(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料サプライポンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された高圧燃料を燃焼室内に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態とコモンレール圧力とに基づいて前記コモンレール圧力と前記インジェクタからの燃料噴射を制御するためのコントローラから成るコモンレール式燃料噴射システムにおいて、
前記コモンレール圧力を検出した検出信号をアナログ信号として出力する圧力検出素子、前記圧力検出素子が出力した検出信号と前記インジェクタからの燃料噴射に起因した圧力降下の前に又は圧力降下前から圧力降下した期間に渡って前記圧力検出素子が検出したコモンレール圧力に基づく基準信号との偏差を算出し偏差信号として出力する偏差演算回路、及び前記偏差信号を正側にオフセットした増幅・オフセット信号を出力する増幅・オフセット回路を具備し、
前記偏差演算回路、前記オフセット回路、及び前記増幅回路は、それぞれアナログ回路から構成されており、
前記コントローラは、前記増幅・オフセット回路の後続に配設されており、前記コモンレール圧力の最大値に対応して設定された分解能を有していて、前記コモンレール圧力の変動量をデジタル化するデジタル回路であり、
前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレール圧力の変動量をデジタル化する分解能の段階数を前記コモンレール圧力の前記最大値に対応する分解能の段階数と同程度にするように前記偏差信号を増幅する
ことから成るコモンレール式燃料噴射システム。
【請求項２】
前記基準信号は、圧力降下前に前記圧力検出素子が検出した前記コモンレール圧力の信号値が保持された保持信号であることから成る請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
【請求項３】
前記保持信号は、前記圧力検出素子が圧力降下前の所定の期間中において検出した前記コモンレール圧力のピーク値を表す信号であることから成る請求項２に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
【請求項４】
前記保持信号は、前記圧力検出素子が圧力降下前の所定の期間に渡って検出した前記コモンレール圧力の平均値を表す信号であることから成る請求項２に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
【請求項５】
前記基準信号は、前記圧力検出素子が圧力降下前から圧力降下した期間に渡って検出した前記コモンレール圧力の信号を平滑化回路によって平滑化された平滑化信号であることから成る請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
【請求項６】
前記圧力検出素子が出力した前記電圧値は温度補償回路を介して温度補償された前記コモンレール圧力の信号として前記コントローラに入力され、前記増幅・オフセット回路から出力された増幅・オフセット信号は温度補償されない前記コモンレール圧力の変動信号として前記コントローラに入力されることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
【請求項７】
前記圧力検出素子、前記偏差演算回路、及び前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレールに配設される圧力センサユニットとしてユニット化されていることから成る請求項１〜６のいずれか１項に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、燃料サプライポンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された高圧燃料を燃焼室内に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態とコモンレール圧力とに基づいて前記コモンレール圧力と前記インジェクタからの燃料噴射を制御するためのコントローラを備え、コモンレール圧力の変動量をデジタル化して検出するコモンレール式燃料噴射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジンのような多気筒エンジンに適用される燃料噴射システムとして、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、燃料供給ポンプによって所定の高圧力に加圧された燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールに貯留された加圧燃料をコントローラが算出した燃料噴射量及び燃料噴射時期等のエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射条件で各インジェクタから燃焼室内に噴射するシステムである。コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧力が作用しており、各インジェクタには燃料の噴孔への通過又は遮断する制御を行う電磁弁が備えられている。コントローラは、燃料が各インジェクタにおいてエンジン運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁弁の作動とを制御している。
【０００３】
また、近年、コモンレール圧力を検出し、検出した圧力信号に応じて燃料サプライポンプの燃料吐出量を制御するコモンレール圧力のフィードバック制御のみならず、コモンレール圧力の変化を検出して、インジェクタからの燃料噴射（燃料噴射量や燃料噴射タイミング）、及びシステムの異常検出等に利用することも提案されている。例えば、コモンレール圧力の変化を検出して燃料噴射時期を検出し、目標燃料噴射時期との偏差に基づいて燃料噴射開始時期の指令信号を補正することが、特開平１０−４７１３７号公報に開示されている。
【０００４】
図５は、従来のコモンレール式燃料噴射システムの概略図である。図５に示すように、燃料サプライポンプ１は、例えばエンジンによって駆動されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料タンク７から汲み上げた燃料を燃料吐出路５を通じてコモンレール２に圧送する。燃料サプライポンプ１からの燃料圧送量は流量制御弁４によって制御される。圧送された燃料は蓄圧状態にコモンレール２に貯留され、コモンレール２から燃料供給管６を通じてインジェクタ３に供給される。コモンレール２から燃料供給管６を通じて各インジェクタ３の先端に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧、即ち、コモンレール圧力が作用している。インジェクタ３はエンジンの型式に応じて気筒毎に設けられており、コモンレール２から供給された燃料を各対応する燃焼室内に噴射する。燃料サプライポンプ１は、例えば、往復動するプランジャをロータリ型又は列型に配置した容積型ポンプである。なお、流量制御弁４は燃料サプライポンプ１の吐出側に配置して吐出量の一部を燃料タンク７に戻す例を挙げたが、流入側に配置されてポンプ室への吸入量を制御するインレットバルブとしてもよい。
【０００５】
コモンレール２に設けられた圧力センサ１１が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力される。コモンレール２から供給される高圧燃料の一部は、燃料供給管６を通じてインジェクタ３の内部に形成される圧力制御室（図示せず）に導入し、圧力制御室への燃料圧力の導入と解放とを行うことによって、インジェクタ３の内部にリフト可能に配設されている針弁（図示せず）を昇降させ、針弁の昇降に応じてコモンレール２からインジェクタ３の先端に形成されている噴孔１２に至る燃料通路（図示せず）を開放又は遮断して、インジェクタ３から燃料を所定の時期に噴射することが行われている。
【０００６】
圧力制御室内の燃料圧力を解放制御する開閉弁を開閉制御するため、各インジェクタ３には電磁アクチュエータ１０が配設されている。電磁アクチュエータ１０を作動して開閉弁を開弁して、圧力制御室内の燃料圧力を解放することにより、針弁がリフトして噴孔１２から燃料が噴射される。電磁アクチュエータ１０を作動して開閉弁を閉じて圧力制御室内の燃料圧を回復させると、針弁が閉じられて噴孔１２からの燃料噴射が停止される。インジェクタ３から燃焼室内への噴射に費やされなかった燃料は、燃料戻し管１３を経て燃料タンク７に回収される。
【０００７】
コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種センサ９からの検出信号、及びコモンレール圧力センサ１１が検出したコモンレール圧力Ｐｒが入力される。その他、コントローラ８への入力信号には、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号がある。コントローラ８は、加圧燃料が各インジェクタ３においてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、燃料サプライポンプ１と各インジェクタ３の電磁アクチュエータ１０とを制御する。
【０００８】
コントローラ８は、上記各センサ９からの検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づいて設定された目標噴射条件に従ってコマンドパルス信号を出力し、コマンドパルス信号に対応して電磁アクチュエータ１０を駆動する駆動信号が供給される。目標噴射条件は、例えば、エンジン出力がエンジンの運転状態、即ち、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルペダル踏込み量Ａｃに即した最適出力になるような、目標コモンレール圧力、目標燃料噴射時期（噴射開始時期と噴射期間）及び目標噴射量である。燃料噴射量は噴射圧力と燃料噴射期間、即ち、コモンレール圧力と針弁のリフト（リフト量、リフト期間）で定まるので、燃料噴射時期及び燃料噴射量は、結局、燃料サプライポンプ１からコモンレール２への燃料圧送量と、コントローラ８が出力する前記コマンドパルス信号のパルス時期及びパルス幅によって決定される。コントローラ８は、各気筒に対応して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を行う。
【０００９】
インジェクタ３からの燃料噴射圧力はコモンレール圧力Ｐｒに略等しいので、コモンレール圧力Ｐｒを制御することで噴射圧力が制御される。一方、インジェクタ３からの燃料噴射によってコモンレール２内の燃料が消費されると、コモンレール圧力Ｐｒが低下する。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の燃料圧送量を制御することにより、エンジンの運転状態が一定であればその状態に対応した一定圧力を保持するように、又はエンジンの運転状態が変更されれば、その変更に対応してエンジンの運転状態に最適となるようにコモンレール圧力Ｐｒを増圧又は減圧制御する。
【００１０】
ところで、上記のコモンレール式燃料噴射システムにおいては、流体の圧力を受ける受圧面に歪みゲージや圧電素子を配置し、圧力を受けて電圧を発生させてコントローラ８に入力させる単純な構成となっており、更に、温度補償をするための処理回路を別に構成している。気筒毎に燃料噴射率等について高精度のフィードバック制御を行わず、概略的なコモンレール圧力制御を行うには上記の圧力検出の構成で充分である。しかしながら、エンジンの高速化・高出力化に伴い、短時間に相当量の燃料を噴射するために、近年、コモンレール圧力を一層高圧化することが求められており、運転状態によっては、１５０ＭＰａ以上になることも想定されている。反対に、エンジンの運転状態に応じては、コモンレール圧力が１０ＭＰａ程度にまで低下した圧力でよい場合もある。
【００１１】
現在、圧力センサの検出信号は、例えば、８ｂｉｔのデジタルで信号処理が行われているが、このｂｉｔ数では分解能は２５６（＝２8 ）段階である。このような信号処理を２００ＭＰａの圧力センシングに適用すると、１段階が１ＭＰａ程度であり［２００（ＭＰａ）／２５６（段階）＝０．７８（ＭＰａ／段階）］、充分な圧力の分解能が得られない。また、１０ｂｉｔでデジタル信号処理をする場合も分解能は１０２４段階であり、２００ＭＰａの圧力センシングに適用すると１段階が０．１９５ＭＰａ［２００（ＭＰａ）／１０２４（段階）＝０．１９５（ＭＰａ／段階）］程度であり、微小燃料噴射量の検出には１０ｂｉｔでも充分ではない。更に、温度補正を施すことを考慮すると、２〜３ＭＰａの誤差は容易に生じる。コモンレール圧力Ｐｒの変化で燃料噴射量を検出しようとする場合には圧力変化は最大でも２０ＭＰａ以下であるため、２０ＭＰａを２５〜２６段階で検出することは単位分解能当たりの圧力値が大きくなってコモンレール圧力Ｐｒの検出精度が粗くなり、上記のような誤差があることも考慮すると、フィードバック制御を行うことは実際には困難である。
【００１２】
燃料噴射率や燃料噴射時期について高精度のフィードバック制御を行うためにはコモンレール圧力の検出分解能を高める必要があるが、分解能を高めるために単純にｂｉｔ数（１６ｂｉｔ以上）を増やして信号処理能力を上げるのでは、信号処理装置が高価になるばかりでなく、演算処理速度を飛躍的に向上させなければならず、現実的でない。また、従来の制御回路においては、圧力センサが温度補償を必要とするものであるが、燃料噴射直後に温度補正が行われると、燃料噴射に起因して変動するコモンレール圧力波形に乱れが生じる。即ち、コモンレール圧力信号が温度補償の切り替わりポイントで変化するという問題点もある。
【００１３】
燃料噴射ポンプの燃料圧送量を調節する装置として、燃料調節部材の作動量をフィードバック制御に用いる微分信号としてアナログ処理した信号を使用することが提案されている（特開平２−９９２８号公報）。燃料調節部材のための駆動制御手段は、この微分信号、実位置信号、及び目標位置信号を用いて、燃料調節部材が目標位置に一致するようにフィードバック制御している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、１５０ＭＰａにも達する大きな圧力値そのものを検出するのではなく、燃料噴射に起因して生じるコモンレール圧力の圧力変化のような、検出圧力の所定の基準値からの偏差を検出し、その偏差信号をアナログ回路によって増幅した増幅信号を同じ分解能で検出することにすれば、単位分解能当たりの圧力値が小さくなり、圧力変化を安価なセンサ及び回路で精度良く検出することが可能になる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記課題を解決することであり、圧力検出素子が検出したコモンレール圧力と、インジェクタからの燃料噴射に起因した圧力降下の前に又は圧力降下前から圧力降下した期間に渡って前圧力検出素子が検出したコモンレール圧力に基づく基準信号との偏差だけをアナログ信号として取り出し、その偏差信号に対して正の値になるような増幅とオフセット処理とをアナログ回路にて施すことによって、後続のデジタル処理における分解能を有効に利用して、コモンレール圧力の変動量を充分な精度で且つ安価に検出することを可能にするコモンレール式燃料噴射システムを提供することである。
【００１６】
この発明は、燃料サプライポンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された高圧燃料を燃焼室内に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態とコモンレール圧力とに基づいて前記コモンレール圧力と前記インジェクタからの燃料噴射を制御するためのコントローラから成るコモンレール式燃料噴射システムにおいて、前記コモンレール圧力を検出した検出信号をアナログ信号として出力する圧力検出素子、前記圧力検出素子が出力した検出信号と前記インジェクタからの燃料噴射に起因した圧力降下の前に又は圧力降下前から圧力降下した期間に渡って前記圧力検出素子が検出したコモンレール圧力に基づく基準信号との偏差を算出し偏差信号として出力する偏差演算回路、及び前記偏差信号を正側にオフセットした増幅・オフセット信号を出力する増幅・オフセット回路を具備し、前記偏差演算回路、前記オフセット回路、及び前記増幅回路は、それぞれアナログ回路から構成されており、前記コントローラは、前記増幅・オフセット回路の後続に配設されており、前記コモンレール圧力の最大値に対応して設定された分解能を有していて、前記コモンレール圧力の変動量をデジタル化するデジタル回路であり、前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレール圧力の変動量をデジタル化する分解能の段階数を前記コモンレール圧力の前記最大値に対応する分解能の段階数と同程度にするように前記偏差信号を増幅することから成るコモンレール式燃料噴射システムに関する。
【００１７】
コモンレール式燃料噴射システムにおいては、燃料サプライポンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレールの圧力は、コモンレール圧力が取り得る最大値から、インジェクタからの燃料噴射に起因して降下を開始するものであって、コモンレール圧力の変動量は、この最大値に比較すると相当小さいものである。この発明によるコモンレール式燃料噴射システムでは、インジェクタからの燃料噴射について、当該燃料噴射に起因したコモンレール圧力の変動量が小さくても、圧力変動は、コントローラのデジタル分解能の多くの段階を用いた高い分解能でデジタル化される。即ち、圧力検出素子はコモンレール圧力の検出信号をアナログ電圧値として出力し、偏差演算回路は検出信号と、インジェクタからの燃料噴射に起因した圧力降下の前に又は圧力降下前から圧力降下した期間に渡って圧力検出素子が検出したコモンレール圧力に基づく基準信号による基準電圧値との偏差を算出して偏差信号を出力する。増幅・オフセット回路は、増幅と、コモンレール圧力の変動分の波形が維持されたまま正側に嵩上げするオフセットとを行い、増幅・オフセット信号として出力する。増幅は、出力される増幅・オフセット信号がコントローラの入力レンジである所定の電圧値の幅に納まるように、且つコモンレール圧力の変動量をデジタル化するために後続に配設されるデジタル回路の分解能を最大限に有効に利用する倍率で行われる。偏差演算回路、及び増幅・オフセット回路は、アナログ回路で構成されているので、コモンレール圧力の変動量は、小さな値であっても、アナログ回路によって増幅されて充分な精度で検出される。このように、１５０ＭＰａにも達する大きな圧力値を示すコモンレール圧力そのものを検出するのではなく、インジェクタからの燃料噴射に起因して生じるコモンレール圧力の圧力変化の所定基準値からの偏差を検出し、その偏差信号をアナログ回路によって増幅した増幅信号を同じ分解能で検出しているので、単位分解能当たりの圧力値が小さくなり、圧力変化を精度良く検出することができる。
【００１８】
前記基準信号は、圧力降下前に前記圧力検出素子が検出したコモンレール圧力の信号値が保持された保持信号とすることができる。前記保持信号は、一例として、前記圧力検出素子が圧力降下前の所定の期間中において検出したコモンレール圧力のピーク値を表す信号とすることができる。前記保持信号の他の例は、前記圧力検出素子が圧力降下前の所定の期間に渡って検出したコモンレール圧力の平均値を表す信号とすることができる。更に、前記基準信号は、前記圧力検出素子が圧力降下前から圧力降下した期間に渡って検出したコモンレール圧力の信号を平滑化回路によって平滑化された平滑化信号とすることができる。
【００２２】
前記圧力検出素子が出力した前記電圧値は温度補償回路を介して温度補償された前記コモンレール圧力の信号として前記コントローラに入力され、前記増幅・オフセット回路から出力された増幅・オフセット信号は温度補償されない前記コモンレール圧力の変動量の信号として前記コントローラに入力される。圧力センサの温度補償については、コモンレール圧力信号が補正の切り替わりポイントでの乱れが生じるのを回避するため、温度補償有りの信号とは区別した出力とされる。圧力検出素子が出力し且つ偏差演算回路、及び増幅・オフセット回路で処理されたコモンレール圧力の信号は、従来のコモンレール圧力のフィードバック制御を行うための信号とは別に、燃料噴射に起因して生じるコモンレール圧力の小さな圧力変動をアナログ処理によって拡大処理された信号であり、デジタル変換されるときも充分な分解能で検出される。
【００２４】
前記圧力検出素子、前記偏差演算回路、及び前記増幅・オフセット回路は、前記コモンレールに配設される圧力センサユニットとしてユニット化されている。したがって、既存のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、圧力センサをこの圧力センサユニットに置き換え、コントローラのソフトを入れ換えるのみで、この発明による流体圧力検出回路の利用が可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、この発明による流体圧力検出回路の実施例を説明する。図１はこの発明による流体圧力検出回路が適用されるコモンレール式燃料噴射システムの概要を示す概略図、図２はこの発明による流体圧力検出回路の一実施例を示す回路図、図３は図２に示す圧力検出回路における各信号の変化を示すグラフである。
【００２６】
図１において、図５に示す従来のコモンレール式燃料噴射システムに用いられる構成要素と同等の要素については、同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。図１に示すコモンレール式燃料噴射システムにおいては、圧力センサユニット３１は、コントローラ８に入力される系統が２系統に構成されている。即ち、コモンレール圧力の温度補償を行った温度補償有り信号Ｐｒ１をコントローラ８に入力する系統と、温度補償有り信号Ｐｒ１と区別して、温度補償無し信号Ｐｒ２をコントローラ８に入力する系統とが設けられている。温度補償有り信号Ｐｒ１にはコモンレール圧力の検出途中における波形が温度補正の切り替わりポイントで乱れが生じるため、コモンレール圧力の検出途中において乱れのない信号として、温度補償無し信号Ｐｒ２が必要とされる。
【００２７】
図２に示される流体圧力検出回路は、圧力センサユニット３１としてユニット化されている。圧力センサユニット３１は、流体の圧力に晒されて流体圧力に応じた電圧値を出力する圧力検出素子３２と、圧力検出素子３２からの電圧値が入力されて温度補償有り信号Ｐｒ１を直接に出力する温度補償回路３３と、圧力検出素子３２が出力した電圧値を基準信号として保持するサンプル・ホールド回路３４と、圧力検出素子３２が出力した検出信号とサンプル・ホールド回路３４に保持されている基準信号との偏差を算出し偏差信号として出力する差分回路３５と、差分回路３５が出力した偏差信号を増幅して増幅信号を出力する増幅回路としてのゲイン３６と、ゲイン３６が出力した増幅信号がコントローラ８の入力レンジの範囲内に納まるように正の値に嵩上げするオフセット回路３７とから構成されている。温度補償回路３３は、圧力検出素子３２の温度特性に応じて構成されるものであり、公知のものでよく、ここではその詳細を省略する。
【００２８】
サンプル・ホールド回路３４と差分回路３５とはこの発明における偏差演算回路を構成しており、ゲイン３６とゲイン３６の後続に配設されるオフセット回路３７とはこの発明における増幅・オフセット回路を構成している。差分回路３５やオフセット回路３７は、図示のように演算増幅器を用いた回路として構成されるが、一例に過ぎない。温度補償有り信号Ｐｒ１及びオフセット回路３７が出力したオフセット信号である温度補償無しの信号Ｐｒ２が、コントローラ８に入力される。
【００２９】
コモンレール圧力Ｐｒは、コントローラ８が出力するコマンドパルスに応答してインジェクタ３の電磁アクチュエータ１０が作動し、インジェクタ３から燃料が噴射されることにより低下し始める。コントローラ８が出力するコマンドパルスのオン時期に、圧力検出素子３２が検出し且つサンプル・ホールド回路３４に入力されているコモンレール圧力信号ＳA は、燃料噴射に起因してコモンレール圧力が降下する前の圧力信号である。サンプル・ホールド回路３４は、この圧力が降下する前のコモンレール圧力に対応した電圧値を保持する。サンプル・ホールド回路３４によって保持されて出力された保持信号は、燃料噴射に起因して降下していくコモンレール圧力との差分を取るための基準信号ＳB となる。
【００３０】
差分回路３５には、圧力検出素子３２が検出したコモンレール圧力信号ＳA と基準信号ＳB とが入力され、コモンレール圧力信号ＳA と基準信号ＳB との偏差が偏差信号ＳC として出力される。差分回路３５が出力した偏差信号ＳC はゲイン３６によって増幅される。オフセット回路３７は、ゲイン３６の出力信号である増幅信号ＳD をコントローラ８の入力レンジに納まるように信号の波形を保ったまま正側に嵩上げし、オフセット信号ＳE を圧力センサユニット３１の温度補償無し信号Ｐｒ２として出力する。圧力検出素子３２が検出したアナログ電圧値を処理するため、温度補償回路３３、偏差演算回路を構成するサンプル・ホールド回路３４及び差分回路３５、及び増幅・オフセット回路を構成するゲイン３６及びオフセット回路３７とは、すべてアナログ回路である。
【００３１】
圧力検出素子３２の検出特性が温度で変化する場合には温度補正を行う必要がある。しかしながら、圧力信号の検出中に温度補正が行われると、補正の切り替わりポイントで圧力信号波形に乱れが生じる。したがって、圧力変動を検出中には、温度補償有りの信号Ｐｒ１とは区別した温度補償無し信号Ｐｒ２が得られるように圧力検出回路が構成されている。コントローラ８では、従来のコモンレール圧力のフィードバック制御のように、コモンレール圧力それ自体の情報に基づいて制御をするときには温度補償有り信号Ｐｒ１が利用される。また、従来のコモンレール圧力のフィードバック制御とは別に、燃料噴射に起因して生じるコモンレール圧力の変動のような小さな変動量に基づいて制御をするときには、流体圧力の変動量を充分な精度で検出する温度補償無しの信号Ｐｒ２が利用される。コントローラ８では、温度補償有り信号Ｐｒ１及び温度補償無しの信号Ｐｒ２は、それぞれＡ／Ｄ変換器３８によってデジタル化されて、コモンレール式燃料噴射システムの制御において利用される。
【００３２】
図２に示す流体圧力検出回路と図３に示す各信号の変化を示すグラフとを参照して、流体圧力検出回路がコモンレール燃料噴射システムにおけるコモンレール圧力の検出に適用された場合の流体圧力検出回路の作用について説明する。図３の（Ａ）に示す信号は、圧力検出素子３２の出力信号ＳA であるコモンレール圧力信号を示す電圧値である。コモンレール圧力Ｐｒは、燃料噴射開始前は実質的に一定の圧力Ｐｒ０を示しており、燃料がインジェクタ３から燃料噴射されるに伴って脈動を伴って降下する。脈動の変動幅は、燃料噴射前のコモンレール圧力Ｐｒ０の値そのものと比較して相当小さい値である。図３の（Ｂ）に示す信号は、（Ａ）に示す出力信号ＳA をサンプル・ホールド回路３４によって保持し出力された基準信号ＳB であり、（Ｆ）に示すコマンドパルスの今回の燃料噴射におけるオン時期Ｔｃｐ（ｎ）にコモンレール圧力Ｐｒ０に相当する電圧値Ｖ０（ｎ）を次回の燃料噴射におけるコマンドパルスのオン時期Ｔｃｐ（ｎ＋１）まで保持する。図３の（Ｃ）に示す信号は、差分回路３５が（Ａ）に示す出力信号ＳA と（Ｂ）に示す基準信号ＳB とから演算した差分を出力した偏差信号ＳC である。偏差信号ＳC は、コマンドパルスのオン時期Ｔｃｐ（ｎ）にゼロの電圧値となり、燃料噴射に伴って、波形そのものは（Ａ）に示す出力信号ＳA と同じ波形が維持されつつ変化するコモンレール圧力の変動を表す信号となっている。
【００３３】
図３の（Ｄ）に示す信号は、増幅回路としてのゲイン３６によって増幅された増幅信号ＳD である。偏差信号ＳC は、ゲイン３６を通過するときに、この例では５０倍に拡大される（破線で示す偏差信号ＳC は増幅信号ＳD に比較して誇張して示されている）。増幅信号ＳD は、コマンドパルスのオン時期Ｔｃｐ（ｎ）にやはり０Ｖに維持されている。図３の（Ｅ）に示す信号は、（Ｄ）に示す増幅信号の波形を維持しながらコントローラ８の入力レンジに納まるように、オフセット回路３７で嵩上げ（オフセット）処理したオフセット信号ＳE である。オフセット信号ＳE は、この例では、コマンドパルスのオン時期Ｔｃｐ（ｎ）に２．５Ｖにオフセットされており、全体としてコントローラ８の入力レンジである０〜５Ｖの範囲に納まるようにオフセット処理されている。オフセット信号ＳE は、圧力センサユニット３１から温度補償無し信号Ｐｒ２として、コントローラ８に出力される。
【００３４】
上記のように、圧力検出素子３２の出力信号ＳA は、一度、偏差演算回路で基準信号ＳB との偏差が演算されることで、圧力降下前の圧力値を基準として圧力変化の波形が維持された偏差信号ＳC に変換される。偏差信号ＳC は増幅・オフセット信号に入力されることで、波形が拡大されて、正の値に嵩上げされる。
【００３５】
コモンレール圧力は１５０ＭＰａにも達することがあるので、コントローラ８に入力される温度補償有り信号Ｐｒ１の最大値は２００ＭＰａに設定され、２００ＭＰａに対応するコントローラ８への入力レンジは最大５Ｖレンジで設定され、更に、温度補償有り信号Ｐｒ１と温度補償無し信号Ｐｒ２は、コントローラ８では、Ａ／Ｄ変換器３８において８ｂｉｔ（２５６段階）で分解されデジタル化されているとする。（Ｃ）に示す偏差信号ＳC をオフセットしてそのままコントローラ８に入力したのでは、コモンレール圧力の変化幅は最大でも、例えば、５ＭＰａ（コモンレール圧力の最大値の１／４０）程度であるので、温度補償無し信号Ｐｒ２の出力変化幅は０．１２５Ｖ以下となり、分解能は６段階程度である。コントローラ８の分解能を有効に利用するため、偏差信号ＳC はゲイン３６によって増幅される。増幅率の一例としては、燃料サプライポンプ１による燃料圧送量を検出することも考慮して、５０倍ゲインとする。このように構成することにより、コントローラ８においては、例えば、オフセット信号ＳE の変化幅が２．５Ｖであるとすると、１２８段階の分解能が有効に利用され、燃料噴射に起因したコモンレール圧力の変動量をより高い精度で検出することが可能になる。
【００３６】
圧力検出素子３２、サンプル・ホールド回路３４、差分回路３５、ゲイン３６及びオフセット回路３７は、コモンレール２に配設される圧力センサユニット３１としてユニット化されているので、既存のコモンレール式燃料噴射システムにおいても、従来使用されている圧力サンサ１１（図５参照）を圧力センサユニット３１に置き換えると、コントローラ８の信号処理の分解能が同じであっても、ソフトウェアを入れ換えるのみで、コモンレール圧力の変化を高精度で検出して、コモンレール圧力の変化情報に基づいて、燃料噴射量や燃料噴射時期の燃料噴射条件、或いはシステム異常の検出等のために、この発明による流体圧力検出回路を利用することができる。
【００３７】
差分回路３５に入力される基準信号ＳB としては、コマンドパルスのオン時期に圧力検出素子３２が検出したコモンレール圧力信号とする以外には、例えば、コモンレール圧力が降下する前の一定期間において、圧力検出素子３２が検出したコモンレール圧力信号について、そのピーク値を検出し保持した保持信号や、平均値を検出し保持した保持信号とすることもできる。また、基準信号ＳB は、上記の例では、燃料噴射前の圧力降下する前の値としたが、偏差の値を圧力降下量よりも小さくして増幅により分解能を向上するには、基準信号ＳB を圧力降下する前の値から圧力降下した後の値までの値に設定してもよい。
【００３８】
基準信号ＳB として、更に、圧力検出素子３２が圧力降下前から圧力降下した期間に渡って検出したコモンレール圧力信号を平滑化回路によって平滑化した平滑化信号とすることもできる。図４には、平滑化回路を用いて偏差演算回路を構成した例が示されている。図４に示す平滑化回路３９には、図３の（Ａ）に二点鎖線で示すように圧力脈動や燃料噴射に起因した圧力降下の波形変化をも平滑化してしまうような時定数が設定される。平滑化回路３９によって偏差演算回路を構成する場合、コマンドパルスの入力や検出したコモンレール圧力のホールド回路が不要になる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は、上記のように構成されているので、次のような効果を奏する。即ち、このコモンレール式燃料噴射システムは、圧力センサユニットの圧力検出素子の出力信号を基準信号との偏差に置き換える。偏差信号は、その変化幅が小さいので、出力変化幅が最大に取れるレンジにマッチングするように増幅回路によって増幅されているので、圧力の小さな変動量を一層高い分解能で検出することが可能になる。特に、コモンレール圧力の燃料噴射に伴う微小な変化を、アナログ回路にて処理することにより、既存程度の分解能を有するコントローラでも、その分解能を有効に利用して、コモンレール圧力の変化に基づいた燃料噴射制御のフィードバック制御を行うことができる。即ち、コモンレール式燃料噴射システムでは、燃料噴射量はコモンレール圧力と噴射期間によって定まるので、コモンレール圧力を高精度で検出することはエンジンの制御にとって重要なファクタである。本発明によれば、単位分解能当たりの圧力値が小さくなり、圧力変化を安価なセンサ及び回路で精度良く検出することができるので、コモンレール式燃料噴射システムを採用しているエンジンを高い精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による流体圧力検出回路が適用されるコモンレール式燃料噴射システムの概要を示す概略図である。
【図２】この発明による流体圧力検出回路の一実施例を示す回路図である。
【図３】図２に示す圧力検出回路における各信号の変化を示すグラフである。
【図４】図２に示す圧力検出回路における偏差演算回路の別の例を示すブロック図である。
【図５】従来のコモンレール式燃料噴射システムの概略図である。
【符号の説明】
１  燃料サプライポンプ
２  コモンレール
３  インジェクタ
８  コントローラ
３１  圧力センサユニット
３２  圧力検出素子
３３  温度補償回路
３４  サンプル・ホールド回路
３５  差分回路
３６  ゲイン（増幅回路）
３７  オフセット回路
３９  平滑化回路
ＳA   出力信号
ＳB   基準信号
ＳC   偏差信号
ＳD   増幅信号
ＳE   オフセット信号
Ｐｒ  コモンレール圧力
Ｐｒ１  温度補償有り信号
Ｐｒ２  温度補償無し信号
【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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