(57)【要約】【課題】電動方式の低圧ポンプ５による燃料供給の無駄を減らすことができ、かつ低圧ポンプ５を駆動する電気モータ３の消費電力を減らすことができる燃料噴射装置１を提供することにある。【解決手段】燃料噴射装置１の制御手段６は、コモンレール圧検出手段８からの検出信号に応じて電気モータ３への通電量を調節することにより、低圧ポンプ５による燃料供給量を制御する。これにより、低圧ポンプ５を駆動する電気モータ３での消費電力を、高圧ポンプ２による圧送量に応じて調節することができる。この結果、電気モータ３での消費電力を減らすことができるとともに、低圧ポンプ５による燃料供給の無駄を減らすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに燃料を噴射して供給する燃料噴射装置において、
燃料を高圧化して前記エンジンに供給する高圧ポンプと、
電動アクチュエータにより駆動され、燃料タンクから燃料を汲み上げて前記高圧ポンプに供給する低圧ポンプと、
前記電動アクチュエータへの通電量を調節することにより、前記低圧ポンプによる燃料供給量を制御する制御手段と
を備える燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記高圧ポンプから供給される燃料を前記エンジンに噴射する噴射弁を備え、
前記制御手段は、前記エンジンからの要求に応じて算出される前記噴射弁による噴射量指令値に応じて、前記電動アクチュエータへの通電量を調節することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記高圧ポンプから供給される燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールと、
このコモンレールの燃料圧力を検出するコモンレール圧検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記コモンレール圧検出手段からの検出信号に応じて前記電動アクチュエータへの通電量を調節することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記高圧ポンプから供給される燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールと、
このコモンレールの燃料圧力を検出するコモンレール圧検出手段と、
前記低圧ポンプから供給される燃料のうち前記高圧ポンプに吸入される燃料の吸入量を調節する吸入調量弁とを備え、
前記制御手段は、前記吸入調量弁の弁開度を調節するための制御信号を前記コモンレール圧検出手段からの検出信号に応じて合成するとともに、前記制御信号に応じて前記電動アクチュエータへの通電量を調節することを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに燃料を噴射して供給する燃料噴射装置に関し、特に燃料タンクからの燃料の汲み上げを電動アクチュエータ（例えば、電気モータ）により行う燃料噴射装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
従来より、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射装置は、燃料を高圧化するとともに噴射弁を介してエンジンに供給する高圧ポンプと、燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧ポンプに供給する低圧ポンプとを備えている。高圧ポンプは、エンジンにより回転駆動される回転軸を有し、この回転軸が回転することにより低圧ポンプから供給された燃料を吸入して高圧化するとともに噴射弁へ圧送する。低圧ポンプは、高圧ポンプの回転軸の一端に取り付けられ、回転軸が回転することにより燃料タンクから燃料を汲み上げるとともに高圧ポンプへ供給する。このように、高圧ポンプおよび低圧ポンプは、エンジンにより駆動され、エンジン回転数、すなわちエンジンの燃料要求量に応じた燃料をエンジンに供給している。
【０００３】
近年、燃料噴射装置の高圧ポンプ、低圧ポンプをエンジンにより駆動するエンジン駆動方式に代わり、高圧ポンプおよび低圧ポンプを電動アクチュエータ（例えば、電気モータ）により駆動する電動方式が検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。この電動方式が採用された燃料噴射装置、特に電動方式の低圧ポンプを備える燃料噴射装置は、以下に述べる点で、エンジン駆動方式の低圧ポンプを備える燃料噴射装置よりも有利である。
【０００４】
第１に、エンジン駆動方式の低圧ポンプは、エンジン回転数に応じた量以上に燃料を供給することができないため、エンジン起動直後の低回転時などに供給不足が発生する虞がある。これに対し、電動方式の低圧ポンプは、エンジン回転数と無関係に一定量の燃料を供給することができるため、エンジン起動直後の低回転時の供給不足は発生しない。
第２に、エンジン駆動方式の低圧ポンプは、高圧ポンプの回転軸の一端に取り付けられるので、ガス欠再始動時や出荷時に燃料タンクから低圧ポンプまでの燃料流路を燃料で充填するための別のポンプが必要になる。これに対し、電動方式の低圧ポンプは、取付位置の自由度が大きいため、燃料タンクに近接して取り付けることができる。このため、燃料充填用のポンプが不要である。
【０００５】
〔従来技術の不具合〕
しかし、従来の電動方式の低圧ポンプは、燃料供給量がエンジンの燃料要求量よりも少なくなることがないように、最大要求量に応じた燃料を常に供給する必要がある。このため、従来の電動方式の低圧ポンプは、燃料の供給に無駄が多く、かつ電動アクチュエータで消費される電力も大きい。したがって、エンジン起動時に必要とされる電力（主に、スタータに通電するための電力と、低圧ポンプ用の電動アクチュエータに通電するための電力）が大きくなり、オルタネータの大型化が必要になる虞もある
【特許文献１】特開平９−２０９８７０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７９４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は電動方式の低圧ポンプによる燃料供給の無駄を減らすことができ、かつ低圧ポンプを駆動する電動アクチュエータの消費電力を減らすことができる燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によると、燃料噴射装置は、燃料を高圧化してエンジンに供給する高圧ポンプと、電動アクチュエータにより駆動され、燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧ポンプに供給する低圧ポンプと、電動アクチュエータへの通電量を調節することにより、低圧ポンプによる燃料供給量を制御する制御手段とを備える。
これにより、低圧ポンプを駆動する電動アクチュエータへの通電量を、エンジンの燃料要求量に応じて調節することができる。この結果、電動アクチュエータでの消費電力を減らすことができるとともに、低圧ポンプによる燃料供給の無駄を減らすことができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によると、燃料噴射装置は、高圧ポンプから供給される燃料をエンジンに噴射する噴射弁を備え、制御手段は、エンジンからの要求に応じて算出される噴射弁による噴射量指令値に応じて、電動アクチュエータへの通電量を調節する。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によると、燃料噴射装置は、高圧ポンプから供給される燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールと、コモンレールの燃料圧力を検出するコモンレール圧検出手段とを備え、制御手段は、コモンレール圧検出手段からの検出信号に応じて電動アクチュエータへの通電量を調節する。
【００１０】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によると、燃料噴射装置は、高圧ポンプから供給される燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールと、コモンレールの燃料圧力を検出するコモンレール圧検出手段と、低圧ポンプから供給される燃料のうち高圧ポンプに吸入される燃料の吸入量を調節する吸入調量弁とを備え、制御手段は、吸入調量弁の弁開度を調節するための制御信号をコモンレール圧検出手段からの検出信号に応じて合成するとともに、制御信号に応じて電動アクチュエータへの通電量を調節する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最良の形態の燃料噴射装置は、燃料を高圧化してエンジンに供給する高圧ポンプと、電動アクチュエータにより駆動され、燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧ポンプに供給する低圧ポンプと、電動アクチュエータへの通電量を調節することにより、低圧ポンプによる燃料供給量を制御する制御手段と、高圧ポンプから供給される燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールと、コモンレールの燃料圧力を検出するコモンレール圧検出手段とを備え、制御手段は、コモンレール圧検出手段からの検出信号に応じて電動アクチュエータへの通電量を調節する。
【実施例１】
【００１２】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射装置１の構成を図１に基づいて説明する。
燃料噴射装置１は、燃料を高圧化してエンジン（図示せず）に供給する高圧ポンプ２と、電動アクチュエータとしての電気モータ３により駆動され、燃料タンク４から燃料を汲み上げて高圧ポンプ２に供給する低圧ポンプ５と、電気モータ３への通電量を調節することにより、低圧ポンプ５による燃料供給量を制御する制御手段６と、高圧ポンプ２から供給される燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール７と、コモンレール７の燃料圧力（以下、コモンレール圧と呼ぶ）を検出するコモンレール圧検出手段８とを備える。
【００１３】
高圧ポンプ２は、高圧燃料を蓄圧するコモンレール７、およびコモンレール７の高圧燃料をエンジンに噴射する噴射弁１０（以下、インジェクタと呼ぶ）を介して、エンジンに高圧燃料を噴射供給する。高圧ポンプ２は、エンジンにより駆動されるカム機構１１と、拡縮自在の加圧室１２が形成され、カム機構１１により作動して加圧室１２へ燃料を吸入するとともに吸入した燃料をインジェクタ１０へ圧送する複数の加圧部１６と、低圧ポンプ５から供給される燃料のうち加圧室１２に吸入される燃料の吸入量を調節する吸入調量弁１７（以下、ＳＣＶと呼ぶ）とを有する。
【００１４】
カム機構１１は、軸受１８、１９により回転自在に支持され、エンジンにより回転駆動される回転軸２１、回転軸２１に偏心して組みつけられた円柱状のカム２２、カム２２を摺動自在に収容するカムリング２３を有する。
加圧部１６は、シリンダ２４に摺動自在に収容され、カム機構１１により反回転軸方向に駆動されるプランジャ２５と、プランジャ２５を回転軸方向へ付勢するスプリング２６と、加圧室１２とコモンレール７との間の燃料流路ａに取り付けられて、コモンレール７から加圧室１２への燃料の逆流を防止する圧送側逆止弁２７と、加圧室１２とＳＣＶ１７との間の燃料流路ｂに取り付けられて、加圧室１２からＳＣＶ１７への燃料の逆流を防止する吸入側逆止弁２８とを有する。なお、プランジャ２５の回転軸側先端には、プランジャタペット３１が設けられ、スプリング２６の付勢力によりカムリング２３の外周に形成された摺動面に摺接している。
【００１５】
加圧室１２は、シリンダ２４の内周面や、プランジャ２５の反回転軸側端面などにより形成されている。また、複数の加圧部１６は、回転軸２１を中心として等角度間隔ごと（例えば、１８０°または１２０°間隔ごと）に配置されている。複数の圧送側逆止弁２７から伸びる複数の燃料流路ａは、１つに合流してコモンレール７に接続されている。
【００１６】
カム２２、カムリング２３およびプランジャタペット３１などはカム室３２に収容されている。カム室３２には、低圧ポンプ５から供給される燃料の一部が潤滑燃料として循環供給され、カム２２とカムリング２３との摺接による焼き付き、およびプランジャタペット３１とカムリング２３との摺接による焼き付きが防止される。カム室３２への潤滑燃料の供給は、低圧ポンプ５からＳＣＶ１７へ向かう燃料流路ｃから分岐した燃料流路ｄを通って行われる。燃料流路ｄには絞り３３が配置され、加圧室１２への燃料吸入に支障が生じないように潤滑燃料の供給量を制限している。また、カム室３２に供給された潤滑燃料は燃料流路ｅを経て燃料タンク４へ戻る。
【００１７】
ここで、カム機構１１および加圧部１６の作動を説明する。回転軸２１がエンジンにより回転駆動されると、カム２２が回転軸２１の軸心を中心として公転する。これにより、回転軸２１が１回転すると、プランジャ２５はシリンダ２４内を１往復する。すなわち、回転軸２１が１回転すると、プランジャ２５は、例えば加圧室１２が最大容積となる位置から最小容積となる位置に変位し、再び最大容積となる位置に変位する。この間、プランジャタペット３１は、カムリング２３の摺動面を摺動する。
【００１８】
次に、カム機構１１および加圧部１６の作動に伴う燃料の吸入および圧送を説明する。加圧室１２の容積が最大になると、加圧室１２への燃料の吸入が終わって吸入側逆止弁２８が閉じられる。同時に、圧送側逆止弁２７が開かれて加圧室１２からの燃料の圧送が始まる。そして、加圧室１２の容積が最大から最小になるまで、加圧室１２の燃料圧力は高圧状態で推移し、高圧の燃料が加圧室１２からコモンレール７へ圧送される。加圧室１２の容積が最小になると、加圧室１２からの高圧燃料の圧送が終わって圧送側逆止弁２７が閉じられる。同時に、吸入側逆止弁２８が開かれて加圧室１２への燃料の吸入が始まる。そして、加圧室１２の容積が最小から最大になるまで、加圧室１２の燃料圧力は低圧状態で推移し、低圧の燃料が加圧室１２に吸入される。
【００１９】
ＳＣＶ１７は、低圧ポンプ５から供給される燃料のうち高圧ポンプ２の加圧室１２に吸入される燃料の吸入量を調節する。ＳＣＶ１７は、ソレノイド（図示せず）への通電により生じる磁力によって弁体（図示せず）が駆動される。また、通電される電流の値は、後記するように弁開度を調節するためデューティ制御される。そして、ＳＣＶ１７は、ソレノイドへの通電が停止されると、スプリング（図示せず）等の付勢力によって弁開度が全開状態または全閉状態となる。
【００２０】
低圧ポンプ５は、羽根車３４が回転することにより燃料タンク４から燃料を汲み上げて高圧ポンプ２へ供給する周知構造のポンプである。そして、低圧ポンプ５の羽根車３４は、電気モータ３によって回転駆動されることにより、燃料タンク４から燃料を汲み上げて高圧ポンプ２に供給する。なお、低圧ポンプ５からＳＣＶ１７へ向かう燃料流路ｃには燃料フィルタ３５が取り付けられ、燃料に含まれる異物が除去される。また、低圧ポンプ５から供給された燃料のうちＳＣＶ１７および絞り３３を通過しなかった余剰燃料は、燃料流路ｄから分岐した燃料流路ｆを通りカム室３２を経由して燃料タンク４に戻る。なお、燃料流路ｆには、余剰燃料を逃すための調圧バルブ３６が配置されている。
【００２１】
コモンレール７は、高圧ポンプ２から供給される燃料を、インジェクタ１０による噴射圧力に相当するコモンレール圧で蓄圧する蓄圧容器である。コモンレール７は、エンジンの各気筒（図示せず）に搭載される複数のインジェクタ１０と複数の燃料流路ｇにより接続されている。インジェクタ１０は、ソレノイド（図示せず）への通電により生じる磁力によって弁体（図示せず）が駆動されて弁孔（図示せず）が開かれ、通電の停止によりスプリング（図示せず）等の付勢力によって弁体が駆動されて弁孔が閉じられる。そして、弁孔が開かれることにより、コモンレール７の燃料が気筒へ噴射供給される。
【００２２】
また、コモンレール７は、コモンレール圧を限界圧力以下に抑えるためのプレッシャリミッタ３７を有する。プレッシャリミッタ３７は、コモンレール圧が所定の設定値を超えると作動し、コモンレール圧が設定値以下で安定するまで、燃料流路ｈを通してコモンレール７の燃料を断続的に燃料タンク４へ逃す。また、インジェクタ１０での余剰燃料は、燃料流路ｈに合流する燃料流路ｉを通って燃料タンク４へ戻る。なお、燃料流路ｅおよび燃料流路ｈは、合流して１つの燃料流路ｊとなり、燃料タンク４に接続されている。
コモンレール圧検出手段８は、コモンレール７に取り付けられた周知の圧力センサである。
【００２３】
制御手段６は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存する記憶装置、入力装置および出力装置などを具備するコンピュータを有するＥＣＵ４１、インジェクタ１０のソレノイドへ通電するためのインジェクタ駆動回路（図示せず）、ＳＣＶ１７のソレノイドへ通電するためのＳＣＶ駆動回路（図示せず）、低圧ポンプ５の電気モータ３へ通電するための低圧ポンプ駆動回路４２などで構成されている。そして、制御手段６は、エンジン回転数を計測するための信号を検出するエンジン回転数検出手段４３、アクセル開度を計測するための信号を検出するアクセル開度検出手段４４およびコモンレール圧検出手段８などからの検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて各種の制御を実行する。
【００２４】
例えば、制御手段６は、エンジン回転数やアクセル開度などのエンジンからの要求に応じて、インジェクタ１０による各気筒への燃料の噴射量や噴射時期を制御する。すなわち、制御手段６は、エンジン回転数検出手段４３およびアクセル開度検出手段４４などからの検出信号に応じて、インジェクタ１０による各気筒への燃料の噴射量や噴射時期を算出する。そして、算出された噴射量指令値や噴射時期指令値に基づいて、インジェクタ１０のソレノイドへの通電が行われ、インジェクタ１０による各気筒への燃料の噴射供給が行われる。
【００２５】
また、制御手段６は、コモンレール圧がインジェクタ１０による噴射圧力に略一致するように、高圧ポンプ２による圧送量（ＳＣＶ１７による吸入量）を調節する。すなわち、制御手段６は、コモンレール圧検出手段８からの検出信号に応じて、ＳＣＶ１７のソレノイドへ通電されるＳＣＶ駆動電流を算出し、算出されたＳＣＶ駆動電流指令値に応じたデューティ比の制御信号を合成する。そして、この制御信号により、ＳＣＶ１７のソレノイドへ通電が行われＳＣＶ１７の弁開度が調節される。これにより、ＳＣＶ１７による吸入量、すなわち高圧ポンプ２による圧送量が調節される。
【００２６】
〔実施例１の特徴〕
実施例１の制御手段６は、コモンレール圧に応じて電気モータ３への通電量を調節することにより、低圧ポンプ５による供給量を制御する。すなわち、ＥＣＵ４１は、コモンレール圧検出手段８から入力される検出信号を用いてコモンレール圧を計測する。そして、ＥＣＵ４１は、この計測値とコモンレール圧の目標値との差に応じて電気モータ３に通電されるモータ駆動電流を算出する。そして、ＥＣＵ４１は、算出されたモータ駆動電流指令値に応じたデューティ比の制御信号を合成し低圧ポンプ駆動回路４２に出力する。そして、この制御信号により、低圧ポンプ駆動回路４２が有する電気モータ通電用のトランジスタ４５がスイッチング動作を行い、モータ駆動電流指令値に略一致する値の電流が、バッテリ４６から電気モータ３に通電される。このように、電気モータ３への通電量が調整されることにより羽根車３４の回転数が調節され、低圧ポンプ５による供給量が制御される。
【００２７】
〔実施例１の効果〕
実施例１の制御手段６は、コモンレール圧の計測値に応じて電気モータ３への通電量を調節することにより、低圧ポンプ５による供給量を制御する。
これにより、低圧ポンプ５を駆動する電気モータ３での消費電力を、高圧ポンプ２による圧送量に応じて調節することができる。この結果、図２に示すように、電気モータ３の消費電力Ｗを減らすことができるとともに、低圧ポンプ５による燃料供給の無駄を減らすことができる。
すなわち、従来の低圧ポンプは、相関線Ｃのように高圧ポンプ２による圧送量Ｑがいかなる値であっても、高圧ポンプ２の最大圧送量Ｑｍａｘに応じた一定量Ｑ′ｍａｘの燃料を供給していた。このため、相関線Ａのように電気モータ３による消費電力Ｗも常に一定電力Ｗｍａｘであった。しかし、コモンレール圧に応じて電気モータ３への通電量を調節することにより、相関線Ｂのように高圧ポンプ２による圧送量Ｑに応じて電気モータ３の消費電力Ｗを調節することができる。同様に、相関線Ｄのように高圧ポンプ２による圧送量Ｑに応じて低圧ポンプ５による供給量Ｑ′を制御することができる。
【００２８】
〔変形例〕
本実施例の制御手段６は、電気モータ３を駆動するための制御信号をデューティ制御することにより、電気モータ３への通電量を調節したが、可変抵抗器を用いて調節してもよい。
本実施例の制御手段６は、コモンレール圧の計測値に応じて電気モータ３への通電量を調節したが、インジェクタ１０による噴射量指令値、またはＳＣＶ駆動電流指令値もしくはＳＣＶ駆動電流に応じたデューティ比などに応じて調節してもよい。
本実施例の制御手段６は、高圧燃料が蓄圧されるコモンレール７を介してエンジンに燃料を噴射供給する蓄圧式の燃料噴射装置１に適用されたが、コモンレールを介さない燃料噴射装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】燃料噴射装置の構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は、高圧ポンプの圧送量と電気モータの消費電力との相関図であり、（ｂ）は、高圧ポンプの圧送量と低圧ポンプの供給量との相関図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    燃料噴射装置
２    高圧ポンプ
３    電気モータ（電動アクチュエータ）
４    燃料タンク
５    低圧ポンプ
６    制御手段
７    コモンレール
８    コモンレール圧検出手段
１０  インジェクタ（噴射弁）
１７  ＳＣＶ（吸入調量弁）
【図１】
2005256735.tif 000003
【図２】
2005256735.tif 000004