JP2010090778A - 燃料噴射制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄圧器内の高圧燃料を減圧するにあたり、燃料温度の上昇を抑制しつつ減圧することを図った燃料噴射制御システムを提供する。
【解決手段】内部に圧力室６３を形成するシリンダ６１、及び圧力室６３の燃料を加圧して蓄圧器へ圧送するプランジャ６２を備える。そして、シリンダ６１に、燃料タンクから圧力室６３へ燃料を吸入する吸入口６４と、プランジャ６２により加圧された燃料を圧力室６３から蓄圧器へ吐出する吐出口６６と、往復動するプランジャ６２により開閉されて蓄圧器からシリンダ６１内へ燃料を流入させるリターン流入口６９とを形成する。そして、吸入口６４に設けられた調量弁７０を開作動させることで、リターン流入口６９、圧力室６３、及び吸入口６４を通じて蓄圧器内の高圧燃料を燃料タンクへ戻して蓄圧器内を減圧させる減圧制御手段を備えることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、燃料を加圧して圧送する燃料ポンプと、燃料ポンプにより圧送された燃料を高圧状態で蓄える蓄圧器と、蓄圧器に蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備える燃料噴射制御システムに関する。

この種の燃料噴射制御システムとしては、例えば下記特許文献１に見られるように、ディーゼル機関の燃料噴射弁に燃料を供給すべく、各気筒に共通の蓄圧器（コモンレール）を備えるコモンレール式のディーゼル機関の燃料噴射制御システムが周知である。こうした制御システムにあっては、燃料噴射弁からの燃料噴射量を高精度で制御すべく、コモンレール内の燃圧を所望の目標圧力に制御することが要求される。

そこで従来では、蓄圧器における燃料の圧力を検出し、検出した圧力（実燃圧）が目標圧力より低くなっている場合には、燃料ポンプの吐出量を増大させることで蓄圧器での増圧を図っている。一方、実燃圧が目標圧力より高くなっている場合には、蓄圧器に備えられた減圧弁を開作動させるよう制御することで、蓄圧器での減圧を図っている。
特開平１１−８２１０４号公報

しかしながら、減圧弁内の流路面積を大きくすることには限界があり、減圧弁内の狭い流路を蓄圧器内の高圧燃料が通過すると、燃料の流速が増大し、ひいては燃料温度の上昇が懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄圧器内の高圧燃料を減圧するにあたり、燃料温度の上昇を抑制しつつ減圧することを図った燃料噴射制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、内部に圧力室を形成するシリンダ、及び前記シリンダ内を往復動して前記圧力室の燃料を加圧するプランジャを有し、当該加圧された燃料を圧送する燃料ポンプと、
前記燃料ポンプにより圧送された燃料を高圧状態で蓄える蓄圧器と、
前記蓄圧器に蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備え、
前記シリンダには、燃料タンクから前記圧力室へ燃料を吸入する吸入口と、前記プランジャにより加圧された燃料を前記圧力室から前記蓄圧器へ吐出する吐出口とが形成されており、
前記吸入口を開閉する調量弁と、
前記調量弁の開閉作動を制御することで前記吐出口からの燃料吐出量を制御する吐出量制御手段と、
を備える燃料噴射制御システムにおいて、
前記蓄圧器から前記シリンダ内へ燃料を流入させるリターン流入口を、往復動する前記プランジャにより開閉されるよう前記シリンダに形成し、
前記調量弁を開作動させることで、前記リターン流入口、前記圧力室、及び前記吸入口を通じて前記蓄圧器内の高圧燃料を前記燃料タンクへ戻して前記蓄圧器内を減圧させる減圧制御手段を備えることを特徴とする。

これによれば、蓄圧器内の高圧燃料をリターン流入口、圧力室、及び吸入口を通じて燃料タンクへ戻して減圧させることができる。よって、従来の蓄圧器に設けられた減圧弁から減圧させる場合に比べて、減圧経路（リターン流入口、圧力室、及び吸入口）における燃料の流路面積を大きくすることを容易に実現できる。よって、蓄圧器内を減圧させるにあたり、燃料の流速増大を抑制でき、ひいては燃料温度の上昇を抑制できる。

なお、上記発明では、蓄圧器に減圧弁を設けて、減圧弁及びリターン流入口の少なくとも一方により減圧させるよう構成することもできるし、減圧弁を廃止してリターン流入口から減圧させるよう構成することもできる。

ここで、上記発明において減圧弁を設ける構成とした場合、調量弁の作動を制御する制御装置と、減圧弁の作動を制御する制御装置との２種類の制御装置が必要となる。これに対し、上記発明において減圧弁を廃止した構成とした場合には、調量弁の作動を制御する装置（つまり、吐出量制御手段及び減圧制御手段を実現する装置）により燃料吐出量及び減圧の両方を制御できるので、前記減圧制御装置を不要にでき、制御装置の数を減らしてコストダウンを図ることができる。

請求項２記載の発明では、前記プランジャには、前記リターン流入口と前記圧力室とを連通可能にする連通路が形成されており、前記プランジャの往復動位置に応じて前記連通路と前記吸入口との連通及び遮断が切り替えられるよう構成されていることを特徴とする。

これによれば、リターン流入口をプランジャで開閉することを容易に実現できる。なお、本発明に反して連通路を形成しない構成であっても、往復動するプランジャの先端位置がリターン流入口よりも反圧力室側に位置した時にはリターン流入口と圧力室とは直接連通することとなる。しかしながら、プランジャに連通路を形成した上記請求項２記載の発明によれば、連通路を形成しない構成とした場合に比べて連通タイミングの設計自由度を増大できる。

請求項３記載の発明では、前記プランジャが前記リターン流入口を開けている時、かつ、前記圧力室を膨張させる向きに前記プランジャが移動している時に、前記調量弁を閉作動させることで、前記蓄圧器の高圧燃料を前記圧力室に流入させて前記プランジャの移動をアシストするアシスト制御手段を備えることを特徴とする。

これによれば、減圧制御手段による減圧が不要な時に、アシスト制御手段により調量弁を閉作動させることで、蓄圧器の高圧燃料を圧力室に流入させてプランジャの移動をアシストさせるので、プランジャが燃料を加圧して圧送した際に燃料ポンプにて消費されたエネルギの一部を回収することができる。特に、燃料ポンプが一対のシリンダ及びプランジャを複数有しており、複数のプランジャが１つの駆動源により交互に加圧するよう往復動する構成の場合においては、膨張行程（燃料吸入行程）にかかる一方のプランジャが高圧燃料の圧力を受けることで、圧縮行程（燃料圧送行程）にかかる他方のプランジャの駆動力がアシストされるので、駆動源の消費エネルギを軽減できる。

請求項４記載の発明では、前記蓄圧器における燃料の目標圧力に対して実際の圧力が高くなっていることを条件として、前記減圧制御手段による前記調量弁の開作動を許可することを特徴とする。

これによれば、減圧が不要な時には吸入口は調量弁により閉ざされるので、所望の燃料吐出量となるようプランジャにより加圧されることとなる。一方、減圧が必要な時には減圧制御手段により調量弁を開作動させて前記加圧が中止され、減圧されることとなる。このように、燃料の吐出量制御と減圧制御との切り替えを容易に実現できる。

請求項５記載の発明では、前記蓄圧器における燃料の目標圧力に対する実際の圧力の超過分を算出する超過量算出手段を備え、前記超過分が閾値を超えて大きくなっていることを条件として、前記減圧制御手段による前記調量弁の開作動を許可することを特徴とする。

これによれば、蓄圧器における目標圧力に対して実際の圧力が僅かに大きくなっただけでは、減圧制御手段による調量弁の開作動は許可されず、超過分が閾値を超えたことを条件として許可される。よって、実際の圧力を検出する燃圧センサの検出誤差や圧力脈動等に起因して実圧力が高くなった場合にまで減圧制御してしまうことを回避できる。

請求項６記載の発明では、前記減圧制御手段は、前記減圧のための開作動を許可するか否かを所定周期で繰り返し判定する開作動判定手段と、前記開作動判定手段により前記開作動を許可すると判定された時に前記調量弁の開作動時間を設定する開作動時間設定手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記超過分が閾値を超えているか否か、つまり減圧のための開作動を許可するか否かを判定するにあたり、その判定処理周期を短くすることには限界があり、判定処理周期が長いと減圧開始タイミング及び減圧終了タイミングが遅れることが懸念される。この懸念に対し上記請求項６記載の発明では、開作動を許可すると判定された時に開作動時間を設定するので、開作動許可判定により開作動を開始した後、判定処理周期が経過して次回の判定が為される前に、開作動時間がタイムアップとなっていれば開作動は終了するよう制御されることとなる。よって、減圧終了タイミングが遅れることを抑制できる。

さらに、請求項６記載の発明を請求項５記載の発明の発明に適用させ、前記超過分に応じて前記開作動時間を可変設定するように前記開作動時間設定手段を構成すれば、精度良く減圧制御できる点で望ましい。

請求項７記載の発明では、前記プランジャの往復動位置が前記リターン流入口を開ける連通位置であるか否かを判定するプランジャ位置判定手段を備え、前記減圧制御手段は、前記プランジャが前記連通位置であると判定された場合に前記調量弁を開作動させることを特徴とする。これによれば、連通位置でない時には調量弁を閉作動させて、先述したアシスト制御手段によるアシストやプランジャによる加圧を行うようにできる。

請求項８記載の発明では、前記プランジャは、内燃機関のクランク軸を駆動源として往復動するよう構成され、前記クランク軸の回転角を検出するクランク角センサを備え、前記プランジャ位置判定手段は、前記クランク角センサの検出値に基づき前記連通位置であるか否かを判定することを特徴とする。これによれば、連通位置であるか否かを判定を容易に行うことができる。

請求項９記載の発明では、前記プランジャの移動方向が、前記圧力室を圧縮させる向きであるか否かを判定するプランジャ移動方向判定手段を備え、前記減圧制御手段は、前記プランジャの移動方向が前記圧縮させる向きであると判定された場合に前記調量弁を開作動させることを特徴とする。

これによれば、プランジャの圧縮行程時には調量弁を開作動させるため、圧力室での燃料加圧が実行されない。よって、減圧制御手段による減圧実行時において不要な燃料加圧を回避できるので、不要な燃料圧送を回避して迅速な減圧を実現できるとともに、プランジャの往復動に要する駆動エネルギを軽減できる。

請求項１０記載の発明では、前記燃料ポンプは、一対の前記シリンダ及び前記プランジャを複数有しており、前記調量弁は、前記複数のシリンダの各々に対して備えられ、前記蓄圧器及び前記燃料噴射弁は、前記複数のプランジャの各々に対して備えられていることを特徴とする。

このように、一対のシリンダ及びプランジャを複数有し、複数のプランジャの各々に対して燃料噴射弁が備えられている場合において、上記発明に反して蓄圧器を複数の燃料噴射弁に対して共通化してコモンレールとして構成してしまうと、１つのコモンレールに対して複数のプランジャから減圧させるので、コモンレール内の燃料を所望の圧力に減圧制御することが困難となる。これに対し上記請求項１０記載の発明では、蓄圧器を、複数のプランジャの各々に対して備えるので、１つの蓄圧器に対して１つのプランジャから減圧させるので、所望の圧力に減圧制御することを容易にできる。

以下、本発明にかかる燃料噴射制御システムをディーゼル機関の燃料噴射制御システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる燃料噴射制御システムの全体構成を示す。図示されるように、燃料タンク１の燃料は、機関駆動式の燃料ポンプ１０によって汲み上げられ、蓄圧器２０に加圧供給（圧送）される。蓄圧器２０は、圧送された高圧燃料を蓄え、この高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁３０に供給する。燃料噴射弁３０は、その先端部がディーゼル機関の燃焼室（図示せず）に突出して配置されており、燃焼室内に燃料を噴射供給可能となっている。

上記燃料ポンプ１０は、基本的には、図示しないフィードポンプによって上記燃料タンクから汲み上げられた燃料を高圧ポンプ６０にて加圧して、圧送配管２２ａ，２２ｂを通じて蓄圧器２０へ吐出するものであり、且つ高圧ポンプ６０に送られる燃料量が調量弁７０ａ，７０ｂにより調節されるものである。

高圧ポンプ６０は、調量弁７０ａ，７０ｂによって調量された燃料を加圧して外部へ吐出するプランジャポンプである。この高圧ポンプ６０は、内部に圧力室６３ａ，６３ｂを形成する一対のシリンダ６１ａ，６１ｂと、シリンダ６１ａ，６１ｂ内に収容される一対のプランジャ６２ａ，６２ｂと、を備える。そして、これらプランジャ６２ａ，６２ｂが駆動軸６０Ｊによって往復駆動されると、圧力室６３ａ，６３ｂの容積がプランジャ６２ａ，６２ｂにより圧縮／膨張するよう変化する。なお、一対の圧力室６３ａ，６３ｂは、駆動軸６０Ｊの回転に伴い、代わる代わる容積を拡大（膨張）及び縮小（圧縮）させるように設定されている。すなわち、両圧力室６３ａ，６３ｂのうち一方の容積が拡大する際には、他方の容積が縮小する。

また、シリンダ６１ａ，６１ｂには、燃料タンク１から圧力室６３ａ，６３ｂに燃料を吸入する吸入口６４ａ，６４ｂが形成されるとともに、圧力室６３ａ，６３ｂから蓄圧器２０へと燃料を吐出する吐出口６６ａ，６６ｂが形成されている。そして、吐出口６６ａ，６６ｂには、圧力室６３ａ，６３ｂの圧力が吐出口６６ａ，６６ｂの下流側（蓄圧器２０側）の圧力よりも所定圧以上高くなることで機械的に開弁する逆止弁６７ａ，６７ｂが設けられている。

ここで、蓄圧器２０は、隔壁２３により互いに分離された２つの蓄圧室２１ａ，２１ｂを備えており、これら各蓄圧室２１ａ，２１ｂは、圧送配管２２ａ，２２ｂを介して圧力室６３ａ，６３ｂ（吐出口６６ａ，６６ｂ）に接続されている。これにより、一方の圧力室６３ａは、圧送配管２２ａを介して蓄圧室２１ａに燃料を圧送し、他方の圧力室６３ｂは、圧送配管２２ｂを介して蓄圧室２１ｂに燃料を圧送する。

さらにシリンダ６１ａ，６１ｂには、リターン流入口６９ａ，６９ｂが形成されており、圧送配管２２ａ，２２ｂのうち逆止弁６７ａ，６７ｂに対して蓄圧室２１ａ，２１ｂ側の部分と、リターン流入口６９ａ，６９ｂとは、バイパス配管６８ａ，６８ｂにより接続されている。また、プランジャ６２ａ，６２ｂの内部には、リターン流入口６９ａ，６９ｂと圧力室６３ａ，６３ｂとを連通可能にする連通路６２１ａ，６２１ｂが形成されている。

リターン流入口６９ａ，６９ｂは、往復動するプランジャ６２ａ，６２ｂの外周面により開閉される。つまり、図１中の符号６２ａに示す位置のプランジャにおいては、リターン流入口６９ａは連通路６２１ａと連通するので、蓄圧室２１ａと圧力室６３ａとは、圧送配管２２ａ、バイパス配管６８ａ、リターン流入口６９ａ、連通路６２１ａ及びリターン流入口６９ａを通じて連通することとなる。つまり、逆止弁６７ａをバイパスして蓄圧室２１ａと圧力室６３ａとは連通する。

一方、図１中の符号６２ｂに示す位置のプランジャにおいては、リターン流入口６９ｂは、連通路６２１ｂと連通せずシリンダ６１ｂにより閉塞されるので、蓄圧室２１ｂと圧力室６３ｂとは逆止弁６７ｂをバイパスした上記連通状態とはならない。

なお、本実施形態では、プランジャ６２ａ，６２ｂが圧力室６３ａ，６３ｂを最も膨張させた位置（プランジャ最下降位置）にある時には、リターン流入口６９ａ，６９ｂはプランジャ６２ａ，６２ｂにより閉塞されるよう構成されている（図３（ｃ）及び図４（ａ）参照）。また、プランジャ６２ａ，６２ｂが圧力室６３ａ，６３ｂを最も圧縮させた位置（プランジャ最上昇位置）にある時には、リターン流入口６９ａ，６９ｂはプランジャ６２ａ，６２ｂにより開口されるよう構成されている（図３（ａ）及び図４（ｃ）参照）。

また、リターン流入口６９ａ，６９ｂの往復動方向（図３の上下方向）長さＬ２は、連通路６２１ａ，６２１ｂのうちリターン流入口６９ａ，６９ｂに対向する部分の往復動方向長さＬ１に比べて長くなるよう設定されている。これにより、プランジャ６２ａ，６２ｂが１往復する際にリターン流入口６９ａ，６９ｂと連通路６２１ａ，６２１ｂとが連通する時間は、所定時間以上に確保される。

調量弁７０ａ，７０ｂは、吸入口６４ａ，６４ｂを開閉するスプール７１ａ，７１ｂと、スプール７１ａ，７１ｂに電磁力を作用させることでスプール７１ａ，７１ｂの移動位置を制御する電磁ソレノイド７２ａ，７２ｂと、を備えて構成されている。そして、電子制御装置（ＥＣＵ９０）は、電磁ソレノイド７２ａ，７２ｂへの通電を制御することで、吸入口６４ａ，６４ｂの開閉タイミングを制御している。

具体的には、圧力室６３ａ，６３ｂを圧縮する向き（プランジャが上昇する向き）にプランジャ６２ａ，６２ｂを作動させるプランジャ上昇行程（圧縮行程）時に、吸入口６４ａ，６４ｂを閉塞させて圧力室６３ａ，６３ｂでの燃料加圧を開始させるタイミング、つまり、圧力室６３ａ，６３ｂの燃料を吸入口６４ａ，６４ｂから燃料タンク１に戻すことを終了させるタイミングをＥＣＵ９０は制御する。これにより、プランジャ６２ａ，６２ｂから蓄圧室２１ａ，２１ｂへの燃料吐出量（厳密にはプランジャ６２ａ，６２ｂの１往復あたりの吐出量）を調節する。このように吐出量を制御するよう機能している時のＥＣＵ９０は「吐出量制御手段」に相当する。

ちなみに、燃料吐出量を調節する手段として、プランジャ上昇行程時に吸入口６４ａ，６４ｂを閉じるタイミングを調節することで吐出流量を調節する上述の手段に加え、以下の手段も挙げられる。すなわち、圧力室６３ａ，６３ｂを膨張する向き（プランジャが下降する向き）にプランジャ６２ａ，６２ｂを作動させるプランジャ下降行程（膨張行程）時において、吸入口６４ａ，６４ｂを開けて燃料タンク１から圧力室６３ａ，６３ｂ内へ燃料の吸入を開始させるタイミングを調節する手段や、プランジャ下降行程時に吸入口６４ａ，６４ｂを閉塞して燃料吸入を終了させるタイミングを調節する手段である。また、プランジャ上昇行程時において、燃料加圧を開始させた後に、吸入口６４ａ，６４ｂを開けて燃料加圧を終了させるタイミングを調節する手段も挙げられる。

上記駆動軸６０Ｊは、圧送タイミング可変機構８０を介してディーゼル機関の出力軸（クランク軸２）と連結されている。このため、駆動軸６０Ｊには、クランク軸２からの動力によって、回転力が付与される。

圧送タイミング可変機構８０は、圧送のタイミングを可変とすべく、駆動軸６０Ｊ及びクランク軸２間の相対的な回転角度を可変とするための機構である。圧送タイミング可変機構８０は、クランク軸２と機械的に連結される第１の回転体８１と、駆動軸６０Ｊと機械的に連結される第２の回転体８２とを備えている。そして、両回転体８１，８２の間には図示しない遅角室及び進角室が区画形成されており、遅角室及び進角室に充填されている作動油を流出入させることで両回転体８１，８２の相対的な回転角度（回転位相差）を可変とし、ひいてはクランク軸２に対する駆動軸６０Ｊの回転位相差を可変としている。

遅角室及び進角室内の作動油圧力は、図示しない作動油ポンプからの燃料吐出経路をオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ８３）により切り替えることで制御される。ＯＣＶ８３は電磁式の切替バルブであり、ＯＣＶ８３が有する電磁ソレノイド８３ａへの通電をＥＣＵ９０が制御（例えばデューティ制御）することで、ＯＣＶ８３の作動を制御する。

電子制御装置（ＥＣＵ９０）は、ディーゼル機関の出力を制御する制御装置である。すなわち、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力を検出する燃圧センサ２４ａ，２４ｂ等のディーゼル機関５０の運転状態を検出する各種センサや、アクセルペダル操作量等のユーザの要求を検出する各種センサの検出結果を取り込む。そして、これら検出結果に基づき、燃料噴射弁３０、調量弁７０ａ，７０ｂ、ＯＣＶ８３等、ディーゼル機関５０の出力を制御するための各種アクチュエータを操作する。

図２に、上記燃料噴射弁３０の断面構成を示す。

燃料噴射弁３０は、その先端に、円柱状のニードル収納部３１が設けられている。そして、ニードル収納部３１には、その軸方向に変位可能なノズルニードル３２が収納されている。ノズルニードル３２は、燃料噴射弁３０の先端部に形成されている環状のニードルシート部３３に着座することで、ニードル収納部３１を外部（ディーゼル機関の燃焼室）から遮断する一方、ニードルシート部３３から離座することで、ニードル収納部３１を外部と連通させる。また、ニードル収納部３１には、高圧燃料通路３４を介して蓄圧器２０から高圧燃料が供給される。

ノズルニードル３２の背面側（ニードルシート部３３と対向する側の反対側）は、背圧室３５に対向している。背圧室３５には、蓄圧器２０内の高圧燃料が、高圧燃料通路３４、入オリフィス３６を介して供給される。また、ノズルニードル３２の先端部裏面側（図中、上方の面側）は、ニードルスプリング３７により燃料噴射弁３０の先端側へ押されている。更に、ノズルニードル３２の中間部には、軸方向に直交する方向に突出する突出部３２ａが設けられており、ノズルニードル３２のリフト量が所定量となることで、規制部材３８に接触するようになっている。規制部材３８には、圧縮された規制用スプリング３９によってノズルニードル３２を閉弁させる側の力が及ぼされている。

一方、背圧室３５は、出オリフィス４０を介して低圧燃料通路４１と連通可能とされており、低圧燃料通路４１は、燃料タンク１と接続されている。上記背圧室３５と低圧燃料通路４１とは、制御バルブ４２によって連通及び遮断される。すなわち、出オリフィス４０が制御バルブ４２によって塞がれることで、背圧室３５と低圧燃料通路４１とが遮断される一方、出オリフィス４０が開放されることで背圧室３５と低圧燃料通路４１とが連通される。

制御バルブ４２は、バルブスプリング４３によって燃料噴射弁３０の先端側へ押されている。また、制御バルブ４２は、電磁ソレノイド４４の電磁力により吸引されることで、燃料噴射弁３０の後方側に変位可能となっている。なお、電磁ソレノイド４４への通電オン／オフ状態は、ＥＣＵ９０により制御される。

こうした構成において、電磁ソレノイド４４が通電されず電磁ソレノイド４４による吸引力が生じていないときには、制御バルブ４２は、バルブスプリング４３の力によって、出オリフィス４０を塞ぐこととなる。一方、ノズルニードル３２は、ニードルスプリング３７によって燃料噴射弁３０の先端側へ押され、ニードルシート部３３に着座した状態（燃料噴射弁３０の閉弁状態）となる。

ここで、電磁ソレノイド４４が通電されると、電磁ソレノイド４４による吸引力により制御バルブ４２が燃料噴射弁３０の後方側へ変位し、出オリフィス４０を開放する。これにより、背圧室３５の高圧燃料は、出オリフィス４０を介して低圧燃料通路４１へと流出する。このため、背圧室３５の高圧燃料がノズルニードル３２へ印加する圧力は、ニードル収納部３１内の高圧燃料がノズルニードル３２に印加する圧力よりも小さくなる。そして、この圧力差による力が、ニードルスプリング３７がノズルニードル３２を燃料噴射弁３０の先端側へ押す力よりも大きくなると、ノズルニードル３２がニードルシート部３３から離座した状態（燃料噴射弁３０の開弁状態）となる。

上述したように、燃料噴射弁３０のノズルニードル３２のリフト量は、規制部材３８によって制限されている。すなわち、規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝って規制部材３８を変位させることができない限り、リフト量は、ノズルニードル３２が規制部材３８と接触する時のリフト量に制限される。リフト量をこれ以上拡大させるためには、高圧燃料通路３４からニードル収納部３１に供給される燃料の圧力を上昇させることで、規制用スプリング３９に打ち勝つ力をノズルニードル３２に付与することが必要である。そしてこれは、蓄圧室２１ａ，２１ｂの燃料の圧力（燃圧）を高めることで可能である。本実施形態では、特に燃料噴射弁３０が電子制御によって開弁状態とされているときに蓄圧室２１ａ，２１ｂの燃圧を、規制用スプリング３９に打ち勝つ力を付与するための閾値を超えて上昇させる。これにより、燃料噴射期間においてリフト量を段階的に上昇させることができる。これにより、噴射期間の途中で噴射率を増加させることで噴射率をブーツ状に変化させるいわゆるブーツ噴射を行う。以下、ブーツ噴射を適切に行うための本実施形態の設定について説明する。

本実施形態では、蓄圧器２０内部を、複数の燃料噴射弁３０のそれぞれに割り振られた蓄圧室２１ａ，２１ｂに分離した。これにより、蓄圧器２０内部を全ての燃料噴射弁３０に共通の単一の蓄圧室とする場合と比較して、燃料ポンプ１０による燃料の一回の圧送による蓄圧室２１ａ，２１ｂの燃圧の上昇量が増加する。これにより、各燃料噴射弁３０の燃料噴射期間において、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧を十分に上昇させることができ、ひいてはリフト量を拡大するための閾値を超えて上昇させることができる。

また、本実施形態では、各燃料噴射弁３０の燃料噴射に同期して燃料が圧送されるように、燃料噴射弁３０による燃料噴射周期と燃料ポンプ１０による燃料の圧送周期とを１対１に対応付ける同期式システムとする。ただし、燃料噴射開始時期や燃料噴射期間は、クランク軸２の回転速度や要求噴射量等のディーゼル機関５０の運転状態に応じて変化する。このため、本実施形態では、圧送タイミング可変機構８０を操作することで燃料ポンプ１０による燃料の圧送タイミングを制御し、ひいては、燃料噴射期間において蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧が閾値を超えて上昇するようにする。

更に、燃料噴射後には蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力を、規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝ってノズルニードル３２をリフトさせることができない値にまで低下（減圧）させることが要求される。このため、本実施形態では、バイパス配管６８ａ，６８ｂ等を設けることで、リターン流入口６９ａ，６９ｂ、圧力室６３ａ，６３ｂ、及び吸入口６４ａ，６４ｂ等を通じて蓄圧室２１ａ，２１ｂの高圧燃料を燃料タンク１へ逆流させて、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内を減圧させる構成とした。

次に、圧力室６３ａ，６３ｂから蓄圧室２１ａ，２１ｂへと燃料を吐出する場合の高圧ポンプ６０の作動について図３及び図４を用いて詳述するとともに、上述した燃料タンク１への逆流により減圧する場合の高圧ポンプ６０の作動について図５を用いて詳述する。なお、図３〜図５においては、一対のプランジャ６２ａ，６２ｂや、圧力室６３ａ，６３ｂ等を、それぞれプランジャ６２、圧力室６３等と表記する。

＜プランジャ下降行程＞
図３（ａ）はプランジャ６２の最上昇位置を示しており、吸入口６４を調量弁７０で閉塞した状態でプランジャ６２の下降を開始させている。この状態ではリターン流入口６９は開口しているため、蓄圧室２１の高圧燃料が、リターン流入口６９及び連通路６２１を通じて圧力室６３へ流入（逆流）する。そして、吸入口６４は閉塞されているため圧力室６３は高圧状態となる。その結果、圧力室６３へ流入した高圧燃料がプランジャ６２を下降させる向きに付勢することとなるので、複数のプランジャ６２のうち上昇移動しているプランジャ６２の上昇移動がアシストされることとなる。従って、駆動軸６０Ｊの回転駆動がアシストされ、その回転駆動に要するディーゼル機関の消費エネルギが軽減される。

このように、プランジャ６２がリターン流入口６９を開けている時、かつ、プランジャ６２が下降している時に、調量弁７０を閉弁制御するよう機能している時のＥＣＵ９０は「アシスト制御手段」に相当する。

ちなみに、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにプランジャ６２が下降している時には、圧力室６３の圧力が蓄圧室２１の圧力よりも所定圧以上高くなることはないため、逆止弁６７は開口することなく吐出口６６の閉塞を維持する。

次に、図３（ａ）の状態から吸入口６４を閉塞させたまま図３（ｂ）に示す位置までプランジャ６２が下降すると、リターン流入口６９がプランジャ６２により閉塞される。その後さらに、吸入口６４を閉塞させたままの状態でプランジャ６２が下降すると、吸入口６４、リターン流入口６９及び吐出口６６の全てが閉塞したまま圧力室６３は膨張するため、圧力室６３の圧力は、吸入口６４に対して燃料タンク１の側の圧力（フィード圧）よりも低い圧力（負圧）となる。

次に、プランジャ６２の下降期間中において、圧力室６３が負圧状態となっている期間中の所定タイミングで、図３（ｃ）に示す如く吸入口６４を全開とするよう調量弁７０を作動させる。すると、吸入口６４から圧力室６３へ負圧により燃料が吸入され、圧力室６３は燃料で満たされる。以上により、プランジャ６２の下降行程（吸入行程）が終了する。

＜プランジャ上昇行程＞
図４（ａ）はプランジャ６２の最下降位置を示しており、この状態ではリターン流入口６９は閉塞している。そして、吸入口６４を調量弁７０で開口させた状態のままプランジャ６２の上昇を開始させているため、圧力室６３の燃料は加圧されることなく吸入口６４から燃料タンク１へ向けて排出される。なお、この排出時には圧力室６３は加圧されないため、圧力室６３の圧力が蓄圧室２１の圧力よりも所定圧以上高くならず、逆止弁６７は吐出口６６の閉塞を維持する。

次に、プランジャ６２の上昇期間中の所定タイミングで、図４（ｂ）に示す如く吸入口６４を閉塞させるよう調量弁７０を作動させる。すると、吸入口６４、リターン流入口６９及び吐出口６６の全てが閉塞したまま圧力室６３はプランジャ６２により圧縮されるため、圧力室６３の燃料は加圧されて高圧状態となる。さらにプランジャ６２が上昇して加圧が進むと、圧力室６３の圧力が蓄圧室２１の圧力よりも所定圧以上高くなり、逆止弁６７は開口作動して吐出口６６は開口する。これにより、圧力室６３の燃料は吐出口６６から蓄圧室２１へ圧送される。

そして、さらにプランジャ６２が上昇すると、図４（ｃ）に示す如くリターン流入口６９は開口するため、圧力室６３の燃料は、吐出口６６からのみならず、リターン流入口６９からも蓄圧室２１へ圧送されることとなる。

但し、このようにプランジャ６２が上昇してリターン流入口６９が開口した時に、吸入口６４を開口するよう調量弁７０を開作動させると（図５参照）、蓄圧室２１の高圧燃料が、リターン流入口６９、連通路６２１及び圧力室６３を通じて、吸入口６４から燃料タンク１へ戻される（逆流する）。これにより、蓄圧室２１内を短時間で急激に減圧させることができる。したがって、燃料噴射弁３０において、規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝ってノズルニードル３２をリフトさせる高圧状態で燃料を噴射させた後、燃料圧力を急減圧させることで、即座にノズルニードル３２をリフトダウンさせることができる。

このように、ノズルニードル３２をリフトダウンさせるべく、プランジャ６２がリターン流入口６９を開けている時、かつ、プランジャ６２が上昇している時に、調量弁７０を開弁制御するよう機能している時のＥＣＵ９０は「減圧制御手段」に相当する。

次に、ＥＣＵ９０に備えられたマイクロコンピュータが調量弁７０を制御する手順を説明する。先ず、エンジンの運転状態（例えばエンジン負荷及びエンジン回転速度等）に基づき燃料噴射弁３０からの燃料噴射態様を決定する。噴射態様とは、１燃焼サイクル中における燃料の噴射回数、トータルでの噴射量、及び１回の噴射中における噴射率の時間変化等のことであり、例えば、先述したブーツ噴射の有無や、ブーツ噴射を実施する場合におけるブーツの形状等が具体例として挙げられる。

そして、決定した噴射態様に基づき、或いはエンジンの運転状態に基づき、蓄圧室２１の目標圧力（目標レール圧）を算出する。そして、燃圧センサ２４により検出された実際のレール圧（実レール圧）と目標レール圧との差に基づき、燃料ポンプ１０の吐出量制御及び先述した急減圧制御を実施する。

すなわち、実レール圧が目標レール圧より低い場合には、吐出量制御を実施するにあたり、燃料ポンプ１０の吐出量を増大させるよう燃料ポンプ１０の制御内容を補正する。具体的には、プランジャ６２の上昇行程時において、吸入口６４を調量弁７０で閉塞して圧力室６３での加圧開始タイミングを早めるよう補正する。一方、実レール圧が目標レール圧より高い場合には、先述した逆流による蓄圧室２１の急減圧制御を実施する。具体的には、プランジャ６２の上昇行程時において、少なくともリターン流入口６９が開口した時に、吸入口６４を開口するよう調量弁７０を開作動させる。

次に、ＥＣＵ９０に備えられたマイクロコンピュータによる急減圧制御の手順を、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、当該処理は、エンジンの運転中に所定周期（例えば前記マイコンの演算処理周期、又は所定のクランク角周期）で繰り返し実行される。

すなわち、先ずステップＳ１０（プランジャ位置判定手段、プランジャ移動方向判定手段）において、プランジャ６２が上昇行程中との条件、及びプランジャ６２がリターン流入口６９を開口する位置（連通位置）にあるとの条件の少なくとも一方の条件を満たしているか否かを判定する。なお、プランジャ６２はクランク軸２により回転駆動するため、クランク軸２の回転角に基づけばプランジャ６２の移動方向及び移動位置を把握することができる。そこで、上昇行程中であるか否か及び連通位置にあるか否かの判定は、クランク軸２の回転角を検出するクランク角センサの検出値に基づき判定することが望ましい。

前記両条件の少なくとも一方が満たされていると判定した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、続くステップＳ２０（超過量算出手段）において、目標レール圧に対する実レール圧の超過分ΔＰを算出する（ΔＰ＝実レール圧−目標レール圧）。続くステップＳ３０（開作動判定手段）では、ステップＳ２０で算出した超過分ΔＰが閾値を超えて大きくなっているか否かを判定し、ΔＰ＞閾値であると判定した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）には、続くステップＳ４０（減圧制御手段）において、調量弁７０を全開させるよう開弁制御する。これにより、急減圧制御が実施される。具体的には、プランジャ６２の状態が図４（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図３（ａ）の時に、ステップＳ２０にて上昇行程中であると判定されて調量弁７０は全開される。

一方、ΔＰ≦閾値であると判定した場合（Ｓ３０：ＮＯ）、或いはプランジャ６２が上昇中でもなく連通位置でもないと判定した場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、続くステップＳ５０（吐出量制御手段）において、吐出量制御を実施する。具体的には、プランジャ６２が連通位置にある期間、つまり下降行程開始から所定期間（図３（ａ）に示す連通期間）及び上昇行程終了までの所定期間（図４（ｃ）に示す連通期間）には、吸入口６４を全開にするよう調量弁７０を制御する。そして、下降行程において、調量弁７０で吸入口６４を閉塞して圧力室６３での加圧を開始するタイミングを、目標レール圧に対する実レール圧の不足分に応じて可変制御する。つまり、不足分が多いほど加圧開始タイミングを早くする。

以下、上記構成及び制御による減圧制御の効果等、本実施形態による効果を説明する。

・図４（ｃ）の時に調量弁７０を開弁制御することにより、蓄圧室２１の高圧燃料を、バイパス配管６８、リターン流入口６９、連通路６２１、圧力室６３、及び吸入口６４を通じて燃料タンク１へ戻して（逆流させて）減圧させることができる。よって、従来の蓄圧器に設けられた減圧弁から減圧させる場合に比べて、減圧経路（バイパス配管６８、リターン流入口６９、連通路６２１、圧力室６３、及び吸入口６４）における燃料の流路面積を大きくすることを容易に実現できる。よって、蓄圧室２１を減圧させるにあたり、燃料の流速増大を抑制できるので、燃料温度の上昇を抑制できるとともに、短時間で大きく減圧（急減圧）することができる。

また、本実施形態では、従来の蓄圧器に設けられた減圧弁を廃止しており、調量弁７０の作動を制御することで、燃料ポンプ１０からの吐出量の制御及び減圧制御の両制御を実施することができる。つまり、吐出量制御手段及び減圧制御手段を実現するためのＥＣＵ９０中の制御回路を共有化できるので、制御回路の数を減らしてコストダウンを図ることができる。

・図４（ａ）（ｂ）の時に調量弁７０を開弁制御することにより、調量弁７０を全開にしたままプランジャ６２を上昇させるので圧力室６３での加圧が実施されない。そのため、減圧を要する時に不要な加圧を実施しないので、駆動軸６０Ｊの回転駆動に要するディーゼル機関の消費エネルギを軽減できる。

・図３（ａ）の時に調量弁７０を開弁制御することにより、蓄圧室２１の高圧燃料を上述の如く逆流させて減圧させることができるので、燃料温度の上昇を抑制できるとともに急減圧することができる。なお、図３（ｂ）（ｃ）の時には調量弁７０を閉弁制御することにより、圧力室６３にて吸入のための負圧を発生させるので、ΔＰ＞閾値となっている時でも燃料ポンプ１０が必要最低限の量を吐出するように制御される。

・蓄圧器２０は隔壁２３により互いに分離された複数の蓄圧室２１を備えており、複数のプランジャ６２の各々に対して蓄圧室２１を個別に設けている。そのため、蓄圧器を複数のプランジャ６２に対して共通化してコモンレールとして構成してしまう場合に比べて、１つの蓄圧室２１に対して１つのプランジャ６２から減圧させるので、実レール圧を目標レール圧に近づけるよう減圧制御することを容易にできる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、図６に示すように、プランジャ６２が上昇行程中との条件及び連通位置にあるとの条件の少なくとも一方を満たしている場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）に、ステップＳ４０での急減圧制御の実施を許可している。これに対し、連通位置にあるか否かに拘わらず上昇行程中であれば急減圧制御を許可するようにしてもよい。或いは、上昇行程中であるか否かに拘わらず連通位置にあれば急減圧制御を許可するようにしてもよい。また、ステップＳ１０での判定を廃止して、ΔＰ＞閾値（Ｓ３０：ＹＥＳ）であればプランジャ６２の位置に拘わらず吸入口６４を全開にし続けるよう急減圧制御を実施してもよい。

・上記実施形態では、図１に示すようにプランジャ６２に連通路６２１を形成して、リターン流入口６９と圧力室６３とが連通路６２１を介して連通するよう構成している。これに対し、図７に示すように連通路６２１を廃止して、リターン流入口６９１と圧力室６３とが直接連通するよう構成してもよい。図７は、プランジャ６２が最も下降した時の状態を示しており、上昇行程開始から所定期間において、リターン流入口６９１と圧力室６３とが直接連通するよう構成されている。そして、この所定期間に、吸入口６４を開口するよう調量弁７０を開作動させることで、蓄圧室２１の高圧燃料を、バイパス配管６８、リターン流入口６９１、圧力室６３、及び吸入口６４を通じて燃料タンク１へ戻して（逆流させて）急減圧させる。

・図６のステップＳ２０において、超過分ΔＰの算出に用いる実レール圧はプランジャ６２の往復動に応じて変動する。つまり、実レール圧はプランジャ上昇時（圧送時）に高くなり下降時（吸入時）に低くなる。そこで、超過分ΔＰを算出するにあたり、プランジャ６２により燃料を圧送する前の時点における実レール圧を用いて算出してもよいし、圧送した後の時点における実レール圧を用いて算出してもよい。

・上記実施形態にかかる調量弁７０は、吸入口６４を圧力室６３の反対側からスプール７１で開閉するよう構成されている。これに対し、吸入口６４を圧力室６３の側からスプール７１で開閉するよう構成してもよい。

・上記実施形態にかかる調量弁７０は、電磁ソレノイド７２への非通電時にスプール７１が閉弁するよう構成されたノーマリクローズ型である。これに対し、電磁ソレノイド７２への非通電時にスプール７１が開弁するよう構成されたノーマリオープン型であってもよい。

・上記実施形態では蓄圧器２０に減圧弁を設けることを廃止しているが、蓄圧器２０に減圧弁を設け、図５に示す如く調量弁７０を逆流させる減圧手段と、減圧弁を開弁作動させることによる減圧手段との両手段により減圧させるようにしてもよい。この場合、逆流による減圧はブーツ噴射の実現のために１燃焼サイクル期間内にて実施し、減圧弁による減圧は１燃焼サイクル期間よりも長い期間にて実施することが望ましい。

・ここで、図６のステップＳ３０にて超過分ΔＰが閾値を超えているか否かを判定するにあたり、その判定処理周期（図６のルーチン処理周期）を短くすることには限界があり、判定処理周期が長いと減圧終了タイミングが遅れることが懸念される。この懸念に対し、ΔＰ＞閾値（Ｓ３０：ＹＥＳ）と判定された時に調量弁７０の開作動時間を設定し、開作動を開始した後、判定処理周期が経過して次回の判定が為される前に、開作動時間がタイムアップとなっていれば開作動を終了するよう制御することで、減圧終了タイミングが遅れることの抑制を図るようにしてもよい。なお、この場合には判定処理周期を燃焼サイクルに同期させ、例えば１燃焼サイクル毎に処理を繰り返すことが望ましい。

本発明の一実施形態にかかる燃料噴射制御システムの全体構成を示す図。 図１に示す燃料噴射弁の断面構成を示す図。 図１に示すプランジャの下降行程を説明する図。 図１に示すプランジャの上昇行程を説明する図。 図１に示す燃料ポンプにおいて、逆流による急減圧を実施している状態を説明する図。 図１に示すＥＣＵにより実施される急減圧制御の手順を説明するフローチャート。 本発明の他の実施形態にかかる燃料ポンプの構造を示す図。

符号の説明

１…燃料タンク、１０…燃料ポンプ、２０…蓄圧器、３０…燃料噴射弁、６１ａ，６１ｂ…シリンダ、６２ａ，６２ｂ…プランジャ、６３ａ，６３ｂ…圧力室、６４ａ，６４ｂ…吸入口、６６ａ，６６ｂ…吐出口、６９ａ，６９ｂ，６９１…リターン流入口、７０ａ，７０ｂ…調量弁、９０…ＥＣＵ（吐出量制御手段、減圧制御手段、アシスト制御手段）、６２１ａ，６２１ｂ…連通路、Ｓ１０…プランジャ位置判定手段、プランジャ移動方向判定手段、Ｓ２０…超過量算出手段、Ｓ３０…開作動判定手段、Ｓ４０…減圧制御手段、Ｓ５０…吐出量制御手段。

Claims (10)

1. 内部に圧力室を形成するシリンダ、及び前記シリンダ内を往復動して前記圧力室の燃料を加圧するプランジャを有し、当該加圧された燃料を圧送する燃料ポンプと、
   前記燃料ポンプにより圧送された燃料を高圧状態で蓄える蓄圧器と、
   前記蓄圧器に蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   を備え、
   前記シリンダには、燃料タンクから前記圧力室へ燃料を吸入する吸入口と、前記プランジャにより加圧された燃料を前記圧力室から前記蓄圧器へ吐出する吐出口とが形成されており、
   前記吸入口を開閉する調量弁と、
   前記調量弁の開閉作動を制御することで前記吐出口からの燃料吐出量を制御する吐出量制御手段と、
   を備える燃料噴射制御システムにおいて、
   前記蓄圧器から前記シリンダ内へ燃料を流入させるリターン流入口を、往復動する前記プランジャにより開閉されるよう前記シリンダに形成し、
   前記調量弁を開作動させることで、前記リターン流入口、前記圧力室、及び前記吸入口を通じて前記蓄圧器内の高圧燃料を前記燃料タンクへ戻して前記蓄圧器内を減圧させる減圧制御手段を備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。
2. 前記プランジャには、前記リターン流入口と前記圧力室とを連通可能にする連通路が形成されており、
   前記プランジャの往復動位置に応じて前記連通路と前記吸入口との連通及び遮断が切り替えられるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御システム。
3. 前記プランジャが前記リターン流入口を開けている時、かつ、前記圧力室を膨張させる向きに前記プランジャが移動している時に、前記調量弁を閉作動させることで、前記蓄圧器の高圧燃料を前記圧力室に流入させて前記プランジャの移動をアシストするアシスト制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御システム。
4. 前記蓄圧器における燃料の目標圧力に対して実際の圧力が高くなっていることを条件として、前記減圧制御手段による前記調量弁の開作動を許可することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御システム。
5. 前記蓄圧器における燃料の目標圧力に対する実際の圧力の超過分を算出する超過量算出手段を備え、
   前記超過分が閾値を超えて大きくなっていることを条件として、前記減圧制御手段による前記調量弁の開作動を許可することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御システム。
6. 前記減圧制御手段は、
   前記減圧のための開作動を許可するか否かを所定周期で繰り返し判定する開作動判定手段と、
   前記開作動判定手段により前記開作動を許可すると判定された時に前記調量弁の開作動時間を設定する開作動時間設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射制御システム。
7. 前記プランジャの往復動位置が前記リターン流入口を開ける連通位置であるか否かを判定するプランジャ位置判定手段を備え、
   前記減圧制御手段は、前記プランジャが前記連通位置であると判定された場合に前記調量弁を開作動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料噴射制御システム。
8. 前記プランジャは、内燃機関のクランク軸を駆動源として往復動するよう構成され、
   前記クランク軸の回転角を検出するクランク角センサを備え、
   前記プランジャ位置判定手段は、前記クランク角センサの検出値に基づき前記連通位置であるか否かを判定することを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射制御システム。
9. 前記プランジャの移動方向が、前記圧力室を圧縮させる向きであるか否かを判定するプランジャ移動方向判定手段を備え、
   前記減圧制御手段は、前記プランジャの移動方向が前記圧縮させる向きであると判定された場合に前記調量弁を開作動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料噴射制御システム。
10. 前記燃料ポンプは、一対の前記シリンダ及び前記プランジャを複数有しており、
    前記調量弁は、前記複数のシリンダの各々に対して備えられ、
    前記蓄圧器及び前記燃料噴射弁は、前記複数のプランジャの各々に対して備えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の燃料噴射制御システム。

Images