JP4389417B2 - 筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関のクランク軸に連動する高圧ポンプを有し、その高圧ポンプの燃料流入経路途中の開閉弁を、高圧ポンプの吸入行程で開弁させ、吐出行程で閉弁させることにより燃料の昇圧を行うようにした筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、燃料を直接筒内に噴射する筒内噴射式内燃機関においては、噴射燃料を微粒化するために噴射圧力を高圧にする必要がある。そのため、燃料タンク内の燃料を電動式のフィードポンプ（低圧ポンプ）で汲み上げ、その燃料を、内燃機関のクランク軸に駆動連結された高圧ポンプによって加圧し、高圧燃料配管（デリバリパイプ）を介して燃料噴射弁に圧送するようにしている。
【０００３】
高圧ポンプでは、クランク軸と連動するカムによってプランジャが往復移動される。この往復移動は、プランジャが加圧室の容積を増大させる方向へ移動する吸入行程と、同容積を減少させる方向へ移動する吐出行程とからなる。また、高圧ポンプでは、加圧室に連通する燃料流入経路にスピル弁が設けられており、このスピル弁が、高圧ポンプの吸入行程で開かれ吐出行程で閉じられることにより燃料が昇圧され、デリバリパイプへ圧送される。そして、圧送量の調整は、スピル弁の閉弁開始タイミングを制御し、吐出行程中における同スピル弁の閉弁期間を調整することによって行われる。
【０００４】
この制御に際しては、スピル弁の閉弁に関する制御量（閉弁期間）を逐次求め、所定のセットタイミングになると、前記制御量と閉弁終了タイミング（制御量に関わらず一定の値）とに基づき、スピル弁の閉弁開始タイミングを算出及び記憶（セット）する。このセットタイミングは、吐出行程の前の所定のクランク角に予め定められている。そして、セットされた閉弁開始タイミングになると、前記制御量に基づきスピル弁を制御して閉弁終了タイミングまでの期間閉弁させる。この閉弁期間に燃料が昇圧され、所望量の燃料がデリバリパイプに圧送される。
【０００５】
しかし、機関始動時においては、クランク軸の回転角度であるクランク角が確定するまでは、前述した閉弁開始タイミングをはじめとする各種のタイミングがわからない。従って、閉弁開始タイミングでスピル弁を閉弁させることは不可能である。
【０００６】
そこで、クランク角の確定前には、前述した閉弁開始タイミングを制御する方法とは異なる方法で、スピル弁を制御することが考えられる。この場合、クランク角が確定するまでスピル弁を閉弁し続けると、低圧ポンプからの燃料がデリバリパイプに供給されなくなり、反対にスピル弁を開弁し続けると燃圧がフィード圧以上に上がらない。そのため、クランク角が確定する前は、スピル弁を微小間隔で開閉動作させることにより燃圧を上昇させることが有効である。この微小間隔での開閉動作のために、スピル弁への通電を、非常に短い時間をサイクルとしたデューティ比で制御する。
【０００７】
そして、クランク角の確定と同時に前者の制御（デューティ制御）を中止して、スピル弁を開弁させるとともに、スピル弁の閉弁に関する制御量の算出を開始する。このようにしてクランク角の確定にともない制御形態を切替える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、クランク角の確定と同時に制御形態を切替える場合、そのクランク角によっては１回の昇圧が行われない現象、いわゆる圧送抜けが起こる場合がある。詳しくは、初回のセットタイミングよりも前に、クランク角が確定して制御形態が切替えられた場合には、その切替えとともにスピル弁の閉弁に関する制御量の算出が開始される。このため、初回のセットタイミングになると、前記のようにして算出された制御量に基づき閉弁開始タイミングを算出・セットすることができる。従って、この閉弁開始タイミングになったときにスピル弁を閉弁させるための信号が出力される。高圧ポンプでは、吐出行程でスピル弁が閉弁されて燃料が昇圧され、デリバリパイプに圧送される。すなわち、前述したような圧送抜けの心配はない。
【０００９】
これに対し、初回のセットタイミングよりも後にクランク角が確定して制御形態が切替えられた場合、その初回のセットタイミングの時点では、未だ閉弁に関する制御量が算出されていない。このため、所定のセットタイミングでは、スピル弁の閉弁開始タイミングが算出及びセットされない。従って、クランク角が確定するタイミングによっては、２回目のセットタイミングで閉弁開始タイミングが算出・セットされるのを待ち、そのセットされた閉弁開始タイミングになるまでは、スピル弁が開弁し続けることとなる。この場合には、高圧ポンプでは吐出行程が行われるにもかかわらず燃料が昇圧されず、１回分の昇圧が行われない。その結果、次回の昇圧までの燃料噴射における燃圧が不足し、燃料の微粒化が十分でないという問題が起こる。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、機関始動時における高圧ポンプの圧送抜けを解消し、ひいては燃料噴射における燃圧の低下を抑制し、燃料を確実に微粒化させることのできる筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。
【００１１】
【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に記載の発明では、筒内噴射式内燃機関の出力軸であるクランク軸に駆動連結された高圧ポンプを有し、同高圧ポンプの燃料流入経路に設けられた開閉弁を、同高圧ポンプの加圧室の容積を増大させる吸入行程で開弁し、同加圧室の容積を減少させる吐出行程で閉弁することにより燃料の昇圧を行うようにした筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、
前記内燃機関の始動時に前記クランク軸の回転角度であるクランク角が確定する前は、前記開閉弁を微小間隔で開閉動作させることにより、前記燃料の圧力である燃圧を上昇させる第１燃圧制御手段と、前記クランク角が確定した後は、各吐出行程前の所定の算出タイミング毎に前記開閉弁の閉弁開始タイミングを算出し、その閉弁開始タイミングに基づき前記開閉弁を吐出行程で閉弁させることにより前記燃圧を上昇させる第２燃圧制御手段とを備え、前記クランク角の確定後、前記第１燃圧制御手段による燃圧の制御を中止して前記開閉弁を開弁させるための信号を出力し、かつ前記第２燃圧制御手段による燃圧制御に切替える切替えタイミングを、前記高圧ポンプの吐出行程の開始後、前記第１燃圧制御手段による微小間隔での開閉弁の開閉動作にともない燃圧が上昇し、前記開閉弁の開弁しようとする力に打勝つ大きさになったときから、前記算出タイミングまでの間に設定している。
【００１２】
上記の構成によると、筒内噴射式内燃機関の始動時において、クランク角が確定する前は、第１燃圧制御手段により、高圧ポンプの開閉弁が微小間隔で開閉動作させられる。この開閉動作により燃料が昇圧される。クランク角が確定して、所定の切替えタイミングになると、第１燃圧制御手段による燃圧の制御が中止されるとともに、開閉弁が第２燃圧制御手段によって開弁される。また、切替えタイミング以後は、第２燃圧制御手段により、高圧ポンプの各吐出行程前の算出タイミングが到来する毎に、開閉弁の閉弁開始タイミングが算出される。この算出された閉弁開始タイミングよりも前の吸入行程では、開閉弁は開弁されるため、燃料が燃料流入経路を通じて高圧ポンプ内に吸入される。そして、吸入行程に続く吐出行程において、前記のようにして算出された閉弁開始タイミングになると、開閉弁が閉弁される。この吐出行程での閉弁により、燃料が昇圧されて燃料噴射弁に圧送される。
【００１３】
ここで、算出タイミング毎に行われる閉弁開始タイミングの算出は、制御形態の切替えを前提として行われるものである。このため、制御形態の切替えが初回の算出タイミングよりも前に行われれば、その算出タイミングにおいて閉弁開始タイミングが算出される。その結果、吐出行程において、閉弁開始タイミングで開閉弁を閉弁させて燃料を昇圧させることができる。
【００１４】
これに対し、制御形態の切替えが初回の算出タイミングよりも後に行われた場合には、同算出タイミングの時点では、制御形態が未だ切替えられていないことから閉弁開始タイミングが算出されない。その結果、初回の算出タイミング直後における高圧ポンプの吐出行程では、開閉弁には閉弁させるための信号が出力されないことになる。２回目の算出タイミングで初めて閉弁開始タイミングが算出される。
【００１５】
しかし、第１燃圧制御手段の燃圧制御により開閉弁が微小間隔で開閉し続けると、吐出行程において、加圧室の容積が減少する過程で、加圧室内の圧力が上昇してゆく。そして、あるタイミングになると、開閉弁が閉弁したような状態となる。この状態になると、仮に、第１燃圧制御手段による燃圧制御が中止されて、開閉弁への通電が停止されても、すなわち、開弁させるための信号が出力されたとしても、加圧室内の圧力が、開閉弁を開弁させようとする力に打勝ち、開閉弁を開弁させることのできない状態となる。このようにして、開閉弁の自閉現象が起こる。
【００１６】
一方、請求項１に記載の発明では、制御形態の切替えタイミングが、高圧ポンプの吐出行程の開始後、第１燃圧制御手段による微小間隔での開閉弁の開閉動作にともない燃圧が上昇し、開閉弁の開弁しようとする力に打勝つ大きさになったときから、第２燃圧制御手段による閉弁開始タイミングの算出タイミングまでの間に設定されている。この設定により、自閉現象が起こっているときに切替えタイミングになる。そのため、第１燃圧制御手段による燃圧制御を中止して開閉弁を開弁させるための信号が出力されても、開閉弁を確実に、実質上閉弁した状態にすることができる。従って、高圧ポンプから燃料噴射弁に高圧燃料を圧送させることができ、機関始動時における高圧ポンプの圧送抜けを解消することができる。これにともない、燃料噴射における燃圧の低下を抑制し、燃料を確実に微粒化させることができる。
【００１７】
なお、切替えタイミングが２回目の算出タイミングよりも後に設定されると、初回の算出タイミングだけでなく２回目の算出タイミングでも開閉弁の閉弁開始タイミングが算出できない。このことは、さらに圧送抜けが起こることを意味する。これに対し、請求項１に記載の発明では、切替えタイミングが算出タイミングよりも前に設定されている。このため、上記のような２度目の圧送抜けの心配もない。
【００１８】
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、前記第２燃圧制御手段は、前記切替えタイミング以降、前記開閉弁の閉弁に関する制御量を逐次計算し、前記算出タイミング毎に、そのときの前記制御量と所定の閉弁終了タイミングとに基づき前記閉弁開始タイミングを算出するものであるとする。
【００１９】
上記の構成によれば、クランク角の確定後、切替えタイミングになると、第１燃圧制御手段による燃圧の制御が中止され、第２燃圧制御手段の燃圧制御により開閉弁が開弁される。これとともに、第２燃圧制御手段では、開閉弁の閉弁に関する制御量が逐次計算されるようになる。そして、吐出行程前の所定の算出タイミングが到来する毎に、そのときの制御量と所定の閉弁終了タイミングとに基づき閉弁開始タイミングが算出される。このようにして算出された閉弁開始タイミングは、次回の算出タイミングになるまで維持される。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、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、前記開閉弁を開弁方向へ付勢する付勢手段と、通電により前記付勢手段に抗して前記開閉弁を閉弁方向へ移動させる電磁ソレノイドとを備えているとする。
【００２３】
上記の構成によれば、高圧ポンプでは、電磁ソレノイドへの通電が停止されると、付勢手段によって付勢された開閉弁が開弁する。また、電磁ソレノイドに通電されると、付勢手段に抗して開閉弁が閉弁方向へ移動され、同開閉弁が閉弁する。このようにして、開閉弁は、通電・非通電が制御されることにより開閉される。
【００２４】
ところで、通電及び非通電からなるサイクルが非常に短い時間に設定され、このサイクルで第１燃圧制御手段の燃圧制御により開閉弁に対する通電制御が行われると、開閉弁が微小間隔で開閉する。そして、吐出行程において、加圧室の容積が減少する過程で、加圧室内の圧力が上昇してゆく。そして、あるタイミングになると、開閉弁が閉弁したような状態となる。この状態になると、開閉弁に対し開弁させるための信号が出力されても、加圧室内の圧力が、開閉弁を開弁させようとする力、すなわち付勢手段の付勢力に打勝ち、開閉弁を開弁させることのできない状態となる。このようにして開閉弁の自閉現象が起こる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を筒内噴射式多気筒ガソリンエンジン（以下単に「エンジン」という）の燃料供給装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
【００２６】
図２に示すように、エンジン１１においては、その出力軸であるクランク軸１４に対し、ピストン１２がコネクティングロッド１３を介して連結されている。そして、ピストン１２の往復移動がコネクティングロッド１３によってクランク軸１４の回転に変換される。クランク軸１４には、複数の突起１５ａを備えたシグナルロータ１５が取付けられている。シグナルロータ１５の側方近傍にはクランク角センサ１６が設けられている。クランク角センサ１６は、クランク軸１４が回転する際に各突起１５ａに対応してパルス状のクランク角信号を出力する。本実施形態では、突起１５ａが一定角度（例えば３０度）毎に設けられており、クランク角センサ１６はクランク軸１４が所定角度（３０度）回転する毎にクランク角信号を出力する。
【００２７】
エンジン１１の気筒毎の燃焼室１７には、吸気通路１８及び排気通路１９が接続されている。吸気通路１８と燃焼室１７との間は、吸気弁２１の開閉駆動によって連通・遮断される。排気通路１９と燃焼室１７との間は、排気弁２２の開閉駆動によって連通・遮断される。これらの吸・排気弁２１，２２の開閉駆動は、クランク軸１４の回転が伝達される吸気カム軸２３及び排気カム軸２４の回転によって行われる。吸気カム軸２３には突起２３ａが形成されるとともに、同吸気カム軸２３の側方近傍にはカム角センサ２５が設けられている。カム角センサ２５は、吸気カム軸２３の回転にともない突起２３ａがカム角センサ２５の近傍を通過する毎にカム角信号を出力する。
【００２８】
また、エンジン１１には燃料噴射弁２６が気筒毎に取付けられている。図１に示すように、これらの燃料噴射弁２６には、共通の高圧燃料配管であるデリバリパイプ２７が接続されており、同デリバリパイプ２７内の燃料が各燃料噴射弁２６に分配供給される。各燃料噴射弁２６は開閉制御されることにより、対応する燃焼室１７に高圧燃料を直接噴射供給する。噴射された燃料は、燃焼室１７内の空気と混ざり合って混合気となる。そして、この混合気が燃焼されることにより、ピストン１２が往復移動してクランク軸１４が回転する。デリバリパイプ２７には、その内部の燃料の圧力（以下「燃圧」という）を検出するための手段として、燃圧センサ２８が取付けられている。
【００２９】
デリバリパイプ２７に高圧の燃料を供給するための燃料供給装置２９は、低圧ポンプ３１及び高圧ポンプ３２を備えている。低圧ポンプ３１は、燃料（ガソリン）を貯留する燃料タンク３３内に配置されており、バッテリを電源とする電動モータ（図示略）によって駆動される。低圧ポンプ３１は、低圧燃料通路３４によって高圧ポンプ３２に接続されている。低圧ポンプ３１は、燃料タンク３３内から燃料を吸上げ、高圧ポンプ３２に向けて燃料を吐出する。低圧ポンプ３１は電動モータによって駆動されるため、エンジン始動時の低圧ポンプ３１の吐出特性がエンジン１１の回転変動の影響を受けにくい。低圧燃料通路３４の途中には、同通路３４内の燃圧（フィード圧）を一定にするためのプレッシャレギュレータ３５が設けられている。
【００３０】
高圧ポンプ３２はプランジャ３６、加圧室３７及びスピル弁３８を備えている。プランジャ３６を往復移動させるために、エンジン１１の排気カム軸２４（又はクランクシャフト）にはカム３９が取付けられており、このカム３９がプランジャ３６に接触している。カム３９には等角度毎に複数のカム山（詳細については後述する）が形成されており、そのカム山との接触箇所が変化することにより、プランジャ３６の移動量であるリフト量が変化する（図７参照）。この往復移動は吸入行程及び吐出行程からなる。吸入行程では、プランジャ３６は、加圧室３７の容積を増大させる方向（図１の下方）へ移動する。また、吐出行程では、プランジャ３６は、加圧室３７の容積を減少させる方向（図１の上方）へ移動する。リフト量は、吸入行程から吐出行程への切り替わりの際に最小となり、吐出行程が進むにつれて増加する。そして、リフト量は、吐出行程から吸入行程への切り替わりの際に最大となり、吸入行程が進むにつれて減少する。
【００３１】
加圧室３７は、シリンダ４１及びプランジャ３６によって区画されており、前述した低圧燃料通路３４が燃料流入経路として加圧室３７に接続されている。加圧室３７において、低圧燃料通路３４との接続箇所は燃料吸入口３７ａとなっている。また、加圧室３７は、高圧燃料通路４２によってデリバリパイプ２７に接続されている。高圧燃料通路４２の途中には、高圧ポンプ３２から吐出された燃料の逆流を防止するための逆止弁４３が設けられている。
【００３２】
スピル弁３８は低圧燃料通路３４に設けられており、加圧室３７の燃料吸入口３７ａを開閉する開閉弁として用いられている。スピル弁３８は電磁ソレノイド４４を備え、同電磁ソレノイド４４への通電制御により開閉動作する。本実施形態では、この通電制御として、デューティ比により通電時間を制御する、いわゆるデューティ制御が行われる。デューティ比は、通電（オン）及び非通電（オフ）からなる１サイクル（時間）における通電時間の割合である。すなわち、１サイクル中の通電時間をＡ、非通電時間をＢとすると、デューティ比は｛Ａ／（Ａ＋Ｂ）｝・１００（％）で表される。
【００３３】
電磁ソレノイド４４に対する通電が停止（デューティ比０％）された状態では、スピル弁３８が、付勢手段であるばね４５の付勢力によって開弁する。すなわち、燃料吸入口３７ａが開放され、低圧燃料通路３４及び加圧室３７間が連通した状態になる。この状態にあって、吸入行程中には、低圧ポンプ３１から送り出された燃料が低圧燃料通路３４を介して加圧室３７内に吸入される。
【００３４】
また、吐出行程中には、電磁ソレノイド４４に対する通電（例えばデューティ比１００％）により、スピル弁３８がばね４５に抗して閉弁される。すなわち、燃料吸入口３７ａが閉鎖され、低圧燃料通路３４及び加圧室３７間の連通が遮断される。プランジャ３６の移動にともない加圧室３７内の燃圧が上昇して逆止弁４３を開弁させることにより、燃料が高圧燃料通路４２を通じてデリバリパイプ２７内へ圧送される。
【００３５】
高圧ポンプ３２における燃料吐出量の調整は、スピル弁３８の閉弁開始タイミングを制御し、吐出行程中における同スピル弁３８の閉弁期間を調整することによって行われる。すなわち、本実施形態では、閉弁終了タイミングを常に一定（吐出行程の終期と略同じ）とし、閉弁開始タイミングを制御することでスピル弁３８の閉弁期間を可変としている。この閉弁開始タイミングの制御は、デューティ比を０〜１００％の間で調整することにより行われる。このときのデューティ比は、スピル弁３８の閉弁に関する制御量であり、以下「閉弁デューティ」というものとする。
【００３６】
そして、閉弁デューティを大きな値に設定することによりスピル弁３８の閉弁開始タイミングを早めると、閉弁期間が長くなり燃料吐出量が増加する。これとは逆に、閉弁デューティを小さな値に設定することによりスピル弁３８の閉弁開始タイミングを遅らせると、閉弁期間が短くなり燃料吐出量が減少する。これを、図８を例にとって説明すると、タイミングｔ１２は、閉弁デューティが１００％に設定された場合の閉弁開始タイミングを示している。また、タイミングｔ１３は、閉弁デューティが５０％に設定された場合の閉弁開始タイミングを示している。閉弁デューティが１００％の場合も５０％の場合も、閉弁終了タイミングはともに同じ（タイミングｔ１５）である。そして、タイミングｔ１２〜ｔ１５の期間が、閉弁デューティ１００％の場合の閉弁期間となる。また、タイミングｔ１３〜ｔ１５の期間が、閉弁デューティ５０％の場合の閉弁期間となり、閉弁デューティ１００％の場合の1 ／２の長さとなる。この閉弁期間の長さに応じて燃料吐出量が変化する。
【００３７】
上記のように高圧ポンプ３２の燃料吐出量を調整することにより、デリバリパイプ２７内の燃圧が制御される。このとき、電磁ソレノイド４４に対し行われる通電制御（デューティ制御）は、クランク角が確定していることが必須である。クランク角が確定していなければ、スピル弁３８の閉弁開始タイミングがわからないからである。
【００３８】
クランク角が確定する前は、前述した制御とは異なる形態の制御が行われる。この制御もまたデューティ制御の一種であるが、通電（オン）及び非通電（オフ）のサイクル（時間）が非常に小さな値（例えば８ミリ秒）に設定されている。そのため、この制御に従うと、スピル弁３８が微小間隔で強制的に開閉される。なお、これら形態の異なる２つのデューティ制御を区別するために、以降は、前者のデューティ制御を「通常制御」と呼び、後者のデューティ制御を「始動時デューティ制御」と呼ぶことにする。
【００３９】
また、本実施形態では、エンジン１１の２気筒における２回の燃料噴射に対して、高圧ポンプ３２に燃料の圧送を１回行わせるようにしている。従って、クランク軸１４が２回（７２０度）回転する間に、６気筒エンジンの場合には３回の圧送が行われ、４気筒エンジンの場合には２回の圧送が行われる。また、この圧送回数と同数（６気筒エンジンの場合には３個、４気筒エンジンの場合には２個）のカム山がカム３９に形成されている。なお、以降は、６気筒エンジンを例に採って説明を続ける。すなわち、図７に示すように、カム３９には１２０度毎にカム山が３つ形成されており（図７では１つのカム山の図示が省略）、クランク軸１４が２４０度回転する間に、１つのカム山によるプランジャ３６の往復動が行われる。換言すると、クランク角が２４０度変化する間に、カム山の前半部分で吐出行程が行われるとともに、後半部分（図７では図示略）で吸入行程が行われる。
【００４０】
なお、デリバリパイプ２７は、逆止弁４６を介して前記低圧燃料通路３４に連通している。そして、デリバリパイプ２７内の燃圧が過度に高くなると、逆止弁４６が開いてデリバリパイプ２７内の高圧燃料が低圧燃料通路３４へ流出する。こうして燃料が流れ込む低圧燃料通路３４での燃圧は、前述したようにプレッシャレギュレータ３５により一定の圧力に維持される。従って、逆止弁４６及びプレッシャレギュレータ３５により、デリバリパイプ２７内の燃圧が過度に高圧になることが抑制される。
【００４１】
燃料噴射弁２６からの燃料の噴射量、噴射時期や、スピル弁３８の通電を制御するために、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４７が設けられている。そして、このＥＣＵ４７に、クランク角センサ１６、カム角センサ２５、燃圧センサ２８を含む各種センサが接続されるとともに、各燃料噴射弁２６、スピル弁３８等が接続されている。ＥＣＵ４７はマイクロコンピュータを中心として構成されている。ＥＣＵ４７では、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラムや初期データに従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。
【００４２】
ＥＣＵ４７は、例えばクランク角センサ１６によるクランク角信号及びカム角センサ２５によるカム角信号に基づき、気筒判別及び圧縮上死点位置（クランク角度基準位置）を確定する。このことを、以下「クランク角の確定」という。する。また、所定時間に出力されるクランク角信号の数に基づき、クランク軸１４の回転速度であるエンジン回転速度を算出する。また、ＥＣＵ４７は吸気管圧力（又は吸入空気量）、冷却水温等のエンジン１１の運転状態を検出する各種センサの検出信号を読込み、それらの検出信号及び前記エンジン回転速度等に基づき、燃料噴射量及び噴射タイミングを演算する。そして、その演算結果に応じた噴射信号を燃料噴射弁２６に出力して、燃料噴射を実行する。
【００４３】
さらに、ＥＣＵ４７は、スタータの作動開始後、前述した「始動時デューティ制御」を行うことにより燃料を昇圧させる。また、クランク角が確定し、所定の切替えタイミングになると、「始動時デューティ制御」を中止して前述した「通常制御」に切替える。そして、通常制御を行うことにより、スピル弁３８の閉弁タイミングを制御して燃料を昇圧させる。通常制御では、逐次閉弁デューティを算出しており、所定のタイミング（以下「セットタイミングという」）になると、そのときの閉弁デューティと閉弁終了タイミングとに基づき、スピル弁３８の閉弁開始タイミングを求め、ＲＡＭに記憶（セット）する。そして、この閉弁開始タイミングになると、閉弁デューティにてスピル弁３８を閉弁させる。
【００４４】
ここで、セットタイミングは、カム３９による吸入行程が開始されるタイミング（クランク角）よりも少し前のタイミングに設定されている。本実施形態では、図７において丸●で示すように、クランク角が−２４０度、０度、２４０度（図示略）がセットタイミングとして設定されている。
【００４５】
また、ＥＣＵ４７による各処理はクランク角カウンタeccrnkに基づいて行われる。クランク角カウンタeccrnkは、クランク角センサ１６からのクランク角信号の数をカウントし、「０」〜「７」の値を順に記憶する。クランク角カウンタeccrnkは、前述したセットタイミングに対応するクランク角信号が出力される毎にリセットされる。すなわち、クランク角カウンタeccrnkは、クランク角が−２４０度、０度、２４０度のとき「０」となり、そこからクランク軸１４が３０度回転する毎に「１」ずつ増加してゆく。そして、クランク軸１４が２４０度回転するとクランク角カウンタeccrnkは「０」に戻される。
【００４６】
ところで、前述した始動時デューティ制御から通常制御への切替えタイミングは、高圧ポンプ３２の吐出行程の開始直後からセットタイミングまでの期間に設定されている。すなわち、クランク角カウンタeccrnkが「５」〜「０」の値となる期間である。さらには、切替えタイミングは、高圧ポンプ３２の吐出行程の開始後、始動時デューティ制御による微小間隔でのスピル弁３８の開閉動作にともない加圧室３７内の燃圧が上昇し、スピル弁３８の開弁しようとする力、すなわちばね４５の付勢力に打勝つ大きさになったときから、前記セットタイミングまでの間に設定されていることが望ましい。本実施形態では、このことを考慮して、クランク角カウンタeccrnkが「６」になったときが切替えタイミングとして設定されている。
【００４７】
次に、前記のように構成された本実施形態の作用について、図３〜図６のフローチャート及び図７のタイミングチャートを参照しながら説明する。図３のフローチャートは、ＥＣＵ４７によって実行される各処理のうち、閉弁デューティを算出するためのルーチンを示している。この閉弁デューティ算出ルーチンは、所定のタイミング、例えば所定クランク角毎に行われる。
【００４８】
なお、図７のタイミングチャートは、以下の（ａ）〜（ｅ）が成立した場合のクランク角、クランク角カウンタeccrnk、閉弁デューティ算出の有無、閉弁開始タイミングのセットの有無、スピル弁３８に対する開閉信号、及びスピル弁３８の実際の開閉動作を示している。
【００４９】
（ａ）エンジン始動後、タイミングｔ１で初回のセットタイミングになる。
（ｂ）タイミングｔ２でクランク角が確定する。
（ｃ）タイミングｔ４で制御形態の切替えタイミングになる。すなわち、クランク角が−６０度となり、クランク角カウンタeccrnkが「６」になって制御形態が切替えられる。
【００５０】
（ｄ）タイミングｔ５で２回目のセットタイミングになる。
（ｅ）タイミングｔ７で、前記２回目のセットタイミングでセットされた閉弁開始タイミングとなり、スピル弁３８の閉弁デューティに基づく制御が開始される。
【００５１】
図３のルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ４７はまずステップ１００において、制御形態が切替わったか否かを判定する。すなわち、クランク角カウンタeccrnkがクランク角−６０度に対応する「６」になったかどうかを判定する。ステップ１００の判定条件が満たされないと、このルーチンを一旦終了する。従って、タイミングｔ４よりも前の期間では始動時デューティ制御が行われていることから、ステップ１００の判定条件が満たされないため、閉弁デューティが算出されないこととなる。そして、ステップ１００の判定条件が満たされると、ステップ１０５へ移行し閉弁デューティを算出する。
【００５２】
この閉弁デューティの算出処理は周知の処理である。その概要は、燃料噴射量にフォワード係数を乗算することによりデューティフォワード項を算出する。燃圧センサ２８によって検出された実際の燃圧と、別途算出された目標燃圧との偏差を算出する。この偏差に比例項ゲインを乗算することによりデューティ比例項を算出する。また、前記偏差に積分項ゲインを乗算したものを、前回のデューティ積分項に加算することにより、今回のデューティ積分項を算出する。そして、これらのデューティフォワード項、デューティ比例項、デューティ積分項を加算することにより閉弁デューティを算出する。ステップ１０５の処理を経た後、このルーチンを一旦終了する。従って、制御形態が始動時デューティ制御から通常制御に切替わったタイミングｔ４よりも後では、所定タイミング毎に閉弁デューティが算出されることとなる。
【００５３】
次に、図４のフローチャートは、通常制御におけるスピル弁３８の閉弁開始タイミングをセット（記憶）するためのルーチンを示している。この閉弁開始タイミングセットルーチンは、所定のタイミング、例えば所定クランク角毎に行われる。
【００５４】
このルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ４７はまずステップ２００において、セットタイミングになった否かを判定する。この判定は、例えば、クランク角カウンタeccrnkが「０」であるか否かを判定することによって行われる。ステップ２００の判定条件が満たされていないと、このルーチンを一旦終了し、満たされていると、ステップ２０５へ移行する。ステップ２０５では、前記閉弁デューティ算出ルーチンで算出された閉弁デューティと、閉弁終了タイミング（一定値）とに基づき、スピル弁３８の閉弁開始タイミングを算出し、これをＲＡＭに記憶（セット）する。ステップ２０５の処理を経た後、このルーチンを一旦終了する。
【００５５】
従って、セットタイミングが到来する毎に、そのときの閉弁デューティに基づき閉弁開始タイミングが算出・セットされる。このセットされた閉弁開始タイミングは、次回のセットタイミングが到来するまではＲＡＭに記憶され続ける。また、ステップ２００での判定処理は、閉弁デューティの存在を前提として行われるものである。このため、図８に示すように、前記制御形態の切替え（タイミングｔ１０）がセットタイミング（タイミングｔ１１）よりも前に行われれば、閉弁デューティ算出ルーチンで閉弁デューティが算出されることから、そのセットタイミング（タイミングｔ１１）において閉弁開始タイミングを算出できる。
【００５６】
しかし、図７に示すように、制御形態の切替え（タイミングｔ４）が初回のセットタイミング（タイミングｔ１）よりも後に行われた場合には、同セットタイミング（タイミングｔ１）の時点では閉弁デューティが未だ算出されていないため、閉弁開始タイミングを算出・セットできない。その結果、初回のセットタイミング（タイミングｔ１）直後における高圧ポンプ３２の吐出行程では、スピル弁３８には閉弁させるための指令信号が出力されない。２回目のセットタイミング（タイミングｔ５）で初めて閉弁開始タイミングが算出・セットされる。
【００５７】
次に、図５及び図６に示すフローチャートは、スピル弁３８を通電制御するためのルーチンを示している。このスピル弁制御ルーチンは、所定のタイミング、例えば所定クランク角毎に行われる。このスピル弁制御ルーチンの各処理は、前述したクランク角カウンタeccrnkのほかに、切替えフラグ及び閉弁フラグに基づいて実行される。
【００５８】
切替えフラグは、制御形態が始動時デューティ制御から通常制御に切替えられたかどうかを判断するためのものである。切替えフラグは、イグニションスイッチがオン位置へ操作されたときに起動されるイニシャルルーチンにおいて、初期値として「オフ」に設定され、制御形態の切替えにともない「オン」に切替えられる。また、閉弁フラグは、前記閉弁開始タイミングにおいてスピル弁３８が閉弁されたかどうかを判断するためのものである。閉弁フラグもまた前記イニシャルルーチンにおいて「オフ」に設定され、閉弁開始タイミングになったときに「オン」に切替えられる。
【００５９】
このルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ４７はまずステップ３００において、切替えフラグが「オフ」されているかどうかを判定し、満たされていると、ステップ３０５において、クランク角が確定しているか否かを判定する。すなわち、クランク角センサ１６によるクランク角信号及びカム角センサ２５によるカム角信号に基づき、気筒判別及び圧縮上死点位置（クランク角度基準位置）が確定されているか否かを判定する。この判定条件が満たされていないと（クランク角未確定）、ステップ３１０において、前述した始動時デューティ制御を実行する。すなわち、非常に小さな値に設定されたサイクルにて、スピル弁３８への通電（オン）及び非通電（オフ）を繰返し、スピル弁３８を微小間隔で強制的に開閉させる。そして、ステップ３１０の処理を経た後、このルーチンを一旦終了する。
【００６０】
これに対し、ステップ３０５の判定条件が満たされている（クランク角確定）と、ステップ３１５において、制御形態を切替えるタイミングであるか否かを判定する。すなわち、クランク角カウンタeccrnkがクランク角−６０度に対応する「６」であるかどうかを判定する。ステップ３１５の判定条件が満たされないと、前記ステップ３１０の処理を行い、その後、このルーチンを一旦終了する。従って、図７のタイミングｔ２でクランク角が確定しても、タイミングｔ４でクランク角カウンタeccrnkが「６」になるまでは、ステップ３００→３０５→３１５→３１０→リターンの順で処理が繰返される。
【００６１】
一方、始動時デューティ制御によりスピル弁３８が微小間隔で開閉し続けると、吐出行程において、プランジャ３６の移動により加圧室３７の容積が減少する過程で、加圧室３７内の圧力が上昇してゆく。そして、あるタイミングになると、スピル弁３８が閉弁したような状態となる。この状態になると、仮に、始動時デューティ制御が中止されて、電磁ソレノイド４４への通電が停止されても、すなわち、開弁させるための指令が出されたとしても、加圧室３７内の圧力がばね４５の付勢力に打勝ち、スピル弁３８を開弁させることのできない状態となる。この状態は、吐出行程から吸入行程に切替わり、加圧室３７内の圧力がばね４５の付勢力を下回るまで続く。このような状態は、スピル弁３８の自閉現象とも呼ばれる。
【００６２】
図７では、タイミングｔ３で自閉現象が起こり、タイミングｔ６まで続いている。タイミングｔ４でクランク角カウンタeccrnkが「６」になって、始動時デューティ制御が中止されて、電磁ソレノイド４４への通電が停止されるが、スピル弁３８は実質上閉弁した状態となっている。従って、高圧ポンプ３２からデリバリパイプ２７に高圧燃料が圧送されることとなる。
【００６３】
そして、タイミングｔ４において、ステップ３１５の判定条件が満たされる（eccrnk＝６）と、ステップ３２０において切替えフラグを「オフ」から「オン」に切替える。ステップ３２５において始動時デューティ制御を中止し、通常制御に切替える。スピル弁３８を開弁させるための信号を出した後、次のステップ３３０へ移行する。
【００６４】
なお、ステップ３００の判定条件が満たされていない（切替えフラグ：オン）と、前述したステップ３０５〜３２５の処理を行うことなくステップ３３０へ移行する。従って、一旦通常制御に切替えられると、その後は始動時デューティ制御は行われなくなる。
【００６５】
図６のステップ３３０では、閉弁フラグが「オフ」であるか否かを判定する。閉弁フラグは、制御形態の切替え直後は「オフ」である。ステップ３３０の判定条件が満たされていると、ステップ３３５において、前述したセットタイミングで算出されたスピル弁３８の閉弁開始タイミングになったか否かを判定する。ステップ３３５の判定条件が満たされていないと、このルーチンを一旦終了する。従って、タイミングｔ４で通常制御に切替わった後、閉弁タイミング（タイミングｔ７）になるまでの期間は、スピル弁３８を開弁させるための信号が出力され続けることとなる。
【００６６】
ステップ３３５の判定条件が満たされると、ステップ３４０において閉弁フラグを「オフ」から「オン」に切替え、ステップ３４５へ移行する。なお、ステップ３３０の判定条件が満たされない場合には、前述したステップ３３５，３４０の処理を行うことなくステップ３４５へ移行する。
【００６７】
ステップ３４５では、前述した閉弁デューティ算出ルーチンで算出した閉弁デューティにてスピル弁３８を閉弁させる。次に、ステップ３５０において、閉弁終了タイミングであるか否かを判定する。ステップ３５０の判定条件が満たされていないと、このルーチンを一旦終了する。従って、一旦スピル弁３８の閉弁が開始されると、ステップ３４０の処理により閉弁フラグがオンされるため、閉弁終了タイミングになるまでは、ステップ３００→３３０→３４５→３５０→リターンの順で処理が繰返される。
【００６８】
ステップ３５０の判定条件が満たされると、次にステップ３５５においてスピル弁３８を開弁させる。ステップ３６０において、次回のスピル弁３８の閉弁開始タイミングの制御に備え、閉弁フラグを「オン」から「オフ」に戻し、このルーチンを一旦終了する。
【００６９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）初回のセットタイミングよりも後に制御形態が切替えられた場合には、その初回のセットタイミングにおいて、閉弁開始タイミングのセットがなされず、スピル弁３８にはこれを開弁させる信号が出される。しかし、本実施形態では、始動時デューティ制御から通常制御への切替えタイミングが、高圧ポンプ３２の吐出行程の開始直後からセットタイミングまでの期間に設定されている。このため、吐出行程において、スピル弁３８が微小間隔で開閉することにより、いわゆるスピル弁３８の自閉現象が起こり、燃料を昇圧させて、高圧ポンプ３２からデリバリパイプ２７へ圧送することができる。その結果、圧送抜けを回避し、燃料噴射における燃圧の低下を抑制し、燃料を確実に微粒化させることができる。
【００７０】
なお、図７との比較のために、図８には、切替えタイミングを初回のセットタイミング（タイミングｔ１１）よりも前のタイミングｔ１０に設定した場合を示す。この場合、切替えタイミング（タイミングｔ１０）から閉弁デューティの算出が開始されるため、初回のセットタイミング（タイミングｔ１１）では、本実施形態とは異なり、スピル弁３８の閉弁開始タイミングが算出・セットされる。このため、初回のセットタイミングが過ぎて、セットされた閉弁開始タイミング（タイミングｔ１２）になると、スピル弁３８が閉弁デューティに基づいて制御され、閉弁終了タイミング（タイミングｔ１５）までの期間にわたり閉弁され続ける。従って、この場合には、高圧ポンプ３２では吐出行程において燃料が昇圧され、デリバリパイプ２７に圧送される。圧送抜けは起こらない。そして、２回目のセットタイミング（タイミングｔ１４）になると、次回の圧送に備え、スピル弁３８の閉弁開始タイミング（タイミングｔ１６）を算出・セットする。このように、切替えタイミングを初回のセットタイミングよりも前に設定した場合には圧送抜けの問題は生じない。
【００７１】
また、図７との比較のために、図９には、切替えタイミングを初回のセットタイミング（タイミングｔ２０）よりも後で、かつ吐出行程よりも前であるタイミングｔ２１に設定した場合を示している。この場合、初回のセットタイミング（タイミングｔ２０）の時点では、未だ閉弁デューティが算出されていないため、本実施形態と同様に、スピル弁３８の閉弁開始タイミングを算出・セットできない。このため、高圧ポンプ３２が吐出行程になってもスピル弁３８が開弁しているため、燃料が昇圧されない。その結果、圧送抜けが起こり、燃料噴射における燃圧が低下し、燃料を確実に微粒化させることができなくなる。そして、２回目のセットタイミング（タイミングｔ２２）になって初めて、スピル弁３８の閉弁開始タイミング（タイミングｔ２３）が算出・セットされる。このため、タイミングｔ２３になって初めてスピル弁３８が閉弁されて、燃料の昇圧が開始されることとなる。
【００７２】
（２）上記（１）に関連するが、仮に切替えタイミングが２回目のセットタイミング（図７のタイミングｔ５）よりも後に設定されると、初回のセットタイミングだけでなく２回目のセットタイミングでもスピル弁３８の閉弁開始タイミングが算出・セットできない。このことは、さらに圧送抜けが起こることを意味する。これに対し、本実施形態では、切替えタイミングをセットタイミングよりも前に設定している。このため、上記のような２度目の圧送抜けの心配もない。
【００７３】
（３）切替えタイミングを、高圧ポンプ３２の吐出行程の開始後、微小間隔でのスピル弁３８の開閉動作にともない加圧室３７内の燃圧が上昇し、ばね４５の付勢力に打勝つ大きさになったときから、セットタイミングまでの間に設定している。
【００７４】
ここで、吐出行程の開始後、スピル弁３８の微小間隔での開閉動作にともない燃圧が上昇してばね４５の付勢力に打勝つと、スピル弁３８の自閉現象が起こる。このため、切替えタイミングが上記の範囲に設定されると、自閉現象が起こっているときに切替えタイミングになる。従って、始動時デューティ制御が中止されて、スピル弁３８に開弁させるための信号が出力されても、スピル弁３８を確実に、実質上閉弁した状態にし、高圧ポンプ３２からデリバリパイプ２７に高圧燃料を圧送することができる。
【００７５】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・燃圧センサ２８を、デリバリパイプ２７に代えて、高圧燃料通路４２の逆止弁４３よりも下流側に設けてもよい。
【００７６】
・前記実施形態では、デリバリパイプ２７と燃料供給側の燃料タンク３３との間にリリーフ通路の設けられていないリターンレスの構成としたが、デリバリパイプ２７と燃料タンク３３との間にリリーフ弁を備えたリリーフ通路（リターン通路）を設けてもよい。このようにすれば、デリバリパイプ２７内の燃圧が所定燃圧以上まで上昇した場合に上記リリーフ通路を介してデリバリパイプ２７内の燃料を燃料タンク３３へ戻すことができる。
【００７７】
・前記実施形態では、開閉弁として加圧室３７内に吸入された燃料を溢流させる形式のスピル弁３８を用いたが、加圧室３７内に吸入される燃料を調量する形式の吸入調量弁を開閉弁として用いてもよい。
【００７８】
・本発明は、筒内噴射式の内燃機関であればガソリンエンジンに限らず適用可能であり、例えばディーゼルエンジンに適用することもできる。
その他、前記各実施形態から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに記載する。
【００７９】
（Ａ）筒内噴射式内燃機関の出力軸であるクランク軸に駆動連結された高圧ポンプを有し、同高圧ポンプの燃料流入経路に設けられた開閉弁を、同高圧ポンプの加圧室の容積を増大させる吸入行程で開弁し、同加圧室の容積を減少させる吐出行程で閉弁することにより燃料の昇圧を行うようにした燃料供給装置に適用され、
前記内燃機関の始動時に前記クランク軸の回転角度であるクランク角が確定する前は、前記開閉弁を微小間隔で開閉動作させることにより、前記燃料の圧力である燃圧を上昇させ、前記クランク角が確定した後は、各吐出行程前の所定の算出タイミング毎に前記開閉弁の閉弁開始タイミングを算出し、その閉弁開始タイミングに基づき前記開閉弁を吐出行程で閉弁させることにより前記燃圧を上昇させるようにした筒内噴射式内燃機関における燃料供給装置の制御方法であって、前記クランク角が確定した後、前記高圧ポンプの吐出行程の開始直後から前記算出タイミングまでの間に設定された切替えタイミングになると、前記クランク角確定前の燃圧制御を中止して前記開閉弁を開弁させ、かつ前記クランク確定後の燃圧制御に切替えるようにしたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関における燃料供給装置の制御方法。
【００８０】
上記の構成によれば、吐出行程での開閉弁の自閉現象を利用して、高圧ポンプから燃料噴射弁に高圧燃料を圧送させることができる。このため、請求項１に記載の発明と同様に、機関始動時における高圧ポンプの圧送抜けを解消することができ、燃料噴射における燃圧の低下を抑制し、燃料を確実に微粒化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置を具体化した一実施形態についてその構成を示す略図。
【図２】エンジンの構成を示す略図。
【図３】閉弁デューティを算出する手順を示すフロ−チャート。
【図４】閉弁開始タイミングをセットする手順を示すフローチャート。
【図５】スピル弁を制御する手順を示すフローチャート。
【図６】同じく、スピル弁を制御する手順を示すフローチャート。
【図７】スピル弁の開閉信号及び実際の開閉動作等を示すタイミングチャート。
【図８】切替えタイミングをセットタイミングよりも前に設定した場合のスピル弁の開閉信号等を示すタイミングチャート。
【図９】切替えタイミングをセットタイミングよりも後に設定して、圧送抜けを起こす場合のスピル弁の開閉信号等を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１１…エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１４…クランク軸（出力軸）、２９…燃料供給装置、３２…高圧ポンプ、３４…低圧燃料通路（燃料流入経路）、３７…加圧室、３８…スピル弁（開閉弁）、４４…電磁ソレノイド、４５…ばね（付勢手段）、４７…ＥＣＵ（電子制御装置）。

Claims (3)

1. 筒内噴射式内燃機関の出力軸であるクランク軸に駆動連結された高圧ポンプを有し、同高圧ポンプの燃料流入経路に設けられた開閉弁を、同高圧ポンプの加圧室の容積を増大させる吸入行程で開弁し、同加圧室の容積を減少させる吐出行程で閉弁することにより燃料の昇圧を行うようにした筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、
   前記内燃機関の始動時に前記クランク軸の回転角度であるクランク角が確定する前は、前記開閉弁を微小間隔で開閉動作させることにより、前記燃料の圧力である燃圧を上昇させる第１燃圧制御手段と、
   前記クランク角が確定した後は、各吐出行程前の所定の算出タイミング毎に前記開閉弁の閉弁開始タイミングを算出し、その閉弁開始タイミングに基づき前記開閉弁を吐出行程で閉弁させることにより前記燃圧を上昇させる第２燃圧制御手段と
   を備え、前記クランク角の確定後、前記第１燃圧制御手段による燃圧の制御を中止して前記開閉弁を開弁させるための信号を出力し、かつ前記第２燃圧制御手段による燃圧制御に切替える切替えタイミングを、前記高圧ポンプの吐出行程の開始後、前記第１燃圧制御手段による微小間隔での開閉弁の開閉動作にともない燃圧が上昇し、前記開閉弁の開弁しようとする力に打勝つ大きさになったときから、前記算出タイミングまでの間に設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記第２燃圧制御手段は、前記切替えタイミング以降、前記開閉弁の閉弁に関する制御量を逐次計算し、前記算出タイミング毎に、そのときの前記制御量と所定の閉弁終了タイミングとに基づき前記閉弁開始タイミングを算出するものである請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記高圧ポンプは、前記開閉弁を開弁方向へ付勢する付勢手段と、通電により前記付勢手段に抗して前記開閉弁を閉弁方向へ移動させる電磁ソレノイドとを備えている請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置。

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