JP2002115622A

JP2002115622A - 高圧燃料供給装置

Info

Publication number: JP2002115622A
Application number: JP2000312093A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kojima; 進小島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-19
Also published as: US6415770B1; EP1197649A1; US20020043248A1

Abstract

(57)【要約】【課題】機関始動時に高圧燃料供給装置の高圧部を始
動設定圧に昇圧するために、圧力壁を変位させて高圧部
の容積を減少させる昇圧機構を備えた内燃機関燃料噴射
用の高圧燃料供給装置において、圧力壁が正常に動作し
ないことを未然に防止可能とすることである。【解決手段】昇圧機構１０の圧力壁１０ａは、高圧部
の容積を減少させて高圧部を昇圧するために通常位置か
ら変位し、圧力壁は、変位範囲が制限されていて、機関
始動後に高圧部を始動設定圧より高圧にするための高圧
ポンプ７によって高圧部が始動設定圧より高圧とされた
時に通常位置へ戻され、機関始動に際して高圧部が始動
設定圧に昇圧されても圧力壁の変位は変位範囲途中であ
り、圧力壁が通常位置へ戻される以前の機関停止に対し
ての機関再始動時にも圧力壁が正常に動作して圧力壁の
変位による高圧部の昇圧が可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関燃料噴射
用の高圧燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射
するには、各燃料噴射弁へ高圧燃料を供給することが必
要であり、そのための高圧燃料供給装置が公知である。

【０００３】一般的な高圧燃料供給装置は、各燃料噴射
弁へ通じる蓄圧室と、蓄圧室へ高圧燃料を圧送するため
の高圧ポンプと、高圧ポンプの燃料吸入を確実にするた
めに高圧ポンプの吸入側と接続された低圧ポンプとを有
している。一般的に、低圧ポンプは電気駆動式であり、
機関始動時から定格吐出圧力での燃料圧送が可能である
が、高圧ポンプは機関駆動式であり、機関始動時には十
分に駆動されずに良好に燃料を圧送することができな
い。

【０００４】こうして、機関始動時には、蓄圧室内を低
圧ポンプの定格吐出圧力（例えば、０．３ＭＰａ）に昇
圧して、燃料噴射を開始することも種々提案されている
が、この圧力は、通常時における蓄圧室内の目標高燃料
圧力（例えば、１２ＭＰａ）に比較して、非常に低い圧
力であり、良好な燃料噴射を実現することは難しい。

【０００５】この問題を解決するために、特開平５−３
２１７８７号公報には、低圧ポンプの吐出圧で動作する
プランジャを使用して機関始動時に蓄圧室内を始動設定
圧に昇圧するプランジャ式昇圧機構を提案している。ま
た、特開平９−１８４４６４号公報には、運転中の燃料
圧力を蓄えるアキュームレータを使用して機関始動時に
高圧配管内を始動設定圧に昇圧するアキュームレータ式
昇圧機構を提案している。これらのプランジャ式昇圧機
構のプランジャ及びアキュームレータ式昇圧機構のダイ
ヤフラム又はピストンは、言わば、燃料供給装置の高圧
部を昇圧するために、通常位置から変位することにより
高圧部の容積を減少させることを可能とする圧力壁であ
る。このような圧力壁は、高圧ポンプが十分に駆動され
て高圧部が始動設定圧より高圧となれば、この高圧によ
って通常位置へ戻される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような昇圧機構に
よって燃料供給装置の高圧部が始動設定圧となれば、良
好な機関始動性を確保することができる。しかしなが
ら、常に、昇圧機構の圧力壁が正常に動作するとは限ら
ず、それにより始動性が悪化して多量の未燃燃料が気筒
内から排出されることがある。機関始動時には機関排気
系の触媒装置が十分に活性化していないために、こうし
て排出された多量の未燃燃料は、そのまま大気中へ放出
されることとなる。

【０００７】従って、本発明の目的は、機関始動時に高
圧燃料供給装置の高圧部を始動設定圧に昇圧するため
に、圧力壁を変位させて高圧部の容積を減少させる昇圧
機構を備えた内燃機関燃料噴射用の高圧燃料供給装置に
おいて、圧力壁が正常に動作しないことを未然に防止可
能とすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の高圧燃料供給装置は、機関始動時に高圧燃料供給
装置の高圧部を始動設定圧に昇圧するための昇圧機構
と、機関始動後に前記高圧部を前記始動設定圧より高圧
にするための高圧ポンプとを具備し、前記昇圧機構は、
前記高圧部の容積を減少させて前記高圧部を昇圧するた
めに通常位置から変位する圧力壁を有し、前記圧力壁
は、変位範囲が制限されていて、前記高圧ポンプによっ
て前記高圧部が前記始動設定圧より高圧とされた時に前
記通常位置へ戻される高圧燃料供給装置において、機関
始動に際して前記高圧部が前記始動設定圧に昇圧されて
も前記圧力壁の変位は前記変位範囲途中であり、前記圧
力壁が前記通常位置へ戻される以前の機関停止に対して
の機関再始動時に、前記圧力壁の変位による前記高圧部
の昇圧を可能とすることを特徴とする。

【０００９】また、本発明による請求項２に記載の高圧
燃料供給装置は、機関始動時に高圧燃料供給装置の高圧
部を始動設定圧に昇圧するための昇圧機構と、機関始動
後に前記高圧部を前記始動設定圧より高圧にするための
高圧ポンプとを具備し、前記昇圧機構は、前記高圧部の
容積を減少させて前記高圧部を昇圧するために通常位置
から変位する圧力壁を有し、前記圧力壁は、変位範囲が
制限されていて、前記高圧ポンプによって前記高圧部が
前記始動設定圧より高圧とされた時に前記通常位置へ戻
される高圧燃料供給装置において、前記高圧ポンプによ
る前記高圧部の圧力変化から前記昇圧機構の異常を判断
することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による内燃機関燃
料噴射用の高圧燃料供給装置の第一実施形態を示す概略
図である。内燃機関は四気筒であるとして以下に説明す
るが、これは本発明を限定するものではない。図１にお
いて、１は各気筒毎に配置された四つの燃料噴射弁であ
り、２は各燃料噴射弁１へ高圧の燃料を供給するための
蓄圧室である。蓄圧室２には、蓄圧室２内の燃料圧力を
検出するための圧力センサ５が設けられている。燃料噴
射弁１は、噴孔を開閉するための弁体と、弁体を開弁方
向に吸引するソレノイドとを有している（いずれも図示
せず）。弁体にはバネ力及び蓄圧室２内の燃料圧力が閉
弁方向に作用しており、ソレノイドが消磁されている時
には確実な閉弁が保証され燃料噴射が停止される。ソレ
ノイドが励磁されれば、ソレノイドは、弁体をバネ力及
び燃料圧力に逆らって開弁方向に吸引し、燃料噴射が実
施される。

【００１１】３は燃料タンクであり、燃料タンク３内に
は低圧ポンプ４が配置されている。低圧ポンプ４は、バ
ッテリにより駆動される電気式ポンプであり、例えば、
０．３ＭＰａの定格吐出圧力を有している。低圧ポンプ
４は、スタータスイッチのオン信号と同時に作動され
る。低圧ポンプ４の吸入側には、燃料タンク３から燃料
を吸入する際の異物を除去するためのフィルタ（図示せ
ず）が設けられている。

【００１２】また、７は、蓄圧室２内の燃料圧力を、例
えば、１２ＭＰａの目標高燃料圧力近傍に維持するため
の高圧ポンプである。この高圧ポンプ７は、クランクシ
ャフトに連結されたカムによって駆動されるプランジャ
を有して燃料を圧送する機関駆動式である。本実施形態
において、二つの気筒の燃料噴射毎に高圧ポンプ７の吐
出行程がもたらされるようになっている。

【００１３】高圧ポンプ７の吐出側は高圧配管８によっ
て蓄圧室２へ接続され、高圧ポンプ７の吸入側は低圧配
管９によって低圧ポンプ４の吐出側へ接続されている。
こうして、高圧ポンプ７の吸入行程において低圧配管９
から吸入される燃料は、低圧ポンプ４により前述のよう
に０．３ＭＰａに昇圧されているために、低圧配管９内
において負圧に伴う燃料蒸気を発生し難くしている。高
圧配管８には、高圧ポンプによって発生する圧力脈動に
よって燃料が逆流することを防止するために、設定圧力
で開弁する逆止弁８ａが配置されている。

【００１４】高圧ポンプ７は、蓄圧室２内の燃料圧力が
目標高燃料圧力となるように必要な燃料を調量して圧送
するものであり、プランジャによって吐出される全燃料
のうちで不必要な分の燃料は低圧配管９を介して燃料タ
ンク３へ戻される。この時、高圧の燃料が低圧ポンプ４
内を逆流することは、あまり好ましくなく、低圧ポンプ
４の定格吐出圧力を僅かに越える圧力で開弁する安全弁
を介して低圧配管９を燃料タンク３へ連通させるように
しても良い。また、何らかの要因によって蓄圧室２内の
燃料圧力が異常に高まることを防止するために、目標高
燃料圧力を僅かに越える燃料圧力で開弁する安全弁１２
ａを有する戻し配管１２によって、蓄圧室２と燃料タン
ク３とが連通されている。

【００１５】また、このような戻し配管１２が設けられ
ていれば、高圧ポンプ７は、燃料を調量せずに、プラン
ジャによって吐出される燃料の全てを常に蓄圧室２へ圧
送するようにしても良い。

【００１６】こうして、いずれの場合にも、機関始動後
において高圧ポンプ７が良好に作動すれば、蓄圧室２内
を目標高燃料圧力近傍に維持することができ、燃料噴射
弁１を介して良好な燃料噴射が実現される。しかしなが
ら、機関始動時には、ほぼ大気圧まで低下している蓄圧
室２内の燃料圧力を早期に昇圧しなければならないの
に、高圧ポンプ７は、機関駆動式であるために、スター
タモータによる機関低回転では良好に作動せず、蓄圧室
２内を昇圧することができない。

【００１７】この一方で、低圧ポンプ４は電気駆動式で
あり、機関始動時にも良好に作動可能であり、定格吐出
圧力で燃料を圧送することができる。それにより、蓄圧
室２内を早期に低圧ポンプ４の定格吐出圧力とすること
は可能であるが、前述したように、低圧ポンプ４の定格
吐出圧力は、目標高燃料圧力に比較して非常に低く、所
望噴霧形態での燃料噴射が困難であるだけでなく、必要
量の燃料を噴射するのに燃料噴射弁１の開弁時間が長く
なり、所望時期での燃料噴射も困難となる。

【００１８】本実施形態の高圧燃料供給装置は、このよ
うな機関始動時において、蓄圧室２内の燃料圧力を低圧
ポンプ４の定格吐出圧力より高く昇圧するために、昇圧
機構１０を有している。昇圧機構１０は、蓄圧室２を区
画する圧肉の一壁部２ａに形成された穴部２ｂ貫通して
蓄圧室２内への突出長を可変とされた小面積プランジャ
１０ａを有している。小面積プランジャ１０ａは、穴部
２ｂの直径より僅かに小さな直径を有する一様な円形断
面を有し、穴部２ｂに対して摺動する。昇圧機構１０
は、さらに、小面積プランジャ１０ａを突出長が増加す
るように押圧するために、蓄圧室２の外側に位置して小
面積プランジャ１０ａの一様円形断面より大きな一様断
面積を有する大面積プランジャ１０ｂを有している。

【００１９】大面積プランジャ１０ｂを摺動させるため
のシリンダ１０ｃが、前述の一壁部２ａと一体的に形成
されている。小面積プランジャ１０ａ及びそれが摺動す
る穴部２ｂと大面積プランジャ１０ｂ及びそれが摺動す
るシリンダ１０ｃとは、それぞれ円形断面を有するもの
としたが、もちろん、それぞれの摺動を可能とすれば、
任意の断面形状としても良い。大面積プランジャ１０ｂ
は、軽量化のために、小面積プランジャ１０ａ側におい
て同心円柱状にくり貫かれ、それにより形成された底部
に小面積プランジャ１０ａの端面が当接されている。詳
しくは後述するが、大面積プランジャ１０ｂは、小面積
プランジャ１０ａを押圧することだけに機能するため
に、大面積プランジャ１０ｂと小面積プランジャ１０と
は一体的に接続しなくても良く、このように非接続する
ことにより、大面積プランジャ１０ｂが摺動するシリン
ダ１０ｃの中心軸線と、小面積プランジャ１０ａが摺動
する穴部２ｂの中心軸線とは、互いに平行であれば、特
に一致させる必要はなく、シリンダ１０ｃ及び穴部２ｂ
の機械加工を容易にすることができる。

【００２０】シリンダ１０ｃ内の空間は、大面積プラン
ジャ１０ｂによって二分され、小面積プランジャ１０ａ
側の一方の空間１０ｄは大気室であり、他方の空間１０
ｅは圧力室となる。大気室１０ｄは、戻し管１１によっ
て燃料タンク３へ通じている。一方、圧力室１０ｅは、
分岐管１３によって低圧配管９へ通じている。分岐管１
３には、制御弁１５が配置されている。大面積プランジ
ャ１０ｂは、シリンダ１０ｃの端部壁に当接する通常位
置と、蓄圧室２の一壁部２ａに当接する最大変位位置と
の間を変位可能であり、すなわち、通常位置と最大変位
位置との間の変位範囲を有している。小面積プランジャ
１０ａも大面積プランジャ１０ｂに追従するために同じ
変位範囲を有している。制御弁１５は、図４に示す第二
実施形態における弁体機構と同様な構成を有しており、
詳しくは後述するが、通常時は、圧力室１０ｅから低圧
配管９への燃料流れのみを許容する逆止弁であるが、ソ
レノイド等を励磁することによって強制的に開弁するこ
とができ、この開弁によって低圧配管９から圧力室１０
ｅ内への燃料流れが可能となるようなものである。

【００２１】このように構成された高圧燃料供給装置
は、機関始動時において、図２に示す第一フローチャー
トに従って制御される。先ず、ステップ１０１におい
て、イグニッションスイッチのオン信号の有無等によっ
て機関始動時であるか否かが判断される。この判断が否
定される時にはそのまま終了するが、肯定される時に
は、ステップ１０２へ進み、ソレノイドを励磁すること
によって制御弁１３は強制的に開弁されられる。イグニ
ッションスイッチのオン信号と共に低圧ポンプ４は作動
させられるために、この低圧ポンプ４の定格吐出圧力
は、分岐管１３を介して圧力室１０ｅに作用する。それ
により、大面積プランジャ１０ｂは、通常位置から変位
して小面積プランジャ１０ａを押圧移動させ、小面積プ
ランジャ１０ａの蓄圧室２内への突出長が増加し、その
分、高圧部の容積、すなわち、高圧燃料供給装置におけ
る高圧ポンプ７下流側（高圧ポンプ７の吐出側に逆止弁
８ａが設けられている場合には逆止弁８ａ下流側）の高
圧部の容積を減少させるために、高圧部内の燃料は、圧
縮させられて低圧ポンプ４の吐出圧力より高く昇圧させ
られる。こうして、小面積プランジャ１０ａの端面は、
高圧部内の燃料圧力を昇圧する圧力壁として機能する。

【００２２】ステップ１０３では、この昇圧によって、
圧力センサ５により検出される高圧部内の燃料圧力Ｐが
始動時の設定圧力Ｐ１に達したか否かが判断される。こ
の判断が否定される時には、ステップ１０４に進んで、
機関停止と共に０にリセットされているカウント値ｎを
１だけ増加させる。次いで、ステップ１０５では、カウ
ント値ｎが設定期間ｎ１に達したか否かが判断される。
この判断が否定される時には、ステップ１０３へ戻る。
昇圧機構１０が正常に動作すれば、カウント値ｎが設定
期間ｎ１に達する以前に、高圧部内の燃料圧力Ｐは設定
圧力Ｐ１に達し、ステップ１０３の判断が肯定され、ス
テップ１０７においてソレノイドは非励磁とされ制御弁
１３は閉弁させられる。

【００２３】高圧部内の燃料圧力Ｐが設定圧力Ｐ１に達
した時点では、小面積プランジャ１０ａ及び大面積プラ
ンジャ１０ｂは、変位範囲の半分程度しか変位しないよ
うになっている。本実施形態の昇圧機構において、低圧
ポンプ４の吐出圧力に大面積プランジャ１０ｂの断面積
と小面積プランジャ１０ａの断面積との面積比を乗じた
加圧力は、設定圧力Ｐ１より高い圧力となっているが、
制御弁１５を閉弁することにより、高圧部内の燃料圧力
を設定圧力Ｐ１とすることが可能である。もちろん、昇
圧機構において、低圧ポンプ４の吐出圧力に大面積プラ
ンジャ１０ｂの断面積と小面積プランジャ１０ａの断面
積との面積比を乗じた加圧力を設定圧力Ｐ１にすると共
に、小面積プランジャ１０ａが変位範囲の半分変位した
時点で高圧部内の燃料圧力が設定圧力Ｐ１となるように
しても良く、この場合には、分岐管１３には、特に、制
御弁１５を設ける必要がない。

【００２４】こうして、高圧部内の燃料圧力が、低圧ポ
ンプ４の定格吐出圧力をかなり上回る設定圧力Ｐ１とな
れば、機関始動時において良好な燃料噴射を実現するこ
とが可能となり、確実な機関始動が保証される。その
後、機関始動に伴う回転上昇によって高圧ポンプ７は比
較的良好に作動し、それにより、高圧部内の燃料圧力
は、さらに昇圧させられ、目標高燃料圧力Ｐ２に近傍に
維持される。

【００２５】こうして、燃料圧力Ｐが目標高燃料圧力Ｐ
２に達すると、ステップ１０８における判断が肯定さ
れ、ステップ１０９において、実際の戻し圧力Ｐ’と実
際の戻し期間Ｔ’とが検出される。図３は、機関始動時
における高圧部内の燃料圧力Ｐの変化を示すタイムチャ
ートである。燃料圧力Ｐは、昇圧機構１０によって設定
圧力Ｐ１へ昇圧させられ、その後においては、機関始動
に伴って駆動される高圧ポンプ７によって目標高燃料圧
力Ｐ２へ徐々に昇圧させられるが、一時期、燃料圧力Ｐ
が上昇しない期間が存在する。この期間が前述の戻し期
間Ｔ’であり、この時の燃料圧力Ｐが前述の戻し圧力
Ｐ’である。

【００２６】昇圧機構が正常であれば、設定戻し圧力Ｐ
３において、昇圧機構１０の小面積プランジャ１０ａ及
び大面積プランジャ１０ｂが通常位置へ戻される。しか
しながら、高圧部内の燃料圧力Ｐが設定戻し圧力Ｐ３に
達する以前に機関停止させられると、小面積プランジャ
１０ａ及び大面積プランジャ１０ｂは、通常位置に戻さ
れることなく現在位置のままとされ、高圧部内の燃料圧
力は大気圧へ低下する。このような場合においても、本
実施形態によれば、昇圧機構１０の小面積プランジャ１
０ａ及び大面積プランジャ１０ｂは、変位範囲の約残り
半分の変位が可能であり、機関始動時において、低圧ポ
ンプ４が作動させられ、制御弁１５を開弁させれば、小
面積プランジャ１０ａの前述同様な変位によって高圧部
内の燃料圧力をほぼ設定圧力Ｐ１へ昇圧することがで
き、良好な始動性を確保することが可能である。

【００２７】本実施形態において、設定戻し圧力Ｐ３
は、昇圧機構１０における大面積プランジャと小面積プ
ランジャとの面積比に基づく加圧力を大面積プランジャ
及び小面積プランジャの摩擦力だけ上回る所定圧力であ
り、高圧部内の燃料圧力Ｐがこの所定圧力となると、昇
圧機構１０の圧力室１０ｅ内における燃料圧力が低圧ポ
ンプの吐出圧より高い圧力となり、逆止弁としての制御
弁１５を開弁させて、圧力室１０ｅ内の燃料は低圧配管
９を介して燃料タンク３へ戻される。こうして、小面積
プランジャ１０ａ及び大面積プランジャ１０ｂが通常位
置へ戻される。

【００２８】ステップ１１０では、実際の戻し圧力Ｐ’
が設定戻し圧力Ｐ３を上回っているか否かが判断され、
この判断は肯定される場合には、小面積プランジャ１０
ａ又は大面積プランジャ１０ｂの摺動摩擦力が大きくな
った等の異常であり、ステップ１１１において昇圧機構
が異常であると判断して運転者に警報を発する。また、
ステップ１１２では、実際の戻し期間Ｔ’が設定戻し期
間Ｔを下回っているか否かが判断され、この判断が肯定
される時には、小面積プランジャ１０ａ又は大面積プラ
ンジャ１０ｂが戻り途中で固着した等の異常であり、ス
テップ１１３において昇圧機構が異常であると判断して
運転者に警報を発する。また、ステップ１０５における
判断が肯定される時、すなわち、設定期間ｎ１の間に高
圧部内の燃料圧力が設定圧力Ｐ１に達しない時には、や
はり、小面積プランジャ１０ａ又は大面積プランジャ１
０ｂの摺動摩擦力が異常に大きくなったか、又は、いず
れかのプランジャが固着した等の昇圧機構の異常であ
り、ステップ１０６において、異常判断すると共に運転
者へ警報を発するようになっている。

【００２９】昇圧機構が、前述したような設定圧力Ｐ１
を加圧力とする場合には、図３に点線で示すように、設
定圧力Ｐ１を大面積プランジャ及び小面積プランジャの
摩擦力だけ上回る圧力が戻し圧力Ｐ３となるだけであ
り、前述同様な昇圧機構の異常判断が可能である。この
場合においても、小面積プランジャ及び大面積プランジ
ャが通常位置へ戻される際には、圧力室１０ｅ内の燃料
は低圧配管９を介して燃料タンク３へ戻される。

【００３０】こうして、本実施形態によれば、昇圧機構
の圧力壁としての小面積プランジャが通常位置へ戻され
る以前の機関停止に対しての機関再始動時にも、小面積
プランジャは現位置から正常に変位させることができ、
また、昇圧機構の異常判断により、小面積プランジャが
正常に動作しないことを修理によって未然に防止するこ
とができる。

【００３１】本実施形態において、小面積プランジャ１
０ａと穴部２ｂとの間及び大面積プランジャ１０ｂとシ
リンダ１０ｃとの間には、摺動に際して大きな摩擦力を
与えるシール部材は特に配置されていないために、小面
積プランジャ１０ａ及び大面積プランジャ１０ｂの滑ら
かな動作が実現される。しかしながら、こうしてシール
部材が省略されているために、圧力室１０ｅ内の燃料が
大面積プランジャ１０ｂとシリンダ１０ｃとの間の隙間
から大気室１０ｄへ漏れることが考えられるが、圧力室
１０ｅ内は低圧ポンプ４の定格吐出圧力であり、低圧で
あるために、この隙間を適当に選択することにより、こ
のような燃料漏れはほとんど発生しない。また、昇圧に
よって高圧部内の燃料が小面積プランジャ１０ａと穴部
２ｂとの間の隙間から大気室１０ｄへ漏れることも考え
られるが、この時の所定圧力は、高圧部の目標高燃料圧
力に比較して低く、この隙間を適当に選択することで、
燃料漏れをほとんど発生させないようにすることは可能
である。

【００３２】仮に、圧力室１０ｅ及び高圧部から大気室
１０ｄへ僅かな燃料漏れが発生したとしても、大気室１
０ｄは、戻し管１１によって燃料タンク３へ通じてお
り、漏れ燃料は、重力によって燃料タンク３へ戻され、
特に問題が発生することはない。

【００３３】しかしながら、機関始動後に高圧ポンプ７
が正常に作動して、高圧部内の燃料圧力が非常に高圧な
目標高燃料圧力近傍となると、シールなしでは、小面積
プランジャ１０ａと穴部２ｂとの間の隙間から確実に燃
料漏れが発生することとなり、これを防止する必要があ
る。本実施形態では、高圧部内に位置する小面積プラン
ジャ１０ａの端部に、同心的で切頭円錐形状の拡大部分
１０ｆが設けられ、この拡大部分１０ｆに、軸線回りの
溝を設けて、シール部材としてのＯリング１０ｇを嵌装
している。

【００３４】高圧部内の燃料圧力が前述の戻し圧力とな
って、小面積プランジャ１０ａ及び大面積プランジャ１
０ｂが通常位置へ戻されれば、Ｏリング１０ｇは圧縮さ
れて、一壁部２ａの内壁面２ｃに密着すると共に、拡大
部分１０ｆの溝全体に密着する。こうして、穴部２ｂの
シールが実現され、前述の燃料漏れを防止することを可
能とする。

【００３５】ところで、機関運転中において、高圧部内
の燃料温度は、燃料タンク３から次々に新たな燃料が蓄
圧室内へ供給されるために、蓄圧室本体の温度に比較し
て低いが、機関停止後には、このような新たな燃料供給
は無くなるために、高圧部内の燃料は蓄圧室本体とほぼ
等しい温度となる。こうして、機関停止直後では、蓄圧
室内の燃料は、蓄圧室本体から受熱して温度上昇し、熱
膨張する。それにより、戻し配管１２の安全弁１２ａが
作動し、蓄圧室内の燃料圧力は目標高燃料圧力近傍に維
持される。

【００３６】その後において、蓄圧室本体及び燃料は外
気温まで徐々に温度低下することとなるが、蓄圧室本体
と燃料との間の熱膨張係数差によって、燃料は蓄圧室本
体に比較して大きく熱収縮する。従来では、この時に、
燃料圧力は負圧となって高圧部内に燃料蒸気が発生す
る。それにより、機関始動時において、前述のような昇
圧機構を作動させても、小面積プランジャ１０ａの動作
が高圧部内の燃料蒸気を潰すことだけに使用され、高圧
部内を設定圧力に昇圧することができない。

【００３７】本実施形態では、この問題を解決するため
に、高圧部と燃料タンク３とが、連通管１４によって連
通され、この連通管１４には、燃料タンク３から高圧部
への燃料流れのみを許容する逆止弁１４ａが配置されて
いる。この逆止弁１４ａは、僅かな圧力差によって容易
に開弁するものである。それにより、機関停止後におい
て、高圧部内の燃料圧力が大気圧より下がると、逆止弁
１４ａは開弁し、連通管１４を介して燃料タンク３から
高圧部内へ燃料が流入し、高圧部内は負圧となることを
防止するために、高圧部内に燃料蒸気が発生することは
ない。こうして、昇圧機構によって機関始動時における
蓄圧室内の昇圧を確実に実現することができる。

【００３８】図４は、本発明による内燃機関燃料噴射用
の高圧燃料供給装置の第二実施形態を示す概略図であ
る。本実施形態において、第一実施形態と同様な構成要
素は、同一参照番号によって示されている。以下に第一
実施形態との違いについてのみ説明する。本実施形態の
昇圧機構２０は、プランジャ式ではなくアキュームレー
タ式である。具体的には、この昇圧機構２０は、高圧部
の開口２ｂ’に通じる制御室２０ａと、制御室２０ａに
通じるアキュームレータ２０ｂとを具備している。制御
室２０ａ内には、開口２ｂ’を閉鎖することを可能とす
る弁体２０ｃと、弁体２０ｃを閉鎖方向に付勢するスプ
リング２０ｄとが配置されている。弁体２０ｃは、制御
室２０ａの外側へ油密で延在するロッドを有し、このロ
ッドの回りにはソレノイド２０ｅが配置されている。ア
キュームレータ２０ｂはピストン２０ｆを有し、ピスト
ン２０ｆによって密閉された圧力室２０ｇ内には窒素等
のガスが、例えば、設定圧力Ｐ１で封入されている。本
実施形態におけるアキュームレータは、このように、ピ
ストン２０ｆを有するものとしたが、もちろん、ピスト
ンの代わりに弾性変形可能なダイヤフラムを有するもの
でも良い。

【００３９】このような構成によって、機関運転中に高
圧燃料供給装置の高圧部内が高圧となれば、弁体２０ｃ
は容易に開弁し、制御室２０ａ内は高圧部内と同じ圧力
となる。この圧力はピストン２０ｆに作用し、圧力室２
０ｇ内の窒素を同じ圧力に圧縮する。高圧部内の圧力が
僅かに下がるだけで弁体２０ｃは開口２ｂ’を閉鎖す
る。こうして、機関停止時において、アキュームレータ
２０ｂの圧力室２０ｇは機関運転中における目標高燃料
圧力近傍に維持されると共に、この時のピストン２０ｆ
位置が通常位置となる。

【００４０】このように構成された高圧燃料供給装置
は、機関始動時において、図５に示す第二フローチャー
トに従って制御される。先ず、ステップ２０１におい
て、イグニッションスイッチのオン信号の有無等によっ
て機関始動時であるか否かが判断される。この判断が否
定される時にはそのまま終了するが、肯定される時に
は、ステップ２０２へ進み、ソレノイド２０ｅを励磁し
て弁体２０ｃを開弁させる。それにより、アキュームレ
ータ２０ｂの圧力室２０ｇ内の圧力によってピストン２
０ｆは、通常位置から変位して制御室２０ａの容積、す
なわち、高圧燃料供給装置における高圧ポンプ７下流側
（高圧ポンプ７の吐出側に逆止弁８ａが設けられている
場合には逆止弁８ａ下流側）の容積を減少させ、蓄圧室
２を含む高圧部内の燃料は、圧縮させられて低圧ポンプ
４の吐出圧力より高く昇圧させられる。こうして、アキ
ュームレータのピストン２０ｆの端面は、高圧部内の燃
料圧力を昇圧する圧力壁として機能する。この圧力壁
は、圧力室２０ｇ内が目標高燃料圧力近傍となる通常位
置から圧力室２０ｇ内が例えば設定圧力Ｐ１となる最大
変位位置までの変位範囲を有している。ピストンの代わ
りにダイヤフラムが使用される場合においても、ダイヤ
フラムの弾性変形を伴うが、やはり、同様な通常位置か
ら最大変位位置までの変位範囲を有している。

【００４１】ステップ２０３では、この昇圧によって、
圧力センサ５により検出される高圧部内の燃料圧力Ｐが
設定圧力Ｐ１に達したか否かが判断される。この判断が
否定される時には、ステップ２０４に進んで、機関停止
と共に０にリセットされているカウント値ｎを１だけ増
加させる。次いで、ステップ２０５では、カウント値ｎ
が設定期間ｎ１に達したか否かが判断される。この判断
が否定される時には、ステップ２０３へ戻る。昇圧機構
２０が正常に動作すれば、カウント値ｎが設定期間ｎ１
に達する以前に、高圧部内の燃料圧力Ｐは設定圧力Ｐ１
に達し、ステップ２０３の判断が肯定され、ステップ２
０７においてソレノイドは非励磁とされ、弁体２０ｃは
スプリング２０ｄによって閉弁させられる。弁体２０ｃ
によって閉鎖される開口２ｂ’は、適度に小さくされて
いるために、蓄圧室２内の燃料圧力は弁体２０ｃの開弁
によって急激に上昇することはなく、このような圧力制
御が可能である。

【００４２】高圧部内の燃料圧力Ｐが設定圧力Ｐ１に達
した時点では、アキュームレータにおける圧力室２０ｇ
のガス圧は設定圧力Ｐ１より高い圧力Ｐ４となってお
り、ピストン２０ｆは、変位範囲の半分以下しか変位し
ないようになっている。

【００４３】こうして、高圧部内の燃料圧力が、低圧ポ
ンプ４の定格吐出圧力をかなり上回る設定圧力Ｐ１とな
れば、機関始動時において良好な燃料噴射を実現するこ
とが可能となり、確実な機関始動が保証される。その
後、機関始動に伴う回転上昇によって高圧ポンプ７は比
較的良好に作動し、それにより、高圧部内の燃料圧力
は、さらに昇圧させられ、目標高燃料圧力Ｐ２に近傍に
維持される。

【００４４】こうして、燃料圧力Ｐが目標高燃料圧力Ｐ
２に達すると、ステップ２０８における判断が肯定さ
れ、ステップ２０９において、アキュームレータへの流
入開始圧力Ｐ’とアキュームレータへの流入燃料量Ｖ’
とが検出される。図６は、機関始動時における高圧部内
の燃料圧力Ｐの変化を示すタイムチャートである。燃料
圧力Ｐは、昇圧機構２０によって設定圧力Ｐ１へ昇圧さ
せられ、その後においては、機関始動に伴って駆動され
る高圧ポンプ７によって目標高燃料圧力Ｐ２へ昇圧させ
られる。この設定圧力Ｐ１から目標高燃料圧力Ｐ２への
昇圧は、通常、機関始動後の比較的短時間で行われ、こ
の間においては、アイドル運転が持続されるために、気
筒内への燃料噴射量はほぼ一定であり、すなわち、高圧
ポンプ７から高圧部へ圧送される一回の燃料量と、これ
に対して気筒内へ供給される燃料量との差は一定であ
る。この差分が高圧部の昇圧のために蓄積される燃料量
であり、高圧ポンプ７の燃料圧送間隔を単位時間とすれ
ば、この単位時間当たりの高圧部における圧力上昇は一
定となり、すなわち、平均的に見れば時間に対して高圧
部は直線的に圧力上昇することとなる。

【００４５】しかしながら、高圧部内の燃料圧力がアキ
ュームレータの現在のガス圧力Ｐ４を越えると、弁体２
０ｃが開弁して高圧部からアキュームレータへの燃料の
流入が開始され、アキュームレータの圧力室２０ｇ内の
ガス圧力を高圧部内の燃料圧力と同じにするようにピス
トン２０ｆを押し戻すようになるために、高圧部におけ
る昇圧速度が遅くなる。この昇圧速度が遅くなる時の高
圧部内の燃料圧力が前述の流入開始圧力Ｐ’である。

【００４６】もし、機関始動時において、高圧部内の燃
料圧力とアキュームレータの圧力室２０ｇ内のガス圧と
が同じとなるまで、弁体２０ｃを開弁し続けると、機関
始動後に高圧ポンプが燃料圧送を開始すると同時に、ア
キュームレータへの燃料流入が開始され、ピストン２０
ｆの押し戻しが始まる。しかしながら、機関始動直後に
機関停止された場合には、高圧部内の燃料圧力が十分に
昇圧せず、ピストン２０ｆは、この時の燃料圧力に対応
して僅かしか戻されず、通常位置へは戻されない。それ
により、次回の機関始動時において弁体２０ｃを開弁し
ても高圧部内の燃料圧力を設定圧力Ｐ１まで昇圧するこ
とができないこととなる。しかしながら、本実施形態に
よれば、機関停止直後に機関停止されても、ピストン２
０ｆは、変位範囲における少なくとも残り半分の変位が
可能であり、機関始動時において、弁体２０ｃを開弁す
れば、高圧部内の燃料圧力をほぼ設定圧力Ｐ１へ昇圧す
ることができ、良好な始動性を確保することが可能であ
る。

【００４７】機関停止中において、制御室２０ａの燃料
が漏れると、制御室２０ａ内の燃料圧力が低下し、それ
により、アキュームレータのピストン２０ｆは、通常位
置から変位範囲の途中まで変位してしまう。しかしなが
ら、この状況は、前述の機関始動直後の機関停止に伴う
再始動時と同じであり、良好な始動性を確保することが
できる。また、アキュームレータ圧力室２０ｇからのガ
ス漏れが発生しても、アキュームレータのピストン２０
ｆは通常位置から殆ど変位せず、この時の圧力室２０ｇ
内のガス圧力が設定圧力Ｐ１より高ければ、機関始動時
における高圧部の昇圧が可能であり、良好な始動性を確
保することが可能である。しかしながら、制御室２０ａ
から多量の燃料が漏れると、ピストン２０ｆは最大変位
位置まで変位して高圧部の昇圧は不可能となり、また、
圧力室２０ｇから多量のガスが漏れると、圧力室２０ｇ
内のガス圧力が設定圧力Ｐ１以下となって、やはり高圧
部の昇圧は不可能となる。これらのアキュームレータ２
０ｂの異常は、ステップ２０５における判断が肯定され
ることにより、ステップ２０６において判断することが
できる。

【００４８】高圧部の昇圧が可能な程度の燃料漏れ及び
ガス漏れを判断するために、ステップ２１０において、
前述の流入開始圧力Ｐ’が所定流入開始圧力Ｐ４より低
いか否かが判断される。制御室２０ａからの燃料漏れ及
び圧力室２０ｇからのガス漏れが発生していると、機関
始動時において高圧部内の燃料圧力を設定圧力Ｐ１まで
昇圧させた時点でのアキュームレータの圧力室２０ｇ内
のガス圧は、燃料漏れ及びガス漏れが発生していない正
常時に比較して低くなっている。圧力室２０ｇ内のこの
ガス圧は、流入開始圧力に相当するために、燃料漏れ又
はガス漏れが発生していると、流入開始圧力が低下する
こととなる。こうして、ステップ２１０における判断が
否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時に
は、燃料漏れ又はガス漏れが発生しているとして、ステ
ップ２１１へ進む。

【００４９】ステップ２１１では、流入燃料量Ｖ’が流
入開始圧力Ｐ’毎の所定流入燃料量Ｖｐ以下であるか否
かが判断される。制御室２０ａからの燃料漏れ又は圧力
室２０ｇからのガス漏れが発生すると、図６に点線で示
すように、機関始動後において高圧部の昇圧速度が遅く
なる流入開始圧力Ｐ’が低下する。流入燃料量Ｖ’は、
高圧部内の燃料圧力がこの低下した流入開始圧力Ｐ’か
ら目標高燃料圧力Ｐ２となるまでにアキュームレータへ
流入した燃料量であり、すなわち、アキュームレータの
圧力室２０ｇ内を流入開始圧力Ｐ’から目標高燃料圧力
Ｐ２まで昇圧するのに必要な流入燃料量である。具体的
には、流入開始圧力Ｐ’から目標高燃料圧力Ｐ２となる
までにおいて、高圧ポンプの燃料圧送量から燃料噴射弁
での消費燃料量と高圧部におけるこの昇圧に必要な燃料
量とを減算することによって算出される。所定流入燃料
量Ｖｐは、圧力室２０ｇからのガス漏れによって流入開
始圧力が正常値から低下した場合において、この流入開
始圧力がＰ’である時の必要な流入燃料量又はこの流入
燃料量に計算誤差分を加えた値である。流入開始圧力毎
に所定流入燃料量Ｖｐは変化する。制御室２０ａからの
燃料漏れによって流入開始圧力が正常値から同じ値に低
下した場合には、流入開始圧力Ｐ’において必要な流入
燃料量は所定流入燃料量Ｖｐを上回ることとなる。

【００５０】例えば、ガス漏れが発生した場合の流入開
始圧力Ｐ’における圧力室２０ｇの容積をＶ１とし、燃
料漏れが発生した場合の流入開始圧力Ｐ’における圧力
室２０ｇの容積をＶ２とし、それぞれの場合の流入燃料
量をα１，α２とする。圧力室２０ｇの容積変化はほぼ
等温変化と考えられるために、ボイルの法則から、次式
（１）及び（２）が成り立つ（Ｐ２は目標高燃料圧力で
ある）。Ｐ’・Ｖ１＝Ｐ２（Ｖ１−α１）（１）Ｐ’・Ｖ２＝Ｐ２（Ｖ２−α２）（２）それぞれの式から、α１及びα２は、それぞれ次式
（３）及び（４）によって示される。 α１＝Ｖ１（Ｐ２−Ｐ’）／Ｐ２（３） α２＝Ｖ２（Ｐ２−Ｐ’）／Ｐ２（４）これらの関係から、それぞれの場合における流入燃料量
α１，α２の違いは、同じ流入開始圧力Ｐ’での圧力室
２０ｇの容積Ｖ１とＶ２との違いだけに基づくものであ
る。

【００５１】ところで、圧力室２０ｇからガス漏れが発
生している場合のＰ’・Ｖ１の値は、ガス漏れが発生し
ていない場合のＰ’・Ｖ２の値より必ず小さくなってお
り、すなわち、Ｖ１＜Ｖ２の関係となる。こうして、流
入開始圧力Ｐ’が同じであれば、燃料漏れに伴う流入燃
料量α２はガス漏れに伴う流入燃料量α１より確実に大
きくなる。こうして、ステップ２１１における判断が否
定される時には、ステップ２１２に進んで、制御室２０
ａからの燃料漏れが発生していると判断され、一方、ス
テップ２１１における判断が肯定される時には、ステッ
プ２１３に進んでち、圧力室２０ｇからのガス漏れが発
生していると判断される。こうして、そぞれの異常に対
して運転者に別々の警報を発することができ、アキュー
ムレータの修理を容易にすることができる。

【００５２】燃料も圧力に応じて圧縮されるために、前
述の流入燃料量の算出は、燃料の体積弾性率を考慮し
て、例えば、目標高燃料圧力Ｐ２換算で算出することが
好ましい。

【００５３】こうして、本実施形態によれば、昇圧機構
の圧力壁としてのアキュームレータピストン２０ｆが通
常位置へ戻される以前の機関停止に対しての機関再始動
時にも、アキュームレータピストンを現位置から正常に
変位させることができ、また、昇圧機構の異常判断によ
り、アキュームレータピストンが正常に動作しないこと
を修理によって未然に防止することができる。

【００５４】ところで、機関運転中において、高圧燃料
供給装置の高圧部における燃料圧力は、特に、機関高負
荷時のように燃料噴射量が多い時には、高圧ポンプから
も多量の燃料が吐出され、多量の燃料の流出入によって
比較的大きく圧力変動する。このような大きな圧力変動
は、開弁時間に伴う燃料噴射量の制御を不正確にする。
本実施形態のように、高圧部に昇圧機構としてアキュー
ムレータが接続されている場合には、弁体２０ｃを開弁
することにより、圧力変動をアキュームレータ圧力室２
０ｇの容積変化によって低減することが可能となる。

【００５５】また、高圧燃料供給装置の高圧部における
燃料圧力を、機関運転中において、常に同一の目標燃料
圧力近傍に維持するのではなく、燃料噴射量に応じて目
標燃料圧力を変化させる場合がある。例えば、機関アイ
ドル時のように、必要燃料噴射量が少ない時には、燃料
噴射弁の開弁時間は最小とされるが、高圧部内が高圧で
あると、必要以上の燃料が噴射され、燃料消費率を悪化
させる。それにより、機関アイドル時には、高圧部の目
標高燃料圧力を低下させることが好ましい。

【００５６】このように、高圧部の燃料圧力として、高
圧側及び低圧側の二つの目標燃料圧力を選択的に使用す
る場合において、本実施形態のように、高圧部にアキュ
ームレータが接続されていれば、低圧側の目標燃料圧力
が意図される時には、弁体２０ｃをスプリング２０ｄに
よって閉弁させ、高圧側の目標燃料圧力が意図される時
には弁体２０ｃをソレノイド２０ｅの励磁によって開弁
させることにより、アキュームレータ２０ａには、目標
燃料圧力が低圧側とされて弁体２０ｃが閉弁されること
により、それ以前の高圧側の目標燃料圧力が蓄圧され
る。目標燃料圧力を低圧側とするために、高圧ポンプ７
の燃料圧送は停止させて、燃料噴射が実施されるが、こ
の時には、弁体２０ｃの閉弁によって高圧燃料供給装置
の高圧部容積から制御室２０ａの容積が除かれるため
に、素早い降圧が可能である。

【００５７】また、目標燃料圧力を高圧側とするために
は、高圧ポンプ７は最大の燃料吐出を実施することに加
えて、この時には、弁体２０ｃの開弁によってアキュー
ムレータの蓄圧を利用することができ、素早い昇圧が可
能となる。

【００５８】これまで説明した第一実施形態及び第二実
施形態は、高圧燃料供給装置の高圧部として蓄圧室を有
するものであるが、一般的なディーゼルエンジンのよう
に、高圧ポンプとしての燃料ポンプと燃料噴射弁とが直
接的に高圧配管によって接続されていて特に蓄圧室を有
さない場合にも、機関始動時における高圧配管の昇圧は
確実な燃料噴射を可能として良好な機関始動性を確保す
るのに有効であり、本発明を適用可能である。

【００５９】また、第一実施形態及び第二実施形態にお
いて、プランジャ及びピストン等の圧力壁は、機関始動
時に、変位範囲の半分だけ変位させるようにしたが、例
えば、変位範囲の三分の一又は四分の一でも良く、少な
くとも一回だけ機関始動直後の機関停止に対しての再始
動時が良好に実現できれば任意に設定可能である。

【００６０】

【発明の効果】本発明による請求項１に記載の高圧燃料
供給装置は、機関始動時に高圧燃料供給装置の高圧部を
始動設定圧に昇圧するための昇圧機構と、機関始動後に
高圧部を始動設定圧より高圧にするための高圧ポンプと
を具備し、昇圧機構は、高圧部の容積を減少させて高圧
部を昇圧するために通常位置から変位する圧力壁を有
し、圧力壁は、変位範囲が制限されていて、高圧ポンプ
によって高圧部が始動設定圧より高圧とされた時に通常
位置へ戻される高圧燃料供給装置において、機関始動に
際して高圧部が始動設定圧に昇圧されても圧力壁の変位
は変位範囲途中であるために、圧力壁が通常位置へ戻さ
れる以前の機関停止に対しての機関再始動時にも、圧力
壁を正常に動作させることができ、良好な機関始動性を
確保することができる。

【００６１】また、本発明による請求項２に記載の高圧
燃料供給装置は、機関始動時に高圧燃料供給装置の高圧
部を始動設定圧に昇圧するための昇圧機構と、機関始動
後に高圧部を始動設定圧より高圧にするための高圧ポン
プとを具備し、昇圧機構は、高圧部の容積を減少させて
高圧部を昇圧するために通常位置から変位する圧力壁を
有し、圧力壁は、変位範囲が制限されていて、高圧ポン
プによって高圧部が始動設定圧より高圧とされた時に通
常位置へ戻される高圧燃料供給装置において、高圧ポン
プによる高圧部の圧力変化から昇圧機構の異常を判断す
るようになっている。この異常判断によって、早急に昇
圧機構の修理が可能であり、圧力壁が正常に動作しない
ことを未然に防止して、良好な機関始動性を確保するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関燃料噴射用の高圧燃料供
給装置の第一実施形態を示す概略図である。

【図２】高圧燃料供給装置の第一実施形態における制御
を示す第一フローチャートである。

【図３】高圧燃料供給装置の第一実施形態における高圧
部の機関始動時における圧力変化を示すタイムチャート
である。

【図４】本発明による内燃機関燃料噴射用の高圧燃料供
給装置の第二実施形態を示す概略図である。

【図５】高圧燃料供給装置の第二実施形態における制御
を示す第二フローチャートである。

【図６】高圧燃料供給装置の第二実施形態における高圧
部の機関始動時における圧力変化を示すタイムチャート
である。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁２…蓄圧室３…燃料タンク４…低圧ポンプ７…高圧ポンプ１０，２０…昇圧機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関始動時に高圧燃料供給装置の高圧部
を始動設定圧に昇圧するための昇圧機構と、機関始動後
に前記高圧部を前記始動設定圧より高圧にするための高
圧ポンプとを具備し、前記昇圧機構は、前記高圧部の容
積を減少させて前記高圧部を昇圧するために通常位置か
ら変位する圧力壁を有し、前記圧力壁は、変位範囲が制
限されていて、前記高圧ポンプによって前記高圧部が前
記始動設定圧より高圧とされた時に前記通常位置へ戻さ
れる高圧燃料供給装置において、機関始動に際して前記
高圧部が前記始動設定圧に昇圧されても前記圧力壁の変
位は前記変位範囲途中であり、前記圧力壁が前記通常位
置へ戻される以前の機関停止に対しての機関再始動時
に、前記圧力壁の変位による前記高圧部の昇圧を可能と
することを特徴とする高圧燃料供給装置。
【請求項２】機関始動時に高圧燃料供給装置の高圧部
を始動設定圧に昇圧するための昇圧機構と、機関始動後
に前記高圧部を前記始動設定圧より高圧にするための高
圧ポンプとを具備し、前記昇圧機構は、前記高圧部の容
積を減少させて前記高圧部を昇圧するために通常位置か
ら変位する圧力壁を有し、前記圧力壁は、変位範囲が制
限されていて、前記高圧ポンプによって前記高圧部が前
記始動設定圧より高圧とされた時に前記通常位置へ戻さ
れる高圧燃料供給装置において、前記高圧ポンプによる
前記高圧部の圧力変化から前記昇圧機構の異常を判断す
ることを特徴とする高圧燃料供給装置。