(57)【要約】【課題】燃料ポンプのアクチュエータが故障しても、車両の走行に必要な最低限の燃料噴射が為され易くする。【解決手段】エンジンは、吐出する燃料の圧力を可変させる第１アクチュエータを有する燃料ポンプと、開閉弁と、燃料の圧力に抗して開閉弁を開弁する第２アクチュエータとを有し、燃料を噴射するインジェクタと、第２アクチュエータの昇温を抑制する昇温抑制部と、燃料の圧力が所定値未満に変更できない故障状態では、燃料の圧力が所定値未満に変更可能な非故障状態よりも、第２アクチュエータの昇温の抑制度合が大きくなるように、昇温抑制部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出する燃料の圧力を可変させる第１アクチュエータを有する燃料ポンプと、
開閉弁と、前記燃料の圧力に抗して該開閉弁を開弁する第２アクチュエータとを有し、該燃料を噴射するインジェクタと、
前記第２アクチュエータの昇温を抑制する昇温抑制部と、
前記燃料の圧力が所定値未満に変更できない故障状態では、該燃料の圧力が所定値未満に変更可能な非故障状態よりも、前記第２アクチュエータの昇温の抑制度合が大きくなるように、前記昇温抑制部を制御する制御部と、
を備えるエンジン。
【請求項２】
前記燃料ポンプは、前記第１アクチュエータの非通電状態が維持されるときの前記燃料の圧力より、該第１アクチュエータが通電されるときの該燃料の圧力の方が小さくなる請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記昇温抑制部は、
ラジエータファンを含んで構成される請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記昇温抑制部は、
燃焼室への吸入空気量を抑制することで、前記第２アクチュエータの昇温を抑制する請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタから燃料を噴射するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、カムの回転によって加圧室内の燃料が昇圧される高圧燃料ポンプが搭載されている。高圧燃料ポンプには、アクチュエータが設けられており、アクチュエータによって制御弁が開閉することで、吐出圧が制御される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の高圧燃料ポンプでは、アクチュエータの故障時、燃料の圧力が高いまま、圧力を下げることができない状態となる場合がある。このとき、インジェクタから燃料を噴射させようとしても、燃料の圧力が高すぎてインジェクタからの燃料噴射が十分に為されないおそれがある。こうした場合、エンジンが始動できず、アクチュエータの修理のために車両を整備場などに走行させることが困難となってしまう。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑み、燃料ポンプのアクチュエータが故障しても、車両の走行に必要な最低限の燃料噴射が為され易くすることが可能なエンジン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】
上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、吐出する燃料の圧力を可変させる第１アクチュエータを有する燃料ポンプと、開閉弁と、燃料の圧力に抗して開閉弁を開弁する第２アクチュエータとを有し、燃料を噴射するインジェクタと、第２アクチュエータの昇温を抑制する昇温抑制部と、燃料の圧力が所定値未満に変更できない故障状態では、燃料の圧力が所定値未満に変更可能な非故障状態よりも、第２アクチュエータの昇温の抑制度合が大きくなるように、昇温抑制部を制御する制御部と、を備える。
【０００７】
燃料ポンプは、第１アクチュエータの非通電状態が維持されるときの燃料の圧力より、第１アクチュエータが通電されるときの燃料の圧力の方が小さくなってもよい。
【０００８】
昇温抑制部は、ラジエータファンを含んで構成されてもよい。
【０００９】
昇温抑制部は、燃焼室への吸入空気量を抑制することで、第２アクチュエータの昇温を抑制してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料ポンプのアクチュエータが故障しても、車両の走行に必要な最低限の燃料噴射が為され易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】エンジンの燃料系統の概略図である。
【図３】高圧燃料ポンプの動作を説明するための第１の図である。
【図４】高圧燃料ポンプの動作を説明するための第２の図である。
【図５】インジェクタを説明するための図である。
【図６】インジェクタおよび高圧燃料ポンプへの電力の供給経路を説明するための図である。
【図７】インジェクタの第２アクチュエータへの通電を説明するための図である。
【図８】検知部を説明するための図である。
【図９】故障対処処理を説明するための第１の図である。
【図１０】故障対処処理を説明するための第２の図である。
【図１１】故障対処処理の概略的な流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
図１は、エンジン１の構成を示す概略図である。図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、シリンダブロック２に形成されたシリンダボア２ａ内で摺動可能にコンロッド４に支持されたピストン５とが設けられている。そして、シリンダボア２ａと、シリンダヘッド３と、ピストン５の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室６となる。
【００１４】
シリンダヘッド３には、吸気ポート７および排気ポート８が形成されている。シリンダヘッド３には、インジェクタ９および点火プラグ１０が、先端を燃焼室６に向けて設けられている。吸気ポート７は、一端が燃焼室６に開口するとともに吸気弁１１によって開閉され、他端が吸気流路１２と連通している。また、排気ポート８は、一端が燃焼室６に開口するとともに排気弁１３によって開閉され、他端が排気流路１４と連通されている。
【００１５】
エンジン１では、吸気流路１２および吸気ポート７を介して燃焼室６に流入した吸気に、インジェクタ９によって燃料が噴射された後、噴射された燃料が点火プラグ１０によって点火されて燃焼する。この燃焼圧によってピストン５が押圧され、不図示のクランクシャフトが回転する。そして、燃焼室６内において燃料が燃焼することにより発生した排気ガスは、排気ポート８および排気流路１４を介して排出される。
【００１６】
吸気流路１２には、スロットル弁（昇温抑制部）１５が設けられている。スロットル弁１５は、不図示のアクチュエータにより開度が可変であり、アクセルの開度に応じてアクチュエータが制御されることで開度が制御され、エンジン１へ送出される空気量を調節する。
【００１７】
図２は、エンジン１の燃料系統の概略図である。図２に示すように、エンジン１は、燃料タンク２０、低圧燃料ポンプ２１、高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）２２、燃料ギャラリ２３、２４を有する。
【００１８】
低圧燃料ポンプ２１は、例えば、電力により駆動されるタービン式のポンプであり、燃料タンク２０に貯留されている燃料を汲み上げる。高圧燃料ポンプ２２は、低圧燃料ポンプ２１から供給された燃料を昇圧する。高圧燃料ポンプ２２については、後に詳述する。高圧燃料ポンプ２２は、昇圧した燃料を燃料ギャラリ２３側に吐出する。
【００１９】
ここで、エンジン１は、例えば、水平対向４気筒エンジンであり、クランクシャフトを挟んで２つのシリンダブロック２にそれぞれ２つずつ、上記のシリンダボア２ａが対向して配される。シリンダボア２ａごとに燃焼室６が形成されており、燃焼室６ごとにインジェクタ９が配される。ここでは、インジェクタ９が４つ設けられる。
【００２０】
燃料ギャラリ２３、２４は、連通管２５を介して接続されており、燃料ギャラリ２３、２４それぞれに２つのインジェクタ９が接続される。昇圧された燃料は、燃料ギャラリ２３、２４を介してインジェクタ９に供給され、上記のように、インジェクタ９から燃焼室６に噴射される。
【００２１】
図３は、高圧燃料ポンプ２２の動作を説明するための第１の図である。図３（ａ）に示すように、高圧燃料ポンプ２２は、加圧室３０、プランジャ３１、第１アクチュエータ３２を有する。
【００２２】
加圧室３０には、低圧燃料ポンプ２１に連通する流入口３０ａと、燃料ギャラリ２３に連通する流出口３０ｂが形成される。プランジャ３１は、一端３１ａが加圧室３０内に進入しており、他端３１ｂがポンプカム３３に当接している。プランジャ３１は、図３（ａ）中、上下方向に昇降可能となっている。また、ポンプカム３３は、クランクシャフトの回転動力が伝達されて回転する。また、プランジャ３１は、不図示のバネによりポンプカム３３側に付勢されている。
【００２３】
第１アクチュエータ３２は、シャフト３２ａとコイル３２ｂを有する。シャフト３２ａは、コイル３２ｂに挿通されるとともに、先端に弁体３４が取り付けられている。弁体３４は、加圧室３０内に位置しており、シャフト３２ａの軸方向の位置によって、流入口３０ａを開閉させる。
【００２４】
図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態に、ポンプカム３３が回転してプランジャ３１が加圧室３０に進入すると、加圧室３０内の圧力が上昇する。弁体３４は、燃料の圧力によって押圧され、流入口３０ａを閉じる。燃料の圧力がギャラリ圧力を超えている間、燃料が流出口３０ｂから吐出される。
【００２５】
そして、図３（ｃ）に示すように、ポンプカム３３が回転してプランジャ３１が元の位置に戻ると、加圧室３０内の圧力が低下する。流出口３０ｂの下流には、一方向弁（逆止弁）３５が配されており、流出口３０ｂへの逆流が抑止される。弁体３４は、燃料の圧力によって吸引され、流入口３０ａが開く。そのため、流入口３０ａから加圧室３０に燃料が吸引される。
【００２６】
図４は、高圧燃料ポンプ２２の動作を説明するための第２の図である。図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態に、ポンプカム３３が回転してプランジャ３１が加圧室３０に進入する。このとき、第１アクチュエータ３２のコイル３２ｂに通電し、シャフト３２ａを、図４（ａ）、図４（ｂ）中、右側に押圧する。こうして、弁体３４の位置を維持し、流入口３０ａが開いた状態を維持する。加圧室３０の燃料は、流入口３０ａから流出する。
【００２７】
ここでは、プランジャ３１が上昇して加圧室３０から燃料が流入口３０ａに流出するとき、コイル３２ｂに通電するタイミングを調整することで、燃料ギャラリ２３に吐出される燃料の流量が制御される。すなわち、高圧燃料ポンプ２２による燃料の吐出圧が可変となる。
【００２８】
このように、第１アクチュエータ３２が動作していないとき、高圧燃料ポンプ２２は、燃料を最大量吐出し、燃料の圧力が高くなる。言い換えれば、第１アクチュエータ３２の非通電状態が維持されるときの燃料の圧力より、第１アクチュエータ３２が通電されるときの燃料の圧力の方が小さくなる。
【００２９】
図５は、インジェクタ９を説明するための図である。図５（ａ）に示すように、インジェクタ９は、本体部４０、ニードル部（開閉弁）４１、第２アクチュエータ４２を有する。本体部４０の先端には、燃料を噴射する噴射口４０ａが形成される。本体部４０の内部には、燃料ギャラリ２３、２４から供給された燃料が流入する。
【００３０】
ニードル部４１および第２アクチュエータ４２は、本体部４０の内部に配される。ニードル部４１は、先端が噴射口４０ａに対向する。第２アクチュエータ４２は、コイル４２ａを有する。ニードル部４１は、コイル４２ａに挿通される。
【００３１】
コイル４２ａに通電されていないとき、図５（ａ）に示すように、ニードル部４１は、噴射口４０ａを閉じている。そして、図５（ｂ）に示すように、コイル４２ａに通電されると、ニードル部４１が噴射口４０ａから離隔し、噴射口４０ａが開く（開弁する）。このとき、第２アクチュエータ４２は、燃料の圧力に抗してニードル部４１を開くこととなる。こうして、本体部４０の内部に供給された燃料が、噴射口４０ａから噴射される。
【００３２】
図６は、インジェクタ９および高圧燃料ポンプ２２への電力の供給経路を説明するための図である。図６に示すように、エンジン１は、ＥＣＵ（制御部）５０およびバッテリ５１を有する。ＥＣＵ５０は、昇圧回路５２、第１駆動回路５３、第２駆動回路５４を有する。
【００３３】
昇圧回路５２は、バッテリ５１から供給される電力の電圧を昇圧する。第１駆動回路５３は、昇圧回路５２で昇圧された電力をインジェクタ９の第２アクチュエータ４２に供給する。また、第１駆動回路５３は、昇圧回路５２を介さずにバッテリ５１から供給された電力をインジェクタ９の第２アクチュエータ４２に供給する。第２駆動回路５４は、バッテリ５１から供給された電力を高圧燃料ポンプ２２の第１アクチュエータ３２に供給する。
【００３４】
図７は、インジェクタ９の第２アクチュエータ４２への通電を説明するための図である。図７（ａ）には、第２アクチュエータ４２に通電される電流を示し、図７（ｂ）には、第２アクチュエータ４２に印加される電圧を示す。
【００３５】
インジェクタ９から燃料を噴射する場合、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、ニードル部４１を開弁するために、昇圧回路５２を介して昇圧された電力が第２アクチュエータ４２のコイル４２ａに供給される。その後、ニードル部４１の開弁状態を維持するため、昇圧回路５２を介さないバッテリ５１の電力が、第２アクチュエータ４２のコイル４２ａに供給される。ニードル部４１の開弁状態を維持するために必要な電力となるように、印加電圧のデューティ比が決定される。
【００３６】
上記のように、高圧燃料ポンプ２２は、第１アクチュエータ３２が動作していないとき、流入口３０ａが燃料圧力によって閉じられる期間が長くなるため、流出口３０ｂから燃料を最大量吐出する。そのため、インジェクタ９に供給される燃料の圧力が高くなる。例えば、断線などにより、第１アクチュエータ３２のコイル３２ｂに通電がされないような故障が発生した場合、インジェクタ９に供給される燃料の圧力が高いままとなってしまう。
【００３７】
その結果、インジェクタ９から燃料を噴射するために要する電圧も大きくなる。少なくとも、ニードル部４１を開弁するための電圧は、昇圧回路５２を介して昇圧されているため、不足することはない。しかし、ニードル部４１の開弁状態を維持するための電圧が不足する場合がある。
【００３８】
特に、エンジン１の始動時、クランキングのためにバッテリ５１から供給される電圧が低下するため、ニードル部４１の開弁状態を維持する分の電圧が確保できないおそれがある。その結果、エンジン１を始動したり、エンジン１の稼働状態を維持するのに十分な燃料が噴射されず、第１アクチュエータ３２などの修理のために車両を整備場などに走行させる（退避走行させる）ことが困難となってしまう。そこで、エンジン１は、第１アクチュエータ３２の故障を検知する検知部５５を有している。
【００３９】
図８は、検知部５５を説明するための図である。図８に示すように、エンジン１のＥＣＵ５０は、検知部５５、第１ＦＥＴ５７、第２ＦＥＴ５６、マイコン５８、制御ＡＳＩＣ５９を有する。検知部５５は、第２アクチュエータ４２のコイル４２ａと第２ＦＥＴ５６の間に並列に接続される。
【００４０】
第１ＦＥＴ５７は、ドレインが第２アクチュエータ４２のコイル４２ａに接続され、ソースがアースに接続され、ゲートが制御ＡＳＩＣ５９に接続される。第２ＦＥＴ５６は、ドレインがバッテリ５１に接続され、ソースが第２アクチュエータ４２のコイル４２ａに接続され、ゲートが制御ＡＳＩＣ５９に接続される。
【００４１】
ＥＣＵ５０は、第１ＦＥＴ５７、第２ＦＥＴ５６への電圧印加状態と、検知部５５の入力電圧の状態から断線、天絡、地絡の故障状態を判断する。
【００４２】
コイル４２ａに通電させる制御をしているときに、検知部５５の入力電圧が所定電圧範囲であると、制御ＡＳＩＣ５９は、第１アクチュエータ３２が正常に動作し、燃料の圧力が所定値未満に変更可能な非故障状態であると判断する。また、制御ＡＳＩＣ５９は、コイル４２ａに通電させる制御をしているときに、検知部５５の出力端子からの入力電圧が所定電圧範囲にないと、第１アクチュエータ３２が正常に動作せず、燃料の圧力が所定値未満に変更できない故障状態であると判断する。この場合、故障対処処理を行う。
【００４３】
図９は、故障対処処理を説明するための第１の図であり、図１０は、故障対処処理を説明するための第２の図である。エンジン１は、ラジエータの冷却液を冷却するラジエータファン（昇温抑制部）６０を有する。ラジエータファン６０は、風量が一定の２つのファンを有し、２つのファンを、電源に対して直列接続、または、並列接続に切り替える切替回路を設けてもよい。この場合、２つのファンを直列に接続すると、風量が小さくなり、２つのファンを並列に接続すると、風量が大きくなる。また、ラジエータファン６０は、例えば、ＰＷＮ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御によって風量が可変であってもよい。
【００４４】
図９および図１０（ａ）に示すように、ＥＣＵ５０は、検知部５５からの入力に基づいて、非故障状態であると判断すると、ラジエータファン６０に対して、通常時のファン制御を行う。通常時のファン制御は、例えば、冷却液の温度に応じて、ラジエータファン６０の風量を可変させる制御である。
【００４５】
また、ＥＣＵ５０は、故障状態であると判断すると、冷却液の温度に拘らず、ラジエータファン６０の風量を大とする。その結果、冷却液の温度が低下し、シリンダブロック２やシリンダヘッド３の温度が低下する。インジェクタ９は、シリンダブロック２に当接しており、シリンダブロック２やシリンダヘッド３は、インジェクタ９よりも体積が大きいため、熱容量も体積に比例して大きい。そのため、シリンダブロック２やシリンダヘッド３の温度が低下すると、インジェクタ９の温度も十分に低下する。インジェクタ９の温度が低下すると、コイル４２ａの抵抗が小さくなり、同じ電圧でも流れる電流が大きくなり、ニードル部４１の開弁状態を維持するための電圧が低下する。その結果、高圧燃料ポンプ２２が故障しても、車両の走行に必要な最低限の燃料噴射が為される可能性を高めることが可能となる。
【００４６】
また、図９、図１０（ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、検知部５５からの入力に基づいて、非故障状態であると判断すると、スロットル弁１５に対して、通常時の開度制御を行う。通常時の開度制御は、例えば、エンジン負荷に応じて、スロットル弁１５の開度を可変させる制御である。
【００４７】
また、ＥＣＵ５０は、故障状態であると判断すると、スロットル弁１５の開度を、通常時の開度制御よりも小さくする。このとき、スロットル弁１５は、燃焼室６への吸入空気量を抑制することで、第２アクチュエータ４２の昇温を抑制する昇温抑制部として機能する。
【００４８】
その結果、吸入空気量が減少し、吸入空気量に比例してインジェクタ９からの燃料噴射量も減少する。したがって、第２アクチュエータ４２のコイル４２ａへの通電時間が減少し、コイル４２ａの発熱量が抑えられる。こうして、コイル４２ａの昇温が抑制され、コイル４２ａの抵抗が小さくなる。そのため、上記のとおり、ニードル部４１の開弁状態を維持するための電圧が低下し、高圧燃料ポンプ２２が故障しても、車両の走行に必要な最低限の燃料噴射が為される可能性を高めることが可能となる。
【００４９】
図１１は、故障対処処理の概略的な流れを示すフローチャートである。故障対処処理は、所定周期で繰り返し実行される。
【００５０】
（Ｓ１００）
ＥＣＵ５０は、検知部５５からの入力に基づいて、故障状態であるか否かを判断する。故障状態であると判断された場合、Ｓ１０２に処理を移し、非故障状態であると判断された場合、Ｓ１０６に処理を移す。
【００５１】
（Ｓ１０２）
ＥＣＵ５０は、ラジエータファン６０の風量を大とする。
【００５２】
（Ｓ１０４）
ＥＣＵ５０は、スロットル弁１５の開度を、通常時の開度制御よりも小さくし、吸入空気量を少なくする。
【００５３】
（Ｓ１０６）
ＥＣＵ５０は、冷却液の温度に応じて、ラジエータファン６０の風量を可変させる（風量通常制御）。
【００５４】
（Ｓ１０８）
ＥＣＵ５０は、エンジン負荷に応じて、スロットル弁１５の開度を可変させる（吸入空気量通常制御）。
【００５５】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００５６】
例えば、上述した実施形態では、ＥＣＵ５０は、故障状態であると判断すると、ラジエータファン６０およびスロットル弁１５の双方の制御を、通常時から変更する場合について説明した。しかし、ＥＣＵ５０は、故障状態であると判断すると、ラジエータファン６０およびスロットル弁１５の一方の制御のみを、通常時から変更してもよい。また、ラジエータファン６０およびスロットル弁１５以外の制御を変更して、第２アクチュエータ４２のコイル４２ａの昇温の抑制度合を大きくしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、インジェクタから燃料を噴射するエンジンに利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１  エンジン
６  燃焼室
９  インジェクタ
１５  スロットル弁（昇温抑制部）
３２  第１アクチュエータ
４１  ニードル部（開閉弁）
４２  第２アクチュエータ
５０  ＥＣＵ（制御部）
６０  ラジエータファン（昇温抑制部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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