JP4026272B2

JP4026272B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP4026272B2
Application number: JP09115499A
Authority: JP
Inventors: 和雄小林; 英嗣竹本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置に関し、詳しくは、吸入調量型の燃料供給ポンプを用いた燃料噴射装置におけるコモンレール圧力の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射装置では、各気筒に共通の蓄圧室（コモンレール）に高圧燃料を蓄圧し、コモンレールに連通する噴射弁から所定のタイミングで各気筒に燃料を噴射するようになしてある。コモンレールには、吐出量可変の燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送され、この圧送量を制御することにより、コモンレール内の燃料圧力をフィードバック制御している。かかる燃料供給ポンプとしては、従来より、プランジャの往復動により燃料を加圧する加圧室と、加圧室への流路を開閉する電磁弁を備えるものが用いられ、吐出時に圧送量の調量を行う、いわゆるプレストローク制御を行っている。これは、加圧室に燃料を吸入した後、プランジャが圧送行程に移っても直ちに電磁弁を閉弁せず、加圧室内の燃料が所定量となるまで開弁を保持して余剰の燃料を排出する方法で、電磁弁の閉弁時期を制御することによって圧送量を制御している。
【０００３】
しかしながら、吐出時調量を行う上記構成の燃料供給ポンプでは、電磁弁が圧力室内の燃料圧力を直接受ける構成であるために、高圧耐性が要求され、電磁弁が大型化してコスト高となりやすい。そこで、近年、吸入時に圧送量を決定する吸入調量型の燃料供給ポンプが着目されている。このポンプは、加圧室内に吸入される燃料の量を制御する吸入調量弁を設けるとともに、吸入調量弁から加圧室へ至る流路に逆止弁を配置してなり、吸入調量弁となる電磁弁で予め必要な量の燃料を加圧室内に供給すると、逆止弁により燃料の加圧開始時より圧送終了時まで圧力室への流路が閉鎖される。この方式では、吸入調量弁を通過する際の燃料圧力がせいぜい数百Ｐａであるので、小型化・低コスト化が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、吸入調量型の燃料供給ポンプは、吸入された燃料が圧送されるまでに時間がかかるために、これが遅れ量となって制御性が低下する問題がある。例えば、従来の制御法では、コモンレールの実燃料圧力と目標圧力の差圧からフィードバック量を算出しているが、吸入量の算出時に加圧室内に未圧送の燃料が存在すると、この未圧送の燃料が圧送されることによって過剰圧送となり、コモンレール圧力が目標より上昇し、目標圧力に対して必要となるフィードバック量が変化してしまう。燃料圧力の制御性の低下は、燃焼に影響を与え、エミッションが悪化することから、制御性の向上が大きな課題となっている。
【０００５】
一方、同一の燃料供給ポンプを、噴射回数と圧送回数の異なる各種エンジンに適用可能とし、部品の共通化によってコスト低減を図りたいという要求がある。特にポンプ耐久回転数の観点から、噴射回数＞圧送回数となる組み合わせにおいての要望が大きいが、上記吸入調量型の燃料供給ポンプでは、吸入された燃料が圧送されるまでの間に燃料が噴射されてしまい、圧送遅れによって制御性が悪化する不具合がある。特に、急加速時など、目標圧力が急激に変化する場合には、圧送遅れが大きくなり、目標圧力に対する追従性が低下したり、オーバーシュート量が大きくなる問題があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、吸入調量型の燃料噴射装置において、コモンレール圧力をフィードバック制御する際の制御性を向上させることにあり、特に、噴射回数と圧送回数の異なる場合あるいは目標圧力が急激に変化した場合でも、目標圧力に対する追従性の向上とオーバーシュート量の低減が可能な燃料噴射装置を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の燃料噴射装置は、高圧燃料が蓄圧される蓄圧室と、該蓄圧室内の高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射する噴射弁と、吸入調量弁を経て加圧室に吸入される燃料を加圧して上記蓄圧室に圧送する燃料供給ポンプと、上記蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出部と、該圧力検出部によって検出される実燃料圧力を基に上記加圧室に吸入される燃料の量を制御することにより上記蓄圧室内の燃料圧力を制御する制御部を備えている。さらに、上記制御部は、前回以前の吸入指令により上記加圧室に吸入され上記蓄圧室に未圧送の状態にある燃料の量を算出する未圧送量算出手段と、算出された未圧送量から予測される燃料圧力の増分量に基づいて今回の吸入指令による吸入量を算出する吸入量算出手段と、算出された吸入量に応じて上記吸入調量弁に吸入指令信号を出力する吸入指令出力手段を有している。
【０００８】
上記制御部は、吸入量の算出時点において、既に上記加圧室に吸入されておりかつ未圧送の状態にある燃料の量を算出し、該未圧送量に基づく燃料圧力の増分量を実燃料圧力に加算して、圧送時点における上記蓄圧室内の燃料圧力を予測する。この予測圧力は、吸入から圧送までの遅れ時間に圧送される上記未圧送量分を見込んだ値であるので、これと目標とする燃料圧力との差から圧送量、すなわち吸入量を算出すれば、圧送遅れの影響を小さくすることができる。よって、目標圧力に対する追従性を向上させ、燃料圧力の制御性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２において、上記制御部は、上記未圧送の状態にある燃料の圧送が終了するまでの間に上記内燃機関の気筒に噴射される燃料噴射量を算出する噴射量算出手段を有し、上記吸入量算出手段は、算出された噴射量と上記未圧送量から予測される燃料圧力の増分量に基づいて上記吸入量を算出する。
【００１０】
吸入から圧送までの遅れ時間に上記内燃機関の気筒に燃料が噴射される場合には、この噴射量によっても上記蓄圧室内の燃料圧力が変動する。そこで、上記制御部は、上記未圧送量の圧送終了時点までに内燃機関に噴射される噴射量を、上記未圧送量から減じた量を燃料圧力の増分量とする。これにより、燃料圧力の制御性をさらに向上させることができる。
【００１１】
請求項３において、上記制御部は、上記未圧送の状態にある燃料の圧送が終了するまでの間にリークする燃料の量を算出するリーク量算出手段を有し、上記吸入量算出手段は、算出されたリーク量と上記噴射量および上記未圧送量から予測される燃料圧力の増分量に基づいて上記吸入量を算出する。
【００１２】
上記蓄圧室内の燃料圧力は、燃料噴射装置の各部位からの燃料リークによっても変動する。そこで、上記制御部は、上記未圧送量の圧送終了時点までに各部位からリークする燃料の量を算出し、該リーク量と上記噴射量を上記未圧送量から減じた量を燃料圧力の増分量とする。これにより、燃料圧力の制御性をさらに向上させることができる。
【００１３】
請求項４において、上記吸入量算出手段は、上記請求項１ないし３における上記燃料圧力の増分量を上記実燃料圧力に加算して、上記未圧送の状態にある燃料の圧送終了時点における燃料圧力の予測値とし、該予測値と燃料圧力の目標値との差圧から上記吸入量を算出する。
【００１４】
具体的には、各請求項で算出した上記燃料圧力の増分量を上記実燃料圧力に加算した値を、圧送遅れ時間後の燃料圧力の予測値とする。そして、これを運転状態に応じて設定される燃料圧力の目標値と比較することで、目標圧力に対する差圧分を知り、これを基に上記吸入量を算出することができる。
【００１５】
請求項５において、上記制御部は、上記内燃機関の気筒へ所定の噴射量指令値で燃料を噴射すべく上記燃料噴射弁を駆動する噴射弁駆動手段と、上記噴射弁駆動手段に対して、上記未圧送の状態にある燃料が圧送されるまでの遅れ時間に相当する時間、上記噴射量指令値による噴射指令を遅らせる噴射指令時期遅延手段を有する。
【００１６】
上記制御部から上記噴射弁駆動手段に駆動信号を出力すると、上記噴射弁は所定の噴射量指令値で各気筒に燃料を噴射する。ここで、噴射量指令値を算出した後、上記所定の遅延時間だけ噴射指令時期を遅らせるようにすると、上記請求項２の噴射量算出手段によって算出される噴射量を、予測値でなく、実噴射量で計算することができるので、遅れ時間後の燃料圧力を精度よく検出することができる。
【００１７】
請求項６において、上記未圧送量算出手段は、上記吸入指令出力手段による吸入指令から上記吸入調量弁が動作するまでの応答遅れ時間においては、前々回の吸入指令における吸入量に基づいて、上記応答遅れ時間以降の時間においては前回の吸入指令における吸入量に基づいて上記未圧送の状態にある燃料の量を算出する。
【００１８】
上記吸入指令出力手段により吸入指令信号を出力した後、上記吸入調量弁が作動するまでに応答遅れがある場合には、応答遅れ時間内の吸入量は前々回の吸入指令における吸入量に基くものとなる。従って、上記未圧送量の算出においては、応答遅れ時間内とそれ以降を分けてそれぞれの吸入量を計算することで、上記未圧送量を精度よく検出することができる。
【００１９】
請求項７では、上記燃料供給ポンプの一回転あたりの圧送回数と上記内燃機関の気筒への噴射回数が異なっているものとする。本発明は、圧送遅れの影響が顕著となる圧送回数と噴射回数が異なるシステムに適用された場合に、効果が大きい。
【００２０】
請求項８では、上記内燃機関をディーゼルエンジンとする。本発明は、燃料圧力の高い制御性が要求されるディーゼルエンジンに適用すると効果が大きい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。図１はディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置の全体構成図で、燃料噴射圧に相当する高圧燃料が蓄圧される蓄圧室としてのコモンレール１と、該コモンレール１にそれぞれ接続され、ディーゼルエンジン（図略）の各気筒に燃料を噴射するための複数の燃料噴射弁２を有している。ここでは、４気筒エンジンの１つに対応する燃料噴射弁２のみを示し、他の気筒については図示を省略している。制御部であるＥＣＵ３は、エンジン状態に応じた最適の噴射時期、噴射量（噴射期間）を決定し、噴射弁駆動手段となるＥＤＵ３１を介して各燃料噴射弁２を駆動する。
【００２２】
コモンレール１に蓄圧される高圧燃料は、高圧流路１１を介して燃料供給ポンプ４から供給される。燃料供給ポンプ４は、燃料タンクＴからフィルタＦを介して吸入される低圧燃料を高圧に加圧して高圧流路１１に圧送する。ＥＣＵ３は、コモンレール１に設けた燃料圧センサＳからの信号を基に、コモンレール１への吐出量を決定して燃料供給ポンプ４に制御信号を出力し、コモンレール圧力を制御する。この燃料供給ポンプ４の圧送量の制御方法については後述する。
【００２３】
コモンレール１は燃料タンクＴに連通する低圧流路１２への流路１３を開閉する減圧弁１４を有しており、例えば、減速時等に速やかにコモンレール圧力を減圧可能としてある。また、高圧流路１１の途中には、プレッシャリミッタ１７が配設されてコモンレール圧力が異常に高くなることを防止する安全弁として機能する。また、燃料噴射弁２からのリーク燃料および燃料供給ポンプ４からのリーク燃料も、それぞれ流路１５、１６から低圧流路１２を経て燃料タンクＴにリターンされる。
【００２４】
次に、図２、３により燃料供給ポンプ４の詳細について説明する。図中、ポンプハウジング４１の上下面にはシリンダヘッド５、６がそれぞれ固定され、各シリンダヘッド５、６内にプランジャ５１、６１を往復摺動自在に支持している。プランジャ５１の上方およびプランジャ６１の下方には、プランジャ５１、６１の端面とシリンダヘッド５、６の内壁面とで形成される燃料の加圧室５２、６２が設けられ、逆止弁５３、６３を経て低圧燃料が流入するようになしてある。
【００２５】
図２のように、ポンプハウジング４１内にはエンジンの１／２の回転と同期して回転駆動されるドライブシャフト４２が挿通配置され、ジャーナル４３を介して回転自在に支持されている。ドライブシャフト４２の中間部外周にはカム４４が一体に形成されており、該カム４４を挟んで上下の対称位置に、上記プランジャ５１、６１が配置されている。
【００２６】
図３のように、断面円形のカム４４はドライブシャフト４２に対し偏心して設けられ、その外周に、外形が四角形状のシュー４５がブッシュ４６を介して摺動自在に保持されている。シュー４５の上下端面には、プランジャ５１、６１と一体のプレート部材５５、６５が、スプリング５６、６６の付勢力によって押し付けられている。しかして、ドライブシャフト４２と一体のカム４４が回転すると、シュー４６が所定の円形経路に沿って公転し、プレート部材５５、６５がシュー４５の上下端面上を往復摺動する。これに伴い、プランジャ５１、６１が上下動して加圧室５２、６２内の燃料を加圧する。
【００２７】
図４は燃料の吸入、圧送経路を示す模式的な図であり、ここでは便宜上、加圧室５２への経路のみを示すが、加圧室６２についても同様である。燃料供給ポンプ４は、インナギア式フィードポンプ７１を内蔵しており、フィードポンプ７１は燃料タンクＴ（図１参照）に連通する燃料導入路７２から吸入される燃料を所定の低圧に加圧して燃料流路７３より燃料溜まり７４に送出する。フィードポンプ７１には圧力調整弁７５が設けられて、吐出圧力が所定圧を越えないようにしてある。
【００２８】
燃料溜まり７４内の燃料は、吸入調量弁８および逆止弁５３を経て加圧室内に吸入される。燃料溜まり７４と逆止弁５３へ至る燃料流路７６との間に設けられる吸入調量弁８は、ハウジング８１内に摺動可能に保持される弁体８２と、該弁体８２を駆動するコイル８３を有し、ＥＣＵ３によってコイル８３への通電量を制御することにより弁体８２のリフト量、すなわち、燃料流路７６に連通する流路の開口面積を調整して加圧室５２内への燃料の吸入量を制御可能である。弁体８２はコイル８３へ通電しない状態ではスプリング８４のばね力で閉弁し、コイル８３に通電するとばね力に抗して開弁する。
【００２９】
逆止弁５３は、燃料流路７６と加圧室５２の間に配設される。逆止弁５３のテーパ状の弁体５３ａは、通常状態では、スプリング５３ｂによって上方へ付勢され、シート面５３ｃに着座して閉弁している。吸入調量弁８から燃料流路７６、流路５３ｄを経て低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体５３ａが開弁し、加圧室５２に燃料が吸入される。加圧が開始されると、弁体５３ａは燃料の圧力で閉弁し、燃料の圧送までこれを保持する。
【００３０】
加圧された燃料は、圧送通路５７を経て吐出弁７７より吐出される。吸入調量弁８は、図２における加圧室６２側へも図示しない燃料流路によって連通しており、逆止弁６３を経て加圧室６２に燃料を供給している。加圧室６２にて加圧された燃料は、同様に、圧送通路６７を経て吐出弁７８より吐出される。吐出弁７７、７８は、逆止弁としての機能するものでボール弁７７ａ、７８ａを有し、吐出孔７７ｂ、７８ｂから圧送通路５７、６７方向への燃料の逆流を防止している。吐出孔７７ｂ、７８ｂから吐出される高圧燃料は途中で合流し、高圧流路１１からコモンレール１に供給される（図１参照）。
【００３１】
次に、上記構成の燃料供給ポンプ４の作動について説明する。図３において、ドライブシャフト４２の回転に伴いカム４４が回転すると、これに伴ってシュー４５が公転する。この時、シュー４５の上下端面に対してプランジャ５１、６１のプレート部材５５、６５が往復摺動することにより、プランジャ５１、６１がシリンダヘッド５、６内を上下動する。シュー４５の公転に伴いプランジャ５１、６１は交互にリフトし、図示の状態でプランジャ５１は上死点に、プランジャ６１は下死点にある。上死点にあるプランジャ５１が下降すると、加圧室５２内の圧力が低下し、燃料の圧力で逆止弁５３が開弁して流路５３ｄから加圧室５２に燃料が吸入される。プランジャ５１が下死点に達した後（図のプランジャ６１の状態）、再び上昇を開始すると、逆止弁５３が閉弁して燃料圧力が上昇し、吐出弁７７を開弁して、コモンレール１に高圧燃料が圧送される。
【００３２】
このように、上記燃料供給ポンプ４は、ドライブシャフト４２の１回転につき吸入、圧送行程が２サイクル行われるように構成されている。圧送量は、加圧室５２、６２への燃料の吸入量によって制御され、吸入量の制御は、上記吸入調量弁８の弁開度を制御することによって行うことができる。この方式では吸入調量弁８を小型軽量化できる利点があるが、圧送遅れが生じるため、従来のＰＩＤ（比例積分微分）制御では、制御性が低下する問題がある。これを図５に示すタイムチャートを用いて説明する。ここでは、ポンプ一回転あたり４回の噴射が行われる場合（４噴射２圧送）を例として取り上げている。図には、エンジンクランク角信号、噴射量計算時期、＃１〜＃４の各気筒の噴射期間、吸入量計算時期、吸入調量弁８の開度、燃料供給ポンプ４のプランジャ５１、６１（図には＃１、＃２として示す）のリフト量、コモンレール１の実燃料圧力を対比して示した。
【００３３】
まず、吸入調量方式における圧送遅れについて説明する。図５において、吸入量の算出は、プランジャ＃１、＃２の圧送が終了したタイミングで行われる。例えば、図中、プランジャ＃１が上死点にある（ａ）時点で燃料圧力センサＳにより実燃料圧力を検出すると、目標燃料圧力との差圧からフィードバック量を算出して（ｂ）時点で吸入量Ｑin(I) を指令する。これによりプランジャ＃１の吸入期間中に吸入調量弁８の開度に応じて吸入された燃料が、次の圧送期間中に加圧、圧送される。つまり、（ｂ）時点の吸入指令から圧送が終了する（ｃ）時点までに圧送遅れ時間Ｔdelay2で表される圧送遅れが生じ、この間に４回の燃料噴射回数がなされる。一方、（ａ）時点で他方のプランジャ＃２内には、前回の吸入指令によって既に吸入されておりかつ圧送されていない燃料が存在し、圧送遅れ時間Ｔdelay2内に圧送されることになる。従来のＰＩＤ（比例積分微分）制御では、この圧送遅れ時間中の燃料の圧送や噴射を見込んでいないために制御性が悪化し、急加速時等において、比例ゲインを小さくとると追従性が悪化し、比例ゲインを大きくとるとオーバーシュート量が大きくなってしまう問題がある。
【００３４】
そこで、本発明では、圧送遅れ時間内の燃料の圧送量、さらに噴射量、リーク量を用いて、圧送時における実燃料圧力を予測し、これを基に吸入指令量を算出する。図６は、本実施の形態におけるＥＣＵ３の制御ロジックを示すもので、ＥＣＵ３は、吸入調量弁８より燃料供給ポンプ４内に吸入されておりかつコモンレール１に圧送されていない燃料の量（未圧送量）を算出する未圧送量算出手段を有し、圧送量／燃料圧変換手段は、算出された未圧送量に体積弾性係数を乗じてコモンレール１の体積で除することで、圧力増分を算出する。この圧力増分と現在のコモンレール１の燃料圧力の和をとって、圧送遅れ時間後の燃料圧力が導かれ、吸入量算出手段にて、圧送遅れ時間後の燃料圧力と目標燃料圧力との差から吸入量を算出する。これを基に図示しない吸入指令出力手段により吸入調量弁８に吸入指令信号を出力する。これにより、圧送遅れによるオーバーシュート量を低減することができ、比例ゲインを１に近くとることができるので、追従性も向上する。
【００３５】
ＥＣＵ３に、さらに、未圧送量がコモンレール１に圧送されるまでの時間（圧送遅れ時間）内に噴射される噴射量を算出する噴射量算出手段と、燃料供給ポンプ４や燃料噴射弁２からのリーク量を算出するリーク量算出手段を設けると、圧送遅れ時間後のコモンレール１の燃料圧力をより精度よく検出できる。この場合には、噴射量とリーク量を加算した量を未圧送量から減じて、圧送量／燃料圧変換手段にて圧力増分を算出し、この圧力増分と実燃料圧力の和をとって、圧送遅れ時間後の燃料圧力とする。これにより、制御性がより向上する。
【００３６】
図７は、図６に基づく吸入量制御の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ３には、燃料圧力センサＳで検出されるコモンレール１の実燃料圧力の他、図示しない各種センサからエンジン回転数、アクセル開度等の種々の情報が随時入力されるようになしてある。ステップ１０１では、まず、燃料圧力センサＳによって検出されるコモンレール１の実燃料圧力Ｐcrを検出し、ステップ１０２で未圧送量Ｑ１を算出する。未圧送量Ｑ１は、図８に示すように、吸入されたが未圧送の燃料量であり、下記式で表される。

図８において、未圧送量Ｑ１は、▲１▼前回の吸入指令量Ｑin(I-2) により定められた吸入弁開度Ｑopen(I-2) による吸入期間と、▲２▼今回の吸入指令量Ｑin(I) により定められた吸入弁開度Ｑopen(I) による吸入期間に吸入された燃料量を指す。ただし、▲２▼は微量であり、簡単のため▲１▼のみを考慮して計算を行う。また、▲２▼圧送量Ｑout(I-2)は実際に測定するのは困難であり、吸入指令量Ｑin(I-2) とほぼ等しいため、これを代用して用いることができる。
【００３７】
ステップ１０３では、現在からＴdelay1時間後までの燃料噴射量Ｑinj1を算出する。Ｑinj1は、図５から、噴射量指令値Ｑ(I) と噴射量指令値Ｑ(I+1) の和で表され、噴射量指令値Ｑ(I+1) は（ｂ）時点では算出されていないため、現在の噴射量指令値Ｑ(I) で代用してもよい。ステップ１０４では、現在からＴdelay1時間後までの燃料リーク量Ｑleak1 を算出する。Ｔdelay1は、未圧送量Ｑ１の圧送終了までの圧送遅れ時間で、Ｑleak1 は現在のリーク量で代用してもよい。現在のリーク量は、噴射量指令値Ｑ、噴射期間、実燃料圧力Ｐcr、エンジン回転数をパラメータとする制御マップあるいは関数を用いて、精度よく算出することが可能である。
【００３８】
ステップ１０５では、未圧送量Ｑ１が圧送された後のコモンレール１の燃料圧力Ｐpre を算出する。Ｐpre はステップ１０１〜１０４で測定または算出した値を用い下記式（１）に基づいて算出される。
Ｐpre ＝Ｐcr＋（Ｑ１−Ｑinj1−Ｑleak1 ）＊（Ｋα／Ｖ）・・・（１）
ここでＫαはコモンレール１内の燃料の体積弾性係数、Ｖはコモンレール内体積で、燃料量を圧力に変換するために用いられる。これにより、Ｔdelay1時間後の圧力増分を加えた燃料圧力Ｐpre が知られる。ステップ１０６では、未圧送量Ｑ１が圧送された後の燃料圧力Ｐpre と現在の目標燃料圧力Ｐtargetとの差圧ΔＰを算出する。目標燃料圧力Ｐtargetは、エンジン回転数とアクセル開度、噴射量等から図示しない制御マップを基に算出される。ステップ１０７では、ステップ１０６で算出したΔＰを用い、公知のＰＩＤ制御にて、フィードバック圧力量ＰＦＢを算出する。この算出式を下記式（２）に示す。
ＰＦＢ＝Ｋp ΔＰ＋Ｋi ∫ΔＰ＋Ｋd d/dtΔＰ・・・（２）
【００３９】
ステップ１０８では、ステップ１０７で算出したＰＦＢに、体積弾性係数Ｋαをコモンレール内体積Ｖで除したものを乗じてフィードバック燃料量ＱＦＢを算出する。ステップ１０９では、Ｔdelay1時間後からＴdelay2時間後までの燃料噴射量Ｑinj2を算出する。Ｑinj2は、図５の噴射量指令値Ｑ(I+2) と噴射量指令値Ｑ(I+3) の和で表されるが、予想が困難なので、現在の噴射量指令値Ｑ(I) で代用してもよい。ステップ１１０では、Ｔdelay1時間後からＴdelay2時間後までの燃料リーク量Ｑleak2 を算出する。Ｔdelay2は、これから吸入する燃料の圧送終了までの圧送遅れ時間で、Ｑleak2 は現在のリーク量で代用してもよい。ステップ１１１では、これらステップ１０８〜１１０で算出したＱＦＢ、Ｑinj2、Ｑleak2 の和から圧送指令量Ｑout (I) を算出し、さらに、ステップ１１２でＱout に所定の変換係数Ｋｘを乗じて吸入指令量Ｑin(I) を算出する。
【００４０】
図６の（ｂ）時点において、このようにして算出された吸入指令量Ｑin(I) に基づく吸入指令がなされ、吸入弁開度が設定されると、これに応じた量の燃料がプランジャ＃１に吸入され、Ｔdelay2時間後に圧送される。この際の圧送量Ｑout (I) は、前回の吸入指令量Ｑin(I-2) に基づいてプランジャ＃２に吸入された未圧送量Ｑ１と、Ｔdelay2時間後までの燃料噴射量Ｑinj 、燃料リーク量Ｑleakによる燃料圧力の増減分を考慮したものであるので、圧送遅れによる制御性の低下を防止し、目標圧力に対する追従性を向上させることができる。
【００４１】
図９は、本実施の形態に基づく制御のシミュレーション結果を示すものである。ポンプ回転数に対するコモンレール１の目標圧力および燃料噴射量を図９（ａ）のように設定して、上記図７のフローチャートに基づく吸入量制御を行った場合を図９（ｂ）に、従来のＰＩ（比例積分）制御を行った場合を図９（ｃ）に比較して示した。図に明らかなように、従来のＰＩ制御では、目標燃料圧力に対する追従性が悪く、実燃料圧力との差圧のばらつきが大きいが、本実施の形態の制御では、追従性が良好で、過渡期の特性もすぐれている。
【００４２】
図１０は、本発明の第２の実施の形態における制御ロジックを示すもので、図６の制御ロジックに加えて、噴射指令時期遅延手段と目標燃料圧力遅延手段を設けてある。上記第１の実施の形態では、圧送遅れ時間Ｔdelay2内の噴射量を算出するために、圧送遅れ時間Ｔdelay2後までの噴射量指令値を予測するかあるいは現在の噴射量指令値で代用する必要があったが、図１１のように、（ａ）時点で算出された噴射量指令値Ｑ(I) が圧送遅れ時間Ｔdelay2に相当する時間分だけ遅れた（ｄ）時点で噴射されるように、各噴射量指令値による噴射指令を遅延させることで、圧送遅れ時間Ｔdelay2内の噴射量指令値が既知となる。従って、吸入時の噴射量指令値と実際の噴射量の違いによる誤差を低減することができる。
【００４３】
また、上記第１の実施の形態では、圧送遅れ時間Ｔdelay2後の燃料圧力Ｐpre と現在の目標燃料圧力Ｐtargetとの差圧ΔＰを基に吸入指令量Ｑin(I) を算出したが、圧送遅れ時間Ｔdelay2内の噴射量指令値が既知となるために、圧送遅れ時間Ｔdelay2内の噴射量指令値を考慮した目標燃料圧力Ｐtargetの予測が比較的容易になる。そこで、このようにして算出した目標燃料圧力Ｐtargetを、目標燃料圧力遅延手段により圧送遅れ時間Ｔdelay2分だけ遅延させて、圧送遅れ時間Ｔdelay2後の目標燃料圧力Ｐtargetとする。吸入量算出手段は、この圧送遅れ時間後の目標燃料圧力Ｐtargetと圧送遅れ時間後の燃料圧力Ｐpre とから吸入指令量Ｑin(I) を算出する。よって、圧送遅れ時間後の目標燃料圧力が既知となるので、圧送遅れ時間Ｔdelay2内に起こり得る目標燃料圧力値の変動による誤差を小さくすることができ、目標燃料圧力に対する追従性を向上させることができる。
【００４４】
図１２は本実施の形態におけるＥＣＵ３の制御のフローチャートである。第１の実施の形態のフローチャートとの違いは、ステップ２０３とステップ２０９で、図７のステップ１０３では、現在からＴdelay1時間後までの燃料噴射量Ｑinj1＝噴射量指令値Ｑ(I) ＋噴射量指令値Ｑ(I+1) としたが、ステップ２０３では、燃料噴射量Ｑinj1＝噴射量指令値Ｑ(I-3) ＋噴射量指令値Ｑ(I-2) となる。また、図７のステップ１０９では、Ｔdelay １時間後からＴdelay2時間後までの燃料噴射量Ｑinj2＝噴射量指令値Ｑ(I+2) ＋噴射量指令値Ｑ(I+3) としたが、ステップ２０９では、燃料噴射量Ｑinj2＝噴射量指令値Ｑ(I-1) ＋噴射量指令値Ｑ(I) とすればよい。また、ステップ２０６における目標燃料圧力Ｐtargetは、目標燃料圧力遅延手段で遅延されたＴdelay2時間後の目標燃料圧力Ｐtargetを用いる。
【００４５】
図１３〜１５に本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態では、図１３のように、ＥＣＵ３が吸入調量弁８に吸入指令信号を出力してから、吸入弁駆動ドライバが作動し、吸入弁開度が設定値となるまでの応答遅れＴ２がある場合の制御を示し、例えば高回転時など、吸入調量弁８の応答遅れＴ２が吸入弁指令周期Ｔ１に対して無視できない場合に有効である。このように、吸入調量弁８の応答遅れＴ２がある場合、Ｑin(I) に相当する吸入弁開度Ｑopen(I) は吸入指令からＴ２時間遅れて達成されるため、未圧送量Ｑ１を単純に前回の吸入指令量Ｑin(I-2) とすると、誤差が生じて安定性が悪くなる。
【００４６】
本実施の形態では、この吸入弁の応答遅れＴ２を考慮して未圧送量Ｑ１を算出する。図１４で示すように、吸入弁の応答遅れＴ２を考慮すると、本実施の形態における未圧送量Ｑ１は、▲１▼前回の吸入指令量Ｑin(I-2) により定められた吸入弁開度Ｑopen(I-2) による吸入期間ΔＴ１に吸入された燃料量と、▲２▼前々回の吸入指令量Ｑin(I-4) により定められた吸入弁開度Ｑopen(I-4) による吸入期間ΔＴ２に吸入された燃料量の和となる。そこで、これら吸入期間ΔＴ１、ΔＴ２の割合に着目し、Ｔ１とＴ２を用いて下記式から算出する。

ここで、ΔＴ１：ΔＴ２≒Ｔ２：（Ｔ１−Ｔ２）であるから、
Ｑ１≒Ｑin(I-4) Ｔ２／Ｔ１＋Ｑin(I-2) （Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１
【００４７】
図１５は、この未圧送量Ｑ１の算出方法を示すフローチャートで、ステップ３０１で吸入弁の応答遅れ時間Ｔ２を算出し、次いで、ステップ３０２で吸入弁の指令周期Ｔ１を算出し、ステップ３０３で、上記したＱ１の算出式に基づいて未圧送量を算出する。このようにすることで、未圧送量Ｑ１を正確に算出することができ、誤差が小さくなるので、制御の安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すコモンレール式燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】燃料供給ポンプの全体断面図である。
【図３】図２のIII −III 線断面図である。
【図４】燃料供給ポンプの燃料流路を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態における吸入量制御のタイムチャートを示す図である。
【図６】第１の実施の形態における制御ロジックを示す図である。
【図７】第１の実施の形態における未圧送量の算出方法を説明するためのタイムチャートを示す図である。
【図８】第１の実施の形態における制御のフローチャートを示す図である。
【図９】（ａ）は第１の実施の形態に基づく制御をシミュレーションするための計算条件、（ｂ）は本発明の制御によるシミュレーション結果、（ｃ）は従来の制御によるシミュレーション結果をそれぞれ示す図である。
【図１０】第２の実施の形態における制御ロジックを示す図である。
【図１１】第２の実施の形態における吸入量制御のタイムチャートを示す図である。
【図１２】第２の実施の形態における制御のフローチャートを示す図である。
【図１３】第３の実施の形態における吸入量制御のタイムチャートを示す図である。
【図１４】第３の実施の形態における未圧送量の算出方法を説明するためのタイムチャートを示す図である。
【図１５】第３の実施の形態における制御のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１コモンレール（蓄圧室）
２燃料噴射弁（噴射弁）
３ＥＣＵ（制御部）
３１ＥＤＵ（噴射弁駆動手段）
４燃料供給ポンプ
５２、６２加圧室
８吸入調量弁
Ｓ燃料圧力センサ（圧力検出部）

Claims

高圧燃料が蓄圧される蓄圧室と、該蓄圧室内の高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射する噴射弁と、吸入調量弁を経て加圧室に吸入される燃料を加圧して上記蓄圧室に圧送する燃料供給ポンプと、上記蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出部と、該圧力検出部によって検出される実燃料圧力を基に上記加圧室に吸入される燃料の量を制御することにより上記蓄圧室内の燃料圧力を制御する制御部を備える燃料噴射装置において、上記制御部が、前回以前の吸入指令により上記加圧室に吸入され上記蓄圧室に未圧送の状態にある燃料の量を算出する未圧送量算出手段と、算出された未圧送量から予測される燃料圧力の増分量に基づいて今回の吸入指令による吸入量を算出する吸入量算出手段と、算出された吸入量に応じて上記吸入調量弁に吸入指令信号を出力する吸入指令出力手段を有していることを特徴とする燃料噴射装置。
上記制御部が、上記未圧送の状態にある燃料の圧送が終了するまでの間に上記内燃機関の気筒に噴射される燃料噴射量を算出する噴射量算出手段を有し、上記吸入量算出手段が、算出された噴射量と上記未圧送量から予測される燃料圧力の増分量に基づいて上記吸入量を算出する請求項１記載の燃料噴射装置。
上記制御部が、上記未圧送の状態にある燃料の圧送が終了するまでの間にリークする燃料の量を算出するリーク量算出手段を有し、上記吸入量算出手段が、算出されたリーク量と上記噴射量および上記未圧送量から予測される燃料圧力の増分量に基づいて上記吸入量を算出する請求項２記載の燃料噴射装置。
上記吸入量算出手段が、上記燃料圧力の増分量を上記実燃料圧力に加算して、上記未圧送の状態にある燃料の圧送終了時点における燃料圧力の予測値とし、該予測値と燃料圧力の目標値との差圧から上記吸入量を算出する請求項１ないし３のいずれか記載の燃料噴射装置。
上記制御部が、上記内燃機関の気筒へ所定の噴射量指令値で燃料を噴射すべく上記燃料噴射弁を駆動する噴射弁駆動手段と、上記噴射弁駆動手段に対して、上記未圧送の状態にある燃料が圧送されるまでの遅れ時間に相当する時間、上記噴射量指令値による噴射指令を遅らせる噴射指令時期遅延手段を有している請求項１ないし４のいずれか記載の燃料噴射装置。
上記未圧送量算出手段が、上記吸入指令出力手段による吸入指令から上記吸入調量弁が動作するまでの応答遅れ時間においては、前々回の吸入指令における吸入量に基づいて、上記応答遅れ時間以降の時間においては前回の吸入指令における吸入量に基づいて上記未圧送の状態にある燃料の量を算出する請求項１ないし５のいずれか記載の燃料噴射装置。
上記燃料供給ポンプの一回転あたりの圧送回数と上記内燃機関の気筒への噴射回数が異なっている請求項１ないし６のいずれか記載の燃料噴射装置。
上記内燃機関がディーゼルエンジンである請求項１ないし７のいずれか記載の燃料噴射装置。