JP6631456B2 - 減圧弁制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、減圧弁の開弁作動を制御することで蓄圧室の燃料圧力を制御する、減圧弁制御装置に関する。
従来より、内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射する複数の燃料噴射弁の各々へ燃料を分配するコモンレールが知られている。コモンレールには、レール内の燃料を流出させてレール内の燃料圧力(以下、レール圧)を低下させる減圧弁が取り付けられている。そして、特許文献1に記載の減圧弁は、コモンレールに取り付けられた取付部と、取付部に形成された排出通路を開閉する弁体と、弁体に弾性力を閉弁側へ付与する弾性部材と、弁体に電磁力を開弁側へ付与する電磁コイルと、を備える。また、弁体は、レール圧を開弁側へ受ける状態で配置されている。
上記構造の減圧弁はノーマリクローズ式であり、電磁コイルへの通電をオフさせると、レール圧により弁体が開弁側へ押される力(以下、燃圧開弁力と呼ぶ)に抗して弾性力で弁体が閉弁し、通電をオンさせると弾性力に抗して電磁力で弁体が開弁する。
したがって、通電オフで閉弁させるためには、弾性力は燃圧開弁力よりも大きいことを必要とし、通電オンで開弁させるためには、電磁力は、弾性力から燃圧開弁力を差し引いた力よりも大きいことを必要とする。
特開2006−242091号公報
さて、近年の内燃機関では、排気エミッション低減や燃費向上を図るべく、レール圧を高くするための開発が進められている。そして、このようにレール圧が高くなると、上述した燃圧開弁力が大きくなるので、大きい弾性力の弾性部材を選定せざるを得なくなる。
しかしながら、内燃機関のアイドル運転時にはレール圧を低くする等、内燃機関の運転状態に応じてレール圧を制御するのが一般的であり、レール圧は常に最大に制御されている訳ではない。したがって、レール圧を低い値に制御している場合には燃圧開弁力が小さくなり、その分、弾性力に抗して開弁するのに必要な電磁力が大きくなる。よって、上述の如く大きな弾性力の弾性部材を選定すると、レール圧が低い場合には開弁力が不足して、通電オンしているにも拘らず開弁しない、といった問題が懸念されるようになる。
この問題に対し、電磁コイルへの通電時間を長くしただけでは十分な電磁力を得ることはできず、電磁コイルの巻数を増大させれば十分な電磁力を得られるものの、減圧弁が大型化してしまう。さらに、十分な電磁力を得るために、電磁コイルに高磁性材を使用することも考えられるが、電磁コイルのコスト増加が懸念される。
なお、上記特許文献1に記載の減圧弁はコモンレールに取り付けられたものであるが、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器に取り付けられたノーマリクローズ式の減圧弁であれば、コモンレール以外であっても上記問題は生じうる。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、減圧弁の大型化およびコスト増加を抑制しつつも開弁の確実性を向上できる減圧弁制御装置を提供することにある。
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
開示される発明は、
加圧された燃料を蓄圧室(12a)に蓄圧保持する蓄圧容器(12)に取り付けられ、蓄圧室から燃料を排出する排出通路(21a)が形成された取付部(21)と、
蓄圧室の燃料圧力を開弁側へ受ける状態で配置され、排出通路を開閉する弁体(22)と、
弁体に弾性力を閉弁側へ付与する弾性部材(24)と、
弁体に電磁力を開弁側へ付与する電磁コイル(25)と、
を備える減圧弁(20)に適用され、電磁コイルへの通電状態を制御する減圧弁制御装置において、
電磁コイルへの通電を開始した後、電磁コイルへ流す電流を所定のホールド値(Ih)に保持させることで、ホールド値の保持期間中に弁体を開弁開始させるホールド制御部(33c)と、
蓄圧室の燃料圧力が低いほどホールド値を大きい値に設定するホールド値設定部(S30、S30A)と、を備える減圧弁制御装置である。
上記発明によれば、電磁コイルへ流す電流を所定のホールド値に保持させ、その保持期間中に弁体を開弁開始させ、蓄圧室の燃料圧力が低いほどホールド値を大きい値に設定する。そのため、燃料の高圧化に伴い弾性力が大きく設定された減圧弁の場合であっても、蓄圧室の燃料圧力が低く燃圧開弁力が小さいほどホールド値が大きく設定されるので、十分な電磁力が発揮される。よって、コイル巻数の増大を抑制して減圧弁の大型化およびコスト増加を抑制しつつも、開弁の確実性を向上できる。
ここで、上記発明に反して、蓄圧室の燃料圧力が高い場合にもホールド値を大きいままに設定すると、燃圧開弁力が高い場合にまで無駄に電力供給量が多くなり、電力消費の増大を招いてしまう。しかも、電力供給量が多くなると電磁コイルの発熱が促進されるので、電磁コイルの電気抵抗値が上昇し、電力消費の増大が促進されていく。これに対し上記発明では、蓄圧室の燃料圧力が高いほどホールド値が小さく設定されることになるので、燃圧開弁力が高い場合にまで無駄に電力供給量が多くなることを回避でき、よって、電力消費の増大を抑制できる。
本発明の第1実施形態に係る減圧弁制御装置のブロック図。 図1に示す減圧弁を模式的に示す断面図。 図1に示すピーク制御部およびホールド制御部による制御内容を説明するタイムチャート。 駆動に必要な吸引力とレール圧との関係を示すグラフ。 ホールド値とレール圧との関係を示すマップ。 図1のマイコンが実行する制御であって、ホールド値を設定して減圧弁を駆動させる制御の手順を示すフローチャート。 図6の制御を実行した場合における、レール圧およびホールド値の変化の一態様を示すタイムチャート。 本発明の第2実施形態に係る減圧弁制御装置が実行する制御において、ホールド値を設定して減圧弁を駆動させる制御の手順を示すフローチャート。 図8の制御を実行した場合における、レール圧およびホールド値の変化の一態様を示すタイムチャート。 本発明の第3実施形態に係る減圧弁制御装置が実行する制御において、ホールド値を設定して減圧弁を駆動させる制御の手順を示すフローチャート。 図10の制御を実行した場合における、レール圧およびホールド値の変化の一態様を示すタイムチャート。 本発明の第4実施形態に係る減圧弁制御装置が実行する制御において、ホールド値を設定して減圧弁を駆動させる制御の手順を示すフローチャート。 第4実施形態の変形例に係る制御で用いる、ホールド値とレール圧との関係を示すマップ。 第5実施形態に係る減圧弁制御装置が実行する制御において、ホールド値を設定して減圧弁を駆動させる制御の手順を示すフローチャート。
以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
(第1実施形態)
図1に示すエンジン10は車両に搭載された内燃機関であり、当該車両はエンジン10の出力を駆動源として走行する。エンジン10は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃焼に用いる燃料には軽油を用いている。エンジン10は複数の気筒を有し、各気筒には燃料噴射弁11が設けられている。燃料噴射弁11は、加圧された高圧燃料を各気筒の燃焼室へ噴射する。燃料タンク13に貯留されている液体燃料は、燃料ポンプ14で加圧され、高圧配管15を通じてコモンレール12へ圧送される。コモンレール12は、燃料ポンプ14から圧送された高圧燃料を蓄圧室12aに蓄圧保持するとともに、複数の燃料噴射弁11へ高圧燃料を分配する。
コモンレール12には減圧弁20が取り付けられている。減圧弁20が駆動して開弁すると、蓄圧室12aの高圧燃料は低圧配管16を通じて燃料タンク13へ戻される。また、燃料噴射弁11へ供給された高圧燃料の一部は、低圧配管16を通じて燃料タンク13へ戻される。
図2に示すように、減圧弁20は、電磁コイル25を有する電磁駆動式であり、かつ、電磁コイル25へ通電オフ時に閉弁するノーマリクローズ式である。減圧弁20は、コモンレール12に取り付けられる取付部21、弁体22、ピストン23、弾性部材24および電磁コイル25を有する。取付部21には、蓄圧室12aと連通する排出通路21aが形成され、排出通路21aの排出口21bは弁体22により開閉される。
具体的には、取付部21の端面のうち排出口21bを取り囲む周縁部分は、弁体22が離着座する着座面21cとして機能する。弁体22の端面のうち着座面21cに離着座する部分をシール面22aと呼ぶ。弁体22の閉弁状態では、シール面22aが着座面21cに密着することで排出口21bは閉鎖される。この閉弁状態では、排出通路21aの燃料圧力はレール圧Pcと同じ圧力になっている。弁体22の開弁状態では、シール面22aが着座面21cから離れることで排出口21bが開放され、蓄圧室12aの高圧燃料が排出通路21aを通じて低圧配管16へ流出する。
ピストン23は、弁体22に当接する当接部23aと、電磁コイル25への通電により生じる磁気の通路を形成する磁気回路部23bと、を有する。磁気回路部23bの端面には弾性部材24が当接し、弾性部材24による弾性力Fsは、磁気回路部23bに対して閉弁側に常時付与される。電磁コイル25への通電により生じる電磁力Fcは、磁気回路部23bを開弁側に吸引するように作用する。
なお、シール面22aが着座面21cから僅かにでも離れて弁体22が開弁を開始すると、排出通路21a内の高圧燃料が着座面21cにも作用する。そのため、開弁開始後の弁体22をフルリフト位置にまで駆動させるのに要する電磁力Fcは、開弁開始に要する電磁力Fcよりも小さくて済む。
また、閉弁状態における排出通路21aの燃料圧力(つまりレール圧Pc)は、弁体22の端面のうちシール面22aを除く部分であって、排出口21bに対向する部分である受圧面22bに付与される。したがって、受圧面22bの面積Aにレール圧Pcを乗算した値の力である燃圧開弁力Fpが、弁体22に開弁側へ付与される。
要するに、閉弁状態にある減圧弁20へ通電を開始した時のピストン23および弁体22には、開弁側への燃圧開弁力Fpおよび電磁力Fcと、閉弁側への弾性力Fsとが作用する。したがって、電磁力Fcに燃圧開弁力Fpを加算した値が開弁力に相当し、この開弁力が弾性力Fsよりも大きいと、弁体22およびピストン23が開弁作動を開始する。
燃料噴射弁11、燃料ポンプ14および減圧弁20の駆動は、電子制御装置であるECU30により制御される。ECU30は、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路31、各種情報やプログラムを記憶するメモリ32、およびマイクロコンピュータ(略称マイコン33)を有する。マイコン33は、予め記憶されたプログラムに従って各種の演算処理を実行するプロセッサを有する。
ECU30には、クランク角センサ10sおよびレール圧センサ12s等の各種センサで検出された信号が入力される。レール圧センサ12sは、蓄圧室12aの高圧燃料の圧力であるレール圧Pcを検出する。クランク角センサ10sは、エンジン10の出力軸であるクランク軸の回転角を検出する。マイコン33は、クランク角センサ10sの検出値に基づき、単位時間当りのクランク軸の回転数であるエンジン回転数を演算する。要するに、エンジン10の出力軸の回転速度を演算する。
ECU30は、燃料噴射弁11に対して次のように駆動制御する。ECU30は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき、燃料噴射弁11が1回の開弁で噴射する燃料の噴射量である目標噴射量、および目標噴射開始時期を設定する。燃料噴射弁11の開弁時間が長いほど噴射量が多くなり、また、同じ開弁時間であってもレール圧が高いほど噴射量が多くなる。そこでECU30は、レール圧および目標噴射量に基づき、燃料噴射弁11への通電時間、つまり開弁時間を制御する。
ECU30は、燃料ポンプ14および減圧弁20に対して次のように駆動制御する。ECU30は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき、レール圧の目標値である目標レール圧を設定する。例えば、エンジン回転数が高回転数であるほど、また、エンジン負荷が高負荷であるほど、目標レール圧は大きい値に設定される。さらにECU30は、レール圧センサ12sにより検出されるレール圧Pcと目標レール圧との偏差に基づきフィードバック制御する。レール圧Pcが目標レール圧よりも所定以上低い場合には、燃料ポンプ14による燃料圧送量を増大させ、レール圧Pcが目標レール圧よりも所定以上高い場合には、減圧弁駆動要求フラグをオンに設定して減圧弁20を開弁駆動させる。
なお、レール圧Pcが目標圧よりも所定以上高い場合に減圧弁20を開弁駆動させるように制御している時のマイコン33は、レール圧Pcが目標圧力よりも高い場合に減圧弁20を開弁させてレール圧Pcを低下させる減圧制御部33a(図1参照)に相当する。また、減圧弁20の作動を制御してレール圧Pcを制御するECU30は、減圧弁制御装置に相当する。燃料蓄圧システムは、減圧弁20、レール圧センサ12sおよびコモンレール12の少なくとも1つと、ECU30とを備える。
次に、閉弁状態にある減圧弁20へ通電する際の各種物理量の時間変化について、図3を用いて詳細に説明する。図3の最上段の欄は、電磁コイル25へ印加する電圧である駆動電圧の時間変化を示し、その下の欄は、電磁コイル25へ流れる電流である駆動電流の時間変化を示す。また、駆動電流の下の欄は電磁力Fcの時間変化を示し、その下の欄は弁体22のリフト量の時間変化を示す。
減圧弁駆動要求フラグがオンに設定されていることに起因して電磁コイル25へ通電する場合、レール圧Pcや目標レール圧の値に拘らず、予め設定された時間(通電期間T1)だけ通電する。通電期間T1は、以下に説明する初期期間T2と、初期期間T2後のホールド期間T3とに区分けされる。
初期期間T2では、ECU30は、昇圧回路31で昇圧されたブースト電圧を電磁コイル25へ印加する。通電開始のt10時点で駆動電流が上昇を開始する。ECU30は駆動電流を逐次検出しており、検出された駆動電流が閾値TH1に達したt20時点でブースト電圧の印加を停止させて、ブースト電圧を印加する初期期間T2が終了する。閾値TH1は、レール圧Pcや目標レール圧の値に拘らず、予め設定された値に固定されている。
その後のホールド期間T3では、ECU30は、車両に搭載されたバッテリ34の電圧を電磁コイル25へ印加しており、駆動電流が所定のホールド値Ihに保持されるよう、バッテリ電圧の印加をオンオフさせてデューティ制御する。具体的には、ホールド期間T3においてもECU30は駆動電流を逐次検出しており、検出された駆動電流が上限値TH2に達したら電圧印加をオフさせ、下限値TH3に達したら電圧印加をオンさせる。上限値TH2はホールド値Ihよりも所定量大きい値に設定され、下限値TH3はホールド値Ihよりも所定量小さい値に設定される。このように、駆動電流の平均値がホールド値IhとなるようにECU30はデューティ制御する。ホールド値Ihは、後に詳述するようにレール圧Pcに応じて可変設定される。
なお、駆動電流が上昇して閾値TH1に達するまでブースト電圧の印加を継続させることで、駆動電流の波形のピーク値およびピーク時期を制御している時のマイコン33は、図1に示すピーク制御部33bに相当する。また、駆動電流をホールド値Ihに保持させる制御を実行している時のマイコン33は、図1に示すホールド制御部33cに相当する。
図3の電磁力Fcの欄に示すように、通電開始のt10時点の後、応答遅れ時間が経過したt11時点で電磁力Fcが上昇を開始する。先述したように、電磁力Fcに燃圧開弁力Fpを加算した値が開弁力であり、この開弁力が弾性力Fsよりも大きいと、弁体22が開弁作動を開始する。図3の例では、電磁力Fcが上昇して符号Fc1に達したt21時点で、開弁力が弾性力Fsに達して弁体22が開弁を開始し、リフト量が上昇を開始している。
弁体22がリフトアップを開始したt21時点の後のt22時点で、弁体22がフルリフト位置に達しており、電磁力Fcが飽和して上昇停止するt23時点がホールド期間T3内に出現するよう、通電期間T1は十分に長い値に設定されている。そして、電磁力Fcの飽和値は、レール圧が想定される最低値の状態であっても十分な開弁力を提供できる値に設定されている。そのため、電磁コイル25へ流す駆動電流を所定のホールド値Ihに保持させている保持期間つまりホールド期間T3中に、弁体22は開弁開始する。また、通電開始に伴い上昇する電磁力Fcが飽和して上昇停止するt23時点が、ホールド期間T3内に到来することとなるよう、通電期間T1は十分に長い値に設定されている。なお、飽和した状態の電磁力Fcの値、および通電開始に伴い上昇する電磁力Fcの上昇速度は、電磁コイル25の巻数および駆動電流の値で特定される。
さて、「電磁力Fc+燃圧開弁力Fp>弾性力Fs」との条件を満たすと開弁開始することは先述した通りである。この知見に基づけば、燃圧開弁力Fpが大きいほど開弁開始に要する電磁力Fcは小さくて済み、燃圧開弁力Fpが小さいほど開弁開始に要する電磁力Fcは大きいと言える。そして、燃圧開弁力Fpは、受圧面22bの面積Aにレール圧Pcを乗算した値であるため、レール圧Pcが小さいほど開弁に必要な吸引力が大きくなると言える(図4参照)。なお、理論的には、レール圧Pcがゼロであれば、開弁に必要な吸引力は弾性力Fsと一致する。
そこで本実施形態では、燃圧開弁力Fpに応じてホールド値Ihを可変設定している。具体的には、燃圧開弁力Fpが小さいほど、つまりレール圧Pcが小さいほど、図3の実線に示すようにホールド値Ihを大きい値に設定し、燃圧開弁力Fpが大きいほど、図3の点線に示すようにホールド値Ihを小さい値に設定している。ホールド値Ihとレール圧Pcとの関係は、図5に示すように1次関数で表現でき、レール圧Pcに応じてホールド値Ihをリニアに変化させている。
図6は、マイコン33のプロセッサが実行する演算処理の手順を示すものであり、エンジン10を駆動させている期間に所定周期で繰り返し実行される。本実施形態に係る上記所定周期は、エンジン10のクランク軸が所定角度だけ回転する周期に設定されているが、プロセッサの演算周期等、所定時間が経過する周期に設定されていてもよい。
先ず図6のステップS10では、減圧弁20の駆動要求の有無を判定する。先述したように、レール圧Pcが目標レール圧よりも所定以上高い場合に減圧弁駆動要求フラグがオンに設定される。要するにステップS10では、減圧弁駆動要求フラグがオンに設定されているか否かを判定する。
続くステップS20では、レール圧センサ12sの検出値を取得してレール圧Pcを読み込む。ステップS20で取得したレール圧Pcの値を、図6および図7ではPdrvと記載する。続くステップS30では、ステップS20で読み込んだレール圧Pcに基づきホールド値Ihを設定する。例えば、図5に示すマップをメモリ32に予め記憶させておき、このマップを参照してレール圧Pcに基づきホールド値Ihを設定する。或いは、図5に示す直線の関数をメモリ32に予め記憶させておき、この関数にレール圧Pcを代入してホールド値Ihを算出する。以下の説明では、上記マップに基づき設定されたホールド値IhをImapと記載する。
また、ステップS30でのホールド値Ihの設定に用いるレール圧Pcには、ステップS20で取得した今回値をそのまま用いてもよいし、今回値および前回値を用いて得られる値、例えば所定回数分の平均値を用いてもよい。なお、ステップS30の処理を実行している時のマイコン33は、蓄圧室12aの燃料圧力が低いほどホールド値Ihを大きい値に設定するホールド値設定部に相当する。
続くステップS40では、通電期間T1の間、減圧弁20の電磁コイル25へ電圧印加して、減圧弁20を駆動させる。具体的には、図3の駆動電圧の欄で詳述したように、初期期間T2におけるブースト電圧の印加と、ホールド期間T3におけるバッテリ電圧の印加を実行する。ホールド期間T3でのバッテリ電圧印加では、駆動電流の平均値が、ステップS30で設定したホールド値Ihとなるようにデューティ制御する。
次に、図6の制御を繰り返し実行した場合にレール圧Pcが変化する一態様について、図7を用いて説明する。図7の横軸は経過時間を示し、図7の縦軸はレール圧Pcおよび駆動電流を示す。先ず、符号A1に示すタイミングで、ステップS20によるレール圧Pcの取得が実行される。その後、符号A2に示すタイミングで、ステップS30によるホールド値Ihの算出が実行される。その後、符号A3に示すタイミングで、ステップS40による減圧弁20の駆動を開始させるべく、電磁コイル25への電圧印加を開始する。
符号A1、A2、A3に示す各々の実行タイミングの間隔は、所定のクランク角度に設定されている。例えば、レール圧Pc取得を実行してからクランク角度が30度増大したタイミングでホールド値Ihを算出し、さらにクランク角度が30度増大したタイミングで電磁コイル25への電圧印加を開始する。
図7の例では、クランク角度が符号A10に示す角度(例えば720度)だけ増大する毎に、ステップS20によるレール圧Pcの取得を実行しており、1回目の減圧弁駆動に伴いレール圧Pcが低下している。このことは、1回目の電圧印加で弁体22が正常に開弁作動したことを意味する。したがって、2回目に取得したレール圧Pcは1回目より低くなっている。そのため、2回目のホールド値Ih算出では、図5のマップに従って、1回目に比べてホールド値Ihが大きい値に設定されている。
また、図7の例では、1回目の減圧弁駆動に伴いレール圧Pcが低下したものの、レール圧Pcが目標レール圧よりも所定以上高い状態のままであり、減圧弁駆動要求フラグのオン設定が継続されている。そのため、1回目の減圧弁駆動を終了させてから、連続して2回目の減圧弁駆動を実施している。
以上により、本実施形態によれば以下の作用効果が発揮される。
近年の燃料噴射弁11は、より高圧で燃料を噴射させることが要求される傾向にあり、レール圧Pcの高圧化が進んでいる。そうすると、非通電時において弾性力Fsで弁体22を閉弁維持させるノーマリクローズ式の減圧弁20の場合、高圧のレール圧Pcでも閉弁維持できるように弾性力Fsの大きい弾性部材24を選定せざるを得なくなってくる。その結果、開弁開始に必要な開弁力である「電磁力Fc+燃圧開弁力Fp」が大きくなり、特に燃圧開弁力Fpが小さい場合には、電磁力Fcを大きくしなければ開弁力が不足するおそれがある。一方、本実施形態に反して、レール圧Pcが高い場合にも大きな電磁力Fcをそのまま発揮させる制御にすると、無駄な電力供給を招く。しかも、駆動電流が大きいことに起因して電磁コイル25の発熱が促進されるので、電磁コイル25の電気抵抗値が上昇し、電力消費の増大が促進されていく。
これらの懸念を鑑み、本実施形態に係る減圧弁制御装置(ECU30)は、ホールド制御部33cと、ステップS30によるホールド値設定部と、を備える。ホールド制御部33cは、電磁コイル25への通電を開始した後、電磁コイル25へ流す電流(駆動電流)を所定のホールド値Ihに保持させ、その保持期間中に弁体22を開弁開始させる。ホールド値設定部は、蓄圧室12aの燃料圧力が低いほどホールド値Ihを大きい値に設定する。
これによれば、駆動電流をホールド値Ihに保持させ、その保持期間であるホールド期間T3中に弁体22を開弁開始させるにあたり、レール圧Pcが低いほどホールド値Ihを大きい値に設定する。そのため、レール圧Pcの高圧化に伴い弾性力Fsが大きく設定された減圧弁20の場合であっても、レール圧Pcが低く燃圧開弁力Fpが小さい場合にはホールド値Ihが大きく設定されるので、開弁開始に要する十分な電磁力Fcが発揮される。よって、電磁コイル25の巻数増大を抑制して減圧弁20の大型化および電磁コイル25のコスト増加を抑制しつつも、開弁の確実性を向上できる。また、レール圧Pcが高い場合にはホールド値Ihを小さくするので、燃圧開弁力Fpが高い場合にまで無駄に電力供給量が多くなることを回避でき、電力消費の増大を抑制できる。
(第2実施形態)
本実施形態は、上記第1実施形態に係る図6の制御内容を、図8の如く変更したものであり、ECU30が適用される減圧弁20等のハード構成については図1と同じである。制御の変更点は、図8に示すステップS5、S31、S32、S51、S52の追加である。
図8の処理では、先ずステップS5において、後述するステップS52で設定されるオフセット値Ioffsetをゼロにする。つまりオフセット値Ioffsetを初期クリアする。
ステップS51の処理は、ステップS50にてレール圧Pcを読み込んだ次に実行される処理である。このステップS51では、ステップS40で減圧弁20を駆動制御させたことに伴い生じるレール圧Pcの低下量が所定量Pdel未満であるか否かを判定する。そして、低下量が所定量Pdel未満であれば、レール圧Pcに低下が生じていない減圧不足状態であると判定する。ステップS51の処理を実行している時のマイコン33は、電磁コイル25への通電に伴い生じた燃料圧力の低下量を取得する低下量取得部に相当する。
具体的には、ステップS50で読み込んだレール圧Pc(=PcA)を、減圧弁20を駆動制御した直後のレール圧PcAとみなす。また、ステップS20で読み込んだレール圧Pc(=Pdrv)を、減圧弁20を駆動させる直前のレール圧Pdrvとみなす。そして、駆動直後のレール圧PcAが、駆動直前のレール圧Pdrvから所定量Pdelだけ減算した値以上であれば、上述した減圧不足状態であると判定する。
減圧不足状態であると判定された場合、続くステップS52において、オフセット値Ioffsetの前回値に所定のオフセット量Ikを加算した値を、オフセット値Ioffsetの今回値として算出する。一方、減圧不足状態でないと判定された場合、オフセット値Ioffsetの今回値を前回値のままとする。
そして、ステップS51、S52の処理の後、ステップS10の処理に戻る。そして、ステップS10で駆動要求がないと判定された場合、図8の処理を終了し、次回図8の処理を実行する際にステップS5でオフセット値Ioffsetが初期クリアされる。一方、ステップS10で駆動要求がないと判定された場合、ステップS20にて駆動直前のレール圧Pdrv取得し、続くステップS30Aにてホールド値Ihを設定する。
ここで、第1実施形態の図6に示すステップS30(ホールド値設定部)では、図5のマップ値Imapをそのままホールド値Ihとしている。これに対し、本実施形態に係るステップS30A(ホールド値設定部)では、図5のマップ値Imapにオフセット値Ioffsetを加算した値をホールド値Ihとしている。
その後、以下に説明するステップS31で肯定判定されなければ、ステップS30Aで算出されたホールド値Ih、つまりマップ値Imapにオフセット値Ioffsetが加算されたホールド値Ihを用いて、ステップS40で減圧弁20を駆動させる。したがって、ステップS52でオフセット量Ikが加算される毎にホールド値Ihは大きい値となる。
ステップS31の処理は、ステップS30Aにてホールド値Ihを設定した次に実行される処理であり、ホールド値Ihが、予め設定されたガード値Ihg以上であるか否かを判定する。ガード値Ihg以上であると判定された場合には、続くステップS32において、ホールド値Ihをガード値Ihgに設定する。
要するに、ステップS51でレール圧Pcが前回値以上であるということは、前回の減圧弁駆動制御により電磁コイル25へ電圧印加しているにも拘らず、実際には弁体22が開弁しておらず、レール圧Pcが減圧されていない減圧不足状態である蓋然性が高い。そこで、ステップS40で駆動制御しているにも拘らずレール圧Pcが減圧されていない場合には、ステップS52にてオフセット値Ioffsetをオフセット量Ikだけ加算している。これにより、次回の減圧弁駆動制御ではホールド値Ihが前回よりも大きくなり、その結果、電磁力Fcが前回よりも大きくなるので、弁体22が開弁しやすくなる。また、ステップS52の処理が繰り返し実行されていくことに伴いホールド値Ihが過剰に大きくなると、ホールド期間T3に大きな駆動電流が流れることとなり、回路の損傷が懸念されるようになる。この懸念に対しては、ステップS31、S32の処理によりホールド値Ihがガード値Ihgを超えて大きくなることを回避させている。
要するに、ステップS10にて減圧弁20の駆動要求が無いと判定されるまで、つまり、レール圧Pcが目標レール圧よりも所定以上高い圧力になっている状態が解消されるまで、ステップS40による減圧弁駆動制御が繰り返し実行されることとなる。
なお、ステップS52の処理を実行している時のマイコン33は再通電部に相当する。再通電部は、前回値からのレール圧低下量が所定量Pdel未満である場合、またはレール圧が低下していない場合に、今回通電に用いたホールド値Ihよりも大きい値にホールド値Ihを再設定した上で通電を再度実行する。また、ステップS31、S32の処理を実行している時のマイコン33は、再通電部によりホールド値Ihを再設定するにあたり、予め設定されたガード値Ihg超えてホールド値Ihを大きい値に設定することを禁止するガード制御部に相当する。
次に、図8の制御を繰り返し実行した場合にレール圧Pcが変化する一態様について、図9を用いて、図7との違いを中心に説明する。先ず、図9の符号A1に示す1回目のタイミングで、ステップS20によるレール圧Pc、つまり駆動直前レール圧Pdrvの取得が実行される。その後、符号A2に示すタイミングで、ステップS30Aによるホールド値Ihの算出が実行される。その後、符号A3に示すタイミングで、ステップS40による減圧弁20の駆動を開始させるべく、電磁コイル25への電圧印加を開始する。
その後、符号A4に示すタイミングにおけるレール圧Pc、つまり駆動直後レール圧PcAが低下していないことに起因して、ステップS51にて肯定判定されている。そのため、符号A5に示すタイミングで、オフセット量Ikの分だけオフセット値Ioffsetが大きくなっている。したがって、2回目の符号A2のタイミングで設定されるホールド値Ihは、1回目のホールド値Ihよりもオフセット量Ikの分だけ大きくなっている。よって、2回目の符号A3のタイミングでは、その大きくなったホールド値Ihを用いて減圧弁20を駆動させている。
その後、2回目に取得した駆動直後レール圧PcAが、2回目に取得した駆動直前レール圧Pdrvから低下していることに起因して、ステップS52によるオフセット値Ioffsetの増量は実行されず、ホールド値Ihは前回値のままとなっている。そして、3回目に取得した駆動直前レール圧Pdrvは低下したものの、目標レール圧よりも所定以上高い圧力になっている状態は解消されていない。そのため、減圧弁駆動要求は継続して出力されており、ステップS10で肯定判定されているため、前回値のままのホールド値Ihを用いて減圧弁20を駆動させている。
以上により、本実施形態によれば以下の作用効果が発揮される。
ここで、電磁コイル25へ電圧印加しているにも拘らずレール圧Pcが十分に低下していない場合には、以下に説明する減圧不足状態に陥っている蓋然性が高い。すなわち、電磁力Fc不足で弁体22が開弁していない開弁不可が原因で減圧不足に陥っている状態、或いは、開弁しているものの開弁時間が十分長くない開弁不十分が原因で減圧不足に陥っている状態である蓋然性が高い。
この点を鑑み、本実施形態に係るECU30は、ステップS51による低下量取得部と、ステップS52による再通電部とを備える。低下量取得部は、電磁コイル25への通電に伴い生じた燃料圧力の低下量を取得する。再通電部は、低下量が所定量Pdel未満である場合、または低下していない場合に、今回の通電に用いたホールド値Ihよりも大きい値にホールド値Ihを再設定した上で、電磁コイル25への通電を再度実行する。これによれば、上述した減圧不足状態が生じた場合には、ホールド値Ihを大きく再設定した上で通電を再度実行するので、上述した開弁不可や開弁不十分が解消されやすくなる。よって、所望のレール圧Pcにまで減圧させることの確実性を向上できる。
ここで、通電を複数回実行しても減圧不足状態が解消されない場合には、ステップS52によるホールド値Ihの再設定が繰り返され、ホールド値Ihが過剰に大きくなっていくことが懸念される。この場合、ホールド期間T3に過剰に大きい駆動電流が流れ、回路の損傷が懸念される。
この懸念に対し、本実施形態に係るECU30は、ステップS31、S32によるガード制御部を備える。ガード制御部は、再通電部によりホールド値Ihを再設定するにあたり、予め設定されたガード値Ihg超えてホールド値Ihを大きい値に設定することを禁止する。これによれば、ホールド値Ihがガード値Ihgを超えて大きくなることを回避できるので、上述の如く過剰に大きい駆動電流が流れることを回避できる。
(第3実施形態)
本実施形態は、上記第2実施形態に係る図8の制御内容を、図10の如く変更したものであり、ECU30が適用される減圧弁20等のハード構成については図1と同じである。制御の変更点は、図10に示すステップS60の追加である。
ステップS60の処理は、ステップS10にて減圧弁駆動要求がないと否定判定された場合、つまりステップS40による減圧弁駆動によりレール圧Pcを十分に減圧できた場合に実行される。ステップS60では、直近のステップS40による減圧弁駆動で用いたホールド値Ihを、直近のステップS20で読み込まれたレール圧Pcと関連付けて学習する。具体的には、ステップS30Aでのホールド値Ih算出に用いるマップの値(マップ値Imap)や関数を、学習したホールド値Ihおよびレール圧Pcに基づき補正して更新する。
上記マップまたは関数が記憶されたメモリ32は、ホールド値設定部の設定に用いられるマップ値Imapとレール圧Pcとの関係を学習情報として記憶する記憶部に相当する。また、ステップS60の処理を実行している時のマイコン33は、記憶部に記憶されている学習情報を記憶更新して学習する学習部に相当する。上記学習情報とは、減圧弁駆動に起因して生じたレール圧Pcの低下量が所定量以上であった場合における、電磁コイル25への通電開始以前のレール圧Pcと、今回の通電に用いたホールド値Ihとの関係を表した情報である。そして、ステップS30Aによるホールド値設定部は、記憶部に記憶された学習情報に基づき、次回以降のホールド値Ihを設定する。
次に、図10の制御を繰り返し実行した場合にレール圧Pcが変化する一態様について、図11を用いて、図9との違いを中心に説明する。先ず、図11の符号A1に示す1回目のタイミングで、ステップS20によるレール圧Pc、つまり駆動直前レール圧Pdrvの取得が実行される。その後、符号A2に示すタイミングで、ステップS30Aによるホールド値Ihの算出が実行される。その後、符号A3に示すタイミングで、ステップS40による減圧弁20の駆動を開始させるべく、電磁コイル25への電圧印加を開始する。
その後、符号A4に示すタイミングにおけるレール圧Pc、つまり駆動直後レール圧PcAが低下していないことに起因して、図9と同様にして、ステップS52で上昇させたオフセット値Ioffsetを用いて減圧弁20を駆動させている。その後、2回目に取得した駆動直後レール圧PcAが、2回目に取得した駆動直前レール圧Pdrvから低下しており、かつ、減圧弁駆動要求は継続して出力されている。このことに起因して、図9と同様にして、前回値と同じホールド値Ihを用いて減圧弁20を駆動させている。その後、ステップS50にて3回目に取得した駆動直後レール圧PcAが、3回目に取得した駆動直前レール圧Pdrvから低下しており、かつ、減圧弁駆動要求は出力されていない。このことに起因して、符号A6に示すタイミングで、ステップS60によるマップ補正を実行している。
以上により、本実施形態によれば以下の作用効果が発揮される。
本実施形態に係るECU30は、ステップS30Aによるホールド値設定部での設定に用いられるホールド値Ihとレール圧Pcとの関係を学習情報として記憶するメモリ32(記憶部)と、ステップS60による学習部とを備える。学習部は、レール圧Pcの低下量が所定量以上であった場合に、電磁コイル25への通電開始以前のレール圧Pcと、今回の通電に用いたホールド値Ihとの関係を、学習情報として記憶更新して学習する。そして、ステップS30Aによるホールド値設定部は、メモリ32に記憶された学習情報に基づき、次回以降のホールド値Ihを設定する。
これによれば、電磁力Fc不足が原因で減圧弁20が開弁せずにレール圧Pcが低下しない場合には、ホールド値Ihを増大させて電圧印加を再度実行する。その結果、電磁力Fc不足が解消された場合、その時のホールド値Ihがレール圧Pcと関連付けられた学習情報としてメモリ32に記憶される。そして、次回の減圧弁駆動制御では、学習されたマップまたは関数を用いてホールド値Ihを設定するので、レール圧Pcに対する適正なホールド値Ih、つまり開弁可能な必要最小限のホールド値Ihにすることの確実性を向上できる。
(第4実施形態)
本実施形態は、上記第2実施形態に係る図8の制御内容を、図12の如く変更したものであり、ECU30が適用される減圧弁20等のハード構成については図1と同じである。制御の変更点は、図12に示すステップS21、S22、S23の追加である。
ステップS21の処理は、ステップS10にて減圧弁駆動要求が有ると判定され、駆動直前レール圧Pdrvを取得した後に実行される。このステップS21では、クランク角センサ10sにより検出される、先述したエンジン回転数NEを取得する。続くステップS22では、ステップS21で取得したエンジン回転数NEが、予め設定された所定値NEth以上である高速回転状態であるか否かを判定する。高速回転状態であると判定された場合には、ステップS23において、取得したレール圧Pcの値に拘らず、予め設定された下限値ILにホールド値Ihを設定する。一方、高速回転状態でないと判定された場合には、ステップS30Aにおいて、取得したレール圧Pc、つまり駆動直前レール圧Pdrvの値に基づきホールド値Ihを設定する。要するに、高速回転状態の場合には、下限値ILを超えてホールド値Ihを小さい値に設定することを禁止して、ホールド値Ihを下限値ILに固定する。
本実施形態では、エンジン回転数NEが高速であるほど目標レール圧を大きい値に設定しているので、結果的に、高速回転状態時つまりレール圧Pcが高くなっている時に、ホールド値Ihを下限値ILにしている。したがって、ステップS22、S23の処理を廃止するとともに、ステップS30Aにおいて、図13に示すマップにしたがってホールド値Ihを設定してもよい。図13に示すマップにおいて、レール圧Pcが所定値未満の領域では、レール圧Pcが高いほどホールド値Ihは小さい値に設定され、レール圧Pcが所定値以上の領域では、ホールド値Ihは下限値ILに固定して設定されている。
図12のステップS50でレール圧Pcを読み込む処理は、エンジン10のクランク軸が所定角度だけ回転する周期で、クランク角度に同期して実行される。換言すれば、ステップS51による低下量取得部およびステップS52による再通電部の処理は、クランク軸が所定角度だけ回転する毎に実行される。
ここで、先述した高速回転状態では、ステップS51、S52の実行周期が、マイコン33の処理能力を超えて速くなる場合があり、この場合には、ステップS51、S52による処理が正常に実行できなくなる。したがって、ステップS40による減圧弁駆動に伴い減圧が為されているか否かのステップS51によるチェックができなくなり、ひいては、開弁不可の状態に陥っていても、ステップS52によるホールド値Ihの増大が実行できなくなる。
この懸念に対し、本実施形態では、エンジン10の出力軸が所定回転角を回転する毎に、レール圧Pcの低下量を取得する。そして、ホールド値設定部は、出力軸の回転速度が所定速度以上である場合、つまり上記高速回転状態である場合には、予め設定された下限値ILを超えてホールド値Ihを小さい値に設定することを禁止する。
これによれば、高速回転状態であることに起因してステップS51、S52による処理が正常に実行できなくなる状況に陥った場合には、ホールド値Ihが下限値IL以上に設定される。そのため、上記状況に陥った場合であっても、レール圧Pcが高いことに起因してホールド値Ihを小さい値に設定して開弁不可になる、といった懸念を解消できる。
(第5実施形態)
本実施形態は、上記第2実施形態に係る図8の制御内容を、図14の如く変更したものであり、ECU30が適用される減圧弁20等のハード構成については図1と同じである。制御の変更点は、図14に示すステップS24、S25の追加である。
ステップS24の処理では、バッテリ34の端子電圧、つまりバッテリ電圧VBを取得する。ステップS24の処理を実行している時のマイコン33は、電磁コイル25へ印加される電圧値を取得する電圧取得部に相当する。本実施形態に係るメモリ32は、レール圧Pcに基づきホールド値Ihを設定する際に用いるマップを、バッテリ電圧VB毎に記憶している。具体的には、バッテリ電圧VBの値が低いほど、レール圧Pcに対応するマップの値(マップ値Imap)は大きい値に設定されている。
続くステップS25では、予め記憶されている複数のマップの中から、ステップS24で取得したバッテリ電圧VBに対応するマップを選択する。したがって、ステップS20で取得した駆動直前レール圧Pdrvの値が同じであっても、ステップS24で取得したバッテリ電圧VBの値が異なれば選択されるマップが異なってくる。よって、ステップS30A(ホールド値設定部)で用いるマップ値Imapが異なり、ホールド値Ihも異なってくる。具体的には、バッテリ電圧VBの値が低いほど、ステップS30Aにおいてホールド値Ihは大きい値に設定される。
以上により、本実施形態によれば以下の作用効果が発揮される。
本実施形態に係るECU30は、電磁コイル25へ印加される電圧の値つまりバッテリ電圧VBを取得する、ステップS24による電圧取得部を備える。そして、ステップS30Aによるホールド値設定部は、電圧取得部により取得された電圧の値が低いほどホールド値Ihを大きい値に設定する。そのため、電磁コイル25以外への電気負荷増大やバッテリ34の劣化等に起因してバッテリ電圧VBが低くなった場合であっても、その分ホールド値Ihが大きい値に設定されるので、電磁コイル25への電力供給量の低下が抑制される。よって、バッテリ電圧VBが低くなっていることに起因して電磁力Fc不足になることを抑制できるので、バッテリ電圧VBが低いことが原因で減圧弁20が開弁せずにレール圧Pcが低下しなくなる懸念を低減できる。
(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
図1に示す実施形態は、燃料を蓄圧保持する蓄圧容器がコモンレール12である場合の一例であり、コモンレール12に取り付けられた減圧弁20の制御に、減圧弁制御装置としてのECU30を適用させている。これに対し、コモンレール12以外の蓄圧容器に取り付けられた減圧弁に、減圧弁制御装置を適用させてもよい。例えば、燃料を噴射する燃料噴射弁や、燃料を加圧して吐出する燃料ポンプに、減圧弁制御装置を適用させてもよい。
上記燃料噴射弁は、高圧燃料を流通させる高圧通路および高圧燃料を噴射する噴孔が形成されたボデーと、高圧通路を開閉するニードル形状の弁体と、弁体に弾性力を閉弁側へ付与する弾性部材と、弁体に電磁力を開弁側へ付与する電磁コイルと、を備える。燃料噴射が要求された場合には、減圧弁制御装置は電磁コイルへ通電して弁体を開弁駆動させ、噴射要求がない場合には、電磁コイルへの通電をオフさせて、弾性力により弁体を閉弁させる。減圧弁制御装置が電磁コイルへ通電する場合には、図3と同様にして駆動電圧を電磁コイルへ印加する。すなわち、初期期間T2でのブースト電圧印加およびホールド期間T3でのバッテリ電圧印加を実施し、高圧通路へ供給される燃料の圧力が低いほど、ホールド期間T3におけるホールド値Ihを大きい値に設定する。
上記第2実施形態に係る図8のステップS51では、レール圧Pcの低下量が所定量Pdel未満である場合に、ステップS52にてオフセット値Ioffsetを増大させている。この場合、レール圧Pcが前回値未満であり減圧が為されていたとしても、その減圧量が所定量Pdel以上でなければ、ステップS52にてオフセット値Ioffsetを増大させることになる。これに対し、上記所定量Pdelをゼロに設定してもよい。
上記第5実施形態では、バッテリ電圧VBに応じてマップを切り替える図14の制御を、図6の制御に採用してもよい。つまり、図6のステップS30においてホールド値Ihをマップに基づき設定するにあたり、そのマップをバッテリ電圧VBに応じて切り替えてもよい。
ECU30(電子制御装置)が提供する手段および/または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。
12…コモンレール(蓄圧容器)、12a…蓄圧室、20…減圧弁、22…弁体、25…電磁コイル、30…ECU(減圧弁制御装置)、33c…ホールド制御部、Ih…ホールド値、S30、S30A…ホールド値設定部。

Claims (8)

  1. 加圧された燃料を蓄圧室(12a)に蓄圧保持する蓄圧容器(12)に取り付けられ、前記蓄圧室から燃料を排出する排出通路(21a)が形成された取付部(21)と、
    前記蓄圧室の燃料圧力を開弁側へ受ける状態で配置され、前記排出通路を開閉する弁体(22)と、
    前記弁体に弾性力を閉弁側へ付与する弾性部材(24)と、
    前記弁体に電磁力を開弁側へ付与する電磁コイル(25)と、を備える減圧弁(20)に適用され、前記電磁コイルへの通電状態を制御する減圧弁制御装置において、
    前記電磁コイルへの通電を開始した後、前記電磁コイルへ流す電流を所定のホールド値(Ih)に保持させることで、前記ホールド値の保持期間中に前記弁体を開弁開始させるホールド制御部(33c)と、
    前記蓄圧室の燃料圧力が低いほど前記ホールド値を大きい値に設定するホールド値設定部(S30、S30A)と、を備える減圧弁制御装置。
  2. 前記電磁コイルへの通電に伴い生じる燃料圧力の低下量を取得する低下量取得部(S51)と、
    前記低下量取得部により取得された前記低下量が所定量未満である場合または低下していない場合に、今回の通電に用いた前記ホールド値よりも大きい値に前記ホールド値を再設定した上で、前記電磁コイルへの通電を再度実行する再通電部(S52)と、を備える請求項1に記載の減圧弁制御装置。
  3. 前記再通電部により前記ホールド値を再設定するにあたり、予め設定されたガード値(Ihg)超えて前記ホールド値を大きい値に設定することを禁止するガード制御部(S31、S32)を備える請求項2に記載の減圧弁制御装置。
  4. 前記蓄圧室の燃料圧力と前記ホールド値設定部の設定に用いられる前記ホールド値との関係を学習情報として記憶する記憶部(32)と、
    前記低下量取得部により取得された前記低下量が所定量以上であった場合に、前記電磁コイルへの通電開始以前の前記蓄圧室の燃料圧力と、今回の通電に用いた前記ホールド値との関係を、前記学習情報として記憶更新して学習する学習部(S60)と、を備え、
    前記ホールド値設定部は、前記記憶部に記憶された前記学習情報に基づき前記ホールド値を設定する請求項2または3に記載の減圧弁制御装置。
  5. 前記低下量取得部は、内燃機関の出力軸が所定回転角を回転する毎に前記低下量を取得し、
    前記ホールド値設定部は、前記出力軸の回転速度が所定速度以上である場合には、予め設定された下限値(IL)を超えて前記ホールド値を小さい値に設定することを禁止する請求項2〜4のいずれか1つに記載の減圧弁制御装置。
  6. 前記電磁コイルへ印加される電圧の値を取得する電圧取得部(S24)を備え、
    前記ホールド値設定部は、前記電圧取得部により取得された電圧の値が低いほど前記ホールド値を大きい値に設定する請求項1〜5のいずれか1つに記載の減圧弁制御装置。
  7. 前記蓄圧容器は、内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射する複数の燃料噴射弁の各々へ燃料を分配するコモンレールであり、
    前記蓄圧室の燃料圧力が目標圧力よりも高い場合に、前記減圧弁を開弁作動させて燃料圧力を低下させる減圧制御部(33a)を備える請求項1〜6のいずれか1つに記載の減圧弁制御装置。
  8. 前記ホールド制御部による通電制御の前に、前記電磁コイルを流れる電流を閾値(TH1)まで上昇させるよう、前記電磁コイルへの電圧印加を継続させるピーク制御部(33b)を備え、
    前記閾値は、前記蓄圧室の燃料圧力に拘らず予め設定された値に固定して設定され、
    前記ホールド値は、前記閾値よりも小さい値に設定されている請求項1〜7のいずれか1つに記載の減圧弁制御装置。
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