(57)【要約】【課題】高圧燃料ポンプを利用して燃料を噴射する内燃機関において、停止時にインジェクタから内燃機関本体への燃料の漏れが発生することがあり、始動時の排気エミッションの悪化を招いている。【解決手段】イグニションキーがオフとなり、ＥＣＵに対して内燃機関停止信号が送信されると（Ｓ１０）、ＥＣＵは高圧燃料ポンプを停止する（Ｓ１２）。このとき、低圧燃料ポンプの動作は継続させる。ＥＣＵは、高圧燃料配管内の圧力を下げるために必要な燃料噴射量を算出し（Ｓ１４）、インジェクタの噴射回数ｎを設定する（Ｓ１６）。設定された噴射回数ｎに達した場合（Ｓ２０のＹ）、ＥＣＵは燃料噴射と点火とを停止し、低圧燃料ポンプを停止する（Ｓ２２）。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプと、前記低圧燃料ポンプにより汲み上げられた所定圧力の燃料を加圧して高圧燃料配管内へ圧送する高圧燃料ポンプとを有し、前記高圧燃料配管内の燃料をインジェクタを介して内燃機関の燃焼室内へと供給する内燃機関の燃料供給装置において、
前記内燃機関を停止するときに前記高圧燃料ポンプの加圧動作を停止しかつ前記インジェクタの噴射動作を継続させ前記高圧燃料配管内の燃料圧力を低下させるとともに、前記燃料圧力を低下させる際、前記低圧燃料ポンプを作動させ前記所定圧力の燃料を前記高圧燃料配管内へ圧送する燃料圧力低下手段を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料圧力低下手段は、前記内燃機関の停止操作を検知したとき、前記高圧燃料配管内の燃料圧力の検出結果をもとに前記インジェクタの噴射回数を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料圧力低下手段は、少なくとも前記インジェクタの噴射動作の終期よりも前に前記低圧燃料ポンプを作動状態におくことを特徴とする請求項１または２に記載の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、内燃機関へ燃料を供給する燃料供給装置、特に、燃料タンク内の燃料を低圧燃料ポンプによって一旦高圧燃料ポンプに供給し、さらに高圧燃料ポンプによりインジェクタへ圧送して噴射させ、内燃機関へ供給する燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内に燃料を直接噴射する型のガソリンエンジン（以下「直噴ガソリンエンジン」ともいう）は、燃費や出力特性上のメリットから、今後さらなる普及が期待されている。
直噴ガソリンエンジンでは、燃料を効果的に霧化するために、インジェクタから噴射する燃料に高い圧力が要求される。このため、一般に燃料の加圧は二段構成になっており、まず低圧燃料ポンプによって燃料タンク内の燃料を汲み上げ、この時点で燃料を所定圧力（フィード圧ともいう）まで引き上げる。つぎにフィード圧の燃料を高圧燃料ポンプで加圧してデリバリパイプ内へ圧送する。ふたつのポンプによる加圧はエンジンの運転中は継続してなされ、一方、エンジンの停止操作がなされれば、通常、インジェクタの噴射動作が直ちに停止され、ふたつのポンプも止まり、エンジンが停止する。このため、エンジン停止後もデリバリパイプ内に高圧燃料が保持される。
【０００３】
そのため、一般的な問題として、デリバリパイプ内の高圧燃料がエンジンの停止期間中にインジェクタから漏れ、燃焼室内、特にピストンに付着し、次回、エンジンの始動時に異常燃焼を誘発しうる。異常燃焼は、排気エミッションの悪化やノッキングの原因となる。この問題を回避すべく、特開平１１−２４７７３４号公報においては、内燃機関を停止する際、デリバリパイプ内への燃料の圧送を停止した状態でインジェクタの噴射動作を継続して燃焼を行わせ、デリバリパイプ内の燃料圧力（以下これを「制御燃圧」ともいう）を低下させている。以下、この噴射動作を「降圧噴射」とも呼ぶ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報では、内燃機関の停止操作がなされてから所定時間経過時に制御燃圧が必要最低圧力になったと判断し、降圧噴射を停止する。しかしながら、この判断は推定によるものであるから、実際の制御燃圧が必要最低圧力よりも低下することがあり、その場合、噴射された燃料が十分に霧化されず、降圧噴射期間に異常燃焼を招く可能性がある。すなわち、降圧噴射の停止タイミングを制御しても、制御精度によっては当初の問題が解消しない。
【０００５】
なお、直噴ガソリンエンジンには、通常、制御燃圧を測定する圧力センサが設けられているため、このセンサの出力を監視し、所望の圧力になるまで降圧噴射を継続させる考えもあるが、このセンサは高圧測定用にレンジ設定がされており、降圧噴射によって低下した圧力の測定には不向きである。一方、中低圧の制御燃圧測定用に別のセンサを設けるとすれば、新たな高圧シール設計等が必要になり、コスト面で不利である。
【０００６】
本発明はこうした現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、インジェクタから噴射する燃料に高い燃料圧力が要求される形式の内燃機関の停止期間におけるインジェクタからの燃料の漏れを低減する技術を提供することにある。また、別の目的は、降圧噴射により制御燃圧を低下させる際に、制御燃圧が低下しすぎないよう制御することで、降圧噴射中における燃料の異常燃焼を防ぐ技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、燃料供給装置に関する。この燃料供給装置は、燃料タンク内の燃料を汲み上げる低圧燃料ポンプと、低圧燃料ポンプにより汲み上げられた所定圧力の燃料を加圧して高圧燃料配管内へ圧送する高圧燃料ポンプとを有し、高圧燃料配管内の燃料をインジェクタを介して内燃機関の燃焼室内へと供給する内燃機関の燃料供給装置であり、内燃機関を停止するときに高圧燃料ポンプの加圧動作を停止しかつインジェクタの噴射動作を継続させ高圧燃料配管内の燃料圧力を低下させるとともに、燃料圧力を低下させる際、低圧燃料ポンプを作動させ所定圧力の燃料を高圧燃料配管内へ圧送する燃料圧力低下手段を備える。
【０００８】
この構成において、内燃機関の停止操作がなされると、高圧燃料ポンプの加圧動作が停止される。このときもインジェクタの噴射動作、すなわち降圧噴射は継続し、高圧燃料配管内の燃料圧力、すなわち制御燃圧が低下していく。しかし、低圧燃料ポンプが作動するので所定圧力の燃料が高圧燃料配管内へ圧送され、制御燃圧は前記の所定圧力未満にはならない。ここで「高圧燃料配管」とは、主に高圧燃料ポンプからインジェクタまでのデリバリパイプを含む燃料経路を指す。
【０００９】
前記の所定圧力は、好ましくは異常燃焼を招くことがないような圧力に設定され、その場合、制御燃圧は異常燃焼を招くような圧力まで低下しないように機械的に保証される。その結果、異常燃焼を防止しつつ制御燃圧を低下させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態に係る燃料供給装置４０を備えた直噴ガソリンエンジンである内燃機関１の概略を示す。内燃機関１はさらに機関本体１５を備える。この実施の形態において機関本体１５は第１気筒１６ａ、第２気筒１６ｂ、第３気筒１６ｃおよび第４気筒１６ｄ（以下、適宜「気筒１６」と総称する）を有するが、これは本発明を限定するものではない。燃料供給装置４０は、低圧燃料ポンプ３により汲み上げた燃料を高圧燃料ポンプ９により加圧してデリバリパイプ１３内に圧送し、高圧燃料を第１インジェクタ１４ａ、第２インジェクタ１４ｂ、第３インジェクタ１４ｃおよび第４インジェクタ１４ｄ（以下、適宜「インジェクタ１４」と総称する）からそれぞれ対応する気筒１６内に直接噴射する。高圧燃料ポンプ９による圧送タイミングやインジェクタ１４による噴射タイミングなどは、電子制御装置（以下、ＥＣＵと表記する）３０により制御される。以降、低圧燃料ポンプ３から高圧燃料ポンプ９までの燃料経路を「低圧燃料配管」と、高圧燃料ポンプ９からインジェクタ１４までの燃料経路を「高圧燃料配管」と呼ぶ。
【００１１】
ユーザによりイグニションスイッチ２０がオンされると、ＥＣＵ３０が内燃機関１の始動操作を検知し、まず低圧燃料ポンプ３に駆動指示を出す。イグニションスイッチ２０はキー差込タイプ、ユーザが携帯する無線認証タイプなど、その形式は問わない。低圧燃料ポンプ３はバッテリにより駆動される電動式で、燃料タンク２内の燃料を汲み上げ、その吐出ポートから低圧燃料配管にフィードする。この吐出ポートはプレッシャレギュレータ４に接続されており、汲み上げられた燃料の圧力は、このプレッシャレギュレータ４により所定のフィード圧に調整される。燃料圧力がフィード圧を超えると、プレッシャレギュレータ４は低圧燃料ポンプ３からフィードされた燃料を燃料タンク２に還流することにより、低圧燃料配管中の燃料圧力を一定に保つ。フィード圧は、仮に高圧燃料ポンプ９が作動しない場合でも異常燃焼を招かない程度の高さに設定されており、例えば０．４ＭＰａに設定されている。フィルタ５は燃料から異物を除去し、パルセーションダンパ６は燃料脈動を低減する。汲み上げられた燃料は、低圧燃料配管である吸入管７を通って高圧燃料ポンプ９に供給される。
【００１２】
高圧燃料ポンプ９は機械式で、電磁弁８の制御を通じて高圧燃料配管であるデリバリパイプ１３内の燃料圧力を例えば１２ＭＰａの目標圧力に昇圧する。高圧燃料ポンプ９のプランジャ９ａは、カムシャフト１０に設けられたポンプカム１０ａの回転に同期してポンプのシリンダ内を摺動する。ポンプ室９ｂの容積はプランジャ９ａの動きにより変化する。プランジャ９ａはバネ９ｃによりポンプ室９ｂの容積を増やす方向に付勢されている。高圧燃料ポンプ９による燃料の吐出行程においては、ポンプカム１０ａがプランジャ９ａをポンプ室９ｂの容積を減らす方向に摺動させ、燃料の吸入行程においては、逆にポンプ室９ｂの容積を増やす方向にバネ９ｃがプランジャ９ａを摺動させる。高圧燃料ポンプ９は、ポンプカム１０ａが１回転する間に２回の吐出行程を行う。カムシャフト１０とクランクシャフトは減速ギア等を介して連結され、クランクシャフトが２回転すると、カムシャフト１０が１回転するように構成される。したがって、燃料の吐出は、４気筒のうち２気筒の燃料噴射が行われるたびに実行される。
【００１３】
電磁弁８は、ＥＣＵ３０からの開閉指示に基づき弁体８ｃを駆動して、高圧燃料ポンプ９の吸入側開口部９ｄを開閉する。弁体８ｃはバネ８ａにより吸入側開口部９ｄを開く方向に付勢されている。電磁弁８は、高圧燃料ポンプ９の吸入行程において電磁ソレノイド８ｂを消磁することによりバネ８ａの付勢力で開弁され、吐出行程において電磁ソレノイド８ｂを励磁することにより閉弁される。それにより、吸入行程中には、高圧燃料ポンプ９のポンプ室９ｂ内に低圧燃料ポンプ３から供給される燃料が吸入され、吐出行程中には、ポンプ室９ｂ内の燃料が加圧されて高圧燃料配管に圧送される。ポンプ室９ｂの吐出側開口部９ｅにはチェックバルブ１１が設けられており、燃料の流れをポンプ室９ｂから高圧燃料配管の方向に制限する。
【００１４】
高圧燃料配管において、加圧された燃料が、吐出管１２を介してデリバリパイプ１３に供給される。デリバリパイプ１３は、１回の燃料噴射によってその燃料圧力が急降下しないよう十分な容積を有し、かつその降圧分が高圧燃料ポンプ９の１回の吐出量で補えるよう配慮されている。燃圧センサ１７は高圧燃料配管内の燃料圧力、具体的にはデリバリパイプ１３内の燃料圧力を検出し、その検出結果をＥＣＵ３０に伝達する。一般に燃圧センサ１７は、コスト低減の観点から高圧測定用にレンジ設定されており、低圧側の例えば０．１ＭＰａオーダの圧力については良好なセンシング能力を有しない。
【００１５】
インジェクタ１４は、ＥＣＵ３０からの噴射指示を受け、所期のタイミングで必要量の燃料を噴射する。気筒１６には点火機構が設けられ、ＥＣＵ３０からの指示に基づいて駆動される。ＥＣＵ３０はデリバリパイプ１３内の燃料圧力が目標圧力となるように電磁弁８をフィードバック制御する。また、冷却水の温度を検出する水温センサ２１が設けられ、その検出結果はＥＣＵ３０に伝達される。なお、見やすさのため、図中ＥＣＵ３０からインジェクタ１４への制御を示す破線を一部省略している。
【００１６】
戻し管１９にはリリーフバルブ１８が設けられる。リリーフバルブ１８は、デリバリパイプ１３内の燃料圧力が例えば１５ＭＰａを超えると開弁して燃料を燃料タンク２に戻し、デリバリパイプ１３内の燃料圧力の高圧側リミッタとして作用する。
【００１７】
高圧燃料ポンプ９の動作と、インジェクタ１４の噴射動作が同時に停止すると、上述のように、デリバリパイプ１３内の燃料圧力がその停止時の制御燃圧で保持される。デリバリパイプ１３内の燃料圧力は、チェックバルブ１１、インジェクタ１４、およびリリーフバルブ１８のシール特性により決定される燃料漏れ量に応じて低下する。一般に、高圧燃料ポンプ９の吐出効率や燃焼成立性などの観点から、シール特性は限りなくゼロに近い値に設定されているため、内燃機関の停止後も高圧燃料配管内の圧力は高圧に維持される。そのため、インジェクタ１４からの燃料漏れが生じやすくなり、以下に示す降圧噴射を行う。
【００１８】
図２は、本実施の形態に係る、降圧噴射時における内燃機関１の動作を示すタイミングチャートである。また、図３は、降圧噴射の手順を示すフローチャートである。
【００１９】
イグニションスイッチ２０がオフとなり、ＥＣＵ３０に対して内燃機関１の停止信号が送信されると（Ｓ１０）、ＥＣＵ３０はその信号の検知後、高圧燃料ポンプ９を停止する（Ｓ１２）。すなわち電磁弁８の電磁ソレノイド８ｂへの通電が停止する。続いて、ＥＣＵ３０は、燃圧センサ１７が測定した燃料圧力、つまり制御燃圧と、水温センサ２１が測定した冷却水の温度をもとに、制御燃圧をフィード圧にまで低下させるのに必要な総噴射量ΔＶを算出する（Ｓ１４）。総噴射量ΔＶは、降圧噴射による燃料噴射の総量であり、制御燃圧ＰＨ、フィード圧ＰＬ、高圧燃料配管の容積Ｖ、燃料の体積弾性率Ｋを用いて、次式より求めることができる。
ΔＶ＝（ＰＨ−ＰＬ）Ｖ／Ｋ
【００２０】
ここで、体積弾性率Ｋは、燃料の温度によって変化する。冷却水の温度は、燃料の温度と高い相関を有することから、ＥＣＵ３０は、水温センサ２１が測定した冷却水の温度に基づいて体積弾性率Ｋを求めるとともに、上式より総噴射量ΔＶを算出する。しかし、総噴射量ΔＶを厳密に算出する必要はなく、体積弾性率Ｋを固定値として総噴射量ΔＶを算出してもよい。
【００２１】
続いて、ＥＣＵ３０は、算出された総噴射量ΔＶに基づき降圧噴射の回数ｎを算出し（Ｓ１６）、算出された噴射回数ｎに応じてインジェクタ１４による降圧噴射を行う。つまり、所定の噴射タイミングでなされるインジェクタ１４の噴射動作を継続し、燃料をインジェクタ１４から噴射させる（Ｓ１８）。また、インジェクタ１４より噴射された燃料は、点火によって燃焼させる。
【００２２】
高圧燃料配管内の制御燃圧は、降圧噴射により制御燃圧ＰＨの初期値から燃料噴射のたびに低下する。ただし、このときには、低圧燃料ポンプ３の作動が継続される。これにより、噴射回数ｎは、総噴射量ΔＶを降圧噴射一回当たりの燃料噴射量で割った値として算出するが、圧力センサ１７の測定誤差を考慮し、ｎを幾分大きめに設定しても、制御燃圧はフィード圧ＰＬより低くなることはない。
【００２３】
降圧噴射の回数が設定された値であるｎに達しない場合（Ｓ２０のＮ）、燃料噴射が継続され（Ｓ１８）、ｎに達した場合（Ｓ２０のＹ）、制御燃圧はフィード圧ＰＬと等しくなっていると判断し、ＥＣＵ３０は燃料噴射と点火とを停止し、続いて低圧燃料ポンプ３を停止する（Ｓ２２）。
【００２４】
以上、本実施の形態によれば、内燃機関１の停止期間における燃料の漏れ量を低減できる。すなわち、一般に、インジェクタからの燃料の漏れ量は、燃料圧力の１／２乗に比例することが知られている。本実施の形態によって制御燃圧を例えば１２ＭＰａから０．４ＭＰａへ低下させた場合、内燃機関停止後の燃料の漏れ量は、（０．４／１２）１／２倍＝約０．１８倍、つまり１／５〜１／６に低下する。また、降圧噴射による必要以上の制御燃圧低下を回避できる。さらに、フィード圧が異常燃焼を発生しない圧力に設定されているため、良好な燃焼状態を維持しつつ内燃機関を停止することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、降圧噴射の際、高圧燃料ポンプ９のみが停止し、低圧燃料ポンプ３の作動が継続された。しかし、消費電力を少しでも低減する観点から降圧噴射中に一時的に低圧燃料ポンプ３を停止することもできる。
【００２６】
図４は、本実施の形態に係る、降圧噴射時における内燃機関１の動作を示すタイミングチャートである。高圧燃料ポンプ９の停止と同時に、低圧燃料ポンプ３も一旦停止させ、算出された噴射回数ｎに達する前、すなわち降圧噴射の終期よりも前に、再度低圧燃料ポンプ３の作動を再開させる。再開のタイミングは、誤差を考慮し、多少の余裕をみる。以下、本実施の形態における燃料供給装置４０の制御は、実施の形態１において示した構成で実現可能である。以上、本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加え、消費電力が低減できる。
【００２７】
本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そうした変形例を挙げる。
【００２８】
実施の形態では、制御燃圧をフィード圧にまで低下させるのに必要な総噴射量ΔＶを算出し、降圧噴射をその算出結果に基づく回数だけ行ったがこれに限る趣旨ではない。例えば、制御燃圧をフィード圧にまで低下させるのに必要な降圧噴射の回数をある程度余裕をみた固定値として予め設定し、降圧噴射をその設定された回数だけ行うようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ３０の計算負荷を減らすことができる。
【００２９】
実施の形態では、制御燃圧をフィード圧まで低下させるために、降圧噴射を行ったがこれのみに限る趣旨ではない。例えば、図１に示した燃料供給装置４０において、高圧燃料ポンプ９のチェックバルブ１１からの燃料の漏れ量を増加させることで、インジェクタ１４からの燃料の漏れ量を低減してもよい。この場合、高圧燃料ポンプ９の吐出効率が低下するが、理論吐出量を増加させることで対応できる。
【００３０】
実施の形態では、低圧燃料ポンプ３から吐出された燃料は、高圧燃料ポンプ９を経由して高圧燃料配管にフィードされたがこれに限る趣旨ではない。図示しないが、低圧燃料ポンプ３から高圧燃料配管へ電磁バルブを設けたバイパス経路を有し、高圧燃料ポンプ９を経由しない構成を持つ燃料供給装置４０も存在する。この構成でも、降圧噴射の際に、低圧燃料ポンプ３からこのバイパス経路を経由して燃料を高圧燃料配管にフィードすればよい。つまり、降圧噴射の際、高圧燃料配管にフィード圧の燃料が供給される限り、燃料供給装置４０の構成には自由度がある。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の停止時および始動時の異常燃焼の発生を抑制できる。また、内燃機関の停止期間におけるインジェクタからの燃料の漏れが低減できる。さらに、内燃機関の始動時における排気エミッションの悪化が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１および２に係る燃料供給装置を備えた内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係る内燃機関が停止する際の降圧噴射の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】実施の形態１に係る内燃機関を停止する際に行われる降圧噴射の手順を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態２に係る内燃機関が停止する際の降圧噴射の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関、　２　燃料タンク、　３　低圧燃料ポンプ、　９　高圧燃料ポンプ、　１３　デリバリパイプ、　１４ａ　第１インジェクタ、　１４ｂ　第２インジェクタ、　１４ｃ　第３インジェクタ、　１４ｄ　第４インジェクタ、　１５　機関本体、　１６ａ　第１気筒、　１６ｂ　第２気筒、　１６ｃ　第３気筒、　１６ｄ　第４気筒、　１７　燃圧センサ、　２０　イグニションスイッチ、　２１　水温センサ、　３０　ＥＣＵ、　４０　燃料供給装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004084560.tif 000006