(57)【要約】【課題】高圧燃料ポンプの駆動源として、エンジン回転力及び電気モータ駆動力を使用可能とするものに対しエンジンの各種運転状況に応じてシステム効率を高く得る。【解決手段】電気モータ９の駆動軸９ａの一端とエンジン１のカムシャフト７３との間にクラッチ機構９１を介在し、電気モータ９の駆動軸９ａの他端を高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａに接続する。エンジン運転中のポンプ低負荷時、クラッチ機構９１を離脱状態として電気モータ９の駆動力のみで高圧燃料ポンプ２３を駆動する。エンジン運転中のポンプ高負荷時、電気モータ９を駆動させない状態でクラッチ機構９１を係合状態として排気カムシャフト７３の回転力のみで高圧燃料ポンプ２３を駆動する。車両の急加速時、電気モータ９を駆動させると共にクラッチ機構９１を係合状態として排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力との両方で高圧燃料ポンプ２３を駆動する。【選択図】図３
2007278167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を昇圧して内燃機関の燃焼室に向けて吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」を選択可能とされた内燃機関の燃料供給装置において、
運転中の内燃機関の運転状態に応じて上記高圧燃料ポンプの駆動源を選択するポンプ駆動源選択手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
燃料を昇圧して内燃機関の燃焼室に向けて吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」を選択可能とされた内燃機関の燃料供給装置において、
運転中の内燃機関の運転状態に応じて、上記高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」のみを使用する第１の駆動源使用状態と、「ポンプ駆動用電動機の駆動力」のみを使用する第２の駆動源使用状態と、「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を使用する第３の駆動源使用状態とのうちの何れか一つを選択するポンプ駆動源選択手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置において、
ポンプ駆動源選択手段は、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷が所定の低負荷値よりも低い場合には、高圧燃料ポンプの駆動源として「ポンプ駆動用電動機の駆動力」のみを使用するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置において、
ポンプ駆動源選択手段は、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷が所定の高負荷値よりも高い場合には、高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」のみを使用するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置において、
ポンプ駆動源選択手段は、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷の急上昇時には、高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を使用するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項６】
上記請求項５記載の内燃機関の燃料供給装置において、
内燃機関は自動車に搭載されるものであって、
ポンプ駆動源選択手段は、アクセル開度の単位時間当たりの開方向への変化量が所定量以上となる車両の急加速要求時に、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷の急上昇時であると判断し、高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を使用するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項７】
上記請求項２記載の内燃機関の燃料供給装置において、
内燃機関の回転体とポンプ駆動用電動機との間にはこの両者を係脱自在とするクラッチ機構が介在されていると共に、高圧燃料ポンプの駆動軸はポンプ駆動用電動機の駆動軸に接続されていて、
ポンプ駆動源選択手段は、第１の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を非作動状態にしてクラッチ機構を係合し、第２の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を作動状態にしてクラッチ機構を離脱し、第３の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を作動状態にしてクラッチ機構を係合するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項８】
上記請求項７記載の内燃機関の燃料供給装置において、
ポンプ駆動用電動機は、給電回路からの給電により回転駆動するようになっていると共に、この給電回路に対する接続状態と切断状態とが切り換え可能なスイッチング機構を備えており、
ポンプ駆動源選択手段は、第２の駆動源使用状態及び第３の駆動源使用状態とする場合には上記スイッチング機構を接続状態にする一方、第１の駆動源使用状態とする場合には上記スイッチング機構を切断状態にするよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項９】
上記請求項２記載の内燃機関の燃料供給装置において、
高圧燃料ポンプの駆動軸の一端は第１クラッチ機構を介して内燃機関の回転体に係脱自在とされている一方、高圧燃料ポンプの駆動軸の他端は第２クラッチ機構を介してポンプ駆動用電動機の駆動軸に係脱自在とされており、
ポンプ駆動源選択手段は、第１の駆動源使用状態とする場合には第１クラッチ機構を係合すると共に第２クラッチ機構を離脱し、第２の駆動源使用状態とする場合には第１クラッチ機構を離脱すると共にポンプ駆動用電動機を作動状態にして第２クラッチ機構を係合し、第３の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を作動状態にして各クラッチ機構を共に係合するよう構成されてい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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば筒内直噴式エンジン等の内燃機関に適用され、燃料ポンプによって昇圧した燃料を燃料噴射弁（インジェクタ）に向けて供給する燃料供給装置に係る。特に、本発明は、上記燃料ポンプの駆動源として、内燃機関からの回転力及び電動機の駆動力を選択的に使用可能な構成とされた燃料供給装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば筒内直噴式ガソリンエンジンのようにインジェクタへ供給する燃料に高い圧力が要求されるエンジンにあっては、燃料タンクから送られてきた燃料を高圧燃料ポンプで昇圧してインジェクタに向けて供給するようになっている。
【０００３】
具体的に、この種のエンジンにおける燃料供給系の構成としては、下記の特許文献１及び特許文献２に開示されているように、燃料タンクから燃料を汲み出すフィードポンプ、このフィードポンプによって汲み出された燃料を昇圧する高圧燃料ポンプを備えている。そして、この高圧燃料ポンプによって昇圧された燃料を、複数のインジェクタが接続されたデリバリパイプに貯留する。これにより、インジェクタの開弁動作に伴って、デリバリパイプに貯留されている高圧燃料が、その開弁されたインジェクタから燃焼室に向けて噴射されることになる。
【０００４】
また、上記各ポンプの駆動源として、一般的に、フィードポンプでは電気モータの駆動力が、高圧燃料ポンプではエンジンの回転力（例えばカムシャフトやクランクシャフトの回転力）がそれぞれ利用されている。
【０００５】
ところで、エンジン始動時のクランキング回転中はエンジン回転数が低いため、このエンジンの回転力を受けて駆動する高圧燃料ポンプにあっては、その回転数を十分に高めることができない。このため、インジェクタに供給する燃料の圧力を十分に高めることができず、良好な始動性を得ることが困難である。
【０００６】
この点に鑑みられたものとして下記の特許文献３が提案されている。この特許文献３には、高圧燃料ポンプを補助駆動するポンプ駆動用電気モータを設けておき、エンジン始動時にはこのポンプ駆動用電気モータによって高圧燃料ポンプの駆動あるいは駆動トルクのアシストを行う構成が開示されている。具体的には、高圧燃料ポンプの駆動軸に対し、ワンウェイクラッチを介してエンジンのカムシャフトが連結されていると共に電磁クラッチを介してポンプ駆動用電気モータが連結された構成となっている。そして、エンジン始動時には、クランキングに先立って電磁クラッチを締結してポンプ駆動用電気モータを駆動する。これにより、ポンプ駆動用電気モータの駆動力のみにより比較的高速度で高圧燃料ポンプの駆動を行うことが可能になりエンジン始動時の燃料圧力を高めることができる。また、この特許文献３には、スタータの始動（クランキングの開始）と共に電磁クラッチを締結してポンプ駆動用電気モータを駆動することにより、カムシャフトの駆動力に加えてポンプ駆動用電気モータの駆動力によるアシストを行って高圧燃料ポンプを駆動することも開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１７６６５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０５３１号公報
【特許文献３】特開２００４−３２４４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した如く、特許文献３には、エンジン始動時にポンプ駆動用電気モータによって高圧燃料ポンプの駆動力を得てエンジンの始動性を良好にすることについての技術的思想のみが開示されている。
【０００８】
本発明の発明者は、このように高圧燃料ポンプの駆動源としてエンジンの回転力及び電気モータの駆動力を使用可能な構成とされた燃料供給装置に対し、エンジン始動時以外の制御動作について考察を行った。そして、この種の燃料供給装置にあっては、エンジン運転中において選択すべき高圧燃料ポンプの駆動源としては、以下の点を考慮すべきであることを見出し、本発明に至った。以下に詳述する。
【０００９】
図１０は、高圧燃料ポンプを補助駆動するための電気モータを備えていない一般的な燃料供給装置において、この燃料供給装置が受けるエンジンの出力エネルギの配分（内訳）を示している。図１０（ａ）は高圧燃料ポンプの要求吐出量（吐出要求値）が比較的大きい状況（エンジンの高負荷時等であってインジェクタからの燃料噴射量が多く要求される状況）でのエネルギ配分であり、図１０（ｂ）は高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的小さい状況（エンジンの低負荷時等であってインジェクタからの燃料噴射量が少なく設定される状況）でのエネルギ配分である。この高圧燃料ポンプの要求吐出量とは、所謂ポンプ吐出負荷であって、吐出圧力（Ｐ）と吐出流量（Ｑ）との積で表され、一般的にはエンジン回転数とアクセル開度から演算されたり、またはマップから読み出される値である。尚、これら図からも明らかなように、高圧燃料ポンプの要求吐出量に応じて、エンジンから受ける出力エネルギは異なっており、高圧燃料ポンプの要求吐出量が大きいほど燃料供給装置が受けるエンジンの出力エネルギも大きいものとなる（図中のＦ１及びＦ２を参照）。
【００１０】
これら図に示すように、燃料供給装置が受けたエンジンの出力エネルギは、オルタネータでの発電ロス（図中Ａ）、フィードポンプでのエネルギロス（図中Ｂ）、フィードポンプ吐出仕事（図中Ｃ）、高圧燃料ポンプでのエネルギロス（図中Ｄ）、高圧燃料ポンプ吐出仕事（図中Ｅ）に分けられる。
【００１１】
上記オルタネータでの発電ロス（Ａ）は、オルタネータがエンジンよりもらう駆動エネルギと発電電力の差分である。フィードポンプでのエネルギロス（Ｂ）は、フィードポンプ内部のフリクション、燃料のリーク、このフィードポンプを作動させるための電気モータのメカ的なロスによるものである。フィードポンプ吐出仕事（Ｃ）は、フィードポンプから高圧燃料ポンプに供給された燃料分に相当する。つまり、実質的なフィードポンプの仕事量である。高圧燃料ポンプでのエネルギロス（Ｄ）は、高圧燃料ポンプ内部のフリクション、燃料のリーク、余剰燃料のリターンによるものである。高圧燃料ポンプ吐出仕事（Ｅ）は、高圧燃料ポンプからデリバリパイプに供給された燃料分に相当する。
【００１２】
図１０から解るように、フィードポンプは高圧燃料ポンプの要求吐出量に関わりなく一定速度で駆動しているため、上記オルタネータでの発電ロス（Ａ）、フィードポンプでのエネルギロス（Ｂ）、フィードポンプ吐出仕事（Ｃ）は、高圧燃料ポンプの要求吐出量に関わりなく略一定の値（図１０（ａ），（ｂ）ともに同一の量）である。
【００１３】
これに対し、高圧燃料ポンプでのエネルギロス（Ｄ）は、高圧燃料ポンプの要求吐出量によって大きく異なる。具体的には、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的大きい状況では上記余剰燃料の発生量が少なくそのリターン分も少ないので、燃料供給装置が受けたエンジンの出力エネルギの全体量に対する高圧燃料ポンプでのエネルギロス（Ｄ）の比率（図１０（ａ）中のＦ１に対するＤの比率）は比較的小さい。ところが、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的小さい状況では余剰燃料の発生量が多くなりそのリターン分も多くなるので、燃料供給装置が受けたエンジンの出力エネルギの全体量に対する高圧燃料ポンプでのエネルギロス（Ｄ）の比率（図１０（ｂ）中のＦ２に対するＤの比率）は比較的大きい。その結果、燃料供給装置が受けたエンジンの出力エネルギの全体量に対する高圧燃料ポンプ吐出仕事（Ｅ）の比率は、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的大きい状況よりもその要求吐出量が比較的小さい状況の方が低くなる。言い換えると、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的小さい状況では、要求吐出量が比較的大きい状況よりもシステム効率が低くなっている。このシステム効率は以下の（１）式により表される。
【００１４】
システム効率＝高圧燃料ポンプ吐出仕事／入力仕事
＝Ｅ／Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ        …（１）
・高圧燃料ポンプ吐出仕事＝吐出量（Ｑ）×吐出圧力（Ｐ）
・入力仕事＝入力軸の回転数（ω）×トルク（Ｔ）
一方、上記特許文献３に開示されているように高圧燃料ポンプの駆動源として電気モータの駆動力を利用する構成とした場合、この電気モータの回転速度を調整することによって高圧燃料ポンプの回転速度が変更自在である。つまり、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的小さい状況では、電気モータの回転速度を低い速度に設定して高圧燃料ポンプを低速駆動させることができる。このため、要求吐出量が比較的小さい状況にあっては、エンジンの回転力を駆動源とする場合に比べて余剰燃料のリターン量を大幅に削減でき、システム効率が高くなる。
【００１５】
ところが、電気モータの駆動力を高圧燃料ポンプの駆動源とする場合、エンジンの出力エネルギをオルタネータによって電気エネルギに一旦変換し、更にその後、この電気エネルギを電気モータの駆動エネルギ（回転エネルギ）に変換することになるため、その変換に伴うエネルギロスが生じている。このエネルギロスは、電気モータの回転数が高くなるほど大きくなっていくが、その回転数の上昇分に対するエネルギロスの増加量は、エンジンの回転力を高圧燃料ポンプの駆動源とする場合に比べて大きいものである。
【００１６】
何故なら、例えば、エンジンの回転力を高圧燃料ポンプの駆動源とする場合にはエネルギ変換によるエネルギロスはないため、このエネルギ変換に関する効率としては略１００％である。これに対し、電気モータの駆動力を高圧燃料ポンプの駆動源とする場合には上記エネルギ変換によるエネルギロスがあるため、このエネルギ変換に係る効率は例えば７０％程度となっている。そして、このエネルギ変換に伴うエネルギロス量は、例えば入力軸（エンジンの回転力を駆動源とするものでは例えばカムシャフト、電気モータの駆動力を駆動源とするものでは電気モータの回転軸）のトルクに上記効率を乗算した値となる。従って、この入力軸のトルクが比較的小さい状況（上記要求吐出量が比較的小さい状況）では、両者のエネルギロス量の差は極端には大きくならないが、この入力軸のトルクが比較的大きい状況（上記要求吐出量が比較的大きい状況）では、両者のエネルギロス量の差が極端に大きくなってしまう（具体的に、入力軸のトルクが２倍になればエネルギロス量の差も２倍に大きくなる）。つまり、この電気モータの駆動力を駆動源とするものにあっては、電気モータの回転速度を高い速度に設定せねばならない上記要求吐出量が比較的大きい状況では、エンジンの回転力を駆動源とする場合に比べてシステム効率が低くなってしまう。
【００１７】
以上のような特性があることを本願発明の発明者は見出し、これに基づいて高圧燃料ポンプの駆動源としてエンジンの回転力及び電気モータの駆動力を選択的に使用することについて考察を行った。
【００１８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧燃料ポンプの駆動源として、エンジンの回転力及び電気モータの駆動力を使用可能とするものに対しエンジンの各種運転状況の広範囲に亘って高いシステム効率が得られる燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、高圧燃料ポンプの駆動源として、内燃機関（エンジン）の回転力及び電動機（電気モータ）の駆動力を選択可能とする燃料供給装置に対し、この駆動源の選択を内燃機関の運転状態に応じたものとして規定することにある。
【００２０】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料を昇圧して内燃機関の燃焼室に向けて吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」を選択可能とされた内燃機関の燃料供給装置を前提とする。この内燃機関の燃料供給装置に対し、運転中の内燃機関の運転状態に応じて上記高圧燃料ポンプの駆動源を選択するポンプ駆動源選択手段を備えさせている。
【００２１】
また、他の解決手段としては以下の構成が挙げられる。先ず、燃料を昇圧して内燃機関の燃焼室に向けて吐出する高圧燃料ポンプを備え、この高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」を選択可能とされた内燃機関の燃料供給装置を前提とする。この内燃機関の燃料供給装置に対し、運転中の内燃機関の運転状態に応じて、上記高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」のみを使用する第１の駆動源使用状態と、「ポンプ駆動用電動機の駆動力」のみを使用する第２の駆動源使用状態と、「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を使用する第３の駆動源使用状態とのうちの何れか一つを選択するポンプ駆動源選択手段を備えさせている。
【００２２】
これら特定事項により、内燃機関の運転中、「内燃機関の回転体の回転力」を駆動源として高圧燃料ポンプを駆動させる状態と、「ポンプ駆動用電動機の駆動力」を駆動源として高圧燃料ポンプを駆動させる状態とを内燃機関の運転状況に応じて切り換える。または、「内燃機関の回転体の回転力」のみを駆動源として高圧燃料ポンプを駆動させる状態と、「ポンプ駆動用電動機の駆動力」のみを駆動源として高圧燃料ポンプを駆動させる状態と、「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を駆動源として高圧燃料ポンプを駆動させる状態とを内燃機関の運転状況に応じて切り換える。これにより、内燃機関の運転中において、その運転状態において最も効率の良い駆動源を使用した燃料供給動作を実現することができ、燃料供給装置の高効率化を図ることができる。
【００２３】
そして、この内燃機関の運転状態に応じた駆動源の選択手法として具体的には以下のものが挙げられる。
【００２４】
先ず、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷が所定の低負荷値よりも低い場合、ポンプ駆動源選択手段が、高圧燃料ポンプの駆動源として「ポンプ駆動用電動機の駆動力」のみを使用する構成としている。
【００２５】
このように高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷が比較的低負荷である場合、駆動源としてポンプ駆動用電動機の駆動力を使用すると共に、このポンプ駆動用電動機の回転速度を低い速度に設定して高圧燃料ポンプを低速駆動させる。これにより、高圧燃料ポンプに対する要求吐出量に適した燃料吐出量が得られ、内燃機関の回転力を駆動源とする場合に比べて余剰燃料のリターン量を大幅に削減でき、システム効率を高く得ることができる。      
【００２６】
一方、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷が所定の高負荷値よりも高い場合、ポンプ駆動源選択手段が、高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」のみを使用する構成としている。
【００２７】
このように高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷が比較的高負荷である場合には、駆動源として内燃機関の回転体の回転力を使用したとしても余剰燃料の発生量は少なくそのリターン分も少ないので、燃料供給装置が受けたエンジンの出力エネルギの全体量に対する高圧燃料ポンプでのエネルギロスは比較的小さい。また、上記燃料吐出負荷が比較的高負荷である場合に駆動源としてポンプ駆動用電動機の駆動力を使用すると、このポンプ駆動用電動機を駆動させるために、内燃機関の出力エネルギを電気エネルギに一旦変換した後にポンプ駆動用電動機の駆動エネルギに変換する必要があり、この変換に伴うエネルギロスが生じており、このエネルギロスは、ポンプ駆動用電動機の回転数が高くなるほど大きくなる。つまり、燃料吐出負荷が比較的高負荷である場合にポンプ駆動用電動機の駆動力を駆動源として使用することは、内燃機関の回転体の回転力を駆動源として使用する場合に比べて不利になる。このため、燃料吐出負荷が比較的高負荷である場合には、駆動源として内燃機関の回転体の回転力を使用することで高いシステム効率で高圧燃料ポンプの駆動を行うことができる。
【００２８】
更に、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷の急上昇時には、ポンプ駆動源選択手段が、高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を使用する構成としている。
【００２９】
これによれば、内燃機関の回転体の回転力に対してポンプ駆動用電動機の駆動力をアシスト力として高圧燃料ポンプを駆動させることができ、急上昇した燃料吐出負荷に応じた燃料吐出動作を高圧燃料ポンプに実行させることができる。また、ポンプ駆動用電動機によるアシスト力の付加によりポンプフリクションの低減を図ることもでき、これによってシステム効率の向上が図れて燃料吐出負荷に応じた燃料吐出動作が可能になる。
【００３０】
そして、内燃機関が自動車に搭載されるものである場合、アクセル開度の単位時間当たりの開方向への変化量が所定量以上となる車両の急加速要求時に、高圧燃料ポンプに対する燃料吐出負荷の急上昇時であると判断し、ポンプ駆動源選択手段が、高圧燃料ポンプの駆動源として「内燃機関の回転体の回転力」及び「ポンプ駆動用電動機の駆動力」の両方を使用する構成としている。
【００３１】
これにより、ドライバの要求（アクセル操作による急加速要求）に迅速に応えられる燃料吐出動作を高圧燃料ポンプに実行させることができ、自動車の加速レスポンスを良好に得ることができる。
【００３２】
上記駆動源を選択可能とするための具体的な構成としては以下の２タイプが挙げられる。先ず、第１のタイプとして、上記内燃機関の回転体とポンプ駆動用電動機との間に、この両者を係脱自在とするクラッチ機構を介在させると共に、高圧燃料ポンプの駆動軸をポンプ駆動用電動機の駆動軸に接続させる。そして、ポンプ駆動源選択手段が、上記第１の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を非作動状態にしてクラッチ機構を係合し、上記第２の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を作動状態にしてクラッチ機構を離脱し、上記第３の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を作動状態にしてクラッチ機構を係合するようにしている。
【００３３】
この場合、給電回路からの給電によりポンプ駆動用電動機が回転駆動する構成とすると共に、この給電回路に対するポンプ駆動用電動機の接続状態と切断状態とが切り換え可能なスイッチング機構を備えさせる。そして、ポンプ駆動源選択手段が、上記第２の駆動源使用状態及び上記第３の駆動源使用状態とする場合にはスイッチング機構を接続状態にする一方、上記第１の駆動源使用状態とする場合にはスイッチング機構を切断状態にするようにしている。
【００３４】
また、第２のタイプとしては、高圧燃料ポンプの駆動軸の一端を、第１クラッチ機構を介して内燃機関の回転体に係脱自在とする一方、高圧燃料ポンプの駆動軸の他端を、第２クラッチ機構を介してポンプ駆動用電動機の駆動軸に係脱自在とする。そして、ポンプ駆動源選択手段が、上記第１の駆動源使用状態とする場合には第１クラッチ機構を係合すると共に第２クラッチ機構を離脱し、上記第２の駆動源使用状態とする場合には第１クラッチ機構を離脱すると共にポンプ駆動用電動機を作動状態にして第２クラッチ機構を係合し、上記第３の駆動源使用状態とする場合にはポンプ駆動用電動機を作動状態にして各クラッチ機構を共に係合するようにしている。
【００３５】
これらの特定事項により、クラッチ機構の係脱動作によって高圧燃料ポンプの駆動源を選択でき、比較的簡単な構成及び制御動作によって適切な駆動源の選択動作が可能になる。特に、上記ポンプ駆動用電動機の給電回路に対する接続状態と切断状態とを切り換え可能なスイッチング機構を備えさせ、上記第１の駆動源使用状態とする場合にスイッチング機構を切断状態にすれば、ポンプ駆動用電動機内部での励磁動作が内燃機関の負荷として作用してしまうといった状況を回避でき、よりいっそうシステム効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、高圧燃料ポンプの駆動源として、内燃機関の回転力及び電動機の駆動力を選択可能とする燃料供給装置に対し、この駆動源の選択を内燃機関の運転状態に応じて切り換えるようにしている。このため、内燃機関の運転中において最も効率の良い駆動源を使用した運転状況を実現することができ、効率の高い燃料供給装置の燃料供給動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明を自動車に搭載された筒内直噴式多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンに適用した場合について説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
−エンジンの概略構成−
図１は、本実施形態に係るエンジン（内燃機関）１の概略構成を示している。この図１に示すように、このエンジン１は、火花点火式レシプロエンジン１であり、筒内直噴式のインジェクタ２により気筒１１の燃焼室１２内へ燃料を直接噴射して混合気を形成するようになっている。エンジン１の各気筒１１内にはピストン３が設けられており、上記混合気の燃焼に伴ってこのピストン３が気筒１１内で往復運動する。インジェクタ２は、燃料分配手段であるデリバリパイプ２１に接続されており、このデリバリパイプ２１から燃料が供給されるようになっている。インジェクタ２によって燃焼室１２内へ直接噴射された燃料は、吸気通路の一部を構成するインテークマニホールド４１を通って燃焼室１２内へ導入される空気Ａと共に混合気を形成する。
【００３９】
気筒１１内には、エンジン１の負荷ＫＬやエンジン回転数ＮＥに応じたタイミング及び必要な量で、インジェクタ２から燃料が噴射される。インジェクタ２から燃焼室１２内へ噴射された燃料は、吸気バルブ４２の開弁動作に伴って気筒１１内に導入される空気Ａと混合気を形成し、点火プラグ５で着火されて燃焼する。混合気の燃焼圧力はピストン３に伝えられ、ピストン３を往復運動させる。吸気バルブ４２は、吸気カムシャフト４３により駆動される。吸気カムシャフト４３は、クランクシャフト６から取り出される動力がタイミングベルトによって伝達されて回転駆動される。
【００４０】
ピストン３の往復運動はコネクティングロッド３１を介してクランクシャフト６に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、エンジン１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排気ガスＥｘとなり、排気バルブ弁７２の開弁動作に伴って排気通路の一部であるエキゾーストマニホールド７１へ排出される。排気ガスＥｘは、エキゾーストマニホールド７１の下流側に設けられた触媒コンバータ７４により浄化された後、大気中へ放出される。上記排気バルブ７２は、排気カムシャフト７３により駆動される。排気カムシャフト７３は、クランクシャフト６から取り出される動力がタイミングベルトによって伝達されて回転駆動される。
【００４１】
また、エンジン１は、吸気通路４におけるエアクリーナ４５の下流側に設けられたスロットルボディ４４により吸入空気量が調整される。このスロットルボディ４４は、バタフライバルブで成るスロットルバルブ４４ａと、このスロットルバルブ４４ａを開閉駆動するスロットルモータ４４ｂと、スロットルバルブ４４ａの開度を検出するスロットル開度センサ４４ｃとを備えている。後述するエンジンＥＣＵ８は、ドライバにより操作されるアクセルの開度を検知するアクセル開度センサ８２からの出力を取得して、スロットルモータ４４ｂに制御信号を送り、スロットル開度センサ４４ｃからのスロットルバルブ４４ａの開度のフィードバック信号に基づいて、スロットルバルブ４４ａを適切な開度に制御する。これにより、エンジン１の気筒１１内へ導入する空気Ａの量を制御する。
【００４２】
−制御ブロックの説明−
エンジン１には、その運転を制御するために運転に関する情報、及びエンジン１の制御に関する情報を取得するためのセンサ類が取り付けられる。このセンサ類としては、エンジン回転数の検知に利用されるクランク角センサ８１、上記アクセル開度センサ８２、吸入空気量を検出するエアフローセンサ８３、吸入空気温度を検出する吸気温度センサ８４、ウォータジャケット内の冷却水温度を検出する冷却水温センサ８５及び排気ガスＥｘ中の酸素濃度を検出するＯ2センサ８６等のセンサ類がある。エンジン１の運転を制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）８は、これらのセンサ類からの出力を取得して、エンジン１の運転を制御する。
【００４３】
図２はこの制御系を示すブロック図である。この図に示すように、エンジンの制御システムは、エンジン１の運転状態を制御するための上記エンジンＥＣＵ８を備えている。このエンジンＥＣＵ８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）８Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）８Ｃ及びバックアップＲＡＭ８Ｄ等を備えている。
【００４４】
ＲＯＭ８Ｂは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ８Ａは、ＲＯＭ８Ｂに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。
【００４５】
ＲＡＭ８ＣはＣＰＵ８Ａでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ８Ｄはエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＣＰＵ８Ａ、ＲＯＭ８Ｂ、ＲＡＭ８Ｃ及びバックアップＲＡＭ８Ｄは、バス８Ｇを介して互いに接続されるとともに、外部入力回路８Ｅ及び外部出力回路８Ｆと接続されている。
【００４６】
外部入力回路８Ｅには、上記スロットル開度センサ４４ｃ、クランク角センサ８１、アクセル開度センサ８２、エアフローセンサ８３、吸気温度センサ８４、冷却水温センサ８５、Ｏ2センサ８６の他に、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ８７、燃料圧力を検出する燃圧センサ８８、気筒判別用のカム角センサ８９等も接続されている。一方、外部出力回路８Ｆには、上記インジェクタ２、スロットルモータ４４ｂ、点火プラグ５の点火タイミングを決定するイグナイタ５１及び後述する高圧燃料ポンプ２３の燃料吐出量を制御する電磁スピル弁２３ｂ等が接続されている。
【００４７】
エンジンＥＣＵ８は、エンジン回転数及び負荷率等に基づき、インジェクタ２から噴射される燃料の量を制御するのに用いられる最終燃料噴射量を算出する。
【００４８】
ここで、エンジン回転数は、上記クランク角センサ８１の検出信号から求められる。また、負荷率は、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、エンジン１の吸入空気量に対応するパラメータとエンジン回転数ＮＥとから算出される。
【００４９】
そして、エンジンＥＣＵ８は、演算にて算出された最終燃料噴射量に基づいてインジェクタ２を駆動制御し、インジェクタ２から噴射される燃料の量を制御する。インジェクタ２から噴射される燃料の量（燃料噴射量）は、デリバリパイプ２１内の燃料圧力（燃圧）と燃料噴射時間によって定まるため、燃料噴射量を適正にするためには上記燃圧を適正な値に維持する必要がある。これを達成するために、エンジンＥＣＵ８は、上記燃圧センサ８８の検出信号から求められる実燃圧が機関運転状態に応じて設定される目標燃圧に近づくように、高圧燃料ポンプ２３の燃料吐出量をフィードバック制御して燃圧を適正値に維持する。尚、高圧燃料ポンプ２３の燃料吐出量は、電磁スピル弁２３ｂの閉弁期間（閉弁開始時期）を調整することによってフィードバック制御される。
【００５０】
−燃料供給装置の概略構成−
次に、上記インジェクタ２へ燃料を供給するための燃料供給装置の概略構成について説明する。図３は、本実施形態に係る燃料供給装置及びこの燃料供給装置の制御系を示すシステム構成図である。
【００５１】
この図３に示すように、燃料供給装置は、燃料タンク２２から燃料を汲み出し且つこの燃料を所定圧力まで昇圧して上記デリバリパイプ２１に向けて吐出する高圧燃料ポンプ２３を備えている。この高圧燃料ポンプ２３は、シリンダ内でプランジャが往復移動することで加圧室の容積を可変とし、これによって燃料を昇圧するプランジャポンプにより構成されている。つまり、この高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａに回転力が与えられることによってシリンダ内でプランジャが往復移動して燃料を昇圧し、この高圧の燃料を、チェック弁２４ａを備えた高圧燃料配管２４を経てデリバリパイプ２１に供給する構成となっている。また、この吐出量は上記電磁スピル弁２３ｂの開閉動作により調整可能となっている。この高圧燃料ポンプ２３の構成及び電磁スピル弁２３ｂの開閉制御は周知であるため、ここでの説明は省略する。また、高圧燃料ポンプ２３としてはプランジャポンプに限らず各種のポンプが適用可能である。
【００５２】
尚、燃料タンク２２と高圧燃料ポンプ２３とを接続する低圧燃料配管２５には、フィルタ２５ａが設けられており、高圧燃料ポンプ２３に供給される燃料を浄化している。本実施形態に係る燃料供給装置はフィードポンプを備えていない。これは、高圧燃料ポンプ２３は電気モータ９によって駆動可能であり、排気カムシャフト７３の回転速度が低い場合には、必要に応じて電気モータ９を高速度で駆動し、その駆動力により燃料タンク２２から燃料を汲み出すのに十分な負圧を発生させることが可能であるからである。これにより、燃料供給装置としての構成の簡素が図られている。また、高圧燃料ポンプ２３には、その内部で発生した余剰燃料を燃料タンク２２に向けて戻すためのリターン配管２６が接続されている。
【００５３】
そして、本実施形態における高圧燃料ポンプ２３は、その駆動源としてエンジン１の回転力及び電気モータ９の駆動力を使用可能な構成とされている。
【００５４】
具体的には、高圧燃料ポンプ駆動用電気モータ９が備えられており、この電気モータ９の駆動軸９ａの一端とエンジン１の排気カムシャフト７３（本発明でいう内燃機関の回転体）との間にクラッチ機構９１（例えば電磁式クラッチ）が介在されている。また、この電気モータ９の駆動軸９ａの他端は上記高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａに接続（直結）されている。
【００５５】
このため、電気モータ９を駆動させた状態でクラッチ機構９１を離脱（切断）状態とした場合には、この電気モータ９の駆動力が駆動軸９ａ，２３ａを経て高圧燃料ポンプ２３に伝達され、この電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第２の駆動源使用状態）。また、電気モータ９を駆動させた状態でクラッチ機構９１を係合（接続）状態とした場合には、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力とが駆動軸９ａ，２３ａを経て高圧燃料ポンプ２３に伝達され、これら回転力及び駆動力の両方によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第３の駆動源使用状態）。更に、電気モータ９を駆動させない状態でクラッチ機構９１を係合状態とした場合には、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力が駆動軸９ａ，２３ａを経て高圧燃料ポンプ２３に伝達され、この排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第１の駆動源使用状態）。
【００５６】
また、上記電気モータ９とこの電気モータ９に給電を行う給電回路９６との間には、これら両者９，９６を電気的に接続する状態と切断する状態とを切り換え可能なスイッチング機構９７が備えられている。つまり、電気モータ９を駆動させる場合にはこのスイッチング機構９７をＯＮ（接続状態）にし、電気モータ９を駆動させない場合にはこのスイッチング機構をＯＦＦ（切断状態）にする。このスイッチング機構９７の切り換え動作は上記エンジンＥＣＵ８からの切り換え信号により行われる。
【００５７】
また、図３に示すように、クランクシャフト６の一端に取り付けられているリングギヤ６１には、エンジン１の始動時に起動するスタータ９２が連繋されている。このスタータ９２は、スタータモータ９２ａと、このスタータモータ９２ａの駆動軸に取り付けられたピニオンギヤ９２ｂとを備えている。そして、このピニオンギヤ９２ｂがリングギヤ６１に噛み合いながらスタータモータ９２ａが回転駆動することによって、このスタータモータ９２ａの駆動力がリングギヤ６１を介してクランクシャフト６に伝達されてエンジン１のクランキングが行われるようになっている。
【００５８】
一方、クランクシャフト６の他端に取り付けられているクランクシャフトプーリに対し、伝動ベルト９３を介してオルタネータ９４が動力伝達可能に連繋されている。これにより、エンジン１の駆動に伴ってオルタネータ９４の発電動作が行われ、その直流電圧が、バッテリ９５に充電されるようになっている。オルタネータ９４は、オルタネータ駆動回路により発電量が制御される。上記エンジンＥＣＵ８は、オルタネータ駆動回路に発電指令信号（出力要求信号）を発信する。このエンジンＥＣＵ８からオルタネータ駆動回路への発電指令信号としては、「発電Ｈｉ」指令、「発電Ｌｏ」指令、「発電カット」指令のいずれかが出力される。「発電Ｈｉ」指令は、オルタネータ９４による発電量を最大にすべく、たとえば発電電圧が１４．８Ｖになるような指令である。「発電Ｌｏ」指令は、たとえば所定時間内におけるバッテリ９５への電流収支が±０（Ａ）になるような指令である。すなわち、「発電Ｌｏ」指令は、必要最低限の電力のみをオルタネータ９４に発電させる指令である。「発電カット」指令は、オルタネータ９４による発電を行わない指令である。具体的には、バッテリ９５における蓄電電圧値（通常は１２Ｖ）よりも低い値の発電電圧（出力要求値：例えば１０Ｖ）とすることにより、実質的にオルタネータ９４が発電を行わないようにしている。
【００５９】
−燃料供給装置の駆動制御−
次に、上述の如く構成された燃料供給装置の駆動制御について説明する。この燃料供給装置の駆動制御は、高圧燃料ポンプ２３の負荷状態によって異なる。以下の説明では、この高圧燃料ポンプ２３の低負荷状態、高負荷状態、エンジン始動時、車両の急加速時のそれぞれにおける燃料供給装置の駆動制御について説明する。尚、上記高圧燃料ポンプ２３の負荷は、上記エンジンＥＣＵ８からの指令信号である高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量と上記クランク角センサ８１によって検知されるエンジン回転数ＮＥとに基づいて算出またはマップからの読み出しが行われる。
【００６０】
＜低負荷時＞
先ず、高圧燃料ポンプ２３の負荷が低い場合、つまり、高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量が比較的少ない場合における燃料供給装置の駆動制御について説明する。
【００６１】
この場合、上記電気モータ９を駆動させると共にクラッチ機構９１を離脱状態とする。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力は高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａには伝達されず、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この際、エンジンＥＣＵ８は電気モータ９の回転数を高圧燃料ポンプ２３の負荷に応じて調整する。つまり、負荷に応じた量だけ高圧燃料ポンプ２３から燃料が吐出されることになり（燃料ポンプ２３のオンデマンド制御）、余剰燃料のリターン量は少ない状態となる。従って、高いシステム効率で燃料吐出動作を行うことができる。また、この場合、エンジン１のカムシャフト７３の回転力は高圧燃料ポンプ２３を駆動させるための動力として使用されることがないため、エンジン１の負荷が軽減されることになり燃費の向上を図ることもできる。
【００６２】
＜高負荷時＞
一方、高圧燃料ポンプ２３の負荷が高い場合、つまり、高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量が比較的多い場合における燃料供給装置の駆動制御としては、上記電気モータ９を駆動させない状態でクラッチ機構９１を係合状態とする。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この際、電気モータ９を使用しないため、エネルギ変換（エンジン出力エネルギのオルタネータ９４による電気エネルギへの変換、この電気エネルギの電気モータ駆動エネルギ（回転エネルギ）への変換）に伴うエネルギロスは生じない。また、この際、高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量は比較的多いため、余剰燃料の発生量が少なくそのリターン分も少ないので、高いシステム効率で燃料吐出動作を行うことができる。
【００６３】
また、この場合、上記スイッチング機構９７をＯＦＦにして電気モータ９と給電回路９６とを電気的に切り離す。これにより、電気モータ９の内部での励磁動作がエンジン１の負荷として作用してしまうといった状況を回避でき、よりいっそうシステム効率の向上を図ることができる。このスイッチング機構９７のＯＦＦ動作の一例としては、電気モータ９の端子開放動作などが挙げられる。
【００６４】
＜エンジン始動時＞
また、エンジン始動時には、上記電気モータ９を駆動させると共にクラッチ機構９１を離脱状態とする。これにより、上述した低負荷時の場合と同様に、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力は高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａには伝達されず、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この際にも、エンジンＥＣＵ８によって電気モータ９の回転数を任意に調整して高圧燃料ポンプ２３の回転数を任意に変更可能である。従って、クランキングに先立って（例えばイグニッションスイッチのＯＮと同時に）電気モータ９を駆動させると共にクラッチ機構９１を離脱状態とすることにより、電気モータ９の回転速度のみに応じた比較的高速度で高圧燃料ポンプ２３の駆動を行うことができ、これによって燃料圧力を急速に高めることができる。その結果、インジェクタ２から気筒１１内への噴射量が十分に得られ、エンジン１の始動性が良好になる。また、気筒１１内へ高圧の燃料が噴射できるため、その噴霧特性が良好になりＨＣ等の未燃ガスやスモークの発生も抑制できる。
【００６５】
＜車両の急加速時＞
そして、車両の急加速時には、上記電気モータ９を駆動させると共にクラッチ機構９１を係合状態とする。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力との両方によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この車両の急加速時であることの判定は、上記アクセル開度センサ８２により検知されるアクセル開度の単位時間当たりの開方向への変化量が所定量以上となった場合にドライバが急加速を要求していると判定して本動作に移行する。また、上記スロットル開度センサ４４ｃにより検知されるスロットル開度の単位時間当たりの開方向への変化量が所定量以上となった場合に急加速時であると判定して本動作に移行するようにしてもよい。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力とによる高い回転駆動力によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになり、ドライバの要求に迅速に応えられる燃料吐出動作を高圧燃料ポンプ２３に実行させることができ、自動車の加速レスポンスを良好に得ることができる。尚、この場合、電気モータ９の駆動力を得るために給電回路９６から電気モータ９に供給される電力は、バッテリ９５の余剰電力とし、他の電気機器（補機類等）への悪影響が及ばないようにすることが好ましい。
【００６６】
−実施形態の作用及び効果−
本実施形態の作用及び効果について説明する。図４及び図５は、燃料供給装置が受けるエンジンの出力エネルギの配分（内訳）であって、図４は高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が比較的少ない場合であり、図５は高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が比較的多い場合である。各図において、各図の（ａ）は従来例、つまり、高圧燃料ポンプを駆動するための電気モータを備えておらず、カムシャフトの回転力のみによって高圧燃料ポンプを駆動させるものである。一方、各図の（ｂ）は本実施形態に係るものであって、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３を駆動させた場合である。
【００６７】
先ず、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が比較的少ない場合である図４について説明する。本実施形態の燃料供給装置はフィードポンプを備えておらず、高圧燃料ポンプ２３によって直接的に燃料タンク２２から燃料を汲み上げている。このため、図４（ａ）におけるオルタネータでの発電ロス（図中Ａ）、フィードポンプでのエネルギロス（図中Ｂ）、フィードポンプ吐出仕事（図中Ｃ）といったエネルギは必要なくなる（図４（ｂ）参照）。一方、本実施形態では電気モータ９を駆動するためのエネルギ変換が必要であるため、その際のエネルギ変換ロスが生じている（図中Ｉ）。ところが、本実施形態のものでは、電気モータ９の回転数を高圧燃料ポンプ２３の負荷に応じて調整することができ、負荷に応じた量だけ高圧燃料ポンプ２３から燃料を吐出させることができるため、余剰燃料のリターン量は従来のものに比べて大幅に削減できる。このため、高圧燃料ポンプ２３でのエネルギロス（図４（ａ）におけるＤ、図４（ｂ）におけるＩＩ）は、従来のものに比べて大幅に小さくなる。その結果、燃料供給装置が受けたエンジンの出力エネルギの全体量に対する高圧燃料ポンプ吐出仕事の量の比率は、従来のもの（図４（ａ）中のＦ３に対するＥの比率）に比べて本実施形態のもの（図４（ｂ）中のＦ４に対するIIIの比率）の方が高くなり、システム効率の向上が図られている。
【００６８】
このため、上述した如く、高圧燃料ポンプ２３の低負荷時には、上記電気モータ９を駆動させると共にクラッチ機構９１を離脱状態とし、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３を駆動させている。図６（ａ）は、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３を駆動させた場合の高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量とシステムの全効率との関係の一例を示している。図中αはエンジン回転数が比較的低い場合であり（例えば１５００ｒｐｍ）、図中γはエンジン回転数が比較的高い場合であり（例えば６０００ｒｐｍ）、図中βはその中間のエンジン回転数の場合である（例えば３５００ｒｐｍ）。この図の如く、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が比較的小さい領域では全効率は高く維持されている。また、この全効率は高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が大きくなってもあまり上昇していないことが解る。
【００６９】
次に、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が比較的多い場合である図５について説明する。上述した如く、本実施形態の燃料供給装置はフィードポンプを備えておらず、高圧燃料ポンプ２３によって直接的に燃料タンク２２から燃料を汲み上げている。このため、上記と同様に、図５（ａ）におけるオルタネータでの発電ロス（図中Ａ）、フィードポンプでのエネルギロス（図中Ｂ）、フィードポンプ吐出仕事（図中Ｃ）といったエネルギは必要なくなる（図５（ｂ）参照）。一方、本実施形態では電気モータ９を駆動するためのエネルギ変換が必要であるため、その際のエネルギ変換ロスが生じている（図中Ｉ）。そして、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が比較的多い状況では、このエネルギ変換ロスが著しく高くなる可能性があり、従来のものと同様の高圧燃料ポンプ吐出仕事の量（図５中におけるＥ及びIII）を得ようとした場合には必要となるエンジンの出力エネルギが大きくなってしまうため（図５（ｂ）中のＦ４）、従来のものに比べてシステム効率が低下してしまう。
【００７０】
このため、上述した如く、高圧燃料ポンプ２３の高負荷時には、上記電気モータ９を駆動させない状態でクラッチ機構９１を係合状態とし、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３を駆動させている。図６（ｂ）は、排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３を駆動させた場合の高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量とシステムの全効率との関係の一例を示している。図中αはエンジン回転数が比較的低い場合であり、図中γはエンジン回転数が比較的高い場合であり、図中βはその中間のエンジン回転数の場合である。この図の如く、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が小さい領域では全効率が十分に得られないのに対し、要求吐出量が大きい領域では高い全効率が得られていることが解る。
【００７１】
以上のことを考慮し、本実施形態では、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が小さい領域では電気モータ９の駆動力を使用し、逆に高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量が大きい領域ではエンジン１の排気カムシャフト７３の回転力を使用して高圧燃料ポンプ２３を駆動させている。このため、高圧燃料ポンプ２３の要求吐出量とシステムの全効率との関係としては図７に示すように、エンジンの運転状況の広範囲に亘って高いシステム効率が得られることになる。尚、図７における破線は、各エンジン回転数毎に設定される電気モータ９の駆動力を使用する場合とエンジン１の排気カムシャフト７３の回転力を使用する場合との切り換え点（本発明でいう所定の低負荷値及び所定の高負荷値）を示している。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、燃料供給装置の構成が上記第１実施形態のものと異なっており、その他の構成及びエンジン１の運転動作は第１実施形態と同様である。従って、ここでは燃料供給装置の構成及びこの燃料供給装置の動作についてのみ説明する。
【００７３】
図８は、本実施形態に係る燃料供給装置及びこの燃料供給装置の制御系を示すシステム構成図である。本図では、上述した第１実施形態における燃料供給装置の構成部材と同一の部材については同一の符号を付している。
【００７４】
この図８に示すように、高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａの一端は第１クラッチ機構９１Ａを介してエンジン１の排気カムシャフト７３に係脱自在とされている。一方、高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａの他端は第２クラッチ機構９１Ｂを介して電気モータ９の駆動軸９ａに係脱自在とされている。このため、電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａを離脱（切断）状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを係合（接続）状態とした場合にはこの電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動され（本発明でいう第２の駆動源使用状態）、電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａ及び第２クラッチ機構９１Ｂを共に係合状態とした場合にはエンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力の両方によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第３の駆動源使用状態）。また、第１クラッチ機構９１Ａを係合状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを離脱状態とした場合にはエンジン１の排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第１の駆動源使用状態）。
【００７５】
−燃料供給装置の駆動制御−
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る燃料供給装置の駆動制御について説明する。本実施形態における燃料供給装置の駆動制御も、高圧燃料ポンプ２３の負荷状態によって異なる。以下の説明でも、この高圧燃料ポンプ２３の低負荷状態、高負荷状態、エンジン始動時、車両の急加速時のそれぞれにおける燃料供給装置の駆動制御について説明する。
【００７６】
＜低負荷時＞
先ず、高圧燃料ポンプ２３の負荷が低い場合、つまり、高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量が比較的少ない場合における燃料供給装置の駆動制御について説明する。
【００７７】
この場合、上記電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａを離脱状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを係合状態とする。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力は高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａには伝達されず、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この際、エンジンＥＣＵ８は電気モータ９の回転数を高圧燃料ポンプ２３の負荷に応じて調整する。つまり、負荷に応じた量だけ高圧燃料ポンプ２３から燃料が吐出されることになり、余剰燃料のリターン量は少ない状態となる。従って、高いシステム効率で燃料吐出動作を行うことができる。
【００７８】
＜高負荷時＞
一方、高圧燃料ポンプ２３の負荷が高い場合、つまり、高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量が比較的多い場合における燃料供給装置の駆動制御としては、上記電気モータ９を駆動させない状態で第１クラッチ機構９１Ａを係合状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを離脱状態とする。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この際、電気モータ９を使用しないため、エネルギ変換（エンジン出力エネルギのオルタネータ９４による電気エネルギへの変換、この電気エネルギの電気モータ駆動エネルギ（回転エネルギ）への変換）に伴うエネルギロスは生じない。また、この際、高圧燃料ポンプ２３に対する要求吐出量は比較的多いため、余剰燃料の発生量が少なくそのリターン分も少ないので、高いシステム効率で燃料吐出動作を行うことができる。
【００７９】
＜エンジン始動時＞
また、エンジン始動時には、上記電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａを離脱状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを係合状態とする。これにより、上述した低負荷時の場合と同様に、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力は高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａには伝達されず、電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この際にも、エンジンＥＣＵ８によって電気モータ９の回転数を任意に調整して高圧燃料ポンプ２３の回転数を任意に変更可能である。従って、クランキングに先立って（例えばイグニッションスイッチのＯＮと同時に）電気モータ９を駆動させると共に第２クラッチ機構９１Ｂのみを係合状態とすることにより、電気モータ９の回転速度のみに応じた比較的高速度で高圧燃料ポンプ２３の駆動を行うことができ、これによって燃料圧力を急速に高めることができる。その結果、インジェクタ２から気筒１１内への噴射量が十分に得られ、エンジン１の始動性が良好になる。
【００８０】
＜車両の急加速時＞
そして、車両の急加速時には、上記電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａ及び第２クラッチ機構９１Ｂを共に係合状態とする。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力の両方によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる。この車両の急加速時であることの判定は、上記アクセル開度センサ８２により検知されるアクセル開度の単位時間当たりの開方向への変化量が所定量以上となった場合にドライバが急加速を要求していると判定して本動作に移行する。これにより、エンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力とによる高い回転駆動力によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになり、ドライバの要求に迅速に応えられる燃料吐出動作を高圧燃料ポンプ２３に実行させることができ、自動車の加速レスポンスを良好に得ることができる。
【００８１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態も、燃料供給装置の構成が上記各実施形態のものと異なっており、その他の構成及びエンジン１の運転動作は上記各実施形態と同様である。従って、ここでも燃料供給装置の構成についてのみ説明する。
【００８２】
上述した第２実施形態では、高圧燃料ポンプ２３、電気モータ９、各クラッチ機構９１Ａ，９１Ｂを同一軸線上に配置していた。本実施形態はそれに代えて、図９に示すように、高圧燃料ポンプ２３及び第１クラッチ機構９１Ａに対し、電気モータ９及び第２クラッチ機構９１Ｂを異なる軸線上に配置した構成としている。
【００８３】
具体的には、高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａの一端が第１クラッチ機構９１Ａを介してエンジン１の排気カムシャフト７３に係脱自在とされている。また、第２クラッチ機構９１Ｂから延びる出力側の回転軸９１ａと高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａとの間に伝動ベルト９８が掛け渡されており、この両者９１ａ，２３ａ間での動力伝達が可能になっている。そして、この第２クラッチ機構９１Ｂには電気モータ９の駆動軸９ａが接続されており、第２クラッチ機構９１Ｂの係合時には電気モータ９の駆動力が伝動ベルト９８を介して高圧燃料ポンプ２３の駆動軸２３ａに伝達可能となっている。
【００８４】
このため、本実施形態においても上述した第２実施形態の場合と同様に、電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａを離脱（切断）状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを係合（接続）状態とした場合にはこの電気モータ９の駆動力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動される（本発明でいう第２の駆動源使用状態）。この場合の動力伝達は上記伝動ベルト９８により行われる。また、電気モータ９を駆動させると共に第１クラッチ機構９１Ａ及び第２クラッチ機構９１Ｂを共に係合状態とした場合にはエンジン１の排気カムシャフト７３の回転力と電気モータ９の駆動力の両方によって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第３の駆動源使用状態）。また、第１クラッチ機構９１Ａを係合状態とし且つ第２クラッチ機構９１Ｂを離脱状態とした場合にはエンジン１の排気カムシャフト７３の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３が駆動されることになる（本発明でいう第１の駆動源使用状態）。エンジン１の運転状態に応じた電気モータ９の駆動状態及び各クラッチ機構９１Ａ，９１Ｂの切り換え動作は上述した第２実施形態の場合と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００８５】
本実施形態においても上述した各実施形態の場合と同様に、エンジン１の運転中において最も効率の良い駆動源を使用した運転状況を実現することができ、効率の高い燃料供給装置の燃料供給動作を実現することができる。
【００８６】
−その他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、本発明を自動車に搭載された筒内直噴式４気筒ガソリンエンジン１に適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他の形式のガソリンエンジンやディーゼルエンジン（例えばコモンレールを備えたもの）にも適用可能である。また、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型やＶ型等の別）についても特に限定されるものではない。
【００８７】
また、高圧燃料ポンプ２３が受けるエンジン１の回転力としては、排気カムシャフト７３の回転力に限らず、吸気カムシャフト４３の回転力であってもよい。また、クランクシャフト６の回転力がベルト伝動等によって高圧燃料ポンプ２３に入力される構成としてもよい。
【００８８】
また、上述した各実施形態では、高圧燃料ポンプ２３の駆動源の一つとして電気モータ９を使用したが、この電気モータ９に代えてモータジェネレータを適用することも可能である。この場合、エンジン１の回転力のみによって高圧燃料ポンプ２３を駆動させている場合における車両減速時等においてはモータジェネレータによる回生運転を行うことが可能になり、エネルギ効率の更なる向上を図ることができる。
【００８９】
更には、上述した各実施形態では、クラッチ機構９１，９１Ａ，９１Ｂとして電磁式クラッチを使用したが、これに限らず、遠心式クラッチやワンウェイクラッチ等を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料供給装置及びその制御系を示すシステム構成図である。
【図４】燃料供給装置が受けるエンジンの出力エネルギの配分であって、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的少ない場合を示す図である。
【図５】燃料供給装置が受けるエンジンの出力エネルギの配分であって、高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的多い場合を示す図である。
【図６】高圧燃料ポンプの要求吐出量とシステムの全効率との関係の一例を示しており、（ａ）は電気モータの駆動力のみによって高圧燃料ポンプを駆動させた場合を示し、（ｂ）は排気カムシャフトの回転力のみによって高圧燃料ポンプを駆動させた場合を示す図である。
【図７】実施形態に係る燃料供給装置における高圧燃料ポンプの要求吐出量とシステムの全効率との関係の一例を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る燃料供給装置及びその制御系を示すシステム構成図である。
【図９】第３実施形態に係る燃料供給装置の一部を示すシステム構成図である。
【図１０】従来の構成における燃料供給装置が受けるエンジンの出力エネルギの配分であって、（ａ）が高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的多い場合、（ｂ）が高圧燃料ポンプの要求吐出量が比較的少ない場合をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１        エンジン（内燃機関）
１１      気筒
１２      燃焼室
２３      高圧燃料ポンプ
７３      排気カムシャフト（回転体）
９        電気モータ（ポンプ駆動用電動機）
９１      クラッチ機構
９１Ａ    第１クラッチ機構
９１Ｂ    第２クラッチ機構
９６      給電回路
９７      スイッチング機構
【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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