JP4646848B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関するものであり、より詳細には、還流通路の開閉弁の作動圧力を検知して、この検知された作動圧力に基づき燃圧制御の下限値を設定することができる内燃機関の燃料供給装置に関するものである。

燃料ポンプから燃料噴射弁に圧送する燃料の圧力（燃圧）を可変に制御する内燃機関の燃料供給装置において、燃料蒸発ガスを吸着するキャニスタを備え、パージ流量に応じて燃圧を低下させる技術が特許文献１に開示されている。ここで、パージとは、キャニスタに吸着されている燃料蒸発ガスが吸気管に放出されることをいう。

特許文献１の手法は、パージによる燃料蒸発ガスの流量（パージ流量）に応じて燃圧制御の目標値を低く設定することにより、パージによって燃料噴射量が少なくなる場合でも、燃料噴射弁の噴射パルス幅を精度が保証できる限界幅より長くとることができるようになり、燃料噴射量の制御精度を確保することが可能である。

また、同様に燃圧を制御する燃料供給装置において、燃料ポンプから燃料噴射弁へ圧送される燃料の一部を還流させる還流通路に、この還流通路を開閉する開閉弁を設け、燃圧の下降を抑制する技術が特許文献２に開示されている。

特許文献２の手法は、内燃機関の停止後においても燃圧を一定レベルに保持することが可能であり、また、燃料の気化を抑制して再始動性を向上させることができる。
特開平8-177590号 特開平10-89183号

しかしながら、特許文献１の技術を特許文献２の装置に適用すると、パージ流量に応じて低く設定された目標燃圧が開閉弁の作動圧力より低くなる場合、エンジン運転中に還流通路の開閉弁が頻繁に開閉されるので、開閉弁の磨耗が促進されてしまい燃圧制御の精度が低下する可能性がある。

また、エンジン運転中の開閉弁の作動を回避するために、燃圧制御の下限値を開閉弁の作動圧力より高く設定しようとすると、開閉弁の個体差による作動圧力のばらつきや、燃圧を計測する圧力センサの検出値のばらつきを考慮して、実際の開閉弁の作動圧力よりも相当の余裕をもって下限値を設定する必要がある。この場合、パージ中の燃圧を十分に低下させることができず、燃料噴射弁のリニアリティを保証できる制御パルス幅を確保できないので、燃圧制御の精度が低下する可能性がある。

したがって、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、エンジン運転中に所望の燃圧設定が可能な内燃機関の燃料供給装置を提供することである。

本発明の提供する内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンクから燃料ポンプを介して燃料噴射弁へ圧送される燃料の圧力を検出する手段と、内燃機関の運転状態を検出する手段と、運転状態に基づいて、燃料圧力の目標値を算出する手段と、燃料圧力が目標値になるように、燃料ポンプの駆動力を制御する手段と、燃料ポンプから燃料噴射弁へ吐出される燃料の一部を燃料タンクへ還流する還流通路と、還流通路に設けられ、燃料圧力に応じて還流通路を開閉する開閉弁と、を備えており、開閉弁の作動圧力を検出し、この検出された開閉弁の作動圧力に基づいて目標値の下限値を設定する手段を有することを特徴とする。

本発明により、パージを実行する際に燃圧を低下させる場合において、開閉手段が安定する範囲で燃圧を限界まで低下させることが可能となり、さらに、パージ中の燃圧制御と開閉手段の劣化抑制とが両立され、運転状態に応じた最適な燃圧の制御が実行可能となる。

本発明の一実施形態では、下限値を設定する手段は、内燃機関の停止時において、燃料圧力の変化が所定範囲内にあるときの燃料圧力を、開閉弁の作動圧力として検出する。これにより、開閉弁が作動する実際の燃料圧力を正確に把握できるので、燃圧制御の下限値を限界まで低く設定することが可能となり、運転状態に応じた所望の燃圧制御が可能となる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に従う、内燃機関（エンジン）の燃料供給装置の概略図である。この装置は、燃料タンク１１から燃料を送り出すためのフィードポンプ１２と、フィードポンプ１２に燃料管１３を介して連結され、燃料噴射装置１４に燃料を供給するデリバリパイプ１５と、デリバリパイプ１５内の燃料の圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ１６と、燃圧センサ１６の出力に基づいて、デリバリパイプ１５内の燃料の圧力をフィードバック制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０と、フィードポンプ１２から送り出された燃料の一部を燃料タンク１１に還流する還流通路１９と、還流通路１９を開閉する開閉弁１７と、を備えている。

フィードポンプ１２は、ポンプ駆動装置２１により駆動される。ポンプ駆動装置２１は、ＥＣＵ２０からの制御信号に従って、フィードポンプ１２をデューティ制御する。こうして、デリバリパイプ１５内の燃料圧力は、所定の圧力になるようにフィードバック制御される。

エンジン２５は、この実施例では、４気筒を有する４サイクルエンジンである。燃料噴射装置１４は、それぞれの気筒について設けられている。燃料噴射装置１４は、典型的には電磁バルブである燃料噴射弁を備えており、該燃料噴射弁を介して、対応する気筒に燃料が噴射される。噴射される燃料の量および噴射のタイミングは、ＥＣＵ２０によって制御される。燃料噴射装置１４は、ＥＣＵ２０からの制御信号に従って、燃料噴射弁を開弁する。噴射は、エンジンの回転に同期して行われる。この実施例では、エンジンのクランク軸（図示せず）が１８０度回転するたびに、４個の燃料噴射弁のうちの１つが燃料を噴射する。

エンジン２５には、エンジン２５の冷却水の温度TWを検出する水温センサ２６、および、エンジン２５のクランク軸の回転に同期したクランク（ＣＲＫ）信号を送出するクランクセンサ２７が設けられている。一実施例では、クランク軸が３０度回転するたびに、１つのクランク信号が送出される。ＥＣＵ２０は、送出されたクランク信号をカウントすることにより、エンジン２５の回転数Ｎｅを算出する。

ＥＣＵ２０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を備えるコンピュータである。ＥＣＵ２０は、メモリ（図示せず）を備えており、該メモリは、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータを格納する読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）と、ＣＰＵの演算のための作業領域を提供し、プログラムおよびデータを一時的に格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備えている。

ＥＣＵ２０は、水温センサ２６やクランクセンサ２７などの各種センサ情報からエンジン２５の運転状態を判定して、運転状態に適した燃料圧力の目標値を決定する。ＥＣＵ２０は、燃圧センサ１６の計測値と燃圧の目標値とを比較して、燃圧のフィードバック制御量を求める。ポンプ駆動装置２１は、ＥＣＵ２０の決定した燃圧のフィードバック制御量にしたがって、デリバリパイプ１５内の燃料圧力がこの目標値になるようにフィードポンプ１２をデューティ制御する。

フィードポンプ１２とデリバリパイプ１５との間には還流通路１９が連結されている。還流通路１９は、フィードポンプ１２から送り出された燃料の一部を燃料タンク１１に還流して、燃料圧力を調整する。

還流通路１９には開閉弁１７が設置されている。開閉弁１７は、典型的にはバネ機構を備えており、燃料圧力に応じて機械的に作動する。開閉弁１７は、燃料圧力が所定の圧力より小さくなったときに閉弁するように設定されている。開閉弁１７が作動する燃料圧力を、これ以降「作動圧力」という。作動圧力は、開閉弁１７に備えられるばねの付勢力に依存する。

次に、図２を参照して、開閉弁１７の機能について説明する。図２は、還流通路１９に開閉弁１７を備えた燃料供給装置における、エンジン停止時の燃料圧力の推移を示す図である。

まず、時刻ｔ_０において、エンジン停止に伴いフィードポンプ１２が停止するので、デリバリパイプ１４内の燃焼圧力を目標値に維持することができなくなり、時刻ｔ_０以降、燃焼圧力が減少していく。

時刻ｔ_１において、燃料圧力が開閉弁１７の作動圧力になると、開閉弁１７が閉じる。このとき、エンジン２５の熱などの影響により燃料の温度が依然として高く、燃料の体積は、本来、開閉弁により密閉されたデリバリパイプ１５および燃料管１３内の容積より大きい状態である。このような状態で開閉弁１７が閉弁されたことにより、燃料圧力は、区間Ａにわたって開閉弁１７の作動圧力と平衡を保たれる。

そして、区間Ａ経過後、燃料の温度が低下して燃料の体積がデリバリパイプ１５および燃料管１３内の容積より小さくなるので、燃料圧力は再び減少していく。

図２の区間Ａのように、開閉弁１７の働きにより所定時間（例えば３０分程度）だけ燃料圧力の低下を抑制することにより、エンジン２５の再始動時には、燃圧制御のフィードバック量が少なくなるのでフィードポンプ１２への負担を軽減させることができる。また、エンジン停止後の燃料の気化を抑制して再始動性を向上させることができる。

このように還流通路１９に開閉弁１７を備えた燃料供給装置では、燃料圧力制御の下限値は、エンジン運転時に開閉弁１７が閉じないように、開閉弁１７の作動圧力よりも高くなるように設定される。また、開閉弁１７の作動圧力や圧力センサ１６の検出値には個体間のばらつきがある。したがって、従来、燃料圧力制御の下限値は、例えば図４（ａ）に示すように、これらのばらつきを考慮して、実際の開閉弁１７の作動圧力との間に相当の余裕をもって予め設定されている。

一方、例えば特許文献１のようなパージ状況に応じて燃圧の目標値を下げる手法において、図４（ａ）のように燃圧制御の下限値を高く設定すると、パージ中の燃圧を十分に低下させることができず、燃料噴射弁１４の制御精度を保証できる制御パルス幅を確保できないので、燃圧制御の精度が低下する可能性がある。したがって、開閉弁１７の実際の作動圧力を正確に把握して、燃圧制御の下限値を限界まで低く設定することが望ましい。

本実施形態では、図２の区間Ａに示すように、エンジン停止後、開閉弁１７が閉じて燃料圧力が安定している領域を識別し、このときの燃料圧力を開閉弁１７の作動圧力として検知する。これにより、開閉弁１７の実際の作動圧力をエンジン停止ごとに逐次更新することができるので、開閉弁１７の作動圧力を正確に把握して、燃圧制御の下限値を従来手法より低く設定することが可能となる。

次に、図３を参照して本実施形態による燃圧制御の下限値を設定する処理について説明する。図３は、この処理のフローチャートである。

ステップＳ１０１において、クランクセンサ２７によって計測されたエンジン回転数ＮＥなどのセンサ情報に基づき、エンジン２５が停止中であるかどうかが確認される。エンジン２５が停止中ならばステップＳ１０３に進み、エンジン２５が運転中のときは処理を終了する。

ステップＳ１０３において、水温センサ２６の計測値ＴＷに基づき、エンジン温度が所定範囲内にあるかどうかが確認される。エンジン温度ＴＷが所定範囲内ならばステップＳ１０５に進む。エンジン温度ＴＷが所定範囲外ならば、燃圧センサ１６の温度保証範囲以外の場合があるので、燃圧検知をやめて処理を終了する。

ステップＳ１０５において、燃圧センサ１６の計測値からデリバリパイプ１５内の燃料圧力Ｐ１が検出される。

ステップＳ１０７において、燃料圧力Ｐ１の変化量が所定範囲内にあるかどうかが確認される。燃料圧力Ｐ１の変化量は、例えば、前回値との偏差または微分フィルタなどの公知の手法を用いて算出される。燃料圧力Ｐ１の変化が所定範囲内にあるときは、現在の燃料圧力が図２において符号Ａで示した燃料圧力が安定した区間であると判定し、ステップＳ１０９に進む。燃料圧力Ｐ１の変化が所定範囲外にあるときは、開閉弁１７がまだ作動していない状態か、開閉弁１７のシート不良などの影響が考えられるので、処理を終了する。

ステップＳ１０９において、Ｐ１を開閉弁１７の作動圧力として設定し、この作動圧力Ｐ１に所定の嵩上げ量を加算した値が、燃圧制御の下限値Ｐ０として設定される。

図４は、開閉弁１７の作動圧力と、燃圧制御の下限値との関係を示す図である。図４（ａ）は従来技術によるものであり、図４（ｂ）は本発明によるものである。図４（ａ）を参照すると、従来技術では、開閉弁１７の作動圧力４１は、設計時に予め算出された理論値であり、実際の開閉弁１７の作動圧力には個体間のばらつき４３が生じる可能性があることを考慮しなければならない。また、同様に燃圧センサ１６の検出値にも個体間のばらつき４７が生じる可能性がある。これらの影響を考慮して、燃圧制御の下限値４５は、開閉弁１７の作動圧力４１よりかなり大きな余裕をもって設定されている。

これに対して本発明は、図４（ｂ）を参照すると、開閉弁１７の作動圧力Ｐ１をエンジン停止時に逐次検出して、この検出値に所定の嵩上げ量４９を加えた値を燃圧制御の下限値Ｐ０として設定するので、バラツキ分の余裕設定がなくなり、燃圧制御の下限値Ｐ０を限界まで低く設定することが可能である。

以上、本発明の具体的な実施例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に従う燃料供給装置の概略図である。 エンジン停止中の燃料圧力の変化を示すグラフである。 本実施形態による燃圧制御の下限値を設定する処理のフローチャートである。 開閉弁の作動圧力と燃圧制御の下限値との関係を示す図である。

符号の説明

１１ 燃料タンク
１２ フィードポンプ
１４ 燃料噴射装置
１５ デリバリパイプ
１６ 燃圧センサ
１７ 開閉弁
１９ 還流通路
２０ ECU
２１ ポンプ駆動装置
２５ エンジン

Claims (2)

1. 燃料タンクから燃料ポンプを介して燃料噴射弁へ圧送される燃料の圧力を検出する手段と、
   内燃機関の運転状態を検出する手段と、
   前記検出された運転状態に基づいて、前記燃料の圧力の目標値を算出する手段と、
   前記検出された燃料の圧力が前記目標値になるように、前記燃料ポンプの駆動力を制御する手段と、
   前記燃料ポンプから前記燃料噴射弁へ吐出される燃料の一部を前記燃料タンクへ還流する還流通路と、
   前記還流通路に設けられ、前記燃料の圧力が作動圧力より小さい場合に、バネ機構により前記還流通路を閉弁する開閉弁と、を備える内燃機関の燃料供給装置において、
   前記作動圧力を検出し、前記検出された開閉弁の作動圧力に所定の嵩上げ量を加算した値を前記目標値の下限値に設定する手段を有する内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記下限値を設定する手段は、内燃機関の停止時において、燃料圧力の変化が所定範囲内にあるときの燃料圧力を、前記開閉弁の作動圧力として検出する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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