JP2006132467A - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 増圧機構の作動及び停止に応じてサプライポンプの駆動負荷が急変する事態を防止し、もってトルクショックや回転変動を抑制して良好なドライバビリティを実現できるコモンレール式燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 増圧機構の作動直前に、各気筒の増圧制御弁を噴射制御弁の開弁時期に対してオーバラップしない時期に開弁させ、且つ、増圧制御弁の開弁期間を次第に増加させることで、増圧が開始されたときに増圧機構の燃料消費量が急増する事態を防止する。
【選択図】 図８

Description

本発明はコモンレール式燃料噴射装置に係り、特にコモンレールから供給される高圧燃料を増圧機構により増圧することで燃料の噴射圧波形を制御可能な増圧型のコモンレール式燃料噴射装置に関するものである。

サプライポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、エンジンの運転状態に応じた所定時期に燃料噴射弁から機関の筒内に噴射するコモンレール式燃料噴射装置が実用化されている。この種の燃料噴射装置は噴射圧力と噴射時期とを独立制御できることから、車両用ディーゼルエンジンの主流となりつつあるが、例えば噴射圧波形がほぼ矩形であるために初期噴射量が多い等、ＮＯｘの低減や燃焼騒音の低減に関しては改善の余地があった。

そこで、噴射圧波形を制御可能な燃料噴射装置として、増圧型のコモンレール式燃料噴射装置が開発されている（例えば、特許分文献１参照）。この種の燃料噴射装置では、コモンレールから供給される燃料を増圧機構により増圧するように構成し、増圧機構による増圧の有無や作動時期を任意に設定することで燃料の噴射圧波形を制御可能としている。増圧機構による増圧は増圧ピストンにより行われ、増圧ピストンにバックプレッシャとして作用している燃料圧を排除することにより増圧ピストンを作動させて燃料を加圧している。
特開２００２−３６４４８４号公報

上記増圧機構による増圧は、コモンレール圧のみでは要求される筒内への燃料噴射圧を達成できない場合に実施され、具体的には図３に示すマップに従ってアクセル操作量（要求負荷）やエンジン回転速度の増加に伴って目標噴射圧が増加したときに、図４に示すマップでセットされた増圧フラグに基づいて増圧機構による増圧が開始される。例えば車両の低速走行時には、エンジン負荷及び回転速度が低いことを受けて比較的低い目標噴射圧が設定されて、増圧機構が停止されたまま燃料噴射が実施される一方、この状態から加速すべくアクセルが踏込まれると、図１３のタイムチャートに示すように、要求負荷の急増を受けて目標噴射圧が増加し、この目標噴射圧を達成すべく増圧機構が増圧を開始する。

ところが、増圧ピストンに対する燃料圧の排除は燃料噴射以外の加圧燃料の消費に繋がるため、増圧機構の増圧開始に伴って加圧燃料の消費量は大幅に増加し、必然的に所定のコモンレール圧を維持するためにサプライポンプの燃料吐出量が急増することになる。結果として図１３に示すように増圧機構の作動及び停止に応じて加圧燃料の消費量が急変したときに、サプライポンプの燃料吐出量（駆動負荷）が急変する事態が生じ、サプライポンプを駆動するエンジンにトルクショックや回転変動が発生してドライバビリティを低下させてしまうという問題があった。

又、エンジンは燃料噴射圧に応じて燃焼状態、ひいては燃焼音を変化させる特性を有するため、上記のようにアクセル踏込み等に応じて目標噴射圧が急変すると、燃焼音も急変して運転者に違和感を与えるという問題もあった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、増圧機構の作動及び停止に応じてサプライポンプの駆動負荷が急変する事態を防止し、もってトルクショックや回転変動を抑制して良好なドライバビリティを実現できると共に、エンジンの運転領域の切換に伴って燃料噴射圧と共に燃焼音が急変して運転者に違和感を与える事態を未然に防止することができるコモンレール式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、請求項１の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能に構成され、コモンレールの目標レール圧を制御可能とするコモンレール式燃料噴射装置において、増圧機構の作動又は停止の少なくとも一方に伴う目標レール圧の切換時に、目標レール圧を切換前の値から切換後の値へと連続的に制御するレール圧ランプ制御手段と、レール圧ランプ制御手段による目標レール圧の切換開始時に、増圧要求時期に対して所定のディレイ期間だけ遅延させて増圧機構を作動又は停止させる増圧ディレイ制御手段とを備えたものである。

従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、貯留された燃料が燃料噴射弁により機関の筒内に噴射される。コモンレール圧を越える高い燃料噴射圧が要求されるときには増圧機構が作動して増圧された燃料が噴射されると共に、増圧機構の作動時には過剰な増圧を抑制すべくコモンレールの目標レール圧が減少側に制御される。
そして、増圧機構の作動又は停止に伴う目標レール圧の切換時には、レール圧ランプ制御手段により目標レール圧が切換前の値から切換後の値へと連続的に制御されるため、実レール圧も緩やかに変化して増圧後の燃料噴射圧の急変、ひいては燃焼状態の急変が抑制される。

又、目標レール圧が実レール圧に反映されるには応答遅れが発生するが、増圧ディレイ制御手段により目標レール圧の切換開始に対してディレイ時間だけ遅延して増圧機構が作動又は停止するため、実レール圧が目標レール圧に接近した適切なタイミングで燃料増圧が開始又は中止され、燃料噴射圧の一時的な急増や急減が回避される。
請求項２の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能なコモンレール式燃料噴射装置において、増圧機構の作動直前又は停止直後の少なくとも一方で、燃料噴射弁の作動時期とオーバラップしない時期に増圧機構を作動させると共に、増圧機構の作動直前においては増圧機構の増圧期間を次第に増加させ、増圧機構の停止直後においては増圧機構の増圧期間を次第に減少させる空撃ち制御手段を備えたものである。

従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、貯留された燃料が燃料噴射弁により機関の筒内に噴射される一方、コモンレール圧を越える高い燃料噴射圧が要求されるときには増圧機構が作動して増圧された燃料が噴射される。
増圧機構の作動直前又は停止直後には、空撃ち制御手段により燃料噴射弁の作動時期とオーバラップしない時期に増圧機構が作動されると共に、増圧機構の作動直前では増圧機構の増圧期間が次第に増加され、増圧機構の停止直後では増圧期間が次第に減少される。

そして、このときの増圧機構による燃料増圧は燃料噴射とオーバラップしない時期に行われるため、燃料噴射圧は増圧されず、一方、増圧機構の増圧期間の増減に応じて増圧機構が消費する加圧燃料も増減することから、増圧機構の作動直前には増圧期間と共に加圧燃料の消費量が次第に増加し、増圧機構の停止直後には増圧期間と共に加圧燃料の消費量が次第に減少する。その結果、増圧機構の作動及び停止に伴う加圧燃料の消費量の急変が抑制されて、加圧ポンプの燃料吐出量と共に駆動負荷が急変する事態が未然に防止される。

請求項３の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能なコモンレール式燃料噴射装置において、増圧機構の作動開始直後又は停止直前の少なくとも一方で、増圧機構の作動開始直後においては増圧機構の増圧期間を次第に増加させ、増圧機構の停止直前においては増圧機構の増圧期間を次第に減少させる増圧期間制御手段を備えたものである。

従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、貯留された燃料が燃料噴射弁により機関の筒内に噴射される一方、コモンレール圧を越える高い燃料噴射圧が要求されるときには増圧機構が作動して増圧された燃料が噴射される。
そして、増圧機構による燃料増圧が開始されても、増圧機構の作動開始直後には増圧期間制御手段により増圧機構の増圧期間が次第に増加されるため、増圧機構が消費する加圧燃料も緩やかに増加し、一方、増圧機構による燃料増圧が中止されても、増圧機構の停止直前には増圧期間制御手段により増圧機構の増圧期間が次第に減少されるため、増圧機構が消費する加圧燃料も緩やかに減少する。その結果、増圧機構の作動及び停止に伴う加圧燃料の消費量の急変が抑制されて、加圧ポンプの燃料吐出量と共に駆動負荷が急変する事態が未然に防止される。

又、増圧機構による増圧期間は増圧後の燃料噴射圧を決定する要素であるため、結果として増圧機構の作動及び停止に伴う燃料噴射圧の急変を抑制する作用も奏される。よって、増圧機構の切換時に燃料噴射圧の変化に伴って燃焼状態が急変する事態が未然に防止される。
請求項４の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能なコモンレール式燃料噴射装置において、増圧機構の作動開始直後又は停止直前の少なくとも一方で、増圧機構の作動開始直後においては増圧機構の増圧時期を次第に進角させ、増圧機構の停止直前においては増圧機構の増圧時期を次第に遅角させる増圧時期制御手段を備えたものである。

従って、加圧ポンプにより加圧された燃料がコモンレールに貯留され、貯留された燃料が燃料噴射弁により機関の筒内に噴射される一方、コモンレール圧を越える高い燃料噴射圧が要求されるときには増圧機構が作動して増圧された燃料が噴射される。
そして、増圧機構の作動開始直後には増圧時期制御手段により増圧機構の増圧時期が次第に進角され、増圧機構の停止直前には増圧時期制御手段により増圧機構の増圧時期が次第に遅角される。増圧機構による増圧時期は増圧後の燃料噴射圧波形を決定する要素であり、増圧時期を遅角させるほど初期噴射を抑制した噴射圧波形、換言すれば燃料増圧を実施しないときの噴射圧波形に近くなる。

従って、増圧機構の作動開始直後には、増圧時期の進角側への制御に伴って増圧後の噴射圧波形は非増圧中の形状から増圧中の形状へと緩やかに変化し、増圧機構の停止直前には、増圧時期の遅角側への制御に伴って増圧後の噴射圧波形は増圧中の形状から非増圧中の形状へと緩やかに変化し、増圧機構の切換時に噴射圧波形の変化に伴って燃焼状態が急変する事態が未然に防止される。

以上説明したように請求項１の発明のコモンレール式燃料噴射装置によれば、増圧機構の作動又は停止に伴う目標レール圧の切換時に、目標レール圧を切換前の値から切換後の値へと連続的に制御するようにしたため、実レール圧を緩やかに変化させて増圧後の燃料噴射圧の急変を抑制し、燃焼状態と共に燃焼音が急変して運転者に違和感を与える事態を未然に防止でき、しかも、目標レール圧の切換開始に対して増圧機構の作動又は停止を遅延させているため、実レール圧が目標レール圧に接近した適切なタイミングで増圧を開始して、増圧後の燃料噴射圧の一時的な急増や急減を回避し、これらの現象に起因するＮＯxやスモークの急増を防止してエンジンの排ガス特性を改善することができる。

請求項２の発明のコモンレール式燃料噴射装置によれば、増圧機構の作動直前又は停止直後に、燃料噴射弁の作動時期とオーバラップしない時期に増圧機構を作動させて、増圧機構の作動直前では増圧機構の増圧期間を次第に増加させ、増圧機構の停止直後では増圧期間を次第に減少させるようにしたため、増圧機構が消費する加圧燃料の急変を抑制して、加圧ポンプの燃料吐出量と共に駆動負荷が急変する事態を防止し、もってトルクショックや回転変動を抑制して良好なドライバビリティを実現することができる。

請求項３の発明のコモンレール式燃料噴射装置によれば、増圧機構の作動開始直後には増圧機構の増圧期間を次第に増加させ、増圧機構の停止直前には増圧機構の増圧期間を次第に減少させるようにしたため、増圧機構が消費する加圧燃料の急変を抑制して、加圧ポンプの燃料吐出量と共に駆動負荷が急変する事態を防止し、もってトルクショックや回転変動を抑制して良好なドライバビリティを実現できると共に、燃料噴射圧の急変を抑制し、燃焼状態と共に燃焼音が急変して運転者に違和感を与える事態を未然に防止することができる。

請求項４の発明のコモンレール式燃料噴射装置によれば、増圧機構の作動開始直後には増圧機構の増圧時期を次第に進角させ、増圧機構の停止直前には増圧機構の増圧時期を次第に遅角させるようにしたため、噴射圧波形の急変を抑制し、燃焼状態と共に燃焼音が急変して運転者に違和感を与える事態を未然に防止することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置を示す全体構成図である。車両に設置された燃料タンク１はタンク燃料路２を介してフィードポンプ３と接続され、フィードポンプ３はフィード燃料路６を介してフィルタ４及び電磁式の燃料供給量調整弁５を備えたサプライポンプ７（加圧ポンプ）に接続されている。サプライポンプ７は逆止弁８を備えた一対のサプライ燃料路９を介してコモンレール１０と接続されている。図ではフィードポンプ３及びサプライポンプ７を分離して表示しているが、実際のこれらのポンプ３，７は一体化されており、共通の駆動軸１１を介して図示しないエンジンにより駆動される。

燃料タンク１内の燃料はフィードポンプ３により汲み上げられてタンク燃料路２及びフィード燃料路６を経てサプライポンプ７に供給され、サプライポンプ７により更に加圧されてサプライ燃料路９を経てコモンレール１０に供給される。燃料供給量調整弁５の開度に応じてサプライポンプ７の燃料吸入量が制限され、それに応じてサプライポンプ７の燃料吐出量が制御されてコモンレール１０内の燃料圧が調整される。

コモンレール１０にはエンジンの各気筒に設けられた燃料噴射弁２１がそれぞれコモンレール燃料路２２を介して接続され、燃料噴射弁２１は先端（下側）を各気筒の筒内に臨ませた姿勢で配設されている。燃料噴射弁２１の構成は、エンジンの筒内への燃料噴射を制御する燃料噴射機構３１、及び燃料噴射機構３１に供給される燃料を事前に増圧する増圧機構５１とに大別される。

まず、燃料噴射機構３１の構成を説明すると、燃料噴射弁２１のボディ２１ａには先端側から噴孔部３２、燃料溜り３３、ばね室３４、圧力室３５が連続して形成されている。噴孔部３２及び燃料溜り３３内にはニードル弁３６の先端部３６ａが配設され、ばね室３４内にはニードル弁３６の鍔部３６ｂが配設され、圧力室３５内にはニードル弁３６のピストン部３６ｃが配設され、これらの先端部３６ａ、鍔部３６ｂ、ピストン部３６ｃはそれぞれが組合わされて形成されている。ばね室３４内においてニードル弁３６の鍔部３６ｂの上面とばね室３４の上壁との間にはばね３７が介装され、このばね３７の付勢力によりニードル弁３６は下方に付勢されている。

上記コモンレール燃料路２２は燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内に形成された燃料供給路３８の一端に接続され、燃料供給路３８には逆止弁３９が設けられている。燃料供給路３８の他端は燃料噴射機構３１の燃料溜り３３に接続され、コモンレール燃料路２２からの燃料は燃料供給路３８及び燃料溜り３３を経て噴孔部３２まで導かれている。
燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側（燃料溜り３３側）の箇所にはオリフィス４０を備えた圧力路４１の一端が接続され、圧力路４１の他端は上記圧力室３５の上部と接続されている。従って、燃料供給路３８の燃料圧が圧力路４１を経て圧力室３５内に位置するニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する一方、ニードル弁３６には燃料溜り３３の箇所において上方への燃料圧が作用している。ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面に作用する燃料圧とばね３７の付勢力との合力は燃料溜り３３に作用する燃料圧を上回るため、ニードル弁３６は下方に付勢されて先端部３６ａを噴孔部３２に圧接させた閉弁状態に保持されている。

圧力室３５の上部にはオリフィス４２を介して電磁式の噴射制御弁４３が接続され、噴射制御弁４３はリターン路４４を介して上記燃料タンク１と接続されている。噴射制御弁４３の開弁に伴って圧力室３５内の上部の燃料がリターン路４４を経て燃料タンク１に回収されて、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、ニードル弁３６は上方に付勢されて開弁状態に切換えられる。

一方、増圧機構５１は燃料噴射機構３１の上側に設けられている。燃料噴射弁２１のボディ２１ａには増圧機構５１のシリンダ５２が形成され、シリンダ５２内には増圧ピストン５３が上下動可能に配設されてばね６０により上方に付勢されている。増圧ピストン５３は上側の大径部５３ａ及び下側の小径部５３ｂからなり、増圧ピストン５３の大径部５３ａによりシリンダ５２内は上側シリンダ室５２ａ及び下側シリンダ室５２ｂに区画されると共に、増圧ピストン５３の小径部５３ｂの下側には加圧室５２ｃが区画されている。

上記燃料供給路３８の逆止弁３９より上流側の箇所は、上側供給路５４を介して上側シリンダ室５２ａと接続されると共に、オリフィス５５を備えた下側供給路５６を介して下部シリンダ室５２ｂと接続され、それぞれのシリンダ５２ａ，５２ｂ内に燃料が導入されている。又、燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側の箇所は加圧路５７を介して加圧室５２ｃに接続され、加圧室５２ｃ内にも燃料が導入されている。増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧とばね６０の付勢力との合力は大径部５３ａの上面に作用する燃料圧を上回るため、増圧ピストン５３は上方に付勢されて加圧室５２ｃを最大容積に保持している。

増圧機構５１の下側シリンダ室５２ｂには電磁式の増圧制御弁５８が接続され、増圧制御弁５８はリターン路５９を介して上記燃料タンク１と接続されている。増圧制御弁５８の開弁に伴って下部シリンダ室５２ｂ内の燃料がリターン路５９を経て燃料タンク１に戻されて、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、増圧ピストン５３は下方に付勢されて加圧室５２ｃの容積を縮小する。

一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ９１（電子制御ユニット）が設置されている。ＥＣＵ９１の入力側には、コモンレール１０内の燃料圧を検出するレール圧センサ９２、図示しないアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、各気筒を判別するための気筒判別センサ、エンジンの回転に同期したクランク角信号を出力するクランク角センサ等のセンサ類が接続されている。又、ＥＣＵ９１の出力側には、燃料供給量調整弁５、各気筒の燃料噴射弁２１の噴射制御弁４３、増圧制御弁５８等のデバイス類が接続されている。

そして、ＥＣＵ９１はアクセルセンサにより検出されたアクセル操作量（機関負荷）やクランク角センサからのクランク角信号から算出したエンジン回転速度等のエンジン運転状態に関する各種情報に基づいて、コモンレール圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、増圧機構５１による燃料増圧の有無、増圧機構５１の作動時期等の目標値を設定し、燃料供給量調整弁５、噴射制御弁４３、増圧制御弁５８を駆動制御して、エンジンの運転状態に対して最適な噴射圧波形で燃料噴射を実行している。

そこで、このＥＣＵ９１の処理に基づくコモンレール式燃料噴射装置の作動、特に増圧機構５１の作動状況について説明する。
エンジンに駆動されるフィードポンプ３により燃料タンク１内の燃料が汲み上げられ、タンク燃料路２及びフィード燃料路６を経てフィルタ４により鉄粉を除去された後にサプライポンプ７に供給され、サプライポンプ７により更に加圧されてサプライ燃料路９を経てコモンレール１０に供給される。ＥＣＵ９１は燃料供給量調整弁５の開度制御によりサプライポンプ７の燃料吸入量を制限して燃料吐出量を調整し、レール圧センサ９２により検出された実レール圧をレール圧の目標値にフィードバック制御する。

一方、燃料噴射弁２１は噴射制御弁４３及び増圧制御弁５８の開閉に応じて以下のように作動する。
コモンレール１０の燃料はコモンレール燃料路２２により各気筒の燃料噴射弁２１に供給され、各燃料噴射弁２１のボディ２１ａ内で燃料噴射機構３１の燃料供給路３８及び燃料溜り３３を経て噴孔部３２まで導かれる一方、圧力路４１を経て圧力室３５の上部まで導かれている。そして、噴射制御弁４３の閉弁時には、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、ニードル弁３６は下方に付勢されて閉弁状態に保持されている。

又、コモンレール燃料路２２からの燃料は上側供給路５４を経て増圧機構５１の上側シリンダ室５２ａ内に導入されると共に、下側供給路５６を経て下側シリンダ室５２ｂ内に導入され、加圧路５７を介して加圧室５２ｃ内にも導入されている。これにより、増圧ピストン５３の大径部５３ａの上面及び下面には燃料圧が作用している。そして、増圧制御弁５８の閉弁時には、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、増圧ピストン５３は上方に付勢されて加圧室５２ｃを最大容積に保持している。

上記状態から噴射制御弁４３が開弁されると、圧力室３５内の上部の燃料がリターン路４４を介して燃料タンク１側に戻されて、ニードル弁３６のピストン部３６ｃの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、ニードル弁３６が上方に付勢されて開弁状態に切換えられ、噴孔部３２から燃料噴射が開始される。その後、噴射制御弁４３が閉弁されると、燃料タンク１への燃料流通が中止されてピストン部３６ｃの上部の燃料圧が回復するため、再びニードル弁３６が下方に付勢されて閉弁状態に復帰し燃料噴射が中止される。

以上は増圧機構５１による燃料増圧を行わずに、コモンレール圧の燃料をそのまま噴射した場合であり、増圧機構５１による燃料増圧を実施する場合には、噴射制御弁４３の開閉に対して所定のタイミングで増圧制御弁５８が開閉駆動される。
例えば図２に実線で示すように、増圧機構５１の増圧制御弁５８は噴射制御弁４３の開弁に先行する所定時期に開弁される。増圧制御弁５８の開弁に伴って下部シリンダ室５２ｂ内の燃料がリターン路５９を経て燃料タンク１に戻され、増圧ピストン５３の大径部５３ａの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、増圧ピストン５３は下方に付勢されて加圧室５２ｃの容積を縮小する方向に動く。即ち、増圧ピストン５３の大径部５３ａに作用する燃料圧を利用して小径部５３ｂ側で加圧室５２ｃ内の燃料が加圧されることになり、燃料供給路３８の逆止弁３９より下流側（加圧室５２ｃ、燃料供給路３８、燃料溜り３３、噴孔部３２）に存在する燃料が元々のコモンレール圧に相当する燃料圧から更に増加する。このときの燃料増圧比は、増圧ピストン５３の大径部５３ａと小径部５３ｂとの面積比等、増圧機構５１の仕様によって予め定まっている。

従って、その後に噴射制御弁４３が開弁されたときには、噴射圧が噴射初期から急激に立上がってコモンレール圧より高圧に保持され、その後、噴射制御弁４３及び増圧制御弁５８が相前後して閉弁されると、噴射圧が急減して燃料噴射が中止される。そして、破線や一点鎖線で示すように増圧制御弁５８の開弁時期を遅角させる（噴射制御弁４３の開弁時期に接近させる）ほど、噴射初期における噴射圧の立上がりが緩やかなものとなり、初期噴射を抑制した噴射圧波形が実現される。このような特性を前提として、ＥＣＵ９１ではアクセル操作量やエンジン回転速度等に基づいて増圧制御弁５８の開弁時期を制御し、これによりエンジンの運転状態に対して常に最適な噴射圧波形に調整している。

一方、ＥＣＵ９１は図３のマップに従ってアクセル操作量（要求負荷）及びエンジン回転速度から燃料噴射弁２１の目標噴射圧を設定しており、アクセル操作量やエンジン回転速度の増加に伴って目標噴射圧を増加側に制御して要求出力を確保する。又、図４のマップに従ってアクセル操作量及びエンジン回転速度から増圧フラグを設定しており、アクセル操作量及びエンジン回転速度が所定値未満でコモンレール圧のみで目標噴射圧を達成できる運転領域では増圧フラグをリセット（ＯＦＦ）し、アクセル操作量及びエンジン回転速度が所定値以上でコモンレール圧のみでは目標噴射圧を達成できない運転領域では増圧フラグをセット（ＯＮ）し、この増圧フラグの設定に応じて増圧機構５１を作動又は停止させる。

上記のように増圧機構５１による増圧中は、燃料噴射毎にバックプレッシャとして作用する燃料が燃料タンク１に戻されることで加圧燃料の消費量が大幅に増加するため、必然的に所定のコモンレール圧を維持すべくサプライポンプ７の燃料吐出量が急増する。このため増圧機構５１の作動及び停止に応じてサプライポンプ７の燃料吐出量と共に駆動負荷が急変してエンジンのトルクショックや回転変動の要因となると共に、燃料噴射圧の変化に伴って燃焼状態、ひいては燃焼音が急変して運転者に違和感を与えてしまう。

そこで、本実施形態では主に燃料噴射圧の変化に起因する燃焼音の急変を抑制すべく、増圧フラグの切換時に増圧過渡モードを実行しており、以下、増圧過渡モードの詳細を説明する。
ＥＣＵ９１は図５に示すモード切換ルーチンを所定の制御インターバルで実行しており、まず、ステップＳ２で増圧フラグが切換えられたか否かを判定する。増圧フラグが切換えられずにステップＳ２の判定がＮｏ（否定）のときにはステップＳ４に移行して通常モードを実行した後、一旦ルーチンを終了する。通常モードは増圧機構５１の作動又は停止が継続しているときに実行される定常的なモードであり、マップに基づく設定値に従って通常通りの手順で増圧機構５１による増圧期間、増圧時期、コモンレール圧等が制御される。

一方、増圧フラグが切換えられてステップＳ２の判定がＹｅｓ（肯定）になると、ステップＳ６に移行して増圧過度モードを実行した後にルーチンを終了する。よって、増圧フラグが切換えられる毎にステップＳ６で増圧過渡モードが実行される。増圧過渡モードは増圧フラグの切換時に過渡的に実行されるモードであり、本実施形態では増圧過渡モードとして、増圧フラグの切換に対して実際の増圧開始及び中止を遅延させる増圧ディレイ制御、及び増圧機構５１の作動及び停止に対して目標レール圧を徐々に変化させるレール圧ランプ制御を実行する。

図６は増圧ディレイ制御及びレール圧ランプ制御の実行状況を示すタイムチャートである。尚、この図ではアクセル操作量（要求負荷）の増減により増圧フラグが切換えられた場合を示しているが、別にこれに限ることはなく、エンジン回転速度の増減により増圧フラグが切換えられた場合、或いはアクセル操作量及びエンジン回転速の双方の増減により増圧フラグが切換えられた場合でも、同様の処理が行われる。

アクセルペダルの踏込みに伴って要求負荷が急増すると、図３のマップでは目標噴射圧が急増する一方、図４のマップでは増圧フラグがセットされる。増圧機構５１による燃料増圧は所定の増圧比で行われるため、所期の目標噴射圧を維持するには目標噴射圧の増加を見込んで増圧開始と共にコモンレール圧を低下させる必要が生じる。従来の当該処理は図１３に示すように目標レール圧をステップ状に低下させているが、本実施形態では上記レール圧ランプ制御により目標レール圧を所定の変化率に従って緩やかに低下させており（レール圧ランプ制御手段）、目標レール圧に基づくサプライポンプ７の制御の結果、図６に破線で示すように実レール圧も緩やかに低下し、従来のように目標レール圧をステップ状に低下させた場合に比較して、増圧後の燃料噴射圧の急変が抑制される。

又、増圧フラグのセットに対して、上記増圧ディレイ制御により増圧機構５１の作動は予め設定されたディレイ期間ｔ１だけ遅延した時期に開始される（増圧ディレイ制御手段）。尚、図６では目標レール圧の低下完了と一致したタイミングで増圧機構５１の作動を開始しているが、これに限ることはなく、双方のタイミングを相前後させてもよい。
本実施形態のように目標レール圧を緩やかに低下させた場合は勿論、従来例のように目標レール圧をステップ的に低下させた場合であっても、サプライポンプ７の制御を介して目標レール圧が実レール圧に反映されるには若干の応答遅れが発生するため、実レール圧が目標レール圧まで低下する以前に増圧が開始されると、増圧後の燃料噴射圧が一時的に目標噴射圧を越えて急増してＮＯxを増加させてしまう。上記のように増圧機構５１の作動は、目標レール圧の低下開始よりディレイ期間ｔ１だけ遅延して開始されるため、結果として実レール圧が目標レール圧と一致した最適なタイミングで増圧が開始され、増圧後の燃料噴射圧は一時的な急増を生じることなく目標噴射圧に維持される。

一方、アクセルペダルの解放に伴って要求負荷が急減した場合の処理は上記とは逆であり、図４のマップでの増圧フラグのリセットを受けて、レール圧ランプ制御により目標レール圧が所定の変化率に従って緩やかに増加し、これにより実レール圧も緩やかに増加する。
又、この増圧中止時においては、レール圧制御の遅れにより実レール圧が目標レール圧まで増加する以前に増圧が中止されると、増圧後の燃料噴射圧が一時的に目標噴射圧を越えて急減してスモークを増加させてしまうが、増圧ディレイ制御により増圧フラグのリセット（目標レール圧の増加開始）よりディレイ期間ｔ２だけ遅延されて増圧機構５１が停止されるため、実レール圧が目標レール圧と一致した最適なタイミングで増圧が中止され、増圧中止後の燃料噴射圧は一時的な急減を生じることなく目標噴射圧に維持される。尚、ディレイ期間ｔ１，ｔ２は同一値であっても異なる値に設定してもよい。

以上のように本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置では、レール圧ランプ制御により目標レール圧を所定の変化率で増減させて増圧機構５１の作動及び停止に伴う実レール圧の急激な変動を抑制しているため、結果として増圧後の燃料噴射圧の急変も抑制されて、燃料噴射圧の変化に伴って燃焼状態、ひいては燃焼音が急変して運転者に違和感を与える事態を未然に防止することができる。

又、増圧ディレイ制御により増圧フラグの切換に対して増圧機構５１の作動及び停止を遅延させているため、実レール圧が目標レール圧と一致した最適なタイミングで増圧が開始又は中止され、不適切なタイミングの増圧開始により一時的に燃料噴射圧が急増してＮＯxを急増させる事態、或いは不適切なタイミングの増圧中止により一時的に燃料噴射圧が急減してスモークを急増させる事態を未然に防止して、エンジンの排ガス特性を改善することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明を別の車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置のハード的な構成は上記第１実施形態のものと同一であり、相違点はＥＣＵ９１が実行する増圧過渡モードにあり、本実施形態では主にエンジンのトルクショックや回転変動を抑制すべく、増圧過渡モードとして燃料噴射とは関係ない時期に増圧機構５１を作動させる空撃ち制御を実行している。よって、構成が共通の箇所の説明は省略し、相違点である空撃ち制御の実行状況を重点的に説明する。

図７は空撃ち制御の実行状況を示すタイムチャート、図８は空撃ち制御中の燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。アクセルペダルの踏込みに伴って要求負荷が急増すると、目標噴射圧が急増すると共に増圧フラグがセットされ、増圧フラグのセットに対して増圧機構５１による燃料増圧はディレイ期間ｔ３だけ遅延した時期に開始され、これと同期して目標レール圧が低下され、このディレイ期間ｔ３中に空撃ち制御が実行される。

当然ながらディレイ期間ｔ３が経過後の燃料増圧は燃料噴射にオーバラップする時期、換言すれば増圧機構５１の作動により燃料噴射圧をコモンレール圧より増加可能な時期に実施されるが、図８に示すように、空撃ち制御では各気筒の燃料噴射弁の増圧制御弁５８が噴射制御弁４３の開弁時期に対してオーバラップしない時期に開弁され、且つ、増圧制御弁５８の開弁期間はディレイ期間ｔ３の開始から所定の変化率に従って次第に増加するように制御されて、ディレイ期間ｔ３の経過後には燃料増圧が開始されたときの増圧制御弁５８の開弁期間（アクセル操作量及びエンジン回転速度から設定される）と一致する（空撃ち制御手段）。

燃料増圧が燃料噴射と関係ない時期に行われるため、ディレイ期間ｔ３中の燃料噴射圧は増圧されることなくコモンレール圧に基づいて燃料噴射が実施される。そして、この空撃ち制御の実施によりディレイ期間ｔ３中において増圧機構５１の作動に伴って加圧燃料の消費量は緩やかに増加し、この状態で燃料増圧が開始されるため、増圧機構５１が停止から作動に切換わるときに加圧燃料の消費量が急変する事態が未然に防止される。

一方、アクセルペダルの解放に伴って要求負荷が急減した場合には、増圧フラグのリセットと同時に増圧機構５１による燃料増圧が中止されると共に目標レール圧が増加され、増圧中止からディレイ期間ｔ４が経過するまで空撃ち制御が実行される。空撃ち制御では各気筒の増圧制御弁５８が噴射制御弁４３の開弁時期に対してオーバラップしない時期に開弁されると共に、増圧制御弁５８の開弁期間は燃料増圧が中止されたときの増圧制御弁５８の開弁期間から所定の変化率に従って次第に減少するように制御されて、ディレイ期間ｔ４の経過後には開弁期間が０となるため、増圧機構５１が作動から停止に切換わるときに加圧燃料の消費量が急減する事態が未然に防止される。

以上のように本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置では、増圧機構５１の作動時には、作動開始に先行して空撃ち制御を実施して増圧機構５１での加圧燃料の消費量を次第に増加させる一方、増圧機構５１の停止時には、停止後に空撃ち制御を実施して増圧機構５１での加圧燃料の消費量を次第に減少させている。従って、増圧機構５１の作動及び停止に応じた加圧燃料の消費量の急変を抑制して、サプライポンプ７の燃料吐出量と共に駆動負荷が急変する事態を未然に防止でき、もって駆動負荷の急変に起因するエンジンのトルクショックや回転変動を抑制して良好なドライバビリティを実現することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明を別の車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化した第３実施形態を説明する。本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置のハード的な構成は上記第１実施形態のものと同一であり、相違点はＥＣＵ９１が実行する増圧過渡モードにあり、本実施形態ではエンジンのトルクショックや回転変動と燃焼音の急変とを共に抑制すべく、増圧過渡モードとして燃料の増圧開始及び中止時に増圧期間（増圧制御弁５８の開弁期間）を連続的に変化させる増圧期間制御を実行している。よって、構成が共通の箇所の説明は省略し、相違点である増圧期間制御の実行状況を重点的に説明する。

図９は増圧期間制御の実行状況を示すタイムチャート、図１０は増圧期間制御中の燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。アクセルペダルの踏込みに伴って要求負荷が急増すると、目標噴射圧が急増すると共に増圧フラグがセットされ、これと同期して増圧機構５１による燃料増圧が開始され、目標レール圧が低下される。そして、増圧フラグのセットからディレイ期間ｔ５が経過するまでの間に増圧期間制御が実行される。

増圧期間制御は、端的に表現すると上記空撃ち制御と同様の制御を増圧期間中に実行するものであり、各気筒の増圧制御弁５８の開弁期間はディレイ期間ｔ５の開始から所定の変化率に従って次第に増加するように制御されて、ディレイ期間ｔ５の経過後には燃料増圧中における本来の増圧制御弁５８の開弁期間と一致する（増圧期間制御手段）。従って、増圧機構５１による燃料増圧が開始されても増圧制御弁５８の開弁期間は急激に増加することなく緩やかに増加するため、増圧機構５１での加圧燃料の消費量も緩やかに増加する。

一方、アクセルペダルの解放に伴って要求負荷が急減した場合には、増圧フラグがリセットされても増圧機構５１による燃料増圧は継続され、増圧フラグのリセットからディレイ期間ｔ６が経過した後に、燃料増圧が中止されると共に目標レール圧が増加され、このディレイ期間ｔ６中に増圧期間制御が実行される。このときの増圧期間制御では、増圧制御弁５８の開弁期間が燃料増圧中の本来の開弁期間から所定の変化率に従って次第に減少するように制御されて、ディレイ期間ｔ６の経過後には開弁期間が０となるため、増圧機構５１での加圧燃料の消費量も緩やかに減少する。

以上のように本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置では、増圧機構５１の作動開始時には増圧期間制御を実施して増圧制御弁５８の開弁期間を次第に増加させる一方、増圧機構５１の停止時には増圧期間制御を実施して増圧制御弁５８の開弁期間を次第に減少させている。従って、増圧機構５１の作動及び停止に応じた加圧燃料の消費量の急変を抑制して、サプライポンプ７の燃料吐出量と共に駆動負荷が急変する事態を未然に防止でき、もって駆動負荷の急変に起因するエンジンのトルクショックや回転変動を抑制して良好なドライバビリティを実現することができる。

又、増圧制御弁５８の開弁期間、即ち増圧機構５１による増圧期間は増圧後の燃料噴射圧を決定する要素であるため、この増圧期間制御は、増圧機構５１の作動及び停止に伴う燃料噴射圧の急変を抑制する作用も奏する。よって、増圧機構５１の切換時に燃料噴射圧の変化に伴って燃焼状態、ひいては燃焼音が急変して運転者に違和感を与える事態を未然に防止できると共に、燃焼状態の急変によって引き起こされる過渡的なＮＯｘやスモークの増加を抑制できるという利点も得られる。

尚、目標レール圧をステップ状に増減する代わりに、図９に破線で示すように、ディレイ期間ｔ５，ｔ６中に実施される増圧制御弁５８の開弁期間の増減に合わせて目標レール圧を連続的に増減させてもよい。
［第４実施形態］
次に、本発明を別の車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化した第４実施形態を説明する。本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置のハード的な構成は上記第１実施形態のものと同一であり、相違点はＥＣＵ９１が実行する増圧過渡モードにあり、本実施形態では燃焼音の急変を抑制すべく、増圧過渡モードとして燃料の増圧開始及び中止時に増圧時期（増圧制御弁５８の開弁時期）を連続的に変化させる増圧時期制御を実行している。よって、構成が共通の箇所の説明は省略し、相違点である増圧時期制御の実行状況を重点的に説明する。

図１１は増圧時期制御中の燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。尚、増圧時期制御の実行状況は図９に示す上記第３実施形態の増圧期間制御と全く同様であるため、説明は省略する。
増圧時期制御は、端的に表現すると上記増圧期間制御の増圧期間に代えて増圧時期を制御するものである。即ち、要求負荷の急増により増圧フラグがセットされると、ディレイ期間ｔ５中に各気筒の増圧制御弁５８の開弁時期は、図１１に示すように遅角側から進角側へと所定の変化率に従って次第に変更され、ディレイ期間ｔ５の経過後には燃料増圧中における本来の増圧制御弁５８の開弁時期と一致する（増圧時期制御手段）。逆に要求負荷の急減により増圧フラグがリセットされると、ディレイ期間ｔ６中に増圧制御弁５８の開弁時期は本来の開弁時期から所定の変化率に従って進角側から遅角側へと次第に変更される。

図２に基づいて説明したように増圧制御弁５８の開弁時期、即ち増圧機構５１による増圧時期は増圧後の燃料噴射圧波形を決定する要素であり、図２に一点鎖線で示すように増圧時期を遅角させるほど初期噴射を抑制した噴射圧波形、換言すれば燃料増圧を実施しないときの噴射圧波形に近くなる。従って、増圧機構５１の作動直後には、増圧時期の進角側への制御に伴って増圧後の噴射圧波形は非増圧中の形状から増圧中の形状へと緩やかに変化し、増圧機構５１の停止直前には、増圧時期の遅角側への制御に伴って増圧後の噴射圧波形は増圧中の形状から非増圧中の形状へと緩やかに変化することになる。

以上のように本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置では、増圧機構５１の作動開始時には増圧時期制御を実施して増圧制御弁５８の開弁時期を進角側に制御する一方、増圧機構５１の停止時には増圧時期制御を実施して増圧制御弁５８の開弁時期を遅角側に制御しているため、増圧機構５１の作動時及び停止時に噴射圧波形を緩やかに変化させることができる。第３実施形態で述べた燃料噴射圧と同様に噴射圧波形が急変すると燃焼状態の急変に繋がるが、このような事態を防止することで燃焼音の急変による運転者の違和感を未然に防止できると共に、燃焼状態の急変に起因する過渡的なＮＯｘやスモークの増加を抑制することができる。

加えて上記第３実施形態の空撃ち制御は、高回転域でディレイ期間ｔ３，ｔ４を設定する余地がなくなると実施不能に陥るが、このような場合でも本実施形態の増圧時期制御や第３実施形態の増圧期間制御は問題なく実施を継続できるという利点もある。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化したが、適用対象は車両用のエンジンに限ることはなく、例えば定置型エンジンに適用してもよい。

又、上記第１実施形態の増圧ディレイ制御及びレール圧ランプ制御、第２実施形態の空撃ち制御、第３実施形態の増圧期間制御、第４実施形態の増圧時期制御は個別に実施することなく、任意に組み合わせて実施することもでき、例えば増圧期間制御と増圧時期制御とを併用してもよい。具体的には図１２に示すように、増圧フラグのセット時には、各気筒の増圧制御弁５８の開弁期間を次第に増加させながら開弁時期を遅角側から進角側へと次第に変更し、増圧フラグのリセット時には、逆に増圧制御弁５８の開弁期間を次第に減少させながら開弁時期を進角側から遅角側へと次第に変更すればよい。

実施形態のコモンレール式燃料噴射装置を示す全体構成図である。 増圧機構の作動時期と噴射圧波形との関係を示す図である。 目標噴射圧を設定するためのマップを示す図である。 増圧フラグを設定するためのマップを示す図である。 ＥＣＵが実行するモード切換ルーチンを示すフローチャートである。 第１実施形態の増圧ディレイ制御及びレール圧ランプ制御の実行状況を示すタイムチャートである。 第２実施形態の空撃ち制御の実行状況を示すタイムチャートである。 空撃ち制御中の燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。 第３実施形態の増圧期間制御及び第４実施形態の増圧時期制御の実行状況を示すタイムチャートである。 増圧期間制御中の燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。 増圧時期制御中の燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。 増圧期間制御及び増圧時期制御を併用したときの燃料噴射に対する増圧状況を示すタイムチャートである。 先行技術による増圧機構の作動状況を示すタイムチャートである。

符号の説明

７ サプライポンプ
１０ コモンレール
２１ 燃料噴射弁
５１ 増圧機構
９１ ＥＣＵ（レール圧ランプ制御手段、増圧ディレイ制御手段、空撃ち制御手段、増圧期間制御手段、増圧時期制御手段）

Claims (4)

1. 加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、上記コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能に構成され、上記コモンレールの目標レール圧を制御可能とするコモンレール式燃料噴射装置において、
   上記増圧機構の作動又は停止の少なくとも一方に伴う上記目標レール圧の切換時に、該目標レール圧を切換前の値から切換後の値へと連続的に制御するレール圧ランプ制御手段と、
   上記レール圧ランプ制御手段による目標レール圧の切換開始時に、該増圧要求時期に対して所定のディレイ期間だけ遅延させて上記増圧機構を作動又は停止させる増圧ディレイ制御手段と
   を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
2. 加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、上記コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能なコモンレール式燃料噴射装置において、
   上記増圧機構の作動直前又は停止直後の少なくとも一方で、上記燃料噴射弁の作動時期とオーバラップしない時期に上記増圧機構を作動させると共に、上記増圧機構の作動直前においては該増圧機構の増圧期間を次第に増加させ、上記増圧機構の停止直後においては該増圧機構の増圧期間を次第に減少させる空撃ち制御手段を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
3. 加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、上記コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能なコモンレール式燃料噴射装置において、
   上記増圧機構の作動開始直後又は停止直前の少なくとも一方で、上記増圧機構の作動開始直後においては該増圧機構の増圧期間を次第に増加させ、上記増圧機構の停止直前においては該増圧機構の増圧期間を次第に減少させる増圧期間制御手段を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
4. 加圧ポンプにより加圧された燃料をコモンレールに貯留し、該貯留された燃料を燃料噴射弁により機関の筒内に噴射すると共に、上記コモンレールからの燃料を増圧機構により更に加圧して燃料噴射圧を任意に増圧可能なコモンレール式燃料噴射装置において、
   上記増圧機構の作動開始直後又は停止直前の少なくとも一方で、上記増圧機構の作動開始直後においては該増圧機構の増圧時期を次第に進角させ、上記増圧機構の停止直前においては該増圧機構の増圧時期を次第に遅角させる増圧時期制御手段を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。

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