JP2005307931A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高圧燃料系から燃料タンクに直接燃料を戻すリリーフ経路を用いることなく、高圧燃料ポンプが過剰供給状態になっても高圧燃料系の圧力を低下させることができる内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】 プランジャ式高圧燃料ポンプからの燃料供給量を制御するソレノイドの異常時、又は、高圧燃料系の圧力が異常に高いときに、高圧燃料ポンプの過剰供給状態であると診断する。そして、過剰供給状態であると診断されると、高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプの吐出量制御における目標燃圧を通常範囲よりも低下させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高圧燃料ポンプと該高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプとを少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプから吐出される燃料を内燃機関に供給する燃料供給装置に関する。

特許文献１には、電動式の燃料ポンプによって燃料タンク内の燃料を吸引して、機関駆動されるプランジャポンプに供給し、該プランジャポンプによって高圧に昇圧された燃料を燃料噴射弁に供給する構成の燃料供給装置が開示されている。
また、前記特許文献１の燃料供給装置では、燃料噴射弁が接続されるコモンレールの余剰燃料を、リリーフ弁を介して直接燃料タンクに戻す構成としてある。
特開２０００−２６５９２６号公報

ところで、高圧燃料ポンプ（プランジャポンプ）からの燃料供給量を、高圧燃料系の圧力に基づいてフィードバック制御する構成であって、高圧燃料系から直接燃料タンクに燃料を戻すリリーフ経路を備えない構成のシステムでは、前記高圧燃料ポンプ（プランジャポンプ）からの燃料供給量が最大側で固着する故障が発生した場合に、高圧燃料系の圧力を低下させることができないという問題が発生する。

ここで、上記不具合を回避するために、高圧燃料系の燃料を直接燃料タンク内に戻すリリーフ経路を設ける構成とすると、コスト上昇を招いてしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高圧燃料系から燃料タンクに直接燃料を戻すリリーフ経路を用いることなく、高圧燃料ポンプが過剰供給状態になっても高圧燃料系の圧力を低下させることができる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明は、高圧燃料ポンプと該高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプとを少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプから吐出される燃料を内燃機関に供給する内燃機関の燃料供給装置において、前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態を診断し、前記過剰供給状態において前記低圧燃料ポンプの吐出圧を通常動作範囲よりも強制的に低くする構成とした。

かかる構成によると、高圧燃料ポンプが何らかの異常で過剰に燃料を供給する状態になると、該高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプの吐出圧を通常動作範囲よりも強制的に低くすることで、低圧燃料ポンプから高圧燃料ポンプに供給される燃料量を強制的に低下させる。
従って、高圧燃料ポンプによる燃料供給量が抑制され、高圧燃料系の圧力を低下させることができる
請求項２記載の発明では、前記過剰供給状態において低圧燃料ポンプを逆回転させる構成とした。

かかる構成によると、高圧燃料ポンプが何らかの異常で過剰に燃料を供給する状態になると、該高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプが逆転され、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとの間（低圧燃料系）の燃料が燃料タンク側に吸い出されることになる。
従って、高圧燃料ポンプに供給される燃料量（低圧燃料系の圧力）を速やかに低下させて、高圧燃料系の圧力を応答良く低下させることができる。

請求項３記載の発明では、前記低圧燃料ポンプの吐出量が、目標燃圧に基づいて制御される構成であり、前記過剰供給状態において前記目標燃圧を正常時の目標燃圧よりも低くする構成とした。
かかる構成によると、高圧燃料ポンプが過剰供給状態になると、低圧燃料ポンプのフィードバック制御における目標燃圧を低下させて低圧燃料系の圧力を強制的に低下させる。

従って、高圧燃料ポンプによる燃料供給量が抑制され、高圧燃料系の圧力を低下させることができる

図１は、実施形態における内燃機関の燃料供給装置のシステム構成図である。
図１において、燃料タンク１には、電動式の低圧燃料ポンプ２が内設される。
前記低圧燃料ポンプ２の吐出口に一端が接続される低圧系配管３の他端は、高圧燃料ポンプ４の吸入側に接続される。
前記高圧燃料ポンプ４は、前記吸入側に設けられる吸入弁５と吐出側に設けられる吐出弁６とで閉塞されるポンプ室７と、該ポンプ室７の容量を可変とすることで燃料の吸入・加圧を行なうプランジャ８と、前記吸入弁５の閉期間を制御するソレノイド９と、前記プランジャ８を昇降駆動するポンプ駆動カム１０とから構成される。

前記カム９は、内燃機関の吸気弁を開閉駆動するカム軸に軸支され、カム軸の回転に同期してプランジャ８を昇降駆動する。
即ち、前記高圧燃料ポンプ４は、内燃機関によって駆動される。
前記吐出弁６を介して高圧燃料ポンプ４から吐出された燃料は、高圧系配管１１を介して燃料ギャラリ１２に供給される。

前記燃料ギャラリ１２には、内燃機関の気筒毎に設けられる燃料噴射弁１３が接続され、燃料噴射弁１３が開駆動されると、燃料が機関（吸気ポート内又はシリンダ内）に噴射される。
また、前記燃料ギャラリ１２と低圧系配管３とを接続するリリーフ配管１４には、燃料ギャラリ１２の圧力が低圧系配管３内の圧力に対して所定以上に高くなったときに、開弁する高圧リリーフ弁１５が介装される。

尚、前記高圧リリーフ弁１５が開くことで、高圧燃料系の燃圧が一定の異常圧以上になることが回避されるが、高圧燃料ポンプ４による過剰供給状態であるときには、高圧燃料系の圧力を低下させることができず、前記高圧リリーフ弁１５の開弁圧付近に保持されることになってしまう。
前記吐出弁６は、高圧系配管１１側の圧力に対してポンプ室７内の圧力が所定以上に高くなると開弁する機械式のチェック弁である。

また、前記ソレノイド９は、その非通電状態においてはロッドを吸入弁５側に吐出させることで、機械式のチェック弁である吸入弁５を開弁状態に保持し、通電によってロッドを引き込むと、閉弁方向に付勢される前記吸入弁５が閉じる構成である。
前記ソレノイド９は、前記プランジャ８の上昇中の所定期間だけ通電されて吸入弁５が閉弁され、前記通電期間においてポンプ室７の燃料圧力が高められ、ポンプ室７内の燃料圧力が所定以上になると、前記吐出弁６が開いて、高圧に昇圧された燃料が前記燃料ギャラリ１２に向けて供給される。

従って、前記プランジャ８の上昇中における前記ソレノイド９の通電期間によって、高圧燃料ポンプ４の吐出量が調整されることになる。
ここで、前記ソレノイド９への通電タイミングを制御することで、燃料ギャラリ１２側への燃料供給量が制御されることになる。
マイクロコンピュータを内蔵するポンプコントロールユニット２０は、高圧側燃圧センサ２１で検出される燃料ギャラリ１２内（高圧燃料系）の燃圧が、目標燃圧になるように、前記ソレノイド９の通電タイミング（吸入弁５の閉期間）を制御する。

また、前記ポンプコントロールユニット２０は、低圧側燃圧センサ２２で検出される低圧系配管３内（低圧燃料系）の燃料圧力が目標燃圧になるように、前記低圧燃料ポンプ２の吐出量をフィードバック制御する。
尚、低圧燃料系の燃圧制御は、低圧系配管３から燃料タンク１に戻す燃料量を調整することで低圧燃料系の圧力を制御するプレッシャレギュレータを用いる構成であっても良く、前記プレッシャレギュレータとして、圧力差に応じて作動する機械式のもの、或いは、低圧燃料系の圧力検出値に応じて開閉制御される電子制御式のものを使用できる。

本実施形態では、前記ポンプコントロールユニット２０が、高圧燃料ポンプ４による過剰供給状態を診断し、フェイルセーフを図る機能を有しており、係るフェイルセーフ機能を図２のフローチャートに従って説明する。
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、ソレノイド９の故障診断を行なう。

具体的には、ソレノイド９の駆動回路のショート・断線を検出し、また、前記ロッドの位置検出などに基づくロッドの固着故障を診断する。
ステップＳ２では、前記ステップＳ１での診断の結果に基づいて、ソレノイド９の機能が正常であるか否かを判別する。
そして、ソレノイド９の機能が正常であればステップＳ３へ進み、ソレノイド９の機能が異常であるときには、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、フェイルセーフ用の低圧燃料ポンプ駆動制御に移行させるが、詳細については後で説明する。
一方、ステップＳ３では、前記高圧側燃圧センサ２１で検出される高圧燃料系の圧力を読み込む。
次のステップＳ４では、前記ステップＳ３で読み込んだ高圧燃料系の圧力が、所定圧以上で異常な高圧を示しているか否かを判別する。

ステップＳ４で高圧燃料系の圧力が正常範囲内であると判断された場合には、ステップＳ５へ進んで、低圧燃料ポンプ２の通常制御を行なわせる。
前記通常のポンプ制御では、前記低圧燃料ポンプ２の吐出量を、低圧側燃圧センサ２２で検出される低圧燃料系の燃圧が通常の目標燃圧に一致するようにフィードバック制御する。

ここで、前記通常の目標燃圧は、高圧燃料ポンプ４への燃料供給量として、高圧燃料系の圧力を目標に制御できる範囲内の量を確保できる値として設定される。
一方、ステップＳ４で高圧燃料系の圧力が異常な高圧を示していると判別されたときには、ソレノイド９の機能異常が診断されたときと同様にステップＳ６へ進む。
ステップＳ６では、下記に示すフェイルセーフ用の低圧燃料ポンプ駆動制御のいずれか一方を実行する。
（１）前記低圧燃料ポンプ２をフィードホワード制御によって逆回転させる。
（２）前記低圧燃料ポンプ２のフィードバック制御における目標燃圧を正常時の目標燃圧よりも小さいフェイルセーフ用目標燃圧に切り換える。

上記（１）のフェイルセーフ用の低圧燃料ポンプ駆動制御を実行すると、低圧燃料ポンプ２から高圧燃料ポンプ４までの間の低圧燃料系の燃料が燃料タンク１内に吸い出されることになる。
換言ずれば、低圧燃料ポンプ２を逆転させることで、低圧燃料ポンプ２の吐出圧がマイナスに反転し、低圧燃料ポンプ２の吐出圧が通常動作範囲よりも低くなる。

これにより、低圧燃料系の燃圧が急激に低下し、高圧燃料ポンプ４への燃料供給が停止する。
従って、たとえソレノイド９が最大供給量側に固着していたとしても、高圧燃料ポンプ４の過剰供給状態が速やかに解消されることになり、高圧燃料系の圧力を安全な値にまで低下させることができる。

上記（１）のフェイルセーフ用の低圧燃料ポンプ駆動制御は、燃料タンク１への燃料の戻し量を調整することで低圧燃料系の圧力を制御するプレッシャレギュレータを備えたシステムにおいても実施することが可能である。
尚、低圧燃料ポンプ２を逆転させる場合には、逆転制御が容易なブラシレスモータを低圧燃料ポンプ２の動力源として用いることが好ましい。

また、低圧燃料ポンプ２の逆転駆動は、低圧燃料系の燃圧を低下させるのに必要充分な時間だけ行なわせ、その後は、低圧燃料ポンプ２の駆動を停止されば良い。
一方、上記（２）のフェイルセーフ用の低圧燃料ポンプ駆動制御を実行すると、低圧燃料系の圧力が正常時の目標燃圧よりも低いフェイルセーフ用目標燃圧に一致するようにフィードバック制御され、低圧燃料ポンプ２の吐出圧が通常動作範囲よりも低く抑制される結果、高圧燃料ポンプ４への燃料供給量が、高圧燃料系の圧力制御に必要な量よりも少なくなる。

従って、たとえソレノイド９が最大供給量側に固着していたとしても、高圧燃料ポンプ４の過剰供給状態が解消され、高圧燃料系の圧力を安全な値にまで低下させることができる。
尚、前記フェイルセーフ用目標燃圧に対して実際の燃圧が高いときに、低圧燃料ポンプ２を逆転させて実際の燃圧の能動的な低下を図る構成とすることができる。

また、電子制御プレッシャレギュレータのリリーフ量の制御によって、低圧燃料系の圧力を目標燃圧にフィードバック制御する構成において、前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態が診断されたときに、前記目標燃圧を正常時の目標よりも低くする構成とすることができる。
更に、低圧燃料系の圧力を一定圧に調整する機械式のプレッシャレギュレータを備えたシステムにおいて、前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態が診断されたときに、フィードホワード制御によって、低圧燃料ポンプ２を逆転させたり、また、低圧燃料ポンプ２の吐出量を正常時よりも低下させたりして、低圧燃料ポンプ２の吐出圧を強制的に低下させる構成とすることができる。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態を、高圧燃料系の圧力に基づいて診断することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

かかる構成によると、高圧燃料系の圧力が異常に高い状態になると、高圧燃料ポンプによる過剰供給状態であると判断し、低圧燃料ポンプの吐出圧を通常動作範囲よりも強制的に低くすることで、高圧燃料系の圧力低下を図る。
（ロ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記高圧燃料ポンプが、プランジャによってポンプ室の燃料を加圧する構成であると共に、前記ポンプ室に設けられる吸入弁の開閉を制御するソレノイドを備えてなり、
前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態を、前記ソレノイドの異常として診断することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

かかる構成によると、前記ソレノイドの異常によって前記吸入弁の開閉制御に異常を来たし、高圧燃料ポンプによる過剰供給状態になると、低圧燃料ポンプの吐出圧を通常動作範囲よりも強制的に低くすることで、高圧燃料ポンプからの燃料供給量が制御不能であっても、高圧燃料系の圧力低下を図ることができる。
（ハ）請求項３記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記低圧燃料系の燃圧を検出する燃圧センサを備え、該燃圧センサで検出される低圧燃料系の燃圧が目標燃圧になるように、前記低圧燃料ポンプの吐出量をフィードバック制御する構成であり、前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態が診断されたときに、前記目標燃圧を低下させることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

かかる構成によると、低圧燃料系から燃料タンクへの戻し経路を備えることなく、低圧燃料系の圧力検出値に基づいて、低圧燃料ポンプの吐出量をフィードバック制御することで、低圧燃料系の圧力を要求に制御する構成において、前記目標燃圧を低下させて低圧燃料ポンプの吐出量を低下させることで、高圧燃料ポンプへの燃料供給量を低下させ、以って、高圧燃料系における圧力を低下させる。

実施形態における内燃機関の燃料供給装置のシステム図。 実施形態における低圧燃料ポンプのフェイルセーフ制御を示すフローチャート。

符号の説明

１…燃料タンク，２…低圧燃料ポンプ，３…低圧系配管，４…高圧燃料ポンプ，５…吸入弁，６…吐出弁，７…ポンプ室，８…プランジャ，９…ソレノイド，１０…ポンプ駆動カム，１１…高圧系配管，１２…燃料ギャラリ，１３…燃料噴射弁，１４…リリーフ配管，１５…高圧リリーフ弁，２０…ポンプコントロールユニット，２１…高圧側燃圧センサ，２２…低圧側燃圧センサ

Claims (3)

1. 高圧燃料ポンプと該高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプとを少なくとも備え、前記高圧燃料ポンプから吐出される燃料を内燃機関に供給する内燃機関の燃料供給装置において、
   前記高圧燃料ポンプによる過剰供給状態を診断し、前記過剰供給状態において前記低圧燃料ポンプの吐出圧を通常動作範囲よりも強制的に低くすることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記過剰供給状態において前記低圧燃料ポンプを逆回転させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記低圧燃料ポンプの吐出量が、目標燃圧に基づいて制御される構成であり、前記過剰供給状態において前記目標燃圧を正常時の目標燃圧よりも低くすることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料供給装置。

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