(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内に配置され燃料を供給する単一の電動ポンプユニットと、
その噴射口が燃焼室に露出するようにエンジン本体に装着され、加圧された燃料を燃焼室内に直接噴射する複数個の燃料噴射弁と、
前記電動ポンプユニットと各前記燃料噴射弁とを接続しその上に昇圧機構が配置されていない配管と、
前記燃料噴射弁の近傍に設けられた第１燃圧センサと、
前記電動ポンプユニットの出口に設けられた第２燃圧センサと、を備え、
該第１燃圧センサの検出結果から前記燃料噴射弁の駆動時間を算出し、バッテリから該電動ポンプユニットへの電力の供給量を見込み算出し、該算出値を該第２燃圧センサの検出結果で補正し、
この補正した電力の供給量に基づいて前記電動ポンプユニットへ供給する電力値、すなわち、前記燃料タンクから前記配管を経由して前記燃料噴射弁へ送出する燃料の送出量を決定する前記電動ポンプユニットの燃料ポンプを駆動するための電動モータに供給する電力値、の調整が行われ、前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の圧力である設定燃料圧力が設定されることを特徴とする燃料供給・噴射システム。
【請求項２】
燃料タンク内に配置され燃料を供給する単一の電動ポンプユニットと、
その噴射口が燃焼室に露出するようにエンジン本体に装着され、加圧された燃料を燃焼室内に直接噴射する複数個の燃料噴射弁と、
前記電動ポンプユニットと各前記燃料噴射弁とを接続しその上に昇圧機構が配置されていない配管と、
前記電動ポンプユニットの出口に設けられた燃圧センサと、を備え、
該燃圧センサの検出結果に基づき前記燃料噴射弁の近傍の燃料圧力を推定し、該推定された燃料圧力に基づき前記燃料噴射弁の駆動時間を制御し、
前記推定された燃料圧力の値と前記駆動時間の値とに基づいて前記電動ポンプユニットへ供給する電力値、すなわち、前記燃料タンクから前記配管を経由して前記燃料噴射弁へ送出する燃料の送出量を決定する前記電動ポンプユニットの燃料ポンプを駆動するための電動モータに供給する電力値、の調整が行われ、前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の圧力である設定燃料圧力が設定されることを特徴とする燃料供給・噴射システム。
【請求項３】
前記電動ポンプユニットは、１個の電動モータと１個の燃料ポンプとから成る請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項４】
前記電動ポンプユニットは、１個又は２個の電動モータと１個又は２個の燃料ポンプとから成る請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項５】
前記燃料噴射弁の噴射口は複数の噴孔から成り、各噴孔は燃料がピストンの頂面に均等に分散する方向に形成されている請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項６】
前記燃料噴射弁は前記エンジン本体の頂部に軸方向に装着されている請求項５記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項７】
前記燃料噴射弁の噴射口は複数の噴孔から成り、各噴孔は燃料がピストンの頂面及び排気弁に分散する方向に形成されている請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項８】
前記燃料噴射弁の噴射口は複数の噴孔から成り、各噴孔は燃料がピストンの頂面及び点火プラグに分散する方向に形成されている請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項９】
前記燃料噴射弁は前記エンジン本体の側部に斜め方向に装着されている請求項６、７又は８記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１０】
前記燃料噴射弁の設定燃料圧力は１Ｍｐａから５Ｍｐａの範囲で何れかの圧力値に設定されている請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁の設定燃料圧力は、エンジンの運転条件に応じて可変である請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１２】
前記燃料噴射弁の設定燃料圧力は、エンジンの始動時、高負荷高回転時及び冷間時に高く、それ以外の時低くされている請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１３】
さらに、前記エンジン本体の吸気側に配置された過給機を含み、前記燃料噴射弁の設定燃料圧力は、該過給機の過給圧に応じて可変である請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１４】
前記燃料噴射弁からの燃料の噴射時、設定燃料圧力は前記燃焼室内の圧力に応じて可変である請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１５】
前記配管は、前記電動ポンプユニットから前記エンジン本体まで伸びる燃料配管と、該エンジン本体の各燃焼室に燃料を分配するデリバリ配管と、を備え
前記燃料配管と各前記燃料噴射弁との結合部は、エンジンの出力軸と平行にされている請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１６】
前記電動ポンプユニットの回転数はエンジンの回転数と同期されない請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１７】
エンジンの始動時、スタータの駆動に先だって前記電動ポンプユニットが駆動され、
運転キーがスタータ位置となったとき、前記電動ポンプユニットの駆動電流を低減させる請求項１又は請求項２記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１８】
運転キーの挿入後からスタート位置に回転されるまでの間、バッテリの電力は前記電動ポンプユニットの駆動のみに使用される請求項１７記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項１９】
前記運転キーが前記スタータ位置に回転された後エンジンの回転数が所定値に達するまでの間、前記バッテリの電力は前記電動ポンプユニット及び前記スタータの駆動に使用される請求項１７記載の燃料供給・噴射システム。
【請求項２０】
前記運転キーが前記スタータ位置に回転された後、前記燃焼室内の燃料圧力が所定値に達するまでの間は、前記バッテリの電力は前記スタータの駆動のみに使用される請求項１７記載の燃料供給・噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両において燃料タンク内の燃料を電動ポンプユニットで燃料噴射弁に供給し、該燃料噴射弁からエンジン本体の燃焼室内に噴射する燃料供給・噴射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の内燃機関の一つとして、火花点火式内燃機関（通称：ガソリン筒内直噴エンジン、以下「直噴エンジン」と言う）が知られている。第１５図に示すように、直噴エンジンは、燃料をエンジン本体１００の各燃焼室（筒）１０１内に直接噴射する複数個の燃料噴射弁１０２を有する。直噴エンジンは、吸気管に燃料を噴射する形式のエンジンに比べて、吸気管は着燃料がないためレスポンスが良く、筒内冷却効果により吸入空気量が増大して出力が増大するとともにノック等の異常燃焼が発生し難い等の長所がある。
【０００３】
燃料タンク１０５内の燃料は２個の燃料ポンプ１０６、１０８及び燃料配管１１０、１１１によって各燃料噴射弁１０２に供給される。２個の燃料ポンプの一方は電動式ポンプ（通称：フィードポンプ）１０６であり、燃料タンク１０５内に配置され、比較的低圧で作動する。他方は機械式ポンプ１０８であり、エンジン本体に設置され、比較的高圧で作動する。電動式ポンプ１０６と機械式ポンプ１０８とは燃料配管１１０、１１１により接続されている。
【０００４】
詳述すると、電動式ポンプ１０６は燃料タンク１０５内の燃料を比較的低い圧力（０．３から０．５ＭＰａ）で第１燃料配管１１０に圧送する。電動式ポンプ１０６と機械式ポンプ１０８との間では燃料圧力が低く、両者を接続する第１燃料配管１１０には耐圧性が必要とされないため、材質としてゴムを用いることもできる。機械式ポンプ１０８はエンジンの回転によって駆動され、低圧で圧送された燃料を高い圧力（５から１４ＭＰａ）に昇圧して、第２燃料配管１１１に圧送する。第２燃料配管１１１には耐圧性が要求されるため、金属管が用いられる。
機械式ポンプ１０８によって昇圧された燃料はデリバリ配管１１２によって分岐され、各燃焼室（気筒）に対応して設けられた燃料噴射弁１０２に供給される。
【０００５】
燃料噴射弁１０２はＥＣＵ１１５の指示により開閉駆動される。ＥＣＵ１１５は、燃圧センサ１１６や吸気圧センサ、空燃比センサ等（不図示）等で検出された燃料圧力値に応じ、燃料噴射量を算出する。これに基づき、昇圧された燃料が燃料噴射弁１０２から燃焼室１０１内に噴射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の直噴エンジン用燃料供給・噴射システムは、燃料ポンプとして電動式ポンプ１０６及び機械式ポンプ１０８を採用し、設定噴射圧力として高い圧力（５から１４ＭＰａ）が採用されていた。
【０００７】
電動式ポンプ１０６及び機械式ポンプ１０８を採用した結果、第１に構造が複雑となり製造及び組立コストが上昇する。第２に、高い設定噴射圧力を採用した結果、高圧を得るために機械式ポンプ１０８の寸法や必要とされる駆動力が大きくなる。第３に、始動時に燃料の噴射量、微粒化が確保し難い。
【０００８】
第３の不具合に関して、エンジンの始動時のように回転数が低い状態では、機械式ポンプ１０８は燃料を５から１４ＭＰａには昇圧できず、（電動ポンプによる０．２から０．５Ｍｐａ程度に加圧されるに過ぎない）、燃料噴射弁１０２にはこの低圧の燃料が供給されるのみである。一方、燃料噴射弁１０２は所望の燃料圧力（５から１４Ｍｐａ）で燃料の微粒化、噴射量が確保できるように設計されている。そのため、該所定の圧力より低い状態（０．２から０．５Ｍｐａ）／（５から１４Ｍｐａ）＝１／１０から１／７０では筒内に噴射される燃料の微粒化が極めて悪く、また噴射量も充分でない。その結果、始動時の燃焼が悪化する、始動時間が長くなる、スモーク、ＨＣ等の有害排出ガスが多い等、の課題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構造が簡単で製造・組立コストが低減でき、エンジンの始動時にも燃料の噴射量と微粒化が確保し易い好適な噴射が実現できる燃料供給・噴射システムを提供することを目的としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、従来の電動式ポンプ及び機械式ポンプに代えて、電動式のポンプユニットを唯１個使用し、それに伴い種々の改良を施すことを思い付いて、本発明を完成した。
【００１１】
即ち、本発明の燃料供給・噴射システムは、燃料タンク内に配置され燃料を供給する単一の電動ポンプユニットと、その噴射口が燃焼室に露出するようにエンジン本体に装着され、加圧された燃料を燃焼室内に直接噴射する複数個の燃料噴射弁と、電動ポンプユニットと各燃料噴射弁とを接続しその上に昇圧機構が配置されていない配管と、から成る基本構成を持ち、
第１の発明では、上記基本構成に燃料噴射弁の近傍に設けられた第１燃圧センサと、電動ポンプユニットの出口に設けられた第２燃圧センサと、を備え、第１燃圧センサの検出結果から燃料噴射弁の駆動時間を算出し、バッテリから電動ポンプユニットへの電力の供給量を見込み算出し、算出値を第２燃圧センサの検出結果で補正し、この補正した電力の供給量に基づいて前記電動ポンプユニットへ供給する電力値、すなわち、燃料タンクから配管を経由して燃料噴射弁へ送出する燃料の送出量を決定する電動ポンプユニットの燃料ポンプを駆動するための電動モータに供給する電力値、の調整が行われ、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の圧力である設定燃料圧力が設定されることを特徴とする。
また、第２の発明では、上記基本構成に電動ポンプユニットの出口に設けられた燃圧センサと、を備え、燃圧センサの検出結果に基づき燃料噴射弁の近傍の燃料圧力を推定し、推定された燃料圧力に基づき燃料噴射弁の駆動時間を制御し、推定された燃料圧力の値と駆動時間の値とに基づいて電動ポンプユニットへ供給する電力値、すなわち、燃料タンクから配管を経由して燃料噴射弁へ送出する燃料の送出量を決定する電動ポンプユニットの燃料ポンプを駆動するための電動モータに供給する電力値、の調整が行われ、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の圧力である設定燃料圧力が設定されることを特徴とする。
【００１２】
この燃料供給・噴射システムにおいて、燃料タンク内の燃料は、単一の電動ポンプユニットにより加圧され、燃料配管を介して燃料噴射弁に圧送され、燃料噴射弁から燃焼室に噴射される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜電動ポンプユニット＞
電動ポンプユニットの構成は、１個の電動モータと１個の燃料ポンプとから成ることができるし、１個又は２個の電動モータと１個又は２個の燃料ポンプとから成ることもできる。
【００１４】
次に、バッテリによる電動ポンプユニットの駆動について説明する。エンジンの始動時、スタータの駆動に先だって電動ポンプユニットを駆動することができる。そのためには、第１に、運転キーの挿入後からスタート位置に回転されるまでの間、バッテリの電力を電動ポンプユニットの駆動のみに使用されることができる。第２に、運転キーがスタータ位置に回転された後エンジンの回転数が所定値に達するまでの間、バッテリの電力を電動ポンプユニット及びエンジン始動用の電気モータ（通称：スタータ）の駆動に使用することができる。第３に、運転キーがスタータ位置に回転された後燃焼室内の燃料圧力が所定値に達するまでの間は、バッテリの電力をスタータの駆動のみに使用することができる。
【００１５】
電動ポンプユニットの回転数はエンジンの回転数と同期されないことが望ましい。
＜燃料噴射弁＞
燃料噴射弁の噴射口は複数の噴孔から成る。各噴孔を燃料が燃焼室内全体に分散する方向に形成することもできるし、各噴孔を燃料がピストンの頂面及び排気弁に分散する方向に形成することもできるし、各噴孔を燃料がピストンの頂面及び点火プラグに分散する方向に形成することもできる。これらの場合、燃料噴射弁はエンジン本体の側部に斜め方向に装着されることが望ましい。
【００１６】
また、各噴孔を燃料がピストンの頂面に均等に分散する方向に形成することができ、この場合、燃料噴射弁はエンジン本体の頂部に軸方向に装着されることが望ましい。 また、燃料噴射弁にヒータを内蔵して噴射口を高温にすることにより、混合気の気化の促進を図ることもできる。
【００１７】
燃料噴射弁の設定燃料圧力について説明する。本発明のように唯１個の電動式ポンプユニットを採用した場合、従来の機械式ポンプのように燃料圧力として５から１４Ｍｐａを採用すると、電動ポンプの効率、耐久性、体格、駆動エネルギの面で問題が発生するおそれがある。そのため、エンジン性能が維持できる最小限の燃料圧力を採用している。但し、燃料噴射弁から燃焼室（筒）内に燃料を直接噴射するため、燃料噴射圧力は圧縮工程中の燃焼室内の圧力より高く設定する必要がある。
【００１８】
詳述すると、通常ガソリンエンジンの圧縮比は約１０であり、大気圧０．１Ｍｐａの空気を吸入して約１０倍に圧縮すると、燃焼室の圧力は約１Ｍｐａになる。従って、これ以上の燃料圧力であれば、圧縮工程中においても燃焼室内に燃料を噴射することができる。これより、本発明での高圧電動ポンプの設定燃圧最低値は１ＭＰａ（圧縮時筒内圧力）とする。
【００１９】
図８（ａ）（ｂ）は電動式ポンプユニットの設定燃料圧力と、ポンプ体格及び駆動エネルギとの関係を示したグラフである。これによれば、設定燃料圧力が５Ｍｐａを超えるとポンプ体格も駆動エネルギも大きく増加することが判る。これを考慮して、設定燃料圧力の上限を５ＭＰａとした。
【００２０】
尚、燃料圧力を１から５Ｍｐａの範囲においてエンジンの運転状況に応じて可変とすれば、エンジン性能の向上が図れる。また、多量噴射や微粒化が必要とされる始動時、高負荷回転時及び冷間時に高めに、それ以外の時に低く設定することが良い。
【００２１】
また、燃料噴射弁からの燃料噴射時の設定燃料圧力は、噴射時の燃焼室内の圧力に応じて可変としたり、燃焼室内の圧力に応じて噴射時間を補正することができる。
＜配管＞
配管は、電動ポンプユニットからエンジン本体まで伸びる燃料配管と、エンジン本体の各燃焼室に燃料を分配するデリバリ配管とから成ることが望ましい。配管上に昇圧機構が配置されていないとは、電動式であるか機械式であるかを問わず、燃料の圧力を上昇させるポンプ手段等が存在しないことを意味する。
【００２２】
燃料配管と各燃料噴射弁との結合部が剛性の場合、該結合部はエンジンの出力軸と平行にされることが望ましい。一方、可撓性の結合部は、エンジンの出力軸平行に伸びても、これと直交する方向に伸びても良い。
＜その他の構成要素＞
▲１▼過給機
エンジン本体の吸気側に過給機を設け、燃料噴射弁の設定燃料圧力は１Ｍｐａから５Ｍｐａの範囲で該過給機の過給圧に応じて可変とすることができる。
▲２▼燃圧センサ、ＥＣＵ
燃料噴射弁の近傍において燃料配管又はデリバリ配管内に燃圧センサを設けることができる。該燃圧センサの検出結果に基づき電動ポンプユニットの出口の燃料圧力を推定し、該推定された燃料圧力に基づきＥＣＵにより電動ポンプユニットの回転数を制御することができる。電動ポンプユニットの出口での燃料圧力値の推定には、所定の推定式をＥＣＵに記憶させるか、又は燃料配管及びデリバリ配管のモデルを作製し、そのモデルからシュミレーションにより求めた推定値をＥＣＵに記憶させれば良い。
【００２３】
また、電動ポンプユニットの出口に燃圧センサを設けることができる。該燃圧センサの検出結果に基づき燃料噴射弁の近傍の燃料圧力を推定し、該推定された燃料圧力に基づきＥＣＵにより燃料噴射弁の駆動時間を制御することができる。
【００２４】
更に、燃料噴射弁の近傍に第１燃圧センサを設け、電動ポンプユニットの出口に第２燃圧センサを設けることができる。第１燃圧センサの検出結果からＥＣＵにおいて燃料噴射弁の駆動時間を算出し、電動ポンプユニットへの電力供給量を見込み算出する。そして、この算出値をＥＣＵにおいて第２燃圧センサの検出結果で補正する。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
＜実施例＞
（全体の構成、作動）
図１に４気筒式の直噴エンジン及び燃料供給・噴射システム全体を示す。これから明かなように、直噴エンジンのエンジン本体（シリンダブロック）１０には４個（１個のみ図示）のシリンダボアー１１が形成され、各シリンダボアー１１にはピストン１２が滑合されている。各シリンダボアー１１には吸気管１３及び排気管１６が接続され、その開口部にはそれぞれ吸気弁１４及び排気弁１７が配置されている。吸気管１３には吸気圧センサ１８が配置され、排気管１６には空燃比センサ１９が配置されている。吸気管１３の途中にはスロットル２２ａが配置され、アクセルペダル２１の踏込み量に応じて変化するスロットル開度をスロットル開度センサ２２ｂにより検知する。エンジン本体１０の頂部には点火プラグ２３が取り付けられている。
【００２６】
その一端がピストン１２に枢着されたコンロッド２６の他端は、クランク軸２７に固定されたクランク２８に枢着されている。クランク軸２７はスタータ２９により駆動され、その回転がクランク角センサ３１により検出される。
【００２７】
上記吸気圧センサ１８、空燃比センサ１９、スロットル開度センサ２２ｂ及びクランク角センサ３１の信号がＥＣＵ３２に入力されている。
【００２８】
次に、燃料供給・噴射システムについて、図１、図２、図３及び図４を参照しつつ説明する。燃料供給・噴射システムは、電動式ポンプユニット３５と、燃料配管４０及びデリバリ配管４２と、燃料噴射弁４５とを含む。
【００２９】
図１に示すように、電動式ポンプユニット３５は１個の電動モータ３６と、該電動モータ３６により駆動される１個の燃料ポンプ３７とから成る。電動式ポンプユニット３５は、燃料タンク３８内に配置され、従来の電動式ポンプの数倍の高圧（ここでは、約２ＭＰａ）を発生させる。燃料ポンプ３７の出口からエンジン本体１０まで金属から成る燃料配管４０が伸び、デリバリ配管４２に接続されている。デリバリ配管４２は金属から成り、図２に示すようにエンジン本体１０の側部に出力軸の方向（ｘ方向）と平行に取り付けられ、次述する４個の燃料噴射弁４５にそれぞれ燃料を供給する。図３に示すように、デリバリ配管４２中に配置された燃圧センサ４３の信号がＥＣＵ３２に入力される。
【００３０】
エンジン本体１０の側部には、吸気管１３に近接して、燃料噴射弁４５がシリンダボアー１１の軸線に対して斜め方向に取り付けられ、先端の噴射口４６は燃焼室１５内に位置している。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、噴射口４６は１５個の円形の噴孔４７ａ、４７ｂから成り、そのうち１０個の噴孔４７ａは大円上にほぼ等間隔で形成され、５個の噴孔４７ｂは小円上にほぼ等間隔で形成されている。小円上の５個の噴孔４６ｂも、大円上の１０個の噴孔４７ａも燃料が噴射口４６の中心から放射状に拡散する方向に形成されている。
【００３２】
図１に戻って、電動モータ３６の回転数及び燃料噴射弁４５開閉の時期及び量はＥＣＵ３２からの信号により制御される。
【００３３】
作動時、電動ポンプユニット３５は燃料タンク３８内の燃料を昇圧し、燃料配管４０及びデリパリ配管４２を介して、燃料噴射弁４５に供給する。燃料噴射弁４５はＥＣＵ３２の指示により開閉される。即ち、ＥＣＵ３２は、スロットル開度センサ２２ｂ、吸気圧センサ１８、クランク角センサ３１、空燃比センサ１９等の検出値に応じ、燃焼室１５に供給すべき噴射量を算出し、燃料噴射弁４５の開閉を制御する。これに基づき、昇圧された燃料が燃料噴射弁４５から燃焼室１５内に噴射され、吸気管１３から供給される空気と所定比で混合される。燃料と空気との混合気体はピストン１２により圧縮され、その途中で点火プラグ２３により点火されて爆発する。
（各構成要素の構成、作動）
図１から明らかなように、燃料タンク３８と燃料噴射弁４５との間に配置される電動式ポンプユニット３５が唯１個である。即ち、従来例における機械式ポンプ１０８は廃止されている。これにより、燃料供給・噴射システム全体の低コスト化、構造の簡素化が図れる。また、従来機械ポンプを駆動していた動力の損失が不要となり、エンジンの高出化、低燃費化が可能となる。
【００３４】
電動ポンプユニット３５で加圧圧送された燃料は、燃料噴射弁４５から燃焼室１５内に噴射される。上述したように、本実施例では、直噴エンジンにおいて公知の燃料圧力（５から１４ＭＰａ）よりも低い燃料圧力（２ＭＰａ）に設定している。燃料圧力が低いと、噴射される燃料の粒径が大きくなり、吸気管１３から吸引される空気との混合が不足することがある。
【００３５】
これを考慮して、図４（ａ）に示すように、燃料噴射弁４５の噴射口４６に１５個の噴孔４７ａ、４７ｂを所定の位置に、軸方向に対して所定角度で斜め方向に形成されている。その結果、図４（ｂ）（ｃ）に示すように燃料は各噴孔４７ａ、４７ｂから放射状に噴射され、燃焼室１５内全体即ちピストン１２の頂面１２ａ全体に行き渡る。従って、燃料圧力が２ＰＭａでも燃料の粒径が大きくなること及び空気との混合が不足することが防止される。
【００３６】
次に、エンジン始動時の燃料の噴射について説明する。自動車では、始動時にエンジンが燃焼により自力で回転できるまで、エンジンを強制的にスタータ２９で回転させる。エンジンを回転させている間スタータ２９は大きな電力を必要とするため、電動ポンプユニット３５の電動モータ３６の駆動をスタータ２９の駆動と協調させて制御する。
【００３７】
詳述すると、図５に示すように、運転キー３３が挿入された時点で、バッテリの電力により電動モータ３６の駆動を開始し、燃料ポンプ３７を駆動して燃料配管４０及びデリバリ配管４２から燃料噴射弁４５に燃料を加圧圧送する。運転キー３３がスタート位置になった時点で電動モータ３６の駆動を一時中止し、スタータ２９のみを駆動する。これにより、スタータ２９にバッテリからより多くの電力を供給して、その回転力を上げることができる。
【００３８】
スタータ２９による回転力はエンジンが１００から２００ｒｐｍで回転する程度であるが、燃料の燃焼が始まってエンジンからトルクが発生するとエンジンの回転数は急激に増大する。そこで、エンジンの回転数が４００ｒｐｍを超えた時点でスタータ２９の駆動を停止し、再度電動モータ３６を駆動する。
【００３９】
このように、エンジン即ちスタータ２９の始動よりも前に電動ポンプユニット３５を駆動する。これにより、始動時から所望とする燃料圧力が確保でき、燃料噴射弁３５から所望の微粒で所望の噴射量を燃焼室１５内に噴射でき、良好な燃焼が実現できる。その結果、始動時間が短縮でき、スモーク及びＨＣが低減できる。従来例でもエンジンの始動時は電動式ポンプ１０６により燃料を供給するが、始動前に供給する考えはない。
【００４０】
次に、燃料配管４０及びデリバリ配管４２の損傷について図２をもとに説明する。燃料噴射弁４５における燃料圧力（約２ＭＰａ）は従来の燃料圧力よりも遙かに低いが、エンジン本体１０が出力軸を中心としてｙ方向にローリング駆動を発生することがある。
【００４１】
これを考慮して、本実施例では、共に金属製で高耐圧性の燃料配管４０及びデリバリ配管４２を使用しているので、結合部４１に伸縮力が作用しても、燃料配管４０及びデリバリ配管４２が損傷したり、結合部４１にゆるみが発生することが防止される。これに対して、結合部４１をエンジン本体１０の側方からこれと直交する方向に導くと、ローリング駆動に対し不利であり、結合部４１において損傷が生ずる場合がある。
【００４２】
次に、燃料噴射弁４５における燃料圧力の制御について図３をもとに説明する。電動式ポンプユニット３５からエンジン本体１０まで２から３ｍの距離があるため、燃料ポンプ３７の出口とデリバリ配管４２内とで燃料圧力に差が生じる。燃圧センサ４３をデリバリ配管４２に配置してデリバリ配管４２の燃料圧力を検出すると、燃料ポンプ３７の作動圧力を上げたとき応答遅れが生じる。よって、燃圧センサ４３の検出値から直接電動ポンプユニット３５の燃料圧力の大小を判定しその作動圧力を制御すると、発散したり、オーバシュートが発生し、燃圧がを精度良く制御することができない。
【００４３】
これを考慮して、本実施例ではデリバリ配管４２に配置した燃圧センサ４３の検出値からＥＣＵ３２において燃料ポンプ３７の出口での圧力値を推定し、それに対応するように電動モータ３６の回転数を制御している。燃料ポンプ３７の出口での圧力値の推定には、燃料配管４０及びデリバリ配管４２のモデルを作製し、そのモデルからシュミレーションにより求めＥＣＵ３２に記憶させた推定値を使用している。
【００４４】
これは、単一の電動ポンプユニット３５とエンジン本体１０との間にかなりの距離があるために必要となったものであり、従来例のように昇圧の大半をエンジン本体内に配置した機械式ポンプ１０８により行う場合には不要である。
【００４５】
次に、電動モータ３６即ち燃料ポンプ３７を駆動する電力について図６をもとに説明する。ＥＣＵ３２はエンジンの運転状態に応じて最適の噴射量を算出し、燃料噴射弁４５に該噴射量を指示する。つまり、燃料が噴射されると燃料配管４０内の燃料圧力が低下するため電動ポンプユニット３５からの燃料の圧送が必要となる。
【００４６】
これを考慮して、本実施例では、図６に示すように、燃料噴射量に応じてポンプ電力値を精度良く制御している。詳述すると、Ｓ１では、クランク角センサ３１やスロットル開度センサ２２ｂにより検出されるエンジンの回転数に応じて噴射量を決定する。Ｓ５では、Ｓ１で決定した噴射量の混合気体を燃料噴射弁４５から噴射する。Ｓ２では、Ｓ１で決定した噴射量ｑを気筒数に４を乗じた全噴射量（ｑ×４）に更に係数ｋ１を乗じた値Ｗｐ（＝ｋ１×ｑ×４）を見込みポンプ電力とする。Ｓ３では、Ｓ６で検出した燃圧からポンプ電力補正係数ｋ２を求め、Ｗｐ’＝Ｗｐ×Ｋ２にてポンプ電力Ｗｐ’を決定し、Ｓ４で燃料ポンプ３７に供給する。
【００４７】
このように、噴射量に応じたポンプ電力値を上記燃圧センサ４３の検出値で補正し、該補正した電力を電動モータ３６に供給することにより、精度が高く応答性に優れた制御が達成される。これも、単一の電動ポンプユニット３５による燃料圧力の昇圧により可能となたもので、エンジンの回転により機械式ポンプを駆動する従来例ではこのような制御は不可能である。
【００４８】
デリバリ配管４２内の燃料圧力と各燃料噴射弁４５への燃料の噴射信号（噴射タイミング）との関係を図７に示す（各気筒のサイクル順番は＃１→＃３→＃４→＃２である）。デリバリ配管４２内の圧力は、燃料ポンプ３７の回転に同期して圧力変動を生じており、燃料ポンプ３７の圧送行程でデリバリ配管４２中の燃料圧力が上昇する。これに対して、燃料噴射弁４５はエンジンが１回転する間に燃料を２回噴射する。
【００４９】
これを考慮して、本実施例ではＥＣＵ３２により電動モータ３６の回転数を調整することにより、図７に示すように、燃料ポンプ３７が１回転する時間をエンジンが１回転する時間よりも短くしている。これにより、燃料ポンプ３７の回転とエンジンの回転とが同期せず、燃料圧力が変動しても、特定の気筒の燃料噴射弁４５が他の燃料噴射弁４５よりも低い又は高い圧力で燃料を噴射することが防止される。その結果、＃１、＃４、＃３及び＃２の気筒の筒内混合気はほぼ均一になり、トルク変動の発生や、エミッションの悪化が防止される。
【００５０】
これに対して、図７に二点鎖線で示すように、電動ポンプユニット３５の回転とエンジンの回転とが同期していると、燃料圧力の変動により特定の気筒の燃料噴射弁４５が他の燃料噴射弁４５よりも低い又は高い圧力の燃料を噴射することがある。その結果、例えば＃１、＃４の燃料噴射弁４５が低い圧力で噴射し、＃３、＃２の燃料噴射弁４５が高い圧力で噴射し、＃１、＃４の気筒の燃焼室１５内混合気は薄く、＃３、＃２の筒内の燃焼室１５内の混合気は濃くなる。
＜変形例＞
▲１▼電動ポンプユニット
図９（ａ）に示す変形例は、１個の電動モータ５１と、該電動モータ５１によって駆動される第１燃料ポンプ５２及び第２燃料ポンプ５４とで構成されている。第１燃料ポンプ５２の吐出部５３と第２燃料ポンプ５４の吸込み部５５とが結合されている。電動ポンプユニット５０をこのように構成することにより、吐出圧が高まる効果がある。
【００５１】
図９（ｂ）に示す変形例は、第１電動モータ５７及び第２電動モータ６０と、該第１電動モータ５７によって駆動される第１燃料ポンプ５８及び第２電動モータ６０により駆動される第２燃料ポンプ６１とで構成されている。第１燃料ポンプ５８の吐出部５９と第２燃料ポンプ６１の吸込み部６２とが結合されている。
電動ポンプユニット６３をこのように構成することにより、第１燃料ポンプ５８及び第２燃料ポンプ６１が最も効率の良い駆動トルクで駆動される効果がある。
▲２▼噴射口の噴孔
図１０（ａ）に示す変形例では、燃料噴射弁４５をエンジン本体１０の頂部に設け、その噴射口４６に形成し軸方向に開口する噴孔から燃料の噴霧を燃料室１５全体に均等に分布するように噴射しても良い。
【００５２】
図１０（ｂ）に示す変形例では、燃料噴射弁４５の噴射口４６が、ピストン１２の頂面１２ａに燃料を均等に噴射する噴孔と、２個の排気弁１７に燃料を噴射する噴孔とから成る。頂面１２ａを噴射する大半（例えば１１個）の噴孔は軸方向に対して斜め方向に形成され、排気弁を噴射する残り（例えば４個）の噴孔は軸方向に形成されている。排気弁１７は燃焼室１５内において最も高温となる部位であり、ここに燃料を衝突させることにより燃料の気化が促進され、燃焼室１５内に良質な混合気が形成できる。
【００５３】
図１０（ｃ）に示す変形例では、燃料噴射弁４５の噴射口４６が、ピストン１２の頂面１２ａに燃料を均等に噴射する噴孔と、点火プラグ２３に燃料を噴射する噴孔とから成る。頂面１２ａを噴射する大半（例えば１３個）の噴孔は軸方向に対して斜め方向に形成され、点火プラグ２３を噴射する残り（例えば２個）の噴孔は軸方向に形成されている。こうして点火プラグ２３付近に濃い混合気を形成することにより、着火性をより向上させることができる。
▲３▼デリバリ配管
第１１図に示す変形例では、燃料配管４０の結合部４１ａをエンジンの振動を吸収できる高耐圧のフレキシブルな管（金網とゴムと樹脂とから成る）で形成している。この場合、結合部４１ａの配管方向は、出力軸と直交する方向にすることができる（勿論、エンジンの出力軸と平行にすることもできる）。
▲４▼燃圧センサ
図１２（ａ）の変形例では、燃圧センサ６５を燃料ポンプ３７の出口の近傍に設けている。この場合、燃圧センサ６５の検出値から直接燃料ポンプ３７の設定圧力を制御することができるが、燃料噴射弁４５の噴射時間とデリバリ配管４２内の圧力とによって決定される噴射量を精度良く制御できない。燃料ポンプ３７の出口の近傍とデリバリ配管４２内とでは燃料圧力の差が生じており、燃圧センサ６５の検出値から噴射時間を決定すると噴射量に誤差が生じる。
【００５４】
従って、この場合は所定の推定式又は燃料ポンプ３７、燃料配管４０、デリバリ配管４２及び燃料噴射弁４５のモデルから推定した推定値に基づき、燃圧センサ６５の検出値からデリバリ配管４２内の圧力を推定して噴射時間を決定することが好ましい。
【００５５】
図１２（ｂ）の変形例では、デリバリ配管４２に第１燃圧センサ６７を配置し、燃料ポンプ３７の出口の近傍に第２燃圧センサ６８を配置している。この場合、第１燃圧センサ６７の検出値から噴射時間を決定し、第２燃圧センサ６８の検出値で燃料ポンプ４５の設定圧力を制御することが好ましい。
<5>始動時の協調制御
バッテリによってスタータ２９に供給される電力量には限界値があり、バッテリの充電量や温度などによって異なる。スタータ２９の駆動に要する電力がこの限界値以内であれば、使用電力が残っている。これを考慮して、図１３（ａ）の変形例では、運転キー３３がスタート位置となったとき、電動モータ３６の駆動を完全に停止しないで、スタータ２９を駆動してもなお残っている電力で電動モータ３６を駆動する。即ち、スタータ２９の駆動を電動モータ３６の駆動よりも優先させるのである。
【００５６】
スタータ２９や電動モータ３６は、車両に装着されている他の電機部品と比較し、極めて大きな電力を必要とする。スタータ２９で要求される電力と、電動モータ３６で要求される電力とを単純に加算すると、バッテリの供給能力を超える場合が多い。この点より、始動時の電動モータ３６とスタータ２９との協調制御が有効となる。
【００５７】
図１３（ｂ）の変形例では、運転キー３３が挿入された時点で電動モータ３６の駆動を開始する。運転キー３３がスタート位置になったとき、燃料圧力が所定圧力（Ｐｍ）に達していない場合は、スタータ２９を駆動することなく電動モータ３６の駆動を継続する。これに対して、燃料圧力が所定燃圧Ｐｍを超えていれば電動モータ３６の駆動を中止し、スタータ２９の駆動を開始する。その後、エンジンの回転数が４００ｒｐｍを超えた時点でスタータ２９の駆動を停止し、再度電動モータ３６を駆動する。
【００５８】
所定の燃料圧力がない状態では燃料噴射量や噴霧の微粒化が悪いため、スタータ２９でエンジンを回しても良好な燃焼が実現できない。しかし、所定燃料圧力になるまでスタータ２９の駆動を遅らせることにより、良好な燃焼を実現して始動性を改善することができる。
▲６▼噴射時間の筒内圧力による補正
燃焼室１５内の圧力（以下「筒内圧力」と言う）による噴射時間の補正について説明する。図１４（ｂ）に示すように、燃焼室１５内の圧力は吸気行程ではほぼ一定であり、圧縮行程において漸増し、その途中で燃料が点火される。燃料噴射弁４５から燃焼室１５への燃料の噴射量は、噴射時における燃焼室１５内の圧力（以下「噴射時筒内圧力」と言う）Ｐｃに影響される。同じ噴射時間であっても、吸気行程及び圧縮行程の前半のように噴射時筒内圧力Ｐｃが低い程多量の燃料が噴射され、圧縮行程の後半のように噴射時筒内圧力Ｐｃが高い程少量の燃料が噴射される。従って、燃焼室１５内において精度の良い噴射を実現するためには、噴射時筒内圧力Ｐｃによって噴射時間を補正することが望ましい。
【００５９】
具体的には、図１４（ａ）に示すように、エンジンの運転条件に応じてＥＣＵ３２が噴射時間及び噴射時期を決定する。筒内圧力センサ等の圧力検出手段で燃焼室１５内の筒内圧力Ｐｃを検出し、その検出値をＥＣＵ３２に入力する。そして、検出された噴射時筒内圧力Ｐｃが低いとき程噴射時間即ち燃料噴射弁４５の開弁時間を短く補正し、噴射時筒内圧力Ｐｃが高いとき程噴射時間を長く補正する。このように、噴射時間を筒内圧力Ｐｃで補正することにより、噴射時筒内圧力Ｐｃの高低に応じた量の燃料が噴射される。
【００６０】
尚、筒内圧力Ｐｃは、燃焼室１５内に充填された混合気体の量又は吸入した空気の量と噴射時期とから予め設定された関数によって算出したり、又は噴射時期から予め設定されたマップにより求めることもできる。
【００６１】
また、上記のように噴射時間を補正することなく、噴射時筒内圧力Ｐｃに応じて設定燃料圧力Ｐｆを補正することによっても、精度の高い筒内噴射を実現できる。具体的には、噴射量は設定燃料圧力Ｐｆと噴射時筒内圧力Ｐｃとの差（Ｐｆ−Ｐｃ）の平方根に比例するので、噴射時筒内圧力Ｐｃは前述の方法で算出し、（Ｐｆ−Ｐｃ）の平方根が一定となるように、噴射時筒内圧力Ｐｃが高いときは設定燃料圧力Ｐｆも高く、噴射時筒内圧力Ｐｃが低い時は設定燃料圧力Ｐｆも低くする。これによっても、噴射時筒内圧力Ｐｃの高低に応じた量の燃料が噴射される。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の燃料供給・噴射システムによれば、燃料タンク内の燃料は、単一の電動ポンプユニットにより燃料噴射弁に供給され、燃料噴射弁から燃焼室に噴射される。従って、構造が簡単で製造・組立コストが低減でき、エンジンの始動時にも好適な噴射が実現でき、燃料の微粒化が確保し易い効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す全体図である。
【図２】エンジン本体、燃料噴射弁及びデリバリ配管等を示す斜視図である。
【図３】燃料噴射弁、デリバリ配管及びＥＣＵ等の関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）は噴射口の噴孔を示す正面図、（ｂ）及び（ｃ）は噴孔からの燃料の噴射を示す斜視図である。
【図５】電動ポンプユニットとスタータとの協調制御を示す説明図である。
【図６】電動ポンプユニットの駆動電力の補正を示す説明図である。
【図７】デリバリ配管内の燃料圧力と燃料噴射弁への燃料の噴射信号との関係を示す説明図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は燃料圧力と体格及び駆動エネルギとの関係を示す説明図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は電動ポンプユニットの変形例を示す説明図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は燃料噴射弁の噴射口の変形例を示す説明図である。
【図１１】燃料配管のデリバリ配管の結合部の変形例を示す説明図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は燃圧センサの配置場所の変形例を示す説明図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は電動ポンプユニットとスタータとの協調制御の変形例を示す説明図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は噴射時間の筒内圧力による補正を示す説明図である。
【図１５】従来の燃料供給・噴射システムを示す要部説明図である。
【符号の説明】
１０：エンジン本体              １２：ピストン
１３：吸気管                    １５：燃焼室
３２：ＥＣＵ                    ３５：電動ポンプユニット
３６：電動モータ                ３７：燃料ポンプ
３８：燃料タンク                ４０：燃料配管
４１：結合部                    ４２：デリバリ配管
４３：燃圧センサ                ４５：燃料噴射弁
４６：噴射口                    ４７ａ、４７ｂ：噴孔
【図１】
0003893953.tif 000002
【図２】
0003893953.tif 000003
【図３】
0003893953.tif 000004
【図４】
0003893953.tif 000005
【図５】
0003893953.tif 000006
【図６】
0003893953.tif 000007
【図７】
0003893953.tif 000008
【図８】
0003893953.tif 000009
【図９】
0003893953.tif 000010
【図１０】
0003893953.tif 000011
【図１１】
0003893953.tif 000012
【図１２】
0003893953.tif 000013
【図１３】
0003893953.tif 000014
【図１４】
0003893953.tif 000015
【図１５】
0003893953.tif 000016