JP2003201865A

JP2003201865A - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2003201865A
Application number: JP2001399211A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Maeda; 茂前田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン１の特定気筒（例えば＃１気筒）の
燃焼室内に高圧燃料を噴射供給するインジェクタ３の燃
料噴射時の噴射量精度を向上することのできるコモンレ
ール式燃料噴射システムを提供する。【解決手段】サプライポンプ４にタイマ機構７を追加
し、エンジン回転数（ＮＥ）、目標噴射量（Ｑ）および
インジェクタ３の噴射時期（Ｔ）に応じてタイマ機構７
を電気的に駆動して、ポンプ軸所定位置〜エンジンＴＤ
Ｃ間の位相角度の範囲内でエンジン１のクランク軸１５
（ロータ２４）に対するサプライポンプ４のポンプ軸１
６の位相角度を変更した。これにより、サプライポンプ
４のポンプ圧送期間と特定気筒（例えば＃１気筒）のイ
ンジェクタ３の噴射期間とが重ならないようになるの
で、燃料噴射時の噴射量精度の向上および燃料噴射毎の
噴射量のばらつきの低減を図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サプライポンプ等
の燃料供給ポンプより吐出された高圧燃料をコモンレー
ル等の蓄圧容器内に蓄圧すると共に、その蓄圧容器内に
蓄圧された高圧燃料をインジェクタ等の電磁式燃料噴射
弁を介して内燃機関の気筒内に噴射供給する蓄圧式燃料
噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば多気筒ディーゼルエン
ジン用の燃料噴射システムとして、エンジンの気筒内に
噴射する燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧するコモ
ンレールと、このコモンレール内に蓄圧された高圧燃料
を内燃機関の気筒内に噴射供給するインジェクタと、燃
料タンクからポンプ電磁弁を経て加圧室内に吸入された
燃料を加圧してコモンレール内に圧送（吐出）するサプ
ライポンプとを備えた蓄圧式燃料噴射システムが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄圧式燃料噴射
システムにおいては、エンジンの運転条件に応じて最適
な燃料噴射時期（噴射時期）と目標噴射量を算出する噴
射時期・噴射量算出手段と、設定された目標噴射量とコ
モンレール圧センサによって検出されたコモンレール圧
とから噴射期間を算出する噴射期間算出手段とを有し、
その噴射期間に応じた噴射パルス幅のインジェクタ駆動
電流（ＴＱパルス）をインジェクタに印加して、エンジ
ンの気筒内への噴射量を制御している。

【０００４】また、エンジンの運転条件および上記の目
標噴射量に応じた最適な目標コモンレール圧を算出し、
この目標コモンレール圧を達成するために、ポンプ電磁
弁へのポンプ駆動信号を調整して、サプライポンプより
吐出される燃料の圧送量（ポンプ吐出量）を制御するよ
うにしているが、図１０のタイミングチャートに示した
ように、インジェクタの噴射期間とサプライポンプのポ
ンプ圧送期間（ポンプ圧送開始時期からポンプ圧送終了
時期まで）とが重なっている場合、インジェクタの燃料
噴射時の噴射圧がポンプ圧送のばらつきを受けて、エン
ジンの気筒内に噴射する実際の噴射量が上記の目標噴射
量よりも増えたり、減ったりする。これにより、インジ
ェクタの噴射期間とサプライポンプのポンプ圧送期間と
が重なっている場合と重なっていない場合とで、エンジ
ンの気筒内に噴射する実際の噴射量がばらつくため、イ
ンジェクタの燃料噴射時の噴射量精度が悪くなるという
問題が生じている。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、燃料噴射弁の燃料噴射
時の噴射量精度を向上することのできる蓄圧式燃料噴射
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の出力軸と燃料供給ポンプの回転部材
との間に、内燃機関の出力軸に対する回転部材の位相角
度を最適な位相角度となるように変更するポンプ位相可
変機構を設けたことにより、燃料噴射弁の噴射期間と燃
料供給ポンプのポンプ圧送期間（ポンプ圧送開始時期か
らポンプ圧送終了時期まで）とが重複することは無い。
それによって、燃料噴射弁の燃料噴射時の燃料噴射圧が
ポンプ圧送のばらつきを受けて、内燃機関の気筒内に噴
射する実際の噴射量が目標噴射量よりも増えたり、減っ
たりすることは無い。これにより、燃料噴射弁の燃料噴
射時の噴射量精度を向上でき、且つ燃料噴射弁の燃料噴
射毎の噴射量のばらつきの低減を図ることができる。

【０００７】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の運転条件および燃料噴射弁の噴射期間に応じて設定さ
れる目標位相角度と位相角度センサによって検出される
実際の回転部材の位相角度とが略一致するようにポンプ
位相可変機構を電気的に制御する位相角度制御手段を設
けたことにより、燃料供給ポンプの回転部材の位相角度
を精度良く、電気的に制御できる。

【０００８】請求項３に記載の発明によれば、燃料噴射
弁の噴射期間と燃料供給ポンプのポンプ圧送期間（ポン
プ圧送開始時期からポンプ圧送終了時期まで）とが重複
しないように、燃料噴射弁の噴射期間に対して燃料供給
ポンプのポンプ圧送期間を電気的にずらす圧送期間制御
手段を設けたことにより、燃料噴射弁の噴射期間が、燃
料供給ポンプのポンプ圧送期間と重なることは無い。そ
れによって、請求項１に記載の発明と同様な効果を達成
することができる。

【０００９】請求項４に記載の発明によれば、内燃機関
の運転条件に応じて燃料供給ポンプのポンプ圧送量の目
標値を算出する圧送量算出手段と、燃料噴射弁の噴射時
期または噴射期間および内燃機関の運転条件に応じてポ
ンプ圧送終了時期の目標値を算出する圧送終了時期算出
手段と、ポンプ圧送量の目標値、ポンプ圧送終了時期の
目標値および内燃機関の運転条件に応じてポンプ圧送開
始時期の目標値を算出する圧送開始時期算出手段とを設
けたことにより、燃料供給ポンプのポンプ圧送開始時期
とポンプ圧送終了時期を精度良く、電気的に制御でき
る。また、請求項５に記載の発明によれば、ポンプ電磁
弁の開閉時期を電気的に制御することにより、燃料供給
ポンプのポンプ圧送期間を精度良く制御できる。

【００１０】請求項６に記載の発明によれば、第１動力
伝達手段と燃料供給ポンプの回転部材との間に、第１動
力伝達手段の応力の発生時期と第２動力伝達手段の応力
の発生時期とを燃料供給ポンプの動力伝達系の応力が最
小となるようにずらす応力抑制機構を設けたことによ
り、第１動力伝達手段の応力と第２動力伝達手段の応力
との合力が第１動力伝達手段の強度上の許容値を超える
ことは無い。また、請求項７に記載の発明によれば、回
転体として、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの
開閉時期を決めるためのカム山を有するカムシャフトを
用いることが望ましい。

【００１１】請求項８に記載の発明によれば、カムシャ
フトの駆動トルクの発生時期と燃料供給ポンプの駆動ト
ルクの発生時期とを機械的にずらすように、内燃機関の
出力軸に対する燃料供給ポンプの回転部材の位相角度を
機械的に変更するポンプ位相可変機構を設けたことによ
り、請求項６に記載の発明と同様な効果を達成すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例に基づ
き図面を参照して説明する。［第１実施例の構成］図１ないし図４は本発明の第１実
施例を示したもので、図１はコモンレール式燃料噴射シ
ステムの全体構成を示した図で、図２はサプライポンプ
の動力伝達系を示した図である。

【００１３】本実施例のコモンレール式燃料噴射システ
ムは、例えば多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関
（以下エンジンと言う）１の各気筒の燃焼室内に噴射す
る燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧室を形
成するコモンレール（本発明の蓄圧容器に相当する）２
と、このコモンレール２にそれぞれ接続されて、エンジ
ン１の各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射するための複
数個（本例では４個）のインジェクタ３と、エンジン１
により回転駆動されるサプライポンプ４と、複数個のイ
ンジェクタ３およびサプライポンプ４を電子制御する制
御部としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）１
０とを備えている。

【００１４】コモンレール２には、連続的に燃料噴射圧
力に相当する高い燃料圧が蓄圧される必要があり、その
ためにコモンレール２に蓄圧される高圧燃料は、高圧燃
料流路（高圧流路）１１を介してサプライポンプ４から
供給されている。なお、コモンレール２から燃料タンク
５へ燃料をリリーフするリリーフ配管１４には、コモン
レール圧が限界蓄圧圧力（限界設定圧）を超えることが
ないように、圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ１
３が取り付けられている。

【００１５】各気筒のインジェクタ３は、本発明の燃料
噴射弁に相当するもので、コモンレール２より分岐する
複数の高圧燃料流路（高圧流路）１２の下流端に接続さ
れて、エンジン１の各気筒への燃料噴射を行う燃料噴射
ノズル、この燃料噴射ノズル内に収容されたノズルニー
ドルを開弁方向に駆動する電磁式アクチュエータ、およ
びノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング等の
付勢手段を有する電磁式燃料噴射弁である。

【００１６】これらのインジェクタ３からエンジン１へ
の燃料の噴射は、ノズルニードルの背圧制御室内の圧力
を制御する電磁式アクチュエータとしての噴射制御用電
磁弁（図示せず）への通電および通電停止（ＯＮ／ＯＦ
Ｆ）により電子制御される。つまり、各気筒のインジェ
クタ３の噴射制御用電磁弁が開弁している間、コモンレ
ール２に蓄圧された高圧燃料がエンジン１の各気筒に噴
射供給される。ここで、インジェクタ３からのリーク燃
料（リターン燃料）またはノズルニードルの背圧制御室
からの排出燃料（リターン燃料）は、燃料還流路（低圧
流路）１８から燃料還流路（低圧流路）１９を経て燃料
タンク５にリターンされる。

【００１７】サプライポンプ４は、本発明の燃料供給ポ
ンプに相当するもので、エンジン１のクランク軸（出力
軸、クランクシャフト）１５の回転に伴ってポンプ軸
（回転部材、ドライブシャフト、ポンプ駆動軸）１６が
回転することで、燃料タンク５から低圧燃料を汲み上げ
る周知のフィードポンプ（低圧供給ポンプ：図示せず）
と、ポンプ軸１６により回転駆動されるカム（図示せ
ず）と、このカムに駆動される１個以上のプランジャ
（図示せず）と、１個以上のプランジャがシリンダ内を
往復摺動することにより吸入された燃料を加圧する１個
以上の加圧室（プランジャ室：図示せず）と、この加圧
室内の燃料圧が所定値以上に上昇すると開弁する吐出弁
とを有し、１噴射１圧送を行なうタイプの高圧供給ポン
プである。

【００１８】また、サプライポンプ４には、ポンプ室内
の燃料温度が高温にならないようにリークポートが設け
られており、サプライポンプ４からのリーク燃料（リタ
ーン燃料）は、燃料還流路（低圧流路）１７から燃料還
流路（低圧流路）１９を経て燃料タンク５にリターンさ
れる。このサプライポンプ４のポンプ室から加圧室への
燃料流路には、その燃料流路を開閉することで、サプラ
イポンプ４からコモンレール２への燃料の吐出量（以下
ポンプ吐出量と言う）を変更する電磁式アクチュエータ
としての吸入調量型の電磁弁（以下吸入調量弁と言う）
６が取り付けられている。

【００１９】吸入調量弁６は、ＥＣＵ１０からのポンプ
駆動信号によって電子制御されることにより、サプライ
ポンプ４の加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し
てポンプ圧送量を変更する吸入調量弁（ＳＣＶ）で、各
インジェクタ３からエンジン１の各気筒へ噴射される燃
料噴射圧に相当するコモンレール圧を制御する。この吸
入調量弁６は、ＥＣＵ１０からのポンプ駆動信号、つま
りＥＣＵ１０から供給される駆動電流が大きくなる程、
ポンプ吐出量が増える側（弁開度が大きくなる側）に作
動する。

【００２０】ここで、本実施例では、エンジン１のクラ
ンク軸１５からサプライポンプ４のポンプ軸１６へ回転
動力を伝達する動力伝達手段として、エンジン１のクラ
ンク軸１５とサプライポンプ４のポンプ軸１６との間
に、サプライポンプ４のポンプ軸１６にエンジン１の回
転動力を伝達する伝達装置２３と、エンジン１のクラン
ク軸１５と同期して回転するロータ２４と、エンジン１
のクランク軸１５に対するサプライポンプ４のポンプ軸
１６の位相角度を機械的に変更するタイマ機構（本発明
のポンプ位相可変機構に相当する）７とを有している。

【００２１】なお、伝達装置２３は、エンジン１のクラ
ンク軸１５と同期して回転すると共に、クランクプーリ
２１とロータプーリ２２との間に掛け渡されたベルトや
チェーン等から構成されている。また、タイマ機構７
は、インジェクタ３の噴射期間とサプライポンプ４のポ
ンプ圧送期間とが重ならないように、サプライポンプ４
のポンプ圧送期間（ポンプ圧送開始時期からポンプ圧送
終了時期まで）を、インジェクタ３の噴射時期よりも進
角側にずらす装置で、アクチュエータ２５により駆動さ
れる。

【００２２】ＥＣＵ１０には、制御処理、演算処理を行
うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶
装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、入力回路、出力回路、電源回
路、インジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路等の機
能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュー
タが設けられている。そして、各種センサからのセンサ
信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後にマイクロ
コンピュータに入力されるように構成されている。

【００２３】なお、本実施例の回転速度検出手段は、エ
ンジン１のクランク軸１５と共に一体的に回転するタイ
ミングロータ（図示せず）の外周に形成された多数の歯
状部（突起部）に対向するように配置されたクランク角
センサ（電磁ピックアップ）３１等より構成されてい
る。このクランク角センサ３１は、タイミングロータが
１回転（クランク軸１５が２回転）する毎に複数のＮＥ
信号パルスを出力する。そして、ＥＣＵ１０は、ＮＥ信
号パルスの間隔時間を計測することによってエンジン回
転速度（以下エンジン回転数と言う：ＮＥ）を検出す
る。

【００２４】そして、ＥＣＵ１０は、噴射量・噴射時期
制御手段を有し、各気筒のインジェクタ３の噴射量制御
・噴射時期制御を行うように構成されている。それは、
エンジン１の運転条件に応じた最適な噴射時期（＝燃料
噴射時期）、目標噴射量（＝噴射期間）を算出する噴射
量・噴射時期算出手段と、エンジン１の運転条件および
目標噴射量に応じた噴射パルス時間（噴射パルス幅）の
インジェクタ駆動電流を算出する噴射パルス幅算出手段
と、インジェクタ駆動回路（ＥＤＵ）を介してインジェ
クタ３にパルス状のインジェクタ駆動電流（ＴＱパル
ス）を印加するインジェクタ駆動手段とから構成されて
いる。

【００２５】すなわち、ＥＣＵ１０は、クランク角セン
サ３１等の回転速度検出手段によって検出されたエンジ
ン回転数（ＮＥ）およびアクセル開度センサ３２によっ
て検出されたアクセル開度（ＡＣＣＰ）等のエンジン運
転情報、更には冷却水温センサ３３によって検出された
エンジン冷却水温（ＴＨＷ）または燃料温度センサ３４
によって検出された燃料温度（ＴＨＦ）の補正を加味し
て目標噴射量（Ｑ）を算出し、コモンレール圧センサ３
５によって検出されるコモンレール圧（ＰＣ）および目
標噴射量（Ｑ）から算出された噴射パルス幅（Ｔｑ）に
応じて各気筒のインジェクタ３の噴射制御用電磁弁にパ
ルス状のインジェクタ駆動電流（ＴＱパルス）を印加す
るように構成されている。これにより、エンジン１が運
転される。

【００２６】また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転条
件に応じた最適なコモンレール圧（要求圧力）を演算
し、サプライポンプ４の吸入調量弁６を駆動するポンプ
吐出量制御手段を有している。すなわち、ＥＣＵ１０
は、エンジン回転数（ＮＥ）およびアクセル開度（ＡＣ
ＣＰ）等のエンジン運転情報、更にはエンジン冷却水温
（ＴＨＷ）または燃料温度（ＴＨＦ）の補正を加味して
目標コモンレール圧（Ｐｔ）を算出し、この目標コモン
レール圧（Ｐｔ）を達成するために、吸入調量弁６への
ポンプ駆動信号（駆動電流）を調整して、サプライポン
プ４より吐出される燃料の圧送量（ポンプ吐出量）を制
御するように構成されている。

【００２７】さらに、より好ましくは、噴射量精度を向
上させる目的で、コモンレール圧センサ３５によって検
出されるコモンレール圧（ＰＣ）がエンジン１の運転条
件によって設定される目標コモンレール圧（Ｐｔ）と略
一致するように、吸入調量弁６へのポンプ駆動信号（駆
動電流）をフィードバック制御することが望ましい。な
お、吸入調量弁６への駆動電流の制御は、デューティ
（ｄｕｔｙ）制御により行うことが望ましい。すなわ
ち、単位時間当たりのポンプ駆動信号のオン／オフの割
合（通電時間割合・デューティ比）を調整して吸入調量
弁６の弁開度を変化させるデューティ制御を用いること
で、高精度なデジタル制御が可能になる。

【００２８】ここで、本実施例では、クランク角センサ
３１等の回転速度検出手段、アクセル開度センサ３２、
冷却水温センサ３３および燃料温度センサ３４を用いて
目標噴射量（Ｑ）、噴射時期（Ｔ）、目標コモンレール
圧（Ｐｔ）を演算するようにしているが、例えば吸気温
センサ、吸気圧センサ、気筒判別センサ、噴射時期セン
サ等のその他のセンサ類からの検出信号を加味して目標
噴射量（Ｑ）、噴射時期（Ｔ）、目標コモンレール圧
（Ｐｔ）を補正するようにしても良い。

【００２９】また、ＥＣＵ１０は、インジェクタ３の噴
射期間とサプライポンプ４のポンプ圧送期間とが重なら
ないように、エンジン１のクランク軸１５と同期して回
転するロータ２４に対するサプライポンプ４のポンプ軸
１６の位相角度を電気的に変更する位相角度制御手段を
有している。これは、エンジン１の運転情報および噴射
時期に応じて設定される目標位相角度と位相角度センサ
３６によって検出されるサプライポンプ４のポンプ軸１
６の実際の位相角度とが略一致するように、タイマ機構
７のアクチュエータ２５を電気的に駆動するように構成
されている。

【００３０】［第１実施例の設定方法］次に、本実施例
のエンジン１のクランク軸１５に対するサプライポンプ
４のポンプ軸１６の位相角度の設定方法を図１ないし図
３に基づいて簡単に説明する。ここで、図３はサプライ
ポンプの位相角度設定方法の概略を示したフローチャー
トである。なお、図３のルーチンは、特定気筒の前回燃
料噴射終了時、あるいは特定気筒よりも直前に燃料噴射
する他気筒の燃料噴射終了時に実行される。

【００３１】先ず、エンジン回転数（ＮＥ）、アクセル
開度（ＡＣＣＰ）、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）、燃料
温度（ＴＨＦ）、コモンレール圧（ＰＣ）を認識する。
続いて、インジェクタ３の噴射時期（インジェクタ通電
開始時期：Ｔ）を認識する。具体的には、各種のエンジ
ンパラメータを取り込み、エンジン回転数（ＮＥ）およ
びアクセル開度（ＡＣＣＰ）、更にはエンジン冷却水温
（ＴＨＷ）または燃料温度（ＴＨＦ）の補正を加味して
目標噴射量（噴射量狙い値）Ｑ＝ｆ（ＮＥ，ＡＣＣＰ）
を算出する。そして、上記の目標噴射量（Ｑ）およびエ
ンジン回転数（ＮＥ）、更にはエンジン冷却水温（ＴＨ
Ｗ）または燃料温度（ＴＨＦ）の補正を加味してインジ
ェクタ３の噴射時期Ｔ＝ｆ（ＮＥ，Ｑ）を算出する（ス
テップＳ１）。

【００３２】次に、図３の特性図（ＮＥ−Ｔの２次元マ
ップ）を用いて、上記のエンジン回転数（ＮＥ）および
上記のインジェクタ３の噴射時期（インジェクタ通電開
始時期：Ｔ）から位相角度の目標値（目標位相角度）を
算出する（ステップＳ２）。但し、目標位相角度は、ポ
ンプ軸所定位置〜エンジンＴＤＣ間の位相角度（°Ｃ
Ａ）である。次に、位相角度センサ３６によって検出さ
れるサプライポンプ４のポンプ軸１６の実際の位相角度
と上記の目標位相角度との角度差に応じて、タイマ機構
７のアクチュエータ２５を電気的に駆動する。具体的に
は、サプライポンプ４のポンプ圧送期間とインジェクタ
３の噴射期間とが重ならないように、ポンプ軸所定位置
〜エンジンＴＤＣ間の位相角度の範囲内でエンジン１の
クランク軸１５に対するサプライポンプ４のポンプ軸１
６の位相角度を変更する。その後に、図３のルーチンを
抜ける。

【００３３】［第１実施例の特徴］次に、本実施例のコ
モンレール式燃料噴射システムの作用を図１ないし図４
に基づいて簡単に説明する。ここで、図４はインジェク
タ駆動電流の波形、インジェクタリフトの挙動およびコ
モンレール圧の推移を示したタイミングチャートであ
る。

【００３４】ＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１によ
って検出されるエンジンクランク角がある気筒（特定気
筒：例えば＃１気筒）のインジェクタ３の噴射時期
（Ｔ）となったら、インジェクタ駆動回路（ＥＤＵ）を
介して特定気筒のインジェクタ３の噴射制御用電磁弁
に、目標噴射量（Ｑ）とコモンレール圧（ＰＣ）に対応
した噴射期間となる噴射パルス幅（Ｔｑ）のインジェク
タ駆動電流（ＴＱパルス）を印加する。そして、特定気
筒（例えば＃１気筒）のインジェクタ３にインジェクタ
駆動電流が印加されると、噴射制御用電磁弁が開弁して
ノズルニードルの背圧制御室内の圧力が抜かれるため、
インジェクタ３のノズルニードルが弁座よりリフト（離
間）する。これにより、コモンレール２内に蓄圧されて
いた燃料噴射圧に相当する高圧燃料がエンジン１の特定
気筒（例えば＃１気筒）の燃焼室内に噴射供給される。

【００３５】一方、サプライポンプ４は、１噴射１圧送
を行なうタイプの燃料供給ポンプであり、吸入調量弁６
は、サプライポンプ４のポンプ圧送量の目標値に対応し
た弁開度となるように制御されている。このため、サプ
ライポンプ４は、ポンプ軸１６の回転に伴いカムが回転
すると、これに伴ってシリンダ内をプランジャが往復摺
動する。そして、特定気筒（例えば＃１気筒）の燃料噴
射に対応したプランジャが上死点から下死点に向かう際
に、燃料タンク５からポンプ室を経て加圧室内に低圧燃
料が吸入される。そして、特定気筒（例えば＃１気筒）
の燃料噴射に対応したプランジャが下死点から上死点に
向かう際に、プランジャがシリンダ内を摺動して加圧室
内の容積を縮小化することで、加圧室内に吸入された低
圧燃料が高圧に加圧される。そして、加圧室内の燃料圧
が所定値以上に上昇すると、吐出弁を開弁して、コモン
レール２内に高圧燃料流路１１を経て高圧燃料が圧送さ
れる。

【００３６】ここで、特定気筒（例えば＃１気筒）のイ
ンジェクタ３の噴射期間とサプライポンプ４のポンプ圧
送期間（ポンプ圧送開始時期からポンプ圧送終了時期ま
で）とが重なっている場合、インジェクタ３の燃料噴射
時の噴射圧がポンプ圧送のばらつきを受けて、エンジン
１の特定気筒内に噴射する実際の噴射量が目標噴射量
（Ｑ）よりも増えたり、減ったりして、特定気筒（例え
ば＃１気筒）のインジェクタ３の燃料噴射時の噴射量精
度が悪くなるという問題が生じる。

【００３７】そこで、本実施例では、サプライポンプ４
にタイマ機構７を追加し、エンジン回転数（ＮＥ）、目
標噴射量（Ｑ）およびインジェクタ３の噴射時期（Ｔ）
に応じてタイマ機構７のアクチュエータ２５を電気的に
駆動して、ポンプ軸所定位置〜エンジンＴＤＣ間の位相
角度の範囲内でエンジン１のクランク軸１５（ロータ２
４）に対するサプライポンプ４のポンプ軸１６の位相角
度を制御することにより、図４のタイミングチャートに
示したように、サプライポンプ４のポンプ圧送期間と特
定気筒（例えば＃１気筒）のインジェクタ３の噴射期間
とが重ならないようにしている。

【００３８】ここで、ポンプ圧送開始時期は、プランジ
ャがカム上を上昇し始める点であり、ポンプ圧送終了時
期は、プランジャがカム上を下降し始める点であるか
ら、プランジャが上昇し圧送を開始するロータ２４に対
するサプライポンプ４のポンプ軸１６の位相角度で決定
される。したがって、サプライポンプ４のポンプ圧送期
間とインジェクタ３の噴射期間とが重複しないように、
タイマ機構７によってロータ２４に対するサプライポン
プ４のポンプ軸１６の位相角度を例えば進角側にずらす
ことにより、ポンプ圧送開始時期とポンプ圧送終了時期
が例えば進角側にずれる。これにより、サプライポンプ
４のポンプ圧送期間は、特定気筒（例えば＃１気筒）の
インジェクタ３の噴射期間および噴射時期（Ｔ）よりも
例えば進角側にずれる。

【００３９】［第１実施例の効果］以上のように、本実
施例のコモンレール式燃料噴射システムにおいては、エ
ンジン１のクランク軸１５に対するサプライポンプ４の
ポンプ軸１６の位相角度を制御することにより、サプラ
イポンプ４のポンプ圧送期間と特定気筒（例えば＃１気
筒）のインジェクタ３の噴射期間とが重ならないように
しているので、エンジン１の特定気筒の燃焼室内に噴射
する実際の噴射量が目標噴射量（Ｑ）よりも増えたり、
減ったりすることはない。これにより、エンジン１の特
定気筒の燃焼室内に噴射供給する実際の噴射量がばらつ
くことはないので、特定気筒（例えば＃１気筒）のイン
ジェクタ３の燃料噴射時の噴射量精度を向上でき、且つ
そのインジェクタ３の燃料噴射毎の噴射量のばらつきの
低減を図ることができる。

【００４０】ここで、本実施例では、エンジン１のクラ
ンク軸１５およびロータ２４に対するサプライポンプ４
のポンプ軸１６の位相角度を機械的に変更するタイマ機
構７を設けているが、エンジン１のクランク軸１５と同
期して回転するロータ（ドライブシャフト）に対して、
ローラを保持するローラリング（回転部材）の位相角度
を機械的に変更するポンプ位相可変機構をサプライポン
プ４に内蔵しても良い。この場合には、プランジャを駆
動連結したフェイスカムがローラ上を上昇し始める点が
圧送開始時期となるので、ローラの位置を変化させれば
ポンプ圧送期間を変化させることができる。

【００４１】［第２実施例の構成］図５ないし図７は本
発明の第２実施例を示したもので、図５はコモンレール
式燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である。

【００４２】本実施例のＥＣＵ１０は、サプライポンプ
４のポンプ圧送期間を最適な期間に変更する圧送期間制
御手段を有している。これは、インジェクタ３の噴射期
間とサプライポンプ４のポンプ圧送期間とが重ならない
ように、インジェクタ３の噴射期間に対してサプライポ
ンプ４のポンプ圧送期間（ポンプ圧送開始時期からポン
プ圧送終了時期まで）を電気的にずらすように構成され
ている。

【００４３】また、本実施例のサプライポンプ４は、ポ
ンプ室と加圧室との間を結ぶ燃料流路の開口度合を調整
する吸入調量弁６を有し、更に加圧室と高圧燃料流路１
１との間を結ぶ吐出通路に、第１実施例の吐出弁の代わ
りに、ＥＣＵ１０の駆動信号により電子制御されるポン
プ電磁弁９を設けている。このポンプ電磁弁９は、サプ
ライポンプ４の圧送開始時期になるとＥＣＵ１０によっ
て通電（ＯＮ）されて開弁し、サプライポンプ４の圧送
終了時期になるとＥＣＵ１０によって通電が停止（ＯＦ
Ｆ）されて閉弁するもので、サプライポンプ４のポンプ
圧送期間を調整する電磁式開閉弁である。

【００４４】［第２実施例の制御方法］次に、本実施例
のポンプ電磁弁９の制御方法を図５および図６に基づい
て簡単に説明する。ここで、図６はポンプ電磁弁のＯＮ
時期、ＯＦＦ時期の算出方法を示したフローチャートで
ある。なお、図６のルーチンは、特定気筒の前回燃料噴
射終了時、あるいは特定気筒よりも直前に燃料噴射する
他気筒の燃料噴射終了時に実行される。

【００４５】先ず、エンジン回転数（ＮＥ）、燃料温度
（ＴＨＦ）、コモンレール圧（ＰＣ）、目標噴射量
（Ｑ）を認識する。続いて、エンジン回転数（ＮＥ）、
燃料温度（ＴＨＦ）、コモンレール圧（ＰＣ）および目
標噴射量（Ｑ）等の条件よりサプライポンプ４のポンプ
圧送量の目標値を算出する（圧送量算出手段：ステップ
Ｓ１１）。

【００４６】次に、インジェクタ３の噴射時期（Ｔ）お
よび噴射パルス幅（Ｔｑ）を認識する。続いて、インジ
ェクタ３の噴射時期（Ｔ）と噴射パルス幅（Ｔｑ）とか
らインジェクタ３の噴射期間（インジェクタ通電初めか
ら通電終わりまでのインジェクタ通電期間）を認識す
る。続いて、図６の特性図、あるいは噴射時期（インジ
ェクタ通電初め）とエンジン回転数（ＮＥ）、コモンレ
ール圧（ＰＣ）および燃料温度（ＴＨＦ）等の条件か
ら、サプライポンプ４のポンプ圧送終了時期の目標値
（ポンプ電磁弁ＯＦＦ時期）を算出する（圧送終了時期
算出手段：ステップＳ１２）。

【００４７】次に、図６の特性図、あるいはサプライポ
ンプ４のポンプ圧送量の目標値、ポンプ圧送終了時期の
目標値、エンジン回転数（ＮＥ）、コモンレール圧（Ｐ
Ｃ）および燃料温度（ＴＨＦ）等から、サプライポンプ
４のポンプ圧送開始時期の目標値（ポンプ電磁弁ＯＮ時
期）を算出する（圧送開始時期算出手段：ステップＳ１
３）。次に、エンジンクランク角がポンプ圧送開始時期
の目標値に達したら、ポンプ電磁弁９が開弁するように
ポンプ電磁弁９をＯＮし、エンジンクランク角がポンプ
圧送終了時期の目標値に達したら、ポンプ電磁弁９が閉
弁するようにポンプ電磁弁９をＯＦＦする。その後に、
図６のルーチンを抜ける。

【００４８】［第２実施例の特徴］次に、本実施例のコ
モンレール式燃料噴射システムの作用を図５ないし図７
に基づいて簡単に説明する。ここで、図７はインジェク
タ駆動電流の波形、インジェクタリフトの挙動、ポンプ
電磁弁駆動電流の波形、およびコモンレール圧の推移を
示したタイミングチャートである。

【００４９】本実施例のコモンレール式燃料噴射システ
ムは、インジェクタ３の噴射期間とサプライポンプ４の
ポンプ圧送期間とが重ならないように、上記の目標噴射
量（Ｑ）やエンジン１の運転条件よりポンプ圧送終了時
期を設定し、そして、ポンプ圧送終了時期を設定した後
に、上記のエンジン１の運転条件、サプライポンプ４の
ポンプ圧送量の目標値、ポンプ圧送終了時期に応じてポ
ンプ圧送開始時期を設定している。

【００５０】したがって、インジェクタ３の噴射期間と
サプライポンプ４のポンプ圧送期間とが重ならないよう
に、サプライポンプ４の吐出側に設けたポンプ電磁弁９
の開閉時期を例えば進角側にずらすことにより、インジ
ェクタ３の噴射期間および噴射時期（Ｔ）よりもサプラ
イポンプ４のポンプ圧送期間が例えば進角側にずれる。
以上により、第１実施例と同様に、インジェクタ３の燃
料噴射時の噴射量精度を向上でき、且つインジェクタ３
の燃料噴射毎の噴射量のばらつきの低減を図ることがで
きる。

【００５１】［第３実施例］図８および図９は本発明の
第３実施例を示したもので、図８はサプライポンプの動
力伝達系を示した図である。

【００５２】本実施例のエンジン１のクランク軸１５か
らサプライポンプ４のポンプ軸１６へ回転動力を伝達す
る動力伝達手段（サプライポンプ４の動力伝達系）は、
エンジン１のクランク軸１５（図１参照）と同期して回
転するロータ２４と、エンジン１の吸気バルブまたは排
気バルブの開閉時期を決めるためのカム山を有するカム
シャフト（回転体：図示せず）と、ロータ２４にエンジ
ン１の回転動力を伝達する第１伝達装置（第１動力伝達
手段）２６と、カムシャフトにエンジン１の回転動力を
伝達する第２伝達装置（第２動力伝達手段）２７と、エ
ンジン１のクランク軸１５に対するサプライポンプ４の
ポンプ軸１６の位相角度を機械的に変更するタイマ機構
（本発明のポンプ位相可変機構に相当する）７とを有し
ている。

【００５３】第１伝達装置２６は、エンジン１のクラン
ク軸１５と同期して回転すると共に、クランクプーリ２
１とロータプーリ２２（図１参照）との間に掛け渡され
たベルトやチェーン等から構成されている。また、第２
伝達装置２７は、第１伝達装置２６およびロータ２４を
介してエンジン１のクランク軸１５と同期して回転する
と共に、ロータプーリ（図示せず）とカム側プーリ（図
示せず）との間に掛け渡されたベルトやチェーン等から
構成されている。

【００５４】タイマ機構７は、図９のタイミングチャー
トに示したように、第１伝達装置２６の応力（カムシャ
フト駆動トルク＋ポンプ駆動トルクの合力）が、第１伝
達装置２６の強度上の許容値を超えないように、カムシ
ャフト駆動トルクの発生時期とポンプ駆動トルクの発生
時期とを機械的にずらす応力抑制機構で、アクチュエー
タ２５により駆動される。

【００５５】本実施例のＥＣＵ１０は、エンジン１の運
転条件（エンジンクランク角に対するカムシャフト駆動
トルクの発生時期）に応じて設定される目標位相角度
（エンジンクランク角に対するポンプ駆動トルクの発生
時期）と位相角度センサ３６によって検出されるサプラ
イポンプ４のポンプ軸１６の実際の位相角度とが略一致
するように、タイマ機構７のアクチュエータ２５を電気
的に駆動するように構成されている。

【００５６】以上のように、サプライポンプ４のポンプ
軸１６を回転駆動する第１伝達装置２６およびロータ２
４を介してエンジン１のカムシャフトに、エンジン１の
クランク軸１５の回転動力を伝達する場合、サプライポ
ンプ４のポンプ圧送期間（ポンプ駆動トルク）を、エン
ジン１の吸気バルブまたは排気バルブの駆動反力（カム
シャフト駆動トルク）の最大範囲よりも、図９のタイミ
ングチャートの実線から一点鎖線へ進角側にずらすよう
に制御することで、第１伝達装置２６の応力（カムシャ
フト駆動トルク＋ポンプ駆動トルクの合力：図示実線か
ら図示一点鎖線へ移動）が最小となる。

【００５７】［変形例］本実施例では、サプライポンプ
４のプランジャ室（加圧室）内に吸入される燃料の吸入
量を変更（調整）する吸入調量型の電磁弁（吸入調量
弁）６を設けた例を説明したが、サプライポンプ４のプ
ランジャ室（加圧室）からコモンレール２への燃料の吐
出量を変更（調整）する吐出調量型の電磁弁（吐出調量
弁）を設けても良い。また、本実施例では、弁開度がそ
の電磁弁への通電を停止した時に全閉となるノーマリク
ローズタイプ（常閉型）の電磁弁を用いたが、弁開度が
その電磁弁への通電を停止した時に全開となるノーマリ
オープンタイプ（常開型）の電磁弁を用いても良い。

【００５８】本実施例では、燃料供給ポンプとして、エ
ンジン１の特定気筒の燃焼室内への燃料噴射が１回に対
して１圧送となる１噴射１圧送を行なうタイプのサプラ
イポンプ４を設けた例を示したが、エンジン１の特定気
筒の燃焼室内への燃料噴射が１回に対して２圧送となる
１噴射２圧送を行なうタイプの高圧供給ポンプを設けて
も良い。また、２噴射１圧送を行なうタイプの高圧供給
ポンプを設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】コモンレール式燃料噴射システムの全体構成を
示した概略図である（第１実施例）。

【図２】サプライポンプの動力伝達系を示した概略図で
ある（第１実施例）。

【図３】サプライポンプの位相角度設定方法の概略を示
したフローチャートである（第１実施例）。

【図４】インジェクタ駆動電流の波形、インジェクタリ
フトの挙動およびコモンレール圧の推移を示したタイミ
ングチャートである（第１実施例）。

【図５】コモンレール式燃料噴射システムの全体構成を
示した概略図である（第２実施例）。

【図６】ポンプ電磁弁のＯＮ時期、ＯＦＦ時期の算出方
法を示したフローチャートである（第２実施例）。

【図７】インジェクタ駆動電流の波形、インジェクタリ
フトの挙動、ポンプ電磁弁駆動電流の波形およびコモン
レール圧の推移を示したタイミングチャートである（第
２実施例）。

【図８】サプライポンプの動力伝達系を示した概略図で
ある（第３実施例）。

【図９】第２伝達装置の応力、カムシャフト駆動トル
ク、ポンプ駆動トルク、第１伝達装置の応力の挙動を示
したタイミングチャートである（第３実施例）。

【図１０】インジェクタリフトの挙動およびコモンレー
ル圧の推移を示したタイミングチャートである（従来の
技術）。

【符号の説明】

１エンジン（内燃機関）２コモンレール（蓄圧容器）３インジェクタ（燃料噴射弁）４サプライポンプ（燃料供給ポンプ）６吸入調量弁７タイマ機構（ポンプ位相可変機構）９ポンプ電磁弁１０ＥＣＵ（位相角度制御手段、圧送期間制御手段、
圧送量算出手段、圧送終了時期算出手段、圧送開始時期
算出手段）１５クランク軸（出力軸）１６ポンプ軸（回転部材）２４ロータ２６第１伝達装置（第１動力伝達手段）２７第２伝達装置（第２動力伝達手段）３６位相角度センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 59/20 Ｆ０２Ｍ 59/20 Ｊ 59/36 59/36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧する
蓄圧容器と、内燃機関の気筒内に、前記蓄圧容器内に蓄圧された高圧
燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、吸入した燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送する燃料
供給ポンプと、前記内燃機関のクランク軸から前記燃料供給ポンプへ回
転動力を伝達する動力伝達手段とを備えた蓄圧式燃料噴
射装置であって、前記燃料供給ポンプは、前記内燃機関の出力軸と相対回
転運動が可能な回転部材を有し、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記燃料
供給ポンプの回転部材との間に、前記燃料噴射弁の噴射
期間と前記燃料供給ポンプのポンプ圧送期間とが重複し
ないように、前記内燃機関の出力軸に対する前記燃料供
給ポンプの回転部材の位相角度を機械的に変更するポン
プ位相可変機構を有していることを特徴とする蓄圧式燃
料噴射装置。
【請求項２】請求項１に記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記燃料供給ポンプの回転部材の位相角度を検出する位
相角度センサと、前記内燃機関の運転条件および前記燃料噴射弁の噴射期
間に応じて設定される目標位相角度と前記位相角度セン
サによって検出される実際の回転部材の位相角度とが略
一致するように、前記ポンプ位相可変機構を電気的に制
御する位相角度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。
【請求項３】（ａ）燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄
圧する蓄圧容器と、（ｂ）内燃機関の気筒内に、前記蓄圧容器内に蓄圧され
た高圧燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、（ｃ）吸入した燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送す
る燃料供給ポンプと、（ｄ）前記燃料噴射弁の噴射期間と前記燃料供給ポンプ
のポンプ圧送期間とが重複しないように、前記燃料噴射
弁の噴射期間に対して前記燃料供給ポンプのポンプ圧送
期間を電気的にずらす圧送期間制御手段とを備えた蓄圧
式燃料噴射装置。
【請求項４】請求項３に記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記圧送期間制御手段は、前記内燃機関の運転条件に応
じて前記燃料供給ポンプのポンプ圧送量の目標値を算出
する圧送量算出手段と、前記燃料噴射弁の噴射時期または噴射期間および前記内
燃機関の運転条件に応じて前記燃料供給ポンプのポンプ
圧送終了時期の目標値を算出する圧送終了時期算出手段
と、前記ポンプ圧送量の目標値、前記ポンプ圧送終了時期の
目標値および前記内燃機関の運転条件に応じて前記燃料
供給ポンプのポンプ圧送開始時期の目標値を算出する圧
送開始時期算出手段とを有していることを特徴とする蓄
圧式燃料噴射装置。
【請求項５】請求項４に記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記燃料供給ポンプは、前記ポンプ圧送開始時期に開弁
し、前記ポンプ圧送終了時期に閉弁すると共に、前記燃
料供給ポンプのポンプ圧送期間を調整するポンプ電磁弁
を有し、前記圧送期間制御手段は、前記ポンプ電磁弁の開閉時期
を電気的に制御することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装
置。
【請求項６】燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧する
蓄圧容器と、内燃機関の気筒内に、前記蓄圧容器内に蓄圧された高圧
燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、吸入した燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送する燃料
供給ポンプと、この燃料供給ポンプとは別途に設けられて、前記内燃機
関の回転動力を受けると回転する回転体と、前記内燃機関の出力軸から前記燃料供給ポンプおよび前
記回転体へ回転動力を伝達する動力伝達手段とを備えた
蓄圧式燃料噴射装置であって、前記燃料供給ポンプは、前記内燃機関の出力軸と相対回
転運動が可能な回転部材を有し、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と同期して
回転すると共に、前記回転部材に前記内燃機関の回転動
力を伝達する第１動力伝達手段、この第１動力伝達手段を介して前記内燃機関の出力軸と
同期して回転すると共に、前記回転体に前記内燃機関の
回転動力を伝達する第２動力伝達手段、前記第１動力伝達手段と前記燃料供給ポンプの回転部材
との間に設けられて、前記第１動力伝達手段の応力と前
記第２動力伝達手段の応力との合力が前記第１動力伝達
手段の強度上の許容値を超えないように、前記第１動力
伝達手段の応力の発生時期と前記第２動力伝達手段の応
力の発生時期とを機械的にずらす応力抑制機構を有して
いることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項７】請求項６に記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記回転体は、前記内燃機関の吸気バルブまたは排気バ
ルブの開閉時期を決めるためのカム山を有するカムシャ
フトであることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項８】請求項７に記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記応力抑制機構は、前記カムシャフトの駆動トルクの
発生時期と前記燃料供給ポンプの駆動トルクの発生時期
とを機械的にずらすように、前記内燃機関の出力軸に対
する前記燃料供給ポンプの回転部材の位相角度を機械的
に変更するポンプ位相可変機構を有していることを特徴
とする蓄圧式燃料噴射装置。