内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置
【課題】
電磁弁を備えた高圧燃料ポンプを用いて、可変バルブタイミング機構によりカム軸位相が変化した場合であっても、内燃機関の気筒数またはフェーズセンサ信号数と高圧燃料ポンプのプランジャを上下駆動するカム山数に制限される事無く、精度良く燃圧制御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】
高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段を有し、高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記カム角検出手段を基点に、内燃機関の気筒判別値に基づいて駆動タイミングを変更する手段を持つ。
電磁弁を備えた高圧燃料ポンプを用いて、可変バルブタイミング機構によりカム軸位相が変化した場合であっても、内燃機関の気筒数またはフェーズセンサ信号数と高圧燃料ポンプのプランジャを上下駆動するカム山数に制限される事無く、精度良く燃圧制御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】
高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段を有し、高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記カム角検出手段を基点に、内燃機関の気筒判別値に基づいて駆動タイミングを変更する手段を持つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素(CO),炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)等の排出ガス物質の削減が求められており、これらの削減を目的として、筒内噴射エンジンの開発が行われている。前記筒内噴射エンジンは、高圧燃料ポンプにより高い燃料圧力に調圧されたコモンレール内の燃料を燃料噴射弁により、気筒の燃焼室内に直接行うことによって、エンジン出力及び燃焼改善による排出ガス物質の削減等を図っている。
【0003】
上記コモンレール内の燃料圧力の調圧は、内燃機関の吸気または排気のカムシャフトに連結した上記高圧ポンプからの燃料吐出量を調整する事で行う。従来の技術において、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量は、前記カムシャフトと同期して動作する事から、カムシャフトの位相に合わせて、高圧ポンプ内にある電磁弁のONとOFFのタイミングを変更する事により、所望の燃料吐出量制御を行う事で、コモンレール内の燃料圧力を調圧される。
【0004】
このような技術としては、例えば特開2005−76554号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、可変バルブタイミング装置を有した高圧燃料ポンプの燃料吐出量制御方法として、可変バルブタイミングの制御位置に対する高圧燃料ポンプの吐出位置を制御する為の高圧燃料ポンプ内電磁弁のON/OFF制御タイミングを簡素化且つ制御精度向上の為に、カムシャフトの回転と同期するカム軸センサ信号を用いて、カム軸センサ信号を基点として、カム軸センサからの電磁弁のON/OFFするタイミングを制御する事が知られている。本公報では、カム軸センサ信号を基点とする事で、可変バルブタイミングの制御位置に対する上記電磁弁のON/OFFタイミングの複雑な補正を行う必要がなく、更には内燃機関の運転状態に応じてカム軸センサ信号情報に加えてクランク軸センサ信号により角度制御精度を確保する方法と、クランク軸センサを用いずに前記カム軸センサ信号情報のみで上記電磁弁のON/OFFタイミングを制御する方法を使い分ける事で、制御装置内のCPUの演算負荷と高圧ポンプの制御精度を両立させる方法が示されている。
【0005】
【特許文献1】特開2005−76554号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特開2005−76554号公報の装置を可変バルブタイミング制御装置を有する内燃機関に適用した場合には、カム軸センサの信号形態や高圧ポンプ内シリンダを上下するカムシャフトのポンプ用カム山数に制限を与えてしまうという問題がある。
【0007】
すなわち、上記公報の装置では、可変バルブタイミング制御装置により、高圧燃料ポンプと連動したカム軸の位相が変化した場合であっても、カム軸センサ信号を基点にした電磁弁のON/OFFタイミングを制御する事で安定した高圧燃料ポンプからの燃料吐出量制御を行うものであるが、カム軸センサ信号と高圧ポンプを駆動するカム山の相対関係が一致している場合に限定される事になる。例えば、4気筒の内燃機関の場合には、一般にカム軸センサ信号の形態は4色(例えば、カム軸センサ信号数の形態が、1→3→4→2とする)となっており、当該内燃機関の適用する高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの駆動カム山数が3山の場合には、カム軸センサ信号からの電磁弁ON/OFF制御するタイミングが異なり、所望の燃料吐出量制御が実現できずに、コモンレール内燃料圧力が不安定になる問題がある。
【0008】
この問題を、図10を用いて説明する。
【0009】
図10において、4気筒の内燃機関に高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの駆動カム山数が3山を適用した場合の一例で、最上段のフェーズセンサ信号は、前記カム軸センサ信号(以下、フェーズセンサ信号と称す)の形態の一例を示し、ポジッションセンサ信号は、前記クランク軸センサ信号(以下、ポジッションセンサ信号と称す)の形態の一例を示したものであり、図中のプランジャ変位は、カム軸の高圧燃料ポンプ駆動カムにより動作する高圧燃料ポンプ内のプランジャの変位を示したものである。
【0010】
図中のSTANG1〜3は、高圧燃料ポンプの電磁弁にONするタイミングを示したものであり、OFFANG1〜3は、前記電磁弁のOFFするタイミングを示したののである。高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を制御する場合には、高圧燃料ポンプを駆動するカム山の位置に応じた制御を行う事が必要であり、この場合には、フェーズセンサ信号からの前記電磁弁のONタイミングとOFFタイミングをフェーズセンサ信号毎に変更する必要がある。
【0011】
フェーズセンサ信号に関係なく、電磁弁のON/OFFタイミングを変更しない場合には、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量は不安定となり、コモンレール内の燃料圧力制御ができない事になる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記目的を達成すべく、本発明に係る高圧燃料ポンプ制御装置において、内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、前記クランク軸の回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段と、前記カム角検出手段と前記クランク角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段を有し、
高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記カム角検出手段を基点に、内燃機関の気筒判別値に基づいて駆動タイミングを変更する。
【0013】
また、上記高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記クランク角検出手段によりクランク角信号の数と該クランク角信号の周期に基づいて実行する。
【0014】
もしくは、少なくても、前記クランク角検出手段の異常が認められた場合には、前記上記高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、該カム角信号の周期に基づいて実行する。
【0015】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置により、カム軸位相が変化した場合であっても、前記制御装置内駆動タイミング演算部で適切な通電開始または終了要求位相を演算し、前記制御装置内駆動信号出力部において前記要求位相通りに通電開始,終了を実施することが可能となるので、燃料システムの安定化,燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【0016】
また、クランク軸信号に異常が発生した場合においても、所望の高圧燃料ポンプの吐出制御が可能となり、燃焼の安定及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【発明の効果】
【0017】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る高圧燃料ポンプ制御装置は、前記制御装置内位相演算部で適切な通電開始・終了要求位相を演算し、前記制御装置内駆動信号出力部において前記要求位相通りに通電開始,終了を実施することが可能となるので、燃料システムの安定化,燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【0018】
また、ポジションセンサ信号に異常が発生した場合であっても、同等の性能を達成する事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。ここで、図中には記載していないが、可変バルブタイミング制御装置により、当該カム軸位相は変化し、該変化量に応じて、上記フェーズセンサ信号の位置も変化する。
【0022】
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電磁弁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。
【0023】
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。
【0024】
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、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために吐出弁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。
【0025】
燃料はタンク50から低圧ポンプ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内の燃料圧力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,燃料圧力等)に基づいて適切な噴射燃料量や燃料圧力等を演算し、高圧ポンプ1やインジェクタ54を制御する。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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、高圧ポンプ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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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、高圧ポンプ1の吐出流量を制御することができる。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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801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変化に伴い変化するフェーズセンサ信号による高圧燃料ポンプ制御角度の基準信号(前記フェーズセンサ信号の先頭の信号位置)からの通電開始角度STANGを演算する。可変バルブタイミング機構による位相は、図中の実線で示した進角位置に対し、点線で示した遅角位置になり、各々の位相に対しても基準位置からの通電開始角度そのものは変わらない値で制御する。
【0037】
図10に4気筒の内燃機関に高圧燃料ポンプ駆動するカム山が3山の場合で、内燃機関が2回転した範囲のタイムチャートの一例を示す。図中の最上段に示したフェーズセンサ信号の先頭となる位置(前記図9で示した基準信号)から、各先頭フェーズセンサ信号からの高圧燃料ポンプの電磁弁のONタイミングを各々STANG1〜3になり、電磁弁のOFFタイミングを各々OFFANG1〜3となる。前記基準位置からの前記各STANG1〜3,OFFANG1〜3は各基準位置からの角度が異なり、先頭フェーズセンサ信号毎に使い分ける必要があり、その使い分けを図中の気筒判別値により行う。例えば、気筒判別値=1の時の先頭フェーズ信号からは、OFFANG1とSTANG1の角度で電磁弁の制御を行い、気筒判別値=3の時の先頭フェーズ信号からは、前記OFFANG1とは異なる値のOFFANG2の角度で電磁弁の制御を行う。このように、先頭フェーズセンサ信号と内燃機関の気筒判別値に基づいて、電磁弁のON(STANG)タイミングとOFF(OFFANG)タイミングを使い分ける事により、内燃機関の気筒数またはフェーズセンサ信号の形態や、高圧燃料ポンプの駆動カム山数に制限される事無く、所望の高圧燃料ポンプ内電磁弁のON/OFFタイミングを制御する事で、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を安定して制御する事ができる。
【0038】
図11に前記図10に対し、可変バルブタイミング制御装置により、カム軸位相が進角側に移動した場合のタイムチャートを示す。図中上段のフェーズセンサ信号の点線で示した位置が前記図10で説明した位置に対し、実線で示したフェーズセンサ信号が、前記可変バルブタイミング制御装置により、カム軸の位相が変化した位置である。前述したようにカム軸の位相が変化した場合であっても、カム軸の高圧燃料ポンプ駆動カム山の位相は、フェーズセンサ信号の出力位置との関係は崩れない事から、前記図10で説明した各先頭のフェーズセンサ信号からの電磁弁のON(STANG1〜3)タイミングとOFF(OFFANG1〜3)タイミングは同じ値で制御する事になる。
【0039】
図12に前記先頭フェーズセンサ信号の位置を基準位置とした前記電磁弁のON/OFF制御する為の角度制御方法の一例を示したもので、ここでは、OFFタイミングを例に説明する。ONタイミングでの角度制御も以下説明する方法で行えば良い。
【0040】
図中の上段のフェーズセンサ信号を基準位置として、電磁弁のOFFタイミングを制御する事は上述した通りである。図中の中段に示したポジションセンサ信号は、前記電磁弁の制御精度(例えば0.1degの制御精度)よりも大きな間隔(例えば、10deg間隔)を持っているのが一般的であり、前記フェーズセンサ信号を基準位置とした角度制御を行う場合には、当該基準位置からのポジションセンサ信号の数をカウントした後、ポジッションセンサ信号間隔(TPOS10)から、ポジションセンサからの時間制御を行う。本図12で示した例で説明すると、基準位置からの角度OFFANG1を実現する為に、基準位置からのポジションセンサ信号数(OFFANGCN1)を3つカウント後に、残りの角度をポジションセンサ信号の間隔を計測した値(TPOS10m)から角度相当の時間分(OFFANGTM1)を計測した時点で電磁弁のOFFタイミングを制御する。
【0041】
OFFANG1=OFFANGCN1(ポジションセンサ信号数)+OFFANGT M1(ポジションセンサ信号間隔からの時間を基に角度を求めた時間)
として制御する。
【0042】
加えて、ポジションセンサ信号を用いて角度制御を行う場合には、各先頭フェーズセンサ信号の位置とポジションセンサ信号の相対関係位置を正確に確認する必要がある事から、図中に示した先頭フェーズセンサ信号が入力される前後のポジションセンサ信号の間隔(TPOS10n)から計測した値(TPHPOS)を算出する必要がある。要するにOFFANG1は、以下の方法で算出する事で、角度制御精度が向上する。
【0043】
OFFANG1=(TPOS10n−TPHPOS)+OFFANGCN1+OFF ANGTM1
として求める。
【0044】
ここで、上記式の(TPOS10n−TPHPOS)及びOFFANGTM1は、適用する内燃機関のポジションセンサ信号の間隔(クランク角度)に応じて算出し、設定すれば良い。算出方法は、クランク角度と時間の関係で単純に算出できる事から詳細の説明は必要としない。
【0045】
図13にポジションセンサ信号を用いず、フェーズセンサ信号のみによる前記電磁弁のON/OFF制御する為の角度制御方法の一例を示したものである。
【0046】
先頭フェーズセンサの信号間隔を計測し、例えば気筒判別値=1の時の先頭フェーズセンサ信号からのOFFANG1を求める場合には、直前の先頭フェーズセンサ信号の間隔(TPHASEn)を基に算出すれば良い。例えば、OFFANG1=90degと算出された場合、先頭フェーズ信号間隔が180degの場合には、前記計測したTPHASEnの時間の半分となる値(=90degの時間/180degの時間)で制御実行すれば良い。
【0047】
このように、ポジションセンサ信号を用いなくても、フェーズセンサ信号と気筒判別値のみで高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミングを制御する事が可能であり、これは内燃機関の制御装置内CPUの演算負荷を軽減するのみならず、内燃機関のポジションセンサ信号に異常(故障)が発生した場合でも、所望の高圧燃料ポンプの燃料吐出制御を実現する事ができるものである。
【0048】
図14に前記図13に対し、可変バルブタイミング制御装置によりカム軸の位相が変化した場合の一例を示す。このようにカム軸の位相が変化した場合であっても、フェーズセンサの信号と気筒判別値による高圧ポンプの電磁弁のON/OFF制御を行う場合には、可変バルブタイミングを意識する事無く制御する事が可能となる。
【0049】
図15に前記図10及び図11で説明した内容の制御フローチャートの一例を示す。
ブロック1501では、ポジションセンサ信号が正常か故障かの判定を行う。ここで、故障判定方法は、本発明に直接関係しない為、詳細の説明を必要としない。ポジションセンサ信号が正常の場合には、ブロック1502の処理に進み、異常の場合には、後述する図16の内容で制御する。ブロック1502では、内燃機関のカム軸に設けられた前記フェーズセンサ信号の入力処理を行う。当該処理は、主に先頭フェーズ信号の区別や先頭フェーズの入力タイミングやフェーズセンサ信号数を計測するものである。ブロック1503では、内燃機関のクランク角度を計測するポジションセンサ信号の入力処理を行う。当該処理は、主に内燃機関のクランク角度計測やポジションセンサ信号の間隔時間を計測するものである。ブロック1504では、前記フェーズセンサ信号とポジションセンサ信号により、内燃機関の気筒判別処理を行う。内燃機関の気筒判別が行われた場合には、ブロック1505にて高圧燃料ポンプの吐出位置を演算する。具体的には、高圧燃料ポンプ内電磁弁のON/OFFするタイミングを算出するものである(前記したSTANGやOFFANGの角度演算を行う)。ブロック1506では、各気筒判別値と前記先頭フェーズセンサからの異なる前記電磁弁のON/OFFタイミングのオフセット分を算出する。これにより、前記図10及び図11で説明したSTANG1〜3とOFFANG1〜3の各々の値を算出する。ブロック1507では、前記ブロック1506で算出したSTANG1〜3及びOFFANG1〜3の角度を実現する為のポジション信号数を算出する。当該ポジションセンサ信号数を求める具体的な方法は、前記図12で示した方法によるものであり、ここでの説明は図12と重複するので割愛する。次にブロック1706では、前記STANG1〜3及びOFFANG1〜3の角度の中で、前記ブロック1507で求めたポジションセンサ信号数以外のポジションセンサ信号間の時間を基に算出した時間制御分を演算する。当該時間制御方法についても、前記図12で示した方法によるものであり、ここでの説明は図12と重複するので割愛する。
【0050】
図17に前記図12で説明した可変バルブタイミング制御による先頭フェーズセンサ信号位置とポジションセンサ信号の関係から、高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミング制御精度を更に向上する方法のフローチャートの一例を示す。ブロック1701では、先頭フェーズセンサ信号が入力される直前のポジションセンサ信号からの時間TTOPPHと、前記直線のポジションセンサ信号と次のポジションセンサ信号の時間間隔を算出し、先頭フェーズセンサ信号の位置を算出する。ブロック1702では、前記図15で説明したブロック1505と同じ処理である高圧燃料ポンプの吐出位置を算出する。ブロック1703では、前記図15で説明したブロック1506の高圧燃料ポンプの電磁弁ON/OFFタイミングであるSTANG1〜3及びOFFANG1〜3を算出する。ブロック1704からブロック1706では、先頭フェーズセンサ信号からの実際の角度を前記図12で説明したように、
OFFANGn=(TPOS10n−TPHPOS)+OFFANGCNn+OFF ANGTMn
として求める。
【0051】
上記式の中で、OFFANGn(nは気筒毎に異なる)については、前記ブロック1703で算出し、(TPOS10n−TPHPOS)については、前期ブロック1701で算出する。
【0052】
先頭フェーズセンサ信号からのポジションセンサ信号数であるOFFANGCNn(nは気筒毎に異なる)については、ブロック1705で算出し、前記ポジションセンサ信号数を計測した数と合致した以降の角度であるOFFANGTMn(nは気筒毎に異なる)については、ブロック1708で算出する。
【0053】
以上の方法により、可変バルブタイミング制御装置により、フェーズセンサ信号の位相が変化した場合であっても、ポジションセンサ信号を用いて正確な高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミングの制御を可能とできる。
【0054】
図16に前記図13及び図14で説明したフェーズセンサ信号と気筒判別値による高圧燃料ポンプの電磁弁ON/OFFタイミング制御のフローチャートの一例を示す。ブロック1601では、前記図15のブロック1502と同様にフェーズセンサの入力処理を行う。ブロック1602では、前記ブロック1601での処理を基にフェーズセンサ信号の時間間隔を計測する。ブロック1603では、前記ブロック1601の処理に基づいて、先頭フェーズセンサ信号の確定処理を行い、ブロック1604では、前記先頭フェーズセンサ信号の確定処理に基づいて先頭フェーズセンサ信号間の時間(TPHTOP)を計測する。ブロック1602にて気筒判別値が確定した場合には、ブロック1606にて高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミングであるTPUMPONとTPUMPOFFを前記ブロック1604で算出した先頭フェーズセンサ信号間の時間(TPHTOP)を基に算出する。ここで、当該TPHTOPを基にTPUMPONとTPUMPOFF算出する方法については、前記図13で説明した通りであり、ここでの説明は重複するので割愛する。次のブロック1607では、前記図15のブロック1506及び図17のブロック1703と同様に各先頭フェーズセンサ信号毎のオフセットを算出する。
【0055】
以上のポジションセンサ信号を用いた図15及び図17の方法であっても図16の方法のいずれであっても高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミング制御は可変バルブタイミング制御装置によりカム軸位相が変化した場合であっても安定した高圧燃料ポンプからの燃料吐出制御が可能であるが、少なくてもポジションセンサ信号に異常がある場合には、図16でのポジションセンサ信号に依存しない制御を行えば良い。
【0056】
本発明では、前記図4にて説明したノーマルクローズ型の高圧燃料ポンプの制御方法を例に説明したが、ノーマルオープン型の高圧燃料ポンプを適用した場合であっても、フェーズセンサ信号または、ポジションセンサ信号と気筒判別値を用いた電磁弁のONタイミング制御のみによる方法であっても同様の制御を行えば良く、高圧燃料ポンプの機構に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】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2】図1のエンジン制御装置の内部構成図。
【図3】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4】図3の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図5】図3の高圧燃料ポンプの動作タイミングチャート。
【図6】図5の動作タイミングチャートの補足説明図。
【図7】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8】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9】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10】図9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11】図9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12】図9から図10の角度制御方法。
【図13】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14】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15】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16】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17】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。
【符号の説明】
【0058】
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
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素(CO),炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)等の排出ガス物質の削減が求められており、これらの削減を目的として、筒内噴射エンジンの開発が行われている。前記筒内噴射エンジンは、高圧燃料ポンプにより高い燃料圧力に調圧されたコモンレール内の燃料を燃料噴射弁により、気筒の燃焼室内に直接行うことによって、エンジン出力及び燃焼改善による排出ガス物質の削減等を図っている。
【0003】
上記コモンレール内の燃料圧力の調圧は、内燃機関の吸気または排気のカムシャフトに連結した上記高圧ポンプからの燃料吐出量を調整する事で行う。従来の技術において、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量は、前記カムシャフトと同期して動作する事から、カムシャフトの位相に合わせて、高圧ポンプ内にある電磁弁のONとOFFのタイミングを変更する事により、所望の燃料吐出量制御を行う事で、コモンレール内の燃料圧力を調圧される。
【0004】
このような技術としては、例えば特開2005−76554号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、可変バルブタイミング装置を有した高圧燃料ポンプの燃料吐出量制御方法として、可変バルブタイミングの制御位置に対する高圧燃料ポンプの吐出位置を制御する為の高圧燃料ポンプ内電磁弁のON/OFF制御タイミングを簡素化且つ制御精度向上の為に、カムシャフトの回転と同期するカム軸センサ信号を用いて、カム軸センサ信号を基点として、カム軸センサからの電磁弁のON/OFFするタイミングを制御する事が知られている。本公報では、カム軸センサ信号を基点とする事で、可変バルブタイミングの制御位置に対する上記電磁弁のON/OFFタイミングの複雑な補正を行う必要がなく、更には内燃機関の運転状態に応じてカム軸センサ信号情報に加えてクランク軸センサ信号により角度制御精度を確保する方法と、クランク軸センサを用いずに前記カム軸センサ信号情報のみで上記電磁弁のON/OFFタイミングを制御する方法を使い分ける事で、制御装置内のCPUの演算負荷と高圧ポンプの制御精度を両立させる方法が示されている。
【0005】
【特許文献1】特開2005−76554号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特開2005−76554号公報の装置を可変バルブタイミング制御装置を有する内燃機関に適用した場合には、カム軸センサの信号形態や高圧ポンプ内シリンダを上下するカムシャフトのポンプ用カム山数に制限を与えてしまうという問題がある。
【0007】
すなわち、上記公報の装置では、可変バルブタイミング制御装置により、高圧燃料ポンプと連動したカム軸の位相が変化した場合であっても、カム軸センサ信号を基点にした電磁弁のON/OFFタイミングを制御する事で安定した高圧燃料ポンプからの燃料吐出量制御を行うものであるが、カム軸センサ信号と高圧ポンプを駆動するカム山の相対関係が一致している場合に限定される事になる。例えば、4気筒の内燃機関の場合には、一般にカム軸センサ信号の形態は4色(例えば、カム軸センサ信号数の形態が、1→3→4→2とする)となっており、当該内燃機関の適用する高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの駆動カム山数が3山の場合には、カム軸センサ信号からの電磁弁ON/OFF制御するタイミングが異なり、所望の燃料吐出量制御が実現できずに、コモンレール内燃料圧力が不安定になる問題がある。
【0008】
この問題を、図10を用いて説明する。
【0009】
図10において、4気筒の内燃機関に高圧燃料ポンプを駆動するカムシャフトの駆動カム山数が3山を適用した場合の一例で、最上段のフェーズセンサ信号は、前記カム軸センサ信号(以下、フェーズセンサ信号と称す)の形態の一例を示し、ポジッションセンサ信号は、前記クランク軸センサ信号(以下、ポジッションセンサ信号と称す)の形態の一例を示したものであり、図中のプランジャ変位は、カム軸の高圧燃料ポンプ駆動カムにより動作する高圧燃料ポンプ内のプランジャの変位を示したものである。
【0010】
図中のSTANG1〜3は、高圧燃料ポンプの電磁弁にONするタイミングを示したものであり、OFFANG1〜3は、前記電磁弁のOFFするタイミングを示したののである。高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を制御する場合には、高圧燃料ポンプを駆動するカム山の位置に応じた制御を行う事が必要であり、この場合には、フェーズセンサ信号からの前記電磁弁のONタイミングとOFFタイミングをフェーズセンサ信号毎に変更する必要がある。
【0011】
フェーズセンサ信号に関係なく、電磁弁のON/OFFタイミングを変更しない場合には、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量は不安定となり、コモンレール内の燃料圧力制御ができない事になる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記目的を達成すべく、本発明に係る高圧燃料ポンプ制御装置において、内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、前記クランク軸の回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段と、前記カム角検出手段と前記クランク角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段を有し、
高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記カム角検出手段を基点に、内燃機関の気筒判別値に基づいて駆動タイミングを変更する。
【0013】
また、上記高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、前記クランク角検出手段によりクランク角信号の数と該クランク角信号の周期に基づいて実行する。
【0014】
もしくは、少なくても、前記クランク角検出手段の異常が認められた場合には、前記上記高圧燃料ポンプの駆動タイミングは、該カム角信号の周期に基づいて実行する。
【0015】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置により、カム軸位相が変化した場合であっても、前記制御装置内駆動タイミング演算部で適切な通電開始または終了要求位相を演算し、前記制御装置内駆動信号出力部において前記要求位相通りに通電開始,終了を実施することが可能となるので、燃料システムの安定化,燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【0016】
また、クランク軸信号に異常が発生した場合においても、所望の高圧燃料ポンプの吐出制御が可能となり、燃焼の安定及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【発明の効果】
【0017】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る高圧燃料ポンプ制御装置は、前記制御装置内位相演算部で適切な通電開始・終了要求位相を演算し、前記制御装置内駆動信号出力部において前記要求位相通りに通電開始,終了を実施することが可能となるので、燃料システムの安定化,燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【0018】
また、ポジションセンサ信号に異常が発生した場合であっても、同等の性能を達成する事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。ここで、図中には記載していないが、可変バルブタイミング制御装置により、当該カム軸位相は変化し、該変化量に応じて、上記フェーズセンサ信号の位置も変化する。
【0022】
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電磁弁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。
【0023】
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。
【0024】
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、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために吐出弁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。
【0025】
燃料はタンク50から低圧ポンプ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内の燃料圧力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,燃料圧力等)に基づいて適切な噴射燃料量や燃料圧力等を演算し、高圧ポンプ1やインジェクタ54を制御する。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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、高圧ポンプ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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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、高圧ポンプ1の吐出流量を制御することができる。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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801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変化に伴い変化するフェーズセンサ信号による高圧燃料ポンプ制御角度の基準信号(前記フェーズセンサ信号の先頭の信号位置)からの通電開始角度STANGを演算する。可変バルブタイミング機構による位相は、図中の実線で示した進角位置に対し、点線で示した遅角位置になり、各々の位相に対しても基準位置からの通電開始角度そのものは変わらない値で制御する。
【0037】
図10に4気筒の内燃機関に高圧燃料ポンプ駆動するカム山が3山の場合で、内燃機関が2回転した範囲のタイムチャートの一例を示す。図中の最上段に示したフェーズセンサ信号の先頭となる位置(前記図9で示した基準信号)から、各先頭フェーズセンサ信号からの高圧燃料ポンプの電磁弁のONタイミングを各々STANG1〜3になり、電磁弁のOFFタイミングを各々OFFANG1〜3となる。前記基準位置からの前記各STANG1〜3,OFFANG1〜3は各基準位置からの角度が異なり、先頭フェーズセンサ信号毎に使い分ける必要があり、その使い分けを図中の気筒判別値により行う。例えば、気筒判別値=1の時の先頭フェーズ信号からは、OFFANG1とSTANG1の角度で電磁弁の制御を行い、気筒判別値=3の時の先頭フェーズ信号からは、前記OFFANG1とは異なる値のOFFANG2の角度で電磁弁の制御を行う。このように、先頭フェーズセンサ信号と内燃機関の気筒判別値に基づいて、電磁弁のON(STANG)タイミングとOFF(OFFANG)タイミングを使い分ける事により、内燃機関の気筒数またはフェーズセンサ信号の形態や、高圧燃料ポンプの駆動カム山数に制限される事無く、所望の高圧燃料ポンプ内電磁弁のON/OFFタイミングを制御する事で、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を安定して制御する事ができる。
【0038】
図11に前記図10に対し、可変バルブタイミング制御装置により、カム軸位相が進角側に移動した場合のタイムチャートを示す。図中上段のフェーズセンサ信号の点線で示した位置が前記図10で説明した位置に対し、実線で示したフェーズセンサ信号が、前記可変バルブタイミング制御装置により、カム軸の位相が変化した位置である。前述したようにカム軸の位相が変化した場合であっても、カム軸の高圧燃料ポンプ駆動カム山の位相は、フェーズセンサ信号の出力位置との関係は崩れない事から、前記図10で説明した各先頭のフェーズセンサ信号からの電磁弁のON(STANG1〜3)タイミングとOFF(OFFANG1〜3)タイミングは同じ値で制御する事になる。
【0039】
図12に前記先頭フェーズセンサ信号の位置を基準位置とした前記電磁弁のON/OFF制御する為の角度制御方法の一例を示したもので、ここでは、OFFタイミングを例に説明する。ONタイミングでの角度制御も以下説明する方法で行えば良い。
【0040】
図中の上段のフェーズセンサ信号を基準位置として、電磁弁のOFFタイミングを制御する事は上述した通りである。図中の中段に示したポジションセンサ信号は、前記電磁弁の制御精度(例えば0.1degの制御精度)よりも大きな間隔(例えば、10deg間隔)を持っているのが一般的であり、前記フェーズセンサ信号を基準位置とした角度制御を行う場合には、当該基準位置からのポジションセンサ信号の数をカウントした後、ポジッションセンサ信号間隔(TPOS10)から、ポジションセンサからの時間制御を行う。本図12で示した例で説明すると、基準位置からの角度OFFANG1を実現する為に、基準位置からのポジションセンサ信号数(OFFANGCN1)を3つカウント後に、残りの角度をポジションセンサ信号の間隔を計測した値(TPOS10m)から角度相当の時間分(OFFANGTM1)を計測した時点で電磁弁のOFFタイミングを制御する。
【0041】
OFFANG1=OFFANGCN1(ポジションセンサ信号数)+OFFANGT M1(ポジションセンサ信号間隔からの時間を基に角度を求めた時間)
として制御する。
【0042】
加えて、ポジションセンサ信号を用いて角度制御を行う場合には、各先頭フェーズセンサ信号の位置とポジションセンサ信号の相対関係位置を正確に確認する必要がある事から、図中に示した先頭フェーズセンサ信号が入力される前後のポジションセンサ信号の間隔(TPOS10n)から計測した値(TPHPOS)を算出する必要がある。要するにOFFANG1は、以下の方法で算出する事で、角度制御精度が向上する。
【0043】
OFFANG1=(TPOS10n−TPHPOS)+OFFANGCN1+OFF ANGTM1
として求める。
【0044】
ここで、上記式の(TPOS10n−TPHPOS)及びOFFANGTM1は、適用する内燃機関のポジションセンサ信号の間隔(クランク角度)に応じて算出し、設定すれば良い。算出方法は、クランク角度と時間の関係で単純に算出できる事から詳細の説明は必要としない。
【0045】
図13にポジションセンサ信号を用いず、フェーズセンサ信号のみによる前記電磁弁のON/OFF制御する為の角度制御方法の一例を示したものである。
【0046】
先頭フェーズセンサの信号間隔を計測し、例えば気筒判別値=1の時の先頭フェーズセンサ信号からのOFFANG1を求める場合には、直前の先頭フェーズセンサ信号の間隔(TPHASEn)を基に算出すれば良い。例えば、OFFANG1=90degと算出された場合、先頭フェーズ信号間隔が180degの場合には、前記計測したTPHASEnの時間の半分となる値(=90degの時間/180degの時間)で制御実行すれば良い。
【0047】
このように、ポジションセンサ信号を用いなくても、フェーズセンサ信号と気筒判別値のみで高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミングを制御する事が可能であり、これは内燃機関の制御装置内CPUの演算負荷を軽減するのみならず、内燃機関のポジションセンサ信号に異常(故障)が発生した場合でも、所望の高圧燃料ポンプの燃料吐出制御を実現する事ができるものである。
【0048】
図14に前記図13に対し、可変バルブタイミング制御装置によりカム軸の位相が変化した場合の一例を示す。このようにカム軸の位相が変化した場合であっても、フェーズセンサの信号と気筒判別値による高圧ポンプの電磁弁のON/OFF制御を行う場合には、可変バルブタイミングを意識する事無く制御する事が可能となる。
【0049】
図15に前記図10及び図11で説明した内容の制御フローチャートの一例を示す。
ブロック1501では、ポジションセンサ信号が正常か故障かの判定を行う。ここで、故障判定方法は、本発明に直接関係しない為、詳細の説明を必要としない。ポジションセンサ信号が正常の場合には、ブロック1502の処理に進み、異常の場合には、後述する図16の内容で制御する。ブロック1502では、内燃機関のカム軸に設けられた前記フェーズセンサ信号の入力処理を行う。当該処理は、主に先頭フェーズ信号の区別や先頭フェーズの入力タイミングやフェーズセンサ信号数を計測するものである。ブロック1503では、内燃機関のクランク角度を計測するポジションセンサ信号の入力処理を行う。当該処理は、主に内燃機関のクランク角度計測やポジションセンサ信号の間隔時間を計測するものである。ブロック1504では、前記フェーズセンサ信号とポジションセンサ信号により、内燃機関の気筒判別処理を行う。内燃機関の気筒判別が行われた場合には、ブロック1505にて高圧燃料ポンプの吐出位置を演算する。具体的には、高圧燃料ポンプ内電磁弁のON/OFFするタイミングを算出するものである(前記したSTANGやOFFANGの角度演算を行う)。ブロック1506では、各気筒判別値と前記先頭フェーズセンサからの異なる前記電磁弁のON/OFFタイミングのオフセット分を算出する。これにより、前記図10及び図11で説明したSTANG1〜3とOFFANG1〜3の各々の値を算出する。ブロック1507では、前記ブロック1506で算出したSTANG1〜3及びOFFANG1〜3の角度を実現する為のポジション信号数を算出する。当該ポジションセンサ信号数を求める具体的な方法は、前記図12で示した方法によるものであり、ここでの説明は図12と重複するので割愛する。次にブロック1706では、前記STANG1〜3及びOFFANG1〜3の角度の中で、前記ブロック1507で求めたポジションセンサ信号数以外のポジションセンサ信号間の時間を基に算出した時間制御分を演算する。当該時間制御方法についても、前記図12で示した方法によるものであり、ここでの説明は図12と重複するので割愛する。
【0050】
図17に前記図12で説明した可変バルブタイミング制御による先頭フェーズセンサ信号位置とポジションセンサ信号の関係から、高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミング制御精度を更に向上する方法のフローチャートの一例を示す。ブロック1701では、先頭フェーズセンサ信号が入力される直前のポジションセンサ信号からの時間TTOPPHと、前記直線のポジションセンサ信号と次のポジションセンサ信号の時間間隔を算出し、先頭フェーズセンサ信号の位置を算出する。ブロック1702では、前記図15で説明したブロック1505と同じ処理である高圧燃料ポンプの吐出位置を算出する。ブロック1703では、前記図15で説明したブロック1506の高圧燃料ポンプの電磁弁ON/OFFタイミングであるSTANG1〜3及びOFFANG1〜3を算出する。ブロック1704からブロック1706では、先頭フェーズセンサ信号からの実際の角度を前記図12で説明したように、
OFFANGn=(TPOS10n−TPHPOS)+OFFANGCNn+OFF ANGTMn
として求める。
【0051】
上記式の中で、OFFANGn(nは気筒毎に異なる)については、前記ブロック1703で算出し、(TPOS10n−TPHPOS)については、前期ブロック1701で算出する。
【0052】
先頭フェーズセンサ信号からのポジションセンサ信号数であるOFFANGCNn(nは気筒毎に異なる)については、ブロック1705で算出し、前記ポジションセンサ信号数を計測した数と合致した以降の角度であるOFFANGTMn(nは気筒毎に異なる)については、ブロック1708で算出する。
【0053】
以上の方法により、可変バルブタイミング制御装置により、フェーズセンサ信号の位相が変化した場合であっても、ポジションセンサ信号を用いて正確な高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミングの制御を可能とできる。
【0054】
図16に前記図13及び図14で説明したフェーズセンサ信号と気筒判別値による高圧燃料ポンプの電磁弁ON/OFFタイミング制御のフローチャートの一例を示す。ブロック1601では、前記図15のブロック1502と同様にフェーズセンサの入力処理を行う。ブロック1602では、前記ブロック1601での処理を基にフェーズセンサ信号の時間間隔を計測する。ブロック1603では、前記ブロック1601の処理に基づいて、先頭フェーズセンサ信号の確定処理を行い、ブロック1604では、前記先頭フェーズセンサ信号の確定処理に基づいて先頭フェーズセンサ信号間の時間(TPHTOP)を計測する。ブロック1602にて気筒判別値が確定した場合には、ブロック1606にて高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミングであるTPUMPONとTPUMPOFFを前記ブロック1604で算出した先頭フェーズセンサ信号間の時間(TPHTOP)を基に算出する。ここで、当該TPHTOPを基にTPUMPONとTPUMPOFF算出する方法については、前記図13で説明した通りであり、ここでの説明は重複するので割愛する。次のブロック1607では、前記図15のブロック1506及び図17のブロック1703と同様に各先頭フェーズセンサ信号毎のオフセットを算出する。
【0055】
以上のポジションセンサ信号を用いた図15及び図17の方法であっても図16の方法のいずれであっても高圧燃料ポンプの電磁弁のON/OFFタイミング制御は可変バルブタイミング制御装置によりカム軸位相が変化した場合であっても安定した高圧燃料ポンプからの燃料吐出制御が可能であるが、少なくてもポジションセンサ信号に異常がある場合には、図16でのポジションセンサ信号に依存しない制御を行えば良い。
【0056】
本発明では、前記図4にて説明したノーマルクローズ型の高圧燃料ポンプの制御方法を例に説明したが、ノーマルオープン型の高圧燃料ポンプを適用した場合であっても、フェーズセンサ信号または、ポジションセンサ信号と気筒判別値を用いた電磁弁のONタイミング制御のみによる方法であっても同様の制御を行えば良く、高圧燃料ポンプの機構に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】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2】図1のエンジン制御装置の内部構成図。
【図3】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4】図3の高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図5】図3の高圧燃料ポンプの動作タイミングチャート。
【図6】図5の動作タイミングチャートの補足説明図。
【図7】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8】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9】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10】図9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11】図9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12】図9から図10の角度制御方法。
【図13】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14】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15】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16】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17】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。
【符号の説明】
【0058】
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
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、前記クランク軸の回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段と、前記カム角検出手段と前記クランク角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段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内の電磁弁を駆動する手段は、前記カム角検出手段とクランク角検出手段に同期して実行し、前記気筒判別値と前記カム角検出手段を基準位置として駆動するタイミングを決定する事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2】
請求項1に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記気筒判別値に基づいて、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記カム角検出手段からの前記クランク角検出手段により、前記クランク角信号の数とクランク角信号の周期を基に時間制御する事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3】
請求項1から2に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記気筒判別値に基づいて変更する事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4】
請求項1から3に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、少なくても前記カム角信号が検出された時の前記クランク角信号からの時間を基に行う事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5】
内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、少なくても前記カム角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段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内の電磁弁を駆動する手段は、前記カム角検出手段に同期して実行し、前記気筒判別値と前記カム角検出手段を基準位置として駆動するタイミングを決定する事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6】
請求項5に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記気筒判別値に基づいて、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記カム角検出手段からの前記クランク角検出手段により、前記カム角信号の周期を基に時間制御する事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7】
請求項5から6に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記気筒判別値に基づいて変更する事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8】
請求項1から7いずれかに記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記クランク角センサの異常を判定する手段を有し、該異常判定手段により前記クランク角センサが異常と判定されていない場合には、請求項1から4の少なくてもいずれかの制御を行い、該異常判定手段により前記クランク角センサが異常と判定された場合には、請求項5から7の少なくてもいずれかの制御を行うことを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
【請求項1】
内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、前記クランク軸の回転に同期してクランク角信号を生成するクランク角検出手段と、前記カム角検出手段と前記クランク角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段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内の電磁弁を駆動する手段は、前記カム角検出手段とクランク角検出手段に同期して実行し、前記気筒判別値と前記カム角検出手段を基準位置として駆動するタイミングを決定する事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2】
請求項1に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記気筒判別値に基づいて、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記カム角検出手段からの前記クランク角検出手段により、前記クランク角信号の数とクランク角信号の周期を基に時間制御する事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3】
請求項1から2に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記気筒判別値に基づいて変更する事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4】
請求項1から3に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、少なくても前記カム角信号が検出された時の前記クランク角信号からの時間を基に行う事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5】
内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフト回転と同期してカム角信号を生成するカム角検出手段と、少なくても前記カム角検出手段により内燃機関の気筒判別を行う手段と、前記カムシャフト回転と同期して高圧燃料ポンプの吸入行程及び吐出行程を有する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出行程に関連し、高圧燃料ポンプ内の電磁弁を駆動する事で有効ストロークを変更する手段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内の電磁弁を駆動する手段は、前記カム角検出手段に同期して実行し、前記気筒判別値と前記カム角検出手段を基準位置として駆動するタイミングを決定する事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6】
請求項5に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記気筒判別値に基づいて、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記カム角検出手段からの前記クランク角検出手段により、前記カム角信号の周期を基に時間制御する事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7】
請求項5から6に記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記カム角検出手段からの駆動タイミングを変更する手段は、前記気筒判別値に基づいて変更する事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8】
請求項1から7いずれかに記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置において、前記クランク角センサの異常を判定する手段を有し、該異常判定手段により前記クランク角センサが異常と判定されていない場合には、請求項1から4の少なくてもいずれかの制御を行い、該異常判定手段により前記クランク角センサが異常と判定された場合には、請求項5から7の少なくてもいずれかの制御を行うことを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2010−84548(P2010−84548A)
【公開日】平成22年4月15日(2010.4.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−252120(P2008−252120)
【出願日】平成20年9月30日(2008.9.30)
【出願人】(509186579)日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年4月15日(2010.4.15)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年9月30日(2008.9.30)
【出願人】(509186579)日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Fターム(参考)】
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