(57)【要約】  インジェクタの駆動回路又はこれを保護するために設けられる余剰電力消費回路を保護する燃料噴射システムの制御装置を提供することを目的とする。  燃料噴射システムの制御装置は、燃料ポンプによる圧縮を指令するための駆動信号を生成するＣＰＵと、駆動信号に基づいて燃料ポンプのソレノイドの通電制御を行う燃料ポンプ駆動回路と、インジェクタの駆動に用いられる電力を蓄えるコンデンサを備えた昇圧回路と、ソレノイドの通電停止時に発生する電流を昇圧回路のコンデンサに導く充電回路と、コンデンサの余剰電力を消費する余剰電力消費回路と、を備える。ＣＰＵは、インジェクタからの燃料噴射が停止される期間は、燃料ポンプの駆動回数を計数し、当該駆動回数が所定回数を超えたことに応じて燃料ポンプの駆動を停止すべく駆動信号をオフにする。
2016080499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプで圧縮した燃料を内燃機関のインジェクタから噴射する燃料噴射システムの制御装置であって、
前記燃料ポンプによる圧縮を指令する圧縮指令生成装置と、
前記圧縮指令生成装置からの指令に基づいて前記燃料ポンプの電磁弁の通電制御を行う燃料ポンプ駆動回路と、
前記インジェクタの駆動に用いられる電力を蓄える蓄電素子を備えたインジェクタ駆動回路と、
前記電磁弁の通電停止時に発生する電流を前記蓄電素子に導く充電回路と、
前記蓄電素子の余剰電力を消費する余剰電力消費回路と、を備え、
前記圧縮指令生成装置は、前記インジェクタからの燃料噴射が停止される期間は、前記燃料ポンプの駆動回数を計数し、当該駆動回数が所定回数を超えたことに応じて前記通電制御の停止を指令することを特徴とする燃料噴射システムの制御装置。
【請求項２】
前記圧縮指令生成装置は、前記内燃機関のクランキング中である場合には、前記クランキングの開始時点から計数した前記駆動回数が所定の上限回数を超えるまでは前記通電制御の実行を指令し、前記駆動回数が前記上限回数を超えた後は前記通電制御の停止を指令することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項３】
前記所定の上限回数は、前記余剰電力消費回路を保護するために定められることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射システムは、電動機と前記内燃機関とを駆動輪を回転させる動力発生源としたハイブリッド車両に搭載され、
前記クランキングは前記電動機によって行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射システムは、前記燃料ポンプで圧縮された高圧燃料を蓄えるデリバリーパイプを備え、
前記圧縮指令生成装置は、前記内燃機関の減速に伴う燃料カット中でありかつ前記デリバリーパイプ内の燃料圧力が所定値以下である場合には、前記駆動回数が所定の第１連続回数を超えるまで前記通電制御の実行を指令し続けた後、所定の第１休止期間が経過するまで前記通電制御の停止を指令し続ける間欠運転を繰り返し行うことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項６】
前記所定の第１連続回数及び第１休止期間は、前記余剰電力消費回路を保護するために定められることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記余剰電力消費回路が故障したことを検知する故障検知装置を備え、
前記圧縮指令生成装置は、前記インジェクタからの燃料噴射が停止される期間内でありかつ前記余剰電力消費回路の故障が検知されている場合には、前記駆動回数が所定の第２連続回数を超えるまで前記通電制御の実行を指令し続けた後、所定の第２休止期間が経過するまで前記通電制御の停止を指令し続ける間欠運転を繰り返し行うことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の燃料噴射システムの制御装置。
【請求項８】
前記所定の第２連続回数及び第２休止期間は、前記インジェクタ駆動回路を保護するために定められることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射システムの制御装置に関する。より詳しくは、内燃機関の燃料を圧縮する燃料ポンプと圧縮燃料を噴射するインジェクタとを備えた燃料噴射システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の高圧燃料ポンプは、燃料タンクから供給された燃料を加圧し、この高圧燃料を内燃機関に設けられたインジェクタに供給する。高圧燃料ポンプは、内燃機関の回転と同期して回転するポンプシャフトと、このポンプシャフトのプロファイルに応じてシリンダ内を往復動するプランジャとを備え、このプランジャによって加圧室に導入された燃料を圧縮することにより、高圧燃料を生成する。また、燃料導入部から加圧室に至る低圧燃料流路には電磁弁が設けられている。加圧室に導入される燃料の流量は、プランジャの往復動（すなわち、内燃機関の回転）と同期してオン又はオフする駆動信号に基づいて電磁弁を開閉駆動することによって制御される。【０００３】
特許文献１には、燃料ポンプの電磁弁への通電を停止する際に発生するサージ電流を、インジェクタを駆動するための電源となる昇圧回路の昇圧コンデンサに回生させる充電回路を備えた燃料ポンプの制御装置が示されている。これにより、電磁弁の通電電流を速やかに下降させつつ、サージエネルギーをインジェクタの駆動に効率的に利用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４５１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような充電回路によって昇圧コンデンサを充電する場合、昇圧回路の電圧が規定値を超えてしまう過昇圧を防止するための措置も併せて講じる必要がある。このような過昇圧の対策としては、余剰電力消費回路を昇圧回路と並列に設け、この余剰電力消費回路によって余分な電力を消費することによって昇圧回路を過昇圧から保護することが挙げられる。【０００６】
ところが、このような余剰電力消費回路も限られた時間内で消費できる電力には限りがある。このため、例えばインジェクタが駆動されず昇圧回路の電圧が高い状態が維持されたまま燃料ポンプを駆動し続けた場合、余剰電力消費回路には大きな電流が流れ続けてしまい、故障に至るおそれがある。【０００７】
本発明は、燃料ポンプの電磁弁への通電を停止する際に発生する電流をインジェクタの駆動回路に回生するものであって、インジェクタの駆動回路又はこれを保護するために設けられる余剰電力消費回路を保護する燃料噴射システムの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）燃料噴射システム（例えば、後述の燃料噴射システムＳ）の制御装置（例えば、後述のＥＣＵ６）は、前記燃料ポンプ（例えば、後述の燃料ポンプ５）による圧縮を指令する圧縮指令生成装置（例えば、後述のＣＰＵ６３）と、前記圧縮指令生成装置からの指令に基づいて前記燃料ポンプの電磁弁（例えば、後述のソレノイド５５３）の通電制御を行う燃料ポンプ駆動回路（例えば、後述の燃料ポンプ駆動回路６１）と、インジェクタ（例えば、後述のインジェクタ４）の駆動に用いられる電力を蓄える蓄電素子（例えば、後述のコンデンサ６２５）を備えたインジェクタ駆動回路（例えば、後述の昇圧回路６２）と、前記電磁弁の通電停止時に発生する電流を前記蓄電素子に導く充電回路（例えば、後述の充電回路６４）と、前記蓄電素子の余剰電力を消費する余剰電力消費回路（例えば、後述の余剰電力消費回路６５）と、を備え、前記圧縮指令生成装置は、前記インジェクタからの燃料噴射が停止される期間は、前記燃料ポンプの駆動回数を計数し、当該駆動回数（N_drv）が所定回数を超えたことに応じて前記通電制御の停止を指令する。【０００９】
（２）この場合、前記圧縮指令生成装置は、前記内燃機関のクランキング中である場合には、前記クランキングの開始時点から計数した前記駆動回数（N_drv）が所定の上限回数（例えば、後述の上限回数）を超えるまでは前記通電制御の実行を指令し、前記駆動回数が前記上限回数を超えた後は前記通電制御の停止を指令することが好ましい。【００１０】
（３）この場合、前記所定の上限回数は、前記余剰電力消費回路を保護するために定められることが好ましい。【００１１】
（４）この場合、前記燃料噴射システムは、電動機（例えば、後述のモータＭ）と前記内燃機関とを駆動輪（例えば、後述の駆動輪Ｗ）を回転させる動力発生源としたハイブリッド車両（例えば、後述のハイブリッド車両Ｖ）に搭載され、前記クランキングは前記電動機によって行われることが好ましい。【００１２】
（５）この場合、前記燃料噴射システムは、前記燃料ポンプで圧縮された高圧燃料を蓄えるデリバリーパイプ（例えば、後述のデリバリーパイプ３）を備え、前記圧縮指令生成装置は、前記内燃機関の減速に伴う燃料カット中でありかつ前記デリバリーパイプ内の燃料圧力が所定値以下である場合には、前記駆動回数（N_drv）が所定の第１連続回数（例えば、後述の第１連続駆動回数）を超えるまで前記通電制御の実行を指令し続けた後、所定の第１休止期間（例えば、停止回数カウンタの計数値N_stpが休止回数を超えるまでの期間）が経過するまで前記通電制御の停止を指令し続ける間欠運転を繰り返し行うことが好ましい。【００１３】
（６）この場合、前記所定の第１連続回数及び第１休止期間は、前記余剰電力消費回路を保護するために定められることが好ましい。【００１４】
（７）この場合、前記制御装置は、前記余剰電力消費回路が故障したことを検知する故障検知装置（例えば、後述のＣＰＵ６３）を備え、前記圧縮指令生成装置は、前記インジェクタからの燃料噴射が停止される期間内でありかつ前記余剰電力消費回路の故障が検知されている場合には、前記駆動回数（N_drv）が所定の第２連続回数（例えば、後述の第２連続駆動回数）を超えるまで前記通電制御の実行を指令し続けた後、所定の第２休止期間（例えば、後述の停止時間タイマの計数値T_stpが停止時間を超えるまでの期間）が経過するまで前記通電制御の停止を指令し続ける間欠運転を繰り返し行うことが好ましい。【００１５】
（８）この場合、前記所定の第２連続回数及び第２休止期間は、前記インジェクタ駆動回路を保護するために定められることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
（１）本発明では、燃料ポンプ駆動回路とインジェクタ駆動回路とを充電回路で接続することにより、電磁弁の通電電流を速やかに下降させつつ、サージエネルギーをインジェクタの駆動に効率的に利用できる。本発明では、充電回路に加えて、蓄電素子の余剰電力を消費する余剰電力消費回路をさらに設けることにより、蓄電素子の過昇圧を防止できる。また燃料噴射が停止される期間は、蓄電素子に蓄えられた電力がインジェクタの駆動に消費されずその電圧が低下しにくい。このため、蓄電素子が過昇圧とならないように余剰電力消費回路が作動する頻度が上昇する。本発明では、インジェクタからの燃料噴射が停止される期間は、燃料ポンプの駆動回数を計数し、この駆動回数が所定回数を超えたことに応じて燃料ポンプの通電制御を停止する。これにより、燃料噴射が停止される期間に余剰電力消費回路が頻繁に作動し、過昇温に至る前に、余剰電力消費回路を冷却させる期間を設けることができる。また、余剰電力消費回路が何らかの理由により作動しなかった場合、燃料ポンプの通電制御によって発生するサージ電流が全て蓄電素子に供給され、蓄電素子が過昇圧に至るおそれがある。本発明では、余剰電力消費回路が作動しないような場合であっても、燃料ポンプの駆動回数が所定回数を超えたことに応じて燃料ポンプの通電制御を停止することにより、蓄電素子が過昇圧に至る前に、その電圧を低下させる期間を設けることができる。これにより本発明によれば、余剰電力消費回路及びインジェクタ駆動回路を保護することができる。【００１７】
（２）本発明では、内燃機関のクランキング中である場合には、クランキングの開始時点から計数した駆動回数が所定の上限回数を超えるまでは通電制御を実行し、上限回数を超えた後は燃料噴射が許可されるまで通電制御の停止を指令する。これにより、クランキング中に余剰電力消費回路が頻繁に作動し、過昇温に至る前に余剰電力消費回路を冷却させる期間を設けることができる。【００１８】
（３）本発明では、余剰電力消費回路を保護するために定められた上限回数を用いてクランキング中における燃料ポンプの駆動回数を制限する。これにより、余剰電力消費回路が確実に保護されるように定められた適切な回数でクランキング中の燃料ポンプの駆動回数を制限することができる。【００１９】
（４）ハイブリッド車両では、駆動輪を回転させるための電動機を用いて内燃機関のクランキングを行うため、セルスタータを用いて内燃機関のクランキングを行う場合よりもクランキング中の内燃機関の回転数が高くなる。燃料ポンプは内燃機関のクランクシャフトの回転を利用して燃料を圧縮するため、内燃機関の回転数が高くなると燃料ポンプの駆動回数も速く上昇し、余剰電力消費回路の作動頻度も上昇する。本発明では、このようにハイブリッド車両において、クランキング中の燃料ポンプの駆動回数を上限回数で制限することにより、余剰電力消費回路を適切に保護することができる。【００２０】
（５）本発明では、内燃機関の減速に伴う燃料カット中でありかつデリバリーパイプ内の燃料圧力が所定値以下である場合には、燃料ポンプの駆動回数が第１連続回数を超えるまで通電制御を行った後、第１休止期間が経過するまで通電制御を停止する間欠運転を繰り返し行う。これにより、余剰電力消費回路を作動させる期間と余剰電力消費回路を冷却させる期間とを交互に設けることができる。これにより、燃料カット中に余剰電力消費回路が過昇温に至るのを防止できる。また本発明では、燃料ポンプを間欠運転することにより、燃料カットからの復帰に備えてデリバリーパイプ内の燃料圧力をできるだけ上昇させることができる。【００２１】
（６）本発明では、余剰電力消費回路を保護するために定められた第１連続回数及び第１休止期間を用いて、燃料ポンプの間欠運転を行う。これにより、余剰電力消費回路が確実に保護されるように定められた適切な態様で燃料カット中の燃料ポンプの間欠運転を行うことができる。【００２２】
（７）本発明では、インジェクタからの燃料噴射が停止される期間内でありかつ余剰電力消費回路の故障が検知されている場合には、燃料ポンプの駆動回数が第２連続回数を超えるまで通電制御を行った後、第２休止期間が経過するまで通電制御を停止する間欠運転を繰り返し行う。これにより、余剰電力消費回路が故障していることを見越して、蓄電素子の電圧を充電によって上昇させる期間と蓄電素子の電圧を放電によって低下させる期間とを交互に設けることができる。これにより、余剰電力消費回路が故障している場合であっても蓄電素子が過昇圧に至るのを防止できる。【００２３】
（８）本発明では、余剰電力消費回路の故障が検知されている場合には、インジェクタ駆動回路を保護するために定められた第２連続回数及び第２休止期間を用いて、燃料ポンプの間欠運転を行う。これにより、インジェクタ駆動回路が確実に保護されるように定められた適切な態様で燃料カット中の燃料ポンプの間欠運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射システムを搭載したハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図２】燃料噴射システムとＥＣＵとの構成を示す図である。
【図３】高圧燃料ポンプの構成を示す図である。
【図４】高圧燃料ポンプによって高圧燃料を吐出する手順を示す図である。
【図５】流量制御弁のソレノイド及びＥＣＵの構成を示す図である。
【図６】高圧燃料ポンプの駆動例を示すタイムチャートである。
【図７】燃料ポンプを駆動する処理のフローチャートである。
【図８】禁止フラグを更新する処理のフローチャートである。
【図９】クランキング中における禁止フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１０】図９の処理を繰り返し実行した場合におけるタイムチャートである。
【図１１】燃料カット中における禁止フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１１の処理を繰り返し実行した場合におけるタイムチャートである。
【図１３】余剰電力消費回路が故障した時における禁止フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１３の処理を繰り返し実行した場合におけるタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射システムＳを搭載した車両Ｖの構成を示す図である。
【００２６】
車両Ｖは、エンジン１と、モータＭと、エンジン１に燃料を供給する燃料噴射システムＳと、モータＭに電力を供給する高圧バッテリＢと、モータＭ及びエンジン１の出力を変速するトランスミッションＴＭと、エンジン１のクランクシャフトとモータＭの出力軸とを断続するクラッチＣＬと、これらを制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６と、を備える。この車両Ｖは、モータＭとエンジン１とを駆動輪Ｗを回転させる動力発生源とした、所謂ハイブリッド車両である。
【００２７】
車両Ｖにおいて、ＥＣＵ６は、各種運転条件に応じて、クラッチＣＬを切断しエンジン１を休筒させモータＭのみを動力発生源として走行するＥＶ走行を行うように制御したり、このＥＶ走行を行っている間にクラッチＣＬを接続しモータＭを用いてエンジン１のクランキングを行い、エンジン１及びモータＭを動力発生源として走行するＨＥＶ走行を行うように制御したりする。
【００２８】
図２は、燃料噴射システムＳとその制御装置としてのＥＣＵ６との構成を示す図である。燃料噴射システムＳは、燃料タンク２と、高圧燃料ポンプ５と、デリバリーパイプ３と、インジェクタ４と、を備える。
【００２９】
燃料タンク２は、外部から給油された燃料を貯留する。燃料タンク２には、燃料を高圧燃料ポンプ５へ圧送する燃料ポンプユニット２１が設けられている。高圧燃料ポンプ５は、燃料ポンプユニット２１から圧送された燃料をエンジン１で発生した動力を利用してさらに圧縮し、デリバリーパイプ３に供給する。この高圧燃料ポンプ５の具体的な構成については、後に図３を参照して説明する。
【００３０】
デリバリーパイプ３は、高圧燃料ポンプ５から吐出された高圧燃料を貯留する。インジェクタ４は、エンジン１の複数の気筒毎に設けられている。これらインジェクタ４は、デリバリーパイプ３と燃料供給管４１を介して接続されている。ＥＣＵ６は、エンジン１の運転状態に応じた適切なタイミングでインジェクタ４を開閉駆動することにより、デリバリーパイプ３内の高圧燃料をエンジン１の各気筒内へ直接噴射する。
【００３１】
ＥＣＵ６は、エンジン１及び燃料供給システムＳに設けられた各種装置を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵやＣＰＵにおける演算に基づいて各種装置を駆動する駆動回路等で構成される。このＥＣＵ６には、エンジン１や燃料供給システムＳの状態を把握するため、複数のセンサ９１，９２が接続されている。
【００３２】
クランク角センサ９１は、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転に応じて、所定のクランク角ごとにパルス信号をＥＣＵ６へ送信する。ＥＣＵ６では、このクランク角センサ９１からのパルス信号に基づいてクランクシャフトの位置及び回転数が把握される。
【００３３】
燃料圧センサ９２は、デリバリーパイプ３内の燃料圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。ＥＣＵ６では、この燃料圧センサ９２からの検出信号に基づいて、高圧燃料ポンプ５からデリバリーパイプ３へ吐出される燃料の量（以下、「燃料吐出量」という）を制御する。
【００３４】
図３は、高圧燃料ポンプ５の構成を示す図である。
高圧燃料ポンプ５は、燃料の導入部５１ａ及び吐出部５１ｂが形成されたハウジング５１と、ポンプシャフト５２と、ハウジング５１内部に形成されポンプシャフト５２の回転軸の半径方向に延出するシリンダ５３と、このシリンダ５３内部に往復動可能に収容されたプランジャ５４と、シリンダ５３内に形成された加圧室５１ｃに流入する燃料の流量を制御する流量制御弁５５と、を備える。この高圧燃料ポンプ５では、導入部５１ａから加圧室５１ｃへ燃料を導入し、この加圧室５１ｃ内の燃料をプランジャ５４で圧縮することにより、高圧燃料を吐出部５１ｂから吐出する。
【００３５】
ポンプシャフト５２は、エンジン１のクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトと同期して回転するようになっている。ポンプシャフト５２が回転すると、このポンプシャフト５２に形成されたカム部５２ａの形状に従ってプランジャ５４がシリンダ５３内を往復動する。プランジャ５４は、例えばクランク角２４０度ごとに一往復するようになっている。
【００３６】
流量制御弁５５は、加圧室５１ｃを開閉する棒状の弁体５５１と、この弁体５５１を開弁方向へ付勢するスプリング５５２と、通電するとこのスプリング５５２の弾性力に抗して弁体５５１を閉弁方向へ電磁力によって駆動するソレノイド５５３と、を備えた電磁弁である。図３には、ソレノイド５５３が非励磁状態であり、スプリング５５２の弾性力によって弁体５５１が着座した状態（開弁状態）を示す。すなわち、流量制御弁５５は、非励磁状態では全開となる所謂ノーマルオープン型であるが、本発明はこれに限るものではない。
【００３７】
次に、以上のような高圧燃料ポンプ５によって高圧燃料を吐出する手順について図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、本実施形態ではプランジャが上死点にある状態から下死点に達し再び上死点に達するまでを、プランジャによる燃料の圧縮動作の一周期と定義する。この一周期は、プランジャが上死点から下死点へ移動する区間である吸入工程と、プランジャが下死点から上死点へ移動する区間である圧縮工程と、分けられる。
【００３８】
吸入工程では、プランジャの移動に伴って発生する負圧により導入部５１ａから加圧室５１ｃ内に燃料が吸入される。したがって燃料ポンプによって高圧燃料を吐出させようとする場合には、導入部５１ａから加圧室５１ｃへ燃料が流れるように、流量制御弁は吸入工程の少なくとも一部の区間において開弁状態（ソレノイドへの通電を停止した状態）に制御される。
【００３９】
圧縮工程では、加圧室５１ｃ内の燃料がプランジャによって圧縮される。ここで、プランジャが下死点から上死点へ移動する際、流量制御弁が開弁状態であると、加圧室５１ｃから導入部５１ａへ燃料が逆流し、吐出部５１ｂから吐出される燃料の量が減少する。したがって燃料ポンプによって高圧燃料を吐出させようとする場合には、加圧室５１ｃ内で燃料が圧縮されかつ吐出部５１ｂから吐出されるように、流量制御弁は圧縮工程の少なくとも一部の区間において閉弁状態（ソレノイドへ通電した状態）に制御される。図４に示すように、圧縮工程は、流量制御弁が開弁状態であって加圧室５１ｃの燃料が導入部５１ａへ逆流した状態である調量工程と、流量制御弁が閉弁状態であって加圧室５１ｃの燃料が吐出部５１ｂから吐出される吐出工程と、に分けられる。
【００４０】
したがって、調量工程を短くするほど、換言すれば流量制御弁を早く閉じるほど圧縮工程において加圧室５１ｃから導入部５１ａへ逆流する燃料の量が少なくなり、ひいては高圧燃料ポンプの燃料吐出量は増加する。すなわち、以上のような高圧燃料ポンプでは、流量制御弁の閉弁時期を調整することによって燃料吐出量を制御することができる。
【００４１】
以上のように、燃料ポンプによって高圧燃料を吐出させるためには、プランジャによる燃料の圧縮動作の一周期の間に、流量制御弁を開閉しなければならない。本発明では、燃料ポンプによって高圧燃料が吐出されるようにプランジャの周期運動と同期して流量制御弁の通電制御を行うことを、単に燃料ポンプを駆動する、という。また以下では、この燃料ポンプの圧縮動作の周期を、燃料ポンプの吐出周期ともいう。
【００４２】
図５は、流量制御弁のソレノイド５５３及びＥＣＵ６の構成を示す図である。
ＥＣＵ６は、燃料ポンプのソレノイド５５３の通電制御を行う燃料ポンプ駆動回路６１と、図示しないインジェクタに供給される駆動電流の電源となる昇圧回路６２と、所定のプログラムに従って演算を実行し、各種指令信号を生成するＣＰＵ６３と、燃料ポンプ駆動回路６１と昇圧回路６２とを接続する充電回路６４と、昇圧回路６２を保護する余剰電力消費回路６５と、を備える。
【００４３】
昇圧回路６２は、昇圧コイル６２１と、昇圧コイル６２１を流れる電流を通電／遮断するスイッチング素子６２２と、逆流防止ダイオード６２３と、コンデンサ６２４，６２５と、電圧監視用抵抗６２６，６２７と、ＣＰＵ６３からの指令信号に応じてスイッチング素子６２２をオン／オフする論理回路６２８と、を組み合わせて構成され、図示しないバッテリの出力電圧ＶＢ（例えば、１３Ｖ）を昇圧し、昇圧電圧ＶＳを出力する。昇圧回路６２では、ＣＰＵ６３からの指令に基づき論理回路６２８から出力される信号によって、所定のスイッチング周波数の下でスイッチング素子６２２のドレイン−ソース間が通電／遮断されると、バッテリの出力電圧ＶＢが昇圧コイル６２１を介して昇圧される。昇圧電圧ＶＳはコンデンサ６２５に印加され、これによりコンデンサ６２５が充電される。この昇圧回路６２の昇圧電圧ＶＳは、図示しないインジェクタの駆動に用いられる。ＣＰＵ６３は、昇圧電圧ＶＳが予め定められたインジェクタの駆動電圧（例えば、４０Ｖ）に維持されるようにスイッチング素子６２２をオン／オフする。
【００４４】
燃料ポンプ駆動回路６１は、バッテリからグランドに至るソレノイド５５３の通電経路のうち上流側及び下流側にそれぞれ設けられたＨｉ側スイッチング素子６１１及びＬｏ側スイッチング素子６１２と、Ｈｉ側スイッチング素子６１１がオフになったときにグランドからソレノイド５５３へ還流するサージ電流を流すための還流用ダイオード６１３と、電流監視用抵抗６１４と、ＣＰＵ６３から送信される駆動信号に基づいてこれらスイッチング素子６１１，６１２をオン／オフする論理回路６１５と、を備え、ＣＰＵ６３から送信される駆動信号に基づいてソレノイド５５３の通電制御を行う。
【００４５】
Ｈｉ側スイッチング素子６１１は、論理回路６１５からの出力信号がオンになるとバッテリとソレノイド５５３とを接続し、出力信号がオフになるとバッテリとソレノイド５５３とを遮断する。Ｌｏ側スイッチング素子６１２は、論理回路６１５からの出力信号がオンになるとソレノイド５５３とグランドとを接続し、ソレノイド５５３への通電を開始する。またＬｏ側スイッチング素子６１２は、論理回路６１５からの出力信号がオフになると、ソレノイド５５３とグランドとを遮断し、ソレノイド５５３への通電を停止する。
【００４６】
充電回路６４は、燃料ポンプ駆動回路６１のソレノイド５５３とＬｏ側スイッチング素子６１２との間と、昇圧回路６２のコンデンサ６２５とを逆流防止ダイオード６４１で接続して構成され、ソレノイド５５３の通電停止時に発生するサージ電流をコンデンサ６２５に導く。
【００４７】
余剰電力消費回路６５は、充電回路６４から上記コンデンサ６２５へ供給される電力のうち余剰となる分を消費することによって、昇圧回路６２の過昇圧を防止する機能を備えた回路である。より具体的には、余剰電力消費回路６５は、昇圧回路６２の昇圧電圧ＶＳが昇圧回路６２を保護するために設定された所定の保護電圧ＶＬを超えると作動し、コンデンサ６２５の余剰電力を消費する。このような機能を備える余剰電力消費回路６５は、例えば、ツェナーダイオードや抵抗素子等の既知の電子部品を組み合わせることによって構成される。
【００４８】
図５に戻って、ＣＰＵ６３は、クランク角センサの出力や燃料圧センサの出力に基づいて、ソレノイド５５３に通電すべき駆動時期（すなわち、流量制御弁の開弁時期及び閉弁時期）を規定する駆動信号を生成する。この駆動信号を生成する具体的な手順については、後に図７以降を参照して説明する。
【００４９】
図６は、高圧燃料ポンプの駆動例を示すタイムチャートである。図６には、上段から順に、プランジャの移動量に相当するカムリフト量と、ＣＰＵによって生成される駆動信号と、ソレノイドを流れる駆動電流と、実際の弁体の挙動と、を示す。また図６には、エンジンの回転数及び燃料吐出量を何れも一定に保った例を示す。
【００５０】
上述のように、高圧燃料ポンプのポンプシャフトは、エンジンのクランクシャフトと同期して回転するから、カムリフト量の変動周期（燃料ポンプの吐出周期）は、エンジン回転数に比例して短くなる。ここで、吐出周期と同期して駆動信号をオンとオフとで切り替えると、これに応じてＨｉ側及びＬｏ側スイッチング素子がオンにされ、図６に示すようにソレノイドに駆動電流が供給され、弁体が開閉される。またこのようにして吐出周期と同期して弁体を開閉することによって、圧縮燃料が吐出される。
【００５１】
図７は、燃料ポンプを駆動する具体的な手順を示すフローチャートである。より具体的には、図７は、ＣＰＵにおいて燃料ポンプの吐出周期ごとに、燃料ポンプを駆動するための駆動信号を生成する手順を示すフローチャートである。図７に示す処理は、燃料ポンプによる燃料の圧縮が可能な期間、すなわち燃料ポンプのポンプシャフトが回転している期間において、燃料ポンプの吐出周期毎に、ＣＰＵにおいて実行される。
【００５２】
始めにＳ１では、ＣＰＵは、余剰電力消費回路の故障を判定する処理を実行し、Ｓ２に移る。このＳ１の処理では、余剰電力消費回路が故障していないかどうか（すなわち余剰電力消費回路が昇圧回路を過昇圧から保護する機能を発揮できる状態であるか否か）を判定し、故障していると判定した場合には余剰電力消費回路が故障した状態であることを示す故障フラグF_EXT_NGを“１”にする。
【００５３】
Ｓ２では、ＣＰＵは、現在、インジェクタからの燃料噴射が停止される期間であるか否かを判定する。ポンプシャフトが回転している間でありかつインジェクタからの燃料噴射が停止される期間としては、具体的には、エンジンのクランキング中と、エンジンの減速に伴う燃料カット中と、の２つの期間が挙げられる。Ｓ２では、ＣＰＵは、エンジンのクランキング中であることを示すフラグF_CRK及びエンジンの減速に伴う燃料カット中であることを示すフラグF_FCのうちの何れかが“１”であるか否かを判定することによって、燃料噴射が停止される期間であるか否かを判定する。なお、これらフラグF_CRK及びF_FCを更新する処理については、詳細な説明を省略する。
【００５４】
Ｓ２の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、禁止フラグF_PUMP_NGを“０”にリセットし（Ｓ３）、Ｓ４に移る。この禁止フラグF_PUMP_NGは、現在、燃料ポンプの駆動が禁止された状態であることを明示するフラグである。インジェクタから燃料が噴射されている期間内であれば、昇圧回路の昇圧コンデンサに蓄えられた電荷はインジェクタを駆動するために逐次放電されるため、昇圧回路の過昇圧を防止するために燃料ポンプの駆動を停止する必要はない。このため、インジェクタから燃料が噴射されている間は、禁止フラグF_PUMP_NGは“０”に設定される。
【００５５】
Ｓ４では、ＣＰＵは、今回の吐出周期内において燃料ポンプから高圧燃料を吐出すべく、ソレノイドを通電制御するための駆動信号を生成する。より具体的には、デリバリーパイプ内の燃圧の検出値や、図示しない処理によって定められる燃料圧力の目標値等に基づいて駆動信号を生成し、この処理を終了する。これにより、燃料ポンプから高圧燃料が吐出される。
【００５６】
Ｓ２の判定がＹＥＳである場合、すなわち燃料噴射が停止される期間内である場合には、ＣＰＵは、上述の禁止フラグF_PUMP_NGを更新する処理を行い（Ｓ５）、Ｓ６に移る。インジェクタから燃料が噴射されていない場合、昇圧回路の昇圧コンデンサに蓄えられた電荷がインジェクタを駆動するために放電されることはない。このため、燃料ポンプを駆動し続けると昇圧回路が過昇圧に至るか又は余剰電力消費回路が過昇温に至るおそれがある。後に図８を参照して説明するように、Ｓ５の処理では、これら昇圧回路や余剰電力消費回路が保護されるように適切なタイミングで禁止フラグF_PUMP_NGの値を更新し、燃料ポンプの通電制御を行ったり停止したりする。
【００５７】
Ｓ６では、禁止フラグF_PUMP_NGが“１”であるか否か、すなわち現在、燃料ポンプの駆動が禁止されている状態であるか否かを判定する。Ｓ６の判定がＮＯである場合には、上述のように駆動信号を生成する（Ｓ４）。Ｓ６の判定がＹＥＳである場合には、今回の吐出周期内における駆動信号をオフとし、この処理を終了する。
【００５８】
図８は、禁止フラグF_PUMP_NGを更新する処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、インジェクタからの燃料噴射が停止される期間（クランキング中又は燃料カット中）において、図７の処理のサブルーチンとして、燃料ポンプの吐出周期毎に実行される。
【００５９】
図８の処理の具体的な手順について説明する前に、図８の処理の概略を説明する。図８の処理では、後述の駆動回数カウンタ、停止回数カウンタ、及び停止時間タイマを定義し（図８のＳ２１〜Ｓ２５参照）、これらカウンタ及びタイマによる計数値を用いることによって、燃料噴射が停止される期間内の禁止フラグF_PUMP_NGを更新する（図８のＳ２８〜Ｓ３２参照）。ここで、燃料噴射が停止される期間は、（１）クランキング中でありかつ余剰電力消費回路が正常である期間（F_CRK=1かつF_EXT_NG=0）と、（２）燃料カット中でありかつ余剰電力消費回路が正常である期間（F_FC=1かつF_EXT_NG=0）と、（３）余剰電力消費回路が故障している期間（F_EXT_NG=1）との３種類に分けられる。図８の処理では、これら３つの場合に応じてそれぞれ異なるアルゴリズムに基づいて禁止フラグF_PUMP_NGを更新する。
【００６０】
駆動回数カウンタは、燃料噴射を停止している期間内で燃料ポンプが駆動された回数を計数するカウンタである。以下では、この駆動回数カウンタによる計数値（０以上の整数）をN_drvで示す。停止回数カウンタは、燃料噴射を停止している期間内で燃料ポンプの駆動を停止しポンプシャフトが空回りした回数を計数するカウンタである。以下では、この停止回数カウンタによる計数値（０以上の整数）をN_stopで示す。停止時間タイマは、燃料噴射を停止している期間内で燃料ポンプの駆動を停止しポンプシャフトが空回りした時間を計数するタイマである。以下では、この停止時間タイマによる計数値（０以上の実数）をT_stopで示す。
【００６１】
Ｓ２１では、ＣＰＵは、フラグF_FC及びF_CRKの何れかが、前回から今回にかけて“０”から“１”に切り替わったか否か、すなわち前回から今回までの間に燃料噴射を停止する期間が開始したか否かを判定する。Ｓ２１の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ２２に移り、駆動回数カウンタ、停止回数カウンタ、及び停止時間タイマの計数値を全て初期値にリセットし（N_drv=N_stp=T_stp=0）、Ｓ２８に移る。
【００６２】
Ｓ２１の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ２３に移り、禁止フラグF_PUMP_NGが“０”であるか否かを判定する。ここで禁止フラグF_PUMP_NGが“０”である場合、前回の吐出周期において燃料ポンプは駆動されたことを意味する。また、禁止フラグF_PUMP_NGが“１”である場合、前回の吐出周期において燃料ポンプの駆動は停止されたことを意味する。よって、Ｓ２３の判定がＹＥＳである場合には、ＣＰＵは、Ｓ２４に移り、駆動回数カウンタの計数値N_drvに“１”を加算し、停止回数カウンタ及び停止時間タイマの計数値を初期値にリセットし（N_stp=T_stp=0）、Ｓ２８に移る。またＳ２３の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ２５に移り、停止回数カウンタの計数値N_stpに“１”を加算し、停止時間タイマの計数値T_stpに前回の吐出周期を加算し、駆動回数カウンタの計数値N_drvを初期値にリセットし、Ｓ２８に移る。
【００６３】
Ｓ２８では、ＣＰＵは、余剰電力消費回路は故障していると判定されているか否か、すなわち余剰電力消費回路フラグF_EXT_NGは“１”であるか否かを判定する。Ｓ２８の判定がＹＥＳである場合には、ＣＰＵは、Ｓ３０に移り、余剰電力消費回路の故障時のアクションを実行する（後述の図１３及び１４参照）。Ｓ２８の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ２９に移り、フラグF_CRKが“１”であるか否かを判定する。Ｓ２９の判定がＹＥＳである場合、すなわち現在クランキング中であることによって燃料の噴射を停止している場合には、ＣＰＵは、Ｓ３１に移り、クランキング中のアクションを実行する（後述の図９及び１０参照）。またＳ２９の判定がＮＯである場合、すなわち現在燃料カット中であることによって燃料の噴射を停止している場合には、ＣＰＵは、Ｓ３２に移り、燃料カット中のアクションを実行する（後述の図１１及び１２参照）。
【００６４】
図９は、クランキング中における禁止フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
Ｓ３１では、ＣＰＵは、駆動回数カウンタの計数値N_drvは、所定の上限回数以上であるか否かを判定する。この上限回数は、燃料ポンプを駆動するたびに発生するサージ電流によって余剰電力消費回路が過昇温するのを防止するために設定され、例えば１６０回程度である。Ｓ３１の判定がＹＥＳである場合には、ＣＰＵは、禁止フラグF_PUMP_NGを“１”に設定し、この処理を終了する。またＳ３１の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、禁止フラグF_PUMP_NGを“０”に設定し、この処理を終了する。これにより、クランキング中における燃料ポンプの駆動は、駆動回数が上限回数を超えるまでは許可され、駆動回数が上限回数を超えた後は、クランキングが終了しインジェクタからの燃料噴射が許可されるまで（F_CRKが“０”になるまで）禁止される。
【００６５】
図１０は、図９の処理を繰り返し実行した場合におけるタイムチャートである。より具体的には、図１０は、時刻ｔ０においてクランキングを開始してから、その後時刻ｔ２においてクランキングが終了した場合における駆動回数カウンタの計数値N_drv、禁止フラグF_PUMP_NG、及び駆動信号の変化を示す図である。
【００６６】
図８及び９を参照して説明したように、ＣＰＵは、インジェクタからの燃料噴射が停止される期間でありかつクランキング中である場合には、クランキングの開始時点からの燃料ポンプの駆動回数を計数し、計数値N_drvが上限回数を超えるまでは通電制御の実行を指令すべく、吐出周期ごとに駆動信号を生成する。そしてＣＰＵは、時刻ｔ１において駆動回数の計数値N_drvが上限回数を超えた後は、時刻ｔ２においてクランキングが終了しインジェクタからの燃料噴射が開始されるまでは通電制御の停止を指令すべく、駆動信号をオフにする。これにより、余剰電力消費回路が過昇温に至るのを防止できる。
【００６７】
図１１は、燃料カット中における禁止フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
Ｓ５１では、デリバリーパイプ内の燃料圧力を取得し、燃料圧力がその目標値以下であるか否かを判定する。Ｓ５１の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、燃料ポンプを駆動する必要はないと判断し、Ｓ５２に移り、禁止フラグF_PUMP_NGを“１”に設定する。Ｓ５１の判定がＹＥＳである場合には、ＣＰＵは、Ｓ５３に移り、以下で説明するように燃料ポンプの駆動と休止を交互に行う間欠運転を実行する。
【００６８】
Ｓ５３では、ＣＰＵは、駆動回数カウンタの計数値N_drvは、所定の第１連続駆動回数以上であるか否かを判定する。この第１連続駆動回数は、燃料ポンプを駆動するたびに発生するサージ電流によって余剰電力消費回路が過昇温するのを防止するために設定される。またこの第１連続駆動回数は、図９の上限回数より小さな値に設定され、例えば５回程度である。Ｓ５３の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ５４に移り、停止回数カウンタの計数値N_stpは、所定の休止回数以上であるか否かを判定する。この休止回数は、サージ電流によって余剰電力消費回路が過昇温するのを防止するために設定され、例えば５回程度である。
【００６９】
Ｓ５３又はＳ５４の判定がＹＥＳである場合には、ＣＰＵは、Ｓ５５に移り、禁止フラグF_PUMP_NGを前回値から反転する。すなわち、禁止フラグF_PUMP_NGの前回値が“０”であった場合には“１”に切り替えられ、前回値が“１”であった場合には“０”に切り替えられる。またＳ５３及びＳ５４の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ５６に移り、禁止フラグF_PUMP_NGを前回値のまま維持する。これにより、図１１の処理では、燃料カット中でありかつ燃料圧力が目標値以下である場合には、燃料ポンプの駆動と休止が交互に切り替えられる。
【００７０】
図１２は、図１１の処理を繰り返し実行した場合におけるタイムチャートである。より具体的には、図５は、時刻ｔ０から燃料カットを開始した場合における駆動回数カウンタの計数値N_drv、停止回数カウンタの計数値N_stp、禁止フラグF_PUMP_NG、及び駆動信号の変化を示す図である。
【００７１】
図８及び１１を参照して説明したように、ＣＰＵは、燃料カット中でありかつデリバリーパイプ内の燃料圧力がその目標値以下である場合には、駆動回数カウンタの計数値N_drvが第１連続駆動回数を超える時刻ｔ１までは吐出周期ごとに駆動信号を生成し、その後、停止回数カウンタの計数値N_stpが休止回数を超える時刻ｔ２までは駆動信号をオフにする間欠運転を繰り返し行う。これにより、燃料ポンプを駆動し続けることによって昇温した余剰電力消費回路の放熱を促進する期間を間欠的に確保できるので、余剰電力消費回路の過昇温を防止できる。
【００７２】
図１３は、余剰電力消費回路が故障した時における禁止フラグを更新する手順を示すフローチャートである。余剰電力消費回路が故障している場合、燃料ポンプを駆動するたびに発生するサージ電流は昇圧電圧ＶＳが保護電圧ＶＬを超えても昇圧回路に供給されるため、燃料ポンプを連続して駆動し続けると昇圧回路が過昇圧に至るおそれがある。そこで図１３の処理では、以下で説明するように燃料ポンプの駆動と休止を交互に行う間欠運転を実行する。
【００７３】
Ｓ６１では、ＣＰＵは、駆動回数カウンタの計数値N_drvは、所定の第２連続駆動回数以上であるか否かを判定する。この第２連続駆動回数は、サージ電流によって昇圧回路が過昇圧に至るのを防止するために設定され、例えば２０回程度である。Ｓ６２の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ６２に移り、停止時間タイマの計数値T_stpは、所定の休止時間以上であるか否かを判定する。この休止時間は、サージ電流によって昇圧回路が過昇圧に至るのを防止するために設定され、例えば１２秒程度である。
【００７４】
Ｓ６１又はＳ６２の判定がＹＥＳである場合には、ＣＰＵは、Ｓ６３に移り、禁止フラグF_PUMP_NGを前回値から反転する。すなわち、禁止フラグF_PUMP_NGの前回値が“０”であった場合には、“１”に切り替えられ、前回値が“１”であった場合には、“０”に切り替えられる。またＳ６１及びＳ６２の判定がＮＯである場合には、ＣＰＵは、Ｓ６４に移り、禁止フラグF_PUMP_NGを前回値のまま維持する。これにより、図１３の処理では、燃料噴射が停止されている期間でありかつ余剰電力消費回路が故障している場合には、燃料ポンプの駆動と休止が交互に切り替えられる。
【００７５】
図１４は、図１３の処理を繰り返し実行した場合におけるタイムチャートである。より具体的には、図１４は、燃料カット中（F_FC=1）に時刻ｔ０において余剰電力消費回路の故障が検知された場合における駆動回数カウンタの計数値N_drv、停止時間タイマの計数値T_stp、禁止フラグF_PUMP_NG、及び駆動信号の変化を示す図である。
【００７６】
図８及び１３を参照して説明したように、ＣＰＵは、燃料噴射が停止される期間内でありかつ余剰電力消費回路の故障が検知されている場合には、駆動回数カウンタの計数値N_drvが第２連続駆動回数を超える時刻ｔ１までは吐出周期ごとに駆動信号を生成し、その後、停止時間タイマの計数値T_stpが休止時間を超えるまでは駆動信号をオフにする間欠運転を繰り返し行う。これにより、燃料ポンプを駆動することによって上昇した昇圧電圧を漏れ電流によって低下させる期間を間欠的に確保できるため、余剰電力消費回路が故障した場合であっても昇圧回路の過昇圧を防止できる。
【００７７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【００７８】
例えば上記実施形態では、ハイブリッド車両に搭載された燃料噴射システムに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。ハイブリッド車両では、走行中の車両において走行用のモータを用いてエンジンのクランキングを行うため、より小型のセルモータを用いてクランキングを行う場合よりもクランキング中のエンジンの回転数が高くなり、従って燃料ポンプの吐出周期が短くなる。このためハイブリッド車両に搭載された燃料噴射システムでは、余剰電力消費回路や昇圧回路にかかる負担が大きいことから、本発明は、ハイブリッド車両に搭載された燃料噴射システムに特に適しているといえる。しかしながら、走行用のモータではない小型のセルモータでクランキングする車両に搭載された燃料噴射システムに本発明を適用してもよい。
【００７９】
また上記実施形態では、余剰電力消費回路６５を、ツェナーダイオードや抵抗素子等の既知の電子部品で構成した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。この余剰電力消費回路は、例えば、コンデンサへの余剰電力を図示しないバッテリへ戻すバッテリ回生回路として構成してもよい。
【符号の説明】
【００８０】
Ｖ…車両（ハイブリッド車両）
Ｍ…モータ（電動機）
１…エンジン（内燃機関）
Ｓ…燃料噴射システム
３…デリバリーパイプ
４…インジェクタ
５…高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）
５５…流量制御弁（電磁弁）
６…ＥＣＵ（制御装置）
６１…燃料ポンプ駆動乖回路
６２…昇圧回路（インジェクタ駆動回路）
６２５…コンデンサ（蓄電素子）
６３…ＣＰＵ（圧縮指令生成装置、故障検知装置）
６４…充電回路
６５…余剰電力消費回路
【図１】
2016080499.tif 000003
【図２】
2016080499.tif 000004
【図３】
2016080499.tif 000005
【図４】
2016080499.tif 000006
【図５】
2016080499.tif 000007
【図６】
2016080499.tif 000008
【図７】
2016080499.tif 000009
【図８】
2016080499.tif 000010
【図９】
2016080499.tif 000011
【図１０】
2016080499.tif 000012
【図１１】
2016080499.tif 000013
【図１２】
2016080499.tif 000014
【図１３】
2016080499.tif 000015
【図１４】
2016080499.tif 000016
【国際調査報告】
2016080499.tif 000017
2016080499.tif 000018