JP3885652B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸入調量弁を経て加圧室内に吸入される燃料を加圧して高圧化し蓄圧容器に圧送する吸入調量型の燃料供給ポンプを設置した蓄圧式燃料噴射装置に関するもので、特に燃料供給ポンプより吐出された高圧燃料を蓄圧すると共に、この蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に搭載された燃料噴射弁に分配供給する蓄圧容器に、燃料噴射圧に相当する蓄圧容器内の燃料圧力を高圧から低圧へ減圧させるための減圧弁を設置した蓄圧式燃料噴射装置に係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして、燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器(コモンレール)と、このコモンレール内の高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射供給する電磁式燃料噴射弁と、加圧室内に吸入される燃料を加圧して高圧化しコモンレールに圧送する吸入調量型の燃料供給ポンプ(サプライポンプ)とを備えた蓄圧式燃料噴射システムが知られている。
【0003】
なお、この蓄圧式燃料噴射システムにおいては、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧を低圧から高圧へ昇圧させる昇圧性能に優れる吸入調量弁(SCV)をサプライポンプに内蔵させて、例えば加速時に、燃料タンクと加圧室とを連通する燃料供給路の開口度合を調整して、サプライポンプより吐出されるポンプ吐出量を変更して速やかにコモンレール圧を昇圧するように構成されている。また、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧を高圧から低圧へ減圧させる降圧性能に優れる減圧弁をコモンレールの端部に設置して、例えば減速時に、コモンレールと燃料タンクとを連通する燃料排出路を開弁して、速やかにコモンレール圧を減圧するように構成されている。
【0004】
ここで、図8および図9に従来の電子制御ユニット(ECU)によるSCVのソレノイドコイル101および減圧弁のソレノイドコイル102にSCV駆動電流値および減圧弁駆動電流値を算出するための制御ロジックを示し、図10にSCV駆動電流および減圧弁駆動電流に対するポンプ吐出量の制御特性および減圧弁流量(燃料還流量)の制御特性を示す。
【0005】
先ず、SCV駆動回路103を含んで構成されるECU100によるSCV駆動電流値の算出方法は、公知のPID(比例積分微分)制御によって、要求噴射量算出マップを用いて算出した要求噴射量(QFIN)と要求燃料圧力算出マップを用いて算出した要求燃料圧力(PFIN)と燃料圧力センサによって検出された実燃料圧力(NPC)とから要求吐出量(QPMP)を算出する。次に、SCV駆動電流値算出マップを用いて要求吐出量(QPMP)と実燃料圧力(NPC)とからSCV駆動電流値(IPMP)を算出し、SCV駆動回路103を介してSCV駆動電流をSCVのソレノイドコイル101に印加する。これにより、SCVのリフト量(弁開度)がSCV駆動電流値に応じて調整されるので、サプライポンプからコモンレールへ圧送されるポンプ吐出量がSCV駆動電流値に応じて変更される。これにより、ポンプ吐出量(実燃料圧力)が要求燃料圧力に略一致するようにフィードバック制御される。
【0006】
また、減圧弁駆動回路104を含んで構成されるECU100による減圧弁駆動電流値の算出方法は、公知のPID(比例積分微分)制御によって、要求燃料圧力算出マップを用いて算出した要求燃料圧力(PFIN)と燃料圧力センサによって検出された実燃料圧力(NPC)とから要求減圧弁流量(QL)を算出する。次に、減圧弁駆動電流値算出マップを用いて要求減圧弁流量(QL)と実燃料圧力(NPC)とから減圧弁駆動電流値(IQL)を算出し、減圧弁駆動回路104を介して減圧弁駆動電流を減圧弁のソレノイドコイル102に印加する。これにより、減圧弁のリフト量(弁開度)が減圧弁駆動電流値に応じて調整されるので、コモンレールから燃料タンクへ戻される燃料還流量が減圧弁駆動電流値に応じて変更される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の蓄圧式燃料噴射システムにおいて、コモンレール内の燃料圧力の制御性は、燃料噴射量の制御性に係わる重要な制御項目であり、コモンレール内の燃料圧力を低圧から高圧に速やかに昇圧させるための吸入調量弁をサプライポンプに内蔵し、コモンレール内の燃料圧力を高圧から低圧に速やかに減圧させるための減圧弁をコモンレールの端部に設置し、それぞれ吸入調量弁と減圧弁とを個別の駆動電流値で調整して、コモンレール内の燃料圧力が要求燃料圧力と略一致するようにフィードバック制御しているが、吸入調量弁と減圧弁とを個別に制御しているので、図8および図9に示したように、制御ロジックが複雑化し、更にECU100内の駆動回路も個々に必要となり、ECU100がコストアップとなるという問題があった。
【0008】
【発明の目的】
本発明の目的は、従来の第1制御弁駆動回路と第2制御弁駆動回路を共通化することで、蓄圧容器内の燃料圧力を制御する制御ユニットのコストダウンを図ることのできる蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。また、蓄圧容器内の燃料圧力制御の昇圧から減圧までを、1つの制御弁駆動信号に対する制御流量特性で制御することにより、制御ユニットによる蓄圧容器内の燃料圧力の制御性を向上することのできる蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、少なくとも燃料圧力検出手段によって検出される蓄圧容器内の燃料圧力と内燃機関の運転条件または運転状態に応じて設定される要求燃料圧力との偏差に応じて同一の制御弁駆動信号を算出する制御ユニットに、1つの制御弁駆動回路を介して算出した同一の制御弁駆動信号を第1圧力制御弁および第2圧力制御弁に印加し、同一の制御弁駆動信号により、第1圧力制御弁および第2圧力制御弁をそれぞれ駆動するように構成することで、制御ロジックを簡略化することができ、更に第1圧力制御弁に制御弁駆動信号を印加する第1制御弁駆動回路と第2圧力制御弁に同一の制御弁駆動信号を印加する第2制御弁駆動回路とを共通化および一体化することができるので、制御ユニットのコストダウンを図ることができる。
【0010】
請求項2に記載の発明によれば、第1圧力制御弁および第2圧力制御弁に、燃料供給路の開口度合を調整する第1弁体、および燃料排出路の開口度合を調整する第2弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する同一のソレノイドコイルを設けたことにより、蓄圧容器内の燃料圧力制御の昇圧から減圧までを、1つの制御弁駆動信号に対する制御流量特性で制御することができるので、制御ユニットによる蓄圧容器内の燃料圧力の制御性を向上することができる。
【0011】
請求項3に記載の発明によれば、第1圧力制御弁の第1弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する第1ソレノイドコイルと第2圧力制御弁の第2弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する第2ソレノイドコイルとを、同一の制御弁駆動信号に対応した例えば同一の駆動電流値で制御できるように直列接続したり、あるいは同一の制御弁駆動信号に対応した例えば同一の駆動電圧値で制御できるように並列接続したりすることにより、請求項1および請求項2に記載の効果を更に向上させることができる。
【0012】
請求項4に記載の発明によれば、第1圧力制御弁としてノーマリクローズタイプの電磁弁を採用し、且つ第2圧力制御弁としてノーマリオープンタイプの電磁弁を採用したことにより、第1ソレノイドコイルへの通電が停止していても、第1圧力制御弁の第1弁体と燃料供給路を形成する弁孔との間に異物が噛み込んで第1弁体が閉弁せず、第1圧力制御弁が閉弁異常となり、これに伴って燃料供給ポンプより圧送されるポンプ圧送量が過剰圧送(例えば全量圧送)となり、燃料供給ポンプ、蓄圧容器、燃料噴射弁および高圧配管を含むシステム内の燃料圧力が異常高圧となる場合が考えられる。この場合、第2ソレノイドコイルへの通電が停止している際には、第2圧力制御弁の第2弁体が全開状態となっているので、上記のような第1圧力制御弁の閉弁異常故障時であっても、蓄圧容器内の燃料圧力を低くすることができる。これにより、システム内の異常高圧を逃がすことができるので、フェイルセーフとなる。
【0013】
請求項5に記載の発明によれば、第1圧力制御弁および第2圧力制御弁としてノーマリオープンタイプの電磁弁を採用したことにより、制御弁駆動回路と第1、第2ソレノイドコイルとを結ぶワイヤーハーネスの断線、あるいは制御ユニットの制御異常によって第1、第2ソレノイドコイルへの通電が停止している際に、第1弁体が全開状態となり、第1圧力制御弁が全開異常となる。これに伴って燃料供給ポンプより圧送されるポンプ圧送量が過剰圧送(例えば全量圧送)となり、燃料供給ポンプ、蓄圧容器、燃料噴射弁および高圧配管を含むシステム内の燃料圧力が異常高圧となる。この場合、第2ソレノイドコイルへの通電が停止している際には、第2圧力制御弁の第2弁体も全開状態となっているので、上記のような第1圧力制御弁の開弁異常故障時であっても、蓄圧容器内の燃料圧力を低くすることができる。これにより、システム内の異常高圧を逃がすことができるので、フェイルセーフとなる。
請求項6に記載の発明によれば、同一の制御弁駆動信号は、同一の電流値または同一の電圧値である。
【0014】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
[第1実施例の構成]
図1ないし図4は本発明の第1実施例を示したもので、図1は蓄圧式燃料噴射システムの全体構成を示した図で、図2はECUの制御ロジックを示した図で、図3はECUに内蔵されたSCV、減圧弁駆動回路を示した図である。
【0015】
本実施例の蓄圧式燃料噴射システムは、例えば自動車等の車両に搭載された4気筒のディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンと呼ぶ)の各気筒に噴射供給する燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール1と、このコモンレール1にそれぞれ接続されて、エンジンの各気筒内に燃料を噴射するための複数個(本例では4個)の電磁式燃料噴射弁(インジェクタ)2と、エンジンにより回転駆動される燃料供給ポンプ(サプライポンプ)3と、複数個のインジェクタ2およびサプライポンプ3を電子制御する制御部としての電子制御ユニット(以下ECUと呼ぶ)10とを備えている。この図1では、4気筒エンジンの1つの気筒に対応するインジェクタ2のみを示し、他の気筒については図示を省略している。
【0016】
コモンレール1には、連続的に燃料噴射圧に相当する高い圧力が蓄圧される必要があり、そのためにコモンレール1に蓄圧される高圧燃料は、高圧配管11を介してサプライポンプ3から供給されている。そして、コモンレール1には、燃料タンク5に連通する燃料排出路(燃料還流路)15、16への燃料排出路(燃料還流路)13の開口度合を調整することが可能な常開型の減圧弁(本発明の第2圧力制御弁に相当する)7が設置されている。
【0017】
各気筒のインジェクタ2は、コモンレール1より分岐する複数の高圧配管12の下流端に接続されて、エンジンの各気筒内への燃料噴射を行なう燃料噴射ノズル、この燃料噴射ノズル内に収容されたノズルニードルを開弁方向に駆動する電磁式アクチュエータ、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング等のニードル付勢手段等から構成された電磁式燃料噴射弁である。
【0018】
これらのインジェクタ2からエンジンの各気筒への燃料噴射は、ノズルニードルに連結したコマンドピストンの背圧制御室内の圧力を制御する電磁式アクチュエータとしての噴射制御用電磁弁4への通電および通電停止により電子制御される。つまり、各気筒のインジェクタ2の噴射制御用電磁弁4が開弁している間、コモンレール1内に蓄圧された高圧燃料がエンジンの各気筒に噴射供給される。
【0019】
サプライポンプ3は、燃料タンク5からフィルタ9を介して吸入される低圧燃料を高圧に加圧してコモンレール1へ圧送し、例えば加速時またはエンジン始動時に速やかにコモンレール1内の燃料圧力、所謂コモンレール圧を低圧から高圧へ昇圧させる昇圧性能に優れる吸入調量型の高圧供給ポンプである。このサプライポンプ3は、エンジンのクランク軸の回転に伴ってポンプ駆動軸が回転することで、燃料タンク5から低圧燃料を汲み上げる周知のフィードポンプ(低圧供給ポンプ:図示せず)と、ポンプ駆動軸により回転駆動されるカム(図示せず)と、このカムに駆動される複数個のプランジャ(図示せず)と、これらのプランジャがシリンダ内を往復摺動することにより吸入された燃料を加圧する複数個の加圧室(プランジャ室:図示せず)と、これらの加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇すると開弁する吐出弁(図示せず)とを有している。
【0020】
また、サプライポンプ3には、内部の燃料温度が高温にならないように、リークポートが設けられており、サプライポンプ3からのリーク燃料は、燃料還流路14から燃料還流路16を経て燃料タンク5にリターンされる。このサプライポンプ3内に形成される燃料流路、フィードポンプから加圧室に至る燃料供給路(図示せず)には、その燃料流路の開口度合(開度)を調整することで、サプライポンプ3からコモンレ−ル1への燃料の吐出量(ポンプ吐出量、ポンプ圧送量)を変更するリニアソレノイドアクチュエータとしての吸入調量弁(本発明の第1圧力制御弁に相当する:SCV)6が取り付けられている。
【0021】
SCV6は、SCV、減圧弁駆動回路20を介してECU10から印加される駆動電流値によって電子制御されることにより、サプライポンプ3の加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整する。このSCV6は、フィードポンプから加圧室内へ燃料を送るための燃料供給路の開度を調整するバルブ(本発明の第1弁体に相当する:図示せず)、バルブを閉弁方向に駆動するリニアソレノイド(第1電磁コイル:本発明の第1ソレノイドコイルに相当する)21、およびバルブを開弁方向に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段(図示せず)を有している。
【0022】
SCV6は、図4(a)に示したように、SCV、減圧弁駆動回路20を介してリニアソレノイド21に印加される駆動電流値の大きさに比例して、サプライポンプ3の加圧室から、コモンレール1へ吐出される高圧燃料の圧送量(ポンプ吐出量)を調整して、コモンレール1内の燃料圧力、つまり各インジェクタ2からエンジンの各気筒内へ噴射供給する燃料噴射圧に相当するコモンレール圧を変更する。
【0023】
なお、本実施例のSCV6は、図4(a)に示したように、駆動電流値が第1所定値(例えば1A:I1a)以下の時に、バルブのリフト量が最大、つまりバルブが全開状態となるノーマリオープンタイプ(常開型)の電磁弁である。また、SCV6は、図4(a)に示したように、第1所定値よりも大きい所定値(I1b)と所定値(例えば2A:I1c、I1c>I1b)との間では駆動電流値が大きくなる程、バルブのリフト量が小さくなり、ポンプ吐出量も少なくなる制御特性を有している。
【0024】
減圧弁7は、SCV、減圧弁駆動回路20を介してECU10から印加される駆動電流値によって電子制御されることにより、例えば減速時またはエンジン停止時に速やかにコモンレール1内の燃料圧力、所謂コモンレール圧を高圧から低圧へ減圧させる降圧性能に優れる電磁弁である。この減圧弁7は、コモンレール1から燃料タンク5へ燃料を還流させるための燃料還流路13の開度を調整するバルブ(本発明の第2弁体に相当する:図示せず)、バルブを閉弁方向または開弁方向に駆動するリニアソレノイド(第2電磁コイル:本発明の第2ソレノイドコイルに相当する)22、およびバルブを開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段(図示せず)を有している。
【0025】
なお、減圧弁7のリニアソレノイド22は、図3に示したように、SCV6および減圧弁7を、ECU10のマイクロコンピュータの出力回路に接続されたSCV、減圧弁駆動回路20より出力される同一の駆動電流値でリニアに弁開度を可変制御できるようにするために、SCV6のリニアソレノイド21に直列接続されている。そして、減圧弁7は、図4(b)に示したように、SCV、減圧弁駆動回路20を介してリニアソレノイド22に印加される駆動電流値の大きさに比例して、コモンレール1内から燃料還流路13、15、16を経て燃料タンク5に還流される燃料の還流量(減圧弁流量)を調整して、コモンレール圧を変更する。
【0026】
なお、本実施例の減圧弁7は、図4(b)に示したように、駆動電流値が上記の第1所定値(例えば1A)よりも小さい第2所定値(最小値、Min値:例えば0A)以下の時に、バルブのリフト量が最大、つまりバルブが全開状態となるノーマリオープンタイプ(常開型)の電磁弁で、また、駆動電流値が最大値の時に、バルブのリフト量が最大、つまりバルブが全開状態となる電磁弁である。
【0027】
また、減圧弁7は、図4(b)に示したように、第2所定値(Min値:I2a)とこの第2所定値よりも大きい第3所定値(I2b:I2b>I2a、I2b<I1b)との間では駆動電流値が大きくなる程、バルブのリフト量が小さくなり、減圧弁流量(燃料還流量)も少なくなる制御特性を有している。さらに、減圧弁7は、図4(b)に示したように、上記の第3所定値よりも大きい第4所定値(I2c:I2c>I1c)と最大値(Max値:I2d)との間では駆動電流値が大きくなる程、バルブのリフト量が大きくなり、減圧弁流量(燃料還流量)も多くなる制御特性を有している。
【0028】
ECU10には、制御処理、演算処理を行なうCPU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置(ROM、RAM等のメモリ)、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路(EDU)24等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、各種センサからのセンサ信号は、A/D変換器でA/D変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。また、上記したSCV、減圧弁駆動回路20は、マイクロコンピュータの出力回路に接続されている。
【0029】
そして、ECU10は、回転速度センサ31によって検出されたエンジン回転速度(NE)とアクセル開度センサ32によって検出したアクセル開度(ACCP)とに応じて設定される要求噴射量(QFIN)を算出する噴射量決定手段と、エンジン回転速度(NE)と要求噴射量(QFIN)とから要求噴射時期(TFIN)を算出する噴射時期決定手段と、要求噴射量(QFIN)と燃料圧力センサ35によって検出される実燃料圧力(=コモンレール圧:NPC)とから指令噴射パルス時間(TQ)を算出する噴射期間決定手段と、インジェクタ駆動回路(EDU)24を介して各気筒のインジェクタ2の噴射制御用電磁弁4にパルス状のインジェクタ駆動電流を印加するインジェクタ駆動手段とから構成されている。
【0030】
そして、ECU10は、多気筒エンジンの運転条件または運転状態に応じた最適な燃料噴射圧を演算し、SCV、減圧弁駆動回路20を介してSCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22を駆動する制御流量制御手段を有している。すなわち、ECU10は、要求噴射量(QFIN)とエンジン回転速度(NE)とに応じて要求燃料圧力(PFIN)を算出し、この要求燃料圧力(PFIN)を達成するために、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22に印加する駆動電流値(=SCV+減圧弁駆動電流値)を調整して、サプライポンプ3よりコモンレール1内へ吐出される燃料の吐出量(ポンプ吐出量)またはコモンレール1から燃料タンク5へ還流させる減圧弁流量(燃料還流量)を制御するように構成されている。
【0031】
さらに、より好ましくは、燃料噴射量の制御精度を向上させる目的で、燃料圧力センサ35によって検出されるコモンレール圧(以下実燃料圧力と言う:NPC)が要求燃料圧力(PFIN)と略一致するように、PID制御によって、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22への駆動電流値をフィードバック制御することが望ましい。なお、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22への駆動電流値(=SCV+減圧弁駆動電流値)の制御は、デューティ(DUTY)制御により行なうことが望ましい。すなわち、実燃料圧力(NPC)と要求燃料圧力(PFIN)との偏差(ΔP)に応じて単位時間当たりの制御パルス信号のオン/オフの割合(通電時間割合・デューティ比)を調整して、SCV6および減圧弁7の弁開度を変化させるデューティ制御を用いることで、高精度なデジタル制御が可能になる。
【0032】
ここで、本実施例のECU10は、図2の制御ロジックに示したように、エンジン回転速度(NE)とアクセル開度(ACCP)とに応じて要求噴射量(QFIN)を算出する噴射量決定手段と、要求噴射量(QFIN)とエンジン回転速度(NE)とに応じて要求燃料圧力(PFIN)を算出する燃料圧力決定手段と、エンジン回転速度(NE)と実燃料圧力(NPC)と燃料温度(THF)とに応じてインジェクタリーク量(QLEAK)を算出するインジェクタリーク量演算手段と、インジェクタリーク量(QLEAK)と要求燃料圧力(PFIN)と要求噴射量(QFIN)とに応じて要求制御流量(QPMP)を算出する要求制御流量決定手段と、実燃料圧力(NPC)と要求制御流量(QPMP)とSCV+減圧弁駆動電流値算出マップとに応じて駆動電流値(IPMP)を算出する駆動電流値決定手段と、実燃料圧力(NPC)と要求燃料圧力(PFIN)との偏差(ΔP)に応じてフィードバック補正量(IFB)を算出する補正量決定手段とを備えている。なお、要求噴射量(QFIN)、要求燃料圧力(PFIN)を、冷却水温センサ33によって検出される冷却水温(THW)や、燃料温度センサ34によって検出される燃料温度(THF)等の補正量を加味して算出するようにしても良い。
【0033】
[第1実施例の制御方法]
次に、本実施例のSCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22への駆動電流値(=SCV+減圧弁駆動電流値)の制御方法を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
【0034】
ECU10は、回転速度センサ31によって検出されるエンジン回転速度(NE)とアクセル開度センサ32によって検出されるアクセル開度(ACCP)とによって設定された基本噴射量(Q)に、冷却水温センサ33によって検出される冷却水温(THW)や燃料温度センサ34によって検出される燃料温度(THF)等の噴射量補正量を加味して要求噴射量(QFIN)を算出する(噴射量決定手段)。また、ECU10は、要求噴射量(QFIN)とエンジン回転速度(NE)とによって要求燃料圧力(PFIN)を算出する(燃料圧力決定手段)。
【0035】
ここで、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22に印加する駆動電流値(=SCV+減圧弁駆動電流値)を、公知のPID(比例積分微分)制御を用いて算出する方法を説明する。
【0036】
ECU10は、回転速度センサ31によって検出されるエンジン回転速度(NE)と燃料圧力センサ35によって検出される実燃料圧力(NPC)とインジェクタリーク量の基準値との関係を予め実験等により求めて作成した特性マップまたは演算式を用いてインジェクタリーク量の基準値を算出する。次に、インジェクタリーク量の基準値に、燃料温度センサ34によって検出される燃料温度(THF)を考慮した燃料温度補正係数を乗算してインジェクタリーク量(QLEAK)を算出する(インジェクタリーク量演算手段)。
【0037】
次に、要求噴射量(QFIN)と要求燃料圧力(PFIN)とインジェクタリーク量(QLEAK)と要求制御流量(QPMP)との関係を予め実験等により求めて作成した特性マップまたは演算式を用いて要求制御流量(QPMP)を算出する(要求制御流量決定手段)。次に、要求制御流量(QPMP)と実燃料圧力(NPC)と駆動電流値(IPMP)との関係を予め実験等により測定して作成したSCV+減圧弁駆動電流値算出マップに基づいて、駆動電流値(IPMP)を算出する(駆動電流量決定手段)。
【0038】
また、ECU10は、実燃料圧力(NPC)と要求燃料圧力(PFIN)との偏差(=ΔP)とフィードバックゲイン(比例ゲインKp、積分ゲインKi、微分ゲインKd)との関係を予め実験等により測定して作成したフィードバックゲインマップに基づいて、フィードバックゲイン(比例ゲインKp、積分ゲインKi、微分ゲインKd)を算出する。そして、下記の数1の演算式に基づいてフィードバック補正量(IFB)を算出する(補正量決定手段)。
【数1】
但し、ΔPは要求燃料圧力(PFIN)と実燃料圧力(NPC)との偏差である。
【0039】
そして、ECU10は、下記の数2の演算式に基づいて、駆動電流値(IPMP)とフィードバック補正量(IFB)とを加算して最終的な駆動電流値(IPMP)を算出する。
【数2】
【0040】
そして、ECU10は、この最終的な駆動電流値(IPMP)をDUTY発生回路(図示せず)にて所定の変換係数を用いて制御パルス信号(パルス状のポンプ駆動信号)に変換する。そして、ECU10は、パルス状のポンプ駆動信号を、SCV、減圧弁駆動回路20を介してSCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22に印加する。
【0041】
これにより、エンジン始動時または加速時等のコモンレール圧を低圧から高圧へ昇圧する場合には、SCV6のバルブのリフト量(燃料供給路の開度)が調整され、サプライポンプ3の加圧室から高圧配管11を経てコモンレール1へ加圧圧送される高圧燃料の圧送量が制御され、ポンプ吐出量およびコモンレール1内の燃料圧力(=実燃料圧力NPC)が要求燃料圧力(PFIN)と略一致するようにフィードバック制御される。
【0042】
また、減速時またはエンジン停止時等のコモンレール圧を高圧から低圧へ減圧させる場合には、減圧弁7のバルブのリフト量(燃料排出路の開度)が調整され、コモンレール1から燃料還流路13を経て燃料タンク5に還流する燃料還流量が制御され、コモンレール1内の燃料圧力(=実燃料圧力NPC)が要求燃料圧力(PFIN)と略一致するようにフィードバック制御される。
【0043】
[第1実施例の効果]
以上のように、ECU10によるコモンレール1内の燃料圧力をフィードバック制御する制御ロジックにおいて、コモンレール1内の燃料圧力(=実燃料圧力NPC)を低圧から高圧へ昇圧させるポンプ吐出量制御と、コモンレール1内の燃料圧力(=実燃料圧力NPC)を高圧から低圧へ減圧させる減圧弁流量制御(燃料還流量制御)とを、SCV、減圧弁駆動回路20から出力される同一の制御パルス信号でフィードバック制御している。
【0044】
すなわち、コモンレール1内の燃料圧力制御の昇圧から減圧までを、図4(c)に示したような1つの駆動電流値に対する制御流量特性で制御できるので、ECU10によるコモンレール1内の燃料圧力の制御性を向上することができる。また、従来のSCV駆動回路と減圧弁駆動回路を共通化することで、ECU10のマイクロコンピュータの出力回路の構成を簡略化でき、ECU10のコストダウンを図ることができる。
【0045】
また、ノーマリオープンタイプのSCV6と、減圧弁流量特性が駆動電流値の0Aと最大値(Max値)で減圧弁流量が最大となる減圧弁7とを組み合わせることにより、SCV、減圧弁駆動回路20とリニアソレノイド21、22とを結ぶワイヤーハーネスの断線またはリニアソレノイド21の断線、あるいはECU10の制御異常によってリニアソレノイド21、22への駆動電流値が0Aの時には、SCV6のバルブが全開状態となり、SCV6が全開異常となる場合がある。
【0046】
これに伴ってサプライポンプ3の加圧室より圧送されるポンプ圧送量が過剰圧送(例えば全量圧送)となり、コモンレール1、インジェクタ2、サプライポンプ3および高圧配管11を含むシステム内の燃料圧力が異常高圧となる。この場合、リニアソレノイド22の駆動電流値が0Aの時には、減圧弁7のバルブも全開状態となるので、上記のようなSCV6の開弁異常故障時であっても、コモンレール1内の燃料圧力を低くすることができる。これにより、システム内の異常高圧を逃がすことができるので、フェイルセーフとなる。
【0047】
[第2実施例]
図5は本発明の第2実施例を示したもので、図5(a)は駆動電流値に対するポンプ吐出量特性を示した特性図で、図5(b)は駆動電流値に対する減圧弁流量(燃料還流量)特性を示した特性図で、図5(c)は駆動電流値に対する制御流量特性を示した特性図を示した図である。
【0048】
本実施例では、SCV6として、同一の駆動電流値が第1所定値(例えば2A)以上の時に、SCV6のバルブが燃料供給路の開口度合を全開状態とするノーマリクローズタイプ(常閉型)の電磁弁を採用し、また、減圧弁7として、同一の駆動電流値が第1所定値よりも小さい第2所定値(例えば0A)以下の時に、減圧弁7が燃料排出路の開口度合を全開状態とするノーマリオープンタイプ(常開型)の電磁弁を用いている。
【0049】
なお、SCV6のリニアソレノイド21は、SCV6および減圧弁7を、ECU10のマイクロコンピュータの出力回路に接続されたSCV、減圧弁駆動回路20より出力される同一の駆動電流値でリニアに弁開度を可変制御できるようにするために、減圧弁7のリニアソレノイド22に直列接続されている。また、SCV6は、図5(a)に示したように、最小値(Min値:例えば0A)よりも大きい所定値(I1a)と第1所定値(例えば2A:I1b)との間では駆動電流値が大きくなる程、バルブのリフト量が大きくなり、ポンプ吐出量も多くなる制御特性を有している。
【0050】
なお、減圧弁7は、図5(b)に示したように、第2所定値(Min値:I2a)とこの第2所定値よりも大きい所定値(I2b:I2b>I2a、I2b<I1a)との間では駆動電流値が大きくなる程、バルブのリフト量が小さくなり、減圧弁流量(燃料還流量)も少なくなる制御特性を有している。
【0051】
以上の構成により、リニアソレノイド21への駆動電流値が0Aであっても、SCV6のバルブと燃料供給路を形成する弁孔との間に異物が噛み込んでSCV6が閉弁せず、SCV6が閉弁異常となり、これに伴ってサプライポンプ3の加圧室より圧送されるポンプ圧送量が過剰圧送(例えば全量圧送)となり、コモンレール1、インジェクタ2、サプライポンプ3および高圧配管11を含むシステム内の燃料圧力が異常高圧となる場合が考えられる。
【0052】
この場合、リニアソレノイド22への駆動電流値が少なくとも第2所定値よりも大きい所定値(A)以下であれば(当然の如くリニアソレノイド22への駆動電流値は0Aである)、減圧弁7のバルブが全開状態となっているので、上記のようなSCV6の閉弁異常故障時であっても、コモンレール1内の燃料圧力を低くすることができる。これにより、システム内の異常高圧を逃がすことができるので、フェイルセーフとなる。また、第1実施例と同様に、燃料圧力制御の昇圧から減圧までを、図5(c)に示したように、1つの駆動電流値に対する制御流量特性で制御できるので、ECU10によるコモンレール1内の燃料圧力の制御性を向上することができる。
【0053】
[第3実施例]
図6は本発明の第3実施例を示したもので、SCV、減圧弁駆動回路を示した図である。
【0054】
本実施例では、SCV6のバルブを開弁方向または閉弁方向に駆動するリニアソレノイド21と減圧弁7のバルブを開弁方向または閉弁方向に駆動するリニアソレノイド22とを、ECU10のマイクロコンピュータの出力回路に接続されたSCV、減圧弁駆動回路20より出力される同一の駆動電圧値でリニアに弁開度を可変制御できるように並列接続している。
【0055】
[第4実施例]
図7は本発明の第4実施例を示したもので、SCV、減圧弁駆動回路を示した図である。
【0056】
本実施例では、ECU10のマイクロコンピュータの出力回路に接続されたSCV、減圧弁駆動回路20より出力される同一の駆動電流値または同一の駆動電圧値でリニアにSCV6のバルブおよび減圧弁7のバルブの弁開度を可変制御できるようにするために、SCV6のバルブを開弁方向または閉弁方向に駆動すると共に、減圧弁7のバルブを開弁方向または閉弁方向に駆動するリニアソレノイド23を設けている。この場合には、SCV6と減圧弁7とを近接配置することが望ましい。
【0057】
[変形例]
本実施例では、本発明を、PID(比例積分微分)制御によって、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22またはリニアソレノイド23に印加する駆動電流値(∝駆動DUTY)または駆動電圧値をフィードバック制御する方法に適用したが、本発明を、PI(比例積分)制御またはPD(比例微分)制御によって、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22またはリニアソレノイド23に印加する駆動電流値(∝駆動DUTY)または駆動電圧値をフィードバック制御するようにしても良い。
【0058】
本実施例では、インジェクタリーク量(QLEAK)と燃料温度(THF)と実燃料圧力(NPC)と要求燃料圧力(PFIN)とから要求制御流量(QPMP)を算出し、要求制御流量(QPMP)と実燃料圧力(NPC)とSCV+減圧弁駆動電流値マップとから駆動電流値(IPMP)を算出し、この駆動電流値(IPMP)にフィードバック補正量(IFB)を加算して最終的な駆動電流値(IPMP)を求めるようにしているが、要求噴射量(QFIN)と要求燃料圧力(PFIN)と駆動DUTYマップとから駆動DUTY(%)を算出し、この駆動DUTY(%)にフィードバック補正量(FBDUTY)を加算して、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22またはリニアソレノイド23に印加する最終的な駆動DUTY(%)を求めるようにしても良い。この演算式を下記の数3、数4に示す。
【数3】
但し、ΔPは(PFIN−NPC)である。
【数4】
なお、駆動DUTY(%)およびFBDUTY(%)を駆動電流値(A)および補正電流値(A)として算出するようにしても良い。
【0059】
また、本発明を次のようなPID制御に用いても良い。要求燃料圧力(PFIN)と実燃料圧力(NPC)との偏差(ΔP)を用い、公知のPID制御によって、フィードバック圧力量(PFB)を算出する。この演算式を下記の数5に示す。
【数5】
【0060】
このフィードバック圧力量(PFB)に、体積弾性係数(Kα)をコモンレール体積(V)で除算した値を乗算してフィードバック燃料量(QFB)を算出する。次に、フィードバック燃料量(QFB)とインジェクタリーク量(QLEAK)と要求噴射量(QFIN)とを加算して要求制御流量(QPMP)を算出し、この要求制御流量(QPMP)に所定の変換係数を乗算して、SCV6のリニアソレノイド21および減圧弁7のリニアソレノイド22またはリニアソレノイド23に印加する駆動電流値(IPMP)を算出する。
【0061】
本実施例では、通電量に応じて起磁力が増減するソレノイドコイルにより第1、第2バルブのリフト量(弁開度)が変更される電磁式のSCV(第1圧力制御弁)6および電磁式の減圧弁(第2圧力制御弁)7を採用したが、通電量に応じて回転角度または回転速度が変わる電動モータにより第1、第2バルブのリフト量が変更される電動式の第1圧力制御弁または電動式の第2圧力制御弁を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】蓄圧式燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である(第1実施例)。
【図2】ECUの制御ロジックを示した図である(第1実施例)。
【図3】ECUに内蔵されたSCV、減圧弁駆動回路を示した回路図である(第1実施例)。
【図4】(a)は駆動電流値に対するポンプ吐出量特性を示した特性図で、(b)は駆動電流値に対する減圧弁流量(燃料還流量)特性を示した特性図で、(c)は駆動電流値に対する制御流量特性を示した特性図である(第1実施例)。
【図5】(a)は駆動電流値に対するポンプ吐出量特性を示した特性図で、(b)は駆動電流値に対する減圧弁流量(燃料還流量)特性を示した特性図で、(c)は駆動電流値に対する制御流量特性を示した特性図である(第2実施例)。
【図6】ECUに内蔵されたSCV、減圧弁駆動回路を示した回路図である(第3実施例)。
【図7】ECUに内蔵されたSCV、減圧弁駆動回路を示した回路図である(第4実施例)。
【図8】ECUの制御ロジックを示した図である(従来の技術)。
【図9】ECUに内蔵されたSCV駆動回路および減圧弁駆動回路を示した回路図である(従来の技術)。
【図10】(a)は駆動電流値に対するポンプ吐出量特性を示した特性図で、(b)は駆動電流値に対する減圧弁流量(燃料還流量)特性を示した特性図である(従来の技術)。
【符号の説明】
1 コモンレール(蓄圧容器)
2 インジェクタ(電磁式燃料噴射弁)
3 サプライポンプ(燃料供給ポンプ)
6 SCV(第1圧力制御弁、吸入調量弁)
7 減圧弁(第2圧力制御弁)
10 ECU(制御ユニット)
20 SCV、減圧弁駆動回路
21 リニアソレノイド(第1ソレノイドコイル)
22 リニアソレノイド(第2ソレノイドコイル)
23 リニアソレノイド(同一のソレノイドコイル)
35 燃料圧力センサ(燃料圧力検出手段)
Claims (6)
- (a)燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧すると共に、この蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に搭載された複数の燃料噴射弁に分配供給する蓄圧容器と、
(b)加圧室内に吸入された燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送する燃料供給ポンプと、
(c)前記加圧室内に燃料を供給するための燃料供給路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を低圧から高圧に昇圧させる電動または電磁式の第1圧力制御弁と、
(d)前記蓄圧容器内から燃料を排出させるための燃料排出路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を高圧から低圧に減圧させる電動または電磁式の第2圧力制御弁と、
(e)前記蓄圧容器内の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
(f)少なくとも前記燃料圧力検出手段によって検出される前記蓄圧容器内の燃料圧力と前記内燃機関の運転条件または運転状態に応じて設定される要求燃料圧力との偏差に応じて算出される同一の制御弁駆動信号を前記第1圧力制御弁および前記第2圧力制御弁に印加し、前記同一の制御弁駆動信号により、前記第1圧力制御弁および前記第2圧力制御弁をそれぞれ駆動する1つの制御弁駆動回路を有する制御ユニットと
を備えた蓄圧式燃料噴射装置。 - (a)燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧すると共に、この蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に搭載された複数の燃料噴射弁に分配供給する蓄圧容器と、
(b)加圧室内に吸入された燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送する燃料供給ポンプと、
(c)前記加圧室内に燃料を供給するための燃料供給路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を低圧から高圧に昇圧させる電動または電磁式の第1圧力制御弁と、
(d)前記蓄圧容器内から燃料を排出させるための燃料排出路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を高圧から低圧に減圧させる電動または電磁式の第2圧力制御弁と、
(e)前記蓄圧容器内の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
(f)少なくとも前記燃料圧力検出手段によって検出される前記蓄圧容器内の燃料圧力と前記内燃機関の運転条件または運転状態に応じて設定される要求燃料圧力との偏差に応じて算出される同一の制御弁駆動信号を前記第1圧力制御弁および前記第2圧力制御弁に印加する1つの制御弁駆動回路を有する制御ユニットと
を備え、
前記第1圧力制御弁は、前記燃料供給路の開口度合を調整する第1弁体を有し、
前記第2圧力制御弁は、前記燃料排出路の開口度合を調整する第2弁体を有し、
前記第1圧力制御弁および前記第2圧力制御弁は、前記第1弁体および前記第2弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する同一のソレノイドコイルを有することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - (a)燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧すると共に、この蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に搭載された複数の燃料噴射弁に分配供給する蓄圧容器と、
(b)加圧室内に吸入された燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送する燃料供給ポンプと、
(c)前記加圧室内に燃料を供給するための燃料供給路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を低圧から高圧に昇圧させる電動または電磁式の第1圧力制御弁と、
(d)前記蓄圧容器内から燃料を排出させるための燃料排出路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を高圧から低圧に減圧させる電動または電磁式の第2圧力制御弁と、
(e)前記蓄圧容器内の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
(f)少なくとも前記燃料圧力検出手段によって検出される前記蓄圧容器内の燃料圧力と前記内燃機関の運転条件または運転状態に応じて設定される要求燃料圧力との偏差に応じて算出される同一の制御弁駆動信号を前記第1圧力制御弁および前記第2圧力制御弁に印加する1つの制御弁駆動回路を有する制御ユニットと
を備え、
前記第1圧力制御弁は、前記燃料供給路の開口度合を調整する第1弁体、およびこの第1弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動する第1ソレノイドコイルを有し、
前記第2圧力制御弁は、前記燃料排出路の開口度合を調整する第2弁体、およびこの第2弁体を開弁方向または閉弁方向に駆動すると共に、前記第1ソレノイドコイルと直列接続または並列接続された第2ソレノイドコイルを有することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項3に記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記第1圧力制御弁は、前記同一の制御弁駆動信号に対応した同一の駆動電流値または同一の駆動電圧値が第1所定値以上の時に、前記第1弁体が全開状態となるノーマリクローズタイプの電磁弁であり、
前記第2圧力制御弁は、前記同一の駆動電流値または前記同一の駆動電圧値が前記第1所定値よりも小さい第2所定値以下の時に、前記第2弁体が全開状態となるノーマリオープンタイプの電磁弁であることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - 請求項3に記載の蓄圧式燃料噴射装置において、
前記第1圧力制御弁は、前記同一の制御弁駆動信号に対応した同一の駆動電流値または同一の駆動電圧値が第1所定値以下の時に、前記第1弁体が全開状態となるノーマリオープンタイプの電磁弁であり、
前記第2圧力制御弁は、前記同一の駆動電流値または前記同一の駆動電圧値が前記第1所定値よりも小さい第2所定値以下の時に、前記第2弁体が全開状態となるノーマリオープンタイプの電磁弁であることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 - (a)燃料噴射圧に相当する高圧燃料を蓄圧すると共に、この蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に搭載された複数の燃料噴射弁に分配供給する蓄圧容器と、
(b)加圧室内に吸入された燃料を加圧して前記蓄圧容器内に圧送する燃料供給ポンプと、
(c)前記加圧室内に燃料を供給するための燃料供給路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を低圧から高圧に昇圧させる電動または電磁式の第1圧力制御弁と、
(d)前記蓄圧容器内から燃料を排出させるための燃料排出路の開口度合を調整して、前記蓄圧容器内の燃料圧力を高圧から低圧に減圧させる電動または電磁式の第2圧力制御弁と、
(e)前記蓄圧容器内の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
(f)少なくとも前記燃料圧力検出手段によって検出される前記蓄圧容器内の燃料圧力と前記内燃機関の運転条件または運転状態に応じて設定される要求燃料圧力との偏差に応じて算出される同一の制御弁駆動信号を前記第1圧力制御弁および前記第2圧力制御弁に印加する1つの制御弁駆動回路を有する制御ユニットと
を備え、
前記同一の制御弁駆動信号は、同一の電流値または同一の電圧値であることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
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