JP2007278113A - 燃料供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プレッシャレギュレータを大型化することなく、燃料ポンプから内燃機関に供給する燃料圧力をプレッシャレギュレータにより圧力変動を低減し高圧に調整する燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料ポンプ20が吐出する燃料は、プレッシャレギュレータ40により調整され、配管200を通り燃料レール2に供給される。配管200とプレッシャレギュレータ40の背圧室210とは、配管202により接続されている。配管202には、配管202を開閉する開閉弁30が設置されている。プレッシャレギュレータ40の調圧室212と配管200とは、配管204により接続されている。開閉弁30が開弁すると、燃料ポンプ20の吐出燃料がプレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入される。背圧室210に吐出燃料が導入されると、プレッシャレギュレータ40の設定圧が上昇し、燃料ポンプ20の吐出圧が高圧に調整される。
【選択図】図1

Description

本発明は、燃料ポンプの吐出圧をプレッシャレギュレータで調整する燃料供給装置に関する。
従来、燃料ポンプの吐出燃料を内燃機関に供給する燃料供給装置として、燃料ポンプの吐出燃料の圧力をプレッシャレギュレータで調整するものが知られている(例えば、特許文献1から4参照)。燃料供給装置で使用されるプレッシャレギュレータとしては、背圧室と調圧室とを仕切る受圧部が背圧室および調圧室の圧力から受ける力に応じて変位し、調圧室の燃料が排出されることにより調圧室の圧力を調整する構成が一般的である。調圧室から燃料が排出されると、調圧室の圧力が低下する。そして、燃料ポンプの吐出燃料をプレッシャレギュレータの調圧室に導入することにより、燃料ポンプの吐出圧を調整する。
受圧部の変位により調整される調圧室の圧力(以下、プレッシャレギュレータの設定圧という)は、背圧室の圧力、背圧室および調圧室から受圧部が圧力を受ける受圧面積の比、等により規定される。弾性部材が受圧部に荷重を加える構成では、弾性部材の荷重によっても、プレッシャレギュレータの設定圧は規定される。背圧室の圧力としては、大気圧、吸気管負圧(特許文献3参照)、吸気管負圧または大気圧(特許文献2参照)、別のプレッシャレギュレータにより調整された圧力(特許文献4参照)等が導入される。
ところで、内燃機関から排出される排ガス中の未燃成分の低減、あるいは低温時または高温時における内燃機関の始動性の向上の為に、燃料噴射弁から噴射する燃料噴霧を微粒化することが求められている。燃料噴霧を微粒化するためには、例えば噴孔形状等の燃料噴射弁自体の改良だけでなく、燃料ポンプから吐出され燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を高圧化することが考えられる。燃料ポンプの吐出圧を高圧化するためには、プレッシャレギュレータの設定圧を高圧にする必要がある。
プレッシャレギュレータの設定圧を高圧にするためには、例えば、弾性部材を大型化し受圧部に加える荷重を増加することが考えられる。
しかしながら、受圧部に荷重を加える弾性部材が大型化すると、プレッシャレギュレータが大型化するという問題がある。
そこで、特許文献4のように、燃料ポンプの吐出圧を調整する吐出圧調整用のプレッシャレギュレータの背圧室の圧力を背圧調整用の別のプレッシャレギュレータで調整すれば、この背圧調整用のプレッシャレギュレータの設定圧を高圧にすることにより、吐出圧調整用のプレッシャレギュレータを大型化することなく、吐出圧調整用のプレッシャレギュレータの設定圧を高圧化できる。
しかしながら、特許文献4では、背圧調整用のプレッシャレギュレータは、吐出圧調整用のプレッシャレギュレータが排出する余剰燃料の圧力を調整して吐出圧調整用のプレッシャレギュレータの背圧室に導入している。この構成では、内燃機関の燃料消費量に応じて、吐出圧調整用のプレッシャレギュレータが排出する余剰燃料量、つまり、背圧調整用のプレッシャレギュレータが圧力を調整して吐出圧調整用のプレッシャレギュレータの背圧室に導入する燃料量が増減する。その結果、内燃機関の燃料消費量に応じて、吐出圧調整用のプレッシャレギュレータの背圧室の圧力が増減するので、吐出圧調整用のプレッシャレギュレータの設定圧、つまり吐出圧調整用のプレッシャレギュレータにより調整される燃料ポンプの吐出圧が変動し不安定になるという問題が生じる。
特開平5−321783号公報 特開平5−39763号公報 特開平6−129325号公報 特開2002−310025号公報
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、プレッシャレギュレータを大型化することなく、燃料ポンプから内燃機関に供給する燃料圧力をプレッシャレギュレータにより圧力変動を低減し高圧に調整する燃料供給装置を提供することを目的とする。
請求項1から5に記載の発明によると、燃料ポンプの吐出燃料をプレッシャレギュレータの背圧室に導入するので、プレッシャレギュレータを大型化することなく、プレッシャレギュレータの設定圧を高圧化できる。したがって、プレッシャレギュレータにより燃料ポンプの吐出圧を高圧に調整して内燃機関に供給できる。また、変動量の小さい吐出燃料を背圧室に導入するので、プレッシャレギュレータの設定圧の変動も小さくなる。したがって、燃料ポンプから内燃機関に供給される燃料の圧力変動を低減できる。
請求項2に記載の発明によると、プレッシャレギュレータの背圧室に燃料ポンプの吐出燃料を導入する背圧導入通路部の燃料圧力を圧力調整手段が調整するので、圧力調整手段が調整する圧力の設定圧を変更することにより、プレッシャレギュレータの設定圧を変更できる。
請求項3に記載の発明によると、開閉手段が背圧導入通路部を開いているときには、プレッシャレギュレータの背圧室に燃料ポンプの吐出燃料が導入されるので、燃料ポンプの吐出圧は高圧に調整される。一方、開閉手段が背圧導入通路部を閉じているときには、プレッシャレギュレータの背圧室に燃料ポンプの吐出燃料が導入されないので、燃料ポンプの吐出圧は背圧導入通路部が開いているときよりも低圧に調整される。つまり、開閉手段が背圧導入通路部を開閉することにより、プレッシャレギュレータの設定圧を切り換えることができる。
ところで、開閉手段が背圧導入通路部を開きプレッシャレギュレータの背圧室に吐出燃料が導入されている状態で開閉手段が背圧導入通路部を閉じると、背圧導入通路部の圧力が高圧に保持され、プレッシャレギュレータの背圧室の圧力が切り換わらない恐れがある。
そこで、請求項4に記載の発明によると、開閉手段と背圧室との間の背圧導入通路部から排出通路部が燃料を排出するので、開閉手段が背圧導入通路部を開きプレッシャレギュレータの背圧室に吐出燃料が導入されている状態で開閉手段が背圧導入通路部を閉じると、開閉手段と背圧室との間の背圧導入通路部の燃料が排出通路部から排出されるので、プレッシャレギュレータの背圧室の圧力が低下する。したがって、開閉手段が背圧導入通路部を開閉することにより、プレッレギュレータの背圧室の圧力が切り換わる。
さらに、請求項4に記載の発明によると、排出通路部に絞りを設けているので、開閉手段が背圧導入通路部を開いているときに、排出通路部を通って排出される燃料量が規制され減少する。したがって、開閉手段が背圧導入通路部を開いているときにプレッシャレギュレータの背圧室に導入される吐出燃料量の減少を抑制できる。
請求項5に記載の発明によると、開閉手段が背圧導入通路部を閉じてから燃料ポンプを停止させるので、燃料ポンプの停止後に燃料ポンプの吐出側の燃料が背圧導入通路部から漏れ出すことを開閉手段が防止する。これにより、燃料ポンプの停止後に内燃機関の残圧が低下することを抑制できるので、内燃機関の始動性が向上する。
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による燃料供給装置を図1に示す。燃料供給装置10は、図示しない燃料タンクの燃料を燃料レール2に供給する。燃料レール2には、内燃機関6の各気筒毎に燃料噴射弁4が取り付けられている。
(燃料供給装置10の構成)
燃料供給装置10の燃料ポンプ20は、例えば、電気駆動部であるモータによりインペラを回転し、吸入した燃料を昇圧するタービン式の電動ポンプであり、図示しない燃料タンク内に設置されている。
燃料ポンプ20は、燃料吸入口21から吸入した燃料タンクの燃料を昇圧し、燃料吐出口22から吐出する。燃料ポンプ20が吐出する燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ40により調整され、配管200を通り燃料レール2に供給される。プレッシャレギュレータ40の構成の詳細については後述する。
配管200とプレッシャレギュレータ40の背圧室210とは、背圧導入通路部としての配管202により接続されている。配管202には、開閉弁30が設置されている。また、プレッシャレギュレータ40の調圧室212と配管200とは、調圧導入通路部としての配管204により接続されている。
開閉手段としての開閉弁30は電磁弁である。開閉弁30が開弁すると、燃料ポンプ20の吐出燃料は、開閉弁30から配管202を通り背圧室210に導入される。
プレッシャレギュレータ90の背圧室220は大気開放されており、プレッシャレギュレータ90の調圧室222は、開閉弁30と背圧室210との間の配管202に配管206により接続されている。配管206には、配管202から調圧室222に導入される燃料量を規制する絞り207が設けられている。プレッシャレギュレータ90は、開閉弁30と背圧室210との間の配管202の燃料圧力、つまり背圧室210の圧力を調整する。そして、絞り207は、プレッシャレギュレータ90がプレッシャレギュレータ40の背圧室210の圧力を調整するときに、調圧室222から排出される燃料量を規制し減少するために設けられている。
配管202に配管206が接続している箇所と背圧室210との間には排出通路部としての排出管208が接続されている。配管202に接続している排出管208の端部と反対側は燃料タンク内に開放されている。排出管208には絞り209が設けられている。絞り209は、開閉弁30が開弁し配管202からプレッシャレギュレータ40の背圧室210に吐出燃料が導入されるときに、排出管208から排出される配管202の燃料量を減少するために設けられている。
制御手段としてのエンジン制御装置(ECU)100は、図示しないCPU、ROMおよびRAMから構成されている。ECU100は、ROMに記憶されている制御プログラムをCPUが実行することにより、燃料ポンプ20への通電をオン、オフし、燃料ポンプ20の駆動を制御するとともに、内燃機関6の運転状態に応じて開閉弁30への通電をオン、オフし、開閉弁30を開閉制御する。
(プレッシャレギュレータ40)
前述したプレッシャレギュレータ40の構成を図2に基づいて詳細に説明する。プレッシャレギュレータ40の第1ケース42は、第2ケース44をかしめ固定している。受圧部としてのダイヤフラム50の外周縁は、挟持部材52とともに第2ケース44にかしめ固定されている。ダイヤフラム50の内周縁は、ガイド部材54とスプリング座56との間に挟持されている。ボール58はガイド部材54の凹部55に嵌合している。ボール58は、凹部55に嵌合している側と反対側に平面59を有し、この平面59が円板状の弁部材60と接触している。円筒状の支持部材70は第2ケース44に固定されている。円筒状のシート部材72は、弁部材60に向かって突出するように支持部材70の内壁に固定されている。弾性部材としてのスプリング62は、スプリング室である背圧室210に収容されており、ダイヤフラム50、ガイド部材54、スプリング座56、ボール58および弁部材60にシート部材72に向かう荷重を加える。
接続管80は第1ケース42の背圧室210と配管202とを接続している。配管202の燃料は、接続管80を通り背圧室210に導入される。接続管82は第2ケース44の調圧室212と配管204とを接続している。配管200の燃料は、配管204から接続管82を通り調圧室212に導入される。排出管84はシート部材72と反対側の支持部材70の内部に固定されている。弁部材60がシート部材72から離座すると、調圧室212の燃料が排出管84から燃料タンクに排出される。
(内燃機関6の始動時および通常運転時)
次に、燃料供給装置10の作動について説明する。ECU100は、図示しない各種センサにより検出した内燃機関6の運転状態に応じて、燃料噴射弁4が噴射する燃料の圧力を高圧または低圧のいずれにするかを設定する。例えば、内燃機関6を始動するときに、低温時には燃料噴霧の微粒化を促進するために、高温時には燃料噴霧の微粒化を促進するとともに燃料中にベーパが発生することを防止するために、燃料噴射弁4に供給される燃料の圧力を高圧にすることが望ましい。また、車両の定速走行時のように内燃機関6の負荷が低い場合には、燃料噴射弁4に供給される燃料の圧力は低圧でもよい。そして、燃料噴射弁4に供給する燃料の圧力の高低の切り換えは、ECU100が開閉弁30を開閉することにより制御される。
(1)例えば、開閉弁30への通電がオフされ開閉弁30が閉弁している状態で燃料ポンプ20が駆動されると、図3の実線220に示すように、配管200から燃料レール2に供給される燃料の圧力は上昇する。図3の点線は、開閉弁30の開閉による配管202の圧力変化を示している。開閉弁30が閉弁している状態では、配管202が閉じられているので、燃料ポンプ20の吐出燃料はプレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入されない。そして、配管202が排出管208により大気開放されているので、背圧室210の圧力は大気圧相当である。また、プレッシャレギュレータ40の調圧室212には、配管200、204から燃料ポンプ20の吐出燃料が導入されている。
したがって、大気圧相当の背圧室210の圧力から受ける力とスプリング62の荷重との和からシート部材72に着座する方向にダイヤフラム50が受ける力F1と、調圧室212に導入される吐出燃料の圧力によりシート部材72から離座する方向にダイヤフラム50が受ける力F2との差によりダイヤフラム50は変位する。
F1≧F2ならば、弁部材60はシート部材72に着座するので、調圧室212の燃料は排出管84から排出されない。一方、調圧室212の圧力が上昇し、F1<F2になると、弁部材60はシート部材72から離座するので、調圧室212の燃料は排出管84から排出される。その結果、調圧室212の燃料圧力、すなわち、燃料ポンプ20から吐出され配管200から燃料レール2に供給される燃料の圧力は低下する。
(2)次に、図3に示すように、燃料ポンプ20が駆動されている状態で開閉弁30への通電がオンされ開閉弁30が開弁すると、燃料ポンプ20吐出燃料は、調圧室212に加え配管202からプレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入される。このとき、背圧室210に導入される燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ90により大気圧よりも高い圧力に調整される。これにより、F1<F2になり、背圧室210の燃料圧力から受ける力に抗してダイヤフラム50が変位し、弁部材60がシート部材72から離座するときの調圧室212の燃料圧力は、開閉弁30が閉弁し背圧室210に吐出燃料が導入されていないときよりも高くなる。つまり、プレッシャレギュレータ40の設定圧が上昇する。その結果、開閉弁30が開弁すると、開閉弁30が閉弁しているときよりも、調圧室212の燃料圧力、すなわち、燃料ポンプ20から吐出され配管200から燃料レール2に供給される燃料の圧力は、図3に示すように高くなる。
(3)次に、開閉弁30が開弁している状態から閉弁すると、背圧室210への吐出燃料の導入が遮断され、配管202の燃料が排出管208から排出されるので、背圧室210の圧力は大気圧相当に低下する。その結果、プレッシャレギュレータ40の設定圧が低下するので、燃料ポンプ20の吐出圧は低圧に調整される。したがって、燃料ポンプ20から燃料レール2に供給される燃料の圧力は低下する。
このように、内燃機関6の運転状態に応じてECU100が開閉弁30を開閉制御するすることにより、燃料レール2に供給される燃料の圧力の高低を切り換えることができる。
(内燃機関6の停止時)
内燃機関6の停止時の作動について、図4のフローチャートに基づいて説明する。
ECU100は、ステップ300において、内燃機関6を停止するか否かを判定する。内燃機関6を停止する場合、ECU100は、ステップ302において開閉弁30の開閉状態を判定する。開閉弁30が閉弁している場合は、ECU100はステップ306において燃料ポンプ20への通電をオフし燃料ポンプ20を停止させる。このように、開閉弁30が閉弁した状態で燃料ポンプ20が停止すると、配管200は開閉弁30および燃料ポンプ20の燃料吐出口22に設置されている図示しない逆止弁により閉塞されるので、配管200および燃料レール2から燃料が漏れ出ることを抑制する。これにより、配管200および燃料レール2の残圧の低下を抑制するので、内燃機関6の始動性が向上する。また、配管200および燃料レール2の残圧の低下を抑制することにより、特に燃料温度が高温のときに内燃機関6を停止する場合に、配管200および燃料レール2内にベーパが発生することを抑制できる。これにより、内燃機関6の始動性が向上する。
ECU100は、ステップ302において開閉弁30が開弁していると判定すると、ステップ304において開閉弁30への通電をオフし、開閉弁30を閉弁させる。そして、開閉弁30を閉弁させてから、ECU100は、ステップ306において燃料ポンプ20への通電をオフし、燃料ポンプ20を停止させる。
ここで、開閉弁30が開弁した状態で燃料ポンプ20を停止させると、燃料ポンプ20が停止してから開閉弁30が閉弁するまでの間に、配管200の燃料が配管202から排出管208を通り排出され、配管200および燃料レール2の燃料圧力が低下する恐れがある。
そこで、開閉弁30が開弁している場合に開閉弁30を閉弁させてから燃料ポンプ20を停止することにより、配管200および燃料レール2の燃料圧力を保持した状態で燃料ポンプ20を停止できる。これにより、配管200および燃料レール2の残圧の低下を抑制するとともに、配管200および燃料レール2内にベーパが発生することを抑制するので、内燃機関6の始動性が向上する。
以上説明した第1実施形態では、燃料ポンプ20の吐出圧を調整するプレッシャレギュレータ40の背圧室210に燃料ポンプ20の吐出燃料を導入することにより、スプリング62の荷重を増加することなく、プレッシャレギュレータ40の設定圧を高圧化している。したがって、スプリング62を大型化することなく、つまりプレッシャレギュレータ40を大型化することなく燃料ポンプ20の吐出圧を高圧に調整できる。
また、プレッシャレギュレータ40の設定圧を高圧化するために背圧室210に燃料を導入する場合、燃料ポンプ20の吐出燃料は、例えば内燃機関6の余剰燃料に比べて導入量の変動が少なく安定している。したがって、プレッシャレギュレータ40により、燃料ポンプ20の吐出圧を圧力変動を低減し安定して調整できる。
また、プレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入する燃料圧力を別のプレッシャレギュレータ90で調整するので、このプレッシャレギュレータ90のスプリングの荷重を調整してプレッシャレギュレータ90の設定圧を変更することにより、プレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入される燃料圧力を変更できる。このように、プレッシャレギュレータ90の設定圧を変更してプレッシャレギュレータ40の設定圧を変更することにより、プレッシャレギュレータ40が調整する燃料ポンプ20の吐出圧を変更できる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図5に示す。尚、第1実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図5に示す燃料供給装置12では、プレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入する燃料圧力を、第1実施形態のようにプレッシャレギュレータ90で調整するのではなく、配管202に設けた絞り203で調整する。絞り203の絞り径を調整することにより、プレッシャレギュレータ40の背圧室210に導入される燃料圧力を調整できる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図6に示す。尚、第1実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第3実施形態では、第1実施形態のプレッシャレギュレータ40に代えて、図6に示すプレッシャレギュレータ120を用いる。プレッシャレギュレータ120の第1ケース42には、絞り122が形成されている。この絞り122は、第1実施形態の燃料供給装置10において配管202に形成した絞り209の作用を果たすものである。したがって、第3実施形態の燃料供給装置においては、図1に示す第1実施形態の燃料供給装置10の排出管208および絞り209は除去される。
このように、第3実施形態では、開閉弁30を閉弁したときにプレッシャレギュレータ120の背圧室210の圧力を大気開放する絞り122をプレッシャレギュレータ120自体に設けるので、燃料供給装置の通路構成が簡単になる。また、開閉弁30が開弁状態にあれば、プレッシャレギュレータ120の背圧室210に常に新しい燃料が導入されるので、背圧室210に燃料が滞留しない。したがって、背圧室210に面する部品の腐食を防止できる。
(他の実施形態)
上記実施形態では、プレッシャレギュレータ40、120の背圧室210に導入する燃料圧力を、プレッシャレギュレータ90または絞り203により調整したが、プレッシャレギュレータ90または絞り203を用いず、燃料ポンプ20の吐出燃料をそのままプレッシャレギュレータ40、120の背圧室210に導入してもよい。
また、上記実施形態では、開閉弁30が配管202を開閉することにより、プレッシャレギュレータ40、120の設定圧を高圧側または低圧側に切り換えたが、開閉弁30を配管202に設置せず、プレッシャレギュレータ40、120の設定圧を常に高圧側にしてもよい。
また、上記実施形態では、開閉弁30が開弁した状態から閉弁するときに、プレッシャレギュレータ40、120の背圧室210の圧力を大気開放するために、排出管208に設けた絞り209またはプレッシャレギュレータ120自体に設けた絞り122から背圧室210の燃料を排出した。これに対し、排出管208または絞り122を設けず、背圧室210から徐々に燃料が漏れることにより背圧室210圧力を低下させてもよい。
また、上記実施形態のように、開閉弁30の開閉によりプレッシャレギュレータ40、120の設定圧を切り換え、燃料ポンプ20の吐出圧を調整する燃料供給装置においては、部品の故障等により目標圧力に燃料ポンプ20の吐出圧を調整できない場合には、燃圧センサの信号、または燃料ポンプ20の作動電流から圧力の調整不良を検出し、運転者に知らせることが望ましい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
第1実施形態による燃料供給装置を示す模式的構成図。 第1実施形態のプレッシャレギュレータを示す断面図。 燃料ポンプの駆動および開閉弁の開閉による燃料供給圧力の変化を示す特性図。 内燃機関停止時の燃料ポンプおよび開閉弁の制御を示すフローチャート。 第2施形態による燃料供給装置を示す模式的構成図。 第3実施形態のプレッシャレギュレータを示す断面図。
符号の説明
4:燃料噴射弁、6:内燃機関、10、12:燃料供給装置、20:燃料ポンプ、30:開閉弁(開閉手段)、40、120:プレッシャレギュレータ、50:ダイヤフラム(受圧部)、90:プレッシャレギュレータ(圧力調整手段)、100:ECU(制御手段)、202:配管(背圧導入通路部)、204:配管(調圧導入通路部)、208:排出管(排出通路部)、209:絞り

Claims (5)

  1. 内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置において、
    燃料を昇圧して吐出する燃料ポンプと、
    受圧部、ならびに前記受圧部により仕切られ前記燃料ポンプの吐出燃料が導入される調圧室および背圧室を有し、前記調圧室および前記背圧室の圧力から受ける力に応じて前記受圧部が変位することにより前記調圧室に導入される前記吐出燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータと、
    前記背圧室に前記吐出燃料を導入する背圧導入通路部と、
    前記調圧室に前記吐出燃料を導入する調圧導入通路部と、
    を備える燃料供給装置。
  2. 前記背圧導入通路部の燃料圧力を調整する圧力調整手段をさらに備える請求項1に記載の燃料供給装置。
  3. 前記背圧導入通路部を開閉する開閉手段をさらに備える請求項1または2に記載の燃料供給装置。
  4. 前記開閉手段と前記背圧室との間の前記背圧導入通路部から燃料を排出する排出通路部と、前記排出通路部に設けられた絞りとをさらに備える請求項3に記載の燃料供給装置。
  5. 前記開閉手段の開閉および前記燃料ポンプの駆動を制御し、前記開閉手段により前記背圧導入通路部を閉じてから前記燃料ポンプを停止する制御手段をさらに備える請求項3または4に記載の燃料供給装置。






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