JP2016079902A - 燃料噴射システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の蓄圧容器における燃料の流入出量が想定していたバランスから崩れた場合でも、蓄圧容器内の実圧力を目標圧力に追従させることが可能な燃料噴射システムの制御装置を提供する。
【解決手段】所定の演算タイミングにおいて、これよりも前に検出された実圧力に基づいて、後の１サイクルの開始時の予測圧力を算出する。算出された予測圧力に基づいて後の１サイクルにおける必要燃料流量を算出するとともに、前の１サイクルにおける実流量を算出する。前の１サイクルにおける必要燃料流量と実流量との差分からＦ／Ｂ流量を算出する。後の１サイクルにおける必要燃料流量が正の値の場合に、後の１サイクルにおける必要燃料流量にＦ／Ｂ流量を加算した流量の燃料が吐出されるように高圧ポンプを制御する。検出された実圧力が目標圧力よりも大きく、且つＦ／Ｂ流量の変動量が第１閾値よりも小さい場合に、後の１サイクルにおける必要燃料流量を変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄圧容器式の燃料噴射システムに適用される制御装置に関する。

蓄圧容器式の燃料噴射システムでは、蓄圧容器内の燃料圧力が目標圧力となるように、フィードバック制御が行われている。例えば、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、蓄圧容器内の燃料圧力を目標圧力にするために必要な燃料の流量である必要燃料流量と、高圧ポンプから蓄圧容器に供給された燃料の流量である実流量とを算出している。そして、前回の必要燃料流量と実流量との差分からＦ／Ｂ流量を決定し、今回の必要燃料流量にＦ／Ｂ流量を加えた流量を、高圧ポンプの流量指令値としている。

上記燃料噴射装置において、必要燃料流量は、目標圧力と演算タイミングで検出された蓄圧容器内の実圧力との差圧、噴射量、燃料の漏れ量に基づいて算出している。演算タイミングは、高圧ポンプのプランジャが上死点又は下死点に到達したタイミングである。また、実流量は、前回の演算タイミングから今回の演算タイミングの間における蓄圧容器内の圧力変化量及び燃料噴射量に基づいて算出している。

特開２０１２−１７２５４９号公報

プランジャの１サイクルの所要時間が短い場合、演算タイミングで検出した実圧力を用いて必要燃料流量を算出すると、高圧ポンプの制御がプランジャの移動よりも遅れるおそれがある。そこで、演算タイミングを早くし、前回の実圧力に基づいて今回の実圧力を予測して、予測圧力を用いて必要燃料流量を算出することが考えられる。

しかしながら、予測圧力を用いる制御では、燃料噴射弁や高圧ポンプの劣化により、実際の噴射量が目標噴射量よりも少なくなったり、実際の圧送量が指令量よりも多くなったりした場合に、圧送停止期間と圧送期間とを繰り返すことが起こることがある。このような場合、圧送停止期間ではフィードバック制御が行われないため、一旦実流量と必要燃料流量とが釣り合うと、Ｆ／Ｂ流量は略一定値に維持され、実圧力と目標圧力とが乖離した状態が継続するという問題が生じる。

本発明は、上記実情に鑑み、燃料の蓄圧容器における燃料の流入出量が想定していたバランスから崩れた場合でも、蓄圧容器内の実圧力を目標圧力に追従させることが可能な燃料噴射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、プランジャの往復駆動により燃料を加圧供給する高圧ポンプと、前記高圧ポンプから供給された燃料を蓄圧保持する蓄圧容器と、前記蓄圧容器内の燃料を内燃機関に噴射供給する燃料噴射弁と、前記蓄圧容器内の実圧力を検出する圧力センサと、を備える燃料噴射システムに適用される制御装置であって、所定の演算タイミングにおいて、前記タイミングよりも前に検出された前記実圧力に基づいて、前記タイミングよりも後の前記プランジャの往復駆動の１サイクルの開始時における前記蓄圧容器内の予測圧力を算出する予測圧力算出手段と、前記タイミングにおいて、前記予測圧力算出手段により算出された前記予測圧力に基づいて、前記タイミングよりも後の前記１サイクルの終了時における前記蓄圧容器内の圧力を目標圧力とするために、前記後の１サイクルにおいて必要な燃料の流量である必要燃料流量を算出する必要燃料流量算出手段と、前記タイミングよりも前の前記１サイクルにおいて、前記蓄圧容器に供給された燃料の流量である実流量を算出する実流量算出手段と、前記前の１サイクルにおける前記必要燃料流量と前記実流量との差分に基づいて、フィードバック流量を算出するフィードバック流量算出手段と、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量が正の値の場合に、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量に前記フィードバック流量を加算した流量の燃料が前記高圧ポンプから吐出されるように前記高圧ポンプを制御するポンプ制御手段と、検出された前記実圧力が前記目標圧力よりも大きく、且つ前記フィードバック流量算出手段により算出された前記フィードバック流量の変動量が第１閾値よりも小さい場合に、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量を変化させる釣り合い解消手段と、を備える。

本発明によれば、所定の演算タイミングにおいて、このタイミングよりも後のプランジャの往復駆動の１サイクルの開始時における蓄圧容器内の予測圧力が算出される。そして、予測圧力に基づいて、上記タイミングよりも後の１サイクルにおける必要燃料流量が算出される。また、上記タイミングよりも前の１サイクルにおける実流量が算出される。さらに、上記タイミングよりも前の１サイクルにおける必要燃料流量と実流量との差分に基づいて、フィードバック流量が算出される。そして、後の１サイクルにおける必要燃料流量が正の場合に、その必要燃料流量にフィードバック流量を加算した流量の燃料が吐出されるように、高圧ポンプが制御される。

ここで、燃料噴射弁の劣化により実際の噴射量が目標噴射量よりも少なくなった場合や、高圧ポンプの劣化により圧送量が指令量よりも多くなった場合には、必要燃料流量が負の値になって燃料の圧送が停止されることがある。そして、その後再び必要燃料流量が正の値になって圧送が行われ、その後また必要燃料流量が負の値になって、圧送停止期間と圧送期間とを繰り返すことがある。このような場合、圧送を停止した期間ではフィードバック制御が行われないため、一旦必要燃料流量と実流量が釣り合うと、フィードバック流量は変動しない安定状態となり、実圧力が目標圧力よりも高い状態で乖離し続けることがある。

これに対して、実圧力が目標圧力よりも大きく、且つフィードバック流量の変動量が第１閾値よりも小さい場合には、上記タイミングよりも後の１サイクルにおける必要燃料流量が変化させられる。これにより、必要燃料流量と実流量との釣り合いを解消して、実圧力を目標圧力に追従させることができる。したがって、蓄圧容器における燃料の流入出量が想定していたバランスから崩れた場合でも、蓄圧容器内の実圧力を目標圧力に追従させることができる。

本実施形態に係る燃料噴射システムの構成を示す模式図。 本実施形態に係る高圧ポンプの動作態様を示す図。 演算タイミング、噴射量、プランジャのリフト、目標圧力、実圧力、及び予測圧力のタイムチャート。 高圧ポンプを制御する処理手順を示すフローチャート。 釣り合いモード制御の実施を判定する処理手順を示すフローチャート。 釣り合いモード制御を実施する処理手順を示すサブルーチン。 釣り合いモード制御を実施する処理手順を示すサブルーチン。

以下、燃料噴射システムの制御装置を具現化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本実施形態に係る燃料噴射システムの構成について説明する。本実施形態に係る燃料噴射システムは、４気筒のディーゼルエンジンを対象にしたコモンレール式の燃料噴射システムである。本実施形態に係る燃料噴射システムは、燃料タンク３３、フィードポンプ３２、高圧ポンプ３０、コモンレール２０（蓄圧容器）、エンジン４０（内燃機関）の各気筒に搭載された燃料噴射弁１０、圧力センサ２１等の各種センサ及びＥＣＵ５０を備える。

フィードポンプ３２は、燃料タンク３３から燃料を吸入して高圧ポンプ３０に供給する。高圧ポンプ３０は、ハウジング内をエンジン４０のクランク軸に連動して往復駆動されるプランジャ３０Ａ（図２参照）により、燃料を吸入及び加圧してコモンレール２０に供給する。

高圧ポンプ３０の吸入側（低圧側）には、図２に示すように、加圧室３０Ｂに吸入される燃料の量を調節する吸入弁３０Ｃが設けられている。この吸入弁３０Ｃの開閉タイミングは、ＥＣＵ５０により制御される。一方、高圧ポンプ３０の吐出側（高圧側）には、逆止弁３０Ｄが設けられている。逆止弁３０Ｄは、加圧室３０Ｂからコモンレール２０側へ燃料が流出することを許容するとともに、コモンレール２０側から加圧室３０Ｂへ燃料が流入することを規制する。

そして、吸入弁３０Ｃを開いた状態でプランジャ３０Ａが上死点（トップ）から下死点（ボトム）に向かって移動する際には、加圧室３０Ｂの体積が膨張するので、これに伴ってフィードポンプ３２から送られてきた燃料が加圧室３０Ｂに吸引される（吸入期間）。

その後、プランジャ３０Ａが下死点から上死点に向かって移動する際に、吸入弁３０Ｃを開いたままに保持していると、加圧室３０Ｂに吸引された燃料は、吸入弁３０Ｃ側から燃料タンク３３に逆流する（プレストローク期間）。

そして、吸入弁３０Ｃを所定時間で閉弁させるように制御すると、吸入弁３０Ｃの閉弁以降は、加圧室３０Ｂ内の燃料の加圧が開始される。その後、加圧室３０Ｂ内の圧力がコモンレール２０内の圧力を超えると、逆止弁３０Ｄが開き、加圧室３０Ｂ内の燃料が逆止弁３０Ｄ側からコモンレール２０へ供給される（燃料吐出期間）。

したがって、吸入弁３０Ｃの開閉タイミングを制御することにより、高圧ポンプ３０からコモンレール２０へ供給される燃料の量を制御することができる。すなわち、吸入弁３０Ｃを早期に閉じればコモンレール２０への燃料の吐出量を多くすることができ、逆に、吸入弁３０Ｃを遅く閉じればコモンレール２０への燃料の吐出量を少なくすることができる。

本実施形態では、高圧ポンプ３０は２つのプランジャ３０Ａａ，３０Ａｂを備える。２つのプランジャ３０Ａａと３０Ａｂは、互いに１８０°ＣＡずれた状態で駆動される。すなわち、プランジャ３０Ａａの位置が上死点にあるとき、プランジャ３０Ａｂの位置は下死点にあり、プランジャ３０Ａａの位置が下死点にあるとき、プランジャ３０Ａｂの位置は上死点にある（図３（ｃ），（ｄ）参照）。プランジャ３０Ａの数は２つに限らず任意の数でよい。また、高圧ポンプ３０には、加圧室３０Ｂ内の燃料温度を検出するポンプ用温度センサ３１が設置されている。なお、吸入弁３０Ｃは、アクチュエータとしてソレノイドコイルを用いた電磁方式の弁でもよいし、アクチュエータとして圧電素子等を用いた弁でもよい。

コモンレール２０は、高圧ポンプ３０から供給された燃料を蓄圧保持する。コモンレール２０に設けられている減圧弁２３は、開弁することによりコモンレール２０内の燃料を、排出配管３４を介して燃料タンク３３に排出して、コモンレール２０内の燃料圧力を低下させる。また、コモンレール２０には、圧力センサ２１及びレール用温度センサ２２が設置されている。圧力センサ２１は、コモンレール２０内の燃料圧力（実圧力）を検出する。レール用温度センサ２２は、コモンレール２０内の燃料温度を検出する。

燃料噴射弁１０は、互いにコモンレール２０に並列に接続され、コモンレール２０に蓄圧されている燃料を各気筒内に噴射供給する。燃料噴射弁１０は、ノズルニードルに閉弁方向に圧力を加える制御室の燃料圧力を制御することにより、開弁期間を制御する公知の電磁駆動式又はピエゾ駆動式の弁である。燃料噴射弁１０の開弁期間が長くなるほど、噴射される噴射量は多くなる。

エンジン回転速度センサ４１は、エンジン４０の回転速度を検出し、アクセルセンサ４２は、アクセルペダルの開度（踏込量）を検出する。

ＥＣＵ５０（燃料噴射システムの制御装置）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリ、並びにＩ／Ｏ等を備える周知のマイクロコンピュータであり、高圧ポンプ３０の吸入弁３０Ｃ、減圧弁２３及び燃料噴射弁１０を制御する。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、予測圧力算出手段、必要燃料流量算出手段、実流量算出手段、Ｆ／Ｂ流量算出手段、ポンプ制御手段及び釣り合い解消手段の各機能を実現する。

ＥＣＵ５０は、圧力センサ２１、レール用温度センサ２２、ポンプ用温度センサ３１、エンジン回転速度センサ４１及びアクセルセンサ４２により検出された検出値を取得する。ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度及びアクセルペダルの開度等に基づきエンジン４０の運転状態を取得し、取得した運転状態及び予めＲＯＭに記憶されている制御マップ等に基づいて、演算タイミングごとに、燃料噴射弁１０から噴射する燃料の目標噴射量、及びコモンレール２０内の目標圧力Ｔｐを決定する。ＥＣＵ５０は、目標噴射量の燃料が噴射されるように燃料噴射弁１０の開閉タイミングを制御する。また、ＥＣＵ５０は、コモンレール２０内の圧力が目標圧力Ｔｐとなるように、吸入弁３０Ｃ及び減圧弁２３の開閉タイミングを制御する。

次に、高圧ポンプ３０の基本的な制御について、図３を参照しつつ説明する。時点Ｔ（ｓ）（ｓは自然数）から時点Ｔ（ｓ＋１）までの期間は、プランジャ３０Ａａ，３０Ａｂの往復駆動の１サイクルに相当する期間である。この１サイクルは、プランジャ３０Ａａの下死点から次の下死点まで移動する期間であるとともに、プランジャ３０Ａｂの上死点から次の上死点まで移動する期間である。この１サイクルのごとに、目標噴射量となるように燃料噴射弁１０から燃料が噴射される。

演算タイミングＣ（ｓ）は、高圧ポンプ３０の吐出量を演算するタイミングである。演算タイミングＣ（ｓ）は、１サイクルの中間点付近であり、プランジャ３０Ａａの上死点付近及びプランジャ３０Ａｂの下死点付近である。すなわち、演算タイミングＣ（ｓ）は、１サイクルの開始時から半サイクルが経過した時点付近のタイミングである。演算タイミングＣ（ｓ）において、時点Ｔ（ｓ＋１）から時点Ｔ（ｓ＋２）までの１サイクルで高圧ポンプ３０から吐出すべき燃料の吐出量を算出する。

圧力センサ２１は、図３（ｅ）において黒丸で示す時点Ｔ（ｓ）における実圧力、すなわち１サイクルの開始時点又は終了時点における実圧力を検出する。時点Ｔ（ｓ）において検出された実圧力は、メモリに記憶されて吐出量の算出に用いられる。圧力センサ２１は、Ｔ（ｓ）時点における実圧力だけでなく、１サイクル中に所定間隔で実圧力を検出してもよい。図３（ｅ）において黒丸と黒丸を繋ぐ実圧力の波形（実線で示している）は、圧力センサ２１によりコモンレール２０の実圧力を短い時間間隔で検出した場合に、このような実圧力の波形が検出されることを示している。

＜予測圧力Ｐｔｏｐの算出＞
例えば、演算タイミングＣ４において、時点Ｔ５〜Ｔ６の１サイクルにおける吐出量を算出する場合、時点Ｔ５のコモンレール２０内の圧力に基づいて、時点Ｔ６におけるコモンレール２０内の圧力が目標圧力Ｔｐとなるように吐出量を算出する必要がある。しかしながら、演算タイミングＣ４では、時点Ｔ５の実圧力Ｐｓｅｎｓは検出されていない。

そこで、予測圧力算出手段は、所定の演算タイミングＣ（ｓ）において、演算タイミングＣ（ｓ）よりも前の時点Ｔ（ｓ）に検出された実圧力Ｐｓｅｎｓに基づいて、演算タイミングＣ（ｓ）よりも後の１サイクルの開始時点Ｔ（ｓ＋１）におけるコモンレール２０内の予測圧力Ｐｔｏｐを算出する。所定の演算タイミングＣ（ｓ）よりも前の時点Ｔ（ｓ）において検出された実圧力Ｐｓｅｎｓは、所定の演算タイミングＣ（ｓ）に最も近い１サイクルの終了時点に検出された圧力である。例えば、演算タイミングＣ４では、時点Ｔ４において検出された実圧力Ｐｓｅｎｓに基づいて、時点Ｔ５における予測圧力Ｐｔｏｐを算出する。

具体的には、時点Ｔ（ｓ）から時点Ｔ（ｓ＋１）までの１サイクルにおける燃料の変化量ΔＱｃを、圧力変化量ΔＰｃに換算する。この１サイクルにおいて、高圧ポンプ３０から吐き出される燃料の吐出量ΔＱｉ、減圧弁２３によりコモンレール２０から排出される燃料の排出量ΔＱｅ、及び燃料噴射弁１０から噴射される燃料の噴射量ΔＱｉｎｊから、燃料の変化量ΔＱｃ＝ΔＱｉ−ΔＱｉｎｊ−ΔＱｅとなる。燃料の体積弾性係数をＫ、プランジャ３０Ａが上死点に位置したときの加圧室３０Ｂの容積（高圧部容積）をＶとすると、圧力変化量ΔＰｃ＝ΔＱｃ×Ｋ／Ｖとなる。時点Ｔ（ｓ＋１）における予測圧力Ｐｔｏｐは、Ｐｔｏｐ＝時点Ｔ（ｓ）で検出された実圧力Ｐｓｅｎｓ＋ΔＰｃとなる。

＜必要燃料流量Ｑｎの算出＞
必要燃料流量算出手段は、所定の演算タイミングＣ（ｓ）において、予測圧力算出手段により算出された予測圧力Ｐｔｏｐに基づいて、演算タイミングＣ（ｓ）よりも後の１サイクルにおいて必要な燃料の流量である必要燃料流量Ｑｎを算出する。必要燃料流量Ｑｎは、演算タイミングＣ（ｓ）よりも後の１サイクルの終了時におけるコモンレール２０内の圧力を、目標圧力Ｔｐとするために、必要な燃料の流量である。すなわち、必要燃料流量算出手段は、所定の演算タイミングＣ（ｓ）において、時点Ｔ（ｓ＋１）の予測圧力Ｐｔｏｐに基づいて、時点Ｔ（ｓ＋２）におけるコモンレール２０内の圧力を目標圧力Ｔｐとするために、Ｔ（ｓ＋１）〜Ｔ（ｓ＋２）の１サイクルにおいて必要な燃料を算出する。目標圧力Ｔｐは、演算タイミングＣ（ｓ）において決定された目標圧力Ｔｐである。

具体的には、必要燃料流量算出手段は、予測圧力偏差ΔＰｔ、Ｔ（ｓ＋１）〜Ｔ（ｓ＋２）の１サイクルにおいて燃料噴射弁１０から噴射されるべき噴射量、及び上記１サイクルにおいて燃料噴射弁１０で発生する燃料の漏れ量に基づいて、必要燃料流量Ｑｎを決定する。予測圧力偏差ΔＰｔは、時点Ｔ（ｓ＋１）における予測圧力Ｐｔｏｐと、演算タイミングＣ（ｓ）において決定した目標圧力Ｔｐとの差圧である。また、噴射されるべき噴射量は、原則として、演算タイミングＣ（ｓ）において決定された目標噴射量とする。しかし、目標噴射量が予め設定された最小噴射量未満となるときには、この最小噴射量を噴射されるべき噴射量とする。また、燃料の漏れ量は、燃料噴射時間（燃料噴射弁１０の開弁時間）、燃料の温度及び圧力等をパラメータとしてＲＯＭに記憶されているマップ等に基づいて決定される。

ここで、燃料の漏れ量とは、燃料噴射弁１０のノズルニードルとボデーとの摺動隙間から低圧側の空間へ僅かに流出する燃料量や、燃料噴射弁１０の制御室から低圧側へ燃料を逃がすことでノズルニードルを開弁させる際に、制御室から流出する燃料量等である。

なお、必要燃料流量Ｑｎは、質量流量ではなく体積流量であるので、質量流量が一定であっても、燃料の温度及び圧力のうちのいずれかが変化すると、流量（体積流量）は変化する。そこで、以下、必要燃料流量Ｑｎの流量とは、基準状態（例えば、燃料温度を４０℃とし、燃料圧力を１気圧とした状態）に変換した流量をいう。後述する実流量Ｑｒについても同様である。

＜実流量Ｑｒの算出＞
実流量算出手段は、所定の演算タイミングＣ（ｓ）よりも前のＴ（ｓ−１）〜Ｔ（ｓ）の１サイクルにおいて、コモンレール２０に供給された燃料の流量である実流量Ｑｒを算出する。

具体的には、実流量算出手段は、Ｔ（ｓ−１）〜Ｔ（ｓ）の１サイクルにおける実圧力Ｐｓｅｎｓの変化量、及びこの１サイクルに燃料噴射弁１０で発生した燃料の流出量に基づいて、この１サイクルにおける実流量Ｑｒを算出する。この１サイクルにおける実圧力Ｐｓｅｎｓの変化量は、時点Ｔ（ｓ−１）で検出された実圧力Ｐｓｅｎｓと、時点Ｔ（ｓ）で検出された実圧力Ｐｓｅｎｓとの変化量である。この１サイクルに燃料噴射弁１０で発生した燃料の流出量は、この１サイクルにおける目標噴射量に燃料の漏れ量を加えた量である。この１サイクルにおける目標噴射量が最小噴射量未満の場合は、流出した燃料の量を、最小噴射量に燃料の漏れ量を加えた量とする。

＜Ｆ／Ｂ流量の算出＞
フィードバック流量算出手段は、所定の演算タイミングＣ（ｓ）よりも前のＴ（ｓ−１）〜Ｔ（ｓ）の１サイクルおける必要燃料流量Ｑｎと、実流量Ｑｒとの差分に基づいて、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量を算出する。Ｔ（ｓ−１）〜Ｔ（ｓ）の１サイクルおける必要燃料流量Ｑｎは、演算タイミングＣ（ｓ−２）において算出されたものとなる。

＜ポンプ指令値の算出＞
ポンプ制御手段は、所定の演算タイミングＣ（ｓ）において、Ｔ（ｓ＋１）〜Ｔ（ｓ＋２）の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎに、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量を加算した流量の燃料が、高圧ポンプ３０から吐出されるように高圧ポンプ３０を制御する。すなわち、ポンプ制御手段は、上記流量の燃料を高圧ポンプ３０の指令値とする。ポンプ制御手段は、Ｔ（ｓ＋１）〜Ｔ（ｓ＋２）の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎが正の値の場合に、上記制御を実施する。

次に、高圧ポンプ３０を制御する処理手順について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。本処理手順は、ＥＣＵ５０が演算タイミングにおいて実施する。

まず、ポンプ圧送損失、すなわち高圧ポンプ３０の漏れ量及びデッドボリューム等を算出する（Ｓ１０）。続いて、今回の演算タイミングの直後の１サイクルにおいて燃料噴射弁１０で発生する燃料の流出量を算出し（Ｓ１１）、さらに、基準状態における予測圧力偏差ΔＰｔに相当する流量（圧力偏差補正分）を算出する（Ｓ１２）。

続いて、Ｓ１１で算出した燃料の流出量と、Ｓ１２で算出した圧力偏差補正分を加算することにより、今回（直後の１サイクル）の必要燃料流量Ｑｎを算出する（Ｓ１３）。続いて、現演算タイミングの直前の１サイクルにおける実流量Ｑｒを算出する（Ｓ１４）。

続いて、前々回の演算タイミングで算出した必要燃料流量Ｑｎ、すなわち今回の演算タイミングの直前の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎの値が、０以上か否か判定する（Ｓ１５）。前々回の必要燃料流量Ｑｎの値が０以上である場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、高圧ポンプ３０の吸入弁３０Ｃを制御する際に用いるＦ／Ｂ流量を新たに算出し、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量を更新する（Ｓ１６）。この場合、減圧弁２３のＦ／Ｂ流量は更新せず、前回の値を維持する。

一方、前々回の必要燃料流量Ｑｎの値が０未満の場合には（Ｓ１５：ＮＯ）、減圧弁２３を制御する際に用いるＦ／Ｂ流量を新たに算出し、減圧弁２３のＦ／Ｂ流量を更新する（Ｓ１７）。この場合、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量は更新せず、前回の値を維持する。

続いて、Ｓ１３で算出した今回の必要燃料流量Ｑｎの値が０以上か否か判定する（Ｓ１８）。今回の必要燃料流量Ｑｎの値が０以上の場合は（Ｓ１８：ＹＥＳ）、今回の必要燃料流量Ｑｎに、Ｓ１６で算出した高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量、及びＳ１０で算出したポンプ圧送損失を加算した値を流量指令値として算出する（Ｓ１９）。そして、Ｓ１９で算出した流量指令値に応じた駆動信号を、高圧ポンプ３０の吸入弁３０Ｃに送信して、高圧ポンプ３０を駆動させる。なお、Ｓ１９で算出した流量指令値が高圧ポンプ３０の最大吐出量に相当する流量指令値を超える場合は、流量指令値を最大吐出量に相当する値にする。

一方、今回の必要燃料流量Ｑｎの値が０未満の場合は（Ｓ１８：ＮＯ）、今回の必要燃料流量Ｑｎに、Ｓ１７で算出した減圧弁２３のＦ／Ｂ流量を加算した値を流量指令値として算出する（Ｓ２１）。そして、Ｓ２１で算出した流量指令値に応じた駆動信号を、減圧弁２３に送信して、減圧弁２３を駆動させる（Ｓ２２）。なお、Ｓ２２で算出した流量指令値が減圧弁２３の最大排出流量に相当する流量指令値を超える場合は、流量指令値を最大排出流量に相当する値にする。

上述した高圧ポンプ３０の制御では、１サイクルごとに、コモンレール２０における燃料の流入出量を想定して算出した予測圧力Ｐｔｏｐを用いている。そのため、コモンレール２０における燃料の流入出量が想定していたバランスから崩れ、実際の流出量が想定していた流出量よりも少なくなる、又は実際の流入量が想定していた流入量よりも多くなると、実圧力Ｐｓｅｎｓと目標圧力Ｔｐとが乖離しつづけるおそれがある。コモンレール２０からの実際の燃料の流出量が想定していた流出量よりも少なくなる事態は、例えば、燃料噴射弁１０の劣化等により、実際の噴射量が目標噴射量よりも少なくなる場合に生じる。また、コモンレール２０への実際の燃料の流入量が想定していた流入量よりも多くなる事態は、例えば、高圧ポンプ３０の劣化等により、実際の燃料の吐出量が流量指令値に相当する量よりも多くなる場合に生じる。

図３（ｂ）は、噴射率波形を模式的に表したものであり、噴射率波形の面積が実際の噴射量を表す。図３（ｅ）は、目標圧力Ｔｐ、実圧力Ｐｓｅｎｓ及び予測圧力Ｐｔｏｐの変動を模式的に表したものである。図３において、Ｔ１〜Ｔ４の期間は、実際の噴射量と目標噴射量が略等しい正常状態であり、実圧力Ｐｓｅｎｓは目標圧力Ｔｐと略一致している。一方、時点Ｔ４以降は、実際の噴射量が目標噴射量よりも少ない状態となっており、実圧力Ｐｓｅｎｓと目標圧力Ｔｐとが乖離した状態が継続している。

実際の噴射量が目標噴射量よりも少ない状態でも、流量指令値の演算においては、目標噴射量が継続して用いられる。そのため、演算タイミングＣ４において、時点Ｔ５におけるコモンレール２０内の圧力が目標圧力Ｔｐとなるように算出した必要燃料流量Ｑｎは、本来必要な燃料流量よりも多くなる。その結果、時点Ｔ５における実圧力Ｐｓｅｎｓは目標圧力Ｔｐよりも高くなる。そして、演算タイミングＣ５において、時点Ｔ５における実圧力Ｐｓｅｎｓに基づいて時点Ｔ６における予測圧力Ｐｔｏｐを算出すると、予測圧力Ｐｔｏｐも目標圧力Ｔｐより大きくなり、予測圧力偏差ΔＰｔは正の大きな値になる。

演算タイミングＣ５において、予測圧力偏差ΔＰｔに相当する流量が、Ｔ６〜Ｔ７の１サイクルにおいて燃料噴射弁１０で発生する燃料の流出量よりも大きい場合、必要燃料流量Ｑｎは０未満になる。その結果、Ｔ６〜Ｔ７の１サイクルにおいて、高圧ポンプ３０による燃料の圧送が停止し、演算タイミングＣ５において高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量は更新されない。

そして、次の演算タイミングＣ６では、時点Ｔ７における予測圧力Ｐｔｏｐが下がることにより、必要燃料流量Ｑｎが０以上となると、Ｔ７〜Ｔ８の１サイクルにおいて、高圧ポンプ３０による燃料の圧送が行われ、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量は更新される。次の演算タイミングＣ７では、時点Ｔ８における予測圧力Ｐｔｏｐが上がることにより、必要燃料流量Ｑｎが０未満になると、Ｔ８〜Ｔ９の１サイクルにおいて、高圧ポンプ３０による燃料の圧送が停止し、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量は更新されない。

このように、図３の時点Ｔ６以降において、高圧ポンプ３０による燃料の圧送サイクルと圧送停止サイクルとを繰り返す事態が生じることがある。その結果、一旦必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒが釣り合うと、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量が略一定の値のままとなり、実圧力Ｐｓｅｎｓと目標圧力Ｔｐとが乖離した状態が継続されることになる。したがって、このような場合には、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いを解消するように、釣り合いモード制御を実施する。

＜釣り合いモード制御＞
次に、釣り合いモード制御を実施するか否か判定する処理手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、ＥＣＵ５０が、図４のフローチャートのＳ１６又はＳ１７の処理の後からＳ１８の処理の開始までの間で実施する。

まず、燃料噴射システムが正常状態か否か判定する（Ｓ３１）。すなわち、高圧ポンプ３０や燃料噴射弁１０を駆動して、燃料の圧送や噴射を実施できる状態か否かを判定する。燃料噴射システムが正常状態でない場合は（Ｓ３１：ＮＯ）、本処理を終了する。一方、燃料噴射システムが正常状態の場合は（Ｓ３１：ＹＥＳ）、圧力偏差ΔＰ＝実圧力Ｐｓｅｎｓ−目標圧力Ｔｐを算出する（Ｓ３２）。ここでの実圧力Ｐｓｅｎｓは、演算タイミングよりも前に検出された実圧力Ｐｓｅｎｓであって、演算タイミングの直近の１サイクルの終了時に検出されたものである。すなわち、演算タイミングＣ（ｓ）では、時点Ｔ（ｓ）で検出された実圧力Ｐｓｅｎｓである。

続いて、Ｓ３３で算出した圧力偏差ΔＰが０よりも大きいか否か判定する（Ｓ３３）。燃料噴射弁１０の実際の噴射量が目標噴射量よりも多かったり、高圧ポンプ３０の実際の吐出量が流量指令値に対応する量よりも少なかったりした場合は、圧力偏差ΔＰは０以下になる。このような場合は、燃料の圧送が停止されることはないので、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量が更新され続ける。そのため、実圧力Ｐｓｅｎｓは目標圧力Ｔｐに追従するので、釣り合いモード制御を実施する必要はない。よって、圧力偏差ΔＰが０以下の場合は（Ｓ３３：ＮＯ）、釣り合いモード制御の実施はせずに、カウンタｎを０に設定して（Ｓ４２）、本処理を終了する。

一方、圧力偏差ΔＰが０よりも大きい場合は（Ｓ３３：ＹＥＳ）、次に、圧力偏差ΔＰの大きさが、閾値Ｔｈ１以下か否か判定する（Ｓ３４）。閾値Ｔｈ１は、実圧力Ｐｓｅｎｓが目標圧力Ｔｐから大きく乖離している状態を判定する閾値である。圧力偏差ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ１よりも大きい場合は（Ｓ３４：ＮＯ）、過渡状態か否か判定する（Ｓ４０）。過渡状態の場合は（Ｓ４０：ＹＥＳ）、一時的に圧力偏差ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ１よりも大きくなることもあり得るため、そのまま本処理を終了する。過渡状態でない場合は（Ｓ４０：ＮＯ）、異常状態と判定して適宜フェイル処理を実施する（Ｓ４１）。

一方、圧力偏差ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ１以下の場合は（Ｓ３４：ＹＥＳ）、次に、圧力偏差ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ２（第２閾値）よりも大きいか否か判定する（Ｓ３５）。第２閾値は、実圧力Ｐｓｅｎｓが目標圧力Ｔｐに追従していない状態を判定する閾値である。圧力偏差ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ２以下の場合は（Ｓ３５：ＮＯ）、実圧力Ｐｓｅｎｓが目標圧力Ｔｐに追従していると判定して、釣り合いモード制御の実施はせずに、カウンタｎを０に設定して（Ｓ４２）、本処理を終了する。

一方、圧力偏差ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ２よりも大きい場合は（Ｓ３５：ＹＥＳ）、次に、今回の演算タイミングにおける高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量と、前回の演算タイミングにおける高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量との差分の大きさが、閾値Ｔｈ３（第１閾値）よりも小さいか否か判定する（Ｓ３６）。すなわち、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量の変動量が閾値Ｔｈ３よりも小さいか否か判定する。閾値Ｔｈ３は、高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量が変動していない状態を判定する閾値である。

今回と前回との高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量の差分の大きさが、閾値Ｔｈ３以上の場合は（Ｓ３６：ＮＯ）、この後、実圧力Ｐｓｅｎｓが目標圧力Ｔｐに追従し得るので、釣り合いモード制御は実施せずに、カウンタｎを０に設定して（Ｓ４２）、本処理を終了する。

一方、今回と前回との高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量の差分の大きさが、閾値Ｔｈ３よりも小さい場合は（Ｓ３６：ＹＥＳ）、カウンタｎを１増やしてｎ＋１にする（Ｓ３７）。カウンタｎの初期値は０に設定されている。続いて、カウンタｎが閾値Ｔｈ４よりも大きいか否か判定する（Ｓ３８）。閾値Ｔｈ４は、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いが継続している状態を判定する閾値である。すなわち、閾値Ｔｈ４よりも多くの回数の連続した演算タイミングにおいて、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いが継続している場合に、釣り合いモード制御処理を実施する。カウンタｎが閾値Ｔｈ４以下の場合は（Ｓ３８：ＮＯ）、本処理を終了する。一方、カウンタｎが閾値Ｔｈ４よりも大きい場合は（Ｓ３８：ＹＥＳ）、釣り合いモード制御処理を実施する（Ｓ３９）。すなわち、釣り合い解消手段により、今回の演算タイミングの直後の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎを変化させる。

次に、本実施形態に係る釣り合い制御モードの処理手順について、図６のサブルーチンを参照して説明する。

まず、圧力偏差に基づいて燃料変化量ΔＱｔｐを算出する（Ｓ５１）。圧力偏差ΔＰは、今回の演算タイミングよりも前であって、今回の演算タイミングの直近の１サイクルの終了時に検出された実圧力Ｐｓｅｎｓと、目標圧力Ｔｐとの差圧である。続いて、今回の演算タイミングで算出した必要燃料流量ＱｎからＳ５１で算出した燃料変化量ΔＱｔｐを減算した値を、今回の必要燃料流量Ｑｎとする。この必要燃料流量Ｑｎの更新により、釣り合いモード制御を実施しない場合よりも、今回の演算タイミングの直後の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎが減らされる。その結果、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いを解消できるとともに、実圧力Ｐｓｅｎｓと目標圧力Ｔｐとの差圧を小さくできる。以上で釣り合いモード制御処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・実圧力Ｐｓｅｎｓが目標圧力Ｔｐよりも大きく、且つ高圧ポンプ３０のＦ／Ｂ流量の変動量が閾値Ｔｈ３よりも小さい場合に、後の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎが変化させられる。これにより、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いを解消して、実圧力Ｐｓｅｎｓを目標圧力Ｔｐに追従させることができる。したがって、コモンレール２０における燃料の流入出量が想定していたバランスから崩れた場合でも、コモンレール２０の実圧力Ｐｓｅｎｓを目標圧力Ｔｐに追従させることができる。

・圧力偏差ΔＰが閾値Ｔｈ２より大きい場合に限って、釣り合いモード制御処理が実施される。すなわち、実圧力Ｐｓｅｎｓが目標圧力Ｔｐに追従していない状態に限って、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いを解消する処理を実施できる。

・演算タイミングを、１サイクルの開始時点から半サイクル経過した時点としたことにより、次の１サイクルの開始時点までに、高圧ポンプ３０の流量指令値の算出を終えることができる。また、１サイクルの開始時点において検出された実圧力Ｐｓｅｎｓを用いることができる。

・演算タイミング直後の１サイクルにおける必要燃料流量Ｑｎを、上記演算タイミングで算出された必要燃料流量Ｑｎから、圧力偏差ΔＰに基づいて算出された燃料変化量ΔＱｔｐを減算した値に更新することにより、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いを解消させることができる。また、必要燃料流量Ｑｎを燃料変化量ΔＱｔｐ分小さくすることにより、釣り合いモード制御を実施しない場合よりも、実圧力Ｐｓｅｎｓを小さくして目標圧力Ｔｐに近づけることができる。したがって、実圧力Ｐｓｅｎｓを目標圧力Ｔｐに確実に追従させることができる。

・図６のサブルーチンのＳ５１の処理において、燃料変化量ΔＱｔｐに係数を乗算して、燃料変化量ΔＱｔｐを段階的に変化させてもよい。係数は、例えば、カウンタｎの関数とすればよい。

（第２実施形態）
第２実施形態は、釣り合いモード制御処理が第１実施形態と異なる。第２実施形態では、演算タイミングにおいて、必要燃料流量Ｑｎを算出する前に釣り合いモード制御を実施する。具体的には、図４のフローチャートにおいて、Ｓ１３の処理を、Ｓ１６又はＳ１７の処理の後、且つＳ１８の処理の前に実行する。そして、Ｓ１６又はＳ１７の処理の後、且つＳ１３の処理を開始する前に、図５のフローチャートを実行し、釣り合いモード制御に入った場合には、図７のサブルーチンを実行する。以下、第２実施形態に係る釣り合いモード制御処理について、図７のサブルーチンを参照しつつ説明する。

まず、今回の演算タイミングにおいて、必要燃料流量Ｑｎを算出する際に用いる体積弾性係数Ｋに乗算する係数αを、１よりも大きな値に設定する（Ｓ６１）。続いて、今回の演算タイミングにおいて、必要燃料流量Ｑｎを算出する際に用いる体積弾性係数Ｋを、前回の演算タイミングにおいて必要燃料流量Ｑｎを算出する際に用いた体積弾性係数Ｋに、Ｓ６１で設定した係数αを乗算した値にする（Ｓ６２）。これにより、予測圧力偏差ΔＰｔを流量に変化する際の体積弾性係数Ｋが、釣り合いモード制御を実施しない場合よりも大きくなる。その結果、今回の演算タイミングにおいて算出される必要燃料流量Ｑｎが、釣り合いモード制御を実施しない場合よりも小さくなる。その結果、必要燃料流量Ｑｎと実流量Ｑｒとの釣り合いを解消できるとともに、実圧力Ｐｓｅｎｓと目標圧力Ｔｐとの差圧を小さくできる。以上で釣り合いモード制御処理を終了する。

以上説明した第２実施形態によれば、必要燃料流量Ｑｎを算出する際に用いる体積弾性係数Ｋを大きくすることにより、釣り合い制御モードを実施しない場合に算出する必要燃料流量Ｑｎよりも、必要燃料流量Ｑｎを小さくできる。その結果、釣り合い制御モードを実施しない場合よりも、実圧力Ｐｓｅｎｓを小さくして、目標圧力Ｔｐに近づけることができる。したがって、実圧力Ｐｓｅｎｓを目標圧力Ｔｐに確実に追従させることができる。

・図７のサブルーチンのＳ６２の処理において、係数αを段階的に変化させてもよい。例えば、係数αはカウンタｎの関数とすればよい。

・必要燃料流量Ｑｎを算出する際に圧力の変化量を燃料の流量に換算するために用いる係数であれば、体積弾性係数Ｋ以外の係数を、必要燃料流量Ｑｎが少なくなるように変化させてもよい。例えば、必要燃料流量Ｑｎを基準状態に変換する際の係数を変化させてもよい。また、燃料の温度をポンプ用温度センサ３１により検出された温度から変化させてもよい。

（他の実施形態）
・図５のフローチャートにおいて、Ｓ３４の処理を省略することもできる。

・燃料噴射システムの制御装置は、ディーゼルエンジンを対象にしたコモンレール式の燃料噴射システムに限らず、デリバリパイプ（蓄圧容器）を備えた直噴エンジンの燃料噴射システムに適用されるものであってもよい。

１０…燃料噴射弁、２０…コモンレール、２１…圧力センサ、２３…減圧弁、３０…高圧ポンプ、３０Ａ…プランジャ、４０…エンジン。

Claims (7)

1. プランジャ（３０Ａ）の往復駆動により燃料を加圧供給する高圧ポンプ（３０）と、前記高圧ポンプから供給された燃料を蓄圧保持する蓄圧容器（２０）と、前記蓄圧容器内の燃料を内燃機関（４０）に噴射供給する燃料噴射弁（１０）と、前記蓄圧容器内の実圧力を検出する圧力センサ（２１）と、を備える燃料噴射システムに適用される制御装置（５０）であって、
   所定の演算タイミングにおいて、前記タイミングよりも前に検出された前記実圧力に基づいて、前記タイミングよりも後の前記プランジャの往復駆動の１サイクルの開始時における前記蓄圧容器内の予測圧力を算出する予測圧力算出手段と、
   前記タイミングにおいて、前記予測圧力算出手段により算出された前記予測圧力に基づいて、前記タイミングよりも後の前記１サイクルの終了時における前記蓄圧容器内の圧力を目標圧力とするために、前記後の１サイクルにおいて必要な燃料の流量である必要燃料流量を算出する必要燃料流量算出手段と、
   前記タイミングよりも前の前記１サイクルにおいて、前記蓄圧容器に供給された燃料の流量である実流量を算出する実流量算出手段と、
   前記前の１サイクルにおける前記必要燃料流量と前記実流量との差分に基づいて、フィードバック流量を算出するフィードバック流量算出手段と、
   前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量が正の値の場合に、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量に前記フィードバック流量を加算した流量の燃料が前記高圧ポンプから吐出されるように前記高圧ポンプを制御するポンプ制御手段と、
   検出された前記実圧力が前記目標圧力よりも大きく、且つ前記フィードバック流量算出手段により算出された前記フィードバック流量の変動量が第１閾値よりも小さい場合に、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量を変化させる釣り合い解消手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射システムの制御装置。
2. 前記釣り合い解消手段は、検出された前記実圧力と前記目標圧力との圧力偏差が第２閾値よりも大きいことを条件として、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量を変化させる請求項１に記載の燃料噴射システムの制御装置。
3. 前記演算タイミングは、前記１サイクルの開始時から前記プランジャの往復駆動の半サイクルが経過した時点付近のタイミングである請求項１又は２に記載の燃料噴射システムの制御装置。
4. 前記実圧力は、前記１サイクルの終了時の都度検出され、
   前記タイミングよりも前に検出された前記実圧力は、前記所定の演算タイミングに最も近い前記１サイクルの終了時に検出されたものである請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射システムの制御装置。
5. 前記釣り合い解消手段は、検出された前記実圧力と前記目標圧力との圧力偏差に基づいて燃料変化量を算出し、前記後の１サイクルにおける前記必要燃料流量を、前記タイミングで算出された前記必要燃料流量から前記燃料変化量を減算した値に更新する請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射システムの制御装置。
6. 前記必要燃料流量は体積流量であり、
   前記釣り合い解消手段は、前記必要燃料流量を算出する際に圧力の変化量を燃料の流量に換算するために用いる係数を変化させる請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射システムの制御装置。
7. 前記係数は体積弾性係数であり、
   前記釣り合い解消手段は、前記演算タイミングの都度、前記体積弾性係数を前回の前記演算タイミングにおける前記体積弾性係数よりも大きくする請求項６に記載の燃料噴射システムの制御装置。

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