JPH04183965A - 内燃機関の燃料圧力制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料圧力制御装置

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JPH04183965A
JPH04183965A JP2308628A JP30862890A JPH04183965A JP H04183965 A JPH04183965 A JP H04183965A JP 2308628 A JP2308628 A JP 2308628A JP 30862890 A JP30862890 A JP 30862890A JP H04183965 A JPH04183965 A JP H04183965A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料のりザーバタンクを有した直接燃料噴射
内燃機関に適した燃料圧力制御装置に関する。
〔従来の技術〕
特開昭６２−１３＋ｌＩＳ号は燃料リザーバタンクを有
したデイ−セル機関を提案している。燃料タンクからの
燃料は低圧ポンプ及び高圧ポンプを介して燃料リザーバ
タンクに供給され、このリザーバタンクに蓄積された高
圧の燃料か燃料インジェクタより筒内に噴射される。リ
ザーバタンクの圧力は圧力センサによって検出され、同
圧力か所定値となるように高圧ポンプの作動か制御され
る。
〔発明か解決しようとする課題〕
燃料タンクか空（ガス欠状態）になった場合高圧ポンプ
か回り続けることによってリザーバタンク内に気泡か形
成される。この気泡は燃料充填後にも即座には排出され
ないので、始動時にリザーバタンクの圧力は容易には」
二からす、エンジンの始動に時間を要する問題点かあっ
た。
この発明はガス欠時におけるリザーバタンク内ての気泡
の形成を防止することを課題とし、その解決手段として
実際にガス欠か起こるに先立って高圧ポンプを停止して
いる。
〔課題を解決するための手段〕
この発明によれは、第１図において、燃料インジェクタ
１４へ供給される炉；料を蓄積するためのすザーバタン
ク１６と、リザーバタンク１６への燃料の供給を行う高
圧ポンプ２２とを具備した内燃機関の燃料圧力制御装置
において、燃料タンク１８の燃料残量か少なくなった状
態を検出する手段Ａと、燃料残量か少なくなった状態に
おいて高圧ポンプ２２を停止する手段Ｂとを具備する内
燃機関の燃料圧力制御装置か提供される。
〔作用〕
検出手段Ａは燃料タンク１８の燃料残量か少なくなった
状態を検出し、停止手段Ｂは燃料残量か少なくなった状
態において高圧ポンプ２２の作動を停止せしめる。
〔実施例〕
以下この発明の原理を筒内ガソリン直接噴射式火花点火
内燃機関に応用した実施例について説明する。筒内ガソ
リン直接噴射式火花点火内燃機関については特開平２−
１６９８３４公報に一般的な記載かある。第２図におい
て、１０は内燃機関の本体、１２は気筒、１４は各気筒
に配置された燃料インジェクタ、１６は燃料リザーバタ
ンク、１８は燃料タンク、１９はディストリヒュータで
ある。燃料タンク１８は低圧ポンプ２０、高圧ポンプ２
２を介してリザーバタンク１６に接続される。低圧ポン
プ２０の出口にリリーフ通路２４及びこのリリーフ通路
２４」二にリリーフ弁２６か設けられ、低圧ポンプ２０
の出口圧、換言すれは高圧ポンプ２２の入口圧を所定値
に制御する。
リザーバタンク１６は各燃料通路３０を介して各気筒の
燃料インジェクタ１４に燃料を供給する。第３図は炊（
料インジェクタ）４の縦断面図を示しており、エンジン
本体１０のシリンダヘッドに固定されるノズル本体３２
内にニードル３４か配置され、ニードル３４の上端に加
圧ロット３６の下端か接触し、加圧ロット３６の上端に
可動プランジャ３８か接触している。
ニードル３４はスプリング４０によって通常はノズル口
４２を閉鎖するように付勢している。ピエゾ圧電素子４
４はその下端か加圧ピストン４６を構成し、加圧ピスト
ン４Ｇと可動プランジャ３８との間に加圧室４８か形成
される。ニードル加圧室５０は燃料通路５２を介してリ
ザーバタンク１６からの燃料通路３０と接続される。ニ
ードル３４には加圧室４８の圧力による力と、スプリン
グ４０の弾性力による力との和である下方力と、ニード
ル加圧室５０における燃料圧力による」二方力とが作用
する。ピエゾ圧電素子４４に電荷が溜められた状態では
ピエゾ圧電素子４４は伸長し、加圧室４８の圧力は高く
なる。そのため、下方力と」二方力とのバランスは前者
か」二回り、結果としてニードル３４はノズル口４２を
閉じている。ピエゾ圧電素子４４の電荷を解放するとピ
エゾ圧電素子４４は収縮し、加圧室４８の圧力は低くな
る。そのため、上方力か下方力を上回り、その結果とし
てニードル３４はリフトされ、燃料噴射が行われる。
高圧ポンプ２２はその縦断面図を第４図に示す。
高圧ポンプ２２は一対のプランジャ６０を備える。第４
図には一本のみ示され、第４図の紙面垂直方向にもう一
つのプランジャかある（同様の高圧ポンプのより詳細な
構造は実開昭６３−１３８４３８号に示されている）。
プランジャ６０の下端にタペット６２が設けられ、タペ
ット６２にカムホオロワローラ６４が設けられる。内燃
機関のクランク軸（図示せず）にタイミンクベルト等に
よって駆動連結されるカー　ち　− ムシャフト６６上にカム６８が設けられ、スプリング７
０はローラ６４かカム６８に接触するようにプレート７
２を介してタペット６２を下方に付勢している。プラン
ジャ６０の上側に加圧室７４が形成され、カム６８の回
転によってタペット６２か上下することによって加圧室
７４の容積が増減し、加圧室７４への燃料の吸入、及び
加圧室７４からの燃料の吐出か行われる。
加圧室７４はチエツク弁７６、通路７８を介して、第２
図の低圧ポンプ２０からの燃料を受ける燃料受は口８０
に接続される。また、加圧室７４はチエツク弁８２、通
路８４を介して、溢流弁９０の」１流の位置で図示しな
いチエツク弁を介して第２図のリザーバタンク１６への
通路８６に接続される。溢流弁９０は高圧ポンプ２２を
迂回するバイパス通路９２（第２図も参照）を通路８４
に対して選択的に開閉することてリザーバタンク１６へ
の燃料吐出量を制御し、リザーバタンク１６の圧力を所
定の値に制御する。バイパス通路９２はスプリング室９
／１に開口し、このスプリング室９４は通路９６、リリ
ーフ口９８より高圧ポンプ２２の入口側に接続される。
溢流弁９０はスプリンク１００６一 によって第４図の下方に、バイパス通路９２に接続され
る燃料溢流室１０２を燃料通路８４に対して遮断する位
置に向かつて付勢されている。加圧ピン１０４はピエゾ
圧電素子１０６によって昇降駆動される。即ぢ、ピエゾ
圧電素子１０６の上端に加圧ピストン１０８か設けられ
、その上側に加圧室１１０か形成される。皿スプリング
１１２は加圧ピストン１０８をピエゾ圧電素子１０６に
向けて図の下方に付勢する。
ピエゾ圧電素子１０６に電荷が溜められた状態てはピエ
ゾ圧電素子１０６は伸長し、加圧ビスＩ・ン１０８は皿
スプリンク１１２に抗して図の上方に偏位され、加圧室
１１０の圧力は高くなり、ピン１０４は図の」１方に偏
位し、溢流弁９０はスプリング１００に抗して上方に偏
位され、バルブポート１１４は閉鎖される。そのため、
燃料通路８４から燃料溢流室１０２への燃料の溢流が禁
止され、そのため、燃料通路８４からの燃料は第２図の
燃料通路８６を介してリザーバタンク１６に供給され、
同リザーバタンク１６の圧力を高めることかできる。一
方、ピエゾ圧電素子１０６に溜められた電荷が放電され
るとピエゾ圧電素子１０６は収縮し、皿スプリング１１
２によってピストン１０８は下方偏位せしめられ、加圧
室１１０の圧力は低下され、スプリング１００の付勢力
によってピン１０４は図の下方に偏位し、溢流弁９０は
同様に下方に偏位され、バルブボー１−１１４は燃料通
路８４を溢流室１０２に接続するように位置する。
かくして、燃料通路８４から溢流室１０２への燃料の燃
料の溢流か可能となり、燃料通路８４からの燃料はバル
ブポート１１４　、ｄＡ流室１０２、バイパス通路９２
、スプリンク室９４、燃料通路９６を介してポンプの入
口側に戻され、リザーバタンク１６への供給は停止され
る。
第２図において制御回路１２０はマイクロコンピュータ
システムとして構成され、各センサからの機関運転条件
信号に応じて燃料インジェクタ］４及び高圧ポンプ２２
の作動制御を行う。センサとして第１クランク角度セン
サ１２２はディストリビュータ１９の回転（図示せず）
に対向してに設けられ、クランク角度３０°毎のパルス
信号を発生する。また、第２クランク角度センサ１２４
はクランク角度７２０°毎のパルス信号を発生する。第
１の圧カセンザ１２６は低圧ポンプ２０の出口に設けら
れ、低圧ポンプ２０の出口圧力Ｐ１に応じた信号を発生
する。
第２圧力センサ１２８はりサーバタンク１６に設けられ
、リザーバタンク１６の圧力Ｐ２に応じた信号を発生す
る。また、負荷センサ１３０はアクセルペダルの踏み込
み量等の負荷因子に応じた信号を発生する。更に、制御
回路１２０は警報ランプ１３１に接続される。
以下、制御回路１２０の動作を第５図から第８図のフロ
ーチャー１・によって説明する。第５図はクランク軸が
３０°回転する毎に実行され、燃料インジェクタ１４か
らの燃料噴射量の制御を行うと共に、高圧ポンプ２２の
吐出量制御を実行する。第５図のルーチンは第１クラン
ク角度センサ１２２からの３０°ＣＡパルスの到来毎に
実行されるクランク角度割り込みルーチンである。ステ
ップ２００からステップ２０８は高圧ポンプ２２の吐出
制御ルーチンを示す。ステップ２００では高圧ポンプ２
２の吐出開始夕イミンクか否か判別される。第９図の（
イ）は高圧ポンプ２２の制御信号を模式的に示しており
、クランク角度で１８０°毎にＯＮ信号が所定時間出力
される。即ち、その間たけ高圧ポンプ２２のピエゾ圧電
素子１０６に電荷かチャージされ、溢流弁９０か閉鎖さ
れるため、高圧ポンプ２２からり″す°−ハタンク］６
への燃料吐出か許可される。前に説明したように′、高
圧ポンプ２２は１８０°回転位相か異なった直列に二つ
のプランジャ６０を有し、クランク軸の回転により１対
１で駆動される。そのため、ポンプ吐出特性としては第
９図（ｌ］）で示すようにクランク軸か１８０°回転す
る毎に山か出現される。そして、（イ）のポンプ制御信
号の開始タイミンクはポンプの吐出特性における冬山の
開始時点に一致するように設定される。ステップ２００
のタイミンクの判定は周知のように３０°ＣＡ信号の到
来毎にインクリメントされ、７２０°ＣＡ信号の到来に
よってクリヤされるカウンタの数によって判別すること
かできる。
ステップ２００で高圧ポンプ２２の吐出開始を行うタイ
ミンク゛（クランク角度で１８０°毎）と判別したとき
はステップ２０２に進み、フラグＦ、＝１か否かの判別
を行う。このフラグＦ１は高圧ポンプ２２の作動禁止フ
ラグであり、このフラグがセットされているとき（後述
のように燃料タンクの燃料残量か些少になった場合）に
リザーバタンク１６内の気泡の発生を避けるため高圧ポ
ンプ２２の作動が禁止される。Ｆ、二〇、即ち高圧ポン
プ２２の作動が禁止されていない場合はステップ２０２
よりステップ２０４に進み、タイマにポンプ制御信号に
おけるオン時間ＤＴが入れられる。このタイマは溢流弁
９０の閉鎖時間を計測するソフトウェア的なタイマであ
る。ＤＴはポンプ制御信号の１ザイクル（１８０゜ＣＡ
）におけるデユーティ比に相当している。ステップ２０
８では溢流弁９０を閉鎖するためピエゾ圧電素子１０６
の駆動信号か印加される。そのため、高圧ポンプ２２か
らリザーバタンク１６に燃料が吐出され、リザーバタン
ク１６内の圧力は溢流弁９０が閉鎖している間は第９図
の（ニ）の１．、に示すように増大する。タイマによっ
て計測される時間＝ＤＴとなると、第６図の時刻一致割
り込みルーチンか実行開始される。ステップ３０２ては
、第２圧カセンザ１２８によって計測されるリザーバタ
ンク圧力Ｐ。
か制御範囲内の上限値（例えば２００ｋｇ／ｃｍ２）よ
り大きいか否か判別される。ステップ３０４てはリザー
バタンク圧力Ｐ２が制御範囲内の下限値（例えは１９５
ｋｇ／ｃｍ２）より小さいか否か判別される。Ｐ、〉」
二限値のときはステップ３０６に進みＤＴかδｔたけイ
ンクリメントされ、Ｐ２く下限値のときはステップ３０
８に進みＤＴがδｔたけデクリメントされる。
下限値≦Ｐ、≦上限値が成立するときはステップ３０６
、３０８は迂回される。このようにして算出されたＤＴ
の値か次のポンプ吐出制御によいで使用される。この結
果、リザーバタンク１６の圧力はエンジンの負荷、回転
数に係わらす所定の値に制御される。ステップ３１０で
は高圧ポンプ２２のピエゾ圧電素子１０６のオフ信号が
出力され、ｍｈ　’７Ｍ弁９０が開放されるため高圧ポ
ンプ２２からの燃料の吐出が停止され、リザーバタンク
１Ｇの圧力は第９図の（ニ）の１２に示すように所定値
に制御される。
第５図において、２１０以下は燃料噴射ルーチン１　を
示す。ステップ２１０てはフラグＦ２−０か否か判別さ
れる。Ｆ、は燃料噴射禁止フラグてあり、Ｆ　２　＝　
０、即ち燃料噴射許可されているときはステップ２１２
．２１４．２１６．２１８に進み、各気筒の燃料噴射タ
イミングか否か判別される。第９図の（ハ）において燃
料噴射タイミングは４気筒の独立燃料噴射であるため１
８０°ＣＡ毎であり、リザーバタンク１６の圧力か所定
値に到達した後に燃料噴射か行われる設定となっている
。燃料噴射はこの実施例のように筒内に直接燃料噴射を
行う火花点火内燃機関では特開平２−１６９８３４のよ
うにエンジン低負荷時には圧縮行程に燃料噴射か行われ
、高負荷時には吸入行程及び圧縮行程において行われる
のか好ましい。ステップ２１２．２１４．２１６．２１
８の判断は周知のように第１クランク角度センサ１２２
からの３０°ＣＡパルス信号の到来毎にインクリメント
され、第２クランク角度センサ１２４からの７２０°Ｃ
Ａパルス信号の到来てクリヤされるカウンタの値より判
別することかできる。燃料噴射タイミング、例えば、第
１気筒の燃料噴射タイミンクのときはステップ２１８よ
りステップ″２２０に進み、燃料噴射量ＴＡＬＩの算出
か行われる。ＴＡＩＪはそのときのエンジン運転状態、
即ち、回転数と負荷に応じた燃料噴射量を得る燃料イン
ジェクタ１４の開弁時間として算出される。即ち、回転
数と負荷に対する燃料噴射量のマツプが格納されており
、その回転数及び負荷に対する燃料噴射量ＴＡ［Ｊか補
間演算により算出される。ステップ２２２てはＴＡＵて
定まる時間の間たけ燃料インジェクタ１４か開弁される
ように信号が燃料インジェクタ１４のピエゾ圧電素子４
４に印加される。即ち、前述のように燃料インジェクタ
４４はピエゾ圧電素子４４か充電される間は閉鎖され、
ピエゾ圧電素子４４の電荷か開放される間開数される。
ステップ２２２ては燃料インジェクタの開弁信号が出力
され、ＴＡＵに相当する時間か到来するとピエゾ圧電素
子４４に対するチャージが再開され、燃料インジェクタ
１４は閉弁される。他の気筒の燃料噴射タイミングのと
きの燃料噴射量の算出、燃料インジェクタ１４の制御は
独立に行われるが、スチップ２２０．２２２と同様であ
るので説明は省略する。
第７図は、カス欠状態の検出ルーチンであり、低圧ポン
プ２０の出口圧力か小さくなった状態をカス欠状態とし
て捉え、高圧ポンプ２２を停止すると共に、燃料噴射を
禁止するものである。このルーチンはイグニッションキ
ースイッチかＯＮと同時に起動され、その間繰り返し実
行されるメインルーチンの中で実行される。ステップ４
００ては、エンジン回転数ＮＢかエンジンアイドル回転
数より幾分小さい所定回転数（例えば４００　ＰＰＭ）
より大きいか否か判別される。ＮＥ＜４０ＯＲＰＭのと
きは低圧ポンプ２０の出口圧力による燃料タンク１８内
の残量判別に適当てないため以下のステップを迂回する
。ＮＥ≧４０ＯＲＰＭのときはステップ４０２に進み第
１圧力センザ１２６によって計測される低圧ポンプ２０
の出口圧力Ｐ１か所定値（例えば０．５ｋＧ／ａｍ’よ
り小さいか否か判別される。Ｐ　＋　＞　０．５ｋＧ／
ｃｍ２のときは燃料タンク１８から必要な量の燃料が吸
引されていること、即ち、燃料タンク１８に十分な量の
燃料が残っていることを示し、このときは以下のルーチ
ンを迂回する。Ｐ、≦０．５ｋＧ／ｃｍ２のときは燃料
タンク１８から必要な量の燃料が吸引されないこと、即
ち、燃料タンク１８の残量か少なくなったことを意味し
、ステップ４０４に進み、警報ランプ１３１か点灯され
る。ステップ４０６ては高圧ポンプ作動禁止フラグＦ１
がセットされる。Ｆ、＝１とセットされることにより第
５図のステップ２０２てステップ２０３に進み、タイマ
かＯＦＦされる。そのため、溢流弁９０は開放状態に維
持されるため、高圧ポンプ２２からリザーバタンク１６
への吐出か行われない。
燃料タンク１８か空の状態て高圧ポンプ２２の回転を継
続するとリザーバタンク１６内に気泡が形成されるため
、燃料の充填後次に始動するとき気泡を追い出すのに時
間かかかり、中々始動できないことがあるか、燃料タン
ク１６か空になった場合に高圧ポンプ２２からの吐出を
停止することにより気泡かりサーバタンク１６内に形成
されるのか防止され、再始動性の向上を図ることかでき
る。
ステップ４０８てはリザーバタンク１６の圧力Ｐ２が所
定値（例えは１０Ｋｇ／ｃｍ２）より小さいか否か判別
される。Ｐ　２　＞　１０Ｋｇ／ｃｍ２のとき、即ぢ、
リザーバタンク１６内に燃料かまだ残っているときはス
テップ４】０に進み、燃料噴射禁止フラグＦ２二〇とリ
セットされる。そのため、第５図のステップ２１０てス
テップ２１２以下に進むため、燃料噴射か継続される。
Ｐ２≦１０ｈ／ｃｍ２のとき、即ち、リザーバタンク１
６内に燃料がなくなったときはステップ４１２に進み、
燃料噴射禁止フラグＦ２−１とセットされる。そのため
、第５図のステップ２１０てステップ２１２以下を迂回
し、ステップ２１１に進み、燃料噴射量ＴＡＵ＝　０と
される。そのため、燃料噴射は停止される。Ｆｌ、Ｆ２
はバッテリでバックアップされた不揮発メモリに格納さ
れているため、タンクか空になって給油のためイグニッ
ションキースイッチをＯＦＦ　ｌ、た後もＦｌ　＝１．
Ｆ２　＝ｉというデータは消失することなく残っている
。この実施例のようにガス欠状態において最初にリザー
バタンクＩ６への燃料の供給を停止し、リザーバタンク
１６内に圧力が残っている状態てはインジェクタ１４か
らの燃料噴射を継続することによって、リサ−へタンク
】６の圧力か徐々に小さくなるのでエンジンの発生ｌ・
ルクは小さくなり、運転者に異常を知らしめ、燃料の充
填を促すことになる。
第８図は再始動時のフック制御ルーヂンである。
このルーチンも第７図と同様イグニッションキースイッ
チのＯＮにより起動され、繰り返し実行されるメインル
ーチンの中に位置している。ステップ５００てはスター
タかＯＮか否か、即ち、始動時か否か判別される。始動
時にはステップ５００よりステップ５０２に進み低圧ポ
ンプ２０の出口圧力Ｐ１≧０、５Ｋｇ／ｃｍ２か否か判
別される。Ｐ　、　＜　０．５Ｋｇ／ｃｍ２、即ち、低
圧ポンプ２０の出口圧力か」二がっていない場合はステ
ップ５０４に進み、高圧ポンプ２２の作動禁止フラグＦ
、＝１の状態は維持される。逆に、Ｐ、≧０．５Ｋｇ／
ｃｍ２、即ち、低圧ポンプ２０の出口圧力が」二がって
いる場合はステップ５０６に進み、高圧ポンプ２２の作
動禁止か解除され、フランＦ、−〇となり、第５図のス
テップ２０２よりステップ２０４に進むことかできるた
め、高圧ポンプ２２からのりサーバタンク１６への燃料
吐出か許可される。
ステップ５０８ではりサーバタンク圧力Ｐ、≧１０Ｋｇ
／ｃｍ２か否か判別され、Ｐ　２　＜　１０Ｋｇ／ｃｍ
２の場合はステップ５１０が迂回され、フラグＦ２＝１
の状態が維持されるため、燃料噴射作動の禁止は継続さ
れる。Ｐ２≧ｌ０Ｋｇ／ｃｍ２の場合はステップ５１０
に進み、Ｆ２−０となるため燃料噴射は許可される。
以上の実施例では燃料タンク１８の燃料残量を検出する
ため低圧ポンプ２０の出口圧力を見ていたか、この代わ
りの手段としてフロート型燃料残量センサをポテンショ
メータとし、ある抵抗値以下でカス欠状態を判断したり
、低圧ポンプ２０を駆動するモータの回転数の」二昇若
しくは電流値の減少を検出したり、低圧ポンプ２０のリ
リーフ弁２６の振動を検出したり、同リリーフ弁２６の
リフト量を検出したりする、等の代替手段か色々考えら
れる。
〔効果〕
燃料タンク内の燃料残量を検出し、燃料残量が少ないこ
とを検出した場合に高圧ポンプからの燃料の吐出を禁止
し、燃料噴射を停止することによりリザーバタンクに気
泡が形成されるのを防止し、再始動時の始動の容易を確
保することかできる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の構成を示す機能ブロック図。 第２図はこの発明のガソリン直接噴射火花点火内燃機関
の全体概略図。 第３図は燃料インジェクタの縦断面図。 第４図は高圧ポンプの縦断面図。 第５図から第８図は制御回路の作動を説明するフローチ
ャー１・。 第９図は制御回路の作動を説明するタイミンク図。 １０・・エンジン本体、　　１２・・気筒、１４・・・
燃料インジェクタ、１６・・・リザーバタンク、１９・
・・ディストリビュータ、１８・燃料タンク、２０・・
・低圧ポンプ、　　　２２・・・高圧ポンプ、３０・・
・燃料通路、　　　　３２・・ノズル本体、３４・・・
ニードル、　　　　３８・・・加圧ピストン、４２・・
ノズル口、　　　　４４・・ピエゾ圧電素子、４８・・
加圧室、　　　　　６０・プランジャ、６２・・タペッ
ト、　　　　　６Ｇ・・・カムシャフト、６８・・・カ
ム、　　　　　　７４・・・加圧室、８４・・・燃料通
路、　　　　９０・・・溢流弁、９２・・・バイパス通
路、　　１０２・・・溢流室、１０６・・・ピエゾ圧電
素子、１１０・・・加圧室、＋２０・・・制御回路、　
　１２６．１２８・・・圧カセンザ、１３０・・・負荷
センサ、　　　１３１・・・警報ランプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 燃料インジェクタへ供給される燃料を蓄積するためのリ
    ザーバタンクと、リザーバタンクへの燃料の供給を行う
    高圧ポンプとを具備した内燃機関の燃料圧力制御装置に
    おいて、燃料残量が少なくなった状態を検出する手段と
    、燃料タンクの燃料残量が少なくなった状態において高
    圧ポンプを停止する手段とを具備する内燃機関の燃料圧
    力制御装置。
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