JP5093132B2 - 高圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧ポンプの制御装置に関するものであり、特にディーゼルエンジンに適用される高圧ポンプの制御装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃料供給システムとして、低圧ポンプからの低圧燃料を高圧にする機関駆動式の高圧ポンプと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄える蓄圧室とを備え、蓄圧室内の高圧燃料を燃料噴射弁から内燃機関の気筒内に直接噴射する筒内噴射式のシステムが知られている。また、同システムに適用するための高圧ポンプが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の高圧ポンプは、燃料吐出量を制御対象とする吐出量制御式として構成されている。この高圧ポンプは、シリンダ内を往復移動するプランジャと、低圧ポンプからの燃料が充填される加圧室と、燃料吐出量を調整する電磁駆動式の制御弁とを備えている。

上記ポンプにおいてプランジャは、内燃機関のクランク軸の所定回転毎に１回転する回転軸に接続されており、クランク軸の回転に伴い回転軸が回転することでシリンダ内を往復移動し、加圧室の容積を可変にする。制御弁は、常開式の電磁弁であり、電磁部の非通電時には、加圧室内に配置された弁体部がバネ等により開位置に保持され、電磁部の通電時には、その電磁力により弁体部が閉位置に変位する。そして、加圧室の容積が減少される行程（容積減少行程）において、制御弁が開状態になることで加圧室と低圧側通路とが連通され、低圧側に余剰分の燃料が戻される。一方、制御弁が閉状態になることで加圧室と低圧側通路との連通が遮断され、加圧室内の燃料が高圧側に吐出される。

特開２００２−３６４４９１号公報

ところで、加圧室内には燃料圧力が生じており、その圧力が制御弁の弁体部に作用する。すなわち、制御弁の開閉状態は、開弁側への付勢力と閉弁側の電磁力とに加え、加圧室内の閉弁側への燃料圧力により定まると考えられる。そのため、例えば加圧室と低圧側通路とが連通された状態であるにもかかわらず加圧室内の燃料圧力が上昇した場合、その圧力上昇により制御弁が閉状態になることが考えられる。かかる場合、閉弁時期を適正に制御できず、その結果、高圧ポンプの吐出量制御を適正に実施できないおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、制御弁の開閉制御を適正に実施することができる高圧ポンプの制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の構成は、内燃機関の駆動軸により駆動される回転軸の回転に伴い往復移動し加圧室の容積を可変とするプランジャと、前記加圧室と低圧側通路との連通を開閉する弁体部を有し該弁体部が付勢手段により開位置に保持されるとともに電磁部の通電により閉位置に変位する制御弁と、を備える高圧ポンプに適用され、前記加圧室の容積が減少される容積減少行程において前記制御弁が閉状態に制御されることで前記加圧室内の燃料が高圧側通路に吐出される高圧ポンプの制御装置であって、前記回転軸の回転速度に基づいて、前記制御弁の閉弁制御期間及び開弁制御期間の少なくともいずれかにおける前記電磁部の通電状態を制御する通電制御手段を備えることを特徴とする。

制御弁の開閉状態は、開弁側の付勢力と閉弁側の電磁力とに加え、加圧室内における燃料圧力の三者のバランスにより定まると考えられる。一方、加圧室内の燃料圧力は、プランジャの移動速度（回転軸の回転速度）が高い場合と低い場合とで異なることが考えられる。すなわち、例えば容積減少行程における燃料吐出前の期間において、回転軸の高回転時と低回転時とで加圧室内から低圧側への燃料の戻り量が異なり、その燃料戻り量の相違に起因して加圧室内の圧力が異なることとなる。そのため、制御弁においては、開弁側への付勢力、閉弁側の電磁力及び加圧室内における燃料圧力の三者のバランスが回転軸の回転速度に応じて異なり、結果として制御弁の開閉制御を適正に実施することができないことが懸念される。

その点、本発明によれば、回転軸の回転速度に基づいて制御弁の通電制御が実施されるため、制御弁の閉弁方向に作用する燃料圧力の大きさに応じて同通電制御が実施される。これにより、制御弁の開弁側への付勢力、閉弁側の電磁力及び加圧室内の閉弁側への燃料圧力の三者において、回転軸の回転速度に応じて適正なバランスが維持される。したがって、制御弁を適正な時期に開閉させることができ、ひいては高圧ポンプの吐出量制御を適正に実施することができる。

燃料吐出期間の前後では、加圧室と低圧側通路とが連通状態になっているのにもかかわらず、加圧室内の燃料圧力が上昇することが考えられる。そのため、開弁側への付勢力、閉弁側の電磁力及び加圧室内における閉弁側の燃料圧力の三者のバランスが崩れることで、加圧室内の燃料圧力により制御弁が閉状態になる（自閉する）ことが懸念される。

その点に鑑み、第２の構成は、前記電磁部に対して通電を行う通電手段が、前記弁体部を閉側に変位させる第１通電と該第１通電とは逆向きの第２通電とを行うものであり、前記通電制御手段が、前記制御弁を閉状態とする燃料吐出期間で前記通電手段による第１通電を実施し、同燃料吐出期間の前後少なくともいずれかで前記通電手段による第２通電を実施する。この構成によれば、加圧室内の燃料圧力により制御弁が閉弁してしまうおそれのある期間において、電磁部の通電状態を、弁体部を閉側に変位させる第１通電とは正負逆向きの第２通電にする（つまり開側に変位させる通電状態にする）ため、制御弁を適正な期間に閉弁させることができる。

ここで、通電手段による第２通電の際には、加圧室から低圧側への燃料の戻り量が少ないほど（回転軸が高回転ほど）加圧室内が高圧になることを考慮し、回転軸の回転速度が大きいほど第２通電量を大きくする（開側への変位を大きくする）構成としてもよい。あるいは、回転軸の回転速度が所定の高回転速度以上の場合にのみ第２通電を実施する構成としてもよい。

制御弁の閉弁前期間であるプレストローク期間では、加圧室の容積の減少に伴い燃料が低圧側に戻される。このとき、プレストローク期間の後半ほど（燃料吐出期間の直前ほど）加圧室内が高圧になりやすく、燃料圧力により弁体部が閉側に変位しやすいことが考えられる。その点に鑑み、第３の構成は、前記容積減少行程において前記制御弁を閉状態とする燃料吐出期間の直前にプレストローク期間が設定されており、前記通電制御手段が、前記プレストローク期間において前記燃料吐出期間の直前に設定した所定期間にて前記第２通電を実施する。この構成によれば、加圧室内の燃料圧力が高くなりやすい期間において、電磁部の通電状態を、弁体部を開側に変位させる通電状態にするため、適正な閉弁タイミングで制御弁を閉弁させることができる。

なお、第２通電を実施する所定期間は、回転軸の回転速度にかかわらず一定の時間幅にしてもよいし、回転軸の回転速度に応じて可変にしてもよい。

上述したように、回転軸の低回転時と高回転時とでは、燃料吐出期間前における燃料の戻り量が異なるため、燃料吐出開始時、すなわち制御弁の開弁タイミングにおける加圧室内の燃料圧力が異なることが考えられる。そのため、回転軸の高回転時と低回転時とでは、開弁側の付勢力、閉弁側の電磁力及び加圧室内の燃料圧力の三者におけるバランスが異なり、回転軸の回転速度によっては、閉弁タイミングが到来しても制御弁を閉弁できないことが考えられる。

その点に鑑み、第４の構成は、前記電磁部に対して通電を行う通電手段が、前記電磁部への印加電圧又は印加電流を可変とするものであり、前記通電制御手段が、前記制御弁を閉状態とする燃料吐出期間で前記回転軸の回転速度に基づいて印加電圧又は印加電流を可変制御する。この構成によれば、燃料吐出期間において、電磁部の印加電圧又は印加電流を回転軸の回転速度に応じて可変にするため、開弁側の付勢力、閉弁側の電磁力及び加圧室内の燃料圧力の三者におけるバランスを回転速度に応じて定めることができる。これにより、制御弁の閉弁期間を適正にすることができる。

ここで、回転軸の回転速度に基づいて印加電圧又は印加電流を可変制御する際には、加圧室から低圧側への燃料の戻り量が少ないほど（回転軸が高回転ほど）加圧室内が高圧になることを考慮し、回転軸が高回転ほど印加電圧又は印加電流を小さくするのが望ましい。

第５の構成は、前記高圧ポンプに、前記駆動軸に対する前記回転軸の回転速度の変速比を可変にする変速機構が設けられ、前記変速機構の変速比を制御する制御手段を備えるものである。変速機構が設けられることにより同変速機構を設けない構成よりも回転軸の回転速度を高くすることができる反面、加圧室内の圧力上昇が促進され、制御弁の開閉制御を適正に実施できないおそれがある。したがって、変速機構を備える構成が本発明に適用されることで、制御弁を適正な時期に開閉させるといった効果を好適に得ることができる。

ここで、変速機構としては、例えば複数段のギアを有し、同ギアの切り替えにより駆動軸に対する回転軸の回転速度の変速比を変化させるギア機構や、駆動軸に対する回転軸の回転速度の変速比を連続的に変化させる無段変速機構などが挙げられる。

例えばＤＭＥやアルコールなどといった比較的低い発熱量の燃料を用いる内燃機関において、軽油やガソリン等と同一出力を得るには、軽油等よりも多くの燃料量が必要になる。そのため、ＤＭＥ等においては、高圧ポンプの吐出量を軽油等よりも多くする必要があり、これを達成するための一つの手段として、回転軸の回転速度を高くすることが考えられる。したがって、第６の構成のように、前記内燃機関での燃焼に伴う発熱量が軽油よりも低い発熱量の燃料を吸入して吐出する高圧ポンプが本発明に適用されることで、回転軸を高回転にしてポンプ吐出量を増加させた場合であっても、制御弁を適正な時期に開閉させることができる。

高圧ポンプの制御システムの全体概略構成図。 吐出量制御弁の概略構成図。 高圧ポンプにおける燃料の吸入及び圧送の推移を示すタイムチャート。 吐出量制御弁の通電状態の推移を示すタイムチャート。 吐出量制御弁の開閉弁処理の処理手順を示すフローチャート。 通常時制御のサブルーチンを示すフローチャート。 第２の実施形態における吐出量制御弁の開閉弁処理の処理手順を示すフローチャート。 ポンプ回転速度Ｎｐと印加電圧Ｖｓとの関係の一例を示す図。 第２の実施形態における吐出量制御弁の通電状態の推移を示すタイムチャート。 他の実施形態における吐出量制御弁の通電状態の推移を示すタイムチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関としての車載ディーゼルエンジンに燃料を供給する高圧ポンプに適用される制御システムを構築するものとしている。本実施形態のエンジンでは、燃料としてＤＭＥ（ジメチルエーテル）がそれ単独で又は任意の割合で混合された状態で使用される。また、当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として高圧ポンプにおける燃料吐出量の制御を実施し、これにより、高圧燃料の蓄圧室であるコモンレールの燃料圧力（レール圧）を制御している。この制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１において、燃料タンク１１内の燃料は、燃料ポンプ２０により汲み上げられ、燃料ポンプ２０で高圧化された後、コモンレール１２に圧送される。コモンレール１２に圧送された高圧燃料は、コモンレール１２内に高圧状態で蓄えられた後、インジェクタ１３からエンジンの気筒内に直接噴射される。

次に、燃料ポンプ２０の構成について図１を用いて説明する。燃料ポンプ２０は、低圧ポンプ２１と高圧ポンプ２２とを備えており、低圧ポンプ２１によって燃料タンク１１から汲み上げられた燃料を高圧ポンプ２２にて加圧した後、その高圧化された高圧燃料をコモンレール１２に圧送する。

低圧ポンプ２１は、例えばトロコイド式のフィードポンプとして構成されており、インナロータとアウタロータとによって形成されるスペースが各ロータの回転速度に応じて増減されることにより燃料の吸入及び吐出を行っている。これに対し、高圧ポンプ２２は、プランジャポンプとして構成されており、複数のプランジャ（例えば２本のプランジャ）がそれぞれ軸方向に往復移動されることにより燃料の吸入及び吐出を行っている。低圧ポンプ２１及び高圧ポンプ２２は、いずれもエンジンの出力軸であるクランク軸１４に接続されており、同クランク軸１４の回転に伴い駆動される。

高圧ポンプ２２の構成について以下詳細に説明する。高圧ポンプ２２は、エンジンによって回転駆動されるカム軸２３と、カム軸２３に設けられたカム２４によって往復移動されることにより加圧室２６の容積を可変とするプランジャ２５と、コイル４１への通電により開閉する電磁駆動式の吐出量制御弁４０とを備えている。

カム軸２３は、クランク軸１４に接続されており、エンジン駆動に伴いクランク軸１４が回転駆動することにより回転可能になっている。カム軸２３には、複数の（図１では３つの）カム２４が径方向に突出して設けられている。カム２４は、タペット２８に回転可能に支持されたローラ２９を介してタペット２８をプランジャ２５の軸線方向に往復移動させる。

プランジャ２５は、ハウジング３１に設けられたシリンダ３２内に摺動自在にかつ油密的に収容されている。プランジャ２５の下端面は、タペット２８の上端面に当接されている。また、プランジャ２５の下端部にはばね座金３３が設けられており、そのばね座金３３において、シリンダ３２の一部との間に軸スプリング３４が設けられている。この軸スプリング３４により、プランジャ２５がタペット２８側（下方向）に向かって付勢されている。

加圧室２６は、プランジャ２５の上端面とシリンダ３２とにより区画形成されている。加圧室２６には、プランジャ２５の動きに合わせて燃料が吸入され、その吸入された燃料が加圧室２６から吐出される。具体的には、プランジャ２５が、加圧室２６の容積を大きくする側に（下方向に）移動すると、その移動に伴い、低圧ポンプ２１にて燃料タンク１１から汲み上げられた燃料が燃料導入管３５に導入され、加圧室２６に吸入される。一方、プランジャ２５が、加圧室２６の容積を小さくする側に（上方向に）移動すると、その移動に伴い加圧室２６内の燃料が加圧室２６から吐出される。

吐出量制御弁４０は、プランジャ２５の軸線方向において加圧室２６を挟んでプランジャ２５とは反対側に取り付けられている。図２に、吐出量制御弁４０の概略構成を示す。図２において、吐出量制御弁４０は、プランジャ２５の軸線方向と同じ方向に往復移動するニードル４４を備えている。ニードル４４の一端にはアマーチャ４２が設けられ、他端には弁体部４４ａが設けられている。弁体部４４ａは、加圧室２６内に配置されており、加圧室２６と低圧側通路４９との連通及びその遮断を行う。具体的には、弁体部４４ａは、弁スプリング４６の付勢力によりシート部４７から離間し、開位置に保持される。これにより、加圧室２６と低圧側通路４９とが連通される。また、コイル４１へ通電されると、アマーチャ４２がコイル４１に吸引されることにより弁体部４４ａがシート部４７に着座し、閉位置に保持される。これにより、加圧室２６と低圧側通路４９との連通が遮断される。

また、図２に示すように、本実施形態において吐出量制御弁４０にはプレート４５が設けられている。プレート４５は、加圧室２６においてプランジャ２５と弁体部４４ａとの間に配置されており、加圧室２６を、プランジャ２５側と弁体部４４ａ側とに区画している。このプレート４５には、プランジャ２５側と弁体部４４ａ側とを連通する貫通孔４５ａが形成されている。これにより、プランジャ２５側の燃料と弁体部４４ａ側の燃料とが貫通孔４５ａを介して移動可能になっている。

図１の説明に戻り、燃料吐出弁３６は、加圧室２６内の燃料圧力が所定圧以上になった場合に開弁するチェック弁（逆止弁）よりなる。燃料吐出弁３６が開弁されると、加圧室２６とコモンレール１２とが連通される。これにより、加圧室２６内の高圧燃料が、高圧側通路４８及び燃料吐出弁３６を介してコモンレール１２側へ吐出される。

また、本システムには、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ１５や、コモンレール１２内の燃料圧力を検出する燃圧センサ１６、ドライバによるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ１７などが設けられている。

ＥＣＵ７０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジンの各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ７０のマイコン７１は、上述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それらの各種検出信号に基づいて燃料噴射量等を演算するとともに、吐出量制御弁４０やインジェクタ１３といった燃料供給系の各部の駆動を制御する。

燃料噴射制御についてマイコン７１は、アクセル操作量とエンジン回転速度とから燃料噴射量を算出し、コモンレール１２内の燃料圧力（噴射圧力）等から燃料噴射量を噴射時間に換算する。そして、算出した噴射時間だけインジェクタ１３を開弁する。ここで、コモンレール１２の燃料圧力については、アクセル操作量やエンジン回転速度に応じて目標燃圧を所定範囲内に設定し、その目標燃圧になるよう高圧ポンプ２２の燃料吐出量を調整することで制御している。

高圧ポンプ２２の吐出量制御についてマイコン７１は、吐出量制御弁４０（弁体部４４ａ）の閉弁期間を制御することにより行う。具体的には、ＥＣＵ７０には、コイル駆動回路５０を介して吐出量制御弁４０に電気的に接続されており、このコイル駆動回路５０への駆動信号に基づいて、コイル４１の印加電圧及び通電タイミング等を制御して吐出量制御弁４０の閉弁期間を制御する。

ここで、コイル駆動回路５０の電気的構成について説明する。コイル駆動回路５０は、図１に示すように、昇圧部５１と通電部５２とを備えている。昇圧部５１は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどの高電圧発生装置からなり、車載バッテリ５３から印加されるバッテリ電圧を高電圧に変換する。通電部５２は、コイル４１に対して電圧印加を行う。また、本実施形態において通電部５２は、例えば相反する方向の通電が可能な回路からなり、弁体部４４ａを閉側に変位させる例えば正方向の通電（第１通電）と、弁体部４４ａを開側に変位させる例えば負方向の通電（第２通電）とが可能になっている。通電部５２では、ＥＣＵ７０からの駆動信号に基づいて第１通電と第２通電との切り替えを行うことによりコイル４１の通電方向を変更する。

次に、上記構成の高圧ポンプ２２の動作について説明する。図３は、高圧ポンプ２２における燃料の吸入及び圧送の推移を示すタイムチャートである。また、（Ａ）〜（Ｃ）は高圧ポンプ２２の動作説明図であり、（Ａ）は加圧室２６の容積が増加する行程（容積増加行程）を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は加圧室２６の容積が減少する行程（容積減少行程）を示す。

まず、容積増加行程では、カム軸２３（図１参照）の回転に伴い、プランジャ２５が加圧室２６の容積を大きくする側に（図３の下方向に）移動する。このとき、コイル４１への通電は行われていないため、弁体部４４ａは弁スプリング４６の付勢力により開位置に保持され、低圧側通路４９と加圧室２６とが連通される。これにより、図３（Ａ）に示すように、低圧側通路４９内の低圧燃料が加圧室２６内に導入される。

容積減少行程では、カム軸２３（図１参照）の回転に伴い、プランジャ２５が加圧室２６の容積を小さくする側に（図３の上方向に）移動する。このとき、コイル４１への通電が行われる前のプレストローク期間では、弁スプリング４６の付勢力により弁体部４４ａが開位置に保持されたままとなる。したがって、低圧側通路４９と加圧室２６とが連通されたままとなり、図３（Ｂ）に示すように、加圧室２６の容積減少に伴い加圧室２６内の燃料が低圧側に戻される。

また、容積減少行程において閉弁タイミングにてコイル４１への通電が行われる燃料吐出期間では、弁体部４４ａが、弁スプリング４６の付勢力に抗して閉側に変位することでシート部４７に着座し、閉弁状態になる。これにより、低圧側通路４９と加圧室２６との連通が遮断され、プランジャ２５の移動に伴い加圧室２６内の燃料が昇圧される。そして、加圧室２６内の燃料圧力が所定圧以上になると、燃料吐出弁３６が開弁され、図３（Ｃ）に示すように、その開弁に伴い加圧室２６内の高圧燃料がコモンレール側に圧送される。このように、高圧ポンプ２２では、コイル４１の通電制御により弁体部４４ａの閉弁期間が調整されており、これにより高圧ポンプ２２の吐出量が制御されている。

ところで、近年、石油資源の枯渇に対する危惧や地球温暖化の緩和等を背景に、ガソリンや軽油等の石油燃料の代替としてＤＭＥやアルコールなどが注目を集めており、内燃機関の燃料として実用化されている。特に、ＤＭＥは、軽油と同等のセタン価を有しており、また環境負荷が少ない等の観点から、ディーゼル燃料として用いることが検討されている。

しかしながら、ＤＭＥは、ディーゼル燃料として普及されている軽油と性状が種々異なり、例えばＤＭＥは軽油に比べて発熱量が低い発熱量の燃料である。そのため、ＤＭＥにおいて軽油と同等の出力を得るには軽油よりも多くの燃料が必要となる。つまり、高圧ポンプ２２におけるポンプ吐出量を軽油に比べて多くする必要がある。

高圧ポンプ２２の吐出量を多くする手段として、例えばプランジャ２５の径を大きくすることにより１回あたりの吐出量を増加させることが考えられる。ところが、ＤＭＥは粘性が非常に小さいという特性を有するため、プランジャ径を大きくすることでシリンダ３２とプランジャ２５との隙間からリークする燃料量が増加してしまうおそれがある。また、プランジャ２５のストロークを大きくすることで１回あたりの吐出量を増加させることも考えられるが、その場合、燃料吐出時の圧力変動が大きくなり、脈動が大きくなることが懸念される。

そこで本実施形態では、クランク軸１４とカム軸２３との回転速度の比（カム回転比）を切替可能な変速機構６０をカム軸２３に設け、カム軸２３の回転速度をエンジン運転状態に応じて可変にしている。変速機構６０として本実施形態では、複数段（例えば２段や３段）からなるギア機構を設け、ＥＣＵ７０からの制御信号に基づいてそのギア比Ｇｒを変更する。例えば変速機構６０が２段のギアを備える場合、そのギア比を２：１と１：１とで構成する。この場合、ギア比が２：１から１：１に切り替えられることでカム軸２３の回転速度が大きくなり、プランジャ２５の往復移動の回数が多くなる結果、ポンプ吐出量が増加される。

その反面、プランジャ２５の往復移動の速度（カム軸２３の回転速度）が相違する場合、その速度に応じて加圧室２６内の燃料圧力が相違することが考えられる。すなわち、カム軸２３の高回転時と低回転時とでは、弁体部４４ａの閉弁タイミングが同じであっても、加圧室２６内から低圧側への燃料の戻り量が異なり、高回転時の方が燃料の戻り量が少ないことが考えられる。そのため、カム軸２３の高回転時では低回転時よりも加圧室２６内の燃料圧力が大きくなり、その結果、弁体部４４ａに対して閉弁側に作用する力（燃料圧力）がカム軸２３の高回転時に大きくなることが考えられる。特に、上記のようにカム軸２３に変速機構６０を設けることでカム軸２３の回転速度を可変とした場合には、カム軸２３の回転速度の幅が広がり、加圧室２６内の燃料圧力の相違が顕著となる。かかる場合、カム軸２３の高回転時におけるプレストローク期間において、コイル４１の非通電時であるにもかかわらず、加圧室２６の燃料圧力が弁スプリング４６の付勢力に打ち勝つことにより、弁体部４４ａが閉位置に変位する（自閉する）ことが考えられる。つまり、吐出量制御弁４０の閉弁タイミングよりも前の時点で吐出量制御弁４０が閉弁されることが考えられる。かかる場合、プレストローク期間に燃料の戻しを行うことができないため、燃料の調量を適正に行うことができず、結果としてレール圧を適正に制御できないおそれがある。

そこで、本実施形態では、カム軸２３の回転速度（ポンプ回転速度Ｎｐ）に基づいて、プレストローク期間におけるコイル４１の通電状態を制御している。具体的には、ポンプ回転速度Ｎｐの低回転時には、プレストローク期間での加圧室２６内の圧力上昇が小さく、弁体部４４ａの自閉現象が発生するおそれが少ないため、閉弁タイミングにてコイル４１に第１電圧Ｖ１（Ｖ１＞０）を印加することにより、コイル４１の通電状態を非通電から第１通電に切り替える。一方、ポンプ回転速度Ｎｐの高回転時には、プレストローク期間での加圧室２６内の圧力上昇が大きいため、その燃料圧力により弁体部４４ａが自閉してしまうのを防止するために、同期間においてコイル４１に第２電圧Ｖ２（Ｖ２＜０）を印加することにより第２通電を実施するとともに、閉弁タイミングにて第２通電から第１通電に切り替える。これにより、ポンプ回転速度Ｎｐにかかわらず閉弁タイミングにて弁体部４４ａが閉弁されるようにする。

図４は、ポンプ回転速度Ｎｐが、弁体部４４ａの自閉が発生する程度に高回転の場合における吐出量制御弁４０の通電状態の推移を示すタイムチャートである。なお、ポンプ回転速度Ｎｐが、弁体部４４ａの自閉が発生しない程度の低回転の場合には、吐出量制御弁４０の通電状態を上記図３に示す通電状態としており、コイル４１に対して第２通電を実施しない。

図４に示すように、容積増加行程では、コイル４１の通電状態を非通電とすることにより、吐出量制御弁４０を開弁状態としている。続く容積減少行程のプレストローク期間では、そのまま吐出量制御弁４０の開弁状態を維持することで、加圧室２６内に吸入した燃料を低圧側に戻す。本実施形態では、このプレストローク期間において、閉弁タイミングｔａ直前の所定期間を自閉発生期間Ｔｂとし、その自閉発生期間Ｔｂで第２通電を実施する。これにより、コイル４１において開弁側の電磁力が発生し、この電磁力と弁スプリング４６とにより、加圧室２６内の燃料圧力に抗して弁体部４４ａが開位置に保持される。

なお、自閉発生期間Ｔｂについて本実施形態では、カム軸２３が所定の高回転の場合に弁体部４４ａの自閉が発生する期間を予め定めておき、その期間を自閉発生期間Ｔｂとする。この自閉発生期間Ｔｂは、ポンプ回転速度Ｎｐにかかわらず一定の長さにしてもよいし、ポンプ回転速度Ｎｐに応じて可変にしてもよい。

そして、閉弁タイミングｔａになった時点で、吐出量制御弁４０の通電状態を第２通電から第１通電に切り替える。これにより、コイル４１における閉弁側の電磁力により弁体部４４ａがシート部４７に着座し、吐出量制御弁４０が閉弁状態になる。

次に、ＥＣＵ７０のマイコン７１によって実行される吐出量制御弁４０の開閉処理について説明する。図５は、吐出量制御弁４０の開閉処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、マイコン７１により所定周期毎に実行される。

図５において、まずステップＳ１１では、エンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣＣとから目標レール圧Ｐｃｔを算出する。続くステップＳ１２では、レール圧の実際値Ｐｃａを目標値Ｐｃｔにするためのギア比Ｇｒ及び閉弁タイミングｔａを算出する。ここでは、レール圧の実際値と目標値Ｐｃｔとの偏差と、クランク角度センサ１５により検出されるエンジン回転速度ＮＥとから最適なギア比Ｇｒ及び閉弁タイミングｔａを例えば図示しないマップを用いて設定する。

ステップＳ１３では、ポンプ回転速度Ｎｐが、弁体部４４ａの自閉が発生するおそれがある高回転領域に予め定められた自閉発生速度Ｎｐｔｈ以上か否かを判定する。ここでのポンプ回転速度Ｎｐは、変速機構６０の現在のギア比Ｇｒと、クランク角度センサ１５で検出されるエンジン回転速度ＮＥとから算出する。なお、カム軸２３の回転速度を検出するセンサをカム軸２３の近傍に設け、同センサの値に基づいてポンプ回転速度Ｎｐを算出してもよい。

ポンプ回転速度Ｎｐが自閉発生速度Ｎｐｔｈ未満であれば、ステップＳ１４へ進み、吐出量制御弁４０の開閉処理として例えば以下に示す通常時制御を実施する。

図６は、通常時制御のサブルーチンを示すフローチャートである。図６において、まずステップＳ２１では、クランク角度センサ１５の検出信号に基づいて容積増加行程か否かを判定する。容積増加行程の場合には、ステップＳ２２へ進み、コイル４１の通電状態を非通電のままにする。一方、容積増加行程でない場合、つまり容積減少行程の場合には、ステップＳ２３へ進み、燃料吐出期間か否かを判定する。燃料吐出期間であればステップＳ２４へ進み、コイル４１の通電状態を第１通電にし、燃料吐出期間でない、つまりプレストローク期間であれば、コイル４１の通電状態をそのまま非通電とする。

図５のフローチャートの説明に戻り、ポンプ回転速度Ｐｃが自閉発生速度Ｎｐｔｈ以上の場合には、ステップＳ１３で肯定判定がなされ、ステップＳ１５へ進み、閉弁タイミングｔａの直前の自閉発生期間Ｔｂであるか否かを判定する。自閉発生期間Ｔｂでない場合にはステップＳ１４へ進み、通電時制御を実行する。一方、自閉発生期間Ｔｂであれば、ステップＳ１６へ進み、コイル４１の通電状態を第２通電にする。

以上詳述した実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

カム軸２３の回転速度（ポンプ回転速度Ｎｐ）に基づいて吐出量制御弁４０の通電状態を制御する構成としたため、弁スプリング４６による開弁側の付勢力、コイル４１への第１通電による閉弁側の電磁力、及び加圧室２６内の燃料圧力の三者において、ポンプ回転速度Ｎｐに応じて適正なバランスが維持される。したがって、吐出量制御弁４０を適正な時期に開閉させることができ、ひいては高圧ポンプ２２の吐出量制御を適正に実施することができる。

ポンプ回転速度Ｎｐが自閉発生速度Ｖｐｔｈ以上の場合に、加圧室２６内の燃料圧力により吐出量制御弁４０が閉弁してしまうおそれのある期間（自閉発生期間Ｔｂ）を燃料吐出期間の直前に定め、その自閉発生期間Ｔｂにおいてコイル４１の通電状態を第２通電にする構成としたため、吐出量制御弁４０の閉弁期間を適正にすることができる。また、ポンプ回転速度Ｎｐが自閉発生速度Ｖｐｔｈ未満の場合には同期間での吐出量制御弁４０の通電状態を非通電にする（第２通電を実施しない）ことにより、吐出量制御弁４０での電力消費を抑制することができる。

プレストローク期間の後半ほど加圧室２６内が高圧になりやすく、燃料圧力により弁体部４４ａが閉側に変位しやすいところ、プレストローク期間において燃料吐出期間の直前に自閉発生期間Ｔｂを定める構成としたため、適正な閉弁タイミングで吐出量制御弁４０を閉弁させる上で好適である。

エンジンのクランク軸１４に対するカム軸２３の回転速度の比を可変にする変速機構６０を設ける構成としたため、変速機構６０を設けない構成よりもポンプ回転速度Ｎｐを高くすることができ、その結果、ポンプ吐出量を増加させることができる。また、ポンプ回転速度Ｎｐを大きくすることにより加圧室２６内の圧力が上昇し、吐出量制御弁４０の自閉が生じやすいところ、ポンプ回転速度Ｎｐに基づいて吐出量制御弁４０の通電状態を制御することにより吐出量制御弁４０の自閉現象の発生を抑制することができ、吐出量制御弁４０を適正な時期に開閉させるといった効果を好適に得ることができる。

本実施形態のディーゼルエンジンは軽油よりも発熱量が低いＤＭＥを燃料としているため、軽油よりも高圧ポンプ２２の要求吐出量が多くなり、これにより吐出量制御弁４０の自閉現象が発生しやすいところ、ポンプ回転速度Ｎｐに基づいて吐出量制御弁４０の通電状態を制御することにより吐出量制御弁４０の自閉現象の発生を抑制することができ好適である。

また、加圧室２６から低圧側通路４９に燃料が戻る際、プランジャ２５と弁体部４４ａとの間のプレート４５に形成された貫通孔４５ａを燃料が通過するため、加圧室２６内から低圧側通路４９への燃料の戻り速度が遅く、プレストローク期間において加圧室２６内の燃料圧力が高くなりやすいところ、プレストローク期間に第２通電を実施する構成とすることにより、加圧室２６内の燃料圧力によって吐出量制御弁４０が自閉するのを好適に抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施形態では、容積減少行程のうち燃料を吐出する直前のプレストローク期間において、ポンプ回転速度Ｖｐに応じてコイル４１に対し弁体部４４ａを閉弁させる側とは逆向きの通電を実施する構成としたが、本実施形態では、燃料吐出期間において、ポンプ回転速度Ｖｐに応じてコイル４１の印加電圧の大きさを可変にする構成とする。

詳細には、加圧室２６内の燃料圧力により弁体部４４ａが自閉するのを抑制するための方法として、上記第１実施形態のようにプレストローク期間において第２通電を実施する以外に、弁スプリング４６の弾性率を大きくすることで弁スプリング４６を外力に対して変形しにくくすることが考えられる。そこで、本実施形態では、吐出量制御弁４０の自閉現象が、カム軸２３が高回転ほど生じやすいことに着目し、カム軸２３の高回転時を基準に弁スプリング４６の弾性率を定めている。つまり、弁スプリング４６の弾性率は、加圧室２６側から弁体部４４ａに作用する燃料圧力を基に定められている。

ところが、カム軸２３の高回転時を基準に弁スプリング４６の弾性率を定めた場合、カム軸２３の低回転時に吐出量制御弁４０が閉弁されないことが考えられる。すなわち、カム軸２３の低回転時には高回転時に比べて加圧室２６内の圧力上昇が小さくなるため、プレストローク期間において加圧室２６内の燃料圧力により弁体部４４ａが閉弁側に変位しない程度に弁スプリング４６の弾性率を大きくすると、燃料吐出期間においてコイル４１への通電を実施した際に、弁スプリング４６の付勢力に抗して弁体部４４ａを閉側に変位できないことが考えられる。

そこで本実施形態では、カム軸２３の回転速度に応じてコイル４１の印加電圧の大きさを可変にする。具体的には、カム軸２３の回転速度が低いほど、弁体部４４ａを閉弁側に変位させる方向の印加電圧が大きくなるよう通電部５２を制御する。これにより、カム軸２３の低回転時において吐出量制御弁４０が閉弁されるようにする。つまり、本実施形態では、弁スプリング４６の弾性率を大きくすることで吐出量制御弁４０の自閉現象を抑制する。また、弁スプリング４６の弾性力を大きくしたのに伴い吐出量制御弁４０が閉弁されない状態を回避するために、ポンプ回転速度Ｎｐに基づいてコイル４１の印加電圧を制御する。

次に、マイコン７１によって実行される吐出量制御弁４０の開閉処理について説明する。図７は、吐出量制御弁４０の開閉処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、マイコン７１により所定周期毎に実行される。

図７において、まずステップＳ３１では、エンジン回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣＣとから目標レール圧Ｐｃｔを算出し、ステップＳ３２では、ギア比Ｇｒ及び閉弁タイミングｔａを算出する。続くステップＳ３３では、現在のギア比Ｇｒとクランク角度センサ１５で検出されるエンジン回転速度ＮＥとに基づいてポンプ回転速度Ｎｐを算出する。

ステップＳ３４では、ポンプ回転速度Ｎｐに基づいてコイル４１の印加電圧Ｖｓを算出する。印加電圧Ｖｓの算出について本実施形態では、ポンプ回転速度Ｎｐと印加電圧Ｖｓとの関係を予めマップとして記憶しておき、同マップを用いてポンプ回転速度Ｎｐからコイル４１の印加電圧Ｖｓを算出する。

図８に、ポンプ回転速度Ｎｐと印加電圧Ｖｓとの関係の一例を示す。図８によれば、ポンプ回転速度Ｎｐが大きいほど印加電圧Ｖｓを小さい値にしている。

図７の説明に戻り、続くステップＳ３５では、吐出量制御弁４０の閉弁タイミングｔａか否かを判定し、閉弁タイミングｔａであれば、コイル４１に電圧印加して本ルーチンを終了する。

図９は、吐出量制御弁４０の通電状態の推移を示すタイムチャートである。図９のうち、コイル印加電圧Ｖｓ中の実線は、ポンプ回転速度Ｎｐが低回転速度Ｖ１の場合を示し、一点鎖線は、ポンプ回転速度Ｎｐが低回転速度Ｖ１よりも高い高回転速度Ｖ２の場合を示す。

図９に示すように、吐出量制御弁４０の閉弁タイミングｔａにおいて、ポンプ回転速度Ｎｐが高回転速度Ｖ２では、コイル印加電圧Ｖｓを第１電圧値Ｖｓ１にしている。これに対し、低回転速度Ｖ１では、コイル印加電圧Ｖｓを第１電圧値Ｖｓ１よりも高い第２電圧値Ｖｓ２にしている。

以上詳述した実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

ポンプ回転速度Ｎｐが低いほどコイル４１の印加電圧を大きくする構成としたため、吐出量制御弁４０において、開弁側の付勢力、閉弁側の電磁力及び加圧室２６内の燃料圧力の三者におけるバランスをポンプ回転速度Ｎｐに応じて定めることができる。これにより、吐出量制御弁４０の閉弁期間を適正にすることができる。

カム軸２３の高回転時を基準に弁スプリング４６の弾性率を定める構成としたため、カム軸２３の高回転時に発生しやすい自閉現象を抑制することができる。

ポンプ回転速度Ｎｐが低回転ほどコイル４１の印加電圧Ｖｓを大きくし、高回転ほどコイル４１の印加電圧Ｖｓを小さくしている、つまり自閉現象が発生する度合いに合わせて印加電圧Ｖｓが定められているため、吐出量制御弁４０での電力消費を抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記第１の実施形態では、ポンプ回転速度Ｎｐが所定速度（自閉発生速度Ｎｐｔｈ）以上の場合にコイル４１に対し第２通電を実施する構成としたが、ポンプ回転速度Ｎｐが大きいほど弁体部４４ａが閉側に変位するよう第２通電の印加電圧を大きくする構成としてもよい。

・上記第１の実施形態では、燃料吐出期間直前のプレストローク期間に、ポンプ回転速度Ｎｐに基づいてコイル４１の第２通電を実施することについて説明したが、更に、燃料吐出期間直後の吸入行程において、ポンプ回転速度Ｎｐに基づいてコイル４１の通電方向を変更する構成としてもよい。燃料吐出期間直後では、カム軸２３が高回転であれば、プランジャ２５が加圧室２６の容積を増加させる側へ移動する速度が早いため、加圧室２６内の燃料圧力が低圧になりやすいことが考えられる。そのため、弁スプリング４６による弁体部４４ａの開弁方向の付勢力が加圧室２６の燃料圧力よりも大きくなり、その結果、弁体部４４ａがシート部４７から離間し、吐出量制御弁４０が開弁状態になる。

一方、カム軸２３が低回転の場合には、プランジャ２５が加圧室２６の容積を増加させる側へ移動する速度が遅いため、加圧室２６内の燃料圧力が低圧になりにくいことが考えられる。そのため、弁スプリング４６による弁体部４４ａの開弁方向の付勢力が加圧室２６の燃料圧力よりも小さく、吸入行程に至った場合であっても、弁体部４４ａがシート部４７に着座したまま閉弁状態が保持されることが考えられる。かかる場合、加圧室２６内に低圧燃料を導入することができず、高圧ポンプ２２の吐出量制御を適正に実施できないおそれがある。

そこで、燃料吐出期間直後の吸入行程において、ポンプ回転速度Ｎｐに応じてコイル４１の通電状態を設定する。具体的には、図１０に示すように、例えばポンプ回転速度Ｎｐが所定の低回転速度以下の場合に、燃料吐出期間直後の所定期間（図１０中のＴＡ１及びＴＡ２の期間）、コイル４１に対して弁体部４４ａを開側に変位させる方向への通電を実施する。これにより、コイル４１とアマーチャ４２との間に反発力が生じ、その反発力により弁体部４４ａがシート部４７から離間する。したがって、本構成によれば、吸入行程において弁体部４４ａを開弁させることができ、ひいては高圧ポンプ２２の吐出量制御を適正に実施することができる。また、ポンプ回転速度Ｎｐとは無関係に、燃料吐出期間直前のプレストローク期間及び燃料吐出期間直後の吸入行程に第２通電を実施する構成としてもよい。

・吐出量制御弁４０の閉弁タイミングｔａに応じてコイル４１に対して第２通電を実施する構成としてもよい。閉弁タイミングｔａがプランジャ２５の上死点に近付くほど加圧室２６内の燃料圧力が高くなりやすいため、吐出量制御弁４０の自閉が生じやすいことが考えられる。したがって、閉弁タイミングｔａがプランジャ２５の上死点近くの所定時点以降の場合にコイル４１に対して逆通電を実施する。こうすることで、コイル４１への第２通電の頻度を低減させつつ吐出量制御弁４０の自閉を好適に抑制することができる。

・弁体部４４ａが加圧室２６内に配置され、その弁体部４４ａが、プランジャ２５側に変位することで開弁状態になり、プランジャ２５から離間する側に変位することで閉弁状態になる構成の吐出量制御弁４０について説明したが、弁体部４４ａが加圧室２６内に配置されていない構成の吐出量制御弁を本発明に適用してもよい。例えば、吐出量制御弁４０について、加圧室２６の外部に弁体部４４ａを配置し、その弁体部４４ａが、弁スプリング４６によりプランジャ２５から離間する側に変位することで開弁状態となり、コイル４１への通電によりプランジャ２５側に変位することで閉弁状態となる構成とする。かかる場合、容積減少行程の燃料吐出期間（吐出量制御弁４０の閉弁期間）において、加圧室２６と低圧側通路４９との連通が遮断された状態になっているにもかかわらず、加圧室２６内の圧力上昇により弁体部４４ａの閉弁状態が解除され、弁体部４４ａが開弁してしまうことが考えられる。したがって、かかる構成においても、カム軸２３の回転速度に応じてコイル４１の通電制御を実施するとよい。具体的には、燃料吐出期間において、カム軸２３が高回転であるほど弁体部４４ａを閉側に変位させるための通電量を大きくする。あるいは、燃料吐出期間での弁体部４４ａの開弁を回避するために弁スプリング４６の弾性率を小さくした場合、プレストローク期間において、カム軸２３の低回転時に弁体部４４ａを閉側に変位させる通電とは逆向きの通電を実施する。

・クランク軸１４に対するカム軸２３の回転速度の比を可変にする変速機構６０を備える構成を本発明に適用したが、変速機構６０を備えない構成に本発明を適用してもよい。また、変速機構６０を、複数段を有するギア機構としたが、クランク軸１４に対するカム軸２３の回転速度の比を連続的に変化させる無段変速機構としてもよい。無段変速機構の構成は特に限定せず、例えばベルト式やトロイダル式とする。

・コイル４１の通電制御を印加電圧により行う構成としたが、印加電流により行う構成としてもよい。かかる場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、ディーゼル燃料としてＤＭＥを含む燃料を用いる場合について説明したが、内燃機関の燃焼に伴う発熱量が軽油よりも低い燃料として例えばアルコールなどのＤＭＥ以外の燃料を用いてもよいし、あるいは軽油を用いてもよい。また、内燃機関としてディーゼルエンジンを用いる構成としたが、ガソリンエンジンを用いる構成としてもよい。例えば、本発明を、直噴用ガソリンエンジンの燃料供給システムの制御装置にて具体化してもよい。

１４…クランク軸（駆動軸）、２０…燃料ポンプ、２１…低圧ポンプ、２２…高圧ポンプ、２３…カム軸（回転軸）、２５…プランジャ、２６…加圧室、３４…軸スプリング、４０…吐出量制御弁（制御弁）、４１…コイル（電磁部）、４４…ニードル、４４ａ…弁体部、４５…プレート、４６…弁スプリング（付勢手段）、４７…シート部、４９…低圧側通路、５０…コイル駆動回路、５２…通電部、６０…変速機構、７０…ＥＣＵ、７１…マイコン。

Claims (4)

1. 内燃機関の駆動軸により駆動される回転軸の回転に伴い往復移動し加圧室の容積を可変とするプランジャと、前記加圧室と低圧側通路との連通を開閉する弁体部を有し該弁体部が付勢手段により開位置に保持されるとともに電磁部の通電により閉位置に変位する制御弁と、を備える高圧ポンプに適用され、前記加圧室の容積が減少される容積減少行程において前記制御弁が閉状態に制御されることで前記加圧室内の燃料が高圧側通路に吐出される高圧ポンプの制御装置であって、
   前記電磁部に対して通電を行う通電手段は、前記弁体部を閉側に変位させる第１通電と該第１通電とは逆向きの第２通電とを行うものであり、
   前記回転軸の回転速度に基づいて、前記制御弁の閉弁制御期間及び開弁制御期間の少なくともいずれかにおける前記電磁部の通電状態を制御するとともに、前記制御弁を閉状態とする燃料吐出期間で前記通電手段による第１通電を実施し、同燃料吐出期間の前後少なくともいずれかで前記通電手段による第２通電を実施する通電制御手段を備え、
   前記容積減少行程において前記制御弁を閉状態とする燃料吐出期間の直前にプレストローク期間が設定されており、
   前記通電制御手段は、前記プレストローク期間において前記燃料吐出期間の直前に設定した所定期間にて前記第２通電を実施することを特徴とする高圧ポンプの制御装置。
2. 前記電磁部に対して通電を行う通電手段は、前記電磁部への印加電圧又は印加電流を可変とするものであり、
   前記通電制御手段は、前記制御弁を閉状態とする燃料吐出期間で前記回転軸の回転速度に基づいて印加電圧又は印加電流を可変制御する請求項１に記載の高圧ポンプの制御装置。
3. 前記高圧ポンプに、前記駆動軸に対する前記回転軸の回転速度の変速比を可変にする変速機構が設けられ、
   前記変速機構の変速比を制御する制御手段を備える請求項１又は２に記載の高圧ポンプの制御装置。
4. 前記高圧ポンプは、前記内燃機関での燃焼に伴う発熱量が軽油よりも低い発熱量の燃料を吸入して吐出するものである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の高圧ポンプの制御装置。

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