JP2006077643A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射により生じる圧力脈動を抑制することができ、噴射性能を向上させることが可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 燃料噴射装置１０は、高圧ポンプ１５から高圧燃料が圧送される蓄圧管１８と、同蓄圧管１８に接続される複数の燃料噴射弁１２と、蓄圧管１８の燃料圧を昇圧するブースタ２４と、同ブースタ２４による昇圧動作を制御する制御部２０とを備えて構成されている。制御部２０は、燃料噴射弁１２の燃料噴射に伴い生じる蓄圧管１８の燃料圧変動を抑制すべく、同燃料噴射に同期してブースタ２４による昇圧動作を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射装置に関するものである。

内燃機関に適用される燃料噴射装置としては、電子制御により燃料の噴射タイミングや噴射量を可変とする電子式の噴射装置が主流となっている。この種の燃料噴射装置として、燃料タンクから供給された燃料を高圧にして蓄圧する蓄圧管を備え、該蓄圧管から高圧燃料を各燃料噴射弁に供給するように構成された蓄圧式の燃料噴射装置が知られている。このような蓄圧式燃料噴射装置は、例えばディーゼル機関等に搭載され、その燃料の噴射タイミングや噴射量の制御を通じて、粒子状物質（ＰＭ）や窒化酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質の排出量低減や低速域におけるトルク向上を図るようにしている。

また、こうした蓄圧式内燃機関では排気性状の悪化抑制や高出力化が求められており、それに伴い、燃料噴射装置にあってはその噴射圧を更に高圧化することが要求されている。そこで、燃料供給系に燃料の噴射圧を昇圧するための増圧装置（ブースタ）を備えた内燃機関の燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。こうした燃料噴射装置によれば、ブースタの作動態様を変更することにより、蓄圧管に蓄圧された燃料を直接燃料噴射弁に供給し噴射する低圧噴射と、蓄圧管の燃料を増圧装置により更に昇圧し、その昇圧された燃料を燃料噴射弁に供給し噴射する高圧噴射とを行うことが可能になる。そして、これら低圧噴射と高圧噴射とを機関回転速度に応じて切り換えることにより、燃焼性の更なる向上が図られている。
特開２００４−４４４９３号公報 特開２００４―４４４９４号公報 特表２００２−５３９３７２号公報 特表２００３−５０７６５１号公報

ところで、上記構成の燃料噴射装置においては、燃料噴射弁から燃料を噴射した直後に、蓄圧管の燃料圧が一時的に大きく低下した後、その反動により同蓄圧管の燃料圧が大きく上昇する傾向がある。即ち、同燃料噴射装置では、燃料噴射弁から燃料を高圧にして噴射するために、通常の燃料噴射と比較して蓄圧管内における燃料圧変動、即ち圧力脈動が大きくなり易い傾向にある。そのため、例えば噴射率や噴射量等、その噴射特性が所望の特性と異なるものとなるおそれがある。この点、上記各文献に記載の装置では、こうした燃料噴射に伴う圧力脈動を抑制することについて考慮されておらず、この点において、なお改善の余地を残すものとなっている。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射により生じる圧力脈動に起因する噴射特性の変化を極力抑制することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、燃料ポンプから高圧燃料が圧送される蓄圧管と、同蓄圧管に接続される複数の燃料噴射弁と、前記蓄圧管の燃料圧を昇圧するブースタと、同ブースタによる昇圧動作を制御する制御部とを備える内燃機関の燃料噴射装置において、前記制御部は前記燃料噴射弁の燃料噴射による前記蓄圧管の燃料圧変動を抑制すべく同燃料噴射に同期して前記ブースタによる昇圧を実行することをその要旨とする。

この構成によれば、ブースタによる昇圧を通じて燃料噴射に伴う蓄圧管の圧力脈動、具体的には、燃料噴射により一時的に生じる蓄圧管の燃料圧低下を抑制することができ、こうした蓄圧管の燃料圧変動に起因して次回の燃料噴射が不安定になる等、噴射特性の変化を極力抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明では、前記制御部は前記燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも所定期間前に前記ブースタによる昇圧動作を開始することをその要旨とする。
通常、ブースタによる昇圧動作が開始されてから蓄圧管の燃料圧が上昇するまでには、蓄圧管の長さや燃料の体積弾性率等の様々な要因に起因して、所定の応答遅れが存在する。この点、上記構成によれば、上記所定期間を適宜設定することにより、こうした応答遅れを見越したかたちで蓄圧管の燃料圧を昇圧させることができ、燃料噴射に伴う燃料圧変動を抑制することができるようになる。そのため、蓄圧管の燃料圧変動が小さく抑えられることから、燃料噴射が不安定になるのをより一層抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記制御部は前記燃料噴射弁の燃料噴射量が多いときほど前記ブースタによる昇圧量が大きくなるようにこれを制御することをその要旨とする。

通常、燃料噴射弁の燃料噴射量が多いときほど、燃料噴射に伴い蓄圧管に発生する燃料圧変動は大きくなる傾向にある。この点、上記構成によれば、燃料噴射量に応じてブースタの昇圧量を変更するようにしているため、燃料噴射量に応じて変化する燃料圧変動を一層好適に抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記燃料ポンプは燃料タンクの燃料を吸引する低圧ポンプと同低圧ポンプから吐出された燃料を吸引し加圧する高圧ポンプとを含み、前記ブースタはシリンダ内で往復動するプランジャと、前記シリンダ内において前記プランジャの両側に区画形成され前記低圧ポンプから吐出される低圧燃料が供給される２つの低圧室及び前記蓄圧管に連通される高圧室と、前記各低圧室のうち一方の低圧室と前記低圧ポンプとを接続する通路に設けられた開閉弁と、前記プランジャを前記高圧室側に付勢する付勢手段とを備えるものであり、前記制御部は前記開閉弁の開閉状態を切換えることにより前記ブースタの昇圧動作を制御するものであることをその要旨とする。

この構成によれば、低圧燃料がシリンダ内に区画形成された一方の低圧室に供給された場合、付勢手段の付勢力によりプランジャが高圧室側に移動し、その移動に伴い高圧室の燃料が昇圧されると共に、その昇圧された燃料が蓄圧管に供給される。このように、ブースタによる昇圧動作を実行するに際しプランジャを駆動するための駆動源を必要としないため、燃料噴射装置についてその構成の簡素化を図ることができるようになる。

以下、本発明を車載内燃機関（ディーゼル機関）の燃料噴射装置に具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は内燃機関の燃料噴射装置の概要を示す構成図である。同図に示されるように、車両の燃料供給系には、燃料タンク１１に貯留された燃料を燃料噴射弁１２に供給するための燃料供給通路１３が設けられている。燃料供給通路１３には、燃料ポンプ、即ち低圧ポンプ１４と高圧ポンプ１５とがそれぞれ直列に配設されている。両ポンプ１４，１５は、それぞれ共通の回転軸１６、具体的には内燃機関１７の出力軸に駆動連結されている。内燃機関１７の駆動力により前記両ポンプ１４，１５が作動すると、燃料タンク１１内の燃料が低圧ポンプ１４により吸引され、その吐出燃料が高圧ポンプ１５側に送り出される。そして、高圧ポンプ１５により吸引され、加圧された高圧燃料が、蓄圧管１８を通じて各燃料噴射弁１２に供給される。

燃料供給通路１３において、両ポンプ１４，１５間には可変絞り弁１９が配設されている。この可変絞り弁１９は、内燃機関１７の各種制御を統括する制御部２０を通じてその開度が変更され、同燃料供給通路１３を流通する燃料の流量制御を行う。

また、前記燃料供給系には、燃料供給通路１３から分岐し燃料タンク１１に接続されるリターン通路２２が設けられている。燃料供給通路１３において、リターン通路２２の分岐した箇所には、前記１４，１５間の燃料圧に応じて同燃料供給通路１３を開閉する圧力制御弁２５が配設されている。この圧力制御弁２５の開閉動作によって、低圧ポンプ１４から吐出された低圧燃料の供給先が高圧ポンプ１５又はリターン通路２２に切換えられることで、燃料供給通路１３を流通する燃料の燃料圧が所定圧未満に保持されている。

更に、前記燃料供給系には、内燃機関１７の始動時等、適宜の時期に蓄圧管１８の燃料圧を昇圧するためのブースタ２４が設けられている。このブースタ２４には、燃料供給通路１３から分岐した低圧通路２３、同低圧通路２３から分岐した圧力制御通路２７、リターン通路２２から分岐したドレーン通路２８、高圧ポンプ１５の吐出側の燃料供給通路１３、並びに蓄圧管１８に通じる高圧通路３０がそれぞれ接続されている。

圧力制御通路２７にはブースタ２４の昇圧動作を制御する作動制御弁３２が配設されている。作動制御弁３２は前記制御部２０に接続されており、同制御部２０から出力される作動信号に基づいて圧力制御通路２７を開閉する。また、ブースタ２４は、圧力制御通路２７が開状態のときに、同通路２７を通じ低圧ポンプ１４から吐出された低圧燃料の燃料圧を利用することによって、低圧燃料の燃料圧よりも高圧なブースト圧を発生させる。そして、ブースタ２４は、高圧通路３０を通じて前記ブースト圧を蓄圧管１８に供給することによって、同蓄圧管１８の燃料圧を昇圧する。

低圧通路２３には第１燃料圧検出センサ３４が配設されている。この第１燃料圧検出センサ３４は低圧通路２３の燃料圧を検出し、その検出信号は制御部２０に取り込まれる。また、高圧通路３０には第２燃料圧検出センサ３５が配設されている。この第２燃料圧検出センサ３５は高圧通路３０の燃料圧を検出し、その検出信号は同じく制御部２０に取り込まれる。本実施形態においては、蓄圧管１８、燃料噴射弁１２、ブースタ２４、制御部２０等により、内燃機関１７の燃料噴射装置１０が構成されている。

次に、ブースタ２４の構成について詳細に説明する。
図２はブースタ２４の縦断面図である。図２（ａ）に示されるように、ブースタ２４は、シリンダ４０と、シリンダ４０内に摺動可能に保持されたプランジャ４５とを備えて構成されている。シリンダ４０内の空間は、プランジャ４５により４つの空間に区画形成されている。各空間はプランジャ４５により互いに圧力的に隔絶されており、これらのうち、低圧通路２３側にある２つの空間により第１及び第２低圧室４１、４２が形成され、高圧通路３０側にある２つの空間により高圧室４３及びドレーン室４４が形成されている。また、プランジャ４５においては、前記各室４１〜４４に対応する面が、それぞれ各室４１〜４４の燃料圧の作用する受圧面４１ａ〜４４ａとなっている。ここでは、第１及び第２低圧室４１、４２に対応する受圧面をそれぞれ第１及び第２低圧室側受圧面４１ａ、４２ａとし、高圧室４３及びドレーン室４４に対応する受圧面をそれぞれ高圧室側受圧面４３ａ、ドレーン室側受圧面４４ａとする。この場合、第１低圧室側受圧面４１ａの面積Ｓ１は高圧室側受圧面４３ａの面積Ｓ２よりも大きく設定されている。

第１低圧室４１は低圧通路２３を通じて低圧ポンプ１４の吐出側と接続されている。これにより、内燃機関１７の駆動力により低圧ポンプ１４及び高圧ポンプ１５が駆動されるのに伴い、低圧ポンプ１４から吐出される低圧燃料が低圧通路２３を通じて常に第１低圧室４１に供給され、高圧ポンプ１５から吐出された高圧燃料が燃料供給通路１３を通じて高圧室４３に供給される。また、第２低圧室４２は圧力制御通路２７を通じて低圧通路２３に接続されている。これにより、作動制御弁３２が開弁され、圧力制御通路２７が開状態のときに限り、第２低圧室４２に低圧燃料が供給されるようになる。こうして、作動制御弁３２の開閉状態によって、第２低圧室４２に低圧燃料が供給されるか否かが切り換えられることで、プランジャ４５においては低圧燃料の圧力が作用する面積が変更される。即ち、作動制御弁３２が開弁されているとき、第１及び第２低圧室側受圧面４１ａ、４２ａに低圧燃料の圧力が作用することから、プランジャ４５においては低圧燃料の受圧面積がＳ１＋Ｓ２となる。一方、作動制御弁３２が閉弁されているとき、第１低圧室側受圧面４１ａのみに低圧燃料が作用することから、プランジャ４５においては低圧燃料の受圧面積がＳ１となる。

高圧室４３は、高圧通路３０を通じて高圧ポンプ１５の吐出側の燃料供給通路１３及び蓄圧管１８と接続されている。これにより、高圧室４３の燃料圧は、高圧ポンプ１５の吐出側の燃料供給通路１３及び蓄圧管１８の燃料圧と略同じ値を示すこととなる。また、ドレーン室４４は、リターン通路２２から分岐したドレーン通路２８と接続されている。

第２低圧室４２内には、プランジャ４５を高圧室４３側に向けて付勢する付勢手段としての第１圧縮ばね４７が配設されている。また、ドレーン室４４内には、同プランジャ４５を第１低圧室４１側に付勢する第２圧縮ばね４８が配設されている。第１及び第２圧縮ばね４７，４８はそれらの付勢力が釣り合った状態で、プランジャ４５が中間位置に保持されるように調整されている（図２（ａ）参照）。

前記中間位置に保持されたプランジャ４５は、第１及び第２低圧室側受圧面４１ａ、４２ａ共に低圧燃料が作用する場合、即ち低圧燃料の受圧面積がＳ１＋Ｓ２となる場合にブースタ位置に変位する（図２（ｂ）参照）。作動制御弁３２が開弁されると、低圧ポンプ１４から吐出された低圧燃料が第１低圧室側受圧面４１ａに加えて第２低圧室側受圧面４２ａにも作用する。この結果、プランジャ４５を高圧室側へ押圧する力がプランジャ４５を低圧室側へ押圧する力よりも大きくなり、プランジャ４５がブースタ位置に変位することとなる（図２（ｂ）参照）。また、後述する始動時においても、プランジャ４５を高圧室側へ押圧する力がプランジャ４５を低圧室側へ押圧する力よりも大きい（高圧室４３の燃料圧が低い）場合、プランジャ４５がブースタ位置に変位することとなる。これらの場合、第１低圧室側受圧面４１ａの面積Ｓ１が高圧室側受圧面４３ａの面積Ｓ２よりも大きい分、高圧室４３の燃料圧は第１低圧室４１の燃料圧よりも大きく上昇される。こうして、プランジャ４５が中間位置からブースタ位置に変位することによって、低圧燃料の燃料圧よりも高圧なブースト圧が高圧室４３で発生する。尚、このとき、プランジャ４５が中間位置からブースタ位置に変位するのに伴い、ドレーン室４４内の燃料がドレーン通路２８及びリターン通路２２を通じて燃料タンク１１に排出されるようになっている。

プランジャ４５の略中央部には、高圧室４３と第１低圧室４１とを連通するリリーフ通路５０が形成されている。リリーフ通路５０の第１低圧室４１側端部には収容部５０ａが形成され、この収容部５０ａ内にボール弁５２と第３圧縮ばね５３とが収容されている。ボール弁５２は、第３圧縮ばね５３によりリリーフ通路５０を閉じる方向（高圧室４３側）に常に付勢された状態で保持されている。また、ボール弁５２は、高圧ポンプ１５から吐出された高圧燃料の燃料圧によりリリーフ通路５０を開く方向（第１低圧室４１側）に移動可能となっている。本実施形態においては、高圧室４３の燃料圧が所定圧よりも高くなる異常時に、プランジャ４５がフェールセーフ位置に変位すると共にボール弁５２が開弁されることによって、高圧室４３と第１低圧室４１とがリリーフ通路５０を通じて連通され、高圧室４３の圧力抜きが行われるようになっている（図３参照）。

続いて、ブースタ２４の動作態様及び制御部２０の制御態様を図３に基づいて説明する。尚、図３は、ブースタ２４の動作態様及び制御部２０が行う制御態様を説明するための制御マトリクスを示している。図３の制御マトリクス中、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ作動制御弁３２、ボール弁５２、可変絞り弁１９の開閉状態を示している。また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ高圧室４３、第１低圧室４１、第２低圧室４２、ドレーン室４４の燃料圧を示している。

まず、内燃機関１７の始動前においては、低圧ポンプ１４及び高圧ポンプ１５はいずれも停止状態にあるため、第１低圧室４１及び高圧室４３の燃料圧はいずれも０である。また、このとき、作動制御弁３２が閉弁されているため、第２低圧室４２の燃料圧は０である。ここで、燃料圧が０とは、燃料タンク１１の燃料圧と同等の燃料圧であることを意味している。この状態で、プランジャ４５においては低圧側からも高圧側からも燃料圧が作用しないため、同プランジャ４５は第１及び第２圧縮ばね４７、４８の付勢力により中間位置に保持される。尚、ドレーン室４４はドレーン通路２８及びリターン通路２２を通じて燃料タンク１１と連通しているため、ドレーン室４４の燃料圧は常に０に保持されている（始動前）。

内燃機関１７が始動すると、それに伴い、低圧ポンプ１４及び高圧ポンプ１５が共に駆動される。それと同時に、制御部２０から可変絞り弁１９に対し作動信号が出力され、同可変絞り弁１９は閉弁状態から全開状態へと切換えられる。そのため、燃料タンク１１から燃料供給通路１３を通じて各燃料噴射弁１２に供給される燃料供給量が最大となる。このとき、両ポンプ１４，１５の駆動開始直後は、高圧ポンプ１５による燃料圧の圧力上昇が遅れるため、高圧室４３の燃料圧は第１低圧室４１と同じく「低」となる。ここで、燃料圧が「低」とは、低圧ポンプ１４から吐出された低圧燃料の圧力と略同じ圧力の燃料圧であることを意味している。この状態で、プランジャ４５においては高圧側から高圧室４３の低圧燃料が作用し、低圧側から第１低圧室４１の低圧燃料が作用するため、同プランジャ４５は第１圧縮ばね４７の付勢力により中間位置からブースタ位置に変位され、同ブースタ位置にそのまま保持される。こうしたプランジャ４５の変位により高圧室４３の燃料圧が上昇され、低圧燃料よりも高圧なブースト圧が発生する。そして、ブースト圧が高圧通路３０を通じて蓄圧管１８に供給され、同蓄圧管１８の燃料圧が昇圧されることによって、蓄圧管１８の燃料圧が高圧ポンプ１５の吐出圧力の上昇速度を上回る速度で迅速に上昇されるようになる。従って、内燃機関１７の始動時から、燃料噴射弁１２の噴射圧が好適に維持されるようになる（始動時）。

内燃機関１７の駆動開始から時間が経過するに伴い、高圧ポンプ１５の吐出圧力が十分に高められるため、高圧室４３の燃料圧は「低」から「高」に上昇する。この状態で、プランジャ４５においては高圧側から高圧室４３の高圧燃料が作用するようになるため、同プランジャ４５は第２圧縮ばね４８の付勢力によりブースト位置から中間位置に戻る。ここで、燃料圧が「高」とは、高圧ポンプ１５により十分に加圧された状態で吐出された高圧燃料の燃料圧であることを意味している。また、このとき、可変絞り弁１９はその開弁量が所定量に調整され、全開状態から所定量開の状態へと切換えられる（運転時１）。

内燃機関１７の定常運転時において、制御部２０からは、作動制御弁３２に対し所定のタイミングで作動信号が出力される。制御部２０からの作動信号により作動制御弁３２が開弁されると、圧力制御通路２７を通じて第２低圧室４２に低圧燃料が供給される。すると、第１及び第２低圧室４１、４２の燃料圧が「低」となり、プランジャ４５は第１圧縮ばね４７の付勢力により中間位置からブースタ位置に変位する。こうしたプランジャ４５の変位により、高圧室４３ではブースト圧が発生し、その結果、同高圧室４３の燃料圧が「高」から「高＋α」となる。このとき、高圧ポンプ１５の吐出側の燃料供給通路１３及び蓄圧管１８の燃料圧は、高圧通路３０を通じて高圧室４３の燃料圧と同じく「高＋α」となる。（運転時２）。

一方、制御部２０から作動信号が出力されなくなると、作動制御弁３２が閉弁され、圧力制御通路２７が閉状態となるため、第２低圧室４２への低圧燃料の供給が停止される。すると、第２低圧室４２の燃料圧が「低」から０となり、プランジャ４５は第２圧縮ばね４８の付勢力によりブースタ位置から中間位置に戻る。それに伴い、高圧室４３ではブースト圧が発生しなくなり、高圧室４３の燃料圧が「高＋α」から「高」となる。このとき、高圧ポンプ１５の吐出側の燃料供給通路１３及び蓄圧管１８の燃料圧は、高圧通路３０を通じて高圧室４３の燃料圧と同じ「高」となる（運転時３）。

また、高圧室４３の燃料圧が所定圧を超える異常時（高圧＋α‘）には、プランジャ４５においては高圧側から高圧室４３の異常に加圧された高圧燃料が作用することとなる。そのため、プランジャ４５は第１圧縮ばね４７の付勢力に抗して中間位置から第１低圧室４１側のフェールセーフ位置に変位する。そして、高圧室４３の異常に加圧された高圧燃料によって、ボール弁５２が第３圧縮ばね５３の付勢力に抗して第１低圧室４１側に移動することで、同ボール弁５２が閉弁状態から開弁状態へと切換えられる。こうして、ボール弁５２が開弁されることによって、高圧室４３と第１低圧室４１とがリリーフ通路５０を通じて連通され、高圧室４３の圧力抜きが行われるようになる（運転時４）。

最後に、内燃機関１７がその定常運転時（停止直前）から停止されると、両ポンプ１４、１５はいずれも停止されるため、第１低圧室４１及び高圧室４３の燃料圧は共に０となり、プランジャ４５は第１及び第２圧縮ばね４７、４８の付勢力により中間位置に保持される。それと同時に、制御部２０から可変絞り弁１９に対し停止信号が出力され、同可変絞り弁１９が所定量開の状態から全閉状態へと切換えられることによって、燃料タンク１１から各燃料噴射弁１２への燃料供給が完全に停止される。

次に、上記ブースタ２４による昇圧動作の制御態様について説明する。図４は制御部２０から燃料噴射弁に出力される駆動信号（インジェクタ駆動信号）の出力パターンと、蓄圧管１８の燃料圧の圧力変動パターンとを示している。尚、燃料圧の圧力変動パターンについては、従来構成の圧力変動パターンと併せて図示することとする。

図４に示されるように、各燃料噴射弁１２から燃料を噴射するに際し、制御部２０からは、各燃料噴射弁１２に対しインジェクタ駆動信号が所定のタイミングで出力されている。本実施形態においては、燃料噴射を２回行う毎に、高圧ポンプ１５から高圧燃料を蓄圧管１８に１回供給（圧送）することによって、燃料噴射する毎に低下する蓄圧管１８の燃料圧を所定の範囲内に保持している。

内燃機関１７の定常運転時において、制御部２０は、各種センサ等を通じて取り込んだ制御信号に基づいて、ブースタ２４の昇圧動作の制御を行う。具体的には、制御部２０は、内燃機関１７の回転数や吸気温度等の機関運転状態に関する要因や、蓄圧管１８の長さや燃料体積弾性率等の既知の情報に関する要因等に基づいて、燃料噴射量、噴射タイミング、噴射圧力等を演算し、その演算結果により圧力脈動の大きさや発生時期等を予測する。また、制御部２０は、第１及び第２燃料圧検出センサ３４、３５から入力される検出信号に基づいて、ブースタ２４の作動力やその応答性等を予測する。そして、制御部２０は、前記予測された圧力脈動の大きさや発生時期、ブースタ２４の作動力やその応答性等に基づいて、ブースタ２４の動作タイミングや昇圧量等を演算する。その演算結果に基づいて、制御部２０は作動制御弁３２に作動信号を出力し、同作動制御弁３２の開閉制御を行うことによりブースタ２４の昇圧動作を実行する。

制御部２０は、ブースタ２４による昇圧動作を行うに際しその動作タイミングと、燃料噴射弁１２の噴射タイミングとが同期するように前記昇圧動作を実行する。制御部２０は、燃料噴射弁１２から燃料を噴射するに際し予めブースタ２４の昇圧動作が開始されるように前記昇圧動作を実行する。この場合、ブースタ２４の昇圧動作の開始時期は、燃料噴射弁１２の燃料噴射開始時期よりも所定期間前に設定されている。

また、このとき、制御部２０は、燃料噴射弁１２の燃料噴射量が多いときはブースタ２４による昇圧量を大きく、燃料噴射量が少ないときはその昇圧量を小さくするように前記昇圧動作を実行する。即ち、制御部２０は、燃料噴射弁１２の燃料噴射量に応じてブースタ２４による昇圧量が最適な値となるように前記昇圧動作を実行する。この場合、ブースタ２４による昇圧量は、燃料噴射に伴いその直後に一時的に低下する燃料圧の低下量と同等に設定されている。

こうしたブースタ２４による昇圧動作を行うことによって、図４に示されるように、燃料噴射直後に生じる一時的な燃料圧低下が、ブースタ２４による昇圧動作によりほぼ完全に打ち消されるようになる。その結果、燃料噴射弁１２から燃料噴射を行うに際して、蓄圧管１８の燃料圧は燃料噴射された分だけなだらかに低下することとなる。よって、蓄圧管１８での燃料圧変動が極力小さく抑えられ、燃料噴射に伴い生じる圧力脈動が極力抑制されることから、圧力脈動に起因して燃料噴射が不安定になることが防止されるようになる。

従って、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
・制御部２０は、燃料噴射弁１２の噴射タイミングと同期するようにブースタ２４による昇圧動作を実行する。これにより、ブースタ２４による昇圧を通じて燃料噴射に伴う蓄圧管１８の燃料圧変動、具体的には燃料噴射によって一時的に生じる蓄圧管１８の燃料圧低下を抑制することができる。そのため、蓄圧管１８の燃料圧変動が小さく抑えられることから、その燃料圧変動に起因して次回の燃料噴射が不安定になる等、噴射特性の変化を極力抑制することができるようになる。従って、例えば噴射率や噴射量等、それらの噴射特性を所望の特性と一致させることができる。

又、この場合、ブースタ２４により蓄圧管１８の燃料圧変動が抑制されることから、蓄圧室により燃料圧変動を吸収するといった従来構成のものにおいては、その吸収効果を高めるために蓄圧室の容積を増大する必要がなくなる。ひいては、蓄圧室を不要とすることもできる。これにより、部品コストの低減や内燃機関１７の小型化等を図ることができる。

・制御部２０は、燃料噴射弁１２の燃料噴射開始時期よりも所定期間前にブースタ２４による昇圧動作が開始されるように前記昇圧動作を実行する。通常、ブースタ２４による昇圧動作が開始されてから蓄圧管１８の燃料圧が上昇するまでには、蓄圧管の長さや燃料の体積弾性率等の様々な要因に起因して、所定の応答遅れが存在する。この点、本実施形態の燃料噴射装置１０を採用すれば、上記所定期間を適宜設定することにより、こうした応答遅れを見越したかたちで蓄圧管１８の燃料圧を昇圧させることができ、燃料噴射に伴う燃料圧変動を抑制することができるようになる。従って、燃料噴射の不安定化を、より一層好適に抑制することができるようになる。

・制御部２０は、ブースタ２４による昇圧動作を行うに際し、燃料噴射弁１２の燃料噴射量が多いときはその昇圧量を大きく、燃料噴射量が少ないときはその昇圧量を小さくするように前記昇圧動作を実行する。一般に、燃料噴射弁１２の燃料噴射量が多いときほど、燃料噴射に伴う蓄圧管１８に発生する燃料圧変動は大きくなる傾向にある。この点、本実施形態の燃料噴射装置１０を採用すれば、燃料噴射量に応じてブースタ２４の昇圧量を変更するようにしている。そのため、こうした燃料噴射量に応じて変化する燃料圧変動を一層好適に抑制することができるようになる。

・本実施形態の燃料噴射装置１０を採用すれば、低圧燃料がシリンダ４０内に区画形成された第２低圧室４２に供給された場合、第１圧縮ばね４７の付勢力によりプランジャ４５が高圧室４３側に移動し、その移動に伴い高圧室４３にてブースト圧が発生すると共に、そのブースト圧が高圧通路３０を通じて蓄圧管１８に供給される。この場合、ブースタ２４による昇圧を行うに際しプランジャ４５を駆動するための駆動源を必要としないため、燃料噴射装置１０についてその構成が複雑化するのを防止することができる。また、作動制御弁３２の開閉制御のみによりブースタ２４の昇圧動作が実行されるように構成されているため、昇圧動作を実行するに際しての制御部２０の処理負荷についてもこれを極力軽減することができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態において、ブースタ２４による昇圧量が燃料噴射直後の燃料圧低下量と同等に設定されていたが、例えば、図５に示されるように、前記昇圧量が燃料噴射直後の燃料圧低下量を上回るように同ブースタ２４の昇圧動作を実行してもよい。このようにすれば、燃料噴射弁１２から燃料を噴射するに際してその最大噴射圧を自在に変更することができる。更に、最大噴射圧及び作動制御弁３２の開弁タイミング（増圧タイミング）や閉弁タイミング（減圧タイミング）を変更することにより、ランプウェイ型やブーツ型の燃料噴射が可能となり、燃焼性の更なる改善を容易に行うことができる。

・本実施形態において、ブースタ２４の昇圧動作が燃料噴射開始時期よりも前に開始されていたが、同昇圧動作が燃料噴射開始時期よりも後に開始されるように変更してもよい。

・本実施形態において、燃料噴射装置１０は、燃料供給通路１３中に高圧燃料を蓄圧するための蓄圧室を配設した構成であってもよい。
・本実施形態において、燃料供給通路１３に直列に配設された２つのポンプ１４，１５を１又は３つ以上に変更してもよい。

・本実施形態において、低圧ポンプ１４及び高圧ポンプ１５はいずれも回転式ポンプであったが、これらのうち少なくともいずれか一方を往復動式のポンプに変更してもよい。
・本実施形態において、低圧ポンプ１４及び高圧ポンプ１５はそれらの駆動原が内燃機関１７であったが、電動モータ等を駆動源としたものに変更してもよい。

・本実施形態はディーゼル機関を例に説明したが、本発明はこうしたものに限らず、ガソリン機関等にも適用することができる。

本実施形態における内燃機関の燃料噴射装置の概要を示す構成図。 （ａ）はプランジャが中間位置にあるときのブースタの縦断面図、（ｂ）はプランジャがブースタ位置にあるときのブースタの縦断面図、（ｃ）はプランジャがフェールセーフ位置にあるときのブースタの縦断面図。 同じく燃料噴射装置の制御態様を示す制御マトリクス。 同じく燃料噴射装置における蓄圧管の燃料圧の圧力変動を説明する説明図。 変形例の燃料噴射装置における蓄圧管の燃料圧の圧力変動を説明する説明図。

符号の説明

１０…燃料噴射装置、１１…燃料タンク、１２…燃料噴射弁、１４…燃料ポンプとしての低圧ポンプ、１５…燃料ポンプとしての高圧ポンプ、１７…内燃機関、１８…蓄圧管、２０…制御部、２４…ブースタ、２７…通路としての圧力制御通路、３２…開閉弁としての作動制御弁、４０…シリンダ、４１…第１低圧室、４２…第２低圧室、４３…高圧室、４５…プランジャ、４７…付勢手段としての第１圧縮ばね、４８…付勢手段としての第２圧縮ばね。

Claims (4)

1. 燃料ポンプから高圧燃料が圧送される蓄圧管と、同蓄圧管に接続される複数の燃料噴射弁と、前記蓄圧管の燃料圧を昇圧するブースタと、同ブースタによる昇圧動作を制御する制御部とを備える内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御部は前記燃料噴射弁の燃料噴射による前記蓄圧管の燃料圧変動を抑制すべく同燃料噴射に同期して前記ブースタによる昇圧を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御部は前記燃料噴射弁の燃料噴射開始時期よりも所定期間前に前記ブースタによる昇圧動作を開始する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記制御部は前記燃料噴射弁の燃料噴射量が多いときほど前記ブースタによる昇圧量が大きくなるようにこれを制御する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記燃料ポンプは燃料タンクの燃料を吸引する低圧ポンプと同低圧ポンプから吐出された燃料を吸引し加圧する高圧ポンプとを含み、
   前記ブースタはシリンダ内で往復動するプランジャと、
   前記シリンダ内において前記プランジャの両側に区画形成され前記低圧ポンプから吐出される低圧燃料が供給される２つの低圧室及び前記蓄圧管に連通される高圧室と、
   前記各低圧室のうち一方の低圧室と前記低圧ポンプとを接続する通路に設けられた開閉弁と、
   前記プランジャを前記高圧室側に付勢する付勢手段とを備えるものであり、
   前記制御部は前記開閉弁の開閉状態を切換えることにより前記ブースタの昇圧動作を制御するものである
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。

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