JP2010163888A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入調量弁の弁体摺動不良により指令値入力の変化に追従し得る応答性を失うことを防止し、燃料供給制御のロバスト性に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の燃料を吸入し吐出するフィードポンプ１０と、フィードポンプ１０から吐出される燃料を吸入し加圧して吐出する加圧ポンプ２０と、フィードポンプ１０から吐出される燃料の加圧ポンプ２０への吸入量を調節するよう駆動される調量弁体３１および信号Ｉｖの入力に応じて調量弁体３１を駆動する電磁駆動部３２を有する吸入調量弁３０とを備えた内燃機関の燃料供給装置において、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａを受圧し、その圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内から外れたとき、これに応動して、燃料の圧力Ｐｃａを通常圧力範囲内に復帰させる側に調量弁体３１を操作する弁体操作部材５１を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関し、特に、フィードポンプで汲み上げた燃料を加圧ポンプによって高圧に加圧して燃料噴射弁に供給するとともに、フィードポンプから加圧ポンプへの燃料の吸入量を吸入調量弁によって調節するようにした内燃機関の燃料供給装置に関する。

気筒内に高圧の燃料を噴射させる内燃機関、例えばディーゼルエンジンにおいて、高圧燃料をコモンレール内に蓄圧・貯留して各気筒の燃料噴射弁に均等な圧力で燃料を供給するようにしたコモンレール方式の燃料供給装置が多用されており、フィードポンプおよび加圧ポンプを共にエンジン出力により駆動しながら、加圧ポンプへの吸入量を吸入調量弁により可変制御することで、コモンレール内の燃料圧力をエンジンの運転状態に応じた目標燃料圧力に追従させる制御がなされている。このような内燃機関の燃料供給装置燃料においては、良好な燃料供給状態を維持するために吸入調量弁の動作不良（摺動不良やそれによる応答遅れ、さらには固着故障等）を防止する必要がある。

従来のこの種の内燃機関の燃料供給装置としては、例えばコモンレール内の実燃料圧力が目標燃料圧力（目標レール圧）より低く、電磁式流量制御弁からなる調量弁の電磁指令値が一定値を上回っているときに、実燃料圧力（実レール圧）の今回検出値を前回検出値と比較してポンプ故障診断を実行するものが知られている。この装置では、例えば２系統の常閉型の電磁式流量制御弁を用いる場合に調量弁の電磁指令値の今回検出値と前回検出値との圧力偏差が一定値を上回っていると、少なくとも１系統の電磁式流量制御弁に全閉固着故障が生じていると判定し、噴射量制限やエンジン停止等といった異常時の処理が実行される。また、常閉型の電磁弁と常開型の電磁弁とを併用する場合に、それらの電磁指令値とエンジンの運転状態に応じた閾値との偏差値が判定値以下となるときには、少なくとも１系統の電磁弁に中間・全開固着故障が生じていると判定するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

また、加圧ポンプへの燃料の吸入量を調節する調量弁の弁体にその吸入量により変化する軸方向推力が生じるのを防止すべく、調量弁に対する燃料の流入・流出方向と調量弁体の変位方向とを直交させ、調量弁体の常時円滑な動きを確保するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３４４５７３号公報 特開２００１−３０４０６７号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の燃料供給装置にあっては、加圧ポンプへの燃料の吸入量を調節する吸入調量弁が、エンジンの運転状態に応じた目標レール圧と実レール圧との乖離量に応じた電磁指令値によって制御され、実レール圧を目標レール圧に一致させるようにフィードバック制御されるところ、吸入調量弁がその弁体の摺動不良により電磁指令値の変化に追従し得る高応答性能を失ってしまうことを確実に防止するのは困難であり、燃料供給制御のロバスト性が低下してしまうという問題があった。

例えば、吸入調量弁の弁体が静止した状態から駆動されるとき、特にエンジン始動時のように一定時間以上停止した後であってエンジンが比較的低温で始動されるときに、調量弁の弁体の摺動不良が発生し易いという問題があった。

また、吸入調量弁の弁体が全開固着に陥った状態で、高圧に加圧されコモンレール側に供給された燃料の圧力が過度に高圧となった場合に、燃料噴射弁による噴射量制限ではコモンレール圧を十分に抑えることが困難になったり、あるいは、吸入調量弁の弁体が全閉固着に陥ってしまうことでコモンレール圧が燃料弁の噴射制御に要求される一定値に達しない状態に陥った場合に、燃料噴射弁による噴射ができなくなったりすることで、エンジンストールあるいは始動不良に陥ってしまう可能性があった。

しかも、吸入調量弁が全閉故障して実コモンレール圧が一定圧に達しない時間が長引くと、燃料噴射弁の噴射自体が実行できず、車両の自走機能が損なわれてしまうため、リンプ機能の確保という観点から望ましくない。

その他、従来のコモンレールにはコモンレール圧の上限圧を規定するリリーフ弁が装着されるばかりか、そのリリーフ弁から低圧側への戻りの通路が必要になっていたため、燃料供給装置の回路構成が複雑になってしまい、コスト高になるという問題もあった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、吸入調量弁がその弁体の摺動不良により指令値入力の変化に追従し得る応答性を失ってしまうことを確実に防止し、燃料供給制御のロバスト性に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の燃料を吸入し吐出するフィードポンプと、前記フィードポンプから吐出される燃料を吸入し加圧して吐出する加圧ポンプと、前記フィードポンプから吐出される前記燃料の前記加圧ポンプへの吸入量を調節するよう駆動される調量弁体および信号入力に応じて前記調量弁体を駆動する弁体駆動部を有する吸入調量弁と、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力を受圧し、該燃料の圧力が予め設定された通常圧力範囲内から外れたとき該燃料の圧力に応動して、前記燃料の圧力を前記通常圧力範囲内に復帰させる側に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作する弁体操作部材を設けたことを特徴とする。

この構成により、吸入調量弁の調量弁体が全閉または全開の状態で摺動不良に陥ったとしても、燃料の圧力が通常圧力範囲内から外れると、即座に弁体操作部材によって調量弁体が操作され、燃料の圧力が通常圧力範囲内に戻るように吸入量が調整される。したがって、通常圧力範囲を適宜設定することで、燃料の圧力が許容圧力範囲内に維持され得ることになり、吸入調量弁がその弁体の摺動不良により指令値入力変化に追従し得る応答性を失ってしまうことが確実に防止されることになる。

上記（１）記載の構成を有する内燃機関の燃料供給装置においては、（２）前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力が前記通常圧力範囲の上限域に達したとき、前記弁体操作部材が、前記加圧ポンプへの吸入量を減少させる方向に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作することが好ましい。

この構成により、吸入調量弁の調量弁体が全開状態で摺動不良に陥ったとしても、燃料の圧力が通常圧力範囲の上限域に達すると、即座に弁体操作部材によって調量弁体が加圧ポンプへの吸入量を減少させる方向に操作され、燃料の圧力が通常圧力範囲内に戻るように調整されることになる。

上記（２）記載の構成を有する内燃機関の燃料供給装置においては、（３）前記弁体操作部材が、前記吸入調量弁の前記調量弁体の近傍に位置するリリーフ弁の可動弁体と一体に構成され、前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力が前記通常圧力範囲の上限域に達したとき、前記リリーフ弁の可動弁体が開弁方向に変位するとともに、前記弁体操作部材が該可動弁体と一体に変位しながら前記加圧ポンプへの吸入量を減少させる方向に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作するのが好ましい。

この構成により、燃料の圧力が通常圧力範囲の上限域に達すると、リリーフ弁が開弁するとともに、調量弁体が加圧ポンプへの吸入量を減少させる方向に操作され、燃料の圧力が迅速に通常圧力範囲内に戻るよう調整されることになる。

上記（２）、（３）記載の構成を有する内燃機関の燃料供給装置においては、（４）前記吸入調量弁の前記調量弁体が、前記フィードポンプから前記加圧ポンプへの燃料供給通路の一部を開閉するときに軸方向に変位するバルブスプールで構成されており、前記弁体操作部材が、前記調量弁体に対して平行に配置されているのがより好ましい。

この構成により、構成の簡素な弁体操作部材を全開または全閉位置の調量弁体に容易に係合させることができる。

上記（１）記載の構成を有する内燃機関の燃料供給装置においては、（５）前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力が前記通常圧力範囲の下限域に達したとき、前記弁体操作部材が、前記加圧ポンプへの吸入量を増加させる方向に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作するものであっても好ましい。

この構成により、吸入調量弁の調量弁体が全閉状態で摺動不良に陥ったとしても、燃料の圧力が通常圧力範囲の下限域を下回ると、即座に弁体操作部材によって調量弁体が加圧ポンプへの吸入量を増加させる方向に操作され、燃料の圧力が通常圧力範囲内に戻るように調整されることになる。

上記（５）記載の構成を有する内燃機関の燃料供給装置においては、（６）前記弁体操作部材が、前記吸入調量弁の前記調量弁体の開弁方向にばね力を受けるとともに前記加圧ポンプにより加圧された燃料の圧力を前記吸入調量弁の前記調量弁体の閉弁方向に受圧するピストンに連結されているのが好ましい。

この構成により、加圧ポンプにより加圧された燃料の圧力が通常圧力範囲の下限域を下回るときには、弁体操作部材がピストンにより確実に駆動されることになる。

上記（６）記載の構成を有する内燃機関の燃料供給装置においては、（７）前記吸入調量弁の前記調量弁体が、前記フィードポンプから前記加圧ポンプへの燃料供給通路の一部を開閉するときに軸方向に変位するバルブスプールで構成されており、前記弁体操作部材が、前記調量弁体に対して平行に配置されるとともに前記ピストンから前記調量弁体に向って延在する軸状に形成され、前記加圧ポンプにより加圧された燃料が前記ピストン側から前記調量弁体側に漏れ出すのを規制する漏出規制弁体が、前記弁体操作部材に一体的に連結されているのが好ましい。

この構成により、加圧ポンプにより加圧された燃料の圧力が通常圧力範囲の下限域を下回るときには、調量弁体が弁体操作部材を介してピストンにより確実に駆動されるとともに、加圧ポンプにより加圧された燃料が調量弁体側に漏れ出すことが漏出規制弁体によって確実に規制される。

本発明によれば、吸入調量弁の調量弁体が全閉または全開の状態で摺動不良に陥ったとしても、燃料の圧力が通常圧力範囲内から外れると即座に弁体操作部材によって調量弁体が操作され、燃料の圧力が通常圧力範囲内に戻るよう吸入量が調整されるようにしているので、通常圧力範囲を適宜設定することで、燃料の圧力を許容圧力範囲内に維持することができる。その結果、吸入調量弁がその弁体の摺動不良により指令値入力の変化に追従し得る応答性を失ってしまうことを確実に防止し、燃料供給制御のロバスト性に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の概略構成図であり、その主要部である高圧燃料供給ポンプを断面で示している。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置における吸入調量弁の近傍の構成を示す部分断面図で、調量弁の電磁駆動系や詳細部品構成を除いて主要な回路構成のみを示している。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の要部構成を示すその吸入調量弁の近傍の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置を示す図であり、図１にその主要部である高圧燃料供給ポンプを断面で示し、図２にその吸入調量弁の近傍の構成を部分断面図で示している。なお、図２では、調量弁の電磁駆動系や詳細部品構成を除いて主要な回路構成のみを示している。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の内燃機関の燃料供給装置は、多気筒内燃機関であるディーゼルエンジン１の各気筒２内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁３と、これら燃料噴射弁３に供給される高圧の燃料を蓄圧・貯留するコモンレール４と、このコモンレール４に高圧の燃料を供給する高圧燃料供給ポンプ５と、燃料を貯留する燃料タンク６と、コモンレール４に接続された複数の燃料噴射弁３のうち圧縮行程中の気筒２に対応する燃料噴射弁３を開弁駆動し、その気筒２内にピストン７により画成される燃焼室８に予め設定された噴射タイミングで高圧燃料を噴射させるＥＣＵ９と、を備えている。

高圧燃料供給ポンプ５は、燃料タンク６内からディーゼルエンジン１の燃料を吸入し吐出するフィードポンプ１０と、フィードポンプ１０から吐出される燃料を吸入し加圧して吐出する加圧ポンプ２０と、フィードポンプ１０から吐出される燃料の加圧ポンプ２０への吸入量を調節する吸入調量弁３０とを含んで構成されている。

フィードポンプ１０は、例えば公知のトロコイドポンプからなる機械式の低圧燃料ポンプであり、高圧燃料供給ポンプ５の入力回転軸５ａに連動するロータ駆動軸１１と、外歯のトロコイド歯形を有しロータ駆動軸１１により駆動される外歯ロータ１２と、外歯ロータ１２に噛合する内歯のトロコイド歯形を有するとともに外歯ロータ１２に対し偏心している内歯ロータ１３と、吸入ポート１４ａおよび吐出ポート１４ｂと、を備えている。なお、フィードポンプ１０の吐出圧は、フィードポンプ１０の吸入ポート１４ａおよび吐出ポート１４ｂの間に介在するリリーフ弁１６によって、リリーフ弁１６の設定圧以下に制限されるようになっており、余剰の燃料は吸入ポート１４ａ側に戻される。

加圧ポンプ２０は、ポンプハウジング５ｈ内に、放射方向内外に往復移動可能な少なくとも一対のプランジャ２１Ａ、２１Ｂと、このプランジャ２１Ａ、２１Ｂを駆動するカムシャフト２２と、カムシャフト２２の偏心カム部分２２ｃに回転自在に外装された軸受リング２４と、プランジャ２１Ａ、２１Ｂを軸受リング２４を介してカムシャフト２２の偏心カム部分２２ｃに向って常時押し付ける圧縮コイルばね２５Ａ、２５Ｂとを有する公知のものであり、そのポンプハウジング５ｈとプランジャ２１Ａ、２１Ｂの間には、プランジャ２１Ａ、２１Ｂの往復移動によって燃料の吸入と加圧および吐出作業とを行う少なくとも１つの加圧室２６Ａ、２６Ｂが画成されている。

なお、プランジャ２１Ａ、２１Ｂにより加圧室２６Ａ、２６Ｂから仕切られたポンプハウジング５ｈの内部には、カムシャフト２２および軸受リング２４が収納されるだけでなく、その周囲に、例えば図示しないオリフィスを介して吸入調量弁３０を通過した燃料が、図示しない他のオリフィスを介してフィードポンプ１０からの吐出燃料がそれぞれ供給されるようになっている。そして、ポンプハウジング５ｈ内の余剰の燃料は、還流通路２９を通して燃料タンク６に還流するようになっている。

加圧ポンプ２０の加圧室２６Ａ、２６Ｂと吸入調量弁３０との間には、ポペット弁形の逆止弁２７Ａ、２７Ｂが設けられている。これら逆止弁２７Ａ、２７Ｂは、吸入調量弁３０側より加圧ポンプ２０の加圧室２６Ａ、２６Ｂ側が低圧になると開弁し、逆に吸入調量弁３０側より加圧室２６Ａ、２６Ｂ側が高圧になると閉弁して、加圧室２６Ａ、２６Ｂへの吸入燃料の逆流を阻止することができるようになっている。

また、加圧ポンプ２０の加圧室２６Ａ、２６Ｂとコモンレール４内の蓄圧室（図示していない）の間には、ばね付のボール形の逆止弁２８Ａ、２８Ｂが設けられており、逆止弁２８Ａ、２８Ｂは、それぞれ加圧室２６Ａ、２６Ｂ側がコモンレール４内より高圧になると開弁し、逆に加圧室２６Ａ、２６Ｂ側がコモンレール４内より低圧になると閉弁して、加圧室２６Ａ、２６Ｂからの吐出燃料の逆流を阻止することができるようになっている。
なお、カムシャフト２２の偏心カム部分２２ｃの回転に応動するプランジャ２１Ａ、２１Ｂが加圧室２６Ａ、２６Ｂを交互に逆位相で膨張および収縮させることから、逆止弁２７Ａ、２７Ｂが異なるタイミングで交互に開弁して加圧室２６Ａ、２６Ｂ内に交互に燃料が吸入され、逆止弁２７Ａ、２７Ｂが異なるタイミングで交互に閉弁するとき、それらの閉弁期間中に、プランジャ２１Ａ、２１Ｂにより加圧室２６Ａ、２６Ｂ内の燃料が加圧されて逆止弁２８Ａ、２８Ｂが交互に開弁し、加圧室２６Ａ、２６Ｂからコモンレール４内の蓄圧室に高圧の燃料が交互に供給される。

フィードポンプ１０と吸入調量弁３０の間には、ばね付のボール形の逆止弁４１が設けられている。この逆止弁４１は、フィードポンプ１０から吐出される燃料の圧力が吸入調量弁３０の入口ポート３０ａの燃料の圧力より高圧になると開弁し、逆にフィードポンプ１０から吐出される燃料の圧力が吸入調量弁３０の入口ポート３０ａ内の燃料の圧力より低圧になると閉弁して、吸入調量弁３０側からフィードポンプ１０側への燃料の逆流を阻止することができるようになっている。

吸入調量弁３０は、燃料の加圧ポンプ２０への吸入量を調節するよう駆動される調量弁体３１と、指令信号である電磁駆動信号Ｉｖの入力に応じて調量弁体３１を電磁駆動する電磁駆動部３２（弁体駆動部）とを有している。また、吸入調量弁３０は、調量弁体３１を摺動自在に収納するハウジングスリーブ３３をポンプハウジング５ｈ内に嵌入された状態で、高圧燃料供給ポンプ５に一体的に装着されており、ハウジングスリーブ３３の図１中の右端部を取り囲むように電磁駆動部３２の主要部を構成する電磁コイル３４が設けられている。この電磁コイル３４は、ＥＣＵ９内の図示しないドライバ回路を含む出力インターフェース回路に接続されている。なお、電磁コイル３４により調量弁体３１を軸方向に電磁駆動する電磁駆動部３２の詳細構成は公知のものと同様である。

図２に示すように、調量弁体３１は、吸入調量弁３０の入口ポート３０ａ側に位置する左端側の最も小径の円柱状の第１ランド部３１ａと、同図中で右端側に位置する２番目に小径の円柱状の第３ランド部３１ｃと、両ランド部３１ａ、３１ｃの間に位置する最大径の円柱状の第２ランド部３１ｂと、これらよりも小径に旋削されたそれぞれ円柱状の軸部３１ｄ、３１ｅと、からなるバルブスプールによって構成されている。

また、調量弁体３１は、第２ランド部３１ｂの部分で略円筒状のハウジングスリーブ３３の内周に摺動自在に支持されるとともに、第１ランド部３１ａとハウジングスリーブ３３の内周面３３ａとの間に、吸入調量弁３０の入口ポート３０ａに連通する環状通路３５を形成している。この環状通路３５は、調量弁体３１が図２に実線で示すような開弁位置にあるとき、ハウジングスリーブ３３に形成された一対の出口ポート３６ａ、３６ｂに連通し、ポンプハウジング５ｈ内に形成された連通路４２ａ、４２ｂに接続されるようになっている。これらの連通路４２ａ、４２ｂは、カムシャフト２２の偏心カム部分２２ｃの回転に応動するプランジャ２１Ａ、２１Ｂの動きにより逆止弁２７Ａ、２７Ｂが交互に開弁させられるとき、フィードポンプ１０から吐出され吸入調量弁３０により調量される燃料を加圧室２６Ａ、２６Ｂ内に吸入させることができる。

ところで、コモンレール４には燃料圧力センサ７１が装着されており、この燃料圧力センサ７１の検出情報は、コモンレール４内の燃料圧力であるレール圧としてＥＣＵ９に取り込まれ、ＥＣＵ９によりディーゼルエンジン１の運転状態に応じて設定される目標レール圧と比較される。そして、ＥＣＵ９は、コモンレール４内の燃料の圧力Ｐｃｒが目標レール圧と一致するように電磁駆動部３２への指令値入力となる電磁コイル３４への通電電流を制御し、電磁コイル３４により調量弁体３１に作用する電磁駆動力（推力）を変化させることで、吸入調量弁３０の出口ポート３６ａ、３６ｂの開度を変化させるようになっている。

ＥＣＵ９は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および不揮発メモリ等のバックアップ用メモリを備え、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路とを含んで構成されている。このＥＣＵ９は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従い、各種センサ群の検出情報や予めバックアップメモリに格納されている設定値情報に基づいて、さらには他の車載ＥＣＵ（例えばトランスミッションを制御するＥＣＵ）と通信を行いながら、例えば燃料圧力センサ７１、クランク軸１ｃの回転角速度を検出するエンジン回転数センサ７２、アクセル開度センサ７３および冷却水温センサ７４のセンサ情報に基づいてコモンレール４の実レール圧［ＭＰａ］、エンジン回転数［ｒｐｍ］、アクセルペダルポジションおよび冷却水温を検出し、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じた目標レール圧および吸入調量弁３０への指令開度値、燃料噴射弁３の噴射時期および燃料噴射量等を算出し、吸入調量弁３０への電磁駆動信号Ｉｖ（図１参照）や燃料噴射弁３の電磁弁部（符号なし）への噴射指令信号Ｉｑを適時に出力するようになっている。

吸入調量弁３０の調量弁体３１は、電磁コイル３４への非通電時には、フィードポンプ１０から吐出される燃料の圧力により、第１ランド部３１ａと第２ランド部３１ｂでの受圧面積差に応じて出口ポート３６ａ、３６ｂの開度を拡大する開度拡大方向（図２中で左から右に向う方向）に付勢され、出口ポート３６ａ、３６ｂが最大開度に開放される。

また、吸入調量弁３０の調量弁体３１は、電磁コイル３４への通電時には、その通電電流に応じて発生する調量弁体３１の開度縮小方向（開度拡大方向とは反対の方向）への電磁駆動力とフィードポンプ１０側からの燃料の圧力による付勢力とに応じて、出口ポート３６ａ、３６ｂの開度を最大開度より減じる位置に変化させる。すなわち、吸入調量弁３０は、電磁コイル３４への通電状態に応じて変化する可変絞り弁となっている。

一方、吸入調量弁３０の電磁駆動部３２の近傍には、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力を間接的に受圧し、燃料の圧力が予め設定された通常圧力範囲内から外れたときにその燃料の圧力に応動して、燃料の圧力を通常圧力範囲内に復帰させる側に吸入調量弁３０の調量弁体３１を操作する弁体操作部材５１が設けられている。

具体的には、図２に示すように、弁体操作部材５１は、吸入調量弁３０の調量弁体３１の近傍に位置するリリーフ弁５２の可動弁体５３と一体に構成されており、可動弁体５３は、ポンプハウジング５ｈ内に形成されたバルブ穴５４内に収納されるとともに、調量弁体３１から離隔する略円錐状の一端部で円錐面状のバルブシート部５５に圧接するよう圧縮コイルばね５６によって常時リリーフ弁５２の閉弁方向に付勢されている。また、このリリーフ弁５２の入口ポート５２ａには、加圧ポンプ２０で加圧されコモンレール４に供給される燃料の圧力Ｐｃａが、加圧室２６Ａ、２６Ｂとコモンレール４の間であって逆止弁２８Ａ、２８Ｂより下流側から供給されるようになっている（詳細な通路形状は図示していない）。

弁体操作部材５１およびリリーフ弁５２の可動弁体５３は、共に、吸入調量弁３０の調量弁体３１に対して平行に、例えば調量弁体３１と同一軸線上に配置されている。また、弁体操作部材５１の大径端部５１ａは可動弁体５３の軸心部に一体に連結され、弁体操作部材５１の小径端部５１ｂは吸入調量弁３０のハウジングスリーブ３３内に出没可能になっている。

そして、弁体操作部材５１は、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが予め設定された通常圧力範囲の上限域に達したとき、可動弁体５３と共に加圧ポンプ２０への吸入量を減少させる方向、本実施形態では、図１および図２において右から左に向かう開度縮小方向に、吸入調量弁３０の調量弁体３１を操作するようになっている。

より具体的には、圧縮コイルばね５６は、可動弁体５３より小径の弁体操作部材５１の大径端部５１ａを取り囲むとともに、ポンプハウジング５ｈと可動弁体５３の間に縮設されており、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の上限域に達したときに、リリーフ弁５２の可動弁体５３が圧縮コイルばね５６による閉弁側への付勢力に抗して開弁方向である図２中の左方側に変位できるように、圧縮コイルばね５６の組込み時のばね圧が設定されている。したがって、可動弁体５３は、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａの上昇により圧縮コイルばね５６の付勢力に抗してリリーフ弁５２の開弁方向に変位するとき、圧縮コイルばね５６を圧縮しながら弁体操作部材５１を一体に軸方向変位させ、加圧ポンプ２０への吸入量を減少させる吸入調量弁３０の開度縮小方向に調量弁体３１を操作することができるようになっている。

また、リリーフ弁５２は、その可動弁体５３の開弁方向への変位量が予め設定された変位量に達するとき、入口ポート５２ａを低圧側の排出ポート５２ｂに連通させるようになっており、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａ、すなわち逆止弁２８Ａ、２８Ｂより下流側（コモンレール４側）の供給燃料圧を、通常圧力範囲の上限域までに制限できるようになっている。なお、リリーフ弁５２の低圧側の排出ポート５２ｂは、バルブ穴５４に連通する低圧通路５４ａと共に図示しないオリフィスを介して還流通路２９に接続されている。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の燃料供給装置では、ディーゼルエンジン１の運転時には、ディーゼルエンジン１からの回転動力により高圧燃料供給ポンプ５が駆動されるとともに、実レール圧と目標レール圧とを一致させるように吸入調量弁３０の開度が調整され、コモンレール４に所要の高圧の燃料が供給される。そして、コモンレール４に接続された複数の燃料噴射弁３のうち圧縮行程中の気筒２に対応する燃料噴射弁３が開弁駆動され、噴射時期に達した気筒２内の燃焼室８に運転状態に応じた燃料噴射量の高圧燃料が噴射される。

このような状態においては、従来であれば、何らかの異常により、吸入調量弁３０の調量弁体３１がハウジングスリーブ３３に対して摺動不良状態に陥ってしまい、例えばフィードポンプ１０からの燃料の吐出圧の変化に対して、調量弁体３１が即座に応動せず、比較的大きな応答遅れが生じることがある。あるいは、電磁駆動部３２により調量弁体３１に発生させる電磁駆動力では、吸入調量弁３０の調量弁体３１をハウジングスリーブ３３に対して摺動させることができない固着状態が生じ得る。

いま、例えば吸入調量弁３０の調量弁体３１が出口ポート３６ａ、３６ｂの全開状態でこの固着不良に陥ったとすると、吸入調量弁３０の開度が過大の状態となることから、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａがコモンレール４の許容レール圧の上限値に近付く程度の高圧の燃料圧力になって予め設定された通常圧力範囲内から外れることになる。

この場合、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の上限域に達すると、リリーフ弁５２の可動弁体５３が開弁方向に変位し始め、弁体操作部材５１によって調量弁体３１が即座に開度縮小方向側に十分な液圧操作力で操作される。このときの液圧操作力は、電磁駆動部３２により調量弁体３１に発生させる電磁駆動力に比べて十分に大きく、摺動不良の調量弁体３１を強制的にその摺動不良状態から脱出させることができる。これにより、加圧ポンプ２０から吐出される燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内に戻るように、吸入調量弁３０を通って加圧ポンプ２０に吸入される燃料の吸入量が調節される。したがって、吸入調量弁３０がその調量弁体３１の固着等の摺動不良によって指令値入力変化に追従し得る応答性を失ってしまうといった従来の問題が確実に解消されることになる。

しかも、可動弁体５３が開弁方向に変位し始める通常圧力範囲の上限域を、コモンレール４の許容レール圧の上限値よりある程度低い圧力に設定しておくことで、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａがコモンレール４の許容レール圧の上限値以下の許容圧力範囲内に確実に維持され得ることになる。したがって、従来のような圧力リミッタ機能を持つリリーフ弁を設けなくとも、コモンレール４に供給される燃料の圧力Ｐｃａをコモンレール４の許容圧力範囲内に確実に維持することができることになる。

また、本実施形態では、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の上限域に達したとき、弁体操作部材５１が加圧ポンプ２０への吸入量を減少させる開度縮小方向に調量弁体３１を操作するので、吸入調量弁３０の調量弁体３１が全開状態で瞬間的に摺動不良に陥ったとしても、即座に弁体操作部材５１によって調量弁体３１が加圧ポンプ２０への吸入量を減少させる方向に操作され、調量弁体３１が摺動可能な状態に戻る可能性が高いので、それ以降の燃料の圧力Ｐｃａが通常と同様に精度良く制御され得ることになる。

さらに、弁体操作部材５１がリリーフ弁５２の可動弁体５３と一体に構成され、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の上限域に達しても、リリーフ弁５２の可動弁体５３が開弁方向に変位するとともに弁体操作部材５１が加圧ポンプ２０への吸入量を減少させる開度縮小方向に調量弁体３１を操作するので、燃料の圧力Ｐｃａを迅速に通常圧力範囲内に戻すことができる。

加えて、吸入調量弁３０の調量弁体３１が、フィードポンプ１０から加圧ポンプ２０への燃料供給通路の一部を開閉するときに軸方向に変位するバルブスプールで構成され、弁体操作部材５１が、調量弁体３１と同一軸線上に配置されているので、構成の簡素な弁体操作部材５１を全開位置の調量弁体３１に容易に係合させることができ、高圧燃料供給ポンプ５の構成が複雑になることもない。

このように、本実施形態の内燃機関の燃料供給装置によれば、吸入調量弁３０の調量弁体３１が全開状態で摺動不良に陥ったりしても、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内から外れると即座に弁体操作部材５１によって調量弁体３１が操作され、燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内に戻るよう吸入調量弁３０の吸入量調整がなされるようにしているので、前記通常圧力範囲を適宜設定することで、吸入調量弁３０がその調量弁体３１の摺動不良により指令値入力の変化に追従し得る応答性を失ってしまうようなことを確実に防止して、燃料供給制御のロバスト性（レール圧フィードバック制御の外乱に対する堅牢性・安定性および応答性の良さ）に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供することができる。しかも、本実施形態では、従来のような圧力リミッタ機能のリリーフ弁を設けなくとも、コモンレール４に供給される燃料の圧力Ｐｃａをコモンレール４の許容圧力範囲内に確実に維持することができ、コモンレール４上の従来のようなリリーフ弁およびそこからのリターン配管を無くした回路構成の簡素な低コストの内燃機関の燃料供給装置とすることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の燃料供給装置の要部構成を示している。なお、本実施形態は、吸入調量弁付近の構成を除き、上述の第１の実施の形態と類似する構成を有するものであるので、類似する構成については図１中の対応する構成要素の参照符号を用いて簡単に説明し、図３に基づいてその相違点について詳述する。

本実施形態における内燃機関の燃料供給装置は、上述の第１の実施の形態と同様に、ディーゼルエンジン１の各気筒２内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁３と、これら燃料噴射弁３に供給される高圧の燃料を蓄圧・貯留するコモンレール４と、このコモンレール４に高圧の燃料を供給する高圧燃料供給ポンプ５と、燃料を貯留する燃料タンク６と、コモンレール４に接続された複数の燃料噴射弁３のうち圧縮行程中の気筒２に対応する燃料噴射弁３を開弁駆動し、その気筒２内にピストン７により画成される燃焼室８に予め設定された噴射タイミングで高圧燃料を噴射させるＥＣＵ９と、を備えている。

また、高圧燃料供給ポンプ５は、ディーゼルエンジン１の燃料を吸入し吐出するフィードポンプ１０と、フィードポンプ１０から吐出される燃料を吸入し加圧して吐出する加圧ポンプ２０と、フィードポンプ１０から吐出される燃料の加圧ポンプ２０への吸入量を調節するよう駆動される調量弁体３１および信号入力に応じて調量弁体３１を駆動する電磁駆動部３２を有する吸入調量弁３０とを含んで構成されている。

ただし、高圧燃料供給ポンプ５は、図３に示すように、吸入調量弁３０の近傍の構成において、第１の実施の形態とは相違する。

すなわち、図３に示すように、本実施形態においては、弁体操作部材８１が、吸入調量弁３０の調量弁体３１の入口ポート３０ａ側に配置されている。

この弁体操作部材８１は、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の下限域に達したとき、加圧ポンプ２０への吸入量を増加させる開度拡大方向（図３中の左から右に向う方向）に吸入調量弁３０の調量弁体３１を操作するようになっている。

具体的には、弁体操作部材８１は、吸入調量弁３０の調量弁体３１の開弁動作方向に圧縮コイルばね８２からのばね力を受けるとともに、加圧ポンプ２０により加圧された燃料の圧力Ｐｃａを吸入調量弁３０の調量弁体３１の閉弁動作方向に受圧するピストン８３に連結されている。そして、吸入調量弁３０の調量弁体３１が、フィードポンプ１０から加圧ポンプ２０への燃料供給通路の一部を開閉するときに軸方向に変位するバルブスプールで構成されており、弁体操作部材８１、調量弁体３１に対して平行に配置されるとともにピストン７から調量弁体３１に向って延在する軸状に形成されている。

さらに、加圧ポンプ２０により加圧された燃料がピストン７側から調量弁体３１側に漏れ出すのを規制する双方向逆止弁機能を発揮し得る漏出規制弁体８５が、弁体操作部材８１に一体的に連結されており、ポンプハウジング５ｈには、漏出規制弁体８５の対向する一対の円錐状部８５ａ、８５ｂおよびその間の軸部８５ｃに対応して一対の円錐面状のシート部８６ａ、８６ｂおよび軸穴部８６ｃが設けられている。

このように構成された本実施形態の内燃機関の燃料供給装置においては、吸入調量弁３０の調量弁体３１が何らかの理由により全閉状態で摺動不良に陥ったとしても、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の下限域を下回ると、即座に、弁体操作部材８１によって調量弁体３１が加圧ポンプ２０への吸入量を増加させる方向に操作され、コモンレール４に供給される燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内に戻るように調整されることになる。

しかも、加圧ポンプ２０により加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の下限域を下回るときには、弁体操作部材８１がピストン７からの十分な推力により確実に駆動されることになる。

さらに、弁体操作部材８１が、調量弁体３１に対して平行に配置されるとともにピストン７から調量弁体３１に向って延在する軸状に形成され、この弁体操作部材８１に、加圧ポンプ２０により加圧された燃料がピストン７側から調量弁体３１側に漏れ出すのを規制する漏出規制弁体８５が一体的に連結されているので、加圧ポンプ２０により加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲の下限域を下回るときには、調量弁体３１が弁体操作部材８１を介してピストン７により確実に駆動されるとともに、加圧ポンプ２０により加圧された燃料が調量弁体３１側に漏れ出すことが漏出規制弁体８５によって確実に規制される。

このように、本実施形態の内燃機関の燃料供給装置においても、吸入調量弁３０の調量弁体３１が全閉状態で摺動不良に陥ったりしても、加圧ポンプ２０で加圧された燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内から外れると即座に弁体操作部材８１によって調量弁体３１が操作され、燃料の圧力Ｐｃａが通常圧力範囲内に戻るよう吸入調量弁３０の吸入量調整がなされるので、コモンレール４に供給される燃料の圧力Ｐｃａをコモンレール４の許容圧力範囲内に確実に維持することができる。

その結果、吸入調量弁３０がその調量弁体３１の摺動不良により指令値入力の変化に追従し得る応答性を失ってしまうといった従来の問題、特にディーゼルエンジン１の冷間始動時に実レール圧Ｐｃｒが燃料噴射制御に要する一定の圧力域に達し得ないためになかなか始動できなかったり、エンジンが始動してもすぐに燃料圧力が十分に高まらずエンジンストールを起こしてしまったりするといった問題を確実に防止することができ、燃料供給制御のロバスト性に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供することができる。

なお、上述の各実施形態においては、内燃機関をディーゼルエンジン１としたが、本発明は高圧ポンプの吸入量を調量弁を用いて制御し、燃料噴射弁に高圧燃料を噴射する各種の内燃機関に適用可能であり、特に、バルブの摺動不良や固着を惹起し易い燃料あるいは燃料供給装置において有効である。また、上述の各実施形態では、吸入調量弁の弁体として軸方向に摺動するとともに受圧面積差により軸方向一方側への推力が生じるバルブスプールを用いていたが、これに限定されるものではなく、特許文献２に記載されるように調量弁への燃料の流入出方向とバルブスプールの移動方向が直交するものであってもよく、バルブスプール以外の摺動式あるいは回動式の弁体を用いるものであってもよく、これらの場合、弁体操作部材の操作方向を弁体の変位方向に設定すればよい。さらに、上述の各実施形態ではバルブスプールの軸線上に弁体操作部材を配置していたが、その軸線からオフセットさせた配置も可能である。さらに、吸入調量弁は、弁体を常時全開または全閉方向に付勢するスプリング等の付勢手段を併用するものであってもよいことはいうまでもない。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、吸入調量弁の調量弁体が全閉または全開の状態で摺動不良に陥ったとしても、燃料の圧力が通常圧力範囲内から外れると即座に弁体操作部材によって調量弁体が操作され、燃料の圧力が通常圧力範囲内に戻るよう吸入量が調整されるようにしているので、通常圧力範囲を適宜設定することで、燃料の圧力を許容圧力範囲内に維持することができ、その結果、吸入調量弁がその弁体の摺動不良により指令値入力の変化に追従し得る応答性を失ってしまうことを確実に防止し、燃料供給制御のロバスト性に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の燃料供給装置に関し、特に、フィードポンプで汲み上げた燃料を加圧ポンプによって高圧に加圧して燃料噴射弁に供給するとともに、フィードポンプから加圧ポンプへの燃料の吸入量を吸入調量弁によって調節するようにした内燃機関の燃料供給装置全般に有用である。

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 燃料噴射弁（インジェクタ）
４ コモンレール（高圧燃料の蓄圧貯留手段）
５ 高圧燃料供給ポンプ
５ｈ ポンプハウジング
９ ＥＣＵ
１０ フィードポンプ
２０ 加圧ポンプ
２１Ａ、２１Ｂ プランジャ
２６Ａ、２６Ｂ 加圧室
２７Ａ、２７Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ 逆止弁
３０ 吸入調量弁
３０ａ 入口ポート
３１ 調量弁体
３２ 電磁駆動部（弁体駆動部）
３４ 電磁コイル
３６ａ、３６ｂ 出口ポート
４１ 逆止弁
４２ａ、４２ｂ 連通路
５１、８１ 弁体操作部材
５１ａ 大径端部
５１ｂ 小径端部
５２ リリーフ弁
５３ 可動弁体
５５ バルブシート部
７１ 燃料圧力センサ
８３ ピストン
８５ 漏出規制弁体
８５ａ、８５ｂ 円錐状部
８６ａ、８６ｂ シート部
８６ｃ 軸穴部
Ｉｖ 電磁駆動信号
Ｉｑ 噴射指令信号
Ｐｃａ 加圧ポンプで加圧された燃料の圧力

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料を吸入し吐出するフィードポンプと、前記フィードポンプから吐出される燃料を吸入し加圧して吐出する加圧ポンプと、前記フィードポンプから吐出される前記燃料の前記加圧ポンプへの吸入量を調節するよう駆動される調量弁体および信号入力に応じて前記調量弁体を駆動する弁体駆動部を有する吸入調量弁と、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力を受圧し、該燃料の圧力が予め設定された通常圧力範囲内から外れたとき該燃料の圧力に応動して、前記燃料の圧力を前記通常圧力範囲内に復帰させる側に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作する弁体操作部材を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力が前記通常圧力範囲の上限域に達したとき、前記弁体操作部材が、前記加圧ポンプへの吸入量を減少させる方向に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記弁体操作部材が、前記吸入調量弁の前記調量弁体の近傍に位置するリリーフ弁の可動弁体と一体に構成され、前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力が前記通常圧力範囲の上限域に達したとき、前記リリーフ弁の可動弁体が開弁方向に変位するとともに、前記弁体操作部材が該可動弁体と一体に変位しながら前記加圧ポンプへの吸入量を減少させる方向に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記吸入調量弁の前記調量弁体が、前記フィードポンプから前記加圧ポンプへの燃料供給通路の一部を開閉するときに軸方向に変位するバルブスプールで構成されており、前記弁体操作部材が、前記調量弁体に対して平行に配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 前記加圧ポンプで加圧された燃料の圧力が前記通常圧力範囲の下限域に達したとき、前記弁体操作部材が、前記加圧ポンプへの吸入量を増加させる方向に前記吸入調量弁の前記調量弁体を操作することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記弁体操作部材が、前記吸入調量弁の前記調量弁体の開弁方向にばね力を受けるとともに前記加圧ポンプにより加圧された燃料の圧力を前記吸入調量弁の前記調量弁体の閉弁方向に受圧するピストンに連結されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置。
7. 前記吸入調量弁の前記調量弁体が、前記フィードポンプから前記加圧ポンプへの燃料供給通路の一部を開閉するときに軸方向に変位するバルブスプールで構成されており、
   前記弁体操作部材が、前記調量弁体に対して平行に配置されるとともに前記ピストンから前記調量弁体に向って延在する軸状に形成され、
   前記加圧ポンプにより加圧された燃料が前記ピストン側から前記調量弁体側に漏れ出すのを規制する漏出規制弁体が、前記弁体操作部材に一体的に連結されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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