(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的低コストで一層の燃費向上を図った燃料蓄圧システムを実現する。【解決手段】複数のインジェクタ２が接続されている第一の蓄圧管７１とは別に、燃料を蓄圧可能な第二の蓄圧管７２を設ける。また、第一の蓄圧管７１と燃料ポンプ８との間、第二の蓄圧管７２と燃料ポンプ８との間の各流路を背反的に断接切換する三方弁７３を介設する。さらに、第一の蓄圧管７１の下流側と第二の蓄圧管７２の下流側とを連通し、両者間の流路を断接切換する二方弁７４を介設する。燃料カット中、車軸からエンジン０及びポンプ８に伝わるトルクを利用して第二の蓄圧管７２に第一の蓄圧管７１内以上に高圧な燃料を蓄圧する。そして、燃料カット終了後、二方弁７４を開放して第二の蓄圧管７２に蓄えた燃料を第一の蓄圧管７１に供給する。その間、スピル弁を開放し、燃料ポンプ８が燃料を圧送しない状態とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインジェクタが接続され各インジェクタから各気筒内に噴射される燃料を蓄圧する第一の蓄圧管と、
前記第一の蓄圧管とは別に設けられ燃料を蓄圧可能な第二の蓄圧管と、
前記第一の蓄圧管、前記第二の蓄圧管に向けて燃料を圧送するスピル弁を備えた燃料ポンプと、
前記第一の蓄圧管と前記燃料ポンプとの間の流路を断接切換可能な第一の弁、及び前記第二の蓄圧管と燃料ポンプとの間の流路を断接切換可能な第二の弁と、
前記第一の蓄圧管と前記第二の蓄圧管との間の流路を断接切換可能な第三の弁と、
前記インジェクタからの燃料噴射を停止する燃料カット中に前記第一の弁及び前記第三の弁を閉止しかつ前記第二の弁を開放して前記第二の蓄圧管に第一の蓄圧管内よりも高圧の燃料を蓄圧するとともに、インジェクタからの燃料噴射を再開する燃料カット終了に伴い第三の弁を開放して前記第二の蓄圧管に蓄圧した燃料を前記第一の蓄圧管に供給する制御部と
を具備する燃料蓄圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内に直接燃料を噴射する態様のエンジンに実装される燃料蓄圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直噴ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは、圧縮行程にて高圧化した筒内に燃料を噴射できるよう、インジェクタに供給する燃料も高圧にする必要がある。そのため、近時では、燃料ポンプから圧送した燃料を、一旦デリバリパイプ（直噴ガソリンエンジンの場合）またはコモンレール（ディーゼルエンジンの場合）と呼称される蓄圧管に高圧状態で貯留した上で、各気筒のインジェクタに分配するようにしている。
【０００３】
燃料を圧送する燃料ポンプは、エンジンで駆動されることから、エンジンにとって負荷となる。燃料ポンプによる損失を低減し燃費の向上を図る目的で、下記特許文献１に開示されているように、エンジンブレーキ作用時に車軸からエンジンひいてはポンプに伝わるトルクを利用してデリバリパイプまたはコモンレールに標準運転時以上の高圧の燃料を蓄えておき、標準運転の再開とともに、その蓄えた燃料を筒内に噴射しつつ、エンジンとポンプとの連動を一時的に切り離す制御を行うことが知られている。
【０００４】
しかしながら、デリバリパイプまたはコモンレールに燃料を超過蓄圧するにしても、その量には自ずと限界があり、燃費向上効果は限定的である。加えて、上述したシステムを実現するには、エンジンと燃料ポンプとの間に、両者の連動を機械的に切り離すことのできるカップリングを設置しなければならない。この種のカップリングは一般に高価であり、コスト面の不利を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１０５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に鑑みてなされた本発明は、比較的低コストで一層の燃費向上を図った燃料蓄圧システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、複数のインジェクタが接続され各インジェクタから各気筒内に噴射される燃料を蓄圧する第一の蓄圧管と、前記第一の蓄圧管とは別に設けられ燃料を蓄圧可能な第二の蓄圧管と、前記第一の蓄圧管、前記第二の蓄圧管に向けて燃料を圧送するスピル弁を備えた燃料ポンプと、前記第一の蓄圧管と前記燃料ポンプとの間の流路を断接切換可能な第一の弁、及び前記第二の蓄圧管と燃料ポンプとの間の流路を断接切換可能な第二の弁と、前記第一の蓄圧管と前記第二の蓄圧管との間の流路を断接切換可能な第三の弁と、前記インジェクタからの燃料噴射を停止する燃料カット中に前記第一の弁及び前記第三の弁を閉止しかつ前記第二の弁を開放して前記第二の蓄圧管に第一の蓄圧管内よりも高圧の燃料を蓄圧するとともに、インジェクタからの燃料噴射を再開する燃料カット終了に伴い第三の弁を開放して前記第二の蓄圧管に蓄圧した燃料を前記第一の蓄圧管に供給する制御部とを具備する燃料蓄圧システムを構成した。ここで、第一の弁及び第二の弁は、三方弁や四方弁等を用いて単一の部材としてもよいし、二個の二方弁を用いて個別複数の部材としてもよい。
【０００８】
本発明の燃料蓄圧システムでは、デリバリパイプまたはコモンレールに該当する第一の蓄圧管とは別に第二の蓄圧管を設けており、エンジンブレーキ作用時に車軸からポンプに伝わるトルクを利用して高圧燃料をこの第二の蓄圧管に蓄圧する。その上で、燃料カットの終了後、第二の蓄圧管に蓄えた高圧燃料を第一の蓄圧管に供給する期間は、スピル弁を開放して燃料ポンプがする仕事量を減らす。即ち、燃料ポンプが燃料を圧送しない状態として、燃料ポンプに起因したエンジン負荷を減らす。本発明によれば、第一の蓄圧管に燃料を超過蓄圧する従前のシステムと比べて、より多くの高圧燃料を第二の蓄圧管に蓄えておくことができるので、一層の燃費向上効果を見込める。また、エンジンと燃料ポンプとの間の機械的接続を切り離すカップリングも不要となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較的低コストで一層の燃費向上を図った燃料蓄圧システムを実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概要を説明する図。
【図２】同実施形態の燃料蓄圧システムの構成図。
【図３】同実施形態の燃料蓄圧システムの構成要素である燃料ポンプの動作を説明する図。
【図４】同実施形態の燃料蓄圧システムの構成要素である制御部を示す図。
【図５】制御部が実行する処理の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の一変形例の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の燃料蓄圧システムが適用される車両用エンジン０の概要を示す。本実施形態におけるエンジン０は、筒内噴射方式のガソリンエンジンであり、複数の気筒１と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ２と、各気筒１に吸気を供給するための吸気系路３と、各気筒１から排気を排出するための排気系路４と、吸気系路３を流通する吸気を過給するターボチャージャ５と、排気系路４を流通する排気の一部を吸気系路３に還流する外部ＥＧＲ（排気ガス再循環）通路６とを有している。
【００１２】
吸気系路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気系路３上には、エアクリーナ３１、ターボチャージャ５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気系路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気系路４上には、ターボチャージャ５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。
【００１４】
ターボチャージャ５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成してなる。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１５】
ＥＧＲ通路６は、排気系路４における触媒４１の下流と吸気系路３におけるコンプレッサ５１の上流とを連通し、いわゆる低圧ＥＧＲを実行するものである。ＥＧＲ通路６上には、ＥＧＲバルブ６１を設けている。
【００１６】
図２に、本実施形態の燃料蓄圧システムを示す。燃料蓄圧システムは、複数のインジェクタ２が接続された第一の蓄圧管たるデリバリパイプ７１と、デリバリパイプ７１とは別に設けた第二の蓄圧管たるアキュームレータ７２と、これらデリバリパイプ７１、アキュームレータ７２に向けて高圧燃料を圧送する燃料ポンプ８と、デリバリパイプ７１、アキュームレータ７２と燃料ポンプ８との間の流路を断接切換する第一の弁及び第二の弁たる三方弁７３と、デリバリパイプ７１とアキュームレータ７２との間の流路を断接切換する第三の弁たる二方弁７４と、システムの制御を司る制御部たるＥＣＵ（電子制御装置）９とを具備する。
【００１７】
デリバリパイプ７１は、その上流側が燃料ポンプ８の吐出口８１に連通しており、燃料ポンプ８から圧送される燃料を高圧状態で貯留した上、各気筒１のインジェクタ２に分配する。デリバリパイプ７１の上流側と燃料ポンプ８の吐出口８１との間には、デリバリパイプ７１から燃料ポンプ８に向けた燃料の逆流を抑止するチェック弁７５を介設している。デリバリパイプ７１には、内部の燃圧Ｐｃを検知するための圧力センサを付設している。デリバリパイプ７１内の目標燃圧Ｐｃ＿ｔａｒｇｅｔは、約８０気圧である。
【００１８】
アキュームレータ７２は、その上流側が燃料ポンプ８の吐出口８１に連通し、かつその下流側がデリバリパイプ７１の下流側に連通しており、燃料ポンプ８から圧送される燃料をデリバリパイプ７１以上の高圧状態で貯留する。アキュームレータ７２の上流側と燃料ポンプ８の吐出口８１との間には、アキュームレータ７２から燃料ポンプ８に向けた燃料の逆流を抑止するチェック弁７６を介設している。並びに、デリバリパイプ７１の下流側とアキュームレータ７２の下流側との間にも、デリバリパイプ７１からアキュームレータ７２に向けた燃料の逆流を抑止するチェック弁７７を介設している。また、アキュームレータ７２には、内部の燃圧Ｐａを検知するための圧力センサを付設している。アキュームレータ７２内の目標燃圧Ｐａ＿ｔａｒｇｅｔは、約１００〜１２０気圧であり、上記デリバリパイプ７１内の目標燃圧Ｐｃ＿ｔａｒｇｅｔよりも高い。
【００１９】
燃料ポンプ８は、スピル弁式のポンプであって、スピル弁８４の開放時間と閉止時間とのＤＵＴＹ比の増減を通じてデリバリパイプ７１またはアキュームレータ７２に向けた燃料供給量を制御できるものである。
【００２０】
燃料ポンプ８について補足すると、図３に示すように、シリンダ内を上下に往復動するプランジャ８６の上方に燃料を加圧するための加圧室８３を設けてあり、この加圧室８３に、燃料タンク７８に連なる吸込口８２と、デリバリパイプ７１及びアキュームレータ７２に連なる吐出口８１とを連接している。吸込口８２と加圧室８３との間にはスピル弁８４を、加圧室８３と吐出口８１との間にはチェック弁８５を、それぞれ介設している。スピル弁８４は、ＥＣＵ９によって操作制御される電磁ソレノイド弁である。他方、チェック弁８５は、加圧室８３内の圧力が予め定められた開弁圧力を超えたときに自動的に開く。
【００２１】
燃料ポンプ８のプランジャ８６は、エンジン０のカムシャフトに設けたポンプカム８７によって駆動する。図３（Ａ）に示しているように、プランジャ８６が下方にストロークしている期間では、スピル弁８４を開放操作して、吐出口８１から加圧室８３内に燃料を吸込む。次いで、図３（Ｂ）に示しているように、プランジャ８６が上方にストロークしている期間において、スピル弁８４を閉止操作すると、加圧室８３の容積縮小により加圧室８３内の圧力が上昇し、その圧力がチェック弁８５の開弁圧力を超えたときにチェック弁８５が開く。結果、加圧室８３内で加圧された燃料が吐出口８１に吐出され、デリバリパイプ７１またはアキュームレータ７２へと圧送される。さらに、図３（Ｃ）に示しているように、プランジャ８６が上方にストロークしている期間において、スピル弁８４を開放操作すると、加圧室８３内の燃料が吸込口８２に押し戻される。総じて言えば、プランジャ８６が上昇を始めてからスピル弁８４を開放操作するまでの間が、実際に燃料を吐出する有効行程となる。
【００２２】
三方弁７３は、ＥＣＵ９によって操作制御される電磁ソレノイド弁である。三方弁７３は、燃料ポンプ８の吐出口８１をデリバリパイプ７１に接続しつつアキュームレータ７２からは遮断する状態と、吐出口８１をアキュームレータ７２に接続しつつデリバリパイプ７１からは遮断する状態との間で、背反的に切り換えることが可能である。つまり、本実施形態では、燃料ポンプ８とデリバリパイプ７１との間に介在するべき第一の弁と、燃料ポンプ８とアキュームレータ７２との間に介在するべき第二の弁とを一個の三方弁７３によって単一化している。因みに、三方弁７３に替えて四方弁等を用いても、同等の機能を具現できる。
【００２３】
二方弁７４もまた、ＥＣＵ９によって操作制御される電磁ソレノイド弁である。二方弁７４は、アキュームレータ７２の下流側をデリバリパイプ７１に接続する状態と、アキュームレータ７２の下流側をデリバリパイプ７１から遮断する状態との間で、背反的に切り換えることが可能である。
【００２４】
ＥＣＵ９は、プロセッサ９１、メモリ９２、入力インタフェース９３、出力インタフェース９４等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェース９３には、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、デリバリパイプ７１内の燃圧Ｐｃを検出する圧力センサから出力されるデリバリパイプ内圧力信号ｄ、アキュームレータ７２内の燃圧Ｐａを検出する圧力センサから出力されるアキュームレータ内圧力信号ｅ等が入力される。出力インタフェース９４からは、インジェクタ２に対して燃料噴射信号ｆ、燃料ポンプ８のスピル弁８４に対して開弁信号ｇ、三方弁７３に対して切換信号ｈ、二方弁７４に対して開弁信号ｉ等を出力する。
【００２５】
プロセッサ９１は、予めメモリ９２に格納されているプログラムを解釈、実行して、エンジン０の運転を制御する。プロセッサ９１は、エンジン０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェース９３を介して取得し、それらに基づいて燃料噴射量や、デリバリパイプ７１またはアキュームレータ７２への燃料圧送量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇ、ｈ、ｉを出力インタフェース９４を介して印加する。
【００２６】
本実施形態の燃料蓄圧システムにおける、燃料カットが発生する状況下での制御処理の手順を述べる。燃料カットをしていない標準運転時、ＥＣＵ９は、要求燃料噴射量を演算して当該量の燃料をインジェクタ２を介して筒内に噴射する（ステップＳ１）。
【００２７】
また、第一の弁を開放し、第二の弁を閉止する（ステップＳ２）。即ち、三方弁７３を、燃料ポンプ８の吐出口８１をデリバリパイプ７１に接続する状態に切り換える。第三の弁たる二方弁７４は閉止して（ステップＳ３）、アキュームレータ７２の下流側とデリバリパイプ７１との接続を遮断しておく。しかして、第一の蓄圧管たるデリバリパイプ７１に燃料を蓄圧し、デリバリパイプ７１内の燃圧Ｐｃを上記目標燃圧Ｐｃ＿ｔａｒｇｅｔに維持するべく、フィードバック制御を実施する（ステップＳ４）。フィードバック制御では、デリバリパイプ７１内の実測燃圧Ｐｃと目標燃圧Ｐｃ＿ｔａｒｇｅｔとの偏差を縮小するように燃料ポンプ８のスピル弁８４の開弁時間を決定し、スピル弁８４をＤＵＴＹ制御する。
【００２８】
所定の燃料カット条件が成立した（ステップＳ５）暁には、インジェクタ２からの燃料噴射を停止する（ステップＳ６）。例えば、アクセルペダルの踏込量が閾値以下となり、なおかつエンジン回転数が一定以上あることを条件として、燃料カットを開始する。
【００２９】
燃料カット中は、エンジンブレーキ作用により車軸からエンジン０に伝わるトルクを利用して燃料ポンプ８を駆動、第二の蓄圧管たるアキュームレータ７２に燃料を蓄圧する。そのために、第一の弁を閉止し、第二の弁を開放する（ステップＳ７）。即ち、三方弁７３を、燃料ポンプ８の吐出口８１をアキュームレータ７２に接続する状態に切り換える。第三の弁たる二方弁７４は、閉止したままとする（ステップＳ８）。並びに、アキュームレータ７２内の燃圧Ｐａを上記目標燃圧Ｐａ＿ｔａｒｇｅｔに維持するべく、フィードバック制御を実施する（ステップＳ９）。フィードバック制御では、アキュームレータ７２内の実測燃圧Ｐａと目標燃圧Ｐａ＿ｔａｒｇｅｔとの偏差を縮小するように燃料ポンプ８のスピル弁８４の開弁時間を決定して、スピル弁８４をＤＵＴＹ制御する。
【００３０】
燃料カット中に所定の燃料カット終了条件が成立した（ステップＳ１０）場合には、インジェクタ２からの燃料噴射を再開する（ステップＳ１１）。例えば、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が所定の復帰回転数にまで低下したことを条件として、燃料カットを終了する。
【００３１】
さらに、第一の弁を開放し、第二の弁を閉止する（ステップＳ１２）。即ち、三方弁７３を、燃料ポンプ８の吐出口８１をデリバリパイプ７１に接続する状態に切り換える。のみならず、第三の弁たる二方弁７４を開放して（ステップＳ１３）、アキュームレータ７２の下流側とデリバリパイプ７１とを連通せしめる。これにより、デリバリパイプ７１内よりも高圧化したアキュームレータ７２内の燃料が、デリバリパイプ７１に流れ込む。
【００３２】
アキュームレータ７２からデリバリパイプ７１に燃料を供給することができる間は、燃料ポンプ８のスピル弁８４の開弁時間を十分に長くとる。特に、ＤＵＴＹ比略１００％の全開として（ステップＳ１４）、燃料ポンプ８がエンジン０に及ぼす負荷を軽減する。スピル弁８４をＤＵＴＹ比略１００％の全開としたとき、燃料ポンプ８に吸込んだ燃料は加圧されることなく燃料タンク７８側に全量リターンする。
【００３３】
その後、アキュームレータ７２内の実測燃圧Ｐａがデリバリパイプ７１内の実測燃圧Ｐｃ近傍まで低下したならば（ステップＳ１５）、標準運転（ステップＳ１ないしＳ５）に戻す。
【００３４】
本実施形態によれば、複数のインジェクタ２が接続され各インジェクタ２から各気筒１内に噴射される燃料を蓄圧する第一の蓄圧管７１と、前記第一の蓄圧管７１とは別に設けられ燃料を蓄圧可能な第二の蓄圧管７２と、前記第一の蓄圧管７１、前記第二の蓄圧管７２に向けて燃料を圧送するスピル弁８４を備えた燃料ポンプ８と、前記第一の蓄圧管７１と前記燃料ポンプ８との間の流路を断接切換可能な第一の弁及び前記第二の蓄圧管７２と燃料ポンプ８との間の流路を断接切換可能な第二の弁７３と、前記第一の蓄圧管７１と前記第二の蓄圧管７２との間の流路を断接切換可能な第三の弁７４と、前記インジェクタ２からの燃料噴射を停止する燃料カット中に前記第一の弁７３及び前記第三の弁７４を閉止しかつ前記第二の弁７３を開放して前記第二の蓄圧管７２に第一の蓄圧管内７１よりも高圧の燃料を蓄圧するとともに、インジェクタ２からの燃料噴射を再開する燃料カット終了に伴い第三の弁７４を開放して前記第二の蓄圧管７２に蓄圧した燃料を前記第一の蓄圧管７１に供給する制御部９とを具備する燃料蓄圧システムを構成したため、第一の蓄圧管７１に燃料を超過蓄圧する従前のシステムと比べて、より多くの高圧燃料を第二の蓄圧管７２に蓄えておくことができ、一層の燃費向上効果を見込める。また、エンジン０と燃料ポンプ８との間の機械的接続を切り離すカップリングも不要であり、コスト面でも有利となる。
【００３５】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、三方弁７３を用いて、燃料ポンプ８とデリバリパイプ７１との間に介在するべき第一の弁と、燃料ポンプ８とアキュームレータ７２との間に介在するべき第二の弁とを単一化していたが、図６に例示するように、二個の二方弁７９、７０を用い、第一の弁７９と第二の弁７０とを別個の部材とすることもできる。
【００３６】
本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムにも適用が可能である。この場合、コモンレールが第一の蓄圧管に該当する。
【００３７】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、車両等に搭載されるエンジンの燃料噴射装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…気筒
２…インジェクタ
７１…第一の蓄圧管
７２…第二の蓄圧管
７３…第一の弁、第二の弁
７４…第三の弁
７９…第一の弁
７０…第二の弁
８…燃料ポンプ
８４…スピル弁
９…制御部
【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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