JP4988681B2

JP4988681B2 - 内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置

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Publication number: JP4988681B2
Application number: JP2008252120A
Authority: JP
Inventors: 正裕豊原; 和則近藤; 智大久保; 多加志岡本
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010084548A; US20100082223A1; EP2169203B1; EP2169203A1; US8315780B2

Description

本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の装置に係り、特に高圧燃料ポンプを備えた高圧燃料供給装置に関する。

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）等の排出ガス物質の削減が求められており、これらの削減を目的として、筒内噴射エンジンの開発が行われている。前記筒内噴射エンジンは、高圧燃料ポンプにより高い燃料圧力に調圧されたコモンレール内の燃料を燃料噴射弁により、気筒の燃焼室内に直接行うことによって、エンジン出力及び燃焼改善による排出ガス物質の削減等を図っている。

上記コモンレール内の燃料圧力の調圧は、内燃機関の吸気または排気のカムシャフトに連結した上記高圧ポンプからの燃料吐出量を調整する事で行う。従来の技術において、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量は、前記カムシャフトと同期して動作する事から、カムシャフトの位相に合わせて、高圧ポンプ内にある電磁弁のＯＮとＯＦＦのタイミングを変更する事により、所望の燃料吐出量制御を行う事で、コモンレール内の燃料圧力を調圧される。

このような技術としては、例えば特開２００５−７６５５４号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、可変バルブタイミング装置を有した高圧燃料ポンプの燃料吐出量制御方法として、可変バルブタイミングの制御位置に対する高圧燃料ポンプの吐出位置を制御する為の高圧燃料ポンプ内電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ制御タイミングを簡素化且つ制御精度向上の為に、カムシャフトの回転と同期するカム軸センサ信号を用いて、カム軸センサ信号を基点として、カム軸センサからの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを制御する事が知られている。本公報では、カム軸センサ信号を基点とする事で、可変バルブタイミングの制御位置に対する上記電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングの複雑な補正を行う必要がなく、更には内燃機関の運転状態に応じてカム軸センサ信号情報に加えてクランク軸センサ信号により角度制御精度を確保する方法と、クランク軸センサを用いずに前記カム軸センサ信号情報のみで上記電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御する方法を使い分ける事で、制御装置内のＣＰＵの演算負荷と高圧ポンプの制御精度を両立させる方法が示されている。

特開２００５−７６５５４号公報

しかしながら、上記特開２００５−７６５５４号公報の装置を可変バルブタイミング制御装置を有する内燃機関に適用した場合には、カム軸センサの信号形態や高圧ポンプ内シリンダを上下するカムシャフトのポンプ用カム山数に制限を与えてしまうという問題がある。

すなわち、上記公報の装置では、可変バルブタイミング制御装置により、高圧燃料ポンプと連動したカム軸の位相が変化した場合であっても、カム軸センサ信号を基点にした電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御する事で安定した高圧燃料ポンプからの燃料吐出量制御を行うものであるが、カム軸センサ信号と高圧ポンプを駆動するカム山の相対関係が一致している場合に限定される事になる。例えば、４気筒の内燃機関の場合には、一般にカム軸センサ信号の形態は４色（例えば、カム軸センサ信号数の形態が、１→３→４→２とする）となっており、当該内燃機関の適用する高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの駆動カム山数が３山の場合には、カム軸センサ信号からの電磁弁ＯＮ／ＯＦＦ制御するタイミングが異なり、所望の燃料吐出量制御が実現できずに、コモンレール内燃料圧力が不安定になる問題がある。

この問題を、図１０を用いて説明する。

図１０において、４気筒の内燃機関に高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの駆動カム山数が３山を適用した場合の一例で、最上段のフェーズセンサ信号は、前記カム軸センサ信号（以下、フェーズセンサ信号と称す）の形態の一例を示し、ポジッションセンサ信号は、前記クランク軸センサ信号（以下、ポジッションセンサ信号と称す）の形態の一例を示したものであり、図中のプランジャ変位は、カム軸の高圧燃料ポンプ駆動カムにより動作する高圧燃料ポンプ内のプランジャの変位を示したものである。

図中のＳＴＡＮＧ１〜３は、高圧燃料ポンプの電磁弁にＯＮするタイミングを示したものであり、ＯＦＦＡＮＧ１〜３は、前記電磁弁のＯＦＦするタイミングを示したののである。高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を制御する場合には、高圧燃料ポンプを駆動するカム山の位置に応じた制御を行う事が必要であり、この場合には、フェーズセンサ信号からの前記電磁弁のＯＮタイミングとＯＦＦタイミングをフェーズセンサ信号毎に変更する必要がある。

フェーズセンサ信号に関係なく、電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングを変更しない場合には、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量は不安定となり、コモンレール内の燃料圧力制御ができない事になる。

前記目的を達成すべく、本発明に係る高圧燃料ポンプ制御装置において、内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、前記クランク軸の回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段と、前記カム角検出手段と前記クランク角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段を有し、
高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記カム角検出手段を基点に、内燃機関の気筒判別値に基づいて駆動タイミングを変更する。

また、上記高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記クランク角検出手段によりクランク角信号の数と該クランク角信号の周期に基づいて実行する。

もしくは、少なくても、前記クランク角検出手段の異常が認められた場合には、前記上記高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、該カム角信号の周期に基づいて実行する。

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、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置により、カム軸位相が変化した場合であっても、前記制御装置内駆動タイミング演算部で適切な通電開始または終了要求位相を演算し、前記制御装置内駆動信号出力部において前記要求位相通りに通電開始，終了を実施することが可能となるので、燃料システムの安定化，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。

また、クランク軸信号に異常が発生した場合においても、所望の高圧燃料ポンプの吐出制御が可能となり、燃焼の安定及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。

以上の説明から理解されるように、本発明に係る高圧燃料ポンプ制御装置は、前記制御装置内位相演算部で適切な通電開始・終了要求位相を演算し、前記制御装置内駆動信号出力部において前記要求位相通りに通電開始，終了を実施することが可能となるので、燃料システムの安定化，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。

また、ポジションセンサ信号に異常が発生した場合であっても、同等の性能を達成する事が可能である。

以下、図面に基づき本発明の内燃機関における高圧燃料供給制御装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の筒内噴射エンジン５０７の制御システム全体構成を示したものである。筒内噴射エンジン５０７は４気筒からなり、各シリンダ５０７ｂに導入する空気は、エアクリーナ５０２の入口部から取り入れられ、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。前記コレクタ５０６に吸入された空気は、エンジン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。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エンジン制御装置（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。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から低圧燃料ポンプ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／cm²）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／cm²）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（以下、インジェクタと呼ぶ）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。

エンジン５０７のクランク軸５０７ｄに取り付けられたクランク角センサ（以下ポジションセンサと呼ぶ）５１６は、クランク軸５０７ｄの回転位置を表す信号をコントロールユニット５１５に出力し、また、排気弁５２６の開閉タイミングを可変にする機構を備えたカム軸（図示省略）に取り付けられたクランク角センサ（以下フェーズセンサと呼ぶ）５１１は、前記カム軸の回転位置を表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、排気弁５２６のカム軸の回転に伴って回転する高圧燃料ポンプ１のポンプ駆動カム１００の回転位置を表す角度信号をもコントロールユニット５１５に出力する。ここで、図中には記載していないが、可変バルブタイミング制御装置により、当該カム軸位相は変化し、該変化量に応じて、上記フェーズセンサ信号の位置も変化する。

前記コントロールユニット５１５の主要部は、図２に示すように、ＭＰＵ６０３，ＥＰ−ＲＯＭ６０２，ＲＡＭ６０４及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ６０１等で構成され、ポジションセンサ５１６，フェーズセンサ５１１，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電磁弁２００，前記各インジェクタ５４及び点火コイル５２２等に所定の制御信号を供給して、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。

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。

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、燃料吸入通路１０，吐出通路１１，加圧室１２が形成されている。加圧室１２には、加圧部材であるプランジャ２が摺動可能に保持されている。吐出通路１１には、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために吐出弁６が設けられている。また、吸入通路１０には、燃料の吸入を制御する電磁弁８が設けられている。電磁弁８はノーマルクローズ型の電磁弁であり、非通電時に閉弁方向に力が作用し、通電時には開弁方向に力が作用する。

燃料はタンク５０から低圧ポンプ５１にてポンプ本体１の燃料導入口に、プレッシャレギュレータ５２によって一定の圧力に調圧されて導かれる。その後、ポンプ本体１にて加圧され、燃料吐出口からコモンレール５３に圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５４，圧力センサ５６，圧力調整弁（以下リリーフ弁と呼ぶ）５５が装着されている。リリーフ弁５５はコモンレール５３内の燃料圧力が所定値を超えた際に開弁し、高圧配管系の破損を防止する。インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、コントロールユニット５１５から与えられる駆動電流に従って燃料を噴射する。圧力センサ５６は取得した圧力データをコントロールユニット５１５に出力する。コントロールユニット５１５は各種センサから得られるエンジン状態量（例えばクランク回転角，スロットル開度，エンジン回転数，燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量や燃料圧力等を演算し、高圧ポンプ１やインジェクタ５４を制御する。

プランジャ２は、エンジン５０７における排気弁５２６の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。プランジャ２が下降して加圧室１２の容積が拡大すると、電磁弁８が開弁し、燃料吸入通路１０から加圧室１２に燃料が流入する。このプランジャ２が下降する行程を以下、吸入行程と記す。プランジャ２が上昇し、電磁弁８が閉弁すると、加圧室１２内の燃料は昇圧され、吐出弁６を通過してコモンレール５３へ圧送される。このプランジャ２が上昇する行程を以下、圧縮行程と記す。

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。

圧縮行程中に電磁弁８が閉じれば、吸入行程中に加圧室１２に吸入された燃料は加圧され、コモンレール５３側へ吐出される。もし圧縮行程中に電磁弁８が開弁していれば、その間、燃料は吸入通路１０側へ押し戻され、加圧室１２内の燃料はコモンレール５３側へは吐出されない。このように、高圧ポンプ１の燃料吐出は電磁弁８の開閉によって操作される。電磁弁８の開閉はコントロールユニット５１５によって操作される。

電磁弁８は弁体５，弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２，ソレノイド２００，アンカ９１を構成部品として有する。ソレノイド２００に電流が流れると、アンカ９１に電磁力が発生して図中右側に引き寄せられ、アンカ９１と一体に形成された弁体５が開弁する。ソレノイド２００に電流が流れないと、弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２により、弁体５は閉じる。電磁弁８は駆動電流を流さない状態で閉弁する構造の弁であるため、ノーマルクローズ型の電磁弁と称する。

吸入行程中は、加圧室１２の圧力が吸入通路１０の圧力よりも低くなり、その圧力差によって弁体５が開弁し、燃料が加圧室１２に吸入される。このとき、ばね９２は弁体５を閉弁方向に付勢するが、圧力差による開弁力の方が大きくなるように設定されているため、弁体５は開弁する。ここで、もしソレノイド２００に駆動電流が流れていれば、磁気吸引力が開弁方向へ作用して、弁体５は更に開弁しやすくなる。

一方、圧縮行程中は加圧室１２の圧力の方が吸入通路１０よりも高くなるため、弁体５を開弁させる差圧は発生しない。ここで、ソレノイド２００に駆動電流が流れていなければ、弁体５を閉弁方向に付勢するばね力などにより、弁体５は閉弁する。一方、ソレノイド２００に駆動電流が流れ十分な磁気吸引力が発生していれば、磁気吸引力により弁体５は開弁方向に付勢される。

よって、吸入行程中に電磁弁８のソレノイド２００に駆動電流を与え始め、圧縮行程中も与え続けると、弁体５は開弁保持される。その間、加圧室１２内の燃料は低圧通路１０に逆流するため、燃料はコモンレール内へ圧送されない。一方、圧縮行程中あるタイミングで駆動電流を与えるのを止めると、弁体５は閉弁し、加圧室１２内の燃料が加圧され、吐出通路１１側へ吐出される。駆動電流を与えるのを止めるタイミングが早いと、加圧される燃料の容量が大きく、タイミングが遅いと、加圧される燃料の容量が小さくなる。よって、コントロールユニット５１５は弁体５が閉じるタイミングを制御することにより、高圧ポンプ１の吐出流量を制御することができる。

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ＯＦＦ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。

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が実施する高圧燃料ポンプ１の制御ブロック図の一態様である。前記高圧燃料ポンプ制御装置は、燃圧センサ５６からの信号をフィルタ処理して実燃圧を出力する燃圧入力処理手段７０１，エンジン回転数と負荷からその動作点に最適な目標燃圧を算出する目標燃圧算出手段７０２，ポンプの吐出流量を制御するための位相パラメータを演算するポンプ制御角度算出手段７０３，ポンプ駆動信号であるデューティ信号のパラメータを演算するポンプ制御ＤＵＴＹ算出手段７０４，筒内噴射エンジン５０７の状態を判定してポンプ制御モードを遷移させるポンプ状態遷移判定手段７０５，ソレノイド２００に前記デューティ信号から生成される電流を与えるソレノイド駆動手段７０６から構成される。

図８にポンプ制御角度算出手段７０３の一態様を示す。ポンプ制御角度算出手段７０３は、通電開始角度算出手段８０１および通電終了角度算出手段８０２から構成される。

図９に通電開始角度算出手段８０１の一態様を示す。エンジン回転数とバッテリ電圧を入力とした基本通電開始角度算出マップ８０１から基本通電開始角度ＳＴＡＮＧＭＡＰを演算し、前記ポンプ駆動カム軸の可変バルブタイミング機構による位相変化に伴い変化するフェーズセンサ信号による高圧燃料ポンプ制御角度の基準信号（前記フェーズセンサ信号の先頭の信号位置）からの通電開始角度ＳＴＡＮＧを演算する。可変バルブタイミング機構による位相は、図中の実線で示した進角位置に対し、点線で示した遅角位置になり、各々の位相に対しても基準位置からの通電開始角度そのものは変わらない値で制御する。

図１０に４気筒の内燃機関に高圧燃料ポンプ駆動するカム山が３山の場合で、内燃機関が２回転した範囲のタイムチャートの一例を示す。図中の最上段に示したフェーズセンサ信号の先頭となる位置（前記図９で示した基準信号）から、各先頭フェーズセンサ信号からの高圧燃料ポンプの電磁弁のＯＮタイミングを各々ＳＴＡＮＧ１〜３になり、電磁弁のＯＦＦタイミングを各々ＯＦＦＡＮＧ１〜３となる。前記基準位置からの前記各ＳＴＡＮＧ１〜３，ＯＦＦＡＮＧ１〜３は各基準位置からの角度が異なり、先頭フェーズセンサ信号毎に使い分ける必要があり、その使い分けを図中の気筒判別値により行う。例えば、気筒判別値＝１の時の先頭フェーズ信号からは、ＯＦＦＡＮＧ１とＳＴＡＮＧ１の角度で電磁弁の制御を行い、気筒判別値＝３の時の先頭フェーズ信号からは、前記ＯＦＦＡＮＧ１とは異なる値のＯＦＦＡＮＧ２の角度で電磁弁の制御を行う。このように、先頭フェーズセンサ信号と内燃機関の気筒判別値に基づいて、電磁弁のＯＮ（ＳＴＡＮＧ）タイミングとＯＦＦ（ＯＦＦＡＮＧ）タイミングを使い分ける事により、内燃機関の気筒数またはフェーズセンサ信号の形態や、高圧燃料ポンプの駆動カム山数に制限される事無く、所望の高圧燃料ポンプ内電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御する事で、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を安定して制御する事ができる。

図１１に前記図１０に対し、可変バルブタイミング制御装置により、カム軸位相が進角側に移動した場合のタイムチャートを示す。図中上段のフェーズセンサ信号の点線で示した位置が前記図１０で説明した位置に対し、実線で示したフェーズセンサ信号が、前記可変バルブタイミング制御装置により、カム軸の位相が変化した位置である。前述したようにカム軸の位相が変化した場合であっても、カム軸の高圧燃料ポンプ駆動カム山の位相は、フェーズセンサ信号の出力位置との関係は崩れない事から、前記図１０で説明した各先頭のフェーズセンサ信号からの電磁弁のＯＮ（ＳＴＡＮＧ１〜３）タイミングとＯＦＦ（ＯＦＦＡＮＧ１〜３）タイミングは同じ値で制御する事になる。

図１２に前記先頭フェーズセンサ信号の位置を基準位置とした前記電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ制御する為の角度制御方法の一例を示したもので、ここでは、ＯＦＦタイミングを例に説明する。ＯＮタイミングでの角度制御も以下説明する方法で行えば良い。

図中の上段のフェーズセンサ信号を基準位置として、電磁弁のＯＦＦタイミングを制御する事は上述した通りである。図中の中段に示したポジションセンサ信号は、前記電磁弁の制御精度（例えば０.１degの制御精度）よりも大きな間隔（例えば、１０deg間隔）を持っているのが一般的であり、前記フェーズセンサ信号を基準位置とした角度制御を行う場合には、当該基準位置からのポジションセンサ信号の数をカウントした後、ポジッションセンサ信号間隔（ＴＰＯＳ１０）から、ポジションセンサからの時間制御を行う。本図１２で示した例で説明すると、基準位置からの角度ＯＦＦＡＮＧ１を実現する為に、基準位置からのポジションセンサ信号数（ＯＦＦＡＮＧＣＮ１）を３つカウント後に、残りの角度をポジションセンサ信号の間隔を計測した値（ＴＰＯＳ１０ｍ）から角度相当の時間分（ＯＦＦＡＮＧＴＭ１）を計測した時点で電磁弁のＯＦＦタイミングを制御する。

ＯＦＦＡＮＧ１＝ＯＦＦＡＮＧＣＮ１（ポジションセンサ信号数）＋ＯＦＦＡＮＧＴＭ１（ポジションセンサ信号間隔からの時間を基に角度を求めた時間）
として制御する。

加えて、ポジションセンサ信号を用いて角度制御を行う場合には、各先頭フェーズセンサ信号の位置とポジションセンサ信号の相対関係位置を正確に確認する必要がある事から、図中に示した先頭フェーズセンサ信号が入力される前後のポジションセンサ信号の間隔（ＴＰＯＳ１０ｎ）から計測した値（ＴＰＨＰＯＳ）を算出する必要がある。要するにＯＦＦＡＮＧ１は、以下の方法で算出する事で、角度制御精度が向上する。

ＯＦＦＡＮＧ１＝（ＴＰＯＳ１０ｎ−ＴＰＨＰＯＳ）＋ＯＦＦＡＮＧＣＮ１＋ＯＦＦＡＮＧＴＭ１
として求める。

ここで、上記式の（ＴＰＯＳ１０ｎ−ＴＰＨＰＯＳ）及びＯＦＦＡＮＧＴＭ１は、適用する内燃機関のポジションセンサ信号の間隔（クランク角度）に応じて算出し、設定すれば良い。算出方法は、クランク角度と時間の関係で単純に算出できる事から詳細の説明は必要としない。

図１３にポジションセンサ信号を用いず、フェーズセンサ信号のみによる前記電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ制御する為の角度制御方法の一例を示したものである。

先頭フェーズセンサの信号間隔を計測し、例えば気筒判別値＝１の時の先頭フェーズセンサ信号からのＯＦＦＡＮＧ１を求める場合には、直前の先頭フェーズセンサ信号の間隔（ＴＰＨＡＳＥｎ）を基に算出すれば良い。例えば、ＯＦＦＡＮＧ１＝９０degと算出された場合、先頭フェーズ信号間隔が１８０degの場合には、前記計測したＴＰＨＡＳＥｎの時間の半分となる値（＝９０degの時間／１８０degの時間）で制御実行すれば良い。

このように、ポジションセンサ信号を用いなくても、フェーズセンサ信号と気筒判別値のみで高圧燃料ポンプの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御する事が可能であり、これは内燃機関の制御装置内ＣＰＵの演算負荷を軽減するのみならず、内燃機関のポジションセンサ信号に異常（故障）が発生した場合でも、所望の高圧燃料ポンプの燃料吐出制御を実現する事ができるものである。

図１４に前記図１３に対し、可変バルブタイミング制御装置によりカム軸の位相が変化した場合の一例を示す。このようにカム軸の位相が変化した場合であっても、フェーズセンサの信号と気筒判別値による高圧ポンプの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う場合には、可変バルブタイミングを意識する事無く制御する事が可能となる。

図１５に前記図１０及び図１１で説明した内容の制御フローチャートの一例を示す。
ブロック１５０１では、ポジションセンサ信号が正常か故障かの判定を行う。ここで、故障判定方法は、本発明に直接関係しない為、詳細の説明を必要としない。ポジションセンサ信号が正常の場合には、ブロック１５０２の処理に進み、異常の場合には、後述する図１６の内容で制御する。ブロック１５０２では、内燃機関のカム軸に設けられた前記フェーズセンサ信号の入力処理を行う。当該処理は、主に先頭フェーズ信号の区別や先頭フェーズの入力タイミングやフェーズセンサ信号数を計測するものである。ブロック１５０３では、内燃機関のクランク角度を計測するポジションセンサ信号の入力処理を行う。当該処理は、主に内燃機関のクランク角度計測やポジションセンサ信号の間隔時間を計測するものである。ブロック１５０４では、前記フェーズセンサ信号とポジションセンサ信号により、内燃機関の気筒判別処理を行う。内燃機関の気筒判別が行われた場合には、ブロック１５０５にて高圧燃料ポンプの吐出位置を演算する。具体的には、高圧燃料ポンプ内電磁弁のＯＮ／ＯＦＦするタイミングを算出するものである（前記したＳＴＡＮＧやＯＦＦＡＮＧの角度演算を行う）。ブロック１５０６では、各気筒判別値と前記先頭フェーズセンサからの異なる前記電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングのオフセット分を算出する。これにより、前記図１０及び図１１で説明したＳＴＡＮＧ１〜３とＯＦＦＡＮＧ１〜３の各々の値を算出する。ブロック１５０７では、前記ブロック１５０６で算出したＳＴＡＮＧ１〜３及びＯＦＦＡＮＧ１〜３の角度を実現する為のポジション信号数を算出する。当該ポジションセンサ信号数を求める具体的な方法は、前記図１２で示した方法によるものであり、ここでの説明は図１２と重複するので割愛する。次にブロック１７０６では、前記ＳＴＡＮＧ１〜３及びＯＦＦＡＮＧ１〜３の角度の中で、前記ブロック１５０７で求めたポジションセンサ信号数以外のポジションセンサ信号間の時間を基に算出した時間制御分を演算する。当該時間制御方法についても、前記図１２で示した方法によるものであり、ここでの説明は図１２と重複するので割愛する。

図１７に前記図１２で説明した可変バルブタイミング制御による先頭フェーズセンサ信号位置とポジションセンサ信号の関係から、高圧燃料ポンプの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミング制御精度を更に向上する方法のフローチャートの一例を示す。ブロック１７０１では、先頭フェーズセンサ信号が入力される直前のポジションセンサ信号からの時間ＴＴＯＰＰＨと、前記直線のポジションセンサ信号と次のポジションセンサ信号の時間間隔を算出し、先頭フェーズセンサ信号の位置を算出する。ブロック１７０２では、前記図１５で説明したブロック１５０５と同じ処理である高圧燃料ポンプの吐出位置を算出する。ブロック１７０３では、前記図１５で説明したブロック１５０６の高圧燃料ポンプの電磁弁ＯＮ／ＯＦＦタイミングであるＳＴＡＮＧ１〜３及びＯＦＦＡＮＧ１〜３を算出する。ブロック１７０４からブロック１７０６では、先頭フェーズセンサ信号からの実際の角度を前記図１２で説明したように、
ＯＦＦＡＮＧｎ＝（ＴＰＯＳ１０ｎ−ＴＰＨＰＯＳ）＋ＯＦＦＡＮＧＣＮｎ＋ＯＦＦＡＮＧＴＭｎ
として求める。

上記式の中で、ＯＦＦＡＮＧｎ（ｎは気筒毎に異なる）については、前記ブロック１７０３で算出し、（ＴＰＯＳ１０ｎ−ＴＰＨＰＯＳ）については、前期ブロック１７０１で算出する。

先頭フェーズセンサ信号からのポジションセンサ信号数であるＯＦＦＡＮＧＣＮｎ（ｎは気筒毎に異なる）については、ブロック１７０５で算出し、前記ポジションセンサ信号数を計測した数と合致した以降の角度であるＯＦＦＡＮＧＴＭｎ（ｎは気筒毎に異なる）については、ブロック１７０８で算出する。

以上の方法により、可変バルブタイミング制御装置により、フェーズセンサ信号の位相が変化した場合であっても、ポジションセンサ信号を用いて正確な高圧燃料ポンプの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングの制御を可能とできる。

図１６に前記図１３及び図１４で説明したフェーズセンサ信号と気筒判別値による高圧燃料ポンプの電磁弁ＯＮ／ＯＦＦタイミング制御のフローチャートの一例を示す。ブロック１６０１では、前記図１５のブロック１５０２と同様にフェーズセンサの入力処理を行う。ブロック１６０２では、前記ブロック１６０１での処理を基にフェーズセンサ信号の時間間隔を計測する。ブロック１６０３では、前記ブロック１６０１の処理に基づいて、先頭フェーズセンサ信号の確定処理を行い、ブロック１６０４では、前記先頭フェーズセンサ信号の確定処理に基づいて先頭フェーズセンサ信号間の時間（ＴＰＨＴＯＰ）を計測する。ブロック１６０２にて気筒判別値が確定した場合には、ブロック１６０６にて高圧燃料ポンプの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミングであるＴＰＵＭＰＯＮとＴＰＵＭＰＯＦＦを前記ブロック１６０４で算出した先頭フェーズセンサ信号間の時間（ＴＰＨＴＯＰ）を基に算出する。ここで、当該ＴＰＨＴＯＰを基にＴＰＵＭＰＯＮとＴＰＵＭＰＯＦＦ算出する方法については、前記図１３で説明した通りであり、ここでの説明は重複するので割愛する。次のブロック１６０７では、前記図１５のブロック１５０６及び図１７のブロック１７０３と同様に各先頭フェーズセンサ信号毎のオフセットを算出する。

以上のポジションセンサ信号を用いた図１５及び図１７の方法であっても図１６の方法のいずれであっても高圧燃料ポンプの電磁弁のＯＮ／ＯＦＦタイミング制御は可変バルブタイミング制御装置によりカム軸位相が変化した場合であっても安定した高圧燃料ポンプからの燃料吐出制御が可能であるが、少なくてもポジションセンサ信号に異常がある場合には、図１６でのポジションセンサ信号に依存しない制御を行えば良い。

本発明では、前記図４にて説明したノーマルクローズ型の高圧燃料ポンプの制御方法を例に説明したが、ノーマルオープン型の高圧燃料ポンプを適用した場合であっても、フェーズセンサ信号または、ポジションセンサ信号と気筒判別値を用いた電磁弁のＯＮタイミング制御のみによる方法であっても同様の制御を行えば良く、高圧燃料ポンプの機構に限定されない。

本実施形態の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を備えたエンジンの全体構成図。図１のエンジン制御装置の内部構成図。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３の高圧燃料ポンプの縦断面図。図３の高圧燃料ポンプの動作タイミングチャート。図５の動作タイミングチャートの補足説明図。図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。図１の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図９の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図９の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図９から図１０の角度制御方法。図１の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。

符号の説明

１高圧燃料ポンプ
３リフタ
４下降ばね
８電磁弁
５１低圧燃料ポンプ
５３コモンレール
５４インジェクタ
５６燃圧センサ
５０７筒内噴射エンジン
５１５コントロールユニット
７０１燃圧入力処理手段
７０２目標燃圧算出手段
７０３ポンプ制御角度算出手段
７０４ポンプ制御デューティ算出手段
７０５ポンプ状態遷移判定手段
７０６ソレノイド駆動手段

Claims

内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、
前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、
前記クランク軸の回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段と、
前記カム角検出手段と前記クランク角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、
前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、
前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段と
を有する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、
前記高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する手段は、前記カム角検出手段とクランク角検出手段に同期して実行し、前記気筒判別値と前記カム角検出手段を基準位置として駆動するタイミングを決定し、
前記気筒判別値に基づいて、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記カム角検出手段からの前記クランク角検出手段により、前記クランク角信号の数とクランク角信号の周期を基に時間制御する事を特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記気筒判別値に基づいて変更する事を特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。
請求項１から２に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、少なくても前記カム角信号が検出された時の前記クランク角信号からの時間を基に行う事を特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。