(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関に適用され、
電動式の低圧燃料ポンプと、前記内燃機関の機関本体に取り付けられ、かつ吐出圧を変更可能な高圧燃料ポンプと、前記車両において前記内燃機関が搭載されている空間に配置されて前記低圧燃料ポンプの吐出側と前記高圧燃料ポンプの吸入側とを接続する低圧通路と、を備え、前記低圧燃料ポンプから吐出された燃料を前記高圧燃料ポンプで加圧して燃料噴射弁に送る燃料供給装置において、
前記高圧燃料ポンプの下流側の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記燃圧検出手段が検出した燃圧と目標値との偏差が低減するように前記偏差に基づいて前記高圧燃料ポンプのフィードバック制御を行う高圧ポンプ制御手段と、前記低圧燃料ポンプの運転中に前記低圧燃料ポンプの吐出圧力を所定の低下量ずつ低下させる低下処理を実行するとともに前記偏差に基づいて算出された前記フィードバック制御の制御項に基づいて前記低下処理の実行の可否を判断する低圧ポンプ制御手段と、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度より高い場合には前記低圧ポンプ制御手段による前記低圧燃料ポンプの吐出圧力の低下を制限する圧力低下制限手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記圧力低下制限手段は、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度より高い場合には前記低圧ポンプ制御手段による前記低下処理の実行を禁止する請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記低圧ポンプ制御手段は、前記低圧燃料ポンプの吐出圧力が所定の下限値以下になると前記低下処理を中止し、
前記圧力低下制限手段は、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度より高い場合には、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度以下の場合よりも前記下限値を高くする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
前記高圧ポンプ制御手段は、前記フィードバック制御として比例積分制御を行い、
前記低圧ポンプ制御手段は、前記比例積分制御の積分項の値が所定の判定値を超えた場合に前記低圧燃料ポンプの吐出圧力の低下を制限する請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧燃料ポンプから吐出された燃料を高圧燃料ポンプで加圧して燃料噴射弁に送る内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料タンクから電動式の低圧燃料ポンプで燃料を汲み上げ、その燃料を高圧燃料ポンプで加圧して燃料噴射弁に送る燃料供給装置が知られている。このような装置において、低圧燃料ポンプの吐出圧を徐々に低下させ、高圧燃料ポンプに設けられている燃料量調整弁の制御に使用する制御量が所定の限界値を上回った場合にはその吐出圧の低下を制限する燃料供給装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２２０６０号公報
【特許文献２】特開平０７−０２７０３０号公報
【特許文献３】特開２０１０−０７１２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプを接続する通路が内燃機関の熱等にて加熱された場合には、その通路内において燃料中に気泡が発生するおそれがある。そして、このように気泡が発生すると燃料の圧送に支障が生じ、燃料の圧力が大きく変動する。特許文献１の装置では高圧燃料ポンプ内の燃料の温度変化に基づいて低圧燃料ポンプの吐出圧を制御しているため、通路内における気泡の発生に対して対応が遅くなる。そのため、吐出圧を正常に制御できず燃料の圧力が大きく変動するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを接続する通路が加熱されても燃料の圧力が変動することを抑制可能な内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の燃料供給装置は、車両に搭載された内燃機関に適用され、電動式の低圧燃料ポンプと、前記内燃機関の機関本体に取り付けられ、かつ吐出圧を変更可能な高圧燃料ポンプと、前記車両において前記内燃機関が搭載されている空間に配置されて前記低圧燃料ポンプの吐出側と前記高圧燃料ポンプの吸入側とを接続する低圧通路と、を備え、前記低圧燃料ポンプから吐出された燃料を前記高圧燃料ポンプで加圧して燃料噴射弁に送る燃料供給装置において、前記高圧燃料ポンプの下流側の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記燃圧検出手段が検出した燃圧と目標値との偏差が低減するように前記偏差に基づいて前記高圧燃料ポンプのフィードバック制御を行う高圧ポンプ制御手段と、前記低圧燃料ポンプの運転中に前記低圧燃料ポンプの吐出圧力を所定の低下量ずつ低下させる低下処理を実行するとともに前記偏差に基づいて算出された前記フィードバック制御の制御項に基づいて前記低下処理の実行の可否を判断する低圧ポンプ制御手段と、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度より高い場合には前記低圧ポンプ制御手段による前記低圧燃料ポンプの吐出圧力の低下を制限する圧力低下制限手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の燃料供給装置では、高圧燃料ポンプが機関本体に取り付けられているので、このポンプの温度と内燃機関の冷却水の温度（冷却水温）とはほぼ同じと考えることができる。また、低圧通路は内燃機関が搭載されている空間に配置されているので、この通路の温度は内燃機関の吸気の温度（吸気温度）とほぼ同じと考えることができる。そのため、吸気温度が冷却水温より高い場合には低圧通路が加熱されて低圧通路の温度が高圧燃料ポンプの温度より高くなり低圧通路内にて燃料中に気泡が発生すると予想できる。本発明の燃料供給装置によれば、このような場合には吐出圧力の低下を制限するので、低圧通路の圧力の低下が抑制される。周知のように圧力が高いほど気泡が発生し難いので、これにより気泡の発生を抑制できる。そのため、燃圧の変動を抑制できる。
【０００８】
本発明の燃料供給装置の一形態において、前記圧力低下制限手段は、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度より高い場合には前記低圧ポンプ制御手段による前記低下処理の実行を禁止してもよい（請求項２）。この場合、低圧通路の圧力が低下することを防止できるので、気泡の発生をより確実に抑制できる。そのため、燃圧の変動をより確実に抑制できる。
【０００９】
また、前記低圧ポンプ制御手段は、前記低圧燃料ポンプの吐出圧力が所定の下限値以下になると前記低下処理を中止し、前記圧力低下制限手段は、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度より高い場合には、前記内燃機関の吸気の温度が前記内燃機関の冷却水の温度以下の場合よりも前記下限値を高くしてもよい（請求項３）。このように下限値を変更することにより、低圧通路の温度に応じて低圧通路における気泡の発生を適切に抑制できる。そのため、燃圧の変動を抑制できる。
【００１０】
本発明の燃料供給装置の一形態において、前記高圧ポンプ制御手段は、前記フィードバック制御として比例積分制御を行い、前記低圧ポンプ制御手段は、前記比例積分制御の積分項の値が所定の判定値を超えた場合に前記低圧燃料ポンプの吐出圧力の低下を制限してもよい（請求項４）。周知のように比例積分制御の積分項は実際の値と目標値との偏差を積算したものと相関している。そのため、積分項が大きい場合には偏差が大きくなっていると考えられる。この形態では、このような場合には吐出圧力の低下を制限するので、偏差が大きくなることを抑制できる。そのため、燃圧を目標値に調整しつつ低圧燃料ポンプの吐出圧力を低下させることができる。これにより低圧燃料ポンプで消費されるエネルギを低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の燃料供給装置によれば、吸気温度が冷却水温より高い場合には吐出圧力の低下を制限するので、低圧通路が加熱されても低圧通路で気泡が発生することを抑制できる。そのため、燃圧の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係る燃料供給装置が組み込まれた内燃機関の燃料供給系を模式的に示す図。
【図２】ＥＣＵが実行する制御実行判定ルーチンを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一形態に係る燃料供給装置が組み込まれた内燃機関の燃料供給系を模式的に示している。この内燃機関１は車両に走行用動力源として搭載されるものである。また、内燃機関１は車両のエンジンコンパートメントに搭載されている。内燃機関１は４つの気筒を有する直列４気筒型の火花点火式内燃機関として構成されている。燃料供給装置１０は、内燃機関１の気筒毎に設けられた燃料噴射弁１１を備えている。燃料噴射弁１１は、先端部を気筒内に臨ませるようにして機関本体２のシリンダヘッドに取り付けられている。
【００１４】
燃料供給装置１０は、燃料が貯溜された燃料タンク１２と、燃料タンク１２から燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプとしての低圧フィードポンプ１３と、燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１４と、高圧燃料ポンプ１４から吐出された燃料を各燃料噴射弁１１に分配するデリバリパイプ１５とを備えている。なお、図１では便宜上離して示したが、高圧燃料ポンプ１４は機関本体２に取り付けられている。低圧フィードポンプ１３の吐出側と高圧燃料ポンプ１４の吸入側とは低圧通路１６で接続され、高圧燃料ポンプ１４の吐出側とデリバリパイプ１５とは高圧通路１７で接続されている。低圧通路１６は、車両のエンジンコンパートメント内に配置されている。なお、図示は省略したが低圧通路１６には燃料の脈動を減衰させるパルセーションダンパが設けられている。デリバリパイプ１５には、内部の圧力に対応した信号を出力する燃圧検出手段としての燃圧センサ１８が設けられている。
【００１５】
低圧フィードポンプ１３は、燃料タンク１２内に取り付けられている。このフィードポンプ１３は、その内部構造の図示を省略したが、電動モータとそのモータにて駆動されるインペラとを備えた周知の電動ポンプとして構成されている。そのため、フィードポンプ１３は、電動モータの回転数等を変更することにより吐出圧力（フィード圧）を変更できる。
【００１６】
高圧燃料ポンプ１４は、内燃機関１のカムシャフト３から取り出した動力にて駆動される周知のプランジャ式ポンプとして構成されている。高圧燃料ポンプ１４は、カムシャフト３に取り付けられた駆動カム１４ａと、吸入口を開閉する電磁駆動式の吸入弁１４ｂとを備えている。また、図示は省略したが吐出口にはデリバリパイプ１５からポンプ１４内への燃料の逆流を防止するための逆止弁が設けられている。この高圧燃料ポンプ１４では、駆動カム１４ａにて不図示のプランジャを往復動させ、そのプランジャの往復運動に合わせて吸入弁１４ｂを開閉させることにより燃料の吸入及び吐出が行われる。そして、この際に吸入弁１４ｂの開閉タイミングを適宜に変更することにより吐出量が調整される。
【００１７】
この燃料供給装置１０では、燃料タンク１２内の燃料を低圧フィードポンプ１３で汲み上げて高圧燃料ポンプ１４に送る。そして、燃料を高圧燃料ポンプ１４で加圧してデリバリパイプ１５に送る。その後、加圧された燃料は各燃料噴射弁１１に分配されて気筒内に噴射される。
【００１８】
低圧フィードポンプ１３及び高圧燃料ポンプ１４のそれぞれの動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は各種センサの出力情報を取得し、燃料噴射量や点火時期等の運転パラメータを演算し、燃料噴射弁１１や不図示の点火プラグ等の制御対象を動作させるコンピュータとして構成されている。図示を省略したが、ＥＣＵ２０には主演算装置として機能するマイクロプロセッサ及びその動作に必要な記憶装置等の周辺装置が内蔵されている。ＥＣＵ２０には種々のセンサが接続されている。例えば、内燃機関１の冷却水の温度（冷却水温）に対応した信号を出力する水温センサ２１、及び内燃機関１の吸気の温度（吸気温度）に対応した信号を出力する吸気温センサ２２等が接続されている。また、上述した燃圧センサ１８もＥＣＵ２０に接続されている。この他にも内燃機関１の回転速度（機関回転数）に対応した信号を出力するクランク角センサや内燃機関１の吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ等の種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００１９】
次にＥＣＵ２０が実行する種々の制御について説明する。ＥＣＵ２０は、デリバリパイプ１５内の圧力（実燃圧）が目標圧になるように吸入弁１４ｂを制御する。以下、この制御を燃圧制御と称することがある。なお、目標圧は燃料噴射弁１１から噴射すべき燃料量（目標燃料量）に応じて周知の方法にて設定される値である。上述したように吸入弁１４ｂは電磁駆動式の弁である。そこで、ＥＣＵ２０は吸入弁１４ｂのソレノイドに通電する時間と通電を停止する時間との比、すなわち駆動ディーティを変更し、これにより吸入弁１４ｂを制御する。この際、ＥＣＵ２０は、駆動デューティに対して実燃圧と目標圧との偏差に基づく比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。詳しく説明すると駆動ディーティは、目標燃料量に応じて定まる制御量（フィードフォワード項）、実燃圧と目標圧との差（燃圧差）の大きさに応じて定まる制御量（比例項）、及び燃圧差の一部を積算した制御量（積分項）を加算することにより算出される。そして、ＥＣＵ２０はこのように算出された駆動ディーティにて吸入弁１４ｂを制御する。なお、燃圧差とフィードフォワード項との関係、及び燃圧差と比例項との関係は、予め実験や数値計算等の適合作業によって定めればよい。また、燃圧差のうち積分項に加算される割合についても同様に予め実験や数値計算等の適合作業によって定めればよい。この制御を実行することによりＥＣＵ２０が本発明の高圧ポンプ制御手段として機能する。
【００２０】
さらにＥＣＵ２０は、高圧燃料ポンプ１４の運転に支障が生じないように低圧フィードポンプ１３のフィード圧を低下させる最小フィード圧制御を実行する。この制御では、フィードポンプ１３の運転中にフィード圧を所定の低下量ずつ低下させる低下処理を行う。しかしながら、フィード圧を下げすぎると高圧燃料ポンプ１４の吸引時に低圧通路１６内の燃料の圧力が飽和蒸気圧を下回って燃料が気化し、これにより燃料中に気泡が発生する。気泡は高圧燃料ポンプ１４による燃料の加圧を邪魔するので、実燃圧の制御が不安定になる。さらに、気泡が大量に発生すると高圧燃料ポンプ１４の吸引不良や吐出不良が誘発され、ポンプ１４の運転に支障が生じる。そこで、この最小フィード圧制御では、予め下限ガード値を設定し、フィード圧をその下限ガード値までしか下げないようにして気泡の発生を抑制する。また、この制御では上述した吸入弁１４ｂのＰＩ制御で使用する積分項に基づいてフィード圧を制御し、これにより気泡の発生を抑制する。高圧燃料ポンプ１４内の燃料中に気泡が無い場合、燃料を適切に加圧できるので、実燃圧と筒内噴射目標圧とが一致するか又は燃圧差を小さくすることができる。この場合、積分項は一定又は低下傾向になる。一方、高圧燃料ポンプ１４内の燃料中に気泡が発生すると燃料を適切に加圧できないので、燃圧差が大きくなる。この場合、積分項は増加する。そこで、この制御では、積分項が一定又は減少傾向にある場合にはフィード圧を一定量ずつ低下させる。一方、積分項が予め設定した所定の判定値を超えた場合には、フィード圧の低下を制限する。この際、例えば下限ガード値を高くして低下を制限する。また、フィード圧の低下を中止してもよい。なお、上述した方法の他に積分項が増加傾向にある場合にフィード圧の低下を制限してもよい。この最小フィード圧制御を実行することによりＥＣＵ２０が本発明の低圧ポンプ制御手段として機能する。
【００２１】
周知のように気泡は燃料が高温になると発生し易くなる。そのため、低圧通路１６の温度が高圧燃料ポンプ１４の温度よりも高い場合には低圧通路１６において燃料中に気泡が発生する。このように低圧通路１６にて気泡が発生した場合には高圧燃料ポンプ１４への燃料の圧送に支障が生じる。そこで、ＥＣＵ２０はこのような場合に低圧通路１６の気泡を迅速に除去すべく図２の制御実行判定ルーチンを実行する。このルーチンは内燃機関１の運転状態に拘わりなく所定の周期で繰り返し実行される。このルーチンを実行することによりＥＣＵ２０が本発明の圧力低下制限手段として機能する。
【００２２】
図２のルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１で内燃機関１の運転状態を取得する。運転状態としては、例えば内燃機関１の冷却水温、及び吸気温度等が取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ２０は吸気温度が冷却水温よりも高いか否か判定する。高圧燃料ポンプ１４の温度よりも低圧通路１６の温度が高くなる状況としては、例えば内燃機関１が高温であり、かつ車両の速度が０で走行風等による内燃機関１の冷却が無い場合、内燃機関１を高温のまま停止し、エンジンコンパートメント内の温度が高い状態で内燃機関１を始動した場合、及び低圧通路１６を流れる燃料の流量が少なく内燃機関１等から受けた熱による燃料の温度上昇が激しい場合等が考えられる。上述したように高圧燃料ポンプ１４は機関本体２に取り付けられているので、冷却水温は高圧燃料ポンプ１４の温度を代表すると考えられる。低圧通路１６はエンジンコンパートメント内に配置されている。そして、吸気温度はエンジンコンパートメント内の温度を代表すると考えられるので、低圧通路１６の温度は吸気温度とほぼ同じと考えられる。そのため、吸気温度が冷却水温より高い場合には低圧通路１６が高圧燃料ポンプ１４よりも高温になると予想できる。
【００２３】
吸気温度が冷却水温よりも高い場合にはステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２０は最小フィード圧制御によるフィード圧の低下処理を制限する。具体的には低下処理の実行を禁止し、低圧通路１６内の気泡が除去されるようにフィード圧を上昇させる。その後、今回のルーチンを終了する。一方、吸気温度が冷却水温以下の場合にはステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は最小フィード圧制御によるフィード圧の低下処理を許可する。その後、今回のルーチンを終了する。
【００２４】
以上に説明したように本発明の燃料供給装置１０によれば、吸気温度が冷却水温より高い場合には低下処理を禁止し、フィード圧を上昇させるので、低圧通路１６における気泡の発生を抑制でき、また発生した気泡を迅速に除去できる。そのため、低圧通路１６が加熱されても燃料の圧力変動を抑制できる。そして、これにより最小フィード圧制御によるフィード圧の低下制御の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、最小フィード圧制御においても積分項が判定値以上の場合にはフィード圧の低下を制限するので、高圧燃料ポンプ１４の運転に支障が生じないように低圧フィードポンプ１３のフィード圧を下げることができる。そのため、このフィードポンプ１３で消費されるエネルギを低減できる。
【００２６】
なお、図２のステップＳ１３では低下処理を中止する代わりに下限ガード値を高くしてもよい。この際、下限ガード値は、例えば吸気温度が冷却水温以下のときの下限ガード値よりも高くすればよい。そして、これによりフィード圧を上昇させてもよい。この場合においても気泡の発生を抑制したり気泡を迅速に除去したりできる。
【００２７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は、火花点火式内燃機関に限定されない。本発明はディーゼル内燃機関に適用してもよい。また、本発明が適用される内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁に加えて吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁を備えていてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  内燃機関
２  機関本体
１０  燃料供給装置
１１  燃料噴射弁
１３  低圧フィードポンプ（低圧燃料ポンプ）
１４  高圧燃料ポンプ
１６  低圧通路
１８  燃圧センサ（燃圧検出手段）
２０  エンジンコントロールユニット（高圧ポンプ制御手段、低圧ポンプ制御手段、圧力低下制限手段）
【図１】
0005640880.tif 000002
【図２】
0005640880.tif 000003