(57)【要約】    【課題】  減速時（燃料カット中）に燃圧を低下させて、燃料リカバーに備える。    【解決手段】  燃料蓄圧室３３は、高圧燃料ポンプ２６からの高圧燃料を蓄え、燃料噴射弁３に供給する。リリーフ弁３７は、燃料蓄圧室３３内の燃圧が所定の開弁圧以上になったときに開弁動作して燃料蓄圧室３３内の燃圧を低下させる。ここにおいて、リリーフ弁３７にエンジン吸気系の吸入負圧（負圧取出口４６）を負圧通路４５により開弁方向に作用させ、リリーフ弁３７の開弁圧をエンジンの減速時に低下させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料ポンプからの高圧燃料を蓄える燃料蓄圧室と、燃料蓄圧室から導かれる高圧燃料を機関に噴射供給する燃料噴射弁と、燃料蓄圧室内の燃圧を検出し、機関運転条件に応じて設定される目標燃圧となるように、高圧燃料ポンプの吐出量を制御する燃圧フィードバック制御手段と、燃料蓄圧室内の燃圧が開弁方向に作用し該燃圧が所定の開弁圧以上になったときに開弁動作して燃料蓄圧室内の燃圧を低下させるリリーフ弁とを備える一方、
機関の減速時に燃料噴射弁の燃料噴射を停止させて燃料カットを行う減速燃料カット手段を備える内燃機関の燃料供給装置において、
前記リリーフ弁に機関吸気系の吸入負圧を開弁方向に作用させ、前記リリーフ弁の開弁圧を機関の減速時に低下させる構成としたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記機関の減速時に低下させる前記開弁圧は、機関の暖機運転時に筒内での圧縮行程噴射が可能な燃圧に制限することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記リリーフ弁へ機関吸気系の吸入負圧を導く負圧通路の途中に、ＯＮ−ＯＦＦ式の電磁弁を介装し、該電磁弁の開時にのみ吸入負圧を作用させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
前記負圧通路の前記電磁弁の上流側に吸入負圧を保存する負圧タンクを介装したことを特徴とする請求項３記載の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、筒内直噴式内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内直噴式内燃機関においては、高圧燃料ポンプからの高圧燃料を蓄える燃料蓄圧室と、燃料蓄圧室から導かれる高圧燃料を機関に噴射供給する燃料噴射弁とを備え、燃料蓄圧室の燃圧が機関運転条件（回転数及び負荷）に応じて設定される目標燃圧となるように、高圧燃料ポンプの吐出量を制御している。
【０００３】
また、この燃圧制御システムでは、安全対策として、燃料蓄圧室内の燃圧が所定値（通常の制御範囲を超える値）以上になったときに開弁して燃料蓄圧室内の燃圧を低下させるリリーフ弁を備えている。このリリーフ弁としては、開弁圧が一定のメカバルブの他、開弁圧を任意に設定できる電制バルブも使用されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１８４６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、現在の内燃機関においては、燃費向上を目的とした制御の一つとして、高回転からの減速時に燃料カットを行う減速時燃料カット制御が採用されており、上記目標燃圧への制御を行う内燃機関では、燃料カット開始時の目標燃圧と、その後の燃料リカバー時の目標燃圧とは異なる（燃料リカバー時の方が低回転側ゆえ目標燃圧は低い）。
【０００５】
しかし、高圧燃料ポンプの吐出量を制御して、燃料噴射量との流量収支により、燃圧を制御するシステムでは、燃料カット中は燃料噴射量が０となるため、高圧燃料ポンプの作動を停止させても、燃圧が下がらず、燃料カット開始時の燃圧のまま保持される。
【０００６】
その結果、燃料リカバー直後に、目標燃圧に対して実燃圧のずれが発生し、このずれが大きい場合は、実燃圧が目標燃圧に到達するまでの時間が長くなり、その間、燃焼安定性が悪化して排気や運転性を悪化させてしまう。
【０００７】
このため、燃料カット要求条件成立後、燃料蓄圧室内の燃圧が燃料噴射によって低下するまで、燃料カットの開始を遅らせているが、燃料カットの開始を遅らせると、その分、燃費向上効果が得られなくなってしまう。
【０００８】
また、前記リリーフ弁が電制バルブの場合には、これを用いて、減速中に燃圧を低下させることも可能であるが、電制バルブを用いる場合は、コスト高となる。
本発明は、このような実状に鑑み、簡単な構成で、減速中に燃料蓄圧室内の燃圧を低下させることができる内燃機関の燃料供給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】
【０００９】
このため、本発明では、燃料蓄圧室内の燃圧が開弁方向に作用し該燃圧が所定の開弁圧以上になったときに開弁作動して燃料蓄圧室内の燃圧を低下させるリリーフ弁を用いることを前提に、前記リリーフ弁に機関吸気系の吸入負圧を開弁方向に作用させ、前記リリーフ弁の開弁圧を機関の減速時に低下させる構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、減速時に吸入負圧が大きくなると、この負圧がリリーフ弁に対し開弁方向に作用して開弁圧を低下させる結果、燃料蓄圧室内の燃圧を低下させることできる。従って、燃料リカバー時の目標燃圧と実燃圧とのずれを可及的に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す筒内直噴火花点火式内燃機関（以下エンジンという）の構成図である。
【００１２】
エンジン１の各気筒の燃焼室２には、燃料噴射弁３と点火プラグ４とが配置される。
吸気系は、エアクリーナ５、エアフローメータ６、スロットル弁７、吸気マニホールド（吸気コレクタ）８、及び、各気筒の吸気弁９を含んで構成される。
【００１３】
排気系は、各気筒の排気弁１０、排気マニホールド１１、排気浄化触媒１２などを含んで構成される。
このエンジン１での運転モード（燃焼モード）には、均質運転モードと成層運転モードとがあり、均質運転モードでは、吸気行程にて燃料噴射を行い、燃焼室２の全体に均質な混合気を形成することで、ストイキ又はリーン空燃比（Ａ／Ｆ＝２０〜３０）での均質燃焼を行わせる。これに対し、成層運転モードでは、圧縮行程にて燃料噴射を行い、点火プラグ４の周囲に成層化された混合気塊を形成することで、全体として極めてリーンな空燃比（Ａ／Ｆ＝３０〜４０）で成層燃焼を行わせる。
【００１４】
次に、燃料系について、図１及び図２により説明する。
燃料タンク２１内に、低圧燃料ポンプ２２が設けられている。詳しくは、図２に示されるように、燃料タンク２１内の燃料を圧送する電動式の低圧燃料ポンプ２２と、その吐出側で燃料をろ過する燃料フィルタ２３と、余剰燃料を燃料タンク２１へ戻すことで吐出側圧力を一定圧力（通常０．３〜０．５ＭＰａ程度）に調整する低圧プレッシャレギュレータ２４とが設けられている。
【００１５】
低圧燃料ポンプ２２により圧送される燃料は、低圧燃料通路（低圧配管）２５により、高圧燃料ポンプ２６へ供給される。
高圧燃料ポンプ２６は、図２に示されるように、プランジャポンプ２７と、その吸入側に設けられる電磁制御弁２８と、吐出側に設けられるチェック弁２９とを含んで構成されている。また、吸入側には、燃料フィルタ３０と燃料ダンパ３１とが備えられている。
【００１６】
プランジャポンプ２７は、エンジンカムシャフトに連結されているポンプ駆動カムにより駆動されるプランジャの往復動により吸入・吐出動作を行う。
電磁制御弁２８は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１００により、プランジャポンプ２７の吸入行程において開弁し、吐出行程において閉弁するよう制御するが、更に、その閉弁時期を制御することで、高圧燃料ポンプ２６（プランジャポンプ２７）の吐出量を制御可能である。
【００１７】
従って、高圧燃料ポンプ２６においては、プランジャの下降時に吸入側の電磁制御弁２８を介して燃料を吸入し、上昇時に電磁制御弁２８が閉弁してから吐出側のチェック弁２９を介して燃料を吐出する。
【００１８】
高圧燃料ポンプ２６の吐出側（チェック弁２９側）は、オリフィス付きの燃料通路３２により、燃料蓄圧室（コモンレール）３３に接続されている。
燃料蓄圧室３３には、これから分岐する各分岐管３４を介して気筒数分の燃料噴射弁３が接続され、これらの燃料噴射弁３はエンジンの各気筒の燃焼室に臨んでいる。
【００１９】
また、燃料蓄圧室３３には、該蓄圧室３３内の燃圧を検出する燃圧センサ３５が取付けられ、その信号はＥＣＵ１００に入力されている。
更に、燃料蓄圧室３３との連通路３６にリリーフ弁３７の一端側を接続し、リリーフ弁３７の他端側を、リターン通路３８により、高圧燃料ポンプ２６の吸入側の低圧燃料通路（低圧配管）２５に接続している。このリリーフ弁３７は、燃料蓄圧室３３内の燃圧が過大に上昇したときに開弁して圧力を逃がすためのものである（通常の開弁圧は１８ＭＰａ程度）。
【００２０】
ここにおいて、燃料噴射弁３より噴射する燃料圧力を制御するため、燃料蓄圧室３３内の燃圧を制御するが、この燃圧は、ＥＣＵ１００からの信号により、電磁制御弁２８の閉弁時期を制御して、高圧燃料ポンプ２６の吐出量を制御することにより、任意の目標燃圧（通常３〜１５ＭＰａ程度）にフィードバック制御する。
【００２１】
目標燃圧は、運転条件（回転数及び負荷）に応じて、高回転・高負荷側ほど大きく、低回転・低負荷側ほど小さく、設定されている。
燃圧の制御は、目標燃圧と要求噴射パルス幅とから計算される実際の燃料噴射量に対し、高圧燃料ポンプ吐出量を可変に調整することで行っている。高圧燃料ポンプ吐出量と燃料噴射量が１：１の場合、流量収支がバランスし、燃圧は一定に保たれる。燃圧を上げる場合は、一時的に高圧燃料ポンプ吐出量を増加させ、目標燃圧に到達した時点で流量収支を１：１に戻すように吐出量を制御する。燃圧を下げる場合はその逆である。
【００２２】
すなわち、本燃圧制御システムにおいては、高圧燃料ポンプ吐出量と燃料噴射量の流量収支で燃圧が制御されるため、燃圧制御の制御因子は、高圧燃料ポンプ吐出量となる。目標燃圧よりも実燃圧（燃圧センサ出力）が低い場合は、高圧燃料ポンプ吐出量を増やして目標燃圧となるまで燃圧を上げる方向に誘導し、目標燃圧よりも実燃圧が高い場合はこの逆となる。
【００２３】
従って、ＥＣＵ１００では、運転条件に応じて設定される目標燃圧に基づいて、この目標燃圧と燃料噴射量とから高圧燃料ポンプ吐出量を計算し、これに基づいて電磁制御弁２８の閉弁時期を定め、クランク角センサ信号（エンジン回転数）、気筒判別センサ信号（ポンプ駆動カム位相角）を参照しつつ、制御する。
【００２４】
ところで、現在のエンジンにおいては、燃費向上を目的とした制御の一つとして、高回転からの減速時に燃料カットを行う減速時燃料カット制御が採用されている。
この場合、運転条件に応じて目標燃圧を設定しているエンジンでは、燃料カット開始時の目標燃圧と、その後の燃料リカバー時の目標燃圧とが異なる（燃料リカバー時の方が低回転側ゆえ目標燃圧は低い）。
【００２５】
しかし、燃料噴射弁３の燃料噴射量に合わせて、高圧燃料ポンプ２６の吐出量を可変に制御して、燃圧を制御するシステムでは、燃料カット中は燃料噴射量が０になるため、電磁制御弁２８を開弁状態に保持することで、高圧燃料ポンプ２６の作動を停止させても、燃料蓄圧室３３内の燃圧は下がらず、燃料カット開始時の燃圧のまま保持される。
【００２６】
従って、燃料リカバー直後に、目標燃圧に対して実燃圧のずれが発生する。特に、前述した燃料リカバー直後のように、目標燃圧に対して実燃圧が大きくずれる場合は、実燃圧が目標燃圧に到達するまでの時間が長くなり、その間、燃焼安定性が悪化して排気や運転性を悪化させてしまう。
【００２７】
そこで本発明では、リリーフ弁３７を用いて、減速中に燃料蓄圧室３３内の燃圧を低下させることができるようにする。
図３はリリーフ弁３７の詳細構造を示している。
【００２８】
リリーフ弁３７は、ダイアフラム４１を挟んで、室Ａと室Ｂとを備えている。
室Ａ側には、その底壁中央部に、燃料蓄圧室３３との連通路３６を開口させ、側壁に、低圧燃料通路（低圧配管）２５との連通路であるリターン通路３８を開口させてある。
【００２９】
また、室Ａ側には、燃料蓄圧室３３との連通路３６の開口部をテーパ状にして、弁シート部４２を形成してある。そして、ダイアフラム４１の室Ａ側の面の中央部に固定したボール状の弁体４３を弁シート部４２に対向させている。
【００３０】
室Ｂ側には、スプリング４４を収納して、ダイアフラム４１に作用させ、これより弁体４３を閉弁方向（弁シート部４２に着座させる方向）に付勢している。
従って、室Ｂが大気圧の状態では、燃料蓄圧室３３との連通路側からボール状の弁体４３に開弁方向に作用する燃料蓄圧室３３内の燃圧と、スプリング４４の付勢力とのバランスにより、通常は弁体４３が弁シート部４２に着座して閉弁しているが、燃料蓄圧室３３内の燃圧が過度に上昇して所定値以上になると、弁体４３が弁シート部４２から離れて開弁し、これにより燃料蓄圧室３３内の高圧燃料がリターン通路３７側へ洩流して、燃料蓄圧室３３内の燃圧が前記所定値まで低下する。
【００３１】
ここにおいて、本発明では、前記室Ｂを負圧通路４５によりエンジン吸気系のスロットル弁７下流（吸気コレクタ）の負圧取出口４６に連通させる（図１参照）。
すなわち、リリーフ弁３７にて弁体４３を保持するダイアフラム４１に対し開弁方向にエンジン吸気系の吸入負圧を作用させ、リリーフ弁３７の開弁圧をエンジンの減速時に低下させる構成としている。
【００３２】
本実施形態によれば、中高回転・中高負荷側の領域では、スロットル弁７が開いていて、吸入負圧は大きくないので、リリーフ弁３７の室Ｂに導入される負圧は小さいため、開弁圧の低下は小さい。
【００３３】
従って、燃料蓄圧室３３内の燃圧が通常の制御範囲にある限り、リリーフ弁３７が開くことはなく、従来同様に機能する。
これに対し、アイドル領域では、スロットル弁７が閉じていて、吸入負圧が大きくなるので、リリーフ弁３７の室Ｂに導入される負圧が大きくなる。このため、リリーフ弁３７の開弁圧が小さくなる。
【００３４】
但し、アイドル領域での目標燃圧は、中高回転・中高負荷側の領域より小さいので、正常であれば、リリーフ弁３７が開くことはない。
これに対し、高回転からの減速燃料カット時には、スロットル弁７が閉じることで、吸入負圧が大きくなるため、リリーフ弁３７の室Ｂに導入される負圧が大きくなる。このため、リリーフ弁３７の開弁圧が小さくなる。
【００３５】
従って、減速時の燃料カット中に、リリーフ弁３７が開いて、燃料蓄圧室３３内の燃圧を十分に低下させることができ、燃料リカバー時の燃料噴射に備えることができる。このため、燃料リカバー時の目標燃圧と実燃圧とのずれが小さくなり、好適な燃圧制御が可能となる。
【００３６】
尚、図３を参照し、リリーフ弁３７にて、燃料蓄圧室３３内の燃圧をＰ１、燃圧が作用する部位の弁体４３の面積Ｓ１とすると、燃圧に基づいて弁体４３に開弁方向に作用する力は、Ｐ１×Ｓ１となる。また、吸入負圧をＰ２、吸入負圧が作用する部位のダイアフラム４１の面積をＳ２とすると、吸入負圧に基づいて弁体４３に開弁方向に作用する力は、Ｐ２×Ｓ２となる。そして、これらの和（Ｐ１×Ｓ１＋Ｐ２×Ｓ２）が、スプリング４４の付勢力Ｆと対抗する。従って、リリーフ弁３７にて吸入負圧が作用するダイアフラム４１の面積Ｓ２、従ってダイアフラム径を大きくするほど、減速時の開弁圧を大きく低下させることができる。
【００３７】
但し、アイドル運転時に成層燃焼を行う場合、具体的には、暖機運転時に、触媒の昇温要求のため、点火時期をＴＤＣ以降に遅らせて、成層燃焼を行う場合は、燃料蓄圧室３３内の燃圧を最低でもアイドル運転時に圧縮行程噴射が可能な燃圧（１２ＭＰａ程度）に保持する必要がある。
【００３８】
従って、エンジンの減速時に低下させる開弁圧は、エンジンの暖機運転時に筒内での圧縮行程噴射が可能な燃圧に制限するよう、ダイアフラム径の大きさを制限する。
次に本発明の第２実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。
【００３９】
図４は第２実施形態でのエンジンの構成図である。
第２実施形態では、第１実施形態の構成に加え、リリーフ弁３７のダイアフラム（室Ｂ）へエンジン吸気系の吸入負圧を導く負圧通路４５の途中に、ＯＮ−ＯＦＦ式の電磁弁４７を介装している。
【００４０】
この電磁弁４７は、詳しくは、ＯＮ−ＯＦＦ式の三方電磁弁であり、ＯＮ状態で負圧通路４５を連通し、ＯＦＦ状態で負圧通路４５を遮断すると共に大気に開放する。すなわち、リリーフ弁３７の室Ｂへの負圧通路４５を、負圧取出口４６側の通路と、エンジン吸気系のスロットル弁７上流側に設けた大気取出口４８側の通路とに、選択的に接続する。
【００４１】
図５は第２実施形態でのＥＣＵ１００による電磁弁４７の制御フローチャートである。
Ｓ１では、燃料カット中か否かを判定する。燃料カットは、よく知られているように、燃費節減のため減速運転中に燃料噴射弁３の燃料噴射を停止するものである。具体的には、アクセル開度ＡＰＯ＝０（アクセルペダルからの足離し状態）で、かつエンジン回転数Ｎｅが所定の燃料カット回転数以上であることを条件（燃料カット開始条件）として、燃料カットを開始し、その後、運転者のアクセル操作によりアクセル開度ＡＰＯ＞０となるか、エンジン回転数Ｎｅが所定の燃料リカバー回転数以下となった時点で、燃料カットを終了し、燃料リカバー（燃料噴射再開）とする。
【００４２】
従って、減速燃料カットが開始されると、Ｓ２へ進み、三方電磁弁４７をＯＮにする。これにより、リリーフ弁３７の室Ｂが大気圧状態から吸入負圧状態となり、開弁圧が低下する。
【００４３】
従って、減速時の燃料カット中に、リリーフ弁３７が開いて、燃料蓄圧室３３内の燃圧を十分に低下させることができ、燃料リカバー時の燃料噴射に備えることができる。このため、燃料リカバー時の目標燃圧と実燃圧とのずれが小さくなり、好適な燃圧制御が可能となる。
【００４４】
その後、Ｓ３では、燃料リカバーか否かを判定し、燃料リカバー時又は燃料リカバーから所定時間経過後に、Ｓ４へ進み、三方電磁弁４７をＯＦＦにする。これにより、リリーフ弁３７の室Ｂが再び大気圧状態となり、開弁圧が通常値に戻る。
【００４５】
本実施形態によれば、リリーフ弁３７へエンジン吸気系の吸入負圧を導く負圧通路４５の途中に、ＯＮ−ＯＦＦ式の電磁弁４７を介装し、該電磁弁４７の開時にのみ吸入負圧を作用させる構成としたので、高燃圧が必要なシーンでは、電磁弁４７をＯＦＦ状態に保持することで、高燃圧を確保できる。
【００４６】
すなわち、前述のような暖機運転時に成層燃焼を行うシーンでは、電磁弁４７をＯＦＦ状態に保持して高燃圧を確保するようにすることで、ダイアフラム径を十分に大きくして減速時の開弁圧を制限無く低下させることが可能となる。
【００４７】
次に本発明の第３実施形態を図６に基づいて説明する。
図６は第３実施形態でのエンジンの構成図である。
第３実施形態では、第２実施形態の構成に加え、リリーフ弁３７のダイアフラム（室Ｂ）へエンジン吸気系の吸入負圧を導く負圧通路４５の電磁弁４７の上流側（電磁弁４７と負圧取出口４６との間）に、吸入負圧を保存する負圧タンク４９を介装している。尚、負圧タンク４９はその上流側にはチェック弁５０を備えている。
【００４８】
本実施形態によれば、吸入負圧を保存する負圧タンク４９を備えることで、次のような効果が得られる。
吸気弁の作動角及びリフト量を連続的に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の作動角及びリフト量を制御することにより吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行うエンジンでは、吸入負圧が発生するシーンが少なくなり、負圧不足が懸念されるが、負圧タンクを備えることで、負圧不足を解消できる。
【００４９】
また、エンジン停止時に、電磁弁４７を一時的にＯＮ状態にし、負圧タンク４９の負圧を利用して、燃料蓄圧室３３内の燃圧を低下させることが可能となる。これにより、エンジン停止中の燃料噴射弁３からの高圧燃料の燃料洩れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態を示すエンジンの構成図
【図２】燃料系の構成図
【図３】リリーフ弁の詳細構造を示す図
【図４】本発明の第２実施形態を示すエンジンの構成図
【図５】第２実施形態での電磁弁の制御フローチャート
【図６】本発明の第３実施形態を示すエンジンの構成図
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン
２  燃焼室
３  燃料噴射弁
４  点火プラグ
５  エアクリーナ
６  エアフローメータ
７  スロットル弁
８  吸気マニホールド
９  吸気弁
１０  排気弁
１１  排気マニホールド
１２  排気浄化触媒
２１  燃料タンク
２２  低圧燃料ポンプ
２３  燃料フィルタ
２４  低圧プレッシャレギュレータ
２５  低圧燃料通路（低圧配管）
２６  高圧燃料ポンプ
２７  プランジャポンプ
２８  電磁制御弁
２９  チェック弁
３０  燃料フィルタ
３１  燃料ダンパ
３２  オリフィス付きの燃料通路
３３  燃料蓄圧室（コモンレール）
３４  分岐管
３５  燃圧センサ
３６  連通路
３７  リリーフ弁
３８  リターン通路
４１  ダイアフラム
４２  弁シート部
４３  ボール状の弁体
４４  スプリング
４５  負圧通路
４６  負圧取出口
４７  ＯＮ−ＯＦＦ式の電磁弁（三方電磁弁）
４８  大気取出口
４９  負圧タンク
５０  チェック弁
１００  ＥＣＵ
【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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