(57)【要約】【課題】内燃機関のコモンレール内燃圧脈動を低減することにより、空燃比誤差を抑制し、排出ガス性能を向上させる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】燃料を加圧する加圧室３２内において、ポンプ駆動カム４３の回転により加圧部材２を往復動させて、電磁弁７により調節された量の燃料を加圧室３２内に吸入し、該吸入した燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプ６０と、高圧燃料ポンプ６０により吐出された燃料を蓄圧する燃料蓄圧室５３と、蓄圧室５３内の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁３０と、を少なくとも備えた内燃機関１０の制御装置１００であって、制御装置１００は、高圧燃料ポンプ６０から吐出される燃料の吐出期間に基づいて、燃料噴射弁３０が前記燃料を噴射する開始時期を制御してなる。【選択図】図２５
2009057860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプにより吐出された前記燃料を蓄圧する蓄圧室と、該蓄圧室内の前記燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、を少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプは、前記燃料が加圧される加圧室と、該加圧室内へ吸入される燃料量を調整する電磁弁と、前記加圧室内を往復動することにより、前記加圧室内に前記燃料を吸入し、該吸入した燃料を加圧する加圧部材と、該加圧部材を往復動させるポンプ駆動カムと、を少なくとも備えた内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプから吐出される前記燃料の吐出期間に、前記燃料噴射弁から噴射される前記燃料の噴射期間を時期的に重ねるように、前記燃料噴射弁の制御を行なうことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記燃料の吐出期間内に、前記燃料の噴射が開始され、該噴射が終了するように、前記燃料噴射弁の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出開始時期に、前記燃料の噴射開始時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出終了時期に、前記燃料の噴射終了時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出開始時期に、前記燃料の噴射開始時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行う噴射開始制御と、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出終了時期に、前記燃料の噴射終了時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行う噴射終了制御と、のいずれか一方の制御を選択し、該選択した制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記燃料の燃焼状態に基づいた燃料噴射終了限界時期を設定し、該燃料噴射終了限界時期に基づいて、前記制御の選択を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記燃料噴射弁が噴射する前記気筒内の前記燃料の燃焼状態に基づいて前記燃料の噴射開始時期の範囲を設定し、前記燃料噴射弁が前記燃料を噴射する噴射開始時期が、前記設定された噴射開始時期の範囲内に収まるように、前記燃料噴射弁の制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記内燃機関の吸気行程において、前記燃料を噴射するように前記燃料噴射弁の制御を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記加圧部材が前記加圧室を加圧する方向に移動する期間内に、前記燃料を噴射するように前記燃料噴射弁の制御を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記ポンプ駆動カムは、前記内燃機関の吸気行程において、前記加圧部材が前記加圧室を加圧する方向に移動するように、配設されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機械の制御装置。
【請求項１１】
前記蓄圧室内の前記燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記蓄圧室の前記燃圧を調整する電制燃圧調整弁と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記燃料噴射弁が噴射すべき目標燃圧を設定し、前記検出した燃圧が、前記目標燃圧になるように、前記電制燃圧調整弁の制御を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記蓄圧室の前記燃圧を電気的に調整する電制燃圧調整弁と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記燃料噴射弁の噴射終了後に、前記電制燃圧調整弁が開弁するように、前記電制燃圧調整弁の制御を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプにより吐出された前記燃料を蓄圧する蓄圧室と、該蓄圧室内の前記燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、を少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプは、前記燃料が加圧される加圧室と、該加圧室内へ吸入される燃料量を調整する電磁弁と、前記加圧室内を往復動することにより、前記加圧室内に前記燃料を吸入し、該吸入した燃料を加圧する加圧部材と、該加圧部材を往復動させるポンプ駆動カムと、を少なくとも備えた内燃機関であって、
前記ポンプ駆動カムは、前記内燃機関の吸気行程において、前記加圧部材が前記加圧室を加圧する方向に移動するように、配設されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の制御装置及び内燃機関に係り、特に、高圧燃料ポンプにより燃料を蓄圧室に加圧して吐出し、該吐出された燃料を燃料噴射弁から噴射するに好適な内燃機関の制御装置及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減が求められており、これらの削減を目的として、筒内噴射式のエンジン（内燃機関）の開発が行われている。筒内噴射エンジンは、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うものであり、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくすることによって噴射燃料の燃焼を促進し、排出ガス物質の削減及びエンジン出力の向上等を図っている。
【０００３】
このように、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくするためには、高圧化された燃料を燃料噴射弁から噴射することが望ましく、筒内噴射エンジンには、気筒への噴射前の燃料の高圧化を図る手段として、プランジャ式高圧燃料ポンプが設けられている。
【０００４】
このプランジャ式高圧燃料ポンプを使用した場合には、プランジャの往復動に伴い燃料が加圧されるため、ポンプから吐出して圧送された燃料の圧力（燃圧）は、エンジンの蓄圧室（以下、コモンレールと呼ぶ）内において脈動し易い。この燃圧の脈動により、燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料の目標噴射量と実噴射量がずれることがあり、この結果、目標空燃比に対して実空燃比がずれやすいという課題がある。該課題を鑑みて、燃圧脈動に対しての内燃機関の制御技術が各種提案されている。
【０００５】
例えば、その一例として、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する噴射弁に該機関に駆動される燃料ポンプにより高圧燃料を供給し、噴射時期制御手段により該機関の運転状態に応じて該噴射弁の作動時期を制御するとともに、燃料噴射量制御手段により該機関の運転状態と該噴射弁の作動時期とに基づき該噴射弁からの燃料噴射量を制御する筒内噴射型内燃機関が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、所定の噴射量での燃料圧と噴射期間との関係を表す燃料噴射弁の噴射特性に基づきその噴射特性上で近似される一次関数を用い、その都度の燃圧に応じて噴射期間を算出して、該算出した燃料噴射期間に基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射する燃料噴射制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、吸気弁の開閉時期を可変する可変バルブタイミング機構を用いて、高圧燃料ポンプの燃料の吐出期間を、内燃機関の運転状態に応じて変化するインジェクタの燃料の噴射期間に一致させるように、燃料の吐出させる時期を制御する筒内噴射型内燃機関が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２１３３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−０３６４９１号公報
【特許文献３】特開２００３−２２７３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、コモンレール内の燃圧脈動により空燃比がずれることに対して、各種技術が提案されている。しかし、特許文献１に記載の技術では、脈動する燃圧に合わせて燃料の噴射量を制御しているが、該技術は、内燃機関の運転状態に基づいて、所望の空燃比となるように、燃料の噴射時期を制御しているものであり、コモンレール内の燃圧の脈動を根本的に低減させるような制御を行っていない。また、特許文献２に記載の技術は、コモンレール内の燃圧に応じて燃料の噴射時期をしているものであり、この技術も、コモンレール内の燃料圧力の脈動を根本的に低減させるような制御を行っているものではない。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載の技術は、インジェクタの燃料の噴射期間に高圧燃料ポンプの燃料の吐出期間を同調させて可変バルブ機構を作動させるため、吸気効率が変化しトルク変動が発生し易く、車両の運転性を悪化させる可能性がある。また、可変タイミングバルブ機構の動作は一般的に燃料の噴射時期の変動速度と比較して遅いため、噴射期間の変化時に、リアルタイムに同調させられない可能性がある。加えて、可変タイミングバルブ機構の動作角範囲は一般的に噴射時期が動く範囲と比較して狭く、同調範囲は可変タイミングバルブ機構の動作角範囲に限定される。このように、高圧燃料ポンプによる燃料の吐出期間を、インジェクタによる燃料の噴射期間に一致させようとしても、コモンレール内の燃圧の脈動を低減することが難しい場合がある。
【００１１】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、制御応答性が高く、設定範囲に自由度を持つ燃料噴射開始時期に注目し、コモンレール内の脈動を低減し、かつ、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を達成することができる内燃機関の制御装置、及び内燃機関を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、本発明に係る内燃機関の制御装置は、基本的には、燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプにより吐出された前記燃料を蓄圧する蓄圧室と、該蓄圧室内の前記燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、を少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプは、前記燃料が加圧される加圧室と、該加圧室内へ吸入される燃料量を調整する電磁弁と、前記加圧室内を往復動することにより、前記加圧室内に前記燃料を吸入し、該吸入した燃料を加圧する加圧部材と、該加圧部材を往復動させるポンプ駆動カムと、を少なくとも備えた内燃機関の制御装置であって、前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプから吐出される前記燃料の吐出期間に、前記燃料噴射弁から噴射される前記燃料の噴射期間を時期的に重ねるように、前記燃料噴射弁の制御を行なうことを特徴とする。
【００１３】
より好ましい態様としては、本発明に係る内燃機関の前記制御装置は、前記燃料の吐出期間内に、前記燃料の噴射が開始され、該噴射が終了するように、前記燃料噴射弁の制御を行なう。
【００１４】
より好ましい態様として、本発明に係る内燃機関の前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出開始時期に、前記燃料の噴射開始時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行うものであり、別の態様として、本発明に係る内燃機関の前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出終了時期に、前記燃料の噴射終了時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行うことがより好ましい。
【００１５】
さらに、他の態様としては、本発明に係る内燃機関の前記制御装置は、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出開始時期に、前記燃料の噴射開始時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行なう噴射開始制御と、前記高圧燃料ポンプによる前記燃料の吐出終了時期に、前記燃料の噴射終了時期を一致させるように、前記燃料噴射弁の制御を行う噴射終了制御と、のいずれか一方の制御を選択し、該選択した制御を行うことが好ましく、前記制御装置は、前記燃料の燃焼状態に基づいた燃料噴射終了限界時期を設定し、該燃料噴射終了限界時期に基づいて、前記制御の選択を行うことがより好ましい。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記燃料噴射弁が噴射する前記気筒内の前記燃料の燃焼状態に基づいて前記燃料の噴射開始時期の範囲を設定し、前記燃料噴射弁が前記燃料を噴射する噴射開始時期が、前記設定された噴射開始時期の範囲内に収まるように、前記燃料噴射弁の制御を行うことがより好ましい。
【００１７】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の吸気行程において、前記燃料を噴射するように前記燃料噴射弁の制御を行うことが好ましく、別の態様としては、前記制御装置は、前記加圧部材が前記加圧室を加圧する方向に移動する期間内に、前記燃料を噴射するように前記燃料噴射弁の制御を行うことが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記蓄圧室内の前記燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記蓄圧室の前記燃圧を電気的に調整する電制燃圧調整弁と、をさらに備え、前記制御装置は、前記燃料噴射弁が噴射すべき目標燃圧を設定し、前記検出した燃圧が、前記目標燃圧になるように、前記電制燃圧調整弁の制御を行うことがより好ましい。また、別の態様として、前記蓄圧室の前記燃圧を電気的に調整する電制燃圧調整弁と、をさらに備え、前記制御装置は、前記燃料噴射弁の噴射終了後に、前記電制燃圧調整弁が開弁するように、前記電制燃圧調整弁の制御を行うことがより好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る内燃機関は、燃料を加圧して吐出する高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプにより吐出された前記燃料を蓄圧する蓄圧室と、該蓄圧室内の前記燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、を少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプは、前記燃料が加圧される加圧室と、該加圧室内へ吸入される燃料量を調整する電磁弁と、前記加圧室内を往復動することにより、前記加圧室内に前記燃料を吸入し、該吸入した燃料を加圧する加圧部材と、該加圧部材を往復動させるポンプ駆動カムと、を少なくとも備えた内燃機関であって、前記ポンプ駆動カムは、前記内燃機関の吸気行程において、前記加圧部材が前記加圧室を加圧する方向に移動するように、配設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の制御装置及び内燃機関は、高圧燃料ポンプの燃料の吐出期間に対して、燃料噴射弁の燃料の噴射期間を時期的に重ねることにより、蓄圧室（コモンレール）内の燃圧脈動を低減することが可能となる。この結果、燃料システムの安定化、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明の内燃機関の制御装置のいくつかの実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、第一実施形態の筒内噴射の内燃機関（エンジン）と該内燃機関の制御装置とを共に示した全体構成図である。
【００２３】
図示の筒内噴射エンジン１０は、多気筒エンジン、例えば、＃１〜＃４の４つの気筒を有する直列４気筒エンジンであって、シリンダヘッド１１と、シリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５とを有し、該ピストン１５上方には燃焼室１７が画成される。燃焼室１７には、点火コイル３４から高電圧が印加される点火プラグ３５及び燃焼室１７内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３０が臨設されている。なお、図において、点火プラグ３５及び燃料噴射弁３０は、便宜上、燃焼室１７の天井部の左右に並設されているが、それらの配設位置は適宜に設定可能である。
【００２４】
各シリンダに導入されて燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１の入口部２１ａから取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ）２４を通り、電制スロットル弁２５が収容されたスロットルボディ２６を通ってコレクタ２７に入る。コレクタ２７に入った空気は、コレクタ２７から吸気通路２０の下流部分を形成する分岐通路部（吸気管、吸気ポート）及びその下流端に配在された、吸気カムシャフト２９により開閉駆動される吸気弁２８を介して各気筒の燃焼室１７に導かれる。
【００２５】
燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排ガス）は、排気カムシャフト４９により開閉駆動される排気弁４８を介して排気通路４０に排出され、排気通路４０に配備された触媒コンバータ４６で浄化された後、外部に排出される。
【００２６】
また、エアフロセンサ２４からは、吸気流量を表す信号がエンジン制御装置（以下コントロールユニットと呼ぶ）１００に出力されている。さらに、スロットルボディ２６には、電制スロットル弁２５の開度を検出するスロットルセンサ２３が取り付けられており、その信号もコントロールユニット１００に出力されるようになっている。
【００２７】
一方、燃料噴射弁３０から噴射されるガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から低圧燃料ポンプ５１により一次加圧されて燃圧レギュレータ５２により一定の圧力（例えば３ｋｇ／ｃｍ２）に調圧される。調圧された燃料は、さらに、排気カムシャフト４９に設けられたポンプ駆動カム４３により駆動される高圧燃料ポンプ６０において、より高い圧力（例えば５０ｋｇ／ｃｍ２）に２次加圧されてコモンレール（蓄圧室）５３へ圧送される。コモンレール５３に、圧送された燃料は、各気筒に設けられている燃料噴射弁（インジェクタ）３０に供給され、燃料噴射弁３０から各気筒の燃焼室１７に噴射される。燃焼室１７に噴射された燃料は、点火コイル３４で高電圧化された点火信号により点火プラグ３５で着火される。なお、燃料噴射弁３０に供給される燃料の圧力（燃圧）は、燃圧センサ５６により検出され、その信号はコントロールユニット１００に出力されるようになっている。
【００２８】
エンジン１０のクランク軸１８に取り付けられたクランク角センサ(ポジションセンサ)３７は、クランク軸１８の回転位置を検出し、検出された信号はコントロールユニット１００に出力されるようになっている。また、排気弁４８の開閉タイミングを可変にする機構を備えたカム軸（図示省略）に取り付けられたクランク角センサ(フェーズセンサ)３６は、前記カム軸の回転位置を表す角度信号を検出し、検出した信号は、コントロールユニット１００に出力される。さらに、フェーズセンサ３６は、排気弁４８のカム軸の回転に伴って回転する高圧燃料ポンプ６０のポンプ駆動カムの回転位置を表す角度信号をも検出し、検出した信号は、コントロールユニット１００に出力されるようになっている。
【００２９】
図２は、図１に示すコントロールユニット１００の内部構成およびそれの入出力を示すブロック図である。コントロールユニット１００は、高圧燃料ポンプ６０の制御装置を含むものであり、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものである。図２に示すように、コントロールユニット１００の主要部は、ＭＰＵ１０１、ＥＰ−ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ１０４等で構成されている。コントロールユニット１００は、Ｉ／ＯＬＳＩ１０４を介して、ポジションセンサ３７、フェーズセンサ３６、水温センサ１９、並びに燃圧センサ５６等を含む各種のセンサからの信号を入力信号として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力信号として出力する。
【００３０】
具体的には、コントロールユニット１００は、入力信号として、クランク角センサ（ポジションセンサ）３７からのクランク軸１８の回転角度・位相（回転位置）を表す検出（角度）信号、カム角センサ（フェーズセンサ）３６からの排気カムシャフト４９の位相（回転位置）並びに高圧燃料ポンプ６０のポンプ駆動カム４３の回転位置を表す検出（角度）信号、燃圧センサ５６により検出される燃料圧力に応じた信号、シリンダブロック１２に配設された水温センサ１９により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、スロットルセンサ２３により検出される電制スロットル弁２５の開度に応じた信号、アクセルセンサから得られるアクセルペダルの踏み込み量を示す信号、排気通路４０に配設された空燃比センサ４４により検出される排ガス中の例えば酸素濃度に応じた信号、エアフロセンサ２４により検出される吸入空気量に応じた信号、イグニッションスイッチからの始動開始（クランキング開始）を示す信号、等を入力信号として、所定の周期を以って取り込む。
【００３１】
そして、コントロールユニット１００は、取り込まれた入力信号に基づき、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された制御信号を、アクチュエータである電磁弁のソレノイド２００、前記各燃料噴射弁３０及び点火コイル３４、後述する電制リリーフ弁５５、電制スロットル弁２５等に所定の制御信号を出力して、燃料吐出量制御、燃料噴射量制御、点火時期制御、スロットル弁２５の開度制御等を実行するものである。
【００３２】
図３は、高圧燃料ポンプ６０を備えた燃料系システムの全体構成図を示しており、図４は、図３に示す高圧燃料ポンプ６０の縦断面図を示している。
【００３３】
図３、４に示すように、高圧燃料ポンプ６０は、燃料を加圧する加圧室内において、ポンプ駆動カムの回転により加圧部材を往復動させて、電磁弁により調節された量の燃料を前記加圧室内に吸入し、該吸入した燃料を加圧して吐出する燃料タンク５０からの燃料を加圧してコモンレール５３に高圧の燃料を圧送するものであり、ソレノイド部（電磁弁）７と、シリンダ部８と、ポンプ室９とを有する。
【００３４】
電磁弁７はポンプ室９の吸入側に配置され、シリンダ部８はポンプ室９の下方に配置されている。尚、ポンプ駆動カム４３は、気筒数（４気筒）に合わせた４葉の駆動カムである。該駆動カムを用いることにより、各気筒に対して、後述する、高圧燃料ポンプ６０の駆動状態に合わせた燃料噴射制御を行うことが容易にできる。
【００３５】
電磁弁７は、加圧室内へ吸入される燃料量を調整するものであり、吸入弁体５と、吸入弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２と、ソレノイド２００と、アンカ９１と、を構成部品として有している。吸入弁体５は、後述するポンプ室９の吸入通路３１と加圧室３２との間に配置され、燃料の流通方向を制限する逆止弁であり、ばね９２により閉弁方向（ポンプ室９から電磁弁７に向かう方向）に付勢されている。電磁弁７は、ソレノイド２００に電流が流れた場合には、アンカ９１に電磁力が発生して図中右側に吸入弁体５が引き寄せられ、アンカ９１と一体に形成された吸入弁体５が開弁するように構成されている。一方、ソレノイド２００に電流が流れない場合には、吸入弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２により、吸入弁体５は閉じるように構成されている。電磁弁７は駆動電流を流さない状態で閉弁する構造の弁であるため、ノーマルクローズ型の電磁弁と称する。
【００３６】
シリンダ部８は、加圧部材であるプランジャ（ポンプピストン）２、リフタ３、プランジャ下降ばね４を有している。プランジャ２は、加圧室内を往復動することにより、後述する加圧室内に燃料を吸入し、該吸入した燃料を加圧するものであり、エンジン１０の排気弁４８のカム軸４９の回転に伴って回転するポンプ駆動カム４３に圧接されたリフタ３を介して往復動し、ポンプ室９の加圧室１２の容積を変化させ、ピストンポンプをなしている。
【００３７】
ポンプ室９は、低圧燃料の吸入通路３１、加圧室３２、高圧燃料の吐出通路３３から構成されている。吸入通路３１と加圧室３２との間には前記した電磁弁７の吸入弁体５が配設されている。吐出通路３３には、下流側の高圧燃料を加圧室３２に逆流させないために吐出弁体６が設けられている。吐出弁体６もまた、燃料の流通方向を制限する逆止弁であり、閉弁ばね６ａにより閉弁方向に付勢されている。なお、閉弁ばね６ａは、プランジャ２による加圧室３２内の容積変化により、吸入弁体５を挟んで、加圧室３２側の圧力が吸入通路３１側の圧力に対して同等又はそれ以上になった場合には、吸入弁体５を閉弁させるように付勢するものである。
【００３８】
このように構成された高圧燃料ポンプ６０により、燃料は、タンク５０から低圧燃料ポンプ５１により加圧され、高圧燃料ポンプ６０の燃料導入口からポンプ室９の吸入通路３１に、プレッシャレギュレータ５２によって一定の圧力に調圧（一次加圧）されて導かれる。その後、一次加圧された燃料は、ポンプ室９内の加圧室３２内において、ポンプ駆動カム４３の回転により、プランジャ（加圧部材）を往復動させて、電磁弁７により調整された量の燃料を加圧室３２内に吸入し、該加圧室３２内において吸入した燃料を加圧して、吐出通路３３を介してコモンレール５３に吐出することができる。
【００３９】
具体的には、シリンダ部８において、プランジャ２は、前述したポンプ駆動カム４３に圧接されたリフタ３を介して、ポンプ駆動カム４３の回転にあわせて往復動し、加圧室３２の容積を変化させている。プランジャ２が下降して加圧室３２の容積が拡大すると、電磁弁７が開弁し、燃料吸入通路３１から加圧室３２に燃料が流入する。このプランジャ２が下降する行程を以下、吸入行程と記す。一方、プランジャ２が上昇し、電磁弁７が閉弁すると、加圧室３２内の燃料は昇圧され、吐出弁体６を通過してコモンレール５３へ圧送される。このプランジャ２が上昇する行程を以下、圧縮行程と記す。なお、電磁弁７の駆動のタイミングと、シリンダ部８のプランジャ２の往復動との関係は、後述する図５、６の説明において詳細に説明する。
【００４０】
さらに、高圧燃料ポンプ６０から燃料が圧送されるコモンレール５３には、燃料噴射弁３０、燃圧センサ５６、電制燃圧調整弁（電制リリーフ弁）５５が装着されている。燃料噴射弁３０は、エンジン１０の気筒数にあわせて装着されている。燃料噴射弁３０は、コントロールユニット１００から出力されるインジェクタ駆動信号による駆動電流に従って燃料を噴射する。燃圧センサ５６は、取得した圧力データをコントロールユニット１００に出力する。電制リリーフ弁５５は、コモンレール５３内の燃料の圧力（燃圧）が所定値を超えた際に、コントロールユニット１００からの電制リリーフ弁制御信号の出力によって開弁し、燃圧上昇による高圧配管系の破損を防止することを第一の目的としている。
【００４１】
コントロールユニット１００は、各種センサから得られるエンジン状態量（例えばクランク回転角（具体的にはポジションセンサ３７の信号値、フェーズセンサ３６の信号値）、スロットル開度（具体的にはエアフロセンサ２４の信号値）、エンジン回転数、及び燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量や燃料圧力等を演算し、高圧燃料ポンプ６０にソレノイド制御信号を出力して高圧燃料ポンプ６０を制御すると共に、各燃料噴射弁３０にインジェクタ駆動信号を出力して各燃料噴射弁３０の噴射開始時期等の噴射タイミング、噴射期間（噴射量）を制御する。
【００４２】
図５は、図３に示す高圧燃料ポンプ６０の動作タイムチャートを示しており、図６は、図５のタイムチャートの補足説明図である。なお、ポンプ駆動カム４３で駆動するプランジャ２の実際のストローク（実位置）は、図６に示すような曲線になるが、上死点と下死点の位置を分かり易くするために、以下、プランジャ２のストロークを直線的に表すこととする。
【００４３】
プランジャ２が、ポンプ駆動カム４３の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に応じて上死点側から下死点側に移動すると、前記吸入行程が行われる。この吸入行程では、加圧室３２の圧力が吸入通路３１の圧力よりも低くなり、その圧力差によって吸入弁体５が開弁し、燃料が加圧室３２に吸入される。このとき、ばね９２は吸入弁体５を閉弁方向に付勢するが、圧力差による開弁力の方が大きくなるように設定されているため、吸入弁体５は開弁する。ここで、もしソレノイド２００に駆動電流が流れていれば、磁気吸引力が開弁方向へ作用して、吸入弁体５は更に開弁し易くなる。
【００４４】
そして、プランジャ２が、ポンプ駆動カム４３の回転によりプランジャ下降ばね４の付勢力に応じて下死点側から上死点側に移動すると、前記ポンプ室９の圧縮行程が行われる。圧縮行程中は、加圧室３２の圧力の方が吸入通路３１よりも高くなるため、吸入弁体５を開弁させる差圧は発生しない。ここで、ソレノイド２００に駆動電流が流れていなければ、吸入弁体５を閉弁方向に付勢するばね力などにより、吸入弁体５は閉弁する。一方、ソレノイド２００に駆動電流が流れ十分な磁気吸引力が発生していれば、磁気吸引力により吸入弁体５は開弁方向に付勢される。
【００４５】
このようにして、圧縮行程中に電磁弁７の吸入弁体５が閉弁している場合には、吸入行程中に加圧室３２に吸入された燃料は加圧され、コモンレール５３側へ吐出される。また、圧縮行程中に電磁弁７の吸入弁体５が開弁している場合には、その間、燃料は吸入通路３１側へ押し戻され、加圧室３２内の燃料はコモンレール５３側へは吐出されない。このように、ポンプ６０の燃料吐出は電磁弁７（具体的には吸入弁体５）の開閉によって操作される。
【００４６】
なお、電磁弁７の開閉は、コントロールユニット１００からのソレノイド制御信号（電磁弁駆動信号）によって操作される。具体的には、図５に示すように、吸入行程中に、コントロールユニット１００から、電磁弁７に電磁弁駆動信号を入力し、電磁弁７のソレノイド２００に駆動電流を与え始め、圧縮行程中も与え続けると、吸入弁体５は開弁保持される。圧縮行程中には、加圧室３２内の燃料は吸入通路３１に逆流するため、燃料はコモンレール５３内へ圧送されない。一方、圧縮行程中のあるタイミングで駆動電流を与えるのを止めると、所定の閉弁応答時間（ポンプ閉弁遅れ）をもって吸入弁体５は閉弁し、加圧室３２内の燃料が加圧され、吐出通路３３側へ吐出される。例えば、圧縮行程中において、駆動電流を与えるのを止めるタイミングが早いと、加圧される燃料の容量が大きくなりポンプ６０からの燃料の吐出量は増加し、タイミングが遅いと、加圧される燃料の容量が小さくなりポンプ６０からの燃料の吐出量は減少する。よって、コントロールユニット１００が、吸入弁体５が閉じるタイミングを、ソレノイド制御信号（電磁弁駆動信号）により制御することにより、ポンプ６０の吐出流量を制御することができる。
【００４７】
さらに、燃圧センサ５６の信号（実燃圧）に基づき、コントロールユニット１００から、ソレノイド２００への適切な通電ＯＦＦタイミングを演算し、ソレノイド２００をコントロールすることにより、コモンレール５３の実燃圧を目標値（目標燃圧）にフィードバック制御させることができる。
【００４８】
図７は、コントロールユニット１００のＭＰＵ１０１が実施する高圧燃料ポンプ６０の制御ブロック図の一態様を示している。高圧燃料ポンプ６０を制御するコントロールユニット１００は、燃圧入力処理手段７０１、目標燃圧算出手段７０２、ポンプ制御角度算出手段７０３、ポンプ制御ＤＵＴＹ算出手段７０４、ポンプ状態遷移判定手段７０５、及び、ソレノイド駆動手段７０６を備えている。
【００４９】
燃圧入力処理手段７０１は、燃圧センサ５６からの信号を入力し、該信号をフィルタ処理して実燃圧（計測した計測燃料圧力）に換算し、換算した実燃圧をポンプ制御角度算出手段７０３に出力する。目標燃圧算出手段７０２は、エンジン回転数と内燃機関に作用する負荷からその動作点に最適な目標燃圧を算出し、算出した目標燃圧をポンプ制御角度算出手段７０３に出力する。
【００５０】
ポンプ制御角度算出手段７０３は、実燃圧及び目標燃圧等から、高圧燃料ポンプ６０の吐出流量を制御するための位相パラメータを演算し、ソレノイド２００への通電開始角度（通電開始時期）ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度（通電終了時期）ＯＦＦＡＮＧを、ソレノイド駆動手段７０６に出力する（詳細は後述）。ポンプ制御ＤＵＴＹ算出手段７０４は、ポンプ駆動信号であるオープン電流制御用デューティ信号のパラメータ（ソレノイド２００への初期通電時間とデューティ比）を演算して、該演算結果を信号として、ソレノイド駆動手段７０６に出力する。さらに、ポンプ状態遷移判定手段７０５は、後述する運転状態からポンプ制御モードのうちどのモードに遷移させるべきかを判定し、その遷移すべき制御状態を出力する。そして、前述した出力信号を受けて、ソレノイド駆動手段７０６は、ソレノイド２００にデューティ信号から生成される電流を与え、電磁弁７を駆動させる。
【００５１】
図８は、図７に示すポンプ制御角度算出手段７０３の一態様を示しており、図９は、図８に示すポンプ制御角度算出手段７０３の通電開始角度算出手段８０１の一態様を示している。
【００５２】
図８、９に示すように、ポンプ制御角度算出手段７０３は、通電開始角度算出手段８０１および通電終了角度算出手段８０２から構成されており、通電開始角度算出手段８０１は、電磁弁７のソレノイド２００の通電開始角度ＳＴＡＮＧを算出する。具体的には、通電開始角度演算手段８０１は、エンジン回転数とバッテリ電圧とのマップにより基本通電開始角度算出手段９０１から基本通電開始角度ＳＴＡＮＧＭＡＰを演算し、前記ポンプ駆動カム軸の可変バルブタイミング機構による位相差ＥＸＣＡＭＡＤＶ分を補正することにより通電開始角度ＳＴＡＮＧを演算する。可変バルブタイミング機構による位相差の補正は、動作角０位置に対して進角側に動作する場合は、減算をし、遅角側に動作する可変バルブタイミング機構であれば加算する。本実施形態では、遅角側に動作する可変バルブタイミング機構を前提としている。
【００５３】
図１０は、図１に示す高圧燃料ポンプ６０のタイムチャートを説明するための図である。基本通電開始角度ＳＴＡＮＧＭＡＰは、可変バルブタイミング機構による位相差が０のときには、通電開始角度ＳＴＡＮＧと等しい。高圧燃料ポンプ６０はノーマルクローズ式であるため、ポンププランジャ下死点までに電磁弁７を開弁することが可能となる力が働いていなければ、吸入行程において、吸入通路３１と加圧室３２と圧力差により吸入弁体５が開弁する。そして、圧縮行程において、電磁弁７は閉弁し、加圧室３２内に吸入された燃料は、全吐出される。
【００５４】
前記開弁することが可能となる力は、エンジン回転数に比例して大きくなり、閉弁方向に働くポンプ内流体力に勝る力である。よって、ソレノイドに発生する力は電流に比例するので、電磁弁７を開弁させるには、ポンプ下死点までにソレノイド２００に一定値以上の電流が流れている必要がある。また、ソレノイドに流れる電流が一定値まで到達する時間は、ソレノイド２００に対する電源であるバッテリの電圧に依存し、全電流の一定値はエンジン回転数に依存するので、前記基本通電開始角度算出手段９０１は、エンジン回転数とバッテリ電圧を入力とする。
【００５５】
図１１は、図８に示すポンプ制御角度算出手段７０３の通電終了角度算出手段８０２の一態様を示している。本実施形態に係る高圧燃料ポンプ６０は、ソレノイドへの通電終了角度（ＯＦＦＡＮＧ）を変化させることにより吐出量が制御される。具体的には、図１１に示すように、燃料噴射弁３０による噴射量とエンジン回転数を入力とした基本角度マップ１１０１より基本角度ＢＡＳＡＮＧを演算する。基本角度ＢＡＳＡＮＧは、定常運転状態における要求吐出量を吐出するための閉弁角度を設定するものである。
【００５６】
そして、燃圧Ｆ／Ｂ制御演算部１１０２では、目標燃圧と実燃圧より演算されたＦ／Ｂ分を基本角度ＢＡＳＡＮＧに加算することにより基準角度ＲＥＦＡＮＧを演算する。基準角度ＲＥＦＡＮＧは、可変バルブタイミング動作が無いと仮定した場合の、基準ＲＥＦからの電磁弁７を閉弁したい角度を示している。ここで基準ＲＥＦとは、位相制御の基準点となる位置である。コントロールユニット１００において、要求された位相に出力を実施するためには基準点の設定が必要である。なお、基準ＲＥＦの生成方法については、図１３を参照して後述する。
【００５７】
さらに、エンジン回転数と基準角度ＲＥＦＡＮＧから、電磁弁７の開弁の時間遅れ演算マップ１１０３を用いて、電磁弁７の開弁の時間遅れに相当するポンプ開弁遅れ角ＰＵＭＤＬＹを算出する。そして、出力終了角度算出部１１０５は、これらの算出された基準角度ＲＥＦＡＮＧに、閉弁遅れＰＵＭＤＬＹと可変バルブタイミング動作角を加減算することにより、通電終了角度ＯＦＦＡＮＧを演算し、出力する。ソレノイド駆動手段７０６は、通電開始角度ＳＴＡＮＧから通電終了角度ＯＦＦＡＮＧまでオープン電流制御デューティを出力する。なお、本実施形態では、後述する、燃料噴射弁３０の噴射時期の設定基準点も基準ＲＥＦを使用して、位相制御を実施する。
【００５８】
図１２は、図７に示すポンプ状態遷移判定手段７０５の一態様を表す状態遷移図を示している。高圧燃料ポンプ６０を制御するための制御ブロックは、Ａ制御及びフィードバック制御（以下Ｆ／Ｂ制御と記す）から構成され、ポンプ状態遷移判定手段７０５は、前記２つの制御形態のうちいずれの制御形態に、高圧燃料ポンプ６０を遷移させるべきかを判定するものである。
【００５９】
なお、前記したＡ制御は、デフォルト制御であり、もし始動時においてエンジンが回転中である場合、ポンプは全吐出を実施する。一方、Ｆ／Ｂ制御は、目標燃圧となるように制御することを目的としている。
【００６０】
まず、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮになり、コントロールユニット１００のＭＰＵ１０１がリセット状態になると、ポンプ状態遷移判定手段７０５は、Ａ制御ブロック１２０２である無通電制御状態にすると判定する。このときポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝０とすると共に、ソレノイド２００に対する通電は行われず、燃料は全吐出される。
【００６１】
次に、スタータスイッチがＯＮになり、エンジン１０がクランキング状態となって、クランク角信号ＣＲＡＮＫとカム角信号ＣＡＭとからプランジャ位相が確定する。基準ＲＥＦを生成可能な運転状態になると、条件１が成立してＦ／Ｂ制御ブロック１２０３に遷移すると判定し、気筒判別後、ポンプ状態変数：ＰＵＭＰＭＤ＝２とするとともに、燃圧入力処理手段７０１で算出された実燃圧が、目標燃圧算出手段７０２で算出された目標燃圧となるようにソレノイド制御信号を出力する。そして、図１２において前述したように、Ｆ／Ｂ制御ブロック１２０３に遷移後、エンストが発生しない限り、Ｆ／Ｂ制御ブロック１２０３が継続するようにソレノイド制御信号を出力する。さらに、コントロールユニット１００がエンストを認識すると条件１が成立し、Ａ制御ブロック１２０２に遷移する。
【００６２】
図１３は、基準ＲＥＦ生成方法の一例を説明するための図である。図１に示したようにクランク軸１８に取り付けられたクランク角センサ３７のクランク角センサ信号には歯欠け部分（通常のクランク角センサ信号間隔より間隔を広くした部分）が存在する。エンジン始動時から初回歯欠け認識時のクランク角センサを基準ＲＥＦとし、以後一定角度毎にクランク角センサ値から基準ＲＥＦを生成する。歯欠け認識はクランク角センサ入力間隔より判定する。
【００６３】
図１４は、高圧燃料ポンプ６０の制御のタイムチャート、該タイムチャートにおいて、コントロールユニット１００による燃圧の制御に対するソレノイド制御信号の通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧに用いられる各パラメータを示したものである。
【００６４】
図１４に示すように、ＣＲＡＮＫ信号とＣＡＭ信号に基づいて生成される基準ＲＥＦと、プランジャ２のストロークから前記ソレノイド信号の通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧが設定される。通電終了角度ＯＦＦＡＮＧは、式１のように求めることができる。
ＯＦＦＡＮＧ＝ＲＥＦＡＮＧ＋ＥＸＣＡＭＡＤＶ−ＰＵＭＤＬＹ…（式１）
【００６５】
ここで、ＲＥＦＡＮＧは基準角度であり、式２のように求めることができる。
ＲＥＦＡＮＧ＝ＢＡＳＡＮＧ＋ＦＢＧＡＩＮ…（式２）
【００６６】
ここで、ＢＡＳＡＮＧは基本角度であり、エンジン１０の運転状態に基づいて基本角度マップを用いて（図１１参照）演算される。ＥＸＣＡＭＡＤＶはカム作動角であり、可変バルブタイミングの動作角に相当する。ＰＵＭＤＬＹはポンプ閉弁遅れ角度であり、ＦＢＧＡＩＮは、フィードバック分である。
【００６７】
図１５は、通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧの設定方法を説明するための図である。クランク角センサから所定クランク角度間隔において出力されるクランク信号（例えば１０ｄｅｇ）を基づいて要求された角度（通電開始角度ＳＴＡＮＧ及び通電終了角度ＯＦＦＡＮＧ）の設定を実現する。
【００６８】
例えば、図１５に示すように、基準ＲＥＦ時に通電開始角度ＳＴＡＮＧ＝３３ｄｅｇを要求された場合の設定方法は以下のように行われる。まず、クランク信号毎にカウントアップされるカウンタのカウンタ値ＯＮＣＮＴが３になったとき（＝基準ＲＥＦから３０ｄｅｇの距離になったとき）、残り３ｄｅｇ分をＯＮＣＮＴ＝２中の時間Ａより３ｄｅｇ分の時間を式３のように設定する。つまり、この場合には、
３ｄｅｇ分＝時間Ａ×０．３…（式３）
となる。また、通電終了角度ＯＦＦＡＮＧを要求された場合の設定方法も同様に、時間Ｂを用いて設定する。また、燃料噴射弁３０の燃料の噴射時期の設定についても同様の制御を実施する。
【００６９】
図１６は、本実施形態に係るコントロールユニット１００の燃料噴射弁の制御ブロック図を示している。図１６に示すように、基本噴射時期算出手段１６０１、噴射時期上限算出手段１６０２、噴射時期下限算出手段１６０３、及び脈動低減噴射時期算出手段１６０４を備えている。
【００７０】
基本噴射時期算出手段１６０１、噴射時期上限算出手段１６０２、噴射時期下限算出手段１６０３は、運転状態を入力して、噴射時期基本値ＩＮＪＤＥＧＢ、噴射開始時期設定上限値ＩＮＪＤＥＧＨ、噴射開始時期設定下限値ＩＮＪＤＥＧＬを算出し、脈動低減噴射時期算出手段１６０４に出力している。さらに、脈動低減噴射時期算出手段１６０４は、高圧燃料ポンプ６０から吐出される燃料の吐出開始時期、吐出終了時期、及び吐出期間に基づいて、燃料噴射弁３０が前記燃料を噴射する噴射開始時期を算出するものである。
【００７１】
具体的には、脈動低減噴射時期算出手段１６０４は、高圧燃料ポンプ６０から吐出される燃料の吐出期間に、燃料噴射弁３０から噴射される燃料の噴射期間の少なくとも一部を、時期的に重ねるように、噴射開始時期ＩＮＪＤＥＧを算出するものであり、各手段１６０１〜１６０３までの前記算出した値および噴射期間ＩＮＪＰＵＬ、ポンプ通電終了角度ＯＦＦＡＮＧ、ポンプ閉弁遅れＰＵＭＤＬＹを入力することにより、高圧燃料ポンプ６０の燃料の吐出期間内に、燃料噴射弁３０による気筒内への燃料の噴射を行えるように、噴射開始時期ＩＮＪＤＥＧを算出する。この算出された噴射開始時期ＩＮＪＤＥＧに基づいて、コントロールユニット１００は、燃料噴射弁３０にインジェクタ駆動信号を出力して、燃料噴射弁３０の噴射時期を制御し、燃料の噴射を実行する。
【００７２】
図１７は、図１６に示す脈動低減噴射時期算出手段１６０４の燃料噴射開始時期の算出方法をより具体的に説明するための第一実施形態のフローチャートを示しており、図１８は、その算出方法によりコントロールユニット１００が行う高圧燃料ポンプ６０の駆動にともなう燃料噴射時期の制御に関するタイムチャートを示している。
【００７３】
第一実施形態では、コントロールユニット１００が、燃料の吐出期間内に、燃料の噴射が開始され、該噴射が終了するように、前記燃料噴射弁の制御を行い、かつ、行高圧燃料ポンプ６０による燃料の吐出開始時期に、燃料噴射弁３０による燃料の噴射開始時期を一致させるように、燃料噴射弁３０の噴射時期を制御するものである。
【００７４】
まず、ステップ１７０１で、割込み処理が始まる。割込み処理は、例えば１０ｍｓ毎のような時間同期である。次に、ステップ１７０２及びステップ１７０３に進み、これらのステップで、順次、基準ＲＥＦから電磁弁７への通電終了時期までの期間に相当するポンプ通電終了角度ＯＦＦＡＮＧと、ポンプ閉弁の動作遅れ時間に相当するポンプ閉弁遅れ（角度）ＰＵＭＤＬＹを読み込む。これは、ポンプ吐出開始位置（ポンプ吐出開始時期）を演算するためである。ポンプ吐出開始位置は、以下の式４により表現することができる。
ポンプ吐出開始位置＝ＯＦＦＡＮＧ＋ＰＵＭＤＬＹ  …（式４）
【００７５】
さらに、ステップ１７０４及びステップ１７０５に進み、これらのステップで、噴射開始時期設定上限値ＩＮＪＤＥＧＨおよび噴射開始時期設定下限値ＩＮＪＤＥＧＬを順次読み込む。具体的には、図１９に示すように、コントロールユニット１００は、燃料噴射弁３０が噴射する気筒内の燃料の燃焼状態に基づいて、燃焼室において燃料が最適に燃焼することができる燃料の噴射開始時期の範囲を設定している。ここで、噴射開始時期設定上限値ＩＮＪＤＥＧＨは、その設定された時期よりも後に燃料噴射を行うと所望の燃焼状態を得ることができない時期に相当する上限の閾値であり、噴射開始時期設定下限値ＩＮＪＤＥＧＬは、その設定された時期よりも前に燃料噴射を行うと所望の燃焼状態を得ることができない時期に相当する下限の閾値である。
【００７６】
このような前記上下限値として、燃焼状態を悪化させない状態を維持するための最遅角値と最進角値を設定し、燃料噴射時期に関連した気筒内の燃焼状態を考慮した場合には、燃料噴射弁３０が燃料を噴射する噴射開始時期が、設定された噴射開始時期の範囲内に収まるように、燃料の噴射開始時期を制御することが好ましく、該制御を行うべく、以下のステップ１７０６〜１７０８に進む。
【００７７】
まずステップ１７０６では、ポンプ吐出開始時期が設定された噴射開始時期の範囲内となるか（すなわち噴射開始時期設定上下限値内に収まるか）判定する。
【００７８】
ステップ１７０６において、ポンプ吐出開始時期が設定された噴射開始時期の範囲にあると判定した場合には、ブロック１７０７において、以下の式５に示すように、燃料の噴射開始噴射時期ＩＮＪＤＥＧを、ポンプの吐出開始時期に一致させて、
ＩＮＪＤＥＧ＝ＯＦＦＡＮＧ＋ＰＵＭＤＬＹ  …（式５）
とし、出力する。
【００７９】
一方、ステップ１７０６において、ポンプ吐出開始時期が設定された噴射開始時期の範囲を外れていると判定した場合には、ステップ１７０８に進む。ステップ１７０８では、ポンプ吐出開始時期が設定された上限下限いずれの方に外れているかの判定を行う。そして、上限値を上回っている場合は、ステップ１７１０に進み、燃焼悪化を回避するため、式６に示すように、燃料噴射開始時期を、噴射開始時期設定上限に合わせ、
ＩＮＪＤＥＧ＝ＩＮＪＤＥＧＨ  …（式６）
この値を出力する。
【００８０】
また、下限値を下回っている場合は、ステップ１７０９に進み、以下の式７に示すように、と燃料噴射開始時期を、噴射開始時期設定下限に合わせ、
ＩＮＪＤＥＧ＝ＩＮＪＤＥＧＬ  …（式７）
この値を出力する。
【００８１】
このようにして、図１９に示すように、高圧燃料ポンプ６０による燃料の吐出開始時期に、燃料噴射弁３０による燃料の噴射開始時期を一致させて、燃料の吐出期間内に、燃料噴射弁３０による燃料の噴射を行うこと、すなわち、前記燃料の吐出期間内に、前記燃料の噴射が開始され、該噴射が終了するように、前記燃料噴射弁の制御を行うことにより、コモンレール５３内の脈動を低減し、かつ、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を達成することができる。
【００８２】
さらに、コントロールユニット１００が、燃料噴射弁３０が噴射する気筒内の燃料の燃焼状態に基づいて燃料の噴射開始時期の範囲を設定し、燃料噴射弁３０が燃料を噴射する噴射開始時期が、設定された噴射開始時期の範囲内に収まるように、燃料噴射弁３０を制御することにより、安定した燃焼を確保することができる。
【００８３】
図２０は、図１６に示す脈動低減噴射時期算出手段１６０４の燃料噴射開始時期の算出方法をより具体的に説明するための第二実施形態のフローチャートを示しており、図２１は、その算出方法によりコントロールユニット１００が行う高圧燃料ポンプ６０の駆動にともなう燃料噴射時期の制御に関するタイムチャートを示している。尚、第二実施形態は、脈動低減噴射時期算出手段の算出方法及び該算出結果に伴う燃料噴射制御が相違するのみであり、他の内容は、第一実施形態と同じであることから、その詳細な説明は省略する。
【００８４】
第二の実施形態では、コントロールユニット１００が、高圧燃料ポンプ６０による燃料の吐出終了時期に、燃料の噴射終了時期を一致させることにより、高圧燃料ポンプ６０から吐出される燃料の吐出期間内に、燃料噴射弁３０による燃料の噴射を終了させるように、燃料噴射弁３０の噴射時期を制御するものである。
【００８５】
まず、ステップ１８０１で、割込み処理が始まる。割込み処理は、例えば１０ｍｓ毎のような時間同期である。次に、ステップ１８０２に進み、該ステップで、噴射期間ＩＮＪＰＵＬを読み込む。噴射期間ＩＮＪＰＵＬはエンジン要求噴射量を角度変換した値である。さらに、ステップ１８０３に進み、該ステップで、基準ＲＥＦからプランジャ上死点までの期間（角度）ＰＯＦＦＳＥＴを読み込む。ここで、ポンプ吐出終了時期と燃料噴射弁３０の噴射終了時期を合わせた場合の要求噴射開始時期（仮）は以下の式８により表現される。
要求噴射開始時期（仮）＝ＰＯＦＦＳＥＴ−ＩＮＪＰＵＬ  …（式８）
【００８６】
さらに、ステップ１８０４及びステップ１８０５に進み、先の第一実施形態と同様に、これらのステップで、噴射開始時期設定上限値ＩＮＪＤＥＧＨおよび噴射開始時期設定下限値ＩＮＪＤＥＧＬを順次読み込む。
【００８７】
ブロック１８０６では、要求噴射開始時期（仮）が設定された噴射開始時期の範囲内となるか（すなわち噴射開始時期設定上下限値内に収まるか）判定する。
【００８８】
ステップ１８０６において、設定された噴射開始時期の範囲にあると判定した場合には、ブロック１８０７において、以下の式９に示すように、燃料の要求噴射開始時期（仮）ＩＮＪＤＥＧを、ポンプの吐出開始時期に一致させて、
ＩＮＪＤＥＧ＝ＰＯＦＦＳＥＴ−ＩＮＪＰＵＬ  …（式９）
とし、出力する。
【００８９】
一方、ステップ１８０６において、ポンプ吐出開始時期が設定された噴射開始時期の範囲を外れていると判定した場合には、ステップ１８０８に進む。ステップ１８０８では、ポンプ吐出開始時期が設定された上限下限いずれの方に外れているかの判定を行う。そして、上限値を上回っている場合は、ステップ１８１０に進み、燃焼悪化を回避するため、式１０に示すように、燃料噴射開始時期を、噴射開始時期設定上限に合わせ、
ＩＮＪＤＥＧ＝ＩＮＪＤＥＧＨ  …（式１０）
この値を出力する。
【００９０】
また、下限値を下回っている場合は、ステップ１８０９に進み、以下の式１１に示すように、燃料噴射開始時期を、噴射開始時期設定下限に合わせ、
ＩＮＪＤＥＧ＝ＩＮＪＤＥＧＬ  …（式１１）
この値を出力する。
【００９１】
このようにして、図２１に示すように、ポンプ吐出終了時期にインジェクタ噴射終了時期を一致させて、高圧燃料ポンプ６０から吐出される燃料の吐出期間内に、燃料噴射弁３０による燃料の噴射を終了させることにより、コモンレール５３内の脈動を低減し、かつ、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を達成することができる。特に、燃料の吐出期間よりも、燃料の噴射期間が長いような場合などであっても、燃料の噴射終了時期が燃料の点火時期にずれ込むことがないので、気筒内において安定して燃料を燃焼させることができる。
【００９２】
また、燃料噴射弁３０が噴射する気筒内の燃料の燃焼状態に基づいて燃料の噴射開始時期の範囲を設定し、燃料噴射弁３０が燃料を噴射する噴射開始時期が、設定された噴射開始時期の範囲内に収まるように、燃料の噴射開始時期を制御することにより、さらになる安定した燃焼を確保することができる。
【００９３】
図２２は、図１６に示す脈動低減噴射時期算出手段１６０４の燃料噴射開始時期の算出方法をより具体的に説明するための第三実施形態のフローチャートを示しており、図２３は、その算出方法によりコントロールユニット１００が行う高圧燃料ポンプ６０の駆動にともなう燃料噴射時期の制御に関するタイムチャートを示している。尚、第三実施形態は、脈動低減噴射時期算出手段の算出方法及び該算出結果に伴う燃料噴射制御が相違するのみであり、他の内容は、第一実施形態と同じであることから、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
第三実施形態は、前記第一実施形態と第二実施形態の燃料噴射の制御のいずれか一方の制御を選択することにより制御性能の向上と活用範囲の拡大を図ることを目的とした実施形態であり、第三実施形態では、コントロールユニット１００が高圧燃料ポンプ６０による燃料の吐出開始時期に、燃料の噴射開始時期を一致させるように、燃料噴射弁３０の制御を行う噴射開始制御と、高圧燃料ポンプ６０による燃料の吐出終了時期に、燃料の噴射終了時期を一致させるように、燃料噴射弁３０の制御を行う噴射終了制御と、のいずれか一方の制御を選択し、該選択した制御を行うものである。
【００９５】
まず、ステップ１９０１で、割込み処理が始まる。割込み処理は、例えば１０ｍｓ毎のような時間同期である。次に、ステップ１９０２に進み、該ステップで、噴射時期基本値ＩＮＪＤＥＧＢを読み込む。さらに、ステップ１９０３に進み、該ステップで、噴射期間ＩＮＪＰＵＬを読み込む。その後、ステップ１９０４に進み、該ステップで、以下の式１２に示すように、噴射終了時期ＩＮＪＤＥＧＥを演算する。
ＩＮＪＤＥＧＥ＝ＩＮＪＤＥＧＢ＋ＩＮＪＰＵＬ  …（式１２）
【００９６】
ステップ１９０５に進み、該ステップで、噴射終了限界時期ＩＮＪＥＬＩＭを読み込む。噴射終了限界時期ＩＮＪＥＬＩＭは、燃焼状態を悪化させない燃料噴射の終了時期の限界時期であり、内燃機関の運転状態に応じた燃料の噴射量、点火時期等からコントロールユニット１００で、算出されるものである。そして、ステップ１９０６に進み、該ステップにおいて、噴射終了限界時期ＩＮＪＥＬＩＭと噴射終了時期ＩＮＪＤＥＧＥとの差分を算出し、該差分が規定値以上であるかを判断する。
【００９７】
ステップ１９０６において、噴射終了限界時期ＩＮＪＥＬＩＭと噴射終了時期ＩＮＪＤＥＧＥとの差が規定値以下と判断した場合は、ステップ１９０７へ進み、第二実施形態に係るステップ１８０１からの一連のステップを実施する。一方、噴射終了限界時期ＩＮＪＥＬＩＭと噴射終了時期ＩＮＪＤＥＧＥとの差が規定値よりも大きい場合は、ステップ１９０８へ進み、第一実施形態に係るステップ１７０１からの一連のステップを実施する。このようにポンプ吐出期間と噴射期間を合わせる手段を使い分けることにより、良好な燃焼を維持しつつ脈動を低減する。
【００９８】
図２３からも明らかなように、第三実施形態、良好な燃焼を維持するように第一実施形態と第二実施形態とを使い分けることであり、第三実施形態では、燃料噴射限界時期に基づいていずれの実施形態に係る燃料噴射制御を行うかを選択したが、例えば、燃焼良好区間と高圧燃料ポンプの圧縮行程位置関係、燃料噴射開始時期、燃料噴射期間のパラメータを用いて、いずれの実施形態に係る燃料噴射制御を行うか選択してもよい。
【００９９】
図２４は、高圧燃料ポンプの行程と、エンジンの各行程と、から最適な噴射時期を説明するための図である。先に示したように、高圧燃料ポンプ６０の圧縮行程において、高圧燃料ポンプ６０から燃料が吐出されるので、この圧縮行程において、燃料の噴射時期要求範囲が一致することが望ましいことは、前述したいくつかの実施形態で述べたところである。
【０１００】
さらに、内燃機関（エンジン１０）の各行程のうち、吸気行程は、燃焼（トルク・排出ガス性能）に対して噴射時期感度の低いので、該吸気行程に燃料の噴射を行えば、より気筒内の燃焼を安定させることができる。この点を考慮すると、エンジン１０は、エンジンの吸気行程において、高圧燃料ポンプ６０の圧縮行程が実施されるように構成さえることが望ましい。
【０１０１】
具体的には、エンジン１０の排気カムシャフト４９に設けられたポンプ駆動カム４３が、エンジン１０の吸気行程において、プランジャが加圧室３２を加圧する方向に移動するように、すなわち、燃料の吐出が実施されるようなカムの位置に、配設されていることが好ましい。換言すると、吸気カムシャフト２９のカムの回転方向の位置と、ポンプ駆動カム４３のカムの回転方向の位置との関係が、図２４に示すように、エンジンの吸気行程の時期とポンプの圧縮行程の時期を重ねるような関係となるように、吸気カムシャフト２９とポンプ駆動カム４３とを配設されることが好ましい。
【０１０２】
この結果、図２４に示すように、吸気行程の燃料の噴射における噴射時期要求範囲と、高圧燃料ポンプ吐出行程とを一致させ、吸気行程において、燃料を噴射することにより、コモンレールにおける燃圧の脈動を抑えることができるばかりでなく、燃料の燃焼をさらに安定させることができる。
【０１０３】
また、仮に、前記実施形態の示すように、燃料の吐出期間に基づいて燃料噴射時期を制御することをしない場合であっても、前記の如くポンプ駆動カムを配設することにより、燃料の吐出期間に燃料の噴射時期が重なる可能性が高くなるため、脈動低減効果を得ることが期待できる。
【０１０４】
また、コントロールユニット１００が、エンジン１０の各気筒の吸気行程において、燃料を噴射するように燃料噴射弁３０の燃料の噴射時期の制御を行うこと、及び、コントロールユニット１００が、ブランジャ２が加圧室３２を加圧する方向に移動する期間内に、燃料を噴射するように燃料噴射弁３０の燃料の噴射時期の制御を行うことにより、さらに安定した燃焼を期待することができる。
【０１０５】
このように上述した実施形態のコントロールユニット１００は、高圧燃料ポンプ６０から吐出される燃料の吐出期間に、燃料の噴射期間のうち少なくとも一部の噴射期間を一致させるように、燃料噴射弁３０の噴射時期の制御ことにより、コモンレール５３内の脈動を低減し、かつ、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を達成することができる。
【０１０６】
また、脈動を低減することによりコモンレール５３の容積を小さくすることが可能となり、燃圧応答性を高めることが出来るので、排気性能を更に向上させることが可能となる。
【０１０７】
さらに、図２５に示すように、コモンレール内の燃圧脈動の大きな要因は、高圧燃料ポンプ無吐出区間に噴射が実行されることによる燃圧の落ち込みであることから、燃料噴射時期がポンプの吐出時期に全く一致してない従来例の場合には、燃圧の脈動が大きくなり、その結果空燃比のズレを招く。
【０１０８】
一方、本発明では、燃料の吐出期間内に、燃料噴射弁３０による燃料の噴射を行うこと、すなわち、ポンプ吐出時期に燃料噴射時期のうち少なくとも一部の噴射期間を一致させることにより、トルク変動・燃焼の悪化を招くことなく脈動を低減することができる。この結果、燃焼の安定化及び排出ガス性能の改善を図ることが出来る。
【０１０９】
さらに、図２６に示すように、ポンプ吐出量のバラツキ等により、燃料噴射弁３０の噴射量に対して高圧燃料ポンプ６０の吐出量が優る場合がある。この場合、該コントロールユニット１００により設定された目標燃圧に対して、燃圧センサ５６により検出された実燃圧の方が高くなるので、このとき、コントロールユニット１００は、検出した実燃圧が、目標燃圧になるように、電制リリーフ弁５５を開弁するよう制御することが好ましい。
【０１１０】
前記いくつかの実施形態に示す方法により燃圧脈動を低減することに加え、さらに、より安定して噴射開始時の燃圧を一定に保つことが可能となり、さらなる空燃比制御精度を向上することが可能となる。
【０１１１】
また、燃料噴射後にコモンレールの圧力が目標燃圧よりも高くなるような場合には、コントロールユニット１００は、燃料噴射弁３０の噴射終了後に、電制リリーフ弁５５が開弁するように、電制リリーフ弁５５の制御を行ってもよい。
【０１１２】
このように、噴射終了後から電制リリーフ弁５５を開弁することにより、ポンプの吐出期間と燃料の噴射期間を一致させて燃圧変動時を抑えることに加え、噴射による燃圧変動の影響を排除することが可能となり、燃圧制御精度をさらに向上させることができる。
【０１１３】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。
【０１１４】
例えば、本実施形態では、４気筒エンジンの気筒数にあわせて、ポンプ駆動カムに４葉カムを用いたが、例えば、３気筒エンジンの場合には、３葉カムを用いてもよく、６気筒エンジンの場合は、高圧燃料ポンプを２機配置して、各ポンプの駆動カムに３葉カムを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】第一実施形態の筒内噴射の内燃機関（エンジン）と該内燃機関の制御装置とを共に示した全体構成図。
【図２】図１に示すコントロールユニットの内部構成およびそれの入出力を示すブロック図。
【図３】図１に示す高圧燃料ポンプを備えた燃料系システムの全体構成図。
【図４】図３に示す高圧燃料ポンプの縦断面図。
【図５】図３に示す高圧燃料ポンプの動作タイムチャート。
【図６】図５の動作タイムチャートの補足説明図。
【図７】高圧燃料ポンプの制御ブロック図。
【図８】図７に示すポンプ制御角度算出手段の制御ブロック図。
【図９】図８に示すポンプ制御角度算出手段の通電開始角度算出手段の制御ブロック図。
【図１０】高圧燃料ポンプのタイムチャートを説明するための図。
【図１１】図８に示すポンプ制御角度算出手段の通電終了角度算出手段の制御ブロック図。
【図１２】図７に示すポンプ状態遷移判定手段に係る制御状態遷移図。
【図１３】ＲＥＦ生成方法を説明した図。
【図１４】図１の高圧燃料ポンプの制御のタイムチャート。
【図１５】通電開始角度及び通電終了角度の設定方法を説明するための図。
【図１６】図１のコントロールユニットの燃料噴射弁の制御ブロック図。
【図１７】図１６に示す脈動低減噴射時期算出手段の燃料噴射開始時期の算出方法を説明するための第一実施形態に係るフローチャート。
【図１８】第一実施形態に係るコントロールユニットが行う高圧燃料ポンプの駆動にともなう燃料噴射時期の制御に関するタイムチャート。
【図１９】噴射開始時期と燃焼悪化度の関係を示した図。
【図２０】第二実施形態に係る脈動低減噴射時期算出手段の燃料噴射開始時期の算出方法を説明するためのフローチャート。
【図２１】第二実施形態に係るコントロールユニットが行う高圧燃料ポンプの駆動にともなう燃料噴射時期の制御に関するタイムチャート。
【図２２】第三実施形態に係る脈動低減噴射時期算出手段の燃料噴射開始時期の算出方法を説明するためのフローチャート。
【図２３】第一実施形態に係るコントロールユニットが行う高圧燃料ポンプの駆動にともなう燃料噴射時期の制御に関するタイムチャート。
【図２４】高圧燃料ポンプの行程と、エンジンの各行程と、から最適な噴射時期を説明するための図。
【図２５】従来例と本実施形態に係る燃圧の変化を説明するためのタイムムチャート。
【図２６】電制リリーフ弁を用いた制御を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
【０１１６】
２：プランジャ（加圧部材）、３：リフタ、４：下降ばね、７：電磁弁、３０：燃料噴射弁、５１：低圧燃料ポンプ、５３：コモンレール、５５：電制リリーフ弁（電制燃圧調整弁）、５６：燃圧センサ、６０：高圧燃料ポンプ、１００：コントロールユニット、７０１：燃圧入力処理手段、７０２：目標燃圧算出手段、７０３：ポンプ制御角度算出手段、７０４：ポンプ制御ＤＵＴＹ算出手段、７０５：ポンプ状態遷移判定手段、７０６：ソレノイド駆動手段、１６０１：基本噴射時期算出手段、１６０２：噴射時期上限算出手段、１６０３：噴射時期下限算出手段、１６０４：脈動低減噴射時期算出手段
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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