JP3695225B2 - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料サプライポンプから圧送される燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールから供給される燃料をインジェクタから燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、エンジンの燃料噴射制御に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方法として、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、ポンプによって所定圧力に加圧された燃料噴射制御用の作動流体をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、作動流体圧力を利用して各気筒にそれぞれ配置されたインジェクタを作動させて、インジェクタから対応する燃焼室内に燃料を噴射するシステムである。燃料が各インジェクタからエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コントローラが各インジェクタに設けられた制御弁としての開閉弁を制御している。
【０００３】
作動流体を燃料とする燃料圧力作動型のコモンレール式燃料噴射システムの場合、コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧力が作用しており、各インジェクタは、燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行うための開閉弁と当該開閉弁を開閉駆動するための電磁アクチュエータとを備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁アクチュエータの作動とを制御している。また、作動流体としてエンジンオイルをコモンレールに貯留し、コモンレールからインジェクタの圧力室に供給したオイル圧力でインジェクタ内の増圧室内に供給されている燃料を所定の圧力まで増圧する型式のコモンレール式燃料噴射システムも提案されている。
【０００４】
従来の燃料圧力作動型のコモンレール燃料噴射システムを図６に基づいて説明する。燃料タンク７からフィードポンプ６によって吸い上げられた燃料は、燃料サプライポンプ１に送られる。燃料サプライポンプ１は、エンジンによって駆動されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料をコモンレール２に圧送する。コモンレール２に蓄圧状態に貯留された燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３を通じて、エンジンの型式に応じて気筒毎に設けられたインジェクタ３に供給され、各インジェクタ３からそれぞれ対応した燃焼室内に噴射される。燃料サプライポンプ１は、図示以外にも、エンジンの型式に応じて複数のプランジャを有するロータリ型又は列型のポンプとすることができる。
【０００５】
燃料サプライポンプ１は、エンジンの出力によって駆動されるポンプ駆動カム１０と、ポンプ駆動カム１０に当接して往復動をするプランジャ１１とを備えており、プランジャ１１の頂面がポンプ室１２の壁面の一部を形成している。ポンプ室１２と燃料吸入通路１３との間に配設されているインレットバルブ１５が、フィードポンプ６から燃料吸入通路１３を通じてポンプ室１２に流入する燃料量を制御する。ポンプ室１２とコモンレール２との間を繋ぐ燃料吐出路１４には、燃料サプライポンプ１の所定の吐出圧で開弁する逆止弁１７が設けられている。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力がシステム異常等に起因して異常上昇するのを防ぐため、所定の設定圧力よりも高くなると開弁してコモンレール２内の燃料を排出路２１を通じて燃料タンク７へ放出してコモンレール圧力を低下させる常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。また、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力される。
【０００７】
インジェクタ３は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ３はインジェクタ本体内を往復動可能な針弁３１と、ノズルの先端に形成され且つ針弁３１がリフトしたときに開口して燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えている。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの高圧燃料が供給されるバランスチャンバ３０の壁面の一部を形成している。燃料供給管２３に接続する燃料通路３４は、針弁３１の周囲に形成された燃料溜まり３５に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６には燃料圧力が作用して、針弁３１にリフト力を与える。一方、針弁３１には、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押し下げ力と、リターンスプリング４７の戻し力とが作用する。リフト力、押し下げ力及び戻し力のバランスによって、針弁３１のリフトが制御される。針弁３１の開弁時には、針弁３１の先端に形成された第２テーパ面３７がインジェクタ本体のテーパ状弁シートに着座して、燃料溜まり３５から針弁３１の周囲に形成される通路と噴孔３２との連通を閉じる。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は燃料供給管２３から分岐した供給路３８を通じてバランスチャンバ３０に供給され、バランスチャンバ３０内の燃料は排出路４０を通じて排出される。供給路３８及び排出路４０には、それぞれオリフィス３９，４１が設けられており、オリフィス４１の有効通路断面積はオリフィス３９の有効通路断面積よりも大となるように設定されている。また、排出路４０には、排出路４０を燃料戻し管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
コントローラ８からの制御電流によって電磁ソレノイド４５を作動させて、排出路４０に設けられている開閉弁４４を開弁させると、オリフィス３９はオリフィス４１よりも燃料の流れをより強く制限するので、バランスチャンバ３０内の燃料圧力が低下する。針弁３１を持ち上げるリフト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押下げ力及びリターンスプリング４７のばね力との合力を上回り、針弁３１がリフトし、燃料は開口した噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。噴射に費やされずバランスチャンバ３０から排出路４０を通じて流出た燃料は、燃料戻し管４６を経て燃料タンク７に回収される。
【００１０】
コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種センサ９からの検出信号が入力される。その他、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号がコントローラ８へ入力される。
【００１１】
コントローラ８は、上記各センサ９からの検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づいて設定された目標噴射特性に従って、開閉弁４４を開閉して針弁３１をリフトを制御する。目標噴射特性は、エンジン出力がエンジンの運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ３からの燃料噴射のタイミングと噴射量とを定めるものである。燃料噴射の時期及び量は、噴射圧力と針弁３１のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められる。コントローラ８が出力したコマンドパルスに基づいて決定された駆動電流が電磁ソレノイド４５に送られ、開閉弁４４が開閉制御されて、針弁３１のリフトが制御される。
【００１２】
具体的には、インジェクタ３の燃料噴射量とコントローラ８が出力するコマンドパルスのパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（コモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められている。燃料噴射は、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。基本噴射量とエンジン回転数Ｎｅとの間には、アクセルペダル踏込み量Ａｃをパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マップとして予め与えられており、燃料噴射量は、エンジンの運転状態に応じて基本噴射量特性マップから計算によって求められる。図示の例では、インジェクタ３は１つのみ示されているが、エンジンは４気筒、６気筒のように多気筒エンジンであり、コントローラ８は各気筒に対応して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を行う。
【００１３】
インジェクタ３から噴射される燃料の噴射圧力はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力に略等しいので、コモンレール圧力Ｐｒを制御することによって噴射圧力が制御される。エンジンの運転状態が一定であってもインジェクタ３による燃料噴射毎にコモンレール２内の燃料が消費されることによりコモンレール圧力Ｐｒは低下しようとし、また、エンジンの運転状態が変わればエンジンの運転状態に最適となるのに必要なコモンレール圧力Ｐｒも変更される。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御することにより、コモンレール２の圧力をエンジンの運転状態に応じて一定圧力又は必要な圧力に制御する。
【００１４】
コモンレール圧力Ｐｒの制御は、エンジンの運転状態に応じて決定された目標燃料噴射量とエンジン回転数Ｎｅとに応じて目標コモンレール圧力を決定し、この目標コモンレール圧力と圧力センサ２２によって検出された実際のコモンレール圧力との偏差をなくすように、燃料サプライポンプ１の圧送量（プランジャのリフトに伴う圧送量）をフィードバック制御することによって行われる。
【００１５】
図６に示すコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御する方法の一つとして、プリストローク制御が知られている。プリストローク制御は、プランジャ１１がリフト中にあるときでも、燃料吸入通路１３に配設されているインレットバルブ１５を開弁させている期間には、ポンプ室１２内に吸入されていた燃料が燃料吸入通路１３を通じて戻り、インレットバルブ１５の閉弁後に吐出側に圧送されることを利用し、燃料圧送量を制御する方式である。コントローラ８が電磁ソレノイド１６の励磁時期を制御してインレットバルブ１５の閉弁時期からの燃料圧送期間を制御することで、燃料サプライポンプ１の圧送量が制御され、その結果、コモンレール圧力Ｐｒが制御される。燃料吸入通路１３での燃料圧（フィード圧）は、リリーフ弁１８により上限が制限されているので、フィードポンプ６が送る余剰の燃料はリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。
【００１６】
ところで、インジェクタから噴射すべき目標燃料噴射量は、噴射条件としてのコモンレール圧力とインジェクタに備わる開閉弁の開弁期間とによって決定されるが、噴射条件がまったく同じであっても、各インジェクタについて噴孔径が異なる等の機械的な個体バラツキや径年変化によるバラツキによって、実際の燃料噴射量はインジェクタによってバラツキを生じる。この場合、インジェクタの開閉弁の電磁アクチュエータの作動期間、即ち、開閉弁の開弁時間に対応したコマンドパルスのパルス幅を調整することによって、各インジェクタからの噴射毎の燃料噴射量を目標燃料噴射量に一致させる補正制御が可能である。しかしながら、インジェクタ毎に燃料噴射期間、即ち、燃料噴射率が異なることになるので、各気筒毎に燃焼バラツキを生じる。コモンレール式燃料噴射システムの場合には、燃料サプライポンプの圧送特性を揃えたとしても、インジェクタにおける噴射特性のバラツキを無くさないと燃料噴射量を揃えることができない。特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においては、気筒毎の噴射バラツキが燃焼バラツキとなって現れ、不快な振動や騒音の原因となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、燃料噴射量は燃料噴射期間のみではなくコモンレール圧力によっても決定されることに着目して、各インジェクタの個体バラツキや経年変化等に起因して各インジェクタから噴射される燃料噴射量にバラツキが存在していても、コモンレール圧力を各気筒毎に制御することにより、各インジェクタからの噴射毎の燃料噴射を、目標燃料噴射期間と目標燃料噴射量とを含む目標燃料噴射条件で行うことを可能にする点で解決すべき課題がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、各インジェクタの機械的なバラツキ又は経年変化によって燃料噴射量にバラツキを生じるようなことがあっても、各インジェクタについて、各インジェクタの噴射直前におけるコモンレール圧力を、各インジェクタから噴射される燃料噴射量を目標燃料噴射量とする水準に昇圧して、各インジェクタから噴射される燃料噴射率を均一にして、燃料噴射量のバラツキを無くして気筒毎の燃焼バラツキを回避し、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても、不快な振動や騒音の発生を防止することが可能なコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１９】
この発明は、エンジンの各気筒に対応して配設され且つ燃料を噴射するインジェクタ、前記各インジェクタに燃料を供給するため燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールの圧力を昇圧させた状態で前記各インジェクタからの燃料噴射を行うため前記コモンレールに燃料を順次圧送する燃料サプライポンプ、前記エンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記検出手段からの検出信号に基づいて目標燃料噴射期間と目標燃料噴射量とを含む目標燃料噴射条件と、前記目標燃料噴射条件に応じた目標燃料圧送量を含む目標燃料圧送条件とを求めると共に、前記目標燃料圧送条件と前記目標燃料噴射条件とに従ってそれぞれ前記燃料サプライポンプによる燃料圧送と前記インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備し、前記コントローラは、前記コモンレールの圧力を前記目標燃料噴射条件で燃料を噴射可能な圧力まで昇圧するため、前記インジェクタからの実燃料噴射量と前記目標燃料噴射量との噴射量偏差に相当する信号に基づいて前記燃料サプライポンプからの前記目標燃料圧送量を補正し、補正された前記目標燃料圧送量で前記燃料サプライポンプによる燃料圧送を実行するフィードバック制御を行うことから成るコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【００２０】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、コントローラは、各インジェクタについて、該当するインジェクタからの燃料噴射が行われる直前においてコモンレール圧力を昇圧させるため燃料サプライポンプによって圧送される燃料の圧送量を、実燃料噴射量と目標燃料噴射量との噴射量偏差に相当する信号に基づいて補正し、補正した燃料圧送量で燃料サプライポンプカラノ燃料圧送をフィードバック制御しているので、各インジェクタからの燃料噴射は、目標燃料噴射条件を満たすように実行される。したがって、個々のインジェクタに燃料噴射率等の燃料噴射特性のバラツキが存在していても、燃料噴射は、燃料噴射期間と燃料噴射量とを含む燃料噴射条件が目標燃料噴射条件に一致するように行われ、インジェクタへの噴射指令期間を各インジェクタについて同じ期間に設定していても、各インジェクタからの噴射前においてインジェクタ毎に昇圧されるコモンレール圧力を調節することによって、各気筒における燃料噴射率が均一に制御され、燃料噴射量が目標燃料噴射量に一致するように制御される。
【００２１】
前記コントローラは、前記実燃料噴射量が前記目標燃料噴射量を上回る又は下回る前記噴射量偏差に相当する前記信号に対して、それぞれ前記目標燃料圧送量を減少又は増加する補正をする。実燃料噴射量が目標燃料噴射量に比べて少ない場合には、燃料圧送量は増量補正され、当該インジェクタの次回の燃料噴射に際しては、直前のコモンレール圧力は高めに制御され、同じ燃料噴射期間であっても燃料噴射率を高めて、実燃料噴射量は目標燃料噴射量まで増加するようにフィードバック制御される。また、逆に、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に比べて多い場合には、燃料圧送量は減量補正され、当該インジェクタの次回の燃料噴射に際しては、直前のコモンレール圧力は低めに制御され、同じ燃料噴射期間であっても燃料噴射率を下げて、実燃料噴射量は目標燃料噴射量まで減少するようにフィードバック制御される。
【００２２】
前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサを備え、前記コントローラは、前記実燃料噴射量に相当する前記信号として、前記圧力センサからの検出信号に基づいて燃料噴射に伴う前記コモンレールの圧力降下量を算出する。コモンレールの圧力降下量と実燃料噴射量との間の関係は、マップデータとして予め求められており、圧力センサによってコモンレールの圧力降下量を検出することにより、実燃料噴射量が算出される。
【００２３】
前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいてコモンレール基本目標圧力を決定し、前記コモンレール基本目標圧力と前記インジェクタからの燃料噴射によって降下した実コモンレール圧力とに基づいて次回の燃料噴射における前記コモンレール圧力を得るための基本ポンプ圧送量を算出し、前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて前記基本ポンプ圧送量を補正することにより前記燃料圧送量の補正を行う。
【００２４】
前記コントローラは、前記基本ポンプ圧送量に前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて算出した補正係数を乗じることにより、前記基本ポンプ圧送量の補正を行う。例えば、実燃料噴射量に相当する信号としてエンジンの出力軸回転変動量や熱発生量を表す気筒内圧力を利用することができ、噴射量偏差に相当する信号に基づいて算出した補正係数として、実燃料噴射量に相当する信号に対する目標燃料噴射量に相当する信号の比とすることができる。
【００２５】
前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記目標燃料噴射条件の一つとして前記コモンレールの最終目標圧力を算出し、前記コモンレールの最終目標圧力と前記燃料サプライポンプからの燃料圧送後で且つ前記インジェクタからの燃料噴射前の前記コモンレールの圧力との圧力偏差を求め、前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて補正された前記基本ポンプ圧送量を前記圧力偏差に基づいて更に補正する。燃料サプライポンプのプランジャによる燃料圧送がインジェクタ、即ち、気筒毎に対応していることがある。このような場合には、燃料サプライポンプからの燃料圧送後でインジェクタからの燃料噴射前のコモンレール圧力が、燃料サプライポンプ側の原因で目標コモンレール圧力から偏差を生じることがある。気筒別の燃料噴射量偏差に応じて補正された燃料サプライポンプからの燃料圧送量に対して、燃料サプライポンプの燃料圧送に伴うコモンレール圧力の気筒別の圧力偏差に応じて更に補正を施すことで、より精度の高いコモンレール圧力制御を行うことが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力及び燃料圧送量の制御の概要を示すフローチャートであり、図２はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における同じインジェクタについてのコモンレール圧力の変化の一例を示すグラフである。燃料サプライポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射システムそれ自体は、図６に示すシステムを採用することができる。したがって、本発明による燃料サプライポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射システムについての再度の説明は省略する。コモンレール式燃料噴射システムに適用されるインジェクタについても同様である。
【００２７】
コモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力及び燃料圧送量の制御について、図１に示すフローチャート及び図２に示すコモンレール圧力の変化を示すグラフを参照して説明する。先ず、図１に示すフローチャートの上左欄に示すメインフローを参照すると、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル踏込み量Ａｃのようなエンジンの運転状態を各種センサからの検出信号を読み込む（ステップ１）。検出したエンジンの運転状態に応じてインジェクタ３から噴射されるべき目標燃料噴射量Ｑｉｔ、燃料噴射時期、及びコモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂが計算されて決定される（ステップ２，３，４）。コモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂについては、ステップ１で決定した目標燃料噴射量Ｑｉｔとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて決定される。目標燃料噴射量を達成するため、エンジンの運転状態から予め用意されているマップデータに基づいて決定される。目標燃料噴射量Ｑｉｔが多い程、高い基本目標コモンレール圧力Ｐｒｔｂが設定される。メインフローは、エンジンの運転状態が刻々と変化するのに対応するため、上記のステップ１〜４を繰り返して、その時々の噴射条件を更新している。
【００２８】
図１に示す制御フローチャートの上右欄に記載されているポンプ制御フローを参照すると、メインフローのステップ４で計算されたコモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂ（ｉ）が読み込まれ（ステップ１１）、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２からの逐次検出された検出信号に基づいて、各インジェクタ（ｉ）３についてその直前の燃料噴射で降下した実際のコモンレール２の圧力、即ち、圧送前の実コモンレール圧力Ｐｒａｄ（ｉ）が読み込まれる（ステップ１２）。ここで、記号（ｉ）は、気筒番号のような気筒毎、従ってインジェクタ毎に異なる値が付与されている。圧送前の実コモンレール圧力Ｐｒａｄ（ｉ）とステップ１１で読み込まれたコモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂ（ｉ）とに基づいて、基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）が計算される（ステップ１３）。後述する気筒別噴射量偏差による補正値演算フローで計算され且つ保存された学習値である噴射量フィードバック補正係数ＫＱ（ｉ）と、後述する気筒別レール圧力補正係数演算フローで演算されたポンプ圧送バラツキ補正係数ｋ（ｉ）とが読み込まれる（ステップ１４，１５）。ステップ１３で計算された基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）に、ステップ１４，１５でそれぞれ読み込まれた噴射量フィードバック補正係数ＫＱ（ｉ）とポンプ圧送バラツキ補正係数ｋ（ｉ）とを乗じることで基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）を補正することにより、最終目標ポンプ圧送量Ｑｐｔｆ（ｉ）が計算される（ステップ１６）。ステップ１６で求めた最終目標ポンプ圧送量Ｑｐｔｆ（ｉ）から、燃料サプライポンプに配置されるインレットバルブ１５を閉じるために電磁ソレノイド１６に供給されるプリストローク制御用のコマンドパルス時期が決定される（ステップ１７）。
【００２９】
図１に示す制御フローチャートの下左欄に記載されている気筒別噴射量偏差による補正値演算フローを参照すると、ステップ２と同様に、目標燃料噴射量Ｑｉｔ（ｉ）を計算する（ステップ２１）。次に、実燃料噴射量Ｑｉａ（ｉ）が算出される（ステップ２２）。実燃料噴射量Ｑｉａ（ｉ）は例えば各インジェクタ３からの燃料噴射について、燃料噴射に伴うコモンレール２の降下前の圧力と降下後の圧力との偏差として実圧力降下量から、予め求められているマップデータや関数により求められる。ステップ２１で計算された目標燃料噴射量Ｑｉｔ（ｉ）とステップ２２で算出された実燃料噴射量Ｑｉａ（ｉ）との噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）を計算する（ステップ２３）。ステップ２１で計算された目標燃料噴射量Ｑｉｔ（ｉ）とステップ２３で算出された噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）の関数ｆとして、噴射量偏差による補正係数ＫＱ（ｉ）を計算する（ステップ２４）。ステップ２４で計算された補正係数ＫＱ（ｉ）を学習値として保存する（ステップ２５）。関数ｆは、例えば、噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）が正の値であるときは、実燃料噴射量が目標燃料噴射量と比較して少なかったので、補正係数ＫＱ（ｉ）を１よりも大きな値として求める。補正係数ＫＱ（ｉ）を１よりも大きな値とすることにより、最終目標ポンプ圧送量を大きな値にし、同じインジェクタから次回の燃料噴射に際しての燃料噴射量が多くなるように燃料噴射前のコモンレール圧力を高めている。また、噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）が負の値であるときは、上記の場合と逆に、補正係数ＫＱ（ｉ）を１よりも小さな値として求める。学習値として保存された補正係数ＫＱ（ｉ）は、ポンプ制御フローにおける噴射量フィードバック補正係数としてステップ１４で読み込まれる。
【００３０】
図１に示す制御フローチャートの下右欄に記載されている気筒別レール圧力の補正係数演算フローを参照すると、コモンレール最終目標圧力Ｐｒｔｆ（ｉ）を読み込み（ステップ３１）、燃料サプライポンプによる燃料圧送後に回復した実コモンレール圧力Ｐｒａｕ（ｉ）を算出する（ステップ３２）。コモンレール最終目標圧力Ｐｒｔｆ（ｉ）から実コモンレール圧力Ｐｒａｕ（ｉ）を減算した圧力偏差ΔＰｒ（ｉ）を演算する（ステップ３３）。コモンレール圧力の偏差ΔＰｒ（ｉ）に基づいて補正係数ｋ（ｉ）を演算する（ステップ３４）。ステップ３４で計算された補正係数ｋ（ｉ）を学習値として保存する（ステップ３５）。圧力偏差が正の値であるときは、プランジャの圧送量のバラツキに起因して、実コモンレール圧力Ｐｒａｕ（ｉ）がコモンレール最終目標圧力Ｐｔｒｆ（ｉ）と比較して低かったので、補正係数ｋ（ｉ）を１よりも大きな値として求める。補正係数ｋ（ｉ）を１よりも大きな値とすることにより、最終目標ポンプ圧送量を大きな値にし、同じプランジャから次回の燃料圧送に際しての燃料噴射前のコモンレール圧力を必要な高さに高めることができる。また、圧力偏差ΔＰｒ（ｉ）が負の値であるときは、上記の場合と逆に、補正係数ｋ（ｉ）を１よりも小さな値として求める。学習値として保存された補正係数ｋ（ｉ）は、ポンプ制御フローにおけるポンプ圧送バラツキ補正係数としてステップ１５で読み込まれる。なお、インジェクタ３とプランジャ１１とは、エンジンの形式によっては必ずしも１対１に対応していないので、その場合には、記号ｉは、各燃料噴射に応じてインジェクタ３とプランジャ１１（或いは単一のプランジャの場合には作動カムのカム山）を対応付けることになる。
【００３１】
以上のように、このコモンレール式燃料噴射装置によれば、インジェクタ３からの燃料噴射によるコモンレール圧力Ｐｒの降下程度と、燃料サプライポンプ１からの燃料圧送によるコモンレール圧力Ｐｒの回復程度の両方を検出しており、燃料噴射期間を目標燃料噴射期間に合わせ、したがって燃料噴射期間における燃料噴射の時間割合、即ち、燃料噴射率を気筒毎に揃えながら各インジェクタから噴射される燃料噴射量のバラツキがなくなるように、燃料サプライポンプによる燃料圧送によるコモンレール圧力が制御される。何れのインジェクタから噴射される燃料噴射量も、エンジンの運転状態に基づいて決定される所定の目標燃料噴射量に確保されるので、各燃焼室での燃料状態のバラツキが発生してエンジンの不快な振動や騒音が生じず、燃焼バラツキによるエンジンの不快な振動や騒音の発生を防止することができる。なお、上記に実施例では、基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）に乗じるべき補正係数として補正をしたが、基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）に補正項として、噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）及びレール圧力偏差の関数として加算する補正を行ってもよいことは明らかである。
【００３２】
燃料サプライポンプにおいて、プリストローク制御による燃料圧送期間の変更について、図３〜図５に示す燃料サプライポンプの一例を参照して説明する。図３はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一例を示す断面図、図４は図３に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む要部を拡大して示す断面図、図５は図３及び図４に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。燃料サプライポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射システムそれ自体は、燃料サプライポンプの具体的構成を除いて、図６に示すシステムを採用することができる。したがって、本発明による燃料サプライポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射システムについての再度の説明は省略する。コモンレール式燃料噴射システムに適用されるインジェクタについても同様である。図６に示したコモンレール式燃料噴射システムに用いられている燃料サプライポンプ以外の要素と同等の要素には同じ符号を付して、再度の説明を省略する。
【００３３】
図３である縦断面図には、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプ５０の全体の概略が示されている。高圧燃料ポンプ５０のハウジング５２には、エンジンのクランク軸によりベルト等の適宜の伝動手段を介して駆動されるカムシャフト５３が、回転自在に軸支されている。カムシャフト５３には、ポンプ駆動カムが配設されている。カムシャフト５３に一体に形成されたカム５４の外周には、軸受５５を介して回転輪５６が回転自在に取り付けられており、カム５４、軸受５５及び回転輪５６は、ハウジング５２のカム室５７内に収容されている。カム室５７に連通するハウジング５２のボア５８内には、プランジャばね５９によって回転輪５６に押圧されるプランジャ６０が昇降可能に配設されている。プランジャ６０の先端にはタペット６１が形成されており、タペット６１は、一側でプランジャばね５９の一端と係合してプランジャばね５９のばね力を受けると共に、他側で回転輪５６に当接している。
【００３４】
シリンダ６２がハウジング５２の上端面に取り付けられており、ハウジング５２とシリンダ６２とはポンプ本体を構成している。シリンダ６２に形成されたシリンダボア６３に、プランジャ６０が摺動自在に嵌入している。シリンダ６２の上部には横方向から吐出穴６４が穿設されており、この吐出穴６４には逆止弁から成る吐出弁６５が配設されている。プランジャ６０は、シリンダ６２内に形成されているシリンダボア６３内を摺動自在に往復運動し、シリンダボア６３上部にはプランジャ６０の頂部とでポンプ室６６が区画されている。
【００３５】
フィードポンプ６から燃料吸入通路１３に吐出された低圧燃料は、ハウジング５２に形成された燃料供給路７１、ハウジング５２とシリンダ６２との間に形成された環状通路７２、及び環状通路７２からハウジング５２の上部に延びる燃料吸入路７３を通じて、ハウジング５２の上面に形成された燃料溜まり７４に供給される。燃料吸入通路１３から分岐する通路には、リリーフ弁１８が設けられており、設定圧以上の燃料圧はリリーフ弁１８を通じてタンク７に戻される。燃料溜まり７４は、後述するように、インレットバルブ８０を通じてポンプ室６６に接続している。
【００３６】
一方、吐出穴６４に形成された雌ねじ部７５には、コモンレール２に至る燃料吐出路１４の一端部が螺入されて接続される。ポンプ室６６で昇圧された燃料は、その昇圧した燃料圧で吐出弁６５を開いて、燃料吐出路１４を通じてコモンレール２に至る。なお、プランジャ６０の周囲において漏洩した燃料は、ドレンポート７９を経て、潤滑油とは区別して回収される。
【００３７】
シリンダ６２には、燃料溜まり７４とポンプ室６６とを遮断・連通させるインレットバルブ８０と、インレットバルブ８０を作動させる制御弁５１とが配設されている。図４に基づいてインレットバルブ８０と制御弁５１とについて説明する。インレットバルブ８０は、ポンプ室６６の内部に配置されている弁ヘッド８１と、シリンダ６２の外部に制御弁５１の内部に延びている弁ステム８２とから成る。インレットバルブ８０は、弁ヘッド８１の弁フェース８３がシリンダ６２に形成されている弁シート８４に当接したときに閉弁して、燃料溜まり７４とポンプ室６６との間を遮断する。弁ステム８２は、シリンダ６２に形成された挿通孔８５に隙間８６を介して挿通し、挿通孔８５の上方において筒状部材の形態を有するブッシュ８７の案内孔８８内に案内されている。ブッシュ８７は、インレットバルブ８０の下側シートとしての機能を奏する。
【００３８】
弁ステム８２の上部の外周にはスナップリング８９が嵌着されており、弁ステム８２に嵌合されたばね受けを兼ねるばねガイド９０はスナップリング８９に係合することで弁ステム８２に対する位置を規制されている。ブッシュ８７とばねガイド９０との間には、吸入弁ばね９１が圧縮状態に装着されている。吸入弁ばね９１は、弁ヘッド８１を弁シート８４に着座してインレットバルブ８０を常に閉弁方向に付勢している。キャップ９２がシリンダ６２の上部に対して燃料溜まり７４を覆うようにシールリングによって密封状態に取り付けられており、キャップ９２の内部の中央穴９３内に弁ステム８２の上部が収容されている。弁ステム８２がブッシュ８７の案内孔８８に嵌入し且つ弁ステム８２の頂部９８がボア９４内に嵌入することにより、プランジャ６０の上昇によってインレットバルブ８０に流体力が働いても弁ステム８２の精度（同軸、同心度）が確保される。
【００３９】
キャップ９２の中央には、インレットバルブ８０の弁ステム８２の頂部９８が嵌入するボア９４が形成されており、ボア９４の壁面と弁ステム８２の頂部９８の頂壁とで制御室９５が形成されている。また、キャップ９２には、燃料溜まり７４に接続する連通路９６が形成されており、連通路９６は、ボア９４の底部に形成された連絡路９７を通じて連通可能であり、連通時には、フィードポンプ６から送られた低圧燃料の燃料圧が圧力制御室９５に作用している。キャップ９２の上面には、連通路９６と連絡路９７とを接続すると共に連絡路９７の開口部を開閉するため、制御弁５１が密封状態に取り付けられている。
【００４０】
制御弁５１は、キャップ９２の上面にシールリングによって密封状態に取り付けられるハウジング１０１を有している。制御弁５１は電磁弁として構成されており、ハウジング１０１の内部には、コントローラからの信号によって励磁されるソレノイド１０２と、ソレノイド１０２の励磁・消磁によって作動するアーマチュア１０３、及びアーマチュア１０３を付勢する戻しばね１０４が配置されている。アーマチュア１０３の先端は開閉弁部１０５となっており、制御弁５１は、キャップ９２に形成されている連絡路９７の開口端を開放又は閉鎖して、制御室９５を低圧側に接続するか、又は密閉状態にすることができる２方弁として構成されている。ソレノイド１０２が励磁されると、アーマチュア１０３は、戻しばね１０４のばね力に抗して下降され、先端の開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を閉鎖して、制御室９５を密閉状態にする。また、制御弁５１のソレノイド１０２を消磁すると、アーマチュア１０３は戻しばね１０４によって上昇し、開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を開放して制御室９５を低圧側に連通することができる。
【００４１】
次に、図５に示すタイミングチャートに基づいて、図３及び図４に示す燃料サプライポンプの作動について説明する。図５は、燃料サプライポンプ５０の作動タイミングチャートの一例を横軸を時間軸として示す図である。図５（Ａ）は制御弁作動信号のオン・オフ状態を示すグラフであり、図５（Ｂ）は制御弁が図５（Ａ）に示す作動信号の態様で制御されるときの制御弁の変位の変化の様子を示すグラフであり、図５（Ｃ）は制御弁が図５（Ａ）の態様で制御されるときのインレットバルブのリフトの様子を示すグラフであり、図５（Ｄ）は燃料サプライポンプのプランジャの変位を示すグラフであり、更に図５（Ｅ）は燃料サプライポンプからの吐出される燃料流量を示すグラフである。
【００４２】
フィードポンプ６によって送り出された低圧の燃料は、燃料供給路７１、環状通路７２、燃料吸入路７３を通じて燃料溜まり７４に供給されている。図５の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、制御弁５１はオフのときには、アーマチュア８３は戻しばね１０４のばね作用によって開閉弁部１０５は連絡路９７を開放しているので、圧力制御室９５は低圧側に連通し、圧力制御室９５内に対しては低圧燃料が流入・流出可能である。プランジャ６０が下降するのに合わせて、ポンプ室６６内の圧力は負圧となるので、インレットバルブ８０に作用する流体圧力のバランスによって吸入弁ばね９１のセット力に抗してインレットバルブ８０を開弁し、燃料溜まり７４内の燃料は、ブッシュ８７の下端の溝８７ａ及び挿通孔８５と弁ステム８２との間に形成されている隙間８６を通じて、更に、弁ヘッド８１の弁フェース８３と弁シート８４との間を通じてポンプ室６６に吸入される。即ち、インレットバルブ８０は、燃料が流入することに対応して弁フェース８３と弁シート８４との間が開く方向へリフトする。
【００４３】
プランジャ６０が基準点からマイナス方向に変位を開始する時刻ｔ1 において、制御弁５１の作動信号がオンとなる。制御弁５１は、時刻ｔ1 から閉じる方向に変位を開始し、時刻ｔ2 において開閉弁部１０５が連絡路９７の開口を完全に塞ぐまで変位し、圧力制御室９５を完全に閉じる。そのため、時刻ｔ2 において、インレットバルブ８０の開方向へのリフトの変位が停止し、インレットバルブ８０のリフトはフルリフト状態となる。プランジャ６０が下死点に到達する時刻ｔ3 まで、リフト状態のインレットバルブ８０を通じてポンプ室６６内への燃料の吸入が行われる。
【００４４】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）に到達した時刻ｔ3 の後は、ポンプ室６６内の燃料は、上昇しようとするプランジャ６０によって押し出される。このとき、圧力制御室９５内の燃料が流出することはないのでインレットバルブ８０は閉じることができず開弁状態が維持される。圧力制御室９５内の燃料が高圧になっても、連絡路９７の断面積は小さいので、圧力制御室９５内の燃料圧に対して、小型のソレノイド１０２でも充分対抗することができ、ソレノイド１０２の作動力に抗してアーマチュア１０３を押し上げることはない。したがって、燃料は、開弁状態のインレットバルブ８０から燃料溜まり７４、燃料吸入路７３等の低圧側に逆流し、吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４に吐出されることはない。燃料吸入通路１３等の低圧側に逆流した燃料量に相当する量は、リリーフ弁１８を経てタンク７に戻される。
【００４５】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）を経て上昇中にある時刻ｔ4 において、制御弁５１の作動信号がオフに切り換えられる。時刻ｔ4 は、プリストローク制御用のコマンドパルス時期となる。制御弁５１のアーマチュア１０３は戻しばね１０４のばね力によって上昇し、開閉弁部１０５は連絡路９７の開放を開始し、時刻ｔ5 において制御弁５１は圧力制御室９５を完全に開放する。圧力制御室９５は低圧側に連通して圧力が低下するので、ポンプ室６６内で昇圧された燃料の圧力作用によってインレットバルブ８０は上昇してインレットバルブ８０が閉弁を開始する。インレットバルブ８０は、時刻ｔ6 に完全に閉じる。したがって、インレットバルブ８０が閉弁を開始してから、ポンプ室６６内の燃料の低圧側への逆流が停止され始め、ポンプ室６６内の昇圧した燃料は吐出弁６５を通じて燃料吐出路１４に吐出され始め、プランジャ６０が時刻ｔ7 において上死点（ＴＤＣ）に到達するまで、ポンプ室６６内の燃料が燃料吐出路１４に吐出される。
【００４６】
図５（Ａ）〜（Ｃ）及び（Ｅ）において、破線で示すグラフは、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを遅らせた場合の各変化の様子を示している。即ち、制御弁５１のオフ作動タイミングが遅れる（時刻ｔ8 ）と、制御弁５１のアーマチュア１０３の変位も遅れ制御弁５１の開弁時期ｔ9 、及びインレットバルブ８０が閉じる時期（時刻ｔ1 0 ）も遅れる。したがって、ポンプ室６６から燃料が吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４へ吐出され始める時期もおくれるので、プランジャ６０が上死点（ＴＤＣ）に到達する時刻ｔ7 までにポンプ室６６から吐出される燃料吐出量が減少する。また、逆に、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを早めると、インレットバルブ８０が閉じる時期も速くなり、ポンプ室６６からの燃料吐出量を増大させることができる。このように、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを制御することにより、ポンプ室６６からの燃料吐出量を制御することができる。
【００４７】
本実施例では、実燃料噴射量をコモンレール圧力の降下量から算出し、目標燃料噴射量との偏差から噴射量偏差を求めたが、本出願人が先に出願している特願平１１−９６９６０号で提案しているように、エンジン出力軸の回転変動から燃焼室内での熱発生量を求め、目標熱発生量との偏差を噴射量偏差を表す信号とし、この偏差から燃料サプライポンプからの燃料圧送量を補正する補正係数を演算しても良い。その他、気筒内に配設された筒内圧センサ、イオンセンサ等のセンサで検出される気筒内での熱発生率を利用して、燃焼室内での熱発生量を求め、上記と同様の手順に従って燃料サプライポンプからの燃料圧送量を補正する補正係数を演算することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、コントローラは、各インジェクタについて、実燃料噴射量と目標燃料噴射量との噴射量偏差に基づいて、各インジェクタからの燃料噴射が行われる直前においてコモンレール圧力を上昇させるための燃料圧送量を補正制御して、各インジェクタの噴射直前におけるコモンレール圧力を、各インジェクタから噴射される燃料噴射量が目標燃料噴射量となる水準に回復させるフィードバック制御を行っている。したがって、各インジェクタから噴射される燃料噴射量にインジェクタに個体バラツキや径年変化等によるバラツキがあっても、燃料噴射期間を変えることなく、したがってインジェクタからの燃料噴射率、燃料噴射量が各インジェクタで均一になりバラツキをなくすことができるので、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても気筒毎における燃料バラツキを無くし、不快な振動や騒音の発生を防止することができる。また、燃料サプライポンプからの燃料圧送後のコモンレール圧力についても、燃料サプライポンプ側に起因して生じるバラツキを、コモンレールの回復圧力の偏差に基づいて燃料圧送量を補正することによって無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力及び燃料圧送量の制御の概要を示すフローチャートである。
【図２】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における同じインジェクタについてのコモンレール圧力の変化の一例を示すグラフである。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一例を示す断面図である。
【図４】図３に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図３及び図４に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。
【図６】従来のコモンレール式燃料噴射システムを説明する概要図である。
【符号の説明】
１，５０ 燃料サプライポンプ
２ コモンレール
３ インジェクタ
８ コントローラ
９ センサ
１０ ポンプ駆動カム
１１，６０ プランジャ
１２，６６ ポンプ室
１３，７３ 燃料吸入路
１５，８０ インレットバルブ
２２ 圧力センサ
５１ 制御弁
５２ ハウジング
６２ シリンダ
８２ 弁ステム
９４ ボア
９５ 圧力制御室
Ｑｉｔ 目標燃料噴射量
Ｑｉａ 実燃料噴射量
ｄＱｉ 噴射量偏差
Ｐｒ コモンレール圧力
Ｐｒａｄ 実コモンレール圧力（燃料圧送前）
Ｐｒａｕ 実コモンレール圧力（燃料圧送後）
Ｑｐｔｂ 基本ポンプ圧送量
Ｑｐｔｆ 最終目標ポンプ圧送量
ＫＱ 補正係数（噴射量偏差補正用）
ｋ 補正係数（コモンレール圧力偏差補正用）
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料サプライポンプから圧送される燃料をコモンレールに蓄圧状態に貯留し、コモンレールから供給される燃料をインジェクタから燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、エンジンの燃料噴射制御に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御する方法として、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、ポンプによって所定圧力に加圧された燃料噴射制御用の作動流体をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、作動流体圧力を利用して各気筒にそれぞれ配置されたインジェクタを作動させて、インジェクタから対応する燃焼室内に燃料を噴射するシステムである。燃料が各インジェクタからエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コントローラが各インジェクタに設けられた制御弁としての開閉弁を制御している。
【０００３】
作動流体を燃料とする燃料圧力作動型のコモンレール式燃料噴射システムの場合、コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成された噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧力が作用しており、各インジェクタは、燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行うための開閉弁と当該開閉弁を開閉駆動するための電磁アクチュエータとを備えている。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタの電磁アクチュエータの作動とを制御している。また、作動流体としてエンジンオイルをコモンレールに貯留し、コモンレールからインジェクタの圧力室に供給したオイル圧力でインジェクタ内の増圧室内に供給されている燃料を所定の圧力まで増圧する型式のコモンレール式燃料噴射システムも提案されている。
【０００４】
従来の燃料圧力作動型のコモンレール燃料噴射システムを図６に基づいて説明する。燃料タンク７からフィードポンプ６によって吸い上げられた燃料は、燃料サプライポンプ１に送られる。燃料サプライポンプ１は、エンジンによって駆動されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料をコモンレール２に圧送する。コモンレール２に蓄圧状態に貯留された燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３を通じて、エンジンの型式に応じて気筒毎に設けられたインジェクタ３に供給され、各インジェクタ３からそれぞれ対応した燃焼室内に噴射される。燃料サプライポンプ１は、図示以外にも、エンジンの型式に応じて複数のプランジャを有するロータリ型又は列型のポンプとすることができる。
【０００５】
燃料サプライポンプ１は、エンジンの出力によって駆動されるポンプ駆動カム１０と、ポンプ駆動カム１０に当接して往復動をするプランジャ１１とを備えており、プランジャ１１の頂面がポンプ室１２の壁面の一部を形成している。ポンプ室１２と燃料吸入通路１３との間に配設されているインレットバルブ１５が、フィードポンプ６から燃料吸入通路１３を通じてポンプ室１２に流入する燃料量を制御する。ポンプ室１２とコモンレール２との間を繋ぐ燃料吐出路１４には、燃料サプライポンプ１の所定の吐出圧で開弁する逆止弁１７が設けられている。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力がシステム異常等に起因して異常上昇するのを防ぐため、所定の設定圧力よりも高くなると開弁してコモンレール２内の燃料を排出路２１を通じて燃料タンク７へ放出してコモンレール圧力を低下させる常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。また、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力される。
【０００７】
インジェクタ３は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ３はインジェクタ本体内を往復動可能な針弁３１と、ノズルの先端に形成され且つ針弁３１がリフトしたときに開口して燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えている。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの高圧燃料が供給されるバランスチャンバ３０の壁面の一部を形成している。燃料供給管２３に接続する燃料通路３４は、針弁３１の周囲に形成された燃料溜まり３５に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６には燃料圧力が作用して、針弁３１にリフト力を与える。一方、針弁３１には、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押し下げ力と、リターンスプリング４７の戻し力とが作用する。リフト力、押し下げ力及び戻し力のバランスによって、針弁３１のリフトが制御される。針弁３１の開弁時には、針弁３１の先端に形成された第２テーパ面３７がインジェクタ本体のテーパ状弁シートに着座して、燃料溜まり３５から針弁３１の周囲に形成される通路と噴孔３２との連通を閉じる。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は燃料供給管２３から分岐した供給路３８を通じてバランスチャンバ３０に供給され、バランスチャンバ３０内の燃料は排出路４０を通じて排出される。供給路３８及び排出路４０には、それぞれオリフィス３９，４１が設けられており、オリフィス４１の有効通路断面積はオリフィス３９の有効通路断面積よりも大となるように設定されている。また、排出路４０には、排出路４０を燃料戻し管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
コントローラ８からの制御電流によって電磁ソレノイド４５を作動させて、排出路４０に設けられている開閉弁４４を開弁させると、オリフィス３９はオリフィス４１よりも燃料の流れをより強く制限するので、バランスチャンバ３０内の燃料圧力が低下する。針弁３１を持ち上げるリフト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく押下げ力及びリターンスプリング４７のばね力との合力を上回り、針弁３１がリフトし、燃料は開口した噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。噴射に費やされずバランスチャンバ３０から排出路４０を通じて流出た燃料は、燃料戻し管４６を経て燃料タンク７に回収される。
【００１０】
コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種センサ９からの検出信号が入力される。その他、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号がコントローラ８へ入力される。
【００１１】
コントローラ８は、上記各センサ９からの検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づいて設定された目標噴射特性に従って、開閉弁４４を開閉して針弁３１をリフトを制御する。目標噴射特性は、エンジン出力がエンジンの運転状態に即した最適出力になるように、インジェクタ３からの燃料噴射のタイミングと噴射量とを定めるものである。燃料噴射の時期及び量は、噴射圧力と針弁３１のリフト（リフト量、リフト期間）とによって定められる。コントローラ８が出力したコマンドパルスに基づいて決定された駆動電流が電磁ソレノイド４５に送られ、開閉弁４４が開閉制御されて、針弁３１のリフトが制御される。
【００１２】
具体的には、インジェクタ３の燃料噴射量とコントローラ８が出力するコマンドパルスのパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（コモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められている。燃料噴射は、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期に対して一定時間遅れて開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって、噴射タイミングを制御することが可能である。基本噴射量とエンジン回転数Ｎｅとの間には、アクセルペダル踏込み量Ａｃをパラメータとして一定の関係が基本噴射量特性マップとして予め与えられており、燃料噴射量は、エンジンの運転状態に応じて基本噴射量特性マップから計算によって求められる。図示の例では、インジェクタ３は１つのみ示されているが、エンジンは４気筒、６気筒のように多気筒エンジンであり、コントローラ８は各気筒に対応して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を行う。
【００１３】
インジェクタ３から噴射される燃料の噴射圧力はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力に略等しいので、コモンレール圧力Ｐｒを制御することによって噴射圧力が制御される。エンジンの運転状態が一定であってもインジェクタ３による燃料噴射毎にコモンレール２内の燃料が消費されることによりコモンレール圧力Ｐｒは低下しようとし、また、エンジンの運転状態が変わればエンジンの運転状態に最適となるのに必要なコモンレール圧力Ｐｒも変更される。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御することにより、コモンレール２の圧力をエンジンの運転状態に応じて一定圧力又は必要な圧力に制御する。
【００１４】
コモンレール圧力Ｐｒの制御は、エンジンの運転状態に応じて決定された目標燃料噴射量とエンジン回転数Ｎｅとに応じて目標コモンレール圧力を決定し、この目標コモンレール圧力と圧力センサ２２によって検出された実際のコモンレール圧力との偏差をなくすように、燃料サプライポンプ１の圧送量（プランジャのリフトに伴う圧送量）をフィードバック制御することによって行われる。
【００１５】
図６に示すコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御する方法の一つとして、プリストローク制御が知られている。プリストローク制御は、プランジャ１１がリフト中にあるときでも、燃料吸入通路１３に配設されているインレットバルブ１５を開弁させている期間には、ポンプ室１２内に吸入されていた燃料が燃料吸入通路１３を通じて戻り、インレットバルブ１５の閉弁後に吐出側に圧送されることを利用し、燃料圧送量を制御する方式である。コントローラ８が電磁ソレノイド１６の励磁時期を制御してインレットバルブ１５の閉弁時期からの燃料圧送期間を制御することで、燃料サプライポンプ１の圧送量が制御され、その結果、コモンレール圧力Ｐｒが制御される。燃料吸入通路１３での燃料圧（フィード圧）は、リリーフ弁１８により上限が制限されているので、フィードポンプ６が送る余剰の燃料はリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。
【００１６】
ところで、インジェクタから噴射すべき目標燃料噴射量は、噴射条件としてのコモンレール圧力とインジェクタに備わる開閉弁の開弁期間とによって決定されるが、噴射条件がまったく同じであっても、各インジェクタについて噴孔径が異なる等の機械的な個体バラツキや径年変化によるバラツキによって、実際の燃料噴射量はインジェクタによってバラツキを生じる。この場合、インジェクタの開閉弁の電磁アクチュエータの作動期間、即ち、開閉弁の開弁時間に対応したコマンドパルスのパルス幅を調整することによって、各インジェクタからの噴射毎の燃料噴射量を目標燃料噴射量に一致させる補正制御が可能である。しかしながら、インジェクタ毎に燃料噴射期間、即ち、燃料噴射率が異なることになるので、各気筒毎に燃焼バラツキを生じる。コモンレール式燃料噴射システムの場合には、燃料サプライポンプの圧送特性を揃えたとしても、インジェクタにおける噴射特性のバラツキを無くさないと燃料噴射量を揃えることができない。特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においては、気筒毎の噴射バラツキが燃焼バラツキとなって現れ、不快な振動や騒音の原因となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、燃料噴射量は燃料噴射期間のみではなくコモンレール圧力によっても決定されることに着目して、各インジェクタの個体バラツキや経年変化等に起因して各インジェクタから噴射される燃料噴射量にバラツキが存在していても、コモンレール圧力を各気筒毎に制御することにより、各インジェクタからの噴射毎の燃料噴射を、目標燃料噴射期間と目標燃料噴射量とを含む目標燃料噴射条件で行うことを可能にする点で解決すべき課題がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、各インジェクタの機械的なバラツキ又は経年変化によって燃料噴射量にバラツキを生じるようなことがあっても、各インジェクタについて、各インジェクタの噴射直前におけるコモンレール圧力を、各インジェクタから噴射される燃料噴射量を目標燃料噴射量とする水準に昇圧して、各インジェクタから噴射される燃料噴射率を均一にして、燃料噴射量のバラツキを無くして気筒毎の燃焼バラツキを回避し、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても、不快な振動や騒音の発生を防止することが可能なコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１９】
この発明は、エンジンの各気筒に対応して配設され且つ燃料を噴射するインジェクタ、前記各インジェクタに燃料を供給するため燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールの圧力を昇圧させた状態で前記各インジェクタからの燃料噴射を行うため前記コモンレールに燃料を順次圧送する燃料サプライポンプ、前記エンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記検出手段からの検出信号に基づいて目標燃料噴射期間と目標燃料噴射量とを含む目標燃料噴射条件と、前記目標燃料噴射条件に応じた目標燃料圧送量を含む目標燃料圧送条件とを求めると共に、前記目標燃料圧送条件と前記目標燃料噴射条件とに従ってそれぞれ前記燃料サプライポンプによる燃料圧送と前記インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備し、前記コントローラは、前記コモンレールの圧力を前記目標燃料噴射条件で燃料を噴射可能な圧力まで昇圧するため、前記インジェクタからの実燃料噴射量と前記目標燃料噴射量との噴射量偏差に相当する信号に基づいて前記燃料サプライポンプからの前記目標燃料圧送量を補正し、補正された前記目標燃料圧送量で前記燃料サプライポンプによる燃料圧送を実行するフィードバック制御を行うことから成るコモンレール式燃料噴射装置に関する。
【００２０】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、コントローラは、各インジェクタについて、該当するインジェクタからの燃料噴射が行われる直前においてコモンレール圧力を昇圧させるため燃料サプライポンプによって圧送される燃料の圧送量を、実燃料噴射量と目標燃料噴射量との噴射量偏差に相当する信号に基づいて補正し、補正した燃料圧送量で燃料サプライポンプカラノ燃料圧送をフィードバック制御しているので、各インジェクタからの燃料噴射は、目標燃料噴射条件を満たすように実行される。したがって、個々のインジェクタに燃料噴射率等の燃料噴射特性のバラツキが存在していても、燃料噴射は、燃料噴射期間と燃料噴射量とを含む燃料噴射条件が目標燃料噴射条件に一致するように行われ、インジェクタへの噴射指令期間を各インジェクタについて同じ期間に設定していても、各インジェクタからの噴射前においてインジェクタ毎に昇圧されるコモンレール圧力を調節することによって、各気筒における燃料噴射率が均一に制御され、燃料噴射量が目標燃料噴射量に一致するように制御される。
【００２１】
前記コントローラは、前記実燃料噴射量が前記目標燃料噴射量を上回る又は下回る前記噴射量偏差に相当する前記信号に対して、それぞれ前記目標燃料圧送量を減少又は増加する補正をする。実燃料噴射量が目標燃料噴射量に比べて少ない場合には、燃料圧送量は増量補正され、当該インジェクタの次回の燃料噴射に際しては、直前のコモンレール圧力は高めに制御され、同じ燃料噴射期間であっても燃料噴射率を高めて、実燃料噴射量は目標燃料噴射量まで増加するようにフィードバック制御される。また、逆に、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に比べて多い場合には、燃料圧送量は減量補正され、当該インジェクタの次回の燃料噴射に際しては、直前のコモンレール圧力は低めに制御され、同じ燃料噴射期間であっても燃料噴射率を下げて、実燃料噴射量は目標燃料噴射量まで減少するようにフィードバック制御される。
【００２２】
前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサを備え、前記コントローラは、前記実燃料噴射量に相当する前記信号として、前記圧力センサからの検出信号に基づいて燃料噴射に伴う前記コモンレールの圧力降下量を算出する。コモンレールの圧力降下量と実燃料噴射量との間の関係は、マップデータとして予め求められており、圧力センサによってコモンレールの圧力降下量を検出することにより、実燃料噴射量が算出される。
【００２３】
前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいてコモンレール基本目標圧力を決定し、前記コモンレール基本目標圧力と前記インジェクタからの燃料噴射によって降下した実コモンレール圧力とに基づいて次回の燃料噴射における前記コモンレール圧力を得るための基本ポンプ圧送量を算出し、前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて前記基本ポンプ圧送量を補正することにより前記燃料圧送量の補正を行う。
【００２４】
前記コントローラは、前記基本ポンプ圧送量に前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて算出した補正係数を乗じることにより、前記基本ポンプ圧送量の補正を行う。例えば、実燃料噴射量に相当する信号としてエンジンの出力軸回転変動量や熱発生量を表す気筒内圧力を利用することができ、噴射量偏差に相当する信号に基づいて算出した補正係数として、実燃料噴射量に相当する信号に対する目標燃料噴射量に相当する信号の比とすることができる。
【００２５】
前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記目標燃料噴射条件の一つとして前記コモンレールの最終目標圧力を算出し、前記コモンレールの最終目標圧力と前記燃料サプライポンプからの燃料圧送後で且つ前記インジェクタからの燃料噴射前の前記コモンレールの圧力との圧力偏差を求め、前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて補正された前記基本ポンプ圧送量を前記圧力偏差に基づいて更に補正する。燃料サプライポンプのプランジャによる燃料圧送がインジェクタ、即ち、気筒毎に対応していることがある。このような場合には、燃料サプライポンプからの燃料圧送後でインジェクタからの燃料噴射前のコモンレール圧力が、燃料サプライポンプ側の原因で目標コモンレール圧力から偏差を生じることがある。気筒別の燃料噴射量偏差に応じて補正された燃料サプライポンプからの燃料圧送量に対して、燃料サプライポンプの燃料圧送に伴うコモンレール圧力の気筒別の圧力偏差に応じて更に補正を施すことで、より精度の高いコモンレール圧力制御を行うことが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置の実施例を説明する。図１はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力及び燃料圧送量の制御の概要を示すフローチャートであり、図２はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置における同じインジェクタについてのコモンレール圧力の変化の一例を示すグラフである。燃料サプライポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射システムそれ自体は、図６に示すシステムを採用することができる。したがって、本発明による燃料サプライポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射システムについての再度の説明は省略する。コモンレール式燃料噴射システムに適用されるインジェクタについても同様である。
【００２７】
コモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力及び燃料圧送量の制御について、図１に示すフローチャート及び図２に示すコモンレール圧力の変化を示すグラフを参照して説明する。先ず、図１に示すフローチャートの上左欄に示すメインフローを参照すると、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル踏込み量Ａｃのようなエンジンの運転状態を各種センサからの検出信号を読み込む（ステップ１）。検出したエンジンの運転状態に応じてインジェクタ３から噴射されるべき目標燃料噴射量Ｑｉｔ、燃料噴射時期、及びコモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂが計算されて決定される（ステップ２，３，４）。コモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂについては、ステップ１で決定した目標燃料噴射量Ｑｉｔとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて決定される。目標燃料噴射量を達成するため、エンジンの運転状態から予め用意されているマップデータに基づいて決定される。目標燃料噴射量Ｑｉｔが多い程、高い基本目標コモンレール圧力Ｐｒｔｂが設定される。メインフローは、エンジンの運転状態が刻々と変化するのに対応するため、上記のステップ１〜４を繰り返して、その時々の噴射条件を更新している。
【００２８】
図１に示す制御フローチャートの上右欄に記載されているポンプ制御フローを参照すると、メインフローのステップ４で計算されたコモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂ（ｉ）が読み込まれ（ステップ１１）、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２からの逐次検出された検出信号に基づいて、各インジェクタ（ｉ）３についてその直前の燃料噴射で降下した実際のコモンレール２の圧力、即ち、圧送前の実コモンレール圧力Ｐｒａｄ（ｉ）が読み込まれる（ステップ１２）。ここで、記号（ｉ）は、気筒番号のような気筒毎、従ってインジェクタ毎に異なる値が付与されている。圧送前の実コモンレール圧力Ｐｒａｄ（ｉ）とステップ１１で読み込まれたコモンレール基本目標圧力Ｐｒｔｂ（ｉ）とに基づいて、基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）が計算される（ステップ１３）。後述する気筒別噴射量偏差による補正値演算フローで計算され且つ保存された学習値である噴射量フィードバック補正係数ＫＱ（ｉ）と、後述する気筒別レール圧力補正係数演算フローで演算されたポンプ圧送バラツキ補正係数ｋ（ｉ）とが読み込まれる（ステップ１４，１５）。ステップ１３で計算された基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）に、ステップ１４，１５でそれぞれ読み込まれた噴射量フィードバック補正係数ＫＱ（ｉ）とポンプ圧送バラツキ補正係数ｋ（ｉ）とを乗じることで基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）を補正することにより、最終目標ポンプ圧送量Ｑｐｔｆ（ｉ）が計算される（ステップ１６）。ステップ１６で求めた最終目標ポンプ圧送量Ｑｐｔｆ（ｉ）から、燃料サプライポンプに配置されるインレットバルブ１５を閉じるために電磁ソレノイド１６に供給されるプリストローク制御用のコマンドパルス時期が決定される（ステップ１７）。
【００２９】
図１に示す制御フローチャートの下左欄に記載されている気筒別噴射量偏差による補正値演算フローを参照すると、ステップ２と同様に、目標燃料噴射量Ｑｉｔ（ｉ）を計算する（ステップ２１）。次に、実燃料噴射量Ｑｉａ（ｉ）が算出される（ステップ２２）。実燃料噴射量Ｑｉａ（ｉ）は例えば各インジェクタ３からの燃料噴射について、燃料噴射に伴うコモンレール２の降下前の圧力と降下後の圧力との偏差として実圧力降下量から、予め求められているマップデータや関数により求められる。ステップ２１で計算された目標燃料噴射量Ｑｉｔ（ｉ）とステップ２２で算出された実燃料噴射量Ｑｉａ（ｉ）との噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）を計算する（ステップ２３）。ステップ２１で計算された目標燃料噴射量Ｑｉｔ（ｉ）とステップ２３で算出された噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）の関数ｆとして、噴射量偏差による補正係数ＫＱ（ｉ）を計算する（ステップ２４）。ステップ２４で計算された補正係数ＫＱ（ｉ）を学習値として保存する（ステップ２５）。関数ｆは、例えば、噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）が正の値であるときは、実燃料噴射量が目標燃料噴射量と比較して少なかったので、補正係数ＫＱ（ｉ）を１よりも大きな値として求める。補正係数ＫＱ（ｉ）を１よりも大きな値とすることにより、最終目標ポンプ圧送量を大きな値にし、同じインジェクタから次回の燃料噴射に際しての燃料噴射量が多くなるように燃料噴射前のコモンレール圧力を高めている。また、噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）が負の値であるときは、上記の場合と逆に、補正係数ＫＱ（ｉ）を１よりも小さな値として求める。学習値として保存された補正係数ＫＱ（ｉ）は、ポンプ制御フローにおける噴射量フィードバック補正係数としてステップ１４で読み込まれる。
【００３０】
図１に示す制御フローチャートの下右欄に記載されている気筒別レール圧力の補正係数演算フローを参照すると、コモンレール最終目標圧力Ｐｒｔｆ（ｉ）を読み込み（ステップ３１）、燃料サプライポンプによる燃料圧送後に回復した実コモンレール圧力Ｐｒａｕ（ｉ）を算出する（ステップ３２）。コモンレール最終目標圧力Ｐｒｔｆ（ｉ）から実コモンレール圧力Ｐｒａｕ（ｉ）を減算した圧力偏差ΔＰｒ（ｉ）を演算する（ステップ３３）。コモンレール圧力の偏差ΔＰｒ（ｉ）に基づいて補正係数ｋ（ｉ）を演算する（ステップ３４）。ステップ３４で計算された補正係数ｋ（ｉ）を学習値として保存する（ステップ３５）。圧力偏差が正の値であるときは、プランジャの圧送量のバラツキに起因して、実コモンレール圧力Ｐｒａｕ（ｉ）がコモンレール最終目標圧力Ｐｔｒｆ（ｉ）と比較して低かったので、補正係数ｋ（ｉ）を１よりも大きな値として求める。補正係数ｋ（ｉ）を１よりも大きな値とすることにより、最終目標ポンプ圧送量を大きな値にし、同じプランジャから次回の燃料圧送に際しての燃料噴射前のコモンレール圧力を必要な高さに高めることができる。また、圧力偏差ΔＰｒ（ｉ）が負の値であるときは、上記の場合と逆に、補正係数ｋ（ｉ）を１よりも小さな値として求める。学習値として保存された補正係数ｋ（ｉ）は、ポンプ制御フローにおけるポンプ圧送バラツキ補正係数としてステップ１５で読み込まれる。なお、インジェクタ３とプランジャ１１とは、エンジンの形式によっては必ずしも１対１に対応していないので、その場合には、記号ｉは、各燃料噴射に応じてインジェクタ３とプランジャ１１（或いは単一のプランジャの場合には作動カムのカム山）を対応付けることになる。
【００３１】
以上のように、このコモンレール式燃料噴射装置によれば、インジェクタ３からの燃料噴射によるコモンレール圧力Ｐｒの降下程度と、燃料サプライポンプ１からの燃料圧送によるコモンレール圧力Ｐｒの回復程度の両方を検出しており、燃料噴射期間を目標燃料噴射期間に合わせ、したがって燃料噴射期間における燃料噴射の時間割合、即ち、燃料噴射率を気筒毎に揃えながら各インジェクタから噴射される燃料噴射量のバラツキがなくなるように、燃料サプライポンプによる燃料圧送によるコモンレール圧力が制御される。何れのインジェクタから噴射される燃料噴射量も、エンジンの運転状態に基づいて決定される所定の目標燃料噴射量に確保されるので、各燃焼室での燃料状態のバラツキが発生してエンジンの不快な振動や騒音が生じず、燃焼バラツキによるエンジンの不快な振動や騒音の発生を防止することができる。なお、上記に実施例では、基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）に乗じるべき補正係数として補正をしたが、基本ポンプ圧送量Ｑｐｔｂ（ｉ）に補正項として、噴射量偏差ｄＱｉ（ｉ）及びレール圧力偏差の関数として加算する補正を行ってもよいことは明らかである。
【００３２】
燃料サプライポンプにおいて、プリストローク制御による燃料圧送期間の変更について、図３〜図５に示す燃料サプライポンプの一例を参照して説明する。図３はこの発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一例を示す断面図、図４は図３に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む要部を拡大して示す断面図、図５は図３及び図４に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。燃料サプライポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射システムそれ自体は、燃料サプライポンプの具体的構成を除いて、図６に示すシステムを採用することができる。したがって、本発明による燃料サプライポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射システムについての再度の説明は省略する。コモンレール式燃料噴射システムに適用されるインジェクタについても同様である。図６に示したコモンレール式燃料噴射システムに用いられている燃料サプライポンプ以外の要素と同等の要素には同じ符号を付して、再度の説明を省略する。
【００３３】
図３である縦断面図には、この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプ５０の全体の概略が示されている。高圧燃料ポンプ５０のハウジング５２には、エンジンのクランク軸によりベルト等の適宜の伝動手段を介して駆動されるカムシャフト５３が、回転自在に軸支されている。カムシャフト５３には、ポンプ駆動カムが配設されている。カムシャフト５３に一体に形成されたカム５４の外周には、軸受５５を介して回転輪５６が回転自在に取り付けられており、カム５４、軸受５５及び回転輪５６は、ハウジング５２のカム室５７内に収容されている。カム室５７に連通するハウジング５２のボア５８内には、プランジャばね５９によって回転輪５６に押圧されるプランジャ６０が昇降可能に配設されている。プランジャ６０の先端にはタペット６１が形成されており、タペット６１は、一側でプランジャばね５９の一端と係合してプランジャばね５９のばね力を受けると共に、他側で回転輪５６に当接している。
【００３４】
シリンダ６２がハウジング５２の上端面に取り付けられており、ハウジング５２とシリンダ６２とはポンプ本体を構成している。シリンダ６２に形成されたシリンダボア６３に、プランジャ６０が摺動自在に嵌入している。シリンダ６２の上部には横方向から吐出穴６４が穿設されており、この吐出穴６４には逆止弁から成る吐出弁６５が配設されている。プランジャ６０は、シリンダ６２内に形成されているシリンダボア６３内を摺動自在に往復運動し、シリンダボア６３上部にはプランジャ６０の頂部とでポンプ室６６が区画されている。
【００３５】
フィードポンプ６から燃料吸入通路１３に吐出された低圧燃料は、ハウジング５２に形成された燃料供給路７１、ハウジング５２とシリンダ６２との間に形成された環状通路７２、及び環状通路７２からハウジング５２の上部に延びる燃料吸入路７３を通じて、ハウジング５２の上面に形成された燃料溜まり７４に供給される。燃料吸入通路１３から分岐する通路には、リリーフ弁１８が設けられており、設定圧以上の燃料圧はリリーフ弁１８を通じてタンク７に戻される。燃料溜まり７４は、後述するように、インレットバルブ８０を通じてポンプ室６６に接続している。
【００３６】
一方、吐出穴６４に形成された雌ねじ部７５には、コモンレール２に至る燃料吐出路１４の一端部が螺入されて接続される。ポンプ室６６で昇圧された燃料は、その昇圧した燃料圧で吐出弁６５を開いて、燃料吐出路１４を通じてコモンレール２に至る。なお、プランジャ６０の周囲において漏洩した燃料は、ドレンポート７９を経て、潤滑油とは区別して回収される。
【００３７】
シリンダ６２には、燃料溜まり７４とポンプ室６６とを遮断・連通させるインレットバルブ８０と、インレットバルブ８０を作動させる制御弁５１とが配設されている。図４に基づいてインレットバルブ８０と制御弁５１とについて説明する。インレットバルブ８０は、ポンプ室６６の内部に配置されている弁ヘッド８１と、シリンダ６２の外部に制御弁５１の内部に延びている弁ステム８２とから成る。インレットバルブ８０は、弁ヘッド８１の弁フェース８３がシリンダ６２に形成されている弁シート８４に当接したときに閉弁して、燃料溜まり７４とポンプ室６６との間を遮断する。弁ステム８２は、シリンダ６２に形成された挿通孔８５に隙間８６を介して挿通し、挿通孔８５の上方において筒状部材の形態を有するブッシュ８７の案内孔８８内に案内されている。ブッシュ８７は、インレットバルブ８０の下側シートとしての機能を奏する。
【００３８】
弁ステム８２の上部の外周にはスナップリング８９が嵌着されており、弁ステム８２に嵌合されたばね受けを兼ねるばねガイド９０はスナップリング８９に係合することで弁ステム８２に対する位置を規制されている。ブッシュ８７とばねガイド９０との間には、吸入弁ばね９１が圧縮状態に装着されている。吸入弁ばね９１は、弁ヘッド８１を弁シート８４に着座してインレットバルブ８０を常に閉弁方向に付勢している。キャップ９２がシリンダ６２の上部に対して燃料溜まり７４を覆うようにシールリングによって密封状態に取り付けられており、キャップ９２の内部の中央穴９３内に弁ステム８２の上部が収容されている。弁ステム８２がブッシュ８７の案内孔８８に嵌入し且つ弁ステム８２の頂部９８がボア９４内に嵌入することにより、プランジャ６０の上昇によってインレットバルブ８０に流体力が働いても弁ステム８２の精度（同軸、同心度）が確保される。
【００３９】
キャップ９２の中央には、インレットバルブ８０の弁ステム８２の頂部９８が嵌入するボア９４が形成されており、ボア９４の壁面と弁ステム８２の頂部９８の頂壁とで制御室９５が形成されている。また、キャップ９２には、燃料溜まり７４に接続する連通路９６が形成されており、連通路９６は、ボア９４の底部に形成された連絡路９７を通じて連通可能であり、連通時には、フィードポンプ６から送られた低圧燃料の燃料圧が圧力制御室９５に作用している。キャップ９２の上面には、連通路９６と連絡路９７とを接続すると共に連絡路９７の開口部を開閉するため、制御弁５１が密封状態に取り付けられている。
【００４０】
制御弁５１は、キャップ９２の上面にシールリングによって密封状態に取り付けられるハウジング１０１を有している。制御弁５１は電磁弁として構成されており、ハウジング１０１の内部には、コントローラからの信号によって励磁されるソレノイド１０２と、ソレノイド１０２の励磁・消磁によって作動するアーマチュア１０３、及びアーマチュア１０３を付勢する戻しばね１０４が配置されている。アーマチュア１０３の先端は開閉弁部１０５となっており、制御弁５１は、キャップ９２に形成されている連絡路９７の開口端を開放又は閉鎖して、制御室９５を低圧側に接続するか、又は密閉状態にすることができる２方弁として構成されている。ソレノイド１０２が励磁されると、アーマチュア１０３は、戻しばね１０４のばね力に抗して下降され、先端の開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を閉鎖して、制御室９５を密閉状態にする。また、制御弁５１のソレノイド１０２を消磁すると、アーマチュア１０３は戻しばね１０４によって上昇し、開閉弁部１０５が連絡路９７の開口端を開放して制御室９５を低圧側に連通することができる。
【００４１】
次に、図５に示すタイミングチャートに基づいて、図３及び図４に示す燃料サプライポンプの作動について説明する。図５は、燃料サプライポンプ５０の作動タイミングチャートの一例を横軸を時間軸として示す図である。図５（Ａ）は制御弁作動信号のオン・オフ状態を示すグラフであり、図５（Ｂ）は制御弁が図５（Ａ）に示す作動信号の態様で制御されるときの制御弁の変位の変化の様子を示すグラフであり、図５（Ｃ）は制御弁が図５（Ａ）の態様で制御されるときのインレットバルブのリフトの様子を示すグラフであり、図５（Ｄ）は燃料サプライポンプのプランジャの変位を示すグラフであり、更に図５（Ｅ）は燃料サプライポンプからの吐出される燃料流量を示すグラフである。
【００４２】
フィードポンプ６によって送り出された低圧の燃料は、燃料供給路７１、環状通路７２、燃料吸入路７３を通じて燃料溜まり７４に供給されている。図５の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、制御弁５１はオフのときには、アーマチュア８３は戻しばね１０４のばね作用によって開閉弁部１０５は連絡路９７を開放しているので、圧力制御室９５は低圧側に連通し、圧力制御室９５内に対しては低圧燃料が流入・流出可能である。プランジャ６０が下降するのに合わせて、ポンプ室６６内の圧力は負圧となるので、インレットバルブ８０に作用する流体圧力のバランスによって吸入弁ばね９１のセット力に抗してインレットバルブ８０を開弁し、燃料溜まり７４内の燃料は、ブッシュ８７の下端の溝８７ａ及び挿通孔８５と弁ステム８２との間に形成されている隙間８６を通じて、更に、弁ヘッド８１の弁フェース８３と弁シート８４との間を通じてポンプ室６６に吸入される。即ち、インレットバルブ８０は、燃料が流入することに対応して弁フェース８３と弁シート８４との間が開く方向へリフトする。
【００４３】
プランジャ６０が基準点からマイナス方向に変位を開始する時刻ｔ1 において、制御弁５１の作動信号がオンとなる。制御弁５１は、時刻ｔ1 から閉じる方向に変位を開始し、時刻ｔ2 において開閉弁部１０５が連絡路９７の開口を完全に塞ぐまで変位し、圧力制御室９５を完全に閉じる。そのため、時刻ｔ2 において、インレットバルブ８０の開方向へのリフトの変位が停止し、インレットバルブ８０のリフトはフルリフト状態となる。プランジャ６０が下死点に到達する時刻ｔ3 まで、リフト状態のインレットバルブ８０を通じてポンプ室６６内への燃料の吸入が行われる。
【００４４】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）に到達した時刻ｔ3 の後は、ポンプ室６６内の燃料は、上昇しようとするプランジャ６０によって押し出される。このとき、圧力制御室９５内の燃料が流出することはないのでインレットバルブ８０は閉じることができず開弁状態が維持される。圧力制御室９５内の燃料が高圧になっても、連絡路９７の断面積は小さいので、圧力制御室９５内の燃料圧に対して、小型のソレノイド１０２でも充分対抗することができ、ソレノイド１０２の作動力に抗してアーマチュア１０３を押し上げることはない。したがって、燃料は、開弁状態のインレットバルブ８０から燃料溜まり７４、燃料吸入路７３等の低圧側に逆流し、吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４に吐出されることはない。燃料吸入通路１３等の低圧側に逆流した燃料量に相当する量は、リリーフ弁１８を経てタンク７に戻される。
【００４５】
プランジャ６０が下死点（ＢＤＣ）を経て上昇中にある時刻ｔ4 において、制御弁５１の作動信号がオフに切り換えられる。時刻ｔ4 は、プリストローク制御用のコマンドパルス時期となる。制御弁５１のアーマチュア１０３は戻しばね１０４のばね力によって上昇し、開閉弁部１０５は連絡路９７の開放を開始し、時刻ｔ5 において制御弁５１は圧力制御室９５を完全に開放する。圧力制御室９５は低圧側に連通して圧力が低下するので、ポンプ室６６内で昇圧された燃料の圧力作用によってインレットバルブ８０は上昇してインレットバルブ８０が閉弁を開始する。インレットバルブ８０は、時刻ｔ6 に完全に閉じる。したがって、インレットバルブ８０が閉弁を開始してから、ポンプ室６６内の燃料の低圧側への逆流が停止され始め、ポンプ室６６内の昇圧した燃料は吐出弁６５を通じて燃料吐出路１４に吐出され始め、プランジャ６０が時刻ｔ7 において上死点（ＴＤＣ）に到達するまで、ポンプ室６６内の燃料が燃料吐出路１４に吐出される。
【００４６】
図５（Ａ）〜（Ｃ）及び（Ｅ）において、破線で示すグラフは、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを遅らせた場合の各変化の様子を示している。即ち、制御弁５１のオフ作動タイミングが遅れる（時刻ｔ8 ）と、制御弁５１のアーマチュア１０３の変位も遅れ制御弁５１の開弁時期ｔ9 、及びインレットバルブ８０が閉じる時期（時刻ｔ1 0 ）も遅れる。したがって、ポンプ室６６から燃料が吐出弁６５を開いて燃料吐出路１４へ吐出され始める時期もおくれるので、プランジャ６０が上死点（ＴＤＣ）に到達する時刻ｔ7 までにポンプ室６６から吐出される燃料吐出量が減少する。また、逆に、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを早めると、インレットバルブ８０が閉じる時期も速くなり、ポンプ室６６からの燃料吐出量を増大させることができる。このように、制御弁５１のオンからオフへの作動タイミングを制御することにより、ポンプ室６６からの燃料吐出量を制御することができる。
【００４７】
本実施例では、実燃料噴射量をコモンレール圧力の降下量から算出し、目標燃料噴射量との偏差から噴射量偏差を求めたが、本出願人が先に出願している特願平１１−９６９６０号で提案しているように、エンジン出力軸の回転変動から燃焼室内での熱発生量を求め、目標熱発生量との偏差を噴射量偏差を表す信号とし、この偏差から燃料サプライポンプからの燃料圧送量を補正する補正係数を演算しても良い。その他、気筒内に配設された筒内圧センサ、イオンセンサ等のセンサで検出される気筒内での熱発生率を利用して、燃焼室内での熱発生量を求め、上記と同様の手順に従って燃料サプライポンプからの燃料圧送量を補正する補正係数を演算することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によるコモンレール式燃料噴射装置によれば、コントローラは、各インジェクタについて、実燃料噴射量と目標燃料噴射量との噴射量偏差に基づいて、各インジェクタからの燃料噴射が行われる直前においてコモンレール圧力を上昇させるための燃料圧送量を補正制御して、各インジェクタの噴射直前におけるコモンレール圧力を、各インジェクタから噴射される燃料噴射量が目標燃料噴射量となる水準に回復させるフィードバック制御を行っている。したがって、各インジェクタから噴射される燃料噴射量にインジェクタに個体バラツキや径年変化等によるバラツキがあっても、燃料噴射期間を変えることなく、したがってインジェクタからの燃料噴射率、燃料噴射量が各インジェクタで均一になりバラツキをなくすことができるので、特に、アイドリング等のエンジンが低回転する運転状態においても気筒毎における燃料バラツキを無くし、不快な振動や騒音の発生を防止することができる。また、燃料サプライポンプからの燃料圧送後のコモンレール圧力についても、燃料サプライポンプ側に起因して生じるバラツキを、コモンレールの回復圧力の偏差に基づいて燃料圧送量を補正することによって無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置におけるコモンレール圧力及び燃料圧送量の制御の概要を示すフローチャートである。
【図２】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置における同じインジェクタについてのコモンレール圧力の変化の一例を示すグラフである。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料サプライポンプの一例を示す断面図である。
【図４】図３に示す燃料サプライポンプのインレットバルブを含む一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図３及び図４に示す燃料サプライポンプの作動タイミングチャートである。
【図６】従来のコモンレール式燃料噴射システムを説明する概要図である。
【符号の説明】
１，５０ 燃料サプライポンプ
２ コモンレール
３ インジェクタ
８ コントローラ
９ センサ
１０ ポンプ駆動カム
１１，６０ プランジャ
１２，６６ ポンプ室
１３，７３ 燃料吸入路
１５，８０ インレットバルブ
２２ 圧力センサ
５１ 制御弁
５２ ハウジング
６２ シリンダ
８２ 弁ステム
９４ ボア
９５ 圧力制御室
Ｑｉｔ 目標燃料噴射量
Ｑｉａ 実燃料噴射量
ｄＱｉ 噴射量偏差
Ｐｒ コモンレール圧力
Ｐｒａｄ 実コモンレール圧力（燃料圧送前）
Ｐｒａｕ 実コモンレール圧力（燃料圧送後）
Ｑｐｔｂ 基本ポンプ圧送量
Ｑｐｔｆ 最終目標ポンプ圧送量
ＫＱ 補正係数（噴射量偏差補正用）
ｋ 補正係数（コモンレール圧力偏差補正用）
Claims (6)
- エンジンの各気筒に対応して配設され且つ燃料を噴射するインジェクタ、前記各インジェクタに燃料を供給するため燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールの圧力を昇圧させた状態で前記各インジェクタからの燃料噴射を行うため前記コモンレールに燃料を順次圧送する燃料サプライポンプ、前記エンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記検出手段からの検出信号に基づいて目標燃料噴射期間と目標燃料噴射量とを含む目標燃料噴射条件と、前記目標燃料噴射条件に応じた目標燃料圧送量を含む目標燃料圧送条件とを求めると共に、前記目標燃料圧送条件と前記目標燃料噴射条件とに従ってそれぞれ前記燃料サプライポンプによる燃料圧送と前記インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備し、前記コントローラは、前記コモンレールの圧力を前記目標燃料噴射条件で燃料を噴射可能な圧力まで昇圧するため、前記インジェクタからの実燃料噴射量と前記目標燃料噴射量との噴射量偏差に相当する信号に基づいて前記燃料サプライポンプからの前記目標燃料圧送量を補正し、補正された前記目標燃料圧送量で前記燃料サプライポンプによる燃料圧送を実行するフィードバック制御を行うことから成るコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コントローラは、前記実燃料噴射量が前記目標燃料噴射量を上回る又は下回る前記噴射量偏差に相当する前記信号に対して、それぞれ前記目標燃料圧送量を減少又は増加する補正をすることから成る請求項１に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コモンレールの圧力を検出する圧力センサを備え、前記コントローラは、前記実燃料噴射量に相当する前記信号として、前記圧力センサからの検出信号に基づいて燃料噴射に伴う前記コモンレールの圧力降下量を算出することから成る請求項１又は２に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいてコモンレール基本目標圧力を決定し、前記コモンレール基本目標圧力と前記インジェクタからの燃料噴射によって降下した実コモンレール圧力とに基づいて次回の燃料噴射における前記コモンレール圧力を得るための基本ポンプ圧送量を算出し、前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて前記基本ポンプ圧送量を補正することにより前記燃料圧送量の補正を行うことから成る請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コントローラは、前記基本ポンプ圧送量に前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて算出した補正係数を乗じることにより、前記基本ポンプ圧送量の補正を行うことから成る請求項４に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
- 前記コントローラは、前記検出手段からの検出信号に基づいて前記目標燃料噴射条件の一つとして前記コモンレールの最終目標圧力を算出し、前記コモンレールの最終目標圧力と前記燃料サプライポンプからの燃料圧送後で且つ前記インジェクタからの燃料噴射前の前記コモンレールの圧力との圧力偏差を求め、前記噴射量偏差に相当する前記信号に基づいて補正された前記基本ポンプ圧送量を前記圧力偏差に基づいて更に補正することから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
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