(57)【要約】【課題】高圧燃料ポンプの吐出流量および燃料噴射弁の必要燃料流量を考慮して高圧燃料ポンプによる高圧燃料の供給開始時期を決定することにより、内燃機関の始動時に、噴射燃料量の不足を防止すると共にデリバリパイプ内の燃圧の立上がり時期を早めることができる燃料供給装置を提供する。【解決手段】燃料供給装置の制御手段は、内燃機関の始動開始時に、低圧燃料ポンプから圧送されるフィード燃料をデリバリパイプに供給可能にするスピル弁を作動状態に保持する。必要燃料流量Ｑｉが、吐出流量Ｑｐの２倍以下で吐出流量Ｑｐ以上の範囲内の設定流量Ｑｓ以下であるときに、制御手段は、スピル弁の作動状態の保持を解除して、高圧燃料ポンプによる高圧燃料のデリバリパイプへの供給を開始する。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィード圧を有するフィード燃料を圧送する低圧燃料ポンプと、前記フィード燃料を加圧して圧送する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプからの燃料が供給されるリザーバと、前記リザーバ内の燃料を噴射する燃料噴射弁と、制御手段とを備える内燃機関の燃料供給装置において、
前記フィード圧の前記フィード燃料を前記リザーバに供給可能にするフィード燃料供給手段が設けられ、前記制御手段は、前記高圧燃料ポンプからの吐出流量および前記燃料噴射弁の必要燃料流量を算出し、前記内燃機関の始動開始時に前記フィード燃料供給手段を作動状態に保持し、前記リザーバ内の燃圧が前記フィード圧以下であって、しかも前記必要燃料流量が、前記吐出流量の２倍以下で前記吐出流量以上の範囲内の設定流量以下であるときに、前記制御手段は、前記フィード燃料供給手段の作動状態の保持を解除し、前記高圧燃料ポンプは、前記リザーバ内の燃圧が前記フィード圧以下のときに前記フィード燃料を通過させて前記リザーバに供給可能であることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプおよび燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える燃料供給装置では、燃料を燃焼室内に十分に霧化した状態で噴射するために、燃料噴射弁が接続されるデリバリパイプ内の燃圧を高圧の目標燃圧に保つ必要がある。そのため、燃料タンクから汲み上げた燃料を低圧燃料ポンプにより加圧し、低圧燃料ポンプから圧送された燃料を高圧燃料ポンプによりさらに加圧してデリバリパイプに圧送している。
【０００３】
しかしながら、高圧燃料ポンプの吐出容量は比較的小さいこと、そして内燃機関により駆動される回転軸で駆動されるために、該回転軸が極めて低い回転速度で回転する内燃機関の始動時には、その吐出流量が極めて少ないことから、内燃機関が停止した後にほぼ大気圧付近まで低下したデリバリパイプ内の燃圧を、高圧燃料ポンプのみにより短時間で上昇させることは困難である。
【０００４】
そこで、高圧燃料ポンプが十分に機能しない始動時にデリバリパイプ内の燃圧を迅速に高める種々の技術が提案されている。例えば特許文献１に開示された内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を汲み上げる低圧ポンプと、内燃機関のカム軸により駆動されるピストンで低圧ポンプから圧送された燃料を加圧してデリバリパイプに圧送する高圧ポンプと、デリバリパイプ内の燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁とを備える。高圧ポンプの吸入口側には燃圧制御弁が、吐出口側には逆止弁がそれぞれ設けられ、燃圧制御弁の閉弁時間をデューティ制御することで高圧ポンプからの吐出量を制御する。そして、始動時には、燃圧制御弁を開弁状態に維持することにより、低圧ポンプからの燃料が高圧ポンプを素通りしてデリバリパイプに圧送されるので、始動時に、低圧になっているデリバリパイプ内の燃圧を、短時間で低圧ポンプの吐出圧まで上昇させることができる。始動が完了した後は、高圧ポンプからの燃料によりデリバリパイプ内の燃圧が目標燃圧になるように燃圧制御弁が制御される。
【０００５】
また、特許文献２に開示された内燃機関の燃料供給装置は、フィード圧を有する燃料を圧送するフィードポンプ（低圧ポンプ）と、内燃機関のクランク軸に同期して回転するカム軸により駆動されてフィードポンプから圧送された燃料を加圧してデリバリパイプに圧送する高圧ポンプと、フィードポンプとデリバリパイプとの間に高圧ポンプと並列に設けられた電磁開閉弁と、デリバリパイプ内の燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、デリバリパイプ内の燃圧を検出する圧力センサと、電子制御装置とを備える。電子制御装置は、内燃機関の始動時に、デリバリパイプ内の燃圧がフィード圧以下であるときに電磁開閉弁を開弁する。これにより、フィードポンプから圧送された燃料は、高圧ポンプを通ってデリバリパイプに供給されると共に、開弁している電磁開閉弁を通ってデリバリパイプに供給されるので、低圧になっているデリバリパイプ内の燃圧を、短時間でフィード圧まで上昇させることができる。そして、デリバリパイプ内の燃圧がフィード圧を越えたとき、電磁開閉弁は閉弁する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１２５１６１号公報
【特許文献２】
特開平９−２５０４２６号公報（図１−図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１の従来技術では、デリバリパイプ内の燃圧は、内燃機関の始動開始から始動完了までは低圧ポンプの吐出圧に等しく、始動完了後に高圧ポンプから吐出される高圧の燃料による目標燃圧に向けての燃圧上昇が始まる。そのため、始動開始から目標燃圧に達するまでの時間が長くなり、目標燃圧での安定した燃料噴射を早期に行うことができない難点がある。
【０００８】
一方、特許文献２の従来技術では、電磁開閉弁は、内燃機関の始動開始時に開弁し、デリバリパイプ内の燃圧がフィード圧を越えたときに閉弁するため、高圧ポンプによる高圧燃料の供給開始時期は、始動完了前であると考えられる。しかしながら、デリバリパイプ内の燃圧が大気圧付近まで低下していることが多い内燃機関の冷間始動時は、燃料の気化状態が良好でないために、燃料噴射弁から噴射される燃料量を多くして、濃混合気を形成する必要がある。そのため、始動完了前に高圧ポンプから吐出される燃料のみがデリバリパイプに供給されているときには、供給される燃料量の不足によりデリバリパイプ内の燃圧が低下して、燃料噴射時間を長くしたとしても、噴射燃料量が不足することがあった。
【０００９】
また、始動時の必要燃料量は、クランキング状態を脱した後、機関回転速度の急速な上昇により一時的に増加してピークに達し、その後急速に減少するため、その後は、高圧燃料ポンプから供給される燃料量で必要燃料量を確保することができる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高圧燃料ポンプの吐出流量および燃料噴射弁の必要燃料流量を考慮して高圧燃料ポンプによる高圧燃料の供給開始時期を決定することにより、内燃機関の始動時に、噴射燃料量の不足を防止すると共にリザーバ内の燃圧のフィード圧から立上がり時期を早めることができる燃料供給装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、フィード圧を有するフィード燃料を圧送する低圧燃料ポンプと、前記フィード燃料を加圧して圧送する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプからの燃料が供給されるリザーバと、前記リザーバ内の燃料を噴射する燃料噴射弁と、制御手段とを備える内燃機関の燃料供給装置において、前記フィード圧の前記フィード燃料を前記リザーバに供給可能にするフィード燃料供給手段が設けられ、前記制御手段は、前記高圧燃料ポンプからの吐出流量および前記燃料噴射弁の必要燃料流量を算出し、前記内燃機関の始動開始時に前記フィード燃料供給手段を作動状態に保持し、前記リザーバ内の燃圧が前記フィード圧以下であって、しかも前記必要燃料流量が、前記吐出流量の２倍以下で前記吐出流量以上の範囲内の設定流量以下であるときに、前記制御手段は、前記フィード燃料供給手段の作動状態の保持を解除し、前記高圧燃料ポンプは、前記リザーバ内の燃圧が前記フィード圧以下のときに前記フィード燃料を通過させて前記リザーバに供給可能である内燃機関の燃料供給装置である。
【００１２】
これにより、内燃機関の始動時に作動するフィード燃料供給手段により、リザーバ内の燃圧がフィード圧以下で必要燃料流量が設定流量を越えるときには、高圧燃料ポンプが吐出行程で吐出する燃料量による制約を受けることなく、低圧燃料ポンプから圧送されるフィード燃料がそのままリザーバに供給されるので、必要燃料流量が多い場合にも、燃料噴射弁からの噴射燃料量が不足することはない。そして、必要燃料流量が設定流量以下になったときには、フィード燃料供給手段の作動状態が解除されると共に、必要燃料流量が設定流量に達した時点で高圧燃料ポンプによる高圧燃料のリザーバへの供給が開始される一方、必要燃料流量が多いためにリザーバの燃圧がフィード圧よりも低下している場合には、フィード燃料が高圧燃料ポンプを通過してリザーバに供給されるので、吐出流量が必要燃料流量よりも少ないときにも必要燃料流量が不足することがない。
【００１３】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、燃料供給装置の制御手段は、高圧燃料ポンプからの吐出流量および燃料噴射弁の必要燃料流量を算出し、内燃機関の始動開始時にフィード圧のフィード燃料をリザーバに供給可能にするフィード燃料供給手段を作動状態に保持し、リザーバ内の燃圧がフィード圧以下であって、しかも必要燃料流量が、吐出流量の２倍以下で吐出流量以上の範囲内の設定流量以下であるときに、制御手段は、フィード燃料供給手段の作動状態の保持を解除し、高圧燃料ポンプは、リザーバ内の燃圧がフィード圧以下のときにフィード燃料を通過させてリザーバに供給可能であることにより、必要燃料流量が設定流量を越えるときには、フィード燃料がリザーバに供給され、必要燃料流量が設定流量以下になったときには、必要燃料流量が設定流量に達した時点で高圧燃料ポンプによる高圧燃料のリザーバへの供給が開始されて、燃料量が始動完了を待つことなくリザーバ内の燃圧を高めることができるので、噴射燃料量の不足を防止すると共にリザーバ内の燃圧のフィード圧からの立上がり時期を早めることができて、目標燃圧での安定した燃料噴射を早期に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図７を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明の実施例である燃料供給装置が適用される内燃機関Ｅは、車両に搭載される火花点火式の直列４気筒内燃機関である。吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程の４行程を１サイクルとする内燃機関Ｅは、クランク軸５を回転駆動するピストン３が往復動可能に嵌合するシリンダ孔がそれぞれ形成された４つのシリンダ１を有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上端部に結合されたシリンダヘッド２とを備える。
【００１５】
シリンダヘッド２には、タイミングチェーンなどの伝動機構を介してクランク軸５に駆動連結されてその１／２の回転速度で回転駆動されるカム軸と、該カム軸を備える動弁装置と、該動弁装置により前記カム軸の回転位置に応じて開閉される吸気弁６および排気弁７とが設けられ、吸気弁６により開閉される吸気ポート８および排気弁７により開閉される排気ポート９が形成され、さらに各燃焼室１０内にそれぞれ液体燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられる。ここで、各燃焼室１０は、各シリンダ１とシリンダヘッド２との間で、ピストン３とシリンダヘッド２との間に形成される空間であり、ピストン３の往復動により容積が変化する可変容積空間である。
【００１６】
各吸気ポート８には吸気装置の吸気マニホルド１１が接続され、吸入空気が吸気マニホルド１１および吸気ポート８を通って燃焼室１０内に導かれる。また、各排気ポート９には排気装置の排気マニホルドが接続され、燃焼室１０内の燃焼ガスが排気ポート９を通って前記排気マニホルドに導かれる。
【００１７】
そして、ピストン３が下降する吸気行程で、吸気ポート８から燃焼室１０内に吸入された空気中に燃料噴射弁２０から燃料が噴射されて混合気が形成され、圧縮行程で上昇するピストン３により圧縮された混合気が点火栓（図示されず）により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降するピストン３が、コンロッド４を介してクランク軸５を回転駆動する。燃焼ガスは、ピストン３が上昇する排気行程で、排気ガスとして燃焼室１０から排気ポート９に排出される。
【００１８】
後述する必要燃料量の燃料を吸気行程の所定時期に燃焼室１０内に噴射する燃料噴射弁２０に燃料を供給する前記燃料供給装置は、燃料を貯留する燃料タンク２１と、燃料タンク２１から汲み上げた燃料を加圧して吐出する低圧燃料ポンプ２２と、低圧燃料ポンプ２２から圧送された燃料をさらに加圧して吐出する高圧燃料ポンプ２３と、高圧燃料ポンプ２３から供給された高圧燃料を貯留するリザーバとしてのデリバリパイプ２４と、デリバリパイプ２４に連通状態で接続されると共にデリバリパイプ２４内の燃料を各燃焼室１０内に噴射する４つの燃料噴射弁２０と、低圧燃料ポンプ２２と高圧燃料ポンプ２３と間の一次燃料導管２５に接続された燃圧調整装置２７と、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄを検出する燃圧検出手段としての燃圧センサ２８と、低圧燃料ポンプ２２、高圧燃料ポンプ２３および燃料噴射弁２０などを制御する制御手段としての電子制御装置（以下、ＥＣＵという。）２９とを備える。
【００１９】
ＥＣＵ２９には、機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ３０、吸入空気量Ｑａを検出する吸気量センサ３１、クランク軸５のクランク角θを検出するクランク角センサ３２、内燃機関Ｅが始動状態にある（すなわち、始動時である）ことを、例えば機関回転速度Ｎｅを検出することにより検出する始動センサ３３、冷却水などから機関温度を検出する機関温度センサ３４などの各種運転状態検出センサからの検出信号が入力される。なお、始動状態とは、始動電動機などの始動手段により内燃機関Ｅが回転を開始する始動開始時から内燃機関Ｅが完爆状態になる始動完了時までの運転状態である。
【００２０】
低圧燃料ポンプ２２は、バッテリを電源とする電動式ポンプであり、始動手段としての始動電動機を作動させる始動スイッチのオン信号で作動を開始し、点火スイッチのオフ信号で停止する。低圧燃料ポンプ２２から吐出された燃料を高圧燃料ポンプ２３に導く一次燃料導管２５には、吐出された燃料の燃圧をフィード圧Ｐｆに設定する、例えば標準フィード圧として０．５ＭＰａに設定する燃圧調整装置２７が接続される。それゆえ、低圧燃料ポンプ２２は、燃圧調整装置２７により設定されたフィード圧Ｐｆを有するフィード燃料を高圧燃料ポンプ２３に圧送する。
【００２１】
図２を併せて参照すると、燃料タンク２１内に配置された燃圧調整装置２７は、ケース２７ａ内を制御室２７ｂと燃圧室２７ｃとに区画するダイヤフラム２７ｄと、一次燃料導管２５に接続されて低圧燃料ポンプ２２から吐出された燃料の一部を燃圧室２７ｃに導く導入管２７ｅと、燃圧室２７ｃ内の燃料を燃料タンク２１に戻す戻り管２７ｆと、制御室２７ｂ内に配置されてフィード圧Ｐｆを前記標準フィード圧に設定する調整ばね２７ｇと、ダイヤフラム２７ｄに設けられて戻り管２７ｆを開閉する弁体２７ｈと、フィード圧Ｐｆを変更する制御機構３５とを備える。
【００２２】
制御機構３５は、燃料タンク２１内に配置されて制御室２７ｂの圧力を制御する制御弁３６と、燃料タンク２１外に配置されて該制御弁３６を駆動すべくＥＣＵ２９により制御される圧力制御弁３７とを有する。制御弁３６は、ダイヤフラム３６ａにより区画される圧力室３６ｂと、該圧力室３６ｂに導入される圧力に応じて駆動される弁体３６ｃとを有し、制御室２７ｂに接続された導管３８を介して、低圧燃料ポンプ２２から吐出された燃料および燃料タンク２１内の雰囲気を択一的に制御室２７ｂに導く。そのために、弁体３６ｃは、いずれも導管３８に設けられて導入管２７ｅに連通する連通口３８ａと燃料タンク２１内の雰囲気に連通する連通口３８ｂとを択一的に開閉する。
【００２３】
燃圧センサ２８により検出されるデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄに応じて制御される圧力制御弁３７は、吸気マニホルド１１に逆止弁１２を介して連通する負圧タンク１３内に蓄えられた吸気負圧である負圧および大気圧を切り換えて圧力室３６ｂに導く。そして、圧力制御弁３７は、燃圧Ｐｄが目標燃圧Ｐｔよりも小さい圧力である基準燃圧Ｐｒ未満のときに圧力室３６ｂに負圧を導くことにより、制御弁３６が、連通口３８ａを開くと共に連通口３８ｂを閉じて、導管３８を導入管２７ｅに連通させる。この結果、制御室２７ｂには、燃圧室２７ｃと同様に、低圧燃料ポンプ２２から吐出された燃料が導かれて、弁体２７ｈが調整ばね２７ｇのばね力により戻り管２７ｆを閉じるため、調整ばね２７ｇによる燃圧調整が行われなくなって、すなわち燃圧調整装置２７の作動が停止されて、前記標準フィード圧よりも高いフィード圧Ｐｆのフィード燃料が低圧燃料ポンプ２２から高圧燃料ポンプ２３に圧送される。
【００２４】
また、燃圧Ｐｄが基準燃圧Ｐｒ以上になると、圧力制御弁３７は圧力室３６ｂに大気圧を導くことにより、制御弁３６が、連通口３８ｂを開くと共に連通口３８ａを閉じて、導管３８を燃料タンク２１内の雰囲気中に連通させる。この結果、制御室２７ｂは前記雰囲気中に開放されて、実質的に燃圧室２７ｃの燃圧と調整ばね２７ｇのばね力とに基づいて弁体２７ｈが戻り管２７ｆを開閉することにより燃圧調整が行われるので、燃圧調整装置２７が作動して、低圧燃料ポンプ２２からは前記標準フィード圧のフィード燃料が高圧燃料ポンプ２３に圧送される。
【００２５】
なお、高温再始動時において、燃圧調整装置２７の作動を停止して、前記標準フィード圧よりもフィード圧Ｐｆを高めることにより、一次燃料導管２５内の燃料内でのベーパの生成を抑制して、ベーパロックの発生を防止することができる。
【００２６】
図３を参照すると、低圧燃料ポンプ２２よりも高圧の燃料を吐出する高圧燃料ポンプ２３は、内燃機関Ｅにより回転駆動される駆動軸としての前記カム軸により駆動される容積型の往復式ポンプである。高圧燃料ポンプ２３は、前記カム軸に設けられたポンプ駆動用のカム４０と、カム４０に駆動されて往復動するプランジャ４１と、プランジャ４１を摺動可能に収容すると共にプランジャ４１との間に可変容積室であるポンプ室４３を形成するボディ４２と、ポンプ室４３から吐出される燃料量を調整する燃料量調整手段としてのスピル弁５０と、ボディ４２に形成された吸入ポート４４および吐出ポート４５を開閉する吸入逆止弁４６および吐出逆止弁４７とを有する。吸入逆止弁４６および吐出逆止弁４７は、フィード圧Ｐｆが作用するときの開弁力に比べて無視できる程度の僅かなばね力を作用させるばね４８により、閉弁方向に付勢されている。
【００２７】
２つのカム山を有するカム４０は、前記カム軸の１回転毎に、プランジャ４１に吸入行程および吐出行程からなる往復運動を２回行わせる。一次燃料導管２５は、ボディ４２の、吸入ポート４４が形成された吸入部４２ａに接続されて、吸入ポート４４が、一次燃料導管２５により形成されるフィード燃料通路に連通し、デリバリパイプ２４に接続される二次燃料導管２６は、ボディ４２の、吐出ポート４５が形成された吐出部４２ｂに接続されて、吐出ポート４５が、二次燃料導管２６により形成される高圧燃料通路に連通する。
【００２８】
吸入逆止弁４６は、吸入ポート４４内およびポンプ室４３内の燃圧に応じて、吸入ポート４４からポンプ室４３への燃料の流入を許容し、ポンプ室４３から吸入ポート４４への燃料の流出を阻止する。また、吐出逆止弁４７は、吐出ポート４５内およびポンプ室４３内の燃圧に応じて、ポンプ室４３から吐出ポート４５への燃料の流出を許容し、吐出ポート４５からポンプ室４３への燃料の流入を阻止する。それゆえ、図３（Ａ）に示されるように、高圧燃料ポンプ２３の吸入行程時に、フィード燃料は、吸入ポート４４および開弁した吸入逆止弁４６を通って、吐出逆止弁４７により吐出ポート４５が閉じられたポンプ室４３へ吸入される。また、図３（Ｃ）に示されるように、その吐出行程時に、ポンプ室４３内の燃料は、吸入逆止弁４６により吸入ポート４４が閉じられたポンプ室４３から、開弁した吐出逆止弁４７および吐出ポート４５を通って吐出され、さらに前記高圧燃料通路を通ってデリバリパイプ２４に供給される。
【００２９】
ＥＣＵ２９によりその開閉が制御されるスピル弁５０は、弁体５０ａとしての吸入逆止弁４６と、ＥＣＵ２９により励磁状態が制御されるソレノイド５０ｂと、ソレノイド５０ｂの励磁状態に応じて吸入逆止弁４６に当接可能な作動部材であるロッド５０ｃと、ロッド５０ｃを付勢する戻しばね５０ｄとから構成される常開型の電磁弁である。
【００３０】
ロッド５０ｃは、ソレノイド５０ｂが消磁されているとき、戻しばね５０ｄのばね力により進出し、吸入逆止弁４６に当接して吸入逆止弁４６を強制的に開弁させて開弁状態に保持する作動位置と、ソレノイド５０ｂが励磁されて、ロッド５０ｃが戻しばね５０ｄのばね力に抗して吸引されて後退し、吸入逆止弁４６に当接することなく吸入逆止弁４６の逆止弁機能を妨げない非作動位置との間で移動可能である。
【００３１】
そして、ＥＣＵ２９は、燃圧センサ２８の検出信号に基づいて燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも大きいとき、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄが、予め設定された目標燃圧Ｐｔ、例えば１０ＭＰａになるように、スピル弁５０の開閉を制御して、高圧燃料ポンプ２３の吐出量を制御する。具体的には、燃圧センサ２８により検出された燃圧Ｐｄが目標燃圧Ｐｔ以下のとき、図３（Ｃ）に示されるように、ロッド５０ｃが非作動位置を占めることによりスピル弁５０は非作動状態にあり、吐出行程時に吸入逆止弁４６は閉弁状態になって、スピル弁５０が閉弁されることになる。このため、吐出行程時にポンプ室４３内の燃料はスピル弁５０を通って流出することはない。
【００３２】
一方、燃圧Ｐｄが目標燃圧Ｐｔを越えるとき、図３（Ｂ）に示されるように、ロッド５０ｃが作動位置を占めることによりスピル弁５０は作動状態にあり、吐出行程時に吸入逆止弁４６が強制的に開弁されて、スピル弁５０が開弁することになる。このため、吐出行程時にポンプ室４３内の燃料はスピル弁５０、ここでは吸入逆止弁４６を通って前記フィード燃料通路に流出して、高圧燃料ポンプ２３からデリバリパイプ２４へ供給される燃料量が減少する。このときのスピル弁５０の開閉時期は、燃圧センサ２８により検出された燃圧Ｐｄと目標燃圧Ｐｔとの比較に基づいて、ＥＣＵ２９により決定される。
【００３３】
図１，図４を参照すると、デリバリパイプ２４には、燃圧センサ２８が取り付けられ、さらに各燃料噴射弁２０およびアキュムレータ３９が接続される。アキュムレータ３９は、ハウジング３９ａと、ハウジング３９ａ内を、窒素などの封入気体が封入される制御室３９ｂとデリバリパイプ２４に連通して燃料を貯留する貯留室３９ｃに区画する可動壁としてのダイヤフラム３９ｄと、制御室３９ｂ内に配置されて貯留室３９ｃの容積を減少させるようにダイヤフラム３９ｄを付勢する制御ばね３９ｅとを備える。
【００３４】
そして、燃圧Ｐｄが、内燃機関Ｅの停止時にほぼ大気圧になっている状態（このときのダイヤフラム３９ｄの位置が図４に一点鎖線で示されている。）から、内燃機関Ｅの始動開始後、次第に上昇して目標燃圧Ｐｔになったときには、図４に二点鎖線に示されるように燃圧Ｐｄにより前記封入気体の圧力および制御ばね３９ｅによるばね力に抗してダイヤフラム３９ｄが変形して、貯留室３９ｃに高圧の燃料が貯留される。
【００３５】
内燃機関Ｅの停止後、高圧燃料ポンプ２３からの僅かな漏れや温度低下により、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄは低下するが、このとき、ダイヤフラム３９ｄが前記封入気体の圧力および制御ばね３９ｅのばね力により押し出されて（図５に実線で示されている。）、高圧の燃料が貯留室３９ｃからデリバリパイプ２４内に放出されるので、燃圧Ｐｄの高圧状態を長く保持することができる。また、アキュムレータ３９により各燃料噴射弁２０からの燃料の噴射により発生するデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄの変動が緩和されて、安定した燃圧Ｐｄの下で正確な燃料量を噴射することができる。
【００３６】
図１を参照すると、電磁弁からなる各燃料噴射弁２０は、燃料噴射弁２０内に形成される弁内燃料通路（図示されず）がデリバリパイプ２４内に常時連通する状態でデリバリパイプ２４に接続されている。ＥＣＵ２９は、吸気行程における所定の噴射時期に、所定の必要燃料量で、デリバリパイプ２４内の目標燃圧Ｐｔの燃料を各燃焼室１０内に噴射すべく、燃料噴射弁２０を所定の開弁時間だけ開弁する。ここで、噴射時期および燃料噴射弁２０から燃焼室１０内に噴射されるべき噴射燃料量である必要燃料量は、前記各種運転状態検出センサにより検出される運転状態に基づいて算出される。
【００３７】
ＥＣＵ２９のメモリには、燃料噴射弁２０、スピル弁５０、燃圧調整装置２７などを前述のように制御するための制御プログラムや各種マップのほかに、内燃機関Ｅの始動時に、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆ以下のときにおけるスピル弁５０などを制御するための制御プログラムや各種マップが記憶されており、ＥＣＵ２９はこれら制御プログラムにしたがってスピル弁５０などを制御する。
【００３８】
以下、内燃機関Ｅの始動時におけるスピル弁５０の始動時制御について、図５〜図７を参照して説明する。
内燃機関Ｅが始動時であり、かつデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆ以下であるとき、スピル弁５０は、高圧燃料ポンプ２３の吐出流量Ｑｐと燃料噴射弁２０の必要燃料流量Ｑｉとに基づいて制御される。ここで、吐出流量Ｑｐは、高圧燃料ポンプ２３の吐出容量（ポンプ室４３の最大容積と最小容積との差である。）に基づいて、例えば内燃機関Ｅの１サイクルにおける高圧燃料ポンプ２３からの吐出容量による吐出燃料量の合計と機関回転速度Ｎｅとにより、そして必要燃料流量Ｑｉは、例えば内燃機関Ｅの１サイクルにおける必要燃料量と機関回転速度Ｎｅとにより、ＥＣＵ２９によりそれぞれ算出される。したがって、ここでの吐出流量Ｑｐは、高圧燃料ポンプ２３の最大吐出流量である。
【００３９】
所定時間毎に実行される始動時制御のルーチンを説明するための図５のフローチャートを参照すると、始動センサ３３（図１参照）からの検出信号に基づいて、ステップＳ１で内燃機関Ｅが始動時か否かが判断され、この判断が否定されるとき、このルーチンは終了する。ステップＳ１の判断が肯定されるとき、内燃機関Ｅは始動時であり、ステップＳ２で燃圧Ｐｄが燃圧調整装置２７の設定圧を高め必要があるか判断する基準燃圧Ｐｒ未満であるか否かが判断される。
【００４０】
この判断が否定されるとき、ステップＳ３に進んで、燃圧調整装置２７が作動状態にされた後、このルーチンは終了する。燃圧調整装置２７が作動状態になると、調整ばね２７ｇによりフィード燃料の燃圧が一定の前記標準フィード圧に調整される。ステップＳ２での判断が肯定されるとき、ステップＳ４に進んで、制御機構３５により制御室２７ｂに一次燃料導管２５の燃料が導かれて燃圧調整装置２７の作動が停止され、低圧燃料ポンプ２２からは、低圧燃料ポンプ２２の作動特性に基づく吐出圧により規定されて、前記標準フィード圧よりも高圧であるフィード圧Ｐｆの燃料が、高圧燃料ポンプ２３に圧送される。
【００４１】
ステップＳ５では、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆ以下か否かが判断され、この判断が否定されるときこのルーチンは終了し、この判断が肯定されるとき、ステップＳ６に進んで吐出流量Ｑｐおよび必要燃料流量Ｑｉが算出される。
【００４２】
ところで、図６を併せて参照すると、内燃機関Ｅの冷間始動時に、始動開始時点ｔ０の直後からしばらくの間、始動電動機により駆動される内燃機関Ｅはほぼ一定（実際には、僅かに脈動している。）のクランキング回転速度Ｎｅｃで回転しており、このクランキング状態の終了時点ｔ１、すなわち内燃機関Ｅが自力回転を開始する時点以後、機関回転速度Ｎｅは急速に上昇してアイドリング回転速度直前での完爆状態の所定回転数に達した時点ｔ４で始動が完了する。
【００４３】
そして、高圧燃料ポンプ２３の吐出流量Ｑｐは、機関回転速度Ｎｅに正比例しており（そして、機関回転速度Ｎｅの脈動に起因して僅かに脈動している。）、クランキング状態終了時点ｔ１以後に急速に上昇する。一方、必要燃料流量Ｑｉは、内燃機関Ｅが低温の状態にある始動開始直後には、濃混合気を形成するために多くなり、さらにクランキング状態終了後には、機関回転速度の急速な上昇により一時的に増加した後に、急速に減少する。具体的には、クランキング状態終了時点ｔ１から始動完了時点ｔ４までの間、一時的に急増してピークに達し、以後急速に減少する必要燃料流量Ｑｉは、その間に、時点ｔ２で吐出流量Ｑｐの２倍と等しくなり、その後時点ｔ３で吐出流量Ｑｐと等しくなった後、始動完了時点ｔ４には吐出流量Ｑｐよりも大幅に少なくなり、さらにアイドリング時の必要燃料流量まで減少する。
【００４４】
このことを踏まえて、ステップＳ７では、必要燃料流量Ｑｉが、吐出流量Ｑｐの２倍以下であり、かつ吐出流量Ｑｐ以上であるか否かが判断される。ステップＳ７での判断が否定されるとき、ステップＳ８に進んで必要燃料流量Ｑｉが吐出流量Ｑｐの２倍を越えるか否かが判断される。この判断が肯定されるとき、ステップＳ９に進んで、スピル弁５０は作動状態に保持される。すなわち、ソレノイド５０ｂが消磁状態にされて、スピル弁５０は作動状態である開弁状態、すなわちロッド５０ｃが作動位置を占めて吸入逆止弁４６が開弁状態に保持されて（図３（Ｂ）参照）、ポンプ室４３と前記フィード燃料通路とが開弁している吸入逆止弁４６および吸入ポート４４を通って連通する。
【００４５】
このため、始動開始時点ｔ０から作動している低圧燃料ポンプ２２からのフィード燃料は、開弁状態に保持される吸入逆止弁４６、ポンプ室４３および吐出逆止弁４７を通って、すなわち低回転速度で回転するカム４０により駆動される高圧燃料ポンプ２３により殆ど加圧されることなく高圧燃料ポンプ２３を通過して、デリバリパイプ２４に供給される。
【００４６】
このとき、図６，図７（Ａ１），（Ａ２）に示されるように、吐出流量Ｑｐ（図７（Ａ１）に右下がりのハッチングで示されている。）よりも多い必要燃料流量Ｑｉ（図７（Ａ１），（Ａ２）に右上がりのハッチングで示されている。）に等しい量のフィード燃料は、デリバリパイプ２４内の燃料が燃料噴射弁２０から噴射された燃料量の分だけ減少して、フィード圧Ｐｆ以下で脈動する燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも低下している状態にある頻度が高いために、高圧燃料ポンプ２３の吸入行程時および吐出行程時において、高圧燃料ポンプ２３の吐出容量を上回る量のフィード燃料が高圧燃料ポンプ２３を通過することによりデリバリパイプ２４に供給される。それゆえ、スピル弁５０は、フィード燃料を、高圧燃料ポンプ２３により加圧することなく高圧燃料ポンプ２３を通過させてデリバリパイプ２４に供給可能にするフィード燃料供給手段を構成する。そして、スピル弁５０の作動状態が保持されて、このルーチンは終了する。
【００４７】
なお、このとき、仮に、スピル弁５０が作動状態にない、すなわち吸入逆止弁４６が前記フィード燃料通路内の燃圧とポンプ室４３内の燃圧との差圧に基づいて開閉される状態にあるとすると、高圧燃料ポンプ２３の吐出行程時にフィード圧Ｐｆよりも僅かに高圧になるポンプ室４３内の燃圧およびばね４８のばね力により吸入逆止弁４６が閉弁するため、図７（Ａ１）に二点鎖線で囲まれる量だけ、吐出行程時に高圧燃料ポンプ２３を通過する燃料量が減少して、燃料噴射弁２０からの噴射燃料量が不足することがある。
【００４８】
ステップＳ８での判断が否定されるとき、このルーチンは終了する。このとき、高圧燃料ポンプ２３の吐出流量Ｑｐは、必要燃料流量Ｑｉよりも多く、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄは、目標燃圧Ｐｔに向かって高められつつある。
【００４９】
ステップＳ７での判断が肯定されるとき、ステップＳ１０に進んで、必要燃料流量Ｑｉが、高圧燃料ポンプ２３によるフィード燃料の加圧を開始するための予め設定された設定流量Ｑｓに達したか否かが判断される。この判断が否定されるとき、ステップＳ９に進んで、スピル弁５０の作動状態が保持される。ステップＳ１０での判断が肯定されるとき、ステップＳ１１に進んで、スピル弁５０の作動状態の保持が解除されて、このルーチンが終了する。
【００５０】
この解除により、燃圧Ｐｄが目標燃圧Ｐｔよりも小さいために、スピル弁５０は閉弁状態となるようにロッド５０ｃが非作動位置を占めて、吸入逆止弁４６は、ロッド５０ｃの規制を受けることなく前記フィード燃料通路内の燃圧とポンプ室４３内の燃圧との差圧に応じて吸入ポート４４を開閉する逆止弁機能を行うことが可能な状態になり、またスピル弁５０はデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄに応じて、燃圧Ｐｄを目標燃圧Ｐｔにするための作動が可能な状態になる。そして、高圧燃料ポンプ２３は、吐出行程でフィード圧Ｐｆよりも高い燃圧の高圧燃料を吐出することが可能な高圧作動状態になる。
【００５１】
この実施例では、設定流量Ｑｓは、吐出流量Ｑｐの２倍に等しい値に設定されている。そして、図６，図７（Ｂ１），（Ｂ２）を参照すると、必要燃料流量Ｑｉが時点ｔ２で吐出流量Ｑｐの２倍に等しくなったとき、吐出流量Ｑｐ（図７（Ｂ１）に右下がりのハッチングで示されている。）よりも多い必要燃料流量Ｑｉ（図７（Ｂ１），（Ｂ２）に右上がりのハッチングで示されている。）に等しい量のフィード燃料は、前述と同様の理由により、燃料が燃料噴射弁２０から噴射された燃料量の分だけ減少して、燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも低下している状態にある頻度が高いために、高圧燃料ポンプ２３の吸入行程時および吐出行程時において、高圧燃料ポンプ２３の吐出容量に等しい量のフィード燃料が高圧燃料ポンプ２３を通過することによりデリバリパイプ２４に供給される。
【００５２】
その後、時点ｔ２を過ぎて、必要燃料流量Ｑｉが減少する一方で吐出流量Ｑｐが増加して必要燃料流量Ｑｉと吐出流量Ｑｐとが等しくなる時点ｔ３までの間では、例えば図７（Ｃ１），（Ｃ２）に示されるように、必要燃料流量Ｑｉ（図７（Ｃ１），（Ｃ２）に右上がりのハッチングで示されている。）は吐出流量Ｑｐ（図７（Ｃ１）に右下がりのハッチングで示されている。）よりも多いものの、燃料が燃料噴射弁２０から噴射された燃料量の分だけ減少して、燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも低下する状態になるとき、高圧燃料ポンプ２３の吸入行程時にはフィード圧Ｐｆの燃料が供給されると共に、吐出行程時には、高圧燃料ポンプ２３の吐出容量に等しい燃料量が必要燃料量よりも多くなるため、このときの余剰燃料がフィード圧Ｐｆよりも高圧にされてデリバリパイプ２４に供給される。また、この時点で、燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも僅かに低下したとしても、ステップＳ１０での判断が肯定されるため、今回の始動時において、スピル弁５０が再度作動状態になることはない。
【００５３】
この結果、この高圧の余剰燃料によりデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄは、スピル弁５０が作動状態にある場合に比べて高圧になると共に、デリバリパイプ２４内の燃料量も増加する。そして、前記余剰燃料は時間の経過と共に多くなるので、図６に示されるように、時点ｔ３前に燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆを越えて上昇し始める。そして、時点ｔ３を過ぎてからは、吐出流量Ｑｐが必要燃料流量Ｑｉよりも多くなるので、時間の経過と共にデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄが増加して目標燃圧Ｐｔに達して、スピル弁５０の開閉により目標燃圧Ｐｔに保持するための制御が行われる。
【００５４】
次に、前述のように構成された実施例の効果について説明する。
ＥＣＵ２９は、高圧燃料ポンプ２３からの吐出流量Ｑｐおよび燃料噴射弁２０の必要燃料流量Ｑｉを算出し、内燃機関Ｅの始動開始時にフィード圧Ｐｆのフィード燃料をデリバリパイプ２４に供給可能にするスピル弁５０を作動状態に保持し、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆ以下であって、しかも必要燃料流量Ｑｉが、吐出流量Ｑｐの２倍以下で吐出流量Ｑｐ以上の範囲内の設定流量Ｑｓ以下であるときに、ＥＣＵ２９は、スピル弁５０の作動状態の保持を解除し、高圧燃料ポンプ２３は、燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆ以下のときにフィード燃料を通過させてデリバリパイプ２４に供給可能であることにより、必要燃料流量Ｑｉが設定流量Ｑｓを越えるときには、高圧燃料ポンプ２３が吐出行程で吐出する燃料量による制約を受けることなく、低圧燃料ポンプ２２から圧送されるフィード燃料がそのままデリバリパイプ２４に供給されるので、クランキング状態のときに必要燃料流量Ｑｉが多い場合にも燃料噴射弁２０から燃焼室１０に噴射される噴射燃料量が不足することはなく、また必要燃料流量Ｑｉが設定流量Ｑｓ以下になったときには、必要燃料流量Ｑｉが設定流量Ｑｓに達した時点で高圧燃料ポンプ２３による高圧燃料のデリバリパイプ２４への供給が開始されて、燃料量が始動完了を待つことなくデリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄを高めることができ、さらに必要燃料流量Ｑｉが多いために燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも低下している場合には、フィード燃料が高圧燃料ポンプ２３を通過してデリバリパイプ２４に供給されるので、吐出流量Ｑｐが必要燃料流量Ｑｉよりも少ないときにも必要燃料流量Ｑｉが不足することがない。この結果、始動時における噴射燃料量の不足が防止されて、始動性が向上すると共に、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄのフィード圧Ｐｆから立上がり時期を早めることができるので、始動開始から早い時期に燃圧Ｐｄが目標燃圧Ｐｔに達するようにすることができて、目標燃圧Ｐｔでの安定した燃料噴射を早期に行うことができる。そして、始動開始から早い時期に燃圧Ｐｄが高められることにより、燃料噴射弁２０から噴射された燃料の霧化が促進されて、燃焼性が向上し、始動性が向上する。
【００５５】
また、設定流量Ｑｓが吐出流量Ｑｐの２倍に設定されることにより、始動開始時から最も早い時期に高圧燃料ポンプ２３による高圧燃料のデリバリパイプ２４への供給を開始して、燃圧Ｐｄの立上がり時期を最も早くできるので、目標燃圧Ｐｔによる燃料噴射の開始時期を一層早くできる。
【００５６】
ＥＣＵ２９は、燃圧センサ２８の検出信号に基づいて、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄが基準燃圧Ｐｒ未満のとき、燃圧Ｐｄが基準燃圧Ｐｒ以上のときに比べてフィード圧Ｐｆを高めるように燃圧調整装置２７を制御することにより、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄがフィード圧Ｐｆよりも高い基準燃圧Ｐｒに達するまでは、燃圧調整装置２７の作動が停止されて、フィード圧Ｐｆが、燃圧調整装置２７が作動しているときよりも高圧にされるので、噴射時間を一層短くできるため噴射燃料量が不足することがなく、また噴射された燃料の霧化が一層促進されて、始動性が向上する。さらに、前記高圧作動状態にある高圧燃料ポンプ２３から吐出される高圧燃料により、燃圧Ｐｄが目標燃圧Ｐｔに達するまでの時間を一層短くすることができる。
【００５７】
デリバリパイプ２４に連通するアキュムレータ３９が設けられていることにより、内燃機関Ｅの停止後、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄが低下するとき、高圧の燃料がアキュムレータ３９からデリバリパイプ２４内に放出されるので、デリバリパイプ２４内の燃圧Ｐｄの高圧状態を長く保持することができる。
【００５８】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
設定流量Ｑｓは、前記実施例では、吐出流量Ｑｐの２倍に設定されたが、吐出流量Ｑｐの２倍未満で、かつ吐出流量Ｑｐ以上の範囲内の任意の吐出流量Ｑｐに設定されていればよく、これによっても、特許文献１の従来技術に比べて、燃圧Ｐｄの立上がり時期を早くすることができる。
【００５９】
前記フィード燃料供給手段は、低圧燃料ポンプ２２およびデリバリパイプ２４の間で、高圧燃料ポンプ２３をバイパスする燃料導管に設けられたバイパス弁により構成されてもよい。また、スピル弁５０は、吸入逆止弁４６をバイパスしてポンプ室４３とフィード燃料通路とを連通するバイパス燃料通路に設けられてもよい。
【００６０】
アキュムレータ３９の燃料の貯留容量を、始動時における噴射燃料量の合計である総噴射燃料量よりも大きく設定することにより、始動開始直後から高い燃圧Ｐｄでの燃料噴射が可能になる。
【００６１】
また、内燃機関Ｅは、火花点火式のものではなく、圧縮着火式のものであってもよい。また、燃料噴射弁２０は、吸気ポートを含む吸気通路に燃料を噴射するように設けられてもよい。
【００６２】
内燃機関Ｅは、４気筒以外の多気筒内燃機関であってもよく、さらに単気筒内燃機関であってもよい。内燃機関Ｅは、前記実施例では車両に使用されるものであったが、鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機などの船舶推進装置に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示し、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の概略の構成図である。
【図２】図１の燃料供給装置の燃圧調整装置の概略断面図である。
【図３】図１の燃料供給装置の高圧燃料ポンプの断面図であり、（Ａ）はスピル弁が非作動状態にあるときの吸入行程を示し、（Ｂ）はスピル弁が作動状態にあるときの吐出行程を示し、（Ｃ）はスピル弁が非作動状態にあるときの吐出行程を示す。
【図４】図１の燃料供給装置のアキュムレータの概略断面図である。
【図５】図１の燃料供給装置のスピル弁の始動時制御のルーチンを説明するフローチャートである。
【図６】図１の燃料供給装置のデリバリパイプ内の燃圧、高圧燃料ポンプの吐出流量、燃料噴射弁の必要燃料流量および機関回転速度の概略のタイムチャートである。
【図７】図１の燃料供給装置の高圧燃料ポンプの吐出流量および燃料噴射弁の必要燃料流量を説明する図であり、（Ａ１），（Ｂ１），（Ｃ１）は、内燃機関の１サイクルにおける高圧燃料ポンプを通過する燃料量および吐出流量を示し、（Ａ２），（Ｂ２），（Ｃ２）は、内燃機関の１サイクルにおける燃料噴射弁の必要燃料流量を示す。
【符号の説明】
１…シリンダ、２…シリンダヘッド、３…ピストン、４…コンロッド、５…クランク軸、６…吸気弁、７…排気弁、８…吸気ポート、９…排気ポート、１０…燃焼室、１１…吸気マニホルド、１２…逆止弁、１３…負圧タンク、
２０…燃料噴射弁、２１…燃料タンク、２２…低圧燃料ポンプ、２３…高圧燃料ポンプ、２４…デリバリパイプ、２５，２６…燃料導管、２７…燃圧調整装置、２８…燃圧センサ、２９…ＥＣＵ、３０…回転速度センサ、３１…吸気量センサ、３２…クランク角センサ、３３…始動センサ、３５…制御機構、３６…制御弁、３７…圧力制御弁、３８…導管、３９…アキュムレータ、４０…カム、４１…プランジャ、４２…ボディ、４３…ポンプ室、４４…吸入ポート、４５…吐出ポート、４６…吸入逆止弁、４７…吐出逆止弁、４８…ばね、５０…スピル弁、
Ｅ…内燃機関、Ｎｅ…機関回転速度、Ｑａ…吸入空気量、Ｑｐ…吐出流量、Ｑｉ…必要燃料流量、Ｑｓ…設定流量、θ…クランク角、Ｐｆ…フィード圧、Ｐｄ…燃圧、Ｐｔ…目標燃圧、Ｐｒ…基準燃圧。
【図１】
2004176650.tif 000003
【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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