JP4050287B2 - 内燃機関の省エネ方式の高圧燃料供給制御装置 - Google Patents
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Description
以下、この種の内燃機関における燃料系システムの構成について説明する。
そして、加圧室の下流側の吐出通路は、加圧室から燃料レールへ向かう燃料の流通のみを許す吐出弁を介して燃料レールに接続されており、燃料レールは、加圧室から吐出された燃料を保持するとともに燃料噴射弁に分配する。
また、加圧室の上流側の低圧通路は、常開式の流量制御弁、低圧燃料ポンプおよび低圧プレッシャレギュレータを介して燃料タンクに接続されており、低圧燃料ポンプから低圧通路へ汲み上げられた燃料は、低圧プレッシャレギュレータにより所定の低圧値に調整された後、プランジャが上死点から下死点まで下動する期間(加圧室の容積が拡大する期間)に、開弁している流量制御弁を通して加圧室に吸入される。
逆に、プランジャが下死点から上死点まで上動する期間中、流量制御弁を全く閉弁させなかった場合、加圧室に吸入されている燃料は低圧通路にリリーフされ、燃料レールへは燃料が供給されなくなる。
また、プランジャが下死点から上死点まで上動する期間の途中で流量制御弁を閉弁させた場合、プランジャ下死点から流量制御弁が閉弁する位置までの間は加圧室に吸入されている燃料の一部が低圧通路にリリーフされ、流量制御弁の閉弁位置からプランジャ上死点までの間は加圧室内に残された燃料が加圧されて燃料レールへ供給される。
このように、プランジャ上動期間中の任意のタイミングで流量制御弁を閉弁制御することにより、燃料レールへ供給される燃料量を最大量から最小量までに調整することができる。
図14は、上から順に、プランジャの動作位置、ソレノイドの通電タイミング、流量制御弁の開閉状態、加圧室の内圧、流量制御弁の閉弁位置と燃料吐出量の関係、を示している。また、図14では、一例として、流量制御弁の閉弁位置がTVCの時点に決定されているときの動作が示されている。
そして、TVCの時点にて流量制御弁を閉弁させるために、流量制御弁を駆動するソレノイドの通電開始時期TONと通電終了時期TOFFとを制御する。
図15は、上から順に、内燃機関の回転位置に基づいて生成される基準信号REF、プランジャの動作位置、ソレノイドの通電タイミング、流量制御弁の開閉状態、加圧室の内圧を示したタイムチャートである。
なお、該基準信号REFの位置とその後に到来するプランジャ下死点の到来位置BDCとの位置関係は、予め設計値としてECUに記憶されており、基準信号REFから所定時間(または所定角度)に相当するオフセット値Td後の時点が正規のプランジャ下死点BDCの到来位置(以下、推定下死点BDCと称する。)であるものと特定される。すなわち、図15の実線で描かれたプランジャ動作が正規のプランジャ動作位置として認識される。従って、最大量の燃料を吐出する場合には、推定下死点BDCと同じ位置に目標閉弁位置TVCが決定される(すなわち、Tr=0)。
その結果、実線で描かれた流量制御弁の開閉状態で示されるように、流量制御弁は推定下死点BDCの位置で閉弁し、上死点TDCの到来位置までの期間にわたり、加圧室内の燃料が加圧され、最大量の燃料が燃料レールへ供給される。
そこで、従来技術では、推定下死点BDCと同じ位置に進角制限値LIM(=Lbase)を設け、目標閉弁位置TCVが推定下死点BDCよりも進角移動することを制限している(特許文献1の請求項2)。
ところが、実際の制御装置においては、たとえば、回転位置を検出するカム角センサや高圧燃料ポンプの組み付け位置、ポンプカムの加工精度、といった位置制御に係わる部位のばらつきによって基準信号REFとその後に到来する推定下死点BDCとの位置関係が正規の関係からずれることが考えられる。また、経年使用によりずれることが考えられる。
しかしながら、従来技術においては、このような、ばらつきに対する格別の配慮がなされておらず、以下に挙げるような課題を含み持つ。
図15および図16は、上から順に、内燃機関の回転位置に基づいて生成される基準信号REF、プランジャの動作位置、ソレノイドの通電タイミング、流量制御弁の開閉状態、加圧室の内圧を示したタイムチャートである。
また、図15は、プランジャが正規のタイミングで動作しているとき(実線)と遅角側に最大ずれを起こしているとき(一点鎖線)の、2つの制御動作を示し、図16は、プランジャが正規のタイミングで動作しているとき(実線)と進角側に最大ずれを起こしているとき(二点鎖線)の、2つの制御動作を示している。
すなわち、前記従来技術の進角制限値LIMは、LIM=Lbase(すなわち、プランジャが正規のタイミングで動作しているときの下死点BDCと同じ位置)に設定されていたが、請求項2の発明によれば、進角制限値は、LIM>Lbase(すなわち、プランジャが正規のタイミングで動作しているときのプランジャ下死点の到来位置よりも進角側)に設定される。
この結果、ソレノイドの発熱量が許容できない高回転域のみホールド通電時間Thが短い時間に変更され、ソレノイドの発熱が抑制される。
なお、図9では、判定回転数NXを基に進角側制限値LIMを2段階に切り替えるようにしているが、予め回転数ごとの発熱限界となる進角側制限値LIMを確認しておき、回転数ごとに緻密に設定しておくようにしてもよい。
図10乃至図11は、プランジャが正規のタイミングで動作しているとき(実線)と遅角側に最大ずれTrtdを起こしているとき(一点鎖線)の制御動作を示している。
なお、図10、図11ともに、基準信号REFからオフセット値Td経過後の時点を推定下死点BDCとして特定する点は従来技術と同じである。
ここで、最大量の燃料を吐出しようとした場合には、目標閉弁位置TVCは、フィードバック補正によって、進角制限値LIM=Lbaseの位置(すなわち、Tr=0)に制御される。そして、目標閉弁位置TVCからプレ通電時間Tpさかのぼった時点TONにてソレノイドの通電を開始するとともに目標閉弁位置TVCからホールド通電時間Th(=Tbase+Trtd)経過した時点TOFFにてソレノイドへの通電を終了する。
ここで、最大量の燃料を吐出制御するときの目標閉弁位置TVCは、フィードバック補正によって、進角制限値LIM=Ladvの位置(すなわち、Tr=−Tadv)に制御される。そして、目標閉弁位置TVCからプレ通電時間Tpさかのぼった時点TONにてソレノイドの通電を開始するとともに目標閉弁位置TVCからホールド通電時間Th(=Tbase+Trtd+Tadv)経過した時点TOFFにてソレノイドへの通電を終了する。
そこで、請求項4乃至請求項5では、プランジャが正規のタイミングよりも遅角側に最大Trtdずれて動作したときのプランジャ下死点BDC1よりも目標閉弁位置TVCの方が遅角側に制御されているとき(すなわち、Tr>Trtdのとき)には、図13のタイムチャートにおけるソレノイド通電タイミングのように、ホールド通電時間Thを最低限必要なTbaseのみ切り替え、消費電力の低減を図るようにしている。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置について説明する。 図1はこの発明の実施の形態1に係る内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置を示すブロック構成図である。
プランジャ22の下端は、内燃機関40のカム軸24に設けられたポンプカム25に圧接され、カム軸24の回転に連動してポンプカム25が回転することにより、プランジャ22がシリンダ21内を往復動して、加圧室23内の容積が拡大縮小変化するようになっている。
低圧燃料ポンプ31から吐出された燃料は、低圧プレッシャレギュレータ32によって所定の低圧値に調整された後、常開式の流量制御弁10を通して、プランジャ22がシリンダ21内で下動する際に加圧室23内に導入される。
これにより、開弁圧設定値以上に上昇しようとした燃料レール36内の燃料は、リリーフ通路38を通して燃料タンク30に戻され、燃料レール36内の燃圧が過大になることはない。
したがって、流量制御弁10の開弁制御中においては、燃料レール36に高圧の燃料が供給されることはない。
そして、クランク角センサ62とアクセルポジションセンサ64の検出情報に基づいて目標燃圧を決定するとともに、燃料レール36内の燃圧が該目標燃圧と一致するように流量制御弁10のソレノイド13の駆動タイミングをフィードバック制御して燃料吐出量を制御する。
このような構成のもと、流量制御弁プランジャ11は、ソレノイド14の非通電状態または通電状態に応じて、低圧燃料ポンプ31と加圧室23との間の低圧通路33を開閉する。
この結果、弁体12も上方に引き上げられ、低圧燃料ポンプ31側の低圧通路33と加圧室23との間が遮断される。すなわち、流量制御弁10は閉弁状態となる。
なお、図2に例示した流量制御弁(すなわち、流量制御弁プランジャ11と弁体12が連動する形式)のほか、前記特許文献1に採用されている流量制御弁(すなわち、流量制御弁プランジャ11と弁体12が接離自在であって、かつ、弁体12に対して閉弁付勢力として作用する閉弁スプリングを備えた形式)も、本発明の効果を得ることができる対象となる。
以下、図6のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態2に係る内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置について説明する。なお、この発明の実施の形態2は、前記図5のフローチャート内のステップS114、すなわち、ホールド通電時間Thの設定機能が異なるだけであるので、ここでは、前記図5のステップS114に置き換わる動作のみ図6のフローチャートで説明する。
以下、図7のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態3に係る内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置について説明する。なお、この発明の実施の形態3は、前記図5のフローチャート内のステップS111、および、ステップS114、すなわち、最終の閉弁位置TVCの決定機能とホールド通電時間Thの設定機能が異なるだけであるので、ここでは、前記図5のステップS111からステップS114に置き換わる動作のみ図7のフローチャートで説明する。
すなわち、前記従来技術の進角制限値LIMは、LIM=Lbase(すなわち、プランジャが正規のタイミングで動作しているときの下死点BDCと同じ位置)に設定されていたが、請求項2の発明によれば、進角制限値は、LIM>Lbase(すなわち、プランジャが正規のタイミングで動作しているときのプランジャ下死点の到来位置よりも進角側)に設定される。
この結果、ソレノイド14の発熱量が許容できない高回転域のみホールド通電時間Thが短い時間に変更され、ソレノイド14の発熱が抑制される。
なお、図9では、判定回転数NXを基に進角側制限値LIMを2段階に切り替えるようにしているが、予め回転数ごとの発熱限界となる進角側制限値LIMを確認しておき、回転数ごとに緻密に設定しておくようにしてもよい。
なお、図10、図11ともに、基準信号REFからオフセット値Td経過後の時点を推定下死点BDCとして特定する点は従来技術と同じである。
ここで、最大量の燃料を吐出しようとした場合には、目標閉弁位置TVCは、フィードバック補正によって、進角制限値LIM=Lbaseの位置(すなわち、Tr=0)に制御される。そして、目標閉弁位置TVCからプレ通電時間Tpさかのぼった時点TONにてソレノイドの通電を開始するとともに目標閉弁位置TVCからホールド通電時間Th(=Tbase+Trtd)経過した時点TOFFにてソレノイドへの通電を終了する。
ここで、最大量の燃料を吐出制御するときの目標閉弁位置TVCは、フィードバック補正によって、進角制限値LIM=Ladvの位置(すなわち、Tr=−Tadv)に制御される。そして、目標閉弁位置TVCからプレ通電時間Tpさかのぼった時点TONにてソレノイドの通電を開始するとともに目標閉弁位置TVCからホールド通電時間Th(=Tbase+Trtd+Tadv)経過した時点TOFFにてソレノイドへの通電を終了する。
そこで、請求項4乃至請求項5では、プランジャが正規のタイミングよりも遅角側に最大Trtdずれて動作したときのプランジャ下死点BDC1よりも目標閉弁位置TVCの方が遅角側に制御されているとき(すなわち、Tr>Trtdのとき)には、図13のタイムチャートにおけるソレノイド通電タイミングのように、ホールド通電時間Thを最低限必要なTbaseのみ切り替え、消費電力の低減を図るようにしている。
11 流量制御弁プランジャ、
12 弁体、
13 スプリング、
14 ソレノイド、
20 高圧燃料ポンプ、
22 プランジャ、
23 加圧室、
24 カム軸、
25 ポンプカム、
35 吐出弁、
36 燃料レール、
39 燃料噴射弁、
40 内燃機関、
60 ECU、
61 燃圧センサ、
62 クランク角センサ、
63 カム角センサ、
64 アクセルポジションセンサ、
65 バッテリ電圧検出手段、
601 基準信号生成手段、
602 オフセット値Td、
603 目標閉弁位置決定手段、
604 進角設定制限手段、
605 プレ通電時間設定手段、
606 ホールド通電時間設定手段、
607 流量制御弁制御手段、
608 目標燃圧マップ、
609 PIDコントローラ、
610 目標閉弁位置マップ、
NE 機関回転数、
AP アクセルペダルの踏み込み量、
PF 燃圧、
PO 目標燃圧、
△PF 圧力偏差、
QO 目標吐出量、
REF 基準信号位置、
Tp プレ通電時間、
Th ホールド通電時間、
Tbase 基本通電時間、
TVC 目標閉弁位置、
LIM 進角制限値、
推定下死点BDC プランジャ動作位置が正規のときのプランジャ下死点位置、
BDC1 プランジャ動作位置が遅角側に最大Trtdずれているときの実プランジャ下死点位置、
BDC2 プランジャ動作位置が進角側に最大Tadvずれているときの実プランジャ下死点位置。
Claims (9)
- 内燃機関に連動するポンプカムによりプランジャが往復動駆動され当該プランジャの上死点から下死点へ向かう行程で流量制御弁を介して低圧燃料を吸引しこの吸引した燃料を前記プランジャの前記下死点から前記上死点へ向かう行程で加圧しこの加圧で得られた高圧燃料を燃料レールへ供給する高圧燃料ポンプ、及び前記流量制御弁への通電制御を行う電子式制御ユニットを備え、前記下死点の時点から論理的に定まり前記高圧燃料の圧力が前記流量制御弁の閉弁を保持する圧力まで上昇する時点で前記電子式制御ユニットにより前記流量制御弁への通電を終了し前記流量制御弁への通電エネルギを抑制する内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置において、
前記電子式制御ユニットは、前記流量制御弁への通電を終了する時点を、前記プランジャの前記下死点が所期の下死点から遅角側にずれる時間Trtdに基本通電時間Tbaseを加えた時間分あらかじめ遅角側にずらす
ことを特徴とする内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置。 - 内燃機関に連動するポンプカムによりプランジャが往復動駆動され当該プランジャの上死点から下死点へ向かう行程で流量制御弁を介して低圧燃料を吸引しこの吸引した燃料を前記プランジャの前記下死点から前記上死点へ向かう行程で加圧しこの加圧で得られた高圧燃料を燃料レールへ供給する高圧燃料ポンプ、及び前記流量制御弁への通電制御を行う電子式制御ユニットを備え、前記下死点の時点から論理的に定まり前記高圧燃料の圧力が前記流量制御弁の閉弁を保持する圧力まで上昇する時点で前記電子式制御ユニットにより前記流量制御弁への通電を終了し前記流量制御弁への通電エネルギを抑制する内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置において、
前記電子式制御ユニットは、前記流量制御弁への通電開始時点を、前記プランジャの前記下死点が所期の下死点から進角側にずれる時間Tadvにプレ通電時間Tpを加えた時間分あらかじめ進角側にずらす
ことを特徴とする内燃機関への省エネ方の式高圧燃料供給制御装置。 - 加圧室を往復動するプランジャの動作に応じて低圧燃料の吸入と燃料レールへの高圧燃料の吐出とを交互に繰り返す高圧燃料ポンプと、前記低圧燃料側と前記加圧室とを接続する低圧通路に配置されるとともにソレノイドの通電によって駆動される流量制御弁と、前記流量制御弁の目標閉弁位置を決定する目標閉弁位置決定手段と、前記目標閉弁位置が所定の進角制限値よりも進角側に決定されることを制限する進角設定制限手段と、前記ソレノイドを通電開始してから前記流量制御弁が閉弁するまでの作動遅れ時間に相当するプレ通電時間を設定するプレ通電時間設定手段と、前記流量制御弁が閉弁した以降に前記ソレノイドの通電を継続する時間に相当するホールド通電時間を設定するホールド通電時間設定手段と、前記目標閉弁位置から前記プレ通電時間さかのぼった時点にて前記ソレノイドへの通電を開始するとともに前記目標閉弁位置から前記ホールド通電時間経過した時点にて前記ソレノイドへの通電を終了する流量制御弁制御手段とを備えた内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置において、
前記進角制限値は、前記プランジャが正規のタイミングよりも遅角側に最大ずれて動作したと仮定したときのプランジャ下死点の到来位置よりも進角側の位置に設定されているとともに、
前記流量制御弁が閉弁してから前記加圧室の内圧が前記流量制御弁の閉弁付勢力として作用する圧力以上に上昇するまでの時間を基本通電時間と定義し、
また、前記プランジャが正規のタイミングよりも遅角側に最大ずれて動作したと仮定したときのプランジャ下死点の到来時期と、前記進角制限値の到来時期と、の時間差を位置ずれ補償時間と定義したときに、
前記ホールド通電時間は、少なくとも、前記基本通電時間と前記位置ずれ補償時間とを加算した時間以上に設定されている
ことを特徴とする内燃機関への省エネ方式の高圧燃料供給制御装置。 - 請求項3に記載の内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置において、前記進角制限値は、前記プランジャが正規のタイミングで動作しているときのプランジャ下死点の到来位置よりも進角側の位置に設定されていることを特徴とする内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置。
- 請求項3または請求項4に記載の内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置において、前記進角制限値は、前記プランジャが正規のタイミングよりも進角側に最大ずれて動作したと仮定したときのプランジャ下死点近傍位置に設定されていることを特徴とする内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置。
- 請求項3〜請求項5の何れか一に記載の内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置において、前記プランジャが正規のタイミングよりも遅角側に最大ずれて動作したと仮定したときのプランジャ下死点の到来位置に比べて、前記目標閉弁位置の方が遅角側に制御されるときには、前記基本通電時間と前記位置ずれ補償時間とを加算した時間よりも短い時間へ、前記ホールド通電時間を切り替えることを特徴とする内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置。
- 請求項6に記載の内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置において、前記プランジャが正規のタイミングよりも遅角側に最大ずれて動作したと仮定したときのプランジャ下死点の到来位置比べて、前記目標閉弁位置の方が遅角側に決定されているときには、最低限、前記基本通電時間を確保した時間へ、前記ホールド通電時間を切り替えることを特徴とする内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置。
- 請求項3〜請求項7の何れか一に記載の内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置において、前記進角制限値は、機関回転数に応じて異なる値に設定されることを特徴とする内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置。
- 請求項8に記載の内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置において、前記進角側制限値は、機関回転数が低いときよりも高いときのほうが遅角側の値に設定されることを特徴とする内燃機関の省エネ方式高圧燃料供給制御装置。
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