JP4081308B2 - 内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置に係り、特に、内燃機関の燃料噴射弁に圧送される高圧燃料の吐出量を可変に調節できる内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の特定物質の排出ガスの削減が要求されており、これらの削減を目的として、ダイレクトインジェクションエンジン（筒内噴射内燃機関）の開発が行われている。前記筒内噴射内燃機関は、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うものであり、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくさせることによって前記噴射燃料の燃焼を促進し、排出ガス中の特定物質の削減及びエンジン出力の向上等を図っている。
【０００３】
ここで、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくするには、前記燃料の高圧化を図る手段が必要になり、このため前記燃料噴射弁に高圧の燃料を圧送する高圧燃料ポンプの技術が各種提案されている（例えば、特開平１０−１５３１５７号公報、特開２００１−１２３９１３号公報、特開２０００−８９９７号公報、特開平１１−３３６６３８号公報、特開平１１−３２４８６０号公報、特開平１１−３２４７５７号公報、特開２０００−１８１３０号公報、特開２００１−２４８５１５号公報等参照）。
【０００４】
前記特開平１０−１５３１５７号公報所載の技術は、内燃機関の高圧燃料供給装置における燃料供給能力の向上を図るものであり、前記装置の可変吐出量高圧ポンプは、ポンプ室に３つの通路、すなわち、前記ポンプ室に低圧燃料を流入させる流入通路と、コモンレールに高圧燃料を送る供給通路と、スピル通路とが連通されており、前記スピル通路にはスピル弁が接続され、前記スピル弁の開閉動作によって燃料タンクへのスピル量を制御することにより吐出量を調整している。前記特開２０００−１２３９１３号公報所載の技術は、ポンプ室の容積を吸入行程開始から吐出行程終了直前までの間に変化させることにより、吐出量を調整している。
【０００５】
また、前記特開２０００−８９９７号公報所載の技術は、燃料噴射弁の燃料噴射量に応じて供給される高圧燃料の流量制御を行うことにより、高圧燃料ポンプ駆動力の低減及び流量制御用の弁が作動しない場合にも燃料の供給を行うものであり、吸入弁の下流側（加圧室側）の圧力が上流側（吸入口側）の圧力に対して同等又はそれ以上のときに前記吸入弁に閉弁力が発生するものであって、前記吸入弁が閉弁方向に移動した際に係合するように付勢力を与えられた係合部材、外部入力により前記付勢力と逆方向の付勢力を係合部材に作用させるアクチュエータが設けられており、前記吸入弁の開閉動作により燃料吐出量を調節している。
【０００６】
さらに、前記特開平１１−３３６６３８号公報所載の技術は、エンジン運転状態にかかわらず精度良く燃料調量を行うものであり、３筒式ポンプにおいて燃料吐出量のサイクル変動を防止するため、ポンプの圧送に同期させて電磁弁の開閉を制御している。
【０００７】
さらにまた、前記特開平１１−３２４８６０号公報所載の技術は、可変吐出量高圧ポンプにおいて流量制御の高精度化、装置の小型化及びコスト低減を図るものであり、前記特開平１１−３２４７５７号公報所載の技術は、燃料噴射圧力を可変制御する装置において目標圧力が変化した場合の応答性の向上を図るものであり、前記特開２０００−１８１３０号公報所載の技術は、燃料ポンプから吐出される燃料を常閉の電磁弁を用いて吸込み側にリリーフさせ、燃料噴射弁側の燃圧制御を行い、信頼性の向上を図るものである。
【０００８】
更にまた、前記特開２００１−２４８５１５号公報所載の技術は、前記常閉の電磁弁に与えられる開弁信号をコイル温度異常上昇を防ぐ目的で、燃料ポンププランジャの上死点から下死点に向かう吸入行程中における上死点過ぎの所定の位置において終了するように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記可変吐出量高圧ポンプによる従来の燃料圧力制御の動作タイミングチャートは、図１９に示すように、カム角信号とクランク角信号とからＲＥＦ信号１８０１が生成され、ＲＥＦ信号１８０１を基準にして、角度又は時間制御でアクチュエータ駆動信号であるソレノイド制御信号（パルス）１８０２が出力される。ソレノイド制御信号１８０２を終了してもコイルにはしばらく電流が流れるため、ソレノイドは吸引力を維持したままとなる。
【００１０】
例えば、ポンプに少量吐出量要求がなされた場合、ソレノイド制御信号１８０２はプランジャ上死点付近で出力される(制御内容詳細は、後述）。このとき、ソレノイドの吸引力が次の吐出行程まで維持されたままとなった場合、高圧燃料ポンプの特性によりポンプは全量吐出を行う。
【００１１】
つまり、前記高圧ポンプは、全量吐出を行う一方で、ポンプには少量吐出を要求していることから、計測燃料圧力は目標燃料圧力に追従することが不可能となる。このことにより、内燃機関の運転条件における最適な燃料圧力を実現することができなくなり、ピストン表面に燃料が付着する等によって安定した燃焼が得られなくなり、排出ガスの性状の悪化という問題が発生する。
【００１２】
即ち、本発明者は、可変吐出量高圧ポンプの制御においては、前記ソレノイド制御信号を終了するタイミングが重要であるとの知見を得たものであること、つまり、高圧燃料ポンプ制御装置は、前記アクチュエータの駆動信号の終了タイミングを、エンジン回転数、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量、バッテリ電圧、コイル抵抗の少なくとも１つを用いて算出し、その算出に基づいて前記プランジャの上死点以前に制限する必要があるとの新たな知見を得たものでる。
【００１３】
しかし、前記従来の各技術は、例えば、コモンレールに送る燃料圧送量を調節するスピル弁の開閉時期を制御装置で制御すること等については記載されているものの、可変吐出量高圧ポンプのアクチュエータであるソレノイドの制御信号を制限する時期等については示されていないし、前記ことについて格別の配慮もなされていないものである。
【００１４】
本発明は、前記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧燃料ポンプの制御信号の終了タイミングを制限することにより、高圧燃料ポンプの駆動制御の安定性の向上を図ることのできる内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、基本的には、気筒に備えられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプと、を有し、前記高圧燃料ポンプは、加圧室と、前記加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、前記加圧室内に設けた燃料通過弁と、前記燃料通過弁を操作するアクチュエータとを有し、前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプの吐出量又は圧力を可変とするべく、前記アクチュエータの駆動信号を算出する手段を有し、該駆動信号を算出する手段は、前記アクチュエータの駆動信号の終了タイミングを所定の位相に制限する手段を有することを特徴としている。
【００１６】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、燃料の吸入通路を閉じさせるアクチュエータの駆動信号の出力時期が、燃料吐出量の制御を確実に可能とする位相の範囲内に制限されているので、燃料圧力を最適かつ迅速に制御することができ、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置の具体的な態様は、前記所定の位相に制限する手段は、前記アクチュエータの駆動信号の終了タイミングを、前記プランジャの上死点以前に制限することを特徴としている。
【００１８】
更に、本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置の他の具体的な態様は、前記所定の位相に制限する手段は、前記アクチュエータの駆動信号の終了タイミングを、エンジン回転数、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量、バッテリ電圧、コイル抵抗の少なくとも１つを用いて算出することを特徴としている。
【００１９】
更にまた、本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置の具体的な態様は、 前記所定の位相に制限する手段は、電子回路を用いているものであることを特徴とし、前記アクチュエータの駆動信号の終了タイミングが前記所定の位相に制限された場合、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも1つを変更制御することを特徴としている。
【００２０】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、アクチュエータの駆動信号の終了タイミングが前記所定の位相に制限されたことに加えて、内燃機関の運転が成層燃焼中か、燃料圧力の脈動が許容値以内か等を踏まえて、内燃機関の燃焼の切り換え制御を行うことができる。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置の他の態様は、気筒に備えられた燃料噴射弁と前記燃料噴射弁に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプとを有し、前記高圧燃料ポンプは、加圧室と、前記加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、前記加圧室内に設けた燃料通過弁と、該燃料通過弁を操作するアクチュエータとを有し、前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプの吐出量又は圧力を可変とするべく、前記アクチュエータの駆動信号を算出する手段を有し、該駆動信号を算出する手段は、前記アクチュエータの駆動信号の出力タイミングが所定の位相以降の場合に駆動信号を出力しない手段を有することを特徴としており、前記駆動信号が出力されなかった場合、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを変更制御することを特徴としている。
【００２２】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、ポンプ制御装置の制御処理において、前記アクチュエータの駆動要求時間が運転条件等で算出される駆動時間より大きくなることがあり、このような場合最悪条件として燃料通過弁を確実に閉弁できない可能性があって、前記高圧ポンプが圧送を行えず、燃料圧力が脈動を大きくする可能性があることを踏まえて、この場合には、前記アクチュエータの駆動信号を出力することが不可能であると判定し、ポンプ位相制御信号駆動時間＝０として、ソレノイドへの通電（アクチュエータの駆動）を禁止するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置の一実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の筒内噴射内燃機関５０７の制御システムの全体構成を示したものである。筒内噴射内燃機関５０７は４気筒からなり、各シリンダ５０７ｂに導入れる空気は、エアクリーナ５０２の入口部５０２ａから取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ）５０３を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁５０５ａが収容されたスロットルボディ５０５を通ってコレクタ５０６に入る。
【００２５】
前記コレクタ５０６に吸入された空気は、内燃機関５０７の各シリンダ５０７ｂに接続された各吸気管５０１に分配された後、ピストン５０７ａ、前記シリンダ５０７ｂ等によって形成される燃焼室５０７ｃに導かれる。
【００２６】
また、前記エアフロセンサ５０３からは、前記吸気流量を表す信号が本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置を有する内燃機関制御装置（コントロールユニット）５１５に出力されている。さらに、前記スロットルボディ５０５には、電制スロットル弁５０５ａの開度を検出するスロットルセンサ５０４が取り付けられており、その信号もコントロールユニット５１５に出力されるようになっている。
【００２７】
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から燃料ポンプ５１により一次加圧されて燃圧レギュレータ５２により一定の圧力（例えば３kg/cm^２）に調圧されるとともに、後述する高圧燃料ポンプ１でより高い圧力（例えば５０kg/cm^２）に２次加圧され、コモンレール５３を介して各シリンダ５０７ｂに設けられている燃料噴射弁（燃料噴射弁）５４から燃焼室５０７ｃに噴射される。前記燃焼室５０７ｃに噴射された燃料は、点火コイル５２２で高電圧化された点火信号により点火プラグ５０８で着火される。
【００２８】
内燃機関５０７のクランク軸５０７ｄに取り付けられたクランク角センサ５１６は、クランク軸５０７ｄの回転位置を示す信号をコントロールユニット５１５に出力し、排気弁５２６のカム軸（図示省略）に取り付けられたカム角センサ５１１は、前記カム軸の回転位置を示す角度信号をコントロールユニット５１５に出力するとともに、高圧燃料ポンプ１のポンプ駆動カム１００の回転位置を示す角度信号をもコントロールユニット５１５に出力する。
【００２９】
さらに、排気管５１９中の触媒５２０の上流に設けられたＡ／Ｆセンサ５１８は、排出ガスのＡ／Ｆを検出し、その検出信号もコントロールユニット５１５に出力されている。
【００３０】
図２に示すように、前記コントロールユニット５１５の主要部は、ＭＰＵ６０３、ＥＰ−ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０４、及び、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ６０１等で構成され、クランク角センサ５１６、カム角センサ５１１、内燃機関冷却水温センサ５１７、並びに、燃圧センサ５６を含む各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである高圧ポンプソレノイド２００、前記各燃料噴射弁５４及び点火コイル５２２等に所定の制御信号を出力して、燃料吐出量制御、燃料噴射量制御、及び、点火時期制御等を実行するものである。
【００３１】
図３及び図４は、前記高圧燃料ポンプ１について示しており、図３は、前記高圧燃料ポンプ１を備えた燃料系システムの全体構成図を示し、図４は、前記高圧燃料ポンプ１の縦断面図を示している。
【００３２】
前記高圧燃料ポンプ１は、燃料タンク５０からの燃料を加圧してコモンレール５３に高圧の燃料を圧送するものであり、シリンダ室７と、ポンプ室８と、ソレノイド室９とからなり、前記シリンダ室７は、前記ポンプ室８の下方に配置され、前記ソレノイド室９は前記ポンプ室８の吸入側に配置されている。
【００３３】
前記シリンダ室７は、プランジャ２、リフタ３、プランジャ下降ばね４を有し、前記プランジャ２は、内燃機関５０７における排気弁５２６の前記カム軸の回転に伴って回転するポンプ駆動カム１００に圧接されたリフタ３を介して往復動し、加圧室１２の容積を変化させている。
【００３４】
前記ポンプ室８は、低圧燃料の吸入通路１０、加圧室１２、高圧燃料の吐出通路１１から構成され、吸入通路１０と加圧室１２との間には吸入弁５が設けられており、前記吸入弁５は、ポンプ室８からソレノイド室９に向かって吸入弁５の閉弁方向に付勢する閉弁ばね５ａを介して、燃料の流通方向を制限する逆止弁である。前記加圧室１２と吐出通路１１との間には吐出弁６が設けられており、前記吐出弁６もまた、ポンプ室８からソレノイド室９に向かって吐出弁６の閉弁方向に付勢する閉弁ばね６ａを介して、燃料の流通方向を制限する逆止弁である。なお、閉弁ばね５ａは、プランジャ２による加圧室１２内の容積変化により、吸入弁５を挟んで、加圧室１２側の圧力が流入通路１０側の圧力に対して同等、又はそれ以上になった場合には、前記吸入弁５を閉弁させるように付勢するものである。
【００３５】
前記ソレノイド室９は、アクチュエータであるソレノイド２００、吸入弁係合部材２０１、開弁ばね２０２から構成されており、前記吸入弁係合部材２０１は、その先端が前記吸入弁５に接離自在に当接されているとともに、前記吸入弁５に相対する位置に配設され、ソレノイド２００の通電によって前記吸入弁５を閉弁させる方向に移動する。一方、ソレノイド２００の通電が解かれている状態では、前記吸入弁係合部材２０１は、その後端に係合する開弁ばね２０２を介して前記吸入弁５を開弁させる方向に移動し、前記吸入弁５を開弁状態にする。
【００３６】
燃料タンク５０から燃料ポンプ５１及び燃圧レギュレータ５２を介して一定圧力に調圧された燃料は、前記ポンプ室８の吸入通路１０に導かれ、その後、前記ポンプ室８内の加圧室１２で前記プランジャ２の往復動により加圧され、前記ポンプ室８の吐出通路１１からコモンレール５３に圧送される。
【００３７】
前記コモンレール５３には、内燃機関５０７の気筒数にあわせて設けられた各燃料噴射弁５４のほか、リリーフ弁５５、燃圧センサ５６が備えられており、コントロールユニット５１５は、クランク角センサ５１６、カム角センサ５１１、並びに燃圧センサ５６の各検出信号に基づいてソレノイド２００の駆動信号を出力して高圧燃料ポンプの燃料吐出量の制御を行っているとともに、各燃料噴射弁５４の駆動信号を出力して燃料噴射の制御を行っている。なお、リリーフ弁５５は、前記コモンレール５３内の圧力が所定値を超えた場合に開弁され、配管系破損の防止を図っている。
【００３８】
図５は、前記高圧燃料ポンプ１の動作タイミングチャートを示している。なお、ポンプ駆動カム１００で駆動するプランジャ２の実際のストローク（実位置）は、図６に示すような曲線になるが、上死点と下死点の位置を分かり易くするために、以下、プランジャ２のストロークを直線的に表すこととする。
【００３９】
次に、高圧燃料ポンプ１の具体的な動作を、図５の動作タイミングチャートを踏まえて説明する。
【００４０】
プランジャ２は、前記カム１００の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に応じて上死点側から下死点側に移動すると、前記ポンプ室８の吸入行程が行われる。前記吸入行程では、前記吸入弁係合部材２０１であるロッドの位置が開弁ばね２０２の付勢力に応じて吸入弁５と係合して前記吸入弁５を開弁方向に移動させ、加圧室１２内の圧力が低下する。
【００４１】
次いで、プランジャ２が、前記カム１００の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に抗して下死点側から上死点側に移動すると、前記ポンプ室８の圧縮行程が行われる。前記圧縮行程では、コントロールユニット５１５からアクチュエータであるソレノイド２００の駆動信号（ＯＮ信号）が出力されてソレノイド２００が通電（ＯＮ状態）されると、前記吸入弁係合部材２０１であるロッドの位置が開弁ばね２０２の付勢力に抗して吸入弁５を閉弁方向に移動されるとともに、その先端が前記吸入弁５との係合を解かれ、前記吸入弁５が閉弁ばね５ａの付勢力に応じて閉弁方向に移動することにより、加圧室１２内の圧力が上昇する。
【００４２】
そして、前記吸入弁係合部材２０１がソレノイド２００側に最も吸引され、プランジャ２の往復動に同期する吸入弁５が閉弁して加圧室１２内の圧力が高くなると、加圧室１２内の燃料が吐出弁６を押圧し、前記吐出弁６は、閉弁ばね６ａの付勢力に抗して自動的に開弁し、加圧室１２の容積減少分の高圧燃料がコモンレール５３側に吐出される。なお、ソレノイド２００の駆動信号は、前記吸入弁５がソレノイド２００側で閉弁されると、その通電が停止（ＯＦＦ状態）されるが、前記のように、前記加圧室１２内の圧力が高いため、吸入弁５は閉弁状態で維持されてコモンレール５３側への燃料の吐出が行われる。
【００４３】
また、プランジャ２が、前記カム１００の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に応じて上死点側から下死点側に移動すると、前記ポンプ室８の吸入行程が行われ、前記加圧室１２内の圧力低下に伴って、前記吸入弁係合部材２０１が開弁ばね２０２の付勢力に応じて吸入弁５と係合されて開弁方向に移動するとともに、吸入弁５がプランジャ２の往復動に同期して自動的に開弁し、前記吸入弁５の開弁状態が保持される。そして、加圧室１２内は圧力の低下が生じていることにより吐出弁６の開弁が行われない。以後前記動作を繰り返す。
【００４４】
このため、前記プランジャが上死点に達する前の圧縮工程の途中で、ソレノイド２００がＯＮ状態にされる場合には、このときから、コモンレール５３への燃料圧送が行われ、また、燃料圧送が一度始まれば、加圧室１２内の圧力は上昇しているので、その後に、ソレノイド２００をＯＦＦ状態にしても、吸入弁５は閉塞状態を維持する一方で、吸入工程の始まりに同期して自動開弁することができ、ソレノイド２００のＯＮ信号の出力タイミングにより、コモンレール５３側への燃料の吐出量を調節することができる。さらに、圧力センサ５６の信号に基づき、コントロールユニット５１５にて適切な通電ＯＮタイミングを演算し、ソレノイド２００をコントロールすることにより、コモンレール５３の圧力を目標値にフィードバック制御させることができる。
【００４５】
図７は、前記高圧燃料ポンプ制御装置を有するコントロールユニット５１５のＭＰＵ６０３が行う高圧燃料ポンプ１の制御ブロック図である。前記高圧燃料ポンプ制御装置は、基本角度算出手段７０１、目標燃料圧力算出手段７０２、燃料圧力入力処理手段７０３、及び、前記ソレノイド２００の駆動信号を算出する手段をその一態様として備えるポンプ制御信号算出手段（アクチュエータ駆動信号算出手段）１５０２から構成されている。
【００４６】
基本角度算出手段７０１は、運転状態に基づいてソレノイド２００をＯＮ状態にするソレノイド制御信号の基本角度ＢＡＳＡＮＧを演算してポンプ制御信号算出手段１５０２に出力する。図８は、吸入弁５の閉弁タイミングと高圧燃料ポンプ吐出量の関係を示したものであり、該図８から理解されるように、基本角度ＢＡＳＡＮＧは、要求燃料噴射量と高圧燃料ポンプ吐出量が釣り合うように前記吸入弁５が閉弁する角度を設定する。
【００４７】
目標燃料圧力算出手段７０２は、同じく運転状態に基づきその動作点に最適な目標燃料圧力Ｐtargetを算出してポンプ制御信号算出手段１５０２に出力する。燃料圧力入力処理手段７０３は、燃料圧力センサ５６の信号をフィルタ処理し、実燃料圧力である計測燃料圧力Ｐrealを検出してポンプ制御信号算出手段１５０２に出力する。
【００４８】
そして、ポンプ制御信号算出手段１５０２は、後述するように、前記各信号に基づいてアクチュエータ駆動信号である前記ソレノイド制御信号を演算してソレノイド駆動手段７０７に出力する。
【００４９】
図９は、前記コントロールユニット５１５（高圧燃料ポンプ制御装置を含む）の動作のタイミングチャートを示している。コントロールユニット５１５は、カム角センサ５１１からの検出信号（ＣＡＭ信号）とクランク角センサ５１６からの検出信号(ＣＲＡＮＫ信号)に基づいて各ピストン５０７ａの上死点位置を検出し、燃料噴射制御及び点火時期制御を行うとともに、前記カム角センサ５１１からの検出信号（ＣＡＭ信号）と前記クランク角センサ５１６からの検出信号(ＣＲＡＮＫ信号)に基づいて高圧燃料ポンプ１のプランジャ２のストロークを検出し、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出制御であるソレノイド制御を行っている。なお、ソレノイド制御の基本点となるＲＥＦ信号は、上記ＣＲＡＮＫ信号とＣＡＭ信号とに基づいて生成される。
【００５０】
ここで、図９のＣＲＡＮＫ信号の信号が欠けた部分（点線で示す）は、基準位置となるものであり、ＣＹＬ＃１の上死点、又はＣＹＬ＃４の上死点から所定の位相分ずれた位置にある。そして、コントロールユニット５１５は、前記ＣＲＡＮＫ信号の信号が欠けたときに、前記ＣＡＭ信号がＨｉ又はＬｏであるかによって、ＣＹＬ＃１側又はＣＹＬ＃４側であるかを判別する。そして、高圧燃料ポンプ１からの燃料の吐出は、ソレノイド制御信号の立ち上がりからソレノイド２００の作動遅れ分の所定時間経過後に開始される一方で、この吐出は、ソレノイド制御信号が終了しても加圧室１２からの圧力によって吸入弁５が押されているので、プランジャストロークが上死点に達するまで続けられる。
【００５１】
図１０は、本実施形態のポンプ制御信号算出手段１５０２を具体的に示した制御ブロック図である。ポンプ制御信号算出手段１５０２は、ソレノイド２００のＯＮ信号のタイミングを演算する基準角度演算手段７０４と、そのＯＮ信号の幅を算出するポンプ信号通電時間算出手段７０６とを基本的な構成とし、基準角度演算手段７０４は、基本角度算出手段７０１の基本角度ＢＡＳＡＮＧ、目標燃料圧力算出手段７０２の目標燃圧Ｐtarget、燃料圧力入力処理手段７０３の計測燃料圧力Ｐrealに基づいて、前記ＯＮ信号の出力開始の基準となる基準角度ＲＥＦＡＮＧを演算する。
【００５２】
そして、前記基準角度ＲＥＦＡＮＧに、ソレノイド作動遅れ補正手段７０５による作動遅れ補正分ＰＵＭＲＥを加えてソレノイド２００のＯＮ信号の出力開始角度ＳＴＡＮＧを計算し、ソレノイド２００のＯＮ信号のタイミングとしてソレノイド駆動手段７０７に出力する。
【００５３】
また、ポンプ信号通電時間算出手段７０６は、運転条件に基づいて高圧燃料ポンプ１のソレノイド２００の通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰを演算する。通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰの値は、バッテリ電圧が低くソレノイド抵抗が大きい、ソレノイド吸引力発生最悪条件においてであっても、ポンプ室２の圧力で吸入弁５を閉じられるようになるまで吸入弁係合部材２０１を保持し、確実に吸入弁５を閉弁できる値を設定する。一方、通電時間最大値算出手段ブロック７１０では、ソレノイドの吸引力が次の吐出行程まで維持されないための通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸを演算する。最小値選択部７０９では、通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰと通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸとの最小値を選択し、通電時間ＴＰＵＭＫＥとしてソレノイド駆動手段７０７に出力する。つまり、通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰを通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸで上限値制限を行う。
【００５４】
そして、前記出力開始角度ＳＴＡＮＧと前記通電時間ＴＰＵＭＫＥからソレノイド２００の駆動を行う。ここで、ソレノイド作動遅れ補正手段７０５は、ソレノイド２００の電磁力、ひいては作動遅れ時間がバッテリ電圧によって変わることから、バッテリ電圧に基づいてソレノイド作動遅れ補正を算出している。
【００５５】
次に、通電時間最大値算出手段７１０内の第一の実施例における具体的な説明を行う。絶対信号終了位相算出手段７０８では、絶対に通電信号をＯＦＦしていなければならない基本点（ＲＥＦ信号）からの角度ＯＦＦＡＮＧを演算する。この角度は、高圧ポンプ吐出行程に通電を開始した信号をポンプ吸入行程までＯＮし続けても、この場合における吸入行程の通電は、吸入弁閉弁に関与しないので、消費電流低減のため、基本点（ＲＥＦ信号）からの角度ＯＦＦＡＭＧを基本点からプランジャ上死点までの角度以下に設定する。加えて、通電信号ＯＦＦ後のソレノイドの吸引力が次の吐出行程まで維持されない角度を設定する。
【００５６】
また、図１１は、ソレノイド制御信号（通電信号）、通電電流値、及び、シレノイドの吸引力の関係を示した図であり、通電信号ＯＦＦ後、ソレノイドには一定期間電流が流れ、電流が一定値以下に落ちるまで吸引力は維持される。この期間はコイル抵抗およびバッテリ電圧に依存する。また、位相制御を行っているため、期間を角度に単位変換するため回転数の入力も必要となる。つまり、前記基本点（ＲＥＦ信号）からの角度ＯＦＦＡＮＧは、コイル抵抗、バッテリ電圧、回転数の少なくとも一つを用いて演算する。
【００５７】
図１２は、出力開始角度ＳＴＡＮＧ、基本点（ＲＥＦ信号）からの角度ＯＦＦＡＮＧ、通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸの関係を示している。基本点（ＲＥＦ信号）からの角度ＯＦＦＡＮＧと出力開始角度ＳＴＡＮＧの差が通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸとなる。
【００５８】
図１３は、通電時間最大値算出手段７１０内の第二の実施例を示したものである。通電時間最大値基本値算出手段７１１では、燃料噴射量、エンジン回転数、燃料圧力等から求められる出力開始角度ＳＴＡＮＧとエンジン回転数とから通電時間最大値基本値を算出する。該通電時間最大値基本値に、バッテリ電圧補正手段７１２で算出されたバッテリ電圧補正係数をかけることにより通電時間最大値を算出し、最小値選択部７０９へ出力する。
【００５９】
図１４は、本発明の第二の実施形態のポンプ制御信号算出手段１５０２を示したもので、第一の実施形態のポンプ制御信号算出手段１５０２との相違は、最小値選択部７０９（図１０参照）に代えて通電時間算出手段７１３を備えたことである。該通電時間算出手段７１３は、ポンプ信号通電時間算出手段７０６で算出されたＴＰＵＭＫＥＭＡＰと通電時間最大値算出手段７１０で算出されたＴＰＵＭＫＥＭＡＸに基づき通電時間TPUMKEを算出してソレノイド駆動信号に出力するものである。
【００６０】
図１５は、通電時間算出手段７１３における制御フローを示したももである。ステップ３００１で割込み処理が開始される。該割込み処理は、例えば１０ms毎のような時間周期でも、例えばクランク角度１８０deg毎のように回転周期でもよい。ステップ３００２では、通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰおよび通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸを読み込む。ステップ３００３においては通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰと通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸの大小関係を判定し、通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸの方が大きい場合、ポンプ位相制御信号通電時間ＴＰＵＭＫＥ＝ＴＰＵＭＫＥＭＡＰとして出力する。一方、通電時間最大値ＴＰＵＭＫＥＭＡＸの方が小さい場合、通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰを出力することが不可能であると判定し、ポンプ位相制御信号通電時間ＴＰＵＭＫＥ＝０として、ソレノイドへの通電を禁止する。
【００６１】
前記ポンプ制御信号算出手段１５０２による処理において、ソレノイド２００の通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰ＞通電時間ＴＰＵＭＫＥとなることがある。この場合、ソレノイド吸引力発生最悪条件において、吸入弁を確実に閉弁できない可能性があり、吸入弁を確実に閉弁できないことにより、ポンプが圧送を行えず燃料圧力の脈動を大きくする可能性がある。
【００６２】
図１６は、ポンプが圧送を行えず燃料圧力が脈動する可能性のある場合の制御フローを示したものである。
ステップ３１０１で割込み処理を開始する。割込み処理は、例えば１０ms毎のような時間周期でも、あるいはクランク角度１８０deg毎のように回転周期でもよい。ステップ３１０２では、通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰおよび通電時間ＴＰＵＭＫＥを読み込む。ステップ３１０３からステップ３１０５においては、通電時間ＴＰＵＭＫＥが通電要求時間ＴＰＵＭＫＥＭＡＰより小さく、かつ成層燃焼運転を行っており、かつ脈動による失火の可能性があると判定した場合には、燃圧の変動に強い均質燃焼運転に移行する。
【００６３】
図１７は、前記コントロールユニット５１５による燃圧の制御に対する前記ソレノイド制御信号の出力開始角度ＳＴＡＮＧ、及び通電時間ＴＰＵＭＫＥ等のパラメータを示したものであり、図１０の本実施形態のポンプ制御信号算出手段１５０２の制御を具体的に説明した図である。前記ソレノイド２００のＯＮ信号の出力タイミングである出力開始角度ＳＴＡＮＧは、次の式（１）のように求めることができる。
【００６４】
【数１】
ＳＴＡＮＧ＝ＲＥＦＡＮＧ−ＰＵＭＲＥ （１）
【００６５】
ここで、基準角度ＲＥＦＡＮＧは、内燃機関５０７の運転状態に基づいて基準角度算出手段７０４（図１０）で算出される。ＰＵＭＲＥはポンプ遅れ角度であり、ソレノイド作動遅れ補正手段７０５（図１０）で算出され、例えば、バッテリ電圧により変化するアクチュエータ駆動時間、すなわちソレノイド通電に基づいた吸入弁係合部材２０１の作動遅れを示している。
【００６６】
次に、ソレノイド２００のＯＮ信号の幅であるポンプ位相制御信号通電時間ＴＰＵＭＫＥは、ポンプ位相制御信号通電時間算出手段７０６を基本値とし、運転状態に基づいて算出する（図１０）。そして、出力開始角度ＳＴＡＮＧによって、前記ＲＥＦ信号の立ち上がりである基本点からどれくらいで吸入弁５を閉じさせるソレノイド２００のＯＮ信号を出力するか、即ち、ソレノイド制御信号の出力タイミングを求める。一方、ポンプ位相制御信号通電時間ＴＰＵＭＫＥによって、前記ソレノイド制御信号をどれくらいの時間で出力し続けるか、すなわちソレノイド制御信号の幅を求める。
【００６７】
本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置は、算出されたソレノイド制御信号出力タイミングから算出された時間分通電することを基本とし、信号終了タイミングが既定値を超えた場合には、ポンプ位相制御信号通電時間に制限を行っている。以上のように、本発明の前記実施形態は、前記構成に基づいて次の機能を奏する。
【００６８】
本実施形態のコントロールユニット５１５は、シリンダ５０７ｂに備えられた燃料噴射弁５４と、該燃料噴射弁５４に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプ１とを有する筒内噴射内燃機関５０７の高圧燃料ポンプ制御装置であって、前記高圧燃料ポンプ１は、該高圧燃料ポンプ１内の燃料を加圧するプランジャ２と、前記高圧燃料ポンプ１の吐出量又は圧力を可変にするために位相制御されるソレノイド２００と、前記ソレノイド２００のＯＮ信号にて燃料の吸入通路１０を閉弁させる吸入弁５とを有し、前記制御装置は、ポンプ制御信号算出手段１５０２を有し、前記ポンプ制御信号算出手段１５０２は、前記ソレノイド２００のＯＦＦ信号の出力タイミングを所定の位相の範囲内に制限する手段を有しており、高圧燃料ポンプ１の次の吐出行程に前記ソレノイド２００の吸引力が残らないように制御しているので、意図しない燃料量を高圧燃料ポンプ１が吐出することを防ぎ、燃料圧力を最適かつ迅速に制御することができ、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を図ることができる。
【００６９】
図１８は、本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置による動作タイミングチャートである。
本実施形態は、通電信号終了タイミングを管理することにより、確実に目標燃圧に制御することが可能となる。確実に目標燃圧に制御することにより、失火およびシリンダ内の燃料の付着を防ぎ、排出ガスの低減に貢献できる。
【００７０】
以上、本発明の二つの実施形態について詳述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。
【００７１】
例えば、前記実施形態では、高圧燃料ポンプ１が排気弁５２６のカム軸上に配置されているが、吸入弁５１４のカム軸上に配置、又はシリンダ５０７ｂのクランク軸５０７ｄに同期させたものであっても良い。
【００７２】
また、通電信号終了タイミングを制限する方法としては、高圧燃料ポンプのプランジャ位置をスイッチ入力として、プランジャが上死点付近に上がってきたとき、電子回路により通電信号を終了する方法でも良い。
【００７３】
更に、前記実施形態においては、高圧燃料ポンプの吸入弁をソレノイド（アクチュエータ）で操作して前記ポンプの加圧室の圧力を調整しているが、該加圧室内の圧力調整は、前記吸入弁に限らず、前記ポンプの加圧室とポンプ外部との間に配置され、燃料を連通通過する他の燃料通過弁であっても、本発明を実施できるものである。該燃料通過弁は、前記吸入弁の他に、前記ポンプの加圧室内の燃料を逃がす逃がし弁であっても良いものである。該逃がし弁の場合は、前記吸入弁とは、ソレノイド（アクチュエータ）での操作の仕方が具体的には異なるようになるが、本願の特許請求の範囲に記載されている発明を実施することにおいては、同じである。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、ソレノイド制御信号の終了タイミングを所定の位相範囲内に制限しているので、燃料圧力を最適、かつ、迅速に制御することができ、排出ガスの性状の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置を備えた内燃機関の制御システムの全体構成図。
【図２】図１の内燃機関の制御装置の内部構成図。
【図３】図１の高圧燃料ポンプを備えた燃料系システムの全体構成図。
【図４】図３の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図５】図３の高圧燃料ポンプの動作タイミングチャート。
【図６】図５の動作タイミングチャートの補足説明図。
【図７】図１の高圧燃料ポンプ制御装置による基本制御ブロック図。
【図８】図３の高圧燃料ポンプにおける吐出流量特性を示す図。
【図９】図１の高圧燃料ポンプ制御装置の基本動作タイミングチャート。
【図１０】図７の高圧燃料ポンプ制御装置のポンプ制御信号算出手段の制御ブロック図。
【図１１】図３の高圧燃料ポンプにおけるソレノイド制御信号と吸引力の関係を示す図。
【図１２】図１０の高圧燃料ポンプ制御装置のポンプ制御信号算出手段の補足説明図。
【図１３】図１０の高圧燃料ポンプ制御装置の通電時間最大値算出手段の他の実施例の基本制御ブロック図。
【図１４】本発明の他の実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置のポンプ制御信号算出手段の制御ブロック図。
【図１５】図１０の高圧燃料ポンプ制御装置の動作フローチャート。
【図１６】本発明の各実施形態の内燃機関の制御装置におけるポンプが圧送を行えず燃料圧力が脈動する可能性のある場合の制御フローを示した図。
【図１７】図１０の高圧燃料ポンプ制御装置の基本動作タイミングチャート。
【図１８】図１０の高圧燃料ポンプ制御装置の燃圧制御時の動作タイミングチャート。
【図１９】従来の高圧燃料ポンプ制御装置の燃圧制御時の動作タイミングチャート。
【符号の説明】
１ 高圧燃料ポンプ
２ プランジャ
５ 吸入弁
１１ 吸入通路
５４ 燃料噴射弁
２００ アクチュエータ（ソレノイド）
５０７ 筒内噴射内燃機関
５０７ｂ 気筒
５１５ 高圧燃料ポンプ制御装置（コントロールユニット）
７０１ アクチュエータの基本角度算出手段
７０２ 目標燃料圧力算出手段
７０３ 実際の燃料圧力を算出する手段（燃圧入力処理手段））
７０４ アクチュエータの基準角度演算手段
７０５ アクチュエータの作動遅れ補正手段
７０６ アクチュエータの駆動信号の幅を算出する手段（ポンプ信号通電時間算出手段）
７０７ アクチュエータを駆動する手段（ソレノイド駆動手段））
７０８ 通電時間最大値算出手段
７１３ 通電時間算出手段
１５０２ ポンプ制御信号算出手段（アクチュエータ駆動信号算出手段）

Claims (3)

1. 気筒に備えられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプと、を有する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、
   前記高圧燃料ポンプは、加圧室と、前記加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、前記加圧室内に設けた燃料通過弁と、該燃料通過弁を操作するアクチュエータとを有し、
   前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプの吐出量又は圧力を可変とするべく、前記アクチュエータの駆動信号を算出する手段を有し、該駆動信号を算出する手段は、前記アクチュエータの駆動信号の出力タイミングが所定の位相以降の場合に駆動信号を出力しない手段を有することを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
2. 前記駆動信号が出力されなかった場合、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを変更制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
3. 加圧室と、前記加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、前記加圧室に燃料を吸入する燃料通路と、前記燃料通路を開閉する燃料通過弁と、前記燃料通過弁を開弁する方向に駆動力を発生する機構を備え、かつソレノイドコイルに電流を流すことにより前記駆動力を解除する方向に駆動するアクチュエータと、を有する燃料ポンプを制御する制御装置において、
   前記制御装置は、前記アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ駆動部を有し、
   前記アクチュエータ駆動部は、前記燃料ポンプに要求される吐出量が全吐出未満の場合の吐出行程開始時に、前記燃料通過弁が開弁するように前記ソレノイドコイルに流れる電流を制御することを特徴とする制御装置。

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