(57)【要約】【課題】  機関駆動式の燃料ポンプにおいて、昇圧動作時の作動音を低減する。【解決手段】  高圧燃料ポンプ５４では、内燃機関により回転駆動されるカム２ｃによってシリンダ５４ｄ内のプランジャ５４ｅが往復駆動されるとともに、プランジャ５４ｅの駆動によって高圧ポンプ室５４ｆの容積が拡大される吸入行程において燃料タンク５６から高圧ポンプ室５４ｆへの燃料吸入が行なわれ、かつ、高圧ポンプ室５４ｆの容積が縮小される吐出行程において電磁調量弁５５の閉弁期間制御に基づき調量される量だけ高圧ポンプ室５４ｆから高圧燃料通路５４ａへの燃料吐出が行なわれる。ＥＣＵ６０は、予め求められたカム２ｃの回転位相に対する、プランジャ５４ｅのリフト速度およびリフト加速度の特性を総合的に考慮して、電磁調量弁５５の閉弁期間を設定する。【選択図】        図２
2006138264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関により回転駆動されるカムによってシリンダ内のプランジャが往復駆動されるとともに、該シリンダおよびプランジャによって区画される加圧室の容積が拡大される吸入行程において燃料タンクから前記加圧室への燃料吸入が行なわれ、かつ、前記加圧室の容積が縮小される吐出行程において調量弁の閉弁期間制御に基づき調量される量だけ前記加圧室から吐出経路への燃料吐出が行なわれる燃料ポンプの制御装置であって、
予め求められた前記カムの回転位相に対する前記プランジャのリフト加速度の特性に少なくとも基づいて、前記調量弁の閉弁期間を設定する閉弁期間設定手段を備える、燃料ポンプの制御装置。
【請求項２】
前記閉弁期間設定手段は、前記リフト加速度が最小となる回転位相が前記閉弁期間に含まれるように、前記リフト速度の特性に基づいて前記調量弁の閉弁期間を設定する、請求項１記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項３】
前記閉弁期間設定手段は、前記カムの回転位相に対する、前記リフト加速度および前記リフト速度の特性に基づいて、前記調量弁の閉弁期間を設定する、請求項１記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項４】
前記閉弁期間設定手段は、前記リフト速度および前記リフト加速度を変数とする所定の目的関数値が最小となる回転位相が前記閉弁期間に含まれるように、前記調量弁の閉弁期間を設定する、請求項３記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項５】
前記閉弁期間設定手段は、
少なくとも前記リフト加速度の特性に基づいて、前記閉弁期間に含まれる基準タイミングを定める第１の設定手段と、
前記燃料ポンプへの要求吐出量に応じて、前記閉弁期間の長さを定める第２の設定手段とを含む、請求項１記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項６】
前記基準タイミングは、少なくとも前記リフト加速度の特性に基づいて、前記閉弁期間の長さに応じて複数の候補点が予め設定され、
前記第１の設定手段は、前記燃料ポンプへの要求吐出量に応じて、前記複数の候補点のうちの１つを前記基準タイミングに選択する、請求項５記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項７】
前記基準タイミングは、前記閉弁期間の中心点に相当する、請求項５または６記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項８】
前記閉弁期間設定手段は、前記燃料ポンプへの要求吐出量を満足するように、前記調量弁の閉弁期間を制御する、請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項９】
前記燃料の体積弾性率を考慮して前記要求吐出量を算出する手段をさらに備える、請求項８記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項１０】
前記昇圧ポンプにおける前記シリンダおよび前記プランジャ間のリーク量を考慮して前記要求吐出量を算出する手段をさらに備える、請求項８記載の燃料ポンプの制御装置。
【請求項１１】
前記燃料ポンプは、前記内燃機関を駆動力源とする車両に搭載され、
前記閉弁期間設定手段は、前記車両の低回転運転時に用いられて、前記調量弁の閉弁期間を設定する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料ポンプの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料ポンプの制御装置に関し、より特定的には、機関駆動式の燃料ポンプにおける作動音低減制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁を用いて必要な燃料量を供給する内燃機関、たとえば筒内噴射型内燃機関などにおいては、所望の燃焼を行な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、燃料噴射弁に燃料を分配している燃料分配管内の燃料圧力を必要な圧力に維持しなくてはならない。このような用途に用いられる高圧燃料ポンプとしては、内燃機関のカムシャフトに取付けられたカムによってシリンダ内のプランジャが往復駆動されることにより燃料圧を昇圧する機関駆動式の燃料ポンプが用いられている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、内燃機関により回転駆動されるカムによってシリンダ内に設けられたプランジャが往復駆動される構造において、シリンダとプランジャにより区画される加圧室の容積が拡大される吸入行程において燃料タンクから加圧室への燃料吸入が行なわれる一方で、加圧室の容積が縮小される吐出行程においてスピル弁（調量電磁弁）の閉弁制御期間に基づき調量される量だけ、加圧室から燃料噴射弁へ至る吐出経路に燃料吐出が行なわれる高圧燃料ポンプが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献１には、シリンダとプランジャとの間の相対速度（プランジャ速度）が高くなる時期にスピル弁の閉弁期間を設けて燃料吐出を行なえば、溢流停止に伴う圧送開始時のショックが大きくなり、高圧燃料ポンプの作動音が高くなるおそれが生じる点が指摘されている。このため、特許文献１に示された高圧燃料ポンプでは、プランジャ速度が高くならない時期を選択して圧送期間、すなわちスピル弁の閉弁期間を設定している。
【特許文献１】特開２００１−２７１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料ポンプの作動音への影響因子としては、上記プランジャ速度のみでなく、上記プランジャ速度の微分値、すなわちプランジャ加速度も挙げられる。具体的には、吐出行程における燃料圧縮時には、圧縮された燃料が液柱状態となり、液柱にはＦ＝ｍ・ａ（ｍ：液柱状の燃料質量、ａ：プランジャ加速度）の慣性力が動的な加振力として作用する。これにより、液柱からは加振に応じた放射音が発生される。また、燃料ポンプ自体の質量と上記加速度との積で示される力が、燃料ポンプが取付けられたヘッドカバーを揺らす振動力として作用する可能性もある。このため、プランジャ加速度が大きい時期に圧送期間（スピル弁の閉弁期間）を設定すれば、液柱からの放射音によって高圧燃料ポンプの作動音が増大する。
【０００６】
プランジャのリフト量はカムの回転に伴って周期的に変化するので、カムの回転位相に対する、プランジャのリフト量ならびにその速度および加速度の特性は、カムの外周形状（プロフィル）によって一意的に決まる。一般的に、カムの外周形状は、回転駆動時の応力分布等を考慮して設計されるので、設計上好ましい外周形状において、プランジャ速度が小さい期間とプランジャ加速度が小さい期間とが一致するとは限らない。
【０００７】
したがって、特許文献１に開示された高圧燃料ポンプのような、プランジャ速度のみに着目したスピル弁の閉弁期間制御では、昇圧動作時における作動音低減には改善の余地がある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、内燃機関の高圧燃料ポンプとして用いられる機関駆動式の燃料ポンプにおいて、加圧動作時の作動音を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による燃料ポンプの制御装置は、内燃機関により回転駆動されるカムによってシリンダ内のプランジャが往復駆動されるとともに、該シリンダおよびプランジャによって区画される加圧室の容積が拡大される吸入行程において燃料タンクから加圧室への燃料吸入が行なわれ、かつ、加圧室の容積が縮小される吐出行程において調量弁の閉弁期間制御に基づき調量される量だけ加圧室から吐出経路への燃料吐出が行なわれる燃料ポンプの制御装置であって、閉弁期間設定手段を備える。閉弁期間設定手段は、予め求められたカムの回転位相に対するプランジャのリフト加速度の特性に少なくとも基づいて、調量弁の閉弁期間を設定する。
【００１０】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、予め求められたカム回転位相に対するプランジャのリフト加速度特性を考慮して、カムリフト加速度が小さい区間に調量電磁弁の閉弁期間を設定できる。これにより、吐出行程において液柱状態に圧縮された燃料に作用する慣性力等を加振源とする発生音のような、カムリフト加速度に応じた燃料ポンプの発生音を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、閉弁期間設定手段は、リフト加速度が最小となる回転位相が閉弁期間に含まれるように、リフト速度の特性に基づいて調量弁の閉弁期間を設定する。
【００１２】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、プランジャのリフト加速度が最小となるカム回転位相を調量電磁弁の閉弁期間に含めることにより、比較的簡易な制御方式によってカムリフト加速度に応じた燃料ポンプの発生音を抑制することができる。
【００１３】
また好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、閉弁期間設定手段は、カムの回転位相に対するリフト加速度およびリフト速度の特性に基づいて、調量弁の閉弁期間を設定する。
【００１４】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、予め求められたカム回転位相に対するプランジャのリフト速度およびリフト加速度特性の両方を考慮して、調量電磁弁の閉弁期間を設定するので、複数の作動音発生要因（リフト速度およびリフト加速度）を考慮して、燃料ポンプの発生音を抑制できる。
【００１５】
さらに好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、閉弁期間設定手段は、リフト速度およびリフト加速度を変数とする所定の目的関数値が最小となる回転位相が閉弁期間に含まれるように、調量弁の閉弁期間を設定する。
【００１６】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、上記カム回転位相に対するプランジャのリフト速度およびリフト加速度特性に基づき予め求められた目的関数の値が最小となるカム回転位相を調量電磁弁の閉弁期間に含めることにより、比較的簡易な制御方式によってカムリフト加速度に応じた燃料ポンプの発生音を抑制することができる。
【００１７】
また好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、閉弁期間設定手段は、少なくともリフト加速度の特性に基づいて閉弁期間に含まれる基準タイミングを定める第１の設定手段と、燃料ポンプへの要求吐出量に応じて、閉弁期間の長さを定める第２の設定手段とを含む。たとえば、基準タイミングは閉弁期間の中心点に相当する。
【００１８】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、予め求められたカム回転位相に対するプランジャのリフト速度およびリフト加速度特性を考慮して、調量電磁弁の閉弁期間に含まれる基準タイミングを決定するとともに、燃料ポンプへの要求吐出量に応じて閉弁期間の長さを求めることにより、簡易な制御フローで調量電磁弁の閉弁期間を設定できる。
【００１９】
さらに好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、基準タイミングは、少なくとも前記リフト加速度の特性に基づいて、閉弁期間の長さに応じて複数の候補点が予め設定され、第１の設定手段は、燃料ポンプへの要求吐出量に応じて、複数の候補点のうちの１つを基準タイミングに選択する。
【００２０】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、燃料ポンプへの要求吐出量、すなわち必要なプランジャリフト量に応じて、閉弁期間のタイミングを選択的に決定できる。これにより、必要なプランジャリフト量に応じて開弁期間の長さが変わってくる点に対応して、開弁期間中での少なくともリフト加速度の最大値が抑制されるように、開弁期間の長さに応じて閉弁期間のタイミングを設定できる。この結果、燃料ポンプへの要求吐出量にもさらに対応して、燃料ポンプの発生音を抑制することができる。
【００２１】
また好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、閉弁期間設定手段は、燃料ポンプへの要求吐出量を満足するように、調量弁の閉弁期間を制御する。
【００２２】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、要求吐出量に応じたプランジャのリフト量が確保されるように、調量電磁弁の閉弁期間長が設定される。これにより、要求吐出量に対して燃料が過剰に供給されること、あるいは燃料の供給が不足することを防止できるので、燃料ポンプの後段側（たとえば、燃料ポンプの吐出側と接続された燃料分配管）での燃料圧を安定化できる。
【００２３】
さらに好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置は、燃料の体積弾性率を考慮して要求吐出量を算出する手段をさらに備える。
【００２４】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、燃料の体積弾性率によって決まる予圧縮量を考慮して要求吐出量を算出するので、要求吐出量に対する燃料ポンプからの実際の吐出量の精度を向上できる。この結果、燃料ポンプの後段側の燃料圧をさらに安定化できる。
【００２５】
あるいは、さらに好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置は、昇圧ポンプにおけるシリンダおよびプランジャ間のリーク量を考慮して要求吐出量を算出する手段をさらに備える。
【００２６】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、プランジャおよびシリンダ間のリークを考慮して要求吐出量を算出するので、要求吐出量に対する燃料ポンプからの実際の吐出量の精度を向上できる。この結果、燃料ポンプの後段側の燃料圧をさらに安定化できる。
【００２７】
また、さらに好ましくは、本発明による燃料ポンプの制御装置では、燃料ポンプは内燃機関を駆動力源とする車両に搭載され、閉弁期間設定手段は、車両の低回転運転時に用いられて、調量弁の閉弁期間を設定する。
【００２８】
上記燃料ポンプの制御装置によれば、車両の運転者等に燃料ポンプの作動音が検知され易くなる内燃機関の低回転運転時において、燃料ポンプの作動音を低減できるので、車両の運転快適性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る燃料ポンプの制御装置によれば、内燃機関により回転駆動されるカムによってシリンダ内のプランジャが往復駆動されて圧縮力を得る形式の機関駆動式の燃料ポンプにおいて、複数の作動音発生要因に配慮して、加圧・吐出動作時の作動音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下においては、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して詳細な説明は繰返さないものとする。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料ポンプの制御装置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示す図である。なお、図１にはエンジンとして直列６気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。また、筒内噴射用の燃料噴射手段の他に吸気通路噴射用の燃料手段（筒内噴射用燃料噴射弁）さらに具備した、筒内燃料噴射および吸気通路内燃料噴射を併用可能な構成の内燃機関に対しても本発明を適用可能である。
【００３２】
筒内噴射式内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」と称する）５００は、その出力により車両（すなわち自動車）を駆動するために車両に搭載されている。エンジン５００は、６つのシリンダ２ａを備える。図示しないが、各シリンダ２ａには、シリンダブロック（図示せず）、シリンダブロック内で往復するピストン（図示せず）およびシリンダブロック上に取付けられたシリンダヘッド８にて区画された燃焼室（図示せず）がそれぞれ形成されている。
【００３３】
各燃焼室には、第１吸気弁１２ａ、第２吸気弁１２ｂおよび１対の排気弁１６が設けられている。このうち、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、１対の排気弁１６は１対の排気ポート１８にそれぞれ接続されている。
【００３４】
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。このうち、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ともに、このシャフト３６を介して風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、燃焼室内には強い旋回流が生じる。
【００３５】
シリンダヘッド８の内壁面の中央部には点火プラグ（図示せず）が配置されており、さらに第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、燃料室内に直接燃料を噴射できるように燃料噴射弁（筒内燃料噴射弁）２２が配置されている。点火プラグは、イグナイタ１０２によって点火される。
【００３６】
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４５が配置されている。このスロットル弁４５の開度はスロットル開度センサ４６ａによって検出されて、スロットル弁４５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は排気マニホールド４８に連結されている。排気マニホールド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。
【００３７】
電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）６０は、デジタルコンピュータから構成され、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。
【００３８】
スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４６ａは、スロットル弁の開度に比例した出力電圧をＡ／Ｄ変換器７３を介して入力ポート７０へ入力している。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Ａ／Ｄ変換器７８を介して入力ポート７０に入力している。
【００３９】
上死点センサ８０は、たとえばシリンダ２ａのうちの一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、たとえばクランクシャフトが３０°回転するたび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が計算される。
【００４０】
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内の吸気圧に対応した出力電圧をＡ／Ｄ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５００のシリンダブロックには水温センサ８６が設けられ、エンジンの冷却水温度を検出し冷却水温度に応じた出力電圧をＡ／Ｄ変換器８７を介して入力ポート７０に入力している。
【００４１】
排気マニホールド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Ａ／Ｄ変換器８９を介して入力ポート７０に入力している。
【００４２】
燃料分配管５０に設けられた燃料圧センサ５０ａは、燃料分配管５０内の燃料圧力に比例した出力電圧をＡ／Ｄ変換器９０を介して入力ポート７０に入力している。
【００４３】
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４５の駆動用モータ４４、風圧式アクチュエータ３７、および調量弁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。
【００４４】
なお、調量弁５５には一般的には電磁弁が使用されるので、以下では、調量弁を調量電磁弁または電磁スピル弁と称することとする。
【００４５】
次に、図２を用いて、燃料噴射弁への燃料供給系統の構成を説明する。
【００４６】
図２を参照して、第１吸気弁１２ａおよび第２吸気弁１２ｂの近傍のシリンダヘッド８には、燃料分配管５０が設けられる。燃料分配管５０は、各シリンダ２ａに設けられている燃料噴射弁２２に接続されている。成層燃焼および均質燃焼を行なう際には、燃料分配管５０から供給された燃料が燃料噴射弁２２から直接燃焼室内に噴射される。燃料圧センサ５０ａは、燃料分配管５０内の燃料圧力を検出する。
【００４７】
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の吐出側に接続されている。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側に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の吸入側には、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。
【００４８】
フィードポンプ５８は、燃料タンク５６内の燃料を吸引して、フィルタ５８ａおよびプレッシャレギュレータ５８ｂを介して低圧燃料通路５４ｃ側に吐出する。これにより、フィードポンプ５８は、高圧燃料ポンプのギャラリ５４ｉへ燃料を送出する。
【００４９】
高圧燃料ポンプ５４は、通常は、シリンダヘッド８のカバーに取付けられ、エンジン５００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の回転駆動により、ポンプシリンダ５４ｄ内のプランジャ５４ｅを往復駆動させている。ポンプシリンダ５４ｄおよびプランジャ５４ｅによって、「加圧室」に相当する高圧ポンプ室５４ｆが区画される。
【００５０】
プランジャ５４ｅの往復駆動により高圧ポンプ室５４ｆの容積が拡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、プランジャ５４ｅの往復駆動により高圧ポンプ室５４ｆの容積が縮小する加圧行程（吐出行程）では、高圧ポンプ室５４ｆ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。
【００５１】
高圧燃料ポンプ５４は、内部に「調量弁」としての電磁スピル弁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制御する開閉弁である。
【００５２】
電磁スピル弁５５の開弁期間には、ギャラリ５４ｉと高圧ポンプ室５４ｆとは連通している。このため高圧ポンプ室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側へ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。
【００５３】
これに対して、電磁スピル弁５５の開弁期間には、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、加圧された燃料は、燃料ギャラリ５４ｉへ溢流することはなく、高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０側へ圧送される。
【００５４】
ＥＣＵ６０は、燃料圧センサ５０ａにて検出された燃料圧力と、ＥＣＵにより別途制御される燃料噴射量とを参照して、電磁スピル弁５５の開閉タイミングを制御する。これにより、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内の燃料圧力を必要な圧力に調整することができる。
【００５５】
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側へ燃料を排出する。これにより、燃料分配管５０内の燃料圧力が維持される。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。
【００５６】
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に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うちで、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内の温度上昇を防止することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態ではリターンレスの燃料供給システムを例示するが、本発明の適用はこのような場合に限定されず、燃料タンクへの燃料戻り経路を有する構成の燃料供給システムに対しても、本発明に係る燃料ポンプの制御装置を適用することが可能である。
【００５８】
上記のように、高圧燃料ポンプ５４は、エンジンの回転に伴うカムシャフト２ｂの回転によって回転駆動ポンプ用カム２ｃのリフト量に応じてプランジャ５４ｅが往復駆動することにより、燃料の吸入および加圧・吐出を行なう。
【００５９】
図３に示されるように、プランジャ５４ｅのリフト量であるプランジャリフト量ＣＬは、ポンプ用カム２ｃの外周形状（プロフィル）に従い、カム２ｃの回転に伴って変化する。図３において、時刻ｔ０，ｔ２はポンプ下死点を示し、時刻ｔ１はポンプ上死点に相当する。
【００６０】
吸入行程（時刻ｔ１〜ｔ２）のでは、ポンプ用カム２ｃの回転に伴いプランジャ５４ｅが下降する。この期間では、電磁スピル弁５５が開弁されて、フィードポンプ５８から吐出された燃料は、低圧燃料通路５４ｃおよびギャラリ５４ｉを介して高圧ポンプ室５４ｆへ吸入される。
【００６１】
ポンプ下死点に至った後の吐出（加圧）行程（時刻ｔ０〜ｔ１）では、ポンプ用カム２ｃの回転に伴いプランジャ５４ｅが上昇する。すなわち、プランジャリフト量ＣＬが増加していく。
【００６２】
吐出（加圧）行程において、電磁スピル弁５５の開弁期間では、プランジャ５４ｅの上昇に伴い、高圧ポンプ室５４ｆ内の燃料は低圧燃料通路５４ｃ側に戻される。したがって、加圧動作および高圧燃料通路５４ａへの燃料吐出は実行されない。
【００６３】
一方、吐出（加圧）行程において、電磁スピル弁５５の閉弁期間では、プランジャ５４ｅの上昇に伴い、高圧ポンプ室５４ｆ内の燃料が圧縮されて加圧される。加圧された高圧ポンプ室５４ｆの燃料は、チェック弁５４ｂを介して高圧燃料通路５４ａへ吐出され、燃料分配管５０へ送出されて燃料噴射弁２２から噴射される。
【００６４】
すなわち、ＥＣＵ６０による電磁スピル弁５５の閉弁期間設定制御により、高圧燃料ポンプ５４からの吐出燃料量が決定される。
【００６５】
ポンプ用カム２ｃの外周形状に応じて、ポンプ用カム２ｃの回転に伴う、プランジャリフト量ＣＬの特性、およびその微分値であるプランジャリフト速度Ｃｖおよびさらにその微分値であるプランジャリフト加速度Ｃａの特性が決定される。
【００６６】
高圧燃料ポンプ５４の作動音としては、プランジャリフト速度Ｃｖに応じて増大するものと、プランジャリフト加速度Ｃａに応じて増大するものとが存在する。たとえば、プランジャ５４ｅに作用する反力によって高圧燃料ポンプ５４が取付部から遊離方向に荷重印加され、それが加振源となる発生音については、プランジャリフト速度Ｃｖが低い領域に電磁スピル弁５５の閉弁期間を設定することにより抑制される。
【００６７】
また、電磁スピル弁５５の開閉動作時の作動音に関しても、燃料圧が閉弁動作を補助する方向に作用するため、上述のプランジャリフト速度およびプランジャリフト加速度の両者が融合して作動音要因となることが推測される。
【００６８】
一方、吐出行程において液柱状態に圧縮された燃料に作用する慣性力等を加振源とする発生音については、プランジャリフト加速度Ｃａが低い領域に電磁スピル弁５５の閉弁期間を設定することにより抑制される。
【００６９】
一方、高圧燃料ポンプ５４からの吐出燃料量は、電磁スピル弁５５の閉弁期間におけるプランジャリフト量ＣＬに比例する。すなわち、図３に示した期間Ｔ１および期間Ｔ２では、同一のプランジャリフト量Ｌ１が得られるため、それぞれの期間における燃料吐出量は同一となる。
【００７０】
したがって、電磁スピル弁５５の閉弁期間設定制御としては、まず、高圧燃料ポンプ５４に要求される吐出燃料量に対応したプランジャリフト量ＣＬを確保できるように、電磁スピル弁５５の閉弁期間を設定する必要がある。一方、必要なプランジャリフト量ＣＬが確保できる範囲内であれば、吐出（加圧）行程中のいずれの期間で電磁スピル弁５５を閉弁させるかについては自由度が存在する。
【００７１】
このため、この自由度の範囲内であれば、プランジャリフト速度Ｃｖおよびプランジャリフト加速度Ｃａがより小さい領域に電磁スピル弁５５の閉弁期間を設定することが、作動音の抑制から好ましいことがわかる。
【００７２】
たとえば、図３に示した期間Ｔ１およびＴ２を比較すれば、期間Ｔ１の方が期間Ｔ２よりもプランジャリフト速度Ｃｖが大きい。したがって、プランジャリフト速度に起因するポンプ作動音については、期間Ｔ２に電磁スピル弁５５の閉弁期間を設けるほうが抑制される。
【００７３】
一方、プランジャリフト加速度Ｃａについては、期間Ｔ２の方が期間Ｔ１よりも大きい。したがって、プランジャリフト加速度に起因する作動音については、期間Ｔ１に電磁スピル弁５５の閉弁期間を設けるほうが抑制される。プランジャリフト速度およびプランジャリフト加速度にそれぞれ起因する作動音のいずれを抑制することが、全体の作動音低減上重要であるかは、高圧燃料ポンプ５４の構造・設計により異なってくる。
【００７４】
そこで、本実施の形態に係る燃料ポンプの制御装置では、プランジャリフト速度特性のみでなく、プランジャリフト加速度特性あるいは、プランジャリフト速度およびプランジャリフト加速度の両者の特性を考慮して、電磁スピル弁５５の閉弁期間を設定する。
【００７５】
図４には、高圧燃料ポンプ５４の吐出（加圧）行程における、カムの回転位相、すなわちカム回転角度（ｄｇ）に対する、プランジャリフト量ＣＬ、プランジャリフト速度Ｃｖ、プランジャリフト加速度Ｃａの特性が示される。特に、本実施の形態では、プランジャリフト加速度Ｃａおよびプランジャリフト速度Ｃｖの両者を反映した目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）を定義する。たとえば、目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）は下記（１）式で示される。
【００７６】
ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）＝ａ・Ｃａ＋ｂ・Ｃｖ    …（１）
（１）式中において、ａ，ｂはそれぞれ所定の重み係数である。
【００７７】
このように、カム位相が０［ｄｇ］〜１８０［ｄｇ］で変化する吐出（加圧）行程において、プランジャリフト速度が最小となる位相θ１と、プランジャリフト加速度Ｃａが最小となる加速度θ２と、目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）が最小となる位相θ３とは異なってくる。
【００７８】
上記のように、図４に示す特性図は、ポンプ用カム２ｃの外周形状（プロフィル）に応じて、予め実験的に求めることができる。なお、ポンプ用カム２ｃの外周形状は、回転時の応力分布等を考慮して設計する必要があるので、ポンプ用カム２ｃの好ましい外周形状に対応して、図４に示すような特性図を実験的に予め得ることができる。
【００７９】
また、高圧燃料ポンプ５４の構造・設計に従う、全体の作動音に対するプランジャリフト速度およびプランジャリフト加速度にそれぞれ起因する作動音の影響度合いについては、実験結果等に基づいて目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）に反映することができる。特に（１）式中では、重み係数ａ，ｂを適切に設定することにより、高圧燃料ポンプ５４からの作動音をより効果的に低減することができる。
【００８０】
次に、図５を用いて、この発明の実施の形態に係る燃料ポンプの制御装置における、電磁弁閉期間設定制御を説明する。
【００８１】
図５を参照して、エンジンＥＣＵ６０によって別途求められる燃料噴射弁２２からの必要燃料噴射量およびエンジン回転数ならびに燃料圧センサ５０ａでの検出圧力に応じて、高圧燃料ポンプ５４への要求吐出量Ｑｒｑが求められる（ステップＳ１００）。
【００８２】
さらに、求められた要求吐出量Ｑｒｑから必要なプランジャリフト量ＣＬが算出される（ステップＳ１０５）。要求吐出量Ｑｒｑに応じてプランジャリフト量ＣＬを求めることにより、要求吐出量に対して燃料が過剰に供給されること、あるいは燃料の供給が不足することを防止できるので、燃料ポンプの後段側（特に、燃料分配管５０内）での燃料圧を安定化できる。
【００８３】
また、図４に示したプランジャリフト速度、プランジャリフト加速度および目的関数の特性に従って、電磁スピル弁５５の閉弁期間の基準タイミングが決定される（ステップＳ１１０）。基準タイミングは、上記閉弁期間に含まれる所定タイミングであり、代表的には、閉弁期間の中心点（中心タイミング）で示される。すなわち、この基準タイミングの決定により、吐出工程中のどのタイミングに閉弁期間を設けるかを指定できる。
【００８４】
なお、図４では、表記の都合上、ステップＳ１０５およびＳ１１０を直列に記載したが、両者は並列に実行されてもよい。
【００８５】
当該基準タイミング（中心点）は、たとえば、目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）に着目する場合には、目的関数値が最小値となる位相θ３が選ばれる。あるいは、プランジャリフト加速度Ｃａによる作動音が支配的な高圧燃料ポンプ５４では、閉弁期間の基準タイミング（中心点）は、プランジャリフト加速度Ｃａが最小値となる位相θ２が選ばれる。これにより、閉弁期間には、プランジャリフト加速度Ｃａあるいは目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）の値が最小となる、カムの回転位相が含まれるようになる。
【００８６】
あるいは、必要リフト量に応じて開弁期間の長さが変わってくるため、必要リフト量によっては、閉弁期間中におけるプランジャリフト加速度Ｃａあるいは目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）の最大値を抑制するために、好ましい基準タイミング（中心点）の設定が上記の手法とは異なることも考えられる。具体的には、プランジャリフト加速度Ｃａあるいは目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）の値が最小となる回転位相を含まないように閉弁期間を設定した方が、閉弁期間中におけるプランジャリフト加速度Ｃａあるいは目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）の最大値が抑制されるような場合も考えられる。
【００８７】
このような場合には、図６に示すように、基準タイミング（中心点）について必要リフト量に応じた複数個の候補を予め定めておき、ステップＳ１０５で求められた必要リフト量に応じて選択的に基準タイミング（中心点）を決定してもよい。
【００８８】
図６を参照して、たとえばステップＳ１０５における必要リフト量をｍ個の段階（ｍ：２以上の自然数）に分割しておき、段階ごとに閉弁期間中におけるプランジャリフト加速度Ｃａあるいは目的関数ｆ（Ｃａ，Ｃｖ）の最大値が抑制されるように、基準タイミングの候補点θ（０）〜θ（ｍ）を決定しておく。さらに、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０５で算出された必要リフト量に応じて、ｍ個の候補点θ（０）〜θ（ｍ）のうちの１つが、閉弁期間の基準タイミング（中心点）に選択される。
【００８９】
再び図５を参照して、ステップＳ１０５で算出された必要リフト量が得られるように、ステップＳ１１０で決定された基準タイミング（中心点）およびカム回転位相−プランジャリフト量特性（図４）に従って、電磁スピル弁５５の閉弁期間が決定される（ステップＳ１２０）。
【００９０】
なお、閉弁期間設定については、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０での処理を統合した、必要リフト量に対する電磁スピル弁５５の閉弁時期および閉弁後の再開弁時期のテーブルを予め作成しておき、当該テーブルの参照によって決定することがＥＣＵの演算負荷軽減の面から好ましい。
【００９１】
さらに、ステップＳ１２０で求められた閉弁期間に対応する、電磁弁閉指令（閉弁期間開始時）および電磁弁開指令（閉弁期間終了時）が生成されて、駆動回路１００（図１）を介して電磁スピル弁５５へ送出される（ステップＳ１３０）。
【００９２】
以上説明したように、本発明の実施の形態による燃料ポンプの制御装置では、プランジャリフト速度のみならず、カム回転位相に対する、プランジャリフト加速度あるいはプランジャリフト速度およびプランジャリフト加速度の両者を反映した目的関数の特性を考慮して、電磁スピル弁５５の閉弁期間を設定する。これにより、複数の作動音発生要因を考慮して、必要な要求吐出量を吐出する際の作動音を低減できる。
【００９３】
なお、上記のように電磁スピル弁５５の閉期間設定に必要となる必要なプランジャリフト量ＣＬは、高圧燃料ポンプ５４の要求吐出量Ｑｒｑに応じて設定される。しかしながら、高圧燃料ポンプ５４からの実際の吐出量は、プランジャ５４ｅの断面積Ｓおよびリフト量ＣＬの積で与えられる理論吐出量Ｑｈよりも、ポンプシリンダ５４ｄおよびプランジャ５４ｅの間でのリーク量Ｑｌおよび燃料の体積弾性率に応じた予圧縮量Ｑｙの存在により減少する。
【００９４】
したがって、高圧燃料ポンプ５４からの実際の燃料吐出量Ｑは、下記（２）式によって求められる。
【００９５】
Ｑ＝Ｑｔｈ−Ｑｌ−Ｑｙ…（２）
さらに、リーク量Ｑｌおよび予圧縮量Ｑｙは、周知の（３）式および（４）式によって求められる。
【００９６】
Ｑｙ＝（ΔＰ／Ｋ）・Ｖ    …（３）
Ｑｌ＝（πｄｈ3／１２μＬ）・ΔＰ    …（４）
（３）および（４）式において、ΔＰは燃料圧上昇量を示し、Ｋは燃料の体積弾性率を示し、Ｖは高圧ポンプ室５４ｆでのデッドボリュームを示す。また、ｄはプランジャ５４ｅの径、ｈは、ポンプシリンダ５４ｄおよびプランジャ５４ｅのクリアランスを示し、μは燃料粘性係数、Ｌはプランジャ嵌合長さ（すなわち、クリアランスｈの存在長さ）を示す。
【００９７】
したがって、上記（２）式を変形した下記（５）式に従って、必要リフト量ＣＬを設定することにより、予圧縮量Ｑｙおよびリーク量Ｑｌを反映して高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を要求吐出量と精度よく合致させることが可能となる。
【００９８】
ＣＬ＝（Ｑ＋Ｑｌ＋Ｑｙ）／Ｓ    …（５）
（５）式に従って、リフト量を設定するためには、図４のステップＳ１００における要求吐出量Ｑｒｑを下記（６）式に従って算出し、ステップＳ１０５における必要リフト量を下記（７）式に従って算出すればよい。
【００９９】
Ｑｒｐ＝Ｑｅｃｕ＋Ｑｌ＋Ｑｙ    …（６）
ＣＬ＝Ｑｒｐ／Ｓ    …（７）
なお、（６）式中でのＱｅｃｕは、燃料噴射弁２２からの必要燃料噴射量およびエンジン回転数に応じて決定される、理論的な要求吐出量を示している。
【０１００】
上記のように、リーク量Ｑｌおよび予圧縮量Ｑｙを考慮して高圧燃料ポンプ５４のプランジャリフト量を求めることにより、要求吐出量に対する燃料ポンプからの実際の吐出量の精度を向上できる。この結果、燃料ポンプの後段側、特に燃料分配管５０内の燃料圧をさらに安定化できる。
【０１０１】
また、本発明の実施の形態に示したエンジン搭載される車両では、エンジン（内燃機関）の低回転運転時に燃料ポンプの作動音が、当該車両の運転者等に検知され易くなる。したがって、上述の調量電磁弁閉弁期間設定制御は、エンジンの低負荷運転時に実行されることが好ましい。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料ポンプの制御装置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示す図である。
【図２】燃料噴射弁への燃料供給系統の構成を示す図である。
【図３】図２に示した高圧燃料ポンプにおけるカム回転に対するカムのリフト特性を説明する図である。
【図４】カムの回転位相に対する、プランジャリフト量、プランジャリフト速度、プランジャリフト加速度および目的関数値の特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃料ポンプの制御装置による調量電磁弁閉弁期間設定制御を説明するフローチャートである。
【図６】図５に示したよる調量電磁弁閉弁期間設定制御による閉弁期間の基準タイミング（中心点）設定手法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０４】
２ａ  シリンダ、２ｂ  カムシャフト、２ｃ  ポンプ用カム、８  シリンダブロック、１２ａ，１２ｂ  吸気弁、１４ａ、１４ｂ  吸気ポート、１６  排気弁、１８  排気ポート、２２  燃料噴射弁、３０  吸気マニホールド、３０ａ，３０ｂ  吸気通路、３２  サージタンク、３４  気流制御弁、３６  シャフト、３７  風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、４５  スロットル弁、４８  排気マニホールド、４９  触媒コンバータ、５０  燃料分配管、５０ａ  燃料圧センサ、５４  高圧燃料ポンプ、５４ａ  高圧燃料通路、５４ｅ  プランジャ、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（加圧室）、５４ｇ  リリーフ弁、５４ｈ  排出経路、５４ｉ  燃料ギャラリ、５５  電磁スピル弁（調量電磁弁）、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、６０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）、７４  アクセルペダル、７６  アクセル開度センサ、Ｃａ  プランジャリフト加速度、Ｃａ  プランジャリフト加速度、ＣＬ  プランジャリフト量、Ｃｖ  プランジャリフト速度、ｆ（Ｃａ、Ｃｖ）  目的関数。
【図１】
2006138264.tif 000003
【図２】
2006138264.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006138264.tif 000007
【図６】
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