JP2000265892A

JP2000265892A - エンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2000265892A
Application number: JP11074455A
Authority: JP
Inventors: Shigehisa Takase; 繁寿高瀬
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: JP3695207B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、コモンレールの出口圧力の変化
率が予め定めた閾値を超える時期を実際の燃料噴射開始
及び終了時期として算出して、目標噴射条件で燃料噴射
を行うエンジンの燃料噴射装置を提供する。【解決手段】コモンレールの燃料供給管への出口にお
けるコモンレール出口圧力Ｐｅの変化率Ｄｐが予め定め
た閾値Ｄｓをクロスして下回る時期が、燃料噴射の開始
と終了に応じてそれぞれ降下するコモンレール出口圧力
Ｐｅの第１及び第２の圧力降下時期ｔ₂，ｔ₅として求
められる。各圧力降下時期ｔ₂，ｔ₅からそれぞれ第１
及び第２の圧力降下遅れ時間Δｔ_s，Δｔ_eだけ遡った
時期が、実際の燃料噴射開始及び終了時期ｔ₁，ｔ₄と
して算出される。実際の燃料噴射開始及び終了時期が目
標噴射時期と一致するようにコマンドパルスが制御され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コモンレールに
蓄圧状態で貯留された燃料をインジェクタから燃焼室内
に噴射するエンジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃料噴射に関して、噴射圧力
の高圧化を図り、燃料の噴射タイミング及び噴射量等の
噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する
方式として、コモンレール燃料噴射システムが知られて
いる。コモンレール燃料噴射システムは、燃料ポンプに
よって所定圧力に加圧された燃料をコモンレール内に蓄
圧状態に貯留し、貯留された加圧燃料をエンジンの運転
状態に応じてコントローラが求めた最適な噴射量及び噴
射時期等の噴射条件で各インジェクタから対応する燃焼
室内に噴射するシステムである。コモンレールから燃料
供給管を通じて各インジェクタの噴孔に至る燃料流路内
には、常時、噴射圧力相当の燃料圧が作用しており、各
インジェクタは燃料供給管を通じて供給される燃料を通
過又は遮断するように作動する電磁弁を備えている。コ
ントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエン
ジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるよ
うに、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁弁の
作動とを制御している。

【０００３】図５は、コモンレール燃料噴射システムの
概要を示す図である。コモンレール燃料噴射システムに
おいて、燃料タンク４内の燃料は、フィルタ５及びフィ
ードポンプ６を経た後、燃料管７を通じて、例えばプラ
ンジャ式の可変容量式高圧ポンプである燃料ポンプ８に
供給される。燃料ポンプ８は、エンジン出力によって駆
動されるものであり、燃料を要求される所定圧力に昇圧
し、燃料管９を通じてコモンレール２に供給する。燃料
ポンプ８には、コモンレール２における燃料圧を所定圧
力に維持するため流量制御弁１４が配設されている。燃
料ポンプ８からリリーフされた燃料は、戻し管１０を通
じて燃料タンク４に戻る。コモンレール２内の燃料は、
燃料供給管３を通じて複数のインジェクタ１に供給され
る。燃料供給管３からインジェクタ１に供給された燃料
のうち、燃焼室への噴射に費やされなかった燃料は、戻
し管１１を通じて燃料タンク４に戻る。

【０００４】電子制御ユニットであるコントローラ１２
には、エンジンの気筒判別センサ、エンジン回転数や上
死点（ＴＤＣ）を検出するためのクランク角センサ、ア
クセルペダル踏込み量を検出するためのアクセル開度セ
ンサ、冷却水温度を検出するための水温センサ、吸気管
内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ等の、エン
ジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号
が入力される。コモンレール２には圧力センサ１３が設
けられており、圧力センサ１３によって検出されたコモ
ンレール２内の燃料圧の検出信号もコントローラ１２に
入力される。コントローラ１２は、これらの信号に基づ
いて、エンジン出力が運転状態に即した最適出力になる
ように、インジェクタ１による燃料の噴射条件、即ち、
燃料の噴射時期（噴射開始時期と期間）及び噴射量等を
制御する。インジェクタ１が燃料を噴射することで燃料
が消費されると、コモンレール２内の燃料圧は低下する
が、コントローラ１２は、コモンレール２内の燃料圧が
一定となるように或いはエンジンの運転状態に応じて必
要とされる燃料噴射圧力を得るため、燃料ポンプ８の吐
出側に配設された流量制御弁１４によって吐出量を制御
することにより、コモンレール圧力を制御している。

【０００５】図６は、コモンレール式燃料噴射システム
に用いられるインジェクタの一例を示す縦断面図であ
る。インジェクタ１は、図示が省略されたシリンダヘッ
ド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密
封状態に取付けられる。インジェクタ１の上側側部に
は、燃料入口継手２０を介して燃料供給管３が接続され
ている。インジェクタ１の本体内部には燃料通路２１，
２２が形成されており、燃料供給管３及び燃料通路２
１，２２によって燃料流路が構成されている。燃料流路
を通じて供給された燃料は、燃料溜まり２３及び針弁２
４の周囲の通路を通じて噴孔２５が形成された噴射ノズ
ル先端部に供給され、針弁２４のリフト時に開く噴孔２
５から燃焼室内に噴射される。

【０００６】インジェクタ１には、針弁２４のリフトを
制御するため、バランスチャンバ式の針弁リフト機構が
設けられている。インジェクタ１の最上部には電磁アク
チュエータ２６が設けられており、コントローラ１２の
コマンドパルスに応じた制御電流が信号線２７を通じて
電磁アクチュエータ２６のソレノイド２８に送られる。
ソレノイド２８が励磁されると、アーマチュア２９が上
昇して燃料路３１の端部に設けられた開閉弁３２を開く
ので、燃料流路からバランスチャンバ３０に供給された
燃料の燃料圧が燃料路３１を通じて解放される。インジ
ェクタ１の本体内部に形成された中空穴３３内には、コ
ントロールピストン３４が昇降可能に設けられている。
バランスチャンバ３０内の低下した圧力に基づく力とリ
ターンスプリング３５のばね力とによってコントロール
ピストン３４に働く押下げ力よりも、燃料溜まり２３に
臨むテーパ面３６に作用する燃料圧に基づいてコントロ
ールピストン３４を押し上げる力が勝るため、コントロ
ールピストン３４は上昇する。その結果、針弁２４がリ
フトし、噴孔２５から燃料が噴射される。燃料噴射時期
は針弁２４のリフト時期によって定められ、燃料噴射量
は燃料流路内の燃料圧と針弁２４のリフト（リフト量、
リフト期間）とによって定められる。

【０００７】一般に、エンジンの運転状態、即ち、エン
ジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込み量Ａｃとから目
標燃料噴射量Ｑｔが決められ、エンジン回転数Ｎｅと目
標燃料噴射量Ｑｔとから燃料圧（コモンレール２内の燃
料圧力、以下「レール圧力」という）Ｐｒが決められ、
更に、目標燃料噴射量Ｑｔと検出されたレール圧力とか
らコマンドパルスＣｐのパルス幅Ｐｗが決められる。こ
れらの諸量の間の関係は、それぞれ特性マップによって
予め決められている。例えば、目標燃料噴射量Ｑｔとエ
ンジン回転数Ｎｅとの間には、アクセルペダル踏込み量
Ａｃをパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マ
ップとして予め与えられており、燃焼サイクル毎の目標
燃料噴射量はエンジンの運転状態に応じて基本噴射量特
性マップから求められる。また、レール圧力Ｐｒを一定
とすると、パルス幅Ｐｗが大きいほど燃料噴射量は多く
なり、また、同じパルス幅Ｐｗであっても、レール圧力
Ｐｒが大であるほど燃料噴射量は大きくなる。一方、実
際の燃料噴射は、コマンドパルスＣｐの立ち下がり時刻
と立ち上がり時刻に対応してそれぞれ遅れ時間を伴って
開始又は停止されるので、コマンドパルスＣｐがオン又
はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミ
ング及び期間を制御することが可能である。

【０００８】従来のコモンレール式燃料噴射システムに
おいては、燃料噴射開始時期は、予め設定されたクラン
ク角度（例えば、ＴＤＣ）からの位相差をクランク角セ
ンサで算出し、所定の時期に燃料が噴射されるようにイ
ンジェクタ１の電磁アクチュエータ２６への駆動電流を
定めるコマンドパルスをコントローラ１２が出力するこ
とによって制御されている。ところで、コマンドパルス
の噴射開始指令時期からインジェクタ１が作動するまで
の時間間隔、即ち、燃料の噴射遅れ時間は、どのインジ
ェクタ１においても各作動部分の摩耗等を原因とするメ
カニカルなタイムラグによって次第に大きくなる傾向が
あり、目標噴射開始時期と実際の燃料噴射開始時期がず
れることに起因して排気ガス中のスモークの悪化を招い
ていた。また、インジェクタ１の個体差により噴射遅れ
時間が異なるので、各気筒における噴射開始時期が異な
り各気筒相互の燃焼のバランスが崩れるのでエンジンの
回転変動、騒音及び振動の原因を生じていた。

【０００９】コモンレール式燃料噴射システムが適用さ
れたエンジンの燃料噴射装置において、特に、燃料の噴
射開始時期を精度良く制御する方策の一つとして、以下
の提案がなされている。この提案によれば、エンジンの
運転状態に応じてコモンレールの圧力が制御されるが、
コモンレールに設けられている圧力センサが検出した圧
力データから、インジェクタからの燃料噴射に起因して
コモンレール内のレール圧力が降下する降下開始時期を
検出し、この時期に対して噴射ノズルからコモンレール
への圧力波の伝播時間を遡ることにより実際の燃料噴射
の開始時期を算出し、この算出された燃料噴射の開始時
期と燃料噴射の開始時期の目標値との差に基づいて、次
回の燃料噴射時の目標噴射開始時期を補正している（特
開平１０−４７１３７号公報参照）。

【００１０】インジェクタからの燃料噴射が開始されて
からコモンレールに配設されている圧力センサがレール
圧力の降下を検出するまでには、圧力変化がインジェク
タから燃料を伝播して圧力センサに到達するまでのタイ
ムラグ、即ち、圧力降下遅れがある。上記提案において
は、圧力波の伝播遅れであるこの圧力降下遅れ時間を考
慮して、実際の燃料噴射開始時期を推定し、推定した燃
料噴射開始時期に基づいて目標噴射開始時期がフィード
バック制御されている。この制御方式によれば、各気筒
毎にリフトセンサを配設することなく、各気筒の開弁時
期が計測され、燃料噴射開始時期の制御が行われる。

【００１１】このような、コモンレールの圧力降下から
実際の燃料噴射開始時期を求める燃料噴射時期制御で
は、コモンレール内にはサプライポンプから送り出され
る燃料の圧送脈動や、気筒数に対応した数の各インジェ
クタから燃料噴射に起因した油撃に基づく圧力脈動が生
じているのに対して、圧力センサはコモンレール内に１
個のみ配設されており、且つ各インジェクタから圧力セ
ンサまでの圧力伝播距離も異なるので、各インジェクタ
からの燃料噴射に起因して生じる圧力降下開始時期にバ
ラツキがある。

【００１２】また、分配型燃料噴射装置における燃料噴
射開始時期検出装置が、特開平６−６６１９３号公報に
開示されている。この燃料噴射開始時期検出装置によれ
ば、インジェクタに相当する各燃料噴射ノズルには、ポ
ンプから各燃料噴射ノズルに圧送されてくる燃料の圧力
を検出する圧力センサが設けられている。圧力センサが
検出した燃料圧力のデータから燃料圧力の変化率が演算
され、燃料圧力の変化率の演算結果に基づいて、燃料圧
力が増加する過程でその燃料圧力の増加率が最初に正か
ら負に変化する時点が、燃料噴射開始時期として求めら
れている。

【００１３】上記の燃料噴射開始時期検出装置は、ポン
プによって圧送され且つコモンレールに蓄圧状態に貯留
された燃料がコモンレールから燃料供給管を通じて各イ
ンジェクタに供給されるコモンレール式の燃料噴射装置
に適用されているのではなく、燃料がポンプから直接に
個別の燃料管路を通じて各燃料噴射ノズルに分配される
分配型燃料噴射装置に適用されている。上記の燃料噴射
開始時期検出装置をコモンレール式の燃料噴射装置に適
用した場合には、コモンレール式燃料噴射装置の特徴と
して、インジェクタの燃料噴射に関して低下した燃料圧
力がポンプの送り出し圧力によって直ちに補給されるた
め、正確な燃料噴射時期を算出するための燃料の圧力変
化が明確に表れ難いという現象がある。

【００１４】インジェクタの燃料噴射に際して実際に作
動する構成部品、例えばニードルにセンサを配設して、
燃料噴射の開始時期と終了時期とを正確に検出すること
も考えられる。しかし、この方法は、気筒の数だけリフ
トセンサを配設する必要があり、直ちに燃料噴射装置と
してのコスト上昇を招くので、現実的でない。また、電
子制御式のコントローラにおいてセンサ入力部が気筒の
数だけ増加するので、コントローラの入出力部には大幅
な仕様変更が強いられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】コモンレール式燃料噴
射システムにおいて、コモンレール内に圧力センサを設
けた場合、圧力センサはコモンレール内に生じる様々な
圧力変化ノイズを検出する。また、検出すべき圧力変動
がコモンレールという一つの空間内で緩衝され、コモン
レール内に配設された圧力センサでは、燃料噴射に関連
した圧力の微妙な変化を検出することが困難である。そ
こで、各インジェクタからの燃料噴射毎に関連してコモ
ンレールから燃料供給管を通じてインジェクタへ燃料が
供給開始及び供給終了される時期に、燃料噴射に起因し
て生じる燃料圧力の大きな変化を捉えて、燃料噴射時期
（燃料噴射開始時期、又は燃料噴射開始時期と燃料噴射
終了時期）を明確に且つ精度良く算出し、更に燃料噴射
時期又は燃料噴射期間を精度良く制御する点で解決すべ
き課題がある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、コモンレール式燃料噴射
システムにおいて、圧力センサを配置する以外特別な装
置や機器の追加や仕様の変更を招くことなく、燃料噴射
に起因して生じる変化の大きい燃料圧力を検出し、検出
された燃料圧力のデータを処理することで、インジェク
タからの実際の燃料噴射開始時期、又は実際の燃料噴射
開始時期と実際の燃料噴射終了時期とを正確に求め、更
に実際の燃料噴射時期に基づいて求められる燃料噴射期
間を目標の燃料噴射期間に一致させる制御をして、エン
ジンの運転状態に則した燃料噴射制御を行うことができ
るエンジンの燃料噴射装置を提供することである。

【００１７】この発明は、燃料ポンプによって送り出さ
れた燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモ
ンレールから燃料供給管を通じて供給される燃料を燃焼
室に噴射するインジェクタ、前記コモンレールに接続さ
れた前記各燃料供給管の接続部に配設されてコモンレー
ル出口圧力を検出する圧力センサ、前記インジェクタか
ら燃料を噴射するための噴射指令信号を出力するコント
ローラを備え、前記コントローラは、前記コモンレール
出口圧力の変化率が予め定められた閾値とクロスした時
期から算出した実際の燃料噴射開始時期に基づいて前記
噴射指令信号を制御することから成るエンジンの燃料噴
射装置に関する。

【００１８】このエンジンの燃料噴射装置によれば、コ
ントローラが出力する噴射指令信号のオンの時刻から、
噴射開始遅れ時間の後に実際の燃料噴射が開始され、噴
射指令信号のオフの時刻から噴射終了遅れ時間の後に実
際の燃料噴射が終了する。燃料供給管のコモンレールに
対する接続部に配設された圧力センサは、この期間の前
後に渡ってコモンレールの出口における燃料圧力を検出
する。圧力センサによって検出されたコモンレール出口
圧力の変化率が予め定められた閾値とクロスした時期か
ら、実際の燃料噴射開始時期が求められる。コントロー
ラは、実際の燃料噴射開始時期に基づいて前記噴射指令
信号を制御する。例えば、コントローラは、燃料噴射開
始時期をエンジンの運転状態に応じて求められた目標値
に一致する制御を行う。実際の燃料噴射開始時期は、コ
モンレール出口圧力の変化率が予め定められた閾値とク
ロスした時期と、閾値とクロスする時期までの遅れ時間
とを考慮して求められる。

【００１９】前記コントローラは、前記コモンレール出
口圧力の前記変化率が前記閾値とクロスした時期から、
前記インジェクタから前記接続部まで油撃が伝播するこ
とを考慮した時間だけ遡った時期を、前記実際の燃料噴
射開始時期として算出する。コモンレール出口圧力の変
化は、インジェクタの先端に形成されている噴孔から燃
料が噴射されることによる圧力降下の変化がインジェク
タのノズル先端部から燃料供給管内の燃料を伝播して圧
力センサ設置位置まで伝播することによって生じると考
えられるので、コモンレール出口圧力の変化率から圧力
変化が検出された時期から油撃が伝播することを考慮し
た時間だけ遡った時期が、燃料噴射時期として算出され
る。油撃伝播時間は、例えば、燃料供給管の長さや燃料
の粘度等を考慮して予め求められている。

【００２０】前記コントローラは、連続する所定のサン
プル数の圧力データを平均した移動平均値の変化率を前
記コモンレール出口圧力の前記変化率として求め、前記
変化率が燃料噴射の開始に対応して一度だけクロスする
値を前記閾値として、前記所定のサンプル数に対応して
設定している。サンプル数の多少によって、移動平均値
の変化率の変動幅が大きく変わるので、閾値には、サン
プル数の多少によって、各燃料噴射に対して前記変化率
が燃料噴射の開始に対応してそれぞれ一度だけクロスす
る値と成るように設定される。

【００２１】前記コントローラは、前記エンジンの運転
状態に基づいて前記インジェクタから燃料を噴射する目
標噴射開始時期を求め、前記実際の燃料噴射開始時期が
前記目標噴射開始時期と一致するように前記噴射指令信
号の噴射開始指令時期を制御する。

【００２２】またこの発明は、燃料ポンプによって送り
出された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記
コモンレールから燃料供給管を通じて供給される燃料を
燃焼室に噴射するインジェクタ、前記コモンレールに接
続された前記各燃料供給管の接続部に配設されてコモン
レール出口圧力を検出する圧力センサ、前記インジェク
タから燃料を噴射するための噴射指令信号を出力するコ
ントローラを備え、前記コントローラは、前記コモンレ
ール出口圧力の変化率が予め定められた閾値とクロスし
た時期から算出した実際の燃料噴射開始時期と実際の燃
料噴射終了時期とに基づいて前記噴射指令信号を制御す
ることから成るエンジンの燃料噴射装置に関する。

【００２３】このエンジンの燃料噴射装置によれば、コ
ントローラが出力する噴射指令信号のオンの時刻から、
噴射開始遅れ時間の後に実際の燃料噴射が開始され、噴
射指令信号のオフの時刻から噴射終了遅れ時間の後に実
際の燃料噴射が終了する。燃料供給管のコモンレールに
対する接続部に配設された圧力センサは、この期間の前
後に渡ってコモンレールの出口における燃料圧力を検出
する。圧力センサによって検出されたコモンレール出口
圧力の変化率が予め定められた閾値とクロスした時期
が、実際の燃料噴射開始時期と実際の燃料噴射終了時期
として求められる。コントローラは、実際の燃料噴射開
始時期と実際の燃料噴射終了時期とに基づいて前記噴射
指令信号を制御する。例えば、コントローラは、燃料噴
射期間をエンジンの運転状態に応じて求められた目標値
に一致する制御を行う。また、実際の燃料噴射開始時期
と実際の燃料噴射終了時期とは、燃料噴射の開始に伴う
圧力降下時期と燃料噴射の終了に伴う圧力降下時期と各
圧力降下時期までの遅れ時間とを考慮して求められる。

【００２４】前記コントローラは、前記コモンレール出
口圧力の前記変化率が前記閾値とクロスした時期から、
前記インジェクタから前記接続部まで油撃が伝播するこ
とを考慮した時間だけ遡った時期を、前記実際の燃料噴
射開始時期及び前記実際の燃料噴射終了時期として算出
する。コモンレール出口圧力の変化は、インジェクタの
先端に形成されている噴孔から燃料が噴射されることに
よる圧力降下の変化がインジェクタのノズル先端部から
燃料供給管内の燃料を伝播して圧力センサ設置位置まで
伝播することによって生じると考えられるので、コモン
レール出口圧力の変化率から圧力変化が検出された時期
から油撃が伝播することを考慮した時間だけ遡った時期
が、実際の燃料噴射時期として算出される。

【００２５】前記コントローラは、連続する所定のサン
プル数の圧力データを平均した移動平均値の変化率を前
記コモンレール出口圧力の前記変化率として求め、前記
変化率が燃料噴射の開始と終了とに対応してそれぞれ一
度だけクロスする値を前記閾値として、前記所定のサン
プル数に対応して設定する。サンプル数の多少によっ
て、移動平均値の変化率の変動幅が大きく変わる。従っ
て、閾値には、各燃料噴射に対して前記変化率が燃料噴
射の開始と終了とに対応してそれぞれ一度だけクロスす
る値と成るように、サンプル数の多少によって異なる値
が設定される。

【００２６】前記コントローラは、前記エンジンの運転
状態に基づいて前記インジェクタから燃料を噴射する目
標噴射期間を求め、前記実際の燃料噴射開始時期から前
記実際の燃料噴射終了時期までの期間を実際の燃料噴射
期間として求め、前記実際の燃料噴射期間が前記目標噴
射期間に一致するように前記噴射指令信号の噴射指令期
間を制御する。この場合、前記コントローラは、前回の
燃料噴射における前記目標噴射期間と前記実際の燃料噴
射期間とに基づいて求められた補正項によって今回の燃
料噴射において求められた前記噴射指令信号の噴射指令
期間を補正して最終目標噴射指令期間を求める。噴射指
令信号は、最終目標噴射指令期間を噴射指令期間として
出力される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
によるエンジンの燃料噴射装置の実施例を説明する。こ
の発明によるエンジンの燃料噴射装置に用いられるイン
ジェクタについては、図６に示したインジェクタをその
まま用いることができるので、実施例の説明において再
度の詳細な説明を省略する。図１はこの発明によるエン
ジンの燃料噴射装置が適用されるコモンレール式燃料噴
射システムの概略を示すシステム図であり、図２は図１
に示されたエンジンの燃料噴射装置において、コモンレ
ールの出口圧力を検出する圧力センサが配置されている
コモンレールと燃料供給管の接続部を示す断面図であ
り、図３は燃焼サイクルの圧縮上死点前の一定期間に渡
って変化する、コマンドパルスＣｐ、圧力センサが検出
したコモンレールの出口圧力Ｐｅとその変化率Ｄｐ、及
びインジェクタから燃焼室への燃料を噴射する燃料噴射
率ｑを示すグラフである。

【００２８】図１に示すコモンレール式燃料噴射システ
ムは、各燃料供給管３のコモンレール２に対する接続部
１８にコモンレール２の出口圧力を検出する圧力センサ
１５を配置した点を除き、図５に示したコモンレール式
燃料噴射システムと同様の構成を有しているので、共通
する構成については重複する説明を省略する。各圧力セ
ンサ１５が検出したコモンレール２の出口圧力Ｐｅにつ
いての検出信号は、それぞれコントローラ１２に入力さ
れる。

【００２９】図２に示すように、圧力センサ１５は、燃
料供給管３のコモンレール２に対する接続部１８に取り
付けられている。圧力センサ１５においては、領域Ｂに
おける燃料圧力を取り入れることができるように、受圧
面１６が通路１７を通じて領域Ｂに臨んでいる。例え
ば、インジェクタ１から燃料が噴射されてコモンレール
２内に貯留されていた燃料が燃料供給管３を通じてイン
ジェクタ１に向かって流れようとすると、コモンレール
２の出口において、即ち、コモンレール２から各燃料供
給管３に流れ込む部分において燃料通路断面積は急激な
変化をする。燃料の流れは、コモンレール２から燃料供
給管３へ通路の壁面に沿って滑らかに形成されず、実際
に燃料の流れが存在する部分は燃料供給管３の管径より
も小さくなって、所謂、縮流Ａとなる。各燃料噴射に関
連して最初に縮流Ａが生じる時には、縮流Ａの外側で且
つ燃料供給管３の内側の領域Ｂに燃料圧力の大幅な低下
を生じることが観測される。燃料噴射終了時期について
は、燃料噴射開始時期ほど明確に表れないが、燃料圧力
の比較的大きな低下を生じることが観測される。

【００３０】図３のグラフに示すように、エンジン回転
数とアクセル操作量等のエンジンの運転状態から、予め
作成されているマップに基づいて、例えば、上死点前に
遡るべき指令値ΔＴｂを求めることにより目標噴射開始
時期ｔ_bが設定される。コマンドパルスＣｐが立ち下が
る（コマンドパルスＣｐがオン）噴射開始指令時期ｔ ₀
から実際の燃料噴射開始時期ｔ₁までの噴射開始遅れ時
間Δｔ₁、及びコマンドパルスＣｐが立ち上がる（コマ
ンドパルスＣｐがオフ）噴射終了指令時期ｔ₃から実際
の燃料噴射終了時期ｔ₄までの噴射終了遅れ時間Δｔ₄
は、通常、インジェクタ１毎に異なる値を示す。

【００３１】圧力センサ１５によって、コモンレール２
の出口圧力Ｐｅが逐次検出されている。圧力センサ１５
が検出した出口圧力Ｐｅのデータから、その変化率Ｄｐ
を算出し、変化率Ｄｐを予め設定した閾値Ｄｓと比較す
ることによって、出口圧力Ｐｅの第１圧力降下時期ｔ₂
及び第２圧力降下時期ｔ₅が求められる。圧力検出値に
ついてはそのまま用いてもよいが、ノイズを含んでいる
のが常であるので、例えば、連続するサンプリング値の
移動平均を取ってノイズの影響を少なくすることが好ま
しい。移動平均値はサンプリング数を多くするほど一般
にはノイズの影響が少ない値となるが、算出した移動平
均を用いた制御は応答性が悪化する傾向にあるので、サ
ンプリング数としては、例えば５，１０，１５程度の数
が採用される。第１圧力降下時期ｔ₂は実際の燃料噴射
開始時期ｔ₁に対応しており、第２圧力降下時期ｔ₅は
実際の燃料噴射終了時期ｔ₄にそれぞれ対応している。

【００３２】移動平均を取ることでノイズの影響がある
程度取り除かれた出口圧力Ｐｅと、隣接する時刻におけ
る移動平均データとに対して差分処理を施すことによ
り、出口圧力Ｐｅの微分値が、変化率Ｄｐとして算出さ
れる。図３には、移動平均を取るための出口圧力Ｐｅの
サンプルデータ個数を５，１０，１５としたときの出口
圧力Ｐｅの変化率Ｄｐが、それぞれ、一点鎖線、破線、
又は実線で描かれている。図示されているように、移動
平均を取るサンプル数が少ない程、出口圧力Ｐｅの変化
率Ｄｐの変動も顕著に表れる。

【００３３】出口圧力Ｐｅの移動平均及びその変化率Ｄ
ｐを算出するため、出口圧力Ｐｅに関する大量のデータ
量を短い処理時間に処理することができるＤＳＰ（Ｄｉ
ｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）がＣ
ＰＵと並列処理可能に配設されている。ＤＳＰによる出
口圧力Ｐｅのデータのバッファリングは、インジェクタ
１のコマンドパルスＣｐのオン（立ち下がり）を検出し
た時（事実上ｔ₀）に開始され、その後、例えば、１０
０ＫＨｚ周期（１０μｓｅｃ毎）でサンプリングされ
て、コントローラ１２内のメモリに蓄積され、出口圧力
Ｐｅの充分な回復が確認されるまでの間、実行される。

【００３４】図３に示すグラフにおいて、各気筒につい
て、上死点前の時刻ｔ₀においてコマンドパルスＣｐが
立ち下がる（オン）ことによって噴射指令信号が出力さ
れ、コントローラ１２からインジェクタ１に対して燃料
噴射を行わせる駆動信号が送られる。インジェクタ１に
備わる電磁アクチュエータ２６のソレノイド２８には駆
動電流が流れ、バランスチャンバ３０内の作動流体の圧
力が解放されて、針弁２４がリフトし、インジェクタ１
の先端に形成されている噴孔２５から燃料が噴射され
る。実際の燃料噴射は、燃料噴射率ｑが立ち上がること
から分かるように、噴射開始指令時期ｔ₀から噴射開始
遅れ時間Δｔ₁後の時刻ｔ₁（燃料噴射開始時期）に開
始され、コマンドパルスＣｐのパルス幅Ｐｗに応じて、
噴射終了遅れ時間Δｔ₄後の時刻ｔ₄（燃料噴射終了時
期）まで燃料噴射期間ΔＴ_iに渡って行われる。圧力セ
ンサ１５が検出するコモンレール２の出口圧力Ｐｅは、
インジェクタ１からの燃料噴射が開始されても直ちに低
下を示さず、第１圧力降下時期時刻ｔ₂で降下し始め、
その後、燃料噴射の進行と共に上昇と下降とを繰り返し
ながら全体として次第に降下する。噴射開始遅れ時間Δ
ｔ₁と噴射終了遅れ時間Δｔ₄とを定めるパラメータ
は、それぞれ第１圧力降下時期ｔ₂又は第２圧力降下時
期ｔ₅それ自体の値（圧力降下時期ｔ_{2 ,}ｔ₅が遅いほ
ど、噴射遅れ時間Δｔ₁，Δｔ₄も大きい傾向にあ
る）、レール圧力Ｐｒの大きさ（圧力伝播速度の影響）
等である。

【００３５】燃料噴射の開始に伴って生じるコモンレー
ル２の出口における縮流Ａが最も大規模であり、また、
燃料噴射終了に伴って生じるコモンレール２の出口にお
ける圧力降下も比較的大きい。即ち、１回の燃料噴射に
関連して、出口圧力Ｐｅの変化率Ｄｐの極小値のうち、
最も小さい極小値（最小値）が燃料噴射の開始に対応し
た値であり、その次に小さい極小値が燃料噴射の終了に
対応した値であることがわかる。図３に示す例では、サ
ンプルデータ個数５に対して閾値Ｄｓが設定されてい
る。出口圧力Ｐｅの変化率Ｄｐがグラフ上で閾値Ｄｓと
クロスした時刻、即ち、変化率Ｄｐは燃料噴射の開始に
伴って始めに大きく下振れするので、変化率Ｄｐが負の
値として予め定められている閾値Ｄｓを初めて下回る時
刻が、燃料噴射の開始に対応した第１圧力降下時期ｔ₂
として求められる。出口圧力Ｐｅの変化率Ｄｐが次に閾
値Ｄｓを下回る時刻が、燃料噴射終了に対応した第２圧
力降下時期ｔ₅として求められる。なお、閾値Ｄｓは、
出口圧力Ｐｅの変化率Ｄｐの最小の及びその次に小さい
極小値を検出することができるように、移動平均を求め
るためのサンプル数が少ないほど、変化率Ｄｐが大きな
負の値に設定されている。

【００３６】レール圧力Ｐｒそれ自体も、エンジンの運
転状態に対応してコントローラ１２が予め作成されてい
るマップ等のデータに基づいて算出された目標レール圧
力に一致するように、燃料ポンプ８と流量制御弁１４と
が制御される。コモンレール２のレール圧力Ｐｒの圧力
は、燃料供給管３のコモンレール２への接続部１８に配
設された圧力センサ１５が検出した出口圧力Ｐｅを用い
て制御してもよいが、本発明の実施例においては、レー
ル圧力Ｐｒは、コモンレール２に専用に配設された圧力
センサ１３が検出した圧力データに基づいて制御されて
いる。

【００３７】噴射開始に関連した、実際の燃料噴射開始
時期ｔ₁から第１圧力降下時期ｔ₂までの第１圧力降下
遅れ時間Δｔ_s、及び噴射終了に関連した、実際の燃料
噴射終了時期ｔ₄から第２圧力降下時期ｔ₅までの第２
圧力降下遅れ時間Δｔ_e（実質的にΔｔ_sに同じ）が、
それぞれインジェクタ１から圧力センサ１５が配設され
ているコモンレール２の出口近傍までの経路を燃料の油
撃が伝播することを考慮した時間として求められる。こ
のようにして求められた実際の燃料噴射開始時期ｔ₁を
エンジンの運転状態から求められた目標燃料噴射開始時
期ｔ_bと比較し、両者の時間差に基づいて実際の燃料噴
射開始時期ｔ₁が目標燃料噴射開始時期ｔ_bと一致する
ようにコマンドパルスＣｐの立ち下がり時刻ｔ₀が決定
される。

【００３８】図１に示す例では、実際の燃料噴射開始時
期ｔ₁から噴射開始遅れ時間Δｔ₁を遡った時期が噴射
指令信号（コマンドパルスＣｐ）の噴射開始指令時期ｔ
₀として求められ、実際の燃料噴射終了時期ｔ₄から噴
射終了遅れ時間Δｔ₄を遡った時期が噴射指令信号（コ
マンドパルスＣｐ）の立ち上がり（オフ）噴射終了指令
時期ｔ₃として求められる。燃料噴射の開始に関して
は、例えば、補正前の噴射開始指令時期ｔ₀に対して
（ｔ₁−ｔ_b）の時間間隔の全部又は一部からなる補正
項に基づいて早めた時期が、次回の燃料噴射におけるコ
マンドパルスＣｐの最終的な立ち下がり（オン）噴射開
始指令時期ｔ₀として決定される。コントローラ１２
は、このようにして決定された噴射開始指令時期にコマ
ンドパルスＣｐを出力し、このコマンドパルスＣｐに基
づいて目標燃料噴射開始時期ｔ_bに燃料を噴射すべく、
インジェクタ１の電磁アクチュエータ２６のソレノイド
２８に駆動電流を供給し、燃料噴射開始時期のフィード
バック制御を行う。

【００３９】コモンレール式燃料噴射装置の上記実施例
の作動を、図４に示すフローチャートに基づいて説明す
る。図４は、この発明によるコモンレール式燃料噴射装
置の実施例において、コマンドパルスのパルス幅を求め
るフロー部分（左側）と、コマンドパルスのパルス幅の
補正項を求めるフロー部分（右側）とから成るフローチ
ャートである。コマンドパルスのパルス幅を求めるフロ
ー部分は、燃焼サイクル毎に且つ各インジェクタ１毎に
処理が実行される。このフロー部分では、エンジンの運
転状態であるエンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込
み量Ａｃとから目標燃料噴射量Ｑｔが決められ（ステッ
プ１）、目標燃料噴射量Ｑｔと検出した実際のレール圧
力Ｐｒとから目標燃料噴射期間を求め、目標燃料噴射期
間に対応したコマンドパルスＣｐの目標パルス幅Ｐｗｔ
が決められる（ステップ２）。ステップ１及び２は、予
め用意されているそれぞれのマップデータを用いて実行
される。ステップ２において決められたコマンドパルス
Ｃｐの目標パルス幅Ｐｗｔは後述する補正項により補正
されて、修正パルス幅Ｐｗａが求められ（ステップ
３）、コマンドパルスの立ち下がり時期ｔ₀と立ち上が
り時期ｔ₃との期間が最終目標パルス幅Ｐｗａとして設
定される（ステップ４）。

【００４０】図４のコマンドパルスのパルス幅の補正項
を求めるフロー部分も、燃焼サイクル毎に且つ各インジ
ェクタ１毎であって、更に左側のフロー部分に対応して
処理が実行される。パルス幅の補正項を求めるフロー部
分において、コモンレール２に対する燃料供給管３の接
続部１９に配設された圧力センサ１５が検出するコモン
レールの出口圧力Ｐｅが検出され（ステップ１０）、検
出した出口圧力Ｐｅを算術処理して出口圧力Ｐｅの変化
率Ｄｐが求められ（ステップ１１）、出口圧力Ｐｅの変
化率Ｄｐが予め決められた所定の閾値Ｄｓと比較され
て、燃料噴射の開始に対応した第１圧力降下時期ｔ₂と
燃料噴射の終了に対応した第２圧力降下時期ｔ₅とが求
められ（ステップ１２）、第１及び第２の圧力降下時期
ｔ₂，ｔ₅とから各遅れ時間Δｔ_s，Δｔ_eを考慮して
求められた実際の燃料噴射開始時期ｔ₁と実際の燃料噴
射終了時期ｔ₄との間の期間が実際の燃料噴射期間Ｔ_i
として求められ（ステップ１３）、次回の燃料噴射にお
いてステップ３で最終目標パルス幅Ｐｗａを求めるた
め、今回の燃料噴射においてコントローラがエンジンの
運転状態に応じて既に算出していた目標噴射期間とステ
ップ１３において求められた実際の燃料噴射期間Ｔ_iと
に基づいて、コマンドパルスＣｐの目標パルス幅Ｐｗｔ
を補正する補正項が求められる（ステップ１４）。補正
項としては、例えば、前回の燃料噴射における、目標噴
射期間と実際の燃料噴射期間Ｔ_iとの噴射期間偏差ΔＴ
_iの全部又は一部とした補正定数、或いは実際の燃料噴
射期間Ｔ_iに対する目標噴射期間の比としての補正係数
が考えられる。このようにして、次回の燃料噴射におけ
る燃料噴射期間のフィードバック制御が行われる。

【００４１】コモンレール式燃料噴射システムでは、一
般には図２に示すようにインジェクタ１は複数個設けら
れており、コントローラ１２は、インジェクタ１毎に実
際の燃料噴射開始時期ｔ₁と実際の燃料噴射終了時期ｔ
₄を求め、実際の燃料噴射開始時期ｔ₁及び実際の燃料
噴射終了時期ｔ₄からそれぞれ噴射開始遅れ時間Δｔ ₁
又は噴射終了遅れ時間Δｔ₄を遡った時期をコマンドパ
ルスＣｐの指令時期、即ち、オン又はオフの時期として
決定している。この発明によるエンジンの燃料噴射装置
は、特に、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴
射システムに好適であるが、直接噴射式のガソリンエン
ジン等の同様の構造を有する他の燃料噴射システムにも
適用可能であることは言うまでもない。

【００４２】

【発明の効果】この発明によるエンジンの燃料噴射装置
は、上記のように構成されているので、次のような効果
を奏する。即ち、この発明によるエンジンの燃料噴射装
置によれば、コントローラが出力する噴射指令信号のオ
ン又はオフの時刻から、噴射開始遅れ時間又は噴射終了
遅れ時間の後に実際の燃料噴射が開始又は終了され、更
に燃料供給管のコモンレールに対する接続部に配設され
た圧力センサが圧力変化を検出する。圧力センサによっ
て検出されたコモンレール出口圧力の変化率が予め定め
られた閾値とクロスした時期が燃料噴射の開始又は開始
と終了とに伴う圧力降下時期として求められる。各圧力
降下時期から遅れ時間を考慮して求めた実際の燃料噴射
開始時期、又は燃料噴射期間としての実際の燃料噴射開
始時期と実際の燃料噴射終了時期との間と期間が目標燃
料噴射期間に対応するように、コントローラから出力さ
れるインジェクタへの噴射指令信号が制御される。従っ
て、コモンレール式燃料噴射システムにおいて、特別な
装置や機器の追加、及び仕様の変更を招くことなく、イ
ンジェクタからの実際の燃料の噴射開始時期又は燃料噴
射期間とを正確に定めることができる。

【００４３】エンジンの運転状態に応じて求められた目
標噴射開始時期と目標噴射期間とで燃料が噴射されるよ
うにインジェクタの作動をフィードバック制御する場合
には、常に精度良く目標噴射開始時期に燃料の噴射を開
始し、目標噴射期間に渡って実際の燃料噴射を行うこと
ができる。また、インジェクタごとの噴射遅れ時間のバ
ラツキや、同じインジェクタであってもメカニカルな遅
れや径年変化により、エンジン毎は勿論のこと、同じエ
ンジンでも各気筒において順次行われる燃焼時期の乱れ
によって、スモークの発生等の排気ガス性能の悪化やエ
ンジンの騒音や振動が生じていたが、各インジェクタに
おける燃料噴射は、常に、コマンドパルスの立ち下がり
時刻、目標噴射時期、及びコモンレールの出口圧力の降
下時期から遡って求められる実際の燃料噴射開始時期と
が判明しているので、常に、実際の燃料噴射時期が目標
噴射時期に一致するようにコマンドパルスのオン・オフ
時刻が決定される。燃料噴射はエンジンの運転状態に基
づいて定められる最適な目標噴射時期に行われ、エンジ
ンの排気ガス性能の悪化及びエンジンの騒音や振動を防
止することができる。更に、燃料噴射開始時期の決定の
ために、針弁のリフトを検出するリフトセンサは必要で
なく、圧力センサを利用して検出データを処理すること
で、燃料噴射開始時期が適正に補正されるので、装置の
コストの抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による燃料噴射装置が適用されたコモ
ンレール式燃料噴射システムを示す概略図である。

【図２】図１に示すコモンレール式燃料噴射システムに
おけるコモンレールと燃料供給管との接続部を示す拡大
断面図である。

【図３】この発明による燃料噴射装置における噴射指令
信号、燃料噴射率、及びコモンレール出口圧力の時間の
経過に伴う変化を説明するグラフである。

【図４】この発明による燃料噴射装置における燃料噴射
の制御手順を示すフローチャートである。

【図５】従来のコモンレール式燃料噴射システムを示す
概略図である。

【図６】図５に示すコモンレール式燃料噴射システムに
用いられるインジェクタの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１インジェクタ２コモンレール８燃料ポンプ１２コントローラ１３圧力センサ１５圧力センサ２４針弁２５噴孔Ｐｅコモンレールの出口圧力Ｄｐコモンレールの出口圧力の変化率Ｄｓ閾値ｑ燃料噴射率ｔ_b 目標噴射開始時期ｔ₀ 噴射指令信号の噴射開始指令時期ｔ₁ 実際の燃料噴射開始時期ｔ₂ 第１圧力降下時期ｔ₃ 噴射指令信号の噴射終了指令時期ｔ₄ 実際の燃料噴射終了時期ｔ₅ 第２圧力降下時期 Δｔ₁ 噴射開始遅れ時間 Δｔ₄ 噴射終了遅れ時間 Δｔ_s 第１圧力降下遅れ時間 Δｔ_e 第２圧力降下遅れ時間

フロントページの続きＦターム(参考） 3G084 AA01 BA15 DA04 EA00 EA04 EA11 EB12 EB25 EC03 FA00 FA17 FA38 3G301 HA02 JA14 JA20 LB11 MA11 MA18 MA20 NA01 NA06 NA08 NB00 NB02 NB05 NB06 NC02 ND01 ND42 NE22 PB05A PB05Z PB08A PB08Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ポンプによって送り出された燃料を
蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールか
ら燃料供給管を通じて供給される燃料を燃焼室に噴射す
るインジェクタ、前記コモンレールに接続された前記各
燃料供給管の接続部に配設されてコモンレール出口圧力
を検出する圧力センサ、前記インジェクタから燃料を噴
射するための噴射指令信号を出力するコントローラを備
え、前記コントローラは、前記コモンレール出口圧力の
変化率が予め定められた閾値とクロスした時期から算出
した実際の燃料噴射開始時期に基づいて前記噴射指令信
号を制御することから成るエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】前記コントローラは、前記コモンレール
出口圧力の前記変化率が前記閾値とクロスした時期か
ら、前記インジェクタから前記接続部まで油撃が伝播す
ることを考慮した時間だけ遡った時期を、前記実際の燃
料噴射開始時期として算出することから成る請求項１に
記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】前記コントローラは、連続する所定のサ
ンプル数の圧力データを平均した移動平均値の変化率を
前記コモンレール出口圧力の前記変化率として算出し、
前記変化率が燃料噴射の開始に対応して一度だけクロス
する値を前記閾値として、前記所定のサンプル数に対応
して設定することから成る請求項１又は２に記載のエン
ジンの燃料噴射装置。
【請求項４】前記コントローラは、前記エンジンの運
転状態に基づいて前記インジェクタから燃料を噴射する
目標噴射開始時期を求め、前記実際の燃料噴射開始時期
が前記目標噴射開始時期と一致するように前記噴射指令
信号の噴射開始指令時期を制御することから成る請求項
１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装
置。
【請求項５】燃料ポンプによって送り出された燃料を
蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールか
ら燃料供給管を通じて供給される燃料を燃焼室に噴射す
るインジェクタ、前記コモンレールに接続された前記各
燃料供給管の接続部に配設されてコモンレール出口圧力
を検出する圧力センサ、前記インジェクタから燃料を噴
射するための噴射指令信号を出力するコントローラを備
え、前記コントローラは、前記コモンレール出口圧力の
変化率が予め定められた閾値とクロスした時期から算出
した実際の燃料噴射開始時期と実際の燃料噴射終了時期
とに基づいて前記噴射指令信号を制御することから成る
エンジンの燃料噴射装置。
【請求項６】前記コントローラは、前記コモンレール
出口圧力の前記変化率が前記閾値とクロスした時期か
ら、前記インジェクタから前記接続部まで油撃が伝播す
ることを考慮した時間だけ遡った時期を、前記実際の燃
料噴射開始時期と前記実際の燃料噴射終了時期として算
出することから成る請求項５に記載のエンジンの燃料噴
射装置。
【請求項７】前記コントローラは、連続する所定のサ
ンプル数の圧力データを平均した移動平均値の変化率を
前記コモンレール出口圧力の前記変化率として求め、前
記変化率が燃料噴射の開始と終了とに対応してそれぞれ
一度だけクロスする値を前記閾値として、前記所定のサ
ンプル数に対応して設定することから成る請求項５又は
６に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項８】前記コントローラは、前記エンジンの運
転状態に基づいて前記インジェクタから燃料を噴射する
目標噴射期間を求め、前記実際の燃料噴射開始時期から
前記実際の燃料噴射終了時期までの期間を実際の燃料噴
射期間として求め、前記実際の燃料噴射期間が前記目標
噴射期間に一致するように前記噴射指令信号の噴射指令
期間を制御することから成る請求項５〜７のいずれか１
項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項９】前記コントローラは、前回の燃料噴射に
おける前記目標噴射期間と前記実際の燃料噴射期間とに
基づいて求められた補正項によって今回の燃料噴射にお
いて求められた前記噴射指令信号の噴射指令期間を補正
して最終目標噴射指令期間を求めることから成る請求項
８に記載のエンジンの燃料噴射装置。