JP2008095537A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デリバリパイプの燃圧脈動を低燃圧時〜高燃圧時にわたって減衰可能な燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料供給装置は、燃料タンク１１から燃料を送り出すフィードポンプ１２、フィードポンプ１２により送り出された燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１３、高圧燃料ポンプ１３から吐出される燃料を貯溜するデリバリパイプ１６、デリバリパイプ１６の燃圧脈動を減衰させるアキュームレータ６０を備えている。アキュームレータ６０は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動にともなって伸縮するベローズ６３と、ベローズ６３の伸張を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室６４と、ベローズ６３の伸張を抑制する方向に弾性力を付与するスプリング６５とを備えている。ベローズ６３が伸張していない状態では、スプリング６５の一端と背圧室６４の壁面との間には隙間が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関し、詳細には、燃料供給装置に用いられるデリバリパイプ内の燃圧脈動を減衰させる技術に関する。

例えば、筒内直噴型の内燃機関（以下、エンジンともいう）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おいては、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している。具体的には、この種のエンジンにおける燃料供給装置の構成としては、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溜するようにしている。これにより、インジェクタの開弁動作にともなって、デリバリパイプに貯溜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。

上述のような燃料供給装置においては、高圧燃料ポンプによる燃料の吐出と、インジェクタによる燃料の噴射とが断続的に行われるため、デリバリパイプ内の燃料圧力が変動し、脈動が発生する。つまり、デリバリパイプ内の燃料圧力が不安定となり、その結果、インジェクタの１噴射当たりの燃料噴射量が変動し、エミッションやドライバビリティの悪化を招いたり、デリバリパイプおよび燃料供給配管に振動や異音を生じたりするという不具合がある。

従来では、金属製のベローズを備えたアキュームレータ（蓄圧器）を用いて、デリバリパイプの燃圧脈動を減衰させるようにした燃料供給装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。これらの燃料供給装置では、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動に応じて金属製のベローズが伸縮することによって、デリバリパイプの内容積が変化し、これにより、デリバリパイプで所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させるようにしている。
特開平９−３０３２３１号公報 特開平９−３１０６６１号公報

ところで、高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を変更することによりデリバリパイプ内の燃料圧力が変更可能な可変燃圧制御の燃料供給装置では、デリバリパイプ内の燃料圧力が低燃圧〜高燃圧の広範囲にわたる可能性がある。また、エンジン始動時等には、フィードポンプによって燃料を送り出すフィード圧で、つまり、高圧燃料ポンプによる加圧を行わない状態で、デリバリパイプ内に燃料を導入することも行われており、この場合、デリバリパイプ内の燃料圧力が、フィード圧程度の低燃圧〜高燃圧の広範囲にわたる可能性がある。

しかし、上述したような従来の燃料供給装置に用いられるアキュームレータは、デリバリパイプ内に貯溜される高圧燃料の脈動を考慮したものとなっていた。例えば、アキュームレータのスプリングにデリバリパイプ内の高燃圧料の燃料圧力に応じたばね定数のものを用いたり、アキュームレータの背圧室にデリバリパイプ内の高燃圧料の燃料圧力に応じた高圧のガスを封入するようにしていた。このため、デリバリパイプ内の燃料圧力が低燃圧である場合、高燃圧である場合に比べ、ベローズの伸縮量が少なくなり、デリバリパイプの内容積の変化量が少なくなっていた。その結果、低燃圧である場合、デリバリパイプで発生する燃圧脈動を減衰させにくくなっていた。このように、従来のアキュームレータは、高燃圧時における燃圧脈動を減衰させるのに適したものとなっていたが、低燃圧時における燃圧脈動を減衰させるのに適したものとはなっていなかった。

逆に、アキュームレータを低燃圧時における燃圧脈動を減衰させるのに適したものにしようとすると、例えば、高燃圧時にベローズに大きな応力がかかり、ベローズが破損してしまう等の問題点が発生する可能性がある。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、低燃圧時〜高燃圧時にわたって、デリバリパイプの燃圧脈動を減衰可能な燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプと、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と、複数のインジェクタが接続され、前記高圧燃料ポンプを介して吐出される燃料を貯溜するデリバリパイプとを備え、前記高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を変更することにより前記デリバリパイプ内の燃料圧力が変更可能に構成されており、前記デリバリパイプの燃圧脈動を減衰させる脈動減衰手段が設けられた内燃機関の燃料供給装置において、前記脈動減衰手段は、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動にともなって伸縮する伸縮部材と、この伸縮部材の伸張を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室と、この伸縮部材の伸張を抑制する方向に弾性力を付与するスプリングとを備え、前記スプリングは、互いに対向する前記伸縮部材の端面と前記背圧室の壁面との間に配置されており、前記伸縮部材が伸張していない状態では、このスプリングの一端と、前記伸縮部材の端面または前記背圧室の壁面との間には、隙間が設けられており、前記伸縮部材の伸張していない状態からの伸張量が前記隙間の大きさを超えると、そのスプリングの弾性力が伸張した伸縮部材に対し作用することを特徴としている。ここで、そのような伸縮部材としては、例えば、蛇腹形状に形成された金属製のベローズ等が挙げられる。

上記構成によれば、デリバリパイプ内の燃料圧力に応じて伸縮部材が伸張していない元の状態から伸張する。このとき、伸縮部材の元の状態からの伸張量が上記隙間の大きさ以下であれば、伸張した伸縮部材に対し、その伸張を抑制する方向に伸縮部材自体の復元力と背圧室のガスの圧力とが作用する。一方、伸縮部材の元の状態からの伸張量が上記隙間の大きさを超えていれば、その隙間の大きさを超えた分についてはスプリングが圧縮されることになる。このため、伸張した伸縮部材に対し、その伸張を抑制する方向に伸縮部材自体の復元力と背圧室のガスの圧力とに加え、スプリングの弾性力が作用する。

そして、伸縮部材の元の状態からの伸張量が上記隙間の大きさ以下の場合、伸縮部材は、デリバリパイプ内の燃料圧力と、伸縮部材自体の復元力および背圧室のガスの圧力の和とが釣り合う位置まで伸張する。この釣り合いの状態からデリバリパイプ内の燃料圧力が変動すると、その燃料圧力の変動を抑制する方向に伸縮部材が伸縮する。これにより、デリバリパイプで所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させることができる。つまり、伸縮部材の元の状態からの伸張量が上記隙間の大きさ以下となる低燃圧の場合の脈動を減衰させることができる。

これに対し、伸縮部材の元の状態からの伸張量が上記隙間の大きさを超えている場合、伸縮部材は、デリバリパイプ内の燃料圧力と、伸縮部材自体の復元力、背圧室のガスの圧力、および、スプリングの弾性力の和とが釣り合う位置まで伸張する。この釣り合いの状態からデリバリパイプ内の燃料圧力が変動すると、その燃料圧力の変動を抑制する方向に伸縮部材が伸縮する。これにより、デリバリパイプで所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させることができる。つまり、伸縮部材の元の状態からの伸張量が上記隙間の大きさを超える高燃圧の場合の脈動を減衰させることができる。

以上より、デリバリパイプ内の燃料圧力が低燃圧の場合の脈動、および、高燃圧の場合の脈動をともに減衰させることができる。

ここで、上記構成の脈動減衰手段に替えて、次のような構成の脈動減衰手段を採用することも可能である。すなわち、脈動減衰手段は、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動にともなって伸縮する伸縮部材と、この伸縮部材の収縮を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室と、この伸縮部材の収縮を抑制する方向に弾性力を付与するスプリングとを備え、前記スプリングは、互いに対向する前記伸縮部材の端面と前記背圧室の壁面との間に配置されており、前記伸縮部材が収縮していない状態では、このスプリングの一端と、前記伸縮部材の端面または前記背圧室の壁面との間には、隙間が設けられており、前記伸縮部材の収縮していない状態からの収縮量が前記隙間の大きさを超えると、そのスプリングの弾性力が収縮した伸縮部材に対し作用するように構成されている。このような脈動減衰手段を備えた燃料供給装置においても、デリバリパイプ内の燃料圧力が低燃圧の場合の脈動、および、高燃圧の場合の脈動をともに減衰させることができる。

そして、前記背圧室のガスの圧力を、前記デリバリパイプ内の燃料圧力が前記フィードポンプによって燃料を送り出すフィード圧になるとき、その燃料圧力と、前記脈動減衰手段の伸縮部材の復元力および当該背圧室のガスの圧力の和とが、第１の釣り合いの位置で釣り合うように設定することが可能である。

これにより、伸縮部材が第１の釣り合いの位置を中心に伸縮することで、デリバリパイプで上記フィード圧付近で発生する脈動を減衰させることができるようになる。なお、第１の釣り合いの位置での釣り合いが、伸縮部材の元の状態からの伸張量または収縮量が上記隙間の大きさの１／２付近であるときに発生していれば、伸縮部材の伸縮可能な距離を大きく確保できるので、効率的な脈動の減衰が可能になり、好ましい。

また、前記スプリングのばね定数を、前記デリバリパイプ内の燃料圧力が予め設定された目標燃圧になるとき、その燃料圧力と、前記脈動減衰手段の伸縮部材の復元力、前記背圧室のガスの圧力、および、当該スプリングの弾性力の和とが、第２の釣り合いの位置で釣り合うように設定することが可能である。

これにより、伸縮部材が第２の釣り合いの位置を中心に伸縮することで、デリバリパイプで上記目標燃圧付近で発生する脈動を減衰させることができるようになる。なお、第２の釣り合いの位置での釣り合いが、スプリングの圧縮量がその最大圧縮量の１／２付近であるときに発生していれば、伸縮部材の伸縮可能な距離を大きく確保できるので、効率的な脈動の減衰が可能になり、好ましい。

本発明によれば、燃料供給装置のデリバリパイプ内の燃料圧力が低燃圧の場合の脈動、および、高燃圧の場合の脈動をともに減衰させることができる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

以下では、自動車に搭載される筒内直噴型多気筒（例えば、４気筒）ガソリンエンジンに、本発明を適用した場合について説明する。

図１は、この実施形態における燃料供給装置１０を模式的に示す図である。この図１に示すように、燃料供給装置１０は、燃料タンク１１から燃料を送り出すフィードポンプ１２と、そのフィードポンプ１２によって送り出された燃料を加圧して各気筒（４気筒）のインジェクタ（燃料噴射弁）１７，１７，・・・に向けて吐出する高圧燃料ポンプ１３とを備えている。

高圧燃料ポンプ１３は、シリンダ３０、プランジャ３１、加圧室３２、および、電磁スピル弁３３を備えている。プランジャ３１は、エンジンの排気カムシャフト２１に取り付けられた駆動カム２２の回転によって駆動され、シリンダ３０内を往復移動する。このプランジャ３１の往復移動により加圧室３２の容積が拡大または縮小する。

この実施形態では、排気カムシャフト２１の回転軸回りに１８０°の角度間隔をもって２つのカム山（カムノーズ）２２ａ，２２ａが駆動カム２２に形成されている。そして、カムノーズ２２ａ，２２ａによってプランジャ３１が押し上げられて、このプランジャ３１がシリンダ３０内で移動するようになっている。なお、この実施形態に係るエンジンは４気筒型であるため、エンジンの１サイクル中、つまり、クランクシャフトが２回転する間に、気筒毎に設けられたインジェクタ１７から各１回ずつ、合計４回の燃料噴射が行われるようになっている。また、このエンジンでは、クランクシャフトが２回転する度に排気カムシャフト２１は１回転する。よって、インジェクタ１７からの燃料噴射は４回ずつ、高圧燃料ポンプ１３からの吐出動作は２回ずつ、エンジンの１サイクル毎に行われるようになっている。

加圧室３２は、プランジャ３１およびシリンダ３０によって区画されている。この加圧室３２は、低圧燃料配管１４を介してフィードポンプ１２に連通しており、また、高圧燃料配管１５を介してデリバリパイプ１６内に連通している。

デリバリパイプ１６には、インジェクタ１７，１７，・・・が接続されているとともに、デリバリパイプ１６内の燃料圧力（実燃圧）を検出する燃圧センサ７１が配設されている。また、デリバリパイプ１６には、リリーフバルブ７２を介してリターン配管７３が接続されている。このリリーフバルブ７２は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が所定圧（例えば、１５ＭＰａ）を超えたときに開弁する。この開弁により、デリバリパイプ１６に蓄えられた燃料の一部がリターン配管７３を介して燃料タンク１１に戻されるようになっている。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の過上昇が防止される。そして、デリバリパイプ１６には、このデリバリパイプ１６の燃圧脈動を減衰するためのアキュームレータ６０が設けられている。アキュームレータ６０は、デリバリパイプ１６の一端側に設けられている。アキュームレータ６０の構成、および、アキュームレータ６０による脈動の減衰の詳細については後述する。

また、リターン配管７３と高圧燃料ポンプ１３とは、燃料排出配管１８（図１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３１とシリンダ３０との間隙から漏出した燃料がシールユニット３４の上部の燃料収容室３５に蓄積され、その後、この燃料収容室３５に接続された燃料排出配管１８に戻されるようになっている。

低圧燃料配管１４には、フィルタ４１およびプレッシャレギュレータ４２が設けられている。プレッシャレギュレータ４２は、低圧燃料配管１４内の燃料圧力が所定圧（例えば０．４ＭＰａ）を超えたときに、低圧燃料配管１４内の燃料を燃料タンク１１に戻すことによって、この低圧燃料配管１４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１４には、パルセーションダンパ４３が備えられており、このパルセーションダンパ４３によって高圧燃料ポンプ１３の作動時における低圧燃料配管１４内の燃圧脈動が抑制されるようになっている。

高圧燃料配管１５には、高圧燃料ポンプ１３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５１が設けられている。

このような燃料供給装置１０においては、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数、負荷率等に基づき、インジェクタ１７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している。そして、ＥＣＵ１００は、算出された最終燃料噴射量に基づいてインジェクタ１７を駆動制御し、インジェクタ１７から噴射される燃料の量を制御している。ここで、インジェクタ１７から噴射される燃料の量（燃料噴射量）は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力と燃料噴射時間によって定まるため、燃料噴射量を適正にするには、デリバリパイプ１６内の燃料圧力を適正な値に維持する必要がある。これを達成するために、ＥＣＵ１００は、燃圧センサ７１の検出信号から求められるデリバリパイプ１６内の燃料圧力（実燃圧）がエンジン運転状態に応じて設定される目標燃圧に近づくように、高圧燃料ポンプ１３からの燃料吐出量をフィードバック制御してデリバリパイプ１６内の燃料圧力を適正値に維持している。以下、これについて説明する。

高圧燃料ポンプ１３には、低圧燃料配管１４と加圧室３２との間を連通または遮断するための電磁スピル弁３３が設けられている。この電磁スピル弁３３は、電磁ソレノイド３３ａを備えており、その電磁ソレノイド３３ａへの通電を制御することにより開閉動作する。電磁スピル弁３３は、電磁ソレノイド３３ａへの通電が停止されているときには、コイルスプリング３３ｂの弾性力によって開弁する。

まず、電磁ソレノイド３３ａに対する通電が停止された状態のときには、電磁スピル弁３３がコイルスプリング３３ｂの弾性力によって開弁し、低圧燃料配管１４と加圧室３２とが連通した状態になる。この状態において、加圧室３２の容積が増大する方向にプランジャ３１が移動するとき（吸入行程）には、フィードポンプ１２から送り出された燃料が低圧燃料配管１４を経て加圧室３２内に吸入される。

一方、加圧室３２の容積が収縮する方向にプランジャ３１が移動するとき（加圧行程）において、電磁ソレノイド３３ａへの通電により電磁スピル弁３３がコイルスプリング３３ｂの弾性力に抗して閉弁すると、低圧燃料配管１４と加圧室３２との間が遮断され、加圧室３２内の燃料が高圧燃料配管１５を通じてデリバリパイプ１６に向けて吐出される。

そして、高圧燃料ポンプ１３における燃料吐出量の調整は、加圧行程での電磁スピル弁３３の閉弁期間を制御することによって行われる。すなわち、電磁スピル弁３３の閉弁開始時期を早めて閉弁期間を長くすると燃料吐出量が増加し、逆に、電磁スピル弁３３の閉弁開始時期を遅らせて閉弁期間を短くすると燃料吐出量が減少するようになる。このように、高圧燃料ポンプ１３の燃料吐出量を調整することにより、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が制御される。こうして、デリバリパイプ１６内の燃料圧力（実燃圧）が予め設定された目標燃圧に近づくように、高圧燃料ポンプ１３の燃料吐出量をフィードバック制御することで、デリバリパイプ１６内の燃料圧力を適正値に維持するようにしている。

なお、高圧燃料ポンプ１３の燃料吐出量（電磁スピル弁３３の閉弁開始時期）の調整は、ポンプデューティＤＴに基づいて行われるようになっている。ポンプデューティＤＴは、０〜１００％という値の間で変化するものであって、電磁スピル弁３３の閉弁期間に対応する排気カムシャフト２１の駆動カム２２のカム角度に関係した値となっている。具体的には、駆動カム２２のカム角度に関して、図２に示すように、電磁スピル弁３３の最大閉弁期間に対応したカム角度（最大カム角度）をθ０とし、その最大閉弁期間の目標燃圧に対応するカム角度（目標カム角度）をθとすると、ポンプデューティＤＴは、最大カム角度θ０に対する目標カム角度θの割合（ＤＴ＝θ／θ０）で表される。したがって、ポンプデューティＤＴは、目標とする電磁スピル弁３３の閉弁期間（閉弁開始時期）が最大閉弁期間に近づくほど１００％に近い値となり、目標とする閉弁期間が「０」に近づくほど０％に近い値となる。

そして、ポンプデューティＤＴが１００％に近づくほど、ポンプデューティＤＴに基づいて調整される電磁スピル弁３３の閉弁開始時期は早められ、電磁スピル弁３３の閉弁期間は長くなる。その結果、高圧燃料ポンプ１３の燃料吐出量が増加して実燃圧が上昇するようになる。逆に、ポンプデューティＤＴが０％に近づくほど、ポンプデューティＤＴに基づいて調整される電磁スピル弁３３の閉弁開始時期は遅らされ、電磁スピル弁３３の閉弁期間は短くなる。その結果、高圧燃料ポンプ１３の燃料吐出量が減少して実燃圧が低下するようになる。

このように、燃料供給装置１０は、高圧燃料ポンプ１３からの燃料吐出量を変更することによりデリバリパイプ１６内の燃料圧力が変更可能な燃料供給装置として構成されている。そして、エンジン運転状態に応じて複数の目標燃圧（制御圧）が設定されている可変燃圧制御の燃料供給装置として構成されている。例えば、目標燃圧が、アイドリング時には４ＭＰａ、低回転時には６ＭＰａ、中回転時には１０ＭＰａ、高回転時には１２ＭＰａのようにそれぞれ設定されている。また、エンジン始動時等には、フィードポンプ１２によって燃料を送り出すフィード圧（例えば０．４ＭＰａ）で、つまり、高圧燃料ポンプ１３による加圧を行わないで、デリバリパイプ１６内に燃料が導入されるようになっている。したがって、燃料供給装置１０では、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が、上記フィード圧程度の低燃圧から、上記高回転時の目標燃圧程度の高燃圧までの広範囲にわたることになる。

次に、燃料供給装置１０のデリバリパイプ１６に設けられるアキュームレータ６０について、図１、図３、図４を用いて詳しく説明する。アキュームレータ６０は、デリバリパイプ１６の燃圧脈動を減衰するための脈動減衰手段として設けられる。

アキュームレータ６０は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動にともなって伸縮する伸縮部材である金属製のベローズ６３と、このベローズ６３の伸張を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室６４と、このベローズ６３の伸張を抑制する方向に弾性力を付与するスプリング６５とを備えて構成されている。

この実施形態では、ベローズ６３は、ボディ６１内に収容されており、ベローズ６３内には、燃料が貯溜される。背圧室６４は、ボディ６１とベローズ６３との間の空間であり、背圧室６４内には、例えば、窒素、アルゴン等のガスが所定の圧力で封入されている。スプリング６５は、背圧室６４内に配置され、互いに対向するベローズの端面と背圧室の壁面との間に配置される。

ボディ６１は、例えば、ステンレスからなり、一端が開口された有底円筒状に形成されている。このボディ６１の開口側の一端部が溶接等によって連結部材６２に接合されている。ここで、背圧室６４内のガスが外部へ漏れないように両者が接合されている。また、ボディ６１の底部には背圧室６４内にガスを導入するガス導入口６１ａが設けられており、このガス導入口６１ａには栓６１ｃが取り付けられている。連結部材６２は、デリバリパイプ１６の一端側に連結され、内部にデリバリパイプ１６内に連通する燃料通路６２ａを有する中空の部材である。なお、連結部材６２を介さずにボディ６１を直接デリバリパイプ１６に連結する構成としてもよい。

ベローズ６３は、例えば、ステンレスからなり、ほぼ円筒状に形成されている。ベローズ６３は、軸方向に沿って伸縮可能なように一端側から他端側へ向けて波打つような弾力性を有する蛇腹形状に形成されている。ベローズ６３は、ボディ６１と同一軸心上に配置されている。このベローズ６３の一端部に端板６３ａが取り付けられている。この端板６３ａによりベローズ６３の一端側が閉塞されて、ベローズ６３内の燃料が背圧室６４内に漏れないようになっている。また、ベローズ６３の他端部が溶接等によって連結部材６２に接合されている。ここで、ベローズ６３内の燃料が背圧室６４内に漏れないように両者が接合されている。なお、ベローズ６３の他端部をボディ６１の内壁に接合する構成としてもよい。

ベローズ６３内部の空間は、連結部材６２内の燃料通路６２ａを介してデリバリパイプ１６内に連通されている。このため、ベローズ６３内には燃料が貯溜される。そして、ベローズ６３内の燃料圧力は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力と等しくなっている。ベローズ６３は、ベローズ６３内の燃料圧力、つまり、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動にともなって軸方向に沿って伸縮する。これにより、ベローズ６３内の内容積が変化し、その結果、ベローズ内の空間および燃料通路内の空間を含めたデリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が変化する。

スプリング６５の一端側は、ベローズ６３の端板６３ａの外面６３ｂ（ベローズの端面）に連結されている。一方、スプリング６５の他端側は、ボディ６１の閉塞された他端側の底壁の内面６１ｂには連結されていない。ベローズ６３が伸張していない元の状態（燃料が貯溜されていない状態）では、スプリング６５の他端側と、背圧室６４の壁面を構成するボディ６１の底壁の内面６１ｂとの間に、大きさＬ１の隙間が設けられている。つまり、スプリング６５の他端側からボディ６１の底壁の内面６１ｂまでの軸方向の距離がＬ１となっている。そして、ベローズ６３が伸張するにしたがって、隙間が小さくなり、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１に達したとき、スプリング６５の他端側がボディ６１の底壁の内面６１ｂに接する。したがって、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１以下では、スプリング６５の弾性力はベローズ６３に対し作用しない。ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１を超えると、スプリング６５の弾性力がベローズ６３の伸張を抑制する方向にベローズ６３に対し作用するようになる。

上述のような構成のアキュームレータ６０では、ベローズ６３内に燃料が貯溜されると、このベローズ６３内の燃料圧力に応じてベローズ６３が元の状態から伸張する。このとき、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１以下であれば、伸張したベローズ６３に対し、その伸張を抑制する方向にベローズ６３自体の伸張復元力と背圧室６４のガスの圧力とが作用する。そして、ベローズ６３は、図４（ａ）に示すように、このベローズ６３内の燃料圧力、つまり、デリバリパイプ１６内の燃料圧力と、ベローズ６３自体の伸張復元力および背圧室６４のガスの圧力の和とが釣り合う位置（第１の釣り合いの位置）Ｘ１まで伸張する。

この釣り合いの状態からデリバリパイプ１６内の燃料圧力が変動すると、その燃料圧力の変動を抑制する方向にベローズ６３が伸縮する。具体的には、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が上昇した場合、ベローズ６３が、このベローズ６３自体の伸張復元力と背圧室６４のガスの圧力とに抗して、上述の第１の釣り合いの位置Ｘ１から伸張する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が増大して、燃料圧力の上昇が抑えられる。逆に、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が下降した場合、ベローズ６３が、このベローズ６３自体の伸張復元力と背圧室６４のガスの圧力とによって、上述の第１の釣り合いの位置Ｘ１から収縮する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が減少して、燃料圧力の下降が抑えられる。

このように、アキュームレータ６０では、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１以下の場合、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動に応じてベローズ６３が伸縮するので、デリバリパイプ１６で所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させることができる。つまり、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１以下となる低燃圧の場合の脈動を減衰させることができる。この場合、脈動が減衰可能となるデリバリパイプ１６の上記所定の燃料圧力は、背圧室６４のガスの圧力に応じて設定される。また、減衰可能な脈動の範囲は、背圧室６４のガスの圧力、第１の釣り合いの位置Ｘ１からのベローズ６３の伸縮可能な距離によって設定される。このため、アキュームレータ６０における第１の釣り合いの位置Ｘ１は、ボディ６１の底壁の内面６１ｂ側やその逆側（連結部材６２側）に極端に偏っていないことが好ましい。例えば、第１の釣り合いの位置Ｘ１での釣り合いが、ベローズ６３の元の状態からの伸張量が（１／２）Ｌ１付近であるときに発生していれば、ベローズ６３の伸縮可能な距離を大きく確保できるので、効率的な脈動の減衰が可能になり、好ましい。

一方、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１を超えていれば、そのＬ１を超えた分についてはスプリング６５が圧縮されることになる。つまり、スプリング６５の圧縮量は、（ベローズ６３の伸張量−Ｌ１）となる。このため、伸張したベローズ６３に対し、その伸張を抑制する方向にベローズ６３自体の伸張復元力と背圧室６４のガスの圧力とに加え、スプリング６５の弾性力が作用する。そして、ベローズ６３は、図４（ｂ）に示すように、デリバリパイプ１６内の燃料圧力と、ベローズ６３自体の伸張復元力、背圧室６４のガスの圧力、および、スプリング６５の弾性力の和とが釣り合う位置（第２の釣り合いの位置）Ｘ２まで伸張する。

この釣り合いの状態からデリバリパイプ１６内の燃料圧力が変動すると、その燃料圧力の変動を抑制する方向にベローズ６３が伸縮する。具体的には、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が上昇した場合、ベローズ６３が、このベローズ６３自体の伸張復元力と背圧室６４のガスの圧力とスプリング６５の弾性力とに抗して上述の第２の釣り合いの位置Ｘ２から伸張する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が増大して、燃料圧力の上昇が抑えられる。逆に、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が下降した場合、ベローズ６３が、このベローズ６３自体の伸張復元力と背圧室６４のガスの圧力とスプリング６５の弾性力とによって上述の第２の釣り合いの位置Ｘ２から収縮する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が減少して、燃料圧力の下降が抑えられる。

このように、アキュームレータ６０では、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１を超えている場合、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動に応じてベローズ６３が伸縮するので、デリバリパイプ１６内で所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させることができる。つまり、ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１を超える高燃圧の場合の脈動を減衰させることができる。この場合、脈動が減衰可能となるデリバリパイプ１６の上記所定の燃料圧力は、背圧室６４のガスの圧力およびスプリング６５のばね定数に応じて設定される。また、減衰可能な脈動の範囲は、背圧室６４のガスの圧力、スプリング６５のばね定数、第２の釣り合いの位置Ｘ２からのベローズ６３の伸縮可能な距離によって設定される。このため、アキュームレータ６０における第２の釣り合いの位置Ｘ２は、ボディ６１の底壁の内面６１ｂ側やその逆側（連結部材６２側）に極端に偏っていないことが好ましい。例えば、第２の釣り合いの位置Ｘ２での釣り合いが、スプリング６５の圧縮量がその最大圧縮量の１／２付近であるときに発生していれば、ベローズ６３の伸縮可能な距離を大きく確保できるので、効率的な脈動の減衰が可能になり、好ましい。

したがって、この実施形態のアキュームレータ６０によって、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が低燃圧の場合（ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１以下の場合）の脈動、および、高燃圧の場合（ベローズ６３の元の状態からの伸張量がＬ１を超えている場合）の脈動をともに減衰させることができる。言い換えれば、アキュームレータ６０は、デリバリパイプ１６で低燃圧付近で発生する脈動の減衰と高燃圧付近で発生する脈動の減衰の双方に適したものになっている。

この実施形態では、上述したように、燃料供給装置１０が可変燃圧制御の燃料供給装置として構成されているが、アキュームレータ６０の背圧室６４のガスの圧力およびスプリング６５のばね定数を適宜に設定することで、上記フィード圧（例えば０．４ＭＰａ）程度の低燃圧から上記高回転時の目標燃圧（例えば１２ＭＰａ）程度の高燃圧までの広範囲にわたって、デリバリパイプ１６の脈動を減衰させることができるようになる。

具体的には、背圧室６４のガスの圧力が次のように設定されている。デリバリパイプ１６内の燃料圧力が上記フィード圧になるとき、その燃料圧力と、アキュームレータ６０のベローズ６３の伸張復元力および背圧室６４のガスの圧力の和とが、例えば、上記第１の釣り合いの位置Ｘ１で釣り合うように、背圧室６４のガスの圧力が設定されている。これにより、アキュームレータ６０のベローズ６３がその第１の釣り合いの位置Ｘ１を中心に伸縮することで、デリバリパイプ１６でフィード圧付近で発生する脈動を減衰させることができるようになる。ここで、燃料圧力の変化率が低燃圧時ほど大きく、フィード圧付近では最も大きくなり、燃圧脈動のインジェクタ１７の燃料噴射量への影響も大きくなるが、上述のように、フィード圧付近で発生する燃圧脈動が効果的に減衰されるため、インジェクタ１７の燃料噴射量への影響も抑制される。

また、スプリング６５のばね定数が次のように設定されている。デリバリパイプ１６内の燃料圧力が上記複数の目標燃圧のうち最も高い高回転時の目標燃圧になるとき、その燃料圧力と、アキュームレータ６０のベローズ６３の伸張復元力、背圧室６４のガスの圧力、および、スプリング６５の弾性力の和とが、例えば、上記第２の釣り合いの位置Ｘ２で釣り合うように、スプリング６５のばね定数が設定されている。これにより、アキュームレータ６０のベローズ６３がその第２の釣り合いの位置Ｘ２を中心に伸縮することで、デリバリパイプ１６で上記高回転時の目標燃圧付近で発生する脈動を減衰させることができるようになる。この場合、上記高回転時の目標燃圧付近で発生する脈動だけでなく、高回転時の目標燃圧よりも低い上記アイドリング時、低・中回転時の目標燃圧付近で発生する脈動も減衰させることができる。ただし、アイドリング時、低・中回転時の場合、高回転時の場合に比べて、ベローズ６３の元の状態からの伸張量が小さくなり、第２の釣り合いの位置がＸ２よりも連結部材６２側に位置するようになる。そのようなアイドリング時の目標燃圧付近で発生する脈動を確実に減衰させるには、ベローズ６３が収縮するとき、スプリング６５の他端側がボディ６１の底壁の内面６１ｂから離れないように、上記第２の釣り合いの位置Ｘ２を設定する必要がある。

本発明は、上記実施形態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。

上記実施形態では、アキュームレータ６０において、ベローズ６３が伸張していない状態では、スプリング６５の一端側がベローズ６３の端板６３ａの外面６３ｂに連結されており、スプリング６５の他端側と、背圧室６４の壁面であるボディ６１の底壁の内面６１ｂとの間に、隙間が設けられている場合について説明したが、この場合とは逆に、図５に示すように、スプリング６５の他端側がボディ６１の底壁の内面６１ｂに連結されており、スプリング６５の一端側と、ベローズ６３の端板６３ａの外面６３ｂとの間に、隙間が設けられる構成としてもよい。

また、上記実施形態では、アキュームレータ６０において、ベローズ６３内に燃料が貯溜され、ボディ６１とベローズ６３との間の空間が背圧室６４になっている場合について説明したが、この場合とは逆に、図６、図７に示すように、ボディ１６１とベローズ１６３との間の空間に燃料が貯溜され、ベローズ１６３内の空間が背圧室１６４になっている構成としてもよい。この場合、上記実施形態とは逆に、ボディ１６１とベローズ１６３との間の空間に燃料が貯溜されると、デリバリパイプ１６内の燃料圧力に応じて、ベローズ１６３が収縮していない元の状態から収縮することになる。

そして、図６に示すアキュームレータ１６０は、デリバリパイプ１６の燃圧脈動を減衰するための脈動減衰手段として設けられており、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動にともなって伸縮する伸縮部材である金属製のベローズ１６３と、このベローズ１６３の収縮を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室１６４と、このベローズ１６３の収縮を抑制する方向に弾性力を付与するスプリング１６５とを備えて構成されている。この図６に示すアキュームレータ１６０では、ベローズ１６３は、ボディ１６１内に収容されており、ボディ１６１とベローズ１６３との間の空間に燃料が貯溜される。背圧室１６４は、ベローズ１６３内の空間であり、この背圧室１６４内にスプリング１６５が配置されている。スプリング１６５の一端側は、ベローズ１６３の端板１６３ａの内面１６３ｃ（ベローズの端面）に連結されている。一方、スプリング１６５の他端側は、ボディ１６１の閉塞された他端側の底壁の内面１６１ｂ（背圧室の壁面）には連結されていない。ベローズ１６３が収縮していない元の状態では、スプリング１６５の他端側と、ボディ１６１の底壁の内面１６１ｂとの間に、大きさＬ２の隙間が設けられている。

ここで、図６に示すアキュームレータ１６０では、ベローズ１６３の元の状態からの収縮量がＬ２以下であれば、収縮したベローズ１６３に対し、その収縮を抑制する方向にベローズ１６３自体の収縮復元力と背圧室１６４のガスの圧力とが作用する。そして、ベローズ１６３は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力と、ベローズ１６３自体の収縮復元力および背圧室１６４のガスの圧力の和とが釣り合う位置まで収縮する。

この釣り合いの状態からデリバリパイプ１６内の燃料圧力が変動すると、その燃料圧力の変動を抑制する方向にベローズ１６３が伸縮する。具体的には、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が上昇した場合、ベローズ１６３が、このベローズ１６３自体の収縮復元力と背圧室１６４のガスの圧力とに抗して、上述の釣り合いの位置から収縮する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が増大して、燃料圧力の上昇が抑えられる。逆に、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が下降した場合、ベローズ１６３が、このベローズ１６３自体の収縮復元力と背圧室１６４のガスの圧力とによって、上述の釣り合いの位置から伸張する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が減少して、燃料圧力の下降が抑えられる。

このように、アキュームレータ１６０では、ベローズ１６３の元の状態からの収縮量がＬ２以下の場合、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動に応じてベローズ１６３が伸縮するので、デリバリパイプ１６で所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させることができる。つまり、ベローズ１６３の元の状態からの収縮量がＬ２以下となる低燃圧の場合の脈動を減衰させることができる。

一方、ベローズ１６３の元の状態からの収縮量がＬ２を超えていれば、そのＬ２を超えた分についてはスプリング１６５が圧縮されることになる。つまり、スプリング１６５の圧縮量は、（ベローズ１６３の収縮量−Ｌ２）となる。このため、収縮したベローズ１６３に対し、その収縮を抑制する方向にベローズ１６３自体の収縮復元力と背圧室１６４のガスの圧力とに加え、スプリング１６５の弾性力が作用する。そして、ベローズ１６３は、デリバリパイプ１６内の燃料圧力と、ベローズ１６３自体の収縮復元力、背圧室１６４のガスの圧力、および、スプリング１６５の弾性力の和とが釣り合う位置まで収縮する。

この釣り合いの状態からデリバリパイプ１６内の燃料圧力が変動すると、その燃料圧力の変動を抑制する方向にベローズ１６３が伸縮する。具体的には、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が上昇した場合、ベローズ１６３が、このベローズ１６３自体の収縮復元力と背圧室１６４のガスの圧力とスプリング１６５の弾性力とに抗して上述の釣り合いの位置から収縮する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が増大して、燃料圧力の上昇が抑えられる。逆に、デリバリパイプ１６内の燃料圧力が下降した場合、ベローズ１６３が、このベローズ１６３自体の収縮復元力と背圧室１６４のガスの圧力とスプリング１６５の弾性力とによって上述の釣り合いの位置から伸張する。これにより、デリバリパイプ１６内の燃料貯溜空間の内容積が減少して、燃料圧力の下降が抑えられる。

このように、アキュームレータ１６０では、ベローズ１６３の元の状態からの収縮量がＬ２を超えている場合、デリバリパイプ１６内の燃料圧力の変動に応じてベローズ１６３が伸縮するので、デリバリパイプ１６内で所定の燃料圧力付近で発生する脈動を減衰させることができる。つまり、ベローズ１６３の元の状態からの収縮量がＬ２を超える高燃圧の場合の脈動を減衰させることができる。

そして、上記実施形態の場合と同様に、アキュームレータ１６０の背圧室１６４のガスの圧力およびスプリング１６５のばね定数を適宜に設定することで、上記フィード圧程度の低燃圧から上記複数の目標燃圧のうち最も高い高回転時の目標燃圧程度の高燃圧までの広範囲にわたって、デリバリパイプ１６の脈動を減衰させることができるようになる。

また、図７に示すアキュームレータ１６０’では、図６に示すアキュームレータ１６０の場合とは逆に、スプリング１６５の他端側がボディ１６１の底壁に連結されており、スプリング１６５の一端側と、ベローズ１６３の１端板６３ａとの間に、隙間が設けられている。具体的には、ベローズ１６３の端板１６３ａの内面１６３ｃが背圧室１６４の壁面になっており、ベローズ１６３が収縮していない状態で、この端板１６３ａの内面１６３ｃにスプリング１６５の一端側が連結されていないようになっている。

上記実施形態では、アキュームレータ６０の背圧室６４のガスの圧力が上記フィード圧に対応させて設定されていたが、燃料供給装置が、エンジン始動時等に、上記フィード圧でデリバリパイプ１６内に燃料を導入するようになっていない場合、アキュームレータの背圧室のガスの圧力を、複数の目標燃圧のうち最も低い目標燃圧（例えば、上記アイドリング時の目標燃圧）に対応させて設定する構成としてもよい。こうすると、複数の目標燃圧のうち最も低い目標燃圧程度の低燃圧から最も高い目標燃圧程度の高燃圧までの広範囲にわたって、デリバリパイプ１６の脈動を減衰させることができるようになる。

上記実施形態では、アキュームレータ６０がデリバリパイプ１６の一端側に連結されていたが、アキュームレータの配置箇所はこれ以外であってもよい。例えば、デリバリパイプ１６の他端側や中間部にアキュームレータを配置する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、排気カムシャフト２１に取り付けられた駆動カム２２の回転によって高圧燃料ポンプ１３のプランジャ３１が駆動される構成としたが、吸気カムシャフトに取り付けられた駆動カムの回転によってプランジャ３１を駆動する構成としてもよい。

上記実施形態では、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等のような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を適用可能である。さらには、本発明を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。

実施形態に係る燃料供給システムを模式的に示す図である。 高圧燃料ポンプの電磁スピル弁の開閉動作を説明するための図である。 アキュームレータの内部構造を示す断面図である。 デリバリパイプの低燃圧時および高燃圧時のアキュームレータの動作を説明するための図である。 アキュームレータの変形例１を示す断面図である。 アキュームレータの変形例２を示す断面図である。 アキュームレータの変形例３を示す断面図である。

符号の説明

１０ 燃料供給装置
１１ 燃料タンク
１２ フィードポンプ
１３ 高圧燃料ポンプ
１４ 低圧燃料配管
１５ 高圧燃料配管
１６ デリバリパイプ
１７ インジェクタ
３０ シリンダ
３１ プランジャ
３２ 加圧室
３３ 電磁スピル弁
６０ アキュームレータ
６３ ベローズ
６４ 背圧室
６５ スプリング
Ｌ１ 隙間の大きさ
Ｘ１ 第１の釣り合いの位置
Ｘ２ 第２の釣り合いの位置

Claims (4)

1. 燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプと、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と、複数のインジェクタが接続され、前記高圧燃料ポンプを介して吐出される燃料を貯溜するデリバリパイプとを備え、
   前記高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を変更することにより前記デリバリパイプ内の燃料圧力が変更可能に構成されており、前記デリバリパイプの燃圧脈動を減衰させる脈動減衰手段が設けられた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記脈動減衰手段は、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動にともなって伸縮する伸縮部材と、この伸縮部材の伸張を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室と、この伸縮部材の伸張を抑制する方向に弾性力を付与するスプリングとを備え、
   前記スプリングは、互いに対向する前記伸縮部材の端面と前記背圧室の壁面との間に配置されており、
   前記伸縮部材が伸張していない状態では、このスプリングの一端と、前記伸縮部材の端面または前記背圧室の壁面との間には、隙間が設けられており、前記伸縮部材の伸張していない状態からの伸張量が前記隙間の大きさを超えると、そのスプリングの弾性力が伸張した伸縮部材に対し作用することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプと、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と、複数のインジェクタが接続され、前記高圧燃料ポンプを介して吐出される燃料を貯溜するデリバリパイプとを備え、
   前記高圧燃料ポンプからの燃料吐出量を変更することにより前記デリバリパイプ内の燃料圧力が変更可能に構成されており、前記デリバリパイプの燃圧脈動を減衰させる脈動減衰手段が設けられた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記脈動減衰手段は、デリバリパイプ内の燃料圧力の変動にともなって伸縮する伸縮部材と、この伸縮部材の収縮を抑制する方向に圧力を付与するガスが封入される背圧室と、この伸縮部材の収縮を抑制する方向に弾性力を付与するスプリングとを備え、
   前記スプリングは、互いに対向する前記伸縮部材の端面と前記背圧室の壁面との間に配置されており、
   前記伸縮部材が収縮していない状態では、このスプリングの一端と、前記伸縮部材の端面または前記背圧室の壁面との間には、隙間が設けられており、前記伸縮部材の収縮していない状態からの収縮量が前記隙間の大きさを超えると、そのスプリングの弾性力が収縮した伸縮部材に対し作用することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記背圧室のガスの圧力が、前記デリバリパイプ内の燃料圧力が前記フィードポンプによって燃料を送り出すフィード圧になるとき、その燃料圧力と、前記脈動減衰手段の伸縮部材の復元力および当該背圧室のガスの圧力の和とが、第１の釣り合いの位置で釣り合うように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記スプリングのばね定数が、前記デリバリパイプ内の燃料圧力が予め設定された目標燃圧になるとき、その燃料圧力と、前記脈動減衰手段の伸縮部材の復元力、前記背圧室のガスの圧力、および、当該スプリングの弾性力の和とが、第２の釣り合いの位置で釣り合うように設定されていることを特徴とする請求項１、請求項２、または、請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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