JPS63183262A - 電子制御式燃料噴射装置の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子制御式燃料噴射装置の燃料供給装置に関す
る。

〔従来技術および関連技術〕

特開昭５７−１０８４２７号公報の第１図には燃料噴射
弁に燃料を供給するための従来型の燃料供給装置が紹介
されている。即ち、従来の燃料供給装置では、電動燃料
ポンプと燃料噴射弁との間にプレッシャレギュレータを
配置し、燃料噴射弁に送られる燃料のフィード圧が所定
値以上となるとプレッシャレギュレータから燃料タンク
に燃料を戻すことによりフィード圧を一定に保持するの
が一般的である。同公報の第２図から第５図にはポンプ
駆動演算回路を備えた吐出燃料制御装置が記載されてお
り、プレッシャレギュレータがなくても噴射弁にかかる
燃料圧力が一定に保持されるよう乙こなっている。この
ように、従来の燃料供給装置では、プレッシャレギュレ
ータの有無に関係なく、燃料噴射装置へのフィード圧は
一定である。

本発明の発明者は、昭和６１年１１月７８付けの特願昭
筒６１−２６３９７１号において、一体型の多重ノズル
式電子制御式圧電式ユニットインジェクタからなる燃料
噴射装置を提案した。この多重ノズル式圧電式ユニット
インジェクタは、１つの中央部と該中央部から延長した
複数の分枝部とからなる一体的な本体を有し、各分枝部
は機関の各吸気通路に関連してその端部を位置決め可能
に形成してあり、本体の該中央部には複数のシリンダボ
アが設けてあって、該シリンダボアには単一のポンプ部
材に設けた複数のピストンが夫々係合して複数のポンプ
室を画成しており、該ポンプ部材には制御回路からの信
号に応じて軸線方向に伸縮してポンプ部材を変位させる
圧電式駆動部が作動的に連結してあり、本体の各分枝部
の前記端部には機関の吸気通路に向かって燃料を噴射可
能で所定圧力で開弁する燃料噴射ノズルが夫々装着して
あり、前記本体には各ポンプ室に燃料を供給する燃料通
路および各ポンプ室を各噴射ノズルに接続する複数の燃
料圧送通路が設けてある。

〔発明が解決すべき問題点〕

前記多重ノズル式ユニットインジェクタは圧電式駆動部
を備えているので、極めて応答性に優れ、機関に噴射さ
れる燃料の量を非常に正確に計量することができるとい
う長所がある。

しかしながら、この多重ノズル式圧電式ユニットインジ
ェクタに従来の燃料供給装置により燃料を供給した場合
には、燃料のフィード圧が一定値に制御されるので、ユ
ニットインジェクタの駆動回数が高くなる機関高回転時
にはユニットインジェクタへの燃料供給に応答遅れが生
じ、ユニットインジェクタの正確な燃料計量性能を十分
に発揮させることができないという問題がある。

また、近年では、自動車の燃料タンクは後部座席に近接
して後部座席の下部に設置され、燃料ポンプとしては燃
料タンク内に配置されるインタンク式電動燃料ポンプが
多用される傾向にある。この場合には、機関のアイドル
運転時等には燃ｔ４ポンプの駆動騒音が大きくなり、乗
員に不快感を与える。

〔発明の目的〕 本発明の目的は電子制御式燃料噴射装置を備えた内燃機
関において電子制御式燃料噴射装置の燃料計量性能を十
分に発揮させることの可能な燃料供給装置を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は前記多重ノズル式圧電式ユニットイ
ンジェクタに特に適した燃料供給装置を提供することで
ある。

本発明のさらに他の目的は電動燃料ポンプの騒音を低減
することの可能な燃料供給装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の燃料供給装置は、各噴射サイクル当たりの駆動
回数が機関運転条件に応じて変化する電子制御式燃料噴
射装置を備えた内燃機関において、燃料源と、前記燃料
源からの燃料を燃料噴射装置に供給する電動燃料ポンプ
と、前記電動燃料ポンプを制御する制御回路とを備えて
なり、前記制御回路は電動燃料ポンプのフィード圧が燃
料噴射装置の駆動回数に応じて可変となるように電動燃
料ポンプを制御することを特徴とする。

好ましくは、燃料噴射装置の駆動回数が第１の設定値よ
り大きいときには駆動回数の増加に応じてポンプ回転数
が増加され、駆動回数が第２の設定価より小さいときに
は駆動回数の減少に応じてポンプ回転数が減少される。

〔実施例〕

最初に、第２図から第５図を参照して多重ノズル式圧電
式ユニットインジェクタについて説明する。

第２図を参照するに、図示した実施例では多重ノズル式
圧電式一体型インジェクタｌＯは４気筒エンジンに使用
するものとして設計しである。エンジンの吸気装置１２
はサージタンク１４およびこれと一体の４つの吸気管１
６からなり、一体型インジェクタ１０は吸気管１６に固
定することができる。

第２図から第４図を参照するに、圧電式インジェクタ１
０は１つの一体的なユニットに構成してあり、本体２０
を有する。本体２０は、円柱形の１つの中央部２２と、
中央部２２から延長した４本の分枝部２４から成り、ア
ルミニウム合金等により一体的に鋳造することができる
。各分枝部２４の自由端には噴射ノズル２６が螺着して
あり、各分枝部２４は対応する吸気管１６のノズル取付
部２８（第２図）に各噴射ノズル２６を位置決めし得る
様な形状および寸法を有する。噴射ノズル２６は従来型
の外聞弁であり、ボペフト型弁体３０、バルブシート３
２、弁体３０を常閉方向に付勢するばね３４、および燃
料フィルタ３６を有する。噴射ノズル２６の開弁圧は例
えば５〜６　ｋｇ／　ｃｎｌである。

本体中央部２２には４つのシリンダボア３８が設けてあ
り、ポンプ部材４０と協働してポンプ４２を構成してい
る。第５図から判る様に、ポンプ部材４０は４つのピス
トン４４を一体的に備えており、各ピストン４４はポン
プ部材４０の軸線を中心とする円に沿って等角度間隔で
配置されている。各ピストン４４は対応するシリンダボ
ア３８に嵌合していて、ポンプ室４６を夫々形成してい
る（第４図）。図示した４気筒エンジン用の実施例では
、ポンプ４２は４つのポンプ室４６を有する。シリンダ
ボア３８に開口した環状溝にはＯリング４８の様なシー
ル部材が設けてある。

各ポンプ室４６は本体中央部２２および分枝部２４内を
延長する燃料圧送通路５０により各噴射ノズル２６の燃
料人口５２に夫々接続されている。

各ポンプ室４６への低圧燃料の供給は燃料入口金具５４
（第２図）および本体中央部２２内の燃料供給通路５６
（第４図）により行われる。図示した実施例では、この
燃料供給通路５６は、入口金具５４に整列した通路５８
　（第４図では紙面に垂直に延長している）と、横断方
向通路６０と、各ポンプ室４６に開口した通路６２とで
構成されている（第４図）。

エンジンへのインジェクタ１０の装着時、燃料欠乏時、
又は高温ベーパロック時に燃料通路５０゜５６およびポ
ンプ室４６中の燃料に空気が混入しまたは蒸気が発生す
ると、エンジンストールまたはエンジンフォルターを招
く。この様な空気または蒸気を除去するため、空気抜き
手段６４を設けるのが好ましい（第４図）。図示した実
施例では、空気抜き手段６４は従来型の空気抜きハルブ
６６から成り、このバルブ６６は本体中央部２２に設け
た横断方向通路６０内に臨んでいる。この空気抜きバル
ブ６６を手で弛めることにより燃料と共に空気を除去す
ることができる。

ポンプ４２のポンプ部材４０は単一の圧電式アクチュエ
ータ（駆動部）６８によって高速駆動される。第４図に
示す様に、圧電式アクチュエータ６８はケーシング７０
と圧電積層体７２を有し、圧電積層体７２の軸線はポン
プ部材４０の軸線と整線されている。ケーシング７０は
複数のねじ７４により着脱自在に本体２０に装着される
。

圧電積層体７２は従来型のもので、複数の薄い圧電セラ
ミック円板を交互に反対極性に積層してなり、セラミッ
ク円板間には層間電極（図示せず）が配置されている。

この積層体７２は上下一対の絶縁板７６を介してケーシ
ング７０の頂壁とポンプ部材４０との間に挟持され、皿
ばね７８によって予荷重が加えられる。周知の様に、層
間電極は１枚おきにプラス端子８０およびマイナス端子
８２に接続してあり、これらの端子８０　、８２はり−
ド線８４を介して電子制御ユニット（ＥＣＩＩ）８６に
接続される。ケーシング７０と圧電積層体７２との間の
空間には燃料の一部を循環させて積層体７２を冷却する
ことが好ましい。ケーシング７０の上部には絶縁ブーツ
８８を被せる。

この一体型のインジェクタｌＯは、例えば、分岐部２４
に一体形成した取付部９０（第３図）をいずれかの吸気
管１６にボルト止めすることによりエンジン吸気装置１
２に装着することができる。

なお、第２図にはこれらの取付部９０は示さなかった。

次に、インジェクタｌＯの作動を説明するに、ＥＣＩＩ
　８６から所定の駆動電圧を所定方向に圧電式アクチュ
エータ６８に印加すると、圧電積層体７２は瞬間的に伸
長し、ポンプ部材４０を各ピストン４４と共に下方に高
速変位させる。これにより各ポンプ室４６内には圧力波
が発生する。この圧力波は夫々の燃料圧送通路５０を経
て各噴射ノズル２６に伝播して弁体３０をバルブシート
３２からリフトさせ、各気筒の吸気管１６内に微小量の
燃料を一斉に噴射させる。駆動電圧を解除するか逆電圧
を印加すれば圧電積層体７２は収縮し、ポンプ部材４０
が上動するので各ポンプ室４６内には燃料供給通路５６
からの低圧燃料が送り込まれる。

以上のサイクルを高速で反復することにより、エンジン
の作動に必要な燃料が吸入空気中に噴射される。噴射量
の計量は例えばエンジンの一燃焼すイクル当りのポンプ
４２の駆動回数（これは圧電式アクチュエータ６８への
電圧印加回数に等しい）および各駆動サイクルのポンプ
部材４０のストローク（これはアクチュエータ６８への
駆動電圧の関数である）を増減させることにより行うこ
とができる。

第１図は本発明の燃料供給装置９２をエンジンに取付け
たところを示すもので、９４は燃料タンク、９６は燃料
フィルタ、９８は電動燃料ポンプ、１００はポンプ９８
の回転数を検出する回転数センサ、１０２は燃料パイプ
１０３内のフィード圧を検出する圧力センサ、１０４は
スロットルバルブ、１０５はアイドルスピード・コント
ロールバルブ、１０６は排気マニホールド、１０８はデ
ィストリビュータを表わす。ＥＣ［Ｊ　８６は、ＣＰＵ
ｌｌ０．　ＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１４、出力部１１６
　、人力部１１Ｂ、およびパスライン１２０から成る。

吸気温センサ１２２、吸気圧センサ１２４、冷却水温セ
ンサ１２６、およびディストリビュータ１０８に組込ま
れたクランク角センサ１２８からの出力信号は入力部１
１８に入力される。

第６図のフローチャートに示す処理をＣＰＵｌｌ０が所
定クランク角（例えば７２０’　）毎に実行することに
より燃料噴射量の計量が行われる。ステ、７プ２０１で
はクランク角センサ１２８からの信号により、エンジン
回転速度Ｎ０を計算し、ステップ２０２では各噴射サイ
クル当り、例えばエンシフ２回転当りの圧電式アクチュ
エータの駆動回数Ｎ、を計算する（この駆動回数Ｎ、は
ＲＡＭ１１２に格納され、後述の燃料ポンプ制御に利用
される）。ステップ２０３では吸気圧センサ１２４から
の信号に基いて吸気圧力Ｐ、を計算する。ステップ２０
４ではエンジン回転速度Ｎ０と吸気圧力Ｐ、％に基いて
一燃焼サイクル（エンシフ２回転）当りの基本燃料噴射
量ＱをＲＯＭ１１４内に記憶されているマツプより読み
出す。（Ｑ＝　ｆ　　（Ｎ、、Ｐ、））。次に、ステッ
プ２０５で圧電式アクチュエータ６８の１駆動サイクル
当りの噴射量ｑ、を計算する 温センサ１２２、冷却水温上ンサ１２６等からの信号に
基いて吸気温ＴＡおよび冷却水温Ｔ。等を計算し、ステ
ップ２０７でこれらに応じた補正係数に１を計算する。

ステップ２０８では噴射量ｑ、を補正係数に、で補正し
て、アクチュエータの１駆動サイクル当りの要求噴射量
ｑ２を計算する。ステップ２０９ではＲＯＭ１１４内に
記憶されているマツプに基づきマツプサーチにより要求
噴射量ｑ２に応じたアクチュエータ駆動電圧Ｖを計算す
る。

ＥＣＵ　８６は各噴射サイクル毎に最Ｐ−駆動電圧Ｖで
圧電式アクチュエータ６８をＮ１回駆動する。

次に、第７図のフローチャートを参照して電動燃料ポン
プの制御について説明する。ＣＦ’ｔｌｌｌＯがこのフ
ローチャートのプログラムを実行することにより電動燃
料ポンプ９８が制御される。このフローチャートのプロ
グラムは例えば８ミリ秒ごとに実行することができる。

ステップ３０１ではイグニッションスイッチが初めてＯ
ＦＦからＯＮになったか否かを判別し、ＹＥＳならばス
テップ３０２で始動時に必要な燃料フィード圧ＰＦ＋ｓ
ｔを設定し、ステップ３０３で圧力センサ１０２からの
信号により現在の燃料フィード圧ＰＦＡＣＴを検出する
。次に、ステップ３０４で実測燃料フィード圧ＰＦＡｅ
Ｔが始動時燃料フィード圧ＰＦＩＮ？より大きいか否か
を判別し、実測燃料フィード圧が始動時燃料フィード圧
より小さい場合（ＰＦＡＣＴ　＜ＰＦ＋、１ｔ　）には
、ステップ３０５で燃料ポンプ９８の回転数を最大値Ｎ
　Ｐ　ＭＡＸに設定し、ステップ３０６で出力部１１６
の駆動回路にＮＰＭＡＸを出力する。これにより燃料ポ
ンプ９８は最大回転数で駆動され、燃料は燃料パイプ１
０３から人口金具５４を介してユニットインジェクタｌ
Ｏの燃料供給通路５６およびポンプ室４６に充満する。

ステップ３０３〜３０６は実測燃料フィート圧ＰＦＡＣ
Ｔが始動時燃料フィード圧ＰＦＩＮ□より大きくなるま
で繰り返され、ＰＦａｃｔ≧ＰＦＩＮＴとなるとステッ
プ３０７に進んで燃料ポンプ９８を停止する。

ステップ３０１の判定においてイグニッションスイッチ
が既にＯＮである場合にはステップ３０８において現在
のエンジン回転速度が例えば４００ｒｐｍ以下であるか
否かを判定する。この判定はエンジンが作動中であるか
クランキング中であるかを判別するためのもので、エン
ジン回転速度が４０Ｏｒｐｍ以下の場合にはステップ３
０９でスタータがＯＮであるか否かを判別する。スター
タがＯＦＦの場合にはステップ３０７に進んで燃料ポン
プを停止し、ＯＮの場合にはエンジンがクランキング中
であるのでクランキング時に必要な燃料を供給しなけれ
ばならない。このため、ステップ３１０でクランキング
時の燃料ポンプ回転数Ｎ　Ｐ　ｃｍを設定し、ステップ
３１１で駆動回路へ出力する。これにより、エンジンの
クランキング中は燃料は小さな流量でユニットインジェ
クタに送られる。

ステップ３０８の判定においてエンジン回転速度が４０
Ｏｒｐｍより大きいときはエンジンが作動中であるので
ステップ３１２以下に進み、ユニットインジェクタｌＯ
の１噴射サイクル当たりの駆動回数Ｎｆに応じて燃料フ
ィード圧を制御する。即ち、ステップ３１２ではＲＡＭ
１１２に格納されたユニットインジェクタ駆動回数Ｎｆ
を読み出し、ステップ３１３では第８図のマツプに基づ
いてユニットインジェクタ駆動回数Ｎｆに対する目標燃
料フィード圧ＰＦＩＩＥＳを設定する。第８図から解る
ように、目標燃料フィード圧ＰＦＤＥＳはユニットイン
ジェクタ駆動回数Ｎｆが約２５０〜６００　Ｈｚの範囲
ではほぼ一定であるが、６００　Ｈｚ以上では目標燃料
フィード圧ＰＦｏｔｓは駆動回数Ｎｆの増加に応じて増
大し、２５０　Ｈｚ以下では目標燃料フィート圧ＰＦＤ
ＥＳは駆動回数Ｎｆの減少に応して減少するように設定
することが好ましい。なおこの目標燃料フィード圧ＰＦ
ＤｔＳは噴射ノズル２６の開弁圧以下の範囲で設定され
る。

次にステップ３１４で目標燃料フィード圧ＰＦＤＥＳに
応じた目標ポンプ回転数ＮＰｏｔｓを設定し、ステップ
３１５でポンプ回転数センサ１００からの信号により現
在の燃料ポンプ回転数ＮＰＡｃｔを検出する。次にステ
ップ３１６で実測ポンプ回転数ＮＰＡｃｒが目標ポンプ
回転数ＮＰＤＥＳより大きいか否かを判定し、大きい場
合にはステップ３１７でポンプ回転数を減少させ、小さ
い場合にはステップ３１８でポンプ回転数を増加させ、
ステップ３１９で駆動回路へ出力する。その結果、ユニ
ットインジェクタＸＯに印加される燃料フィード圧はユ
ニットインジェクタの１噴射サイクル当たりの駆動回数
Ｎｆに応して可変制御され、ユニットインジェクタの駆
動回数が高くなるエンジン高回転時には燃料フィード圧
は上昇せられ、駆動回数が低くなるとエンジン低回転時
には燃料フィード圧は低下せられる。

ところで、本構成では燃料フィード圧が変化しているこ
とから、ＲＯＭ１１４内に記憶されている基本燃料噴射
ＩＱはこの燃料フィード圧の変化を考慮した状態でマツ
プ内に設定されている。

なお、上記のように基本燃料噴射量Ｑを燃料フィード圧
の変化を考慮した状態で予めマツプ内に設定するのでは
なく、燃料フィード圧の一定な領域（２５０Ｈｚ　＜　
Ｎｆ　＜６００）の圧力に対応して基本燃料噴射量を設
定しておいて、圧力センサ１０２からの信号に応じて１
駆動サイクル当りの噴射ｆｆ１ｑ＋を補正するようにし
てもかまわない。

〔発明の効果〕

本発明の燃料供給装置は、燃料フィード圧が一定値に制
御される従来装置と異なり、ユニットインジェクタ駆動
回数が高くなるに従い燃料フィード圧を増加させてユニ
ットインジェクタのポンプ室への燃料供給の遅れ時間を
短縮することができるので、ユニットインジェクタのグ
イナミノクレンジ（有効作動領域）を向上させるごとが
でき、エンジン高回転時にも圧電式ユニットインジェク
タの正確な燃料計量性能を十分に発揮させることができ
る。

また、ユニットインジェクタ駆動回数の低下に応じて燃
料フィード圧を減少させるようにした場合にはアイドル
運転時のようなエンジン低回転時には燃料ポンプの回転
数は低下するので、不快なポンプ駆動音の発生を防止す
ることができる。さらに、本発明の燃料供給装置はブレ
ソシャレギュし・−夕を必要とせず、燃料フィード圧は
燃料ポンプの回転数を制御することにより制御されるの
で、ユニットインジェクタの駆動回数の小さなエンジン
低回転時に燃料ポンプが必要以上の燃料を圧送すること
がなく、燃料ポンプの消費電力が最小限となる。このた
め、オルタネータの負荷が減少し、エンジンの燃料消費
率が改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料供給装置をエンジンの多重ノズル
式圧電式ユニットインジェクタに連係したところを示す
模式図で、その１部はブロック図で示してあり、第２図
はユニットインジェクタを吸気装置に取り付けたところ
を示す斜視図、第３図はユニットインジェクタの１部切
り欠き正面図、第４図は第３図のＴＶ−ＩＶ矢視断面図
、第５図はポンプ部材を下から見た斜視図、第６図は噴
射量計量ルーチンを示すフローチャート、第７図は燃料
ポンプ制御ルーチンを示すフローチャート、第８図はユ
ニットインジェクタ駆動回数に対する燃料フィード圧の
制御の１例を示すマツプである。 １０・・・ユニットインジェクタ、 ８６・・・電子制御ユニット（制御回路）、９２・・・
燃料供給装置、　　９４・・・燃料タンク、９８・・・
燃料ポンプ、 １００・・・ポンプ回転数センナ、 １０２・・・圧力センサ。 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各噴射サイクル当たりの駆動回数が機関運転条件に
   応じて変化する電子制御式燃料噴射装置を備えた内燃機
   関において、 燃料源と、前記燃料源からの燃料を燃料噴射装置に供給
   する電動燃料ポンプと、前記電動燃料ポンプを制御する
   制御回路とを備え、前記制御回路は電動燃料ポンプのフ
   ィード圧が燃料噴射装置の駆動回数に応じて可変となる
   ように電動燃料ポンプを制御することを特徴とする燃料
   供給装置。 ２、燃料ポンプ制御回路は、燃料噴射装置の駆動回数を
   検出する手段と、駆動回数に応じた目標燃料フィード圧
   を設定する手段と、目標燃料フィード圧に応じた目標ポ
   ンプ回転数を設定する手段と、現実のポンプ回転数を検
   出する手段と、現実のポンプ回転数と目標ポンプ回転数
   とを比較し現実のポンプ回転数が目標ポンプ回転数より
   小さいときにポンプ回転数を増加させ現実のポンプ回転
   数が目標ポンプ回転数より大きいときにポンプ回転数を
   減少させる回転数制御手段、とを備えてなる特許請求の
   範囲第１項記載の燃料供給装置。 ３、前記回転数制御手段は駆動回数が第１設定値より大
   きいときに駆動回数の増加に応じてポンプ回転数を増加
   させる特許請求の範囲第２項記載の燃料供給装置。 ４、前記回転数制御手段は駆動回数が第２設定値より小
   さいときに駆動回数の減少に応じてポンプ回転数を減少
   させる特許請求の範囲第２項または第３項記載の燃料供
   給装置。 ５、前記燃料噴射装置は一体型の多重ノズル式圧電式ユ
   ニットインジェクタからなり、前記多重ノズル式圧電式
   ユニットインジェクタは、１つの中央部と該中央部から
   延長した複数の分枝部とからなる一体的な本体を有し、
   各分枝部は機関の各吸気通路に関連してその端部を位置
   決め可能に形成してあり、本体の該中央部には複数のシ
   リンダボアが設けてあって、該シリンダボアには単一の
   ポンプ部材に設けた複数のピストンが夫々係合して複数
   のポンプ室を画成しており、該ポンプ部材には制御回路
   からの信号に応じて軸線方向に伸縮してポンプ部材を変
   位させる圧電式駆動部が作動的に連結してあり、本体の
   各分枝部の前記端部には機関の吸気通路に向かって燃料
   を噴射可能で所定圧力で開弁する燃料噴射ノズルが夫々
   装着してあり、前記本体には各ポンプ室に燃料を供給す
   る燃料通路および各ポンプ室を各噴射ノズルに接続する
   複数の燃料圧送通路が設けてある特許請求の範囲第１項
   から第４項までのいずれかに記載の燃料供給装置。