JP2010038000A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時に効率的にＰＭ発生量を低減することが可能な燃料供給装置を提供することを目的とする。
【解決手段】デリバリパイプ３１内の燃料を噴射するインジェクタ３５と、デリバリパイプ３１と並列させてインジェクタ３５の周囲に設けられ、その入力側が第１の電磁弁３７を介してデリバリパイプ３１と接続し、その排出側が第２の電磁弁３８を介して、燃料タンク１０に燃料を帰還させるための燃料帰還通路５２に接続される温度調整用通路３６と、高圧燃料ポンプ４８の燃料吐出量を制御すると共に、第１の電磁弁３７および第２の電磁弁３８の開閉を制御して、インジェクタ３５の温度を調整するＥＣＵ４０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料供給装置に関し、詳細には、高圧燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射式エンジンの燃料供給装置に関する。

乗用車やトラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関において、燃料を吸気ポートではなく、燃焼室（気筒）に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入され、この吸気行程時またはピストンが上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、燃料噴射弁が燃焼室に対して燃料を直接噴射する。これにより、燃焼室にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気に対して点火プラグが着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。

このような筒内噴射式内燃機関における燃料系では、燃料の微粒化を図るために燃料タンク内の燃料を電動式の低圧燃料ポンプで汲み上げて所定の低圧まで加圧し、その低圧燃料を高圧燃料ポンプによって加圧し、この高圧燃料をデリバリパイプに貯留し、デリバリパイプに装着された複数の燃料噴射弁により各燃焼室に噴射するようにしている。

上述の筒内噴射式内燃機関の燃料系では、冷間始動時においては、インジェクタや燃料自体の温度が低く、燃料の気化（霧化）が促進されないため、エミッション性能やＰＭ発生量（重量および粒子数）が問題となる。例えば、特許文献１では、エンジン始動時に、エンジンのクランキング前に温水ポンプを運転して、保温容器でエンジン冷却水を保温した温水を燃料噴射弁通路に循環させて燃料噴射弁を加熱し、燃料を気化し易くする技術が開示されている。しかしながら、特許文献１では、温水によって燃料噴射弁を暖める構成であるので、熱効率が悪く、温水の熱を燃料噴射弁に伝えるためには、ある程度の時間が必要となるため、急峻に燃料噴射弁を加熱することができないという問題がある。

また、上述した筒内噴射式内燃機関の燃料系では、高圧燃料ポンプは、クランクシャフトと連動するカムによってプランジャが往復移動することで、燃料を加圧している。このように、プランジャの往復運動に伴って燃料を押圧することから、燃料通路内で燃料の圧力脈動が生じ、この脈動が燃料通路内における燃料の圧力を変動させ、この燃料圧力の変動がデリバリパイプ及び燃料噴射弁に伝播する。内燃機関の制御装置は、その運転状態により燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射タイミングや噴射量を制御するが、このデリバリパイプ及び燃料噴射弁に燃料の圧力脈動が伝播すると、燃料噴射弁による燃料噴射量に誤差が生じ、燃焼室に噴射すべき所定の燃料噴射量を噴射することができず、空燃比が悪化するおそれがある。

デリバリパイプ内の圧力脈動を減衰させるために、例えば、デリバリパイプの容積を増加させる技術が提案されている。しかしながら、燃圧脈動を抑制するためにデリバリパイプの容積を増加させる構成では、エンジン始動時の燃料圧力の昇圧性が悪化し、特に冷間時に霧化が悪化し、エミッション性能やＰＭ発生量（重量および粒子数）が悪化するという問題がある。

特開２００１−１３２５７５号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、エンジン始動時のＰＭ発生量（質量および粒子数）を効率的に低減することが可能な燃料供給装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高圧燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射式エンジンの燃料供給装置において、燃料を貯留する燃料貯留室と、前記燃料貯留室内の燃料を噴射するインジェクタと、燃料を昇圧して前記燃料貯留室に供給する燃料供給手段と、前記燃料貯留室と並列して前記インジェクタの近傍に設けられ、その入力側が第１の電磁弁を介して前記燃料貯留室と接続され、その排出側が第２の電磁弁を介して、前記燃料供給手段に燃料を帰還させるための燃料帰還通路に接続される温度調整用通路と、前記燃料供給手段の燃料吐出量を制御すると共に、前記第１の電磁弁および前記第２の電磁弁の開閉を制御して、前記インジェクタの温度を調整する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記制御手段は、エンジン始動時にエンジン冷却水温が第１の閾値より小さい場合には、前記第１の電磁弁を閉じ、かつ、前記第２の電磁弁を開いて、前記温度調整用通路内の空気で前記インジェクタの温度上昇を促進させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記制御手段は、エンジン始動後にエンジン温度が第１の閾値より大きい第２の閾値以上で、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量が第３の閾値より小さい場合には、前記第１の電磁弁および前記第２の電磁弁を開いて、前記温度調整用通路内に燃料を循環させて、前記インジェクタを冷却することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記制御手段は、前記燃料供給手段の燃料吐出量をエンジン回転数、エンジン負荷、およびエンジン温度に基づいて算出し、また、要求燃圧、および燃料吐出量と燃料噴射量との差分に基づいて、前記第２の電磁弁の開度を制御することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記制御手段は、エンジン始動後にエンジン温度が第１の閾値より大きい第２の閾値以上で、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量が第３の閾値以上の場合、前記第１の電磁弁を開き、かつ、前記第２の電磁弁の閉じることが望ましい。

本発明によれば、高圧燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射式エンジンの燃料供給装置において、燃料を貯留する燃料貯留室と、前記燃料貯留室内の燃料を噴射するインジェクタと、燃料を昇圧して前記燃料貯留室に供給する燃料供給手段と、前記燃料貯留室と並列して前記インジェクタの近傍に設けられ、その入力側が第１の電磁弁を介して前記燃料貯留室と接続され、その排出側が第２の電磁弁を介して、前記燃料供給手段に燃料を帰還させるための燃料帰還通路に接続される温度調整用通路と、前記燃料供給手段の燃料吐出量を制御すると共に、前記第１の電磁弁および前記第２の電磁弁の開閉を制御して、前記インジェクタの温度を調整する制御手段と、を備えているので、エンジン始動時に効率的にＰＭ発生量（質量および粒子数）を低減することが可能な燃料供給装置を提供することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る筒内噴射式エンジンの燃料供給装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

本実施例では、車両に搭載される筒内噴射式（例えば、４気筒）ガソリンエンジンに使用される燃料供給装置に本発明を適用した場合について説明する。図１は、本発明の実施例に係る燃料供給装置の概略構成図、図２は、図１のＡ−Ａ概略断面図、図３は、エンジンの概略構成図である。

本実施例の燃料供給装置は、図１に示すように、燃料タンク１０と、燃料タンク１０内の燃料を加圧する低圧ポンプとしての低圧フィードポンプ１１と、この低圧フィードポンプ１１により加圧された燃料をさらに加圧する高圧ポンプとしての高圧燃料ポンプ２０と、加圧された燃料を噴射する燃料噴射手段としての燃料噴射機構３０と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０とを備える。

燃料タンク１０は、エンジンに供給される燃料を貯留するものであり、この燃料タンク１０には、低圧フィードポンプ１１が装着されている。この低圧フィードポンプ１１は、電動式モータにより燃料タンク１０内の燃料を所定のフィード圧（例えば、数百ｋＰａ程度）まで加圧し、低圧燃料とし圧送可能なものである。低圧フィードポンプ１１は、低圧通路としての低圧燃料供給管５０を介して高圧燃料ポンプ２０の吸入口２１に接続される。また、この低圧燃料供給管５０には、低圧燃料戻し管５０ａが分岐して設けられている。

この低圧燃料戻し管５０ａは、基端が燃料タンク１０内において低圧燃料供給管５０から分岐する一方、先端もこの燃料タンク１０内に位置する。そして、この低圧燃料戻し管５０ａには、低圧調整弁１２が設けられる。この低圧調整弁１２は、低圧燃料供給管５０の燃料の圧力（以下「燃圧」と称す）がフィード圧よりも高くなった際に開弁し、これにより、低圧フィードポンプ１１から吐出された燃料の一部をこの低圧燃料戻し管５０ａを介して燃料タンク１０に戻し、低圧燃料供給管５０の燃圧を一定に保つことができる。

高圧燃料ポンプ２０は、エンジンのクランクシャフトの回転により駆動可能なものであり、低圧フィードポンプ１１によりすでに加圧された燃料である低圧燃料を高圧（例えば、数十ＭＰａ程度）まで加圧して高圧燃料とし、燃料噴射機構３０に供給するための調量式の高圧ポンプである。さらに、高圧燃料ポンプ２０は、吐出弁２９が、高圧通路としての高圧燃料供給管５１を介して後述する燃料噴射機構３０のデリバリパイプ３１に接続される。

高圧燃料ポンプ２０は、ケーシング２３と、プランジャ２４と、加圧室２５と、調量弁としてのスピル弁２６と、付勢手段としてのスプリング２７と、ソレノイド２８と、吐出弁２９とを備える。

ケーシング２３は、円筒状に形成され、その一端部に低圧燃料を吸入する吸入口２１が形成され、側面部に高圧燃料を吐出する吐出口２２が形成される。プランジャ２４は、このケーシング２３内に往復運動可能に支持される。加圧室２５は、燃料を加圧するための空間であり、このプランジャ２４の一端面とケーシング２３の内面とにより画成される。吐出口２２は、この加圧室２５に連通するように形成されている。スピル弁２６は、ケーシング２３の吸入口２１に設けられ、ケーシング２３の軸方向に移動可能であると共に吸入口２１を開閉可能であり、これにより、吸入口２１と加圧室２５とを連通することができる。

スピル弁２６は、スプリング２７により吸入口２１を開放可能な方向に付勢されると共に、ソレノイド２８により吸入口２１を閉止可能な方向に吸引力を付与されることで吸入口２１を開閉可能に構成される。ソレノイド２８は、ＥＣＵ４０に電気的に接続され、ＥＣＵ４０が送信する制御信号によりその通電が制御されている。

このスピル弁２６は、いわゆる、ノーマリオープン型スピル弁であり、すなわち、ソレノイド２８が通電されていない場合、スピル弁２６は、スプリング２７により吸入口２１から離間する方向（加圧室２５側）に付勢され、吸入口２１を開放した状態（開弁状態）となり、吸入口２１を燃料が流通可能となる。

一方、ソレノイド２８が通電されている場合、スピル弁２６は、ソレノイド２８により吸入口２１に近づく方向（ソレノイド２８の方向）に吸引され、吸入口２１を閉止した状態（閉弁状態）となり、吸入口２１を介した燃料の吸入、流出が遮断される。これにより、仮にソレノイド２８が断線してしまったとしても、吸入口２１は開放された状態で維持されるので、全量圧送が継続されてしまうことがなく、燃料供給系の破損を最小限に抑えることができる。

プランジャ２４は、外径がケーシング２３の内径よりも若干小さい円柱状に形成され、このケーシング２３に対して往復運動可能に設けられる。また、プランジャ２４は、一端面側に加圧室２５を形成すると共に、他端面側に設けられるカム６０に不図示のスプリングにより押し付けられるように付勢される。カム６０は、カムシャフト６１に固定されており、このカムシャフト６１は、不図示の機構を介して、不図示のエンジンのクランクシャフトの回転に連動して回転する。そして、カム６０は、このカムシャフト６１と共に回転し、これにより、プランジャ２４は、このカム６０に押圧されてケーシング２３に対して往復運動することとなる。

加圧室２５は、プランジャ２４の往復運動に応じて容積が変化することで吸入口２１から燃料を吸入可能となり、さらに、吸入した燃料を加圧すると共に吐出口２２から圧送可能となる。ここで、プランジャ２４の往復移動は、プランジャ２４が加圧室２５の容積を増大させる方向へ移動する吸入行程と、同容積を減少させる方向へ移動する圧送行程とからなる。そして、吸入行程では、プランジャ２４がカム６０側に移動することで加圧室２５の容積が増大し、このとき、ＥＣＵ４０は、ソレノイド２８を非通電状態に制御し吸入口２１を開放することで、内部の燃圧が低下し、燃料を吸入する吸入力が該加圧室２５内に作用し、低圧燃料供給管５０の低圧燃料をこの吸入口２１を通して加圧室２５に吸入することができる。

一方、圧送行程では、プランジャ２４がスピル弁２６側に移動することで加圧室２５の容積が減少し、このとき、ＥＣＵ４０は、ソレノイド２８を通電状態に制御し吸入口２１を閉鎖することで、内部の燃圧が上昇し、燃料を押圧する押圧力が該加圧室２５内に作用し、所定の圧力まで加圧された高圧燃料を吐出口２２から高圧燃料供給管５１を介して燃料噴射機構３０に圧送することができる。また、このソレノイド２８の通電時期、すなわち、吸入口２１の閉鎖時期を調節することで、燃料の吸入量を調量することができる。

吐出弁２９は、吐出口２２と高圧燃料供給管５１間に装着されており、デリバリパイプ３１に供給される燃料の燃圧を一定に保つためのものである。吐出弁２９は、高圧燃料ポンプ２０の加圧室２５内の高圧燃料の圧力が所定圧力（例えば、数十ＭＰａ程度）以上となると、弁体が開弁し、燃料が高圧燃料供給管５１を通過可能となる。燃料タンク１０、低圧フィードポンプ１１、および高圧燃料ポンプ２０により燃料供給手段を構成する。

燃料噴射機構３０は、上述のデリバリパイプ（燃料貯留室）３１と、このデリバリパイプ３１に接続される上述の複数のインジェクタ３５により構成される。エンジンのシリンダヘッド７０には、各燃焼室７１に直接燃料を噴射する上述のインジェクタ３５及び点火プラグ７６が設けられている。この各インジェクタ３５は、基端部がデリバリパイプ３１に連結されており、デリバリパイプ３１内の高圧燃料を燃焼室７１に噴射することができる。デリバリパイプ３１の燃料入力側（一端側）は、高圧燃料供給管５１に接続され、排出側（他端側）は、リリーフ弁３２が設けられている。また、デリバリパイプ３１には、燃圧センサ３３が設けられており、デリバリパイプ３１内の燃料圧力を検出し、検出した燃料圧力をＥＣＵ４０に出力する。

また、本実施例では、インジェクタ３５の温度を調整するために、デリバリパイプ３１と並列させて、各気筒のインジェクタ３５の近傍に当該インジェクタ３５の周囲を取り囲むように、デリバリパイプ３１と略同径の温度調整用通路３６が形成されている。温度調整用通路３６は、図２に示すように、各気筒のインジェクタ３５の周囲に形成された環状通路３６ａと、環状通路３６ａを直列に接続する接続通路３６ｂによって構成されている。温度調整用通路３６の一端側は第１の電磁弁３７を介してデリバリパイプ３１と接続されており、他端側は第２の電磁弁３８を介して、燃料帰還通路５２と接続されている。第１の電磁弁３７および第２の電磁弁３８の開閉はＥＣＵ４０により制御される。燃料帰還通路５２は、一端側がリリーフ弁３２に接続され、他端側が燃料タンク１０に接続されている。

ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを中心として構成されており、中央処理装置（ＣＰＵ）が、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶されている制御プログラム、初期データ、マップ等に従って演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。

このＥＣＵ４０は、エンジン回転数センサ８１、エアフローセンサ８２、水温センサ８３等が接続されており、エンジン回転数センサ８１で検出したエンジン回転数、エアフローセンサ８２で検出した吸入空気量（エンジン負荷）、水温センサ８３で検出されたエンジン温度としてのエンジン冷却水温等が入力される。ここでは、本発明のエンジン温度は、水温センサ８３が検出するエンジン冷却水温を用いるものとして説明するが、これに限らず、例えば、エンジン油温を用いてもよい。ＥＣＵ４０は、エンジン回転数、エンジン負荷（吸入空気量等）、エンジン温度などのエンジン運転状態に基づいて要求燃料噴射圧（以下、「要求燃圧」と称する）を設定し、この要求燃圧と燃圧センサ３３が検出した燃料圧力が一致するように、高圧燃料ポンプ２０を駆動制御する。また、ＥＣＵ４０は、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、インジェクタ３５から噴射する燃料の噴射量及び噴射時期を制御する。

また、ＥＣＵ４０は、ＰＭ発生量（質量および量子数）を低減するために、第１の電磁弁３７および第２の電磁弁３８の開閉を制御して、後述するインジェクタ３５の温度制御を行う。具体的には、ＥＣＵ４０は、インジェクタ３５を加熱する場合には、第１の電磁弁３７を閉および第２の電磁弁３８を開として、温度調整用通路３６内に空気の断熱層を形成する一方、インジェクタ３５を冷却する場合には、第１の電磁弁３７および第２の電磁弁３８を開として、温度調整用通路３６内を燃料で循環させる。

上記のように構成される燃料供給装置では、エンジンが始動すると、低圧フィードポンプ１１が駆動して燃料タンク１０内の燃料を加圧し、低圧燃料供給管５０を介して低圧燃料を高圧燃料ポンプ２０に供給し、この高圧燃料ポンプ２０は低圧燃料をさらに加圧し、高圧燃料供給管５１を介して高圧燃料をデリバリパイプ３１に供給することができ、複数のインジェクタ３５は、デリバリパイプ３１内の高圧燃料を、エンジンの燃焼室７１に噴射することができる。このとき、ＥＣＵ４０は、燃圧センサ３３が検出した燃料圧力に基づいて高圧燃料ポンプ２０を駆動制御し、デリバリパイプ３１内の燃料圧力を所定圧力に維持している。

本実施例のエンジンは、図３に示すように、吸気弁７５によって、シリンダ７２と吸気ポート７７との間が開閉される。また、排気弁７８によってシリンダ７２と排気ポート７９との間が開閉される。シリンダ７２は、シリンダブロック７４の内部に形成されており、シリンダブロック７４の上部にシリンダヘッド７０が結合されている。

シリンダ７２の内部には、ピストン７３が往復運動可能に収納されている。本実施例のエンジンは、筒内直接噴射型エンジンであり、シリンダ７２に燃料噴射口を配設させたインジェクタ３５がシリンダヘッド７０内に配置されている。インジェクタ３５は、各シリンダ７２毎に一つずつ配設されている。ピストン７３の上面には窪みが形成されており、インジェクタ３５から噴射された燃料を吸排気弁７５，７８の中心に配置された点火プラグ７６の近傍に集めて点火燃焼させる成層燃焼が可能となっている。

図４は、上記図１のＥＣＵ４０によるインジェクタ３５の温度制御を説明するためのフローチャートである。上記図１のＥＣＵ４０によるインジェクタ３５の温度制御を図４のフローチャートに従って、図５〜図９を参照しつつ説明する。ＥＣＵ４０は、図４のフローに示す処理を所定周期で繰り返し実行する。

同図において、ＥＣＵ４０は、まず、エンジン始動時であるか否かを判断する（ステップＳ１）。ここで、エンジン始動時とは、エンジン始動からの所定期間をいう。ＥＣＵ４０は、エンジン始動時の場合には（ステップＳ１の「Ｙｅｓ」）、エンジン冷却水温＜閾値Ｔ１（第１の閾値）であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ＥＣＵ４０は、エンジン冷却水温＜閾値Ｔ１である場合には（ステップＳ２の「Ｙｅｓ」）、第１の電磁弁３７を閉じ、第２の電磁弁３８を開く（ステップＳ３）。これにより、温度調整用通路３６内には燃料が供給されないため温度調整用通路３６は空気のみとなる。インジェクタ３５は、その先端部の燃焼室７１に露出した部分から受熱し温度が上昇する。インジェクタ３５の周りを空気の断熱層で覆っているため、エンジン冷却水温の上昇に比してインジェクタ３５の温度は急峻に上昇する。従来技術では、インジェクタ周囲はエンジンヘッドに接しており、エンジンヘッド内のウオータジャケットへ向けて放熱するため、インジェクタの温度は急峻に上昇しない。

図５は、燃料温度と燃料の粒径（ザウタ平均粒径）との関係を示す図である。同図において、横軸は燃料温度、縦軸は燃料のザウタ平均粒径を示している。同図に示すように、燃料温度が上昇すると、燃料の平均粒径が小さくなり、燃料の霧化が促進される。ガソリンなどの燃料は、多成分燃料であり、様々な沸点の成分で構成されている。インジェクタ内部では高圧な状態で存在しており、各成分の飽和蒸気温度以上に加熱されて噴射されると、減圧沸騰現象により、急激に霧化が促進されることが知られている。

図６は、本実施例における、エンジン始動時のエンジン冷却水温度とインジェクタ温度の関係を示す図である。同図において、横軸はエンジン始動からの経過時間、縦軸は温度を示している。同図に示すように、インジェクタ３５の温度をエンジン冷却水の温度に比して急峻に上昇させることができる。これにより、温度が上昇したインジェクタ３５を介して燃料が噴射されるため、噴射される燃料温度も上昇し燃料霧化が向上する。この結果、エンジン始動時の噴射量を低減することが可能となり、未燃燃料やＰＭ発生量（重量・粒子数）を低減することができる。

ＥＣＵ４０は、エンジン始動時に、エンジン冷却水温（エンジン温度）＜閾値Ｔ１でなくなった場合には（ステップＳ２の「Ｎｏ」）、第１の電磁弁３７を閉じ、かつ第２の電磁弁３８を閉じる（ステップＳ４）。

一方、ＥＣＵ４０は、エンジン始動後の場合（ステップＳ１の「Ｎｏ」）は、エンジン冷却水温＜閾値Ｔ２（第２の閾値：但し、Ｔ１＜Ｔ２）であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ＥＣＵ４０は、エンジン冷却水温＜閾値Ｔ２である場合には（ステップＳ５の「Ｙｅｓ」）、第１の電磁弁３７を開き、第２の電磁弁３８を閉じる（ステップＳ６）。これにより、温度調整用通路３６内に燃料が充填され、温度調整用通路３６内は、デリバリパイプ３１と同じ燃圧となる。

他方、ＥＣＵ４０は、エンジン冷却水温＜Ｔ２でない場合（ステップＳ５の「Ｎｏ」）、すなわち、エンジン冷却水温がＴ２以上の場合には、燃料噴射量＜閾値Ｑ（第３の閾値）であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ＥＣＵ４０は、燃料噴射量＜閾値Ｑである場合には（ステップＳ７の「Ｙｅｓ」）、第１の電磁弁３７を開く（ステップＳ８）。

そして、ＥＣＵ４０は、現在のエンジン回転数・エンジン負荷（吸入空気量）・エンジン冷却水温に基づいて、高圧燃料ポンプ２０のポンプ吐出量（燃料吐出量）を制御する（ステップＳ９）。

具体的には、ＥＣＵ４０は、高圧燃料ポンプ２０のポンプ吐出量をポンプ吐出量＝基本ポンプ吐出量×吐出量補正値Ｋ１×吐出量補正値Ｋ２で算出することができる。図７は、吐出量補正値Ｋ１を算出するための吐出量補正値Ｋ１マップの一例を示す図である。この吐出量補正値Ｋ１マップは、ＥＣＵ４０のメモリに格納されている。同図に示すように、吐出量補正値Ｋ１マップには、エンジン負荷およびエンジン冷却水温を変数として、実験またはシミュレーションにより算出した好適な吐出量補正値Ｋ１＝１〜ＭＡＸが段階的に登録されている。ＥＣＵ４０は、吐出量補正値Ｋ１マップを参照し、現在のエンジン負荷およびエンジン冷却水温に基づいて、吐出量補正値Ｋ１マップの対応する吐出量補正値Ｋ１を算出する。

図８は、吐出量補正値Ｋ２を算出するための吐出量補正値Ｋ２マップの一例を示す図である。この吐出量補正値Ｋ２マップは、ＥＣＵ４０のメモリに格納されている。同図に示すように、吐出量補正値Ｋ２マップには、エンジン回転数を変数として、実験またはシミュレーションにより算出した好適な吐出量補正値Ｋ２が登録されている。ＥＣＵ４０は、
吐出量補正値Ｋ２マップを参照し、現在のエンジン回転数に基づいて、吐出量補正値Ｋ２マップの対応する吐出量補正値Ｋ２を算出する。

つぎに、ＥＣＵ４０は、第２の電磁弁開度マップを参照して、現在の燃料噴射量、ポンプ吐出量および要求燃圧に基づいて、第２の電磁弁３８の開度を算出し（ステップＳ１０）、第２の電磁弁３８の開度を制御する（ステップＳ１１）。

図９は、第２の電磁弁開度マップの一例を示す図である。同図に示すように、第２の電磁弁開度マップは、ポンプ吐出量−燃料噴射量および要求燃圧を変数として、実験またはシミュレーションにより算出した好適な第２の電磁弁３８の開度が段階的に登録されている。この第２の電磁弁開度マップは、ＥＣＵ４０のメモリに格納されている。ＥＣＵ４０は、第２の電磁弁開度マップを参照し、現在のポンプ吐出量と燃料噴射量の差分（現在のポンプ吐出量−燃料噴射量）および要求燃圧に基づいて、電磁弁開度マップの対応する第２の電磁弁３８の開度を算出する。

このように、エンジン冷却水温が閾値Ｔ２以上で、かつ、燃料噴射量＜閾値Ｑの場合は、インジェクタ３５内部に流れる燃料の量が少ないため、燃料によるインジェクタ３５の冷却効果が少なく、インジェクタ３５のデポジットが生成され易くなる。このため、第１の電磁弁３７を開き、かつ、第２の電磁弁３８の開度制御を行うことにより、インジェクタ３５周囲の温度調整用通路３６から燃料タンク５０に燃料が流れ、温度調整用通路３６内で燃料を循環させてインジェクタ３５を冷却することができる。

また、ポンプ吐出量をエンジン回転数、エンジン負荷、およびエンジン冷却水温に基づいて算出することにより、インジェクタ温度をデポジット生成温度以下に如何なる運転条件下でも制御することが可能となる。また、本制御を燃料噴射量が閾値Ｑより小さい場合に実行することとしたので、高圧燃料ポンプ２０の余剰能力分を使うことにより、インジェクタ３５周りの温度調整用通路３６まで燃料が充填されるため、実質的にデリバリパイプの容積を増加でき、燃圧脈動を低減することが可能となる。

他方、ステップＳ７において、ＥＣＵ４０は、燃料噴射量＜閾値Ｑでない場合には（ステップＳ７の「Ｎｏ」）、第１の電磁弁３７を開き、かつ、第２の電磁弁３８を閉じる（ステップＳ１２）。このように、エンジン始動後には、エンジン冷却水温が閾値Ｔ２以上でかつ燃料噴射量が閾値Ｑ以上の場合に、第１の電磁弁３７を開き、かつ、第２の電磁弁３８を閉じることにより、必要な燃料噴射量を確保しつつ、燃圧脈動を低減することが可能となる。すなわち、インジェクタ３５内部に多くの燃料が流れるため、温度調整用通路３６に燃料を循環させなくても、インジェクタデポジットが生成される温度までインジェクタ３５の温度は上昇しない。

以上説明したように、本実施例によれば、高圧燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射式エンジンの燃料供給装置において、燃料を貯留するデリバリパイプ３１と、デリバリパイプ３１内の燃料を噴射するインジェクタ３５と、燃料を昇圧してデリバリパイプ３１に供給する高圧燃料ポンプ２０と、デリバリパイプ３１と並列させてインジェクタ３５の周囲に設けられ、その入力側が第１の電磁弁３７を介してデリバリパイプ３１と接続し、その排出側が第２の電磁弁３８を介して、燃料タンク１０に燃料を帰還させるための燃料帰還通路５２に接続される温度調整用通路３６と、高圧燃料ポンプ２０の燃料吐出量を制御すると共に、第１の電磁弁３７および第２の電磁弁３８の開閉を制御して、インジェクタ３５の温度を調整するＥＣＵ４０とを備えているので、エンジン始動時のＰＭ発生量（質量および粒子数）を効率的に低減することが可能となる。

また、ＥＣＵ４０は、エンジン始動時にエンジン温度が閾値Ｔ１より小さい場合には第１の電磁弁３７を閉じ、かつ、第２の電磁弁３８を開いて、温度調整用通路３６内の空気でインジェクタ３５の温度上昇を促進させることとしたので、インジェクタ３５は、その先端部の燃焼室に露出した部分から受熱して温度が上昇し、さらに、インジェクタ３５の周りを温度調整用通路３６内の空気の断熱層で覆っているため、エンジン冷却水温の上昇に比してインジェクタ３５の温度を急峻に上昇させることが可能となる。これにより、燃料温度の上昇に伴って燃料の霧化が促進され、エンジン始動時の燃料の噴射量を低減することが可能となり、また、未燃燃料やＰＭ発生量（重量および粒子数）を低減することが可能となる。

また、ＥＣＵ４０は、エンジン始動後にエンジン温度が閾値Ｔ１より大きい閾値Ｔ２以上で、かつ、インジェクタの燃料噴射量が閾値Ｑより小さい場合、第１の電磁弁３７および第２の電磁弁３８を開くこととしたので、温度調整用通路３６から燃料帰還通路５２を介して燃料タンク１０に燃料が流れ、すなわち、温度調整用通路３６内を燃料で循環させることができ、これにより、インジェクタ３５を冷却することが可能となる。

また、この場合、ＥＣＵ４０は、高圧燃料ポンプ２０の燃料吐出量をエンジン回転数、エンジン負荷、およびエンジン温度に基づいて算出し、また、要求燃圧、および燃料吐出量と燃料噴射量との差分に基づいて、第２の電磁弁３８の開度を制御することとしたので、インジェクタ温度をデポジット生成温度以下に如何なる運転条件下でも制御することが可能となり、また、温度調整用通路３６に燃料が充填されるため、実質的にデリバリパイプの容積を増加でき、燃圧脈動を低減することが可能となる。

また、ＥＣＵ４０は、エンジン始動後にエンジン温度が閾値Ｔ２（但し、Ｔ２＞Ｔ１）以上で、かつ、インジェクタ３５の燃料噴射量が閾値Ｑ以上の場合に、第１の電磁弁３７を開き、かつ、第２の電磁弁３８を閉じることとしたので、必要な燃料噴射量を確保しつつ、燃圧脈動を低減することが可能となる。

なお、上記実施例では、車両に搭載された筒内直噴型４気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、他の任意の気筒数のガソリンエンジンに適用可能である。また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジン等の他の内燃機関にも本発明は適用可能である。更には、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものでもない。

以上のように、本発明に係る燃料供給装置は、エンジン始動時に効率的にＰＭ発生量を低減する場合に有用であり、各種エンジンに適用可能である。

本発明の一実施例に係る燃料供給装置の概略構成図である。 本実施例の温度調整用通路の横断断面図である。 本実施例の内燃機関の概略構成図である。 ＥＣＵによるインジェクタの温度制御を説明するためのフローチャートである。 燃料温度と燃料の粒径（ザウタ平均粒径）との関係を示す図である。 本実施例における、エンジン始動時のエンジン冷却水温度とインジェクタ温度の関係を示す図である。 吐出量補正値Ｋ１を算出するための吐出量補正値Ｋ１マップの一例を示す図である。 吐出量補正値Ｋ２を算出するための吐出量補正値Ｋ２マップの一例を示す図である。 第２の電磁弁開度マップの一例を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料タンク
１１ 低圧フィードポンプ
２０ 高圧燃料ポンプ
２３ ケーシング
２４ プランジャ
２５ 加圧室
２６ スピル弁
２７ スプリング
２８ ソレノイド
２９ 吐出弁
３０ 燃料噴射機構
３１ デリバリパイプ（燃料貯留室）
３２ リリーフ弁
３３ 燃圧センサ
３５ インジェクタ
３６ 温度調整用通路
３７ 第１の電磁弁
３８ 第２の電磁弁
４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
５０ 低圧燃料供給管
５１ 高圧燃料供給管
５２ 燃料帰還通路

Claims (5)

1. 高圧燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射式エンジンの燃料供給装置において、
   燃料を貯留する燃料貯留室と、
   前記燃料貯留室内の燃料を噴射するインジェクタと、
   燃料を昇圧して前記燃料貯留室に供給する燃料供給手段と、
   前記燃料貯留室と並列して前記インジェクタの近傍に設けられ、その入力側が第１の電磁弁を介して前記燃料貯留室と接続され、その排出側が第２の電磁弁を介して、前記燃料供給手段に燃料を帰還させるための燃料帰還通路に接続される温度調整用通路と、
   前記燃料供給手段の燃料吐出量を制御すると共に、前記第１の電磁弁および前記第２の電磁弁の開閉を制御して、前記インジェクタの温度を調整する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記制御手段は、エンジン始動時にエンジン温度が第１の閾値より小さい場合には、前記第１の電磁弁を閉じ、かつ、前記第２の電磁弁を開いて、前記温度調整用通路内の空気で前記インジェクタの温度上昇を促進させることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記制御手段は、エンジン始動後にエンジン温度が第１の閾値より大きい第２の閾値以上で、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量が第３の閾値より小さい場合には、前記第１の電磁弁および前記第２の電磁弁を開いて、前記温度調整用通路内に燃料を循環させて、前記インジェクタを冷却することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記制御手段は、前記燃料供給手段の燃料吐出量をエンジン回転数、エンジン負荷、およびエンジン温度に基づいて算出し、また、要求燃圧、および燃料吐出量と燃料噴射量との差分に基づいて、前記第２の電磁弁の開度を制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料供給装置。
5. 前記制御手段は、エンジン始動後にエンジン温度が第１の閾値より大きい第２の閾値以上で、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量が第３の閾値以上の場合、前記第１の電磁弁を開き、かつ、前記第２の電磁弁の閉じることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料供給装置。

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