JP4947026B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置に関する。

従来、コモンレールに高圧状態で蓄えた燃料を各気筒の燃焼室へ供給するエンジンの燃料噴射制御装置が用いられている。このような燃料噴射制御装置を改良したものが特許文献１に開示されている。特許文献１の燃料噴射制御装置は、コモンレールのレール圧の減圧要求時に燃料を圧送するサプライポンプの吐出量を制限し、燃圧の追従遅れを抑制する。

特開２００７−２７８１６９号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、エンジン始動時の追従性までは検討されていない。コモンレール内の昇圧の遅れはエンジン始動時の適切な燃料噴射を阻害することが考えられ、燃費悪化を招きかねない。このような問題は始動、停止を頻繁に行うストップアンドスタートシステムを採用したエンジンでは顕著である。

そこで、本発明は、コモンレールを備えた燃料噴射制御装置を組み込むエンジンの始動性を向上することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明の燃料噴射制御装置は、筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、当該燃料噴射弁へ供給する燃料を加圧状態で蓄えるコモンレールと、当該コモンレールと連通路で接続された蓄圧室と、前記コモンレールへ高圧燃料を供給するサプライポンプと、前記サプライポンプの圧送量を調量する調量弁と、前記連通路上に配置され、当該連通路の開通と遮断とを切替える切替手段と、前記コモンレール内の燃料の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記蓄圧室内の燃料の圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記第１圧力検出手段及び前記第２圧力検出手段により検出される圧力情報に基づいて、前記調量弁、及び前記切替手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記コモンレール内の燃料の圧力が目標値以下であり、前記蓄圧室内の圧力が前記コモンレール内の燃料の圧力よりも高い場合、前記連通路を開通するように前記切替手段を制御するとともに、前記サプライポンプによる燃料の圧送が停止するように調量弁を制御することを特徴とする。

このような構成とすることにより、始動時のコモンレールのレール圧が早期に上昇し、この結果、エンジンの始動性が向上する。燃料噴射製制御装置は、コモンレールのレール圧が目標圧力を超過する場合、蓄圧室へ燃料を排出し、蓄圧室内に燃料を蓄える。一方、燃料噴射制御装置は、始動時など、コモンレールのレール圧を上昇させる場合に、蓄圧室に蓄えられた燃料をコモンレールへ供給する。これにより、コモンレールのレール圧を早期に上昇させることができる。このように、本発明の燃料噴射制御装置は、エンジンの始動性を向上する。また、エンジン始動時のフリクション低減、始動時間の短縮により、燃費を向上する。

本発明は、始動時のコモンレールのレール圧を早期に上昇させて、エンジンの始動性を向上することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の燃料噴射制御装置１を組み込んだエンジン１００を示した説明図である。エンジン１００は、４気筒のディーゼルエンジンであって、車両に搭載される。

燃料噴射制御装置１は、エンジン筒内（図示しない）へ燃料を噴射する燃料噴射弁２と、この燃料噴射弁２へ供給する燃料を加圧状態で蓄えるコモンレール３と、コモンレール３と連通路５で接続された蓄圧室４とを備えている。

さらに、燃料噴射制御装置１は、コモンレール３へ燃料タンク７内の燃料を供給するサプライポンプ６を備えている。サプライポンプ６はエンジン１００に備えられたクランクシャフトの回転に伴ってポンプ駆動軸が回転することで燃料タンク７から燃料を汲み上げ、コモンレール３へ燃料を供給するポンプである。サプライポンプ６には、燃料流路の開口度合を調整することで、サプライポンプ６からコモンレール３への燃料の圧送量を調整する吸入調量弁（以下、「ＳＣＶ」と称する。）６ａが設けられている。このＳＣＶ６ａは、吸入調量型の電磁弁であって、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）８により制御される。このＳＣＶ６ａを閉弁状態（ＯＦＦ）にすると、サプライポンプ６が燃料タンク７から汲み上げた燃料はサプライポンプ６内を循環し、燃料の圧送が中断される。

さらに、コモンレール３と蓄圧室４とを接続する連通路５上に、連通路５の開通状態と遮断状態とを切替える切替弁９が備えられている。切替弁９は電磁式の弁である。切替弁９には燃料のリターン経路１０の一端が接続されており、リターン経路１０の他端は、燃料タンク７に接続されている。切替弁９は、コモンレール３と蓄圧室４とを連通する状態、コモンレール３と燃料タンク７とを連通する状態、コモンレール３、蓄圧室４、燃料タンク７それぞれの連通を遮断する状態とを切替える。

また、サプライポンプ６とコモンレール３とは、燃料供給路１１により接続されている。サプライポンプ６によって圧送される燃料は、燃料供給路１１を通り、コモンレール３へ供給される。

コモンレール３には、コモンレール３内の燃料の圧力を検出する第１圧力センサ１３が設置されている。蓄圧室４には、蓄圧室４内の燃料の圧力を検出する第２圧力センサ１４が設置されている。第１圧力センサ１３及び第２圧力センサ１４は、ＥＣＵ８と電気的に接続されており、ＥＣＵ８は、各センサで検出される圧力を取得する。

ＥＣＵ８は、切替弁９と電気的に接続されており、第１圧力センサ１３及び第２圧力センサ１４から取得されるコモンレール３内、蓄圧室４内の圧力情報に基づいて、切替弁９の開閉状態を決定し、切替弁９へ弁の状態に関する制御信号を送信する。また、ＥＣＵ８は、第１圧力センサ１３及び第２圧力センサ１４から取得されるコモンレール３内、蓄圧室４内の圧力情報に加え、エンジン１００の運転状態の情報に基づいて、サプライポンプ６による燃料の圧送量を決定する。そして、ＳＣＶ６ａへ燃料の圧送量に対応する弁の状態となるように制御信号を送信する。

次に、エンジン１００の運転状態に応じた燃料噴射制御装置１の動作を図２、図３を用いて説明する。図２は、エンジン１００の運転状態の変化に伴うコモンレール３のレール圧の変化、及び蓄圧室４の内部圧力の変化を示した説明図である。図３は図２のａ乃至ｍの各時間帯におけるＳＣＶ６ａの動作、切替弁９の状態、燃料噴射弁２の動作の一覧である。

図２の縦軸は、圧力を示し、横軸は時間を示している。図２中の実線は、コモンレール３のレール圧を示し、破線は、蓄圧室４内の燃料の圧力を示している。一点鎖線は、ＥＣＵ８で制御されるコモンレール３の目標圧力を示している。図２のグラフの左端は、アイドリング状態を示している。図２中のａは、エンジン１００がアイドル状態から加速する時間帯であり、ｂ、ｃ、ｄは、最高レール圧Ｍａで運転される時間帯である。図２中のｅ、ｆは、エンジン１００が減速する時間帯であり、ｇは、エンジン１００が低負荷で運転している時間帯である。図２中のｈはエンジン１００が停止している時間帯であり、ｉ、ｊ、ｋ、ｌは、エンジン始動からアイドリング状態へ到達するまでの時間帯である。図２中のｍはエンジン１００がアイドル運転する時間帯である。

図２中のグラフに示すように、コモンレール３のレール圧、蓄圧室４の燃料の圧力は、アイドリング時のコモンレール圧である規定値Ａである。この規定値Ａは、何らかの故障によりコモンレール３のレール圧がアイドリング時のレール圧より下回った場合でも、蓄圧室４内の燃料をコモンレール３へ供給し、燃料の噴射が継続できる圧力として設定する。

ａの時間帯、すなわち、アイドル状態からの加速時では、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを開弁状態とする。また、切替弁９により、連通路５を遮断状態とし、かつ、燃料タンク７への流通、すなわち、リターン経路１０を遮断する状態とする。この状態では、コモンレール３へ多量の燃料が供給されて、コモンレール３のレール圧が上昇する。こうして上昇したレール圧で燃料噴射が行われることにより、エンジン１００の回転数が上昇し、エンジン１００を搭載した車両が加速する。

ｂの時間帯は、コモンレール３のレール圧が最高レール圧Ｍａに到達した状態を示している。このとき、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを閉弁状態とし、コモンレール３への燃料の供給を中断する。ｂの時間帯で、ＥＣＵ８が、第１圧力センサ１３によりコモンレール３のレール圧が最高レール圧Ｍａに達したことを検出してからＳＣＶ６ａを閉弁状態としても、タイムラグによりコモンレール３には燃料が供給されて、オーバーシュートが生じ得る。そこで、ＥＣＵ８は、ｃの時間帯に、切替弁９により、コモンレール３と蓄圧室４とを連通した状態とする。このように、コモンレール３内のレール圧が目標圧力以上であり、蓄圧室４内の燃料の圧力がコモンレール３のレール圧よりも低い場合、ＥＣＵ８は、連通路５を開通するように切替弁９を制御する。これにより、コモンレール３内の超過燃料が蓄圧室４内へ送られ、コモンレール３のレール圧が低下し、一方、蓄圧室４内の圧力が上昇する。またこのとき、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを開弁状態とする。これにより、コモンレール３内に燃料が供給されて、コモンレール３内のレール圧を最高レール圧Ｍａに維持する。ＥＣＵ８は、第２圧力センサ１４の取得する蓄圧室４内の圧力が規定値Ｂに到達すると、切替弁９により、コモンレール３と燃料タンク７とを連通した状態とする（図２中のｄの時間帯）。これにより、蓄圧室４内の圧力が規定値Ｂに維持される。このとき、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａの開口状態を制御し、コモンレール３のレール圧を最高レール圧Ｍａに維持する。

次に、減速時について説明する。ｅの時間帯は減速時を示している。このとき、ＥＣＵ８は、切替弁９を切替えて、コモンレール３と蓄圧室４とを連通した状態、すなわち、連通路５が開通した状態とする。このように、コモンレール３内のレール圧が目標値以上であり、蓄圧室４内の燃料の圧力がコモンレール３のレール圧よりも低い場合、ＥＣＵ８は、連通路５を開通するように切替弁９を制御する。これにより、コモンレール３内の燃料が蓄圧室４内へ送出され、コモンレール３のレール圧が低下し、蓄圧室４内の圧力が上昇する。このように、従来では、減速時に燃料タンク７へリターンしていたコモンレール３内の燃料を蓄圧室４内へ蓄える。また、このとき、コモンレール３のレール圧が低下するため、異音の発生が抑制される。規定値Ｂの値は、このようにコモンレール３内の燃料を蓄圧室４内へ受け入れることができるような圧力に設定する。ここでは、規定値Ｂを、コモンレール３の最高レール圧Ｍａの半分の値としている。なお、このとき、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを閉弁状態としている。

減速時にコモンレール３内から蓄圧室４内へ燃料が移動することにより、コモンレール３のレール圧と蓄圧室４内の圧力とが近づき、その後、等しくなる。ＥＣＵ８は、第１圧力センサ１３と第２圧力センサ１４とから取得する値に基づいて、コモンレール３のレール圧と蓄圧室４内の圧力が等しくなったことを検出すると、切替弁９を切替えて、コモンレール３と燃料タンク７とを連通した状態とする（図２中のｆの時間帯）。これにより、コモンレール３の燃料は燃料タンク７へリターンされるので、コモンレール３のレール圧は低下する。一方、蓄圧室４側の連通路５は遮断されているので、蓄圧室４内の燃料が規定値Ｂ以上の圧力で維持される。

次に、低負荷時について説明する。ｇの時間帯は、低負荷での運転を示している。このとき、ＥＣＵ８は、切替弁９を切替えて、コモンレール３と蓄圧室４とを連通した状態、すなわち、連通路５が開通した状態とする。このとき、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを閉弁状態とする。このように、コモンレール３内のレール圧が目標値以下であり、蓄圧室４内の燃料の圧力がコモンレール３のレール圧よりも高い場合、ＥＣＵ８は、連通路５を開通するように切替弁９を制御するとともに、サプライポンプ６による燃料の圧送が停止するようにＳＣＶ６ａを制御する。これにより、蓄圧室４内に蓄えられていた燃料がコモンレール３へ供給される。

ｈの時間帯は、エンジン停止時である。このとき、ＥＣＵ８は、切替弁９を切替えて、連通路５を遮断し、コモンレール３と燃料タンク７とを連通した状態とする。一方、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを閉弁状態とする。このため、コモンレール３内の燃料は燃料タンク７へリターンされ、レール圧が０となる。これにより、何らかの原因で燃料が噴射されるなどの問題を回避することができ、システム安全が保たれる。

続いて、エンジン１００の始動からアイドリング状態に到達するまでの時間帯について説明する。ｉの時間帯は、エンジン始動の初期段階である。この時間帯は、エンジン停止からの始動なので、コモンレール３のレール圧が０からスタートする。ＥＣＵ８は、切替弁９を切替えて、コモンレール３と蓄圧室４とを連通した状態とする。このように、コモンレール３内のレール圧が目標値以下であり、蓄圧室４内の燃料の圧力がコモンレール３のレール圧よりも高い場合、ＥＣＵ８は、連通路５を開通するように切替弁９を制御する。これにより、蓄圧室４内に蓄えられた燃料がコモンレール３へ供給され、レール圧が上昇する。蓄圧室４からコモンレール３へ燃料を供給することにより、コモンレール３のレール圧が早期に上昇し、エンジン１００の始動性が向上する。このような蓄圧室４内に蓄えられた燃料は、元々サプライポンプ６から供給され高圧に保たれた燃料である。このため、蓄圧室４内へ一端蓄えた燃料をコモンレール３へ戻し、噴射に用いることにより、サプライポンプ６による仕事量を有効に利用することとなる。

ｉの時間帯において、蓄圧室４内の燃料がコモンレール３へ供給され、蓄圧室４内の燃料の圧力が規定値Ａまで低下すると、ＥＣＵ８は、切替弁９を切替えて、連通路５を遮断状態とし、かつ、燃料タンク７への流通を遮断する状態とする。また、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを開弁状態とする（図２中のｊの時間帯）。これにより、コモンレール３へ燃料が供給されて、コモンレール３のレール圧が上昇する。ｉの時間帯において、蓄圧室４から燃料が供給されたことにより、コモンレール３のレール圧が早期に規定値Ａまで達する。このように、エンジン１００の始動性が向上できる。

ＥＣＵ８は、第１圧力センサ１３から取得するコモンレール３のレール圧が一定値を超えると、ＳＣＶ６ａを閉弁状態とする（図２中のｋの時間帯）。さらに、ＥＣＵ８は、切替弁９を切替えて、コモンレール３と燃料タンク７とを連通した状態とする（ｌの時間帯）。ＥＣＵ８は、第１圧力センサ１３から取得するコモンレール３のレール圧が規定値Ａまで低下すると、切替弁９を切替えて、連通路５を遮断状態とし、かつ、燃料タンク７への流通を遮断する状態とする。また、このとき、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを開弁状態として、アイドリング状態となる（図２中のｍの時間帯）。

図２中のｍの時間帯からエンジン１００を搭載した車両が加速する場合は、図２中のａの時間帯と同様である。したがって、エンジン１００を搭載した車両が通常の運転を行うと、図２のグラフで示したようなコモンレール３のレール圧の変化、及び蓄圧室４内の燃料の圧力変化が繰り返される。本発明の燃料噴射装置１は、コモンレール３内と蓄圧室４内とを連通し、切替弁９でコモンレール３内と蓄圧室４内との連通状態を切替えることにより、コモンレール３のレール圧が不足する場合は、蓄圧室４内の燃料をコモンレール３へ供給し、コモンレール３のレール圧が過剰である場合は、蓄圧室４内へ燃料を蓄えることができる。これにより、コモンレール３内は、運転状態に適したレール圧を維持することができる。特に、エンジンの始動時において、早期にレール圧を上昇することができるため、始動性が良い。このような燃料噴射制御装置１を始動と停止を頻繁に繰り返すスタートアンドストップシステムを採用したエンジンにおいて、良好な始動性の効果が顕著に現れる。

次に、本発明の実施例２について説明する。図４は、本実施例の燃料噴射制御装置２１を組み込んだエンジン２００を示した説明図である。燃料噴射制御装置２１は、実施例１の燃料噴射制御装置１とほぼ同様の構成をしている。但し、燃料噴射制御装置２１は、燃料供給路１１に代えて、燃料供給路２２を備えている点で、燃料噴射制御装置１と相違する。

燃料供給路２２は、サプライポンプ６に接続されている。燃料供給路２２は、分岐点２２ａで分岐しており、分岐した経路の先は、それぞれ、コモンレール３と蓄圧室４とへ接続している。すなわち、燃料供給路２２は、サプライポンプ６からコモンレール３と蓄圧室４のそれぞれへ高圧燃料を供給する経路である。さらに、分岐点２２ａには、電磁式の流量調整弁２３が配置されている。この流量調整弁２３は、コモンレール３側、蓄圧室４側の一方のみに燃料を供給するように調整することもできる。例えば、コモンレール３側への流路を開通し、蓄圧室４側への流路のみを遮断することができるし、コモンレール３側への流路を遮断し、蓄圧室４側への流路のみを開通することができる。この流量調整弁２３は、ＥＣＵ８と電気的に接続されている。ＥＣＵ８は、第１圧力センサ１３及び第２圧力センサ１４から取得されるコモンレール３内、蓄圧室４内の圧力情報に基づいて、流量調整弁２３の弁の状態を決定し、流量調整弁２３へ弁の状態の制御信号を送信する。ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを制御してサプライポンプ６による燃料の圧送量を調整する。ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａ及び流量調整弁２３を組み合わせて制御することにより、コモンレール３へ供給する燃料量と蓄圧室４へ供給する燃料量とを調整することができる。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

このような燃料供給路２２、及び流量調整弁２３を備えたことにより、実施例１においてコモンレール３内へ燃料を供給しない時間帯に、蓄圧室４側へ燃料を供給し、蓄圧室４において燃料を蓄圧しておくことができる。具体的に、ＥＣＵ８は、ＳＣＶ６ａを開弁し、流量調整弁２３のコモンレール３側の通路を遮断したまま、蓄圧室４側の通路を開通させる。このような構成により、蓄圧室４への燃料の供給は、サプライポンプ６内で循環させていた燃料を外部へ供給することとなるだけなので、新たに動力源を用いる必要がない。

このように蓄圧室４内に燃料を蓄圧した状態で、かつ、コモンレール３のレール圧より、蓄圧室４内の燃料の圧力が高い場合、ＥＣＵ８は、制御弁９を制御して、コモンレール３と蓄圧室４とを連通する状態とする。これにより、蓄圧室４内の燃料をコモンレール３へ供給し、コモンレール３のレール圧を上昇することができる。特に、エンジン始動時のように、サプライポンプ６からの燃料の圧送量が少ない場合に、早期にコモンレール３のレール圧を上昇することができるので、エンジンの始動性を向上することができる。なお、本実施例において、エンジンが減速する場合には、実施例１同様に、コモンレール３内の燃料を蓄圧室４へ蓄圧することもできる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

実施例１の燃料噴射制御装置を組み込んだエンジンを示した説明図である。 エンジンの運転状態の変化に伴うコモンレールのレール圧の変化、及び蓄圧室の内部圧力の変化を示した説明図である。 図２のａ乃至ｍの各時間帯におけるＳＣＶの動作、切替弁の状態、燃料噴射弁の動作について示した一覧である。 実施例２の燃料噴射制御装置を組み込んだエンジンを示した説明図である。

符号の説明

１、２１ 燃料噴射制御装置
２ 燃料噴射弁
３ コモンレール
４ 蓄圧室
５ 連通路
６ サプライポンプ
６ａ 吸入調量弁（ＳＣＶ）
７ 燃料タンク
８ ＥＣＵ
９ 切替弁
１３ 第１圧力センサ
１４ 第２圧力センサ
２３ 流量調整弁
１００、２００ エンジン

Claims (5)

1. 筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   当該燃料噴射弁へ供給する燃料を加圧状態で蓄えるコモンレールと、
   当該コモンレールと連通路で接続された蓄圧室と、
   前記コモンレールへ高圧燃料を供給するサプライポンプと、
   前記サプライポンプの圧送量を調量する調量弁と、
   前記連通路上に配置され、当該連通路の開通と遮断とを切替える切替手段と、
   前記コモンレール内の燃料の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
   前記蓄圧室内の燃料の圧力を検出する第２圧力検出手段と、
   前記第１圧力検出手段及び前記第２圧力検出手段により検出される圧力情報に基づいて、前記調量弁、及び前記切替手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記コモンレール内の燃料の圧力が目標値以下であり、前記蓄圧室内の圧力が前記コモンレール内の燃料の圧力よりも高い場合、前記連通路を開通するように前記切替手段を制御するとともに、前記サプライポンプによる燃料の圧送が停止するように調量弁を制御することを特徴とした燃料噴射制御装置。
2. 請求項１記載の燃料噴射制御装置において、
   前記サプライポンプから前記コモンレールと前記蓄圧室のそれぞれへ高圧燃料を供給する経路と、
   前記コモンレールへ供給する燃料量及び蓄圧室へ供給する燃料量を調整する調整手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射制御装置。
3. 筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   当該燃料噴射弁へ供給する燃料を加圧状態で蓄えるコモンレールと、
   当該コモンレールと連通路で接続された蓄圧室と、
   前記コモンレールへ高圧燃料を供給するサプライポンプと、
   前記サプライポンプの圧送量を調量する調量弁と、
   前記連通路上に配置され、当該連通路の開通と遮断とを切替える切替手段と、
   前記コモンレール内の燃料の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
   前記蓄圧室内の燃料の圧力を検出する第２圧力検出手段と、
   前記第１圧力検出手段及び前記第２圧力検出手段により検出される圧力情報に基づいて、前記調量弁、及び前記切替手段を制御する制御手段と、
   前記サプライポンプから前記コモンレールと前記蓄圧室のそれぞれへ高圧燃料を供給する経路と、
   前記コモンレールへ供給する燃料量及び蓄圧室へ供給する燃料量を調整する調整手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射制御装置。
4. 請求項３記載の燃料噴射制御装置において、
   前記制御手段は、前記コモンレール内の燃料の圧力が目標値以上であり、前記蓄圧室内の燃料の圧力が前記コモンレール内の燃料の圧力よりも低い場合、前記連通路を開通するように前記切替手段を制御することを特徴とした燃料噴射制御装置。
5. 請求項３記載の燃料噴射制御装置において、
   前記制御手段は、前記コモンレール内の燃料の圧力が目標値以下であり、前記蓄圧室内の圧力が前記コモンレール内の燃料の圧力よりも高い場合、前記連通路を開通するように前記切替手段を制御することを特徴とした燃料噴射制御装置。

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