(57)【要約】【課題】  燃料ポンプの駆動に起因する騒音と、インジェクタ駆動に起因する騒音のタイミングが重複することを避けること。【解決手段】  重複が予想される特定のタイミング、あるいは重複すると判定される特定のタイミングにおいて、ポンプ駆動信号を間引く、またはタイミングを前後にずらす。【選択図】  図２
2006161661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムの回転によりプランジャを往復運動させて加圧室で加圧した燃料を、燃料を蓄圧してインジェクタに供給するコモンレールに圧送するとともに、前記加圧室から低圧通路側へ戻す燃料を調量する可変容量制御機構の駆動タイミングを制御して前記加圧室の燃料の一部を前記低圧通路側に戻して吐出流量を制御する可変容量式燃料ポンプの制御装置において、
前記インジェクタの駆動タイミングと前記可変容量制御機構の駆動タイミングとが、所定の時間よりも長い時間間隔を有するように、前記可変容量式燃料ポンプ側の駆動を制御することを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置において、前記所定の時間間隔は、前記インジェクタの作動音と前記可変容量制御機構の作動音とが重複しない時間間隔であることを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置において、前記インジェクタの駆動タイミングと前記可変容量制御機構の駆動タイミングとが所定の時間間隔内にある場合に、前記可変容量制御機構の駆動を無効にすることにより前記可変容量制御機構の駆動頻度を減らす制御を実行することを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置において、前記可変容量制御機構の駆動タイミングを周期的に変動させる制御を実行することを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置は、エンジンがアイドル運転状態において、前記可変容量式燃料ポンプ側の駆動制御を実行し、前記アイドル運転よりもエンジンの回転数が高い領域では前記駆動制御を停止することを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置は、前記可変容量式燃料ポンプから燃料を吐出する吐出回数を減らすとともに、１回あたりの吐出流量を増やして、前記コモンレール内の燃料圧力が内燃機関の１周期平均で略一定となるように前記可変容量式ポンプの吐出流量をフィードバックコントロールすることを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置において、タイミング判定回路を有し、前記燃料噴射装置と前記可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングが所定の時間範囲内であれば、そのタイミングにおける前記可変容量式燃料ポンプからの吐出を停止する制御を実行することを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の可変容量式燃料ポンプの制御装置において、前記可変容量制御機構に駆動信号を与えるタイミングを周期的に前後させることにより、前記可変容量式燃料ポンプからの吐出流量の増減を繰り返す制御を実行することを特徴とする可変容量式燃料ポンプの制御装置。
【請求項９】
駆動信号を与えるタイミングを変化させることによって吐出流量を変化させる構造を有する可変容量式燃料ポンプと、前記可変容量式燃料ポンプから圧送された燃料を蓄圧するコモンレールと、前記コモンレールに蓄圧された燃料を噴射するインジェクタと、前記可変容量式燃料ポンプ及び前記インジェクタに駆動信号を与える制御装置を備えた内燃機関の燃料供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記インジェクタの駆動タイミングと前記可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングとが、所定の時間よりも長い時間間隔を有するように、前記可変容量式燃料ポンプ側の駆動を制御することを特徴とする燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の高圧燃料ポンプの制御装置に係り、特に、内燃機関の騒音を低減する高圧燃料ポンプの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カムの回転によるシリンダとプランジャとの相対移動に基づき加圧室の容積を変化させて加圧室に燃料を吸入するとともに吸入した燃料を内燃機関の燃料噴射弁に向けて圧送する高圧燃料ポンプと、加圧室から燃料を流出させるスピル通路と加圧室との間の燃料通路を開閉するスピル弁とを備え、スピル弁の閉弁期間を制御して高圧燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料圧送量を調整する燃料ポンプの制御装置が知られている（特許文献１参照）。この装置では、内燃機関の低負荷時に、燃料圧送一回あたりの燃料噴射弁の燃料噴射回数を低減することにより、燃料圧送一回あたりの圧送量を少なくする。これにより、スピル弁の閉弁開始時期をカムの上死点寄りにすることができ、スピル弁の閉弁時におけるカム速度を小さくしてスピル弁の閉じる音を小さくできる。そして、燃焼音などの内燃機関自体の作動音が小さくなるアイドル運転中に、スピル弁の作動音が相対的に大きくなるのを抑制することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４１０８８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、高圧燃料ポンプ以外のエンジン構成機器との相関が考慮されていないため、エンジン構成機器同士の騒音が重複して、相乗効果により騒音が増大するという点について配慮されていない。
【０００５】
エンジンから発生する騒音は、高圧燃料ポンプに起因する騒音だけではなく、インジェクタ（燃料噴射弁）や動弁、燃焼に起因する騒音等もある。これらの騒音は単独ではさほど大きくなくても、タイミングが重複して発生することにより、相乗効果によって特に煩く感じられることがある。例えば、インジェクタと高圧燃料ポンプはそれぞれ駆動に伴い騒音（作動音）を発生することがあるが、それらの騒音が重複すると、人間の聴感として特に騒音が大きく感じられることがある。
【０００６】
インジェクタは、その駆動タイミングとエンジンの運転状態が密接に関わっており、駆動タイミングを任意に変更することは容易ではない。また、駆動タイミングを変化させることによって吐出流量を制御する構造の高圧燃料ポンプ（可変容量式燃料ポンプ）においては、駆動タイミングを変更すると吐出流量が変化して、所望のコモンレール圧力を維持できなくなる。
【０００７】
本発明は、エンジンを所望の運転状態に維持したまま、高圧燃料ポンプの駆動に起因する騒音と、インジェクタの動作に起因する騒音との同期を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、インジェクタの駆動タイミングと可変容量式燃料ポンプに設けられた可変容量制御機構の駆動タイミングとの間に所定の時間間隔を確保して駆動タイミングが重複しないようにするために、可変容量式燃料ポンプ側の駆動を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
インジェクタの駆動タイミングを維持してエンジンを所望の運転状態に維持したまま、インジェクタと可変容量式燃料ポンプの騒音（作動音）の同期を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態では、インジェクタの駆動タイミングと可変容量式燃料ポンプに設けられた可変容量制御機構の駆動タイミングとの間に所定の時間間隔を確保して駆動タイミングが重複しないようにするために、可変容量式燃料ポンプ側の駆動を制御する。こうすることにより、エンジンを所望の運転状態に維持したまま、インジェクタと可変容量式燃料ポンプの騒音（作動音）の同期を回避することができる。尚、可変容量制御機構はその駆動タイミングを制御することにより、可変容量式燃料ポンプの加圧室から低圧通路側へ戻す燃料を調量し、加圧室からの吐出流量を制御する機構である。
具体的には、可変容量式燃料ポンプの駆動回数を減らすことによって、インジェクタの駆動タイミングと可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングとの間に所定の時間間隔を確保する。このためには、インジェクタの駆動タイミングとの間に所定の時間間隔を確保できないタイミングにおいては、可変容量式燃料ポンプを非駆動とするとよい。または、可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングがインジェクタの駆動タイミングと重複する可能性のある時間間隔内にあるときに、可変容量式燃料ポンプを非駆動とするとよい。
可変容量式燃料ポンプの駆動とは、高圧側（コモンレール側）へ燃料を吐出することに相当し、燃料が高圧側（コモンレール側）へ吐出されるように可変容量制御機構を駆動（制御）することに相当する。また可変容量式燃料ポンプの駆動状態を非駆動にするとは、可変容量式燃料ポンプから高圧側（コモンレール側）への燃料の吐出を停止することに相当する。
または、インジェクタの駆動タイミングと可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングとの間に所定の時間間隔を確保するために、可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングを所定の時間間隔を確保できるように変更する。
さらに、非駆動または変更したタイミングの前後における可変容量式燃料ポンプの駆動では、エンジン１サイクルにおける可変容量式燃料ポンプの総吐出流量が変わらないように駆動タイミングを調整するとよい。こうすることにより、エンジン１サイクルにおける可変容量式燃料ポンプの総吐出流量の変化を抑制することができる。
また、コモンレール内の燃料圧力が時間平均で略一定となるように可変容量式燃料ポンプの吐出流量をフィードバックコントロールするとよい。こうすることにより、可変容量式燃料ポンプの駆動を行わないようにして可変容量式燃料ポンプの駆動回数を減らしても、自動的に可変容量式燃料ポンプの１回あたりの吐出流量を増やすことができるため、可変容量式燃料ポンプの所定時間内の吐出流量を確保することができる。
また、このような制御方法をエンジン（内燃機関）のアイドル運転状態において適用するとよい。アイドル運転時のようにエンジンの燃料消費量が少ない状態であれば、燃料噴射によるコモンレールの圧力低下が小さいため、コモンレールの圧力脈動が少ない状態で本制御方式を実施できる。
また、可変容量式燃料ポンプの駆動回数を減らすとともに、可変容量式燃料ポンプの１回毎の吐出流量を増やして、コモンレール内の燃料圧力がエンジンの１周期平均で略一定となるように可変容量式ポンプの吐出流量をフィードバックコントロールするとよい。こうすることにより、可変容量式燃料ポンプの吐出頻度を減らしても、エンジンの１周期間における燃料供給量は維持できる。
また、可変容量式燃料ポンプの駆動を特定のタイミングで周期的に間引くとよい。予め騒音が重複するタイミングがわかっていれば、重複判定手段を設けずに、間引くべき駆動信号を特定でき、コントローラが簡素化される。
また、タイミング判定回路を設け、インジェクタと可変容量式燃料ポンプの駆動タイミングを判定し、両タイミングが所定の時間範囲内であれば、騒音が重複すると判定し、そのタイミングにおいて可変容量式燃料ポンプを非駆動とするとよい。こうすることにより、確実に騒音の重複を回避することができる。
また、可変容量式燃料ポンプを非駆動とする手段として、制御装置は駆動信号を与えない、または、可変容量式燃料ポンプが十分に動作しない長さの駆動信号を与えるとよい。すなわち可変容量式燃料ポンプの応答時間に対して駆動信号の幅（時間）を短くして、可変容量式燃料ポンプが駆動を開始する前に駆動信号が消えるようする。
また、可変容量式燃料ポンプに駆動信号を与えるタイミングを周期的に前後させるとよい。こうすることにより、可変容量式燃料ポンプの吐出流量は周期的に増減を繰り返すが、所定時間内における総吐出流量を維持したまま可変容量式ポンプの駆動タイミングを変更でき、騒音の重複を回避することができる。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明する。
まず、図１を用いて本実施例の可変容量式燃料ポンプを用いた燃料供給システムの構成を説明する。ポンプ本体１には、燃料吸入通路１０、吐出通路１１、加圧室１２が形成されている。加圧室１２には、加圧部材であるプランジャ２が摺動可能に保持されている。吸入通路１０及び吐出通路１１には吸入弁５及び吐出弁６が設けられており、吸入弁５及び吐出弁６はばねにて一方向に保持され、燃料の流通方向を制限する逆止弁となっている。また、燃料吸入通路１０には低圧配管９が接続される。
【００１２】
可変容量制御機構８はポンプ本体１に保持されており、ソレノイドコイル９０、ロッド９１、ばね９２で構成される。ロッド９１は、可変容量制御機構８に駆動信号が与えられていない状態では、ばね９２によって、吸入弁５を開弁する方向に付勢力がかけられている。ばね９２の付勢力は、吸入弁５のばねの付勢力より大きく設定されており、可変容量制御機構８に駆動信号が与えられていない状態では、図１に示すように、吸入弁５は開弁状態となっている。
【００１３】
燃料はタンク５０から低圧ポンプ５１にてポンプ本体１の燃料吸入通路１０に、プレッシャレギュレータ５２によって一定の圧力に調圧されて導かれる。その後、ポンプ本体１にて加圧され、吐出通路１１からコモンレール５３に圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５４、圧力センサ５６、安全弁５８が装着されている。安全弁５８はコモンレール５３内の燃料圧力が所定値を超えた際に開弁し、高圧配管系の破損を防止する。
【００１４】
インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、コントローラ５７の信号に従って燃料を噴射する。圧力センサ５６は取得した圧力データをコントローラ５７に送る。
【００１５】
コントローラ５７は各種センサから得られるエンジン状態量（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、ポンプ１やインジェクタ５４を駆動するタイミング・流量を演算し、駆動信号を送る。コントローラ５７は、指令値を演算する上位コントローラと、直接的にポンプ・インジェクタに駆動信号を送るコントローラが別体となる構成の場合もあるが、これらを纏めた１つのユニットの構成であっても良い。
【００１６】
プランジャ２は、エンジンカムシャフト等により回転されるカム１００により、往復運動して加圧室１２内の容積を変化させる。
【００１７】
プランジャ２の吐出行程中に吸入弁５が閉弁すると、加圧室１２内の圧力が上昇し、これにより吐出弁６が自動的に開弁し、燃料をコモンレール５３に圧送する。
【００１８】
吸入弁５は、加圧室１２の圧力が燃料導入口より低くなると自動的に開弁する。また、吐出行程中に可変容量制御機構８の係合が解除されると自動的に閉弁する。可変容量制御機構８は、コントローラ５７より駆動信号が与えられると、ソレノイドコイル９０に電流が流れて電磁場を発生し、ばね９２に付勢されているロッド９１を引き寄せる。そうすると、吸入弁５はロッド９１に係合されなくなり、吸入弁５はプランジャ２の往復運動に同期して開閉する自動弁となる。従って、吐出行程中は、吸入弁５は閉塞し、加圧室１２の容積減少分の燃料は、吐出弁６を押し開きコモンレール５３へ圧送される。
【００１９】
これに対し、可変容量制御機構８に駆動信号を与えないと、ばね９２の付勢力によりロッド９１は吸入弁５に係合し、吸入弁５を開弁状態に保持する。従って、吐出行程時においても加圧室１２の圧力は燃料導入口部とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁６を開弁することができず、加圧室１２の容積減少分の燃料は、吸入弁５を通り燃料導入口側へ戻される。よって、ポンプ吐出流量を０とすることができる。
【００２０】
また、吐出行程の途中で可変容量制御機構８に駆動信号を与えると、ロッド９１が変位し、吸入弁５との係合が解除されて閉弁し、吐出行程の途中からコモンレール５３へ燃料が圧送される。一度圧送が始まれば加圧室１２内の圧力は上昇するため、その後、可変容量制御機構８の駆動信号を切っても吸入弁５は閉塞状態を維持し、吸入行程の始まりと同期して自動開弁する。このようにして、可変容量制御機構８に駆動信号を与えるタイミングを調節すると、吐出流量を０から最大吐出量の範囲で可変に調節することができる。
【００２１】
また、圧力センサ５６の信号に基づき、コントローラ５７にて適切な吐出タイミングを演算し可変容量制御機構８に駆動信号を与えることにより、コモンレール５３の圧力を略一定値に保つことができる。
【００２２】
次に本発明の制御方法で高圧燃料ポンプの可変容量制御機構８を駆動した例を、図２乃至図３を用いて説明する。
【００２３】
図２は、前述の燃料供給システムにおける駆動タイミングチャートの例を示す。最上段の「プランジャ変位」は図１におけるプランジャ２の動作を示す。上昇行程が加圧行程を示し、下降行程が吸入行程を示す。図１においてプランジャ２を駆動するカム１００は山を３つ有するため、プランジャ２は、カム軸１回転につき３回往復動する。図２ではプランジャが６往復しており、カム軸２回転分（エンジン２サイクル分）の時間範囲を示す。「ポンプ駆動信号」がコントローラ５７より演算されたタイミングで与えられ、「ポンプロッド変位」に示すようにロッド９１が変位する。ロッド９１は非通電状態では吸入弁５に係合して開弁保持する位置「開」にあり、通電状態では吸入弁５に係合せず、閉弁させる位置「閉」にある。加圧行程のあるタイミングでロッド９１が閉弁位置に変位すると、吸入弁５は閉弁して、ポンプ吐出が開始され、コモンレール圧力が上昇する。図中に示す吐出期間ａ’の間に、燃料が吐出される。ポンプ駆動信号を与えるタイミングが早いと吐出流量は多く、遅いと吐出流量は少ない。コントローラ５７はインジェクタ５４が必要とする燃料供給量に応じて、ポンプ駆動信号を与えるタイミングを制御する。
【００２４】
インジェクタ５４はエンジンの気筒数に応じてあり、図１に示す実施例においては４気筒エンジンのため４本ある。これらはエンジン１サイクル（＝カム軸１回転）につき１回駆動され、コントローラ５７はエンジン１サイクルにつき延べ４回インジェクタに駆動信号を与える。これらインジェクタ駆動信号を「ＩＮＪ駆動信号」に示す。コントローラは燃料噴射が必要なタイミングと、必要な噴射量を演算して、それぞれ駆動信号を与えるタイミングと長さを調節することにより、インジェクタ５４を制御する。
【００２５】
ところで、コントローラ５７がポンプ駆動信号をＯＮ／ＯＦＦするとロッド９１が変位し、ストローク終端でストッパ９３または９４に当たり、振動や騒音を発生する場合がある。この騒音は衝突音であり、作動音の一種である。同じく、インジェクタ５４についても、駆動信号をＯＮ／ＯＦＦするとインジェクタの動作に基づき振動や騒音が発生する場合がある。この騒音は弁体が弁座やストッパと衝突する衝突音であり、作動音の一種である。これらのＯＮ／ＯＦＦ時の振動・騒音の大きさは必ずしも同じ大きさとは限らない。例えばポンプに関しては、ＯＮ時に電磁気力でロッド９１を動作し、ＯＦＦ時にばね９２で動作するため、衝突エネルギーの大きさはそれぞれ異なる可能性がある。また、インジェクタに関しても、ＯＮ時は電磁気力で噴射弁を開弁操作し、ＯＦＦ時はばね力と燃料圧力によって閉弁操作するため、衝突エネルギーの大きさはそれぞれ異なる可能性がある。本実施例の工夫点は、ポンプ騒音のピーク値と、インジェクタ騒音のピーク値が重ならないように制御することである。例えば、ポンプのＯＮ動作、インジェクタのＯＮ動作に起因する振動・騒音が大きい場合は、それらのタイミングが重複しないように制御する必要がある。あるいは、ポンプのＯＦＦ動作、インジェクタのＯＦＦ動作に起因する振動・騒音が大きい場合は、それらのタイミングが重複しないように制御する必要がある。本実施例では、ポンプのＯＮ動作に起因する振動・騒音と、インジェクタのＯＦＦ動作に起因する振動・騒音が大きいと仮定して、それらの重複を回避する方法を述べる。
【００２６】
図２の下から２段目に、騒音を音圧波形として示す。例えばポンプ駆動信号９１０１が与えられると、ロッド変位９１０２に示すようなタイミングでロッド９１が変位する。ロッド９１が「閉」位置でストッパ９３に衝突すると、振動・騒音（衝突音又は作動音）が発生し、ポンプ駆動騒音９１０３が発生する。ポンプ駆動信号ＯＦＦ時にも振動・騒音（衝突音又は作動音）は発生するが、本実施例では前述の通り支配的でないと仮定し、ＯＮ動作にのみ着目して説明する。インジェクタについては、ＯＮ動作よりもＯＦＦ動作に伴う騒音（衝突音又は作動音）の方が大きいと仮定して、ＯＮ動作に伴う騒音に着目して説明する。インジェクタ駆動信号５４０１が与えられると、インジェクタの弁体が変位し、インジェクタ駆動騒音５４０２が発生する。図中では、インジェクタ駆動信号ＯＦＦ後のタイミングでインジェクタ駆動騒音５４０２が発生する。
【００２７】
エンジンの高速運転時（高負荷運転時）には、ポンプのプランジャ２は２００回／秒以上で往復運動する。この往復運動に合わせてロッド９１を高速応答させるため、電磁気力をばね９２の付勢力に対して十分に大きくする必要がある。そのためアイドル運転などの低速運転時（低負荷運転時）にも大きな衝突力が発生し、エンジン音が小さい分、エンジン音が大きいときと比較して騒音（衝突音又は作動音）が大きく聞こえる。尚、アイドル運転などの低速運転時には、ポンプのプランジャ２は１５回／秒程度で往復運動する。電磁気力とばね不勢力との関係における騒音発生原因はインジェクタも同様である。
【００２８】
本実施例における制御方式では、コントローラ５７はポンプ駆動信号を３回に一回、周期的に間引く。間引かれないで駆動されるプランジャサイクル（１）（２）（４）（５）では、ポンプ駆動に起因する騒音は、インジェクタ駆動に起因する騒音と重複しないで発生する。一方、ポンプ駆動信号が間引かれたプランジャサイクル（３）では当然ながら、ポンプロッド変位による動作音は発生しない。そのため、これらのプランジャサイクル（３）ではインジェクタ騒音にポンプ騒音が重なることはない。もし、これらのサイクルで駆動信号を間引かなかった場合の駆動信号の位置を点線で示す。これらの点線で示したタイミングで駆動した場合、インジェクタ騒音と、ポンプ騒音のタイミングが重複して、エンジン騒音が特に大きく聞こえる場合がある。尚、プランジャサイクル（６）では駆動信号を間引く替わりに駆動信号の幅を狭くして、ロッド９１が動作しないようにしている。これについては後で説明する。本実施例では、予め重複することがわかっているサイクルを特定しておいて、駆動信号を省いたことを特徴とする。なお、ポンプの吐出回数を減らして、且つ、ポンプ１回あたりの吐出流量を増やすことにより、エンジン１サイクルあたりの総流量を維持することを特徴とする。
【００２９】
図３は、ポンプ３回分の吐出量を、２回で吐出した場合のタイミングチャートの例である。比較のため、３回で吐出したタイミングチャートを図４に示す。
【００３０】
図４において、ポンプ駆動信号はコントローラ５７によって演算されたあるタイミング（この図においては、サイクル（１）の上死点から時間Ｔｐ後）に与えられる。図２では詳細を省略したが、ポンプ駆動信号が与えられた後、ポンプロッドが変位するまでに、応答遅れ時間ΔＴｐが存在する。応答遅れ時間ΔＴｐ後にロッド９１が変位して、吸入弁５が閉弁し、加圧行程の残りのストロークＹに相当する燃料が吐出される。この図中においては、インジェクタが４回、燃料ポンプが３回駆動され、最後の１回（プランジャサイクル（３））において、インジェクタ駆動に起因する騒音と、ポンプ駆動に起因する騒音のタイミングが重複して、騒音レベルが大きくなっていることが示されている。もし、この重複を避けるために、プランジャサイクル（３）におけるポンプ駆動信号を前あるいは後ろのタイミングに変更すると、燃料ポンプの吐出流量が増える、または減るため、コモンレール５３の圧力が所望の値を維持できなくなる。この問題を解決する制御方法として、図４と同等の燃料吐出を、２回の吐出で賄う方法がある。
【００３１】
図３に、それを実施したタイミングチャートを示す。この場合、図４と比較して、理論的に１回あたりの吐出量は３／２＝１．５倍となり、ポンプ駆動信号を与えるタイミングは前倒しになる。加圧されるストロークＹ‘は、図３に示すストロークＹの１．５倍となる。実際にはポンプの容積効率を考慮して、関係は（数１）のようになる。
【００３２】
η‘×Ｙ’＝η×Ｙ×1.5              （数１）
式中に示すη‘とηは、図３と図４における、プランジャの単位リフト量あたりの容積効率である。
【００３３】
ここで、図４に記載のパラメータを用いて、騒音の発生するタイミングについて記す。ポンプの駆動信号があるタイミングで与えられると、応答遅れ時間ΔＴｐ後にポンプロッドが変位し、ストッパ部材９３に衝突して振動・騒音を発生する。また、駆動信号を解除すると、ポンプロッドは戻り、ストッパ９４に衝突する。ポンプの駆動信号をＯＦＦ操作する場合にも振動・騒音は発生するが、先述の通り、本実施例においては、ＯＮ時に発生する衝撃の方がＯＦＦ時に発生する衝撃よりも大きいことと仮定して、駆動信号をＯＮしたときに発生する振動・騒音のみに着目する。図４に示すプランジャサイクル（１）の上死点を基準として、基準より時間Ｔｐ後にポンプ駆動信号をＯＮ操作することとする。以上のように仮定すると、ポンプ駆動に起因する騒音が発生するタイミングは、基準より（数２）に示す時間後になる。
【００３４】
Ｔｐ＋ΔＴｐ              （数２）
インジェクタについても同様の考察をする。インジェクタの場合は、先述の通り、駆動信号ＯＦＦ時の振動・騒音の方が大きいこととして、ＯＦＦ時の振動・騒音について着目する。インジェクタ駆動信号のＯＦＦ操作に起因する振動・騒音が発生するタイミングは、インジェクタ駆動信号をＯＦＦしてから、遅れ時間ΔＴｉ後に噴射弁が変位するタイミングである。プランジャサイクル（１）の上死点を基準として、インジェクタ駆動信号をＯＮするまでの時間をＴｉ、インジェクタ駆動信号の長さをＰとすると、インジェクタ駆動に起因する騒音が発生するタイミングは、基準より（数３）に示す時間後になる。
【００３５】
Ｔｉ＋Ｐ＋ΔＴｉ          （数３）
従って、ポンプに起因する騒音と、インジェクタに起因する騒音が発生するタイミングの時間差εは、（数４）のようになる。
【００３６】
ε＝｜（Ｔｉ＋Ｐ＋ΔＴｉ）−（Ｔｐ＋ΔＴｐ）｜          （数４）
時間差εが微小であると、騒音が重複し、人間の聴感として特に騒音が大きく感じられる。図４に示すプランジャサイクル（３）においては、時間差εが微小であり、騒音音圧が大きくなる。それを回避することを目的として、図３に示す実施例では、プランジャサイクル（１）（２）の流量を１．５倍増やして、プランジャサイクル（３）にポンプ駆動信号を与えない制御を施した。そうすることにより、図４でみられた騒音の重複を回避できる。
【００３７】
騒音が重複する判定は、（数４）を変形して、
｜（Ｔｉ＋Ｐ＋ΔＴｉ）−（Ｔｐ＋ΔＴｐ）｜≦ε          （数５）
となる場合である。微小時間εは０または概ね0.1ms以内の時間であるが、これに限定するものではない。これは、音圧の周波数をｆ、音圧が減衰するのに要する振動回数ｎとして、例えば（数５）のようにして求めてもよい。
【００３８】
ε＝ｎ/ｆ                                      （数６）
例えば、音圧の周波数が30kHzであり、音圧が概ね減衰するまでに振動する回数が３回とすると、ε＝0.1msとなる
ΔＴｐ、ΔＴｉはポンプやインジェクタの駆動信号が与えられてから、騒音が発生するまでの時間として、予め計測することができる。
【００３９】
図５は、コントローラ５７が騒音の重複判定するための、タイミング判定処理のフローチャートである。ステップ３１０１では、例えば１０ms毎のように時間に同期した割込み処理が行われる。なお、該割込み処理は、クランク角度１８０°毎のように回転に同期したものでも良い。ステップ３１０２では、基準位置からポンプ駆動信号が与えられるタイミングＴｐ、基準位置からインジェクタ駆動信号が与えられるタイミングＴｉ、インジェクタ駆動信号の長さＰ、ポンプ騒音の応答遅れ時間ΔＴｐ、インジェクタ騒音の応答遅れ時間ΔＴｉ、騒音が発生するタイミングの時間差εを読み込む。インジェクタ駆動信号が与えられるタイミングＴｉと、インジェクタ駆動信号の長さＰは、エンジンの運転状態や運転者からの指令（アクセル開度など）によって、適切な値が演算される。また、ポンプ駆動信号が与えられるタイミングＴｐは、ポンプの要求流量に応じて決定される。指令値Ｔｐ、Ｔｉ、Ｐは、エンジン回転数、アクセル開度、駆動電圧、コモンレール圧力、車両速度などのパラメータを取得して、所定の演算やマップ参照を行うことにより決定される。また、遅れ時間ΔＴｐ、ΔＴｉや時間差εも同様にマップ参照値として決定することができる。遅れ時間ΔＴｐやΔＴｉは予め測定することができ、固定値、またはマップ参照値として与えることができる。
【００４０】
次に、ステップ３１０３において、騒音の間隔（（Ｔｉ＋Ｐ＋ΔＴｉ）−（Ｔｐ＋ΔＴｐ）｜）が微小時間εより小さいか比較する。ＹＥＳである場合は騒音が重複すると判定し、ＮＯであれば重複しないと判定する。次の割り込みタイミングまでに複数回ポンプが駆動される場合は、複数回分のポンプ、及びインジェクタの駆動信号に関するＴｐ、Ｔｉを取得して、演算してもよい。上記フローチャートで重複と判定された場合、そのタイミングでは駆動信号を与えないこととする。こうすることにより、確実に騒音重複を回避でき、エンジンの騒音を低減することができる。
【００４１】
本発明で示した制御方法は、エンジン負荷が低く、かつ、エンジン回転数が低い場合、特にアイドル回転数近傍において有効である。一般的に、エンジン騒音は、エンジン回転数が低い状態では小さい傾向がある。そのような状態において、ポンプとインジェクタの騒音重複を回避することにより、更なる騒音低減が図れる。本発明を低負荷・低速運転時に実施する効果として、高回転時の高出力を維持しながら、低回転時の騒音を低減することがある。
【００４２】
本発明の本質は、ポンプとインジェクタ駆動に伴う騒音が重複することを回避することにより、聴感上の騒音を低減することにある。その実施手段として、本実施例では、プランジャサイクル３回の内、特定の１回を休止させる例を示したが、特定の２回を休止させて騒音の重複を避けてもよい。また、エンジン１サイクルにつきポンプが最大２回吐出できる場合は、１回休止させてもよい。
【００４３】
また、図２の９１０５に示すように、ポンプを休止する手段として、駆動信号は与えるが、駆動するのに十分でない短さの信号を与える方法もある。
【００４４】
また、コントローラ５７が圧力センサ５６の値をフィードバック制御する燃料供給システムであれば、ポンプ吐出の休止に対する流量低下を自動で補償するため、本発明の実施が容易になる。
【実施例２】
【００４５】
図６は本発明の別の実施例であるタイミングチャートを示す。燃料供給システムの構成は図１に示すシステムと同様である。
【００４６】
プランジャサイクル（３）において、ポンプとインジェクタの騒音重複を避けるため、ポンプ駆動信号を与えるタイミングを前倒しにする。本発明を構成するポンプでは、駆動タイミングを前倒しにすると、吐出流量が増える。従って、騒音重複を避けるため、ポンプ駆動信号を与えるタイミングを前倒しにするだけでは、所望の吐出流量より多い燃料を吐出してしまい、コモンレール５３の燃料圧力の上昇を招く。
【００４７】
しかし、プランジャサイクル（１）または（２）でポンプ駆動信号を後倒しに与えて吐出流量を減らすことにより、プランジャサイクル（３）で多めに吐出した燃料を相殺して、エンジン１サイクルあたりの総燃料供給量としては所望の量を吐出することができる。エンジン１サイクル内においては、ポンプの燃料吐出量にばらつきがあるが、コモンレール５３が燃料を蓄圧するため、インジェクタ５４は圧力変動を軽減された状態で燃料を噴射することができる。
【００４８】
このように、ポンプ駆動信号を与えるタイミングを、１エンジンサイクル内で変動させることにより、騒音の重複を避けることができ、かつ、エンジンサイクル内の総燃料供給量を所望の値に制御することができる。この制御モードにおいては、ポンプの駆動信号が不等間隔、またはポンプ圧送１回あたりの圧力上昇の大きさにばらつきがある、等の現象が観察される。
【実施例３】
【００４９】
図７に別の実施例の図を示す。
【００５０】
燃料ポンプ１ａはプランジャ２ａを往復運動させることにより吸入吐出を繰り返し、流量制御機構８ａを制御して、高圧側に吐出する燃料の量を制御する。流量制御機構８ａは、吸入弁５ａとロッド９１ａが一体構造となっており、ばね９２ａによって開弁方向に付勢されている。コントローラ５７ａから流量制御機構８ａに駆動信号が与えられない場合は、吸入弁５ａはばね９２ａの付勢力によって開弁保持され、燃料ポンプ１ａは燃料を加圧しない。コントローラ５７ａから駆動信号が与えられた場合は、磁気吸引力によって吸入弁５ａが閉弁位置へ付勢され、ポンプ室１２ａで燃料を加圧する。
【００５１】
このような構成のシステムは、加圧行程中にポンプ駆動信号を与えるタイミングを変化させることにより、吐出流量を変化させることができる点において、前述の実施例１乃至２に示した構成のシステムと制御方法が類似である。従って、前述の実施例で示したような、制御方法を適用することができる。
【００５２】
具体例として、図３を用いて、実施例１に示した制御方法を適用した例を述べる。
【００５３】
図３の「プランジャ変位」が、プランジャ２ａの変位を示す。「ポンプ駆動信号」は、コントローラ５７ａから流量制御機構８ａに与えられる駆動信号であり、「ポンプロッド変位」はロッド９１ａ及び吸入弁５ａの変位を示す。ここで、吸入弁５ａは、駆動信号がない場合はばね９２ａの付勢力によって開弁位置に保持され、駆動信号がある場合はソレノイドコイル９０ａの発生する磁気により、閉弁位置へ付勢される。
【００５４】
「ＩＮＪ（インジェクタ）駆動信号」は前述の実施例と同じくインジェクタ５４ａへ与えられる駆動信号であり、「ＩＮＪ弁変位」はその弁変位である。「ポンプ駆動信号」がコントローラ５７ａより演算されたタイミングで与えられ、「ポンプロッド変位」に示すようにロッド９１ａ及び吸入弁５ａが変位する。吸入弁５ａは非通電状態ではばね９２ａに付勢され開弁保持され、通電状態ではソレノイドコイル９０ａの発生する磁気により閉弁位置に保持される。
【００５５】
加圧行程のあるタイミングで吸入弁５ａを閉弁させると、ポンプ吐出が開始され、コモンレール５３ａ内の圧力が上昇する。ポンプ駆動信号を与えるタイミングが早いと吐出流量は多く、遅いと吐出流量は少なく制御できる。コントローラ５７ａはインジェクタ５４ａが必要とする燃料供給量に応じて、ポンプ駆動信号を与えるタイミングを制御する。
【００５６】
ところで、コントローラ５７ａがポンプ駆動信号をＯＮ／ＯＦＦするとロッド９１a及び吸入弁５ａが変位し、ストローク終端でストッパ９３または９４に当たり、振動や騒音を発生する場合がある。同じく、インジェクタ５４ａについても、前述の通り、駆動信号をＯＮ／ＯＦＦするとインジェクタの動作に基づき振動や騒音が発生する場合がある。これらのＯＮ／ＯＦＦ時の振動・騒音の大きさは必ずしも同じ大きさとは限らない。例えばポンプに関しては、ＯＮ時に電磁気力でロッド９１ａを動作し、ＯＦＦ時にばね９２ａで動作するため、衝突エネルギーの大きさはそれぞれ異なる可能性がある。
【００５７】
また、インジェクタに関しても、ＯＮ時は電磁気力で噴射弁を開弁操作し、ＯＦＦ時はばね力と燃料圧力によって閉弁操作するため、衝突エネルギーの大きさはそれぞれ異なる可能性がある。ここで注目すべきは、振動・騒音レベルが大きなものについて、タイミングが重複しないように制御することである。
【００５８】
例えば、ポンプのＯＮ動作、インジェクタのＯＮ動作に起因する振動・騒音が大きい場合は、それらのタイミングが重複しないように制御する必要がある。あるいは、ポンプのＯＦＦ動作、インジェクタのＯＦＦ動作に起因する振動・騒音が大きい場合は、それらのタイミングが重複しないように制御する必要がある。
【００５９】
本実施例でも、ポンプのＯＮ動作に起因する振動・騒音と、インジェクタのＯＦＦ動作に起因する振動・騒音が大きいと仮定して、それらの重複を回避する方法を述べる。
【００６０】
本実施例における制御方式では、コントローラ５７ａはポンプ駆動信号を３回に一回、周期的に間引く。間引かれないで駆動されるプランジャサイクル（１）（２）では、ポンプ駆動に起因する騒音は、インジェクタ駆動に起因する騒音と重複しないで発生する。一方、ポンプ駆動信号が間引かれたプランジャサイクル（３）では当然ながら、ポンプロッド変位による動作音は発生しない。そのため、これらのプランジャサイクル（３）ではインジェクタ騒音にポンプ騒音が重なることはない。
【００６１】
本実施例では、予め重複することがわかっているサイクルを特定しておいて、駆動信号を省いたことを特徴とする。なお、ポンプの吐出回数を減らして、且つ、ポンプ１回あたりの吐出流量を増やすことにより、エンジン１サイクルあたりの総流量を維持することを特徴とする。
【実施例４】
【００６２】
図８に別の実施例の図を示す。
【００６３】
流量制御機構９ｂは吸入弁５ｂとロッド９１ｂが一体構造となっており、かつ、ばね９２ｂが吸入弁５ｂを閉弁方向に付勢する構造である。また、ソレノイドコイル９０ｂに通電すると、磁気吸引力によりロッド９１ｂ及び吸入弁５ｂは開弁方向に付勢される構成となっている。この構造の流量制御機構８ｂにおいては、加圧行程中にコントローラ５７ｂがポンプに駆動信号を与えない場合は、吸入弁５ｂはばね９２ｂの付勢力によって閉弁保持され、燃料ポンプ１ｂは燃料を加圧できる。また、加圧工程中にコントローラ５７ｂがポンプに駆動信号を与え続けた場合は、磁気吸引力によって吸入弁５ｂが開弁位置へ付勢され、燃料ポンプ１ｂは燃料を加圧できない。この構成の流量制御機構８ｂを備えた燃料供給システムにおいては、ポンプの駆動信号を切るタイミングを変化させることによって、吐出流量を制御する。
【００６４】
図９に、このような構成のシステムにおける、駆動信号のタイミングチャートを示す。
【００６５】
ロッド９１ｂの変位する方向は、ポンプ駆動信号がＯＦＦであると「閉」であり、ポンプ駆動信号がＯＮであると「開」である。吸入行程中に吸入弁５ｂは開弁し、吸入行程中にコントローラ５７ｂがポンプ駆動信号を与えることにより、ロッド９１ｂ及び吸入弁５ｂは電磁力によって開弁位置に保持される。コントローラ５７ｂが演算したタイミングでポンプ駆動信号を解除すると、ロッド９１ｂ及び吸入弁５ｂは閉弁位置に変位して、ポンプ室１２ｂで燃料の加圧され、圧送が開始する。このようにして加圧行程中にポンプ駆動信号を切るタイミングを変化させ、吐出流量をコントロールする。騒音は、駆動信号のＯＮ／ＯＦＦ操作後、ロッド９１ｂ及び吸入弁５ｂが変位するタイミングで発生する。
【００６６】
本実施例ではＯＮ時の騒音よりもＯＦＦ時の騒音の方が大きいこととして、以下説明する。最下段目のグラフに、ポンプ・インジェクタ動作に起因する主な騒音を音圧波形として示す。コントローラ５７ｂはポンプ駆動信号を３回に一回、周期的に間引く。具体的には、プランジャサイクル（３）において加圧行程が終了するまでの間、駆動信号を与え続け、ポンプロッドを開弁位置に保持する。そうすることにより、プランジャサイクル（３）において、ロッド９１ｂは変位せず、ポンプ駆動に起因する騒音も発生しないため、インジェクタ騒音とタイミングが重複することは回避できる。一方、そのプランジャサイクル（３）において燃料は吐出されないため、その他のプランジャサイクル（１）（２）においてＯＦＦタイミングを早めて、吐出流量を増やす。このようにすれば、燃料ポンプはプランジャサイクル３回の間に、インジェクタの燃料噴射量に釣り合う燃料を供給することができ、コモンレール５３ｂの圧力を時間平均として略一定に保つ制御が可能である。
【００６７】
本発明の制御方法を実施する条件として、エンジン回転数やエンジン負荷などのパラメータを条件として設けてもよい。すなわち、特定のエンジン回転数以下、またはエンジン負荷であることを、本制御方法の発動条件とする。例えば、可変容量式燃料ポンプの動作回数（吐出回数）を減らすと吐出量が低下する。低下した分を前後の吐出量を増やすことで補うにしても、エンジン回転数が高い領域では消費される燃料量が多く、補いきれない可能性がある。そこでアイドル運転では可変容量式燃料ポンプの動作回数（吐出回数）を減らす制御を実行し、アイドル運転よりもエンジン回転数が高い領域ではこの制御を行わないようにすることが望ましい。
【００６８】
また、通常の制御モードと、本発明の制御方法の切り替えタイミングにおいて、ポンプ流量の指令値を増やす／減らすと、切り替えタイミング前後でコモンレール内圧力が安定することになり、更に好ましい。
【００６９】
以上の説明から理解されるように、燃料供給システムの制御装置は、ポンプの駆動信号を間引く、またはタイミングをずらすことにより、インジェクタ駆動に起因する騒音と、ポンプ駆動に起因する騒音の重複を避けて、エンジン騒音の聴感レベルを下げることができる。かつ、ポンプは必要な燃料をインジェクタに供給することができ、内燃機関を所望の運転状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関の燃料供給システムの全体構成図。
【図２】図１における燃料ポンプ及びインジェクタの動作タイミングチャート。
【図３】図２のタイミングチャートの詳細。
【図４】騒音の重複を説明するタイミングチャート。
【図５】本発明の一実施形態であるタイミング判定回路の判断フローチャート。
【図６】本発明の別の実施形態である、燃料ポンプ及びインジェクタの動作タイミングチャート。
【図７】本発明の別の実施形態を構成する燃料供給システムの例。
【図８】本発明の別の実施形態を構成する燃料供給システムの例。
【図９】図８の燃料供給システムにおける、燃料ポンプ及びインジェクタの動作タイミングチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１…高圧燃料ポンプ、２…プランジャ、３…タペット、５…吸入弁、６…吐出弁、８…流量制御機構、１０…吸入通路、１１…吐出通路、１２…加圧室、５３…コモンレール、５４…インジェクタ、５６…圧力センサ、５７…コントローラ、９０…ソレノイドコイル、９１…ロッド、９２…ばね、１００…カム、３１０３…重複判定手段。
【図１】
2006161661.tif 000003
【図２】
2006161661.tif 000004
【図３】
2006161661.tif 000005
【図４】
2006161661.tif 000006
【図５】
2006161661.tif 000007
【図６】
2006161661.tif 000008
【図７】
2006161661.tif 000009
【図８】
2006161661.tif 000010
【図９】
2006161661.tif 000011