JP2007046501A - 高圧燃料供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ポンプ効率およびシール性の低下を抑制して、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を速やかに低下させる。
【解決手段】 ECUは、エンジンが停止したか否かを判断すると(S200にてYES)、電磁スピル弁への通電を停止するステップ(S202)と、電磁逆止弁を通電するステップ(S204)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図5

Description

本発明は、高圧燃料供給装置に関し、特に、内燃機関の停止時に、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を低下させる高圧燃料供給装置に関する。
燃料噴射弁を用いて必要な燃料量を供給する内燃機関、たとえば筒内噴射型内燃機関などにおいては、所望の燃焼を行なわせるためには燃料噴射弁から正確な燃料量を噴射することが必要である。この正確な燃料噴射量を実現するためには、燃料噴射弁に燃料を分配している燃料分配管内の燃料圧力(以下、単に燃圧ともいう)を必要な圧力に維持しなくてはならない。このような用途に用いられる高圧燃料供給装置としては、内燃機関のカムシャフトに取付けられたカムによってシリンダ内のプランジャーが往復駆動されることにより燃料圧力を昇圧する機関駆動式の高圧燃料ポンプが用いられている。
高圧燃料ポンプは、加圧室と、低圧燃料通路と、電磁スピル弁とを備える。低圧燃料通路は、加圧室に接続されており、電磁スピル弁は、低圧燃料通路と加圧室との間に設けられる。そして、加圧室は、電磁スピル弁が開くと、低圧燃料通路を介して燃料タンクから燃料を受け、電磁スピル弁が閉じると、往復運動するプランジャーによって加圧された高圧燃料を内燃機関の高圧燃料噴射系へ圧送する。
このような高圧燃料供給装置においては、高圧燃料噴射系から加圧室に燃料が逆流しないように、逆止弁が設けられる。しかしながら、内燃機関の停止時においては、高圧燃料噴射系に供給された燃料圧力が高いとインジェクタから燃料が漏出するなどして、次回始動時の燃焼性(たとえば、エミッション)あるいは燃費が悪化する場合がある。このような問題に鑑みて、逆止弁にリーク溝が設けられる技術がある。内燃機関の停止時には、高圧燃料噴射系から加圧室にリーク溝を介して燃料が流出することにより、高圧燃料噴射系の燃料圧力を低下させるようにしている。このようなリーク溝が設けられる逆止弁として、たとえば、特開平11−49004号公報(特許文献1)は、機能の信頼性、生産性、品質安定性のいずれにも優れた逆止弁を開示する。この逆止弁は、流体の供給口と吐出口とを有する弁ハウジングと、この弁ハウジングに設けられた弁座と、この弁座に接離可能な可動栓と、この可動栓を付勢して弁座に密着させる弾性部材とを備え、可動栓を弁座に密着させた状態で吐出口側から供給口側への流体の逆流を阻止する逆止弁であって、弁座と可動栓との密着面に沿って、弁座及び可動栓の少なくとも一方に、逆流方向への流体のリークを許容するリーク通路を形成している。
上述した公報に開示された逆止弁によると、閉弁時の弁座と可動栓との密着面に沿ってリーク通路が形成されているので、可動栓にはオリフィスを設ける必要がない。したがって孔あけ工程を要しないことにより生産性が良くなり、コストダウンにも寄与する。また、孔あけを行なうことによる機械的強度の低下及びバリや返りの発生を排除することができるので、機能の信頼性が向上し、品質も安定する。
特開平11−49004号公報
しかしながら、上述した公報に開示された逆止弁のように、リーク溝が設けられていると、ポンプ効率の低下あるいはシール性が悪化するという問題がある。たとえば、内燃機関の停止時に、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を速やかに低下させるためにリーク溝が大きく設けられる場合には、高圧燃料噴射系から加圧室への燃料の流出量が多くなるため、特に、内燃機関の回転数が低いときに高圧燃料ポンプのポンプ効率が悪化する可能性がある。そのため、次回の燃料の昇圧時に所望の圧力になるまで時間が長くなるという問題がある。
一方、ポンプ効率の低下を抑制するためにリーク溝が小さく設けられる場合には、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を高圧による影響が発生しない圧力に速やかに低下できず、さらに、リーク溝を通過する流出する燃料の流速が速くなるため、リーク溝にエロージョンあるいは侵食が発生することにより逆止弁のシール性が低下するという可能性がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ポンプ効率およびシール性の低下を抑制して、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を速やかに低下させる高圧燃料供給装置を提供することである。
第1の発明に係る高圧燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置である。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、燃料タンクと高圧燃料ポンプとに接続される供給通路と、高圧燃料ポンプと供給通路とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第1の電磁弁と、高圧燃料ポンプと燃料噴射手段とに接続される高圧配管と、高圧燃料ポンプと高圧配管とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第2の電磁弁と、電磁弁の作動を制御する制御ユニットとを含む。
第4の発明に係る高圧燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置である。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、燃料タンクと高圧燃料ポンプとに接続される供給通路と、高圧燃料ポンプと供給通路とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第1の電磁弁と、高圧燃料ポンプと燃料噴射手段とに接続される高圧配管と、高圧燃料ポンプと高圧配管とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第2の電磁弁と、電磁弁の作動を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、内燃機関の停止時において、第1の電磁弁および第2の電磁弁において、いずれも連通状態になるように第1の電磁弁および第2の電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第1または4の発明によると、内燃機関の停止時において、第1の電磁弁および第2の電磁弁において、いずれも連通状態になるように第1の電磁弁および第2の電磁弁が制御されることにより、燃料噴射手段に供給されていた高圧の燃料と、高圧燃料ポンプおよび供給通路における低圧の燃料との間で生じる圧力差に応じて高圧配管から燃料タンクに燃料が戻される。したがって、リーク溝のような通路断面積の小さい構造を廃止することができるため、燃料噴射手段における燃料の圧力を速やかに低下させることができる。また、リーク溝を廃止することにより、リーク溝が設けられることにより生じていたポンプ効率の低下および侵食等によるシール性の低下を抑制することができる。したがって、ポンプ効率およびシール性の低下を抑制して、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を速やかに低下させる高圧燃料供給装置を提供することができる。
第2の発明に係る高圧燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置である。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、燃料タンクに接続される供給通路と、燃料噴射手段に接続される高圧配管と、高圧燃料ポンプと供給通路と高圧配管とにそれぞれ接続され、供給通路と高圧燃料ポンプと高圧配管とを連通する全通状態および供給通路と高圧燃料ポンプと高圧配管とのうちのいずれか2つが連通する状態のうちのいずれかの状態となるように、弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、電磁弁の作動を制御するための制御ユニットとを含む。
第7の発明に係る高圧燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置である。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、燃料タンクに接続される供給通路と、燃料噴射手段に接続される高圧配管と、高圧燃料ポンプと供給通路と高圧配管とにそれぞれ接続され、供給通路と高圧燃料ポンプと高圧配管とを連通する全通状態および供給通路と高圧燃料ポンプと高圧配管とのうちのいずれか2つが連通する状態のうちのいずれかの状態となるように、弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、電磁弁の作動を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、内燃機関の停止時において、全通状態になるように電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第2または7の発明によると、内燃機関の停止時において、三方弁が全通状態になることにより、燃料噴射手段に供給されていた高圧の燃料と供給通路における低圧の燃料との圧力差に応じて、高圧配管から三方弁および供給通路を介して燃料タンクに燃料が戻される。したがって、リーク溝のような通路断面積の小さい構造を廃止することができるため、燃料噴射手段における燃料の圧力を速やかに低下させることができる。また、リーク溝を廃止することにより、リーク溝が設けられることにより生じていたポンプ効率の低下および侵食等によるシール性の低下を抑制することができる。したがって、ポンプ効率およびシール性の低下を抑制して、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を速やかに低下させる高圧燃料供給装置を提供することができる。
第3の発明に係る高圧燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置である。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、前記燃料タンクに接続される供給通路と、燃料噴射手段に接続される高圧配管と、高圧燃料ポンプと供給通路と高圧配管とにそれぞれ接続され、高圧燃料ポンプと供給通路とが連通状態となる第1の状態と、高圧燃料ポンプと高圧配管とが連通状態となる第2の状態とのうちのいずれかの状態となるように弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、電磁弁の作動を制御するための制御ユニットとを含む。
第10の発明に係る高圧燃料供給装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置である。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、燃料タンクに接続される供給通路と、燃料噴射手段に接続される高圧配管と、高圧燃料ポンプと供給通路と高圧配管とにそれぞれ接続され、高圧燃料ポンプと供給通路とが連通状態となる第1の状態と、高圧燃料ポンプと高圧配管とが連通状態となる第2の状態とのうちのいずれかの状態となるように弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、電磁弁の作動を制御するための制御手段とを含む。高圧燃料ポンプは、三方弁に接続される加圧室と、内燃機関の駆動により加圧室内の圧力を変化させるポンププランジャーとを含む。制御手段は、内燃機関の停止指示があると、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が低下するときに、第1の状態から第2の状態になるように、電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第3または10の発明によると、内燃機関の停止指示があると、高圧燃料ポンプに設けられる加圧室内の圧力がポンププランジャーにより低下するときに第1の状態から第2の状態になるように電磁弁が制御される。このとき、高圧配管側の燃料は高圧燃料ポンプにより吸入される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を低下させることができる。また、たとえば、高圧燃料ポンプにより加圧室内の圧力が上昇するときに第2の状態から第1の状態になるように電磁弁が制御されるようにすると、高圧燃料ポンプと供給通路とが連通するため、吸入された高圧配管側の燃料が供給通路を介して燃料タンクに戻される。したがって、リーク溝のような通路断面積の小さい構造を廃止することができるため、燃料噴射手段における燃料の圧力を速やかに低下させることができる。また、リーク溝を廃止することにより、リーク溝が設けられることにより生じていたポンプ効率の低下および侵食等によるシール性の低下を抑制することができる。したがって、ポンプ効率およびシール性の低下を抑制して、高圧燃料噴射系内の燃料圧力を速やかに低下させる高圧燃料供給装置を提供することができる。
第5の発明に係る高圧燃料供給装置においては、第4の発明の構成に加えて、高圧燃料ポンプは、供給通路と高圧配管とに接続される加圧室と、内燃機関の駆動により加圧室内の圧力を変化させるポンププランジャーとを含む。制御手段は、内燃機関の作動中に、燃料を加圧する場合には、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇するときに、第1の電磁弁が加圧室と供給通路とを遮断状態とし、第2の電磁弁が加圧室と高圧配管とを連通状態とするように、第1の電磁弁および第2の電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第5の発明によると、内燃機関の作動中に、燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を上昇させる場合には、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、第1の電磁弁が加圧室と供給通路とを遮断し、第2の電磁弁が加圧室と高圧配管とを連通するように制御される。ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇するときに、加圧室と供給通路とが遮断され、加圧室と高圧配管とが連通すると、加圧室の圧力が上昇したときに生じる圧力差に応じて高圧配管に燃料が吐出される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を上昇させることができる。
第6の発明に係る高圧燃料供給装置においては、第5の発明の構成に加えて、ポンププランジャーは、内燃機関の作動に応じて回転する軸により駆動される。高圧燃料供給装置は、軸の回転角を検知するための検知手段をさらに含む。制御手段は、検知された回転角に応じて、第1の電磁弁および第2の電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第6の発明によると、ポンププランジャーは、内燃機関の作動に応じて回転する軸(たとえば、カム)により駆動される。高圧燃料供給装置は、軸の回転角を検知するための検知手段(たとえば、カム角センサ)をさらに含む。制御手段は、検知された回転角に応じて、第1の電磁弁および第2の電磁弁の作動を制御する。たとえば、燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を上昇させる場合には、検知された回転角が、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときの軸の回転角であるときに、加圧室と供給通路とが遮断され、加圧室と高圧配管とが連通するように第1の電磁弁および第2の電磁弁が制御される。このようにすると、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇したときに生ずる圧力差に応じて高圧配管に燃料が吐出される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を上昇させることができる。また、第1の電磁弁および第2の電磁弁を制御する時点(カム角)を変化させることにより、ポンププランジャーの位置に対応した燃料量を高圧配管に吐出することができるため、高圧配管の燃料圧力を精度よく制御することができる。
第8の発明に係る高圧燃料供給装置においては、第7の発明の構成に加えて、高圧燃料ポンプは、三方弁に接続される加圧室と、内燃機関の駆動により加圧室内の圧力を変化させるポンププランジャーとを含む。三方弁は、供給通路と加圧室とを連通する第1の連通状態および加圧室と高圧配管とを連通する第2の連通状態のうちのいずれかの状態となるように弁体を移動させる加圧電磁弁をさらに含む。高圧燃料供給装置は、内燃機関の作動中に、燃料を加圧する場合には、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇するときに、第1の連通状態から第2の連通状態となるように、加圧電磁弁の作動を制御するための加圧制御手段をさらに含む。
第8の発明によると、内燃機関の作動中に、燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を上昇させる場合には、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、第1の連通状態から第2の連通状態となるように加圧電磁弁が制御される。ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇するときに、第1の連通状態から第2の連通状態になると、加圧室と供給通路とが遮断され、加圧室と高圧配管とが連通するため、加圧室の圧力が上昇したときに生じる圧力差に応じて高圧配管に燃料が吐出される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を上昇させることができる。
第9の発明に係る高圧燃料供給装置においては、第8の発明の構成に加えて、ポンププランジャーは、内燃機関の作動に応じて回転する軸により駆動される。高圧燃料供給装置は、軸の回転角を検知するための検知手段をさらに含む。加圧制御手段は、検知された回転角に応じて、加圧電磁弁の作動を制御するための手段とを含む。
第9の発明によると、ポンププランジャーは、内燃機関の作動に応じて回転する軸(たとえば、カム)により駆動される。高圧燃料供給装置は、軸の回転角を検知するための検知手段(たとえば、カム角センサ)をさらに含む。加圧制御手段は、検知された回転角に応じて、加圧電磁弁の作動を制御する。たとえば、燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を上昇させる場合には、検知された回転角が、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときの軸の回転角であるときに、第1の連通状態から第2の連通状態となるように制御される。このようにすると、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇したときに生ずる圧力差に応じて高圧配管に燃料が吐出される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を上昇させることができる。また、第1の連通状態から第2の連通状態となるように加圧電磁弁を制御する時点(カム角)を変化させることにより、ポンププランジャーの位置に対応した燃料量を高圧配管に吐出することができるため、高圧配管の燃料圧力を精度よく制御することができる。
第11の発明に係る高圧燃料供給装置においては、第10の発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関の作動中に、燃料を加圧する場合には、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が上昇するときに、第1の状態から第2の状態になるように電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第11の発明によると、内燃機関の作動中に、燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を上昇させる場合には、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、第1の状態から第2の状態になるように電磁弁が制御される。ポンププランジャーが加圧室内の圧力を低下するように駆動するときに第1の状態であると、高圧配管と三方弁とが遮断され、供給通路と高圧燃料ポンプとが連通するため、燃料タンクから供給される燃料が加圧室に吸入される。そして、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇するように駆動するときに、第1の状態から第2の状態になることにより、供給通路と加圧室とが遮断され、高圧配管と加圧室とが連通するため、加圧室の圧力が上昇したときに生じる圧力差に応じて高圧配管に燃料が吐出される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を上昇させることができる。
第12の発明に係る高圧燃料供給装置においては、第11の発明の構成に加えて、ポンププランジャーは、内燃機関の作動に応じて回転する軸により駆動される。高圧燃料供給装置は、軸の回転角を検知するための検知手段をさらに含む。制御手段は、検知された回転角に応じて、電磁弁の作動を制御するための手段を含む。
第12の発明によると、ポンププランジャーは、内燃機関の作動に応じて回転する軸(たとえば、カム)により駆動される。高圧燃料供給装置は、軸の回転角を検知するための検知手段(たとえば、カム角センサ)をさらに含む。制御手段は、検知された回転角に応じて、電磁弁の作動を制御する。たとえば、燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を上昇させる場合には、検知された回転角が、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときの軸の回転角であるときに、第1の状態から第2の状態になるように電磁弁が制御される。このようにすると、たとえば、検知された回転角が、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を低下させるように駆動するときの回転角であるときに、第1の状態になるように電磁弁が制御されると、高圧配管と三方弁とが遮断され、供給通路と加圧室とが連通するため、燃料タンクから供給される燃料が加圧室に吸入される。そして、検知された回転角が、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときの回転角であるときに、第1の状態から第2の状態になるように電磁弁が制御されると、供給通路と三方弁とが遮断され、高圧配管と加圧室とが連通するため、加圧室内の圧力が上昇することにより生じる圧力差に応じて、燃料タンクから吸入された燃料が高圧配管に吐出される。そのため、高圧配管および燃料噴射手段における燃料の圧力を上昇させることができる。また、第1の状態から第2の状態となるように電磁弁を制御する時点(カム角)を変化させることにより、ポンププランジャーの位置に対応した燃料量を高圧配管に吐出することができるため、高圧配管の燃料圧力を精度よく制御することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。
<第1の実施の形態>
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る高圧燃料供給装置400は、エンジン200に設けられる。このエンジン200は、直列4気筒の筒内噴射型ガソリンエンジンであって、各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタ124を有する。なお、本発明において、エンジン200は、筒内噴射型エンジンであれば、特に限定されるものではない。たとえば、他の形式の筒内噴射型ガソリンエンジンであってもよい。さらには、コモンディーゼルエンジンでもよい。
エンジン200には、インテークマニホールド202が設けられている。インテークマニホールド202は、吸気通路204を介してエアクリーナ(図示せず)に接続される。吸気通路204の途中には、吸入空気量を調節するスロットル弁206が設けられる。スロットル弁206は、スロットルモータ(図示せず)により駆動させられる。スロットル弁206の開度は、スロットルポジションセンサ208により検知される。スロットルポジションセンサ208により検知されたスロットル弁206のスロットル開度は、ECU(Electronic Control Unit)100に出力される。
一方、高圧燃料供給装置400は、フューエルタンク102に設けられ、低圧(プレッシャーレギュレータ圧力である400kPa程度)の吐出圧で燃料を供給するフィードポンプ118と、カム114により駆動される高圧燃料ポンプ108と、筒内噴射用インジェクタ124に高圧燃料を供給するための高圧デリバリパイプ122と、高圧デリバリパイプ122に設けられた4個の筒内噴射用インジェクタ124と高圧燃料ポンプ108が吐出する燃料量を制御するECU100とから構成される。
フューエルタンク102のフィードポンプ118の吐出口は、燃料供給パイプ104に接続される。フィードポンプ118は、電動で駆動する。燃料供給パイプ104の途中にはプレッシャーレギュレータ132が設けられており、高圧燃料ポンプ108に供給される燃料は、プレッシャーレギュレータ132により予め定められた圧力に維持される。燃料供給パイプ104は、高圧燃料ポンプ108に接続される。高圧燃料ポンプ108の入口の手前には、パルセーションダンパ106が設けられ、燃料脈動の低減を図っている。
高圧燃料ポンプ108の吐出口134は、高圧デリバリ連通パイプ120に接続され、高圧デリバリ連通パイプ120は、高圧デリバリパイプ122に接続される。高圧デリバリパイプ122に設けられたリリーフバルブ126は、高圧デリバリリターンパイプ128を介してフューエルタンク102に接続される。
図1および図2に示すように、高圧燃料ポンプ108は、加圧室140と、加圧室140に連通し、カム114で駆動され上下に摺動するポンププランジャー110と、電磁スピル弁112と、電磁逆止弁116とを主な構成部品としている。高圧燃料ポンプ108は、カム114の回転に応じて、上下に摺動するポンププランジャー110のリフト量に応じて、電磁スピル弁112および電磁逆止弁116の開閉を制御することにより、高圧デリバリ連通パイプ120に供給される燃料量を制御することができる。カム114は、カムシャフト(図示せず)に設けられ、カムシャフトは、クランクシャフト(図示せず)からベルト等を介して動力が伝達されて駆動する。
すなわち、カム114によりポンププランジャー110が下方向に移動しているときであって、電磁スピル弁112が開いており、電磁逆止弁116が閉じているときに燃料が導入され(吸い込まれ)、カム114によりポンププランジャー110が上方向に移動しているときに電磁スピル弁112を閉じるタイミングと、電磁逆止弁116を開くタイミングとを変更して、高圧燃料ポンプ108から吐出される燃料量を制御する。
本実施の形態において、電磁スピル弁112は、いわゆる、ノーマリオープンの電磁弁であって、非通電時には、スプリング142の付勢力により開弁した状態である。電磁スピル弁112は、通電時には、弁体136が燃料供給パイプ104と加圧室140とを遮断するように閉弁した状態となる。
電磁逆止弁116は、いわゆる、ノーマリクローズの電磁弁であって、非通電時は、弁体138により高圧デリバリ連通パイプ120と加圧室140の吐出口134とを遮断するように閉弁した状態である。電磁逆止弁116は、通電時には、高圧デリバリ連通パイプ120と吐出口134とを連通するように開弁した状態となる。本実施の形態において、電磁逆止弁116は、電磁スピル弁112と連動して作動する。
ポンププランジャー110が上方向に移動している加圧行程中における電磁スピル弁112を閉じる(電磁逆止弁116が開く)時期が早いほど多くの燃料が吐出され、遅いほど少ない量の燃料が吐出される。この最も多い燃料量が吐出される場合の電磁スピル弁112の駆動デューティを100%とし、最も少ない燃料量が吐出される場合の電磁スピル弁112の駆動デューティを0%としている。
なお、電磁スピル弁112の駆動デューティが0%の場合には、電磁スピル弁112は閉じることなく開いたままの状態(電磁逆止弁116は閉じたままの状態)になり、カム114が回転している限り(エンジンが回転している限り)ポンププランジャー110は上下方向に摺動するが、電磁スピル弁112が閉じないので、燃料は加圧されない。
加圧された燃料は、高圧デリバリ連通パイプ120を介して高圧デリバリパイプ122へ圧送される。このとき、高圧デリバリパイプ122に設けられた燃圧センサ130により燃料圧力が検知される。
ECU100は、電磁スピル弁112の開閉を制御して、燃料圧力が目標値になるように制御する。すなわち、ECU100は、燃圧センサ130により検知される実燃圧と、エンジン200の運転状態に応じて設定される目標値との偏差に基づいて、実燃圧が目標値になるようにフィードバック制御する。
運転状態とは、たとえば、車両の走行状態あるいは、車速が予め定められた速度以下のアイドリング状態である。筒内噴射型ガソリンエンジンにおいては、アイドリング状態においては、燃圧を走行状態における燃圧よりも低下させる。これは、燃圧を低下させて、燃料の噴射時間を長くすることにより、安定して燃料が噴射されるためである。そのため、燃料の燃焼が均一化して、燃料の消費を抑制することができる。車両の運転状態がアイドリング状態であると判定されると、ECU100は、燃圧の目標値を走行状態における燃圧の目標値よりも低い値に設定する。アイドリング状態における燃圧の目標値は、本実施の形態において、たとえば、4MPa程度である。一方、走行状態における燃圧の目標値は、本実施の形態において、たとえば、12MPa程度である。
また、運転状態がアイドリング状態であるか否かは、スロットルポジションセンサ208から出力されるスロットル開度が予め定められた開度以下であるか否かにより判定される。すなわち、スロットルポジションセンサ208から出力されるスロットル開度が予め定められた開度以下であると、ECU100は、エンジン200の運転状態がアイドリング状態であると判定する。
このように、ECU100は、エンジン200の運転状態がアイドリング状態であると判定すると、燃圧の目標値を12MPaから4MPaへと変更する。一方、ECU100は、エンジン200の運転状態がアイドリング状態から走行状態に移行すると、燃圧の目標値を4MPaから12MPaへと変更する。ECU100は、燃圧センサ130により検知される燃圧と、設定された燃圧の目標値との偏差に基づいて、検知される燃圧が目標値となるようにフィードバック制御する。フィードバック制御は、本実施の形態において、たとえば、フォワード比例積分(FPI)制御であるが特にこれに限定されるものではない。たとえば、フィードバック制御は、比例積分(PI)制御でもよいし、比例積分微分(PID)制御であってもよい。フィードバック制御については、公知の技術を用いればよいため、ここでは特に詳細に説明しない。
図3を参照して、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100で実行される、燃料を加圧するプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、ECU100は、燃料圧力を検知する。ECU100は、燃圧センサ130により実燃圧を検知する。
S102にて、ECU100は、検知された燃料圧力に基づいて、電磁スピル弁112の閉弁時期を設定する。すなわち、ECU100は、検知された燃料圧力に基づいて、電磁スピル弁112の通電を開始する通電時期を設定する。なお、閉弁(通電)時期は、具体的にはカム114のカム角度により規定される。
S104にて、ECU100は、電磁スピル弁112の閉弁時期であるか否かを判断する。具体的には、ECU100は、カム角センサ(図示せず)から受信したカム角を表わす検知信号に基づいて、カム114のカム角(回転角)がS102にて設定された閉弁時期に対応するカム角であるか否かを検知する。電磁スピル弁112の閉弁時期になると(S104にてYES)、処理はS106に移される。もしそうでないと(S104にてNO)、処理はS104に戻される。
S106にて、ECU100は、通電するように電磁スピル弁112を制御する。電磁スピル弁112は、通電により発生する電磁力がスプリング142の付勢力に勝って、弁体136が燃料供給パイプ104と加圧室140とを遮断する。
S108にて、ECU100は、通電するように電磁逆止弁116を制御する。電磁逆止弁116は、通電により電磁力が発生すると、弁体138が吐出口134と高圧デリバリ連通パイプ120とが連通するように移動する。
S110にて、ECU100は、カム角センサにより検知されたカム角が上死点に対応する角度であるか否かを判断する。検知されたカム角が上死点に対応する角度であると(S110にてYES)、処理はS112に移される。もしそうでないと(S110にてNO)、処理はS110に戻される。
S112にて、ECU100は、通電が停止するように電磁スピル弁112を制御する。S114にて、ECU100は、通電が停止するように電磁逆止弁116を制御する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の、燃料を加圧する動作について、図4を用いて説明する。
図4に示すように、カム114が1回転するときに、燃圧センサ130により燃料圧力が検知されて(S100)、目標値との差に基づき、フィードバック制御により電磁スピル弁112の閉弁(通電)時期が設定される(S102)。たとえば、アイドル状態から走行状態になる場合には、燃料圧力を加圧するように電磁スピル弁112の閉弁時期が設定される。そして、カム角センサにより検知されたカム角が、設定された閉弁時期に対応するカム角A(1)になると(S104にてYES)、電磁スピル弁112が通電することにより閉弁し(S106)、連動して電磁逆止弁116が通電することにより開弁する(S108)。このとき、ポンププランジャー110は加圧室140内の圧力を上昇させて、燃料を吐出口134から高圧デリバリ連通パイプ120に吐出する。検知されたカム角が上死点に対応するカム角A(2)になると(S110にてYES)、電磁スピル弁112の通電が停止されて開弁し(S112)、電磁逆止弁116の通電が停止されて閉弁する(S114)。電磁逆止弁116の弁体134が閉弁すると、高圧デリバリ連通パイプ120内の燃料が吐出口134から加圧室140に逆流することが防止される。
また、エンジン200の停止時に、高圧デリバリ連通パイプ120側の燃料圧力が高いと、筒内噴射用インジェクタ124から燃料が漏出する場合があるため、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100は、エンジン200の停止時においては、電磁スピル弁112および電磁逆止弁116を開弁するように制御する。
以下、図5を参照して、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100で実行される、エンジン200の停止時に電磁スピル弁112および電磁逆止弁116を開放するプログラムの制御構造について説明する。
S200にて、ECU100は、エンジン200が停止したか否かを判断する。ECU100は、たとえば、運転者によりIGスイッチ(図示せず)がオフされることによりエンジン200の停止を判断するようにしてもよいし、クランクポジションセンサ(図示せず)により検知されるクランクシャフトの回転数が略ゼロになることによりエンジン200の停止を判断するようにしてもよい。エンジン200が停止すると(S200にてYES)、処理はS202に移される。もしそうでないと(S200にてNO)、このプログラムは終了する。
S202にて、ECU100は、通電が停止するように電磁スピル弁112を制御する。ECU100は、電磁スピル弁112が非通電であれば、その状態を維持する。S204にて、ECU100は、通電するように電磁逆止弁116を制御する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の、エンジン200の停止時に電磁スピル弁112および電磁逆止弁116を開放する動作について説明する。
運転者がIGスイッチをオフにするなどして、エンジン200が停止すると(S200にてYES)、電磁スピル弁112の通電が停止され(S202)、電磁スピル弁112は開弁状態となる。さらに、電磁逆止弁116が通電され(S204)、電磁逆止弁116が開弁状態となる。したがって、燃料供給パイプ104と、加圧室140と、高圧デリバリ連通パイプ120とが連通状態となる。このとき、高圧デリバリ連通パイプ120よりインジェクタ124側の燃料圧力は高いため、圧力差に応じて高圧デリバリ連通パイプ120内の燃料は、加圧室140に流入して、燃料供給パイプ104を通過して、フューエルタンク102に戻される。これにより、高圧デリバリ連通パイプ120よりインジェクタ124側の燃料圧力が低下する。
以上のようにして本実施の形態に係る高圧燃料供給装置によると、エンジンの停止時において、電磁スピル弁および電磁逆止弁において、いずれも連通状態となるように制御されることにより、筒内噴射用インジェクタに供給されていた高圧の燃料は、エンジンの停止時に、高圧燃料ポンプの加圧室および燃料供給パイプを介してフューエルタンクに戻される。したがって、筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を速やかに低下させることができる。また、エンジンの停止時に、電磁スピル弁および電磁逆止弁において、いずれも連通状態にすることにより、筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を低下させることができるため、従来逆止弁に設けられたリーク溝を廃止することができる。そのため、図6に示すように、逆止弁にリーク溝が設けられる場合において、破線に示すように、ポンプ効率は特にエンジンの回転数が低いときに低下する傾向にあったが、リーク溝が廃止されたことにより、実線に示すようにポンプ効率の低下を抑制することができる。また、リーク溝が廃止されたことにより、リーク溝を高速で燃料が通過することがなくなるため、リーク溝が設けられることによりエロージョンあるいは侵食が発生することによるシール性の悪化を抑制することができる。したがって、ポンプ効率の低下および侵食等によるシール性の低下を抑制する高圧燃料供給装置を提供することができる。
また、筒内噴射用インジェクタに供給される燃料圧力を上昇させる場合には、検知されたカム角に基づいて、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、燃料供給パイプと加圧室とが遮断状態となるように、さらに、加圧室と高圧デリバリ連通パイプとを連通状態となるように電磁スピル弁および電磁逆止弁が制御される。そのため、ポンププランジャーの駆動により加圧室から高圧デリバリ連通パイプに燃料が吐出されることにより、高圧デリバリ連通パイプ内および筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を上昇させることができる。目標値に応じて、電磁スピル弁および電磁逆止弁を制御することにより、燃料圧力を精度よく制御することができる。
<第2の実施の形態>
以下、第2の実施の形態に係る高圧燃料供給装置について説明する。本実施の形態に係る高圧燃料供給装置は、上述した第1の実施の形態に係る高圧燃料供給装置400と比較して、電磁スピル弁112に代えて、三方弁300が設けられる点、および、電磁逆止弁116を有しない点が異なる。それ以外の構成は、上述した第1の実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の構成と同じである。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
図7に示すように、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の高圧燃料ポンプ108は、加圧室140と、加圧室140と連通し、カム114で駆動され紙面鉛直方向に摺動するポンププランジャー110と、三方弁300とを主な構成部品としている。
三方弁300は、フィードポンプ118に接続される燃料供給パイプ104と、筒内噴射用インジェクタ124が設けられる高圧デリバリパイプ122に接続される高圧デリバリ連通パイプ120と、加圧室140とにそれぞれ接続される。
三方弁300は、図8に示すように、中空のハウジング312と、ハウジング312の上部および下部を、紙面上下方向に貫通して設けられるシャフト314と、シャフト314の途中であって、ハウジング312の内部を紙面上下方向に摺動自在に設けられる弁体302と、ハウジング312の紙面上下方向について予め定められた位置に弁体302を制限するスプリング304,306とから構成される。
ハウジング312の側面には、燃料供給パイプ104に接続される開口部316と加圧室140に接続される開口部318と高圧デリバリ連通パイプ120に接続される開口部320とが設けられる。開口部316,318,320は、いずれもハウジング312の内部空間に連通する。
開口部316は、開口部320よりも紙面上側の位置に設けられ、弁体302は、スプリング304,306により開口部316と開口部320との間の位置(図8における弁体302の位置)に制限される。弁体302の紙面水平方向の断面は、ハウジング312の内部空間の水平方向の断面形状とほぼ合致する形状であって、開口部316と開口部320とは弁体302により遮断される。開口部318は、弁体302の制限されている位置よりも紙面上側に設けられており、開口部316と開口部318とは、連通状態となる。弁体302の厚さは、弁体302が破線部322の位置に移動したときに開口部316を塞ぐことができる厚さである。
ハウジング312の上部の、シャフト314の一方端には電磁弁(1)308が設けられ、下部のシャフト314の他方端には電磁弁(2)310が設けられる。電磁弁(1)308は、通電時には開口部316を塞ぐ破線部322の位置に弁体302を移動させる。電磁弁(2)310は、通電時には開口部320よりも紙面下側の破線部324の位置に弁体302を移動させる。
電磁弁(2)310は、通電時に開口部316,318,320をすべて連通する状態(以下、全通状態という)にすればよく、特に開口部320よりも紙面下側の破線部324の位置に移動させることに特に限定されるものではない。たとえば、電磁弁(2)310は、通電時に開口部316,318よりも上側の位置に移動させるようにしてもよい。
本実施の形態において、高圧燃料ポンプ108は、カム114の回転に応じて、上下に摺動するポンププランジャー110のリフト量に応じて、電磁弁(1)308の通電、非通電を制御することにより、高圧デリバリ連通パイプ120に供給される燃料量を制御することができる。
すなわち、カム114によりポンププランジャー110が下方向に移動しているときであって、電磁弁(1)308の非通電時には、燃料供給パイプ104から加圧室140に燃料が導入され(吸い込まれ)、カム114によりポンププランジャー110が上方向に移動しているときに電磁弁(1)308が通電するタイミング(加圧室140と高圧デリバリ連通パイプ120とが連通するタイミング)を変更して、高圧燃料ポンプ108から吐出される燃料量を制御する。
ポンププランジャー110が上方向に移動している加圧行程中における電磁弁(1)308に通電する時期が早いほど多くの燃料が吐出され、遅いほど少ない量の燃料が吐出される。この最も多い燃料量が吐出される場合の電磁弁(1)308の駆動デューティを100%とし、最も少ない燃料量が吐出される場合の電磁弁(1)308の駆動デューティを0%としている。ECU100は、電磁弁(1)308の通電、非通電を制御して、燃料圧力を、目標値になるようにフィードバック制御する。
図9を参照して、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100で実行される、燃料を加圧するプログラムの制御構造について説明する。
S300にて、ECU100は、燃料圧力を検知する。S302にて、ECU100は、検知された燃料圧力に基づいて、電磁弁(1)308において、燃料供給パイプ104(すなわち、開口部316)と加圧室140(すなわち、開口部318)とを遮断状態にする通電時期を設定する。
S304にて、ECU100は、電磁弁(1)308の通電時期であるか否かを判断する。すなわち、ECU100は、カム角センサにより検知されたカム角が、電磁弁(1)308の通電時期に対応するカム角であるか否かを判断する。電磁弁(1)308の通電時期であると(S304にてYES)、処理はS306に移される。もしそうでないと(S304にてNO)、処理はS304に戻される。
S306にて、ECU100は、通電するように電磁弁(1)308を制御する。弁体302は、図8の破線部322の位置に移動する。開口部316は、弁体302に塞がれて、燃料供給パイプ104と三方弁300とは遮断状態となる。
S308にて、ECU100は、カム角センサにより検知されたカム角が上死点に対応する角度であるか否かを判断する。検知されたカム角が上死点に対応する角度であると(S308にてYES)、処理はS310に移される。もしそうでないと(S308にてNO)、処理はS308に戻される。
S310にて、ECU100は、通電が停止するように電磁弁(1)308を制御する。通電が停止されたことにより、スプリング304の付勢力により弁体302は、破線部322の位置から元の位置(図8における弁体302の位置)に移動する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の、燃料を加圧する動作について、図10を用いて説明する。
図10に示すように、カム114が1回転するときに、燃圧センサ130により燃料圧力が検知されて(S300)、目標値との差に基づき、フィードバック制御により電磁弁(1)308の通電時期が設定される(S302)。たとえば、アイドル状態から走行状態になる場合には、燃料圧力を加圧するように電磁弁(1)308の通電時期が設定される。そして、カム角センサにより検知されたカム角が、設定された通電時期に対応するカム角A(1)になると(S304にてYES)、電磁弁(1)308が通電することにより弁体302の位置が破線部322の位置に移動し(S306)、開口部316が塞がれる。このとき、ポンププランジャー110は加圧室140内の圧力を上昇させて、三方弁300を介して高圧デリバリ連通パイプ120に燃料を吐出する。検知されたカム角が上死点に対応するカム角A(2)になると(S308にてYES)、電磁弁(1)308の通電が停止され、スプリング304の付勢力により元の位置に移動する(S310)。そのため、弁体302により高圧デリバリ連通パイプ120への開口部320が遮断状態になるため、燃料が高圧デリバリ連通パイプ120から三方弁300に逆流することが防止される。
また、エンジン200の停止時に、高圧デリバリ連通パイプ120側の燃料圧力が高いと、筒内噴射用インジェクタ124から燃料が漏出する場合があるため、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100は、エンジン200の停止時においては、開口部316,318,320が全通状態となるように電磁弁(2)を制御する。
以下、図11を参照して、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100で実行される、エンジン200の停止時に開口部316,318,320が全通状態となるように電磁弁(2)310を制御するプログラムの制御構造について説明する。
S400にて、ECU100は、エンジン200が停止したか否かを判断する。S4020にて、ECU100は、通電するように電磁弁(2)310を制御する。弁体302は、図8の破線部324の位置に移動する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の、エンジン200の停止時に開口部316,318,320が全通状態となるように電磁弁(2)310を制御する動作について説明する。
運転者がIGスイッチをオフにするなどして、エンジン200が停止すると(S400にてYES)、電磁弁(2)310が通電する(S402)。通電により弁体302は、図8の破線部324の位置に移動する。そのため、燃料供給パイプ104に接続される開口部316、加圧室140に接続される開口部318および高圧デリバリ連通パイプ120に接続される開口部320が全通状態となる。このとき、高圧デリバリ連通パイプ120よりインジェクタ124側の燃料圧力が高いため、圧力差に応じて高圧デリバリ連通パイプ120内の燃料は、三方弁300に流入して、燃料供給パイプ104を通過して、フューエルタンク102に戻される。これにより、高圧デリバリ連通パイプ120よりもインジェクタ124側の燃料圧力が低下する。
以上のようにして本実施の形態に係る高圧燃料供給装置によると、エンジンの停止時において、三方弁が全通状態になることにより、筒内噴射用インジェクタに供給されていた高圧の燃料は、エンジンの停止時に、高圧デリバリ連通パイプから三方弁および燃料供給パイプを介してフューエルタンクに戻される。筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を速やかに低下させることができるため、リーク溝が設けられる逆止弁を廃止することができる。したがって、ポンプ効率の低下および侵食等によるシール性の低下を抑制する高圧燃料供給装置を提供することができる。
また、筒内噴射用インジェクタに供給される燃料圧力を上昇させる場合には、検知されたカム角に基づいて、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、電磁弁(1)が加圧室と高圧デリバリ連通パイプとを連通するように制御される。このようにすると、ポンププランジャーにより加圧室から高圧デリバリ連通パイプに燃料が吐出されることにより、高圧デリバリ連通パイプ内および筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を上昇させることができる。目標値に応じて、電磁弁(1)を制御することにより、燃料圧力を精度よく制御することができる。
<第3の実施の形態>
以下、第3の実施の形態に係る高圧燃料供給装置について説明する。本実施の形態に係る高圧燃料供給装置は、上述した第2の実施の形態に係る高圧燃料供給装置400と比較して、三方弁300の構成が異なる。それ以外の構成は、上述した第2の実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の構成と同じである。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
三方弁300は、図12に示すように、中空のハウジング356と、ハウジング356の上部を、紙面上下方向に貫通して設けられるシャフト366と、ハウジング356の内部に位置するシャフト366の一方端に設けられる弁体354と、付勢力によりハウジング356の紙面上下方向について予め定められた位置に弁体354を制限するスプリング352とから構成される。
ハウジング356の側面には、燃料供給パイプ104に接続される開口部358と加圧室140に接続される開口部360と高圧デリバリ連通パイプ120に接続される開口部362とが設けられる。開口部358,360,362は、いずれもハウジング312の内部空間に連通する。
ハウジング356の内部空間は、上部空間368と中部空間370と下部空間372を含む。開口部358は、開口部362よりも紙面上側の位置に設けられ、上部空間368に接続される。開口部360は、紙面上下方向について開口部358と開口部362との間の位置に設けられ、中部空間370に接続される。開口部362は、下部空間372に接続される。
シャフト366の先端に設けられる弁体354は、中部空間370を上下方向に移動する。弁体354は、スプリング368の付勢力により、中部空間370と下部空間372とを遮断する位置に制限される。ハウジング356の上部の、シャフト366の他方端には電磁弁350が設けられる。電磁弁350は、通電時に上部空間368と中部空間370とを遮断する位置に弁体354を移動させる。したがって、電磁弁350は、電磁弁350の通電および通電停止により、上部空間368と中部空間370とを遮断して、開口部362(高圧デリバリ連通パイプ120)と開口部360(加圧室140)とを連通する状態、および、中部空間370と下部空間372とを遮断して、開口部358(燃料供給パイプ)と開口部360(加圧室140)とを連通する状態のいずれかの状態となる。
なお、弁体354の形状は、図12の位置であるときの弁体354が中部空間370と下部空間372とを遮断する形状であって、破線部364の位置であるときの弁体354が上部空間368と中部空間370とを遮断する形状であれば、特に限定されるものではない。
したがって、電磁弁350の非通電時においては、燃料供給パイプ104と加圧室140とが連通状態となり、高圧デリバリ連通パイプ120と、燃料供給パイプ104および加圧室140とは遮断状態となる。通電時においては、高圧デリバリ連通パイプ120と加圧室140とが連通状態となり、燃料供給パイプ104と、加圧室140および高圧デリバリ連通パイプ120とは遮断状態となる。
本実施の形態において、高圧燃料ポンプ108は、カム114の回転に応じて、上下に摺動するポンププランジャー110のリフト量に応じて、電磁弁350の通電、非通電を制御することにより、高圧デリバリ連通パイプ120に供給される燃料量を制御することができる。
すなわち、カム114によりポンププランジャー110が下方向に移動しているときであって、電磁弁350の非通電時には、燃料供給パイプ104から加圧室140に燃料が導入され(吸い込まれ)、カム114によりポンププランジャー110が上方向に移動しているときに電磁弁350が通電するタイミング(加圧室140と高圧デリバリ連通パイプ120とが連通するタイミング)を変更して、高圧燃料ポンプ108から吐出される燃料量を制御する。
ポンププランジャー110が上方向に移動している加圧行程中における電磁弁350に通電する時下が早いほど多くの燃料が吐出され、遅いほど少ない量の燃料が吐出される。この最も多い燃料量が吐出される場合の電磁弁350の駆動デューティを100%とし、最も少ない燃料量が吐出される場合の電磁弁350の駆動デューティを0%としている。ECU100は、電磁弁350の通電、非通電を制御して、燃料圧力を、目標値になるようにフィードバック制御する。
図13を参照して、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100で実行される、燃料を加圧するプログラムの制御構造について説明する。
S500にて、ECU100は、燃料圧力を検知する。S502にて、ECU100は、検知された燃料圧力に基づいて、電磁弁350において、燃料供給パイプ104と三方弁300(すなわち、加圧室140)とを遮断状態にする通電時期を設定する。
S504にて、ECU100は、電磁弁350の通電時期であるか否かを判断する。すなわち、ECU100は、カム角センサにより検知されたカム角が、電磁弁350の通電時期に対応するカム角であるか否かを判断する。電磁弁350の通電時期であると(S504にてYES)、処理はS506に移される。もしそうでないと(S504にてNO)、処理はS504に戻される。
S506にて、ECU100は、通電するように電磁弁350を制御する。弁体354は、破線部364の位置に移動する。上部空間368は、弁体354により塞がれて、燃料供給パイプ104は、中部空間370と遮断状態となる。
S508にて、ECU100は、カム角センサにより検知されたカム角が上死点に対応する角度であるか否かを判断する。検知されたカム角が上死点に対応する角度であると(S508にてYES)、処理はS510に移される。もしそうでないと(S508にてNO)、処理はS508に戻される。
S510にて、ECU100は、通電が停止するように電磁弁350を制御する。通電が停止されたことにより、スプリング368の付勢力により弁体354は、破線部364の位置から元の位置(図12における弁体354の位置)に移動する。下部空間372は、弁体354に塞がれて、高圧デリバリ連通パイプ120は、中部空間370と遮断状態となる。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の、燃料を加圧する動作について、図14を用いて説明する。
図14に示すように、カム114が1回転するときに、燃圧センサ130により燃料圧力が検知されて(S500)、目標値との差に基づき、フィードバック制御により電磁弁350の通電時期が設定される(S502)。たとえば、アイドル状態から走行状態になる場合には、燃料圧力を加圧するように電磁弁350の通電時期が設定される。そして、カム角センサにより検知されたカム角が、設定された通電時期に対応するカム角A(1)になると(S504にてYES)、電磁弁350が通電することにより弁体354の位置が破線部364の位置に移動し(S506)、三方弁300において、開口部358に接続される上部空間368と中部空間370とが弁体354により塞がれる。このとき、ポンププランジャー110は、加圧室140内の圧力を上昇させて、三方弁300を介して高圧デリバリ連通パイプ120に燃料を吐出する。検知されたカム角が上死点に対応するカム角A(2)になると(S508にてYES)、電磁弁350の通電が停止され、スプリング368の付勢力により元の位置に移動する(S510)。そのため、弁体354により開口部362に接続される下部空間372と中部空間370とが遮断状態になるため、燃料が高圧デリバリ連通パイプ120から三方弁300に逆流することが防止される。
また、エンジン200の停止時に、高圧デリバリ連通パイプ120側の燃料圧力が高いと、筒内噴射用インジェクタ124から燃料が漏出する場合があるため、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100は、エンジン200の停止指示があると、加圧室140内の圧力が低下しているときに、通電するように電磁弁350を制御する。すなわち、ポンププランジャー110が下降しているときに、通電することにより、燃料供給パイプ104に接続される上部空間368と中部空間370とが遮断される。そのため、高圧デリバリ連通パイプ120側の燃料がポンププランジャー110により加圧室140に吸入される。その結果、高圧デリバリ連通パイプ120側の燃料圧力が低下する。
以下、図15を参照して、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400のECU100で実行される、エンジン200の停止指示があると、加圧室140内の圧力が低下しているときに、通電するように電磁弁350を制御するプログラムの制御構造について説明する。
S600にて、ECU100は、エンジン200の停止指示があるか否かを検知する。ECU100は、たとえば、運転者によるIGスイッチのオフされたり、あるいは、アイドリングストップシステムが搭載された車両においては、予め定められたエンジンの停止条件を満足したときにエンジン200の停止指示があると判断する。エンジンの停止指示があると(S600にてYES)、処理はS602に移される。もしそうでないと(S600にてNO)、この処理は終了する。
S602にて、ECU100は、ポンププランジャー110が下降時であるか否かを判断する。ECU100は、たとえば、カム角センサにより検知されたカム角に基づいて、ポンププランジャー110が下降時であるか否かを判断する。ポンププランジャー110の下降時が、加圧室149内の圧力が低下するときである。
S604にて、ECU100は、通電するように電磁弁350を制御する。S606にて、ECU100は、通電が停止するように電磁弁350を制御する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る高圧燃料供給装置400の、エンジンの停止指示があると、加圧室140内の圧力が低下しているときに、通電するように電磁弁350を制御する動作について図16を用いて説明する。
運転者がIGスイッチをオフにしたり、予め定められたエンジン200の停止条件を満足すると(S600にてYES)、図16に示すように、カム114が1回転する間、カム角センサにより検知されたカム角がA(3)からA(4)であるとき、ポンププランジャー110が下降している(上昇している)と判断されて(S602にてYES)、電磁弁350が通電される(S604)。電磁弁350が通電されると、燃料供給パイプ104が遮断状態になるため、加圧室140内の燃料が圧力がポンププランジャー110が下降することに応じて低下して、高圧デリバリ連通パイプ120側の圧力差に応じて加圧室140に燃料が吸入される。
そして、カム角センサにより検知されたカム角がA(4)からA(5)であるとき、ポンププランジャー110は下降していないと判断されて(S602にてNO)、電磁弁350への通電が停止される。電磁弁350の通電が停止されると、高圧デリバリ連通パイプ120が遮断状態になるため、ポンププランジャー110の下降時に、高圧デリバリ連通パイプ120から吸入された燃料は、ポンププランジャー110の上昇に応じて、三方弁300を介して燃料供給パイプ104に吐出され、フューエルタンク102に戻される。そして、検知されたカム角がA(5)からA(6)であるとき、再びポンププランジャー110が下降していると判断されて(S602にてYES)、電磁弁350が通電される。ポンププランジャー110の下降時毎に、高圧デリバリ連通パイプ120から加圧室に燃料が吸入されるため、高圧デリバリ連通パイプ120側の圧力が低下する。
以上のようにして、エンジンの停止指示があると、ポンププランジャーにより加圧室内の圧力が低下するように変化しているときに、電磁弁の作動を制御することにより、高圧デリバリ連通パイプにおける高圧の燃料が三方弁を介して加圧室に吸入されるため、高圧デリバリ連通パイプおよび筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を速やかに低下させることができる。筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を低下させることができるため、リーク溝が設けられる逆止弁を廃止することができる。したがって、ポンプ効率の低下および侵食等によるシール性の低下を抑制する高圧燃料供給装置を提供することができる。
また、筒内噴射用インジェクタに供給される燃料圧力を上昇させる場合には、検知されたカム角に基づいて、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、燃料供給パイプ(上部空間)と中部空間とが遮断状態になるように電磁弁が制御される。このようにすると、検知されたカム角に基づいて、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を低下させるように駆動するときには、付勢された弁体により高圧デリバリ連通パイプと中部空間とを遮断し、燃料供給パイプと加圧室とを連通状態となるようにすると、燃料供給パイプから燃料が加圧室に吸入される。そして、ポンププランジャーが加圧室内の圧力を上昇させるように駆動するときに、検知されたカム角に基づいて、通電して移動された弁体により燃料供給パイプと中部空間とを遮断し、高圧デリバリ連通パイプと加圧室とが連通状態になるようにすると、ポンププランジャーが高圧デリバリ連通パイプに燃料を吐出して、高圧デリバリ連通パイプおよび筒内噴射用インジェクタにおける燃料圧力を上昇させることができる。目標値に応じて、電磁弁を制御することにより、燃料圧力を精度よく制御することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
第1の実施の形態に係る高圧燃料供給装置の構成を示す図である。 第1の実施の形態における高圧燃料ポンプの構成を示す図である。 第1の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その1)である。 第1の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUの動作を示すタイミングチャートである。 第1の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その2)である。 エンジン回転数とポンプ効率との関係を示す図である。 第2の実施の形態における高圧燃料ポンプの構成を示す図である。 第2の実施の形態における三方弁の構成を示す図である。 第2の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その1)である。 第2の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUの動作を示すタイミングチャートである。 第2の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その2)である。 第3の実施の形態における三方弁の構成を示す図である。 第3の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その1)である。 第3の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUの動作を示すタイミングチャート(その1)である。 第3の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート(その2)である。 第3の実施の形態に係る高圧燃料供給装置のECUの動作を示すタイミングチャート(その2)である。
符号の説明
100 ECU、102 フューエルタンク、104 燃料供給パイプ、106 パルセーションダンパ、108 高圧燃料ポンプ、110 ポンププランジャー、112 電磁スピル弁、114 カム、116 電磁逆止弁、120 高圧デリバリ連通パイプ、122 高圧デリバリパイプ、124 筒内噴射用インジェクタ、126 リリーフバルブ、128 高圧デリバリリターンパイプ、130 燃圧センサ、132 プレッシャーレギュレータ、134 吐出口、136,138 弁体、140 加圧室、142,304,306,352 スプリング、200 エンジン、202 インテークマニホールド、204 吸気通路、206 スロットル弁、208 スロットルポジションセンサ、300 三方弁、302,354 弁体、308,310,350 電磁弁、312,356 ハウジング、314,366 シャフト、316,318,320,358,360,362 開口部、322,324,364 破線部、368 上部空間、370 中部空間、372 下部空間、400 高圧燃料供給装置。

Claims (12)

  1. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置であって、
    前記内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
    前記燃料タンクと前記高圧燃料ポンプとに接続される供給通路と、
    前記高圧燃料ポンプと前記供給通路とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第1の電磁弁と、
    前記高圧燃料ポンプと前記燃料噴射手段とに接続される高圧配管と、
    前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第2の電磁弁と、
    前記電磁弁の作動を制御する制御ユニットとを含む、高圧燃料供給装置。
  2. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置であって、
    前記内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
    前記燃料タンクに接続される供給通路と、
    前記燃料噴射手段に接続される高圧配管と、
    前記高圧燃料ポンプと前記供給通路と前記高圧配管とにそれぞれ接続され、前記供給通路と前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とを連通する全通状態および前記供給通路と前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とのうちのいずれか2つが連通する状態のうちのいずれかの状態となるように、弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、
    前記電磁弁の作動を制御するための制御ユニットとを含む、高圧燃料供給装置。
  3. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置であって、
    前記内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
    前記燃料タンクに接続される供給通路と、
    前記燃料噴射手段に接続される高圧配管と、
    前記高圧燃料ポンプと前記供給通路と前記高圧配管とにそれぞれ接続され、前記高圧燃料ポンプと前記供給通路とが連通状態となる第1の状態と、前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とが連通状態となる第2の状態とのうちのいずれかの状態となるように前記弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、
    前記電磁弁の作動を制御するための制御ユニットとを含む、高圧燃料供給装置。
  4. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置であって、
    前記内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
    前記燃料タンクと前記高圧燃料ポンプとに接続される供給通路と、
    前記高圧燃料ポンプと前記供給通路とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第1の電磁弁と、
    前記高圧燃料ポンプと前記燃料噴射手段とに接続される高圧配管と、
    前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とを連通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態とする第2の電磁弁と、
    前記電磁弁の作動を制御するための制御手段とを含み、
    前記制御手段は、前記内燃機関の停止時において、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁において、いずれも前記連通状態になるように前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁の作動を制御するための手段を含む、高圧燃料供給装置。
  5. 前記高圧燃料ポンプは、
    前記供給通路と前記高圧配管とに接続される加圧室と、
    前記内燃機関の駆動により前記加圧室内の圧力を変化させるポンププランジャーとを含み、
    前記制御手段は、前記内燃機関の作動中に、前記燃料を加圧する場合には、前記ポンププランジャーにより前記加圧室内の圧力が上昇するときに、前記第1の電磁弁が前記加圧室と前記供給通路とを遮断状態とし、前記第2の電磁弁が前記加圧室と前記高圧配管とを連通状態とするように、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁の作動を制御するための手段を含む、請求項4に記載の高圧燃料供給装置。
  6. 前記ポンププランジャーは、前記内燃機関の作動に応じて回転する軸により駆動され、
    前記高圧燃料供給装置は、前記軸の回転角を検知するための検知手段をさらに含み、
    前記制御手段は、前記検知された回転角に応じて、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁の作動を制御するための手段を含む、請求項5に記載の高圧燃料供給装置。
  7. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置であって、
    前記内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
    前記燃料タンクに接続される供給通路と、
    前記燃料噴射手段に接続される高圧配管と、
    前記高圧燃料ポンプと前記供給通路と前記高圧配管とにそれぞれ接続され、前記供給通路と前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とを連通する全通状態および前記供給通路と前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とのうちのいずれか2つが連通する状態のうちのいずれかの状態となるように、弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、
    前記電磁弁の作動を制御するための制御手段とを含み、
    前記制御手段は、前記内燃機関の停止時において、前記全通状態になるように前記電磁弁の作動を制御するための手段を含む、高圧燃料供給装置。
  8. 前記高圧燃料ポンプは、
    前記三方弁に接続される加圧室と、
    前記内燃機関の駆動により前記加圧室内の圧力を変化させるポンププランジャーとを含み、
    前記三方弁は、前記供給通路と前記加圧室とを連通する第1の連通状態および前記加圧室と前記高圧配管とを連通する第2の連通状態のうちのいずれかの状態となるように前記弁体を移動させる加圧電磁弁をさらに含み、
    前記高圧燃料供給装置は、前記内燃機関の作動中に、前記燃料を加圧する場合には、前記ポンププランジャーにより前記加圧室内の圧力が上昇するときに、前記第1の連通状態から前記第2の連通状態となるように、前記加圧電磁弁の作動を制御するための加圧制御手段をさらに含む、請求項7に記載の高圧燃料供給装置。
  9. 前記ポンププランジャーは、前記内燃機関の作動に応じて回転する軸により駆動され、
    前記高圧燃料供給装置は、前記軸の回転角を検知するための検知手段をさらに含み、
    加圧制御手段は、前記検知された回転角に応じて、前記加圧電磁弁の作動を制御するための手段とを含む、請求項8に記載の高圧燃料供給装置。
  10. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段に燃料を供給する高圧燃料供給装置であって、
    前記内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
    前記燃料タンクに接続される供給通路と、
    前記燃料噴射手段に接続される高圧配管と、
    前記高圧燃料ポンプと前記供給通路と前記高圧配管とにそれぞれ接続され、前記高圧燃料ポンプと前記供給通路とが連通状態となる第1の状態と、前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管とが連通状態となる第2の状態とのうちのいずれかの状態となるように前記弁体を移動させる電磁弁が設けられる三方弁と、
    前記電磁弁の作動を制御するための制御手段とを含み、
    前記高圧燃料ポンプは、
    前記三方弁に接続される加圧室と、
    前記内燃機関の駆動により前記加圧室内の圧力を変化させるポンププランジャーとを含み、
    前記制御手段は、前記内燃機関の停止指示があると、前記ポンププランジャーにより前記加圧室内の圧力が低下するときに、前記第1の状態から前記第2の状態になるように、前記電磁弁の作動を制御するための手段を含む、高圧燃料供給装置。
  11. 前記制御手段は、前記内燃機関の作動中に、前記燃料を加圧する場合には、前記ポンププランジャーにより前記加圧室内の圧力が上昇するときに、前記第1の状態から前記第2の状態になるように前記電磁弁の作動を制御するための手段を含む、請求項10に記載の高圧燃料供給装置。
  12. 前記ポンププランジャーは、前記内燃機関の作動に応じて回転する軸により駆動され、
    前記高圧燃料供給装置は、前記軸の回転角を検知するための検知手段をさらに含み、
    前記制御手段は、前記検知された回転角に応じて、前記電磁弁の作動を制御するための手段を含む、請求項11に記載の高圧燃料供給装置。
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