WO2004007945A1 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

コモンレール(2)からの高圧燃料を増圧装置(4)を介してインジェクタ(8)に供給するように構成された燃料噴射装置(1)において、コモンレール(2)内の燃料圧力の減圧が必要か否かを判定し、減圧が必要であると判定された場合には減圧に必要な高圧燃料の逃し量を演算し、インジェクタ(8)から燃料噴射が行われないタイミングで高圧燃料を該逃し量だけ低圧側ヘ逃すよう制御用電磁弁(48)を開閉制御する。

Description

明細書 蓄圧式燃料噴射装置 技術分野

本発明はコモンレール （蓄圧室） 内に一旦高圧で蓄えられた高圧燃料をディー ゼル機関の気筒内ヘインジ クタによつて噴射供給するようにした蓄圧式燃料噴 射装置に関するものである。 背景技術

従来の蓄圧式燃料噴射装置にあっては、 エンジンブレーキを掛けるために運転 者がアクセルにぺダルから足を離すなどして燃料噴射を急激に中止させた場合、 レール圧力が目標圧力より高くなつてしまい、 燃料噴射再開時に高圧燃料が短時 間のうちに一気に噴射される等ィンジェクタからの燃料噴射動作に不具合を生じ させるという問題を有している。 この問題を解決するため、 例えば特開平 1 1 — 1 7 3 1 9 2号公報には、 インジヱクタの電磁弁が作動してから弁体が実際にリ フトして開弁状態となるまでに遅れが生じることを利用し、 この遅れの期間中に この遅れ時間よりも短い時間幅でインジヱクタの電磁弁を開き、 これによりイン ジェクタから気筒内へ燃料噴射を行わせることなくコモンレール内の高圧燃料を 電磁弁を介して低圧側へ溢流させ、 レール圧を低下させるようにした構成が提案 されている。

しカヽし、 この提案された構成によると、 インジヱクタの電磁弁によりコモンレ —ル内の燃料圧を低下させるための電磁弁開弁動作は極めては限られた条件下で 実行される必要があり、 し力、も、 インジェクタの電磁弁が弁体を開弁させるに至 る数 m s e c程度の短い時間よりもさらに短い期間内で燃料を溢流させなければ ならない。 したがって、 レール圧の減圧速度を大きくすることが難しく、 機関の 運転状態が激しく変化するような場合にはこれに追従してレール圧を適切な値に まで降下させることが困難であり、 気筒内での最適燃焼を達成させることができ ない場合が多々生じるという問題点を有している。

本発明の目的は、 従来技術における上述の問題点を解決することができるよう にした蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、 レール圧の減圧を迅速に行うことができるようにした蓄 圧式燃料噴射装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、 燃料噴射動作を安定に行うことができるようにした蓄圧 式燃料噴射装置を提供することにある。 発明の開示

本発明は、 コモンレール内に一旦蓄積された高圧燃料を増圧装置を介してィン ジェクタに送るように構成された蓄圧式燃料噴射装置において、 増圧装置に設け られている増圧圧力制御用電磁弁を利用してコモンレール内の高圧燃料の低圧側 への溢流を図り、 レール圧の減圧を高速にて行うことができるようにしたもので あ o

本発明の特徵は、 燃料供給ポンプから圧送される燃料を蓄積しておくためのコ モンレールからの高圧燃料が増圧装置を介して燃料噴射制御手段によって開閉制 御されるィンジュクタに送られるように構成され、 前記増圧装置における增圧圧 力制御が、 前記増圧装置に供給された前記高圧燃料の低圧側への逃し量を制御用 電磁弁を用いて調節することにより行われるようになつている蓄圧式燃料噴射装 置において、 前記コモンレール内の燃料圧力の減圧が必要か否かを判定するため の判定手段と、 該判定手段により減圧が必要であると判定された場合減圧に必要 な前記高圧燃料の逃し量を演算するための逃し量演算手段と、 前記逃し量演算手 段と前記燃料噴射制御手段とに応答し前記ィンジ クタから燃料噴射が行われな いタイミ ングで前記高圧燃料を前記低圧側へ逃すように前記制御用電磁弁を開閉 制御するための電磁弁制御手段とを備えた点にある。

増圧装置に予め設けられている制御用電磁弁を用いてコモンレール内の高圧燃 料を低圧側に逃すことによりレール圧の急速減圧を行うようにしたので、 その制 御部の構成を若干変更するだけで、 又はプログラムの変更のみで、 短時間のうち に効果的にレール圧を減圧させることができる。 したがって、 従 *に比べて、 低 コストであるにも拘らず、 コモンレールのレール圧を急速減圧させることができ るようになり、 急激な燃料噴射停止動作が生じても、 これにより以後の燃料噴射 動作に不具合を生じさせないようにすることができるので、 低コス卜で高性能の 蓄圧式燃料噴射装置を実現することができる。

前記制御用電磁弁は前記タイミングにおいて所定期間だけ前記高圧燃料を前記 低圧側へ逃すように開閉制御される構成とすることができる。 また、 前記減圧に 必要な前記高圧撚料の逃し量を演算するための逃し量演算手段をさらに設け、 前 記電磁弁制御手段が前記逃し量演算手段と前記燃料噴射制御手段とに応答し前記 ィンジ クタから燃料噴射が行われないタイミングで前記高圧燃料を前記逃し量 だけ前記低圧側へ逃すように前記制御用電磁弁を開閉制御するようにすることも できる。 前記判定手段は、 前記コモンレールの目標圧力を演算する目標圧力演算 手段と前記コモンレールの実レール圧を検出するためのレール圧センサとを備え、 前記目標圧力を前記実レール圧とを比較することにより減圧が必要であるか否か を判定するように構成してもよい。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明による内燃機関用燃料噴射装置の実施の形態の一例を示す概 略構成図である。

第 2図は、 第 1図に示した増圧装置の詳細構成を示す断面図である。

第 3図は、 第 1図に示した制御ュニッ 卜の詳細構成を説明するためのブロック 図である。

第 4図は、 制御ュニッ トのマイクロコンピュータにおいて実行される增圧装置 の制御のための制御プログラムのフローチヤ一 トである。

第 5 A図はコモンレールのレール圧の減圧動作を行わない場合の制御用電磁弁 の開閉動作を示す線図である。

第 5 B図はコモンレールのレール圧の減圧動作を行わない場合のィンジヱクタ における燃料の噴射動作を示す線図である。 第 5 C図はコモンレールのレール圧の減圧動作を行わない場合のィンジヱクタ から噴射される燃料の噴射等の時間的変化を示す線図である。

第 6 A図は急速減圧を実行している場合の制御用電磁弁の開閉動作を示す線図 る。

第 6 B図は急速減圧を実行している場合のィンジニクタにおける燃料の噴射動 作を示す線図である。

第 6 C図は急速減圧を実行している場合のィンジェクタから噴射される燃料の 噴射等の時間的変化を示す線図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 第 1図は、 本発明による内燃機関用燃料噴射装置の実施の形態の一例を示す概 略構成図である。 燃料噴射装置 1は蓄圧式の内燃機関用燃料噴射装置であり、 コ モンレール 2 と、 コモンレール 2に高圧燃料を供給するための高圧ポンプァッセ ンプリ 3とを備え、 コモンレール 2内に蓄積された高圧燃料は、 增圧装置 4を介 してインジヱクタ 8に供給される構成となっている。 インジヱクタ 8は噴射制御 用の電磁弁 8 Aを備えており、 制御ュニッ ト 7からの第 1制御信号 M 1に応答し て電磁弁 8 Aが開閉制御され、 図示しないディ一ゼルエンジンの対応する気筒内 に高圧燃料が所要のタイミ ングにおいて所要量だけ噴射されるように構成されて いる。 なお、 図面の簡単化のため、 増圧装置 4とインジヱクタ 8とは 1組だけ示 されているが、 実際にはディーゼルエンジンの気筒数と同じ組数設けられている c 電磁弁 8 Aの開閉動作にによって噴射制御されるィンジヱクタ 8の構成それ自 体は公知であるので、 ここでは、 インジヱクタ 8の構成についてのこれ以上詳し い説明は省略する。

高圧ポンプアッセンプリ 3は、 ディーゼルエンジンによって駆動される高圧ポ ンプ本体 3 1 と、 フューエルメタリ ングュニッ ト.3 2と、 インレッ ト · アウ トレ ッ トバルブ 3 3とが一体に組み立てられて成っている。 フューエルメタリングュ ニッ ト 3 2には燃料夕ンク 5からの燃料がフィ一ドポンプ 6によって供給されて いる。 フユ一エルメタリングュニッ ト 3 2はフィ一ドポンプ 6から供給された燃 料をディーゼルエンジンの要求する燃料圧力となるように流量調節して、 インレ ッ ト ·アウトレッ トバルブ 3 3に送り込む。 インレッ ト 'アウトレッ トバルブ 3 3は、 フューエルメ夕リングュニッ ト 3 2から送られてきた燃料を高圧ポンプァ ッセンプリ 3のプランジャ室 （図示せず） に供給し、 プランジャ室で高圧にされ た燃料をフューエルメタリングュニッ 卜 3 2に逆流することがないようにしてコ モンレール 2に供給する。 ここで、 フューエルメタリングユニッ ト 3 2における 燃料流量の調節はフユ一エルメタリングュニッ ト 3 2内に設けられた電磁弁 3 4 の開閉制御によって行われる。

符号 7で示されるのは、 燃料噴射装置 1の各部を後述するようにして制御する ためマイクロコンピュータ 7 Aを用いて構成された制御ュニッ トである。 制御ュ ニッ ト 7には、 コモンレール 2内の燃料圧力 (レール圧） を検出する圧力センサ 2 Aからの実圧力信号 U 1が入力されている。 さらに、 回転センサ 9 Aからは、 ディ一ゼルエンジンの回転数を示す回転数信号 U 2、 水温センサ 9 Bからはディ —ゼルエンジンの冷却水温度を示す水温信号 U 3、 及び燃温センサ 9 Cからはコ モンレール 2に供給される燃料の温度を示す燃温信号 U 4が制御ュニッ ト 7に入 力されているほか、 アクセルペダル （図示せず） の操作量を示すアクセル信号 U 5がアクセルセンサ 9 Dから制御ュニッ ト 7に入力されている。

制御ュニッ ト 7は、 実圧力信号 U 1、 回転数信号 U 2、 水温信号 U 3、 燃温信 号 U 4、 及びアクセル信号 U 5に応答し、 コモンレール 2内に蓄積される高圧燃 料の圧力が所要のレベルに維持されるよう電磁弁 3 4を開閉制御するための第 2 制御信号 M 2を出力する構成となっている。

電磁弁 3 4を開閉制御させるため制御ュニッ ト 7から出力される第 2制御信号 M 2はパルス信号となっており、 そのデューティ比は制御ュニッ ト 7において電 磁弁 3 4を制御するための出力値として定められる。 これにより高圧ポンプ本体 3 1からコモンレール 2へ流れる高圧燃料の流量を調節することができ、 この流 量調節によってコモンレール 2内の高圧燃料の圧力を所定の圧力に制御できるよ うになつている。 なお、 電磁弁 3 4をこのようにデューティ比制御によって開閉 動作せしめ、 これにより燃料の流量調節を行う高圧ポンプアッセンプリ 3の構成 それ自体は公知であるから、 高圧ポンプアッセンプリ 3についての詳しい説明は 省略する。

第 2図には、 増圧装置 4の詳細構成が示されている。 増圧装置 4は、 本体 4 1 内のシリンダ室 4 2に、 大径ピストン 4 3と小径ピス トン 4 4とから成る増圧ピ ストン 4 5を収容し、 ばね 4 6によって増圧ビストン 4 5を矢印 X方向にばね付 勢するように構成された公知の構成の装置である。 大径ビストン 4 3によって区 割されている第 1の室 4 2 Aにはコモンレール 2よりの高圧燃料が供給されてお り、 小径ビストン 4 4によって区割されている第 2の室 4 2 Bから増圧された高 圧燃料がインジヱクタ 8に送られる構成となっている。

ばね 4 6が収容されている第 3の室 4 2 Cは、 大径ビストン 4 3に形成された オリフィス 4 3 Aを介して第 1の室 4 2 Aと連通されている。 第 1の室 4 2 Aと 第 2の室 4 2 Bとはチヱック弁 4 7が設けられている油路 4 7 Aで接続されてお り、 第 1の室 4 2 Aから第 2の室 4 2 Bに向けてのみ高圧燃料を流すことができ、 これにより第 1の室 4 2 Aから第 2の室 4 2 Bに高圧燃料を供給することができ る構成となっている。 そして、 第 3の室 4 2 Cは油路 4 8 Aによって燃料の低圧 側に接続されている。 油路 4 8 Aに設けられている制御用電磁弁 4 8の開閉制御 により第 3の室 4 2 C内の燃料圧力を調節することにより、 増圧装置 4による高 圧燃料の增圧値を制御できる構成となっている。 ここで、 制御用電磁弁 4 8は、 開閉弁として構成されており、 制御ュニッ ト 7からの第 3制御信号 M 3に応答し て制御用電磁弁 4 8は閉または開状態に制御される。 なお、 第 2図に示した増圧 装置 4の構成それ自体は公知であるので、 その增圧のための動作についての詳し い説明は省略する。

第 3図には、 制御ュニッ ト 7の詳細構成図が示されている。 制御ュニッ 卜 7に おいて、 7 1はインジヱクタ 8の制御のための噴射制御部、 7 2はコモンレール 2のレール圧の制御のためのレール圧制御部、 7 3は増圧装置 4の制御のための 増圧装置制御部であり、 噴射制御部 7 1、 レール圧制御部 7 2、 及び增圧装置制 御部 7 3には、 それぞれ、 実圧力信号 U 1、 回転数信号 U 2、 水温信号 U 3、 燃 温信号 U 4及びアクセル信号 U 5が入力信号として入力されている。 噴射制御部 7 1はこれらの入力信号に応答してィンジェクタ 8からの燃料噴射を制御するた めの噴射制御信号 C 1を演算出力し、 噴射制御信号 C 1はィンジェクタ通電制御 部 7 1 Aに入力され、 インジ二クタ通電制御部 7 1 Aから噴射制御信号 C 1に対 応する第 1制御信号 M 1が出力される。 ここでは 1つのインジヱクタ 8について のみ説明したが、 実際には、 インジェクタは複数個設けられており、 各インジェ ク夕について同様の制御が実行されるが、 その詳細は省略する。

レール圧制御部 7 2は、 コモンレール 2内の燃料圧力を最適な値に制御するた めの制御部であり、 入力信号に応答してレール圧制御信号 C 2が出力され、 高圧 ポンプ用通電制御部 7 2 Aはレール圧制御信号 C 2に応答して第 2制御信号 M 2 を出力する公知の構成となっている。

増圧装置制御部 7 3は、 入力信号のほか、 噴射制御信号 C 1にも応答し、 開閉 制御信号 C 3を制御電磁弁通電制御部 7 3 Aに出力し、 制御電磁弁通電制御部 7 3 Aからは第 3制御信号 M 3が出力される構成となっている。

次に、 第 4図を参照して、 増圧装置制御部 7 3について説明する。 第 4図は、 制御ュニッ ト 7のマイクロコンピュータ 7 Aにおいて実行される増圧装置 4の制 御のための制御プログラムのフローチヤ一トであり、 このフローチヤ一トに基づ き增圧装置制御部 7 3について説明する。 この制御プログラムの実行が開始され ると、 先ずステップ S 1で、 入力信号 U 2〜U 5に基づいてコモンレール 2内の 燃料の目標圧力である目標レール圧が演算される。 次のステップ S 2では、 実圧 力信号 U 1に基づきコモンレール 2内の実際の燃料圧力である実レール圧が検出 される。 そして、 ステップ S 3では、 ステップ S 1、 S 2の演算、 検出結果に基 づきコモンレール 2内の燃料の圧力の実際値 P Aと目標値 P Tとの圧力偏差△ P ( = P A— P T ) が演算され、 ステップ S 4に進む。

ステップ S 4では、 圧力偏差 Δ Ρが急速減圧判定用の所定値 Kより大きいか否 かが判別される。 この所定値 Kは、 コモンレール 2のレール圧がアクセルペダル を急激に解放する等の理由でその目標レール圧を大きく越えて高くなり、 レール 圧の急速の減圧が必要であるか否かを判定するための判定基準圧を示すものであ る。

ステップ S 4で Δ Ρ≤Κであると、 ステップ S 4の判別結果は N Oとなり、 ス テツプ S 5に進み、 ここで、 電磁弁 3 4のデューティ比制御による通常の圧力制 御がレール圧制御部 7 2によって実行され、 コモンレール 2内の燃料圧が目標値 となるようにフィ一ドバック制御が実行される。

ステップ S 4で Δ Ρ > Κであると、 ステップ S 4の判別結果は Y E Sとなり、 コモンレール 2内の燃料圧力を制御用電磁弁 4 8を開くことにより急速減圧する ための処理に入る。

すなわち、 燃料噴射装置 1においては、 コモンレール 2内のレール圧が所定レ ベル以上の高圧状態となりその急速減圧が必要になった場合、 増圧装置 4におけ る増圧圧力の制御のために用いられている制御用電磁弁 4 8を、 コモンレール 2 内の高圧燃料を急速減圧のために低圧側へ逃す目的で使用している。 第 2図から 判るように、 制御用電磁弁 4 8を開くと、 第 3の室 4 2 Cの圧力が低下し、 コモ ンレール 2から供給される高圧燃料を、 第 1の室 4 2 Α、 オリフィス 4 3 Α及び 第 3の室 4 2 Cを介して低圧側へ逃すことができ、 これによりレール圧を比較的 迅速に低下させることができる。

制御用電磁弁 4 8による急速減圧は、 インジェクタ 8による燃料噴射動作、 及 び図示しない他のィンジュクタによる燃料噴射動作に不都合な影響を与えること がないようなタイミングで必要な量だけ逃すことにより実行する必要がある。 そこで、 ステップ S 6では、 実圧力信号 U 1に応答して減圧のために必要な目 標逃し量が演算され、 ステップ S 7では減圧のために制御用電磁弁 4 8を開弁動 作させるタイミ ングである減圧動作開始時期が演算され、 ステップ S 8ではこの 目標逃し量を実現するのに必要な制御用電磁弁 4 8の開弁時間である減圧用通電 期間が演算される。

ステップ S 9では、 ステップ S 6、 S 7、 S 8の各演算結果に基づき、 減圧の ための制御用電磁弁 4 8の開弁動作を制御するための開閉制御信号 C 3を出力す る。 開閉制御信号 C 3は、 制御電磁弁通電制御部 7 3 Aに送られ （第 3図参照） 、 開閉制御信号 C 3に従って制御用電磁弁 4 8を開閉するための第 3制御信号 M 3 が制御電磁弁通電制御部 7 3 Aから制御用電磁弁 4 8に与えられる。 これにより コモンレール 2内の燃料圧を一気に減圧する。 この結果、 コモンレール 2内の高 すぎる燃料圧が応答性よく低下し、 短時間のうちにコモンレール 2の圧力を所要 の目標値に到達させることができる。

次に、 第 5 A図〜第 5 C図及び第 6 A図〜第 6 C図を用いて、 増圧装置 4を用 いたレール圧の急速減圧動作について説明する。

第 5 A図〜第 5 C図は、 急速減圧を実行していない場合の動作例を示す線図で ある。 第 5 A図は制御用電磁弁 4 8の開閉動作を示す線図、 第 5 B図はインジ クタにおける燃料の噴射動作を示す線図、 第 5 C図はィンジ クタから噴射され る燃料の噴射等の時間的変化を示す線図である。 ここでは、 燃料の噴射に同期し て制御用電磁弁 4 8をタイミ ング T A、 T Bで所定期間だけ開き、 これにより大 径ピストン 4 3の背圧を小さく して燃料の増圧を図り、 各回の燃料噴射の後期に おいて噴射量を増大させている。 この場合には、 タイミ ング T Aにおいて制御用 電磁弁 4 8を開き、 これによりレール圧も低下するが、 次のタイ ミ ング T Bまで はレール圧がほぼ元に戻っているので、 タイミング T Bにおける噴射量の減少値 Δ Q 1は極めて軽微である。

一方、 第 6 A図〜第 6 C図は、 急速減圧を実行している場合の動作例を示す線 図である。 第 6 A図は制御用電磁弁 4 8の開閉動作を示す線図、 第 6 B図はイン ジ クタにおける燃料の噴射動作を示す線図、 第 6 C図はインジ クタから噴射 される燃料の噴射等の時間的変化を示す線図である。 ここでは、 タイミ ング T A、 T Bの内のィンジェクタからの燃料噴射に影響を与えないタイミング T 1、 T 2 において急速減圧の目的で制御用電磁弁 4 8が開弁されている場合の例である。 タイミング T 1、 T 2においてコモンレール 2内の高圧燃料が制御用電磁弁 4 8 を介して低圧側へ逃され、 これによりレール圧を急速に減圧させることができる _c この結果、 次の噴射タイミング T Bにおける噴射量減少値 2は、 第 5図の場 合の Δ Q 1に比べて大きくなる。

第 6 A図〜第 6 C図に示す例では、 制御用電磁弁 4 8の開弁による減圧動作を タイミ ング T l、 Τ 2において 2回行った場合について説明した。 し力、し、 減圧 動作のための制御用電磁弁 4 8の動作回数はィンジ クタによる燃料噴射動作に 不具合を生じさせない限り何回であってもよく、 また 1回当たりの燃料逃し量は 所要の減圧量を考慮して適宜に定めることができる。

この構成によれば、 増圧装置に予め設けられている制御用電磁弁 4 8を用いて、 コモンレール 2内の高圧燃料を、 その制御部の構成を若干変更するだけで、 又は プログラムの変更のみで、 短時間のうちに効果的に減圧させることができる。 し たがって、 従来に比べて、 低コストであるにも拘らず、 コモンレール 2のレール 圧を急速減圧させることができるようになる。 この結果、 急激な燃料噴射停止動 作が生じても、 これにより以後の燃料噴射動作に不具合を生じさせないようにす ることができるので、 低コストで高性能の蓄圧式燃料噴射装置を実現することが できる。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置は、 急激な燃料噴射停止動作 が生じても、 以後の燃料噴射動作に不具合を生じさせないようにするのに有用で ある。

Claims

請求の範囲

1. 燃料供給ポンプから圧送される燃料を蓄積しておくためのコモンレールか らの高圧燃料が増圧装置を介して燃料噴射制御手段によって開閉制御されるイン ジェクタに送られるように構成され、 前記増圧装置における増圧圧力制御が、 前 記増圧装置に供給された前記高圧燃料の低圧側への逃し量を電磁弁を用いて調節 することにより行われるようになっている蓄圧式燃料噴射装置において、 前記コモンレール内の燃料圧力の減圧が必要か否かを判定するための判定手段 と、

該判定手段により減圧が必要であると判定された場合減圧に必要な前記高圧燃 料の逃し量を演算するための逃し量演算手段と、

前記逃し量演算手段と前記燃料噴射制御手段とに応答し前記インジヱクタから 燃料噴射が行われないタイミ ングで前記高圧燃料を前記低圧側へ逃すように前記 制御用電磁弁を開閉制御するための電磁弁制御手段とを備えたことを特徴とする 蓄圧式燃料噴射装置。

2. 前記制御用電磁弁は前記タイミングにおいて所定期間だけ前記高圧燃料を 前記低圧側へ逃すように開閉制御される請求の範囲第 1項記載の蓄圧式燃料噴射

3. 前記減圧に必要な前記高圧燃料の逃し量を演算するための逃し量演算手段を さらに備え、 前記電磁弁制御手段が

前記逃し量演算手段と前記燃料噴射制御手段とに応答し前記インジェクタから 燃料噴射が行われないタイミ ングで前記高圧燃料を前記逃し量だけ前記低圧側へ 逃すように前記制御用電磁弁を開閉制御するようにした請求の範囲第 1項記載の 蓄圧式燃料噴射装置。

4. 前記判定手段が、 前記コモンレールの目標圧力を演算する目標圧力演算手段 と前記コモンレールの実レール圧を検出するためのレール圧センサとを備え、 前 記目標圧力を前記実レール圧とを比較することにより減圧が必要であるか否かを 判定するように構成された請求の範囲第 1項記載の蓄圧式燃料噴射装置。