JP2006017036A - 筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【目的】低圧燃料通路における燃料流れによる振動及び衝突音の発生を抑止するとともに高圧燃料ポンプを小型化する。
【構成】低圧燃料ポンプＰＬにて昇圧された低圧燃料は、高圧燃料ポンプＰＨにより高圧燃料に昇圧され、この高圧燃料が燃料噴射弁Ｊを備える燃料分配管６１に供給される。
燃料分配管６１より燃料タンクＴに向かうリターン通路９が分岐され、リターン通路９に、ＥＣＵ６３から出力される信号に応じ高圧燃料通路５からリターン通路９に向かうリターン燃料を制御する電磁弁１０を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は低圧燃料ポンプから供給される低圧燃料を、高圧燃料ポンプによって高圧に昇圧し、この高圧燃料を燃料噴射弁を介して直接エンジンの気筒内へ噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置に関する。

かかる筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置は、特開２００１−２９５７７０号公報に開示される。
当該公報には、図２に示される如き、筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置が示される。
図２により説明すると、Ｔは内部に燃料が貯溜された燃料タンクであり、燃料タンクＴ内の燃料は、ウエスコ式ポンプ、ローラ式ポンプ、等の低圧燃料ポンプＰＬによって３００ｋｐａ程度の低圧に昇圧され、低圧燃料通路５０を介して吐出される。
尚、５１は低圧燃料ポンプＰＬ内に吸入される燃料中に含まれる異物を除去するフィルターであり、５２は低圧燃料通路５０内を流れる燃料圧力を所定の一定低圧状態に維持する為のプレッシャーレギュレターである。
ＰＨは高圧燃料ポンプであり、以下により形成される。
５３は上下方向にシリンダー孔５４が穿設されたシリンダーボデーであり、シリンダー孔５４内にはプランジャー５５が摺動自在に配置され、プランジャー５５の上端に臨むシリンダー孔５４の上部には加圧室５６が形成される。
又、５７はエンジンによって回転駆動される燃料ポンプ用カムであり、プランジャー５５の下端に配置されるリフター５８は燃料ポンプ用カム５７に当接配置される。
前記加圧室５６には低圧燃料通路５０の下流側と高圧燃料通路５９の上流側が開口するもので、低圧燃料通路５０の加圧室５６内への開口端５０ａには該開口を開閉する弁体６０ａが配置され、この弁体６０ａは、電磁スピル弁６０によって開閉制御される。
又、６２は、高圧燃料通路５９内にあって且つ加圧室５６内に臨んで配置される吐出側逆止弁である。
６１は燃料噴射弁Ｊの上流端を支持する燃料分配管であり、該燃料分配管には高圧燃料通路５９の下流側が接続され、高圧燃料ポンプＰＨによって昇圧された８０００〜１３０００ｋｐａ程度の高圧燃料が燃料分配管６１に供給される。
尚、前記燃料噴射弁の下流端は、筒内噴射型ガソリンエンジンＥ（以下エンジンＥという）の各気筒内へ開口配置される。

燃料ポンプ用カム５７がエンジンＥの回転に連動して回転すると、リフター５８が上昇し、これと連動してプランジャー５５が上動して加圧室５６の加圧行程が行なわれるもので、低圧燃料ポンプＰＬから開放状態にある開口端５０ａを介して加圧室５６内へ供給される低圧燃料を加圧する。
そして、前記加圧行程内での適切なタイミングで加圧室５６内に臨んで配置された電磁スピル弁６０の弁体６０ａが、開放状態にある低圧燃料通路５０の開口端５０ａを閉塞する。
このように開口端５０ａが弁体６０ａによって閉塞されることによると、加圧室５６内の燃料はその圧力を急速に上昇して高圧燃料となり、この高圧燃料によって吐出側逆止弁６２が開弁され、高圧燃料通路５９内へ高圧燃料が供給される。
そして高圧燃料通路５９内の高圧燃料は燃料分配管６１内へと供給され、この高圧燃料が各燃料噴射弁Ｊを介してエンジンＥの各気筒内へと噴射される。
一方、プランジャー５５が下降する吸入行程時にあっては、電磁スピル弁６０の弁体６０ａは再び開口端５０ａを開放するもので、低圧燃料ポンプＰＬから低圧燃料通路５０を介して低圧燃料が加圧室５６内に吸入される。
このような加圧行程と吸入行程とを繰り返し、加圧行程での電磁スピル弁６０の閉弁タイミングを電磁制御装置（以下ＥＣＵという）６３にて燃料圧力センサ６４にて検出される燃料分配管６１内の燃料圧力やその他のエンジン状態に応じてフィードバック制御することにより、燃料分配管６１内の燃料圧力を適切な高圧燃料に調圧できる。
特開２００１−２９５７７０号公報

かかる従来の筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置によると、電磁スピル弁６０の弁体６０ａが開口端５０ａを閉じる前の加圧行程において、加圧室５６内の燃料は開口端５０ａ、低圧燃料通路５０を介して燃料タンクＴ側へ戻るものであり、一方低圧燃料ポンプＰＬは依然として低圧燃料通路５０に向けて燃料の吐出を継続する。
以上によると、低圧燃料通路５０内において流れ方向の異なる燃料が衝突することになり、低圧燃料通路５０が振動したり、あるいは衝突音を発生する恐れがあり好ましいものでない。
又、電磁スピル弁６０の弁体６０ａは加圧室５６に臨んで配置する必要があることから電磁スピル弁６０はシリンダーボデー５３に取りつける必要があり、高圧燃料ポンプＰＨをコンパクトにまとめることができない。
ここで、高圧燃料ポンプＰＨを駆動する燃料ポンプ用カム５７はエンジンＥの回転を受けることからエンジンＥの近傍に配置されるもので、高圧燃料ポンプＰＨをコンパクトにまとめることができないことは高圧燃料ポンプＰＨのレイアウトの自由度が低い。

本発明は前記不具合に鑑み成されたもので、低圧燃料通路内における燃料流れを常に一定方向に維持することによって低圧燃料通路における振動及び衝突音の発生を抑止すること。及び高圧燃料ポンプを小型化すること。のできる筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置を提供することにある。

本発明の筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置は前記目的達成の為に、低圧燃料ポンプから供給される低圧燃料を高圧燃料ポンプによって高圧に昇圧し、この高圧燃料が燃料分配管に供給されるとともに燃料分配管内の高圧燃料が燃料噴射弁を介して筒内噴射型ガソリンエンジンに供給される筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置において、
燃料分配管を含む高圧燃料通路より燃料タンクへ向かうリターン通路を分岐し、該リターン通路に、ＥＣＵから出力される信号に応じ、高圧燃料通路からリターン通路に向かうリターン燃料を制御する電磁弁を配置したことを第１の特徴とする。

かかる本発明の第１の特徴によると、高圧燃料ポンプによって高圧に昇圧された高圧燃料は高圧燃料通路から燃料分配管内へと供給される。
一方、燃料分配管より燃料タンクに向けて分岐されるリターン通路に配置された電磁弁は、燃料分配管内の燃料圧力を検出する燃料圧力センサの信号、あるいはエンジンの運転状態を検出する各種センサの信号、が入力され、それに応じて出力されるＥＣＵからの信号にてその開口が制御されるもので、電磁弁によってリターン通路を介して燃料タンク内へ戻される燃料によって燃料分配管内の燃料圧力を適切な高圧燃料に調圧できる。
従って、燃料分配管内の所定の高圧燃料を燃料噴射弁を介してエンジンの各気筒に向けて噴射供給できる。

又、本発明は前記第１の特徴に加え、前記電磁弁は燃料噴射弁であって、且つ前記燃料噴射弁を燃料分配管に取着したことを第２の特徴とする。

かかる第２の特徴によると、燃料噴射弁の上流側が燃料分配管に取着されて固定され、燃料噴射弁の下流側に燃料タンクに連なるリターン通路が接続され、ＥＣＵからの信号によって燃料噴射弁が開口して燃料分配管内の燃料がリターン通路を介して燃料タンクへ戻され、もって燃料分配管内の燃料が所望の適切な高圧燃料に調圧される。

本発明の第１の特徴によると、高圧燃料ポンプの駆動中において、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを連絡する低圧燃料通路は、常に低圧燃料ポンプから高圧燃料ポンプに向かう一定方向の燃料流れとすることができ、高圧燃料ポンプと燃料分配管とを連絡する高圧燃料通路内は、常に高圧燃料ポンプから燃料分配管へ向かう一定方向の燃料流れとすることができる。
従って、低圧及び高圧燃料通路内において燃料流れが衝突することがないので、それら燃料配管が振動したり、燃料が衝突することによる衝突音が発生したりすることがない。
又、前記によれば特に低圧燃料通路において燃料配管の剛性を高める必要もなく、且つ低圧燃料通路に配置されるプレッシャーレギュレターの調圧作用に悪影響を与えることがない。
又、電磁弁は、機関の停止時において燃料分配管が高熱を受けて大きく温度上昇し、燃料分配管内の燃料圧力が上昇した際、等において機関の始動操作と同期して電磁弁を開放でき、燃料分配管内の燃料圧力を所定の燃料圧力に調圧できるので、エンジンの熱間再始動を良好に行なうことができる。
又、電磁弁は高圧燃料ポンプの加圧室に臨んで配置されることがないので、電磁弁と高圧燃料ポンプとを切り離して形成することができ、これによると高圧燃料ポンプをコンパクトにまとめることができ、エンジンに対する配置の自由度を大きく向上できる。

本発明の第２の特長によると、電磁弁として燃料噴射弁を用いたもので、この燃料噴射弁は、燃料が吸気管内に噴射される吸気管噴射型エンジン、あるいは燃料が気筒内に噴射される筒内噴射型エンジンにおいて通常用いられるものであるので、特別に新たな電磁弁を開発したり、あるいは新規な製造設備を必要とするものでなく、量産効果による安価な燃料噴射弁を採用できる。
又、前記燃料噴射弁は、エンジンへの燃料噴射を行なう通常の燃料噴射弁と同様に燃料分配管に取着されるもので、特別新たな取付け部材を必要とするものでなく且つその取付けも従来の方法をもって容易に行なうことができる。
又、現在、前記燃料噴射弁を用いる燃料供給方式が主流であって、（気化器を用いる燃料供給方式は限られて用いられる）且つ種々の排気量に適合する流量性能の異なる多くの燃料噴射弁が存在するもので、これによるとリターン通路への燃料の戻し量の選択の自由度が高い。

以下、本発明になる筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置の一実施例について図１により説明する。
尚、図２と同一構造部分については同一符号を使用し説明を省略する。
高圧燃料ポンプＰＨは以下により形成される。
１はシリンダーボデーであって内部にシリンダー孔１ａが上下方向に穿設され、シリンダー孔１ａにはプランジャー２が摺動自在に配置される。
３はプランジャー２の上部２ａとシリンダー孔１ａの上部とによって形成される加圧室であり、この加圧室３には低圧燃料通路４の下流側と高圧燃料通路５の上流側とが開口配置される。
そして、プランジャー２の下端は、リフター５８を介して燃料ポンプ用カム５７に当接配置される。
前記、低圧燃料通路の上流側はプレッシャーレギュレター５２、低圧燃料ポンプＰＬ、フィルター５１を介して燃料タンクＴ内へと接続される。
低圧燃料ポンプＰＬは、燃料タンクＴ外に配置され、その吸入側が燃料タンクＴ内へ連絡されればよい。
そして、低圧燃料通路４内には加圧室３に向かう燃料流れのみを許容する吸入側逆止弁６が配置される。
前記、高圧燃料通路の下流側は燃料分配管６１の燃料分配路６１ａと接続され、この高圧燃料通路５には燃料分配路６１ａに向かう燃料流れのみを許容する吐出側逆止弁７が配置される。
Ｊは、ＥＣＵ６３からの噴射信号に基づき燃料を噴射する一般的に用いられる燃料噴射弁であり、筒内噴射型ガソリンエンジンに用いられる燃料噴射弁は例えば特開２００２−２８５９３８号公報に開示され、吸気管内噴射型ガソリンエンジンに用いられる燃料噴射弁は例えば特開２０００−２４９０３０号公報に開示される。
そして、前記燃料噴射弁の上流側Ｊａは燃料分配管６１の噴射弁支持孔６１ｂに気密的に挿入支持され、噴孔Ｊｂが開口する下流側Ｊｃは筒内噴射型ガソリンエンジンＥの気筒内に開口配置される。

９は、燃料分配路６１ａ又は高圧燃料通路５と燃料タンクＴとを連絡するリターン通路であり、該リターン通路には、ＥＣＵ６３からの信号によりその開口が制御される電磁スピル弁、比例制御弁、等の電磁弁１０が配置される。

燃料ポンプ用カム５７がエンジンの回転に伴なって回転し、カム面５７ａが上方に移動し、リフター５８を上昇させると、これに連動してプランジャー２がシリンダー孔１ａ内を上方向に移動し、加圧室３の室容積を減少させるとともに吸入側逆止弁４が低圧燃料通路４を閉塞する。
これは高圧燃料ポンプＰＨの加圧行程である。
以上によると、加圧室３内の圧力は大きく上昇して高圧燃料となり、吐出側逆止弁７はこの高圧燃料を受けて開弁し、前記高圧燃料が高圧燃料通路５を介して燃料分配管６１の燃料分配路６１ａ内に供給される。
一方、燃料ポンプ用カム５７の回転に伴ない、カム面５７ａが下方に移動してリフター５８が下降すると、プランジャー２は前記リフターと同期して下降して加圧室３の室容積を増加させるもので、これによると加圧室３内の圧力が低下して吸入側逆止弁４が低圧燃料通路４を開放する。これは高圧燃料ポンプＰＨの吸入行程である。
以上によると、加圧室３内には低圧燃料ポンプＰＬにて低圧力に昇圧された低圧燃料が供給される。
そして、前記高圧燃料ポンプの吸入行程及び加圧行程が燃料ポンプ用カム５７の回転によって連続的に行なわれることにより、高圧燃料ポンプＰＨによって高圧に昇圧された高圧燃料が高圧燃料通路５を介して燃料分配管６１の燃料分配路６１ａ内に供給される。

そして、燃料分配管６１の燃料分配路６１ａ内に高圧燃料ポンプＰＨから供給される高圧燃料は、以下によって所定の適切な圧力を有する高圧燃料へ制御される。
すなわち、ＥＣＵ６３には、燃料圧力センサ６４によって燃料分配路６１ａ内の燃料圧力が検出され、それに応じた信号が入力される。
さらに、ＥＣＵ６３には、エンジンの運転状態を検出する絞り弁開度センサ、温度センサ、回転センサ、等の各種センサからの信号が入力される。
以上によると、ＥＣＵ６３は、電磁弁３０に向けてエンジン運転状態に最適な燃料圧力を維持する為の信号を出力するもので、例えば燃料分配路６１ａ内の燃料圧力が所定の圧力に比較して大きく上昇している状態において、電磁弁３０に向けて長い開弁信号が出力される。
これによると、燃料分配路６１ａ内の燃料は、電磁弁３０を介してリターン通路９内には大容量の燃料が戻されるもので、燃料分配路６１ａ内の圧力を大きく低下させて所定の適切な高圧燃料へ制御でき、この高圧燃料が燃料噴射弁Ｊを介してエンジンＥに噴射供給される。

一方、燃料分配路６１ａ内の燃料圧力が所定の圧力に比較して小さく上昇している状態において、電磁弁３０に向けて短い開弁信号が出力される。
これによると、燃料分配路６１ａ内の燃料は、電磁弁３０を介してリターン通路９内には小容量の燃料が戻されるもので、燃料分配路６１ａ内の圧力を大きく低下させて所定の適切な高圧燃料へ制御でき、この高圧燃料が燃料噴射弁Ｊを介してエンジンＥに噴射供給される。

以上の如く、本発明によると、燃料分配路６１ａからリターン通路９を分岐し、該リターン通路に、燃料分配路６１ａ内の燃料圧力及びエンジン運転状態に応じて開閉動作する電磁弁１０を配置し、燃料分配路６１ａからリターン通路９に向かって流れる燃料量を電磁弁１０によって制御することにより燃料分配路６１ａ内の燃料圧力を適切な高圧燃料に維持したもので、これによると次の効果を達成できる。
第１には、低圧燃料通路４を流れる低圧燃料は低圧燃料ポンプＰＬから高圧燃料ポンプＰＨに向かう一方向流れであり、高圧燃料通路５を流れる高圧燃料は高圧燃料ポンプＰＨから燃料分配路６１ａに向かう一方向流れであり、リターン通路９を流れるリターン燃料は、燃料分配路６１ａから燃料タンクＴに向かう一方向流れである。
これによると各燃料通路４，５，９内において燃料流れが異なることによる燃料の衝突がないもので、各燃料通路４，５，９が振動したり、あるいは燃料の衝突音が発生することがない。
第２には、前記において特に低圧燃料通路４内において燃料衝突がないことにより、低圧燃料通路４の配管の剛性を高める必要がない。
第３には、低圧燃料通路４に配置されるプレッシャーレギュレター５２に向けて、高圧燃料ポンプＰＨから逆方向の燃料流れが作用することがないので、プレッシャーレギュレター５２の調圧作用が阻害されるものでない。
第４には、エンジンの停止時において、燃料分配管６１はエンジン雰囲気温度の影響を受けて温度上昇し、燃料分配路６１ａ内の燃料圧力が上昇することがあるが、エンジンの始動初期操作（セルモータの回転等）時において、即座に電磁弁１０を開放することができ、これによって温度上昇に伴なう燃料圧力の上昇を解消することができるもので、エンジンの熱間再始動性を向上できる。
第５には、電磁弁１０は、燃料分配路６１ａと燃料タンクＴとを連絡するリターン通路９又は高圧燃料通路５と燃料タンクＴとを連絡するリターン通路（図示されていない）に配置されればよいので、高圧燃料ポンプＰＨと分離して配置できる。
以上によると高圧燃料ポンプＰＨをコンパクトにまとめることができ、燃料ポンプ用カム５７に近接配置される高圧燃料ポンプＰＨの配置の自由度を向上できる。

又、図１には電磁弁１０として、エンジンＥへ燃料を噴射供給する燃料噴射弁Ｊを用いた実施例が示される。
この燃料噴射弁Ｊは、特開２００２−２８５９３８号公報に開示される如き従来一般的に用いられるものであり、その上流側Ｊａが燃料分配路６１ａ内に連絡される噴射弁支持孔６１ｂに気密的に挿入支持されて燃料分配管６１に固定され、下流側Ｊｃの噴孔Ｊｂに臨んでリターン通路９が接続され、更にこのリターン通路９の下流は燃料タンクＴへと接続される。
このように電磁弁１０として従来の燃料噴射に用いられる燃料噴射弁Ｊを用い、この燃料噴射弁Ｊの上流側Ｊａを燃料分配管６１に取着し、下流側Ｊｃにリターン通路９を接続したことによると、電磁弁の開発、製造設備の投資が不要で量産効果による安価な電磁弁を得ることができる。
又、燃料噴射弁Ｊの燃料分配管６１への取着は、従来の燃料噴射弁と同様の取付け構造を採用できるので特別新たな取付け部材を必要としない。

本発明になる筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置の一実施例を示す概略システム図。 従来の筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置の概略システム図。

符号の説明

５ 高圧燃料通路
９ リターン通路
１０ 電磁弁
６１ 燃料分配管
Ｊ 燃料噴射弁
ＰＬ 低圧燃料ポンプ
ＰＨ 高圧燃料ポンプ
６３ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 低圧燃料ポンプから供給される低圧燃料を高圧燃料ポンプによって高圧に昇圧し、この高圧燃料が燃料分配管に供給されるとともに燃料分配管内の高圧燃料が燃料噴射弁を介して筒内噴射型ガソリンエンジンに供給される筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置において、
   燃料分配管６１を含む高圧燃料通路５より燃料タンクＴへ向かうリターン通路９を分岐し、該リターン通路に、ＥＣＵ６３から出力される信号に応じ、高圧燃料通路５からリターン通路９に向かうリターン燃料を制御する電磁弁１０を配置したことを特徴とする筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置。
2. 前記電磁弁は燃料噴射弁Ｊであって、且つ前記燃料噴射弁を燃料分配管６１に取着したことを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型ガソリンエンジンにおける燃料供給装置。
   

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