(第1実施形態)
燃料ポンプの制御装置の第1実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、車両に搭載されている内燃機関10の機関本体11には、4つの気筒(第1気筒#1〜第4気筒#4)が形成されている。機関本体11には吸気通路12が連結されている。吸気通路12は、吸気マニホールド13と、吸気マニホールド13の吸気上流側の端部に接続されている吸気管14とを含む。吸気マニホールド13は、吸気管14が連結されているサージタンク13Aと、サージタンク13Aの吸気下流側に設けられている吸気導入部13Bと、吸気導入部13Bの吸気下流側に設けられている吸気分岐部13Cとからなる。サージタンク13Aは、吸気管14や吸気導入部13Bよりも通路断面積が大きい。吸気分岐部13Cは、吸気下流側の端部が4つに分岐していて、分岐した端部の各々が別々の気筒に接続されている。吸気管14には、スロットルバルブ21が設けられている。スロットルバルブ21の開度が制御されることにより、吸気通路12を流れる吸気の流量が制御される。吸気管14から吸気マニホールド13に流れた空気は、各気筒#1〜#4に供給される。吸気管14には、スロットルバルブ21よりも吸気上流側に吸気通路12を流れる吸気の流量を検出するエアフローメータ90が設けられている。
機関本体11には、複数の燃料噴射弁15が設けられている。燃料噴射弁15は、複数の気筒毎に1つずつ設けられている。燃料噴射弁15は、気筒内に配置され、該気筒に燃料を噴射する。また、各気筒#1〜#4には点火プラグ16がそれぞれ設けられている。各気筒#1〜#4では、吸気通路12から導入された吸気と、燃料噴射弁15から噴射された燃料とが混合して混合気が生成される。なお、混合気における吸気と燃料との質量比を空燃比という。混合気は、点火プラグ16によって着火されて燃焼する。
機関本体11には排気通路17が連結されている。排気通路17は、排気マニホールド18と、排気マニホールド18の排気下流側の端部に接続されている排気管19とを含む。排気マニホールド18は、機関本体11に連結されている排気分岐部18Aと、排気分岐部18Aの排気下流側に設けられている排気合流部18Bとからなる。排気分岐部18Aは、排気上流側の端部が4つに分岐していて、分岐した端部の各々が別々の気筒に接続されている。各気筒#1〜#4において、混合気の燃焼により生じた排気は、排気マニホールド18に排出される。排気通路17には、排気管19に配置されて排気を浄化する触媒20が設けられている。また、排気管19には、触媒20よりも排気上流側に空燃比センサ91が配置されている。空燃比センサ91は、排気通路17を流れる排気の酸素濃度、すなわち、燃焼した混合気の空燃比に応じた電気信号を出力する。
内燃機関10には、機関本体11に設けられている燃料噴射弁15に燃料を供給するための燃料供給装置30が設けられている。燃料供給装置30は、燃料が貯留されている燃料タンク31を有している。燃料タンク31の内部には、低圧燃料ポンプ32が配置されている。低圧燃料ポンプ32には、低圧燃料配管33の一端が連結されている。低圧燃料ポンプ32は、電動式の燃料ポンプであって、燃料タンク31内の燃料を汲み上げて低圧燃料配管33に吐出する。低圧燃料配管33の他端には、高圧燃料ポンプ40が連結されている。高圧燃料ポンプ40には、高圧燃料配管34が連結されている。高圧燃料配管34は、高圧燃料ポンプ40に連結されている吐出配管34Aと、該吐出配管34Aに接続されている導出配管34Bとからなる。導出配管34Bには、各燃料噴射弁15が連結されている。低圧燃料ポンプ32から低圧燃料配管33に吐出された燃料は、高圧燃料ポンプ40に吸引される。高圧燃料ポンプ40では、吸引した燃料を加圧して吐出配管34Aに吐出する。吐出配管34Aに吐出された燃料は導出配管34Bに供給され、燃料噴射弁15から気筒内に噴射される。高圧燃料配管34において、導出配管34Bにおける吐出配管34A側の端部には、圧力センサ92が設けられている。圧力センサ92は、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prを検出する。また、高圧燃料配管34において、導出配管34Bにおける吐出配管34Aとは反対側の端部には、燃料温度センサ93が設けられている。燃料温度センサ93は、高圧燃料配管34内の燃料の温度を検出する。
図2に示すように、高圧燃料ポンプ40は、燃料を吸引して加圧するポンプ部50と、ポンプ部50が連結されているケース部80とを有している。
ケース部80は、箱状に形成されている。ケース部80は、円板状に形成されている下壁81と、該下壁81の周縁から立設されている周側壁82とを有している。下壁81の中央部分には、ケース部80の内域側に突出した円柱状の突出部83が設けられている。周側壁82は、下壁81の周縁の全周に亘って連続して設けられていて、円筒形状に形成されている。周側壁82の上端は上壁84によって繋がっている。上壁84は、円板状に形成されていて、その中央部分に貫通孔84Aが形成されている。
ポンプ部50は、上壁84の上端面に固定されているハウジング51を有している。ハウジング51は、円柱状に形成されている本体部52と、本体部52と上壁84との間に配置されているフランジ部55と、フランジ部55から立設されている挿通部56とからなる。フランジ部55は、本体部52よりも拡径されていて、上壁84と当接している。挿通部56は、フランジ部55から貫通孔84Aを貫通して、ケース部80の内域まで延びている。挿通部56は、その外径が貫通孔84Aの内径と同じである。そのため、挿通部56の外周面は、上壁84の貫通孔84Aの内周面と当接している。ハウジング51には、シリンダ57が形成されている。シリンダ57は、挿通部56の一端面(図2の下端面)から本体部52の内部まで延びている。以下では、シリンダ57の中心軸Lの延伸方向(図2の上下方向)を単に軸方向という。
本体部52には、上記軸方向と直交する直交方向(図2の左右方向)に延びていて、シリンダ57と連通している第1直交孔53及び第2直交孔54が形成されている。第1直交孔53と第2直交孔54とは、シリンダ57から互いに反対方向に延びている。第1直交孔53は、シリンダ57と連通している第1小径部53Aと、第1小径部53Aから本体部52の側周面まで延びて開口している第1大径部53Bとを有している。第1大径部53Bには、吸入弁60が挿入されて嵌合している。
吸入弁60は、円柱形状に形成されていて、本体部52から突出した状態で組付けられている。吸入弁60には、上記直交方向に貫通して延びている吸入通路61が形成されている。吸入通路61は、第1小径部53Aに接続されている第1吸入路61Aと、第1吸入路61Aに接続されていて、第1吸入路61Aよりも拡径されている第2吸入路61Bと、第2吸入路61Bに接続されていて、第1吸入路61Aと直径が同じである第3吸入路61Cとからなる。第2吸入路61Bには、第1逆止弁62が配置されている。第1逆止弁62は、第1弁体63と、該第1弁体63を第3吸入路61C側に付勢する第1ばね64とからなる。第1弁体63は、第3吸入路61C側(図2の左側)の端面に当接している第1付勢部63Aと、第1付勢部63Aの中央部から第1吸入路61A側(図2の右側)に膨出している第1膨出部63Bとからなる。第1膨出部63Bは、半球状に形成されている。第1ばね64は、一端が第2吸入路61Bにおける第1吸入路61A側の端面に当接し、他端が第1弁体63の第1付勢部63Aに当接している。吸入弁60には低圧燃料配管33が連結されていて、第3吸入路61Cには低圧燃料配管33から燃料が供給される。
第2直交孔54は、シリンダ57と連通している第2小径部54Aと、第2小径部54Aから本体部52の側周面まで延びて開口している第2大径部54Bとを有している。第2大径部54Bには、吐出弁70が挿入されて嵌合している。吐出弁70は、円柱形状に形成されていて、本体部52から突出した状態で組付けられている。吐出弁70と吸入弁60とは、上記直交方向に延びる同一軸上に並んで配置されている。吐出弁70には、上記直交方向に貫通して延びている吐出通路71が形成されている。吐出通路71は、第2小径部54Aに接続されている第1吐出路71Aと、第1吐出路71Aに接続されていて、第1吐出路71Aよりも拡径されている第2吐出路71Bと、第2吐出路71Bに接続されていて、第1吐出路71Aと直径が同じである第3吐出路71Cとからなる。第2吐出路71Bには、第2逆止弁72が配置されている。
第2逆止弁72は、第2弁体73と、該第2弁体73を第1吐出路71A側に付勢する第2ばね74とからなる。第2弁体73は、第1吐出路71A側(図2の左側)の端面に当接している第2付勢部73Aと、第2付勢部73Aの中央部から第3吐出路71C側(図2の右側)に膨出している第2膨出部73Bとからなる。第2膨出部73Bは、半球状に形成されている。第2ばね74は、一端が第2吐出路71Bにおける第3吐出路71C側の端面に当接し、他端が第2弁体73の第2付勢部73Aに当接している。吐出弁70には高圧燃料配管34が連結されている。
ポンプ部50は、シリンダ57に挿通され、該シリンダ57内を摺動可能な可動子としてのプランジャ75を有している。プランジャ75は、磁性素材によって構成されている。プランジャ75は、円柱棒状に形成されていて、その一端部(図2の上端部)が挿通部56側からシリンダ57に挿通されている。プランジャ75の他端部は、ケース部80の内域に配置されている。プランジャ75の他端部には、凹条75Aが形成されている。凹条75Aは、周方向全周に亘って延びている。そのため、プランジャ75は、凹条75Aが形成されている部分が部分的に縮径されたようになっている。凹条75Aには、円環板状の台座76が連結されている。台座76は、凹条75Aに挿通されている中央部76Aと、該中央部76Aから径方向外側に湾曲して延びている湾曲部76Bと、湾曲部76Bから径方向外側に平板状に延びている平板部76Cとからなる。平板部76Cとハウジング51の挿通部56との間には、圧縮ばね77が配置されている。圧縮ばね77は、台座76をハウジング51から離間する方向、すなわち、プランジャ75をシリンダ57から引き抜く方向(図2の下方)に付勢している。プランジャ75の他端面は、圧縮ばね77の付勢力によって、ケース部80の突出部83の上端面に押し付けられている。プランジャ75の他端部には、凹条75Aよりも一端側に凸条75Bが形成されている。凸条75Bは、周方向全周に亘って延びている。そのため、プランジャ75は、凸条75Bが形成されている部分が部分的に拡径されたようになっている。凸条75Bの直径は、シリンダ57の直径よりも大きい。なお、シリンダ57、プランジャ75、第1小径部53A、第1吸入路61A、第2吸入路61B、第2小径部54A、及び第1吐出路71Aによって、ポンプ部50の加圧室78が構成されている。
高圧燃料ポンプ40には、ハウジング51の本体部52に、シリンダ57の周囲を囲うようにコイル85が配置されている。コイル85は、通電されることにより、磁界を発生する。高圧燃料ポンプ40においてコイル85が通電されると、該コイル85の周囲に発生する磁界によってプランジャ75が励磁される。
図3に白抜きの矢印で示すように、プランジャ75が励磁されると、該プランジャ75は圧縮ばね77の付勢力に抗して上記軸方向において一方側(図3の上側)に移動する。プランジャ75は、凸条75Bが挿通部56に当接するまで一方側に移動する。こうしてプランジャ75が移動したときには、ポンプ部50の加圧室78の容積が減少して該加圧室78内の圧力が増大する。ポンプ部50の加圧室78には、後述するように燃料が供給されていることから、加圧室78の圧力が増大することで、ポンプ部50の吐出弁70が開弁する。すなわち、吐出弁70の第2弁体73には、開弁方向に加圧室78内の圧力が作用しており、閉弁方向に高圧燃料配管34内の圧力及び第2ばね74の付勢力が作用している。加圧室78内の圧力が増大して、第2弁体73を開弁方向に付勢する力が第2弁体73を閉弁方向に付勢する力よりも強くなると、第2弁体73が開弁する。第2弁体73が開弁すると、図3に実線の矢印で示すように、加圧室78から高圧燃料配管34に燃料が吐出される。なお、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ燃料が吐出されるときには、吸入弁60は加圧室78内の圧力によって閉弁状態に保持される。一方で、コイル85への通電が停止されるとプランジャ75の励磁が解除される。
図4に白抜きの矢印で示すように、プランジャ75の励磁が解除されると、該プランジャ75は圧縮ばね77の付勢力によって、シリンダ57から引き抜かれるように上記軸方向において他方側(図4の下側)に移動する。プランジャ75は、その他端部が突出部83に当接するまで他方側に移動する。こうしてプランジャ75が移動したときには、ポンプ部50の加圧室78の容積が増大して該加圧室78内の圧力が低下する。ポンプ部50の吸入弁60の第1弁体63には、開弁方向に低圧燃料配管33内の圧力が作用しており、閉弁方向に加圧室78内の圧力及び第1ばね64の付勢力が作用している。加圧室78内の圧力が低下して、第1弁体63を閉弁方向に付勢する力が第1弁体63を開弁方向に付勢する力よりも弱くなると第1弁体63が開弁する。第1弁体63が開弁すると、図4に実線の矢印で示すように、低圧燃料配管33から加圧室78に燃料が供給される。このように、高圧燃料ポンプ40が低圧燃料配管33から燃料を吸引しているときには、吐出弁70は高圧燃料配管34内の圧力によって閉弁状態に保持される。
このようにプランジャ75は、コイル85への通電状態に応じてシリンダ57内を上記軸方向における一方側及び他方側との間で往復動する。そのため、コイル85は、プランジャ75を移動させるための電動アクチュエータに相当する。高圧燃料ポンプ40は、プランジャ75が一往復する度に、燃料を吸引する吸引機能と、吸引した燃料を加圧して吐出する吐出機能とを果たす。また、燃料ポンプの本体部52には、コイル温度センサ94が設けられている。コイル温度センサ94は、コイル85の温度を検出する。
図1に示すように、燃料供給装置30は、燃料ポンプの制御装置100を有している。また、内燃機関10には、バッテリ120が設けられている。バッテリ120は、燃料ポンプの制御装置100や高圧燃料ポンプ40の電動アクチュエータ等、内燃機関10の各部に電力を供給する。
制御装置100には、エアフローメータ90、空燃比センサ91、圧力センサ92、燃料温度センサ93、及びコイル温度センサ94からの出力信号が入力される。制御装置100には、内燃機関10のクランクシャフトの回転速度である機関回転速度NEとクランクシャフトの回転位相であるクランク角CAとを検出するクランク角センサ95の出力信号も入力される。また、制御装置100には、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量Accを検出するアクセルセンサ96、及び車速Vを検出する車速センサ97などの各種のセンサからの出力信号も入力される。制御装置100は、CPU、ROM、およびRAMを備えている。制御装置100は、ROMに記憶されたプログラムをCPUが実行することにより燃料噴射弁15の駆動、スロットルバルブ21の駆動、及び高圧燃料ポンプ40の駆動を制御する。
図5に示すように、制御装置100は、機能部として、目標回転速度算出部101、目標トルク算出部102、目標燃圧算出部103、燃圧偏差算出部104、噴射フィードバック量算出部105、要求燃料噴射量算出部106、噴射時間算出部107、噴射開始タイミング算出部108、及び燃料噴射弁駆動部109を有している。また、制御装置100は、目標スロットル開度算出部110、スロットル駆動部111、噴射間隔算出部112、吐出開始タイミング算出部113、目標吐出量算出部114、ポンプ特性学習部115、吐出回数算出部116、単位吐出量算出部117、駆動量設定部118、及びポンプ駆動部119を有している。
目標回転速度算出部101は、クランク角センサ95によって検出された機関回転速度NEと、アクセルセンサ96によって検出されたアクセル操作量Accとに基づいて機関回転速度NEの目標値である目標回転速度NEtを算出する。
目標トルク算出部102は、車速センサ97によって検出された車速Vと、アクセルセンサ96によって検出されたアクセル操作量Accとに基づいて内燃機関10のクランクシャフトの軸トルクの目標値である目標トルクTQtを算出する。
目標燃圧算出部103は、目標回転速度算出部101によって算出された目標回転速度NEtと、目標トルク算出部102によって算出された目標トルクTQtとに基づいて、高圧燃料配管34内の燃料圧力の目標値である目標燃圧Ptを算出する。目標燃圧算出部103には、目標回転速度NEt及び目標トルクTQtと、目標燃圧Ptとの関係を示すマップが記憶されている。このマップは、予め実験やシミュレーションによって求められている。目標燃圧Ptは、目標回転速度NEtが高いときには該目標回転速度NEtが低いときに比して高くなるように算出される。また、目標燃圧Ptは、目標トルクTQtが大きいときには該目標トルクTQtが小さいときに比して高くなるように算出される。
燃圧偏差算出部104は、目標燃圧算出部103によって算出された目標燃圧Ptから圧力センサ92によって検出された高圧燃料配管34内の燃料圧力Prを減算した差である燃圧偏差ΔP(=Pt−Pr)を算出する。
噴射フィードバック量算出部105は、空燃比センサ91によって検出された実際の空燃比を、空燃比の目標値である目標空燃比にフィードバック制御するための噴射フィードバック量FAFを算出する。なお、目標空燃比は、内燃機関10の運転状態に基づいて制御装置100によって算出される。噴射フィードバック量算出部105は、目標空燃比から実際の空燃比を減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和として噴射フィードバック量FAFを算出する。
要求燃料噴射量算出部106は、各燃料噴射弁15から噴射される燃料量の各々の目標値である要求燃料噴射量Qtを算出する。要求燃料噴射量算出部106は、目標回転速度算出部101によって算出された目標回転速度NEtと、目標トルク算出部102によって算出された目標トルクTQtとに基づいてベース噴射量Qbを算出する。ベース噴射量Qbは、目標回転速度NEtが高いときには該目標回転速度NEtが低いときに比して多くなるように算出される。また、ベース噴射量Qbは、目標トルクTQtが大きいときには該目標トルクTQtが小さいときに比して多くなるように算出される。ベース噴射量Qbは、目標空燃比に対応した燃料噴射量として算出される。要求燃料噴射量算出部106は、ベース噴射量Qbに噴射フィードバック量算出部105によって算出された噴射フィードバック量FAFを乗算することで、要求燃料噴射量Qtを算出する。
噴射時間算出部107は、要求燃料噴射量算出部106によって算出された要求燃料噴射量Qtと、圧力センサ92によって検出された燃料圧力Prとに基づいて、各燃料噴射弁15における燃料噴射の実行時間である噴射時間Fiを算出する。
噴射開始タイミング算出部108は、燃料噴射弁15が配置されている気筒の点火タイミングまでに要求燃料噴射量算出部106によって算出された要求燃料噴射量Qt分の燃料噴射が完了するように算出される。本実施形態では、圧縮上死点よりも前の所定のクランク角となる固定のタイミングを噴射開始タイミングFsとして算出する。
燃料噴射弁駆動部109は、クランク角センサ95によって検出されたクランク角CAに基づき各燃料噴射弁15を駆動する。燃料噴射弁駆動部109は、噴射開始タイミング算出部108によって算出された各々の燃料噴射弁15の噴射開始タイミングFsにおいて、該燃料噴射弁15からの燃料噴射が開始されるように燃料噴射弁15の駆動を制御する。燃料噴射弁駆動部109は、燃料噴射を開始してから、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiの間において燃料噴射を継続すると、燃料噴射弁15からの燃料噴射を終了する。
目標スロットル開度算出部110は、目標トルク算出部102によって算出された目標トルクTQtに基づいてスロットルバルブ21の開度の目標値である目標スロットル開度θtを算出する。
スロットル駆動部111は、目標スロットル開度算出部110によって算出された目標スロットル開度θtとなるようにスロットルバルブ21の開度を制御する。
噴射間隔算出部112は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe、噴射開始タイミング算出部108によって算出された噴射開始タイミングFs、及びクランク角センサ95によって検出された機関回転速度NEに基づいて、燃料の噴射間隔Intを算出する。燃料の噴射間隔Intは、所定の気筒に設けられている燃料噴射弁15において燃料噴射が終了してから、該所定の気筒の次に点火が実行される気筒に設けられている燃料噴射弁15において燃料噴射が開始されるまでの時間として算出される。例えば、各気筒#1〜#4では、第1気筒#1、第3気筒#3、第4気筒#4、及び第2気筒#2の順で点火が行われる。この場合、噴射間隔算出部112は、第1気筒#1における燃料噴射が終了してから第3気筒#3における燃料噴射が開始されるまでの時間、及び第3気筒#3における燃料噴射が終了してから第4気筒#4における燃料噴射が開始されるまでの各々の時間を燃料の噴射間隔Intとして算出する。また、噴射間隔算出部112は、第4気筒#4における燃料噴射が終了してから第2気筒#2における燃料噴射が開始されるまでの時間、及び第2気筒#2における燃料噴射が終了してから第1気筒#1における燃料噴射が開始されるまでの各々の時間を燃料の噴射間隔Intとして算出する。噴射間隔算出部112は、燃料噴射の終了タイミングFeを、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiと、噴射開始タイミング算出部108によって算出された噴射開始タイミングFsとに基づいて算出する。本実施形態では、噴射開始タイミングFsはクランク角において固定のタイミングに設定されることから、燃料の噴射間隔Intは、燃料噴射の終了タイミングFeが遅いときほど及び機関回転速度NEが高いときほど短くなる。
吐出開始タイミング算出部113は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料吐出を行う際の開始タイミングである吐出開始タイミングTsを算出する。吐出開始タイミングTsは、燃料噴射弁15からの燃料噴射のタイミングに基づいて算出される。本実施形態では、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFeから所定の準備時間が経過したタイミングを吐出開始タイミングTsとする。なお、燃料噴射の終了タイミングFeは、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiと、噴射開始タイミング算出部108によって算出された噴射開始タイミングFsとに基づいて算出できる。準備時間は、燃料噴射弁15からの燃料噴射が終了してから、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prが安定するまでに必要な時間よりも長い時間に設定されている。準備時間は予め実験やシミュレーションによって求められて制御装置100に記憶されている。
目標吐出量算出部114は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料吐出量の目標値である目標吐出量TPtを算出する。本実施形態では、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFeから所定の収束時間が経過したタイミングで目標吐出量TPtを算出する。収束時間は、燃料噴射弁15からの燃料噴射が終了してから、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prが安定するまでに必要な時間と等しい時間であって、上記準備時間よりも短い時間に設定されている。収束時間は予め実験やシミュレーションによって求められて制御装置100に記憶されている。目標吐出量算出部114は、要求燃料噴射量算出部106によって算出された要求燃料噴射量Qtに基づいてベース吐出量TPbを算出する。ベース吐出量TPbは、要求燃料噴射量Qtと等しい量として算出される。すなわち、ベース吐出量TPbは、要求燃料噴射量Qtが多いときほど多くなる。また、目標吐出量算出部114は、燃圧偏差算出部104によって算出された燃圧偏差ΔPに基づいて、吐出フィードバック量TKを算出する。吐出フィードバック量TKは、目標燃圧Ptとなるように高圧燃料ポンプ40から燃料の吐出を行ったときの燃料吐出後の実際の燃料圧力Prを該目標燃圧Ptから減算した値を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和として算出する。目標吐出量算出部114は、ベース吐出量TPbに吐出フィードバック量TKを乗算することで、目標吐出量TPtを算出する。
ポンプ特性学習部115は、高圧燃料ポンプ40への通電時間と、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ吐出された燃料量との関係を高圧燃料ポンプ40の動作特性として学習する。高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出量は、燃料温度センサ93によって検出された高圧燃料配管34内の燃料温度、コイル温度センサ94によって検出されたコイル85の温度、及びバッテリ電圧などの影響を受ける。
図6に示すように、高圧燃料ポンプ40の動作特性は、通電時間が長くなるほど燃料の吐出量が大きくなる傾向を有している。高圧燃料ポンプ40では、該高圧燃料ポンプ40への通電が開始されることで、高圧燃料ポンプ40のプランジャ75の他端が突出部83に当接している状態から、該プランジャ75が挿通部56側の上記一方側に移動する。そのため、図6に実線で示すように、通電が開始されてからの経過時間が増大することに伴って、プランジャ75の移動量が増大して加圧室78の容積が減少し、高圧燃料ポンプ40からの燃料の吐出量が多くなる。そして、通電を開始してからの経過時間が、高圧燃料ポンプ40のプランジャ75の他端が突出部83に当接している状態から該プランジャ75の凸条75Bが挿通部56に当接するまで上記一方側に移動する際にかかる時間(通電時間Tik1)となったときに、高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出量が1回の燃料吐出における燃料吐出量の最大値である最大吐出量TPmaxとなる。それ以降は、通電時間が長くなっても、吐出量は変化しない。なお、図6に実線で示す最大吐出量TPmax1は、高圧燃料ポンプ40における1回の燃料吐出において設計上実現可能な吐出量の最大値である設計最大吐出量と等しい量である。
燃料温度が低いときには、該燃料温度が高いときに比して燃料の粘度が高くなる。そのため、燃料温度が低いときには、該燃料温度が高いときに比して燃料を吐出する際の抵抗が大きくなり、プランジャ75の移動速度が低下する。そのため、図6に一点鎖線で示すように、高圧燃料配管34内の燃料温度が高いときには、図6に実線で示す高圧燃料配管34内の燃料温度が低いときに比して、吐出量が最大吐出量TPmax1となるまでにかかる時間(通電時間Tik2)は長くなる傾向にある(Tik1<Tik2)。
また、コイル85の温度が高いときには、該コイル85の温度が低いときに比してプランジャ75を加圧室78側に移動させる際の力が弱くなる。また、バッテリ電圧が低いときには、該バッテリ電圧が高いときに比して、プランジャ75を加圧室78側に移動させる際の力が弱くなる。そのため、図6に二点鎖線で示すように、コイル85の温度が高いとき、及びバッテリ電圧が低いときには、図6に実線で示すコイル85の温度が低いとき、及びバッテリ電圧が高いときに比して、高圧燃料ポンプ40の1回当たりに吐出可能な最大吐出量TPmaxが低くなる場合がある。そのため、この場合における最大吐出量TPmax2は、上記設計最大吐出量(=TPmax1)よりも少なくなる。
このように、高圧燃料ポンプ40では、1回の燃料吐出において所定の吐出量分の燃料を吐出させるために必要な通電時間や、1回の燃料吐出において実現可能な燃料量の最大値がそのときの高圧燃料ポンプ40の状態によって変化する。ポンプ特性学習部115では、高圧燃料ポンプ40を後述する目標吐出量TPtに基づいて設定された通電時間で駆動したときの高圧燃料ポンプ40からの1回の燃料吐出における燃料量である単位吐出量を、燃圧偏差算出部104によって算出された燃圧偏差ΔPに基づいて算出し、燃料温度、コイル85の温度、及びバッテリ電圧の情報と共に記憶する。なお、バッテリ電圧は、バッテリ120の充放電状況から求めることができる。
吐出回数算出部116は、目標吐出量算出部114によって算出された目標吐出量TPtに基づいて、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。目標吐出量TPtは、要求燃料噴射量Qtに基づいて算出されるものであり、内燃機関の運転状態と相関するパラメータである。すなわち、吐出回数算出部116は、内燃機関10の運転状態に基づいて高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。吐出回数算出部116は、目標吐出量TPt分の燃料を吐出するために必要な吐出回数のうちで最も少ない吐出回数を必要吐出回数Tnfとして算出する。例えば、目標吐出量TPtが高圧燃料ポンプ40の最大吐出量TPmax未満であり、目標吐出量TPtが少ない場合には必要吐出回数Tnfを1回として算出する。また、目標吐出量TPtが、上記最大吐出量TPmax以上であり最大吐出量TPmaxの2倍の量未満である場合には必要吐出回数Tnfを2回として算出する。すなわち、目標吐出量TPtが上記最大吐出量TPmax以上であり、目標吐出量TPtが多い場合には、必要吐出回数Tnfが複数回として算出される。なお、最大吐出量TPmaxは、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいて算出できる。
単位吐出量算出部117は、吐出回数算出部116によって設定された必要吐出回数Tnf、及び目標吐出量算出部114によって算出された目標吐出量TPtに基づいて高圧燃料ポンプ40から1回当たりに吐出される燃料量である単位吐出量TPnの目標値である目標単位吐出量TPnfを設定する。単位吐出量算出部117は、必要吐出回数Tnfが1回に設定されている場合には、目標吐出量TPtを目標単位吐出量TPnfとする。また、単位吐出量算出部117は、吐出回数が2回以上に設定されている場合には、目標吐出量TPtを必要吐出回数Tnfで除算した量を目標単位吐出量TPnf(=TPt/Tnf)とする。
駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、単位吐出量算出部117によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnesを算出する。例えば、必要時間Tnesは、必要吐出回数Tnfが1回のときには、リフト時間Tiと等しい時間となる。また、必要時間Tnesは、必要吐出回数Tnfが複数であるn回であるときには(2≦n)、リフト時間Tiのn倍の時間と待機時間のn−1倍の時間との和に等しい時間となる。リフト時間Tiは、高圧燃料ポンプ40のプランジャ75の他端が突出部83に当接している状態から、上記一方側に移動して、目標単位吐出量TPnf分の燃料を吐出するために必要な時間である。すなわち、目標単位吐出量TPnfが最大吐出量TPmaxと同じである場合には、高圧燃料ポンプ40のプランジャ75の他端が突出部83に当接している状態から該プランジャ75の凸条75Bが挿通部56に当接するまで上記一方側に移動する際にかかる時間がリフト時間Ti(例えば、図6の通電時間Tik1)となる。また、待機時間は、高圧燃料ポンプ40のプランジャ75が上記一方側に移動した状態から該プランジャ75が突出部83に当接するまで上記他方側に移動する際にかかる時間である。すなわち、高圧燃料ポンプ40から最大吐出量TPmax分の燃料を吐出した場合、待機時間は、高圧燃料ポンプ40のプランジャ75の凸条75Bが挿通部56に当接している状態から、該プランジャ75が突出部83に当接するまで上記他方側に移動する際にかかる時間となる。リフト時間Ti及び待機時間は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいて算出される。こうして、必要時間Tnesを算出すると、該必要時間Tnesに上記準備時間を加算した時間を実行時間Tadとして算出する。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int以下である場合には、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定する。また、駆動量設定部118は、各吐出における単位吐出量TPnを目標単位吐出量TPnfと同じ量に設定する。その結果、燃料噴射弁15の噴射間隔Intにおける高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tnが複数回である場合、該複数回の燃料吐出における単位吐出量TPnが、最大吐出量TPmaxよりも少ない量であって、且つ各々の量が等しい量に設定される。この場合、実行時間Tadは、吐出回数Tnと単位吐出量TPnと高圧燃料ポンプ40の動作特性とに基づいて設定される。
一方で、駆動量設定部118は、算出した実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Intを超える場合、高圧燃料ポンプ40から燃料吐出を行うときの実行時間Tadが噴射間隔Intを超えないように、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnを該噴射間隔Intに基づいて設定する。この場合、本実施形態では、駆動量設定部118は、噴射間隔Intにおける高圧燃料ポンプ40からの吐出量が最大の吐出量となるように、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnを設定する。噴射間隔Intと吐出回数Tn及び単位吐出量TPnとの関係は、予め実験やシミュレーションによって求められて制御装置100に記憶されている。このように、実行時間Tadが噴射間隔Intを超える場合には、駆動量設定部118が吐出回数Tn及び単位吐出量TPnを算出して設定することで、高圧燃料ポンプ40から燃料吐出を行うときの実行時間Tadの上限が噴射間隔Intに応じて設定される。
ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部113によって算出された吐出開始タイミングTs、駆動量設定部118によって設定された吐出回数Tn、及び単位吐出量TPnに基づいて高圧燃料ポンプ40を駆動する。すなわち、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミングTsとなったときに高圧燃料ポンプ40のコイル85への通電制御を開始する。ポンプ駆動部119は、通電制御を通じてプランジャ75を往復動させることにより、高圧燃料ポンプ40において燃料の吸引及び燃料の吐出を実行させる。プランジャ75が1往復することにより、高圧燃料ポンプ40からの1回の燃料吐出が実行される。ポンプ駆動部119は、高圧燃料ポンプ40へ通電制御を開始してから、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいたリフト時間Tiが経過したときに通電を終了する。これにより、高圧燃料ポンプ40から1回当たりの燃料吐出量を単位吐出量TPnと等しい量に制御する。ポンプ駆動部119は、駆動量設定部118によって設定された吐出回数Tnが2回以上である場合、通電制御を開始してからリフト時間Tiが経過したタイミングで通電制御を終了し、該終了したタイミングから所定の待機時間が経過したタイミングで再度通電制御を実行する。そして、再度通電制御を開始してからリフト時間Tiが経過したタイミングで再び通電制御を終了する。こうして通電制御を繰り返し実行することにより、高圧燃料ポンプ40から複数回の燃料吐出を実行する。
次に、本実施形態の作用及び効果について、図7及び図8を参照して説明する。なお、図7では、各タイミングを示す「t」と3桁の数字について、「t」と3桁の数字のうちの最初の1桁の数字「7」とについて記載を省略している。また、図8では、各タイミングを示す「t」と3桁の数字について、「t」と3桁の数字のうちの最初の1桁の数字「8」とについて記載を省略している。
まず図7を参照して、内燃機関の機関回転速度NEが低い場合の燃料の吐出態様の例を説明する。
(1−1)図7(a)に示すように、要求燃料噴射量算出部106は、タイミングt711において要求燃料噴射量Qt(1)を算出する。こうして、要求燃料噴射量Qt(1)が算出されると、噴射時間算出部107は、要求燃料噴射量Qt(1)と、圧力センサ92によって検出されたそのときの燃料圧力Prとに基づいて、燃料噴射の実行時間である噴射時間Fi(1)を算出する。そして、図7(b)に示すように、燃料噴射弁駆動部109は、クランク角センサ95によって検出されたクランク角CAに基づき噴射開始タイミング算出部108によって算出された噴射開始タイミングFsであるタイミングt712において、燃料噴射弁15からの燃料噴射を開始する。燃料噴射弁駆動部109は、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiの間において燃料噴射を継続し、タイミングt712から噴射時間Fi(1)が経過したタイミングt713において燃料噴射を終了する。
図7(c)に示すように、こうした燃料噴射が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは減少する。燃料噴射が終了したタイミングt713では、燃料の噴射は終了するが、その後しばらくの間は燃料圧力Prに変動が生じる。なお、燃料噴射が終了したタイミングt713から燃料圧力Prが一定の値に収束するまでの時間が上記収束時間となる。
図7(d)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt713)から収束時間が経過したタイミングt714において目標吐出量TPt(1)を算出する。目標吐出量TPt(1)は、要求燃料噴射量Qt(1)と、燃圧偏差ΔPに基づいて算出される吐出フィードバック量TKに基づいて算出される。タイミングt712において燃料噴射が実行される前では、目標燃圧Ptと実際の燃料圧力Prとの間にはΔP(>0)分だけ乖離が生じている。吐出フィードバック量TKは、この乖離を減少させるためのフィードバック制御を行うための値として算出される。
こうして目標吐出量TPt(1)が算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPt(1)は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいた最大吐出量TPmax未満であることから必要吐出回数Tnfは1回として算出される。そして、単位吐出量算出部117は、目標吐出量TPt(1)を目標単位吐出量TPnfとして算出する(TPnf=TPt(1))。こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、単位吐出量算出部117によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=リフト時間Ti)を算出する。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する(図7(e)参照)。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int(1)以下であることから、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定し、各吐出における単位吐出量TPnを目標単位吐出量TPnfと同じ量に設定する。
その後、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、ポンプ駆動部119は、燃料噴射の終了タイミングt713から上記準備時間が経過したタイミングt715において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に1回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt715から目標単位吐出量TPnfに相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt716まで実行される。
図7(c)に示すように、こうした燃料吐出が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは増大する。燃料吐出が終了したタイミングt716において燃料の吐出は終了するが、その後しばらくの間は高圧燃料配管34内の燃料に圧力変動が生じる。高圧燃料ポンプ40からの単位吐出量TPnが多くなるほど、燃料の圧力変動は大きくなる傾向になる。燃料吐出が終了したタイミングt716から所定の時間が経過することで燃料圧力Prが目標燃圧Ptに収束する。
その後、図7(a)に示すように、燃料圧力Prが一定の値に収束した後のタイミングt717において、要求燃料噴射量算出部106が次の燃料噴射における要求燃料噴射量Qt(2)を算出する。要求燃料噴射量Qt(2)は、要求燃料噴射量Qt(1)よりも多い(Qt(2)>Qt(1))。要求燃料噴射量Qt(2)が算出されると、噴射時間算出部107は、要求燃料噴射量Qt(2)と、圧力センサ92によって検出されたそのときの燃料圧力Prとに基づいて、燃料噴射の実行時間である噴射時間Fi(2)を算出する。なお、タイミングt717では、燃料圧力Prは目標燃圧Ptと等しい。燃料噴射弁駆動部109は、噴射開始タイミングFsであるタイミングt718において、燃料噴射弁15からの燃料噴射を開始する。燃料噴射弁駆動部109は、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiの間において燃料噴射を継続し、タイミングt718から噴射時間Fi(2)が経過したタイミングt719において燃料噴射を終了する。
図7(c)に示すように、こうした燃料噴射が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは減少する。タイミングt718からタイミングt719における後の燃料噴射では、タイミングt712からタイミングt713における先の燃料噴射に比して多くの燃料が噴射される。そのため、燃料噴射が終了したタイミングt719において、先の燃料噴射よりも燃料圧力が低下する。また、噴射された燃料量が多いことから、燃料噴射の終了後に生じる燃料の圧力変動も先の燃料噴射よりも大きくなる。そのため、先の燃料噴射における収束時間よりも、後の燃料噴射における収束時間の方が長くなる。
図7(d)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt719)から収束時間が経過したタイミングt720において目標吐出量TPt(2)を算出する。目標吐出量TPt(2)は、要求燃料噴射量Qt(2)と、燃圧偏差ΔPに基づいて算出される吐出フィードバック量TKに基づいて算出される。タイミングt718において燃料噴射が実行される直前では、実際の燃料圧力Prは目標燃圧Pt等しく乖離が生じていない。一方で、要求燃料噴射量Qt(2)は、要求燃料噴射量Qt(1)よりも多い。図7に示す例では、目標吐出量TPt(2)は、目標吐出量TPt(1)よりも多い値として算出されている。
目標吐出量TPt(2)が算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPt(2)は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいた最大吐出量TPmax以上であり最大吐出量TPmaxの2倍の量未満であるため、必要吐出回数Tnfを2回として算出される。そして、単位吐出量算出部117は、目標吐出量TPt(2)を「2」で減算した値を目標単位吐出量TPnfとして算出する(TPnf=TPt(2)/2)。こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、単位吐出量算出部117によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=2×リフト時間Ti+1×待機時間)を算出する。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する(図7(e)参照)。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int(2)以下であることから、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定し、各吐出における単位吐出量TPnを目標単位吐出量TPnfと同じ量に設定する。
その後、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、ポンプ駆動部119は、燃料噴射の終了タイミングt719から上記準備時間が経過したタイミングt720において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に2回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt721から目標単位吐出量TPnfに相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt722まで実行される。ポンプ駆動部119は1回目の燃料吐出を終了したタイミングt722から待機時間が経過したタイミングt723において2回目の燃料吐出を開始する。2回目の燃料吐出は、タイミングt723からリフト時間Tiが経過するタイミングt724まで実行される。1回目のリフト時間Tiと2回目のリフト時間Tiは等しい。
その後、図7(a)に示すように、燃料吐出が終了した後のタイミングt725において、要求燃料噴射量算出部106が次の燃料噴射における要求燃料噴射量Qt(3)を算出し、その後に燃料噴射が行われる。
このように、本実施形態では、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40からの燃料の吐出回数Tnと単位吐出量TPnとを、内燃機関10の運転状態と相関する要求燃料噴射量Qtに基づいて制御している。高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ吐出される燃料の量によっては、高圧燃料配管34内の燃料の圧力変動の大きさに変化が生じる。内燃機関10の運転状態に基づいて、燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40の吐出回数Tnと単位吐出量TPnとを制御している。これにより、高圧燃料ポンプ40からの燃料の吐出による高圧燃料配管34内の燃料の圧力変動の影響を考慮しつつ、高圧燃料配管34における燃料の余剰や不足を生じ難くした燃料の供給を実現することができる。また、内燃機関10の運転状態に応じて燃料噴射と次の燃料噴射との間に複数回の燃料吐出を行うことができるため、高圧燃料ポンプ40における1回の燃料吐出において設計上実現可能な吐出量の最大値である設計最大吐出量に拘わらず、目標吐出量TPtに見合った量の燃料を高圧燃料配管34に供給することも可能になる。したがって、高圧燃料配管34における燃料圧力Prの制御性の向上に貢献できる。
(1−2)また、図7(c)に示すように、本実施形態では、タイミングt721において2回の燃料吐出を実行している。各燃料吐出における単位吐出量TPnは、最大吐出量TPmaxよりも少ない量となることから、タイミングt724において燃料吐出を終了した後に高圧燃料配管34に生じる燃料の圧力変動を小さくすることができる。また、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ燃料を吐出する際に、プランジャ75の凸条75Bが挿通部56に当接することが抑えられるため、高圧燃料ポンプ40から発生する音の抑制にも貢献できる。
(1−3)燃料吐出を複数回行うときには、目標吐出量TPtを必要吐出回数Tnfで除算した量を目標単位吐出量TPnf(=TPt/Tnf)とし、各燃料吐出における各々の単位吐出量TPnを等しい量としている。そのため、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に1回の燃料吐出を行う際に供給される燃料の量が一定となり、燃料が吐出されることによる高圧燃料配管34の燃料の圧力変動の態様を各吐出において同様とすることができる。
次に図8を参照して、内燃機関の機関回転速度NEが高い場合の燃料の吐出態様の例を説明する。
(1−4)図8(a)に示すように、要求燃料噴射量算出部106は、タイミングt811において要求燃料噴射量Qtを算出する。こうして、要求燃料噴射量Qtが算出されると、噴射時間算出部107は、要求燃料噴射量Qtと、圧力センサ92によって検出されたそのときの燃料圧力Prとに基づいて、燃料噴射の実行時間である噴射時間Fiを算出する。そして、図8(b)に示すように、燃料噴射弁駆動部109は、クランク角センサ95によって検出されたクランク角CAに基づき噴射開始タイミング算出部108によって算出された噴射開始タイミングFsであるタイミングt812において、燃料噴射弁15からの燃料噴射を開始する。燃料噴射弁駆動部109は、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiの間において燃料噴射を継続し、タイミングt812から噴射時間Fiが経過したタイミングt813において燃料噴射を終了する。
図8(c)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt813)から収束時間が経過したタイミングt814において目標吐出量TPtを算出する。こうして目標吐出量TPtが算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPtは、最大吐出量TPmaxの1.2倍の量である(TPt=1.2×TPmax)。そのため、目標吐出量TPtは、必要吐出回数Tnfを2回として算出し、単位吐出量算出部117は、目標吐出量TPtを「2」で減算した値を目標単位吐出量TPnf(=0.6×TPmax)として算出する。こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
本実施形態との違いを明らかにするために、まず本実施形態の比較例として、駆動量設定部118が吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ回数を設定し、単位吐出量TPnとして目標単位吐出量TPnfと同じ量を設定した場合について説明する。
図8(d)に示すように、こうして吐出回数Tn及び単位吐出量TPnが設定されると、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、ポンプ駆動部119は、燃料噴射の終了タイミングt813から上記準備時間が経過したタイミングt815において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に2回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt815から目標単位吐出量TPnfに相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt816まで実行される。ポンプ駆動部119は1回目の燃料吐出を終了したタイミングt816から待機時間が経過したタイミングt817において2回目の燃料吐出を開始する。2回目の燃料吐出は、タイミングt817からリフト時間Tiが経過するタイミングt819まで実行される。この比較例では、高圧燃料ポンプ40から目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=2×リフト時間Ti+1×待機時間)と上記準備時間とを加算した実行時間Tadは、噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Intを超えている。
本実施形態では、このように実行時間Tadが噴射間隔Intを超えている場合、該実行時間Tadが噴射間隔Intを超えないように、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnを設定する。
すなわち、駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、単位吐出量算出部117によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=2×リフト時間Ti+1×待機時間)を算出する。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する。この場合、実行時間Tadは噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Intを超えていることから、図8(e)に示すように、駆動量設定部118は、噴射間隔Intに基づいて高圧燃料ポンプ40からの吐出量が最大の吐出量となるように、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnを設定する。この例では、噴射間隔Intは、最大吐出量TPmax分の燃料を1回吐出する際に必要となる必要時間と準備時間とを加算した時間と等しい。そのため、駆動量設定部118は、吐出回数Tnとして1回を設定し、単位吐出量TPnとして最大吐出量TPmaxと等しい量を設定する。なお、噴射間隔Intと、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnとの関係は、予め実験やシミュレーションによって求められて制御装置100に記憶されている。
こうして吐出回数Tn及び単位吐出量TPnが設定されると、図8(e)に示すように、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTs(タイミングt815)から燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、ポンプ駆動部119は、燃料噴射の終了タイミングt813から上記準備時間が経過したタイミングt815において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に1回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt815から単位吐出量TPn(=最大吐出量TPmax)に相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt818まで実行される。燃料吐出の終了タイミングt818は、次の燃料噴射の噴射開始タイミングFsと同じである。そのため、燃料吐出は、次の燃料噴射が開始されるときに終了する。
このように、実行時間Tadが噴射間隔Intを超える場合には、高圧燃料ポンプ40から燃料吐出を行うときの実行時間Tadが噴射間隔Intを超えないように、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnが設定される。高圧燃料ポンプ40から燃料を1回吐出する際には吐出される燃料量に応じて相応の時間が必要となる。また、高圧燃料ポンプ40から燃料を吐出する際にかかる時間は、例えば燃料の粘度などの高圧燃料ポンプ40の動作特性によっても変化する。本実施形態では、吐出回数Tnと単位吐出量TPnと高圧燃料ポンプ40の動作特性とに基づいて設定される実行時間Tadの上限が燃料噴射弁15における燃料の噴射間隔Intが短いときには長いときに比して短くなる。そのため、高圧燃料ポンプ40から燃料を吐出する際の実行時間Tadが燃料噴射弁15からの燃料の噴射間隔Intよりも長くなることを抑えることをできる。これにより、限られた期間である燃料の噴射間隔Int内で燃料の吐出を完了することができる。したがって、燃料噴射が実行されているときにおいて、高圧燃料ポンプ40から燃料吐出が行われることによる高圧燃料配管34内の燃料圧力の変動を抑えることができる。
(1−5)本実施形態では、目標吐出量TPtが少ない場合には吐出回数Tnを1回とし、目標吐出量TPtが多い場合には吐出回数Tnを複数回としている。そのため、高圧燃料配管34に多くの燃料を供給する必要があるときには複数回の燃料吐出を行い、高圧燃料配管34にそれほど多くの燃料を供給する必要がない場合には1回の燃料吐出を行う。したがって、吐出回数Tnの設定を適切にできる。
(第2実施形態)
燃料ポンプの制御装置の第2実施形態について、図9を参照して説明する。本実施形態では、単位吐出量TPnの設定態様が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、共通の符号を付して説明を省略する。なお、図9では、各タイミングを示す「t」と3桁の数字について、「t」と3桁の数字のうちの最初の1桁の数字「9」とについて記載を省略している。
(2−1)図9(a)に示すように、要求燃料噴射量算出部106は、タイミングt911において要求燃料噴射量Qt(1)を算出する。こうして、要求燃料噴射量Qt(1)が算出されると、噴射時間算出部107は、要求燃料噴射量Qt(1)と、圧力センサ92によって検出されたそのときの燃料圧力Prとに基づいて、燃料噴射の実行時間である噴射時間Fi(1)を算出する。そして、図9(b)に示すように、燃料噴射弁駆動部109は、クランク角センサ95によって検出されたクランク角CAに基づき噴射開始タイミング算出部108によって算出された噴射開始タイミングFsであるタイミングt912において、燃料噴射弁15からの燃料噴射を開始する。燃料噴射弁駆動部109は、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiの間において燃料噴射を継続し、タイミングt912から噴射時間Fi(1)が経過したタイミングt913において燃料噴射を終了する。
図9(c)に示すように、こうした燃料噴射が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは減少する。そして、燃料噴射が終了したタイミングt913の後しばらくの間は燃料圧力Prに変動が生じる。なお、燃料噴射が終了したタイミングt913から燃料圧力Prが一定の値に収束するまでの時間が上記収束時間となる。
図9(d)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt913)から収束時間が経過したタイミングt914において目標吐出量TPt(1)を算出する。目標吐出量TPt(1)は、要求燃料噴射量Qt(1)と、燃圧偏差ΔPに基づいて算出される吐出フィードバック量TKに基づいて算出される。
目標吐出量TPt(1)が算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPt(1)は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいた最大吐出量TPmax未満であることから必要吐出回数Tnfは1回として算出される。そして、単位吐出量算出部117は、目標吐出量TPt(1)を目標単位吐出量TPnfとして算出する(TPnf=TPt(1))。こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、単位吐出量算出部117によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=リフト時間Ti)を算出する。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する(図9(e)参照)。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int(1)以下であることから、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定し、各吐出における単位吐出量TPnを目標単位吐出量TPnfと同じ量に設定する。
その後、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、ポンプ駆動部119は、燃料噴射の終了タイミングt913から上記準備時間が経過したタイミングt915において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に1回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt915から目標単位吐出量TPnfに相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt916まで実行される。
図9(c)に示すように、こうした燃料吐出が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは増大する。燃料吐出が終了したタイミングt916において燃料の吐出は終了するが、その後しばらくの間は高圧燃料配管34内の燃料に圧力変動が生じる。高圧燃料ポンプ40からの単位吐出量TPnが多くなるほど、燃料の圧力変動は大きくなる傾向になる。燃料吐出が終了したタイミングt916から所定の時間が経過することで燃料圧力Prが目標燃圧Ptに収束する。
その後、図9(a)に示すように、燃料圧力Prが一定の値に収束した後のタイミングt917において、要求燃料噴射量算出部106が次の燃料噴射における要求燃料噴射量Qt(2)を算出する。要求燃料噴射量Qt(2)は、要求燃料噴射量Qt(1)よりも多い(Qt(2)>Qt(1))。要求燃料噴射量Qt(2)が算出されると、噴射時間算出部107は、要求燃料噴射量Qt(2)と、圧力センサ92によって検出されたそのときの燃料圧力Prとに基づいて、燃料噴射の実行時間である噴射時間Fi(2)を算出する。なお、タイミングt917では、燃料圧力Prは目標燃圧Ptと等しい。燃料噴射弁駆動部109は、噴射開始タイミングFsであるタイミングt918において、燃料噴射弁15からの燃料噴射を開始する。燃料噴射弁駆動部109は、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiの間において燃料噴射を継続し、タイミングt918から噴射時間Fi(2)が経過したタイミングt919において燃料噴射を終了する。
図9(c)に示すように、こうした燃料噴射が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは減少する。タイミングt918からタイミングt919における後の燃料噴射では、タイミングt912からタイミングt913における先の燃料噴射に比して多くの燃料が噴射される。そのため、燃料噴射が終了したタイミングt919において、先の燃料噴射よりも燃料圧力が低下する。また、噴射された燃料量が多いことから、燃料噴射の終了後に生じる燃料の圧力変動も先の燃料噴射よりも大きくなる。そのため、先の燃料噴射における収束時間よりも、後の燃料噴射における収束時間の方が長くなる。
図9(d)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt919)から収束時間が経過したタイミングt920において目標吐出量TPt(2)を算出する。目標吐出量TPt(2)は、要求燃料噴射量Qt(2)と、燃圧偏差ΔPに基づいて算出される吐出フィードバック量TKに基づいて算出される。タイミングt918において燃料噴射が実行される直前では、実際の燃料圧力Prは目標燃圧Pt等しく乖離が生じていない。一方で、要求燃料噴射量Qt(2)は、要求燃料噴射量Qt(1)よりも多い。図9に示す例では、目標吐出量TPt(2)は、目標吐出量TPt(1)よりも多い値として算出されている。
目標吐出量TPt(2)が算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPt(2)は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいた最大吐出量TPmax以上であり最大吐出量TPmaxの2倍の量未満であるため、必要吐出回数Tnfを2回として算出される。
本実施形態の単位吐出量算出部117は、目標単位吐出量TPnfを次のようにして算出する。すなわち、単位吐出量算出部117は、複数回の燃料吐出における最初の目標単位吐出量TPnf、すなわち1回目の目標単位吐出量TPnf(1)を最大吐出量TPmaxと同じ量として算出する(TPnf(1)=TPmax)。そして、複数回の燃料吐出におけるそれ以降の目標単位吐出量TPnf、すなわち2回目の目標単位吐出量TPnf(2)を目標吐出量TPt(2)から最大吐出量TPmaxを減算した量と同じ量として算出する(TPnf(2)=TPt−TPmax)。
こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間におけるに対する高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、単位吐出量算出部117によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnesを算出する。この場合、必要時間Tnesは、目標単位吐出量TPnf(1)分の燃料を吐出する際にかかるリフト時間Ti(1)と、待機時間と、目標単位吐出量TPnf(2)分の燃料を吐出する際にかかるリフト時間Ti(2)との和に等しい時間となる。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する(図9(e)参照)。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int(2)以下であることから、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定するとともに、1回目の燃料吐出における単位吐出量TPn(1)を目標単位吐出量TPnf(1)と同じ量に設定し、2回目の燃料吐出における単位吐出量TPn(2)を目標単位吐出量TPnf(2)と同じ量に設定する。
その後、ポンプ駆動部119は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、ポンプ駆動部119は、燃料噴射の終了タイミングt919から上記準備時間が経過したタイミングt921において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に2回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt921から目標単位吐出量TPnf(1)に相当するリフト時間Ti(1)が経過するタイミングt922まで実行される。ポンプ駆動部119は1回目の燃料吐出を終了したタイミングt922から待機時間が経過したタイミングt923において2回目の燃料吐出を開始する。2回目の燃料吐出は、タイミングt923から目標単位吐出量TPnf(2)に相当するリフト時間Ti(2)が経過するタイミングt924まで実行される。1回目のリフト時間Ti(1)は、2回目のリフト時間Ti(2)よりも長い。
その後、図9(a)に示すように、燃料吐出が終了した後のタイミングt925において、要求燃料噴射量算出部106が次の燃料噴射における要求燃料噴射量Qt(3)を算出し、その後に燃料噴射が行われる。
このように、本実施形態では、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40からの燃料の吐出回数Tnと単位吐出量TPnとを、内燃機関10の運転状態と相関する要求燃料噴射量Qtに基づいて制御している。高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ吐出される燃料の量によっては、高圧燃料配管34内の燃料の圧力変動の大きさに変化が生じる。内燃機関10の運転状態に基づいて、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間の燃料ポンプの吐出回数Tnと単位吐出量TPnとを制御することで、目標吐出量TPt分の燃料を高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ吐出するときに、高圧燃料ポンプ40からの燃料の吐出による高圧燃料配管34内の燃料の圧力変動の影響を考慮しつつ、高圧燃料配管34における燃料の余剰や不足を生じ難くした燃料の供給を実現することができる。また、内燃機関10の運転状態に応じて燃料噴射と次の燃料噴射との間に複数回の燃料吐出を行うことができるため、高圧燃料ポンプ40における1回の燃料吐出において設計上実現可能な吐出量の最大値である設計最大吐出量に拘わらず、目標吐出量TPtに見合った量の燃料を高圧燃料配管34に供給することも可能になる。したがって、高圧燃料配管34における燃料圧力Prの制御性の向上に貢献できる。
(2−2)燃料吐出を複数回行うときに、最初の単位吐出量TPnを最大吐出量TPmaxと同じ量とし、それ以降の単位吐出量を最大吐出量TPmaxよりも少ない量としている。この場合、図9(c)に示すように、1回目の燃料吐出が終了したタイミングt922後において燃料圧力Prが大きく増大することでその燃料圧力の変動が大きくなる。一方で、その後の2回目の燃料吐出では、2回目の燃料吐出が終了したタイミングt924後において燃料圧力Prがそれほど上昇せず、燃料の圧力変動は1回目の燃料吐出に比して少なくなる。このように、燃料吐出が繰り返されたときの最後の燃料吐出による燃料の圧力変動の大きさを、最初の燃料吐出による燃料の圧力変動の大きさに比して小さくすることで、燃料の圧力変動における変動期の短縮化を図ることができる。
(第3実施形態)
燃料ポンプの制御装置の第3実施形態について、図10及び図11を参照して説明する。本実施形態では、高圧燃料ポンプ40の駆動態様が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、共通の符号を付して説明を省略する。
図10に示すように、燃料ポンプの制御装置300は、機能部として、目標回転速度算出部101、目標トルク算出部102、目標燃圧算出部103、燃圧偏差算出部104、噴射フィードバック量算出部105、要求燃料噴射量算出部106、噴射時間算出部107、噴射開始タイミング算出部108、及び燃料噴射弁駆動部109を有している。また、制御装置300は、目標スロットル開度算出部110、スロットル駆動部111、噴射間隔算出部112、吐出開始タイミング算出部113、目標吐出量算出部114、ポンプ特性学習部115、吐出回数算出部116、第1単位吐出量算出部301、駆動量設定部118、及び第1ポンプ駆動部302を有している。
目標回転速度算出部101、目標トルク算出部102、目標燃圧算出部103、燃圧偏差算出部104、噴射フィードバック量算出部105、要求燃料噴射量算出部106、噴射時間算出部107、噴射開始タイミング算出部108、及び燃料噴射弁駆動部109の機能は、第1実施形態のものと同様である。また、目標スロットル開度算出部110、スロットル駆動部111、噴射間隔算出部112、吐出開始タイミング算出部113、目標吐出量算出部114、ポンプ特性学習部115、吐出回数算出部116、及び駆動量設定部118の機能も第1実施形態のものと同様である。
第1単位吐出量算出部301は、第1実施形態における単位吐出量算出部117と同様の機能を有している。また、第1ポンプ駆動部302は、第1実施形態におけるポンプ駆動部119と同様の機能を有している。
噴射間隔算出部112、吐出開始タイミング算出部113、目標吐出量算出部114、ポンプ特性学習部115、吐出回数算出部116、第1単位吐出量算出部301、駆動量設定部118、及び第1ポンプ駆動部302によって、噴射間吐出制御実行部303が構成されている。噴射間吐出制御実行部303は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間の所定のタイミングで高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ燃料吐出を実行する噴射間吐出制御を実行する。
また、制御装置300は、個別制御実行部304及び制御切り替え部305を有している。
個別制御実行部304は、高圧燃料ポンプ40からの燃料の吐出を固定周期で繰り返し行う個別制御を実行する。個別制御では、燃料噴射弁15からの燃料噴射のタイミングとは無関係に燃料吐出が行われる。個別制御実行部304は、機能部として、吐出周期記憶部306、第2単位吐出量算出部307、及び第2ポンプ駆動部308を有している。
吐出周期記憶部306は、高圧燃料ポンプ40に通電制御を実行する際の通電周期を記憶している。本実施形態では、通電周期は、固定周期であって、噴射間吐出制御における高圧燃料ポンプ40の駆動周期よりも早い周期となるように予め実験やシミュレーションによって求められて記憶されている。
第2単位吐出量算出部307は、個別制御において高圧燃料ポンプ40から1回当たりに吐出される燃料量である単位吐出量TPnを算出する。第2単位吐出量算出部307は、単位吐出量TPnをバッテリ電圧が高いときには該バッテリ電圧が低いときに比べて多くなるように算出する。本実施形態では、単位吐出量TPnは最大吐出量TPmaxと同じ量に設定される。
第2ポンプ駆動部308は、第2単位吐出量算出部307によって算出された単位吐出量TPn、及び、吐出周期記憶部306に記憶されている通電周期に基づいて高圧燃料ポンプ40への通電制御を実行することにより、燃料噴射弁15からの燃料噴射のタイミングを考慮することなく、高圧燃料ポンプ40を駆動する。
制御切り替え部305は、個別制御の開始条件が成立したときに、高圧燃料ポンプ40の駆動制御を噴射間吐出制御から個別制御に切り替える。制御切り替え部305では、開始条件として、燃圧偏差算出部104によって算出された燃圧偏差ΔPが所定圧以上であることが設定されている。すなわち、燃圧偏差ΔPが所定圧以上であるときには、高圧燃料ポンプ40の駆動制御が個別制御に切り替えられ、燃圧偏差ΔPが所定圧未満であるときには、高圧燃料ポンプ40の駆動制御が噴射間吐出制御に切り替えられる。所定圧は、噴射間吐出制御を実行したときに燃料圧力Prが目標燃圧Ptまで上昇するまでに相応の時間(例えば数秒)がかかることとなるときの燃圧偏差ΔPと同じ値が設定されている。所定圧は、予め実験やシミュレーションによって求められて制御装置300に記憶されている。
本実施形態の作用及び効果について、図11を参照して説明する。本実施形態では、上記(1−1)、(1−2)、(1−3)、及び(1−4)と同様の作用及び効果に加えて以下の作用及び効果を得ることができる。なお、図11では、各タイミングを示す「t」と4桁の数字について、「t」と4桁の数字のうちの最初の2桁の数字「11」とについて記載を省略している。図11では、内燃機関10の始動時における燃料噴射弁15及び高圧燃料ポンプ40の駆動制御を例に説明する。
(3−1)図11(a)に示すように、内燃機関10の始動した直後のタイミングt1111では、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは低い状態となっている。そのため、内燃機関10を始動する際に算出される目標燃圧Ptと燃料圧力Prとの燃圧偏差ΔPは所定圧以上となる。そのため、図11(b)に示すように、制御切り替え部305は、高圧燃料ポンプ40の駆動制御を個別制御に設定する。
図11(c)に示すように、個別制御では、第2ポンプ駆動部308が、吐出周期記憶部306に記憶されている通電周期でもって、単位吐出量TPnが第2単位吐出量算出部307によって算出された単位吐出量TPnとなるように通電制御を行う。すなわち、第2ポンプ駆動部308は、タイミングt1111から単位吐出量TPnに相当するリフト時間Tiで高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出を繰り返し実行する。個別制御によって、燃料噴射弁15からの燃料噴射のタイミングを考慮することなく、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料が吐出される。
そのため、図11(a)に示すように、燃料圧力Prが目標燃圧Ptに向けて早期に上昇する。そして、燃料圧力Prが目標燃圧Ptと相応に近い圧力まで上昇すると、燃圧偏差ΔPが所定圧未満となったタイミングt1112において、図11(b)に示すように、制御切り替え部305は、高圧燃料ポンプ40の駆動制御を個別制御から噴射間吐出制御に切り替える。
噴射間吐出制御では、次のように高圧燃料ポンプ40を駆動する。
すなわち、図11(d)に示すように、内燃機関10の始動後において、燃料圧力Prが目標燃圧Ptまで増大すると、その後のタイミングt1113において燃料噴射弁15からの燃料噴射が実行される。こうした燃料噴射が繰り返し実行されることで、燃料圧力Prは減少する。
図11(e)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt1114)から収束時間が経過したタイミングt1115において目標吐出量TPt(1)を算出する。目標吐出量TPt(1)は、タイミングt1113からタイミングt1114までの燃料噴射における要求燃料噴射量Qt(1)と、燃圧偏差ΔPに基づいて算出される吐出フィードバック量TKに基づいて算出される。
こうして目標吐出量TPt(1)が算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPt(1)は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいた最大吐出量TPmax未満であることから必要吐出回数Tnfは1回として算出される。そして、第1単位吐出量算出部301は、目標吐出量TPt(1)を目標単位吐出量TPnfとして算出する(TPnf=TPt(1))。こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、第1単位吐出量算出部301によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=リフト時間Ti)を算出する。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する(図11(c)参照)。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int(1)以下であることから、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定し、各吐出における単位吐出量TPnを目標単位吐出量TPnfと同じ量に設定する。
その後、第1ポンプ駆動部302は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、第1ポンプ駆動部302は、燃料噴射の終了タイミングt1114から上記準備時間が経過したタイミングt1116において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に1回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt1116から目標単位吐出量TPnfに相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt1117まで実行される。これにより、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了後、次の燃料噴射が開始されるまでの間の所定のタイミングである吐出開始タイミングTsにおいて、高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出が行われる。図11(a)に示すように、こうした燃料吐出が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは増大する。
その後、図11(d)に示すように、タイミングt1118において、燃料噴射弁15からの燃料噴射が開始される。図11(a)に示すように、燃料噴射が実行されることにより、高圧燃料配管34内の燃料圧力Prは減少する。タイミングt1118からタイミングt1119における後の燃料噴射では、タイミングt1113からタイミングt1114における先の燃料噴射に比して多くの燃料が噴射される。そのため、燃料噴射が終了したタイミングt1119において、先の燃料噴射よりも燃料圧力が低下する。タイミングt119においては、燃料圧力Prと目標燃圧Ptとの燃圧偏差ΔPは所定値未満であることから、噴射間吐出制御が継続される。
図11(e)に示すように、目標吐出量算出部114は、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了タイミングFe(タイミングt1119)から収束時間が経過したタイミングt1120において目標吐出量TPt(2)を算出する。目標吐出量TPt(2)は、後の噴射における要求燃料噴射量Qt(2)と、燃圧偏差ΔPに基づいて算出される吐出フィードバック量TKに基づいて算出される。要求燃料噴射量Qt(2)は、要求燃料噴射量Qt(1)よりも多いことから、目標吐出量TPt(2)は、目標吐出量TPt(1)よりも多い値として算出されている。
目標吐出量TPt(2)が算出されると、吐出回数算出部116は、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に燃料を吐出する際の必要吐出回数Tnfを算出する。この例では、目標吐出量TPt(2)は、高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づいた最大吐出量TPmax以上であり最大吐出量TPmaxの2倍の量未満であるため、必要吐出回数Tnfを2回として算出される。そして、第1単位吐出量算出部301は、目標吐出量TPt(2)を「2」で減算した値を目標単位吐出量TPnfとして算出する(TPnf=TPt(2)/2)。こうして必要吐出回数Tnf及び目標単位吐出量TPnfが算出されると、駆動量設定部118は、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34への燃料の吐出回数Tn、及び各吐出における単位吐出量TPnを設定する。
駆動量設定部118はまず、ポンプ特性学習部115によって学習された高圧燃料ポンプ40の動作特性に基づき、第1単位吐出量算出部301によって設定された目標単位吐出量TPnf分の燃料吐出を必要吐出回数Tnfの数だけ行うために必要な必要時間Tnes(=2×リフト時間Ti+1×待機時間)を算出する。そして、必要時間Tnesと上記準備時間とを加算した時間を実行時間Tadとして算出する(図11(e)参照)。駆動量設定部118は、実行時間Tadが噴射間隔算出部112によって算出された噴射間隔Int(2)以下であることから、吐出回数Tnとして必要吐出回数Tnfと同じ数を設定し、各吐出における単位吐出量TPnを目標単位吐出量TPnfと同じ量に設定する。
その後、図11(c)に示すように、第1ポンプ駆動部302は、吐出開始タイミング算出部によって算出されている吐出開始タイミングTsから燃料吐出が実行されるように高圧燃料ポンプ40を駆動する。この場合、第1ポンプ駆動部302は、燃料噴射の終了タイミングt1119から上記準備時間が経過したタイミングt1121において、高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34に2回の燃料吐出を行う。燃料吐出は、タイミングt1121から目標単位吐出量TPnfに相当するリフト時間Tiが経過するタイミングt1122まで実行される。第1ポンプ駆動部302は1回目の燃料吐出を終了したタイミングt1122から待機時間が経過したタイミングt1123において2回目の燃料吐出を開始する。2回目の燃料吐出は、タイミングt1123からリフト時間Tiが経過するタイミングt1124まで実行される。1回目のリフト時間と2回目のリフト時間は等しい。このように、燃料噴射弁15からの燃料噴射の終了後、次の燃料噴射が開始されるまでの間の所定のタイミングである吐出開始タイミングTsにおいて、高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出が行われる。
また、タイミングt1125において内燃機関の運転状態が変化し、目標燃圧算出部103によって算出された目標燃圧Ptが増大したときには、これに伴い目標燃圧Ptと燃料圧力Prとの燃圧偏差ΔPが大きくなる。図11では、こうした目標燃圧Ptの増大に伴い、ΔPは所定圧以上となる。そのため、図11(b)に示すように、制御切り替え部305は、高圧燃料ポンプ40の駆動制御を噴射間吐出制御から個別制御に切り替える。その結果、図11(c)に示すように、タイミングt1125から、燃料圧力Prが目標燃圧Ptと相応に近い圧力まで上昇するまでは、第2ポンプ駆動部308が高圧燃料ポンプ40への通電制御を行う。個別制御では、上述したように、第2ポンプ駆動部308は、吐出周期記憶部306に記憶されている通電周期でもって、単位吐出量TPnが第2単位吐出量算出部307によって算出された単位吐出量TPnとなるように高圧燃料ポンプ40への通電制御を行う。これにより、図11(d)に示すような燃料噴射弁15からの燃料噴射のタイミングとは無関係に高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出が繰り返される。個別制御における高圧燃料ポンプ40の駆動周期は、噴射間吐出制御における高圧燃料ポンプ40の駆動周期よりも早い。噴射間吐出制御では、燃料噴射弁15からの燃料噴射のタイミングを挟んで実行される燃料吐出の開始の間隔(例えばタイミングt1116からタイミングt1121までの時間)が駆動周期となるのに対し、個別制御では断続的に実行される燃料吐出の開始の間隔(例えばタイミングt1125からタイミングt1126までの時間)が駆動周期となる。そのため、個別制御における燃料の吐出間隔は、噴射間吐出制御における燃料の吐出間隔よりも短い。このため、個別制御では、噴射間吐出制御に比して、高圧燃料配管34内への燃料の供給頻度を高めることができ、燃料圧力Prを目標燃圧Ptまで早期に上昇させることができる。
(3−2)本実施形態では、個別制御において単位吐出量TPnを、バッテリ電圧が高いときには該バッテリ電圧が低いときに比べて増大させるようにしている。そのため、個別制御によって固定周期で繰り返し燃料の吐出を行う場合、バッテリ電圧を考慮した適切な吐出量にて高圧燃料ポンプ40を駆動することが可能になる。
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第3実施形態では、制御切り替え部305は、燃圧偏差ΔPが所定圧以上であるときに開始条件が成立したとして、高圧燃料ポンプ40の駆動制御を個別制御に設定するようにした。開始条件はこれに限らない。例えば、燃圧偏差ΔPが所定圧以上であること、及び内燃機関10の始動時であることを開始条件としてもよい。この場合、燃圧偏差ΔPが所定圧以上であって、且つ内燃機関10の始動時であるときに個別制御に設定される。
また、制御切り替え部305は、燃圧偏差ΔPが所定圧以上であるか否かに拘わらず、内燃機関10の始動時であるときに個別制御に設定するといった構成を採用することも可能である。
・第3実施形態では、制御切り替え部305において高圧燃料ポンプ40の駆動制御を切り替えるための判定値として所定圧のみを用いる例を説明したが、駆動制御の切り替え態様はこれに限らない。すなわち、噴射間吐出制御から個別制御に切り替えるときの判定値と、個別制御から噴射間吐出制御に切り替えるときの判定値とが異なっていてもよい。この場合、例えば、燃圧偏差ΔPが第1所定圧以上であるときに噴射間吐出制御から個別制御に切り替えるとともに、燃圧偏差ΔPが第1所定圧よりも小さい第2所定圧未満となったときに個別制御から噴射間吐出制御に切り替えるといった構成を採用することができる。
・第3実施形態では、第2単位吐出量算出部307は、個別制御を実行しているときの単位吐出量TPnをバッテリ電圧が高いときには該バッテリ電圧が低いときに比べて多くなるように算出したが、こうした構成を省略することも可能である。すなわち、バッテリ電圧に関係なく、固定の吐出量を単位吐出量TPnとして算出することも可能である。
・上記各実施形態において、目標吐出量算出部114は、要求燃料噴射量Qt以外のパラメータに基づいて目標吐出量TPtを算出することも可能である。例えば、目標吐出量算出部114は、クランク角センサ95によって検出された内燃機関10の機関回転速度NEや負荷等に基づいて目標吐出量TPtを算出してもよい。こうした構成であっても、内燃機関の運転状態に基づいて目標吐出量TPtを算出することができる。なお、内燃機関10の機関回転速度NEに基づいて目標吐出量TPtを算出する場合、機関回転速度NEが高いときには、該機関回転速度NEが低いときに比して多くなるように目標吐出量TPtを算出することができる。また、内燃機関10の負荷に基づいて目標吐出量TPtを算出する場合、負荷が高いときには、該負荷が低いときに比して多くなるように目標吐出量TPtを算出すればよい。
また、目標吐出量算出部114は、目標吐出量TPtを算出するタイミングを適宜変更することも可能である。例えば、目標吐出量算出部114は、収束時間を考慮せずに、燃料噴射が終了したタイミングで目標吐出量TPtを算出することも可能である。
・上記各実施形態において、吐出回数算出部116は、目標吐出量TPt以外のパラメータに基づいて必要吐出回数Tnfを算出することも可能である。例えば、吐出回数算出部116は、クランク角センサ95によって検出された内燃機関10の機関回転速度NEや負荷に基づいて必要吐出回数Tnfを算出することも可能である。内燃機関10の機関回転速度NEに基づいて必要吐出回数Tnfを算出する場合、機関回転速度NEが高いときには、該機関回転速度NEが低いときに比して多くなるように必要吐出回数Tnfを算出することができる。また、内燃機関10の負荷に基づいて必要吐出回数Tnfを算出する場合、負荷が高いときには、該負荷が低いときに比して多くなるように必要吐出回数Tnfを算出することができる。
また、吐出回数算出部116では、内燃機関の運転状態に応じて必要吐出回数Tnfを算出するのではなく、予め設定されている固定の回数を必要吐出回数Tnfとして算出してもよい。この構成を採用する場合、上記実施形態と同様に、燃料吐出を行うときの実行時間Tadの上限を燃料噴射弁15における燃料の噴射間隔Intで制限する。これにより、内燃機関の運転状態に基づいて燃料の吐出回数Tnと単位吐出量TPnとを制御する。
以下では、必要吐出回数Tnfが固定値として算出される場合の吐出回数Tn及び単位吐出量TPnの設定態様について説明する。なお、以下の例では、必要吐出回数Tnfが3回に設定されている。
図12(a)に示すように、吐出回数算出部116では固定の回数として3回が設定されている。また、この例では、目標吐出量TPtは、最大吐出量TPmaxの1.5倍の量であり、燃料吐出を行うときの単位吐出量TPnは、最大吐出量TPmaxの半分の量(=1/2×TPmax)に設定されている。
図12(c)に示すように、タイミングt1211において開始される燃料吐出では、実行時間Tadが、図12(d)に示す燃料の噴射間隔Int(1)よりも短い。そのため、図12(b)に示すように吐出回数Tnとして3回が設定され、図12(c)に実線で示すように燃料吐出が行われる。
一方で、内燃機関の回転速度が高くなり、図12(d)に示すように噴射間隔Int(2)がInt(1)に比して短くなると、図12(c)に二点鎖線で示すように、タイミングt1212において開始される燃料吐出の実行時間Tadが燃料の噴射間隔Int(2)よりも長くなる。この場合、図12(b)に示すように噴射間隔Int(2)に基づいて、吐出回数Tn及び単位吐出量TPnが設定される。この例では、吐出回数Tnとして2回が設定され、単位吐出量TPnとして最大吐出量TPmaxの0.75倍の量が設定される。そして、図12(c)に実線で示すように、噴射間隔Int(2)に基づいて算出された吐出回数Tn及び単位吐出量TPnで燃料吐出が行われる。このように、必要吐出回数Tnfが固定の回数であっても、内燃機関10の運転状態に応じて変化する噴射間隔Intによって燃料吐出を行うときの実行時間Tadの上限を設定することができる。これにより、内燃機関10の運転状態に基づいて吐出回数Tnと単位吐出量TPnとが制御される。
・高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出の実行時間Tadの上限を、燃料噴射弁15における燃料の噴射間隔Intに応じて設定した場合、目標吐出量TPtよりも少ない量で燃料吐出が実行されることもある。そのため、上記各実施形態において、実行時間Tadの上限が制限されることで、該実行時間Tadが燃料の噴射間隔Intと同じになっている状況が所定時間継続して生じている場合には、燃料噴射のタイミングとは無関係に燃料吐出を実行する個別制御を実行するといった制御態様を採用してもよい。こうした構成を採用した場合、個別制御を実行して燃料圧力Prが相応に高まったときには、個別制御から噴射間吐出制御へと切り替えて、燃料噴射のタイミングに基づいて燃料吐出を行うようにすればよい。こうした構成では、実行時間Tadの上限が制限される構成を採用した場合であっても高圧燃料配管34内の燃料圧力Prの低下を抑えることができる。
・上記各実施形態において高圧燃料ポンプ40からの燃料吐出の実行時間Tadの上限を、燃料噴射弁15における燃料の噴射間隔Intに応じて設定しない構成としてもよい。
・高圧燃料ポンプ40の動作特性は必ずしも学習する必要はない。
・上記各実施形態では、吐出回数Tnを1回または2回に設定した例を説明したが、吐出回数Tnは3回以上に設定してもよいことはいうまでもない。
・燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間における高圧燃料ポンプ40から高圧燃料配管34へ複数回の燃料吐出を行う場合における単位吐出量TPnの設定態様は上記各実施形態のものに限らない。例えば、複数回の燃料吐出のうち最後の燃料吐出における単位吐出量TPnを高圧燃料ポンプ40の最大吐出量TPmaxと同じ量とし、複数回の燃料吐出のうちの最後の燃料吐出を除く他の燃料吐出における単位吐出量TPnを最大吐出量TPmaxよりも少ない量としてもよい。また、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間に3回以上の燃料吐出を行う場合には、複数回の燃料吐出のうち最初と最後の燃料吐出における単位吐出量TPnを高圧燃料ポンプ40の最大吐出量TPmaxよりも少ない量とし、複数回の燃料吐出のうちの最初と最後の燃料吐出を除く他の燃料吐出における単位吐出量TPnを最大吐出量TPmaxと同じ量としてもよい。さらには、複数回の燃料吐出のうち、タイミングの遅い燃料吐出ほど単位吐出量TPnが少なくなるようにしてもよいし、タイミングの遅い燃料吐出ほど単位吐出量TPnが多くなるようにしてもよい。また、複数回の燃料吐出における各単位吐出量TPnを高圧燃料ポンプ40の最大吐出量TPmaxよりも少ない量とし、且つ各々の単位吐出量TPnが異なる量となるように設定することも可能である。
・噴射開始タイミング算出部108は、圧縮上死点よりも前の所定のクランク角となる固定のタイミングを噴射開始タイミングFsとして算出したが、噴射開始タイミングFsを固定のタイミングではなく内燃機関10の運転状態に応じて設定することも可能である。例えば、噴射開始タイミング算出部108は、要求燃料噴射量算出部106によって算出された要求燃料噴射量Qtと、噴射時間算出部107によって算出された噴射時間Fiと、クランク角センサ95によって検出された機関回転速度NEとに基づいて各燃料噴射弁15から燃料噴射を開始するタイミングである噴射開始タイミングFsを算出することも可能である。この場合、燃料噴射弁15における各々の噴射開始タイミングFsは、該燃料噴射弁15が配置されている気筒の点火タイミングまでに要求燃料噴射量Qt分の燃料噴射が完了するように算出すればよい。
・上記各実施形態において、吐出開始タイミング算出部113は、燃料噴射の終了タイミングFeから所定の準備時間が経過したタイミングを吐出開始タイミングTsとして算出した。吐出開始タイミングTsの算出は適宜変更が可能である。例えば、燃料噴射の終了タイミングFeから収束時間が経過したタイミングを吐出開始タイミングTsとして算出してもよい。この場合、目標吐出量算出部114によって目標吐出量TPtが算出されるタイミングと同じタイミングで燃流の吐出が実行される。また、燃料噴射の終了タイミングFeよりも前に目標吐出量TPtが算出される構成においては、準備時間を考慮せずに燃料噴射の終了タイミングFeを吐出開始タイミングTsとして算出することも可能である。この場合には、燃料噴射が終了したタイミングで燃料吐出が開始される。また、吐出開始タイミング算出部113は、燃料噴射が開始されてから終了するまでの燃料の噴射期間内のタイミングを吐出開始タイミングTsとして算出することも可能である。
・上記各実施形態では、噴射間隔Intを、燃料噴射が終了してから次の燃料噴射が開始するまでの時間として算出した。噴射間隔Intの算出態様はこれに限らない。例えば、燃料噴射が開始してから次の燃料噴射が開始するまでの時間、燃料噴射が開始してから次の燃料噴射が終了するまでの時間、及び燃料噴射が終了してから次の燃料噴射が終了するまでの時間を噴射間隔Intとして算出してもよい。
・上記各実施形態では、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間を、燃料噴射が終了してから次の燃料噴射が開始されるまでの間とした例を説明したが、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間とはこれだけを意味するものに限らない。すなわち、燃料噴射弁15からの燃料噴射と次の燃料噴射との間とは、燃料噴射が終了してから次の燃料噴射が終了するまでの間、燃料噴射が開始してから次の燃料噴射が開始するまでの間、燃料噴射が開始してから次の燃料噴射が終了するまでの間などを含む概念である。
・高圧燃料ポンプ40によって燃料タンク31内の燃料を吸引するようにしてもよい。この場合、低圧燃料ポンプ32や低圧燃料配管33は省略できる。
・高圧燃料ポンプ40の構成は適宜変更が可能である。例えば、プランジャ75を、磁性素材とは異なる素材によって構成されていてシリンダ57に挿通されている丸棒部と、該丸棒部の一端に連結されていて磁性素材からなる磁性部とから構成する。そして、該磁性部をコイル85に通電することで発生する磁界によって移動させることにより、プランジャ75を変位させて加圧室78の容積を変化させるといった構成を採用することも可能である。また、プランジャ75に凸条75Bを設けない構成とすることも可能である。要は、通電を行うことによってプランジャ75を往復動させることが可能であり、プランジャ75を往復動させることで燃料を吸引する吸引機能と、吸引した燃料を加圧して吐出する吐出機能とを果たす燃料ポンプであれば、上記各実施形態と同様の燃料ポンプの制御装置を適用することができる。
・燃料ポンプの制御装置100,300は、燃料噴射弁15の駆動を制御する機能やスロットルバルブ21の駆動を制御する機能を有していた。燃料ポンプの制御装置100,300とは異なる制御部にこれらの機能を持たせることは可能である。この場合、制御装置100,300と制御部とを通信可能な構成とし、互いに必要な情報を送受信させることで、上記各実施形態と同様に燃料ポンプの駆動を制御することができる。