JP3922862B2

JP3922862B2 - 内燃機関の燃料供給装置

Info

Publication number: JP3922862B2
Application number: JP2000027912A
Authority: JP
Inventors: 肇細谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2001221085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射圧力を機関運転条件に応じて段階的に切り換える燃料供給装置に関し、特に、該燃料噴射圧力切り換え時の弊害を回避する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁によって、吸気通路に燃料噴射する内燃機関（ガソリン機関等）においては、始動性向上のため噴霧燃料の微粒化が促進されるように燃料噴射圧力を高圧とし、始動後は燃料噴射量が高精度に制御されるように噴射期間を増大させるべく燃料噴射圧力を低圧に切り換えるようにしたものがある。
【０００３】
また、近年では、ガソリン機関でも燃料噴射弁によって燃料を燃焼室内に直接噴射するものがある。かかる直墳式機関では、高圧ポンプを用いて燃料噴射圧力を高圧に設定するが、始動時は、機関駆動される高圧ポンプの回転数が低く、吐出圧が低いので、低圧のプレッシャレギュレータにより、燃料噴射圧力を低く設定し、始動後に高圧ポンプの回転数が十分上昇して吐出圧が上昇した後に、高圧の燃料噴射圧力に切り換えるようにしたものがある（特開平１０−９０７３号等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように機関の運転条件に応じて燃料噴射圧力を切り換えるようにしたものでは、図７に示すように、該燃料噴射圧力の切り換え指令後、燃料圧力の変化に遅れを生じ、また、該変化直後に燃料圧力の脈動を生じるため、該燃料噴射圧力の切り換え過渡時に燃料噴射量が設定値に対して大きくずれを生じ、大きな空燃比変化（ΔＡ／Ｆ）に伴なう失火の発生などによってＨＣ、ＣＯの発生量が増加するなど、排気浄化性能の悪化を来すこととなった。
【０００５】
前記燃料圧力変化の遅れに対して燃料噴射量制御の切り換えに遅れ時間を与えたとしても、実際の燃料圧力変化の遅れ時間にはバラツキがあり、また、燃圧センサを設けて燃料噴射量圧力に応じた燃料噴射量の補正を行なったり、燃料ダンパを設けて脈動を低減することも可能ではあるが、十分とはいえず、コストもかかる。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃料噴射圧力の切り換え実行時期を適切に設定することにより、低コストで、燃料噴射圧力切り換え時の弊害を確実に回避できるようにした内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１にかかる発明は、
燃料噴射弁からの燃料噴射圧力を、機関運転条件に応じて段階的に切り換える内燃機関の燃料供給装置において、
前記機関運転条件に応じた燃料噴射圧力の切り換え要求の発生後、減速時の燃料供給停止条件となるのを待って、該燃料供給停止期間中に燃料噴射圧力の切り換えを実行し、燃料供給停止期間終了後、該切り換えられた燃料噴射圧力で燃料噴射を再開することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る発明によると、
例えば、始動時から始動後に要求燃料噴射圧力が変化して、燃料噴射圧力を切り換える際に、減速時の燃料供給停止を待って該燃料供給停止期間中に燃料噴射圧力の切り換えが実行される。
【０００９】
このように、燃料供給停止期間中に燃料噴射圧力の切り換えを実行すると、燃料圧力の変化の遅れや脈動の発生があっても、この間は燃料が噴射されず、前記脈動が十分に収まって切り換え後の設定燃料噴射圧力に安定してから燃料の噴射が行なわれるため、切り換え過渡時の燃料噴射量のずれによる排気浄化性能の悪化を防止できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、
前記燃料噴射圧力の切り換えは、設定燃圧の異なる複数のプレッシャレギュレータの作動を切り換えることにより行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明によると、
設定燃圧の異なる複数のプレッシャレギュレータの作動を、例えば、燃料噴射圧力の低圧設定時は、低圧側プレッシャレギュレータへの燃料供給を行なうことにより燃料噴射圧力を低圧に調整し、燃料噴射圧力の高圧設定時は、低圧側プレッシャレギュレータへの燃料供給を遮断し、高圧側プレッシャレギュレータのみに燃料を供給することにより、燃料噴射圧力を高圧に調整することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、
前記燃料噴射圧力の切り換えは、１個のプレッシャレギュレータの制御圧室内の制御圧を切り換えることにより行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明によると、
プレッシャレギュレータの制御圧室内の制御圧を切り換えることにより、該制御圧室内の制御圧に応じて調整される燃料噴射圧力に切り換えることができる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、
機関の吸気通路に燃料が噴射され、始動時に要求される高圧側燃料噴射圧力から始動後に要求される低圧側燃料噴射圧力へ切り換えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明によると、
機関の吸気通路に燃料を噴射するものでは、始動時には燃料噴射圧力を高圧に設定して燃料の微粒化を促進して始動性の向上を図り、始動後は燃料噴射圧力を低圧に設定して燃料噴射期間を長引かせることにより、燃料噴射量を高精度に制御されるようにする。
【００１６】
このように、始動時に高圧に設定された燃料噴射圧力から始動後に低圧に設定された燃料噴射圧力への切り換えを、減速時の燃料供給停止を待って行なう。
また、請求項５に係る発明は、
機関の燃焼室内に直接燃料が噴射され、始動時に要求される低圧側燃料噴射圧力から始動後に要求される高圧側燃料噴射圧力へ切り換えることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る発明によると、
直墳式のガソリン機関などでは、運転条件に応じて圧縮行程中への燃料噴射を行なって成層混合気を形成することが必要となるため、一般に吸気通路に燃料噴射するものに比較して燃料噴射圧力が相当大きく設定され、機関駆動される専用の高圧ポンプを備える。
【００１８】
しかし、始動時は、機関駆動される高圧ポンプの回転数が低く、吐出圧が低いので、低圧のプレッシャレギュレータを用いるなどして、燃料噴射圧力を低く設定し、始動後に高圧ポンプの回転数が十分上昇して吐出圧が上昇した後に、高圧の燃料噴射圧力に切り換える
このように、始動時に低圧に設定された燃料噴射圧力から始動後に高圧に設定された燃料噴射圧力への切り換えを、減速時の燃料供給停止を待って行なう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態の全体システム構成を示す。
【００２０】
図１において、機関１は、電磁式の燃料噴射弁２を、その噴孔を吸気ポート４内に臨ませて配置し、該燃料噴射弁２から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を、燃焼室３内で点火栓６による火花点火によって着火させる火花点火式直噴機関である。
【００２１】
前記機関１の排気は、排気弁７及び排気ポート８を介して燃焼室３から排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
燃料タンク９内の燃料は、燃料ポンプ10により吸引吐出され、燃料通路11に介装された燃料フィルタ12によってろ過された後、電磁開閉弁13と低圧側プレッシャレギュレータ14とが介装された低圧側燃料通路15と、高圧側プレッシャレギュレータ16が介装された高圧側燃料通路17と、に分岐して供給される。低圧側プレッシャレギュレータ14と高圧側プレッシャレギュレータ16には、夫々余剰燃料を前記燃料タンク９に戻すリターン通路18,19（下流部分は１本に合流）が接続されている。
【００２２】
前記低圧側燃料通路15と高圧側燃料通路17との下流側は、合流して燃料分配用の燃料ギャラリ20に接続され、該燃料ギャラリ20に前記各気筒の燃料噴射弁２が接続されている。
【００２３】
前記電磁開閉弁13を開弁したときには、低圧側プレッシャレギュレータ14により燃料は低圧に調整され、また、前記電磁開閉弁13を閉弁したときには、高圧側プレッシャレギュレータ16のみに燃料が供給されるので、該高圧側プレッシャレギュレータ16により燃料は高圧に調整されて、燃料ギャラリ20に供給される。
【００２４】
そして、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット21から所定噴射タイミングで送られる機関運転状態に応じた所定幅のパルス信号に応じて、前記燃料噴射弁２が開制御され、前記電磁開閉弁13の開閉に応じて所定圧力に調整された燃料を燃焼室３内に噴射供給する。
【００２５】
前記コントロールユニット21には、前記燃料噴射制御のため、機関回転速度などを検出するクランク角センサ22、吸入空気流量検出用のエアフローメータ23、機関冷却水温度を検出する水温センサ24、アクセル開度を検出して減速操作などを検出するアクセル開度センサ25等の各種センサからの検出信号が入力されるようになっている。
【００２６】
ここで、コントロールユニット21は、前記噴射パルス信号のパルス幅、即ち、燃料噴射弁２による燃料噴射期間を制御すると共に、運転条件に応じて前記電磁開閉弁13の開閉を切り換えることによって燃料噴射圧力を切り換え、該燃料噴射圧力と前記燃料噴射期間とで定まる燃料噴射量を制御する。そして、本発明では、前記燃料噴射圧力の切り換えを、運転条件に応じた燃料噴射圧力の切り換えの判断を行なった後、燃料カット条件が成立してから、実行する。
【００２７】
以下に、前記燃料噴射圧力の切り換え制御を、図２に示したフローチャートに従って説明する。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様） 1では、要求される燃料噴射圧力が始動時の高圧側設定値であるか、始動後の低圧側設定値であるかを判定する。
【００２８】
ステップ１で、高圧側設定値と判定された場合は、ステップ２へ進んで前記電磁開閉弁13を閉に制御することにより、燃料噴射圧力を高圧側の設定値に制御し、切換終了フラグＦＥＮＤの値を０にセットする。
【００２９】
ステップ１で、要求される燃料噴射圧力が低圧側設定値と判定された場合は、ステップ３へ進んで現在既に低圧側設定値に切り換えられているかを、切換終了フラグＦＥＮＤの値が１であるか否かによって判定する。
【００３０】
切換終了フラグＦＥＮＤの値が０で、まだ、低圧側設定値に切り換えられていないと判定されたときは、ステップ４へ進み、減速時の燃料カット（燃料供給停止）条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、アクセル開度が略０で機関回転速度が所定値以上のときなどに、燃料カット条件が成立する。
【００３１】
ステップ４で、燃料カット条件が成立していないと判定されたときは、ステップ２へ進み、現状、即ち、燃料噴射圧力を高圧側の設定値とする制御を維持する。
【００３２】
そして、ステップ４で、燃料カット条件が成立していると判定されたときに、ステップ５へ進み、前記電磁開閉弁13を閉から開に切り換えて、燃料噴射圧力を高圧側設定値から低圧側設定値に切り換える制御を実行し、切換終了フラグＦＥＮＤの値を１にセットする。
【００３３】
その後は、ステップ３で切換終了フラグＦＥＮＤの値が１と判定されて、ステップ５へ進み、燃料噴射圧力を低圧側の設定値とする制御を維持する。
このようにすれば、燃料カット中に燃料噴射圧力の切り換えが実行されるので、燃料圧力の変化の遅れや脈動の発生があっても、この間は燃料が噴射されず、前記脈動が十分に収まって切り換え後の設定燃料噴射圧力に安定してから燃料の噴射が行なわれるため、切り換え過渡時の燃料噴射量のずれによる排気浄化性能の悪化を防止できる。
【００３４】
次に、第２の実施の形態について説明する。このものは、燃料噴射圧力の切り換えを、１個のプレッシャレギュレータの制御圧室内の燃料圧力を切り換えることにより行なう。
【００３５】
該第２の実施の形態のシステム構成を図３に示す。燃料タンク９内部において燃料フィルタ12と燃料ギャラリ20とを接続する主燃料通路31の途中から分岐する燃圧調整用燃料通路32に、１個のプレッシャレギュレータ33が接続されている。
【００３６】
前記燃圧調整用燃料通路32は下流側が２本に分岐し、一方の燃料通路32Ａは前記プレッシャレギュレータ33の後述する下側の燃料室51に接続され、他方の燃料通路32Ｂは電磁式の還流制御弁34及びオリフィス35を介してプレッシャレギュレータ33の後述する上側の制御圧室52に接続されている。
【００３７】
前記プレッシャレギュレータ33の燃料室51には、該燃料室51内の燃料を燃料タンク９内に戻すリターン通路36が接続され、制御圧室52には該制御圧室52内の燃料をオリフィス37を介して燃料タンク９内に戻すリターン通路38が接続されている。
【００３８】
図４は、前記プレッシャレギュレータ33と周辺部の内部構造を示す。プレッシャレギュレータ33は、上ケース53と下ケース54の間にダイアフラム55が挟んで固定され、該ダイアフラム55の上側に前記制御圧室52、下側に前記燃料室51が画成される。
【００３９】
前記ダイアフラム55の中央部にはアーマチャ56が固定され、その下側に小径円板状の弁体57が、ボール58を介して揺動自由に取り付けられている。
燃料室51には、前記リターン通路36と連通接続して上方に突出する保持筒59が装着され、該保持筒59の上端部には、筒状の弁座60が嵌挿して固定されている。
【００４０】
前記アーマチャ56と上ケース53との間には、圧力設定バネ61が配設され、アーマチャ56等を介して前記弁体57を閉弁方向に付勢している。
そして、前記還流制御弁34を閉じたときには、制御圧室52内は、燃料タンク９内の燃料圧力に前記圧力設定バネ61の圧縮付勢力を加えた圧力に設定されるが、還流制御弁34を開くと、前記燃料室51に導かれる燃料の一部が、還流制御弁34、オリフィス35を介装した燃圧調整用燃料通路32Ｂを介して制御圧室52内に還流される。そして、前記制御圧室52上流側のオリフィス35と下流側のオリフィス37とによる絞り作用で制御圧室52内の燃料圧力が所定圧だけ高められる。
【００４１】
このように、還流制御弁34の開閉に応じて制御圧室52の制御圧が２段階に切り換えられ、これにより、該制御圧室52の制御圧によって調整される燃料室51上流側の燃料圧力、つまり、燃料噴射圧力が高低２段階に切換制御される。
【００４２】
燃料噴射圧力の切換制御については、第１の実施の形態と同様であり、図２においてステップ２で燃料噴射圧力を高圧に制御するときには、前記還流制御弁34を開とし、ステップ５で燃料噴射圧力を低圧に制御するときには、還流制御弁34を閉とする。作用、効果については第１の実施の形態と同様であるが、プレッシャレギュレータが１個で済み、コンパクトに構成できる。
【００４３】
次に、燃料噴射弁により、燃料を燃焼室内に直接噴射する直墳式機関（ガソリン機関等の火花点火機関）に、本発明を適用した第３の実施の形態について説明する。
【００４４】
該第３の実施の形態のシステム構成を図５に示す。図において、第１の実施の形態を示す図１と異なる部分について説明すると、機関１は、電磁式の燃料噴射弁２を、その噴孔を燃焼室３内に臨ませて配置し、吸気ポート４及び吸気弁５を介して燃焼室３内に吸引した新気に対して前記燃料噴射弁２から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を点火栓６による火花点火によって着火するものである。
【００４５】
かかる直墳式機関では、運転条件に応じて圧縮行程中への燃料噴射を行なって成層混合気を形成することが必要となるため、第１の実施の形態のように吸気通路に燃料噴射するものに比較して燃料噴射圧力がかなり大きく設定される。したがって、電動式の低圧ポンプ10の下流側に機関駆動される専用の高圧ポンプ71を備える。
【００４６】
前記高圧ポンプの下流側に、電磁開閉弁13と低圧側プレッシャレギュレータ14とが介装された低圧側燃料通路15と、高圧側プレッシャレギュレータ16が介装された高圧側燃料通路17とを備えることは、第１の実施の形態と同様であるが、少なくとも高圧側プレッシャレギュレータ16により調整される燃料圧力は、第１の実施の形態の高圧側プレッシャレギュレータ16に比較してかなり大きく設定されている。また、燃料ギャラリ20は、コモンレールと称され、第１の実施の形態のものに比較して容量が大きい。
【００４７】
そして、該直墳式機関では、始動時に機関回転速度が低いため、機関駆動される高圧ポンプ71の吐出圧が設定圧まで上昇しない。そこで、始動時は、低圧側プレッシャレギュレータ14により、燃料噴射圧力を低圧に調整し、始動後、機関回転速度が上昇してから高圧側プレッシャレギュレータ16により燃料噴射圧力を高圧に調整するように切り換える。
【００４８】
しかし、燃料噴射圧力を低圧から高圧に切り換える場合も、燃料圧力変化の遅れ及び脈動を発生する。そこで、該燃料噴射圧力の切り換え時も、切り換え要求発生後燃料カットが行なわれるときに、切り換えを実行する。
【００４９】
図６は、本実施の形態における燃料噴射圧力の切り換え制御のフローチャートを示す。
図２とは逆に、要求燃料噴射圧力が低い始動時に、電磁開閉弁13を開として燃料噴射圧力を低圧に制御し（Ｓ１１，Ｓ１２）、始動後に要求燃料噴射圧力が高圧となってから燃料カット条件が成立したときに、電磁開閉弁13を閉として燃料噴射圧力を高圧とする制御に切り換え（Ｓ１３〜Ｓ１５）、以後運転終了まで該高圧制御を維持する（Ｓ１３→Ｓ１５）。
【００５０】
該直墳式機関においても燃料噴射圧力の切り換えを燃料カット期間中に実行することで、燃料圧力変化の遅れや脈動による空燃比の変動を回避でき、排気浄化性能を向上できる。なお、一般に始動後燃料カット条件は短時間で成立するが、この間は、圧縮行程での高圧での噴射を要求される成層燃焼を中止して均質燃焼を行うようにすればよい。
【００５１】
また、上記の直墳式機関における燃料噴射圧力の切り換えを、前記第２の実施の形態で示した１個のプレッシャレギュレータの制御圧室の制御圧を切り換えることにより行なう構成としてもよいことは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体システム構成を示す図。
【図２】同じく燃料噴射圧力の切り換え制御を示すフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態の全体システム構成を示す図。
【図４】同上の一点鎖線部の拡大断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態の全体システム構成を示す図。
【図６】同じく燃料噴射圧力の切り換え制御を示すフローチャート。
【図７】燃料噴射圧力切り換え時の燃料圧力変化を示す図。
【符号の説明】
１内燃機関
２燃料噴射弁
３燃焼室
９燃料タンク
10 燃料ポンプ
13 電磁開閉弁
14 低圧側プレッシャレギュレータ
15 低圧側燃料通路
16 高圧側プレッシャレギュレータ
17 高圧側燃料通路
21 コントロールユニット
22 クランク角センサ
25 アクセル開度センサ
71 高圧ポンプ

Claims

燃料噴射弁からの燃料噴射圧力を、機関運転条件に応じて段階的に切り換える内燃機関の燃料供給装置において、
前記機関運転条件に応じた燃料噴射圧力の切り換え要求の発生後、減速時の燃料供給停止条件となるのを待って、該燃料供給停止期間中に燃料噴射圧力の切り換えを実行し、燃料供給停止期間終了後、該切り換えられた燃料噴射圧力で燃料噴射を再開することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
前記燃料噴射圧力の切り換えは、設定燃圧の異なる複数のプレッシャレギュレータの作動を切り換えることにより行う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。
前記燃料噴射圧力の切り換えは、１個のプレッシャレギュレータの制御圧室内の制御圧を切り換えることにより行う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。
機関の吸気通路に燃料が噴射され、始動時に要求される高圧側燃料噴射圧力から始動後に要求される低圧側燃料噴射圧力へ切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置。
機関の燃焼室内に直接燃料が噴射され、始動時に要求される低圧側燃料噴射圧力から始動後に要求される高圧側燃料噴射圧力へ切り換えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給装置。