JPH10288105A

JPH10288105A - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH10288105A
Application number: JP9100305A
Authority: JP
Inventors: Akio Matsunaga; 彰生松永; Genichi Murakami; 元一村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料圧力変動による体積弾性係数の変化によ
り燃料圧力制御にハンチングを生じることを防止する。【解決手段】高圧燃料噴射ポンプ５からコモンレール
３に高圧燃料を供給し、コモンレールから各燃料噴射弁
１に燃料を供給する。制御回路（ＥＣＵ）２０は、燃料
圧力センサ３１で検出したコモンレール燃料圧力と、機
関運転状態に応じて設定される目標燃料圧力との偏差に
比例する比例成分量を含むように燃料ポンプからコモン
レールへの燃料供給量を設定する。さらに、ＥＣＵは燃
料圧力センサで検出した燃料圧力が高いほど上記比例成
分算出に用いる比例係数を小さく設定し燃料圧力上昇に
よる体積弾性係数の増大を補償して高圧時の燃料圧力制
御にハンチングが生じることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料噴射
装置に関し、詳細には蓄圧室（コモンレール）内に加圧
燃料を貯留し、蓄圧室に接続した燃料噴射弁から内燃機
関に燃料を噴射するコモンレール式の燃料噴射装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】高圧燃料ポンプから蓄圧室（コモンレー
ル）に燃料を供給してコモンレール内に高圧の燃料を貯
留するとともに、このコモンレール内の燃料を燃料噴射
弁から噴射するコモンレール式燃料噴射装置が知られて
いる。コモンレール式燃料噴射装置では、コモンレール
内燃料圧力により燃料噴射弁の噴射率が制御され、コモ
ンレール内燃料圧力と燃料噴射弁の開弁（燃料噴射）時
間との両方により燃料噴射量が制御される。

【０００３】このため、コモンレール式燃料噴射装置で
は機関負荷状態に応じてコモンレール内燃料圧力を正確
に制御することが必要となる。このようなコモンレール
式燃料噴射装置の例としては、例えば特開平５−１０６
４９５号公報に記載されたものがある。同公報の装置
は、機関負荷条件に応じてコモンレール内目標燃料圧力
を設定し、コモンレール内の実際の燃料圧力と上記目標
燃料圧力との偏差に制御ゲイン（比例係数）を乗じた量
の燃料を燃料ポンプからコモンレールに供給することに
より、コモンレール内圧力を目標値に制御する。また、
同公報の装置では上記制御ゲインを機関回転数に基づい
て設定し、更に機関過渡運転時にはコモンレール内の燃
料圧力の変化速度に応じて修正更新することによりコモ
ンレール燃料圧力制御の精度を向上させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記公報の燃料噴射装
置では、制御ゲインを機関回転数に応じて設定し、更に
過渡運転時にはコモンレール燃料圧力の変化速度に応じ
て修正することにより過渡運転時にも正確にコモンレー
ル燃料圧力を目標値に制御することを目的としている。

【０００５】ところが、実際には上記公報のような制御
を行うとコモンレール燃料圧力が高い場合には圧力制御
にハンチングを生じてしまいコモンレール燃料圧力が安
定しなくなる場合がある。これは、上記公報の装置では
制御ゲインの値を燃料の体積弾性係数の変化とは無関係
に設定しているためである。一般に、液体燃料の体積弾
性係数は圧力に応じて変化し、高圧になるほど大きな値
になる。また、例えば燃料ポンプからコモンレールに圧
送される燃料の量を標準状態（例えば大気圧下）に換算
した体積をＱとすると、この量の燃料の圧送によるコモ
ンレールの圧力上昇幅ΔＰは概略、ΔＰ＝（Ｋ／Ｖ）×
Ｑで表される。ここで、Ｋは燃料の体積弾性係数、Ｖは
コモンレールの内容積である。すなわち、同一の量の燃
料をコモンレールに供給した場合であってもコモンレー
ル内燃料圧力の上昇幅は体積弾性係数の値に応じて変化
することになる。

【０００６】通常、圧力に対する燃料の体積弾性係数の
変化率は比較的小さいため運転中のコモンレール内圧力
の変化範囲が大きくない場合には体積弾性係数を略一定
値と見なすことができ、上記公報の装置の制御を行って
も大きな問題は生じない。ところが、コモンレール式燃
料噴射装置ではコモンレール燃料圧力によって燃料噴射
弁の噴射率を積極的に制御しているため機関運転中のコ
モンレール圧力変化範囲を極めて大きく設定したものが
あり、運転中のコモンレール燃料圧力が１０ＭＰａ程度
から１５０ＭＰａ程度まで変化するものも使用されてい
る。

【０００７】このようにコモンレール燃料圧力が極めて
大きな範囲で変化するような場合には体積弾性係数もそ
れに応じて大きく変化する。このため、例えば制御ゲイ
ンを低圧時に適した値に設定していると、コモンレール
燃料圧力が高圧になった場合には体積弾性係数係数が大
幅に増大するため燃料供給によるコモンレール燃料圧力
の変動が大きくなり、フィードバック制御により圧力変
動が増幅されてハンチングを生じてしまうのである。こ
のように、コモンレール圧力のハンチングが生じると燃
料噴射弁の噴射（開弁）時間が同一であっても実際に噴
射される燃料量と噴射率とは圧力に応じて変動してしま
う。このため、コモンレール燃料圧力のハンチングが生
じると機関出力の変動や排気性状の悪化が生じることに
なる。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、体積弾性係数を
考慮してコモンレール燃料圧力制御を行うことにより、
コモンレール燃料圧力が広い範囲で変化しても正確かつ
安定した燃料圧力制御を行うことができる内燃機関の燃
料噴射装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室内の燃
料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室に燃
料を供給する燃料ポンプと、前記蓄圧室内の実際の燃料
圧力が予め定めた目標圧力になるように燃料ポンプから
蓄圧室への燃料供給量を設定する制御手段とを備えた内
燃機関の燃料噴射装置において、前記制御手段は、前記
燃料供給量を、蓄圧室内の実際の燃料圧力と前記目標圧
力との偏差に比例係数を乗じた比例量成分を含む量とし
て設定するとともに、前記比例係数を蓄圧室内の実際の
燃料圧力に応じて変化させることを特徴とする内燃機関
の燃料噴射装置が提供される。

【００１０】すなわち、請求項１の発明では蓄圧室への
燃料供給量のうち、実際の燃料圧力と目標圧力との偏差
に比例する比例量成分の大きさを決定する比例係数が燃
料圧力に応じて決定される。このため、例えば体積弾性
係数の増大により蓄圧室燃料圧力の変動が大きくなりや
すい高圧時には比例係数を小さく設定してハンチングを
防止するとともに、体積弾性係数の減少により燃料圧力
制御の応答性が低下しやすい低圧時には比例係数を大き
く設定して制御応答性を向上させることが可能となる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、前記制御
手段は、実際の燃料圧力に応じて設定した前記比例係数
を、更に燃料温度、ポンプの燃料圧送能力、機関回転数
のいずれか一つ以上に基づいて補正し、補正後の比例係
数を用いて前記比例量成分を設定する請求項１に記載の
内燃機関の燃料噴射装置が提供される。すなわち、燃料
ポンプから実際に蓄圧室に供給される燃料流量は燃料の
粘度やポンプの燃料圧送能力の変化により影響を受け
る。例えば燃料温度が高く燃料の粘度が低下している場
合には燃料ポンプ等の接液部品クリアランス部からのリ
ーク量が大きくなるため蓄圧室に供給される燃料流量は
相対的に低下する。また、燃料ポンプの圧送能力（効
率）は回転数や製品毎の公差により変化するため蓄圧室
に供給される燃料流量は燃料温度やポンプ回転数等、あ
るいは個体間のばらつきにより変化する。請求項２に記
載の発明では、前記比例係数を燃料圧力（体積弾性係
数）のみでなく燃料温度、ポンプ圧送能力などに応じて
更に補正することにより、請求項１の作用に加えて、機
関運転条件や製品毎のばらつきによる燃料ポンプからの
実際の燃料供給量の変化があった場合でも燃料圧力制御
を正確に制御することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明の燃料噴射
装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形
態の概略構成を示す図である。図１において、１は内燃
機関１０（本実施形態では４気筒ディーゼル機関）の各
気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁、３は各燃料噴
射弁１が接続される共通の蓄圧室（コモンレール）を示
す。コモンレール３は、後述する高圧燃料噴射ポンプ５
から供給される加圧燃料を貯留し、各燃料噴射弁１に分
配する機能を有する。

【００１３】また、図１において７は機関１０の燃料
（本実施形態では軽油）を貯留する燃料タンク、９は高
圧燃料ポンプ５に燃料を供給する低圧フィードポンプを
示している。機関運転中、タンク７内の燃料は、フィー
ドポンプ９により一定圧力に昇圧され、高圧燃料噴射ポ
ンプ５に供給される。また、高圧燃料噴射ポンプ５から
吐出された燃料は、逆止弁１５、高圧配管１７を通って
コモンレール３に供給され、更にコモンレール３から各
燃料噴射弁１を介して内燃機関の各気筒内に噴射され
る。

【００１４】図１に２０で示すのは、機関の制御を行う
エンジン制御回路（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０は、リ
ードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入出力ポ
ートを双方向バスで接続した公知の構成のディジタルコ
ンピュータとして構成され、更にメインスイッチがオフ
にされている間も記憶内容を保持可能なバックアップＲ
ＡＭを備えている。

【００１５】ＥＣＵ２０は、後述するように高圧燃料噴
射ポンプ５の吸入弁５ａの開閉動作を制御してコモンレ
ール３内の燃料油圧力を機関負荷、回転数等に応じて定
まる圧力に保持する燃料圧力制御を行う。また、ＥＣＵ
２０は燃料噴射弁１の開弁時間を制御して気筒内に噴射
される燃料量を制御する燃料噴射量制御を行う。すなわ
ち、本実施形態では燃料噴射弁１の噴射率はコモンレー
ル燃料圧力により制御され、燃料噴射量はコモンレール
圧力と燃料噴射弁１の開弁時間とにより制御される。

【００１６】上記制御のため、ＥＣＵ２０の入力ポート
には、コモンレール３に設けた燃料圧力センサ３１と燃
料温度センサ３３とから、それぞれコモンレール３内の
燃料圧力と燃料温度とに対応する電圧信号がＡＤ変換器
３４を介して入力されている他、機関アクセルペダル
（図示せず）に設けたアクセル開度センサ３５からアク
セルペダルの操作量（踏み込み量）に対応する信号が同
様にＡＤ変換器３４を介して入力されている。更に、Ｅ
ＣＵ２０の入力ポートには、機関のクランク軸（図示せ
ず）に設けたクランク角センサ３７から、クランク軸一
定回転角毎に発生するクランク回転角パルス信号と、ク
ランク軸が基準回転位置（たとえば機関の第１気筒の圧
縮上死点）に到達する毎に発生する基準パルス信号とが
入力されている。

【００１７】また、ＥＣＵ２０の出力ポートは、駆動回
路４０を介して燃料噴射弁１に接続され、各燃料噴射弁
１の作動を制御している他、駆動回路４０を介して高圧
燃料噴射ポンプ５の吸入弁５ａの開閉を制御するソレノ
イドアクチュエータに接続され、ポンプ５の吐出量を制
御している。本実施形態では、高圧燃料噴射ポンプ５は
２つのシリンダを有するピストンポンプの形式とされて
いる。ポンプ５の各シリンダ内のピストンは、ピストン
駆動軸に形成されたカムに押圧されてシリンダ内を往復
運動する。また、各シリンダの吸入ポートには、ソレノ
イドアクチュエータにより開閉駆動される吸入弁が設け
られている。本実施形態ではピストン駆動軸は機関１０
のクランク軸（図示せず）により駆動され、クランク軸
と同期してクランク軸の２分の１の速度で回転する。ま
た、ポンプ５のピストン駆動軸には、それぞれのピスト
ンと係合する部分に２つのリフト部を持つカムが形成さ
れており、ポンプ５のピストンは機関１０の各気筒のス
トロークに同期して燃料を吐出するようになっている。
すなわち、本実施形態では４気筒ディーゼル機関が使用
されているため、ポンプ５の２つのシリンダはクランク
軸が７２０度回転する間にそれぞれ２回ずつ機関の気筒
のストロークに同期して（例えば各気筒の排気行程毎
に）コモンレール３に燃料を圧送する。

【００１８】また、ＥＣＵ２０はポンプの各シリンダの
ピストンの上昇（圧送）行程における吸入弁５ａの閉弁
時期を変化させることによりポンプからコモンレール３
に圧送される燃料量を制御する。すなわち、ＥＣＵ２０
は、各シリンダのピストン下降行程（吸入行程）の間、
及びピストン上昇行程（吐出行程）開始後所定の期間ソ
レノイドアクチュエータへの通電を停止して吸入弁５ａ
を開弁状態に維持する。これにより、各シリンダでピス
トンが吐出行程に入ってもシリンダ内の燃料は吸入弁５
ａからタンクに逆流しシリンダ内の燃料圧力は上昇しな
い。そして、上記期間経過後ＥＣＵ２０は吸入弁５ａの
ソレノイドアクチュエータに通電して吸入弁５ａを閉弁
する。これによりポンプピストンの上昇に伴いシリンダ
内の圧力が上昇し、シリンダ内圧力がコモンレール３内
の圧力より高くなると各シリンダの逆止弁１５が開弁
し、シリンダ内の高圧の燃料油が高圧配管１７を経由し
てコモンレール３に圧送される。すなわち、ＥＣＵ２０
はポンプ５の各シリンダの吸入弁５ａの閉弁タイミング
を調節することにより、ポンプ５のピストン有効ストロ
ークを変化させコモンレール３に圧送する燃料量を制御
している。

【００１９】本実施形態では、ＥＣＵ２０は機関負荷、
回転数に応じて予めＲＯＭに格納した関係に基づいて燃
料噴射弁１の開弁時間（燃料噴射時間）を制御する。ま
た、ＥＣＵ２０は機関負荷、回転数に応じて予めＲＯＭ
に格納した関係に基づいて目標コモンレール燃料圧力を
設定するとともに、燃料圧力センサ３１で検出したコモ
ンレール燃料圧力が目標コモンレール燃料圧力に一致す
るようにポンプ５の吐出量を制御する燃料圧制御を行
う。本実施形態の燃料圧制御については後に詳述する。

【００２０】本実施形態の燃料噴射装置ではコモンレー
ル３の燃料圧力を機関運転条件に応じて変化させること
により、燃料噴射弁１の噴射率を運転条件に応じて調節
し、また、燃料圧力と燃料噴射時間とを機関運転条件に
応じて変化させることにより燃料噴射量を調節してい
る。このため、本実施形態のコモンレール式燃料噴射装
置では、機関の各運転条件に応じた最適な噴射率と噴射
量とで燃料噴射が行われ、燃焼騒音、振動等を抑制しつ
つ燃料消費率と排気エミッションとが同時に低減され
る。上記のように各運転条件に最適な噴射率と噴射量と
を達成するため、本実施形態のコモンレール式燃料噴射
装置では、コモンレール内の燃料圧力は機関の運転条件
（負荷、回転数）に応じて極めて広い範囲で（例えば、
１０ＭＰａから１５０ＭＰａ程度までの範囲で）変化さ
せる必要があり、コモンレール燃料圧力を応答性良く高
精度に制御する燃料圧力制御が必要とされる。

【００２１】次に、本実施形態における燃料圧力制御に
ついて説明する。本実施形態では、燃料ポンプ５からコ
モンレール３への燃料供給量、すなわち吸入弁５ａの閉
弁タイミングＴＦ（クランク角）は以下の式で与えられ
る。ＴＦ＝ＴＦＢＡＳＥ−ＴＦＤ＋ＴＦＢＫなお、本実
施形態ではＴＦの値は大きくなるほど吸入弁の閉弁タイ
ミングは遅角されコモンレール３への燃料供給量は減少
する。

【００２２】上記の式においてＴＦＢＡＳＥは基本圧送
量（フィードフォワード量）、ＴＦＤは吸入弁開弁遅れ
時間補正のための進角量、ＴＦＢＫはフィードバック量
を示している。ここで、ＴＦＢＡＳＥは目標コモンレー
ル燃料圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令値とに応じて定め
られる燃料圧送量であり、コモンレール燃料圧力を概略
目標圧力近傍にするのに必要な燃料圧送量を表してい
る。前述のように、本実施形態では目標燃料圧力ＰＦＩ
Ｎと燃料噴射量指令値とはＥＣＵ２０により別途実行さ
れるルーチン（図示せず）により機関運転条件（アクセ
ル開度と機関回転数と）に応じて設定される。フィード
フォワード量ＴＦＢＡＳＥは予め目標圧力と燃料噴射量
指令値との各組合せについて適宜設定し、予めＥＣＵ２
０のＲＯＭに目標圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令量とを
用いた数値マップとして格納されており、設定された目
標圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令値とに基づいてこのマ
ップから読み出される。

【００２３】ＴＦＤは、吸入弁５ａに対して閉弁信号を
出力してから実際に吸入弁５ａが閉弁するまでの時間に
相当するクランク回転角である。すなわち、本実施形態
では吸入弁５ａの作動遅れ時間分だけ吸入弁５ａへの開
弁信号出力タイミングを進角させている。遅れ時間補正
のための進角量ＴＦＤは、バッテリ電圧が低いほど（吸
入弁５ａの駆動ソレノイドの駆動力が低下するほど）、
また機関回転速度が早いほど大きな値に設定される。

【００２４】また、フィードバック量ＴＦＢＫは燃料圧
力センサ３１で検出した実際のコモンレール燃料圧力Ｐ
Ｃと目標燃料圧力ＰＦＩＮとの偏差ΔＰＣ（＝ＰＣ−Ｐ
ＦＩＮ）に応じて以下の式で算出される。ＴＦＢＫ＝ＢＫＰ＋ＢＫＩここで、ＢＫＰは比例項を表し比例係数αと偏差ΔＰＣ
との積α×ΔＰＣで与えられ、ＢＫＩは積分項を表し後
述するようにΔＰＣの値に応じて一定量ずつ増減する値
とされる。

【００２５】すなわち、本実施形態では燃料ポンプ５か
らコモンレール３への燃料供給量（ＴＦ）は、マップか
ら読みだされるフィードフォワード量ＴＦＢＡＳＥによ
りコモンレール燃料圧力が略目標値ＰＦＩＮになるよう
に粗調整され、フィードバック量ＴＦＢＫによりコモン
レール燃料圧力が正確に目標値に一致するように比例積
分制御により微調整される。これにより、本実施形態で
は応答性良くかつ正確にコモンレール燃料圧力ＰＣが目
標値ＰＦＩＮに収束する。

【００２６】ところで、上述のように本実施形態では燃
料供給量（ＴＦ）は、実際のコモンレール圧力ＰＣと目
標燃料圧力ＰＦＩＮとの偏差ΔＰＣに比例する量の成分
（つまりフィードバック比例項ＢＫＰ）を含むことにな
るが、この比例項ＢＫＰ＝α×ΔＰＣの比例係数（ゲイ
ン）αの大きさは燃料圧力制御の安定性に大きな影響を
与える。

【００２７】いま、燃料供給量ＴＦのうち比例項ＢＫＰ
のコモンレール圧力変動に与える影響について考える。
比例項ＢＫＰを実際の燃料量に換算した値をＱＢＫＰ
（比例量成分）とすると、比例量成分のみにより生じる
コモンレール圧力変化ΔＰは、 ΔＰ＝（Ｋ＼Ｖ）×ＱＢＫＰで表される。また、ＱＢＫＰは、ＱＢＫＰ＝Ｃ×α×Δ
ＰＣ（Ｃは定数）として表されるため、結局ΔＰは、Δ
Ｐ＝Ｄ×Ｋ×α×ΔＰＣとして表される（Ｄ＝Ｃ／Ｖ：
定数）。

【００２８】ところで、燃料の体積弾性係数Ｋは燃料圧
力に応じて変化する。図２はディーゼル燃料（軽油）の
体積弾性係数Ｋの圧力による変化の様子を示しており、
図２に示すように軽油の体積弾性係数Ｋは略圧力に比例
して増大する。また、圧力に対する体積弾性係数Ｋの変
化は比較的小さいが、本実施形態のようにコモンレール
燃料圧力が極めて大きな範囲（例えば１０から１５０Ｍ
Ｐａ程度の範囲）で変化するような場合にはそれに応じ
て体積弾性係数Ｋも大きな範囲で変化するようになる。

【００２９】このため、上記比例係数αの値を一定値に
固定しているとコモンレール内の燃料圧力が高圧になる
とＫの値が大きくなるため、燃料圧力と目標圧力との偏
差ΔＰＣが小さい場合でも燃料供給量の比例量成分によ
るコモンレール圧力変化ΔＰが大きくなってしまい全体
としての制御ゲイン（Ｋ×α）が過大となりコモンレー
ル圧力にハンチングを生じるようになる。一方、これを
防止するために燃料圧力が高圧の場合にもハンチングを
生じないように比例係数αを小さな値に設定してしまう
と、コモンレール圧力が低い場合には体積弾性係数Ｋの
減少により全体としての制御ゲイン（Ｋ×α）が過度に
小さくなり燃料圧力制御の応答性が低下してしまうこと
になる。

【００３０】そこで、本実施形態では体積弾性係数Ｋの
変化に応じて比例係数αを変化させ、制御ゲイン（Ｋ×
α）がコモンレールの全圧力範囲で略一定値になるよう
にすることにより、コモンレールの全圧力範囲で制御の
応答性と安定性との両方を維持するようにしている。図
３は、本実施形態における比例係数αの設定とそれによ
る制御ゲイン（Ｋ×α）とのコモンレール燃料圧力によ
る変化を概略的に示した図である。

【００３１】図３において、点線Ｉは圧力にかかわらず
比例係数αを一定値とした場合を、実線ＩＩは本実施形
態の比例係数αの設定を示している。前述したように体
積弾性係数Ｋは燃料圧力が増大するにつれて大きな値に
なるため、比例係数αを体積弾性係数Ｋの変化にかかわ
らず一定値に設定していると（点線Ｉ）、比例項ＢＫＰ
の全体としての制御ゲイン（Ｋ×α）は燃料圧力が大き
くなるにつれて増大してしまう（点線ＩＩＩ）。これを
防止するため、本実施形態では実線ＩＩに示すように比
例係数αの値を燃料圧力が増大するにつれて小さく設定
している。これにより、燃料圧力が増大して体積弾性係
数Ｋの値が大きくなった場合でも実線ＩＶに示すように
比例項ＢＫＰのゲインは略一定になり、燃料圧力にかか
わらず略一定の制御応答性と安定性とを得ることができ
る。

【００３２】図４は、本実施形態の比例係数αの実際の
設定を示す図である。本実施形態では、上記のようにコ
モンレールの略全圧力領域で制御ゲインＫ×αが略一定
になるようにコモンレール圧力ＰＣに応じて比例係数α
の値を以下の式で算出するようにしている。 α_(PC)＝Ｖ／（Ｋ_(PC)×ｄＱ）ここで、Ｋ_(PC)はコモンレール圧力がＰＣのときの燃料
体積弾性係数、α_(PC)はコモンレール圧力ＰＣにおける
比例係数の値である。また、Ｖはコモンレール内容積、
ｄＱは送油率（単位回転角度当りにポンプがコモンレー
ルに圧送する燃料油量）を表している。

【００３３】また、上記の式で比例係数αの値を設定し
た場合にはコモンレール圧力が低い領域でのαの値が大
きく増大することになる。このため、本実施形態では、
特にコモンレール圧力が低い場合の安定性を増大させる
ためにαの値を最大値α_MAXで制限するようにしてい
る。本実施形態では、予め上式により各圧力における比
例係数α_(PC)の値を算出して、コモンレール圧力ＰＣを
用いた数値マップの形でＥＣＵ２０のＲＯＭに格納して
あり、燃料圧力センサ３１で検出したコモンレール燃料
圧力ＰＣの値を用いてこのマップから比例係数α_(PC)の
値を決定するようにしている。

【００３４】図５は上記に説明した本実施形態の燃料圧
力制御動作を示すフローチャートである。本制御動作は
ＥＣＵ２０により一定時間毎（または一定クランク回転
角毎）に実行されるルーチンにより行われる。図５にお
いてルーチンがスタートすると、ステップ５０１では機
関アクセル開度ＡＣＣ、回転数ＮＥ、コモンレール燃料
圧力ＰＣが、それぞれ対応するセンサから読み込まれ、
更にバッテリ電圧ＶＢが電圧センサ（図示せず）から読
み込まれる。そして、ステップ５０３では、別途実行さ
れる燃料噴射量演算ルーチンと燃料圧力演算ルーチン
（図示せず）により機関負荷（アクセル開度）と機関回
転数とに基づいて算出された目標燃料圧力ＰＦＩＮと燃
料噴射量指令値ＴＡＵとが読み込まれる。

【００３５】次いで、ステップ５０５では機関回転数Ｎ
Ｅとバッテリ電圧ＶＢとに基づいて予め定めた関係から
現在の吸入弁作動遅れ時間に相当するクランク回転角
（遅れ時間補正進角量）ＴＦＤが算出され、更にステッ
プ５０７では目標燃料圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令値
ＴＡＵとを用いてＥＣＵ２０のＲＯＭに格納したマップ
から、フィードフォワード量ＴＦＢＡＳＥが算出され
る。

【００３６】そして、ステップ５０９では現在の実際の
コモンレール燃料圧力ＰＣと目標燃料圧力ＰＦＩＮとの
偏差ΔＰＣが、ΔＰＣ＝ＰＣ−ＰＦＩＮとして算出さ
れ、ステップ５１１とステップ５１３とではこのΔＰＣ
の値に基づいてフィードバック量の比例項ＢＫＰと積分
項ＢＫＩとがそれぞれ算出される。図６は、図５ステッ
プ５１１で実行される比例項ＢＫＰ算出サブルーチンを
示すフローチャートである。図６、ステップ６０１では
図５ステップ５０１で読み込んだ実際のコモンレール燃
料圧力ＰＣを用いて、予め設定した図４の関係に基づい
て比例係数α_(PC)の値を決定し、ステップ６０３ではこ
のα_(PC)の値と図５ステップ５０９で算出した偏差ΔＰ
Ｃの値とを用いてフィードバック比例項ＢＫＰが、ＢＫ
Ｐ＝α_(PC)×ΔＰＣとして算出した後サブルーチンを終
了する。

【００３７】図７は、図５ステップ５１３で実行される
積分項ＢＫＩ算出サブルーチンを示すフローチャートで
ある。図７のサブルーチンでは、図５ステップ５０９で
算出した偏差ΔＰＣの値に応じて積分項ＢＫＩの値を前
回ルーチン実行時の値に較べて以下に説明するように増
減する操作を行う。本実施形態では偏差ΔＰＣの絶対値
が所定値ΔＰ₁以上であった場合、つまり実際のコモン
レール圧力ＰＣが目標値ＰＦＩＮから大きく離れている
場合（ステップ７０１で｜ΔＰＣ｜≧ΔＰ₁）には積分
項ＢＫＩの値を０に設定する（ステップ７０３）。これ
は、本実施形態では積分項ＢＫＩは例えば燃料ポンプ５
や燃料噴射弁の個体差による特性のばらつきなどによる
コモンレール燃料圧力の目標値からの定常的なずれを補
正するためにのみ用いるようにしており、機関運転状態
の変化により生じる比較的大きな圧力変動は比例項によ
り収束させるためである。

【００３８】また、偏差ΔＰＣが比較的小さい場合（｜
ΔＰＣ｜＜ΔＰ₁）には、偏差の符号に応じて一定量Δ
Ｉ₀ずつＢＫＩの値を前回ルーチン実行時に較べて増減
する。例えば偏差ΔＰＣが正（ステップ７０５で０＜Δ
ＰＣ＜ΔＰ₁）の場合、すなわち実際のコモンレール燃
料圧力ＰＣが目標燃料圧力ＰＦＩＮより高い場合には、
燃料供給量を減少させるために積分項ＢＫＩは前回の値
に較べてΔＩ₀だけ増大（閉弁タイミングＴＦが遅角）
され（ステップ７０７）、偏差ΔＰＣが負（ステップ７
０９でΔＰ₁＜ΔＰＣ＜０）の場合、すなわち実際のコ
モンレール燃料圧力ＰＣが目標燃料圧力ＰＦＩＮより低
い場合には、燃料供給量を増大させるために積分項ＢＫ
Ｉは前回の値に較べてΔＩ₀だけ低減（閉弁タイミング
ＴＦが進角）される（ステップ７１１）。そして、ステ
ップ７０９で否定判定された場合（すなわち、ΔＰＣ＝
０の場合）にはＢＫＩの値は変更せず、前回ルーチン実
行時の値のままに保持される。

【００３９】これにより、｜ΔＰＣ｜＜ΔＰ₁の大きさ
の小さな定常的偏差が生じた場合でも積分項ＢＫＩの値
が偏差を０にするように設定されることになり、コモン
レール圧力が正確に目標圧力に収束するようになる。上
記サブルーチンにより図５ステップ５１１と５１３とで
比例項ＢＫＰと積分項ＢＫＩとを算出した後、ステップ
５１５ではフィードバック量ＴＦＢＫが、ＴＦＢＫ＝Ｂ
ＫＰ＋ＢＫＩとして算出され、ステップ５１７では最終
的な燃料供給量（吸入弁５ａの閉弁信号出力タイミン
グ）ＴＦがフィードフォワード量ＴＦＢＡＳＥとフィー
ドバック量ＴＦＢＫとの和として算出される。

【００４０】本ルーチンにより閉弁タイミングＴＦが算
出されると、別途ＥＣＵ２０により実行される図示しな
い燃料ポンプ制御ルーチンではクランク軸回転角がＴＦ
に一致する毎に燃料ポンプ５の吸入弁５ａを閉弁してコ
モンレール３への燃料圧送を行う。上述のように、本実
施形態によればコモンレール３への燃料供給量のうち、
実際の燃料圧力と目標圧力との偏差に比例する比例量成
分を算出するための比例係数が燃料圧力に応じて設定さ
れるため、燃料圧力が変動して体積弾性係数の値が大き
く変化した場合であっても常に制御ゲインが適切な値に
設定される。このため、コモンレール燃料圧力の全範囲
にわたって制御応答性を良好に保ちながら制御の安定性
を向上させることができる。

【００４１】次に、本発明の別の実施形態について説明
する。上述の実施形態では、比例項ＢＫＰの比例係数α
をコモンレール内の実際の燃料圧力に応じて設定するこ
とにより、体積弾性係数Ｋの圧力による変化を補償して
いる。しかし、比例係数αを体積弾性係数のみでなく他
の条件に応じて補正するようにすることにより更に正確
な燃料圧力制御を行うことが可能となる。

【００４２】すなわち、燃料供給量指令値ＴＦは燃料ポ
ンプの吸入弁５ａの開弁時期を制御するのみであるの
で、ＴＦが同一であっても実際の燃料供給量は種々の条
件によって変化する。例えば、燃料温度が高くなると燃
料の動粘度が低下するため接液部のクリアランス部分か
らリークする燃料量が増加し、指令値ＴＦが同一であっ
ても実際の燃料供給量は低下する。この場合には燃料温
度に応じて比例係数αの値を補正し、温度が高いほど比
例量成分ＢＫＰを増大することにより温度上昇による実
際の燃料供給量低下を補償することができる。また、ポ
ンプ回転数（機関回転数）が低い場合には、ポンプの１
圧送サイクルの時間が長くなるため１サイクル当たりの
上記リーク燃料量は増加する。従って、ポンプ回転数が
低い場合にはＴＦが同一であっても回転数が高い場合に
較べて実際の燃料供給量は低下することになる。しか
し、この場合にも比例係数αの値をポンプ回転数が低い
程大きくなるように補正することにより回転数による実
際の燃料供給量の変動を補償することが可能である。

【００４３】図８は、上記補正を行った場合の比例項算
出サブルーチンを示すフローチャートである。図８のサ
ブルーチンは、図５のルーチンのステップ５１１で図６
のサブルーチンに代えて実行される。図８のサブルーチ
ンでは、ステップ８０１で図６ステップ６０１と同様に
コモンレール圧力ＰＣから比例係数α_(PC)を算出後、ス
テップ８０３ではコモンレール燃料温度ＴＣを燃料温度
センサ３３から読み込み、ステップ８０５では比例係数
の燃料温度補正係数ＢＴを燃料温度ＴＣに応じて設定す
る。図９は、本実施形態における温度補正係数ＢＴの設
定を示す。図９に示すように本実施形態では燃料温度が
高いほど温度補正係数ＢＴが大きな値に設定される。

【００４４】また、ステップ８０７では、図５ステップ
５０１で読み込んだ機関回転数ＮＥから回転数補正係数
ＢＮが設定される。図１０は、本実施形態における回転
数補正係数ＢＮの設定を示す図である。図１０に示すよ
うに、回転数補正係数ＢＮは回転数ＮＥが低いほど大き
な値に設定される。上記により補正係数ＢＴとＢＮとを
算出後、ステップ８０９では比例係数α_(P _C)の値がＢＴ
とＢＮとを用いて補正され、補正後の比例係数αが、α
＝α_(PC)×ＢＮ×ＢＴとして算出され、ステップ８１１
ではこの補正後の比例係数αを用いて比例項ＢＫＰが、
ＢＫＰ＝α×ΔＰＣとして算出される。

【００４５】このように、本実施形態では燃料温度、機
関回転数等に応じて更に比例項の比例係数の値を補正す
ることにより、燃料温度、機関回転数等の変化による実
際の燃料供給量の変動を補正して一層正確な燃料圧力制
御を行うことが可能となっている。なお、図８の実施形
態では燃料温度と機関回転数との両方に応じて比例係数
を補正しているが、燃料温度または機関回転数のいずれ
か一方のみにより比例係数を補正するようにすることも
できるのは言うまでもない。

【００４６】また、図６の実施形態では積分項ＢＫＩは
燃料ポンプの圧送能力の個体差や経年変化等を補償する
ために用いているが、積分項ＢＫＩの値に応じて比例項
の比例係数αを学習補正することにより、ポンプ圧送能
力の個体差を比例項の比例係数を用いて補償するように
することも可能である。この場合、例えば機関が定常状
態で運転されているときに（すなわち、コモンレール圧
力変動が小さいときに）図８のサブルーチンで算出した
補正後の比例係数αの値を積分項ＢＫＩの値が０になる
ようにルーチン実行毎に一定量ずつ増減するようにすれ
ばよい。

【００４７】例えば、学習補正係数Ｇを用いて、比例係
数αを（α×Ｇ）の形で補正し、ＢＫＩが正の値（閉弁
タイミングＴＦを遅角させる方向）の場合には図５のル
ーチン実行毎にＧの値を一定量低減し、ＢＫＩが負の値
（閉弁タイミングＴＦを進角させる方向）の場合にはル
ーチン実行毎にＧの値を一定量ずつ増大するようにすれ
ばよい。また、上記により設定した学習補正係数Ｇの値
をＥＣＵ２０のバックアップＲＡＭに記憶するようにす
れば、機関始動時から燃料ポンプ圧送能力の個体差を補
償した正確な燃料圧力制御が可能となる。

【００４８】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、燃料供
給量のうちの比例量成分を算出するための比例係数の値
を燃料圧力に応じて設定するようにしたことにより、蓄
圧室内の燃料圧力が広い範囲で変化するような場合に
も、応答性と安定性との両方が良好な燃料圧力制御を行
うことを可能とする共通の効果を奏する。

【００４９】また、請求項２に記載の発明によれば、更
に燃料温度、機関回転数、燃料ポンプ圧送能力に応じて
上記比例係数を補正するようにしたことにより、上記共
通の効果に加えて、更に正確な燃料圧力制御が可能とな
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射装置の一実施形態の概略構成
を示す図である。

【図２】圧力による軽油の体積弾性係数変化の概略傾向
を説明する図である。

【図３】本発明の原理を説明するグラフである。

【図４】図１の実施形態の比例係数の設定を示す図であ
る。

【図５】図１の実施形態の燃料圧力制御の一実施形態を
説明するフローチャートである。

【図６】図５のフローチャートの比例項算出サブルーチ
ンを説明するフローチャートである。

【図７】図５のフローチャートの積分項算出サブルーチ
ンを説明するフローチャートである。

【図８】比例項算出サブルーチンの、図６とは別の実施
形態を説明するフローチャートである。

【図９】図８のサブルーチンにより設定される温度補正
係数の値を示すグラフである。

【図１０】図８のサブルーチンにより設定される回転数
補正係数の値を示すグラフである。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁３…蓄圧室（コモンレール）５…燃料噴射ポンプ１０…内燃機関２０…制御回路（ＥＣＵ）３１…燃料圧力センサ３３…燃料温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室
内の燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧
室に燃料を供給する燃料ポンプと、前記蓄圧室内の実際
の燃料圧力が予め定めた目標圧力になるように燃料ポン
プから蓄圧室への燃料供給量を設定する制御手段とを備
えた内燃機関の燃料噴射装置において、前記制御手段は、前記燃料供給量を、蓄圧室内の実際の
燃料圧力と前記目標圧力との偏差に比例係数を乗じた比
例量成分を含む量として設定するとともに、前記比例係
数を蓄圧室内の実際の燃料圧力に応じて変化させること
を特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】前記制御手段は、実際の燃料圧力に応じ
て設定した前記比例係数を、更に燃料温度、ポンプの燃
料圧送能力、機関回転数のいずれか一つ以上に基づいて
補正し、補正後の比例係数を用いて前記比例量成分を設
定する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。