JP5314106B2 - 燃料供給システム - Google Patents

Description

この発明は、例えば筒内直噴式内燃機関等において、燃料供給装置の圧力調整装置により燃料圧力を目標値に制御する燃料供給システムに係り、特に、圧力調整装置の弁部への異物噛み込み等による動作不良を防止する燃料供給システムに関するものである。

一般に内燃機関、例えばシリンダ内にガソリン等の燃料を直接噴射する筒内直噴式内燃機関においては、非常に高い燃料圧力が要求されるため、機関出力で駆動される機械式の高圧燃料ポンプを用いるとともに、その高圧側、即ち吐出側に電子制御型の可変圧力調整装置を設け、吐出された燃料の一部を低圧側へリークすることにより、目標とする燃料圧力に調整するようにした燃料供給システムが多く採用されている。

この燃料供給システムとして、従来、例えば特開２０００−４５８３９号公報（特許文献１）に記載されているように、圧力調整装置の弁体とバルブシートとの間の異物の噛み込みや摩耗粉の付着による動作不良を防止するために、圧力調整装置の弁部の異物付着状態に応じて、減速時の燃料カット中に圧力調整装置の弁部開閉時間をデューティ比制御により変化させて、付着している異物を除去することが知られている。

また、例えば特許第３６１２１７５号公報（特許文献２）に記載されているように、燃料圧力のフィードバック制御を行い、燃料圧力の異常を検出した場合に、燃料供給系、及び配管系に混入する異物の除去を目的として、燃料噴射装置の無噴射を含む最小噴射制御条件下で圧力調整装置の弁部をデューティ比制御で全開とすることにより、燃料供給系、及び配管系に混入する異物を除去することが知られている。

更に、例えば特許第３６６３８７０号公報（特許文献３）に記載されているように、内燃機関の回転数、吸入空気量、または内燃機関温度のいずれか一つによって予め定められた供給燃料圧力値が規定の圧力値範囲内から逸脱した場合に、車両の減速時または燃料カット時のいずれか一方において圧力調整装置の弁部開閉時間をデューティ比制御により変化させて、異物を除去することが知られている。

特開２０００−４５８３９号公報 特許第３６１２１７５号公報 特許第３６６３８７０号公報

前記各特許文献に記載された従来技術によれば、圧力調整装置の弁部への異物噛み込み等により燃料圧力異常が発生した場合、または燃料噴射弁の無噴射および最小噴射制御時に、圧力調整装置の弁部開閉時間をデューティ比制御により変化させている。しかし、この場合、周期的に一定時間のみ弁部のリフト量が最大となることから異物が除去出来ない可能性がある。また、デューティ比制御によっては、弁部のリフト量が最大の状態で維持することは可能であるが、製品の小型化の観点から消費電流低減の要求があり、弁部のリフト量を最大状態に維持させる場合は、圧力調整装置へ常時通電する必要があって、消費電流の低減が難しい。

この発明は、前記問題点に鑑みて、燃料噴射装置の無噴射および最小噴射制御時に燃料供給装置の吐出流量を制御することにより圧力調整装置の通過流量を制御する燃料供給システムを提供するものである。

この発明に係る内燃機関の燃料供給システムは、燃料を収容する燃料タンクと、ブラシレスモータで駆動する燃料供給装置と、前記燃料タンクと前記燃料供給装置との間に設けられたフィルタと、前記燃料供給装置に内蔵されるか、又は近傍に設置された圧力調整装置と、前記燃料供給装置で加圧された燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料噴射装置の開閉タイミングと前記ブラシレスモータの回転速度を制御する制御ユニットを備え、前記燃料供給装置の吐出流量を制御する燃料供給システムであって、
前記制御ユニットは、車両のイグニッションキーのオン時、及び前記車両の運転時は、アクセルオフの燃料カット時において、前記圧力調整装置の弁部のリフト量が最大となるように、前記ブラシレスモータに前記燃料供給装置の吐出流量を最大とする指令を出力するものである。

この発明に係る内燃機関の燃料供給システムによれば、制御ユニットにより車両のイグニッションキーのオン時、及び前記車両の運転時は、アクセルオフの燃料カット時において、前記圧力調整装置の弁部のリフト量が最大となるように、前記ブラシレスモータに前記燃料供給装置の吐出流量を最大とする指令を出力するように構成したので、圧力調整装置への異物噛みを防止することができ、安定した燃料圧力、及び吐出流量を維持することが可能となり、異物噛みによるエンジンの不調を回避出来る。また、前記構成によって、圧力調整装置の弁部開閉時間をデューティ比制御により変化させるシステムに対し、通常作動時に圧力調整装置の通過流量を下げることが可能となり、燃料供給装置の消費電流を低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る燃料供給システムの構成図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料供給システムに用いられる燃料ポンプの構成図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料供給システムに用いられる圧力調整装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る燃料供給システムのポンプ回転速度と弁部のリフト量の関係図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る燃料供給システムについて説明する。図１は、実施の形態１に係る燃料供給システムの構成図である。
図１において、燃料供給システム１０は、燃料を収容する燃料タンク１、燃料供給装置２、燃料を吸気管（図示せず）へ吐出する燃料噴射装置３、燃料タンク１と燃料供給装置２との間に設置されたフィルタ４、及び燃料供給装置２と燃料噴射装置３を制御する制御ユニット（以下、ＥＣＵという。）５を備えている。燃料供給装置２は、ブラシレスモータ６、ブラシレスモータ６によって後述のように駆動されるポンプ装置としてのピストンポンプ７、圧力調整装置８、及び燃料圧力保持バルブ９を備えている。なお、燃料タンク１と燃料噴射装置３との間の燃料配管は、燃料が一定方向に流れるリターンレスに構成されている。また、図１においては、圧力調整装置８が燃料供給装置２に内蔵するように図示しているが、圧力調整装置８を燃料供給装置２の近傍に配置してもよい。

ＥＣＵ５は、その指令により燃料噴射装置３の開閉タイミングと噴射量を制御すると共に、ブラシレスモータ６の回転速度を制御する。前記のようにＥＣＵ５から出力される指令によりブラシレスモータ６の回転速度が制御され、ピストンポンプ７が燃料タンク１から燃料を吸入する。ピストンポンプ７は、吸入した燃料を加圧し、燃料噴射装置３から吸気管へ燃料を吐出する。圧力調整装置８は、ピストンポンプ７により加圧されて吐出された燃料の一部をリークすることにより、燃料圧力を目標値に制御する。

ブラシレスモータ６の回転速度の制御方法は、エンジンからの要求流量に燃料圧力を一定に保つのに必要な流量（圧力調整装置８を通過する流量）を加算した流量となるように、ＥＣＵ５からブラシレスモータ６へデューティ比指令が出力される。ＥＣＵ５においては、デューティ比とポンプの流量特性の関係がマップ上に設定されており、このマップよりブラシレスモータ６への回転速度が決定される。

図２は、燃料供給装置２を説明する図である。図２において、燃料供給装置２は、燃料タンク１と燃料噴射装置３との間の燃料配管中に配置され、吸入ポートと吐出ポートを有するボディ１１、ブラシレスモータ６の駆動により回転するシャフト１２の軸方向に対して所定の角度で固定され、ブラシレスモータ６の回転に伴って揺動運動を行う揺動体としての斜板１３、斜板１３に当接して配置された複数のピストン１４、ピストン１４のそれぞれを摺動可能に嵌合する複数のシリンダ１５、シリンダ１５のそれぞれに内蔵された前記圧力調整装置８、及び燃料圧力保持バルブ９を保持するケーシング１６を備えている。

燃料供給装置２は、ブラシレスモータ６の駆動によりシャフト１２が回転されると、斜板１３が揺動運動を行い、この揺動運動により複数本配置されたピストン１４がそれぞれ往復運動することで燃料を燃料噴射装置３から吸気管へ吐出する。なお、燃料供給装置２からブラシレスモータ６を除外する部分で前記ピストンポンプ７を構成している。

図３は、圧力調整装置８を説明する図である。図３において、圧力調整装置８は、バルブシート１７、バルブシート１７との間で弁部を構成する弁体であるボールバルブ１８、ボールバルブ１８をバルブシート１７に押圧する押圧手段であるスプリング１９から構成されている。そして、バルブシート１７の上流の燃料圧力によりボールバルブ１８に作用する押圧力Ｐ１とボールバルブ１８を押圧するスプリング１９の押圧力Ｐ２とがバランスすることにより、燃料供給装置２の燃料圧力が調整される。なお、図３中の符号Ｒは、燃料の流れを示している。

次に、実施の形態１に係る燃料供給システムの動作について説明する。
通常作動時においては、ピストンポンプ７は、エンジン側からの要求流量に燃料圧力を一定に保つのに必要な流量（圧力調整装置８を通過する流量）を加算した所定の流量を吐出し、燃料噴射装置３から所定量の燃料を噴射する。このとき、圧力調整装置８を通過する流量は一定に保たれた状態となる。

従来装置では燃料圧力異常を検出するための圧力センサを設置していたが、この実施の形態では、通常の車両運転時において減速する状態は常時発生することから、圧力センサは設置せず、車両が減速して燃料噴射装置３の燃料噴射量が所定量より減少した場合に、圧力調整装置８の弁部（バルブシート１７とボールバルブ１８により構成される）のリフト量が最大となるように、ピストンポンプ７の吐出流量を最大とする指令がＥＣＵ５からブラシレスモータ６へ出力される。これにより、圧力調整装置８の前記弁部に噛み込んでいた異物の除去、及び圧力調整装置８の上流に滞留していた異物の除去が可能となる。

この実施の形態においては、通常作動時から車両減速時の燃料噴射装置３の噴射量が減少する短時間に上記動作を行う必要があり、ピストンポンプ７を駆動する装置の応答性が必要となる。このため、ピストンポンプ７の回転駆動装置として、電気的摺接部を排除し、摺動抵抗を排除したブラシレスモータ８を採用している。また、消費電流の低減を目的として、ピストンポンプ７の吐出流量を必要最小限に抑えるため高効率のピストンポンプ７を採用している。

ＥＣＵ５から上記指令が出力されると、図３及び図４に示すように圧力調整装置８の前記弁部のリフト量は、バルブシート１７の上流から流入する燃料による押圧力Ｐ１とボールバルブ１８を押圧するスプリング力Ｐ２の関係でボールバルブ１８の位置（リフト量）が決まるため、ピストンポンプ７の吐出流量の変化が無い限り、前記弁部の最大リフト量を維持することができ、従来装置のように圧力調整装置８の弁部が閉じることは無く、異物の除去を安定して行うことが可能となる。また、圧力調整装置８の前記弁部のリフト量は、ピストンポンプ７の吐出流量の制御のみで調整でき、高効率のピストンポンプ７を採用しているため必要最低限の吐出流量を吐出すれば良く、消費電流を低減できる。

以上のように、実施の形態１に係る燃料供給システムによれば、圧力調整装置８への異物噛みを防止できることから、安定した燃料圧力、及び吐出流量を維持することが可能となり、異物噛みによるエンジンの不調を回避出来る。また、上記制御を実施することで、通常作動時の圧力調整装置８の通過流量を下げることが可能となり、ピストンポンプ７の消費電流の低減ができる。

なお、前記においては、通常作動時から車両減速時の燃料噴射装置３の噴射量が減少するタイミングにおいて、圧力調整装置８の前記弁部のリフト量が最大となるようにピストンポンプ７の吐出流量を最大とする制御を行ったが、制御を行うタイミングとして、車両のイグニッションキーのオン時において、燃料噴射装置３が動作する前に燃料供給装置２が一定時間駆動する状態があるが、このときに前記と同様の制御を行うことでも同様の効果を得ることができる。

また、制御を行うタイミングとして、アイドル時に燃料噴射装置３の噴射量が最小となる状態があるが、このときに前記と同様の制御を行うことでも同様の効果を得ることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 燃料タンク ２ 燃料供給装置
３ 燃料噴射装置 ４ フィルタ
５ 制御ユニット（ＥＣＵ） ６ ブラシレスモータ
７ ピストンポンプ ８ 圧力調整装置
９ 燃料圧力保持バルブ １０ 燃料供給システム
１１ ボディ １２ シャフト
１３ 斜板 １４ ピストン
１５ シリンダ １６ ケーシング
１７ バルブシート １８ ボールバルブ
１９ スプリング Ｐ１ 燃料による押圧力
Ｐ２ スプリング力 Ｒ 燃料の流れ

Claims (3)

1. 燃料を収容する燃料タンクと、ブラシレスモータで駆動する燃料供給装置と、前記燃料タンクと前記燃料供給装置との間に設けられたフィルタと、前記燃料供給装置に内蔵されるか、又は近傍に設置された圧力調整装置と、前記燃料供給装置で加圧された燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料噴射装置の開閉タイミングと前記ブラシレスモータの回転速度を制御する制御ユニットを備え、前記燃料供給装置の吐出流量を制御する燃料供給システムであって、
   前記制御ユニットは、車両のイグニッションキーのオン時、及び前記車両の運転時は、アクセルオフの燃料カット時において、前記圧力調整装置の弁部のリフト量が最大となるように、前記ブラシレスモータに前記燃料供給装置の吐出流量を最大とする指令を出力することを特徴とする燃料供給システム。
2. 前記燃料噴射装置までの配管はリターンレスとし、前記燃料供給装置に前記圧力調整装置を内蔵するか、又は近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記燃料供給装置は、容積型ピストンポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給システム。

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