(57)【要約】【課題】コイルに流れる電流を遮断して電磁駆動弁を開弁させることによる電磁駆動弁の耐久性の低下を抑制できるようにした高圧燃料ポンプの制御装置を提供する。【解決手段】高圧燃料ポンプ１０の吐出調量弁である電磁駆動弁３０のコイル５１の両端は、抵抗値Ｒの抵抗体６８、バッテリ６６、およびスイッチング素子６２を介して互いに接続されている。また、スイッチング素子６２には、静電容量Ｃを可変操作可能な可変容量コンデンサ６４が並列接続されている。スイッチング素子６２を開状態に切り替えた後、コイル５１を流れる電流の減少速度を抑制するように、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを操作する。【選択図】図１
2016205213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、プランジャとを備え、前記プランジャが前記シリンダ内を往復移動することで前記シリンダおよび前記プランジャによって区画される加圧室が圧縮されて燃料を加圧する高圧燃料ポンプを操作対象とする高圧燃料ポンプの制御装置において、
前記高圧燃料ポンプは、当該高圧燃料ポンプに吸入された燃料を前記加圧室に流入させる流通経路を電子制御によって開閉する電磁駆動弁を備え、
前記電磁駆動弁は、弁体に対して開弁方向の弾性力を付与する開弁用スプリングと、磁束を生成して前記弁体を閉弁方向に吸引するコイルとを備え、
前記電磁駆動弁のコイルとバッテリとを備えるループ回路を開閉するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に並列接続される可変容量コンデンサと、
前記コイルを流れる電流を検出する電流検出部と、
前記スイッチング素子が開状態であるときに、前記電流検出部によって検出された電流の変化速度の絶対値の増加を抑制するように、前記可変容量コンデンサの静電容量を操作する操作処理部とを備える高圧燃料ポンプの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダと、プランジャとを備え、前記プランジャが前記シリンダ内を往復移動することで前記シリンダおよび前記プランジャによって区画される加圧室が圧縮されて燃料を加圧する高圧燃料ポンプを操作対象とする高圧燃料ポンプの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、駆動電圧によって駆動電流をピーク値まで速やかに上昇させた後に、駆動電圧をステップ状に低下させた際の駆動電流の変化率よりも小さい変化率で駆動電流をゆっくりと低下させてホールド値に収束させるノーマリークローズ式の燃料噴射弁の制御装置が記載されている。これは、燃料噴射弁の最小噴射量を小さくしてダイナミックレンジを拡大することを狙ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１７５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置では、電磁駆動弁のコイルに流れる電流を保持電流値に低下させる際の制御について記載されているのみであり、コイルを流れる電流を遮断する際の制御については記載がない。しかし、たとえばノーマリーオープン式の電磁駆動弁においては、コイルを流れる電流を遮断することに伴って最大リフト量を規定する弁座に弁体が衝突する際の弁体の速度が過度に大きくなると、電磁駆動弁の耐久性の低下を招くことが懸念される。特に、電磁駆動弁が高圧燃料ポンプに搭載されるものである場合、耐久性の低下を招くおそれがあることが発明者によって見出された。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルに流れる電流を遮断して電磁駆動弁を開弁させることによる電磁駆動弁の耐久性の低下を抑制できるようにした高圧燃料ポンプの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
高圧燃料ポンプの制御装置は、シリンダと、プランジャとを備え、前記プランジャが前記シリンダ内を往復移動することで前記シリンダおよび前記プランジャによって区画される加圧室が圧縮されて燃料を加圧する高圧燃料ポンプを操作対象とする高圧燃料ポンプの制御装置において、前記高圧燃料ポンプは、当該高圧燃料ポンプに吸入された燃料を前記加圧室に流入させる流通経路を電子制御によって開閉する電磁駆動弁を備え、前記電磁駆動弁は、弁体に対して開弁方向の弾性力を付与する開弁用スプリングと、磁束を生成して前記弁体を閉弁方向に吸引するコイルとを備え、前記電磁駆動弁のコイルとバッテリとを備えるループ回路を開閉するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に並列接続される可変容量コンデンサと、前記コイルを流れる電流を検出する電流検出部と、前記スイッチング素子が開状態であるときに、前記電流検出部によって検出された電流の変化速度の絶対値の増加を抑制するように、前記可変容量コンデンサの静電容量を操作する操作処理部とを備える。
【０００７】
上記構成では、スイッチング素子が閉状態とされると、コイルとバッテリとを備えるループ回路が閉ループとなり、コイルに電流が流れる。その後、スイッチング素子が開状態に切り替えられると、コイルに蓄積された磁気エネルギのために、コイル、コンデンサ、およびバッテリを備える経路を電流が流れる。
【０００８】
この際にコイルを流れる電流の減少速度は、コンデンサの静電容量に依存する。このため、コンデンサの静電容量を操作することで、スイッチング素子が開状態に切り替えられた後の電流の変化速度の絶対値が過度に大きくならないように制御することができる。そしてこれにより、電磁駆動弁の開弁速度が過度に大きくならないように制御することができ、ひいてはコイルを流れる電流を遮断することに伴って弁体が弁座に衝突する際の弁体の速度が過度に大きくなることを抑制することができる。したがって、上記構成では、コイルに流れる電流を遮断して電磁駆動弁を開弁させることによる電磁駆動弁の耐久性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】高圧燃料ポンプの制御装置の一実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる電磁駆動弁の開弁処理の手順を示す流れ図。
【図３】同実施形態の効果を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、高圧燃料ポンプの制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す高圧燃料ポンプ１０は、たとえばガソリン等を燃料とする火花点火式内燃機関の燃料噴射弁に供給する燃料を加圧するものである。高圧燃料ポンプ１０は、内燃機関のカム軸等に連結されており、クランク軸の回転力によって駆動される機関駆動式のポンプである。
【００１１】
高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１６およびプランジャ１８を備え、シリンダ１６およびプランジャ１８によって加圧室２０が区画される。高圧燃料ポンプ１０は、プレス板カバー１２およびシリンダ１６によって区画形成された燃料室２２を備えている。燃料室２２には、外部から高圧燃料ポンプ１０内に吸入された燃料が流入する。そして燃料室２２内の燃料は、電磁駆動弁３０を介して加圧室２０に吸い込まれる。加圧室２０内に吸い込まれた燃料は、プランジャ１８の変位によって加圧室２０内の容積が縮小されることで加圧される。そして、電磁駆動弁３０が閉弁されると、加圧室２０内の燃料は、吐出側ハウジング２４に収容された逆止弁を介して外部に吐出される。
【００１２】
電磁駆動弁３０は、吸入バルブ４０を備えている。吸入バルブ４０は、バルブシート部４２に着座することによって閉弁する。すなわち、上記燃料室２２から加圧室２０へと流入する燃料の流入経路を遮断する。吸入バルブ４０は、閉弁用スプリング４４によって閉弁方向（図中、左側）に力を及ぼされている。
【００１３】
また、吸入バルブ４０には、ニードル４６によって開弁方向（図中、右側）に力を加えることが可能となっている。吸入バルブ４０の開弁時の最大リフト量は、開弁側弁座４３によって規定される。すなわち、吸入バルブ４０が開弁側弁座４３に着座することによって、吸入バルブ４０の開弁時のリフト量はそれ以上拡大しない。ニードル４６には、可動コア４８が連結されている。そして、可動コア４８に対向するようにして、固定コア５０が配置されている。また、固定コア５０の周囲には、コイル５１が配置されている。
【００１４】
上記ニードル４６には、スプリング座５２に一端が固定された開弁用スプリング５４によって吸入バルブ４０の開弁方向の弾性力が加えられている。ここで、開弁用スプリング５４がニードル４６を介して吸入バルブ４０を開弁させようとする弾性力は、閉弁用スプリング４４が吸入バルブ４０を閉弁させようとする弾性力よりも大きい値に設定されている。このため、コイル５１に通電がなされず、可動コア４８が固定コア５０側に吸引されていない状態において、吸入バルブ４０は、バルブシート部４２から離座しており、開弁状態となる。すなわち、本実施形態にかかる電磁駆動弁３０は、ノーマリーオープン式のものである。
【００１５】
コイル５１の両端は、抵抗値Ｒの抵抗体６８、バッテリ６６、およびスイッチング素子６２を介して互いに接続されている。すなわち、コイル５１、抵抗体６８，バッテリ６６、およびスイッチング素子６２によってループ回路が形成されている。また、スイッチング素子６２には、静電容量Ｃを可変操作可能な可変容量コンデンサ６４が並列接続されている。
【００１６】
制御装置６０は、電磁駆動弁３０を操作して、高圧燃料ポンプ１０の吐出量を制御する。すなわち、プランジャ１８の変位によって加圧室２０の容積が収縮している期間において吸入バルブ４０の閉弁タイミングを可変制御することで、高圧燃料ポンプ１０の吐出量を可変制御する。具体的には、制御装置６０は、スイッチング素子６２を閉操作することによって、コイル５１に通電し、これにより吸入バルブ４０を閉弁操作する。そして、プランジャ１８の変位により加圧室２０の容積が拡大するときには、コイル５１の通電を停止して吸入バルブ４０を開弁させる。
【００１７】
ところで、吸入バルブ４０の開弁状態において、加圧室２０が収縮しているときには、加圧室２０内の燃料が吸入バルブ４０を介して燃料室２２側に逆流する。そして、この際、吸入バルブ４０には、吸入バルブ４０を閉弁させようとする力が上記逆流する燃料によって及ぼされる。したがって、吸入バルブ４０の閉弁タイミングをコイル５１の通電操作によって精度よく制御するためには、上記燃料の逆流によって吸入バルブ４０が閉弁しないように、開弁用スプリング５４の弾性力を設定する必要がある。この弾性力は、高圧燃料ポンプ１０の容量が大きくなるほど大きくなる傾向がある。
【００１８】
そして、開弁用スプリング５４の弾性力が大きい場合、コイル５１の通電を停止した際の吸入バルブ４０の開弁速度が増大し、吸入バルブ４０が開弁側弁座４３に着座する際の吸入バルブ４０の変位速度が過度に大きくなり、ひいては吸入バルブ４０が開弁側弁座４３に着座する際の衝撃が過度に大きくなるおそれがある。
【００１９】
そこで本実施形態では、スイッチング素子６２を閉状態から開状態に切り替えた後のコイル５１の電流の減少速度が過度に大きくならないように、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを操作する。すなわち、抵抗体６８の電圧降下を検出する電圧センサ７０の検出値によって電流ｉを検出し、同電流ｉを入力として可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを操作する。
【００２０】
図２に、電磁駆動弁３０の開弁処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理において、制御装置６０は、まずスイッチング素子６２が開状態であるか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、制御装置６０は、開状態であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、抵抗体６８の電圧降下を検出する電圧センサ７０の出力値に基づき、電流ｉを取得する（Ｓ１２）。次に、制御装置６０は、今回のステップＳ１２の処理によって取得された電流ｉ（ｎ）と前回のステップＳ１２の処理によって取得された電流ｉ（ｎ−１）との差分演算によって、電流の変化速度ｄｉ／ｄｔを算出する（Ｓ１４）。次に、制御装置６０は、今回のステップＳ１４の処理によって算出された変化速度ｄｉ／ｄｔの絶対値が前回のステップＳ１４の処理によって算出された変化速度ｄｉ／ｄｔの絶対値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１６）。そして、制御装置６０は、今回のステップＳ１４の処理によって算出された変化速度ｄｉ／ｄｔの絶対値の方が大きいと判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを、所定量ΔＣだけ増加させる。なお、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃは、スイッチング素子６２の開操作時において、抵抗体６８の抵抗値Ｒと、コイル５１のインダクタンスＬとによって定まる以下の条件を満たすように設定されている。
【００２１】
Ｃ＞４Ｌ／（Ｒ・Ｒ）
これは、コイル５１を流れる電流の時間変化を示す微分方程式の解が、振動解とならないための条件である。
【００２２】
なお、制御装置６０は、ステップＳ１８の処理が完了する場合や、ステップＳ１０，Ｓ１６において否定判定する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００２３】
制御装置６０によりスイッチング素子６２が閉状態とされているときには、コイル５１に流れる電流によって、コイル５１に磁束が生じ、可動コア４８が固定コア５０側に吸引される。このため、ニードル４６も固定コア５０側に変位し、ニードル４６が吸入バルブ４０から離れる。このため、吸入バルブ４０は、閉弁用スプリング４４による閉弁方向の弾性力によってバルブシート部４２側に押しつけられる。すなわち、吸入バルブ４０が閉弁状態となる。
【００２４】
その後、制御装置６０によりスイッチング素子６２が開状態とされると、バッテリ６６、可変容量コンデンサ６４、コイル５１、および抵抗体６８によって形成されるループ回路に電流が流れる。この場合、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃは、スイッチング素子６２の開操作後におけるコイル５１の電流の減少速度を規定する。制御装置６０では、コイル５１の電流ｉの変化速度ｄｉ／ｄｔの絶対値が増加すると判定すると、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを所定量ΔＣだけ増加させる。静電容量Ｃが所定量ΔＣだけ増加される場合、コイル５１の電流の減少速度が減少する。
【００２５】
図３に、時刻ｔ０においてスイッチング素子６２を閉操作し、時刻ｔ１においてスイッチング素子６２を開操作したときのコイル５１を流れる電流の推移を模式的に示す。図３において、実線は、可変容量コンデンサ６４を備えない場合の電流ｉの推移を示し、一点鎖線は、可変容量コンデンサ６４を備えて図２に示した制御を実行した場合の電流ｉの推移を示す。図３に示すように、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを操作することによって、電流ｉの低下速度を抑制制御することができる。
【００２６】
なお、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃが大きい場合、コイル５１を流れる電流ｉがゼロとなる際の可変容量コンデンサ６４の充電電荷量が大きくなる。そしてこれにより、スイッチング素子６２を閉操作した際にスイッチング素子６２および可変容量コンデンサ６４によって形成されるショートループにおける電力損失が増大する。この点、上記構成では、制御装置６０によりステップＳ１６において肯定判定されることにより静電容量Ｃが所定量ΔＣだけ増加されるため、電流ｉの低下速度が大きくなることを抑制しつつも静電容量Ｃを極力小さくすることができる。
【００２７】
なお、可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃは、スイッチング素子６２が閉操作される都度、初期値に戻しておく。
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
【００２８】
（１）可変容量コンデンサ６４の静電容量Ｃを操作することによって電流ｉの低下速度を抑制制御することにより、コイル５１の電流ｉを遮断して電磁駆動弁３０を開弁させることによる電磁駆動弁３０の耐久性の低下を抑制できる。
【００２９】
＜その他の実施形態＞
・図２の処理では、スイッチング素子６２が閉状態とされている期間において、ステップＳ１６で肯定判定される都度、静電容量Ｃを所定量ΔＣずつ増大させたが、これに限らず、たとえば、１度のみ増大させてもよい。この場合、静電容量Ｃを最大値としてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０…高圧燃料ポンプ、１２…プレス板カバー、１６…シリンダ、１８…プランジャ、２０…加圧室、２２…燃料室、２４…吐出側ハウジング、３０…電磁駆動弁、４０…吸入バルブ、４２…バルブシート部、４３…開弁側弁座、４４…閉弁用スプリング、４６…ニードル、４８…可動コア、５０…固定コア、５１…コイル、５２…スプリング座、５４…開弁用スプリング、６０…制御装置、６２…スイッチング素子、６４…可変容量コンデンサ、６６…バッテリ、６８…抵抗体、６８…バッテリ、７０…電圧センサ。
【図１】
2016205213.tif 000003
【図２】
2016205213.tif 000004
【図３】
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