JP2009243286A

JP2009243286A - エンジンの燃料供給システム

Info

Publication number: JP2009243286A
Application number: JP2008087749A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nagasawa; 宏昭永澤
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】燃料圧力を検出する圧力センサを高圧燃料ポンプの吐出側の１つのセンサとしながら、低圧燃料ポンプの最適制御を可能とする。
【解決手段】イグニッションスイッチがＯＮされたとき、高圧燃料ポンプの電磁バルブを開弁させて（Ｓ１）燃料吸入通路と燃料吐出通路とを連通させ、低圧燃料ポンプを駆動して圧力センサからの圧力値Ｐｉを読み込む（Ｓ２）。そして、圧力値Ｐｉが閾値Ｐｍｉｎを上回っているか否かを調べ（Ｓ３）、Ｐｉ＞Ｐｍｉｎの場合、圧力値Ｐｉに応じた低圧燃料ポンプの最適制御定数を決定し（Ｓ４）、エンジンを始動させる。エンジン始動後は、圧力センサによる圧力検出値に基づいて高圧燃料ポンプの吐出圧を最適に制御する。一方、Ｐｉ≦Ｐｍｉｎの場合には、低圧燃料ポンプの吐出圧が制御困難となる程度に低下していると判断して警告灯を点灯させ（Ｓ６）、ユーザに異常発生を報知してポンプ交換を促す。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動式の低圧燃料ポンプからの燃料をエンジン駆動式の高圧燃料ポンプで高圧に加圧して燃料噴射弁に圧送するエンジンの燃料供給システムに関する。

従来、ディーゼルエンジンや筒内噴射のガソリンエンジンにおいては、燃料を噴射するインジェクタに供給する燃料を高圧に昇圧する必要がある。このため、例えば、非特許文献１や特許文献１に記載されているように、低圧用の燃料ポンプと高圧用の燃料ポンプとを用いるシステムが知られている。

非特許文献１に開示されているような燃料供給システムは、概略的には、図６に示すように、燃料タンクからの燃料を高圧ポンプに供給する低圧燃料ポンプ１００と、この低圧燃料ポンプ１００からの燃料を加圧して燃料レール１０２に圧送する高圧燃料ポンプ１０１とを備えている。このシステムでは、低圧燃料ポンプ１００の吐出側と高圧燃料ポンプ１０１の吸入側との間に低圧用の圧力センサ１０３を配設して低圧燃料ポンプ１００の吐出圧を電子制御装置１０５が感知し、燃料ポンプコントローラ１０６を介してポンプ出力のばらつきに応じて最適な制御を行うと共に、燃料レール１０２に高圧用の圧力センサ１０４を配設し、高圧燃料ポンプ１０１の吐出圧制御を行っている。

また、特許文献１の燃料供給システムは、圧力センサとしては高圧用の１つのセンサを用いており、高圧通路部に燃料圧力を可変にコントロールする電子制御式高圧プレッシャレギュレータを設けている。この高圧プレッシャレギュレータは、高圧ポンプの高圧燃料吐出量を可変に調量する電子制御式アクチュエータの応答速度の限界による最高運転速度の制限や燃圧制御範囲の制限に対処するものである。
アウディ社欧州仕様サービスマニュアル（Audi A3, 2004, Direct petrol injection and Ignition system(4-cyl. 2.0 ltr. 4-valve turbo) - Edition 08.2006 ; 2. Injection system 2.10 Feul rail-expoded view) 特開２００３−２６９２８７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているようなシステムは、高圧用の１つの圧力センサを用いることでコスト上昇を抑制可能であるが、低圧燃料ポンプについては機械式の低圧プレッシャーレギュレータで吐出圧を制御する構造となっているのが一般的である。また、非特許文献１に開示されているような高圧用と低圧用との２つの圧力センサを用いるシステムでは、高圧燃料ポンプと低圧燃料ポンプとの双方を最適制御することが可能であるが、２つの圧力センサを要することから、コスト上昇を招くばかりでなく、システムが複雑になるきらいがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料圧力を検出する圧力センサを高圧燃料ポンプの吐出側の１つのセンサとしながら、且つ機械式の低圧プレッシャーレギュレータを使用せずに、低圧燃料ポンプの最適制御を可能とすることのできるエンジンの燃料供給システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの燃料供給システムは、燃料を高圧に加圧して燃料噴射弁に燃料を圧送するエンジン駆動式の高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプに低圧の燃料を供給する電動式の低圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出側で燃料圧力を検出する圧力センサとを有するエンジンの燃料供給システムであって、エンジン始動時に前記高圧燃料ポンプの燃料吸入口と燃料吐出口とを連通させる高圧燃料ポンプ開放制御部と、前記高圧燃料ポンプの燃料吸入口と燃料吐出口とを連通させた状態で前記低圧燃料ポンプを作動させ、前記圧力センサで検出した圧力値が予め設定された閾値を超えているか否かを判定する低圧燃料ポンプ判定部と、前記圧力値が前記閾値を超えていると判定されたとき、前記圧力値に応じて前記低圧燃料ポンプの制御定数を決定する低圧燃料ポンプ制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、燃料圧力を検出する圧力センサを高圧燃料ポンプの吐出側の１つのセンサとしながら、且つ機械式の低圧プレッシャーレギュレータを使用せずに、低圧燃料ポンプの最適制御を可能とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係り、図１は燃料供給システムの概略構成図、図２は高圧燃料ポンプの基本構成を示す説明図、図３は低圧燃料ポンプの最適制御に係る機能ブロック図、図４はエンジン始動ルーチンのフローチャート、図５は低圧燃料ポンプ用制御マップの概念図である。

図１に示す燃料供給システムは、エンジンの気筒内に燃料を噴射する噴射弁（インジェクタ）に高圧燃料を供給する高圧燃料供給系である。この燃料供給システムには、低圧燃料ポンプ１と高圧燃料ポンプ２との２つの燃料ポンプが備えられ、低圧燃料ポンプ１からの吐出燃料が高圧燃料ポンプ２で所定の高圧の燃料圧力に増圧され、高圧の燃料がインジェクタ３からエンジンの気筒内に噴射される。

低圧燃料ポンプ１は、例えば燃料タンク内等に設置され、モータで駆動される電動ポンプである。低圧燃料ポンプ１の吐出側には低圧配管４が接続され、この低圧配管４が高圧燃料ポンプ２の吸入側に接続されている。更に、高圧燃料ポンプ２の吐出側には高圧配管５が接続され、この高圧配管５が高圧燃料を畜圧する燃料レール６に接続されている。燃料レール６には、エンジンの気筒数に応じた数のインジェクタ３が装着され、また、燃料レール６内の圧力を検出する圧力センサ７が取り付けられている。

高圧燃料ポンプ２は、本実施の形態においては、図２に示すように、エンジンによって駆動される往復動式プランジャポンプであり、ポンプ本体１０に、燃料吸入通路１１、燃料吐出通路１２、加圧室１３が形成されている。加圧室１３には、ポンププランジャ１４が長手軸方向に摺動自在に配設され、このポンププランジャ１４の端部が図示しないエンジンによって回転駆動されるカム１５に当接されている。カム１５は、図示しないエンジンによって回転駆動され、このカム１５の回転により、ポンププランジャ１４が長手軸方向に所定のストロークで摺動自在に往復動される。

また、ポンプ本体１０には、ポンプ吐出流量を制御するための電磁バルブ２０が配設されている。この電磁バルブ２０は、燃料吸入通路１１を開閉するプランジャバルブ２１、燃料吸入通路１１の閉方向にプランジャバルブ２１を付勢するスプリング２２、プランジャバルブ２１を吸引駆動する電磁力を発生する電磁コイル２３を備えて構成されている。電磁コイル２３がＯＦＦのときには、プランジャバルブ２１はスプリング２２の付勢力によって燃料吸入通路１１を閉弁する位置に突出され、電磁コイル２３がＯＮされると、スプリング２２の付勢力に抗してプランジャ２１が吸引駆動され、燃料吸入通路１１が開弁される。

一方、図１における符号５０は、エンジンを電子的に制御する電子制御装置（ＥＣＵ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として構成され、その他、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。

ＥＣＵ５０の入力側には、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）５１や燃料レール６の圧力センサ７を初めとして運転状態を検出する各種センサ・スイッチが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スタータモータ（図示せず）への通電電流を断続するスタータリレー５２、各気筒毎のインジェクタ３、高圧燃料ポンプ２の電磁バルブ２０、低圧燃料ポンプ１の異常発生や交換時期をユーザに報知するための警告灯５３等のアクチュエータ類が接続されると共に、低圧燃料ポンプ１を制御する燃料ポンプコントローラ６０が接続されている。

ＥＣＵ５０は、各種センサ・スイッチ類からの信号に基づいて、インジェクタ３の燃料噴射量等のエンジン制御に係る各種制御量を演算し、また、燃料供給系の低圧燃料ポンプ１や高圧燃料ポンプ２の作動を制御する。高圧燃料ポンプ２の制御は、カム１５の回転位置の検出信号から高圧燃料ポンプ２のポンププランジャ１４の往復動を検出し、圧力センサ７の信号に基づいて電磁バルブ２０を適切なタイミングでＯＮ，ＯＦＦすることにより、燃料レール６内の燃料圧力を規定の適正圧力となるように制御する。

また、低圧燃料ポンプ１の制御は、通常のエンジン運転中に高圧燃料ポンプ２の吐出圧制御に用いる圧力センサ７を利用し、エンジン始動時の低圧燃料ポンプ１の吐出圧をモニタして最適な制御定数を決定することで、低圧燃料ポンプ１の個体バラツキや経時変化に応じた最適な制御を行う。

このため、ＥＣＵ５０には、低圧燃料ポンプ１の最適制御に係る機能として、図３に示すように、エンジン始動時に高圧燃料ポンプ２の燃料吸入口と燃料吐出口とを連通させる高圧燃料ポンプ開放制御部５０ａ、高圧燃料ポンプ２の燃料吸入口と燃料吐出口とを連通させた状態で低圧燃料ポンプ１を作動させ、圧力センサ７で検出した圧力値が予め設定された閾値を超えているか否かを判定する低圧燃料ポンプ判定部５０ｂ、圧力センサ７の圧力値が閾値を超えていると判定されたとき、その圧力値に応じて低圧燃料ポンプ１の制御定数を決定する低圧燃料ポンプ制御部５０ｃが備えられている。

詳細には、ＥＣＵ５０は、高圧燃料ポンプ開放制御部５０ａとしての機能により、エンジン始動のためにイグニッションスイッチ５１がＯＮされたとき、スタータリレー５２をＯＦＦに保持してスタータを作動させる前に、高圧燃料ポンプ２の電磁バルブ２０をＯＮして燃料吸入通路１１と燃料吐出通路１２とを連通させる。この状態では、燃料レール６内の圧力は低圧燃料ポンプ１の吐出圧と同圧となる。

尚、高圧燃料ポンプ２として、例えば斜板式ピストンポンプ等を用いる場合には、燃料吸入口と燃料吐出口とをバイパスするバイパス通路に電磁開閉バルブを設け、この電磁開閉バルブを開弁させても良い。

更に、ＥＣＵ５０は、低圧燃料ポンプ判定部５０ｂとしての機能により、高圧燃料ポンプ２の燃料吸入通路１１と燃料吐出通路１２とを連通させた状態で、燃料ポンプコントローラ６０を介して低圧燃料ポンプ１を規定の定格電圧で作動させ、このときの圧力センサ７の計測値をモニタすることにより、低圧燃料ポンプ１の性能ばらつきや経時劣化の度合いを判断する。

すなわち、ＥＣＵ５０は、電磁バルブ２０をＯＮして燃料レール６内の圧力と低圧燃料ポンプ１の吐出圧とを同圧とした状態で、圧力センサ７からの圧力値Ｐｉを読み込み、この圧力値Ｐｉと予め設定された閾値Ｐｍｉｎとを比較して異常の有無を判定する。閾値Ｐｍｉｎは、正常なエンジン制御が不可となる低圧燃料ポンプ１の下限吐出圧であり、Ｐｉ＞Ｐｍｉｎであれば低圧燃料ポンプ１は正常であると判定し、Ｐｉ≦Ｐｍｉｎであれば、低圧燃料ポンプ１が故障或いは劣化により異常であると判定する。

低圧燃料ポンプ１が正常と判定された場合、ＥＣＵ５０は、低圧燃料ポンプ制御部５０ｃとしての機能により、圧力センサ７で検出した圧力値Ｐｉに基づいて、予め記憶する低圧燃料ポンプ用制御マップを検索し、低圧燃料ポンプ１の個体バラツキや劣化度合いに応じた最適な制御定数を決定する。そして、この最適制御定数を燃料ポンプコントローラ６０に出力して低圧燃料ポンプ１を最適に制御する。

一方、Ｐｉ≦Ｐｍｉｎであり、正常なエンジン制御が困難となる程度の低圧燃料ポンプ１の性能低下を感知した場合には、ＥＣＵ５０は警告灯５３を点灯させ、ユーザに燃料ポンプの異常や交換時期を知らせる。

以上の処理は、具体的には、図４に示すエンジン始動ルーチンによって実行される。次に、このエンジン始動ルーチンについて説明する。

このエンジン始動ルーチンは、イグニッションスイッチ５１がＯＮされたときに実行されるルーチンであり、先ず、最初のステップＳ１において、スタータリレー５２をＯＦＦ状態に保持し、高圧燃料ポンプ２の電磁バルブ２０をＯＮして開弁させる。これにより、高圧燃料ポンプ２の燃料吸入通路１１と燃料吐出通路１２とが連通し、低圧燃料ポンプの吐出口に接続される低圧配管４から高圧燃料ポンプ２を経て高圧配管５が連通し、低圧配管４、高圧配管５、及び高圧配管５の管路内圧力が同圧となる。

次に、ステップＳ２へ進み、予め設定された規定の定格電圧で低圧燃料ポンプ１を駆動し、圧力センサ７からの圧力値Ｐｉを読み込む。このときの圧力値Ｐｉは、高圧燃料ポンプ２の電磁バルブ２０を開弁させ、燃料レール６、高圧配管５、及び低圧配管４が連通されていることから、低圧燃料ポンプ１の吐出圧を示している。

続くステップＳ３では、圧力値Ｐｉすなわち低圧燃料ポンプ１の吐出圧が閾値Ｐｍｉｎを上回っているか否かを調べる。その結果、Ｐｉ＞Ｐｍｉｎの場合には、低圧燃料ポンプ１は正常であると判断し、ステップＳ４で圧力値Ｐｉに応じた低圧燃料ポンプ１の最適制御定数を決定する。

この最適制御定数は、本実施の形態においては、図５に例示するように、圧力値Ｐｉと低圧燃料ポンプ１の印加電圧Ｖとの関係を予めＥＣＵ５０内のメモリに記憶・格納した制御マップを用いて決定される。この制御マップは、ポンプ吐出量が同一の場合、吐出圧と印加電圧との関係はほぼ比例関係となることから、圧力値Ｐｉが上昇すると印加電圧Ｖが直線的に低くなる特性に設定されており、エンジンの燃料消費量に応じて印加電圧Ｖが変化することになる。

従って、低圧燃料ポンプ１が個体によってばらついている場合、吐出圧が基準よりも低い場合には低圧燃料ポンプ１の印加電圧Ｖが高く設定され、低圧燃料ポンプ１の吐出圧を高圧燃料ポンプ２による適正な昇圧が可能な吐出圧とすることができる。一方、低圧燃料ポンプ１の吐出圧が基準よりも高い場合には、低圧燃料ポンプ１の印加電圧Ｖが低くされ、無駄な電力消費を抑制することができる。また、低圧燃料ポンプ１が劣化して吐出性能が低下した場合においても、吐出圧の低下度合いに応じて低圧燃料ポンプ１の印加電圧Ｖが高く設定され、高圧燃料ポンプ２で適正に昇圧可能な吐出圧とすることができる。

低圧燃料ポンプ１の最適電圧を決定した後は、ステップＳ５へ進み、イグニッションスイッチ５１のスタート位置への操作に応じてスタータリレー５２をＯＮしてスタータの作動によるクランキングを開始し、エンジンを始動させる。エンジン始動後は、圧力センサ７によって燃料レール６内の圧力を検出して高圧燃料ポンプ２の電磁バルブ２０を制御し、高圧燃料ポンプ２の吐出圧を最適に制御する。

一方、ステップＳ３において、圧力値Ｐｉが閾値Ｐｍｉｎ以下である場合には、低圧燃料ポンプ１の性能が低下しており、吐出圧が制御困難となる程度に低下していると判断し、ステップＳ３からステップＳ６へ進んで警告灯５３を点灯してユーザに異常発生を報知してポンプ交換を促す。そして、ステップＳ７で低圧燃料ポンプ１を短期的に許容可能な最大電圧で駆動してステップＳ８でエンジンを始動させ、セーフモードでの最低限の走行を確保して修理工場でのポンプ交換を可能とする。

このように、本実施の形態においては、高圧燃料ポンプ２の吐出側の燃料レール６に設けた１つの圧力センサ７を利用して、低圧燃料ポンプ１の個体バラツキや経時劣化に応じた最適な制御が可能となり、電力消費量を最小限に抑えることができる。しかも、圧力センサ７によって低圧燃料ポンプ１の経時劣化や異常による性能低下をモニタしているため、ユーザに燃料ポンプの異常や交換時期を知らせることができる。

燃料供給システムの概略構成図高圧燃料ポンプの基本構成を示す説明図低圧燃料ポンプの最適制御に係る機能ブロック図エンジン始動ルーチンのフローチャート低圧燃料ポンプ用制御マップの概念図従来の燃料供給システムの一例を示す構成図

符号の説明

１低圧燃料ポンプ
２高圧燃料ポンプ
３インジェクタ
６燃料レール
７圧力センサ
５０電子制御装置
５０ａ高圧燃料ポンプ開放制御部
５０ｂ低圧燃料ポンプ判定部
５０ｃ低圧燃料ポンプ制御部

Claims

燃料を高圧に加圧して燃料噴射弁に燃料を圧送するエンジン駆動式の高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプに低圧の燃料を供給する電動式の低圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプの吐出側で燃料圧力を検出する圧力センサとを有するエンジンの燃料供給システムであって、
エンジン始動時に前記高圧燃料ポンプの燃料吸入口と燃料吐出口とを連通させる高圧燃料ポンプ開放制御部と、
前記高圧燃料ポンプの燃料吸入口と燃料吐出口とを連通させた状態で前記低圧燃料ポンプを作動させ、前記圧力センサで検出した圧力値が予め設定された閾値を超えているか否かを判定する低圧燃料ポンプ判定部と、
前記圧力値が前記閾値を超えていると判定されたとき、前記圧力値に応じて前記低圧燃料ポンプの制御定数を決定する低圧燃料ポンプ制御部と
を備えることを特徴とするエンジンの燃料供給システム。
前記低圧燃料ポンプ判定部は、前記圧力値が前記閾値以下と判定されたときには、前記低圧燃料ポンプが異常であると判定して警報を出力することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料供給システム。