JP3819208B2

JP3819208B2 - 可変吐出量燃料供給装置

Info

Publication number: JP3819208B2
Application number: JP2000055338A
Authority: JP
Inventors: 善彦大西; 正泰宮嶋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: DE10032893A1; FR2805860B1; DE10032893B4; US6209522B1; FR2805860A1; JP2001248527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用の内燃機関、特に高圧の加圧燃料を要する筒内噴射用ガソリンエンジンに使用され、燃料噴射弁に供給する燃料の供給量を制御する可変吐出量燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図、図８は従来の可変吐出量燃料供給装置に使用されていたリリーフバルブの断面図で、図７の系統図は例えば特開平１１−２００９９０号公報などに開示されているものである。図７において、１ａないし１ｄは内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁、２はこの燃料噴射弁に燃料を供給するデリバリパイプ、３はデリバリパイプ２に加圧された燃料を供給する燃料ポンプ、４は燃料タンク５から燃料ポンプ３に燃料を供給する低圧ポンプ、６は燃料経路７に設けられたチェックバルブ、８は燃料経路７の圧力制御用の低圧レギュレータ、９はデリバリパイプ２の燃料圧が所定値を越えたときに燃料経路１０から燃料経路１１を介して燃料タンク５に燃料をリリーフするリリーフバルブ、１２は燃料ポンプ３から燃料タンク５に燃料を戻すリターン経路である。
【０００３】
また、燃料ポンプ３は図示しないが、シリンダと、内燃機関のカムシャフトに設けられた駆動用カムに駆動され、シリンダ内を往復動して吸入行程では加圧室内に燃料を吸入し、吐出行程では加圧室内の加圧された燃料をデリバリパイプ２に圧送するプランジャと、加圧室内の加圧された燃料を所定のタイミングで低圧側にリリーフすることにより、加圧室からの燃料の吐出量を制御してデリバリパイプ２の燃料圧を所定の圧力に制御する電磁弁などから構成されている。
【０００４】
燃料圧が所定値を越えたときにデリバリパイプ２から燃料タンク５に燃料をリリーフするリリーフバルブ９は、通常では図８に示すようなリリーフバルブが使用される。図８のリリーフバルブ９は、高圧側の接続口１３と低圧側の接続口１４とを有するハウジング１５内に弁体１６と弁座１７と常時は弁体１６と弁座１７とを閉じるように付勢するバネ１８とが収納されており、通常の使用状態においてはデリバリパイプ２の燃料圧は電磁弁により制御され、リリーフバルブ９はデリバリパイプ２の燃料圧の異常時のみリリーフするものであるから、リリーフ量が小容量の逆止弁が使用されている。
【０００５】
このように構成された従来の可変吐出量燃料供給装置において、内燃機関の始動操作がなされると、低圧ポンプ４が作動して燃料タンク５から燃料ポンプ３に燃料が供給され、燃料ポンプ３が内燃機関に駆動されることにより、燃料ポンプ３はプランジャの吸入行程では燃料を加圧室内に吸入し、吐出行程では加圧された燃料を燃料経路１０を介してデリバリパイプ２に圧送する。デリバリパイプ２の燃料圧は通常の運転状態では燃料ポンプ３に設けられた電磁弁により制御され所定の圧力に維持されるが、電磁弁の応答性には限界があるため、内燃機関の運転条件によってはデリバリパイプ２の燃料圧が異常に上昇することがあり、このような場合にはリリーフバルブ９が動作して燃料をリリーフし、デリバリパイプ２や燃料経路１０など高圧燃料経路の破損を防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような可変吐出量燃料供給装置においては、通常の運転状態ではほぼ安定した燃料圧制御がなされるが、例えば、電磁弁に燃料圧制御が不能になるなどの故障が発生した場合、燃料ポンプ３からデリバリパイプ２にリリーフバルブ９のリリーフ量の限界を越えた燃料が供給されることになり、デリバリパイプ２などの高圧燃料経路の燃料圧が異常に上昇し、高圧燃料経路の各部品を破損する事態を招くことがあった。また、電磁弁が正常に動作している場合においても、内燃機関の始動直後など、デリバリパイプ２の燃料圧が設定圧まで上昇する過程において、実際のデリバリパイプ２内及び燃料ポンプ内の燃料圧の予測が困難であり、電磁弁を作動させた場合にデリバリパイプ２内の燃料圧力が不安定な状況となることがあった。
【０００７】
電磁弁は通常の動作では燃料ポンプの各行程毎にリリーフ動作を行うものであるから内燃機関の運転中はほぼ連続して動作することになり、動作頻度は極めて高いものである。従って各部の損耗により燃料圧制御が不能になるなどの故障の発生が皆無とはいえず、故障が発生すれば燃料ポンプの高回転域においてリリーフバルブ９のリリーフ量の限界を超えた燃料が供給されて燃料圧は異常に上昇し、上記のようにデリバリパイプ２などの高圧燃料経路の破損につながることになる。このような故障を回避して電磁弁の耐久性を向上するためには電磁弁の動作頻度を下げることが有効な手段になる。
【０００８】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、電磁弁の応答性に影響されず、また、電磁弁が制御不能になっても常に安定した燃料圧を得ることができ、電磁弁の耐久性を向上することが可能な可変吐出量燃料供給装置を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる可変吐出量燃料供給装置は、内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、これらの燃料噴射弁に加圧燃料を供給するデリバリパイプと、シリンダ内をプランジャが往復動することにより、燃料吸入口から吸入弁を介して加圧室内に燃料を吸入して加圧し、吐出弁を介して加圧燃料をデリバリパイプに吐出し供給する燃料ポンプと、この燃料ポンプの加圧室と燃料吸入口とを連通するリリーフ通路に設けられ、開弁時に加圧室内の加圧燃料を燃料吸入口にリリーフして加圧燃料の吐出量を制御し、デリバリパイプの燃料圧を制御する電磁弁と、この電磁弁に開弁信号を与える制御手段と、デリバリパイプを含む高圧燃料経路の加圧燃料をリリーフして燃料圧を制御する高圧レギュレータとを備え、前記高圧レギュレータは、少なくとも燃料ポンプの吐出量の最大値に相当する燃料のリリーフが可能なように設定され、且つ前記電磁弁による燃料圧制御が不安定となる内燃機関の回転領域においては、前記制御手段からの開弁信号が休止されるように構成され、前記電磁弁による燃料圧制御が不安定となるエンジン高速回転域においては、前記電磁弁の制御による燃料圧力制御から前記高圧レギュレータによる燃料圧力制御に切替え、また、電磁弁による燃料圧制御が不安定となるエンジン始動時においては、始動直後は前記高圧レギュレータによる燃料圧力制御を行い、前記デリバリパイプ内の燃料圧力が安定した後、前記電磁弁の制御による燃料圧力制御に切替えるようにしたものである。
【００１０】
また、高圧レギュレータが、燃料ポンプと一体に構成されるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図、図２は、この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置に使用される燃料ポンプの構成を説明する断面図、図３は、この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置に使用される高圧レギュレータの断面図であり、上記の従来例と同一構成部分には同一符号が付与されている。
【００１２】
図１において、１ａないし１ｄは内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁、２は加圧された燃料を保持して燃料噴射弁１ａないし１ｄに燃料を供給するデリバリパイプ、３はデリバリパイプ２に燃料経路１０を介して加圧された燃料を供給する燃料ポンプ、４は燃料タンク５から燃料経路７を経由して燃料ポンプ３に燃料を供給する低圧ポンプ、６は燃料経路７に設けられた逆流防止用のチェックバルブ、８は燃料経路７の圧力を制御する低圧レギュレータ、１２は燃料ポンプ３から燃料タンク５に燃料を戻すためのリターン経路、１９はデリバリパイプ２および燃料経路１０などの高圧燃料経路に設けられ、燃料圧が所定値を越えたときに燃料経路１１を介して燃料タンク５に燃料をリリーフする高圧レギュレータである。
【００１３】
図２の燃料ポンプ３において、２０はシリンダ、２１は図示しないカムシャフトの駆動カムにローラ２２を介して駆動され、シリンダ２０内を往復動して加圧室２３内に燃料を吸入して加圧するプランジャ、２４はプランジャ２１を常時加圧室２３の拡大方向に付勢するバネ、２５はローラ２２を図示しないカムシャフト側に付勢するバネ、２６はシリンダ２０とプランジャ２１との間から漏出する燃料をシールする金属製のベローズである。２７は燃料タンク５からの燃料が供給される燃料吸入口、２８は燃料経路１０を介してデリバリパイプ２に接続される燃料吐出口であり、燃料吸入口２７は燃料吸入通路２９と吸入弁３０を介して加圧室２３に連通し、燃料吐出口２８は吐出弁３１を介して加圧室２３に連中している。
図示しない駆動カムはデリバリパイプ２内の燃料圧力脈動を低減する目的で多数山の駆動カム例えば４山、５山、６山が使用されるため、吸入弁３０及び吐出弁３１は例えば応答性の高いリードバルブで構成されている。
【００１４】
３２は常時は閉弁しており、図示しない制御手段からの開弁信号により開弁する電磁弁であり、弁体３３と弁座３４とからなる弁部は加圧室２３から燃料吸入通路２９に連通するリリーフ通路３５を開閉するように設けられ、電磁弁３２が開弁することにより加圧室２３内の加圧された燃料がリリーフ通路３５から燃料吸入通路２９にリリーフされるように構成されている。燃料ポンプ３は内燃機関のカムシャフトに設けられたポンプ駆動用のカムにより駆動され、内燃機関の回転に伴って燃料を加圧してデリバリパイプ２に圧送する。そして、図示しない制御手段はデリバリパイプ２の燃料圧を検知して電磁弁３２の励磁コイル３６に開弁信号を与え、電磁弁３２はこの開弁信号により開弁して加圧室２３内の加圧燃料をリリーフ通路３５を介して燃料吸入通路２９にリリーフする。
【００１５】
図３の高圧レギュレータ１９において、３７は排出口３８を有する第一ハウジング、３９は高圧燃料導入口４０を有する第二ハウジングであり、第一ハウジング３７内には弁体４１とバネ４２とが収納され、第二ハウジング３９には弁体４１と共に弁を構成する弁座４３が収納されており、バネ４２は弁体４１と弁座４３とが常時は閉じる方向に付勢され、高圧燃料導入口４０にデリバリパイプ２から設定圧力以上の圧力が印可されたときに開弁するように付勢力が設定されている。４４はダンパであり、弁体４１の動作を緩衝して動作に伴う異音の発生を防止し、弁座４３には弁体４１と弁座４３とが開弁したときに少なくとも燃料ポンプ３の吐出量の最大値に相当する燃料がリリーフできるだけの口径を持つ弁孔４５が設けられている。
【００１６】
このように構成されたこの発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置において、内燃機関の始動と共に低圧ポンプ４が作動して燃料タンク５から燃料ポンプ３に燃料が供給され、燃料ポンプ３が内燃機関に駆動されることにより、プランジャ２１の吸入行程では吐出弁３１が閉じて吸入弁３０が開き、燃料が燃料吸入口２７と燃料吸入通路２９とを介して加圧室２３内に吸入され、プランジャ２１の吐出行程では吸入弁３０が閉じて吐出弁３１が開き、加圧された燃料が燃料吐出口２８から燃料経路１０を経由してデリバリパイプ２に圧送される。また、エンジン停止時に燃料ポンプ３内の燃料圧は低下するがデリバリパイプ２内の燃料圧は燃圧保持バルブ４６が閉じることにより一定時間保持される。
【００１７】
プランジャ２１の往復動は内燃機関の回転速度とは同期しており、内燃機関の回転速度の上昇と共に往復動が高くなり、燃料ポンプ３の吐出能力は増加する。内燃機関の始動直後においてはデリバリパイプ２内の燃料圧が設定圧力値まで上昇する過程において、実際のデリバリパイプ２内及び燃料ポンプ加圧室２３内の燃料圧力の予測が困難であり電磁弁３２を作動させた場合にデリバリパイプ２内燃料圧力は不安定な状況を示す。
【００１８】
この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の構成においては、内燃機関の回転が安定して電磁弁３２の動作が安定するまでの間は電磁弁３２に対する開弁信号の付与を停止し、デリバリパイプ２の燃料圧は高圧レギュレータ１９により制御し、例えば内燃機関の回転がアイドリング回転に達して安定した後に電磁弁３２に対する開弁信号の付与を開始する構成とすることができ、始動直後における燃料圧を安定して制御することができる。
【００１９】
また、内燃機関の高速運転時においては電磁弁３２に対する開弁信号の周期が回転速度の上昇と共に短くなり、電磁弁３２の応答性を越える回転速度では電磁弁３２は開弁信号に追従できず、デリバリパイプ２内の燃料圧は不安定となり、異常に上昇することになる。これに対し、内燃機関の回転速度が所定値を越えたときには電磁弁３２に対する開弁信号の付与を停止し、デリバリパイプ２の燃料圧は高圧レギュレータ１９により制御されるようにすることができる。このように、電磁弁３２はアイドリング回転から通常使用される回転速度の間において燃料圧を制御し、始動直後と高速回転域とでは高圧レギュレータ１９に制御を移行することにより、全回転域において燃料圧を安定させることができる。
【００２０】
以上のように構成したこの発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置においては、デリバリパイプ２を含む高圧燃料経路に少なくとも燃料ポンプ３の吐出量の最大値に相当する燃料のリリーフが可能な高圧レギュレータ１９を設けたので、電磁弁３２の制御が不安定になる内燃機関の回転領域での燃料圧制御を高圧レギュレータ１９にて代行させることができ、全回転域において燃料圧を安定して制御することができると共に、電磁弁３２の負担を軽減させることができ、電磁弁３２の耐久性の延長が図れ、また、電磁弁３２に制御不能の故障が発生しても高圧燃料経路の各部品が破損することがなく継続運転が可能であり、さらに、電磁弁の応答性により限界のあった内燃機関の高速化を可能にすることができるものである。
【００２１】
実施の形態２．
図４ないし図６はこの発明の実施の形態２の可変吐出量燃料供給装置の構成を示すもので、図４は可変吐出量燃料供給装置の系統図、図５は燃料ポンプの断面図、図６は図５の燃料ポンプのＡーＡ部断面における高圧レギュレータの断面図を示すものである。この実施の形態は、高圧レギュレータ１９を燃料ポンプ３に一体に組み込むように構成したものであり、図４は燃料ポンプ３を示す枠内に高圧レギュレータ１９が設けられたこと以外は実施の形態１にて示した図１と同様であり、説明は省略する。
【００２２】
図５の燃料ポンプ３において、２０はシリンダ、２１はプランジャ、２２はローラ、２３は加圧室、２４はプランジャ２１を付勢するバネ、２５はローラ２２を付勢するバネ、２６は金属製のベローズであり、以上は実施の形態１の図２と同一構成である。２７は燃料タンク５から燃料が供給される燃料吸入口、２８は燃料経路１０を介してデリバリパイプ２に接続される燃料吐出口であり、燃料吸入口２７は燃料吸入通路２９と吸入弁３０とを介して加圧室２３に連通し、燃料吐出口２８は吐出通路４７と吐出弁３１とを介して加圧室２３に連通している。
【００２３】
３２は常閉の電磁弁であり、弁体３３と弁座３４とからなる弁部は加圧室２３から燃料吸入口２７に連通するリリーフ通路３５と４８とを開閉するように設けられ、電磁弁３２が開弁することにより加圧室２３内の加圧された燃料がリリーフ通路３５および４８を経由して燃料吸入口２７にリリーフされるように構成されている。１９は燃料ポンプ３のハウジング４９に組み込まれた高圧レギュレータであり、排出口３８を有する第一ハウジング３７と、高圧燃料導入口４０を有する第二ハウジング３９と、第一ハウジング３７内に収納された弁体４１とバネ４２と、第二ハウジング３９に収納された弁座４３と、ダンパ４４とから構成され、弁座４３には実施の形態１と同様に開弁したときに少なくとも燃料ポンプ３の吐出量の最大値に相当する燃料をリリーフできるだけの口径を持つ弁孔４５が設けられている。
【００２４】
以上のように、この発明の実施の形態２の可変吐出量燃料供給装置においては実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置と、高圧レギュレータ１９が燃料ポンプ３のハウジング４９に一体化された構成上の差があるが、動作などは実施の形態１の場合と全く同様であり、実施の形態１の効果に加え、内燃機関に対する装着時に部品点数が減少して装着性を良くすることができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の可変吐出量燃料供給装置によれば、デリバリパイプを含む高圧燃料経路に少なくとも燃料ポンプの吐出量の最大値に相当する燃料のリリーフが可能な高圧レギュレータを設け、また、この高圧レギュレータを燃料ポンプのハウジングに一体に組み付け、電磁弁による燃料圧制御が不安定になる内燃機関の回転領域では燃料圧制御を高圧レギュレータに代行させるようにしたので、内燃機関の全回転域において燃料圧を安定して制御することができ、また、電磁弁の負担を軽減することができて電磁弁の耐久性の向上が図れ、電磁弁に制御不能の故障が発生しても高圧燃料経路の各部品が破損することがなく継続して運転することができ、電磁弁の応答性とは無関係に内燃機関の高速化を可能にすると共に、装着性に優れた可変吐出量燃料供給装置を得ることができるものである。
また従来装置では燃料ポンプの作動周波数範囲を広げるには、電磁弁の応答性を上げる必要がありコストが上がる問題があったが、本発明では電磁弁の仕様を変更することなく、燃料ポンプの作動周波数範囲を広げることができるため、低コストで燃料ポンプの作動周波数範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図である。
【図２】この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置に使用される燃料ポンプの断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置に使用される高圧レギュレータの断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２の可変吐出量燃料供給装置の系統図である。
【図５】この発明の実施の形態２の可変吐出量燃料供給装置の燃料ポンプの断面図である。
【図６】図５のＡーＡ部断面を示すものである。
【図７】従来の可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図である。
【図８】従来の可変吐出量燃料供給装置に使用されるリリーフバルブの断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ燃料噴射弁、２デリバリパイプ、
３燃料ポンプ、４低圧ポンプ、５燃料タンク、６チェックバルブ、
８低圧レギュレータ、１０、１１燃料経路、１２リターン経路、
１９高圧レギュレータ、２０シリンダ、２１プランジャ、
２３加圧室、２７燃料吸入口、２８燃料吐出口、
２９燃料吸入通路、３０吸入弁、３１吐出弁、３２電磁弁、
３３弁体、３４弁座、３５、４８リリーフ通路、３８排出口、
４０高圧燃料導入口、４５弁孔、４７吐出通路、４９ハウジング。

Claims

内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁、これらの燃料噴射弁に加圧燃料を供給するデリバリパイプ、シリンダ内をプランジャが往復動することにより、燃料吸入口から吸入弁を介して加圧室内に燃料を吸入して加圧し、吐出弁を介して加圧燃料を前記デリバリパイプに吐出し供給する燃料ポンプ、この燃料ポンプの前記加圧室と前記燃料吸入口とを連通するリリーフ通路に設けられ、開弁時に前記加圧室内の加圧燃料を前記燃料吸入口にリリーフして加圧燃料の吐出量を制御し、前記デリバリパイプの燃料圧を制御する電磁弁、この電磁弁に開弁信号を与える制御手段、前記デリバリパイプを含む高圧燃料経路の加圧燃料をリリーフして燃料圧を制御する高圧レギュレータを備え、前記高圧レギュレータは、少なくとも燃料ポンプの吐出量の最大値に相当する燃料のリリーフが可能なように設定され、且つ前記電磁弁による燃料圧制御が不安定となる内燃機関の回転領域においては前記制御手段からの開弁信号が休止されるように構成され、前記電磁弁による燃料圧制御が不安定となるエンジン高速回転域においては、前記電磁弁の制御による燃料圧力制御から前記高圧レギュレータによる燃料圧力制御に切替え、また、電磁弁による燃料圧制御が不安定となるエンジン始動時においては、始動直後は前記高圧レギュレータによる燃料圧力制御を行い、前記デリバリパイプ内の燃料圧力が安定した後、前記電磁弁の制御による燃料圧力制御に切替えるようにしたことを特徴とする可変吐出量燃料供給装置。
高圧レギュレータが、燃料ポンプと一体に構成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の可変吐出量燃料供給装置。