JP2017120058A - 燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を移送するために必要なジェットポンプが噴出するリターン燃料の流量を確保する技術を提供する。
【解決手段】燃料供給制御装置は、メインタンクと、メインタンクの外部に設置されるサブタンクと、コモンレールと、通電制御されることによりコモンレール内の燃料を排出する減圧弁と、燃料をコモンレールに供給する燃料供給ポンプと、コモンレールで蓄圧された燃料をエンジンに噴射する燃料噴射弁と、燃料供給経路から排出されるリターン燃料を噴出して負圧を発生し、サブタンクの燃料をメインタンクに移送するジェットポンプと、を備える燃料供給システムに適用される。Ｓ４１０、Ｓ４１２において、サブタンクの燃料をメインタンクに移送するためにジェットポンプが噴出するリターン燃料が不足していると判定部が判定すると、Ｓ４１４において減圧弁制御部は、リターン燃料を増加するために減圧弁を通電制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、メインタンクから燃料噴射弁までの燃料供給経路から排出されるリターン燃料を噴出してジェットポンプが発生する負圧により、サブタンクからメインタンクに燃料を移送する技術に関する。

鞍型の燃料タンクのようにエンジンに供給する燃料をメインタンクとメインタンクの外部に設置したサブタンクとに貯留し、サブタンクの燃料をジェットポンプによりメインタンクに移送する燃料供給システムが知られている。

ジェットポンプは、燃料をノズルから噴出することにより負圧を発生し、この負圧によりサブタンク内の燃料を吸引してメインタンクに移送する。特許文献１に開示されている技術では、ジェットポンプが噴出する燃料を電動ポンプから供給する。

これに対し、メインタンクからエンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁までの燃料供給経路から排出されるリターン燃料をジェットポンプが噴出する技術が知られている。燃料供給経路から戻されるリターン燃料をジェットポンプが噴出する燃料として使用すると、ジェットポンプが噴出する燃料を供給するために電動ポンプを設置する必要がない。

特許第４３０５３０４号公報

燃料供給経路から排出されるリターン燃料の流量はエンジン運転状態によってばらつきがある。そのため、ジェットポンプが噴出するリターン燃料が不足して負圧が十分に発生せず、サブタンクからメインタンクに燃料を移送できないことがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料を移送するために必要なジェットポンプが噴出するリターン燃料の流量を確保する技術を提供することを目的とする。

本発明の燃料供給制御装置（９０）は、メインタンク（１４）と、メインタンクの外部に設置されるサブタンク（１６）と、燃料を蓄圧するコモンレール（７０）と、通電制御されることによりコモンレール内の燃料を排出する減圧弁（７２）と、メインタンクの燃料をコモンレールに供給する燃料供給ポンプ（３０）と、コモンレールで蓄圧された燃料をエンジンに噴射する燃料噴射弁（８０）と、減圧弁から排出される燃料を含みメインタンクから燃料噴射弁までの燃料供給経路から排出されるリターン燃料を噴出して負圧を発生し、サブタンクの燃料をメインタンクに移送するジェットポンプ（２０）と、を備える燃料供給システム（１０）に適用される燃料供給制御装置であって、判定部（９４、Ｓ４０２〜Ｓ４０６、Ｓ４１０〜Ｓ４１６）と、減圧弁制御部（９６、Ｓ４０２〜Ｓ４０６、Ｓ４１４、Ｓ４１６）と、を備えている。

判定部は、サブタンクの燃料をメインタンクに移送するためにジェットポンプが噴出するリターン燃料が不足しているか否かを判定する。減圧弁制御部は、リターン燃料が不足していると判定部が判定すると、リターン燃料を増加するために減圧弁を通電制御する。

この構成によれば、ジェットポンプが噴出するリターン燃料が不足している場合、リターン燃料を増加するために減圧弁を通電制御するので、ジェットポンプが噴出するリターン燃料が増加する。これにより、エンジン運転状態に関わらず、サブタンクからメインタンクに燃料を移送するために必要なジェットポンプが噴出するリターン燃料の流量を確保できる。

尚、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本実施形態の燃焼供給システムを示すブロック図。 ジェットポンプのノズル径とリターン流量とジェットポンプの背圧との関係を示す特性図。 エンジン回転数とリターン流量との関係を示す特性図。 エンジン始動後の燃料供給制御処理を示すフローチャート。 通常運転時の燃料供給制御処理を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［１．構成］
図１に示す本実施形態の蓄圧式の燃料供給システム１０は、例えば４気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンとも言う。）２の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁８０に燃料を供給する。燃料供給システム１０は、燃料フィルタ１２と、メインタンク１４と、サブタンク１６と、ジェットポンプ２０と、燃料供給ポンプ３０と、コモンレール７０と、燃料噴射弁８０と、電子制御装置（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）９０とを備えている。

燃料フィルタ１２は燃料供給ポンプ３０がメインタンク１４から吸い上げる燃料中の異物を除去する。燃料フィルタ１２で異物を除去された燃料は、燃料流路２１０を通り燃料供給ポンプ３０に吸い上げられる。

メインタンク１４の外部にはサブタンク１６が設置されている。メインタンク１４とサブタンク１６とは、燃料室はそれぞれ独立しているがタンクケースは結合している所謂鞍型の燃料タンクであってもよいし、タンクケースがそれぞれ独立し離れて設置されている構成でもよい。

メインタンク１４とサブタンク１６とにはそれぞれタンク内の燃料の液面高さを検出する液面センサ１８が設置されている。
ジェットポンプ２０は、メインタンク１４から燃料噴射弁８０までの燃料供給経路から燃料流路２２０を介してメインタンク１４に排出されるリターン燃料をノズル２２から噴出して負圧を発生する。ジェットポンプ２０は、発生した負圧によりサブタンク１６の燃料を吸い上げてメインタンク１４に移送する。

燃料流路２２０には、高圧ポンプ５０から漏れ出て排出される燃料と、燃料噴射弁８０のノズルニードルをリフトさせて開弁するときにノズルニードルのリフトを制御する制御室から排出される燃料と、減圧弁７２が通電制御されて断続的に開弁するときにコモンレール７０から排出される燃料等が流れる。

燃料流路２２０からジェットポンプ２０に供給されるリターン燃料がノズル２２で絞られると、ジェットポンプ２０の背圧側である燃料流路２２０の圧力が上昇する。ジェットポンプ２０の背圧側の燃料圧力が過度に上昇すると、背圧を受ける各所のシール部材が変形し、シール性が低下することがある。

図２に示すように、ジェットポンプ２０の背圧は、ノズル径が小さくなるほど、リターン流量が増加するほど高くなる。そこで、エンジン２の始動終了後の通常運転時においてリターン流量が最大になっても背圧の上限を越えないように、ジェットポンプ２０のノズル径は設定されている。

また、図３に示すように、リターン流量はエンジン回転数が高くなるほど増加する。ジェットポンプ２０がノズル２２からリターン燃料を噴出してサブタンク１６内の燃料をメインタンク１４に移送するために必要な負圧を発生する最小のリターン流量は、燃料供給システム１０において予め設定されている。言い換えれば、最小のリターン流量を確保するための最低のエンジン回転数は燃料供給システム１０において予め設定されている。

燃料供給ポンプ３０は、フィードポンプ３２と調量弁４０と高圧ポンプ５０とを備えており、フィードポンプ３２がメインタンク１４から吸い上げる燃料を高圧ポンプ５０で加圧する。レギュレートバルブ３４はフィードポンプ３２が吐出する燃料圧力を所定圧力以下に調整する。

調量弁４０は、エンジン運転状態に基づいて開度が制御される電磁弁である。調量弁４０の開度が制御されると、フィードポンプ３２から高圧ポンプ５０に吸入される燃料吸入量が調整され、高圧ポンプ５０が吐出する燃料吐出量が調整される。

燃料流路２１２は、燃料供給ポンプ３０が吸い上げる燃料の一部を、高圧ポンプ５０のカム室およびカムシャフト５２のシール部にオリフィスを介して潤滑油として供給する。
高圧ポンプ５０のプランジャ５６は、カムシャフト５２とともにカム５４が回転することにより往復運動し、加圧室に吸入した燃料を加圧する。プランジャ５６は、例えばカムシャフト５２を挟んで径方向反対側に２個設置されている。

吸入弁６０は、調量弁４０から加圧室に燃料が吸入されるときに開弁し、加圧室から燃料が吐出されるときに閉弁する。一方、吐出弁６２は、調量弁４０から加圧室に燃料が吸入されるときに閉弁し、加圧室から燃料が吐出されるときに開弁する。

高圧ポンプ５０から吐出された燃料は、燃料流路２１４を通りコモンレール７０に供給される。コモンレール７０は、高圧ポンプ５０から供給された燃料を蓄圧する。コモンレール７０で蓄圧された燃料は、エンジン２の各気筒に設置された燃料噴射弁８０から気筒内に噴射される。

減圧弁７２は、コモンレール７０内の燃料圧力である実レール圧と目標レール圧との圧力差が所定値以上になると、ＥＣＵ９０からの駆動信号により通電制御されて断続的に開弁し、コモンレール７０内の燃料を低圧の燃料流路２２０からメインタンク１４に排出する。これにより、レール圧は減圧する。

圧力センサ７４は、コモンレール７０に設置されており、レール圧に対応する信号をＥＣＵ９０に出力する。
燃料供給制御装置に相当するＥＣＵ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータを搭載している。そして、ＥＣＵ９０は、液面センサ１８、圧力センサ７４、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転数（ＮＥ）センサを含む各種センサから出力信号を入力し、エンジン運転状態を制御する。

ＥＣＵ９０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記録されているプログラムを実行することにより、噴射制御部９２と判定部９４と減圧弁制御部９６として機能する。

噴射制御部９２は、調量弁４０への通電量を制御して高圧ポンプ５０の燃料吐出量を調量したり、コモンレール７０のレール圧を減圧するために減圧弁７２を通電制御したりすることにより、実レール圧が目標レール圧に一致するように制御する。また、噴射制御部９０２は、燃料噴射弁８０の燃料噴射量、燃料噴射時期等の噴射制御を実行する。

判定部９４は、サブタンク１６の燃料をメインタンク１４に移送するためにジェットポンプ２０が噴出するリターン燃料が不足しているか否かを判定する。判定部９４は、ジェットポンプ２０が噴出するリターン燃料が不足していると判定すると、減圧弁７２に対する強制駆動モードをオンにする。

減圧弁制御部９６は、リターン燃料が不足していると判定部９４が判定し強制駆動モードがオンになると、コモンレール７０のレール圧が目標レール圧から所定値以上低下しない範囲内で、リターン燃料を増加するために減圧弁７２を通電制御する。これにより、減圧弁７２から燃料流路２２０に排出されるコモンレール７０内の燃料が増加するので、ジェットポンプ２０が噴出するリターン燃料が増加する。

［２．処理］
（１）始動時
図４のフローチャートに基づいて、ＥＣＵ９０が実行する燃料供給制御処理について説明する。図４のフローチャートは、エンジン２の始動時に実行される。図４および後述する図５において「Ｓ」はステップを表わしている。

噴射制御部９２は、Ｓ４００において燃料噴射弁８０からの燃料噴射を開始してエンジンを始動する。判定部９４は、エンジン２が始動されるとリターン燃料が不足していると判定し、Ｓ４０２において減圧弁７２に対する強制駆動モードをオンに設定する。

強制駆動モードがオンになると、減圧弁制御部９６は、エンジン始動時のレール圧が目標レール圧から所定値以上低下しない範囲内で、リターン燃料を増加するために減圧弁７２を通電制御する。これにより、ジェットポンプ２０が噴出するリターン燃料が増加する。

Ｓ４０４において判定部９４は、強制駆動モードがオンになってから所定期間が経過したか否かを判定する。エンジン２が始動されてからＳ４０４において所定期間が経過するまで、判定部９４はリターン燃料が不足していると判定するので、強制駆動モードはオンのままである。

Ｓ４０４で判定する所定期間は、例えば、エンジン２が始動されてから、減圧弁７２が排出する燃料を含むリターン燃料をジェットポンプ２０が噴出してサブタンク１６からメインタンク１４に燃料の移送が開始されると推定されるまでの期間に設定される。

例えば、所定期間は、予め実験等により、燃料供給システム１０の構成に応じて設定される。また、リターン燃料の流量は燃料の粘度等によって変化するので、燃料温度に基づいて所定期間を補正してもよい。

Ｓ４０４の判定がＹｅｓになり、所定期間が経過すると、Ｓ４０６において判定部９４は、強制駆動モードをオフにする。強制駆動モードがオフになると、減圧弁制御部９６は、リターン燃料を増加するために減圧弁７２を通電制御することを停止する。

このように、エンジン２の始動後の所定期間、リターン燃料を増加するために減圧弁７２を通電制御することにより、ジェットポンプ２０が噴出するリターン燃料は増加する。その結果、ジェットポンプ２０が負圧を発生し、この負圧によりサブタンク１６の燃料をメインタンク１４に移送するために必要なリターン燃料の流量を確保できる。

減圧弁７２に対する強制駆動モードがオフになると、噴射制御部９２は、レール圧を目標レール圧に一致させるために減圧弁７２を通電制御する。
（２）通常運転時
図５のフローチャートに基づいて、ＥＣＵ９０が実行する燃料供給制御処理について説明する。図５のフローチャートは、エンジン２の始動が完了し、エンジン回転数がアイドル回転数に達して通常運転状態になると所定時間間隔で実行される。

Ｓ４１０において、判定部９４は、液面センサ１８から取得するメインタンク１４とサブタンク１６とのそれぞれの燃料の液面高さを比較し、メインタンク１４の液面高がサブタンク１６の液面高さよりも低いか否かを判定する。判定部９４は、メインタンク１４とサブタンク１６との液面高さを、それぞれのタンクに設置されている液面センサ１８から取得する。

Ｓ４１０の判定がＹｅｓでありメインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さよりも低い場合、判定部９４はリターン燃料が不足していると判定しＳ４１４に処理を移行する。

Ｓ４１０の判定がＮｏでありメインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さ以上の場合、ＥＣＵ９０は、メインタンク１４の液面高さとサブタンク１６の液面高さとの関係は正常であると判断する。

この場合、Ｓ４１２においてＥＣＵ９０は、エンジン回転数（ＮＥ）が所定のエンジン回転数（ＮＥ０)よりも低いか否かを判定する。所定のエンジン回転数（ＮＥ０)は、ジェットポンプ２０がノズル２２からリターン燃料を噴出してサブタンク１６内の燃料をメインタンク１４に移送するために必要な負圧を発生する最小のリターン流量を確保するための最低のエンジン回転数として設定されている。

つまり、エンジン回転数（ＮＥ）が所定のエンジン回転数（ＮＥ０)よりも低い場合、リターン燃料が不足していることを示している。
Ｓ４１２の判定がＹｅｓでありエンジン回転数（ＮＥ）が所定のエンジン回転数（ＮＥ０)よりも低い場合、判定部９４はリターン燃料が不足していると判定しＳ４１４に処理を移行する。

Ｓ４１４において判定部９４は、減圧弁７２に対する強制駆動モードをオンに設定する。強制駆動モードがオンになると、減圧弁制御部９６は、レール圧が目標レール圧から所定値以上低下しない範囲内で、リターン燃料を増加するために減圧弁７２を通電制御する。これにより、減圧弁７２から燃料流路２２０に排出されるコモンレール７０の燃料が増加するので、ジェットポンプ２０が噴出するリターン燃料が増加する。

図５の処理は所定時間間隔で実行されるので、メインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さ以上になるまで、ならびにエンジン回転数（ＮＥ）が所定のエンジン回転数（ＮＥ０)以上になるまで、強制駆動モードはオンのままである。これにより、コモンレール７０内の燃料が燃料流路２２０からジェットポンプ２０に供給される。

Ｓ４１２の判定がＮｏであり、メインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さ以上であり、エンジン回転数（ＮＥ）が所定のエンジン回転数（ＮＥ０)以上の場合、Ｓ４１６において判定部９４は、強制駆動モードをオフに設定する。これにより、減圧弁制御部９６は、リターン燃料を増加するために減圧弁７２を通電制御することを停止する。

Ｓ４１６で強制駆動モードがオフになっても、噴射制御部９２は、レール圧を目標レール圧に一致させるために、減圧弁７２を通電制御する。
［３．効果］
以上説明した上記実施形態によれば、以下の（１）〜（５）の効果が得られる。

（１）エンジン２の始動直後は、サブタンク１６からメインタンク１４への燃料の移送が開始されておらず、サブタンク１６からメインタンク１４に燃料を移送する移送流路に燃料が満たされていないと考えられる。さらに、エンジン２の始動直後において、ジェットポンプ２０に供給されるリターン流量は、サブタンク１６からメインタンク１４にジェットポンプ２０が燃料を移送するためには不足していると考えられる。

そこで、エンジン２の始動後に減圧弁７２を通電制御してジェットポンプ２０に供給されるリターン燃料を増加する。これにより、サブタンク１６内の燃料をメインタンク１４に移送するための負圧を発生するために必要な流量のリターン燃料をジェットポンプ２０に供給できる。

（２）メインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さよりも低い場合、サブタンク１６内の燃料がメインタンク１４に移送されていないためにメインタンク１４の液面高さが低下していると考えられる。

そこで、メインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さよりも低い場合、減圧弁７２を通電制御してジェットポンプ２０に供給されるリターン燃料を増加する。これにより、サブタンク１６内の燃料をメインタンク１４に移送するための負圧を発生するために必要な流量のリターン燃料をジェットポンプ２０に供給できる。

（３）エンジン回転数（ＮＥ）が所定のエンジン回転数（ＮＥ０）よりも低くリターン燃料が不足していることを示している場合、減圧弁７２を通電制御してジェットポンプ２０に供給されるリターン燃料を増加する。これにより、サブタンク１６内の燃料をメインタンク１４に移送するための負圧を発生するために必要な流量のリターン燃料をジェットポンプ２０に供給できる。

（４）上記実施形態では、リターン燃料が不足していると判定部９４が判定する場合だけ、つまり必要な場合だけ減圧弁７２を通電制御してリターン燃料を増加する。これにより、例えば、リターン燃料を増加するために燃料流路２１２のオリフィスの径を拡大して常にリターン燃料を増加する構成に比べ、必要な量だけリターン燃料を増加できる。

その結果、燃料流路２１２のオリフィスの径を拡大する構成に比べ、ジェットポンプ２０を通り燃料流路２２０からメインタンク１４に戻されるリターン燃料の流量を低減できる。したがって、リターン燃料によるメインタンク１４内の燃料温度の上昇を抑制し、温度上昇による燃料の劣化、エバポの発生等を抑制できる。

（５）ジェットポンプ２０が噴出する燃料としてリターン燃料を使用するので、ジェットポンプ２０が噴出する燃料を確保するために電動ポンプを設置する必要がない。
［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、以下の種々の形態を取り得る。

（１）上記実施形態では、エンジン始動後と、メインタンク１４の液面高さがサブタンク１６の液面高さよりも低いときと、エンジン回転数が所定の回転数よりも低くリターン燃料が不足していることを示していの場合との３条件のうちいずれか一つが成立すると、減圧弁７２を通電制御してジェットポンプ２０に供給するリターン燃料を増加する。これに対し、３条件のうちいずれか一つだけを、減圧弁７２を通電制御してジェットポンプ２０に供給するリターン燃料を増加する条件としてもよい。

（２）上記実施形態では、ＥＣＵ９０が実行する機能を、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記録されているプログラムを実行することによりソフトウェアで実現した。これに対し、ＥＣＵ９０が実行する機能の一部またはすべてを、一つまたは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

ＥＣＵ９０の機能の一部またはすべてをハードウェアである電子回路によって構成する場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

（３）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（４）上述した燃料供給制御装置の他、当該燃料供給制御装置を構成要素とする燃料供給システム、当該燃料供給制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した記録媒体、燃料供給制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２：ディーゼルエンジン（エンジン）、１０：燃料供給システム、１４：メインタンク、１６：サブタンク、２０：ジェットポンプ、３０：燃料供給ポンプ、７０：コモンレール、７２：減圧弁、８０：燃料噴射弁、９０：ＥＣＵ（燃料供給制御装置）、９４：判定部、９６：減圧弁制御部

Claims (4)

1. メインタンク（１４）と、前記メインタンクの外部に設置されるサブタンク（１６）と、燃料を蓄圧するコモンレール（７０）と、通電制御されることにより前記コモンレール内の燃料を排出する減圧弁（７２）と、前記メインタンクの燃料を前記コモンレールに供給する燃料供給ポンプ（３０）と、前記コモンレールで蓄圧された燃料をエンジンに噴射する燃料噴射弁（８０）と、前記減圧弁から排出される燃料を含み前記メインタンクから前記燃料噴射弁までの燃料供給経路から排出されるリターン燃料を噴出して負圧を発生し、前記サブタンクの燃料を前記メインタンクに移送するジェットポンプ（２０）と、を備える燃料供給システム（１０）に適用される燃料供給制御装置（９０）であって、
   前記サブタンクの燃料を前記メインタンクに移送するために前記ジェットポンプが噴出する前記リターン燃料が不足しているか否かを判定する判定部（９４、Ｓ４０２〜Ｓ４０６、Ｓ４１０〜Ｓ４１６）と、
   前記リターン燃料が不足していると前記判定部が判定すると、前記リターン燃料を増加するために前記減圧弁を通電制御する減圧弁制御部（９６、Ｓ４０２〜Ｓ４０６、Ｓ４１４、Ｓ４１６）と、
   を備える燃料供給制御装置。
2. 請求項１に記載の燃料供給制御装置であって、
   前記判定部（Ｓ４０２〜Ｓ４０６）は、前記エンジンが始動されると前記リターン燃料が不足していると判定し、前記エンジンが始動されてから、前記減圧弁制御部（Ｓ４０２）が前記判定部の判定に基づいて前記リターン燃料を増加するために前記減圧弁を通電制御することにより排出される燃料を含む前記リターン燃料を前記ジェットポンプが噴出して前記サブタンクから前記メインタンクに燃料の移送が開始されると推定されるまでの期間、リターン燃料が不足していると判定する、
   燃料供給制御装置。
3. 請求項１または２に記載の燃料供給制御装置であって、
   前記メインタンクの液面高さよりも前記サブタンクの液面高さが高い場合、前記判定部（Ｓ４１０）は前記リターン燃料が不足していると判定する、
   燃料供給制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料供給制御装置であって、
   エンジン回転数が所定の回転数よりも低く前記リターン燃料が不足していることを示している場合、前記判定部（Ｓ４１２）は前記リターン燃料が不足していると判定する、
   燃料供給制御装置。

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