JPH0526058A - 蓄圧式燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、インジェクタ噴射圧が円滑に制御
されるようにした蓄圧式の燃料噴射制御装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】内燃機関11に設定されたインジェクタ121 、12
2 、…にコモンレール15に蓄圧された燃料が供給され、
制御回路14で制御される電磁弁131 、132 、…の開弁時
間に対応して噴射制御されるようにする。コモンレール
15には、定量圧送の高圧ポンプ18から燃料が供給され、
コモンレール15の高圧燃料は調圧弁22を介して排出され
るようにする。この調圧弁22の開弁圧は、制御回路14に
よって制御される。調圧弁22の燃料排出側には絞り23が
設定され、その排出燃料量に対応した圧力が設定される
もので、この圧力は制御弁25に背圧として供給される。
この制御弁25は高圧ポンプ18の吐出側に連通して設定さ
れ、前記背圧が大きい状態で高圧ポンプ18からの吐出燃
料を燃料タンク19に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蓄圧配管内に蓄圧さ
れた高圧燃料を、電気的に制御される燃料噴射弁に供給
して、内燃機関の気筒内に噴射させるようにした蓄圧式
燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンに燃料噴射する燃料
噴射装置として、例えば特開昭６４−７３１６６号公報
に示されるような蓄圧配管（コモンレール）を用いた蓄
圧式の装置が提案されている。

【０００３】この蓄圧式の燃料噴射装置にあっては、高
圧供給ポンプによってコモンレールに高圧燃料を供給
し、このコモンレール内に蓄圧させるもので、このコモ
ンレールに対して、電気的に開弁制御されるようにした
燃料噴射弁を連通させるようにしている。

【０００４】この場合、コモンレールに対して圧力検出
器を設定して蓄圧燃料圧を検出し、エンジンの負荷状態
および回転数等に応じて設定される最適値とされるよう
に、高圧供給ポンプの吐出量を制御する。このポンプの
吐出量の制御は、高圧供給ポンプ内に設定される電磁弁
機構によって行うもので、この電磁弁はエンジンの気筒
判別信号、カム角度検出信号等の入力される制御回路に
よって行われる。

【０００５】したがって、この電磁弁を制御する制御回
路においては、エンジンからの各検出信号が入力される
と共に、ポンプの特定される圧縮筒の下死点を判別した
後に電磁弁に対して制御信号を出力するようになり、高
圧供給ポンプの吐出量が増加され、コモンレールの圧力
が上昇される。したがって、エンジンのスタータ運転開
始時にはポンプの特定される圧縮筒の下死点を判別した
後にコモンレール内の燃料圧上昇の制御が行われるた
め、コモンレール内の燃料圧力が燃料噴射制御に適する
圧力まで上昇するまでに時間を要する。

【０００６】実際の燃料噴射弁による燃料噴射制御は、
コモンレール内の燃料圧力が適正圧力まで上昇した後に
実行されるものであるため、エンジンの始動性を悪化さ
せる大きな要因となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、例えば内燃機関の始動時に
おいても蓄圧配管（コモンレール）内の燃料圧力が速や
かに上昇されるように、蓄圧配管内の燃料圧制御が円滑
且つ速やかに実行できるように制御することができ、良
好な始動性の確保と共に機関の運転状況に対応した蓄圧
燃料圧が応答性良好に制御されるようにする蓄圧式燃料
噴射制御装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る蓄圧式燃
料噴射制御装置にあっては、定量圧送の高圧ポンプによ
って蓄圧配管に燃料を供給すると共に、この蓄圧配管内
の高圧燃料を低圧側に排出する調圧弁を設ける。また、
この調圧弁から排出された燃料圧力によって制御される
制御弁を設け、この制御弁によって前記高圧ポンプの吐
出燃料が低圧側に排出制御されるようにしている。

【０００９】

【作用】この様に構成される蓄圧式燃料噴射制御装置に
よれば、スタータ指令と共に高圧ポンプが駆動され、蓄
圧配管に高圧燃料が供給されるようになる。この状態で
は、まだ蓄圧配管内の燃料圧が低いため調圧弁および制
御弁共に閉じられ、蓄圧配管内の燃料圧力は速やかに上
昇され、燃料噴射制御が可能な状態に導かれる。蓄圧配
管の燃料圧が上昇された後は、調圧弁によって蓄圧配管
内圧が適正圧力に制御されるようになるもので、制御回
路によって調圧弁の開度を制御することによって、常に
適正燃料圧力が設定される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１はその構成を示すもので、ディーゼルエ
ンジン等の内燃機関11には、その各気筒に対してインジ
ェクタ（燃料噴射弁）121 、122 、…が配設されてい
る。このインジェクタ121 、122 、…は、それぞれ内蔵
された噴射制御用の電磁弁131 、132 、…の開弁時間幅
によって噴射量が制御されるもので、これら電磁弁131
、132 、…は、それぞれコンピュータ等の電子制御ユ
ニットによって構成した制御回路14からの指令によって
制御される。

【００１１】インジェクタ121 、122 、…は、コモンレ
ール（高圧蓄圧配管）15に共通に連通されているもの
で、各インジェクタ121 、122 、…内の電磁弁131 、13
2 、…が開弁されている間、コモンレール15内の高圧燃
料が内燃機関11の対応気筒内に噴射される。

【００１２】コモンレール15には、蓄圧燃料圧が連続的
に燃料噴射圧に相当する高い適正圧力に設定されるよう
にするため、供給配管16および吐出弁17を介して高圧ポ
ンプ18から高圧燃料が供給されている。この高圧ポンプ
18は、定量圧送ポンプによって構成され、この高圧ポン
プ18には燃料タンク19から低圧供給ポンプ20によって吸
い上げられた燃料が吸入される。このコモンレール15
は、内部燃料圧力を検出する圧力検出器21を備え、この
圧力検出器21からの検出信号は制御回路14に入力され
る。

【００１３】コモンレール15には、ノーマリオープンタ
イプの調圧弁22が連通されているもので、この調圧弁22
は電磁弁によって構成され、制御回路14からの指令に基
づいてその弁開度が制御され、その開弁時にコモンレー
ル15側の高圧燃料を低圧側に設定される絞り23を介し
て、燃料タンク19に排出する。

【００１４】図２はこの調圧弁22の具体的な構成例を示
すもので、コモンレール15内の高圧燃料を絞り23を介し
て燃料タンク19（低圧側）に逃がすためのバルブ221 を
備える。このバルブ221 は座金222 との間に設定された
スプリング223 によってシート224 に圧接されている。
また、電磁コイル225 に制御回路14からの指令に対応し
て励磁電流が供給されると、アーマチャ226 が図の下方
に駆動され、座金222を介してスプリング223 を歪ま
せ、バルブ221 に対してシート224 に圧接させる荷重を
増加させる。

【００１５】この調圧弁22は、コモンレール15側の燃料
圧力がスプリング223 によって設定される荷重圧力より
大きくなった状態でバルブ221 がシート224 から離れ、
コモンレール15側の高圧燃料が低圧側に流れる。この場
合、バルブ221 に作用する荷重は、電磁コイル225 に流
れる励磁電流によって可変制御されるようになり、した
がって制御回路14からの指令によって、この調圧弁の開
弁圧が制御されるようになる。

【００１６】図３はこの調圧弁22の電磁コイル225 に供
給される励磁電流と、この調圧弁22の開弁圧との関係を
示したもので、励磁電流が増加するにしたがって開弁圧
が上昇設定される。そして、この開弁圧の上昇に伴っ
て、コモンレール15内の蓄圧燃料圧が上昇設定される。

【００１７】この調圧弁22の低圧側となる逃がし側に
は、高圧ポンプ18の吐出通路24と連通する制御弁25が設
けられる。この制御弁25は、吐出通路24と燃料タンク19
に接続される低圧通路26の連通状態を制御する作動弁25
1 を備え、この作動弁251 には吐出通路24と低圧通路26
との連通を遮断する方向へ作動させる荷重を設定したス
プリング252 が作用されている。そして、この作動弁25
1 には調圧弁22の逃がし通路の燃料圧力が背圧として作
用させられ、この背圧とスプリング252 のセット荷重と
のバランスによって、作動弁251 が図上で左あるいは右
方向に移動されるようになる。

【００１８】すなわち、調圧弁22からの排出燃料量が増
加されると、絞り23の作用によって制御弁25の作動弁25
1 の背圧が上昇する。そして、調圧弁22からの排出燃料
量が増加し、作動弁251 に作用する背圧が所定圧力以上
になると、スプリング252 に抗して作動弁251 が図の右
方向に移動され、高圧ポンプ18から吐出高圧燃料が燃料
タンク19にリターンされるようになる。

【００１９】制御回路14には、例えば内燃機関11の回転
センサ27、負荷センサ28からの回転数情報および負荷情
報が入力され、これらの入力情報に基づき判断された内
燃機関11の状態に応じて、最適の噴射時期、噴射量を決
定する。そして、インジェクタ121 、122 、…それぞれ
の電磁弁131 、122 、…を制御する。また燃料噴射圧力
が内燃機関11の状態に応じた最適値とされるように、調
圧弁22を制御する。

【００２０】ここで、回転センサ27は内燃機関11の各気
筒の下死点付近でパルス信号を発生するカム角度センサ
271 、および内燃機関11の１サイクル毎に（４サイクル
機関ではその２回転で１個）にパルス信号を発生する気
筒判別センサ272 によって構成される。

【００２１】また、制御回路14にはさらにイグニッショ
ンスイッチＩgからの信号、さらにスタータ信号Ｓt が
入力され、内燃機関11の停止時、始動時、および通常運
転時のいずれの状態にあるかを判別できるようにしてい
る。

【００２２】この様に構成される装置において、燃料タ
ンク19内の燃料は、低圧供給ポンプ20によって吸い上げ
られ、高圧ポンプ18に吸入される。この高圧ポンプ18
は、内燃機関11のトルクを利用して駆動され燃料を昇圧
するもので、このポンプ18内の燃料圧力が吐出弁17に設
定されたスプリングの付勢力に打ち勝つと、この吐出弁
17が押し開かれ、昇圧された燃料がコモンレール15に供
給され、蓄圧される。そして、インジェクタ121 、122
、…それぞれの電磁弁131 、132 、…が開弁している
間、インジェクタ121 、122 、…から内燃機関11の該当
気筒に燃料が噴射される。

【００２３】制御回路14は、回転センサ27、負荷センサ
28からの信号に基づいて内燃機関11の運転状態を検出
し、最適な燃料噴射量および噴射時期を演算する。そし
て、カム角度センサ271 および気筒判別センサ272 から
の信号を基準として、各気筒にそれぞれ対応設定される
インジェクタ121 、122 、…の電磁弁131 、132、…そ
れぞれをオン・オフ制御する。そして、最適噴射時期に
最適量の燃料が噴射されるようにしている。

【００２４】制御回路14には、さらに圧力検出器21から
のコモンレール15内の燃料圧力検出信号が入力され、こ
の制御回路14はモンレール15内の燃料圧が内燃機関11の
運転条件に基づき算出された最適な燃料噴射圧に設定さ
れるように、調圧弁22に対する制御電流を設定する。

【００２５】図４を用いて調圧弁22の電磁コイル225 に
供給される駆動電流によるコモンレール15内の燃料圧力
の制御状態を説明する。ここで、高圧ポンプ18において
はカムリフトの斜線で示す範囲で燃料が圧送され、コモ
ンレール15内に燃料が吐出されて蓄圧燃料の圧力が上昇
される。

【００２６】（イ）で示す範囲の定常状態においては、
コモンレール15内の燃料圧力が調圧弁22の駆動電流で決
定される開弁圧以上になるとこの調圧弁22が開かれ、コ
モンレール15内の高圧燃料が調圧弁22を介して低圧側に
流出され、コモンレール15内の燃料圧力が低下される。
そして、コモンレール15内圧力が調圧弁22の開弁圧以下
になると、この調圧弁22は閉じられ、コモンレール15内
の燃料圧力が保持される。

【００２７】この様な定常運転状態において、内燃機関
11の運転状態の変化によって目標燃料圧力（点線で示
す）が変化すると（Ａ点）、これにあわせて調圧弁22の
駆動電流が変えられ、この調圧弁22の開弁圧が変化され
る。図で示すようにＡ点で目標圧力が上昇した場合に
は、調圧弁22の開弁圧が上昇されるように、駆動電流が
制御される。

【００２８】この様にして（ロ）の範囲の状態となる
と、コモンレール15内の燃料は、調圧弁22の開弁圧に達
するまで低圧側に流出されることがなく、高圧ポンプ18
の燃料圧送に応じてコモンレール15内の燃料圧力が上昇
される。そして、コモンレール15内圧力がＢ点で示す目
標圧力に達した（ハ）の範囲で調圧弁22が開弁され、コ
モンレール15内の高圧燃料が低圧側に流出されて燃料圧
力の上昇が停止される。以後は高圧ポンプ18の圧送状態
に応じて調圧弁22が開閉制御され、コモンレール15内の
燃料圧力が目標圧力に保たれる。

【００２９】調圧弁22から逃がされた燃料は、絞り23を
通過した後に燃料タンク19に戻される。したがって、調
圧弁22を通過する燃料の量が増加すると、絞り23の上流
側圧力が上昇する。この上昇した圧力は制御弁25の作動
弁251 に背圧として作用し、この背圧がスプリング252
のセット荷重に打ち勝つと、作動弁251 が図の右方向に
移動して、高圧ポンプ18から吐出された高圧燃料が燃料
タンク19に戻されるようになる。

【００３０】すなわち、例えばインジェクタ121 、122
、…からの燃料噴射量が少ない状態において、高圧ポ
ンプ18が定量圧送によって必要以上に燃料を吐出し、調
圧弁22からの逃がし燃料量が増加すると、制御弁25が作
動して高圧ポンプ18からの吐出燃料が燃料タンク19に戻
される。

【００３１】したがって、高圧ポンプ18は燃料圧力を不
必要に高めることなく吐出され、このためポンピングロ
スが低減され、内燃機関11に対する負荷を低減すること
ができる。

【００３２】次に、図５はコモンレール15内の燃料圧力
を目標値に制御する調圧弁22の駆動電流の算出手段を説
明するもので、まず内燃機関11の状態を判別するために
ステップ301 〜303 でイグニッション信号Ｉg 、スター
タ信号、およびカム角度センサ271 からの信号をモニタ
する。そして、内燃機関11が停止しているが否かを判別
し、機関11が停止と判断されたときはステップ304 で調
圧弁22の駆動電流の目標値を“Ｉ＝０”に設定する。

【００３３】内燃機関11が停止状態ではないと判断され
たときは、ステップ305 に進んでコモンレール15の圧力
検出器21をモニタし、燃料圧力Ｐc が予め設定した機関
始動時に必要な燃料最低圧力Ｐ_STA と比較する。コモン
レール15の燃料圧力がこの最低圧力Ｐ_STA 未満と判定さ
れたときは、始動状態と判断してステップ306 に進ん
で、調圧弁22の電磁コイル225 の信頼上で問題のない最
大電流Ｉmax を、調圧弁22の駆動電流の目標値に設定す
る。

【００３４】調圧弁22の駆動電流がＩmax に設定された
際には、この調圧弁22の開弁圧力が高圧ポンプ18から吐
出される燃料圧力よりも充分に高く設定され、したがっ
てコモンレール15内に蓄圧される高圧燃料が低圧側に流
出されることがなく、コモンレール15内の燃料圧力はす
ばやく上昇される。

【００３５】ステップ305 でコモンレール15内の燃料圧
力がＰ_STA 以上であると判定されたときは、インジェク
タから機関の気筒内への燃料噴射を許可すると同時に、
ステップ307 で機関回転数Ｎe 、負荷αを算出し、ステ
ップ308 でこの算出結果に基づき判断される内燃機関の
運転状態に応じた目標燃料噴射圧ＰＦを、記憶設定され
るマップ等に基づいて算出する。

【００３６】ステップ309 では、この目標噴射圧力ＰＦ
より基本電流Ｉ_BAS をマップ等より算出し、ステップ31
0 でこの基本電流Ｉ_BAS と、目標圧力ＰＦとコモンレー
ル15の実圧力Ｐc の偏差によって、ＰＩ制御より算出さ
れるフィードバック制御量を算出する。そして、ステッ
プ311 で調圧弁22の電磁コイル225 に供給される駆動電
流の目標値Ｉを算出する。

【００３７】この様に算出された目標電流Ｉは、適宜デ
ューティ変換された後に、図６で示すような一般に知ら
れたアナログ電流サーボ回路に入力し、実際に調圧弁22
の電磁コイル225 に流れる電流を制御する。

【００３８】（Ａ）図はそのサーボ回路を示すもので、
ＣＰＵ31で目標電流Ｉを（Ｂ）図で示す条件にしたがっ
てデューティ信号に変換する。このデューティ変換され
た信号はローパスフィルタ32でアナログ信号に変換さ
れ、電流アンプ33からのフィードバック信号と演算して
発振回路34からの発振信号と合成し、オン・オフ信号変
換回路35で変換した信号でトランジスタ36を制御する。
そして、このトランジスタ36で調圧弁22の電磁コイル22
5 に流れる電流を制御する。

【００３９】図７は特に内燃機関11の始動時における制
御状態のタイミングチャートを示すもので、ステップ30
1 〜303 、さらにステップ305 において、この内燃機関
11が始動状態に入ったと判断されると、調圧弁22の電磁
コイル225 に制御可能な最大駆動電流Ｉmax が供給さ
れ、この調圧弁22の開弁圧が最大値に設定される。

【００４０】スタータモータによって内燃機関11が駆動
され、高圧ポンプ18から燃料の吐出が開始されると、コ
モンレール15内の燃料圧力が徐々に上昇する。そして、
このコモンレール15の燃料圧力が設定された始動に必要
な最低圧力Ｐ_STA 以上になった時点で、インジェクタ制
御信号が発生され、燃料噴射が開始されて起動されるよ
うになる。

【００４１】この様な制御によって、例えば機関始動時
のように回転センサ27からの出力信号が不安定な状態に
あり、あるいは入力されない状態にあって、特定気筒の
下死点を判断できない状態にあっても、高圧ポンプ18か
ら吐出可能な最大燃料がコモンレール15に供給されるよ
うになり、このコモンレール15の燃料圧力は速やかに上
昇され、燃料の噴射圧力に達する。

【００４２】尚、実施例で示した調圧弁22において、ス
プリング223のセット荷重を、コイル225 への励磁電流
をカットした状態で“０”とされるように構成すること
が考えられる。この様にすれば、例えばインジェクタの
作動不良もしくは高圧ポンプ18の作動不良のような異常
故障が発生した際に、圧力検出器21が所定圧力異常であ
ることを検出すると、制御回路14は調圧弁22に対する駆
動電流をカットし、コモンレール15内の燃料圧力が
“０”とされるまで調圧弁22から高圧燃料が逃がされる
ようにする制御が可能となる。すなわち、この様な異常
状態で内燃機関11を完全に停止させることができる。

【００４３】駆動電流のカット時に調圧弁22の開弁圧を
“０”にするには、図２で示すバルブ221 がシート224
に接触して閉じられ、座金222 がその上部のボディに密
着された状態で、スプリング223 が自由長になると同時
に、アーマチャダンピングスプリング227 のセット荷重
が開弁圧設定用スプリング223 に影響を与えないように
小さくすることによって容易に設定できる。

【００４４】また、コモンレール15の圧力検出器21が異
常故障して制御回路14に圧力検出信号が入力されないよ
うになった場合はは、基本電流が目標電流とされるよう
に、すなわち“Ｉ_BAS ＝Ｉ”とされるように制御すれ
ば、即座に内燃機関を停止させることなく、運転の継続
が可能とされる。

【００４５】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る蓄圧式燃料
噴射制御装置によれば、コモンレール内の燃料圧力が目
標圧力に速やかに追従制御できるものであり、例えば始
動時のような場合においてもコモンレール内の燃料圧力
が速やかに上昇され、始動に要する時間を効果的に短縮
できる。特に、高圧ポンプが定量圧送で構成できるもの
であるため、構成並びに制御性が簡易化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る蓄圧式燃料噴射制御
装置を説明する構成図。

【図２】上記装置に使用される調圧弁を示す断面構成
図。

【図３】上記調圧弁のは開弁圧の制御状態を示す図。

【図４】コモンレール圧力の制御状態を説明するタイミ
ングチャート。

【図５】調圧弁の制御の流れを説明するフローチャー
ト。

【図６】目標電流による調圧弁の制御回路を示す図。

【図７】機関始動時における制御状態を説明するタイミ
ングチャート。

【符号の説明】

11ー内燃機関、121 、122 、…インジェクタ、131、132
、…電磁弁（インジェクタ内蔵の）、14…制御回路、1
5…コモンレール（蓄圧配管）、18…高圧ポンプ、19…
燃料タンク、20…低圧供給ポンプ、21…圧力検出器、22
…調圧弁、23…絞り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 高圧燃料を蓄圧する蓄圧配管と、 この蓄圧配管で蓄圧された燃料が供給される、内燃機関
   の各気筒にそれぞれ対応して設定された電気制御式の燃
   料噴射弁と、 前記蓄圧配管に高圧燃料を供給する定量圧送の高圧ポン
   プと、 調圧制御信号に基づいて開弁圧が設定され、前記蓄圧配
   管内の燃料を排出制御する調圧弁と、 前記高圧ポンプの高圧吐出側と低圧側との間に設けら
   れ、前記調圧弁の排出側燃料圧力によって制御される制
   御弁と、 前記内燃機関の運転状態に対応して前記調圧弁の開弁圧
   を設定する前記調圧制御信号を発生する制御手段とを具
   備し、 前記調圧弁の開弁圧に対応して、前記燃料噴射弁からの
   燃料噴射率が設定されるようにしたことを特徴とする蓄
   圧式燃料噴射制御装置。