JP2009299508A - 燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレールから燃料噴射弁に燃料を供給する際に、間欠的な燃料圧力変動を抑制し、燃料噴射量変動を低減できる燃料供給制御装置を提供することにある。
【解決手段】燃料供給制御装置１０における電磁圧力制御弁２３は、高圧ポンプＰ２から供給される燃料を蓄圧するコモンレール１３の圧力を検出する圧力検出手段で検出された検出圧力値に応じてコモンレール１３の圧力を制御する。ＥＣＵ２は、コモンレール１３から供給される燃料をエンジン１に噴射する燃料噴射弁６−１〜６−４によって燃料を噴射する際に、コモンレール１３内に発生する燃料圧力変動を低減するために、電磁圧力制御弁２３に対して所定開度による開放制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンレールを用いた燃料供給制御装置に関する。

ディーゼルエンジンに適用される燃料供給制御装置においては、エンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクター（以下、燃料噴射弁ともいう）に蓄圧された燃料を供給するコモンレールシステムが多く利用されている。このようなコモンレールシステムでは、瞬時に規定量を噴射させることができるように、高圧ポンプによって加圧された燃料が供給されている。
また、インジェクターの応答性改善によりインジェクターから短い噴射時間で燃料を噴射することもできるようになっている。このような応答性のよいインジェクターと前述した高圧に蓄圧できるコモンレールを組み合わせることによって燃料を勢いよくエンジンの燃焼室内に噴射し、燃料を微粒化して、燃焼特性を改善することができるようになっている。このように燃焼特性を改善することによって、排出ガスのさらなるクリーン化を図ることが行われている。

また、ディーゼルエンジンでは、噴射される燃料の量によって出力特性が左右される。つまり、必要なときに必要な量の燃料をエンジンに供給するために、燃料供給制御装置では燃料の圧力を適切に管理することが必要とされている。

このような燃料供給制御装置においてコモンレールの燃料圧力が脈動して変化することがあり、その変動を低減させる技術が存在する（例えば、特許文献１〜特許文献３）。
特許第３５７７９９１号公報 特開２００１−３５５４９０号公報 特開平１１−２３００００号公報

ところで、自動車の運転においては、エンジンを掛けたまま停車している状態（アイドリング状態）やアクセルペダルの踏み込み量が少なくエンジンへの負荷が低い状態の時間が、実際に車両を運転している総時間に対する比率で表すと、無視できないほどの比率を示すことがある。特に渋滞時などではその比率が高くなり、このようなエンジンへの負荷が低い状態においても、エンジンに対して適切な燃料供給制御を行うことが必要とされる。
このような運転状態においても燃料の噴射量を適切に制御するには、インジェクターへの供給燃料の圧力制御、すなわちコモンレールに蓄圧される圧力の制御を適切に制御することが必要とされる。特にエンジンへの負荷が低い条件での微小量の噴射において適切な容量を噴射することができる圧力制御は、燃費の向上や環境対策を推進する上で、エンジン性能の改善の中でも重要な項目となっている。
しかし、これまでのコモンレールシステムにおいては、コモンレールに生じる燃料圧力の変動に対しては、十分な効果がある対策は講じられていない状況である。
例えば、アイドリング時においては、従来の燃料供給制御装置では、コモンレールの燃料圧力の変動を低減できていないことにより、燃料圧力変動に影響を考慮して余裕を見込んで燃料噴射量を供給する必要があり、アイドリング時の燃費を悪くする要因となっている。

特許文献１に記載のコモンレールの燃料圧力の変動を低減させる技術では、コモンレールにおける燃料圧力に応じて高圧ポンプからの供給量を制御して、燃料圧力のハンチングを低減させる技術が開示されている。この技術によると、検出された圧力に基づいてコモンレールに供給するポンプ側でフィードバック制御により供給量を制御するので、ポンプにより供給される際に生じる圧力変動による脈動に対して低減させる効果は低いという問題がある。

また、特許文献２では、コモンレール内の周期的な脈動パターンを想定して、噴射期間を算出する技術が開示されている。この技術によると、実際の運転においては、環境（温度、圧力）および運転状況が逐次変化することになるが、代表的な脈動パターンを基準とし、その代表的な脈動パターンを基準として噴射期間を算出するだけでは、様々な状況に適した噴射期間を算出することが困難という問題がある。

また、特許文献３では、コモンレールに接続された補助タンクとコモンレールとの接続をその間に配置した弁によって制御して、蓄圧される容量の変化を利用して圧力変動を低減させている。さらに、コモンレール内に配置された圧電結晶を用いて、圧力制御のアクチュエータとして利用して圧力を制御する技術が開示されている。この技術によると、補助タンクあるいは圧電結晶が配置された特殊なコモンレールを利用することとなり、従来の構成と異なった装置構成となる。このため、装置を構成する上でコストを低減しにくいという問題がある。
このように、前述したそれぞれの技術を利用しても、コモンレールにおける燃料圧力を安定化させる制御が行え、コスト的にも優れたものがないという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、コモンレールから燃料噴射弁に燃料を供給する際に生じる間欠的な燃料圧力変動を抑制し、燃料噴射量変動を低減できる燃料供給制御装置を提供することにある。

上記問題を解決するために、請求項１に記載した発明は、高圧ポンプ（例えば、実施形態における高圧ポンプＰ２）と、前記高圧ポンプから供給される燃料を蓄圧するコモンレール（例えば、実施形態におけるコモンレール１３）と、前記コモンレールから供給される燃料を内燃機関（例えば、実施形態におけるエンジン１）に噴射する燃料噴射手段（例えば、実施形態における燃料噴射弁６）と前記コモンレールの圧力を検出する圧力検出手段（例えば、実施形態における燃料圧力センサ３７）と、前記圧力検出手段で検出された検出圧力値に応じて前記コモンレールの圧力を制御する圧力制御手段（例えば、実施形態における電磁圧力制御弁２３）とを備えた燃料供給制御装置において、前記燃料噴出手段により燃料を噴射する際に、前記コモンレール内に発生する燃料圧力変動を低減するために、前記圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行う制御部（例えば、実施形態におけるＥＣＵ２）とを備えることを特徴とする燃料供給制御装置である。これにより、燃料噴出手段により燃料を噴射する際に、圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行うことによって、コモンレール内に発生する燃料圧力変動を生じさせることなく所定圧力に圧力制御を行うことができる。

請求項２に記載した発明は、前記所定開度による開放制御は、目標燃圧に対する圧力変動（ｄＰ／ｄｔ）を所定範囲（例えば、±３０ｂａｒ（バール））にするように制御されることを特徴とする。これにより、圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行うことによって、目標燃圧に対する圧力変動（ｄＰ／ｄｔ）が所定範囲になるように制御することができ、圧力制御手段を介して放出される流量を適切な量に制御することができる。

上記問題を解決するために、請求項３に記載した発明は、高圧ポンプと、前記高圧ポンプから供給される燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールから供給される燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射手段と前記コモンレールの圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段で検出された検出圧力値に応じて前記コモンレールの圧力を制御する圧力制御手段とを備えた燃料供給制御装置において、前記内燃機関における所定の運転条件（例えば、実施形態における燃料噴射量が少なく、微小な燃料噴射量の制御が必要とされることとなる領域）であるときに前記燃料噴出手段により燃料を噴射する際に、前記コモンレール内に発生する燃料圧力変動を低減するために、前記圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行う制御部とを備えることを特徴とする燃料供給制御装置である。これにより、従来は動作させていなかった圧力制御手段における所定開度による開放制御を行うことによって圧力制御することができ、あわせて、高圧ポンプからの燃料供給時に発生する圧力変動を相殺することができる。

請求項４に記載した発明は、前記所定の運転条件は、始動時またはアイドリング運転時または所定の内燃機関の回転数（毎分２０００回転）以下の時の少なくともひとつから選択される低負荷運転条件であることを特徴とする。これにより、始動時またはアイドリング運転時または所定の内燃機関の回転数以下の時として示される低負荷運転条件において、微少な噴射量制御を必要とする運転条件に適応できる燃料供給制御を行うことができる。

請求項１に記載した発明によれば、燃料噴出手段により燃料を噴射する際に、圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行うことによって、コモンレール内に発生する燃料圧力変動を生じさせることなく所定圧力に圧力制御を行うことができるので、微小噴射量の制御が必要とされる際の噴射制御においても噴射量精度の向上が図れる。また、従来と同様な構成のままで制御方法を変更することによって、燃料圧力を安定化することができ、複雑な演算処理による噴射量補正を行うことなく実現させることができる。

請求項２に記載した発明によれば、圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行うことによって、目標燃圧に対する圧力変動（ｄＰ／ｄｔ）が所定範囲になるように制御することができ、圧力制御手段を介して放出される流量を適切な量に制御して、燃料圧力を安定化することで、微小噴射量の制御が必要とされる際の噴射制御においても噴射量精度の向上が図れる。

請求項３に記載した発明によれば、従来は動作させていなかった圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行うことによって、高圧ポンプからの燃料供給時に発生する圧力変動を発生させることなく圧力制御が行えるので、噴射量精度の向上することができ、複雑な噴射量補正を行うことなく、様々な条件に適応できる噴射量制御が行える。

請求項４に記載した発明によれば、特に低負荷運転条件の特徴点を、始動時またはアイドリング運転時または所定の内燃機関の回転数以下の時であることとして規定することができ、微小量の噴射制御が必要とされる運転条件を検出でき、その条件化での噴射量精度の向上を図ることができる。

図１を参照し本発明における実施形態の燃料供給制御装置１０について説明する。燃料供給制御装置１０は、図示されない車両に搭載されるディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）に適応され、エンジン１の燃焼室に供給される燃料の圧力を制御する。

燃料タンク１１は、エンジン１に供給される燃料が収容される。その燃料タンク１１内には、低圧ポンプＰ１が設けられている。
低圧ポンプＰ１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２に接続されているモータＰ１−Ｍが設けられている。低圧ポンプＰ１は、ＥＣＵ２によってモータＰ１−Ｍが制御され、エンジン１の運転中に常時作動する電動ポンプであり、燃料タンク１１内の燃料を所定圧（例えば、５ｂａｒ（バール））まで増圧して吐出する。
低圧ポンプＰ１の吸入側にはフィルタ１７が設けられ、吐出側には燃料供給路１２が接続される。接続される燃料供給路１２には、ＥＣＵ２からの制御によって燃料の温度制御を行うヒータを備えるフィルタ１８と、同じくＥＣＵ２からの制御によって低圧ポンプＰ１から供給される燃料の流量を制御する電磁流量制御弁２１とが順次設けられている。

フィルタ１８と電磁流量制御弁２１の間の燃料供給路１２には、燃料タンク１１に燃料を戻す燃料戻し路１６が分岐接続される。燃料戻し路１６には、燃料供給路１２の圧力制御を行う圧力制御弁２２が介装されている。圧力制御弁２２は、燃料供給路１２の圧力が前述の所定圧を超えたときに開弁して燃料戻し路１６を介して燃料を燃料タンク１１内に戻す。

電磁流量制御弁２１の下流側には、高圧ポンプＰ２が接続され、高圧ポンプＰ２の吐出側には高圧配管１３ａを介してコモンレール１３が接続されている。高圧ポンプＰ２は、低圧ポンプＰ１から供給される燃料をさらに増圧してコモンレール１３に供給する。高圧ポンプＰ２によって吐出される燃料は、電磁流量制御弁２１において流量制御されることにより、その圧力が制御されることとなる。
高圧ポンプＰ２に取り付けられた燃料温度センサ３５は、高圧ポンプＰ２によって加圧された燃料の温度を検出し、検出された温度を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

コモンレール１３の戻し路側には、高圧配管１３ｃが接続され、この高圧配管１３ｃには、燃料戻し路１６が接続されている。高圧配管１３ｃには、電磁圧力制御弁２３が設けられ、電磁圧力制御弁２３から燃料戻し路１６までは、燃料戻し路１４で接続されている。
この電磁圧力制御弁２３は、機械的に動作する機能と、接続されるＥＣＵ２からの制御によって電気的に動作する機能を有している。機械的な動作では、高圧ポンプＰ２の運転により燃料圧力Ｐｒａｉｌが所定の設定圧Ｐｒａｉｌ＿ｍａｘ（例えば、２０００ｂａｒ（バール））を超えたときに、開弁する。これにより、コモンレール１３内の燃料が燃料タンク１１内に戻され、燃料圧力Ｐｒａｉｌが所定の設定圧Ｐｒａｉｌ＿ｍａｘまで低減される。また、電気的動作では、必要に応じて出力されるＥＣＵ２からの減圧指示にしたがって弁が開放されることによりコモンレール１３内に蓄圧された燃料を放出し減圧することができる。

また、コモンレール１３は、高圧ポンプＰ２によって加圧され供給される燃料の量と、電磁圧力制御弁２３などで放出され減圧される量とをバランスさせることによって、その内部空間を高圧の状態（例えば、２０００ｂａｒ（バール））で蓄える燃料室となる。コモンレール１３には、燃料圧力センサ３７が取り付けられ、この燃料圧力センサ３７は、コモンレール１３内の燃料圧力である燃料圧力Ｐｒａｉｌを検出し、検出された圧力を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
このコモンレール１３には、エンジン１に燃料を噴射する４つの燃料噴射弁６−１〜６−４（以下、まとめて示すときには「燃料噴射弁６」という。）に燃料を供給する高圧配管１３ｂ−１〜１３ｂ−４が接続されている。
燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２からの信号により開弁してコモンレール１３から供給される燃料をエンジン１の燃焼室内に噴射する。

燃料戻し路１５は、それぞれの燃料噴射弁６からの燃料の戻り路を示し、並列に接続されるチェック弁２４と圧力制御バルブ２５を介して低圧ポンプＰ１とフィルタ１８との間の燃料供給路１２に接続されている。
この燃料戻し路１５の途中に設けられるチェック弁２４と圧力制御バルブ２５は、燃料噴射弁６からの排出油の圧力を一定に調整する。圧力制御バルブ２５は、エンジン１の運転開始時には、燃料供給路１２から燃料噴射弁６に至る燃料戻し路１５を燃料供給路１２に接続される低圧ポンプＰ１によって加圧させる働きも有する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＩ／Ｏ（Input/Output）インターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成される。
ＥＣＵ２は、エンジン１に設けられたクランク角センサ３３によって検出されるエンジン１のクランク角度情報から、燃料噴射弁６での燃料噴射タイミングを制御する。また、ＥＣＵ２は、前述した燃料温度センサ３５、燃料圧力センサ３７などの検出信号に応じてエンジン１の運転状態を判断し、電磁流量制御弁２１、電磁圧力制御弁２３、低圧ポンプＰ１を制御することによりコモンレール１３への供給量を制御するとともに、燃料噴射弁６を開閉動作させることにより燃料噴射量制御を実行する。

以上に示した構成により、この燃料供給制御装置１０では、電磁流量制御弁２１により流量制御される高圧ポンプＰ２の運転状態、電磁圧力制御弁２３の開閉状態、および燃料噴射弁６の開閉状態により、コモンレール１３の燃料圧力Ｐｒａｉｌが所定の設定値Ｐｒａｉｌ＿ｍａｘを上限とする範囲内で制御される。
なお、図１で示される実線での接続は、燃料系の配管を示し、一点鎖線での接続は、電気信号による制御線での接続を示すものとする。また、燃料タンク１１内に低圧ポンプＰ１が設けられていることとしたが、低圧ポンプＰ１を燃料タンク１１の外に配置したものでも良い。

上記に示された燃料供給制御装置１０の概略構成において、電磁圧力制御弁２３を制御せずに高圧ポンプＰ２から燃料を供給する従来技術による処理を行うとコモンレール１３の燃料圧力が脈動して変化する現象が観測された。この現象を解析するために、コモンレール１３の周辺に複数の圧力センサを取り付けてそれぞれの圧力センサでの圧力変化の測定を行った。
図２は、コモンレール１３周辺に取り付けた圧力センサの配置と圧力測定系を示す概略構成図であり、コモンレール１３周辺の図は、前述の図１から抜粋したものである。図１と同じ符号の説明は、図１を参照することとする。

圧力波形観測装置２００は、接続される燃料圧力センサからの信号を入力し記録する。コモンレール１３には、燃料圧力センサ３７ａが取り付けられ、検出したコモンレール１３の燃料圧力を圧力波形観測装置２００に出力する。コモンレール１３から燃料噴射弁６−１に接続される高圧配管１３−１には、燃料圧力センサ３７ｂが取り付けられ、検出した高圧配管１３−１の燃料圧力を圧力波形観測装置２００に出力する。燃料圧力センサ３７ａと３７ｂは、通常用いられる燃料圧力センサ３７より応答性が優れた高精度のものであり、配置されたそれぞれの場所での圧力変化を忠実に検出し出力することができる。

続いて、従来技術による制御方法で制御される燃料供給制御装置１０におけるコモンレール１３で検出された燃料圧力変動について説明する。ここで示される測定での従来技術による制御方法は、電磁圧力制御弁２３を制御せずに高圧ポンプＰ２から燃料を供給する制御方法を用いている。
図３（ａ）は、コモンレール１３に接続される燃料圧力センサ３７ａによって検出された圧力変動を示すグラフ３ａである。図３（ｂ）は、コモンレール１３から燃料噴射弁６−１に接続される高圧配管１３ｂ−１の圧力を測定する燃料圧力センサ３７ｂで検出された高圧配管１３ｂ−１での圧力変動を示すグラフ３ｂである。それぞれのグラフの横軸は時間の経過を示し、その単位は秒であり、また縦軸はそれぞれの圧力センサによって検出された燃料圧力を示し、その単位はｂａｒ（バール）である。
グラフ３ｂでは、燃料圧力センサ３７ｂが配置された高圧配管１３ｂ−１に接続される燃料噴射弁６−１の燃料噴射により、高圧配管１３ｂ内の圧力変動が生じて細い縦線で表される約１００ｂａｒ_{（Ｐ−Ｐ）}（バール（ピーク・ツウ・ピーク））のパルス性の変動が観測できる。

また、グラフ３ａとグラフ３ｂのグラフから、燃料噴射弁６−１に供給されている高圧配管１３ｂ−１における燃料圧力も、コモンレール１３内の圧力変動に影響されて一緒に変動していることが観測される。その圧力変動の圧力変動幅は、約５０ｂａｒ_{（Ｐ−Ｐ）}（バール（ピーク・ツウ・ピーク））であり、変動周期が約１秒程度の波形として観測できる。
このことにより、コモンレール１３内の圧力変動が生じている状況では、その圧力変動が高圧配管１３ｂ−１を介して燃料噴射弁６−１に影響することとなり、燃料噴射弁６−１によって微小量の燃料噴射量を制御しようとしても困難となる。

次に、本実施形態の燃料供給制御装置１０におけるコモンレール１３で検出された燃料圧力変動について説明する。
図４は、燃料供給制御装置１０のＥＣＵ２を用いて本実施形態による制御方法で、燃料噴射制御を行ったときに実際に観測された燃料圧力変動を示すグラフである。

図４（ａ）と（ｂ）は、それぞれ燃料圧力センサ３７ａと、燃料圧力センサ３７ｂで検出された圧力変動を示すグラフ４ａとグラフ４ｂである。燃料圧力センサ３７ａ、３７ｂは、図２で示された圧力測定系を用いて、図３の測定を行った設置場所と同じ場所に配置した。この測定によって、制御方法の違いによって生じる燃料圧力変動の違いを比較することとする。
それぞれのグラフの横軸は時間の経過を示し、その単位は秒であり、また縦軸はそれぞれの圧力センサによって検出された燃料圧力を示し、その単位はｂａｒ（バール）である。
グラフ４ｂでは、グラフ３ｂと同様に燃料圧力センサ３７ｂが配置された燃料噴射弁６−１による燃料噴射により高圧配管内の圧力変動が生じて、細い線で表される約１００ｂａｒ_{（Ｐ−Ｐ）}（バール（ピーク・ツウ・ピーク））が観測できる。

ところで、グラフ４ａとグラフ４ｂでは、グラフ３ａとグラフ３ｂで観測されたような変動周期が約１秒程度となるような圧力変動を観測することができず、コモンレール１３内の圧力変動としては、燃料噴射弁６などを制御することによって生じる短い周期での変動が観測されるに過ぎず、新たに実施することにした電磁圧力制御弁２３の制御により変動周期が約１秒程度となるような圧力変動を抑圧することができている。
この測定結果から、本実施形態で示された電磁圧力制御弁２３による圧力制御方法によって、コモンレール１３および接続される燃料噴射弁６への高圧配管１３ｂ内の燃料圧力の安定化を図る有効な方法であることが示される。

次に、本実施形態における電磁圧力制御弁２３の燃料圧力制御を実施する条件について説明する。
前述したように電磁圧力制御弁２３における流量制御は、機械的な動作と電気的な動作とによる制御が行われている。従来から行われている燃料圧力制御の条件として、次の条件となったときがあげられる。

１）異常圧力検出による減圧（機械的動作）、
２）運転停止時の圧力開放、
３）減速要求のあったときの圧力の減圧（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調制御）

上記の２）、３）の条件は、ＥＣＵ２からの電気的な動作によるものである。
電磁圧力制御弁２３は、ＥＣＵ２からの制御信号が入力されると弁を開放する動作を行う。
ＥＣＵ２は、電磁圧力制御弁２３の開放指示によって、コモンレール１３の圧力が一気に低下することを防ぐため、ＰＷＭ変調制御方式によって開放時間の比率を制御することにより、電磁圧力制御弁２３における見かけの絞りの開放面積を変化させる制御を行っている。

本実施形態で示されるように、コモンレール１３の燃料圧力を積極的に安定化させる目的によって、電磁圧力制御弁２３の制御を行うことは行われていなかった。本実施形態における燃料圧力の安定化は、上記３）のように減速要求がないときにおいても電磁圧力制御弁２３での電気的な圧力制御によって安定化されるものである。

一方、電磁圧力制御弁２３によって燃料圧力制御を行うと、燃料の循環量が増加することとなり、燃料を循環させるために高圧ポンプＰ２による負荷が増加して、エンジン１に負担を掛けることにつながる。
本実施形態では、コモンレール１３の燃料圧力制御を効率よく行うために、運転状態によって電磁圧力制御弁２３による制御を実施する領域と、実施しない領域とを分けることとする。
この制御を行う領域は、コモンレール１３の燃料圧力変動が生じるとエンジン１の性能に影響が出る領域を示すものである。ここでエンジン１の性能に影響が出る領域を、エンジン負荷が低い条件となる領域として選ぶこととする。その選ばれる領域は、エンジン１への燃料供給量、すなわち燃料噴射量が少なく、微小な燃料噴射量の制御が必要とされることとなる領域になる。また、燃料噴射量が少ないことにより、コモンレール１３で蓄圧される燃料圧力も相対的に低く設定されることになる領域でもある。このような領域におけるコモンレール１３での燃料圧力変動は、適切な燃料噴射量の制御を行うことの妨げとなる要因となっていた。

電磁圧力制御弁２３による燃料圧力の安定制御を行う領域について具体的に説明する。
図５は、横軸をエンジン回転数（Ｎｅ）とし、縦軸をトルク（Ｔｅ）とする２次元座標で表されるトルク特性を示すグラフである。ここに示されるグラフにおいて、エンジン回転数（Ｎｅ）における燃料供給量（Ｑ）を変数とするグラフが示され、燃料供給量（Ｑ）を基にこのグラフを参照することによって、その燃料供給量（Ｑ）におけるトルク（Ｔｅ）を求めることができる。
ここで、エンジン回転数が所定の値（毎分２０００回転（ｒｐｍ））以下であり、求められたトルクの値が所定の値（１００Ｎ・ｍ）以下である領域を、上記の「エンジン負荷が低い領域」として設定することとする。
図５に示されるグラフを基にして、ＥＣＵ２が条件判定を行うときの制御条件判定マップとして定義することとする。

次に電磁圧力制御弁２３を制御して、所定の圧力とする制御について説明する。
密閉容器における単位時間における圧力変化量（ｄＰ／ｄｔ）は、出入りする液体の流量の総和に比例する。その関係を式（１）に示す。

式（１）において、Ｋが液体の弾性係数を示し、Ｖが密閉用器（コモンレール１３）の容積を示し、Ｑ_ＰＵＭＰが高圧ポンプＰ２から供給される流量を示し、Ｑ_ｉｎｊが燃料噴射弁６から噴射される燃料噴射量を示し、Ｑ_ｌｅａｋが燃料噴射弁６を介して燃料供給路１２に循環される循環量を示し、Ｑ_ＰＣＶが電磁圧力制御弁２３を介して燃料戻し路１４に放出される流量を示す。
高圧ポンプＰ２から供給される流量Ｑ_ＰＵＭＰは、電磁流量制御弁２１に対して設定される設定値から得られる。燃料噴射弁６から噴射される燃料噴射量Ｑ_ｉｎｊは、目標噴射量から得られる。燃料噴射弁６を介して燃料供給路１２に循環される循環量Ｑ_ｌｅａｋと、電磁圧力制御弁２３を介して燃料戻し路１４に放出される流量Ｑ_ＰＣＶとを合わせた量を電磁圧力制御弁２３での流量制御によって制御することで、所定の圧力変化量（ｄＰ／ｄｔ）を得ることができる。
単位時間に密閉容器（コモンレール１３）を出入りする液体の総流量をΔＱとすると式（１）は、式（２）として表すことができる。

上記で得られた圧力変化量（ｄＰ／ｄｔ）と、運転状況に応じて変化する目標燃圧Ｐ_ｉｎｉｔとの加算によりコモンレール１３の圧力Ｐ_ｒａｉｌが示される。この関係を式（３）に示す。

また、電磁圧力制御弁２３を介して燃料戻し路１４に放出される流量Ｑ_ＰＣＶは、ＥＣＵ２による電磁圧力制御弁２３を制御することで設定される。
密閉容器から弁を介して液体が流出するときに、密閉用器の圧力変化と弁を介して流出する流量の関係は式（４）で与えられる。

式（４）において、Ｃが流量係数を示し、Ａが弁の開口面積を示し、ΔＰが密閉用器における開口部の内外の圧力差を示し、ρが液体の密度を示し、Ｑ_ＰＣＶが弁を通過する流量を示す。
すなわち、圧力差が検出できれば、流出する液体の流量Ｑ_ＰＣＶを演算結果から得ることができる。
式（４）は、開口面積Ａの値に依存する関係式であり、開口面積Ａの値を変えることにより、密閉用器における内外の圧力差ΔＰが制御されることが示される。
ここで、ＥＣＵ２が電磁圧力制御弁２３から流出させる流量を制御するにあたり、開口面積Ａの値を制御することする。
実際の電磁圧力制御弁２３の弁は、固定の開口面積Ａ_０を有しており、連続的な変更ができないため、開口面積Ａ_０の弁を開口時間比率（Ｄ_ｕｔｙ）でＰＷＭ変調制御することにより、見かけの開口面積Ａを制御する。この関係を式（５）に示す。

以上に示された関係により、電磁圧力制御弁２３をＰＷＭ変調制御方式によって制御することで、コモンレール１３の圧力を制御することとする。

図６は、本発明の燃料供給制御装置１０における電磁圧力制御弁２３による圧力制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
ここに示される圧力制御処理では、エンジン１の運転状態が微小噴射量領域で運転されている領域であるときに、電磁圧力制御弁２３を用いてコモンレール１３内の燃料圧力を制御することにより、燃料圧力に生じる脈動して変化する圧力変動を抑制することができる。また、電磁圧力制御弁２３の見かけの開口面積Ａを制御して、所定のコモンレール１３の燃料圧力を得られるように動作させている。

最初に、ＥＣＵ２が備えるＣＰＵにおける制御領域判断のステップとして、クランク角センサ３３で検出されたエンジン１の回転数（Ｎｅ）を検出する。また、回転数・噴射量特性を示す制御条件判定マップを参照して、噴射量の値から現在のトルクを推定する。
これにより、エンジン１の回転数とトルクとを２次元座標で表される「制御条件判定マップ」において、現在の運転状態をその座標上での位置を特定する。また、上記条件においてコモンレール１３の目標燃料圧力Ｐｉｎｉｔが設定される（ステップＳａ１）。

微小噴射量領域であるかの判定では、現在の運転状態が予め定められた微小噴射量領域内であるかの判定を行う。微小噴射量領域は、予め定められた所定のエンジン回転数以下であり、かつ、予め定められた所定のトルク以下である領域のことである。所定のエンジン回転数以下とは、例えば毎分２０００回転（ｒｐｍ）以下のことであり、所定のトルク以下とは、例えば１００（Ｎ・ｍ）以下のことである（ステップＳａ２）。

ステップＳａ２における微小噴射量領域内であるかの判定の結果、微小噴射量領域内であると判定されないときには、ＥＣＵ2は、電磁圧力制御弁２３を制御することでコモンレール１３の微小な圧力変動を抑圧せずに従来までの制御を行う。電磁圧力制御弁２３における従来までの制御とは次に示される制御があげられる。

・異常圧力検出による減圧（機械的動作）、
・運転停止時の圧力開放、
・減速要求のあったときの圧力の減圧（ＰＷＭ変調制御）

そして、従来までの制御を行ったのち、電磁圧力制御弁２３における圧力制御処理を終了する（ステップＳａ３）。

ステップＳａ２における微小噴射量領域内であるかの判定の結果、微小噴射量領域内であると判定されたときには、流量に応じて設定される設定開度の値にしたがって、ＥＣＵ２は、設定開度記憶部に記憶された設定値にしたがって電磁圧力制御弁２３の開度制御をＰＷＭ変調制御方式により制御する（ステップＳａ４）。

ＥＣＵ２は、ステップＳａ４における制御の結果において燃料圧力センサ３７で検出された燃料圧力の変化量（ｄＰ／ｄｔ）を求め、その値が所定の値以下であるかの判定を行う。
判定の結果、燃料圧力の変化量（ｄＰ／ｄｔ）の値が所定の値以下であると判定されたときには、設定開度記憶部に設定されている設定開度情報が妥当と判断でき、ここで、電磁圧力制御弁２３における圧力制御の処理を終了する（ステップＳａ５）。

ステップＳａ５での判定の結果、燃料圧力の変化量（ｄＰ／ｄｔ）の値が所定の値以下であると判定されなかったときには、ＥＣＵ２は、電磁圧力制御弁２３の流量設定の設定値の補正を行う。
ＥＣＵ２による設定値の補正は、必要とされる流量に応じて設定されている設定開度の値を補正する。電磁圧力制御弁２３での流量が多く設定され、単位時間の圧力低下が大きいときには、設定開度の値を小さく設定し直すため、前述の式（５）に示される演算から求められる設定開度を求め、求められた設定開度を設定開度記憶部に記録する。設定し直された設定開度情報によりステップＳａ４の処理を行う（ステップＳａ６）。

本実施形態によって示されたように、燃料噴出弁６により燃料を噴射する際に、コモンレール１３内に発生する燃料圧力変動を低減するために、電磁圧力制御弁２３に対してＰＷＭ変調制御方式によって所定開度による開放制御を行うことで、コモンレール１３内に発生する燃料圧力変動を生じさせることなく所定圧力に圧力制御を行うことができる。そして、微小噴射量の制御が必要とされる際の噴射制御においても噴射量精度の向上が図れる。また、従来と同様な構成のままで電磁圧力制御弁２３の制御方法を変更することによって、燃料圧力を安定化することができ、複雑な演算処理による噴射量補正を行うことなく実現させることができる。

また、電磁制御弁６に対してＰＷＭ変調制御方式による所定開度による開放制御は、目標燃圧に対する圧力変動（ｄＰ／ｄｔ）が所定範囲になるように制御されることができ、圧力制御手段を介して放出される流量を適切な量に制御して、燃料圧力を安定化することで、微小噴射量の制御が必要とされる際の噴射制御においても噴射量精度を向上することができる。

また、エンジン１における負荷の低い運転条件であるときに燃料噴射弁６により燃料を噴射する際に、コモンレール１３内に発生する燃料圧力変動を低減するために、電磁圧力制御弁２３に対してＰＷＭ変調制御方式による所定開度による開放制御することによって、高圧ポンプＰ２からの燃料供給時に発生する圧力変動を発生させることなく圧力制御が行えることになるので、噴射量精度を向上させることができ、複雑な噴射量補正を行うことなく、様々な条件に適応できる噴射量制御が行える。

また、エンジン１における負荷の低い運転条件は、燃料噴射量が少なく、微小な燃料噴射量の制御が必要とされることとなる領域で運転される条件である。このような運転条件として始動時またはアイドリング運転時または所定のエンジン１の回転数以下の時の少なくともひとつから選択される低負荷運転条件であることとして規定することができ、微小量の噴射制御が必要とされる運転条件を検出でき、その条件下で必要とされる微小量の燃料を噴射する際の噴射量精度の向上を図ることができる。

なお、圧力変動範囲は、コモンレール１３の物理形状や目標燃料圧力によって変化する。本実施形態で示したように電磁圧力制御弁２３を協調制御することで、コモンレール１３内の圧力変動は、燃料噴射の際に影響とならないような値以下に制御することができる。
なお、本実施形態では、燃料噴射弁６の数を４個、コモンレール１３の数を１個として説明しているが、それぞれ４個と１個に制限されるものではなく、エンジン１の構成によってその数量は任意に設定することができる。
なお、エンジン１はディーゼルエンジンであることとして説明したが、この燃料供給制御装置１０はガソリンエンジンに対する適応も可能である。
また、本発明は、船外機のような船舶推進機用の内燃機関を含む、様々な産業用の内燃機関に適用することが可能である。

本発明による本実施形態における燃料供給制御装置を示すブロック図である。 本実施形態におけるコモンレールに関する圧力測定系を示す構成図ある。 従来技術におけるコモンレールの圧力変動を示すグラフである。 本実施形態におけるコモンレールの圧力変動を示すグラフである。 本実施形態におけるコモンレールの圧力安定化制御を行う領域を示すグラフである。 本実施形態におけるコモンレールの圧力安定化制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ ＥＣＵ（制御部）
６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１０ 燃料供給制御装置（燃料供給制御装置）
１３ コモンレール
２３ 電磁圧力制御弁（圧力制御手段）
３７ 燃料圧力センサ（圧力検出手段）
Ｐ２ 高圧ポンプ（高圧ポンプ）

Claims (4)

1. 高圧ポンプと、前記高圧ポンプから供給される燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールから供給される燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射手段と前記コモンレールの圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段で検出された検出圧力値に応じて前記コモンレールの圧力を制御する圧力制御手段とを備えた燃料供給制御装置において、
   前記燃料噴出手段により燃料を噴射する際に、前記コモンレール内に発生する燃料圧力変動を低減するために、前記圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行う制御部と
   を備えることを特徴とする燃料供給制御装置。
2. 前記所定開度による開放制御は、目標燃圧に対する圧力変動（ｄＰ／ｄｔ）を所定範囲にするように制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給制御装置。
3. 高圧ポンプと、前記高圧ポンプから供給される燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールから供給される燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射手段と前記コモンレールの圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段で検出された検出圧力値に応じて前記コモンレールの圧力を制御する圧力制御手段とを備えた燃料供給制御装置において、
   前記内燃機関における所定の運転条件であるときに前記燃料噴出手段により燃料を噴射する際に、前記コモンレール内に発生する燃料圧力変動を低減するために、前記圧力制御手段に対して所定開度による開放制御を行う制御部と
   を備えることを特徴とする燃料供給制御装置。
4. 前記所定の運転条件は、始動時またはアイドリング運転時または所定の内燃機関の回転数以下の時の少なくともひとつから選択される低負荷運転条件であることを特徴とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の燃料供給制御装置。

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