JP2011202549A

JP2011202549A - 内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置

Info

Publication number: JP2011202549A
Application number: JP2010069110A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okamoto; 多加志岡本
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: EP2392809A1; CN102200059A; US8418677B2; CN102200059B; US20110232610A1; JP5124612B2

Abstract

【課題】高圧燃料ポンプの降圧特性を用いて、燃料カット時間を犠牲にせずに目標燃圧に制御することを可能とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】燃料蓄圧室に備えられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプとを有する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記高圧燃料ポンプは、加圧室と、前記加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、吐出通路内に設けた吐出弁と、吸入通路内に設けた吸入弁と、前記吸入弁を操作するアクチュエータとを有し、前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプの吐出量又は圧力を可変とするべく、前記アクチュエータの駆動信号を算出する手段を有し、前記駆動信号を算出する手段は、前記燃料蓄圧室内の圧力降下要求が発生した場合、前記吐出弁を開弁し前記燃料蓄圧室内の燃料を加圧室に戻すことにより蓄圧室内の圧力を降下する。
【選択図】図２１

Description

本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の装置に係り、特に高圧燃料ポンプを備えた高圧燃料供給装置に関する。

近年開発が進んでいる筒内噴射エンジンでは、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うものであり、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくさせることによって燃料の燃焼を促進し、排出ガス物質の削減及びエンジン出力の向上等を図っている。

ここで、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくするためには燃料の高圧化を図る手段が必要である。これまでに燃料噴射弁，燃料噴射弁から噴射される燃料を蓄圧する蓄圧容器（以下コモンレールと呼ぶ），コモンレールに燃料を供給する高圧燃料ポンプなどから構成される高圧燃料供給装置にかかる技術が各種提案されている。コモンレール内の燃料圧力は、内燃機関の運転状態によって変化させたほうが燃費や排気をより改善することができる。その場合、燃料圧力の目標燃圧と実燃圧とが乖離すると逆に燃費や排気が悪化する虞がある。

従来の高圧燃料供給装置においては、コモンレールに燃料を供給する高圧ポンプとコモンレール内の燃料を噴射する燃料噴射弁との収支を調整することでコモンレール内の燃料圧力を制御している（特許文献１）。

特開２０１０−２５１０２号公報

高圧燃料ポンプと燃料噴射弁との収支による燃料圧力制御では、減圧要求に対して迅速な対応ができない場合がある。コモンレール内の圧力を減圧する役割を担う燃料噴射弁からの燃料噴射量は、内燃機関の要求出力などによって決まるからである。つまり、内燃機関の要求出力が小さいときには燃料噴射量は小さくなり、燃料噴射弁の噴射による減圧には限界が生じるからである。特に、エンジン出力が要求されない領域などで燃料噴射弁が噴射する燃料を止める燃料カット中には、減圧用の機構、例えばコモンレール内の燃料を低圧側に戻す電制リリーフバルブ等を用意しない限り、コモンレール内の圧力を減圧することはできない。

本発明に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、逆止弁からなる高圧燃料ポンプの吐出弁の閉じ遅れにより発生する逆流領域（コモンレール内の燃料が吐出弁を逆流して高圧燃料ポンプ側に戻ってくる領域）を積極的に利用し、コモンレール内の圧力を減圧するものである。

すなわち、プランジャが上昇中の所望のタイミングで吸入弁を閉じて加圧室内の燃料を加圧し、逆止弁からなる吐出弁を押し開けてコモンレールに燃料を吐出した後、吐出弁の閉じ遅れ期間中にプランジャが下降を始めることにより逆流領域が生じる。そして、燃料ポンプの吐出量よりも逆流領域における逆流量のほうが領域で高圧ポンプを制御することでコモンレール内の圧力を減圧させることができる。

本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置によれば、燃圧降下要求が発生した場合、高圧ポンプを制御して目標燃圧へ降圧させることができる。特に、高圧燃料ポンプを制御することにより降圧できるので、燃料カット中であっても降圧することができる。

本実施形態の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を備えたエンジンの全体構成図。図１のエンジン制御装置の内部構成図。図１の高圧燃料ポンプを備えた燃料系システムの全体構成図。図３の高圧燃料ポンプの縦断面図。図３の高圧燃料ポンプの動作タイミングチャート。図５の動作タイミングチャートの補足説明図。図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。図１の内燃機関制御装置によるポンプ制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。図１の内燃機関制御装置によるポンプ制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御状態遷移図。図１の内燃機関制御装置によるポンプ制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置によるポンプ制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置によるポンプ制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御タイムチャート。図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。図３の高圧燃料ポンプの動作特性。図１の内燃機関制御装置による本発明の効果の一例を説明する図。

本発明にかかる実施例は、基本的には、プランジャの下降により加圧室内に燃料を吸入し、プランジャが上昇中の所望のタイミングで吸入弁を閉じることにより、加圧室内の燃料を加圧し、逆止弁からなる吐出弁から燃料を蓄圧室内に吐出する高圧燃料ポンプの制御装置において、圧力降下要求が発生した場合、吐出弁から吐出される吐出量よりもコモンレールから吐出弁を逆流して加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングで吸入弁を閉じることによりコモンレール内の圧力を減圧するものである。

また、吐出弁の開弁位相をコモンレール内の圧力，エンジン回転数，蓄圧室内の目標とする圧力の少なくとも一つを用いて演算するものである。燃料逆流領域は、吐出弁の動作に作用する燃圧，エンジン回転数等に応じて変化するので、これらを考慮することで減圧制御の精度を向上させることができる。

また、吸入弁を閉じるタイミングを、高圧燃料ポンプが無吐出となるタイミングから開始し、そのタイミングが吐出弁から吐出される吐出量よりも蓄圧室から吐出弁を逆流して加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングとなるように検索するものである。吐出弁から吐出される吐出量よりも蓄圧室から吐出弁を逆流して加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングは、ものばらつきや、加圧室とコモンレール内の圧力差、内燃機関の運転状態などに影響を受けるため無吐出領域から開始し、進角又は遅角を一度乃至は二度以上繰り返して減圧制御が行えるタイミングで吸入弁を閉じることができるように制御することで減圧制御のロバスト性を向上させることができる。

また、圧力降下要求はコモンレール内の圧力，目標とする圧力の少なくとも一つに基づいて要求されるものである。圧力降下要求は、外部からの要求により、コモンレール内の実燃料圧力を下げたいとき、目標燃圧が下がったとき、実燃料圧力が目標燃圧よりも低いときなどに行われるからである。

また、蓄圧室内の圧力，目標とする圧力の少なくとも一つを用いて、内燃機関の燃料カット中に蓄圧室内の燃料をポンプ加圧室に戻す状態，高圧燃料ポンプ無吐出状態，高圧燃料ポンプ吐出状態のいずれかに切換えるものである。燃料カット中は、燃料噴射弁によるコモンレール内の減圧効果が期待できない。しかし、この構成によれば、高圧燃料ポンプの逆流領域を利用した減圧制御，燃料吐出による加圧制御，無吐出領域で制御する無吐出制御を切替えて燃料カット復帰時に実燃圧が所望の目標燃圧となるように制御することができる。加圧制御は、本実施例における高圧燃料ポンプの吸入弁をプランジャが上昇中の所望のタイミング（上死点近傍を除く）で閉じることで行うことができる。また、無吐出制御は、例えばプランジャ上昇中に吸入弁を常に開いておくことで行うことができる。

また、燃料カット中に、コモンレール内の圧力が燃料カット復帰後の目標燃圧になるように、吐出弁から吐出される吐出量よりも蓄圧室から吐出弁を逆流して加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングで吸入弁を閉じることにより蓄圧室内の圧力を減圧することで、燃料カット復帰時の目標燃圧とコモンレール内の実燃圧とを一致乃至は近づけることができるため、燃料カット復帰後の燃焼の安定性の悪化又は排出ガスの悪化を抑制することができる。

以下、図面に基づき本発明の内燃機関における高圧燃料供給制御装置の一実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は、本実施形態の筒内噴射エンジン５０７の制御システム全体構成を示したものである。筒内噴射エンジン５０７は４気筒からなり、各シリンダ５０７ｂに導入する空気は、エアクリーナ５０２の入口部から取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ）５０３を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁５０５ａが収容されたスロットルボディ５０５を通ってコレクタ５０６に入る。前記コレクタ５０６に吸入された空気は、エンジン５０７の各シリンダ５０７ｂに接続された各吸気管５０１に分配された後、ピストン５０７ａ，前記シリンダ５０７ｂ等によって形成される燃焼室５０７ｃに導かれる。また、前記エアフロセンサ５０３からは、前記吸気流量を表す信号が本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置を有するエンジン制御装置（コントロールユニット）５１５に出力されている。さらに、前記スロットルボディ５０５には、電制スロットル弁５０５ａの開度を検出するスロットルセンサ５０４が取り付けられており、その信号もコントロールユニット５１５に出力されるようになっている。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から低圧燃料ポンプ５１により一次加圧されて燃圧レギュレータ５２により一定の圧力（例えば３kg／cm²）に調圧されるとともに、後述する高圧燃料ポンプ１でより高い圧力（例えば５０kg／cm²）に２次加圧され、コモンレール５３を介して各シリンダ５０７ｂに設けられている燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）５４から燃焼室５０７ｃに噴射される。前記燃焼室５０７ｃに噴射された燃料は、点火コイル５２２で高電圧化された点火信号により点火プラグ５０８で着火される。

エンジン５０７のクランク軸５０７ｄに取り付けられたクランク角センサ（以下ポジションセンサと呼ぶ）５１６は、クランク軸５０７ｄの回転位置を表す信号をコントロールユニット５１５に出力し、また、排気弁５２６の開閉タイミングを可変にする機構を備えたカム軸（図示省略）に取り付けられたクランク角センサ（以下フェーズセンサと呼ぶ）５１１は、前記カム軸の回転位置を表す角度信号をコントロールユニット５１５に出力するとともに、排気弁５２６のカム軸の回転に伴って回転する高圧燃料ポンプ１のポンプ駆動カム１００の回転位置を表す角度信号をもコントロールユニット５１５に出力する。

前記コントロールユニット５１５の主要部は、図２に示すように、ＭＰＵ６０３，ＥＰ−ＲＯＭ６０２，ＲＡＭ６０４及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ６０１等で構成され、ポジションセンサ５１６，フェーズセンサ５１１，水温センサ５１７、並びに燃圧センサ５６を含む各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである高圧ポンプソレノイド２００、前記各インジェクタ５４及び点火コイル５２２等に所定の制御信号を供給して、燃料吐出量制御，燃料噴射量制御及び点火時期制御等を実行するものである。

図３は、前記高圧燃料ポンプ１を備えた燃料系システムの全体構成図を示し、図４は、前記高圧燃料ポンプ１の縦断面図を示している。

前記高圧燃料ポンプ１は、燃料タンク５０からの燃料を加圧してコモンレール５３に高圧の燃料を圧送するものであり、燃料吸入通路１０，吐出通路１１，加圧室１２が形成されている。加圧室１２には、加圧部材であるプランジャ２が摺動可能に保持されている。吐出通路１１には、吐出弁６が設けられている。また、吸入通路１０には、燃料の吸入を制御する電磁弁８が設けられている。電磁弁８はノーマルクローズ型の電磁弁であり、非通電時に閉弁方向に力が作用し、通電時には開弁方向に力が作用する。

燃料はタンク５０から低圧燃料ポンプ５１にてポンプ本体１の燃料導入口に、プレッシャレギュレータ５２によって一定の圧力に調圧されて導かれる。その後、ポンプ本体１にて加圧され、燃料吐出口からコモンレール５３に圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５４，圧力センサ５６，圧力調整弁（以下リリーフ弁と呼ぶ）５５が装着されている。リリーフ弁５５はコモンレール５３内の燃圧が所定値を超えた際に開弁し、高圧配管系の破損を防止する。インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、コントロールユニット５１５から与えられる駆動電流に従って燃料を噴射する。圧力センサ５６は取得した圧力データをコントロールユニット５１５に出力する。コントロールユニット５１５は各種センサから得られるエンジン状態量（例えばクランク回転角，スロットル開度，エンジン回転数，燃圧等）に基づいて適切な噴射燃料量や燃圧等を演算し、ポンプ１やインジェクタ５４を制御する。

プランジャ２は、エンジン５０７における排気弁５２６のカム軸の回転に伴って回転するポンプ駆動カム１００に圧接されたリフタ３を介して往復動し、加圧室１２の容積を変化させている。プランジャ２が下降して加圧室１２の容積が拡大すると、電磁弁８が開弁し、燃料吸入通路１０から加圧室１２に燃料が流入する。このプランジャ２が下降する行程を以下、吸入行程と記す。プランジャ２が上昇し、電磁弁８が閉弁すると、加圧室１２内の燃料は昇圧され、吐出弁６を通過してコモンレール５３へ圧送される。このプランジャ２が上昇する行程を以下、圧縮行程と記す。

図５は、前記高圧燃料ポンプ１の動作タイミングチャートを示している。なお、ポンプ駆動カム１００で駆動するプランジャ２の実際のストローク（実位置）は、図６に示すような曲線になるが、上死点と下死点の位置を分かり易くするために、以下、プランジャ２のストロークを直線的に表すこととする。

圧縮行程中に電磁弁８が閉じれば、吸入行程中に加圧室１２に吸入された燃料は加圧され、コモンレール５３側へ吐出される。もし圧縮行程中に電磁弁８が開弁していれば、その間、燃料は吸入通路１０側へ押し戻され、加圧室１２内の燃料はコモンレール５３側へは吐出されない。このように、ポンプ１の燃料吐出は電磁弁８の開閉によって操作される。電磁弁８の開閉はコントロールユニット５１５によって操作される。

電磁弁８は弁体５、弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２，ソレノイド２００，アンカ９１を構成部品として有する。ソレノイド２００に電流が流れると、アンカ９１に電磁力が発生して図中右側に引き寄せられ、アンカ９１と一体に形成された弁体５が開弁する。ソレノイド２００に電流が流れないと、弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２により、弁体５は閉じる。電磁弁８は駆動電流を流さない状態で閉弁する構造の弁であるため、ノーマルクローズ型の電磁弁と称する。

吸入行程中は、加圧室１２の圧力が吸入通路１０の圧力よりも低くなり、その圧力差によって弁体５が開弁し、燃料が加圧室１２に吸入される。このとき、ばね９２は弁体５を閉弁方向に付勢するが、圧力差による開弁力の方が大きくなるように設定されているため、弁体５は開弁する。ここで、もしソレノイド２００に駆動電流が流れていれば、磁気吸引力が開弁方向へ作用して、弁体５は更に開弁しやすくなる。

一方、圧縮行程中は加圧室１２の圧力の方が吸入通路１０よりも高くなるため、弁体５を開弁させる差圧は発生しない。ここで、ソレノイド２００に駆動電流が流れていなければ、弁体５を閉弁方向に付勢するばね力などにより、弁体５は閉弁する。一方、ソレノイド２００に駆動電流が流れ十分な磁気吸引力が発生していれば、磁気吸引力により弁体５は開弁方向に付勢される。

よって、吸入行程中に電磁弁８のソレノイド２００に駆動電流を与え始め、圧縮行程中も与え続けると、弁体５は開弁保持される。その間、加圧室１２内の燃料は低圧通路１０に逆流するため、燃料はコモンレール内へ圧送されない。一方、圧縮行程中あるタイミングで駆動電流を与えるのを止めると、弁体５は閉弁し、加圧室１２内の燃料が加圧され、吐出通路１１側へ吐出される。駆動電流を与えるのを止めるタイミングが早いと、加圧される燃料の容量が大きく、タイミングが遅いと、加圧される燃料の容量が小さくなる。よって、コントロールユニット５１５は弁体５が閉じるタイミングを制御することにより、ポンプ１の吐出流量を制御することができる。

さらに、圧力センサ５６の信号に基づき、コントロールユニット５１５にて適切な通電ＯＦＦタイミングを演算し、ソレノイド２００をコントロールすることにより、コモンレール５３の圧力を目標値にフィードバック制御させることができる。

図７は、前記高圧燃料ポンプ制御装置を有するコントロールユニット５１５のＭＰＵ６０３が実施する高圧燃料ポンプ１の制御ブロック図の一態様である。前記高圧燃料ポンプ制御装置は、燃圧センサ５６からの信号をフィルタ処理して実燃圧を出力する燃圧入力処理手段７０１、エンジン回転数と負荷からその動作点に最適な目標燃圧を算出する目標燃圧算出手段７０２、ポンプの吐出流量を制御するための位相パラメータを演算するポンプ制御角度算出手段７０３、ポンプ駆動信号であるデューティ信号のパラメータを演算するポンプ制御ＤＵＴＹ算出手段７０４、筒内噴射エンジン５０７の状態を判定してポンプ制御モードを遷移させるポンプ状態遷移判定手段７０５、ソレノイド２００に前記デューティ信号から生成される電流を与えるソレノイド駆動手段７０６から構成される。

図８にポンプ制御角度算出手段７０３の一態様を示す。ポンプ制御角度算出手段７０３は、通電開始角度算出手段８０１および通電終了角度算出手段８０２から構成される。

図９に通電開始角度算出手段８０１の一態様を示す。エンジン回転数とバッテリ電圧を入力とした基本通電開始角度算出マップ９０１から基本通電開始角度ＳＴＡＮＧＭＡＰを演算し、前記ポンプ駆動カム軸の可変バルブタイミング機構による位相差ＥＸＣＡＭＡＤＶ分を補正することにより通電開始角度ＳＴＡＮＧを演算する。可変バルブタイミング機構による位相差の補正は、動作角０位置に対して進角側に動作する場合は、減算をし、遅角側に動作する可変バルブタイミング機構であれば加算する。本実施例では、遅角側に動作する可変バルブタイミング機構を前提とする。以下、ポンプ制御位相パラメータにおいて、可変バルブタイミング機構による位相差補正が必要な部分は同様の考え方である。

図１０に、基本通電開始角度ＳＴＡＮＧＭＡＰの設定方法について示す。基本通電開始角度ＳＴＡＮＧＭＡＰは、可変バルブタイミング機構による位相差が０のときには、通電開始角度ＳＴＡＮＧと等しい。本ポンプはノーマルクローズ式であるため、ポンププランジャ下死点までに電磁弁８を開弁することが可能となる力が働くよう設定する。

前記開弁することが可能となる力は、回転数に比例しておおきくなり閉弁方向にはたらくポンプ内流体力に勝る力である。よって、ソレノイドに発生する力は電流に比例するので、ポンプ下死点までにソレノイド２００に一定値以上の電流が流れている必要がある。前記一定値まで到達する時間は、ソレノイド２００に対する電源であるバッテリの電圧に依存し、前記一定値は回転数に依存するので、前記基本通電開始角度算出マップ９０１は、エンジン回転数とバッテリ電圧を入力とする。

図１１に通電終了角度算出手段８０２の一態様を示す。本ポンプは、通電終了角度を変化させることにより吐出量が制御される。

燃圧Ｆ／Ｂ制御中は、インジェクタによる噴射量とエンジン回転数を入力とした基本角度マップ１１０１より基本角度ＢＡＳＡＮＧを演算する。ＢＡＳＡＮＧは、定常運転状態における要求吐出量に対応する閉弁角度を設定する。

燃圧Ｆ／Ｂ制御演算部（１１０２）では、目標燃圧と実燃圧より演算されたＦ／Ｂ分を基本角度ＢＡＳＡＮＧに加算することにより基準角度ＲＥＦＡＮＧを演算する。基準角度ＲＥＦＡＮＧは、可変バルブタイミング動作が無いと仮定した場合の、基準ＲＥＦからの電磁弁８を閉弁したい角度を示している。ここで基準ＲＥＦとは、位相制御の基準点となる位置である。コントロールユニット５１５において、要求された位相に出力を実施するためには基準点の設定が必要である。

降圧制御中は、実燃圧とエンジン回転数を入力とした基本降圧角度マップ１１０６より基本降圧角度ＢＡＳＡＮＧ２を演算する。ＢＡＳＡＮＧ２は、高圧燃料ポンプの吐出弁閉じ遅れによる燃料逆流領域角度をベースとし、カムばらつき等を考慮した閉弁角度を設定する。燃料逆流領域は、吐出弁の動作に作用する燃圧、エンジン回転数に応じて変化するのでマップ１１０６は、前記２パラメータを入力とする。更に精度を向上させるために、燃料の粘性等を考慮しても良い。

降圧角度演算手段１１０７では、降圧基準角度ＲＥＦＡＮＧ２を演算する。降圧基準角度ＲＥＦＡＮＧ２は、可変バルブタイミング動作が無いと仮定した場合の、基準ＲＥＦからの電磁弁８を閉弁したい角度を示している。

基準角度ＲＥＦＡＮＧまたは降圧基準角度ＲＥＦＡＮＧ２に、エンジン回転数を入力としたテーブルより演算した閉弁遅れＰＵＭＤＬＹと可変バルブタイミング動作角を加減算することにより通電終了角度ＯＦＦＡＮＧを演算する。

また、ＯＦＦＡＮＧは、出力強制終了角度ＣＰＯＦＦＡＮＧを上限値に持つ。ＣＰＯＦＦＡＮＧは、回転数とバッテリ電圧を入力としたマップ値より可変バルブタイミング動作角を加算した値である。

図１９に本発明の一実施形態を示した降圧角度演算手段１１０７の制御フローチャートを示す。ステップ１９０１は、割込み処理であり、例えば１０ｍｓ周期または基準ＲＥＦ周期で演算する。ステップ１９０２では、降圧制御要求中であるかを判断する。要求中である場合、ステップ１９０３へ進む。ステップ１９０３および１９０４では、ＢＡＳＡＮＧ２および実燃圧を読込む。ステップ１９０５では、コモンレール内実燃圧が目標燃圧より高いか判定する。高い場合は、ステップ１９０６に進む。ステップ１９０６では、前回割込み演算時の燃圧と比較して今回の燃圧が規定値以上低下しているかを判断する。本ステップの目的は、燃料逆流位相到達有無の判定である。ステップ１９０６で燃圧が低下していないと判断した場合、逆流位相に到達するため、ＢＡＳＡＮＧより規定値（Ｂ）除算し、ＲＥＦＡＮＧ２とする。規定値（Ｂ）は、ステップ１９０７を通過する度に増えていく値であり、ＢＡＳＡＮＧ２が変化した場合はクリアされる。また、本実施例では除算としたが、ＢＡＳＡＮＧ２の設定により足し算としても良い。

図２０にポンプノーマルクローズ式ポンプにおける通電終了タイミングと吐出量の関係を示す。図１９に示す制御フローチャートは燃料逆流領域を探す機構を有している。

図１２に、出力強制終了角度ＣＰＯＦＦＡＮＧを設定する考え方について説明する。ＣＰＯＦＦＡＮＧの目的は、通電を止めた場合においても無吐出になる角度領域は通電を止め、消費電力の低減・ソレノイド２００の発熱防止を図ることである。図１２に示すように上死点以前に駆動信号を停止しても閉弁遅れがあるため上死点付近まで開弁し、ポンプは無吐出運転となる。よって、出力強制終了角度ＣＰＯＦＦＡＮＧは、上死点以前（進角側）に設定することができる。

出力強制終了角度ＣＰＯＦＦＡＮＧは、ポンプ無吐出運転を要求される時にも使用し、この角度でソレノイドへの通電を終了する。

図１３に、ポンプ状態遷移判定手段７０５の一態様を表す状態遷移図を示す。制御ブロックは、Ａ制御，Ｂ制御，フィードバック制御（以下Ｆ／Ｂ制御と記す），吐出禁止制御，降圧制御から構成される。

Ａ制御は、デフォルト制御（無通電制御）であり、もし始動時においてエンジンが回転中である場合、ポンプは全吐出を実施する。Ｂ制御は、コモンレール内の残圧が高い場合においてＲＥＦ信号認識前の昇圧防止を目的としている。Ｆ／Ｂ制御は、コモンレール内が目標燃圧となるように制御することを目的とし、吐出禁止制御はフューエルカット（以下Ｆ／Ｃと記す）中におけるコモンレール内燃圧の昇圧防止を目的として、圧送を停止する。降圧制御はＦ／Ｃ中において燃圧の降圧要求が発生した場合、あるいはＦ／Ｂ制御中に降圧応答性を早めたい場合に、降圧を促進することを目的とする。

まず、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮになり、コントロールユニット５１５のＭＰＵ６０３がリセット状態になると、Ａ制御ブロック１４０２である無通電制御状態になり、ポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝０とし、ソレノイド２００に対する通電は行われない。

次に、スタータスイッチがＯＮになり、エンジン５０７がクランキング状態となってクランク角信号ＣＲＡＮＫを検出し、コモンレール５３内の燃圧が高い場合、条件１が成立してＢ制御ブロック１４０３である等間隔通電制御状態に遷移し、ポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝１とする。ここで、Ｂ制御ブロック１４０３は、クランク角信号ＣＲＡＮＫのパルスは検出しているものの、ＲＥＦ信号であるプランジャ２のストロークの認識は行われておらず、未だクランク角信号ＣＲＡＮＫとカム角信号ＣＡＭとのプランジャ位相が確定されていない状態であり、すなわち高圧燃料ポンプ１のプランジャ２が下死点位置に来るタイミングを認識できない状態である。

そして、クランキング状態が初期から中期に入り、クランク角信号ＣＲＡＮＫとカム角信号ＣＡＭとのプランジャ位相が確定し、基準ＲＥＦを生成可能な運転状態になると、条件３が成立してＦ／Ｂ制御ブロック１４０４に遷移し、ポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝２とするとともに、燃圧入力処理手段７０１で算出された実燃圧が、目標燃圧算出手段７０２で算出された目標燃圧となるようにソレノイド制御信号を出力する。図１４に基準ＲＥＦ生成方法の一例を示す。クランク角センサ信号には歯欠け部分（通常のクランク角センサ信号間隔より間隔を広くした部分）が存在する。エンジン始動時から初回歯欠け認識時のクランク角センサを基準ＲＥＦとし、以後一定角度毎にクランク角センサ値から基準ＲＥＦを生成する。歯欠け認識はクランク角センサ入力間隔より判定する。

なお、Ｂ制御中にプランジャ位相が確定せずＲＥＦ信号が生成できない場合等は条件２が成立し、Ａ制御に遷移する。

また、スタータスイッチがＯＮになり、エンジン５０７がクランキング状態となって、コモンレール５３内の燃圧が低い場合、Ａ制御を実施することにより昇圧を促進し、ポンプ基準ＲＥＦが生成されており、かつ目標燃圧とコモンレール内燃圧が収束しつつあると条件４が成立し、Ｆ／Ｂ制御ブロック１４０４に遷移する。

以降、エンストが発生しない限り、Ｆ／Ｂ制御ブロック１４０４が継続する。しかし、前記Ｆ／Ｂ制御ブロック１４０４において、車両の減速等による燃料カットが生じ、かつ降圧要求が無い場合には、条件５が成立して吐出禁止制御ブロック１４０５に遷移し、ポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝３とし、高圧燃料ポンプ１からコモンレール５３への燃料圧送が止まる。

なお、前記吐出禁止制御ブロック１４０５からは、燃料カットの終了により条件６が成立してＦ／Ｂ制御ブロック１４０４に遷移し、前記通常のフィードバック制御に戻り、降圧要求が発生した場合には、条件１０が成立し、降圧制御ブロック１４０６に遷移し、ポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝４とし、降圧制御を開始する。

Ｆ／Ｂ制御ブロック１４０４において、車両の減速等による燃料カットが生じ、かつ降圧要求が有る場合には、条件８が成立して降圧制御ブロック１４０６に遷移し、燃料カットが解除された場合、条件９が成立しＦ／Ｂ制御ブロック１４０４に遷移する。ブロック１４０６において、燃料カット中かつ降圧要求無しの場合は、条件１１が成立しブロック１４０５に遷移する。

なお、Ｆ／Ｂ制御，吐出禁止制御または降圧制御中に前記コントロールユニット５１５がエンストを認識すると条件７が成立し、Ａ制御ブロック１４０２に遷移する。

図１５に、Ｆ／Ｂ制御および降圧制御中におけるソレノイド２００への通電信号のタイムチャートを示す。通電開始角度ＳＴＡＮＧから通電終了角度ＯＦＦＡＮＧまでオープン電流制御デューティを出力する。前記オープン電流制御デューティは、初期通電時間ＴＰＵＭＯＮおよび初期通電後のデューティにより構成される。ここで、初期通電時間ＴＰＵＭＯＮおよび初期通電後のデューティ比ＰＵＭＤＴＹは、ポンプ制御ＤＵＴＹ算出手段７０４内で演算する。

図１６に、Ｆ／Ｂ制御中の前記コントロールユニット５１５による燃圧の制御に対するソレノイド制御信号の通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧに用いられる各パラメータを示したものである。

ＣＲＡＮＫ信号とＣＡＭ信号に基づいて生成される基準ＲＥＦと、プランジャ２のストロークから前記ソレノイド信号の通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧが設定され、まず、前記通電開始角度ＳＴＡＮＧは、図９に記したようにエンジン回転数とバッテリ電圧を入力としたマップ値に前記ポンプ駆動カム軸の可変バルブタイミング機構による位相差を補正することにより演算する。

また、前記通電終了角度ＯＦＦＡＮＧは、式１のように求めることができる。

ＯＦＦＡＮＧ＝ＲＥＦＡＮＧ＋ＥＸＣＡＭＡＤＶ−ＰＵＭＤＬＹ（式１）
ここで、ＲＥＦＡＮＧは基準角度であり、式２のように求めることができる。

ＲＥＦＡＮＧ＝ＢＡＳＡＮＧ＋ＦＢＧＡＩＮ（式２）
ここで、ＢＡＳＡＮＧは基本角度であり、エンジン５０７の運転状態に基づいて基本角度マップ１１０１（図１１）で演算される。ＥＸＣＡＭＡＤＶはカム作動角であり、可変バルブタイミングの動作角に相当する。ＰＵＭＤＬＹはポンプ遅れ角度であり、ＦＢＧＡＩＮは、フィードバック分である。

図１７は、降圧制御中の前記コントロールユニット５１５による燃圧の制御に対するソレノイド制御信号の通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧに用いられる各パラメータを示したものである。

Ｆ／Ｂ制御と同様に基準ＲＥＦと、通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧが設定され、ＯＦＦＡＮＧは、式３のように求めることができる。

ＯＦＦＡＮＧ＝ＲＥＦＡＮＧ２＋ＥＸＣＡＭＡＤＶ−ＰＵＭＤＬＹ（式３）
ここで、ＲＥＦＡＮＧ２は基準角度であり、図１１中のブロック１１０７により演算される。

図１８に各制御状態における、ソレノイド２００に対する通電信号を示す。Ａ制御中は、ソレノイド２００に通電を実施しない。Ｂ制御中は、Ｂ制御許可時から初回基準ＲＥＦまで前記オープン電流制御デューティを出力する。Ｆ／Ｂ制御中および降圧制御中は、前記通電開始角度ＳＴＡＮＧから前記通電終了角度ＯＦＦＡＮＧまで前記オープン電流制御デューティを出力する。吐出禁止制御中は、前記通電開始角度ＳＴＡＮＧから前記強制通電終了角度ＣＰＯＦＦＡＮＧまでオープン電流制御デューティを出力する。

以上のように、本発明の前記実施形態は、上記の構成によって次の機能を奏するものである。

前記実施形態のコントロールユニット５１５は、シリンダ５０７ｂに備えられたインジェクタ５４と、前記インジェクタ５４に燃料を圧送する高圧燃料ポンプ１とコモンレール５３と燃圧センサ５６とを有する筒内噴射エンジン５０７の高圧燃料ポンプ制御装置であって、圧力降下要求が発生した場合、高圧燃料ポンプの吐出弁閉じ遅れによる燃料逆流領域を利用し、コモンレール内の燃料を高圧ポンプ内に戻すように高圧ポンプアクチュエータを制御し、目標燃圧へ降圧することにより、燃費向上，燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を図ることができる。

本発明の効果の一例を図２１により述べる。図２１は本発明の場合の制御装置と従来技術においてのタイムチャートである。従来技術では、燃料カット要求時に燃圧を下げるために燃料カットタイミングを遅らせており、燃費の悪化を招いていた。また、燃料カット解除時には、目標燃圧との差異が発生し、排出ガス性能を悪化させる可能性がある。

本発明では、燃料カット要求時から燃料をカットすることが可能となり、かつ燃料カット解除時には目標燃圧で燃料を噴射することができる。前記より内燃機関の燃費を向上し、燃焼の安定化による運転性能の向上及び排出ガス性能の改善を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。特に本実施例は駆動電流を流した状態で開弁するノーマルクローズ型ポンプを例として記載したが、駆動電流を流さない状態で開弁する構造の吸入弁を持つノーマルオープン型ポンプを用いた制御装置であってもよい。すなわち、吸入弁を開くことで燃料を加圧室に吸入し、吸入弁を閉じることで加圧室内の燃料を加圧し、吐出弁から吐出するタイプの高圧ポンプであれば、本発明は実施可能である。

以上の説明から理解されるように、本実施例に係る高圧燃料ポンプ制御装置は、燃料カット要求時間を犠牲にすることなく目標燃圧にすることが可能となるので、燃費向上，燃焼の安定化による運転性能の向上及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。

１高圧燃料ポンプ
３リフタ
４下降ばね
８電磁弁
５１低圧燃料ポンプ
５３コモンレール
５４インジェクタ
５６燃圧センサ
５０７筒内噴射エンジン
５１５コントロールユニット
７０１燃圧入力処理手段
７０２目標燃圧算出手段
７０３ポンプ制御角度算出手段
７０４ポンプ制御デューティ算出手段
７０５ポンプ状態遷移判定手段
７０６ソレノイド駆動手段
１１０６基本降圧角度マップ
１１０７降圧角度演算手段

Claims

プランジャの下降により加圧室内に燃料を吸入し、プランジャが上昇中の所望のタイミングで吸入弁を閉じることにより、前記加圧室内の燃料を加圧し、逆止弁からなる吐出弁から燃料を蓄圧室内に吐出する高圧燃料ポンプの制御装置において、
前記制御装置は、圧力降下要求が発生した場合、前記吐出弁から吐出される吐出量よりも前記蓄圧室から前記吐出弁を逆流して前記加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングで前記吸入弁を閉じることにより前記蓄圧室内の圧力を減圧することを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置において、前記吐出弁の開弁位相を前記蓄圧室内の圧力，エンジン回転数，前記蓄圧室内の目標とする圧力の少なくとも一つを用いて演算することを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。
請求項１から２のいずれかに記載の制御装置において、前記吸入弁を閉じるタイミングを、前記高圧燃料ポンプが無吐出となるタイミングから開始し、該タイミングが前記吐出弁から吐出される吐出量よりも前記蓄圧室から前記吐出弁を逆流して前記加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングとなるように検索することを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。
請求項１から３のいずれかに記載の制御装置において、圧力降下要求は前記蓄圧室内の圧力，目標とする圧力の少なくとも一つを用いて演算されることを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。
請求項１から４のいずれかに記載の制御装置において、前記蓄圧室内の圧力，目標とする圧力の少なくとも一つを用いて、内燃機関の燃料カット中に蓄圧室内の燃料をポンプ加圧室に戻す状態，高圧燃料ポンプ無吐出状態，高圧燃料ポンプ吐出状態のいずれかに切換えることを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置。
プランジャの下降により加圧室内に燃料を吸入し、プランジャが上昇中の所望のタイミングで吸入弁を閉じることにより、前記加圧室内の燃料を加圧し、逆止弁からなる吐出弁から燃料を蓄圧室内に吐出する高圧燃料ポンプの制御装置において、
前記制御装置は、燃料カット中に、コモンレール内の圧力が燃料カット復帰後の目標燃圧になるように、前記吐出弁から吐出される吐出量よりも前記蓄圧室から前記吐出弁を逆流して前記加圧室内に戻る逆流量が多くなるタイミングで前記吸入弁を閉じることにより前記蓄圧室内の圧力を減圧することを特徴とする制御装置。