特定または周期確定が行われたか否かで、スピル弁２１１の制御を切り替えることで、クランク角が特定できていない場合においても、スピル弁制御が可能となり、始動時の燃圧上昇が早期化され、始動性を改善できる。

また、クランク角の特定が行われるまでは、クランク角の基準位置に基づいてスピル弁２１１を制御することで、始動時の燃圧上昇遅れを改善することができ、燃圧上昇遅れによる始動性悪化を改善することが出来る。

また、クランク角の基準位置毎にスピル弁２１１をオン、オフすることで、クランク角が不明であっても燃圧上昇が可能となるスピル弁制御が可能となり、かつ容易に実施できるので開発工数の削減も可能となり、スピル弁信号のオン、オフタイミングを複雑な演算を実施することなく精度良く制御することが可能となる。

また、クランク角が特定されたときにスピル弁２１１をオフからオンするタイミングで既にオンとなっていればそのままオンを継続することで、燃圧上昇不良を改善することができ、始動性が改善できる。

また、初回クランク角信号を検出した時点でスピル弁２１１をオンすることで、内燃機関の停止タイミングによってはクランク角の基準位置の検出が遅れる場合においても、始動時の燃圧上昇が遅れることがなく、始動性が改善される。

また、検出燃圧が所定燃圧よりも高くなったときには、スピル弁２１１をオンしないようにすることで、必要以上に燃圧が上昇して始動不良が発生することを回避することが可能となる。

また、クランク角信号の入力がない状態が継続しているにもかかわらず、スピル弁２１１がオン状態であれば、オフすることでスピル弁２１１を制御する電磁コイル２０８の発熱によるコイル断線を回避することができる。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動時においても燃圧上昇の早期化を図ると共に、始動性を向上させることができ、車両用内燃機関として利用できる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本概念を示す構成図である。 実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の具体的構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の始動時におけるバイパス制御方法について説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の始動時におけるバイパス制御方法について説明するフローチャートである。 図３とは異なるタイミングで内燃機関が停止した状態から、クランキングを開始した場合の気筒判別方法を説明する図である。 バイパス制御の他の方法を説明するフローチャートである。 バイパス制御の更に他の方法を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を説明するための動作説明図である。 この発明の実施の形態２及び実施の形態４に係る内燃機関の制御装置の基本概念を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の動作説明図である。 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置の基本概念を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０１ 燃圧検出手段
１０２ カム角検出手段
１０３ クランク角検出手段
１０４ 基準位置検出手段
１０５ クランク角特定手段
１０６ スピル弁制御タイミング演算手段
１０７ 通常制御タイミング演算手段
１０８ バイパス制御タイミング演算手段
１０９ 切替手段
１１０ スピル弁制御手段
２０１ フィードポンプ
２０２ 燃料タンク
２０３ 高圧燃料ポンプ
２０４ レギュレータ
２０５ スピル弁制御装置
２０６ プランジャ室
２０７ 蓄圧室
２０８ 電磁コイル
２０９ スピル弁プランジャ
２１０ 開弁付勢スプリング
２１１ スピル弁
２１２ 閉弁付勢スプリング
２１３ プランジャ
２１４ ポンプカム
２１５ カムシャフト
２１６ 逆止弁
２１７ 逆止弁付勢スプリング
２１８ 燃圧センサ
２１９、２２０、２２１ インジェクタ
２２２ ＥＣＵ
２２３ クランク角センサ
２２４ カム角センサ

Claims (7)

1. 燃料タンクから供給される燃料の圧力を制御する内燃機関の制御装置であって、
   上記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
   上記内燃機関のカム角を検出するカム角検出手段と、
   上記クランク角検出手段で検出されるクランク角の基準位置を検出する基準位置検出手段と、
   上記基準位置検出手段で検出されるクランク角の基準位置と上記カム角検出手段で検出されるカム角に基づいてクランク角の特定を行うクランク角特定手段と、
   上記内燃機関の駆動力により駆動されて作動する燃料供給手段と、
   上記燃料供給手段から供給される燃料量を調整するスピル弁と、
   上記スピル弁の制御タイミングを演算するスピル弁制御タイミング演算手段と、
   を備え、
   上記スピル弁制御タイミング演算手段は、
   上記クランク角特定手段でクランク角が特定した場合に用いる通常制御タイミング演算手段と、上記クランク角特定手段でクランク角が特定していない場合に用いるバイパス制御タイミング演算手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記バイパス制御タイミング演算手段は、上記基準位置検出手段で検出したクランク角の基準位置に基づいて上記スピル弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 上記バイパス制御タイミング演算手段は、上記基準位置検出手段によりクランク角の基準位置が検出される毎に上記スピル弁のオン、オフを交互に実施することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 上記バイパス制御タイミング演算手段は、上記クランク角特定手段によりクランク角の特定が行われた時点で、上記スピル弁をオフからオンすべきタイミングであるにもかかわらず既にオンとなっていれば、そのままオンを継続することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 上記バイパス制御タイミング演算手段は、上記クランク角検出手段での初回クランク角を検出した時点で、上記スピル弁をオンすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 上記燃料供給手段から供給される燃料を蓄える蓄圧手段と、上記蓄圧手段の燃料圧力を検出する燃圧検出手段を備え、上記バイパス制御タイミング演算手段は、上記燃圧検出手段で検出された燃圧が所定燃圧よりも高くなったときには、上記スピル弁をオンすべきタイミングであってもオンしないことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
7. 上記スピル弁制御タイミング演算手段は、上記クランク角検出手段による検出信号が所定期間ない場合、上記スピル弁をオフすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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