JP3235201B2 - コモンレール圧検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コモンレール式燃料噴
射装置のコモンレール圧検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭６２−２５８１６０
号公報に示されるようなコモンレールを有する高圧燃料
噴射装置では、実コモンレール圧をコモンレールに配設
された圧力センサで検出し、実コモンレール圧と指令噴
射圧力とから高圧供給ポンプをフィードバック制御する
ことでコモンレール圧を目標圧力に保っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
コモンレール式燃料噴射装置のコモンレールの内部は、
非常に高い圧力に保たれている。このため、コモンレー
ルと圧力センサとの接続部にも非常に高い圧力が加わっ
ていた。コモンレールと圧力センサとの接続部には高い
密閉性が要求されるが、この高圧が原因で接続部が破損
する恐れがあり、破損した場合には、外部への燃料漏れ
が起こる等の問題があった。

【０００４】また、圧力センサ自体は、高圧に耐える性
能が要求されるため、低圧で使うものに比べて生産コス
トが高いといった問題もあった。しかも、低圧から高圧
までの広い範囲を検知するセンサであるが故に、微小な
圧力変動を検知するには不向きであった。

【０００５】本発明は、このように高圧となるコモンレ
ール自体に、圧力センサを配設することなくコモンレー
ル圧を検出することのできるコモンレール圧検出装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するために、本発明は請求項１に記載した構成を採っ
た。即ち、コモンレール式燃料噴射装置のコモンレール
圧を検出するコモンレール圧検出装置であって、燃料リ
ーク状態を検出するリーク状態検出手段と、燃料リーク
状態とコモンレール圧との関係をあらかじめ記憶した記
憶手段と、該記憶手段に記憶された関係を参照して、前
記リーク状態検出手段によって検出された燃料リーク状
態からコモンレール圧を推定する圧力推定手段とを備え
ることを特徴とするコモンレール圧検出装置の構成がそ
れである。

【０００７】この請求項１記載のコモンレール圧検出装
置によれば、リーク状態検出手段によって検出される燃
料リーク状態から、コモンレール圧を推定する。燃料の
リークは、コモンレールの圧力が大きくなると、それに
応じて大きくなる。従って、理論的にあるいは実測によ
るなどして求められあらかじめ記憶された燃料のリーク
状態とコモンレール圧との関係を参照して、検出された
リーク状態から実際のコモンレール圧を推定することが
可能となる。また、リーク燃料の圧力はコモンレール圧
に比して小さいので、リーク状態検出手段の取付部分の
密閉性の維持は簡単で、リーク状態検出手段自体もコモ
ンレール圧の様な高圧に耐える構造を必要としない。

【０００８】更に、本発明は、コモンレール圧の検出精
度を高めるために、請求項２に記載した構成を採った。
即ち、請求項１のコモンレール圧検出装置において、更
に、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、該運転状態検出手段によって検出された内燃機関の
運転状態に応じて前記圧力推定手段が推定したコモンレ
ール圧を補正する補正手段とを備えることを特徴とする
コモンレール圧検出装置の構成がそれである。

【０００９】この請求項２記載のコモンレール圧検出装
置によれば、内燃機関の運転状態によってリーク状態が
変動する場合において、推定したコモンレール圧を運転
状態に応じて補正する。従って、リーク状態が内燃機関
の運転状態によって変動しても、リーク状態から正確な
コモンレール圧を推定することが可能となる。

【００１０】

【実施例】次に、図面に示す実施例によって本発明を詳
しく説明する。図１はコモンレール式燃料噴射装置の構
成図である。このコモンレール式燃料噴射装置１は、多
気筒のディーゼルエンジン２と、ディーゼルエンジン２
の各気筒に燃料を噴射するインジェクタ３と、このイン
ジェクタ３に供給する高圧燃料を蓄圧するコモンレール
４と、コモンレール４に高圧燃料を圧送する高圧供給ポ
ンプ５と、これらを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）６
とを備える。

【００１１】ＥＣＵ６は、ディーゼルエンジン２の状
態、例えばエンジン回転数センサ７の検出値やアクセル
センサ８の検出値等の運転条件を取り込み、ディーゼル
エンジン２の燃焼状態が最適となるような燃料噴射圧を
実現するための指令噴射圧力ＰＦＩＮを算出し、後述の
方法によって検知される実コモンレール圧ＰＣを指令噴
射圧力ＰＦＩＮに維持する様に高圧供給ポンプ５を駆動
制御するコモンレール圧フィードバック制御を行う。

【００１２】高圧供給ポンプ５は、このＥＣＵ６によっ
て制御される圧力制御装置９によって制御され、燃料タ
ンク１０に蓄えられた燃料を低圧供給ポンプ１１を経て
吸入し、自身の内部にて高圧に加圧し、この加圧された
高圧燃料を供給配管１２を介してコモンレール４に圧送
する。

【００１３】各インジェクタ３は、配管１３によって、
高圧燃料を蓄圧したコモンレール４と連結されている。
そして、各インジェクタ３に配設された３方電磁弁１４
を開閉動作することで、このコモンレール４にて蓄圧さ
れて指令噴射圧力ＰＦＩＮとなった高圧燃料が、ディー
ゼルエンジン２の各気筒の燃焼室へ噴射される。

【００１４】インジェクタ３の３方電磁弁１４の開閉動
作は、ＥＣＵ６からのインジェクタ制御指令に基づいて
実行される。このインジェクタ制御指令は燃料噴射量や
燃料噴射時期を調節するためのものであって、制御指令
はエンジン回転数センサ７やアクセルセンサ８等からの
検出値に基づいて算出され、クランク角センサ１５や気
筒判別センサ１６等の検出値に基づいて、所定のタイミ
ングでＥＣＵ６から出力される。なお、高圧供給ポンプ
５に対する制御指令もクランク角センサ１５やカム角度
センサ１７等からの検出値に基づいた所定のタイミング
で出力されている。

【００１５】更に、各３方電磁弁１４には、リーク管１
８が連結されている。リーク管１８は、３方電磁弁１４
の開弁時に放出されるリーク燃料を、燃料タンク１０に
戻すためのものである。リーク管１８には、所定位置に
オリフィス１９が設けられると共に、リーク管１８と３
方電磁弁１４との連結箇所からオリフィス１９までの間
にリーク燃料温度センサ２０とリーク管圧センサ２１と
が配設されている。リーク燃料温度センサ２０は、リー
ク管１８に溢れたリーク燃料の温度を検出するセンサで
あり、リーク管圧センサ２１は、リーク燃料の圧力を検
出するセンサである。

【００１６】なお、３方電磁弁１４の構造は、特開平２
−２１８８５７号に開示のものを用いることができる。
次に、図２に示した燃料噴射制御のメインルーチンを説
明する。燃料噴射制御においては、アクセル開度ＡＣＣ
Ｐをアクセルセンサ８の検出値より算出する（Ｓ１
０）。次に、エンジン回転数センサ７の検出値に基づい
てエンジン回転数ＮＥを求める（Ｓ２０）。

【００１７】次にアクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転
数ＮＥを用いてガバナパターンマップを参照し、指令噴
射量ＱＦＩＮを算出する（Ｓ３０）。次にエンジン回転
数ＮＥと指令噴射量ＱＦＩＮを用いてタイミングマップ
を参照し、指令噴射タイミングＴＦＩＮを算出する（Ｓ
４０）。次にエンジン回転数ＮＥと指令噴射量ＱＦＩＮ
を用いて圧力マップを参照し、指令噴射圧力ＰＦＩＮを
算出する（Ｓ５０）。なお、算出結果ＮＥ，ＡＣＣＰ，
ＱＦＩＮ，ＴＦＩＮ，ＰＦＩＮはＥＣＵ６の内蔵ＲＡＭ
に記憶される。これらの算出結果に基づいて、ＥＣＵ６
は、適切なタイミングでインジェクタ３の３方電磁弁１
４を駆動制御して燃料を噴射すると共に（Ｓ６０）、圧
力制御装置９を制御してコモンレール４の燃料の圧力を
一定に保つ（Ｓ７０）。

【００１８】次に、このＳ６０のインジェクタ制御とＳ
７０のコモンレール圧制御について、更に詳しく説明す
る。図３は、インジェクタ制御のフローチャートであ
る。この制御は、基準パルスに同期して所定のタイミン
グで繰り返し行われる。インジェクタ制御では、指令噴
射量ＱＦＩＮを入力し（Ｓ１００）、実コモンレール圧
ＰＣを入力する（Ｓ１１０）。次に指令噴射量ＱＦＩＮ
と実コモンレール圧ＰＣとを用いて、図４に示す様な噴
射期間マップを参照し、噴射パルスＴＱを算出する（Ｓ
１２０）。次に指令噴射タイミングＴＦＩＮを入力し
（Ｓ１３０）、エンジン回転数ＮＥを入力する（Ｓ１４
０）。次にインジェクタ制御開始待ち期間ＴＴを指令噴
射タイミングＴＦＩＮとエンジン回転数ＮＥとをパラメ
ータとする関数によって算出する（Ｓ１５０）。なお、
ＱＦＩＮ，ＴＦＩＮ，ＮＥは、メインルーチンで説明し
た方法にて、あらかじめ算出されてＥＣＵ６の内蔵ＲＡ
Ｍに記憶されている。実コモンレール圧ＰＣも、あらか
じめ算出されてＥＣＵ６の内蔵ＲＡＭに記憶された値
で、その算出方法については、後で詳しく説明する。以
上の手順で求めたインジェクタ制御開始待ち期間ＴＴ及
び噴射パルスＴＱに従って、インジェクタ３の３方電磁
弁１４を駆動制御して燃料の噴射を行う。

【００１９】図５は、コモンレール圧制御のフローチャ
ートである。この制御もインジェクタ制御と同様に、基
準パルスに同期して所定のタイミングで繰り返し行われ
る。コモンレール圧制御では、指令噴射圧力ＰＦＩＮを
入力し（Ｓ２００）、実コモンレール圧ＰＣを入力する
（Ｓ２１０）。なお、ＰＦＩＮ，ＰＣは、あらかじめ算
出されてＥＣＵ６の内蔵ＲＡＭに記憶されている。次に
ポンプ制御開始待ち期間ＴＦを指令噴射圧力ＰＦＩＮと
実コモンレール圧ＰＣとの差（ＰＦＩＮ−ＰＣ）をパラ
メータとする関数によって算出する（Ｓ２２０）。以上
の手順で求めたポンプ制御開始待ち期間ＴＦに従って、
圧力制御装置９を制御して高圧供給ポンプ５を駆動し、
高圧燃料をコモンレール４に圧送してコモンレール４の
燃料の圧力を一定に保つ。

【００２０】以上説明したインジェクタ制御とコモンレ
ール圧制御のタイミングチャートを図６に示す。インジ
ェクタ制御としては、所定のタイミングで検出されるタ
イミング信号を基準パルスとして、インジェクタ制御開
始待ち期間ＴＴ経過後に噴射パルスＴＱを出力する。こ
の噴射パルスＴＱに応じて３方電磁弁１４が駆動され、
燃料噴射が行われる。また、コモンレール圧制御も、基
準パルス検出後からポンプ制御開始待ち期間ＴＦの経過
を待って圧力制御装置９へポンプ駆動パルスを出力す
る。このポンプ駆動パルスによって高圧供給ポンプ５の
弁が開閉され、内部のプランジャがカムリフトに従って
動作する間に、ハッチングで示した部分の面積に比例す
る量の燃料がコモンレール４へ圧送される。従って、こ
のハッチング面積が大きくなるようにポンプ駆動パルス
の出力時期を早くすればより多くの燃料がコモンレール
４へ圧送され、逆に出力時期を遅くすれば圧送される燃
料は少なくなる。つまり、駆動パルスの出力時期によっ
てコモンレール４の圧力を調整することができる。

【００２１】次に、本発明の要目である実コモンレール
圧ＰＣの検出方法について説明する。図７に模式的に示
すように、コモンレール４からリーク管１８を通って燃
料タンク１０に至るリーク燃料の流路を考えると、３方
電磁弁１４の間隙を通ってコモンレール４からリーク管
１８に流れる流量Ｑ１は、実コモンレール圧ＰＣ，リー
ク管圧ＰＬ，燃料の密度ρ，３方電磁弁１４の間隙の面
積Ｓ１，係数α１によって、

【００２２】

【数１】

【００２３】と表される。また、オリフィス１９を通っ
てリーク管１８から燃料タンク１０に流れる流量Ｑ２
は、リーク管圧ＰＬ，大気圧Ｐ０，燃料の密度ρ，オリ
フィスの断面積Ｓ２，係数α２によって、

【００２４】

【数２】

【００２５】と表される。コモンレール４からリーク管
１８を通って燃料タンク１０に至るリーク燃料の流路は
つながっているので、連続の式より、

【００２６】

【数３】

【００２７】となり、実コモンレール圧ＰＣは、

【００２８】

【数４】

【００２９】となる。大気圧Ｐ０は一定と考えられるの
で、実コモンレール圧ＰＣはリーク管圧ＰＬの関数とな
り、この関係をあらかじめ測定してマップとしてＲＯＭ
内に記憶しておくことで、実コモンレール圧ＰＣをリー
ク管圧ＰＬから推定することが可能となる。実際には、
これにエンジンの運転状態による補正を加えて実コモン
レール圧ＰＣを算出する。

【００３０】次に図８に示すフローチャートによって実
コモンレール圧検出制御の方法を具体的に示す。以下に
説明する実コモンレール圧検出制御は、エンジン回転数
ＮＥ、リーク燃料温度ＴＬ、噴射パルスＴＱというパラ
メータ（本発明でいう内燃機関の運転状態）に応じてコ
モンレール圧を補正する制御である。この制御もインジ
ェクタ制御，コモンレール圧制御と同様に、基準パルス
に同期して所定のタイミングで繰り返し行われる。実コ
モンレール圧検出制御は、リーク管圧ＰＬをリーク管圧
センサ２１の検出値より算出する（Ｓ３００）。次に、
ＲＡＭに記憶されたエンジン回転数ＮＥを入力する（Ｓ
３１０）。エンジン回転数が高くなるとリーク量が増加
するため、リーク管圧ＰＬとエンジン回転数ＮＥとを用
いて、図９に示す様な基本コモンレール圧マップを参照
し、基本コモンレール圧ＰＣＡを算出する（Ｓ３２
０）。次にリーク燃料温度ＴＬをリーク燃料温度センサ
２０の検出値より算出する（Ｓ３３０）。リーク燃料温
度ＴＬが高くなるとリーク量が増加するため、リーク燃
料温度ＴＬと基本コモンレール圧ＰＣＡとを用いて、図
１０に示す様な補正コモンレール圧マップを参照し、補
正コモンレール圧ＰＣＢを算出する（Ｓ３４０）。次に
ＲＡＭに記憶された噴射パルスＴＱを入力する（Ｓ３５
０）。図１１に示すように、噴射パルスＴＱの期間によ
ってリーク量は増加するため、図１２に示すような噴射
パルス補正係数マップを参照し、噴射パルスＴＱから噴
射パルス補正係数αを算出する（Ｓ３６０）。そして、
補正コモンレール圧ＰＣＢを噴射パルス補正係数αによ
って補正して、実コモンレール圧ＰＣを算出する（Ｓ３
７０）。このような方法で求めた実コモンレール圧ＰＣ
は、ＥＣＵ６の内蔵ＲＡＭに記憶され、先に説明したイ
ンジェクタ制御やコモンレール圧制御において使用され
る。

【００３１】以上説明した通り、本実施例のコモンレー
ル圧検出装置によれば、コモンレール４にセンサを取り
付けることなく、実コモンレール圧を検出することが可
能となる。これによって、非常に高圧が加わるコモンレ
ール４から接続部を減少させて、コモンレール４の密閉
性を高めることができ、信頼性が向上する。なお、リー
ク管１８には、リーク燃料温度センサ２０，リーク管圧
センサ２１が取り付けられるが、リーク管圧はコモンレ
ール圧の１／１００程度の低圧であるため、接続部の密
閉性が容易に保てる上に、センサが高圧に耐える構造を
必要としないため生産コストも低くすることができる。
しかも、センサは従来のような高圧から低圧までの大き
な変動を検知しなくてもよいため、微小変動に対する追
従性の良いセンサを使用できるので、従来よりきめ細か
くコモンレール圧の変動を捉えて最適な制御をすること
が可能になる。

【００３２】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内の種
々なる態様を採用することができる。例えば、実施例で
インジェクタ３とオリフィス１９との間に設けたリーク
管圧センサ２１の代わりに、図１３に示すような差圧セ
ンサ２２を設けてもよい。これによって、リーク管１８
に設けられたオリフィス１９の前後の圧力差を検出し、
リーク燃料の流量が測定できる。この流量と基本コモン
レール圧ＰＣＡとの関係は、リーク管圧ＰＬと基本コモ
ンレール圧ＰＣＡとの関係と同様に、基本コモンレール
圧ＰＣＡに応じてリーク燃料の流量が大きくなるという
関係になっているため、同様の方法にて実コモンレール
圧ＰＣが検出できる。

【００３３】また、リーク管１８に流量センサを取り付
けるだけでも、あらかじめ流量と実コモンレール圧ＰＣ
との関係を求めておけば、同様の方法を用いることがで
きる。このような場合には、３方電磁弁１４によって減
圧されたリーク燃料の流量から直接実コモンレール圧Ｐ
Ｃを推定しているので、オリフィス１９はなくてもよ
い。

【００３４】更に、実施例では、インジェクタ３の３方
電磁弁１４から溢れるリーク燃料を燃料タンク１０に戻
すためのリーク管１８によってリーク状態を検出した
が、コモンレール４から減圧されて溢れる燃料を燃料タ
ンク１０へ戻すようなコモンレール圧推定専用のリーク
路を設ければ、同様の方法で実コモンレール圧が検出で
きる。

【００３５】

【発明の効果】以上の如く、本発明の請求項１記載のコ
モンレール圧検出装置によれば、コモンレール圧を燃料
のリーク状態から推定することが可能となる。リーク燃
料の圧力はコモンレール圧に比して小さいので、リーク
状態検出手段の取付部分の密閉性の維持は簡単で、信頼
性を高めることができる。また、リーク状態検出手段自
体は、コモンレール圧の様な高圧に耐える構造を必要と
しないため、生産コストを低くすることができると共
に、従来のものに比して微少な変動を検出できるものが
採用できる。更に、請求項２記載のコモンレール圧検出
装置によれば、内燃機関の運転状態によってリーク状態
が変動する場合においても、推定したコモンレール圧を
運転状態に応じて補正するので、内燃機関の運転状態に
かかわらず、リーク状態から正確なコモンレール圧を推
定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のシステムを示す構成図である。

【図２】 ＥＣＵの実施する燃料噴射制御のフローチャ
ートである。

【図３】 ＥＣＵの実施するインジェクタ制御のフロー
チャートである。

【図４】 噴射パルス算出用のマップである。

【図５】 ＥＣＵの実施するコモンレール圧制御のフロ
ーチャートである。

【図６】 インジェクタとポンプの作動を説明するタイ
ミングチャートである。

【図７】 コモンレールとリーク管との関係を模式化し
た模式図である。

【図８】 ＥＣＵの実施するコモンレール圧検出制御の
フローチャートである。

【図９】 基本コモンレール圧算出用のマップである。

【図１０】 補正コモンレール圧算出用のマップであ
る。

【図１１】 噴射パルスと燃料のリーク量との関係を示
すグラフである。

【図１２】 噴射パルス補正係数算出用のマップであ
る。

【図１３】 変形例のリーク状態検出手段を示す部分構
成図である。

【符号の説明】

１・・・コモンレール式燃料噴射装置、２・・・ディー
ゼルエンジン、３・・・インジェクタ、４・・・コモン
レール、５・・・高圧供給ポンプ、６・・・電子制御装
置（ＥＣＵ）、７・・・エンジン回転数センサ、８・・
・アクセルセンサ、９・・・圧力制御装置、１０・・・
燃料タンク、１１・・・低圧供給ポンプ、１２・・・供
給配管、１３・・・配管、１４・・・３方電磁弁、１５
・・・クランク角センサ、１６・・・気筒判別センサ、
１７・・・カム角度センサ、１８・・・リーク管、１９
・・・オリフィス、２０・・・リーク燃料温度センサ、
２１・・・リーク管圧センサ、２２・・・差圧センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 47/00 F02M 55/02 350 F02M 45/00 312 F02M 45/00 314

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コモンレール式燃料噴射装置のコモンレ
   ール圧を検出するコモンレール圧検出装置であって、 燃料リーク状態を検出するリーク状態検出手段と、 燃料リーク状態とコモンレール圧との関係をあらかじめ
   記憶した記憶手段と、 該記憶手段に記憶された関係を参照して、前記リーク状
   態検出手段によって検出された燃料リーク状態からコモ
   ンレール圧を推定する圧力推定手段とを備えることを特
   徴とするコモンレール圧検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１のコモンレール圧検出装置にお
   いて、 更に、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 該運転状態検出手段によって検出された内燃機関の運転
   状態に応じて前記圧力推定手段が推定したコモンレール
   圧を補正する補正手段とを備えることを特徴とするコモ
   ンレール圧検出装置。