JP2012002179A - 高圧ポンプの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】カム山及びプランジャの少なくとも一方を複数備える高圧ポンプに適用され、都度の燃料吐出の態様をより精密に制御することのできる高圧ポンプの制御装置を提供する。
【解決手段】高圧ポンプ22は、2つのプランジャ25とプランジャ25をそれぞれ往復駆動するカム24を備え、プランジャ25が加圧室26の容積を減少させる行程中に吐出量制御弁40を閉状態に制御することで加圧室26内の燃料を高圧側通路48に吐出する。マイコン71は、カム24のカム山24a〜24c及びプランジャ25の少なくとも一方が互いに異なる燃料吐出において制御弁40のコイル41への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において燃料圧力センサ16により逐次検出される燃料圧力の変化態様の相違を算出する。マイコン71は、燃料圧力の変化態様の相違に基づいて、それぞれの燃料吐出におけるコイル41への通電状態を制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、高圧ポンプの制御装置に関する。
従来、カム軸の回転に伴って往復駆動されるプランジャによって、下降時にフィードホールを介して加圧室内に燃料を導入し、上昇時に加圧室内の燃料を加圧するものがある(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載のものでは、加圧室内の燃料の溢流中に、電磁弁に制御パルスを送ることにより、弁体が低圧側通路を閉塞し、プランジャによる燃料の加圧が開始される。そして、加圧室内の燃料圧力が吐出弁のスプリングの付勢力に打ち勝つと、燃料により吐出弁が押し開かれ、コモンレール内へ燃料が吐出される。
また、特許文献1に記載のものでは、コモンレール内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサをコモンレールに配設し、燃料圧力センサの信号が、予め負荷や回転数に応じて設定した最適値となるように高圧ポンプの吐出量を制御している。
特許第2690734号公報
ところで、特許文献1に記載のものでは、二山のカムを3つ備えており、それぞれのカムに対してプランジャが設けられている。そして、各プランジャによる燃料吐出において、プランジャの外周面が上記フィードホールを閉塞した後に、所定のタイミングで電磁弁に通電することにより、燃料の加圧開始時刻を設定している。この電磁弁への通電タイミングを制御することにより、コモンレールへの吐出量を変化させている。
しかしながら、プランジャによる都度の燃料吐出において吐出時期や吐出量が同じであるとは限らず、特許文献1に記載のものは未だ改善の余地を残すものとなっている。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、カム山及びプランジャの少なくとも一方を複数備える高圧ポンプに適用され、都度の燃料吐出の態様をより精密に制御することのできる高圧ポンプの制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
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。
請求項1に記載の発明は、カムを有し内燃機関の駆動軸により駆動される回転軸と、前記カムのカム山により往復駆動され加圧室の容積を可変とするプランジャと、電磁部への通電により前記加圧室と低圧側通路との連通路を開閉する制御弁と、を備え、前記プランジャが前記加圧室の容積を減少させる行程中に前記制御弁を閉状態に制御することで前記加圧室内の燃料を高圧側通路に吐出し、前記カム山及び前記プランジャの少なくとも一方を複数備える高圧ポンプに適用され、前記吐出される燃料の圧力を逐次検出する燃料圧力検出手段と、前記カム山及び前記プランジャの少なくとも一方が互いに異なる燃料吐出において前記電磁部への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において前記燃料圧力検出手段により逐次検出される燃料圧力の変化態様の相違を算出する相違算出手段と、前記相違算出手段により算出される前記燃料圧力の変化態様の相違に基づいて、それぞれの燃料吐出における前記電磁部への通電状態を制御する通電制御手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、内燃機関の駆動軸によって、カムを有する回転軸が駆動される。これにより、カムのカム山によってプランジャが往復駆動され、加圧室の容積が変更される。また、制御弁の電磁部への通電により、加圧室と低圧側通路との連通路が開閉される。このため、プランジャが加圧室の容積を減少させる行程中に制御弁を閉状態に制御することで、加圧室内の燃料が高圧側通路に吐出される。高圧ポンプは、カム山及びプランジャの少なくとも一方を複数備えており、例えば、1つのカムに複数のカム山が設けられた構成や、1つのカムに対して複数のプランジャが設けられた構成、複数のカムに対してそれぞれプランジャが設けられた構成等を備えている。
ここで、高圧側通路に吐出される燃料の圧力が、燃料圧力検出手段により逐次検出される。カム山及びプランジャの少なくとも一方が互いに異なる燃料吐出において電磁部への通電状態が共通とされ、それらの燃料吐出において燃料圧力の変化態様が逐次検出される。そして、それらの燃料圧力の変化態様について、各燃料吐出同士での相違が算出される。すなわち、異なるカム山により同一のプランジャが往復駆動される燃料吐出、あるいは異なるプランジャによる燃料吐出等について、それらの燃料吐出による燃料圧力の変化態様の相違が算出される。
そして、燃料圧力の変化態様の相違に基づいて、それぞれの燃料吐出における電磁部への通電状態が制御される。このため、それぞれのカム山やプランジャによって形状寸法が僅かに相違したり、それぞれの制御弁によって応答性が僅かに相違したりする場合であっても、それらの相違を電磁部への通電状態の制御により修正することができる。その結果、高圧ポンプにおける都度の燃料吐出の態様、例えば燃料の吐出時期や吐出量をより精密に制御することができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記高圧ポンプは前記カム山を複数備え、前記相違算出手段は、互いに異なるカム山によりプランジャが往復駆動される燃料吐出において前記電磁部への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において前記燃料圧力の変化態様の相違を算出することを特徴とする。
上記構成によれば、互いに異なるカム山によりプランジャが往復駆動される燃料吐出において電磁部への通電状態が共通とされ、それらの燃料吐出において燃料圧力の変化態様の相違が算出される。このため、カム山の相違による燃料吐出の態様の相違を算出することができる。なお、互いに異なるカム山により往復駆動されるプランジャは、同一のプランジャであってもよいし、互いに異なるプランジャであってもよい。
請求項3に記載の発明では、請求項1又は2に記載の発明において、前記高圧ポンプは前記プランジャを複数備え、前記相違算出手段は、互いに異なるプランジャによる燃料吐出において前記電磁部への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において前記燃料圧力の変化態様の相違を算出することを特徴とする。
上記構成によれば、互いに異なるプランジャによる燃料吐出において電磁部への通電状態が共通とされ、それらの燃料吐出において燃料圧力の変化態様の相違が算出される。このため、プランジャの相違による燃料吐出の態様の相違を算出することができる。なお、互いに異なるプランジャを往復駆動するカム山は、同一のカム山であってもよいし、互いに異なるカム山であってもよい。
請求項4に記載の発明では、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記相違算出手段は、前記燃料圧力の変化態様の相違として、前記電磁部への通電を開始してから前記燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違を算出することを特徴とする。
上記構成によれば、互いに異なる燃料吐出において電磁部への通電を開始してから燃料圧力が上昇を開始するまでの時間が算出され、それらの燃料吐出においてその時間の相違が算出される。このため、カム山やプランジャ(制御弁)の相違による応答性の相違、すなわち電磁部への通電から実際に燃料が吐出されるまでの応答性の相違を把握することができる。
請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の発明において、前記通電制御手段は、前記燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違に基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対する前記電磁部への通電開始時刻を各燃料吐出同士で異ならせることを特徴とする。
上記構成によれば、燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違に基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対する電磁部への通電開始時刻が各燃料吐出同士で異ならせられる。このため、カム山やプランジャ(制御弁)の相違による燃料吐出時の応答性の相違を修正することができ、燃料の吐出時期や吐出量をより精密に制御することができる。
請求項6に記載の発明では、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記相違算出手段は、前記燃料圧力の変化態様の相違として、前記電磁部へ通電を行う前後における前記燃料圧力の上昇量の相違を算出することを特徴とする。
上記構成によれば、互いに異なる燃料吐出において電磁部へ通電を行う前後における燃料圧力の上昇量が算出され、それらの燃料吐出においてその上昇量の相違が算出される。このため、カム山やプランジャ(制御弁)の相違による燃料圧力の上昇量の相違、すなわち実際の吐出量の相違を把握することができる。
請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の発明において、前記通電制御手段は、前記燃料圧力の上昇量の相違に基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対する前記電磁部への通電開始時刻を各燃料吐出同士で異ならせることを特徴とする。
上記構成によれば、燃料圧力の上昇量の相違に基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対する電磁部への通電開始時刻が各燃料吐出同士で異ならせられる。このため、カム山やプランジャ(制御弁)の相違による燃料の吐出量の相違を修正することができ、燃料の吐出量をより精密に制御することができる。
高圧ポンプの制御システムの概要を示すブロック図。 吐出量制御弁の概要を示す模式図。 高圧ポンプにおける燃料の吸入及び吐出の概要を示すタイムチャート。 プランジャの相違による燃料圧力の変化態様の相違を示すタイムチャート。 相違算出制御の処理手順を示すフローチャート。 制御弁制御の処理手順を示すフローチャート。 カム山の相違による燃料圧力の変化態様の相違を示すタイムチャート。 相違算出制御の処理手順を示すフローチャート。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、内燃機関としての車載ディーゼルエンジンに燃料を供給する高圧ポンプに適用される制御システムを構築するものとしている。この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)を中枢として高圧ポンプにおける燃料の吐出時期及び吐出量の制御を実施し、これにより、高圧燃料の蓄圧室であるコモンレールの燃料圧力(レール圧)を制御している。この制御システムの概要を図1に示す。
図1において、燃料タンク11内の燃料は、燃料ポンプ20により汲み上げられ、燃料ポンプ20で高圧化された後、コモンレール12に圧送される。コモンレール12に圧送された高圧燃料は、コモンレール12内に高圧状態で蓄えられた後、インジェクタ13からエンジンの気筒内に直接噴射される。
次に、燃料ポンプ20の構成について説明する。燃料ポンプ20は、低圧ポンプ21と高圧ポンプ22とを備えており、低圧ポンプ21によって燃料タンク11から汲み上げられた燃料を高圧ポンプ22にて加圧した後、その高圧化された高圧燃料をコモンレール12に圧送する。
低圧ポンプ21は、例えばトロコイド式のフィードポンプとして構成されており、インナロータとアウタロータとによって形成されるスペースが各ロータの回転に応じて拡大及び縮小されることにより燃料の吸入及び吐出を行っている。これに対し、高圧ポンプ22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25(例えば2本のプランジャ)がそれぞれ軸方向に往復移動されることにより燃料の吸入及び吐出を行っている。なお、図1では、並列に配置された2つのプランジャ25のうち、一方のみを表示している。低圧ポンプ21及び高圧ポンプ22は、いずれもエンジンの出力軸であるクランク軸14(駆動軸)に接続されており、同クランク軸14の回転に伴い駆動される。
高圧ポンプ22の構成について以下詳細に説明する。高圧ポンプ22は、エンジンのクランク軸14によって回転駆動されるカム軸23(回転軸)と、カム軸23に設けられたカム24によって往復移動され加圧室26の容積を可変とするプランジャ25と、コイル41(電磁部)への通電により開閉する電磁駆動式の吐出量制御弁40(制御弁)とを備えている。高圧ポンプ22では、カム24、プランジャ25、及び吐出量制御弁40が二組設けられている。
カム軸23は、クランク軸14に接続されており、エンジン駆動に伴いクランク軸14が回転することにより回転駆動される。カム軸23には、カム24を構成する複数の(図1では3つの)カム山24a,24b,24cが径方向に突出して設けられている。カム24は、タペット28に回転可能に支持されたローラ29を介してタペット28をプランジャ25の軸線方向に往復移動させる。
プランジャ25は、ハウジング31に設けられたシリンダ32内に摺動自在にかつ油密的に収容されている。プランジャ25の下端面は、タペット28の上端面に当接されている。また、プランジャ25の下端部にはばね座金33が設けられており、そのばね座金33において、シリンダ32の一部との間に軸スプリング34が設けられている。この軸スプリング34により、プランジャ25がタペット28側(カム軸23側)に向かって付勢されている。
加圧室26は、プランジャ25の上端面とシリンダ32とにより区画形成されている。加圧室26には、プランジャ25の動きに合わせて燃料が吸入され、その吸入された燃料が加圧室26から吐出される。具体的には、プランジャ25が、加圧室26の容積を大きくする側(カム軸23側)に移動すると、その移動に伴い、低圧ポンプ21にて燃料タンク11から汲み上げられた燃料が燃料導入管35に導入され、加圧室26に吸入される。一方、プランジャ25が、加圧室26の容積を小さくする側(カム軸23と反対側)に移動すると、その移動に伴い加圧室26内の燃料が加圧室26から吐出される。
吐出量制御弁40は、プランジャ25の軸線方向において加圧室26を挟んでプランジャ25とは反対側に取り付けられている。図2に、吐出量制御弁40の概要を示す。
図2において、吐出量制御弁40は、プランジャ25の軸線方向と同じ方向に往復移動するニードル44を備えている。ニードル44の一端にはアマーチャ42が設けられ、他端には弁体部44aが設けられている。弁体部44aは、加圧室26内に配置されており、加圧室26と低圧側通路49との連通路47を開閉する。具体的には、弁体部44aは、弁スプリング46の付勢力によりシート部47aから離間し、開位置に保持される。これにより、加圧室26と低圧側通路49との連通路47が開かれる(制御弁40の開状態)。また、コイル41へ通電されると、アマーチャ42がコイル41に吸引されることにより弁体部44aがシート部47aに着座し、閉位置に保持される。これにより、加圧室26と低圧側通路49との連通路47が閉じられる(制御弁40の閉状態)。
また、本実施形態において吐出量制御弁40にはプレート45が設けられている。プレート45は、加圧室26においてプランジャ25と弁体部44aとの間に配置されており、加圧室26を、プランジャ25側と弁体部44a側とに区画している。このプレート45には、プランジャ25側と弁体部44a側とを連通させる貫通孔45aが形成されている。これにより、プランジャ25側の燃料と弁体部44a側の燃料とが貫通孔45aを通じて移動可能になっている。
図1に戻り、燃料吐出弁36は、加圧室26内の燃料圧力が所定圧以上になった場合に開弁するチェック弁(逆止弁)よりなる。燃料吐出弁36が開弁されると、加圧室26とコモンレール12とが連通される。これにより、加圧室26内の高圧燃料が、高圧側通路48及び燃料吐出弁36を介してコモンレール12側へ吐出される。
また、本システムには、エンジンの所定クランク角毎に(例えば30°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15や、コモンレール12内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ16(燃料圧力検出手段)、ドライバによるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ17、各プランジャ25の下死点(上死点)近傍の所定位置を検出するカム角度センサ18などが設けられている。
ECU70は、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)71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、その時々のエンジン運転状態に応じてエンジンの各種制御を実施する。すなわち、ECU70のマイコン71は、上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等を演算するとともに、吐出量制御弁40やインジェクタ13といった燃料供給系の各部の駆動を制御する。
燃料噴射制御についてマイコン71は、アクセル操作量とエンジン回転速度とから燃料噴射量を算出し、コモンレール12内の燃料圧力(噴射圧力)等から燃料噴射量を噴射時間に換算する。そして、算出した噴射時間だけインジェクタ13を開弁する。ここで、コモンレール12の燃料圧力については、アクセル操作量やエンジン回転速度に応じて目標燃圧を所定範囲内に設定し、その目標燃圧になるよう高圧ポンプ22の燃料吐出量を調整することで制御している。
高圧ポンプ22の吐出量制御についてマイコン71は、吐出量制御弁40(弁体部44a)の閉弁期間を制御することにより行う。具体的には、ECU70は、コイル駆動回路50を介して吐出量制御弁40に電気的に接続されており、このコイル駆動回路50への駆動信号に基づいて、コイル41の印加電圧及び通電タイミング等を制御して吐出量制御弁40の閉弁期間を制御する。
コイル駆動回路50は、昇圧部51と通電部52とを備えている。昇圧部51は、例えばDC/DCコンバータなどの高電圧発生装置からなり、車載バッテリ53から印加されるバッテリ電圧を高電圧に変換する。通電部52は、コイル41に対して電圧印加を行う。
次に、上記構成の高圧ポンプ22の基本的動作について説明する。図3は、高圧ポンプ22における燃料の吸入及び吐出の概要を示すタイムチャートである。なお、(A)〜(C)は高圧ポンプ22の動作説明図であり、(A)は加圧室26の容積が増加する行程(容積増加行程)を示し、(B)及び(C)は加圧室26の容積が減少する行程(容積減少行程)を示す。
まず、容積増加行程では、カム軸23(図1参照)の回転に伴い、プランジャ25が加圧室26の容積を大きくする側(カム軸23側)に移動する。このとき、コイル41への通電は行われていないため、弁体部44aは弁スプリング46の付勢力により開位置に保持され、低圧側通路49と加圧室26とが連通される。これにより、図3(A)に示すように、低圧側通路49内の低圧燃料が加圧室26内に吸入される。
容積減少行程では、カム軸23の回転に伴い、プランジャ25が加圧室26の容積を小さくする側(カム軸23と反対側)に移動する。このとき、コイル41への通電が行われる前のプレストローク期間では、弁スプリング46の付勢力により弁体部44aが開位置に保持されたままとなる。したがって、低圧側通路49と加圧室26とが連通されたままとなり、図3(B)に示すように、加圧室26の容積減少に伴い加圧室26内の燃料が低圧側通路49に戻される。
また、容積減少行程において閉弁タイミングにてコイル41への通電が行われる燃料吐出期間では、弁体部44aが、弁スプリング46の付勢力に抗して閉側に変位することでシート部47aに着座し、閉弁状態になる。これにより、低圧側通路49と加圧室26との連通が遮断され、プランジャ25の移動に伴い加圧室26内の燃料が昇圧される。そして、加圧室26内の燃料圧力が所定圧以上になると、燃料吐出弁36が開弁され、図3(C)に示すように、その開弁に伴い加圧室26内の高圧燃料が高圧側通路48を通じてコモンレール12側に圧送される。このように、高圧ポンプ22では、コイル41の通電制御により弁体部44aの閉弁期間が調整されており、これにより高圧ポンプ22の吐出量が制御されている。
ここで、上述したように高圧ポンプ22では、カム24、プランジャ25、及び吐出量制御弁40が二組設けられている。そして、カム24は、3つのカム山24a,24b,24cにより構成されている。このため、共通のエンジン運転状態でコイル41へ共通の通電を行った場合であっても、2つのカム24、カム山24a,24b,24c、2つのプランジャ25(対応する2つの制御弁40)のいずれが動作したかによって、燃料の吐出時期や吐出量が変わるおそれがある。
図4に、互いに異なるプランジャ25及び対応するそれぞれの吐出量制御弁40によって燃料吐出を行った場合について、制御弁40のコイル41への通電状態と制御弁40の開閉状態と燃料圧力の上昇態様との関係の一例を示す。ここでは、互いに異なるプランジャ25(制御弁40)において、共通のエンジン運転状態でコイル41へ共通の通電を行った場合を比較して示しており、実際のエンジン運転時にはそれぞれ異なる時期に動作される。なお、カム山24a,24b,24cによっては相違が生じないものとする。
時刻t11において、吐出量制御弁40のコイル41への通電が開始される。一方の制御弁40(以下、第1制御弁40と称す)では、通電開始から閉弁までの応答遅れを無視することができ、実線で示すように時刻t11において第1制御弁40は閉弁状態となる。これに対して、他方の制御弁40(以下、第2制御弁40と称す)では、通電開始から閉弁までに応答遅れが存在し、一点鎖線で示すように時刻t12において第2制御弁は閉弁状態となる。すなわち、第1制御弁40と第2制御弁40とでは、コイル41への通電開始から閉弁までの時間の長さが期間Te11だけ相違している。
制御弁40が閉弁することにより、プランジャ25によって燃料の吐出が開始される。このため、第1制御弁40の動作による燃料吐出では、実線で示すように時刻t13において燃料圧力が上昇を開始する。これに対して、第2制御弁40の動作による燃料吐出では、一点鎖線で示すように、第1制御弁40の場合よりも期間Te11だけ遅れて、時刻t14において燃料圧力が上昇を開始する。これらの燃料圧力は、コモンレール12に設けられた燃料圧力センサ16によって検出される。そして、第1制御弁40(第2制御弁40)が閉弁してから燃料圧力が上昇するまでの期間Te12は、燃料の吐出開始から燃料圧力センサ16によって燃料圧力の上昇開始が検出されるまでの圧力伝播時間に相当する。なお、エンジン運転時には、加圧室26の容積増加行程においてインジェクタ13により燃料が噴射され、燃料圧力センサ16によって検出される燃料圧力は低下することとなるが、ここではその影響を省略している。
時刻t15において、プランジャ25が上死点に達するとともに、コイル41への通電が停止される。第1制御弁40及び第2制御弁40では、通電停止から開弁までの応答遅れを無視することができ、実線で示すように時刻t15において第1制御弁40及び第2制御弁40は開弁状態となる。すなわち、第1制御弁40及び第2制御弁40は、プランジャ25の移動に対して同じ時刻に開弁状態となる。そして、燃料圧力は、時刻t15の後も、圧力の伝播時間に相当する期間Te12だけ継続して上昇する。
その結果、第1制御弁40に対応するプランジャ25による燃料吐出と、第2制御弁40に対応するプランジャ25による燃料吐出とでは、燃料吐出後の燃料圧力に相違が生じることとなる。すなわち、それらの燃料吐出において、燃料の吐出量に相違が生じることとなる。
そこで、本実施形態では、第1制御弁40及び第2制御弁40において、それぞれのコイル41への通電を開始してから燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違(期間Te11)を算出する。そして、この時間の相違に基づいて、それらの燃料吐出において燃料の吐出量を一致させるように、制御弁40の通電開始時刻の補正値を算出する。
次に、図5を参照して、この時間の相違を算出する制御の処理手順を説明する。この一連の処理は、ECU70のマイコン71によって、50μsecよりも短い間隔(望ましくは20μsec)の周期で繰り返し実行される。すなわち、コイル41への通電を開始してから燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違といった非常に短い時間を算出するためには、コモンレール12に設けられる従来の燃料圧力センサと比較して、サンプリングレートを短くする必要がある。
まず、エンジン回転速度NEとアクセル開度ACCとに基づいて、レール圧の目標値Pctを算出する(S11)。続いて、レール圧の実際値Pcaを目標値Pctにするための通電開始時刻taを設定する(S12)。ここでは、レール圧の実際値と目標値Pctとの偏差と、クランク角度センサ15により検出されるエンジン回転速度NEとに基づいて、最適な通電開始時刻taを例えば図示しないマップを用いて設定する。すなわち、カム角度センサ18の出力を検出してから、吐出量制御弁40のコイル41に通電を開始するまでの時間が最適となるように、通電開始時刻taを設定する。
このように制御弁40の通電開始時刻taを設定した後(S12)、この通電開始時刻taに基づいて第1制御弁40に対して制御弁制御(第1制御弁制御)を実行する(S13)。上述したように、2つの吐出量制御弁40のうち、一方が第1制御弁40であり、他方が第2制御弁40である。そして、第1制御弁40に対応して第1プランジャ25が設けられ、第2制御弁40に対応して第2プランジャ25が設けられている。
図6は、この制御弁制御のサブルーチンを示すフローチャートである。この処理は、第1制御弁制御では第1制御弁40に対応して実行し、後述する第2制御弁制御では第2制御弁40に対応して実行する。図6において、まず、カム角度センサ18及びクランク角度センサ15の検出信号に基づいて、加圧室26の容積が増加する行程(容積増加行程)であるか否かを判定する(S21)。
この判定において容積増加行程であると判定された場合には(S21:YES)、制御弁40のコイル41を非通電状態のままにする(S22)。一方、この判定において容積増加行程でないと判定された場合には(S21:NO)、すなわち加圧室26の容積が減少する行程(容積減少行程)である場合には、燃料を吐出すべき期間(燃料吐出期間)であるか否かを判定する(S23)。ここで、燃料吐出期間は、上記通電開始時刻taから、カム角度センサ18の出力が検出される時刻(プランジャ25が上死点近傍の所定位置となる時刻)までの期間である。
この判定において、燃料吐出期間であると判定された場合には(S23:YES)、コイル41を通電状態にし、燃料吐出期間でないと判定された場合(S23:NO)、すなわちプレストローク期間であると判定された場合には、コイル41をそのまま非通電状態とする。
図5のフローチャートに戻り、上記通電開始時刻taに基づいて第2制御弁40に対して制御弁制御(第2制御弁制御)を実行する(S14)。この第2制御弁制御では、第2制御弁40に対応して図6の制御弁制御を実行する。この制御弁制御の内容は、上述した通りである。
このようにして、第1制御弁40及び第2制御弁40においてそれぞれ燃料吐出期間に基づいてコイル41へ通電、すなわちプランジャ25により燃料吐出を行うとともに、燃料圧力センサ16によって燃料圧力を逐次検出する(S15)。すなわち、この一連の処理を周期的に実行することにより、コイル41へ通電を行う前後を通じて燃料圧力を逐次検出する。
このように検出される燃料圧力に基づいて、コイル41への通電を開始してから燃料圧力が上昇を開始するまでの時間(圧力上昇開始時間)を算出する(S16)。この処理では、第1制御弁40及び第2制御弁40のそれぞれについて、圧力上昇開始時間を算出する。詳しくは、コイル41へ通電を開始する時に燃料圧力センサ16によって検出される燃料圧力と、その後にセンサ16によって逐次検出される燃料圧力とを比較して、その差が判定値よりも大きくなった場合に燃料圧力が上昇を開始したと判定する。そして、コイル41への通電開始から燃料圧力の上昇開始までの時間を、タイマカウンタ等により算出する。
第1制御弁40及び第2制御弁40のそれぞれについて圧力上昇開始時間を算出した後(S16)、それらの圧力上昇開始時間の相違を算出する(S17)。すなわち、カム山24a,24b,24cによっては相違が生じないものと仮定して、互いに異なるプランジャ25(吐出量制御弁40)によって燃料吐出を行った場合に、それらの燃料吐出において圧力上昇開始時間の相違Dtを算出する。なお、この圧力上昇開始時間の相違には、プランジャ25(吐出量制御弁40)の経時変化等も含まれることとなる。
続いて、算出された圧力上昇開始時間の相違に基づいて、第1制御弁40及び第2制御弁40の通電開始時刻taを補正する補正値Rtを算出する(S18)。具体的には、圧力上昇開始時間の長い方の制御弁40について、通電開始時刻taを早くするための補正値Rtとして、圧力上昇開始時間の相違Dtを算出する。そして、この一連の処理を一旦終了する。なお、S13〜S17の処理が、相違算出手段としての処理に相当する。
こうして補正値Rtが設定された後、マイコン71は、以後の高圧ポンプ22の制御では、この補正値Rtにより通電開始時刻taを補正する。この処理が、通電制御手段としての処理に相当する。例えば、図4に示すように、第1制御弁40では通電開始から閉弁までの応答遅れを無視することができ、第2制御弁40では通電開始から閉弁までに期間Te11だけ遅れているとする。この場合には、第1制御弁40では、レール圧の実際値と目標値Pctとの偏差と、クランク角度センサ15により検出されるエンジン回転速度NEとに基づいて、通電開始時刻taを設定する。これに対して、第2制御弁40では、この通電開始時刻taを期間Te11だけ早くするように、補正値Rtによって補正する。その結果、一点鎖線で示す第2制御弁40の開閉状態及び燃料圧力の変化態様を、実線で示す第1制御弁40の開閉状態及び燃料圧力の変化態様に等しくすることができる。
以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。
・高圧側通路48に吐出される燃料の圧力が、燃料圧力センサ16により逐次検出される。プランジャ25(吐出量制御弁40)が互いに異なる燃料吐出においてコイル41への通電状態が共通とされ、それらの燃料吐出において燃料圧力の変化態様が逐次検出される。それらの燃料圧力の変化態様について、各燃料吐出同士での相違が算出される。
そして、燃料圧力の変化態様の相違に基づいて、それぞれの燃料吐出におけるコイル41への通電状態が制御される。このため、それぞれのプランジャ25によって形状寸法が僅かに相違したり、それぞれの制御弁40によって応答性が僅かに相違したりする場合であっても、それらの相違をコイル41への通電状態の制御により修正することができる。その結果、高圧ポンプ22における都度の燃料吐出の態様、すなわち燃料の吐出時期や吐出量をより精密に制御することができる。
・第1制御弁40及び第2制御弁40においてコイル41への通電を開始してから燃料圧力が上昇を開始するまでの時間がそれぞれ算出され、それらの制御弁40においてその時間の相違が算出される。このため、プランジャ25(制御弁40)の相違による応答性の相違、すなわちコイル41への通電から実際に燃料が吐出されるまでの応答性の相違を把握することができる。
・燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違Dtに基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対するコイル41への通電開始時刻が各燃料吐出同士で異ならせられる。詳しくは、この時間の相違Dtに基づいて、第1制御弁40及び第2制御弁40の通電開始時刻taを補正する補正値Rtが算出され、一方の制御弁40の通電開始時刻taが補正値Rtにより補正される。このため、プランジャ25(制御弁40)の相違による燃料吐出時の応答性の相違を修正することができ、燃料の吐出時期や吐出量をより精密に制御することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。上記第1実施形態では、互いに異なるプランジャ25(吐出量制御弁40)による燃料吐出において、燃料圧力の変化態様の相違を算出する構成としたが、本実施形態では、1つのカム24の互いに異なるカム山により共通のプランジャ25が往復駆動される燃料吐出において、燃料圧力の変化態様の相違を算出する構成とする。高圧ポンプ22を含む制御システムの構成は、基本的に第1実施形態と同様である。
図7に、互いに異なるカム山(カム山24a,24b,24c)及び共通のプランジャ25(対応する吐出量制御弁40)によって燃料吐出を行った場合について、制御弁40のコイル41への通電状態と制御弁40の開閉状態と燃料圧力の上昇態様との関係の一例を示す。ここでは、互いに異なるカム山において、共通のエンジン運転状態でコイル41へ共通の通電を行った場合を比較して示しており、実際のエンジン運転時にはそれぞれ異なる時期に動作される。なお、制御弁40のコイル41へ通電を開始してから、閉弁するまでの応答遅れは無視することができるものとする。
時刻t21において、吐出量制御弁40のコイル41への通電が開始される。いずれのカム山が動作する場合であっても、通電開始から閉弁までの応答遅れを無視することができ、実線で示すように時刻t21において制御弁40は閉弁状態となる。すなわち、いずれのカム山が動作する場合であっても、コイル41への通電開始から閉弁までの時間は等しくなる。
制御弁40が閉弁することにより、プランジャ25によって燃料の吐出が開始される。このため、カム山24aの動作による燃料吐出では、実線で示すように時刻t23において燃料圧力が上昇を開始する。これに対して、カム山24bの動作による燃料吐出では、一点鎖線で示すように時刻t23において燃料圧力が上昇を開始するものの、燃料圧力の上昇する速度(燃料圧力の曲線の傾き)が、カム山24aの動作による燃料吐出よりも大きくなっている。また、カム山24cの動作による燃料吐出では、二点鎖線で示すように時刻t23において燃料圧力が上昇を開始するものの、燃料圧力の上昇する速度(燃料圧力の曲線の傾き)が、カム山24aの動作による燃料吐出よりも小さくなっている。上述したように、制御弁40が閉弁してから燃料圧力が上昇するまでの期間Te12は、燃料の吐出開始から燃料圧力センサ16によって燃料圧力の上昇開始が検出されるまでの圧力伝播時間に相当する。
時刻t25において、プランジャ25が上死点に達するとともに、コイル41への通電が停止される。制御弁40では、通電停止から開弁までの応答遅れを無視することができ、実線で示すように時刻t25において制御弁40は開弁状態となる。すなわち、いずれのカム山が動作する場合であっても、制御弁40はプランジャ25の移動に対して同じ時刻に開弁状態となる。そして、燃料圧力は、時刻t25の後も、圧力の伝播時間に相当する期間Te12だけ継続して上昇する。
その結果、カム山24a,24b,24cの動作による燃料吐出では、燃料吐出後の燃料圧力に相違が生じることとなる。すなわち、それらの燃料吐出において、燃料の吐出量に相違が生じることとなる。
そこで、本実施形態では、カム山24a,24b,24cの動作による燃料吐出において、コイル41へ通電を行う前後における燃料圧力の上昇量をそれぞれ算出する。そして、この上昇量の相違に基づいて、それらの燃料吐出において燃料の吐出量を一致させるように、制御弁40の通電開始時刻の補正値を算出する。
次に、図8を参照して、この時間の相違を算出する制御の処理手順を説明する。この一連の処理は、ECU70のマイコン71によって、50μsecよりも短い間隔(望ましくは20μsec)の周期で繰り返し実行される。なお、図5と同一の処理については、同一のステップ番号Sを付すことにより説明を簡略化する。
まず、エンジン回転速度NEとアクセル開度ACCとに基づいて、レール圧の目標値Pctを算出する(S11)。続いて、レール圧の実際値Pcaを目標値Pctにするための通電開始時刻taを設定する(S12)。
この通電開始時刻taに基づいて、第1カム山の動作による制御弁制御を実行し(S33)、第2カム山の動作による制御弁制御を実行し(S34)、第3カム山の動作による制御弁制御を実行する(S35)。ここで、1つのカム24のカム山24a,24b,24cのうち、1つ目が第1カム山であり、2つ目が第2カム山であり、3つ目が第3カム山である。
図6は、上述したように、制御弁制御のサブルーチンを示すフローチャートである。この処理は、第1カム山の動作、第2カム山の動作、及び第3カム山の動作にそれぞれ対応して実行する。図6において、まず、カム角度センサ18及びクランク角度センサ15の検出信号に基づいて、加圧室26の容積が増加する行程(容積増加行程)であるか否かを判定する(S21)。
この判定において容積増加行程であると判定された場合には(S21:YES)、制御弁40のコイル41を非通電状態のままにする(S22)。一方、この判定において容積増加行程でないと判定された場合には(S21:NO)、燃料を吐出すべき期間(燃料吐出期間)であるか否かを判定する(S23)。
この判定において、燃料吐出期間であると判定された場合には(S23:YES)、コイル41を通電状態にし、燃料吐出期間でないと判定された場合には(S23:NO)、コイル41をそのまま非通電状態とする。
図8のフローチャートに戻り、第1〜第3カム山の動作に基づきプランジャ25により燃料吐出を行うとともに、燃料圧力センサ16によって燃料圧力を逐次検出する(S15)。
このように検出される燃料圧力に基づいて、コイル41へ通電を行う前後における燃料圧力の上昇量(圧力上昇量)を算出する(S36)。この処理では、第1〜第3カム山のそれぞれについて、圧力上昇量を算出する。詳しくは、コイル41へ通電を開始する時に燃料圧力センサ16によって検出される燃料圧力と、その後にセンサ16によって逐次検出される燃料圧力の上昇が終了した時の燃料圧力との差を算出する。
第1〜第3カムのそれぞれについて圧力上昇量を算出した後(S36)、それらの圧力上昇量の相違を算出する(S37)。すなわち、プランジャ25及び吐出量制御弁40は共通であるため、互いに異なるカム山によって燃料吐出を行った場合に、それらの燃料吐出において圧力上昇量の相違Dpを算出する。
続いて、算出された圧力上昇量の相違Dpに基づいて、各カム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを補正する補正値を算出する(S38)。具体的には、圧力上昇量の最も小さいカム山の動作において、制御弁40の通電開始時刻taを早くするための補正値Rtaを算出し、圧力上昇量の最も大きいカム山の動作において、制御弁40の通電開始時刻taを遅くするための補正値Rtrを算出する。そして、この一連の処理を一旦終了する。なお、S33〜S35,S15,S36〜S37の処理が、相違算出手段としての処理に相当する。
こうして補正値Rta,Rtrが設定された後、マイコン71は、以後の高圧ポンプ22の制御では、この補正値Rta,Rtrにより通電開始時刻taを補正する。この処理が、通電制御手段としての処理に相当する。例えば、図7に示すように、二点鎖線の第3カム山(カム山24c)、実線の第1カム山(カム山24a)、一点鎖線の第2カム山(カム山24b)の順で、それぞれの動作に基づく燃料吐出による燃料圧力の上昇量が大きくなるものとする。
この場合には、第1カム山の動作による燃料吐出では、レール圧の実際値と目標値Pctとの偏差と、クランク角度センサ15により検出されるエンジン回転速度NEとに基づいて、通電開始時刻taを設定する。これに対して、第2カム山の動作による燃料圧力の上昇量が、第1カム山の動作による燃料圧力の上昇量と等しくなるように、第2カム山の動作での通電開始時刻taを補正値Rtrによって補正する。また、第3カム山の動作による燃料圧力の上昇量が、第1カム山の動作による燃料圧力の上昇量と等しくなるように、第3カム山の動作での通電開始時刻taを補正値Rtaによって補正する。その結果、第2カム山の動作による燃料の吐出量、及び第3カム山の動作による燃料の吐出量を、第1カム山の動作による燃料の吐出量に等しくすることができる。
以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。
・高圧側通路48に吐出される燃料の圧力が、燃料圧力センサ16により逐次検出される。カム24のカム山が互いに異なる燃料吐出においてコイル41への通電状態が共通とされ、それらの燃料吐出において燃料圧力の変化態様が逐次検出される。それらの燃料圧力の変化態様について、各燃料吐出同士での相違が算出される。
そして、燃料圧力の変化態様の相違に基づいて、それぞれの燃料吐出におけるコイル41への通電状態が制御される。このため、それぞれのカム山24a,24b,24cによって形状寸法が僅かに相違する場合であっても、それらの相違をコイル41への通電状態の制御により修正することができる。その結果、高圧ポンプ22における都度の燃料吐出の態様、すなわち燃料の吐出時期や吐出量をより精密に制御することができる。
・互いに異なるカム山での燃料吐出においてコイル41へ通電を行う前後における燃料圧力の上昇量が算出され、それらの燃料吐出においてその上昇量の相違が算出される。このため、カム山の相違による燃料圧力の上昇量の相違、すなわち実際の吐出量の相違を把握することができる。
・燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対するコイル41への通電開始時刻が各燃料吐出同士で異ならせられる。詳しくは、この上昇量の相違Dpに基づいて、上昇量の最も大きい第2カム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを遅くするように補正し、上昇量の最も小さい第3カム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを早くするように補正する。このため、カム山の相違による燃料の吐出量の相違を修正することができ、燃料の吐出量をより精密に制御することができる。
(他の実施形態)
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。
・第1実施形態では、燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違Dtに基づいて、圧力上昇開始時間の長い方の制御弁40の通電開始時刻taを早くするように補正したが、双方の制御弁40の通電開始時刻taを補正したり、圧力上昇開始時間の短い方の制御弁40の通電開始時刻taを遅くするように補正したりしてもよい。
・第2実施形態では、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて、上昇量の最も大きい第2カム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを遅くするように補正し、上昇量の最も小さい第3カム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを早くするように補正した。しかしながら、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて、上昇量の大きい2つのカム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを遅くするように補正したり、上昇量の小さい2つのカム山の動作における制御弁40の通電開始時刻taを早くするように補正したりしてもよい。
・第1実施形態では、第1制御弁40及び第2制御弁40において、燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違Dtに基づいて、それらの通電開始時刻taを異ならせた。しかしながら、第2実施形態に準じた手順により、第1制御弁40及び第2制御弁40において、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて、それらの通電開始時刻taを異ならせてもよい。この場合には、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて、より直接的に燃料の吐出量を制御することができる。
・第2実施形態では、第1〜第3カム山において、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて、制御弁40の通電開始時刻taを異ならせた。しかしながら、第1実施形態に準じた手順により、第1〜第3カム山において、燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違Dtに基づいて、制御弁40の通電開始時刻taを異ならせてもよい。
・燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違Dtに基づいて通電開始時刻taを補正することと、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて通電開始時刻taを補正することとの双方を実行してもよい。要するに、各燃料吐出同士で燃料の吐出時期や吐出量の相違が小さくなるように、制御弁40の通電開始時刻taを補正すればよい。
・また、2つのプランジャ25(2つの吐出量制御弁40)とカム山24a,24b,24cとの各組み合わせに対して、燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違Dtに基づいて通電開始時刻taを補正することや、燃料圧力の上昇量の相違Dpに基づいて通電開始時刻taを補正することを実行してもよい。
・プランジャ(吐出量制御弁)の数や、カムに設けられるカム山の数は任意であり、要するにプランジャ及びカム山の少なくとも一方を複数備える高圧ポンプであれば、本発明を適用することができる。
・第1実施形態及び第2実施形態では、加圧室26の容積増加行程にインジェクタ13による燃料噴射期間が設定されていたが、高圧ポンプ22による燃料吐出期間とインジェクタ13による燃料噴射期間とが重なる場合には、エンジンの燃料カット中等に相違算出制御を実行するとよい。
・燃料圧力センサ16がコモンレール12内の燃料圧力を検出する構成に限られず、コモンレール12からインジェクタ13へ燃料を供給する配管内の燃料圧力を検出したり、インジェクタ13の燃料導入部から噴射孔まで燃料を供給する通路内の燃料圧力を検出したりしてもよい。
・弁体部44aが加圧室26内に配置され、その弁体部44aが、プランジャ25側に変位することで開弁状態になり、プランジャ25から離間する側に変位することで閉弁状態になる構成の吐出量制御弁40について説明したが、弁体部44aが加圧室26内に配置されていない構成の吐出量制御弁を本発明に適用してもよい。例えば、吐出量制御弁40において加圧室26の外部に弁体部44aを配置し、その弁体部44aが、弁スプリング46によりプランジャ25から離間する側に変位することで開弁状態となり、コイル41への通電によりプランジャ25側に変位することで閉弁状態となる構成としてもよい。
・また、吐出量制御弁は、ノーマルオープン式のものに限らず、ノーマルクローズ式のものであってもよい。その場合には、コイル印加電圧と吐出量制御弁の開閉状態との関係を反対にすればよい。
・コイル41の通電制御を印加電圧により行う構成としたが、印加電流により行う構成としてもよい。かかる場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。
・内燃機関としてディーゼルエンジンを用いる構成としたが、ガソリンエンジンを用いる構成としてもよい。例えば、本発明を、直噴用ガソリンエンジンの燃料供給システムにおける高圧ポンプの制御装置として具体化してもよい。
14…クランク軸(駆動軸)、16…燃料圧力センサ(燃料圧力検出手段)、20…燃料ポンプ、21…低圧ポンプ、22…高圧ポンプ、23…カム軸(回転軸)、24…カム、24a,24b,24c…カム山、25…プランジャ、26…加圧室、40…吐出量制御弁(制御弁)、41…コイル(電磁部)、49…低圧側通路、50…コイル駆動回路、70…ECU、71…マイコン(相違算出手段、通電制御手段)。

Claims (7)

  1. カムを有し内燃機関の駆動軸により駆動される回転軸と、前記カムのカム山により往復駆動され加圧室の容積を可変とするプランジャと、電磁部への通電により前記加圧室と低圧側通路との連通路を開閉する制御弁と、を備え、前記プランジャが前記加圧室の容積を減少させる行程中に前記制御弁を閉状態に制御することで前記加圧室内の燃料を高圧側通路に吐出し、前記カム山及び前記プランジャの少なくとも一方を複数備える高圧ポンプに適用され、
    前記吐出される燃料の圧力を逐次検出する燃料圧力検出手段と、
    前記カム山及び前記プランジャの少なくとも一方が互いに異なる燃料吐出において前記電磁部への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において前記燃料圧力検出手段により逐次検出される燃料圧力の変化態様の相違を算出する相違算出手段と、
    前記相違算出手段により算出される前記燃料圧力の変化態様の相違に基づいて、それぞれの燃料吐出における前記電磁部への通電状態を制御する通電制御手段と、
    を備えることを特徴とする高圧ポンプの制御装置。
  2. 前記高圧ポンプは前記カム山を複数備え、
    前記相違算出手段は、互いに異なるカム山によりプランジャが往復駆動される燃料吐出において前記電磁部への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において前記燃料圧力の変化態様の相違を算出することを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプの制御装置。
  3. 前記高圧ポンプは前記プランジャを複数備え、
    前記相違算出手段は、互いに異なるプランジャによる燃料吐出において前記電磁部への通電状態を共通とした場合に、それらの燃料吐出において前記燃料圧力の変化態様の相違を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の高圧ポンプの制御装置。
  4. 前記相違算出手段は、前記燃料圧力の変化態様の相違として、前記電磁部への通電を開始してから前記燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違を算出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の高圧ポンプの制御装置。
  5. 前記通電制御手段は、前記燃料圧力が上昇を開始するまでの時間の相違に基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対する前記電磁部への通電開始時刻を各燃料吐出同士で異ならせることを特徴とする請求項4に記載の高圧ポンプの制御装置。
  6. 前記相違算出手段は、前記燃料圧力の変化態様の相違として、前記電磁部へ通電を行う前後における前記燃料圧力の上昇量の相違を算出することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の高圧ポンプの制御装置。
  7. 前記通電制御手段は、前記燃料圧力の上昇量の相違に基づいて、各燃料吐出の基準時刻に対する前記電磁部への通電開始時刻を各燃料吐出同士で異ならせることを特徴とする請求項6に記載の高圧ポンプの制御装置。
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