JP2010024852A

JP2010024852A - 内燃機関の燃料供給装置

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Publication number: JP2010024852A
Application number: JP2008183871A
Authority: JP
Inventors: Kazuchika Tajima; 一親田島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】燃料噴射機構から燃料タンクへの還流を可能にする内燃機関の燃料供給装置において、還流通路の流通状態の切替えの際に燃料供給不足を抑制する内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関からの燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２となった場合に低燃圧状態から高燃圧状態への切替と燃料ポンプの駆動電圧の昇圧とを実行するに際して、燃料ポンプの駆動電圧の昇圧を実行してから、待機期間Δｔ経過後に高燃圧状態への切替を実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関に燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置に関する。

内燃機関に適用される燃料供給装置は、燃料タンクに貯留された燃料を燃料ポンプによりデリバリパイプへ圧送して、そのデリバリパイプに接続されたインジェクタから噴射させることにより同インジェクタに対応する気筒へ燃料を供給している。このような燃料供給装置としては、燃料ポンプからデリバリパイプに圧送される燃料の一部がプレッシャレギュレータを介して燃料タンクに還流されることにより同デリバリパイプ内における燃料の圧力（燃料噴射圧）が所定の圧力に規定されるものが知られている。この種の燃料供給装置においては、こうした燃料噴射圧の調圧によりインジェクタの単位時間における燃料噴射量などが規定されるようになっている。（例えば、特許文献１）
また、上述したような燃料供給装置においては、インジェクタの開弁時間の長さによって燃料噴射量を制御しているが、インジェクタの最大開弁時間はエンジン２回転にかかる時間、すなわち機関回転速度によって制限される。そのため、開弁時間の延長には自ずと限界があり、開弁時間の延長のみでは燃料噴射量を大幅に増加することが困難である。そこで、こうした燃料噴射量の要請に応じるべく、上述する燃料供給装置では従来から燃料噴射圧の可変制御が行われており、インジェクタの開弁時間が制限された場合であっても燃料噴射圧を増加させることにより燃料噴射量の大幅な増加が図られている。例えば、特許文献２及び３に記載されるように、内燃機関からの要求値である燃料要求量や内燃機関の機関回転速度などに応じて燃料噴射圧を切替える切替バルブを設け、この切替バルブの開閉制御により燃料噴射圧を低燃圧状態と高燃圧状態との間で切替える。これにより、機関回転速度によってインジェクタの開弁時間に制限がある場合であっても、燃料噴射量の大幅な増加が可能となる。
特開２００５−２３３１３４号公報実開昭６２−１０５３４３号公報実開平５−１９５３３号公報

ところで、上記燃料噴射圧の可変制御を行う燃料供給装置では、一般に低燃圧状態から高燃圧状態へ移行するときに燃料ポンプへの吐出圧力の増加指令と切替バルブへの切替指令とが燃料要求量等の機関運転状態に基づいて同時に出力されている。図６は、こうした切替バルブの切替期間における燃料ポンプの吐出量の推移を経時的に例示したタイミングチャートである。

図６に示されるように、低燃圧状態下において内燃機関からの燃料要求量が徐々に増加すると、その燃料要求量が所定値を超えたことを条件として、低燃圧状態から高燃圧状態へ移行すべく、切替バルブへの切替指令と燃料ポンプへの吐出圧力の増加指令とが同時に出力される。この際、燃料の流通系が低圧用の流通系から高圧用の流通系に切替えられるために、燃料ポンプからの燃料の流通状態が定常的な高燃圧状態になるまでには、燃料の流通状態を強制的に変更すべく、燃料ポンプに対する負荷が過渡的に一旦急増してしまう。こうした過渡的な期間では、燃料ポンプに対する吐出圧力の増加指令に応じて吐出圧力が増加されはするものの、上述する負荷の急増が発生するために、デリバリパイプへの供給量である吐出量が定常的な高燃圧状態における吐出量よりも一旦急激に減少してしまう。こうした過渡的な期間は、燃料の流動形態が定常的になるまでの短い期間であるものの、内燃機関の燃料噴射時間や燃料噴射の周期に比べれば十分に長い期間である。そのため
、図６における斜線で示されるように、燃料ポンプからの吐出量が燃料要求量を下回る状態では、デリバリパイプにおける燃圧の維持が困難となり、ひいては燃圧が一定であることを前提として所定の燃料噴射時間で噴射される実際の燃料噴射量とその要求値との間に誤差を発生させてしまう。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射機構から燃料タンクへの還流を可能にする内燃機関の燃料供給装置において、還流通路の流通状態の切替えの際に燃料供給不足を抑制する内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、燃料噴射機構へ供給する燃料の吐出圧力を変更可能にする燃料ポンプと、前記燃料噴射機構の余剰燃料を燃料タンクへ還流する還流通路の流通の許可と禁止とを切替える切替弁とを備え、前記燃料ポンプが第１の吐出圧力で稼動している場合に前記還流通路の流通を禁止し、前記燃料ポンプが前記第１の吐出圧力よりも高い第２の吐出圧力で稼動している場合に前記還流通路の流通を許可する内燃機関の燃料供給装置であって、前記燃料ポンプの稼動状態を前記第１の吐出圧力から前記第２の吐出圧力へ変更する際には、前記燃料ポンプの吐出圧力を前記第１の吐出圧力から昇圧して所定時間を経過した後に前記還流通路の流通を許可することを要旨とする。

こうした構成において還流通路の禁止状態から還流通路の許可状態へ移行する時、燃料ポンプからの燃料の流動形態は、還流通路の還流が禁止された定常的な非還流状態から還流通路の還流が許可された還流状態への切替えを強いられる。そのため、定常的な還流状態が実現されるまでの間に、こうした流動形態の強制的な切替えによって燃料ポンプに対する負荷が一旦急激に増加してしまう。この発明によれば、還流通路の禁止状態から還流通路の許可状態への移行するに先立って、まずは燃料ポンプに対する負荷が同じ状態の下で燃料ポンプの吐出圧力が第１の吐出圧力よりも高くなることから、燃料ポンプに対する負荷が一旦急増する前に、予め燃料ポンプの吐出量を増加させておくことができる。また、こうした吐出量の増加期間が所定時間に設定されるため、上述する負荷の急増期間が極端に長い場合であれ、吐出量を予め増加させておくことができる。その結果、還流通路の流通状態の切替えの際に燃料ポンプに対する過渡的な負荷の急増が発生しても、燃料供給不足を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、前記燃料ポンプの稼動状態を前記第１の吐出圧力から前記第２の吐出圧力へ変更する際には、前記燃料ポンプの吐出圧力を前記第１の吐出圧力から前記第２の吐出圧力へ昇圧して前記所定時間を経過した後に前記還流通路の流通を許可することを要旨とする。

この発明によれば、還流通路の流通状態を切替えるに先立って燃料ポンプの吐出圧力が第２の吐出圧力へ昇圧されるため、燃料の流動形態が定常的な還流状態になるまでの期間を短縮することができ、第２の吐出圧力に即した吐出量を短時間で実現することができる。また、こうした還流通路における流通状態を円滑に切替える上で、燃料ポンプの取るべき吐出圧力を第１の吐出圧力と第２の吐出圧力とに限定することができる。それゆえ、燃料ポンプの吐出圧力を連続的に変更する構成に比べて、燃料ポンプの吐出圧力を変更するための構成を簡便にすることができる。

請求項３に記載の発明は、前記燃料噴射機構における燃圧が第１の燃圧以上になると開弁する低圧レギュレータを介して前記燃料噴射機構に接続されて前記燃料噴射機構の余剰燃料を前記燃料タンクへ戻す低圧リターン通路と、前記燃料噴射機構における燃圧が前記第１の燃圧よりも高い第２の燃圧以上になると開弁する高圧レギュレータを介して前記燃
料噴射機構に接続されて前記燃料噴射機構内の余剰燃料を前記燃料タンクへ戻す前記還流通路である高圧リターン通路とを備え、前記切替弁は、前記低圧リターン通路を開放することにより前記高圧リターン通路の流通を禁止し、前記低圧リターン通路を閉鎖することにより前記高圧リターン通路の流通を許可することを要旨とする。

こうした構成において還流通路の流通状態を切替える時、燃料の流動形態は定常的な低圧リターン通路における流通から高圧リターン通路への流通へ強制的に切替えられる。しかも燃料噴射機構内の燃圧が第２の燃圧に昇圧されるまでは高圧リターン通路が高圧レギュレータにより閉鎖される。そのため、還流通路の流通状態を切替える時には、単なる通路の切替えに加えて、さらに流通先が閉鎖されているために、燃料ポンプに対する負荷が一層に急増してしまう。この発明によれば、還流通路の流通状態を切替えるに先立って、まずは低圧リターン通路の下で燃料ポンプの吐出圧力が第１の吐出圧力よりも高くなることから、燃料ポンプに対する負荷が一旦急増する前に、予め燃料ポンプの吐出量を増加させておくことができる。この結果、還流通路の流通状態を切替える際には、流通先の通路である高圧リターン通路が高圧レギュレータにより閉鎖されている場合であっても、内燃機関への燃料供給不足を抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、前記燃料ポンプの吐出圧力を前記第２の吐出圧力にする指令である昇圧指令信号を前記燃料ポンプに出力し、前記昇圧指令信号の出力時から前記所定時間だけ経過した後に、前記切替弁を切替える指令である切替指令信号を前記切替弁に出力することを要旨とする。

この発明によれば、燃料ポンプに対する負荷が過渡的に急増する期間に関して同期間が極度に短い場合であれ、吐出量を予め増加させておくことができる。その結果、還流通路の流通状態を切替える際には、燃料ポンプに対する過渡的な負荷の急増が発生しても、内燃機関への燃料供給不足を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、前記内燃機関からの燃料要求量が増加する機関運転状態では、前記還流通路の流通を禁止した場合における前記燃料ポンプの吐出量が前記燃料要求量よりも高いときに前記昇圧指令信号を前記燃料ポンプに出力することを要旨とする。

この発明によれば、燃料ポンプを第２の吐出圧力にするタイミング、言い換えれば燃料ポンプの吐出量を予め増加させておくタイミングが燃料要求量に基づいて決定されて、燃料ポンプの吐出量が燃料要求量よりも高い状態からさらに吐出量が増加される。それゆえ、内燃機関からの燃料要求量が増加する機関運転状態であっても、還流通路の流通状態を切替える際には、内燃機関への燃料供給不足を確実に抑制することができる。

以下、本発明にかかる内燃機関の燃料供給装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１はＶ型の気筒配列を有した８気筒の車載内燃機関に対して燃料を供給する燃料供給装置の概略構成を示したものである。

図１に示されるように、内燃機関にはその左右バンクに対応する一対のデリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌがそれぞれ設けられている。これらデリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌには各気筒に対応して４つのインジェクタ１２がそれぞれ接続されている。各インジェクタ１２は、その内部に配設されたニードル弁（図示略）を開閉動作させることにより、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃料を各気筒に噴射供給する。

燃料タンク１３の内部に設けられた燃料ポンプ１４は、メイン通路１５によって一方のデリバリパイプ１１Ｒの一端に接続されている。この燃料ポンプ１４は、ＤＣブラシモー
タ等の直流モータ１４ａにより駆動される。直流モータ１４ａは、ドライバ１４ｂを介してバッテリＢに接続されるとともに、ドライバ１４ｂからの駆動電圧に基づいて駆動制御される。また、このデリバリパイプ１１Ｒの他端には連通管１６を介して他方のデリバリパイプ１１Ｌが接続されており、これらデリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌが直列に接続されることにより、燃料タンク１３からの燃料がデリバリパイプ１１Ｒからデリバリパイプ１１Ｌに供給される。

デリバリパイプ１１Ｌの下流側には、高圧レギュレータ１７を介して還流通路である高圧リターン通路１８が接続されている。高圧レギュレータ１７は、各デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃料噴射圧（燃圧）を所定の圧力値である高噴射圧ＰＨ（本実施形態では、約４００ｋＰａ程度：第２の燃圧）に調圧する調圧弁である。高圧レギュレータ１７は、燃料ポンプ１４から圧送される燃料によってデリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃圧が上記高噴射圧ＰＨ以上になると開弁し、高圧リターン通路１８を介して余剰燃料を燃料タンクに還流させることで燃圧を高噴射圧ＰＨに調圧する。

一方、上記メイン通路１５の上流側には、燃料タンク１３の近傍に位置する部分に低圧レギュレータ１９を備えた低圧リターン通路２１が接続されている。低圧レギュレータ１９は、各デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃圧を上記高噴射圧ＰＨよりも低い圧力値である低噴射圧ＰＬ（本実施形態では、約２８４ｋＰａ程度：第１の燃圧）に調圧するための調圧弁である。低圧レギュレータ１９は、燃料ポンプ１４から圧送される燃料によってデリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃圧が上記低噴射圧ＰＬ以上になると開弁して、低圧リターン通路２１を介して余剰燃料を燃料タンクに還流させることで燃圧を低噴射圧ＰＬに調圧する。

低圧リターン通路２１には燃圧選択手段を構成する燃圧切替弁２２が設けられている。燃圧切替弁２２は、メイン通路１５と低圧リターン通路２１との間を連通状態と非連通状態とに切替える弁であり、開弁することにより上記低圧レギュレータ１９を開弁可能な状態へ切替え、また閉弁することにより上記高圧レギュレータ１７を開弁可能な状態に切替える。

そして、燃圧切替弁２２の開状態では、メイン通路１５から低圧リターン通路２１に燃料が還流するようになるため、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃圧が上昇して高圧レギュレータ１７が開弁する前に、低圧レギュレータ１９の開弁により燃圧が低噴射圧ＰＬに調圧されるようになる。一方、燃圧切替弁２２の閉状態では、メイン通路１５から低圧リターン通路２１に燃料が還流しなくなるため、燃料ポンプ１４からメイン通路１５に供給された燃料の全てが各デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌへ圧送されて高圧レギュレータ１７の開弁により燃圧が高噴射圧ＰＨに調圧されるようになる。このように本実施形態の燃料供給装置では、燃圧切替弁２２が開状態あるいは閉状態に選択されることにより、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌの燃圧が高噴射圧ＰＨである高燃圧状態あるいは低噴射圧である低燃圧状態に選択される。

なお、こうした構成において各デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌの燃圧を低燃圧状態から高燃圧状態へ移行する時、燃料ポンプ１４からの燃料の流動形態は、低圧リターン通路２１を利用した定常的な還流状態から高圧リターン通路１８を利用した還流状態への切替えを強いられる。さらに、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内の燃圧が高噴射圧ＰＨになるまでは高圧リターン通路１８が高圧レギュレータ１７により閉鎖される。そのため、低燃圧状態から高燃圧状態への移行時には、単なるリターン通路の切替えにより燃料ポンプ１４に対する負荷が一旦急激に増加し、さらに移行直後において流通先が閉鎖されているために一層に負荷が増加してしまう。その結果、こうした過渡的な期間では、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌへの供給量である燃料ポンプ１４の吐出量が、高燃圧状態における定常的
な吐出量よりも一旦急激に減少してしまう。

次に、上記燃料供給装置に対する各種制御について以下に説明する。上記燃料供給装置に対する各種制御は、車両に搭載された制御装置である電子制御装置４１（図１参照）によって実行される。

電子制御装置４１は、上記燃料供給装置の各種制御にかかる演算処理を実行する演算部と、各種制御に必要なプログラムやデータ、さらには上記演算部の演算結果が一時的に記憶される記憶部と、外部との間で信号を入出力するための入出力ポートとを備えている。

電子制御装置４１の入力ポートには、機関運転状態を検出するための各種センサからの検出信号が入力される。具体的には、燃圧切替弁２２からは、同燃圧切替弁２２が開状態であるか閉状態であるかを示す検出信号、換言すれば燃圧が高噴射圧ＰＨであるか低噴射圧ＰＬであるかを示す検出信号が入力される。また、クランクシャフト（図示略）の近傍に設けられた回転速度センサ４２からは、内燃機関の回転速度ＮＥを示す検出信号が前記入力ポートに入力される。各気筒に連通する吸気通路（図示略）に設けられたエアフロメータ４３からは、吸入空気量ＧＡを示す検出信号が入力される。さらに、内燃機関の排気管２５において、三元触媒２６の上流に設けられた酸素濃度センサ４４からは、排気の酸素濃度に示す検出信号が入力される。

一方、電子制御装置４１の出力ポートには、インジェクタ１２、燃圧切替弁２２、ドライバ１４ｂを介して燃料ポンプ１４などがそれぞれ電気的に接続されている。電子制御装置４１は、上記各センサからの検出信号に基づいて内燃機関の運転状態を把握し、その時々の機関運転状態に応じた燃料噴射制御、燃料ポンプ１４及び燃圧切替弁２２を利用した燃圧選択制御、さらには燃圧切替弁２２の開閉制御である燃圧切替制御などを実行すべく、出力ポートを介して各種指令信号を上記各部へ出力する。

電子制御装置４１が実行する燃料噴射制御では、まず理論空燃比を得るための基準燃料噴射量を吸入空気量ＧＡ及び回転速度ＮＥに対応付けた燃料噴射量マップを利用して、検出値である吸入空気量ＧＡ及び回転速度ＮＥが同燃料噴射量マップに適用されることにより基準燃料噴射量が算出される。また、前回の燃料噴射における燃料噴射量の要求値（燃料噴射量ＴＡＵ）と、酸素濃度センサ４４の検出値である酸素濃度とに基づいて前回の燃料噴射における実空燃比が求められて、この実空燃比と理論空燃比との乖離度合に基づいて燃料噴射量ＴＡＵに関わるフィードバック補正量が算出される。そして、これらフィードバック補正量と上記基準燃料噴射量とに基づいて今回の燃料噴射制御における燃料噴射量ＴＡＵが算出される。

燃料噴射量ＴＡＵが算出されると、電子制御装置４１が実行する燃料噴射制御では、クランク角に応じて回転速度センサ４２から出力されるパルスが利用されて、回転速度ＮＥに応じた燃料噴射時期が算出される。こうした燃料噴射時期の算出としては、例えば燃料噴射時期が上死点等の基準クランク角に対する進角値として設定されており、最適燃焼を得るための燃料噴射時期を吸入空気量ＧＡ及び回転速度ＮＥに対応付けたマップ、いわば噴射時期マップが利用される。そして、吸入空気量ＧＡ及び回転速度ＮＥがこの噴射時期マップに適用されることにより燃料噴射時期が算出される。

燃料噴射時期が算出されると、電子制御装置４１が実行する燃料噴射制御では、燃圧切替弁２２が開状態であるか閉状態であるかを示すフラグに基づいてデリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内が低燃圧状態であるか高燃圧状態であるかの判断がなされる。そして、その時々の燃圧状態に応じて燃料噴射量ＴＡＵに対するインジェクタ１２の開弁時間、すなわち燃料噴射時間が算出されて、同燃料噴射時間に応じてインジェクタ１２を駆動制御して燃
料供給装置の燃料噴射制御が実行される。

一方、上記燃料噴射量ＴＡＵが算出されると、電子制御装置４１が実行する燃圧選択制御では、単位時間当たりに内燃機関に要求される燃料量である燃料要求量Ｑｄが算出される。燃料要求量Ｑｄの算出に際しては、例えば燃料噴射量ＴＡＵ及び回転速度ＮＥに燃料要求量Ｑｄを対応付けたマップである燃料要求量マップや所定の演算式が利用されて、上記燃料噴射量ＴＡＵと検出値である回転速度ＮＥとが燃料要求量マップや演算式に適用されることにより燃料要求量Ｑｄが算出される。

こうした燃料要求量Ｑｄが算出されると、電子制御装置４１が実行する燃圧選択制御では、燃料ポンプ１４の吐出圧力と相関する相関値である駆動電圧が、その燃料要求量Ｑｄに基づいて電子制御装置４１により選択される。この駆動電圧の選択に際しては、最も低い吐出圧力に相当する低レベルの電位である低駆動電圧ＬＯと、最も高い吐出圧力に相当する高レベルの電位である高駆動電圧ＨＩと、これらの中間の吐出圧力に相当する中間レベルの電位である中間駆動電圧ＭＩＤとの中から、上記燃料要求量Ｑｄに応じて１つの駆動電圧が選択される。そして、燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２以上である場合には、電子制御装置４１により前記高駆動電圧ＨＩが選択されて、燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも低い場合には前記中間駆動電圧ＭＩＤが選択されて、燃料要求量Ｑｄがさらに低い領域では前記低駆動電圧ＬＯが選択される。

なお、燃料ポンプ１４から吐出される燃料の吐出量は、こうした駆動電圧と燃料ポンプ１４に対する負荷とに応じて変動する。図２は、燃料ポンプ１４の吐出量であるポンプ吐出量Ｑと上記駆動電圧との関係を定常的な低燃圧状態及び高燃圧状態について例示したものである。図２に示されるように、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内が低燃圧状態である場合、低駆動電圧ＬＯで燃料ポンプ１４が駆動されると吐出量Ｑ_１の燃料が吐出され、中間駆動電圧ＭＩＤにて駆動されると吐出量Ｑ_１よりも高い吐出量Ｑ_２の燃料が吐出され、高駆動電圧ＨＩにて駆動されると吐出量Ｑ_２よりも高い吐出量Ｑ_４が吐出される。

一方、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌ内が高燃圧状態である場合には、低圧レギュレータ１９と高圧レギュレータ１７との差異などにより燃料ポンプ１４に対する負荷が低燃圧状態に比べて高くなることから、例えば上記高駆動電圧ＨＩにて燃料ポンプ１４が駆動されると、燃料ポンプ１４からの吐出量は上記吐出量Ｑ_４よりも低い吐出量Ｑ_３になる。しかも、低燃圧状態から高燃圧状態への移行時には、上述するように燃料ポンプ１４に対する負荷が一旦急激に増加してしまうために、燃料ポンプ１４のポンプ吐出量Ｑは高燃圧状態における定常的な吐出量Ｑ_３よりもさらに減少する。

そこで、電子制御装置４１が実行する燃圧選択制御では、こうしたポンプ吐出量Ｑの変動に伴う燃料供給不足を抑えるべく、低燃圧状態から高燃圧状態への移行に際して、燃料要求量Ｑｄが閾値である切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも高いことを条件として燃圧切替制御が実行される。

すなわち、電子制御装置４１が実行する燃圧選択制御では、燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２になると、まずは燃圧切替弁２２が開状態であることを条件として燃料ポンプ１４の吐出圧力を昇圧する指令である昇圧指令信号が電子制御装置４１から燃料ポンプ１４に出力されて、この昇圧指令信号の出力時からの経過時間が計時される。その後、この昇圧指令信号の出力時からの経過時間が待機期間Δｔだけ経過すると、燃圧切替弁２２を閉弁する指令である切替指令信号が電子制御装置４１から燃圧切替弁２２に出力される。なお、上記切替燃料要求量Ｑｄ_２とは、定常的な低燃圧状態におけるポンプ吐出量Ｑに基づいて予め設定された燃料要求量であり、燃料要求量Ｑｄが増加する機関運転状態において低燃圧状態におけるポンプ吐出量Ｑよりも低い値に設定されている。

これにより、低燃圧状態から高燃圧状態への移行に先立って、まずは高圧リターン通路１８の流通を禁止した状態で、すなわち燃料ポンプ１４に対する負荷が同じ状態で燃料ポンプ１４の吐出圧力が昇圧されて、燃料ポンプ１４に対する低負荷状態の高い駆動電圧により高いポンプ吐出量Ｑが実現される。そして、後続する燃圧切替弁２２の閉弁直前、すなわち燃料ポンプ１４に対する負荷が一旦急激に増加する直前に、燃料ポンプ１４の吐出量を予め増加させておくことができ、後続する過渡的な負荷の急増時においては燃料要求量Ｑｄよりも高いポンプ吐出量Ｑを実現することができる。

次に、上記燃圧選択制御における制御の流れについて図３及び図５を参照して説明する。図３は燃圧選択制御における制御の流れを示すフローチャートであり、図５は時刻ｔ_０から時刻ｔ_４にかけて燃料要求量Ｑｄが経時的に増加する場合における燃圧切替弁２２の開閉状態、燃圧、及びポンプ吐出量Ｑの推移の一例を示すタイミングチャートである。なお、上記燃圧選択制御は内燃機関の始動時から繰り返し実行される。

図３に示されるように、電子制御装置４１は、機関運転状態に基づいて算出された燃料噴射量ＴＡＵ及び回転速度ＮＥを燃料要求量マップなどに適用することにより内燃機関からの燃料要求量Ｑｄを取得する（ステップＳ１０１）。燃料要求量Ｑｄが所定の燃料要求量Ｑｄ_１（図５参照）以下である場合には（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、電子制御装置４１により駆動電圧として低駆動電圧ＬＯが選択される（ステップＳ１０３）。また、燃料要求量Ｑｄが所定の燃料要求量Ｑｄ_１よりも高く、かつ所定の切替燃料要求量Ｑｄ_２（図５参照）以下であった場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、電子制御装置４１により駆動電圧として中間駆動電圧ＭＩＤが選択される（ステップＳ１０４）。そして、上記低駆動電圧ＬＯあるいは中間駆動電圧ＭＩＤが選択される場合には、これら低駆動電圧ＬＯあるいは中間駆動電圧ＭＩＤが燃料ポンプ１４に出力されるとともに、燃圧切替弁２２を開弁するための指令信号が燃圧切替弁２２に出力されることにより低燃圧状態が選択される（ステップＳ１０６）。

例えば、図５に示されるように、時刻ｔ_０では燃料要求量Ｑｄが燃料要求量Ｑｄ_１よりも小さいため、燃圧切替弁２２が開状態である下で燃料ポンプ１４が低駆動電圧ＬＯにて駆動されて、メイン通路１５に吐出量Ｑ_１が吐出される。燃料要求量Ｑｄが増加して時刻ｔ_１にて燃料要求量Ｑｄ_１となると、燃圧切替弁２２が開状態である下で燃料ポンプ１４の駆動電圧が低駆動電圧ＬＯから中間駆動電圧ＭＩＤへと選択変更されて、ポンプ吐出量Ｑが吐出量Ｑ_１から吐出量Ｑ_２へと推移する。

一方、上述する燃圧選択制御において燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも高い場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、電子制御装置４１により駆動電圧としての高駆動電圧ＨＩが燃料ポンプ１４に出力され（ステップＳ１０６）。燃圧を切り替えるか否かを決定すべく、燃圧切替制御が実行される。

次に、上記燃圧切替制御における制御の流れについて図４及び図５を参照して説明する。図４は燃圧切替制御における制御の流れを示すフローチャートである。電子制御装置４１が実行する燃圧切替制御では、算出された燃料要求量Ｑｄに応じて燃圧を低燃圧状態あるいは高燃圧状態に選択するための燃圧切替弁２２の開閉制御が実行される。

図４に示されるように、電子制御装置４１が実行する燃圧切替制御では、燃圧切替弁２２が開状態であることを条件に（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、上記高駆動電圧ＨＩの出力時からの経過時間が所定の待機期間Δｔ（本実施形態では数百ｍｓ程度）になるまで待機する（ステップＳ２０２）。この間、低燃圧状態の選択が維持されながら高駆動電圧ＨＩが燃料ポンプ１４に出力されることにより、燃料ポンプ１４のポンプ吐出量Ｑが吐出量
Ｑ_４まで増大する。そして、高駆動電圧ＨＩの出力時からの経過時間が所定の待機期間Δｔだけ経過すると、燃圧切替弁２２を開状態から閉状態へ切り替えるべく、燃圧切替弁２２に切替指令信号が出力されて、これにより高燃圧状態が選択される（ステップＳ２０３）。

上記待機期間Δｔとは、高燃圧状態への切替直前にポンプ吐出量Ｑを十分に高くするための時間であり、例えば低燃圧状態の選択を維持した状態で駆動電圧を中間駆動電圧ＭＩＤから高駆動電圧ＨＩへ切り替えたときに、ポンプ吐出量Ｑが切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも十分に高い吐出量Ｑ_４に到達するまでの所要時間である。こうした待機期間Δｔを採用することにより、待機期間Δｔの間にポンプ吐出量Ｑを吐出量Ｑ_４まで増大させることができるため、待機期間Δｔの経過後に燃料ポンプ１４に対する負荷が一旦急激に増加しても、燃料要求量Ｑｄよりも高いポンプ吐出量Ｑを実現することができる。

例えば、図５に示されるように、低燃圧状態の下にある時刻ｔ_２にて燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２となると、まずは燃料ポンプ１４の駆動電圧が中間駆動電圧ＭＩＤから高駆動電圧ＨＩへと変更される。このとき、高駆動電圧ＨＩに応じた吐出圧力が低燃圧状態の下で加えられることから、ポンプ吐出量Ｑが吐出量Ｑ_２から吐出量Ｑ_４へと推移する。続いて、時刻ｔ_２から上記待機期間Δｔだけ経過した時刻ｔ_３にて、燃圧切替弁２２が閉弁されることにより、低燃圧状態から高燃圧状態へと切替えられる。この燃料圧力の切替えにより、燃料ポンプ１４は高駆動電圧ＨＩ及び高燃圧状態の下で駆動されることから、ポンプ吐出量Ｑは吐出量Ｑ_４から吐出量Ｑ_３へと推移する。

この際、燃圧切替弁２２の閉弁を燃料ポンプ１４の駆動電圧の変更時から待機期間Δｔだけ遅らせることにより、ポンプ吐出量Ｑを吐出量Ｑ_４とすることができ、待機期間Δｔの経過後に燃料ポンプ１４への負荷が一旦急増しても、予めポンプ吐出量Ｑを増量させておくことで燃料供給不足に陥ることを回避することができる。それゆえに、燃料圧力を高燃圧状態に切替えた直後であっても、算出された燃料噴射量ＴＡＵを確実に実現することができる。

また、燃料供給不足である場合には、燃料噴射量ＴＡＵに対する実際の燃料噴射量は少なくなることから、各気筒内における燃焼状態はリーン状態となる。そのような場合には排気管２５の三元触媒２６の酸化が促進されるため同三元触媒２６の高温化や気筒内における失火などを招いてしまう。しかしながら、上述した燃料供給装置にあっては、所望の燃料噴射量ＴＡＵを確実に実現することができることから、燃料供給不足に起因する三元触媒２６の高温化、並びに気筒内における失火をも回避することができる。

ちなみに、燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも高い場合であって燃圧切替弁２２が閉状態である場合には（ステップＳ２０１：ＮＯ）、電子制御装置４１により燃圧切替弁２２の閉状態が維持されて定常的な高燃圧状態の下で吐出量Ｑ_３の燃料が供給される。例えば、図５に示されるように、高燃圧状態の下にある時刻ｔ_４では燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも高いため、燃圧切替弁２２の閉状態が維持されて吐出量Ｑ_３の燃料が供給され続ける。

以上説明したように、本実施形態における内燃機関の燃料供給装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態によれば、燃料要求量Ｑｄに基づいて燃料ポンプ１４の駆動電圧の選択変更と燃圧切替弁２２による燃圧切替とが実行される際に、燃料ポンプ１４の駆動電圧の変更から待機期間Δｔだけ経過した後に燃圧切替弁２２による燃圧切替を実行した。これにより、同待機期間Δｔの分だけ燃料ポンプ１４を低燃圧状態の下で駆動させることができ、高燃圧状態を選択する直前にポンプ吐出量Ｑを吐出量Ｑ_４まで増大させることが
できる。そして、燃圧切替弁２２による燃圧切替によって、たとえ燃料ポンプ１４への負荷が一旦急増してポンプ吐出量Ｑが一時的に低下しても、予めポンプ吐出量Ｑを増量させておくことで燃料供給不足に陥ることを抑制することができる。その結果、燃料圧力を高燃圧状態に切替えた直後であっても、算出された燃料噴射量ＴＡＵを確実に実現することができ、燃圧切替時における運転性の低下を回避することができる。

（２）また、上記実施形態によれば、高燃圧状態に切替直後であっても所望の燃料噴射量ＴＡＵを確実に実現することができることから、燃料供給不足に起因する三元触媒２６の高温化、並びに気筒内における失火をも回避することができる。

（３）上記実施形態では、電子制御装置４１は、燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２を超えてから、ポンプ吐出量Ｑが確実に吐出量Ｑ_４となるための待機期間Δｔだけ経過後に燃圧切替弁２２を閉弁して高燃圧状態とした。これにより、燃圧切替時には確実に燃料ポンプ１４から吐出量Ｑ_４が吐出されていることから、燃料供給不足を確実に回避することができる。

（４）上記実施形態では、電子制御装置４１は、高燃圧状態を選択する直前に燃料ポンプ１４に印加する駆動電圧を高駆動電圧ＨＩまで昇圧した。これにより、高燃圧状態への燃圧切替後に燃料ポンプ１４の駆動電圧を変更する必要がなくなり、駆動電圧の変更に起因する供給通路内の不要な圧力変動の発生を回避することができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２を超えたときには、燃料ポンプ１４の駆動電圧を高燃圧状態時に印加する高駆動電圧ＨＩまで昇圧した。これに限らず、ポンプ吐出量Ｑを増大させて燃料供給不足を抑制できるのであれば、例えば駆動電圧を中間駆動電圧ＭＩＤと高駆動電圧ＨＩとの間に相当する駆動電圧を過渡時における駆動電圧として採用してもよいし、あるいは高駆動電圧ＨＩよりも高い駆動電圧を過渡時における駆動電圧に採用してもよい。

・上記実施形態の切替燃料要求量Ｑｄ_２は、低燃圧状態の中間駆動電圧ＭＩＤにより得られるポンプ吐出量Ｑ（吐出量Ｑ_２）よりも低くなるように設定されているが、この切替燃料要求量Ｑｄ_２は吐出量Ｑ_２と同じ値であってもよい。すなわち、切替燃料要求量Ｑｄ_２は、低燃圧状態下の高駆動電圧ＨＩにより得られるポンプ吐出量Ｑよりも十分に低い値であればよく、こうした構成においても上記と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、燃料要求量Ｑｄが増加する機関運転状態に対して燃圧切替制御を適用する例を説明したが、上記燃圧切替制御は燃料要求量Ｑｄが略一定となる機関運転状態であっても、低燃圧状態から高燃圧状態への移行がある場合には、予めポンプ吐出量Ｑを増量させておくことで燃料供給不足を抑制することができる。

・上記実施形態では、燃料要求量Ｑｄに応じて燃料ポンプ１４に印加する駆動電圧を低駆動電圧ＬＯ、中間駆動電圧ＭＩＤ、高駆動電圧ＨＩの３つの駆動電圧から選択させた。これに限らず、燃料ポンプ１４に印加する駆動電圧を変更する上では、燃料要求量Ｑｄに応じて例えば４つあるいは５つの駆動電圧を予め設定しておいてもよいし、燃料要求量Ｑｄ毎に駆動電圧を設定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、燃料ポンプ１４の駆動電圧を変更してから待機期間Δｔだけ経過した後に燃圧切替弁２２を開閉制御して高燃圧状態へと移行させた。これに限らず、駆動電圧の変更後に燃圧切替を実行する上では、例えば燃料要求量Ｑｄが切替燃料要求量Ｑｄ_２よりも所定量だけ増加した際に燃圧切替を実行するようにしてもよい。

・上記実施形態では、内燃機関からの燃料要求量Ｑｄを燃料噴射量ＴＡＵと回転速度ＮＥとに基づいて算出したが、これに限らず、燃料要求量Ｑｄを得る上では、例えばメイン通路１５に流量計などを設けて、その検出値に基づいて燃料要求量Ｑｄを取得してもよい。

・上記実施形態では、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌを連通管１６で連結し、デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌを直列に接続した。これに限らず、メイン通路１５を分岐させて、各デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれに接続して、並列に接続するようにしてもよい。なお、この場合には、各デリバリパイプ１１Ｒ，１１Ｌのそれぞれに高圧レギュレータ１７を設けることが望ましい。

・上記実施形態では、１つの電子制御装置４１によって内燃機関の燃料供給装置を制御したが、複数の電子制御装置によって具体化してもよい。
・上記実施形態では内燃機関の燃料を特に限定しなかったが、本発明は、ガソリン式の内燃機関、あるいはアルコール燃料とガソリン燃料とが混合された燃料を使用可能なフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ：ＦｌｅｘｉｂｌｅＦｕｅｌＶｅｈｉｃｌｅ）用の内燃機関などに適用することができる。

・上記実施形態の内燃機関では、各気筒への燃料の供給方式を特に限定しなかったが、本発明は、インジェクタ１２から各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式やインジェクタ１２が気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用することができる。

・上記実施形態では、２つの気筒配列を有するＶ型の内燃機関に具体化したが、これに限らず、デリバリパイプが配設されている内燃機関であればよく、例えば、水平対向型の内燃機関や、気筒配列が１つである直列型の内燃機関に具体化しても同様の作用・効果を得ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の燃料供給装置を示す概略構成図。本実施形態における燃料ポンプの駆動電圧とポンプ吐出量との関係を燃圧状態毎に示したグラフ。本実施形態における燃圧選択制御の制御ルーチンを説明するためのフローチャート。本実施形態における燃圧選択制御の制御ルーチンを説明するためのフローチャート。本実施形態における燃料ポンプの駆動電圧の推移、燃圧選択弁の開閉状態、燃料噴射圧の推移、ポンプ吐出量の推移、燃料要求量の推移の一例を示すタイミングチャート。従来技術における燃料ポンプの駆動電圧の推移、燃圧選択弁の開閉状態、燃料噴射圧の推移、ポンプ吐出量の推移、燃料要求量の推移の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

Ｂ…バッテリ、ＧＡ…吸入空気量、ＨＩ…高駆動電圧、ＬＯ…低駆動電圧、ＭＩＤ…中間駆動電圧、ＮＥ…回転速度、ＰＨ…高噴射圧、ＰＬ…低噴射圧、Ｑ…ポンプ吐出量、Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４…吐出量、Ｑｄ，Ｑｄ_１…燃料要求量、Ｑｄ_２…切替燃料要求量、ｔ_０，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４…時刻、ＴＡＵ…燃料噴射量、Δｔ…待機期間、１１Ｒ，１１Ｌ…デリバリパイプ、１２…インジェクタ、１３…燃料タンク、１４…燃料ポンプ、
１４ａ…直流モータ、１４ｂ…ドライバ、１５…メイン配管、１６…連通管、１７…高圧レギュレータ、１８…高圧リターン通路、１９…低圧レギュレータ、２１…低圧リターン通路、２２…燃圧選択弁、２５…排気管、２６…三元触媒、４１…電子制御装置、４２…回転速度センサ、４３…エアフロメータ、４４…酸素濃度センサ。

Claims

燃料噴射機構へ供給する燃料の吐出圧力を変更可能にする燃料ポンプと、
前記燃料噴射機構の余剰燃料を燃料タンクへ還流する還流通路の流通の許可と禁止とを切替える切替弁とを備え、
前記燃料ポンプが第１の吐出圧力で稼動している場合に前記還流通路の流通を禁止し、前記燃料ポンプが前記第１の吐出圧力よりも高い第２の吐出圧力で稼動している場合に前記還流通路の流通を許可する内燃機関の燃料供給装置であって、
前記燃料ポンプの稼動状態を前記第１の吐出圧力から前記第２の吐出圧力へ変更する際には、前記燃料ポンプの吐出圧力を前記第１の吐出圧力から昇圧して所定時間を経過した後に前記還流通路の流通を許可することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
前記燃料ポンプの稼動状態を前記第１の吐出圧力から前記第２の吐出圧力へ変更する際には、前記燃料ポンプの吐出圧力を前記第１の吐出圧力から前記第２の吐出圧力へ昇圧して前記所定時間を経過した後に前記還流通路の流通を許可する
請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
前記燃料噴射機構における燃圧が第１の燃圧以上になると開弁する低圧レギュレータを介して前記燃料噴射機構に接続されて前記燃料噴射機構の余剰燃料を前記燃料タンクへ戻す低圧リターン通路と、
前記燃料噴射機構における燃圧が前記第１の燃圧よりも高い第２の燃圧以上になると開弁する高圧レギュレータを介して前記燃料噴射機構に接続されて前記燃料噴射機構内の余剰燃料を前記燃料タンクへ戻す前記還流通路である高圧リターン通路とを備え、
前記切替弁は、前記低圧リターン通路を開放することにより前記高圧リターン通路の流通を禁止し、前記低圧リターン通路を閉鎖することにより前記高圧リターン通路の流通を許可する
請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
前記燃料ポンプの吐出圧力を前記第２の吐出圧力にする指令である昇圧指令信号を前記燃料ポンプに出力し、前記昇圧指令信号の出力時から前記所定時間だけ経過した後に、前記切替弁を切替える指令である切替指令信号を前記切替弁に出力する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
前記内燃機関からの燃料要求量が増加する機関運転状態では、前記還流通路の流通を禁止した場合における前記燃料ポンプの吐出量が前記燃料要求量よりも高いときに前記昇圧指令信号を前記燃料ポンプに出力する
請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置。