JP7054712B2 - 内燃機関の燃料圧力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に供給される燃料の圧力を制御する内燃機関の燃料圧力制御装置に関する。

一般に、燃料噴射弁から燃焼室に燃料を直接、噴射するタイプの内燃機関では、高圧燃料ポンプで燃料を加圧・吐出し、燃料噴射弁側のデリバリパイプに供給するように構成されている。この場合、デリバリパイプ内の燃料の圧力（以下「燃圧」という）は、高圧燃料ポンプの燃料吐出量を調整することにより、燃焼室内の圧力に抗して燃料を噴射できるように設定された目標燃圧に制御される。また、内燃機関の始動時には、その立ち上がり（完爆）をできるだけ早めるために、燃料吐出量を増加することにより、燃圧を目標燃圧に向かって迅速に上昇させる。このため、燃圧が目標燃圧を大きく上回るオーバーシュートが発生することがあり、その場合には、燃圧がリリーフ開弁圧を上回り、リリーフ弁が開弁し、燃圧が大きく低下することによって、始動不能になり、始動性が悪化するおそれがある。

このような不具合を解消することを意図した従来の燃料圧力制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この燃料圧力制御装置では、高圧燃料ポンプは、電磁弁から成るスピル制御弁を備えており、スピル制御弁の通電デューティ比が高いほど、燃料吐出量がより大きくなるように構成されている。そして、内燃機関の始動時には、スピル制御弁の通電デューティ比が１００％よりも小さい所定の上限値に制限される。これにより、燃料吐出量及び燃圧の上昇が抑制されることによって、燃圧のオーバーシュートが防止される。

特開２００１－２９５７２５号公報

上述した従来の燃料圧力制御装置では、内燃機関の始動時における燃圧のオーバーシュートを防止することは可能である。しかし、燃料吐出量の抑制によって燃圧の上昇が抑制されるため、燃圧が目標燃圧に到達するまでに長い時間を要する。その結果、燃料噴射弁からの燃料の噴射タイミングが遅くなることで、内燃機関の立ち上がりが遅くなってしまい、良好な始動性を確保することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の始動時における燃料の圧力のオーバーシュートを防止するとともに、内燃機関の立ち上がりを早めることによって、良好な始動性を確保することができる内燃機関の燃料圧力制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃料噴射弁４に供給される燃料の圧力ＰＦ（実施形態における（以下、本項において同じ）燃圧ＰＦ）を制御する内燃機関の燃料圧力制御装置であって、内燃機関３を駆動源とし、加圧した燃料を燃料噴射弁４側に吐出する燃料ポンプ（高圧燃料ポンプ２０）と、内燃機関３の始動中、クランキングの開始時から途中の所定のタイミングまでの間、燃料ポンプの燃料吐出量ＱＦＰを、燃料の昇圧用の所定値（最大値ＱＭＡＸ）に設定する昇圧制御を実行する昇圧制御手段（ＥＣＵ２、図４のステップ３、４）と、昇圧制御に引き続き、燃料吐出量ＱＦＰを所定値よりも小さい上限値ＱＬＭＴによって制限する制限制御を実行する制限制御手段（ＥＣＵ２、ステップ８～１１）と、を備え、燃料の圧力ＰＦを検出する燃料圧力検出手段（燃圧センサ４１）と、燃料の圧力ＰＦが所定のリリーフ開弁圧ＰＲＦに達したときに開弁し、燃料の圧力ＰＦを逃がすリリーフ弁１８と、所定のタイミングにおいて検出された燃料の圧力ＰＦとリリーフ開弁圧ＰＲＦとの関係に基づき、上限値ＱＬＭＴを設定する上限値設定手段（ＥＣＵ２、ステップ９）と、をさらに備えることを特徴とする。

この燃料圧力制御装置では、内燃機関を駆動源とする燃料ポンプが、燃料を加圧し、燃料噴射弁側に吐出する。内燃機関の始動中、クランキングの開始時から途中の所定のタイミングまでの間、昇圧制御が実行されることによって、燃料ポンプの燃料吐出量は、昇圧用の所定値に設定される。これにより、燃料の圧力が迅速に上昇し、最終的に、燃料噴射弁からの燃料の噴射に必要な目標値に早期に到達することによって、燃料の噴射のタイミングを早め、それにより内燃機関の立ち上がり（完爆）を早めることができる。

また、昇圧制御に引き続き、制限制御が実行されることによって、燃料吐出量は、上記昇圧制御の場合の所定値よりも小さい上限値に制限される。これにより、昇圧制御の後、燃料圧力がより緩やかに上昇し、目標値を大きく超えることがなくなることによって、始動時における燃料圧力のオーバーシュートを防止でき、上記の内燃機関の立ち上がりの早期化と相まって、良好な始動性を確保することができる。
さらに、制限制御において燃料吐出量を制限する上限値は、検出された燃料圧力とリリーフ開弁圧との関係に基づいて設定される。また、燃料圧力として、所定のタイミングにおいて検出された燃料圧力を用いるので、制限制御への移行時における実際の燃料圧力を反映させながら、例えば、燃料圧力がリリーフ開弁圧を超えないように、上限値を適切に設定でき、それにより、制限制御における燃料吐出量の制限を適切に行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置において、燃料噴射弁４から燃料を噴射するのに必要な燃料の圧力ＰＦの目標値として、目標燃料圧力（目標燃圧ＰＦＣＭＤ）が設定されており、所定のタイミングは、検出された燃料の圧力ＰＦが目標燃料圧力の付近（しきい値ＰＦＲＥＦ）に達したタイミングであることを特徴とする。

この構成によれば、燃料噴射弁からの燃料の噴射に必要な燃料の圧力の目標値として、目標燃料圧力が設定されており、検出された燃料圧力が目標燃料圧力の付近に達するまで、昇圧制御が実行され、その後、制限制御が実行される。これにより、実際の燃料圧力と目標燃料圧力との関係に応じた適切なタイミングで、昇圧制御と制限制御を切り替えることができる。したがって、請求項１の効果である、内燃機関の立ち上がりの早期化と燃料圧力のオーバーシュートの防止を、バランス良く実現することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置において、内燃機関３の回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出する回転数検出手段（クランク角センサ４２）をさらに備え、制限制御手段は、検出された内燃機関３の回転数ＮＥが所定の回転数（アイドル回転数ＮＥＩＤＬ）に達したとき（ステップ１：ＹＥＳ）、又は内燃機関３の始動の開始時から所定期間が経過したときに、制限制御を終了すること（ステップ１２）を特徴とする。

内燃機関の回転数が所定の回転数に達したときには、内燃機関が立ち上がっていることから、燃料噴射弁からの燃料の噴射がすでに行われていて、燃料圧力のオーバーシュートのおそれはないと推定される。また、内燃機関の始動の開始時から所定期間が経過したときにも、同様に、燃料噴射がすでに行われ、燃料圧力のオーバーシュートのおそれはないと推定される。この構成によれば、これらの２つの条件のいずれかが成立したときに、制限制御を終了するので、燃料圧力の不要な抑制を回避することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の燃料圧力制御装置において、内燃機関３の始動の開始時における燃料の圧力の状態を判定する圧力状態判定手段（ＥＣＵ２、ステップ６、７）をさらに備え、制限制御手段は、燃料の圧力が高い状態にあると判定されることを条件として、制限制御を実行すること（ステップ６～８）を特徴とする。

内燃機関の始動の開始時における燃料の圧力が高い状態では、その目標値との圧力差が比較的小さいため、オーバーシュートが発生しやすい。この構成によれば、燃料の圧力が高い状態にあることを条件とすることにより、オーバーシュートが発生しやすい状況においてのみ、制限制御を有効に実行することができる。

本発明を適用した内燃機関の燃料供給装置を概略的に示す図である。 燃料圧力制御装置をその入出力デバイスとともに示すブロック図である。 高圧燃料ポンプを概略的に示す図である。 ＥＣＵによって実行される燃料圧力制御処理を示すフローチャートである。 図４の燃料圧力制御処理によって得られる動作例を、比較例とともに示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、例えば車両（図示せず）用のガソリンエンジンであり、４つの気筒３ａ（＃１～＃４）を有する。エンジン３には、気筒３ａごとに燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４及び点火プラグ５（図２参照）が設けられるとともに、各インジェクタ４に燃料を供給する燃料供給装置１が設けられている。

エンジン３は、インジェクタ４から気筒３ａの燃焼室内に燃料を直接、噴射する筒内噴射式のものであり、気筒３ａ内に生成された混合気は、点火プラグ５によって点火される。インジェクタ４の開閉は、後述するＥＣＵ２（図２参照）からの制御信号によって制御され、それにより、開弁タイミングに応じて燃料噴射時期が、開弁時間によって燃料噴射量が、それぞれ制御される。この場合、インジェクタ４の燃料噴射時期は、吸気行程から圧縮行程までの期間における所定のタイミングに制御される。なお、図２では、便宜上、インジェクタ４及び点火プラグ５は、代表的に１つのみ示されている。

燃料供給装置１は、燃料を貯留する燃料タンク１１と、燃料タンク１１内に設けられた低圧燃料ポンプ１２と、高圧燃料ポンプ２０を備えている。

低圧燃料ポンプ１２は、ＥＣＵ２により制御される電動タイプのものであり、エンジン３の運転中、常に駆動される。低圧燃料ポンプ１２には、燃料吸込路１３、低圧燃料通路１４及び燃料戻し路１５が接続されている。低圧燃料ポンプ１２は、燃料タンク１１内の燃料を、燃料吸込路１３を介して吸い込み、所定の低圧のフィード圧まで昇圧した後、低圧燃料通路１４に吐出する。低圧燃料ポンプ１２の余分の燃料は、燃料戻し路１５を介して燃料タンク１１に戻される。また、低圧燃料通路１４の下流側端部には、高圧燃料ポンプ２０が接続されており、低圧燃料ポンプ１２から低圧燃料通路１４に吐出された低圧の燃料は、高圧燃料ポンプ２０に供給される。

高圧燃料ポンプ２０は、エンジン３を駆動源とし、その動力によって駆動されるものであり、デリバリパイプ１６に接続されている。高圧燃料ポンプ２０は、低圧燃料ポンプ１２から供給された低圧の燃料をさらに加圧し、デリバリパイプ１６に吐出する。高圧燃料ポンプ２０の構成及び動作の詳細については、後述する。

デリバリパイプ１６には、前述した４つのインジェクタ４が並列に設けられている。高圧燃料ポンプ２０からデリバリパイプ１６に吐出された高圧の燃料は、各インジェクタ４に供給され、インジェクタ４の開弁に伴い、対応する気筒３ａ内に噴射される。さらに、デリバリパイプ１６には、その内部の燃料の圧力（以下「燃圧」という）ＰＦを検出する燃圧センサ３１が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、燃料供給装置１は、高圧燃料ポンプ２０をバイパスするバイパス管１７を備えており、バイパス管１７には、リリーフ弁１８が設けられている。リリーフ弁１８は、機械式のものであり、デリバリパイプ１６内の燃圧ＰＦが所定のリリーフ開弁圧ＰＲＦ（例えば２２Ｍｐａ）に達したときに開弁し、燃料を低圧燃料通路１４側に逃がすことによって、燃圧ＰＦをリリーフ開弁圧ＰＲＦを超えないように制限する。

図３に示すように、高圧燃料ポンプ２０は、加圧室２１内に摺動自在に配置され、ポンプ駆動カム２２に係合するプランジャ２３と、プランジャ２３をポンプ駆動カム２２側に付勢するばね２４を備えている。ポンプ駆動カム２２は、エンジン３の排気カムシャフト６に一体に設けられている。以上の構成と、ポンプ駆動カム２２が周方向に等間隔の２つのカム山２２ａ、２２ａを有することから、プランジャ２３は、排気カムシャフト６が１回転するごとに、加圧室２１内を均等な周期で２往復する。

また、高圧燃料ポンプ２０には、加圧室２１に連通する吸入口２５及び吐出口２６が形成されている。吸入口２５は、低圧燃料通路１４を介して低圧燃料ポンプ１２に接続され、吐出口２６はデリバリパイプ１６に接続されている。

加圧室２１と吐出口２６の間には、チェック弁２７が設けられている。チェック弁２７は、弁体２７ａと、弁体２７ａを加圧室２１側に付勢するばね２７ｂで構成されている。チェック弁２７は、加圧室２１内の燃料の圧力がデリバリパイプ１６の燃圧ＰＦよりも大きくなったときに開弁し、吐出口２６からの燃料の吐出を許容する一方、他の場合には閉弁し、加圧室２１への燃料の逆流を阻止する。

また、加圧室２１と吸入口２５の間には、スピル制御弁２８が設けられている。スピル制御弁２８は、電磁弁で構成されており、ソレノイド２９と、先端に弁体３１を有し、ソレノイド２９によって駆動されるプランジャ３０と、プランジャ３０を加圧室２１側に付勢するばね３２などで構成されている。スピル制御弁２８は、常開型のものであり、ソレノイド２９の非励磁時には、ばね３２の付勢力によって開弁状態に維持され、吸入口２５を開放する一方、通電によりソレノイド２９が励磁されたときに閉弁し、吸入口２５を閉鎖する。

以上の構成の高圧燃料ポンプ２０では、ポンプ駆動カム２２及びばね２４によるプランジャ２３の下降中（加圧室２１からの退避中）、スピル制御弁２８が開弁状態に制御されることにより、燃料が低圧燃料ポンプ１２側から低圧燃料通路１４及び吸入口２５を介して、加圧室２１に吸入される。一方、プランジャ２３の上昇中、スピル制御弁２８が通電によって閉弁することにより、加圧室２１内の燃料が加圧され、その圧力が上昇する。そして、加圧室２１内の燃料の圧力がデリバリパイプ１６の燃圧ＰＦを超えたときに、チェック弁２７が開弁することによって、加圧室２１内の燃料が、吐出口２６を介してデリバリパイプ１６に吐出される。

また、プランジャ２３の上昇時、その途中までスピル制御弁２８を開弁状態に維持し、その後に閉弁した場合には、加圧室２１内の燃料は、スピル制御弁２８が閉弁するまでは、開放された吸入口２５を通り、低圧燃料通路１４及び燃料戻し路１５を介して、燃料タンク１１に還流される。以下、このような高圧燃料ポンプ２０に一旦、吸入された燃料の低圧側への還流を「スピル」という。また、スピル制御弁２８が閉弁した後には、その閉弁タイミングに応じ、加圧室２１内の燃料の圧力がデリバリパイプ１６の燃圧ＰＦを上回った時点で、燃料が吐出される。

このプランジャ２３の上昇時におけるスピル制御弁２８の閉弁タイミングは、ソレノイド２９への通電デューティ比ＤＴＳＣ（全体期間に占める通電期間の割合）によって制御され、それにより、デリバリパイプ１６への燃料吐出量ＱＦＰ及びデリバリパイプ１６の燃圧ＰＦが制御される。

例えば、通電デューティ比ＤＴＳＣが１００％のときには、スピル制御弁２８の閉弁タイミングが最も早くなり、その結果、燃料吐出量ＱＦＰが最大になり、それに応じて燃圧ＰＦの上昇速度が最大になる。一方、通電デューティ比ＤＴＳＣが小さいほど、スピル制御弁２８の閉弁タイミングはより遅くなり、その結果、燃料吐出量ＱＦＰ及び燃圧ＰＦの上昇速度はより小さくなる。

また、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ４２が設けられている（図２参照）。クランク角センサ４２は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば３０゜）ごとに発生する。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいてエンジン３のピストン（図示せず）が吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近にあることを表す信号である。本実施形態では、エンジン３が４つの気筒３ａを有するため、ＴＤＣ信号は、クランク角度１８０°ごとに発生する。

さらに、ＥＣＵ２には、水温センサ４３から、エンジン３の冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が入力され、アクセル開度センサ４４から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が入力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。ＥＣＵ２は、前述したセンサ４１～４４からの検出信号などに応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、インジェクタ４による燃料噴射や点火プラグ５による点火時期の制御を含むエンジン制御を実行する。本実施形態では特に、高圧燃料ポンプ２０を介して燃圧ＰＦを制御する燃料圧力制御を実行する。

図４は、この燃料圧力制御処理を示す。この処理は、エンジン３の運転中、その始動の開始時から通常運転時に至るまで、ＣＲＫ信号の発生に同期して、繰り返し実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、検出されたエンジン回転数ＮＥが所定のアイドル回転数ＮＥＩＤＬ以上であるか否かを判別する。

このステップ１の答えがＮＯで、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数ＮＥＩＤＬに達していないときには、クランキング中であるとして、ステップ２に進み、検出された燃圧ＰＦが所定のしきい値ＰＦＲＥＦ以上であるか否かを判別する。このしきい値ＰＦＲＥＦは、始動時の目標燃圧ＰＦＣＭＤ（例えば１６Ｍｐａ）の付近に、具体的には、目標燃圧ＰＦＣＭＤから比較的小さい所定値を差し引いた値に設定されている。

このステップ２の答えがＮＯで、燃圧ＰＦがしきい値ＰＦＲＥＦに達していないときには、昇圧制御を実行する。具体的には、高圧燃料ポンプ２０の燃料吐出量ＱＦＰを所定の最大値ＱＭＡＸに設定する（ステップ３）とともに、この最大値ＱＭＡＸを実現するために、スピル制御弁２８の通電デューティ比ＤＴＳＣをフルスピル値ＤＦＵＬＬ（＝１００％）に設定し（ステップ４）、本処理を終了する。このような燃料吐出量ＱＦＰ及び通電デューティ比ＤＴＳＣの設定により、昇圧制御中、燃圧ＰＦは最大速度で上昇する。

一方、前記ステップ２の答えがＹＥＳで、燃圧ＰＦがしきい値ＰＦＲＥＦに達したときには、制限制御フラグＦ＿ＬＭＴが「１」であるか否を判別する（ステップ５）。本処理がステップ５に初めて移行した場合には、その答えがＮＯになり、それに応じてステップ６を実行する。このステップ６では、エンジン３の停止時間（前回の停止時から今回の始動開始時までの時間）ＴＭＳＫが、所定時間ＴＭＲＥＦ（例えば８時間）以上であるか否を判別する。

このステップ６の答えがＹＥＳで、エンジン３の停止時間ＴＭＳＫが比較的長いときには、今回の始動時までに燃圧ＰＦが十分に低下していることで、始動に伴う燃圧ＰＦのオーバーシュートが発生するおそれはないと推定される。このため、後述する制限制御を実行しないものとして、前記ステップ３及び４に進み、燃料吐出量ＱＦＰを最大値ＱＭＡＸに、通電デューティ比ＤＴＳＣをフルスピル値ＤＦＵＬＬにそれぞれ設定し、本処理を終了する。

一方、前記ステップ６の答えがＮＯのときには、ステップ７において、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦ以上であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、燃料の温度が低いことにより燃圧ＰＦが比較的低い状態にあることで、始動に伴う燃圧ＰＦのオーバーシュートが発生するおそれはないと推定される。このため、この場合にも、燃圧ＰＦの制限制御を実行しないものとして、前記ステップ３及び４を実行する。

一方、ステップ７の答えがＹＥＳのときには、エンジン３の停止時間ＴＭＳＫが短く、かつ燃料の温度が高いために、燃圧ＰＦが比較的高い状態にあることで、始動に伴う燃圧ＰＦのオーバーシュートが発生するおそれがあるとして、その発生を防止するために、ステップ８以降において、制限制御を実行する。

具体的には、まずステップ８において、制限制御中であることを表すために、制限制御フラグＦ＿ＬＭＴを「１」にセットする。次に、高圧燃料ポンプ２０の燃料吐出量の上限値ＱＬＭＴを、次式（１）によって算出する（ステップ９）。
ＱＬＭＴ ＝ ΔＰ・Ｖ／Ｋ ・・・（１）
ここで、ΔＰは燃圧変化量であり、リリーフ開弁圧ＰＲＦと燃圧ＰＦとの差（＝ＰＲＦ－ＰＦ）として算出される。Ｖはデリバリパイプ１６の容量、Ｋは燃料の体積弾性係数である。

また、式（１）は、液体に関する圧力、容積及び体積の関係式である次式（２）に基づいており、式（２）を燃料体積変化量ΔＱについて表した式（３）を得るとともに、ΔＱを燃料吐出量の上限値ＱＬＭＴに置き換えたものである。
ΔＰ ＝ （ΔＱ／Ｖ）・Ｋ ・・・（２）
ΔＱ：燃料体積変化量
ΔＱ ＝ ΔＰ・Ｖ／Ｋ ・・・（３）
したがって、式（１）で算出される上限値ＱＬＭＴは、現時点から燃圧ＰＦがリリーフ開弁圧ＰＲＦに達するまでに、高圧燃料ポンプ２０が１回の動作ごとに吐出することが可能な燃料量の限界値を意味する。

図４に戻り、ステップ１０では、ステップ９で算出された上限値ＱＬＭＴを、燃料吐出量ＱＦＰとして設定する。次に、ステップ１１において、燃料吐出量ＱＦＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、スピル制御弁２８の通電デューティ比ＤＴＳＣを算出し、本処理を終了する。

また、上記のステップ８が実行された後には、ステップ３の答えがＹＥＳになり、その場合には、ステップ６～９をスキップして、ステップ１０及び１１を実行することによって、燃料吐出量ＱＦＰを上限値ＱＬＭＴに設定するとともに、燃料吐出量ＱＦＰに応じて通電デューティ比ＤＴＳＣを算出する。

一方、前記ステップ１の答えがＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数ＮＥＩＤＬに達したときには、クランキングが完了し、エンジン３が立ち上がった（完爆した）として、制限制御フラグＦ＿ＬＭＴを「０」にリセットし（ステップ１２）、制限制御を終了するとともに、通常制御に移行する。

この通常制御では、まず目標燃圧ＰＦＣＭＤを算出する（ステップ１３）。この目標燃圧ＰＦＣＭＤの算出は、例えば、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって行われる。また、要求トルクＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ及び検出されたアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。

次のステップ１４では、燃圧ＰＦと目標燃圧ＰＦＣＭＤに応じ、燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦＣＭＤになるようにフィードバック制御によって、スピル制御弁２８の通電デューティ比ＤＴＳＣを算出し、本処理を終了する。

図５は、これまでに説明した図４の燃料圧力制御処理によって得られる動作例（実線）を、比較例（点線）とともに示している。比較例は、特許文献１に記載されるように、スピル制御弁の通電デューティ比及び燃料吐出量の制限を、内燃機関の始動の開始時から行うものである。

この例では、時点ｔ１において、始動（クランキング）が開始されている。この始動の開始時から燃圧ＰＦがしきい値ＰＦＲＥＦに達する（時点ｔ２）までは、図４のステップ２の答えがＮＯになり、燃圧ＰＦの昇圧制御が実行される。昇圧制御では、燃料吐出量ＱＦＰが最大値ＱＭＡＸに設定され（ステップ３）、通電デューティ比ＤＴＳＣがフルスピル値ＤＦＵＬＬに設定される（ステップ４）ことによって、燃圧ＰＦが急速に上昇する。

燃圧ＰＦがしきい値ＰＦＲＥＦに達すると（時点ｔ２）、制限制御フラグＦ＿ＬＭＴが「１」にセットされ（ステップ８）、燃圧ＰＦの制限制御が開始される。制限制御では、式（１）で算出された上限値ＱＬＭＴによって、燃料吐出量ＱＦＰが制限されるとともに、制限された燃料吐出量ＱＦＰに応じて、通電デューティ比ＤＴＳＣが算出される（ステップ９～１１）。これにより、燃圧ＰＦの上昇速度が小さくなり、燃圧ＰＦは、時点ｔ３において目標燃圧ＰＦＣＭＤに達する。これに伴い、インジェクタ４から燃料が噴射され、燃焼が行われることで、エンジン回転数ＮＥがさらに上昇する。

その後、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数ＮＥＩＤＬに達すると（時点ｔ４）、エンジン３が立ち上がったとして、制限制御フラグＦ＿ＬＭＴが「０」にリセットされ（ステップ１２）、制限制御が終了するとともに、燃圧ＰＦの通常制御が開始される。この通常制御では、燃圧ＰＦがエンジン３の運転状態に応じて設定された目標燃圧ＰＦＣＭＤになるように、通電デューティ比ＤＴＳＣがフィードバック制御によって算出される（ステップ１３～１４）。

これに対し、比較例では、スピル制御弁の通電デューティ比及び燃料吐出量の制限が、エンジンの始動開始時から行われるため、点線で示すように、燃圧ＰＦの上昇速度が抑制される。その結果、燃圧ＰＦのオーバーシュートは発生しないものの、目標燃圧ＰＦＣＭＤに達するタイミングが遅くなり（時点ｔ５）、エンジンの立ち上がりが遅れてしまう。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン３の始動中、クランキングの開始時から燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦＣＭＤよりも若干小さいしきい値ＰＦＲＥＦに達するまで、燃圧ＰＦの昇圧制御を実行することによって、スピル制御弁２８の通電デューティ比ＤＴＳＣをフルスピル値ＤＦＵＬＬに設定し、高圧燃料ポンプ２０の燃料吐出量ＱＦＰを最大値ＱＭＡＸに制御することで、燃圧ＰＦの上昇速度を最大限に制御する。これにより、燃圧ＰＦが、クランキングの開始時から迅速に上昇し、目標燃圧ＰＦＣＭＤに早期に到達することによって、インジェクタ４からの燃料の噴射タイミングを早め、それによりエンジン３の立ち上がりを早めることができる。

また、昇圧制御に引き続いて制限制御を実行し、燃料吐出量ＱＦＰを上限値ＱＬＭＴで制限することで、燃圧ＰＦの上昇速度を抑制する。これにより、燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦＣＭＤを大きく超えてリリーフ開弁圧ＰＲＦに達するオーバーシュートを防止でき、したがって、上記のエンジン３の立ち上がりの早期化と相まって、良好な始動性を確保することができる。

また、燃料吐出量ＱＦＰを制限する上限値ＱＬＭＴを、式（１）により、制限制御への移行時に検出された燃圧ＰＦとリリーフ開弁圧ＰＲＦとの関係に基づいて設定するので、この時点での実際の燃圧ＰＦを反映させながら、燃圧ＰＦがリリーフ開弁圧ＰＲＦを超えないように、上限値ＱＬＭＴを適切に設定でき、それにより、制限制御における燃料吐出量ＱＦＰの制限を適切に行うことができる。

さらに、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数ＮＥＩＤＬに達したときには、インジェクタ４からの燃料の噴射がすでに行われており、燃圧ＰＦのオーバーシュートのおそれがないと推定して、制限制御を終了するので、燃圧ＰＦの不要な抑制を回避することができる。

また、エンジン３の停止時間ＴＭＳＫが所定時間ＴＭＲＥＦよりも短いという条件、及びエンジン温度ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦ以上であるという条件が成立している場合に限り、制限制御を実行するので、エンジン３の始動開始時の燃圧ＰＦが高く、オーバーシュートが発生しやすい状況においてのみ、制限制御を有効に行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、エンジン３の始動の開始後、燃圧ＰＦが目標燃圧ＰＦによりも若干小さいしきい値ＰＦＲＥＦに達したタイミングを所定のタイミングとして、昇圧制御から制限制御への切替えを行っている。この所定のタイミングは、エンジン３の早期の立ち上がりと燃圧ＰＦのオーバーシュートが達成される限り、任意に設定できる。例えば、上記のしきい値ＰＦＲＥＦは、目標燃圧ＰＦＣＭＤと等しい値又は目標燃圧ＰＦＣＭＤよりも若干大きい値に設定することが可能である。あるいは、所定のタイミングとして、エンジン３のクランキングの開始後、所定期間が経過したタイミングを採用することも可能である。

また、実施形態では、クランキングの開始後、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数ＮＥＩＤＬに達したときに、インジェクタ４からの燃料の噴射動作がすでに開始されているとして、制限制御を終了しているが、クランキングの開始後、所定期間が経過したときに、制限制御を終了するようにしてもよい。

さらに、実施形態では、エンジン３の停止時間ＴＭＳＫが比較的短い場合や、エンジン温度ＴＷが比較的高い場合に、エンジン３の始動開始時における燃圧ＰＦが高い状態にあると判定し、制限制御を実行しているが、これらのパラメータに代えて、始動開始時の燃圧ＰＦの状態を表す他の適当なパラメータ、例えば外気温度や潤滑油又は燃料の温度などを用いてもよい。

また、実施形態の高圧燃料ポンプ２０は、スピル制御弁２８を備え、その通電デューティ比ＤＴＳＣを変更することによって、燃料吐出量ＱＦＰが制御されるタイプのものであるが、燃料吐出量を変更可能なものである限り、その構成は任意である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

２ ＥＣＵ（昇圧制御手段、制限制御手段、上限値設定手段）
３ エンジン（内燃機関）
４ インジェクタ（燃料噴射弁）
１８ リリーフ弁
２０ 高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）
４１ 燃圧センサ（燃料圧力検出手段）
４２ クランク角センサ（回転数検出手段）
ＰＦ 燃圧（燃料の圧力）
ＱＦＰ 燃料吐出量
ＱＭＡＸ 最大値（昇圧用の所定値）
ＱＬＭＴ 通電期間（通電時間）
ＰＦＣＭＤ 目標燃圧（目標燃料圧力）
ＰＦＲＥＦ しきい値（目標燃料圧力の付近）
ＰＲＦ リリーフ弁開弁圧
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
ＮＥＩＤＬ アイドル回転数（所定の回転数）
ＴＭＳＫ エンジンの停止時間（始動の開始時における燃料の圧力の状態）
ＴＷ エンジン水温（始動の開始時における燃料の圧力の状態）

Claims (4)

1. 燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を制御する内燃機関の燃料圧力制御装置であって、
   前記内燃機関を駆動源とし、加圧した燃料を前記燃料噴射弁側に吐出する燃料ポンプと、
   前記内燃機関の始動中、クランキングの開始時から途中の所定のタイミングまでの間、前記燃料ポンプの燃料吐出量を、前記燃料の昇圧用の所定値に設定する昇圧制御を実行する昇圧制御手段と、
   当該昇圧制御に引き続き、前記燃料吐出量を前記所定値よりも小さい上限値によって制限する制限制御を実行する制限制御手段と、を備え、
   前記燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
   前記燃料の圧力が所定のリリーフ開弁圧に達したときに開弁し、前記燃料の圧力を逃がすリリーフ弁と、
   前記所定のタイミングにおいて検出された前記燃料の圧力と前記リリーフ開弁圧との関係に基づき、前記上限値を設定する上限値設定手段と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
2. 前記燃料噴射弁から燃料を噴射するのに必要な前記燃料の圧力の目標値として、目標燃料圧力が設定されており、
   前記所定のタイミングは、前記検出された燃料の圧力が前記目標燃料圧力の付近に達したタイミングであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。
3. 前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
   前記制限制御手段は、前記検出された内燃機関の回転数が所定の回転数に達したとき、又は前記内燃機関の始動の開始時から所定期間が経過したときに、前記制限制御を終了す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燃料圧力制御装置。
4. 前記内燃機関の始動の開始時における前記燃料の圧力の状態を判定する圧力状態判定手段をさらに備え、
   前記制限制御手段は、前記燃料の圧力が高い状態にあると判定されることを条件として、前記制限制御を実行することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の燃料圧力制御装置。

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