JP2011140891A - 燃料供給システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射制御を適正に実施する。
【解決手段】本システムは、燃料を加圧して吐出する燃料ポンプとしての高圧ポンプ２５と、高圧ポンプ２５から吐出された燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、高圧ポンプ２５から吐出され燃料噴射弁２３に供給される燃料の圧力である燃圧を検出する燃圧センサ２９とを備える。ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、その後所定の噴射タイミングで燃料噴射弁２３による燃料噴射を実施する。また、ＥＣＵ５０は、燃圧センサ２９により検出された実燃圧と目標燃圧との偏差に基づく燃圧フィードバック制御を実施する。特に、ＥＣＵ５０は、燃圧フィードバック制御におけるフィードバック制御量に基づいて噴射タイミングでの燃圧を推定し、その推定した推定燃圧に基づいて燃料噴射弁２３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料供給システムの制御装置に関するものである。

従来、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関が知られており、その燃料噴射制御について種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

燃料噴射について、燃料噴射量を算出するタイミングと実際に燃料の噴射を開始するタイミングとの間には時間のずれが発生する。そのため、燃料噴射量の算出後、噴射を開始するまでの噴射待ち時間において燃料ポンプから燃料が吐出されることにより、その吐出量分だけ燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（燃圧）が上昇することが考えられる。かかる場合、燃料噴射時では噴射量算出時の実燃圧よりも燃圧が上昇しているため、噴射量算出時の燃圧に基づき算出した燃料量では噴射量過多となり、空燃比を適正に制御できないことが考えられる。

これに対し、特許文献１には、高圧ポンプから吐出されて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力について、実燃圧から燃圧変化速度を演算し、その演算した燃圧変化速度と前回の実燃圧とに基づいて今回の燃圧を推定するとともに、燃圧変化の過渡時においてその推定燃圧に基づいて燃圧補正を行うことが開示されている。これにより、燃圧変化の過渡期において燃料噴射誤差が生じるのを抑制するようにしている。

特開２００１−３３６４３６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、過去の情報に基づいて今回の燃圧、すなわち次回の噴射開始時における燃圧を推定しているため、正確な値であるとは必ずしもいえない。つまり、上記特許文献１では、現時点以降も同じ速度で燃圧が変化することを想定して次回の噴射開始時における燃圧を推定している。ところが、現時点以降の燃圧変化は予想しがたく、実際には燃圧変化の度合いが大きくなるか又は小さくなることが考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力変動を考慮することにより燃料噴射制御を適正に実施することができる燃料供給システムの制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、燃料を加圧して吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから吐出された燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料ポンプから吐出され前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である燃圧を検出する燃圧センサとを備える内燃機関の燃料供給システムに適用され、前記内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、その後所定の噴射タイミングで前記燃料噴射弁による燃料噴射を実施する燃料供給システムの制御装置に関するものである。そして、請求項１に記載の発明は、前記燃圧センサにより検出された実燃圧と目標燃圧との偏差に基づく燃圧フィードバック制御を実施する燃圧制御手段と、前記燃圧フィードバック制御におけるフィードバック制御量に基づいて前記噴射タイミングでの前記燃圧を推定する燃圧推定手段と、前記燃圧推定手段により推定した推定燃圧に基づいて前記燃料噴射弁を制御する噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。

燃料ポンプから吐出されて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（燃圧）を目標値に一致させるべく燃圧フィードバック制御を実施する場合、燃料ポンプから燃料が吐出されることで、フィードバック制御量に対応する燃圧分だけ燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が上昇する。そのため、燃料ポンプの吐出タイミングを挟んで同吐出タイミングよりも前に燃料噴射弁による燃料噴射量が算出され、同吐出タイミングよりも後に燃料噴射弁による燃料噴射が実施される場合、燃料噴射量（噴射時間）の算出タイミングと燃料の噴射タイミングとの間においてポンプ吐出が行われることにより、噴射タイミングでは算出タイミングでの燃圧よりもフィードバック制御量に対応する燃圧分だけ上昇することが考えられる。かかる場合、その燃圧変化によって燃料噴射量を適正に制御できないおそれがある。

その点に鑑み、本発明では、燃圧フィードバック制御におけるフィードバック制御量に基づいて噴射タイミングでの燃圧を推定し、その推定燃圧に基づいて燃料噴射弁を駆動する。これにより、燃料噴射量の算出後、実際の噴射開始時までにポンプ吐出によって燃料噴射弁の燃圧が変化した場合であっても、その燃圧変化を考慮して燃料噴射弁を制御できる。したがって、本発明によれば、燃料噴射制御を適正に実施することができる。

なお、燃料ポンプとしては、エンジン出力軸の回転に伴い所定の回転角度同期で燃料の吸入及び吐出を実施する高圧ポンプを適用するのが望ましい。このような高圧ポンプの場合、燃料の吐出が周期的に行われるため、その燃料吐出による燃圧変動が大きいからである。

上記発明において、請求項２に記載の発明のように、前記燃圧制御手段が、前記燃圧フィードバック制御として比例制御を実施し、前記燃圧推定手段が、前記比例制御における比例制御量に基づいて前記噴射タイミングにおける前記燃圧を推定してもよい。フィードバック制御では、比例項の影響を大きく受けてその制御量が変動するからである。

具体的には、請求項３に記載の発明のように、前記燃圧制御手段が、前記燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいて算出したフィードフォワード制御量と、前記偏差に基づいて算出したフィードバック制御量とにより前記燃圧を制御し、前記燃圧推定手段が、前記燃圧センサの出力値と前記フィードバック制御量とに基づいて前記噴射タイミングにおける前記燃圧を推定するとよい。この場合、都度の燃料噴射による燃圧低下はフィードフォワード制御により解消される。したがって、ある気筒における燃料噴射量の算出タイミングとその算出した燃料の噴射タイミングとの間において別気筒での燃料噴射があった場合には、その燃料噴射に伴う燃圧低下はフィードフォワード制御量により補償される。

ここで、燃料ポンプから吐出される燃料量としては、燃料噴射による燃圧低下の回復分と、目標燃圧が上昇した場合にその目標燃圧に実燃圧を一致させるための昇圧分とを含む。そして、ある気筒における燃料噴射量の算出タイミングとその燃料の噴射タイミングとの間で燃料ポンプによる燃料吐出があった場合、その燃料吐出量（回復分＋昇圧分）のうち、回復分がフィードフォワード制御量に相当し、昇圧分がフィードバック制御量に相当する。よって、上記昇圧分が上記算出タイミングと噴射タイミングとの圧力差であり、噴射タイミングでは算出タイミングでの実燃圧に対して上記昇圧分だけ圧力上昇すると考えられる。したがって、本構成とすることにより、噴射開始時までのポンプ吐出に起因する燃圧変動後の燃圧を、燃圧センサの出力値（実燃圧）とフィードバック制御量とに基づいて容易にかつ正確に推定することができる。

燃料噴射量の算出タイミングとその算出した燃料量の噴射タイミングとの間で燃圧上昇が生じるのは、例えば内燃機関の運転状態の変更により目標燃圧が増加し、その増加より実燃圧を上昇変化させるときである。したがって、請求項４に記載の発明では、前記目標燃圧の増加に伴う燃圧上昇期間であることを判定する圧力上昇判定手段を備えるものとし、前記燃圧推定手段が、前記圧力上昇判定手段により前記燃圧上昇期間であると判定された場合に前記噴射タイミングにおける燃圧を推定するようにする。

エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。 高圧ポンプの構成及び動作を説明するための図。 ポンプ吐出量制御を説明するための機能ブロック図。 ＦＦ制御量算出マップの一例を示す図。 ＦＢ制御量算出マップの一例を示す図。 燃圧制御の具体的態様を示すタイムチャート。 燃料噴射制御を説明するための機能ブロック図。 噴射時間算出処理の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関である筒内噴射式の車載多気筒４サイクルガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の上流部には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。エアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１５が設けられ、このサージタンク１５には、吸気管内圧力を検出するための吸気管圧力センサ１６が設けられている。また、サージタンク１５には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１７が接続されており、吸気マニホールド１７において各気筒の吸気ポートに接続されている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ１８及び排気バルブ１９が設けられている。この吸気バルブ１８の開動作によりサージタンク１５内の空気が燃焼室２１内に導入され、排気バルブ１９の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２２に排出される。

エンジンの各気筒の上部には、燃焼室２１内に燃料を直接供給する燃料噴射弁２３が取り付けられている。燃料噴射弁２３は、燃料配管２４を介して燃料タンク（図示略）に接続されている。燃料タンク内の燃料は、図示しない電磁駆動式の低圧ポンプ（フィードポンプ）により汲み上げられた後、機械駆動式の高圧ポンプ２５により加圧される。この高圧燃料は、高圧ポンプ２５からデリバリパイプ２６に圧送され、デリバリパイプ２６から各気筒の燃料噴射弁２３に供給された後、燃料噴射弁２３により燃焼室２１内に噴射される。

高圧ポンプ２５はプランジャポンプとして構成されており、複数のプランジャがそれぞれ軸方向に往復移動することにより燃料の吸入及び吐出を行っている。高圧ポンプ２５は、エンジン１０の出力軸であるクランク軸に接続されており、クランク軸の回転に伴い駆動される。すなわち、この高圧ポンプ２５によれば、クランク軸の回転により、所定の回転角度同期で燃料の吸入及び吐出が実施される。なお、本システムでは、高圧ポンプ２５の燃料吐出周期が燃料噴射弁２３の燃料噴射周期と同一になっており、具体的にはポンプ吐出１回に対し燃料噴射を１回行う１圧送１噴射となっている。

ここで、高圧ポンプ２５について、図２を用いて以下詳細に説明する。

図２において、高圧ポンプ２５には、ポンプ本体にシリンダ３１が設けられており、シリンダ３１内においてプランジャ３２が往復動自在に挿入されている。プランジャ３２の一端は、図示しないスプリングの付勢力によりカム３３に当接されている。カム３３は、クランク軸に接続されたカム軸３４に固定されており、エンジン駆動に伴うクランク軸の回転により回転駆動する。このカム３３の回転によりプランジャ３２がシリンダ３１内を往復動する。

シリンダ３１内には、プランジャ３２に隣接して加圧室３５が設けられている。加圧室３５には、プランジャ３２の動きに合わせて低圧通路３６内の燃料が吸入され、その吸入された燃料が高圧化されて加圧室３５から吐出される。また、プランジャ３２の軸線方向において、加圧室３５を挟んだプランジャ３２とは反対側には電磁弁３７が設けられている。電磁弁３７は、開閉によって加圧室３５と低圧通路３６との連通／遮断を切り替える常開式の弁体３８と、通電時に弁体３８を閉弁状態にするコイル３９とを有している。

加圧室３５には高圧通路４１が接続され、その高圧通路４１の途中にはチェック弁４２が設けられている。チェック弁４２は、加圧室３５内の燃料圧力が所定圧以上になることで開弁し、その開弁状態において加圧室３５と高圧通路４１とを連通状態にする。

カム３３の回転に伴い、プランジャ３２が加圧室３５の容積を大きくする側に（図２の下方向に）移動するときには、図２中の動作図に示すように、電磁弁３７のコイル３９を非通電にして弁体３８を開弁状態にする。これにより、加圧室３５と低圧通路３６とが連通状態になり、加圧室３５内に低圧燃料が導入される（吸入行程）。

タイミングｔ１１でプランジャ３２が下死点に達し、その後プランジャ３２が加圧室３５の容積を小さくする側に（図２の上方向に）移動する際、コイル３９が非通電の場合には、弁体３８が開弁状態を保つことにより、加圧室３５内の燃料が低圧側に戻される（図中の期間Ｔｐｓ）。その後、タイミングｔ１２でコイル３９が通電されて弁体３８が閉弁すると、加圧室３５内の燃料の圧力が上昇し、その圧力上昇により高圧化された高圧燃料がデリバリパイプ側へ吐出される（吐出行程）。つまり、高圧ポンプ２５では、コイル３９の通電開始タイミング（閉弁タイミング）を早くする（進角側にする）ことによりポンプ吐出量が多くなり、通電開始タイミングを遅くする（遅角側にする）ことによりポンプ吐出量が少なくなる。

図２では、電磁弁３７の開弁→閉弁の切り替え後のタイミングｔ１３でコイル３９を通電→非通電に切り替えているが、その切替タイミングｔ１３以降では、加圧室３５内の燃圧によりコイル非通電状態において弁体３８が閉弁状態になる自閉現象によって電磁弁３７の閉弁状態が保持される。

なお、電磁弁３７として常開式を用いたが、常閉式のものを用いてもよい。この場合、電磁弁３７の開弁時期を制御することにより高圧ポンプ２５の吐出量が制御される。

図１の説明に戻り、エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ２０が取り付けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２１内の混合気が着火され燃焼に供される。

その他、エンジン１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば１０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２８、デリバリパイプ２６内の燃料圧力（すなわち高圧ポンプ２５から燃料噴射弁２３に供給される燃料の圧力）を検出する燃圧センサ２９などが取り付けられている。

ＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）５１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０のマイコン５１は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それらの各種検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算する。そして、その演算結果に基づいて、高圧ポンプ２５や燃料噴射弁２３、点火装置などの駆動を制御する。

燃料噴射制御についてマイコン５１は、エンジン運転状態（例えば、吸入空気量やエンジン回転速度）に基づいて基本噴射量を算出し、その算出した基本噴射量に対してデリバリパイプ２６内の燃料圧力（噴射圧力）に基づく燃圧補正を実施する。その後、燃料噴射量を噴射時間に換算し、その噴射時間だけ燃料噴射弁２３を開弁する。

燃料噴射制御に際し、マイコン５１は、燃圧センサ２９に基づき検出される実燃圧を目標燃圧にすべく高圧ポンプ２５の吐出量制御を実施している。特に、本実施形態では、高圧ポンプ２５の吐出量制御（燃圧制御）についてフィードフォワード制御及びフィードバック制御を実施している。詳しくは、フィードフォワード制御では、燃料噴射弁２３の燃料噴射量に基づいてポンプ吐出量（デリバリパイプ２６内の燃圧）を制御し、フィードバック制御では、燃圧センサ２９の出力値に基づいてポンプ吐出量（デリバリパイプ２６内の燃圧）を制御する。また、フィードバック制御として本実施形態では、比例制御と積分制御とを実施している。

図３は、本システムの高圧ポンプ２５のポンプ吐出量制御（燃圧制御）を説明するためのＥＣＵ５０の制御機能を示す機能ブロック図である。

図３において、ＦＦ制御量算出部Ｍ１では、例えば図４に示すＦＦ制御量算出マップを用いることにより、燃料噴射に伴う燃圧低下ΔＰｄｗを補うためのポンプ吐出量である噴射分吐出量Ｑｆｆ（すなわちポンプ吐出直前の噴射タイミングでの燃料噴射量ｑ）とクランク角度センサ２８で検出されるエンジン回転速度ＮＥとをパラメータとしてフィードフォワード制御量（ＦＦ制御量）Ｉｆｆを算出する。すなわち、ＦＦ制御量Ｉｆｆは、デリバリパイプ２６内の燃圧変化の定常時において、その定常状態を保持するための制御量であり、本実施形態ではコイル３９の通電開始タイミング［°ＣＡ］として表される。

図４に示すように、ＦＦ制御量算出マップには、噴射分吐出量Ｑｆｆに対応付けてＦＦ制御量Ｉｆｆがエンジン回転速度ごとにマップ値として登録されており、都度の噴射分吐出量Ｑｆｆ（すなわち燃料噴射量ｑ）及びエンジン回転速度ＮＥに基づいてＦＦ制御量Ｉｆｆが算出される。

なお、図４のマップでは、ポンプ吐出特性により、噴射分吐出量ＱｆｆとＦＦ制御量Ｉｆｆとの関係がほぼ線形（比例）になっている。すなわち、噴射分吐出量ＱｆｆとＦＦ制御量Ｉｆｆとの関係はカムプロフィールに依存しており、本実施形態ではカム３３の回転角度の変化に伴うプランジャリフト量の関係が線形（比例）になっている。そのため、噴射分吐出量ＱｆｆとＦＦ制御量Ｉｆｆとの関係がほぼ線形になっている。

図３の説明に戻り、目標燃圧算出部Ｍ２では、クランク角度センサ２８で検出されるエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷（例えばエアフロメータ１２で検出される吸入空気量）とをパラメータとしてデリバリパイプ２６内の目標燃圧Ｐｔｇが算出される。

ＦＢ制御量算出部Ｍ３では、目標燃圧算出部Ｍ２からの目標燃圧Ｐｔｇと燃圧センサ２９で検出される実燃圧Ｐａｃとに基づいて、燃圧過渡時においてフィードバック制御により実燃圧Ｐａｃを目標燃圧Ｐｔｇまで昇圧するための都度のポンプ吐出量である昇圧分吐出量Ｑｆｂを算出する。本実施形態では、フィードバック制御として比例項（Ｐ項）Ｑｆｐと積分項（Ｉ項）Ｑｆｉとを演算するＰＩ制御を用いており、このうちＰ項については、比例ゲインＫＰに目標燃圧Ｐｔｇと実燃圧Ｐａｃとの偏差を乗算することにより算出される。また、ＦＢ制御量算出部Ｍ３では、例えば図５に示すＦＢ制御量算出マップを用いることにより、昇圧分吐出量Ｑｆｂをパラメータとしてフィードバック制御量（ＦＢ制御量）Ｉｆｂが算出される。すなわち、ＦＢ制御量Ｉｆｂは、デリバリパイプ２６内の燃圧変化の過渡時において実燃圧Ｐａｃを目標燃圧Ｐｔｇにするための制御量であり、本実施形態では、例えば噴射分吐出量Ｑｆｆに基づき設定したコイル３９の通電開始タイミング［°ＣＡ］に対する進角量として表される。

図５に示すように、ＦＢ制御量算出マップには、昇圧分吐出量Ｑｆｂに対応付けてＦＢ制御量Ｉｆｂがマップ値として登録されており、都度の昇圧分吐出量Ｑｆｂに基づいてＦＢ制御量Ｉｆｂが算出される。なお、ポンプ吐出特性により、昇圧分吐出量ＱｆｂとＦＢ制御量Ｉｆｂとの関係はほぼ線形（比例）になっている。

最終制御量算出部Ｍ４では、ＦＦ制御量算出部Ｍ１で算出したＦＦ制御量Ｉｆｆと、ＦＢ制御量算出部Ｍ３で算出したＦＢ制御量Ｉｆｂとに基づいて、最終制御量Ｉｆｉが算出される。ここでは、コイル３９の通電信号が生成される。

図６は、本システムの燃圧制御についての具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はデリバリパイプ２６内の燃料圧力の推移を示し、（ｂ）は比例項（Ｐ項）の推移を示し、（ｃ）は積分項（Ｉ項）の推移を示す。なお、（ａ）において、実線は実燃圧Ｐａｃの推移を示し、二点鎖線は目標燃圧Ｐｔｇの推移を示し、一点鎖線はマイコン５１の演算タイミングごとの目標値の推移を示す。

図６において、タイミングｔ１１よりも前では、デリバリパイプ２６内の燃圧変化が定常状態に保持されている。この場合、実燃圧Ｐａｃが目標燃圧Ｐｔｇに一致しているため、フィードフォワード項によりポンプ吐出量が制御される。すなわち、燃料噴射タイミングｔａ１で、噴射した燃料量に相当する燃圧低下ΔＰｄ１が生じた場合、高圧ポンプ２５の吐出タイミングｔｂ１では、燃料噴射による燃圧低下ΔＰｄ１を回復させるべく、フィードフォワード項によりポンプ吐出量が制御される。これにより、タイミングｔｂ１では、噴射分吐出量Ｑｆｆの燃料が高圧ポンプ２５から吐出される。その結果、燃圧がΔＰｆｆ（＝ΔＰｄ１）だけ上昇し、実燃圧Ｐａｃが目標燃圧Ｐｔｇで保持される。

この燃圧変化の定常状態において、タイミングｔ１１で目標燃圧ＰｔｇがＰ１からＰ２に上昇すると、実燃圧Ｐａｃと目標燃圧Ｐｔｇとが一致しないため、フィードフォワード項に加えフィードバック項によりポンプ吐出量が制御される。すなわち、燃圧変化の過渡状態において、燃料噴射タイミングｔａ２で燃圧低下ΔＰｄ２が生じた場合、高圧ポンプ２５の吐出タイミングｔｂ２では、その燃圧低下ΔＰｄ２を回復させるべく、フィードフォワード項分の噴射分吐出量Ｑｆｆと、フィードバック項分の昇圧分吐出量Ｑｆｂとの合計量が高圧ポンプ２５から吐出される。その結果、燃圧がΔＰｆｆ（＝ΔＰｄ２）とΔＰｆｂとの合計量だけ上昇し、これにより実燃圧Ｐａｃが徐々に目標燃圧Ｐｔｇに近付いていく。

ところで、実燃圧Ｐａｃに基づきマイコン５１が燃料噴射量（噴射時間）を算出する算出タイミング（噴射開始タイミングをセットする噴射セット時）と、その算出値に基づいて実際に燃料噴射を開始する噴射タイミングとには時間のずれが生じる。具体的には、直噴式のエンジン１０では、例えば吸気行程初期において噴射時間を算出し（噴射時間をセットし）、その後、吸気行程期間内又は圧縮上死点付近にて燃料噴射を開始しており、噴射セットから噴射開始までには噴射待ち時間が存在する。

より詳細には、図６を用いて説明すると、タイミングｔａ２で噴射される燃料量は、それ以前のタイミングｔ１２でエンジン運転状態に基づき算出された基本噴射量（詳しくは基本噴射量に対して各種補正を行った後の燃料噴射量）に対して実燃圧Ｐａｃ（図６ではＰ１）による燃圧補正が行われることで算出される。ところが、本システムでは、エンジン１０の燃料噴射周期と高圧ポンプ２５の燃料吐出周期とが同一であり（４気筒エンジンでは１８０°ＣＡ周期）、このｔ１２〜ｔａ２間において、別気筒での燃料噴射及び高圧ポンプ２５の燃料吐出がそれぞれ１回ずつ実施される。そのため、噴射タイミングｔａ２では、その別気筒での燃料噴射及び高圧ポンプ２５の燃料吐出により、実燃圧ＰａｃがＰ１よりも高くなっていることが考えられる。かかる場合、燃料噴射量が過多となり、その結果、燃焼制御を適正に実施できないことが考えられる。

そこで、本実施形態では、燃圧フィードバック制御量に基づいて噴射タイミングにおけるデリバリパイプ２６内の燃圧を推定し、その推定燃圧に基づいて燃料噴射弁２３を制御している。より具体的には、フィードバック制御による昇圧分吐出量Ｑｆｂと噴射セット時における実燃圧Ｐａｃとから噴射タイミングでの推定燃圧を算出し、その推定燃圧に基づいて、都度のエンジン運転状態に基づき算出した燃料噴射量（噴射時間）に対して燃圧補正を実施することとしている。

また特に、本実施形態では、フィードバック制御における比例項（Ｐ項）に基づいて推定燃圧を算出している。フィードバック制御のＰ項に対応する量が、次回のポンプ吐出による燃料吐出量であるとみなすことができ、その燃料吐出によりデリバリパイプ２６内が昇圧されると推定できるからである。

図７は、本システムの燃料噴射制御を説明するためのＥＣＵ５０の制御機能を示す機能ブロック図である。図７において、噴射量算出部Ｍ５では、クランク角度センサ２８で検出されるエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷（例えばエアフロメータ１２で検出される吸入空気量）とをパラメータとして基本噴射量が算出されるとともに、その基本噴射量に対して始動時増量補正や暖気増量補正などの各種補正が実施されることで燃料噴射量ｑが算出される。

昇圧量推定部Ｍ６では、図５に示すＦＢ制御量算出マップを用いることにより、ＦＢ制御量算出部Ｍ３（図３参照）で算出されたポンプ吐出量における比例項分Ｑｆｐをパラメータとして、ＦＢ制御量Ｉｆｂにおける比例項分Ｉｐが算出されるとともに、その算出された比例項Ｉｐをパラメータとして、下記式（１）により、今現在から噴射開始時までの推定昇圧量ΔＰが算出される。なお、ここで用いるポンプ吐出量の比例項分Ｑｆｐは、次回の噴射開始時までに実施されるポンプ吐出量に基づくものである。

ΔＰ＝Ｉｐ・α／Ｖ・ｋｖ …（１）

なお、式（１）中、αはＦＢ制御量算出マップにおける昇圧分吐出量ＱｆｂとＦＢ制御量Ｉｆｂとの関係を表す係数、Ｖは高圧系体積（例えば高圧燃料配管と高圧ポンプ２５のデッドボリュームとの和）、ｋｖは体積弾性係数を示す。αについて本実施形態では、ＦＢ制御量算出マップにおける比例係数（傾き）であり固定値である。ただし、昇圧分吐出量ＱｆｂとＦＢ制御量Ｉｆｂとの関係が線形でない構成では係数αを可変としてもよい。

燃圧推定部Ｍ７では、下記式（２）に示すように、燃圧センサ２９で検出された実燃圧Ｐａｃに、昇圧量推定部Ｍ６で算出された推定昇圧量ΔＰを加算することにより推定燃圧Ｐｅｓが算出される。

Ｐｅｓ＝Ｐａｃ＋ΔＰ …（２）

燃圧補正係数設定部Ｍ８では、燃圧推定部Ｍ７からの推定燃圧Ｐｅｓ及び実燃圧Ｐａｃをパラメータにして、下記式（３）により燃圧補正係数ｋｐが算出される。なお、式（３）中、Ｐｂｓは基準圧力である。

ｋｐ＝（Ｐｂｓ／Ｐｅｓ）^1/2 …（３）

噴射時間変換部Ｍ９では、下記式（４）により、噴射量算出部Ｍ５で算出された燃料噴射量ｑが、燃圧補正係数設定部Ｍ８からの燃圧補正係数ｋｐにより補正されるとともに噴射時間に変換され、最終的な噴射時間ＴＡＵが算出される。なお、式（４）中、ｋｏは噴射量を噴射時間に変換する変換係数であり、ＴＶは無効噴射時間である。

ＴＡＵ＝ｑ・ｋｏ・ｋｐ＋ＴＶ …（４）

次に、上記噴射時間ＴＡＵの算出処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０のマイコン５１により所定周期毎に実行される。

図８において、まずステップＳ１１では、噴射時間ＴＡＵの算出タイミング（噴射セットタイミング）か否かを判定し、噴射時間ＴＡＵの算出タイミングであることを条件にステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、エンジン回転速度ＮＥやエンジン負荷などのエンジン１０の運転パラメータを読み込み、ステップＳ１３において、その読み込んだエンジン運転パラメータに基づいて燃料噴射量ｑを算出する。

ステップＳ１４では、燃圧フィードバック制御量における比例項（ここでは昇圧分吐出量Ｑｆｂにおける比例項Ｑｆｐ）を読み込み、その読み込んだ比例項Ｑｆｐに基づいて、噴射セット時から噴射開始時までの推定昇圧量ΔＰを算出する。ステップＳ１５では、燃圧センサ２９で検出した実燃圧Ｐａｃを読み込み、その実燃圧Ｐａｃに推定昇圧量ΔＰを加算することで推定燃圧Ｐｅｓを算出する。

ステップＳ１６では、推定燃圧Ｐｅｓに基づいて燃圧補正係数ｋｐを設定し、ステップＳ１７において、その燃圧補正係数ｋｐを用いて上記式（４）により噴射時間ＴＡＵを算出する。そして本ルーチンを終了する。

以上詳述した実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

高圧ポンプ２５の吐出タイミングを挟んでその吐出タイミングよりも前に燃料噴射弁２３による燃料噴射量が算出され、吐出タイミングよりも後に燃料噴射弁２３による燃料噴射を実施するとき、燃圧フィードバック制御量に基づいて噴射タイミングにおけるデリバリパイプ２６内の燃圧を推定し、その推定燃圧に基づいて燃料噴射弁２３を制御する構成としたため、燃料噴射量の算出後、実際の噴射開始時までにポンプ吐出によって燃料噴射弁２３に供給される燃料の圧力が変化した場合であっても、その燃圧変化を考慮して燃料噴射弁２３の燃料量を制御することができる。これにより、燃料噴射制御を適正に実施することができる。

特に、高圧ポンプ２５の吐出量制御を、フィードフォワード制御及びフィードバック制御により実施しており、具体的には、燃料噴射弁２３の燃料噴射量に基づき算出されるフィードフォワード制御量と、燃圧センサ２９の出力値に基づき算出されるフィードバック制御量とにより高圧ポンプ２５の吐出量を制御する構成であるため、都度の燃料噴射による燃圧低下がフィードフォワード制御量により解消される。したがって、フィードバック制御量に基づき噴射タイミングでの燃圧を推定する際に、その燃圧の推定を正確に実施することができる。また、噴射タイミングでの燃圧を、燃圧センサの出力値（実燃圧）とフィードバック制御量とに基づいて容易に推定することができる。

また、フィードバック制御量のうち比例制御量に基づいて燃圧を推定する構成としたため、比例制御量以外のパラメータを考慮する場合に比べて燃圧推定を容易に行うことができる。

燃料ポンプとして高圧ポンプ２５を備える燃料供給システムを本発明に適用したため、燃圧変動に起因する燃料噴射制御の精度の低下を好適に抑制することができる。すなわち、高圧ポンプ２５を備える燃料供給システムでは、高圧ポンプ２５と燃料噴射弁２３との間に蓄圧室としてのデリバリパイプ２６が設けられている。同システムでは、蓄圧室に高圧ポンプ２５からの高圧燃料が一旦保管されるため、燃料噴射及びポンプ吐出が実施されていない状況において、燃料噴射弁２３に供給される燃料の圧力が略一定に保持されやすく、また逆に燃料噴射及びポンプ吐出によって燃圧変動が生じやすいことが考えられる。加えて、高圧ポンプ２５において電磁弁３７の閉弁期間にポンプ吐出が行われることにより、そのポンプ吐出による燃圧上昇が所定の回転角度周期で実施される結果、燃圧変動が生じやすいことが考えられる。したがって、本システムを本発明に適用することで、燃料噴射弁に供給される燃圧の変動を考慮することにより燃料噴射制御を適正に実施できるといった効果を好適に得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・噴射開始時における推定燃圧Ｐｅｓを算出する際、燃圧フィードバック制御における比例項に基づき算出する構成に代えて、比例項と積分項とに基づいて算出する構成とする。積分項に基づく燃圧上昇分も考慮して噴射開始時における燃圧を推定することにより、推定燃圧をより正確な値にすることができる。具体的には、昇圧量推定部Ｍ６において、ＦＢ制御量算出部Ｍ３で算出されたＦＢ制御量Ｉｆｂ（＝Ｉｐ＋ΔＩｉ）をパラメータとして、下記式（５）により、噴射量算出時から噴射開始時までの推定昇圧量ΔＰを算出する。そして、燃圧推定部Ｍ７において、燃圧センサ２９で検出された実燃圧Ｐａｃに、昇圧量推定部Ｍ６で算出された推定昇圧量ΔＰを加算することにより推定燃圧Ｐｅｓを算出する。

ΔＰ＝Ｉｆｂ・α／Ｖ・ｋｖ …（５）

・燃料噴射弁２３に供給される燃料の圧力を高圧ポンプ２５の吐出量制御により可変にする構成について説明したが、燃料噴射弁２３に供給される燃料を低圧ポンプ（フィードポンプ）の吐出量制御により可変にする構成を本発明に適用する。つまり、内燃機関として直噴式のエンジンを用いたが、吸気ポートに燃料を噴射するポート式のエンジンを用いる構成とする。ポート式のエンジンでは、燃料タンク内の燃料が低圧ポンプ（フィードポンプ）により汲み上げられ、その汲み上げられた燃料が高圧ポンプ２５や蓄圧室を介さずに燃料噴射弁２３に供給される。このとき、燃料としてアルコール含有燃料を用いる場合、アルコール濃度が所定範囲（例えば５〜２０％の範囲）であると、ガソリン単独の場合よりも燃料の揮発性が高くなる。そのため、このようなアルコール含有燃料を用いる場合には、燃料噴射弁２３へ供給する燃料の圧力を高くするのが望ましく、低圧ポンプにて燃料噴射弁２３に供給する燃料の圧力を可変にすることがある。この構成において、燃圧フィードバック制御量に基づいて噴射開始時の燃圧を推定し、その推定燃圧に基づいて燃料噴射弁２３の噴射時間を算出することにより、噴射開始時の燃圧に即した燃料噴射を実施することができる。

・目標燃圧の増加に伴う燃圧上昇期間であることを判定し、同燃圧上昇期間であると判定された場合に噴射タイミングでの燃圧を推定する。燃料噴射量の算出タイミングとその算出した燃料量の噴射タイミングとの間で燃圧上昇が生じるのは、例えばエンジン運転状態の変更により目標燃圧が増加し、その増加より実燃圧を上昇変化させるときと考えられるからである。

・上記実施形態では、内燃機関としてガソリンエンジンを用いる構成としたが、ディーゼルエンジンを用いる構成としてもよい。つまり、本発明を、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料供給システムの制御装置にて具体化してもよい。

１０…エンジン、２３…燃料噴射弁、２５…高圧ポンプ、２６…デリバリパイプ、２９…燃圧センサ、３７…電磁弁、５０…ＥＣＵ、５１…マイコン。

Claims (4)

1. 燃料を加圧して吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから吐出された燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料ポンプから吐出され前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である燃圧を検出する燃圧センサとを備える内燃機関の燃料供給システムに適用され、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、その後所定の噴射タイミングで前記燃料噴射弁による燃料噴射を実施する燃料供給システムの制御装置において、
   前記燃圧センサにより検出された実燃圧と目標燃圧との偏差に基づく燃圧フィードバック制御を実施する燃圧制御手段と、
   前記燃圧フィードバック制御におけるフィードバック制御量に基づいて前記噴射タイミングでの前記燃圧を推定する燃圧推定手段と、
   前記燃圧推定手段により推定した推定燃圧に基づいて前記燃料噴射弁を制御する噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料供給システムの制御装置。
2. 前記燃圧制御手段は、前記燃圧フィードバック制御として比例制御を実施し、
   前記燃圧推定手段は、前記比例制御における比例制御量に基づいて前記噴射タイミングにおける前記燃圧を推定する請求項１に記載の燃料供給システムの制御装置。
3. 前記燃圧制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいて算出したフィードフォワード制御量と、前記偏差に基づいて算出したフィードバック制御量とにより前記燃圧を制御し、
   前記燃圧推定手段は、前記燃圧センサの出力値と前記フィードバック制御量とに基づいて前記噴射タイミングにおける前記燃圧を推定する請求項１又は２に記載の燃料供給システムの制御装置。
4. 前記目標燃圧の増加に伴う燃圧上昇期間であることを判定する圧力上昇判定手段を備え、
   前記燃圧推定手段は、前記圧力上昇判定手段により前記燃圧上昇期間であると判定された場合に前記噴射タイミングにおける燃圧を推定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料供給システムの制御装置。

Images