JP2012225209A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内噴射式エンジンの高圧ポンプ（燃料ポンプ）に設けられた電磁駆動式の燃圧制御弁の消費電力を低減できるようにする。
【解決手段】燃圧制御弁２２の弁体２３を電磁駆動するコイル２５の温度の代用情報として冷却水温を検出し、この冷却水温に応じて燃圧制御弁２２の通電時間を設定する。具体的には、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角して通電時間を短くする。これにより、コイル２５の温度が低くなる（つまりインダクタンスが小さくなる）ほど弁体２３の動作特性が急峻になって適正な実閉弁期間を確保するのに必要な通電時間が短くなるのに対応して、燃圧制御弁２２の通電時間を短くして、燃圧制御弁２２の通電時間を適正値（適正な実閉弁期間を確保できる値）に設定し、燃圧制御弁２２の通電時間が必要以上に長くなることを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁駆動式の燃圧制御弁の通電を制御して燃料ポンプの吐出量を制御する内燃機関の燃料供給装置に関する発明である。

気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式エンジンは、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射式エンジンと比較して、噴射から燃焼までの時間が短く、噴射燃料を霧化させる時間を十分に稼ぐことができないため、噴射圧力を高圧にして噴射燃料を微粒化する必要がある。そのため、筒内噴射式エンジンでは、電動式の低圧ポンプで燃料タンクから汲み上げた燃料を、エンジンの動力で駆動される高圧ポンプに供給し、この高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を燃料噴射弁へ圧送するようにしている。

このような高圧ポンプとしては、例えば、特許文献１（特開平８−３０３３２５号公報）に記載されているように、高圧ポンプの吸入口側に電磁駆動式の燃圧制御弁を設け、この燃圧制御弁の通電を制御して閉弁期間を制御することで高圧ポンプの吐出量を制御して燃圧（燃料圧力）を制御するようにしたものがある。

特開平８−３０３３２５号公報

ところで、燃圧制御弁の弁体を電磁駆動するコイル（ソレノイド）は、温度によってインダクタンスが変化して電磁力が変化するため、例えば通電時に閉弁する常開型の燃圧制御弁では、通電時間（通電開始から通電終了までの時間）が同じ場合、コイルの温度が高くなる（つまりインダクタンスが大きくなる）と、弁体の動作特性が緩慢になって実閉弁期間（実際に閉弁状態となる期間）が短くなる傾向がある。

そこで、コイルの温度上昇による実閉弁期間の減少分を考慮して、予め燃圧制御弁の通電時間を長めに設定しておけば、コイルの温度が高くなったときでも十分な実閉弁期間を確保することができる。

しかし、コイルの温度が高くなったときでも十分な実閉弁期間を確保できるように、常に燃圧制御弁の通電時間を長めに設定するようにすると、コイルの温度が低いときには、燃圧制御弁の通電時間が必要以上に長くなってしまい、燃圧制御弁で無駄に電力を消費するという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、燃圧制御弁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にある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電磁駆動式の燃圧制御弁を有する燃料ポンプと、燃圧制御弁の通電を制御して燃料ポンプの吐出量を制御するポンプ制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給装置において、ポンプ制御手段は、燃圧制御弁を電磁駆動するコイルの温度又はこれに関連性のある情報（以下これらを「コイル温度情報」と総称する）に応じて燃圧制御弁の通電時間を設定するようにしたものである。

この構成では、燃圧制御弁のコイルの温度（つまりインダクタンス）に応じて弁体の動作特性が変化するのに対応して、燃圧制御弁の通電時間を変化させて、燃圧制御弁の通電時間を適正値（適正な実閉弁期間を確保できる値）に設定することができる。これにより、燃圧制御弁の通電時間が必要以上に長くなることを防止することができ、燃圧制御弁の消費電力を低減することができる。

この場合、請求項２のように、コイル温度情報が低温側になるほど燃圧制御弁の通電時間を短くするようにすると良い。このようにすれば、コイルの温度が低くなる（つまりインダクタンスが小さくなる）ほど弁体の動作特性が急峻になって適正な実閉弁期間を確保するのに必要な通電時間が短くなるのに対応して、燃圧制御弁の通電時間を短くすることができ、燃圧制御弁の通電時間を適正値（適正な実閉弁期間を確保できる値）に設定することができる。

燃圧制御弁の通電時間を変化させる際には、請求項３のように、燃圧制御弁の通電開始時期と通電終了時期のうちの少なくとも一方を変化させて燃圧制御弁の通電時間を変化させるようにすると良い。この場合、例えば、通電開始時期を遅角して通電時間を短くするようにしても良い。或は、通電終了時期を進角して通電時間を短くするようにしても良い。また、通電開始時期を遅角すると共に通電終了時期を進角して通電時間を短くするようにしても良い。

また、請求項４のように、コイル温度情報として、燃料の温度、冷却水の温度、潤滑油の温度のうちの少なくとも一つを用いるようにすると良い。つまり、コイルの温度の代用情報として、燃料の温度、冷却水の温度、潤滑油の温度のうちの少なくとも一つを用いる。このようにすれば、コイルの温度を検出するセンサを新たに設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

しかしながら、本発明は、コイルの温度をセンサで検出するようにしたり、或は、燃料の温度、冷却水の温度、潤滑油の温度等のうちの少なくとも一つに基づいてコイルの温度を推定するようにしても良い。

図１は本発明の実施例１における筒内噴射式エンジンの燃料供給システムの概略構成を示す図である。 図２は高圧ポンプの概略構成を示すもので、（ａ）は燃料吸入時の状態を示す図であり、（ｂ）は燃料吐出時の状態を示す図である。 図３は高圧ポンプの作動原理を説明するための図である。 図４は実施例１の通電開始時期を遅角して通電時間を短くする方法を説明するタイムチャートである。 図５は通電設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図６は実施例２の通電終了時期を進角して通電時間を短くする方法を説明するタイムチャートである。 図７は実施例３の通電開始時期を遅角すると共に通電終了時期を進角して通電時間を短くする方法を説明するタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
燃料を貯溜する燃料タンク１１内には、燃料を汲み上げる低圧ポンプ１２が設置されている。この低圧ポンプ１２は、バッテリ（図示せず）を電源とする電動モータ（図示せず）によって駆動される。この低圧ポンプ１２から吐出される燃料は、燃料配管１３を通して高圧ポンプ１４（燃料ポンプ）に供給される。燃料配管１３には、プレッシャレギュレータ１５が接続され、このプレッシャレギュレータ１５によって低圧ポンプ１２の吐出圧力（高圧ポンプ１４への燃料供給圧力）が所定圧力に調圧され、その圧力を越える燃料の余剰分が燃料戻し配管１６により燃料タンク１１内に戻されるようになっている。

図２に示すように、高圧ポンプ１４は、円筒状のポンプ室１７内でピストン１８を往復運動させて燃料を吸入／吐出するピストンポンプであり、ピストン１８は、エンジンのカム軸１９に嵌着されたカム２０の回転運動によって駆動される。この高圧ポンプ１４の吸入口２１側には、燃圧制御弁２２が設けられている。この燃圧制御弁２２は、常開型の電磁弁であり、吸入口２１を開閉する弁体２３と、この弁体２３を開弁方向に付勢するスプリング２４と、弁体２３を閉弁方向に電磁駆動するコイル２５（ソレノイド）とから構成されている。また、高圧ポンプ１４の吐出口２６側には、吐出した燃料の逆流を防止する逆止弁２７が設けられている。

図３に示すように、高圧ポンプ１４の吸入行程（ピストン１８の下降時）において燃圧制御弁２２の弁体２３が開弁して、高圧ポンプ１４の吐出行程（ピストン１８の上昇時）において燃圧制御弁２２の弁体２３が閉弁するように燃圧制御弁２２の通電を制御する。これにより、図２（ａ）に示すように、高圧ポンプ１４の吸入行程（ピストン１８の下降時）においては、燃圧制御弁２２の弁体２３が開弁してポンプ室１７内に燃料が吸入され、図２（ｂ）に示すように、高圧ポンプ１４の吐出行程（ピストン１８の上昇時）においては、燃圧制御弁２２の弁体２３が閉弁してポンプ室１７内の燃料が吐出される。

その際、燃圧制御弁２２の閉弁期間を制御することで、高圧ポンプ１４の燃料吐出量を制御して燃圧（燃料圧力）を制御する。例えば、燃料を上昇させるときには、燃圧制御弁２２の通電開始時期を進角させて閉弁開始時期を進角させることで、燃圧制御弁２２の閉弁期間を長くして高圧ポンプ１４の吐出流量を増加させ、逆に、燃料を低下させるときには、燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角させて閉弁開始時期を遅角させることで、燃圧制御弁２２の閉弁期間を短くして高圧ポンプ１４の吐出流量を減少させる。

図１に示すように、高圧ポンプ１４から吐出された燃料は、高圧燃料配管２８を通してデリバリパイプ２９に送られ、このデリバリパイプ２９からエンジンの各気筒に取り付けられた燃料噴射弁３０に高圧の燃料が分配される。デリバリパイプ２９（又は高圧燃料配管２８）には、高圧燃料配管２８やデリバリパイプ２９等の高圧燃料通路内の燃圧を検出する燃圧センサ３１が設けられている。

また、エンジンには、吸入空気量を検出するエアフローメータ３２や、クランク軸（図示せず）の回転に同期して所定のクランク角毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３３が設けられている。このクランク角センサ３３の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、エンジンのシリンダブロックには、冷却水温（冷却水の温度）を検出する冷却水温センサ３４が設けられている。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３５に入力される。このＥＣＵ３５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

ところで、燃圧制御弁２２の弁体２３を電磁駆動するコイル２５（ソレノイド）は、温度によってインダクタンスが変化して電磁力が変化するため、常開型の燃圧制御弁２２では、通電時間（通電開始から通電終了までの時間）が同じ場合、コイル２５の温度が高くなると、弁体２３の閉動作が緩慢になって実閉弁期間（実際に閉弁状態となる期間）が短くなる傾向がある。

そこで、コイル２５の温度上昇による実閉弁期間の減少分を考慮して、予め燃圧制御弁２２の通電時間を長めに設定しておけば、コイル２５の温度が高くなったときでも十分な実閉弁期間を確保することができる。

しかし、コイル２５の温度が高くなったときでも十分な実閉弁期間を確保できるように、常に燃圧制御弁２２の通電時間を長めに設定するようにすると、コイル２５の温度が低いときには、燃圧制御弁２２の通電時間が必要以上に長くなってしまい、燃圧制御弁２２で無駄に電力を消費すると共に高圧ポンプ１４の効率が悪化するという問題がある。

この対策として、ＥＣＵ３５は、後述する図５の通電設定ルーチンを実行することで、コイル２５の温度の代用情報として冷却水温を検出し、この冷却水温に応じて燃圧制御弁２２の通電時間を設定する。これにより、燃圧制御弁２２のコイル２５の温度（つまりインダクタンス）に応じて弁体２３の動作特性が変化するのに対応して、燃圧制御弁２２の通電時間を変化させて、燃圧制御弁２２の通電時間を適正値（適正な実閉弁期間を確保できる値）に設定する。

本実施例１では、図４に示すように、冷却水温（コイル温度情報）が低温側になるほど燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角して通電時間を短くする。これにより、コイル２５の温度が低くなる（つまりインダクタンスが小さくなる）ほど弁体２３の動作特性が急峻になって適正な実閉弁期間を確保するのに必要な通電時間が短くなるのに対応して、燃圧制御弁２２の通電時間を短くする。

また、ＥＣＵ３５は、図示しない燃圧制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等）に応じて目標燃圧をマップ又は数式等により算出し、燃圧センサ３１で検出した高圧燃料通路内の燃圧を目標燃圧に一致させるように高圧ポンプ１４の燃料吐出流量（燃圧制御弁２２の通電時期）をフィードバック制御する。

以下、ＥＣＵ３５が実行する図５の通電設定ルーチンの処理内容を説明する。
図５に示す通電設定ルーチンは、ＥＣＵ３５の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうポンプ制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、所定の基準通電開始時期を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、冷却水温センサ３４で検出した冷却水温（コイル温度情報）を読み込む。

この後、ステップ１０３に進み、冷却水温に応じた通電開始時期遅角補正量をマップ又は数式等により算出する。ここで、通電開始時期遅角補正量のマップ又は数式等は、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど通電開始時期遅角補正量が大きくなるように設定されている。

この後、ステップ１０４に進み、基準通電開始時期から通電開始時期遅角補正量だけ遅角したタイミングを通電開始時期とすることで通電開始時期を遅角補正する。これにより、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角して通電時間を短くする。

以上説明した本実施例１では、コイル２５の温度の代用情報として冷却水温を検出し、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角して通電時間を短くするようにしたので、コイル２５の温度が低くなる（つまりインダクタンスが小さくなる）ほど弁体２３の動作特性が急峻になって適正な実閉弁期間を確保するのに必要な通電時間が短くなるのに対応して、燃圧制御弁２２の通電時間を短くすることができ、燃圧制御弁２２の通電時間を適正値（適正な実閉弁期間を確保できる値）に設定することができる。これにより、燃圧制御弁２２の通電時間が必要以上に長くなることを防止することができ、燃圧制御弁２２の消費電力を低減することができる。

また、本実施例１では、コイル２５の温度の代用情報として、冷却水温を用いるようにしたので、コイル２５の温度を検出するセンサを新たに設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

本実施例１のように、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角して通電時間を短くする方法は、コイル２５の高温時に比べてコイル２５の低温時に燃圧制御弁２２の通電開始時の閉弁動作が急峻になる高圧ポンプ１４を備えたシステムに適用すると良い。

次に、図６を用いて本発明の実施例２を説明する。
コイル２５の高温時に比べてコイル２５の低温時に燃圧制御弁２２の通電終了時の開弁動作が急峻になる高圧ポンプ１４を備えたシステムの場合には、図６に示す本実施例２のように、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど燃圧制御弁２２の通電終了時期を進角して通電時間を短くするようにしても良い。このようにしても、前記実施例１とほぼ同じ効果を得ることができる。

次に、図７を用いて本発明の実施例３を説明する。
コイル２５の高温時に比べてコイル２５の低温時に燃圧制御弁２２の通電開始時の閉弁動作と通電終了時の開弁動作が両方とも急峻になる高圧ポンプ１４を備えたシステムの場合には、図７に示す本実施例３のように、冷却水温が低くなる（つまりコイル２５の温度が低くなる）ほど燃圧制御弁２２の通電開始時期を遅角すると共に通電終了時期を進角して通電時間を短くするようにしても良い。このようにしても、前記実施例１とほぼ同じ効果を得ることができる。

尚、上記各実施例１〜３では、冷却水温（コイル温度情報）が低温側になるほど燃圧制御弁２２の通電時間を短くするようにしたが、これとは逆に、冷却水温（コイル温度情報）が高温側になるほど燃圧制御弁２２の通電時間を長くするようにしても良い。

また、上記各実施例１〜３では、冷却水温センサ３４で検出した冷却水温をコイル２５の温度の代用情報として用いるようにしたが、これに限定されず、例えば、燃温（燃料の温度）を検出する燃温センサを備えたシステムの場合には、燃温センサで検出した燃温をコイル２５の温度の代用情報として用いるようにしても良い。或は、油温（潤滑油の温度）を検出する油温センサを備えたシステムの場合には、油温センサで検出した油温をコイル２５の温度の代用情報として用いるようにしても良い。また、コイル２５の温度をセンサで検出するようにしたり、或は、燃温、冷却水温、油温等のうちの少なくとも一つに基づいてコイル２５の温度を推定（算出）するようにしても良い。

また、上記各実施例１〜３では、通電時に閉弁する常開型（ノーマリオープン型）の燃圧制御弁２２を有する高圧ポンプ１４を備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、通電時に開弁する常閉型（ノーマリクローズ型）の燃圧制御弁を有する高圧ポンプを備えたシステムに本発明を適用しても良い。

その他、本発明は、高圧ポンプの構成や燃料供給システムの構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。

１１…燃料タンク、１２…低圧ポンプ、１４…高圧ポンプ（燃料ポンプ）、１７…ポンプ室、１８…ピストン、２１…吸入口、２２…燃圧制御弁、２３…弁体、２４…スプリング、２５…コイル、２６…吐出口、２７…逆止弁、３０…燃料噴射弁、３１…燃圧センサ、３４…冷却水温センサ、３５…ＥＣＵ（ポンプ制御手段）

Claims (4)

1. 電磁駆動式の燃圧制御弁を有する燃料ポンプと、前記燃圧制御弁の通電を制御して前記燃料ポンプの吐出量を制御するポンプ制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記ポンプ制御手段は、前記燃圧制御弁を電磁駆動するコイルの温度又はこれに関連性のある情報（以下これらを「コイル温度情報」と総称する）に応じて前記燃圧制御弁の通電時間を設定することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記ポンプ制御手段は、前記コイル温度情報が低温側になるほど前記燃圧制御弁の通電時間を短くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記ポンプ制御手段は、前記燃圧制御弁の通電開始時期と通電終了時期のうちの少なくとも一方を変化させて前記燃圧制御弁の通電時間を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記ポンプ制御手段は、前記コイル温度情報として、燃料の温度、冷却水の温度、潤滑油の温度のうちの少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の燃料供給装置。

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