JP2001221085A

JP2001221085A - 内燃機関の燃料供給装置

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Publication number: JP2001221085A
Application number: JP2000027912A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hosoya; 肇細谷
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-17
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP3922862B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料噴射圧力切り換え時における排
気浄化性能の悪化を防止する。【解決手段】始動時に要求される燃料噴射圧力が高圧側
か、始動後に要求される燃料噴射圧力が低圧側かを判定
し（Ｓ１）、高圧側と判定されたときは高圧に制御し
（Ｓ２）、低圧側と判定されたときは燃料カット条件の
成立を待って低圧とする制御に切り換え（Ｓ３〜Ｓ
５）、その後、該低圧制御を維持する（Ｓ３→Ｓ５）。
これにより、燃料噴射圧力切り換え時の燃料圧力変化の
遅れや脈動発生による空燃比変動に伴なう失火の発生を
防止でき、ＣＯ，ＨＣ排出量の増大を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射圧力を機関運転条件に応じて段階的に切り換える燃料
供給装置に関し、特に、該燃料噴射圧力切り換え時の弊
害を回避する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁によって、吸気通路に燃料噴
射する内燃機関（ガソリン機関等）においては、始動性
向上のため噴霧燃料の微粒化が促進されるように燃料噴
射圧力を高圧とし、始動後は燃料噴射量が高精度に制御
されるように噴射期間を増大させるべく燃料噴射圧力を
低圧に切り換えるようにしたものがある。

【０００３】また、近年では、ガソリン機関でも燃料噴
射弁によって燃料を燃焼室内に直接噴射するものがあ
る。かかる直墳式機関では、高圧ポンプを用いて燃料噴
射圧力を高圧に設定するが、始動時は、機関駆動される
高圧ポンプの回転数が低く、吐出圧が低いので、低圧の
プレッシャレギュレータにより、燃料噴射圧力を低く設
定し、始動後に高圧ポンプの回転数が十分上昇して吐出
圧が上昇した後に、高圧の燃料噴射圧力に切り換えるよ
うにしたものがある（特開平１０−９０７３号等参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに機関の運転条件に応じて燃料噴射圧力を切り換える
ようにしたものでは、図７に示すように、該燃料噴射圧
力の切り換え指令後、燃料圧力の変化に遅れを生じ、ま
た、該変化直後に燃料圧力の脈動を生じるため、該燃料
噴射圧力の切り換え過渡時に燃料噴射量が設定値に対し
て大きくずれを生じ、大きな空燃比変化（ΔＡ／Ｆ）に
伴なう失火の発生などによってＨＣ、ＣＯの発生量が増
加するなど、排気浄化性能の悪化を来すこととなった。

【０００５】前記燃料圧力変化の遅れに対して燃料噴射
量制御の切り換えに遅れ時間を与えたとしても、実際の
燃料圧力変化の遅れ時間にはバラツキがあり、また、燃
圧センサを設けて燃料噴射量圧力に応じた燃料噴射量の
補正を行なったり、燃料ダンパを設けて脈動を低減する
ことも可能ではあるが、十分とはいえず、コストもかか
る。

【０００６】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、燃料噴射圧力の切り換え実行時期を
適切に設定することにより、低コストで、燃料噴射圧力
切り換え時の弊害を確実に回避できるようにした内燃機
関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１にか
かる発明は、燃料噴射弁からの燃料噴射圧力を、機関運
転条件に応じて段階的に切り換える内燃機関の燃料供給
装置において、前記燃料噴射圧力の切り換えを、減速時
の燃料供給停止期間中に実行することを特徴とする。

【０００８】請求項１に係る発明によると、例えば、始
動時から始動後に要求燃料噴射圧力が変化して、燃料噴
射圧力を切り換える際に、減速時の燃料供給停止を待っ
て該燃料供給停止期間中に燃料噴射圧力の切り換えが実
行される。

【０００９】このように、燃料供給停止期間中に燃料噴
射圧力の切り換えを実行すると、燃料圧力の変化の遅れ
や脈動の発生があっても、この間は燃料が噴射されず、
前記脈動が十分に収まって切り換え後の設定燃料噴射圧
力に安定してから燃料の噴射が行なわれるため、切り換
え過渡時の燃料噴射量のずれによる排気浄化性能の悪化
を防止できる。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、前記燃料噴
射圧力の切り換えは、設定燃圧の異なる複数のプレッシ
ャレギュレータの作動を切り換えることにより行うこと
を特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明によると、設定燃圧の
異なる複数のプレッシャレギュレータの作動を、例え
ば、燃料噴射圧力の低圧設定時は、低圧側プレッシャレ
ギュレータへの燃料供給を行なうことにより燃料噴射圧
力を低圧に調整し、燃料噴射圧力の高圧設定時は、低圧
側プレッシャレギュレータへの燃料供給を遮断し、高圧
側プレッシャレギュレータのみに燃料を供給することに
より、燃料噴射圧力を高圧に調整することができる。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、前記燃料噴
射圧力の切り換えは、１個のプレッシャレギュレータの
制御圧室内の制御圧を切り換えることにより行うことを
特徴とする。

【００１３】請求項３に係る発明によると、プレッシャ
レギュレータの制御圧室内の制御圧を切り換えることに
より、該制御圧室内の制御圧に応じて調整される燃料噴
射圧力に切り換えることができる。

【００１４】また、請求項４に係る発明は、機関の吸気
通路に燃料が噴射され、始動時に要求される高圧側燃料
噴射圧力から始動後に要求される低圧側燃料噴射圧力へ
切り換えることを特徴とする。

【００１５】請求項４に係る発明によると、機関の吸気
通路に燃料を噴射するものでは、始動時には燃料噴射圧
力を高圧に設定して燃料の微粒化を促進して始動性の向
上を図り、始動後は燃料噴射圧力を低圧に設定して燃料
噴射期間を長引かせることにより、燃料噴射量を高精度
に制御されるようにする。

【００１６】このように、始動時に高圧に設定された燃
料噴射圧力から始動後に低圧に設定された燃料噴射圧力
への切り換えを、減速時の燃料供給停止を待って行な
う。また、請求項５に係る発明は、機関の燃焼室内に直
接燃料が噴射され、始動時に要求される低圧側燃料噴射
圧力から始動後に要求される高圧側燃料噴射圧力へ切り
換えることを特徴とする。

【００１７】請求項５に係る発明によると、直墳式のガ
ソリン機関などでは、運転条件に応じて圧縮行程中への
燃料噴射を行なって成層混合気を形成することが必要と
なるため、一般に吸気通路に燃料噴射するものに比較し
て燃料噴射圧力が相当大きく設定され、機関駆動される
専用の高圧ポンプを備える。

【００１８】しかし、始動時は、機関駆動される高圧ポ
ンプの回転数が低く、吐出圧が低いので、低圧のプレッ
シャレギュレータを用いるなどして、燃料噴射圧力を低
く設定し、始動後に高圧ポンプの回転数が十分上昇して
吐出圧が上昇した後に、高圧の燃料噴射圧力に切り換え
るこのように、始動時に低圧に設定された燃料噴射圧力
から始動後に高圧に設定された燃料噴射圧力への切り換
えを、減速時の燃料供給停止を待って行なう。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の全
体システム構成を示す。

【００２０】図１において、機関１は、電磁式の燃料噴
射弁２を、その噴孔を吸気ポート４内に臨ませて配置
し、該燃料噴射弁２から燃料を噴射して混合気を形成
し、該混合気を、燃焼室３内で点火栓６による火花点火
によって着火させる火花点火式直噴機関である。

【００２１】前記機関１の排気は、排気弁７及び排気ポ
ート８を介して燃焼室３から排出され、図示しない排気
浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。燃
料タンク９内の燃料は、燃料ポンプ10により吸引吐出さ
れ、燃料通路11に介装された燃料フィルタ12によってろ
過された後、電磁開閉弁13と低圧側プレッシャレギュレ
ータ14とが介装された低圧側燃料通路15と、高圧側プレ
ッシャレギュレータ16が介装された高圧側燃料通路17
と、に分岐して供給される。低圧側プレッシャレギュレ
ータ14と高圧側プレッシャレギュレータ16には、夫々余
剰燃料を前記燃料タンク９に戻すリターン通路18,19
（下流部分は１本に合流）が接続されている。

【００２２】前記低圧側燃料通路15と高圧側燃料通路17
との下流側は、合流して燃料分配用の燃料ギャラリ20に
接続され、該燃料ギャラリ20に前記各気筒の燃料噴射弁
２が接続されている。

【００２３】前記電磁開閉弁13を開弁したときには、低
圧側プレッシャレギュレータ14により燃料は低圧に調整
され、また、前記電磁開閉弁13を閉弁したときには、高
圧側プレッシャレギュレータ16のみに燃料が供給される
ので、該高圧側プレッシャレギュレータ16により燃料は
高圧に調整されて、燃料ギャラリ20に供給される。

【００２４】そして、マイクロコンピュータを内蔵した
コントロールユニット21から所定噴射タイミングで送ら
れる機関運転状態に応じた所定幅のパルス信号に応じ
て、前記燃料噴射弁２が開制御され、前記電磁開閉弁13
の開閉に応じて所定圧力に調整された燃料を燃焼室３内
に噴射供給する。

【００２５】前記コントロールユニット21には、前記燃
料噴射制御のため、機関回転速度などを検出するクラン
ク角センサ22、吸入空気流量検出用のエアフローメータ
23、機関冷却水温度を検出する水温センサ24、アクセル
開度を検出して減速操作などを検出するアクセル開度セ
ンサ25等の各種センサからの検出信号が入力されるよう
になっている。

【００２６】ここで、コントロールユニット21は、前記
噴射パルス信号のパルス幅、即ち、燃料噴射弁２による
燃料噴射期間を制御すると共に、運転条件に応じて前記
電磁開閉弁13の開閉を切り換えることによって燃料噴射
圧力を切り換え、該燃料噴射圧力と前記燃料噴射期間と
で定まる燃料噴射量を制御する。そして、本発明では、
前記燃料噴射圧力の切り換えを、運転条件に応じた燃料
噴射圧力の切り換えの判断を行なった後、燃料カット条
件が成立してから、実行する。

【００２７】以下に、前記燃料噴射圧力の切り換え制御
を、図２に示したフローチャートに従って説明する。ス
テップ（図ではＳと記す。以下同様） 1では、要求さ
れる燃料噴射圧力が始動時の高圧側設定値であるか、始
動後の低圧側設定値であるかを判定する。

【００２８】ステップ１で、高圧側設定値と判定された
場合は、ステップ２へ進んで前記電磁開閉弁13を閉に制
御することにより、燃料噴射圧力を高圧側の設定値に制
御し、切換終了フラグＦＥＮＤの値を０にセットする。

【００２９】ステップ１で、要求される燃料噴射圧力が
低圧側設定値と判定された場合は、ステップ３へ進んで
現在既に低圧側設定値に切り換えられているかを、切換
終了フラグＦＥＮＤの値が１であるか否かによって判定
する。

【００３０】切換終了フラグＦＥＮＤの値が０で、ま
だ、低圧側設定値に切り換えられていないと判定された
ときは、ステップ４へ進み、減速時の燃料カット（燃料
供給停止）条件が成立しているか否かを判定する。具体
的には、アクセル開度が略０で機関回転速度が所定値以
上のときなどに、燃料カット条件が成立する。

【００３１】ステップ４で、燃料カット条件が成立して
いないと判定されたときは、ステップ２へ進み、現状、
即ち、燃料噴射圧力を高圧側の設定値とする制御を維持
する。

【００３２】そして、ステップ４で、燃料カット条件が
成立していると判定されたときに、ステップ５へ進み、
前記電磁開閉弁13を閉から開に切り換えて、燃料噴射圧
力を高圧側設定値から低圧側設定値に切り換える制御を
実行し、切換終了フラグＦＥＮＤの値を１にセットす
る。

【００３３】その後は、ステップ３で切換終了フラグＦ
ＥＮＤの値が１と判定されて、ステップ５へ進み、燃料
噴射圧力を低圧側の設定値とする制御を維持する。この
ようにすれば、燃料カット中に燃料噴射圧力の切り換え
が実行されるので、燃料圧力の変化の遅れや脈動の発生
があっても、この間は燃料が噴射されず、前記脈動が十
分に収まって切り換え後の設定燃料噴射圧力に安定して
から燃料の噴射が行なわれるため、切り換え過渡時の燃
料噴射量のずれによる排気浄化性能の悪化を防止でき
る。

【００３４】次に、第２の実施の形態について説明す
る。このものは、燃料噴射圧力の切り換えを、１個のプ
レッシャレギュレータの制御圧室内の燃料圧力を切り換
えることにより行なう。

【００３５】該第２の実施の形態のシステム構成を図３
に示す。燃料タンク９内部において燃料フィルタ12と燃
料ギャラリ20とを接続する主燃料通路31の途中から分岐
する燃圧調整用燃料通路32に、１個のプレッシャレギュ
レータ33が接続されている。

【００３６】前記燃圧調整用燃料通路32は下流側が２本
に分岐し、一方の燃料通路32Ａは前記プレッシャレギュ
レータ33の後述する下側の燃料室51に接続され、他方の
燃料通路32Ｂは電磁式の還流制御弁34及びオリフィス35
を介してプレッシャレギュレータ33の後述する上側の制
御圧室52に接続されている。

【００３７】前記プレッシャレギュレータ33の燃料室51
には、該燃料室51内の燃料を燃料タンク９内に戻すリタ
ーン通路36が接続され、制御圧室52には該制御圧室52内
の燃料をオリフィス37を介して燃料タンク９内に戻すリ
ターン通路38が接続されている。

【００３８】図４は、前記プレッシャレギュレータ33と
周辺部の内部構造を示す。プレッシャレギュレータ33
は、上ケース53と下ケース54の間にダイアフラム55が挟
んで固定され、該ダイアフラム55の上側に前記制御圧室
52、下側に前記燃料室51が画成される。

【００３９】前記ダイアフラム55の中央部にはアーマチ
ャ56が固定され、その下側に小径円板状の弁体57が、ボ
ール58を介して揺動自由に取り付けられている。燃料室
51には、前記リターン通路36と連通接続して上方に突出
する保持筒59が装着され、該保持筒59の上端部には、筒
状の弁座60が嵌挿して固定されている。

【００４０】前記アーマチャ56と上ケース53との間に
は、圧力設定バネ61が配設され、アーマチャ56等を介し
て前記弁体57を閉弁方向に付勢している。そして、前記
還流制御弁34を閉じたときには、制御圧室52内は、燃料
タンク９内の燃料圧力に前記圧力設定バネ61の圧縮付勢
力を加えた圧力に設定されるが、還流制御弁34を開く
と、前記燃料室51に導かれる燃料の一部が、還流制御弁
34、オリフィス35を介装した燃圧調整用燃料通路32Ｂを
介して制御圧室52内に還流される。そして、前記制御圧
室52上流側のオリフィス35と下流側のオリフィス37とに
よる絞り作用で制御圧室52内の燃料圧力が所定圧だけ高
められる。

【００４１】このように、還流制御弁34の開閉に応じて
制御圧室52の制御圧が２段階に切り換えられ、これによ
り、該制御圧室52の制御圧によって調整される燃料室51
上流側の燃料圧力、つまり、燃料噴射圧力が高低２段階
に切換制御される。

【００４２】燃料噴射圧力の切換制御については、第１
の実施の形態と同様であり、図２においてステップ２で
燃料噴射圧力を高圧に制御するときには、前記還流制御
弁34を開とし、ステップ５で燃料噴射圧力を低圧に制御
するときには、還流制御弁34を閉とする。作用、効果に
ついては第１の実施の形態と同様であるが、プレッシャ
レギュレータが１個で済み、コンパクトに構成できる。

【００４３】次に、燃料噴射弁により、燃料を燃焼室内
に直接噴射する直墳式機関（ガソリン機関等の火花点火
機関）に、本発明を適用した第３の実施の形態について
説明する。

【００４４】該第３の実施の形態のシステム構成を図５
に示す。図において、第１の実施の形態を示す図１と異
なる部分について説明すると、機関１は、電磁式の燃料
噴射弁２を、その噴孔を燃焼室３内に臨ませて配置し、
吸気ポート４及び吸気弁５を介して燃焼室３内に吸引し
た新気に対して前記燃料噴射弁２から燃料を噴射して混
合気を形成し、該混合気を点火栓６による火花点火によ
って着火するものである。

【００４５】かかる直墳式機関では、運転条件に応じて
圧縮行程中への燃料噴射を行なって成層混合気を形成す
ることが必要となるため、第１の実施の形態のように吸
気通路に燃料噴射するものに比較して燃料噴射圧力がか
なり大きく設定される。したがって、電動式の低圧ポン
プ10の下流側に機関駆動される専用の高圧ポンプ71を備
える。

【００４６】前記高圧ポンプの下流側に、電磁開閉弁13
と低圧側プレッシャレギュレータ14とが介装された低圧
側燃料通路15と、高圧側プレッシャレギュレータ16が介
装された高圧側燃料通路17とを備えることは、第１の実
施の形態と同様であるが、少なくとも高圧側プレッシャ
レギュレータ16により調整される燃料圧力は、第１の実
施の形態の高圧側プレッシャレギュレータ16に比較して
かなり大きく設定されている。また、燃料ギャラリ20
は、コモンレールと称され、第１の実施の形態のものに
比較して容量が大きい。

【００４７】そして、該直墳式機関では、始動時に機関
回転速度が低いため、機関駆動される高圧ポンプ71の吐
出圧が設定圧まで上昇しない。そこで、始動時は、低圧
側プレッシャレギュレータ14により、燃料噴射圧力を低
圧に調整し、始動後、機関回転速度が上昇してから高圧
側プレッシャレギュレータ16により燃料噴射圧力を高圧
に調整するように切り換える。

【００４８】しかし、燃料噴射圧力を低圧から高圧に切
り換える場合も、燃料圧力変化の遅れ及び脈動を発生す
る。そこで、該燃料噴射圧力の切り換え時も、切り換え
要求発生後燃料カットが行なわれるときに、切り換えを
実行する。

【００４９】図６は、本実施の形態における燃料噴射圧
力の切り換え制御のフローチャートを示す。図２とは逆
に、要求燃料噴射圧力が低い始動時に、電磁開閉弁13を
開として燃料噴射圧力を低圧に制御し（Ｓ１１，Ｓ１
２）、始動後に要求燃料噴射圧力が高圧となってから燃
料カット条件が成立したときに、電磁開閉弁13を閉とし
て燃料噴射圧力を高圧とする制御に切り換え（Ｓ１３〜
Ｓ１５）、以後運転終了まで該高圧制御を維持する（Ｓ
１３→Ｓ１５）。

【００５０】該直墳式機関においても燃料噴射圧力の切
り換えを燃料カット期間中に実行することで、燃料圧力
変化の遅れや脈動による空燃比の変動を回避でき、排気
浄化性能を向上できる。なお、一般に始動後燃料カット
条件は短時間で成立するが、この間は、圧縮行程での高
圧での噴射を要求される成層燃焼を中止して均質燃焼を
行うようにすればよい。

【００５１】また、上記の直墳式機関における燃料噴射
圧力の切り換えを、前記第２の実施の形態で示した１個
のプレッシャレギュレータの制御圧室の制御圧を切り換
えることにより行なう構成としてもよいことは、勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の全体システム構成を示す
図。

【図２】同じく燃料噴射圧力の切り換え制御を示すフロ
ーチャート。

【図３】本発明の第２の実施形態の全体システム構成を
示す図。

【図４】同上の一点鎖線部の拡大断面図。

【図５】本発明の第３の実施形態の全体システム構成を
示す図。

【図６】同じく燃料噴射圧力の切り換え制御を示すフロ
ーチャート。

【図７】燃料噴射圧力切り換え時の燃料圧力変化を示す
図。

【符号の説明】

１内燃機関２燃料噴射弁３燃焼室９燃料タンク 10 燃料ポンプ 13 電磁開閉弁 14 低圧側プレッシャレギュレータ 15 低圧側燃料通路 16 高圧側プレッシャレギュレータ 17 高圧側燃料通路 21 コントロールユニット 22 クランク角センサ 25 アクセル開度センサ 71 高圧ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｍ 69/00 ３４０Ｆ０２Ｍ 69/00 ３４０ＰＦターム(参考） 3G066 AA01 AB02 AC09 AD10 AD12 BA14 BA26 CB12 CB15 CD03 CE22 DA06 DB01 DB17 DC04 DC05 DC09 DC11 DC14 3G301 HA01 HA04 JA21 JA23 JA26 KA01 KA16 KA26 LB04 LB06 MA01 MA12 MA24 ND02 NE18 PA01Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射弁からの燃料噴射圧力を、機関運
転条件に応じて段階的に切り換える内燃機関の燃料供給
装置において、前記燃料噴射圧力の切り換えを、減速時の燃料供給停止
期間中に実行することを特徴とする内燃機関の燃料供給
装置。
【請求項２】前記燃料噴射圧力の切り換えは、設定燃圧
の異なる複数のプレッシャレギュレータの作動を切り換
えることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の
内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】前記燃料噴射圧力の切り換えは、１個のプ
レッシャレギュレータの制御圧室内の制御圧を切り換え
ることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】機関の吸気通路に燃料が噴射され、始動時
に要求される高圧側燃料噴射圧力から始動後に要求され
る低圧側燃料噴射圧力へ切り換えることを特徴とする請
求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃
料供給装置。
【請求項５】機関の燃焼室内に直接燃料が噴射され、始
動時に要求される低圧側燃料噴射圧力から始動後に要求
される高圧側燃料噴射圧力へ切り換えることを特徴とす
る請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関
の燃料供給装置。