(57)【要約】【課題】アイドル運転状態または特定燃料温度が検出されたときに、低圧燃料ポンプから吐出されるフィード燃料の流量を低減させることにより、燃料供給装置の燃料管系統の軽量化や配管の簡素化を図る。【解決手段】低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ、コモンレール、燃料噴射弁およびリターン燃料管を備えるディーゼルエンジンの燃料供給装置において、アイドル運転状態で、かつ燃料温度が低温側閾値未満であるとき、およびアイドル運転状態で、かつ燃料温度が高温側閾値を越えるとき、高圧燃料ポンプにフィード燃料を供給する低圧燃料ポンプの吐出量が低減される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクから吸入した燃料をフィード燃料として吐出する低圧燃料ポンプと、前記フィード燃料を加圧して高圧燃料として吐出する高圧燃料ポンプと、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記高圧燃料ポンプからのリターン燃料を導くリターン燃料管と、を備えるディーゼルエンジンの燃料供給装置において、
アイドル運転状態および燃料温度の少なくとも一方の状態を検出する状態検出手段と、前記フィード燃料の流量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記状態検出手段により特定状態としてアイドル運転状態または特定燃料温度が検出されたとき前記フィード燃料の流量を低減することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
前記フィード燃料中の異物を除去する燃料フィルタを備え、前記状態検出手段は、前記燃料温度を検出する温度検出手段から構成され、前記特定燃料温度は、前記燃料温度が低温側閾値未満の温度であることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】
前記状態検出手段は、前記燃料温度を検出する温度検出手段から構成され、前記特定燃料温度は、前記燃料温度が高温側閾値を越える温度であることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼルエンジンの燃料供給装。
【請求項４】
前記状態検出手段は、前記アイドル運転状態を検出するアイドル運転検出手段および前記燃料温度を検出する温度検出手段から構成され、前記制御手段は、前記アイドル運転検出手段により前記アイドル運転状態が検出され、かつ前記温度検出手段により前記特定燃料温度が検出されたとき、前記フィード燃料の流量を低減することを特徴とする請求項２または３記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料蓄圧容器を備えるディーゼルエンジンの燃料供給装置に関し、詳細には、高圧燃料ポンプに燃料を供給するための低圧燃料ポンプの吐出量が制御される燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧燃料ポンプから吐出された燃料が蓄圧される燃料蓄圧容器を備えるディーゼルエンジンはよく知られている（例えば特許文献１参照）。一般に、燃料蓄圧容器を備えるディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁から噴射される燃料量はその開弁時間により制御されるため、燃料蓄圧容器内の燃圧を所定圧力に調整するため、高圧燃料ポンプに燃料を供給する低圧燃料ポンプの吐出量は一定になっている。しかも、燃焼性の改善などのために高圧燃料ポンプの吐出圧は高圧化される傾向にあり、この高圧化に伴って高圧燃料ポンプの冷却および潤滑のために低圧燃料ポンプから供給される燃料量は増加する傾向にある。
【特許文献１】特開２００３−１７６７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、低圧燃料ポンプから高圧燃料ポンプに供給される燃料量が一定であると、燃料噴射量が少ないアイドル運転時にも多量の燃料が高圧燃料ポンプに供給されるため、高圧燃料ポンプからのリターン燃料量が多くなる。しかしながら、高圧燃料ポンプからの多量のリターン燃料は、高圧燃料ポンプに接続されるリターン燃料管が燃料噴射弁や燃料蓄圧容器に接続されるリターン燃料管と共用されている場合には、燃料噴射弁や燃料蓄圧容器からのリターン燃料の円滑な戻りを妨げて、燃料噴射量の制御精度を低下させるなど不都合な事態を招来することがある。そこで、リターン燃料を円滑に戻すために、リターン燃料管の径を大きくしたり、リターン燃料管を個別に設けると、燃料管系統の重量増や配管の複雑化を招来する。
また、一般的に、燃料噴射量が比較的少ない（すなわち、リターン燃料が比較的多い）エンジンの暖機時などで、燃料温度が低いときには、軽油などの燃料に含まれているワックスが析出するため、多量の燃料が燃料フィルタを通過すると、燃料フィルタがワックスで目詰まりを起こすことがあって、所要流量の燃料の供給が損なわれる。さらに、エンジンの高負荷運転後に、高温のリターン燃料が多量に燃料タンクに戻ると、燃料タンクの構成部品、例えばゴム製シール部材が燃料の熱に曝されることになって、該構成部品の耐久性に影響を与える。特に、車両に搭載されたエンジンでは、車両の走行中は走行風によりリターン燃料管が冷却されるために、リターン燃料の高温化が抑制されるが、停車時のアイドル運転時には、リターン燃料が走行風により冷却されないため、高温のリターン燃料の熱が燃料タンクの構成部品に与える影響は一層大きくなる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜４記載の発明は、アイドル運転状態または特定燃料温度が検出されたときに、低圧燃料ポンプから吐出されるフィード燃料の流量を低減させることにより、燃料供給装置の燃料管系統の軽量化や配管の簡素化を図ることを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、燃料フィルタの目詰まり発生を簡単な構造により抑制することを目的とし、さらに、請求項３記載の発明は、高温のリターン燃料によるリターン先の構成部品に対する熱影響を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、燃料タンクから吸入した燃料をフィード燃料として吐出する低圧燃料ポンプと、前記フィード燃料を加圧して高圧燃料として吐出する高圧燃料ポンプと、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記高圧燃料ポンプからのリターン燃料を導くリターン燃料管と、を備えるディーゼルエンジンの燃料供給装置において、アイドル運転状態および燃料温度の少なくとも一方の状態を検出する状態検出手段と、前記フィード燃料の流量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記状態検出手段により特定状態としてアイドル運転状態または特定燃料温度が検出されたとき前記フィード燃料の流量を低減するディーゼルエンジンの燃料供給装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置において、前記フィード燃料中の異物を除去する燃料フィルタを備え、前記状態検出手段は、前記燃料温度を検出する温度検出手段から構成され、前記特定燃料温度は、前記燃料温度が低温側閾値未満の温度であるものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のディーゼルエンジンの燃料供給装において、前記状態検出手段は、前記燃料温度を検出する温度検出手段から構成され、前記特定燃料温度は、前記燃料温度が高温側閾値を越える温度であるものである。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のディーゼルエンジンの燃料供給装置において、前記状態検出手段は、前記アイドル運転状態を検出するアイドル運転検出手段および前記燃料温度を検出する温度検出手段から構成され、前記制御手段は、前記アイドル運転検出手段により前記アイドル運転状態が検出され、かつ前記温度検出手段により前記特定燃料温度が検出されたとき、前記フィード燃料の流量を低減するものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、エンジンのアイドル運転状態時または燃料温度が特定燃料温度であるときは、低圧燃料ポンプから吐出されるフィード燃料の流量が低減することから、燃料噴射弁から噴射される燃料量が少ないアイドル運転時または燃料温度が特定燃料温度であるときに多量のリターン燃料を燃料タンクに戻す必要がないため、リターン燃料管の径を大きくする必要がないので、燃料供給装置の燃料管系統が軽量化され、配管が簡素化される。
請求項２記載の事項によれば、燃料が低温であるときにフィード燃料の流量が低減することから、燃料温度が低いことにより析出する燃料中のワックスによる燃料フィルタの目詰まりの発生が抑制され、所要の流量の燃料を高圧燃料ポンプ、燃料噴射弁に供給することができるので、高精度の燃料噴射量の制御が可能になる。
請求項３記載の事項によれば、燃料が高温であるときにフィード燃料の流量が低減することから、燃料タンクなどのリターン先に戻る高温のリターン燃料の燃料量が低減するので、リターン先の構成部品が高温の燃料による熱影響を受けにくくなって、その耐久性が向上する。
請求項４記載の事項によれば、燃料噴射量が少ないために多量のフィード燃料を必要としないアイドル運転時に、多量のフィード燃料が高圧燃料ポンプに供給される場合に発生する燃料フィルタのワックスによる目詰まりや、特に燃料温度が高くなる暖機後のアイドル運転状態のときに、多量の高温のリターン燃料がリターン先の構成部材に与える熱影響が、対する影響を受けやすいアイドル運転時に吐出量が低減するので、燃料噴射量の制御の精度が向上し、またリターン先の構成部品の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図１，図２を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された燃料供給装置ＦはディーゼルエンジンＥのためのものである。ディーゼルエンジンＥは、車両に搭載される直列４気筒４ストロークエンジンであり、クランク軸を回転駆動するピストンが往復動可能に嵌合するシリンダが形成されたシリンダブロックおよびシリンダヘッドから構成される機関本体を備える。シリンダヘッドには、該シリンダヘッドと各ピストンとの間に形成される燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５が取り付けられる。
【０００８】
燃焼室に噴射される燃料を供給する燃料供給装置Ｆは、液体燃料としての軽油を貯留する合成樹脂製の燃料タンク１と、燃料タンク１から吸入した燃料を加圧してフィード燃料として吐出する低圧燃料ポンプ２と、低圧燃料ポンプ２から吐出されたフィード燃料を吸入した後に加圧して高圧燃料として吐出する高圧燃料ポンプ３と、高圧燃料ポンプ３から供給された高圧燃料が蓄圧される燃料蓄圧容器としてのコモンレール４と、コモンレール４に接続されてコモンレール４内の燃料を各燃焼室内に噴射する４つの燃料噴射弁５と、低圧燃料ポンプ２から吐出されたフィード燃料中の異物を除去する燃料フィルタ６と、各種検出手段と、該各種検出手段からの信号が入力されて、低圧燃料ポンプ２および燃料噴射弁５などを制御する制御手段としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）７と、各燃料通路を形成する導管や管継手などから構成される燃料管系統と、を備える。
【０００９】
この燃料導管系統には、低圧燃料ポンプ２からのフィード燃料を高圧燃料ポンプ３に導く低圧燃料管11と、高圧燃料ポンプ３からの高圧燃料をコモンレール４に導く高圧燃料管12と、コモンレール４内の燃料を各燃料噴射弁５に導く接続燃料管13と、高圧燃料ポンプ３、コモンレール４および燃料噴射弁５からのリターン燃料をリターン先としての燃料タンク１に導くリターン燃料管14が含まれる。リターン燃料管14は、高圧燃料ポンプ３に接続される第１枝管14ａと、コモンレール４に燃圧調整弁15を介して接続される第２枝管14ｂと、各燃料噴射弁５に接続される第３枝管14ｃと、各枝管14ａ，14ｂ，14ｃが接続されると共に下流端が燃料タンク１内に配置される１つの合流管14ｄとから構成される。
【００１０】
電動式ポンプからなる低圧燃料ポンプ２は、燃料タンク１内に配置され、ＥＣＵ７からの指令により通電量などが制御されることで、その吐出量が制御可能なポンプである。また、エンジンＥの動力により回転駆動される容積型の往復式ポンプからなる高圧燃料ポンプ３において、フィード燃料のうちの余剰の燃料および高圧燃料ポンプ３の冷却および潤滑に使用された燃料は、第１枝管14ａおよび合流管14ｄにより構成されるリターン燃料管を流通して燃料タンク１に戻る。
コモンレール４内の高圧燃料は、ＥＣＵ７により制御される燃圧調整弁15により所定の燃料圧力に調整され、余剰の燃料が第２枝管14ｂおよび合流管14ｄにより構成されるリターン燃料管を流通して燃料タンク１に戻る。また、各燃料噴射弁５での余剰の燃料は、第３枝管14ｃおよび合流管14ｄにより構成されるリターン燃料管を流通して燃料タンク１に戻る。
燃料フィルタ６は、低圧燃料ポンプ２と高圧燃料ポンプ３とを連通させる低圧燃料管11の途中に設けられる。
電磁弁からなる各燃料噴射弁５は、ＥＣＵ７により制御されて、エンジンＥの運転状態に応じて所定の噴射時期に、所定の燃料量の燃料を燃料室に噴射する。
【００１１】
各種検出手段には、燃料フィルタ６付近に配置されて燃料温度を検出する温度検出手段21と、エンジンＥのアイドル運転状態を検出するアイドル運転検出手段22と、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段23とが含まれる。アイドル運転検出手段22は、エンジン回転速度およびエンジン負荷に基づいて検出される。該エンジン負荷は、この実施形態では燃料噴射弁５から噴射される燃料量に基づいて決定される。
ここで、温度検出手段21およびアイドル運転検出手段22は、燃料温度およびアイドル運転状態のそれぞれの状態を検出する状態検出手段を構成する。
【００１２】
以下、燃料供給装置Ｆにおいて、フィード燃料の流量を低減するための低圧燃料ポンプ２の吐出量の低減制御について説明する。
所定時間毎に実行される吐出量の低減制御のルーチンを説明するための図２のフローチャートを、図１と併せて参照すると、ステップＳ１では、アイドル運転検出手段22からの検出信号に基づいて、エンジンＥが特定状態としてのアイドル運転状態であるか否かが判断され、アイドル運転以外の負荷運転状態であるとき、このルーチンが終了する。エンジンＥがアイドル運転状態であるとき、ステップＳ２に進んで、温度検出手段21により検出される燃料温度が低温側閾値（例えば−３°Ｃ）未満であるか否かが判断される。
【００１３】
ステップＳ２での判断が肯定されて、エンジンＥが暖機状態にあって燃料温度が暖機後の状態に比べて低温である低温側閾値未満であるとき、ステップＳ４に進んで、低圧燃料ポンプ２の吐出量の低減制御（低温時低減制御）が行われる。ここで、低温側閾値未満の燃料温度は、温度検出手段21により検出される特定状態としての特定燃料温度である。そして、フィード燃料の流量低減手段は低圧燃料ポンプ２であり、低圧燃料ポンプ２の吐出量は、フィード燃料の流量低減の制御対象である。また、低温側閾値は、燃料から析出するワックスによる燃料フィルタ６の目詰まり防止の観点から、燃料温度の低下につれて増加するワックスの析出量に応じて適宜設定される。
【００１４】
ステップＳ４における吐出量の低減制御では、低圧燃料ポンプ２の吐出量（またはフィード燃料の流量）が、吐出量の低減制御が行われない非低減状態時（すなわち通常時）に比べて低減された吐出量（例えば非低減制御時の６０％の吐出量）となるように制御される。そして、吐出量の低減制御は、アイドル運転時で、かつ燃料温度が低温側閾値未満である特定条件が満たされている期間、継続して行われる。
【００１５】
エンジンＥの暖機が完了するなどして、燃料温度が低温側閾値以上に上昇すると、ワックスによる燃料フィルタ６の目詰まりは発生しなくなる。このとき、ステップＳ２での判断が否定されて、ステップＳ３に進み、温度検出手段21により検出される燃料温度が高温側閾値（例えば８０°Ｃ）を越えているか否かが判断される。ステップＳ３での判断が否定されて、燃料温度が高温側閾値以下であると、低圧燃料ポンプ２の吐出量低減制御は行われず、通常時の吐出量でフィード燃料が吐出される。
しかしながら、ステップＳ３の判断が否定されている燃料温度のときであっても、燃料噴射弁５からの燃料噴射量が少ないアイドル運転状態であることから、ステップＳ４での低減制御での吐出量よりは多いものの、通常時の吐出量より少ない吐出量となる低減制御が行われてもよい。
【００１６】
ステップＳ３での判断が肯定されて、エンジンＥが高負荷運転された後の車両の停車時でのアイドル運転時のように、燃料温度が高温側閾値を越えるとき、ステップＳ４に進んで、低圧燃料ポンプ２の吐出量の低減制御（高温時低減制御）が行われる。ここで、高温側閾値を越える燃料温度は、低温側閾値未満の燃料温度と同様に、温度検出手段21により検出される特定状態としての特定燃料温度である。高温側閾値は、リターン燃料の熱が燃料タンク１の構成部品であって、熱影響を受けやすい構成部品、例えばゴム製のシール部材に対する熱影響の軽減の観点から適宜設定される。そして、この吐出量の低減制御は、アイドル運転時で、かつ燃料温度が高温側閾値を越える特定条件が満たされている期間、継続して行われる。
【００１７】
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
ディーゼルエンジンＥの燃料供給装置Ｆにおいて、アイドル運転検出手段によりアイドル運転状態が検出され、かつ温度検出手段21により燃料温度が低温側閾値未満の特定燃料温度であることが検出されたとき、低圧燃料ポンプ２の吐出量を非低減状態時（通常時）よりも低減することにより、低圧燃料ポンプ２から吐出されるフィード燃料の流量が低減することから、燃料噴射量が少ないために多量のフィード燃料を必要としないアイドル運転時に、多量のリターン燃料を燃料タンク１に戻す必要がないため、リターン燃料管14の径を大きくする必要がないので、燃料供給装置Ｆの燃料管系統が軽量化され、配管が簡素化される。また、リターン燃料管14が合流部を有する場合にも、リターン燃料が円滑に燃料タンク１に戻るので、燃料噴射量の制御精度が向上する。さらに、燃料が低温であるときにフィード燃料の流量が低減することから、多量のフィード燃料が高圧燃料ポンプ３に供給される場合に発生しやすい燃料中のワックスによる燃料フィルタ６の目詰まりが抑制され、所要の流量の燃料を高圧燃料ポンプ３、燃料蓄圧容器に供給することができるので、高精度の燃料噴射量の制御が可能になる。
【００１８】
ワックスによる燃料フィルタ６の目詰まり防止のために、燃料タンク１内に配置された低圧燃料ポンプ２の吐出量が制御されるので、該目詰まり防止のために燃料管などの部品を新たに設ける必要がなく、配管の簡素化に寄与する。
【００１９】
また、アイドル運転検出手段によりアイドル運転状態が検出され、かつ温度検出手段21により燃料温度が高温側閾値を越える特定燃料温度であることが検出されたとき、低圧燃料ポンプ２の吐出量を非低減状態時（通常時）よりも低減することにより、車両の停車時でのアイドル運転時などのように、燃料温度が高温側閾値を越えて燃料が高温であるとき、低圧燃料ポンプ２の吐出量の低減にフィード燃料の流量が低減することから、燃料タンク１に戻る高温のリターン燃料の燃料量が低減するので、燃料タンク１の構成部品が高温の燃料による熱影響を受けにくくなって、その耐久性が向上する。
また、本実施形態のように燃料タンク１内に低圧燃料ポンプ２が配置される構成の場合、低圧燃料ポンプ２の流量低減制御により、低圧燃料ポンプ２自体の仕事により発生する熱も低下するため、燃料タンク１内の燃料温度も低下させることができる。
【００２０】
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
【００２１】
燃料タンク１の構成部品に対するリターン燃料の熱影響は、燃料タンク１内の燃料量が少ないほど大きくなる（燃料タンク１内の燃料と混合したときのリターン燃料の温度低下が小さいため。）ので、燃料タンク１内の燃料に応じて前記高温時低減制御が行われてもよい。具体的には、状態検出手段として、燃料タンク１内の燃料量を検出する燃料量検出手段が設けられ、燃料温度が高温側閾値を越えるときで、かつ燃料タンク１内の燃料量が所定量（例えば、満タン時の５０％）以下の特定状態が燃料量検出手段により検出されたとき、吐出量の低減制御が行われる。これにより、燃料タンク１の構成部品に対する熱影響が抑制される。
【００２２】
状態検出手段は、温度検出手段21およびアイドル運転検出手段22のいずれか一方により構成されてもよい。したがって、アイドル運転状態以外の負荷運転状態のときに、燃料温度のみに応じて低圧燃料ポンプ２の吐出量制御が行われてもよく、またアイドル運転状態のとき、燃料温度とは無関係に、継続して吐出量の低減制御が行われてもよい。
温度検出手段21は、燃料温度を直接検出するセンサではなく、冷却水温度や潤滑油温度などの機関温度から間接的に燃料温度を検出するものであってもよい。
フィード燃料の流量の制御対象は、高圧燃料ポンプ３よりも上流または燃料フィルタ６よりも上流の低圧燃料管11からフィード燃料を燃料タンク１に還流さる燃料量であってもよい。
リターン燃料管14により導かれるリターン燃料のリターン先は、燃料タンク以外であって燃料圧が低い部位、例えば燃料管系統における低燃料圧部位であってもよい。
また、低圧燃料ポンプ２の流量低減制御の実行開始後は、燃料温度が正常温度域（例えば５°Ｃ〜６０°Ｃ）の範囲に入るか又はアイドル運転状態から抜けるまで、上記流量低減制御を継続するようにしてもよい。
燃料フィルタ６の近傍の燃料温度をより正確に検出する観点から、温度検出手段２１を燃料フィルタ６のケースに一体的に組み付けてもよい。
内燃機関は、前記実施形態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等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】
【００２３】
【図１】本発明が適用された燃料供給装置の模式図である。
【図２】図１の低圧燃料ポンプの吐出量の低減制御のルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
１…燃料タンク、２…低圧燃料ポンプ、３…高圧燃料ポンプ、４…コモンレール、５…燃料噴射弁、６…燃料フィルタ、７…ＥＣＵ、11…低圧燃料管、12…高圧燃料管、13…接続燃料管、14…リターン燃料管、15…燃圧調整弁、21…温度検出手段、22…アイドル運転検出手段、23…回転速度検出手段、Ｆ…燃料供給装置、Ｅ…ディーゼルエンジン。
【図１】
2007285235.tif 000003
【図２】
2007285235.tif 000004