JP2011190773A - 内燃機関およびその燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関停止中において燃料貯留部から燃料タンクに戻される燃料の量を少なくすることのできる内燃機関およびその燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料供給装置２は、燃料を貯蔵する燃料タンク３１と、燃料タンク３１内の燃料を吐出する低圧燃料ポンプ３２と、第１燃料噴射弁１２が設けられる高圧デリバリパイプ１１と、低圧燃料ポンプ３２から吐出された燃料が流れる燃料配管４３と、燃料配管４３内の燃料の圧力が制御圧力よりも大きいときに燃料配管４３内の燃料を燃料タンク３１に戻す低圧プレッシャレギュレータ５６とを備えている。燃料配管４３のうちの低圧プレッシャレギュレータ５６と高圧デリバリパイプ１１との間には、燃料配管４３内の通路を開放または閉鎖する電磁弁８０が設けられている。電磁弁８０は、機関運転中に開弁状態に維持され、機関運転停止動作に伴い開弁状態から閉弁状態に切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ポンプと燃料貯留管とを接続する燃料配管の一部としての燃料供給管と、同燃料供給管内の燃料の圧力が制御圧力よりも大きいときに燃料供給管内の燃料を燃料タンクに戻す調圧機構とを含む内燃機関およびその燃料供給装置に関する。

上記燃料供給装置として、例えば特許文献１に記載のものがある。
図６に示すように、特許文献１の燃料供給装置は、燃料噴射弁１０１が設けられるデリバリパイプ１００と、燃料ポンプ１１０とデリバリパイプ１００とを接続する燃料配管の一部としての供給通路１２０と、供給通路１２０の燃料の圧力が所定圧力よりも大きいときに供給通路１２０の燃料をタンク１３０に戻すプレッシャレギュレータ１４０を備える。プレッシャレギュレータ１４０とデリバリパイプ１００との間には、燃料ポンプ１１０側からデリバリパイプ１００側への燃料の流れのみを許容する逆止め弁１５０が設けられている。

上記燃料供給装置を備える内燃機関においては、運転停止に伴い燃料ポンプ１１０からデリバリパイプ１００への燃料の供給が停止された後、逆止め弁１５０に対してデリバリパイプ１００側の通路の燃料圧力が逆止め弁１５０に対して燃料ポンプ１１０側の通路の燃料圧力よりも高くなるため、逆止め弁１５０により供給通路１２０が閉鎖される。

特開平８−１００７２７号公報

上述のように、逆止め弁１５０が閉弁することにより、機関停止中においてデリバリパイプ１００内の燃料がプレッシャレギュレータ１４０を介して燃料タンク１３０に流れることは抑制される。しかし、逆止め弁１５０により供給通路１２０が閉鎖されるまでにある程度の時間がかかるため、この期間にデリバリパイプ１００内の燃料が内燃機関本体からの受熱により気化することもある。この場合には、次回の機関始動時においては、燃料噴射弁１０１の適切な燃料噴射を速やかに行うことができないため、機関始動時に要する時間が長くなる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、機関停止中において燃料貯留部から燃料タンクに戻される燃料の量を少なくすることのできる内燃機関およびその燃料供給装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、燃料を貯蔵する燃料タンクと、同燃料タンク内の燃料を吐出する燃料ポンプと、燃料を噴射する燃料噴射弁と、同燃料噴射弁が設けられる燃料貯留管と、前記燃料ポンプから吐出された燃料が流れる燃料配管と、前記燃料ポンプと前記燃料貯留管とを接続する前記燃料配管の一部としての燃料供給管と、同燃料供給管内の燃料の圧力が制御圧力よりも大きいときに前記燃料供給管内の燃料を前記燃料タンクに戻す調圧機構とを含む内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料配管のうちの前記調圧機構と前記燃料貯留管との間には、前記燃料供給管内の通路を開放または閉鎖する電磁弁が設けられ、前記電磁弁は、内燃機関の運転中に開弁状態に維持され、内燃機関の運転停止動作に伴い開弁状態から閉弁状態に切り替えられることを要旨とする。

この発明によれば、燃料供給管内の通路を閉鎖する弁として機関停止動作に応じて閉弁する電磁弁が設けられているため、内燃機関の運転停止動作に伴い燃料供給管内の通路が速やかに閉鎖される。したがって、機関停止中において燃料貯留管から燃料タンクに戻される燃料の量を少なくすることができる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料噴射弁として、燃焼室に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路に燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備え、前記燃料貯留管として、前記第１燃料噴射弁が設けられる第１燃料貯留管と、前記第２燃料噴射弁が設けられる第２燃料貯留管とを備え、前記燃料供給管として、前記燃料ポンプと前記第２燃料貯留管とを接続する燃料供給管Ａと、同燃料供給管Ａの中間の部分と前記第１燃料貯留管とを接続する燃料供給管Ｂとを備え、前記燃料供給管Ｂには、前記燃料ポンプよりも吐出圧の大きい高圧燃料ポンプが設けられ、前記燃料供給管Ａのうちの同供給管Ａに対する前記燃料供給管Ｂの接続部分を供給管接続部として、前記燃料配管のうちの同供給管接続部よりも上流側の部分に前記調圧機構が設けられることを要旨とする。

この発明によれば、燃料ポンプから吐出された燃料は、燃料供給管Ａを介して第１燃料貯留管および燃料供給管Ｂのそれぞれに供給される。燃料供給管Ｂに供給された燃料は、高圧燃料ポンプにより加圧されて第２燃料貯留管に供給される。また供給管接続部よりも上流側の部分に設けられた調圧機構により、燃料供給管Ａ内の燃料の圧力が制御される。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記供給管接続部と前記調圧機構との間に前記電磁弁が設けられることを要旨とする。
この発明によれば、供給管接続部と調圧機構との間に電磁弁が設けられるため、第１燃料貯留管および第２燃料貯留管のそれぞれから燃料タンクに燃料が流れることを１つの電磁弁により抑制することができる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料配管は、前記燃料供給管Ａのうちの前記調圧機構よりも下流側の部分と前記燃料タンクとを接続する還流配管を含み、前記調圧機構は、前記還流配管に設けられることを要旨とする。

この発明によれば、燃料供給管Ａ内の燃料の圧力が調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、燃料供給管Ａの燃料の一部が還流配管および調圧機構を介して燃料タンクに戻される。これにより、燃料供給管Ａ内の燃料の圧力は、調圧機構の制御圧力またはその付近の圧力に維持される。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記調圧機構として、前記燃料供給管Ａに対する制御圧力が相対的に小さい低圧調圧機構と、前記燃料供給管Ａに対する制御圧力が相対的に大きい高圧調圧機構とを備え、前記還流配管には、前記低圧調圧機構および前記高圧調圧機構と、これら調圧機構に対する燃料の流通態様を変更する還流弁とが設けられ、前記還流弁が閉弁状態のとき、かつ前記燃料供給管Ａの燃料の圧力が前記高圧調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、前記燃料供給管Ａ内の燃料が前記高圧調圧機構を介して前記燃料タンクに戻され、前記還流弁が開弁状態のとき、かつ前記燃料供給管Ａの燃料の圧力が前記低圧調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、前記燃料供給管Ａ内の燃料が前記低圧調圧機構を介して前記燃料タンクに戻されることを要旨とする。

この発明によれば、還流弁が閉弁状態のとき、かつ燃料供給管Ａの燃料の圧力が高圧調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、燃料供給管Ａ内の燃料が高圧調圧機構を介して燃料タンクに戻されるため、燃料供給管Ａ内の燃料の圧力は、高圧調圧機構の制御圧力またはその付近の圧力に維持される。一方、還流弁が開弁状態のとき、かつ燃料供給管Ａの燃料の圧力が高圧調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、燃料供給管Ａ内の燃料が低圧調圧機構を介して燃料タンクに戻されるため、燃料供給管Ａ内の燃料の圧力は、低圧調圧機構の制御圧力またはその付近の圧力に維持される。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料供給装置を備える内燃機関において、前記燃料供給装置は、燃焼室に燃料を噴射する前記燃料噴射弁と、前記燃料ポンプから吐出された燃料を加圧して前記燃料貯留管に供給する高圧燃料ポンプとを備えるものであり、当該内燃機関は、機関始動時に成層燃焼を行うものであることを要旨とする。

この発明によれば、機関始動時に成層燃焼が行われるため、機関始動時のＨＣおよびＮＯｘの排出量を少なくすることができる。一方、機関始動時に燃料貯留管内が燃料で満たされていないときには、燃料貯留管内の燃料の圧力を成層燃焼に必要な圧力まで昇圧するための時間が長くなる。その点、上記発明では、内燃機関の運転停止動作に伴い燃料供給管内の通路が電磁弁により閉鎖されるため、機関停止中において燃料貯留管から燃料タンクに戻される燃料の量が少なくなる。これにより、機関始動時において燃料貯留管内の燃料の圧力を成層燃焼に必要な圧力まで昇圧するための時間を短くすることができる。

本発明の内燃機関の燃料供給装置の一実施形態について、その構成を示す模式図。 同実施形態の燃料供給装置の電磁弁について、（ａ）開弁状態を示す模式図、（ｂ）閉弁状態を示す模式図。 同実施形態の燃料供給装置について、（ａ）デッドソーク時間と燃料温度との関係を示すグラフ、（ｂ）デッドソーク時間と各燃料圧力との関係を示すグラフ、（ｃ）デッドソーク時間と総燃料リーク量との関係を示すグラフ、（ｄ）デッドソーク時間と総ベーパ量との関係を示すグラフ。 同実施形態の内燃機関の運転時間とフィード圧力、機関回転速度および高圧燃料圧力との関係を示すグラフ。 比較例としての仮想の内燃機関の運転時間とフィード圧力、機関回転速度および高圧燃料圧力との関係を示すグラフ。 従来の内燃機関の燃料供給装置の構成を示す模式図。

図１〜４を参照して、本発明の内燃機関の燃料供給装置をガソリンエンジンの燃料供給装置として具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１には、各気筒の燃焼室９１および吸気ポート９２のそれぞれに燃料を供給する燃料供給装置２と、この燃料供給装置２をはじめとして内燃機関１の各種装置を統括的に制御する制御装置３とが設けられている。

燃料供給装置２には、各気筒の燃焼室９１のそれぞれに燃料を供給する高圧燃料噴射機構１０と、各気筒の吸気ポート９２のそれぞれに燃料を噴射する低圧燃料噴射機構２０と、各燃料噴射機構１０，２０に燃料を供給する供給装置本体３０とが設けられている。

高圧燃料噴射機構１０には、各気筒の燃焼室９１のそれぞれに燃料を噴射する複数の筒内噴射インジェクタ１２と、これら筒内噴射インジェクタ１２に供給される燃料を貯留する高圧デリバリパイプ１１とが設けられている。

低圧燃料噴射機構２０には、各気筒の吸気ポート９２のそれぞれに燃料を噴射する複数のポート噴射インジェクタ２２と、これらポート噴射インジェクタ２２に供給される燃料を貯留する低圧デリバリパイプ２１とが設けられている。

供給装置本体３０には、燃料を貯留する燃料タンク３１と、この燃料タンク３１と高圧デリバリパイプ１１および低圧デリバリパイプ２１のそれぞれと接続する燃料配管４０と、燃料タンク３１の燃料を燃料配管４０に圧送する低圧燃料ポンプ３２と、同ポンプ３２からの燃料を加圧して高圧デリバリパイプ１１に向けて吐出する高圧燃料ポンプ３３とが設けられている。

低圧燃料ポンプ３２としては、車載バッテリの電力により駆動される電動ポンプが用いられている。また高圧燃料ポンプ３３としては、内燃機関１のカムシャフトにより駆動されるとともに、吸引した燃料を所定圧まで昇圧して吐出する機関駆動式のポンプが用いられている。

燃料配管４０は、低圧燃料ポンプ３２と低圧デリバリパイプ２１とを接続する第１供給配管４１と、第１供給配管４１の下流側分岐部４１Ｘと高圧デリバリパイプ１１とを接続する第２供給配管４２およびバイパス管４３と、第１供給配管４１の上流側分岐部４１Ｙと燃料タンク３１とを接続する還流配管５１とを含む。

第１供給配管４１の上流側分岐部４１Ｙと下流側分岐部４１Ｘとの間には、第１供給配管４１内の通路を開放および閉鎖する電磁弁８０が設けられている。第２供給配管４２には、高圧燃料ポンプ３３側から高圧デリバリパイプ１１側に向かう燃料の流れのみを許容する低圧逆止弁６１が設けられている。また第２供給配管４２には、低圧逆止弁６１を迂回する態様でバイパス管４３が接続されている。バイパス管４３には、高圧デリバリパイプ１１側から高圧燃料ポンプ３３側に向かう燃料のみを許容する高圧逆止弁６２が設けられている。

高圧燃料ポンプ３３と低圧逆止弁６１および高圧逆止弁６２との間にある燃料の圧力が低圧逆止弁６１の開弁圧力ＰＤ１よりも大きいとき、低圧逆止弁６１が開弁する。高圧デリバリパイプ１１と低圧逆止弁６１および高圧逆止弁６２との間にある燃料の圧力が高圧逆止弁６２の開弁圧力ＰＤ２よりも大きいとき、高圧逆止弁６２が開弁する。これにより、高圧デリバリパイプ１１内の燃料の圧力（以下、「筒内噴射圧力ＰＤ」）は、開弁圧力ＰＤ２と同じ圧力またはこれよりも大きい圧力に維持される。

還流配管５１は、第１供給配管４１の上流側分岐部４１Ｙに接続される共通配管５２と、共通配管５２の分岐部５１Ｘから分岐してそれぞれ燃料タンク３１に燃料を戻す第１分岐配管５３および第２分岐配管５４とを含む。第１分岐配管５３には、高圧プレッシャレギュレータ５５が設けられている。第２分岐配管５４には、低圧プレッシャレギュレータ５６と低圧プレッシャレギュレータ５６に対する燃料の流通態様を切り替える電磁弁である還流弁５７とが設けられている。

高圧プレッシャレギュレータ５５は、第１供給配管４１内の燃料の圧力（以下、「フィード圧力ＰＦ」）が第１制御圧力ＰＦ１よりも大きいとき、第１分岐配管５３を開放する。一方、フィード圧力ＰＦが第１制御圧力ＰＦ１と同じまたは同圧力ＰＦ１よりも小さいとき、第１分岐配管５３を閉鎖する。

第１制御圧力ＰＦ１としては、第１供給配管４１内でのベーパの発生を抑制するために予め適合された圧力が設定されている。これにより、第１制御圧力ＰＦ１またはその付近の圧力に維持された燃料が高圧燃料ポンプ３３によりさらに加圧されたとき、この加圧後の燃料にベーパが含まれることは十分に抑制される。

低圧プレッシャレギュレータ５６は、フィード圧力ＰＦが第２制御圧力ＰＦ２よりも大きいとき、第２分岐配管５４を開放する。一方、フィード圧力ＰＦが第２制御圧力ＰＦ２と同じまたは同圧力ＰＦ２よりも小さいとき、第２分岐配管５４を閉鎖する。

第２制御圧力ＰＦ２としては、ポート噴射インジェクタ２２の燃料噴射のために予め適合された圧力が設定されている。これにより、低圧デリバリパイプ２１内の燃料の圧力が第２制御圧力ＰＦ２またはその付近の圧力に維持されているとき、ポート噴射インジェクタ２２の燃料噴射が適切に行われる。なお、第２制御圧力ＰＦ２は第１制御圧力ＰＦ１よりも小さい。

制御装置３は、機関運転状態等をモニタする各種センサ、すなわちフィード圧力ＰＦを検出する燃圧センサ７１を含む各種センサと、これらセンサの出力に基づいて燃料供給装置２をはじめとする内燃機関１の各装置の動作を制御する電子制御装置７２とを含む。燃圧センサ７１は、フィード圧力ＰＦに応じた信号を電子制御装置７２に出力する。

電子制御装置７２は、内燃機関１の始動態様を制御する機関始動制御、機関運転中の各インジェクタ１２，２２の噴射態様を制御する燃料噴射制御、高圧燃料ポンプ３３の燃料の吐出量を制御するポンプ制御、還流弁５７の開閉状態を制御するフィード圧制御、クランキング前のフィード圧力を制御するプレフィード圧制御、および電磁弁８０の開閉状態を制御する燃料保持制御を行う。

機関始動制御では、機関始動時に筒内噴射インジェクタ１２の燃料噴射を通じて成層燃焼を行う（以下では、成層燃焼による機関始動を「成層始動」とする）。また、機関始動要求に基づく最初の燃料噴射から成層燃焼を行う。

燃料噴射制御では、機関運転状態に基づいて燃料噴射モードを切り替える。燃料噴射モードとしては、筒内噴射インジェクタ１２のみを用いて燃料噴射を行うモード、ポート噴射インジェクタ２２のみを用いて燃料噴射を行うモード、および各インジェクタ１２，２２を用いて燃料噴射を行うモードが予め用意されている。

フィード圧制御では、機関運転状態に基づいて還流弁５７を開弁または閉弁することにより、フィード圧力ＰＦを制御するプレッシャレギュレータを切り替える。還流弁５７が開弁状態のとき、低圧プレッシャレギュレータ５６によりフィード圧力ＰＦが制御される。還流弁５７が閉弁状態のとき、高圧プレッシャレギュレータ５５によりフィード圧力ＰＦが制御される。

プレフィード圧制御では、機関始動要求が検出されたことに基づいて所定期間にわたり低圧燃料ポンプ３２を駆動することにより、クランキング開始前にフィード圧力ＰＦを昇圧する。なお、クランキングはプレフィード圧力制御の終了にともない開始される。また、機関始動要求はイグニッションスイッチの操作に基づいて検出される。

燃料保持制御では、機関運転状態に基づいて電磁弁８０を開弁または閉弁することにより、機関停止中において各デリバリパイプ１１，２１内から燃料タンク３１への燃料の流れを止める。

フィード圧制御の詳細について説明する。
フィード圧力ＰＦを第２制御圧力ＰＦ２に維持する要求があるとき（例えば機関低負荷時）、還流弁５７が開弁状態に維持される。すなわち、低圧プレッシャレギュレータ５６によるフィード圧力ＰＦの制御が行われる。

還流弁５７が開弁状態にあり、かつフィード圧力ＰＦが第２制御圧力ＰＦ２を上回るとき、共通配管５２の燃料の一部が第２分岐配管５４および低圧プレッシャレギュレータ５６の順に還流配管５１を流通して燃料タンク３１に戻される。これにより、フィード圧力ＰＦが第２制御圧力ＰＦ２またはその付近の圧力に維持される。

フィード圧力ＰＦを第１制御圧力ＰＦ１に維持する要求があるとき（例えば機関高負荷時）、還流弁５７が閉弁状態に維持される。すなわち、高圧プレッシャレギュレータ５５によるフィード圧力ＰＦの制御が行われる。

還流弁５７が閉弁状態にあり、かつフィード圧力ＰＦが第１制御圧力ＰＦ１を上回るとき、共通配管５２の燃料の一部が第１分岐配管５３および高圧プレッシャレギュレータ５５の順に還流配管５１を流通して燃料タンク３１に戻される。これにより、フィード圧力ＰＦが第１制御圧力ＰＦ１またはその付近の圧力に維持される。

ところで、成層始動を適切に行うためには、機関始動要求に基づいて行われる筒内噴射インジェクタ１２の最初の燃料噴射時に、筒内噴射圧力ＰＤが高圧逆止弁６２の開弁圧力ＰＤ２よりも大きい所定圧力ＰＤ３に維持されていることが要求される。

一方、内燃機関１が高温状態のときに運転が停止された後の機関停止状態（以下、「デッドソーク時」）においては、機関本体の熱により燃料供給装置２内の燃料にベーパが発生する。ベーパは、低圧デリバリパイプ２１および高圧燃料ポンプ３３内において特に発生しやすい。

機関始動時に高圧燃料ポンプ３３内にベーパがあるときには、高圧燃料ポンプ３３が空汲みをするため、筒内噴射圧力ＰＤが所定圧力ＰＤ３まで昇圧されるまでの期間が長くなる。このため、機関始動要求が設定されてから筒内噴射インジェクタ１２の最初の燃料噴射を行うまでの期間も長くなる。

図２を参照して、電磁弁８０の構造について説明する。
電磁弁８０は、第１供給配管４１の燃料の流通方向Ｙ１に対して垂直方向（移動方向Ｙ２）に移動可能な円盤状の弁体８１と、弁体８１を駆動するための力を発生するコイル８２と、弁体８１を一方向に付勢するコイルばね８３と、これらの要素を収容するケース８４とを含む。

弁体８１は、ケース８４に対してケース８４から突出する方向およびケース８４内に収容される方向に移動する。コイルばね８３は、弁体８１がケース８４から突出する方向に弁体８１を付勢している。コイル８２は、電力の供給を受けているとき、弁体８１がケース８４内に収容される方向の力を弁体８１に付与する。

図２（ａ）に示すように、コイル８２に電力が供給されない非通電状態のとき、コイルばね８３の付勢力により、弁体８１の先端が弁体収容部４１Ｚに突き当てられる。このとき、第１供給配管４１内の通路が弁体８１により閉鎖される。すなわち、第１供給配管４１内の通路においての燃料の流れが弁体８１により遮断される。

図２（ｂ）に示すように、コイル８２に電力が供給される通電状態のとき、コイル８２に発生する磁力により、弁体８１がコイルばね８３の付勢力に抗してケース８４内に向けて移動する。これにより、弁体８１の全てがケース８４に収容されるようになる。このとき、第１供給配管４１内の通路が弁体８１により開放される。すなわち、第１供給配管４１内の通路において上流側から下流側への燃料の流れが許容される。

電子制御装置７２は、燃料保持制御により電磁弁８０を次のように制御する。
機関運転中においては、コイル８２への通電を継続して行う。これにより、電磁弁８０が開弁状態に維持される。また、機関停止要求に基づいて機関停止動作が行われたとき、コイル８２への通電を停止する。これにより、機関停止状態においては電磁弁８０が閉弁状態に維持される。また、機関停止状態において機関始動要求が検出されたとき、コイル８２への通電を開始する。これにより、電磁弁８０が閉弁状態から開弁状態に移行する。

図３を参照して、デッドソーク時にベーパが発生する仕組みについて説明する。なお、ここではフィード圧力ＰＦが高圧プレッシャレギュレータ５５により調整される場合を想定している。また以下では、第１供給配管４１および低圧デリバリパイプ２１内において燃料の温度が最も高くなるポイントの燃料の温度（以下、「燃料温度ＴＧ」）を燃料供給装置２内の燃料の温度の代表値として用いる。

図３（ａ）に示すように、燃料温度ＴＧはデッドソーク開始される時間ｔ２０以降、次のように変化する。すなわち、時刻ｔ２０から時刻ｔ２４までの期間においては、時間の経過にともないデッドソーク開始時の温度ＴＧ０からデッドソーク時の最高温度ＴＧ１に向けて上昇する。また、時刻ｔ２４以降の期間においては、時間の経過にともない最高温度ＴＧ１から次第に低下する。

図３（ｂ）のグラフにおいて、実線ＬＲはデッドソーク時の実燃圧ＰＲの推移を、一点鎖線Ｌ１は燃料の蒸気圧ＰＸの推移を、二点鎖線Ｌ２は燃料の受熱膨張にともない燃料圧力の推移をそれぞれ示している。実燃圧ＰＲの推移は、燃圧センサ７１の出力に基づいて算出された値に基づいて示されている。燃料の蒸気圧ＰＸの推移は、燃料温度ＴＧから換算された値に基づいて示されている。受熱膨張にともなう燃料圧力の推移は、同燃料圧力の推移が確認できる条件のもとで行われた試験結果から得られた値に基づいて示されている。

蒸気圧ＰＸは、時刻ｔ２０以降において次のように変化する。すなわち、時刻ｔ２０から時刻ｔ２４までの期間においては時間の経過にともない上昇する。また、時刻ｔ２４以降においては時間の経過にともない下降する。また、時刻ｔ２５以降においては、第１制御圧力ＰＦ１よりも小さい値となる。

推定圧力ＰＹは、時刻ｔ２０以降において次のように変化する。すなわち、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの期間においては時間の経過にともない上昇する。また、時刻ｔ２１以降においては時間の経過にともない下降する。また、時刻ｔ２０から時刻ｔ２３までの期間においては、第１制御圧力ＰＦ１よりも大きい値となる。一方、時刻ｔ２３以降においては、第１制御圧力ＰＦ１よりも小さい値となる。

実燃圧ＰＲは、時刻ｔ２０以降において次のように変化する。すなわち、時刻ｔ２０から時刻ｔ２５までの期間においては第１制御圧力ＰＦ１に維持される。また、時刻ｔ２５以降においては、第１制御圧力ＰＦ１よりも小さい値となり、かつ時間の経過とともに下降する。

ここで、蒸気圧ＰＸが第１制御圧力ＰＦ１を上回るまでの時刻ｔ２０〜ｔ２２の期間を「第１期間Ｔ１」とし、蒸気圧ＰＸが第１制御圧力ＰＦ１よりも大きい時刻ｔ２２〜ｔ２５までの期間を「第２期間Ｔ２」とし、蒸気圧ＰＸが第１制御圧力ＰＦ１を下回った時刻ｔ２５以降を「第３期間Ｔ３」とする。

また、高圧プレッシャレギュレータ５５を燃料タンク３１に戻される燃料の量を「燃料リーク量ＲＱ」とし、デッドソーク時の燃料リーク量ＲＱの総量を「総燃料リーク量ＲＱＴ」とする。また、燃料供給装置２内で発生したベーパの体積を「ベーパ量ＶＰ」とし、デッドソーク時のベーパ量ＶＱの総量を「総ベーパ量ＶＰＴ」とする。

図３（ｃ）および（ｄ）のそれぞれに、デッドソークが開始された後（時刻ｔ２０以降）の時間経過に対する総燃料リーク量ＲＱＴおよび総ベーパ量ＶＰＴのそれぞれの変化を示す。

第１期間Ｔ１では、第１供給配管４１内の燃料が高圧プレッシャレギュレータ５５を介して燃料タンク３１に戻される。このため、時間の経過にともない総燃料リーク量ＲＱＴが増加する。一方、実燃圧ＰＲ（第１制御圧力ＰＦ１）が蒸気圧ＰＸを上回るため、燃料供給装置２内においてベーパが発生することはない。なお、第１供給配管４１内の燃料が燃料タンク３１に戻される理由は、推定圧力ＰＹが第１制御圧力ＰＦ１よりも大きいことにあると考えられる。

第２期間Ｔ２において、時刻ｔ２２から時刻ｔ２５までの期間は、実燃圧ＰＲ（第１制御圧力ＰＦ１）が蒸気圧ＰＸを下回るため、燃料供給装置２内でベーパが発生する。このとき、ベーパの発生にともない、第１供給配管４１内の燃料が高圧プレッシャレギュレータ５５を介して燃料タンク３１に押し出される。このため、時間の経過にともない燃料リーク量ＲＱの総量が増加する。

第２期間Ｔ２において、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間は、推定圧力ＰＹが第１制御圧力ＰＦ１よりも大きいため、燃料の受熱膨張によっても第１供給配管４１内の燃料が高圧プレッシャレギュレータ５５を介して燃料タンク３１に押し出されていると予測される。また、時刻ｔ２３から時刻ｔ２５までの期間は、推定圧力ＰＹが第１制御圧力ＰＦ１よりも小さいため、燃料の受熱膨張による第１供給配管４１から燃料タンク３１への燃料の押し出しは生じていないと予測される。

すなわち、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３の期間においての総燃料リーク量ＲＱＴの増加分は、ベーパの発生にともなう燃料リーク量ＲＱの増加分と、燃料の受熱膨張にともなう燃料リーク量ＲＱの増加分とを合わせたものに相当する。また、時刻ｔ２３から時刻ｔ２５の期間においての総燃料リーク量ＲＱＴの増加分は、ベーパの発生にともなう増加分に相当する。

第３期間Ｔ３では、実燃圧ＰＲ（第１制御圧力ＰＦ１）が蒸気圧ＰＸよりも大きいため、実燃圧ＰＲおよび蒸気圧ＰＸの関係から燃料供給装置２内においてベーパが発生することはない。一方、燃料温度ＴＧの低下にともない燃料の体積収縮が生じるため、燃料供給装置２内には燃料の体積収縮分の空間が形成される。このとき、体積収縮による生じた空間にベーパが補填されるときにベーパの体積が若干増加する。

図４および図５を参照して、燃料保持制御の実行により奏せられる効果について説明する。ここでは、内燃機関１から電磁弁８０を省略した仮想の内燃機関を「仮想機関」として、この仮想機関の始動態様と内燃機関１の始動態様とを対比して上記効果の説明をする。なお、仮想機関は電磁弁８０が設けられていない点を除いては内燃機関１と同じ構成を有するものとする。

図４に、内燃機関１の始動態様を示す。
内燃機関１においては、運転停止時に電磁弁８０により第１供給配管４１が閉鎖されるため、機関本体からの受熱によりベーパの発生および燃料の受熱膨張が生じたとしても電磁弁８０よりも下流側の燃料が高圧プレッシャレギュレータ５５を介して燃料タンク３１に戻されることはない。

時刻ｔ４０において、イグニッションスイッチの操作に基づく機関始動要求が検出されたとき、プレフィード圧制御が開始される。機関停止状態において電磁弁８０による燃料の保持が行われていたことにより、低圧燃料ポンプ３２の燃料の吐出にともないフィード圧力ＰＦが速やかに上昇する。

時刻ｔ４１において、プレフィード圧制御の終了にともない内燃機関１のクランキングが開始される。クランキングの開始にともない高圧燃料ポンプ３３による燃料の加圧動作が開始される。機関停止状態において電磁弁８０による燃料の保持が行われていたことにより、高圧燃料ポンプ３３の最初の加圧動作時から燃料の加圧が適切に行われるため、１回目の加圧動作が終了した時刻ｔ４２のときに筒内噴射圧力ＰＤが加圧動作に応じた分だけ上昇する。そして、２回目の加圧動作が終了した時刻ｔ４３のときに筒内噴射圧力ＰＤが成層始動に必要となる所定圧力ＰＤ３を上回る。

図５に、仮想機関の始動態様を示す。
仮想機関においては、運転停止時に第１供給配管４１が開放されているため、機関本体からの受熱によりベーパの発生および燃料の受熱膨張が生じたとき、第１供給配管４１内の燃料が高圧プレッシャレギュレータ５５を介して燃料タンク３１に戻される。

時刻ｔ５０において、イグニッションスイッチの操作に基づく機関始動要求が検出されたとき、プレフィード圧制御が開始される。機関停止状態において第１供給配管４１内の燃料が燃料タンク３１に流出したことにより、低圧燃料ポンプ３２が駆動してもフィード圧力ＰＦの上昇度合は緩慢となる。

時刻ｔ５１において、プレフィード圧制御の終了にともない内燃機関１のクランキングが開始される。クランキングの開始にともない高圧燃料ポンプ３３による燃料の加圧動作が開始される。機関停止状態においてベーパの発生および燃料の体積収縮に起因して燃料供給装置２内に大きな空間が形成されていることにより、少なくとも高圧燃料ポンプ３３の最初の加圧動作では空汲みが行われるため、加圧動作が繰り返されるものの筒内噴射圧力ＰＤが上昇しない。そして、高圧燃料ポンプ３３内の空間が除去された時刻ｔ５３以降に燃料の加圧が適切に行われ、この時点から複数回の加圧動作が行われた時刻ｔ５４に筒内噴射圧力ＰＤが成層始動に必要となる所定圧力ＰＤ３を上回る。

このように、内燃機関１においては高圧燃料ポンプ３３の最初の加圧動作から燃料の加圧が適切に行われるため、仮想機関と比較して、クランキング開始後のより早い時期に筒内噴射圧力ＰＤが成層始動に必要となる所定圧力ＰＤ３に到達する。

本実施形態によれば、以下に示す効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、第１供給配管４１内の通路を閉鎖する弁として機関停止動作に応じて閉弁する電磁弁８０が設けられているため、内燃機関１の運転停止動作に伴い第１供給配管４１内の通路が速やかに閉鎖される。したがって、機関停止中において各デリバリパイプ１１，２１から燃料タンク３１に戻される燃料の量を少なくすることができる。

（２）電磁弁８０に代えて機械式の逆止弁を用いた構成によれば、燃料の流れにともない弁体の位置が変動するため、燃料の圧力の脈動が大きくなる。これに対して、本実施形態では、電磁弁８０が設けられているため、逆止弁が用いられる場合と比較して燃料の圧力の脈動を小さくすることができる。

（３）本実施形態では、下流側分岐部４１Ｘと上流側分岐部４１Ｙとの間の区間に電磁弁８０が設けられるため、１つの電磁弁で高圧デリバリパイプ１１および低圧デリバリパイプ２１のそれぞれから燃料タンク３１への燃料の流れを止めることができる。

（４）機関始動時に各デリバリパイプ１１，２１内が燃料で満たされていないときには、筒内噴射圧力ＰＤが成層始動に必要となる所定圧力ＰＤ３まで筒内噴射圧力ＰＤを昇圧するための時間が長くなる。その点、本実施形態では、内燃機関１の運転停止動作に伴い第１供給配管４１内の通路が電磁弁８０により閉鎖されるため、機関停止中において燃料リーク量ＲＱが少なくなる。これにより、機関始動時において筒内噴射圧力ＰＤを所定圧力ＰＤ３まで昇圧するための時間を短くすることができる。

（５）本実施形態では、電磁弁８０が通電状態において開弁状態となり、非通電状態において閉弁状態となるように制御されている。これにより、機関停止時における車載バッテリの電力の消費を抑制することができる。

（６）本実施形態では、電磁弁８０が通電および非通電により弁体８１が移動するため、電動モータに減速機構を設けた上で弁体を動かす機構のものを電磁弁８０の代わりに用いた場合と比較して、弁体８１の応答速度が速くなる。これにより、機関停止後において、電磁弁８０を非通電とすることにより、閉弁状態に移行するまでの時間を短縮することができる。

（７）本実施形態では、電磁弁８０が開弁状態のときに、弁体８１が第１供給配管４１から完全に退避するようになる。したがって、弁体８１が燃料の流通方向Ｙ１に対して燃料と干渉することが回避されるようになる。

（その他の実施形態）
本発明の内燃機関の燃料供給装置の具体的な構成は、上記実施形態に例示した構成に限定されることなく、例えば以下のように変更することもできる。また以下の変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・上記実施形態では、電磁弁８０が閉弁状態（全閉）および開弁状態（全開）の２つの状態のみであったが、電磁弁８０の開度はこれに限定されることはない。例えば、電磁弁８０は、コイル８２への通電態様により、弁体８１が第１供給配管４１の移動方向Ｙ２の中間位置に配置される状態（半開）のように様々な開度に制御することができる。これにより、電磁弁が全開および全閉のみの動作を行う場合と比較して、第１供給配管４１の電磁弁８０より上流側のフィード圧力ＰＦをより細かく制御することができるようになる。これにより、低圧プレッシャレギュレータ５６をより小さい設定圧力のものを用いても、フィード圧力ＰＦを調整することができるようになる。したがって、低圧プレッシャレギュレータ５６をより小さい設定圧力のものを用いる分、燃費を改善することができる。

・上記実施形態では、成層始動を行ったが、機関始動時の筒内噴射インジェクタ１２の第１噴射によって均質燃料する始動方法とすることもできる。また機関始動では、ポート噴射インジェクタ２２によって始動することもできる。

・上記実施形態では、電磁弁８０が第１供給配管４１の下流側分岐部４１Ｘよりも上流側且つ上流側分岐部４１Ｙよりも下流側に設けられたが、電磁弁８０の第１供給配管４１における配置位置はこれに限定されることはない。例えば、第１供給配管４１の下流側分岐部４１Ｘよりも下流側に電磁弁８０を設けることもできる。ここで、下流側分岐部４１Ｘよりも下流側に電磁弁８０を設ける場合には、下流側分岐部４１Ｘから高圧デリバリパイプ１１までの区間および下流側分岐部４１Ｘから高圧燃料ポンプ３３までの区間のそれぞれに電磁弁８０を設ける必要がある。

・上記実施形態では、電磁弁８０として、円盤状の弁体８１を第１供給配管４１に対して直線方向に移動させる仕切弁を用いたが、これに代えてバタフライ弁、玉形弁または逆止め弁当の他の構造の電磁弁を用いることもできる。

・上記実施形態では、筒内噴射インジェクタ１２およびポート噴射インジェクタ２２を備える内燃機関１を想定したが、ポート噴射インジェクタ２２を省略することもできる。反対に、筒内噴射インジェクタ１２を省略することもできる。この場合には、高圧燃料ポンプ３３も省略されるため、同ポンプ３３の空汲みに起因する始動性の低下という問題は生じないものの、燃圧保持制御が実行されることにより、機関停止中に第１供給配管４１および低圧デリバリパイプ２１内から燃料タンク３１内に戻される燃料の量は少なくされる。これにより、第１供給配管４１および低圧デリバリパイプ２１内に過度に大きな空間が形成された状態で機関始動が行われることが抑制される。

・上記実施形態では、高圧プレッシャレギュレータ５５および低圧プレッシャレギュレータ５６を設ける構成であったが、プレッシャレギュレータの個数はこれに限定されることはない。例えば、高圧プレッシャレギュレータ５５のみを設ける構成または低圧プレッシャレギュレータ５６のみを設ける構成とすることもできる。この場合、還流弁５７は省略される。

・上記実施形態では、燃料供給装置をガソリンエンジンに適用したが、ディーゼルエンジンにも適用することもできる。

１…内燃機関、２…燃料供給装置、３…制御装置、１１…高圧デリバリパイプ（第１貯留管）、１２…筒内噴射インジェクタ（第１燃料噴射弁）、２１…低圧デリバリパイプ（第２貯留管）、２２…ポート噴射インジェクタ（第２燃料噴射弁）、３０…供給装置本体、３１…燃料タンク、３２…低圧燃料ポンプ、３３…高圧燃料ポンプ、４０…燃料配管、４１…第１供給配管（燃料供給管Ａ）、４１Ｘ…下流側分岐部（供給管接続部）、４１Ｙ…上流側分岐部、４１Ｚ…先端収容部、４２…第２供給配管（燃料供給管Ｂ）、４３…バイパス管、５１…還流配管、５２…共通還流配管、５３…第１分岐配管、５４…第２分岐配管、５５…高圧プレッシャレギュレータ（高圧調圧機構）、５６…低圧プレッシャレギュレータ（低圧調圧機構）、５７…還流弁、６１…低圧逆止弁、６２…高圧逆止弁、７１…燃圧センサ、７２…電子制御装置、８０…電磁弁、８１…弁体、８２…コイル、８３…コイルばね、８４…ケース、９１…燃焼室、９２…吸気ポート（吸気通路）。

Claims (6)

1. 燃料を貯蔵する燃料タンクと、同燃料タンク内の燃料を吐出する燃料ポンプと、燃料を噴射する燃料噴射弁と、同燃料噴射弁が設けられる燃料貯留管と、前記燃料ポンプから吐出された燃料が流れる燃料配管と、前記燃料ポンプと前記燃料貯留管とを接続する前記燃料配管の一部としての燃料供給管と、同燃料供給管内の燃料の圧力が制御圧力よりも大きいときに前記燃料供給管内の燃料を前記燃料タンクに戻す調圧機構とを含む内燃機関の燃料供給装置において、
   前記燃料配管のうちの前記調圧機構と前記燃料貯留管との間には、前記燃料供給管内の通路を開放または閉鎖する電磁弁が設けられ、
   前記電磁弁は、内燃機関の運転中に開弁状態に維持され、内燃機関の運転停止動作に伴い開弁状態から閉弁状態に切り替えられる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記燃料噴射弁として、燃焼室に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路に燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備え、
   前記燃料貯留管として、前記第１燃料噴射弁が設けられる第１燃料貯留管と、前記第２燃料噴射弁が設けられる第２燃料貯留管とを備え、
   前記燃料供給管として、前記燃料ポンプと前記第２燃料貯留管とを接続する燃料供給管Ａと、同燃料供給管Ａの中間の部分と前記第１燃料貯留管とを接続する燃料供給管Ｂとを備え、
   前記燃料供給管Ｂには、前記燃料ポンプよりも吐出圧の大きい高圧燃料ポンプが設けられ、
   前記燃料供給管Ａのうちの同供給管Ａに対する前記燃料供給管Ｂの接続部分を供給管接続部として、前記燃料配管のうちの同供給管接続部よりも上流側の部分に前記調圧機構が設けられる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記供給管接続部と前記調圧機構との間に前記電磁弁が設けられる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記燃料配管は、前記燃料供給管Ａのうちの前記調圧機構よりも下流側の部分と前記燃料タンクとを接続する還流配管を含み、
   前記調圧機構は、前記還流配管に設けられる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の燃料供給装置において、
   前記調圧機構として、前記燃料供給管Ａに対する制御圧力が相対的に小さい低圧調圧機構と、前記燃料供給管Ａに対する制御圧力が相対的に大きい高圧調圧機構とを備え、
   前記還流配管には、前記低圧調圧機構および前記高圧調圧機構と、これら調圧機構に対する燃料の流通態様を変更する還流弁とが設けられ、
   前記還流弁が閉弁状態のとき、かつ前記燃料供給管Ａの燃料の圧力が前記高圧調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、前記燃料供給管Ａ内の燃料が前記高圧調圧機構を介して前記燃料タンクに戻され、
   前記還流弁が開弁状態のとき、かつ前記燃料供給管Ａの燃料の圧力が前記低圧調圧機構の制御圧力よりも大きいとき、前記燃料供給管Ａ内の燃料が前記低圧調圧機構を介して前記燃料タンクに戻される
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料供給装置を備える内燃機関において、
   前記燃料供給装置は、燃焼室に燃料を噴射する前記燃料噴射弁と、前記燃料ポンプから吐出された燃料を加圧して前記燃料貯留管に供給する高圧燃料ポンプとを備えるものであり、
   当該内燃機関は、機関始動時に成層燃焼を行うものである
   ことを特徴とする内燃機関。

Images