JP2000054890A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料圧力が閉弁方向に作用する弁体を有する
電磁式燃料噴射弁によって、弁体を開弁するためのソレ
ノイドの大型化を伴うことなく、機関高温時においても
確実な燃料噴射を可能とすることである。 【解決手段】 燃料圧力が閉弁方向に作用する弁体及び
弁体を吸引して開弁するためのソレノイドを有する電磁
式燃料噴射弁と、電磁式燃料噴射弁へ供給する燃料圧力
を機関運転状態に応じた目標燃料圧力Ｐｔに制御する目
標燃料圧力制御手段（ステップ１０９〜１１１）と、機
関高温時に目標燃料圧力を低下させる目標燃料圧力変更
手段（ステップ１０６〜１０８）、とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】気筒内へ直接的に高圧の燃料を噴射する
ために、高圧の燃料を蓄える蓄圧室を有し、蓄圧室内の
燃料を各気筒毎に配置された燃料噴射弁を介して噴射す
る燃料噴射装置が公知である。この燃料噴射装置に使用
される燃料噴射弁は、一般的に、電磁式であり、バネ力
及び燃料圧力によって閉弁方向に付勢された弁体を、ソ
レノイドによって吸引して開弁させるものである。

【０００３】ソレノイドのコイルは、温度が高くなるほ
ど通電抵抗が上昇するために、ソレノイドの吸引力が低
下する。蓄圧室内の燃料圧力は、燃料ポンプによって所
定高燃料圧力近傍となるように制御されている。ソレノ
イドは、機関高温時においてソレノイドの吸引力が低下
しても、バネ力及びこの所定高燃料圧力近傍の燃料圧力
が作用する弁体を吸引して開弁可能なように、十分に大
きな吸引力を有するものとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】機関始動時において、
蓄圧室内の燃料圧力は、大気圧から所定高燃料圧力まで
早期に昇圧しなければならない。このために、燃料ポン
プの最大吐出量運転が実施される。この最大吐出量運転
は、蓄圧室内の燃料圧力が所定高燃料圧力に達した時点
で、燃料噴射量に応じた通常運転に切り換えられるが、
燃料ポンプの吐出量は瞬間的に変化するわけではなく、
また制御の応答遅れなどの影響もあることから蓄圧室内
の燃料圧力の上昇が継続し、所定高燃料圧力を比較的大
幅に上回ってしまうことがある。

【０００５】この時に、機関温度がそれほど高くなけれ
ば、ソレノイドの十分に大きな吸引力によって、所定高
燃料圧力を比較的大幅に上回る燃料圧力が作用する弁体
を開弁することは可能である。しかしながら、例えば、
高速高負荷運転直後の再始動の場合には、機関温度が非
常に高いためにソレノイドの吸引力が低下しており、蓄
圧室の燃料圧力が所定高燃料圧力を大幅に上回っている
と、この燃料圧力が作用する弁体を開弁することができ
ず、燃料が噴射されずに機関停止する可能性がある。

【０００６】特開平９−１９５８１９号公報には、機関
負荷及び機関回転数に応じて蓄圧室内の目標燃料圧力を
制御することが開示されているが、このような制御で
は、前述の問題を解決することはできない。また、ソレ
ノイドの吸引力をさらに高めることが考えられるが、ソ
レノイドの大型化を伴い燃料噴射弁内への配置が困難と
なる。

【０００７】従って、本発明の目的は、燃料圧力が閉弁
方向に作用する弁体を有する電磁式燃料噴射弁によっ
て、弁体を開弁するためのソレノイドの大型化を伴うこ
となく、機関高温時においても確実な燃料噴射を可能と
する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料圧力が閉弁
方向に作用する弁体及び前記弁体を開弁方向に吸引する
ソレノイドを有する電磁式燃料噴射弁と、前記電磁式燃
料噴射弁へ供給する燃料圧力を機関運転状態に応じた目
標燃料圧力に制御する目標燃料圧力制御手段と、機関高
温時に前記目標燃料圧力を低下させる目標燃料圧力変更
手段、とを具備することを特徴とする。

【０００９】本発明による請求項２に記載の内燃機関の
燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料
噴射制御装置において、前記目標燃料圧力変更手段は、
マップに基づき目標燃料圧力を変更することを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による内燃機関の
燃料噴射制御装置の実施形態を示す概略図である。本実
施形態における内燃機関は４気筒であるとして以下に説
明するが、これは本発明を限定するものではない。図１
において、１は各気筒毎に配置された四つの燃料噴射弁
であり、２は各燃料噴射弁１へ高圧の燃料を供給するた
めの蓄圧室である。燃料噴射弁１は、噴孔を開閉するた
めの弁体と、弁体を開弁方向に吸引するソレノイドとを
有している。弁体にはバネ力及び蓄圧室２内の燃料圧力
が閉弁方向に作用しており、ソレノイドが消磁されてい
る時には確実な閉弁が補償され燃料噴射が停止される。
ソレノイドが励磁されれば、ソレノイドは、弁体をバネ
力及び燃料圧力に逆らって開弁方向に吸引し、燃料噴射
が実施される。

【００１１】３は燃料タンクであり、燃料タンク３内に
は低圧ポンプ４が配置されている。低圧ポンプ４は、バ
ッテリにより駆動される電気式ポンプであり、例えば、
０．３ＭＰａの定格吐出圧力を有している。低圧ポンプ
４は、スタータスイッチのオン信号と同時に作動され
る。６は低圧ポンプ４の吸入燃料から異物を除去するた
めのフィルタである。

【００１２】また、７は、蓄圧室２内を、例えば、１０
ＭＰａの所定高燃料圧力近傍へ昇圧するための高圧ポン
プであり、この高圧ポンプ７は、シリンダ内を摺動可能
なプランジャ７ａを有している。吸入側開口部７ｂ及び
吐出側開口部７ｃを有する高圧ポンプ７のシリンダ内空
間７ｄがポンプ室となる。このポンプ室７ｄを狭めるプ
ランジャ７ａの摺動動作、すなわち、プランジャ７ａの
吐出行程動作は、機関本体のクランクシャフトに連結さ
れたカム７ｅによりもたらされ、ポンプ室７ｄを拡げる
プランジャ７ａの摺動動作、すなわち、プランジャ７ａ
の吸入行程動作は、圧縮バネ７ｆによりもたらされる。
本実施形態において、カム７ｅは、一回転で二回の吐出
行程をもたらすものであるが、カム７ｅの二回転がクラ
ンクシャフトの一回転に相当するように、カム７ｅは減
速ギヤ等を介してクランクシャフトに連結されており、
すなわち、二つの気筒の燃料噴射毎に高圧ポンプ７の吐
出行程がもたらされるようになっている。

【００１３】ポンプ室７ｄの吸入側開口部７ｂは制御室
７ｇに連通している。この制御室７ｇは、一方で、吸入
管８によって低圧ポンプ４の吐出側と接続され、他方
で、戻し管９によって燃料タンク３と接続されている。
吸入管８には、低圧ポンプ４の吐出燃料から異物を除去
するためのフィルタ１０が配置されている。

【００１４】ポンプ室７ｄの吐出側開口部７ｃは、吐出
管１１によって蓄圧室２へ接続されている。この吐出管
１１には、蓄圧室２へ向かう燃料流れのみを許容するチ
ェックバルブ１２が配置されている。このチェックバル
ブ１２は、僅かな圧力差によっても開弁するものであ
る。

【００１５】戻し管９には、燃料タンク３へ向かう燃料
流れのみを許容する第一リリーフバルブ１３が配置さ
れ、この第リリーフバルブ１３の下流側において、接続
管１４によって蓄圧室２と接続されている。接続管１４
には、蓄圧室２からの燃料流れのみを許容する第二リリ
ーフバルブ１５が配置されている。第一リリーフバルブ
１３は、低圧ポンプ４の定格吐出圧力より僅かに大きな
圧力で開弁するものである。第二リリーフバルブ１５
は、蓄圧室２内が所定高燃料圧力より高い所定圧力とな
る時に開弁するものであり、蓄圧室２内の燃料圧力が異
常に高くなることを防止している。

【００１６】１６は高圧ポンプ７の吸入側開口部７ｂを
開閉するための電磁弁である。電磁弁１６は、電磁ソレ
ノイド１６ａを励磁することによって閉弁され、電磁ソ
レノイド１６ａを消磁することによりバネ１６ｂによっ
て開弁される。電磁弁１６は、高圧ポンプ７の吸入行程
において開弁され、吐出行程において必要時間だけ閉弁
される。それにより、高圧ポンプ７の吸入行程中には、
ポンプ室７ｄ内へ低圧ポンプ４の吐出燃料が吸入され、
吐出行程における電磁弁１６の閉弁中には、吐出管１１
を介してポンプ室７ｄの燃料が蓄圧室２へ圧送される。
一方、吐出行程における電磁弁１６の開弁中において、
蓄圧室２内の燃料圧力が第一リリーフバルブ１３の開弁
圧力より高い場合には、ポンプ室７ｄの燃料は戻し管９
を介して燃料タンク３へ戻され、蓄圧室２内の燃料圧力
が第一リリーフバルブ１３の開弁圧力より低い場合に
は、ポンプ室７ｄの燃料は吐出通路１１を介して蓄圧室
２へ圧送される。

【００１７】燃料噴射弁１におけるソレノイドのコイル
は、温度が高くなるほど通電抵抗が上昇するために、ソ
レノイドの吸引力が低下する。それにより、燃料噴射弁
１のソレノイドは、機関高温時においてソレノイドの吸
引力が低下しても、バネ力及び所定高燃料圧力が作用す
る弁体を吸引して開弁可能なように、十分に大きな吸引
力を有している。

【００１８】２０は電磁ソレノイド１６ａを介しての電
磁弁１６の開閉制御を担当する制御装置であり、蓄圧室
２内の燃料圧力を検出するための圧力センサ２１と、機
関運転状態を検出するためのエアフローメータ、回転セ
ンサ、冷却水温センサ等の各センサ（いずれも図示せ
ず）とが接続されている。

【００１９】図２は、制御装置２０による高圧ポンプ７
の電磁弁１６の開閉制御のためのフローチャートであ
る。このフローチャートは、スタータスイッチのオン信
号と同時に実行され、所定時間毎に繰り返されるもので
ある。先ず、ステップ１０１において、圧力センサ２１
によって蓄圧室２内の実燃料圧力Ｐを測定する。次い
で、ステップ１０２において、所定高燃料圧力に設定さ
れた第一目標燃料圧力Ｐ１と実燃料圧力Ｐとの差ｄＰを
算出してステップ１０３に進む。

【００２０】ステップ１０３においては、この差ｄＰが
所定値ｄＰ’以上であるか否かが判断される。この判断
が否定される時は、実燃料圧力Ｐは第一目標燃料圧力Ｐ
１に比較的近い値である。この時には、ステップ１０４
において、目標燃料圧力Ｐｔは第一目標燃料圧力Ｐ１と
される。次いで、ステップ１０５において、高圧ポンプ
７の吐出行程における電磁弁１６の閉弁時間は、燃料噴
射弁１により噴射される現在の燃料噴射量に差ｄＰを減
少させるための圧力補償燃料量を加算した燃料量だけが
吐出されるように制御される。ここで、差ｄＰが負値で
ある場合、すなわち、実燃料圧力Ｐが第一目標燃料圧力
Ｐを越えている場合には、圧力補償燃料量は負値とな
り、現在の燃料噴射量から減算される。

【００２１】本フローチャートにおいて、この圧力補償
燃料量は比較的少量とされている。それにより、実燃料
圧力Ｐを第一目標燃料圧力Ｐ１にほぼ一致させるまでに
高圧ポンプ７の数回の吐出を必要とすることがあるが、
第一目標燃料圧力Ｐ１と実燃料圧力Ｐとの現在における
差ｄＰは比較的小さいために、燃料噴射弁の開弁時間を
僅かに補正することによって燃料噴射量制御に問題が発
生することはない。こうして、比較的少量とされた圧力
補償燃料量により、実燃料圧力Ｐが第一目標燃料圧力Ｐ
１を中心に大幅に変動することを防止することができ
る。もちろん、差ｄＰの大きさに応じて圧力補償燃料量
を変化させるようにしても良い。

【００２２】一方、ステップ１０３における判断が肯定
される時、すなわち、第一目標燃料圧力Ｐ１と実燃料圧
力Ｐとの差ｄＰが所定値ｄＰ’以上であり、実燃料圧力
Ｐが第一目標燃料圧力Ｐ１に比較して大幅に低い時に
は、ステップ１０６に進み、冷却水温センサにより測定
された実冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷ’以上であるか
否かが判断される。この判断が否定される時、例えば、
通常の機関始動時のように、蓄圧室２内の実燃料圧力Ｐ
はほぼ大気圧となっており、機関温度が十分に低い時に
は、ステップ１０７に進み、目標燃料圧力Ｐｔは第一目
標燃料圧力Ｐ１とされる。

【００２３】次いで、ステップ１０９に進み、高圧ポン
プ７の吐出行程の全時間に渡って電磁弁１６は閉弁さ
れ、高圧ポンプ７は最大吐出量の運転が実施される。す
なわち、燃料噴射に使用される以外の吐出燃料量が全て
圧力補償燃料量とされる。この時には、第一目標燃料圧
力Ｐ１と実燃料圧力Ｐとの現在における差ｄＰは比較的
大きいために、燃料噴射弁の開弁時間を補正しても意図
する燃料量を噴射できない可能性があり、実燃料圧力Ｐ
を早期に第一目標燃料圧力Ｐ１にほぼ一致させることが
必要である。それにより、圧力補償燃料量は多量とされ
ている。

【００２４】次いで、ステップ１１０において蓄圧室２
内の実燃料圧力Ｐが再び測定され、ステップ１１１にお
いて、この実燃料圧力Ｐが目標燃料圧力Ｐｔ、すなわ
ち、第一目標燃料圧力Ｐ１に達したかが判断される。こ
の判断が否定される時には、ステップ１０９に戻り、高
圧ポンプ７の最大吐出量運転を継続する。

【００２５】こうして、実燃料圧力Ｐが目標燃料圧力Ｐ
ｔに達すると、ステップ１０１からの処理が実施され、
この時にはステップ１０３における判断が否定されるた
めに、ステップ１０５における高圧ポンプ７の制御が実
施される。すなわち、実燃料圧力Ｐが第一目標燃料圧力
Ｐ１に達した時点で、高圧ポンプ７の最大吐出量運転は
中止されるが、蓄圧室２内の実燃料圧力Ｐは、応答遅れ
によって、図４に点線で示すように第一目標燃料圧力Ｐ
１を大幅に越えることとなる。

【００２６】しかしながら、現在において実冷却水温Ｔ
ＨＷは比較的低く、燃料噴射弁１におけるソレノイドの
吸引力は十分に高いために、弁体に仮に第一目標燃料圧
力Ｐ１（所定高燃料圧力）より非常に大きな第一所定燃
料圧力ＰＨが作用していても、弁体を開弁可能である。
それにより、蓄圧室２内の燃料圧力Ｐが第一目標燃料圧
力Ｐ１を大幅に越えても問題なく燃料噴射が可能であ
る。

【００２７】これに対して、実冷却水温ＴＨＷが比較的
高いと、燃料噴射弁１におけるソレノイドの吸引力は低
下するために、第一目標燃料圧力Ｐ１より高いが第一目
標燃料圧力Ｐ１近傍の第二所定燃料圧力ＰＬ以下の燃料
圧力が弁体に作用している場合にしか弁体を開弁するこ
とができなくなる。

【００２８】それにより、第一目標燃料圧力Ｐ１と実燃
料圧力Ｐとの差ｄＰが所定値ｄＰ’以上で実冷却水温Ｔ
ＨＷが所定値ＴＨＷ’以上である時、例えば、高速高負
荷運転直後の機関再始動時のように、蓄圧室２内の実燃
料圧力Ｐはほぼ大気圧となっていて機関温度が比較的高
い時に、第一目標燃料圧力Ｐ１まで高圧ポンプ７の最大
吐出量運転が実施されると、図４に点線で示したように
蓄圧室２内の燃料圧力Ｐが第一目標燃料圧力Ｐ１を大幅
に越えて第二所定燃料圧力ＰＬを越え、ソレノイドによ
り弁体を開弁することができなくなる。こうして、燃料
が噴射されずに機関停止する。

【００２９】本フローチャートでは、第一目標燃料圧力
Ｐ１と実燃料圧力Ｐとの差ｄＰが所定値ｄＰ’以上で実
冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨＷ’以上である時には、ス
テップ１０６における判断が肯定されてステップ１０８
に進み、目標燃料圧力Ｐｔは第一目標燃料圧力Ｐ１より
低い第二目標燃料圧力Ｐ２とされ、ステップ１０９にお
いて、高圧ポンプ７の最大吐出量運転が実施される。

【００３０】それにより、ステップ１１１において、実
燃料圧力Ｐが第二目標燃料圧力Ｐ２となった時点で、高
圧ポンプ７の最大吐出量運転は中止され、その後は、ス
テップ１０５における比較的小さな圧力補償燃料量を使
用する高圧ポンプ７の制御が実施される。

【００３１】こうして、蓄圧室２内の実燃料圧力Ｐは、
図４に実線で示すように、高圧ポンプ７の最大吐出量運
転中止直後に、応答遅れによって第二目標燃料圧力Ｐ２
を大幅に越えることとなるが、第二所定圧力ＰＬを越え
ることはなく、吸引力が低下したソレノイドによっても
弁体を確実に開弁することができ、燃料が噴射されずに
機関停止する問題を防止することができる。

【００３２】図３は、冷却水温ＴＨＷと、所定高燃料圧
力と実燃料圧力との差ｄＰとによって、目標燃料圧力を
定めるマップである。このようなマップを使用すること
により、前述のフローチャートを簡素化することができ
る。

【００３３】本フローチャートにおいて、機関温度とし
ての冷却水温と、所定高燃料圧力と実燃料圧力との差ｄ
Ｐとに応じて二つの目標燃料圧力を使い分けるものとし
たが、これは本発明を限定するものではなく、同様な考
え方に基づき、三つ以上の目標燃料圧力を使い分けるよ
うにしても良い。また、本フローチャートにおいて、機
関運転状態に応じても目標燃料圧力を変化させるように
しても良い。

【００３４】

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の燃
料噴射制御装置によれば、燃料圧力が閉弁方向に作用す
る弁体及び弁体を開弁方向に吸引するソレノイドを有す
る電磁式燃料噴射弁と、電磁式燃料噴射弁へ供給する燃
料圧力を機関運転状態に応じた目標燃料圧力に制御する
目標燃料圧力制御手段とを具備し、目標燃料圧力変更手
段が、ソレノイド吸引力が低下する機関高温時に目標燃
料圧力を低下させるために、燃料噴射弁に提供される燃
料圧力が、応答遅れ等によって、目標燃料圧力を大幅に
上回っても、弁体を開弁不可能とする燃料圧力まで上昇
することはない。それにより、ソレノイドの吸引力をさ
らに高めるためのソレノイドの大型化を伴うことなく、
機関高温時においても確実な燃料噴射が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の実
施形態を示す概略図である。

【図２】高圧ポンプの電磁弁の開閉制御のためのフロー
チャートである。

【図３】第一目標燃料圧力と第二目標燃料圧力との関係
を示すマップである。

【図４】蓄圧室内の実燃料圧力の変化を示すタイムチャ
ートである。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁 ２…蓄圧室 ３…燃料タンク ４…低圧ポンプ ７…高圧ポンプ １６…電磁弁 ２０…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ 55/02 ３５０ 55/02 ３５０Ｅ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料圧力が閉弁方向に作用する弁体及び
   前記弁体を開弁方向に吸引するソレノイドを有する電磁
   式燃料噴射弁と、前記電磁式燃料噴射弁へ供給する燃料
   圧力を機関運転状態に応じた目標燃料圧力に制御する目
   標燃料圧力制御手段と、機関高温時に前記目標燃料圧力
   を低下させる目標燃料圧力変更手段、とを具備すること
   を特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】 前記目標燃料圧力変更手段は、マップに
   基づき目標燃料圧力を変更することを特徴とする請求項
   １に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。