JP2002276445A - 燃料供給装置 - Google Patents

燃料供給装置

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JP2002276445A JP2001073282A JP2001073282A JP2002276445A JP 2002276445 A JP2002276445 A JP 2002276445A JP 2001073282 A JP2001073282 A JP 2001073282A JP 2001073282 A JP2001073282 A JP 2001073282A JP 2002276445 A JP2002276445 A JP 2002276445A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】可変容量式単筒プランジャポンプを用いた筒内
噴射エンジンの燃料供給装置において、各気筒間での燃
料噴射量のバラツキを低減する。 【解決手段】高圧燃料ポンプ１０１を駆動するカム１０
０を、エンジンが２気筒爆発する間に１回往復動するよ
う構成し、コントローラ５５により高圧燃料ポンプの１
回の吐出の間に噴射する２個のインジェクタ５４のう
ち、一方のインジェクタに与える噴射時間幅を長く、も
う一方のインジェクタに与える噴射時間幅を短くするよ
う補正する。これにより、各気筒間での燃料噴射量バラ
ツキを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射エンジン
の燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料供給装置は、例えば、特開平
１１−２９４２４３号公報に記載されているように、時
々刻々変化する燃料圧力をセンサにより検出し、これを
基に各燃料噴射弁（以下インジェクタ）の実燃料噴射量
を算出し、実燃料噴射量と目標燃料噴射量とが一致する
よう各インジェクタに対する燃料噴射指令値を補正する
ことにより、各気筒の燃料噴射量のバラツキを抑制する
方法が知られている。
【０００３】また、特開平１１−３６９３５号公報に
は、実際の燃料圧力が目標燃料圧力よりも低ければ、イ
ンジェクタの燃料噴射時間を長くし、逆に実際の燃料圧
力が高ければ、燃料噴射時間を短くすることにより、燃
料噴射量を目標値に一致させる方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の特開平１１−２９４２４３号公報に記載の方法
では、早い周期で変化する燃料圧力の変化に合わせ、高
速でこれを取込み、演算してインジェクタに信号を出力
する必要があるのでコントローラへの負担が大きくなる
問題がある。ここで、インジェクタの噴射時間はｍｓ
（ミリセコンド）のオーダーであり、これに伴い燃料圧
力もｍｓのオーダーで大きく変化する。一方、コントロ
ーラの演算周期は一般に数ｍｓ〜１０ｍｓ程度であるた
め、前記のように高速に変化する燃料圧力を精度よく検
出するのは極めて困難であるばかりでなく、高速の演算
処理能力を持つ高価なコントローラが必要となるとが推
定される。
【０００５】また、特開平１１−３６９３５号公報に記
載の方法では、１個の圧力センサの情報により全てのイ
ンジェクタの噴射時間を一様に同時に補正するものであ
るので、各インジェクタ間の噴射量バラツキを低減する
ことはできない。
【０００６】本発明の目的は、時々刻々変動する燃料圧
力の情報を用いることなく各インジェクタへの噴射指令
値を補正して、各気筒間での燃料噴射量のバラツキを低
減できるエンジンの燃料供給装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、単筒プラン
ジャの往復動作で容量を可変することによって噴射弁に
燃料を供給する燃料ポンプと、前記プランジャを前記噴
射弁が２気筒分噴射する間に１往復動をさせる駆動機構
と、前記燃料ポンプを制御して燃料供給圧力を調節しな
がら前記燃料噴射弁の噴射開始時期と噴射時間幅を制御
するコントローラとを備えた筒内噴射エンジンの燃料供
給装置において、前記コントローラは、前記燃料ポンプ
の１吐出の間に噴射する２個の前記燃料噴射弁のうち、
一方の燃料噴射弁に与える噴射時間幅を長くし、もう一
方の燃料噴射弁に与える噴射時間幅を短くすることによ
り達成される。
【０００８】また、前記コントローラは、前記高圧燃料
ポンプがプランジャの往復動に同期して行う間欠的吐出
の吐出開始時期と吐出時間幅を検出し、前記高圧燃料ポ
ンプの吐出期間と前記燃料噴射弁の噴射期間との重なり
状態と、前記筒内噴射エンジンの運転状態より演算され
る前記燃料噴射弁の目標噴射時間幅と、前記燃料供給圧
力の平均値とに応じて前記目標噴射時間幅に対して各燃
料噴射弁に与える噴射時間幅を補正することにより達成
される。
【０００９】また、ントローラは、前記高圧燃料ポンプ
の吐出期間と前記燃料噴射弁の噴射期間との位相を比較
して前記噴射時間幅の補正の増減方向を決定し、前記目
標噴射時間幅と前記燃料供給圧力の平均値より前記噴射
時間幅の最大補正時間幅を決定し、前記吐出期間と前記
噴射期間との重なり量に応じて各燃料噴射弁に与える補
正時間幅を前記最大補正時間幅から短くして出力するこ
とにより達成される。
【００１０】また、ントローラは、前記高圧燃料ポンプ
の吐出期間と前記燃料噴射弁の噴射期間との重なり状況
を検出して、両者が重ならない場合は、前記高圧燃料ポ
ンプの１吐出が終了した後に最初に噴射する燃料噴射弁
の噴射時間幅を短く、次に噴射する燃料噴射弁の噴射時
間幅を長くし、また、両者が重なる場合は、重なる側の
燃料噴射弁の噴射開始時点までに前記高圧燃料ポンプが
吐出した量が１吐出における全吐出量の概ね１／４以下
の割合であれば、前記重なる側の燃料噴射弁の噴射時間
幅を長く、もう一方の燃料噴射弁の噴射時間幅を短く
し、前記吐出量の割合が概ね１／４以上であれば、逆
に、前記重なる側の燃料噴射弁の噴射時間幅を短く、も
う一方の燃料噴射弁の噴射時間幅を長くすることにより
達成される。
【００１１】また、ントローラは、前記燃料噴射弁への
燃料供給圧力を検出し、噴射中の燃料供給圧力が低い方
の燃料噴射弁の噴射時間幅を長く、燃料供給圧力が高い
方の燃料噴射弁の噴射時間幅を短くすることにより達成
される。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、可変容量式単筒プラン
ジャポンプを用い、インジェクタが２気筒分噴射する間
にポンプが１回吐出するように構成され、ポンプの可変
容量制御により燃料供給圧力を略一定に調節するコント
ローラを備えた燃料供給装置を対象とするものである。
この単筒プランジャポンプは、吸入・吐出が間欠的にな
るため、吐出圧力の脈動が大きく、インジェクタの噴射
量バラツキが大きくなりやすいが、本発明はこれを解消
してポンプの低コスト・省エネルギ等の特長を最大に活
かしたものである。
【００１３】本発明による実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の燃料供給装置の一実施例であり、
高圧燃料ポンプとして用いる可変容量式単筒プランジャ
ポンプの一例を詳しく示してある。
【００１４】図１におて、１０１は、高圧燃料ポンプ全
体である。ポンプ本体１には、燃料吸入通路１０、吐出
通路１１、加圧室１２が形成されている。加圧室１２に
は、加圧部材であるプランジャ２が摺動可能に保持され
ている。プランジャ２は、バネによってカム１００に常
に押圧されているため、カム１００が回転するとカム１
００の外形形状に習って上下動する。カム１００は、エ
ンジンカバー７３内のエンジンカムシャフト７２に取付
けられている。吸入通路１０及び吐出通路１１には、吸
入弁５、吐出弁６が設けられており、これらの弁５，６
それぞれは、ばねにて一方向に保持され、燃料の流通方
向を制限する逆止弁となっている。また、ソレノイド２
００がポンプ本体１に保持されており、ソレノイド２０
０には、係合部材２０１、ばね２０２が配されている。
係合部材２０１は、ソレノイド２００がＯＦＦ時は、ば
ね２０２によって、吸入弁５を開弁する方向に付勢力が
付加されている。ばね２０２の付勢力は、吸入弁５のば
ねの付勢力より大きくなっているため、ソレノイド２０
０がＯＦＦ時には、図１のように、吸入弁５は開弁状態
となっている。
【００１５】燃料は、タンク５０から低圧ポンプ５１に
てポンプ本体１の燃料導入口に、プレッシャレギュレー
タ５２にて一定の圧力に調圧され、低圧配管９を介して
ポンプ本体１に導かれている。その後、ポンプ本体１に
て加圧され、燃料吐出口からコモンレール５３に向けて
圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５
４、圧力センサ５６が装着されている。インジェクタ５
４は、エンジンの気筒数に合わせて装着されており、コ
ントローラ５５の信号にて噴射する。
【００１６】上記構成を有する高圧燃料ポンプの動作を
以下に説明する。上記の通り、プランジャ２は、エンジ
ンカムシャフト７２により回転するカム１００によって
往復運動し、加圧室１２内の容積が変化する。プランジ
ャ２の吐出行程中に吸入弁５が閉弁すると、加圧室１２
内の圧力が上昇し、この圧力によって吐出弁６が開弁
し、燃料をコモンレール５３に圧送する。
【００１７】吸入弁５は、加圧室１２の圧力が燃料導入
口より低くなると自動的に開弁するが、閉弁に関して
は、ソレノイド２００の動作により決定する。
【００１８】ソレノイド２００がＯＮ（通電）状態を保
持すると、ばね２０２の付勢力以上の電磁力がソレノイ
ド２００に発生し、係合部材２０１をソレノイド２０２
側に引き寄せるため、係合部材２０１と吸入弁５は分離
する。この状態が継続している間は、吸入弁５は、プラ
ンジャ２の往復運動に同期して開閉する自動弁となる。
つまり、吐出行程中における吸入弁５は、閉塞し、加圧
室１２の容積減少分の燃料は、吐出弁６を押し開きコモ
ンレール５３へ圧送され、ポンプ吐出量は最大となる。
【００１９】これに対し、ソレノイド２００がＯＦＦ
（無通電）を保持すると、ばね２０２の付勢力によって
係合部材２０１は吸入弁５を押し上げ、吸入弁５を開弁
状態に保持する。この状態が継続している間は、吐出行
程時においても、加圧室１２の圧力は燃料導入口部とほ
ぼ同等の低圧状態を保持し、吐出弁６を開弁することが
できないため、加圧室１２の容積減少分の燃料は、吸入
弁５を通り燃料導入口側へ戻される。よって、ポンプ吐
出量を０とすることができる。
【００２０】一方、吐出行程の途中で、ソレノイド２０
０をＯＮ状態にすると、このときから、コモンレール５
３へ燃料圧送が開始する。一度燃料圧送が開始すると、
加圧室１２内の圧力は上昇するため、その後、ソレノイ
ド２００をＯＦＦ状態になったとしても、吸入弁５は閉
塞状態を維持する。従って、吸入弁５の開弁は、吐出工
程が終了し、吸入行程の始まりと同期して開始する。こ
れは、ソレノイド２００のＯＮタイミングにより、吐出
量を０〜１００％の範囲で可変に調節することが可能で
ある。
【００２１】更に、圧力センサ５６の信号に基づき、コ
ントローラ５５にて適切な吐出タイミングを演算しソレ
ノイド２００をコントロールすることにより、コモンレ
ール５３圧力を略一定値に保つことができる。
【００２２】ところで、以上説明した高圧燃料ポンプ１
０１は、ソレノイド２００によって吐出量を可変に制御
することができる可変容量式ポンプである。このポンプ
のように、１本のプランジャでポンプ作用を行う、いわ
ゆる単筒プランジャポンプは、簡単な構成で可変容量化
を実現できるため、低コスト・小形等の点で他形式のポ
ンプより優れている反面、吐出が間欠的になるため、コ
モンレール５３内の脈圧が大きくなって燃料噴射量にバ
ラツキ発生するという問題がある。
【００２３】このため、図１の直列４気筒のエンジンに
おける燃料供給系の一実施例では、カム１００をエンジ
ンカムシャフト７２で回転させ、カムの１回転でプラン
ジャ２が２往復するようにカム１００の形状を２山カム
としたものである。これにより、インジェクタ５４が２
気筒分噴射する間にプランジャ２は、１往復動すること
になり、コモンレール５３内の脈圧と燃料噴射の位相を
常に同期させることができる。脈圧が大きい場合、イン
ジェクタ５４の噴射するタイミングによっては、燃料圧
力が高い場合と低い場合がある。この場合、プランジャ
変位とインジェクタ噴射タイミングの同期をとらないと
噴射毎に燃料圧力が異なり、同じ開弁時間であっても噴
射量が噴射の度に毎回変化してしまう恐れがある。
【００２４】なお、本実施例ではカム１００をエンジン
の１／２の回転速度で回るエンジンカムシャフト７２に
より駆動しているが、カムをエンジンと同じ回転速度で
回るクランクシャフト等で駆動して、山数を１山のカム
としても同様のタイミングで構成することができる。
【００２５】図２は、このように構成した場合のプラン
ジャ変位、ポンプ流量、インジェクタの噴射流量、コモ
ンレール圧力の時間応答波形を示し、ポンプ１回転分
（カム１回転、エンジン２回転分）につき示してある。
図２において、カム１００は、１回転する間にプランジ
ャを２往復動させ、この間、エンジンは２回転する。通
常の４サイクルエンジンでは、各気筒がエンジン２回転
につき１回爆発するので、カム１００が１回転する間に
４個のインジェクタが１回ずつ噴射する。これにより、
ポンプ１回の吐出量でインジェクタ２本分の噴射量をま
かなう構成となる。なお、直列４気筒エンジンの場合、
各インジェクタを図１のように番号付けすると、噴射順
は図２に示すように例えば＃１→＃３→＃４→＃２（＃
は番号の意）のようになる。この構成によれば、プラン
ジャ変位とインジェクタ噴射タイミングは同期している
ものの、後で詳しく述べるように、ポンプの吐出行程で
噴射するインジェクタと吸入行程で噴射するインジェク
タとに分かれるため、両インジェクタ間で噴射量がバラ
ツキやすい問題が残る。
【００２６】これを避けるためには、インジェクタの噴
射１気筒分につきポンプ吐出１回とするのが理想であ
る。例えば、直列４気筒エンジン用のカムは、１回転で
プランジャを４往復動させる４山カムとすればよい。し
かし、仮に最高回転数が毎分８０００回転のエンジンで
は、プランジャの往復動は毎秒２５０回以上と非常に速
くなるため、ポンプの耐久性・サイズ・効率のあらゆる
面で実現が困難となり、６気筒や８気筒、さらに多気筒
のエンジンではカムが６山、８山と増える。そのため、
プランジャの往復速度が速くなるばかりか、カム自体も
非常に大型化するため、よりいっそう実現は困難であ
る。特に、キャビテーションの問題は深刻で、プランジ
ャ速度の高速化に伴う吸入圧力の低下のためキャビテー
ションが起こりやすく、キャビテーションが発生すると
ポンプの効率低下、耐久性低下が著しくなる。また、こ
の対策のためにダンパー等の新たな機器を追加する必要
が生じて、コストアップ、サイズアップを余儀なくされ
る。
【００２７】このような理由から、本発明の燃料供給装
置では、インジェクタの噴射２気筒分につきポンプ吐出
１回とする構成とし、プランジャの往復動周波数を低く
抑えて、ポンプの小形・低コスト・高効率を容易に実現
可能としている。反面、前記したインジェクタの噴射量
バラツキは顕著に表れる。
【００２８】そこで、本発明では、エンジンの運転状態
より演算されるインジェクタの目標噴射時間幅に対し、
各インジェクタに与える噴射時間幅を補正することによ
り各気筒間での燃料噴射量バラツキを低減させる手法を
提供するものである。
【００２９】まず、図２により噴射量バラツキの発生メ
カニズムを詳細に説明する。図２において、上から２段
目のポンプ流量の一点鎖線は、ポンプが１００％吐出を
行った場合の流量で、太線で示す実際の吐出流量は、ソ
レノイドをＯＮした時点（図示せず）から開始され、イ
ンジェクタが必要とする量のみを吐出する。従ってハッ
チングで示すポンプ１吐出当たりの吐出体積Ｖｐは、噴
射順が隣り合う２個のインジェクタの噴射体積ＶａとＶ
ｂの和に等しい。
【００３０】最下段のコモンレール圧力は、平均圧力の
Ｐａｖｅに対し、インジェクタ噴射によって概ねΔＰだ
け圧力が低下し、ポンプ吐出によって２×ΔＰだけ圧力
が上昇し、再びインジェクタ噴射によってΔＰ低下して
Ｐａｖｅに戻るというサイクルを繰り返してこのような
波形となる。このため吐出行程中に噴射する＃１、＃４
のインジェクタは、コモンレール圧力が低いところで噴
射するため噴射量が少なくなり、逆に吸入行程中で噴射
する＃２、＃３のインジェクタの噴射量が多くなる。こ
れが噴射量バラツキの主原因である。なお、○印は、噴
射中のコモンレール圧力の平均値であり、噴射順が隣り
合うインジェクタ間での平均噴射圧力の差が大きいこと
がわかる。
【００３１】図２では、ポンプ吐出とインジェクタ噴射
が重ならない場合の例を示したが、後で述べるように、
ポンプ吐出とインジェクタ噴射が重なる場合は、更に複
雑な圧力波形となる。しかし、後者の場合は、インジェ
クタ間の平均噴射圧力の差が減少して噴射量バラツキが
小さくなる傾向があり、最も圧力差が大きくなる図２の
ようなモードが噴射量バラツキも最大になる。本発明で
は、まず、このバラツキが最大となるポンプ吐出とイン
ジェクタ噴射が重ならない場合を基準として、噴射時間
幅を補正する際の最大補正時間幅を決定する。
【００３２】次に噴射量バラツキの補正方法を説明す
る。
【００３３】本発明では圧力が低い側のインジェクタ
（この場合＃１、＃４）の噴射時間幅Ｔａを、エンジン
の運転状態より演算されるインジェクタの目標噴射時間
幅Ｔｒｅｆに対して補正時間幅ΔＴだけ長くとり、逆に
圧力が高い側のインジェクタ（この場合＃２、＃３）の
噴射時間幅Ｔｂを、ΔＴだけ短くして噴射量の差を補正
するものである。関係式は以下となる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
【数２】
【００３６】各インジェクタの噴射流量Ｑａ、Ｑｂは変
動する噴射圧力を平均噴射圧力で代表して近似し、以下
のように表す。
【００３７】
【数３】
【００３８】
【数４】
【００３９】ここで、ｃはインジェクタの流量係数、ａ
は開口面積、ρは燃料の密度である。
【００４０】１噴射毎の噴射量（噴射体積）Ｖａ、Ｖｂ
は次式となる。
【００４１】
【数５】
【００４２】
【数６】
【００４３】Ｖａ＝Ｖｂとなれば噴射量バラツキはなく
なる訳なので、Ｖａ＝Ｖｂとするための補正時間幅ΔＴ
を求める。Ｖａ＝Ｖｂの関係より、
【００４４】
【数７】
【００４５】上述の式の意味は、図２の噴射流量の波形
を見れば一目瞭然である。すなわち平均噴射圧力の差に
よりＱａ＜Ｑｂとなってしまうので、Ｔａ＞Ｔｂとする
ことにより、ハッチングで示すＶａ、Ｖｂの面積を等し
くすることができる。
【００４６】（数７）に（数１）〜（数４）を代入し、
ΔＴについて解くと次式が得られる。
【００４７】
【数８】
【００４８】（数８）でΔＴをΔＴｍａｘと記述した
が、上述の通り、図２は噴射量バラツキが最大となるモ
ードであり、このときの補正時間幅ΔＴも最大となる。
すなわち、この時のΔＴが最大補正時間幅のΔＴｍａｘ
である。
【００４９】（数８）より、平均圧力Ｐａｖｅと圧力脈
動の半振幅ΔＰがわかれば、最大補正時間幅ΔＴｍａｘ
を導出できることがわかる。Ｐａｖｅ、ΔＰは圧力セン
サ信号により運転中に測定が可能であり、センサ信号に
よるリアルタイムの補正計算も可能であるが、以下に述
べるように推定で求めることもできる。
【００５０】なお、圧力変化の速度は非常に速いので、
特にΔＰを正確に検出するにはサンプリング周期を１ｍ
ｓ程度の高速にまで高める必要がある。通常のコントロ
ーラのサンプリング・演算周期は数〜１０ｍｓ程度であ
るので、正確なΔＰの検出は困難である。あるいは高速
の演算能力を持つ高価なコントローラが必要になるとい
う問題がある。もしくは、長時間のデータを取込んで、
多数のデータ点から最大点と最小点を抽出してΔＰを求
めることによりΔＰの精度を高める、というような工夫
が必要となり、この場合は制御周期が長くなるので運転
条件の変化に対する追従性が悪くなる課題がある。
【００５１】そこで、本発明ではΔＰをインジェクタの
目標噴射時間幅Ｔｒｅｆより、演算にて推定するように
する。燃料の体積弾性係数Ｂとコモンレール容積Ｖｃが
わかっているので、インジェクタの噴射体積がわかれば
圧縮性の式よりΔＰは計算可能である。１噴射毎の平均
噴射体積をＶａｖｅ（＝（Ｖａ＋Ｖｂ）／２）とする
と、ΔＰは次式となる。
【００５２】
【数９】
【００５３】但し、Ｑａｖｅは平均噴射流量であり、次
式で与えるものとする。
【００５４】
【数１０】
【００５５】一方、平均圧力Ｐａｖｅは燃料圧力を一定
に制御する際の目標値を用いるか、圧力センサ信号の平
均値を用いればよい。これにより、時々刻々変動する燃
料圧力を高速に取込んで演算することなくＰａｖｅ、Δ
Ｐを検出して噴射時間幅の補正ができる。
【００５６】次に、ポンプ吐出とインジェクタ噴射が重
なる場合の補正方法について説明する。図２では、ポン
プ吐出とインジェクタ噴射が重ならない場合の例を示し
たが、ポンプ吐出に対しインジェクタ噴射の位相は様々
に変化するため、これによって両者が重なったり、ある
いは吐出行程中に噴射するインジェクタと吸入行程中で
噴射するインジェクタとが入れ替わったりもする。特
に、筒内噴射エンジンの場合はエンジンの負荷状態によ
り燃料をエンジンの吸気行程で噴射する場合と、圧縮行
程で噴射する場合があるため、インジェクタ噴射の位相
変化が大きくなる。さらに、エンジンによってはエンジ
ンカムシャフトの位相をアクチュエータにより変化させ
る可変バルブタイミング機構を備える機種もあり、高圧
燃料ポンプのカムをエンジンカムシャフトにより駆動す
る場合はポンプ吐出の位相もまた変化することになる。
従って、このようなポンプ吐出とインジェクタ噴射の大
幅な位相変化に対しても、柔軟に対応できる補正手法が
必要となる。
【００５７】図３〜図５にポンプ吐出とインジェクタ噴
射が重なる場合の例を示す。
【００５８】図３は、ポンプ流量に噴射流量が完全に重
なった場合の例で、図２の場合と比較してコモンレール
の圧力脈動振幅が２×ΔＰ→ΔＰの半分に減っているこ
とがわかる。これはポンプ吐出による圧力上昇がインジ
ェクタ噴射により相殺されたためで、この場合、噴射順
が隣り合うインジェクタ間での平均噴射圧力の差は極め
て小さくなり、補正を行わなくても噴射量バラツキは十
分に小さい。
【００５９】ここで、ポンプ吐出と重なる側のインジェ
クタの噴射開始時点までにポンプが吐出した量（体積）
を図３に示すようにＶｐｓとし、１吐出当たりの全吐出
体積Ｖｐに対する割合をα（＝Ｖｐｓ／Ｖｐ）と定義す
る。すなわちαはポンプ吐出に対しどのタイミングでイ
ンジェクタが噴射するかを表したもので、αの値によっ
てコモンレール圧力がインジェクタ噴射までにどの圧力
まで上昇するかが変化する。図３中に示すように、一点
鎖線で示す「ポンプ流量と噴射流量が重ならない場合の
上昇圧力」＝２×ΔＰに対し、α＝１／２の場合の上昇
圧力は半分のΔＰまで、α＝１／４の場合の上昇圧力は
さらに半分のΔＰ／２までと変化する。
【００６０】図３は、αがほぼ１／４の場合を示してお
り、この時の隣り合うインジェクタ間の平均噴射圧力の
差は非常に小さく、噴射量バラツキもごくわずかであ
る。
【００６１】次に、図４は、αが１／４より大きい場合
の一例で、α＝２／３の場合を示してある。この場合は
ポンプ吐出と重なる側のインジェクタ（この場合＃１、
＃４）の平均噴射圧力が重ならない側のインジェクタ
（この場合＃２、＃３）に比べて高くなり、噴射流量は
Ｑａ＞Ｑｂとなるため、逆に、前者のインジェクタの噴
射時間幅Ｔａを後者のインジェクタの噴射時間幅Ｔｂに
対して短くする必要がある。この場合、αが大きくなる
ほどに図中のΔＰ’分の圧力が大きくなるので、噴射圧
力の差は更に大きくなる。
【００６２】図５は、αが１／４より小さい場合の一例
で、α＝０の場合を示してある。図４の場合とは逆に、
噴射流量はＱａ＜Ｑｂとなるので、噴射時間幅をＴａ＞
Ｔｂとする必要がある。ここで、インジェクタの噴射位
相が図示の状態から更に前方にずれるほどに、図中のΔ
Ｐ”分の圧力が大きくなるので、噴射圧力の差は更に大
きくなる。ところが、Ｖｐｓは常に０であるのでαは０
のままである。すなわち、αだけでは噴射圧力差の大小
を表現し切れないことがわかる。そこで、ポンプ吐出と
重なる側のインジェクタがポンプ吐出開始時点までに噴
射した量（体積）を図５に示すようにＶｉｓとし、ポン
プの吐出体積Ｖｐに対する割合をβ（＝Ｖｉｓ／Ｖｐ）
と定義する。このβの値によってコモンレール圧力がポ
ンプ吐出までにどの圧力まで低下するかが変化する。
【００６３】上記のαとβを組合せて用いることによ
り、隣り合う２個のインジェクタの噴射圧力の大小関係
を広範な条件下で表現することが可能になる。これを図
６により説明する。
【００６４】図６は、インジェクタの噴射位相を徐々に
ずらした場合の、コモンレール圧力、α値、β値、およ
び補正時間幅ΔＴの変化を示した図である。横軸は時間
ではないので注意されたい。一番左はポンプ流量と噴射
流量が重ならない状態であり、右に行くにしたがって噴
射流量の位相が後方にずれてポンプ流量と重なってく
る。両矢印で示す隣り合うインジェクタ間の噴射圧力差
は一番左の状態で最大になり、右に行くにしたがい徐々
に減少して中央付近のα＝１／４の近傍でほぼ０にな
る。さらに右に行ってαが１／４以上になると噴射圧力
差の大小関係が逆転し、かつ、徐々にまた圧力差が大き
くなっていく。α値、β値の変化は図示のごとく、αが
０の時、βもまた０であり、両者を共に用いることで噴
射位相の変化に対する噴射圧力の大小関係の変化を数値
として表すことができる。これにより図６中に示すよう
に補正時間幅ΔＴをα、βの関数として次式のように与
えることが可能になる。
【００６５】
【数１１】
【００６６】（数１０）は、ポンプ流量と噴射流量が重
ならない場合の補正時間幅を最大のΔＴｍａｘとし、α
＝１／４の噴射圧力差がほぼ０となる場合の補正時間幅
を０として、この間を直線で結んでα、βの関数として
表したものである。α、βという２つのパラメータを導
入することにより、補正時間幅の大きさ・方向を同時に
決定することができる。
【００６７】図７に、以上説明した本発明の燃料供給装
置における噴射時間の補正方法をフローチャートで示
す。図７において、コントローラは、燃料噴射量制御を
開始すると、アクセル開度、クランク角、エンジン回転
数等からエンジンの運転状態を検出し、インジェクタの
噴射開始タイミングと目標噴射時間幅Ｔｒｅｆを決定す
る。次にポンプの吐出開始タイミングと吐出時間幅を先
のクランク角やエンジン回転数等の情報から算出し、イ
ンジェクタの噴射期間とポンプの吐出期間との重なり状
況を比較することによりα値、β値を算出する。補正時
間幅の演算は、まず目標噴射時間幅Ｔｒｅｆと平均燃料
供給圧力Ｐａｖｅの情報より最大補正時間幅のΔＴｍａ
ｘを計算し、これと先のα、βの値より補正時間幅ΔＴ
を決定する。最後に目標噴射時間幅Ｔｒｅｆにこの補正
時間幅ΔＴを加算、または減算することにより実際にイ
ンジェクタに与える噴射時間幅Ｔａ、Ｔｂを演算、出力
して制御の１サイクルが終了となる。
【００６８】エンジン気筒数が６気筒、８気筒と増えて
も、本発明の燃料供給装置によれば全インジェクタ本数
の半分はＴａ、残り半分はＴｂと、噴射時間幅は２種類
しかないので演算量は変わらず、コントローラの負担が
増えることはない。また、エンジン回転数やアクセル開
度等のエンジンの運転状態がよほど急激に変化しない限
り、例えば図２の＃１インジェクタのＴａ値と＃４イン
ジェクタのＴａ値を変える必要はないので、制御１サイ
クルの演算周期はポンプ１〜数回転毎で十分であり、コ
ントローラの演算負荷が非常に小さくて済む。
【００６９】図８に今回のアルゴリズムに従い噴射量バ
ラツキ補正を行った結果を示す。図８において、代表的
な値を用いて計算すると、例えばＴｒｅｆ＝３．５ｍｓ
に対し、ΔＴ＝０．０３ｍｓと算出される。この場合の
補正後のパルス幅は、Ｔａ＝３．５＋０．０３＝３．５
３ｍｓ、Ｔｂ＝３．５−０．０３＝３．４７ｍｓとな
る。図８に示す如く、この補正により噴射量バラツキを
大幅に低減できることを数値シミュレーション等により
確認している。
【００７０】ここで、図１〜図６に至る本発明の燃料供
給装置の一実施例では高圧燃料ポンプとして図１に示し
た構造のものを用いたが、このポンプのように可変容量
制御の際、吐出行程の最初は吐出せず途中から吐出する
という方式とは逆に、最初に吐出して途中から吐出を止
めることにより可変容量制御を行う構造のポンプも存在
する。本発明の燃料供給装置では、このような構造の可
変容量式単筒プランジャポンプを用いても、同様にして
噴射量バラツキの補正を行うことができる。図９にこの
一例を示す。
【００７１】図９は、ポンプ流量と噴射流量が重ならな
い場合の一例で、図２に示した実施例に比べてポンプ流
量の波形が異なっているのがわかる。図２の場合と同様
にポンプの吐出が終了した直後に噴射するインジェクタ
（この場合＃１、＃４）の平均噴射圧力は続いて噴射す
るインジェクタ（この場合＃２、＃３）の平均噴射圧力
に比べて高くなっているので、噴射流量はＱａ＞Ｑｂと
なっている。したがって、噴射時間幅をＴａ＜Ｔｂとな
るよう補正することにより噴射量バラツキを補正するこ
とができる。補正時間幅の演算方法も、同様に目標噴射
時間幅Ｔｒｅｆと平均燃料供給圧力Ｐａｖｅより最大補
正時間幅のΔＴｍａｘを決定し、α、βの値より補正時
間幅ΔＴを求めればよい。α、βの定義こそ若干変える
必要があるものの、本発明のアルゴリズムに沿って同様
の補正が可能であるのは明らかである。
【００７２】なお、以上の実施例では、コントローラが
常に噴射時間幅の補正を行う構成としていたが、目標噴
射時間幅Ｔｒｅｆが十分に短いときは、（数９）よりわ
かるように圧力脈動の半振幅ΔＰも小さくなるので、元
々の噴射量バラツキ自体十分に小さく、このような場合
は補正を省略してもよい。これによりコントローラの演
算負荷を抑えることができる。あるいは先のα値が１／
４の近傍では、噴射順が隣り合う２個のインジェクタで
平均噴射圧力にほとんど差がないので、やはり噴射時間
幅の補正をしなくても噴射量バラツキは十分に小さい。
また、αが１／４の近傍ではどちらのインジェクタの燃
料噴射圧力が高くなるかが運転条件により変わるため判
別が難しく、補正を逆方向に行ってかえって噴射量バラ
ツキを悪化させる可能性もある。したがって、αが１／
４の近傍では補正を省略することにより、噴射量バラツ
キを小さく抑えつつ、コントローラの演算負荷を低減す
る構成としてもよい。
【００７３】上述の通り、本発明の燃料供給装置の実施
例では、噴射時間幅の補正を、インジェクタの「目標噴
射時間幅」、「平均燃料供給圧力」、ポンプ吐出期間と
インジェクタ噴射期間との「重なり状態」の３つをパラ
メータにして行っている。これにより、時々刻々変動す
る燃料圧力を高速に取込んで演算することなく噴射時間
幅の補正ができるので、コントローラに演算負荷をかけ
ることなく噴射量バラツキの低減ができる。
【００７４】一方、燃料圧力の信号が元々高速に得られ
る場合には、この情報を基に噴射時間幅の補正を行って
もよい。具体的には、噴射中の燃料供給圧力が低い方の
インジェクタの噴射時間幅を長く、噴射中の燃料供給圧
力が高い方のインジェクタの噴射時間幅を短くするよう
構成し、両インジェクタ間の圧力差に応じて補正時間幅
の増減を決定することにより噴射量バラツキの低減が可
能になる。
【００７５】以上説明したように、本発明によれば、各
気筒間での燃料噴射量のバラツキを小さく抑えることが
できるので、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
による空燃比の補正が少なくて済み、安定したエンジン
制御が可能になる。また、エンジンが要求する燃料噴射
量を精密に制御することができるので、最適な燃焼状態
を得てエンジンの動力性能、燃費、排気性状を向上でき
る。また、少ないコモンレール容積でも噴射量バラツキ
を小さなレベルに維持できるので、燃料圧力の昇圧性・
減圧性が向上する。このため、エンジン始動時の昇圧
性、および過渡運転時の目標燃料供給圧力の変化に対す
る圧力変化の応答性を向上することができる。
【００７６】特に、本発明では可変容量式単筒プランジ
ャポンプを用い、インジェクタが２気筒分噴射する間に
ポンプが１回吐出するよう構成し、ポンプの可変容量制
御により燃料供給圧力を略一定に調節するコントローラ
を備えた燃料供給装置を対象とする。
【００７７】単筒プランジャポンプは吸入・吐出が間欠
的になるため吐出圧力の脈動が大きく、インジェクタの
噴射量バラツキが大きくなりやすいが、本発明はこれを
解消してポンプの低コスト・省エネルギ等の特長を活か
した燃料供給装置を提供するものである。
【００７８】本発明を要約すると、エンジンの運転状態
より演算されるインジェクタの目標噴射時間幅に対し、
各インジェクタに与える噴射時間幅を補正することによ
り各気筒間での燃料噴射量バラツキを低減させるもので
ある。そこで、ポンプ１吐出の間に噴射する２個のイン
ジェクタのうち、一方のインジェクタに与える噴射時間
幅を長く、もう一方のインジェクタに与える噴射時間幅
を短くするよう補正することを基本とする。この時、コ
ントローラは、２個のインジェクタのうち、どちらの噴
射時間幅を長くしてどちらを短くするかを、ポンプ吐出
に対してどのタイミングでインジェクタが噴射するかに
より判断する。
【００７９】例えば、ポンプが１吐出を終えた直後の燃
料圧力は平均圧よりも高くなっているので、この時点で
噴射するインジェクタの噴射量は多くなる。また、この
インジェクタの噴射により燃料圧力は低下するので、次
に噴射するインジェクタの燃料噴射量は相対的に少なく
なる。従って、この場合は前者のインジェクタの噴射時
間幅を短く、後者の噴射時間幅を長くすることにより、
噴射量バラツキを低減できるのである。
【００８０】さらに具体的には、コントローラはポンプ
の吐出期間とインジェクタの噴射期間との重なり状況を
検出して、両者が重ならない場合は、ポンプの１吐出が
終了した後に最初に噴射するインジェクタの噴射時間幅
を短く、次に噴射するインジェクタの噴射時間幅を長く
する。また、両者が重なる場合は、重なる側のインジェ
クタの噴射開始時点までにポンプが吐出した量が１吐出
における全吐出量の概ね１／４以下の割合であれば、重
なる側のインジェクタの噴射時間幅を長く、もう一方の
インジェクタの噴射時間幅を短くし、前記吐出量の割合
が概ね１／４以上であれば、逆に、重なる側のインジェ
クタの噴射時間幅を短く、もう一方のインジェクタの噴
射時間幅を長くする。これはポンプ吐出に対しインジェ
クタがどのタイミングで噴射するかにより、その時の燃
料圧力がもう一方のインジェクタにおける燃料圧力に対
し高くなったり低くなったりするためであり、前記吐出
量の割合が概ね１／４の位置がその分岐点になるからで
ある。
【００８１】次に補正時間幅の決定方法であるが、ま
ず、噴射量バラツキは２個のインジェクタ間における燃
料噴射圧力の差が大きいほど大きくなり、平均燃料供給
圧力の大小によっても変化する。そして、燃料噴射圧力
の差はインジェクタの噴射時間幅が大きいほど大きくな
る傾向がある。また、上述の通り、ポンプの吐出期間と
インジェクタの噴射期間との重なり状況によりインジェ
クタ間の燃料噴射圧力の差が変化し、ある範囲では圧力
差が非常に小さくなる場合がある。逆に言えば、両期間
が重ならない場合の圧力差が最大であり、このとき噴射
量バラツキも最大になる。
【００８２】そこで本発明では、この噴射量バラツキが
最大となる、両期間が重ならない場合を基準として補正
時間幅の最大値（最大補正時間幅）を目標噴射時間幅と
平均燃料供給圧力により決定する。そして、吐出期間と
噴射期間との重なり量に応じて補正時間幅を最大補正時
間幅から短くして出力するよう構成する。これにより、
正確な補正量を算出して噴射量バラツキを広い運転条件
において低減することが可能になる。
【００８３】以上、説明したように、噴射時間幅の補正
は、ポンプの吐出期間とインジェクタの噴射期間との
「重なり状態」、インジェクタの「目標噴射時間幅」、
「平均燃料供給圧力」の３つをパラメータにしてコント
ローラで行うようにする。平均燃料供給圧力は圧力セン
サの検出値を用いる必要はなく、燃料供給圧力を一定に
制御する際の目標値を用いればよい。これにより、時々
刻々変動する燃料圧力を高速に取込んで演算することな
く噴射時間幅の補正ができるので、コントローラの演算
負荷を大幅に低減できる。本方式によれば、コントロー
ラの演算周期はポンプ１〜数回転毎で十分である。
【００８４】なお、燃料圧力の信号がある程度高速に得
られる場合は、この情報を基に噴射時間幅の補正を行う
ことも可能である。具体的には、噴射中の燃料供給圧力
が低い方のインジェクタの噴射時間幅を長く、噴射中の
燃料供給圧力が高い方のインジェクタの噴射時間幅を短
くするよう構成し、両インジェクタ間の圧力差に応じて
補正時間幅を決定することにより噴射量バラツキの低減
が可能になる。
【００８５】
【発明の効果】本発明によれば、時々刻々変動する燃料
圧力の情報を用いることなく各インジェクタへの噴射指
令値を補正して、各気筒間での燃料噴射量のバラツキを
低減できるエンジンの燃料供給装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を備えた燃料供給装置の概略を説明する
構成図である。
【図２】本発明を備えた燃料供給装置による噴射時間補
正の一例を示す図である。
【図３】本発明を備えた燃料供給装置による噴射時間補
正の一例を示す図である。
【図４】本発明を備えた燃料供給装置による噴射時間補
正の一例を示す図である。
【図５】本発明を備えた燃料供給装置による噴射時間補
正の一例を示す図である。
【図６】本発明を備えた燃料供給装置におけるインジェ
クタの噴射位相を徐々にずらした場合の挙動を示す図で
ある。
【図７】本発明を備えた燃料供給装置における噴射時間
の補正方法のフローチャート図である。
【図８】本発明を備えた燃料供給装置における噴射時間
補正の効果を示すグラフである。
【図９】本発明の別形式を備えた高圧燃料ポンプを用い
た時の噴射時間補正の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ポンプ本体、２…プランジャ、３…リフタ、５…吸
入弁、６…吐出弁、９…低圧配管、１０…吸入流路、１
１…吐出流路、１２…加圧室、５０…燃料タンク、５１
…低圧ポンプ、５２…プレッシャレギュレータ、５３…
コモンレール、５４…インジェクタ、５５…コントロー
ラ、５６…圧力センサ、７２…エンジンカムシャフト、
７３…エンジンカバー、１００…カム、１０１…高圧燃
料ポンプ、２００…ソレノイド、２０１…係合部材、２
０２…ばね。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 41/38 Ｆ０２Ｄ 41/38 Ａ Ｆ０２Ｍ 37/06 Ｆ０２Ｍ 37/06 Ｈ 59/02 59/02 (72)発明者 野上 忠彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 高尾 邦彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 山田 裕之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA16 BA17 BA19 BA23 BA51 CD26 CD28 CE02 CE21 DA01 DA06 DC04 DC09 DC18 3G301 HA02 JA00 JA01 JA02 JA18 JA21 LB06 LB11 LC01 MA11 MA28 NE01 NE06 PB00A PB05A PB08A PE01A PE03A PF03A

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】単筒プランジャの往復動作で容量を可変す
    ることによって噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、
    前記プランジャを前記噴射弁が２気筒分噴射する間に１
    往復動をさせる駆動機構と、前記燃料ポンプを制御して
    燃料供給圧力を調節しながら前記燃料噴射弁の噴射開始
    時期と噴射時間幅を制御するコントローラとを備えた筒
    内噴射エンジンの燃料供給装置において、 前記コントローラは、前記燃料ポンプの１吐出の間に噴
    射する２個の前記燃料噴射弁のうち、一方の燃料噴射弁
    に与える噴射時間幅を長くし、もう一方の燃料噴射弁に
    与える噴射時間幅を短くすることを特徴とする燃料供給
    装置。
  2. 【請求項２】前記コントローラは、前記高圧燃料ポンプ
    がプランジャの往復動に同期して行う間欠的吐出の吐出
    開始時期と吐出時間幅を検出し、前記高圧燃料ポンプの
    吐出期間と前記燃料噴射弁の噴射期間との重なり状態
    と、前記筒内噴射エンジンの運転状態より演算される前
    記燃料噴射弁の目標噴射時間幅と、前記燃料供給圧力の
    平均値とに応じて前記目標噴射時間幅に対して各燃料噴
    射弁に与える噴射時間幅を補正することを特徴とする請
    求項１記載の燃料供給装置。
  3. 【請求項３】前記コントローラは、前記高圧燃料ポンプ
    の吐出期間と前記燃料噴射弁の噴射期間との位相を比較
    して前記噴射時間幅の補正の増減方向を決定し、前記目
    標噴射時間幅と前記燃料供給圧力の平均値より前記噴射
    時間幅の最大補正時間幅を決定し、前記吐出期間と前記
    噴射期間との重なり量に応じて各燃料噴射弁に与える補
    正時間幅を前記最大補正時間幅から短くして出力するこ
    とを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の燃料
    供給装置。
  4. 【請求項４】前記コントローラは、前記高圧燃料ポンプ
    の吐出期間と前記燃料噴射弁の噴射期間との重なり状況
    を検出して、両者が重ならない場合は、前記高圧燃料ポ
    ンプの１吐出が終了した後に最初に噴射する燃料噴射弁
    の噴射時間幅を短く、次に噴射する燃料噴射弁の噴射時
    間幅を長くし、また、両者が重なる場合は、重なる側の
    燃料噴射弁の噴射開始時点までに前記高圧燃料ポンプが
    吐出した量が１吐出における全吐出量の概ね１／４以下
    の割合であれば、前記重なる側の燃料噴射弁の噴射時間
    幅を長く、もう一方の燃料噴射弁の噴射時間幅を短く
    し、前記吐出量の割合が概ね１／４以上であれば、逆
    に、前記重なる側の燃料噴射弁の噴射時間幅を短く、も
    う一方の燃料噴射弁の噴射時間幅を長くすることを特徴
    とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料供給装
    置。
  5. 【請求項５】前記コントローラは、前記燃料噴射弁への
    燃料供給圧力を検出し、噴射中の燃料供給圧力が低い方
    の燃料噴射弁の噴射時間幅を長く、燃料供給圧力が高い
    方の燃料噴射弁の噴射時間幅を短くすることを特徴とす
    る請求項１記載の燃料供給装置。
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