(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制すること。【解決手段】この燃料供給装置５０は、内燃機関１に燃料を供給するものである。燃料供給装置５０は、内燃機関１に取り付けられるとともに、高圧ポンプ１０から供給される燃料を貯留するデリバリパイプ２と、このデリバリパイプ２に取り付けられて、デリバリパイプ２から供給される燃料を内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4内に噴射する燃料噴射弁３1〜３4と、デリバリパイプ２内の余剰燃料を逃がすリリーフ弁１１と、を備えて構成される。そして、内燃機関１からデリバリパイプ２内の燃料に伝わる熱量に基づいて、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量を変化させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を供給するものであり、
前記内燃機関に取り付けられるとともに、燃料圧送手段から供給される燃料を貯留するデリバリパイプと、
前記デリバリパイプに取り付けられて、前記デリバリパイプから供給される燃料を前記内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁と、
前記デリバリパイプ内の余剰燃料を逃がすリリーフ弁と、を備え、
前記内燃機関から前記デリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記熱量が増加するとともに、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記熱量は、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と、前記内燃機関が吸入する空気の吸気温度との差とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
前記リリーフ弁は、前記デリバリパイプ内の燃料の圧力を変化させることのできる燃圧調整機能を持つことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転制御を司る制御装置が、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の補正値を学習しているとき、又は前記内燃機関の排ガスの空燃比フィードバックができないときの少なくとも一方の条件で、前記熱量に基づいて前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
【請求項６】
内燃機関に供給する燃料を貯留するデリバリパイプと、前記デリバリパイプに取り付けられて、前記デリバリパイプから供給される燃料を前記内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁とを有する燃料供給装置の制御に用いるものであり、
前記内燃機関から前記デリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させて、前記燃料の量を決定する燃料量決定部を備えることを特徴とする燃料供給制御装置。
【請求項７】
前記燃料量決定部は、前記熱量が増加するとともに、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を増加させるように前記燃料の量を決定することを特徴とする請求項６に記載の燃料供給制御装置。
【請求項８】
前記熱量は、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と、前記内燃機関が吸入する空気の吸気温度との差とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料供給制御装置。
【請求項９】
さらに、前記内燃機関の運転制御を司る制御装置が、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の補正値を学習しているとき、又は前記内燃機関の排ガスの空燃比フィードバックができないときの少なくとも一方の条件にあることを判定する制御条件判定部を備え、
前記燃料量決定部は、前記条件に該当するときには、前記熱量に基づいて前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を決定することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の燃料供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁により気筒内へ直接燃料を噴射するレシプロ式の内燃機関に関し、さらに詳しくは、前記燃料噴射弁に対する燃料の供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に直接燃料を噴射して点火する、いわゆる直噴の内燃機関は、圧縮行程中に直接燃料を噴射して、点火プラグ付近に燃料噴霧を滞留させて着火しやすい混合気を形成し、その周りの空気層と分離、すなわち成層化する。この状態で点火プラグ付近の混合気に点火して燃焼させ、いわゆる成層燃焼の下で運転することで、超希薄燃焼運転を実現できる。これにより、内燃機関の燃費を向上させるとともに、ＣＯ2の排出量を低減させることができる。
【０００３】
また、直噴の内燃機関は、吸入行程中に気筒内へ直接燃料を噴射して気筒内へ燃料を拡散させ、均質の混合気を形成して燃焼させる、いわゆる均質燃焼の下で運転することもできる。均質燃焼領域では、吸入行程中に気筒内へ直接噴射した燃料の気化熱によって吸入空気をより冷却できるので、充填効率を高めることができる。これにより、直噴の内燃機関の均質燃焼領域における運転では高出力を得ることもできる。このような利点から、近年、直噴の火花点火式内燃機関が注目されており、実用化されている。
【０００４】
直噴の内燃機関は、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている。燃料噴射弁は、デリバリパイプと呼ばれる燃料分配管に取り付けられており、ここから高圧の燃料が供給される。特許文献１には、気筒間の燃料温度差に起因する回転変動を防止する目的で、デリバリパイプを流れる燃料の温度分布が許容範囲を超えた場合には、デリバリパイプに供給する燃料の量を増加させることにより、前記燃料の温度分布の範囲を狭く抑える技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３６６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料噴射弁は、燃料噴射弁外殻内に備えたニードル弁を動作させることにより燃料噴射孔を開閉し、燃料噴射弁に供給される高圧の燃料を前記燃料噴射孔から噴射させる構成のものが一般的である。このような燃料噴射弁では、内部を流れる燃料温度と外部温度との差に起因して、ニードル弁と燃料噴射弁外殻との間で熱膨張差が発生する。ニードル弁のストロークは燃料噴射弁外殻により規制されるので、前記熱膨張差が発生するとニードル弁のストロークが変化して、燃料噴射量が変化する。これを燃料噴射弁の温度特性という。
【０００７】
特許文献１に開示されている技術のように、デリバリパイプを流れる燃料の温度分布が許容範囲を超えた場合にデリバリパイプに供給する燃料の量を増加させるのみでは、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制するためには不十分である。特に、燃料噴射量が急激に変化する場合には、燃料噴射弁の温度特性に追従した制御が難しく、燃料噴射量のばらつきに起因する空燃比の狂いを招くことがあった。そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる燃料供給装置及び燃料供給制御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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料供給装置は、内燃機関に燃料を供給するものであり、前記内燃機関に取り付けられるとともに、燃料圧送手段から供給される燃料を貯留するデリバリパイプと、前記デリバリパイプに取り付けられて、前記デリバリパイプから供給される燃料を前記内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記デリバリパイプ内の余剰燃料を逃がすリリーフ弁と、を備え、前記内燃機関から前記デリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させることを特徴とする。
【０００９】
この燃料供給装置は、内燃機関からデリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させる。このようにデリバリパイプへ供給する燃料の量を決定すれば、燃料噴射弁の燃料噴射量、すなわち内燃機関の負荷によらずデリバリパイプ内の燃料温度を所定範囲内に維持することができる。その結果、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。
【００１０】
次の本発明に係る燃料供給装置は、前記燃料供給装置において、前記熱量が増加するとともに、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を増加させることを特徴とする。
【００１１】
この燃料供給装置は、内燃機関からデリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量の増加とともに、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させる。このようにデリバリパイプへ供給する燃料の量を決定すれば、燃料噴射弁の燃料噴射量が変化してもデリバリパイプ内の燃料温度を所定範囲内に維持することができる。その結果、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。
【００１２】
次の本発明に係る燃料供給装置は、前記燃料供給装置において、前記熱量は、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と、前記内燃機関が吸入する空気の吸気温度との差とすることを特徴とする。
【００１３】
この燃料供給装置は、前記燃料供給装置と同様の構成を備えるので、前記燃料供給装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料供給装置は、内燃機関からデリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量を、内燃機関を冷却する冷却水の水温と、内燃機関が吸入する吸気温度との差で表す。これにより、既存のセンサ類を利用して冷却水の水温と吸気温度とを測定できるので、別途センサ類を設ける必要はない。
【００１４】
次の本発明に係る燃料供給装置は、前記燃料供給装置において、前記リリーフ弁は、前記デリバリパイプ内の燃料の圧力を変化させることのできる燃圧調整機能を持つことを特徴とする。
【００１５】
この燃料供給装置は、前記燃料供給装置と同様の構成を備えるので、前記燃料供給装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料供給装置は、リリーフ弁に燃圧調整機能を持たせているので、デリバリパイプ内を通過する燃料の量を一定にできる。これにより、デリバリパイプ内の燃料温度を所定範囲内に維持して、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。また、リリーフ弁に燃圧調整機能を持たせているので、デリバリパイプ内の燃料の圧力を可変させることもできる。
【００１６】
次の本発明に係る燃料供給装置は、前記燃料供給装置において、前記内燃機関の運転制御を司る制御装置が、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の補正値を学習しているとき、又は前記内燃機関の排ガスの空燃比フィードバックができないときの少なくとも一方の条件で、前記熱量に基づいて前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を調整することを特徴とする。
【００１７】
この燃料供給装置は、前記燃料供給装置と同様の構成を備えるので、前記燃料供給装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料供給装置は、特定の条件の下でデリバリパイプへ供給する燃料の量を調整する。これにより、必要十分な範囲でデリバリパイプへ供給する燃料の量を調整できるので、燃料圧送手段を駆動することによる内燃機関の駆動力ロスを低減できる。
【００１８】
次の本発明に係る燃料供給制御装置は、内燃機関に供給する燃料を貯留するデリバリパイプと、前記デリバリパイプに取り付けられて、前記デリバリパイプから供給される燃料を前記内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁とを有する燃料供給装置の制御に用いるものであり、前記内燃機関から前記デリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させて、前記燃料の量を決定する燃料量決定部を備えることを特徴とする。
【００１９】
この燃料供給制御装置は、内燃機関からデリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させるように制御する。これにより、燃料噴射弁の燃料噴射量、すなわち内燃機関の負荷によらずデリバリパイプ内の燃料温度を所定範囲内に維持することができる。その結果、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。
【００２０】
次の本発明に係る燃料供給制御装置は、前記燃料供給制御装置において、前記燃料量決定部は、前記熱量が増加するとともに、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を増加させるように前記燃料の量を決定することを特徴とする。
【００２１】
この燃料供給制御装置は、内燃機関からデリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量の増加とともに、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を変化させるように制御する。これにより、燃料噴射弁の燃料噴射量が変化してもデリバリパイプ内の燃料温度を所定範囲内に維持することができる。その結果、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。
【００２２】
次の本発明に係る燃料供給制御装置は、前記燃料供給制御装置において、前記熱量は、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温と、前記内燃機関が吸入する空気の吸気温度との差とすることを特徴とする。
【００２３】
この燃料供給制御装置は、前記燃料供給制御装置と同様の構成を備えるので、前記燃料供給制御装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料供給制御装置は、内燃機関からデリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量を、内燃機関を冷却する冷却水の水温と、内燃機関が吸入する吸気温度との差で取り扱う。これにより、内燃機関に既に取り付けてあるセンサ類を利用して冷却水の水温と吸気温度とを測定できるので、別途センサ類を設ける必要はない。
【００２４】
次の本発明に係る燃料供給制御装置は、前記燃料供給制御装置において、さらに、前記内燃機関の運転制御を司る制御装置が、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の補正値を学習しているとき、又は前記内燃機関の排ガスの空燃比フィードバックができないときの少なくとも一方の条件にあることを判定する制御条件判定部を備え、前記燃料量決定部は、前記条件に該当するときには、前記熱量に基づいて前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を決定することを特徴とする。
【００２５】
この燃料供給制御装置は、前記燃料供給制御装置と同様の構成を備えるので、前記燃料供給制御装置と同様の作用、効果を奏する。さらに、この燃料供給制御装置は、特定の条件の下でデリバリパイプへ供給する燃料の量を調整するように制御する。これにより、必要十分な範囲でデリバリパイプへ供給する燃料の量を調整できるので、燃料圧送手段を駆動することによる内燃機関の駆動力ロスを低減できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る燃料供給装置及び燃料供給制御装置によれば、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、気筒内へ直接燃料を噴射するレシプロ式の内燃機関であれば適用でき、直噴の火花点火式内燃機関の他、ディーゼル機関に対しても適用できる。また、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。
【実施例】
【００２８】
この実施例に係る燃料供給装置及び燃料供給制御装置は、内燃機関から前記デリバリパイプ内の燃料に伝わる熱量に基づいて、前記デリバリパイプへ供給する燃料の量を調整する点に特徴がある。
【００２９】
図１は、この実施例に係る内燃機関が備える一の気筒の断面図である。この内燃機関１は、火花点火式のレシプロ式内燃機関であり、燃料噴射弁３により気筒１ｓへ直接燃料を噴射して混合気を形成する。内燃機関１の気筒１ｓ内にはピストン５が配置されており、混合気の燃焼により往復運動する。燃料噴射弁３には、燃料分配手段であるデリバリパイプ２から燃料が供給されて、気筒１ｓ内へ直接燃料を噴射する。燃料噴射弁３によって気筒１ｓ内へ直接噴射された燃料は、インテークマニホールド４を通って気筒１ｓ内へ導入される空気Ａと混合気を形成する。
【００３０】
気筒１ｓ内には、内燃機関１の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥに応じたタイミング及び必要な量で、燃料噴射弁３から燃料が噴射される。燃料噴射弁３から気筒１ｓ内へ噴射された燃料は、インテークマニホールド４へ導かれた後、吸気弁５８を通って気筒１ｓ内に導入される空気Ａと混合気を形成し、点火プラグ７で着火されて燃焼する。混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。
【００３１】
ピストン５の往復運動はコネクティングロッド６ｅを介してクランク軸６に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気弁５９を通って排気通路９へ排出される。排ガスは、排気通路９に設けられる触媒５１により浄化されて、大気中へ放出される。
【００３２】
内燃機関１の運転を制御するエンジンＥＣＵ３０（Electronic Control Unit）は、内燃機関１に取り付けられるクランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、エアフローセンサ４３、冷却水温センサ４４、吸気温度センサ４５、Ｏ2センサ４６その他の各種センサ類からの出力を取得して、内燃機関１の運転を制御する。なお、後述するように、このエンジンＥＣＵ３０内には、この実施例に係る燃料供給制御装置が組み込まれている。
【００３３】
図２は、この実施例に係る燃料供給装置の一例を示す概念図である。この燃料供給装置５０が燃料を供給する内燃機関１は、４気筒の内燃機関であるが、本発明の適用対象はこれに限られず、６気筒、８気筒、あるいは単気筒の内燃機関でもよい。燃料タンク２６の燃料は、フィードポンプ１２によって燃料供給管６０を介して燃料圧送手段である高圧ポンプ１０に送られる。高圧ポンプ１０は、内燃機関１のカムシャフト１３によって駆動されて、燃料を燃料噴射弁３1〜３4に必要な圧力まで昇圧させる。高圧ポンプ１０から送り出された燃料は、デリバリパイプ２へ送られて、各気筒１ｓ1〜１ｓ4内へ燃料を噴射するそれぞれの燃料噴射弁３1〜３4へ分配される。
【００３４】
デリバリパイプ２の出口２ｏにはリリーフ弁１１が取り付けられている。デリバリパイプ２内の燃料が設定した圧力を超えないように、デリバリパイプ２内の燃料圧力が設定圧力を超えた場合にはリリーフ弁１１が開く。そして、燃料リリーフ通路６２を通して余剰燃料を燃料タンク２６へ戻す。リリーフ弁１１は、スプリング１１ｓにより弁体１１ｖをリリーフ弁入口１１ｉへ押し付けるように構成される。そして、デリバリパイプ２内の燃料の圧力が上昇して、スプリング１１ｓの押し付け力を上回ると、弁体１１ｖが押し上げられて、デリバリパイプ２内の燃料は、燃料リリーフ通路６２を通して燃料を燃料タンク２６へ戻される。次に、燃料噴射弁３へ燃料を供給する高圧ポンプ１０について説明する。
【００３５】
図３−１〜図３−４は、この実施例に係る高圧ポンプの動作を表す説明図である。この高圧ポンプ１０は、調量圧送機構を備える。図３−１〜図３−３に示すように、この高圧ポンプ１０は、スピル弁１０ｓと、プランジャ１０ｐと、チェック弁１０ｃとを含んで構成される。この高圧ポンプ１０は、プランジャ１０ｐが往復運動することにより燃料を加圧する。そして、燃料吸入口１０ｉ側に設けられるスピル弁１０ｓを、高圧ポンプ１０の加圧行程中の最適なタイミングで閉じることにより、内燃機関１に必要な燃料圧力、及び燃料量に制御することができる。ここで、スピル弁１０ｓは電磁力によって開閉させることができるものであり、エンジンＥＣＵ３０からの制御信号によりスピル弁１０ｓが開閉される。
【００３６】
図３−１は、スピル弁１０ｓが開くとともに、プランジャ１０ｐが吸引側へストロークしている状態を示す（図３−４中のＡで示す部分の相当する）。この状態では、燃料吸入口１０ｉから燃料がプランジャ１０ｐ内へ吸引される。図３−２は、スピル弁１０ｓが開くとともに、プランジャ１０ｐが吐出側へストロークしている状態を示す（図３−４中のＢで示す部分の相当する）。この状態では、スピル弁１０ｓが開いており、プランジャ１０ｐの吐出圧力はチェック弁１０ｃの開弁圧力よりも低い。このため、プランジャ１０ｐ内に吸引された燃料は、燃料吸入口１０ｉから燃料タンクへ戻される。図３−３は、スピル弁１０ｓが閉じるとともに、プランジャ１０ｐが吐出側へストロークしている状態を示す（図３−４中のＣで示す部分の相当する）。この状態では、スピル弁１０ｓが閉じているため、プランジャ１０ｐの吐出圧力がチェック弁１０ｃの開弁圧力よりも高くなる。これによりチェック弁１０ｃが開いて、プランジャ１０ｐ内に吸引された燃料は、燃料吐出口１０ｏからデリバリパイプ２へ吐出される。
【００３７】
スピル弁１０ｓを早いタイミングで閉じると、プランジャ１０ｐの有効ストロークを長くできるので、燃料をより高圧にすることができる。このような調量圧送機構により、この高圧ポンプ１０は、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量を変化させることができる。なお、この実施例において、デリバリパイプ２内の燃料圧力は、デリバリパイプ２に設けられたリリーフ弁１１の開弁圧力によって決定される。
【００３８】
図４は、この実施例に係る内燃機関に用いる燃料供給装置の他の例を示す概念図である。この燃料供給装置５０'では、デリバリパイプ２に設けられるリリーフ弁１１の代わりに、デリバリパイプ２内の燃料の圧力を変化させることのできる燃圧調整機能を持つリリーフ弁を用いる。燃圧調整機能を実現させるため、この燃料供給装置５０'では、電磁リリーフ弁１４を用いる。この電磁リリーフ弁１４は、電磁ソレノイド１４ｅに通電することにより弁体１４ｖを動作させる。また、スプリング１４ｓにより弁体１４ｖをリリーフ弁入口１４ｉへ押し付けるように構成される。これにより、電磁ソレノイド１４ｅの通電を切ったときには、弁体１４ｖによりリリーフ弁入口１４ｉを閉じるように構成されている。
【００３９】
電磁リリーフ弁１４の作動量を制御することによって、デリバリパイプ２内の燃圧を変化させることができる。デリバリパイプ２には、内部の燃圧を測定する圧力センサ４７が取り付けられている。そして、この圧力センサ４７からの信号をエンジンＥＣＵ３０が取得し、フィードバック制御することによって、デリバリパイプ２内の燃圧を所定の値に制御できる。
【００４０】
電磁リリーフ弁１４を用いることにより、高圧ポンプ１０で定量圧送する場合でも、デリバリパイプ２へ供給される燃圧を可変させることができる。また、電磁リリーフ弁を作動させることで、デリバリパイプ２内を通過する燃料量を一定に制御することもできる。これにより、デリバリパイプ２内の燃料温度を一定に制御しやすくなる。さらに、図４に示した構成のように、高圧ポンプ１０に調量機能を持たせれば、燃料供給量の制御と燃圧の制御とを同時に実行できる。
【００４１】
図２、図４に示した燃料供給系統において、デリバリパイプ２が備えるリリーフ弁１１又は電磁リリーフ弁１４は、デリバリパイプ２内を流れる燃料の流れ方向（図２、４中の矢印Ｆの方向）に対して最も下流に取り付けられている。このようにすれば、デリバリパイプ２内の燃料の温度が局所的に変化することを抑制できる。また、デリバリパイプ２内の燃料温度の分布も抑制できる。その結果、各燃料噴射弁間の燃料噴射量のばらつきを抑制して、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）の狂いを抑制することができる。なお、リリーフ弁１１又は電磁リリーフ弁１４は、内燃機関１の車両への搭載や補機類のレイアウトを考慮して、デリバリパイプ２の最下流以外の場所に配置してもよい。
【００４２】
図５は、この実施例に係る燃料供給制御装置を示す説明図である。この実施例に係る燃料供給制御は、この実施例に係る燃料供給制御装置２０によって実現できる。燃料供給制御装置２０は、エンジンＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。なお、エンジンＥＣＵ３０とは別個に、この実施例に係る燃料供給制御装置２０を用意し、これをエンジンＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、エンジンＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を、前記燃料供給制御装置２０が利用できるように構成してもよい。
【００４３】
燃料供給制御装置２０は、制御条件判定部２１と、燃料量決定部２２とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。制御条件判定部２１と、燃料量決定部２２とは、エンジンＥＣＵ３０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して接続される。これにより、制御条件判定部２１と、燃料量決定部２２とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい（以下同様）。
【００４４】
燃料供給制御装置２０とエンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐと記憶部３０ｍとは、エンジンＥＣＵ３０に備えられる入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して接続されており、これらの間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、燃料供給制御装置２０はエンジンＥＣＵ３０が有する内燃機関１の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、燃料供給制御装置２０の制御をエンジンＥＣＵ３０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００４５】
また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９には、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、エアフローセンサ４３、冷却水温センサ４４、吸気温度センサ４５、Ｏ2センサ４６その他の、内燃機関１の運転に関する情報を取得するセンサ類が接続されている。これにより、エンジンＥＣＵ３０や燃料供給制御装置２０は、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。また、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９には、高圧ポンプ１０等の内燃機関１の制御対象が接続されている。そして、燃料供給制御装置２０が備える燃料量決定部２２や、エンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐからの制御信号によりこれらの動作が制御される。
【００４６】
記憶部３０ｍには、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、内燃機関１の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部３０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、燃料供給制御装置２０やエンジンＥＣＵ３０の処理部３０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。
【００４７】
上記コンピュータプログラムは、制御条件判定部２１や燃料量決定部２２へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る燃料供給制御の処理手順を実現できるものであってもよい。この燃料供給制御装置２０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、制御条件判定部２１及び燃料量決定部２２の機能を実現するものであってもよい。次に、この燃料供給制御装置２０を用いて、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実現する手順を説明する。なお、次の説明では、適宜図１、図２、図４、図５を参照されたい。
【００４８】
図６は、この実施例に係る燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。この実施例に係る燃料供給制御を実行する際には、燃料供給制御装置２０が備える制御条件判定部２１が、実施例１に係る燃料供給制御に移行するか否かを判定する（ステップＳ５０１）。この制御に入る条件は、例えば、エンジンＥＣＵ３０が燃料噴射量の学習をしている間や、Ｏ2センサ４６による排ガスのＡ／Ｆフィードバックができない場合である。燃料噴射量の学習は、経年変化により燃料噴射弁３の燃料噴射量が変化した場合、これを補正するために実行される。Ｏ2センサ４６による排ガスのＡ／Ｆフィードバックができない場合は、例えば内燃機関１の始動直後から暖機が終了する前までの間や、Ｏ2センサ４６が故障したような場合である。
【００４９】
Ｏ2センサ４６による排ガスのＡ／Ｆフィードバックができない場合に、この実施例に係る燃料供給制御を実行すれば、燃料噴射弁３の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。これにより、燃料噴射量のずれの変化を抑制して、設定したＡ／Ｆの下で内燃機関１を運転できるので、エミッションの悪化も抑制できる。また、エンジンＥＣＵ３０が燃料噴射量の学習をしている間にこの実施例に係る燃料供給制御を実行すれば、燃料噴射弁３の温度特性に起因した燃料噴射量を誤学習してしまう危険性を低減できる。
【００５０】
このように、燃料噴射弁３の温度特性に起因する影響を回避するために必要な条件で、この実施例に係る燃料供給制御を実行すれば、高圧ポンプ１０の駆動による内燃機関１の駆動力ロスを低減できる。また、リリーフ弁１１や電磁リリーフ弁１４から燃料タンク２６へ燃料を戻すと、燃料タンク２６内の燃料温度が上昇する。しかし、燃料噴射弁３の温度特性に起因する影響を回避するために必要な条件において、この実施例に係る燃料供給制御を実行し、それ以外は通常の燃料供給制御とすれば、燃料タンク２６内の燃料温度の上昇を抑制できる。これにより、エバポエミッションの悪化を抑制できる。
【００５１】
制御条件判定部２１が、この実施例に係る燃料供給制御に移行しないと判定した場合（ステップＳ５０１；Ｎｏ）、この実施例に係る燃料供給制御は終了する。制御条件判定部２１が、燃料供給制御に移行すると判定した場合（ステップＳ５０１；Ｙｅｓ）、燃料量決定部２２が、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量を決定する。まず、燃料量決定部２２は、吸気温度センサ４５と冷却水温センサ４４とから、吸気温度Ｔｉと冷却水の水温Ｔｗとを取得する（ステップＳ５０２）。
【００５２】
内燃機関１からデリバリパイプ２内の燃料へ伝わる熱量は、内燃機関の温度とデリバリパイプ２内の燃料温度との差分に比例する。ここで、内燃機関の温度を冷却水の水温Ｔｗで代表させ、デリバリパイプ２内の燃料温度を吸気温度Ｔｉで代表させる。燃料量決定部２２は、取得した吸気温度Ｔｉと水温Ｔｗとの温度差ΔＴを求める（ステップＳ５０３）。ここでΔＴ＝｜Ｔｗ−Ｔｉ｜である。これが、内燃機関１からデリバリパイプ２へ伝わる熱量を表すパラメータとなる。吸気温度Ｔｉと冷却水の水温Ｔｗとは、既存の吸気温度センサ４５と冷却水温センサ４４とで測定できる。したがって、内燃機関１からデリバリパイプ２へ伝わる熱量を吸気温度Ｔｉと水温Ｔｗとの温度差ΔＴで表すことにより、既存のセンサ類を利用してこれらを測定できるので、別途センサ類を設ける必要はない。これにより、燃料供給装置５０の構成を簡素化できる。
【００５３】
そして、この温度差ΔＴに基づいて、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量を決定する。具体的には、高圧ポンプ１０がデリバリパイプ２へ吐出する燃料の供給量ＱHを決定する（ステップＳ５０４）。そして、高圧ポンプ１０は、この燃料の供給量ＱHで、燃料をデリバリパイプ２へ吐出する（ステップＳ５０５）。なお、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量は、燃料噴射弁３から噴射される量よりも多く設定し、余剰分はリリーフ弁１１又は電磁リリーフ弁１４から排出する。その後は、ステップＳ５０１に戻って内燃機関１の運転状態を監視する。
【００５４】
図７は、高圧ポンプの流量決定マップの一例を示す説明図である。高圧ポンプ１０の流量は、前記温度差ΔＴを図７−１に示す流量決定マップ７０に与えることによって求めることができる。前記温度差ΔＴが大きくなる、すなわち、内燃機関１からデリバリパイプ２内の燃料へ伝わる熱量が増加するとともに、高圧ポンプ１０の流量を大きくして、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量を増加させる。このように高圧ポンプ１０の流量を決定することにより、内燃機関１の負荷によらずデリバリパイプ２内の燃料温度を所定範囲内に維持することができる。
【００５５】
図８−１、図８−２は、従来の燃料供給制御による燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射弁の燃料噴射量のずれ量との関係を示す説明図である。内燃機関からデリバリパイプへの伝熱を考慮しない従来の燃料供給制御では、燃料噴射弁の燃料噴射量が増加すると、燃料噴射弁に供給される燃料の温度が低くなる。これにより、燃料噴射弁の内部と外部との熱膨張差により燃料噴射弁のストロークが増加する。その結果、図８−１に示すように、燃料噴射弁の燃料噴射量が増加すると、燃料噴射弁３の燃料噴射量のずれΔＱｉがリッチ側、すなわち燃料噴射量が設定値よりも多い方向に変化する。これは、内燃機関の冷却水の水温と吸気温度との差が大きくなる程顕著になる。
【００５６】
前記燃料噴射量のずれΔＱｉは、燃料噴射弁の燃料噴射量、すなわち内燃機関の負荷によって変化する。燃料噴射弁の燃料噴射量の変化が緩やかであれば、エンジンＥＣＵが燃料噴射量の補正値を学習する等の制御により、前記燃料噴射量のずれΔＱｉを修正することができる。その結果、Ａ／Ｆのずれやそれに起因するエミッション悪化は発生しない。しかし、車両が急加速や減速することにより、燃料噴射弁の燃料噴射量は急激に変化する。
【００５７】
例えば、燃料噴射弁の燃料噴射量が大きい状態から小さい状態へ急変した場合（図８−２のＱｉ1からＱｉ2への変化）を考える。図８−２のａ点においては燃料噴射量が大きいため、燃料噴射弁のストロークは大きく、燃料噴射量のずれΔＱｉはリッチ側にずれている。燃料噴射量がＱｉ2である場合、本来の燃料噴射量のずれΔＱｉは、図８−２のｃ点となる。
【００５８】
しかし、燃料噴射量が小さい状態（Ｑｉ2）へ急変した場合には、燃料噴射量が変化した直後は、燃料噴射量のずれΔＱｉは本来よりもリッチ側にずれることになる（図８−２のｂ点）。これは、燃料噴射弁の温度変化には遅れがあるからである。その後、燃料噴射量のずれΔＱｉは、徐々にｃ点へ変化する。このように、このため、燃料噴射量が変化した直後において、燃料噴射量のずれΔＱｉは、（ΔＱｉｂ−ΔＱｉｃ）だけ本来よりもリッチ側にずれることになる。燃料噴射量の変化が急激である場合、排ガスのＡ／Ｆフィードバックによる補正では燃料噴射量のずれΔＱｉの変化を補正し切れない。このため、燃焼室内のＡ／Ｆはリッチとなり、これに起因してエミッションを悪化させる。
【００５９】
図９は、この実施例に係る燃料供給制御を用いた場合における燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射弁の燃料噴射量のずれ量との関係を示す説明図である。燃料噴射弁３の燃料噴射量は、内燃機関１の負荷が大きくなるとともに増加する。この実施例に係る燃料供給制御では、内燃機関１からデリバリパイプ２内の燃料へ伝わる熱量に基づいて、デリバリパイプ２へ供給する燃料の量を変化させる。より具体的には、吸気温度と冷却水の水温との温度差ΔＴに基づき、燃料噴射弁３の燃料噴射量に関わらずデリバリパイプ２へ燃料を供給する。このため、燃料噴射弁３の燃料噴射量、すなわち内燃機関１の負荷に関わらず、デリバリパイプ２内の燃料温度を所定範囲内に収めることができる。
【００６０】
これにより、燃料噴射弁３には、温度が所定範囲内に維持された燃料が供給される。その結果、図９に示すように、燃料噴射弁３の燃料噴射量、すなわち内燃機関１の負荷変動によって発生する燃料噴射弁３の燃料噴射量のずれΔＱｉの変化を抑制できる。これにより、燃料噴射弁３の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制できる。なお、内燃機関１の冷却水の温度変化により、燃料噴射弁３の燃料噴射量のずれΔＱｉは変化する。しかし、内燃機関１の冷却水の温度変化は緩やかなので、エンジンＥＣＵ３０が燃料噴射量の補正値を学習する等の制御により、前記燃料噴射量のずれΔＱｉを修正することができる。
【００６１】
また、内燃機関１からデリバリパイプ２内の燃料に伝わる熱量に基づいて、デリバリパイプ２に供給する燃料量を決定するので、燃料噴射弁３の温度特性による影響を回避するために必要十分な量だけ燃料を供給できる。これにより、高圧ポンプ１０の駆動による内燃機関１の駆動力ロスを低減できる。また、燃料タンク２６へ戻る燃料の量も抑制できるので、燃料タンク２６内の燃料温度の上昇を抑制できる。これにより、エバポエミッションの悪化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係る燃料供給装置及び燃料供給制御装置は、気筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関に有用であり、特に、燃料噴射弁の温度特性に起因する燃料噴射量のばらつきを抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この実施例に係る内燃機関が備える一の気筒の断面図である。
【図２】この実施例に係る燃料供給装置の一例を示す概念図である。
【図３−１】この実施例に係る高圧ポンプの動作を表す説明図である。
【図３−２】この実施例に係る高圧ポンプの動作を表す説明図である。
【図３−３】この実施例に係る高圧ポンプの動作を表す説明図である。
【図３−４】この実施例に係る高圧ポンプの動作を表す説明図である。
【図４】この実施例に係る内燃機関に用いる燃料供給装置の他の例を示す概念図である。
【図５】この実施例に係る燃料供給制御装置を示す説明図である。
【図６】この実施例に係る燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】高圧ポンプの流量決定マップの一例を示す説明図である。
【図８−１】従来の燃料供給制御による燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射弁の燃料噴射量のずれ量との関係を示す説明図である。
【図８−２】従来の燃料供給制御による燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射弁の燃料噴射量のずれ量との関係を示す説明図である。
【図９】この実施例に係る燃料供給制御を用いた場合における燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射弁の燃料噴射量のずれ量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  内燃機関
１ｓ  気筒
２  デリバリパイプ
３  燃料噴射弁
１０  高圧ポンプ
１１  リリーフ弁
１２  フィードポンプ
１３  カムシャフト
１４  電磁リリーフ弁
２０  燃料供給制御装置
２１  制御条件判定部
２２  燃料量決定部
３０  エンジンＥＣＵ
４４  冷却水温センサ
４５  吸気温度センサ
５０、５０'  燃料供給装置
５１  触媒
７０  流量決定マップ
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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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８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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