JP2007162642A

JP2007162642A - 内燃機関の高圧燃料ポンプ

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Publication number: JP2007162642A
Application number: JP2005362892A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tanaka; 義博田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP4329755B2

Abstract

【課題】安価でかつ構成の簡単化を図ることができるとともに、信頼性の高いエンジンの高圧燃料ポンプを提供する。
【解決手段】燃料タンク101内から低圧燃料配管104を介して供給された燃料を加圧室132で加圧してデリバリパイプ106へ圧送するエンジンの高圧燃料ポンプ103として、低圧燃料配管と加圧室との間に設けられ、コイルスプリング133aにより閉弁方向に付勢された開閉弁133と、デリバリパイプ内の燃圧をシリンダ135内の背圧室135aに作用させ、その背圧室の背圧がコイルスプリングの付勢力よりも大きいときに開閉弁を開弁させるように駆動する開弁駆動手段134と、低圧燃料配管と加圧室との間に接続され、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったときに低圧燃料配管から加圧室に燃料を供給する燃料供給配管136とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば筒内直噴型エンジン等の内燃機関に備えられる高圧燃料ポンプに関し、特に、安価でかつ構成の簡単化を図るための対策に係わる。

従来より、例えば筒内直噴型エンジンのようにインジェクタへ供給する燃料に高い圧力が要求されるエンジンにあっては、燃料タンクから送られてきた燃料を高圧燃料ポンプで加圧してインジェクタに向けて供給するようになっている。

具体的に、この種のエンジンにおける燃料供給系の構成としては、下記の特許文献１に開示されているように、燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプ、このフィードポンプによって送り出された燃料を加圧する高圧燃料ポンプを備えている。そして、この高圧燃料ポンプによって加圧された燃料を、複数のインジェクタが接続されたデリバリパイプに吐出して貯留するようになっている。これにより、インジェクタの開弁動作に伴って、デリバリパイプに貯留されている高圧燃料が、その開弁されたインジェクタから燃焼室に向けて噴射されることになる。

また、この種のエンジンにおける高圧燃料ポンプにおいては、排気カムシャフトに取り付けられたカムの回転に基づきシリンダ内で往復移動するプランジャと、シリンダおよびプランジャによって区画される加圧室とを備えている。この加圧室は、低圧燃料通路を介してフィードポンプに接続されるとともに、高圧燃料通路を介してデリバリパイプに接続されている。このデリバリパイプには、インジェクタが接続されるとともに、デリバリパイプ内の燃料圧力（インジェクタに供給される燃料の圧力）を検出するための燃圧センサが設けられている。

更に、高圧燃料ポンプには、上記低圧燃料通路と上記加圧室との間を連通・遮断する電磁スピル弁が設けられている。この電磁スピル弁は電磁ソレノイドを備え、この電磁ソレノイドへの印加電圧を制御することにより開閉動作する。そして、電磁ソレノイドに対する通電が停止された状態にあっては、電磁スピル弁がコイルスプリングの付勢力によって開弁し、低圧燃料通路と上記加圧室とが連通した状態になる。この状態にあって、加圧室の容積が大きくなる方向にプランジャが移動するとき（吸入行程中）には、フィードポンプから送り出された燃料が低圧燃料通路を介して加圧室内に吸入される。一方、加圧室の容積が収縮する方向にプランジャが移動するとき（圧送行程中）には、電磁ソレノイドに対する通電により電磁スピル弁がコイルスプリングの付勢力に抗して閉弁される。これにより低圧燃料通路と上記加圧室との間が遮断され、加圧室内の燃料が高圧燃料通路およびデリバリパイプ内に向けて吐出される。そして、高圧燃料ポンプにおける燃料吐出量の調整は、電磁スピル弁の閉弁開始時期を制御し、圧送行程中における電磁スピル弁の閉弁期間を調整することによって行われるようになっている。
特開２００１−２８９０９９号公報

ところが、上記従来のものでは、電磁スピル弁が電磁ソレノイドへの印加電圧の制御によって開閉動作されるため、電磁スピル弁を開閉動作させる駆動機構の構成が非常に複雑のものとなる上、駆動機構の複雑化に伴って信頼性も危惧されることとなる。

しかも、高圧燃料ポンプにおける燃料吐出量の調整が、電磁スピル弁の閉弁開始時期の制御によって行われるため、複雑な制御システムが必要となって、非常に高価なものとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安価でかつ構成の簡単化を図ることができるとともに、信頼性の高い内燃機関の高圧燃料ポンプを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明が講じた解決手段としては、燃料タンク内から低圧燃料配管を介して供給された燃料を加圧室で加圧して内燃機関の燃料噴射系へ圧送するようにした内燃機関の高圧燃料ポンプを前提とする。そして、上記低圧燃料配管と上記加圧室との間に設けられ、付勢手段により閉弁方向に付勢された開閉弁と、上記燃料噴射系に圧送された燃料の圧力をシリンダ内のピストンの背圧として作用させ、その背圧が上記付勢手段の付勢力よりも大きいときに上記開閉弁を開弁させるように駆動する開弁駆動手段と、上記低圧燃料配管と上記加圧室との間に接続され、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったときに低圧燃料配管から加圧室に燃料を供給する燃料供給配管とを備えている。

この特定事項により、低圧燃料配管と加圧室との間に設けられた開閉弁は、加圧室で加圧されて燃料噴射系に圧送された燃料の圧力つまりシリンダ内のピストンの背圧が開閉弁を閉弁方向に付勢する付勢手段の付勢力よりも大きいときに開弁するので、燃料噴射系に圧送された燃料の圧力自体が高いために加圧室内の燃料が燃料噴射系に圧送されることはなく加圧室内の燃料は開閉弁を経て低圧燃料配管に戻される。

また、シリンダ内のピストンの背圧が付勢手段の付勢力よりも小さいときには開閉弁は閉弁しているため、燃料タンク内から低圧燃料配管を介した燃料が開閉弁を経て加圧室に供給されることはなく、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったとき、例えば加圧室の容積が大きくなる方向にプランジャが移動するとき（吸入行程中）に、低圧燃料配管から燃料供給配管を介して加圧室に燃料が供給される一方、加圧室の容積が収縮する方向にプランジャが移動（圧縮行程中）して加圧室内の圧力が所定圧力を超えたとき、加圧室内で加圧された燃料が燃料噴射系に圧送されることになる。

これにより、高圧燃料ポンプによる燃料噴射系への燃料吐出量が開閉弁および燃料供給配管によって調整されることになり、電磁ソレノイドへの印加電圧の制御によって開閉動作する電磁スピル弁が不要となり、開閉弁を開閉動作させる開弁駆動手段の構成が非常に簡単なものとなる上、この開弁駆動手段の簡単化に伴って信頼性も向上することとなる。

しかも、高圧燃料ポンプにおける燃料吐出量の調整が開閉弁および燃料供給配管によって行われることから、電磁スピル弁の閉弁開始時期を制御するための複雑な制御システムが不要となり、非常に安価な高圧燃料ポンプを提供することが可能となる。

また、上記の目的を達成するため、本発明が講じたその他の解決手段としては、燃料タンク内から低圧燃料配管を介して供給された燃料を加圧室で加圧して内燃機関の燃料噴射系へ圧送するようにした内燃機関の高圧燃料ポンプを同様に前提とする。そして、上記燃料噴射系から燃料タンクに向けて燃料を返送する燃料返送配管と、この燃料返送配管と上記加圧室との間に接続され、加圧室内の燃料の一部を燃料タンクに戻す燃料戻し配管と、この燃料戻し配管と加圧室との間に設けられ、付勢手段により閉弁方向に付勢された開閉弁と、上記燃料噴射系に圧送された燃料の圧力をシリンダ内のピストンの背圧として作用させ、その背圧が上記付勢手段の付勢力よりも大きいときに上記開閉弁を開弁させるように駆動する開弁駆動手段と、上記低圧燃料配管と上記加圧室との間に接続され、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったときに低圧燃料配管から加圧室に燃料を供給する燃料供給配管とを備えている。

この特定事項により、開閉弁は、シリンダ内のピストンの背圧（燃料噴射系に圧送された燃料の圧力）が付勢手段の付勢力よりも大きいときに開弁するので、燃料噴射系に圧送された燃料の圧力自体が高いために加圧室内の燃料が燃料噴射系に圧送されることはなく加圧室内の燃料の一部は開閉弁を経て燃料戻し配管から燃料返送配管を介して燃料タンクに戻される。

また、シリンダ内のピストンの背圧が付勢手段の付勢力よりも小さいときには開閉弁は閉弁しているため、加圧室内の燃料が開閉弁を経て燃料戻し配管から燃料返送配管を介して燃料タンクに戻されることはなく、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったとき、例えば加圧室の容積が大きくなる方向にプランジャが移動するとき（吸入行程中）に、低圧燃料配管から燃料供給配管を介して加圧室に燃料が供給される一方、加圧室の容積が収縮する方向にプランジャが移動（圧縮行程中）して加圧室内の圧力が所定圧力を超えたとき、加圧室内で加圧された燃料が燃料噴射系に圧送されることになる。

これにより、高圧燃料ポンプによる燃料噴射系への燃料吐出量が開閉弁および燃料供給配管によって調整されることになり、電磁ソレノイドへの印加電圧の制御によって開閉動作する電磁スピル弁が不要となり、開閉弁を開閉動作させる開弁駆動手段の構成が非常に簡単なものとなる上、開弁駆動手段の簡単化に伴って信頼性も向上することとなる。

以上、要するに、シリンダ内のピストンの背圧が付勢手段の付勢力よりも大きいとき、低圧燃料配管と加圧室との間を開閉する開閉弁を開弁することで、燃料の圧力自体が高い燃料噴射系に対する加圧室内の燃料の圧送を防止して加圧室内の燃料を開閉弁から低圧燃料配管または燃料返送配管に戻し、また、シリンダ内のピストンの背圧が付勢手段の付勢力よりも小さいときに開閉弁を閉弁させて、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったときに低圧燃料配管から燃料供給配管を介して加圧室に燃料を供給する一方、加圧室内の圧力が所定圧力を超えたときに加圧室内で加圧した燃料を燃料噴射系に圧送している。これにより、高圧燃料ポンプによる燃料噴射系への燃料吐出量を開閉弁および燃料供給配管によって調整し、電磁スピル弁を不要にして開閉弁を開閉動作させる開弁駆動手段の構成を非常に簡単なものにできる上、開弁駆動手段の簡単化に伴って信頼性も向上させることができる。しかも、電磁スピル弁の閉弁開始時期を制御するための複雑な制御システムを不要にして、非常に安価な高圧燃料ポンプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施例１では、本発明を自動車に搭載された筒内直噴型多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンに適用した場合について説明する。

図１は、本実施例１に係るエンジン（内燃機関）の概略構成を示している。この図１に示すように、このエンジン１は、燃焼室１０を区画形成するピストン１１および出力軸であるクランクシャフト１３を備えている。ピストン１１はコネクティングロッド１２を介してクランクシャフト１３に連結されており、ピストン１１の往復運動がコネクティングロッド１２によってクランクシャフト１３の回転運動に変換されるようになっている。

上記クランクシャフト１３には、外周面に複数の突起１４ａ，１４ａ，…を有するシグナルロータ１４が取り付けられている。このシグナルロータ１４の近傍にはクランクポジションセンサ１５が配置されている。このクランクポジションセンサ１５は、クランクシャフト１３が回転する際にシグナルロータ１４の突起１４ａに対応してパルス状の信号を出力する。

エンジン１の燃焼室１０には吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２と燃焼室１０との間には吸気バルブ２１が設けられており、この吸気バルブ２１を開閉駆動することにより、吸気通路２と燃焼室１０とが連通または遮断される。また、排気通路３と燃焼室１０との間には排気バルブ３１が設けられており、この排気バルブ３１を開閉駆動することにより、排気通路３と燃焼室１０とが連通または遮断される。これら吸気バルブ２１および排気バルブ３１の開閉駆動は、クランクシャフト１３の回転が伝達される吸気カムシャフト２２および排気カムシャフト３２の各回転によって行われる。

上記吸気カムシャフト２２には突起２２ａが形成されている。また、この吸気カムシャフト２２の近傍にはカムポジションセンサ２３が配置されている。このカムポジションセンサ２３は、吸気カムシャフト２２の回転に伴って上記突起２２ａがカムポジションセンサ２３の近傍を通過する毎に検出信号を出力する。

上記吸気通路２の上流部分にはエンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２４が配置されている。このスロットルバルブ２４はスロットルモータ２５によって駆動される。スロットルバルブ２４の開度は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２６の踏込操作に応じてスロットルモータ２５を駆動制御することにより調整される。なお、上記アクセルペダル２６の踏み込み量（アクセル踏込量）はアクセルポジションセンサ２７によって検出される。更に、吸気通路２には、スロットルバルブ２４の下流側に吸気通路２内の圧力（吸気圧）を検出するためのバキュームセンサ２８が配置されている。

そして、エンジン１には、燃焼室１０内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）４が各気筒毎に設けられている。各気筒毎の燃料噴射弁４には、後述する燃料供給装置１００によって高圧燃料が供給され、その各燃料噴射弁４から燃料を燃焼室１０内に直接噴射することにより、燃焼室１０内で空気と燃料とが混合された混合気が形成され、点火プラグ２９の点火に伴ってその混合気が燃焼室１０内で燃焼される。この混合気の燃焼室１０内での燃焼によりピストン１１が往復運動してクランクシャフト１３が回転するようになっている。

次に、燃料噴射制御装置を図２に基づいて説明する。この図２は、燃料噴射制御装置の制御系を示すブロック図である。

図２に示すように、燃料噴射制御装置は、エンジン１の運転状態を制御するためのＥＣＵ（電子制御ユニット）５を備えている。このＥＣＵ５は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３およびバックアップＲＡＭ５４等を備えている。

ＲＯＭ５２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。

ＲＡＭ５３はＣＰＵ５１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ５４はエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３およびバックアップＲＡＭ５４は、バス５７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路５５および外部出力回路５６と接続されている。

外部入力回路５５には、クランクポジションセンサ１５、カムポジションセンサ２３、アクセルポジションセンサ２７およびバキュームセンサ２８等が接続されている。一方、外部出力回路５６には、燃料噴射弁４等が接続されている。

ＥＣＵ５は、エンジン回転数および負荷率等に基づき、燃料噴射弁４から噴射される燃料の量を制御するのに用いられる最終燃料噴射量を算出する。

ここで、エンジン回転数は、クランクポジションセンサ１５の検出信号から求められる。また、負荷率は、エンジン１の最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、エンジン１の吸入空気量に対応するパラメータとエンジン回転数ＮＥとから算出される。なお、吸入空気量に対応するパラメータとしては、バキュームセンサ２８からの検出信号から求められる吸気圧や、アクセルポジションセンサ２７の検出信号から求められるアクセル踏込量等が挙げられる。そして、ＥＣＵ５は、上記演算にて算出された最終燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁４を駆動制御し、燃料噴射弁４から噴射される燃料の量を制御している。

次に、燃料噴射弁４に高圧燃料を供給するための燃料供給装置１００の構造を図３に基づいて説明する。この図３は本実施形態における燃料供給装置１００の構造を模式的に示す図である。

図３に示すように、燃料供給装置１００は、燃料タンク１０１から燃料を送り出すフィードポンプ１０２と、そのフィードポンプ１０２によって送り出された燃料を加圧して各気筒（４気筒）の燃料噴射弁４，４，…に向けて吐出する高圧燃料ポンプ１０３とを備えている。

上記高圧燃料ポンプ１０３は、シリンダ１３０、プランジャ１３１、加圧室１３２および開閉弁１３３を備えている。プランジャ１３１は、排気カムシャフト３２に取り付けられたカム３２１の回転によって駆動され、シリンダ１３０内を往復移動する。このプランジャ１３１の往復移動により加圧室１３２の容積が増大または縮小する。本実施例のものでは、排気カムシャフト３２の回転軸回りに１８０°の角度間隔をもって２つのカム山がカム３２１に形成されている。そして、このカム山によってプランジャ１３１が押し上げられて、このプランジャ１３１がシリンダ１３０内で移動するようになっている。尚、本実施例に係るエンジン１は４気筒型であるため、エンジンの１サイクル中、つまりクランクシャフト１３が２回転する間に、気筒毎に設けられた燃料噴射弁４から各１回ずつ、合計４回の燃料噴射が行われることになる。また、このエンジン１では、クランクシャフト１３が２回転する度に排気カムシャフト３２は１回転する。よって、燃料噴射弁４からの燃料噴射は４回ずつ、高圧燃料ポンプ１０３からの吐出動作は２回ずつ、エンジン１の１サイクル毎に行われるようになっている。

加圧室１３２はプランジャ１３１およびシリンダ１３０によって区画されている。加圧室１３２は、低圧燃料通路を構成する低圧燃料配管１０４を介してフィードポンプ１０２に連通しており、また、高圧燃料通路を構成する高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ１０６内に連通している。この場合、高圧燃料配管１０５およびデリバリパイプ１０６によって燃料噴射系が構成されている。

このデリバリパイプ１０６には、燃料噴射弁４，４，…が接続されていると共に、リリーフバルブ１７１を介してリターン配管（燃料返送配管）１７２が接続されている。このリリーフバルブ１７１は、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力が所定圧（例えば１３ＭＰａ）を越えたときに開弁する。このリリーフバルブ１７１の開弁により、デリバリパイプ１０６に蓄えられた燃料の一部をリターン配管１７２を介して燃料タンク１０１に戻すようになっている。これにより、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力の過上昇が防止される。また、上記リターン配管１７２と高圧燃料ポンプ１０３とは、余剰燃料戻し配管１０８（図３では破線で示している）によって接続されており、プランジャ１３１とシリンダ１３０との間隙から漏出した燃料が上記余剰燃料戻し配管１０８を介してリターン配管１７２に戻される。

尚、低圧燃料配管１０４には、フィルタ１４１およびプレッシャレギュレータ１４２が設けられている。このプレッシャレギュレータ１４２は、低圧燃料配管１０４内の燃料圧力が所定圧（例えば０．４ＭＰａ）を越えたときに低圧燃料配管１０４内の燃料を燃料タンク１０１に戻すことによって、この低圧燃料配管１０４内の燃料圧力を所定圧以下に維持している。また、低圧燃料配管１０４には、パルセーションダンパ１０７が備えられており、このパルセーションダンパ１０７によって高圧燃料ポンプ１０３の作動時における低圧燃料配管１０４内の燃圧脈動が抑制されるようになっている。また、高圧燃料配管１０５には、高圧燃料ポンプ１０３から吐出された燃料が逆流することを阻止するための逆止弁１５１が設けられている。

高圧燃料ポンプ１０３には、低圧燃料配管１０４と加圧室１３２との間を連通または遮断するための上記開閉弁１３３が設けられている。この開閉弁１３３は、付勢手段としてのコイルスプリング１３３ａにより閉弁方向（図３では上向き）に付勢されている。また、開閉弁１３３は、開弁駆動手段１３４によってコイルスプリング１３３ａの付勢力に抗して開弁させるように駆動される。

上記開弁駆動手段１３４は、デリバリパイプ１０６に連通路１０６ａを介して連通するシリンダ１３５と、このシリンダ１３５内に摺動自在に支持されたピストン１３５ｂとを備えている。このピストン１３５ｂのピストン軸１３５ｃの先端には、上記開閉弁１３３が取り付けられている。また、シリンダ１３５のへッド側室１３５ｄには上記コイルスプリング１３３ａが縮装されている。一方、シリンダ１３５内におけるピストン１３５ｂの反ヘッド側室１３５ｄ側には、デリバリパイプ１０６に圧送された燃料の圧力をピストン１３５ｂの背圧として作用させる背圧室１３５ａが設けられている。そして、開弁駆動手段１３４は、シリンダ１３５の背圧室１３５ａ内の背圧が上記コイルスプリング１３３ａによる開閉弁１３３の閉弁方向への付勢力よりも大きいときに上記開閉弁１３３を開弁させるように駆動する。

また、上記高圧燃料ポンプ１０３は、低圧燃料配管１０４と上記加圧室１３２との間を連通する燃料供給配管１３６を備えている。この燃料供給配管１３６は、加圧室１３２で加圧された燃料が低圧燃料配管１０４に逆流することを阻止するための逆止弁１３７を備え、開閉弁１３３の閉弁時に低圧燃料配管１０４からの燃料を開閉弁１３３を迂回して加圧室１３２に供給するようにしている。そして、図４に示すように、燃料供給配管１３６は、加圧室１３２内の圧力が所定圧力以下になったとき、具体的には加圧室１３２の容積が増大する方向にプランジャ１３１が移動するとき（吸入行程）、低圧燃料配管１０４から燃料供給配管１３６を介して加圧室１３２に燃料を供給する一方、図５に示すように、加圧室１３２内の圧力が所定圧力を超えたとき、具体的には加圧室１３２の容積が収縮する方向にプランジャ１３１が移動するとき（加圧行程）、加圧室１３２で加圧された燃料の低圧燃料配管１０４への逆流を阻止するようになっている。

ここで、開閉弁１３３の開閉動作、およびプランジャ１３１の移動に基づく燃料の経路について図３ないし図５を参照しながら説明する。

まず、図３に示すように、開閉弁１３３は、加圧室１３２で加圧されてデリバリパイプ１０６に圧送された燃料の圧力つまりシリンダ１３５内におけるピストン１３５ｂの背圧室１３５ａの背圧が開閉弁１３３を閉弁方向に付勢するコイルスプリング１３３ａの付勢力よりも大きいとき（デリバリパイプ１０６内の燃圧が高いとき）に開弁しているので、デリバリパイプ１０６に圧送された燃料の圧力自体が高いために加圧室１３２内の燃料が高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ１０６に圧送されることはなく加圧室１３２内の燃料は開閉弁１３３を経て低圧燃料配管１０４に戻される。

また、図４に示すように、シリンダ１３５内におけるピストン１３５ｂの背圧室１３５ａの背圧がコイルスプリング１３３ａの付勢力よりも小さいとき（デリバリパイプ１０６内の燃圧が低いとき）には、開閉弁１３３はコイルスプリング１３３ａの付勢力によって閉弁しているため、フィードポンプ１０２から送り出された燃料が低圧燃料配管１０４から開閉弁１３３を経て加圧室１３２に吸入（供給）されることはなく、加圧室１３２内の圧力が所定圧力以下になったとき、つまり加圧室１３２の容積が大きくなる方向にプランジャ１３１が移動するとき（吸入行程中）に、低圧燃料配管１０４から燃料供給配管１３６を介して加圧室１３２に燃料が吸入（供給）される一方、図５に示すように、加圧室１３２の容積が収縮する方向にプランジャ１３１が移動（圧縮行程中）して加圧室１３２内の圧力が所定圧力を超えたとき、加圧室１３２内で加圧された燃料が高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ１０６に圧送される。

このように、本実施例１によれば、高圧燃料ポンプ１０３によるデリバリパイプ１０６への燃料吐出量が開閉弁１３３および燃料供給配管１３６によって調整されることになり、電磁ソレノイドへの印加電圧の制御によって開閉動作する電磁スピル弁を不要とし、開閉弁１３３を開閉動作させる開弁駆動手段１３４の構成を非常に簡単なものにすることができる上、開弁駆動手段１３４の簡単化に伴って信頼性の向上を図ることもできる。

しかも、高圧燃料ポンプ１０３における燃料吐出量の調整が開閉弁１３３および燃料供給配管１３６によって行われることから、電磁スピル弁の閉弁開始時期を制御するための複雑な制御システムが不要となり、非常に安価な高圧燃料ポンプ１０３を提供することができる。

次に、本発明の実施例２を図６に基づいて説明する。

この実施例２では、高圧燃料ポンプの構成を一部変更している。なお、高圧燃料ポンプの構成の一部を除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本実施例２では、図６に示すように、高圧燃料ポンプ２００は、リターン配管１７２と加圧室１３２との間を連通する燃料戻し配管２０１を備えている。この燃料戻し配管２０１と加圧室１３２との間には開閉弁１３３が設けられ、この開閉弁１３３の開弁時に加圧室内の燃料の一部が燃料戻し配管２０１からリターン配管１７２を介して燃料タンク１０１に戻されるようになっている。

ここで、開閉弁１３３の開閉動作、およびプランジャ１３１の移動に基づく燃料の経路について説明する。

まず、開閉弁１３３は、加圧室１３２で加圧されてデリバリパイプ１０６に圧送された燃料の圧力つまりシリンダ１３５内におけるピストン１３５ｂの背圧室１３５ａの背圧が開閉弁１３３を閉弁方向に付勢するコイルスプリング１３３ａの付勢力よりも大きいとき（デリバリパイプ１０６内の燃圧が高いとき）に開弁しているので、デリバリパイプ１０６内の燃圧が高いために加圧室１３２内の燃料が高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ１０６に圧送されることはなく、加圧室１３２内の燃料の一部が開閉弁１３３を経て燃料戻し配管２０１からリターン配管１７２を介して燃料タンク１０１に戻される。

また、シリンダ１３５内におけるピストン１３５ｂの背圧室１３５ａの背圧がコイルスプリング１３３ａの付勢力よりも小さい（デリバリパイプ１０６内の燃圧が低いとき）ときには、開閉弁１３３はコイルスプリング１３３ａの付勢力によって閉弁しているため、フィードポンプ１０２から送り出された燃料は、加圧室１３２内の圧力が所定圧力以下になったとき、つまり加圧室１３２の容積が大きくなる方向にプランジャ１３１が移動するとき（吸入行程中）に、低圧燃料配管１０４から燃料供給配管１３６を介して加圧室１３２に吸入（供給）される一方、加圧室１３２の容積が収縮する方向にプランジャ１３１が移動（圧縮行程中）して加圧室１３２内の圧力が所定圧力を超えたとき、加圧室１３２内で加圧された燃料が高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ１０６に圧送される。

このように、本実施例２によれば、高圧燃料ポンプ１０３によるデリバリパイプ１０６への燃料吐出量が開閉弁１３３および燃料供給配管１３６によって調整されることになり、電磁ソレノイドへの印加電圧の制御によって開閉動作する電磁スピル弁を不要とし、開閉弁１３３を開閉動作させる開弁駆動手段１３４の構成を非常に簡単なものにすることができる上、開弁駆動手段１３４の簡単化に伴って信頼性の向上を図ることもできる。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記各実施例では、本発明を自動車に搭載された筒内直噴型４気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば筒内直噴型６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンに適用可能である。また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジン等の他の内燃機関にも本発明は適用可能である。更には、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用のエンジンに限るものでもない。

また、本発明に係る燃料配管が適用される内燃機関の燃料噴射系としては必ずしもデリバリパイプ１０６を有するものには限らない。例えば、デリバリパイプを備えておらず、燃料供給通路にプレッシャレギュレータを備え、このプレッシャレギュレータによって余剰燃料を燃料タンクに返送して燃料圧力を調整するようにしたエンジンに対しても本発明は適用可能である。

更に、上記各実施例における高圧燃料ポンプ１０３，２００では、排気カムシャフト３２に取り付けられたカム３２１の回転によってプランジャ１３１が駆動される構成としたが、吸気カムシャフト２２に取り付けられたカムの回転によってプランジャ１３１が駆動される構成としてもよい。

本発明の実施例１に係るエンジンの概略構成を示す図である。同じく燃料噴射制御装置の制御系を示すブロック図である。同じくデリバリパイプ内の燃圧が高い状態であるときの燃料供給装置の構造を模式的に示す図である。同じくデリバリパイプ内の燃圧が低くかつ加圧室内の圧力が所定圧力以下であるときの燃料供給装置の構造を模式的に示す図である。同じくデリバリパイプ内の燃圧が低くかつ加圧室内の圧力が所定圧力を超えるときの燃料供給装置の構造を模式的に示す図である。本発明の実施例２に係る燃料供給装置の構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
４燃料噴射弁
１０１燃料タンク
１０３高圧燃料ポンプ
１０４低圧燃料通路（燃料圧送配管）
１０５高圧燃料通路（燃料噴射系）
１０６デリバリパイプ（燃料噴射系）
１３２加圧室
１３３開閉弁
１３３ａコイルスプリング（付勢手段）
１３４開弁駆動手段
１３５シリンダ
１３５ｂピストン
１３６燃料供給配管
１７２リターン配管（燃料返送配管）
２００高圧燃料ポンプ
２０１燃料戻し配管

Claims

燃料タンク内から低圧燃料配管を介して供給された燃料を加圧室で加圧して内燃機関の燃料噴射系へ圧送するようにした内燃機関の高圧燃料ポンプであって、
上記低圧燃料配管と上記加圧室との間に設けられ、付勢手段により閉弁方向に付勢された開閉弁と、
上記燃料噴射系に圧送された燃料の圧力をシリンダ内のピストンの背圧として作用させ、その背圧が上記付勢手段の付勢力よりも大きいときに上記開閉弁を開弁させるように駆動する開弁駆動手段と、
上記低圧燃料配管と上記加圧室との間に接続され、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったときに低圧燃料配管から加圧室に燃料を供給する燃料供給配管と
を備えていることを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ。
燃料タンク内から低圧燃料配管を介して供給された燃料を加圧室で加圧して内燃機関の燃料噴射系へ圧送するようにした内燃機関の高圧燃料ポンプであって、
上記燃料噴射系から燃料タンクに向けて燃料を返送する燃料返送配管と、
この燃料返送配管と上記加圧室との間に接続され、加圧室内の燃料の一部を燃料タンクに戻す燃料戻し配管と、
この燃料戻し配管と加圧室との間に設けられ、付勢手段により閉弁方向に付勢された開閉弁と、
上記燃料噴射系に圧送された燃料の圧力をシリンダ内のピストンの背圧として作用させ、その背圧が上記付勢手段の付勢力よりも大きいときに上記開閉弁を開弁させるように駆動する開弁駆動手段と、
上記低圧燃料配管と上記加圧室との間に接続され、加圧室内の圧力が所定圧力以下になったときに低圧燃料配管から加圧室に燃料を供給する燃料供給配管と
を備えていることを特徴とする内燃機関の高圧燃料ポンプ。