JP2004052596A

JP2004052596A - プランジャ式燃料ポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2004052596A
Application number: JP2002208159A
Authority: JP
Inventors: Takashi Namari; 鉛　隆司; Tomoo Shimokawa; 下川　智雄
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19
Also published as: TW200401864A; US6820596B2; CN1302203C; CN1470754A; EP1382825A3; DE60305387T2; EP1382825B1; DE60305387T8; TWI223028B; EP1382825A2; US20040011335A1; ATE327422T1; DE60305387D1

Abstract

【課題】インジェクタへ圧送される燃料に圧力変動があっても安定した燃焼を可能にするプランジャ式燃料ポンプの制御装置を提供する。
【解決手段】シリンダ内に供給されるべき燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃エンジンにおいて燃料タンク内の燃料をインジェクタに圧送するプランジャ式燃料ポンプの制御装置であり、インジェクタの噴射開始時点を検出する検出手段と、噴射開始時点より第１所定時間だけ前から第２所定時間に亘って燃料ポンプを駆動する駆動手段と、を備えた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンのプランジャ式燃料ポンプの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンの燃料タンクから燃料を吸い上げてインジェクタや気化器に圧送する燃料ポンプにはプランジャ式のものがある（例えば、特開平８−１１４１７９号公報参照）。プランジャ式燃料ポンプは、磁性体のピストンを有する筒状のプランジャと、そのプランジャのピストンを燃料吐出方向に付勢するバネと、励磁されてたときピストンを燃料吸引方向に移動させるコイルと、コイルを断続的に励磁させる発振回路とを備えている。発振回路に電源電圧が供給されると、コイルの励磁が発振回路によって断続的に実行されてプランジャピストンの燃料吸引方向への移動とバネの付勢によるプランジャピストンの燃料吐出方向の移動とが交互に行われて、その往復運動がポンプ作用となって燃料が吐出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプランジャ式燃料ポンプを用いた内燃エンジンの電子燃料噴射装置においては、イグニッションスイッチがオンとなると、燃料ポンプが予め定められた周波数によって周期的に駆動される。インジェクタへ送圧される燃料はプランジャピストンの往復運動によって圧力変動を起こすので、インジェクタの開弁時間を一定にしても圧力変動により燃料噴射量が変動し、燃焼状態が不安定になるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、インジェクタへ圧送される燃料に圧力変動があっても安定した燃焼を可能にするプランジャ式燃料ポンプの制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプランジャ式燃料ポンプの制御装置は、シリンダ内に供給されるべき燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃エンジンにおいて燃料タンク内の燃料をインジェクタに圧送するプランジャ式燃料ポンプの制御装置であって、インジェクタの噴射開始時点を検出する検出手段と、噴射開始時点より第１所定時間だけ前から第２所定時間に亘って燃料ポンプを駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明によるプランジャ式燃料ポンプの制御装置が適用された車載４サイクル内燃エンジンのエンジン制御システムを示している。
かかる内燃エンジンの吸気管１には、スロットル弁２が設けられ、スロットル弁２の開度に応じた量の吸入空気が吸気管１を介してエンジン本体３の吸入ポートに供給されるようになっている。エンジン本体３の吸気ポート近傍の吸気管１には燃料噴射用のインジェクタ４が設けられている。インジェクタ４には燃料タンク６から燃料供給管７が接続されている。燃料供給管７には、プランジャ式燃料ポンプ８が設けられている。燃料ポンプ８は例えば、特開平８−１１４１７９号公報に開示された構成を有しており、後述のＥＣＵ（電子制御ユニット）１０による駆動によって燃料タンク６内の燃料を吸入側の燃料供給管７を介して吸い込みインジェクタ４に吐出側の燃料供給管７を介して圧送する。インジェクタ４はＥＣＵ１０による駆動によって燃料を吸気ポートに向けて噴射する。
【０００７】
また、エンジン本体３には点火プラグ１１が固着されており、点火プラグ１１は点火装置１２に接続されており、ＥＣＵ１０が点火装置１２に対して点火タイミングの指令を発することによってエンジン本体３のシリンダ内で火花放電を起こす。
ＥＣＵ１０は、図２に示すように、入力インターフェース回路２０と、回転数カウンタ２１と、ＣＰＵ（中央演算ユニット）２２と、メモリ２３と、駆動回路２４〜２５と、を備えている。
【０００８】
入力インターフェース回路２０には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ２６、吸気管１内の負圧を検出する吸気圧センサ２７、排気管１３に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２８等のエンジン運転パラメータ検出手段が接続されている。
回転数カウンタ２１には、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２９が接続されている。クランク角センサ２９はエンジン本体３のクランク軸３ａの回転に連動して図示しない回転体が所定の角度（例えば、１５度）だけ回転する毎にクランクパルスが発生する。また、カム軸３ｂの回転に連動して図示しない回転体の近傍にカム角センサ３０が設けられている。カム角センサ３０は代表気筒（多気筒の場合には基準気筒、単気筒の場合にはそれ自身）のピストンの圧縮上死点を示すＴＤＣ信号又はクランク軸３ａが７２０度回転する毎に基準位置信号をＣＰＵ２２へ出力する。
【０００９】
回転数カウンタ２１はクランク角センサ２９から出力されるクランクパルスによってリセットされて図示しないクロック発生器から出力されたクロックパルスを計数し、そのクロックパルス発生数を計数することによりエンジン回転数Ｎｅを示す信号を発生する。
ＣＰＵ２２には、入力インターフェース回路２０からはセンサ２６〜２８による冷却水温、吸気管内負圧及び酸素濃度の各検出情報、回転数カウンタ２１からはエンジン回転数の情報並びにクランク角センサ２９からＴＤＣ信号及び基準位置信号が供給される。
【００１０】
ＣＰＵ２２は基準位置信号に同期して燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１、燃料噴射開始時点ｔ２及び点火時期を設定し、また燃料噴射時間Ｔｏｕｔ及び燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐを算出する。燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１及び燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐは後述の燃料ポンプ駆動設定ルーチンで設定される。メモリ２３にはＣＰＵ２２の動作プログラムやデータが記憶されている。
【００１１】
燃料噴射時間Ｔｏｕｔは例えば、次の算出式を用いて基本的には算出される。
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×Ｋ_Ｏ２
ここで、Ｔｉはエンジン回転数と吸気管内負圧とに応じてメモリ２３からのデータマップ検索により決定される空燃比基準制御値である基本燃料噴射時間である。Ｋ_Ｏ２は酸素濃度センサ２８の出力信号に基づいた空燃比フィードバック制御において算出された空燃比補正係数である。
【００１２】
なお、燃料噴射時間Ｔｏｕｔの算出においては加速補正、減速補正等の各種の補正が加えられて燃料噴射時間Ｔｏｕｔが決定されることが普通である。
燃料ポンプ駆動設定ルーチンにおいて、ＣＰＵ２２は、図３に示すように、回転数カウンタ２１の計数値からエンジン回転数Ｎｅを読み取り（ステップＳ１）、エンジン回転数Ｎｅが高回転領域（例えば、８４００ｒｐｍ以上）であるか否かを判別する（ステップＳ２）。エンジン回転数Ｎｅが高回転領域にある場合には燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１を固定周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）に応じた時点に設定し（ステップＳ３）、燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐを所定時間Ｔ１とする（ステップＳ４）。エンジン回転数Ｎｅが高回転領域にない場合には、エンジン回転数Ｎｅが低回転領域（例えば、６００ｒｐｍ以下）であるか否かを判別する（ステップＳ５）。エンジン回転数Ｎｅが低回転領域にある場合には燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１を固定周波数Ｆ２（例えば、２０Ｈｚ）に応じた時点に設定し（ステップＳ６）、燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐを所定時間Ｔ２とする（ステップＳ７）。エンジン回転数Ｎｅが低回転領域にない場合には、エンジン回転数Ｎｅに応じて燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１をメモリ２３からのデータマップ検索により設定し（ステップＳ８）。更に、燃料噴射時間Ｔｏｕｔに応じて燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐ（第２所定時間）をメモリ２３からのデータマップ検索により設定する（ステップＳ９）。
【００１３】
ステップＳ８の燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１は、図４に示すように、燃料噴射開始時点ｔ２より時間Ｔｆ（第１所定時間）だけ早い時点として設定される。時間Ｔｆは燃料圧送ラグに相当し、エンジン回転数Ｎｅに応じて設定される。すなわち、燃料ポンプ８の駆動によって燃圧の上昇が燃料噴射時間Ｔｏｕｔによる燃料噴射期間において図４に示すように起きるように時間Ｔｆが設定されるのである。
【００１４】
このステップＳ８ではＣＰＵ２２によって既に別の図示しないルーチンによって前もって算出された燃料噴射開始時点ｔ２がデータとして検出され、燃料噴射開始時点ｔ２とデータマップ検索で得られた時間Ｔｆとから燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１が設定される。燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１の設定時点は、例えば、燃料噴射が行われると、次回の燃料噴射開始時点ｔ２が算出されるので、その次回の燃料噴射開始時点ｔ２の算出後であり、実際の次回の燃料噴射開始時点ｔ２より十分に（時間Ｔｆが取り得る最大値より大なる時間）前である。
【００１５】
かかる燃料ポンプ駆動設定ルーチンを実行することにより、燃料ポンプ８の駆動周波数は図５に示すように低回転領域と高回転領域とではエンジン回転数に非同期の固定周波数となり、それらの領域以外ではインジェクタ駆動に同期した周波数となる。
ＣＰＵ２２は、例えば、割り込み処理によって図６に示すように、クランクパルスと、カム角センサ３０のＴＤＣ信号又は基準位置信号とに応じてクランク角度が７２０度のうちの燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１の角度位置にあることを判別すると（ステップＳ１１）、燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐを示す駆動指令を駆動回路２５に出力する（ステップＳ１２）。また、クランク角度が燃料噴射開始時点ｔ２の角度位置にあることを判別すると（ステップＳ１３）、燃料噴射時間Ｔｏｕｔを示す燃料噴射指令を駆動回路２４に出力し（ステップＳ１４）、クランク角度が点火時期の角度位置にあることを判別すると（ステップＳ１５）、点火指令を点火装置１２に出力する（ステップＳ１６）。
【００１６】
よって、駆動回路２５は駆動指令に応じて燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１から燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐだけ燃料ポンプ８を駆動する。この駆動では燃料ポンプ８には予め定められた電源電圧が印加される。燃料ポンプ８は燃料ポンプ駆動開始時点ｔ１から燃料タンク６内の燃料を吸入側の燃料供給管７を介して吸い上げてインジェクタ４に吐出側の燃料供給管７を介して圧送する。その燃料ポンプ８による圧送は燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐに亘って行われる。
【００１７】
エンジン回転数Ｎｅが低回転領域及び高回転領域以外の回転数である場合には、燃料ポンプ８の駆動開始時点ｔ１から時間Ｔｆだけ遅れて、駆動回路２４は燃料噴射指令に応じて燃料噴射開始時点ｔ２から燃料噴射時間Ｔｏｕｔだけインジェクタ４を駆動する。インジェクタ４は燃料供給管７を介して圧送された燃料を吸気管１内でエンジン本体３の吸気ポートに向けて噴射する。
【００１８】
このように、エンジン回転数Ｎｅが低回転領域及び高回転領域以外の回転数である場合には、燃料噴射時間Ｔｏｕｔによる燃料噴射期間において常に図４に示したように燃料ポンプ８の駆動によって燃圧の上昇が起きるので、すなわち、プランジャ式燃料ポンプ８の欠点であった燃圧変動に同期して燃料が噴射されるので、常に燃料噴射時間Ｔｏｕｔに応じた適切な量の燃料噴射が行われ、安定した燃焼状態が得られる。
【００１９】
エンジン回転数Ｎｅがクランキング回転数のような低回転領域である場合には、エンジン回転数Ｎｅに同期させた場合の周波数より大なる固定周波数Ｆ２で燃料ポンプ８を駆動するので、エンジン始動時に燃圧上昇の遅れがなくなり、十分な燃圧上昇を起こすことができる。よって、エンジン始動時に安定した燃焼状態を確保することができる。
【００２０】
エンジン回転数Ｎｅが高回転領域である場合には、固定周波数Ｆ１で燃料ポンプ８を駆動するので、燃料ポンプ８の吐出流量が飽和して却って燃圧が不安定となることが防止される。
また、インジェクタ４の噴射に同期して燃料ポンプ駆動時間Ｔｐｕｍｐだけの燃料ポンプ８の駆動を行うことより、プランジャ式燃料ポンプを固定周波数で常に駆動する装置やモータ式の燃料ポンプを用いた装置に比べて消費電流を低減させることができる。
【００２１】
なお、上記した実施例においては、インジェクタ４は吸気管１に設けられて吸気管１内に噴射するが、エンジン本体３のシリンダ内に直接噴射するものでも良い。また、複数の気筒の内燃エンジンにおいては、気筒毎のインジェクタで噴射する方式と単一のインジェクタで全気筒に対して噴射する方式とがあるが、いずれの方式においても本発明を適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のプランジャ式燃料ポンプの制御装置によれば、インジェクタへ圧送される燃料に圧力変動があっても安定した燃焼が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したエンジン制御システムを示す概略図である。
【図２】図１のシステム中のＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】燃料ポンプ駆動設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】燃料ポンプ駆動タイミング、燃料圧力変化及び燃料噴射タイミングの関係を示す図である。
【図５】エンジン回転数と燃料ポンプ駆動周波数との関係を示す図である。
【図６】駆動タイミングルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　吸気管
２　スロットル弁
３　エンジン本体
４　インジェクタ
６　燃料タンク
７　燃料供給管
８　燃料ポンプ
１０　ＥＣＵ

Claims

シリンダ内に供給されるべき燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃エンジンにおいて燃料タンク内の燃料を前記インジェクタに圧送するプランジャ式燃料ポンプの制御装置であって、
前記インジェクタの噴射開始時点を検出する検出手段と、
前記噴射開始時点より第１所定時間だけ前から第２所定時間に亘って前記燃料ポンプを駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする制御装置。
前記駆動手段は、前記内燃エンジンのエンジン回転数を検出する検出手段と、
前記エンジン回転数に応じて前記第１所定時間を設定する第１設定手段と、
前記インジェクタの燃料噴射量に応じて前記第２所定時間を設定する第２設定手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
前記駆動手段は、前記エンジン回転数が低回転領域にあるとき第１固定周波数で前記燃料ポンプを周期的に駆動し、
前記エンジン回転数が高回転領域にあるとき前記第１固定周波数より大なる第２固定周波数で前記燃料ポンプを周期的に駆動することを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。