JP4023020B2 - 高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置 - Google Patents

高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料噴射弁に高圧燃料を供給する蓄圧配管内の燃料圧を同蓄圧配管に設けられたリリーフ弁を開弁駆動することにより低下させるようにした高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、コモンレール等の圧配管を備える内燃機関にあっては、燃料ポンプから蓄圧配管に高圧燃料を圧送するとともに、同蓄圧配管に接続された燃料噴射弁から燃料を機関燃焼室内に噴射するようにしている。
【0003】
この蓄圧配管内の燃料圧、換言すれば燃料噴射弁の燃料噴射圧は、機関運転状態に応じた圧力となるように制御されている。こうした燃料圧制御では、例えば、圧力センサ等により検出される蓄圧配管内の燃料圧が機関運転状態に応じて設定される目標燃料圧よりも低いときには、燃料ポンプの燃料圧送量を増大させ、逆に検出される燃料圧が目標燃料圧よりも高いときには、燃料ポンプの燃料圧送量を減少させ、若しくはその燃料圧送を停止させるといった態様で蓄圧配管内の燃料圧が制御される。こうした燃料圧制御が実行されることにより、噴射燃料の噴霧粒径等は機関燃焼状態に適応したものとなる。
【0004】
しかしながら、機関運転状態が高負荷運転時から低負荷運転時へと短時間のうちに移行したとき等、目標燃料圧が急激に低下するような場合には、燃料ポンプによる燃料圧送を制限或いは停止したとしても、蓄圧配管内の燃料圧が目標燃料圧へと低下するまでに所定の時間を要するようになる。こうした場合には、一時的にせよ、過大な燃料噴射圧に基づいて燃料噴射が実行されるようになり、噴射燃料が過度に微粒化されることに起因した燃焼騒音の増大を招くことともなる。
【0005】
そこで従来では、特開平10−54318号公報に記載されるように、コモンレールに取り付けられたプレッシャレギュレータ(リリーフ弁)を開閉駆動可能な電磁弁により構成し、コモンレール内の燃料圧が目標燃料圧よりも高いときに、このリリーフ弁を開弁駆動してコモンレール内の燃料を排出し、燃料圧を低下させるようにしている。こうした減圧処理が行われることにより、燃料圧と目標燃料圧との差が速やかに減少するようになり、過大な燃料噴射圧に基づいて燃料噴射が実行されることによる燃焼騒音の増大も好適に抑制されるようになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたリリーフ弁を用いた燃料圧の減圧処理は、同燃料圧を確実に減圧させるうえでは好適である反面、燃料噴射や燃料ポンプによる燃料圧送、或いは燃料圧の検出等々に悪影響を与えてしまう懸念がある。例えば、この減圧処理中に燃料噴射が実行されると、燃料噴射圧が燃料噴射中に大きく変化し、その変化に伴って燃料噴射量や噴射率もまた変化してしまうため、燃料噴射制御における制御精度の悪化も避けきれないものとなる。
【0007】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧燃料噴射系への悪影響を回避しつつ、蓄圧配管内の燃料圧を確実に減圧させることのできる高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載した発明では、燃料ポンプから供給される燃料を高圧に蓄圧し、該蓄圧された燃料を燃料噴射弁に供給する蓄圧配管と、該蓄圧配管に設けられ、同蓄圧配管内の燃料をその開弁動作に基づいて排出するリリーフ弁と、前記蓄圧配管内の燃料圧を検出し、該検出される燃料圧とその目標圧との比較に基づく減圧要求に応じて前記リリーフ弁を開弁駆動して前記燃料圧を低下させる燃料圧制御手段とを備えた高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置において、前記燃料圧制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射が所定の時期に実行される際に、前記リリーフ弁の開弁期間が前記燃料噴射弁の開弁期間と重ならないように前記リリーフ弁を開弁駆動するものであるとしている。
【0009】
こうした構成によれば、リリーフ弁の開弁に伴う蓄圧配管内の燃料圧の低下によって燃料噴射量や噴射率が変化するのを回避することができ、燃料噴射状態に悪影響を与えることなく蓄圧配管内の燃料圧を確実に減圧させることができるようになる。
【0020】
また、請求項に記載した発明では、請求項1に記載した高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置において、前記燃料圧制御手段は、前記減圧要求に基づいて前記リリーフ弁の開弁期間を設定するとともに、該設定される開弁期間と前記燃料噴射弁の開弁期間とが重なるか否かを判定し、重なる旨判定されるときに前記設定される開弁期間を前記燃料噴射弁の開弁期間と重ならないように制限するものであるとしている。
【0021】
こうした構成によれば、リリーフ弁の開弁期間を燃料噴射弁の開弁期間と重ならない範囲で最大限に確保することができるようになる。従って、請求項1に記載した発明の作用効果に加えて、蓄圧配管内の燃料圧を更に確実に減圧させることができるようになる。
【0026】
請求項に記載した発明では、請求項に記載した高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置において、前記燃料圧制御手段は前記減圧要求に基づいて前記リリーフ弁の開弁期間を設定するに際し、同開弁期間を前記検出される燃料圧とその目標圧との差圧の大きさに応じて設定するものであるとしている。
【0027】
こうした構成によれば、請求項に記載した発明の作用効果に加えて、検出される実際の燃料圧とその目標圧との差圧の大きさに応じた分だけ蓄圧配管の燃料圧を減圧させることができ、より適切な減圧を行うことができるようになる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンに備えられたコモンレール内の燃料圧を制御する制御装置に適用するようにした一実施形態について説明する。
【0029】
図1は本実施形態に係る4気筒直噴式ディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」という)10及びその高圧燃料噴射系の概略構成を示している。
同図に示すように、この高圧燃料噴射系は、エンジン10の各気筒#1〜#4に対応してそれぞれ設けられたインジェクタ12、これら各インジェクタ12が接続されたコモンレール20、燃料タンク14内の燃料をコモンレール20に圧送する燃料ポンプ30、及び電子制御装置(以下、「ECU」という)60を備えている。
【0030】
コモンレール20は燃料ポンプ30から供給される燃料を所定圧力に蓄圧する機能を有するものであり、その内部の燃料圧(レール圧)に基づいてインジェクタ12の燃料噴射圧が決定される。
【0031】
このコモンレール20にはリリーフ弁22が取り付けられている。このリリーフ弁22はECU60により通電駆動されて開弁する常閉電磁弁であり、リリーフ通路21を介して燃料タンク14に接続されている。リリーフ弁22が開弁することで、コモンレール20内の燃料はリリーフ通路21に排出され、同リリーフ通路21を通じて燃料タンク14に戻される。こうしてコモンレール20内から排出される燃料の量に応じてレール圧は低下し、また、その低下量はリリーフ弁22の開弁期間の長さに応じて調節される。
【0032】
インジェクタ12はECU60により開閉駆動される電磁弁であり、コモンレール20から供給される燃料を各気筒#1〜#4の燃焼室(図示略)内に噴射する。各インジェクタ12はリリーフ通路21を介して燃料タンク14にも接続されており、同インジェクタ12の内部に漏出した燃料は、同リリーフ通路21を通じて燃料タンク14に戻されるようになっている。
【0033】
ECU60は燃料ポンプ30の燃料圧送量や、インジェクタ12の燃料噴射時期、燃料噴射量に係る制御を実行するものである。このECU60は、各種制御プログラム、関数データ等が記憶されるメモリ64と、各種演算処理を実行するCPU62、バッテリ59の供給電力に基づき生成される通電信号をインジェクタ12等に出力してこれらを駆動する複数のドライバ63等を備えて構成されている。
【0034】
また、このECU60にはエンジン10の運転状態やコモンレール20内の燃料圧等を検出するための各種センサが接続されており、これら各センサから検出信号がそれぞれ入力される。
【0035】
例えば、エンジン10のクランクシャフト(図示略)の近傍には回転数センサ65が、カムシャフト(図示略)の近傍には気筒判別センサ66がそれぞれ設けられている。ECU60はこれら各センサ65,66から入力される検出信号に基づいてクランクシャフトの回転速度(機関回転速度NE)と、同クランクシャフトの回転角度(クランク角CA)とをそれぞれ算出する。
【0036】
また、アクセルペダル(図示略)の近傍にはアクセルセンサ67が設けられており、同アクセルセンサ67からはアクセルペダルの踏込量(アクセル開度)に応じた検出信号が出力される。コモンレール20には燃圧センサ68が設けられており、同燃圧センサ68からはレール圧(実燃料圧PCR)に応じた検出信号が出力される。エンジン10のシリンダブロック(図示略)には水温センサ69が設けられており、同水温センサ69からは機関冷却水の温度(冷却水温)に応じた検出信号が出力される。ECU60はこれら各センサ67〜69からの検出信号に基づいてアクセル開度、実燃料圧PCR、及び冷却水温をそれぞれ検出する。
【0037】
燃料ポンプ30は、エンジン10のクランクシャフトにより回転駆動されるドライブシャフト40、ドライブシャフト40の回転に基づいて作動するフィードポンプ31、ドライブシャフト40に形成された環状のカム42によって駆動される一対のサプライポンプ(第1のサプライポンプ50a及び第2のサプライポンプ50b)等を備えている。
【0038】
フィードポンプ31は燃料タンク14内の燃料を吸入通路24を通じて吸入ポート34から吸入するとともに、その燃料を所定のフィード圧をもって第1のサプライポンプ50a及び第2のサプライポンプ50bにそれぞれ供給する。このように吸入ポート34から吸入された燃料のうち、各サプライポンプ50a,50bのいずれにも供給されない余剰燃料は、リリーフポート36からリリーフ通路21を通じて燃料タンク14に戻されるようになっている。
【0039】
第1のサプライポンプ50a及び第2のサプライポンプ50bはいずれも、いわゆるインナカム式のポンプであり、フィードポンプ31から供給される燃料をプランジャ(図示略)の往復動に基づいて更に高圧(例えば25〜180MPa)に加圧し、その加圧した燃料を吐出ポート38から吐出通路23を通じてコモンレール20に圧送する。
【0040】
燃料ポンプ30には、これら各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送量を調整するための第1の調整弁70a及び第2の調整弁70bが設けられている。これら各調整弁70a,70bはいずれもECU60により通電駆動されて開弁する常閉電磁弁である。
【0041】
図2は、各サプライポンプ50a,50bにおける燃料の吸入・圧送タイミング、及び定常時におけるレール圧の変化態様等を示すタイミングチャートである。
【0042】
同図に示すように、各サプライポンプ50a,50bにおける燃料の吸入は、各ポンプ50a,50b毎でクランク角CAについて位相が180°CA(CA:Crank Angle)ずれた状態で交互に行われている。また、これら各サプライポンプ50a,50bの燃料の圧送に関しても同様に、位相が180°CA(CA:Crank Angle)ずれた状態で交互に行われている。
【0043】
同図(b)に示すように、第1の調整弁70aは、第1のサプライポンプ50aの吸入行程中に開弁して燃料の吸入を開始する一方、所定の時期(クランク角CA)に閉弁してその燃料の吸入を停止する。こうして吸入された燃料の全ては吸入行程に続く圧送行程において加圧され、第1のサプライポンプ50aからコモンレール20に圧送される。
【0044】
こうして第1のサプライポンプ50aの燃料圧送量は第1の調整弁70aの開弁期間が変更されることによって調整される。
例えば、同図(b),(c)の矢印で示すように、第1の調整弁70aの閉弁時期を遅らせ(遅角させ)てその開弁期間を増大させると、第1のサプライポンプ50aの燃料吸入量が増加する。また、このように、第1の調整弁70aの閉弁時期を遅角させると、その遅角量と等しい分だけ第1のサプライポンプ50aにおける燃料圧送の開始時期が進角される。その結果、燃料圧送期間が長くなり、第1のサプライポンプ50aの燃料圧送量が増加するようになる。
【0045】
逆に、第1の調整弁70aの閉弁時期を早め(進角させ)てその開弁期間を減少させると、第1のサプライポンプ50aの燃料吸入量が減少する。また、このように、第1の調整弁70aの閉弁時期を進角させると、その進角量と等しい分だけ第1のサプライポンプ50aにおける燃料圧送の開始時期(クランク角CA)が遅角される。その結果、燃料圧送期間が短くなり第1のサプライポンプ50aの燃料圧送量が減少するようになる。
【0046】
尚、上記のように第1のサプライポンプ50aの燃料圧送の開始時期は第1の調整弁70aの閉弁時期に基づいて一義的に求めることができる。
また、第2のサプライポンプ50bに関しても同様に、第2の調整弁70bの閉弁時期を遅角或いは進角させることにより、その燃料圧送量を増減することができ、また、その燃料圧送の開始時期(クランク角CA)も第2の調整弁70bの閉弁時期に基づいて一義的に求めることができる。
【0047】
因みに、こうした各調整弁70a,70bの開弁時期及び閉弁時期はいずれもクランク角をその単位として定義され、閉弁時期は開弁時期を基準とする相対的なクランク角として設定されている。例えば、各サプライポンプ50a,50bによる燃料圧送を停止させる場合には、この閉弁時期は「0°CA」に設定され、各調整弁70a,70bは吸入行程中、閉弁状態のまま保持されるようになる。一方、燃料圧送量を最大に設定する場合には、この閉弁時期は吸入行程中のクランク角変化量に相当する「180°CA」に設定され、各調整弁70a,70bは同吸入行程中、常に開弁状態のまま保持されるようになる。
【0048】
また、各調整弁70a,70bの閉弁時期の設定は各サプライポンプ50a,50bにより燃料を吸入する際に、その都度、レール圧及び目標燃料圧等に基づいて設定される。以下、こうした閉弁時期の設定手順について図3に示すフロチャートを参照して説明する。
【0049】
ECU60は同図に示す「調整弁駆動時期算出ルーチン」を所定クランク角毎(180°CA毎)の割込処理として実行する。
このルーチンのステップ110において、ECU60は燃圧センサ68からの検出信号に基づいて実燃料圧PCRを検出する。尚、この実燃料圧PCRの検出時期、即ち本ルーチンの割込タイミング(角度)は、先の図2(g)に示すように、各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送終了後の時期(クランク角CAが例えば同図に示すCAA0〜CAA5の各角度に達する時期)に設定されている。
【0050】
次に、ECU60は、ステップ120において燃料噴射量及び機関回転速度NEに基づいて目標燃料圧PCRTRGを算出する。
この目標燃料圧PCRTRGと燃料噴射量及び機関回転速度NEとの関係は、噴射燃料の噴霧粒径等が機関燃焼状態に適応するものとなるように予め実験により求められ、ECU60のメモリ64に目標燃料圧PCRTRG算出用の関数データとして記憶されている。また、上記燃料噴射量は本ルーチンとは別のルーチンにおいて、アクセル開度及び機関回転速度NE等に基づいて算出され、メモリ64に記憶されている値である。
【0051】
ステップ130では、目標燃料圧PCRTRGから実燃料圧PCRを減算し、その減算値(PCRTRG−PCR)を偏差△PCRとして設定する。そして、ステップ140では、燃料噴射量、実燃料圧PCR、及び機関回転速度NEに基づいて基本閉弁角度ANGBASEを算出する。
【0052】
この基本閉弁角度ANGBASEは燃料ポンプ30の定常運転時、即ちレール圧が目標燃料圧PCRTRGと略等しく、且つ、目標燃料圧PCRTRGが略一定に保持されているときに必要となる燃料ポンプ30の燃料圧送量に基づいて決定されるものである。この基本閉弁角度ANGBASEと燃料噴射量等との関係は同基本閉弁角度ANGBASE算出用の関数データとしてメモリ64に記憶されている。
【0053】
次に、ECU60はステップ150において次式(1)に基づき最終的な各調整弁70a,70bの閉弁時期(最終閉弁角度ANGFIN)を算出する。
ANGFIN=ANGBASE+Kp・△PCR ・・・(1)
ここで、「Kp・△PCR」はフィードバック補正項であり、また、「Kp」は比例ゲインである。上式(1)より明らかなように、目標燃料圧PCRTRGが実燃料圧PCRよりも大きい場合(△PCR>0)には、最終閉弁角度ANGFINは相対的に大きく設定され、逆に目標燃料圧PCRTRGが実燃料圧PCRよりも小さい場合(△PCR<0)には、最終閉弁角度ANGFINは相対的に小さく設定される。
【0054】
こうして最終閉弁角度ANGFINを算出した後、ステップ160〜190では、最終閉弁角度ANGFINとその上限設定値である「180°CA」及び下限設定値である「0°CA」とを比較し、必要に応じて最終閉弁角度ANGFINを修正する。即ち、最終閉弁角度ANGFINが「180°CA」を上回っている場合(ステップ160:YES)には、最終閉弁角度ANGFINを「180°CA」と等しく設定し(ステップ170)、また、「0°CA」を下回っている場合(ステップ180:YES)には、同最終閉弁角度ANGFINを「0°CA」と等しく設定する(ステップ190)。その後、ECU60は本処理ルーチンを一旦終了する。
【0055】
そして、ECU60は、本ルーチンとは別のルーチンにおいて、上記最終閉弁角度ANGFINに基づく通電信号をドライバ63を介して前記各調整弁70a,70bに交互に出力することにより、燃料ポンプ30の燃料圧送量を調節してレール圧を制御する。
【0056】
また、ECU60は、上記のようにして燃料ポンプ30の燃料圧送量を調節してレール圧を目標燃料圧PCRTRGと一致するように制御する一方で、同目標燃料圧PCRTRGが急激に低下し、レール圧がその低下に追従できなくなる場合等に、リリーフ弁22を所定時間開弁することでレール圧を低下させる処理(以下、「減圧処理」という)を実行する。
【0057】
以下、こうした減圧処理について図4〜7を参照して説明する。
図4は「リリーフ弁駆動時期設定ルーチン」の処理内容を示すフローチャートであり、図5はECU60のドライバ63からリリーフ弁22に出力される通電信号及びこの通電信号に基づくリリーフ弁22の開閉状態等を示すタイミングチャートである。また、図6は「リリーフ弁駆動制御ルーチン」の処理内容を示すフローチャートである。
【0058】
図5(a)に示すように、リリーフ弁22に出力される通電信号は、
・実燃料圧PCRの検出角度(例えば同図に示すCAA1〜CAA3の各角度)から所定角度α後のクランク角CAを基準角度とし、クランク角CAがその基準角度(例えば同図に示すCAB1,CAB2の各角度)に達したときからリリーフ弁22への通電が開始されるまでの時間(非通電時間TCLOSE)
・リリーフ弁22への通電が開始されたときから停止されるまでの時間(通電時間TOPEN)
といった二つのパラメータに基づいて定義される。
【0059】
また、リリーフ弁22はこの通電信号に基づいて開閉するが、その開閉時期は同弁22に対する通電の開始時期及び停止時期と完全には一致しておらず、同図(b)に示すように、通電の開始時期及び停止時期からそれぞれ所定の応答遅れ時間△T1,T2の経過後に開閉するようになる。
【0060】
ここで、非通電時間TCLOSEは、こうしたリリーフ弁22の応答遅れを考慮したうえで、同リリーフ弁22が実際に開弁するクランク角CAが、上記基準角度(CAB1,CAB2)から所定角度β後のクランク角CA(例えば同図に示すCAC1,CAC2の各角度。以下、「実開弁角度」という。)と一致するに設定されている。
【0061】
また、この実開弁角度(CAC1,CAC2)は、機関運転状態に応じてインジェクタ12による燃料噴射時期が変更された場合でも、その燃料噴射の終了時期よりも常に遅い時期となるように予め設定されている。従って、リリーフ弁22が開弁する時点で燃料噴射は必ず終了していることとなる。
【0062】
一方、通電時間TOPENは、リリーフ弁22の開弁時間を設定するものであり、この通電時間TOPENと等しい時間だけリリーフ弁22を開弁させることで、実燃料圧PCRを目標燃料圧PCRTRGにまで減圧させることができるように、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧等に基づいて設定されている。
【0063】
以下、こうした非通電時間TCLOSE及び通電時間TOPENの詳細な設定手順について図4、図5及び図7を参照して説明する。
図4に示す「リリーフ弁駆動時期設定ルーチン」は、所定クランク角毎(180°CA毎)の割込処理として上記「調整弁駆動時期算出ルーチン」の終了後にECU60によって実行される。
【0064】
まず、ステップ210において、ECU60は、目標燃料圧PCRTRGに所定値△P1を加算し、実燃料圧PCRがその加算値(PCRTRG+△P1)よりも高いか否か、換言すれば減圧処理を実行する必要があるか否かを判断する。
【0065】
ここで、上記減圧処理を実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)がそれほど大きくない場合にも実行するようにすると、リリーフ弁22の開弁に伴ってレール圧が目標燃料圧PCRTRGを越えて更に低下してしまう、いわゆるオーバーシュート現象の発生を招く懸念がある。
【0066】
従って、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差がそれほど大きくなく、燃焼騒音の増大を無視できる範囲にある場合には寧ろ、燃料ポンプ30の燃料圧送量をフィードバック制御に基づき抑えながら、燃料噴射や、いわゆる無効噴射、即ち、インジェクタ12を無効噴射期間内で駆動してコモンレール20内の燃料をインジェクタ12の内部を通じてリリーフ通路21に排出することにより、レール圧を徐々に低下させたほうが、上記オーバーシュート現象の発生を抑制するうえでは好ましいといえる。
【0067】
こうした観点から、上記所定値△P1は、燃焼騒音を増大させない範囲で十分に大きく設定され、オーバーシュート現象の発生を抑制するうえで好適な値として設定されている。
【0068】
ステップ210において減圧処理が不要であると判断すると、ステップ245において通電時間TOPENを「0」に設定し、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【0069】
一方、ステップ210において減圧処理が必要であると判断すると、ステップ220において、ECU60はリリーフ弁22の応答遅れ時間△T1と機関回転速度NEとに基づいて非通電時間TCLOSEを算出する。
【0070】
例えばここで、機関回転速度NEが大きくなるほど、クランク角CAが上記基準角度(CAB1,CAB2)からリリーフ弁22の実開弁角度(CAC1,CAC2)に達するまでの時間が短くなることから、非通電時間TCLOSEは相対的に短く設定されるようになる。尚、上記応答遅れ時間△T1はリリーフ弁22の応答特性として予め実験等に基づいて求められ、非通電時間TCLOSE算出用データとしてメモリ64に記憶されている。
【0071】
ところで、各サプライポンプ50a,50bの燃料吸入は、クランク角CAが実燃料圧PCRの検出角度(CAA1〜CAA3)と等しくなった直後から開始されるが(図2参照)、ステップ210において肯定判定される条件(PCR>PCRTRG+△P1)下においては、その燃料吸入は常にクランク角CAが上記基準角度(CAB1,CAB2)に達するよりも前に終了するようになっている。即ち、こうした関係が満たされるように、上記所定値△P1及び基準角度(CAB1,CAB2)がそれぞれ設定されている。
【0072】
従って、ステップ220において、非通電時間TCLOSEが最も小さく設定され、リリーフ弁22に対する通電開始時期が最も早い時期に設定される場合であっても、前記各調整弁70a,70bが通電されているときにリリーフ弁22の通電が開始されることはない。
【0073】
因みに、実燃料圧PCR及び目標燃料圧PCRTRGに関して(PCR≦PCRTRG+△P1)なる関係が成立する場合にあっては、上記(PCR>PCRTRG+△P1)なる関係が成立する場合と比較して最終閉弁角度ANGFINが相対的に大きく設定されることから、クランク角CAが基準角度(CAB1,CAB2)に達した後も引き続き各サプライポンプ50a,50bにおける燃料吸入が実行されるようになる。しかしながら、こうした場合にはそもそも、減圧処理は実行されないため、各調整弁70a,70bが通電されているときにリリーフ弁22の通電が開始されてしまうことはない。
【0074】
次に、ステップ230において、ECU60は減圧速度K(>0)を算出する。リリーフ弁22を開弁すると、コモンレール20内の燃料が排出されることでレール圧は低下するが、その低下する際の速度は一定ではなく、レール圧の大きさによって異なるものとなっている。即ち、図7に示すように、レール圧の低下する速度(同図に示す一点鎖線の傾き)は、同レール圧が低くなるほど小さくなる傾向がある。上記減圧速度Kはこのレール圧の低下する速度に相当するものであり、実燃料圧PCRに基づいて算出される。この減圧速度Kと実燃料圧PCRとの関係は、予め実験等によって求められ、減圧速度K算出用データとしてメモリ64に記憶されている。
【0075】
ステップ240において、ECU60は、次式(2)に基づいて通電時間TOPENを算出する。
TOPEN=K・(PCR−PCRTRG) ・・・(2)
上式(2)及び図7に示すレール圧の減圧特性から明らかなように、リリーフ弁22の開弁時におけるレール圧(実燃料圧PCR)が同じであれば、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)が大きくなるほど、通電時間TOPENは相対的に長く設定され、また、上記差圧(PCR−PCRTRG)が同じであれば、開弁時のレール圧(実燃料圧PCR)が低いほど、通電時間TOPENは相対的に長く設定される。
【0076】
またここで、各サプライポンプ50a,50bにおける燃料圧送は、クランク角CAが実燃料圧PCRの検出角度(CAA1〜CAA3)と等しくなる直前まで行われるが(図2参照)、その燃料圧送の開始時期については、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)が大きくなるほど遅角側の時期に変更される。従って、通電時間TOPENが相対的に長く設定されるときには、逆に各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送期間は相対的に短く設定されるようになる。このため、各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送期間とリリーフ弁22の開弁期間とが重なることはなく、各サプライポンプ50a,50bによる燃料圧送とリリーフ弁22の開弁による燃料の排出とは各別の時期に行われる。
【0077】
こうして通電時間TOPENを算出した後、ECU60は、ステップ250において、リリーフ弁22の応答遅れ時間△T2(図5参照)及び機関回転速度NEに基づいて通電時間TOPENの最大値TOPENMAXを算出する。
【0078】
ここで、この最大値TOPENMAXは、クランク角CAが実燃料圧PCRの検出角度(CAA1〜CAA3)に達する前にリリーフ弁22が閉弁することを条件とする通電時間TOPENの最大値である。因みに、この最大値TOPENMAXは機関回転速度NEに応じて変化するものであり、機関回転速度NEが高くなるほど短く設定される。
【0079】
ステップ260では、通電時間TOPENと上記最大値TOPENMAXとを比較し、通電時間TOPENが最大値TOPENMAXより大きいと判断すると、ステップ270において通電時間TOPENを最大値TOPENMAXと等しく設定する。
【0080】
このように通電時間TOPENが最大値TOPENMAX以下に制限されることにより、実燃料圧PCRが検出されるときには必ずリリーフ弁22が閉弁しており、同実燃料圧PCRの検出時期とリリーフ弁22の開弁期間とは重ならないようになる。
【0081】
また、インジェクタ12による燃料噴射は、常に実燃料圧PCRが検出された後に開始されるため、同燃料噴射の開始時期においてリリーフ弁22は必ず閉弁していることになる。従って、前述したように、リリーフ弁22の実開弁角度(CAC1,CAC2)は燃料噴射の終了時期よりも常に遅れた時期に設定されている点を考慮すると、燃料噴射期間、即ちインジェクタ12の開弁期間とリリーフ弁22の開弁期間とについても、両者は重ならないこととなる。
【0082】
更に、各サプライポンプ50a,50bの燃料吸入もまた、常に実燃料圧PCRが検出された直後に開始され、また、同実燃料圧PCRの検出時においてリリーフ弁22への通電は必ず終了しているため、各調整弁70a,70bへの通電はリリーフ弁22への通電が停止された後に開始されるようになる。従って、前述したように、各調整弁70a,70bの通電中にはリリーフ弁22の通電は開始されない点を考慮すると、これら各調整弁70a,70b及びリリーフ弁22の通電期間は重ならないこととなる。
【0083】
ステップ270の処理を実行した後、或いはステップ260において通電時間TOPENが最大値TOPENMAX以下であると判断した場合、ECU60は本ルーチンの処理を一旦終了する。
【0084】
次に、「リリーフ弁駆動制御ルーチン」の処理について図6のフローチャートを参照して説明する。
このルーチンは、所定クランク角毎(180°CA毎)の割込処理としてECU60により実行される。また、その割込タイミング(角度)は、前記基準角度(CAB1,CAB2)に設定されている。
【0085】
まず、ステップ310において、ECU60は、機関停止時であるか否かを判断する。ここでは、エンジン10のイグニッションスイッチが「オフ」に操作された状態で燃料噴射が停止されたとき、或いは機関回転速度NEが所定回転数以下にまで低下したときに、それぞれ機関停止時であると判断される。
【0086】
ここで機関停止時ではないと判断すると、ECU60はステップ320において、上記非通電時間TCLOSE及び通電時間TOPENに基づく通電信号を生成し、これをドライバ63を介してリリーフ弁22に出力する。
【0087】
一方、ステップ310において機関停止時であると判断すると、ステップ325において、リリーフ弁22を通電状態として所定時間開弁する。尚、ここでの開弁時間は、機関停止時のレール圧の大きさに依らず、常に同レール圧を機関始動時の目標燃料圧よりも低下させることのできる時間として、予め実験等により求められ、メモリ64に記憶されている。因みに、この開弁時間は一定の時間として設定するようにしても、或いは機関停止時の冷却水温の関数として設定するようにしてもよい。
【0088】
上記ステップ320,325の各処理を実行した後、ECU60は本ルーチンの処理を一旦終了する。
以上のようにして、実燃料圧PCRが目標燃料圧PCRTRGよりも高く、その差が所定値△P1より大きい場合に、レール圧の減圧処理が実行される。
【0089】
因みに、こうした減圧処理としては、前述したインジェクタ12の無効噴射によってレール圧を減圧させるといった方法も一般に知られている。しかしながら、こうした方法では、無効噴射期間といった極めて短い期間内に燃料の排出を行う必要があるため、コモンレール20から一度に排出可能な燃料量に限界があり、要求に見合うだけの減圧量を確保できない場合もある。
【0090】
この点、本実施形態に係る減圧処理では、コモンレール20にリリーフ弁22を設け、このリリーフ弁22の開弁に基づいてレール圧の減圧を行うようにしているため、一度に多量の燃料をコモンレール20から排出することができる。従って、レール圧を目標燃料圧近傍にまで速やかに且つ確実に低下させることができ、燃焼騒音の増大等を好適に抑制することができるようになる。
【0091】
(1)特に、本実施形態では、こうした減圧処理によってリリーフ弁22を開弁駆動するに際し、その開弁期間をインジェクタ12の開弁期間と重ならないように設定している。従って、リリーフ弁22の開弁に基づくレール圧の低下により燃料噴射量や噴射率が変化してしまうのを回避することができ、燃料噴射に悪影響を与えることなくレール圧の減圧を行うことができるようになる。
【0092】
(2)更に、こうしたインジェクタ12の開弁期間に加え、上記リリーフ弁22の開弁期間を実燃料圧PCRの検出時期にも重ならないように設定しているため、リリーフ弁22の開弁に伴う燃料の排出時にコモンレール20内に圧力脈動が発生したとしても、この圧力脈動が実燃料圧PCRの検出に悪影響を及ぼしてしまうことがない。従って、実燃料圧PCRを正確に検出することができ、例えば燃料噴射期間等、この実燃料圧PCRに基づく各種制御量の算出に際しても、これを正確に求めることができるようなる。
【0093】
また、上記のように、インジェクタ12の開弁期間や実燃料圧PCRの検出時期と重ならないようにリリーフ弁22の開弁期間を設定するに際し、同開弁期間をインジェクタ12の開弁期間の変化等を予め見込んで十分に短い一定期間として設定することも可能である。しかしながら、こうした構成にあっては、リリーフ弁22の開弁期間をインジェクタ12の開弁期間等と予め重ならないように設定しておくことができる反面、リリーフ弁22の開弁期間をレール圧と目標燃料圧との差圧に応じたものとすべく、これを更に長く設定することが可能な場合であっても、一定の開弁期間しか確保できないこととなる。
【0094】
これに対して、本実施形態の減圧処理にあっては、リリーフ弁22の開弁期間がインジェクタ12の開弁期間や実燃料圧PCRの検出時期と重なるか否かを判定する判定値として上記最大値TOPENMAXを算出するとともに、この最大値TOPENMAXと通電時間TOPENとを比較し、最大値TOPENMAXを上回っている場合にのみ、同通電時間TOPENをこの最大値TOPENMAXに制限するようにしている。
【0095】
(3)従って、リリーフ弁22の開弁期間をインジェクタ12の開弁期間や実燃料圧PCRの検出時期と重ならない範囲で最大限に確保することができ、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧に応じた適切な減圧量をもってレール圧を減圧させることができるようになる。
【0096】
更に、本実施形態の減圧処理では、上記リリーフ弁22の開弁期間を各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送期間とも重ならないように設定し、燃料の圧送及び排出を各別の時期に行うようにしている。
【0097】
ここで例えば、減圧処理において要求されるレール圧の減圧分を「△Pa」、各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送において要求される増圧分を「△Pb」とした場合、こうした燃料の圧送と排出とが同時に行わなければ、最終的なレール圧の増減量は(△Pb−△Pa)となるはずでる。ところが、燃料の圧送及び排出が同時に行われるようになると、これらが相互に干渉するようになるため、そのレール圧の増減量が(△Pb−△Pa)となる保証はなく、燃料の圧送及び排出の双方に悪影響を及ぼすようになる。
【0098】
(4)この点、本実施形態によれば、こうした各サプライポンプ50a,50bによる燃料圧送とリリーフ弁22の開弁による燃料排出との相互干渉を回避することができ、各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送に悪影響を与えることなく、確実にレール圧の減圧を行うことができるようになる。
【0099】
(5)更に、上記リリーフ弁22への通電信号と同リリーフ弁22の応答特性に基づいて、その実際の開弁期間を求めるようにしているため、この開弁期間をより正確に求めることができる。従って、インジェクタ12の開弁期間や実燃料圧PCRの検出時期、或いは各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送期間と、このリリーフ弁22の開弁期間とが重なることによる不具合を確実に回避することができ、更にリリーフ弁22の開弁期間の設定可能な範囲の拡大を図ることもできるようになる。
【0100】
(6)また、リリーフ弁22の通電期間を各調整弁70a,70bの通電期間と重ならないように設定しているため、これら通電期間が重なることで、各弁22,70a,70bにバッテリ59から供給される供給電力量が不足し、これら各弁22,70a,70bを確実に駆動できなくなるといった事態の発生を回避することができる。従って、各サプライポンプ50a,50bの燃料圧送、特にその燃料圧送量の調整に及ぼす悪影響を回避することができ、またリリーフ弁22を確実に駆動させることができるようになる。
【0101】
(7)また更に、本実施形態では、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)が所定値△P1よりも大きいことを減圧処理の実行条件とし、この所定値△P1を燃焼騒音を増大させない範囲で十分に大きく設定するようにしている。従って、燃焼騒音の増大が無視できる場合にも敢えて減圧処理が実行されることでレール圧が目標の燃料圧を下回ってしまう事態を回避することができ、こうしたレール圧の過度の低下に伴う機関燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。
【0102】
(8)加えて、本実施形態では、通電時間TOPEN、即ちリリーフ弁22の開弁期間を、実燃料圧PCR及び目標燃料圧PCRTRGの差圧(PCR−PCRTRG)と減圧速度Kとに基づいて算出するようにしているため、同通電時間TOPENが最大値TOPENMAXによって制限されない限り、レール圧を正確に目標燃料圧PCRTRGにまで減圧させることができる。
【0103】
(9)また、上記減圧処理では機関停止時であると判断されるときに、リリーフ弁22を所定時間開弁することでレール圧を機関始動時における目標燃料圧よりも確実に低下させるようにしているため、通常運転時のみならず、機関再始動時においても燃焼騒音の増大を好適に抑制することができるようになる。
【0104】
特に、上記開弁時間を機関停止時の冷却水温に応じて可変設定することで、機関再始動時のレール圧を目標燃料圧により近づけた状態にすることができ、燃焼騒音の増大を好適に抑制しつつ、更に良好な機関始動性を確保することができるようになる。
【0105】
以上説明した実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)が所定値△P1を上回ったことを減圧処理の実行条件にすることで、リリーフ弁22の開弁期間と燃料ポンプ30の燃料圧送期間とが重ならないようにしたが、このように両期間が重ならないように設定するに際し、例えば以下のような構成を採用することもできる。
【0106】
即ち、上記最終閉弁角度ANGFINに基づいて燃料ポンプ30の燃料圧送の開始時期(クランク角CA)を算出する。次に、図4に示すステップ250の処理において、上記通電時間TOPENの最大値TOPENMAXをリリーフ弁22の応答遅れ時間△T2及び機関回転速度NEに基づいて算出する。但しここでは、クランク角CAが上記算出される燃料圧送開始時期に達する前に、リリーフ弁22が閉弁することを条件として、最大値TOPENMAXを算出する。
【0107】
そして、ステップ260以降の処理により、通電時間TOPENが最大値TOPENMAXを上回っている場合には、同通電時間TOPENを最大値TOPENMAXと等しく設定する。このように、通電時間TOPENが最大値TOPENMAX以下に制限されることにより、燃料ポンプ30の燃料圧送は常に、リリーフ弁22が閉弁した後に開始されるようになる。
【0108】
こうした構成によれば、リリーフ弁22の開弁期間を燃料ポンプ30の燃料圧送期間と重ならない範囲で最大限に確保することができ、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧に応じた適切な減圧量をもってレール圧を減圧させることができるようになる。
【0109】
・上記実施形態では、上記通電時間TOPENを実燃料圧PCR及び目標燃料圧PCRTRGの差圧(PCR−PCRTRG)と減圧速度Kとに基づいて設定するようにしたが、例えばこの通電時間TOPENを一定値として設定し、この通電時間TOPENを最大値TOPENMAX以下に制限するようにしてもよい。
【0110】
・上記実施形態では、通電時間TOPENをその最大値TOPENMAX以下に制限することで、実燃料圧PCRの検出時期やインジェクタ12の開弁期間とリリーフ弁22の開弁期間とが重ならないようにしたが、例えば、こうした通電時間TOPENを制限するための処理を省略し、同通電時間TOPENを十分短い一定値とすることで、同開弁期間を予め実燃料圧PCRの検出時期やインジェクタ12の開弁期間に重ならないように設定することもできる。
【0111】
・上記実施形態において、減圧処理が実行される場合に、燃料ポンプ30による燃料圧送を完全に停止するようにしてもよい。こうした構成によれば、リリーフ弁22及び各調整弁70a,70bのドライバ63を共通化することができ、構成の簡易化を図ることができる。
【0112】
・上記実施形態ではリリーフ弁22の開弁のみに基づきレール圧の減圧を行うようにしたが、こうしたリリーフ弁22の開弁に基づく減圧処理に加えて、いわゆるインジェクタ12の無効噴射に基づくレール圧の減圧を実行するようにしてもよい。また、この場合において、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)が所定圧以上であるときには、リリーフ弁22の開弁による減圧処理を、同差圧(PCR−PCRTRG)が所定圧未満であるときには、インジェクタ12の無効噴射による減圧処理をそれぞれ選択する、といった態様でこれら各減圧処理を実行するようにしてもよい。
【0113】
・上記実施形態では、減圧速度Kを実燃料圧PCRの関数として設定するようにしたが、これを定数として設定することもできる。
・上記実施形態において、上記リリーフ弁22とは別に、レール圧が燃料圧送系の耐圧値以上にまで上昇したときに開弁する機械式のプレッシャレギュレータをコモンレール20に取り付けるようにしてもよい。
【0114】
・上記実施形態において、リリーフ弁22をコモンレール20に取り付けるようにしたが、例えば吐出通路23等、コモンレール20内の燃料圧と同じ圧力で燃料を蓄圧する燃料通路に同リリーフ弁22を取り付けるようにしてもよい。
【0115】
・上記実施形態では、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)が所定値△P1を上回ったことを条件に減圧処理を実行するようにしたが、例えば実燃料圧PCRが目標燃料圧PCRTRGを上回ったことを条件として同減圧処理を実行することもできる。
【0116】
・上記実施形態において、リリーフ弁22をその開度を調節可能な弁として構成し、実燃料圧PCRと目標燃料圧PCRTRGとの差圧(PCR−PCRTRG)に応じてその開度を可変設定することで、減圧速度を調節するようにしてもよい。
【0117】
・上記実施形態では、本発明に係る燃料圧制御装置が適用される内燃機関としてディーゼルエンジンを例示したが、例えば、燃料を燃焼室に直接噴射する直噴式ガソリンエンジンに本発明に係る燃料圧制御装置を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高圧燃料噴射系を示す概略構成図。
【図2】定常時におけるレール圧の変化態様及び燃料ポンプの作動状態等を示すタイミングチャート。
【図3】燃料ポンプにおける各調節弁の駆動時期の算出手順を示すフローチャート。
【図4】リリーフ弁の駆動時期の設定手順を示すフローチャート。
【図5】リリーフ弁の通電信号の出力態様及び同リリーフ弁の開閉状態等を示すタイミングチャート。
【図6】リリーフ弁を駆動する際の制御手順を示すフローチャート。
【図7】リリーフ弁の開弁時におけるレール圧の減圧特性を示すグラフ。
【符号の説明】
10…エンジン、12…インジェクタ、14…燃料タンク、20…コモンレール、21…リリーフ通路、22…リリーフ弁、23…吐出通路、24…吸入通路、30…燃料ポンプ、31…フィードポンプ、34…吸入ポート、36…リリーフポート、38…吐出ポート、40…ドライブシャフト、42…カム、59…バッテリ、60…ECU、62…CPU、63…ドライバ、64…メモリ、65…回転数センサ、66…気筒判別センサ、67…アクセルセンサ、68…燃圧センサ、69…水温センサ、50a…第1のサプライポンプ、50b…第2のサプライポンプ、70a…第1の調整弁、70b…第2の調整弁。

Claims (3)

  1. 燃料ポンプから供給される燃料を高圧に蓄圧し、該蓄圧された燃料を燃料噴射弁に供給する蓄圧配管と、該蓄圧配管に設けられ、同蓄圧配管内の燃料をその開弁動作に基づいて排出するリリーフ弁と、前記蓄圧配管内の燃料圧を検出し、該検出される燃料圧とその目標圧との比較に基づく減圧要求に応じて前記リリーフ弁を開弁駆動して前記燃料圧を低下させる燃料圧制御手段とを備えた高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置において、
    前記燃料圧制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射が所定の時期に実行される際に、前記リリーフ弁の開弁期間が前記燃料噴射弁の開弁期間と重ならないように前記リリーフ弁を開弁駆動する
    ことを特徴とする高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置。
  2. 請求項1に記載した高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置において、
    前記燃料圧制御手段は、前記減圧要求に基づいて前記リリーフ弁の開弁期間を設定するとともに、該設定される開弁期間と前記燃料噴射弁の開弁期間とが重なるか否かを判定し、重なる旨判定されるときに前記設定される開弁期間を前記燃料噴射弁の開弁期間と重ならないように制限する
    ことを特徴とする高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置。
  3. 請求項2に記載した高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置において、
    前記燃料圧制御手段は前記減圧要求に基づいて前記リリーフ弁の開弁期間を設定するに際し、同開弁期間を前記検出される燃料圧とその目標圧との差圧の大きさに応じて設定する
    ことを特徴とする高圧燃料噴射系の燃料圧制御装置。
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