JP5970772B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内に貯留された燃料を調圧して燃料消費部に供給する燃料供給装置に関するものである。

従来、車両に搭載される内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンク内に貯留された燃料を燃料ポンプによって燃料消費部に供給するときに、燃料消費部に対する燃料供給圧力を調整するための圧力制御装置を備えている。この圧力制御装置は、燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプから、燃料消費部を構成するインジェクタへの燃料供給圧力を調圧するようになっている。

このような圧力制御装置においては、一般に、ハウジング内を２室に区画し、中央部に調圧弁体を有するダイヤフラムを備えている。このダイヤフラムの一面側において、調圧室内の燃料圧に応じたダイヤフラム中央部の変位を利用して調圧弁体を開弁方向および閉弁方向に変位させる一方、ダイヤフラムの他面側に設置された圧縮コイルばねによりダイヤフラムの変位を抑制するようになっている。これにより、調圧室内の燃料圧が設定圧に達するよう調圧弁体の開弁状態を保持するようになっている。また、このような圧力制御装置は、燃料ポンプとともに燃料タンク内に配置されていることが多い。

このような圧力制御装置としては、ハウジング内部を区画するダイヤフラムと、このダイヤフラムの一面側に位置し、燃料ポンプから加圧燃料が導入される燃料導入口および余剰燃料が排出される排出口を有する調圧室と、ダイヤフラムの他面側に位置し、背圧流体が導入される背圧室と、ダイヤフラムと背圧室の間に大気に開放される開放室を形成するプランジャと、ダイヤフラムの変位に応じて排出口を開閉するようダイヤフラムに装着された弁部材と、ダイヤフラムとプランジャの間に介在されて弁部材を閉弁方向に付勢するスプリングと、プランジャの可動範囲を規定するストッパ手段と、によって構成される可変燃料圧調整弁を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の燃料供給装置は、このような圧力制御装置を構成する可変燃料圧調整弁を備えることにより、背圧流体の供給の有無によってスプリングの設定荷重を２段階に切替えることで、調圧する燃料圧の設定値を低圧と高圧とのいずれかに切替えることができる。

しかしながら、この特許文献１に記載の燃料供給装置は、１つの可変燃料圧調整弁により燃料圧を切替えることができるものの、可変燃料圧調整弁が３室により構成されているため、小型化が難しく、また、調圧室と背圧室に燃料を供給する配管は、互いに逆向きに接続されるため、可変燃料圧調整弁の配置に制約が生じるという問題があった。

さらには、この特許文献１に記載の燃料供給装置は、燃料ポンプの劣化や吐出特性のばらつきに応じて燃料消費部に供給される燃料圧が変化するにもかかわらず、燃料ポンプの劣化や吐出特性のばらつきを考慮するようなものではなかった。そのため、実燃料圧が目標燃料圧から乖離し、気筒に対する燃料噴射量が適切なものとならず、結果として、空燃比が目標空燃比から乖離する可能性があるという問題があった。

また、特許文献１に記載の燃料供給装置とは異なり燃料圧を高圧と低圧とに切替える構成を有していないものの、燃料ポンプの吐出特性のばらつきや劣化に起因した燃料噴射量のずれを補正する燃料供給装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に開示された燃料供給装置は、燃料噴射の停止中において、燃料ポンプに対する駆動制御量を強制的に増大させ、この駆動制御量の増大に応じて増大する燃料圧の上昇率と、標準的な燃料ポンプにおいて同様の制御を実行した際に得られる標準的な燃料圧の上昇率とを比較する。そして、この燃料圧の上昇率と標準的な燃料圧の上昇率との差に応じて、燃料ポンプに対する駆動制御量を補正するようになっている。

このような構成を有することにより、特許文献２に記載の燃料供給装置は、燃料ポンプの吐出特性が特性の個体差に起因したばらつきや劣化に起因して標準的な燃料ポンプからずれる場合においても、燃料ポンプに対する駆動制御量を補正することにより、所望の燃料圧を得られるようになっていた。

特開２００９−１４４６８６号公報 特開平６−２００８４９号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載の燃料供給装置は、燃料ポンプに対する駆動制御量を補正するようになっているものの、燃料圧を高圧と低圧とに設定可能な可変燃料圧調整弁を備えたものに適用することを考慮するようものではなかった。

そのため、可変燃料圧調整弁を備えたものにおいて、低圧および高圧のうち現在設定されているいずれか一方の燃料圧において駆動制御量を調整することにより、現在の燃料圧を推定することが可能であるとしても、設定燃料圧の切替後における他方の燃料圧を推定することができなかった。

したがって、可変燃料圧調整弁を有する燃料供給装置においては、設定燃料圧を低圧と高圧とのうちいずれか一方から他方に切替えた後における燃料圧を推定することができなかった。このため、燃料圧が切替わった場合において実際の燃料噴射量が所望の燃料噴射量から乖離し、燃費向上を図ることができないという可能性があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、可変燃料圧調整弁を有する燃料供給装置において、設定燃料圧の切替え後における燃料圧を推定し、燃料圧が切替わった場合においても実際の燃料噴射量が所望の燃料噴射量から乖離することを抑制することにより、燃費向上を図ることができる燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料供給装置は、上記目的達成のため、（１）燃料ポンプから吐出した燃料を調圧して燃料消費部に供給する燃料供給装置であって、少なくとも前記燃料の燃料圧を高圧にする高圧供給状態と低圧にする低圧供給状態とのいずれかの状態を取り得る可変燃料圧調整弁と、排気成分に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記可変燃料圧調整弁が前記低圧供給状態であることを条件に、前記燃料ポンプに印加される電圧と前記空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて、前記低圧供給状態において前記可変燃料圧調整弁から排出される燃料の排出量を推定する低圧時排出量推定手段と、前記低圧時排出量推定手段により推定された燃料の排出量と、前記低圧供給状態において基準となる燃料の排出量との差に基づいて、前記高圧供給状態において前記可変燃料圧調整弁から排出される燃料の排出量を推定する高圧時排出量推定手段と、前記高圧時排出量推定手段により推定された燃料の排出量と、前記高圧供給状態において基準となる燃料の排出量との差に基づいて、前記高圧供給状態における燃料圧を推定する高圧時燃料圧推定手段と、を備えることを特徴とする。

この構成により、燃料圧を検出するための高価な検出手段を備えることなく低圧供給状態における燃料圧を推定することが可能になるとともに、高圧供給状態における燃料圧も推定することが可能になる。したがって、可変燃料圧調整弁を有する燃料供給装置において、設定燃料圧の切替え後における燃料圧を推定し、燃料圧が切替わった場合においても実際の燃料噴射量が所望の燃料噴射量から乖離することを抑制することにより、燃費向上を図ることができる。

また、上記（１）に記載の燃料供給装置において、（２）前記低圧時排出量推定手段は、前記燃料ポンプに印加する電圧を変化させ前記空燃比検出手段により検出される空燃比が最もリーンとなる最低電圧を求め、前記最低電圧と前記燃料ポンプの新品時に空燃比が最もリーンとなる初期電圧との差と、に基づいて前記排出される燃料量を推定することを特徴とする。

この構成により、燃料ポンプに印加される電圧の変化に応じて、可変燃料圧調整弁から排出される燃料量を推定することが可能となる。結果として、燃料ポンプの劣化度合いおよび吐出特性のばらつきを求めることができる。

また、上記（２）に記載の燃料供給装置において、（３）前記初期電圧は、複数の前記燃料ポンプにおいて新品時に空燃比が最もリーンとなる電圧の略平均値であることを特徴とする。

ここで、本発明における「略平均値」とは、燃料ポンプが大量に生産された場合に吐出特性が平均的な燃料ポンプによる値を意味し、中央値であってもよい。

この構成により、平均的な吐出特性を有する燃料ポンプの初期電圧が予め算出されていれば、すべての燃料ポンプに対し初期電圧を測定することなく、燃料ポンプの劣化特性や吐出特性のばらつきを算出することが可能になる。したがって、燃料供給装置の生産効率を低下することなく各燃料ポンプを最適な状態に維持することができる。

また、上記（１）から（３）に記載の燃料供給装置において、（４）前記低圧時排出量推定手段は、前記燃料の温度に応じて前記低圧供給状態における排出量の推定値を補正することを特徴とする。

この構成により、燃料の温度に応じて可変燃料圧調整弁から排出される燃料量が変化する場合においても、排出量を精度よく推定することが可能となる。

また、上記（１）から（４）に記載の燃料供給装置において、（５）前記可変燃料圧調整弁は、前記燃料が導入される燃料導入口および該燃料が排出される燃料排出口を有するハウジングと、前記ハウジングとの間に前記燃料導入口に連通する調圧室を形成する隔壁部と前記調圧室内の燃料圧に応じて前記調圧室を前記燃料排出口に連通させる開弁方向に変位する可動弁体部とを有する調圧部材と、を備え、前記調圧室の内部に前記燃料排出口に連通するとともに前記可動弁体部の変位に応じて開度が変化する排出穴を形成する第１弁座部と、前記調圧室の内部に前記可動弁体部の変位に応じて開度が変化するとともに操作圧を有する燃料が導入される操作圧燃料導入穴を形成する第２弁座部とが、それぞれ前記ハウジングに設けられ、前記調圧部材が前記開弁方向に燃料圧を受ける面積が、前記操作圧燃料導入穴内の操作圧に応じて変化することを特徴とする。

この構成により、調圧部材が燃料圧を受ける面積を可変とすることにより燃料圧が２段階に調圧される。したがって、可変燃料圧調整弁の内部を３室にしたり、可変燃料圧調整弁を２つ設けることなく燃料消費部に供給される燃料圧を２段階に制御することができる。このため、燃料供給装置を小型化することができる。

本発明によれば、設定燃料圧の切替え後における燃料圧を推定し、燃料圧が切替わった場合においても実際の燃料噴射量が所望の燃料噴射量から乖離することを抑制することにより、燃費向上を図ることができる燃料供給装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係る燃料供給装置およびその周辺を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る切替弁の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る燃料供給装置の高圧供給状態を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る燃料供給装置の低圧供給状態を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る燃料供給装置の概略ブロック構成図である。 本発明の実施の形態に係る電力供給ユニット周辺の回路図である。 本発明の実施の形態に係る燃料供給装置のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係るリターン流量と制御圧との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る燃料ポンプユニットの経年劣化と吐出量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリターン流量推定制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る吐出量算出マップを示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る印加電圧と吐出量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るリターン流量に対する低圧および高圧設定時の制御圧の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る高圧側燃料圧推定制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る燃料供給装置を４気筒のガソリンエンジンを搭載した車両に適用する場合について説明する。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る燃料供給装置８は、エンジン１で消費される燃料を貯留する燃料タンク２と、燃料タンク２の内部に貯留された燃料をエンジン１の複数のインジェクタ３に圧送する燃料圧送機構１０と、燃料圧送機構１０からインジェクタ３に供給される燃料を導入して予め設定された燃料圧に調圧するプレッシャレギュレータ２０と、プレッシャレギュレータ２０により調圧される燃料圧を高圧側の設定圧と低圧側の設定圧との間で切替えるようプレッシャレギュレータ２０を制御する切替弁６０と、を備えている。ここで、プレッシャレギュレータ２０は、本発明に係る可変燃料圧調整弁を構成する。

エンジン１は、車両に搭載される多気筒の内燃機関により構成されている。本実施の形態においては、４つの気筒５を備える４サイクルガソリンエンジンにより内燃機関が構成されている。ここで、インジェクタ３および各気筒５は、本発明に係る燃料消費部を構成する。インジェクタ３は、エンジン１の各気筒５にそれぞれ設置されており、噴孔を形成する端部３ａが吸気ポート７内に露出している。

また、燃料圧送機構１０とインジェクタ３はデリバリーパイプ４を介して接続されており、燃料圧送機構１０からの燃料は、デリバリーパイプ４を介して各インジェクタ３に分配されるようになっている。

燃料圧送機構１０は、燃料タンク２内の燃料を吸入口から汲み上げ、加圧して吐出口から吐出する燃料ポンプユニット１１と、燃料ポンプユニット１１の吸入口側に設置され燃料ポンプユニット１１内への異物の吸入を阻止するサクションフィルタ１２と、燃料ポンプユニット１１の吐出口側に設置され燃料ポンプユニット１１から吐出された燃料に含まれる異物を除去する燃料フィルタ１３と、燃料フィルタ１３の上流側または下流側に設置されるチェック弁１４と、を有している。

燃料ポンプユニット１１は、ポンプ作動用の羽根車を有する燃料ポンプ１１ｐと、燃料ポンプ１１ｐを回転駆動する内蔵直流モータであるポンプ駆動モータ１１ｍへの通電を後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５１により制御させることで駆動および停止されるようになっている。

また、ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１のポンプ駆動モータ１１ｍに印加される電圧を制御することによって、ポンプ駆動モータ１１ｍの回転速度を変化させ、燃料ポンプユニット１１による単位時間当たりの吐出量Ｄを変化させることができるようになっている。なお、以下では説明を簡単にするために、燃料ポンプユニット１１に電圧が印加されるものとして説明する。また、本実施の形態に係る燃料ポンプユニット１１は、本発明に係る燃料ポンプを意味する。

チェック弁１４は、燃料ポンプユニット１１からインジェクタ３側への燃料供給方向に開弁する一方、インジェクタ３側から燃料ポンプユニット１１側への燃料の逆流方向には閉弁し、加圧された供給燃料の逆流を阻止するようになっている。

燃料タンク２の上部には、燃料ポンプユニット１１の動作を制御する燃料ポンプコントローラ（以下、ＦＰＣという）１７が設けられており、このＦＰＣ１７には、ポンプ駆動モータ１１ｍの端子電圧を検出する電圧検出部や、ポンプ駆動モータ１１ｍに流れる電流を検出する電流検出部が装着されている。

ＦＰＣ１７は、ＥＣＵ５１からのポンプ制御信号と、ポンプ駆動モータ１１ｍの端子電圧を検出する電圧検出部の検出信号との偏差に応じて、燃料ポンプユニット１１に印加する電圧を制御したり、燃料圧送機構１０の異常診断のためのポンプ駆動モータ１１ｍの作動状態に応じた診断用信号をＥＣＵ５１に供給したりするようになっている。つまり、本実施の形態において、ＥＣＵ５１は、ＦＰＣ１７を介して燃料ポンプユニット１１に印加される電圧を制御するようになっている。

図１および図３に示すように、プレッシャレギュレータ２０は、燃料が導入される流体導入口２１ａおよびその燃料が排出される流体排出口２１ｂを有するハウジング２１を備えている。ハウジング２１は、一対の凹状のハウジング部材１８、１９をそれらの外周部でかしめ結合して形成されている。

ハウジング２１の内部には、ハウジング２１の内部を２室に区画する隔壁状の調圧部材２２が設けられている。この調圧部材２２は、ハウジング２１との間に流体導入口２１ａに連通する調圧室２３を形成する隔壁部２４と、調圧室２３内の燃料圧に応じた開度で調圧室２３を流体排出口２１ｂに連通させる開弁方向に変位する可動弁体部２５とを一体化したものである。隔壁部２４は、その一面側で調圧室２３内の燃料圧を常時受圧するようになっている。

また、隔壁部２４は、その他面側でハウジング２１との間に調圧室２３側に背圧を付与する背圧室２６を形成しており、背圧室２６内には、調圧部材２２の可動弁体部２５を閉弁方向に付勢する圧縮コイルばね２７が設けられている。また、調圧部材２２と共に背圧室２６を形成する他方のハウジング部材１９には、少なくとも１つの大気圧導入穴１９ａが形成されている。

さらに、ハウジング２１の内側には、互いに径が異なる外側筒状部材２９および内側筒状部材３０が設置されている。内側筒状部材３０および外側筒状部材２９の可動弁体部２５側の端部には、それぞれ第１弁座部３１および第２弁座部３２が形成されている。また、外側筒状部材２９と内側筒状部材３０とによって、操作圧燃料導入穴３２ｈが形成されている。操作圧燃料導入穴３２ｈは、操作圧流出口２１ｃを介して切替弁６０の内部に連通している。

図２に示すように、切替弁６０は、プレッシャレギュレータ２０の操作圧燃料導入穴３２ｈ内の燃料圧を切替えるためのもので、電磁コイル６１と、圧縮コイルばね６２と、合成樹脂製のボビン６３と、バルブ６７と、電磁コイル６１の外周を覆うシールド６５と、を備えている。

ボビン６３は、ボビン部７３と、シリンダ部７４と、燃料管部７５と、を備えている。ボビン部７３の外周には、電磁コイル６１が巻きつけられている。一方、ボビン部７３の内側には圧縮コイルばね６２が収容されている。

ボビン部７３とシリンダ部７４とは、内周面が同一面となるよう形成されており、バルブ６７は、シリンダ部７４の内部に往復動可能に収容されている。

燃料管部７５は、シリンダ部７４の端部に形成されており、プレッシャレギュレータ２０の操作圧流出口２１ｃを介して燃料が流入される燃料流入管７７と、燃料を燃料タンク２内にリターンするための燃料流出管７８と、シリンダ部７４の内側に向けた開口を形成する開口端部７０と、を備えている。

バルブ６７は、略円柱形状の磁性体からなり、アーマチャ部７１と、一方の端面に設けられたシール部６４とを有している。バルブ６７がシリンダ部７４で移動してシール部６４が開口端部７０に押圧されることにより、燃料流入管７７内の流路と燃料流出管７８内の流路との連通が阻止されるようになっている。

圧縮コイルばね６２は、バルブ６７が燃料流入管７７内の流路と燃料流出管７８内の流路との連通を阻止する方向に付勢している。

このように構成される切替弁６０において、電磁コイル６１に通電されているＯＮ状態のときは、図３に示すように、バルブ６７は、電磁コイル６１により圧縮コイルばね６２の付勢力に抗して吸引され、燃料流入管７７内の流路と燃料流出管７８内の流路とが連通される。したがって、燃料流入管７７に流入された燃料は、シリンダ部７４を経て燃料流出管７８から排出される。

一方、電磁コイル６１に通電されていないＯＦＦ状態のときは、図４に示すように、バルブ６７は、圧縮コイルばね６２の付勢により燃料流入管７７内の流路と燃料流出管７８内の流路との連通を阻止する。したがって、燃料流入管７７に流入された燃料は、バルブ６７により燃料タンク２への流出を阻止される。

次に、燃料圧を高圧にする高圧供給状態におけるプレッシャレギュレータ２０の作用について説明する。

燃料ポンプユニット１１（図１参照）の運転中において、ＥＣＵ５１により燃料圧が高圧に設定されると、図３に示すように、切替弁６０がＥＣＵ５１によりＯＮ状態に制御される。

このとき、バルブ６７のシール部６４が開口端部７０から離隔し、燃料流入管７７内の流路と燃料流出管７８内の流路とが連通する。そのため、操作圧燃料導入穴３２ｈは、燃料タンク２内と連通し、排出穴３１ｈおよび操作圧燃料導入穴３２ｈのいずれもが大気圧となる。したがって、調圧室２３の内部の燃料のみが調圧部材２２を開弁方向に付勢する。つまり、調圧部材２２の有効受圧面積が、隔壁部２４の環状受圧面２４ａのみとなる。これにより、可動弁体部２５の閉弁方向の推力が増加し、可動弁体部２５を閉弁方向に付勢する圧縮コイルばね２７の撓み量が減少することで、可動弁体部２５が第１弁座部３１および第２弁座部３２に対して閉弁方向に変位する。

この可動弁体部２５の閉弁方向への変位により、燃料通路１５から分岐通路１５ａを介して調圧室２３に供給される燃料量が減少し、結果として燃料通路１５内を流通する燃料が高圧に調圧される。

一方、燃料圧を低圧にする低圧供給状態におけるプレッシャレギュレータ２０の作用について説明する。燃料ポンプユニット１１の運転中において、ＥＣＵ５１により燃料圧が低圧に設定されると、図４に示すように、切替弁６０がＥＣＵ５１によりＯＦＦ状態に制御される。

このとき、バルブ６７のシール部６４が開口端部７０に当接し、燃料流入管７７内の流路と燃料流出管７８内の流路との連通が阻止される。そのため、燃料流入管７７と、プレッシャレギュレータ２０の操作圧燃料導入穴３２ｈは、燃料下流側における端部が閉塞されるため、操作圧燃料導入穴３２ｈ内の燃料圧は、調圧室２３内の燃料圧と等しくなる。つまり、排出穴３１ｈのみが大気圧となり、調圧室２３の内部の燃料および操作圧燃料導入穴３２ｈの燃料が調圧部材２２を開弁方向に付勢する。したがって、調圧部材２２の有効受圧面積が拡大し、隔壁部２４の環状受圧面２４ａおよび操作圧燃料導入穴３２ｈに対向する略円形の受圧面を含むものとなる。したがって、可動弁体部２５の開弁方向の推力が増加し、可動弁体部２５を開弁方向に付勢する圧縮コイルばね２７の撓み量が増加することで、可動弁体部２５が第１弁座部３１および第２弁座部３２に対して開弁方向に変位する。

そして、その可動弁体部２５の開弁方向への変位により燃料通路１５から分岐通路１５ａを介して調圧室２３に供給される燃料が増加し、結果として燃料通路１５内を流通する燃料が低圧に調圧される。

図５に示すように、本実施の形態に係るエンジン１を搭載した車両は、エンジン回転数センサ４１、エアフロメータ４２、吸気温センサ４３、スロットル開度センサ４４、冷却水温センサ４５、アクセル開度センサ４６、車輪速センサ４７および空燃比センサ４８を備えている。これらのセンサは、検出結果を表す信号をＥＣＵ５１にそれぞれ出力するようになっている。

エンジン回転数センサ４１は、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検出し、エンジン回転数ＮｅとしてＥＣＵ５１に出力する。エアフロメータ４２は、図示しないスロットルバルブより吸気上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号をＥＣＵ５１に出力する。吸気温センサ４３は、図示しない吸気マニホールドに配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号をＥＣＵ５１に出力する。スロットル開度センサ４４は、スロットルバルブの開度に応じた検出信号をＥＣＵ５１に出力する。

冷却水温センサ４５は、エンジン１のシリンダブロックに形成されたウォータージャケットに配置されており、エンジン１の冷却水温Ｔｗに応じた検出信号をＥＣＵ５１に出力する。アクセル開度センサ４６は、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号をＥＣＵ５１に出力する。

車輪速センサ４７は、車両の図示しない車輪の回転速度に応じた検出信号をＥＣＵ５１に出力する。空燃比センサ４８は、検出対象となる排気中の酸素濃度及び燃料の未燃成分の濃度に基づいて、空燃比に応じた電圧ＶａｆをＥＣＵ５１に出力する。したがって、空燃比センサ４８は、本発明に係る空燃比検出手段の一部を構成する。

燃料供給装置８の一部を構成するＥＣＵ５１は、図５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３、ＲＯＭ（Read Only Memory）５４およびバックアップメモリ５５などを備えている。なお、本実施の形態に係るＥＣＵ５１は、本発明に係る空燃比検出手段、低圧時排出量推定手段、高圧時排出量推定手段を構成する。

ＲＯＭ５４は、燃料圧切替制御および気筒５における燃料噴射制御を実行するための制御プログラムを含む各種制御プログラムや、これらの各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行するようになっている。また、ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５２による演算結果や、上述した各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するようになっている。バックアップメモリ５５は、不揮発性のメモリにより構成されており、例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶するようになっている。

ＣＰＵ５２、ＲＡＭ５３、ＲＯＭ５４およびバックアップメモリ５５は、バス５８を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース５６および出力インターフェース５７と接続されている。

入力インターフェース５６には、エンジン回転数センサ４１、エアフロメータ４２、吸気温センサ４３、スロットル開度センサ４４、冷却水温センサ４５、アクセル開度センサ４６、車輪速センサ４７および空燃比センサ４８が接続されている。さらに、入力インターフェース５６には、オルタネータ３５が接続されている。なお、車両がＥＣＵ５１以外の他のＥＣＵを搭載し、これらのセンサのうち少なくとも一部から出力された信号が、当該他のＥＣＵを介してＥＣＵ５１に入力されるようにしてもよい。

出力インターフェース５７は、インジェクタ３、点火プラグ６、切替弁６０や図示しないスロットルバルブなどに接続されている。さらに、出力インターフェース５７は、ＦＰＣ１７（図１参照）を介して燃料ポンプユニット１１に接続されている。そして、ＥＣＵ５１は、上記した各種センサの出力に基づいて、燃料圧切替制御および燃料噴射制御などを含む各種制御および後述するリターン流量推定制御やオーバーシュート算出制御を実行する。

本実施の形態において、ＥＣＵ５１は、オルタネータ３５の起電力を検出するようになっている。図６は、本実施の形態における電力供給ユニット３４周辺の回路図である。

電力供給ユニット３４は、エンジン１に機械的に接続されるオルタネータ３５と、オルタネータ３５に電気的に接続されるバッテリ３７とを有している。オルタネータ３５は、エンジン１にベルト３６で接続され、ベルト３６を介してエンジン１から駆動力が入力されるようになっている。

オルタネータ３５は、図示しない固定子のステータコイル、回転子のロータコイル、整流器およびレギュレータから構成されている。ロータコイルは、レギュレータを介してイグニッションスイッチ３８の一端子に接続されている。イグニッションスイッチ３８の他端子はバッテリ３７に接続されており、イグニッションスイッチ３８がＯＮ状態に移行すると、バッテリ３７からレギュレータを介してロータコイルに通電され、ロータコイルが磁化される。エンジン１により生成された駆動力は、ロータコイルに入力されるようになっており、エンジン１の回転に連動してロータコイルが回転すると、ステータコイルに交流電圧が発生する。発生した交流電圧は整流器で直流電圧に変換され、この直流電圧がオルタネータ３５の起電圧としてバッテリ３７に印加される。

オルタネータ３５の起電力は、エンジン回転数Ｎｅに応じて変化する。エンジン回転数Ｎｅが高回転数である場合には、オルタネータ３５の起電力は、例えば１４［Ｖ］の近傍になる。一方、エンジン回転数Ｎｅが低回転数である場合には、オルタネータ３５の起電力は例えば８［Ｖ］の近傍になる。

また、オルタネータ３５はＥＣＵ５１に接続されており、オルタネータ３５の起電力がＥＣＵ５１に入力されるようになっている。また、切替弁６０の電磁コイル６１は、ＥＣＵ５１に接続されており、オルタネータ３５の起電力に応じた電圧が電磁コイル６１に印加されるようになっている。つまり、切替弁６０の電磁コイル６１に印加される電圧は、オルタネータ３５の起電力を検出することにより求められる。

また、ＥＣＵ５１は、ＣＰＵ５２（図５参照）により制御されるトランジスタ６９を有している。トランジスタ６９は、オルタネータ３５の起電力を切替弁６０の電磁コイル６１に印加するＯＮ状態と、オルタネータ３５の起電力が切替弁６０の電磁コイル６１に印加されないＯＦＦ状態とのいずれかの状態をとるようになっている。

図７は、以上のように構成された燃料供給装置８の動作を示すタイミングチャートである。最初に、図７において、燃料圧が低圧から高圧に切替えられる箇所について説明する。また、オルタネータ３５の起電力Ｅｂが１２［Ｖ］である場合を例に説明する。

まず、ＥＣＵ５１は、車両の走行状態に基づいて、時刻Ｔ０より前に燃料圧を低圧から高圧に切替える燃料圧切替要求が発生したと判断している。そして、ＥＣＵ５１は、オルタネータ３５の起電力Ｅｂを検出すると、後述するように設定される時刻Ｔ０、すなわち切替タイミングにおいて、オルタネータ３５の起電力が切替弁６０の電磁コイル６１に印加されるよう、トランジスタ６９をＯＮ状態にする（実線８１参照）。

トランジスタ６９がＯＮ状態になると、電磁コイル６１に印加される電圧が０［Ｖ］から１２［Ｖ］になる（実線８２参照）。このとき、切替弁６０の電磁コイル６１に電圧Ｅｂが印加されると、切替弁６０の電磁コイル６１に供給される電流Ｉは、以下の式（１）で表される。

Ｉ（ｔ）＝Ｅｂ／Ｒ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）） （１）
ここで、Ｅｂは、オルタネータ３５の起電力であり、τは、Ｌ／Ｒにより表される時定数である。また、Ｒは、電磁コイル６１の電気抵抗、Ｌは、電磁コイル６１のインダクタンスを表している。

このため、電磁コイル６１に供給される電流Ｉは、式（１）に表される応答特性にしたがって上昇する（実線８３参照）。このような電流Ｉが電磁コイル６１に供給されると、切替弁６０のバルブ６７に加わる吸引力Ｆは、以下の式（２）により表される。

Ｆ ＝ Φ^２／（２・μ・Ｓ） （２）
式（２）において、μは透磁率であり、真空の透磁率と比透磁率の積により求められる。また、Ｓは磁気通路の断面積を表している。また、Φは、磁気ギャップ中の磁束であり、以下の式（３）により表される。

Φ ＝ ｎ・（Ｉ／Ｒ） （３）
式（３）において、ｎは電磁コイル６１のターン数、Ｉは上記式（１）により求められる電流、Ｒは磁気抵抗をそれぞれ表している。

したがって、電磁コイル６１に供給される電流Ｉが上記式（１）にしたがって増加すると、電磁コイル６１のバルブ６７に対する吸引力は、式（２）にしたがって増加する。

そして、時刻Ｔ１において、バルブ６７に対する電磁コイル６１の吸引力が、圧縮コイルばね６２のバルブ６７に対する付勢力より大きくなると、バルブ６７のシール部６４が開口端部７０に当接する下死点から離隔する上死点の方向に移動を開始する（実線８４参照）。その結果、プレッシャレギュレータ２０の操作圧燃料導入穴３２ｈ内の燃料圧、すなわちパイロット圧が３００［ｋＰａ］から大気圧に低下する（実線８５参照）。

これにより、プレッシャレギュレータ２０の可動弁体部２５は、オーバーシュートを経て閉弁方向に変位し（実線８６参照）、これに伴い、燃料通路１５内を流通する燃料も、時刻Ｔ２において一旦高圧となった後、オーバーシュートを経て時刻Ｔ３において高圧の定常状態となる（実線８７参照）。

ところで、この可動弁体部２５のオーバーシュート量および変位の脈動の収束の特性は、プレッシャレギュレータ２０の構造に依存するため、予め実験的な測定により求めることができる。これに対し、切替弁６０のバルブ６７が下死点から上死点に移動を開始する時刻Ｔ１は、上記式（１）に示すように、電磁コイル６１に印加される電圧Ｅｂに応じて電磁コイル６１に供給される電流Ｉが変わるため、毎回異なる値となる。つまり、オルタネータ３５の起電力Ｅｂによって時刻Ｔ０からＴ２までの時間ｔ１が変動する。

したがって、本実施の形態に係るＥＣＵ５１は、燃料圧を低圧から高圧に切替える際に、オルタネータ３５の起電力Ｅｂを検出することにより、切替り遅れ時間ｔ１を算出し、この算出した切替り遅れ時間ｔ１および予め求められた脈動時間ｔ２に基づいて燃料圧の切替タイミングＴ０を制御するようになっている。

次に、図７において、燃料圧が高圧から低圧に切替えられる箇所について説明する。ＥＣＵ５１は、車両の暖機時や燃料の高温時などに燃料圧を高圧に設定した状態で、車両の暖機が終了したり燃料温度が低下した場合に、燃料圧を高圧から低圧に低下する燃料圧切替制御を実行するようになっている。

ＥＣＵ５１は、車両の暖機時や燃料の高温時などに燃料圧を高圧に設定した状態で、車両の暖機が終了したり燃料温度が低下した場合には、燃料圧を高圧から低圧に切替える燃料圧切替要求が発生したと判断する。

そして、ＥＣＵ５１は、切替弁６０の電磁コイル６１に印加されているオルタネータ３５の起電力が遮断されるよう、後述するように設定される時刻Ｔ０'、すなわち切替タイミングにおいて、トランジスタ６９をＯＮ状態からＯＦＦ状態に移行する（実線８１参照）。

トランジスタ６９がＯＦＦ状態になると、電磁コイル６１に印加される電圧が１２［Ｖ］から０［Ｖ］になる（実線８２参照）。このとき、切替弁６０の電磁コイル６１に印加されていた電圧がＥｂから０になり、切替弁６０の電磁コイル６１に供給される電流Ｉ（ｔ）は、以下の式（４）で表される。

Ｉ（ｔ）＝Ｅｂ／Ｒ・ｅｘｐ（−ｔ／τ） （４）
そのため、電磁コイル６１に供給される電流Ｉは、式（４）に表される応答特性にしたがって減少する（実線８３参照）。

また、切替弁６０のバルブ６７に加わる吸引力Ｆは、上述した式（２）および式（３）により表される。したがって、電磁コイル６１に供給される電流Ｉが上記式（４）にしたがって減少すると、電磁コイル６１のバルブ６７に対する吸引力は、式（２）にしたがって減少する。

そして、時刻Ｔ１'において、電磁コイル６１のバルブ６７に対する吸引力が、圧縮コイルばね６２のバルブ６７に対する付勢力より小さくなると、バルブ６７のシール部６４が開口端部７０から離隔した上死点から下死点の方向に移動を開始する（実線８４参照）。

そして、時刻Ｔ２'において、バルブ６７のシール部６４が開口端部７０に当接すると（実線８４参照）、プレッシャレギュレータ２０の操作圧燃料導入穴３２ｈ内の燃料圧、すなわちパイロット圧が大気圧から３００［ｋＰａ］に上昇する（実線８５参照）。

これにより、燃料通路１５内を流通する燃料の燃料圧は、プレッシャレギュレータ２０の可動弁体部２５の開弁方向への変位に応じて、時刻Ｔ３'において一旦目標となる低圧に達すると、オーバーシュートを経て（実線８７参照）、時刻Ｔ４'において低圧となる（実線８７参照）。

燃料圧を低圧から高圧に切替える場合と同様、可動弁体部２５のオーバーシュート量および変位の脈動の収束は、予め実験的な測定により求めることができる。また、切替弁６０のバルブ６７が上死点から下死点に到達するまでにかかる時間（時刻Ｔ１'〜Ｔ２'）も、予め実験的な測定により求めることができる。これに対し、バルブ６７が上死点から下死点に向けて移動を開始する時刻Ｔ１'は、上記式（４）に示すように、切替え開始時に電磁コイル６１に印加されている電圧Ｅｂに応じて電磁コイル６１に供給される電流Ｉが変わるため変動する。つまり、オルタネータ３５の起電力によって切替り遅れ時間ｔ１が変動する。

したがって、本実施の形態に係るＥＣＵ５１は、燃料圧を高圧から低圧に切替える際に、オルタネータ３５の起電力Ｅｂを検出することにより、切替り遅れ時間ｔ１を予測し、この予測した切替り遅れ時間ｔ１に基づいて燃料圧の切替タイミングＴ０'を制御するようになっている。

オルタネータ３５の起電力Ｅｂと切替り遅れ時間ｔ１とは、切替り遅れ時間マップとして予め対応付けられている。ＥＣＵ５１は、高圧への切替時および低圧への切替時に使用する切替り遅れ時間マップをそれぞれＲＯＭ５４に予め記憶しており、ＥＣＵ５１は、オルタネータ３５の起電力Ｅｂを表す信号を取得すると、切替り遅れ時間マップを参照して切替り遅れ時間ｔ１を算出するようになっている。

燃料圧が低圧から高圧に切替わる場合には、オルタネータ３５の起電力Ｅｂが小さいほど、トランジスタ６９をＯＮ状態にしてからバルブ６７が移動を開始するまでの時間が長くなる。したがって、ＥＣＵ５１は、オルタネータ３５の起電力Ｅｂが小さいほど、トランジスタ６９をＯＦＦ状態にするタイミングを前倒しすることになる。一方、燃料圧が高圧から低圧に切替わる場合には、オルタネータ３５の起電力Ｅｂが大きいほど、トランジスタ６９をＯＦＦ状態にしてからバルブ６７が移動を開始するまでの時間が長くなる。したがって、ＥＣＵ５１は、オルタネータ３５の起電力Ｅｂが大きいほど、トランジスタ６９をＯＦＦ状態にするタイミングを前倒しすることになる。

また、燃料温度が低下すると、燃料の粘性が高まるため、プレッシャレギュレータ２０の可動弁体部２５の変位に時間がかかる。したがって、ＥＣＵ５１は、予め実験的な測定により求められている脈動時間ｔ２を燃料温度により補正するようにしてもよい。

以上のように構成された燃料供給装置８において、プレッシャレギュレータ２０は、燃料圧を高圧と低圧との間で切替えるよう動作するために、少なくとも調圧室２３内を常に燃料で満たす必要がある。そのため、ＥＣＵ５１は、プレッシャレギュレータ２０の動作に必要となる燃料量より多い燃料を流体導入口２１ａから導入し、流体排出口２１ｂから余分な燃料が排出されるよう燃料ポンプユニット１１を制御するようになっている。

ここで、プレッシャレギュレータ２０が燃料圧を低圧に設定する場合、プレッシャレギュレータ２０により調圧される燃料圧（制御圧）Ｐと、流体排出口２１ｂから排出される燃料量（以下、リターン流量Ｑという）とは、図８に示す対応関係を有している。

一般に、燃料ポンプユニット１１による吐出量Ｄの低下に応じてリターン流量Ｑが低下すると、制御圧Ｐも低下する。しかしながら、リターン流量Ｑがある所定値まで低下すると、操作圧燃料導入穴３２ｈにおける燃料圧が上昇せず、結果として、可動弁体部２５における受圧面積が低下した状態となる。そのため、リターン流量Ｑが所定値より低い場合には、プレッシャレギュレータ２０はリターン流量Ｑが低いほど高圧供給状態に近づき、制御圧Ｐが上昇するようになっている。換言すれば、本実施の形態に係るプレッシャレギュレータ２０のように、燃料圧を高圧および低圧に調圧可能であるプレッシャレギュレータは、リターン流量Ｑに対し制御圧Ｐが最小となる曲げ点を上記所定値として有している。

そこで、ＥＣＵ５１は、プレッシャレギュレータ２０が燃料圧を高圧と低圧との２段に切替える機能を維持し、かつ、燃料ポンプユニット１１に過剰な電圧が印加されないよう、曲げ点におけるリターン流量、すなわち上記所定値をリターン流量Ｑの最低必要量とし、リターン流量Ｑが最低必要量以上を維持するよう燃料ポンプユニット１１に印加する電圧を制御するようになっている。

また、インジェクタ３から噴射される単位時間当たりの燃料量は、燃料圧の平方根に比例する。したがって、インジェクタ３による燃料噴射時間を一定とした場合、各気筒５の燃焼室内に供給される燃料量は、制御圧Ｐが高いほど増加する。つまり、制御圧Ｐが高いほど空燃比が低く、すなわちリッチとなり、空燃比センサ４８は、上述した排気ガス成分に基づいて、各気筒５の燃焼室内において燃焼した混合気がリッチであったことを表す信号をＥＣＵ５１に送信することになる。

ところで、燃料ポンプユニット１１は、製造時の特性ばらつきや経年劣化に起因して、同じ電圧が印加されたとしても吐出量Ｄに個体差が生じる。図９は、特性ばらつきおよび劣化に応じた燃料ポンプユニット１１による吐出量Ｄの変化を示すグラフである。横軸は、走行距離に応じた経年劣化を示しており、縦軸は、燃料ポンプユニット１１による燃料の吐出量Ｄを示している。また、燃料ポンプユニット１１から吐出される燃料のうち、エンジン１の燃焼室において消費される燃料量をエンジン消費量Ａとする。したがって、燃料ポンプユニット１１から吐出される燃料量Ｄは、エンジン消費量Ａと、プレッシャレギュレータ２０からのリターン流量Ｑとを合計した値となる。

車両の走行距離が０である場合、燃料ポンプユニット１１の吐出量Ｄは、特性ばらつきにより、点ａと点ｂとの間に分布する。以下、走行距離が０の新品時において吐出量Ｄが点ａとなる燃料ポンプユニット１１を上限品、吐出量Ｄが点ｂとなる燃料ポンプユニット１１を下限品という。

燃料ポンプユニット１１の吐出量Ｄは、車両の走行距離が増加するにつれて劣化カーブに沿って減少し、例えば２０万ｋｍに達すると、走行距離が０である場合と等しい電圧が印加されたとしても上限品で点ａ'、下限品で点ｂ'まで低下する。

このとき、下限品のリターン流量Ｑが最低必要量Ｑｍｉｎを下回ると、図８に示したように、低圧側の燃料圧が上昇し、燃費が悪化する可能性が生じる。

したがって、従来は、車両に燃料ポンプユニット１１が設置されると、当該燃料ポンプユニット１１が仮に下限品であったとしても、走行距離が２０万ｋｍに達した時点でリターン流量Ｑが最低必要量Ｑｍｉｎを下回らないよう、新品時の時点から高めの電圧をかけ、この電圧を維持するようになっていた。

ところが、このように燃料ポンプユニット１１に印加される電圧が設定されると、ＥＣＵ５１は、リターン流量Ｑを検出するための高価なセンサを備えることなく、吐出性能や走行距離にかかわらずリターン流量Ｑを最低必要量Ｑｍｉｎ以上に維持することが可能になるものの、下限品で走行距離が２０万［ｋｍ］に達したもの以外の燃料ポンプユニット１１においては、最低必要量Ｑｍｉｎ以上の燃料がプレッシャレギュレータ２０から排出され続けることになる。つまり、従来のＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１に必要以上の電圧を印加し続けており、燃費の低下や燃料ポンプユニット１１の劣化を早める原因となっていた。

そこで、本実施の形態に係るＥＣＵ５１は、リターン流量Ｑを検出するセンサを備えていない車両において、リターン流量Ｑを推定し、この推定したリターン流量Ｑに基づいて燃料ポンプユニット１１に印加される電圧を最適化するとともに、燃料ポンプユニット１１の吐出性能のばらつきおよび経年劣化を求めるようになっている。

ＥＣＵ５１は、リターン流量Ｑを算出するために、リターン流量推定制御を実行するようになっている。図１０は、本実施の形態に係るリターン流量推定制御を示すフローチャートである。なお、以下の処理は、ＥＣＵ５１を構成するＣＰＵ５２によって所定のタイミングで実行されるとともに、ＣＰＵ５２によって処理可能なプログラムを実現する。

ＥＣＵ５１は、まず燃料の低圧供給状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ５１は、冷却水温センサ４５から入力される信号に基づいて、燃料が高圧供給状態となる車両の暖機時や高燃料温度時に該当していないか否かを判断する。ＥＣＵ５１は、燃料の低圧供給状態であると判断すると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に移行する。一方、ＥＣＵ５１は、燃料の高圧供給状態であると判断すると（ステップＳ１１でＮＯ）、ＥＮＤに移行する。

次に、ＥＣＵ５１は、燃料噴射量が一定であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。具体的には、ＥＣＵ５１は、エンジン回転数センサ４１、スロットル開度センサ４４およびアクセル開度センサ４６から入力される信号に基づいて、エンジン回転数、スロットル開度およびアクセル開度を所定時間検出する。そして、ＥＣＵ５１は、これらの値が所定の幅にある場合には、燃料噴射量が一定であると判断する。

ＥＣＵ５１は、燃料噴射量が一定であると判断した場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に移行する。一方、ＥＣＵ５１は、燃料噴射量が一定でないと判断した場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、ＥＮＤに移行する。

次に、ＥＣＵ５１は、冷却水温センサ４５など公知のセンサから入力される信号に基づいて、燃料温度が推定できるか否かを判断する（ステップＳ１３）。具体的には、ＥＣＵ５１は、冷却水温センサ４５などのセンサから燃料温度が推定できる車両の走行状態であるか否かを判断する。この走行状態を表す諸条件は、使用するセンサと燃料温度との相関関係に応じて予め実験的に定められている。

ＥＣＵ５１は、燃料温度を推定可能であると判断した場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４に移行する。一方、ＥＣＵ５１は、燃料温度を推定可能でないと判断した場合には（ステップＳ１３でＮＯ）、ＥＮＤに移行する。なお、車両が燃料温度を検出するための燃料温度センサを備えている場合には、この燃料温度センサから入力される信号に基づいて、燃料温度を表す情報を直接取得してもよい。

次に、ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１に印加される電圧を所定値分減少させる（ステップＳ１４）。本実施の形態においては、ＥＣＵ５１は、所定値として０．５［Ｖ］低下させる。そして、ＥＣＵ５１は、現在燃料ポンプユニット１１に印加されている電圧をＲＡＭ５３に記憶する（ステップＳ１５）。

次に、ＥＣＵ５１は、空燃比センサ４８から入力される信号に基づいて、空燃比がリーンの方向に振れたか否かを判断する（ステップＳ１６）。

ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１に印加される電圧を低下させたことにより空燃比がリーンの方向に振れたと判断した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１４に戻り、燃料ポンプユニット１１に印加される電圧をさらに０．５［Ｖ］低下させる。一例として、燃料ポンプユニット１１におけるリターン流量Ｑと制御圧Ｐとの関係が、図８に示す点２から点５にある場合には、電圧を０．５［Ｖ］低下させたことにより空燃比がリーンの方向に振れるため、ＥＣＵ５１は、ステップＳ１６において電圧を再び０．５［Ｖ］低下させることになる。

一方、ＥＣＵ５１は、空燃比がリーンの方向に振れていない、すなわちリッチの方向に振れたと判断すると（ステップＳ１６でＮＯ）、ＲＡＭ５３に記憶されている電圧を取得する（ステップＳ１７）。一例として、燃料ポンプユニット１１におけるリターン流量Ｑと制御圧Ｐとの関係が、図８に示す点６にある場合には、電圧を０．５［Ｖ］低下させたことにより空燃比がリッチの方向に振れるため、ＥＣＵ５１は、ステップＳ１７において、点６の状態における電圧をＲＡＭ５３から取得することになる。

そして、ＥＣＵ５１は、ＲＡＭ５３から取得した電圧の値より０．５［Ｖ］高い電圧が燃料ポンプユニット１１に印加された際に空燃比が最もリーンに振れているので、この電圧を最リーン電圧Ｖａｆと定義し、バックアップメモリ５５に記憶する。一例として、ＥＣＵ５１は、ＲＡＭ５３から取得した電圧に０．５［Ｖ］を加えたＶ_７（図８参照）を最リーン電圧Ｖａｆと定義する。なお、ＥＣＵ５１は、このリターン流量推定制御を常時実行してもよく、あるいは、所定の走行距離、あるいは走行時間ごとに実行するようにしてもよい。ここで、本実施の形態に係る最リーン電圧Ｖａｆは、本発明に係る最低電圧を意味する。

また、ＥＣＵ５１は、最リーン電圧Ｖａｆに基づいて、以下に説明するようにリターン流量Ｑを算出する（ステップＳ１８）。

リターン流量Ｑは、同一の電圧が燃料ポンプユニット１１に印加されたとしても、燃料ポンプユニット１１の劣化度合いおよび吐出特性の個体差により変化する。そこで、ＥＣＵ５１は、最リーン電圧Ｖａｆを算出すると、平均的な吐出特性を有する燃料ポンプユニット１１の新品時における最リーン電圧Ｖａｆ（以下、初期電圧Ｖｉｎｉという）と、リターン流量の推定を行う燃料ポンプユニット１１の最リーン電圧Ｖａｆとの差に基づいて、燃料ポンプユニット１１の個体差に応じた吐出特性を算出するようになっている。

初期電圧Ｖｉｎｉと最リーン電圧Ｖａｆとの差と、燃料ポンプユニット１１による吐出量Ｄの変化量、すなわちリターン流量Ｑの変化量は、個体差によらず一様に表される。そこで、ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１に印加される初期電圧Ｖｉｎｉと最リーン電圧Ｖａｆとの差と、当該電圧差に応じた吐出量Ｄの変化量と、を対応付けた吐出量算出マップを予めＲＯＭ５４に記憶している。吐出量算出マップは、図１１に示すように、傾きαが一定となるグラフにより表されるものであり、ＥＣＵ５１は、上記リターン流量推定制御において求めた最リーン電圧Ｖａｆと初期電圧Ｖｉｎｉとの電圧差を算出し、吐出量算出マップを参照することにより、リターン流量Ｑのずれを算出する。なお、この傾きαは、ポンプ駆動モータ１１ｍにおける公知の電圧方程式により算出できる。また、傾きαは、実験的な測定により予め求められてもよい。

本実施の形態における一例として、リターン流量推定制御において求めた最リーン電圧Ｖａｆと初期電圧Ｖｉｎｉとの電圧差が０．６［Ｖ］、傾きα＝３０であるとする。また、新品時に８［Ｖ］の電圧が印加された場合、平均的な吐出特性（図９における点ｃ）を有する燃料ポンプユニット１１の吐出量Ｄが８０［Ｌ／ｈ］になる場合を考える。また、この平均的な吐出特性を有する燃料ポンプユニット１１の新品時におけるＶａｆを７［Ｖ］とする。

ＥＣＵ５１は、初期電圧Ｖｉｎｉと最リーン電圧Ｖａｆとの差０．６［Ｖ］と、傾きα＝３０との積から、吐出量Ｄの変化量を１８［Ｌ／ｈ］と算出する。したがって、ＥＣＵ５１が燃料ポンプユニット１１に８［Ｖ］の電圧を印加している場合、現在のリターン流量Ｑは、吐出量８０［Ｌ／ｈ］から、エンジン消費量１６［Ｌ／ｈ］と吐出量Ｄの変化量１８［Ｌ／ｈ］を引いた４６［Ｌ／ｈ］であると推定するようになっている。

また、ＥＣＵ５１は、算出したリターン流量Ｑを、燃料温度Ｔに応じて補正してもよい。リターン流量Ｑに対する補正量は、燃料温度Ｔに対応付けられた補正量マップとして予めＲＯＭ５４に記憶されている。この補正量マップにおける補正量は、リターン流量Ｑが燃料温度Ｔの減少に伴い減少するように定義されており、予め実験的な測定により求められている。なお、ＥＣＵ５１は、補正量マップの代わりに、燃料温度Ｔに応じて補正量を算出する式をＲＯＭ５４に記憶していてもよい。

また、ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１に印加する電圧を算出した最リーン電圧Ｖａｆに基づいて調節するようになっている。この場合、ＥＣＵ５１は、最リーン電圧Ｖａｆより若干高い電圧を燃料ポンプユニット１１に印加することにより、不要に高い電圧を印加することを抑圧するとともに、次回リターン流量推定制御を実行するまでにリターン流量Ｑが変動したとしても、リターン流量Ｑが最低必要量Ｑｍｉｎを下回ることを抑制することが可能となる。

ここで、上述したように、燃料圧が低圧に設定されている際における燃料ポンプユニット１１の低圧設定時におけるリターン流量Ｑは、吐出特性のばらつきおよび経年劣化により低下するが、燃料圧が高圧に設定されている場合においても、この吐出特性のばらつきや経年劣化に伴って、高圧設定時の基準となるリターン流量Ｑｉｎｉｈよりも低下する。

図１２は、燃料ポンプユニット１１に印加される電圧と吐出量との関係を、燃料圧の高圧時および低圧時のそれぞれについて示したグラフである。燃料ポンプユニット１１に対する印加電圧と、吐出量Ｄとの関係は、ポンプ駆動モータ１１ｍに対する公知の電圧方程式（５）により求めることができる。
Ｎ（∝Ｄ）＝１／Ｋｅ・Ｅ−Ｒ・負荷／（Ｋｔ・Ｋｅ） （５）

ここで、Ｎはポンプ駆動モータ１１ｍの回転数、Ｅは印加電圧、Ｋｅは誘導電圧定数、Ｋｔはポンプ駆動モータ１１ｍのトルク定数、Ｒはポンプ駆動モータ１１ｍの電気抵抗、負荷はポンプ駆動モータ１１ｍの回転に対する負荷をそれぞれ表している。

ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１に対する印加電圧を設定するようになっているが、例えば、燃料ポンプユニット１１の経年劣化が進行すると、内部の部品が摩耗するとともに、燃料ポンプユニット１１の作動に使用される実効印加電圧が低下する。

図１２に示すように、印加電圧に対する吐出量Ｄの変化量は、燃料圧の高圧設定時および低圧設定時のいずれの場合も同じであり、傾き１／Ｋｅとして表される。

また、図１３の一点鎖線９１に示すように、低圧設定時において、リターン流量Ｑは、曲げ点より多い範囲において制御圧Ｐと比例する。また、破線９２に示すように、このリターン流量Ｑの範囲では、高圧設定時においても、リターン流量Ｑと制御圧Ｐとが比例の関係を有している。

そして、吐出特性のばらつきおよび経年劣化の度合いは、低圧設定時および高圧設定時とで対応している。結果として、高圧設定時におけるリターン流量Ｑの変化量も、低圧設定時におけるリターン流量Ｑの変化量と対応する。また、高圧設定時において、リターン流量Ｑの変化量が求まれば、図１３に示すように、制御圧Ｐを算出することが可能となる。

そこで、ＥＣＵ５１は、上記のように、低圧設定時においてリターン流量Ｑを算出すると、このリターン流量Ｑと低圧設定時において基準となるリターン流量Ｑｉｎｉｌとの差から、高圧設定時のリターン流量Ｑｉｎｉｈに対するリターン流量Ｑの変化量を算出し、この変化量から高圧設定時リターン流量Ｑを推定するようになっている。そして、ＥＣＵ５１は、推定されたリターン流量Ｑから、高圧設定時における制御圧Ｐを推定するようになっている。

次に、本実施の形態に係る高圧側燃料圧推定制御処理について図１４を参照して説明する。なお、以下の処理は、ＥＣＵ５１を構成するＣＰＵ５２によって所定のタイミングで実行されるとともに、ＣＰＵ５２によって処理可能なプログラムを実現する。

まず、ＥＣＵ５１は、低圧設定時のリターン流量Ｑを推定する（ステップＳ２１）。低圧設定時のリターン流量Ｑの推定は、上記のように、算出した最リーン電圧Ｖａｆおよび初期電圧Ｖｉｎｉなどに基づいてリターン流量推定制御を実行することにより推定する。

次に、ＥＣＵ５１は、燃料ポンプユニット１１の吐出特性ばらつきおよび劣化度合いを算出する（ステップＳ２２）。具体的には、ＥＣＵ５１は、ステップＳ２１で算出したリターン流量Ｑと、基準となる低圧時のリターン流量Ｑｉｎｉｌとの差から、燃料ポンプユニット１１の特性ばらつきおよび劣化度合いを算出する。なお、ＥＣＵ５１は、走行距離に関する信号を入力することにより、燃料ポンプユニット１１の劣化度合いを推定し、さらに、当該走行距離における燃料ポンプユニット１１の上限品および下限品のリターン流量と、ステップＳ２１で算出したリターン流量Ｑとを比較することにより、測定対象となっている燃料ポンプユニット１１の吐出特性ばらつきを推定することができる。

次に、ＥＣＵ５１は、高圧設定時のリターン流量Ｑを推定する（ステップＳ２３）。具体的には、上述したように、低圧設定時のリターン流量Ｑの変化量と、高圧設定時のリターン流量Ｑの変化量は対応しているため、ＥＣＵ５１は、低圧設定時のリターン流量Ｑの変化量を推定すると、この推定した値に基づいて、高圧設定時のリターン流量Ｑの変化量を算出する。この高圧設定時と低圧設定時におけるリターン流量の変化量の対応は、予めリターン流量対応マップとしてＲＯＭ５４に記憶されている。なお、これらのリターン流量の変化量がほぼ等しい場合には、低圧設定時におけるリターン流量の変化量をそのまま高圧設定時におけるリターン流量の変化量として用いてもよい。

そして、ＥＣＵ５１は、高圧設定時の基準となるリターン流量Ｑｉｎｉｈと、算出した高圧設定時のリターン流量の変化量から、高圧設定時のリターン流量Ｑを算出する。

次に、ＥＣＵ５１は、高圧設定時の燃料圧、すなわち高圧設定時の制御圧を推定する（ステップＳ２４）。具体的には、ＥＣＵ５１は、高圧設定時のリターン流量Ｑおよび高圧側燃料圧推定マップに基づいて、高圧設定時の燃料圧を推定する。

このように、ＥＣＵ５１は、燃料圧が低圧側に設定されている状態で、燃料圧を高圧側に切替えた後の制御圧を推定できるので、燃料圧の切替直後から精度よく燃料圧を推定できる。したがって、ＥＣＵ５１は、推定した燃料圧に応じて燃料噴射時間を補正することにより、実空燃比を理論空燃比などの目標空燃比に近づけることが可能となり、結果として、燃費を向上することが可能となる。

なお、以上の説明においては、ＥＣＵ５１は、所定の時間間隔で上記高圧側燃料圧推定制御処理を実行する場合について説明したが、これに限定されず、ＥＣＵ５１は、燃料圧切替要求が発生したことを条件に上記高圧側燃料圧推定制御処理を実行するようにしてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態に係る燃料供給装置８は、燃料圧を検出するための高価な検出手段を備えることなく低圧供給状態における燃料圧を推定することが可能になるとともに、高圧供給状態における燃料圧も推定することが可能になる。したがって、プレッシャレギュレータ２０を有する燃料供給装置８において、設定燃料圧の切替え後における燃料圧を推定し、燃料圧が切替わった場合においても実際の燃料噴射量が所望の燃料噴射量から乖離することを抑制することにより、燃費向上を図ることができる。

また、燃料ポンプユニット１１に印加される電圧の変化に応じて、プレッシャレギュレータ２０からのリターン流量Ｑを推定することが可能となる。結果として、燃料ポンプユニット１１の劣化度合いおよび吐出特性のばらつきを求めることができる。

また、平均的な吐出特性を有する燃料ポンプユニット１１の初期電圧Ｖｉｎｉが予め算出されていれば、すべての燃料ポンプユニット１１に対し初期電圧Ｖｉｎｉを測定することなく、燃料ポンプユニット１１の劣化特性や吐出特性のばらつきを算出することが可能になる。したがって、燃料供給装置８の生産効率を低下することなく各燃料ポンプユニット１１を最適な状態に維持することができる。

また、燃料の温度に応じてプレッシャレギュレータ２０から排出される燃料量が変化する場合においても、燃料の温度に応じてリターン流量Ｑの推定値を補正するので、リターン流量Ｑを精度よく推定することが可能となる。

なお、以上の説明において、プレッシャレギュレータ２０および切替弁６０の構成は一例である。したがって、小型化、低コスト化あるいは燃料圧の切替え応答性などの点で本実施の形態に係る燃料供給装置８より低下する可能性が高いものの、例えば、プレッシャレギュレータ２０を公知のものと置き換えてもよい。

また、以上の説明においては、ＥＣＵ５１がリターン流量Ｑを推定する際に、空燃比がリッチの方向に振れるまで電圧を０．５Ｖずつ下げていく場合について説明したが、これに限定されず、ＥＣＵ５１は、空燃比がリッチの方向に振れるまで０．５Ｖずつ下げていき、空燃比がリッチの方向に振れたならば、電圧を再び０．５Ｖずつ上げていくようにしてもよい。この場合、電圧を上げることにより空燃比が再びリッチの方向に振れる直前の電圧が最リーン電圧Ｖａｆとなる。また、ＥＣＵ５１は、最リーン電圧Ｖａｆを求めるために電圧を低下させる場合には０．５Ｖずつ下げていき、空燃比がリッチの方向に振れたことにより電圧を再び上昇させる場合には、電圧を０．１Ｖずつ上げていくようにしてもよい。この場合、最リーン電圧Ｖａｆをより正確に求めることが可能となる。

以上のように、本発明に係る燃料供給装置は、設定燃料圧の切替え後における燃料圧を推定し、燃料圧が切替わった場合においても実際の燃料噴射量が所望の燃料噴射量から乖離することを抑制することにより、燃費向上を図ることができるという効果を奏するものであり、燃料タンク内に貯留された燃料を調圧して燃料消費部に供給する燃料供給装置に有用である。

１ エンジン
２ 燃料タンク
３ インジェクタ（燃料消費部）
５ 気筒（燃料消費部）
７ 吸気ポート
８ 燃料供給装置
１０ 燃料圧送機構
１１ 燃料ポンプユニット
１５ 燃料通路
１５ａ 分岐通路
１９ａ 大気圧導入穴
２０ プレッシャレギュレータ（可変燃料圧調整弁）
２１ ハウジング
２１ａ 流体導入口
２１ｂ 流体排出口
２１ｃ 操作圧流出口
２２ 調圧部材
２３ 調圧室
２４ 隔壁部
２４ａ 環状受圧面
２５ 可動弁体部
２６ 背圧室
３１ 第１弁座部
３１ｈ 排出穴
３２ 第２弁座部
３２ｈ 操作圧燃料導入穴
３５ オルタネータ
４１ エンジン回転数センサ
４２ エアフロメータ
４４ スロットル開度センサ
４５ 冷却水温センサ
４７ 車輪速センサ
４８ 空燃比センサ（空燃比検出手段）
５１ ＥＣＵ（空燃比検出手段、低圧時排出量推定手段、高圧時排出量推定手段）
６０ 切替弁
６１ 電磁コイル
６７ バルブ
６９ トランジスタ
７０ 開口端部
７５ 燃料管部
７７ 燃料流入管
７８ 燃料流出管

Claims (4)

1. 内燃機関の燃料噴射部に供給する燃料を吐出するとともに該燃料の吐出量を印加電圧に応じて変化させる燃料ポンプと、
   前記燃料が導入される燃料導入口および前記燃料が排出される燃料排出口を有するハウジング内に、前記燃料の圧力を受圧する調圧部材および該調圧部材を閉弁方向に付勢する弁体付勢部材を収納し、前記燃料ポンプから吐出される燃料のうち余剰の燃料を前記ハウジング外に排出するよう前記調圧部材を開弁させつつ前記燃料を予め設定された制御圧に調圧する可変燃料圧調整弁と、を備え、
   前記可変燃料圧調整弁が、前記調圧部材を開弁方向に付勢する前記燃料の圧力の受圧面積の変化により、前記制御圧を低圧側制御圧にする低圧の調圧特性と前記制御圧を高圧側制御圧にする高圧の調圧特性とに切替え可能である燃料供給装置であって、
   前記内燃機関の排気成分に基づいて空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記燃料ポンプに印加される電圧から求めた前記燃料ポンプからの前記吐出量を前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づいて補正し、該補正後の吐出量と前記燃料噴射部での燃料消費量とに基づいて、前記低圧の調圧特性下で前記可変燃料圧調整弁から排出される前記燃料の排出量を推定する低圧時排出量推定手段と、
   前記可変燃料圧調整弁の前記低圧の調圧特性において前記燃料の排出量の基準となる低圧側の基準排出量（Ｑｉｎｉｌ）と前記可変燃料圧調整弁の前記高圧の調圧特性において前記燃料の排出量の基準となる高圧側の基準排出量（Ｑｉｎｉｈ）とをそれぞれ設定する基準排出量設定手段と、
   前記低圧時排出量推定手段により推定される前記燃料の排出量と前記低圧側の基準排出量との差を算出し、該差に基づいて前記高圧側の基準排出量（Ｑｉｎｉｈ）に対する前記可変燃料圧調整弁の前記高圧の調圧特性における前記燃料の排出量の変化量を算出する高圧時排出量算出手段と、
   前記高圧側の基準排出量（Ｑｉｎｉｈ）および前記高圧時排出量算出手段により算出された前記高圧側の基準排出量（Ｑｉｎｉｈ）に対する前記燃料の排出量の変化量に基づいて前記高圧の調圧特性における前記燃料の排出量を推定し、該高圧の調圧特性における前記燃料の排出量に基づいて前記高圧の調圧特性における前記制御圧を推定する高圧時燃料圧推定手段と、を備えることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記ハウジングと前記調圧部材の間に前記燃料導入口に連通する調圧室が形成されるとともに、前記ハウジングには、前記調圧室に連通する操作圧導入穴が形成され、
   前記調圧室内には、
   前記調圧部材の開弁方向への変位に応じて前記調圧室を前記燃料排出口に連通させる第１環状弁座と、
   前記調圧室内の前記燃料による前記調圧部材の受圧領域を前記燃料導入口側と前記操作圧導入穴側とに区画する第２環状弁座と、が設けられ、
   前記操作圧導入穴からの前記燃料の排出制御により前記操作圧導入穴側の前記調圧室内の前記燃料の圧力が操作されることで、前記燃料導入口側における前記調圧室内の前記燃料の調圧特性が前記低圧の調圧特性と前記高圧の調圧特性とに切り替えられ、
   前記低圧時排出量推定手段は、前記燃料ポンプに印加する前記印加電圧を変化させるとき前記空燃比検出手段により検出される空燃比の変化に基づいて、前記可変燃圧調整弁の調圧に必要な必要最低流量に対応する最低電圧を検出し、該検出した最低電圧と前記燃料ポンプの前記必要最低流量に対応する最低電圧として予め設定された初期電圧とに基づいて、前記補正後の吐出量を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記初期電圧は、前記必要最低流量に対応する最低電圧の、前記燃料ポンプの個体差によるばらつきの平均値であることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記低圧時排出量推定手段は、前記燃料の温度に応じて前記低圧の調圧特性における前記燃料の排出量の推定値を補正することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の燃料供給装置。

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