JP2011106329A - 燃料フィルタ再生制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エンジンキースイッチがオフされた後、エンジンの運転中にフィードポンプ32の吸入側で異常に過大な吸入負圧を差圧センサ16が検出している場合、つまりプレフィルタ6の圧力損失のレベル(目詰まり状態)が第1所定値以上の場合、プレフィルタ再生システムを起動させて、プレフィルタ6の再生処理を実施する。そして、燃料貯蔵タンク7に貯蔵されている燃料を使用してプレフィルタ6を逆流洗浄することにより、プレフィルタ6に付着または蓄積されていた多量の異物がプレフィルタ6から燃料タンク側に排出される。これにより、プレフィルタ6が自動的に再生されるため、プレフィルタ6の目詰まりが解消する。
【選択図】 図1
Description
従来より、燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプを内蔵したサプライポンプと、このサプライポンプから高圧燃料が導入されるコモンレールと、このコモンレールから高圧燃料が分配供給される複数のインジェクタとを備え、燃料タンクから内燃機関(エンジン)に燃料を供給する燃料供給システム(内燃機関の燃料供給装置)が公知である(例えば、特許文献1参照)。
この燃料供給システムは、図5に示したように、サプライポンプ101に内蔵されたフィードポンプ102よりも燃料流方向の下流側に、燃料中に含まれる異物を捕捉除去するメイン燃料フィルタ(以下メインフィルタ103と言う)を設置している。また、燃料供給システムは、燃料中に含まれる異物がフィードポンプ102内に侵入しないようにするという目的で、フィードポンプ102およびメインフィルタ103よりも燃料流方向の上流側にプレ燃料フィルタ(以下プレフィルタ111と言う)を設置している。
また、燃料供給システムは、コモンレール104の内部に貯蔵(蓄圧)された高圧燃料を各インジェクタ105を介してエンジンの各気筒毎の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。
また、フィードポンプ102からメインフィルタ103を経由してサプライポンプ101の加圧室113に燃料を供給する配管には、メインフィルタ103のフィルタエレメント114が設置されている。なお、メインフィルタ103内に流入した燃料中に混入した気泡等のエアを燃料タンク100に戻す配管には、エア抜きオリフィス115およびエア抜きリリーフバルブ116が設置されている。
そして、加圧室113に吸入された燃料は、カムシャフト117に一体化されたカム118により駆動されるプランジャ119の昇降に伴って加圧されて高圧化される。
また、サプライポンプ101の内部には、フィードポンプ102からメインフィルタ103に燃料を供給する燃料流路が形成されている。この燃料流路からは、フィードポンプ102よりも燃料流方向の上流側に接続する燃料戻し流路、およびフィードポンプ102を迂回するバイパス流路が分岐している。燃料戻し流路には、リリーフバルブ122が設置されている。また、バイパス流路には、プライミングバルブバイパス流路用逆止弁123が設置されている。
また、サプライポンプ101の内部には、電磁弁124から吸入弁131、加圧室113、吐出弁132を経てコモンレール104に燃料を供給する燃料流路が形成されている。この燃料流路からは、フィードポンプ102よりも燃料流方向の上流側に接続する燃料戻し流路が分岐している。この燃料戻し流路には、ゼロオリフィス133が設置されている。
ところが、従来の燃料供給システム(図5参照)において、多量の異物が混入している燃料が使用される場合があり得る。あるいは燃料タンク内に大量の異物が侵入してしまうような劣悪環境下で従来の燃料供給システム(図5参照)が使用される場合があり得る。 このような場合、燃料タンク100からフィードポンプ102に燃料を供給する燃料供給経路(フィードポンプ102の燃料吸入経路)の途中に設置されるプレフィルタ111は、フィードポンプ102の動作により燃料タンク100から吸い込んだ燃料中に混入している異物を捕捉できるものの、予め設定されたフィルタ交換期間よりも短い期間で、しかも多量の異物がプレフィルタ111に付着または蓄積されるため、プレフィルタ111が目詰まりを起こす可能性がある。
そして、目詰まりを起こしたプレフィルタ111は、異常に過大な圧力損失を発生させる主要因部位となり、プレフィルタ111に異常に過大な負荷が生じる。つまりプレフィルタ111よりも燃料流方向の上流側と下流側との間で大きな圧力差が生じることにより、プレフィルタ111が破損(フィルタバースト)する等の不具合が発生する可能性がある。
また、予め設定されたフィルタ交換期間よりも短い期間でプレフィルタ111を交換する必要があるため、プレフィルタ111の交換頻度が著しく増える。これにより、ユーザによるプレフィルタ111のメンテナンスに対する負担(コスト)が大きくなるという問題が生じる。
例えば燃料フィルタを通過する燃料の圧力損失が異常に過大なレベルになる程、あるいは燃料ポンプの吸入側(燃料ポンプよりも燃料流方向の燃料フィルタ側)で過大な吸入負圧が発生する程の多量の異物が燃料フィルタに付着または蓄積されている場合には、燃料フィルタの再生処理が実行される。
フィルタ再生手段の動作、つまり燃料フィルタの再生処理が開始(実施)されると、燃料フィルタよりも燃料流方向の燃料ポンプ側から燃料フィルタを経て燃料タンクに向けて燃料が逆流する。これにより、燃料フィルタに付着または蓄積されていた多量の異物が燃料タンク側に排出されるため、燃料フィルタが再生される。
また、燃料ポンプの吸入側(燃料ポンプよりも燃料流方向の燃料フィルタ側)で過大な吸入負圧(例えば圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルが所定値以上)が発生する前に、燃料フィルタの目詰まりを解消することができるので、燃料ポンプのポンプ内蔵部品が故障する等の不具合の発生を防止することができる。つまり過大な吸入負圧に起因する燃料ポンプのポンプ内蔵部品の故障を防止することができる。
また、圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベル(燃料フィルタの目詰まり状態)に基づいて、燃料フィルタの再生処理を自動的に実施することができるので、燃料フィルタの交換頻度を飛躍的に減らすことができる。同時に燃料フィルタのメンテナンスフリーを達成することができるので、ユーザにおける燃料フィルタのメンテナンスに対する負担(コスト)を軽減することができる。
請求項3に記載の発明によれば、フィルタ再生手段は、燃料フィルタよりも燃料流方向の燃料ポンプ側から燃料フィルタを経て燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し経路、および燃料供給経路と燃料戻し経路とを切り替える経路切替手段を有している。例えば燃料フィルタの再生処理を実行する場合、フィルタ再生制御手段が経路切替手段の動作を制御することで、燃料供給経路から燃料戻し経路へ切り替えられる。
請求項4に記載の発明によれば、経路切替手段は、燃料タンクから燃料フィルタに燃料を供給する燃料供給配管、この燃料供給配管内を燃料フィルタから燃料タンクに向かう燃料の逆流を阻止する逆止弁、燃料フィルタから燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し配管、およびこの燃料戻し配管を開閉する電磁切替弁を有している。
請求項6に記載の発明によれば、フィルタ逆流洗浄手段は、電力の供給を受けて燃料流を発生させる電動燃料ポンプを有している。例えば燃料フィルタの再生処理を実行する場合、フィルタ再生制御手段が電動燃料ポンプの動作を制御することで、燃料フィルタが逆流洗浄される。
請求項8に記載の発明によれば、フィルタ逆流洗浄手段は、内燃機関の燃料を貯蔵したり、燃料ポンプを含む燃料供給機器より溢流または排出された余剰燃料を貯蔵したりする燃料タンクを有し、この燃料タンクに貯蔵された燃料を使用して燃料フィルタを逆流洗浄することにより、燃料フィルタに付着または蓄積されていた多量の異物が燃料タンク側に排出されるため、燃料フィルタが再生される。
請求項10に記載の発明によれば、フィルタ再生手段は、燃料フィルタよりも燃料流方向の燃料ポンプ側から燃料フィルタを経て燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し経路を有している。また、上記の異物回収フィルタは、燃料タンクよりも燃料流方向の上流側で、且つ燃料フィルタよりも燃料流方向の下流側の燃料戻し経路に設置されている。
請求項11に記載の発明によれば、フィルタ再生手段は、燃料フィルタから燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し配管を有している。また、上記の異物回収フィルタは、燃料タンクよりも燃料流方向の上流側で、且つ燃料フィルタよりも燃料流方向の下流側の燃料戻し配管に設置されている。
請求項13に記載の発明によれば、フィルタ再生制御手段は、エンジンキースイッチがオフされた後、圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルが所定値以上の時に、フィルタ再生手段の動作を制御して燃料フィルタの再生処理を開始する。
請求項14に記載の発明によれば、フィルタ再生制御手段は、エンジンキースイッチがオフされた後、圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルが所定値以下に低下するまで、フィルタ再生手段の動作を制御して燃料フィルタの再生処理を継続する。
請求項16に記載の発明によれば、燃料ポンプは、燃料タンクから燃料フィルタを経て燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプである。この低圧燃料ポンプは、燃料フィルタから吸入した燃料を加圧して高圧燃料ポンプ側に向けて吐出する。
請求項17に記載の発明によれば、燃料フィルタは、低圧燃料ポンプよりも燃料流方向の上流側に設置されるプレ燃料フィルタである。このプレ燃料フィルタは、低圧燃料ポンプに吸引される燃料中に含まれる異物を捕捉して除去する。
本発明は、燃料フィルタのバースト等の不具合を回避でき、ポンプ内蔵部品の破損を防止でき、燃料フィルタのメンテナンスフリーを実現するという目的を、圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベル(燃料フィルタの目詰まり状態)に基づいて、フィルタ再生手段の動作を制御して燃料フィルタの再生処理を実行することで実現した。
図1ないし図3は本発明の実施例1を示したもので、図1および図2は内燃機関の燃料フィルタ再生制御装置を示した図である。
燃料供給システムは、自動車等の車両のエンジンルームに搭載されるもので、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システム(蓄圧式燃料噴射装置)によって構成されている。
また、コモンレール式燃料噴射システムは、サプライポンプ3よりも燃料流方向の上流側に設置されたプレ燃料フィルタ(以下プレフィルタ6と言う)と、サプライポンプ3等の燃料供給機器からオーバーフローしたオーバーフロー燃料を貯蔵するオーバーフロー燃料貯蔵タンク(サブタンク:以下燃料貯蔵タンク7と言う)と、プレフィルタ6に付着または蓄積されていた異物を回収する異物回収フィルタ8とを備えている。
ECU9には、制御処理および演算処理を行うCPU、各種プログラムおよび制御データを保存する記憶装置(ROM、RAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータ、サプライポンプ3の電磁弁に接続するポンプ駆動回路、複数のインジェクタ5の各電磁弁に接続するインジェクタ駆動回路が内蔵されている。なお、ROMとして、EPROM、EEPROM、フラッシュ・メモリ等の不揮発性メモリを使用しても良い。
また、マイクロコンピュータの出力部には、複数のインジェクタ5の各電磁弁(インジェクタ用電磁弁)およびサプライポンプ3の電磁弁(電磁式燃料調量弁:以下SCV18と言う)だけでなく、電動燃料ポンプ(電動モータ駆動式の燃料ポンプ)21および電磁切替弁(電磁式経路切替弁)24等が接続されている。
なお、ECU9、特にマイクロコンピュータは、差圧センサ16により検出された圧力損失のレベル(プレフィルタ6の目詰まり状態)に基づいて、後述するプレフィルタ再生システムの動作を制御するフィルタ再生制御手段の機能を含んで構成されている。
低圧燃料配管は、燃料タンク1からプレフィルタ6を経てサプライポンプ3の第1吸入ポートに燃料を供給する供給配管41、サプライポンプ3の第1吐出ポートからメインフィルタ2のインレットに燃料を供給する供給配管42、およびメインフィルタ2のアウトレットからサプライポンプ3の第2吸入ポートに燃料を供給する供給配管43等を有している。
また、コモンレール式燃料噴射システムは、メインフィルタ2から燃料タンク1まで延びるエア抜き配管46と、燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5等)から燃料タンク1まで延びる燃料戻し配管(燃料リターン配管)47と、燃料貯蔵タンク7からサプライポンプ3まで延びる燃料戻し配管48と、供給配管41から分岐して燃料タンク1まで延びる燃料戻し配管49とを備えている。
エア抜き配管46は、メインフィルタ2のフィルタケース内に溜まったエア(燃料中に混入した気泡等のエア)を燃料タンク1に戻すエア抜きパイプである。
なお、燃料戻し配管47〜49の詳細は後述する。
そして、サプライポンプ3は、フィードポンプ32を駆動するポンプ駆動軸(以下カムシャフト53と言う)と、このカムシャフト53に形成されたカム54により駆動されて上死点と下死点との間を往復直線運動する複数(2つ以上)のプランジャ55と、ベアリングを介してカムシャフト53を回転自在に軸支するポンプハウジング(図示せず)と、このポンプハウジングに固定されて、内部に複数(2つ以上)の加圧室19が形成されたシリンダヘッド(図示せず)とを備えている。
また、フィードポンプ32は、インナロータおよびアウタロータ等により構成されている。インナロータには、カムシャフト53の一端側が連結されており、カムシャフト53と一体的に回転する。また、インナロータおよびアウタロータは、外歯と内歯とが噛み合わされた状態で、ポンプハウジングに取り付けられるポンプカバー内に収容されている。したがって、フィードポンプ32は、インナロータの回転に伴ってアウタロータも回転するようになっている。
また、カムシャフト53の軸線方向の中間部外周には、断面円形状のカム54がカムシャフト53の回転中心軸に対して偏心して一体的に形成されている。また、カムシャフト53の軸線方向の後端部外周には、フィードポンプ32のインナロータが取り付けられている。
カムリング58は、カムシャフト53のカム54の周りを公転する。また、カムリング58は、カム54の外周にブッシュを介して摺動自在に保持されている。このカムリング58は、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。また、カムリング58の両側には、カムリング58の公転に追従して往復移動するプランジャ55が配置されている。
コイルスプリング59は、プランジャ55の軸線方向のカム室側端部に一体化されたタペット60をカムリング58の端面に押し付ける方向に付勢している。つまりタペット60は、コイルスプリング59の付勢力によりカムリング58に押し付けられている。
また、カムリング58とプランジャ55のタペット60との当接面は、平面状に形成されている。これにより、カムリング58の自転が阻止されるため、カム54の回転に伴いカムリング58はタペット60と摺動しながら自転することなく公転する。
また、サプライポンプ3の内部には、サプライポンプ3の第1吸入ポートからフィードポンプ32の燃料吸入部(フィードポンプ32の吸入側)に燃料を供給する燃料流路61、およびフィードポンプ32の燃料吐出部(フィードポンプ32の吐出側)からサプライポンプ3の第1吐出ポートに燃料を供給する燃料流路62が形成されている。
また、燃料流路61には、2つの第1、第2合流部が設けられている。第1合流部には、サプライポンプ3の第3吸入ポートから燃料が導入される燃料流路63が接続されている。また、第2合流部には、燃料流路62から燃料が導入される燃料流路64が接続されている。
燃料流路61の途中には、プレフィルタ6以降の燃料流路内で燃料に混入した異物を除去するゴーズフィルタ31が設置されている。なお、ゴーズフィルタ31として、プレフィルタ6のフィルタエレメントと同様な金属メッシュフィルタを用いても良い。
また、サプライポンプ3の内部には、サプライポンプ3の第2吸入ポートからSCV18の燃料入口部に燃料を供給する燃料流路65、SCV18の燃料出口部から分岐部で分岐し、各吸入弁51を経て各加圧室19の入口ポートに燃料を供給する燃料流路66、各加圧室19の出口ポートから各吐出弁52を経て合流部で合流してサプライポンプ3の第2吐出ポートに燃料を供給する燃料流路67が形成されている。
また、燃料流路65と燃料流路66との間には、各吸入弁51を介して各加圧室内に吸入される吸入燃料量を調量するSCV18が設置されている。このSCV18は、ECU9から印加されるポンプ駆動電流によって電子制御されるように構成されている。これにより、サプライポンプ3の第2吐出ポートよりコモンレール4側に吐出される燃料吐出量が制御される。
また、SCV18よりも燃料流方向の下流側で、且つ吸入弁51よりも燃料流方向の上流側の燃料流路66からは、ゼロオリフィス71を介して、フィードポンプ32よりも燃料流方向の上流側(ゴーズフィルタ31よりも燃料流方向の下流側の燃料流路61)に接続する燃料流路72が分岐している。この燃料流路72は、SCV18が閉弁状態の時に、SCV18よりも下流側の余剰燃料をフィードポンプ32よりも燃料流方向の上流側へ戻すことができる。
ポンプハウジングに固定される各シリンダヘッドには、SCV18の燃料出口部から加圧室19の入口ポートに燃料を供給する燃料流路66を開閉する吸入弁51、加圧室19の出口ポートからサプライポンプ3の第2吐出ポートに燃料を供給する燃料流路67を開閉する吐出弁52とがそれぞれ設置されている。
ここで、コモンレール4のリークポートと燃料戻し配管47の分岐管との間には、プレッシャリミッタ73が液密的に取り付けられている。このプレッシャリミッタ73は、コモンレール4の内部圧力(所謂コモンレール圧力)が設定値(限界設定圧力)を超えた際に開弁してコモンレール4の内部圧力を限界設定圧力以下に抑えるための圧力安全弁である。
ここで、電磁弁は、ECU9から印加されるインジェクタ駆動電流によって電子制御されるように構成されている。これにより、各インジェクタ5から噴射される燃料噴射量および噴射時期が制御される。
フィルタケースは、フィルタエレメントを収容する内部空間、この内部空間よりも燃料流方向の上流側に設けられる燃料入口部(インレットポート)、および内部空間よりも燃料流方向の下流側に設けられる燃料出口部(アウトレットポート)を有している。
なお、フィルタケースが供給配管41自体であっても良い。また、プレフィルタ6に、図5に示したプライミングポンプ112が設置されていても構わない。
このプレフィルタ再生システムは、燃料タンク1からプレフィルタ6を経て各燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5)に燃料を供給する燃料供給経路と、各燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5)からプレフィルタ6を経て燃料タンク1に燃料を戻す燃料戻し経路と、プレフィルタ6を逆流洗浄するフィルタ逆流洗浄手段と、燃料供給経路と燃料戻し経路とを切り替える経路切替手段とを備えている。
燃料戻し経路は、燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5等)から燃料タンク1まで延びる燃料戻し配管47、燃料貯蔵タンク7からサプライポンプ3の第3吸入ポートまで延びる燃料戻し配管48、供給配管41から分岐して燃料タンク1まで延びる燃料戻し配管49および燃料流路61、63等により構成されている。
このオーバーフロー配管は、サプライポンプ3のリークポート(オーバーフローポート)と第1合流部とを結ぶ第1流路管81、コモンレール4のリークポート(オーバーフローポート)と第1合流部とを結ぶ第2流路管82、複数のインジェクタ5の各リークポート(オーバーフローポート)と第2合流部とを結ぶ第3流路管83、第1合流部と第2合流部とを結ぶ第1合流管84、第2合流部と燃料貯蔵タンク7とを結ぶ第2合流管85、および燃料貯蔵タンク7からオーバーフローしたリターン燃料を燃料タンク1に戻す燃料リターン配管(オーバーフローパイプ)86を備えている。
逆止弁22は、内部に流路孔(弁孔)が形成されたバルブシート(弁座)を有するハウジングと、流路孔を開閉するバルブと、このバルブを閉弁作動方向に付勢するスプリングとを備えている。なお、バルブシートに形成される流路孔は、燃料戻し配管48の内部に形成される燃料戻し流路に連通している。この逆止弁22は、燃料戻し配管48の途中、つまり電動燃料ポンプ21の燃料吐出口よりも燃料流の下流側とサプライポンプ3の第3吸入ポートよりも燃料流の上流側との間の燃料戻し配管48に設置されている。
異物回収フィルタ8は、フィルタエレメント、およびこのフィルタエレメントを収容するフィルタケース等を有している。フィルタエレメントは、同等以上の金属メッシュフィルタ等よりなる。この異物回収フィルタ8は、燃料タンク1よりも燃料流方向の上流側で、且つプレフィルタ6よりも燃料流方向の下流側の燃料戻し配管49に設置されている。なお、異物回収フィルタ8として、プレフィルタ6よりも目の細かい濾過性能の高い金属メッシュフィルタを採用しても良い。
電磁切替弁24は、内部に流路孔(弁孔)が形成されたバルブシート(弁座)を有するハウジングと、流路孔を開閉するバルブと、このバルブを閉弁作動方向に付勢するスプリングと、バルブを開弁作動方向に駆動する電磁アクチュエータとを備えている。なお、バルブシートに形成される流路孔は、燃料戻し配管49の内部に形成される燃料戻し流路に連通している。この電磁切替弁24は、供給配管41の分岐部と燃料タンク1とを結ぶ燃料戻し配管49を開くことで、燃料供給経路から燃料戻し経路に切り替わる。また、電磁切替弁24は、燃料戻し配管49を閉じることで、燃料戻し経路から燃料供給経路に切り替わる。
また、ECU9、特にECU9に内蔵されたマイクロコンピュータは、差圧センサ16により検出された圧力損失のレベル(プレフィルタ6の目詰まり状態)に基づいて、電動燃料ポンプ21および電磁切替弁24の動作を電子制御するフィルタ再生制御手段の機能を含んでいる。
また、ECU9、特にECU9に内蔵されたマイクロコンピュータ(フィルタ再生制御手段)は、電動燃料ポンプ21への供給電力(供給電圧等)を可変制御して電動燃料ポンプ21の回転速度(または吐出流量または吐出圧力)を制御する燃料ポンプ制御手段を有している。ECU9は、差圧センサ16により検出されたプレフィルタ6の目詰まり状態に対応して目標回転速度(または目標吐出量または目標燃料圧力)を演算(設定)し、この目標回転速度に対応して最適な供給電圧を求め、この供給電圧を電動燃料ポンプ21に与えることで、電動燃料ポンプ21の吐出口から吐出される燃料の吐出流量(逆流流量)を制御する。
また、ECU9、特にマイクロコンピュータは、エンジンキースイッチがオンされている間、あるいはエンジンキースイッチがオフされた後、差圧センサ16により検出された圧力損失のレベルに基づいて、プレフィルタ6の再生処理に必要な制御データ(電動燃料ポンプ21を起動する始動タイミング、電動燃料ポンプ21の目標回転速度(または目標吐出量または目標燃料圧力)、電磁切替弁24の閉弁状態から開弁状態への切替タイミング)を求めると共に、この求めた制御データをメモリに記憶する。
そして、メモリにプレフィルタ6の再生処理に必要な制御データが格納されていない場合、およびプレフィルタ6の再生処理が完了した場合には、サプライポンプ3のSCV18への電力供給および複数のインジェクタ5の各電磁弁への電力供給を停止(オフ)することで、エンジンを完全に停止(E/G:OFF)させる。
次に、本実施例のプレフィルタ6の再生処理方法を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。ここで、図3はプレフィルタの再生処理方法を示したフローチャートである。
また、ステップS1の判定結果がYESの場合には、所定の制御間隔(サンプリング間隔)で、差圧センサ16がプレフィルタ6を通過する燃料の圧力損失をモニタリング(測定)する。具体的には、差圧センサ16より出力されたセンサ信号をA/D変換回路を介して入力し、差圧センサ16より出力されたセンサ信号に基づいて、プレフィルタ6の圧力損失を検出(演算)する(圧力損失検出手段:ステップS2)。
また、ステップS3の判定結果がYESの場合には、フィルタ再生処理フラグ(FLAG=1)を立てる(ステップS4)。
また、ステップS7の判定結果がYESの場合には、フィルタ再生処理フラグ(FLAG=1)が立っているか否かを判定する(ステップS8)。この判定結果がNOの場合には、プレフィルタ6の目詰まりが無いと判断して、プレフィルタ再生システムを作動させることなく、図3の制御ルーチンを終了する。
また、ステップS12の判定結果がYESの場合には、所定の制御間隔(サンプリング間隔)で、差圧センサ16がプレフィルタ6を通過する燃料の圧力損失をモニタリング(測定)する。具体的には、差圧センサ16より出力されたセンサ信号をA/D変換回路を介して入力し、差圧センサ16より出力されたセンサ信号に基づいて、プレフィルタ6の圧力損失を検出(演算)する(圧力損失検出手段:ステップS13)。
なお、ステップS15において、プレフィルタ6への異物蓄積量の減少分に合わせて連続的または段階的にポンプ回転速度を増速(上昇)しても良いし、減速しても良い。
次に、本実施例の内燃機関の燃料供給装置(コモンレール式燃料噴射システム)を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
そして、プレフィルタ6で濾過されて清浄化された燃料は、サプライポンプ3の第1吐出ポートから燃料流路61に流入する。そして、燃料流路61に流入した燃料は、ゴーズフィルタ31を経てフィードポンプ32の内部に吸引される。ここで、ゴーズフィルタ31を燃料が通過する際に、燃料中に含まれた異物が分離除去される。
そして、フィルタケースのインレットから内部空間に流入した燃料は、フィルタケースの内部空間に設置されたフィルタエレメント33を通過する際に、燃料中に含まれた異物が分離除去される。そして、フィルタエレメント33で濾過されて清浄化された燃料は、フィルタケースのアウトレットから流出し、供給配管43を経てサプライポンプ3の内部に流入する。
そして、下死点に達したプランジャ55が再び上死点に向けて移動すると、吸入弁51が閉じ、加圧室19の燃料圧力が上昇する。加圧室19の燃料圧力が上昇すると、吐出弁52が開弁して、高圧燃料がコモンレール側に吐出される。
このようにサプライポンプ3は、フィードポンプ32からメインフィルタ2に供給されて清浄化された燃料を加圧室内で加圧して高圧化し、この高圧燃料をサプライポンプ3の第2吐出ポートから吐出して、コモンレール4に供給する。
サプライポンプ3の第2吐出ポートより吐出された高圧燃料は、供給配管44を経て、インレットポートからコモンレール4の内部(蓄圧室)に流入し、この蓄圧室内で一時的に蓄圧される。
また、エンジンの第1気筒を除く他の気筒(第2〜第4気筒)に搭載されたインジェクタ5にコモンレール4から燃料が分配供給され、エンジンの第2〜第4気筒の燃焼室内に順次噴射供給される。これにより、エンジンが運転される。
また、コモンレール4のリークポート(プレッシャリミッタ73)からオーバーフロー(溢流または排出)された燃料は、第2流路管82を流通した後に、サプライポンプ3のリークポートまたは複数のインジェクタ5の各リークポートから流出した燃料と合流して燃料戻し配管47に流れ込む。
すなわち、サプライポンプ3、コモンレール4、複数のインジェクタ5の各リークポートからのオーバーフロー燃料は、燃料戻し配管47を経て、燃料貯蔵タンク7に流入し、燃料貯蔵タンク7に一時的に貯蔵される。
また、燃料貯蔵タンク7からオーバーフロー(溢流または排出)された燃料は、オーバーフローパイプ86を経て、燃料タンク1に戻される。
そして、差圧センサ16により検出したプレフィルタ6の圧力損失(目詰まり状態)に基づいて、プレフィルタ6を燃料出口部から燃料入口部へ逆流する燃料の目標吐出流量(または目標回転速度または目標燃料圧力)が求められる。そして、この求めた目標吐出流量(または目標回転速度または目標燃料圧力)に基づいて、電動燃料ポンプ21への供給電流量(例えば供給電圧)が求められる。そして、求められた制御データは、マイクロコンピュータのメモリに(更新して)記憶される。
このとき、電磁切替弁24を開弁することで、燃料の流通経路が、燃料供給経路から燃料戻し経路に切り替えられる。そして、プレフィルタ6の圧力損失から演算されるプレフィルタ6への異物蓄積量に対応した供給電圧を、電動燃料ポンプ21に与えることで、電動燃料ポンプ21より吐出される燃料の吐出流量(逆流流量、燃料吐出量)がプレフィルタ6への異物蓄積量に対応した最適な値となる。
そして、サプライポンプ3から流出した燃料は、燃料供給配管の供給配管41を経て、プレフィルタ6に流入する。このようにプレフィルタ6の燃料出口部からプレフィルタ6の内部空間(フィルタエレメントを収容する空間)に流入した燃料は、フィルタエレメントを通過してプレフィルタ6の燃料入口部から流出する。
そして、プレフィルタ6の燃料出口部からフィルタエレメントを通過して燃料入口部に向かう燃料流、つまりエンジンの各気筒毎の燃焼室内への燃料噴射時における燃料流の流れ方向(エンジンの運転時における燃料流方向)に対して逆流方向に燃料が流れる際に、すなわち、プレフィルタ再生システムの起動時(動作時)に、プレフィルタ6のフィルタエレメントに付着または蓄積されていた異物が、電動燃料ポンプ21により発生する燃料流と共にプレフィルタ6から排出される。所謂、プレフィルタ6を逆流洗浄する。
ここで、プレフィルタ再生システムの動作を開始してから所定の制御時間が経過しても、プレフィルタ6の再生処理が完了しない時には、ECU9が電動燃料ポンプ21のポンプ回転速度を増速(上昇)させるように電動燃料ポンプ21に駆動信号を送るようにしても良い。
以上のように、本実施例の燃料フィルタ再生制御装置においては、エンジンキースイッチがオフされた後、エンジンの運転中にフィードポンプ32の吸入側で異常に過大な吸入負圧を差圧センサ16が検出している場合、つまりプレフィルタ6の圧力損失のレベル(目詰まり状態)が第1所定値(例えばプレフィルタ6の目詰まりが少しでも有る状態)以上の場合には、プレフィルタ再生システムを起動させて、プレフィルタ6の再生処理を実施する。
本実施例のプレフィルタ再生システムは、燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5)からオーバーフローしたリターン燃料を貯蔵する燃料貯蔵タンク7を燃料戻し配管47の途中に設置している。そして、燃料貯蔵タンク7に貯蔵されている燃料を使用してプレフィルタ6を逆流洗浄することにより、プレフィルタ6に付着または蓄積されていた多量の異物がプレフィルタ6から燃料タンク側に排出される。これにより、プレフィルタ6が自動的に再生されるため、プレフィルタ6の目詰まり状態が解消する。
また、エンジンキースイッチがオフされた後、プレフィルタ6の圧力損失のレベル(目詰まり状態)が第2所定値(例えばプレフィルタ6の目詰まりが無い状態)以下に低下するまで、つまりプレフィルタ6の目詰まり状態が完全に解消するまで、プレフィルタ6の再生処理が継続される。
また、サプライポンプ3に内蔵されたフィードポンプ32の吸入側(フィードポンプ32よりも燃料流方向のプレフィルタ側)で過大な吸入負圧が発生する前に、プレフィルタ6の目詰まりを解消することができるので、サプライポンプ3のポンプ内蔵部品(例えばリリーフバルブ50等)が故障する等の不具合の発生を防止することができる。つまり過大な吸入負圧に起因するサプライポンプ3のポンプ内蔵部品の故障を防止することができる。
プレフィルタ再生システムは、燃料タンク1からプレフィルタ6を経て各燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5)に燃料を供給する燃料供給経路と、各燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5)からプレフィルタ6を経て燃料タンク1に燃料を戻す燃料戻し経路と、プレフィルタ6を逆流洗浄するフィルタ逆流洗浄手段と、燃料供給経路と燃料戻し経路とを切り替える経路切替手段とを備えている。
燃料戻し経路は、燃料供給機器(サプライポンプ3、コモンレール4および複数のインジェクタ5等)から燃料タンク1まで延びる燃料戻し配管47、燃料タンク1からサプライポンプ3の第3吸入ポートまで延びる燃料戻し配管48、供給配管41から分岐して燃料タンク1まで延びる燃料戻し配管49および燃料流路61、63等により構成されている。
このオーバーフロー配管は、サプライポンプ3のリークポート(オーバーフローポート)と第1合流部とを結ぶ第1流路管81、コモンレール4のリークポート(オーバーフローポート)と第1合流部とを結ぶ第2流路管82、複数のインジェクタ5の各リークポート(オーバーフローポート)と第2合流部とを結ぶ第3流路管83、および第1合流部と第2合流部とを結ぶ第1合流管84、第2合流部と燃料タンク1とを結ぶ第2合流管85を備えている。
そして、本実施例のプレフィルタ再生システムは、燃料タンク1に貯蔵された燃料を使用してプレフィルタ6を逆流洗浄することにより、プレフィルタ6に付着または蓄積されていた多量の異物がプレフィルタ6から燃料タンク側に排出される。これにより、プレフィルタ6が自動的に再生される。
以上のように、本実施例の燃料フィルタ再生制御装置においては、実施例1と同様な効果を達成することができる。また、燃料貯蔵タンク7を廃止できるので、プレフィルタ再生システムにおける部品点数を減らすことができ、低コスト化および省スペース化を図ることができる。
本実施例では、本発明を、プレフィルタ6の再生処理を実行する燃料フィルタ再生制御装置に適用しているが、本発明を、メインフィルタ2の再生処理を実行する燃料フィルタ再生制御装置に適用しても良い。この場合、フィードポンプ32よりも燃料流方向の上流側にメインフィルタ(燃料フィルタ)2が設置されている。また、燃料ポンプとして、燃料タンク1からメインフィルタ2を経て燃料を汲み上げるフィードポンプ32を内蔵したサプライポンプ3を用いても良い。
本実施例では、圧力損失検出手段として、プレフィルタ6の前後燃料圧力差(フィルタ前後差圧)を検出する差圧センサ16を用いてプレフィルタ6の圧力損失をモニタリングしているが、圧力損失検出手段として、プレフィルタ6よりも燃料流方向の下流側の燃料圧力を検出する圧力センサのみを用いてプレフィルタ6の圧力損失をモニタリングしても良い。また、プレフィルタ6よりも燃料流方向の上流側の燃料圧力をエンジン情報を用いて推定しても良い。
また、プレフィルタ6の圧力損失から電動燃料ポンプ21の目標回転速度または電動燃料ポンプ21への供給電力(例えば供給電圧)を直接演算しても良い。
2 メインフィルタ(メイン燃料フィルタ)
3 サプライポンプ(高圧燃料ポンプ)
6 プレフィルタ(プレ燃料フィルタ)
7 燃料貯蔵タンク(オーバーフロー燃料貯蔵タンク)
8 異物回収フィルタ
9 ECU(フィルタ再生制御手段、エンジン制御ユニット)
16 差圧センサ(圧力損失検出手段)
21 電動燃料ポンプ(フィルタ逆流洗浄手段、電動モータ駆動式の燃料ポンプ)
22 逆止弁(フィルタ逆流洗浄手段)
23 逆止弁(経路切替手段)
24 電磁切替弁(経路切替手段、電磁式経路切替弁)
41 供給配管(燃料供給経路、燃料供給配管、低圧燃料配管)
42 供給配管(燃料供給経路、燃料供給配管、低圧燃料配管)
43 供給配管(燃料供給経路、燃料供給配管、低圧燃料配管)
44 供給配管(燃料供給経路、燃料供給配管、高圧燃料配管)
45 供給配管(燃料供給経路、燃料供給配管、高圧燃料配管)
47 燃料戻し配管(燃料戻し経路)
48 燃料戻し配管(燃料戻し経路)
49 燃料戻し配管(燃料戻し経路)
61 燃料流路(燃料供給経路、燃料戻し経路)
62 燃料流路(燃料供給経路)
63 燃料流路(燃料戻し経路)
65 燃料流路(燃料供給経路)
66 燃料流路(燃料供給経路)
67 燃料流路(燃料供給経路)
Claims (17)
- (a)内燃機関の燃料を貯蔵する燃料タンクと、
(b)この燃料タンクから吸入した燃料を加圧して前記内燃機関側に向けて吐出する燃料ポンプと、
(c)前記燃料タンクと前記燃料ポンプとの間に設置されて、前記燃料タンクから前記燃料ポンプ側に向かう燃料中に含まれる異物を取り除く燃料フィルタと、
(d)この燃料フィルタの再生処理を実行するフィルタ再生手段と、
(e)前記燃料フィルタを通過する燃料の圧力損失を検出する圧力損失検出手段を有し、この圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルに基づいて、前記フィルタ再生手段の動作を制御するフィルタ再生制御手段と
を備えた燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記燃料タンクから前記燃料フィルタを経て前記燃料ポンプに燃料を供給する燃料供給経路と、
前記燃料フィルタよりも燃料流方向の前記燃料ポンプ側から前記燃料フィルタを経て前記燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し経路と
を備えたことを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項2に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生手段は、前記燃料供給経路と前記燃料戻し経路とを切り替える経路切替手段を有していることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項3に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記燃料供給経路は、前記燃料タンクから前記燃料フィルタに燃料を供給する燃料供給配管を有し、
前記燃料戻し経路は、前記燃料フィルタから前記燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し配管を有し、
前記経路切替手段は、前記燃料供給配管内を前記燃料フィルタから前記燃料タンクに向かう燃料の逆流を阻止する逆止弁、および前記燃料戻し配管を開閉する電磁切替弁を有していることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生手段は、前記燃料フィルタを通過する燃料流方向を、前記内燃機関への燃料の噴射供給時における燃料流方向に対して逆流方向に変更することで、前記燃料フィルタを逆流洗浄するフィルタ逆流洗浄手段を有していることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項5に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ逆流洗浄手段は、電力の供給を受けて燃料流を発生させる電動燃料ポンプを有していることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項5または請求項6に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ逆流洗浄手段は、前記燃料ポンプを含む燃料供給機器より溢流または排出された余剰燃料を貯蔵する燃料貯蔵タンクを有し、この燃料貯蔵タンクに貯蔵された燃料を使用して前記燃料フィルタを逆流洗浄することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項5または請求項6に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ逆流洗浄手段は、前記燃料タンクに貯蔵された燃料を使用して前記燃料フィルタを逆流洗浄することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生手段は、前記燃料フィルタの再生処理を実行している時に、前記燃料フィルタに付着または蓄積されていた異物を回収する異物回収フィルタを有していることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項9に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生手段は、前記燃料フィルタよりも燃料流方向の前記燃料ポンプ側から前記燃料フィルタを経て前記燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し経路を有し、
前記異物回収フィルタは、前記燃料タンクよりも燃料流方向の上流側で、且つ前記燃料フィルタよりも燃料流方向の下流側の前記燃料戻し経路に設置されていることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項9に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生手段は、前記燃料フィルタから前記燃料タンクに燃料を戻す燃料戻し配管を有し、
前記異物回収フィルタは、前記燃料タンクよりも燃料流方向の上流側で、且つ前記燃料フィルタよりも燃料流方向の下流側の前記燃料戻し配管に設置されていることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記圧力損失検出手段は、前記燃料フィルタよりも燃料流方向の上流側と前記燃料フィルタよりも燃料流方向の下流側との差圧を検出する差圧センサを有していることを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項12のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生制御手段は、エンジンキースイッチがオフされた後、前記圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルが所定値以上の時に、前記フィルタ再生手段の動作を制御して前記燃料フィルタの再生処理を開始することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生制御手段は、エンジンキースイッチがオフされた後、前記圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルが所定値以下に低下するまで、前記フィルタ再生手段の動作を制御して前記燃料フィルタの再生処理を継続することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項14のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記フィルタ再生制御手段は、エンジンキースイッチがオンされている間、あるいはエンジンキースイッチがオフされた後、前記圧力損失検出手段により検出された圧力損失のレベルに基づいて、前記燃料フィルタの再生処理に必要な制御データを求めると共に、この求めた制御データをメモリに記憶することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項1ないし請求項15のうちのいずれか1つに記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記燃料ポンプは、前記燃料タンクから前記燃料フィルタを経て燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプであって、
前記低圧燃料ポンプは、前記燃料フィルタから吸入した燃料を加圧して高圧燃料ポンプ側に向けて吐出することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。 - 請求項16に記載の燃料フィルタ再生制御装置において、
前記燃料フィルタは、前記低圧燃料ポンプよりも燃料流方向の上流側に設置されるプレ燃料フィルタであって、
前記プレ燃料フィルタは、前記低圧燃料ポンプに吸引される燃料中に含まれる異物を捕捉して除去することを特徴とする燃料フィルタ再生制御装置。
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