JP2006214336A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電電極装置を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になるなどの効果を奏する燃料供給装置を提供する。
【解決手段】 燃料タンクから燃料を汲み上げ、加圧する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を蓄えるコモンレールと、前記コモンレールに蓄えられた燃料を噴射するインジェクタとを備える燃料供給装置であって、高電圧発生手段と、前記高圧燃料ポンプと前記インジェクタとの間に設けられ、前記高電圧発生手段により高電圧が印加されると放電を発生させる放電電極装置とを備えていることを特徴とする燃料供給装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料を加圧して内燃機関に供給する燃料供給装置に関する。

筒内噴射式の内燃機関の燃料供給装置として、低圧燃料ポンプによって燃料タンクから高圧燃料ポンプに燃料を供給し、その高圧燃料ポンプにて燃料を加圧し、その加圧された燃料をデリバリパイプ内のコモンレールに蓄え、コモンレールからインジェクタ（燃料噴射装置）を介して内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するものがある。

しかし、高圧燃料ポンプは内燃機関によって駆動されているため、内燃機関の回転数が低い低温始動時には燃料を十分に加圧できないため、インジェクタから噴射される燃料が微粒化されず、多量の排気エミッションを放出するという問題がある。

そこで、電気ヒータからなる加熱装置をコモンレールに設け、その加熱装置を利用して内燃機関の始動時にコモンレール内の燃料の圧力を上昇する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−２１８５９２

しかし、特許文献１に示す従来技術では、燃料の圧力を上昇させるために多くのエネルギーが必要であることや燃料の圧力を上昇させるのに時間がかかるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、放電電極装置を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になるなどの効果を奏する燃料供給装置を提供することである。

本発明においては、燃料タンクから燃料を汲み上げ、加圧する高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を蓄えるコモンレールと、前記コモンレールに蓄えられた燃料を噴射するインジェクタとを備える燃料供給装置であって、高電圧発生手段と、前記高圧燃料ポンプと前記インジェクタとの間に設けられ、前記高電圧発生手段により高電圧が印加されると放電を発生させる放電電極装置とを備えていることを特徴とする燃料供給装置を提供する。

これによると、コモンレール内の燃料の圧力が十分でない場合に、本発明の放電電極装置を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記放電電極装置が、前記コモンレールに設けられていると、エンジン始動後から高圧燃料ポンプにより燃料圧力が所定以上に上昇されるまでの間に必要となる燃料量が蓄えられているため都合が良い。また、放電電極装置の取付けが容易である。

また、請求項３に記載の発明のように、前記放電電極装置が、前記燃料ポンプから前記コモンレールへ燃料を配送する燃料配管と前記コモンレールとの結合部近傍に設けられていると、気化膨張により発生した気泡が燃料と一緒にインジェクタへ供給される為、コモンレールのインジェクタ側には気泡が溜まり難くなる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記高圧燃料ポンプと前記放電電極装置の間には、前記放電電極装置の動作中に閉じ、圧力上昇した燃料が前記高圧燃料ポンプ側へ流れるのを防ぐ開閉手段が設けられていると良い。これによると、放電電極装置によって加圧された燃料が高圧燃料ポンプ側へ逆流するのを防止することが出来る。

また、請求項５に記載の発明のように、前記開閉手段が、前記放電電極装置側の圧力より高圧燃料ポンプ側の圧力が高くなったときに開くと、高圧燃料ポンプ始動後は、高圧燃料ポンプから吐出された燃料をインジェクタへ供給することが出来る。

また、請求項６に記載の発明のように、エンジンスイッチがオンすると、前記放電電極により放電を行い、
前記コモンレール内の燃料が昇圧し、エンジンの始動によって前記高圧燃料ポンプが始動した後は、前記放電電極による放電を中止すると、内燃機関の始動時などで、高圧燃料ポンプが停止しており、燃料が加圧されていない状態であっても、本発明の放電電極装置を用い、燃料圧力を上昇させることが可能になる。また、高圧燃料ポンプ始動後は放電を中止するため、放電のための電力消費を抑えることが出来る。

以下、本発明に係わる燃料供給装置の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の燃料供給装置の構成を示す構成図であり、本発明の燃料供給装置を筒内噴射式のガソリンエンジンに適用した実施形態を示している。但しエンジンの図示は省略した。

燃料供給装置１は、燃料タンク１０４内の低圧燃料ポンプ１０３から送られる燃料を高圧燃料ポンプ１０２にて加圧し、その加圧された燃料をコモンレール１０７内に蓄え、コモンレール１０７に接続されたインジェクタ１０５からエンジンのシリンダ内に燃料を噴射するように概略構成されている。低圧燃料ポンプ１０３の吐出圧は例えば０．３〜０．４ＭＰａに設定され、高圧燃料ポンプ１０２の吐出圧は低圧燃料ポンプ１０３の吐出圧に比べて十分に高い圧力（例えば１０ＭＰａ以上）に設定されている。低圧燃料ポンプ１０３は電気モータを駆動源として作動する。高圧燃料ポンプ１０２は、エンジンによって駆動される。加圧された燃料は逆止弁１１０を介してコモンレール１０７に導かれる。

放電電極装置１０８は、内燃機関用の点火プラグなどからなり、その放電電極部をコモンレール１０７内に突出させるようにして設けられている。放電電極装置１０８は高電圧発生装置１０９から高電圧が印加されるとコモンレール１０７の壁面など電位差のある部位との間で放電を発生させる。

なお、放電電極装置１０８の設置位置は、燃料ポンプ１０２からコモンレール１０７へ燃料を配送する燃料配管１２とコモンレール１０７との結合部近傍にであるのが好ましい。コモンレール１０７のインジェクタ１０５側には、気泡が溜まり易いため、放電電極装置１０８による局所的な気化膨張が起こり難く圧力上昇の効果が少ない。一方、コモンレール１０７の高圧燃料ポンプ１０２側に設置した場合、気泡が溜まり難いため、放電電極装置１０８による局所的な気化膨張が起こり易く圧力上昇の効果が大きい。また気化膨張により発生した気泡が燃料と一緒にインジェクタ１０５へ供給される為、コモンレール１０７のインジェクタ１０５側には気泡が溜まり難くなる。

コモンレール１０７にはそのコモンレール１０７内の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサ１０が設けられている。コモンレール１０７はそのコモンレール１０７内の最高圧力を規定するリリーフバルブ１１を介して高圧燃料ポンプ１０２の吸い込み側と接続されている。エンジンが搭載される車両には、エンジンの運転状態を制御するためにエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１１が設けられている。ＥＣＵ１１１はＣＰＵ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の各種周辺回路を備えたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ１１１はクランク角センサ１３やエンジン水温センサ１４等の各種のセンサの出力を参照してエンジンの運転状態を判別し、その判別結果に基づいて燃料噴射量を決定し、インジェクタ１０５の駆動回路１０６に対して適宜のタイミングで燃料噴射量を指示してインジェクタ１０５の燃料噴射動作を制御する。

このように構成された燃料供給装置では、エンジンスイッチがオンされると、放電電極装置１０８に高電圧発生装置１０９から高電圧（例えば、１０ｋＶ）を印加し、放電電極装置１０８において放電を発生させる。これにより、コモンレール１０７内の燃料では、局所的な熱膨張が発生するため、逆止弁１１０よりインジェクタ１０５側の燃料圧力が上昇する。

そして、燃料圧力が所定圧力（例えば、２ＭＰａ）に達すると、エンジンのクランキングが開始され、エンジン回転数が上昇する。同時に高圧燃料ポンプ１０２のスイッチがオンされ、高圧燃料ポンプ１０２が始動する。高圧燃料ポンプ１０２の始動後、逆止弁１１０より高圧燃料ポンプ１０２側の燃料圧力が上昇する。高圧燃料ポンプ１０２側の燃料圧力が所定以上（例えば、１０ＭＰａ）となった後、放電電極装置１０８の制御を停止する。

本実施例によると、放電電極装置１０８を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になる。

また、放電電極装置１０８が、コモンレール１０７に設けられていると、エンジン始動後から高圧燃料ポンプ１０２により燃料圧力が所定以上に上昇されるまでの間に必要となる燃料量が蓄えられているため都合が良い。また、放電電極装置１０８の取付けが容易である。

また、放電電極装置１０８が、燃料ポンプ１０２からコモンレール１０７へ燃料を配送する燃料配管１２とコモンレール１０７との結合部近傍に設けられていると、気化膨張により発生した気泡が燃料と一緒にインジェクタ１０５へ供給される為、コモンレール１０７のインジェクタ１０５側には気泡が溜まり難くなる。

また、逆止弁１１０により、放電電極装置１０８によって加圧された燃料が高圧燃料ポンプ１０２側へ逆流するのを防止することが出来る。

また、逆止弁１１０が、放電電極装置１０８側の圧力より高圧燃料ポンプ１０２側の圧力が高くなったときに開くと、高圧燃料ポンプ１０２始動後は、高圧燃料ポンプ１０２から吐出された燃料をインジェクタ１０５へ供給することが出来る。

図２は、本発明の別の実施形態の燃料供給装置の構成を示す構成図である。図２に示す実施形態は、高圧燃料ポンプ部Ａと、燃料噴射部Ｂと、コモンレール部Ｃと、制御部Ｄとから構成され、ガソリンエンジン１０１に高圧燃料を噴射供給する。

高圧燃料ポンプ部Ａは、燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１０２と、この高圧燃料ポンプ１０２に燃料を送る低圧燃料ポンプ１０３と、燃料を貯蔵する燃料タンク１０４とから構成されている。高圧燃料ポンプ１０２は、ガソリンエンジン１０１から駆動力を得る。このような構成の高圧燃料ポンプ部Ａでは、燃料タンク１０４から低圧燃料ポンプ１０３を介して高圧燃料ポンプ１０２へ燃料が送られ、高圧燃料ポンプ１０２にて燃料が加圧される。

燃料噴射部Ｂは、インジェクタ１０５と、駆動回路１０６とから構成される。このような構成の燃料噴射部Ｂでは、駆動回路１０６からの指示により、インジェクタ１０５からガソリンエンジン１０１へ燃料が噴射供給される。

コモンレール部Ｃは、コモンレール１０７と、コモンレール１０７内の燃料圧力を上昇させるための放電電極装置１０８と、放電電極装置１０８に高電圧を印加するための高電圧発生装置１０９と、逆止弁１１０とから構成される。

放電電極装置１０８は、内燃機関用の点火プラグからなり、高電圧発生装置１０９により高電圧が印加されると、コモンレール１０７内壁などの電位差のある部位との間で放電を発生させる。

このような構成のコモンレール部Ｃでは、高圧燃料ポンプ１０２から逆止弁１１０を介してコモンレール１０７へ高圧燃料が供給される。コモンレール１０７に蓄えられた燃料は、インジェクタ１０５へ供給される。

ここで、ガソリンエンジン１０１の始動時などであって、高圧燃料ポンプ１０２が停止しており、燃料が加圧されていない状態のときには、放電電極装置１０８により放電を発生させる。この放電により、コモンレール１０７内の残留燃料または低圧燃料ポンプ１０３によりコモンレール１０７へ導かれた燃料は、局所的に気化膨張し、燃料圧力が上昇する。またこのとき、コモンレール１０７に設けられた逆止弁１１０によってコモンレール１０７内の圧力が高圧燃料ポンプ１０２側へ逃げない構成となっている。なお高圧燃料ポンプ１０２が始動し、十分に燃料が加圧されると、逆止弁１１０が開き、コモンレール１０７に燃料が供給される。

このように、放電電極装置１０８をコモンレール１０７に設けると、エンジン始動後から高圧燃料ポンプ１０２により燃料圧力が所定以上に上昇されるまでの間に必要となる燃料量が蓄えられているため都合が良く、放電電極装置１０８の取付けも容易である。また、逆止弁１１０を設けることにより、放電電極装置１０８によって加圧された燃料が高圧燃料ポンプ１０２側へ逆流するのを防止することが出来き、かつ、高圧燃料ポンプ１０２始動後は、高圧燃料ポンプ１０２から吐出された燃料をインジェクタ１０５へ供給することが出来る。

制御部Ｄは、ＥＣＵ１１１と、燃料圧力センサ１１２とから構成されている。このような構成の制御部Ｄでは、ＥＣＵ１１１はガソリンエンジン１０１の状態から適切な燃料噴射タイミングを決定し、駆動回路１０６を動作させる。燃料圧力センサ１１２は、コモンレール１０７内の燃料圧力を測定し、ＥＣＵ１１１へ伝達する。ＥＣＵ１１１は、伝達された燃料圧力から放電タイミングを決定し、高電圧発生装置１０９を動作させる。また、ＥＣＵ１１１は、高圧燃料ポンプ１０２および低圧燃料ポンプ１０３の制御も行なう。

本実施例によると、放電電極装置１０８を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になる。また、逆止弁１１０が、放電電極装置１０８側の圧力より高圧燃料ポンプ１０２側の圧力が高くなったときに開くと、高圧燃料ポンプ１０２始動後は、高圧燃料ポンプ１０２から吐出された燃料をインジェクタ１０５へ供給することが出来る。

図３は、本発明の別の実施形態の燃料供給装置の構成を示す構成図である。図２に示す実施形態は、高圧燃料ポンプ部Ａ２と、燃料噴射部Ｂ２と、コモンレール部Ｃ２と、制御部Ｄ２とから構成され、ディーゼルエンジン２０１に高圧燃料を噴射供給する。

高圧燃料ポンプ部Ａ２は、燃料を加圧する高圧燃料ポンプ２０２と、燃料を貯蔵する燃料タンク２０４とから構成されている。高圧燃料ポンプ２０２は、ディーゼルエンジン２０１から駆動力を得る。このような構成の高圧燃料ポンプ部Ａでは、高圧燃料ポンプ２０２により、燃料タンク２０４から燃料が吸入および加圧される。

燃料噴射部Ｂ２は、インジェクタ２０５から構成される。このような構成の燃料噴射部Ｂ２では、インジェクタ２０５からディーゼルエンジン２０１へ燃料が噴射供給される。

コモンレール部Ｃ２は、コモンレール２０７と、コモンレール２０７内の燃料圧力を上昇させるための放電電極装置２０８と、放電電極装置２０８に高電圧を印加するための高電圧発生装置２０９と、逆止弁２１０とから構成される。

放電電極装置２０８は、内燃機関用の点火プラグからなり、高電圧発生装置２０９により高電圧が印加されると、コモンレール２０７内壁などの電位差のある部位との間で放電を発生させる。

このような構成のコモンレール部Ｃ２では、高圧燃料ポンプ２０２から逆止弁２１０を介してコモンレール２０７へ高圧燃料が供給される。コモンレール２０７に蓄えられた燃料は、インジェクタ２０５へ供給される。

ここで、ディーゼルエンジン２０１の始動時などであって、高圧燃料ポンプ２０２が停止しており、燃料が加圧されていない状態のときには、放電電極装置２０８により放電を発生させる。この放電により、コモンレール２０７内の残留燃料は、局所的に気化膨張し、燃料圧力が上昇する。またこのとき、コモンレール２０７に設けられた逆止弁２１０によってコモンレール２０７内の圧力が高圧燃料ポンプ２０２側へ逃げない構成となっている。なお高圧燃料ポンプ２０２が始動し、十分に燃料が加圧されると、逆止弁２１０が開き、コモンレール２０７に燃料が供給される。

このように、放電電極装置２０８をコモンレール２０７に設けると、エンジン始動後から高圧燃料ポンプ２０２により燃料圧力が所定以上に上昇されるまでの間に必要となる燃料量が蓄えられているため都合が良く、放電電極装置２０８の取付けも容易である。また、逆止弁２１０を設けることにより、放電電極装置２０８によって加圧された燃料が高圧燃料ポンプ２０２側へ逆流するのを防止することが出来、かつ、高圧燃料ポンプ２０２始動後は、高圧燃料ポンプ２０２から吐出された燃料をインジェクタ２０５へ供給することが出来る。

制御部Ｄは、ＥＣＵ２１１と、燃料圧力センサ２１２とから構成されている。このような構成の制御部Ｄでは、ＥＣＵ２１１はディーゼルエンジン２０１の状態により適切な燃料噴射タイミングを決定し、インジェクタ２０５を動作させる。燃料圧力センサ２１２は、コモンレール２０７内の燃料圧力を測定し、ＥＣＵ２１１へ伝達する。ＥＣＵ２１１は、伝達された燃料圧力から放電タイミングを決定し、高電圧発生装置２０９を動作させる。また、ＥＣＵ２１１は、高圧燃料ポンプ２０２の制御も行なう。

本実施例によると、放電電極装置２０８を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になる。また、逆止弁２１０が、放電電極装置２０８側の圧力より高圧燃料ポンプ２０２側の圧力が高くなったときに開くと、高圧燃料ポンプ２０２始動後は、高圧燃料ポンプ２０２から吐出された燃料をインジェクタ２０５へ供給することが出来る。

図４は、本発明の別の実施形態の燃料供給装置の作動を示すタイムチャートである。図４に示されるように、ａでエンジンスイッチがオンされると、ｃで放電電極装置に高電圧発生装置から高電圧が印加され、コモンレール内の燃料では、局所的な熱膨張が発生し、例えば、ｄのように燃料圧力（逆止弁より燃料噴射弁側）が上昇する。

そして、燃料圧力が所定圧力に達すると、エンジンのクランキングが開始され、ｂでエンジン回転数が上昇する。同時にｅで高圧燃料ポンプのスイッチがオンされ、高圧燃料ポンプが始動する。高圧燃料ポンプの始動後、例えば、ｆのように、逆止弁より高圧燃料ポンプ側の燃料圧力が上昇する。高圧燃料ポンプ側の燃料圧力が所定以上（例えば、ガソリンエンジンに適用される場合では１０ＭＰａ、ディーゼルエンジンに適用される場合では１００ＭＰａ）となった後、ｃで放電電極装置の制御を停止する。

図５は、本発明の実施形態の放電電極装置の制御方法を示すフローチャートである。図５に示されるように、放電電極装置は、コモンレール内の圧力が低い場合は放電を行なう。一方、圧力が低くない場合は放電を中止する。このように制御された放電電極装置によると、燃料を適切な圧力に調整することが出来る。

図６は、本発明の実施形態の燃料供給装置の特性を示すグラフである。図６に示されるように、放電エネルギーが大きいほど、局所的な気化膨張により気泡が多く発生する為、燃料圧力が増加する。

以上述べたように本実施の形態に係わる燃料供給装置によると、内燃機関の始動時などで、高圧燃料ポンプが停止しており、燃料が加圧されていない状態であっても、放電電極装置を用い、局所的な燃料を気化膨張させることで、短時間かつ少ないエネルギーで燃料圧力を上昇させることが可能になる。

なお、本発明に用いられる構成は本発明の課題を達成出来るものであれば、本実施例の構成に限定されない。例えば、放電電極装置は、高圧燃料ポンプとコモンレールとの間に設けても良く、コモンレールとインジェクタとの間に設けても良く、放電電極装置は、コモンレール内に設けられた電位差のある部位に放電しても良い。

本発明の実施形態の燃料供給装置の構成を示す構成図（１）である。 本発明の実施形態の燃料供給装置の構成を示す構成図（２）である。 本発明の実施形態の燃料供給装置の構成を示す構成図（３）である。 本発明の実施形態の燃料供給装置の作動を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態の燃料供給装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の燃料供給装置の特性を示すグラフである。

符号の説明

１０１ ガソリンエンジン
１０２ 高圧燃料ポンプ
１０３ 低圧燃料ポンプ
１０４ 燃料タンク
１０５ インジェクタ
１０６ 駆動回路
１０７ コモンレール
１０８ 放電電極装置
１０９ 高電圧発生装置
１１０ 逆止弁
１１１ ＥＣＵ
１１２ 燃料圧力センサ

Claims (6)

1. 燃料タンクから燃料を汲み上げ、加圧する高圧燃料ポンプと、
   前記高圧燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
   前記コモンレールに蓄えられた燃料を噴射するインジェクタとを備える燃料供給装置であって、
   高電圧発生手段と、
   前記高圧燃料ポンプと前記インジェクタとの間に設けられ、前記高電圧発生手段により高電圧が印加されると放電を発生させる放電電極装置とを備えていることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記放電電極装置が、前記コモンレール内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記放電電極装置が、前記燃料ポンプから前記コモンレールへ燃料を配送する燃料配管と前記コモンレールとの結合部近傍に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記燃料ポンプと前記放電電極装置の間には、前記放電電極装置の動作中に閉じ、圧力上昇した燃料が前記高圧燃料ポンプ側へ流れるのを防ぐ開閉手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の燃料供給装置。
5. 前記開閉手段が、前記放電電極装置側の圧力より高圧燃料ポンプ側の圧力が高くなったときに開くことを特徴とする請求項４に記載の燃料供給装置。
6. エンジンスイッチがオンすると、前記放電電極により放電を行い、
   前記コモンレール内の燃料が昇圧し、エンジンの始動によって前記高圧燃料ポンプが始動した後は、前記放電電極による放電を中止することを特徴とする請求項１乃至５に記載の燃料供給装置。

Images