JPH1047189A - 内燃機関の燃料供給装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料ポンプを電流制御する燃料供給装置にお
いて、燃料ポンプの経時変化の影響を抑えた安定した燃
圧制御を実現する。 【解決手段】 積算運転時間が５００時間を越え、且つ
定常走行の場合のみステップ１０７に進み、空燃比セン
サにより検出された排気ガスの空燃比を読み込み、続く
ステップ１０８で、目標空燃比よりリッチかリーンかを
判定する。リッチの場合には、燃料ポンプの制御電流値
を決めるデューティ比Ｄｕｔｙ（％）を燃圧低下方向に
Ｃだけオフセットさせ（ステップ１０９）、燃料噴射量
を減少させて、空燃比をリッチからストイキ方向に補正
する。リーンの場合には、デューティ比Ｄｕｔｙを燃圧
上昇方向にＣだけオフセットさせ（ステップ１１０）、
燃料噴射量を増加させて空燃比をリーンからストイキ方
向に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ポンプの駆動
モータを制御することで、燃料ポンプから燃料噴射弁に
供給する燃料の圧力を制御するようにした内燃機関の燃
料供給装置及びその制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の燃料供給装置は、燃料配
管内の燃料の圧力（以下「燃圧」という）を検出する燃
圧センサを設け、その検出結果に基づいて燃圧を目標燃
圧に一致させるように燃料ポンプの駆動電圧（駆動モー
タの印加電圧）をフィードバック制御するものが多い。
しかし、このような電圧制御方式では、燃圧センサを必
要とするため、コスト高になる欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、燃料ポンプの
駆動モータに供給する電流値を制御することで、燃圧を
制御する電流制御方式を採用することが考えられてい
る。この電流制御方式では制御電流値によって一定の燃
圧に制御できるため（換言すれば制御電流値で燃圧が決
まるため）、燃圧センサを用いた燃圧フィードバック制
御を必要としない安価な燃圧制御システムを実現できる
利点がある。

【０００４】しかしながら、燃料ポンプの特性が経時変
化すると、制御電流値と燃圧との関係（つまり燃圧制御
特性）がずれてくる。このため、同じ制御電流値でも、
実際の燃圧は、燃料ポンプの経時変化に伴って本来の目
標燃圧からずれてしまう。このような燃圧のずれは、燃
料噴射弁の燃料噴射量のずれの原因となり、ひいては空
燃比のずれの原因となる。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、電流制御方式を採用
することで低コスト化の要求を満たしながら、燃料ポン
プの経時変化の影響を抑えた安定した燃圧制御を実現す
ることができる内燃機関の燃料供給装置及びその制御方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】燃料ポンプの経時変化に
伴って燃圧が本来の目標燃圧からずれてくると、燃圧が
目標燃圧に制御されていることを前提にして制御される
燃料噴射弁の燃料噴射量がずれ、その影響で排気ガスの
空燃比もリッチ又はリーンにずれる。

【０００７】このような燃料ポンプの経時変化による燃
圧制御特性のずれと排気ガスの空燃比のずれとの関係に
着目し、本発明の請求項１，６の内燃機関の燃料供給装
置及びその制御方法では、燃料ポンプを駆動する直流モ
ータに供給する電流値を制御するに際して、内燃機関か
ら排出される排気ガスの空燃比に関する情報を空燃比情
報検出手段により検出し、その検出値に基づいて燃料ポ
ンプの直流モータの制御電流値を制御手段により補正す
る。

【０００８】このようにすれば、排気ガスの空燃比のず
れを検出することで、燃料ポンプの経時変化による燃圧
制御特性のずれを間接的に検出し、その検出値に基づい
て燃料ポンプの直流モータの制御電流値を補正すること
で、燃料ポンプの経時変化による燃圧制御特性のずれを
補正した燃圧制御が可能となる。これにより、燃料ポン
プの経時変化の影響を抑えた安定した燃圧制御を実現す
ることができる。しかも、排気ガスの空燃比情報を検出
する空燃比情報検出手段は、従来より内燃機関の空燃比
フィードバック制御に用いられている既存の空燃比セン
サ、酸素センサ等を利用すれば良いので、新たなセンサ
を設ける必要がない。その上、本発明では、電流制御方
式で燃圧制御を行うため、燃圧センサを必要とせず、安
価な燃圧制御システムを実現できる。

【０００９】ところで、燃料ポンプの経時変化は、積算
走行距離が少ない新車では考慮する必要がないことは言
うまでもない。また、新車時には、ある程度の慣らし運
転を経ないと内燃機関系の動作が安定せず、排気ガスの
空燃比がばらつきやすい。従って、新車時の空燃比のず
れの原因は、燃料ポンプの経時変化によるものではな
く、主として新車時の内燃機関系の動作ばらつきである
ため、新車時に空燃比情報に基づいて制御電流値を補正
すると、却って燃圧制御特性が悪くなるおそれがある。

【００１０】従って、請求項２のように、車両の積算走
行距離が所定距離を越えてから制御電流値の補正を開始
することが好ましい。このようにすれば、新車時の内燃
機関系の動作ばらつきの影響を受けずに、制御電流値の
補正が必要なときに適正な補正を行うことができる。

【００１１】或は、請求項３のように、車両の積算運転
時間が所定時間を越えてから制御電流値の補正を開始す
るようにしても良い。これによっても、新車時の内燃機
関系の動作ばらつきの影響を受けずに、制御電流値の補
正が必要なときに適正な補正を行うことができる。

【００１２】また、内燃機関の運転状態が過渡状態のと
き、つまり加減速時には、燃料ポンプが経時劣化してい
なくても、排気ガスの空燃比がずれやすい。従って、過
渡運転時の空燃比情報に基づいて制御電流値を補正する
と、却って燃圧制御特性が悪くなるおそれがある。一
方、車両の運転状態が定常状態のときには、排気ガスの
空燃比も比較的安定し、燃料ポンプの経時劣化による燃
圧のずれの影響が排気ガスの空燃比に現れる。

【００１３】従って、請求項４のように、車両の運転状
態が定常状態になっている期間に制御電流値の補正を行
うことが好ましい。このようにすれば、制御電流値の補
正制御が過渡運転時の空燃比のずれの影響を受けなくな
り、燃料ポンプの経時劣化の影響が排気ガスの空燃比に
現れる定常走行時に、適正な制御電流値の補正を行うこ
とができる。

【００１４】また、請求項５のように、制御電流値の補
正特性に、空燃比情報検出手段で検出した空燃比がリー
ンかリッチかによって正負反対方向のオフセットを持た
せるようにすると良い。例えば、空燃比がリーンの場合
には、制御電流値の補正特性を燃圧上昇方向にオフセッ
トさせれば、燃圧上昇により燃料噴射量を増加させて空
燃比をリーンからストイキ（λ＝１）方向に補正でき
る。また、空燃比がリッチの場合には、制御電流値の補
正特性を燃圧低下方向にオフセットさせれば、燃圧低下
により燃料噴射量を減少させて、空燃比をリッチからス
トイキ方向に補正できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態（１）を
図１乃至図４に基づいて説明する。燃料タンク１１内に
は燃料ポンプ１２が設置され、この燃料ポンプ１２の吸
込み口にフィルタ１３が装着されている。この燃料ポン
プ１２は、駆動源として直流モータ（図示せず）を内蔵
している。この燃料ポンプ１２から吐出される燃料は、
燃料配管１５→燃料フィルタ１６→燃料配管１７の経路
でデリバリパイプ１８に送られ、このデリバリパイプ１
８に取り付けられた各気筒の燃料噴射弁１９から各気筒
に噴射される。燃料配管系は、構成を簡素化するために
デリバリパイプ１８から燃料の余剰分を燃料タンク１１
に戻すリターン配管を廃止したリターンレス配管構成と
なっている。

【００１６】内燃機関（以下「エンジン」という）全般
の制御を行う電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」とい
う）２０は、マイクロコンピュータを主体として構成さ
れ、各種センサ２１〜２５から出力される信号を読み込
む。ここで、エンジン回転数センサ２１は、エンジンの
回転数に応じた周波数のパルス信号（エンジン回転数信
号）Ｎｅを出力し、水温センサ２２はエンジン冷却水温
を検出する。空燃比センサ２３は、エンジンの排気管
（図示せず）に取り付けられ、排気ガスの空燃比に応じ
てリニアに変化する電圧信号を出力し、特許請求の範囲
でいう空燃比情報検出手段としての役割を果たす。車速
センサ２４は車速を検出し、積算運転時間カウンタ２５
は、現在までの車両運転時間を積算する。

【００１７】ＥＣＵ２０は、エンジン回転数センサ２
１、水温センサ２２、空燃比センサ２３等のエンジン運
転状態を検出する各種センサの出力信号に基づいて、点
火時期、燃料噴射量、目標燃圧等を演算し、各気筒の燃
料噴射弁１９を駆動すると共に、燃料ポンプ１２の直流
モータを駆動する定電流制御回路２６を制御する。

【００１８】この定電流制御回路２６は、図２に示すよ
うに、車両に搭載されたバッテリ２７を電源とし、ＥＣ
Ｕ２０から入力される制御信号（目標燃圧を指示するデ
ューティ信号）を入力処理回路２８で波形整形し、それ
を目標電流値変換回路２９で目標電流値に変換して、デ
ューティ比設定回路３０でデューティ比Ｄｕｔｙを設定
し、そのデューティ比によって駆動回路３１を駆動して
燃料ポンプ１２の直流モータをＰＷＭ方式で駆動すると
共に、実際に直流モータに流れる制御電流値を電流検出
回路３２で検出して該制御電流値が目標電流値と一致す
るようにフィードバック制御し、更に、電圧検出回路３
３で検出した駆動電圧に基づいて電流補正回路３４によ
って目標電流値を補正する。尚、エンジン制御回路２０
からの制御信号はデューティ信号に代えてアナログ信号
を用いても良い。

【００１９】ＥＣＵ２０は、図３に示す燃圧制御ルーチ
ンを実行することで、燃料ポンプ１２の経時変化による
燃圧制御特性のずれを補正した燃圧制御を行う制御手段
として機能する。図３の燃圧制御ルーチンは、イグニッ
ションスイッチ（図示せず）のオン後に所定時間毎又は
所定クランク角毎に割込み処理にて実行される。本ルー
チンの処理が開始されると、まずステップ１０１で、積
算運転時間カウンタ２５で積算された現在までの積算運
転時間を読み込み、続くステップ１０２で、積算運転時
間が例えば５００時間を越えたか否かを判定し、５００
時間を越えていなければ、ステップ１０３に進んで、噴
射パルス幅（燃料噴射弁１９の噴射時間）Ｔｉを次式に
より算出して本ルーチンを終了する。

【００２０】 Ｔｉ＝Ｔｐ×Ｆｃ＋Ｔｖ ……（１） ここで、Ｔｐは基本噴射パルス幅で、エンジン回転数と
インテークマニホールドのマップから求められる。Ｔｖ
はバッテリ電圧によって決まる無効噴射パルス幅であ
る。Ｆｃは各種補正係数であり、次式により求められ
る。

【００２１】 Ｆｃ＝ｇ（ＦＥＴ，ＦＡＤ，Ｆ０，ＦＬ，ＦＨ，ＦＩＳ） ……（２） ＦＥＴ：エンジン温度にかかわる補正係数 ＦＡＤ：加減速運転時の補正係数 Ｆ０：理論空燃比へのフィードバック補正係数 ＦＬ：学習制御による補正係数 ＦＨ：高負荷・高回転運転時の補正係数 ＦＩＳ：アイドル安定化補正係数

【００２２】その後、積算運転時間が５００時間を越え
ると、ステップ１０２からステップ１０４へ進み、噴射
パルス幅Ｔｉを算出する。ここでも、上記（１）式によ
って噴射パルス幅Ｔｉを算出するが、この場合は、空燃
比フィードバック補正及び学習制御を停止し、フィード
バック補正係数Ｆ０を０にすると共に、学習制御による
補正係数ＦＬは、積算運転時間が５００時間に達したと
きの値を用いる。これは、空燃比の補正を後述する燃圧
補正によって行うためである。

【００２３】そして、次のステップ１０５で、車速セン
サ２４とエンジン回転数センサ２１から出力される車速
とエンジン回転数（車両走行状態）を読み込み、続くス
テップ１０６で、定常走行か否かを判定する。定常走行
でない場合、つまり過渡運転時には、燃料ポンプ１２が
経時劣化していなくても、排気ガスの空燃比がずれやす
い。従って、過渡運転時の空燃比に基づいて燃料ポンプ
１２の制御電流値を補正すると、却って燃圧制御特性が
悪くなるおそれがある。この点を考慮し、定常走行でな
い場合には、ステップ１０７以降の処理を行わずに、本
ルーチンを終了する。

【００２４】これに対し、定常走行時には、ステップ１
０６からステップ１０７に進み、空燃比センサ２３によ
り検出された排気ガスの空燃比を読み込み、続くステッ
プ１０８で、目標空燃比よりリッチかリーンかを判定す
る。リッチの場合には、ステップ１０９に進み、燃料ポ
ンプ１２の制御電流値を決めるデューティ比Ｄｕｔｙ
（％）を次式により補正する。

【００２５】 Ｄｕｔｙ＝ｍ×Ｐｔ−Ｃ ……（３） ここで、ｍは、図４に示す目標燃圧とデューティ比Ｄｕ
ｔｙとの関係を決める直線の傾き、Ｐｔは目標燃圧、Ｃ
はオフセットである。空燃比がリッチの場合には、上記
（３）式によりデューティ比Ｄｕｔｙが燃圧低下方向
（図４の縦軸のマイナス方向）にＣだけオフセットされ
るため、燃圧低下により燃料噴射量が減少して、空燃比
がリッチからストイキ（λ＝１）方向に補正される。

【００２６】また、空燃比がリーンの場合には、ステッ
プ１０８からステップ１１０に進み、制御電流値を決め
るデューティ比Ｄｕｔｙ（％）を次式により補正する。 Ｄｕｔｙ＝ｍ×Ｐｔ＋Ｃ ……（４）

【００２７】つまり、空燃比がリーンの場合には、上記
（４）式により、デューティ比Ｄｕｔｙが燃圧上昇方向
（図４の縦軸のプラス方向）にＣだけオフセットされる
ため、燃圧上昇により燃料噴射量が増加して空燃比がリ
ーンからストイキ方向に補正される。

【００２８】以上説明した図３の燃圧制御ルーチンを実
行することで、燃料ポンプ１２の経時変化による燃圧制
御特性のずれを補正した燃圧制御が可能となり、燃料ポ
ンプ１２の経時変化の影響を抑えた安定した燃圧制御を
実現することができる。しかも、排気ガスの空燃比情報
を検出する空燃比情報検出手段は、従来よりエンジンの
空燃比フィードバック制御に用いられている既存の空燃
比センサ２３を利用すれば良いので、新たなセンサを設
ける必要がない。その上、上記実施形態（１）では、電
流制御方式で燃圧制御を行うため、燃圧センサを必要と
せず、安価な燃圧制御システムを実現できる。

【００２９】しかも、上記実施形態（１）では、車両の
積算運転時間が所定時間（５００時間）を越えてから制
御電流値（Ｄｕｔｙ）の補正を開始するようにしたの
で、新車時のエンジン系の動作ばらつきの影響を受けず
に、制御電流値の補正が必要なときに適正な補正を行う
ことができる。つまり、新車時には、ある程度の慣らし
運転を経ないとエンジン系の動作が安定せず、排気ガス
の空燃比がばらつきやすいため、エンジン系の動作が安
定してから、制御電流値の補正を開始すれば、燃料ポン
プの経時変化による燃圧制御特性のずれを適正に補正す
ることができる。尚、制御電流値（Ｄｕｔｙ）の補正を
開始する時間は、５００時間に限定されず、適宜変更し
ても良いことは言うまでもない。

【００３０】また、上記実施形態（１）では、定常走行
時に制御電流値の補正を行うようにしたので、制御電流
値の補正制御が過渡運転時の空燃比のずれの影響を受け
なくなり、燃料ポンプの経時劣化の影響が排気ガスの空
燃比に現れる定常走行時に、適正な制御電流値の補正を
行うことができる。

【００３１】次に、本発明の実施形態（２）における燃
圧制御を図５に基づいて説明する。図５の燃圧制御ルー
チンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後
に所定時間毎又は所定クランク角毎に割込み処理にて実
行される。本ルーチンの処理が開始されると、まずステ
ップ２０１で、積算走行距離計（図示せず）で積算した
現在までの積算走行距離を読み込むと共に、冷却水温、
始動後増量、暖機増量、バッテリ電圧を読み込む。この
後、ステップ２０２で、積算走行距離が例えば１０ｋｍ
を越えたか否かを判定する。ここで、積算走行距離１０
ｋｍは、制御電流値（Ｄｕｔｙ）の補正を開始する積算
走行距離であり、１０ｋｍに限定されず、適宜変更して
も良いことは言うまでもない。もし、積算走行距離が１
０ｋｍを越えていなければ、ステップ２０３に進んで、
噴射パルス幅Ｔｉを前述した（１），（２）式により算
出して本ルーチンを終了する。

【００３２】その後、積算走行距離が１０ｋｍを越える
と、ステップ２０２からステップ２０４へ進み、噴射パ
ルス幅Ｔｉを算出する。この噴射パルス幅Ｔｉの算出に
用いる各種補正係数Ｆｃは次式により求める。 Ｆｃ＝ｇ（ＦＥＴ，ＦＡＤ，Ｆ０／２，ＦＬ／２，ＦＨ，ＦＩＳ） ……（２’）

【００３３】この実施形態（２）では、空燃比の補正を
後述する燃圧補正と噴射パルスの補正との双方によって
行うため、理論空燃比へのフィードバック補正係数Ｆ０
及び学習制御による補正係数ＦＬをそれぞれ半分にし
て、各種補正係数Ｆｃに反映させる。尚、前述した実施
形態（１）のように、空燃比の補正を燃圧補正のみによ
って行うようにしても良いことは言うまでもない。

【００３４】そして、次のステップ２０５で、車速とエ
ンジン回転数（車両走行状態）を読み込み、続くステッ
プ２０６で、定常走行か否かを判定し、定常走行でない
場合には、ステップ２０７以降の処理を行わずに、本ル
ーチンを終了する。

【００３５】定常走行の場合には、ステップ２０７に進
み、暖機完了後（冷却水温≧８０℃且つ始動後増量＝
０）で且つバッテリ電圧が正常（バッテリ電圧≧１１．
５Ｖ）であるか否かを判定し、この条件を満たさない場
合には、車両運転状態や燃料ポンプ１２の運転状態が安
定していないので、ステップ２０８以降の処理を行わず
に本ルーチンを終了する。

【００３６】従って、暖機完了後で且つバッテリ電圧が
正常の場合のみ、ステップ２０８に進み、空燃比センサ
２３により検出された排気ガスの空燃比を読み込み、続
くステップ２０９で、目標空燃比よりリッチかリーンか
を判定する。リッチの場合には、ステップ２１０に進
み、燃料ポンプ１２の制御電流値を決めるデューティ比
Ｄｕｔｙ（％）を次式により補正する。

【００３７】 Ｄｕｔｙ＝ｍ×Ｐｔ−Ｃ’ ……（３’） ここで、Ｃ’はオフセットであり、前記実施形態（１）
で用いたオフセットＣの半分の値とする（Ｃ’＝Ｃ／
２）。これは、空燃比の補正を燃圧補正と噴射パルスの
補正との双方によって行うためである。ｍは、図４に示
す目標燃圧とデューティ比Ｄｕｔｙとの関係を決める直
線の傾き、Ｐｔは目標燃圧である。

【００３８】また、空燃比がリーンの場合には、ステッ
プ２０９からステップ２１１に進み、制御電流値を決め
るデューティ比Ｄｕｔｙ（％）を次式により補正する。 Ｄｕｔｙ＝ｍ×Ｐｔ＋Ｃ’ ……（４’）

【００３９】以上の処理を行うことによって、燃料ポン
プ１２の経時変化による燃圧制御特性のずれを補正した
燃圧制御が可能となり、燃料ポンプ１２の経時変化の影
響を抑えた安定した燃圧制御を実現することができる。

【００４０】尚、上記各実施形態では、排気ガスの空燃
比に関する情報を検出する空燃比情報検出手段として、
空燃比に応じて出力電圧がリニアに変化する空燃比セン
サ２３を用いたが、空燃比がリッチかリーンかで出力電
圧が反転する酸素センサを用いるようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）のシステム全体の概略
構成を示す図

【図２】定電流制御回路の構成を示すブロック図

【図３】実施形態（１）の燃圧制御ルーチンの処理の流
れを示すフローチャート

【図４】目標燃圧とデューティ比Ｄｕｔｙとの関係を示
す図

【図５】実施形態（２）の燃圧制御ルーチンの処理の流
れを示すフローチャート

【符号の説明】

１１…燃料タンク、１２…燃料ポンプ、１５，１７…燃
料配管、１８…デリバリパイプ、１９…燃料噴射弁、２
０…ＥＣＵ（制御手段）、２１…エンジン回転数セン
サ、２２…水温センサ、２３…空燃比センサ（空燃比上
方検出手段）、２４…車速センサ、２５…積算運転時間
カウンタ、２６…定電流制御回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ポンプを駆動する直流モータに供給
   する電流値を制御することにより前記燃料ポンプから燃
   料噴射弁に供給する燃料の圧力を制御するようにした内
   燃機関の燃料供給装置において、 内燃機関から排出される排気ガスの空燃比に関する情報
   を検出する空燃比情報検出手段と、 前記空燃比情報検出手段の出力情報に基づいて前記燃料
   ポンプの直流モータの制御電流値を補正する制御手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、車両の積算走行距離が
   所定距離を越えてから前記制御電流値の補正を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給
   装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、車両の積算運転時間が
   所定時間を越えてから前記制御電流値の補正を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給
   装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、車両の運転状態が定常
   状態になっている期間に前記制御電流値の補正を行うこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃
   機関の燃料供給装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段による前記制御電流値の補
   正特性に、前記空燃比情報検出手段で検出した空燃比が
   リーンかリッチかによって正負反対方向のオフセットを
   持たせることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
   記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 【請求項６】 燃料ポンプを駆動する直流モータに供給
   する電流値を制御することにより前記燃料ポンプから燃
   料噴射弁に供給する燃料の圧力を制御する内燃機関の燃
   料供給装置の制御方法において、 内燃機関から排出される排気ガスの空燃比に関する情報
   を検出し、その検出値に基づいて前記燃料ポンプの直流
   モータの制御電流値を補正することを特徴とする内燃機
   関の燃料供給装置の制御方法。