JP6015471B2

JP6015471B2 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP6015471B2
Application number: JP2013018085A
Authority: JP
Inventors: 宏太山内; 甲一近
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: JP2014148935A

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。

図８に示すように、従来の燃料供給装置１００として、燃料タンク１０１から燃料を汲み上げる低圧ポンプ１０２と、この低圧ポンプ１０２からの燃料が供給される加圧室１０３を有し、加圧室１０３の燃料を加圧する高圧ポンプ１０４とを備え、高圧ポンプ１０４を駆動するカムを収容するカム室１０５に低圧ポンプ１０２から吐出された燃料の一部を供給する流路１０６が設けられたものがある。
流路１０６には絞り１０７が設けられており、絞り１０７によって調量されており、カム室１０５に供給される燃料はカムやカムを駆動するためのカム室１０５内部の部品の潤滑または冷却用に用いられる。

ところで、高圧ポンプ１０４及び低圧ポンプ１０２が高速に回転するポンプ高速回転時（特に、アイドル運転領域を超える運転状態。以下、高速時と呼ぶ）には、カム室１０５への燃料供給量を多く確保する必要がある。一方で、ポンプ低速回転時（以下、低速時と呼ぶ）には低圧ポンプのフィード圧を早く上昇させたいという要求がある。

図８に示す燃料供給装置１００では、絞り１０７の流路断面積が小さいと、低圧ポンプ１０２のフィード圧の上昇が早くエンジン始動性は向上するが、高速時のカム室１０５への燃料供給量が小さくなる。また、絞り１０７の流路断面積が大きいと、カム室１０５への燃料供給量は多く確保できるが、低速時における低圧ポンプ１０２のフィード圧の上昇が遅れてエンジン始動性が悪化する。すなわち、図９に示すように、高速時に必要なカム室１０５への燃料供給量（以下、高速時必要カム室燃料供給量Ｑｈ）を確保しようとすると、エンジン始動時にエンジン始動に必要なフィード圧（以下、エンジン始動必要フィード圧Ｐｓ）を確保できなくなってしまう。

そこで、特許文献１では、図１０に示すように、絞り１０７の下流に逆止弁１０８を設けている。これによれば、低速時には逆止弁１０８が閉弁して流路１０６が閉鎖されるため、フィード圧の上昇が早くなる。一方、高速時には逆止弁１０８が開弁して絞り１０７を介してカム室１０５に必要な量の燃料が供給される。

特開２００２−３２２９６８号公報

特許文献１の技術では、低速時の逆止弁１０８に閉弁時には、カム室１０５への燃料供給が停止する、もしくは、逆止弁１０８の閉弁時に漏れを許容して燃料を供給する。すなわち、図１１に示すように、低速時の燃料供給量がばらつき、安定しない。
しかしながら、低速時にも、カム室１０５への燃料供給は必要であり、燃料供給装置の信頼性の観点からカム室１０５への燃料供給量を安定させることが好ましい。

そこで、本発明は、高速時にカム室への燃料供給量を多く確保するとともに、低速時には低圧ポンプのフィード圧を早く上昇させることに加えて、低速時にもカム室への燃料供給量を安定させることを目的とする。

本発明の燃料供給装置は、燃料タンクから燃料を汲み上げる低圧ポンプと、低圧ポンプから燃料が供給される加圧室を有し、前記加圧室の燃料を加圧して、燃料を内燃機関に供給する高圧ポンプとを備える。
高圧ポンプは、カムシャフトと、カムシャフトの回転運動を往復運動に変換するカムと、カムによって駆動されて加圧室内の燃料を加圧するプランジャと、カムを収容するカム室とを具備する。

そして、燃料供給装置は、低圧ポンプから吐出される燃料の一部をカム室へ供給する第１流路と、第１流路と並列に設けられ、低圧ポンプから吐出される燃料の一部をカム室へ供給する第２流路と、第１流路に設けられた第１絞りと、第１流路に設けられた燃料の圧力に応じて開閉する圧力弁と、第２流路に設けられた第１絞りよりも流路断面積の小さい第２絞りとを備える。

これによれば、低速時に圧力弁が閉弁しているように開弁圧設定をすれば、低速時には、第１流路からのカム室への燃料供給はなく、第２流路から第２絞りを介して燃料がカム室へ供給される。第２絞りは第１絞りよりも流路断面積を小さく、低速時のフィード圧上昇を妨げることなく、低速時に必要な最小限の燃料供給量のみを確保することができる。

そして、フィード圧の高いポンプ高速時には、第２流路に加えて、第１流路から圧力弁の開弁によりに第１絞りを介してカム室へ燃料が供給される。高速時にカム室への燃料供給量を多く確保できるように第１絞りの大きさを設定しても、低速時には圧力弁は閉弁しているため、低速時のフィード圧の上昇を妨げない。

従って、高速時にカム室への燃料供給量を多く確保するとともに、低速時には低圧ポンプのフィード圧を早く上昇させることに加えて、低速時にもカム室への燃料供給量を安定させることができる。

燃料供給装置の構成を示す模式図である（実施例１）。ポンプ回転速度とフィード圧との関係、及びポンプ回転速度とカム室燃料供給量との関係を示す特性図である（実施例１）。燃料供給装置の構成を示す模式図である（実施例２）。圧力調整弁の模式図である（実施例２）。ポンプ回転速度とフィード圧との関係、及びポンプ回転速度とカム室燃料供給量との関係を示す特性図である（実施例２）。燃料供給装置の構成を示す模式図である（実施例３）。ポンプ回転速度とフィード圧との関係、及びポンプ回転速度とカム室燃料供給量との関係を示す特性図である（実施例３）。従来の燃料供給装置の構成を示す模式図である。図８の燃料供給装置における、ポンプ回転速度とフィード圧との関係、及びポンプ回転速度とカム室燃料供給量との関係を示す特性図である。従来の燃料供給装置の構成を示す模式図である。図１０の燃料供給装置における、ポンプ回転速度とフィード圧との関係、及びポンプ回転速度とカム室燃料供給量との関係を示す特性図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料供給装置１の構成を、図１及び図２を用いて説明する。
燃料供給装置１は、例えば、ディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射システムに用いられ、燃料を加圧してコモンレール（図示せず）に供給するものである。そして、コモンレール内に蓄圧された燃料はインジェクタによりエンジンの燃焼室に噴射される。

燃料供給装置１は、燃料タンク２から燃料を吸い上げる低圧ポンプ３、低圧ポンプ３により吸い上げられた燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ４、及びハウジング等により構成されている。

低圧ポンプ３は、例えば、周知のトロコイドポンプによって構成され、燃料タンク２より汲み上げた燃料を吐出して高圧ポンプ４へ供給する。この低圧ポンプ３の吐出圧をフィード圧という。

高圧ポンプ４は、内燃機関によって回転するカムシャフト（図示せず）と、カムシャフトの回転運動を往復運動に変換するカム（図示せず）と、この往復運動が伝達されるプランジャ８とを備える。

ハウジングは、カムシャフトおよび低圧ポンプ３を収容するハウジング本体と、プランジャ８を往復動可能に収容するシリンダボディ１１とを有する。

ハウジング本体は、カムを収容するカム室１２を有しており、カムシャフトが挿通するシャフト挿通孔が開口している。
シリンダボディ１１は、プランジャ８が収容されるシリンダ孔を有し、シリンダ孔の一端部には、燃料が供給されて、プランジャ８の往復動によって内部の燃料が圧縮される加圧室１３が形成されている。

低圧ポンプ３から吐出される燃料は、調量弁２６を経て加圧室１３へと供給され、加圧室１３でプランジャ８によって加圧されて、逆止弁３０を通じて、コモンレールへと圧送される。
調量弁２６は、電磁コイル２７およびスプリング２８により弁体２９の開閉を制御することができ、プランジャ８が下降する際には弁体２９を開弁させ、加圧室１３へ燃料を供給し、プランジャ８が上昇する際に弁体２９を閉弁させることで、加圧室１３で燃料が加圧される。弁体２８の閉弁タイミングを調整することで、コモンレールへ圧送される燃料を調量することができる。

また、燃料供給装置１は、燃料タンク２からコモンレールへ燃料を圧送する経路となる流路、及び、低圧燃料を燃料タンク２に戻す経路となる流路等を備えている。

すなわち、燃料タンク２と低圧ポンプ３の上流とを接続する燃料吸入流路１４、低圧ポンプ３と高圧ポンプ４の加圧室１３とを接続する燃料供給流路１５、加圧室１３からコモンレールへと燃料を供給するための燃料供給流路１６、低圧ポンプ３の下流と低圧ポンプ３の上流とを圧力調整弁１７を介して接続するリターン流路１８等を有する。

〔本実施例の特徴〕
本実施例の燃料供給装置１は、低圧ポンプ３から吐出される燃料の一部をカム室１２へ供給する第１流路２１及び第２流路２２と、第１流路２１に設けられた第１絞り２３と、第１流路２１に設けられた圧力弁２４と、第２流路２２に設けられた第２絞り２５とを備える。
第１流路２１及び第２流路２２は、カム室１２へ燃料を供給するための流路であって、供給された燃料はカムやカムシャフトやカムシャフトの軸受等の潤滑または冷却に用いられる。

第１流路２１は、燃料供給流路１５から分岐して設けられており、カム室１２と低圧ポンプ３の下流を接続する。
第２流路２２は、第１流路２１とは別に燃料供給流路１５から分岐して設けられており、カム室１２と低圧ポンプ３の下流を接続する。すなわち、第１流路２１と並列に設けられている。

第１流路２１には、流路断面積を絞る第１絞り２３と、第１絞り２３の下流で燃料の圧力に応じて開閉する圧力弁２４とが設けられている。圧力弁２４は逆止弁であり、エンジン始動時必要フィード圧Ｐｓよりも高いフィード圧で開弁するように開弁圧Ｐ１が設定されている。
第２流路２２には、第１絞り２３よりも流路断面積の小さい第２絞り２５が設けられている。

〔燃料供給装置１の作動〕
燃料供給装置１の作動を説明する。
低圧ポンプ３が駆動されることにより、燃料が燃料タンク２から燃料吸入流路１４へ導入されて低圧ポンプ３の吸入側に吸い込まれる。そして、低圧ポンプ３は吸入された燃料を所定の圧力に加圧して燃料供給流路１５へ吐出する。燃料供給流路１５を経て加圧室１３へ供給された燃料は、プランジャ８の圧送行程によって加圧される。加圧室１３で加圧された燃料は、燃料供給流路１６を経てコモンレールへと供給される。

そして、燃料供給流路１５の燃料の一部は第１流路２１及び第２流路２２へ供給される。
フィード圧が圧力弁２４の開弁圧よりも低いポンプ低速時には、圧力弁２４の閉弁により第１流路２１は閉鎖しており、第２流路２２から第２絞り２５を経て燃料がカム室１２へ供給される。
ポンプの回転速度が高くなり、フィード圧が圧力弁２４の開弁圧Ｐ１よりも高くなると、圧力弁２４が開弁して、第２流路２２に加えて第１流路２１から第１絞り２３を経て燃料がカム室１２へ供給される。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例の作用効果を図２を用いて説明する。
本実施例によれば、低速時、フィード圧が圧力弁２４の開弁圧Ｐ１に達するまでは第１流路２１が閉じているが、第２流路２２から燃料がカム室１２へ供給される。このため、低速時にも第２流路２２から安定してカム室１２へ燃料を供給することができる。また、第２絞り２５は、流路断面積を第１絞り２３よりも小さくしており、必要最小限のカム室への燃料供給量を確保できるように設定されている。このため、第２流路２２からカム室１２への燃料供給があっても、フィード圧の上昇を早くすることができる。すなわち、エンジン始動時にエンジン始動時必要フィード圧Ｐｓを確保することが可能となる。

また、ポンプ回転速度が増加してフィード圧が開弁圧Ｐ１を超えると、圧力弁２４が開弁し、第２流路２２に加えて第１流路２１から第１絞り２３を経て燃料がカム室１２へ供給される。このため、カム室１２への燃料供給量が増加する。このため、高速時必要カム室燃料供給量Ｑｈを確保することが可能となる。

これによれば、フィード圧の低い低速時には、第２流路２２によってフィード圧上昇を妨げることなく低速時に必要な最小限のカム室１２への燃料供給量を安定して確保することができる。
そして、フィード圧の高い高速時には、第２流路２２に加えて第１流路２１からカム室１２へ燃料が供給され、高速時に必要なカム室１２への燃料供給量を確保できる。

従って、高速時にカム室１２への燃料供給量を多く確保するとともに、低速時にはフィード圧を早く上昇させることに加えて、低速時にもカム室１２への燃料供給量を安定させることができる。

〔実施例２〕
実施例２の構成を、実施例１とは異なる点を中心に図３〜５を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、圧力弁２４は、燃料の圧力に応じて開閉するとともに流路断面積が変化する圧力調整弁２８である。

図４に示すように、圧力調整弁２８は、弁体２９、弁体２９を収容するとともに流路を形成する弁ボディ３０、及び弁体２９を閉方向に付勢するスプリング３１を有する。
弁ボディ３０は、弁体２９が往復動するガイド孔３０ａと、ガイド孔３０ａに開口して弁体２９がフィード圧を受ける流入口３０ｂと、ガイド孔３０ａに開口して開弁時に燃料が流出する流出口３０ｃとを有する。流出口３０ｃガイド孔３０ａの周壁に開口しており、弁体２９が開弁方向に移動するに従って開口面積が大きくなる。すなわち、圧力調整弁２８では、開弁後にカム室１２への燃料供給量が徐々に増加する。

逆止弁を用いる場合、開弁により急激にカム室１２への燃料供給量が増加するため、一時的にフィード圧が急激に低下する場合がある。しかし、圧力調整弁２８は開弁後にカム室１２への燃料供給量が徐々に増加するため、フィード圧の急激な変化が生じない（図５参照）。
すなわち、本実施例によれば、実施例１と同様の作用効果に加えて、圧力弁２４の開弁に伴うフィード圧の急激な変化を回避できるという作用効果を奏する。

〔実施例３〕
実施例３の構成を、実施例１とは異なる点を中心に図６及び図７を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例の燃料供給装置１は、低圧ポンプ３から吐出される燃料の一部を、内燃機関の排気通路中に添加する燃料添加弁３５に供給する添加流路３６を備える。
燃料添加弁３５は、排気通路において排気を浄化する触媒の活性維持のために、触媒の上流に燃料を添加するものである。

本実施例では、添加流路３６は、燃料供給流路１５において第１流路２１及び第２流路２２が分岐する位置よりも上流から分岐して設けられている。なお、添加流路３６はフィード圧がかかっている箇所であればいずれの流路から分岐させて設けてもよい。
燃料添加弁３５はアイドル運転時に高い圧力で燃料を噴射することが求められるため、アイドル運転領域に所定値以上のフィード圧を確保する必要がある。このフィード圧をアイドル域必要フィード圧Ｐａと呼ぶ。

本実施例によれば、開弁圧Ｐ１をアイドル域必要フィード圧Ｐａよりも大きく設定することで、フィード圧がアイドル域必要フィード圧Ｐａとなるまでは第１流路２１からのカム室１２への燃料供給をしないようにすることができるため、アイドル運転領域においてアイドル域必要フィード圧Ｐａを確保することが可能となる。従って、本実施例では、実施例１の作用効果に加えて、アイドル運転領域で燃料添加に必要となる燃料圧を確保可能となるという作用効果を奏する。

〔変形例〕
第１流路２１及び第２流路２２は、加圧室１３の上流側とカム室１２を接続してもよいし、加圧室１３の下流側とカム室１２を接続してもよい。例えば、第１流路２１及び第２流路２２が共にカム室１２と加圧室１３の下流を接続するように設けてもよい。また、実施例１において、第２流路２２のみを加圧室１３の下流側とカム室１２を接続するように設けてもよい。

また、実施例３において、第１絞り２３を設けず、圧力調整弁２８に第１絞りとしての機能を持たせてもよい。

１燃料供給装置、２燃料タンク、３低圧ポンプ、４高圧ポンプ、８プランジャ、１３加圧室、１２カム室、２１第１流路、２２第２流路、２３第１絞り、２４圧力弁、２５第２絞り

Claims

燃料タンク（２）から燃料を汲み上げる低圧ポンプ（３）と、
この低圧ポンプ（３）から燃料が供給される加圧室（１３）を有し、前記加圧室（１３）の燃料を加圧して、燃料を内燃機関に供給する高圧ポンプ（４）とを備え、
前記高圧ポンプ（４）は、カムシャフトと、前記カムシャフトの回転運動を往復運動に変換するカムと、前記カムによって駆動されて前記加圧室（１３）内の燃料を加圧するプランジャ（８）と、前記カムを収容するカム室（１２）とを具備する燃料供給装置であって、
前記低圧ポンプ（３）から吐出される燃料の一部を前記カム室（１２）へ供給する第１流路（２１）と、
前記第１流路（２１）と並列に設けられ、前記低圧ポンプ（３）から吐出される燃料の一部を前記カム室（１２）へ供給する第２流路（２２）と、
前記第１流路（２１）に設けられた第１絞り（２３）と、
前記第１流路（２１）に設けられ、燃料の圧力に応じて開閉する圧力弁（２４）と、
前記第２流路（２２）に設けられ、前記第１絞り（２３）よりも流路断面積の小さい第２絞り（２５）とを備え、
前記圧力弁（２４）の開閉と、前記第１絞り（２３）及び前記第２絞り（２５）のそれぞれの流路断面積との関係について、
エンジン始動時には、前記圧力弁（２４）の閉弁によりエンジン始動に必要な前記加圧室（１３）への供給圧力を確保することができるように、前記第２絞り（２５）の流路断面積を設定するとともに、
アイドル運転領域を超える運転状態時には、前記圧力弁（２４）の開弁により前記カム室（１２）への燃料供給量を所定量以上に確保することができるように、前記第１絞り（２３）の流路断面積を設定していることを特徴とする燃料供給装置。
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記圧力弁（２４）は、燃料の圧力に応じて開閉するとともに流路断面積が変化する圧
力調整弁（２８）であることを特徴とする燃料供給装置。
請求項１または２に記載の燃料供給装置において、
前記低圧ポンプ（３）から吐出される燃料の一部を、前記内燃機関の排気通路中に添加する燃料添加弁（３５）に供給する添加流路（３６）を備えることを特徴とする燃料供給装置。