JP3801748B2 - コモンレール式燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール（蓄圧配管）内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタによりディーゼルエンジンの各気筒へ噴射するコモンレール式燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンに燃料を噴射するシステムの１つとして、コモンレール式燃料噴射制御装置が知られている。コモンレール式燃料噴射制御装置では、各気筒に連通する共通の蓄圧配管（コモンレール）が設けられ、ここに可変吐出量高圧ポンプによって必要な流量の高圧燃料を圧送供給することにより、蓄圧配管の燃料圧力を一定に保持している。蓄圧配管内の高圧燃料は所定のタイミングでインジェクタにより各気筒に噴射される（例えば、特開昭６４−７３１６６号公報等）。
【０００３】
図１７は、コモンレール式燃料噴射制御装置の可変吐出量高圧ポンプの一例を示すもので、シリンダ９１内には図示しないカムによって駆動されるプランジャ９２が往復動自在に嵌挿され、シリンダ９１の内壁面とプランジャ９２の上端面とで圧力室９３を形成している。該圧力室９３の上方には電磁弁９４が取り付けられており、電磁弁９４は、その内部に形成された低圧流路９５と圧力室９３の間を開閉する弁体９６を有している。
【０００４】
弁体９６は、コイル９７に通電しない図示の状態で開弁位置にあり、燃料は、プランジャ９２の下降時に、図略の低圧供給ポンプより低圧流路９５、弁体９６周りの間隙を経て圧力室９３内に導入される。コイル９７に通電すると弁体９６は上方へ吸引され、その略円錐状の先端部がシート部９８に着座して閉弁する。同時に、プランジャ９２の上昇によって、圧力室９３内の燃料が加圧され、圧力室９３の側壁に設けた流路９９より図略のコモンレールへ圧送される。
【０００５】
ところで、プランジャ９２の上昇中は、圧力室９３内の燃料圧により弁体９６に閉弁方向の力が作用するため、弁体９６は一度閉弁すると、コイル９７への通電を停止しても開弁しない。このため、上記構成の可変吐出量高圧ポンプでは、蓄圧配管へ送る流量の制御を、閉弁時期を制御する、いわゆるプレストローク制御にて行っている。すなわち、プランジャ９２が上昇行程に移った後、直ちに閉弁せず、圧力室９３内の燃料が所定量となるまで開弁状態を保持して、余剰の燃料を低圧流路９５側へ逃がし、しかる後、閉弁して加圧を開始することで、必要量の加圧流体をコモンレールへ圧送している。
【０００６】
ところが、エンジンの回転数の上昇に伴い、ポンプの送油率が高くなると、弁体９６が閉弁信号とは無関係に閉弁（自閉）するという問題が生ずる。これは、プランジャ９２の上昇時、弁体９６が、下端面に圧力室９３内の燃料の動圧を直接受けること、弁体９６とシート部９８の間の間隙より低圧流路９５へ向けて流れる燃料の絞り効果により閉弁方向の力を受けること等によるもので、流量制御が適切になされないおそれがある。
【０００７】
この対策としては、弁体９６の作動ストロークを大きくするか、弁体９６の復帰用スプリング力を大きくすることが考えられるが、いずれの場合も、閉弁応答性の低下につながる。閉弁応答性を維持するためにはコイルに通電する電力を多大にしたり、体格を大きくして電磁弁の吸引力を増加させる必要があり、電磁弁の電力コスト、製作コストの上昇を招くという問題があった。
【０００８】
また、上記構成の可変吐出量高圧ポンプでは、圧力室９３への流路の開閉を電磁弁９４で行っており、閉弁信号に対し弁体９６が着座して流路を閉鎖するまでに一定の時間を要することから、通常、この作動応答時間を予め計算して閉弁タイミングを制御している。ところが、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高くなると、開閉動作が間に合わなくなり、十分な制御ができなくなるおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明者等は、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも、蓄圧配管へ圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも装置の大型化や電力の増大を伴わないことを目的として、低圧流路と圧力室との間を開閉する弁体と、低圧流路から圧力室へ吸入される低圧燃料の流量を制御する弁体を別々に設けた可変吐出量高圧ポンプを提案した（特願平８−１９５６５３号）。
【００１０】
この構成を図１８に示すと、ポンプハウジング１００内にはドライブシャフト１０１が挿通保持されており、このドライブシャフト１０１と一体に回転するフィードポンプ１０２によって、低圧燃料が低圧流路１０３、１０４より、燃料溜まり１０５に流入するようになしてある。
【００１１】
上記ドライブシャフト１０１の右端部には、インナーカム１０６が一体に形成されており、このインナーカム１０６内には、ヘッド１０７の左端部が挿通位置している。該ヘッド１０７の左端部内には、４個の摺動孔１０８が放射状に形成され（図ではこのうち２個のみを示す）、各摺動孔１０８内にはプランジャ１０９が往復動自在に支持されている。これらプランジャ１０９の内側端面と摺動孔１０８の内壁とで圧力室１１０が形成され、導入される燃料をプランジャ１０９の往復動によって加圧するようになしてある。
【００１２】
上記燃料溜まり１０５より圧力室１１０に至る流路には、上流側から、流量制御用の電磁弁１１１および逆止弁１１２が配設されている。逆止弁１１２は電磁弁１１１が開弁している間、流入する燃料の圧力で開弁し、電磁弁１１１が閉弁すると閉弁する。しかして、電磁弁１１１により予め必要な流量を圧力室１１０内に供給すると、逆止弁１１２により低圧燃料の加圧開始時より圧送終了時まで圧力室１１０への流路が閉鎖されるので、電磁弁１１１には最大の圧力でもフィード圧（約１５気圧）しか作用しない。よって、電磁弁１１１の体格を大きくする等の必要がなく、コスト低減が可能となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記可変吐出量高圧ポンプは、上記４本のプランジャ１０９が同時に往復動して圧力室１１０内の燃料を加圧する構成となっており、加圧燃料の圧送に必要な駆動トルクが大きい。図９（ａ）は、上記構成の可変吐出量高圧ポンプにおいて、プランジャ１０９を４本とし、インナーカム１０６の内周面に４個のカム山を形成した場合の最大駆動トルク（最大吐出量における駆動トルク）を示したものである。インナーカム１０９、すなわちドライブシャフト１０１の１回転につき、４回の圧送が行われ、圧送期間が約４５°、吸入期間は約４５°で間欠的に圧送が行われる。この時、最大駆動トルクは５０Ｎｍであり、この場合、インナーカム１０６と一体のドライブシャフト１０１を回転駆動するためにタイミングベルトを用いると、タイミングベルトの耐久性が不十分となることが懸念される。
【００１４】
この対策として、本発明者等は、さらに、圧力室を４本のプランジャのそれぞれに対応して設け、プランジャが２本づつ交互に圧送する構成としたことで、駆動トルクのピーク値を低くすることを可能にした可変吐出量高圧ポンプを提案した（特願平９ー１５０２３３号）。この可変吐出量高圧ポンプによれば、駆動トルクのピーク値が大幅に低減し、これに起因するタイミングベルトの耐久性の低下は回避される。しかしながら、タイミングベルトの共振振動数と駆動トルクの発生振動数が一致すると、タイミングベルトが共振して大きく振動することが判明し、この近傍で長時間運転することにより、タイミングベルトの耐久性を低下させるおそれが生じた。
【００１５】
しかして、本発明の目的は、可変吐出量高圧ポンプの駆動に伴うタイミングベルトの共振を防止し、タイミングベルトの耐久性の低下を防止できるコモンレール式燃料噴射制御装置を実現することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項１において、コモンレール式燃料噴射制御装置は、高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、該コモンレール内の高圧燃料をエンジンの各気筒へ噴射するためのインジェクタと、上記コモンレールに加圧燃料を吐出しコモンレール圧を所定の高圧とするための可変吐出量高圧ポンプと、この可変吐出量高圧ポンプをエンジンと連結し、エンジンの回転数に応じた回転数で駆動するタイミングベルトを備えている。上記可変吐出量高圧ポンプは、吐出量が最大である時にトルク変動が小さくなる構成としてある。そして、上記コモンレールを燃料を排出するためのリリーフ流路に接続し、該リリーフ流路を開放してコモンレール圧を減圧するためのコモンレール圧減圧用電磁弁を設けるとともに、上記タイミングベルトの共振振動数に相当するエンジン回転数域における、上記可変吐出量高圧ポンプの吐出量をトルク変動が少なくなるように制御し、かつ上記コモンレール圧減圧用電磁弁によって上記リリーフ流路への燃料の排出量を調節することによりコモンレール圧を所定圧に制御する制御手段を設けたものである。
【００１７】
タイミングベルトの共振は、駆動トルクの発生が間欠的に起こり、この発生振動数がタイミングベルトの共振振動数に一致した場合に起こる。よって、これを防止するには、駆動トルクの変動が小さくなるようにするのがよく、上記制御手段は、タイミングベルトが共振するエンジン回転数付近においては、可変吐出量高圧ポンプの吐出量を最大量として、駆動トルクの変動を抑制する。この時、コモンレール圧の吐出量による制御はできなくなるが、吐出量が最大であるので、コモンレール圧減圧用電磁弁からのリリーフ量を調節して、コモンレール圧を所定の高圧に制御できる。しかして、タイミングベルトの共振を防止して耐久性を十分高くし、しかもコモンレール圧の制御性を確保することができる。
【００１８】
請求項２の構成では、上記可変吐出量高圧ポンプを、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、該プランジャを上記シリンダ内で往復運動させるカムと、上記シリンダの内壁面と上記プランジャの端面とで形成され、低圧流路より導入される低圧燃料を上記プランジャの往復運動によって加圧する複数の圧力室と、上記複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段と、上記低圧流路から上記複数の圧力室への低圧燃料の吸入量を調節して上記コモンレールへ吐出される加圧燃料の量を制御するコモンレール圧加圧用電磁弁と、上記コモンレール圧加圧用電磁弁と上記複数の圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記複数の圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁とで構成する。
【００１９】
上記構成の可変吐出量高圧ポンプによれば、複数の圧力室に吸入される燃料を独立に加圧し、交互に圧送することができるので、最大吐出量のピーク値が低く、しかもトルク変動が小さくなるような圧送特性を容易に実現することができる。
【００２０】
請求項３の構成では、上記分配手段を、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータとし、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようにする。このような分配ロータを用いることで、各圧力室への燃料の供給を制御性よく行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコモンレール式燃料噴射制御装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１のシステム図において、エンジンＥには各気筒の燃焼室に対応する複数のインジェクタＩが配設され、これらインジェクタＩは各気筒共通の高圧蓄圧配管いわゆるコモンレールＲに接続されている。インジェクタＩからエンジンＥの各燃焼室への燃料の噴射は、噴射量制御用電磁弁Ｂ１のＯＮ−ＯＦＦにより制御され、電磁弁Ｂ１が開弁している間、コモンレールＲ内の燃料がインジェクタＩによりエンジンＥに噴射される。従って、コモンレールＲには連続的に燃料噴射圧に相当する高い所定圧の燃料が蓄圧される必要があり、そのために高圧流路である供給配管Ｒ１、吐出弁Ｂ２を介して、可変吐出量高圧ポンプＰが接続される。また、コモンレールＲはリリーフ流路Ｒ２によって燃料タンクＴと接続されており、コモンレール圧減圧電磁弁Ｂ３によってコモンレールＲ内の燃料をリリーフし、燃料タンクＴにもどすように構成されている。
【００２２】
この可変吐出量高圧ポンプＰは、燃料タンクＴからフィードポンプＰ１を経て吸入される低圧燃料を高圧に加圧し、コモンレールＲ内の燃料を高圧に制御するものである。コモンレールＲには、コモンレール圧力を検出する圧力センサＳ１が配設されており、システムを制御する制御手段たる電子制御ユニットＥＣＵは、この圧力センサＳ１からの信号が予め負荷や回転数に応じて設定した最適値となるように、可変吐出量高圧ポンプＰの吐出量、およびコモンレール圧減圧電磁弁Ｂ３によってコモンレールＲからリリーフする燃料量を制御する。さらに、電子制御ユニットＥＣＵには、エンジン回転角センサＳ２、負荷センサＳ３より、回転数、負荷の情報が入力され、電子制御ユニットＥＣＵは、これらの信号により判別されるエンジン状態に応じた最適の噴射時期、噴射量（噴射期間）を決定して噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２３】
次に、図２により上記可変吐出量高圧ポンプＰの詳細について説明する。図において、ポンプハウジング１内には、エンジンＥ（図１参照）によってエンジンの１／２の回転と同期して回転駆動されるドライブシャフトＤが挿通保持されており、このドライブシャフトＤには低圧燃料供給用のベーン式フィードポンプＰ１が連結されている。フィードポンプＰ１はドライブシャフトＤと一体に回転し、燃料タンクＴ（図１参照）から燃料を吸入して低圧に加圧した燃料を低圧流路１１、１２、フィルター５１、ヘッド１４内の低圧流路１３を通して燃料溜まり５２に送出している。フィードポンプＰ１の燃料吐出側と燃料吸入側とは、吐出圧力が調節できるように図示しない圧力調整弁を介して接続されている。このように本実施の形態では、可変吐出量高圧ポンプＰは図１に示したフィードポンプＰ１を内蔵する構成となっている。
【００２４】
上記ドライブシャフトＤは、ベアリングＤ１、Ｄ２を介してポンプハウジング１に回転可能に支持されており、その右端部にインナーカム８が一体に形成されている。ポンプハウジング１の右端開口にはヘッド１４が嵌着されており、該ヘッド１４は左端中央部が突出して上記インナーカム８内に挿通位置している。このヘッド１４の左端中央部内には、詳細を後述する分配ロータ７０と逆止弁４が配設されている。ヘッド１４の右端部には、圧力室への低圧燃料の吸入量を調節して上記コモンレールへ吐出される加圧燃料の量を制御するコモンレール圧加圧用電磁弁６が配設され、該コモンレール圧加圧用電磁弁６は、ハウジング６１外周に設けたフランジ６３に図示しないボルトを挿通することによって固定されている。このコモンレール圧加圧用電磁弁６と逆止弁４、および分配ロータ７０とで上記図１における吐出制御装置Ｐ２を構成している。なお、本実施の形態においては、ドライブシャフトＤとインナーカム８は一体となっているが、これらを別体にして継手で連結してもよい。
【００２５】
上記可変吐出量高圧ポンプＰの駆動は、図３に示すタイミングベルト５３によって行われる。可変吐出量高圧ポンプＰは、ドライブシャフトＤのネジ部５４（図２参照）に、ポンプタイミングプーリー５５を固定するようにしてあり、上記タイミングベルト５３は、このポンプタイミングプーリー５５外周に懸架される。カムシャフトタイミングプーリー５６はエンジンのカムシャフトに、クランクシャフトタイミングプーリー５７はエンジンのクランクシャフトに、それぞれ固定されており、クランクシャフトタイミングプーリー５７は、エンジンのクランクシャフトの回転力を上記タイミングベルト５３を介して上記ポンプタイミングプーリー５５およびカムシャフトタイミングプーリー５６に伝達し、これらプーリー５５、５６を回転駆動している。図の５８および５９はアイドラーであり、このうちアイドラー５９は、スプリング６０のバネ力によってタイミングベルト５３に張力を付与し、タイミングベルト５３がたわまないようにしている。
【００２６】
上記コモンレール圧加圧用電磁弁６は、図４の如く、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、その左端部内に嵌装固定されるバルブボディ６８を有し、バルブボディ６８に設けたシリンダ６９内に、弁体７３を摺動可能に保持している。弁体７３の左端部周りには環状の流路７４ａが形成され、該流路７４ａは流路７４ｂにて上記燃料溜まり５２に連通するとともに、流路７４ｃにて、上記分配ロータ７０に至る流路７２に連通している。
【００２７】
上記弁体７３の右端にはアーマチャ６４が圧入固定してあり、アーマチャ６４は、ステータ６５と一定の間隔で対向している。該ステータ６５の外側には上記コイル６２が配され、ステータ６５内部に設けたスプリング室６６内にはスプリング６７が配設されて、上記アーマチャ６４を図の左方に付勢している。
【００２８】
流路７４ｃの開口端には略円錐状のシート面７５が形成してあり、上記コイル６２に通電しない図示の状態で、弁体７３の先端部がこのシート面７５に着座して上記流路７４ａ、７４ｃ間を閉鎖するようになしてある。コイル６２へ通電するとアーマチャ６４が吸引され、これと一体の弁体７３先端部がシート面７５から離れて、流路７４ａ、７４ｃ間を開放する。このように、コモンレール圧加圧用電磁弁６を、非通電状態で閉弁する構成とすることで、コイル６２の破損時に燃料の圧送が行われないようにする効果がある。
【００２９】
上記コモンレール圧加圧用電磁弁６の上流には、図２のようにフィルター５１が配設されており、万一、シート面７５と弁体７３の間に異物が噛み込むと、常に流路７４ａ、７４ｃ間は開放された状態となる。つまり、常時、圧送が行われてしまうため、本実施の形態においては、例えば、弁体７３のリフト量を０．２ｍｍとし、フィルター５１の目開きをこれより小さい０．１５ｍｍとして、異物の噛み込みを防止している。
【００３０】
図４において、ヘッド１４の上記左端中央部には、内部に圧力室を形成するシリンダたる摺動孔２が複数形成してある。図５に示すように、本実施の形態では、等間隔で配置した４個の摺動孔２内に、４本のプランジャ２１ａ〜２１ｄをそれぞれ摺動孔２内に往復動自在かつ摺動自在に支持せしめている。各摺動孔２の内壁とプランジャ２１ａ〜２１ｄの内側端面との間に形成される空間は、それぞれ圧力室２３ａ〜２３ｄとなしてある。また、各プランジャ２１ａ〜２１ｄの外側端部にはシュー２４ａ〜２４ｄが設けられ、各シュー２４ａ〜２４ｄにカムローラ２２ａ〜２２ｄが回転自在に保持されている。
【００３１】
上記インナーカム８は、このカムローラ２２ａ〜２２ｄの外周に摺接するように配置されており、その内周面は、複数のカム山を有するカム面８１となしてある。ここではカム山を等間隔で２つ形成している（図のプランジャ２１ｂ、２１ｄ対向する位置）。しかして、ドライブシャフトＤと一体となったインナーカム８が回転すると、プランジャ２１ａ〜２１ｄがシリンダ２内を往復動し、プランジャ２１ａ、２１ｃとプランジャ２１ｂ、２２ｄとが交互に上昇して圧力室２３ａ〜２３ｄ内の燃料を加圧する。このように、本実施の形態においては、プランジャを等間隔で４本配置し、インナーカム８の内周面に等間隔で２個のカム山を形成している。このようにプランジャの本数に対してカム山の個数を少なくすることで、最大トルクの低減がより効果的にできる。
【００３２】
図４において、上記圧力室２３ａ〜２３ｄの左方に形成したシリンダ４０内に、分配手段たる分配ロータ７０が回転自在に保持され、該分配ロータ７０の外周には、複数個の逆止弁４が配設してある。本実施の形態ではこの逆止弁を４個としてあり、上記圧力室２３ａ〜２３ｄに至る流路途中にそれぞれ設けてある。ヘッド１４の左方にはシューガイド３０が配設され、図示しないボルトによってヘッド１４に固定されている。上記分配ロータ７０は、ピン８０（図２参照）によって、ドライブシャフトＤに連結しており、該ドライブシャフトＤとともに回転運動するようになしてある。分配ロータ７０とシューガイド３０の間には、ワッシャ７６が挿入されており、分配ロータ７０とワッシャ７６間、ワッシャ７６とシューガイド３０間が回転すべりするようになっている。
【００３３】
上記分配ロータ７０は、図の上下方向に延びる流路７８と、該流路７８の中間部に一端が連通し、他端が上記流路７２に連通する流路７１とを有している。図６のように、上記流路７８の上下端には２個の分配溝７７が形成してあり、分配ロータ７０の回転によって、逆止弁４内の流路４１に至るフィードポート８２ａ〜８２ｄに燃料を供給するようになしてある。このフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７との連通、遮断の状態については後述する。
【００３４】
なお、圧力室２３ａ〜２３ｄ内の燃料が加圧されると、ヘッド１４の圧力室２３ａ〜２３ｄ近傍は圧力によって変形するが、図４のように、分配ロータ７０は、プランジャ２１ａ〜２１ｄの軸線から十分に離れたところに配置されているため、分配ロータ７０とヘッド１４との回転が妨げられるようなことはない。
【００３５】
各逆止弁４は内部に流路４１を形成したボデー４２を有し、ボデー４２はヘッド１４内に圧入固定してある。上記流路４１は、途中で上記圧力室２３ａ〜２３ｄ方向（図の右方）に拡径して円錐状のシート面４５をなし、弁体としてのボール４４が着座して流路４１を閉鎖するようになしてある。ボール４４の右方にはこれを閉弁方向に付勢するスプリング４７が配設してあり、その右方には、ヘッド１４とボデー４２間に挟持されてシム４３が配設されている。圧力室２３ａ〜２３ｄへ燃料が吸入される吸入工程時において、逆止弁４のボール４４は、スプリング４７のバネ力に抗して開弁し、燃料が流路４６から圧力室２３ａ〜２３ｄへ供給される。プランジャ２１ａ〜２１ｄの圧送工程時には、スプリング４７のバネ力でボール４４がシート面４５に着座し、逆止弁４は閉弁している。
【００３６】
ここで、上記逆止弁４は、コモンレール圧加圧用電磁弁６から各圧力室２３ａ〜２３ｄへ至る流路の途中に設けられていればよいが、本実施の形態のように、逆止弁４を、分配ロータ７０と圧力室２３ａ〜２３ｄの間に設けることが望ましい。この時、高圧部のデッドボリュームを少なくできる利点がある。また、分配ロータ７０には、高圧が作用しないため、分配ロータ７０とヘッド１４との摺動部からの漏れが低減できる。
【００３７】
ヘッド１４の内部に形成される上記燃料溜まり５２内には、上記フィードポンプＰ１によって約１５気圧に加圧された低圧燃料が満たされている。この低圧燃料は、上記燃料溜まり５２から、電磁弁６、ヘッド１４内の流路７２、分配ロータ７０内の流路７１、逆止弁４を経て、流路１５より各圧力室２３ａ〜２３ｄに流入する。圧力室２３ａ〜２３ｄで加圧された燃料は（図２）、ヘッド１４壁に設けた吐出孔１６よりデリバリバルブ３（図１における吐出弁Ｂ２に相当）、供給配管Ｒ１を通ってコモンレールＲに供給される（図１参照）。その供給の圧力はエンジンＥの運転状態によって異なり、２００〜１２００気圧である。デリバリバルブ３は逆止弁としての機能を持ち、弁体３１とこれを閉弁方向に付勢するリターンスプリング３２を有し、加圧燃料が所定圧を越えると開弁するようになしてある。
【００３８】
なお、図２には、デリバリバルブ３は１つしか示されていないが、図示しない位置に、もう１つのデリバリバルブが設置されている。すなわち、図７に示すように、本実施の形態では、４本のプランジャ２１ａ〜２１ｄが配置されており、ヘッド１４とプランジャ２１ａ〜２１ｄに囲まれた４つの圧力室２３ａ〜２３ｄのうち、対向する２つの圧力室２３ａ、２３ｃと、圧力室２３ｂ、２３ｄとが、交互に加圧を行う。そこで、圧力室２３ａ、２３ｃを吐出穴１６ａ、１６ｃによってデリバリバルブ３ａに、圧力室２３ｂ、２３ｄが吐出穴１６ｂ、１６ｄによってデリバリバルブ３ｂに、それぞれ連通させている。各圧力室２３ａ〜２３ｄで加圧された燃料は、これらデリバリバルブ３ａ、３ｂから、図２の共通配管Ｒ１を通ってコモンレールＲに供給される。なお、デリバリバルブ３を４個にして、圧力室２３ａ〜２３ｄのそれぞれと連通する構成としてもよい。
【００３９】
次に、図８を用いて上記構成の可変吐出量高圧ポンプＰの作動について説明する。図８において、カム８のリフト（ａ，ｃ）は、図５におけるプランジャ２１ａ、２１ｃに対向する、カム面８１上の点８１ａ、８１ｃにおけるリフト量を示す。つまり、インナーカム８が回転することで、点８１ａ、８１ｃにおけるリフト量が変化する。カム８のリフト（ｂ，ｄ）は、同様に、プランジャ２１ｂ、２１ｄに対向する、カム面８１上の点８１ｂ、８１ｄにおけるリフト量を示す。
【００４０】
図８（ａ）点において、インナーカム８（ａ，ｃ）は吸入工程に入り、フィードポート８２ａ、８２ｃと分配溝７７とが連通する（図６に図示の状態）。コモンレール圧加圧用電磁弁６のコイル６２への通電は、これに先立って行われ、図８（ａ）の時点では、電磁弁６の弁体７３は開弁している。従って、燃料溜まり５２から、流路７４ｃ、７２、７９、７８、分配溝７７、フィードポート８２ａ、８２ｃ、逆止弁４内の流路４１、流路１５を通って、燃料が圧力室２３ａ、２３ｃにそれぞれ流入する。この時、流入する燃料によって、プランジャ２１ａ、２１ｃはカム面８１側に押しつけられ、コモンレール圧加圧用電磁弁６の弁体７３が閉弁するまで燃料の吸入が行われる。
【００４１】
電子制御ユニットＥＣＵからコモンレール圧加圧用電磁弁６のコイル６２への通電が遮断されると、電磁弁６の弁体７３が閉弁し（図８（ｂ）点）、燃料溜まり５２と流路７４ｃの間、すなわち、圧力室２３ａ、２３ｃとの間が遮断される。また、逆止弁４もスプリング４７の付勢力によって閉弁する。その後も、インナーカム８のリフト（ａ，ｃ）は下降し続けるが、吸入が終了すると、プランジャ２１ａ、２１ｃのリフトは停止して、カムローラ２２ａ、２２ｃとインナーカム８は離れる。その後、フィードポート８２ａ、８２ｃと分配溝７７との連通は、分配ロータ７０の回転によって遮断される（図８（ｃ）点）。このように、弁体７３が開弁している間、燃料が吸入され、この量がすなわち圧送量（吐出量）となる。よって、弁体７３の開弁角度を調整することで、可変吐出量高圧ポンプＰの吐出量を制御することができる。
【００４２】
電子制御ユニットＥＣＵから、再びコモンレール圧加圧用電磁弁６のコイル６２への通電が行われると、電磁弁６の弁体７３が開弁するが（図８（ｄ）点）、この時、全てのフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７との間は遮断されており、全ての圧力室２３ａ〜２３ｄについて、燃料の吸入は行われない。本実施の形態では、この全てのフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７の間が遮断されている期間が、約３０°となるようにしており、この間に電磁弁６の弁体７３が開弁するように制御する。次いで、図８（ｅ）点で、フィードポート８２ｂ、８２ｄと分配溝７７とが連通し、インナーカム８（ｂ，ｄ）が吸入行程に入る。以下、プランジャ２１ａ、２１ｃの場合と同様にして、圧力室２３ｂ、２３ｄへ燃料の吸入が行われる。
【００４３】
図８（ｃ）点から、インナーカム８のリフト（ａ，ｃ）が開始されるが、インナーカム８のリフトが開始しても、プランジャ２１ａ、２１ｃはすぐにはリフトを開始せず、インナーカム８のカム面８１上の点８１ａ、８１ｃのリフト量がプランジャ２１ａ、２１ｃのリフト量となると（図８（ｆ）点）、カムローラ２２ａ、２２ｃがインナーカム８に当接し、カムローラ２２ａ、２２ｃがシュー２４ａ、２４ｃを介してプランジャ２１ａ、２１ｃをリフトさせる。この圧送工程時においては、それぞれの逆止弁４は閉弁しているため、分配ロータ７０に高圧が作用することはない。その後、プランジャ２１ａ、２１ｃの上昇とともに上記圧力室２３ａ、２３ｃ内の容積が縮小し、圧力室２３ａ、２３ｃ内の圧力が次第に高くなる。圧力室２３ａ、２３ｃ内の燃料の圧力が所定圧を越えると、吐出孔１６、デリバリバルブ３を経て、供給配管Ｒ１よりコモンレールＲに高圧燃料が供給される（図２）。プランジャ２１ａ、２１ｃのリフトが最大となると（図８（ｇ）点）、圧送が終了する。インナーカム８のリフト（ｂ，ｄ）も同様にして行われる。
【００４４】
図８に示したように、上記構成においてプランジャ２１ａ、２１ｃによる圧送と、プランジャ２１ｂ、２１ｄによる圧送は、インナーカム８の回転角度で９０°づつずれて行われる。図９（ｂ）は、最大吐出量の時の駆動トルクを示したもので、プランジャ２１ａ、２１ｃによる駆動トルクとプランジャ２１ｂ、２１ｄによる駆動トルクを合計したもの、すなわち図９（ｂ）の実線と破線を合計したものとなる。このように、上記構成においては、最大吐出量の時に、駆動トルクの変動がごく小さく、また、図９（ａ）の従来構成に比べて駆動トルクのピーク値が大幅に低減していることがわかる。
【００４５】
図１０は、最大吐出量の約７０％の吐出量の時の駆動トルクであり、この場合も、図１０に示す実線と破線を合計したものが駆動トルクとなる。図１０に示すように、最大吐出量（全量圧送）でない時には、駆動トルクは間欠的に発生する。エンジン回転数Ｎ＝２０００ｒｐｍの時、可変吐出量高圧ポンプＰの回転数は１０００ｒｐｍであり、駆動トルクは約６６．７Ｈｚで発生する。この駆動トルクの発生振動数が、タイミングベルト５３（図３参照）の共振振動数とほぼ一致する時には、タイミングベルト５３の振動の振幅が大きくなり、この共振点付近で長時間運転すると、タイミングベルト５３の耐久性を低下させるおそれがある。
【００４６】
そこで、本発明では、駆動トルクの発生振動数が、タイミングベルト５３の共振振動数付近にある時には、駆動トルクの変動の小さい最大吐出量とし、コモンレール圧の制御を、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３からリリーフ流路Ｒ２に排出される燃料の量を調節することによって行うことで、これを解決する。以下、電子制御ユニットＥＣＵによる制御方法について図１１〜１６を用いて説明する。
【００４７】
エンジンＥには、図１１に示すシグナルロータ１７がドライブシャフトＤと同軸に取付けられており、このシグナルロータ１７の外周面に対向する位置に、図２に示したエンジン回転角センサＳ２が配設されている。上記シグナルロータ１７の外周面には、外周面を４等分する４箇所の欠歯部を除いて５６個の突起１８が形成されており、エンジン回転角センサＳ２は、これら突起１８が横切る度に検出信号を発生して、電子制御ユニットＥＣＵに出力する（図１３）。この時、回転角センサＳ２からは図１２（イ）に示すような検出信号が出力され、これを電子制御ユニットＥＣＵの波形整形回路３７で波形整形することによって、図１２（ロ）に示すように、燃料噴射周期と同期した基準信号Ａおよび回転角信号Ｂが得られることになる。
【００４８】
一方、電子制御ユニットＥＣＵは（図１３）、冷却水温センサ３３、吸気温センサ３４、吸気圧センサ３５、負荷センサＳ３、圧力センサＳ１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３６を有し、ＣＰＵ３８は、このＡ／Ｄ変換器３６あるいは上記波形整形回路３７を介して入力される各センサの検出信号に基づいて、噴射量制御用電磁弁Ｂ１、コモンレール圧加圧用電磁弁６、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３の制御を実行する。電子制御ユニットＥＣＵは、さらに、ＣＰＵ３８によって制御処理を実行する際に必要な制御プログラムや各種データが予め記憶されたＲＯＭ２６、ＣＰＵ３８によって制御処理を実行する際に必要なデータが一時的に読み書きされるＲＡＭ２７、および噴射量制御用電磁弁Ｂ１、コモンレール圧加圧用電磁弁６、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３に各々駆動信号を出力する駆動回路４８、４９、５０を有している。
【００４９】
次に、本実施の形態の制御ルーチンを図１４〜１６を用いて説明する。図１４は、エンジン回転角センサＳ２からＮＥパルス信号が出力される毎に実行されるＮＥパルス信号割り込み処理を示すものであり、処理が開始されると、まずステップ２０１において、前回の割り込み処理が実行されてから今回実行されるまでの時間、すなわち回転角信号のパルス間隔Ｔｐを算出する。次いで、ステップ２０２において、ステップ２０１で求めたパルス間隔Ｔｐ（ｎ）と、前回の処理の際に求められたパルス間隔Ｔｐ（ｎ−１）に定数Ｋを乗算した値とを大小比較することにより、今回入力された回転角信号が基準信号であるか否かを判断する。これは基準信号入力時には、その間のパルス間隔Ｔｐが通常より２．５倍程度の大きな値となるので、例えば定数Ｋの値を２．２８とし、パルス間隔Ｔｐ（ｎ）が前回のパルス間隔Ｔｐ（ｎ−１）に対してＫ倍以上であれば、今回の回転角信号が基準信号であることを検知することができる。このステップ２０２において回転角信号が基準信号でないと判断された場合には、ステップ２０３に移行する。
【００５０】
ステップ２０３では、ＮＥパルス番号Ｃの値を１だけ増加させ、次のステップ２０４に移行する。ステップ２０４の処理は、コモンレール圧加圧用電磁弁６の駆動信号またはコモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３の駆動信号をＯＮにするタイミングを検知するための処理であって、Ｃ＝１でない場合には、そのタイミングではないと判断し、そのまま本ルーチンの処理を終了する。一方、ステップ２０４にてＣ＝１であると判断された場合、ステップ２０５に移行し、エンジン回転数Ｎが、１８００ｒｐｍ＜Ｎ＜２２００ｒｐｍであるかどうか、すなわち、タイミングベルト５３（図３参照）が共振するエンジン回転数近傍かどうかを判断する。そして、ステップ２０５で、１８００ｒｐｍ＜Ｎ＜２２００ｒｐｍであると判断された時、すなわち、タイミングベルト５３が共振するエンジン回転数近傍であると判断された時は、ステップ２０６に移行する。
【００５１】
ステップ２０６では、コモンレール圧加圧用電磁弁６の駆動信号がＯＦＦの時は、これをＯＮにする。ステップ２０７では、後述するコモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３の駆動信号処理ルーチンを実行し、本ルーチンの処理を終了する。一方、ステップ２０５にて１８００ｒｐｍ＜Ｎ＜２２００ｒｐｍでないと判断された時は、ステップ２０８に移行し、後述するコモンレール圧加圧用電磁弁６の駆動信号処理ルーチンを実行し、本ルーチンの処理を終了する。なお、上記ステップ２０２にて回転角信号が基準信号である旨判断された場合は、ステップ２０９においてＮＥパルス番号Ｃの値をクリアし（Ｃの値を０にする）、次のステップ２１０で、回転角センサＳ２からの検出信号に基づき、エンジン回転数Ｎを算出して、本ルーチンの処理を終了する。
【００５２】
図１５は、コモンレール圧加圧用電磁弁６の駆動信号処理ルーチンであり、この処理が開始されると、まずステップ３０１を実行し、コモンレール圧加圧用電磁弁６の駆動信号をＯＮにする（図８（ｄ）参照）。次にステップ３０２において、冷却水温センサ３３、吸気温センサ３４、吸気圧センサ３５、および負荷センサＳ３より出力された、エンジンＥの運転状態を表す各種検出信号を読み込み、ステップ３０３に移行する。
【００５３】
ステップ３０３では、エンジン回転数Ｎおよびステップ３０２にて読み込まれたエンジンＥの運転状態を表す各種検出信号に基づき、目標コモンレール圧力を算出する。つまり、エンジン回転数Ｎと負荷センサＳ３によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量とをパラメータとして、基本となる目標燃料噴射時期を算出し、その後、この求められた値を冷却水温ＴＨＶ、吸気温Ｔａ、吸気圧Ｐａ等により補正することによって目標コモンレール圧力を決定するのである。
【００５４】
次のステップ３０４では、圧力センサＳ１より出力された検出信号を読み込み、実コモンレール圧力を算出する。ステップ３０５では、ステップ３０３で算出した目標コモンレール圧力とステップ３０４で算出した実コモンレール圧力を比較し、コモンレール圧力の誤差を算出して、ステップ３０６に移行する。ステップ３０６では、コモンレール圧力の誤差に基づいて、コモンレール圧加圧用電磁弁６のＯＮ時間を算出し、駆動信号がＯＦＦとなる時刻を設定して、本ルーチンの処理を終了する。ここで、ＯＮ時間は、実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力より低いほど長く設定される。
【００５５】
図１６は、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３の駆動信号処理ルーチンであり、この処理が開始されると、まずステップ４０１を実行し、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３の駆動信号をＯＮにする。次にステップ４０２において、冷却水温センサ３３、吸気温センサ３４、吸気圧センサ３５、および負荷センサＳ３より出力された、エンジンＥの運転状態を表す各種検出信号を読み込み、ステップ４０３に移行する。
【００５６】
ステップ４０３では、エンジン回転数Ｎおよびステップ４０２にて読み込まれたエンジンＥの運転状態を表す各種検出信号に基づき、目標コモンレール圧力を算出する。つまり、エンジン回転数Ｎと負荷センサＳ３によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量とをパラメータとして、基本となる目標燃料噴射時期を算出し、その後、この求められた値を冷却水温ＴＨＶ、吸気温Ｔａ、吸気圧Ｐａ等により補正することによって目標コモンレール圧力を決定する。
【００５７】
次のステップ４０４では、圧力センサＳ１より出力された検出信号を読み込み、実コモンレール圧力を算出する。ステップ４０５では、ステップ４０３で算出した目標コモンレール圧力とステップ４０４で算出した実コモンレール圧力を比較し、コモンレール圧力の誤差を算出して、ステップ４０６に移行する。ステップ４０６では、コモンレール圧力の誤差に基づいて、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３のＯＮ時間を算出し、駆動信号がＯＦＦとなる時刻を設定して、本ルーチンの処理を終了する。ここで、ＯＮ時間は、実コモンレール圧力が目標コモンレール圧力より高いほど長く設定される。
【００５８】
以上のように、タイミングベルト５３が共振するエンジン回転数付近では、コモンレール圧加圧用電磁弁６を常時ＯＮとし、コモンレールＲの圧力は、コモンレール圧減圧用電磁弁Ｂ３によってコモンレールＲ内の燃料をリリーフ流路Ｒ２に排出することで制御する。この時、可変吐出量高圧ポンプＰは最大吐出量となり、駆動トルクは図９（ｂ）に示す実線と破線を合計したものとなる。この最大吐出量においては、図のように、駆動トルクの変動が非常に少ないので、タイミングベルトによる振動は少なくなり、タイミングベルト５３の耐久性の問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す燃料噴射制御装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図３】可変吐出量高圧ポンプとエンジンの連結構造を示す図である。
【図４】図２の部分拡大断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの主要部の概略構成図である。
【図８】第１の実施の形態における可変吐出量高圧ポンプの作動を説明するための図である。
【図９】（ａ）は従来の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性（最大吐出量）を示す図、（ｂ）は本発明の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性（最大吐出量）を示す図である。
【図１０】本発明の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性（吐出量７０％）を示す図である。
【図１１】エンジンと回転角センサの位置関係を示す図である。
【図１２】（イ）は回転角センサの出力信号を示す図、（ロ）は（イ）を波形整形した信号を示す図である。
【図１３】電子制御ユニットの構成を示す図である。
【図１４】電子制御ユニットの制御ルーチンを示す図である。
【図１５】コモンレール圧加圧用電磁弁の駆動信号処理ルーチンを示す図である。
【図１６】コモンレール圧減圧用電磁弁の駆動信号処理ルーチンを示す図である。
【図１７】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図１８】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【符号の説明】
Ｅ エンジン
Ｄ ドライブシャフト
Ｉ インジェクタ
Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ
Ｒ コモンレール
Ｒ１ 供給配管
Ｒ２ リリーフ流路
Ｂ３ コモンレール圧減圧用電磁弁
Ｔ 燃料タンク
ＥＣＵ 電子制御ユニット（制御手段）
１ ポンプハウジング
１１、１２、１３ 低圧流路
１４ ヘッド
１５ 流路
１６ 吐出孔
１７ シグナルロータ
２ 摺動孔（シリンダ）
２１ａ〜２１ｄ プランジャ
２２ａ〜２２ｄ カムローラ
２３ａ〜２３ｄ 圧力室
３ デリバリバルブ
４ 逆止弁
４１ 流路
４４ ボール
４５ シート面
４７ スプリング
５２ 燃料溜まり
５３ タイミングベルト
６ コモンレール圧加圧用電磁弁
６２ コイル
７０ 分配ロータ（分配手段）
７１、７２ 流路
７３ 弁体
７４ａ〜７４ｃ 流路
７５ シート面
７６ ワッシャ
７７ 分配溝
７８ 流路
８ インナーカム
８１ カム面
８２ａ〜８２ｄ フィードポート

Claims (3)

1. 高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、該コモンレール内の高圧燃料をエンジンの各気筒へ噴射するためのインジェクタと、上記コモンレールに加圧燃料を吐出しコモンレール圧を所定の高圧とするための可変吐出量高圧ポンプと、エンジンと上記可変吐出量高圧ポンプとを連結しエンジンの回転数に応じた回転数で可変吐出量高圧ポンプを駆動するタイミングベルトとを備えたコモンレール式燃料噴射制御装置において、上記可変吐出量高圧ポンプを、吐出量が最大である時にトルク変動が小さくなる構成とし、上記コモンレール内の燃料を排出するためのリリーフ流路と、該リリーフ流路を開放してコモンレール圧を減圧するためのコモンレール圧減圧用電磁弁と、上記タイミングベルトの共振振動数に相当するエンジン回転数域において、上記可変吐出量高圧ポンプの吐出量が最大となるようにし、かつ上記コモンレール圧減圧用電磁弁により上記リリーフ流路へ排出される燃料の量を調節することによりコモンレール圧を所定圧に制御する制御手段とを設けたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射制御装置。
2. 上記可変吐出量高圧ポンプが、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、該プランジャを上記シリンダ内で往復運動させるカムと、上記シリンダの内壁面と上記プランジャの端面とで形成され、低圧流路より導入される低圧燃料を上記プランジャの往復運動によって加圧する複数の圧力室と、上記複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段と、上記低圧流路から上記複数の圧力室への低圧燃料の吸入量を調節して上記コモンレールへ吐出される加圧燃料の量を制御するコモンレール圧加圧用電磁弁と、このコモンレール圧加圧用電磁弁と上記複数の圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記複数の圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を備えている請求項１記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。
3. 上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであり、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになした請求項２記載のコモンレール式燃料噴射制御装置。

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