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JP2000027725A - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents

コモンレール式燃料噴射装置

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Publication number
JP2000027725A
JP2000027725A JP10193488A JP19348898A JP2000027725A JP 2000027725 A JP2000027725 A JP 2000027725A JP 10193488 A JP10193488 A JP 10193488A JP 19348898 A JP19348898 A JP 19348898A JP 2000027725 A JP2000027725 A JP 2000027725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel injection
fuel
valve
common rail
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10193488A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiko Minato
明彦 港
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP10193488A priority Critical patent/JP2000027725A/ja
Priority to DE1999620338 priority patent/DE69920338T2/de
Priority to EP19990305441 priority patent/EP0971119B1/en
Publication of JP2000027725A publication Critical patent/JP2000027725A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は，アクチュエータによって開閉作
動する開閉弁の作動量で圧力制御室からの燃料のリーク
量を制御することにより，エンジンの運転状態に応じた
燃料噴射を制御可能なコモンレール式燃料噴射装置を提
供する。 【解決手段】 インジェクタ６０の圧力制御室４０から
の高圧燃料のリークは，開閉弁４２のリフト量が小さ
く，開閉弁４２の弁開口部面積がリーク路４１の通路断
面積よりも小さいときには，開閉弁４２のリフト量によ
って決定される。圧力制御室４０の圧力降下に応じて針
弁２４のリフト，即ち，燃料噴射率（したがって，燃料
噴射量，燃料噴射率の変化率）が制御される。エンジン
の運転状態に応じて求められた目標燃料噴射率等に対応
して，開閉弁４２を作動させるアクチュエータへの駆動
信号が決定され，燃料噴射率等の制御が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，コモンレールか
ら供給される燃料の圧力作用に基づいて，燃料をエンジ
ンの燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来，エンジンの燃料噴射装置として，
コモンレールに貯留された燃料を複数のインジェクタに
供給し，燃料の一部を作動流体として利用してインジェ
クタを作動させると共に，かかる各インジェクタの作動
によってコモンレールから供給された燃料を，インジェ
クタの先端に形成された噴孔からエンジンの燃焼室に噴
射するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。
【０００３】図１５には，上記のコモンレール式燃料噴
射装置の一例が概略化されて示されている。燃料タンク
４からフィルタ５を経てフィードポンプ６によって吸い
上げられて所定の吸入圧力に加圧された燃料は，燃料管
７を通じて高圧燃料ポンプ８に送られる。高圧燃料ポン
プ８は，例えばエンジンによって駆動される，所謂，プ
ランジャ式のサプライポンプであり，燃料を運転状態等
に基づいて定められる高圧に昇圧し，昇圧された燃料を
燃料管９を通じてコモンレール２に供給する。所定圧力
に昇圧された状態でコモンレール２に貯留された燃料
は，燃料供給管３を通じて，複数のインジェクタ１に供
給される。図示のエンジンは，６気筒エンジンであり，
６つの気筒（図示せず）には，それぞれの燃焼室に燃料
を噴射するインジェクタ１が配設されている。なお，エ
ンジンは，図示の６気筒に限らず，４気筒でもよいこと
は明らかである。
【０００４】高圧燃料ポンプ８からリリーフされた燃料
は，戻し管１０を通じて燃料タンク４に戻される。ま
た，コモンレール２からインジェクタ１に供給された燃
料のうち，燃焼室への噴射に費やされなかった燃料は，
戻し管１１を通じて燃料タンク４に戻される。コントロ
ーラ１２には，各種のセンサ，即ち，エンジン回転数を
検出するためのクランク角度センサ，エンジン負荷とし
てのアクセル開度を検出するためのアクセル開度セン
サ，高圧燃料の温度を検出する燃料温度センサ等の各種
センサからの信号が入力される。その他のエンジンの運
転状態を検出するためのセンサとしては，吸気管内圧力
を検出するための吸気管内圧力センサ，冷却水温度を検
出するための水温センサ等がある。また，コントローラ
１２には，コモンレール２に設けられている圧力センサ
１３が検出したコモンレール２内の燃料圧力（以下，コ
モンレール圧力という）の検出信号が送られる。
【０００５】コントローラ１２は，これらの信号に基づ
いて，エンジン出力がその運転状態に即した最適なもの
になるように，例えば，燃料が最適な噴射時期に最適な
燃料噴射量でもって対応する燃焼室に噴射されるよう
に，燃料の噴射時期や噴射量を含む噴射条件を定め，そ
の噴射条件に従って燃料噴射を制御する。インジェクタ
１から噴射される燃料の噴射圧はコモンレール圧力に略
等しい。燃料噴射量は，噴射期間と噴射圧力とによって
決定されるが，噴射圧力は，流量制御弁１４によって制
御されるコモンレール２への高圧燃料の送出し量によっ
て制御される。インジェクタ１からの燃料の噴射でコモ
ンレール２内の燃料が消費された場合や，燃料噴射量を
変更する場合には，コントローラ１２は，コモンレール
圧力が所定の圧力となるように，流量制御弁１４を制御
して高圧燃料ポンプ８からコモンレール２への燃料の送
出し量を制御する。コモンレール燃料噴射装置それ自体
は，従来公知のものであり，これ以上の詳細な説明を省
略する。
【０００６】このコモンレール式燃料噴射装置におい
て，燃料噴射を制御可能にしたインジェクタ１の概略図
が，図１６に示されている。インジェクタ１は，インジ
ェクタ本体２１と，インジェクタ本体２１に取り付けら
れ且つ内部に形成された中空穴２３内を摺動自在な針弁
２４を有するノズル２２とを備えている。コモンレール
２から燃料供給管３を通じて各インジェクタ１に供給さ
れた燃料は，インジェクタ本体２１の内部に形成された
燃料通路３１と燃料溜まり３３，及び中空穴２３内にお
いて針弁２４の周囲の通路を満たしており，ノズル２２
の先端に形成された噴孔２５が針弁２４のリフトによっ
て開いたとき，噴孔２５から燃焼室内に噴射される。ノ
ズル２２の先端部にはサック部２６が形成されており，
噴孔２５はサック部２６に連通している。針弁２４の先
端部に形成されたテーパ部２７が，ノズル２２のテーパ
面２８に着座するか又はテーパ面２８から離間すること
により，噴孔２５からの燃料の噴射が遮断又は実行され
る。
【０００７】針弁２４のリフトを制御するために，イン
ジェクタ１には圧力制御室式の針弁リフト機構が設けら
れている。即ち，コモンレール２から供給される高圧燃
料の一部は，燃料通路３１に連通するスリット３７を通
じてインジェクタ１の内部に形成された圧力制御室４０
に供給される。また，インジェクタ１のヘッド部には，
圧力制御室４０への作動流体の流出を制御する電子デバ
イスとしての電磁弁１５が設けられており，コントロー
ラ１２は，エンジンの運転状態に応じて電磁弁１５を制
御して，圧力制御室４０内における作動流体の圧力状態
を，導入した高圧燃料による高圧状態，又は圧力制御室
４０内の圧力を解放した低圧状態に制御する。コントロ
ーラ１２からの制御信号としての駆動信号が電磁弁１５
のソレノイド３８に送られる。電磁弁１５は，アーマチ
ュア３９の先端がリーク通路としての燃料路４１の出口
側開口部を開閉する開閉弁４２を構成している。ソレノ
イド３８が励磁されるとアーマチュア３９が上昇（破線
で示す）し，圧力制御室４０内の燃料が開弁した開閉弁
４２を通じて排出されることにより，圧力制御室４０内
の高圧の燃料圧が解放される。開閉弁４２は，リーク路
４１の出口側開口部を開閉する形式の弁であるが，リー
ク路４１を貫通する弁ステム部と，弁ステム部の端部に
設けられ且つリーク路４１の入口側開口部に形成された
弁シートに着座可能な弁フェースを有する弁傘部とから
構成されるポペット弁としてもよい。
【０００８】インジェクタ１のインジェクタ本体２１に
形成された中央中空穴４３内には，コントロールピスト
ン４４が昇降可能に設けられている。図示の例では，コ
ントロールピストン４４は針弁２４と一体に形成されて
いるが，互いに追従するように付勢された別体で構成し
てもよい。電磁弁１５の作動時に低下した圧力制御室４
０内の圧力に基づいてコントロールピストン４４に働く
押下げ力よりも，燃料溜まり３３に臨むテーパ面３４及
び針弁２４の先端部に作用する燃料圧に基づいてコント
ロールピストン４４を押し上げる力が勝るため，コント
ロールピストン４４は上昇する。その結果，針弁２４が
リフトして，噴孔２５から燃料が噴射される。燃料噴射
量は，燃料圧と針弁２４のリフト（リフト量，リフト期
間）とによって定められる。
【０００９】インジェクタ１を作動させるための作動流
体をコモンレール２に貯溜された高圧燃料とし，コモン
レール２から各インジェクタ１に供給された高圧燃料の
一部をインジェクタ１に形成された圧力制御室（バラン
スチャンバ）４０に導入して，圧力制御室４０における
圧力作用に基づいて針弁２４を昇降させて，噴孔２５か
ら燃料を噴射する圧力バランス式（以下，コモンレール
式）燃料噴射装置は，例えば，特開昭５９−１６５８５
８号公報，特開昭６２−２８２１６４号公報に開示され
ている。また，電歪式アクチュエータの電荷放出量に応
じて燃料噴射率を可変制御することが，特開昭６１−２
７１８８１号公報に記載されている。
【００１０】ところで，ディーゼルエンジンにおいて
は，インジェクタ１からの燃料噴射における初期燃料噴
射は，エンジンの運転状態に大きな影響を及ぼすことが
知られている。例えば，インジェクタ１からの初期噴射
量が多いと，燃焼初期に着火する燃料量が増加して初期
の熱発生率が高くなり，その結果，エンジン騒音が大き
くなったり，排気ガス特性に好ましくない影響を生じる
ことがある。
【００１１】図１６に示すインジェクタ１には，アーマ
チュア３９を備えた第１電磁弁４５の外に，第２電磁弁
４６が配設されている。第２電磁弁４６を作動又は非作
動とすることによって第２電磁弁４６の可動子４７の位
置が変更され，可動子４７に当接することによって停止
するアーマチュア３９の停止位置が段階的に変更され
る。アーマチュア３９の停止位置によって，圧力制御室
４０からの燃料が通過する流路の最も狭くなる絞りが，
燃料路４１の通路か，又はアーマチュア３９と燃料路４
１の出口側開口部との間の通路となり，圧力制御室４０
からの燃料圧力の解放程度が制御される。その結果，圧
力制御室４０の平衡圧力とバランスする針弁２４のリフ
ト位置によって，針弁２４の先端のテーパ部２７とノズ
ル２２の弁シートとしてのテーパ面２８との間で生じる
絞り作用が変更されるため，噴孔２５から噴射される燃
料量を制御することができる。なお，開閉弁４２は，戻
しばね４８によって閉弁する方向に付勢されている。
【００１２】また，図１７に先端部を拡大して示したイ
ンジェクタ５０は，噴孔と針弁２４との構造に工夫を施
すことにより多段階の燃料噴射量を可能にしている。燃
料は，針弁２４の先端側の縮径部５７に形成された通路
５８と送油孔５６とを通じてサック部２６の先端側に供
給される。針弁２４のリフト量がＬ1 で示すように少な
いときには，下方に設けられた噴孔５１のみがサック部
２６に通じて噴孔５１から燃料が噴射される。針弁２４
のリフト量がＬ2 で示すように多くなると，噴孔５１の
みならず上方に形成された噴孔５２もサック部２６に通
じて，噴孔５２からも燃料が噴射される。したがって，
針弁２４のリフト量が小さいとき，或いは針弁２４のリ
フトの初期には，燃料噴射量を低く抑えることができ
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の燃料噴射量を変
更しようとするインジェクタでは，電磁弁を新たに追加
する必要があったり，或いは針弁，噴孔を含むノズルの
形状や構造を複雑にするため，コスト上昇や生産性の悪
化を招くという問題がある。噴孔を上下に多列に形成す
る構造のものでは，燃料噴射率を２段階にしか変更でき
ず，幅広い回転数領域や負荷領域に対応して燃料噴射量
を制御することが困難である。また，燃料噴射率の時間
変化をグラフに描いたとき，積分は燃料噴射量を示し，
微分は燃料噴射率の変化率を表すが，燃料噴射の初期に
おける燃料噴射率のグラフ形状は，燃焼初期の熱発生率
を左右し，エンジンの騒音や排気ガス特性に大きな影響
を与える。燃料噴射率は針弁のリフトによって定めら
れ，針弁のリフトは，圧力制御室の圧力によって決ま
り，更に圧力制御室の圧力はインジェクタのアクチュエ
ータの作動によって決まる。したがって，アクチュエー
タの作動を制御することで燃料噴射率を制御することを
可能にする点で解決すべき課題がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，イン
ジェクタに新たな手段を付加したり，特殊な構造に変更
することなく，既存のアクチュエータの制御によって燃
料噴射を任意に且つ無断階に変更し，コスト上昇を抑
え，幅広い回転数領域や負荷領域に対応することができ
るコモンレール式燃料噴射装置を提供することである。
【００１５】この発明は，高圧燃料ポンプから送り出さ
れる燃料を貯留するコモンレール，前記コモンレールか
ら供給される燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ，エ
ンジンの運転状態を検出する検出手段，及び前記検出手
段からの検出信号に応じて前記インジェクタからの燃料
噴射を制御するコントローラを具備し，前記インジェク
タは，前記コモンレールから供給される燃料の一部が導
入される圧力制御室，前記圧力制御室内の燃料の圧力作
用に基づいて昇降して前記インジェクタの先端部に形成
された燃料を噴射する噴孔を開閉する針弁，前記圧力制
御室内の燃料をリークすることにより前記圧力制御室内
の燃料圧力を解放する開閉弁，及び前記開閉弁を開閉作
動させるアクチュエータを有しており，前記コントロー
ラは，前記検出手段からの検出信号に応じて求めた駆動
信号によって前記アクチュエータを駆動して前記開閉弁
の弁開口面積を制御することにより，前記インジェクタ
からの燃料噴射を制御することから成るコモンレール式
燃料噴射装置に関する。
【００１６】このコモンレール式燃料噴射装置によれ
ば，コントローラは，エンジンの運転状態を検出する検
出手段からの検出信号に応じてアクチュエータを駆動す
る駆動信号を求め，この駆動信号によってアクチュエー
タを駆動する。アクチュエータの作動によって開閉弁は
その弁開口面積が変化する領域を含む範囲で制御され，
インジェクタの圧力制御室内からの燃料のリークの程度
が制御されて，その結果，針弁のリフトが制御される。
したがって，インジェクタの先端部に形成された噴孔か
らの燃料噴射が制御される。アクチュエータへの駆動信
号と燃料噴射率等との関係を予めデータとして用意して
おけば，エンジンの運転状態に応じて，例えば，初期燃
料噴射を含む最適な燃料噴射条件で燃料が噴射される。
【００１７】前記アクチュエータは圧電素子から構成す
ることができる。この場合，前記駆動信号は前記圧電素
子に印加される駆動電圧とされる。また，前記アクチュ
エータは電磁ソレノイドから構成することができる。こ
の場合，前記駆動信号は，前記電磁ソレノイドに印加さ
れる駆動電圧，又は前記電磁ソレノイドに供給される駆
動電流とされる。
【００１８】前記開閉弁は，前記圧力制御室から燃料が
リークする燃料リーク路の出口側開口部を開閉するリフ
ト弁である。また，前記開閉弁は，前記燃料リーク路を
貫通する弁ステム部と前記弁ステム部の前記圧力制御室
側に設けられ且つ前記燃料リーク路の入口側開口部に形
成された弁シートに着座可能な弁フェースを有する弁傘
部とから構成されるポペット弁とすることもできる。
【００１９】前記コントローラは，前記検出信号に基づ
いて目標燃料噴射量と該目標燃料噴射量に応じた目標コ
モンレール圧力とを求め，前記燃料噴射の初期における
初期燃料噴射制御量と前記目標燃料噴射量との間におけ
る予め決められた関係として記憶している第１マップデ
ータから前記目標燃料噴射量に応じた前記初期燃料噴射
制御量を求め，前記目標コモンレール圧力，前記初期燃
料噴射制御量及び前記駆動信号の間における予め決めら
れた関係として記憶している第２マップデータから，前
記初期燃料噴射制御量に応じた前記駆動信号を演算す
る。即ち，エンジンの運転状態に応じて目標燃料噴射量
と目標コモンレール圧力とが求められ，第１マップデー
タから目標燃料噴射量に対応した初期燃料噴射制御量が
求められ，その初期燃料噴射制御量で燃料噴射が行われ
るように第２マップデータから初期燃料噴射制御量に対
応した駆動信号が求められ，その駆動信号でインジェク
タが駆動される。
【００２０】前記初期燃料噴射制御量は，初期燃料噴射
量，初期燃料噴射率，又は初期燃料噴射率の変化率とさ
れる。即ち，インジェクタへの駆動信号の与え方によっ
て，初期燃料噴射量，初期燃料噴射率，又は初期燃料噴
射率の変化率をそれぞれの目標値に一致させるように制
御することができる。特に，前記したコモンレール式燃
料噴射装置の場合，噴射初期（例えば，噴射開始から
０．５ｍｓｅｃまでの間）の燃料噴射率が直線的に増加
することが分かっているため，初期燃料噴射量，初期燃
料噴射率及びその変化率は，変化率の大きさによる比例
関係にあるため，例えば初期燃料噴射率の変化率を制御
パラメータとして初期燃料噴射の制御に利用することが
できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下，図１〜図１４を参照して，
この発明によるエンジンのコモンレール式燃料噴射装置
の実施例を説明する。コモンレール式燃料噴射装置の概
要は，図１５に示した装置をそのまま用いることができ
る。以下，図３に示されている一般的な圧力バランス式
（コモンレール式）のインジェクタ６０について，アク
チュエータの作動と燃料噴射率との関係について説明す
る。図３は，この発明によるコモンレール式燃料噴射装
置に用いられるインジェクタの概略を示す断面図であ
る。インジェクタ６０は，図１６に示したインジェクタ
と比較して，アクチュエータが一つの電磁弁６５によっ
て構成されており，且つ圧力制御室４０には燃料路３
５，３６を通じて燃料が導入される点で異なるのみであ
り，その他の構造は基本的に同じである。同等の機能を
奏する部品及び部位には同じ符号を付しているので，イ
ンジェクタ６０についての再度の説明を省略する。な
お，開閉弁４２を通じてリークされた燃料は，低圧側の
戻し管１１を通じて回収される。
【００２２】インジェクタ６０においては，以下の式が
成り立っている。 （１）圧力制御室４０に関する連続の式〔１〕
【数１】 （２）サック部２６に関する連続の式〔２〕
【数２】
【００２３】以上の基礎的な式において，式〔１〕から
針弁２４の移動速度について変形すると，次の式〔３〕
となる。
【数３】 式〔３〕に式〔２〕を代入して，燃料噴射率項について
解くと，式〔４〕が得られる。
【数４】
【００２４】式〔４〕において，針弁開弁時の極初期の
場合には，次の一群の式〔５〕を仮定することができ，
式〔４〕から式〔６〕が得られる。
【数５】
【数６】
【００２５】よって，式〔６〕から，コモンレール圧
力，針弁２４（ノズル２２）の仕様が決定された場合，
燃料噴射率は圧力制御室４０の出口面積にのみ依存する
ことが解る。ここで，圧力制御室４０の出口側面積につ
いては，開閉弁４２との間に，図５に示す関係が存在す
る。したがって，開閉弁４２を最小絞り部がリーク路４
１の出口側となる任意のリフト位置に置くことによっ
て，燃料噴射率を制御することが可能となる。或いは，
式〔６〕を変形すると次の式〔７〕となる。
【数７】 燃料噴射量は，燃料噴射率の時間積分であるから，次の
式〔８〕となる。
【数８】 この式〔８〕から，初期燃料噴射量を抑制するには，開
閉弁４２のリフト速度を抑制すればよく，必ずしも任意
のリフト量に固定しておく必要はない。
【００２６】ここで，開閉弁４２の運動方程式は一般に
次の式
〔９〕で表される。
【数９】 したがって，式
〔９〕から，アクチュエータからの入力
を抑えることで速度抑制が可能となる。以上から，開閉
弁４２の位置制御或いは速度制御によって燃料噴射率の
制御が可能であるということができる。
【００２７】開閉弁４２のリフトを制御することによる
燃料噴射率の制御については，定性的には次のように説
明される。図４は，図３に示すインジェクタ６０の圧力
制御室４０からの燃料のリークを説明する拡大断面図で
ある。図４に示すように，開閉弁４２のリフト量Ｌが少
ないときには，圧力制御室４０からのリーク路４１を通
じてリークされる燃料のリーク量を定めているのは，リ
ーク路４１ではなく，アーマチュア３９とリーク路４１
との間に開く弁開口部６１である。即ち，弁開口部６１
の弁開口面積Ｓａはリーク路４１の通路断面積Ｓｂより
狭く，弁開口部６１が最小の絞りとなっている。開閉弁
４２のリフト量が多くなると，弁開口部６１の弁開口面
積Ｓａはリーク路４１の通路断面積Ｓｂより広くなり，
圧力制御室４０からの燃料のリーク量を定めているの
は，最小の絞りとなるリーク路４１である。したがっ
て，図５に示すように，開閉弁４２の開口面積Ｓは，開
閉弁４２のリフト量Ｌの小さいときにはリフト量Ｌと共
に増加するが，一定のリフトＬ 0 以上となると，一定の
通路断面積Ｓｂとなる。開閉弁４２のリフト量がＬ0 以
下の範囲では，圧力制御室４０からの燃料のリーク量を
制御することができ，このことが，針弁２４のリフトを
調節して，燃料噴射率を制御することの根拠となってい
る。
【００２８】ここで，アクチュエータを次の（ａ）又は
（ｂ）に挙げる種類によって，それぞれ次のような特徴
がある。 （ａ）電磁ソレノイド弁（以下，電磁弁と略す） 電磁弁への駆動信号を電流とするときには，駆動電流と
吸引力との間には図６の電磁弁（駆動電流制御）の吸引
力特性に示すような関係がある。また，電磁弁への駆動
信号を電圧とするときには，駆動電圧と吸引力応答遅れ
との間には図７の電磁弁（駆動電圧制御）の吸引力応答
特性に示すような関係がある。この結果から，電磁弁に
入力される駆動電流を制限すれば，電磁弁の吸引力を抑
制することができる。また，電磁弁に入力される駆動電
圧を抑制すると，電磁弁が所定の吸引力を生じるまでの
時間が遅れるので，駆動電圧の抑制は，実質的に吸引力
を抑制する手段となる。 （ｂ）圧電素子 図８には，圧電素子への駆動電圧とプッシュロッドの変
位，即ち，リフト量との関係がグラフに示されている。
圧電素子は直線的な応答特性を有しており，駆動電圧を
変化させることによって開閉弁４２の位置をダイレクト
に制御することができる。
【００２９】図９には，電磁弁を駆動電圧で制御すると
きの燃料噴射特性が示されている。電磁弁に駆動信号と
して印加する駆動電圧がパラメータとして取られてお
り，駆動電圧を抑制していくと，上段のグラフに示すよ
うに，電圧を大きく低下させない限り電流値は大きな低
下傾向を示さない。駆動電圧を抑制していくと，中段の
電磁弁のリフト量のグラフに示されているように，電磁
弁のリフトは遅れて開始されると共に，リフト速度及び
最大リフト量も低下する。また，駆動電圧を抑制してい
くと，下段の燃料噴射率のグラフに示されているよう
に，噴射開始時期の遅れが大きく表れると共に，燃料噴
射率の傾き（変化率）も低下する傾向を示す。電磁弁を
駆動電圧で制御するときは，更に，図１２の駆動電圧と
初期燃料噴射量の減少率との関係から分かるように，駆
動電圧を抑制していくと，初期噴射量は大きく低下す
る。
【００３０】図１０には，電磁弁を駆動電流で制御する
ときの燃料噴射特性が示されている。電磁弁に駆動信号
として供給される駆動電流がパラメータとして採用され
ている。上段のグラフに示すように，燃料噴射開始指示
の初期の駆動電流を減少させていくと，吸引力はそれに
応じて低下し，中段の電磁弁のリフト量のグラフに示さ
れているように，電磁弁のリフト速度が遅くなると共に
最大リフト量も低下する。しかし，リフト開始時期は，
電圧制御の場合の遅れ程の遅れを示すことはない。ま
た，駆動電流を抑制していくと，下段の燃料噴射率のグ
ラフに示されているように噴射開始時期に遅れが表れ，
且つ燃料噴射率の傾き（変化率）も低下する傾向を示す
が，電圧制御の場合の遅れと比較すると遅れ時間は短
い。電磁弁を駆動電流で制御するときは，更に，図１３
の駆動電流と初期燃料噴射量の減少率との関係から分か
るように，駆動電流を抑制していくと，初期噴射量は略
一様に低下する。
【００３１】図１１には，圧電素子を駆動電圧で制御し
たときの特性曲線が示されている。上段のグラフに示す
うように駆動電圧を低下させていくと，圧電素子の出力
としてのプッシュロッドの変位量が応答性良く変化し，
また，下段の燃料噴射率のグラフに示されているよう
に，特的な変化として，燃料噴射率の傾き（変化率）が
大きく変化していることを挙げることができる。
【００３２】図１４には，コマンドパルスに応答したコ
モンレール圧力及び燃料噴射率の変化を示したグラフが
示されている。コマンドパルスが立ち下がる時刻ｔ
0 は，インジェクタ１に対する燃料噴射の開始指示時期
を示している。圧力制御室４０での作動流体の応答遅れ
に起因した開始遅れ時間Ｔの後の時刻ｔS において，イ
ンジェクタ１から実際に燃料噴射が開始され，その後，
コモンレール圧力Ｐｃｒが下降し始める。インジェクタ
のアクチュエータへの駆動信号を制御するコマンドパル
スの立ち下がり時期から実際の燃料噴射開始時期までの
開始遅れ時間Ｔを知る方法については，本出願人が既に
出願している方法がある（特願平９−２７７９７４
号）。この方法によれば，図１４を参照すると，燃料噴
射に基づくコモンレール圧力が低下を開始してから最初
の極小値（時間ｔ4 ）をとるまでの変化曲線の近似直線
Ｌｄが求められ，この近似直線Ｌｄとコモンレール圧力
が低下を開始する前の下降前近似直線（平均圧力）Ｌｐ
との交点の時間座標ｔ3 としてコモンレール圧力低下開
始時期が求め，低下開始前のコモンレールの平均圧力Ｌ
ｐとこのコモンレール圧力低下開始時期ｔ3 とに基づい
て，予め実験等で求められている関数関係によって，コ
マンドパルスの立ち下がり時期ｔ0 から燃料噴射開始時
期ｔs までの開始遅れ時間Ｔが求められている。
【００３３】図１４の燃料噴射率ｑのグラフから分かる
ように，噴射初期の燃料噴射率は，直線的に増加してい
る。したがって，噴射初期（燃料噴射開始時期から一定
期間内）の燃料噴射量，及び噴射初期の燃料噴射率は，
燃料噴射率の変化率（一定の傾き値）と比例関係にある
と言える。なお，開始遅れ時間Ｔより短い開始遅れ時間
Ｔ1 （実際の噴射開始時刻ｔ1 ）に対しては，初期燃料
噴射率（燃料噴射率ｑの噴射初期の部分）とその変化率
ｋ1 とは大きな値を示し，したがって，噴射初期におけ
る燃料噴射量も変化率ｋ1 に比例して多いことが分か
る。また，開始遅れ時間Ｔより長い開始遅れ時間Ｔ
2 （実際の噴射開始時刻ｔ2 ）に対しては，初期燃料噴
射率とその変化率ｋ2 とは小さい値を示しており，した
がって，噴射初期における初期燃料噴射量も変化率ｋ2
に比例して少ないことが分かる。
【００３４】図１はこの発明によるコモンレール式燃料
噴射装置において，初期燃料噴射制御量を初期燃料噴射
率としたときの燃料噴射制御を示すフローチャートであ
り，図２は図１に示した燃料噴射の制御内容を示すブロ
ック線図である。エンジンの運転状態を検出するセンサ
は，エンジンの回転数センサとアクセルペダル踏込み量
のようなアクセル開度を検出する負荷センサを含んでお
り，回転数センサがエンジンの回転数Ｎｅを，負荷セン
サがエンジンへの負荷Ａｃを検出する（ステップ１，Ｓ
１と略す。以下同じ）。エンジンの回転数Ｎｅ，エンジ
ンへの負荷Ａｃ，及び目標燃料噴射量Ｑ0 の間の関係が
予めマップＡとして決められており，各センサが検出し
たエンジンの回転数Ｎｅとエンジンへの負荷Ａｃとに対
応して，マップＡに基づいて，噴射すべき目標燃料噴射
量Ｑ0 が求められる（Ｓ２）。エンジン回転数Ｎｅと，
マップＡに基づいて求められた目標燃料噴射量Ｑ0 とに
対応する目標コモンレール圧力Ｐｆが，予め決められた
マップＢに基づいて求められる。目標コモンレール圧力
Ｐｆは，ポンプコントローラへ入力され，実際にコモン
レール圧力が目標コモンレール圧力Ｐｆになるように高
圧燃料ポンプ８及び流量制御弁１４を制御している。
【００３５】目標燃料噴射量Ｑ0 ，エンジン回転数Ｎ
ｅ，及び初期燃料噴射率の目標変化率（Ｑの時間による
二回微分）ｋ0 の間の関係が，エンジンの騒音や，ＥＧ
Ｒが実行できないときに対応したスモークや燃費の観点
から，マップＣとして予め決められている。マップＣ
は，この発明における第１マップデータである。算出さ
れた目標燃料噴射量Ｑ0 及び検出されたエンジン回転数
Ｎｅに対応した初期燃料噴射率の目標変化率ｋ0 がマッ
プＣに基づいて決定される（Ｓ３）。Ｓ３で求められた
変化率ｋ0 に対応して，インジェクタ１のアクチュエー
タに供給されるプルイン電圧Ｖｐ（又はプルイン電流Ｉ
ｐ，以下同じ）が，予め決められたマップＤによって求
められる（Ｓ４）。マップＤは，この発明における第２
マップデータである。プルイン電圧Ｖｐはアクチュエー
タが圧電素子の場合に求められ，プルイン電流Ｉｐはア
クチュエータが電磁ソレノイドの場合に求められる。
【００３６】Ｓ４において，プルイン電圧Ｖｐが求めら
れると，トータルとしての燃料噴射量が変化する可能性
があるので，目標燃料噴射量Ｑ0 が得られるように，目
標コモンレール圧力Ｐｆをパラメータとした目標燃料噴
射量Ｑ0 ，コマンドパルス幅Ｐｗ，及びプルイン電圧Ｖ
ｐの予め決められた三次元マップＥに基づいて，コマン
ドパルス幅Ｐｗが決められる（Ｓ５）。Ｓ４で求められ
たプルイン電圧Ｖｐ，及びＳ５で求められたコマンドパ
ルス幅Ｐｗでもって，インジェクタドライバが駆動され
て，実際の燃料噴射処理が実行される（Ｓ６）。マップ
Ｅは，幾つかのプルイン電圧Ｖｐの値に応じて，目標燃
料噴射量Ｑ0 とコマンドパルス幅Ｐｗとの二次元マップ
としてもよい。
【００３７】
【発明の効果】この発明によるコモンレール式燃料噴射
装置によれば，アクチュエータへの駆動信号を制御する
ことにより，圧力制御室の圧力の低下を制御し，それに
よって針弁のリフトを制御して噴射初期における燃料噴
射量，燃料噴射率及びその変化率等の燃料噴射を制御し
ている。したがって，この発明によるコモンレール式燃
料噴射装置では，インジェクタに新たな手段は付加した
り，特殊な構造に変更されてもおらず，既存のアクチュ
エータの制御に工夫を施すことのみで，上記の燃料噴射
を任意に且つ無断階に変更し，コスト上昇を抑え，幅広
い回転数領域や負荷領域に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に
おける初期燃料噴射率の変化率の制御のメインルーチン
を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す初期燃料噴射率の変化率の制御を表
すブロック線図である。
【図３】この発明によるコモンレール式燃料噴射装置に
用いられるインジェクタの概略を示す断面図である。
【図４】図３に示すインジェクタの圧力制御室からの燃
料のリークを説明する拡大断面図である。
【図５】開閉弁のリフト量と開閉弁による開口面積との
関係を示すグラフである。
【図６】電磁弁（駆動電流制御）の吸引力特性を示すグ
ラフである。
【図７】電磁弁（駆動電圧制御）の吸引力応答特性を示
すグラフである。
【図８】圧電素子の応答特性を示すグラフである。
【図９】電磁弁（駆動電圧制御）による燃料噴射特性を
示すグラフである。
【図１０】電磁弁（駆動電流制御）による燃料噴射特性
を示すグラフである。
【図１１】圧電素子による燃料噴射特性を示すグラフで
ある。
【図１２】電磁弁（駆動電圧制御）における駆動電圧と
初期燃料噴射率との関係を示すグラフである。
【図１３】電磁弁（駆動電流制御）における駆動電流と
初期燃料噴射率との関係を示すグラフである。
【図１４】コマンドパルスに応答したコモンレール圧力
及び燃料噴射率の変化を示すグラフである。
【図１５】従来のコモンレール式燃料噴射装置の一例を
示す概略図である。
【図１６】従来のコモンレール式燃料噴射装置に用いら
れるインジェクタの一例を示す断面図である。
【図１７】従来のコモンレール式燃料噴射装置に用いら
れるインジェクタの別の例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１，５０，６０ インジェクタ ２ コモンレール ８ 高圧燃料ポンプ １２ コントローラ １３ 圧力センサ １４ 流量制御弁 １５ 電磁弁 ２１ インジェクタ本体 ２２ ノズル ２４ 針弁 ２５ 噴孔 ３８ ソレノイド ３９ アーマチュア ４０ 圧力制御室 ４１ リーク路 ４２ 開閉弁 ６１ 弁開口部 Ｑ0 目標燃料噴射量 ｋ0 燃料噴射率の目標変化率 Ｐｆ 目標コモンレール圧力 Ｖｐ プルイン電圧 Ｉｐ プルイン電流 Ｓａ 弁開口部面積 Ｓｂ 通路断面積 Ｐｗ コマンドパルス幅 Ｃ 第１マップデータ Ｄ 第２マップデータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/40 Ｆ０２Ｄ 41/40 Ａ Ｆ０２Ｍ 37/00 Ｆ０２Ｍ 37/00 Ｃ 47/02 47/02 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC01 AC09 AD12 BA12 BA13 BA22 BA23 BA61 CB01 CB12 CB19 CC06T CC08T CC14 CC64T CC66 CC67 CC68U CD26 CD28 CE13 CE22 CE27 DA01 DA11 DC00 DC04 DC09 DC18 3G301 HA04 HA06 JA03 JA21 JA37 LB11 LC01 LC05 MA11 MA27 NB02 NC04 ND03 PB08Z PE01Z PF03Z PG00Z PG02Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧燃料ポンプから送り出される燃料を
    貯留するコモンレール，前記コモンレールから供給され
    る燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ，エンジンの運
    転状態を検出する検出手段，及び前記検出手段からの検
    出信号に応じて前記インジェクタからの燃料噴射を制御
    するコントローラを具備し，前記インジェクタは，前記
    コモンレールから供給される燃料の一部が導入される圧
    力制御室，前記圧力制御室内の燃料の圧力作用に基づい
    て昇降して前記インジェクタの先端部に形成された燃料
    を噴射する噴孔を開閉する針弁，前記圧力制御室内の燃
    料をリークすることにより前記圧力制御室内の燃料圧力
    を解放する開閉弁，及び前記開閉弁を開閉作動させるア
    クチュエータを有しており，前記コントローラは，前記
    検出手段からの検出信号に応じて求めた駆動信号によっ
    て前記アクチュエータを駆動して前記開閉弁の弁開口面
    積を制御することにより，前記インジェクタからの燃料
    噴射を制御することから成るコモンレール式燃料噴射装
    置。
  2. 【請求項２】 前記アクチュエータは圧電素子から構成
    されており，前記駆動信号は前記圧電素子に印加される
    駆動電圧であることから成る請求項１に記載のコモンレ
    ール式燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記アクチュエータは電磁ソレノイドか
    ら構成されており，前記駆動信号は前記電磁ソレノイド
    に印加される駆動電圧又は前記電磁ソレノイドに供給さ
    れる駆動電流であることから成る請求項１に記載のコモ
    ンレール式燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記開閉弁は，前記圧力制御室から燃料
    がリークする燃料リーク路の出口側開口部を開閉するリ
    フト弁，又は前記燃料リーク路を貫通する弁ステム部と
    前記弁ステム部の前記圧力制御室側に設けられ且つ前記
    燃料リーク路の入口側開口部に形成された弁シートに着
    座可能な弁フェースを有する弁傘部とから構成されるポ
    ペット弁であることから成る請求項１〜３のいずれか１
    項に記載のコモンレール式燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 前記コントローラは，前記検出信号に基
    づいて目標燃料噴射量と該目標燃料噴射量に応じた目標
    コモンレール圧力とを求め，前記燃料噴射の初期におけ
    る初期燃料噴射制御量と前記目標燃料噴射量との間にお
    ける予め決められた関係として記憶している第１マップ
    データから前記目標燃料噴射量に応じた前記初期燃料噴
    射制御量を求め，前記目標コモンレール圧力，前記初期
    燃料噴射制御量及び前記駆動信号の間における予め決め
    られた関係として記憶している第２マップデータから前
    記初期燃料噴射制御量に応じた前記駆動信号を演算する
    ことから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載された
    コモンレール式燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 前記初期燃料噴射制御量は，初期燃料噴
    射量，初期燃料噴射率，又は初期燃料噴射率の変化率で
    あることから成る請求項５に記載のコモンレール式燃料
    噴射装置。
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