(57)【要約】【課題】レール圧の変動に伴って生じるインジェクタからの燃料噴射量の変化量を効果的に補正すること。【解決手段】ノズルニードル３４に与えられる高圧燃料による背圧を電歪アクチュエータ４２を含んで成る燃料逃し機構４１によって調節することによってインジェクタ３からの燃料噴射動作を制御するようにしたコモンレール式燃料噴射装置１において、レール圧の変動により生じる燃料噴射量の変動をコモンレール４の目標レール圧と実燃料噴射圧との差分として捉え、この差分に応じて電歪アクチュエータ４２に印加される駆動電圧を制御して、レール圧の変動に起因するインジェクタからの燃料噴射量の変動を効果的に抑えるようにした。【選択図】　　　　図１
2004124842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレール内に蓄積される高圧燃料を内燃機関の各気筒内へ噴射供給するための複数のインジェクタを備え、該複数のインジェクタが、それぞれ、前記高圧燃料によって弁部材に与えられる背圧を電歪アクチュエータを含んで成る燃料逃し機構によって調節することにより燃料噴射動作を制御することができるように構成されているコモンレールシステム用燃料噴射装置において、
前記コモンレール内の高圧燃料の圧力に応じた圧力信号を出力するためのレール圧検出手段と、
前記内燃機関の運転状態を示す少なくとも１つの信号と前記圧力信号とに応答し燃料噴射のために必要な前記電歪アクチュエータの通電期間を演算する第１演算手段と、
前記コモンレールの目標レール圧と実際の燃料噴射圧との差分に応じた補正電圧値を演算する第２演算手段と、
前記第１及び第２演算手段に応答し前記補正電圧値により補正された駆動電圧を前記第１演算手段によって演算された通電期間だけ前記電歪アクチュエータに印加するための駆動回路と
を備えて成ることを特徴とするコモンレールシステム用燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【特許文献１】
特開２００１−３５５５３８号公報
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールシステム用燃料噴射装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
内燃機関用の燃料噴射装置として、高圧ポンプによってコモンレール内に蓄えられた高圧燃料を各気筒毎に設けられているインジェクタによって対応する気筒内に噴射供給するように構成されたコモンレール式の燃料噴射装置が実用化されている。この種の燃料噴射装置に用いられている従来のインジェクタは、特許文献１に開示されているように、コモンレールから供給される高圧燃料によってニードル弁に背圧を与えておくことによって該ニードル弁を弁座に着座させておき、この高圧燃料を電磁弁等を用いて燃料低圧側に逃すことによりニードル弁に与えられている背圧のレベルを低下させてニードル弁をリフトさせ、これによりインジェクタから燃料噴射を行わせる構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
コモンレールシステム用燃料噴射装置は以上のように構成されているので、コモンレール内に蓄積された高圧燃料の圧力はインジェクタからの燃料噴射の度に低下し、多気筒内燃機関用の燃料噴射装置ににおけるコモンレール圧は、複数のインジェクタが互いに異なるタイミングで対応する気筒内へ燃料を噴射するための動作を行うことによる脈動でたえず不規則に変化している。この結果、インジェクタの噴射制御用の電磁弁等の開閉制御を、コモンレール圧が制御目標値に制御されているという前提に基づいて行うと、インジェクタから所要の目標噴射量を正確に得ることができないという問題を有している。
【０００５】
この問題を解決するため、インジェクタ用の制御電磁弁の特性を考慮して電磁弁の制御プログラムの領域において補正する手段が公知である。しかし、インジェクタのニードル弁に背圧を与えている高圧燃料を燃料低圧側へ逃すための制御電磁弁は、初期性能においてもばらつきを有している上に耐久劣化のばらつきも大きい。したがって、この従来の技術によると、制御電磁弁の１つ１つについて特性をチェックしてこれを制御プログラムに反映させなければならず、レール圧の脈動による燃料噴射量制御への影響に対して満足のいく補正を行うことは極めて難しいという問題点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができるコモンレールシステム用燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、コモンレール内に蓄積される高圧燃料を内燃機関の各気筒内へ噴射供給するための複数のインジェクタを備え、該複数のインジェクタが、それぞれ、前記高圧燃料によって弁部材に与えられる背圧を電歪アクチュエータを含んで成る燃料逃し機構によって調節することにより燃料噴射動作を制御することができるように構成されているコモンレールシステム用燃料噴射装置において、前記コモンレール内の高圧燃料の圧力に応じた圧力信号を出力するためのレール圧検出手段と、前記内燃機関の運転状態を示す少なくとも１つの信号と前記圧力信号とに応答し燃料噴射のために必要な前記電歪アクチュエータの通電期間を演算する第１演算手段と、前記コモンレールの目標レール圧と実際の燃料噴射圧との差分に応じた補正電圧値を演算する第２演算手段と、前記第１及び第２演算手段に応答し前記補正電圧値により補正された駆動電圧を前記第１演算手段によって演算された通電期間だけ前記電歪アクチュエータに印加するための駆動回路とを備えて成ることを特徴とするコモンレールシステム用燃料噴射装置が提案される。
【０００８】
電歪アクチュエータは、例えばピエゾ素子を用いて構成することができ、印加電圧のレベルに応じて伸縮して弁体を位置決めすることができる。補正電圧値を用いて、電歪アクチュエータにはレール圧を反映したレベルの駆動電圧が与えられるので、通電期間を補正することなくレール圧が大きい場合には逃し量が多く、レール圧が小さい場合には逃し量が少なくなるように弁体を応答性よく駆動することができる。この結果、レール圧の変動に伴って生じる燃料噴射量の変化量を効果的に補正することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明によるコモンレールシステム用燃料噴射装置の実施の形態の一例を示す構成図である。図１に示したコモンレール式燃料噴射装置１は、概略的にその構成を述べれば、燃料タンクＴに蓄積された燃料が高圧ポンプ２を介して複数のインジェクタ３が接続されたコモンレール４へ圧送され、インジェクタ３に内蔵された電歪アクチュエータ（図示せず）の動作が制御ユニット５により制御されることにより、インジェクタ３からの燃料噴射が制御される構成となっている。本実施の形態では、インジェクタ３は、車両を駆動するための多気筒内燃機関の各気筒（図示せず）に取り付けられており、コモンレール式燃料噴射装置１によってこの車両用内燃機関の各気筒の燃焼室内に燃料を噴射供給する構成となっている。
【００１１】
以下、コモンレール式燃料噴射装置１の構成についてより具体的に説明する。燃料タンクＴと高圧ポンプ２の低圧側との間には燃料パイプ８が配設されており、この燃料パイプ８の途中には、燃料タンクＴ側から順に、燃料中のごみ等を除去するためのフィルタ６及び低圧制御電磁弁７が設けられている。そして、フィルタ６と低圧制御電磁弁７との間の燃料パイプ８上の適宜の部位には、燃温センサ９が設けられており、燃温センサ９からは燃料パイプ８内を通る燃料の温度を示す燃温信号ＳＡが出力され、燃温信号ＳＡは、後述する制御ユニット５へ入力されるようになっている。また、フィルタ６と低圧制御電磁弁７との間の燃料パイプ８の適宜の部位には、機械式低圧制御弁１０が設けられており、燃料パイプ８内の燃料圧力が所定の開弁圧となると機械式低圧制御弁１０が開弁状態となり、低圧制御電磁弁７とフィルタ６との間の燃料パイプ８内の燃料が燃料タンクＴ内へ放出されるようになっている。
【００１２】
高圧ポンプ２の高圧側は、燃料パイプ１３によりコモンレール４の入力端４Ａに直接連結されている。そして、コモンレール４の出口端４Ｂは、途中に高圧制御電磁弁１１が設けられている燃料パイプ１４により燃料タンクＴに接続されたものとなっている。また、コモンレール４には、コモンレール４内の高圧燃料の圧力（レール圧）を検出するためのレール圧センサ１２が適宜の部位に設けられており、レール圧センサ１２から出力されレール圧を示すレール圧信号ＳＢは、制御ユニット５へ入力されるようになっている。
【００１３】
制御ユニット５は、後述するソフトウェアを実行して、先の低圧制御電磁弁７、高圧制御電磁弁１１及びインジェクタ３の図示されない電歪アクチュエータの動作を制御するもので、具体的には、例えば、いわゆるマイクロコントローラ及び各種のインターフェイス回路等から構成されてなるものである。この制御ユニット５には、先に述べたように燃温センサ９及びレール圧センサ１２からの燃温信号ＳＡ、レール圧信号ＳＢが入力される他、コモンレール式燃料噴射装置１によって燃料が噴射供給される内燃機関（図示せず）の回転数を示すエンジン回転数信号Ｎｅ、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量により決定されるアクセル開度を示すアクセル開度信号Ａｃｃ及び車両始動の際に用いられるいわゆるイグニッションエンジンキー（図示せず）の位置情報信号Ｋｅｙが入力されるものとなっている。
【００１４】
低圧制御電磁弁７及び高圧制御電磁弁１１は、コモンレール４のレール圧を所要の目標レール圧値とするために設けられたもので、いずれも制御ユニット５によって制御される。
【００１５】
図２は、図１に示されているインジェクタ３の断面図である。図２を参照してインジェクタ３について説明する。
【００１６】
インジェクタ３は、ノズルボディ３１の後背側にインジェクタボディ３２を取り付けて成っており、ノズルボディ３１及びインジェクタボディ３２に亘って形成されている案内溝３３によってノズルニードル３４がその軸方向に運動可能に嵌め合わされている。
【００１７】
ノズルボディ３１内にはノズルニードル３４の先端部３４Ａを囲むように油溜まり室３５が形成されており、ノズルボディ３１の先端部には油溜まり室３５に連通している噴孔３６が形成されている。ノズルニードル３４の先端部３４Ａが油溜まり室３５のシート部３５Ａに着座した場合には、噴孔３６はノズルニードル３４の先端部３４Ａにより塞がれるように構成されている。
【００１８】
インジェクタボディ３２内には、案内溝３３に連続してコントロール室３７がノズルニードル３４の後端部３４Ｂを囲むようにして形成されており、コントロール室３７はオリフィス３８を介して供給油路３９に接続されている。供給油路３９は燃料通路４０を介して油溜まり室３５に接続されており、供給油路３９のポート３９Ａにはコモンレールからの高圧燃料が供給されている。
【００１９】
インジェクタボディ３２内には、コントロール室３７内の高圧燃料を燃料低圧側へ逃がすための燃料逃し機構４１が設けられている。燃料逃し機構４１は、燃料低圧側に接続されている燃料逃しポート４５Ａを備えた燃料逃し室４５と、ピエゾ素子を用いて構成されている電歪アクチュエータ４２と、電歪アクチュエータ４２によってその軸方向に伸縮動作するように構成されたアンカー４３とを有している。
【００２０】
弁体として働くアンカー４３の先端部４３Ａは円錐形となっており、燃料逃し室４５にはアンカー４３の先端部４３Ａに相応した形状に形成された弁座部４６が形成されている。弁座部４６はオリフィス４４を介してコントロール室３７と接続されており、電歪アクチュエータ４２によってアンカー４３を伸長させることにより、先端部４３Ａが弁座部４６に着座した状態で、コントロール室３７と燃料逃し室４５との間の連通状態が遮断される構成となっている。一方、電歪アクチュエータ４２によってアンカー４３を短縮させることにより、先端部４３Ａと弁座部４６との間にその短縮量に応じた隙間を生じさせ、これによりコントロール室３７内の高圧燃料を燃料逃し室４５に逃してコントロール室３７内の圧力を低下させることができる構成となっている。
【００２１】
ノズルニードル３４は、その先端部３４Ａにおける高圧燃料の受圧面積が、その後端部３４Ｂにおける高圧燃料の受圧面積よりも小さくなっており、先端部４３Ａが弁座部４６から離反することによりコントロール室３７の圧力が低下するとノズルニードル３４がリフトして燃料噴射が行われる公知の構成となっている。
【００２２】
図３は、制御ユニット５の構成を機能的に示すブロック図である。ここでは、制御ユニット５の構成のうち、複数あるインジェクタ３のうちの１つのインジェクタの制御のための機能部分のみが示されている。図３において、５１は、レール圧信号ＳＢ、エンジン回転数信号Ｎｅ、及びアクセル開度信号Ａｃｃに応答してこれらに見合った燃料噴射のために必要な電歪アクチュエータ４２の通電期間を演算するための通電期間演算部である。ここでは、そのときの負荷状態とレール圧とに従って、必要な燃料を対応するシリンダ内に噴射供給するのに必要な、コントロール室３７から燃料逃し室４５への燃料逃し時間を確保するのに必要な電歪アクチュエータ４２の通電期間が演算され、この演算結果を示す通電制御信号ＳＣが出力される。
【００２３】
５２は、コモンレール４内の高圧燃料の目標圧力値である目標レール圧を示す目標レール圧信号ＳＤ及び実際の燃料噴射圧を示す実噴射圧信号ＳＥに応答し、電歪アクチュエータ４２を駆動するための最適駆動電圧の値を演算するための駆動電圧演算部である。駆動電圧演算部５２では、そのときの目標レール圧と実噴射圧とから所要の目標噴射量が確保されるようにするのに必要な駆動電圧の値が演算され、その演算結果を示す電圧制御信号ＳＦが出力される。
【００２４】
バッテリＢＴの正極は電歪アクチュエータ４２の一方の駆動端子４２Ａに接続され、その負極は駆動回路５３を介して電歪アクチュエータ４２の他方の駆動端子４２Ｂに接続されている。駆動回路５３には、通電制御信号ＳＣ及び電圧制御信号ＳＦが入力されており、駆動回路５３は電圧制御信号ＳＦに従うレベルの駆動電圧を通電制御信号ＳＣに従う期間だけ電歪アクチュエータ４２に印加するように構成されている。
【００２５】
この結果、通電制御信号ＳＣに応答して先端部４３Ａが弁座部４６から離反し、コントロール室３７内の高圧燃料を燃料逃し室４５に逃す場合に、先端部４３Ａの後退量（アンカー４３の短縮量）はそのときの実噴射量に応じて、電圧制御信号ＳＦにより制御される。すなわち、実噴射量が少ない場合には電歪アクチュエータ４２への印加電圧を高くして先端部４３Ａの後退量を大きくして、先端部４３Ａと周縁４６Ａとの間の隙間を大きくし、単位時間当たりの燃料噴射量が増加するように印加電圧制御が行われる。一方、実噴射量が多い場合には電歪アクチュエータ４２への印加電圧を低くして先端部４３Ａの後退量を小さくし、先端部４３Ａと周縁４６Ａとの間の隙間を小さくし、単位時間当たりの燃料噴射量が減少するように印加電圧制御が行われる。
【００２６】
このように、コントロール室３７からの高圧燃料の逃し量を電歪アクチュエータ４２を用いて行う構成とし、電歪アクチュエータ４２の駆動電圧を目標レール圧と実噴射量とに応じて制御するようにしたので、極めて応答性よくそのときどきの燃料噴射量を制御し、所要の噴射量が得られるようにすることができる。したがって、レール圧が燃料噴射により脈動を生じても、この脈動に応答して電歪アクチュエータ４２への印加電圧が制御され、精度のよい燃料噴射制御動作を実現することができる。
【００２７】
図４には、本発明の他の実施の形態を説明するためのフローチャートが示されている。図４に示すフローチャートは、制御ユニット５による電歪アクチュエータ４２の駆動制御の他の例を示すもので、制御ユニット５に予めセットされている制御プログラムを実行させることにより電歪アクチュエータ４２の駆動を制御するようにしたものである。
【００２８】
ステップＳ１１では目標レール圧（Ｐ０）の設定が行われ、ステップＳ１２では図示しない実噴射圧センサからの実噴射圧力（Ｐａ）の読み込みが行われる。ステップＳ１３ではＰａ＜Ｐ０か否かが判別され、Ｐａ≧Ｐ０であるとステップＳ１３の判別結果はＮＯとなり、ステップＳ１４に入る。
【００２９】
ステップＳ１４では電歪アクチュエータ４２に印加する駆動電圧の値を所定の規定電圧に設定し、ステップＳ１５に入る。
【００３０】
ステップＳ１５は、図３に示した通電期間演算部５１に相当する機能を示すステップであり、ステップＳ１４で設定されたレベルの駆動電圧を所定のタイミングで所定の期間だけ電歪アクチュエータ４２に印加し、これにより所要の燃料噴射動作を実行する。
【００３１】
一方、ステップＳ１３でＰａ＜Ｐ０の場合にはステップＳ１３の判別結果はＹＥＳとなり、ステップＳ１６に入る。ステップＳ１６ではＰａとＰ０との圧力差に応じた補正電圧値が演算され、次のステップＳ１７において所定の規定電圧に対してこの補正電圧値を補正することによって電歪アクチュエータ４２の駆動電圧レベルを設定する。しかる後、ステップＳ１５に入り、この補正されたレベルの駆動電圧を電歪アクチュエータ４２に所要のタイミングで所要期間だけ印加して燃料の噴射動作を実行する。レール圧が燃料噴射により脈動を生じても、この脈動に応答して電歪アクチュエータ４２への印加電圧が制御され、精度のよい燃料噴射制御動作を実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、電歪アクチュエータを含んで成る背圧調整装置によってインジェクタからの燃料噴射動作を制御する構成とし、レール圧の変動により生じる燃料噴射量の変動をコモンレールの目標レール圧と実燃料噴射圧との差分として捉え、この差分に応じて電歪アクチュエータに印加される駆動電圧を制御して背圧調整することによりインジェクタからの燃料噴射量を上記差分に応じて行うようにしたので、レール圧の変動に起因するインジェクタからの燃料噴射量の変動を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコモンレールシステム用燃料噴射装置の実施の形態の一例を示す構成図。
【図２】図１に示されているインジェクタの断面図。
【図３】制御ユニットの構成を機能的に示すブロック図。
【図４】本発明の他の実施の形態を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１　コモンレール式燃料噴射装置
３　インジェクタ
４　コモンレール
５　制御ユニット
３４　ノズルニードル
３７　コントロール室
４１　燃料逃し機構
４２　電歪アクチュエータ
４３　アンカー
４３Ａ　先端部
４５　燃料逃し室
４６　弁座部
５１　通電期間演算部
５２　駆動電圧演算部
５３　駆動回路
Ａｃｃ　アクセル開度信号
Ｎｅ　エンジン回転数信号
ＳＡ　燃温信号
ＳＢ　レール圧信号
ＳＤ　目標レール圧信号
ＳＥ　実噴射圧信号
【図１】
2004124842.tif 000003
【図２】
2004124842.tif 000004
【図３】
2004124842.tif 000005
【図４】
2004124842.tif 000006