(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプの高圧側に配置されるとともに、駆動パルス信号のデューティ比に応じて弁体とバルブシートとの間の開度が制御され、吐出された燃料の一部をリークすることにより燃圧を調整する高圧プレッシャレギュレータを備えてなる車両用内燃機関において、上記駆動パルス信号として、少なくとも低周波駆動パルス信号と高周波駆動パルス信号との２段階の周波数の異なる駆動パルス信号を有し、低車速側では高周波駆動パルス信号が選択され、上記高周波駆動パルス信号がＯＮ，ＯＦＦを繰り返す結果、上記弁体は着座位置と全開位置との間の中間位置に保持されるとともに、所定車速より高い高車速領域においては低周波駆動パルス信号に切り換えられ、上記低周波駆動パルス信号がＯＮ，ＯＦＦを繰り返す結果、上記弁体は着座位置と全開位置との間の中間位置に保持されることを特徴とする車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置。
【請求項２】
機関回転数が所定回転数より高い高回転領域では低車速状態であっても上記低周波駆動パルス信号に切り換えられることを特徴とする請求項１記載の車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置。
【請求項３】
上記高周波駆動パルス信号による制御中に燃圧が正常範囲にあるかを判別する手段をさらに備え、燃圧異常を検出したときには上記低周波駆動パルス信号に切り換え、上記中間位置において上記弁体を上記高周波駆動パルス信号発生時よりも大きく振動させることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒内直噴式内燃機関等において燃圧を目標値に制御する可変制御型の高圧プレッシャレギュレータの制御装置、特に車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシリンダ内にガソリン等の燃料を直接噴射する筒内直噴式内燃機関においては、非常に高い燃圧が要求されるため、機関出力で駆動される機械式の高圧燃料ポンプを用いるとともに、その高圧側つまり吐出側に電子制御型の可変プレッシャレギュレータを設け、吐出された燃料の一部を低圧側へリークすることにより、目標とする燃圧に調整するようにした燃料供給系が多く採用されている（例えば特開平５−１４９１６８号公報参照）。
【０００３】
そして、上記可変プレッシャレギュレータとしては、例えば、所定周波数の駆動パルス信号によって開度制御が行われるリニアソレノド型バルブが用いられる。このリニアソレノド型のプレッシャレギュレータでは、一般に、弁体がリターンスプリングによって閉方向に付勢されるとともに、開方向に燃圧を受けるようになっており、駆動パルス信号のデューティ比が大きくなると弁体とバルブシートとの間の開度が増大して燃圧が低下方向に、デューティ比が小さくなると開度が減少して燃圧が増加方向に、それぞれ制御される。なお、微視的に見ると、駆動パルス信号のＯＮ，ＯＦＦに伴って弁体は僅かに往復動作するが、駆動パルス信号の周波数がある程度高いことから、弁体がバルブシートに当接することはなく、中間開度に保持されることになる。
【０００４】
また、特開平６−７４０８４号公報には、内燃機関のアクチュエータとして例えばアイドル回転数制御用のバイパス制御バルブの制御装置が開示されており、ここには、２つの異なる周波数の駆動信号を、適宜な時間シーケンスに従って切り換えることで、共振を抑制しつつ、弁体の汚れによる固着現象を回避する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような高圧プレッシャレギュレータにあっては、駆動パルス信号のオン−オフに同期して、弁体が微小振動するため、結果として燃料配管内に圧力脈動が発生する。従って、この圧力脈動が加振源となり、各部の部品表面から放射音が生じるとともに、車体へ振動が伝搬して、車室内に異音を発生させる。特に、上記の圧力脈動は、高圧側の燃料配管のみならず、燃料がリークされる高圧燃料ポンプより上流の低圧燃料配管においても発生し、この低圧燃料配管が一般に車体のフロアパネル等に固定支持されているので、ここから車体に振動伝達し、異音発生を招く、という不具合がある。
【０００６】
また、上記の駆動パルス信号の周波数を高くすれば、弁体の振動の振幅が小さくなり、振動騒音低減の上で有利であるが、弁体やバルブシートの僅かな汚れや異物の噛み込みによって弁体が固着したり、動作不良を生じる可能性が相対的に高くなる。
【０００７】
ここで、上記特開平６−７４０８４号公報の装置では、弁体の固着回避のために２種類の周波数の駆動信号を用いているが、車体に伝達される振動ひいてはこれによる車室内の異音の防止に対しては必ずしも有効ではない。
【０００８】
本発明は、車両の乗員が感じる耳障りな異音を防止しつつ、弁体の固着や作動不良を回避することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置は、燃料ポンプの高圧側に配置されるとともに、駆動パルス信号のデューティ比に応じて弁体とバルブシートとの間の開度が制御され、吐出された燃料の一部をリークすることにより燃圧を調整する高圧プレッシャレギュレータを備えてなる車両用内燃機関において、上記駆動パルス信号として、少なくとも低周波駆動パルス信号と高周波駆動パルス信号との２段階の周波数の異なる駆動パルス信号を有し、低車速側では高周波駆動パルス信号が選択され、上記高周波駆動パルス信号がＯＮ，ＯＦＦを繰り返す結果、上記弁体は着座位置と全開位置との間の中間位置に保持されるとともに、所定車速より高い高車速領域においては低周波駆動パルス信号に切り換えられ、上記低周波駆動パルス信号がＯＮ，ＯＦＦを繰り返す結果、上記弁体は着座位置と全開位置との間の中間位置に保持されることを特徴としている。
【００１０】
特に、請求項２の発明に係る車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置は、機関回転数が所定回転数より高い高回転領域では低車速状態であっても低周波駆動パルス信号に切り換えられるようになっている。
【００１１】
すなわち、本発明では、低車速側で高周波駆動パルス信号を用いることにより、弁体の振幅が小さくなり、弁体の微小振動に起因する車室内の異音の発生が抑制される。これに対し、車速が所定車速を越えると、駆動パルス信号は、低周波駆動パルス信号に切り換えられる。これにより、弁体の振幅が大きくなり、弁体の固着や異物の噛み込みによる作動不良が防止される。仮に、高周波駆動パルス信号での作動中に異物が弁体に付着したような場合でも、低周波駆動パルス信号によって弁体が大きく動くことにより、確実に異物が除去される。このように低周波駆動パルス信号で駆動されている状態では、実際には、圧力脈動により振動騒音が発生するのであるが、車速がある程度高い領域では、車両駆動系の機械的騒音やロードノイズあるいは風切音などが増大するので、比較的小さな音である圧力脈動による車室内の異音はマスキングされてしまい、実質的に乗員に感じとられることがない。また、機関回転数が高い高回転領域においても、内燃機関自体の他の騒音が増大するので、同様にマスキングされ、低周波駆動パルス信号で駆動することが可能となる。
【００１２】
従って、実際の運転では、車両運転状態の変化に伴い、低周波駆動パルス信号による駆動と高周波駆動パルス信号による駆動とが頻繁に切り換えられることになり、乗員に異音を感じさせずに、弁体の固着や異物による作動不良が回避されることになる。
【００１３】
具体的には、請求項４のように、上記高周波駆動パルス信号の周波数は、５００Ｈｚ以上であり、上記低周波駆動パルス信号の周波数は、２００Ｈｚ以下であることが望ましい。高周波駆動パルス信号の周波数を十分に高くすることにより、異音の発生を防止でき、また低周波駆動パルス信号の周波数を十分に低くすることにより、作動不良を確実に回避できる。
【００１４】
なお、高周波駆動パルス信号と低周波駆動パルス信号との間に、さらに、中間の周波数の駆動パルス信号を具備することにより、３段階以上の周波数に切り換えるようにすることも可能である。
【００１５】
請求項２の発明をより具体化した請求項５の発明では、上記駆動パルス信号として、低周波駆動パルス信号と高周波駆動パルス信号とを有し、車速が５０ｋｍ／ｈ以下でかつ機関回転数が１５００ｒｐｍ以下の領域では高周波駆動パルス信号が選択され、車速が５０ｋｍ／ｈより高い高車速領域ならびに機関回転数が１５００ｒｐｍより高い高回転領域においては低周波駆動パルス信号に切り換えられるようになっている。
【００１６】
また、請求項１または請求項２の発明をより具体化した請求項３の発明は、高周波駆動パルス信号による制御中に燃圧が正常範囲にあるかを判別する手段をさらに備え、燃圧異常を検出したときには低周波駆動パルス信号に切り換えられることを特徴としている。
【００１７】
燃圧は、駆動パルス信号のデューティ比に応じて定まるので、電圧変化や温度等による多少のばらつきを考慮して、ある範囲内にあれば、正常に燃圧制御されているものと判断することができる。これに対し、その範囲外であれば、弁体の固着や異物による作動不良が生じている可能性がある。そのため、低周波駆動パルス信号に強制的に切り換え、弁体の振幅を大きくすることで、異物の排出や弁体の固着状態からの回復を促進する。
【００１８】
【発明の効果】
この発明に係る車両用内燃機関の高圧プレッシャレギュレータ制御装置によれば、圧力脈動による車室内の耳障りな異音の発生を防止できると同時に、弁体の汚れや異物の噛み込みによる弁体の固着や作動不良を確実に回避することができる。
【００１９】
また、請求項３の発明によれば、高周波駆動パルス信号による制御中に、万一、弁体の固着や作動不良が生じたとしても、低周波駆動パルス信号に切り換えることによって、速やかに回復させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、車両用内燃機関として筒内直噴式内燃機関１の燃料系を示す構成説明図であって、燃料タンク２内に電動式の低圧燃料ポンプ３が収容されており、この低圧燃料ポンプ３から圧送される燃料が低圧燃料通路３０を介して高圧燃料ポンプ４に導入されている。なお、３１は燃料フィルタ、３２は、上記高圧燃料ポンプ４へ供給する燃料の圧力を一定圧に調圧する低圧プレッシャレギュレータである。
【００２２】
上記高圧燃料ポンプ４は、内燃機関１のクランクシャフトもしくはカムシャフトによって駆動される機械式のものであって、ここで加圧された高圧燃料が、高圧燃料通路６を介して各気筒の燃料噴射弁５に供給されている。上記高圧燃料通路６には、燃圧を検出する燃圧センサ７が配設されている。また、上記高圧燃圧通路６から高圧燃料の一部を低圧側にリークするように、可変型の高圧プレッシャレギュレータ８が設けられている。この高圧プレッシャレギュレータ８は、高圧燃料ポンプ４とともに高圧ポンプユニット９として一体化されている。上記高圧プレッシャレギュレータ８を介してリークした燃料は、リターン通路１０によって低圧燃料通路３０に戻される。なお、高圧燃料ポンプ４と並列に安全弁３３およびバイパス弁３４が設けられている。ここで、上記低圧燃料通路３０は、一般に車両後部の燃料タンク２から車両前部の内燃機関１へと延びており、車体パネル３５の適宜位置に支持されている。従って、高圧燃料のリークに伴う圧力脈動が低圧燃料通路３０に生じると、この支持点を介して車体パネル３５へと振動が伝達されることになる。
【００２３】
上記高圧プレッシャレギュレータ８は、コントロールユニット１１から出力される駆動パルス信号によって開度が制御されるものであって、上記コントロールユニット１１には、上記燃圧センサ７によって検出される燃圧信号が入力されるほか、機関運転条件を示すエアフロメータ１２、クランク角センサ１３、スロットル開度センサ１４等の検出信号が入力されており、機関運転条件に応じて設定される目標燃圧となるように、駆動パルス信号のデューティ比がフィードバック制御されるようになっている。なお、デューティ比は機関運転条件に応じたオープンループ制御とし、燃圧センサ７の検出値を、燃料噴射パルスの補正のみに用いるようにしてもよい。さらに、車速を検出する車速センサ１５を備えており、その車速信号がコントロールユニット１１に入力されている。
【００２４】
上記高圧プレッシャレギュレータ８は、例えば、高圧燃料ポンプ４と一体に構成されており、図２は、この高圧燃料ポンプ４と一体化された高圧プレッシャレギュレータ８の具体的な構成を示している。高圧プレッシャレギュレータ８は、高圧燃料ポンプ４のハウジングと一体化されたベース部２１と、このベース部２１に取り付けられた略円筒状のバルブ部２２と、に大別され、バルブ部２２の中心にプランジャを兼ねた弁体２３が摺動可能に配設されているとともに、この弁体２３を囲むようにソレノイド２４が配設されている。またベース部２１には、上記弁体２３先端に対向するようにバルブシート２５が設けられており、その中心部に連通するように高圧側通路２７が、また側方に連通するように低圧側通路２８が、それぞれ形成されている。上記弁体２３は、リターンスプリング２６によって、バルブシート２５に着座する方向に付勢されている。従って、上記弁体２３は、ソレノイド２４のＯＦＦ状態ではバルブシート２５に着座して高圧側通路２７と低圧側通路２８との間を遮断し、またＯＮ状態ではバルブシート２５から離れて両通路２７，２８が互いに連通するようになっている。
【００２５】
上記高圧プレッシャレギュレータ８は、所定の周波数の駆動パルス信号でもって開度制御される。特に、この実施例では、周波数の異なる高周波駆動パルス信号と低周波駆動パルス信号とが運転条件に応じて選択的に用いられる。
【００２６】
図６は、低周波駆動パルス信号と弁体２３のリフトとの関係を示したものであって、図示するように、駆動パルス信号がＯＮ，ＯＦＦを繰り返す結果、弁体２３は微小変動するものの、着座位置（全閉位置）と全開位置との間の中間位置に保持される。そして、この平均的な開度は、駆動パルス信号のデューティ比に応じて連続的に変化する。図４に示すように、ＯＮデューティ比が大となると、平均的な開度は大となり、燃圧は低下する。また、図６に同時に示すように、弁体２３の微小なリフト変化に伴って圧力脈動が発生する。
【００２７】
図７は、高周波駆動パルス信号と弁体２３のリフトとの関係を示したものであって、同様に、駆動パルス信号がＯＮ，ＯＦＦを繰り返す結果、弁体２３は微小変動しつつ着座位置（全閉位置）と全開位置との間の中間位置に保持され、その平均的な開度が、駆動パルス信号のデューティ比に応じて連続的に変化する。また、弁体２３の微小なリフト変化に伴ってやはり圧力脈動が発生する。
【００２８】
ここで、図６と図７とを対比すれば明らかなように、弁体２３の微小変化つまりその振動の振幅は、低周波駆動パルス信号による振幅Ａに比べて、高周波駆動パルス信号による振幅Ｂの方が小さくなり、この弁体振動に伴う圧力脈動の大きさも、低周波駆動パルス信号による脈動振幅Ａ’に比べて、高周波駆動パルス信号による脈動振幅Ｂ’の方が小さくなる。従って、高周波駆動パルス信号によって駆動すれば、圧力脈動による異音は、相対的に小さくなる。その反面、弁体２３の動きが小さいことから、弁体２３の固着や異物の噛み込みが生じやすくなる。
【００２９】
本実施例では、基本的に、車速Ｖと機関回転数Ｎとに基づいて、駆動パルス信号の周波数が切り換えられる。すなわち、図５に示すように、車速Ｖが所定車速Ｖ１（例えば５０ｋｍ／ｈ）以下で、かつ機関回転数Ｎが所定回転数Ｎ１（例えば１５００ｒｐｍ）以下の領域で、高周波駆動パルス信号が選択され、それ以外の領域では、低周波駆動パルス信号が選択される。なお、後述するように、両者の境界における切換には、適宜なヒステリシスが与えられている。このように、低車速でかつ低速回転の領域において、高周波駆動パルス信号を用いることにより、車室内で乗員が感じる異音が非常に小さくなる。また、高車速領域および高回転領域では、低周波駆動パルス信号により弁体２３が大きな振幅で駆動されるので、弁体２３の固着状態からの回復あるいは異物の排出が確実に行われる。そして、このときには、ある程度大きな圧力脈動が発生しているが、他の騒音にマスキングされるため、実質的に問題とならない。
【００３０】
次に、図３のフローチャートに基づいて、本発明の要部である駆動パルス信号の周波数の切換について説明する。
【００３１】
このフローチャートの処理は、内燃機関１の運転中繰り返し実行されるものであって、先ずステップ１で、そのときの燃圧Ｐ、車速Ｖ、機関回転数Ｎ等の運転条件を読み込む。次に、ステップ２で、燃料系システム全体が正常であるか確認する。例えばセンサの信号異常等の何らかの異常が検出された場合は、ステップ３へ進んで、システム異常と判定し、かつステップ４で、デューティ比を０％に固定する。これにより、燃圧Ｐの可変制御は行われない。燃料系システムが正常であれば、ステップ５へ進み、車速Ｖが所定車速Ｖ１以下でかつ機関回転数Ｎが所定回転数Ｎ１以下であるか判定する。つまり、２つの条件が同時に成立しているか判定する。ここでＮＯであれば、ステップ６へ進み、低周波駆動パルス信号を選択する。ステップ５で、所定車速Ｖ１以下でかつ所定回転数Ｎ１以下であると判断した場合には、ステップ７へ進み、高周波駆動パルス信号を選択する。
【００３２】
一方、高周波駆動パルス信号による制御中は、ステップ８において、燃圧Ｐ、車速Ｖ、機関回転数Ｎを再度読み込み、ステップ９において、燃圧Ｐがデューティ比に応じた所定の正常範囲内であるか否か、車速Ｖが（Ｖ１＋ΔＶ）以下であるか否か、機関回転数Ｎが（Ｎ１＋ΔＮ）以下であるか否かを、繰り返し判定する。なお、上記ΔＶおよびΔＮは、それぞれ所定のヒステリシスである。そして、これらの３つの条件がいずれも成立していれば、高周波駆動パルス信号による制御を継続する。また、これらの３つの条件が１つでも成立しないときには、ステップ６へ進み、低周波駆動パルス信号に切り換える。
【００３３】
図４は、例えばある一定の機関回転数の下でのデューティ比と燃圧との関係を示したもので、前述したように、デューティ比が大となると燃圧は低下するのであるが、そのときの温度や電圧によって、実際の燃圧にはある程度のばらつきが生じる。従って、図４のａの範囲にあれば、燃圧制御は正常であると判定される。これに対し、図４のｂの範囲は、異物の噛み込み等による異常な燃圧低下であると判定される。また、ｃの範囲は、例えば弁体２３がバルブシート２５に着座したまま固着したような場合に生じる燃圧が高すぎる状態である。
【００３４】
上記ステップ９においては、このような関係から燃圧Ｐが正常範囲内であるか判定し、異常であれば、直ちに低周波駆動パルス信号に切り換えられる。従って、高周波駆動パルス信号での駆動中に生じやすい弁体２３の作動不良を確実に防止できる。
【００３５】
上記高周波駆動パルス信号の周波数は、５００Ｈｚ以上であることが望ましく、特に、５００〜８００Ｈｚの範囲が好ましい。図８は、駆動パルス信号の周波数と圧力脈動の振幅との関係を示したものであり、５００Ｈｚ以上の領域では、圧力脈動の振幅は非常に小さくなる。そして、過度に高い周波数としても、圧力脈動はあまり変化がない。一方、低周波駆動パルス信号としては、異物除去の点から、２００Ｈｚ以下であることが望ましく、特に、１００〜２００Ｈｚの範囲が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る高圧プレッシャレギュレータを備えた筒内直噴式内燃機関の燃料系の構成説明図。
【図２】高圧プレッシャレギュレータの断面図。
【図３】駆動パルス信号の周波数の切換制御を示すフローチャート。
【図４】デューティ比と燃圧の正常範囲との関係を示す特性図。
【図５】車速と機関回転数に対する周波数の切換領域を示す特性図。
【図６】低周波駆動パルス信号と弁体のリフトおよび圧力脈動との関係を示すタイムチャート。
【図７】高周波駆動パルス信号と弁体のリフトおよび圧力脈動との関係を示すタイムチャート。
【図８】駆動パルス信号の周波数と圧力脈動の振幅との関係を示す特性図。
【符号の説明】
４…高圧燃料ポンプ
８…高圧プレッシャレギュレータ
１１…コントロールユニット
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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