JP4169052B2

JP4169052B2 - 内燃機関の燃料供給装置

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Publication number: JP4169052B2
Application number: JP2006180154A
Authority: JP
Inventors: 龍彦秋田; 尚季倉田
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-10-22
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Description

本発明は、機関出力軸に駆動連結されて同機関出力軸の回転に基づき燃料を燃料噴射弁に圧送する内燃機関の燃料供給装置に関する。

こうした機関駆動式の燃料供給装置としては、例えば特許文献１に記載されるものが知られている。具体的には、この装置はシリンダに往復動可能に支持されたプランジャを有する高圧ポンプを備え、このプランジャがカムシャフトに形成されたカムにより往復駆動されることにより、加圧室に燃料が吸引されこれがプランジャにより加圧されてデリバリパイプに圧送される。デリバリパイプには各気筒に対応するインジェクタがそれぞれ接続されており、燃料はこれらインジェクタから各気筒の燃焼室に噴射供給される。

また、高圧ポンプには調量機構として機能する電磁弁が設けられており、この電磁弁により高圧ポンプの燃料圧送量が機関運転状態に基づいて調量される。尚、高圧ポンプは機関出力軸に駆動連結されているため、この電磁弁により調量可能な燃料圧送量の範囲は機関出力軸の回転速度に応じて変化することとなる。
特開２０００−８９９７号公報

ところで、高圧ポンプにおいて電磁弁が駆動不能になる等の異常が発生すると、上述したような燃料圧送量の調量ができなくなる。そしてこの場合、過剰な量の燃料が高圧ポンプからデリバリパイプ等の燃料配管に供給され、同燃料配管の燃料圧力が不必要に上昇してしまうことがある。このため、こうした燃料供給装置にあっては、通常、デリバリパイプ等にリリーフ弁を設け、燃料配管の燃料圧力がリリーフ弁のリリーフ圧以上になった場合には、同リリーフ弁を通じて燃料配管から燃料をリリーフし、その燃料圧力を低下させるようにしている。

しかしながら、このようにリリーフ弁を介して燃料をリリーフさせることによる燃料圧力の低下量には限界があり、高圧ポンプから供給される燃料の量が増大すると燃料配管の燃料圧力が極めて大きくなり、例えばインジェクタから機関燃焼室内に燃料が漏れる等のおそれがある。

尚、プランジャ式の高圧ポンプを採用する燃料供給装置について説明したが、こうした不都合は同構成に限らず、機関出力軸に駆動連結される他の燃料圧送装置を採用する燃料供給装置においても同様に生し得る。

本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料圧送量が調量不能になることにより燃料配管の燃料圧力が過度に上昇することを抑制し、燃料噴射弁から燃焼室への燃料漏れ等の発生を抑制することのできる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。

以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、機関出力軸に駆動連結されて同機関出力軸の回転に基づき燃料を燃料配管を通じて燃料噴射弁に圧送するとともに、その燃料圧送量を前記機関出力軸の回転速度に応じて変化する調量可能範囲において調量する調量機構を備える内燃機関の燃料供給装置において、前記調量機構による調量操作が不能になる異常の有無を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段により前記調量機構に異常がある旨検出されるときに、前記機関出力軸の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、前記回転速度制限手段は、点火時期を遅角することにより前記機関出力軸の回転速度を制限することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、機関出力軸に駆動連結されて同機関出力軸の回転に基づき燃料を燃料配管を通じて燃料噴射弁に圧送するとともに、その燃料圧送量を前記機関出力軸の回転速度に応じて変化する調量可能範囲において調量する調量機構を備える内燃機関の燃料供給装置において、前記調量機構による調量操作が不能になる異常の有無を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段により前記調量機構に異常がある旨検出されるときに、前記機関出力軸の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、前記回転速度制限手段は、機関バルブタイミングを変更することにより前記機関出力軸の回転速度を制限することを特徴とする。

同構成では、調量機構による燃料圧送量の調量が不能であるときに機関出力軸の回転速度が所定回転速度以下に制限される。これにより、燃料圧送装置の燃料圧送量を制限して燃料配管における燃料の圧力が過度に上昇することを抑制することができ、燃料噴射弁から燃料室への燃料漏れ等の発生を抑制することができるようになる。
ここで、機関出力軸の回転速度を制限するに際しては、例えば燃料噴射弁の燃料噴射量を制限することにより機関出力軸の回転速度を制限する、といった構成を採用することができる。
但しこのように、燃料噴射量を制限した場合には、機関回転速度を速やかに低下させることができるものの、燃料噴射による燃料圧力の低下量は少なくなる。この点、請求項１に記載されるように、その回転速度制限手段は、点火時期を遅角することにより機関出力軸の回転速度を制限する、といった構成、又は請求項２に記載されるように、その回転速度制限手段は、機関バルブタイミングを変更することにより機関出力軸の回転速度を制限する、といった構成を採用することにより、燃料噴射量を制限することにより機関回転速度を低下させる構成を採用した場合と比較して、燃料噴射による燃料圧力の低下量の減少を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記調量機構の異常時にその燃料圧送量が前記調量可能範囲の最大量になることを特徴とする。こうした調量機構の異常時において、特に燃料圧送装置の燃料圧送量がその時の機関回転速度に応じて定まる調量可能範囲の最大値になる場合には、上述したような不都合が一層発生しやすくなる。この点、請求項３に記載の発明によれば、こうした不都合の発生を好適に抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料配管に設けられ燃料圧力が装置該燃料配管の耐圧限界値よりも小さいリリーフ圧を超えるときに開弁して前記燃料配管内の一部をリリーフするリリーフ弁を更に備え、前記回転速度制限手段は前記リリーフ弁が開弁する状態下で前記燃料配管の燃料の圧力が前記耐圧限界値と前記リリーフ圧との間の所定圧力に維持される速度に前記所定回転速度を設定することを特徴とする。

このように、機関回転速度を所定回転速度以下となるように制限することにより、燃料供給装置の燃料圧力が過度に高くなることを抑制することはできる。但し、上記所定回転速度を過度に低く設定すると、機関回転速度が必要以上に低く制限されてしまうこととなる。

この点、上記構成によれば、リリーフ弁により燃料配管内の燃料の一部をリリーフするとともに、燃料供給装置の燃料圧力がこのリリーフ弁のリリーフ圧と燃料供給装置の耐圧限界値との間の所定圧力となる速度に前記所定回転速度を設定している。これにより、リリーフ弁の燃料リリーフ機能を活用しつつ、燃料供給の燃料圧力が過度に高くなるのを抑制することができ、機関回転速度が必要以上に低く制限されてしまうことを回避することができるようになる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載される４気筒直噴式内燃機関の燃料供給装置に適用した第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。ここで、図１はこの燃料供給装置の概略構成を示す構成図である。

図１に示されるように、燃料供給装置９０は、フィードポンプ３と高圧ポンプ５０とを備えている。フィードポンプ３は、電動モータ（図示略）によって駆動され、燃料タンク２の燃料を吸入し、これを低圧通路２０を通じて高圧ポンプ５０に供給する。この高圧ポンプ５０は、機関出力軸１に駆動連結され、フィードポンプ３によって供給された燃料を高圧化し、高圧通路２１を通じて燃料配管であるデリバリパイプ５に圧送する。

デリバリパイプ５には、各気筒に対応するインジェクタ４がそれぞれ接続されており、これらインジェクタ４からデリバリパイプ５における燃料が各気筒の燃焼室内に噴射される。また、デリバリパイプ５にはリリーフ弁６が設けられている。このリリーフ弁６はリターン通路２２を介して燃料タンク２に接続されている。ここで、デリバリパイプ５の燃料圧力（以下、単に「燃料圧力Ｐ」と称する）が予め設定されたリリーフ圧ＰＥを超えると、リリーフ弁６が開弁してデリバリパイプ５の燃料がリターン通路２２を通じて燃料タンク２に戻される。尚、このリリーフ圧ＰＥは、デリバリパイプ５等、燃料配管の耐圧限界値ＰＬよりも小さい値に設定されている。

また、燃料供給装置９０には、機関運転状態を検出するための各種センサが設けられている。例えば、機関出力軸１の近傍には、機関出力軸１の回転速度（以下、単に「機関回転速度ＮＥ」と称する）と回転位相とを検出するクランクセンサ６５が設けられている。アクセルペダル（図示略）の近傍にはその踏込量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ５２が設けられている。また、デリバリパイプ５には、燃料圧力Ｐを検出する圧力センサ６２が設けられている。

そして、上述した各センサの検出信号は制御装置１００に取り込まれる。この制御装置１００は、これら検出信号、即ち機関運転状態に基づいて、燃料噴射制御や、点火時期制御等、内燃機関の各種制御を統括して実行する。また、制御装置１００は、これら各種制御にかかる制御プログラムやその実行に必要となる関数マップ、演算結果を記憶するメモリ１００ａを備えている。

次に、高圧ポンプ５０の構造について説明する。図１に示されるように、高圧ポンプ５０は大きくは、駆動機構５０ａと調量機構として機能する電磁弁５０ｂとによって構成されている。駆動機構５０ａは、ボディ２４とプランジャ３０とを備え、そのボディ２４は内燃機関のシリンダヘッド（図示略）に固定されている。ボディ２４の内部には、シリンダ２８が形成されており、このシリンダ２８にプランジャ３０が往復動可能に支持されている。このプランジャ３０の基端部（図中下端部）には、リフタ２９が固定されている。このリフタ２９は、その側面がボディ２４に固定されたリフタガイド２３に摺動可能に支持されるとともに、その底面が内燃機関のカムシャフト８に形成されたカム９当接している。また、ボディ２４とリフタ２９との間には、スプリング２７が設けられており、このスプリング２７の付勢力によりリフタ２９及びプランジャ３０はカム９側に付勢されている。ここで、カムシャフト８が回転すると、カム９によりプランジャ３０が往復駆動される。尚、カムシャフト８は、チェーン等の転動機構を介して機関出力軸１に駆動連結されて、同機関出力軸１とともに回転する。

また、電磁弁５０ｂは、ハウジング３２、コア３１、コイル３３及び磁性材料からなる弁体３４を備えている。ハウジング３２はボディ２４に取り付けられるとともに、コア３１及びコイル３３はハウジング３２の内部に設けられている。これらハウジング３２及びボディ２４により加圧室２６が区画されており、この加圧室２６はハウジング３２及びボディ２４に形成された供給通路２０ａを介して低圧通路２０に連通されるとともに、ボディ２４に形成された吐出通路２１ａを介して高圧通路２１に連通されている。尚、この吐出通路２１ａにはチェック弁２５が配設されており、このチェック弁２５により、デリバリパイプ５側から加圧室２６への燃料の流れが規制されている。

弁体３４の先端には弁部３４ｂが形成されており、この弁部３４ｂはハウジング３２において供給通路２０ａの加圧室２６に連通する開口周縁に形成された弁座３７に離着座する。弁体３４の弁部３４ｂとボディ２４との間には、スプリング３６が設けられており、このスプリング３６により、弁体３４の弁部３４ｂは弁座３７側に付勢されている。これにより、弁部３４ｂは弁座３７に着座して電磁弁５０ｂは閉弁状態になる。一方、弁体３４の基端にはアーマチャ３４ａが形成されている。このアーマチャ３４ａはコア３１に近接して設けられており、コイル３３が通電されると、コア３１に生じる電磁力により、アーマチャ３４ａは同コア３１側に吸引される。これにより弁部３４ｂはスプリング３６の付勢力に抗して弁座３７から離座し、弁体３４は開弁状態となる。

こうした高圧ポンプ５０では、フィードポンプ３によって供給された燃料を加圧室２６に吸入するとともに（吸入行程）、加圧室２６に吸入された燃料を昇圧してデリバリパイプ５に圧送する（圧送行程）。以下、図２〜図５を参照して、これら吸入行程及び圧送行程について説明する。ここで、図２は吸気行程及び圧送行程においてプランジャ３０の行程、電磁弁５０ｂの開閉弁状態及び電磁弁５０ｂの通電状態の推移を示す説明図であり、図３〜図５は吸気行程及び圧送行程の各期間に対応する高圧ポンプ５０の状態を示す断面図である。

［１］吸入行程
図２及に示される期間Ａ、即ちプランジャ３０が上死点（リフト量が最大になる位置）から下死点（リフト量が最小になる位置）まで駆動される間に燃料の吸入が行われる。この期間Ａにおいては、コイル３３への通電が停止され、スプリング３６により弁体３４の弁部３４ｂは弁座３７側に付勢される。しかしながら、プランジャ３０が下死点側に変位すると、加圧室２６の容積が増大してその内圧が低下する。これにより、弁体３４の弁部３４ｂが弁座３７から離座して電磁弁５０ｂが開弁状態となる（図３参照）。その結果、低圧通路２０及び供給通路２０ａを通じて燃料が加圧室２６に吸入される。

［２］圧送行程
図２に示される期間Ｂにおいては、コイル３３への通電が行われる。上述したように、コイル３３が通電された場合には、図４に示されるように、コア３１に生じる電磁力がスプリング３６の付勢力に打ち勝ってアーマチャ３４ａがコア３１に吸引されることにより、弁体３４の弁部３４ｂが弁座３７から離座する（図４参照）。その結果、電磁弁５０ｂは開弁状態のまま維持され、加圧室２６の燃料は供給通路２０ａ及び低圧通路２０を通じて燃料タンク２に戻される。

次に、図２に示される期間Ｃにおいては、コイル３３への通電が停止され、スプリング３６により弁体３４の弁部３４ｂが弁座３７側に付勢される。更に、プランジャ３０が上死点側に変位するため、加圧室２６の内圧も上昇する。その結果、弁体３４の弁部３４ｂが弁座３７に着座し、電磁弁５０ｂが閉弁状態となる（図５参照）。

そして、プランジャ３０が更に上死点側に変位すると、チェック弁２５が開弁し、加圧室２６の燃料が高圧通路２１を通じてデリバリパイプ５に圧送される。この一回の圧送行程において、高圧ポンプ５０からデリバリパイプ５に圧送される燃料の量は、コイル３３への通電が停止されている期間Ｃにおける加圧室２６の容積の減少量に相当する。尚、この圧送行程の周期は、カム９の回転速度、即ち機関回転速度ＮＥによって決定されるため、時間当たりに高圧ポンプ５０によって圧送される燃料の量（以下、「燃料圧送量」と称する）の調量可能範囲は機関回転速度ＮＥに応じて変化することとなる。

ここで、制御装置１００は、コイル３３への通電時期を制御することによって機関回転速度ＮＥに応じて定まる調量範囲において燃料圧送量を調量することにより、デリバリパイプ５の燃料圧力Ｐのフィードバック制御を行う。具体的には、制御装置１００は、機関運転状態に基づいて適切な燃料圧力Ｐの目標値を設定し、例えば圧力センサ６２によって検出された燃料圧力Ｐの実際値が目標値よりも大きくなったときには、上記圧送行程におけるコイル３３への通電時間（期間Ｂ）を延長することにより、燃料圧送量を減少させる。一方、その実際値が目標値よりも小さくなったときには、上記圧送行程におけるコイル３３への通電時間（期間Ｂ）を短縮することにより、燃料圧送量を増加させる。

ところで、断線等の異常により電磁弁５０ｂのコイル３３への通電が不能になった場合には、吸入行程の際に加圧室２６に吸入された燃料が圧送行程の際に全てデリバリパイプ５に圧送されるようになる。換言すれば、燃料圧送量は機関回転速度ＮＥにより定まる調量可能範囲において最大量になる。その結果、燃料圧力Ｐが不必要に上昇することがある。

ここで、燃料圧力Ｐがリリーフ弁６のリリーフ圧ＰＥを超えた場合、リリーフ弁６を通じてデリバリパイプ５の燃料をリリーフすることはできる。しかしながら、これにより一時的な燃料圧力の上昇については抑制することができるものの、上述したような異常により高圧ポンプ５０の燃料圧送量が増大した場合には、燃料圧力Ｐの過度な上昇が避けられないものとなる。

そこで、本実施形態にかかる燃料供給装置９０では、機関回転速度について上限値を設定し、同機関回転速度がこの上限値を超えないように制限することによって上述した不都合を好適に抑制するようにしている。以下、図６のフローチャートを参照して上述した異常に対応する処理の手順について説明する。

図６に示される一連の処理は、制御装置１００（異常判定手段、回転速度制限手段を含む）により所定の制御周期をもって繰り返し実行される。この処理ではまず、電磁弁５０ｂの調量操作不能の異常が発生したか否かを判断する（Ｓ１１０）。具体的には、別途設けられた電気回路によってコイル３３への通電状態を監視することにより、電磁弁５０ｂの調量操作が不能になる異常の有無を検出する。そして、異常が発生していない旨判断した場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する。一方、電磁弁５０ｂに異常が発生し燃料圧送量の調量操作が不能である旨判断した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、操作パネルに設けられる警告ランプを点灯して（Ｓ１２０）、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、圧力センサ６２によって検出されたデリバリパイプ５の燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも大きいか否かを判断する（Ｓ１３０）。ここで、この判定圧力ＰＴは、リリーフ弁６のリリーフ圧ＰＥと燃料供給装置９０の燃料配管系における耐圧限界値ＰＬとの間の値（ＰＥ＜ＰＴ＜ＰＬ）に予め設定され、制御装置１００のメモリ１００ａに記憶されている。ここで、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも大きい旨判断した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップ１４０に進み、プラグの点火時期の遅角制御を行う。具体的には、機関運転状態に基づいて設定された点火時期θを所定の遅角量Δθだけ遅角する。尚、この点火時期の遅角量Δθは点火時期遅角による機関出力の低下によって大きなショックが生じない程度の大きさに設定され、メモリ１００ａに記憶されている。

一方、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴ以下である場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、クランクセンサ６５によって検出された機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴよりも大きいか否かを判断する。ここで、この判定回転速度ＮＴは、燃料カット制御を通じて燃料噴射が停止されている場合に、燃料圧力Ｐが上記判定圧力ＰＴに収束して維持される機関回転速度である。

機関回転速度ＮＥがこの判定回転速度ＮＴよりも大きい旨判断した場合には（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進み、点火時期の遅角制御を行う。一方、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴ以下である旨判断した場合には（Ｓ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２２０に進み、機関運転状態に基づく点火時期の通常制御を行い、この一連の処理を一旦終了する。

次に、図７を参照して、上述した処理が実行される場合におけるデリバリパイプ５の燃料圧力の推移について説明する。
ここで、図７において、横軸は機関回転速度ＮＥを、縦軸はデリバリパイプ５の燃料圧力Ｐを示し、グラフ中の点Ｈ１、点Ｈ２、点Ｈ３は燃料供給装置９０の燃料圧送状態を示している。また、図中の圧力限界線は、高圧ポンプ５０の燃料圧送量が調量可能範囲の最大量になるとともに、燃料カット制御が実行されている場合、燃料圧力Ｐとその燃料圧力Ｐを維持する機関回転速度ＮＥとの対応関係を示している。

例えば、燃料供給装置９０の燃料圧送状態が図７の点Ｈ１にて示される状態であるとき、デリバリパイプ５の燃料圧力Ｐ（＝Ｐ１）が判定圧力ＰＴよりも大きいため、上述したように点火時期の遅角制御が行われる。これにより、内燃機関の出力が低下するとともに機関回転速度ＮＥが低くなる。従って、高圧ポンプ５０の燃料圧送量が減少しこれに伴い燃料圧力が低下する。

そして、燃料圧送状態は、図中点Ｈ２にて示される状態まで移行したとき、燃料圧力Ｐ（＝Ｐ２）が判定圧力ＰＴよりも小さい圧力に変化したが、機関回転速度ＮＥ（＝Ｎ２）が判定回転速度ＮＴよりも大きい。ここで、点Ｈ２にて示される状態において、燃料カット制御が実行される等、燃料噴射量が減少すると、図７の破線に示されるように、燃料圧力Ｐが急激に上昇し、再び判定圧力ＰＴを超えることがある。更に、機関回転速度ＮＥ（＝Ｎ２）が限界回転速度ＮＬよりも大きい場合には、デリバリパイプ５の圧力が耐圧限界値ＰＬを超えるおそれもある。そのため、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも小さくなったが、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴ以下になるまで、点火時期の遅角制御が継続して行われる。

そして、燃料圧送状態が、図中点Ｈ３にて示される状態まで移行すると、燃料圧力Ｐ（＝Ｐ３）が判定圧力ＰＴよりも小さくなるとともに、機関回転速度ＮＥ（＝Ｎ３）が判定回転速度ＮＴよりも小さくなる。ここで、点Ｈ２にて示される状態において、燃料カット制御されても、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴを超えることがない。従って、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴよりも低くなるまで、点火時期の遅角制御を継続するようにしている。

以上説明した第１の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）電磁弁５０ｂによる燃料圧送量の調量が不能であるときに機関回転速度ＮＥが判定速度ＮＴ以下に制限されることにより、高圧ポンプ５０の燃料圧送量を制限してデリバリパイプ５等、燃料配管における燃料の圧力が過度に上昇することを抑制することができる。その結果、インジェクタ４から燃焼室への燃料漏れ等の発生を抑制することができるようになる。

また特に、こうした電磁弁５０ｂの異常時においては、高圧ポンプ５０の燃料圧送量がその時の機関回転速度ＮＥに応じて定まる調量可能範囲の最大値になるため、上述したような不都合が一層発生しやすくなる。この点、本実施形態によれば、こうした不都合の発生を好適に抑制することができる。

（２）このように、機関回転速度ＮＥを判定回転速度ＮＴ以下となるように制限することにより、燃料供給装置の燃料圧力が過度に高くなることを抑制することはできる。但し、その判定回転速度ＮＴを過度に低く設定すると、機関回転速度ＮＥが必要以上に低く制限されてしまうこととなる。

この点、本実施形態によれば、リリーフ弁６によりデリバリパイプ５の燃料の一部をリリーフするとともに、燃料圧力Ｐがこのリリーフ弁６のリリーフ圧ＰＥと燃料供給装置９０の耐圧限界値ＰＬとの間の判定圧力ＰＴとなる回転速度ＮＴ以下に機関回転速度ＮＥを制限している。これにより、リリーフ弁６の燃料リリーフ機能を活用しつつ、燃料供給の燃料圧力が過度に高くなるのを抑制することができ、機関回転速度ＮＥが必要以上に低く制限されてしまうことを回避することができるようになる。

（３）内燃機関の点火時期を遅角することにより機関回転速度ＮＥを制限するため、例えばインジェクタ４の燃料噴射量を制限することにより機関回転速度ＮＥを制限する場合と比較して、燃料噴射による燃料圧力Ｐの低下量の減少を抑制することができる。その結果、燃料噴射量を減少させずに機関回転速度ＮＥを減少させることにより、燃料圧力Ｐを効率的に減少させることができるようになる。
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

第１の実施形態では、別途設けられた電気回路によってコイル３３への通電が正常であるかを監視することにより、燃料圧送量の調量操作が不能になる異常を検出するようにした。

これに対して、本実施形態では、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも大きくなることを条件に、電磁弁５０ｂの調量操作が不能になる異常が発生した旨判断するようにしている。次に、図８に示されるフローチャートを参照して本実施形態にかかる燃料圧送量の調量不能の異常に対応する処理について説明する。

図８に示されるように、この処理ではまず、圧力センサ６２によって検出された燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも大きいか否かを判断する（Ｓ３１０）。
燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも大きい場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、電磁弁５０ｂに異常が発生しこれによる燃料圧送量の調量操作が不能になる異常が発生した旨判断し、ステップＳ３２０に進む。ステップＳ３２０では、上述したステップＳ１２０と同じように、機関運転状態に基づいて設定された点火時期を遅角する。そして、遅角制御フラグを「オン」に設定し（Ｓ３３０）、操作パネルに設けられる警告ランプを点灯して（Ｓ３４０）、この一連の処理を一旦終了する。ここで、この遅角制御フラグは電磁弁５０ｂの異常に対応する点火時期の遅角制御を実行する必要があるか否かを示すフラグである。

一方、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴ以下である場合には、ステップＳ４１０に進み、遅角制御フラグが「オン」に設定されているか否かを判断する。遅角制御フラグが「オン」に設定されていない場合には（Ｓ４１０：ＮＯ）、調量不能の異常に対応する点火時期の遅角制御を実行することが必要でない旨判断し、ステップＳ５１０に進み、機関運転状態に基づく点火時期の通常制御を開始して、この一連の処理を一旦終了する。一方、遅角制御フラグが「オン」に設定されている場合には（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、ステップＳ４２０に進み、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴよりも大きいか否かを判断する。

機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴよりも大きい場合には（Ｓ４２０：ＹＥＳ）、上述したように、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも小さくなったが、燃料噴射量が減少したときに、デリバリパイプ５等、燃料配管の圧力が急激に上昇して耐圧限界値ＰＬを超えるおそれがある。従って、ステップＳ３２０に進み、再び点火時期の遅角制御を実行する。一方、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴ以下である場合には（Ｓ４２０：ＮＯ）、燃料噴射量が最小値に設定されても、デリバリパイプ５の圧力が判定圧力ＰＴを超えることがないため、遅角制御フラグを「オフ」に設定し（Ｓ４３０）、機関運転状態に基づく点火時期の通常制御を開始して（Ｓ５１０）、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（３）を得ることができる。
（第３の実施形態）
以下、図９を参照して本発明にかかる第３の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。ここで、図９は本実施形態にかかる燃料供給装置１９０の概略構成を示す構成図である。

第１の実施形態では、高圧燃料圧送装置として機能する高圧ポンプ５０によってデリバリパイプ５に圧送された燃料をインジェクタ４を介して内燃機関の各燃焼室内に直接噴射するようにしている。本実施形態では、内燃機関の吸気ポートに燃料を供給するポート噴射式の燃料供給手段をこうした筒内直噴式の燃料供給手段とは別に設けている。

図９に示されるように、低圧通路２０には、供給通路１２０が接続されるとともに、同供給通路１２０は、低圧燃料配管として機能する低圧デリバリパイプ１０５に接続されている。この低圧デリバリパイプ１０５には、内燃機関の各気筒の吸気ポートに対応する吸気ポートインジェクタ１０４がそれぞれ接続されている。低圧燃料圧送装置として機能するフィードポンプ３により低圧通路２０及び供給通路１２０を通じて低圧デリバリパイプ１０５に圧送された燃料は、これら吸気ポートインジェクタ１０４から各吸気ポートに噴射される。尚、吸気ポートインジェクタ１０４から噴射される燃料の量は、インジェクタ４から噴射される燃料の量と同様、制御装置１００により機関運転状態に基づいて決定される。

また、低圧通路２０において高圧ポンプ５０の上流側には、制御装置１００によって制御される開閉弁１０６が設けられている。制御装置１００はこの開閉弁１０６を開弁・閉弁させることにより、フィードポンプ３の吐出ポートと高圧ポンプ５０の供給通路２０ａとの連通・遮断を切り替えている。

ここで、高圧ポンプ５０の調量不能の異常が発生していない場合には、制御装置１００により開閉弁１０６を開弁させて低圧通路２０を連通する。そして、制御装置１００により機関運転状態に応じて、筒内直噴式の燃料供給手段とポート噴射式の燃料供給手段とを使い分けている。例えば、内燃機関の負荷が相対的に小さいときに、燃費の向上及び低エミッション化を図るために、筒内直噴式の燃料供給手段とポート噴射式の燃料供給手段とを併用するようにしている。一方、内燃機関の負荷が相対的に大きいときに、出力性能の向上を図るために、筒内直噴式の燃料供給手段のみを用いるようにしている。

一方、高圧ポンプ５０の調量不能の異常が検出された場合には、制御装置１００により開閉弁１０６を閉弁して低圧通路２０を遮断する。これにより、フィードポンプ３により供給された燃料が低圧通路２０を通じて高圧ポンプ５０の加圧室２６に吸入されることがない。従って、高圧ポンプ５０により燃料をデリバリパイプ５に圧送することができなくなる。そして、インジェクタ４による燃料噴射を停止し、ポート噴射式の燃料供給手段のみを用いて燃料を各気筒に供給する。

上述した第３の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（４）電磁弁５０ｂによる燃料圧送量の調量が不能であるときに、開閉弁１０６を閉駆動してフィードポンプ３から高圧ポンプ５０への燃料供給を停止することにより、デリバリパイプ５等、高圧になる燃料配管における燃料圧力が過度に上昇することを抑制することができる。また、吸気ポートインジェクタ１０４、フィードポンプ３を、インジェクタ４、高圧ポンプ５０とは別に設ける構成としたため、高圧ポンプ５０による燃料圧送を停止してインジェクタ４による燃料噴射ができなくなった場合であっても吸気ポートインジェクタ１０４を介して吸気ポートに燃料を噴射することができ、内燃機関の運転を維持することができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・第１の実施形態では、調量不能の異常を検出する異常判断手段として、別途設けられた電気回路によってコイル３３への通電が正常であるかを監視する構成を採用している。これに対して、制御装置１００によるデリバリパイプ５の燃料圧力Ｐのフィードバック制御において、デリバリパイプ５の燃料圧力Ｐの実際値が目標値から乖離する傾向を有することに基づいて調量不能の異常を検出することもできる。具体的には、圧力センサ６２によって検出された燃料圧力Ｐの実際値が目標値よりも大きくなったときに、制御装置１００によってコイル３３への通電時間（期間Ｂ）を延長しても、その実際値が増大し続けて目標値から乖離している場合、調量不能の異常が発生した旨判断する。

・上記の第１の実施形態では、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴよりも大きくなった（Ｓ１３０：ＹＥＳ）ことを条件に点火時期を遅角するようにしている。また、燃料圧力Ｐが判定圧力ＰＴ以下になった（Ｓ１３０：ＮＯ）かつ、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴ以下になった（Ｓ２１０：ＮＯ）ことを条件に、点火時期の通常制御を行うようにしている。

これに対して、図１０に示されるように、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴよりも大きくなった（Ｓ６３０：ＹＥＳ）ことを条件に点火時期を遅角する一方、機関回転速度ＮＥが判定回転速度ＮＴ以下になった（Ｓ６３０：ＮＯ）ことを条件に、点火時期の通常制御を行うようにしてもよい。

・上記の実施形態では、内燃機関の点火時期を遅角することにより機関回転速度ＮＥを制限するようにしているが、機関出力を減少させるように機関のバルブタイミングを変更することにより機関回転速度ＮＥを制限することもできる。また、機関の燃料噴射量を減少することにより、機関回転速度ＮＥを制限することもできる。

・上記の実施形態では、燃料圧力Ｐをリリーフ弁６のリリーフ圧ＰＥと燃料供給装置９０の耐圧限界値との間の判定圧力ＰＴに維持する回転速度ＮＴ以下に、機関回転速度ＮＥを制限している。これに対して、燃料圧力Ｐをリリーフ圧ＰＥよりも小さい圧力ＰＢとなる回転速度ＮＢ以下に、機関回転速度ＮＥを制限する構造を採用することもできる。

・上記の実施形態では、調量不能の異常が発生するときに燃料圧送量が機関回転速度ＮＥに応じて定まる調量可能範囲においてその最大値になる電磁弁５０ｂを採用する燃料供給装置９０を例示した。これに対して、調量不能の異常が発生するときに燃料圧送量が調量可能範囲において必ずしもその最大値にならない電磁弁５０ｂを採用する燃料供給装置であっても同様の態様をもって本発明を適用することができる。

・上記の実施形態では、電磁弁５０ｂの調量動作不能の異常としてコイル３３の断線に起因する電磁弁５０ｂへの通電不能を例示した。これに対して、例えば異物の噛込みによる弁体３４の駆動不能等、他の故障により電磁弁５０ｂの調量動作不能が発生した場合であっても、同様の態様によりデリバリパイプ５における燃料の圧力が過度に増大することを抑制することができる。

・上記実施形態では、判定回転速度ＮＴを、燃料カット制御を通じて燃料噴射が停止される、即ち燃料噴射量が０に設定される場合に燃料圧力Ｐを判定圧力ＰＴに維持する機関回転速度に設定するようにしている。

これに対して、例えば判定回転速度ＮＴを、燃料噴射量をインジェクタ４の最小噴射量（最小噴射時間に対応する噴射量）に設定される場合に燃料圧力Ｐを判定圧力ＰＴに維持する機関回転速度に設定し、機関回転速度の制限を緩和することもできる。

・上記の実施形態では、プランジャ３０のリフト量の変更により燃料を圧送する高圧ポンプ５０を採用する燃料供給装置９０を例示したが、例えばベーンポンプ等、機関出力軸に駆動連結される他の種類のポンプを採用する燃料供給装置であっても同様の態様をもって本発明を適用することができる。

第１の実施形態にかかる内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す構成図。吸気行程及び圧送行程においてプランジャの行程、電磁弁の開閉弁状態及び電磁弁の通電状態の推移を示す説明図。期間Ａに対応する高圧ポンプの状態を示す断面図。期間Ｂに対応する高圧ポンプの状態を示す断面図。期間Ｃに対応する高圧ポンプの状態を示す断面図。第１の実施形態にかかる燃料圧送量の調量不能の異常に対応する処理についてその処理手順を示すフローチャート。燃料圧送量の調量不能の際にクランクシャフトの回転速度とデリバリパイプの圧力との関係を示すグラフ。第２の実施形態にかかる燃料圧送量の調量不能の異常に対応する処理についてその処理手順を示すフローチャート。第３の実施形態にかかる内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す構成図。燃料圧送量の調量不能に対応する処理についてその処理手順の変更例を示すフローチャート。

符号の説明

１…機関出力軸、２…燃料タンク、３…フィードポンプ、４…インジェクタ、５…デリバリパイプ、６…リリーフ弁、８…カムシャフト、９…カム、２０…低圧通路、２０ａ…供給通路、２１…高圧通路、２１ａ…吐出通路、２２…リターン通路、２３…リフタガイド、２４…ボディ、２５…チェック弁、２６…加圧室、２７…スプリング、２８…シリンダ、２９…リフタ、３０…プランジャ、３１…コア、３２…ハウジング、３３…コイル、３４…弁体、３４ａ…アーマチャ、３４ｂ…弁部、３６…スプリング、３７…弁座、５０…高圧ポンプ、５０ａ…駆動機構、５０ｂ…電磁弁、５２…アクセルセンサ、６２…圧力センサ、６５…クランクセンサ、９０…燃料供給装置、１００…制御装置、１００ａ…メモリ、１０４…吸気ポートインジェクタ、１０５…低圧デリバリパイプ、１０６…開閉弁、１２０…供給通路、１９０…燃料供給装置。

Claims

機関出力軸に駆動連結されて同機関出力軸の回転に基づき燃料を燃料配管を通じて燃料噴射弁に圧送するとともに、その燃料圧送量を前記機関出力軸の回転速度に応じて変化する調量可能範囲において調量する調量機構を備える内燃機関の燃料供給装置において、
前記調量機構による調量操作が不能になる異常の有無を判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段により前記調量機構に異常がある旨検出されるときに、前記機関出力軸の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、
前記回転速度制限手段は、点火時期を遅角することにより前記機関出力軸の回転速度を制限する
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
機関出力軸に駆動連結されて同機関出力軸の回転に基づき燃料を燃料配管を通じて燃料噴射弁に圧送するとともに、その燃料圧送量を前記機関出力軸の回転速度に応じて変化する調量可能範囲において調量する調量機構を備える内燃機関の燃料供給装置において、
前記調量機構による調量操作が不能になる異常の有無を判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段により前記調量機構に異常がある旨検出されるときに、前記機関出力軸の回転速度を所定回転速度以下に制限する回転速度制限手段とを備え、
前記回転速度制限手段は、機関バルブタイミングを変更することにより前記機関出力軸の回転速度を制限する
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記調量機構の異常時にその燃料圧送量が前記調量可能範囲の最大量になる
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料配管に設けられ燃料圧力が装置該燃料配管の耐圧限界値よりも小さいリリーフ圧を超えるときに開弁して前記燃料配管内の一部をリリーフするリリーフ弁を更に備え、
前記回転速度制限手段は前記リリーフ弁が開弁する状態下で前記燃料配管の燃料の圧力が前記耐圧限界値と前記リリーフ圧との間の所定圧力に維持される速度に前記所定回転速度を設定する
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。