JPH09126027A - 燃料噴射装置用燃料圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源電圧やポンプモータの性能のばらつきの影
響を受けることなく常に一定の燃料圧力を得ることがで
きる燃料噴射装置用燃料圧力制御装置を提供する。 【解決手段】燃料ポンプ２からインジェクタ９に供給さ
れた燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータ１５
内を通して燃料タンク１４に帰還する燃料の流量を検出
するフューエルフローセンサ１６を設ける。フューエル
フローセンサ１６の出力信号を目標値に保つようにポン
プモータ１の駆動電流をＰＷＭ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に燃料を
供給する燃料噴射装置の燃料ポンプからインジェクタに
供給される燃料の圧力を制御する燃料噴射装置用燃料圧
力制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関用の燃料噴射装置は、直流電源
から駆動電流が与えられるポンプモータにより駆動され
て燃料を吐出する燃料ポンプと、燃料ポンプから燃料が
供給されて噴射指令パルスが与えられたときに該噴射指
令パルスのパルス幅により決る噴射時間の間内燃機関の
吸気管内やシリンダ内等の燃料噴射空間に燃料を噴射す
るインジェクタと、燃料ポンプからインジェクタに供給
される燃料の圧力と燃料噴射空間の圧力との差圧または
燃料ポンプからインジェクタに供給される燃料の圧力と
大気圧との差圧を設定値に保つように制御するプレッシ
ャレギュレータと、インジェクタからの燃料噴射量を各
回転速度における要求噴射量に等しくするようにインジ
ェクタの駆動回路に噴射指令パルスを与える燃料噴射制
御部とを備えている。

【０００３】一般にインジェクタは、先端に噴射口を有
するバルブボディと、該バルブボディ内に設けられて噴
射口を開閉するニードルバルブと、該ニードルバルブを
駆動するソレノイドコイルとを備えていて、バルブボデ
ィ内には燃料ポンプから燃料が与えられている。

【０００４】インジェクタのソレノイドコイルには、噴
射指令パルスによりオンオフさせられるトランジスタ等
のスイッチング素子を備えた駆動回路を通して駆動電流
が与えられる。インジェクタの駆動回路に噴射指令パル
スが与えられると、該駆動回路内のスイッチング素子が
オン状態になってインジェクタのソレノイドコイルに駆
動電流を流す。これによりニードルバルブが開いて、燃
料ポンプから与えられている燃料を噴射する。インジェ
クタから噴射される燃料の量（燃料噴射量）は、噴射口
が開かれている時間（噴射時間）と、燃料ポンプからイ
ンジェクタに与えられる燃料の圧力と燃料噴射空間の圧
力または大気圧との差圧（本明細書ではこの差圧を燃料
圧力と呼ぶことにする。）により決る。

【０００５】駆動回路に噴射指令パルスが与えられてか
ら実際にインジェクタのバルブが開くまでの間には所定
の遅れ時間が存在し、噴射指令パルスが与えられてから
バルブが閉じるまでの間にも所定の遅れ時間が存在する
ため、噴射指令パルスのパルス幅と実際の噴射時間（有
効噴射時間）とは等しくならないが、該有効噴射時間の
長さは噴射指令パルスのパルス幅により決る。従って、
噴射指令パルスのパルス幅を制御することにより、有効
噴射時間を制御することができる。

【０００６】前述のように、インジェクタからの燃料噴
射量は燃料圧力と有効噴射時間とにより決るが、これら
双方を変化させると制御が複雑になるため、実際にはプ
レッシャレギュレータにより燃料圧力をほぼ一定に制御
することによって、噴射指令パルスのパルス幅により燃
料噴射量がほぼ一義的に決るようにし、各種の制御条件
に応じて噴射指令パルスのパルス幅を変化させることに
より燃料の噴射量を制御するようにしている。

【０００７】プレッシャレギュレータは、例えばそのハ
ウジング内に燃料室とスプリング室とを有していて、該
燃料室とスプリング室との間を仕切るようにダイアフラ
ムが設けられ、該ダイアフラムはスプリング室内に設け
られたスプリングにより燃料室側に付勢されている。燃
料室内には、該燃料室の入口と出口との間を開閉するバ
ルブが設けられて、該バルブの可動部がダイアフラムに
接続され、該バルブは常時はスプリング室内のスプリン
グにより付勢されて閉状態に保持されている。燃料室の
入口はインジェクタの燃料流入口側の圧力と同じ圧力を
有する管路に接続され、該燃料室の出口はリターンパイ
プを介して燃料タンクに接続されている。またスプリン
グ室は内燃機関の燃料噴射空間に接続されている。

【０００８】燃料室内の圧力とスプリング室内の圧力と
の差圧（燃料圧力）が設定値を超えると、ダイアフラム
がスプリングの付勢力に抗してスプリング室側に変形
し、燃料室の入口と出口との間の燃料の流通を遮断して
いたバルブを開くため、燃料ポンプからインジェクタに
供給されている燃料の内の余剰の燃料がリターンパイプ
を通して燃料タンク内に戻る。これにより燃料圧力が設
定値以下になると、ダイアフラムが元の形状に復帰して
バルブを閉じる。これらの動作により、燃料圧力がほぼ
設定値に保たれる。

【０００９】この種のレギュレータにおいては、該レギ
ュレータを通して燃料タンク側に帰還する余剰燃料の流
量（帰還流量）により制御圧力が影響を受け、余剰燃料
の帰還流量が少なすぎたり多過ぎたりすると、制御圧力
の変動幅が大きくなって、制御性が悪くなる。したがっ
て、この種のレギュレータを用いて燃料圧力をほぼ一定
に保つためには、レギュレータを通して燃料タンク側に
帰還する余剰燃料の量を適正な範囲（プレッシャレギュ
レータの適正な制御性が確保される範囲）に保つ必要が
ある。

【００１０】上記のように、燃料噴射装置においては、
噴射指令パルスのパルス幅により燃料噴射量を制御する
ことができるようにするために、燃料圧力を設定値に保
つ必要があり、そのためには、常に機関が要求する噴射
量よりも多い量の燃料を燃料ポンプからインジェクタに
供給する必要がある。機関が要求する燃料噴射量は一定
ではなく、回転速度、大気圧、機関温度、機関の運転状
況等の各種の条件により変化する。そのため従来は、機
関の最大要求噴射量と電源電圧の低下とを見込んで、い
かなる場合でも燃料ポンプから必要な吐出量が得られる
ように、電源電圧が定格値より低い場合でも十分な出力
を発生するポンプモータを選択し、該ポンプモータをバ
ッテリ等の直流電源により駆動して燃料ポンプを動作さ
せるようにしていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来
は、電源電圧が規定より低い場合でも、見込まれる最大
要求噴射量に見合う量の燃料を燃料ポンプから吐出させ
るために必要な出力を有するポンプモータを選択して、
該ポンプモータをバッテリ等の直流電源により駆動する
ようにしていたため、電源電圧が上昇した場合に燃料ポ
ンプからの吐出量が多くなり過ぎて、要求噴射量が少な
いときにプレッシャレギュレータを通して帰還する余剰
燃料が過剰になり、プレッシャレギュレータの制御性が
悪くなるという問題があった。

【００１２】更に従来の装置では、ポンプモータの性能
のばらつきにより燃料ポンプからの吐出量が設定値通り
にならないことがあり、ポンプモータの性能のばらつき
により燃料ポンプからの吐出量が多くなり過ぎたり、少
なくなり過ぎたりすることがあるため、要求噴射量によ
ってはプレッシャレギュレータを通して燃料タンクに帰
還する余剰燃料の量が適正な範囲から外れて、燃料圧力
の制御性が悪くなることがあった。

【００１３】プレッシャレギュレータによる燃料圧力の
制御性が悪くなると、噴射指令パルスのパルス幅により
一義的に噴射量を決めることができなくなるため、燃料
の噴射量を適確に制御することができなくなり、機関か
ら所期の性能を引き出すことができなくなる。

【００１４】特に、吹き抜けにより未燃焼ガスの一部が
排出される２サイクル機関の場合には、排気ガス中の酸
素を検出して空燃比を補正するフィードバック制御を行
うことができないため、燃料噴射量を正確に制御する必
要があり、そのためには、プレッシャレギュレータの制
御性を良好に保って燃料圧力をできるだけ一定に保つ必
要がある。

【００１５】また従来は、電源電圧が規定より低い場合
でも燃料ポンプから十分な量の燃料を吐出させるように
ポンプモータを選択していたが、低電圧で大出力を発生
するポンプモータは大きな駆動電流を必要とするため消
費電力が多くなり、要求噴射量が少ない低速運転時に無
駄な電力消費が多くなるという問題があった。特に、ト
ローリングを行う船外機のように、長時間に亘って低速
運転が継続される場合には、機関に取付けられた磁石発
電機の出力がポンプモータで多く消費されるため、バッ
テリの充電を十分に行うことができなくなるという問題
があった。

【００１６】本発明の目的は、電源電圧の変動やポンプ
モータの性能のばらつきにより燃料圧力の制御性が悪く
なるのを防止することができるようにした内燃機関用燃
料噴射装置の燃料ポンプ制御方法及び該方法を実施する
ために用いる燃料噴射装置用燃料圧力制御装置を提供す
ることにある。

【００１７】本発明の他の目的は、機関の低速運転時等
にポンプモータで無駄な電力が消費されるのを防ぐこと
ができるようにした内燃機関用燃料噴射装置の燃料ポン
プ制御方法及び該方法を実施するために用いる燃料噴射
装置用燃料圧力制御装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の燃
料噴射空間に燃料を噴射するインジェクタと、直流電源
から駆動電流が与えられるポンプモータにより駆動され
てインジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、燃料ポ
ンプからインジェクタに供給される燃料の圧力と燃料噴
射空間の圧力または大気圧との差圧が設定値を超えたと
きに開く圧力調整用バルブを備えていて燃料ポンプから
インジェクタに供給される燃料の一部を該圧力調整用バ
ルブを通して燃料タンク側に帰還させることにより該差
圧を設定値に保つように制御するプレッシャレギュレー
タとを備えた内燃機関用燃料噴射装置の燃料ポンプから
インジェクタに供給される燃料の圧力を制御する燃料噴
射装置用燃料圧力制御装置に係わるものである。

【００１９】本発明においては、プレッシャレギュレー
タを通して燃料タンクに帰還する燃料の流量の情報を含
む電気信号を出力するフューエルフローセンサと、この
フューエルフローセンサの出力を入力として、該センサ
の出力を目標値に保つようにポンプモータの駆動電流を
ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）するＰＷＭ制御部とを
設けた。

【００２０】上記フェーエルフローセンサは、例えば、
プレッシャレギュレータを通して燃料タンクに帰還する
燃料の流路内に挿入された抵抗発熱体と、抵抗発熱体の
抵抗値の変化を検出する検出部とにより構成できる。

【００２１】上記フェーエルフローセンサは、プレッシ
ャレギュレータを通して燃料タンクに帰還する燃料の流
路内に該燃料の流れに逆らう方向に付勢された状態で設
けられ、該流路内の燃料の流量に相応した変位を生じる
可動体と、該可動体の変位量に相応した電気信号を発生
する変位量センサとにより構成することもできる。

【００２２】本発明においてはまた、プレッシャレギュ
レータの圧力調整用バルブの可動部の変位を検出して該
バルブの開度の情報を含む電気信号を発生するバルブ開
度センサと、該バルブ開度センサの出力を目標値に保つ
ようにポンプモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ
制御部とを設けるようにしてもよい。

【００２３】上記のように、プレッシャレギュレータを
通して燃料タンクに帰還する燃料の流量の情報を含む電
気信号を出力するフューエルフローセンサを設けて、該
フューエルフローセンサの出力を目標値に保つようにポ
ンプモータの駆動電流をＰＷＭ制御すると、プレッシャ
レギュレータを通して燃料タンクに帰還する余剰燃料の
流量をほぼ一定に保つことができるため、プレッシャレ
ギュレータの制御圧力をほぼ一定に保つことができる。
従って、燃料ポンプの電源電圧の高低の如何に係わりな
く、またポンプモータの性能のばらつきの影響を受ける
ことなく、常に燃料圧力をほぼ一定に保つことができ
る。

【００２４】また上記のように構成すると、機関が要求
する燃料噴射量が少ない低速運転時には、ポンプモータ
の駆動電流のデューティ比が小さくなるため、ポンプモ
ータでの消費電力を少なくして、磁石発電機の出力をバ
ッテリの充電に当てることができる。そのため、トロー
リングを行う船外機のように長時間に亘って低速運転が
行なわれ場合でも、バッテリを消耗させることなく機関
の適正な運転状態を維持することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る制御装置のハ
ードウェアの構成例を示したもので、同図において１は
燃料ポンプ２を駆動するポンプモータ、３は該モータを
駆動する直流電源を構成するバッテリ、４はマイクロコ
ンピュータのＣＰＵ、５は内燃機関６の回転角度情報と
回転速度情報とを与える信号を発生する信号発生装置、
７は内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグに点火
用の高電圧を与える点火回路、８は内燃機関６の吸気管
内などの燃料噴射空間に燃料を噴射するように取り付け
られたインジェクタ、９はＣＰＵが噴射指令パルスを発
生したときにインジェクタ８に駆動電流を流すインジェ
クタ駆動回路である。また１０はバッテリ３の出力電圧
（ポンプモータの電源電圧）を検出してＣＰＵ４に入力
する電源電圧検出用インタフェース回路、１１はポンプ
モータ１に流れる駆動電流をオンオフする駆動電流制御
用スイッチを構成するＭＯＳＦＥＴ、１２はＣＰＵ４が
出力する駆動指令信号Ｖj に応じてＦＥＴ１１のゲート
に所定のデューティ比で断続するパルス波形の駆動信号
を与えるＦＥＴ駆動回路（スイッチ駆動回路）、１３は
モータ１の両端に接続されたダイオード、１４は燃料タ
ンク、１５はプレッシャレギュレータ、１６はフューエ
ルフローセンサである。

【００２６】更に詳細に説明すると、ポンプモータ１の
一端はバッテリ３の正極端子にスイッチＳＷを介して接
続され、他端はＭＯＳＦＥＴ１１のドレインに接続され
ている。バッテリ３の負極端子及びＦＥＴ１１のソース
は接地され、モータ１の両端には、ダイオード１３がそ
のカソードをバッテリ１の正極端子側に向けた状態で接
続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１はＮチャンネル形のも
のからなっていて、そのドレインソース間には寄生ダイ
オード１１ａが存在する。

【００２７】信号発生装置５は、内燃機関に取り付けら
れてクランク軸の一定の回転角度位置でパルス信号を発
生する信号発電機と、該信号発電機の出力パルスをＣＰ
Ｕ４が認識し得る波形の信号に変換する波形整形回路か
らなっていて、この信号発生装置の出力はＣＰＵ４の所
定の入力ポートに入力されている。ＣＰＵ４にはまた、
内燃機関６のスロットルバルブの開度を検出するセンサ
や、吸気温度を検出するセンサ等の各種のセンサの出力
が信号線１７を通して入力されている。

【００２８】ＣＰＵ４は信号発生装置５が出力するパル
ス信号から機関の回転角度情報を得るとともに、該パル
ス信号の発生周期から機関の回転速度を演算する。ＣＰ
Ｕ４はまた、スロットルバルブの開度を検出するセンサ
や吸気温度を検出するセンサ等の各種のセンサの出力を
入力として、演算された回転速度における燃料噴射量を
与える噴射指令パルスのパルス幅を演算し、信号発生装
置５が発生するパルス信号から得た回転角度位置情報に
基づいて燃料の噴射位置が検出されたときに演算したパ
ルス幅を有する噴射指令パルスＶj をインジェクタ駆動
回路９に与える。

【００２９】ＣＰＵ４はまた、機関の各回転速度におけ
る点火位置を演算し、所定の基準位置から演算した点火
位置の計測を行って、点火位置が計測されたときに点火
回路７に点火信号Ｖi を与える。

【００３０】点火回路７は、コンデンサ放電式の回路や
電流遮断式の回路からなっていて、ＣＰＵ４から点火信
号Ｖi が与えられたときに点火コイルの一次電流に急激
な変化を生じさせて点火用の高電圧Ｖh を出力する。こ
の高電圧は内燃機関６の気筒に取り付けられた点火プラ
グに印加されるため、該点火プラグに火花が生じ、機関
が点火される。

【００３１】インジェクタ駆動回路９は、噴射指令パル
スＶj が与えられている間オン状態になるトランジスタ
等のスイッチ素子を備えた回路で、該スイッチ素子がオ
ン状態にある間インジェクタ８のソレノイドコイルに駆
動電流を流す。

【００３２】燃料ポンプ２は、燃料タンク１４内の燃料
を吸い込んで、該燃料をインジェクタ８の燃料流入口８
ａにつながる管路に吐出させる。燃料ポンプ２は燃料タ
ンク１４内に配置されるものでもよく、燃料タンク１４
の外部に配置されるものでもよい。

【００３３】インジェクタ８は、内燃機関の燃料噴射空
間（例えば吸気管内）に開口させられる噴射口と該噴射
口を開閉するニードルバルブと、該ニードルバルブを駆
動するソレノイド（電磁石）とを備えたもので、その燃
料流入口に所定の圧力の燃料が供給され、ソレノイドコ
イルに駆動電流が与えられたときにニードルバルブが開
いて噴射口から燃料を噴射する。

【００３４】図示のインジェクタ８はいわゆるサイドフ
ィード式のもので、該インジェクタの本体の側面に燃料
流入口８ａと燃料流出口８ｂとを有し、流入口８ａから
本体内に流入させた燃料の一部を流出口８ｂを通してプ
レッシャレギュレータ１５に与えるようにしている。

【００３５】なおインジェクタ８はサイドフィード形の
ものに限られるものではなく、本体の下部から燃料を流
入させ、その一部を上部から流出させてプレッシャレギ
ュレータに与えるようにしたボトムフィード式のもの、
あるいは本体の上部から燃料を流入させるようにしたト
ップフィード式のもの等がある。

【００３６】プレッシャレギュレータ１５は、そのハウ
ジング１５ａ内に燃料室１５ｂとスプリング室１５ｃと
を有していて、該燃料室とスプリング室との間を仕切る
ようにダイアフラム１５ｄが設けられ、該ダイアフラム
はスプリング室１５ｃ内に設けられたスプリング１５ｅ
により燃料室側に付勢されている。燃料室内には、該燃
料室の入口と出口との間を開閉する圧力調整用バルブ１
５ｆが設けられて、該バルブがダイアフラム１５ｄに接
続され、該バルブは常時はスプリング１５ｅにより付勢
されて閉状態に保持されている。燃料室１５ｂの入口は
インジェクタ８の燃料流入口側の圧力と同じ圧力を有す
る配管１８に接続され、燃料室の出口はリターンパイプ
１９を介して燃料タンク１４に接続されている。図示の
例では、スプリング室１５ｃが内燃機関６の燃料噴射空
間（例えば吸気管内）に接続されている。

【００３７】図示のフューエルフローセンサ１６は、リ
ターンパイプ１９の途中、またはリターンパイプ１９と
プレッシャレギュレータ１５の出口との間に挿入されて
いて、プレッシャレギュレータ１５を通して燃料タンク
１４に帰還する余剰燃料の流量の情報を含む電気信号を
出力する。

【００３８】フューエルフローセンサ１６の構成例を図
２（Ａ），（Ｂ）及び図３（Ａ），（Ｂ）に示した。図
２（Ａ），（Ｂ）に示したフューエルフローセンサ１６
は、プレッシャレギュレータ１５から燃料タンク１４側
に流れる余剰燃料の帰還流路の上流側に配置されてプレ
ッシャレギュレータの出口に直接またはリターンパイプ
１９の一部を構成する管を介して接続される接続管１６
a1を一端に有し、該帰還流路の下流側に配置されてリタ
ーンパイプ１９を構成する管のプレッシャレギュレータ
側の端部に接続される接続管１６a2を他端に有する中空
のセンサ本体１６ａと、該センサ本体１６ａの一部に設
けられた膨出部内に位置させた状態で該本体１６ａに回
転自在に支持された軸１６ｂと、本体１６ａ内に配置さ
れて一端が軸１６ｂに固定された可動フラップ１６ｃ
と、該可動フラップ１６ｃを接続管１６a1側（本体１６
ａ内を流れる燃料の上流側）に付勢する図示しないバネ
と、軸１６ｂに連結されて可動フラップ１６ｃの回動変
位量を検出する変位量センサ１６ｄとからなり、変位量
センサ１６ｄからは信号出力線１６ｅが導出されてい
る。図示の例では、軸１６ｂが本体１６ａを液密かつ回
転自在に貫通した状態で外部に導出されて、本体１６ａ
の側面に取付けられた変位量センサ１６ｄの入力軸に連
結されている。変位量センサ１６ｄは例えばポテンショ
メータなどからなっていて、可動フラップ１６ｃの回動
変位量に相応した電気信号を出力する。変位量センサ１
６ｄの出力は信号出力線１６ｅを通してＣＰＵ４に入力
されている。

【００３９】このフューエルフローセンサ１６において
は、可動フラップ１６ｃが本体１６ａ内を流れる余剰燃
料により押されてその流量に相応した回動変位を生じ
る。この可動フラップ１６ｃの回動変位量は変位量セン
サ１６ｄにより検出されるため、該センサ１６ｄを通し
て燃料タンク１４に帰還する余剰燃料の流量の情報を含
む電気信号を得ることができる。

【００４０】図２に示した例では、プレッシャレギュレ
ータを通して燃料タンクに帰還する燃料の流路内に回動
自在な可動フラップを配置して、該可動フラップの回動
変位量を検出するようにしたが、このフューエルフロー
センサは、プレッシャレギュレータを通して燃料タンク
に帰還する燃料の流路内に燃料の流れに逆らう方向に付
勢された状態で設けられて該流路内の燃料の流量に相応
した変位を生じる可動体と、該可動体の変位量に相応し
た電気信号を発生する変位量センサとを備えていればよ
く、可動体は必ずしも図２の例で示した可動フラップの
ように回動変位するものでなくてもよい。例えば、余剰
燃料の帰還流路内にその流れの方向に直線変位し得る可
動体を配置して、該可動体をバネにより帰還流路の上流
側に付勢するようにしてもよい。

【００４１】図３（Ａ），（Ｂ）に示したフューエルフ
ローセンサ１６は、接続管１６A1及び１６A2を一端及び
他端にそれぞれ有するセンサ本体１６Ａと、該センサ本
体内に挿入された抵抗発熱体１６Ｂとを備えている。抵
抗発熱体１６Ｂの両端は本体１６Ａを液密に貫通した状
態で取付けられた絶縁ブッシング１６Ｃ及び１６Ｄの中
心導体に接続されて支持され、両ブッシングの中心導体
はリード線１６Ｅ及び１６Ｆを介して発熱体１６Ｂの抵
抗値の変化を検出する検出部（図示せず。）に接続され
ている。抵抗発熱体１６Ｂとしては、通電により発熱し
てその抵抗値が変化するもの、例えば、正または負の温
度係数を有する感温抵抗体を用いることができる。この
発熱体の抵抗値の変化を検出する検出部は、例えば該発
熱体を一辺に有する抵抗ブリッジ回路により構成するこ
とができる。

【００４２】図３のフューエルフローセンサは、その接
続管１６A1及び１６A2の一方をプレッシャレギュレータ
を通して燃料タンクに流れる余剰燃料の流れの上流側に
位置させ、他方を下流側に位置させた状態で、該余剰燃
料の帰還流路の途中に挿入する。そして発熱体１６Ｂに
一定の電流を流すことにより発熱体１６Ｂを発熱させ
て、該発熱体の抵抗値の変化を検出する。発熱体１６Ｂ
は本体１６Ａ内を流れる燃料に接触して冷却されるた
め、該発熱体の温度は本体１６Ａ内を流れる余剰燃料の
流量の増大に伴って低下していく。従って、発熱体１６
Ｂの抵抗値の変化を検出することにより、プレッシャレ
ギュレータ１５を通して燃料タンク１４に帰還する余剰
燃料の流量の情報を含む信号を得ることができる。

【００４３】なお余剰燃料の流路には通常酸素は存在し
ないので、発熱体１６Ｂの熱により燃料に着火するおそ
れはないが、万一余剰燃料に気泡が混入していると危険
であるので、発熱体１６Ｂに流す電流は、該発熱体１６
Ｂの温度を燃料の着火温度よりも低い値に制限するよう
に十分に小さい値に設定するのが好ましい。

【００４４】ＣＰＵ４は、上記フューエルフローセンサ
１６の出力信号（プレッシャレギュレータを通して燃料
タンクに戻される余剰燃料の流量の情報を含む信号）を
入力として、該信号を目標値に保つ（余剰燃料の流量を
設定値に保つ）ためにポンプモータ１に流す必要がある
駆動電流のデューティ比を演算し、該デューティ比で断
続する駆動指令信号Ｖd をＦＥＴ駆動回路１２に与え
る。

【００４５】ＦＥＴ駆動回路１２は、ＣＰＵ４が出力す
る駆動指令信号Ｖd によりオンオフさせられるスイッチ
手段を備えた回路で、図示しない直流電源回路から該ス
イッチ手段を通してＦＥＴ１１のゲートソース間に、駆
動指令信号Ｖd と同じデューティ比で断続する駆動信号
Ｖg を与える。

【００４６】図１には図示してないが、内燃機関には磁
石発電機が取り付けられていて、該磁石発電機の出力が
電圧調整機能を有する整流回路に入力され、該整流回路
の出力でバッテリ３が充電されるようになっている。ま
た点火回路７の電源として、機関の回転に同期して交流
電圧を発生する発電コイルを用いる場合には、該発電コ
イルが磁石発電機内に設けられる。

【００４７】図１の装置においては、ＣＰＵ４により、
回転速度、スロットル開度、大気圧、吸気温度等を制御
条件としてインジェクタ８からの燃料の噴射位置（噴射
時期）と噴射時間とを制御する燃料噴射制御部と、機関
の回転速度等に対して点火位置（点火時期）を制御する
点火位置制御部とが構成されている。

【００４８】なおマイクロコンピュータはＣＰＵ４のほ
かに、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、レジスタ等を有してい
るが、これらの図示は省略されている。

【００４９】図１の装置において、スイッチＳＷが投入
されると、図示しない電源回路からＣＰＵ４に電源電圧
が与えられ、該ＣＰＵ４が立ち上がる。ＣＰＵ４はＦＥ
Ｔ駆動回路１２に所定のデューティ比で断続する駆動指
令信号を与え、ＦＥＴ１１をオンオフさせる。これによ
りポンプモータ１に駆動電流が与えられるため、該モー
タが回転し、燃料ポンプ２からインジェクタ８に燃料が
与えられる。

【００５０】図５は、時刻ｔ1 でＣＰＵ４からインジェ
クタ駆動回路９にデューティ比が１００％の駆動指令信
号Ｖd が与えられた場合の、燃料ポンプの応答を示した
ものである。同図に示すように、燃料ポンプ２からの吐
出量Ｑは、ポンプモータ１が駆動された後所定の遅れを
もって徐々に増加していく。燃料ポンプ２からの吐出量
Ｑとポンプモータ１の印加電圧Ｖp との関係は例えば図
６に示す通りであり、燃料ポンプ２からの吐出量Ｑは印
加電圧Ｖp の変化に伴って大きく変化する。

【００５１】燃料ポンプ２からインジェクタ８に与えら
れる燃料の圧力と内燃機関の燃料噴射空間の圧力との差
圧（燃料圧力）が設定値を超えると、プレッシャレギュ
レータ１５の圧力調整用バルブ１５ｆが開いて余剰燃料
をリターンパイプ１９を通して燃料タンク１４に戻し、
インジェクタ８に与えられる燃料圧力を設定値に保つ。

【００５２】内燃機関を始動させる操作が行われ、該機
関のクランク軸が回転すると、信号発生装置５が所定の
回転角度位置でパルス信号を発生する。ＣＰＵ４はこの
パルス信号から機関の回転角度情報を得るとともに、該
パルス信号の発生周期から回転速度を演算し、演算され
た回転速度における機関の点火位置と噴射指令パルスの
パルス幅とを演算する。ＣＰＵ４は、機関のクランク軸
の回転角度位置が燃料噴射位置に一致したことを検出し
たときにインジェクタ駆動回路９に噴射指令パルスＶj
を与える。インジェクタ駆動回路９は噴射指令パルスＶ
j が与えられている間インジェクタ８に駆動電流を与え
るため、インジェクタ８のバルブが開き、該インジェク
タから機関の燃料噴射空間に燃料が噴射される。

【００５３】ＣＰＵ４はまた、クランク軸の回転角度位
置が演算された点火位置に一致したことが検出されたと
きに点火回路７に点火信号Ｖi を与える。これにより点
火回路７がトリガされて点火用の高電圧Ｖh を発生する
ため、機関が点火される。

【００５４】上記の装置において、燃料ポンプ２からの
吐出量をＱ、インジェクタ８から噴射される燃料の量を
Ｑi 、プレッシャレギュレータ１５を通して燃料タンク
１４に帰還する余剰燃料の流量（帰還流量）をＱr とす
ると下記の式が成立する。

【００５５】 Ｑ＝Ｑi ＋Ｑr …（１） （１）式において、機関の各回転速度において必要とさ
れる燃料噴射量（要求噴射量）Ｑi は、大気圧、吸気温
度、機関の運転状況などにより変化し、一定にはならな
い。例えば、図７に示すように、時間ｔの経過に伴って
機関の回転速度Ｎが一様に上昇していく場合でも、その
途中でアクセルペダル（またはアクセルグリップ）が急
激に加速側に変位させられた場合には、所定の空燃比を
維持するために要求噴射量Ｑi が大きく増大させられ
る。従って、機関の回転速度Ｎと要求噴射量Ｑi との関
係は、１つの曲線または直線で表すことはできず、図８
に斜線を施して示したように相当の広がりをもつことに
なる。

【００５６】このように内燃機関の各回転速度における
要求噴射量Ｑi は、各種の条件の変化に伴って大幅に変
化するため、燃料ポンプからの吐出量Ｑを一定とした場
合、プレッシャレギュレータ１５を通して燃料タンク１
４に帰還する余剰燃料の流量Ｑr も制御条件の変化に伴
って大幅に変化することになるが、プレッシャレギュレ
ータの制御性を良好に保つためには、余剰燃料の流量Ｑ
r を適正な範囲に保つ必要がある。

【００５７】図９は、プレッシャレギュレータ１５を通
して燃料タンク１４に帰還する余剰燃料の流量Ｑr とプ
レッシャレギュレータ１５の制御圧力（燃料圧力の設定
値）Ｐとの関係の一例を示したものである。この例で
は、制御圧力Ｐをほぼ一定に保つために、余剰燃料の流
量Ｑr を下限値Ｑr1と上限値Ｑr2との間に保つ必要があ
る。

【００５８】プレッシャレギュレータの制御性が悪くな
ると、燃料圧力が設定値から大きくずれるため、噴射指
令パルスＶj のパルス幅により燃料噴射量を決めること
ができなくなり、燃料噴射量の制御を適正に行うことが
できなくなる。

【００５９】従来は、ポンプモータ１の性能のばらつき
と各回転速度における燃料噴射量の変動範囲（図８）と
を考慮して、各回転速度において要求噴射量Ｑi が最大
になった場合でも、所定の範囲の帰還流量Ｑr を流すこ
とができるように、燃料ポンプの吐出量Ｑを設定し、電
源電圧が規定よりも低い場合でも所定の吐出量Ｑを得る
ために必要な出力を有するポンプモータ１を選択して、
該ポンプモータを直流電源により駆動するようにしてい
た。

【００６０】ところがこのように構成した場合には、電
源電圧が高い場合に余剰燃料の帰還流量Ｑr が上限値Ｑ
r2を超えてプレッシャレギュレータの制御性が悪くな
り、燃料圧力が設定値を超えることがあった。

【００６１】また低電圧で大きな出力を発生するポンプ
モータを用いた場合には、要求噴射量が少ない低速時に
ポンプモータで無駄な電力が消費され、好ましくなかっ
た。特に、長時間低速運転が行なわれることがある船外
機の場合には、低速時にポンプモータでの消費電力が多
くなるとバッテリを充分に充電することができなくな
り、好ましくない。

【００６２】またポンプモータの性能のばらつきによっ
ても、燃料タンクに帰還する余剰燃料の帰還流量Ｑr が
下限値を下回ったり、上限値Ｑr2を超えたりして、プレ
ッシャレギュレータの制御性が悪くなることがある。

【００６３】これらの問題が生じるのを防ぐため、本発
明においては、プレッシャレギュレータを通して燃料タ
ンクに帰還する余剰燃料の流量の情報を含む検出信号を
得て、該検出信号を目標値に保つようにポンプモータ１
の駆動電流をＰＷＭ制御することにより、プレッシャレ
ギュレータ１５を通して流れる帰還流量Ｑr を該レギュ
レータの良好な制御性が確保される範囲に設定された設
定値に保つように燃料ポンプからの吐出量を制御する。

【００６４】上記のような制御を行うと、例えば、図９
において、帰還流量Ｑr を設定値Ｑrsに保つように、ポ
ンプモータ１の駆動電流を制御することにより、制御圧
力を一定値Ｐs に保つことができるため、ポンプモータ
の電源電圧の高低や、ポンプモータの性能のばらつきの
如何に係わりなく、燃料圧力を常に一定に保つことがで
き、燃料噴射量の制御を正確に行わせることができる。

【００６５】なおポンプモータ１としては、電源電圧が
低い場合にも燃料ポンプ２から充分な量の燃料を吐出さ
せることができるものを選択する。上記のような制御を
行うと、要求噴射量が少ない機関の低速時にはポンプモ
ータの駆動電流のデューティ比が自動的に小さくなるた
め、電源電圧が低い状態で十分な出力を有するポンプモ
ータを用いても、該ポンプモータでの電力消費を少なく
することができ、磁石発電機の出力をバッテリの充電に
振り分けることができる。従って、トローリングを行う
船外機のように、長時間に亘って低速運転が継続される
場合にも、機関の運転を支障なく行わせることができ
る。

【００６６】上記の例では、ＣＰＵ４によりフューエル
フローセンサの出力を目標値に保つために必要なポンプ
モータの駆動電流のデューティ比を演算する過程と、Ｆ
ＥＴ駆動回路１２（スイッチ駆動手段）と、ＦＥＴ１１
（駆動電流制御用スイッチ）とにより、フューエルフロ
ーセンサの出力の大きさを目標値に保つようにポンプモ
ータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部が構成さ
れている。

【００６７】上記の例では、フューエルフローセンサ１
６によりプレッシャレギュレータ１５内を流れる帰還流
量を検出する電気信号を得て、該電気信号の大きさを目
標値に保つようにポンプモータの駆動電流をＰＷＭ制御
するようにしたが、プレッシャレギュレータ１５の圧力
調整用バルブ１５ｆの可動部の変位を検出して該バルブ
の開度の情報を含む電気信号を発生するバルブ開度セン
サを設けて、該バルブ開度センサの出力を目標値に保つ
ようにポンプモータ１の駆動電流をＰＷＭ制御するよう
にしても、上記と同様の効果を得ることができる。

【００６８】図４は、バルブ開度センサを備えたプレッ
シャレギュレータ１５の一例を示したもので、このレギ
ュレータ１５は、そのハウジング１５ａ内に燃料室１５
ｂとスプリング室１５ｃとを有し、該燃料室とスプリン
グ室との間を仕切るようにダイアフラム１５ｄが設けら
れている。ダイアフラム１５ｄはスプリング室１５ｃ内
に設けられたスプリング１５ｅにより燃料室１５ｂ側に
付勢されている。ハウジング１５ａには、燃料室１５ｂ
の入口を構成する燃料導入管１５ｇと、該燃料室の出口
を構成する燃料導出管１５ｈと、スプリング室１５ｃを
内燃機関の燃料噴射空間に接続するための配管を接続す
る継ぎ手管１５ｋとが接続されている。燃料導出管１５
ｈの燃料室内に位置する一端には弁座１５h1が設けられ
ていて、該弁座１５h1がダイアフラム１５ｄの中央部に
設けられた可動ブロック１５d1に接続された可動弁体１
５ｉに対向させられている。この例では、可動弁体１５
ｉと燃料導出管１５ｈの端部の弁座１５h1とにより圧力
調整用バルブ１５ｆが構成され、燃料室１５ｂ内の圧力
とスプリング室１５ｃ内の圧力との差圧が設定値未満の
状態では、スプリング１５ｅの付勢力により可動弁体１
５ｉが弁座１５h1に当接されて、バルブ１５ｆが閉状態
に保持されている。ハウジング１５ａの端部壁に設けら
れた開口部を気密に貫通した状態でスプリング室１５ｃ
内にバルブ開度センサ１５ｊが挿入され、該バルブ開度
センサ１５ｊの入力部１５j1がダイアフラム１５ｄの中
央部（圧力調整用バルブ１５ｆの可動部に相応する位
置）に接続されている。

【００６９】バルブ開度センサ１５ｊは、ポテンショメ
ータ等の変位量センサからなっていて、ダイアフラム１
５ｄの変位量に相応した大きさの電気信号を出力する。
ダイアフラム１５ｄの中央部の変位量は圧力調整用バル
ブ１５ｆの可動部（可動弁体１５ｉ）の変位量に相応し
ているため、バルブ開度センサ１５ｊから得られる出力
信号は圧力調整用バルブの開度の情報を含む信号とな
る。この信号はまたプレッシャレギュレータを通して燃
料タンクに帰還する燃料の流量の情報を含む信号でもあ
る。

【００７０】上記のようなバルブ開度センサが設けられ
る場合には、該バルブ開度センサの出力信号がＣＰＵ４
に入力される。ＣＰＵ４は、バルブ開度センサ１５ｊの
出力信号の大きさを目標値に保つためにポンプモータ１
に流す必要がある駆動電流のデューティ比を演算して、
演算したデューティ比で断続する駆動指令信号Ｖd をＦ
ＥＴ制御回路１２に与える。ＦＥＴ制御回路１２は、駆
動指令信号Ｖd と同じデューティ比で断続する駆動信号
Ｖg をＦＥＴ１１に与えて該ＦＥＴをオンオフさせる。
これにより、プレッシャレギュレータ１５を通して流れ
る帰還流量Ｑrを該レギュレータの良好な制御性が確保
される範囲に設定された設定値に保つように燃料ポンプ
からの吐出量を制御する。

【００７１】この場合には、ＣＰＵ４によりバルブ開度
センサの出力を目標値に保つために必要なポンプモータ
の駆動電流のデューティ比を演算する過程と、ＦＥＴ駆
動回路１２（スイッチ駆動手段）と、ＦＥＴ１１（駆動
電流制御用スイッチ）とにより、バルブ開度センサの出
力の大きさを目標値に保つようにポンプモータの駆動電
流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部が構成されている。

【００７２】なお駆動電流制御用スイッチは直流電源か
らポンプモータに供給される駆動電流をオンオフし得る
ものであればよく、必ずしもＦＥＴ１１に限らない。ト
ランジスタ等の他のスイッチ素子を駆動電流制御用スイ
ッチとして用いてもよい。

【００７３】上記の説明では、ポンプモータを駆動する
直流電源としてバッテリ３を用いたが、バッテリを用い
ずに、内燃機関に取付けられた磁石発電機内の発電コイ
ルを電源とした直流電源回路の出力で、ポンプモータ
１、ＣＰＵ４、インジェクタ８、及びインジェクタ駆動
回路９等を駆動する構成をとる場合にも本発明を適用す
ることができる。

【００７４】本発明は、燃料噴射量を正確に制御する必
要がある２サイクル機関に特に有効であるが、４サイク
ル機関にも適用することができるのはもちろんである。

【００７５】図１に示した例では、プレッシャレギュレ
ータ１５のスプリング室を内燃機関の燃料噴射空間（例
えば吸気管）に接続して、燃料ポンプからインジェクタ
に与えられる燃料の圧力と燃料噴射空間の圧力との差圧
を設定値に保つように制御しているが、必ずしもこのよ
うに構成する必要はなく、プレッシャレギュレータによ
り、燃料ポンプからインジェクタに供給される燃料の圧
力と大気圧との差圧を設定値に保つようにしてもよい。
例えば、多気筒内燃機関の各気筒に個別にインジェクタ
を取付けて各気筒内に直接燃料を噴射させる場合には、
燃料噴射空間が気筒毎に異なるため、プレッシャレギュ
レータ１５はそのスプリング室を外気に開放した状態で
使用される。この場合、プレッシャレギュレータは、燃
料ポンプからインジェクタに供給される燃料の圧力と大
気圧との差圧を設定値に保つように制御することにな
る。

【００７６】上記の説明では、マイクロコンピュータを
用いてポンプモータの駆動電流のデューティ比を演算し
て、演算したデューティ比で断続する駆動信号を駆動電
流制御用スイッチに与えることにより、ポンプモータの
駆動電流をＰＷＭ制御するようにしたが、フューエルフ
ローセンサの出力信号とその目標値との偏差、またはバ
ルブ開度センサの出力信号とその目標値との偏差を検出
して、これらの偏差を零にするようにフィードバック制
御するようにＰＷＭ制御部を構成することもできる。

【００７７】図１に示した例では、プレッシャレギュレ
ータ１５と燃料タンク１４との間にフューエルフローセ
ンサ１６を設けたが、このフューエルフローセンサはプ
レッシャレギュレータを通して燃料タンクに帰還する燃
料の流量の情報を含む信号を発生すればよいので、イン
ジェクタ８とプレッシャレギュレータ１５との間の燃料
の流路にフューエルフローセンサ１６を設けるようにし
てもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プレッ
シャレギュレータを通して燃料タンクに戻される燃料の
流量の情報を含む検出信号を得て、該検出信号を目標値
に保つようにポンプモータの駆動電流をＰＷＭ制御する
か、またはプレッシャレギュレータに設けられる圧力調
整用バルブの開度の情報を含む検出信号を得て、該検出
信号を目標値に保つようにポンブモータの駆動電流をＰ
ＷＭ制御するようにしたので、ポンブモータの電源電圧
の高低やポンプモータの性能のばらつきに係わりなく、
プレッシャレギュレータの制御圧力を一定に保つことが
でき、燃料圧力を常に一定に保持して、燃料噴射量の制
御を正確に行わせることができる利点がある。

【００７９】また本発明によれば、機関が要求する燃料
噴射量が少ない低速運転時には、ポンプモータの駆動電
流のデューティ比を小さくすることができるので、ポン
プモータでの消費電力を少なくして、磁石発電機の出力
をバッテリの充電に振り分けることができる。そのた
め、トローリングを行う船外機のように長時間に亘って
低速運転が行なわれ場合でも、バッテリを消耗させるこ
となく機関の適正な運転状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示した構成図である。

【図２】（Ａ）は本発明を実施する際に用いるフューエ
ルフローセンサの構成例を示した正面図である。（Ｂ）
は（Ａ）の一部を断面した断面図である。

【図３】（Ａ）は本発明を実施する際に用いるフューエ
ルフローセンサの他の構成例を一部断面して示した正面
図である。（Ｂ）は（Ａ）の横断面図である。

【図４】本発明を実施する際に用いるバルブ開度センサ
を備えたプレッシャレギュレータの構成例を示した断面
図である。

【図５】ポンプモータに電源電圧を印加した際の燃料ポ
ンプの応答を示す線図である。

【図６】ポンプモータの印加電圧と燃料ポンプからの吐
出量との関係の一例を示した線図である。

【図７】内燃機関の回転速度の時間的な変化と燃料噴射
量の時間的変化との一例を示した線図である。

【図８】機関の回転速度と機関が要求する噴射量との関
係を示したグラフである。

【図９】プレッシャレギュレータの制御特性の一例を示
した線図である。

【符号の説明】

１ ポンプモータ ２ 燃料ポンプ ３ バッテリ ４ ＣＰＵ ５ 信号発生装置 ６ 内燃機関 ８ インジェクタ ９ インジェクタ駆動回路 １０ 電源電圧検出用インタフェース回路 １１ 駆動電流制御用スイッチを構成するＭＯＳＦＥＴ １２ ＦＥＴ駆動回路 １４ 燃料タンク １５ プレッシャレギュレータ １５ｊ バルブ開度センサ １６ フューエルフローセンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃料噴射空間に燃料を噴射す
   るインジェクタと、直流電源から駆動電流が与えられる
   ポンプモータにより駆動されて前記インジェクタに燃料
   を供給する燃料ポンプと、前記燃料ポンプからインジェ
   クタに供給される燃料の圧力と燃料噴射空間の圧力また
   は大気圧との差圧が設定値を超えたときに開く圧力調整
   用バルブを備えていて燃料ポンプからインジェクタに供
   給される燃料の一部を該圧力調整用バルブを通して燃料
   タンク側に帰還させることにより該差圧を設定値に保つ
   ように制御するプレッシャレギュレータとを備えた内燃
   機関用燃料噴射装置の前記燃料ポンプからインジェクタ
   に供給される燃料の圧力を制御する燃料噴射装置用燃料
   圧力制御装置であって、 前記プレッシャレギュレータを通して燃料タンクに帰還
   する燃料の流量の情報を含む電気信号を出力するフュー
   エルフローセンサと、 前記フューエルフローセンサの出力を入力として、該セ
   ンサの出力を目標値に保つように前記ポンプモータの駆
   動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部とを具備したこと
   を特徴とする燃料噴射装置用燃料圧力制御装置。
2. 【請求項２】 前記フェーエルフローセンサは、前記プ
   レッシャレギュレータを通して燃料タンクに帰還する燃
   料の流路内に挿入された抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体
   の抵抗値の変化を検出する検出部とを備えていることを
   特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置用燃料圧力制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記フェーエルフローセンサは、前記プ
   レッシャレギュレータを通して燃料タンクに帰還する燃
   料の流路内に該燃料の流れに逆らう方向に付勢された状
   態で設けられて、該流路内の燃料の流量に相応した変位
   を生じる可動体と、前記可動体の変位量に相応した電気
   信号を発生する変位量センサとを備えていることを特徴
   とする請求項１に記載の燃料噴射装置用燃料圧力制御装
   置。
4. 【請求項４】 内燃機関の燃料噴射空間に燃料を噴射す
   るインジェクタと、直流電源から駆動電流が与えられる
   ポンプモータにより駆動されて前記インジェクタに燃料
   を供給する燃料ポンプと、前記燃料ポンプからインジェ
   クタに供給される燃料の圧力と燃料噴射空間の圧力また
   は大気圧との差圧が設定値を超えたときに開く圧力調整
   用バルブを備えていて燃料ポンプからインジェクタに供
   給される燃料の一部を該圧力調整用バルブを通して燃料
   タンク側に帰還させることにより該差圧を設定値に保つ
   ように制御するプレッシャレギュレータとを備えた内燃
   機関用燃料噴射装置の前記燃料ポンプからインジェクタ
   に供給される燃料の圧力を制御する燃料噴射装置用燃料
   圧力制御装置であって、 前記プレッシャレギュレータの圧力調整用バルブの可動
   部の変位を検出して該バルブの開度の情報を含む電気信
   号を発生するバルブ開度センサと、 前記バルブ開度センサの出力を目標値に保つように前記
   ポンプモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部
   とを具備したことを特徴とする燃料噴射装置用燃料圧力
   制御装置。