JP5314156B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄圧式燃料噴射装置を用いて内燃機関の制御を行うための内燃機関の制御装置に関するものである。特に、アイドリングストップ制御を実行可能な内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンをはじめとする内燃機関の気筒内に燃料を噴射する装置として、高圧ポンプによって供給される高圧状態の燃料を蓄積するためのコモンレールを備えた蓄圧式燃料噴射装置（コモンレールシステム）が用いられている。コモンレールには複数の燃料噴射弁が接続されており、高圧の燃料が各燃料噴射弁に供給された状態で各燃料噴射弁の開弁時期及び開弁時間が制御されることで、様々な燃料噴射パターンで内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

この蓄圧式燃料噴射装置において、通常、高圧ポンプは内燃機関の動力によって駆動されるように構成されている。具体的には、高圧ポンプのカムシャフトはギアを介して内燃機関のドライブシャフトに連結されており、内燃機関の運転中には高圧ポンプも作動する一方、内燃機関の停止時には高圧ポンプも停止する。

蓄圧式燃料噴射装置では、コモンレール内の圧力（以下「レール圧」と称する。）が燃料噴射特性あるいは燃焼性に大きく影響する。レール圧の制御方法として、コモンレールに設けられた圧力制御弁によって、コモンレールから排出される高圧燃料の流量を調節する制御方法がある。

このような蓄圧式燃料噴射装置を用いた内燃機関の制御において、近年、燃費の向上や、排気ガス量及び騒音の低減等を目的として、内燃機関が搭載された車両の一時停止中に内燃機関を自動停止させるアイドリングストップ制御が実用化されている。このアイドリングストップ制御においては、所定のアイドリングストップ条件が成立したときに内燃機関が自動停止させられるとともに、自動停止中に所定の再始動条件が成立したときに内燃機関が再始動させられる。このアイドリングストップ制御が実行可能な内燃機関が搭載された車両においては、自動停止状態からの再始動性が商品性に重要な影響を与える要素となっている。

そこで、内燃機関のアイドリングストップ制御中の停止時間を短縮したり、再始動性を確実に向上させたりすることのできる内燃機関の制御装置が提案されている。より具体的には、アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止時に高圧ポンプの吐出流量を増加させ、内燃機関の負荷を調節することで、クランク角を再始動に適した所定のクランク角で停止させ、再始動時にはスタータの作動と同時に燃料噴射を開始させるようにした内燃機関の制御装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１６３７９６号公報（全文、全図）

内燃機関が、例えばディーゼルエンジンの場合、エンジンの自動停止状態からの再始動性を向上させるためには、エンジンにおける圧縮比が十分であり、かつ、蓄圧式燃料噴射装置による燃料噴射が可能であることが要因となる。これらの二つの要因のうち、圧縮比が十分であるか否かはエンジン側の問題であり、燃料噴射が可能であるか否かは蓄圧式燃料噴射装置側の問題である。蓄圧式燃料噴射装置において燃料噴射が可能であるか否かは、レール圧が燃料の正常噴射が可能な圧力（以下「噴射可能圧力」と称する。）以上に確保されているか否かによる。そのため、内燃機関の再始動性を向上させるために、アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止中においても、レール圧が高い状態で維持されるように制御が行われることがある。

このとき、コモンレールに接続された燃料噴射弁や高圧ポンプ、圧力制御弁等が閉じられている場合であっても、これらを含む燃料高圧系に存在する微細な隙間から高圧の燃料の一部が燃料低圧系にリークしてレール圧が徐々に低下する場合がある。そのため、自動停止時にレール圧を維持し始めるときのレール圧の目標値は、噴射可能圧力よりも高い値に設定される。

ここで、内燃機関の再始動時に、レール圧が高い状態で維持されたまま内燃機関を始動させようとすると、高圧ポンプの動き出し時に発生する駆動トルクが著しく大きくなり、高圧ポンプの駆動系に多大な負荷を与えることになる。具体的には、内燃機関の再始動時は回転数が急激に上昇する状態にあり、このような状態でさらにレール圧が高い状態となっているときに圧力制御弁によるレール圧制御を開始したとすると、レール圧のオーバーシュートあるいはアンダーシュートが発生して、レール圧が制御不能に陥るおそれがある。そのため、内燃機関の再始動時においては、レール圧制御を速やかに実行可能にするために、通常、内燃機関の回転数が所定の回転数に到達するまではレール圧制御は行わずに、コモンレールへの燃料の供給量を調節する流量制御弁は開かれ、コモンレールに備えられた圧力制御弁は閉じられる。

このとき、高圧ポンプの加圧室とコモンレールとの間には、加圧室内の圧力がレール圧とバルブスプリングのセット力との和を上回ったときに開弁する燃料吐出弁が備えられているため、内燃機関の再始動時に高圧ポンプの加圧室に燃料が供給され、かつ、レール圧が高い状態で高圧ポンプを駆動させると、燃料吐出弁が開かれるまでの期間は加圧室内の圧力が著しく高くなる。その結果、燃料を加圧するためのプランジャを押し上げる大きな力が必要になって、高圧ポンプの駆動系に多大な負荷が発生する。

また、高圧ポンプの停止状態では、カムシャフトに固定されたカムと、カムの回転力をプランジャの上昇力として伝達するタペットとの接触部位において、潤滑油あるいは潤滑用燃料が流れ出し、油膜が不十分な状態となっている。このようにタペットとカムとの接触部位の油膜が不十分な状態となっている高圧ポンプの動き出し時に高圧ポンプの駆動系に多大な負荷が与えられると、高圧ポンプの耐久性を低下させることにつながる。

そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止状態から内燃機関を再始動させる際にレール圧が必要以上に高くなっている場合には、内燃機関の再始動前にコモンレールに設けられた圧力制御弁を開弁することにより上述した問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、内燃機関の自動停止状態からの再始動時に高圧ポンプの駆動系に与えられる負荷を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、燃料噴射弁が接続されたコモンレールと、コモンレールに燃料を圧送する高圧ポンプと、コモンレールから排出される燃料の流量を調節する圧力制御弁と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置によって内燃機関の制御を行うための制御装置であって、アイドリングストップ制御を実行可能な内燃機関の制御装置において、所定のアイドリングストップ条件が成立したことを検出するとともに内燃機関を自動停止させるよう指示を出力するアイドリングストップ条件成立検出部と、内燃機関の自動停止中に所定の再始動条件が成立したことを検出するとともに内燃機関を再始動させるよう指示を出力する再始動条件成立検出部と、コモンレール内の圧力を検出するレール圧検出部と、再始動条件の成立時にコモンレール内の圧力が所定の閾値以上となるときには、内燃機関を再始動させる前に圧力制御弁を開弁する圧力制御弁制御部と、を備え、再始動条件成立検出部は、再始動条件の成立前に再始動条件が間もなく成立することを検出し、圧力制御弁制御部は、再始動条件が間もなく成立することが検出されたときであってコモンレール内の圧力が閾値以上となっているときに圧力制御弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の内燃機関の制御装置を構成するにあたり、閾値が、高圧ポンプから高圧ポンプの駆動系への許容される負荷に基づく値であることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の制御装置を構成するにあたり、再始動条件の成立後にコモン
レール内の圧力が閾値未満となったときに内燃機関を再始動させるレール圧判定部を備え
ることが好ましい。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、アイドリングストップ制御による内燃機関の自動停止状態からの再始動時にレール圧が必要以上に高い状態で維持されている場合には、内燃機関の再始動前に圧力制御弁が開弁され、レール圧が強制的に低下させられる。したがって、レール圧が必要以上に高い状態のまま内燃機関が再始動させられることがなくなるために、加圧室内の圧力が著しく上昇することが抑えられ、高圧ポンプの駆動系への負荷が低減される。また、内燃機関の始動後にレール圧が上昇し加圧室内の圧力が高められるときには、高圧ポンプの駆動によってタペットとカムとの接触部位に潤滑油又は潤滑用燃料が浸透して油膜が形成されるために、高圧ポンプの耐久性の低下が抑えられる。

蓄圧式燃料噴射装置の構成例を示す全体図である。 高圧ポンプの構成例を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる制御装置の構成例を説明するためのブロック図である。 第１の実施の形態の制御装置によって実行される制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 第１の実施の形態の制御装置によって実行される制御方法を説明するための制御フローである。 第２の実施の形態の制御装置によって実行される制御方法を説明するためのタイムチャート図である。 第２の実施の形態の制御装置によって実行される制御方法を説明するための制御フローである。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる内燃機関の制御装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に態様を変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同じ部材を示しており、適宜説明が省略されている。

１．蓄圧式燃料噴射装置
図１は、内燃機関の制御に用いられる蓄圧式燃料噴射装置５０の構成例を示している。この蓄圧式燃料噴射装置５０は、車両に搭載されたディーゼルエンジン４０の気筒内に燃料を噴射するための装置であって、燃料タンク１と、低圧ポンプ２と、流量制御弁８と、高圧ポンプ５と、コモンレール１０と、圧力制御弁１２と、燃料噴射弁１３と、制御装置６０等を主たる要素として備えている。

ディーゼルエンジン４０には、エンジン回転数の検出に用いられる回転数センサ４５と、始動時にドライブシャフトを強制的に回転させるためのスタータ４４とが備えられている。

低圧ポンプ２と高圧ポンプ５の加圧室５ａとは低圧燃料通路１８ａ、１８ｂで接続されており、高圧ポンプ５の加圧室５ａとコモンレール１０、及びコモンレール１０と燃料噴射弁１３はそれぞれ高圧燃料通路３７、３９で接続されている。また、高圧ポンプ５やコモンレール１０、燃料噴射弁１３等には、燃料噴射弁１３から噴射されない余剰の燃料を燃料タンク１に戻すためのリターン通路３０ａ〜３０ｃが接続されている。

高圧ポンプ５内の低圧燃料通路１８ｂの途中には流量制御弁８が備えられている。流量制御弁８は、例えば、供給電流値によって弁体のストローク量が可変とされ、燃料通過路の面積が調節可能な電磁比例式の流量制御弁が用いられ、加圧室５ａに送られる燃料の流量を調節するために用いられる。本実施形態で用いられる流量制御弁８は、非通電状態で燃料の流路が全開となるノーマルオープンの流量制御弁として構成されている。ただし、非通電状態で燃料の流路が全閉となるノーマルクローズの流量制御弁であってもよい。

流量制御弁８よりも上流側の低圧燃料通路１８ｂから分岐する燃料通路には、流量制御弁８と並列に配置された圧力調整弁１４が備えられている。この圧力調整弁１４は、燃料タンク１に通じるリターン通路３０ａに接続されている。この圧力調整弁１４は、前後の差圧、すなわち、低圧燃料通路１８ｂ内の圧力と、リターン通路３０ａ内の圧力との差圧が所定値を越えたときに開弁されるオーバーフローバルブが用いられている。そのため、低圧ポンプ２によって燃料が圧送されている状態においては、低圧燃料通路１８ａ、１８ｂ内の圧力が、リターン通路３０ａ内の圧力に対して所定の差圧分大きくなるように調整される。

低圧ポンプ２は、燃料タンク１内の燃料を吸い上げて圧送し、低圧燃料通路１８ａ、１８ｂを介して高圧ポンプ５の加圧室５ａに燃料を供給する。図１に示す低圧ポンプ２は燃料タンク１内に備えられたインタンクの電動ポンプであって、バッテリーから供給される電圧によって駆動されて燃料を圧送する。ただし、低圧ポンプ２は、燃料タンク１の外部に設けられるものであってもよく、また、ディーゼルエンジン４０の動力によって駆動するギアポンプであってもよい。

高圧ポンプ５は、燃料吸入弁６を介して低圧ポンプ２によって加圧室５ａへ導入される燃料をプランジャ７によって加圧し、高圧状態の燃料を燃料吐出弁９及び高圧燃料通路３７を介してコモンレール１０に圧送する。燃料吐出弁９は、吐出側に位置するレール圧が高いほどシール性が高められる逆止弁構造となっている。

高圧ポンプ５を駆動するカム１５は、ディーゼルエンジン４０のドライブシャフトにギアを介して連結されたカムシャフトに固定されている。図１に示す高圧ポンプ５は二本のプランジャ７を備えており、この二本のプランジャ７がカム１５によって押し上げられ、二つの加圧室５ａ内で燃料が加圧されてコモンレール１０に対して高圧の燃料が圧送される。

本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置５０の高圧ポンプ５は、噴射用燃料を潤滑油として用いる燃料潤滑式の構成となっており、低圧燃料通路１８ａを介して高圧ポンプ５内に送られる燃料は一旦カム室１６内に流れ込み、そこからさらに低圧燃料通路１８ｂを介して加圧室５ａに送られる。

コモンレール１０は、高圧ポンプ５から圧送される高圧の燃料を蓄積し、高圧燃料通路３９を介して接続された複数の燃料噴射弁１３に対して高圧の燃料を供給する。このコモンレール１０には、圧力制御弁１２及び圧力センサ２１が設けられている。このうち圧力センサ２１は、圧電素子センサや半導体センサなど公知の圧力センサが用いられる。

また、圧力制御弁１２は、例えば、供給電流値によって弁体のストローク量が可変とされ、燃料通過路の面積が調節可能な電磁比例式の制御弁が用いられる。目標レール圧や要求噴射量に応じて圧力制御弁１２への通電量が制御され、コモンレール１０からリターン通路３０ｂに排出される高圧の燃料の流量が調節されることで、レール圧が調節される。本実施形態で用いられる圧力制御弁１２は、非通電状態で燃料の流路が全開となるノーマルオープン型の圧力制御弁として構成されている。ただし、非通電状態で燃料の流路が全閉となるノーマルクローズ型の圧力制御弁であってもよい。

コモンレール１０に接続された燃料噴射弁１３は、噴射孔が設けられたノズルボディと、進退移動により噴射孔を開閉するノズルニードルとを備えている。燃料噴射弁１３は、ノズルニードルの後端側に背圧を負荷することで噴射孔が閉じられる一方、負荷された背圧が逃されることで噴射孔が開かれ、コモンレール１０から供給される高圧の燃料をディーゼルエンジンの気筒内に噴射する。この燃料噴射弁１３は、レール圧が所定の噴射可能圧力以上のときに正常な燃料噴射が可能になっている。

燃料噴射弁１３は、背圧制御手段としてピエゾ素子が備えられたピエゾインジェクタや、背圧制御手段として電磁ソレノイドが備えられた電磁制御式燃料噴射弁が用いられる。本実施形態ではピエゾインジェクタが用いられており、このピエゾインジェクタにおいては背圧を逃がすための通路以外にはリターン通路３０ｃに燃料が漏れ出しにくい構造が採用されている。

２．高圧ポンプ
図２は、高圧ポンプ５の具体的な構成の一例を示している。この高圧ポンプ５は、ポンプハウジング５１と、ポンプハウジング５１の円柱空間５１ａ内に装着されたシリンダヘッド５２と、シリンダヘッド５２のシリンダ５２ａに摺動保持されたプランジャ７と、両端をシリンダヘッド５２及びスプリングシート５９に係止され、プランジャ７を下方側に付勢するためのスプリング５５と、プランジャ７及びカム１５の間に介在し、カム１５の回転に伴いプランジャ７を芯出ししつつ押し上げるためのタペット構造体５８とを備えている。また、シリンダヘッド５２のシリンダ５２ａの上方開口部には燃料吸入弁６が配置されるとともに、シリンダ５２ａの軸方向に対して横方向には燃料吐出路５２ｂを介して燃料吐出弁９が配置されている。 なお、図２においては、高圧ポンプ５に備えられた流量制御弁８及び圧力調整弁１４は図示されていない。

この高圧ポンプ５において、シリンダヘッド５２のシリンダ５２ａの一部は、シリンダヘッド５２の内周面とプランジャ７と燃料吸入弁６と燃料吐出弁９とによって閉塞され、加圧室５ａとして構成されている。燃料吸入弁６を介して加圧室５ａに流入した燃料は、当該加圧室５ａ内で、カム１５の回転運動に伴って押し上げられるプランジャ７によって加圧される。加圧室５ａ内の圧力が、燃料吐出弁９のバルブスプリングのセット力とレール圧との総和を上回り燃料吐出弁９が押し開かれることにより、加圧された燃料がコモンレールに向けて圧送される。

上述したように、この高圧ポンプ５では、低圧ポンプによって圧送される燃料がカム室１６内に流入した後、その一部がカム室１６と円柱空間５１ａとを行き来するようになっている。この燃料は、タペット構造体５８のローラ５４とカム１５との接触部位や、円柱空間５１ａとタペット構造体５８との摺動部、上述したシリンダ５２ａとプランジャ７との摺動部、カムシャフト１１とポンプハウジング５１の軸受との摺動部等に行き渡り、潤滑油として機能する。

高圧ポンプ５が駆動している状態において、カム１５による巻き上げや低圧ポンプ２の吐出圧によってカム室１６内の燃料が各接触部位や摺動部等に行き渡り、噴射用燃料を用いた燃料潤滑は正常に機能する。一方、高圧ポンプ５が停止している状態においては、カム室１６内の燃料が各接触部位や摺動部等に行き渡りにくくなり、また、各接触部位や摺動部等から燃料が流れ出すことで、油膜が不十分な状態になりやすい。

３．内燃機関の制御装置
図３は、本実施形態のディーゼルエンジン４０の制御装置６０のうち、アイドリングストップ制御によるディーゼルエンジン４０の自動停止状態からの再始動時に行われる制御に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。

この制御装置６０は、アイドリングストップ条件成立検出部６１及び再始動条件成立検出部６２を含むアイドリングストップ制御部６３と、目標レール圧演算部６５と、レール圧検出部６７と、レール圧判定部６９と、燃料噴射弁制御部７１と、流量制御弁制御部７３と、圧力制御弁制御部７５と、スタータ制御部７７等を備えている。この制御装置６０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、各部はマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。また、制御装置６０には、各部での演算結果や検出結果を記憶するための図示しないＲＡＭ（Random
Access Memory）等の記憶手段が備えられている。

（１）アイドリングストップ制御部
アイドリングストップ制御部６３は、アイドリングストップ条件成立検出部６１によって所定のアイドリングストップ条件の成立が検出されると、燃料噴射を停止させディーゼルエンジン４０を停止させるための指示を燃料噴射弁制御部７１に対して送る。このとき、アイドリングストップ制御部６３は、流量制御弁８に対する通電を遮断させるための指示を流量制御弁制御部７３に対して送る。加えて、アイドリングストップ制御部６３は、レール圧を所定圧力で保持するために、圧力制御弁１２に所定の保持電流A1を通電させるための指示を圧力制御弁制御部７５に対して送る。

また、アイドリングストップ制御部６３は、ディーゼルエンジン４０がアイドリングストップ制御によって自動停止している間に、再始動条件成立検出部６２によって所定の再始動条件の成立が検出されると、燃料噴射を再開してディーゼルエンジン４０を再始動させるための指示を燃料噴射弁制御部７１及びスタータ制御部７７に対して送る。また、アイドリングストップ制御部６３は、再始動条件が成立したときには再始動条件の成立をレール圧判定部６９に対して伝達する。

アイドリングストップ条件成立検出部６１で検出されるアイドリングストップ条件は、例えば、エンジンスイッチSwがオンの状態にあること、ギアセンサの検出位置Sgがニュートラルを示していること、ブレーキペダルセンサの検出位置Sbがペダルが踏まれた状態を示していること、ディーゼルエンジン４０の回転数Neが所定のしきい値以下であること、車速Vが０である状態が所定時間以上継続したこと等のうちの少なくとも一つ以上の条件がそろうことを条件とすることができるが、これに制限されるものではない。

また、再始動条件成立検出部６２で検出される再始動条件は、ディーゼルエンジン４０の自動停止中に、ギアセンサの検出位置Sgがニュートラル状態から解除されたこと、アクセルペダルAccが踏まれたこと等のうちのいくつかの条件がそろうことを条件とすることができるが、これに制限されるものではない。

（２）燃料噴射弁制御部
燃料噴射弁制御部７１は、エンジン回転数Neやアクセル操作量Acc等に基づいて目標燃料噴射量Qtgtを算出するとともに、目標燃料噴射量Qtgtに見合う燃料噴射弁１３の制御信号を生成し、燃料噴射弁１３に対して制御信号を出力する。この燃料噴射弁制御部７１は、アイドリングストップ制御部６３からアイドリングストップ条件成立を示す信号が送信されると燃料噴射を停止するとともに、再始動条件成立を示す信号が送信されると燃料噴射を再開する。

本実施形態の制御装置６０の燃料噴射弁制御部７１は、アイドリングストップ制御による自動停止後、再始動条件の成立が伝達された場合であっても、レール圧判定部６９からの始動許可の指示を受け取るまでは、燃料噴射制御を再開しないように設定されている。

（３）スタータ制御部
スタータ制御部７７は、ディーゼルエンジン４０の始動時においてスタータ４４を作動し、ドライブシャフトを強制的に回転させて気筒内を圧縮状態にする制御を行う。本実施形態の制御装置６０のスタータ制御部７７は、アイドリングストップ制御によるディーゼルエンジン４０の自動停止後、再始動条件の成立が伝達された場合であっても、レール圧判定部６９からの始動許可の指示を受け取るまではスタータ４４を作動しないように設定されている。

（４）目標レール圧演算部及びレール圧検出部
目標レール圧演算部６５は、エンジン回転数Neやアクセル操作量Acc等に基づいて目標レール圧Ptgtを算出し、記憶手段に記憶させる。また、レール圧検出部６７は、コモンレール１０に備えられた圧力センサ２１のセンサ値を継続的に読み込み、検出レール圧Psensorを求め、記憶手段に記憶させる。

（５）レール圧判定部
レール圧判定部６９は、再始動条件成立検出部６２から再始動条件の成立が伝達されると、検出レール圧Psensorを継続的に読み込むとともに検出レール圧Psensorが所定の閾値Prail_thr1以上であるか否かを判定する。閾値Prail_thr1は、高圧ポンプ５の駆動を開始した場合であっても高圧ポンプ５の駆動系に対する負荷が大きくならないような値に設定される。例えば、閾値Prail_thr1は、燃料噴射弁１３からの正常噴射が可能な噴射可能圧力よりも大きく、アイドリングストップ制御によるディーゼルエンジン４０の自動停止時に圧力制御弁１２に保持電流A1が通電されたときに想定されるレール圧Pr_a=a1よりも小さい値とされる。

レール圧判定部６９は、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上である場合には、圧力制御弁１２を開かせるための指示信号を圧力制御弁制御部７５に対して送信する。また、レール圧判定部６９は、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になっているときには燃料噴射弁制御部７１及びスタータ制御部７７に対して始動許可の指示を送るように設定されている。

（６）流量制御弁制御部及び圧力制御弁制御部
流量制御弁制御部７３及び圧力制御弁制御部７５は、基本的には、検出レール圧Psensorが目標レール圧Ptgtとなるように、それぞれ流量制御弁８あるいは圧力制御弁１２の通電制御を実行する。具体的に、流量制御弁制御部７３は、流量制御弁８の開度を調節することで高圧ポンプ５の加圧室５ａに供給される燃料の流量を制御し、高圧ポンプ５からコモンレール１０に圧送される高圧の燃料の流量を変えることでレール圧を調節する。また、圧力制御弁制御部７５は、圧力制御弁１２の開度を調節することでコモンレール１０からリターン通路３０ｂに排出されるリターン燃料の流量を制御し、レール圧を調節する。

レール圧の制御を流量制御弁制御部７３によって行うか、圧力制御弁制御部７５によって行うか、あるいは、二つの制御部を併用して行うかは、車両の走行状態やディーゼルエンジン４０の運転状態に応じて切り分けられている。ただし、ディーゼルエンジン４０の始動時において、回転数センサ４５によって検出されるエンジン回転数Neが所定の回転数Ne0に到達するまでの間はレール圧の制御が行われず、基本的に流量制御弁８は全開で保持され圧力制御弁１２は閉じられる。

また、流量制御弁制御部７３は、アイドリングストップ制御部６３からアイドリングストップ条件成立を示す信号が送信されると、流量制御弁８に対する通電を遮断する。本実施形態の流量制御弁８はノーマルオープンの構成となっているために、ディーゼルエンジン４０の自動停止時に通電を遮断されると、流量制御弁８は全開となる。

また、圧力制御弁制御部７５は、アイドリングストップ制御部６３からアイドリングストップ条件の成立に伴う制御の指示を受け取ると、圧力制御弁１２に対して所定の保持電流A1を継続的に通電する制御を行う。この保持電流A1は、レール圧が噴射可能圧力よりも大きい値に調節されるような制御値であり、ディーゼルエンジン４０が比較的長時間自動停止する場合であっても、再始動時のレール圧が噴射可能圧力以上に確保されるような値に設定される。

圧力制御弁１２に保持電流A1が通電されることで、ディーゼルエンジン４０の自動停止後、初期の段階では、レール圧が保持電流A1に応じた圧力Pr_a=a1となるまでコモンレール１０内の高圧の燃料の一部がリターン通路３０ｂに排出される。その後は、燃料高圧系に存在する微細な隙間からの燃料のリークによってレール圧が少しずつ低下するものの、ディーゼルエンジン４０が長時間停止し続けない限り、再始動時のレール圧が噴射可能圧力以上に維持されやすくなる。

また、圧力制御弁制御部７５は、ディーゼルエンジン４０の再始動条件が成立したときにレール圧が閾値Prail_thr1以上になっており、レール圧判定部６９から出力される圧力制御弁１２を開かせるための指示を受け取ると、圧力制御弁１２に通電する電流値を、保持電流A1から開弁電流A2に切り替える制御を行う。この開弁電流A2は、レール圧が閾値Prail_thr1未満となり、かつ、噴射可能圧力以上になるような電流値にあらかじめ設定されている。

レール圧が閾値Prail_thr1以上になっている状態で圧力制御弁１２に開弁電流A2が通電されると、圧力制御弁１２が開かれ、レール圧が低下して閾値Prail_thr1を下回る状態になる。すなわち、ディーゼルエンジン４０の再始動時には基本的に圧力制御弁１２が閉じられるが、再始動条件成立時の検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上になっているときには圧力制御弁１２に対して開弁電流A2が通電され、圧力制御弁１２が開弁させられる。

なお、上述したように、開弁電流A2は、レール圧が閾値Prail_thr1未満となり、かつ、噴射可能圧力以上になるような電流値に設定されているため、レール圧を閾値Prail_thr1未満に低下させたとしても、ディーゼルエンジン４０の再始動性には影響を与えない。

圧力制御弁１２に供給される開弁電流A2は、あらかじめ一定の値を設定しておく以外にも、例えば、ディーゼルエンジン４０がアイドリングストップ制御によって自動停止させられる直前の検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満である場合に、そのときに圧力制御弁１２に供給されていた電流値を開弁電流A2として設定することもできる。このように開弁電流A2を設定した場合には、開弁電流A2供給後のレール圧が噴射可能圧力未満になることが避けられる。

４．内燃機関の制御方法の具体的フロー
次に、上述した内燃機関の制御装置６０によって実行されるディーゼルエンジン４０の制御の一例について、図４のタイムチャート及び図５の制御フローに基づいて具体的に説明する。

図５の制御フローにおいて、スタート後のステップＳ１１では、所定のアイドリングストップ条件が成立したか否かが判別される（図４のt0〜t1の期間）。アイドリングストップ条件が成立すると、ステップＳ１２に進み燃料噴射弁１３による燃料噴射を停止してディーゼルエンジン４０を停止させるとともに、ステップＳ１３で圧力制御弁１２に対して保持電流A1の通電を開始する（図４のt1）。

次いで、ステップＳ１４では所定の再始動条件が成立したか否かが判別される。このステップＳ１４は再始動条件が成立するまで繰り返され（図４のt1〜t2の期間）、再始動条件が成立したときにはステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、検出レール圧Psensorが読み込まれるとともに検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上であるか否かが判別される（図４のt2）。検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満である場合にはステップＳ１８に進み、そのままの状態でスタータ４４を作動させるとともに燃料噴射弁１３からの燃料噴射を開始してディーゼルエンジン４０を再始動させる。一方、ステップＳ１５において検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上である場合には、ステップＳ１６に進んで圧力制御弁１２への通電電流を保持電流A1から開弁電流A2に切り替える。これにより、圧力制御弁１２が開弁し、これに伴ってレール圧が低下しはじめる。

その後、検出レール圧Psensorが継続的に読み込まれるとともに、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になるまでは、ステップＳ１７で検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満であるか否かが判別される（図４のt2〜t3の期間）。そして、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になったときにステップＳ１８に進み、スタータ４４を作動させるとともに燃料噴射弁１３からの燃料噴射を開始してディーゼルエンジン４０を再始動させる（図４のt3）。

ディーゼルエンジン４０が再始動した後は、ステップＳ１９でエンジン回転数Neが所定の回転数Ne0に到達したか否かが判別され（図４のt3〜t4の期間）、エンジン回転数Neが所定の回転数Ne0に到達したときにステップＳ２０に進んでレール圧制御モードに移行する（図４のt4）。

このようにしてディーゼルエンジン４０の再始動時に圧力制御弁１２を開弁することで、燃料噴射弁１３からの燃料噴射が開始されて高圧ポンプ５の駆動が開始されるときにはレール圧が低下した状態となる。そのため、加圧室５ａ内の圧力が著しく高められることがなくなり、プランジャ７を上昇させるための大きな力を要することがなくなる。したがって、カム１５とタペット構造体５８のローラ５４との接触部位の油膜が不十分な状態のままで高圧ポンプ５の駆動系に多大な負荷が与えられることが避けられる。

上述した実施の形態においては、燃料噴射弁に背圧制御に用いられる燃料以外の燃料のリーク通路が設けられておらず、ディーゼルエンジン４０の自動停止時にレール圧が低下しにくい構成の蓄圧式燃料噴射装置５０を用いた例について説明したが、本発明はこのような蓄圧式燃料噴射装置５０を用いる場合に限られるものではない。
燃料噴射弁が背圧制御に用いられる燃料以外の燃料のリーク通路を有しており、ディーゼルエンジンの自動停止時にレール圧が低下する構成の蓄圧式燃料噴射装置を用いる場合においても、ディーゼルエンジン４０の再始動条件成立時にレール圧が比較的高い状態である場合に圧力制御弁１２が開弁させることで、高圧ポンプの駆動系への負荷が低減される。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置は、圧力制御弁を開弁する制御を内燃機関の再始動条件の成立前に行うように構成されている。以下、第１の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法と異なる点を中心に、本実施形態の内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法について説明する。

１．制御装置
本実施形態のディーゼルエンジン４０の制御装置は、基本的には第１の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置６０と同様に構成されるが、アイドリングストップ制御による自動停止時に間もなく再始動条件が成立することを判断してあらかじめ圧力制御弁を開弁させるための機能が再始動条件成立検出部及びレール圧判定部に付加されている。

本実施形態の制御装置において、再始動条件成立検出部は基本的に第１の実施の形態の制御装置における再始動条件成立検出部と同様の機能を有しているが、さらに、複数ある再始動条件のうちの一部が成立したときに再始動条件が間もなく成立すると判断し、再始動条件成立予備信号をレール圧判定部に対して送信するように設定されている。

具体的には、第１の実施の形態で例示したような複数の再始動条件のうち、例えば、ギアセンサの検出位置がニュートラル状態から解除されることは、アクセルペダルが踏まれることよりも前の段階に行われる場合が多い。再始動条件成立検出部は、このような再始動条件が間もなく成立すると判断しうる情報を検出したときに、再始動条件成立予備信号をレール圧判定部に対して送る。再始動条件が間もなく成立すると判断するための情報は上述した例に限られるものでない。

そして、レール圧判定部では、再始動条件成立検出部からの再始動条件成立予備信号を受信すると、検出レール圧Psensorが所定の閾値Prail_thr1以上であるか否かを判定し、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上である場合には、圧力制御弁１２を開かせるための指示を圧力制御弁制御部７５に対して送る。その結果、再始動条件の成立前に圧力制御弁１２が開弁され、これに伴ってレール圧が低下し始める。したがって、再始動条件成立時にはレール圧が閾値Prail_thr1未満になるため、あるいは、再始動条件成立時にはレール圧が閾値Prail_thr1以上であったとしてもその後レール圧が閾値Prail_thr1となるまでの時間が短縮されるため、再始動前の時間が短縮される。

２．内燃機関の制御方法の具体的フロー
次に、上述した本実施形態の制御装置によって実行されるディーゼルエンジン４０の制御の一例について、図６のタイムチャート及び図７の制御フローに基づいて具体的に説明する。

図７の制御フローにおいて、スタート後のステップＳ５１では、所定のアイドリングストップ条件が成立したか否かが判別される（図６のt0〜t1の期間）。アイドリングストップ条件が成立すると、ステップＳ５２に進み燃料噴射弁１３による燃料噴射を停止してディーゼルエンジン４０を停止させるとともに、ステップＳ５３で圧力制御弁１２に対して保持電流A1の通電を開始する（図６のt1）。

次いで、ステップＳ５４ではディーゼルエンジン４０が間もなく再始動されるか否かが判別される。このステップＳ５４は再始動条件成立予備信号が検出されるまで繰り返され（図６のt1〜t2の期間）、ディーゼルエンジン４０が間もなく再始動されると判定されたときにはステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、検出レール圧Psensorが読み込まれるとともに検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上であるか否かが判別される（図６のt2）。検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満である場合にはそのままステップＳ５７に進む。一方、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1以上である場合には、ステップＳ５６に進んで圧力制御弁１２への通電電流を保持電流A1から開弁電流A2に切り替えた後にステップＳ５７に進む。圧力制御弁１２に開弁電流A2が供給されることにより圧力制御弁１２が開弁し、これに伴ってレール圧が低下しはじめる。

ステップＳ５７では、再始動条件成立までの間、再始動条件が成立したか否かの判別が繰り替えされ（図６のt2〜t3の期間）、再始動条件が成立するとステップＳ５８に進み、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になっているか否かが判別される（図６のt3）。検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になっているときにはステップＳ５９に進み、スタータ４４を作動させるとともに燃料噴射弁１３からの燃料噴射を開始してディーゼルエンジン４０を再始動させる（図６のt4）。一方、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になるまで低下していない場合には、検出レール圧Psensorが閾値Prail_thr1未満になるまでこのステップＳ５８が繰り返される（図６のt3〜t4の期間）。

ディーゼルエンジン４０が再始動した後は、ステップＳ６０でエンジン回転数Neが所定の回転数Ne0に到達したか否かが判別され（図６のt4〜t5の期間）、エンジン回転数Neが所定の回転数Ne0に到達したときにステップＳ６１に進んでレール圧制御モードに移行する（図６の時点t5）。

このようにしてディーゼルエンジン４０の再始動条件成立前から圧力制御弁１２を開弁することで、再始動条件が成立するまでの間にレール圧を低下させることができる。そのため、再始動条件成立時から再始動が許可されるまでの時間が短縮され、ディーゼルエンジン４０の再始動性が高められる。また、燃料噴射弁１３からの燃料噴射が開始されて高圧ポンプ５の駆動が開始されるときにはレール圧が低下した状態となっているため、加圧室５ａ内の圧力が著しく高められることがなくなり、プランジャ７を上昇させるための大きな力を要することがなくなる。したがって、カム１５とタペット構造体５８のローラ５４との接触部位の油膜が不十分な状態のままで高圧ポンプ５の駆動系に多大な負荷が与えられることが避けられる。

Claims (3)

1. 燃料噴射弁が接続されたコモンレールと、前記コモンレールに燃料を圧送する高圧ポンプと、前記コモンレールから排出される前記燃料の流量を調節する圧力制御弁と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置によって内燃機関の制御を行うための制御装置であって、アイドリングストップ制御を実行可能な内燃機関の制御装置において、
   所定のアイドリングストップ条件が成立したことを検出するとともに前記内燃機関を自動停止させるよう指示を出力するアイドリングストップ条件成立検出部と、
   前記内燃機関の自動停止中に所定の再始動条件が成立したことを検出するとともに前記内燃機関を再始動させるよう指示を出力する再始動条件成立検出部と、
   前記コモンレール内の圧力を検出するレール圧検出部と、
   前記再始動条件の成立時に前記コモンレール内の圧力が所定の閾値以上となるときには、前記内燃機関を再始動させる前に前記圧力制御弁を開弁する圧力制御弁制御部と、を備え、
   前記再始動条件成立検出部は、前記再始動条件の成立前に前記再始動条件が間もなく成立することを検出し、
   前記圧力制御弁制御部は、前記再始動条件が間もなく成立することが検出されたときであって前記コモンレール内の圧力が前記閾値以上となっているときに前記圧力制御弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記閾値が、前記高圧ポンプから前記高圧ポンプの駆動系への許容される負荷に基づく値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記再始動条件の成立後に前記コモンレール内の圧力が前記閾値未満となったときに前記内燃機関を再始動させるレール圧判定部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
   

Images