JP2010071224A

JP2010071224A - 内燃機関の燃料供給装置

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Publication number: JP2010071224A
Application number: JP2008240820A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kojima; 進小島; Tomojiro Sugimoto; 知士郎杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP4661930B2; WO2010032121A3; CN102159821A; EP2337937A2; WO2010032121A2; US20110162622A1

Abstract

【課題】内燃機関の運転中に低圧燃料ポンプを常時稼働させる場合に比べて低圧燃料ポンプの消費電力を低減す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】燃料供給装置は低圧燃料ポンプ６が高圧燃料ポンプ７へ燃料を送る際のフィード圧の不足を要因とした高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できるように、低圧燃料ポンプ６を制御する低圧ポンプ制御部４２を備えている。低圧ポンプ制御部４２は、フィード圧がゲージ圧にして０であっても上記吐出不良を回避できる場合には、停止信号Ｓｇを実行部５３に送って低圧燃料ポンプ６を停止させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関にて駆動される高圧燃料ポンプに対して、電動式の低圧燃料ポンプを利用して燃料を送り、高圧燃料ポンプにて加圧された燃料を内燃機関に供給する内燃機関の燃料供給装置に関する。

内燃機関の燃料供給装置として、高圧燃料ポンプが燃料過剰供給状態にある場合に、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ものが知られている（特許文献１）。また、高圧燃料ポンプの要求燃料量に対して低圧燃料ポンプの吐出量が不足する場合、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとの間に設けられた低圧レギュレータの設定値を低下させて低圧燃料ポンプの負荷を低減する燃料供給装置も知られている（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３及び４が存在する。

特開２００５−３０７９３１号公報特開平１１−２１０５８２号公報特開平１１−１８２３７１号公報特開平９−１８４４６０号公報

特許文献１又は２の燃料供給装置のように、低圧燃料ポンプ及び高圧燃料ポンプ間の燃圧であるフィード圧を運転状態に応じて変更することにより、低圧燃料ポンプの負荷を低減することができる。しかしながら、これらの装置は、内燃機関の運転中に低圧燃料ポンプが常時稼働しているため内燃機関が運転している間に低圧燃料ポンプによる電力消費が続く。従って、これらの装置には低圧燃料ポンプの電力消費を更に低減するための改善の余地があると言える。

そこで、本発明は、内燃機関の運転中に低圧燃料ポンプを常時稼働させる場合に比べて低圧燃料ポンプの消費電力を低減す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。

本発明の内燃機関の燃料供給装置は、内燃機関にて駆動される高圧燃料ポンプに対して、電動式の低圧燃料ポンプを利用して燃料を送り、前記高圧燃料ポンプにて加圧された燃料を前記内燃機関に供給する内燃機関の燃料供給装置において、前記低圧燃料ポンプが前記高圧燃料ポンプへ燃料を送る際のフィード圧の不足を要因とした前記高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できるように、前記低圧燃料ポンプを制御する低圧ポンプ制御手段を備え、前記低圧ポンプ制御手段は、前記フィード圧がゲージ圧にして０であっても前記吐出不良を回避できる場合には前記低圧燃料ポンプを停止させるものである（請求項１）。

この燃料供給装置によれば、高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できるように低圧燃料ポンプが制御されるため、高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる限度までフィード圧を下げることができる。従って、低圧燃料ポンプの消費電力を高圧燃料ポンプの吐出不良を招くことなく限界まで低減できる。しかも、低圧燃料ポンプのフィード圧がゲージ圧にして０であっても高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる場合には低圧燃料ポンプが停止されるから、内燃機関の運転中に低圧燃料ポンプを常時稼働させる場合と比べて低圧燃料ポンプの消費電力をより低減することができる。

本発明の燃料供給装置の一態様において、燃料の飽和蒸気圧と前記高圧燃料ポンプの燃料吸引時の圧力損失との和に基づいて前記吐出不良を回避できる要求フィード圧を算出するフィード圧算出手段を更に備え、前記低圧ポンプ制御手段は、前記フィード圧算出手段が算出した前記要求フィード圧によって燃料が前記高圧燃料ポンプへ送られるように前記低圧燃料ポンプを制御してもよい（請求項２）。高圧燃料ポンプの吐出不良はその内部で燃料が沸騰（蒸発）してベーパーが発生することにより引き起こされる。こうした燃料の沸騰は高圧燃料ポンプ内の圧力が燃料温度に対応した飽和蒸気圧未満になると発生する。高圧燃料ポンプ内の圧力は低圧燃料ポンプによるフィード圧から、高圧燃料ポンプによる燃料吸引時の圧力損失を減算した値に相当する。この態様によれば、飽和蒸気圧と圧力損失との和に基づいて高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる要求フィード圧が算出されるため、例えばその要求フィード圧を飽和蒸気圧と圧力損失との和と同一、又は燃料の性状や圧力損失のばらつきを考慮して定められたその和よりも大きい値とすることにより、低圧燃料ポンプの消費電力を抑えつつ高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる。

この態様において、前記低圧ポンプ制御手段は、前記フィード圧算出手段が算出した前記要求フィード圧が大気圧以下の場合に前記低圧燃料ポンプを停止させてもよい（請求項３）。この場合には、要求フィード圧が大気圧以下の場合に低圧燃料ポンプが停止するため、低圧燃料ポンプの駆動期間をより短縮できる。

要求フィード圧は燃料の飽和蒸気圧と高圧ポンプの燃料吸引時の圧力損失との和に基づいて算出されるが、演算誤差や燃料の性状のばらつき等の種々の要因が存在するため、高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる適正値から要求フィード圧がずれる可能性がある。そこで、以下の態様のように要求フィード圧を補正することができる。

即ち、前記高圧燃料ポンプには、前記内燃機関に供給する燃料の燃圧を調整可能な調整手段が設けられており、実際の燃圧と標準値との偏差が低減するように、前記偏差に応じた制御量を前記調整手段に与えることにより前記調整手段を制御する高圧ポンプ制御手段と、前記高圧ポンプ制御手段が前記調整手段に与える前記制御量に基づいて前記フィード圧算出手段が算出した前記要求フィード圧を補正するフィード圧補正手段と、を更に備えてもよい（請求項４）。仮に、要求フィード圧が適正値からずれることにより高圧燃料ポンプの吐出不良が生じた場合には、その適正値からのずれが高圧燃料ポンプ下流の燃圧の標準値からのずれとして現れるため調整手段に与えられる制御量が変化する。この態様によれば、要求フィード圧の補正がこうした制御量に基づいて行われるため、圧力センサ等の実際のフィード圧を検出する手段を設けることなく要求フィード圧を補正できる。そのため、部品点数の増加を伴うことなく低圧燃料ポンプの正確な制御を実現できる。

要求フィード圧の補正方法としては種々の方法が考えられるが、例えば、前記フィード圧補正手段は、前記制御量が所定値以上になった場合に前記要求フィード圧を増加方向に補正してもよい（請求項５）。制御量が所定値以上になった場合は、高圧燃料ポンプ下流の燃圧が不足していることになるので、フィード圧が不足側にずれていることが分かる。この態様によれば、制御量が所定値以上になった場合に要求フィード圧が増加方向に補正されるのでフィード圧の不足側のずれを解消することができる。また、前記フィード圧補正手段は、前記制御量が所定範囲内に維持されることを条件として前記要求フィード圧を減少方向に徐々に補正してもよい（請求項６）。このような補正を行うことによって、要求フィード圧を可能な限り低くできるので低圧燃料ポンプの消費電力の低減効果が向上する。

こうした要求フィード圧の補正結果を学習させて、以後の要求フィード圧の算出に反映させることも可能である。例えば、前記飽和蒸気圧に相関する前記内燃機関の機関温度と、前記圧力損失に相関する機関回転数とのそれぞれを変数として前記要求フィード圧を与えるフィード圧特定手段を記憶する記憶手段と、前記フィード圧補正手段による補正後の前記要求フィード圧を前記機関温度及び前記機関回転数に関連づけて記憶し、その記憶内容に基づいて前記フィード圧特定手段が与える前記要求フィード圧を修正する学習処理を行う学習手段と、を更に備え、前記フィード圧算出手段は、前記機関温度及び前記機関回転数のそれぞれを取得するとともに前記フィード圧特定手段を利用して前記要求フィード圧を算出してもよい（請求項７）。

燃料の飽和蒸気圧の温度特性は燃料の性状によって変化する。例えば、季節に応じて燃料メーカが燃料成分を調整することが一般的である。こうした調整では、夏場は高温再始動性を改善する目的で燃料の飽和蒸気圧が低くなるように調整してベーパーの発生を抑制する一方で、冬場は低温始動性を改善する目的で燃料の飽和蒸気圧が高くなるように調整して燃料の気化性を高めている。このような事情から、要求フィード圧の算出をフィード圧特定手段に基づいて行う場合、燃料の飽和蒸気圧に相関する機関温度、圧力損失に相関する機関回転数、及び要求フィード圧の三者の対応関係が固定されていると、要求フィード圧の補正量が拡大して制御が不安定になるおそれがある。この態様によれば、学習処理を行うことにより要求フィード圧の補正結果がフィード圧特定手段に反映されるので、要求フィード圧の補正量の拡大を抑えることができ要求フィード圧の制御性が向上する。

ここで、フィード圧特定手段について説明する。飽和蒸気圧は燃料温度に依存する物理量であるため、燃料温度が与えられれば燃料の飽和蒸気圧は一意的に定められる。燃料温度は冷却水温や潤滑油温に代表される機関温度と略等価と見ることができるため、機関温度を燃料温度とみなしても特段の支障はない。特に、燃料温度が機関温度を上回ることは殆どないため、機関温度を燃料温度とみなした場合には余裕代が発生し安全側に働く。一方、高圧燃料ポンプの圧力損失は、ポンプ入口面積に反比例し、燃料のポンプへの流入速度に比例する。燃料の流入速度は燃料ポンプの駆動速度で決まる。駆動速度は機関回転数と比例し、ポンプ入口面積は固定値であるから、機関回転数に基づいて駆動速度を求めることにより高圧燃料ポンプの吸引時の圧力損失を算出できる。以上のような考え方に基づいて、フィード圧特定手段は、要求フィード圧を与えるための変数として飽和蒸気圧の代りに機関温度を、圧力損失の代りに機関回転数をそれぞれ用いて、これらと要求フィード圧との対応関係を定めているので、機関温度及び機関回転数のそれぞれを取得した上でフィード圧特定手段を利用することにより飽和蒸気圧と圧力損失との和に基づいた要求フィード圧を算出することが可能になる。

学習処理の実行又は禁止の条件は適宜定めることができる。例えば、前記機関温度の変化が所定範囲を超えて大きい場合に前記学習手段による前記学習処理を中止させる中止手段を更に備えてもよい（請求項８）。例えば、始動後暖機完了前の期間のように、機関温度の変化が大きい場合には機関温度と燃料温度との相関性が低くなる。そのため、このような場合に学習処理を実行すると却って実態からずれた学習が行われるおそれがある。この態様によれば、機関温度の変化が大きい場合には学習処理が中止されるため、こうした弊害を回避することができる。

また、前記機関回転数の変化が所定範囲を超えて大きい場合に、前記フィード圧補正手段による前記要求フィード圧の補正と、前記学習手段による前記学習処理とをそれぞれ中止させる中止手段を更に備えてもよい（請求項９）。例えば、加減速時のように、機関回転数の変化が大きい場合は、高圧燃料ポンプの調整手段に与える制御量の変化が大きくなる。従って、このような場合には、調整手段に与える制御量に基づく補正が不安定になる可能性がある。この態様によれば、機関回転数の変化が所定範囲を超えて大きい場合に要求フィード圧の補正と学習処理のそれぞれが禁止されるため、フィード圧の制御精度を良好な状態に維持することができる。

内燃機関の始動時のエミッションを低減するため、始動時に高圧燃料ポンプ下流の燃圧を速やかに上昇して高燃圧で燃料を供給する要請がある。こうした操作は一般に始動昇圧と呼ばれている。そこで、前記内燃機関の始動時に前記高圧燃料ポンプによる燃圧を速やかに上昇させる必要性がある場合に、前記低圧燃料ポンプが前記高圧燃料ポンプへ始動時に燃料を送る際の始動時フィード圧を上限値に設定する一方で、前記必要性がない場合に前記始動時フィード圧を前記内燃機関の機関温度に基づいて設定する始動時設定手段を更に備え、前記低圧ポンプ制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記始動時設定手段が設定した前記始動時フィード圧によって燃料が前記高圧燃料ポンプへ送られるように前記低圧燃料ポンプを制御してもよい（請求項１０）。これにより、始動時における燃圧を速やかに上昇させることができるため、始動時のエミッションを低減することができる。

始動時における速やかな燃圧の上昇を行う必要性がない場合には、機関温度に基づいて始動時フィード圧が設定される。例えば、前記始動時設定手段は、前記必要性がない場合、前記機関温度が常温領域の上限値よりも高くなるほど大きな値となるように、前記機関温度が前記常温領域の下限値よりも低くなるほど大きな値となるように、前記始動時フィード圧を設定してもよい（請求項１１）。この態様によれば、機関温度が常温領域よりも低い場合には始動時フィード圧が高く設定されるため、燃料の気化促進と燃料流量の確保を十分に行うことができる。そして、機関温度が常温領域よりも高い場合には始動時フィード圧が高く設定されるため、燃料のベーパーの発生を抑制することができる。前記機関温度が前記常温領域内にある場合には前記始動時フィード圧を一定値に設定してもよい（請求項１２）。

以上説明したように、本発明の燃料供給装置によれば、高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できるように低圧燃料ポンプが制御されるため、高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる限度までフィード圧を下げることができる。従って、低圧燃料ポンプの消費電力を高圧燃料ポンプの吐出不良を招くことなく限界まで低減できる。しかも、低圧燃料ポンプのフィード圧がゲージ圧にして０であっても高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できる場合には低圧燃料ポンプが停止されるから、内燃機関の運転中に低圧燃料ポンプを常時稼働させる場合と比べて低圧燃料ポンプの消費電力をより低減することができる。

（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係る燃料供給装置が適用された内燃機関の燃料供給系を模式的に示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載される。内燃機関１は直列４気筒型で筒内直接噴射型の火花点火内燃機関として構成されている。燃料供給装置２は内燃機関１の気筒毎に設けられた燃料噴射弁３を備えていて、各燃料噴射弁３は先端部を気筒内に臨ませるようにして不図示のシリンダヘッドに取り付けられている。

各燃料噴射弁３による燃料供給を行うため、燃料供給装置２は燃料であるガソリンが貯留された燃料タンク５から燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプ６と、気筒内に供給する燃料の圧力（燃圧）を高圧化する高圧燃料ポンプ７と、高圧燃料ポンプ７から吐出された燃料を各燃料噴射弁３へ分配するデリバリパイプ８とを備えている。高圧燃料ポンプ７には低圧燃料ポンプ６の利用によって燃料が送られ、高圧燃料ポンプ７にて加圧された燃料はデリバリパイプ８を介して内燃機関１の気筒毎に分配される。

低圧燃料ポンプ６と高圧燃料ポンプ７とは低圧通路９によって結ばれており、その低圧通路９には燃料を濾過するフィルタ１０と、ポンプ駆動に伴う燃料の脈動を減衰させるパルセーションダンパ１１とがそれぞれ取り付けられている。低圧通路９には低圧燃料ポンプ６の下流から分岐する分岐通路１２が接続されており、その分岐通路１２には低圧通路９内の圧力が所定の上限値を超えることを防止するプレッシャーレギュレータ１３が設けられている。高圧燃料ポンプ７とデリバリパイプ８とは高圧通路１４にて結ばれている。

デリバリーパイプ８には余剰燃料を燃料タンク５に戻すリターン通路１５が接続されている。リターン通路１５にはリリーフバルブ１６が取り付けられていて、そのリリーフバルブ１６は燃圧が上限値を超えた場合にリターン通路１５を開通させる。これにより、余剰燃料は燃料タンク５に戻される。リターン通路１５は高圧燃料ポンプ７とも通じており、高圧燃料ポンプ７の余剰燃料もリターン通路１５を介して燃料タンク５に戻される。

低圧燃料ポンプ６は燃料タンク５内に取り付けられている。低圧燃料ポンプ６は、その内部構造の図示を略したが、直流電動モータとそのモータにて駆動されるインペラーとを備えた周知の回転型電動式ポンプとして構成されている。

高圧燃料ポンプ７は内燃機関１のカムシャフト１７から取り出した動力にて駆動される周知のプランジャ式ポンプとして構成されている。高圧燃料ポンプ７はポンプハウジング１８に形成された吸入口１８ａ及び吐出口１８ｂを有しており、吸入口１８ａには低圧通路９が吐出口１８ｂには高圧通路１４がそれぞれ接続されている。ポンプハウジング１８にはプランジャ２０が往復自在に収容されるプランジャ室１８ｃが形成されいて、このプランジャ室１８ｃは吸入口１８ａ及び吐出口１８ｂのそれぞれと連通している。吸入口１８ａには電磁駆動式の吸入弁２０が設けられており、吐出口１８ｂには燃料の逆流を防止するチェックバルブ２１が設けられている。高圧燃料ポンプ７には、カムシャフト１７の回転をプランジャ２０の往復運動に変換するプランジャ駆動装置２３が設けられており、この駆動装置２３はカムシャフト１７に形成されたポンプ駆動カム２４と、プランジャ２０に連結されたカムフォロア２５と、カムフォロア２５をポンプ駆動カム２４に押し付けるリターンスプリング２６とを備えている。

高圧燃料ポンプ７は、内燃機関１の運転によりカムシャフト１７が回転するとプランジャ２０がプランジャ室１８ｃ内を往復運動する。プランジャ２０の往復運動に合わせて吸入弁２０の開閉動作が制御されることにより吐出量を調整することができる。吸入弁２０はソレノイド２７にて駆動される。ソレノイド２７への通電が停止された場合に吸入口１８ａが開かれるように、吸入弁２０には開弁スプリング２８が取り付けられている。高圧燃料ポンプ７の圧縮行程中における吸入弁２０の閉弁期間を増減させることにより、ポンプ下流の燃圧を変化させることができる。従って、図示の吸入弁２０は本発明に係る調整手段に相当する。

低圧燃料ポンプ６及び高圧燃料ポンプ７のそれぞれの動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。周知のように、ＥＣＵ３０は各種センサの出力情報を取得し、燃料噴射量や点火時期等の運転パラメータを演算し、各燃料噴射弁３や不図示の点火プラグ等の制御対象を動作させるコンピュータとして構成されている。図示を省略したが、ＥＣＵ３０には主演算装置として機能するマイクロプロセッサ及びその動作に必要な記憶装置等の周辺装置が内蔵されている。ＥＣＵ３０に接続される各種センサは多岐に亘るため本発明に関連するもののみを図示する。本発明に関連するセンサとしては、デリバリパイプ８内の圧力（燃圧）に応じた信号を出力する燃圧センサ３１、内燃機関１の回転速度（機関回転数）に応じた信号を出力するクランク角センサ３２及び内燃機関１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ３３が設けられている。

図２は燃料供給装置２の制御系の機能ブロック図を示している。図示するように、ＥＣＵ３０は、高圧燃料ポンプ７を制御する高圧ポンプ制御部４１と、低圧燃料ポンプ６を制御する低圧ポンプ制御部４２と、これらの制御部４１、４２で使用される各種情報を読み書きできる記憶部４３とを有している。

高圧ポンプ制御部４１は燃圧センサ３１から実際の燃圧Ｐｒを取得し、比較部４５にて燃圧Ｐｒと標準値Ｐｓとの偏差δを算出し、その偏差δを駆動デューティ算出部４６に送る。燃圧の標準値Ｐｓは標準値算出部４７にて算出される。標準値算出部４７は記憶部４３に記憶されている現在の燃料噴射量Ｑを読み出して、その燃料噴射量Ｑに基づいて標準値Ｐｓを算出する。なお、燃料噴射量Ｑは機関回転数や負荷率等の各種物理量に基づいて別途演算される。駆動デューティ演算部４６は偏差δに応じた制御量である駆動デューティＤｕを算出し、その駆動デューティＤｕを実行部４８及び低圧ポンプ制御部４２のそれぞれに送る。実行部４８は駆動デューティＤｕで吸入弁２０のソレノイド２７に通電する。これにより、高圧燃料ポンプ７（の吸入弁２０）は偏差δが低減する方向に制御されて、燃圧は運転状態に見合った標準値に落ち着く。

低圧ポンプ制御部４２はクランク角センサ３２から機関回転数Ｎｅを、水温センサ３３から冷却水温Ｔｗをそれぞれ取得し、要求フィード圧算出部５０にて機関回転数Ｎｅ及び冷却水温Ｔｗに基づいて要求フィード圧Ｐｄを算出する。要求フィード圧算出部５０はその要求フィード圧Ｐｄを補正部５１に送る。要求フィード圧Ｐｄは高圧燃料ポンプ７による吐出不良を回避できる値となるように要求フィード圧算出部５０にて算出される。要求フィード圧算出部５０は記憶部４３に記憶されているフィード圧算出マップＭ１を読み出して、このマップＭ１を用いて要求フィード圧Ｐｄを算出する。データ構造の図示を省略したが、フィード圧算出マップＭ１は冷却水温Ｔｗと機関回転数Ｎｅとのそれぞれを変数として要求フィード圧Ｐｄを与えるように構成されている。高圧燃料ポンプ７の吐出不良はその内部（プランジャ室１８ｃ）で燃料が沸騰してベーパーが発生することにより引き起こされる。こうした燃料の沸騰は高圧燃料ポンプ７内の圧力が燃料温度に対応した飽和蒸気圧未満になると発生する。

図３は、燃料の飽和蒸気圧線図に要求フィード圧算出部５０が算出した要求フィード圧Ｐｄを重ね合わせた図であり、燃料の飽和蒸気圧Ｐｖと要求フィード圧Ｐｄとの関係が示されている。この図から明らかなように、要求フィード圧Ｐｄは、燃料の飽和蒸気圧Ｐｖに沿って燃料温度Ｔｆに対して同傾向で変化しており、各燃料温度Ｔｆで飽和蒸気圧Ｐｖよりも高い値を示している。要求フィード圧Ｐｄと飽和蒸気圧Ｐｖとの差は、高圧燃料ポンプ７の燃料吸引時の圧力損失Ｌに相当している。高圧燃料ポンプ７内の圧力は、低圧燃料ポンプ６によるフィード圧から高圧燃料ポンプ７による燃料吸引時の圧力損失を減算した値である。従って、図３の要求フィード圧Ｐｄで燃料が高圧燃料ポンプ７へ送られていれば、高圧燃料ポンプ７内の圧力は飽和蒸気圧Ｐｖを下回ることがない。そのため、高圧燃料ポンプ７のプランジャ室１８ｃで燃料が沸騰することなく、ベーパーの発生もないので高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避することができる。図３に明示されているように、要求フィード圧Ｐｄには大気圧を下回る場合がある。即ち、フィード圧算出マップＭ１には、ゲージ圧で負となる値も要求フィード圧Ｐｄとして定義されている。要求フィード圧Ｐｄがゲージ圧で負となる範囲Ｒｎにおいては、実際のフィード圧がゲージ圧にして０であっても高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できる。

飽和蒸気圧は燃料温度に依存する物理量であるため、燃料温度が与えられれば飽和蒸気圧は一意的に定められる。燃料温度は冷却水温と略等価と見ることができるため、冷却水温を燃料温度とみなしても特段の支障はない。特に、燃料温度が冷却水温を上回ることは殆どないため、冷却水温を燃料温度とみなした場合には余裕代が発生し安全側に働く。高圧燃料ポンプ７の圧力損失は、ポンプ入口面積に反比例し、燃料のポンプへの流入速度に比例する。燃料の流入速度は燃料ポンプの駆動速度で決まる。駆動速度は機関回転数と比例し、ポンプ入口面積は固定値であるから、機関回転数に基づいて駆動速度を求めることにより高圧燃料ポンプの吸引時の圧力損失を算出できる。このように、冷却水温Ｔｗは燃料の飽和蒸気圧Ｐｖに相関し、機関回転数Ｎｅは高圧燃料ポンプ７の燃料吸引時の圧力損失Ｌに相関する。従って、フィード圧算出マップＭ１は要求フィード圧Ｐｄを与えるための変数として飽和蒸気圧Ｐｖの代りに冷却水温Ｔｗを、圧力損失Ｌの代りに機関回転数Ｎｅをそれぞれ用いて、これらと要求フィード圧Ｐｄとの対応関係が定められている。フィード圧算出マップＭ１に記述される各物理量の対応関係は予め実機を用いて実験的に調査することもできるし、所定の演算モデルを利用したシミュレーションにより調査することもできる。具体的には、フィード圧算出マップＭ１は、飽和蒸気圧Ｐｖと圧力損失Ｌとの和（図３参照）と同一値の要求フィード圧Ｐｄを与えるように構成されている。これにより、低圧燃料ポンプ６の消費電力を抑えつつ高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できる。なお、燃料の性状や圧力損失のばらつきを考慮して、飽和蒸気圧Ｐｖと圧力損失Ｌとの和よりも数％大きな値が要求フィード圧Ｐｄとして与えられるようにフィード圧算出マップＭ１を構成することも可能である。

図２に示すように、補正部５１は、高圧ポンプ制御部４１から受け取った駆動デューティＤｕと記憶部４３に保持された所定値Ｔｈとを比較し、駆動デューティＤｕが所定値Ｔｈ以上になった場合に要求フィード圧Ｐｄを増加方向に補正し、補正後の要求フィード圧Ｐｄを要求電力変換部５２へ送る。所定値Ｔｈは燃料噴射量Ｑの関数として定義されている。既述のように、要求フィード圧算出部５０はフィード圧算出マップＭ１に基づいて要求フィード圧Ｐｄを算出しているが、演算誤差や燃料の性状のばらつき等の種々の要因が存在するため、高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できる適正値から要求フィード圧Ｐｄがずれる可能性がある。仮に、要求フィード圧Ｐｄが適正値からずれることにより高圧燃料ポンプ７の吐出不良が生じた場合には、その適正値からのずれが高圧燃料ポンプ７下流の燃圧の標準値Ｐｓからのずれとして現れる。そのため、吸入弁２０のソレノイド２７に与えられる駆動デューティＤｕが変化する。駆動デューティＤｕが増加した場合は燃圧が不足していることになるので要求フィード圧Ｐｄが不足側にずれていることが分かる。

補正部５１は駆動デューティＤｕの増加の程度を所定値Ｔｈにて評価し、所定値Ｔｈ以上になった場合に要求フィード圧Ｐｄを増加方向に補正しているため要求フィード圧Ｐｄの不足側のずれを解消できる。これにより、高圧燃料ポンプ７の吐出不良が顕在化する前に要求フィード圧Ｐｄを適正値に回復できる。駆動デューティＤｕが所定値Ｔｈ未満の場合は、高圧燃料ポンプ７の吐出不良が発生する心配がないので、補正部５１は要求フィード圧Ｐｄの補正を行わずにこれを要求電力変換部５２へ送る。このように、要求フィード圧Ｐｄの補正が高圧燃料ポンプ７の駆動デューティＤｕに基づいて行われるため、圧力センサ等の実際のフィード圧を検出する手段を設けることなく要求フィード圧Ｐｄを補正できる。そのため、部品点数の増加を伴うことなく低圧燃料ポンプ６の正確な制御を実現できる。なお、補正部５１が行う補正方法としては、上記とは異なる方法を採用することもできる。即ち、補正部５１は、駆動デューティＤｕが予め記憶部４３に保持した所定範囲内に維持されることを条件として要求フィード圧Ｐｄを減少方向に徐々に補正することもできる。このような補正を行うことによって、要求フィード圧Ｐｄを可能な限り低くできるので低圧燃料ポンプ６の消費電力をより低減できる。この補正は、補正部５１が行う上記の補正とともに同時に実施することも可能である。

要求電力変換部５２は、補正部５１から送られた要求フィード圧Ｐｄを要求電力Ｗｄに変換して、その要求電力Ｗｄを実行部５３に送る。要求電力Ｗｄは低圧燃料ポンプ６による要求フィード圧Ｐｄの実現に必要な供給電力である。要求電力変換部５２は記憶部４３に予め保持された、要求フィード圧Ｐｄを変数として要求電力Ｗｄを与える変換マップＭ２を読み出して、その変換マップＭ２を検索することにより要求フィード圧Ｐｄを要求電力Ｗｄに変換する。要求電力変換部５２は、要求フィード圧Ｐｄがゲージ圧にして０以下である場合はそれを要求電力Ｗｄに変換することなくポンプ停止信号Ｓｇを実行部５３に送る。

実行部５３は要求電力Ｗｄ相当の電力を低圧燃料ポンプ６（の直流モータ）に供給する。これにより、低圧燃料ポンプ６が駆動されて要求フィード圧Ｐｄを実現することができる。また、実行部５３は、要求電力変換部５２から停止信号Ｓｇを受け取った場合、低圧燃料ポンプ６への電力供給を中断して低圧燃料ポンプ６を停止させる。これにより、要求フィード圧Ｐｄが大気圧以下の場合に低圧燃料ポンプ６が停止するため、低圧燃料ポンプ６の駆動期間を短縮できる。

本形態によれば、ＥＣＵ３０の低圧ポンプ制御部４２により、高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できるように低圧燃料ポンプ６が制御されるため、高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できる限度までフィード圧を下げることができる。従って、低圧燃料ポンプ６の消費電力を高圧燃料ポンプ７の吐出不良を招くことなく限界まで低減できる。しかも、低圧燃料ポンプ６のフィード圧がゲージ圧にして０であっても高圧燃料ポンプ７の吐出不良を回避できる場合には低圧燃料ポンプ６が停止されるから、内燃機関１の運転中に低圧燃料ポンプ６を常時稼働させる場合と比べて低圧燃料ポンプ６の消費電力をより低減することができる。

本形態においては、ＥＣＵ３０の低圧ポンプ制御部４２が本発明に係る低圧ポンプ制御手段に、高圧ポンプ制御部４１が本発明に係る高圧ポンプ制御手段に、要求フィード圧算出部５０が本発明に係るフィード圧算出手段に、補正部５１が本発明に係るフィード圧補正手段に、それぞれ相当する。

（第２の形態）
次に、本発明の燃料供給装置の第２の形態を図４を参照しながら説明する。なお、第２の形態の物理的構成は第１の形態と共通であるから重複する説明を省略する。第２の形態は、要求フィード圧の補正後にフィード圧算出マップＭ１の内容を修正する学習処理を行う点に特徴を有している。図４は、第２の形態に係る燃料供給装置２の制御系の機能ブロック図を示している。この図において、第１の形態と共通の構成には同一の参照符号が付されている。なお、特に断らない限り、同一の参照符号が付された構成は第１の形態の構成と同一機能を持つ。

図４に示すように、ＥＣＵ３０は、要求フィード圧Ｐｄの補正結果をフィード圧算出マップＭ１に反映させる学習部５５を有している。本形態の補正部５１は補正後の要求フィード圧Ｐｄを要求電力変換部５２に送るとともに学習部５５にも送る。学習部５５は補正部５１から得た要求フィード圧Ｐｄを、クランク角センサ３２及び水温センサ３３から得た機関回転数Ｎｅ及び冷却水温Ｔｗに関連付けて記憶する。その一方で、学習部５５は記憶部４３からフィード圧算出マップＭ１を読み出し、記憶した機関回転数Ｎｅ及び冷却水温Ｔｗに基づいてフィード圧算出マップＭ１を検索し、その検索により得られた要求フィード圧Ｐｄを補正後の要求フィード圧Ｐｄに書き換える。これにより、フィード圧算出マップＭ１の内容が修正される。そして、学習部５５は修正後のフィード圧算出マップＭ１を記憶部４３に記憶させる。学習部５５はこうした学習処理を行うことにより、本発明に係る学習手段として機能する。これにより、要求フィード圧Ｐｄの補正結果がフィード圧算出マップＭ１に反映されるので、補正部５１による要求フィード圧Ｐｄの補正量の拡大を抑えることができ制御性が向上する。仮に、こうした学習処理を行わない場合には、燃料の性状変化に対して補正部５１による補正が追い付かなかったり、補正量が拡大して制御が不安定になるおそれがある。例えば、季節に応じて燃料メーカが燃料成分を調整することが一般的であるが、こうした調整では、夏場は高温再始動性を改善する目的で燃料の飽和蒸気圧が低くなるように調整してベーパーの発生を抑制する一方で、冬場は低温始動性を改善する目的で燃料の飽和蒸気圧が高くなるように調整して燃料の気化性を高めている。学習部５５が行う学習処理はこうした事情に柔軟に対応することができる。

ＥＣＵ３０は、補正部５１による要求フィード圧Ｐｄの補正及び学習部５５による学習処理の少なくともいずれか一方を所定の条件で中止させる中止部５６を更に備えている。例えば、内燃機関１の始動後暖機完了前の期間のように、冷却水温Ｔｗの変化が大きい場合には冷却水温Ｔｗと燃料温度との相関性が低くなる。そのため、このような場合に学習処理を実行すると却って実態からずれた学習が行われるおそれがある。そこで、中止部５６は冷却水温Ｔｗを水温センサ３３から取得し、その変化が記憶部４３から読み出した所定範囲Ｒ１を超えて大きい場合は学習部５５に対して中止指令を送る。その中止指令を受けた学習部５５は上述した学習処理を直ちに中止する。これにより、冷却水温Ｔｗの変化が大きい場合に学習処理が中止されるため、こうした弊害を回避することができる。

また、加減速時のように、機関回転数Ｎｅの変化が大きい場合は、高圧燃料ポンプ７の吸入弁２０に与える駆動デューティＤｕの変化が大きくなる。従って、このような場合には、補正部５１が行う駆動デューティＤｕに基づく補正が不安定になる可能性がある。そこで、中止部５６は機関回転数Ｎｅをクランク角センサ３２から取得し、その機関回転数Ｎｅの変化が記憶部４３から読み出した所定範囲Ｒ２を超えて大きい場合には補正部５１及び学習部５５のそれぞれに中止指令を送る。その中止指令を受けた補正部５１は要求フィード圧Ｐｄの補正を、中止指令を受けた学習部５５は学習処理を、それぞれ直ちに中止する。これにより、機関回転数Ｎｅの変化が大きい場合に要求フィード圧Ｐｄの補正と学習処理のそれぞれが禁止されるため、フィード圧の制御精度を良好な状態に維持することができる。

本形態において、フィード圧算出マップＭ１が本発明に係るフィード圧特定手段に、フィード圧算出マップＭ１を記憶する記憶部４３が本発明に係る記憶手段に、それぞれ相当する。また、ＥＣＵ３０の学習部５５が本発明に係る学習手段に、中止部５６が本発明に係る中止手段にそれぞれ相当する。

（第３の形態）
次に、本発明の燃料供給装置の第３の形態を図５〜図７を参照しながら説明する。なお、第３の形態の物理的構成は第１の形態と共通であるから重複する説明を省略する。第３の形態は、内燃機関１の始動時と始動後とで制御内容を切り替える点に特徴を有している。図５は、ＥＣＵ３０の低圧ポンプ制御部４２が行う第３の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャートであり、図６は図５でサブルーチンとして定義された始動時制御の制御ルーチンを示している。

図５に示すように、ステップＳ１では、内燃機関１が始動後であるか否かを判定する。この始動後判定は機関回転数Ｎｅをクランク角センサ３２から取得し、機関回転数Ｎｅが所定の始動判定閾値を超えているか否かにより行われる。始動後である場合はステップＳ２に進んで通常制御を行い、始動後でない場合つまり始動時である場合はステップＳ３に進んで始動時制御を実行する。ステップＳ２の通常制御は上述した第１又は第２の形態に係る制御のことである（図２及び図４参照）。

図６の始動時制御は、まずステップＳ３１において各種パラメータを取得する。ここで取得するパラメータは、いわゆる始動昇圧の要否判断に影響を与える冷却水温や排気系の触媒温度である。始動昇圧は始動時のエミッション低減のため内燃機関の始動時に高圧燃料ポンプ下流の燃圧を速やかに上昇させて高燃圧で燃料を供給する周知の操作である。続くステップＳ３２では、取得したパラメータに基づいて始動昇圧の要否を判断し、始動昇圧が必要な場合はステップＳ３３に進み、始動昇圧が不要の場合はステップＳ３４に進む。

ステップＳ３３では、低圧燃料ポンプ６が高圧燃料ポンプ７へ始動時に燃料を送る際の始動時フィード圧Ｐｆｓを上限値に設定する。この上限値は低圧燃料ポンプ６の能力の限界に対応する。一方、ステップＳ３４では、始動時フィード圧Ｐｆｓを冷却水温Ｔｗに基づいて設定する。ここでの始動時フィード圧Ｐｆｓの設定はＥＣＵ３０に保持された図７に示す始動時フィード圧算出マップＭｓを検索することにより実現される。図示するように、算出マップＭｓは冷却水温Ｔｗを変数として始動時フィード圧Ｐｆｓを与えるように構成されている。マップＭｓが与える始動時フィード圧Ｐｆｓの値は、冷却水温Ｔｗがその常温領域Ｒａの上限値よりも高くなるほど大きな値となるように、冷却水温Ｔｗが常温領域Ｒａの下限値よりも低くなるほど大きな値となるように設定されている。そして、常温領域Ｒａ内では始動時フィード圧Ｐｆｓは一定値に設定されている。冷却水温Ｔｗが常温領域Ｒａよりも低い場合には始動時フィード圧Ｐｆｓが高く設定されるため、燃料の気化促進と燃料流量の確保を十分に行うことができる。また、冷却水温Ｔｗが常温領域Ｒａよりも高い場合には始動時フィード圧が高く設定されるため、燃料のベーパーの発生を抑制することができる。

ステップＳ３５では、ステップＳ３３又はステップＳ３４で設定した始動時フィード圧Ｐｆｓを低圧燃料ポンプ６へ供給する供給電力に変換し、続くステップＳ３６においてその供給電力を低圧燃料ポンプ６（の直流モータ）へ与えることにより、必要な始動時フィード圧Ｐｆｓを確保することができる。

第３の形態によれば、始動昇圧が必要な場合に始動時の燃圧を速やかに上昇させることができるため、始動時のエミッションを低減することができる。第３の形態において、ＥＣＵ３０が図６に示した制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係る始動時設定手段として、低圧ポンプ制御手段として、それぞれ機能する。

本発明は、上述した各形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。上記各形態は内燃機関への燃料供給を行うことを前提にしているが、燃料供給が中止される場合、例えば、減速時における燃料噴射カット時や燃圧低減時などのように高圧燃料ポンプによる燃料噴射弁への圧送が中止される場合には低圧燃料ポンプを停止させてもよい。この場合は低圧ポンプによって高圧燃料ポンプへ燃料を送る必要がないためである。これにより余分な電力消費を抑えることができる。

また、上記各形態では、要求フィード圧Ｐｄの補正を高圧燃料ポンプ７の駆動デューティＤｕに基づいて行っているがこの形態に限定されない。例えば、低圧通路に圧力センサを設け、そのセンサから実際のフィード圧を検出し、そのフィード圧と目標値との偏差が減少するように要求フィード圧Ｐｄをフィードバック補正することも可能である。

上記各形態では、要求フィード圧Ｐｄを算出ないし補正してから、その圧力値を低圧燃料ポンプ６に与える電力値に変換しているが本発明はこの形態に限定されない。例えば、こうした変換プロセスを省略できるように、機関回転数Ｎｅや冷却水温Ｔｗ等の各種パラメータを変数として、適正な要求フィード圧Ｐｄを実現できる供給電力を与えるマップを準備し、そのマップから直接的に必要な供給電力を算出することもできる。こうすることにより、圧力から電力への変換処理が不要になるのでＥＣＵ３０内の処理を簡素化できる。第３の形態における始動時フィード圧Ｐｆｓの取り扱いについても同様に変更できる。

上記各形態では、機関温度として冷却水温Ｔｗを用いたが、機関温度としては潤滑油温を用いることもできる。

本発明の一形態に係る燃料供給装置が適用された内燃機関の燃料供給系を模式的に示した図。図１に示した燃料供給装置の制御系の機能ブロック図。燃料の飽和蒸気圧Ｐｖと要求フィード圧Ｐｄとの関係が示された図。第２の形態に係る燃料供給装置の制御系の機能ブロック図。第３の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。図５でサブルーチンとして定義された始動時制御の制御ルーチンを示したフローチャート。始動時フィード圧算出マップの一例を示したフローチャート。

符号の説明

１内燃機関
６低圧燃料ポンプ
７高圧燃料ポンプ
２０吸入弁（調整手段）
３０ＥＣＵ（始動時設定手段、低圧ポンプ制御手段）
４１高圧ポンプ制御部（高圧ポンプ制御手段）
４２低圧ポンプ制御部（低圧ポンプ制御手段）
５０要求フィード圧算出部（フィード圧算出手段）
５１補正部（フィード圧補正手段）
５５学習部（学習手段）
５６中止部（中止手段）
Ｄｕ駆動デューティ（制御量）
Ｍ１フィード圧算出マップ（フィード圧特定手段）

Claims

内燃機関にて駆動される高圧燃料ポンプに対して、電動式の低圧燃料ポンプを利用して燃料を送り、前記高圧燃料ポンプにて加圧された燃料を前記内燃機関に供給する内燃機関の燃料供給装置において、
前記低圧燃料ポンプが前記高圧燃料ポンプへ燃料を送る際のフィード圧の不足を要因とした前記高圧燃料ポンプの吐出不良を回避できるように、前記低圧燃料ポンプを制御する低圧ポンプ制御手段を備え、
前記低圧ポンプ制御手段は、前記フィード圧がゲージ圧にして０であっても前記吐出不良を回避できる場合には前記低圧燃料ポンプを停止させることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
燃料の飽和蒸気圧と前記高圧燃料ポンプの燃料吸引時の圧力損失との和に基づいて前記吐出不良を回避できる要求フィード圧を算出するフィード圧算出手段を更に備え、
前記低圧ポンプ制御手段は、前記フィード圧算出手段が算出した前記要求フィード圧によって燃料が前記高圧燃料ポンプへ送られるように前記低圧燃料ポンプを制御する請求項１に記載の燃料供給装置。
前記低圧ポンプ制御手段は、前記フィード圧算出手段が算出した前記要求フィード圧が大気圧以下の場合に前記低圧燃料ポンプを停止させる請求項２に記載の燃料供給装置。
前記高圧燃料ポンプには、前記内燃機関に供給する燃料の燃圧を調整可能な調整手段が設けられており、
実際の燃圧と標準値との偏差が低減するように、前記偏差に応じた制御量を前記調整手段に与えることにより前記調整手段を制御する高圧ポンプ制御手段と、前記高圧ポンプ制御手段が前記調整手段に与える前記制御量に基づいて前記フィード圧算出手段が算出した前記要求フィード圧を補正するフィード圧補正手段と、を更に備える請求項２又は３に記載の燃料供給装置。
前記フィード圧補正手段は、前記制御量が所定値以上になった場合に前記要求フィード圧を増加方向に補正する請求項４に記載の燃料供給装置。
前記フィード圧補正手段は、前記制御量が所定範囲内に維持されることを条件として前記要求フィード圧を減少方向に徐々に補正する請求項４又は５に記載の燃料供給装置。
前記飽和蒸気圧に相関する前記内燃機関の機関温度と、前記圧力損失に相関する機関回転数とのそれぞれを変数として前記要求フィード圧を与えるフィード圧特定手段を記憶する記憶手段と、前記フィード圧補正手段による補正後の前記要求フィード圧を前記機関温度及び前記機関回転数に関連づけて記憶し、その記憶内容に基づいて前記フィード圧特定手段が与える前記要求フィード圧を修正する学習処理を行う学習手段と、を更に備え、
前記フィード圧算出手段は、前記機関温度及び前記機関回転数のそれぞれを取得するとともに前記フィード圧特定手段を利用して前記要求フィード圧を算出する請求項４〜６のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
前記機関温度の変化が所定範囲を超えて大きい場合に前記学習手段による前記学習処理を中止させる中止手段を更に備える請求項７に記載の燃料供給装置。
前記機関回転数の変化が所定範囲を超えて大きい場合に、前記フィード圧補正手段による前記要求フィード圧の補正と、前記学習手段による前記学習処理とをそれぞれ中止させる中止手段を更に備える請求項７に記載の燃料供給装置。
前記内燃機関の始動時に前記高圧燃料ポンプによる燃圧を速やかに上昇させる必要性がある場合に、前記低圧燃料ポンプが前記高圧燃料ポンプへ始動時に燃料を送る際の始動時フィード圧を上限値に設定する一方で、前記必要性がない場合に前記始動時フィード圧を前記内燃機関の機関温度に基づいて設定する始動時設定手段を更に備え、
前記低圧ポンプ制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記始動時設定手段が設定した前記始動時フィード圧によって燃料が前記高圧燃料ポンプへ送られるように前記低圧燃料ポンプを制御する請求項１に記載の燃料供給装置。
前記始動時設定手段は、前記必要性がない場合、前記機関温度が常温領域の上限値よりも高くなるほど大きな値となるように、前記機関温度が前記常温領域の下限値よりも低くなるほど大きな値となるように、前記始動時フィード圧を設定する請求項１０に記載の燃料供給装置。
前記始動時設定手段は、前記機関温度が前記常温領域内にある場合には前記始動時フィード圧を一定値に設定する請求項１１に記載の燃料供給装置。