JPH09287540A - 内燃機関用燃料ポンプの吐出量推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関用の高圧燃料ポンプの吐出量を推定す
る。 【解決手段】燃料温度を推定し (Ｓ１) 、燃料の性状
(重軽質) を判定し (Ｓ２) 、前記燃料温度と燃料の性
状とから燃料の粘度と密度を推定し (Ｓ３) 、燃料ポン
プの回転速度Ｎｐを算出し (Ｓ４) 、該回転速度Ｎｐを
基本とし、前記燃料の粘度と密度とを考慮して該燃料ポ
ンプからの吐出量を精度良く推定する (Ｓ５) 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用燃料ポ
ンプの吐出量を推定する技術に関し、特に高圧燃料ポン
プで吐出された燃料を燃焼室に直接噴射する火花点火直
噴式機関において始動時に燃料噴射量を補正するため、
高圧燃料ポンプの吐出量を精度良く推定するための技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリン機関等の火花点火式機関
においても、燃料噴射弁の噴孔を燃焼室内に臨ませて設
置し、該燃料噴射弁によって燃料を燃焼室内に直接噴射
する方式が研究されており、該火花点火式直噴内燃機関
によれば、吸気ポートに燃料噴射弁を備えた予混合式の
火花点火機関に比較して、燃料の輸送遅れによる過渡運
転特性の悪化や排気組成の悪化を抑制できるという利点
がある。

【０００３】この種の機関では、燃料の微粒化効果を高
めるため燃料噴射圧力を高める方法として、燃料供給通
路の途中に高圧用の燃料ポンプを備えている (特開平５
−３２１７８３号等参照) 。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記内燃機
関の高圧用燃料ポンプでは、始動時に燃料圧力が昇圧す
る際に燃料圧力の変動が激しいため、燃料ポンプの吐出
量と燃料噴射弁からの燃料噴射量とに基づいて、燃料ポ
ンプの昇圧特性を予測して、燃料噴射量を補正すること
が試みられている。

【０００５】その場合、前記燃料ポンプの吐出量はポン
プ回転速度のみに基づいて推定されていたが、該吐出量
は燃料の状態によっても変わってくるため、十分高精度
に推定できていなかった。本発明は、このような従来の
問題点に鑑みなされたもので、内燃機関用燃料ポンプの
吐出量を高精度に推定することを目的とする。

【０００６】また、特にガソリン機関等の火花点火機関
で燃料を燃焼室内に直接噴射する機関において、燃料の
微粒化促進のため用いられる高圧用ポンプの機関始動時
の吐出量を高精度に推定することを目的とする。また、
前記のように燃料ポンプの吐出量を高精度に推定して昇
圧特性を予測することによって、機関始動時の燃料噴射
量を補正して高精度に設定することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの吐
出量を燃料の物理的特性を考慮して推定することを特徴
とする。また、請求項２に係る発明は、前記燃料ポンプ
の回転速度を基本とし、前記燃料の物理的特性を加味し
て燃料ポンプの吐出量を推定することを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、前記燃料の
物理的特性は、燃料の粘度と密度とを含んでいることを
特徴とする。また、請求項４に係る発明は、前記燃料の
粘度と密度とを、燃料温度と燃料の性状とに基づいて推
定することを特徴とする。

【０００９】また、請求項５に係る発明は、前記燃料温
度を、直接検出し、若しくは機関温度，外気温度，機関
負荷の検出値に基づいて推定することを特徴とする。ま
た、請求項６に係る発明は、前記燃料ポンプの回転速度
と、燃料温度と燃料の性状とに基づいて直接燃料ポンプ
の吐出量を推定することを特徴とする。

【００１０】また、請求項７に係る発明は、機関の始動
時に燃料噴射弁からの燃料噴射量の補正のために、燃料
ポンプの吐出量を推定することを特徴とする。また、請
求項８に係る発明は、前記燃料噴射弁は、燃料を火花点
火式機関の燃焼室に直接噴射することを特徴とする。

【００１１】また、請求項９に係る発明は、図１に示す
ように、相対的に低圧で燃料を吐出する第１の燃料ポン
プと、該第１の燃料ポンプから吐出された燃料を相対的
に高圧で吐出する第２の燃料ポンプと、を備え、前記第
２の燃料ポンプから吐出された燃料を燃料噴射弁によっ
て機関の燃焼室内に噴射する火花点火直噴式内燃機関に
おいて、前記第２の燃料ポンプの回転速度を検出するポ
ンプ回転速度検出手段と、機関の燃料温度を直接又は推
定によって検出する燃料温度検出手段と、機関の性状を
判定する燃料性状判定手段と、前記検出された燃料温度
と判定された燃料の性状とに基づいて、燃料の粘度と密
度を推定する燃料特性推定手段と、機関の始動時に前記
燃料噴射弁からの燃料噴射量を補正するため、前記検出
された第２の燃料ポンプの回転速度と推定された燃料の
粘度と密度とを考慮して第２の燃料ポンプの吐出量を推
定する吐出量推定手段と、を含んで構成したことを特徴
とする。

【００１２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、燃料の物
理的特性を考慮して燃料ポンプの吐出量を推定すること
により、該物理的特性による吐出量の変化を考慮に入れ
た高精度な推定を行うことができる。また、請求項２に
係る発明によれば、燃料ポンプの吐出量は、基本的には
該燃料ポンプの回転速度に比例的であるので、該回転速
度を基本とし、燃料の物理的特性による変化を加味して
高精度な推定を行うことができる。

【００１３】また、請求項３に係る発明によれば、前記
燃料の物理的特性として、吐出量に与える影響が大きい
燃料の粘度と密度とを含むことにより、十分高精度な吐
出量の推定を行うことができる。また、請求項４に係る
発明によれば、燃料の粘度と密度とを、直接検出するこ
とは困難であるが、燃料温度と燃料の性状とに基づいて
推定することができる。

【００１４】また、請求項５に係る発明によれば、燃料
温度を、直接検出する場合は高精度に検出でき、また、
機関温度，外気温度，機関負荷の検出値に基づいて推定
すれば、専用の燃料温度センサを用いることなく、低コ
ストで済む。また、請求項６に係る発明によれば、燃料
ポンプの吐出量を、該燃料ポンプの回転速度と燃料温度
と燃料の性状とに基づいて直接推定することにより、演
算処理を簡略化することができる。

【００１５】また、請求項７に係る発明によれば、機関
始動時に推定された燃料ポンプの吐出量によって、燃料
ポンプの昇圧特性を予測して、燃料噴射量を補正して高
精度に設定することができ、ひいては始動時の機関性能
を高めることができる。また、請求項８に係る発明及び
請求項９に係る発明によれば、火花点火式直噴機関で
は、空燃比のリーン化促進のために燃料微粒化する必要
があるので高圧用の燃料ポンプが用いられているが、該
高圧用の燃料ポンプは始動時の燃圧変動が激しいので、
昇圧特性を予測して燃料噴射量を補正する必要性が大き
い。したがってこの種の機関に燃料ポンプの吐出量を高
精度に推定することにより、前記昇圧特性を高精度に予
測でき、ひいては始動時の機関性能を高める効果が大き
い。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態の全
体システム構成を示す。図２において、機関１は、電磁
式の燃料噴射弁２を、その噴孔を燃焼室３内に臨ませて
配置し、吸気ポート４及び吸気弁５を介して燃焼室３内
に吸引した新気に対して前記燃料噴射弁２から燃料を噴
射して混合気を形成させ、該混合気を点火栓６による火
花点火によって着火させる火花点火式直噴機関である。

【００１７】前記機関１の排気は、排気弁７及び排気ポ
ート８を介して燃料室３から排出され、図示しない排気
浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。燃
料タンク９内の燃料は、第１の燃料ポンプ10により相対
的に低圧で燃料が吐出され、低圧側燃料通路11Ａに介装
されたフィルタ12によってろ過された後、フィルタ12下
流側の低圧側燃料通路11Ｂにバイパスして設けられた低
圧レギュレータ13により一定の低圧に調整された燃料が
高圧用の第２の燃料ポンプ14に送られる。

【００１８】この高圧用の第２の燃料ポンプ14は、機関
１のクランク軸やカム軸により直接又はギアやベルトを
介して間接的に駆動され、前記低圧の燃料を高圧に加圧
して吐出する。該第２のポンプ14から吐出した燃料は、
高圧側燃料通路15にバイパスして設けられた高圧レギュ
レータ16により高圧一定の燃圧に調整される。そして、
マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット
17から所定噴射タイミングで送られる機関運転状態に応
じた所定幅のパルス信号に応じて、前記燃料噴射弁２が
開制御され、前記所定燃圧に調整された燃料を燃焼室３
内に噴射供給する。

【００１９】前記コントロールユニット17には、前記燃
料噴射制御のため、機関回転速度検出用であると共に、
前記第２の燃料ポンプ14の回転速度検出用でもあるクラ
ンク角センサ18、吸入空気流量検出用のエアフローメー
タ19、機関冷却水温度を検出すると共に、該水温によっ
て燃料温度を推定する機能も有する水温センサ20等の各
種センサからの検出信号が入力されるようになってい
る。

【００２０】ここで、コントロールユニット９は、前記
噴射パルス信号のパルス幅を制御すると共に、前記噴射
パルス信号の出力開始タイミング、即ち、燃料噴射弁２
による燃料噴射期間を制御するようになっている。ま
た、燃料タンクからの蒸発燃料を吸気系に吸入して燃焼
処理するための蒸発燃料処理装置が備えられている。

【００２１】即ち、図３に示すように、前記燃料タンク
９には、蒸発燃料通路21の一端が接続されており、該蒸
発燃料通路21の他端はキャニスタ22に接続される。前記
キャニスタ22は、燃料タンク９内で発生した蒸発燃料を
一時的に吸着捕集するものである。前記蒸発燃料通路21
は、途中で二股に分岐した後に合流してキャニスタ22に
至るよう形成されており、前記分岐配管部分の一方21ａ
には機械式のチェックバルブ23が、他方21ｂには電磁式
のチェックバルブバイパスバルブ24が介装されている。
尚、チェックバルブ23は所定以上の加圧状態で開弁す
る。

【００２２】また、前記チェックバルブ23及びチェック
バルブバイパスバルブ24と、キャニスタ22との間の蒸発
燃料通路21には、該蒸発燃料通路21における圧力、即
ち、燃料タンク９内圧力を検出する圧力センサ25が設け
られている。前記キャニスタ22には、新気を導入するた
めの大気導入路27が接続されており、この大気導入路８
には新気導入を選択的に遮断するための電磁式のドレイ
ンカットバルブ28が介装されている。

【００２３】一方、前記キャニスタ22に一時的に吸着捕
集された蒸発燃料を、吸気マニホールドの吸気コレクタ
部29に供給するためのパージ通路30が、キャニスタ22と
吸気コレクタ部29との間に延設されており、かかるパー
ジ通路30の途中には、電磁式のパージカットバルブ31及
びパージコントロールバルブ32が直列に介装されてい
る。前記パージカットバルブ31は、前記パージ通路30を
ＯＮ・ＯＦＦ的に開閉する電磁弁であり、また、パージ
コントロールユニットバルブ32はその開度が調整される
流量調整弁である。

【００２４】前記パージカットバルブ31及びパージコン
トロールバルブ32、更に、ドレインカットバルブ28が開
かれている状態では、パージ通路30を介してキャニスタ
22内に導入される新気と共に、キャニスタ22から離脱
(パージ) された蒸発燃料が吸気コレクタ部29内に吸引
され、機関１における燃焼に供されることになる。前記
チェックバルブバイパスバルブ24，ドレインカットバル
ブ28，パージカットバルブ31，パージコントロールバル
ブ32は、前記コントロールユニット17によって開閉制御
されるようになっている。

【００２５】このようなシステム構成において、機関始
動時における前記高圧用の第２の燃料ポンプの昇圧特性
を予測するために吐出量を推定するルーチンを、図４に
基づいて説明する。ステップ１では、燃料温度を前記水
温センサ20によって検出された機関の冷却水温度から推
定する。なお、燃料通路に燃温センサを設けて直接検出
してもよく、高精度に燃料温度を検出できるが、本実施
形態のように推定によれば、燃温センサを用いなくてよ
いので、低コストで済む。

【００２６】ステップ２では、燃料の性状 (重軽質) を
判定する。これは、燃料通路に重軽質センサを設けて燃
料の重軽質を直接検出してもよいが、本実施形態では、
後述するように蒸発燃料の圧力に基づいて推定する。ス
テップ３では、前記推定された燃料温度と燃料の性状と
に基づいて、燃料の粘度と密度を演算により又はマップ
からの検索により推定する。

【００２７】ステップ４では、第２の燃料ポンプ14の回
転速度Ｎｐを算出する。該第２の燃料ポンプ14は、前述
したように機関駆動されるので、該ポンプ14の回転速度
Ｎｐは、クランク角センサ18により検出される機関回転
速度Ｎｅと同一か、比例した値として求めることができ
る。ステップ５では、前記ポンプ回転速度Ｎｐを基本と
して得られる吐出量を、前記推定された燃料の粘度と密
度とにより補正して吐出量を算出する。

【００２８】このようにして燃料の物理的特性であり吐
出量への影響が大きい粘度と密度とで補正して高精度に
算出された第２の燃料ポンプ14の吐出量と、燃料噴射弁
６からの燃料噴射量と、燃料を蓄えるアキュームレータ
の容量と、に基づいて、モデルにより第２の燃料ポンプ
14の始動時における昇圧特性を予測し、該昇圧特性に基
づいて燃料噴射量を補正する。

【００２９】このようにすれば、第２の燃料ポンプ14の
吐出量を高精度に推定しているので、昇圧特性も高精度
に予測でき、最終的に燃料噴射量を高精度に補正して機
関の始動時の性能を向上させることができる。次に、前
記各種バルブの開閉制御によって、キャニスタパージを
制御する一方、図５のフローチャートに示すように燃料
タンク内の蒸発燃料圧力に基づいて燃料の性状を判定す
る。

【００３０】ステップ21では、前記パージカットバルブ
13を閉、パージコントロールバルブ14を全閉、ドレイン
カットバルブ９を閉、チェックバルブバイパスバルブ６
を開に夫々セットする。ステップ22では、当該初期状態
で前記圧力センサ７による圧力つまり燃料タンク２内の
蒸発燃料圧力の検出値ＥＶＰＲＥＳを初期値ＥＶＰＩＮ
Ｔとして読み込む。

【００３１】次に、ステップ23では、前記各バルブをパ
ージ処理時の状態に制御してパージ処理を行う。この
間、機関は暖機されていき、それに応じて燃料温度も上
昇していく。パージ処理時の各バルブの具体的な状態
は、前記パージカットバルブ13を開、パージコントロー
ルバルブ14を機関運転状態に基づいて設定されたパージ
率(パージ混合気流量／吸入空気流量) となる開度、ド
レインカットバルブ９を開、チェックバルブバイパスバ
ルブ36を閉に夫々セットする。

【００３２】ステップ24では、始動後、所定時間が経過
したか否かを判定する。経過後はステップ25へ進んで、
パージ処理を停止し、前記各バルブをステップ22と同一
の状態にセットする。かかるパージ処理停止直後の状態
では燃料タンク２内の蒸発燃料圧力は負圧となってい
る。ステップ26では、前記各バルブのリセット状態から
の経過時間を測定するためのタイマを起動する。

【００３３】ステップ27では、前記圧力センサ７によっ
て検出される燃料タンク２内の圧力が、前記ステップ23
で検出されたパージ処理前の初期値より所定値Ｃ以上大
きいか否かを判定し、所定値Ｃ以上となるのを待ってか
らステップ28へ進む。ここで、同一性状の燃料使用時で
も始動時の燃料温度が低いときほど初期圧力と暖機後の
飽和圧力との格差が増大するため、図６に示すように、
前記所定値Ｃは始動時の燃料温度が低いときほど大きい
値となるように可変に設定する。

【００３４】そして、ステップ28では、前記燃料タンク
31内の圧力ＥＶＰＲＥＳがパージ処理前の初期値ＥＶＰ
ＩＮＴから所定値Ｃ以上となるまでの経過時間ＴＭＶＰ
が所定時間Ｄ以上であるか否かを判定し、所定時間Ｄ以
上のときは、ステップ29へ進んで燃料が重質であると判
別し、経過時間が所定値未満のときはステップ30へ進ん
で燃料が軽質であると判別する。ここで、同一性状の燃
料使用時でも燃料温度の増大速度ΔＴが大きい場合は、
圧力上昇速度も増大するため、燃料温度の増大速度ΔＴ
を演算し、図７に示すように、該燃料温度の増大速度Δ
Ｔが小さいときほど前記所定時間Ｄを大きくなるように
可変に設定する。

【００３５】即ち、燃料性状が重質であれば、揮発性が
低いので蒸発燃料の暖機後の飽和圧力が低く、圧力上昇
速度も低いので初期値との格差が所定値Ｃ以上となるの
に時間を要するが、燃料性状が軽質であれば、揮発性が
高いので蒸発燃料の暖機後の飽和圧力，圧力上昇速度が
低く、初期値との格差が短時間で所定値Ｃ以上となるの
で、重質と軽質とを判別することができる。

【００３６】また、以上の実施形態では、燃料の性状を
重質と軽質との２種類に判別するものを示したが、重軽
質のレベルをリニアに検出し、重軽質の度合いに応じて
空燃比リーン制御の空燃比初期値を設定するようにして
もよく、より極め細かい制御を行える。図８は、本発明
の第２の実施形態に係る吐出量推定のフローチャートを
示し、図４のフローチャートに示す第１の実施形態に係
る吐出量推定と異なるのは、燃料温度と燃料の性状とか
ら燃料粘度と密度との推定を介することなく、第２の燃
料ポンプの回転速度Ｎｐと共に、ステップ11で直接マッ
プからの検索又は演算により吐出量を推定するようにし
たものである。このようにすれば、演算処理が短縮され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施形態の全体システム構成を示す
図。

【図３】同じく蒸発燃料処理装置の構成を示す図。

【図４】同じく燃料ポンプの吐出量を推定するルーチン
のフローチャート。

【図５】同じく燃料性状推定ルーチンを示すフローチャ
ート。

【図６】同じく始動時燃料温度に対する所定値の関係を
示す図。

【図７】同じく燃料温度増大速度に対する所定時間の関
係を示す図。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る燃料ポンプの吐
出量を推定するルーチンのフローチャート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 燃料噴射弁 ３ 燃焼室 ９ 燃料タンク 10 第１の燃料ポンプ 14 第２の燃料ポンプ 17 コントロールユニット 21 蒸発燃料通路 22 キャニスタ 23 チェックバルブ 24 チェックバイパスバルブ 25 圧力センサ 27 大気圧導入路 28 ドレインカットバルブ 30 パージ通路 31 パージカットバルブ 32 パージコントロールバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安岡 正之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの
   吐出量を燃料の物理的特性を考慮して推定することを特
   徴とする内燃機関用燃料ポンプの吐出量推定装置。
2. 【請求項２】前記燃料ポンプの回転速度を基本とし、前
   記燃料の物理的特性を加味して燃料ポンプの吐出量を推
   定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃
   料ポンプの吐出量推定装置。
3. 【請求項３】前記燃料の物理的特性は、燃料の粘度と密
   度とを含んでいることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載の内燃機関用燃料ポンプの吐出量推定装置。
4. 【請求項４】前記燃料の粘度と密度とを、燃料温度と燃
   料の性状とに基づいて推定することを特徴とする請求項
   ３に記載の内燃機関用燃料ポンプの吐出量推定装置。
5. 【請求項５】前記燃料ポンプの回転速度と、燃料温度と
   燃料の性状とに基づいて直接燃料ポンプの吐出量を推定
   することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用燃料
   ポンプの吐出量推定装置。
6. 【請求項６】前記燃料温度を、直接検出し、若しくは機
   関温度，外気温度，機関負荷の検出値に基づいて推定す
   ることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の内燃
   機関用燃料ポンプの吐出量推定装置。
7. 【請求項７】機関の始動時に燃料噴射弁からの燃料噴射
   量の補正のために、燃料ポンプの吐出量を推定すること
   を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載
   の内燃機関用燃料ポンプの吐出量推定装置。
8. 【請求項８】前記燃料噴射弁は、燃料を火花点火式機関
   の燃焼室に直接噴射することを特徴とする請求項１〜請
   求項７のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料ポンプの
   吐出量推定装置。
9. 【請求項９】相対的に低圧で燃料を吐出する第１の燃料
   ポンプと、該第１の燃料ポンプから吐出された燃料を相
   対的に高圧で吐出する第２の燃料ポンプと、を備え、前
   記第２の燃料ポンプから吐出された燃料を燃料噴射弁に
   よって機関の燃焼室内に噴射する火花点火直噴式内燃機
   関において、 前記第２の燃料ポンプの回転速度を検出するポンプ回転
   速度検出手段と、 機関の燃料温度を直接又は推定によって検出する燃料温
   度検出手段と、 機関の性状を判定する燃料性状判定手段と、 前記検出された燃料温度と判定された燃料の性状とに基
   づいて、燃料の粘度と密度を推定する燃料特性推定手段
   と、 機関の始動時に前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を補正
   するため、前記検出された第２の燃料ポンプの回転速度
   と推定された燃料の粘度と密度とを考慮して第２の燃料
   ポンプの吐出量を推定する吐出量推定手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関用燃料ポン
   プの吐出量推定装置。