内燃機関制御装置及び内燃機関
【課題】カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができる。
【解決手段】内燃機関は、吸気カムシャフトのカムの３つのカムノーズによりプランジャをリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、４つの気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備えている。また、電子制御装置は、燃料噴射の直前における高圧通路内の燃料圧力Ｐｒに基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する。そして、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合にスピル弁を開弁することにより当該リフト期間での高圧ポンプによる燃料圧送を停止する圧送制限制御を実行する。
【解決手段】内燃機関は、吸気カムシャフトのカムの３つのカムノーズによりプランジャをリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、４つの気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備えている。また、電子制御装置は、燃料噴射の直前における高圧通路内の燃料圧力Ｐｒに基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する。そして、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合にスピル弁を開弁することにより当該リフト期間での高圧ポンプによる燃料圧送を停止する圧送制限制御を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カム駆動式の高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を燃料噴射弁を通じて気筒内に噴射供給する内燃機関、及び燃料噴射の直前における高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関制御装置としては例えば特許文献１に記載の装置がある。特許文献１に記載の内燃機関も含め、従来一般の内燃機関では、燃料タンクに貯留されている燃料がフィードポンプにより吸引されるとともに高圧ポンプに対して供給される。また、高圧ポンプに供給された燃料は同高圧ポンプより更に加圧されるとともに高圧通路を通じて気筒毎に設けられた燃料噴射弁に対して圧送される。こうして圧送された燃料は各燃料噴射弁から各気筒内に噴射供給される。
【０００３】
高圧ポンプはカム駆動式のポンプであり、例えば吸気カムシャフトに設けられたカムのカムノーズによってシリンダ内に設けられたプランジャをリフトさせることにより、燃料タンクから供給された燃料を加圧する。
【０００４】
また、燃料噴射に際してはその直前における高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁の開弁期間等の燃料の噴射態様が制御される。
ここで、従来、例えば４気筒の内燃機関の場合には２つのカムノーズを有するカムが採用され、６気筒の内燃機関の場合には３つのカムノーズを有するカムが採用されている。これは、１つのカムノーズによりプランジャがリフトされる期間（以下、リフト期間）と次のリフト期間との間に燃料噴射を行なうことで燃料噴射直前における燃料圧力の変動を小さくするためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―２１５９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、高圧ポンプを駆動するカムとして例えば４気筒の内燃機関に対しても３つのカムノーズを有するカムを採用するようにすれば、４気筒の内燃機関と６気筒の内燃機関とでカムを共通化することができるようになる。ただしこの場合、４気筒の内燃機関においては、燃料噴射のために燃料圧力を検出する期間や燃料噴射弁の開弁期間に、カムノーズによるプランジャのリフト期間が重なる状況が生じることとなる。そのため、当該燃料噴射弁から過剰な燃料が噴射されることとなり、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが無視できなくなる。その結果、機関トルク変動が大きくなり、機関振動が無視できなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することのできる内燃機関制御装置及び内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャをリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関に適用されて、燃料噴射の直前における前記高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する内燃機関制御装置において、前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間での前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限する圧送制限制御を実行することをその要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合、すなわち燃料噴射のために燃料圧力を検出する期間や燃料噴射弁の開弁期間においてプランジャがリフトされることで燃料圧力が所望の態様にて変化しない場合には当該リフト期間での高圧ポンプによる燃料圧送が制限されるようになる。このため、上記リフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを抑制することができるようになる。したがって、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができるようになる。
【００１０】
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関制御装置において、前記圧送制限制御では前記高圧ポンプによる燃料圧送が停止されることをその要旨としている。 同構成によれば、圧送制限制御において高圧ポンプによる燃料圧送が停止されるようになる。このため、カムノーズによるプランジャのリフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを回避することができるようになる。
【００１１】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関制御装置において、内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなることをその要旨としている。
【００１２】
同構成によれば、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるようになる。具体的には、例えば４気筒内燃機関において３つのカムノーズを有するカムを備えるものや、６気筒内燃機関において４つのカムノーズを有するカムを備えるものなどがある。このため、例えば３つのカムノーズを有するカムを採用する場合、４気筒内燃機関においては本発明を適用することによって燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。また、６気筒内燃機関においては従来の高圧ポンプ制御を適用すればよい。したがって、気筒数の異なる内燃機関に対して共通のカムを採用しつつ、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。
【００１３】
（４）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明は、請求項４に記載の発明によるように、前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を実行するといった態様をもって具体化することができる。この場合、当該１つのリフト期間における燃料圧送量を、カムが１回転する間の全てのリフト期間において燃料圧送を行う制御構成における大きさに比べて増加させるようにすれば、各燃料噴射に際して燃料が不足することを好適に抑制することができる。
【００１４】
（５）また、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明は、請求項５に記載の発明によるように、前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限するといった態様をもって具体化することができる。
【００１５】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、前記圧送制限制御は低負荷運転時に実行されることをその要旨としている。
【００１６】
燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが大きいと機関トルク変動が大きくなることで機関振動が大きくなる。そして、特に機関振動レベルの低い内燃機関の低負荷運転時において機関振動が無視できないものとなる。したがって、低負荷運転時において本発明を適用すれば、こうした不都合の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００１７】
また、内燃機関の低負荷運転時には燃料噴射弁による一噴射当りの燃料量が少ないため、一噴射当りの燃料圧力の低下幅が小さなものとなる。このため、本発明を適用することに伴い燃料圧送が制限されることで燃料圧力を一時的に増大させることができなくなっても、これによって噴射される燃料が不足するといった不都合の発生を極力抑制することができるようになる。
【００１８】
（７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関制御装置において、前記圧送制限制御はアイドル運転時に実行されることをその要旨としている。
内燃機関のアイドル運転時においては特に機関振動によって運転者が不快感を覚えやすい。この点、請求項７に記載の発明によれば、アイドル運転時に圧送制限制御が実行されることから、アイドル運転時における機関振動の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００１９】
（８）請求項８に記載の発明は、機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャがリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関において、内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなり、前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間において前記プランジャにより圧縮される燃料を前記燃料タンクに向けて排出する排出機構を備えることをその要旨としている。
【００２０】
同構成によれば、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合には、排出機構を通じてプランジャにより圧縮される燃料が燃料タンクに向けて排出されるようになる。これにより、当該リフト期間での高圧ポンプによる燃料圧送が制限されるようになる。このため、上記リフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを抑制することができるようになる。したがって、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置及び内燃機関について、内燃機関における燃料供給システムの概略構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における高圧ポンプの駆動制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における作用を説明するためのタイミングチャートであって、（ａ）各燃料噴射弁の噴射状態の推移、（ｂ）アイドル運転時における高圧ポンプの圧送状態の推移、（ｃ）アイドル運転時における燃料圧力の推移、（ｄ）比較例における高圧ポンプの圧送状態の推移、及び（ｅ）比較例における燃料圧力の推移を併せ示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１〜図３を参照して、本発明に係る内燃機関及び内燃機関制御装置及びを筒内噴射式の直列４気筒内燃機関及びその制御装置として具体化した一実施形態について説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態の内燃機関における燃料供給システムの概略構成を示す。
図１に示すように、内燃機関１の燃料供給システムでは、燃料タンク２内に電動式のフィードポンプ３が配置されており、このフィードポンプ３には低圧供給管４が接続されている。フィードポンプ３により燃料タンク２内に貯留されている燃料が吸引されるとともに所定のフィード圧（例えば、数百ｋＰａ）まで加圧されて低圧供給管４へ圧送される。ちなみに、このフィードポンプ３は燃料の吐出量を変更可能なポンプとされている。 低圧供給管４の途中にはリターン管５が分岐接続されている。このリターン管５の途中には調圧弁６が設けられており、低圧供給管４内の燃料圧力が上記フィード圧以上になると調圧弁６が開弁する。これにより、フィードポンプ３から吐出された燃料の一部がリターン管５を介して燃料タンク２に戻され、低圧供給管４内の燃料の圧力がフィード圧に維持される。
【００２４】
低圧供給管４の下流側には高圧ポンプ１０が接続されている。
高圧ポンプ１０のポンプハウジング１１の内部には、上記低圧供給管４の下流側に接続される吸入通路１２、この吸入通路１２の下流側に接続されるシリンダ１３、及びシリンダ１３の下流側に接続される吐出通路１４が形成されている。
【００２５】
シリンダ１３の上流側の端部（図１において上側端部）には、フィードポンプ３からの低圧の燃料を吸入する吸入口２１が形成されている。また、シリンダ１３の側面には（図１において右側面）には吐出通路１４に向けて燃料を吐出する吐出口２２が形成されている。このシリンダ１３内にはプランジャ１５が往復動可能に設けられている。また、シリンダ１３の内壁とプランジャ１５の頂面とにより圧力室１６が区画されている。尚、上記吐出口２２は圧力室１６に連通している。
【００２６】
シリンダ１３内には、吸入口２１を開閉するスピル弁２０の弁体２３が収容されている。この弁体２３はニードル２３ａを介してシリンダ１３の軸線方向に沿って移動可能に設けられている。スピル弁２０は、所謂、ノーマルオープン型の弁であり、ばね２５の付勢力により吸入口２１を開放する方向に常時付勢されている。そして、ソレノイド２４への通電によりスピル弁２０は吸入口２１を閉塞する方向に吸引される。
【００２７】
プランジャ１５は機関出力軸であるクランクシャフト（図示略）の回転により駆動される。具体的には、クランクシャフトの回転に伴って吸気カムシャフト３１が回転し、この吸気カムシャフト３１に設けられたカム３２によってリフトされることでプランジャ１５がシリンダ１３内を往復動する。このカム３２はベース円３２ｂから径方向に突出した３つのカムノーズ３２ａを有している。これらカムノーズ３２ａは互いに同一の形状を有しており、周方向において等角度間隔にて設けられている。尚、プランジャ１５の下方にはリフタ１７が設けられており、このリフタ１７はばね１８の付勢力によってカム３２のカム面に当接した状態に維持されている。
【００２８】
高圧ポンプ１０では、プランジャ１５が下降して圧力室１６の容積が増大するときにソレノイド２４への通電を停止すると、吸入口２１が開放されて吸入通路１２から圧力室１６内に燃料が吸入される。
【００２９】
また、プランジャ１５が上昇して圧力室１６の容積が減少するときにソレノイド２４へ通電すると、吸入口２１が閉塞されて圧力室１６内の燃料が加圧されて吐出口２２から吐出通路１４に吐出される。
【００３０】
更に、ソレノイド２４への通電期間、すなわち吸入口２１が閉塞されている期間を調節することにより圧力室１６内への燃料の吸入量を調節することができる。
吐出通路１４の途中には吐出弁１９が設けられている。圧力室１６側から吐出弁１９に対して作用する燃料の圧力が所定の吐出圧以上となると吐出弁１９が開弁する。これにより、燃料噴射弁９側への燃料の圧送が許容される。
【００３１】
また、吐出通路１４には、吐出弁１９を迂回するようにリリーフ通路２６が形成されており、このリリーフ通路２６の途中にはオリフィス部２７が設けられている。
ポンプハウジング１１には吐出通路１４の下流側に高圧供給管７が接続されており、この高圧供給管７の下流側にはデリバリパイプ８が接続されている。デリバリパイプ８には、各気筒内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁９が接続されている。燃料噴射弁９の駆動制御は電子制御装置４０により行なわれる。
【００３２】
こうした内燃機関１の各種制御は電子制御装置４０により行なわれる。電子制御装置４０は、各種制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用のプログラムやデータが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。そして、電子制御装置４０は、各種センサの検出信号を読み込み、各種演算処理を実行し、その結果に基づいて内燃機関１を統括的に制御する。
【００３３】
各種センサとしては、クランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサ、吸気カムシャフトの回転位相を検出するカム角センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、機関冷却水の温度を検出する水温センサ等が設けられている。また、デリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒを検出する燃料圧力センサ４１が設けられている。また、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ、車両の走行速度である車速を検出する車速センサ等が設けられている。そして、これらの各種センサは電子制御装置４０に電気的に接続されている。
【００３４】
電子制御装置４０は、燃料噴射の直前におけるデリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒに基づき当該燃料噴射弁９の開弁期間等の噴射態様を制御するようにしている。すなわち、燃料噴射弁９の開弁期間が一定であれば、デリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒが高いほど燃料噴射弁９から実際に噴射される燃料量は多くなる。このため、設定された燃料噴射量が噴射されるように、デリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒが高いときほど燃料噴射弁９の開弁期間が短く設定される。
【００３５】
さて、本実施形態では、４気筒の内燃機関１に対して３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を設けるようにすることで、６気筒の内燃機関で用いられるカム３２を利用することができるようにしている。すなわち、４気筒の内燃機関１と６気筒の内燃機関とでカム３２の共通化を図っている。
【００３６】
ただしこの場合、前述したように、４気筒の内燃機関１においては、燃料噴射のために燃料圧力Ｐｒを検出する期間や燃料噴射弁９の開弁期間（以下、当該燃料噴射弁９における噴射制御期間）に、カム３２のカムノーズ３２ａによるプランジャ１５のリフト期間（以下、単にリフト期間と称する）が重なる状況が生じることとなる。ここで、リフト期間とはプランジャ１５がリフトされることで圧力室１６の容積が減少している期間であって、同リフト期間にソレノイド２４への通電がなされた場合に圧力室１６内の燃料が吐出通路１４に吐出される期間である。そのため、当該燃料噴射弁９から過剰な燃料が噴射されることとなり、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが無視できなくなる。その結果、機関トルク変動が大きくなり、特に機関振動レベルの低いアイドル運転時における機関振動が無視できなくなるおそれがある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、電子制御装置４０を通じて、リフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる場合にスピル弁２０を開弁することにより当該リフト期間での高圧ポンプ１０による燃料圧送を停止する圧送制限制御を実行するようにしている。具体的には、この圧送制限制御ではカム３２が１回転する間の３つのリフト期間のうち当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行するようにしている。これにより、上述した不都合の発生を抑制するようにしている。
【００３８】
次に、図２を参照して、本実施形態における高圧ポンプ１０の駆動制御について説明する。尚、図２に、高圧ポンプ１０の駆動制御の処理手順を示す。尚、この一連の処理は、機関運転中において所定のクランク角（°ＣＡ）となる毎に繰り返し実行される。
【００３９】
図２に示すように、この一連の処理では、まず、ステップＳ１において内燃機関１がアイドル運転状態であるか否かを判断する。ここで、アイドル運転状態ではないと判断した場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、次に、ステップＳ２に進み、カム３２が１回転する間の全てのリフト期間（この場合、３つのリフト期間）において燃料圧送を行なうようにスピル弁２０の駆動デューティを算出する。そして、次に、ステップＳ６に進み、算出された駆動デューティに基づきソレノイド２４への通電制御を行なう。そして、この一連の処理を一旦終了する。
【００４０】
一方、ステップＳ１においてアイドル運転状態であると判断した場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、燃料圧力Ｐｒが目標燃圧となっているか否かを判断する。ここで、目標燃圧とは、カム３２が１回転する間において上記１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行した場合に、当該燃料圧送が行なわれてから最も後のタイミングで行なわれる燃料噴射において当該燃料噴射のために必要な燃料圧力が確保され得る大きさとされており、実験等を通じて予め設定されている。ここで、燃料圧力Ｐｒが目標燃圧となっていないと判断した場合（ステップＳ３：「ＮＯ」）には、次に、ステップＳ２、ステップＳ６の順に進み、ソレノイド２４への通電制御を行なって、この一連の処理を一旦終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ３において燃料圧力Ｐｒが目標燃圧となっていると判断した場合（ステップＳ３：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、燃料圧送を停止するリフト期間（以下、圧送停止リフト期間）を導出する。そして、次に、ステップＳ５に進み、導出された圧送停止リフト期間において燃料圧送を停止するとともにそれ以外のリフト期間においては燃料圧送を行なうようにスピル弁２０の駆動デューティを算出する。そして、次に、ステップＳ６に進み、ソレノイド２４への通電制御を行なって、この一連の処理を一旦終了する。
【００４２】
次に、図３を参照して、本実施形態における作用について説明する。尚、図３に、（ａ）各燃料噴射弁の噴射状態の推移、（ｂ）アイドル運転時における高圧ポンプ１０の圧送状態の推移、及び（ｃ）アイドル運転時における燃料圧力Ｐｒの推移を併せ示す。また、図３に、（ｄ）比較例における高圧ポンプ１０の圧送状態の推移、（ｅ）比較例における燃料圧力Ｐｒの推移を併せ示す。尚、図３において横軸はクランク角（°ＣＡ）である。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の内燃機関１は４つの気筒を有しているため、各燃料噴射弁による燃料噴射は１８０°ＣＡ間隔で行なわれる。すなわち、この場合、３０°ＣＡにおいて第４気筒（＃４）の燃料噴射が行なわれ、２１０°ＣＡにおいて第２気筒（＃２）の燃料噴射が行なわれる。また、３９０°ＣＡにおいて第１気筒（＃１）の燃料噴射が行なわれ、５７０°ＣＡにおいて第３気筒（＃３）の燃料噴射が行なわれる。
【００４４】
ここで、比較例では、カム３２が１回転する間の全てのリフト期間において燃料圧送が行なわれる。このため、図３（ｄ）、（ｅ）に併せ示すように、約−３０°ＣＡ（６９０°ＣＡ）から０°ＣＡまでの期間、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間、約４５０°ＣＡから４８０°ＣＡまでの期間のそれぞれにおいてスピル弁２０が閉弁されることを通じて燃料圧送が行なわれる。
【００４５】
ここで、図３（ｅ）に示すように、約−３０°ＣＡ（６９０°ＣＡ）から０°ＣＡまでの期間には、燃料圧送が行なわれることにより燃料圧力Ｐｒが上昇し、その後の３０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。
【００４６】
一方、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間には、リフト期間（この場合、圧送期間でもある）と燃料噴射弁９における噴射制御期間（燃料圧力Ｐｒの検出期間、燃料噴射弁９の開弁期間）とが重なるため、図３（ｅ）に示すように、燃料圧力Ｐｒは燃料噴射弁９の開弁にもかかわらず上昇するようになる。したがって、当該燃料噴射弁９から過剰な燃料が噴射されることとなる。
【００４７】
また、その後の３９０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。そして、約４５０°ＣＡから４８０°ＣＡまでの期間において燃料圧送が行なわれることにより燃料圧力Ｐｒが上昇し、その後の５７０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、図３（ｂ）、（ｃ）に併せ示すように、約−９０°ＣＡから０°ＣＡまでの期間にのみ、スピル弁２０が閉弁されることを通じて燃料圧送が行なわれる。これにより、燃料圧力Ｐｒが上昇し、その後の３０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。
【００４９】
一方、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間においては、先の比較例とは異なりスピル弁２０が開弁されることでプランジャ１５により圧縮される燃料が吸入口２１を通じて燃料タンク２に向けて排出されるようになる。このように、リフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる場合、すなわち燃料噴射のために燃料圧力Ｐｒを検出する期間や燃料噴射弁９の開弁期間においてプランジャ１５がリフトされることで燃料圧力Ｐｒが所望の態様にて変化しない場合には、当該リフト期間での高圧ポンプ１０による燃料圧送が停止されるようになる。このため、上記リフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを回避することができるようになる。
【００５０】
また、先の比較例において燃料圧送が行なわれた約４５０°ＣＡから４８０°ＣＡまでの期間においても、スピル弁２０の駆動制御を通じて燃料圧送が停止されるようになる。 本実施形態では、燃料圧送を行なうべくスピル弁２０が閉弁される期間（約−９０°ＣＡから０°ＣＡまでの期間）が先の比較例における期間（約−３０°ＣＡ（６９０°ＣＡ）から０°ＣＡ）に比べて約３倍とされている。これは、１回の燃料圧送によって圧送される燃料量を増大することでその後の各燃料噴射に際して燃料が不足することを好適に抑制するためである。
【００５１】
尚、本実施形態におけるスピル弁２０が、本発明に係る排出機構に相当する。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関制御装置及び内燃機関によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
【００５２】
（１）内燃機関１は、吸気カムシャフト３１のカム３２の３つのカムノーズ３２ａによってプランジャ１５をリフトさせることで燃料タンク２から供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプ１０を備えている。また、内燃機関１は、４つの気筒毎に設けられた燃料噴射弁９であって高圧ポンプ１０から高圧通路（吐出通路１４、高圧供給管７、及びデリバリパイプ８）を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁９を備えている。すなわち、内燃機関１の気筒数「４」はカムノーズ３２ａの数「３」の自然数倍ではない関係とされている。また、電子制御装置４０は、燃料噴射の直前におけるデリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒに基づき当該燃料噴射弁９による燃料の噴射態様を制御するようにしている。そして、電子制御装置４０を通じて、カム３２によるプランジャ１５のリフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる場合にスピル弁２０を開弁することにより当該リフト期間での高圧ポンプ１０による燃料圧送を停止する圧送制限制御を実行するようにしている。具体的には、圧送制限制御では３つのカムノーズ３２ａによるプランジャ１５の各リフト期間のうち当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行するようにしている。
【００５３】
こうした構成によれば、カム３２によるプランジャ１５のリフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができるようになる。
【００５４】
また、上記構成によれば、４気筒内燃機関１において３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を採用する場合であれ、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。また、６気筒内燃機関において３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を採用する場合には従来の高圧ポンプ制御を適用すればよい。これらのことから、気筒数の異なる内燃機関に対して共通のカム３２を採用しつつ、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。
【００５５】
（２）電子制御装置４０は、圧送制限制御をアイドル運転時に実行するようにしている。
燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが大きいと機関トルク変動が大きくなることで機関振動が大きくなる。そして、特に機関振動レベルの低い内燃機関１のアイドル運転時において機関振動が無視できないものとなる。したがって、アイドル運転時において上記圧送制限制御を実行することにより、こうした不都合の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００５６】
また、内燃機関１のアイドル運転時には燃料噴射弁９による一噴射当りの燃料量が少ないため、一噴射当りの燃料圧力の低下幅が小さなものとなる。このため、圧送制限制御の実行に伴い燃料圧送が制限されることで燃料圧力を一時的に増大させることができなくなっても、これによって噴射される燃料が不足するといった不都合の発生を極力抑制することができるようになる。
【００５７】
尚、本発明に係る内燃機関制御装置及び内燃機関は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００５８】
・上記実施形態では、アイドル運転時に上記圧送制限制御を実行するようにしたが、これをアイドル運転時以外の低負荷運転時において実行するようにしてもよい。
・上記実施形態では、３つのカムノーズ３２ａによるプランジャ１５の各リフト期間のうち当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行するようにした。しかしながら、本発明に係る圧送制限制御の実行態様はこれに限られるものではなく、３つのカムノーズ３２ａによるプランジャ１５の各リフト期間のうち燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なるリフト期間（先の実施形態において、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間）でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を制限するようにしてもよい。
【００５９】
・上記実施形態では、４気筒内燃機関１において３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を備えるものについて例示したが、本発明に係る内燃機関はこれに限られるものではない。他に例えば、６気筒内燃機関において４つのカムノーズを有するカムを備えるものとしてもよい。この場合、内燃機関の気筒数「６」はカムノーズの数「４」の自然数倍ではない関係となり、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるようになる。したがって、こうした内燃機関に対して本発明を適用することにより、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。
【００６０】
・上記実施形態では、圧送制限制御において高圧ポンプ１０による燃料圧送を停止するものについて例示したが、本発明に係る圧送制限制御は必ずしも燃料圧送を停止するものに限られない。すなわち、リフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に、リフト期間が噴射制御期間に重ならない場合に比べて高圧ポンプによる燃料圧送量を低減するなど燃料圧送を制限するものであればよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…内燃機関、２…燃料タンク、３…フィードポンプ、４…低圧供給管（低圧通路）、５…リターン管、６…調圧弁、７…高圧供給管（高圧通路）、８…デリバリパイプ（高圧通路）、９…燃料噴射弁、１０…高圧ポンプ、１１…ポンプハウジング、１２…吸入通路（低圧通路）、１３…シリンダ、１４…吐出通路（高圧通路）、１５…プランジャ、１６…圧力室、１７…リフタ、１８…ばね、１９…吐出弁、２０…スピル弁、２１…吸入口、２２…吐出口、２３…弁体、２３ａ…ニードル、２４…ソレノイド、２５…ばね、２６…リリーフ通路、２７…オリフィス部、３１…吸気カムシャフト、３２…カム、３２ａ…カムノーズ、４０…電子制御装置、４１…燃料圧力センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カム駆動式の高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を燃料噴射弁を通じて気筒内に噴射供給する内燃機関、及び燃料噴射の直前における高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関制御装置としては例えば特許文献１に記載の装置がある。特許文献１に記載の内燃機関も含め、従来一般の内燃機関では、燃料タンクに貯留されている燃料がフィードポンプにより吸引されるとともに高圧ポンプに対して供給される。また、高圧ポンプに供給された燃料は同高圧ポンプより更に加圧されるとともに高圧通路を通じて気筒毎に設けられた燃料噴射弁に対して圧送される。こうして圧送された燃料は各燃料噴射弁から各気筒内に噴射供給される。
【０００３】
高圧ポンプはカム駆動式のポンプであり、例えば吸気カムシャフトに設けられたカムのカムノーズによってシリンダ内に設けられたプランジャをリフトさせることにより、燃料タンクから供給された燃料を加圧する。
【０００４】
また、燃料噴射に際してはその直前における高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁の開弁期間等の燃料の噴射態様が制御される。
ここで、従来、例えば４気筒の内燃機関の場合には２つのカムノーズを有するカムが採用され、６気筒の内燃機関の場合には３つのカムノーズを有するカムが採用されている。これは、１つのカムノーズによりプランジャがリフトされる期間（以下、リフト期間）と次のリフト期間との間に燃料噴射を行なうことで燃料噴射直前における燃料圧力の変動を小さくするためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―２１５９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、高圧ポンプを駆動するカムとして例えば４気筒の内燃機関に対しても３つのカムノーズを有するカムを採用するようにすれば、４気筒の内燃機関と６気筒の内燃機関とでカムを共通化することができるようになる。ただしこの場合、４気筒の内燃機関においては、燃料噴射のために燃料圧力を検出する期間や燃料噴射弁の開弁期間に、カムノーズによるプランジャのリフト期間が重なる状況が生じることとなる。そのため、当該燃料噴射弁から過剰な燃料が噴射されることとなり、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが無視できなくなる。その結果、機関トルク変動が大きくなり、機関振動が無視できなくなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することのできる内燃機関制御装置及び内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャをリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関に適用されて、燃料噴射の直前における前記高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する内燃機関制御装置において、前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間での前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限する圧送制限制御を実行することをその要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合、すなわち燃料噴射のために燃料圧力を検出する期間や燃料噴射弁の開弁期間においてプランジャがリフトされることで燃料圧力が所望の態様にて変化しない場合には当該リフト期間での高圧ポンプによる燃料圧送が制限されるようになる。このため、上記リフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを抑制することができるようになる。したがって、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができるようになる。
【００１０】
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関制御装置において、前記圧送制限制御では前記高圧ポンプによる燃料圧送が停止されることをその要旨としている。 同構成によれば、圧送制限制御において高圧ポンプによる燃料圧送が停止されるようになる。このため、カムノーズによるプランジャのリフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを回避することができるようになる。
【００１１】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関制御装置において、内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなることをその要旨としている。
【００１２】
同構成によれば、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるようになる。具体的には、例えば４気筒内燃機関において３つのカムノーズを有するカムを備えるものや、６気筒内燃機関において４つのカムノーズを有するカムを備えるものなどがある。このため、例えば３つのカムノーズを有するカムを採用する場合、４気筒内燃機関においては本発明を適用することによって燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。また、６気筒内燃機関においては従来の高圧ポンプ制御を適用すればよい。したがって、気筒数の異なる内燃機関に対して共通のカムを採用しつつ、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。
【００１３】
（４）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明は、請求項４に記載の発明によるように、前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を実行するといった態様をもって具体化することができる。この場合、当該１つのリフト期間における燃料圧送量を、カムが１回転する間の全てのリフト期間において燃料圧送を行う制御構成における大きさに比べて増加させるようにすれば、各燃料噴射に際して燃料が不足することを好適に抑制することができる。
【００１４】
（５）また、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明は、請求項５に記載の発明によるように、前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限するといった態様をもって具体化することができる。
【００１５】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、前記圧送制限制御は低負荷運転時に実行されることをその要旨としている。
【００１６】
燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが大きいと機関トルク変動が大きくなることで機関振動が大きくなる。そして、特に機関振動レベルの低い内燃機関の低負荷運転時において機関振動が無視できないものとなる。したがって、低負荷運転時において本発明を適用すれば、こうした不都合の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００１７】
また、内燃機関の低負荷運転時には燃料噴射弁による一噴射当りの燃料量が少ないため、一噴射当りの燃料圧力の低下幅が小さなものとなる。このため、本発明を適用することに伴い燃料圧送が制限されることで燃料圧力を一時的に増大させることができなくなっても、これによって噴射される燃料が不足するといった不都合の発生を極力抑制することができるようになる。
【００１８】
（７）請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関制御装置において、前記圧送制限制御はアイドル運転時に実行されることをその要旨としている。
内燃機関のアイドル運転時においては特に機関振動によって運転者が不快感を覚えやすい。この点、請求項７に記載の発明によれば、アイドル運転時に圧送制限制御が実行されることから、アイドル運転時における機関振動の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００１９】
（８）請求項８に記載の発明は、機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャがリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関において、内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなり、前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間において前記プランジャにより圧縮される燃料を前記燃料タンクに向けて排出する排出機構を備えることをその要旨としている。
【００２０】
同構成によれば、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合には、排出機構を通じてプランジャにより圧縮される燃料が燃料タンクに向けて排出されるようになる。これにより、当該リフト期間での高圧ポンプによる燃料圧送が制限されるようになる。このため、上記リフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを抑制することができるようになる。したがって、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関制御装置及び内燃機関について、内燃機関における燃料供給システムの概略構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における高圧ポンプの駆動制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における作用を説明するためのタイミングチャートであって、（ａ）各燃料噴射弁の噴射状態の推移、（ｂ）アイドル運転時における高圧ポンプの圧送状態の推移、（ｃ）アイドル運転時における燃料圧力の推移、（ｄ）比較例における高圧ポンプの圧送状態の推移、及び（ｅ）比較例における燃料圧力の推移を併せ示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１〜図３を参照して、本発明に係る内燃機関及び内燃機関制御装置及びを筒内噴射式の直列４気筒内燃機関及びその制御装置として具体化した一実施形態について説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態の内燃機関における燃料供給システムの概略構成を示す。
図１に示すように、内燃機関１の燃料供給システムでは、燃料タンク２内に電動式のフィードポンプ３が配置されており、このフィードポンプ３には低圧供給管４が接続されている。フィードポンプ３により燃料タンク２内に貯留されている燃料が吸引されるとともに所定のフィード圧（例えば、数百ｋＰａ）まで加圧されて低圧供給管４へ圧送される。ちなみに、このフィードポンプ３は燃料の吐出量を変更可能なポンプとされている。 低圧供給管４の途中にはリターン管５が分岐接続されている。このリターン管５の途中には調圧弁６が設けられており、低圧供給管４内の燃料圧力が上記フィード圧以上になると調圧弁６が開弁する。これにより、フィードポンプ３から吐出された燃料の一部がリターン管５を介して燃料タンク２に戻され、低圧供給管４内の燃料の圧力がフィード圧に維持される。
【００２４】
低圧供給管４の下流側には高圧ポンプ１０が接続されている。
高圧ポンプ１０のポンプハウジング１１の内部には、上記低圧供給管４の下流側に接続される吸入通路１２、この吸入通路１２の下流側に接続されるシリンダ１３、及びシリンダ１３の下流側に接続される吐出通路１４が形成されている。
【００２５】
シリンダ１３の上流側の端部（図１において上側端部）には、フィードポンプ３からの低圧の燃料を吸入する吸入口２１が形成されている。また、シリンダ１３の側面には（図１において右側面）には吐出通路１４に向けて燃料を吐出する吐出口２２が形成されている。このシリンダ１３内にはプランジャ１５が往復動可能に設けられている。また、シリンダ１３の内壁とプランジャ１５の頂面とにより圧力室１６が区画されている。尚、上記吐出口２２は圧力室１６に連通している。
【００２６】
シリンダ１３内には、吸入口２１を開閉するスピル弁２０の弁体２３が収容されている。この弁体２３はニードル２３ａを介してシリンダ１３の軸線方向に沿って移動可能に設けられている。スピル弁２０は、所謂、ノーマルオープン型の弁であり、ばね２５の付勢力により吸入口２１を開放する方向に常時付勢されている。そして、ソレノイド２４への通電によりスピル弁２０は吸入口２１を閉塞する方向に吸引される。
【００２７】
プランジャ１５は機関出力軸であるクランクシャフト（図示略）の回転により駆動される。具体的には、クランクシャフトの回転に伴って吸気カムシャフト３１が回転し、この吸気カムシャフト３１に設けられたカム３２によってリフトされることでプランジャ１５がシリンダ１３内を往復動する。このカム３２はベース円３２ｂから径方向に突出した３つのカムノーズ３２ａを有している。これらカムノーズ３２ａは互いに同一の形状を有しており、周方向において等角度間隔にて設けられている。尚、プランジャ１５の下方にはリフタ１７が設けられており、このリフタ１７はばね１８の付勢力によってカム３２のカム面に当接した状態に維持されている。
【００２８】
高圧ポンプ１０では、プランジャ１５が下降して圧力室１６の容積が増大するときにソレノイド２４への通電を停止すると、吸入口２１が開放されて吸入通路１２から圧力室１６内に燃料が吸入される。
【００２９】
また、プランジャ１５が上昇して圧力室１６の容積が減少するときにソレノイド２４へ通電すると、吸入口２１が閉塞されて圧力室１６内の燃料が加圧されて吐出口２２から吐出通路１４に吐出される。
【００３０】
更に、ソレノイド２４への通電期間、すなわち吸入口２１が閉塞されている期間を調節することにより圧力室１６内への燃料の吸入量を調節することができる。
吐出通路１４の途中には吐出弁１９が設けられている。圧力室１６側から吐出弁１９に対して作用する燃料の圧力が所定の吐出圧以上となると吐出弁１９が開弁する。これにより、燃料噴射弁９側への燃料の圧送が許容される。
【００３１】
また、吐出通路１４には、吐出弁１９を迂回するようにリリーフ通路２６が形成されており、このリリーフ通路２６の途中にはオリフィス部２７が設けられている。
ポンプハウジング１１には吐出通路１４の下流側に高圧供給管７が接続されており、この高圧供給管７の下流側にはデリバリパイプ８が接続されている。デリバリパイプ８には、各気筒内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁９が接続されている。燃料噴射弁９の駆動制御は電子制御装置４０により行なわれる。
【００３２】
こうした内燃機関１の各種制御は電子制御装置４０により行なわれる。電子制御装置４０は、各種制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用のプログラムやデータが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。そして、電子制御装置４０は、各種センサの検出信号を読み込み、各種演算処理を実行し、その結果に基づいて内燃機関１を統括的に制御する。
【００３３】
各種センサとしては、クランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサ、吸気カムシャフトの回転位相を検出するカム角センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、機関冷却水の温度を検出する水温センサ等が設けられている。また、デリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒを検出する燃料圧力センサ４１が設けられている。また、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ、車両の走行速度である車速を検出する車速センサ等が設けられている。そして、これらの各種センサは電子制御装置４０に電気的に接続されている。
【００３４】
電子制御装置４０は、燃料噴射の直前におけるデリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒに基づき当該燃料噴射弁９の開弁期間等の噴射態様を制御するようにしている。すなわち、燃料噴射弁９の開弁期間が一定であれば、デリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒが高いほど燃料噴射弁９から実際に噴射される燃料量は多くなる。このため、設定された燃料噴射量が噴射されるように、デリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒが高いときほど燃料噴射弁９の開弁期間が短く設定される。
【００３５】
さて、本実施形態では、４気筒の内燃機関１に対して３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を設けるようにすることで、６気筒の内燃機関で用いられるカム３２を利用することができるようにしている。すなわち、４気筒の内燃機関１と６気筒の内燃機関とでカム３２の共通化を図っている。
【００３６】
ただしこの場合、前述したように、４気筒の内燃機関１においては、燃料噴射のために燃料圧力Ｐｒを検出する期間や燃料噴射弁９の開弁期間（以下、当該燃料噴射弁９における噴射制御期間）に、カム３２のカムノーズ３２ａによるプランジャ１５のリフト期間（以下、単にリフト期間と称する）が重なる状況が生じることとなる。ここで、リフト期間とはプランジャ１５がリフトされることで圧力室１６の容積が減少している期間であって、同リフト期間にソレノイド２４への通電がなされた場合に圧力室１６内の燃料が吐出通路１４に吐出される期間である。そのため、当該燃料噴射弁９から過剰な燃料が噴射されることとなり、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが無視できなくなる。その結果、機関トルク変動が大きくなり、特に機関振動レベルの低いアイドル運転時における機関振動が無視できなくなるおそれがある。
【００３７】
そこで、本実施形態では、電子制御装置４０を通じて、リフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる場合にスピル弁２０を開弁することにより当該リフト期間での高圧ポンプ１０による燃料圧送を停止する圧送制限制御を実行するようにしている。具体的には、この圧送制限制御ではカム３２が１回転する間の３つのリフト期間のうち当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行するようにしている。これにより、上述した不都合の発生を抑制するようにしている。
【００３８】
次に、図２を参照して、本実施形態における高圧ポンプ１０の駆動制御について説明する。尚、図２に、高圧ポンプ１０の駆動制御の処理手順を示す。尚、この一連の処理は、機関運転中において所定のクランク角（°ＣＡ）となる毎に繰り返し実行される。
【００３９】
図２に示すように、この一連の処理では、まず、ステップＳ１において内燃機関１がアイドル運転状態であるか否かを判断する。ここで、アイドル運転状態ではないと判断した場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、次に、ステップＳ２に進み、カム３２が１回転する間の全てのリフト期間（この場合、３つのリフト期間）において燃料圧送を行なうようにスピル弁２０の駆動デューティを算出する。そして、次に、ステップＳ６に進み、算出された駆動デューティに基づきソレノイド２４への通電制御を行なう。そして、この一連の処理を一旦終了する。
【００４０】
一方、ステップＳ１においてアイドル運転状態であると判断した場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、燃料圧力Ｐｒが目標燃圧となっているか否かを判断する。ここで、目標燃圧とは、カム３２が１回転する間において上記１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行した場合に、当該燃料圧送が行なわれてから最も後のタイミングで行なわれる燃料噴射において当該燃料噴射のために必要な燃料圧力が確保され得る大きさとされており、実験等を通じて予め設定されている。ここで、燃料圧力Ｐｒが目標燃圧となっていないと判断した場合（ステップＳ３：「ＮＯ」）には、次に、ステップＳ２、ステップＳ６の順に進み、ソレノイド２４への通電制御を行なって、この一連の処理を一旦終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ３において燃料圧力Ｐｒが目標燃圧となっていると判断した場合（ステップＳ３：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、燃料圧送を停止するリフト期間（以下、圧送停止リフト期間）を導出する。そして、次に、ステップＳ５に進み、導出された圧送停止リフト期間において燃料圧送を停止するとともにそれ以外のリフト期間においては燃料圧送を行なうようにスピル弁２０の駆動デューティを算出する。そして、次に、ステップＳ６に進み、ソレノイド２４への通電制御を行なって、この一連の処理を一旦終了する。
【００４２】
次に、図３を参照して、本実施形態における作用について説明する。尚、図３に、（ａ）各燃料噴射弁の噴射状態の推移、（ｂ）アイドル運転時における高圧ポンプ１０の圧送状態の推移、及び（ｃ）アイドル運転時における燃料圧力Ｐｒの推移を併せ示す。また、図３に、（ｄ）比較例における高圧ポンプ１０の圧送状態の推移、（ｅ）比較例における燃料圧力Ｐｒの推移を併せ示す。尚、図３において横軸はクランク角（°ＣＡ）である。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の内燃機関１は４つの気筒を有しているため、各燃料噴射弁による燃料噴射は１８０°ＣＡ間隔で行なわれる。すなわち、この場合、３０°ＣＡにおいて第４気筒（＃４）の燃料噴射が行なわれ、２１０°ＣＡにおいて第２気筒（＃２）の燃料噴射が行なわれる。また、３９０°ＣＡにおいて第１気筒（＃１）の燃料噴射が行なわれ、５７０°ＣＡにおいて第３気筒（＃３）の燃料噴射が行なわれる。
【００４４】
ここで、比較例では、カム３２が１回転する間の全てのリフト期間において燃料圧送が行なわれる。このため、図３（ｄ）、（ｅ）に併せ示すように、約−３０°ＣＡ（６９０°ＣＡ）から０°ＣＡまでの期間、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間、約４５０°ＣＡから４８０°ＣＡまでの期間のそれぞれにおいてスピル弁２０が閉弁されることを通じて燃料圧送が行なわれる。
【００４５】
ここで、図３（ｅ）に示すように、約−３０°ＣＡ（６９０°ＣＡ）から０°ＣＡまでの期間には、燃料圧送が行なわれることにより燃料圧力Ｐｒが上昇し、その後の３０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。
【００４６】
一方、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間には、リフト期間（この場合、圧送期間でもある）と燃料噴射弁９における噴射制御期間（燃料圧力Ｐｒの検出期間、燃料噴射弁９の開弁期間）とが重なるため、図３（ｅ）に示すように、燃料圧力Ｐｒは燃料噴射弁９の開弁にもかかわらず上昇するようになる。したがって、当該燃料噴射弁９から過剰な燃料が噴射されることとなる。
【００４７】
また、その後の３９０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。そして、約４５０°ＣＡから４８０°ＣＡまでの期間において燃料圧送が行なわれることにより燃料圧力Ｐｒが上昇し、その後の５７０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、図３（ｂ）、（ｃ）に併せ示すように、約−９０°ＣＡから０°ＣＡまでの期間にのみ、スピル弁２０が閉弁されることを通じて燃料圧送が行なわれる。これにより、燃料圧力Ｐｒが上昇し、その後の３０°ＣＡにおいて燃料噴射弁９が開弁されることにより燃料圧力Ｐｒが低下するようになる。
【００４９】
一方、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間においては、先の比較例とは異なりスピル弁２０が開弁されることでプランジャ１５により圧縮される燃料が吸入口２１を通じて燃料タンク２に向けて排出されるようになる。このように、リフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる場合、すなわち燃料噴射のために燃料圧力Ｐｒを検出する期間や燃料噴射弁９の開弁期間においてプランジャ１５がリフトされることで燃料圧力Ｐｒが所望の態様にて変化しない場合には、当該リフト期間での高圧ポンプ１０による燃料圧送が停止されるようになる。このため、上記リフト期間に噴射制御期間が重なった場合に過剰な量の燃料が噴射されることを回避することができるようになる。
【００５０】
また、先の比較例において燃料圧送が行なわれた約４５０°ＣＡから４８０°ＣＡまでの期間においても、スピル弁２０の駆動制御を通じて燃料圧送が停止されるようになる。 本実施形態では、燃料圧送を行なうべくスピル弁２０が閉弁される期間（約−９０°ＣＡから０°ＣＡまでの期間）が先の比較例における期間（約−３０°ＣＡ（６９０°ＣＡ）から０°ＣＡ）に比べて約３倍とされている。これは、１回の燃料圧送によって圧送される燃料量を増大することでその後の各燃料噴射に際して燃料が不足することを好適に抑制するためである。
【００５１】
尚、本実施形態におけるスピル弁２０が、本発明に係る排出機構に相当する。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関制御装置及び内燃機関によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
【００５２】
（１）内燃機関１は、吸気カムシャフト３１のカム３２の３つのカムノーズ３２ａによってプランジャ１５をリフトさせることで燃料タンク２から供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプ１０を備えている。また、内燃機関１は、４つの気筒毎に設けられた燃料噴射弁９であって高圧ポンプ１０から高圧通路（吐出通路１４、高圧供給管７、及びデリバリパイプ８）を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁９を備えている。すなわち、内燃機関１の気筒数「４」はカムノーズ３２ａの数「３」の自然数倍ではない関係とされている。また、電子制御装置４０は、燃料噴射の直前におけるデリバリパイプ８内の燃料圧力Ｐｒに基づき当該燃料噴射弁９による燃料の噴射態様を制御するようにしている。そして、電子制御装置４０を通じて、カム３２によるプランジャ１５のリフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる場合にスピル弁２０を開弁することにより当該リフト期間での高圧ポンプ１０による燃料圧送を停止する圧送制限制御を実行するようにしている。具体的には、圧送制限制御では３つのカムノーズ３２ａによるプランジャ１５の各リフト期間のうち当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行するようにしている。
【００５３】
こうした構成によれば、カム３２によるプランジャ１５のリフト期間が当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なる構成にあって、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを的確に低減することができるようになる。
【００５４】
また、上記構成によれば、４気筒内燃機関１において３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を採用する場合であれ、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。また、６気筒内燃機関において３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を採用する場合には従来の高圧ポンプ制御を適用すればよい。これらのことから、気筒数の異なる内燃機関に対して共通のカム３２を採用しつつ、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。
【００５５】
（２）電子制御装置４０は、圧送制限制御をアイドル運転時に実行するようにしている。
燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが大きいと機関トルク変動が大きくなることで機関振動が大きくなる。そして、特に機関振動レベルの低い内燃機関１のアイドル運転時において機関振動が無視できないものとなる。したがって、アイドル運転時において上記圧送制限制御を実行することにより、こうした不都合の発生を好適に抑制することができるようになる。
【００５６】
また、内燃機関１のアイドル運転時には燃料噴射弁９による一噴射当りの燃料量が少ないため、一噴射当りの燃料圧力の低下幅が小さなものとなる。このため、圧送制限制御の実行に伴い燃料圧送が制限されることで燃料圧力を一時的に増大させることができなくなっても、これによって噴射される燃料が不足するといった不都合の発生を極力抑制することができるようになる。
【００５７】
尚、本発明に係る内燃機関制御装置及び内燃機関は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００５８】
・上記実施形態では、アイドル運転時に上記圧送制限制御を実行するようにしたが、これをアイドル運転時以外の低負荷運転時において実行するようにしてもよい。
・上記実施形態では、３つのカムノーズ３２ａによるプランジャ１５の各リフト期間のうち当該燃料噴射弁９における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を実行するようにした。しかしながら、本発明に係る圧送制限制御の実行態様はこれに限られるものではなく、３つのカムノーズ３２ａによるプランジャ１５の各リフト期間のうち燃料噴射弁９における噴射制御期間に重なるリフト期間（先の実施形態において、約２１０°ＣＡから２４０°ＣＡまでの期間）でのみ高圧ポンプ１０による燃料圧送を制限するようにしてもよい。
【００５９】
・上記実施形態では、４気筒内燃機関１において３つのカムノーズ３２ａを有するカム３２を備えるものについて例示したが、本発明に係る内燃機関はこれに限られるものではない。他に例えば、６気筒内燃機関において４つのカムノーズを有するカムを備えるものとしてもよい。この場合、内燃機関の気筒数「６」はカムノーズの数「４」の自然数倍ではない関係となり、カムノーズによるプランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるようになる。したがって、こうした内燃機関に対して本発明を適用することにより、燃料噴射量が気筒間でばらつくことを的確に抑制することができるようになる。
【００６０】
・上記実施形態では、圧送制限制御において高圧ポンプ１０による燃料圧送を停止するものについて例示したが、本発明に係る圧送制限制御は必ずしも燃料圧送を停止するものに限られない。すなわち、リフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に、リフト期間が噴射制御期間に重ならない場合に比べて高圧ポンプによる燃料圧送量を低減するなど燃料圧送を制限するものであればよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…内燃機関、２…燃料タンク、３…フィードポンプ、４…低圧供給管（低圧通路）、５…リターン管、６…調圧弁、７…高圧供給管（高圧通路）、８…デリバリパイプ（高圧通路）、９…燃料噴射弁、１０…高圧ポンプ、１１…ポンプハウジング、１２…吸入通路（低圧通路）、１３…シリンダ、１４…吐出通路（高圧通路）、１５…プランジャ、１６…圧力室、１７…リフタ、１８…ばね、１９…吐出弁、２０…スピル弁、２１…吸入口、２２…吐出口、２３…弁体、２３ａ…ニードル、２４…ソレノイド、２５…ばね、２６…リリーフ通路、２７…オリフィス部、３１…吸気カムシャフト、３２…カム、３２ａ…カムノーズ、４０…電子制御装置、４１…燃料圧力センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャをリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関に適用されて、燃料噴射の直前における前記高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する内燃機関制御装置において、
前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間での前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限する圧送制限制御を実行する
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御では前記高圧ポンプによる燃料圧送が停止される
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関制御装置において、
内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなる
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を実行する
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限する
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御は低負荷運転時に実行される
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御はアイドル運転時に実行される
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項８】
機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャがリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、
気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関において、
内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなり、
前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間において前記プランジャにより圧縮される燃料を前記燃料タンクに向けて排出する排出機構を備える
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１】
機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャをリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関に適用されて、燃料噴射の直前における前記高圧通路内の燃料圧力に基づき当該燃料噴射弁による燃料の噴射態様を制御する内燃機関制御装置において、
前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間での前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限する圧送制限制御を実行する
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御では前記高圧ポンプによる燃料圧送が停止される
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関制御装置において、
内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなる
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重ならない１つのリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を実行する
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御では前記複数のカムノーズによる前記プランジャの各リフト期間のうち当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なるリフト期間でのみ前記高圧ポンプによる燃料圧送を制限する
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御は低負荷運転時に実行される
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関制御装置において、
前記圧送制限制御はアイドル運転時に実行される
ことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項８】
機関出力軸の回転に伴い回転するカムの複数のカムノーズによってプランジャがリフトさせることで燃料タンクから供給された燃料を加圧して吐出する高圧ポンプと、
気筒毎に設けられた燃料噴射弁であって前記高圧ポンプから高圧通路を通じて圧送される燃料を当該気筒内に噴射供給する燃料噴射弁とを備える内燃機関において、
内燃機関の気筒数は前記カムノーズの数の自然数倍ではない関係とされてなり、
前記カムノーズによる前記プランジャのリフト期間が当該燃料噴射弁における噴射制御期間に重なる場合に当該リフト期間において前記プランジャにより圧縮される燃料を前記燃料タンクに向けて排出する排出機構を備える
ことを特徴とする内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９２０７１（Ｐ２０１３−９２０７１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３２８７（Ｐ２０１１−２３３２８７）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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