JP2019190371A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャニスタを大型化することなく、内燃機関の自動停止中もフィードポンプを駆動し続けることができる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】エンジンの制御装置は、燃料タンク内の燃料をエンジンの燃料噴射装置に供給する燃料供給ポンプと、運転中のエンジンを車両の状態に応じて自動停止した後、自動停止中のエンジンを自動再始動する自動停止再始動制御部と、少なくともエンジンの運転中及び自動停止中に燃料供給ポンプを駆動する燃料ポンプ制御部と、燃料供給ポンプが空転状態であるか否かを判定する空転判定部とを備える。自動停止再始動制御部は、エンジンが自動停止している間に空転判定部により燃料ポンプは空転状態であると判定された場合には、エンジンを自動再始動する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。より詳しくは、少なくとも内燃機関の運転中及び自動停止中に燃料供給ポンプを駆動する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関を動力発生源として用いて走行する車両の多くは、内燃機関における燃料消費を抑制するため所謂アイドルストップ機能を備える。アイドルストップ機能とは、所定の自動停止条件が成立したことに応じて内燃機関を一時的に停止させ、その後所定の自動再始動条件が成立したことに応じて内燃機関を再始動させる機能をいう。以下では、このようなアイドルストップ機能に基づいて内燃機関を停止させることを自動停止といい、またアイドルストップ機能に基づいて内燃機関を始動させることを自動再始動という。

ところで、燃料タンク内に貯留された燃料は、この燃料タンク内に設けられたフィードポンプによって所定の燃圧で、内燃機関の燃料噴射装置に供給される。燃料噴射装置は、高圧ポンプやインジェクタ等によって構成される。高圧ポンプは、フィードポンプから供給された燃料をさらに昇圧してインジェクタに供給し、インジェクタは電子制御ユニットから送信される信号に応じて開閉することによって高圧ポンプによって昇圧された燃料を噴射する。

このため自動再始動時における内燃機関の始動性を確保するため、近年では、内燃機関が自動停止している間もフィードポンプを駆動し続けるものが多い（例えば、特許文献１参照）。すなわち、内燃機関が自動停止している間もフィードポンプを駆動し続けることにより、燃料噴射装置には燃料が所定の燃圧で常に供給されるため、その後自動再始動条件が成立した場合には、燃料噴射装置による燃料噴射を直ちに開始できるため、自動再始動時における内燃機関の始動性を向上できる。

特許第３０９９３８５号公報

しかしながら燃料タンク内の燃料の残量がエンプティに近い状態になると、フィードポンプは、燃料を十分に汲み出せずにタンク内のガスを吸ってしまう、所謂空転状態になる場合がある。例えば内燃機関を自動停止している間にフィードポンプを空転状態で駆動し続けると、フィードポンプの駆動熱によってタンク内の燃料の温度が上昇してしまい、キャニスタには多くの蒸発燃料が溜まってしまう場合がある。

すなわち、フィードポンプと燃料噴射装置とを接続する燃料供給路には、燃料噴射装置に供給する燃料の燃圧を所定圧以下で維持するために、燃圧が所定圧を超えると開弁し燃料を燃料タンク内に還流するリリーフ弁が設けられている場合が多い。しかしながら自動停止している間にフィードポンプを空転状態で駆動し続けると、フィードポンプの駆動熱によって加温された燃料が、リリーフ弁を介して再び燃料タンク内に戻ってしまい、燃料タンク内における蒸発燃料の発生量が増加し、ひいては上記のようにキャニスタには多くの蒸発燃料が溜まってしまう場合がある。したがって内燃機関の自動停止中もフィードポンプを駆動し続ける場合、十分な量の蒸発燃料を吸着できるように、大型のキャニスタを搭載する必要がある。

本発明は、キャニスタを大型化することなく、内燃機関の自動停止中も燃料ポンプを駆動し続けることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の制御装置（例えば、後述の制御装置２）は、燃料タンク（例えば、後述の燃料タンク３）内の燃料を内燃機関の燃料噴射装置（例えば、後述の燃料噴射装置４）に供給する燃料ポンプ（例えば、後述の燃料供給ポンプ６１）と、運転中の前記内燃機関を車両の状態に応じて自動停止した後、自動停止中の当該内燃機関を自動再始動する自動停止再始動装置（例えば、後述のＥＣＵ８の自動停止再始動制御部８１）と、少なくとも前記内燃機関の運転中及び自動停止中に前記燃料ポンプを駆動する燃料ポンプ制御装置（例えば、後述のＥＣＵ８の燃料ポンプ制御部８２）と、前記燃料ポンプが空転状態であるか否かを判定する空転判定部（例えば、後述のＥＣＵ８の空転判定部８３）とを備え、前記自動停止再始動装置は、前記内燃機関が自動停止している間に前記空転判定部により前記燃料ポンプは空転状態であると判定された場合には、当該内燃機関を自動再始動することを特徴とする。

（２）この場合、前記空転判定部は、前記燃料タンク内の燃料の残量を検出する残量センサ（例えば、後述のセンダユニット３１）と、前記残量センサによって検出される残量が所定量以下である場合に前記燃料ポンプは空転状態であると判定する判定手段と、を備えることが好ましい。

（３）この場合、前記空転判定部は、前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサ（例えば、後述のタンク内圧センサ３２）と、前記圧力センサによって検出される圧力が所定圧より高い場合に前記燃料ポンプは空転状態であると判定する判定手段と、を備えることが好ましい。

（１）上述のように、燃料ポンプを空転状態で駆動し続けると、燃料タンク内における蒸発燃料の発生量が増加する場合がある。これに対し本発明では、自動停止再始動装置は、内燃機関が自動停止している間に、空転判定部によって燃料ポンプが空転状態であると判定された場合には、内燃機関を自動再始動する。これにより、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を内燃機関における燃焼に供することができるようになるので、蒸発燃料を吸着するキャニスタを大型化することなく、内燃機関の自動停止中も燃料ポンプを駆動し続けることができる。

（２）上述のように、燃料タンク内の燃料の残量がエンプティに近づくと、燃料ポンプは空転状態になりやすい。すなわち、燃料タンク内の燃料の残量と空転状態の有無との間には相関がある。そこで本発明では、空転判定部は、燃料タンク内の燃料の残量が所定量以下である場合に、燃料ポンプは空転状態であると判定する。これにより、従来から燃料タンクに搭載されている装置を用いて、燃料ポンプが空転状態であるか否かを精度良く判定できる。

（３）上述のように空転状態で燃料ポンプを駆動し続けると、燃料ポンプは燃料だけでなく燃料タンク内の空気も吸い込んで燃料供給装置にする場合がある。またこの場合、燃料ポンプの駆動熱によって加熱された燃料及びガスが、上述のようにリリーフによって燃料タンク内に還流されてしまい、燃料タンク内の圧力が上昇する場合がある。すなわち燃料タンク内の圧力と空転状態の有無との間には相関がある。そこで本発明では、空転判定部は、燃料タンク内の圧力に基づいて燃料ポンプは空転状態であると推定する。これにより、従来から燃料タンクに搭載されている装置を用いて、燃料ポンプが空転状態であるか否かを精度良く判定できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。 自動停止再始動制御部においてエンジンを自動停止又は自動再始動させる具体的な手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関１（以下、「エンジン１」という）と、その制御装置２との構成を示す図である。これらエンジン１及び制御装置２は、少なくともエンジン１を動力発生源とする図示しない車両に搭載されている。

エンジン１は、例えば、燃料をガソリンとした多気筒のガソリンエンジンであるが本発明はこれに限らない。燃料はガソリンに限らず、ディーゼルであってもよい。

制御装置２は、エンジン１の燃料を貯留する燃料タンク３と、燃料タンク３から供給される燃料をエンジン１の各気筒内又は各気筒に連通する吸気ポート内に噴射する燃料噴射装置４と、燃料タンク３内に発生する蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置５と、燃料タンク３に貯留されている燃料を燃料噴射装置４へ供給する燃料供給装置６と、エンジン１のクランクシャフトに図示しない動力伝達機構を介して接続されたスタータ７と、これら燃料噴射装置４、燃料供給装置６、及びスタータ７を制御する電子制御ユニット８（以下、「ＥＣＵ８」との略称を用いる）と、を備える。

燃料タンク３は、外部から給油される燃料を貯留する。燃料タンク３内には、燃料タンク３内に貯留されている燃料の残量、より具体的には液位を検出するセンダユニット３１と、燃料タンク３内の圧力を検出するタンク内圧センサ３２と、が設けられている。センダユニット３１は、燃料タンク３内に貯留された燃料の液面に浮かぶフロート（図示せず）の位置に応じたセンダ信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８は、このセンダ信号に基づいて燃料タンク３内の燃料の残量を検出する。タンク内圧センサ３２は、燃料タンク３内の圧力に応じた検出信号をＥＣＵ８へ送信する。

燃料供給装置６は、燃料タンク３の中に設けられた燃料供給ポンプ６１及びプレッシャレギュレータ６２と、このプレッシャレギュレータ６２と燃料噴射装置４とを接続する燃料供給管６３と、この燃料供給管６３に設けられた逆止弁６４と、この逆止弁６４を迂回する還流管６５と、この還流管６５に設けられたリリーフ弁６６と、を備える。

燃料供給ポンプ６１は、燃料タンク３内の底部に設けられた吸引口から燃料を汲み上げ、これをプレッシャレギュレータ６２へ圧送する。この燃料供給ポンプ６１は、電磁ポンプであり、ＥＣＵ８から送信される指令信号に基づいて駆動される。プレッシャレギュレータ６２は、燃料供給ポンプ６１から圧送される燃料を、所定圧未満になるように調圧して燃料供給管６３へ供給する。より具体的には、プレッシャレギュレータ６２は、燃料供給ポンプ６１から供給される燃料の圧力が所定圧を超える場合には、燃圧が所定圧未満になるように、余剰燃料を燃料タンク３内に還流する。

逆止弁６４は、燃料タンク３側から燃料噴射装置４側への燃料の流れを許容し、燃料噴射装置４側から燃料タンク３側への燃料の流れを遮断する。リリーフ弁６６は、燃料供給管６３のうち逆止弁６４から燃料噴射装置４側の燃圧が所定圧になるように、開閉する。すなわちリリーフ弁６６は、燃料供給管６３の燃料噴射装置４側の燃圧が所定圧を超えたことに応じて開弁し、燃料噴射装置４側の燃料を、還流管６５を介して燃料タンク３側へ還流する。これにより燃料噴射装置４に供給される燃圧が所定圧に維持される。

燃料噴射装置４は、燃料供給管６３から供給される燃料を昇圧する高圧ポンプ（図示せず）や、この高圧ポンプによって昇圧された燃料をエンジン１の各気筒内又は各気筒に連通する吸気ポート内に噴射する複数のインジェクタ（図示せず）等によって構成される。高圧ポンプは、例えば、エンジン１のクランクシャフトの動力を利用して燃料を昇圧する。また各インジェクタは、ＥＣＵ８から送信される指令信号に基づいて開閉することにより、高圧ポンプから供給される燃料を噴射する。

蒸発燃料処理装置５は、蒸発燃料を吸着する吸着剤（具体的には、例えば活性炭）を備えるキャニスタ５１と、燃料タンク３とキャニスタ５１とを接続するチャージ管５２と、キャニスタ５１とエンジン１の吸気管１１とを接続するパージ管５３と、を備える。燃料タンク３内において発生する蒸発燃料は、チャージ管５２を介してキャニスタ５１内に導入され、その吸着剤に一時的に蓄えられる。またエンジン１の運転中には、吸気管１１内に負圧が発生することから、キャニスタ５１から吸気管１１へ空気の流れが生じる。キャニスタ５１に蓄えられていた蒸発燃料は、この空気の流れによってパージ管５３を介して吸気管１１へ流れ込み、エンジン１の燃焼に供される。

ＥＣＵ８は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種制御プログラムやデータ等を記憶するＲＡＭやＲＯＭ、上記プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵ等で構成されるコンピュータである。ＥＣＵ８には、以上のようなハードウェア構成によって実現される制御モジュールとして、自動停止再始動制御部８１と、燃料ポンプ制御部８２と、空転判定部８３とが構成されている。

自動停止再始動制御部８１は、運転中のエンジンを車両の状態に応じて自動停止したり、自動停止中のエンジンを自動再始動したりする。なお、この自動停止再始動制御部８１によってエンジン１を自動停止したり自動再始動したりする具体的な手順については、後に図２を参照して説明する。

燃料ポンプ制御部８２は、少なくともエンジン１が運転中である間及びエンジン１が自動停止中である間に燃料供給ポンプ６１を駆動し、燃料タンク３内の燃料を燃料噴射装置４へ供給する。

空転判定部８３は、エンジン１が自動停止中である間において、燃料ポンプ制御部８２によって駆動されている燃料供給ポンプ６１が空転状態であるか否かを判定する。ここで空転状態とは、燃料供給ポンプ６１が、吸入口から十分な量の燃料を汲み出すことができず、燃料タンク３内のガスを吸い込んでいる状態をいう。空転判定部８３は、以下の３種類の判定アルゴリズムの何れか又はこれら判定アルゴリズムの組み合わせによって、燃料供給ポンプ６１が空転状態であるか否かを判定する。

＜第１の判定アルゴリズム＞
例えば、燃料タンク３内の燃料の残量がエンプティに近い状態になると、燃料の水位が燃料供給ポンプ６１の吸入口より低くなってしまい、燃料供給ポンプ６１は空転状態になる場合がある。そこで空転判定部８３は、例えば、センダユニット３１から送信されるセンダ信号に基づいて燃料タンク３内の燃料の残量を取得し、この残量が、空転状態の有無を判定するために定められた空転判定量より多い場合には、燃料供給ポンプ６１は空転状態でないと判定し、残量が空転判定量以下である場合には燃料供給ポンプ６１は空転状態であると判定する。

また燃料タンク３に燃料の温度を検出する温度センサが設けられている場合、空転判定部８３は、上記センダ信号とこの温度センサの検出信号とに基づいて燃料供給ポンプ６１が空転状態であるか否かを判定してもよい。より具体的には、空転判定部８３は、燃料の残量と燃料の温度とを取得し、燃料の残量が空転判定量以下でありかつ燃料の温度が空転状態の有無を判定するために定められた空転判定温度以上である場合には、燃料供給ポンプ６１は空転状態であると判定し、燃料の残量が空転判定量より多いか又は燃料の温度が空転判定温度より低い場合には、燃料供給ポンプ６１は空転状態でないと判定してもよい。後述の第２の判定アルゴリズムにおいて説明するように、燃料供給ポンプ６１を空転状態で駆動し続けると、その駆動熱によって燃料タンク３内の燃料の温度が上昇する。したがってこのように燃料の残量と燃料の温度とに基づいて燃料供給ポンプ６１が空転状態であるか否かを判定することにより、燃料供給ポンプ６１の駆動熱による影響も考慮できるので、燃料の残量のみで判定する場合よりも精度良く空転状態を判定することができる。

＜第２の判定アルゴリズム＞
燃料供給ポンプ６１を空転状態で駆動し続けると、燃料供給ポンプ６１の駆動熱によって加熱された燃料がリリーフ弁６６を介して燃料タンク３内に還流してしまい、燃料タンク３内における蒸発燃料の発生量が増加し、ひいては燃料タンク３内の圧力が上昇する。そこで空転判定部８３は、例えば、タンク内圧センサ３２によって検出されるタンク内圧が、空転状態の有無を判定するために定められた空転判定圧以下である場合には燃料供給ポンプ６１は空転状態でないと判定し、タンク内圧が空転判定圧より高い場合には燃料供給ポンプ６１は空転状態であると判定する。

＜第３の判定アルゴリズム＞
燃料供給ポンプ６１が空転状態になると、燃料供給ポンプ６１は燃料タンク３内のガスを吸い込んでしまうため、燃料供給ポンプ６１の負荷が減少する。そこで空転判定部８３は、例えば燃料供給ポンプ６１に供給される電流、電圧、電力等に基づいて燃料供給ポンプ６１のポンプ負荷を算出し、このポンプ負荷が空転状態の有無を判定するために定められた空転判定負荷より高い場合には燃料供給ポンプ６１は空転状態でないと判定し、算出したポンプ負荷が空転判定負荷以下である場合には燃料供給ポンプ６１は空転状態であると判定する。

図２は、自動停止再始動制御部８１においてエンジン１を自動停止又は自動再始動させる具体的な手順を示すフローチャートである。図２に示す処理は、運転者によって車両を始動するためのスタートスイッチ（図示せず）がオンにされてから、運転者によって車両を停止するためにスタートスイッチがオフにされるまでの間、自動停止再始動制御部８１によって所定の制御周期で繰り返し実行される。

Ｓ１では、自動停止再始動制御部８１は、エンジン１が自動停止中であるか否かを判定する。自動停止再始動制御部８１は、Ｓ１の判定結果がＮＯである場合、すなわちエンジン１が運転中である場合にはＳ２に移り、ＹＥＳである場合、すなわちエンジン１が自動停止中である場合にはＳ４に移る。

Ｓ２では、自動停止再始動制御部８１は、所定の自動停止条件が成立したか否かを判定する。ここで自動停止条件とは、より具体的には、車速が略０であり、アクセルペダルの開度が略０であり、かつブレーキペダルの踏込操作が検出されていること、である。また車両が、動力発生源としてエンジン１の他に駆動モータを備えるハイブリッド車両である場合、自動停止再始動制御部８１は、エンジン１を停止し駆動モータのみで車両を走行させるＥＶモードに移行する場合にも、自動停止条件が成立したと判定してもよい。

Ｓ２の判定結果がＹＥＳである場合、自動停止再始動制御部８１は、Ｓ３に移り、エンジン１を自動停止させた後、図２の処理を終了する。より具体的には、自動停止再始動制御部８１は、燃料噴射装置４による燃料噴射制御を停止することによってエンジン１を自動停止させる。またＳ２の判定結果がＮＯである場合、自動停止再始動制御部８１は、エンジン１を自動停止せずに図２の処理を直ちに終了する。

Ｓ４では、自動停止再始動制御部８１は、所定の自動再始動条件が成立したか否かを判定する。ここで自動再始動条件とは、より具体的には、例えばブレーキペダルの踏込操作が解除されたこと、又はアクセルペダルの踏込操作が検出されたこと、である。また車両が上述のようなハイブリッド車両である場合、エンジン１で発生する駆動力を用いて車両を走行させるＨＥＶモードに移行する場合にも、自動再始動条件が成立したと判定してもよい。

Ｓ４の判定結果がＹＥＳである場合、自動停止再始動制御部８１は、Ｓ６に移り、エンジン１を自動再始動させた後、図２の処理を終了する。より具体的には、自動停止再始動制御部８１は、スタータ７を駆動することによってエンジン１のクランキングを行いながら燃料噴射装置４による燃料噴射制御を開始することによってエンジン１を自動再始動させる。またＳ４の判定結果がＮＯである場合、自動停止再始動制御部８１は、Ｓ５に移る。

Ｓ５では、自動停止再始動制御部８１は、空転判定部８３によって燃料供給ポンプ６１は空転状態であると判定されているか否かを判定する。エンジン１を自動停止している間に燃料供給ポンプ６１を空転状態で駆動し続けると、上述のように燃料タンク３内における蒸発燃料の発生量が、キャニスタ５１における吸着上限を超えてしまうおそれがある。そこでＳ５の判定結果がＹＥＳである場合、自動停止再始動制御部８１は、自動再始動条件が成立していない場合であってもＳ６に移り、エンジン１を自動再始動させる。またＳ５の判定結果がＮＯである場合、自動停止再始動制御部８１は、エンジン１を自動再始動せずに図２の処理を直ちに終了する。

本実施形態に係るエンジン１の制御装置２によれば、以下の効果を奏する。
（１）燃料供給ポンプ６１を空転状態で駆動し続けると、燃料タンク３内における蒸発燃料の発生量が増加する場合がある。これに対し自動停止再始動制御部８１は、エンジン１が自動停止している間に、空転判定部８３によって燃料供給ポンプ６１が空転状態であると判定された場合には、自動再始動条件が成立していなくてもエンジン１を自動再始動する。これにより、燃料タンク３内で発生する蒸発燃料をエンジン１における燃焼に供することができるようになるので、蒸発燃料を吸着するキャニスタ５１を大型化することなく、エンジン１の自動停止中も燃料供給ポンプを駆動し続けることができる。

（２）空転判定部８３は、燃料タンク３内の燃料の残量が所定の空転判定量以下である場合に、燃料供給ポンプ６１は空転状態であると判定する。これにより、従来から燃料タンク３に搭載されている装置を用いて、燃料供給ポンプ６１が空転状態であるか否かを精度良く判定できる。

（３）空転判定部８３は、燃料タンク３内の圧力に基づいて燃料供給ポンプ６１は空転状態であると推定する。これにより、従来から燃料タンク３に搭載されている装置を用いて、燃料供給ポンプ６１が空転状態であるか否かを精度良く判定できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…エンジン（内燃機関）
２…制御装置
３…燃料タンク
３１…センダユニット（残量センサ）
３２…タンク内圧センサ（圧力センサ）
４…燃料噴射装置
５…蒸発燃料処理装置
５１…キャニスタ
６…燃料供給装置
６１…燃料供給ポンプ（燃料ポンプ）
６２…プレッシャレギュレータ
６６…リリーフ弁
７…スタータ
８…ＥＣＵ
８１…自動停止再始動制御部（自動停止再始動装置）
８２…燃料ポンプ制御部（燃料ポンプ制御装置）
８３…空転判定部

Claims (3)

1. 燃料タンク内の燃料を内燃機関の燃料噴射装置に供給する燃料ポンプと、
   運転中の前記内燃機関を車両の状態に応じて自動停止した後、自動停止中の当該内燃機関を自動再始動する自動停止再始動装置と、
   少なくとも前記内燃機関の運転中及び自動停止中に前記燃料ポンプを駆動する燃料ポンプ制御装置と、を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料ポンプが空転状態であるか否かを判定する空転判定部をさらに備え、
   前記自動停止再始動装置は、前記内燃機関が自動停止している間に前記空転判定部により前記燃料ポンプは空転状態であると判定された場合には、当該内燃機関を自動再始動することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記空転判定部は、
   前記燃料タンク内の燃料の残量を検出する残量センサと、
   前記残量センサによって検出される残量が所定量以下である場合に前記燃料ポンプは空転状態であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記空転判定部は、
   前記燃料タンク内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサによって検出される圧力が所定圧より高い場合に前記燃料ポンプは空転状態であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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