JPH1130150A

JPH1130150A - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH1130150A
Application number: JP9185128A
Authority: JP
Inventors: Genichi Murakami; 元一村上; Tomihisa Oda; 富久小田; Yutaka Tauchi; 豊田内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】コモンレール内の燃料圧力を高精度かつ応答
性良く制御する。【解決手段】高圧燃料噴射ポンプ５からコモンレール
３に高圧燃料を供給し、コモンレールから各燃料噴射弁
１に燃料を供給する。ＥＣＵ２０は燃料圧力センサ３１
で検出した燃料圧力と機関運転状態に応じて設定される
目標燃料圧力に実際のコモンレール圧力が一致するよう
に燃料噴射ポンプ５からコモンレールに圧送される燃料
量を制御する。更に、ＥＣＵは燃料噴射ポンプ回転数、
温度センサ３３で検出した燃料温度等のポンプ運転状態
に基づいて燃料系統からのリーク燃料量を算出し、この
リーク量に基づいて燃料圧送量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄圧式燃料噴射装置
に関し、詳細には蓄圧室（コモンレール）内に加圧燃料
を貯留し、蓄圧室に接続した燃料噴射弁から内燃機関に
燃料を噴射するコモンレール式の燃料噴射装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高圧燃料ポンプから燃料を共通の蓄圧室
（コモンレール）に供給し、この蓄圧室に各気筒毎の燃
料噴射弁を接続して蓄圧室内に貯留した高圧燃料を内燃
機関の各気筒に噴射する、いわゆる蓄圧式（コモンレー
ル式）の燃料噴射装置が知られている。

【０００３】蓄圧式燃料噴射装置では、コモンレール内
燃料圧力により燃料噴射弁の噴射率が制御され、コモン
レール内燃料圧力と燃料噴射弁の開弁（燃料噴射）時間
との両方により燃料噴射量が制御される。このため、蓄
圧式燃料噴射装置では機関負荷状態に応じてコモンレー
ル内燃料圧力を正確に制御することが必要となる。

【０００４】このような蓄圧式燃料噴射装置の例として
は、例えば特開昭６４−７３１６６号公報に記載された
ものがある。同公報の装置は、コモンレール内の燃料圧
力の目標圧力を機関負荷や回転数に応じて設定し、圧力
センサで検出したコモンレール内の実際の燃料圧力がこ
の目標圧力になるように燃料ポンプからコモンレールへ
の燃料圧送量を制御するようにしている。

【０００５】一般に蓄圧式燃料噴射装置では、コモンレ
ール内燃料圧力を機関負荷状態に応じて急速に変化する
目標圧力に制御する必要があるため、燃料ポンプからコ
モンレールへの燃料圧送量を応答性良く、しかも高精度
に制御する必要がある。このため、通常燃料ポンプから
の燃料圧送量制御にはフィードフォワード制御とフィー
ドバック制御とが併用される。すなわち、燃料圧送量は
通常、コモンレール目標燃料圧力と燃料噴射量指令値と
から定まるフィードフォワード量と、実際のコモンレー
ル燃料圧力の目標燃料圧力からの偏差とによって定まる
フィードバック量との和を含む量として算出される。こ
こで、フィードフォワード量はコモンレール圧力を目標
圧力近傍の値に粗調整するための値であり、フィードバ
ック量はコモンレール燃料圧力が目標圧力に正確に一致
するように微調整するための値である。

【０００６】一般に上記のようなフィードフォワード量
とフィードバック量とを用いた燃料圧送量の制御では、
フィードフォワード量は予め目標圧力と燃料噴射量指令
値との各組合せ毎に設定し数値マップとして制御装置に
格納しておき、このマップから目標圧力と燃料噴射量指
令値とに基づいてフィードフォワード量を読みだすよう
にされる。これにより、過渡運転時等のように機関負荷
状態が急激に変動するような場合でもフィードフォワー
ド量は高速に適切な値に設定され、フィードフォワード
量によりコモンレール燃料圧力は応答性よく目標圧力近
傍の値に制御される。また、フィードバック量は通常、
実際のコモンレール内燃料圧力の目標圧力からの偏差に
基づく比例積分制御等により決定されるため、フィード
バック量によりコモンレール内の燃料圧力は精度よく目
標圧力に制御されるようになる。すなわち、フィードフ
ォワード量とフィードバック量とを用いて燃料ポンプ圧
送量を制御することによりコモンレール内燃料圧力を応
答性良く、しかも高精度に目標圧力に制御することが可
能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記フィー
ドフォワード量は目標燃料圧力と燃料噴射量指令値との
みによって設定されるため、例えばポンプ回転数等の条
件が異なると目標燃料圧力と燃料噴射量指令値とのみに
基づいて設定したフィードフォワード量ではコモンレー
ル内燃料圧力を目標圧力近傍に制御することができなく
なる場合がある。

【０００８】例えば、上記により設定される燃料ポンプ
の燃料圧送量はその全量がコモンレールの圧力上昇に寄
与するわけではなく、実際には圧送燃料の一部は燃料ポ
ンプ内部や燃料噴射弁内部の摺動部からリークしてしま
いコモンレールの圧力上昇に寄与することなく燃料タン
クに戻される。また、これらの摺動部等からの単位時間
当たりのリーク量（以下、これらの摺動部等からのリー
クのように常時発生しているリークを、燃料噴射弁の燃
料噴射動作に伴って発生するリーク（動的リーク）と区
別するために「静的リーク」と称する）は燃料温度（す
なわち燃料の粘度）とともに変化する。また、単位時間
当たりの静的リーク量が同一であった場合でも、燃料ポ
ンプの動作１サイクル当たりの時間はポンプ回転数に応
じて変化するため、ポンプ１サイクル当たりの静的リー
ク量はポンプ回転数により変化することになる。このた
め、目標燃料圧力と燃料噴射指令値とが同一であっても
ポンプ回転数や燃料温度が変化すると、コモンレール圧
力を目標圧力近傍に制御するのに必要とされるポンプ動
作１サイクル当たりの燃料圧送量（すなわちフィードフ
ォワード量）は異なって来る。従って、燃料温度とポン
プ回転数の条件によっては予め数値マップに格納したフ
ィードフォワード量ではコモンレール内燃料圧力を十分
に目標圧力に近づけることができなくなる場合が生じる
のである。

【０００９】この場合でも、ある程度の時間が経過すれ
ばフィードバック量によりコモンレール内燃料圧力は正
確に目標圧力に一致するようになるものの、フィードフ
ォワード量による粗調整後のコモンレール内燃料圧力と
目標圧力との差が大きい場合には、コモンレール内燃料
圧力が目標圧力に収束するまでに時間を要してしまい、
燃料圧力の機関負荷状態変化に対する応答性が低下する
問題がある。

【００１０】本発明は上記問題に鑑み、ポンプ回転数や
燃料温度の変化にかかわらず、コモンレール内燃料圧力
を高い精度でしかも応答性良く目標圧力に制御すること
を可能とする蓄圧式燃料噴射装置を提供することを目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室内の燃
料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧室に燃
料を供給する燃料噴射ポンプと、前記蓄圧室内の燃料圧
力が予め定めた目標圧力になるように前記燃料噴射ポン
プから蓄圧室に供給される燃料量目標値を設定する制御
手段と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置において、前記制
御手段は、前記燃料噴射ポンプの運転状態を検出する運
転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出したポン
プ運転状態に基づいて、前記燃料噴射ポンプから圧送さ
れる燃料のうち、蓄圧室の圧力上昇に寄与しないリーク
燃料の量を算出するリーク燃料量算出手段と、算出され
たリーク燃料量に応じて前記燃料量目標値を補正する補
正手段と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置が提供される。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、前記リー
ク燃料量は、前記燃料噴射弁と燃料噴射ポンプとから燃
料噴射弁の燃料噴射動作の有無にかかわらず発生する静
的リーク燃料の量である請求項１に記載の蓄圧式燃料噴
射装置が提供される。請求項３に記載の発明によれば、
前記リーク燃料算出手段は、前記リーク燃料量を燃料噴
射ポンプ回転速度と燃料温度とに基づいて算出する請求
項１または２に記載の蓄圧式燃料噴射装置が提供され
る。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、前記燃料
量目標値は、蓄圧室の前記目標圧力と燃料噴射弁からの
燃料噴射量とにより定まるフィードフォワード量と、蓄
圧室内の実際の燃料圧力と前記目標圧力との偏差により
定まるフィードバック量とを含む量として設定され、前
記補正手段は前記フィードフォワード量を補正する請求
項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置が提供される。

【００１４】すなわち、各請求項に記載の発明では、リ
ーク燃料量算出手段は例えばポンプ回転数や燃料温度等
のポンプ運転状態に基づいて蓄圧室の圧力上昇に寄与し
ないリーク燃料の量を算出し、補正手段はこのリーク燃
料量に基づいて燃料噴射ポンプから蓄圧室に圧送される
燃料量の目標値を補正する。例えば、補正手段は、リー
ク燃料量が増大した場合には目標燃料量をそれに応じて
増大補正し、リーク燃料量が減少した場合には目標燃料
量を減少補正する。これにより、ポンプ回転数や燃料温
度の変化によりリーク燃料量が変化した場合であっても
蓄圧室燃料圧力は応答性良くしかも高精度に目標燃料圧
力に制御される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明を自動車用
ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を
示す図である。図１において、１は内燃機関１０（本実
施形態では４気筒ディーゼル機関）の各気筒内に燃料を
直接噴射する燃料噴射弁、３は各燃料噴射弁１が接続さ
れる共通の蓄圧室（コモンレール）を示す。コモンレー
ル３は、後述する高圧燃料噴射ポンプ５から供給される
加圧燃料を貯留し、各燃料噴射弁１に分配する機能を有
する。

【００１６】また、図１において７は機関１０の燃料
（本実施形態では軽油）を貯留する燃料タンク、９は高
圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧フィードポンプを示
している。機関運転中、タンク７内の燃料は、フィード
ポンプ９により一定圧力に昇圧され、高圧燃料噴射ポン
プ５に供給される。また、高圧燃料噴射ポンプ５から吐
出された燃料は、逆止弁１５、高圧配管１７を通ってコ
モンレール３に供給され、コモンレール３から各燃料噴
射弁１を介して内燃機関の各気筒内に噴射される。

【００１７】なお、図１において１９で示したのは各燃
料噴射弁１からのリーク燃料を燃料タンク７に返戻する
リターン燃料配管である。燃料噴射弁からのリーク燃料
については後述する。図１に２０で示すのは、機関の制
御を行うエンジン制御回路（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２
０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、
入出力ポートをそれぞれ双方向バスで接続した公知の構
成のマイクロコンピュータとして構成されている。ＥＣ
Ｕ２０は、後述するように高圧燃料噴射ポンプ５の吸入
弁５ａの開閉動作を制御して燃料噴射ポンプ５からコモ
ンレール３に圧送される燃料量の目標値を機関負荷、回
転数等に応じて設定する制御手段として機能し、コモン
レール３内の燃料圧力を機関負荷、回転数等に応じて制
御する。これにより、燃料噴射弁の噴射率が機関負荷、
回転数等に応じて調節される。また、ＥＣＵ２０は、燃
料噴射弁１の開弁時間を制御して気筒内に噴射される燃
料量を機関負荷、回転数等に応じて調節する燃料噴射制
御を行う。

【００１８】また、本実施形態では後述するように、Ｅ
ＣＵ２０は燃料噴射ポンプ５の回転数（実際には後述す
るように機関１０の回転数）と燃料温度とに基づいてリ
ーク燃料量を算出するリーク燃料量算出手段として機能
する。上記制御のため、ＥＣＵ２０の入力ポートには、
コモンレール３に設けた燃料圧力センサ３１と燃料温度
センサ３３とから、それぞれポンプ運転状態パラメータ
としてコモンレール３内の燃料圧力と燃料温度とに対応
する電圧信号が、ＡＤ変換器３４を介して入力されてい
る他、機関アクセルペダル（図示せず）に設けたアクセ
ル開度センサ３５から機関負荷パラメータとしてのアク
セルペダルの操作量（踏み込み量）に対応する信号が同
様にＡＤ変換器３４を介して入力されている。更に、Ｅ
ＣＵ２０の入力ポートには、機関のクランク軸とカム軸
（図示せず）とに設けたクランク角センサ３７から、ク
ランク軸が基準回転位置（例えば第１気筒の上死点）に
なったときに発生する基準パルス信号とクランク回転角
に応じて発生する回転パルス信号との２つの信号が入力
されている。クランク角センサ３７からの信号はＥＣＵ
２０により機関１０の回転数（すなわち、ポンプ５の回
転数）を算出するために使用されるとともに、燃料噴射
ポンプ５の吸入弁５ａの開閉タイミングを判定するため
に使用される。

【００１９】また、ＥＣＵ２０の出力ポートは、駆動回
路４０を介して燃料噴射弁１に接続され、各燃料噴射弁
１の作動を制御している他、駆動回路４０を介して高圧
燃料噴射ポンプ５の吸入弁５ａの開閉を制御するソレノ
イドアクチュエータに接続され、ポンプ５の吐出量を制
御している。本実施形態では、高圧燃料噴射ポンプ５は
２つのシリンダを有するピストンポンプの形式とされて
いる。ポンプ５の各シリンダ内のピストンは、ポンプ内
のピストン駆動軸に形成されたカムに押圧されてシリン
ダ内を往復運動する。また、各シリンダの吸入ポートに
は、ソレノイドアクチュエータにより開閉駆動される吸
入弁が設けられている。本実施形態ではピストン駆動軸
は機関１０のクランク軸（図示せず）により駆動され、
クランク軸と同期してクランク軸の２分の１の速度で回
転する。また、ポンプ５のピストン駆動軸には、それぞ
れのピストンと係合する部分に２つのリフト部を持つカ
ムが形成されており、ポンプ１０のピストンは機関１０
の各気筒のストロークに同期して燃料を吐出するように
なっている。すなわち、本実施形態では４気筒ディーゼ
ル機関が使用されているため、ポンプ１０の２つのシリ
ンダはクランク軸が７２０度回転する間にそれぞれ２回
ずつ、機関の気筒のストロークに同期して（例えば各気
筒の排気行程毎に）コモンレール３に燃料を圧送する。

【００２０】また、ＥＣＵ２０はポンプの各シリンダの
ピストンの上昇（圧送）行程における吸入弁５ａの閉弁
時期を変化させることによりポンプからの燃料油の吐出
流量を制御する。すなわち、ＥＣＵ２０は、各シリンダ
のピストン下降行程（吸入行程）の間、及びピストン上
昇行程（吐出行程）開始後所定の期間ソレノイドアクチ
ュエータへの通電を停止して吸入弁５ａを開弁状態に維
持する。これにより、各シリンダでピストンが吐出行程
に入ってもシリンダ内の燃料は吸入弁５ａからタンクに
逆流しシリンダ内の燃料圧力は上昇しない。そして、上
記期間経過後ＥＣＵ２０は吸入弁５ａのソレノイドアク
チュエータに通電して吸入弁５ａを閉弁する。これによ
りポンプピストンの上昇に伴いシリンダ内の圧力が上昇
し、シリンダ内圧力がコモンレール３内の圧力より高く
なると各シリンダの逆止弁１５が開弁し、シリンダ内の
高圧の燃料油が高圧配管１７を経由してコモンレール３
に圧送される。なお、吸入弁５ａは一旦閉弁するとシリ
ンダ内燃料圧力が高い間は燃料圧力に押されて閉弁状態
に保持される。従ってコモンレール３への燃料圧送量は
ポンプ５の吸入弁５ａの閉弁開始時期により定まる。こ
のため、ＥＣＵ２０はポンプ５の各シリンダの吸入弁５
ａの閉弁タイミング（ソレノイドアクチュエータへの通
電タイミング）を調節することにより、ポンプ５のピス
トン有効ストロークを変化させコモンレール３に圧送す
る燃料量を制御している。

【００２１】本実施形態では、ＥＣＵ２０は機関負荷、
回転数に応じて予めＲＯＭに格納した関係に基づいて目
標コモンレール燃料圧力を設定するとともに、燃料圧力
センサ３１で検出したコモンレール燃料圧力が設定した
目標コモンレール燃料圧力になるようにポンプ５の吐出
量を制御する。また、ＥＣＵ２０は機関負荷、回転数に
応じて予めＲＯＭに格納した関係に基づいて燃料噴射弁
１の開弁時間（燃料噴射時間）を制御する。

【００２２】本実施形態の燃料噴射装置ではコモンレー
ル３の燃料圧力を機関運転条件に応じて変化させること
により、燃料噴射弁１の噴射率を運転条件に応じて調節
し、また、燃料圧力と燃料噴射時間とを機関運転条件に
応じて変化させることにより燃料噴射量を調節してい
る。このため、本実施形態のコモンレール式燃料噴射装
置では、機関の各運転条件に応じた最適な噴射率と噴射
量とで燃料噴射が行われ、燃焼騒音、振動等を抑制しつ
つ燃料消費率と排気エミッションとが同時に低減され
る。

【００２３】上記のように各運転条件に最適な噴射率と
噴射量とを達成するため、本実施形態のコモンレール式
燃料噴射装置では、コモンレール内の燃料圧力は機関の
運転条件（負荷、回転数）に応じて極めて広い範囲で
（例えば、１０ＭＰａから１５０ＭＰａ程度までの範囲
で）変化させる必要があり、コモンレール燃料圧力を応
答性良く高精度に制御する燃料圧力制御が必要とされ
る。

【００２４】次に、本実施形態における燃料圧力制御に
ついて説明する。本実施形態では、燃料ポンプ５からの
ポンプ動作１サイクル当たりのコモンレール３への燃料
供給量、すなわち吸入弁５ａの閉弁タイミングＴＦ（ク
ランク角）は以下の式で与えられる。ＴＦ＝ＴＦＢＳＥ−ＴＦＤ＋ＴＦＢＫなお、本実施形態ではＴＦの値は大きくなるほど吸入弁
の閉弁タイミングは遅角されコモンレール３への燃料供
給量は減少する。

【００２５】上記の式においてＴＦＢＳＥは基本圧送量
（フィードフォワード量）、ＴＦＤは吸入弁開弁遅れ時
間補正のための進角量、ＴＦＢＫはフィードバック量を
示している。ここで、ＴＦＢＳＥは目標コモンレール燃
料圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令値とに応じて定められ
る燃料圧送量であり、コモンレール燃料圧力を概略目標
圧力近傍にするのに必要な燃料圧送量を表している。前
述のように、本実施形態では目標燃料圧力ＰＦＩＮと燃
料噴射量指令値とはＥＣＵ２０により別途実行されるル
ーチン（図示せず）により機関運転条件（アクセル開度
と機関回転数と）に応じて設定される。フィードフォワ
ード量ＴＦＢＳＥは予め目標圧力と燃料噴射量指令値と
の各組合せについて実験等に基づいて設定され、予めＥ
ＣＵ２０のＲＯＭに目標圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令
量とを用いた数値マップとして格納されており、設定さ
れた目標圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令値とに基づいて
このマップから読み出される。

【００２６】ＴＦＤは、吸入弁５ａに対して閉弁信号を
出力してから実際に吸入弁５ａが閉弁するまでの時間に
相当するクランク回転角である。すなわち、本実施形態
では吸入弁５ａの作動遅れ時間分だけ吸入弁５ａへの開
弁信号出力タイミングを進角させている。遅れ時間補正
のための進角量ＴＦＤは、バッテリ電圧が低いほど（吸
入弁５ａの駆動ソレノイドの駆動力が低下するほど）、
また機関回転速度が早いほど大きな値に設定される。

【００２７】また、フィードバック量ＴＦＢＫは燃料圧
力センサ３１で検出した実際のコモンレール燃料圧力Ｐ
Ｃと目標燃料圧力ＰＦＩＮとの偏差ΔＰＣ（＝ＰＣ−Ｐ
ＦＩＮ）に応じて以下の式で算出される。ＴＦＢＫ＝ＢＫＰ＋ＢＫＩここで、ＢＫＰは比例項を表し比例係数αと偏差ΔＰＣ
との積α×ΔＰＣで与えられ、ＢＫＩは積分項を表し後
述するようにΔＰＣの値に応じて一定量ずつ増減する値
とされる。

【００２８】すなわち、本実施形態では燃料ポンプ５か
らコモンレール３への燃料供給量（ＴＦ）は、マップか
ら読みだされるフィードフォワード量ＴＦＢＳＥにより
コモンレール燃料圧力が略目標値ＰＦＩＮになるように
粗調整され、フィードバック量ＴＦＢＫによりコモンレ
ール燃料圧力が正確に目標値に一致するように比例積分
制御により微調整される。

【００２９】ところで、前述したようにフィードフォワ
ード量ＴＦＢＳＥは予め目標圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量
指令値との各組合せ毎に設定されているが、このフィー
ドフォワード量ＴＦＢＳＥの各値は実際の機関を回転数
一定かつ燃料温度一定の条件下で運転した実測値に基づ
いて設定されているため、実測条件におけるリーク量を
含んでいる。

【００３０】すなわち、燃料噴射ポンプ５からコモンレ
ール３に供給された燃料のうち燃料噴射系統からのリー
クによりコモンレール３の圧力上昇に寄与することなく
燃料タンク７に返戻される燃料が存在する。例えば、燃
料噴射弁の形式によっては燃料噴射弁の開弁動作を燃料
油の圧力を利用して行うため燃料噴射動作に伴って燃料
噴射条件から定まる一定量の燃料油が燃料タンクに返戻
される形式のものがある。より詳細には、このような形
式の弁では、閉弁時には弁体の下部（噴孔側）と上部と
の両方に燃料圧力を作用させることにより燃料圧力によ
り弁体に加わる力をバランスさせ、スプリングの力で弁
体を弁座に押圧している。一方、燃料噴射時には弁体上
部の燃料油を電磁弁を経由してリターン配管に逃がすこ
とにより弁体上部に作用する圧力を低下させる。これに
より、弁体下部に作用する燃料油圧力により弁体がスプ
リングに抗して押し上げられ噴孔が開放され噴射が行わ
れる。すなわち、この形式の燃料噴射弁では燃料噴射動
作に伴ってコモンレール３から燃料タンク７に返戻され
るリーク燃料が発生する。

【００３１】また、上記開弁動作に伴うリーク燃料の他
に、常時燃料噴射弁の摺動部クリアランスからリークす
る燃料油があり、これらのリーク燃料は各燃料噴射弁１
と燃料タンク７とを接続するリターン燃料配管１９を通
って燃料タンクに返戻される。本明細書では上記燃料噴
射弁の燃料噴射動作に伴って生じるリーク燃料を動的リ
ーク燃料、摺動部からのリーク燃料等のように燃料噴射
弁の燃料噴射動作とは関係なく常時コモンレールから燃
料タンクに返戻されるリーク燃料を静的リーク燃料と呼
ぶことにする。

【００３２】また、静的リーク燃料には、燃料噴射弁の
摺動部からのリーク以外にも燃料噴射ポンプ５の摺動部
クリアランスからリークする燃料が存在する。これらの
リーク燃料のうち、燃料噴射弁からの１回の燃料噴射動
作に伴う動的リーク燃料の量は燃料噴射圧力（すなわち
コモンレール３内の目標燃料圧力）と燃料噴射弁の開弁
時間（燃料噴射量）とによって略定まるためポンプ回転
数や燃料温度によっては大きく変化しない。また、燃料
噴射ポンプ５からの燃料圧送動作は機関回転（燃料噴射
動作）に同期して実行されるためポンプ動作１サイクル
当たりの動的リーク量は、１回の燃料噴射動作に伴う動
的リークリーク量と等しくなる。このため、前述のよう
に実測値に基づいてフィードフォワード量ＴＦＢＳＥを
設定しておけば、ＴＦＢＳＥに含まれる動的リーク量は
ポンプ回転数や燃料温度が変わっても実際の値からは大
きく変化することはない。

【００３３】ところが、ポンプ動作１サイクル当たりの
燃料噴射弁摺動部からの静的リーク量と燃料噴射ポンプ
５摺動部からの静的リーク量とはコモンレール圧力、燃
料温度、ポンプ回転数により変化する。より詳細には燃
料噴射弁とポンプ摺動部からの単位時間当たりのリーク
燃料量は燃料圧力（コモンレール圧力）と燃料温度（燃
料の粘度）とにより変化し、燃料圧力が高いほど、また
燃料温度が高いほど（燃料の粘度が低いほど）大きくな
る。また、ポンプ動作１サイクルに要する時間はポンプ
回転数（本実施形態では機関回転数に等しい）に応じて
変化するため、ポンプ１サイクル当たりの静的リーク量
は単位時間当たりの静的リーク量が同一であっても回転
数が高いほど小さくなる。上記のように実測値に基づい
て設定されたフィードフォワード量ＴＦＢＳＥは、各燃
料圧力に応じた静的リーク量を含んでいるものの、ポン
プ回転数と燃料温度とは一定の条件で計測されているた
め、ポンプ回転数や燃料温度が実測時の値と異なる運転
条件下ではＴＦＢＳＥに含まれている静的リーク量は実
際の静的リーク量とは異なった値となってしまう。

【００３４】このため、実際の運転では数値マップから
決定したフィードフォワード量ＴＦＢＳＥを用いてポン
プの燃料圧送量を決定すると、ポンプ回転数や燃料温度
がＴＦＢＳＥ設定時の条件から変化したような場合には
コモンレール圧力を十分に目標圧力に近づけることがで
きなくなり、燃料圧力制御の応答性が低下する問題が生
じるのである。

【００３５】そこで、本実施形態では上記問題を防止す
るために前述のマップに基づいて設定したフィードフォ
ワード量ＴＦＢＳＥの値をポンプ回転数と燃料温度とに
基づいて補正し、フィードフォワード量ＴＦＢＳＥに含
まれる静的リーク量が実際のポンプ運転条件に即した値
になるようにしている。例えば、燃料噴射ポンプ動作１
サイクル当たりの燃料噴射弁からの静的リーク量ＱＩＬ
Ｓと燃料噴射ポンプからの静的リーク量ＱＰＬとは近似
的に以下の式で表すことができる。

【００３６】ＱＩＬＳ＝Ａ₁×（Ａ₂＋Ａ₃×ＰＦＩ
Ｎ）×Ａ_V／ＮＥＱＰＬ＝Ｂ₁×ＰＦＩＮ×Ｂ_V／ＮＥここで、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃及びＢ₁は定数、Ａ_V、Ｂ_V
は燃料温度（燃料粘度）により定まる係数であり、予め
実験により決定される。また、ＮＥは機関回転数（ポン
プ回転数）である。

【００３７】本実施形態では、ＥＣＵ２０はフィードフ
ォワード量ＴＦＢＳＥをコモンレール目標圧力ＰＦＩＮ
と燃料噴射量指令値とに基づいてＲＯＭに内蔵した数値
マップから決定した後、燃料温度センサ３３で検出した
燃料温度と機関回転数とに基づいて上記式から燃料噴射
弁と燃料噴射ポンプと燃料噴射ポンプ動作１サイクル当
たりの静的リーク量ＱＩＬＳとＱＰＬとを算出する。そ
してフィードフォワード量ＴＦＢＳＥの数値マップ製作
時の燃料温度と機関回転数における燃料噴射ポンプ動作
１サイクル当たりの静的リーク量ＱＩＬＳ₀、ＱＰＬ₀
との差ｄＱＩＬＳ（＝ＱＩＬＳ₀−ＱＩＬＳ）、ｄＱＰ
Ｌ（＝ＱＰＬ₀−ＱＰＬ）を算出する。ＥＣＵ２０は、
これらの和ｄＱＩＬＳ＋ｄＱＰＬに相当する量だけポン
プからの燃料圧送量を変化させるために必要とさせる吸
入弁５ａの閉弁タイミングの補正量ｆ（ｄＱＩＬＳ＋ｄ
ＱＰＬ) を算出するとともに、フィードフォワード量Ｔ
ＦＢＳＥをｆ（ｄＱＩＬＳ＋ｄＱＰＬ) だけ増量補正す
る。前述のように、本実施形態ではＴＦ（＝ＴＦＢＳＥ
−ＴＦＤ＋ＴＦＢＫ）の値が大きくなると吸入弁５ａの
閉弁タイミングが遅くなり燃料ポンプからの燃料圧送量
は減少するため、これにより燃料噴射ポンプ５からの燃
料圧送量はｄＱＩＬＳ＋ｄＱＰＬに相当する量だけ減少
し、補正後のＴＦＢＳＥの値は実際の燃料噴射ポンプ運
転条件における静的リーク量に対応した値となる。この
ため、上記補正後のフィードフォワード量ＴＦＢＳＥを
用いて燃料噴射ポンプ５を制御することにより、コモン
レール３内燃料圧力は短時間で目標燃料圧力ＰＦＩＮに
十分近い値に制御されるようになる。

【００３８】図２は上記燃料ポンプからの燃料圧送量制
御操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣ
Ｕ２０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行
われる。本操作では、ＥＣＵ２０はコモンレール目標圧
力ＰＦＩＮと燃料噴射指令値ＴＡＵとに基づいて、ＲＯ
Ｍに内蔵した数値テーブルからフィードフォワード量Ｔ
ＦＢＳＥを読み出すとともに、機関回転数ＮＥ、燃料温
度ＴＦ、コモンレール目標圧力ＰＦＩＮから燃料噴射弁
と燃料ポンプとの静的リーク量の偏差ΔＱＩＬＳとΔＱ
ＰＬとを算出する。そして、この偏差に応じた量だけＴ
ＦＢＳＥを増量補正するとともに、補正後のＴＦＢＳＥ
を用いて吸入弁５ａの閉弁タイミングＴＦを、ＴＦ＝Ｔ
ＦＢＳＥ−ＴＦＤ＋ＴＦＢＫとして設定する。

【００３９】以下、図２のフローチャートを簡単に説明
すると、図２ステップ２０１ではアクセル開度センサ３
５で検出したアクセル開度（負荷）ＡＣＣと機関回転数
ＮＥ、燃料圧力センサ３１で検出したコモンレール３内
燃料圧力ＰＣ、燃料温度センサ３３で検出した燃料温度
ＴＦ、電圧センサ（図示せず）で検出したバッテリ電圧
ＶＢがそれぞれ読み込まれる。また、ステップ２０３で
は別途ＥＣＵ２０により実行される図示しないルーチン
により機関回転数ＮＥと機関負荷ＡＣＣとに基づいて算
出される目標コモンレール圧力ＰＦＩＮと燃料噴射指令
値ＴＡＵとが読み込まれる。

【００４０】更に、ステップ２０５では予め定めた関係
に基づいてバッテリ電圧ＶＢと機関回転数ＮＥとから遅
れ時間補正用の進角量ＴＦＤが算出され、ステップ２０
７では、予めＲＯＭに内蔵した数値テーブルから、コモ
ンレール目標圧力ＰＦＩＮと燃料噴射量指令値ＴＡＵと
を用いてフィードフォワード量ＴＦＢＳＥが決定され
る。

【００４１】ステップ２０９から２１５はフィードバッ
ク量ＴＦＢＫの算出を示す。すなわち、ステップ２０９
では目標圧力ＰＦＩＮと実際のコモンレール圧力ＰＣと
の偏差ΔＰＣが、ΔＰＣ＝ＰＣ−ＰＦＩＮとして算出さ
れ、ステップ２１１ではΔＰＣに基づいて積分項ＢＫＩ
が算出される。本実施形態では、積分項ＢＫＩはΔＰＣ
の値に基づいて以下のように設定される。

【００４２】 ΔＰＣ＜−ΔＰ₁のとき、ＢＫＩ＝０ −ΔＰ₁≦ΔＰＣ＜０のとき、ＢＫＩ＝ＢＫＩ_i-1
−ΔＩ₀ ΔＰＣ＝０のとき、ＢＫＩ＝ＢＫＩ_i-1 ０＜ΔＰＣ≦ΔＰ₁のとき、ＢＫＩ＝ＢＫＩ_i-1＋
ΔＩ₀ ΔＰ₁＜ΔＰＣのとき、ＢＫＩ＝０すなわち、本実施形態では、｜ΔＰＣ｜≧ΔＰ₁（ΔＰ
₁は正の一定値）の場合（、）には偏差が大きいた
め、比例項のみで偏差を収束させるようにして、積分項
ＢＫＩは燃料噴射ポンプや燃料噴射弁の特性のばらつき
などによる比較的小さな定常的偏差の補正にのみ使用す
る。また、偏差ΔＰＣが負の場合には実際のコモンレー
ル圧力が目標圧力より低いため、燃料圧送量を増大させ
るためにＢＫＩの値は前回ルーチン実行時の値ＢＫＩ
_i-1より一定量ΔＩ₀だけ減少される（）。同様に偏
差ΔＰＣが正の場合にはＢＫＩの値は一定量ΔＩ₀だけ
増大され、燃料圧送量が低減される。また、ΔＰＣ＝０
であればＢＫＩの値は変更せず前回ルーチン実行時の値
ＢＫＩ_i-1のままに保持される。

【００４３】上記により積分項ＢＫＩを設定後、ステッ
プ２１３では比例項ＢＫＰの値が、ＢＫＰ＝α×ΔＰＣ
として算出され（αは定数）、ステップ２１５ではフィ
ードバック量ＴＦＢＫが、ＴＦＢＫ＝ＢＫＰ＋ＢＫＩと
して設定される。ステップ２１７からステップ２２１は
静的リーク量によるフィードフォワード量ＴＦＢＳＥの
補正操作を示す。これらの操作では、まず前述の式を用
いて機関回転数ＮＥ、コモンレール目標圧力ＰＦＩＮ、
燃料温度ＴＦに基づいて実際の静的リーク量とＴＦＢＳ
Ｅのマップに含まれる静的リーク量との偏差ΔＱＩＬ
Ｓ、ΔＱＰＬをそれぞれ算出し（ステップ２１７）、こ
の偏差の合計量（ΔＱＩＬＳ＋ΔＱＰＬ）からＴＦＢＳ
Ｅの補正量ｆ（ΔＱＩＬＳ＋ΔＱＰＬ）を算出する（ス
テップ２１９）。そしてステップ２２１では、ステップ
２０７でマップから読みだしたＴＦＢＳＥの値を補正量
ｆ（ΔＱＩＬＳ＋ΔＱＰＬ）だけ増量補正し、補正フィ
ードフォワード量ＴＦＢＳＥ′をＴＦＢＳＥ′＝ＴＦＢ
ＳＥ＋ｆ（ΔＱＩＬＳ＋ΔＱＰＬ）として算出する。

【００４４】そして、ステップ２２３では上記補正後の
フィードフォワード量ＴＦＢＳＥ′と遅れ時間補正用進
角量ＴＦＤ、フィードバック量ＴＦＢＫを用いて燃料噴
射ポンプ５の燃料圧送量（吸入弁５ａの閉弁タイミン
グ）ＴＦが、ＴＦ＝ＴＦＢＳＥ′−ＴＦＤ＋ＴＦＢＫと
して算出される。上述のように、本実施形態では図２の
操作により燃料ポンプの実際の運転条件下での燃料噴射
弁と燃料噴射ポンプとからの静的リーク量に応じてＥＣ
Ｕ２０のＲＯＭから読みだしたフィードフォワード量Ｔ
ＦＢＳＥが補正されるため、ポンプ回転数や燃料温度等
のポンプ運転条件が変化した場合でもフィードフォワー
ド量ＴＦＢＳＥは適切な値に設定される。このため、ポ
ンプ回転数や燃料温度が変化した場合でもコモンレール
３内燃料圧力は目標燃料圧力に応答性良く制御されるよ
うになる。

【００４５】

【発明の効果】各請求項に記載の発明は、燃料噴射ポン
プ回転数や燃料温度などの燃料噴射ポンプ運転状態が変
化した場合であっても、蓄圧室内の燃料圧力を高い精度
でしかも応答性良く目標圧力に制御することが可能とな
る共通の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射装置の一実施形態の概略構成
を説明する図である。

【図２】図１の実施形態の燃料噴射ポンプからの燃料圧
送量制御操作を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁３…蓄圧室（コモンレール）５…燃料噴射ポンプ１０…内燃機関２０…制御回路（ＥＣＵ）３１…燃料圧力センサ３３…燃料温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｆ０２Ｍ 47/02 Ｆ０２Ｍ 47/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧燃料を貯留する蓄圧室と、該蓄圧室
内の燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧
室に燃料を供給する燃料噴射ポンプと、前記蓄圧室内の
燃料圧力が予め定めた目標圧力になるように前記燃料噴
射ポンプから蓄圧室に供給される燃料量目標値を設定す
る制御手段と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置において、前記制御手段は、前記燃料噴射ポンプの運転状態を検出
する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出したポンプ運転状態に基づい
て、前記燃料噴射ポンプから圧送される燃料のうち、蓄
圧室の圧力上昇に寄与しないリーク燃料の量を算出する
リーク燃料量算出手段と、算出されたリーク燃料量に応じて前記燃料量目標値を補
正する補正手段と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】前記リーク燃料量は、前記燃料噴射弁と
燃料噴射ポンプとから燃料噴射弁の燃料噴射動作の有無
にかかわらず発生する静的リーク燃料の量である請求項
１に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項３】前記リーク燃料算出手段は、前記リーク
燃料量を燃料噴射ポンプ回転速度と燃料温度とに基づい
て算出する請求項１または２に記載の蓄圧式燃料噴射装
置。
【請求項４】前記燃料量目標値は、蓄圧室の前記目標
圧力と燃料噴射弁からの燃料噴射量とにより定まるフィ
ードフォワード量と、蓄圧室内の実際の燃料圧力と前記
目標圧力との偏差により定まるフィードバック量とを含
む量として設定され、前記補正手段は前記フィードフォ
ワード量を補正する請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装
置。