JP3633388B2 - 内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返すとともに、加圧行程においてスピル弁の開閉弁により燃料噴射弁側への圧送量を調整する内燃機関の高圧燃料ポンプに対する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁を用いて必要な燃料量を圧縮行程中に燃焼室内に供給している内燃機関、例えば筒内噴射型内燃機関などにおいては、所望の燃焼を行わせるためには燃料噴射弁から正確な燃料量を噴射することが必要である。この正確な燃料噴射量を実現するためには、燃料噴射弁に対する燃料圧力、例えば燃料を燃料噴射弁に分配している燃料分配管内の燃料圧力を必要な圧力に調整しなくてはならない。
【０００３】
この燃料圧力調整のためには、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補うように、十分な燃料量を燃料ポンプから燃料分配管に供給することが必要である。これを実現するための技術として、燃料噴射弁から噴射される最大燃料噴射量以上の燃料を常に燃料分配管へ供給して、いかなる燃料噴射量となっても燃料不足による燃料圧力の低下を生じないようにするものが存在する。この場合、燃料噴射弁により噴射されなかった余分な燃料は、燃料分配管に設けられているリリーフ弁を介して再度燃料ポンプや燃料タンクに戻される。
【０００４】
しかし、このように常に必要以上の大量の燃料を燃料分配管に対して供給し循環させることは、供給燃料量に応じた大きなエネルギーを常に必要とし、内燃機関の燃費の悪化につながるものである。
【０００５】
こうしたエネルギーの浪費を防止するものとして、燃料噴射弁から噴射される燃料量のみを補う燃料量を燃料ポンプから燃料分配管に供給する技術が提案されている（例えば、特開平４−５０４６２号公報）。この従来技術では、燃料分配管に燃料を圧送する高圧燃料ポンプに設けられた電磁スピル弁の閉弁駆動期間を、燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいてフィードフォワード項として算出し、これに燃料圧力と目標燃料圧力との偏差に基づくフィードバック項を加えて、必要な制御量を閉弁駆動期間の比率（デューティ）として設定することで、燃料分配管に対して過不足無く燃料を供給する制御を行っている。このことにより、常に大量の燃料を燃料分配管に対して循環させる必要がなくなり、燃料供給制御に伴うエネルギーも小さなものとなり、内燃機関の燃費の悪化を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した制御では、アイドル時などで燃料噴射量が小さくなった場合に、フィードフォワード項に基づくデューティが小さく制御される。このようにフィードフォワード項に基づくデューティが小さくなるとフィードバック項に起因して、最終的に算出されるデューティが頻繁に０（％）となる状況が発生することがある。このようにデューティが０となると電磁スピル弁は閉弁駆動されなくなるため、電磁スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することになる。このようなスピル弁の閉弁動作の停止は、フィードバック項に起因しているため定期的な停止となるとは限らない。したがって、不規則に閉弁動作の停止が生じることで運転者に作動音が不規則に聞こえることとなり、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００７】
本発明は、内燃機関の高圧燃料ポンプにおいてスピル弁の頻繁な停止を抑制することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項１記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返す内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、加圧行程にて、スピル弁を開弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させて燃料噴射弁側への燃料圧送を行わない非圧送モードと、スピル弁を閉弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させずに燃料噴射弁側への燃料圧送を行う圧送モードとを設け、加圧行程内に設けたスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率をデューティ制御することで圧送モードの長さを調整して、燃料噴射弁に対する燃料圧力を制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、運転状態に応じた燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、デューティ制御におけるデューティが０％となるのを抑制するスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段により、スピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティが０％となるのが抑制される。このためスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度が低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００１０】
請求項２記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返す内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、加圧行程にて、スピル弁を開弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させて燃料噴射弁側への燃料圧送を行わない非圧送モードと、スピル弁を閉弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させずに燃料噴射弁側への燃料圧送を行う圧送モードとを設け、加圧行程内に設けたスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を調整することで圧送モードの長さを調整して、燃料噴射弁に対する燃料圧力を制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、燃料噴射弁に対する燃料圧力を検出する燃圧検出手段と、運転状態に応じた燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量に応じてフィードフォワード項を算出し、燃圧検出手段にて検出される燃料圧力と目標燃料圧力との偏差に応じてフィードバック項を算出し、フィードフォワード項とフィードバック項との和に基づいてスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティを算出するスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段と、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までの間隔が、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されたデューティに対応するようにスピル弁閉弁駆動制御領域内にスピル弁閉弁駆動開始位置を設定して、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までデューティ制御によりスピル弁を閉弁駆動するスピル弁駆動手段と、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制するスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段が、フィードフォワード項とフィードバック項との和に基づいてスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティを算出し、スピル弁駆動手段が、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までデューティ制御によりスピル弁を閉弁駆動している。この状況下において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制している。
【００１２】
このことにより、スピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度が低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００１３】
請求項３記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項２記載の構成において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を、加圧行程内において遅い方に移動させることにより、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする。
【００１４】
スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制するには、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を、加圧行程内において遅い方に移動させることにより実行することができる。
【００１５】
このようにスピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を加圧行程内において遅い方に移動させると、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティは、自ずと大きい値に変化する。したがってデューティは０％から離れるので、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度は低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００１６】
請求項４記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項３記載の構成において、スピル弁閉弁駆動制御領域における、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係は燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定され、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動制御領域における、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更することを特徴とする。
【００１７】
スピル弁閉弁駆動制御領域において、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係が、燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定されている場合を考える。この場合に燃料噴射量が小さくなった際におけるスピル弁閉弁駆動制御領域の移動の手法としては、スピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更する手法が挙げられる。
【００１８】
スピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係が、燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定されていた状態のままでは、燃料噴射量が小さくなった場合に燃料圧送量を小さくしようとすると、スピル弁閉弁駆動制御領域が小燃料圧送量に対応していないために、スピル弁閉弁駆動状態の比率が０になり易い。
【００１９】
しかし、燃料噴射量が小さくなった場合に、スピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更することにより、小燃料圧送量に対応させることができる。このことにより小燃料圧送量側の領域がスピル弁閉弁駆動制御領域に含まれることになるため、自ずとスピル弁閉弁駆動状態の比率が０から離れ、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードフォワード項が大きくなる。このためフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度は低下し、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００２０】
更に、燃料圧送量が小さい領域においても中程度の領域と同様に一次式の関係が維持されるので、制御も簡便であり、制御の迅速性を維持できる。しかも一次式の関係が燃料圧送量が小さい領域に適合しているので、制御性も高精度を維持できる。
【００２１】
請求項５記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項４記載の構成において、燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式と燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式とは共に、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さいと判断された際におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量とで示される点を通過することを特徴とする。
【００２２】
このように、燃料噴射量が小さいと判断された際におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量とで示される点を、前記２つの一次式が通過することにより、一次式の関係を変更しても燃料圧送量は全く変化しない。このため、請求項４の作用効果に加えて、スピル弁閉弁駆動制御領域の変更時における制御の乱れを完全に防止して安定した燃料圧力制御を継続することができる。
【００２３】
請求項６記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項２〜５のいずれか記載の構成において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段において求められるフィードバック項の制御ゲインを小さくすることにより、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする。
【００２４】
スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制する手法は、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段において求められるフィードバック項の制御ゲインを小さくすることにより実行することができる。
【００２５】
したがって制御ゲインの低下により、デューティは０％に近づく場合にも迅速に近づくことができなくなる。このため、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度は低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００２６】
請求項７記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項２〜６のいずれか記載の構成において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段における計算にてデューティが判定値よりも小さくなった際に、デューティを０％より大きい値に設定することによりスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする。
【００２７】
スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制する手法は、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段における計算にてデューティが判定値よりも小さくなった際に、デューティを０％より大きい値に設定することにより実行することができる。
【００２８】
したがってデューティが０％に近づこうとしても判定値によりガードされて近づくことができなくなる。このため、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になることはなくなり、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が完全に抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された筒内噴射式内燃機関およびその制御装置の概略構成を表す。
【００３０】
筒内噴射式内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２は、その出力により自動車を駆動するために自動車に搭載されている。このエンジン２は６つのシリンダ２ａを有している。図２〜図５にも示すごとく、各シリンダ２ａには、シリンダブロック４、シリンダブロック４内で往復動するピストン６、およびシリンダブロック４上に取り付けられたシリンダヘッド８にて区画された燃焼室１０がそれぞれ形成されている。
【００３１】
そして各燃焼室１０には、それぞれ第１吸気弁１２ａ、第２吸気弁１２ｂおよび一対の排気弁１６が設けられている。この内、第１吸気弁１２ａは第１吸気ポート１４ａに接続され、第２吸気弁１２ｂは第２吸気ポート１４ｂに接続され、一対の排気弁１６は一対の排気ポート１８にそれぞれ接続されている。
【００３２】
図２はシリンダヘッド８の平面断面図であって、図示されるように第１吸気ポート１４ａおよび第２吸気ポート１４ｂは略直線状に延びるストレート型吸気ポートである。また、シリンダヘッド８の内壁面の中央部には点火プラグ２０が配置されている。更に、第１吸気弁１２ａおよび第２吸気弁１２ｂ近傍のシリンダヘッド８の内壁面周辺部には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射できるように燃料噴射弁２２が配置されている。
【００３３】
なお、図３はピストン６における頂面の平面図、図４は図２におけるＸ−Ｘ断面図、図５は図２におけるＹ−Ｙ断面図である。図示されるように略山形に形成されたピストン６の頂面上には燃料噴射弁２２の下方から点火プラグ２０の下方まで延びるドーム形の輪郭形状を有する凹部２４が形成されている。
【００３４】
図１に示したごとく、各シリンダ２ａの第１吸気ポート１４ａは吸気マニホールド３０内に形成された第１吸気通路３０ａを介してサージタンク３２に接続されている。また、第２吸気ポート１４ｂは第２吸気通路３０ｂを介してサージタンク３２に連結されている。この内、各第２吸気通路３０ｂ内にはそれぞれ気流制御弁３４が配置されている。これらの気流制御弁３４は、共通のシャフト３６を介して接続されていると共に、このシャフト３６を介して負圧式アクチュエータ３７により開閉作動される。なお、気流制御弁３４が閉状態とされた場合には、第１吸気ポート１４ａのみから吸入される吸気により燃焼室１０内には強い旋回流Ｓ（図２）が生じる。
【００３５】
サージタンク３２は吸気ダクト４０を介してエアクリーナ４２に連結されている。吸気ダクト４０内にはモータ４４（ＤＣモータまたはステップモータ）によって駆動されるスロットル弁４６が配置されている。このスロットル弁４６の開度（スロットル開度ＴＡ）はスロットル開度センサ４６ａにより検出されて、スロットル弁４６は運転状態に応じて開度制御される。また、各シリンダ２ａの各排気ポート１８は排気マニホルド４８に連結されている。排気マニホルド４８は触媒コンバータ４９を介して排気を浄化して外部に排出している。
【００３６】
図６に燃料供給系統の構成を示す。図示するごとく、シリンダヘッド８には、燃料分配管５０が設けられ、各シリンダ２ａに設けられている燃料噴射弁２２に接続している。成層燃焼および均質燃焼を行う際には、燃料分配管５０から供給された燃料が燃料噴射弁２２から直接燃焼室１０内に該当するタイミングで噴射される。
【００３７】
燃料噴射弁２２に燃料を分配している燃料分配管５０は高圧燃料通路５４ａを介して高圧燃料ポンプ５４に接続されている。なお高圧燃料通路５４ａには、燃料分配管５０から高圧燃料ポンプ５４側へ燃料が逆流することを規制するチェック弁５４ｂが設けられている。高圧燃料ポンプ５４には、低圧燃料通路５４ｃを介して燃料タンク５６内に設けられたフィードポンプ５８が接続されている。なお、低圧燃料通路５４ｃの途中にはパルセーションダンパ５９が配置されて、高圧燃料ポンプ５４の駆動時に生じる低圧側での燃圧脈動を抑制している。
【００３８】
フィードポンプ５８は、燃料タンク５６内の燃料を吸引して低圧燃料通路５４ｃ側に吐出することにより、フィルタ５８ａ、プレッシャレギュレータ５８ｂおよびパルセーションダンパ５９を介して高圧燃料ポンプ５４のギャラリ５４ｉに燃料を送出する。
【００３９】
高圧燃料ポンプ５４はシリンダヘッド８あるいは図示していないシリンダヘッドカバーに取り付けられ、エンジン２の吸気弁用あるいは排気弁用のカムシャフト２ｂに設けられたポンプ用カム２ｃの回転により、ポンプシリンダ５４ｄ内のプランジャ５４ｅを往復動させている。このプランジャ５４ｅの往復動により、高圧ポンプ室５４ｆの容積が増大する吸入行程では、高圧ポンプ室５４ｆ内に低圧燃料通路５４ｃ側からギャラリ５４ｉを介して燃料を吸入する。そして、高圧ポンプ室５４ｆの容積が減少する加圧行程では、高圧ポンプ室５４ｆ内にて加圧した燃料を後述するごとく必要なタイミングで高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０へ圧送している。
【００４０】
高圧燃料ポンプ５４は、内部に電磁スピル弁５５が設けられている。この電磁スピル弁５５はギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとの間の連通遮断を行う開閉弁である。弁体５５ｂがシート部５５ｄから離れることにより電磁スピル弁５５が開弁している場合には、ギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとは連通している。このときには、吸入行程において低圧燃料通路５４ｃ側からギャラリ５４ｉを介して高圧ポンプ室５４ｆ内に吸入された燃料は、加圧行程となってもギャラリ５４ｉへ溢流してしまう。したがって、燃料は高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０側に圧送されることはなく、ギャラリ５４ｉを介して低圧燃料通路５４ｃ側に戻される。なお、このように加圧行程中で電磁スピル弁５５が開弁していることにより燃料分配管５０側へ燃料の圧送がなされない状態を、非圧送モードと称する。
【００４１】
これに対して、弁体５５ｂがシート部５５ｄに着座することにより電磁スピル弁５５が閉弁している場合には、ギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとは連通していない。このため加圧行程では、燃料はギャラリ５４ｉ側へ溢流することはなく高圧化される。この高圧化した燃料はチェック弁５４ｂを押し開いて高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０側へ圧送される。なお、このように加圧行程中で電磁スピル弁５５が閉弁していることにより燃料分配管５０側へ燃料の圧送がなされる状態を、圧送モードと称する。
【００４２】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）６０は、燃料分配管５０に取り付けられた燃圧センサ５０ａにて検出された燃料圧力ＰとＥＣＵ６０により別途算出される燃料噴射量Ｑとを参照して、前述した電磁スピル弁５５の開閉弁駆動をデューティ制御する。このことにより、ＥＣＵ６０は、高圧燃料ポンプ５４から燃料分配管５０に加圧圧送される燃料量を調節し、燃料分配管５０内の燃料圧力Ｐを必要な圧力に調節することができる。
【００４３】
なお、燃料分配管５０にはリリーフ弁５４ｇを備えた排出経路５４ｈが接続されている。燃料分配管５０に過剰な燃料が供給されることで燃料分配管５０内の燃料圧力が必要な圧力より高くなると、リリーフ弁５４ｇが開弁して排出経路５４ｈ側へ燃料を排出して、燃料分配管５０内の燃料圧力が過大になるのを防ぐ。排出経路５４ｈ側へ排出された燃料はギャラリ５４ｉ側へ戻される。このように本燃料供給系統は、燃料分配管５０での過剰な燃料が燃料タンク５６に直接戻されることがないリターンレスの燃料供給システムとして形成されている。
【００４４】
このリターンレスの燃料供給システムにおいては、燃料分配管５０から排出経路５４ｈへ燃料が戻される場合には、排出経路５４ｈから低圧燃料通路５４ｃにかけての燃料圧力が上昇しようとする。このように低圧系の燃料圧力が上昇しようとすると、燃料タンク５６内のプレッシャレギュレータ５８ｂが開く。このことにより低圧燃料通路５４ｃ内に存在する燃料の内で、プレッシャレギュレータ５８ｂ近傍に存在する燃料、すなわちフィードポンプ５８から汲み上げられたばかりの燃料が、プレッシャレギュレータ５８ｂから燃料タンク５６内に戻される。こうして、排出経路５４ｈから低圧燃料通路５４ｃにかけての低圧系の燃料圧力上昇が防止されるとともに、燃料タンク５６内に戻される燃料は、燃料タンク５６から汲み上げられたばかりの燃料であるので、燃料タンク５６内の燃料温度上昇を防止することができる。
【００４５】
ＥＣＵ６０は、デジタルコンピュータからなり、図１に示したごとく、双方向性バス６２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６４、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）６６、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６８、入力ポート７０および出力ポート７２を備えている。
【００４６】
スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ４６ａはスロットル弁４６の開度に比例した出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入力ポート７０に入力している。アクセルペダル７４にはアクセル開度センサ７６が取り付けられ、アクセルペダル７４の踏み込み量に比例した出力電圧をＡＤ変換器７８を介して入力ポート７０に入力している。上死点センサ８０は例えばシリンダ２ａの内の１番シリンダが吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７０に入力される。クランク角センサ８２は、クランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７０に入力される。ＣＰＵ６８では上死点センサ８０の出力パルスとクランク角センサ８２の出力パルスから現在のクランク角（°ＣＡ）が計算され、クランク角センサ８２の出力パルスの頻度からエンジン回転数ＮＥが計算される。サージタンク３２には、吸気圧センサ８４が設けられ、サージタンク３２内の吸気圧ＰＭ（吸入空気の圧力：絶対圧）に対応した出力電圧をＡＤ変換器８５を介して入力ポート７０に入力している。エンジン２のシリンダブロック４には水温センサ８６が設けられ、エンジン２の冷却水温度ＴＨＷを検出し冷却水温度ＴＨＷに応じた出力電圧をＡＤ変換器８７を介して入力ポート７０に入力している。排気マニホルド４８には空燃比センサ８８が設けられ、空燃比に応じた出力電圧をＡＤ変換器８９を介して入力ポート７０に入力している。燃料分配管５０に設けられた燃圧センサ５０ａは燃料分配管５０内の燃料圧力Ｐに比例した出力電圧をＡＤ変換器９０を介して入力ポート７０に入力している。
【００４７】
出力ポート７２は、対応する駆動回路９２，９４，９６，９８，１００を介してイグナイタ１０２、各燃料噴射弁２２、スロットル弁４６の駆動用モータ４４、負圧式アクチュエータ３７、および電磁スピル弁５５に接続されて、各装置１０２，２２，４４，３７，５５を必要に応じて駆動制御している。
【００４８】
次にエンジン２において始動完了後に行われる燃料噴射制御について説明する。図７に燃料噴射制御に必要な運転領域を設定する処理のフローチャートを示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。なお、以下に説明する各フローチャート中の個々の処理ステップを「Ｓ〜」で表す。
【００４９】
まず、クランク角センサ８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥと、アクセル開度センサ７６の信号から得られているアクセルペダル７４の踏み込み量（以下、アクセル開度と称する）ＡＣＣＰとがＲＡＭ６４の作業領域に読み込まれる（Ｓ１００）。
【００５０】
次に、これらエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣＰとに基づいて、リーン燃料噴射量ＱＬを算出する（Ｓ１１０）。このリーン燃料噴射量ＱＬは、成層燃焼を行う際にエンジン２の出力トルクを要求トルクとするのに最適な燃料噴射量を表している。リーン燃料噴射量ＱＬは予め実験により求められて、図８に示すごとく、アクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップとしてＲＯＭ６６内に記憶されている。ステップＳ１１０ではこのマップに基づいてリーン燃料噴射量ＱＬが算出される。なお、マップでは離散的に数値が配置されているので、パラメータとして一致する値が存在しない場合には、補間計算により求めることになる。このような補間によるマップからの算出は、図８以外のマップから必要な数値を求める場合にも同様に行われる。
【００５１】
次に、こうして求められたリーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとに基づいて、図９に示されるような３つの運転領域Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３が決定される（Ｓ１１５）。こうして一旦処理を終了する。
【００５２】
このように運転領域Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３が決定されると、各運転領域Ｒｌ〜Ｒ３に応じて燃料噴射形態が制御される。すなわち、リーン燃料噴射量ＱＬがしきい値ＱＱ１よりも小さい運転領域Ｒ１では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を圧縮行程末期に噴射する。この圧縮行程末期での噴射による噴射燃料はピストン６の凹部２４内に進行した後、凹部２４の周壁面２６（図３，４）に衝突する。周壁面２６に衝突した燃料は気化せしめられつつ移動して点火プラグ２０近傍の凹部２４内に可燃混合気層を形成する。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ２０によって点火がなされることにより、成層燃焼が行われる。
【００５３】
また、リーン燃料噴射量ＱＬがしきい値ＱＱ１としきい値ＱＱ２との間である運転領域Ｒ２では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を吸気行程と圧縮行程末期とに２回に分けて噴射する。すなわち、吸気行程に第１回目の燃料噴射が行われ、次いで圧縮行程末期に第２回目の燃料噴射が行われる。第１回目の噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１０内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１０内全体に均質な稀薄混合気が形成される。更に、圧縮行程末期に燃料噴射が行われる結果、前述したごとく点火プラグ２０近傍の凹部２４内には可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ２０によって点火がなされ、またこの点火火炎によって燃焼室１０内全体を占める稀薄混合気が燃焼される。すなわち、運転領域Ｒ２では前述した運転領域Ｒ１よりも成層度の低い弱成層燃焼が行われる。
【００５４】
リーン燃料噴射量ＱＬがしきい値ＱＱ２よりも多い運転領域Ｒ３では、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳに基づいて各種の補正を行った燃料量を吸気行程に噴射する。この噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１０内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１０内全体に均質な理論空燃比（後述するごとく、増量補正により理論空燃比より燃料濃度が濃いリッチ空燃比に制御される場合もある）の均質混合気が形成され、この結果、均質燃焼が行われる。
【００５５】
上述した運転領域設定処理により設定された運転領域に基づいて実行される燃料噴射量制御処理のフローチャートを図１０に示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。
【００５６】
燃料噴射量制御処理が開始されると、まず、アクセル開度センサ７６の信号から得られているアクセル開度ＡＣＣＰ、クランク角センサ８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥ、吸気圧センサ８４の信号から得られている吸気圧ＰＭ、および空燃比センサ８８の信号から得られている酸素濃度検出値ＶｏｘをＲＡＭ６４の作業領域に読み込む（Ｓ１２０）。
【００５７】
次に、前述した運転領域設定処理にて（図７）、現在、運転領域Ｒ３が設定されているか否かが判定される（Ｓ１２２）。運転領域Ｒ３が設定されていると判定された場合には（Ｓ１２２で「ＹＥＳ」）、予めＲＯＭ６６に設定されている図１１のマップを用いて、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとから、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳが算出される（Ｓ１３０）。
【００５８】
次に、高負荷増量ＯＴＰ算出処理（Ｓ１４０）が行われる。この高負荷増量ＯＴＰ算出処理について図１２のフローチャートに基づいて説明する。高負荷増量ＯＴＰ算出処理では、まず、アクセル開度ＡＣＣＰが高負荷増量判定値ＫＯＴＰＡＣを越えているか否かが判定される（Ｓ１４１）。
【００５９】
ＡＣＣＰ≦ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＮＯ」）、高負荷増量ＯＴＰには値「０」が設定される（Ｓ１４２）。すなわち燃料の増量補正は行われない。こうして、高負荷増量ＯＴＰ算出処理を一旦出る。
【００６０】
また、ＡＣＣＰ＞ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＹＥＳ」）、高負荷増量ＯＴＰには値ｍ（例えば、１＞ｍ＞０）が設定される（Ｓ１４４）。すなわち燃料の増量補正の実行が設定される。この増量補正は、高負荷時に触媒コンバータ４９が過熱するのを防止するためになされる。
【００６１】
図１０に戻り、ステップＳ１４０にて高負荷増量ＯＴＰが算出された後に、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１５０）。例えば、「（１）始動時でない。（２）燃料カット中でない。（３）暖機完了している。（例えば冷却水温度ＴＨＷ≧４０°）（４）空燃比センサ８８は活性化が完了している。（５）高負荷増量ＯＴＰの値が０である。」の条件がすべて成立しているか否かが判定される。
【００６２】
空燃比フィードバック条件が成立していれば（Ｓ１５０で「ＹＥＳ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦとその学習値ＫＧの算出が行われる（Ｓ１６０）。空燃比フィードバック係数ＦＡＦは空燃比センサ８８の出力に基づいて算出される。また、学習値ＫＧは空燃比フィードバック係数ＦＡＦにおける、中心値１．０からのずれ量を記憶するものである。これらの値を用いた空燃比フィードバック制御技術は特開平６−１０７３６号公報などに示されているごとく種々の手法が知られている。
【００６３】
一方、空燃比フィードバック条件が成立していなければ（Ｓ１５０で「ＮＯ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦには１．０が設定される（Ｓ１７０）。
ステップＳ１６０またはＳ１７０の次に、燃料噴射量Ｑが次式１のごとく求められる（Ｓ１８０）。
【００６４】
【数１】
Ｑ ← ＱＢＳ｛ １ ＋ ＯＴＰ ＋ （ＦＡＦ−１．０） ＋ （ＫＧ−１．０）｝α ＋ β… ［式１］
ここで、α，βはエンジン２の種類や制御の内容に応じて適宜設定される係数である。
【００６５】
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
ステップＳ１２２にて、運転領域Ｒ３以外の領域、すなわち運転領域Ｒ１，Ｒ２のいずれかの場合は（Ｓ１２２で「ＮＯ」）、燃料噴射量Ｑには、運転領域設定処理（図７）のステップＳ１１０にて求められているリーン燃料噴射量ＱＬが設定される（Ｓ１９０）。こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
【００６６】
次に、高圧燃料ポンプ５４から燃料分配管５０への燃料圧送量の調整により燃料分配管５０内の燃料圧力を制御するための電磁スピル弁制御処理について、図１３のフローチャートに基づいて説明する。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。
【００６７】
電磁スピル弁制御処理が開始されると、まず、前述した燃料噴射量制御処理にて算出されている燃料噴射量Ｑ、燃圧センサ５０ａにて検出されている燃料分配管５０内の燃料圧力Ｐ、吸気圧センサ８４にて検出されている吸気圧ＰＭおよびクランク角センサ８２にて検出されているエンジン回転数ＮＥを、ＲＡＭ６４の作業領域に読み込む（Ｓ２１０）。
【００６８】
次に、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０以上か否かが判定される（Ｓ２２０）。この判定値Ｑ０は、燃料噴射量Ｑが非常に小さいために、後述するフィードフォワード項ＦＦが小さくなり、フィードバック項（ＤＴｐ＋ＤＴｉ）との和により、制御デューティＤＴ＝０％となる可能性が高くなることを判断するための値である。例えば、デューティで表されるフィードフォワード項ＦＦに換算して３〜４％に該当する燃料噴射量である。
【００６９】
Ｑ≧Ｑ０であれば（Ｓ２２０で「ＹＥＳ」）、加圧行程内に設定するスピル弁閉弁駆動制御領域として、図１４に示すごとくの通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇを設定する（Ｓ２３０）。
【００７０】
ここでスピル弁閉弁駆動制御領域とは、電磁スピル弁５５を閉弁駆動するために設けられたクランク角範囲である。図１４（Ｂ）に示すごとく、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置ＳＳＬを制御デューティ＝１００％の位置とし、終了位置ＳＥＬを０％の位置として設定する。この領域内において、ＥＣＵ６０は、図１４（Ｄ）に例示するごとく、制御デューティ［図１４（Ｄ）の例では６０％］に応じたクランク角位置にて電磁スピル弁５５の閉弁駆動用コイル５５ａに通電することにより電磁スピル弁５５を閉弁駆動状態とする。そして、スピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置ＳＥＬまで閉弁駆動状態を継続し、終了位置ＳＥＬにて閉弁駆動用コイル５５ａへの通電を停止して閉弁駆動状態を終了する。ただし、制御デューティ＝０％の場合は、閉弁駆動用コイル５５ａに通電することはなく、閉弁駆動状態にはなされない。
【００７１】
なお、ＥＣＵ６０により閉弁駆動状態の終了のために閉弁駆動用コイル５５ａへの通電が停止されても、高圧ポンプ室５４ｆ内の燃料が高圧である限り、電磁スピル弁５５の弁体５５ｂは、開弁方向に付勢するスプリング５５ｃに抗して燃料圧力によりシート部５５ｄに押し付けられたままとなる。このため、実際の電磁スピル弁５５の状態は、閉弁駆動状態が終了しても閉弁したままであり、図１４（Ｃ）に示すごとく、加圧行程の完了まで圧送モードは継続する。
【００７２】
図１４（Ｂ）に実線で表すグラフは、クランク角（°ＣＡ）で表される電磁スピル弁５５の閉弁位置と、高圧燃料ポンプ５４から燃料分配管５０への燃料圧送量との関係を示している。ステップＳ２３０にて設定される通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇは、図１４（Ｂ）に示した燃料圧送量とクランク角との関係がほぼ直線状態である燃料圧送量が中程度の領域に一致する直線Ｌを、進角側は加圧行程の開始位置まで外挿して開始位置ＳＳＬとし、遅角側は燃料圧送量が０となる位置まで外挿して終了位置ＳＥＬとした領域である。これら通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇを表す開始位置ＳＳＬと終了位置ＳＥＬとはクランク角にて、予めＲＯＭ６６内に記憶してある。
【００７３】
次に、燃料噴射量Ｑからフィードフォワード項ＦＦを算出するためのフィードフォワード係数Ｋｆに、通常時用のフィードフォワード係数Ｋｏｒｇの値が設定される（Ｓ２４０）。この通常時用フィードフォワード係数Ｋｏｒｇは、図１４（Ｂ）に示したごとく、通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇを設定するために用いた直線Ｌの勾配の逆数に対応する値である。すなわち、通常時用フィードフォワード係数Ｋｏｒｇは、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁２２側への燃料圧送量との関係を一次式の関係にて表す直線Ｌにおいて、燃料圧送量を燃料噴射量Ｑに対応させて、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置を求める場合の係数に相当する値である。
【００７４】
一方、Ｑ＜Ｑ０であれば（Ｓ２２０で「ＮＯ」）、加圧行程内に設定するスピル弁閉弁駆動制御領域として、図１５に示すごとくの低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを設定する（Ｓ２５０）。
【００７５】
ステップＳ２５０にて設定される低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎは、図１５（Ｂ）に示した燃料圧送量とクランク角との関係がほぼ直線状態である燃料圧送量が中程度の領域よりも燃料圧送量が小さい領域にほぼ一致する直線Ｍを、進角側は加圧行程の開始位置まで外挿して開始位置ＳＳＭとし、遅角側は燃料圧送量が０となる位置まで外挿して終了位置ＳＥＭとした領域である。これら低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを表す開始位置ＳＳＭと終了位置ＳＥＭとはクランク角にて、予めＲＯＭ６６内に記憶してある。
【００７６】
図１５（Ｂ）から判るように、直線Ｍの勾配は前述した直線Ｌに比較して緩いので、終了位置ＳＥＭは、通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇの終了位置ＳＥＬよりも遅角されている。このため低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎは、通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇよりも遅角側で領域が拡大されている。
【００７７】
なお、判定値Ｑ０は、後述する図１６に示されているごとく、本実施の形態１においては、直線Ｌと直線Ｍとの交点に設定されている。すなわち、直線Ｌと直線Ｍとの間の切り替えは、同一クランク角にて行われている。
【００７８】
次に、燃料噴射量Ｑからフィードフォワード項ＦＦを算出するためのフィードフォワード係数Ｋｆに、低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎの値が設定される（Ｓ２６０）。この低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎは、図１５（Ｂ）に示したごとく、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを設定するために用いた直線Ｍの勾配の逆数に相当する値であり、Ｋｍｉｎ＞Ｋｏｒｇの関係にある。すなわち、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎは、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁２２側への燃料圧送量との関係を一次式の関係にて表す直線Ｍにおいて、燃料圧送量を燃料噴射量Ｑに対応させて、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置を求める場合の係数に相当する値である。
【００７９】
ステップＳ２４０またはステップＳ２６０の次に、ステップＳ２４０またはステップＳ２６０にて設定されたフィードフォワード係数Ｋｆと、燃料噴射量Ｑとの積（Ｋｆ・Ｑ）により、次式２に示すごとく、フィードフォワード項ＦＦを算出する（Ｓ２７０）。
【００８０】
【数２】
ＦＦ ← Ｋｆ・Ｑ … ［式２］
次に、エンジン負荷（ここでは吸気圧ＰＭ）とエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップにより目標燃料圧力Ｐ０を算出する（Ｓ２８０）。このマップは、予め実験にて運転状態に応じて好適な燃料圧力を求めることにより、エンジン負荷（ここでは吸気圧ＰＭ）とエンジン回転数ＮＥとをパラメータとして設定され、ＲＯＭ６６に記憶されているものである。
【００８１】
次に次式３に示すごとく、目標燃料圧力Ｐ０と実際の燃料圧力Ｐとの圧力偏差ΔＰが算出される（Ｓ２９０）。
【００８２】
【数３】
ΔＰ ← Ｐ０ − Ｐ … ［式３］
そして、この圧力偏差ΔＰと比例係数Ｋ１との積から、次式４に示すごとく、フィードバック項の内の比例項ＤＴｐが算出される（Ｓ３００）。
【００８３】
【数４】
ＤＴｐ ← Ｋ１・ΔＰ … ［式４］
更に、次式５に示すごとく、圧力偏差ΔＰと積分係数Ｋ２との積（Ｋ２・ΔＰ）に基づいて、フィードバック項の内の積分項ＤＴｉが算出される（Ｓ３１０）。
【００８４】
【数５】
ＤＴｉ ← ＤＴｉ ＋ Ｋ２・ΔＰ … ［式５］
なお、右辺の「ＤＴｉ」は前回の制御周期時に計算された積分項ＤＴｉを表しており、初期値としては例えば「０」が設定される。
【００８５】
次に、次式６に示すごとく、フィードフォワード項ＦＦとフィードバック項（ＤＴｐ＋ＤＴｉ）とに基づいて、電磁スピル弁５５の閉弁駆動状態の比率を設定する制御デューティＤＴが算出される（Ｓ３２０）。
【００８６】
【数６】
ＤＴ ← Ｋａ（ＤＴｐ ＋ ＤＴｉ ＋ ＦＦ） … ［式６］
ここで、Ｋａは補正係数である。なお、式６にて計算上、ＤＴがマイナスとなった場合には、実際の制御デューティＤＴには０が設定される。
【００８７】
そして、ステップＳ３２０にて、制御デューティＤＴが設定されると、この制御デューティＤＴが、高圧燃料ポンプ５４の加圧行程における電磁スピル弁５５に対する制御デューティとして設定される（Ｓ３３０）。こうして一旦処理を終了する。
【００８８】
上述した構成の電磁スピル弁制御処理において、燃料噴射量Ｑが、Ｑ≧Ｑ０（Ｓ２２０で「ＹＥＳ」）の状態から、Ｑ＜Ｑ０（Ｓ２２０で「ＮＯ」）の状態に移行した場合、図１６に示したごとく、今まで直線Ｌで表される一次式の関係でフィードフォワード項ＦＦが求められていた状態から、直線Ｍで表される一次式の関係でフィードフォワード項ＦＦが求められる状態に切り替わる。
【００８９】
通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇから低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎへの切り替えにおいて、開始位置は開始位置ＳＳＬと開始位置ＳＳＭとが同じ位置であるので変化していないが、終了位置は終了位置ＳＥＬから遅角側の終了位置ＳＥＭに変化する。このことにより、同じ燃料噴射量Ｑにて求められるフィードフォワード項ＦＦが大きくなる方へ変化する。例えば、図１６の例では、ＦＦ＝３．５％であったものがＦＦ＝１９％に変化している。
【００９０】
このようにフィードフォワード項ＦＦに変化が生じ、このために制御デューティに違いが生じても、図１７（Ｄ）に示す通常時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＮタイミングも、図１７（Ｅ）に示す低量時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＮタイミングも同じクランク角である。したがって、図１７（Ｃ）に示すごとく、電磁スピル弁５５の実際の閉弁開始位置は変化しない。
【００９１】
一方、図１７（Ｄ）に示す通常時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＦＦタイミングと、図１７（Ｅ）に示す低量時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＦＦタイミングとは、それぞれ異なる終了位置ＳＥＬ，ＳＥＭに対応しているためにクランク角が異なる。しかし、電磁スピル弁５５の実際の閉弁終了位置は、通電ＯＦＦタイミングによらず、前述したごとく加圧行程の終了時であることから、図１７（Ｃ）に示すごとく閉弁終了位置も変化しない。
【００９２】
したがって、スピル弁閉弁駆動制御領域が通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇと低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎとの間で切り替わっても、この切り替わりによっては加圧行程内での圧送モードの比率は変化せず、燃料分配管５０側へ圧送される燃料量に影響しない。
【００９３】
上述した実施の形態１の構成において、燃圧センサ５０ａが燃圧検出手段に、図１０の燃料噴射量制御処理が燃料噴射量算出手段としての処理に、図１３の電磁スピル弁制御処理の内でステップＳ２１０，Ｓ２３０，Ｓ２４０，Ｓ２７０〜Ｓ３２０がスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段としての処理に、ステップＳ３３０がスピル弁駆動手段としての処理に、ステップＳ２２０，Ｓ２５０，Ｓ２６０がスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段としての処理に相当する。
【００９４】
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０未満となった場合には（Ｓ２２０で「ＮＯ」）、フィードフォワード項ＦＦを算出するフィードフォワード係数Ｋｆとして低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎが設定される（Ｓ２６０）。この低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎは、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０以上である場合に（Ｓ２２０で「ＹＥＳ」）、フィードフォワード係数Ｋｆに設定（Ｓ２４０）される通常時用のフィードフォワード係数Ｋｏｒｇよりも、前述した直線Ｌ，Ｍの関係に対応させて大きく設定されている。これは、前述したごとく、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎが通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇに対して、終了位置ＳＥＭを遅角させたことに対応している。
【００９５】
このため、ステップＳ２７０にて算出されるフィードフォワード項ＦＦには大きい値が設定されるようになる。このため実際の燃料圧力Ｐと目標燃料圧力Ｐ０との差が反映されるフィードバック項（ＤＴｐ＋ＤＴｉ）との和が行われても、制御デューティＤＴに０が設定され難くなる。
【００９６】
このため、電磁スピル弁５５の閉弁動作がほぼ間違いなく定期的に生じることになり、電磁スピル弁５５の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則に作動音が生じる状況が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００９７】
（ロ）．しかも、このようにフィードフォワード係数Ｋｆの切り替えによりフィードフォワード項ＦＦを大きくしても、前述したごとく、電磁スピル弁５５が閉弁開始するクランク角は同じであるため、燃料分配管５０への燃料圧送量は変化しない。このため、スピル弁閉弁駆動制御領域を変更しても燃料圧力制御の乱れが生じることが無く、安定した燃料圧力制御を継続することができる。
【００９８】
（ハ）．また、図１６あるいは図１７（Ｂ）に示すごとく、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを設定するための直線Ｍの位置および傾きは、判定値Ｑ０に相当する燃料噴射量より少ない部分の、燃料圧送量とクランク角位置との関係にほぼ一致させている。このため、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０未満となった場合、直線Ｌの関係をそのまま利用している場合に比較して、フィードフォワード項ＦＦに、より好適な値を設定でき、燃料圧力の制御性を一層高精度にすることができる。更に、直線Ｍによる一次式の関係による制御であるため、簡便で迅速な処理を継続することができる。
【００９９】
［実施の形態２］
本実施の形態２は、前述した図１３の電磁スピル弁制御処理の代わりに、図１８，１９に示す電磁スピル弁制御処理が行われる点が前記実施の形態１と異なり、他の構成は同じである。
【０１００】
図１８の電磁スピル弁制御処理を説明する。本処理が開始されると、まず、ステップＳ４１０の処理が行われる。この処理は、それぞれ図１３のステップＳ２１０の処理と同じである。
【０１０１】
次に、図１９にフローチャートを示すフィードバック比例項ゲイン設定処理が行われる（Ｓ４２０）。本処理は、後のステップＳ５００にて行われる前記式４と同じ算出処理により圧力偏差ΔＰと比例係数Ｋ１との積からフィードバック項の内の比例項ＤＴｐを求める際の比例係数Ｋ１を設定する処理である。
【０１０２】
まず、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑｉｄｌｅ以下か否かが判定される（Ｓ４３０）。判定値Ｑｉｄｌｅは、燃料噴射量Ｑがアイドル相当量であることを判定するための値であり、燃料噴射量Ｑが十分に小さいことを判定するためである。
【０１０３】
Ｑ≦Ｑｉｄｌｅであれば（Ｓ４３０で「ＹＥＳ」）、次に燃料圧力Ｐが安定しているか否かが判定される（Ｓ４４０）。これは、主として燃料噴射弁２２に異常が有るか否かを判定するためであり、例えば、制御周期毎に得られる燃料圧力Ｐの長期の平均値との差を算出し、この差が小さければ燃料圧力Ｐが安定していると判定する。
【０１０４】
燃料圧力Ｐが安定していれば（Ｓ４４０で「ＹＥＳ」）、次に車速Ｖが判定速度Ｖ０以下か否かが判定される（Ｓ４５０）。これはアイドルあるいはアイドルに近い状態に有るか否かを判定するためであり、例えば判定速度Ｖ０としては３ｋｍ／ｈが設定されている。
【０１０５】
Ｖ≦Ｖ０であれば（Ｓ４５０で「ＹＥＳ」）、比例係数Ｋ１に低量時用比例係数Ｋ１ｍｉｎを設定する（Ｓ４５５）。また、ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０のいずれかの判定にて「ＮＯ」と判定されると、比例係数Ｋ１には通常時用比例係数Ｋ１ｏｒｇを設定する（Ｓ４６０）。ここで、低量時用比例係数Ｋ１ｍｉｎは通常時用比例係数Ｋ１ｏｒｇより小さい値に設定されている。
【０１０６】
こうしてフィードバック比例項ゲイン設定処理（Ｓ４２０）が終了すると、次にステップＳ４７０〜Ｓ５３０の処理が行われて、一旦処理を終了する。このステップＳ４７０〜Ｓ５３０の処理は、それぞれ図１３のステップＳ２７０〜Ｓ３３０の処理と同じである。
【０１０７】
したがって、本実施の形態２では、ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０にて、すべて「ＹＥＳ」と判定された場合に、フィードバック項の内の比例項ＤＴｐを求めるための比例係数Ｋ１を通常よりも小さくしている（Ｓ４５５）。すなわち、通常よりも圧力偏差ΔＰに対するフィードバック制御ゲインは小さくされる。
【０１０８】
上述した実施の形態２の構成において、燃圧センサ５０ａが燃圧検出手段に、図１０の燃料噴射量制御処理が燃料噴射量算出手段としての処理に、図１８，１９の電磁スピル弁制御処理の内でステップＳ４１０，Ｓ４６０，Ｓ４７０〜Ｓ５２０がスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段としての処理に、ステップＳ５３０がスピル弁駆動手段としての処理に、ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０，Ｓ４５５がスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段としての処理に相当する。
【０１０９】
以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０にてすべて「ＹＥＳ」と判定された場合は、前述したごとくフィードバック制御ゲインが低下する（Ｓ４５５）。このことにより、制御デューティＤＴがフィードバック項により０に近づく場合にその速度が遅くなる。このため、制御デューティＤＴが０になる頻度は低下して、電磁スピル弁５５の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音の発生が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【０１１０】
（ロ）．ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０のいずれかにて「ＮＯ」と判定される場合は、主としてアイドル状態を判定している。すなわち、制御ゲインを小さくして制御デューティＤＴの応答性を緩慢化させる処理（Ｓ４５５）は、電磁スピル弁５５の作動音が聞こえやすいアイドル状態に限られるので、全体の燃料噴射システムに影響を与えることがない。
【０１１１】
［実施の形態３］
本実施の形態３は、前述した図１３の電磁スピル弁制御処理の代わりに、図２０，２１に示す電磁スピル弁制御処理が行われる点が前記実施の形態１と異なり、他の構成は同じである。
【０１１２】
図２０の電磁スピル弁制御処理を説明する。本処理が開始されると、まず、ステップＳ６１０〜Ｓ６７０の処理が行われる。これらの処理は、それぞれ図１３のステップＳ２１０，Ｓ２７０〜Ｓ３２０の処理と同じである。
【０１１３】
そして、ステップＳ６７０の次に行われる制御デューティＤＴガード処理（Ｓ６８０）では、図２１に示す処理が行われる。まず、ステップＳ６９０，Ｓ７００，Ｓ７１０において、前記実施の形態２で説明した図１９のステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０と同じ判定処理が行われる。そして、ステップＳ６９０，Ｓ７００，Ｓ７１０にて、すべて「ＹＥＳ」と判定されると、直前に行われたステップＳ６７０にて前記式６に基づいて算出された制御デューティＤＴが０か否かが判定される（Ｓ７２０）。
【０１１４】
ここでＤＴ＝０であれば（Ｓ７２０で「ＹＥＳ」）、制御デューティＤＴにガード値ＤＴｓが設定される（Ｓ７３０）。このガード値ＤＴｓは、制御デューティＤＴを０にしないための値であり、制御性に影響を与えないようにするために、例えば、２、３％程度の小さい値が設定されている。
【０１１５】
なお、ステップＳ６９０〜Ｓ７２０のいずれかにおいて「ＮＯ」と判定された場合には、制御デューティＤＴにガード値ＤＴｓは設定されず、ステップＳ６７０にて設定された値が維持される。
【０１１６】
そして、制御デューティＤＴガード処理（Ｓ６８０）が終了すると、制御デューティＤＴが、高圧燃料ポンプ５４の加圧行程における電磁スピル弁５５に対する制御デューティとして設定される（Ｓ７４０）。こうして一旦処理を終了する。
【０１１７】
したがって、本実施の形態３では、ステップＳ６９０〜Ｓ７１０にて、すべて「ＹＥＳ」と判定された場合に、更に、制御デューティＤＴが０になっていると判定されると（Ｓ７２０で「ＹＥＳ」）、制御デューティＤＴを０にしないように、ガード値ＤＴｓを制御デューティＤＴに設定している。
【０１１８】
上述した実施の形態３の構成において、燃圧センサ５０ａが燃圧検出手段に、図１０の燃料噴射量制御処理が燃料噴射量算出手段としての処理に、図２０，２１の電磁スピル弁制御処理の内でステップＳ６１０〜Ｓ６７０がスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段としての処理に、ステップＳ７４０がスピル弁駆動手段としての処理に、ステップＳ６９０〜Ｓ７３０がスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段としての処理に相当する。
【０１１９】
以上説明した本実施の形態３によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．ステップＳ６９０〜７２０にてすべて「ＹＥＳ」と判定された場合は、制御デューティＤＴ＝０となるのを抑制するために前述したごとく制御デューティＤＴ＝ガード値ＤＴｓに設定し直している（Ｓ７３０）。このことにより、制御デューティＤＴが、フィードバック項により計算上で０となったとしても、実際には、制御デューティＤＴは０より大きい値に維持される。したがって、電磁スピル弁５５の閉弁駆動は停止することが無く、作動音が停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音の発生が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【０１２０】
（ロ）．ステップＳ６９０，Ｓ７００，Ｓ７１０のいずれかにて「ＮＯ」と判定される場合は、他の制御により燃料カット処理が行われる可能性がある。本実施の形態３では、このような場合を排除しているので、燃料カットが必要な状況において燃料カットを阻害することがなく、全体の燃料噴射システムに影響を与えることがない。
【０１２１】
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態１においては、スピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置を遅角させることにより、制御デューティＤＴが０になるのを抑制した。これ以外に、直線Ｌと直線Ｍとの交点が判定値Ｑ０となる状態を維持して、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置を遅角させることによっても、燃料分配管５０への燃料圧送量を変化させずに制御デューティＤＴを増加させることができ、制御デューティＤＴが０になるのを抑制することができる。また、直線Ｌと直線Ｍとの交点が判定値Ｑ０となる状態を維持して、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との両方を遅角させても良い。
【０１２２】
・上述したごとく、前記実施の形態１にて、判定値Ｑ０は、直線Ｌと直線Ｍとの交点に設定されているため、直線Ｌと直線Ｍとの間の切り替えは、同一クランク角にて行われて、燃料分配管５０への燃料圧送量を変化させることはない。しかし、判定値Ｑ０は、クランク角に大きな変動を生じなければ、直線Ｌと直線Ｍとの交点である必要はなく、交点からずれていても良い。スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置を遅角させる場合、あるいは開始位置と終了位置との両方を遅角させる場合も同様である。
【０１２３】
・前記実施の形態１のステップＳ２２０、前記実施の形態２のステップＳ４３０あるいは前記実施の形態３のステップＳ６９０における燃料噴射量Ｑの判定において、ヒステリシスを設けて制御のハンチングを更に抑制するようにしても良い。
【０１２４】
・前記実施の形態１〜３の構成を組み合わせることにより、制御デューティＤＴが０になるのを、より強く抑制するようにしても良い。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態には、次のような形態を含むものであることを付記しておく。
【０１２５】
（１）．スピル弁は、加圧行程時に一旦閉弁状態にするとスピル弁閉弁駆動状態が終了しても加圧行程が継続する限り燃料圧力にて閉弁状態を維持するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１としての筒内噴射式内燃機関およびその制御装置の概略構成を表すブロック図。
【図２】実施の形態１におけるシリンダヘッドの平面断面図。
【図３】実施の形態１のピストンにおける頂面の平面図。
【図４】図２におけるＸ−Ｘ断面図。
【図５】図２におけるＹ−Ｙ断面図。
【図６】実施の形態１における燃料供給系統の構成説明図。
【図７】実施の形態１にて実行される運転領域設定処理のフローチャート。
【図８】実施の形態１にてリーン燃料噴射量ＱＬを求めるためのマップ構成説明図。
【図９】実施の形態１にて運転領域を決定するためのマップ構成説明図。
【図１０】実施の形態１にて実行される燃料噴射量制御処理のフローチャート。
【図１１】実施の形態１にて理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳを求めるためのマップ構成説明図。
【図１２】実施の形態１にて実行される高負荷増量ＯＴＰ算出処理のフローチャート。
【図１３】実施の形態１にて実行される電磁スピル弁制御処理のフローチャート。
【図１４】実施の形態１における通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域の設定位置および電磁スピル弁の駆動を説明するタイミングチャート。
【図１５】実施の形態１における低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域の設定位置および電磁スピル弁の駆動を説明するタイミングチャート。
【図１６】実施の形態１において制御デューティを求めるための一次式を表す２つの直線の関係説明図。
【図１７】実施の形態１において通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域と低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域との間での切り替え時の制御状態を説明するタイミングチャート。
【図１８】実施の形態２にて実行される電磁スピル弁制御処理のフローチャート。
【図１９】実施の形態２にて実行されるフィードバック比例項ゲイン設定処理のフローチャート。
【図２０】実施の形態３にて実行される電磁スピル弁制御処理のフローチャート。
【図２１】実施の形態３にて実行される制御デューティガード処理のフローチャート。
【符号の説明】
２…エンジン、２ａ…シリンダ、２ｂ…カムシャフト、２ｃ…ポンプ用カム、４…シリンダブロック、６…ピストン、８…シリンダヘッド、１０…燃焼室、１２ａ…第１吸気弁、１２ｂ…第２吸気弁、１４ａ…第１吸気ポート、１４ｂ…第２吸気ポート、１６…排気弁、１８…排気ポート、２０…点火プラグ、２２…燃料噴射弁、２４…凹部、２６…周壁面、３０…吸気マニホールド、３０ａ…第１吸気通路、３０ｂ…第２吸気通路、３２…サージタンク、３４…気流制御弁、３６…シャフト、３７…負圧式アクチュエータ、４０…吸気ダクト、４２…エアクリーナ、４４…モータ、４６…スロットル弁、４６ａ…スロットル開度センサ、４８…排気マニホルド、４９…触媒コンバータ、５０…燃料分配管、５０ａ…燃圧センサ、５４…高圧燃料ポンプ、５４ａ…高圧燃料通路、５４ｂ…チェック弁、５４ｃ…低圧燃料通路、５４ｄ…ポンプシリンダ、５４ｅ…プランジャ、５４ｆ…高圧ポンプ室、５４ｇ…リリーフ弁、５４ｈ…排出経路、５４ｉ…ギャラリ、５５…電磁スピル弁、５５ａ…閉弁駆動用コイル、５５ｂ…弁体、５５ｃ…スプリング、５５ｄ…シート部、５６…燃料タンク、５８…フィードポンプ、５８ａ…フィルタ、５８ｂ…プレッシャレギュレータ、５９…パルセーションダンパ、６０…ＥＣＵ、６２…双方向性バス、６４… ＲＡＭ、６６…ＲＯＭ、６８…ＣＰＵ、７０…入力ポート、７２…出力ポート、７３…ＡＤ変換器、７４…アクセルペダル、７６…アクセル開度センサ、７８…ＡＤ変換器、８０… 上死点センサ、８２…クランク角センサ、８４…吸気圧センサ、８５…ＡＤ変換器、８６…水温センサ、８７…ＡＤ変換器、８８…空燃比センサ、８９，９０…ＡＤ変換器、９２，９４，９６，９８，１００…駆動回路、１０２…イグナイタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返すとともに、加圧行程においてスピル弁の開閉弁により燃料噴射弁側への圧送量を調整する内燃機関の高圧燃料ポンプに対する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁を用いて必要な燃料量を圧縮行程中に燃焼室内に供給している内燃機関、例えば筒内噴射型内燃機関などにおいては、所望の燃焼を行わせるためには燃料噴射弁から正確な燃料量を噴射することが必要である。この正確な燃料噴射量を実現するためには、燃料噴射弁に対する燃料圧力、例えば燃料を燃料噴射弁に分配している燃料分配管内の燃料圧力を必要な圧力に調整しなくてはならない。
【０００３】
この燃料圧力調整のためには、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補うように、十分な燃料量を燃料ポンプから燃料分配管に供給することが必要である。これを実現するための技術として、燃料噴射弁から噴射される最大燃料噴射量以上の燃料を常に燃料分配管へ供給して、いかなる燃料噴射量となっても燃料不足による燃料圧力の低下を生じないようにするものが存在する。この場合、燃料噴射弁により噴射されなかった余分な燃料は、燃料分配管に設けられているリリーフ弁を介して再度燃料ポンプや燃料タンクに戻される。
【０００４】
しかし、このように常に必要以上の大量の燃料を燃料分配管に対して供給し循環させることは、供給燃料量に応じた大きなエネルギーを常に必要とし、内燃機関の燃費の悪化につながるものである。
【０００５】
こうしたエネルギーの浪費を防止するものとして、燃料噴射弁から噴射される燃料量のみを補う燃料量を燃料ポンプから燃料分配管に供給する技術が提案されている（例えば、特開平４−５０４６２号公報）。この従来技術では、燃料分配管に燃料を圧送する高圧燃料ポンプに設けられた電磁スピル弁の閉弁駆動期間を、燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいてフィードフォワード項として算出し、これに燃料圧力と目標燃料圧力との偏差に基づくフィードバック項を加えて、必要な制御量を閉弁駆動期間の比率（デューティ）として設定することで、燃料分配管に対して過不足無く燃料を供給する制御を行っている。このことにより、常に大量の燃料を燃料分配管に対して循環させる必要がなくなり、燃料供給制御に伴うエネルギーも小さなものとなり、内燃機関の燃費の悪化を防止することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した制御では、アイドル時などで燃料噴射量が小さくなった場合に、フィードフォワード項に基づくデューティが小さく制御される。このようにフィードフォワード項に基づくデューティが小さくなるとフィードバック項に起因して、最終的に算出されるデューティが頻繁に０（％）となる状況が発生することがある。このようにデューティが０となると電磁スピル弁は閉弁駆動されなくなるため、電磁スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することになる。このようなスピル弁の閉弁動作の停止は、フィードバック項に起因しているため定期的な停止となるとは限らない。したがって、不規則に閉弁動作の停止が生じることで運転者に作動音が不規則に聞こえることとなり、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００７】
本発明は、内燃機関の高圧燃料ポンプにおいてスピル弁の頻繁な停止を抑制することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項１記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返す内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、加圧行程にて、スピル弁を開弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させて燃料噴射弁側への燃料圧送を行わない非圧送モードと、スピル弁を閉弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させずに燃料噴射弁側への燃料圧送を行う圧送モードとを設け、加圧行程内に設けたスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率をデューティ制御することで圧送モードの長さを調整して、燃料噴射弁に対する燃料圧力を制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、運転状態に応じた燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、デューティ制御におけるデューティが０％となるのを抑制するスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段により、スピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティが０％となるのが抑制される。このためスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度が低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００１０】
請求項２記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返す内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、加圧行程にて、スピル弁を開弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させて燃料噴射弁側への燃料圧送を行わない非圧送モードと、スピル弁を閉弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させずに燃料噴射弁側への燃料圧送を行う圧送モードとを設け、加圧行程内に設けたスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を調整することで圧送モードの長さを調整して、燃料噴射弁に対する燃料圧力を制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、燃料噴射弁に対する燃料圧力を検出する燃圧検出手段と、運転状態に応じた燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量に応じてフィードフォワード項を算出し、燃圧検出手段にて検出される燃料圧力と目標燃料圧力との偏差に応じてフィードバック項を算出し、フィードフォワード項とフィードバック項との和に基づいてスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティを算出するスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段と、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までの間隔が、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されたデューティに対応するようにスピル弁閉弁駆動制御領域内にスピル弁閉弁駆動開始位置を設定して、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までデューティ制御によりスピル弁を閉弁駆動するスピル弁駆動手段と、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制するスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
より具体的には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段が、フィードフォワード項とフィードバック項との和に基づいてスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティを算出し、スピル弁駆動手段が、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までデューティ制御によりスピル弁を閉弁駆動している。この状況下において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制している。
【００１２】
このことにより、スピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度が低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００１３】
請求項３記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項２記載の構成において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を、加圧行程内において遅い方に移動させることにより、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする。
【００１４】
スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制するには、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を、加圧行程内において遅い方に移動させることにより実行することができる。
【００１５】
このようにスピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を加圧行程内において遅い方に移動させると、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティは、自ずと大きい値に変化する。したがってデューティは０％から離れるので、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度は低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００１６】
請求項４記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項３記載の構成において、スピル弁閉弁駆動制御領域における、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係は燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定され、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動制御領域における、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更することを特徴とする。
【００１７】
スピル弁閉弁駆動制御領域において、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係が、燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定されている場合を考える。この場合に燃料噴射量が小さくなった際におけるスピル弁閉弁駆動制御領域の移動の手法としては、スピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更する手法が挙げられる。
【００１８】
スピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係が、燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定されていた状態のままでは、燃料噴射量が小さくなった場合に燃料圧送量を小さくしようとすると、スピル弁閉弁駆動制御領域が小燃料圧送量に対応していないために、スピル弁閉弁駆動状態の比率が０になり易い。
【００１９】
しかし、燃料噴射量が小さくなった場合に、スピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更することにより、小燃料圧送量に対応させることができる。このことにより小燃料圧送量側の領域がスピル弁閉弁駆動制御領域に含まれることになるため、自ずとスピル弁閉弁駆動状態の比率が０から離れ、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードフォワード項が大きくなる。このためフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度は低下し、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００２０】
更に、燃料圧送量が小さい領域においても中程度の領域と同様に一次式の関係が維持されるので、制御も簡便であり、制御の迅速性を維持できる。しかも一次式の関係が燃料圧送量が小さい領域に適合しているので、制御性も高精度を維持できる。
【００２１】
請求項５記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項４記載の構成において、燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式と燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式とは共に、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さいと判断された際におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量とで示される点を通過することを特徴とする。
【００２２】
このように、燃料噴射量が小さいと判断された際におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量とで示される点を、前記２つの一次式が通過することにより、一次式の関係を変更しても燃料圧送量は全く変化しない。このため、請求項４の作用効果に加えて、スピル弁閉弁駆動制御領域の変更時における制御の乱れを完全に防止して安定した燃料圧力制御を継続することができる。
【００２３】
請求項６記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項２〜５のいずれか記載の構成において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段において求められるフィードバック項の制御ゲインを小さくすることにより、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする。
【００２４】
スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制する手法は、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段において求められるフィードバック項の制御ゲインを小さくすることにより実行することができる。
【００２５】
したがって制御ゲインの低下により、デューティは０％に近づく場合にも迅速に近づくことができなくなる。このため、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になる頻度は低下して、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００２６】
請求項７記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置は、請求項２〜６のいずれか記載の構成において、スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段における計算にてデューティが判定値よりも小さくなった際に、デューティを０％より大きい値に設定することによりスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする。
【００２７】
スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制する手法は、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段における計算にてデューティが判定値よりも小さくなった際に、デューティを０％より大きい値に設定することにより実行することができる。
【００２８】
したがってデューティが０％に近づこうとしても判定値によりガードされて近づくことができなくなる。このため、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段のフィードバック項によってスピル弁閉弁駆動状態の比率が０になることはなくなり、スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音が完全に抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された筒内噴射式内燃機関およびその制御装置の概略構成を表す。
【００３０】
筒内噴射式内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２は、その出力により自動車を駆動するために自動車に搭載されている。このエンジン２は６つのシリンダ２ａを有している。図２〜図５にも示すごとく、各シリンダ２ａには、シリンダブロック４、シリンダブロック４内で往復動するピストン６、およびシリンダブロック４上に取り付けられたシリンダヘッド８にて区画された燃焼室１０がそれぞれ形成されている。
【００３１】
そして各燃焼室１０には、それぞれ第１吸気弁１２ａ、第２吸気弁１２ｂおよび一対の排気弁１６が設けられている。この内、第１吸気弁１２ａは第１吸気ポート１４ａに接続され、第２吸気弁１２ｂは第２吸気ポート１４ｂに接続され、一対の排気弁１６は一対の排気ポート１８にそれぞれ接続されている。
【００３２】
図２はシリンダヘッド８の平面断面図であって、図示されるように第１吸気ポート１４ａおよび第２吸気ポート１４ｂは略直線状に延びるストレート型吸気ポートである。また、シリンダヘッド８の内壁面の中央部には点火プラグ２０が配置されている。更に、第１吸気弁１２ａおよび第２吸気弁１２ｂ近傍のシリンダヘッド８の内壁面周辺部には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射できるように燃料噴射弁２２が配置されている。
【００３３】
なお、図３はピストン６における頂面の平面図、図４は図２におけるＸ−Ｘ断面図、図５は図２におけるＹ−Ｙ断面図である。図示されるように略山形に形成されたピストン６の頂面上には燃料噴射弁２２の下方から点火プラグ２０の下方まで延びるドーム形の輪郭形状を有する凹部２４が形成されている。
【００３４】
図１に示したごとく、各シリンダ２ａの第１吸気ポート１４ａは吸気マニホールド３０内に形成された第１吸気通路３０ａを介してサージタンク３２に接続されている。また、第２吸気ポート１４ｂは第２吸気通路３０ｂを介してサージタンク３２に連結されている。この内、各第２吸気通路３０ｂ内にはそれぞれ気流制御弁３４が配置されている。これらの気流制御弁３４は、共通のシャフト３６を介して接続されていると共に、このシャフト３６を介して負圧式アクチュエータ３７により開閉作動される。なお、気流制御弁３４が閉状態とされた場合には、第１吸気ポート１４ａのみから吸入される吸気により燃焼室１０内には強い旋回流Ｓ（図２）が生じる。
【００３５】
サージタンク３２は吸気ダクト４０を介してエアクリーナ４２に連結されている。吸気ダクト４０内にはモータ４４（ＤＣモータまたはステップモータ）によって駆動されるスロットル弁４６が配置されている。このスロットル弁４６の開度（スロットル開度ＴＡ）はスロットル開度センサ４６ａにより検出されて、スロットル弁４６は運転状態に応じて開度制御される。また、各シリンダ２ａの各排気ポート１８は排気マニホルド４８に連結されている。排気マニホルド４８は触媒コンバータ４９を介して排気を浄化して外部に排出している。
【００３６】
図６に燃料供給系統の構成を示す。図示するごとく、シリンダヘッド８には、燃料分配管５０が設けられ、各シリンダ２ａに設けられている燃料噴射弁２２に接続している。成層燃焼および均質燃焼を行う際には、燃料分配管５０から供給された燃料が燃料噴射弁２２から直接燃焼室１０内に該当するタイミングで噴射される。
【００３７】
燃料噴射弁２２に燃料を分配している燃料分配管５０は高圧燃料通路５４ａを介して高圧燃料ポンプ５４に接続されている。なお高圧燃料通路５４ａには、燃料分配管５０から高圧燃料ポンプ５４側へ燃料が逆流することを規制するチェック弁５４ｂが設けられている。高圧燃料ポンプ５４には、低圧燃料通路５４ｃを介して燃料タンク５６内に設けられたフィードポンプ５８が接続されている。なお、低圧燃料通路５４ｃの途中にはパルセーションダンパ５９が配置されて、高圧燃料ポンプ５４の駆動時に生じる低圧側での燃圧脈動を抑制している。
【００３８】
フィードポンプ５８は、燃料タンク５６内の燃料を吸引して低圧燃料通路５４ｃ側に吐出することにより、フィルタ５８ａ、プレッシャレギュレータ５８ｂおよびパルセーションダンパ５９を介して高圧燃料ポンプ５４のギャラリ５４ｉに燃料を送出する。
【００３９】
高圧燃料ポンプ５４はシリンダヘッド８あるいは図示していないシリンダヘッドカバーに取り付けられ、エンジン２の吸気弁用あるいは排気弁用のカムシャフト２ｂに設けられたポンプ用カム２ｃの回転により、ポンプシリンダ５４ｄ内のプランジャ５４ｅを往復動させている。このプランジャ５４ｅの往復動により、高圧ポンプ室５４ｆの容積が増大する吸入行程では、高圧ポンプ室５４ｆ内に低圧燃料通路５４ｃ側からギャラリ５４ｉを介して燃料を吸入する。そして、高圧ポンプ室５４ｆの容積が減少する加圧行程では、高圧ポンプ室５４ｆ内にて加圧した燃料を後述するごとく必要なタイミングで高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０へ圧送している。
【００４０】
高圧燃料ポンプ５４は、内部に電磁スピル弁５５が設けられている。この電磁スピル弁５５はギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとの間の連通遮断を行う開閉弁である。弁体５５ｂがシート部５５ｄから離れることにより電磁スピル弁５５が開弁している場合には、ギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとは連通している。このときには、吸入行程において低圧燃料通路５４ｃ側からギャラリ５４ｉを介して高圧ポンプ室５４ｆ内に吸入された燃料は、加圧行程となってもギャラリ５４ｉへ溢流してしまう。したがって、燃料は高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０側に圧送されることはなく、ギャラリ５４ｉを介して低圧燃料通路５４ｃ側に戻される。なお、このように加圧行程中で電磁スピル弁５５が開弁していることにより燃料分配管５０側へ燃料の圧送がなされない状態を、非圧送モードと称する。
【００４１】
これに対して、弁体５５ｂがシート部５５ｄに着座することにより電磁スピル弁５５が閉弁している場合には、ギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとは連通していない。このため加圧行程では、燃料はギャラリ５４ｉ側へ溢流することはなく高圧化される。この高圧化した燃料はチェック弁５４ｂを押し開いて高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０側へ圧送される。なお、このように加圧行程中で電磁スピル弁５５が閉弁していることにより燃料分配管５０側へ燃料の圧送がなされる状態を、圧送モードと称する。
【００４２】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）６０は、燃料分配管５０に取り付けられた燃圧センサ５０ａにて検出された燃料圧力ＰとＥＣＵ６０により別途算出される燃料噴射量Ｑとを参照して、前述した電磁スピル弁５５の開閉弁駆動をデューティ制御する。このことにより、ＥＣＵ６０は、高圧燃料ポンプ５４から燃料分配管５０に加圧圧送される燃料量を調節し、燃料分配管５０内の燃料圧力Ｐを必要な圧力に調節することができる。
【００４３】
なお、燃料分配管５０にはリリーフ弁５４ｇを備えた排出経路５４ｈが接続されている。燃料分配管５０に過剰な燃料が供給されることで燃料分配管５０内の燃料圧力が必要な圧力より高くなると、リリーフ弁５４ｇが開弁して排出経路５４ｈ側へ燃料を排出して、燃料分配管５０内の燃料圧力が過大になるのを防ぐ。排出経路５４ｈ側へ排出された燃料はギャラリ５４ｉ側へ戻される。このように本燃料供給系統は、燃料分配管５０での過剰な燃料が燃料タンク５６に直接戻されることがないリターンレスの燃料供給システムとして形成されている。
【００４４】
このリターンレスの燃料供給システムにおいては、燃料分配管５０から排出経路５４ｈへ燃料が戻される場合には、排出経路５４ｈから低圧燃料通路５４ｃにかけての燃料圧力が上昇しようとする。このように低圧系の燃料圧力が上昇しようとすると、燃料タンク５６内のプレッシャレギュレータ５８ｂが開く。このことにより低圧燃料通路５４ｃ内に存在する燃料の内で、プレッシャレギュレータ５８ｂ近傍に存在する燃料、すなわちフィードポンプ５８から汲み上げられたばかりの燃料が、プレッシャレギュレータ５８ｂから燃料タンク５６内に戻される。こうして、排出経路５４ｈから低圧燃料通路５４ｃにかけての低圧系の燃料圧力上昇が防止されるとともに、燃料タンク５６内に戻される燃料は、燃料タンク５６から汲み上げられたばかりの燃料であるので、燃料タンク５６内の燃料温度上昇を防止することができる。
【００４５】
ＥＣＵ６０は、デジタルコンピュータからなり、図１に示したごとく、双方向性バス６２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６４、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）６６、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６８、入力ポート７０および出力ポート７２を備えている。
【００４６】
スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ４６ａはスロットル弁４６の開度に比例した出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入力ポート７０に入力している。アクセルペダル７４にはアクセル開度センサ７６が取り付けられ、アクセルペダル７４の踏み込み量に比例した出力電圧をＡＤ変換器７８を介して入力ポート７０に入力している。上死点センサ８０は例えばシリンダ２ａの内の１番シリンダが吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７０に入力される。クランク角センサ８２は、クランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７０に入力される。ＣＰＵ６８では上死点センサ８０の出力パルスとクランク角センサ８２の出力パルスから現在のクランク角（°ＣＡ）が計算され、クランク角センサ８２の出力パルスの頻度からエンジン回転数ＮＥが計算される。サージタンク３２には、吸気圧センサ８４が設けられ、サージタンク３２内の吸気圧ＰＭ（吸入空気の圧力：絶対圧）に対応した出力電圧をＡＤ変換器８５を介して入力ポート７０に入力している。エンジン２のシリンダブロック４には水温センサ８６が設けられ、エンジン２の冷却水温度ＴＨＷを検出し冷却水温度ＴＨＷに応じた出力電圧をＡＤ変換器８７を介して入力ポート７０に入力している。排気マニホルド４８には空燃比センサ８８が設けられ、空燃比に応じた出力電圧をＡＤ変換器８９を介して入力ポート７０に入力している。燃料分配管５０に設けられた燃圧センサ５０ａは燃料分配管５０内の燃料圧力Ｐに比例した出力電圧をＡＤ変換器９０を介して入力ポート７０に入力している。
【００４７】
出力ポート７２は、対応する駆動回路９２，９４，９６，９８，１００を介してイグナイタ１０２、各燃料噴射弁２２、スロットル弁４６の駆動用モータ４４、負圧式アクチュエータ３７、および電磁スピル弁５５に接続されて、各装置１０２，２２，４４，３７，５５を必要に応じて駆動制御している。
【００４８】
次にエンジン２において始動完了後に行われる燃料噴射制御について説明する。図７に燃料噴射制御に必要な運転領域を設定する処理のフローチャートを示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。なお、以下に説明する各フローチャート中の個々の処理ステップを「Ｓ〜」で表す。
【００４９】
まず、クランク角センサ８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥと、アクセル開度センサ７６の信号から得られているアクセルペダル７４の踏み込み量（以下、アクセル開度と称する）ＡＣＣＰとがＲＡＭ６４の作業領域に読み込まれる（Ｓ１００）。
【００５０】
次に、これらエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣＰとに基づいて、リーン燃料噴射量ＱＬを算出する（Ｓ１１０）。このリーン燃料噴射量ＱＬは、成層燃焼を行う際にエンジン２の出力トルクを要求トルクとするのに最適な燃料噴射量を表している。リーン燃料噴射量ＱＬは予め実験により求められて、図８に示すごとく、アクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップとしてＲＯＭ６６内に記憶されている。ステップＳ１１０ではこのマップに基づいてリーン燃料噴射量ＱＬが算出される。なお、マップでは離散的に数値が配置されているので、パラメータとして一致する値が存在しない場合には、補間計算により求めることになる。このような補間によるマップからの算出は、図８以外のマップから必要な数値を求める場合にも同様に行われる。
【００５１】
次に、こうして求められたリーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとに基づいて、図９に示されるような３つの運転領域Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３が決定される（Ｓ１１５）。こうして一旦処理を終了する。
【００５２】
このように運転領域Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３が決定されると、各運転領域Ｒｌ〜Ｒ３に応じて燃料噴射形態が制御される。すなわち、リーン燃料噴射量ＱＬがしきい値ＱＱ１よりも小さい運転領域Ｒ１では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を圧縮行程末期に噴射する。この圧縮行程末期での噴射による噴射燃料はピストン６の凹部２４内に進行した後、凹部２４の周壁面２６（図３，４）に衝突する。周壁面２６に衝突した燃料は気化せしめられつつ移動して点火プラグ２０近傍の凹部２４内に可燃混合気層を形成する。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ２０によって点火がなされることにより、成層燃焼が行われる。
【００５３】
また、リーン燃料噴射量ＱＬがしきい値ＱＱ１としきい値ＱＱ２との間である運転領域Ｒ２では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を吸気行程と圧縮行程末期とに２回に分けて噴射する。すなわち、吸気行程に第１回目の燃料噴射が行われ、次いで圧縮行程末期に第２回目の燃料噴射が行われる。第１回目の噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１０内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１０内全体に均質な稀薄混合気が形成される。更に、圧縮行程末期に燃料噴射が行われる結果、前述したごとく点火プラグ２０近傍の凹部２４内には可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ２０によって点火がなされ、またこの点火火炎によって燃焼室１０内全体を占める稀薄混合気が燃焼される。すなわち、運転領域Ｒ２では前述した運転領域Ｒ１よりも成層度の低い弱成層燃焼が行われる。
【００５４】
リーン燃料噴射量ＱＬがしきい値ＱＱ２よりも多い運転領域Ｒ３では、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳに基づいて各種の補正を行った燃料量を吸気行程に噴射する。この噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１０内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１０内全体に均質な理論空燃比（後述するごとく、増量補正により理論空燃比より燃料濃度が濃いリッチ空燃比に制御される場合もある）の均質混合気が形成され、この結果、均質燃焼が行われる。
【００５５】
上述した運転領域設定処理により設定された運転領域に基づいて実行される燃料噴射量制御処理のフローチャートを図１０に示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。
【００５６】
燃料噴射量制御処理が開始されると、まず、アクセル開度センサ７６の信号から得られているアクセル開度ＡＣＣＰ、クランク角センサ８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥ、吸気圧センサ８４の信号から得られている吸気圧ＰＭ、および空燃比センサ８８の信号から得られている酸素濃度検出値ＶｏｘをＲＡＭ６４の作業領域に読み込む（Ｓ１２０）。
【００５７】
次に、前述した運転領域設定処理にて（図７）、現在、運転領域Ｒ３が設定されているか否かが判定される（Ｓ１２２）。運転領域Ｒ３が設定されていると判定された場合には（Ｓ１２２で「ＹＥＳ」）、予めＲＯＭ６６に設定されている図１１のマップを用いて、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとから、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳが算出される（Ｓ１３０）。
【００５８】
次に、高負荷増量ＯＴＰ算出処理（Ｓ１４０）が行われる。この高負荷増量ＯＴＰ算出処理について図１２のフローチャートに基づいて説明する。高負荷増量ＯＴＰ算出処理では、まず、アクセル開度ＡＣＣＰが高負荷増量判定値ＫＯＴＰＡＣを越えているか否かが判定される（Ｓ１４１）。
【００５９】
ＡＣＣＰ≦ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＮＯ」）、高負荷増量ＯＴＰには値「０」が設定される（Ｓ１４２）。すなわち燃料の増量補正は行われない。こうして、高負荷増量ＯＴＰ算出処理を一旦出る。
【００６０】
また、ＡＣＣＰ＞ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＹＥＳ」）、高負荷増量ＯＴＰには値ｍ（例えば、１＞ｍ＞０）が設定される（Ｓ１４４）。すなわち燃料の増量補正の実行が設定される。この増量補正は、高負荷時に触媒コンバータ４９が過熱するのを防止するためになされる。
【００６１】
図１０に戻り、ステップＳ１４０にて高負荷増量ＯＴＰが算出された後に、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１５０）。例えば、「（１）始動時でない。（２）燃料カット中でない。（３）暖機完了している。（例えば冷却水温度ＴＨＷ≧４０°）（４）空燃比センサ８８は活性化が完了している。（５）高負荷増量ＯＴＰの値が０である。」の条件がすべて成立しているか否かが判定される。
【００６２】
空燃比フィードバック条件が成立していれば（Ｓ１５０で「ＹＥＳ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦとその学習値ＫＧの算出が行われる（Ｓ１６０）。空燃比フィードバック係数ＦＡＦは空燃比センサ８８の出力に基づいて算出される。また、学習値ＫＧは空燃比フィードバック係数ＦＡＦにおける、中心値１．０からのずれ量を記憶するものである。これらの値を用いた空燃比フィードバック制御技術は特開平６−１０７３６号公報などに示されているごとく種々の手法が知られている。
【００６３】
一方、空燃比フィードバック条件が成立していなければ（Ｓ１５０で「ＮＯ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦには１．０が設定される（Ｓ１７０）。
ステップＳ１６０またはＳ１７０の次に、燃料噴射量Ｑが次式１のごとく求められる（Ｓ１８０）。
【００６４】
【数１】
Ｑ ← ＱＢＳ｛ １ ＋ ＯＴＰ ＋ （ＦＡＦ−１．０） ＋ （ＫＧ−１．０）｝α ＋ β… ［式１］
ここで、α，βはエンジン２の種類や制御の内容に応じて適宜設定される係数である。
【００６５】
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
ステップＳ１２２にて、運転領域Ｒ３以外の領域、すなわち運転領域Ｒ１，Ｒ２のいずれかの場合は（Ｓ１２２で「ＮＯ」）、燃料噴射量Ｑには、運転領域設定処理（図７）のステップＳ１１０にて求められているリーン燃料噴射量ＱＬが設定される（Ｓ１９０）。こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
【００６６】
次に、高圧燃料ポンプ５４から燃料分配管５０への燃料圧送量の調整により燃料分配管５０内の燃料圧力を制御するための電磁スピル弁制御処理について、図１３のフローチャートに基づいて説明する。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。
【００６７】
電磁スピル弁制御処理が開始されると、まず、前述した燃料噴射量制御処理にて算出されている燃料噴射量Ｑ、燃圧センサ５０ａにて検出されている燃料分配管５０内の燃料圧力Ｐ、吸気圧センサ８４にて検出されている吸気圧ＰＭおよびクランク角センサ８２にて検出されているエンジン回転数ＮＥを、ＲＡＭ６４の作業領域に読み込む（Ｓ２１０）。
【００６８】
次に、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０以上か否かが判定される（Ｓ２２０）。この判定値Ｑ０は、燃料噴射量Ｑが非常に小さいために、後述するフィードフォワード項ＦＦが小さくなり、フィードバック項（ＤＴｐ＋ＤＴｉ）との和により、制御デューティＤＴ＝０％となる可能性が高くなることを判断するための値である。例えば、デューティで表されるフィードフォワード項ＦＦに換算して３〜４％に該当する燃料噴射量である。
【００６９】
Ｑ≧Ｑ０であれば（Ｓ２２０で「ＹＥＳ」）、加圧行程内に設定するスピル弁閉弁駆動制御領域として、図１４に示すごとくの通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇを設定する（Ｓ２３０）。
【００７０】
ここでスピル弁閉弁駆動制御領域とは、電磁スピル弁５５を閉弁駆動するために設けられたクランク角範囲である。図１４（Ｂ）に示すごとく、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置ＳＳＬを制御デューティ＝１００％の位置とし、終了位置ＳＥＬを０％の位置として設定する。この領域内において、ＥＣＵ６０は、図１４（Ｄ）に例示するごとく、制御デューティ［図１４（Ｄ）の例では６０％］に応じたクランク角位置にて電磁スピル弁５５の閉弁駆動用コイル５５ａに通電することにより電磁スピル弁５５を閉弁駆動状態とする。そして、スピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置ＳＥＬまで閉弁駆動状態を継続し、終了位置ＳＥＬにて閉弁駆動用コイル５５ａへの通電を停止して閉弁駆動状態を終了する。ただし、制御デューティ＝０％の場合は、閉弁駆動用コイル５５ａに通電することはなく、閉弁駆動状態にはなされない。
【００７１】
なお、ＥＣＵ６０により閉弁駆動状態の終了のために閉弁駆動用コイル５５ａへの通電が停止されても、高圧ポンプ室５４ｆ内の燃料が高圧である限り、電磁スピル弁５５の弁体５５ｂは、開弁方向に付勢するスプリング５５ｃに抗して燃料圧力によりシート部５５ｄに押し付けられたままとなる。このため、実際の電磁スピル弁５５の状態は、閉弁駆動状態が終了しても閉弁したままであり、図１４（Ｃ）に示すごとく、加圧行程の完了まで圧送モードは継続する。
【００７２】
図１４（Ｂ）に実線で表すグラフは、クランク角（°ＣＡ）で表される電磁スピル弁５５の閉弁位置と、高圧燃料ポンプ５４から燃料分配管５０への燃料圧送量との関係を示している。ステップＳ２３０にて設定される通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇは、図１４（Ｂ）に示した燃料圧送量とクランク角との関係がほぼ直線状態である燃料圧送量が中程度の領域に一致する直線Ｌを、進角側は加圧行程の開始位置まで外挿して開始位置ＳＳＬとし、遅角側は燃料圧送量が０となる位置まで外挿して終了位置ＳＥＬとした領域である。これら通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇを表す開始位置ＳＳＬと終了位置ＳＥＬとはクランク角にて、予めＲＯＭ６６内に記憶してある。
【００７３】
次に、燃料噴射量Ｑからフィードフォワード項ＦＦを算出するためのフィードフォワード係数Ｋｆに、通常時用のフィードフォワード係数Ｋｏｒｇの値が設定される（Ｓ２４０）。この通常時用フィードフォワード係数Ｋｏｒｇは、図１４（Ｂ）に示したごとく、通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇを設定するために用いた直線Ｌの勾配の逆数に対応する値である。すなわち、通常時用フィードフォワード係数Ｋｏｒｇは、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁２２側への燃料圧送量との関係を一次式の関係にて表す直線Ｌにおいて、燃料圧送量を燃料噴射量Ｑに対応させて、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置を求める場合の係数に相当する値である。
【００７４】
一方、Ｑ＜Ｑ０であれば（Ｓ２２０で「ＮＯ」）、加圧行程内に設定するスピル弁閉弁駆動制御領域として、図１５に示すごとくの低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを設定する（Ｓ２５０）。
【００７５】
ステップＳ２５０にて設定される低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎは、図１５（Ｂ）に示した燃料圧送量とクランク角との関係がほぼ直線状態である燃料圧送量が中程度の領域よりも燃料圧送量が小さい領域にほぼ一致する直線Ｍを、進角側は加圧行程の開始位置まで外挿して開始位置ＳＳＭとし、遅角側は燃料圧送量が０となる位置まで外挿して終了位置ＳＥＭとした領域である。これら低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを表す開始位置ＳＳＭと終了位置ＳＥＭとはクランク角にて、予めＲＯＭ６６内に記憶してある。
【００７６】
図１５（Ｂ）から判るように、直線Ｍの勾配は前述した直線Ｌに比較して緩いので、終了位置ＳＥＭは、通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇの終了位置ＳＥＬよりも遅角されている。このため低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎは、通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇよりも遅角側で領域が拡大されている。
【００７７】
なお、判定値Ｑ０は、後述する図１６に示されているごとく、本実施の形態１においては、直線Ｌと直線Ｍとの交点に設定されている。すなわち、直線Ｌと直線Ｍとの間の切り替えは、同一クランク角にて行われている。
【００７８】
次に、燃料噴射量Ｑからフィードフォワード項ＦＦを算出するためのフィードフォワード係数Ｋｆに、低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎの値が設定される（Ｓ２６０）。この低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎは、図１５（Ｂ）に示したごとく、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを設定するために用いた直線Ｍの勾配の逆数に相当する値であり、Ｋｍｉｎ＞Ｋｏｒｇの関係にある。すなわち、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎは、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁２２側への燃料圧送量との関係を一次式の関係にて表す直線Ｍにおいて、燃料圧送量を燃料噴射量Ｑに対応させて、電磁スピル弁５５の閉弁駆動開始位置を求める場合の係数に相当する値である。
【００７９】
ステップＳ２４０またはステップＳ２６０の次に、ステップＳ２４０またはステップＳ２６０にて設定されたフィードフォワード係数Ｋｆと、燃料噴射量Ｑとの積（Ｋｆ・Ｑ）により、次式２に示すごとく、フィードフォワード項ＦＦを算出する（Ｓ２７０）。
【００８０】
【数２】
ＦＦ ← Ｋｆ・Ｑ … ［式２］
次に、エンジン負荷（ここでは吸気圧ＰＭ）とエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップにより目標燃料圧力Ｐ０を算出する（Ｓ２８０）。このマップは、予め実験にて運転状態に応じて好適な燃料圧力を求めることにより、エンジン負荷（ここでは吸気圧ＰＭ）とエンジン回転数ＮＥとをパラメータとして設定され、ＲＯＭ６６に記憶されているものである。
【００８１】
次に次式３に示すごとく、目標燃料圧力Ｐ０と実際の燃料圧力Ｐとの圧力偏差ΔＰが算出される（Ｓ２９０）。
【００８２】
【数３】
ΔＰ ← Ｐ０ − Ｐ … ［式３］
そして、この圧力偏差ΔＰと比例係数Ｋ１との積から、次式４に示すごとく、フィードバック項の内の比例項ＤＴｐが算出される（Ｓ３００）。
【００８３】
【数４】
ＤＴｐ ← Ｋ１・ΔＰ … ［式４］
更に、次式５に示すごとく、圧力偏差ΔＰと積分係数Ｋ２との積（Ｋ２・ΔＰ）に基づいて、フィードバック項の内の積分項ＤＴｉが算出される（Ｓ３１０）。
【００８４】
【数５】
ＤＴｉ ← ＤＴｉ ＋ Ｋ２・ΔＰ … ［式５］
なお、右辺の「ＤＴｉ」は前回の制御周期時に計算された積分項ＤＴｉを表しており、初期値としては例えば「０」が設定される。
【００８５】
次に、次式６に示すごとく、フィードフォワード項ＦＦとフィードバック項（ＤＴｐ＋ＤＴｉ）とに基づいて、電磁スピル弁５５の閉弁駆動状態の比率を設定する制御デューティＤＴが算出される（Ｓ３２０）。
【００８６】
【数６】
ＤＴ ← Ｋａ（ＤＴｐ ＋ ＤＴｉ ＋ ＦＦ） … ［式６］
ここで、Ｋａは補正係数である。なお、式６にて計算上、ＤＴがマイナスとなった場合には、実際の制御デューティＤＴには０が設定される。
【００８７】
そして、ステップＳ３２０にて、制御デューティＤＴが設定されると、この制御デューティＤＴが、高圧燃料ポンプ５４の加圧行程における電磁スピル弁５５に対する制御デューティとして設定される（Ｓ３３０）。こうして一旦処理を終了する。
【００８８】
上述した構成の電磁スピル弁制御処理において、燃料噴射量Ｑが、Ｑ≧Ｑ０（Ｓ２２０で「ＹＥＳ」）の状態から、Ｑ＜Ｑ０（Ｓ２２０で「ＮＯ」）の状態に移行した場合、図１６に示したごとく、今まで直線Ｌで表される一次式の関係でフィードフォワード項ＦＦが求められていた状態から、直線Ｍで表される一次式の関係でフィードフォワード項ＦＦが求められる状態に切り替わる。
【００８９】
通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇから低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎへの切り替えにおいて、開始位置は開始位置ＳＳＬと開始位置ＳＳＭとが同じ位置であるので変化していないが、終了位置は終了位置ＳＥＬから遅角側の終了位置ＳＥＭに変化する。このことにより、同じ燃料噴射量Ｑにて求められるフィードフォワード項ＦＦが大きくなる方へ変化する。例えば、図１６の例では、ＦＦ＝３．５％であったものがＦＦ＝１９％に変化している。
【００９０】
このようにフィードフォワード項ＦＦに変化が生じ、このために制御デューティに違いが生じても、図１７（Ｄ）に示す通常時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＮタイミングも、図１７（Ｅ）に示す低量時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＮタイミングも同じクランク角である。したがって、図１７（Ｃ）に示すごとく、電磁スピル弁５５の実際の閉弁開始位置は変化しない。
【００９１】
一方、図１７（Ｄ）に示す通常時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＦＦタイミングと、図１７（Ｅ）に示す低量時の閉弁駆動用コイル５５ａへの通電ＯＦＦタイミングとは、それぞれ異なる終了位置ＳＥＬ，ＳＥＭに対応しているためにクランク角が異なる。しかし、電磁スピル弁５５の実際の閉弁終了位置は、通電ＯＦＦタイミングによらず、前述したごとく加圧行程の終了時であることから、図１７（Ｃ）に示すごとく閉弁終了位置も変化しない。
【００９２】
したがって、スピル弁閉弁駆動制御領域が通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇと低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎとの間で切り替わっても、この切り替わりによっては加圧行程内での圧送モードの比率は変化せず、燃料分配管５０側へ圧送される燃料量に影響しない。
【００９３】
上述した実施の形態１の構成において、燃圧センサ５０ａが燃圧検出手段に、図１０の燃料噴射量制御処理が燃料噴射量算出手段としての処理に、図１３の電磁スピル弁制御処理の内でステップＳ２１０，Ｓ２３０，Ｓ２４０，Ｓ２７０〜Ｓ３２０がスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段としての処理に、ステップＳ３３０がスピル弁駆動手段としての処理に、ステップＳ２２０，Ｓ２５０，Ｓ２６０がスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段としての処理に相当する。
【００９４】
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０未満となった場合には（Ｓ２２０で「ＮＯ」）、フィードフォワード項ＦＦを算出するフィードフォワード係数Ｋｆとして低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎが設定される（Ｓ２６０）。この低量時用のフィードフォワード係数Ｋｍｉｎは、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０以上である場合に（Ｓ２２０で「ＹＥＳ」）、フィードフォワード係数Ｋｆに設定（Ｓ２４０）される通常時用のフィードフォワード係数Ｋｏｒｇよりも、前述した直線Ｌ，Ｍの関係に対応させて大きく設定されている。これは、前述したごとく、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎが通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｏｒｇに対して、終了位置ＳＥＭを遅角させたことに対応している。
【００９５】
このため、ステップＳ２７０にて算出されるフィードフォワード項ＦＦには大きい値が設定されるようになる。このため実際の燃料圧力Ｐと目標燃料圧力Ｐ０との差が反映されるフィードバック項（ＤＴｐ＋ＤＴｉ）との和が行われても、制御デューティＤＴに０が設定され難くなる。
【００９６】
このため、電磁スピル弁５５の閉弁動作がほぼ間違いなく定期的に生じることになり、電磁スピル弁５５の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則に作動音が生じる状況が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【００９７】
（ロ）．しかも、このようにフィードフォワード係数Ｋｆの切り替えによりフィードフォワード項ＦＦを大きくしても、前述したごとく、電磁スピル弁５５が閉弁開始するクランク角は同じであるため、燃料分配管５０への燃料圧送量は変化しない。このため、スピル弁閉弁駆動制御領域を変更しても燃料圧力制御の乱れが生じることが無く、安定した燃料圧力制御を継続することができる。
【００９８】
（ハ）．また、図１６あるいは図１７（Ｂ）に示すごとく、低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域Ａｍｉｎを設定するための直線Ｍの位置および傾きは、判定値Ｑ０に相当する燃料噴射量より少ない部分の、燃料圧送量とクランク角位置との関係にほぼ一致させている。このため、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑ０未満となった場合、直線Ｌの関係をそのまま利用している場合に比較して、フィードフォワード項ＦＦに、より好適な値を設定でき、燃料圧力の制御性を一層高精度にすることができる。更に、直線Ｍによる一次式の関係による制御であるため、簡便で迅速な処理を継続することができる。
【００９９】
［実施の形態２］
本実施の形態２は、前述した図１３の電磁スピル弁制御処理の代わりに、図１８，１９に示す電磁スピル弁制御処理が行われる点が前記実施の形態１と異なり、他の構成は同じである。
【０１００】
図１８の電磁スピル弁制御処理を説明する。本処理が開始されると、まず、ステップＳ４１０の処理が行われる。この処理は、それぞれ図１３のステップＳ２１０の処理と同じである。
【０１０１】
次に、図１９にフローチャートを示すフィードバック比例項ゲイン設定処理が行われる（Ｓ４２０）。本処理は、後のステップＳ５００にて行われる前記式４と同じ算出処理により圧力偏差ΔＰと比例係数Ｋ１との積からフィードバック項の内の比例項ＤＴｐを求める際の比例係数Ｋ１を設定する処理である。
【０１０２】
まず、燃料噴射量Ｑが判定値Ｑｉｄｌｅ以下か否かが判定される（Ｓ４３０）。判定値Ｑｉｄｌｅは、燃料噴射量Ｑがアイドル相当量であることを判定するための値であり、燃料噴射量Ｑが十分に小さいことを判定するためである。
【０１０３】
Ｑ≦Ｑｉｄｌｅであれば（Ｓ４３０で「ＹＥＳ」）、次に燃料圧力Ｐが安定しているか否かが判定される（Ｓ４４０）。これは、主として燃料噴射弁２２に異常が有るか否かを判定するためであり、例えば、制御周期毎に得られる燃料圧力Ｐの長期の平均値との差を算出し、この差が小さければ燃料圧力Ｐが安定していると判定する。
【０１０４】
燃料圧力Ｐが安定していれば（Ｓ４４０で「ＹＥＳ」）、次に車速Ｖが判定速度Ｖ０以下か否かが判定される（Ｓ４５０）。これはアイドルあるいはアイドルに近い状態に有るか否かを判定するためであり、例えば判定速度Ｖ０としては３ｋｍ／ｈが設定されている。
【０１０５】
Ｖ≦Ｖ０であれば（Ｓ４５０で「ＹＥＳ」）、比例係数Ｋ１に低量時用比例係数Ｋ１ｍｉｎを設定する（Ｓ４５５）。また、ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０のいずれかの判定にて「ＮＯ」と判定されると、比例係数Ｋ１には通常時用比例係数Ｋ１ｏｒｇを設定する（Ｓ４６０）。ここで、低量時用比例係数Ｋ１ｍｉｎは通常時用比例係数Ｋ１ｏｒｇより小さい値に設定されている。
【０１０６】
こうしてフィードバック比例項ゲイン設定処理（Ｓ４２０）が終了すると、次にステップＳ４７０〜Ｓ５３０の処理が行われて、一旦処理を終了する。このステップＳ４７０〜Ｓ５３０の処理は、それぞれ図１３のステップＳ２７０〜Ｓ３３０の処理と同じである。
【０１０７】
したがって、本実施の形態２では、ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０にて、すべて「ＹＥＳ」と判定された場合に、フィードバック項の内の比例項ＤＴｐを求めるための比例係数Ｋ１を通常よりも小さくしている（Ｓ４５５）。すなわち、通常よりも圧力偏差ΔＰに対するフィードバック制御ゲインは小さくされる。
【０１０８】
上述した実施の形態２の構成において、燃圧センサ５０ａが燃圧検出手段に、図１０の燃料噴射量制御処理が燃料噴射量算出手段としての処理に、図１８，１９の電磁スピル弁制御処理の内でステップＳ４１０，Ｓ４６０，Ｓ４７０〜Ｓ５２０がスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段としての処理に、ステップＳ５３０がスピル弁駆動手段としての処理に、ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０，Ｓ４５５がスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段としての処理に相当する。
【０１０９】
以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０にてすべて「ＹＥＳ」と判定された場合は、前述したごとくフィードバック制御ゲインが低下する（Ｓ４５５）。このことにより、制御デューティＤＴがフィードバック項により０に近づく場合にその速度が遅くなる。このため、制御デューティＤＴが０になる頻度は低下して、電磁スピル弁５５の閉弁動作に伴う作動音が頻繁に停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音の発生が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【０１１０】
（ロ）．ステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０のいずれかにて「ＮＯ」と判定される場合は、主としてアイドル状態を判定している。すなわち、制御ゲインを小さくして制御デューティＤＴの応答性を緩慢化させる処理（Ｓ４５５）は、電磁スピル弁５５の作動音が聞こえやすいアイドル状態に限られるので、全体の燃料噴射システムに影響を与えることがない。
【０１１１】
［実施の形態３］
本実施の形態３は、前述した図１３の電磁スピル弁制御処理の代わりに、図２０，２１に示す電磁スピル弁制御処理が行われる点が前記実施の形態１と異なり、他の構成は同じである。
【０１１２】
図２０の電磁スピル弁制御処理を説明する。本処理が開始されると、まず、ステップＳ６１０〜Ｓ６７０の処理が行われる。これらの処理は、それぞれ図１３のステップＳ２１０，Ｓ２７０〜Ｓ３２０の処理と同じである。
【０１１３】
そして、ステップＳ６７０の次に行われる制御デューティＤＴガード処理（Ｓ６８０）では、図２１に示す処理が行われる。まず、ステップＳ６９０，Ｓ７００，Ｓ７１０において、前記実施の形態２で説明した図１９のステップＳ４３０，Ｓ４４０，Ｓ４５０と同じ判定処理が行われる。そして、ステップＳ６９０，Ｓ７００，Ｓ７１０にて、すべて「ＹＥＳ」と判定されると、直前に行われたステップＳ６７０にて前記式６に基づいて算出された制御デューティＤＴが０か否かが判定される（Ｓ７２０）。
【０１１４】
ここでＤＴ＝０であれば（Ｓ７２０で「ＹＥＳ」）、制御デューティＤＴにガード値ＤＴｓが設定される（Ｓ７３０）。このガード値ＤＴｓは、制御デューティＤＴを０にしないための値であり、制御性に影響を与えないようにするために、例えば、２、３％程度の小さい値が設定されている。
【０１１５】
なお、ステップＳ６９０〜Ｓ７２０のいずれかにおいて「ＮＯ」と判定された場合には、制御デューティＤＴにガード値ＤＴｓは設定されず、ステップＳ６７０にて設定された値が維持される。
【０１１６】
そして、制御デューティＤＴガード処理（Ｓ６８０）が終了すると、制御デューティＤＴが、高圧燃料ポンプ５４の加圧行程における電磁スピル弁５５に対する制御デューティとして設定される（Ｓ７４０）。こうして一旦処理を終了する。
【０１１７】
したがって、本実施の形態３では、ステップＳ６９０〜Ｓ７１０にて、すべて「ＹＥＳ」と判定された場合に、更に、制御デューティＤＴが０になっていると判定されると（Ｓ７２０で「ＹＥＳ」）、制御デューティＤＴを０にしないように、ガード値ＤＴｓを制御デューティＤＴに設定している。
【０１１８】
上述した実施の形態３の構成において、燃圧センサ５０ａが燃圧検出手段に、図１０の燃料噴射量制御処理が燃料噴射量算出手段としての処理に、図２０，２１の電磁スピル弁制御処理の内でステップＳ６１０〜Ｓ６７０がスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段としての処理に、ステップＳ７４０がスピル弁駆動手段としての処理に、ステップＳ６９０〜Ｓ７３０がスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段としての処理に相当する。
【０１１９】
以上説明した本実施の形態３によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．ステップＳ６９０〜７２０にてすべて「ＹＥＳ」と判定された場合は、制御デューティＤＴ＝０となるのを抑制するために前述したごとく制御デューティＤＴ＝ガード値ＤＴｓに設定し直している（Ｓ７３０）。このことにより、制御デューティＤＴが、フィードバック項により計算上で０となったとしても、実際には、制御デューティＤＴは０より大きい値に維持される。したがって、電磁スピル弁５５の閉弁駆動は停止することが無く、作動音が停止することはなくなる。したがって、不規則な作動音の発生が抑制され、運転者に違和感を与えるおそれがなくなる。
【０１２０】
（ロ）．ステップＳ６９０，Ｓ７００，Ｓ７１０のいずれかにて「ＮＯ」と判定される場合は、他の制御により燃料カット処理が行われる可能性がある。本実施の形態３では、このような場合を排除しているので、燃料カットが必要な状況において燃料カットを阻害することがなく、全体の燃料噴射システムに影響を与えることがない。
【０１２１】
［その他の実施の形態］
・前記実施の形態１においては、スピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置を遅角させることにより、制御デューティＤＴが０になるのを抑制した。これ以外に、直線Ｌと直線Ｍとの交点が判定値Ｑ０となる状態を維持して、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置を遅角させることによっても、燃料分配管５０への燃料圧送量を変化させずに制御デューティＤＴを増加させることができ、制御デューティＤＴが０になるのを抑制することができる。また、直線Ｌと直線Ｍとの交点が判定値Ｑ０となる状態を維持して、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との両方を遅角させても良い。
【０１２２】
・上述したごとく、前記実施の形態１にて、判定値Ｑ０は、直線Ｌと直線Ｍとの交点に設定されているため、直線Ｌと直線Ｍとの間の切り替えは、同一クランク角にて行われて、燃料分配管５０への燃料圧送量を変化させることはない。しかし、判定値Ｑ０は、クランク角に大きな変動を生じなければ、直線Ｌと直線Ｍとの交点である必要はなく、交点からずれていても良い。スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置を遅角させる場合、あるいは開始位置と終了位置との両方を遅角させる場合も同様である。
【０１２３】
・前記実施の形態１のステップＳ２２０、前記実施の形態２のステップＳ４３０あるいは前記実施の形態３のステップＳ６９０における燃料噴射量Ｑの判定において、ヒステリシスを設けて制御のハンチングを更に抑制するようにしても良い。
【０１２４】
・前記実施の形態１〜３の構成を組み合わせることにより、制御デューティＤＴが０になるのを、より強く抑制するようにしても良い。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態には、次のような形態を含むものであることを付記しておく。
【０１２５】
（１）．スピル弁は、加圧行程時に一旦閉弁状態にするとスピル弁閉弁駆動状態が終了しても加圧行程が継続する限り燃料圧力にて閉弁状態を維持するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１としての筒内噴射式内燃機関およびその制御装置の概略構成を表すブロック図。
【図２】実施の形態１におけるシリンダヘッドの平面断面図。
【図３】実施の形態１のピストンにおける頂面の平面図。
【図４】図２におけるＸ−Ｘ断面図。
【図５】図２におけるＹ−Ｙ断面図。
【図６】実施の形態１における燃料供給系統の構成説明図。
【図７】実施の形態１にて実行される運転領域設定処理のフローチャート。
【図８】実施の形態１にてリーン燃料噴射量ＱＬを求めるためのマップ構成説明図。
【図９】実施の形態１にて運転領域を決定するためのマップ構成説明図。
【図１０】実施の形態１にて実行される燃料噴射量制御処理のフローチャート。
【図１１】実施の形態１にて理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳを求めるためのマップ構成説明図。
【図１２】実施の形態１にて実行される高負荷増量ＯＴＰ算出処理のフローチャート。
【図１３】実施の形態１にて実行される電磁スピル弁制御処理のフローチャート。
【図１４】実施の形態１における通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域の設定位置および電磁スピル弁の駆動を説明するタイミングチャート。
【図１５】実施の形態１における低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域の設定位置および電磁スピル弁の駆動を説明するタイミングチャート。
【図１６】実施の形態１において制御デューティを求めるための一次式を表す２つの直線の関係説明図。
【図１７】実施の形態１において通常時用スピル弁閉弁駆動制御領域と低量時用スピル弁閉弁駆動制御領域との間での切り替え時の制御状態を説明するタイミングチャート。
【図１８】実施の形態２にて実行される電磁スピル弁制御処理のフローチャート。
【図１９】実施の形態２にて実行されるフィードバック比例項ゲイン設定処理のフローチャート。
【図２０】実施の形態３にて実行される電磁スピル弁制御処理のフローチャート。
【図２１】実施の形態３にて実行される制御デューティガード処理のフローチャート。
【符号の説明】
２…エンジン、２ａ…シリンダ、２ｂ…カムシャフト、２ｃ…ポンプ用カム、４…シリンダブロック、６…ピストン、８…シリンダヘッド、１０…燃焼室、１２ａ…第１吸気弁、１２ｂ…第２吸気弁、１４ａ…第１吸気ポート、１４ｂ…第２吸気ポート、１６…排気弁、１８…排気ポート、２０…点火プラグ、２２…燃料噴射弁、２４…凹部、２６…周壁面、３０…吸気マニホールド、３０ａ…第１吸気通路、３０ｂ…第２吸気通路、３２…サージタンク、３４…気流制御弁、３６…シャフト、３７…負圧式アクチュエータ、４０…吸気ダクト、４２…エアクリーナ、４４…モータ、４６…スロットル弁、４６ａ…スロットル開度センサ、４８…排気マニホルド、４９…触媒コンバータ、５０…燃料分配管、５０ａ…燃圧センサ、５４…高圧燃料ポンプ、５４ａ…高圧燃料通路、５４ｂ…チェック弁、５４ｃ…低圧燃料通路、５４ｄ…ポンプシリンダ、５４ｅ…プランジャ、５４ｆ…高圧ポンプ室、５４ｇ…リリーフ弁、５４ｈ…排出経路、５４ｉ…ギャラリ、５５…電磁スピル弁、５５ａ…閉弁駆動用コイル、５５ｂ…弁体、５５ｃ…スプリング、５５ｄ…シート部、５６…燃料タンク、５８…フィードポンプ、５８ａ…フィルタ、５８ｂ…プレッシャレギュレータ、５９…パルセーションダンパ、６０…ＥＣＵ、６２…双方向性バス、６４… ＲＡＭ、６６…ＲＯＭ、６８…ＣＰＵ、７０…入力ポート、７２…出力ポート、７３…ＡＤ変換器、７４…アクセルペダル、７６…アクセル開度センサ、７８…ＡＤ変換器、８０… 上死点センサ、８２…クランク角センサ、８４…吸気圧センサ、８５…ＡＤ変換器、８６…水温センサ、８７…ＡＤ変換器、８８…空燃比センサ、８９，９０…ＡＤ変換器、９２，９４，９６，９８，１００…駆動回路、１０２…イグナイタ。
Claims (7)
- ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返す内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、加圧行程にて、スピル弁を開弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させて燃料噴射弁側への燃料圧送を行わない非圧送モードと、スピル弁を閉弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させずに燃料噴射弁側への燃料圧送を行う圧送モードとを設け、加圧行程内に設けたスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率をデューティ制御することで圧送モードの長さを調整して、燃料噴射弁に対する燃料圧力を制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、
運転状態に応じた燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、デューティ制御におけるデューティが０％となるのを抑制するスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。 - ポンプ室内の容積を増大させることによりポンプ室内へ低圧側から燃料を吸入する吸入行程と、ポンプ室内の容積を減少させることによりポンプ室内の燃料を加圧する加圧行程とを周期的に繰り返す内燃機関の高圧燃料ポンプにおいて、加圧行程にて、スピル弁を開弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させて燃料噴射弁側への燃料圧送を行わない非圧送モードと、スピル弁を閉弁状態にしてポンプ室内の燃料を低圧側へ溢流させずに燃料噴射弁側への燃料圧送を行う圧送モードとを設け、加圧行程内に設けたスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を調整することで圧送モードの長さを調整して、燃料噴射弁に対する燃料圧力を制御する内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置であって、
燃料噴射弁に対する燃料圧力を検出する燃圧検出手段と、
運転状態に応じた燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量に応じてフィードフォワード項を算出し、燃圧検出手段にて検出される燃料圧力と目標燃料圧力との偏差に応じてフィードバック項を算出し、フィードフォワード項とフィードバック項との和に基づいてスピル弁閉弁駆動制御領域におけるスピル弁閉弁駆動状態の比率を設定するデューティを算出するスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段と、
スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までの間隔が、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されたデューティに対応するようにスピル弁閉弁駆動制御領域内にスピル弁閉弁駆動開始位置を設定して、スピル弁閉弁駆動開始位置からスピル弁閉弁駆動制御領域の終了位置までデューティ制御によりスピル弁を閉弁駆動するスピル弁駆動手段と、
燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制するスピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。 - スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動制御領域の開始位置と終了位置との一方または両方を、加圧行程内において遅い方に移動させることにより、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
- スピル弁閉弁駆動制御領域における、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係は燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式の関係として設定され、
スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動制御領域における、スピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量との関係を、燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式の関係に変更することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。 - 燃料圧送量が中程度の領域に適合した一次式と燃料圧送量が小さい領域に適合した一次式とは共に、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さいと判断された際におけるスピル弁閉弁駆動開始位置と燃料噴射弁側への燃料圧送量とで示される点を通過することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
- スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段において求められるフィードバック項の制御ゲインを小さくすることにより、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする請求項２〜５のいずれか記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
- スピル弁閉弁駆動状態比率抑制手段は、燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量が小さくなった場合には、スピル弁閉弁駆動状態比率算出手段における計算にてデューティが判定値よりも小さくなった際に、デューティを０％より大きい値に設定することによりスピル弁閉弁駆動状態比率算出手段にて算出されるデューティが０％となるのを抑制することを特徴とする請求項２〜６のいずれか記載の内燃機関の高圧燃料ポンプ制御装置。
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