JP2010065614A - コモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法、並びにコモンレールの圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンレールのピーク圧が精度良く検出され、蓄圧式燃料噴射装置の耐久性を低下させることなく、コモンレール圧のフィードバック制御が正確に行われるコモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法、並びにコモンレールの圧力制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールのピーク圧を検出するコモンレールのピーク圧検出装置であって、単位周期ごとにコモンレールの圧力値を複数回検出し、単位周期内での圧力値の期間最大値を、前回の単位周期の期間最大値と比較して、期間最大値の変化が正から負に転換したときに、前回の単位周期の期間最大値をコモンレールのピーク圧と判定することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法、並びにコモンレールの圧力制御装置に関する。特に、圧力脈動が大きい場合であっても、ピーク圧を正確に検出することができるコモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法、並びにそのように検出されるピーク圧を利用したコモンレールの圧力制御装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンをはじめとする内燃機関に燃料を供給する装置として、複数の燃料噴射弁が接続されるとともに高圧の燃料が蓄積されるコモンレールを備え、高圧化された燃料が各燃料噴射弁に供給された状態で燃料噴射弁の通電制御を行うことによって、燃料の緻密な噴射制御が可能にされた蓄圧式燃料噴射装置が知られている。
この蓄圧式燃料噴射装置は、燃料タンクと、低圧フィードポンプと、高圧ポンプと、コモンレールと、燃料噴射弁とを主たる要素として構成されたものであり、燃料タンク内の燃料が、低圧フィードポンプによって高圧ポンプに送られ、さらに高圧ポンプによって昇圧されてコモンレールに圧送されることによって、各燃料噴射弁に高圧の燃料が供給される。そして、この状態で燃料噴射弁の通電制御が行われることによって内燃機関への燃料噴射が行われるため、様々な噴射パターンが実現可能となっている。

このような蓄圧式燃料噴射装置においては、コモンレールの圧力（以下、「レール圧」と称する。）がそのときの内燃機関の運転状態に見合った値となるようにするため、内燃機関の回転数及びアクセル操作量に応じてそのときの要求噴射量を演算し、この演算結果に応じてレール圧の目標値（目標レール圧）を決定し、実際のレール圧（実レール圧）が目標レール圧となるようにレール圧のフィードバック制御が行われる。このような蓄圧式燃料噴射装置においては、コモンレール圧をいかに安定かつ確実に目標レール圧とするかが噴射特性の良否に大きく影響する。

そのため、実際のレール圧を制御上好適な値に変換し、レール圧のフィードバック制御をより高精度に実行するコモンレール圧検出値のフィルタ処理装置及びコモンレール式燃料噴射制御装置が提案されている。より具体的には、圧力センサによって検出されたレール圧の検出値を、少なくともサプライポンプの圧送周期ΔＴの半分以下のクランク角周期Δｔで読み込み、各読み込み時期（例えばｔ１）において、その読み込み時期から１圧送周期前までの各検出値（例えばＳ（１）、Ｓ（０）・・・Ｓ（−４））を平均化し、これにより得られた値（例えばＰａｖ（１））を実際のコモンレール圧の代表値算出された平均処理化後レール圧の値を用いてレール圧のフィードバック制御を実行するようにしたフィルタ処理装置が提案されている（特許文献１参照）。あるいは制御値である平均処理化後レール圧とする。そして、このように移動平均により

特開２００４−１８３５５０号公報 （全文、図１）

上記特許文献１に記載のレール圧検出値のフィルタ処理装置は、所定の期間内に検出された圧力センサの検出値を平均化した平均処理化後レール圧を用いてレール圧のフィードバック制御を行っている。このようなレール圧制御の場合、コモンレール内の圧力の脈動が打ち消されることからレール圧制御の安定性が高められるものの、レール圧のピーク値（以下、「ピーク圧」と称する。）が蓄圧式燃料噴射装置の許容最大圧力を超えるおそれがある。レール圧のピーク値が許容最大圧力を超えると、蓄圧式燃料噴射装置を構成するコモンレールや高圧燃料供給系の耐久性が低下することになるため、コモンレールのピーク圧を正確に検出できる方法が望まれている。

この点、上記特許文献１に記載されたレール圧検出値のフィルタ処理装置を利用してピーク圧を検出しようとした場合、レール圧の検出値を読み込むクランク角周期Δｔによっては、レール圧の検出値を読み込む時期がレール圧のピーク到達時からずれてしまい、ピーク圧が正確に検出されないおそれがある。特に、高圧ポンプの上流側で燃料流量を調節する調量弁を備えていない場合や、調量弁を備えていても当該調量弁を用いないでコモンレールに接続された圧力調整手段のみでレール圧のフィードバック制御を行う場合には、レール圧の脈動の振幅が大きくなるため、ピーク圧として検出されるレール圧のずれ幅が大きくなる可能性がある。例えば、調量弁を利用する場合のレール圧の脈動の振幅が±１ＭＰａ程度であるのに対して、調量弁を使用しない場合のレール圧の脈動の振幅は±５ＭＰａ程度になる場合がある。

一方、特許文献１に記載されたレール圧検出値のフィルタ処理装置において、クランク角周期Δｔを小さく設定することによって、レール圧の検出値を読み込む時期とピーク圧の到達時期とが大きくずれることを防ぐことが考えられるが、クランク角周期Δｔを小さく設定しすぎると、内燃機関の回転数が大きい場合に制御装置の処理能力を越えてしまい、クランク角周期Δｔおきにレール圧の検出値を読み込むことができなくなるおそれがある。
さらに、実際のレール圧は、サプライポンプの圧送周期と同期して脈動しているだけでなく、燃料噴射弁からの燃料噴射等に応じて微小に脈動している。そのため、レール圧の検出値を読み込むクランク角周期Δｔを小さく設定しすぎると、どの検出値がピーク圧であるかの判断が困難となるおそれがある。

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、単位時間おきにコモンレールの圧力値を読み込むとともに単位周期ごとに圧力値の期間最大値を選択し、期間最大値の変化量が正から負に転換した単位周期の１回前の単位周期の期間最大値をピーク圧と判定することにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、コモンレールのピーク圧が精度良く検出され、蓄圧式燃料噴射装置の耐久性を低下させることなく、コモンレール圧のフィードバック制御が正確に行われるコモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法、並びにコモンレールの圧力制御装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールのピーク圧を検出するコモンレールのピーク圧検出装置であって、単位周期ごとにコモンレールの圧力値を複数回検出し、単位周期内での圧力値の期間最大値を、前回の単位周期の期間最大値と比較して、期間最大値の変化が正から負に転換したときに、前回の単位周期の期間最大値をコモンレールのピーク圧と判定することを特徴とするコモンレールのピーク圧検出装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明のコモンレールのピーク圧検出装置を構成するにあたり、コモンレールの圧力値を単位時間おきに読み込む圧力値読込部と、所定回数の圧力値の読み込みを一周期とする単位周期ごとに圧力値の期間最大値を選択する期間最大値選択部と、期間最大値から期間最大値の前回値を減算して期間最大値の変化量を求める最大値変化量演算部と、期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた期間最大値の前回値をコモンレールのピーク圧と判定するピーク圧判定部と、を備えることが好ましい。

また、本発明のコモンレールのピーク圧検出装置を構成するにあたり、脈動するコモンレールの圧力値の振幅が±３ＭＰａ以上となる蓄圧式燃料噴射装置に用いられることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールのピーク圧を検出するコモンレールのピーク圧検出方法であって、コモンレールの圧力値を単位時間おきに読み込むステップと、所定回数の圧力値の読み込みを一周期とする単位周期ごとに圧力値の期間最大値を選択するステップと、期間最大値から期間最大値の前回値を減算して期間最大値の変化量を求めるステップと、期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた期間最大値の前回値をコモンレールのピーク圧と判定するステップと、を含むことを特徴とするコモンレールのピーク圧検出方法である。

また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールの圧力を検出する圧力センサのセンサ値をもとに、コモンレールの圧力のフィードバック制御を行うコモンレールの圧力制御装置であって、コモンレールの圧力値を単位時間おきに読み込む圧力値読込部と、所定回数の圧力値の読み込みを一周期とする単位周期ごとに圧力値の期間最大値を選択する期間最大値選択部と、期間最大値から期間最大値の前回値を減算して期間最大値の変化量を求める最大値変化量演算部と、期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた期間最大値の前回値をコモンレールのピーク圧と判定するピーク圧判定部と、ピーク圧が所定の目標値となるようにコモンレールの圧力調整手段を制御する圧力調整手段制御部と、を備えることを特徴とするコモンレールの圧力制御装置である。

本発明のコモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法によれば、単位周期ごとの圧力の期間最大値の変化量が正から負に転換した周期の前回の周期における期間最大値がピーク圧と判定されるため、レール圧の脈動の振幅が大きい場合や、内燃機関の回転数が大きい場合であっても、コモンレールのピーク圧が精度良く検出される。したがって、ピーク圧が蓄圧式燃料噴射装置の許容最大圧力を超えないようにレール圧制御を行うことが可能になり、蓄圧式燃料噴射装置の耐久性の向上が図られる。

また、本発明のコモンレールの圧力制御装置によれば、単位周期ごとの圧力の期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた期間最大値の前回値がピーク圧と判定されるため、レール圧の脈動の振幅が大きい場合や、内燃機関の回転数が大きい場合であっても、レール圧のピーク値が精度良く検出される。したがって、コモンレールのピーク圧をもとにしたレール圧のフィードバック制御が精度良く行われるため、燃料噴射量制御が精度良く行われ、燃費や燃焼特性の向上が図られる。

以下、図面を参照して、本発明のコモンレールのピーク圧検出装置及び検出方法、並びにコモンレールの圧力制御装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

１．蓄圧式燃料噴射装置
（１）基本的構成
図１は、本実施形態のコモンレールのピーク圧検出装置及び圧力制御装置が備えられる本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置１０の概略構成を示している。
この図１に示す蓄圧式燃料噴射装置１０は、例えば船舶や建設機械、農業機械等に搭載される産業用ディーゼルエンジン（図示せず。）に高圧燃料を供給する蓄圧式燃料噴射装置であって、燃料タンク１７と、低圧フィードポンプ２と、高圧ポンプ２０と、コモンレール１１と、コモンレール１１内の燃料を排出する圧力調整手段１３と、インジェクタ１５等を主要な構成要素として備えている。また、蓄圧式燃料噴射装置１０は、ピーク圧検出装置あるいは圧力制御装置としての機能を有する制御装置（以下、単に「ＥＣＵ(Electronic Control Unit)」と称する。）１４を備えている。以下、構成要素ごとに詳細に説明する。

（２）内燃機関
蓄圧式燃料噴射装置１０によって燃料が供給されるディーゼルエンジン等の内燃機関は、クランクシャフトに対してギア等を介して接続されたカムシャフト１８を備えている。また、カムシャフト１８には、内燃機関に取り付けられる高圧ポンプ２０のプランジャの数に対応する数のカム１９が固定されている。また、図示しないものの、内燃機関のハウジングには、カム１９の位置に対応して高圧ポンプ２０の取り付け箇所となる一つ又は複数の開口が設けられている。

本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置１０は、高圧ポンプ２０側ではなく内燃機関側にカム１９を備える構成であるため、従来の高圧ポンプに備えられるカムと比較してカムのベース径の選択幅が広がり、カム設計が容易になる。また、カムのベース径を大きくできることから、高圧ポンプ２０を駆動させる際にかかる応力が緩和される。また、本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置１０では、後述のように、高圧ポンプ２０にはひたすら燃料を加圧して圧送する機能のみが要求されることから、従来の高圧ポンプで採用されていたようなカム山の複雑な設計が省略されている。したがって、燃料流量を増やすために高圧ポンプ２０を高速回転させた場合であっても、カム１９の耐久性が向上し、高圧ポンプ２０の信頼性の向上が図られる。

さらに、カム１９が内燃機関側に備えられていることから、高圧ポンプ２０の取り付け時に、内燃機関のギア等とカム１９を同期させる手間が省略され、取り付け作業が効率化されるとともに、高圧ポンプ２０の動作安定性の向上が図られる。

（３）低圧フィードポンプ
低圧フィードポンプ２は、低圧燃料通路を介して高圧ポンプ２０に向けて低圧燃料を供給する。本実施形態における低圧フィードポンプ２は、燃料が貯蔵された燃料タンク１７内に設けられた電磁低圧ポンプであって、バッテリーから供給される電流によって駆動され所定の流量の低圧燃料を圧送する。この低圧フィードポンプ２の燃料吸い込み口にはプレフィルタ（図示せず。）が介在し、燃料タンク１７内の燃料に異物が混入している場合に、それらの異物が低圧フィードポンプ２に吸い込まれないように捕集される。さらに、燃料タンク１７と高圧ポンプ２０とを接続する低圧燃料通路の途中にはメインフィルタ４が備えられており、このメインフィルタ４によっても燃料中の異物が捕集され、高圧ポンプ２０に流入しないようになっている。
低圧フィードポンプ２は、燃料タンク１７と高圧ポンプ２０とを接続する低圧燃料通路の途中に設けられていてもよい。

（４）高圧ポンプ
図２は、本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置１０に備えられた高圧ポンプ２０を、プランジャ２５の軸方向に沿って切断した断面を示している。
この高圧ポンプ２０は、両端が開放された円柱空間２１ａを有するハウジング２１と、当該ハウジング２１の円柱空間２１ａに挿入された実質的に円筒状のバレル２３と、当該バレル２３によって摺動自在に保持され、内燃機関に備えられたカム１９の回転によって燃料を加圧するためのプランジャ２５と、当該プランジャ２５を、燃料を加圧する方向とは反対方向へ付勢するスプリング２７と、プランジャ２５によって加圧された燃料を吐出するための吐出弁２９等を備えている。

この高圧ポンプ２０では、スプリング２７の付勢力によってプランジャ２５が押し下げられている状態において、低圧フィードポンプ２によって圧送されてきた燃料が、ハウジング２１に設けられた燃料通路３５を介して、ハウジング２１の円柱空間２１ａとバレル２３の外周面の溝部２３ａとで形成された圧力導入室３１に導入される。また、圧力導入室３１に導入された燃料は、バレル２３に設けられた、燃料加圧室３３と圧力導入室３１をつなぐ燃料通路３７を介して燃料加圧室３３内に流入する。
そして、内燃機関に備えられたカム１９の回転に伴ってプランジャ２５が押し上げられると、燃料加圧室３３に臨んでいたバレル２３の燃料通路３７がプランジャ２５によって閉じられるとともに、燃料加圧室３３内の燃料が高圧化される。その後、燃料加圧室３３内の燃料の圧力が吐出弁２９の開弁圧を超えると吐出弁２９が開放され、燃料がコモンレール側に圧送される。

本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置は、後述するように高圧ポンプ２０よりも下流側でレール圧の調節を行うものであるため、高圧ポンプ２０には、燃料を加圧して継続的に圧送する機能のみが要求される。そのため、従来の燃料噴射ポンプのように、燃料流量制御や圧力調整を行うべく、プランジャにリードが設けられたり、プランジャの回転位置を制御するためのラックやガバナ機構が設けられたりしていない。したがって、高圧燃料のスピル対策を施したり、プランジャのストローク量や噴射タイミングを緻密に制御したりする必要がない。
前述のような高圧ポンプ２０であれば、それぞれの部材の機械的構成が省略され、著しく簡素化されるため、機械的強度が向上し、より高圧の燃料を供給する場合であっても磨耗や損傷が少なくなる。また、ポンプの構成が著しく簡素化されるために、内燃機関の種類、仕様等に限らず高圧ポンプの汎用化が可能になり、経済的な設計や生産が可能となる。

また、前述のような高圧ポンプ２０であれば、従来のコモンレールシステムに用いられているような独立した形態のポンプと比較して搭載スペースが小さく済むため、高圧ポンプ２０のレイアウト設計が比較的容易になる。また、高圧ポンプ２０の脱着が容易であるために、高圧ポンプ２０の修理、脱着等のメンテナンス作業の効率化が図られる。
さらに、コモンレールシステムのポンプとして、内燃機関の開口に装着される高圧ポンプ２０を採用することにより、カム１９とプランジャ２５、スプリングシート４３、タペット４５との接触面やタペット４５の摺動面に満たす潤滑油として、内燃機関内に投入されるエンジンオイルの利用が可能になるため、従来のコモンレールシステムに使用される独立型のポンプと比較して、潤滑油の管理、メンテナンスが容易になる。また、従来は潤滑油としてエンジン燃料を使用する場合もあったが、エンジンオイルを潤滑油として使用すれば、エンジン燃料の清浄度にかかわらず潤滑性が確保される。そして、それぞれの部位の潤滑性が向上するために、従来よりも高圧の燃料を供給する場合であっても、耐久性に優れ、信頼性の高い高圧ポンプ２０が提供される。

（５）コモンレール
図１に戻り、コモンレール１１は、高圧ポンプ２０から圧送されてくる高圧燃料を蓄積するとともに、複数のインジェクタ１５に対して、均等な圧力で燃料を供給する。インジェクタ１５に対して常に高圧の燃料が供給されていれば、インジェクタ１５の開閉時期を制御することによって燃料噴射タイミングの制御が自由に行えるようになる。このコモンレール１５としては公知のものが用いられる。
また、コモンレール１１には圧力センサ１２が取り付けられており、圧力センサ１２のセンサ値はＥＣＵ１４に送られ、コモンレールのピーク圧の検出や、後述の圧力調整手段１３によるレール圧制御に用いられる。

（６）圧力調整手段
圧力調整手段１３は、例えば公知の電磁比例制御弁（圧力制御弁）等が用いられ、上述のコモンレール１１に備えられた圧力センサ１２によって検知された圧力値と目標レール圧との差分に応じて、ＥＣＵ１４によって弁の開度が調節される。そして、コモンレール１１内の高圧燃料の一部が排出されることにより、レール圧が所望の値に調整される。

コモンレール１１がこのような圧力調整手段１３を備えることにより、高圧ポンプ２０において、圧送する高圧燃料の圧力や燃料流量を制御する必要がなく、高圧ポンプ２０では、燃料をひたすら加圧して圧送し続けるだけで足りるようになる。したがって、従来のコモンレールシステムと比較して、高圧ポンプ２０からの圧送量を制御する複雑な電子制御部分が省略される一方、カムとプランジャの設計のみで高圧ポンプ２０からの圧送量の調整が可能となり、高圧ポンプ２０の構成が著しく簡素化される。
ただし、高圧ポンプ２０よりも下流側でレール圧の制御を行う場合には、内燃機関への噴射に必要な流量よりも多くの流量の高圧燃料がコモンレール１１に導入されるため、高圧ポンプ２０からの圧送タイミングに同期して発生するレール圧の脈動が比較的大きくなる。

この圧力調整手段１３を取り付ける位置に関し、高圧ポンプ２０の吐出弁２９とインジェクタ１５との間であれば特に制限されるものではないが、例えば、圧力調整手段１３はコモンレール１１の端部位置に取り付けられる。圧力調整手段１３がこのような位置に取り付けられることにより、レール圧が直接的に変化させられ、制御応答性が確保される。
なお、排出される余剰の燃料は、燃料循環通路を介して、燃料タンク１７に還流される。

（７）インジェクタ及び噴射制御手段
インジェクタ１５は、コモンレール１１に接続され、コモンレール１１から圧送される高圧燃料を噴射して、内燃機関の気筒内に燃料を供給する。インジェクタ１５の構成は特に制限されるものではないが、例えば、ニードル弁体が着座する着座面と、この着座面の弁体当接部位よりも下流側に形成される噴射孔とを有するノズルボディを備え、ニードル弁体のリフト時に着座面の上流側から供給される燃料を噴射孔へ導くような構成のインジェクタ１５が用いられる。

前述のインジェクタ１５は、スプリング等によってニードル弁体が着座面に向かって常時付勢され、ソレノイドの通電、非通電の切り替えによってニードル弁体が着座面から離座又は着座させられる電磁弁型とすることができる。この場合、電磁弁の通電のタイミングや通電時間を制御するためのＥＣＵ１４によって、燃料噴射量や燃料噴射タイミングが制御される。燃料噴射量や燃料噴射タイミングが制御されることにより、エンジン運転時の騒音や、排気ガスに含まれる粒子状物質やＮＯ_X（窒素酸化物）等を低減させることができる。

（８）蓄圧式燃料噴射装置の動作
これまで説明した本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置における燃料の流れを、図１及び図２を参照して説明すると以下のとおりとなる。
まず、燃料タンク１７内の燃料が、異物を捕集するプレフィルタ（図示せず）を介して、低圧フィードポンプ２によって汲み上げられるとともに、さらにメインフィルタ４を介して、高圧ポンプ２０の圧力導入室３１に送られる。圧力導入室３１内に送られた燃料は、高圧ポンプ２０のバレル２３に設けられた燃料通路３７を介して燃料加圧室３３内に送られる。そして、内燃機関に備えられたカム１９の回転に伴ってプランジャ２５が押し上げられることにより、燃料加圧室３３に面するバレル２３の燃料通路３７が閉じられるとともに、燃料加圧室３３内の燃料が加圧され、吐出弁２９を介してコモンレール１１に圧送される。圧送された高圧燃料は、コモンレール１１内に蓄積されるとともに、圧力調整手段１３によって圧力が調節されつつ、それぞれのインジェクタ１５に対して均等な圧力で供給される。この状態でインジェクタ１５の噴射孔が開放されることにより燃料が噴射され、内燃機関の気筒内に燃料が供給される。

すなわち、本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置１０は、高圧ポンプ２０の下流側でレール圧を制御する構成であるため、高圧ポンプ２０では、ひたすら燃料を高圧化してコモンレール１１側に吐出する作業が繰り返され、レール圧は常に高圧状態に保持される。また、高圧状態にされたレール圧は、圧力調整手段１３によって比較的容易に所望の圧力値に調節され、所定圧力の高圧燃料がインジェクタ１５に供給される。

２．制御装置（ＥＣＵ）
次に、上述した蓄圧式燃料噴射装置１０に備えられたＥＣＵ１４の構成について説明する。図３は、ＥＣＵ１４のうち、ピーク圧の検出及びレール圧制御に関する部分を機能毎にブロックで表している。
このＥＣＵ１４は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、圧力値読込部（図３では「Preal読込」と表記。）と、期間最大値選択部（図３では「Pmax選択」と表記。）と、最大値変化量演算部（図３では「ΔPmax演算」と表記。）と、ピーク圧判定部（図３では「Ppeak判定」と表記。）と、目標レール圧演算部（図３では「Ptgt演算」と表記。）と、圧力調整手段制御部（図３では「PCV制御」と表記。）と、各部で読み込まれたり求められたりする値を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成されている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータの実行によって実現される。

このうち、圧力値読込部は、コモンレールに備えられた圧力センサのセンサ値Prealを単位時間Δtおきに読み込む部分であり、読み込まれたセンサ値PrealはＲＡＭに記憶される。センサ値Prealを読み込む単位時間Δtは、ＥＣＵ１４の処理能力によって異なるが、例えば、０．１〜０．０００５秒に設定される。本実施形態のＥＣＵ１４では、Δt＝０．００１秒に設定されている。単位時間Δtが短いほど、より精度の高いピーク圧の検出や、レール圧制御が実現できる。

期間最大値選択部は、所定回数のセンサ値Prealの読み込みを一周期とする単位周期ごとに、圧力値読込部によって読み込まれたセンサ値Prealの中から期間最大値Pmaxを選択する部分であり、選択された期間最大値PmaxはＲＡＭに記憶される。本実施形態のＥＣＵ１４の例では、１０回のセンサ値Prealの読み込みが一単位周期として設定され、０．０１秒ごとに、周期内に読み込まれた１０個のセンサ値Prealの中から期間最大値Pmaxが選択される。単位周期を規定するセンサ値Prealの読込回数は１０回よりも少なくしたり、逆に多くしたりしてもよいが、単位周期の期間が過度に長くなると、高圧ポンプの回転数が高い場合、すなわち、高圧ポンプによる高圧燃料の圧送によるレール圧の脈動の周波数が短くなる場合に、一周期内に複数のピーク圧が含まれるおそれがある。したがって、センサ値Prealを読み込む単位時間Δtや、単位周期の期間の長さを考慮して、単位周期を規定するセンサ値Prealの読込回数を設定することが好ましい。

最大値変化量演算部は、期間最大値選択部によって選択された単位周期ごとの期間最大値Pmaxをもとにして、各期間最大値Pmax(n)から前回値Pmax(n-1)を減算し、期間最大値の変化量ΔPmaxを求める部分であり、求められた期間最大値の変化量ΔPmaxはＲＡＭに記憶される。この最大値変化量演算部は、少なくとも、期間最大値の変化量ΔPmaxが正の値であるか負の値であるかが求められるようになっていればよく、期間最大値の変化量ΔPmaxの具体的数値の代わりに、期間最大値の変化量ΔPmaxが正であるか負であるかがＲＡＭに記憶されるようにしてもよい。

ピーク圧判定部は、最大値変化量演算部で求められた期間最大値の変化量ΔPmaxをもとにして、期間最大値の変化量ΔPmaxの値が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた期間最大値の前回値Pmax(n-1)をコモンレールのピーク圧Ppeakと判定する部分である。求められたピーク圧PpeakはＲＡＭに記憶される。

目標レール圧演算部は、内燃機関の回転数Neやアクセルペダルの操作量Ac、インジェクタの目標噴射量等に基づいてコモンレールの目標レール圧Ptgtを算出する。本実施形態のＥＣＵ１４は、コモンレールのピーク圧Ppeakを制御対象としてレール圧制御が行われる。

圧力調整手段制御部は、ピーク圧判定部で求められるピーク圧Ppeakが目標レール圧Ptgtとなるように、コモンレールに設けられた圧力調整手段の駆動部分に対して、制御信号を出力する部分である。具体的には、圧力調整手段制御部は、ピーク圧判定部で求められたピーク圧Ppeakを、目標レール圧演算部で算出された目標レール圧Ptgtの値と比較し、ピーク圧Ppeakが目標レール圧Ptgtよりも低い場合には圧力調整手段の開度が小さくなるように制御信号を出力し、レール圧を上昇させる。一方、ピーク圧Ppeakが目標レール圧Ptgtよりも高い場合には、圧力調整手段制御部は、圧力調整手段の開度が大きくなるように制御信号を出力し、レール圧を下降させる。このとき、ピーク圧Ppeakが蓄圧式燃料噴射装置の許容最大圧力を越えないように制御が行われる。

３．ピーク圧検出のタイミングチャート
次に、上述したＥＣＵによって実行されるコモンレールのピーク圧の検出方法について、図４のタイミングチャートに基づいて説明する。
コモンレールの実レール圧が変動する中で、単位時間Δtおきにコモンレールに接続された圧力センサのセンサ値Prealが読み込まれる。図４では、実レール圧の変位がなめらかな曲線で表されているが、実際には小さく脈動しながら変位している。
この単位時間Δtごとのセンサ値Prealの読み込みが、単位周期として規定された１０回に到達すると、当該単位周期内での最大のセンサ値Prealが期間最大値Pmaxとして選択される。

また、期間最大値Pmaxが選択されるごとに、今回の期間最大値Pmax(n)から前回の期間最大値Pmax(n-1)が減算され、期間最大値の変化量ΔPmax(n)が求められる。そして、期間最大値の変化量ΔPmaxが正の値から負の値に転換したとき、すなわち、前回の期間最大値の変化量ΔPmax(n-1)が正の値であって、かつ、今回の期間最大値の変化量ΔPmax(n)が負の値となったときの変化量演算に用いられた前回の期間最大値Pmax(n-1)がコモンレールのピーク圧Ppeakとして判定される。

４．ピーク圧の検出及びレール圧制御方法のフロー
次に、上述したＥＣＵの制御によって行われるピーク圧検出のステップを含むレール圧制御方法の一例について、図５に示すフローを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１では、単位時間Δtごとにコモンレールに備えられた圧力センサのセンサ値Preal(t)が読み込まれて記憶されるとともに、カウンタが１進められる。次いで、ステップＳ２では、ステップＳ１で進められたカウンタ値が、単位周期として規定された値に到達したか否かが判別される。カウンタ値が規定値未満であればステップＳ１に戻る一方、規定値に到達していればステップＳ３に進む。本実施形態のＥＣＵでは、カウンタの規定値は１０に設定されている。

次いで、ステップＳ３では、１０個のセンサ値Prealのうちの期間最大値Pmax(n)が選択され記憶された後、ステップＳ４で、カウンタがリセットされる。
次いで、ステップＳ５では、すでに記憶されている期間最大値の前回値Pmax(n-1)が存在するか否かが判別され、前回値Pmax(n-1)が記憶されていなければステップＳ１に戻る一方、前回値Pmax(n-1)が記憶されていればステップＳ６に進む。基本的に、内燃機関の始動後、最初の期間最大値Pmaxの選択時以外においては、前回値Pmax(n-1)は記憶された状態となっている。

次いで、ステップＳ６では、ステップＳ３で選択された期間最大値Pmax(n)から前回値Pmax(n-1)が減算され、前回からの期間最大値の変化量ΔPmax(n)が求められ記憶される。
次いで、ステップＳ７では、ステップＳ６で求められた期間最大値の変化量ΔPmax(n)が負の値であるか否かが判別される。期間最大値の変化量ΔPmax(n)が正の値である場合には、レール圧はピークに到達せずに上昇段階にあることになるためステップＳ１に戻る一方、期間最大値の変化量ΔPmax(n)が負の値である場合にはステップＳ８に進む。

期間最大値の変化量ΔPmax(n)が負の場合には、ステップＳ８において、すでに記憶されている期間最大値の変化量の前回値ΔPmax(n-1)が存在するか否かが判別され、前回値ΔPmax(n-1)が記憶されていなければステップＳ１に戻る一方、前回値ΔPmax(n-1)が記憶されていればステップＳ９に進む。基本的に、内燃機関の始動後、最初の期間最大値の変化量ΔPmaxの演算時以外においては、前回値ΔPmax(n-1)は記憶された状態となっている。

次いで、ステップＳ９では、期間最大値の変化量の前回値ΔPmax(n-1)が正の値であるか否かが判別される。前回値ΔPmax(n-1)が負の値である場合には、レール圧は継続的な下降段階にあり、前回の周期から今回の周期を通じてレール圧がピークに到達していないことになるためステップＳ１に戻る。一方、前回値ΔPmax(n-1)が正の値である場合には、前回の周期の期間最大値Pmax(n-1)よりも今回の周期の期間最大値Pmax(n)が小さくなっていることから、前回の周期でレール圧がピークに到達したことになるため、ピーク圧を判定するステップＳ１０に進む。そして、ステップＳ１０では、前回の周期における期間最大値Pmax(n-1)がコモンレールのピーク圧Ppeakと判定される。

次いで、ステップＳ１１では、求められたピーク圧Ppeakと、内燃機関の回転数Neやアクセルペダルの操作量Ac等をもとに算出された目標レール圧Ptgtとが比較され、ピーク圧Ppeakが目標レール圧Ptgtとなるように圧力調整手段PCVの操作量が決定される。このとき、設定される目標レール圧Ptgtは、蓄圧式燃料噴射装置の許容最大圧力未満となるように設定されている。
そして、ステップＳ１２で、決定された圧力調整手段PCVの操作量に基づいて、圧力調整手段PCVの駆動部に対して制御信号が出力された後、ステップＳ１に戻る。
以下、これまでの各ステップが繰り返される。

以上説明したように行われるコモンレールのピーク圧検出方法によれば、内燃機関の回転数やコモンレールの圧力脈動の振幅にかかわらず、ピーク圧が精度良く検出される。その結果、コモンレールのピーク圧が蓄圧式燃料噴射装置の許容最大圧力を越えないようにレール圧のフィードバック制御が行われ、蓄圧式燃料噴射装置の耐久性の向上が図られる。
本発明は、ピーク圧の検出のずれによる制御性の低下が顕著となりやすい、レール圧の脈動の大きな蓄圧式燃料噴射装置、例えば、圧力の脈動の振幅が±３ＭＰａ以上、より好ましくは圧力の脈動の振幅が±５ＭＰａ以上の蓄圧式燃料噴射装置に適用することが好ましい。

本発明の実施の形態のピーク圧検出装置及び圧力制御装置が備えられる内燃機関の蓄圧式燃料噴射装置の構成例を示す図である。 高圧ポンプの構成の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかるピーク圧検出装置及び圧力制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかるピーク圧検出方法について説明するためのタイミングチャート図である。 本発明の実施の形態にかかるピーク圧検出方法について説明するためのフロー図である。

符号の説明

２：低圧フィードポンプ、４：メインフィルタ、１０：蓄圧式燃料噴射装置、１１：コモンレール、１２：圧力センサ、１３：圧力調整手段、１４：制御装置（ＥＣＵ）、１５：インジェクタ、１７：燃料タンク、１８：カムシャフト、１９：カム、２０：高圧ポンプ、２１：ハウジング、２１ａ：円柱空間、２３：バレル、２３ａ：溝部、２５：プランジャ、２７：スプリング、２９：吐出弁、３１：圧力導入室、３３：燃料加圧室、３５・３７：燃料通路、４３：スプリングシート、４５：タペット

Claims (5)

1. 内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールのピーク圧を検出するコモンレールのピーク圧検出装置において、
   単位周期ごとに前記コモンレールの圧力値を複数回検出し、前記単位周期内での前記圧力値の期間最大値を、前回の単位周期の期間最大値と比較して、前記期間最大値の変化が正から負に転換したときに、前記前回の単位周期の期間最大値をコモンレールのピーク圧と判定することを特徴とするコモンレールのピーク圧検出装置。
2. 前記コモンレールの圧力値を単位時間おきに読み込む圧力値読込部と、
   所定回数の前記圧力値の読み込みを一周期とする単位周期ごとに前記圧力値の期間最大値を選択する期間最大値選択部と、
   前記期間最大値から前記期間最大値の前回値を減算して前記期間最大値の変化量を求める最大値変化量演算部と、
   前記期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた前記期間最大値の前回値を前記コモンレールのピーク圧と判定するピーク圧判定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のコモンレールのピーク圧検出装置。
3. 脈動する前記コモンレールの圧力値の振幅が±３ＭＰａ以上となる蓄圧式燃料噴射装置に用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンレールのピーク圧検出装置。
4. 内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールのピーク圧を検出するコモンレールのピーク圧検出方法において、
   前記コモンレールの圧力値を単位時間おきに読み込むステップと、
   所定回数の前記圧力値の読み込みを一周期とする単位周期ごとに前記圧力値の期間最大値を選択するステップと、
   前記期間最大値から前記期間最大値の前回値を減算して前記期間最大値の変化量を求めるステップと、
   前記期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた前記期間最大値の前回値を前記コモンレールのピーク圧と判定するステップと、
   を含むことを特徴とするコモンレールのピーク圧検出方法。
5. 内燃機関に燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置のコモンレールの圧力を検出する圧力センサのセンサ値をもとに、前記コモンレールの圧力のフィードバック制御を行うコモンレールの圧力制御装置において、
   前記コモンレールの圧力値を単位時間おきに読み込む圧力値読込部と、
   所定回数の前記圧力値の読み込みを一周期とする単位周期ごとに前記圧力値の期間最大値を選択する期間最大値選択部と、
   前記期間最大値から前記期間最大値の前回値を減算して前記期間最大値の変化量を求める最大値変化量演算部と、
   前記期間最大値の変化量が正から負に転換したときの変化量演算に用いられた前記期間最大値の前回値を前記コモンレールのピーク圧と判定するピーク圧判定部と、
   前記ピーク圧が所定の目標値となるように前記コモンレールの圧力調整手段を制御する圧力調整手段制御部と、
   を備えることを特徴とするコモンレールの圧力制御装置。

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