JP4412375B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

この発明は燃料供給経路を切り替えることにより、燃料噴射圧を切り替えることのできる内燃機関の燃料供給装置に関する。

近年、内燃機関の燃料供給装置にあっては、内燃機関の高出力化や、ガソリンよりも理論空燃比の小さなアルコール含有燃料の使用等に対応するため、より多くの燃料を燃焼室内に供給することが必要とされている。インジェクタから噴射される燃料の量は、インジェクタの開弁期間と、インジェクタが接続されたデリバリパイプ内の燃量の圧力、すなわち燃料噴射圧とに基づいて変化するが、燃料噴射量の制御は基本的にはインジェクタの開弁期間の変更に基づいて行われる。しかし、吸気行程中に燃料を噴射し、空気と燃料の混合気を形成する吸気行程噴射にあっては、インジェクタの最大開弁期間が吸気行程の長さによって制限されるため、開弁期間の延長には自ずと限界があり、開弁期間の延長のみでは上記のような要求に対応すべく燃料噴射量を大幅に増大させることは困難である。

ここで、燃料噴射圧をより高い値に設定すれば、単位時間あたりの燃料噴射量を増大させることができるためインジェクタの最大開弁期間が制限される吸気行程噴射にあっても燃料噴射量を大幅に増大させることが可能となる。

しかしながら、燃料噴射圧を高く設定した場合には、インジェクタの開弁期間の変更量に対する燃料噴射量の変化量も増大することとなる。インジェクタの開弁期間の最小変更量、すなわちインジェクタの制御分解能には限界があるため、一律に燃料噴射圧を高く設定した場合には燃料噴射量を変更する際の最小量が大きくなってしまい、燃料噴射量の緻密な制御を行うことができなくなってしまうおそれがある。

そこで、特許文献１に記載の内燃機関の燃料供給装置にあっては、燃料噴射圧が所定圧力以上になったときに余剰燃料を燃料タンクに戻すリターン通路として、高圧レギュレータを備えた高圧リターン通路と、低圧レギュレータを備えた低圧リターン通路とを備え、機関運転状態に応じてこれらリターン通路を切り替えることにより燃料噴射圧を切り替えるようにしている。

こうした燃料供給装置は、具体的には図５に示されるように燃料ポンプ１によって圧送される燃料をインジェクタが接続されたデリバリパイプ２に供給するメイン通路３に加え、高圧レギュレータ４を介しデリバリパイプ２に接続されて余剰燃料を燃料タンク５に戻す高圧リターン通路６と、低圧レギュレータ７を備えメイン通路３から分岐して余剰燃料を燃料タンク５に燃料を戻す低圧リターン通路８とを設けるとともに、低圧リターン通路８を開放・閉鎖する切替弁９を設けるといった構成によって実現することができる。

こうした構成によれば、切替弁９を開弁した場合には、デリバリパイプ２内の燃料噴射圧が低圧レギュレータ７によって調節されるようになり比較的低い値に保持されるようになる。一方で、切替弁９を閉弁した場合には、デリバリパイプ２内の燃料噴射圧が高圧レギュレータ４によって調節されるようになり比較的高い値に保持されるようになる。これにより、高負荷運転時や機関冷間始動時のように大量の燃料を噴射する必要のある運転領域にあっては燃料噴射圧を高くして一度の吸気行程において大量の燃料を噴射する一方、通常の運転状態にあっては燃料噴射圧を低くして緻密な燃料噴射量制御を実行することができるようになる。
特開平５‐５９９７６号公報

ところで、こうした燃料供給装置にあっては、通常の運転状態では切替弁９が開弁されているため、余剰燃料は低圧レギュレータ７を備えた低圧リターン通路８を通じて戻され、高圧レギュレータ４よりも下流側の高圧リターン通路６には燃料が流動しないこととなる。そのため、低負荷運転が継続した場合のように、燃料噴射圧が低圧側に設定される状態が長期間に亘って継続した場合には、高圧リターン通路６に残留した燃料が蒸発してしまい、燃料タンク５から高圧リターン通路６に空気が侵入するようになる。その結果、その空気に含まれる水分が機関停止中に冷やされ、高圧リターン通路６に水滴が発生することがある。

また、こうした高圧リターン通路を含む燃料配管は、そのレイアウトの関係上、湾曲した形状を有して燃料タンクに接続せざるを得ない場合がある。そのため、上記のように高圧リターン通路６内に発生した水滴は湾曲した高圧リターン通路６の低くなった部位（以下、滞留部と称する）に次第に溜まるようになる。このように高圧リターン通路内、特に上記のような滞留部に溜まった凝縮水が機関停止中に凍結した場合には、高圧リターン通路６が閉塞されてしまい、次回機関運転時に切替弁９を閉弁した際に高圧リターン通路６を通じた燃料噴射圧の調整が行えず燃料噴射圧が過度に上昇してしまうこととなる。その結果、ひいては燃料噴射量が不必要に増大する等の不都合が生じるおそれがある。

この発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、その目的は燃料供給経路を切り替えることにより燃料噴射圧を切り替える内燃機関の燃料供給装置において、高圧リターン通路に溜まった凝縮水が機関停止中に凍結して高圧リターン通路が閉塞されること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、上記目的を達成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、燃料ポンプによって圧送される燃料をインジェクタが接続されたデリバリパイプに供給するメイン通路と、上流側の部位と下流側の部位よりも鉛直方向下方に位置する部位を含むとともに、前記デリバリパイプ内の燃料噴射圧が第１の所定圧力以上になると開弁する第１プレッシャレギュレータを介し前記デリバリパイプに接続されて同デリバリパイプから余剰燃料を燃料タンクに戻す高圧リターン通路と、前記メイン通路に接続されるとともに、前記燃料噴射圧が前記第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力以上になると開弁する第２プレッシャレギュレータが設けられて余剰燃料を前記メイン通路から前記燃料タンクに戻す低圧リターン通路と、前記低圧リターン通路を開放・閉鎖する切替弁とを備え、機関運転状態に基づいて同切替弁の開閉状態を切り替えることにより前記デリバリパイプ内の燃料噴射圧を切り替える内燃機関の燃料供給装置において、機関停止後に前記切替弁を閉弁して前記低圧リターン通路を閉鎖した状態に保持するとともに、前記燃料ポンプを駆動して前記高圧リターン通路に燃料を流動させる強制リターン処理を実行することをその要旨とする。

高圧リターン通路においてその上流側の部位と下流側の部位よりも鉛直方向下方に位置する部位には、高圧リターン通路内で発生した水滴がその内壁を伝い落ちて集まるため凝縮水が溜まりやすい。以下、このようにその上流側の部位と下流側の部位よりも鉛直方向下方に位置しており、凝縮水が溜まりやすい部位を滞留部と称する。

上記構成によれば、機関停止後に強制リターン処理を実行し、高圧リターン通路に燃料を流動させるようにしているため、高圧リターン通路を流動する燃料によって高圧リターン通路内、特に滞留部に溜まっている凝縮水、及び水分を含んだ空気を燃料タンクに排出することができる。また、この強制リターン処理が終了し、燃料ポンプの駆動が停止した後も高圧リターン通路内、特に上記滞留部にはこの強制リターン処理によって流動した燃料の一部が残留するようになる。そのため、残留した燃料の容積の分だけ高圧リターン通路内に侵入する空気の量を低減することができ、機関停止中に高圧リターン通路内に発生する凝縮水の量を低減することができる。そしてこれらにより、高圧リターン通路に溜まった凝縮水が機関停止中に凍結して高圧リターン通路が閉塞されることを抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記強制リターン処理に伴い前記高圧リターン通路を流動する燃料の量を積算しその積算量が同高圧リターン通路の容積以上になったことに基づいて前記強制リターン処理を終了することをその要旨とする。

強制リターン処理に伴い高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路の容積以上になれば、高圧リターン通路は燃料によって満たされるようになるため、強制リターン処理実行前に高圧リターン通路内に溜まっていた凝縮水、及び水分を含んだ空気はそのほとんどが高圧リターン通路から燃料タンクに排出されるようになる。上記請求項２に記載の構成によれば、強制リターン処理に伴い高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路の容積以上となったことに基づいて強制リターン処理が終了されるようになる。そのため、強制リターン処理実行前に高圧リターン通路内に溜まっていた凝縮水、及び水分を含んだ空気をより確実に排出することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料ポンプは定格電圧が印加されることにより単位時間あたりに所定量の燃料を所定の圧力で吐出するものであり、前記強制リターン処理に伴い前記高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が前記高圧リターン通路の容積以上となった旨の判定は、同強制リターン処理に伴い前記切替弁が閉弁されてから前記燃料ポンプの駆動が所定期間以上継続されたことに基づいてなされることをその要旨とする。

一般に内燃機関の燃料ポンプは定格電圧が印加されることにより単位時間あたりに所定量の燃料を所定の圧力で吐出する。こうした燃料ポンプにあっては、燃料ポンプの駆動時間に比例してその積算吐出量が増大する。そのため、強制リターン処理に伴い高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路の容積以上となった旨の判定は、上記請求項３に記載の発明によるように、強制リターン処理に伴い切替弁が閉弁されてから燃料ポンプの駆動が所定期間以上継続されたことに基づいて行うことができる。

また、高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路の容積と等しくなり、高圧リターン通路が燃料で満たされた場合であっても、凝縮水の一部が高圧リターン通路の内壁に付着して残留する場合がある。ここで、上記所定期間をより長く設定するほど強制リターン処理に伴って高圧リターン通路を流動する燃料の量が多くなるため、このように高圧リターン通路に付着した凝縮水を洗い流す効果が大きくなる。しかしながら、この所定期間を長く設定するほど機関停止中に燃料ポンプを駆動する時間が長くなるため燃料ポンプを駆動するために消費される電力が増大することとなる。そのため、上記所定期間は燃料ポンプの駆動にかかる電力消費量と凝縮水を洗い流す効果との兼ね合いを考慮して設定することが望ましい。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、機関運転中の前記切替弁の開閉履歴に基づいて前記高圧リターン通路に燃料が残留しているか否かを判定する判定手段を更に備え、機関停止時に同判定手段によって高圧リターン通路に燃料が残留していない旨の判定がなされたことを条件に前記強制リターン処理を実行することをその要旨とする。

機関運転中に切替弁が閉弁され、燃料噴射圧が高圧側に切り替えられた場合には、第１プレッシャレギュレータによって燃料噴射圧が調節されるようになり、余剰燃料が高圧リターン通路を通じて燃料タンクに戻される。そのため、機関運転中に切替弁が閉弁された場合には、高圧リターン通路内に溜まっていた凝縮水、及び水分を含んだ空気が排出され、機関停止後にあっても高圧リターン通路の一部には燃料が残留していることがある。上記請求項４に記載の構成によれば、機関運転中の切替弁の開閉履歴に基づいて高圧リターン通路に燃料が残留しているか否かを判定する判定手段を備え、機関停止時にこの判定手段によって高圧リターン通路に燃料が残留していない旨の判定がなされたことを条件に強制リターン処理を実行するようにしている。これにより、機関運転中の切替弁の開閉履歴に基づいて機関停止時に高圧リターン通路に燃料が残留しているか否かを判定し、この判定結果に基づいて機関停止中に高圧リターン通路に溜まった水が凍結するおそれがある場合にのみ、強制リターン処理を実行することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記判定手段は、機関運転中に前記切替弁が閉弁され前記高圧リターン通路を通じて余剰燃料が前記燃料タンクに戻されたことに基づいて第１の状態を示す値に設定される一方、前記切替弁が開弁され前記高圧リターン通路を通じて余剰燃料が戻されていない状態が所定期間継続したことに基づいて第２の状態を示す値に設定される情報値を記憶するメモリを備え、同メモリに記憶された前記情報値が機関停止時に前記第２の状態を示す値に設定されていることに基づいて前記高圧リターン通路に燃料が残留していない旨を判定することをその要旨とする。

機関運転中に切替弁が閉弁され、余剰燃料が高圧リターン通路を通じて燃料タンクに戻された場合であっても、その後、機関運転中に切替弁が開弁され燃料が高圧リターン通路を流動しない状態が長期間継続した場合には、高圧リターン通路に溜まった燃料が内燃機関の燃焼熱の影響によって蒸発してしまい、高圧リターン通路内に空気が侵入するようになる。そこで、判定手段として具体的には請求項５に記載の構成によるように、機関運転中に切替弁が閉弁され高圧リターン通路を通じて余剰燃料が戻されたことに基づいて第１の状態を示す値に設定される一方、切替弁が開弁されてから所定期間経過したことに基づいて第２の状態を示す値に設定される情報値を記憶するメモリを設けるといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、同メモリに記憶された情報値の値を参照することにより、同情報値が第２の状態を示す値に設定されていることに基づいて高圧リターン通路に燃料が残留していない旨をより正確に判定することができる。

尚、機関運転中に高圧リターン通路を通じて余剰燃料が戻されたか否かの推定は、強制リターン処理に伴って高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路の容積以上となったか否かの判定と同様に、機関運転中に切替弁が閉弁されてからの燃料ポンプの駆動期間の長さに基づいて行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置において、機関運転状態に基づいて推定される前記内燃機関の燃焼熱が所定値以上になったときに、前記切替弁の閉閉履歴に基づく前記情報値の設定を無効化して同情報値を第２の状態を示す値に設定することをその要旨とする。

また、内燃機関の燃焼熱が大きくなるほど、この燃焼熱によって温められる高圧リターン通路内の燃料の温度は高くなる。そのため、内燃機関の燃焼熱が非常に大きい場合には、比較的短い時間で高圧リターン通路に溜まった燃料が蒸発してしまう。そこで、上記請求項６に記載の発明では、機関運転状態に基づいて推定される内燃機関の燃焼熱が所定値以上になったときに切替弁の開閉履歴に基づく情報値の設定を無効化して情報値を第２の状態を示す値に再設定するようにしている。こうした構成によれば、内燃機関の燃焼熱が所定値以上であることに基づいて高圧リターン通路の燃料が蒸発し高圧リターン通路内に燃料が残留していない可能性が高い旨を判定し、情報値を再設定して強制リターン処理の実行を促すことができるようになる。

以下、この発明にかかる内燃機関の燃料供給装置をフレックス燃料車に搭載されるＶ型８気筒内燃機関の燃料供給装置に具体化した一実施形態について図１〜４を参照して説明する。尚、フレックス燃料車は、ガソリンはもとより、ガソリンとエタノールとを任意の混合比で混合したアルコール含有燃料を使用した場合であっても走行可能な車両である。

図１（ａ）は本実施形態の燃料供給装置の概略構成を示している。図１（ａ）の左側に示されるように燃料タンク１０内に設けられたフィードポンプ１１は、電動式の燃料ポンプであり、機関運転中に定格電圧が印加されて単位時間あたりに所定量の燃料を所定の圧力で吐出し続ける。フィードポンプ１１は、メイン通路２０によって図１（ａ）の右側に示される内燃機関のデリバリパイプ３０に接続されており、フィードポンプから吐出された燃料はメイン通路２０を通じてデリバリパイプ３０に供給される。尚、図１（ａ）に示されるようにメイン通路２０におけるフィードポンプ１１の下流側の部位にはフィルタ１２が設けられており、燃料に含まれる細かな異物がこのフィルタ１２によって取り除かれる。

デリバリパイプ３０は、内燃機関における車両前方に向かって右側の気筒列に対して燃料を供給する右パイプ３０ａと、左側の気筒列に対して燃料を供給する左パイプ３０ｂとを接続パイプ３０ｃで接続することにより、略Ｕ字状に形成されている。デリバリパイプ３０には内燃機関の各気筒に燃料を噴射するインジェクタ３１が、右パイプ３０ａに４つ、左パイプ３０ｂに４つ、合計で８つ設けられている。

また、メイン通路２０が接続される左パイプ３０ｂに対して、デリバリパイプ３０の右パイプ３０ａには、第１プレッシャレギュレータ４１を介して高圧リターン通路４０が接続されている。

第１プレッシャレギュレータ４１は、デリバリパイプ３０内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射圧が第１の所定圧力Ｐ１以上になると開弁する。これにより、燃料噴射圧が第１の所定圧力Ｐ１以上になると第１プレッシャレギュレータが開弁し、デリバリパイプ３０内の余剰燃料が高圧リターン通路４０に流入するようになる。高圧リターン通路４０は、図１（ａ）に示されるように燃料タンク１０まで延びている。そのため、余剰燃料は高圧リターン通路４０を通じてデリバリパイプ３０から燃料タンク１０に戻される。

また、図１（ａ）に示されるようにメイン通路２０には、燃料タンク１０まで延びる低圧リターン通路５０が接続されている。この低圧リターン通路５０には、低圧リターン通路５０内の燃料の圧力が第１の所定圧力Ｐ１よりも低い第２の所定圧力Ｐ２以上になると開弁する第２プレッシャレギュレータ５１が設けられている。これにより、燃料噴射圧が第２の所定圧力Ｐ２以上になり、低圧リターン通路５０内の燃料の圧力が第２の所定圧力Ｐ２以上になると、この第２プレッシャレギュレータが開弁し、デリバリパイプ３０及びメイン通路２０内の余剰燃料が低圧リターン通路５０を通じて燃料タンク１０に戻されるようになる。更に低圧リターン通路５０には、切替弁５２が設けられている。この切替弁５２は、電圧が印加されることにより閉弁する常開ソレノイドバルブであり、この切替弁５２を閉弁することにより、低圧リターン通路５０が閉塞される。

この切替弁５２は、内燃機関の運転状態を統括的に制御する電子制御装置６０によって制御される。電子制御装置６０には、運転者によって操作されるメインスイッチ６１が接続されている。このメインスイッチ６１が「ＯＮ」操作されることにより機関運転が開始され、「ＯＦＦ」操作されることにより機関運転が停止される。また、電子制御装置６０には、アクセルペダルの踏み込み量ＴＡを検出するアクセルポジションセンサ６２、機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ６３、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ６４、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ６５等の各種センサが接続されている。電子制御装置６０は、これら各種センサ、及びスイッチから出力される信号を取り込むとともに、これらの信号に基づいて各種演算を行い、内燃機関を統括的に制御する。また、電子制御装置６０には、各種演算結果を記憶するためのメモリ６６が設けられている。

ところで、エタノールとガソリンとを混合したアルコール含有燃料はガソリンよりも理論空燃比が小さいため、こうしたアルコール含有燃料を使用する場合にあっては、ガソリンを使用する場合よりも多くの燃料を燃料室内に噴射する必要がある。インジェクタ３１から噴射される燃料の量は、インジェクタ３１の開弁期間と、インジェクタ３１が接続されたデリバリパイプ３０内の燃料噴射圧とに基づいて変化する。本実施形態の燃料供給装置にあっては、機関運転状態に基づいて電子制御装置６０が切替弁５２を開放・閉塞し、燃料噴射圧を切り替えるようにしている。

こうした構成によれば、切替弁５２を開弁した場合には、低圧リターン通路５０が開放され、デリバリパイプ３０内の燃料噴射圧が第２プレッシャレギュレータ５１によって調節されるようになり比較的低い値に保持されるようになる。一方で、切替弁５２を閉弁した場合には、低圧リターン通路５０が閉塞され、デリバリパイプ３０内の燃料噴射圧が第１プレッシャレギュレータ４１によって調節されるようになり比較的高い値に保持されるようになる。これにより、高負荷運転時や機関冷間始動時のように大量の燃料を噴射する必要のある運転領域にあっては燃料噴射圧を高くして一度の吸気行程において大量の燃料を噴射する一方、通常の運転状態にあっては燃料噴射圧を低くして緻密な燃料噴射量制御を実行することができるようになる。

ところで、こうした燃料供給装置にあっては、それほど多くの燃料を噴射しない通常の運転状態にあっては、切替弁５２が開弁された状態となる。そのため、余剰燃料は第２プレッシャレギュレータ５１を備えた低圧リターン通路５０を通じて燃料タンク１０に戻され、第１プレッシャレギュレータ４１よりも下流側の高圧リターン通路４０には燃料が流動しないこととなる。その結果、低負荷運転が継続した場合のように、燃料噴射圧が低圧側に設定される状態が長期間に亘って継続した場合には、高圧リターン通路４０に残留した燃料が蒸発してしまい、燃料タンク１０から高圧リターン通路４０に空気が侵入するようになる。その結果、その空気に含まれる水分が機関停止中に冷やされ、高圧リターン通路４０に水滴が発生することがある。

また、本実施形態の燃料供給装置にあっては、高圧リターン通路４０を含む燃料配管は車両前方のエンジンルーム内に搭載される内燃機関と車両後方に設けられる燃料タンク１０とを接続するためにキャビンの床下を経由して配設しているため、高圧リターン通路４０の一部を低くせざるを得ない。そのため、上記のように高圧リターン通路４０に発生した水滴は高圧リターン通路４０の低くなった部位に次第に溜まるようになる。以下、このように高圧リターン通路４０において、その上流側の部位と下流側の部位よりも鉛直方向下方に位置し、凝縮水が溜まりやすい部位を滞留部と称する。

図１（ｂ）はこの滞留部における湾曲部分を拡大して示す断面図である。図１（ｂ）に示されるように、滞留部、特に鉛直方向に延びる部分と水平方向にのびる部分とが交わる湾曲部分にあっては、鉛直方向上方側から伝い落ちる水滴が溜まりやすいため、凝縮水によって高圧リターン通路４０内が閉塞されやすい。

このように滞留部に溜まった凝縮水が機関停止中に凍結した場合には、高圧リターン通路４０が閉塞されてしまい、次回の機関運転時に切替弁５２を閉弁した際に高圧リターン通路４０を通じた燃料噴射圧の調整が行えず燃料噴射圧が過度に上昇してしまうこととなる。その結果、ひいては燃料噴射量が不必要に増大する等の不都合が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態の燃料供給装置にあっては、高圧リターン通路４０内に溜まった凝縮水を洗い流すとともに、水分を含んだ空気の侵入を抑制して凝縮水の発生を抑制する強制リターン処理を実行するようにしている。

以下、図２を参照してこの強制リターン処理にかかる一連の制御の流れについて詳しく説明する。尚、図２は強制リターン処理にかかる一連の制御の流れを示すフローチャートである。

この一連の制御は機関運転中に電子制御装置６０によって実行される。図２に示されるようにこの一連の制御が開始されるとまず、ステップＳ１００において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されたか否か、すなわち運転者によって機関運転を停止する要求がなされたか否かを判定する。

ステップＳ１００において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作された旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、機関運転を停止するととともに、ステップＳ２００へと進む。尚、このときフィードポンプ１１はその駆動が継続される。

一方、ステップＳ１００において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されていない（ステップＳ１００：ＮＯ）、すなわちメインスイッチ６１が「ＯＮ」状態のままであり、機関停止要求がなされていない旨判定された場合には機関運転が継続され、このステップＳ１００の処理が繰り返される。

ステップＳ２００では、リターンフラグＦＧが「０」に設定されているか否かを判定する。リターンフラグＦＧは切替弁５２の開閉履歴、及び内燃機関の燃焼熱の大きさに基づいて「１」又は「０」に設定される情報値であり、電子制御装置６０のメモリ６６に記憶されている。

このリターンフラグＦＧは初期状態、すなわちメインスイッチ６１が「ＯＮ」に操作されて電子制御装置６０への給電が開始され、機関運転が開始された直後の状態において「０」に設定されている。そして、基本的に機関運転中に切替弁５２が閉弁された状態でフィードポンプ１１の駆動が所定期間Ｔ１に亘って継続されたことに基づいて「１」に設定される一方、その後、切替弁５２が開弁された状態、すなわち高圧リターン通路４０を通じて燃料が燃料タンク１０に戻されていない状態が所定期間Ｔ２以上継続することにより「０」に設定される。尚、所定期間Ｔ１は、切替弁５２が閉弁された状態がこの所定期間Ｔ１に亘って継続することにより、デリバリパイプ３０内の燃料噴射圧が第１の所定圧力Ｐ１以上になり、高圧リターン通路を通じて余剰燃料が燃料タンクに戻されていることを判定することのできる程度の長さに設定されている。また、所定期間Ｔ２は、機関運転中に切替弁５２が開放され、高圧リターン通路４０を通じて余剰燃料が戻されない状態がこの所定期間Ｔ２に亘って継続することにより、高圧リターン通路４０内に残留していた燃料が内燃機関の燃焼熱の影響により既に蒸発してしまっていることを判定することのできる程度の長さに設定されている。

これにより、具体的には図３に示されるように、時刻ｔ１において切替弁５２が閉弁され、時刻ｔ２において切替弁５２が閉弁されてから所定期間Ｔ１が経過した旨の判定がなされると、メモリ６６に記憶されているリターンフラグＦＧが「０」から「１」に更新される。

そして、時刻ｔ３において切替弁５２が開弁され、時刻ｔ４において切替弁５２が開弁されてから所定期間Ｔ２が経過した旨の判定がなされると、リターンフラグＦＧが「１」から「０」に更新される。

また、リターンフラグＦＧは上述のような切替弁５２の開閉履歴に関わらず、機関冷却水温ＴＨＷや、燃料噴射量と相関を有する吸入空気量ＧＡ等の機関運転状態を示す値に基づいて推定される内燃機関の燃焼熱の大きさが所定値Ｘ以上になったときには、「０」に再設定される。尚、所定値Ｘは、内燃機関の燃焼熱がこの所定値Ｘまで上昇すると、高圧リターン通路４０内に残留している燃料がごく短期間の間に蒸発するようになることを判定することのできる程度の大きさに設定されている。

これにより、具体的には図３に示されるように、時刻ｔ５において切替弁５２が閉弁され、時刻ｔ６において所定期間Ｔ１が経過した旨の判定がなされてリターンフラグＦＧが「１」に設定されたあと、時刻ｔ７において内燃機関の燃焼熱の大きさが所定値Ｘ以上になった旨の判定がなされると、切替弁５２の開閉状態に関わらずリターンフラグＦＧは「０」に設定される。

ステップＳ２００では、このように切替弁５２の開閉履歴と内燃機関の燃焼熱の大きさとに基づいて設定されるリターンフラグＦＧを参照して高圧リターン通路４０内に燃料が残留しているか否かを推定する。

ステップＳ２００において、リターンフラグＦＧが「０」である旨判定された場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、すなわち高圧リターン通路４０内の燃料が既に蒸発し、残留していないことが推定される場合には、ステップＳ３００へと進み、切替弁５２を閉弁する。そして、ステップＳ４００へと進み、機関停止後もフィードポンプ１１の駆動を継続して強制リターン処理を実行する。

こうして強制リターン処理を実行するとステップＳ５００へと進み、ステップＳ５００ではメインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されてからのフィードポンプ１１の駆動継続期間が所定期間Ｔ３以上であるか否かを判定する。フィードポンプ１１は定格電圧が印加されることにより単位時間あたりに所定量の燃料を所定の圧力で吐出するため、その積算吐出量はフィードポンプ１１の駆動時間に比例して増大する。上記所定期間Ｔ３は、切替弁５２を閉弁した状態においてフィードポンプ１１の駆動を継続したときに、第１プレッシャレギュレータ４１を通じてデリバリパイプ３０から流出し高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖ以上となる期間として設定されている。これにより、ステップＳ５００において、駆動継続期間が所定期間Ｔ３以上である旨判定された場合には、高圧リターン通路４０内が燃料によって満たされた状態となる。

尚、高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖと等しくなり、高圧リターン通路４０が燃料で満たされた場合であっても、凝縮水の一部が高圧リターン通路４０の内壁に付着して残留する場合がある。ここで、上記所定期間Ｔ３をより長く設定するほど強制リターン処理に伴って高圧リターン通路４０を流動する燃料の量が多くなるため、このように高圧リターン通路４０に付着した凝縮水を洗い流す効果が大きくなる。しかしながら、この所定期間Ｔ３を長く設定するほど機関停止中にフィードポンプ１１の駆動を継続させる時間が長くなるためフィードポンプ１１を駆動するために消費される電力が増大することとなる。そのため、上記所定期間Ｔ３はフィードポンプ１１の駆動にかかる電力消費量と凝縮水を洗い流す効果との兼ね合いを考慮して設定することが望ましい。

ステップＳ５００において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されてからのフィードポンプ１１の駆動継続期間が所定期間Ｔ３未満である旨判定された場合（ステップＳ５００：ＮＯ）、すなわち強制リターン処理に伴い未だに高圧リターン通路４０が燃料で満たされていない旨判定された場合には、ステップＳ４００へと戻りフィードポンプ１１の駆動を継続する。

こうしてフィードポンプ１１の駆動を継続し、ステップＳ５００において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されてからのフィードポンプ１１の駆動機関が所定期間Ｔ３以上である旨判定された場合（ステップＳ５００：ＹＥＳ）には、ステップＳ６００へと進み、フィードポンプ１１の駆動を停止して強制リターン処理を終了し、強制リターン処理にかかる一連の制御を終了する。

一方、ステップＳ２００において、リターンフラグＦＧが「１」である旨判定された場合（ステップＳ２００：ＮＯ）、すなわち機関運転中に切替弁５２が閉弁され、高圧リターン通路４０内に燃料が残留していることが推定される場合には、ステップＳ３００〜５００をスキップして強制リターン処理を実行せずに、フィードポンプ１１の駆動を停止してこの強制リターン処理にかかる一連の制御を終了する。

次に、強制リターン処理の作用について図４を参照して説明する。尚、図４は本実施形態の強制リターン処理にかかる切替弁５２及びフィードポンプ１１動作態様を示すタイミングチャートである。

図４に示されるように、時刻ｔ１０において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されると、まずリターンフラグＦＧが参照される。そして、リターンフラグＦＧが「０」に設定されていることに基づいて切替弁５２が閉弁されるとともに、フィードポンプ１１の駆動が継続され、強制リターン処理が実行される。

こうして強制リターン処理に伴い切替弁５２を閉弁した状態でフィードポンプ１１の駆動を継続させることにより、デリバリパイプ３０内の燃料の圧力が上昇するようになる。そして、時刻ｔ１１においてデリバリパイプ３０内の燃料の圧力が第１の所定圧力Ｐ１以上になると第１プレッシャレギュレータ４１が開弁し、高圧リターン通路４０内を燃料が流動するようになる。そして、更にフィードポンプ１１の駆動が継続されることにより、高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖよりも大きくなり、時刻ｔ１２において高圧リターン通路４０内は燃料で満たされるようになる。

そして、時刻ｔ１３において、メインスイッチ６１が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作されてからのフィードポンプ１１の駆動継続期間が所定期間Ｔ３以上となった旨の判定がなされると、フィードポンプ１１の駆動が停止され、強制リターン処理が終了される。

尚、強制リターン処理の終了に伴い、電子制御装置６０への給電も停止される。これにより、切替弁５２への通電も遮断され、同切替弁５２は開弁されるようになる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）機関停止後に強制リターン処理を実行し、高圧リターン通路４０に燃料を流動させるようにしているため、高圧リターン通路４０を流動する燃料によって高圧リターン通路４０内、特に滞留部に溜まっている凝縮水、及び水分を含んだ空気を燃料タンク１０に排出することができる。また、この強制リターン処理が終了し、フィードポンプ１１の駆動が停止した後も高圧リターン通路４０内、特に上記滞留部にはこの強制リターン処理によって流動した燃料の一部が残留するようになる。そのため、残留した燃料の容積の分だけ高圧リターン通路４０内に侵入する空気の量を低減することができ、機関停止中に高圧リターン通路４０内に発生する凝縮水の量を低減することができる。そしてこれらにより、高圧リターン通路４０に溜まった凝縮水が機関停止中に凍結して高圧リターン通路４０が閉塞されることを抑制することができるようになる。

（２）強制リターン処理に伴い高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖ以上になれば、高圧リターン通路４０は燃料によって満たされるようになるため、強制リターン処理実行前に高圧リターン通路４０内に溜まっていた凝縮水、及び水分を含んだ空気はそのほとんどが高圧リターン通路４０から燃料タンク１０に排出されるようになる。本実施形態では、強制リターン処理に伴いフィードポンプ１１の駆動が所定期間Ｔ３以上継続され、高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖ以上となったことに基づいて強制リターン処理を終了するようにしている。そのため、強制リターン処理実行前に高圧リターン通路４０内に溜まっていた凝縮水、及び水分を含んだ空気をより確実に排出することができるようになる。

（３）フィードポンプ１１は定格電圧が印加されることにより単位時間あたりに所定量の燃料を所定の圧力で吐出する。そのため、フィードポンプ１１による燃料の積算吐出量は、その駆動時間に比例して増大する。このため、上記実施形態のように強制リターン処理に伴い切替弁５２が閉弁されてからフィードポンプ１１の駆動が所定期間Ｔ３以上継続されたことに基づいて強制リターン処理に伴い高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖ以上となった旨の判定を行うことができる。

（４）機関運転中に切替弁５２が閉弁され、燃料噴射圧が高圧側に切り替えられた場合には、第１プレッシャレギュレータ４１によって燃料噴射圧が調節されるようになり、余剰燃料が高圧リターン通路４０を通じて燃料タンク１０に戻される。そのため、機関運転中に切替弁５２が閉弁された場合には、高圧リターン通路４０内に溜まっていた凝縮水、及び水分を含んだ空気が排出され、機関停止後にあっても高圧リターン通路４０の一部には燃料が残留していることがある。上記実施形態では、機関運転中の切替弁５２の開閉履歴に基づいて機関停止時に高圧リターン通路４０に燃料が残留しているか否かを判定し、高圧リターン通路４０に燃料が残留していない旨の判定がなされたことを条件に強制リターン処理を実行するようにしている。これにより、機関運転中の切替弁５２の開閉履歴に基づいて機関停止時に高圧リターン通路４０に燃料が残留しているか否かを判定し、この判定結果に基づいて機関停止中に高圧リターン通路４０に溜まった水が凍結するおそれがある場合にのみ、強制リターン処理を実行することができるようになる。

（５）機関運転中に切替弁５２が閉弁され、余剰燃料が高圧リターン通路４０を通じて燃料タンク１０に戻された場合であっても、その後、機関運転中に切替弁５２が開弁され燃料が高圧リターン通路４０を流動しない状態が長期間継続した場合には、高圧リターン通路４０に溜まった燃料が内燃機関の燃焼熱の影響によって蒸発してしまい、高圧リターン通路４０内に空気が侵入するようになる。上記実施形態では、電子制御装置６０は、機関運転中の切替弁５２の開閉履歴に基づいて「１」又は「０」に設定されるリターンフラグＦＧをメモリ６６に記憶し、機関停止時にこのリターンフラグＦＧを参照することにより、高圧リターン通路４０内に燃料が残留しているか否かを判定するようにしている。こうした構成によれば、メモリ６６に記憶されたリターンフラグＦＧを参照することにより、リターンフラグＦＧが「０」に設定されていることに基づいて高圧リターン通路４０に燃料が残留していない旨をより正確に判定することができる。

また、内燃機関の燃焼熱が大きくなるほど、この燃焼熱によって温められる高圧リターン通路４０内の燃料の温度は高くなる。そのため、内燃機関の燃焼熱が非常に大きい場合には、比較的短い時間で高圧リターン通路４０に溜まった燃料が蒸発してしまう。そこで、上記実施形態では、機関運転状態に基づいて推定される内燃機関の燃焼熱が所定値Ｘ以上になったときには、切替弁５２の開閉履歴によるリターンフラグＦＧの設定を無効化して「０」に再設定するようにしている。こうした構成によれば、内燃機関の燃焼熱が所定値Ｘ以上であることに基づいて高圧リターン通路４０の燃料が蒸発し高圧リターン通路４０内に燃料が残留していない可能性が高い旨を判定し、リターンフラグＦＧを再設定して強制リターン処理の実行を促す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。
・上記実施形態で説明したリターンフラグＦＧの設定態様は、高圧リターン通路４０内に燃料が残留しているか否かを判定するための情報値の設定態様の一例であり、適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、機関運転状態に基づいて推定される内燃機関の燃焼熱が所定値Ｘ以上になったときに切替弁５２の開閉履歴に基づくリターンフラグＦＧの設定を無効化して「０」に再設定する構成を示したが、リターンフラグＦＧを再設定する構成に限らず、内燃機関の燃焼熱が大きいときほど切替弁５２が開弁されてからリターンフラグＦＧを「０」に設定するまでの所定期間Ｔ２を短くするといった構成を採用することもできる。

・また、内燃機関の発熱量に応じてリターンフラグＦＧを「０」に再設定する構成を省略することもできる。
・また、機関運転中に切替弁５２が閉弁しているときにリターンフラグＦＧを「１」に、開弁しているときにリターンフラグＦＧを「０」に設定し、機関停止時にこのリターンフラグＦＧを参照して高圧リターン通路４０内に燃料が残留しているか否かを推定する構成を採用することもできる。

・図２を参照して説明したステップＳ２００を省略し、切替弁５２の開閉履歴に基づく実行条件を設けずに機関停止する度に毎回強制リターン処理を実行する構成を採用することもできる。

・フィードポンプ１１の駆動継続期間に基づいて高圧リターン通路４０内に燃料が残留していること、また高圧リターン通路４０内が燃料で満たされていることを判定する閾値として所定期間Ｔ１，Ｔ３を設定する構成を示した。フィードポンプ１１に電力を供給するバッテリの電圧によってフィードポンプ１１の単位時間あたりの吐出量は僅かに変化する。そこで、バッテリの電圧や、バッテリの電圧に影響を及ぼす環境温度等に基づいて所定期間Ｔ１，Ｔ３の長さを変更するようにしてもよい。具体的には、バッテリの電圧、又は環境温度が低いときほど所定期間Ｔ１，Ｔ３を長く設定するようにすることが望ましい。こうした構成によれば、フィードポンプ１１の駆動継続期間に基づいてより正確に高圧リターン通路４０内に燃料が残留していること、また高圧リターン通路４０内が燃料で満たされていることを推定することができるようになる。

・上記実施形態では、強制リターン処理に伴い高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖ以上となるまで強制リターン処理を継続する構成を示した。これに対して、強制リターン処理に伴い高圧リターン通路４０を流動する燃料の積算量が高圧リターン通路４０の容積Ｖよりも小さい場合であっても、凝縮水、及び水分を含んだ空気を排出する効果、及び高圧リターン通路４０に侵入する空気の量を低減することはできる。

・強制リターン処理を実行するタイミングは機関停止直後に限定されるものではない。機関停止後、所定期間経過してから強制リターン処理を実行するようにしてもよい。ただし、機関停止から強制リターン処理を実行するまでの期間が長すぎると凝縮水が凍結してしまうおそれがあるため、強制リターン処理は、高圧リターン通路４０が冷えてしまう前に行うことが望ましい。

・上記実施形態ではフレックス燃料車に搭載される内燃機関の燃料供給装置として、この発明を具体化した例を示したが、フレックス燃料車に限らず、ガソリンのみによって走行する車両等に搭載される内燃機関の燃料供給装置として、この発明を適用することもできる。

・Ｖ型８気筒の内燃機関に適用した例を示したが、内燃機関のタイプにかかわらず、４気筒や、６気筒の内燃機関の燃料供給装置としてこの発明を適用することもできる。

（ａ）はこの発明の一実施形態にかかる車載内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す模式図、（ｂ）は滞留部を拡大して示す断面図。 同実施形態にかかる強制リターン処理にかかる一連の制御の流れを示すフローチャート。 同実施形態にかかる切替弁の開閉履歴及び内燃機関の燃焼熱の大きさとリターンフラグの設定態様との関係を示すタイミングチャート。 同実施形態にかかる強制リターン処理における切替弁及びフィードポンプの動作態様を示すタイミングチャート。 燃料噴射圧を切り替えることのできる内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す模式図。

符号の説明

１０…燃料タンク、１１…フィードポンプ、１２…フィルタ、２０…メイン通路、３０…デリバリパイプ、３０ａ…右パイプ、３０ｂ…左パイプ、３０ｃ…接続パイプ、３１…インジェクタ、４０…高圧リターン通路、４１…第１プレッシャレギュレータ、５０…低圧リターン通路、５１…第２プレッシャレギュレータ、５２…切替弁、６０…電子制御装置、６１…メインスイッチ、６２…アクセルポジションセンサ、６３…クランク角センサ、６４…エアフロメータ、６５…水温センサ、６６…メモリ。

Claims (6)

1. 燃料ポンプによって圧送される燃料をインジェクタが接続されたデリバリパイプに供給するメイン通路と、上流側の部位と下流側の部位よりも鉛直方向下方に位置する部位を含むとともに、前記デリバリパイプ内の燃料噴射圧が第１の所定圧力以上になると開弁する第１プレッシャレギュレータを介して前記デリバリパイプに接続されて同デリバリパイプから余剰燃料を燃料タンクに戻す高圧リターン通路と、前記メイン通路に接続されるとともに、前記燃料噴射圧が前記第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力以上になると開弁する第２プレッシャレギュレータが設けられて余剰燃料を前記メイン通路から前記燃料タンクに戻す低圧リターン通路と、前記低圧リターン通路を開放・閉鎖する切替弁とを備え、機関運転状態に基づいて同切替弁の開閉状態を切り替えることにより前記デリバリパイプ内の燃料噴射圧を切り替える内燃機関の燃料供給装置において、
   機関停止後に前記切替弁を閉弁して前記低圧リターン通路を閉鎖した状態に保持するとともに、前記燃料ポンプを駆動して前記高圧リターン通路に燃料を流動させる強制リターン処理を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記強制リターン処理に伴い前記高圧リターン通路を流動する燃料の量を積算しその積算量が同高圧リターン通路の容積以上になったことに基づいて前記強制リターン処理を終了する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記燃料ポンプは定格電圧が印加されることにより単位時間あたりに所定量の燃料を所定の圧力で吐出するものであり、前記強制リターン処理に伴い前記高圧リターン通路を流動する燃料の積算量が前記高圧リターン通路の容積以上となった旨の判定は、同強制リターン処理に伴い前記切替弁が閉弁されてから前記燃料ポンプの駆動が所定期間以上継続されたことに基づいてなされる
   請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 機関運転中の前記切替弁の開閉履歴に基づいて前記高圧リターン通路に燃料が残留しているか否かを判定する判定手段を更に備え、機関停止時に同判定手段によって高圧リターン通路に燃料が残留していない旨の判定がなされたことを条件に前記強制リターン処理を実行する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記判定手段は、機関運転中に前記切替弁が閉弁され前記高圧リターン通路を通じて余剰燃料が前記燃料タンクに戻されたことに基づいて第１の状態を示す値に設定される一方、前記切替弁が開弁され前記高圧リターン通路を通じて余剰燃料が戻されていない状態が所定期間継続したことに基づいて第２の状態を示す値に設定される情報値を記憶するメモリを備え、同メモリに記憶された前記情報値が機関停止時に前記第２の状態を示す値に設定されていることに基づいて前記高圧リターン通路に燃料が残留していない旨を判定する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   機関運転状態に基づいて推定される前記内燃機関の燃焼熱が所定値以上になったときに、前記切替弁の閉閉履歴に基づく前記情報値の設定を無効化して同情報値を第２の状態を示す値に設定する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

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