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WO2016189803A1 - 内燃機関の高圧ポンプ制御装置 - Google Patents

内燃機関の高圧ポンプ制御装置 Download PDF

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Publication number
WO2016189803A1
WO2016189803A1 PCT/JP2016/002252 JP2016002252W WO2016189803A1 WO 2016189803 A1 WO2016189803 A1 WO 2016189803A1 JP 2016002252 W JP2016002252 W JP 2016002252W WO 2016189803 A1 WO2016189803 A1 WO 2016189803A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure pump
fuel
pressure
discharge amount
control
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/002252
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
平田 靖雄
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Priority to DE112016002383.9T priority Critical patent/DE112016002383B4/de
Priority to US15/571,960 priority patent/US10273885B2/en
Publication of WO2016189803A1 publication Critical patent/WO2016189803A1/ja

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    • F02D2250/00Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/31Control of the fuel pressure

Definitions

  • This disclosure relates to a high-pressure pump control device for an internal combustion engine that supplies fuel discharged from a high-pressure pump to a fuel injection valve.
  • An in-cylinder internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder has a shorter time from injection to combustion than an intake port injection internal combustion engine that injects fuel into an intake port, and atomizes the injected fuel. Therefore, it is necessary to atomize the injected fuel by increasing the injection pressure. Therefore, in a cylinder injection internal combustion engine, the fuel pumped up from the fuel tank by the electric low pressure pump is supplied to the high pressure pump driven by the power of the internal combustion engine, and the high pressure fuel discharged from the high pressure pump is supplied. Pump to fuel injector.
  • in-cylinder injection type internal combustion engines are provided with a fuel pressure sensor that detects the pressure (ie, fuel pressure) of fuel supplied to the fuel injection valve, and a target fuel pressure is set according to the operating state of the internal combustion engine.
  • the discharge amount of the high-pressure pump is feedback-controlled so that the detected actual fuel pressure matches the target fuel pressure.
  • the discharge amount of the low-pressure pump is changed according to the operating state of the internal combustion engine. Accordingly, the discharge amount of the low-pressure pump is changed with respect to the fuel consumption amount by changing the discharge amount of the low-pressure pump in response to the change of the fuel consumption amount (that is, the fuel injection amount) according to the operating state of the internal combustion engine. By suppressing the amount from becoming excessive, wasteful power consumption of the low-pressure pump is suppressed.
  • the target fuel pressure tends to increase as the rotational speed and load of the internal combustion engine increase in order to increase the dynamic range of the fuel injection valve and to improve atomization of the injected fuel.
  • low-pressure pumps tend to reduce the margin of discharge capacity in order to save energy and suppress fuel temperature rise (that is, to reduce evaporation gas). For this reason, for example, in the fuel pressure increase process when shifting from a low load low fuel pressure state to a high load high fuel pressure state with a high rotational speed of the internal combustion engine, fuel consumption increase due to high load or fuel consumption for boosting Due to the increase, the discharge amount of the high-pressure pump may temporarily exceed the discharge amount of the low-pressure pump.
  • the discharge rate of the high-pressure pump exceeds the discharge rate of the low-pressure pump, the pressure of the fuel supplied to the high-pressure pump will decrease. If the fuel temperature is high, cavitation erosion (that is, generation of bubbles or Damage due to extinction) may occur and the life of the high-pressure pump may be shortened.
  • An object of the present disclosure is to provide a high-pressure pump control device for an internal combustion engine that can prevent or suppress the occurrence of cavitation erosion inside the high-pressure pump and extend the life of the high-pressure pump.
  • a high-pressure pump control apparatus for an internal combustion engine includes an internal combustion engine including a high-pressure pump to which fuel discharged from a low-pressure pump is supplied, and a fuel injection valve to which fuel discharged from the high-pressure pump is supplied.
  • a high-pressure pump control device for predicting whether the discharge amount of the high-pressure pump exceeds the discharge amount of the low-pressure pump, and the discharge amount of the high-pressure pump exceeds the discharge amount of the low-pressure pump by this prediction unit Then, when it is predicted, there is provided a limiting unit that executes discharge amount restriction control for restricting the discharge amount of the high-pressure pump so as not to exceed a predetermined value.
  • the discharge amount restriction control can be executed to limit the discharge amount of the high-pressure pump so as not to exceed a predetermined value. .
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fuel supply system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the high-pressure pump
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the fuel pressure control function of the ECU
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing of the F / B control amount calculation routine of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a time chart showing an execution example of the discharge amount restriction control of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a time chart showing a comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a fuel supply system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the high-pressure pump
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the fuel pressure control function of the ECU
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing of the F / B control amount calculation routine of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing of the F / B control amount calculation routine of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a time chart showing an execution example of the discharge amount restriction control of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing of the F / B control amount calculation routine of the third embodiment.
  • FIG. 10 is a time chart illustrating an execution example of the discharge amount restriction control of the third embodiment.
  • Example 1 of the present disclosure will be described with reference to FIGS.
  • a low pressure pump 12 for pumping fuel is installed in a fuel tank 11 for storing fuel.
  • the low-pressure pump 12 is driven by an electric motor (not shown) that uses a battery (not shown) as a power source.
  • the fuel discharged from the low pressure pump 12 is supplied to the high pressure pump 14 through the fuel pipe 13.
  • a pressure regulator 15 is connected to the fuel pipe 13.
  • the pressure regulator 15 adjusts the discharge pressure of the low-pressure pump 12 (that is, the fuel supply pressure to the high-pressure pump 14) to a predetermined pressure, and surplus fuel exceeding the pressure is returned into the fuel tank 11 by the fuel return pipe 16. It is.
  • the high-pressure pump 14 is a plunger pump that sucks / discharges fuel by reciprocating a plunger 19 in a cylindrical pump chamber 18, and the plunger 19 is fitted to a cam shaft 20 of the engine. It is driven by the rotational movement of the cam 21.
  • a fuel pressure control valve 23 having a normally open electromagnetic valve is provided on the suction port 22 side of the high-pressure pump 14.
  • the fuel pressure control valve 23 opens during the suction stroke of the high-pressure pump 14 (when the plunger 19 is lowered), and fuel is sucked into the pump chamber 18, and the fuel pressure control valve is discharged during the discharge stroke of the high-pressure pump 14 (when the plunger 19 is raised).
  • the energization of the fuel pressure control valve 23 is controlled so that the valve 23 is closed and the fuel in the pump chamber 18 is discharged.
  • the discharge amount of the high pressure pump 14 is controlled to control the fuel pressure (that is, the fuel pressure).
  • the fuel pressure that is, the fuel pressure
  • the energization start timing of the fuel pressure control valve 23 is advanced to advance the valve closing start timing of the fuel pressure control valve 23, thereby extending the valve closing period of the fuel pressure control valve 23 and increasing the pressure.
  • the discharge amount of the pump 14 is increased.
  • the closing period of the fuel pressure control valve 23 is shortened by delaying the energization start timing of the fuel pressure control valve 23 and delaying the closing start timing of the fuel pressure control valve 23.
  • the discharge amount of the high-pressure pump 14 is reduced.
  • a check valve 25 is provided on the discharge port 24 side of the high-pressure pump 14 to prevent the backflow of discharged fuel.
  • the high-pressure fuel discharged from the high-pressure pump 14 is sent to a delivery pipe 27 through a high-pressure fuel pipe 26, and from the delivery pipe 27 to a fuel injection valve 28 attached to each cylinder of the engine.
  • the fuel is distributed.
  • the fuel injection valve 28 is a fuel injection valve for in-cylinder injection that directly injects fuel into the cylinder.
  • the high-pressure fuel pipe 26 (or delivery pipe 27) is provided with a fuel pressure sensor 29 that detects the fuel pressure in the high-pressure fuel passage such as the high-pressure fuel pipe 26 or the delivery pipe 27.
  • the delivery pipe 27 is provided with a relief valve (not shown) that opens when the fuel pressure in the high-pressure fuel passage exceeds a predetermined upper limit value, and the discharge port of the relief valve is connected to the fuel tank via the relief pipe. 11 (or the fuel pipe 13 on the low pressure side).
  • the engine is provided with an air flow meter 30 for detecting the amount of intake air and a crank angle sensor 31 for outputting a pulse signal at every predetermined crank angle in synchronization with rotation of a crankshaft (not shown). Based on the output signal of the crank angle sensor 31, the crank angle and the engine speed are detected.
  • the outputs of the various sensors described above are input to an electronic control unit (ECU) 32.
  • the ECU 32 is mainly composed of a microcomputer, and executes various engine control programs stored in a built-in ROM (storage medium), so that the fuel injection amount and the ignition timing are determined according to the engine operating state.
  • the throttle opening (intake air amount) and the like are controlled.
  • the ECU 32 corresponds to a high-pressure pump control device for an internal combustion engine.
  • the ECU 32 functions as a fuel pressure control unit, and controls the discharge amount of the high-pressure pump 14 by controlling the energization start timing of the fuel pressure control valve 23 and the closing start timing of the fuel pressure control valve 23, thereby controlling the fuel pressure.
  • Fuel pressure control is performed.
  • the F / B control amount is calculated based on the deviation between the actual fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 29 and the target fuel pressure, and the fuel pressure F / for correcting the discharge amount of the high-pressure pump 14 using this F / B control amount.
  • B control is executed.
  • F / B means feedback. That is, the F / B control amount is a feedback control amount.
  • the required fuel injection amount is calculated by a map or the like according to the engine operating state (for example, engine speed, engine load, etc.). Thereafter, the feedforward control unit 33 calculates the F / F control amount from a map or the like according to the required fuel injection amount.
  • F / F means feed forward.
  • the target fuel pressure is calculated from a map or the like according to the engine operating state (for example, engine speed, engine load, etc.), and the actual fuel pressure detected by the fuel pressure sensor 29 is read. Thereafter, the feedback control unit 34 calculates a deviation between the target fuel pressure and the actual fuel pressure as a fuel pressure deviation, and calculates an F / B control amount by PI control, PID control, or the like based on this fuel pressure deviation. For example, in the case of PI control, the proportional term is calculated using the fuel pressure deviation and the proportional gain, the integral term is calculated using the fuel pressure deviation and the integral gain, and these proportional term and integral term are used. To calculate the F / B control amount.
  • control amount calculation unit 35 calculates the control amount of the high-pressure pump 14 (that is, the energization start timing of the fuel pressure control valve 23) using the F / F control amount and the F / B control amount as shown in Equation 1. To do.
  • the ECU 32 performs the following control by executing the routine of FIG. Whether the discharge amount of the high-pressure pump 14 exceeds the discharge amount of the low-pressure pump 12 is predicted, and when the discharge amount of the high-pressure pump 14 is predicted to exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12, the discharge of the high-pressure pump 14 Discharge amount restriction control is executed to restrict the amount so as not to exceed a predetermined value (for example, the discharge amount of the low-pressure pump 12).
  • the F / B control amount is restricted by restricting the proportional term of the F / B control amount, and the discharge amount restriction control is performed.
  • the F / B control amount calculation routine shown in FIG. 4 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the ECU 32, and serves as a prediction unit and a limiting unit.
  • this routine is started, first, at 101, the deviation between the target fuel pressure and the actual fuel pressure is calculated as the fuel pressure deviation [MPa] as shown in Equation 2.
  • the process proceeds to 103, where the engine consumption fuel amount [mm 3 / str] per revolution is calculated based on the engine load (for example, the intake air amount, the intake pressure, etc.), The difference between the fuel consumption (for example, the maximum value) and the engine fuel consumption is calculated as a boosting fuel amount [mm 3 / str].
  • the process proceeds to 104, and the high pressure pump corresponding to the engine speed [rpm] and the target fuel pressure (may be the actual fuel pressure) [MPa] with reference to the map of the high pressure pump discharge amount inclination [mm 3 / ° C.]
  • the discharge amount inclination is calculated.
  • the map of the high-pressure pump discharge amount inclination is created in advance based on test data, design data, etc., and is stored in the ROM of the ECU 32.
  • the proportional term guard value is set to a value corresponding to a proportional term in which the F / B control amount at which the discharge amount of the high pressure pump 14 becomes the discharge amount (for example, the maximum value) of the low pressure pump 12 is calculated.
  • the process proceeds to 106, and it is predicted whether or not the discharge amount of the high-pressure pump 14 exceeds the discharge amount of the low-pressure pump 12 depending on whether or not the proportional term calculated in 102 is equal to or greater than the proportional term guard value.
  • the proportional term is smaller than the proportional term guard value, it is predicted that the discharge amount of the high-pressure pump 14 will not exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12, and the proportionality calculated in 102 above. The term is adopted as it is.
  • the proportional term is greater than or equal to the proportional term guard value
  • the discharge amount of the high-pressure pump 14 is predicted to exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12 unless the discharge amount of the high-pressure pump 14 is limited. Then, the process proceeds to 107, where the proportional term is limited by the proportional term guard value as shown in Equation 6.
  • the F / B control amount is limited by limiting the proportional term of the F / B control amount with the proportional term guard value. To control the discharge amount.
  • the discharge amount of the high-pressure pump 14 may greatly increase and temporarily exceed the discharge amount of the low-pressure pump.
  • the pressure of the fuel supplied to the high-pressure pump 14 decreases. Therefore, cavitation erosion occurs inside the high-pressure pump 14 when the fuel temperature is high. Thus, the life of the high-pressure pump 14 may be shortened.
  • the proportional term when the fuel consumption of the engine and the target fuel pressure increase, when the target fuel pressure increases and the fuel pressure deviation increases, the proportional term is accordingly increased. To increase.
  • the proportional term is limited by the proportional term guard value.
  • the F / B control amount can be limited.
  • the discharge amount restriction control for restricting the discharge amount of the high-pressure pump 14 so as not to exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12 can be executed, and the excess of the discharge amount of the high-pressure pump 14 with respect to the discharge amount of the low-pressure pump 12 is prevented. Can be prevented. As a result, cavitation erosion can be prevented from occurring inside the high-pressure pump 14, and the life of the high-pressure pump 14 can be extended.
  • the discharge amount restriction control is performed by restricting the F / B control amount.
  • the F / B control amount increases accordingly, and the discharge amount of the high-pressure pump 14 increases. Therefore, by limiting the F / B control amount, the discharge amount restriction control can be performed with the discharge amount of the high-pressure pump 14 being easily and reliably restricted.
  • Example 2 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 7 and 8. However, description of substantially the same parts as those in the first embodiment will be omitted or simplified, and different parts from the first embodiment will be mainly described.
  • the ECU 32 executes the F / B control amount calculation routine of FIG. 7 to restrict the fuel pressure deviation used for calculating the F / B control amount, thereby limiting the F / B control amount and discharging. Perform quantity limit control.
  • the deviation between the target fuel pressure and the actual fuel pressure is calculated as the fuel pressure deviation [MPa] as shown in Equation 2.
  • an engine fuel consumption amount [L / hr] per hour is calculated based on the engine speed [rpm] and the engine load (for example, intake air amount, intake pressure, etc.), and a fuel pressure deviation guard value is calculated.
  • a fuel pressure deviation guard value corresponding to the engine speed and the fuel consumption is calculated.
  • the fuel pressure deviation guard value map is created in advance based on test data, design data, and the like, and is stored in the ROM of the ECU 32. This fuel pressure deviation guard value is set to a value corresponding to the fuel pressure deviation at which the F / B control amount at which the discharge amount of the high pressure pump 14 becomes the discharge amount (for example, the maximum value) of the low pressure pump 12 is calculated.
  • the process proceeds to 203, and it is predicted whether or not the discharge amount of the high-pressure pump 14 exceeds the discharge amount of the low-pressure pump 12 depending on whether or not the fuel pressure deviation calculated in 201 is equal to or greater than the fuel pressure deviation guard value.
  • the fuel pressure deviation is smaller than the fuel pressure deviation guard value, it is predicted that the discharge amount of the high-pressure pump 14 will not exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12, and the fuel pressure calculated in 201 above. The deviation is adopted as it is.
  • the discharge amount of the high pressure pump 14 is predicted to exceed the discharge amount of the low pressure pump 12 unless the discharge amount of the high pressure pump 14 is limited. Then, the process proceeds to 204, and the fuel pressure deviation is limited by the fuel pressure deviation guard value as shown in Equation 9.
  • the fuel pressure deviation used to calculate the F / B control amount is limited by the fuel pressure deviation guard value.
  • the discharge amount restriction control is executed while restricting the B control amount.
  • the fuel pressure deviation increases as the target fuel pressure increases.
  • the F / B control amount can be limited by limiting the proportional term.
  • Example 3 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 9 and 10. However, description of substantially the same parts as those of the first and second embodiments will be omitted or simplified, and different parts from the first and second embodiments will be mainly described.
  • the ECU 32 executes the F / B control amount calculation routine of FIG. 9 to limit the target fuel pressure, thereby limiting the F / B control amount and performing the discharge amount restriction control.
  • the F / B control amount calculation routine of FIG. 9 first, at 301, based on the engine speed [rpm] and the engine load (for example, intake air amount, intake pressure, etc.), the engine fuel consumption per hour [L / hr] is calculated, and the target fuel pressure guard correction value corresponding to the engine speed and the fuel consumption is calculated with reference to the map of the target fuel pressure guard correction value [MPa].
  • the map of the target fuel pressure guard correction value is created in advance based on test data, design data, and the like, and is stored in the ROM of the ECU 32.
  • the routine proceeds to 302, where the target fuel pressure guard value [MPa] is obtained by adding the target fuel pressure guard correction value to the actual fuel pressure as shown in equation (10).
  • Target fuel pressure guard value Actual fuel pressure + Target fuel pressure guard correction value
  • the target fuel pressure guard value is set to a value corresponding to the target fuel pressure at which the F / B control amount at which the discharge amount of the high pressure pump 14 becomes the discharge amount (for example, the maximum value) of the low pressure pump 12 is calculated.
  • the process proceeds to 303, where it is predicted whether or not the discharge amount of the high pressure pump 14 exceeds the discharge amount of the low pressure pump 12 depending on whether or not the target fuel pressure is equal to or higher than the target fuel pressure guard value.
  • the target fuel pressure is smaller than the target fuel pressure guard value, it is predicted that the discharge amount of the high pressure pump 14 will not exceed the discharge amount of the low pressure pump 12, and the current target fuel pressure is adopted as it is. To do.
  • the discharge amount of the high pressure pump 14 is predicted to exceed the discharge amount of the low pressure pump 12 unless the discharge amount of the high pressure pump 14 is limited. Then, the process proceeds to 304, and the target fuel pressure is limited by the target fuel pressure guard value as shown in Equation 11.
  • Target fuel pressure Target fuel pressure guard value
  • the F / B control amount is limited by limiting the target fuel pressure with the target fuel pressure guard value. Perform limit control.
  • the discharge amount restriction control for restricting the discharge amount of the high-pressure pump 14 so as not to exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12 can be executed, and substantially the same effect as the first embodiment can be obtained.
  • the discharge amount restriction control may be executed with restriction.
  • the F / B control amount is indirectly limited by limiting the proportional term, fuel pressure deviation, and target fuel pressure with the guard value.
  • the F / B control amount is guarded.
  • the discharge amount restriction control may be executed with restriction by a value.
  • the discharge amount restriction control may be executed by restricting the F / F control amount or the control amount of the high-pressure pump 14 (that is, the energization start timing of the fuel pressure control valve 23) with a guard value.
  • the discharge amount of the high-pressure pump 14 is restricted so as not to exceed the discharge amount of the low-pressure pump 12 during the discharge amount restriction control.
  • the present invention is not limited to this.
  • the discharge amount of the high-pressure pump 14 is limited so as not to exceed a predetermined value that is slightly larger than the discharge amount of the low-pressure pump 12, or the discharge amount of the high-pressure pump 14. May be limited so as not to exceed a predetermined value slightly smaller than the discharge amount of the low-pressure pump 12.
  • some or all of the functions executed by the ECU 32 may be configured by hardware using one or a plurality of ICs.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

内燃機関の高圧ポンプ制御装置は、低圧ポンプ(12)から吐出された燃料が供給される高圧ポンプ(14)と、高圧ポンプから吐出された燃料が供給される燃料噴射弁(28)とを備えた内燃機関の高圧ポンプ制御装置であって、高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を超過するか否かを予測する予測部(32)と、予測部により高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を超過すると予測された場合に、高圧ポンプの吐出量を所定値を越えないように制限する吐出量制限制御を実行する制限部(32)とを備えている。

Description

内燃機関の高圧ポンプ制御装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2015年5月26日に出願された日本特許出願番号2015-106221号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、高圧ポンプから吐出された燃料を燃料噴射弁に供給する内燃機関の高圧ポンプ制御装置に関するものである。
 気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射式の内燃機関と比較して、噴射から燃焼までの時間が短く、噴射燃料を霧化させる時間を十分に稼ぐことができないため、噴射圧力を高圧にして噴射燃料を微粒化する必要がある。そのため、筒内噴射式の内燃機関では、電動式の低圧ポンプで燃料タンクから汲み上げた燃料を、内燃機関の動力で駆動される高圧ポンプに供給し、この高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を燃料噴射弁へ圧送する。
 一般に、筒内噴射式の内燃機関では、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力(すなわち燃圧)を検出する燃圧センサを設け、内燃機関の運転状態に応じて目標燃圧を設定し、燃圧センサで検出した実燃圧を目標燃圧に一致させるように高圧ポンプの吐出量をフィードバック制御する。
 このような筒内噴射式の内燃機関においては、特許文献1に記載されているように、内燃機関の運転状態に応じて低圧ポンプの吐出量を変更する。これにより、内燃機関の運転状態に応じて、燃料消費量(つまり燃料噴射量)が変化するのに対応して、低圧ポンプの吐出量を変化させて、燃料消費量に対して低圧ポンプの吐出量が過剰になることを抑制して、低圧ポンプの無駄な電力消費を抑制する。
特開2008-121563号公報
 筒内噴射式の内燃機関では、燃料噴射弁のダイナミックレンジの増加や噴射燃料の霧化改善のために、内燃機関の回転速度や負荷が高いほど目標燃圧を高燃圧にする傾向がある。一方、低圧ポンプは、省エネルギ化や燃料温度上昇抑制(つまりエバポガス低減)のために、吐出能力の余裕度を少なくする傾向がある。このため、例えば、内燃機関の回転速度が高い状態で低負荷低燃圧状態から高負荷高燃圧状態へ移行する際の燃圧昇圧過程で、高負荷による燃料消費量増加や昇圧のための燃料消費量増加により、高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を一時的に上回ることがある。高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を上回ると、高圧ポンプに供給される燃料の圧力が低下するため、燃料温度が高いと、高圧ポンプの内部にキャビテ-ションエロージョン(つまり気泡の発生または消滅による損傷)が発生して、高圧ポンプの寿命が短くなる可能性がある。
 本開示の目的は、高圧ポンプ内部でのキャビテ-ションエロージョンの発生を防止又は抑制して、高圧ポンプの寿命を延ばすことができる内燃機関の高圧ポンプ制御装置を提供することにある。
 本開示の一態様による内燃機関の高圧ポンプ制御装置は、低圧ポンプから吐出された燃料が供給される高圧ポンプと、高圧ポンプから吐出された燃料が供給される燃料噴射弁とを備えた内燃機関の高圧ポンプ制御装置であって、高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を超過するか否かを予測する予測部と、この予測部により高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を超過すると予測された場合に、高圧ポンプの吐出量を所定値を越えないように制限する吐出量制限制御を実行する制限部とを備える。
 この構成では、高圧ポンプの吐出量が低圧ポンプの吐出量を超過すると予測された場合に、吐出量制限制御を実行して高圧ポンプの吐出量を所定値を越えないように制限することができる。これにより、低圧ポンプの吐出量に対する高圧ポンプの吐出量の超過を防止又は抑制して、高圧ポンプの内部にキャビテ-ションエロージョンが発生することを防止又は抑制することができ、高圧ポンプの寿命を延ばすことができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は本開示の実施例1における燃料供給システムの概略構成を示す図であり、 図2は高圧ポンプの概略構成を示す図であり、 図3はECUの燃圧制御機能を概略的に示すブロック図であり、 図4は実施例1のF/B制御量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャートであり、 図5は実施例1の吐出量制限制御の実行例を示すタイムチャートであり、 図6は比較例を示すタイムチャートであり、 図7は実施例2のF/B制御量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャートであり、 図8は実施例2の吐出量制限制御の実行例を示すタイムチャートであり、 図9は実施例3のF/B制御量算出ルーチンの処理の流れを示すフローチャートであり、 図10は実施例3の吐出量制限制御の実行例を示すタイムチャートである。
 以下、本開示を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
 本開示の実施例1を図1乃至図6に基づいて説明する。
 まず、図1及び図2に基づいて筒内噴射式のエンジン(内燃機関)の燃料供給システムの概略構成を説明する。
 図1に示すように、燃料を貯溜する燃料タンク11内には、燃料を汲み上げる低圧ポンプ12が設置されている。この低圧ポンプ12は、バッテリ(図示せず)を電源とする電動モータ(図示せず)によって駆動される。この低圧ポンプ12から吐出される燃料は、燃料配管13を通して高圧ポンプ14に供給される。燃料配管13には、プレッシャレギュレータ15が接続されている。このプレッシャレギュレータ15によって低圧ポンプ12の吐出圧力(つまり高圧ポンプ14への燃料供給圧力)が所定圧力に調圧され、その圧力を越える燃料の余剰分が燃料戻し配管16により燃料タンク11内に戻される。
 図2に示すように、高圧ポンプ14は、円筒状のポンプ室18内でプランジャ19を往復運動させて燃料を吸入/吐出するプランジャポンプであり、プランジャ19は、エンジンのカム軸20に嵌着されたカム21の回転運動によって駆動される。この高圧ポンプ14の吸入口22側には、常開型の電磁弁を有する燃圧制御弁23が設けられている。
 高圧ポンプ14の吸入行程(プランジャ19の下降時)において燃圧制御弁23が開弁してポンプ室18内に燃料が吸入され、高圧ポンプ14の吐出行程(プランジャ19の上昇時)において燃圧制御弁23が閉弁してポンプ室18内の燃料が吐出されるように燃圧制御弁23の通電を制御する。
 その際、燃圧制御弁23の通電開始時期を制御して燃圧制御弁23の閉弁期間を制御することで、高圧ポンプ14の吐出量を制御して燃圧(つまり燃料圧力)を制御する。例えば、燃圧を上昇させるときには、燃圧制御弁23の通電開始時期を進角させて燃圧制御弁23の閉弁開始時期を進角させることで、燃圧制御弁23の閉弁期間を長くして高圧ポンプ14の吐出量を増加させる。逆に、燃圧を低下させるときには、燃圧制御弁23の通電開始時期を遅角させて燃圧制御弁23の閉弁開始時期を遅角させることで、燃圧制御弁23の閉弁期間を短くして高圧ポンプ14の吐出量を減少させる。
 一方、高圧ポンプ14の吐出口24側には、吐出した燃料の逆流を防止する逆止弁25が設けられている。図1に示すように、高圧ポンプ14から吐出された高圧の燃料は、高圧燃料配管26を通してデリバリパイプ27に送られ、このデリバリパイプ27からエンジンの各気筒に取り付けられた燃料噴射弁28に高圧の燃料が分配される。この燃料噴射弁28は、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁である。
 高圧燃料配管26(又はデリバリパイプ27)には、高圧燃料配管26やデリバリパイプ27等の高圧燃料通路内の燃圧を検出する燃圧センサ29が設けられている。尚、デリバリパイプ27に、高圧燃料通路内の燃圧が所定の上限値を越えたときに開弁するリリーフ弁(図示せず)を設け、このリリーフ弁の排出ポートをリリーフ配管を介して燃料タンク11(又は低圧側の燃料配管13)に接続するようにしても良い。
 また、エンジンには、吸入空気量を検出するエアフローメータ30や、クランク軸(図示せず)の回転に同期して所定クランク角毎にパルス信号を出力するクランク角センサ31が設けられている。このクランク角センサ31の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
 上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット(ECU)32に入力される。このECU32は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度(吸入空気量)等を制御する。本実施形態では、ECU32が内燃機関の高圧ポンプ制御装置に相当する。
 また、ECU32は、燃圧制御部として機能し、燃圧制御弁23の通電開始時期を制御して燃圧制御弁23の閉弁開始時期を制御することで、高圧ポンプ14の吐出量を制御して燃圧を制御する燃圧制御を行う。その際、燃圧センサ29で検出した実燃圧と目標燃圧との偏差に基づいてF/B制御量を算出し、このF/B制御量を用いて高圧ポンプ14の吐出量を補正する燃圧F/B制御を実行する。ここで、F/Bはフィードバックを意味する。つまり、F/B制御量はフィードバック制御量である。
 具体的には、図3に示すように、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等)に応じて要求燃料噴射量をマップ等により算出する。この後、フィードフォワード制御部33で、要求燃料噴射量に応じてF/F制御量をマップ等により算出する。ここで、F/Fはフィードフォワードを意味する。
 また、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等)に応じて目標燃圧をマップ等により算出すると共に、燃圧センサ29で検出した実燃圧を読み込む。この後、フィードバック制御部34で、目標燃圧と実燃圧との偏差を燃圧偏差として算出し、この燃圧偏差に基づいてPI制御やPID制御等によりF/B制御量を算出する。例えば、PI制御の場合には、燃圧偏差と比例ゲインとを用いて比例項を算出すると共に、燃圧偏差と積分ゲインとを用いて積分項を算出し、これらの比例項と積分項とを用いてF/B制御量を算出する。
 この後、制御量算出部35で、数1のように、F/F制御量とF/B制御量とを用いて高圧ポンプ14の制御量(つまり燃圧制御弁23の通電開始時期)を算出する。
 (数1)高圧ポンプ制御量=F/F制御量+F/B制御量
 ところで、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を上回ると、高圧ポンプ14に供給される燃料の圧力が低下するため、燃料温度が高いと、高圧ポンプ14の内部にキャビテ-ションエロージョン(つまり気泡の発生または消滅による損傷)が発生して、高圧ポンプ14の寿命が短くなる可能性がある。
 この対策として、ECU32は、図4のルーチンを実行することで、次のような制御を行う。高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過するか否かを予測し、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測された場合に、高圧ポンプ14の吐出量を所定値(例えば低圧ポンプ12の吐出量)を越えないように制限する吐出量制限制御を実行する。その際、本実施例1では、F/B制御量の比例項を制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を行う。
 以下、本実施例1でECU32が実行する図4のF/B制御量算出ルーチンの処理内容を説明する。
 図4に示すF/B制御量算出ルーチンは、ECU32の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、予測部及び制限部としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、101で、数2のように、目標燃圧と実燃圧との偏差を燃圧偏差[MPa]として算出する。
 (数2)燃圧偏差=目標燃圧-実燃圧
 この後、102に進み、数3のように、燃圧偏差に比例ゲインを乗算して比例項[℃A]を求める。
 (数3)比例項=燃圧偏差×比例ゲイン
 この後、103に進み、エンジン負荷(例えば吸入空気量や吸気圧等)に基づいて、回転当りのエンジン消費燃料量[mm/str]を算出し、数4のように、低圧ポンプ吐出量(例えば最大値)とエンジン消費燃料量との差を昇圧用燃料量[mm/str]として算出する。
 (数4)昇圧用燃料量=低圧ポンプ吐出量-エンジン消費燃料量
 この後、104に進み、高圧ポンプ吐出量傾き[mm/℃A]のマップを参照して、エンジン回転速度[rpm]と目標燃圧(実燃圧でもよい)[MPa]とに応じた高圧ポンプ吐出量傾きを算出する。高圧ポンプ吐出量傾きのマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ECU32のROMに記憶されている。
 この後、105に進み、数5のように、昇圧用燃料量を高圧ポンプ吐出量傾きで除算して比例項ガード値[℃A]を求める。
 (数5)比例項ガード値=昇圧用燃料量/高圧ポンプ吐出量傾き
 この比例項ガード値は、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量(例えば最大値)となるF/B制御量が算出される比例項に相当する値に設定される。
 この後、106に進み、上記102で算出された比例項が比例項ガード値以上か否かによって、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過するか否かを予測する。
 この106で、比例項が比例項ガード値よりも小さいと判定された場合には、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過しないと予測して、上記102で算出された比例項をそのまま採用する。
 一方、上記106で、比例項が比例項ガード値以上と判定された場合には、高圧ポンプ14の吐出量を制限しないと、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測して、107に進み、数6のように、比例項を比例項ガード値で制限する。
 (数6)比例項=比例項ガード値
 この後、108に進み、数7のように、燃圧偏差と積分ゲインと前回の積分項(i-1)とを用いて今回の積分項[℃A]を算出する。
 (数7)積分項=積分項(i-1)+燃圧偏差×積分ゲイン
 この後、109に進み、数8のように、比例項と積分項とを用いてF/B制御量[℃A]を算出して、本ルーチンを終了する。
 (数8)F/B制御量=比例項+積分項
 以上の処理により、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測された場合に、F/B制御量の比例項を比例項ガード値で制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を実行する。
 図6に示すように、吐出量制限制御を実行しない比較例では、エンジンの消費燃料量及び目標燃圧が増加した場合に、目標燃圧が増加して燃圧偏差が増加すると、それに伴って比例項が増加してF/B制御量が増加するため、高圧ポンプ14の吐出量が大きく増加して低圧ポンプの吐出量を一時的に上回る可能性がある。高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を上回ると、高圧ポンプ14に供給される燃料の圧力が低下するため、燃料温度が高いと、高圧ポンプ14の内部にキャビテ-ションエロージョンが発生して、高圧ポンプ14の寿命が短くなる可能性がある。
 これに対して、図5に示すように、本実施例1では、エンジンの消費燃料量及び目標燃圧が増加した場合に、目標燃圧が増加して燃圧偏差が増加すると、それに伴って比例項が増加する。その比例項が比例項ガード値以上と判定された時点t1で、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測して、比例項を比例項ガード値で制限することで、F/B制御量を制限することができる。これにより、高圧ポンプ14の吐出量を低圧ポンプ12の吐出量を越えないように制限する吐出量制限制御を実行することができ、低圧ポンプ12の吐出量に対する高圧ポンプ14の吐出量の超過を防止することができる。これにより、高圧ポンプ14の内部にキャビテ-ションエロージョンが発生することを防止することができ、高圧ポンプ14の寿命を延ばすことができる。
 また、本実施例1では、F/B制御量を制限することで吐出量制限制御を行う。燃圧F/B制御を行うシステムでは、目標燃圧が増加して燃圧偏差が増加すると、それに伴ってF/B制御量が増加して高圧ポンプ14の吐出量が増加する。従って、F/B制御量を制限することで、高圧ポンプ14の吐出量を簡単且つ確実に制限して吐出量制限制御を行うことができる。
 次に、図7及び図8を用いて本開示の実施例2を説明する。但し、実施例1と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として実施例1と異なる部分について説明する。
 本実施例2では、ECU32により図7のF/B制御量算出ルーチンを実行することで、F/B制御量の算出に用いる燃圧偏差を制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を行う。
 図7のF/B制御量算出ルーチンでは、まず、201で、数2のように、目標燃圧と実燃圧との偏差を燃圧偏差[MPa]として算出する。
 この後、202に進み、エンジン回転速度[rpm]とエンジン負荷(例えば吸入空気量や吸気圧等)に基づいて、時間当りのエンジン消費燃料量[L/hr]を算出し、燃圧偏差ガード値[MPa]のマップを参照して、エンジン回転速度とエンジン消費燃料量とに応じた燃圧偏差ガード値を算出する。燃圧偏差ガード値のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ECU32のROMに記憶されている。この燃圧偏差ガード値は、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量(例えば最大値)となるF/B制御量が算出される燃圧偏差に相当する値に設定される。
 この後、203に進み、上記201で算出された燃圧偏差が燃圧偏差ガード値以上か否かによって、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過するか否かを予測する。
 この203で、燃圧偏差が燃圧偏差ガード値よりも小さいと判定された場合には、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過しないと予測して、上記201で算出された燃圧偏差をそのまま採用する。
 一方、上記203で、燃圧偏差が燃圧偏差ガード値以上と判定された場合には、高圧ポンプ14の吐出量を制限しないと、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測して、204に進み、数9のように、燃圧偏差を燃圧偏差ガード値で制限する。
 (数9)燃圧偏差=燃圧偏差ガード値
 この後、205に進み、数3のように、燃圧偏差に比例ゲインを乗算して比例項[℃A]を求める。この後、206に進み、数7のように、燃圧偏差と積分ゲインと前回の積分項(i-1)とを用いて今回の積分項[℃A]を算出する。
 この後、207に進み、数8のように、比例項と積分項とを用いてF/B制御量[℃A]を算出して、本ルーチンを終了する。
 以上の処理により、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測された場合に、F/B制御量の算出に用いる燃圧偏差を燃圧偏差ガード値で制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を実行する。
 図8に示すように、本実施例2では、エンジンの消費燃料量及び目標燃圧が増加した場合に、目標燃圧が増加に伴って燃圧偏差が増加する。その燃圧偏差が燃圧偏差ガード値以上と判定された時点t2で、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測して、燃圧偏差を燃圧偏差ガード値で制限することで、比例項を制限してF/B制御量を制限することができる。これにより、高圧ポンプ14の吐出量を低圧ポンプ12の吐出量を越えないように制限する吐出量制限制御を実行することができ、上記実施例1とほぼ同様の効果を得ることができる。
 次に、図9及び図10を用いて本開示の実施例3を説明する。但し、実施例1,2と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として実施例1,2と異なる部分について説明する。
 本実施例3では、ECU32により図9のF/B制御量算出ルーチンを実行することで、目標燃圧を制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を行う。
 図9のF/B制御量算出ルーチンでは、まず、301で、エンジン回転速度[rpm]とエンジン負荷(例えば吸入空気量や吸気圧等)に基づいて、時間当りのエンジン消費燃料量[L/hr]を算出し、目標燃圧ガード補正値[MPa]のマップを参照して、エンジン回転速度とエンジン消費燃料量とに応じた目標燃圧ガード補正値を算出する。目標燃圧ガード補正値のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ECU32のROMに記憶されている。
 この後、302に進み、数10のように、実燃圧に目標燃圧ガード補正値を加算して目標燃圧ガード値[MPa]を求める。
 (数10)目標燃圧ガード値=実燃圧+目標燃圧ガード補正値
 この目標燃圧ガード値は、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量(例えば最大値)となるF/B制御量が算出される目標燃圧に相当する値に設定される。
 この後、303に進み、目標燃圧が目標燃圧ガード値以上か否かによって、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過するか否かを予測する。
 この303で、目標燃圧が目標燃圧ガード値よりも小さいと判定された場合には、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過しないと予測して、現在の目標燃圧をそのまま採用する。
 一方、上記303で、目標燃圧が目標燃圧ガード値以上と判定された場合には、高圧ポンプ14の吐出量を制限しないと、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測して、304に進み、数11のように、目標燃圧を目標燃圧ガード値で制限する。
 (数11)目標燃圧=目標燃圧ガード値
 この後、305に進み、数2のように、目標燃圧と実燃圧との偏差を燃圧偏差[MPa]として算出する。
 この後、306に進み、数3のように、燃圧偏差に比例ゲインを乗算して比例項[℃A]を求める。この後、307に進み、数7のように、燃圧偏差と積分ゲインと前回の積分項(i-1)とを用いて今回の積分項[℃A]を算出する。
 この後、308に進み、数8のように、比例項と積分項とを用いてF/B制御量[℃A]を算出して、本ルーチンを終了する。
 以上の処理により、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測された場合に、目標燃圧を目標燃圧ガード値で制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を実行する。
 図10に示すように、本実施例3では、エンジンの消費燃料量及び目標燃圧が増加した場合に、その目標燃圧が目標燃圧ガード値以上と判定された時点t3で、高圧ポンプ14の吐出量が低圧ポンプ12の吐出量を超過すると予測して、目標燃圧を目標燃圧ガード値で制限して燃圧偏差を制限することで、比例項を制限してF/B制御量を制限することができる。これにより、高圧ポンプ14の吐出量を低圧ポンプ12の吐出量を越えないように制限する吐出量制限制御を実行することができ、上記実施例1とほぼ同様の効果を得ることできる。
 尚、上記実施例1~3のうちの二つ又は三つを組み合わせて、目標燃圧と燃圧偏差と比例項のうちの二つ又は三つをガード値で制限することでF/B制御量を制限して吐出量制限制御を実行するにしても良い。
 また、上記各実施例1~3では、比例項、燃圧偏差、目標燃圧をガード値で制限することで間接的にF/B制御量を制限するようにしたが、F/B制御量をガード値で制限して吐出量制限制御を実行するにしても良い。或は、F/F制御量や高圧ポンプ14の制御量(つまり燃圧制御弁23の通電開始時期)をガード値で制限して吐出量制限制御を実行するにしても良い。
 また、上記各実施例1~3では、吐出量制限制御の際に、高圧ポンプ14の吐出量を低圧ポンプ12の吐出量を越えないように制限する。しかし、これに限定されず、例えば、高圧ポンプ14の吐出量を、低圧ポンプ12の吐出量よりも少し大きい所定値を越えないように制限するようにしたり、或は、高圧ポンプ14の吐出量を、低圧ポンプ12の吐出量よりも少し小さい所定値を越えないように制限するようにしても良い。
 また、上記各実施例1~3において、ECU32が実行する機能の一部又は全部を、一つ或は複数のIC等によりハードウェア的に構成しても良い。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 

 

Claims (5)

  1.  低圧ポンプ(12)から吐出された燃料が供給される高圧ポンプ(14)と、前記高圧ポンプから吐出された燃料が供給される燃料噴射弁(28)とを備えた内燃機関の高圧ポンプ制御装置において、
     前記高圧ポンプの吐出量が前記低圧ポンプの吐出量を超過するか否かを予測する予測部(32)と、
     前記予測部により前記高圧ポンプの吐出量が前記低圧ポンプの吐出量を超過すると予測された場合に、前記高圧ポンプの吐出量を所定値を越えないように制限する吐出量制限制御を実行する制限部(32)と
     を備えている内燃機関の高圧ポンプ制御装置。
  2.  前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である燃圧を検出する燃圧センサ(29)と、
     前記燃圧センサで検出した燃圧と目標燃圧との偏差である燃圧偏差に基づいてフィードバック制御量を算出し、前記フィードバック制御量を用いて前記高圧ポンプの吐出量を補正する燃圧フィードバック制御を実行する燃圧制御部(32)とを備え、
     前記制限部は、前記フィードバック制御量を制限することで前記吐出量制限制御を行う請求項1に記載の内燃機関の高圧ポンプ制御装置。
  3.  前記制限部は、前記フィードバック制御量の比例項を制限することで前記フィードバック制御量を制限して前記吐出量制限制御を行う請求項2に記載の内燃機関の高圧ポンプ制御装置。
  4.  前記制限部は、前記フィードバック制御量の算出に用いる前記燃圧偏差を制限することで前記フィードバック制御量を制限して前記吐出量制限制御を行う請求項2又は3に記載の内燃機関の高圧ポンプ制御装置。
  5.  前記制限部は、前記目標燃圧を制限することで前記フィードバック制御量を制限して前記吐出量制限制御を行う請求項2乃至4のいずれかに記載の内燃機関の高圧ポンプ制御装置。

     
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