JP2007113462A - 可変容量式燃料ポンプを用いた高圧燃料供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの高圧燃料供給システムにおいて、高価な電流制御回路を使用することなく簡易な構成で電磁弁の発熱量を低減すること。
【解決手段】燃料の加圧室、加圧室内の燃料を吐出通路に圧送する加圧部材、吸入通路内に設けたノーマルクローズ型電磁弁を有し、電磁弁の開閉動作と加圧部材の往復動作で加圧室内の燃料を圧縮する高圧燃料ポンプと、エンジンの状態量に基づいて電磁弁への開弁信号と閉弁信号を演算し電磁弁に駆動電流を供給するコントローラと、を備えた高圧燃料供給システムであって、コントローラは、電磁弁の開弁期間中に、閉弁信号を印加してから電磁弁が閉弁するまでに要する時間である閉弁応答時間（図３（５）参照）よりも短い閉弁信号を印加すること（図３（２）、（４）参照）。また、コントローラは、電磁弁の開弁期間中に、閉弁信号と開弁信号を交互に周期的に印加すること（図３（２）参照）。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関における燃料ポンプを用いた高圧燃料供給システムに係り、特に、可変容量式高圧燃料ポンプにおける発熱量の低減技術に関する。

現在の自動車は、環境保全の観点からクリーンな排気と燃費向上を目的として、ダイレクトインジェクションエンジン（筒内噴射内燃機関）の開発が行われている。筒内噴射内燃機関は、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うものであり、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくさせることによって噴射燃料の燃焼を促進し、排出ガス中の特定物質の削減及び燃費向上等を図っている。

ここで、燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくするには、燃料の高圧化を図る手段が必要になり、このため燃料噴射弁に高圧の燃料を圧送する高圧燃料ポンプの技術が各種提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２を参照）。

上記の特許文献１に記載の技術は、燃料噴射弁の燃料噴射量に応じて供給される高圧燃料の流量制御を行うことにより、高圧燃料ポンプ駆動力の低減を行うものである。流量制御機構としては、常時開弁式とノーマルクローズ型の２種類の電磁弁が記載されているが、いずれの場合においても、吐出工程中に吸入弁が閉弁するタイミングを操作することにより、高圧燃料ポンプが加圧する燃料の容積を調節している。

また、上記の特許文献２に記載の技術は、吸入弁としてノーマルクローズ型の電磁弁を備えた高圧燃料ポンプである。吸入工程半ばのタイミングで開弁信号を与えることにより、開弁操作時の弁体の衝突音低減を実現している。
特開２０００−８９９７号公報 特開２００５−６９６６８号公報

上記の特許文献１，２に開示したようなノーマルクローズ型の電磁弁を備えた高圧燃料ポンプは、運転モードによっては、長時間にわたり電磁弁が連続通電されることがある。例えば、エンジンブレーキ時のように、燃料が消費されない状態においては、高圧燃料ポンプは継続的に燃料を吐出しない。このような状態においては、電磁弁は開弁状態で保持するため、電磁弁は連続通電されることになる。その結果、電磁弁の過熱や、システム全体の消費エネルギ増大、駆動回路の負荷が大きくなるという課題が発生する。電磁弁の消費電力を抑える手段として、駆動回路側で電流制御を行う方法があるが、一般的に電流制御回路はコスト高であり、安価なシステムでは電流制御方法は採用できない。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価な構成で電磁弁の発熱量を低減し、システム全体の消費エネルギ及び負荷を低減する高圧燃料供給システムを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
燃料の吸入通路と吐出通路に連通する加圧室、前記加圧室内の燃料を前記吐出通路に圧送する加圧部材、前記吐出通路内に設けた吐出弁、前記吸入通路内に設けたノーマルクローズ型電磁弁を有し、前記電磁弁の開閉動作と前記加圧部材の往復動作で前記加圧室内の燃料を圧縮する高圧燃料ポンプと、
エンジンの状態量に基づいて前記電磁弁への開弁信号と閉弁信号を演算し前記電磁弁に駆動電流を供給するコントローラと、を備えた高圧燃料供給システムであって、
前記コントローラは、前記電磁弁の開弁期間中に、前記閉弁信号を印加してから前記電磁弁が閉弁するまでに要する時間である閉弁応答時間よりも短い閉弁信号を印加する構成とする。また、前記高圧燃料供給システムにおいて、前記コントローラは、前記電磁弁の開弁期間中に、閉弁信号と開弁信号を交互に周期的に印加する構成とする。

また、高圧燃料供給システムにおいて、前記コントローラは、前記エンジンの回転数または電磁弁の駆動電圧を検出し、前記検出したエンジン回転数または駆動電圧に応じて、前記電磁弁の開弁期間中における開弁信号時間と閉弁信号時間の比率を変更する構成とする。

本発明によると、燃料供給システムの制御装置が、電磁弁の開弁期間中に開弁信号と閉弁信号を交互に周期的に与えることにより、電磁弁駆動電流の低減及び発熱量の低減を実現することができる。また、エンジン全体の消費電力も低減することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給システムについて、図１〜図９を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給システムの全体構成を示す図である。図２は本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプの電磁弁及びポンプコントローラの回路構成を示す図である。図３は本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプとポンプコントローラの動作状況を示すタイミングチャートである。図４は本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるエンジン回転数と開弁時間／閉弁時間比率との関係を示す図である。図５は本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおける電源電圧と開弁時間／閉弁時間比率との関係を示す図である。

また、図６は本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプの電磁弁及びポンプコントローラの他の回路構成を示す図である。図７は図６に示すポンプとポンプコントローラの動作状況を示すタイミングチャートである。図８は本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプの電磁弁及びポンプコントローラの別の回路構成を示す図である。図９は図８に示すポンプとポンプコントローラの動作状況を示すタイミングチャートである。

図面において、１は高圧燃料ポンプ、２はプランジャ、３はタペット、５は弁体、６は吐出弁、８は電磁弁、１０は吸入通路、１１は吐出通路、１２は加圧室、５１は低圧ポンプ、５３はコモンレール、５４はインジェクタ、５６は圧力センサ、５９はポンプコントローラ、６３は上位コントローラ、９０はコイル、９１はアンカ、９２はばね、１００はカム、をそれぞれ表す。

まず、図１を用いて本実施形態に関する可変容量式燃料ポンプを用いた燃料供給システムの構成を説明する。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。吐出通路１１には、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために吐出弁６が設けられている。また、吸入通路１０には、燃料の吸入を制御する電磁弁８が設けられている。電磁弁８はノーマルクローズ型の電磁弁であり、非通電時に閉弁し、通電時には開弁する。

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によって一定の圧力に調圧されて導かれる。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に圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５４、圧力センサ５６、安全弁５８が装着されている。安全弁５８はコモンレール５３内の燃料圧力が所定値を超えた際に開弁し、高圧配管系の破損を防止する。インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、インジェクタコントローラ６５から与えられる駆動電流に従って燃料を噴射する。圧力センサ５６は取得した圧力データをコントローラ５７に送る。

コントローラ５７は各種センサから得られるエンジン状態量（クランク回転角、スロットル開度、エンジン回転数、燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量や燃料圧力等を演算し、ポンプ１やインジェクタ５４を制御する。コントローラ５７は、指令値やタイミングを演算する上位コントローラ６３と、直接的にポンプおよびインジェクタを駆動するコントローラ５９，６５を別体として構成する場合もあるが、これらを纏めた１つのユニットの構成であっても良い。本実施形態では、ポンプコントローラ５９が上位コントローラ６３の別体として、ポンプ１を制御する構成例とする。

プランジャ２は、エンジンカムシャフト等により回転されるカム１００により、往復運動して加圧室１２内の容積を変化させる。プランジャ２が下降して加圧室１２の容積が拡大すると、電磁弁８が開弁し、燃料吸入通路１０から加圧室１２に燃料が流入する。このプランジャ２が下降する工程を以下、吸入工程と記す。プランジャ２が上昇し、電磁弁８が閉弁すると、加圧室１２内の燃料は昇圧され、吐出弁６を通過してコモンレール５３へ圧送される。このプランジャ２が上昇する工程を以下、吐出工程と記す。

吐出工程中に電磁弁８が閉じれば、吸入工程中に加圧室１２に吸入された燃料は加圧され、コモンレール５３側へ吐出される。もし吐出工程中に電磁弁８が開弁していれば、その間、燃料は吸入通路１０側へ押し戻され、加圧室１２内の燃料はコモンレール５３側へは吐出されない。このように、ポンプ１の燃料吐出は電磁弁８の開閉によって操作される。電磁弁８の開閉はポンプコントローラ５９によって操作される。

電磁弁８は弁体５、弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２、コイル９０、アンカ９１を構成部品として有する。コイル９０に電流が流れると、アンカ９１に電磁力が発生して図中右側に引き寄せられ、アンカ９１と一体に形成された弁体５が開弁する。コイル９０に電流が流れないと、弁体５を閉弁方向に付勢するばね９２により、弁体５は閉じる。電磁弁８は駆動電流を流さない状態で閉弁する構造の弁であるため、ノーマルクローズ型の電磁弁と称する。

吸入工程中は、加圧室１２の圧力が吸入通路１０の圧力よりも低くなり、その圧力差によって弁体５が開弁し、燃料が加圧室１２に吸入される。このとき、ばね９２は弁体５を閉弁方向に付勢するが、圧力差による開弁力の方が大きくなるように設定されているため、弁体５は開弁する。ここで、もしコイル９０に駆動電流が流れていれば、磁気吸引力が開弁方向へ作用して、弁体５は更に開弁しやすくなる。

一方、吐出工程中は加圧室１２の圧力の方が吸入通路１０よりも高くなるため、弁体５を開弁させる差圧は発生しない。ここで、コイル９０に駆動電流が流れていなければ、弁体５を閉弁方向に付勢するばね力などにより、弁体５は閉弁する。一方、コイル９０に駆動電流が流れていれば、磁気吸引力により弁体５は開弁方向に付勢される。

吸入工程中に電磁弁８のコイル９０に駆動電流を与え始め、吐出工程中も与え続けると、弁体５は開弁保持される。その間、加圧室１２内の燃料は低圧通路１０に逆流するため加圧されない。一方、吐出工程中あるタイミングで駆動電流を与えるのを止めると、弁体５は閉弁し、加圧室１２内の燃料が加圧され、吐出通路１１側へ吐出される。駆動電流を与えるのを止めるタイミングが早いと、加圧される燃料の容量が大きく、タイミングが遅いと、加圧される燃料の容量が小さくなる。コントローラ５７は弁体５が閉じるタイミングを制御することにより、ポンプ１の吐出流量を制御する。

図２はポンプコントローラ５９の駆動回路の一例を示す。８’は図１に示した電磁弁８を電気抵抗及びインダクタンスとして模式的に表したものである。駆動回路には、電源６１、電流の通電・遮断を制御するＦＥＴ６０、サージ電圧からＦＥＴ６０を保護するツェナーダイオード６２が含まれる。ツェナーダイオード６２は図２に示すように別体でもよいが、ＦＥＴ６０内部に組込まれていてもよい。破線で囲った範囲がポンプコントローラ５９の構成部品である。

上位コントローラ６３またはポンプコントローラ５９から駆動信号がＦＥＴ６０に与えられると、電流は電源６１からＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅを通ってグラウンドへ流れる。また、駆動信号が与えられないと、回路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ内の電流は遮断される。すなわち、ＦＥＴ６０に与えられる駆動信号がＯＮの場合、電磁弁８‘に駆動電流が流れ、また、駆動信号がＯＦＦの場合は、電磁弁８‘に駆動電流は流れない。

次に、本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおける制御方法で高圧燃料ポンプを駆動する動作例を、図３を用いて説明する。図３は本実施形態に係る燃料供給システムにおける駆動信号や動作のタイミングチャートの例を示す。図３（１）の「プランジャ変位」は図１におけるプランジャ２の動作を示す。上昇が加圧行程を示し、下降が吸入行程を示す。図３の例においてはプランジャ２が２回往復動する期間を示す。図３（２）の「電磁弁駆動信号」はポンプコントローラ５９または上位コントローラ６３からＦＥＴ６０へ与えられる駆動信号を示す。

上述したように駆動信号がＯＮの状態では電磁弁８に駆動電流が流れ、ＯＦＦの状態では電磁弁８に流れる駆動電流が遮断される。駆動信号がＯＮの状態では、電磁弁８の電磁力が弁体５を開弁方向に付勢することから、駆動信号のＯＮは電磁弁８にとって開弁信号を意味する。また、駆動信号がＯＦＦの状態では、電磁弁８を開弁方向に付勢する電磁力がなく、ばね９２の付勢力によって閉弁されることから、駆動信号ＯＦＦは電磁弁８にとって閉弁信号を意味する。

図３（３）の「Ｃ点の電位」は、図２の駆動回路中のＣ点における電位を示す。駆動信号がＯＦＦのときは、電源電圧（ＶＢ）と同位であり、駆動信号がＯＮのときはグラウンド（ＧＮＤ）と同位になる。図３（４）の「電磁弁駆動電流」は電磁弁８に流れる電流を示す。図３（２）に示す電磁弁駆動信号がＯＮになると電流が流れ、ＯＦＦになると遮断される。電磁弁８はインダクタンスを有するため、電流の立ち上がりは駆動信号に対して遅れる。図３（５）の「弁体変位」は弁体５の変位を示す。「開」位置とは、図１において弁体５が右方向へ移動した状態であり、吸入通路１０と加圧室１２が連通した状態である。「閉」位置とは、弁体５が左方向へ移動した状態であり、吸入通路１０と加圧室１２が遮断された状態である。

吸入工程中は加圧室１２の圧力が吸入通路１０の圧力よりも低くなるため、その圧力差によって弁体５は自然に開弁方向に移動をはじめる。このとき更に、電磁弁８に駆動電流が流れていれば、磁気吸引力は開弁方向へ発生し、弁体５の開弁動作が更に加速される。一方で、吐出工程中の弁体５は、磁気吸引力のみによって開弁維持される。駆動電流が流れない状態がある期間続くと、弁体５は閉位置に戻る。駆動信号をＯＦＦしてから弁体５が閉弁するまでに要する時間について、以下「閉弁応答時間」と称する（電磁弁駆動信号のオフ時点から実際に弁体５が閉するまでには閉弁応答時間だけ応答遅れが生じる）。

弁体５が閉弁すると、加圧室１２の圧力が上昇して、燃料が吐出される。図３（６）のグラフに加圧室内の圧力を示す。加圧工程中で、且つ、弁体５が閉弁したタイミングから昇圧を開始して、加圧工程が終了するまで燃料吐出を続ける。燃料が吐出される期間は図３（１）の斜線部に示した期間である。この期間が長いほど燃料吐出量は多くなる。

内燃機関の出力が高い場合など、ポンプ１が燃料を多く吐出する必要がある状態では、吐出期間を長くさせるために、早めに電磁弁駆動信号をＯＦＦして加圧工程の開始時から弁体５を閉弁させる。また、内燃機関の出力が低い場合など、ポンプ１は少量の燃料しか吐出する必要がない状態では、吐出期間を短くするために、遅いタイミングで電磁弁駆動信号をＯＦＦして加圧工程の後半から弁体５を閉弁させる。弁体５が閉弁するには所定の遅れ時間があるため、電磁弁駆動信号をＯＦＦするタイミングは、弁体５を閉弁させたい所望のタイミングより、閉弁遅れ時間分だけ前倒しして与える。

電磁弁駆動信号は図３（２）のグラフに示すように、１回の開弁期間中（図３（５）に示すように弁体５の開弁期間中）に複数回ＯＮ／ＯＦＦを繰返して与える。弁体５が開弁中にＯＦＦ信号を与えると、弁体５は閉弁しようとするが、その期間が閉弁応答時間に対して短ければ、閉弁する前に次のＯＮ信号が与えられ、弁体５は開弁維持される。一方、閉弁応答時間より長い期間ＯＦＦ信号を与え続ければ、弁体５は閉弁し、ポンプ１は燃料吐出を開始する。このように開弁期間中に閉弁応答時間よりも短いＯＦＦ信号（閉弁信号）を与えると、電磁弁８に流れる電流値の低減と、発熱量を低減することが可能となる。

図３（４）に、開弁期間中にＯＦＦ信号が有る場合の電流波形を実線で、ＯＦＦ信号が無い場合の電流波形を点線で示す。開弁期間中にＯＦＦ信号がない（連続的にＯＮ）場合駆動電流は飽和電流まで達するが、開弁期間中にＯＦＦ信号がある場合は、連続通電した場合よりも電流値が低減される。また、ＯＦＦ信号を与える度に電流値が下がるため、発熱量の積算値も低減される。ＯＦＦ信号の長さは弁体５が閉弁しない程度の長さであるため、このような制御方法が実現可能となる。

なお、図３（５）に示す弁体５の開弁期間中における弁体変位は、弁開状態を持続する例が示されているが、これに限らず、弁体５が或る程度閉方向に移動して再度開状態となるような弁移動であってもよい。すなわち、弁体が或る程度閉方向に移動しても、加圧室１２内の燃料は弁体５と弁座の隙間を通して燃料吸入通路１０に逃げ込むことができるので、加圧室１２の圧力は上昇することはないのである。換言すると、加圧室１２内の燃料が燃料吸入通路１０に逃げられる程度に弁体５は開いていればよい（完全開状態でなくてもよい）。

本実施形態は、電磁弁が電磁弁駆動信号ＯＮで開弁し、ＯＦＦで閉弁する構成についての適用例である。もし電磁弁駆動信号の指令が逆の場合（ＯＮ＝閉弁、ＯＦＦ＝開弁）であれば、開弁期間中に閉弁しない程度の長さのＯＮ信号を与えればよい。いずれの構成においても、電磁弁８の開弁期間中に電磁弁８が閉弁しない程度の短い閉弁信号を印加することによって、本実施形態を実現できる。

また、本実施形態における、電磁弁開弁期間中に電磁弁の閉弁応答時間よりも短い開弁信号を与えるという制御方法に加えて、開弁期間中の開弁信号と閉弁信号の時間比率を、内燃機関の運転状態によって変更するという手法を適用することにより、更なる発熱量低減を実現することができる。すなわち、図４に示すように、開弁期間中の開弁信号と閉弁信号の時間の比率を、エンジン回転数の上昇に応じて増やすこととする。

このようにする理由は、電磁弁の閉弁応答時間が、エンジンの運転状態によって変化するためである。というのも、エンジン回転数とプランジャ２の動作速度は比例しており、且つ、電磁弁８の動作速度もプランジャ２が攪拌する燃料を介して影響を受ける。したがって、全体的にエンジン回転数が低いほど閉弁応答時間が長く、エンジン回転数が高いほど閉弁応答時間が短い傾向がある。

上述した傾向を利用することにより、エンジン回転数が低い場合に閉弁信号を長く与え、電磁弁８の発熱量を更に低減することができる。具体的な実施方法としては、例えば電磁弁駆動信号を算出する上位コントローラ６３またはポンプコントローラ５９に、ＯＮ／ＯＦＦ信号の比率をマップ制御するロジックを組み込む方法がある。エンジンの回転数が小さいときには、これを検知して閉弁信号をより長くする（電磁弁の駆動信号オン時間をより短くする）ように制御して電磁弁発熱量の一層の低減を図ることができる。

また、電磁弁発熱量の更なる低減手法として、図５に示すように、開弁期間中の開弁信号と閉弁信号の時間の比率を、電源電圧の上昇に応じて減らすこととする。電磁弁を駆動する電圧が高い場合は、電圧が低い場合と比較して駆動電流の立ち上がりが早い。そのため、低電圧で駆動するよりも短いＯＮ時間で開弁維持することができる。この傾向を利用して、電源電圧が高い時にはこれを検知してＯＮ時間を短くすれば、電磁弁８の発熱量及びシステムの電気消費量を低減できる。

以上説明した、更なる発熱量低減のために、開弁期間中の開弁信号／閉弁信号時間比率を内燃機関の運転状態によって変更するという制御手法は、運転状態の例示としてエンジン回転数と電源電圧を挙げているが、これに限らず、燃料ポンプが吐出する燃料流速、加圧部材（プランジャ２）の動作速度、燃料ポンプの吐出流量、であっても良い。これらの運転状態の例示は、エンジン回転数やエンジン負荷（例えば、吐出流量）に関連するパラメータである。これらのパラメータの内で、プランジャ動作速度はエンジン回転数として検出でき、吐出流量はインジェクタ噴射量として検出できる。この検出値に応じて開弁信号／閉弁信号時間比率を変更するように制御する。

次に、本実施形態における高圧ポンプの他の駆動・制御動作について、図６と図７を用いて以下説明する。図６は図２とは異なる他の回路構成の例である。８ａ’は図１に示した電磁弁８を電気抵抗及びインダクタンスとして模式的に表したものである。駆動回路には、電源６１ａ、電流の通電・遮断を制御するＦＥＴ６０ａ、フライホイールダイオード６２ａが含まれる。フライホイールダイオード６２ａは、電磁弁８ａ‘の逆起電力により発生する電流を循環させる回路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅを構成する。破線で囲った範囲はポンプコントローラ５９の構成部品である。

上位コントローラ６３またはポンプコントローラ５９から駆動信号がＦＥＴ６０ａに与えられると、電流は電源６１ａからＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆを通ってグラウンドへ流れる。また、駆動信号がＯＮ状態からＯＦＦへ切替わると、電磁弁８ａ’の逆起電力により発生する電流が、回路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ内を循環しながら減衰する。前述の実施例と同様に、ＦＥＴ６０ａに駆動信号が与えられた場合、電磁弁８ａ‘に駆動電流が流れる構成である。

図６に示す回路構成における駆動信号や弁動作のタイミングチャートの例を図７に示す。図３と同じく、図７（１）の「プランジャ変位」は図１におけるプランジャ２の往復動作を示し、図７（２）の「電磁弁駆動信号」はポンプコントローラ５９または上位コントローラ６３からＦＥＴ６０ａへ与えられる駆動信号を示す。駆動信号がＯＮの状態では電磁弁８に駆動電流が流れ、ＯＦＦの状態では電磁弁８に流れる駆動電流が減衰する。図１〜図３に示す構成例と同じく、駆動信号のＯＮは電磁弁８の開弁信号を意味し、駆動信号のＯＦＦは、電磁弁８の開弁信号を意味する。

図７（３）の「Ｄ点の電位」は、図６の駆動回路中のＤ点における電位を示す。駆動信号がＯＦＦのときは、電源電圧（ＶＢ）と同位であり、駆動信号がＯＮのときはグラウンド（ＧＮＤ）と同位になる。図７（４）の「電磁弁駆動電流」は電磁弁８に流れる電流を示す。図７（２）に示す電磁弁駆動信号がＯＮになると電流が増加し、ＯＦＦになると減衰する。図７（５）の「弁体変位」は弁体５の変位を示す。弁体５を閉弁させるタイミングを制御して、吐出流量を制御する流量制御方式は図１〜図３に示す方式と同じである。

図２の回路構成との違いは、電磁弁駆動電流の減衰に時間が掛かることであり、電磁弁駆動信号をＯＦＦしてから弁体５が閉弁するまでの時間（閉弁応答時間）が長いことである。この場合においても、吸入工程から吐出工程にかけて、弁体５が開弁する期間中に電磁弁駆動信号のＯＮ／ＯＦＦを周期的に与える。そうすると、駆動電流は図７（４）の実線で示すように電流の増加と減衰を交互に繰返し、擬似的な電流制御のような波形を形成する（図７（４）に示す駆動電流になるように直接的な電流制御を実施してはおらず、電磁弁駆動信号の周期的なＯＮ／ＯＦＦを実施することで、図７（４）に示す駆動電流を擬似的に形成する）。点線で示すＯＦＦ信号無しの場合と比較して、平均電流が低減するため、電磁弁８の発熱量、及びシステム全体の消費電力が低減できる。また、この回路構成は、図２に示す回路のようにサージ電圧がＦＥＴ６０やツェナーダイオード６２に負荷しないため、電気回路の耐久性に優れる利点がある。

次に、本実施形態における高圧ポンプの別の駆動・制御動作について、図８と図９を用いて以下説明する。図８は図２とは異なる別の回路構成の例であり、２つのＦＥＴを併用して駆動する回路の例である。

電流を立ち上げる時は、ＦＥＴ６０ｂと６０ｃにＯＮ信号を与える。そうすると、電流は電源６１ｂから流れ始め、Ａ−Ｅ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｆを通過して流れる。続いて、ＦＥＴ６０ｃにＯＮ信号を与えた状態で、ＦＥＴ６０ｂの駆動信号をＯＦＦすると、電流はＢ−Ｃ−Ｄ−Ｅを循環して減衰する。駆動信号１と２を両方ともＯＦＦすると、循環していた電流は瞬時に消滅する。

図８に示す駆動回路における駆動信号や弁体動作のタイミングチャートの例を図９に示す。前述の図２と図６の駆動回路例と異なり、電磁弁駆動信号はＦＥＴ６０ｂの指令値である「駆動信号１」とＦＥＴ６０ｃの指令値である「駆動信号２」の２系統ある。これらはポンプコントローラ５９または上位コントローラ６３によって演算され、ＦＥＴ６０ｂ及び６０ｃへ与えられる。図９（４）の「Ｃ点の電位」は、図８の駆動回路中のＣ点における電位を示す。駆動信号１がＯＦＦのときは、電源電圧（ＶＢ）と同位であり、駆動信号１がＯＮのときはグラウンド（ＧＮＤ）と同位になる。

図９（５）の「電磁弁駆動電流」は電磁弁８に流れる電流を示す。駆動信号２がＯＮの最中に駆動信号１をＯＮすると電流が増加し、駆動信号２がＯＮの最中に駆動信号１をＯＦＦすると電流が減衰する。駆動信号２がＯＮの間の電磁弁駆動電流は図６に示すフライホイール回路と同様に、増減を繰返す。駆動信号１と駆動信号２を同時にＯＦＦした場合の電流波形は、図２に示す回路と同様に、瞬時に切れる。

この回路構成においては、吸入工程から吐出工程にかけて、弁体５が開弁する期間中に駆動信号２をＯＮ保持し、駆動信号１についてＯＮ／ＯＦＦを周期的に与える。そうすると、図７の構成例と同じく、電磁弁駆動電流は図７（５）の実線で示すように電流の増加と減衰を交互に繰返し、擬似的な電流制御を行う。点線で示すＯＦＦ信号無しの場合と比較して、平均電流が低減するため、電磁弁８の発熱量、及びシステム全体の消費電力が低減できる。また、その間はサージ電圧がＦＥＴ６０ｂやＦＥＴ６０ｃに負荷しないため、電気回路の耐久性に優れる利点がある。且つ、図２に示す回路と同じように、最後の電流の切れを早くして、図２の回路と同等の短い閉弁応答時間を得ることができる。

また、本発明の実施形態に係る高圧燃料供給システムの制御を実施する条件として、エンジン回転数やエンジン負荷などのパラメータを発動条件として設けてもよい。特定のエンジン回転数またはエンジン負荷である場合に限って、本実施形態に関する制御方法（電磁弁開弁期間中に電磁弁の閉弁応答時間よりも短い開弁信号を与えるという制御方法）を実施すると一層効果的になる。例えば、エンジン回転数が小の場合に閉弁応答時間が長いことから閉弁信号を長くすることができ、発熱量を一層低減でき、効果的となる。逆に、エンジン回転数が大のときには閉弁信号の時間間隔を小としなければならないので、本実施形態に関する制御方法を適用したとしても発熱量低減が余り期待できず、したがって、特定のエンジン回転数のときに限って、本実施形態に関する制御方法を適用すれば効果的となる。このように、エンジン回転数またはエンジン負荷を検出し、前記検出した値が閾値を超えた場合に、開弁期間中における閉弁信号の時間長さを零にして簡易な制御手法とすることもできる（エンジン回転数またはエンジン負荷の大きさに依存して、発熱量低減の効果を果たすような制御をすることもでき、一方、この効果が期待できない場合には閉弁信号を零とする制御としても良い）。

また、駆動電流を低減する手法として、電流制御を用いる手法が従来存在するが、一般的に電流値を検出して、フィードバックする機能を有する電流制御回路は高価である。本発明の実施形態は、図２、図６、図８に示した回路構成のように、電流検出装置、およびフィードバック回路をもたない回路でも実施でき、システムのコストを低減することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る高圧燃料供給システムは、次のような構成を有し、機能乃至作用を奏することを特徴とするものである。すなわち、燃料の吸入通路と吐出通路に連通する加圧室、加圧室内の燃料を吐出通路に圧送する加圧部材、吐出通路内に設けた吐出弁、吸入通路内に設けたノーマルクローズ型の電磁弁を有し、電磁弁を開閉するタイミングを制御することにより加圧部材が圧縮する燃料の量を調節する可変容量式高圧燃料ポンプと、電磁弁に駆動電流を与える駆動手段と、駆動手段に電磁弁の開弁信号及び閉弁信号を与える筒内噴射エンジンの制御装置と、を備えており、制御装置は電磁弁の開弁期間中に電磁弁が閉弁動作に必要な時間よりも短い長さの閉弁信号を与える。これによって、電磁弁を開弁維持しつつ、電磁弁への連続通電を回避して、電磁弁の発熱量を低減できる。

また、駆動電流が飽和電流に到達する前に開弁信号を切るため、駆動電流のピーク値を低減できる。その結果として、電磁弁の発熱量を低減できるとともに、システム全体の消費電力低減と、駆動回路への負荷を低減が実現できる。また、本発明の制御手法は電流フィードバック機能を必要としないため、駆動手段の低コスト化を実現できる。また、制御装置は電磁弁の開弁時に、開弁信号と閉弁信号を交互に周期的に与えて電磁弁を開弁保持する。これにより、効率的により多くの通電休止期間を設けることができ、更なる発熱量低減を実現できる。

また、ポンプ内部を流れる燃料の流速に応じて開弁信号と閉弁信号の長さの比率を変えることとする。電磁弁の応答時間は、ポンプ内部を流れる燃料の流速に影響を受ける。すなわち、流速が速い場合は電磁弁に働く流体力が大きいため、閉弁動作が速くなる。一方で、流速が遅い場合の閉弁動作は遅い。そのため、流速が遅い場合は閉弁信号を長く与えても開弁維持できる。このため、流速が遅い場合、すなわち、吐出する燃料の流速が遅い場合については、開弁信号の比率を下げて更なる発熱量低減が可能となる。

また、制御装置は加圧部材の動作速度、電磁弁の駆動電圧、吐出流量を検知する手段を有しており、動作速度、駆動電圧、吐出流量応じて開弁信号と閉弁信号の比率を変える手段を有する。これにより、各動作速度、駆動電圧、吐出流量に応じて、最大限の通電休止期間を設けることが可能となり、更なる発熱量低減が可能となる。

また、加圧部材の動作速度が遅いほど、閉弁信号に対する開弁信号の長さの比率を小さくすることとする。加圧部材の動作速度が遅い場合は、電磁弁に作用する流体力が弱いため、開弁信号の長さの比率を小さくしても開弁保持できる。内燃機関の運転状態に応じて、最小限の開弁信号を与えることにより、更なる発熱量低減が可能となる。また、電磁弁の駆動電圧が高いほど、閉弁信号に対する開弁信号の長さの比率を小さくすることとする。駆動電圧が高い場合は、電磁弁に流れる電流値が大きいため、駆動電圧が低い場合よりも短い通電時間で十分な開弁保持力が得られる。そのため、駆動電圧が高い場合は通電時間を小さくして、高電圧駆動時における発熱量を低減することが可能となる。このように、本実施形態に係る高圧燃料供給システムの制御装置では、開弁操作中に閉弁信号を与えて、電磁弁の発熱量低減と、システム全体の消費電力低減を実現することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給システムの全体構成を示す図である。 本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプの電磁弁及びポンプコントローラの回路構成を示す図である。 本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプとポンプコントローラの動作状況を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるエンジン回転数と開弁時間／閉弁時間比率との関係を示す図である。 本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおける電源電圧と開弁時間／閉弁時間比率との関係を示す図である。 本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプの電磁弁及びポンプコントローラの他の回路構成を示す図である。 図６に示すポンプとポンプコントローラの動作状況を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る高圧燃料供給システムにおけるポンプの電磁弁及びポンプコントローラの別の回路構成を示す図である。 図８に示すポンプとポンプコントローラの動作状況を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 高圧燃料ポンプ
２ プランジャ
３ タペット
５ 弁体
６ 吐出弁
８ 電磁弁
１０ 吸入通路
１１ 吐出通路
１２ 加圧室
５１ 低圧ポンプ
５３ コモンレール
５４ インジェクタ
５６ 圧力センサ
５９ ポンプコントローラ
６３ 上位コントローラ
９０ コイル
９１ アンカ
９２ ばね
１００ カム

Claims (8)

1. 燃料の吸入通路と吐出通路に連通する加圧室、前記加圧室内の燃料を前記吐出通路に圧送する加圧部材、前記吐出通路内に設けた吐出弁、前記吸入通路内に設けたノーマルクローズ型電磁弁を有し、前記電磁弁の開閉動作と前記加圧部材の往復動作で前記加圧室内の燃料を圧縮する高圧燃料ポンプと、
   エンジンの状態量に基づいて前記電磁弁への開弁信号と閉弁信号を演算し前記電磁弁に駆動電流を供給するコントローラと、を備えた高圧燃料供給システムであって、
   前記コントローラは、前記電磁弁の開弁期間中に、前記閉弁信号を印加してから前記電磁弁が閉弁するまでに要する時間である閉弁応答時間よりも短い閉弁信号を印加する
   ことを特徴とした高圧燃料供給システム。
2. 請求項１において、
   前記印加する閉弁信号の時間長さは、前記電磁弁が閉弁するに至らない時間長さであることを特徴とした高圧燃料供給システム。
3. 請求項１または２において、
   前記コントローラは、前記電磁弁の開弁期間中に、閉弁信号と開弁信号を交互に周期的に印加することを特徴とする高圧燃料供給システム。
4. 請求項１、２または３において、
   前記コントローラは、前記エンジンの回転数を検出し、前記検出したエンジン回転数に応じて、前記電磁弁の開弁期間中における開弁信号時間と閉弁信号時間の比率を変更する
   ことを特徴とする高圧燃料供給システム。
5. 請求項４において、
   前記閉弁信号時間に対する前記開弁信号時間の比率は、前記エンジン回転数が低減するに伴って小さくなることを特徴とする高圧燃料供給システム。
6. 請求項１、２または３において、
   前記コントローラは、前記電磁弁の駆動電圧、前記加圧部材の動作速度、または前記高圧燃料ポンプの吐出流量を検出し、前記検出した駆動電圧、動作速度、または吐出流量に応じて、前記電磁弁の開弁期間中における開弁信号時間と閉弁信号時間の比率を変更する
   ことを特徴とする高圧燃料供給システム。
7. 請求項４において、
   前記閉弁信号時間に対する前記開弁信号時間の比率は、前記電磁弁の電源電圧が高くなるに伴って小さくなることを特徴とする高圧燃料供給システム。
8. 請求項３において、
   前記コントローラは、エンジン回転数またはエンジン負荷を検出し、前記検出した値が閾値を超えた場合に、前記開弁期間中における閉弁信号の時間長さを零にする
   ことを特徴とする高圧燃料供給システム。

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