JP4583335B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置に関し、特に燃料供給路に混入した空気を抜く機能を備えた燃料供給装置に関する。

燃料供給路に空気が混入していると、空気を含んだ燃料が内燃機関に供給される。特に内燃機関のクランキング中には、内燃機関を始動するのに必要な量の燃料を供給できなくなり、内燃機関の始動を円滑に行えず、始動不良の原因になる。このような不具合を回避するために、燃料供給路に混入した空気を抜く（以下「エア抜き」という）ようにした内燃機関の燃料供給装置が知られており、例えば特許文献１に開示されている。

この燃料供給装置は、燃料ポンプ、インジェクタおよび燃料ポンプとインジェクタを接続する燃料配管などを備えている。燃料ポンプは、電動タイプのものであり、燃料タンク内の燃料を燃料配管を介して、インジェクタに供給する。また、この燃料供給装置では、内燃機関の停止中に、インジェクタを開弁することによって、エア抜き動作を行う。具体的には、インジェクタを閉弁した状態で、燃料ポンプを駆動し、燃料配管に燃料を供給することによって、燃料配管内の空気および燃料を加圧する。次に、燃料ポンプを停止した後、インジェクタを所定時間、開弁する。これにより、圧縮された空気を燃料とともにインジェクタから放出することによって、エア抜きが行われる。

しかし、この燃料供給装置では、エア抜きを行う際に、空気とともに燃料をインジェクタから放出するため、燃料が消費されてしまう。また、燃料配管に混入する空気の量は、燃料タンク内の燃料量に応じて異なり、燃料量が少ないほど、燃料ポンプで燃料を汲み上げるときに空気が混入しやすくなるため、多くなる傾向にある。これに対して、従来の燃料供給装置では、エア抜き動作を、燃料配管内の空気の量とは無関係に、所定時間、実行するため、燃料配管内に混入した空気の量が多いときには、空気が実際に抜けきる前にエア抜き動作が終了される結果、燃料配管内に空気が残留するおそれがある。その場合、始動時に必要な量の燃料を内燃機関に供給することができず、始動を良好に行えない。

これとは逆に、空気の量が少ないときには、空気が十分に抜けたにもかかわらず、所定時間が経過するまで、エア抜き動作が継続して行われることによって、その間、燃料が無駄に消費されてしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、燃料を無駄に消費することなく、過不足のないエア抜き動作によって、エア抜きを確実に行うことができ、それにより、良好な始動性を確保することができる内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

特許第３０５００６８号公報

この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３に燃料を供給する内燃機関３の燃料供給装置１であって、燃料を貯留する燃料タンク４と、燃料供給路６と、燃料供給路６を介して燃料タンク４に接続され、内燃機関３に燃料を噴射する燃料噴射弁１１と、燃料タンク４内の燃料を燃料供給路６に送るための電動式の燃料ポンプ（実施形態における（以下、本項において同じ）低圧ポンプ７）と、燃料供給路６に設けられ、燃料噴射弁１１に供給される燃料の量を調整するための燃料調量弁８ａと、燃料供給路６の燃料調量弁８ａよりも上流側から分岐し、燃料タンク４側に接続された燃料戻し路９と、燃料タンク４内の燃料量（燃料レベルＦＬＥＶＥＬ）を検出する燃料量検出手段（燃料レベルセンサ２０）と、検出された燃料量に応じて、実行時間ＴＡＲＥＸを設定する実行時間設定手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関３が停止中であるか否かを判別する停止判別手段（クランク角センサ２１、ＥＣＵ２）と、内燃機関３の停止中に、設定された実行時間ＴＡＲＥＸ、燃料調量弁８ａを閉弁するとともに、燃料ポンプを駆動することによって、燃料供給路６内のエア抜き動作を実行するエア抜き実行手段（ＥＣＵ２、ステップ４〜１０）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の燃料供給装置によれば、燃料ポンプを駆動することによって、燃料タンク内の燃料が燃料供給路を介して、燃料噴射弁に供給され、この供給された燃料を燃料噴射弁が内燃機関に噴射することにより、内燃機関に燃料が供給される。燃料調量弁の開度を調整することによって、燃料噴射弁に供給される燃料量が調整される。

また、エア抜き実行手段は、内燃機関の停止中に、燃料調量弁を閉弁するとともに、燃料ポンプを駆動することによって、エア抜き動作を実行する。これにより、燃料供給路に供給された燃料は、燃料戻し路を介して、燃料タンクに戻る。このため、燃料供給路に空気が混入している場合には、燃料と一緒に空気も燃料タンク内に放出されるため、エア抜きを行うことができる。また、エア抜き動作を行う際に、燃料が燃料タンクに戻るため、燃料を無駄に消費することがない。さらに、内燃機関の停止中にエア抜き動作を行うので、始動時に内燃機関に燃料を遅延なく供給することができる。また、エア抜き動作の実行時間が、燃料タンク内の燃料量に応じて設定されるので、燃料供給路への空気の混入度合いに応じて、エア抜き動作を過不足なく行うことができ、それにより、エア抜きを確実に行い、良好な始動性を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の燃料供給装置１において、内燃機関３は車両Ｖに搭載されており、燃料量検出手段は、燃料のレベルを検出する燃料レベルセンサ２０であり、実行時間設定手段は、車両Ｖの走行中に検出された燃料レベルＦＬＥＶＥＬの変化状態に応じて、設定された実行時間を補正する（ステップ２２）ことを特徴とする。

車両がラフロードを走行したり、旋回したりするときには、燃料タンク内で燃料が大きく揺れることによって、燃料供給路に空気が混入しやすくなる。また、燃料タンク内における燃料の揺れは、燃料のレベルの変化として現れるため、車両の走行中における燃料レベルの変化状態に応じて、燃料供給路への空気の混入度合いを推定することができる。この構成によれば、車両の走行中に検出された燃料レベルの変化状態に応じて、実行時間を補正するので、その実行時間を、車両の停止前の走行中における空気の混入度合いに応じて適切に設定でき、それにより、エア抜きを最適に行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による燃料供給装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、車両Ｖに搭載された直列４気筒のディーゼルエンジンである。

燃料供給装置１は、燃料を貯留する燃料タンク４、燃料を高圧状態で貯留するコモンレール５および燃料タンク４とコモンレール５を接続する燃料供給路６などを備えている。

燃料供給路６には、燃料タンク４側から順に、低圧ポンプ７（燃料ポンプ）および高圧ポンプ８が設けられている。低圧ポンプ７は、後述するＥＣＵ２により制御される電動タイプのものであり、エンジン３の運転中、燃料タンク４内の燃料を所定圧まで昇圧し、燃料供給路６を介して高圧ポンプ８に圧送する。

高圧ポンプ８は、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）に連結されており、クランクシャフトで駆動されることにより、燃料をさらに昇圧し、コモンレール５に圧送する。

高圧ポンプ８には、燃料調量弁８ａが設けられている。燃料調量弁８ａは、ソレノイドとスプール弁機構を組み合わせたものであり、低圧ポンプ７から高圧ポンプ８に供給される燃料量を調整するとともに、不要な燃料を、燃料タンク４に接続された燃料戻し路９を介して、燃料タンク４に戻す。これらの高圧ポンプ８への供給燃料量および燃料タンク４への戻し燃料量は、燃料調量弁８ａのソレノイドに供給する電流のデューティ比ＴＤＵＴＹをＥＣＵ２で制御し、スプールの位置を変更することによって、制御される。なお、デューティ比ＴＤＵＴＹが最大のときには、燃料調量弁８ａは、全閉状態に制御され、この全閉状態では、低圧ポンプ７から圧送された燃料は、高圧ポンプ８には供給されず、燃料戻し路９を介して燃料タンク４にすべて戻される。

コモンレール５には、燃料噴射路１０を介して、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）１１が接続されている。インジェクタ１１は、エンジン３の各気筒（図示せず）に設けられており、コモンレール５に貯留された燃料を気筒内に噴射する。このインジェクタ１１の燃料の噴射量および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。

また、燃料タンク４には、燃料レベルセンサ２０が設けられている。この燃料レベルセンサ２０（燃料量検出手段）は、燃料タンク４内に貯留された燃料量を、燃料レベルＦＬＥＶＥＬとして検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１（停止判別手段）は、エンジン３のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号を発生する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づいて、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

さらに、ＥＣＵ２には、車速センサ２２から、車両Ｖの速度（以下「車速」という）ＶＰを表す検出信号が、イグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２３から、イグニッションキー（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２０〜２２からの検出信号およびＩＧ・ＳＷ２３のＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じ、インジェクタ１１の燃料噴射量の制御や、燃料供給路６に混入した空気のエア抜き処理を行う。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、実行時間設定手段、停止判別手段およびエア抜き実行手段に相当する。

図２は、本発明の第１実施形態によるエア抜き処理を示すフローチャートである。本処理は、エア抜き動作をエンジン３の始動時に行うものであり、所定時間ごとに実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、ＩＧ・ＳＷ２３がＯＮ状態であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン回転数ＮＥが０であるか否かを判別する（ステップ２）。この判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＩＧ・ＳＷ２３がＯＮされた後、エンジン３のクランキング動作がまだ行われていないときには、エア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ３）。このエア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤは、後述するように、エア抜き動作の実行中に「１」にセットされるものである。

この判別結果がＮＯで、エア抜き動作がまだ実行されていないときには、低圧ポンプ７を駆動する（ステップ４）とともに、燃料調量弁８ａを全閉状態に制御（以下「全閉制御」という）する（ステップ５）。これにより、高圧ポンプ８側への燃料の供給を阻止するとともに、空気を含む燃料を、燃料供給路６から燃料戻し路９を介して、燃料タンク４に放出することによって、エア抜きが行われる。次いで、エア抜き動作の実行中であることを表すために、エア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤを「１」にセットする（ステップ６）とともに、アップカウント式のタイマ（図示せず）をスタートさせ（ステップ７）、本処理を終了する。

また、ステップ６が実行された後には、前記ステップ３の判別結果がＹＥＳになり、その場合には、ステップ８に進み、タイマ値（以下「エア抜き時間」という）ＴＡＲＢＤが、実行時間ＴＡＲＥＸ以上であるか否かを判別する。

この実行時間ＴＡＲＥＸは、図３に示す算出処理によって算出される。本処理は、ＩＧ・ＳＷ２３がＯＦＦされた直後に１回のみ実行される。まずステップ２０では、燃料レベルＦＬＥＶＥＬに応じて、図４に示すテーブルを検索することによって、実行時間ＴＡＲＥＸの基本値ＴＡＲＥＸＴを算出する。

このテーブルでは、基本値ＴＡＲＥＸＴは、燃料レベルＦＬＥＶＥＬが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、燃料量が少ないほど、車両Ｖの走行中に低圧ポンプ７で燃料を汲み上げる際に、燃料に空気が混入しやすくなり、燃料供給路６への空気の混入度合いが高くなるためである。

前記ステップ２０に続くステップ２１では、カウンタ（図示せず）の値ＣＡＩＲに応じて、テーブル（図示せず）を検索することによって、補正値ＴＡＲＣを算出する。

このカウンタ値ＣＡＩＲは、図５に示す算出処理によって算出される。本処理は、所定時間ごとに実行される。まずステップ３０では、車速ＶＰに基づいて、車両Ｖが走行中であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。

一方、ステップ３０の判別結果がＹＥＳで、車両Ｖが走行中のときには、燃料レベルＦＬＥＶＥＬがしきい値ＦＬＥＶＥＬＲＥＦよりも小さいか否かを判別する（ステップ３１）。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了し、ＹＥＳのときには、カウンタ値ＣＡＩＲをインクリメントし（ステップ３２）、本処理を終了する。

以上のようにして算出したカウンタ値ＣＡＩＲは、図６にも示すように、燃料レベルＦＬＥＶＥＬがしきい値ＦＬＥＶＥＬＲＥＦを下回った期間の積算値である。前述したように、車両Ｖの走行中、ラフロード走行などにより燃料タンク４内で燃料が大きく揺れ、燃料レベルＦＬＥＶＥＬが一時的に低下すると、燃料供給路６に空気が混入しやすくなる。このため、カウンタ値ＣＡＩＲは、車両Ｖの走行中における燃料への空気の混入度合いを表す。

このため、前記ステップ２１において、補正値ＴＡＲＣを設定するテーブルでは、補正値ＴＡＲＣは、カウンタ値ＣＡＩＲが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次いで、ステップ２０で算出した基本値ＴＡＲＥＸＴに補正値ＴＡＲＣを加算した値を、実行時間ＴＡＲＥＸとして設定し（ステップ２２）、本処理を終了する。

図２に戻り、前記ステップ８の判別結果がＮＯで、ＴＡＲＢＤ＜ＴＡＲＥＸのとき、すなわちエア抜き動作の開始後、実行時間ＴＡＲＥＸが経過していないときには、そのまま本処理を終了し、エア抜き動作を継続する。一方、ステップ８の判別結果がＹＥＳで、実行時間ＴＡＲＥＸが経過したときには、低圧ポンプ７を停止する（ステップ９）。これにより、低圧ポンプ７の無駄な作動を回避できる。また、燃料調量弁８ａを通常状態に制御（以下「通常制御」という）し（ステップ１０）、高圧ポンプ８へ燃料を供給できる状態にする。そして、エア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤを「０」にセットし（ステップ１１）、タイマおよびカウンタ値ＣＡＩＲをそれぞれリセットした（ステップ１２および１３）後、本処理を終了する。

前記ステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３のクランキング動作が開始されたときには、ステップ１０以降に進む。エア抜き動作の実行中あるいは終了後にクランキング動作が開始されたときには、燃料調量弁８ａの通常制御に直ちに移行し、それにより、エンジン３に燃料を供給することができる。

以上のように、本実施形態によれば、ＩＧ・ＳＷ２３のＯＮされた後、エンジン３のクランキング動作が開始される前に、エア抜き動作を行う。また、エア抜き動作を、低圧ポンプ７を駆動するとともに、燃料調量弁８ａを全閉制御することにより、燃料供給路６に混入した空気を含む燃料を燃料戻し路９を介して、燃料タンク４内に放出することによって行うので、燃料の無駄な消費を回避できる。さらに、エンジン３のクランキング動作が開始されたときには、エア抜き動作の実行中あるいは終了後にかかわらず、燃料調量弁８ａの通常制御に直ちに移行するので、始動時にエンジン３に燃料を遅延なく供給することができる。

また、実行時間の基本値ＴＡＲＥＸＴを、エンジン３の停止時における燃料レベルＦＬＥＶＥＬに応じて設定するとともに、その停止直前の車両Ｖの走行中に、燃料レベルＦＬＥＶＥＬがしきい値ＦＬＥＶＥＬＲＥＦを下回った期間を表すカウンタ値ＣＡＩＲに応じて設定した補正値ＴＡＲＣを、基本値ＴＡＲＥＸＴに加算することによって、実行時間ＴＡＲＥＸを設定する。したがって、エア抜き動作の実行時間ＴＡＲＥＸを、車両Ｖのラフロード走行などによる燃料供給路６への空気の混入度合いに応じた最適な時間に設定することができる。以上により、過不足のないエア抜き動作によって、エア抜きを確実に行うことができ、それにより、良好な始動性を確保することができる。

図７は、本発明の第２実施形態によるエア抜き処理を示すフローチャートである。本処理は、エア抜き動作をエンジン３の停止直後に行うものである。本処理ではまず、ステップ４０において、ＩＧ・ＳＷ２３がＯＦＦ状態であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。

一方、ステップ４０の判別結果がＹＥＳのときには、エア抜き完了フラグＦ＿ＡＲＢＤＦが「１」であるか否かを判別する（ステップ４１）。このエア抜き完了フラグＦ＿ＡＲＢＤＦは、ＩＧ・ＳＷ２３がＯＦＦされるのと同時にリセットされるものである。したがって、ＩＧ・ＳＷ２３ＯＦＦ後の最初のループでは、ステップ４１の判別結果はＮＯになり、その場合には、エア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ４２）。

この判別結果がＮＯのときには、図２のステップ４〜７と同様、低圧ポンプ７を駆動し（ステップ４３）、燃料調量弁８ａを全閉制御する（ステップ４４）ことによって、エア抜き動作を実行するとともに、エア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤを「１」にセットし、タイマをスタートさせ（ステップ４５および４６）、本処理を終了する。

一方、ステップ４２の判別結果がＹＥＳのときには、エア抜き時間ＴＡＲＢＤが実行時間ＴＡＲＥＸ以上であるか否かを判別する（ステップ４７）。この実行時間ＴＡＲＥＸは、第１実施形態と同様、図３の処理によって算出される。

この判別結果がＮＯで、エア抜き動作の開始後、実行時間ＴＡＲＥＸが経過していないときには、そのまま本処理を終了し、エア抜き動作を継続する。一方、ステップ４７の判別結果がＹＥＳで、エア抜き動作の開始後、実行時間ＴＡＲＥＸが経過したときには、図２のステップ９〜１３と同様、低圧ポンプ７を停止させるとともに、燃料調量弁８ａを通常制御した後、エア抜き実行中フラグＦ＿ＡＲＢＤを「０」にセットし、タイマおよびカウンタ値ＣＡＩＲをそれぞれリセットする（ステップ４８〜５２）。そして、エア抜き動作が完了したことを表すために、エア抜き完了フラグＦ＿ＡＲＢＤＦを「１」にセットした（ステップ５３）後、本処理を終了する。一方、このステップ５３の実行により、前記ステップ４１の判別結果がＹＥＳになり、その場合には、エア抜き動作を行うことなく、そのまま本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン３の停止直後に、第１実施形態と同様にして、エア抜き動作を行う。したがって、第１実施形態と同様、燃料を無駄に消費することなくエア抜き動作を行えるとともに、エア抜き動作の実行時間ＴＡＲＥＸを、車両Ｖの走行中の空気の混入度合いに応じた最適な時間に設定でき、過不足のないエア抜き動作によって、エア抜きを確実に行うことができ、それにより、良好な始動性を確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、燃料レベルＦＬＥＶＥＬに応じて、エア抜き動作の実行時間ＴＡＲＥＸを設定しているが、これに加えて、またはこれに代えて、低圧ポンプ７への供給電圧などを調整することによって、低圧ポンプ７の作動量を制御するようにしてもよい。また、実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の燃料供給装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態によるエア抜き処理を示すフローチャートである。 実行時間の算出処理を示すフローチャートである。 図３の処理で用いられる基本値を算出するためのテーブルである。 カウンタ値の算出処理を示すフローチャートである。 車両の走行中の燃料レベルの推移とそれに対するカウンタ値の関係の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態によるエア抜き処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料供給装置
２ ＥＣＵ（実行時間設定手段、停止判別手段およびエア抜き実行手段）
３ エンジン
４ 燃料タンク
６ 燃料供給路
７ 低圧ポンプ（燃料ポンプ）
８ａ 燃料調量弁
９ 燃料戻し路
１１ インジェクタ
２０ 燃料レベルセンサ（燃料量検出手段）
２１ クランク角センサ（停止判別手段）
ＦＬＥＶＥＬ 燃料レベル（燃料量）
ＴＡＲＥＸ 実行時間
Ｖ 車両

Claims (2)

1. 内燃機関に燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置であって、
   燃料を貯留する燃料タンクと、
   燃料供給路と、
   当該燃料供給路を介して前記燃料タンクに接続され、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料タンク内の燃料を前記燃料供給路に送るための電動式の燃料ポンプと、
   前記燃料供給路に設けられ、前記燃料噴射弁に供給される燃料の量を調整するための燃料調量弁と、
   前記燃料供給路の前記燃料調量弁よりも上流側から分岐し、前記燃料タンク側に接続された燃料戻し路と、
   前記燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量検出手段と、
   当該検出された燃料量に応じて、実行時間を設定する実行時間設定手段と、
   前記内燃機関が停止中であるか否かを判別する停止判別手段と、
   当該内燃機関の停止中に、前記設定された実行時間、前記燃料調量弁を閉弁するとともに、前記燃料ポンプを駆動することによって、前記燃料供給路内のエア抜き動作を実行するエア抜き実行手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記内燃機関は車両に搭載されており、
   前記燃料量検出手段は、燃料のレベルを検出する燃料レベルセンサであり、
   前記実行時間設定手段は、前記車両の走行中に検出された燃料レベルの変化状態に応じて、前記設定された実行時間を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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