JP6461203B2 - 内燃機関の高圧燃料供給装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の高圧燃料供給装置に関する。
現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減が求められており、これらの削減を目的とする筒内燃料噴射式内燃機関が広く知られている。前記筒内燃料噴射式内燃機関は、燃料噴射弁により気筒の燃焼室内に直接燃料噴射を行うものであり、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくさせることによって前記噴射燃料の燃焼を促進し、排出ガス物質の削減及びエンジン出力の向上等を図っている。
前記燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径を小さくするためには、前記燃料の高圧化を図る手段が必要であり、前記燃料噴射弁に高圧の燃料を圧送する高圧燃料ポンプの技術が各種提案されている。
例えば、燃料噴射弁の燃料噴射量に応じて供給される高圧燃料の流量制御を行うことにより、高圧燃料ポンプ駆動力の低減を行う技術が知られている（例えば、特許文献1参照）。特許文献１には、流量制御機構として、ノーマルオープン型とノーマルクローズ型の２種類の電磁弁が記載されているが、いずれの場合においても、吐出工程中に吸入弁が閉弁するタイミングを操作することにより、高圧燃料ポンプが加圧する燃料の容積を調節する。
また、電磁弁により高圧燃料ポンプの吸入弁を開位置と閉位置との間で制御を行い、吸気弁を開位置から閉位置に制御する際に電磁弁を駆動する電流を２段階で変化させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の技術では、通電初期の電流に対して、吸気弁が閉位置に移動完了前に電流値を下げ、吸気弁の移動速度を低下させることにより作動音（吸気弁の衝突音）を抑制している。
さらに、高圧燃料ポンプから高圧圧送される燃料量を、電磁弁への通電タイミングで制御する技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の技術では、高圧燃料ポンプの圧縮工程の途中で電磁弁に通電すると、プランジャロッドが吸入弁から離れて移動し、吸入弁はばね力と燃料圧力とによって閉位置に移動する。吸入弁が閉弁後は加圧室内の圧力が高いため、電磁弁の通電を切ってプランジャロッドが吸入弁に押し当てられても、吸入弁は閉弁位置に保持される。ピストンプランジャが下死点に向かって移動し加圧室内の圧力が下がると、プランジャロッド、および吸入弁は開方向へと移動する。
特開２０００−８９９７号公報 特開２０１０−１４１０９号公報 特開２００９−２０３９８７号公報
特許文献３に開示されるような高圧燃料ポンプでは、プランジャロッドと吸気弁が別体として設けられている。そのため、プランジャロッドと吸気弁が衝突する際に騒音が発生する。
一方、特許文献１及び２に開示されるような高圧燃料ポンプでは、プランジャロッドと吸気弁が一体として設けられている。そのため、プランジャロッドと吸気弁が衝突する際の騒音については考慮されていない。
本発明の目的は、プランジャロッドと吸気弁が衝突する際の騒音を抑制することができる内燃機関の高圧燃料供給装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、吸入弁、前記吸入弁と別体に形成されるプランジャロッド、前記プランジャロッドを前記吸入弁の開弁方向に付勢する弾性体、及び通電時に前記プランジャロッドを前記吸入弁の閉弁方向に吸引するソレノイドを有する高圧燃料ポンプと、前記吸入弁を閉弁するため前記ソレノイドへ第１の電流を印加する第１制御部、及び前記弾性体の付勢力により前記プランジャロッドが前記吸入弁に衝突する前に前記ソレノイドへ第２の電流を印加する第２制御部を有する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１の電流を遮断した後、時間経過に伴う前記ソレノイドの電圧の測定値の変曲点を検出し、前記変曲点から前記吸入弁の全閉時に前記プランジャロッドと前記吸入弁が衝突する位置を示す衝突位置を推定し、推定された前記衝突位置から前記ソレノイドへ第２の電流を印加するタイミングを決定するようにしたものである。
本発明によれば、プランジャロッドと吸気弁が衝突する際の騒音を抑制することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給装置を含む制御システムの全体構成概略図である。 図１に示す内燃機関制御ユニットの入出力関係の一例を示す図である。 図１に示す高圧燃料ポンプを含む燃料系システムの全体構成図である。 図３に示す高圧燃料ポンプの断面図である。 図３に示す高圧燃料ポンプの動作タイミングチャートである。 図３に示す高圧燃料ポンプのプランジャロッド及び燃料吸入弁の動作を示す模式図である。 図３に示す高圧燃料ポンプのプランジャロッド及び燃料吸入弁の動作を示す模式図である。 図３に示す高圧燃料ポンプのプランジャロッド及び燃料吸入弁の動作を示す模式図である。 図１に示す内燃機関制御ユニットの制御を説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給装置に用いられる高圧燃料ポンプの動作タイミングチャートである。 時間経過に伴うプランジャロッドの変位と電磁弁ソレノイドの電圧の関係を示す図である。 燃圧と、プランジャロッドが燃料吸入弁に衝突する前に電磁弁ソレノイドへ印加される第２の電流との関係を示す図である。 エンジン回転数と、プランジャロッドが燃料吸入弁に衝突する前に電磁弁ソレノイドへ印加される第２の電流との関係を示す図である。
以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給装置を含む制御システムの構成及び動作を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。
最初に、図１を用いて、高圧燃料供給装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給装置を含む制御システムの全体構成概略図である。
エアクリーナ１０２の入口部から取り入れられた吸入空気は、吸入空気流量計（エアフロセンサ）１０３が配置された流量計測部を通り、その流量が計測される。その後、吸入空気は、吸入空気流量を制御する電制スロットル弁１０４を通って各シリンダ（各気筒）１２４に接続された吸気管１０５に分配される。吸入空気は、吸気管１０５に分配された後、各気筒に設けられた吸気弁１１９を通り燃焼室１０６に導入される。
燃焼室１０６はシリンダ１２４の内壁面とシリンダ１２４内を往復動作するピストン１２５の冠面１２５ａとによって形成され、ピストン１２５の往復動作によってその容積が変化する。吸入空気流量計１０３からは、吸入空気流量を表す出力信号が制御装置としての内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０１に入力される。電制スロットル弁１０４には電制スロットル弁１０４の開度を検出するスロットル開度センサ１０７が取り付けられており、その出力信号も内燃機関制御ユニット１０１に入力される。
燃料は、燃料タンク１２７から低圧燃料ポンプ１２８により１次加圧された後にプレッシャレギュレータ１２９にて一定の圧力に調圧され、高圧燃料ポンプ１０８で更に高い圧力に２次加圧され、コモンレール１１７を介して各シリンダに設けられている燃料噴射弁１０９（インジェクタ）から燃焼室１０６に噴射される。燃焼室１０６に噴射された燃料は、吸入空気との混合気を生成し、点火コイル１１０からの点火エネルギにより点火プラグ１１１で着火され、燃焼室１０６内で燃焼する。
混合気の燃焼によって生じた排気ガスは燃焼室１０６から各気筒に設けられた排気弁１２２を通じて排気管１２３へ排出される。排気管１２３の途中には空燃比センサ２０３、触媒１２６が設けられている。空燃比センサ２０３にて検出された排気ガスの空燃比センサ出力信号は内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ）１０１に入力さる。
空燃比センサ出力信号に基づいて所定空燃比となるように内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ）１０１から燃料噴射弁１０９へフィードバック制御が実行される。空燃比センサ２０３は、理論空燃比付近で出力電圧が急変するＯ２センサ、または実空燃比が検出されるＡ／Ｆセンサが採用されている。
触媒１２６は三元触媒により構成され、排気ガスの浄化が行われる。触媒１２６の浄化作用が発揮されるには、活性化温度に達している必要があり、内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ）により触媒を早期に暖気状態にする制御が実行される。そのためには触媒温度状態を検出する必要があり、吸入空気流量計（エアフロセンサ）１０３からの吸入空気量積算値による推定、水温センサ２０２または油温センサ２０５での代用、直接触媒温度センサ（図示せず）での検出等の方法で実行される。
エンジン１の側面には燃焼中に発生するノッキングを検出するノックセンサ２０７が設けられ、その検出信号を内燃機関制御ユニット１０１に出力する。
エンジン１のクランク軸１１５に取り付けられたクランク角センサ１１６は、クランク軸１１５の回転位置を表す信号を内燃機関制御ユニット１０１に出力する。
内燃機関のカム軸１２０に取り付けられたカム角センサ１２１は、カム軸の回転位置を表す信号を内燃機関制御ユニット１０１に出力する。カム軸１２０及びカム角センサ１２１は、吸気弁１１９及び排気弁１２２のそれぞれに対して設けられている。
次に、図２を用いて、内燃機関制御ユニット１０１の入出力関係を説明する。図２は、図１に示す内燃機関制御ユニット１０１の入出力関係の一例を示す図である。
内燃機関制御ユニット１０１は、Ａ／Ｄ変換器１０１ａ−１を含むＩ／Ｏ用ＬＳＩ１０１ａ、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）１０１ｂ等から構成される。内燃機関制御ユニット１０１は、エアフロセンサ１０３、スロットルセンサ１０７、カム角センサ１２１、クランク角センサ１１６、水温センサ２０２、空燃比センサ２０３、燃圧センサ２０４、油温センサ２０５、ノックセンサ２０７を含む各種センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行する。
算出された演算結果により、アクチュエータである電制スロットル弁１０４、低圧燃料ポンプ１２８、高圧燃料ポンプ１０８、点火コイル１１０、複数の燃料噴射弁１０９に制御信号が出力され、コモンレール内燃圧制御、燃料噴射量制御及び点火時期制御等が実行される。
Ｉ／Ｏ用ＬＳＩ１０１ａには各燃料噴射弁１０９を駆動する駆動回路１０１ａ−２が設けられている。駆動回路１０１ａ−２は、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示しない）にて昇圧し、図示しないＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）によって電流を制御し、制御された電流で各燃料噴射弁１０９を駆動する。
次に、図３〜図４を用いて、高圧燃料ポンプ１０８の構成を説明する。図３は、図１に示す高圧燃料ポンプ１０８を含む燃料系システムの全体構成図である。図４は、図３に示す高圧燃料ポンプ１０８の断面図である。
燃料は、タンク１２７から低圧燃料ポンプ１２８により吸引され、プレッシャレギュレータ１２９によって一定の圧力に調圧された後、高圧燃料ポンプ１０８の燃料吸入口３０２に導かれる。その後、高圧燃料ポンプ１０８にて高圧に加圧され、燃料吐出口３０４からコモンレール１１７に圧送される。コモンレール１１７には、燃料噴射弁１０９、燃料圧力センサ２０４が装着されている。
インジェクタ１０９は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、内燃機関制御ユニット１０１から与えられる駆動電流に従って燃料を噴射する。燃料圧力センサ２０４は取得した燃料圧力データを内燃機関制御ユニット１０１に出力する。内燃機関制御ユニット１０１は各種センサから得られるエンジン状態量（例えばクランク回転角、スロットル開度、エンジン回転数、燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量や燃料圧力等を演算し、高圧燃料ポンプ１０８や燃料噴射弁１０９を制御する。
前記高圧燃料ポンプ１０８は、燃料タンク１２７からの燃料を加圧してコモンレール１１７に高圧の燃料を圧送する。高圧燃料ポンプ１０８には、燃料吸入口３０２、燃料吐出口３０４、燃料加圧室３０３が形成されている。燃料加圧室３０３には、加圧部材であるピストンプランジャ３０５が摺動可能に保持されている。燃料吐出口３０４には、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために燃料吐出弁３０６が設けられている。
また、燃料吸入口３０２の下流には、燃料の吸入を制御する燃料吸入弁３１０が設けられている。燃料吸入弁３１０は、電磁弁ソレノイド３０１が非通電時に開弁し、通電時には閉弁する。
ピストンプランジャ３０５は、エンジン１における排気弁１２２のカム軸１２０の回転に伴って回転するポンプ駆動カム３０７に圧接されたリフタ３０９を介して往復動し、燃料加圧室３０３の容積を変化させている。
電磁弁３００では、電磁弁ソレノイド３０１が通電されることによりプランジャロッド３０８が電磁的に駆動される。すなわち、通電時にプランジャロッド３０８を燃料吸入弁３１０の閉弁方向（図４の左方向）に磁気的に吸引する。
プランジャロッド３０８の隣には燃料吸入弁３１０が設けられる。プランジャロッド３０８は、燃料吸入弁３１０と別体に形成される。燃料吸入弁３１０に形成されるつば部は、バルブハウジング３１１に形成されたバルブシート３１２と対面している。
プランジャロッド３０８の他端には、プランジャロッド付勢ばね３１３が設けられており、燃料吸入弁３１０がバルブシート３１２から離れる方向にプランジャロッド３０８を付勢している。換言すれば、プランジャロッド付勢ばね３１３（弾性体）は、プランジャロッド３０８を燃料吸入弁３１０の開弁方向（図４の右方向）に付勢する。燃料吸入弁３１０はバルブシート３１２とバルブストッパ３１４との間に往復動可能に保持されている。
燃料吸入弁３１０とバルブストッパ３１４との間には、燃料吸入弁付勢ばね３１５が配置されている。燃料吸入弁３１０は燃料吸入弁付勢ばね３１５によってバルブストッパ３１４から離れる方向に付勢される。燃料吸入弁３１０とプランジャロッド３０８の先端とは、互いに反対方向にそれぞれのばねで付勢されているが、プランジャロッド付勢ばね３１３の方が強いばねで構成してある。
そのため、プランジャロッド３０８が吸入弁付勢ばね３１５の力に抗して燃料吸入弁３１０がバルブシートから離れる方向に押し付け、結果的に燃料吸入弁３１０をバルブストッパ３１４に押し付けている。
プランジャロッド３０８は、電磁弁ソレノイド３０１に通電されていないときにはプランジャロッド付勢ばね３１３によりプランジャロッド３０８を介して、燃料吸入弁３１０を開弁する方向に付勢され、燃料吸入弁３１０は開弁位置に維持される。
次に、図５〜図６を用いて、高圧燃料ポンプ１０８の基本的な動作を説明する。図５は、図３に示す高圧燃料ポンプ１０８の動作タイミングチャートである。図６Ａ〜図６Ｃは、図３に示す高圧燃料ポンプ１０８のプランジャロッド３０８及び燃料吸入弁３１０の動作を示す模式図である。
図５の吸入行程（Ｉ）の状態では、図６Ａに示すように、ピストンプランジャ３０５の下降に伴い、燃料加圧室３０３の容積が拡大する。このとき燃料吸入弁３１０は開弁しているため、燃料吸入口３０２から燃料加圧室３０３に燃料が流入する。
図５の加圧工程（Ｐ）の状態では、図６Ｂに示すように、ピストンプランジャ３０５の上昇に伴い、燃料吸入弁３１０が閉弁すると、燃料加圧室３０３内の燃料は昇圧され、図６Ｃに示すように、燃料吐出弁３０６を通過してコモンレール１１７へ吐出される。この加圧行程中に燃料吸入弁３１０が開弁していると、その間、燃料は燃料吸入口３０２側へスピル（溢流）され、燃料加圧室３０３内の燃料はコモンレール１１７側へは吐出されない。
このように、高圧燃料ポンプ１０８の燃料吐出は燃料吸入弁３１０の開閉によって操作され、燃料吸入弁３１０の開閉は、内燃機関制御ユニット１０１による電磁弁ソレノイド３０１への通電／非通電によって操作される。
さらに、燃圧センサ２０４の信号に基づき、内燃機関制御ユニット１０１にて適切な通電タイミングを演算し、電磁弁ソレノイド３０１を制御する。これにより、コモンレール１１７内の燃料圧力を目標値にフィードバック制御させることができる。
次に、図７を用いて、内燃機関制御ユニット１０１の機能を説明する。図７は、図１に示す内燃機関制御ユニット１０１の制御を説明するためのブロック図である。
内燃機関制御ユニット１０１は、燃圧入力処理部７０１、目標燃圧算出部７０２、ポンプ制御角度算出部７０３、ポンプ制御DUTY算出部７０４、ポンプ状態遷移判定部７０５、ソレノイド駆動部７０６から構成される。
燃圧入力処理部７０１は、燃圧センサ２０４からの信号をフィルタ処理し、実燃圧（計測燃料圧力）をポンプ制御角度算出部７０３へ出力する。目標燃圧算出部７０２は、エンジン回転数と負荷からその動作点に最適な目標燃圧を算出し、算出された目標燃圧をポンプ制御角度算出部７０３へ出力する。ポンプ制御角度算出部７０３は、燃圧入力処理部７０１及び目標燃圧算出部７０２からの入力値に基づいて、高圧燃料ポンプ１０８の吐出流量を制御するための位相パラメータ（通電開始角度、通電終了角度）を演算し、演算された位相パラメータをソレノイド駆動部７０６に出力する。
ポンプ制御DUTY算出部７０４は、運転状態（エンジン状態量）に基づいて、ポンプ駆動信号であるデューティ信号のパラメータ（初期通電時間、Ｄｕｔｙ比）を演算し、演算したデューティ信号のパラメータをソレノイド駆動部７０６に出力する。ポンプ状態遷移判定部７０５は、筒内噴射エンジン１の状態を判定し、ポンプ制御モードを遷移させるため、判定された状態（制御状態）をソレノイド駆動部７０６に出力する。ソレノイド駆動部７０６は、ポンプ制御角度算出部７０３、ポンプ制御DUTY算出部７０４、及びポンプ状態遷移判定部７０５からの入力値に基づいて、電磁弁ソレノイド３０１に前記デューティ信号から生成される電流を与える。
次に、図３、図４および図５に基づき、本実施形態の動作を説明する。
ピストンプランジャ３０５が下降している間が吸入行程である。ピストンプランジャ３０５が上死点を通過すると、ピストンプランジャ３０５の下降運動によって燃料加圧室３０３の容積は増加し、圧力が減少する。燃料加圧室３０３の圧力による燃料吸入弁３１０の閉弁力は消滅するとともに、差圧による開弁力が発生する。
このとき電磁弁ソレノイド３０１の電流値はゼロ、またはゼロ近傍に維持されているため、磁気吸引力は発生せず、プランジャロッド３０８は燃料吸入弁３１０を開弁方向へ付勢し続け、一緒に開弁方向へ移動開始する。プランジャロッド３０８は燃料吸入弁３１０とは別部材で構成されているが、燃料吸入弁３１０と一緒に開弁方向へ移動する。
ピストンプランジャ３０５が上昇している間が加圧行程である。ピストンプランジャ３０５が下死点位置にあるとき、燃料加圧室３０３内には燃料が充填されており、電磁弁ソレノイド３０１は非通電状態にある。プランジャロッド３０８はプランジャロッド付勢ばね３１３の付勢力により、燃料吸入弁３１０を開弁方向に付勢する。
ピストンプランジャ３０５が上昇を開始すると、電磁弁ソレノイド３０１はエンジンの運転状態に応じて、所定期間、非通電状態を維持する。燃料吸入弁３１０が開弁状態に維持される間、燃料加圧室３０３に吸入された燃料はスピル（溢流）される。スピルする期間が長いほど、ポンプが圧縮する流量は減ることになる。内燃機関制御ユニット１０１は、この燃料スピル期間の長さを調整することにより、高圧燃料ポンプが圧縮する燃料の量を調整する。
スピル状態から加圧状態に推移するにあたり、内燃機関制御ユニット１０１は電磁弁ソレノイド３０１に通電する。電磁弁ソレノイド３０１に流れる電流は、ソレノイド固有のインダクタンスによって遅れを伴い上昇する。電流の上昇に伴い磁気吸引力も上昇し、磁気吸引力がプランジャロッド付勢ばね３１３の付勢力よりも大きくなると、プランジャロッド３０８が移動を開始する。プランジャロッド３０８が固定コア３１６に衝突すると、プランジャロッド３０８は移動を完了する。
電磁弁ソレノイド３０１に通電する閉弁指令電流は、磁気吸引力がプランジャロッド付勢ばね３１３の付勢力よりも大きくなるように設定されるが、必要以上に過度な電流を与えると過度な発熱が生じる。本実施形態では電流制御回路を適用し、発熱量を低減している。一方、電流制御回路を用いなくても、予め所定の電流に達するであろうタイミングを設定して、電流供給量をデューティ制御しても同様の効果を得ることは可能である。
ここで、内燃機関制御ユニット１０１は、燃料吸入弁３１０を閉弁するため電磁弁ソレノイド３０１へ第１の電流を印加する第１制御部として機能する。
プランジャロッド３０８が固定コア３１６側に引き寄せられると、吸入弁３１０はプランジャロッド３０８との係合が解除される。そのため、吸入弁３１０は、吸入弁付勢ばね３１５の付勢力、及び燃料流によって発生する流体力により、閉弁方向に移動開始する。
吸入弁３１０がバルブシート３１２に接触すると閉弁状態となる。このとき、プランジャロッド３０８の吸入弁３１０への係合は完全に解除されており、プランジャロッド３０８の先端と吸入弁３１０の底部平面部との間には空隙が形成される。
なお、吸入弁３１０とプランジャロッド３０８は別部材で構成されているため、プランジャロッド３０８の移動速度が吸入弁３１０の移動速度よりも速ければ、プランジャロッド３０８と吸入弁３１０は離間する場合もある。一方、逆にプランジャロッド３０８の移動速度が相対的に遅ければ、吸入弁３１０と一緒に移動する場合もある。
引き続き、ピストンプランジャ３０５が上昇すると、燃料加圧室３０３の容積が減少し、図５の加圧行程期間（Ｐ）に示すように燃料加圧室３０３内の圧力が上昇する。燃料加圧室３０３内の圧力が燃料吐出口３０４の圧力よりも高くなると、燃料吐出弁３０６が開き燃料吐出口３０４から燃料が吐出する。
圧縮行程中のあるタイミングで電磁弁ソレノイド３０１に駆動電流を与えると、吸入弁３１０は閉弁し、燃料加圧室３０３内の燃料が加圧され、燃料吐出口３０４側へ吐出される。電磁弁ソレノイド３０１に駆動電流を与えるタイミングが早いと、加圧される燃料の容量が大きく、タイミングが遅いと、加圧される燃料の容量が小さくなる。よって、内燃機関制御ユニット１０１は吸入弁３１０を閉じるタイミングを制御することにより、高圧燃料ポンプ１０８の吐出流量を制御することができる。
プランジャロッド３０８が閉弁方向に移動中、または移動終了した領域では、供給電流を、閉弁指令電流よりも低い電流値まで下げることが可能である。プランジャロッド３０８が閉弁方向に移動中、または移動終了しているため、固定コア３１６とプランジャロッド３０８の対抗面間の磁気空隙は狭くなっている。そのため、閉弁指令電流値よりも低い電流値で、より大きな磁気吸引力を発生してプランジャロッド３０８を閉弁方向に吸引することが可能となる。このとき、プランジャロッド３０８を吸引保持できる程度以上であればよい（一般的には保持電流と称する）。このことにより、ソレノイドの発熱低減や、消費電力低減を図ることができる。
つづいて燃料加圧室３０３内の圧力が高い間に、電磁弁ソレノイド３０１の駆動電流をゼロまで下げる。これにより、固定コア２０６とアンカー２０７の対抗面間に発生していた磁気吸引力が無くなり、プランジャロッド３０８はプランジャロッド付勢ばね３１３の付勢力によって吸入弁３１０側へ移動を開始し、プランジャロッド３０８が吸入弁３１０の底部平面部に衝突するまで移動する。
このとき、燃料加圧室３０３内の圧力は高いため、吸入弁３１０には高い圧力がかかっており、プランジャロッド３０８に衝突されても開弁しない。すなわち、プランジャロッド３０８は、移動開始前に存在した空隙分だけ移動し、吸入弁３１０に衝突することとなる。このままの状態で吸入弁３１０とプランジャロッド３０８が衝突すると、衝突音による騒音が発生し、運転者等に不快感を与える。
次に、図８を用いて、高圧燃料ポンプ１０８の特徴的な動作を説明する。図８は、本発明の実施形態に係る内燃機関の高圧燃料供給装置に用いられる高圧燃料ポンプ１０８の動作タイミングチャートである。
プランジャロッド３０８が移動を開始した時点で、閉弁指令電流よりも低い電流値を電磁弁ソレノイド３０１に与える。すなわち、内燃機関制御ユニット１０１は、プランジャロッド付勢ばね３１３（弾性体）の付勢力によりプランジャロッド３０８が燃料吸入弁３１０に衝突する前に電磁弁ソレノイド３０１へ第２の電流を印加する第２制御部として機能する。一例として、第２の電流を印加するタイミングは、閉弁指令電流（第１の電流）を遮断してから所定の時間が経過したときである。なお、所定の時間は、実験値などに基づいて設定される。
そうすると、固定コア３１６とプランジャロッド３０８の対抗面間には磁気吸引力が発生し、開弁方向へ移動するプランジャロッド３０８の速度を弱める。これにより、ブランジャロッド３０８が燃料吸入弁３１０に衝突する速度を緩和することができる。その結果、ブランジャロッド３０８が燃料吸入弁３１０に衝突する時に発生する騒音を低減することができる。
ここで、与える電流値が大きすぎると、プランジャロッド３０８の勢いを弱めるどころか、逆に閉弁方向に移動させてしまう。従って、与える電流値はある程度低い値である必要がある。その目安としては、少なくとも閉弁指令電流のピーク電流よりも低いことが望ましい。すなわち、第２の電流の電流値は、閉弁指令電流（第１の電流）の最大値を示すピーク電流値より小さい。
また、図８に示すように、内燃機関制御ユニット１０１は、閉弁指令電流（第１の電流）を遮断し、電磁弁ソレノイド３０１の電流を０とする第３制御部として機能する。これにより、電流遮断時にプランジャロッド３０８が固定コア３１６から離れやすくなる。また、電磁弁ソレノイド３０１の消費電力を抑制することができる。
前述の制御方法は、特に静粛性が求められる車両のアイドリング状態などで特に有効であるため、アイドリング状態のような特定の条件でのみ適用しても良い。
本実施形態によれば、吸入工程中におけるプランジャロッド３０８の衝突速度を低減して、プランジャロッド３０８の衝突騒音を精度良く低減することができる。
（第１の変形例）
本変形例では、内燃機関制御ユニット１０１（位置検出部）は、プランジャロッド３０８の位置を検出する。
詳細には、例えば、内燃機関制御ユニット１０１は、図８に示す電流を印加した場合の時間とプランジャロッド３０８の位置（変位）との関係を内燃機関制御ユニット１０１の内蔵メモリ（記憶装置）に記憶しておく。内燃機関制御ユニット１０１（位置検出部）は、電磁弁ソレノイド３０１の電流の測定値に基づいて、プランジャロッドの位置を検出する。
内燃機関制御ユニット１０１は、プランジャロッド３０８の位置がプランジャロッド３０８と燃料吸入弁３１０が衝突する位置を示す衝突位置に達する前に電磁弁ソレノイド３０１へ第２の電流を印加する。詳細には、例えば、プランジャロッド３０８の位置が衝突位置から所定距離以内になったときに、内燃機関制御ユニット１０１は、電磁弁ソレノイド３０１へ第２の電流を印加する。
なお、本変形例では、図８に示す関係を内燃機関制御ユニット１０１の内蔵メモリに記憶しているが、外部メモリ（記憶装置）に記憶してもよい。
（第２の変形例）
本変形例では、内燃機関制御ユニット１０１（推定部）は、閉弁指令電流（第１の電流）を遮断した後、時間経過に伴う電磁弁ソレノイド３０１の電圧の測定値から変曲点を検出し、変曲点における時間でのプランジャロッド３０８の位置を衝突位置と推定する。
ここで、図９を用いて、電圧の変曲点と衝突位置の関係を説明する。図９は、時間経過に伴うプランジャロッド３０８の変位と電磁弁ソレノイド３０１の電圧の関係を示す図である。
プランジャロッド３０８が燃料吸入弁３１０に衝突すると、プランジャロッド３０８の加速度が急変する。これにより、電磁弁ソレノイド３０１の磁気抵抗が急激に変化する。
磁気抵抗が急激に変化すると、電磁弁ソレノイド３０１の磁束が急激に変化する。その結果、電磁弁ソレノイド３０１の電圧に変曲点が現れる。
つまり、図９に示すように、変曲点における時間ｔ１でのプランジャロッド３０８の位置（変位）を衝突位置と推定することができる。
内燃機関制御ユニット１０１は、推定された前記衝突位置を用いて第２の電流を印加するタイミングを決定する。詳細には、例えば、プランジャロッド３０８の位置が推定された衝突位置から所定距離以内になったときに、内燃機関制御ユニット１０１は、電磁弁ソレノイド３０１へ第２の電流を印加する。
本変形例では、電磁弁ソレノイド３０１の電圧の変曲点に基づいて、衝突位置を推定しているが、電磁弁ソレノイド３０１の電流の変曲点に基づいて、衝突位置を推定してもよい。
また、推定された衝突位置の統計値（平均値、中央値、最頻値など）を用いて第２の電流を印加するタイミングを決定してもよい。
（第３の変形例）
本変形例では、内燃機関制御ユニット１０１は、吸入弁の速度と相関のある温度が高くなるにつれて、第２の電流を小さくする（低くする）。すなわち、吸入弁の速度と相関のある温度に応じて、第２の電流の電流値を補正する。
ここで、吸入弁の速度と相関のある温度は、例えば、冷却水の温度、潤滑油の温度、又は燃料の温度である。
（第４の変形例）
本変形例では、内燃機関制御ユニット１０１は、図１０に示すように、燃圧が高くなるにつれて、第２の電流を大きくする（高くする）。すなわち、燃圧に応じて、第２の電流の電流値を補正する。
プランジャロッド３０８の周辺の燃圧により、プランジャロッド３０８が図６Ｂの位置から図６Ｃの位置へ移動する速度が変化するからである。
（第５の変形例）
本変形例では、内燃機関制御ユニット１０１は、図１１に示すように、エンジン回転数が高くなるにつれて、第２の電流を大きくする（高くする）。すなわち、エンジン回転数に応じて、第２の電流の電流値を補正する。
エンジン回転数が高いほど、相対的に制御可能な時間が短くなるため、短時間に大きい電流を与える必要があるからである。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…筒内燃料噴射式内燃機関
１０１…内燃機関制御ユニット（制御装置）
１０１ａ…Ｉ／Ｏ用ＬＳＩ
１０１ａ−１…Ａ／Ｄ変換器
１０１ａ−２…駆動回路
１０１ｂ…ＣＰＵ
１０２…エアクリーナ
１０３…エアフロセンサ
１０４…電制スロットル弁
１０５…吸気管
１０６…燃焼室
１０７…スルットルセンサ
１０８…高圧燃料ポンプ
１０９…燃料噴射弁（インジェクタ）
１１０…点火コイル
１１１…点火プラグ
１１５…クランク軸
１１６…クランク角センサ
１１７…コモンレール
１１８…吸気温度センサ
１１９…吸気弁
１２０…カム軸
１２１…カム角センサ
１２２…排気弁
１２３…排気管
１２４…シリンダ（気筒）
１２５…ピストン
１２５ａ…ピストン冠面
１２６…触媒
１２７…燃料タンク
１２８…低圧燃料ポンプ
１２９…触媒
２０２…水温センサ
２０３…空燃比センサ
２０４…燃圧センサ
２０５…油温センサ
２０７…ノックセンサ
３０１…電磁弁ソレノイド
３００…電磁弁
３０２…燃料吸入口
３０３…燃料加圧室
３０５…ピストンプランジャ
３０４…燃料吐出口
３０６…燃料吐出弁
３０７…ポンプ駆動カム
３０９…リフタ
３１１…バルブハウジング
３１３…プランジャロッド付勢ばね
３０８…プランジャロッド
３１０…燃料吸入弁
３１２…バルブシート
３１４…バルブストッパ
３１５…燃料吸入弁付勢ばね
３１６…固定コア

Claims (11)

  1. 吸入弁、前記吸入弁と別体に形成されるプランジャロッド、前記プランジャロッドを前記吸入弁の開弁方向に付勢する弾性体、及び通電時に前記プランジャロッドを前記吸入弁の閉弁方向に吸引するソレノイドを有する高圧燃料ポンプと、
    前記吸入弁を閉弁するため前記ソレノイドへ第１の電流を印加する第１制御部、及び前記弾性体の付勢力により前記プランジャロッドが前記吸入弁に衝突する前に前記ソレノイドへ第２の電流を印加する第２制御部を有する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第１の電流を遮断した後、時間経過に伴う前記ソレノイドの電圧の測定値の変曲点を検出し、前記変曲点から前記吸入弁の全閉時に前記プランジャロッドと前記吸入弁が衝突する位置を示す衝突位置を推定し、推定された前記衝突位置から前記ソレノイドへ第２の電流を印加するタイミングを決定する
    ことを特徴する内燃機関の高圧燃料供給装置。
  2. 請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記第２の電流の電流値は、
    前記第１の電流の最大値を示すピーク電流値より小さい
    ことを特徴する内燃機関の高圧燃料供給装置。
  3. 請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記制御装置は、
    前記第１の電流を遮断し、前記ソレノイドの電流を０とする第３制御部をさらに有する
    ことを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
  4. 請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記制御装置は、
    前記プランジャロッドの位置を検出する位置検出部をさらに有し、
    前記第２制御部は、
    前記プランジャロッドの位置が前記プランジャロッドと前記吸入弁が衝突する位置を示す衝突位置に達する前に前記ソレノイドへ第２の電流を印加する
    ことを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
  5. 請求項４に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記位置検出部は、
    前記ソレノイドの電流又は電圧の測定値に基づいて、前記プランジャロッドの位置を検出する
    ことを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
  6. 請求項３に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記制御装置は、
    前記第３制御部が前記第１の電流を遮断した後、時間経過に伴う前記ソレノイドの電圧の測定値から変曲点を検出し、前記変曲点における時間での前記プランジャロッドの位置を前記衝突位置と推定する推定部をさらに有し、
    前記第２制御部は、
    推定された前記衝突位置を用いて前記第２の電流を印加するタイミングを決定する
    ことを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
  7. 請求項６に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記第２制御部は、
    推定された前記衝突位置の統計値を用いて前記第２の電流を印加するタイミングを決定する
    ことを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
  8. 請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記第２制御部は、
    前記吸入弁の速度と相関のある温度が高くなるにつれて、前記第２の電流を小さくする
    ことを特徴とする内燃機関の高圧燃料供給装置。
  9. 請求項８に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記温度は、
    冷却水の温度、潤滑油の温度、又は燃料の温度である
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  10. 請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記第２制御部は、
    燃圧が高くなるにつれて、前記第２の電流を大きくする
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  11. 請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
    前記第２制御部は、
    エンジン回転数が高くなるにつれて、前記第２の電流を大きくする
    ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
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