(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、該カムシャフト回転に同期して作動する容積式燃料ポンプと、該ポンプの有効吐出ストロークの開始または終了クランク角の少なくとも一方を目標吐出量に応じて設定することにより吐出量を予め定めた目標吐出量に制御する吐出量制御手段を備えた内燃機関の燃料ポンプ制御装置であって、
前記内燃機関は前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させることにより機関バルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段を備え、
前記吐出量制御手段は、前記設定した燃料ポンプの有効吐出ストロークの開始または終了クランク角を機関のバルブタイミングに応じて修正することにより、バルブタイミングの変化にかかわらず前記燃料ポンプ吐出量を前記目標吐出量に制御する内燃機関の燃料ポンプ制御装置。
【請求項２】
前記吐出量制御手段は、現在から予め定めた期間経過後の実際の機関バルブタイミングを予測し、該予測バルブタイミングに応じて前記燃料ポンプの有効ストロークの開始または終了クランク角を修正することにより、前記燃料ポンプ吐出量を前記目標吐出量に制御する請求項１に記載の内燃機関の燃料ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記吐出量制御手段は、前記バルブタイミング設定手段により設定されるバルブタイミングと現在のバルブタイミングとに基づいて、現在から予め定めた期間経過後の実際の機関バルブタイミングを予測する請求項２に記載の内燃機関の燃料ポンプ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のカムシャフトに駆動される容積式燃料ポンプの吐出量を制御する内燃機関の燃料ポンプ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧の燃料を貯留するコモンレール（蓄圧室）を設け、このコモンレールに燃料噴射弁を接続して内燃機関に燃料噴射を行なうコモンレール式燃料噴射装置が知られている。
コモンレール式燃料噴射装置では、燃料噴射弁からの燃料噴射率がコモンレール内圧力に応じて変わるため、機関運転状態に応じて最適な燃料噴射率が得られるようにコモンレール圧力を精度良く制御する必要がある。
【０００３】
コモンレール圧力制御は、一般にコモンレールに燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプの吐出量（圧送量）を制御することにより行われている。また、高圧燃料供給ポンプとしては一般に機関のカムシャフトに連結され、カムシャフト回転に同期して回転する駆動カムにより駆動されるプランジャポンプ等の容積式ポンプが使用される。
【０００４】
この種の燃料ポンプの制御装置としては、例えば特開平８−１７７５９２号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、内燃機関のカムシャフトに同期して回転する駆動カムにより駆動されるプランジャ式の燃料ポンプを用いて内燃機関のコモンレールに燃料を供給する際に、コモンレール圧力を検出するとともに、検出したコモンレール圧力と機関運転状態により定まるコモンレール目標圧力とに基づいてコモンレール圧力を目標圧力に一致させるようにポンプ吐出量を制御するようにしている。同公報の装置では、コモンレール圧力の検出とポンプからの燃料の吐出とは一定クランク角毎に行なわれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平８−１７７５９２号公報の装置を運転状態に応じて機関のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング装置を有する内燃機関に適用した場合には問題が生じる場合がある。
可変バルブタイミング装置としては、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させることにより機関のバルブタイミングを変化させる形式のものがあるが、このような可変バルブタイミング装置を有する機関に上記公報の装置を適用すると、正確にポンプ吐出量を制御することができずコモンレールの燃料圧力の制御性が悪化する問題が生じる。
【０００６】
すなわち、上記公報の装置では燃料ポンプはカムシャフトに連結されてカムシャフトと同期して回転する駆動カムによりプランジャを押動している。このため、カムシャフトの回転位相が変化するとポンプ駆動カムの位相もカムシャフトの位相に応じて変化してしまう。一方、上記公報の装置ではクランクシャフトが一定のクランク回転角に到達する毎に燃料ポンプからの燃料吐出が開始され、目標吐出量から定まる吐出期間（クランクシャフトが目標吐出量に相当する角度だけ回転する間）ポンプから燃料が吐出される。すなわち、ポンプ吐出量は、吐出期間中のポンプ駆動カムの回転によるカムリフト量の変化によって定まる。
【０００７】
ところが、可変バルブタイミングを有する機関ではポンプの駆動カムの回転位相もカムシャフトの回転位相に応じて変化してしまう。このため、ポンプの吐出開始時期（クランク角）と吐出終了時期（クランク角）を固定した場合でも、クランクシャフトに対するポンプ駆動カムの回転位相が変化すると、実際のプランジャのストロークは変化してしまい、同一のポンプ吐出量が得られなくなる。
【０００８】
この問題を、図５を用いて説明する。
図５において縦軸はポンプ駆動カムのカムリフトを、横軸はクランク角を表すものとする。また、図５の曲線Ｉは機関カムシャフトがバルブタイミングを最も遅角させる位置にある場合のポンプ駆動カムリフト曲線を示しており、曲線ＩＩはカムシャフトがバルブタイミングを最も進角させる位置にある場合のポンプ駆動カムリフト曲線を示している。図５に示すように、機関バルブタイミングが進角するとポンプ駆動カムのリフト曲線もクランク角の進角側方向に平行移動している。この場合、ポンプの吐出開始クランク角と吐出終了クランク角とが同一（吐出期間ＤＰ１が同一）であっても、バルブタイミング最遅角時のカムリフト（すなわちポンププランジャの有効吐出ストローク）Ｄ１とバルブタイミング最進角時のカムリフトＤ２とは異なってくる。このため、可変バルブタイミング装置を備えた機関において、バルブタイミングが固定された機関と同じ燃料ポンプ吐出量制御を行なっていると、バルブタイミングが変化した時に目標のポンプ吐出量を得ることができなくなる場合が生じる。この場合、実際のポンプ吐出量が目標吐出量に対して過不足を生じるため、コモンレールの圧力を正確に目標圧力に制御できなくなるとともに、ポンプの過剰な仕事によるポンプ駆動損失の増大等の問題が生じる場合がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み、可変バルブタイミング装置を備えた機関にカムシャフト駆動の容積式燃料ポンプを使用する場合にも常にポンプ吐出量を正確に制御することを可能とする内燃機関の燃料ポンプ制御装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【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、内燃機関のクランク軸に同期して駆動されるカムシャフトと、該カムシャフト回転に同期して作動する容積式燃料ポンプと、該ポンプの有効吐出ストロークの開始または終了クランク角の少なくとも一方を目標吐出量に応じて設定することにより吐出量を予め定めた目標吐出量に制御する吐出量制御手段を備えた内燃機関の燃料ポンプ制御装置であって、前記内燃機関は前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させることにより機関バルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段を備え、前記吐出量制御手段は、前記設定した燃料ポンプの有効吐出ストロークの開始または終了クランク角を機関のバルブタイミングに応じて修正することにより、バルブタイミングの変化にかかわらず前記燃料ポンプ吐出量を前記目標吐出量に制御する内燃機関の燃料ポンプ制御装置が提供される。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明では燃料ポンプの有効吐出ストロークの開始または終了クランク角が機関のバルブタイミング、すなわちカムシャフトの回転位相の変化に応じて制御される。このため、機関バルブタイミングにかかわらず、常に目標吐出量が得られるようにポンプの有効吐出ストローク長さを制御することが可能となり、バルブタイミングが変化してもポンプ吐出量は目標吐出量に正確に制御されるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記吐出量制御手段は、現在から予め定めた期間経過後の実際の機関バルブタイミングを予測し、該予測バルブタイミングに応じて前記燃料ポンプの有効ストロークの開始または終了クランク角を修正することにより、前記燃料ポンプ吐出量を前記目標吐出量に制御する請求項１に記載の内燃機関の燃料ポンプ制御装置が提供される。
【００１３】
すなわち、請求項２の発明では、吐出量制御手段は現在から予め定めた期間経過後の実際の機関バルブタイミング予測値に基づいてポンプ有効ストロークの開始または終了クランク角を変化させるため、例えば機関の過渡運転時等でバルブタイミングが変化中であるような場合にも正確にポンプ吐出量が目標吐出量に制御される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、前記吐出量制御手段は、前記バルブタイミング設定手段により設定されるバルブタイミングと実際のバルブタイミングとに基づいて、現在から予め定めた期間経過後の実際の機関バルブタイミングを予測する請求項２に記載の内燃機関の燃料ポンプ制御装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では吐出量制御手段はバルブタイミングの設定値（バルブタイミング変更後の目標タイミング）と実際のバルブタイミング（現在のバルブタイミング）とに基づいて所定期間経過後のバルブタイミングを予測するため、簡易かつ正確に所定期間経過後のバルブタイミングが予測される。
【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、本発明を自動車用内燃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気筒内燃機関）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、逆止弁１３ａ、低圧配管１３を通って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、１９ａで示したのは後述する高圧燃料ポンプ５のプランジャの吐出行程中に吸入弁５ａから吐出される燃料を燃料タンク７に返戻するスピル配管、及びスピル配管１９上に設けられた逆止弁である。高圧燃料ポンプ５及び吸入弁５ａ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。ＥＣＵ２０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。ＥＣＵ２０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（吐出）される燃料量を機関負荷、回転数、コモンレール圧力等に応じて設定し、コモンレール３内の燃料圧力を機関負荷、回転数等により定まる目標圧力に制御する吐出量制御手段として機能する。これにより、コモンレール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の開弁時期及び開弁時間を制御して気筒内に噴射される燃料量と噴射時期とを機関負荷、回転数等に応じて調節する燃料噴射制御を行う。
【００１８】
本実施形態では、機関１０は可変バルブタイミング装置３０を備えている。可変バルブタイミング装置３０は機関の吸排気弁（図示せず）の一方もしくは両方の開閉タイミング（バルブタイミング）を機関運転状態に応じて変更するものであり、機関１０のカムシャフトの回転位相をクランクシャフトに対して変化させる公知の形式のものが使用される。すなわち、カムシャフトはクランクシャフトから駆動され、クランクシャフトに同期して回転しているため、通常の機関ではカムシャフトにより駆動される吸排気弁の開閉タイミング（開弁するクランク角及び閉弁するクランク角）は固定されている。本実施形態ではカムシャフトをクランクシャフトに同期して回転させながら、カムシャフト回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して変化させることにより吸排気弁の開閉タイミングが変更される。例えば、カムシャフトの回転位相をクランクシャフト回転位相に対して進角させると吸排気弁の開閉タイミングはともに進角し、遅角させると吸排気弁の開閉タイミングはともに遅角される。
【００１９】
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から、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（なお、機関負荷パラメータとしては、機関吸入空気量、機関吸気圧力等を使用しても良い）。更に、ＥＣＵ２０の入力ポートには、機関のクランク軸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ＥＣＵ２０により機関１０の回転数を算出するために使用されるとともに、後述する燃料噴射ポンプ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。また、ＥＣＵ２０の入力ポートには、カムシャフトに設けたバルブタイミングセンサ３８からカム軸が基準回転位置になる毎にカム基準パルス信号が入力されている。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ３７から入力するクランクシャフトの基準パルス信号と、バルブタイミングセンサ３８から入力するカムシャフトの基準パルス信号との位相差に基づいてカムシャフトの回転位相（バルブタイミング）を算出する。
【００２０】
また、ＥＣＵ２０の出力ポートは、駆動回路４０を介して各燃料噴射弁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。更に、ＥＣＵ２０の出力ポートは、可変バルブタイミング装置３０に接続され、機関運転状態（負荷、回転数）に応じて機関のバルブタイミングを制御している。
【００２１】
本実施形態では、高圧燃料噴射ポンプ５はポンプ駆動カム５ｂに駆動されてシリンダ５ｃ内を往復動するプランジャ５ｄを有するプランジャポンプとされている。本実施形態ではポンプ駆動カム５ｂは前述の可変バルブタイミング装置３０により回転位相を制御されるカムシャフトの端部に形成されており、カムシャフトの回転に同期して回転する。すなわち、高圧燃料噴射ポンプ５はカムシャフトの回転に同期して作動する。本実施形態では、ポンプ駆動カム５ｂは２つのカムノーズ部を有しているため、カムシャフト１回転当たり２回（クランクシャフト１回転当たり１回）の燃料吐出を行ないコモンレール３に燃料を圧送する。
【００２２】
ポンプシリンダ５ｃ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５ａが設けられている。
また、ＥＣＵ２０はポンプのシリンダ５ｃのプランジャ５ｄの上昇（圧送）行程における吸入弁５ａの開弁時期及び期間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。図２は、吸入弁５ａによるポンプ５の吐出量の制御原理を説明する図である。図２において、（Ａ）  はプランジャが下降中、すなわちポンプ５の吸入ストローク中の状態を、（Ｂ）  はプランジャがポンプ駆動カム５ｂに押動されて上昇中の行程、すなわち吐出ストロークの状態を、（Ｃ）  は実際にポンプ５から燃料が吐出される有効吐出ストローク中の状態を示している。
【００２３】
図２（Ａ）  、（Ｂ）  に示すように、ＥＣＵ２０は、各シリンダのプランジャ吸入ストロークの間、及びプランジャ吐出ストローク開始後所定の期間ソレノイドアクチュエータ５１ａへの通電を停止する。これにより、吸入弁５ａの弁体５３ａは、スプリング５５ａに押圧され開弁位置に保持される。このため、吸入ストローク（図２（Ａ）  では、プランジャ５ｄの下降動作に応じて燃料が低圧配管１３からシリンダ５ｃ内に流入する。また、吸入弁５ａが開弁した状態では、プランジャが吐出行程に入ってもシリンダ内の燃料は吸入弁５ａから低圧配管１３に逆流し（図２（Ｂ）  ）、逆止弁１９ａ、スピル配管１９（図１）を通ってタンクに排出されるためシリンダ５ｃ内の燃料圧力は上昇せず、燃料は高圧配管１７には吐出されない。ＥＣＵ２０は所定の時期が来ると吸入弁５ａのソレノイドアクチュエータ５１ａに通電する。これにより吸入弁５ａの弁体５３ａはソレノイドに吸着され、スプリング５５ａの付勢力に抗して閉弁位置に移動する（図２（Ｃ）  ）。これによりポンププランジャ５ｄ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。すなわち、ソレノイドアクチュエータ５１ａに通電することにより、ポンプ５からの実際の燃料吐出を行なう有効吐出ストロークが開始される。また、ＥＣＵ２０はこの状態から所定の時期が来るとソレノイドアクチュエータ５１ａへの通電を停止する。これにより、弁体５３ａはスプリング５５ａに押動され再度開弁位置（図２（Ｂ）  ）に移動するため、シリンダ内の燃料はスピル配管１９を通って燃料タンク７に逆流するようになり、シリンダ内の圧力が低下してポンプ５から高圧配管１７への燃料吐出が停止する。すなわち、本実施形態ではソレノイドアクチュエータ５１ａへの通電を停止することによりポンプ５の有効吐出ストロークが終了する。
【００２４】
ポンプ５の有効吐出ストローク中にコモンレール３に吐出（圧送）される燃料の量は、ポンプ５の有効吐出ストローク中にプランジャ５ｄが上昇した距離、すなわちポンプ５の有効吐出ストローク中のポンプ駆動カム５ｂのリフト量に比例する。このため、吸入弁５ａの開閉タイミング（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、コモンレール３に圧送する燃料量が制御される。
【００２５】
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で検出した実際のコモンレール燃料圧力と目標コモンレール圧力とに応じて高圧燃料噴射ポンプ５の目標吐出量を設定するとともに、この目標吐出量が得られるように、高圧燃料噴射ポンプ５の吸入弁５ａの閉弁時期と開弁時期とを設定する。この場合、例えばカムシャフトとクランクシャフトとの回転位相が変化しない固定バルブタイミング機関の場合には、吸入弁５ａの開弁時期（ポンプ有効吐出ストローク終了時期）をある一定のクランク角に固定すれば吸入弁５ａを閉弁するクランク角（ポンプ有効吐出ストローク開始時間）が同一、すなわちポンプ有効吐出期間が同一の場合には常にポンプ吐出量は同一となる。ところが、可変バルブタイミング装置を有する機関では、機関運転状態に応じてバルブタイミングが変更されると、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変化し、それにつれてポンプ駆動カム５ｂのクランクシャフトに対する回転位相も変化する。このため、図５で説明したように、たとえポンプの有効吐出期間が一定であっても実際に高圧燃料噴射ポンプ５から吐出される燃料の量が変化してしまうことになる。
【００２６】
本実施形態では、ＥＣＵ２０は以下に説明する方法で吸入弁５ａの有効吐出ストロークの時期及び期間を機関のバルブタイミングに応じて変化させることにより、常に高圧燃料噴射ポンプ５の吐出量が目標吐出量に一致するように制御している。
前述したように、高圧燃料噴射ポンプ５からの吐出量はポンプ５の有効吐出ストローク期間内のプランジャ５ｄの移動量、すなわちポンプ５の吸入弁５ａの開弁時（有効吐出ストローク終了時）と開弁時（有効吐出ストローク開始時）とにおけるポンプ駆動カム５ｂのリフト量の差によって定まる。このため、例えば図５の場合も、バルブタイミングが遅角されてポンプ駆動カムリフト曲線が図５の曲線Ｉから曲線ＩＩに変化したときに、バルブタイミングに応じてポンプ吐出期間を変化させて、同一のカムリフト量差Ｄ１が得られるクランク角（例えば図５の区間ＤＰ２）に有効吐出期間を設定すればバルブタイミングが進角された場合にも同一のポンプ吐出量が得られることになる。すなわち、カムリフト曲線Ｉにおいて吸入弁５ａ閉弁タイミング（図５にＶＣ１で示すタイミング）と開弁タイミング（同ＶＯ１）とカムリフトが同一になる曲線ＩＩ上の点、言い換えれば曲線ＩのＶＣ１とＶＯ１とに対応する（ポンプ駆動カム５ｂの回転位置が同一になる）曲線ＩＩ上の点ＶＣ２とＶＯ２とに吸入弁５ａの閉弁タイミングと開弁タイミングとを設定すれば、バルブタイミングが進角されてカムリフト曲線が曲線Ｉから曲線ＩＩに変化した場合でも同一のカムリフト量差Ｄ１を得ることができる。
【００２７】
そこで、本実施形態ではコモンレール圧力３に基づいて高圧燃料噴射ポンプ５の目標吐出量を算出した後、まず基準のバルブタイミング（例えば、図５における最遅角状態（曲線Ｉ））における吸入弁５ａの閉弁タイミングＶＣ１と開弁タイミングＶＯ１とを算出し、現在のバルブタイミング（例えば、図５における最進角状態（曲線ＩＩ））においてポンプ駆動カム５ｂの回転位置がそれぞれＶＣ１、ＶＯ１と同じになるタイミングＶＣ２、ＶＯ２を算出し、このＶＣ２、ＶＯ２に吸入弁５ａの閉弁タイミングと開弁タイミングとを設定するようにしている。
【００２８】
ところが、実際には過渡運転時等でバルブタイミングが変更途中にある場合には上記ＶＣ２、とＶＯ２とを算出することが困難になる場合がある。例えば、バルブタイミングが最遅角状態（図５、曲線Ｉ）から最進角状態（同、曲線ＩＩ）に変化する場合には、曲線Ｉから直接曲線ＩＩに切り換わるわけではなく、バルブタイミング作動速度の制限からバルブタイミングはある速度で比較的緩やかにＩからＩＩの状態に変化する。この場合には、バルブタイミング変化中はポンプ駆動カム５ｂのリフト曲線は図５に曲線ＩＩＩで示すようなバルブタイミング変化時の過渡曲線となる。また、逆にバルブタイミングが最進角状態（曲線ＩＩ）から最遅角状態（曲線Ｉ）に変化する場合には、ポンプ駆動カム５ｂのバルブタイミング変化時の過渡カムリフト曲線は図５に曲線ＩＶで示すように上記過渡カムリフト曲線ＩＩＩとも異なる曲線となる。従って、バルブタイミングが変化中の場合にも正確なポンプ吐出量を得るためには、実際に吸入弁５ａを閉弁及び開弁する時期における変化途中のバルブタイミングを求め、そのバルブタイミングにおいて基準バルブタイミングにおけるＶＣ１、ＶＯ１と同じポンプ駆動カム５ｂの回転位相が得られるように吸入弁５ａの閉弁と開弁タイミングとを設定する必要がある。例えば、このタイミングは最遅角状態から最進角状態への変化途中では、図５、曲線ＩＩＩ上のタイミングＶＣ３、ＶＯ３に、また最進角状態から最遅角状態への変化途中では、曲線ＩＶ上のタイミングＶＣ４、ＶＯ４に相当する。しかも、図５の過渡カムリフト曲線ＩＩＩ、ＩＶは最遅角状態と最進角状態との間の変化のみを示しているに過ぎず、最遅角状態と最進角状態との間以外のバルブタイミングの変更の際には過渡カムリフト曲線は異なった形状となる。また、吸入弁５ａの開閉タイミングは目標吐出量の算出タイミングで決定する必要があるため実際のポンプの吐出期間より以前に決定しなければならない。
【００２９】
そこで、本実施形態ではポンプ５の目標吐出量算出時に、ポンプの吐出期間（吸入弁５ａの開閉タイミング）におけるバルブタイミングを予測して、この予測バルブタイミングと目標吐出量とに基づいて最終的な吸入弁５ａの開閉タイミングを算出するようにしている。
次に、上述した高圧燃料噴射ポンプ５の吸入弁５ａ開閉タイミング設定（吐出量制御）の具体的操作を図３のフローチャートと図４のタイミング図とを用いて説明する。
【００３０】
図４は、高圧燃料噴射ポンプ５のポンプ駆動カム５ｂのリフト曲線を示す図５と同様な図であり、横軸はクランク角を、縦軸はポンプ駆動カム５ｂのリフトを、それぞれ示している。また、図４において曲線Ｉはバルブタイミング最遅角時のポンプ駆動カム５ｂのカムリフト曲線、曲線Ｖはあるバルブタイミングから他のバルブタイミングへの変化途中における過渡的なカムリフト曲線を例示している。なお、図４においてクランク角はクランクシャフトの基準位置（例えば機関第１気筒の上死点）ＴＤＣまでの角度（ＢＴＤＣ）で示しているため、クランク角が大きいほど早いタイミングとなっている。
【００３１】
本実施形態では、後述するようにポンプ有効吐出ストロークはクランク角ＶＣ５からＶＯ５までの期間に設定されるが、この有効吐出ストローク（ＶＣ５、ＶＯ５）の算出は吐出ストロークよりかなり早い時期（クランク角ＱＴ、例えばＱＴはクランク角でＢＴＤＣ３６０度程度）に決定する。また、ＱＴにおいて有効吐出ストロークを決定するために、ＱＴより更に早い時期ＶＬＴにおいてバルブタイミングの予測を行なう。
【００３２】
以下、図３のフローチャートに基づいて説明する。図３の操作はＥＣＵ２０により一定クランク回転角毎に実行されるルーチンとして行なわれ、操作がスタートすると、図３ステップ３０１では、現在バルブタイミング予測を実行するタイミングか否か、すなわち現在のクランク角ＣＡがＶＬＴ（図３）に等しいか否かが判定される（本実施形態では、例えばＶＬＴ＝４２０°ＢＴＤＣ程度のタイミングに設定される）。
【００３３】
そして、ステップ３０３では、現在のバルブタイミングＶＴとクランク回転角３６０°前のバルブタイミングＶＴｉ−１  とを読み込み、ＶＴとＶＴｉ−１  とに基づいて、現在からクランク角３６０°後の間のバルブタイミングの変化量の予測値ｄｌｖｖｔを、
ｄｌｖｖｔ＝（ＶＴ−ＶＴｉ−  １）＋（ＶＴＴ−ＶＴ）
として算出する。ここで、ＶＴＴは現在におけるバルブタイミングの目標値である。上記ｄｌｖｖｔの算出式は実験的に求められたものであり、現在からクランクシャフトが３６０°回転する間のバルブタイミング変化量は、過去クランクシャフト３６０°回転の間に実際に変化したバルブタイミング量に、バルブタイミング目標値と現在の実際のバルブタイミングとの差を加えたものに略等しくなることが実験の結果判明している。なお、上記ＶＴＴ及び、ＶＴは便宜上本実施形態ではバルブタイミング最遅角状態からのバルブタイミング進角量として表しており、例えば、現在のバルブタイミングが最遅角状態にあるときはＶＴは０になる。
【００３４】
次いでステップ３０５では上記により算出した予測変化量ｄｌｖｖｔの値が最大値α（進角中の場合）と最小値β（遅角中の場合）とにより制限される。すなわち、ｄｌｖｖｔ＞αの場合、またはｄｌｖｖｔ＜βの場合には、ｄｌｖｖｔの値はそれぞれα（例えばα＝５°）、β（例えばβ＝−１０°）に変更される。最大値α及び最大値βは、それぞれ可変バルブタイミング装置３０の進角動作時と遅角動作時の最大作動速度である。
【００３５】
上記により変化量予測値ｄｌｖｖｔを算出後、ステップ３０７で現在のクランク角ＣＡが高圧燃料噴射ポンプ５の吸入弁開閉時期の算出タイミングＱＴ（図４）になったか否かが判定され、ＣＡ＝ＱＴである場合には、ステップ３０９から３１９で吸入弁５ａの開閉時期の算出が行なわれる。
すなわち、ステップ３０９では、目標吐出量と機関回転数（ポンプ５の回転数）、コモンレール圧力に基づいて吸入弁の基準開弁時期（クランク角）ａｆｐｏｆｆｓが算出される。基準開弁時期ａｆｐｏｆｆｓはバルブタイミングが最も遅角された状態において、目標吐出量を得る最に最適な吸入弁５ａの開弁時期（ソレノイドアクチュエータ５１ａの通電停止時期）である（図４参照）。基準開弁時期ａｆｐｏｆｆｓは、バルブタイミング最遅角状態で機関回転数とコモンレール圧力（機関負荷）を変化させて目標吐出量毎に最適な値を予め実験的に求めてあり、目標吐出量、機関回転数，コモンレール圧力を用いた数値マップの形でＥＣＵ２０のＲＯＭに格納してある。
【００３６】
次いで、ステップ３１１ではステップ３０９と同様に、予め準備された目標吐出量と、機関回転数、コモンレール圧力とに基づいた数値マップから、目標吐出量を得るために必要とされる基準状態における吸入弁５ａの閉弁期間ａｗｏｎｂｓ（ソレノイドアクチュエータ５１ａの通電期間）（図４参照）が算出される。
そして、ステップ３１３では、基準開弁時期ａｆｐｏｆｆｓと基準閉弁期間ａｗｏｎｂｓとから、基準状態における閉弁時期（ソレノイドアクチュエータ５１ａの通電開始時期）ａｆｐｏｎｓ（クランク角）が、
ａｆｐｏｎｓ＝ａｆｐｏｆｆｓ＋ａｗｏｎｂｓ−ａｏｆｆｓｅｔ
として算出される。ここで、ａｏｆｆｓｅｔは、カムシャフトの基準位置に対するポンプ駆動カム５１ｂのカムノーズ部のオフセット量である。
【００３７】
上記により算出した閉弁時期ａｆｐｏｎｓと開弁時期ａｆｐｏｆｆｓとは、基準状態（バルブタイミング最遅角状態）において、ポンプ目標吐出量を得るために必要とされる吸入弁５ａの閉弁時期と開弁時期であるが、実際に吸入弁５ａの閉弁と開弁を行なう時にはバルブタイミングは最遅角状態から変化しているため、上記閉弁時期と開弁時期とはバルブタイミングに応じて変更する必要がある。
【００３８】
本実施形態では、実際の吸入弁開閉時期をバルブタイミングに応じて変更する際には上記とは逆に吸入弁閉弁時期を基準にして吸入弁開弁時期を算出する。このため、ステップ３１５では、上記により算出した基準閉弁時期ａｆｐｏｎｓを、とりあえず前述のバルブタイミング変化量予測値を算出したときの実際のバルブタイミングＶＴにおける値ａｆｐｏｎｂに換算しておく。仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂは、基準閉弁時期ａｆｐｏｎｓにおけるポンプ駆動カム５１ｂの回転位置と同じ回転位置を得るためのバルブタイミングＶＴにおけるクランク角であり、
ａｆｐｏｎｂ＝ａｆｐｏｎｓ＋ＶＴ
となる。
【００３９】
次いで、ステップ３１７では、上記により算出した仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂのバルブタイミング変化予測量ｄｌｖｖｔに基づく修正量ｋａｏｎが、
ｋａｏｎ＝（ｄｌｖｖｔ／３６０）×（ＱＴ＋ｋａｃａｌ−ａｆｐｏｎｂ）
として算出される。上式の第１項はクランクシャフト回転角１°当たりのバルブタイミングの変化量を意味し、第２項はバルブタイミングＶＴ検出時（クランク角ＶＬＴ）から仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂまでのクランク回転角度である（ｋａｃａｌはＶＬＴからＱＴまでのクランク回転角度を表している）。
【００４０】
すなわち、（ＱＴ＋ｋａｃａｌ−ａｆｐｏｎｂ）は、機関のバルブタイミングＶＴがバルブタイミング検出時ＶＬＴから仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂまで変化しないで一定に維持されていると仮定した場合の、バルブタイミング検出時ＶＬＴから仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂまでの期間（クランク角度）を表している。ところが、実際には機関のバルブタイミングは現在変化中であり、仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂと同じポンプ駆動カムの回転位置（すなわち基準閉弁時期ａｆｐｏｎｓと同じポンプ駆動カムの回転位置）を得るためには上記（ＱＴ＋ｋａｃａｌ−ａｆｐｏｎｂ）の期間をこのバルブタイミング変化量に基づいて修正する必要がある。すなわち、基準閉弁時期ａｆｐｏｎｓと同じポンプ駆動カム回転位置を得るためには、この間に例えばバルブタイミングがΔＶＴ進角した場合には上記期間はΔＶＴだけ短くする必要があるし、バルブタイミングがΔＶＴだけ遅角した場合には上記期間はΔＶＴだけ長くする必要かある。一方、現在機関バルブタイミングはクランク回転角１°当たりｄｌｖｖｔ／３６０の速度で変化しているのであるから、上記期間の間に変化する量は上式のｋａｏｎになる。すなわち、ｋａｏｎは、ステップ３１５で算出した仮閉弁時期ａｆｐｏｎｂを更に、基準閉弁時期ａｆｐｏｎｓと同じポンプ駆動カム回転位置を得るために必要なバルブタイミング変化量に応じた修正量である。
【００４１】
また、上記と同様に、バルブタイミングに応じて基準開弁時期ａｆｐｏｆｆｓも変化するため、吸入弁５１ａの閉弁期間ａｗｏｎｂもバルブタイミング変化量に応じて修正する必要がある。そこで、ステップ３１７では上記と同様にステップ３１１で算出した基準閉弁期間ａｗｏｎｂの修正量ｋａｏｎｗが、バルブタイミングの変化量に応じて、
ｋａｏｎｗ＝（ｄｌｖｖｔ／３６０）×ａｗｏｎｂ
として算出される。手続補正６〜９は誤記の訂正を目的とする補正である。
【００４２】
そして、ステップ３１９では最終的な吸入弁の閉弁タイミング（ソレノイドアクチュエータ通電開始タイミング）ａｆｐｏｎとと閉弁期間（ソレノイドアクチュエータの通電継続期間）ａｗｏｎとが、
ａｆｐｏｎ＝ａｆｐｏｎｂ＋ｋａｏｎ
ａｗｏｎ＝ａｗｏｎｂ＋ｋａｏｎｗ
として算出される。
【００４３】
上記により、クランク角ＱＴにおいてソレノイドアクチュエータの通電開始タイミングａｆｐｏｎと通電継続期間ａｗｏｎとが算出されると、別途実行される吸入弁駆動操作ではクランク角がａｆｐｏｎになると吸入弁５ａのソレノイドアクチュエータ５１ａへの通電が開始され、クランクシャフトがａｗｏｎだけ回転する間通電が継続される。これにより、バルブタイミングが変化中であっても、吸入弁の閉弁期間中のポンプ駆動カム５１ｂの回転によるリフト量変化は基準値と同一（図４，Ｄ１）になるため、実際のポンプ吐出量は正確に目標吐出量に一致するようになる。すなわち、本実施形態によれば、機関バルブタイミングが変化した場合でもポンプ吐出量を正確に目標吐出量に制御することが可能となる。
【００４４】
なお、上記の実施形態ではバルブタイミング変化に応じてソレノイドアクチュエータの通電開始タイミングと通電終了タイミングとの両方を変更しているが、前述したように通電期間内におけるポンプ駆動カムのリフト量変化が基準状態のリフト量と等しければポンプ吐出量は常に目標吐出量と一致する。このため、例えばポンプ駆動カムリフト量の変化が基準状態のリフト量と一致するように通電期間をバルブタイミングに応じて設定すれば、通電開始時期または通電終了時期のいずれか一方を固定するようにすることも可能である。
【００４５】
また、上記実施形態では本発明の燃料ポンプ制御装置を４気筒内燃機関に適用した場合を例にとって説明したが、本発明は４気筒以外の気筒数の内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。更に、本発明はガソリン機関のみならずディーゼル機関にも適用可能であり、更に筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備えた機関のみならず、気筒吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート燃料噴射弁を有する機関等にも適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、可変バルブタイミング装置を備えた機関にカムシャフト駆動の容積式燃料ポンプを使用する場合にも常にポンプ吐出量を正確に制御することが可能となるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をコモンレールを有する自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】図１の実施形態の高圧燃料噴射ポンプの吐出量制御方式を説明する図である。
【図３】図１の実施形態におけるバルブタイミング変化予測値に基づくポンプ吐出量制御操作を説明するフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートを補足説明するためのタイミング図である。
【図５】バルブタイミングの変化によるポンプの吐出量変化を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
３…コモンレール
５…高圧燃料噴射ポンプ
５ａ…吸入弁
５ｂ…ポンプ駆動カム
５ｃ…シリンダ
５ｄ…プランジャ
５１ａ…ソレノイドアクチュエータ
１０…内燃機関
２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３０…可変バルブタイミング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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