JP2000274322A - 筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置にて燃圧
制御用に備えられた単一の燃圧センサによる燃圧検出に
よって低圧ポンプの異常検出を可能とする。 【解決手段】 低圧ポンプが故障した場合には、蓄圧室
への燃料圧送量が低下するため、始動性が低下する。し
かし、一旦、始動が完了してしまえば、その後は高圧ポ
ンプによる昇圧作用が十分に発生してくるため、問題は
生じない。すなわち、低圧ポンプの故障診断を特に行わ
ない場合には、低圧ポンプ異常は単なる始動性悪化とし
て見過ごされるおそれがある。そこで、本発明は、始動
が完了して高圧ポンプの昇圧作用が十分に発生する前の
段階、換言すれば、低圧ポンプの昇圧作用のみが燃圧の
上昇に寄与している始動中の段階で、蓄圧室内の燃圧の
上昇の有無を見ることによって、低圧ポンプの異常を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式内燃機
関の燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧の燃料を蓄える蓄圧室を有し、気筒
ごとに配置された燃料噴射弁を介して蓄圧室内の燃料を
各気筒内へ直接、噴射する燃料供給装置が知られてい
る。このような燃料供給装置においては、一般的に、機
関本体により駆動される高圧ポンプによって定期的に燃
料を蓄圧室に圧送し、蓄圧室内を所定の高い燃圧（燃料
圧力）近傍に維持するようになっている。また、高圧ポ
ンプと燃料タンクとの間に電気式の低圧ポンプを配置
し、高圧ポンプの吸入燃圧を大気圧以上の所定低燃圧に
高めることによって、高圧ポンプの吐出燃料内にベーパ
が発生するのを防止している。

【０００３】上述した筒内噴射式内燃機関の燃料供給装
置に関し、特開平８−６１１３３号公報は、低圧ポンプ
（フィードポンプ）と高圧ポンプとの間の燃料通路と蓄
圧室とのそれぞれに燃圧センサを設けて、燃料供給系の
各種異常を検出する技術を開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平８−６１１
３３号公報は、低圧ポンプの異常検出に関しては、特に
は言及していないが、低圧ポンプの吐出圧を直接検出可
能な燃圧センサを更に設けるようにすれば、低圧ポンプ
自体の異常検出も同様に可能となる。しかしながら、こ
のように異常検出用の更なる燃圧センサを設けること
は、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を一定の高い値に
維持するという本来の制御に必要なセンサ以外のセンサ
を追加することにつながり、コストの上昇を招く。

【０００５】本発明は、上述したような問題点に鑑みて
なされたもので、その目的は、筒内噴射式内燃機関の燃
料供給装置において、燃圧制御用に備えられた単一の燃
圧センサによる燃圧検出によって低圧ポンプの異常検出
を可能とすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、高圧燃料を蓄えるための蓄圧室
と、該蓄圧室に蓄えられた高圧燃料を機関の気筒内に噴
射する燃料噴射弁と、機関本体を動力源として前記蓄圧
室へ燃料を吐出する高圧ポンプと、機関本体以外の動力
源により前記高圧ポンプへ燃料を吐出する低圧ポンプ
と、前記蓄圧室内の燃圧を検出する燃圧センサと、を備
える筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、機関
始動時に、前記燃圧センサによって検出された燃圧が所
定圧以下であり、かつ、前記低圧ポンプの作動が開始し
てから前記高圧ポンプによる昇圧作用が十分に発生する
前の一定時間経過後においても、前記燃圧センサによっ
て検出される燃圧が依然として所定圧以下であるとき
に、前記低圧ポンプに異常があると判断する低圧ポンプ
異常検出手段を設けたことを特徴とする、筒内噴射式内
燃機関の燃料供給装置が提供される。

【０００７】上述の如く構成された、本発明に係る、筒
内噴射式内燃機関の燃料供給装置においては、高圧ポン
プの昇圧作用が十分に発生する前、すなわち低圧ポンプ
の昇圧作用のみが燃圧の上昇に寄与している段階で、蓄
圧室内の燃圧の上昇の有無を見ることによって、低圧ポ
ンプの異常が検出される。したがって、燃圧制御用に設
けられた燃圧センサによる低圧ポンプ異常検出が可能と
なる。すなわち、低圧ポンプ異常検出用に新たなセンサ
を設ける必要性が排除される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【０００９】図１は、本発明に係る、筒内噴射式内燃機
関の燃料供給装置の一実施形態を示す概略図である。本
実施形態における内燃機関は４気筒であるとして以下に
説明するが、これは本発明を限定するものではない。図
１において、１０は各気筒毎に配置された四つの燃料噴
射弁であり、１２は各燃料噴射弁１０へ高圧の燃料を供
給するための蓄圧室である。１４は燃料タンクであり、
燃料タンク１４内には低圧ポンプ１６が配置されてい
る。低圧ポンプ１６は、バッテリ１８により駆動される
電気式ポンプであり、例えば、０．３ＭＰａの定格吐出
圧力ＰＬを有している。２０は、低圧ポンプ１６が吸入
する燃料から異物を除去するためのフィルタである。

【００１０】また、２２は、蓄圧室１２内を、例えば、
１０ＭＰａの所定高燃圧近傍ＰＨへ昇圧するための高圧
ポンプであり、この高圧ポンプ２２は、シリンダ内を摺
動可能なプランジャ２２ａを有している。吸入側開口部
２２ｂ及び吐出側開口部２２ｃを有する高圧ポンプ２２
のシリンダ内空間２２ｄがポンプ室となる。このポンプ
室２２ｄを狭めるプランジャ２２ａの摺動動作、すなわ
ち、プランジャ２２ａの吐出行程動作は、機関本体のク
ランクシャフトに連結されたカム２２ｅによりもたらさ
れ、ポンプ室２２ｄを拡げるプランジャ２２ａの摺動動
作、すなわち、プランジャ２２ａの吸入行程動作は、圧
縮バネ２２ｆによりもたらされる。本実施形態におい
て、カム２２ｅは、１回転で２回の吐出行程をもたらす
ものであるが、カム２２ｅの１回転がクランクシャフト
の２回転に相当するように、カム２２ｅは減速ギヤ等を
介してクランクシャフトに連結されており、すなわち、
二つの気筒の燃料噴射毎に高圧ポンプ２２の吐出行程が
もたらされるようになっている。

【００１１】ポンプ室２２ｄの吸入側開口部２２ｂは制
御室２２ｇに連通している。この制御室２２ｇは、一方
で、吸入管２４によって低圧ポンプ１６の吐出側と接続
され、他方で、戻し管２６によって燃料タンク１４と接
続されている。吸入管２４には、低圧ポンプ１６の吐出
燃料から異物を除去するためのフィルタ２８が配置され
ている。

【００１２】ポンプ室２２ｄの吐出側開口部２２ｃは、
吐出管３０によって蓄圧室１２へ接続されている。この
吐出管３０には、蓄圧室１２へ向かう燃料流れのみを許
容するチェックバルブ３２が配置されている。このチェ
ックバルブ３２は、僅かな圧力差によっても開弁するも
のである。

【００１３】戻し管２６には、燃料タンク１４へ向かう
燃料流れのみを許容する第１リリーフバルブ３４が配置
され、この第１リリーフバルブ３４より下流側は、接続
管３６によって蓄圧室１２と接続されている。接続管３
６には、蓄圧室１２からの燃料流れのみを許容する第２
リリーフバルブ３８が配置されている。第１リリーフバ
ルブ３４は、低圧ポンプ１６の定格吐出圧力ＰＬより僅
かに大きな圧力で開弁するものである。第２リリーフバ
ルブ３８は、蓄圧室１２内が所定高燃圧ＰＨより高い所
定圧力となるときに開弁するものであり、蓄圧室１２内
の燃圧が異常に高くなることを防止している。

【００１４】４０は、高圧ポンプ２２の吸入側開口部２
２ｂを開閉するための電磁弁である。電磁弁４０は、電
磁ソレノイド４０ａを励磁してバネ４０ｂの付勢力を上
回る電磁力を作用させることによって閉弁せしめられる
一方、電磁ソレノイド４０ａを消磁してバネ４０ｂの付
勢力を作用させることによって開弁せしめられる。電磁
弁４０は、高圧ポンプ２２の吸入行程において開弁せし
められ、吐出行程において必要時間だけ閉弁せしめられ
る。それにより、高圧ポンプ２２の吸入行程中には、ポ
ンプ室２２ｄ内へ低圧ポンプ１６の吐出燃料が吸入され
る。また、吐出行程における電磁弁４０の閉弁中には、
吐出管３０を介してポンプ室２２ｄの燃料が蓄圧室１２
へ圧送される。また、吐出行程における電磁弁４０の開
弁中において、蓄圧室１２内の燃圧が第１リリーフバル
ブ３４の開弁圧力より高い場合には、ポンプ室２２ｄの
燃料は戻し管２６を介して燃料タンク１４へ戻される一
方、蓄圧室１２内の燃圧が第１リリーフバルブ３４の開
弁圧力より低い場合には、ポンプ室２２ｄの燃料は吐出
通路３０を介して蓄圧室１２へ圧送される。

【００１５】４２は、燃料噴射弁１０を介しての燃料噴
射量制御、電磁ソレノイド４０ａを介しての電磁弁４０
の開閉制御、及び低圧ポンプ１６の作動制御を担当する
制御装置であり、蓄圧室１２内の燃圧を検出するための
燃圧センサ４４と、低圧ポンプ１６を作動せしめるため
のバッテリ１８と、機関運転状態を検出するためのエア
フローメータ、回転センサ、冷却水温センサ等の各種セ
ンサ（いずれも図示せず）が接続されている。

【００１６】図２は、電磁弁４０の開閉制御及び低圧ポ
ンプ１６の作動制御を行うべく制御装置４２によって実
行される燃料供給制御ルーチンの処理手順を示すフロー
チャートである。このルーチンは、スタータスイッチの
オン信号と共に実行され、所定時間毎に繰り返されるも
のである。先ず、ステップ１０２において、低圧ポンプ
１６を作動せしめる。次いで、ステップ１０４におい
て、フラグｆが１であるか否かが判断される。このフラ
グｆは機関停止と同時に０にリセットされるものである
ために、当初、この判断は否定されてステップ１０６に
進み、現在のバッテリ１８の電圧Ｖが測定される。

【００１７】低圧ポンプ１６の燃料吐出能力は、動力源
であるバッテリ１８の電圧に依存して定まるものであ
り、バッテリ１８の劣化が進行していたり、この時にス
タータに加えて他の補機等が使用されていたりすると、
バッテリ１８の電圧Ｖは低下し、そのため、低圧ポンプ
１６の燃料吐出能力は低下する。

【００１８】次いで、ステップ１０８に進み、バッテリ
１８の電圧Ｖに応じて変化する低圧ポンプ１６の燃料吐
出能力に基づき、蓄圧室１２内の燃圧を大気圧から燃料
噴射可能な燃圧まで昇圧するのに要する時間Ｔを算出
し、この時間Ｔだけ電磁弁４０を開弁固定する。高圧ポ
ンプ２２は、機関本体により駆動されるものであるため
に、機関始動時の極低回転のクランキングでは、吐出行
程全体に渡り電磁弁４０を閉弁させても吐出効率が低
く、すなわち、単位時間当たりの燃料吐出量が比較的少
なく、蓄圧室１２内の燃圧を燃料噴射可能な燃圧まで昇
圧するのに比較的長い時間を必要とする。

【００１９】そのため、本ルーチンでは、このときに
は、高圧ポンプ２２の吸入行程及び吐出行程にかかわら
ず、電磁弁４０は開弁固定され、高圧ポンプ２２のポン
プ室２２ｄを介して低圧ポンプ１６の吐出燃料が実質直
接的に蓄圧室１２内へ導かれるようにしている。この
際、戻し管２６に配置された第１リリーフバルブ３４は
開弁しないために、低圧ポンプ１６の吐出燃料が燃料タ
ンク１４へ戻されることはない。

【００２０】低圧ポンプ１６は、機関本体以外の動力源
であるバッテリ１８により駆動されるものであるため
に、クランキング中でも高速運転可能で単位時間当たり
の燃料吐出量が比較的多い。それにより、低圧ポンプ１
６の吐出燃料を蓄圧室１２へ実質直接的に導くことで、
蓄圧室１２内を非常に短時間で定格吐出圧力ＰＬ近傍の
燃料噴射可能な燃圧へ昇圧することができ、この燃圧で
の燃料噴射が可能となる。

【００２１】こうして、ステップ１０８において、蓄圧
室１２内が燃料噴射可能な燃圧へ昇圧されると、ステッ
プ１１０においてフラグｆが１とされ、ステップ１１２
に進む。フラグｆが１とされた後はステップ１０４にお
ける判断が肯定されるために、直接的にステップ１１２
に進む。

【００２２】ステップ１１２では、燃料噴射弁の開弁時
間を設定するための燃料噴射量制御において算出される
必要燃料噴射量Ｑを読み込み、ステップ１１４におい
て、この必要燃料噴射量Ｑが高圧ポンプ２２の一気筒分
の最大吐出燃料量Ｑ１を越えているか否かが判断され
る。本実施形態においては、高圧ポンプ２２の１回の吐
出燃料量が２気筒分の燃料噴射量に対応するようになっ
ているために、この最大吐出燃料量Ｑ１は、高圧ポンプ
２２の吐出行程全体に渡り電磁弁４０を閉弁したときの
吐出燃料量の半分に相当するものである。

【００２３】機関始動完了後の通常機関運転状態におい
ては、高負荷高回転時においても必要燃料量Ｑが最大吐
出燃料量Ｑ１を越えることはないが、特に冷間始動時に
おいては、噴射燃料の気化状態が悪化し、僅かな量だけ
しか燃焼に寄与しないために、必要燃料噴射量Ｑは非常
に多くなって最大吐出量Ｑ１を越えることとなる。この
ときにおいて、電磁弁４０を開閉制御して高圧ポンプ２
２による燃料吐出を実施すると、蓄圧室１２内へ吐出さ
れる燃料量より蓄圧室１２から噴射される燃料量の方が
多いために、蓄圧室１２内は直ぐに大気圧近傍へ減圧し
て所望量の燃料噴射が不可能となる。

【００２４】そのため、本ルーチンでは、ステップ１１
４における判断が肯定されるときには、ステップ１１６
に進み、電磁弁４０を開弁固定し、低圧ポンプ１６によ
る単位時間当たり比較的多量の吐出燃料を蓄圧室１２内
へ実質直接的に導くことで、蓄圧室１２から多量の燃料
が噴射されても蓄圧室１２内を燃料噴射可能な燃圧近傍
に維持することができ、所望量の燃料噴射が可能とな
る。

【００２５】一方、ステップ１１４における判断が否定
される時には、ステップ１１８に進み、電磁弁４０の開
閉制御が実施される。この開閉制御は、燃圧センサ４４
により検出される蓄圧室１２内の燃圧を所定高燃圧ＰＨ
近傍に維持するものであり、蓄圧室１２内が所定高燃圧
ＰＨ近傍に昇圧された後は、二つの気筒で噴射された分
の燃料と同量の燃料が高圧ポンプ２２から蓄圧室１２へ
圧送されるように、高圧ポンプの吐出行程における必要
時間だけ電磁弁４０が閉弁せしめられる。

【００２６】しかしながら、例えば、燃料噴射開始当初
においては、蓄圧室１２内の燃圧は、燃料噴射可能なも
のであるが、低圧ポンプ１６の定格吐出圧力ＰＬ近傍に
あり、所定高燃圧に比較してかなり低いために、高圧ポ
ンプの吐出行程全体に渡り電磁弁４０は閉弁せしめら
れ、二つの気筒で噴射された分の燃料以上の燃料を蓄圧
室１２へ圧送し、蓄圧室１２内を早期に所定高燃圧近傍
へ昇圧するようになっている。このように、燃圧センサ
４４により検出される蓄圧室１２内の燃圧が所定高燃圧
未満であるときには、二つの気筒で噴射される以上の燃
料を蓄圧室１２へ圧送するように、高圧ポンプ２２の吐
出行程における必要時間だけ電磁弁４０は閉弁せしめら
れるようになっている。

【００２７】その後、ステップ１２０において、低圧ポ
ンプ１６への印加電圧を低下させ、低圧ポンプ１６の回
転数を下げて吐出圧力を低下させるようになっている。
ステップ１１８において高圧ポンプ２２が正規に作動せ
しめられれば、低圧ポンプ１６の吐出圧力は、蓄圧室１
２内の燃圧に寄与しないものとなる。そのため、本ステ
ップでは、高圧ポンプ２２での燃料吸入においてベーパ
が発生しない程度に低圧ポンプ１６の吐出圧力を低下さ
せ、吸入管２４のシール部において漏れを発生し難くし
ている。

【００２８】上述した燃料供給装置において、低圧ポン
プ１６が故障した場合には、蓄圧室１２への燃料圧送量
が低下するため、始動性が低下する。しかし、一旦、始
動が完了してしまえば、その後は高圧ポンプ２２による
昇圧作用が十分に発生してくるため、問題は生じない。
すなわち、低圧ポンプ１６の故障診断を特に行わない場
合には、低圧ポンプ異常は単なる始動性悪化として見過
ごされるおそれがある。そこで、本発明は、始動が完了
して高圧ポンプ２２の昇圧作用が十分に発生する前の段
階、換言すれば、低圧ポンプ１６の昇圧作用が燃圧の上
昇に大きく寄与している始動中の段階で、蓄圧室１２内
の燃圧の上昇の有無を見ることによって、低圧ポンプ１
６の異常を検出しようというものである。

【００２９】図３は、制御装置４２によって実行される
低圧ポンプ異常検出ルーチンの処理手順を示すフローチ
ャートである。このルーチンは、所定時間周期で繰り返
し実行される。まず、ステップ２０２では、別途実行さ
れているダイアグルーチンにおいて燃圧センサ４４の異
常が検出されていないかどうかを判定し、燃圧センサ４
４が異常であると判定されるときには本ルーチンを終了
する一方、燃圧センサ４４が正常であると判定されると
きにはステップ２０４に進む。

【００３０】ステップ２０４では、クランキング中か否
か、すなわち機関始動時か否かを判定し、始動時でなけ
れば本ルーチンを終了する一方、始動時であればステッ
プ２０６に進む。始動時であることを条件にしているの
は、前述のように、既に始動が完了している段階では、
高圧ポンプ２２の昇圧作用が十分に発生しているため、
低圧ポンプ１６の異常を燃圧から判断することができな
いためである。

【００３１】ステップ２０６では、燃圧センサ４４によ
り検出される蓄圧室１２内の燃圧が所定の基準値よりも
低いか否かを判定し、燃圧が基準値以上のときには本ル
ーチンを終了する一方、燃圧が基準値未満のときにはス
テップ２０８に進む。この基準としては、低圧ポンプ１
６の定格吐出出力が前述のように０．３ＭＰａであるこ
とを考慮して、例えば、０．１５ＭＰａが採用される。
なお、機関停止後からあまり時間が経過していない状態
での再始動時には、本ステップの判定結果はＮＯとな
り、最初から燃圧が高い場合には低圧ポンプの異常検出
はなされないこととなる。

【００３２】ステップ２０８では、前述した図２のステ
ップ１０２における低圧ポンプ１６の作動開始から１秒
以上が既に経過しているか否かを判定し、１秒経過して
いないときには本ルーチンを終了する。本実施形態の場
合、低圧ポンプ１６が正常に作動しているときには、約
０．５秒後には必ず燃圧が０．３ＭＰａ近くまで上昇し
ているはずであり、１秒経過しても燃圧が０．１５ＭＰ
ａ未満に留まるときには、明らかに低圧ポンプ１６に異
常があると判断される。それ故、ステップ２０８の判定
結果がＹＥＳとなるときには、ステップ２１０に進み、
低圧ポンプに異常があることを表す所定のフラグをセッ
トして、本ルーチンを終了する。

【００３３】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
い。本発明は、低圧ポンプ、高圧ポンプ及び蓄圧室を備
える筒内噴射式の内燃機関であれば、ガソリン機関又は
ディーゼル機関の別にかかわらず、適用可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、燃圧制御
用に備えられた単一の燃圧センサによる燃圧検出によっ
て低圧ポンプの異常を検出することができるようにな
り、低圧ポンプ異常検出用に新たなセンサ等を設ける必
要性が排除される。すなわち、コストの上昇を伴うこと
なく低圧ポンプの異常検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、筒内噴射式内燃機関の燃料供給
装置の一実施形態を示す概略図である。

【図２】制御装置によって実行される燃料供給制御ルー
チンの処理手順を示すフローチャートである。

【図３】制御装置によって実行される低圧ポンプ異常検
出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…燃料噴射弁 １２…蓄圧室 １４…燃料タンク １６…低圧ポンプ １８…バッテリ ２０…フィルタ ２２…高圧ポンプ ２４…吸入管 ２６…戻し管 ２８…フィルタ ３０…吐出管 ３２…チェックバルブ ３４…第１リリーフバルブ ３６…接続管 ３８…第２リリーフバルブ ４０…電磁弁 ４２…制御装置 ４４…燃圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 63/00 Ｆ０２Ｍ 63/00 Ｊ Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA07 AB02 AC06 AC09 AD02 BA28 BA61 CA01S CA08 CA09 CA32U CA34 CC01 CD02 CE02 CE21 DB01 DC00 DC09 DC11 DC14 DC18 3G084 CA01 DA27 EA05 EA07 EA11 EB22 FA00 FA03 FA36 3G301 HA04 JB09 KA01 LB04 LB06 LB07 MA11 NA08 NB03 ND17 NE19 NE23 PB08Z PG01Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧燃料を蓄えるための蓄圧室と、該蓄
   圧室に蓄えられた高圧燃料を機関の気筒内に噴射する燃
   料噴射弁と、機関本体を動力源として前記蓄圧室へ燃料
   を吐出する高圧ポンプと、機関本体以外の動力源により
   前記高圧ポンプへ燃料を吐出する低圧ポンプと、前記蓄
   圧室内の燃圧を検出する燃圧センサと、を備える筒内噴
   射式内燃機関の燃料供給装置において、機関始動時に、
   前記燃圧センサによって検出された燃圧が所定圧以下で
   あり、かつ、前記低圧ポンプの作動が開始してから前記
   高圧ポンプによる昇圧作用が十分に発生する前の一定時
   間経過後においても、前記燃圧センサによって検出され
   る燃圧が依然として所定圧以下であるときに、前記低圧
   ポンプに異常があると判断する低圧ポンプ異常検出手段
   を設けたことを特徴とする、筒内噴射式内燃機関の燃料
   供給装置。