JPH1182131A - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料噴射条件が変更されても、電磁コイルによ
るフライバックエネルギーを効率良く充電させる。 【解決手段】サプライポンプに設けられた１対のＰＣＶ
（吐出量制御弁）は、トランジスタ４１，４２のオン動
作に伴う電磁コイル１９，２２の通電により開閉する。
マイコン３１は、トランジスタ４１，４２を順次オンし
てＰＣＶを閉弁しコモンレールへの燃料吐出量を制御す
る。電磁コイル１９，２２の通電遮断時には、コイル１
９，２２によるフライバックエネルギーがコンデンサ４
３，４４に蓄積される。また、マイコン３１は、電磁コ
イル１９，２２の通電遮断のタイミングと、パイロッ
ト，メイン接続素子（トランジスタ４５，４６）による
コンデンサ−インジェクタ間の接続のタイミングとをず
らして制御する。つまり、パイロット，メイン接続素子
のオフ時にのみ、コイル通電遮断を許可する。

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、ディーゼルエン
ジンにおけるコモンレール式燃料噴射装置に係り、より
詳しくは、サプライポンプに設けた電磁式吐出量制御弁
（ＰＣＶ：Pressure Control Valve）の電磁コイルをパ
ルス的に通電することによりディーゼルエンジンのイン
ジェクタ駆動に必要なエネルギーを蓄積する機能を有す
るコモンレール式燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンのコモンレール式燃
料噴射装置において、電磁コイルの駆動時に発生するフ
ライバックエネルギーを用いてインジェクタを駆動する
技術が開示されている。これは、サプライポンプに設け
たノーマリオープンタイプの電磁式吐出量制御弁（ＰＣ
Ｖ）の駆動時に生ずるフライバックエネルギーをコンデ
ンサに蓄積し、このエネルギーをインジェクタの電磁コ
イルの通電時に使用するものである。

【０００３】つまり、昨今、エンジン性能を高めるため
にインジェクタを高電圧・大電流駆動して、瞬時にイン
ジェクタを開弁して燃料を噴射するニーズが高まってお
り、この時のインジェクタ駆動電圧は図１１に示すよう
に１００ボルト以上、電流は８アンペア程度必要にな
る。そのために、吐出量制御弁（ＰＣＶ）でのコイル通
電遮断の際に発生するフライバックエネルギーをインジ
ェクタ駆動のためのエネルギーとして蓄積して、インジ
ェクタ駆動時に放電する。また、充電専用コイルを通電
してインジェクタを駆動するのに必要なエネルギーを蓄
積するのではなく、専用コイルの代わりに吐出量制御弁
（ＰＣＶ）の電磁コイルを用いることにより、少ない部
品点数で低コスト化を図ることができる。

【０００４】より詳しくは、コイル通電の遮断時には、
コイルインダクタンスと通電電流より規定される磁気エ
ネルギーが発生し、このエネルギーが充電用コンデンサ
に蓄積される。これにより、コンデンサには１００ボル
ト以上のエネルギーが蓄積できる。インジェクタはエン
ジン回転数、バッテリ電圧などにより規定されるタイミ
ングにより駆動されるが、このインジェクタ駆動時に、
予め充電用コンデンサに蓄積された１００ボルト以上の
エネルギーがインジェクタ側に放電される。

【０００５】ここで、上記フライバックエネルギーを蓄
積するコンデンサには、吐出量制御弁の電磁コイルが接
続されると共に、ＭＯＳトランジスタなどの接続素子を
介してインジェクタが接続されている。従って、インジ
ェクタ駆動時には、接続素子をオンすることでコンデン
サとインジェクタとの間の電気経路を接続し、コンデン
サの充電エネルギーをインジェクタの駆動エネルギーと
して利用するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記方式の
装置では、コイル通電の遮断時に発生するフライバック
エネルギーをその都度コンデンサに充電するが、通電遮
断時期（フライバックエネルギー発生時期）とインジェ
クタの駆動時期とが同期すると、コイル通電により発生
したフライバックエネルギーがコンデンサに充電され
ず、インジェクタを通して放電されるおそれがある。例
えばエンジン回転数などのエンジン運転状態や、吐出量
制御弁による燃料圧送量（コモンレール内圧力に基づく
コイル通電時間）といった燃料噴射条件によっては、上
記のような不都合が生ずる。かかる場合、コンデンサに
効率良く充電することが不可能になる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、吐出量制御弁の
コイル通電によるフライバックエネルギーの回収機能を
有するコモンレール式燃料噴射装置において、燃料噴射
条件が変更されても、電磁コイルによるフライバックエ
ネルギーを効率良く充電させ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にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のコモンレール式
燃料噴射装置ではその概要として、電磁式吐出量制御弁
（ＰＣＶ）に設けられた電磁コイルの通電遮断時に発生
するフライバックエネルギーを、エンジンの各気筒に設
けられたインジェクタの駆動源として充電手段（コンデ
ンサ）に蓄積する。そして、電磁コイルの通電によりサ
プライポンプからコモンレールへの燃料吐出量を制御す
ると共に、インジェクタを駆動してディーゼルエンジン
の状態に応じた燃料量を当該インジェクタから各気筒に
噴射させる。

【０００９】請求項１に記載の発明では、前記電磁コイ
ルの通電遮断のタイミングと、前記接続素子による充電
手段−インジェクタ間の接続のタイミングとをずらすよ
うにしたことを特徴とする。上記構成によれば、電磁コ
イルの通電遮断時期（フライバックエネルギー発生時
期）とインジェクタの駆動時期とが同期してフライバッ
クエネルギーがインジェクタを通して放電されるといっ
た従来装置の不具合が解消できる。その結果、燃料噴射
条件が変更されても、電磁コイルによるフライバックエ
ネルギーを効率良く充電させることができるようにな
る。

【００１０】また、上記請求項１の発明は、次の請求項
２又は請求項３のように具体化でき、以下の構成によれ
ば、電磁コイルによるフライバックエネルギーを効率良
く充電させるという本発明の主たる目的が容易に達せら
れる。つまり、 ・請求項２に記載の発明では、接続素子がオンからオフ
になったことを判定し、接続素子がオンからオフになっ
た直後に、前記電磁コイルの通電遮断によるフライバッ
クエネルギーを充電手段（コンデンサ）に蓄積させる。 ・請求項３に記載の発明では、フライバックエネルギー
を蓄積する電磁コイルの通電遮断のタイミングをサプラ
イポンプのプランジャ上死点と同期させると共に、接続
素子による充電手段−インジェクタ間の接続期間をサプ
ライポンプのプランジャ下死点からプランジャ上死点ま
での燃料圧送期間に限定する。

【００１１】一方、請求項４に記載の発明では、充電手
段を複数個設けると共に、該充電手段にはその数分だけ
前記接続素子を直列接続したことを特徴とする。上記構
成によれば、電磁コイルの通電遮断のタイミングと、接
続素子（その時々の噴射気筒に接続された接続素子）に
よる充電手段−インジェクタ間の接続のタイミングとを
ずらすことが容易に可能となり、電磁コイルの通電遮断
時期（フライバックエネルギー発生時期）とインジェク
タの駆動時期とが同期してフライバックエネルギーがイ
ンジェクタを通して放電されるといった従来装置の不具
合が解消できる。その結果、燃料噴射条件が変更されて
も、電磁コイルによるフライバックエネルギーを効率良
く充電させることができる。

【００１２】上記請求項４の発明を具体化するには、請
求項５に記載したように、電磁コイルによるフライバッ
クエネルギーを前記複数の充電手段に順次充電すると共
に、充電した順序に従いその充電エネルギーが放電され
るよう前記接続素子をオン駆動するようにすればよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明を具体化した第１
の実施の形態を図面に従って説明する。

【００１４】図１には、ディーゼルエンジンのコモンレ
ール式燃料噴射装置（ディーゼルエンジン燃料噴射シス
テム）の全体構成を示す。本装置（システム）は自動車
に搭載される。つまり、車載用ディーゼルエンジンに適
用されるものである。本システムには２シリンダ方式の
サプライポンプ（高圧ポンプ）１が備えられている。図
２は、サプライポンプ１の具体的構成を示す断面図であ
る。

【００１５】図１において、サプライポンプ１にはドラ
イブシャフト２が設けられ、このドライブシャフト２は
６気筒ディーゼルエンジン３のクランクシャフト４と駆
動連結されている。ドライブシャフト２には三角形状の
カム５，６が固定されている。また、サプライポンプ１
にはシリンダ７，８が設けられ、シリンダ７，８内には
カム５，６のカム面を接触しながら図の上下方向に摺動
するプランジャ９，１０が配置されている。そして、カ
ム５，６の回転に伴うプランジャ９，１０の下動により
シリンダ７，８内のプランジャ室（加圧室）１１，１２
にフィードポンプ（低圧ポンプ）１３を介してタンク１
４内の燃料が吸入される。

【００１６】カム５，６の回転に伴うプランジャ９，１
０の上下動は、互いに逆になるように構成されている。
つまり、カムリフトに伴い、一方のプランジャが上死点
（ポンプ上死点）に達する時、他方のプランジャが下死
点（ポンプ下死点）に達するようになっている（図４の
タイミングチャート参照）。

【００１７】ここで、フィードポンプ１３は図２に示す
ようにポンプ本体に内蔵され、ドライブシャフト２の駆
動に伴うベーンの移動によりタンク１４の燃料をプラン
ジャ室１１，１２に供給するものである。

【００１８】シリンダ７，８の上部には、ノーマリオー
プンタイプの電磁式吐出量制御弁（以下、ＰＣＶとい
う）１５，１６が配置されており、同ＰＣＶ１５，１６
はフィードポンプ１３からの燃料の供給通路を開閉す
る。つまり、ＰＣＶ１５は、弁体１７とスプリング１８
と電磁コイル（ソレノイドコイル）１９とを備えてお
り、電磁コイル１９の通電によりそれまでの開弁状態か
らスプリング１８の付勢力に抗して弁体１７を移動させ
て閉弁する。また、ＰＣＶ１６は、弁体２０とスプリン
グ２１と電磁コイル（ソレノイドコイル）２２とを備え
ており、電磁コイル２２の通電によりそれまでの開弁状
態からスプリング２１の付勢力に抗して弁体２０を移動
させて閉弁する。

【００１９】そして、ＰＣＶ１５，１６が閉弁した状態
でプランジャ９，１０が上動すると、プランジャ室１
１，１２で燃料の加圧動作（圧送動作）が行われる。こ
の加圧動作中でのＰＣＶ１５，１６の閉弁時期を調節す
ることにより燃料吐出量が調節できるようになってい
る。

【００２０】また、サプライポンプ１のプランジャ室１
１，１２には燃料供給管２３，２４を介して各気筒共通
の高圧蓄圧配管、いわゆるコモンレール２５が接続され
ている。燃料供給管２３，２４のポンプ側端部には、そ
れぞれ逆止弁２６ａ，２６ｂが設けられている。この逆
止弁２６ａ，２６ｂによりサプライポンプ１側からコモ
ンレール２５側への燃料の供給が許容され、且つコモン
レール２５側からサプライポンプ１側への燃料の通過が
規制される。

【００２１】コモンレール２５には、分岐管２７により
ディーゼルエンジン３の各気筒毎に設けられたインジェ
クタ（燃料噴射弁）２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，
２８ｅ，２８ｆが接続されている。このインジェクタ２
８ａ〜２８ｆには三方電磁弁２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，
２９ｄ，２９ｅ，２９ｆが設けられ、三方電磁弁２９ａ
〜２９ｆを制御することによりコモンレール２５からの
高圧燃料がインジェクタ２８ａ〜２８ｆから各気筒に噴
射されるようになっている。

【００２２】電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）
３０は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンとい
う）３１と駆動回路３２とを備え、マイコン３１にはク
ランク角センサ３３、気筒判別センサ３４及びアクセル
開度センサ３５からエンジン回転情報やアクセル開度情
報が入力される。

【００２３】ここで、気筒判別センサ３４は、図２に示
すようにサプライポンプ１のドライブシャフト２に固定
されるギヤ３４ａを有しており、ドライブシャフト２の
回転に伴うギヤ３４ａの通過の際にパルス信号が生成さ
れる。また、クランク角センサ３３は、外周に４８個の
歯を有するパルサ３３ａに対向している。同クランク角
センサ３３は、ポンプ下死点からポンプ上死点までの間
にて１６歯の通過を検知し、その通過毎に「ＮＥ０」〜
「ＮＥ１５」の番号を付したパルス信号を出力する。因
みに、ポンプ下死点ではＮＥ８の信号が出力され、その
後順次ＮＥ９→ＮＥ１０→…ＮＥ１５→ＮＥ０→ＮＥ１
→…の信号が出力されると共にポンプ上死点で次のＮＥ
８の信号が出力されるようになっている。

【００２４】そして、マイコン３１は、これらの信号に
より判断されるエンジン状態に応じて最適の噴射時期及
び噴射量を決定し、この噴射時期及び噴射量となるよう
駆動回路３２を介して三方電磁弁２９ａ〜２９ｆを駆動
制御する。

【００２５】より詳しくは、マイコン３１はディーゼル
エンジン３の運転状態（エンジン回転数，アクセル開
度）に応じた時期及び量の燃料を噴射すべくインジェク
タ２８ａ〜２８ｆの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆを開閉制
御してコモンレール２５内の燃料をディーゼルエンジン
３の各気筒に噴射する。ここで、本例では各気筒での燃
料噴射に際し、メイン噴射とそれに先立つパイロット噴
射とを行う。つまり、図４に示すようにインジェクタ２
８ａ〜２８ｆの噴射パルスとして、パイロット噴射信号
Ｐとメイン噴射信号Ｍとが生成される。

【００２６】さらに、マイコン３１には駆動回路３２を
介してＰＣＶ１５，１６の電磁コイル１９，２２が接続
され、電磁コイル１９，２２を通電或いは非通電状態に
してＰＣＶ１５，１６を開閉制御することができるよう
になっている。また、マイコン３１はコモンレール２５
に設けたコモンレール圧センサ３６からのコモンレール
圧検出信号を入力し、コモンレール圧がエンジン運転状
態に応じた最適値となるようにサプライポンプ１の吐出
量を制御する。

【００２７】より詳しくは、ディーゼルエンジン３の始
動によりサプライポンプ１のカム５，６が回転し、この
回転に伴いプランジャ９，１０が往復動してフィードポ
ンプ１３からの燃料がサプライポンプ１に供給されると
共に高圧燃料が燃料供給管２３，２４を通してコモンレ
ール２５に供給され、コモンレール２５に燃料が蓄圧さ
れる。ここで、マイコン３１は、コモンレール圧センサ
３６によるコモンレール圧がアクセル開度や回転数に応
じて設定した最適値となるようにＰＣＶ１５，１６を制
御してサプライポンプ１の吐出量を調整する。

【００２８】以下、前述のマイコン３１と駆動回路３２
とからなるＥＣＵ３０の詳細を説明する。図３には、Ｅ
ＣＵ３０の具体的構成を示す。先ず概略を説明すると、
ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御用のマイコン３１と、ＰＣ
Ｖ１５，１６の電磁コイル１９，２２を通電するための
ＭＯＳトランジスタ４１，４２と、このトランジスタ４
１，４２をスイッチングした時のフライバックエネルギ
ーを蓄積する充電手段としてのコンデンサ４３，４４
と、この蓄積されたエネルギーを使い各インジェクタの
三方電磁弁２９ａ〜２９ｆを駆動するＭＯＳトランジス
タ４７ａ〜４７ｆ等を備えている。

【００２９】詳細を説明すれば、バッテリ端子＋Ｂには
ＰＣＶ１５の電磁コイル１９とＭＯＳトランジスタ４１
とが直列に接続され、同様にバッテリ端子＋ＢにはＰＣ
Ｖ１６の電磁コイル２２とＭＯＳトランジスタ４２とが
直列に接続されている。電磁コイル１９とトランジスタ
４１との間、並びに電磁コイル２２とトランジスタ４２
との間には、パイロット噴射用コンデンサ４３とメイン
噴射用コンデンサ４４とが接続されている。

【００３０】一方のコンデンサ４３には、パイロット接
続素子としてのＭＯＳトランジスタ４５を通して各イン
ジェクタの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆが並列に接続され
ている。同様に、他方のコンデンサ４４には、メイン接
続素子としてのＭＯＳトランジスタ４６を通して各イン
ジェクタの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆが並列に接続され
ている。各三方電磁弁２９ａ〜２９ｆにはＭＯＳトラン
ジスタ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４７ｅ，４７
ｆがそれぞれ直列に接続されている。

【００３１】また、各インジェクタの三方電磁弁２９ａ
〜２９ｆには定電流回路４８が接続され、この定電流回
路４８により図１１の開弁保持のための定電流（２アン
ペア）が供給されるようになっている。

【００３２】マイコン３１には前述のトランジスタ４
１，４２，４５，４６，４７ａ〜４７ｆが接続され、マ
イコン３１は各トランジスタをオン・オフ制御する。つ
まり、トランジスタ４１をオンすることにより電磁コイ
ル１９を通電してＰＣＶ１５を閉弁し、トランジスタ４
２をオンすることにより電磁コイル２２を通電してＰＣ
Ｖ１６を閉弁する。また、トランジスタ４１をオン・オ
フ制御することにより、電磁コイル１９の通電遮断時に
発生するフライバックエネルギーがコンデンサ４３，４
４に蓄積でき、トランジスタ４２をオン・オフ制御する
ことにより、電磁コイル２２の通電遮断時に発生するフ
ライバックエネルギーがコンデンサ４３，４４に蓄積で
きる。つまり、コンデンサ４３にはパイロット噴射のた
めのエネルギーが蓄えられ、コンデンサ４４にはメイン
噴射のためのエネルギーが蓄えられる。

【００３３】さらに、各インジェクタに対応するトラン
ジスタ４７ａ〜４７ｆをオンすることによりコンデンサ
４３，４４のうちのいずれかのエネルギーを三方電磁弁
２９ａ〜２９ｆに供給してインジェクタ２８ａ〜２８ｆ
から燃料を噴射する。このとき、トランジスタ４５と４
６のうちのいずれかをオンすることによりコンデンサを
選択する。

【００３４】詳しくは、パイロット噴射用コンデンサ４
３、メイン噴射用コンデンサ４４にエネルギーが蓄えら
れた状態から、トランジスタ４６をオフ、トランジスタ
４５をオンにして、メイン噴射電圧を切り離した状態で
いずれかの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆにコンデンサ電圧
を供給してインジェクタ２８ａ〜２８ｆから燃料のパイ
ロット噴射を行う。また、トランジスタ４５をオフ、ト
ランジスタ４６をオンにして、パイロット噴射電圧を切
り離した状態でいずれかの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆに
コンデンサ電圧を供給してインジェクタ２８ａ〜２８ｆ
から燃料のメイン噴射を行う。

【００３５】次に、上記の如く構成した燃料噴射システ
ムの作用を説明する。図４には、 ・サプライポンプ１のカムリフト（カムリフト１，カム
リフト２）、 ・ＰＣＶ１５，１６の駆動パルス（ＰＣＶ１駆動信号，
ＰＣＶ２駆動信号）、 ・パイロット噴射用及びメイン噴射用のコンデンサ充電
電圧、 ・パイロット噴射用及びメイン噴射用の接続素子（トラ
ンジスタ４５，４６）の駆動パルス、 ・各三方電磁弁２９ａ〜２９ｆの駆動パルス（ＩＮＪ
１，ＩＮＪ２，ＩＮＪ３，ＩＮＪ４・・・）、 のタイミングチャートを示す。

【００３６】図４において、カムリフトに伴うサプライ
ポンプ１の燃料吸入行程では、ポンプ１に設置されたＰ
ＣＶ１５，１６を開弁して燃料タンク１４内から燃料を
吸入する。その後のカムリフトにてサプライポンプ１は
燃料圧送行程に入る。燃料圧送行程では、ポンプ１内の
燃料を圧送カム５，６により所望の燃料圧力まで上昇さ
せるわけだが、この時、ＰＣＶ１５，１６を開弁状態か
ら閉弁状態に移す。これは、圧送カム５，６が圧送状態
に入っても、ＰＣＶ１５，１６が開弁状態では燃料圧は
上がらないためである。

【００３７】マイコン３１は燃料圧力及び燃料噴射量の
制御を行うが、この際、圧送カム５，６が圧送行程中の
どのタイミングでＰＣＶ１５，１６を閉弁させるかを決
定する。各ＰＣＶ１５，１６は燃料圧送量に対応するタ
イミングで閉弁される。コモンレール２５において高圧
力を必要としている時は、閉弁動作を比較的早い時期に
行い、低圧力を必要としている時は、比較的遅い時期に
行う。そして、コモンレール２５での燃料が所望の圧力
まで上昇した時点で三方電磁弁２９ａ〜２９ｆを通電し
てインジェクタによる燃料噴射を実施し、その後、ＰＣ
Ｖ１５，１６を開弁状態に移す。以後、この動作を順次
繰り返す。

【００３８】本実施の形態の６気筒エンジンでは、２個
のＰＣＶ１５，１６が設置されており、ＰＣＶ１５，１
６の閉弁動作は交互に行われる。かかる場合、ＰＣＶ１
５，１６の電磁コイル１９，２２が通電されると、ある
時定数をもって徐々に電流が流れ始める。この時定数
は、コイルが磁気飽和する以前（ＰＣＶ１５，１６が閉
弁する以前）においてコイルインダクタンス、バッテリ
電圧及び通電電流により規定される。

【００３９】通電電流が上昇し、電磁コイル１９，２２
にＰＣＶ１５，１６を動作させるだけの十分な磁気エネ
ルギーが発生するとＰＣＶ１５，１６が動作し閉弁す
る。ＰＣＶ１５，１６が閉弁すると電磁コイル１９，２
２は磁気飽和点に近づくためコイルインダクタンスは極
端に小さくなり、通電電流は急峻に上昇する。そして、
コイルの内部抵抗で決定される電流値まで上昇する。コ
イル１９，２２の通電パターンは、エンジン回転数等に
より規定される燃料吸入・圧送タイミングに従うもので
ある。

【００４０】圧送駆動の終了時において、電磁コイル１
９，２２にはパルス駆動によるフライバックエネルギー
（磁気エネルギー）が発生する。このフライバックエネ
ルギーはダイオードを通してパイロット及びメイン噴射
用の充電コンデンサ４３，４４に一旦充電される。

【００４１】圧送駆動終了後には、コンデンサ４３，４
４の充電のための昇圧パルスの出力を行う。昇圧パルス
駆動は、通常の圧送駆動のみによるＰＣＶ１５，１６の
フライバックエネルギーでは、インジェクタ噴射タイミ
ングに追従して充電用コンデンサ４３，４４を満充電さ
せることがむずかしいためである。そこで、満充電に不
足する電圧を補充するために、圧送駆動が終了直後に、
昇圧用パルスを連続して出力する。

【００４２】ここで、マイコン３１は、ポンプ１の行程
を含めたポンプ及びエンジンの運転状況を基準回転角パ
ルスを用いて判断している。つまり、図１のセンサ３４
からのパルス信号（気筒判別パルス信号）をエンジンの
基準回転角パルスとして用いると共に、センサ３３から
の信号（ＮＥパルス信号）を用いてパルス数をカウント
し、対応気筒に応じたパルス番号のカウントにてＰＣＶ
圧送開始・圧送終了・燃料噴射開始を判断している。

【００４３】マイコン３１は、ＰＣＶ１５，１６での閉
弁及びインジェクタ２８ａ〜２８ｆによる燃料噴射のた
めに、ＰＣＶ駆動用トランジスタ４１，４２、インジェ
クタの駆動用トランジスタ４７ａ〜４７ｆ、充電用コン
デンサ４３，４４の放電駆動用接続素子（トランジスタ
４５，４６）の駆動パルス信号を、エンジン回転数及び
バッテリ電圧より計算して出力する。インジェクタ２８
ａ〜２８ｆのパイロット噴射時には、パイロット噴射側
の接続素子（トランジスタ４５）をオンすると同時に、
インジェクタ駆動用のトランジスタ４７ａ〜４７ｆのう
ち、噴射気筒に該当するものをオンする。すると、パイ
ロット噴射用コンデンサ４３に充電されたエネルギーが
インジェクタの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆに印加され
る。

【００４４】その後のインジェクタ２８ａ〜２８ｆのメ
イン噴射時には、メイン噴射側の接続素子（トランジス
タ４６）をオンすると同時に、インジェクタ駆動用のト
ランジスタ４７ａ〜４７ｆのうち、噴射気筒に該当する
ものをオンする。すると、メイン噴射用コンデンサ４４
に充電されたエネルギーがインジェクタの三方電磁弁２
９ａ〜２９ｆに印加される。こうしてＰＣＶ圧送駆動、
コンデンサ充電、インジェクタ噴射といった一連の基本
動作が繰り返される。

【００４５】因みに、インジェクタの駆動パルス仕様
は、対応エンジンの燃料噴射システム（気筒数、最高回
転数）による。インジェクタ駆動の際には、燃料噴射タ
イミングに合わせて、トランジスタ４７ａ〜４７ｆを駆
動する。この際、図１１に示すように、充電用コンデン
サ４３，４４から１００ボルト以上の充電エネルギーが
インジェクタの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆに印加され
る。そして、インジェクタの三方電磁弁２９ａ〜２９ｆ
には８アンペア程度の電流が流れ、これによりインジェ
クタ２８ａ〜２８ｆは開弁され燃料が噴射される。イン
ジェクタを高電圧駆動した後、図３の定電流回路４８に
より三方電磁弁２９ａ〜２９ｆに定電流が流れて一定期
間開弁状態が保持される。

【００４６】なお従来、プランジャ９，１０の圧送行程
では、ＰＣＶ１５，１６への通電を停止してもプランジ
ャ室１１，１２内の圧力により、ＰＣＶ１５，１６の閉
弁状態が保持されるため、図４（Ａ）の波線部に示すよ
うに、圧送行程途中でＰＣＶ１５，１６への通電をカッ
トしている。しかしながらこの場合、図４（Ｃ）に示す
噴射タイミングと重なり、メイン接続素子（ＭＯＳトラ
ンジスタ４６）がオンされている。従って、図４（Ｂ）
のようにはフライバックエネルギーをコンデンサに蓄積
することができない。

【００４７】これに対し本実施の形態では、図４の実線
で示すように、メイン接続素子（ＭＯＳトランジスタ４
６）がオフするタイミングまでＰＣＶ１５，１６の通電
を継続している。そのため、ＰＣＶ１５，１６の通電停
止と噴射タイミングとが重なることはなく、常にコンデ
ンサ４３，４４にエネルギーを蓄積することができる。

【００４８】次に、上記作用を実現するためにマイコン
３１により実施される制御ルーチンを、図５及び図６の
フローチャートを用いて説明する。なお、図５の処理は
メインルーチンとして実行され、図６の処理はＮＥ割込
みとして実行されるようになっている。

【００４９】さて、図５のルーチンにおいて、マイコン
３１は、８．２ｍｓ経過毎にステップ１０２に進み（ス
テップ１０１がＹＥＳ）、インジェクタ制御とＰＣＶ制
御との基本となる、目標噴射量、目標噴射時期及び目標
コモンレール圧を演算する。その後、マイコン３１は、
ステップ１０３で前記ステップ１０２以外の処理を実施
して本ルーチンを一旦終了する。

【００５０】一方、図６のＮＥ割込みルーチンは、前記
クランク角センサ３３によるＮＥ０〜ＮＥ１５のパルス
信号毎に起動される。同ルーチンにおいて、今回のＮＥ
割込みが「ＮＥ１０」であることを条件に（ステップ２
０１がＹＥＳ）、マイコン３１はステップ２０２に進
み、前記図５のメインルーチンにて演算した目標コモン
レール圧に従いＰＣＶ通電タイミングを演算する。

【００５１】また、今回のＮＥ割込みが「ＮＥ１２」で
あることを条件に（ステップ２０３がＹＥＳ）、マイコ
ン３１はステップ２０４に進み、前記図５のメインルー
チンにて演算した目標噴射量及び目標噴射時期に従いイ
ンジェクタ駆動パルスを演算する。このとき、パイロッ
ト通電タイミング、パイロットパルス幅、メイン通電タ
イミング及びメインパルス幅が演算される。

【００５２】そして、マイコン３１は、ＰＣＶ通電直前
のＮＥ割込みでＰＣＶ通電を許可し（ステップ２０５が
ＹＥＳ）、ステップ２０６で通電タイミングをアウトプ
ットコンペアタイマにセットする。また、マイコン３１
は、パイロット噴射直前のＮＥ割込みでパイロット噴射
を許可し（ステップ２０７がＹＥＳ）、ステップ２０８
でパイロット通電タイミングとパイロットパルス幅とを
アウトプットコンペアタイマにセットする。さらに、マ
イコン３１は、メイン噴射直前のＮＥ割込みでメイン噴
射を許可し（ステップ２０９がＹＥＳ）、ステップ２１
０でメイン通電タイミングとメインパルス幅とをアウト
プットコンペアタイマにセットする。

【００５３】その後、ＰＣＶ１５，１６が既に閉弁動作
を完了し、且つインジェクタのパイロット，メイン接続
素子（トランジスタ４５，４６）が共にオン→オフ動作
を完了していることを条件に（ステップ２１１，２１２
が共にＹＥＳ）、マイコン３１はステップ２１３に進
む。ステップ２１３では、マイコン３１はＰＣＶ１５，
１６の通電をオフする。すなわち、トランジスタ４１，
４２をオフして電磁コイル１９，２２の通電を停止す
る。ＰＣＶ通電オフに伴い、フライバックエネルギーが
発生し、そのエネルギーがコンデンサ４３，４４に回収
される。

【００５４】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、電磁コイル１９，２２の通電
遮断のタイミングと、パイロット，メイン接続素子（ト
ランジスタ４５，４６）によるコンデンサ−インジェク
タ間の接続のタイミングとをずらすように構成した。そ
の結果、・電磁コイル１９，２２の通電遮断時期（フラ
イバックエネルギー発生時期）とインジェクタの駆動時
期とが同期してフライバックエネルギーがインジェクタ
を通して放電される、といった従来装置の不具合が解消
でき、電磁コイル１９，２２によるフライバックエネル
ギーを効率良く充電させることができるようになる。例
えばエンジン回転数などのエンジン運転状態や、ＰＣＶ
１５，１６による燃料圧送量（コモンレール内圧力に基
づくコイル通電時間）といった燃料噴射条件が変更され
ても、効率の良いコンデンサ充電が継続できる。

【００５５】（ｂ）特に、パイロット，メイン接続素子
のオン→オフ動作の完了時にのみ、コイル通電遮断を許
可するようにしたため（図６のステップ２１２，２１
３）、電磁コイル１９，２２の通電遮断によるフライバ
ックエネルギーをより一層確実にコンデンサ４３，４４
に回収することができる。

【００５６】本実施の形態における変形例として、次の
ように具体化してもよい。電磁コイル１９，２２の通電
遮断のタイミングをサプライポンプ１のプランジャ上死
点（図４のポンプ上死点）と同期させると共に、パイロ
ット，メイン接続素子によるコンデンサ−インジェクタ
間の接続期間をポンプ下死点からポンプ上死点までの燃
料圧送期間に限定する。

【００５７】具体的には、前記図６のルーチンにおける
ステップ２１１〜２１３の処理を図７のように変更す
る。つまり、図７のステップ３０１では、サプライポン
プ１の回転に伴いプランジャ９，１０がポンプ上死点に
達したか否かを判別する。この判別は、クランク角セン
サ３３及び気筒判別センサ３４から出力されるパルス信
号を基に実施される。そして、ステップ３０１がＹＥＳ
となることを条件に、ステップ３０２では、ＰＣＶ通電
を停止する。

【００５８】またこのとき、パイロット，メイン接続素
子（トランジスタ４５，４６）の接続期間はポンプ下死
点からポンプ上死点までの燃料圧送期間に限定し、ポン
プ上死点ではパイロット，メイン接続素子が必ず非接続
状態（オフ状態）になるよう制御する。図８は、この実
施の形態における動作を示すタイミングチャートであ
る。

【００５９】上記構成により、電磁コイル１９，２２の
通電遮断のタイミングと、前記接続素子によるコンデン
サ−インジェクタ間の接続のタイミングとがずれ、電磁
コイル１９，２２によるフライバックエネルギーを効率
良く充電させることができるようになる。

【００６０】また、上記第１の実施の形態では、パイロ
ット，メインの接続素子のオフを条件に、ＰＣＶ１５，
１６をオフしているが、インジェクタ駆動信号（ＩＮＪ
１〜４）のオフを条件に、ＰＣＶ１５，１６をオフする
ようにしてもよい。

【００６１】なお、ＰＣＶ１５，１６への通電時間は、
エネルギー消費、発熱を抑えるために極力短くするのが
望ましい。そのため、前記図４のタイミングチャートや
前記図６のフローチャートで示す形態にて実施するのが
最も効果的である。

【００６２】（第２の実施の形態）次に、本発明におけ
る第２の実施の形態を図９及び図１０を用いて説明す
る。但し、第２の実施の形態の構成において、上述した
第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同
一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、
以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明す
る。

【００６３】上記第１の実施の形態では、ＰＣＶ１５，
１６の通電遮断時期と、インジェクタの駆動タイミング
とをずらすことで、コイル通電によるフライバックエネ
ルギーを効率良くコンデンサに回収するようにしてい
た。これに対し、本第２の実施の形態では、パイロット
噴射用とメイン噴射用の２つのコンデンサからなるコン
デンサユニットを２つ設け、各コンデンサユニット内の
コンデンサとインジェクタの駆動タイミングとを制御し
てフライバックエネルギー回収の効率化を図っている。

【００６４】図９は、本実施の形態におけるＥＣＵ３０
の具体的構成を示す回路図であり、それは上記第１の実
施の形態における図４の一部を変更して構成されてい
る。その相違点を述べれば、図９の構成では、第１コン
デンサユニットＣ１が電磁コイル１９とＭＯＳトランジ
スタ４１との間に接続されていると共に、第２コンデン
サユニットＣ２が電磁コイル２２とＭＯＳトランジスタ
４２との間に接続されている。

【００６５】第１コンデンサユニットＣ１は、パイロッ
ト噴射用コンデンサ５１とメイン噴射用コンデンサ５２
とから構成され、第２コンデンサユニットＣ２は、パイ
ロット噴射用コンデンサ５３とメイン噴射用コンデンサ
５４とから構成されている。ここで、 ・コンデンサ５１にはパイロット接続素子としてのＭＯ
Ｓトランジスタ５５が、 ・コンデンサ５２にはメイン接続素子としてのＭＯＳト
ランジスタ５６が、 ・コンデンサ５３にはパイロット接続素子としてのＭＯ
Ｓトランジスタ５７が、 ・コンデンサ５４にはメイン接続素子としてのＭＯＳト
ランジスタ５８が、 それぞれ接続され、コンデンサ５１〜５４には各々にト
ランジスタ５５〜５８を介して各インジェクタの三方電
磁弁２９ａ〜２９ｆが並列に接続されている。

【００６６】次に、図１０のタイミングチャートに沿っ
て、上記図９に示すＥＣＵ３０の基本動作を説明する。
なおここでも、上記第１の実施の形態との相違点を中心
に説明する。

【００６７】本実施の形態における動作の概要は、既述
した第１の実施の形態に類似するものであって、燃料圧
送期間にて電磁コイル１９，２２が通電され、その通電
に伴いＰＣＶ１５，１６が閉弁する。そして、電磁コイ
ル１９，２２の通電遮断時には、その都度フライバック
エネルギーが発生する。６気筒エンジンの場合には、電
磁コイル１９（ＰＣＶ１）で発生したフライバックエネ
ルギーが第１コンデンサユニットＣ１にて回収され、電
磁コイル２２（ＰＣＶ２）で発生したフライバックエネ
ルギーが第２コンデンサユニットＣ２にて回収される。
なお、インジェクタ駆動については既述の通りであるた
めその説明を省略する。

【００６８】詳述すれば、図の時刻ｔ１では、電磁コイ
ル１９（ＰＣＶ１）の通電遮断によるフライバックエネ
ルギーを第１コンデンサユニットＣ１のコンデンサ５
１，５２に回収する。そして、時刻ｔ２のパイロット噴
射時には、パイロット噴射側のトランジスタ５５をオン
して、パイロット噴射用コンデンサ５１に充電されたエ
ネルギーをいずれかのインジェクタに印加する。また、
時刻ｔ３のメイン噴射時には、メイン噴射側のトランジ
スタ５６をオンして、メイン噴射用コンデンサ５２に充
電されたエネルギーをいずれかのインジェクタに印加す
る。

【００６９】さらに時刻ｔ４では、電磁コイル２２（Ｐ
ＣＶ２）通電遮断によるフライバックエネルギーを第２
コンデンサユニットＣ２のコンデンサ５３，５４に回収
する。そして、時刻ｔ５のパイロット噴射時には、パイ
ロット噴射側のトランジスタ５７をオンして、パイロッ
ト噴射用コンデンサ５３に充電されたエネルギーをいず
れかのインジェクタに印加する。また、時刻ｔ６のメイ
ン噴射時には、メイン噴射側のトランジスタ５８をオン
して、メイン噴射用コンデンサ５４に充電されたエネル
ギーをいずれかのインジェクタに印加する。

【００７０】こうしてＰＣＶフライバックエネルギーを
コンデンサユニットＣ１，Ｃ２に交互に回収すると共
に、コンデンサ−インジェクタ間のトランジスタ５５，
５６とトランジスタ５７，５８とを交互に接続状態とす
ることにより、コンデンサ５１〜５４にフライバックエ
ネルギーを効率良く回収してインジェクタ駆動に利用す
ることが可能となる。この場合、２つのコンデンサユニ
ットＣ１，Ｃ２に対してエネルギーの充放電を交互に行
うため、仮にＰＣＶ通電遮断時期とコンデンサ−インジ
ェクタ間の接続時期とが一致しても、コンデンサユニッ
トＣ１，Ｃ２を選択的に用いることでコンデンサ充電効
率の悪化が回避できる。つまり、上記第１の実施の形態
とは異なり、ＰＣＶ通電遮断時期と接続素子（トランジ
スタ５５〜５８）の接続時期とをずらす制御が不要とな
る。

【００７１】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記第２の実施の形態では、
充電手段としてのコンデンサユニットを２組設けたが、
３組以上設けることも可能である。要は、充電手段を複
数個設けると共に、該充電手段にはその数分だけ接続素
子を直列接続する。そして、電磁コイルによるフライバ
ックエネルギーを複数の充電手段に順次充電すると共
に、充電した順序に従いその充電エネルギーが放電され
るよう接続素子をオン駆動するようにすればよい。

【００７２】前述した各実施の形態では、メイン噴射と
それに先立つパイロット噴射とを行う場合について説明
し、メイン噴射用コンデンサ４３とパイロット噴射用コ
ンデンサ４２を用いたが、パイロット噴射を行わず１つ
の充電用コンデンサを使用したシステムに具体化しても
よい。

【００７３】充電手段としてコンデンサを用いたが、他
の機器を用いてもよい。また、スイッチング素子や接続
素子としてＭＯＳトランジスタを用いたが、他にもバイ
ポーラトランジスタを用いたりＩＧＢＴを用いたりして
もよい。

【００７４】上記各実施の形態ではサプライポンプが２
シリンダ方式で、エンジンが６気筒の例で示したが、シ
リンダ数、気筒数は限定されない。例えば４気筒エンジ
ンでは、一般に１シリンダ方式のサプライポンプが使用
され、ＰＣＶが１個設置される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射
装置の概要を示す全体構成図。

【図２】サプライポンプの具体的構成を示す断面図。

【図３】第１の実施の形態におけるＥＣＵの具体的構成
を示す電気回路図。

【図４】第１の実施の形態の動作説明のためのタイミン
グチャート。

【図５】マイコンによるメインルーチンを示すフローチ
ャート。

【図６】マイコンによるＮＥ割込みルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図７】他の形態におけるＮＥ割込みルーチンの一部を
示すフローチャート。

【図８】他の形態における動作説明のためのタイミング
チャート。

【図９】第２の実施の形態におけるＥＣＵの具体的構成
を示す電気回路図。

【図１０】第２の実施の形態の動作説明のためのタイミ
ングチャート。

【図１１】インジェクタ駆動を説明するための波形図。

【符号の説明】

１…サプライポンプ、３…ディーゼルエンジン、１５，
１６…ＰＣＶ（電磁式吐出量制御弁）、１９，２２…電
磁コイル、２５…コモンレール、２８ａ〜２８ｆ…イン
ジェクタ、３１…マイコン（マイクロコンピュータ）、
４１，４２…スイッチング素子としてのＭＯＳトランジ
スタ、４３，４４…充電手段としてのコンデンサ、４
５，４６…接続素子としてのＭＯＳトランジスタ、５１
〜５４…充電手段としてのコンデンサ、５５〜５８…接
続素子としてのＭＯＳトランジスタ。

フロントページの続き (72)発明者 熊野 幹夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 西村 和利 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サプライポンプに設けられ、該サプライポ
   ンプにて圧縮された燃料をコモンレールに給送するため
   の電磁式吐出量制御弁と、 前記吐出量制御弁に設けられた電磁コイルに接続され、
   オン動作により該コイルを通電するスイッチング素子
   と、 前記電磁コイルの通電遮断時に発生するフライバックエ
   ネルギーを、エンジンの各気筒に設けられたインジェク
   タの駆動源として蓄積する充電手段と、 前記充電手段とインジェクタとの間の電気的接続をオン
   ・オフする接続素子とを備え、 前記スイッチング素子のオン・オフに伴う電磁コイルの
   通電により前記サプライポンプからコモンレールへの燃
   料吐出量を制御すると共に、前記インジェクタを駆動し
   てディーゼルエンジンの状態に応じた燃料量を当該イン
   ジェクタから各気筒に噴射させるコモンレール式燃料噴
   射装置において、 前記電磁コイルの通電遮断のタイミングと、前記接続素
   子による充電手段−インジェクタ間の接続のタイミング
   とをずらすようにしたことを特徴とするコモンレール式
   燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記接続素子がオンからオフになったこと
   を判定する手段を加え、 前記接続素子がオンからオフになった直後に、前記電磁
   コイルの通電遮断によるフライバックエネルギーを前記
   充電手段に蓄積させることを特徴とする請求項１に記載
   のコモンレール式燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記サプライポンプがプランジャの往復動
   により燃料を吸入・圧送するものであって、 フライバックエネルギーを蓄積する電磁コイルの通電遮
   断のタイミングを前記サプライポンプのプランジャ上死
   点と同期させると共に、前記接続素子による充電手段−
   インジェクタ間の接続期間を前記サプライポンプのプラ
   ンジャ下死点からプランジャ上死点までの燃料圧送期間
   に限定することを特徴とする請求項１に記載のコモンレ
   ール式燃料噴射装置。
4. 【請求項４】サプライポンプに設けられ、該サプライポ
   ンプにて圧縮された燃料をコモンレールに給送するため
   の電磁式吐出量制御弁と、 前記吐出量制御弁に設けられた電磁コイルに接続され、
   オン動作により該コイルを通電するスイッチング素子
   と、 前記電磁コイルの通電遮断時に発生するフライバックエ
   ネルギーを、エンジンの各気筒に設けられたインジェク
   タの駆動源として蓄積する充電手段と、 前記充電手段とインジェクタとの間の電気的接続をオン
   ・オフする接続素子とを備え、 前記スイッチング素子のオン・オフに伴う電磁コイルの
   通電により前記サプライポンプからコモンレールへの燃
   料吐出量を制御すると共に、前記インジェクタを駆動し
   てディーゼルエンジンの状態に応じた燃料量を当該イン
   ジェクタから各気筒に噴射させるコモンレール式燃料噴
   射装置において、 前記充電手段を複数個設けると共に、該充電手段にはそ
   の数分だけ前記接続素子を直列接続したことを特徴とす
   るコモンレール式燃料噴射装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載のコモンレール式燃料噴射
   装置において、 前記電磁コイルによるフライバックエネルギーを前記複
   数の充電手段に順次充電すると共に、充電した順序に従
   いその充電エネルギーが放電されるよう前記接続素子を
   オン駆動することを特徴とするコモンレール式燃料噴射
   装置。