JP3704878B2 - 燃料噴射システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料ポンプから送り出された燃料をコモンレールに貯留し、コモンレールから供給された燃料をインジェクタによって燃焼室に噴射する燃料噴射システムに関する。
【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、燃料噴射システムが知られている。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に貯留し、燃料圧を利用して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燃料噴射システムである。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、コントローラがコモンレール内の燃料圧と、各インジェクタに設けられた制御弁の作動とを制御している。
【０００３】
従来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、高圧燃料ポンプ１に送られる。高圧燃料ポンプ１は、例えば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に供給する。供給された燃料は要求される所定圧力に昇圧した状態でコモンレール２に貯留され、コモンレール２からインジェクタ３に供給される。インジェクタ３は、エンジンの型式に応じて通常、複数個設けられているが、コモンレール２から供給された燃料を各対応する燃焼室内に噴射する。インジェクタ３から噴射される燃料の噴射圧はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力（以下、「コモンレール圧力」という）に略等しいので、噴射圧を制御するにはコモンレール圧力を制御すればよいことになる。コモンレール圧力は、燃料ポンプ１の吐出量によって増圧又は減圧方向に、或いは予め定められた圧力に保持するように制御される。
【０００４】
燃料ポンプ１は、エンジンの回転を取り出して駆動されるカム１０と、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の吸入側、即ち、フィードポンプ６とポンプ室１２との間を連通する燃料吸入路１３には流量制御弁１５が設けられ、ポンプ室１２の吐出側、即ち、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には逆止弁である吐出弁１７が設けられている。
【０００５】
燃料ポンプ１の吐出量は、流量制御弁１５により制御される。流量制御弁１５は、常開式の電磁２方弁であり、電子制御を行うエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８からの制御電流によって電磁ソレノイド１６を励磁することで、燃料ポンプ１の吐出量を制御する。即ち、プランジャ１１の上昇行程中の任意の時点で電磁ソレノイド１６へ通電して流量制御弁１５を閉じると、その時点からプランジャ１１の上死点までの間、プランジャ１１により加圧される燃料は、吐出弁１７を押し開いてコモンレール２へ供給される。流量制御弁１５の閉弁時からプランジャ１１の上死点到達時点までの期間が燃料圧送期間となる。この圧送期間、即ち、流量制御弁１５への通電時間を制御することで、燃料ポンプ１の吐出量を制御することができ、燃料ポンプ１の吐出量によってコモンレール圧力、即ち、噴射圧を制御することができる。尚、燃料吸入路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。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力が異常上昇するのを防ぐために、常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。常閉型のリリーフ弁２０は、通常は閉弁状態にあるが、コモンレール圧力Ｐｃがシステム異常等に起因して所定の設定圧力よりも高圧になると開弁して、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、コモンレール２内の燃料圧を低下させる。コモンレール２に貯留された燃料は、燃料供給管２３を通じてインジェクタ３に供給される。また、コモンレール２には、コモンレール圧力Ｐｃを検出するための圧力センサ２２が設けられており、圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｃの信号はコントローラ８に入力される。
【０００７】
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と燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えており、針弁３１によって噴孔３２が開閉制御される。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの燃料圧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及び通路に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６及び針弁３１の先端に形成され且つインジェクタ本体のテーパ状弁シートと着座して噴孔３２を開閉する第２テーパ面３７に作用する燃料圧に基づくリフト力と、バランスチャンバ３０内の燃料圧に基づい針弁３１を押下げ力、及び針弁３１に対して押下げ方向に作用するリターンスプリング（図示せず）の戻し力とのバランスによって針弁３１のリフトが制御される。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３、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に供給される。供給路３８にはオリフィス３９が設けられている。バランスチャンバ３０内の燃料圧を制御するため、バランスチャンバ３０には排出路４０が設けられている。排出路４０にもオリフィス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を燃料戻り管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
排出路４０に設けられている開閉弁４４をコントローラ８の制御によって開くと、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内の燃料圧が低下する。第１及び第２のテーパ面３６，３７に作用する燃料圧に基づいて針弁３１を持ち上げるリフト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧に基づく押下げ力及びリターンスプリングのばね力との合力を上回ると、針弁３１がリフトする。針弁３１がリフトすると噴孔３２が開口するので、コモンレール２から燃料供給管２３及び燃料通路３４を通じてインジェクタ３に導かれた燃料は、針弁３１の周囲の通路を通じてノズルの先端に形成された噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。燃焼室への噴射に費やされなかった燃料、即ち、開閉弁４４を通過した燃料と、バランスチャンバ３０又は燃料溜まり３５から中間チャンバ４２にリークした漏れ燃料とは、それぞれ、排出路４０、４３、燃料戻り管４６を経て燃料タンク７へと回収される。
【００１０】
エンジン制御モジュールであるコントローラ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Ａｃｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ、及びコモンレール圧力Ｐｃを検出するコモンレール圧力センサ等の各種センサ９からの検出信号が入力される。なお、コントローラ８への入力信号としては、その他に、冷却水温度を検出するための冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度を検出するための大気温度センサ、大気圧を検出するための大気圧センサ、及び吸気管内圧力を検出するための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入力されるが、これらのセンサについては、この発明の主題と直接には関係していないので、詳細な説明を省略する。
【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を開閉制御して針弁３１をリフト制御する。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による燃料の噴射条件、即ち、燃料の噴射タイミング及び噴射量を定めるものである。開閉弁４４の開閉制御は、電磁ソレノイド４５によって行なわれ、燃料噴射の時期及び量は、噴射圧（略、コモンレール圧力に等しい）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、針弁３１のリフトは、電磁ソレノイド４５に送られる制御電流としての噴射パルスによって決定される。
【００１２】
インジェクタ３が燃料を噴射することでコモンレール２内の燃料が消費されることにより、コモンレール２内の燃料圧は低下するが、コントローラ８は、コモンレール２内の燃料圧が一定となるように燃料ポンプ１の吐出量を制御する。更に、燃料の噴射圧を増加させる場合には、コントローラ８は、燃料ポンプ１の吐出量を増加制御してコモンレール圧力Ｐｃを上昇させる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシステムにおいて、エンジン運転状態の変化に応じて、昇圧、減圧又は一定圧に制御すべきコモンレール圧力の制御は、主として、負荷（アクセルペダル踏込み量Ａｃｃ）及びエンジン回転速度に応じて設定される目標コモンレール圧力と、圧力センサ２２によって検出される実際のコモンレール圧力との偏差に基づいて制御される。なお、目標コモンレール圧力は、一般的には、高負荷・高速運転領域では高圧に、低負荷・低速運転領域では低圧に設定される。
【００１４】
ここで、コモンレール圧力を昇圧させるには燃料ポンプの吐出量を増加すればよいが、コモンレール圧力は、インジェクタで燃料噴射や噴射に伴うバランスチャンバからの燃料の排出、その他のリークというようにコモンレール内の燃料が消費されない限り、減圧することがない。しかも、燃料噴射圧力、即ち、コモンレール圧力を減圧させる必要があるのは、燃料噴射量自体が少ない（極端には無噴射）場合であることが多いため、コモンレール圧力の低下速度が遅く、上記の従来システムでは、速やかな減圧制御は期待できない。例えば、図７に示すように、コモンレール圧力Ｐｃが高い状態Ｐｃ１から低い状態Ｐｃ２に低下するには、Ｔ1 の時間経過を要しており、応答速度が速いとは言えない。
【００１５】
これに対して、特開平４−２３４５６２号公報には、上記従来システムにおけるリリーフ弁を制御可能な減圧弁として構成し、システム異常時のみならず、減圧制御時に当該減圧弁を開弁させることで減圧応答性を高めた燃料噴射システムが開示されている。この減圧応答性は、図７と同様にコモンレール圧力Ｐｃが高い状態Ｐｃ１から低い状態Ｐｃ２に低下するのに、図８に示すように、Ｔ2 （Ｔ1 の約４分の１）に改善されている。しかしながら、上記の公報に記載の技術では、減圧弁を常開式の電磁弁で構成しているため、減圧制御時を除く正常運転時（エンジン運転中の大部分を占める）には常に通電する必要がある。このような減圧弁制御を行なう燃料噴射システムでは、電磁弁で消費する電力消費量が大きく、その分、発電機の運転のためのエンジンの仕事が増加して燃費を悪化させている。また、上記の公報に記載のものでは、減圧弁は、コモンレールに取り付けられているため、コモンレール圧力Ｐｃ（最高で１６０〜２００ＭＰａ）に耐えられるだけの閉弁力（電磁力）が必要となることからも、電力消費量は無視できない水準にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に先行する発明（以下「先行発明」という）の目的は、燃料ポンプの送出し量によってコモンレール圧力を調節している燃料噴射システムにおいて、エンジンの運転状態がコモンレール圧力を低下させることを求めている場合に、コモンレール内の燃料を放出するための制御弁の駆動に要する電力消費量を少なくして、減圧制御時の応答性を向上しつつ、エンジンにかかる負担を軽減して燃費の向上を図ることができる燃料噴射システムを提供することである。
【００１７】
前記目的を達成するため、先行発明による燃料噴射システムは、燃料ポンプによって送り出された燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される前記燃料を前記コモンレールの燃料圧に相当する噴射圧で燃焼室に噴射するインジェクタ、前記コモンレールの前記燃料圧が予め定められた値以上の燃料圧である状態に応じて開弁して前記コモンレールの前記燃料圧を解放するリリーフ弁、及びエンジンの運転状態を検出するセンサを具備してなる燃料噴射システムにおいて、前記リリーフ弁は強制開弁手段を備えた常閉式リリーフ弁であり、前記センサの検出信号が入力されるコントローラは、前記エンジンの運転状態に応じて前記強制開弁手段を作動させて前記常閉式リリーフ弁を開弁する制御を行なうものであることを特徴とする。
【００１８】
先行発明では、コモンレール圧力を解放する弁手段として、安全上のためにコモンレールに設けられているリリーフ弁が利用される。このリリーフ弁は常閉式リリーフ弁であるので、通常の非通電状態にあるときにコモンレール圧力が加わっても開弁しないだけの充分な大きさの閉弁力が、リリーフ弁内蔵の戻しばねにより与えられる。コントローラは、センサからの検出信号に応じてコモンレール圧力を減圧制御するべき状態にあると判断したときのみ、強制開弁手段を作動させて常閉式リリーフ弁を開弁する。強制開弁手段は、例えば、戻しばねに抗してリリーフ弁を開弁させる電磁ソレノイドである。コモンレールに設けられている強制開弁手段を作動させると、コモンレール圧力は目標のコモンレール圧力に急速に低下するので、コモンレール圧力を減圧制御するべき状態が長期に渡って継続する状況は通常考えられない。したがって、電磁ソレノイドを長期に渡って励磁させることもなく、エンジンにかかる負担が軽減される。
【００１９】
また、先行発明において、コントローラが強制開弁手段を作動させるエンジンの運転状態は、噴射圧を減圧させるべき運転状態である。噴射圧を減圧させるべき運転状態としては、例えば、急速な加速を行うためにコモンレール圧力を高くした後に、定速速度に移行するので、コモンレール圧力に高い圧力を必要としなくなる状況が考えられる。このような場合でも、噴射圧が長期に渡って減圧し続けることはなく、電磁ソレノイドの通電時間は僅かであり、電磁ソレノイドに供給すべき電力は僅かで済み、エンジンにかかる負担も軽減される。
【００２０】
上記強制開弁手段には、リリーフ弁に内蔵される戻しばねのばね力に打ち勝つだけの開弁力を備えることが必要である。通常、その開弁力を与えるのは上記のとおり強制開弁手段としての電磁ソレノイドであるが、開弁時（減圧制御時）には上記のばね力に打ち勝つだけの電磁力を生じさせる必要があるため、当初の供給電流が大きくなり、電力消費量の削減が充分とは言えない場合もある。本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、エンジン運転状態の検出に基づいて減圧制御が必要な状態では、燃料ポンプの吐出弁に当該吐出弁を強制的に開弁させる強制開弁手段を備えることにより、先行発明に比して、電力消費量を極めて小さく抑えることを可能にする燃料噴射システムを提供することである。
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明による燃料噴射システムは、燃料を送り出す燃料ポンプ、前記燃料ポンプの吐出圧に応じて開弁する吐出弁、前記吐出弁を通じて送り出された燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された前記燃料を前記コモンレールの燃料圧に相当する噴射圧で燃焼室に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態を検出するセンサを具備してなる燃料噴射システムにおいて、前記吐出弁は強制開弁手段を備えた逆止弁であり、前記センサの検出信号が入力されるコントローラは、前記エンジンの運転状態に応じて前記強制開弁手段を作動させて前記逆止弁を開弁する制御を行なうものであると共に、前記強制開弁手段を作動させる際に、一旦前記燃料ポンプの吐出量が最大となるように制御するものであることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、コモンレール圧力を解放する弁手段として、燃料ポンプの吐出路に設けられた吐出弁が利用される。この吐出弁は、常に少なくともコモンレール圧力を閉弁方向の力として受けて閉弁しており、一定以上の吐出圧で開弁して吐出燃料をコモンレールに送る逆止弁である。コモンレール圧力が閉弁力として作用しているが、同時に作用するポンプ室内圧が開弁力として利用されるため、吐出弁を強制的に開弁させるための開弁力は小さくなる。したがって、吐出弁を強制的に開弁させるための開弁力は、コモンレール圧力とポンプ室内圧との差圧に打ち勝つだけの小さい力で充分となる。強制開弁手段として電磁ソレノイドを用いた場合には、電磁ソレノイドに供給すべき電力が低減する。また、開弁初期に大量に必要となる電力が少なくなり、開弁維持のために必要とする電力は一般的に小電力で済む。
【００２３】
また、本発明による燃料噴射システムにおいて、コントローラが強制開弁手段を作動させるエンジンの運転状態は、噴射圧を減圧させるべき運転状態である。噴射圧を減圧させるべき運転状態としては、上記のとおり、例えば、急速な加速を行うためにコモンレール圧力を高くした後に、定速速度に移行するため、コモンレール圧力に高い圧力を必要としなくなる状況が考えられる。吐出弁を開弁させ続けておくために電磁ソレノイドを長期に渡って通電して励磁し続けることもなく、エンジンにかかる負担が軽減される。
【００２４】
また、本発明による燃料噴射システムにおいて、コントローラは、強制開弁手段を作動させる際に、一旦燃料ポンプの吐出量が最大となるように制御する。このように制御すると、通常の圧送行程と同じように、吐出弁の開弁は、ポンプ室内圧がコモンレール圧力を上回るときの燃料ポンプの吐出圧でまかなわれる。したがって、開弁のための電磁力（プルイン電流）は実質的に不要となり、開弁状態を保持するための電磁力（ホールド電流）が必要となるのみであり、一層の省電力化が達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、先行発明及び本発明による燃料噴射システムの実施例を説明する。図１は先行発明による燃料噴射システムの概略図である。なお、図１に示した先行発明による燃料噴射システムについては、図６に基づいて既に説明した従来の燃料噴射システムと同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
図１に示す燃料噴射システムは、図６に用いられていたリリーフ弁２０を強制開弁手段を備えた常閉式のリリーフ弁２４とし、コントローラ８からの制御信号によりリリーフ弁２４を開閉制御することを可能としたものである。この実施例において、強制開弁手段は、電磁ソレノイド２５であり、コントローラ８からの制御信号である励磁電流によって励磁される。
【００２７】
電磁ソレノイド２５を備えたリリーフ弁２４の一例が図２に示されている。リリーフ弁２４は、弁ケース５０の一端が流入口５１であり、他端が流出口５２となっている。弁ケース５０内には、流入口５１側に軸方向長さは短いが大径の中空部５３が形成され、大径の中空部５３から連続して、軸方向長さは長いが小径の中空部５４が流出口５２に向かって形成されている。大径の中空部５３の流入口５１と接続する部分にテーパ状の弁座５５が形成されている。弁座５５には球状の弁体５６が着座可能であり、弁体５６は平板状のアーマチュア５７と一体に構成されている。
【００２８】
小径の中空部５４内には、弁ばね５８が圧縮状態に配置されている。弁ばね５８は、一端をアーマチュア５７の中央部において弁体５６とは反対側の面に係合し、他端は弁ケース５０の流出口５２側に形成されている段部５９に係合している。弁ばね５８は、常に弁体５６を弁座５５に着座させる方向に付勢し、そのばね力は、コモンレール２の圧力の機械的な安全上の圧力として設定されている。リリーフ弁２４が開弁している状態では、弁体５６が弁座５５から離れており、流入口５１から流入した燃料はアーマチュア５７の周囲に形成される通路６０及びアーマチュア５７内に形成した通路６１を経て、更に小径の中空部５４を通じて流出口５２に向かって流れる。
【００２９】
弁ケース５０内で小径の中空部５４の周囲には、電磁ソレノイド２５が配置されている。電磁ソレノイド２５は、コントローラ８からの励磁電流を受けて励磁すると、弁ばね５８による閉弁方向に作用するばね力に抗してアーマチュア５７を引き寄せて、弁体５６を弁座５５から離間させ、リリーフ弁２４を開弁する。即ち、コモンレールの圧力が安全上の圧力以下の状態であっても、コントローラ８は励磁電流を供給することにより、リリーフ弁２４を強制的に開弁させることが可能となっている。
【００３０】
コントローラ８が各種センサ９からの検出信号に基づいて燃料噴射圧、即ち、コモンレール圧力Ｐｃを減圧すべきであると判断すると、リリーフ弁２４の電磁ソレノイド２５を励磁する制御電流を出力する。電磁ソレノイド２５の励磁によってリリーフ弁２４が開弁すると、コモンレール２内の高圧燃料がリリーフ弁２４を通じて燃料タンク７へ戻る流れが生じて、コモンレールの圧力が低下する。
【００３１】
図１に示された燃料噴射システムの制御フローを図３に示すフローチャートに基づいて説明する。図３の左側のフロー（Ａ）はコモンレール圧力Ｐｃ（流量制御弁１５）を制御するためのメインルーチンであり、右側のフロー（Ｂ）は速やかな減圧制御を行なうためのサブルーチンでとしての減圧制御ルーチンである。
先ず、メインルーチン（Ａ）を説明する。
（１）このルーチンが開始されると、センサからエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとが入力される（ステップ１１（Ｓ１１と略す。以下同様））。
（２）Ｓ１１で入力されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとに基づいて、予め求められているマップにより、目標噴射量Ｑｂが算出される（Ｓ１２）。即ち、エンジンの基本特性として、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑｂとは、アクセル踏込み量Ａｃｃをパラメータとして互いの関係が予め求められているので、燃焼サイクル毎に噴射すべき目標となる燃料噴射量は、その時々のエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとからこの基本噴射量特性マップに基づいて目標噴射量Ｑｂが求められる。
（３）Ｓ１１で入力されたエンジン回転数Ｎｅと、Ｓ１２で算出された目標噴射量Ｑｂとに基づいて、予め求められているマップにより、目標コモンレール圧力Ｐｃｂが求められる（Ｓ１３）。即ち、エンジン回転数Ｎｅに基づいて定められる必要な燃料噴射期間内に目標噴射量Ｑｂを噴射するには、それに応じた燃料噴射圧力が必要である。
（４）実際のコモンレール圧力（以下、「実コモンレール圧力」という）Ｐｃが圧力センサ２２によって検出される（Ｓ１４）。
（５）Ｓ１３で求めた目標コモンレール圧力ＰｃｂとＳ１４で検出された実コモンレール圧力Ｐｃとの偏差、即ち、差圧ΔＰｃが計算される（Ｓ１５）。
（６）Ｓ１５で求められた差圧ΔＰｃに基づいて流量制御弁１５へ通電時期ＰＴｐが求められる（Ｓ１６）。即ち、差圧ΔＰｃの関数として燃料ポンプの燃料吸入路１３に設けられている常開式の流量制御弁１５を閉じるために流量制御弁１５に対して通電する通電時期ＰＴｐが求められる。差圧ΔＰｃが大きいと、目標圧力に対して実コモンレール圧力が低過ぎることを意味し、流量制御弁１５を閉じる時間を長くして、コモンレール２への燃料供給量を増加する。
（７）コントローラ８は、時間カウンタによって計測している時間Ｔｎが通電時期ＰＴｐであるか否かを判断する（Ｓ１７）。
（８）未だ、通電時期ＰＴｐでなければ時間のカウントを続行し、通電時期ＰＴｐが到来すると、制御電流ＰＷｐ（固定値）が出力される（Ｓ１８）。流量制御弁１５は制御電流ＰＷｐに基づいて閉弁し、燃料吐出路１４に吐出弁１７を通じて所定量の燃料がコモンレール２に圧送される。
【００３２】
次に図３の右側に示すサブルーチンとしての減圧制御ルーチン（Ｂ）について説明する。
（１）メインルーチンで計算された差圧ΔＰｃを読み込む（Ｓ１）。
（２）Ｓ１で読み込んだ差圧ΔＰｃに基づいて、予め定められている関数ｇ（ΔＰｃ）によって、強制開弁手段である電磁ソレノイド２５への制御電流ＰＷｖ（具体的には、コマンドパルス幅、即ち、通電時間）が求められる（Ｓ２）。
（３）Ｓ２で求められた制御電流ＰＷｖが電磁ソレノイド２５へ出力される（Ｓ３）。
即ち、ΔＰｃの値（減圧要求レベル）に応じて制御電流ＰＷｖを設定することで、速やかな減圧制御が達成される（非減圧時や減圧レベルが小さいときには、ＰＷｖ＝０とすれば良い）。なお、メインルーチン（Ａ）はエンジンのクランク角度に同期し実行されるが、減圧制御ルーチン（Ｂ）はクランク角度に同期させても良いし、一定時間周期で実行させても良い。
【００３３】
次に、本発明による燃料噴射システムの実施例を説明する。図４は本発明による燃料噴射システムの別の実施例を示す概略図である。なお、図４に示した燃料噴射システムについては、燃料吐出路１４に設けられている吐出弁１７に強制開弁手段を設けた以外は変わるところがなく、図６に基づいて既に説明した従来の燃料噴射システムと同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３４】
図４に示す燃料噴射システムは、図６に用いられていた吐出弁１７の変わりに強制開弁手段を備えた逆止弁とした吐出弁４７を用いたものである。エンジンの運転状態を検出するセンサからの検出信号が入力されるコントローラ８は、エンジンの運転状態に応じて制御信号を出力し、強制開弁手段を作動させて吐出弁４７を開弁させる。この実施例において、強制開弁手段は電磁ソレノイド４８である。電磁ソレノイド４８は、コントローラ８からの制御信号である励磁電流が通電されることによって励磁して、吐出弁４７に内蔵されているばねの力に抗して吐出弁４７を開弁させる方向の力を発生する。吐出弁４７は、通常の噴射ポンプ等で用いられている周知のデリバリバルブに、コアとコイルを付加して電磁ソレノイド化したものでよい。
【００３５】
コントローラ８は、プランジャ１１の上昇工程中に、常開式の流量制御弁１５に設けられている電磁ソレノイド１６を励磁して閉弁させて燃料ポンプ４の作動を圧送行程とし、圧送行程中の任意の時から電磁ソレノイド４８に通電して吐出弁４７を強制的に開弁させる方向の力を発生させ、圧送行程終了後もなお電磁ソレノイド４８に通電し続けて吐出弁４７が閉じないように制御する。プランジャ１１が上死点に到達して圧送行程が終了したとき、コントローラ８は、電磁ソレノイド１６の励磁を停止して流量制御弁１５を開弁させる。このように流量制御弁１５と吐出弁４７とを制御すると、プランジャ１１の吸引行程中にコモンレール２内の高圧の燃料が吐出弁４７を通じてポンプ室１２内に吸い戻され、コモンレール圧力Ｐｃが低下する。ポンプ室１２内に吸い戻された燃料は、流量制御弁１５からリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。流量制御弁１５は、逆止弁の構造になっていないので、燃料は通過可能である。
【００３６】
図４に示した燃料噴射システムの実施例の作動を制御するフローチャートを図５に示す。図５は、速やかな減圧制御を行いつつ強制開弁手段の省電力化即ち、小型化を図るために、流量制御弁１５と強制開弁手段である吐出弁４７の制御ルーチンを組み合わせたものであり、以下にその内容を説明する。
（１）センサからエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとが入力される（Ｓ２１）。
（２）Ｓ２１で入力されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとに基づいて、予め求められているマップにより、目標噴射量Ｑｂが算出される（Ｓ２２）。
（３）Ｓ２１で入力されたエンジン回転数Ｎｅと、Ｓ２２で算出された目標噴射量Ｑｂとに基づいて、予め求められているマップにより、目標コモンレール圧力Ｐｃｂが求められる（Ｓ２３）。
（４）実際のコモンレール圧力（以下、「実コモンレール圧力」という）Ｐｃが圧力センサ２２によって検出される（Ｓ２４）。
（５）Ｓ２３で求めた目標コモンレール圧力ＰｃｂとＳ２４で検出された実コモンレール圧力Ｐｃとの偏差、即ち、差圧ΔＰｃが計算される（Ｓ２５）。
以上のＳ２１〜Ｓ２５は、図３に示したフローチャートにおけるＳ１１〜Ｓ１５までの各ステップと同様である。
【００３７】
（６）減圧要求レベル（急速減圧が必要か否か）が判別される。即ち、差圧ΔＰｃが予め定めたレベルα（ただし、α＜0 ）よりも大きい（Ｙｅｓの場合）と、目標コモンレール圧力Ｐｃｂが実コモンレール圧力Ｐｃよりも所定値α以上に大きいことを意味しているから、急速減圧が不要であると判断される。一方、差圧ΔＰｃが予め定めたレベルαよりも小さい（Ｎｏの場合）と、急速減圧が必要であると判断される（Ｓ２６）。
（７）Ｓ２６の判断の結果、急速減圧が不要であると判断されると、差圧ΔＰｃの関数ｆ（ΔＰｃ）によって、流量制御弁１５の電磁ソレノイド１６への通電時期ＰＴｐが求められる（Ｓ２７）。
（８）強制開弁手段である電磁ソレノイド４８への制御電流ＰＷｖをクリア（ＰＷｖ＝０）する（Ｓ２８）。即ち、電磁ソレノイド４８にはコマンドパルスは供給されない。したがって、吐出弁４７は、従来の吐出弁と同様の吐出弁として作動する。
（９）コントローラ８は、時間カウンタによって計測している時間Ｔｎが通電時期ＰＴｐであるか否かを判断する（Ｓ２９）。未だ、通電時期ＰＴｐでなければ時間のカウントを続行する。
（１０）通電時期ＰＴｐが到来すると、流量制御弁１５の電磁ソレノイド１６へ制御電流ＰＷｐ（固定値）が出力される（Ｓ３０）。流量制御弁１５は制御電流ＰＷｐに基づいて閉弁し、この閉弁期間内に、燃料ポンプ４は、燃料吐出路１４に吐出弁１７を通じて所定量の燃料をコモンレール２に圧送する。以上のサイクルで１回のルーチンを終了する。
【００３８】
（１１）Ｓ２６の判断（Ｎｏ）の結果、コモンレール圧力に急速減圧が必要な場合は、流量制御弁１５への通電時期ＰＴｐを最大進角時期ＰＴｐｍａｘ（即ち、最大吐出量）に設定する（Ｓ３１）。即ち、流量制御弁１５の閉弁期間を最大として、燃料ポンプ１の燃料吐出量を最大とする。
（１２）強制開弁手段である電磁ソレノイド４８への制御電流ＰＷｖ（具体的には、固定された値としてのコマンドパルス幅）をセットする（Ｓ３２）。
（１３）Ｓ２９と同様に時間がカウントされ、通電時期になると（Ｓ３３）、流量制御弁１５の電磁ソレノイド１６への制御電流ＰＷｐ（固定値）及び吐出弁４７の電磁ソレノイド４８への制御電流ＰＷｖを出力して（Ｓ３４）、１回のルーチンを終了する。この場合、吐出弁１０は燃料ポンプ４の吐出圧で開弁されるため、ＰＷｖのパルス強さは極めて小さな値（開弁後のボールド電流程度）で済む。プランジャ１１が上死点に到達すると、電磁ソレノイド１６への制御電流ＰＷｐはオフの状態となるように定めておくと、燃料ポンプ４のプランジャ１１の吸引行程中において、流量制御弁１５は開弁し且つ吐出弁４７を強制的に開弁させているので、コモンレール２内の燃料は開弁している吐出弁４７を通じて燃料ポンプ４によって吸い戻され、開弁している流量制御弁１５を通じてリリーフ弁１８から戻し管１９を経て燃料タンク７に戻される。
【００３９】
燃料ポンプ４の燃料の圧送行程終了直後には、吐出弁４７の前後の差圧は小さく、また、通常、吐出弁４７を構成する逆止弁の閉弁用ばねのばね力が小さく設定されているので、吐出弁４７の開弁圧力は小さい。したがって、電磁ソレノイド４８に印加する電力が少なくて済み、強制開弁手段である電磁ソレノイドを小型のものとすることができる。また、圧力の制御をすべて燃料ポンプ４によって行なうことができ、嵩張って且つ重量のある制御弁を用いる必要もなく、システムを軽量、コンパクトに構成することができ、その制御系についても簡素化することができる。更に、コモンレール圧力Ｐｃを低下させた後に再上昇させる際に、燃料ポンプ４の作動によって簡単に昇圧させることができるので、圧力応答が迅速になる。
【００４０】
【発明の効果】
先行発明は、以上のように、燃料噴射システムにおいて、コモンレール内の燃料圧を逃すリリーフ弁を強制開弁手段を備えた常閉式リリーフ弁とし、センサの検出信号が入力されるコントローラは、エンジンの運転状態に応じて強制開弁手段を作動させて常閉式リリーフ弁を開弁する制御を行なうように構成した。また、本発明は、燃料噴射システムにおいて、燃料ポンプの吐出弁を強制開弁手段を備えた逆止弁とし、センサの検出信号が入力されるコントローラは、エンジンの運転状態に応じて強制開弁手段を作動させて吐出弁を開弁する制御を行なうように構成した。したがって、いずれの発明においても、強制開弁手段の作動によってコモンレール圧力が低減され、システム全体を大がかりにすることなくコモンレール圧力の下降時の応答性が飛躍的に向上することができる。その結果、例えば、車両が加速走行後に低速走行に移行するような場合に、コモンレール圧力は迅速に低下し、騒音を速やかに低減させることが可能となる。また、コモンレール圧力を低下させる場合にのみ強制開弁手段を作動させるので、強制開弁手段を電磁ソレノイドで構成した場合に電力消費量を極めて小さくでき、強制開弁手段を小型化でき、システムの軽量化、低コスト化も達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行発明による燃料噴射システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】 図１に示す燃料噴射システムに適用されるリリーフ弁の断面図である。
【図３】 図１に示す燃料噴射システムにおけるメインルーチンと減圧制御ルーチンとから成る制御フローを示す図である。
【図４】 本発明による燃料噴射システムの一実施例を示す概略図である。
【図５】 図４に示す燃料噴射システムにおける制御フローを示す図である。
【図６】 従来の燃料噴射システムの概略図である。
【図７】 従来の燃料噴射システムにおいてコモンレールを減圧する場合のコモンレール圧力の時間変化を示すグラフである。
【図８】 改善された燃料噴射システムにおいてコモンレールを減圧する場合のコモンレール圧力の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，４ 燃料ポンプ
２ コモンレール
３ インジェクタ
８ コントローラ
１５ 流量制御弁
１６ 電磁ソレノイド
１７ 吐出弁
２２ 圧力センサ
２４ リリーフ弁
２５ 電磁ソレノイド（強制開弁手段）
４７ 吐出弁
４８ 電磁ソレノイド（強制開弁手段）
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料ポンプから送り出された燃料をコモンレールに貯留し、コモンレールから供給された燃料をインジェクタによって燃焼室に噴射する燃料噴射システムに関する。
【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、燃料噴射システムが知られている。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に貯留し、燃料圧を利用して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燃料噴射システムである。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、コントローラがコモンレール内の燃料圧と、各インジェクタに設けられた制御弁の作動とを制御している。
【０００３】
従来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、高圧燃料ポンプ１に送られる。高圧燃料ポンプ１は、例えば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に供給する。供給された燃料は要求される所定圧力に昇圧した状態でコモンレール２に貯留され、コモンレール２からインジェクタ３に供給される。インジェクタ３は、エンジンの型式に応じて通常、複数個設けられているが、コモンレール２から供給された燃料を各対応する燃焼室内に噴射する。インジェクタ３から噴射される燃料の噴射圧はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力（以下、「コモンレール圧力」という）に略等しいので、噴射圧を制御するにはコモンレール圧力を制御すればよいことになる。コモンレール圧力は、燃料ポンプ１の吐出量によって増圧又は減圧方向に、或いは予め定められた圧力に保持するように制御される。
【０００４】
燃料ポンプ１は、エンジンの回転を取り出して駆動されるカム１０と、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の吸入側、即ち、フィードポンプ６とポンプ室１２との間を連通する燃料吸入路１３には流量制御弁１５が設けられ、ポンプ室１２の吐出側、即ち、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には逆止弁である吐出弁１７が設けられている。
【０００５】
燃料ポンプ１の吐出量は、流量制御弁１５により制御される。流量制御弁１５は、常開式の電磁２方弁であり、電子制御を行うエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８からの制御電流によって電磁ソレノイド１６を励磁することで、燃料ポンプ１の吐出量を制御する。即ち、プランジャ１１の上昇行程中の任意の時点で電磁ソレノイド１６へ通電して流量制御弁１５を閉じると、その時点からプランジャ１１の上死点までの間、プランジャ１１により加圧される燃料は、吐出弁１７を押し開いてコモンレール２へ供給される。流量制御弁１５の閉弁時からプランジャ１１の上死点到達時点までの期間が燃料圧送期間となる。この圧送期間、即ち、流量制御弁１５への通電時間を制御することで、燃料ポンプ１の吐出量を制御することができ、燃料ポンプ１の吐出量によってコモンレール圧力、即ち、噴射圧を制御することができる。尚、燃料吸入路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。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力が異常上昇するのを防ぐために、常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。常閉型のリリーフ弁２０は、通常は閉弁状態にあるが、コモンレール圧力Ｐｃがシステム異常等に起因して所定の設定圧力よりも高圧になると開弁して、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、コモンレール２内の燃料圧を低下させる。コモンレール２に貯留された燃料は、燃料供給管２３を通じてインジェクタ３に供給される。また、コモンレール２には、コモンレール圧力Ｐｃを検出するための圧力センサ２２が設けられており、圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｃの信号はコントローラ８に入力される。
【０００７】
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と燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えており、針弁３１によって噴孔３２が開閉制御される。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの燃料圧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及び通路に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６及び針弁３１の先端に形成され且つインジェクタ本体のテーパ状弁シートと着座して噴孔３２を開閉する第２テーパ面３７に作用する燃料圧に基づくリフト力と、バランスチャンバ３０内の燃料圧に基づい針弁３１を押下げ力、及び針弁３１に対して押下げ方向に作用するリターンスプリング（図示せず）の戻し力とのバランスによって針弁３１のリフトが制御される。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３、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に供給される。供給路３８にはオリフィス３９が設けられている。バランスチャンバ３０内の燃料圧を制御するため、バランスチャンバ３０には排出路４０が設けられている。排出路４０にもオリフィス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を燃料戻り管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
排出路４０に設けられている開閉弁４４をコントローラ８の制御によって開くと、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内の燃料圧が低下する。第１及び第２のテーパ面３６，３７に作用する燃料圧に基づいて針弁３１を持ち上げるリフト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧に基づく押下げ力及びリターンスプリングのばね力との合力を上回ると、針弁３１がリフトする。針弁３１がリフトすると噴孔３２が開口するので、コモンレール２から燃料供給管２３及び燃料通路３４を通じてインジェクタ３に導かれた燃料は、針弁３１の周囲の通路を通じてノズルの先端に形成された噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。燃焼室への噴射に費やされなかった燃料、即ち、開閉弁４４を通過した燃料と、バランスチャンバ３０又は燃料溜まり３５から中間チャンバ４２にリークした漏れ燃料とは、それぞれ、排出路４０、４３、燃料戻り管４６を経て燃料タンク７へと回収される。
【００１０】
エンジン制御モジュールであるコントローラ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Ａｃｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ、及びコモンレール圧力Ｐｃを検出するコモンレール圧力センサ等の各種センサ９からの検出信号が入力される。なお、コントローラ８への入力信号としては、その他に、冷却水温度を検出するための冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度を検出するための大気温度センサ、大気圧を検出するための大気圧センサ、及び吸気管内圧力を検出するための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入力されるが、これらのセンサについては、この発明の主題と直接には関係していないので、詳細な説明を省略する。
【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を開閉制御して針弁３１をリフト制御する。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による燃料の噴射条件、即ち、燃料の噴射タイミング及び噴射量を定めるものである。開閉弁４４の開閉制御は、電磁ソレノイド４５によって行なわれ、燃料噴射の時期及び量は、噴射圧（略、コモンレール圧力に等しい）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、針弁３１のリフトは、電磁ソレノイド４５に送られる制御電流としての噴射パルスによって決定される。
【００１２】
インジェクタ３が燃料を噴射することでコモンレール２内の燃料が消費されることにより、コモンレール２内の燃料圧は低下するが、コントローラ８は、コモンレール２内の燃料圧が一定となるように燃料ポンプ１の吐出量を制御する。更に、燃料の噴射圧を増加させる場合には、コントローラ８は、燃料ポンプ１の吐出量を増加制御してコモンレール圧力Ｐｃを上昇させる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシステムにおいて、エンジン運転状態の変化に応じて、昇圧、減圧又は一定圧に制御すべきコモンレール圧力の制御は、主として、負荷（アクセルペダル踏込み量Ａｃｃ）及びエンジン回転速度に応じて設定される目標コモンレール圧力と、圧力センサ２２によって検出される実際のコモンレール圧力との偏差に基づいて制御される。なお、目標コモンレール圧力は、一般的には、高負荷・高速運転領域では高圧に、低負荷・低速運転領域では低圧に設定される。
【００１４】
ここで、コモンレール圧力を昇圧させるには燃料ポンプの吐出量を増加すればよいが、コモンレール圧力は、インジェクタで燃料噴射や噴射に伴うバランスチャンバからの燃料の排出、その他のリークというようにコモンレール内の燃料が消費されない限り、減圧することがない。しかも、燃料噴射圧力、即ち、コモンレール圧力を減圧させる必要があるのは、燃料噴射量自体が少ない（極端には無噴射）場合であることが多いため、コモンレール圧力の低下速度が遅く、上記の従来システムでは、速やかな減圧制御は期待できない。例えば、図７に示すように、コモンレール圧力Ｐｃが高い状態Ｐｃ１から低い状態Ｐｃ２に低下するには、Ｔ1 の時間経過を要しており、応答速度が速いとは言えない。
【００１５】
これに対して、特開平４−２３４５６２号公報には、上記従来システムにおけるリリーフ弁を制御可能な減圧弁として構成し、システム異常時のみならず、減圧制御時に当該減圧弁を開弁させることで減圧応答性を高めた燃料噴射システムが開示されている。この減圧応答性は、図７と同様にコモンレール圧力Ｐｃが高い状態Ｐｃ１から低い状態Ｐｃ２に低下するのに、図８に示すように、Ｔ2 （Ｔ1 の約４分の１）に改善されている。しかしながら、上記の公報に記載の技術では、減圧弁を常開式の電磁弁で構成しているため、減圧制御時を除く正常運転時（エンジン運転中の大部分を占める）には常に通電する必要がある。このような減圧弁制御を行なう燃料噴射システムでは、電磁弁で消費する電力消費量が大きく、その分、発電機の運転のためのエンジンの仕事が増加して燃費を悪化させている。また、上記の公報に記載のものでは、減圧弁は、コモンレールに取り付けられているため、コモンレール圧力Ｐｃ（最高で１６０〜２００ＭＰａ）に耐えられるだけの閉弁力（電磁力）が必要となることからも、電力消費量は無視できない水準にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に先行する発明（以下「先行発明」という）の目的は、燃料ポンプの送出し量によってコモンレール圧力を調節している燃料噴射システムにおいて、エンジンの運転状態がコモンレール圧力を低下させることを求めている場合に、コモンレール内の燃料を放出するための制御弁の駆動に要する電力消費量を少なくして、減圧制御時の応答性を向上しつつ、エンジンにかかる負担を軽減して燃費の向上を図ることができる燃料噴射システムを提供することである。
【００１７】
前記目的を達成するため、先行発明による燃料噴射システムは、燃料ポンプによって送り出された燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給される前記燃料を前記コモンレールの燃料圧に相当する噴射圧で燃焼室に噴射するインジェクタ、前記コモンレールの前記燃料圧が予め定められた値以上の燃料圧である状態に応じて開弁して前記コモンレールの前記燃料圧を解放するリリーフ弁、及びエンジンの運転状態を検出するセンサを具備してなる燃料噴射システムにおいて、前記リリーフ弁は強制開弁手段を備えた常閉式リリーフ弁であり、前記センサの検出信号が入力されるコントローラは、前記エンジンの運転状態に応じて前記強制開弁手段を作動させて前記常閉式リリーフ弁を開弁する制御を行なうものであることを特徴とする。
【００１８】
先行発明では、コモンレール圧力を解放する弁手段として、安全上のためにコモンレールに設けられているリリーフ弁が利用される。このリリーフ弁は常閉式リリーフ弁であるので、通常の非通電状態にあるときにコモンレール圧力が加わっても開弁しないだけの充分な大きさの閉弁力が、リリーフ弁内蔵の戻しばねにより与えられる。コントローラは、センサからの検出信号に応じてコモンレール圧力を減圧制御するべき状態にあると判断したときのみ、強制開弁手段を作動させて常閉式リリーフ弁を開弁する。強制開弁手段は、例えば、戻しばねに抗してリリーフ弁を開弁させる電磁ソレノイドである。コモンレールに設けられている強制開弁手段を作動させると、コモンレール圧力は目標のコモンレール圧力に急速に低下するので、コモンレール圧力を減圧制御するべき状態が長期に渡って継続する状況は通常考えられない。したがって、電磁ソレノイドを長期に渡って励磁させることもなく、エンジンにかかる負担が軽減される。
【００１９】
また、先行発明において、コントローラが強制開弁手段を作動させるエンジンの運転状態は、噴射圧を減圧させるべき運転状態である。噴射圧を減圧させるべき運転状態としては、例えば、急速な加速を行うためにコモンレール圧力を高くした後に、定速速度に移行するので、コモンレール圧力に高い圧力を必要としなくなる状況が考えられる。このような場合でも、噴射圧が長期に渡って減圧し続けることはなく、電磁ソレノイドの通電時間は僅かであり、電磁ソレノイドに供給すべき電力は僅かで済み、エンジンにかかる負担も軽減される。
【００２０】
上記強制開弁手段には、リリーフ弁に内蔵される戻しばねのばね力に打ち勝つだけの開弁力を備えることが必要である。通常、その開弁力を与えるのは上記のとおり強制開弁手段としての電磁ソレノイドであるが、開弁時（減圧制御時）には上記のばね力に打ち勝つだけの電磁力を生じさせる必要があるため、当初の供給電流が大きくなり、電力消費量の削減が充分とは言えない場合もある。本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、エンジン運転状態の検出に基づいて減圧制御が必要な状態では、燃料ポンプの吐出弁に当該吐出弁を強制的に開弁させる強制開弁手段を備えることにより、先行発明に比して、電力消費量を極めて小さく抑えることを可能にする燃料噴射システムを提供することである。
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明による燃料噴射システムは、燃料を送り出す燃料ポンプ、前記燃料ポンプの吐出圧に応じて開弁する吐出弁、前記吐出弁を通じて送り出された燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された前記燃料を前記コモンレールの燃料圧に相当する噴射圧で燃焼室に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態を検出するセンサを具備してなる燃料噴射システムにおいて、前記吐出弁は強制開弁手段を備えた逆止弁であり、前記センサの検出信号が入力されるコントローラは、前記エンジンの運転状態に応じて前記強制開弁手段を作動させて前記逆止弁を開弁する制御を行なうものであると共に、前記強制開弁手段を作動させる際に、一旦前記燃料ポンプの吐出量が最大となるように制御するものであることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、コモンレール圧力を解放する弁手段として、燃料ポンプの吐出路に設けられた吐出弁が利用される。この吐出弁は、常に少なくともコモンレール圧力を閉弁方向の力として受けて閉弁しており、一定以上の吐出圧で開弁して吐出燃料をコモンレールに送る逆止弁である。コモンレール圧力が閉弁力として作用しているが、同時に作用するポンプ室内圧が開弁力として利用されるため、吐出弁を強制的に開弁させるための開弁力は小さくなる。したがって、吐出弁を強制的に開弁させるための開弁力は、コモンレール圧力とポンプ室内圧との差圧に打ち勝つだけの小さい力で充分となる。強制開弁手段として電磁ソレノイドを用いた場合には、電磁ソレノイドに供給すべき電力が低減する。また、開弁初期に大量に必要となる電力が少なくなり、開弁維持のために必要とする電力は一般的に小電力で済む。
【００２３】
また、本発明による燃料噴射システムにおいて、コントローラが強制開弁手段を作動させるエンジンの運転状態は、噴射圧を減圧させるべき運転状態である。噴射圧を減圧させるべき運転状態としては、上記のとおり、例えば、急速な加速を行うためにコモンレール圧力を高くした後に、定速速度に移行するため、コモンレール圧力に高い圧力を必要としなくなる状況が考えられる。吐出弁を開弁させ続けておくために電磁ソレノイドを長期に渡って通電して励磁し続けることもなく、エンジンにかかる負担が軽減される。
【００２４】
また、本発明による燃料噴射システムにおいて、コントローラは、強制開弁手段を作動させる際に、一旦燃料ポンプの吐出量が最大となるように制御する。このように制御すると、通常の圧送行程と同じように、吐出弁の開弁は、ポンプ室内圧がコモンレール圧力を上回るときの燃料ポンプの吐出圧でまかなわれる。したがって、開弁のための電磁力（プルイン電流）は実質的に不要となり、開弁状態を保持するための電磁力（ホールド電流）が必要となるのみであり、一層の省電力化が達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、先行発明及び本発明による燃料噴射システムの実施例を説明する。図１は先行発明による燃料噴射システムの概略図である。なお、図１に示した先行発明による燃料噴射システムについては、図６に基づいて既に説明した従来の燃料噴射システムと同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
図１に示す燃料噴射システムは、図６に用いられていたリリーフ弁２０を強制開弁手段を備えた常閉式のリリーフ弁２４とし、コントローラ８からの制御信号によりリリーフ弁２４を開閉制御することを可能としたものである。この実施例において、強制開弁手段は、電磁ソレノイド２５であり、コントローラ８からの制御信号である励磁電流によって励磁される。
【００２７】
電磁ソレノイド２５を備えたリリーフ弁２４の一例が図２に示されている。リリーフ弁２４は、弁ケース５０の一端が流入口５１であり、他端が流出口５２となっている。弁ケース５０内には、流入口５１側に軸方向長さは短いが大径の中空部５３が形成され、大径の中空部５３から連続して、軸方向長さは長いが小径の中空部５４が流出口５２に向かって形成されている。大径の中空部５３の流入口５１と接続する部分にテーパ状の弁座５５が形成されている。弁座５５には球状の弁体５６が着座可能であり、弁体５６は平板状のアーマチュア５７と一体に構成されている。
【００２８】
小径の中空部５４内には、弁ばね５８が圧縮状態に配置されている。弁ばね５８は、一端をアーマチュア５７の中央部において弁体５６とは反対側の面に係合し、他端は弁ケース５０の流出口５２側に形成されている段部５９に係合している。弁ばね５８は、常に弁体５６を弁座５５に着座させる方向に付勢し、そのばね力は、コモンレール２の圧力の機械的な安全上の圧力として設定されている。リリーフ弁２４が開弁している状態では、弁体５６が弁座５５から離れており、流入口５１から流入した燃料はアーマチュア５７の周囲に形成される通路６０及びアーマチュア５７内に形成した通路６１を経て、更に小径の中空部５４を通じて流出口５２に向かって流れる。
【００２９】
弁ケース５０内で小径の中空部５４の周囲には、電磁ソレノイド２５が配置されている。電磁ソレノイド２５は、コントローラ８からの励磁電流を受けて励磁すると、弁ばね５８による閉弁方向に作用するばね力に抗してアーマチュア５７を引き寄せて、弁体５６を弁座５５から離間させ、リリーフ弁２４を開弁する。即ち、コモンレールの圧力が安全上の圧力以下の状態であっても、コントローラ８は励磁電流を供給することにより、リリーフ弁２４を強制的に開弁させることが可能となっている。
【００３０】
コントローラ８が各種センサ９からの検出信号に基づいて燃料噴射圧、即ち、コモンレール圧力Ｐｃを減圧すべきであると判断すると、リリーフ弁２４の電磁ソレノイド２５を励磁する制御電流を出力する。電磁ソレノイド２５の励磁によってリリーフ弁２４が開弁すると、コモンレール２内の高圧燃料がリリーフ弁２４を通じて燃料タンク７へ戻る流れが生じて、コモンレールの圧力が低下する。
【００３１】
図１に示された燃料噴射システムの制御フローを図３に示すフローチャートに基づいて説明する。図３の左側のフロー（Ａ）はコモンレール圧力Ｐｃ（流量制御弁１５）を制御するためのメインルーチンであり、右側のフロー（Ｂ）は速やかな減圧制御を行なうためのサブルーチンでとしての減圧制御ルーチンである。
先ず、メインルーチン（Ａ）を説明する。
（１）このルーチンが開始されると、センサからエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとが入力される（ステップ１１（Ｓ１１と略す。以下同様））。
（２）Ｓ１１で入力されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとに基づいて、予め求められているマップにより、目標噴射量Ｑｂが算出される（Ｓ１２）。即ち、エンジンの基本特性として、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑｂとは、アクセル踏込み量Ａｃｃをパラメータとして互いの関係が予め求められているので、燃焼サイクル毎に噴射すべき目標となる燃料噴射量は、その時々のエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとからこの基本噴射量特性マップに基づいて目標噴射量Ｑｂが求められる。
（３）Ｓ１１で入力されたエンジン回転数Ｎｅと、Ｓ１２で算出された目標噴射量Ｑｂとに基づいて、予め求められているマップにより、目標コモンレール圧力Ｐｃｂが求められる（Ｓ１３）。即ち、エンジン回転数Ｎｅに基づいて定められる必要な燃料噴射期間内に目標噴射量Ｑｂを噴射するには、それに応じた燃料噴射圧力が必要である。
（４）実際のコモンレール圧力（以下、「実コモンレール圧力」という）Ｐｃが圧力センサ２２によって検出される（Ｓ１４）。
（５）Ｓ１３で求めた目標コモンレール圧力ＰｃｂとＳ１４で検出された実コモンレール圧力Ｐｃとの偏差、即ち、差圧ΔＰｃが計算される（Ｓ１５）。
（６）Ｓ１５で求められた差圧ΔＰｃに基づいて流量制御弁１５へ通電時期ＰＴｐが求められる（Ｓ１６）。即ち、差圧ΔＰｃの関数として燃料ポンプの燃料吸入路１３に設けられている常開式の流量制御弁１５を閉じるために流量制御弁１５に対して通電する通電時期ＰＴｐが求められる。差圧ΔＰｃが大きいと、目標圧力に対して実コモンレール圧力が低過ぎることを意味し、流量制御弁１５を閉じる時間を長くして、コモンレール２への燃料供給量を増加する。
（７）コントローラ８は、時間カウンタによって計測している時間Ｔｎが通電時期ＰＴｐであるか否かを判断する（Ｓ１７）。
（８）未だ、通電時期ＰＴｐでなければ時間のカウントを続行し、通電時期ＰＴｐが到来すると、制御電流ＰＷｐ（固定値）が出力される（Ｓ１８）。流量制御弁１５は制御電流ＰＷｐに基づいて閉弁し、燃料吐出路１４に吐出弁１７を通じて所定量の燃料がコモンレール２に圧送される。
【００３２】
次に図３の右側に示すサブルーチンとしての減圧制御ルーチン（Ｂ）について説明する。
（１）メインルーチンで計算された差圧ΔＰｃを読み込む（Ｓ１）。
（２）Ｓ１で読み込んだ差圧ΔＰｃに基づいて、予め定められている関数ｇ（ΔＰｃ）によって、強制開弁手段である電磁ソレノイド２５への制御電流ＰＷｖ（具体的には、コマンドパルス幅、即ち、通電時間）が求められる（Ｓ２）。
（３）Ｓ２で求められた制御電流ＰＷｖが電磁ソレノイド２５へ出力される（Ｓ３）。
即ち、ΔＰｃの値（減圧要求レベル）に応じて制御電流ＰＷｖを設定することで、速やかな減圧制御が達成される（非減圧時や減圧レベルが小さいときには、ＰＷｖ＝０とすれば良い）。なお、メインルーチン（Ａ）はエンジンのクランク角度に同期し実行されるが、減圧制御ルーチン（Ｂ）はクランク角度に同期させても良いし、一定時間周期で実行させても良い。
【００３３】
次に、本発明による燃料噴射システムの実施例を説明する。図４は本発明による燃料噴射システムの別の実施例を示す概略図である。なお、図４に示した燃料噴射システムについては、燃料吐出路１４に設けられている吐出弁１７に強制開弁手段を設けた以外は変わるところがなく、図６に基づいて既に説明した従来の燃料噴射システムと同一の構造及び機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３４】
図４に示す燃料噴射システムは、図６に用いられていた吐出弁１７の変わりに強制開弁手段を備えた逆止弁とした吐出弁４７を用いたものである。エンジンの運転状態を検出するセンサからの検出信号が入力されるコントローラ８は、エンジンの運転状態に応じて制御信号を出力し、強制開弁手段を作動させて吐出弁４７を開弁させる。この実施例において、強制開弁手段は電磁ソレノイド４８である。電磁ソレノイド４８は、コントローラ８からの制御信号である励磁電流が通電されることによって励磁して、吐出弁４７に内蔵されているばねの力に抗して吐出弁４７を開弁させる方向の力を発生する。吐出弁４７は、通常の噴射ポンプ等で用いられている周知のデリバリバルブに、コアとコイルを付加して電磁ソレノイド化したものでよい。
【００３５】
コントローラ８は、プランジャ１１の上昇工程中に、常開式の流量制御弁１５に設けられている電磁ソレノイド１６を励磁して閉弁させて燃料ポンプ４の作動を圧送行程とし、圧送行程中の任意の時から電磁ソレノイド４８に通電して吐出弁４７を強制的に開弁させる方向の力を発生させ、圧送行程終了後もなお電磁ソレノイド４８に通電し続けて吐出弁４７が閉じないように制御する。プランジャ１１が上死点に到達して圧送行程が終了したとき、コントローラ８は、電磁ソレノイド１６の励磁を停止して流量制御弁１５を開弁させる。このように流量制御弁１５と吐出弁４７とを制御すると、プランジャ１１の吸引行程中にコモンレール２内の高圧の燃料が吐出弁４７を通じてポンプ室１２内に吸い戻され、コモンレール圧力Ｐｃが低下する。ポンプ室１２内に吸い戻された燃料は、流量制御弁１５からリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。流量制御弁１５は、逆止弁の構造になっていないので、燃料は通過可能である。
【００３６】
図４に示した燃料噴射システムの実施例の作動を制御するフローチャートを図５に示す。図５は、速やかな減圧制御を行いつつ強制開弁手段の省電力化即ち、小型化を図るために、流量制御弁１５と強制開弁手段である吐出弁４７の制御ルーチンを組み合わせたものであり、以下にその内容を説明する。
（１）センサからエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとが入力される（Ｓ２１）。
（２）Ｓ２１で入力されたエンジン回転数Ｎｅとアクセル踏込み量Ａｃｃとに基づいて、予め求められているマップにより、目標噴射量Ｑｂが算出される（Ｓ２２）。
（３）Ｓ２１で入力されたエンジン回転数Ｎｅと、Ｓ２２で算出された目標噴射量Ｑｂとに基づいて、予め求められているマップにより、目標コモンレール圧力Ｐｃｂが求められる（Ｓ２３）。
（４）実際のコモンレール圧力（以下、「実コモンレール圧力」という）Ｐｃが圧力センサ２２によって検出される（Ｓ２４）。
（５）Ｓ２３で求めた目標コモンレール圧力ＰｃｂとＳ２４で検出された実コモンレール圧力Ｐｃとの偏差、即ち、差圧ΔＰｃが計算される（Ｓ２５）。
以上のＳ２１〜Ｓ２５は、図３に示したフローチャートにおけるＳ１１〜Ｓ１５までの各ステップと同様である。
【００３７】
（６）減圧要求レベル（急速減圧が必要か否か）が判別される。即ち、差圧ΔＰｃが予め定めたレベルα（ただし、α＜0 ）よりも大きい（Ｙｅｓの場合）と、目標コモンレール圧力Ｐｃｂが実コモンレール圧力Ｐｃよりも所定値α以上に大きいことを意味しているから、急速減圧が不要であると判断される。一方、差圧ΔＰｃが予め定めたレベルαよりも小さい（Ｎｏの場合）と、急速減圧が必要であると判断される（Ｓ２６）。
（７）Ｓ２６の判断の結果、急速減圧が不要であると判断されると、差圧ΔＰｃの関数ｆ（ΔＰｃ）によって、流量制御弁１５の電磁ソレノイド１６への通電時期ＰＴｐが求められる（Ｓ２７）。
（８）強制開弁手段である電磁ソレノイド４８への制御電流ＰＷｖをクリア（ＰＷｖ＝０）する（Ｓ２８）。即ち、電磁ソレノイド４８にはコマンドパルスは供給されない。したがって、吐出弁４７は、従来の吐出弁と同様の吐出弁として作動する。
（９）コントローラ８は、時間カウンタによって計測している時間Ｔｎが通電時期ＰＴｐであるか否かを判断する（Ｓ２９）。未だ、通電時期ＰＴｐでなければ時間のカウントを続行する。
（１０）通電時期ＰＴｐが到来すると、流量制御弁１５の電磁ソレノイド１６へ制御電流ＰＷｐ（固定値）が出力される（Ｓ３０）。流量制御弁１５は制御電流ＰＷｐに基づいて閉弁し、この閉弁期間内に、燃料ポンプ４は、燃料吐出路１４に吐出弁１７を通じて所定量の燃料をコモンレール２に圧送する。以上のサイクルで１回のルーチンを終了する。
【００３８】
（１１）Ｓ２６の判断（Ｎｏ）の結果、コモンレール圧力に急速減圧が必要な場合は、流量制御弁１５への通電時期ＰＴｐを最大進角時期ＰＴｐｍａｘ（即ち、最大吐出量）に設定する（Ｓ３１）。即ち、流量制御弁１５の閉弁期間を最大として、燃料ポンプ１の燃料吐出量を最大とする。
（１２）強制開弁手段である電磁ソレノイド４８への制御電流ＰＷｖ（具体的には、固定された値としてのコマンドパルス幅）をセットする（Ｓ３２）。
（１３）Ｓ２９と同様に時間がカウントされ、通電時期になると（Ｓ３３）、流量制御弁１５の電磁ソレノイド１６への制御電流ＰＷｐ（固定値）及び吐出弁４７の電磁ソレノイド４８への制御電流ＰＷｖを出力して（Ｓ３４）、１回のルーチンを終了する。この場合、吐出弁１０は燃料ポンプ４の吐出圧で開弁されるため、ＰＷｖのパルス強さは極めて小さな値（開弁後のボールド電流程度）で済む。プランジャ１１が上死点に到達すると、電磁ソレノイド１６への制御電流ＰＷｐはオフの状態となるように定めておくと、燃料ポンプ４のプランジャ１１の吸引行程中において、流量制御弁１５は開弁し且つ吐出弁４７を強制的に開弁させているので、コモンレール２内の燃料は開弁している吐出弁４７を通じて燃料ポンプ４によって吸い戻され、開弁している流量制御弁１５を通じてリリーフ弁１８から戻し管１９を経て燃料タンク７に戻される。
【００３９】
燃料ポンプ４の燃料の圧送行程終了直後には、吐出弁４７の前後の差圧は小さく、また、通常、吐出弁４７を構成する逆止弁の閉弁用ばねのばね力が小さく設定されているので、吐出弁４７の開弁圧力は小さい。したがって、電磁ソレノイド４８に印加する電力が少なくて済み、強制開弁手段である電磁ソレノイドを小型のものとすることができる。また、圧力の制御をすべて燃料ポンプ４によって行なうことができ、嵩張って且つ重量のある制御弁を用いる必要もなく、システムを軽量、コンパクトに構成することができ、その制御系についても簡素化することができる。更に、コモンレール圧力Ｐｃを低下させた後に再上昇させる際に、燃料ポンプ４の作動によって簡単に昇圧させることができるので、圧力応答が迅速になる。
【００４０】
【発明の効果】
先行発明は、以上のように、燃料噴射システムにおいて、コモンレール内の燃料圧を逃すリリーフ弁を強制開弁手段を備えた常閉式リリーフ弁とし、センサの検出信号が入力されるコントローラは、エンジンの運転状態に応じて強制開弁手段を作動させて常閉式リリーフ弁を開弁する制御を行なうように構成した。また、本発明は、燃料噴射システムにおいて、燃料ポンプの吐出弁を強制開弁手段を備えた逆止弁とし、センサの検出信号が入力されるコントローラは、エンジンの運転状態に応じて強制開弁手段を作動させて吐出弁を開弁する制御を行なうように構成した。したがって、いずれの発明においても、強制開弁手段の作動によってコモンレール圧力が低減され、システム全体を大がかりにすることなくコモンレール圧力の下降時の応答性が飛躍的に向上することができる。その結果、例えば、車両が加速走行後に低速走行に移行するような場合に、コモンレール圧力は迅速に低下し、騒音を速やかに低減させることが可能となる。また、コモンレール圧力を低下させる場合にのみ強制開弁手段を作動させるので、強制開弁手段を電磁ソレノイドで構成した場合に電力消費量を極めて小さくでき、強制開弁手段を小型化でき、システムの軽量化、低コスト化も達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行発明による燃料噴射システムの一実施例を示す概略図である。
【図２】 図１に示す燃料噴射システムに適用されるリリーフ弁の断面図である。
【図３】 図１に示す燃料噴射システムにおけるメインルーチンと減圧制御ルーチンとから成る制御フローを示す図である。
【図４】 本発明による燃料噴射システムの一実施例を示す概略図である。
【図５】 図４に示す燃料噴射システムにおける制御フローを示す図である。
【図６】 従来の燃料噴射システムの概略図である。
【図７】 従来の燃料噴射システムにおいてコモンレールを減圧する場合のコモンレール圧力の時間変化を示すグラフである。
【図８】 改善された燃料噴射システムにおいてコモンレールを減圧する場合のコモンレール圧力の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１，４ 燃料ポンプ
２ コモンレール
３ インジェクタ
８ コントローラ
１５ 流量制御弁
１６ 電磁ソレノイド
１７ 吐出弁
２２ 圧力センサ
２４ リリーフ弁
２５ 電磁ソレノイド（強制開弁手段）
４７ 吐出弁
４８ 電磁ソレノイド（強制開弁手段）
Claims (2)
- 燃料を送り出す燃料ポンプ、前記燃料ポンプの吐出圧に応じて開弁する吐出弁、前記吐出弁を通じて送り出された燃料を貯留するコモンレール、前記コモンレールから供給された前記燃料を前記コモンレールの燃料圧に相当する噴射圧で燃焼室に噴射するインジェクタ、及びエンジンの運転状態を検出するセンサ具備してなる燃料噴射システムにおいて、
前記吐出弁は、強制開弁手段を備えた逆止弁であり、前記センサの検出信号が入力されるコントローラは、前記エンジンの運転状態に応じて前記強制開弁手段を作動させて前記吐出弁を開弁する制御を行なうものであると共に、前記強制開弁手段を作動させる際に、一旦前記燃料ポンプの吐出量が最大となるように制御するものであることを特徴とする燃料噴射システム。 - 前記コントローラが前記強制開弁手段を作動させる前記エンジンの運転状態は、前記噴射圧を減圧させるべき運転状態であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム。
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