JP2015063921A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ポンプの駆動に起因した圧力脈動が低圧燃料通路に伝達することを抑制できる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置は、ポート噴射弁２と筒内噴射弁４とを有する。ポート噴射弁２には低圧燃料通路６を通じて燃料が供給され、低圧燃料通路６には同低圧燃料通路６内の燃圧が第１の所定圧以上のときに開弁する第１のプレッシャレギュレータ９が設けられている。また、分岐通路１０には高圧ポンプ１２が接続され、この高圧ポンプ１２によって加圧された燃料が高圧燃料通路１３を通じて筒内噴射弁４に供給される。さらに、分岐通路１０には、逆止弁１５が設けられており、分岐通路１０の逆止弁１５よりも下流側の部分には、この部分の燃圧が第１の所定圧よりも高い第２の所定圧以上のときに開弁する第２のプレッシャレギュレータ２１が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。

内燃機関の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置が知られている（例えば特許文献１など）。こうした燃料噴射装置では、ポート噴射弁に接続された低圧燃料通路を通じて燃料タンクに貯留された燃料をポート噴射弁に供給する。また、燃料噴射装置は、低圧燃料通路から分岐した分岐通路を有し、分岐通路に接続された高圧ポンプにより昇圧した燃料を高圧燃料通路を通じて筒内噴射弁に供給する。

ここで、高圧ポンプは、カムシャフトの回転に連動して上下動するプランジャと、電磁弁とを有している。電磁弁は高圧ポンプと分岐通路との接続部に設けられ、プランジャが下降するときにこの電磁弁を開弁させることで分岐通路から高圧ポンプ内に燃料を吸引する。また、こうして高圧ポンプ内に燃料が吸引された状態で電磁弁を閉弁させることでプランジャが上昇する際に燃料が加圧されて同加圧された燃料が高圧燃料通路に吐出される。

特開平０７‐１０３０４８号公報

ところで、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、高圧ポンプから吐出した燃料の一部を高圧ポンプの上流側の分岐通路に還流させることにより高圧燃料通路に供給される燃料の量を調節している。すなわち、分岐通路から高圧ポンプへの燃料の吸引と、高圧ポンプから分岐通路への燃料の還流とが繰り返し行われるため、分岐通路、ひいては低圧燃料通路に圧力脈動が生じる。この結果、低圧燃料通路内の燃圧が安定せず、ポート噴射弁から噴射される燃料の量にばらつきが生じ、空燃比を所望の値に制御することができなくなるおそれがある。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧ポンプの駆動に起因した圧力脈動が低圧燃料通路に伝達することを抑制できる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

上記課題を解決するための内燃機関の燃料噴射装置は、低圧燃料通路から燃料を噴射する第１の噴射弁と、低圧燃料通路に設けられて同低圧燃料通路内の燃圧が第１の所定圧以上のときに開弁するプレッシャレギュレータと、低圧燃料通路から分岐した分岐通路と、分岐通路に電磁弁を介して接続され、プランジャの上下動に伴い電磁弁を開閉することにより、低圧燃料通路から供給される燃料を加圧する高圧ポンプと、高圧ポンプにより加圧された燃料を噴射する第２の噴射弁と、高圧ポンプに接続され、同高圧ポンプによって加圧された燃料を第２の噴射弁に供給する高圧燃料通路と、分岐通路に設けられて同分岐通路から低圧燃料通路への燃料の流入を規制する逆止弁と、分岐通路の逆止弁よりも下流側の部分に設けられ、同部分の燃圧が第１の所定圧よりも高い第２の所定圧以上のときに開弁するリリーフ弁と、を有する。

上記構成では、分岐通路に逆止弁が設けられており、高圧ポンプから低圧燃料通路への燃料の流入が規制されるため、高圧ポンプの駆動に起因した圧力脈動が低圧燃料通路に伝達されない。したがって、高圧ポンプの駆動に起因した圧力脈動が低圧燃料通路に伝達することを抑制できる。

しかし、分岐通路に逆止弁を設け、高圧ポンプから低圧燃料通路への燃料の流入を規制すると、高圧ポンプの駆動によって生じた圧力脈動の逃げ場がなくなり、分岐通路内に大きな圧力が繰り返しかかることになる。この点、上記構成では、圧力脈動によって分岐通路内の燃圧が第２の所定圧以上となった場合にはリリーフ弁が開弁するため、燃料が分岐通路から排出されて同通路内の燃圧が過大となることを抑制することができる。

また、上記構成では、低圧燃料通路に設けられたプレッシャレギュレータの開弁圧よりも、リリーフ弁の開弁圧を高くしている。プレッシャレギュレータの開弁圧とリリーフ弁の開弁圧とが同じである場合には、低圧燃料通路の上限圧力に達すると、プレッシャレギュレータに加え、リリーフ弁も開弁してしまい、高圧ポンプに燃料を供給している間も燃料がリリーフ弁から排出され続けることとなる。このため、機関運転条件によって筒内噴射弁から多量の燃料を噴射する場合には、低圧ポンプの駆動量を増大したり、ポンプ自体を大型化したりする等して分岐通路に十分な量の燃料を供給する必要がある。これに対し、上記構成によれば、低圧燃料通路から分岐通路に流入した燃料は第２の所定圧になるまでリリーフ弁から排出されないため、分岐通路から高圧ポンプに供給される燃料の量を増大させることができる。その結果、低圧ポンプの駆動量を増大させたり、ポンプ自体を大型化させたりすることなく筒内噴射弁に十分な量の燃料を供給することができる。

また、上記高圧燃料通路には、同高圧燃料通路から高圧ポンプへの燃料の逆流を規制する吐出弁と、同吐出弁の上流側の部分と下流側の部分とに接続するバイパス通路とを設け、同バイパス通路には、高圧ポンプから高圧燃料通路への燃料の流出を規制するバイパス弁を設けることが望ましい。

上記構成では、機関停止後のデッドソーク時等、高圧燃料通路内の燃圧が過度に上昇したときには、バイパス通路に設けられたバイパス弁が開弁し、バイパス通路を通じて高圧燃料通路から高圧ポンプへ燃料が還流する。このため、高圧燃料通路内の燃圧が過度に上昇したときに第２の噴射弁から燃料が漏出することを抑制できる。

なお、上記第１の噴射弁として内燃機関の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を採用し、上記第２の噴射弁として内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射弁を採用することができる。

内燃機関の燃料噴射装置の全体構成を示す模式図。 （ａ）、（ｂ）は高圧ポンプの動作態様を示す略図。

以下、内燃機関の燃料噴射装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関の燃料噴射装置は、吸気通路１に燃料を噴射するポート噴射弁２と、各気筒３に燃料を噴射する筒内噴射弁４とを有している。ポート噴射弁２は低圧デリバリパイプ５に接続され、この低圧デリバリパイプ５を含む低圧燃料通路６は、図１の下方に示すように燃料タンク７に接続されている。燃料タンク７には低圧ポンプ８が設けられている。低圧ポンプ８は、燃料タンク７に貯留された燃料を低圧燃料通路６を通じてポート噴射弁２に供給する。そして、ポート噴射弁２によって、低圧燃料通路６から吸気通路１に燃料が噴射される。したがって、ポート噴射弁２が第１の噴射弁として機能する。

また、低圧燃料通路６には第１のプレッシャレギュレータ９が設けられている。第１のプレッシャレギュレータ９は、低圧燃料通路６内の燃圧が第１の所定圧以上のときに開弁して低圧燃料通路６から燃料タンク７に燃料を排出する。このため、低圧燃料通路６内の燃圧は、第１の所定圧（上限圧力）以上になることがなく、機関運転中には同圧力に一定に維持される。

また、内燃機関の燃料噴射装置は、低圧燃料通路６から分岐した分岐通路１０を有している。分岐通路１０は、高圧ポンプ１２に接続されている。高圧ポンプ１２は電磁弁１１を内蔵しており、高圧ポンプ１２はこの電磁弁１１を介して分岐通路１０と接続されている。さらに、高圧ポンプ１２には高圧燃料通路１３が接続され、高圧燃料通路１３に設けられた高圧デリバリパイプ１４には筒内噴射弁４が接続されている。すなわち、高圧ポンプ１２によって加圧された燃料は、高圧燃料通路１３を通じて筒内噴射弁４に供給されて同筒内噴射弁４から各気筒３に噴射される。したがって、筒内噴射弁４が第２の噴射弁として機能する。

また、分岐通路１０には逆止弁１５が設けられている。逆止弁１５は、低圧燃料通路６から分岐通路１０へ燃料を流出させる一方、分岐通路１０から低圧燃料通路６への燃料の流入を規制する。

また、分岐通路１０にはパルセーションダンパー１６が設けられている。パルセーションダンパー１６は、ダイアフラム１７によってその内部がばね室１８と受圧室１９とに区画されている。ばね室１８には、ばね２０が設けられ、このばね２０によってダイアフラム１７は図１の下方に付勢されている。また、受圧室１９に流入した燃料の圧力によりダイアフラム１７は図１の上方に押圧される。すなわち、この押圧力とばね２０の付勢力とに応じてダイアフラム１７の撓み量が変化し、これによりパルセーションダンパー１６内の受圧室１９の容積が変化することで分岐通路１０内の燃圧の変動を吸収する。

また、分岐通路１０の逆止弁１５よりも下流側の部分には、リリーフ弁として第２のプレッシャレギュレータ２１が設けられている。第２のプレッシャレギュレータ２１は、この部分の燃圧が第１の所定圧よりも高い第２の所定圧以上のときに開弁して、分岐通路１０から燃料タンク７に燃料を排出する。この第２の所定圧は、分岐通路１０に設けられたパルセーションダンパー１６等の構成部品の耐久圧力よりも低い圧力に設定されている。

次に、図２を参照して高圧ポンプ１２の構成について説明する。
図２に示すように、高圧ポンプ１２は、分岐通路１０との接続部に電磁弁１１を有している。また、そのシリンダ２２には上下動可能にプランジャ２３が収容されている。プランジャ２３の基端にはリフタ２４が固定されている。リフタ２４はスプリング２５によってプランジャ２３を下降させる方向（図２の下方）に付勢されている。また、リフタ２４は吸気カムシャフト２６に固定された駆動カム２７に当接している。駆動カム２７はノーズ部２８を有し、駆動カム２７の回転に伴ってこのノーズ部２８がリフタ２４をスプリング２５の付勢力に抗して押し上げることによりプランジャ２３を上昇させる。一方、ノーズ部２８がリフタ２４を押し上げた後はスプリング２５の付勢力によってリフタ２４が押し下げられ、プランジャ２３が下降する。このように、プランジャ２３は駆動カム２７の回転に伴いシリンダ２２内で周期的に上下動する。

また、プランジャ２３の先端とシリンダ２２の内壁とによって区画された加圧室２９には、高圧燃料通路１３の一部を構成する吐出通路３０が接続されている。吐出通路３０には、加圧室２９から高圧燃料通路１３に燃料を吐出させる一方、高圧燃料通路１３から高圧ポンプ１２への燃料の逆流を規制する吐出弁３１が設けられている。また、高圧燃料通路１３には、吐出弁３１の上流側の部分と下流側の部分とに接続する、すなわち吐出弁３１を迂回して高圧燃料通路１３と吐出通路３０とを接続するバイパス通路３２が設けられている。バイパス通路３２には、高圧燃料通路１３から加圧室２９に燃料を還流させる一方、高圧ポンプ１２から高圧燃料通路１３への燃料の流出を規制するバイパス弁３３が設けられている。バイパス弁３３は、機関運転中は閉弁状態に維持され同バイパス通路３２を遮断する一方、機関停止後のデッドソーク時などに開弁し、高圧燃料通路１３から高圧ポンプ１２に燃料を還流させる。

また、図１に示すように、内燃機関の燃料噴射装置には、制御装置３４が設けられている。制御装置３４には、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ３５、内燃機関の各気筒３に吸入される吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ３６、及び運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ３７から検出信号が入力される。また、排気の空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ３８、及び高圧デリバリパイプ１４内の燃圧を検出する燃圧センサ３９からも検出信号が入力される。制御装置３４はこれら各種センサの検出信号に基づいて種々の制御を実行する。例えば、機関回転速度ＮＥ及びアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいてスロットルバルブを制御し、これにより吸入空気量ＧＡを調量する。また、吸入空気量ＧＡ及び空燃比ＡＦに基づいて燃料噴射量を設定し、各噴射弁２，４から噴射される燃料量を調量する。なお、ポート噴射弁２及び筒内噴射弁４から噴射される燃料量の割合は、機関回転速度ＮＥと機関負荷率ＫＬとに基づいて設定する。こうした制御により機関運転状態に応じた燃料噴射態様を設定する。また、制御装置３４は、筒内噴射弁４から噴射する燃料の量や高圧デリバリパイプ１４内の燃圧に応じて高圧ポンプ１２の電磁弁１１を制御することにより、高圧ポンプ１２から高圧燃料通路１３に圧送される燃料の量を調量する。

次に、機関運転時における高圧ポンプ１２の動作態様について説明する。
図２（ａ）に示すように、プランジャ２３が下降するときに電磁弁１１を開弁させると、分岐通路１０から高圧ポンプ１２の加圧室２９に燃料が吸引される。そして、図２（ｂ）に示すように、燃料が高圧ポンプ１２に吸引された状態で電磁弁１１を閉弁させることで、プランジャ２３が上昇する際に加圧室２９内の燃料が加圧される。そして、加圧室２９内の燃圧が吐出弁３１の開弁圧よりも高くなると吐出弁３１が開弁して燃料が高圧燃料通路１３に吐出される。このように制御装置３４によって電磁弁１１が開閉制御されることにより、高圧ポンプ１２から高圧燃料通路１３に燃料が供給される。なお、その供給量は、電磁弁１１の開閉タイミングに応じて変更することができる。例えば、プランジャ２３の上昇時における電磁弁１１の閉弁タイミングを遅らせれば、加圧室２９から分岐通路１０に燃料が吐き出され、高圧燃料通路１３に供給される燃料の量が減少する。また、プランジャ２３の下降時における電磁弁１１の開弁タイミングを遅らせれば、分岐通路１０から高圧ポンプ１２に吸引される燃料の量が減少し、高圧燃料通路１３に供給される燃料の量が減少する。なお、こうした高圧ポンプ１２の駆動により、分岐通路１０から高圧ポンプ１２への燃料の吸引や、高圧ポンプ１２から分岐通路１０への燃料の吐き出しが繰り返し実行されるため、分岐通路１０内には燃料圧力の脈動が発生する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、分岐通路１０に設けられた逆止弁１５により、高圧ポンプ１２から低圧燃料通路６への燃料の流入が規制される。これにより、高圧ポンプ１２の駆動に起因して分岐通路１０に燃料圧力の脈動が発生したとしても、同脈動が低圧燃料通路６に伝達されない。

ここで、こうして分岐通路１０に逆止弁１５を設け、高圧ポンプ１２から低圧燃料通路６への燃料の流入を規制すると、高圧ポンプ１２の駆動によって生じた圧力脈動の逃げ場がなくなる。このため、パルセーションダンパー１６を備えていても圧力脈動を十分に抑制することができず、分岐通路１０内に大きな圧力が繰り返しかかることになる。このため、パルセーションダンパー１６等の構成部品の耐久性が低下するおそれがある。

この点、本実実施形態では、分岐通路１０内の燃圧が上記構成部品の耐久圧力よりも低い第２の所定圧以上となった場合に第２のプレッシャレギュレータ２１が開弁される。このため、圧力脈動によって分岐通路１０内の燃圧が過大となることが抑制される。

また、低圧燃料通路６に設けられた第１のプレッシャレギュレータ９の開弁圧と分岐通路１０に設けられた第２のプレッシャレギュレータ２１の開弁圧とが同じである場合には、低圧燃料通路６の上限圧力に達すると、第１のプレッシャレギュレータ９に加えて第２のプレッシャレギュレータ２１も開弁するようになる。このため、高圧ポンプ１２に燃料を供給している間も燃料が第２のプレッシャレギュレータ２１から排出され続けることとなる。したがって、機関運転条件によって筒内噴射弁４から多量の燃料を噴射する場合には、低圧ポンプ８の駆動量を増大したり、低圧ポンプ８自体を大型化したりする等して分岐通路１０に十分な量の燃料を供給する必要がある。

これに対し、本実施形態では、第１のプレッシャレギュレータ９の開弁圧よりも第２のプレッシャレギュレータ２１の開弁圧を高くしているため、低圧燃料通路６から分岐通路１０に流入した燃料はその圧力が第２の所定圧以上になるまで排出されない。その結果、分岐通路１０から高圧ポンプ１２に供給される燃料の量が増大する。

また、機関停止後のデッドソーク時等、高圧燃料通路１３内の燃圧が過度に上昇したときには、バイパス通路３２に設けられたバイパス弁３３が開弁し、バイパス通路３２を通じて高圧燃料通路１３から高圧ポンプ１２へ燃料が還流する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）分岐通路１０に逆止弁１５が設けられており、高圧ポンプ１２から低圧燃料通路６への燃料の流入が規制されるため、高圧ポンプ１２の駆動に起因した圧力脈動が低圧燃料通路６に伝達することを抑制できる。

（２）圧力脈動によって分岐通路１０内の燃圧が第２の所定圧以上となった場合には第２のプレッシャレギュレータ２１が開弁するため、燃料が分岐通路１０から排出されて同通路１０内の燃圧が過大となることを抑制できる。

（３）第１のプレッシャレギュレータ９の開弁圧よりも、第２のプレッシャレギュレータ２１の開弁圧を高くしているため、低圧ポンプ８の駆動量を増大させたり、低圧ポンプ８自体を大型化させたりすることなく筒内噴射弁４に十分な量の燃料を供給することができる。

（４）高圧燃料通路１３にバイパス通路３２を設け、同バイパス通路３２にバイパス弁３３を備えるようにしているため、高圧燃料通路１３内の燃圧が過度に上昇したときに筒内噴射弁４から燃料が漏出することを抑制できる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、高圧ポンプ１２の上流側にパルセーションダンパー１６を備えた例を示したが、こうした構成を省略してもよい。こうした構成によっても上記（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。

・上記各実施形態では、高圧ポンプ１２にバイパス通路３２を設けた構成を例示したが、この構成を省略して、高圧デリバリパイプ１４に同デリバリパイプ１４から燃料タンク７に燃料を排出するリリーフ通路を別途設けるようにしてもよい。そして、こうした場合には、リリーフ通路にバイパス弁３３と同様の構成のリリーフ弁を設ければよい。こうした構成によっても上記（１）〜（３）と同様の効果を得ることができる。

１…吸気通路、２…ポート噴射弁（第１の噴射弁）、３…気筒、４…筒内噴射弁（第２の噴射弁）、５…低圧デリバリパイプ、６…低圧燃料通路、７…燃料タンク、８…低圧ポンプ、９…第１のプレッシャレギュレータ、１０…分岐通路、１１…電磁弁、１２…高圧ポンプ、１３…高圧燃料通路、１４…高圧デリバリパイプ、１５…逆止弁、１６…パルセーションダンパー、１７…ダイアフラム、１８…ばね室、１９…受圧室、２０…ばね、２１…第２のプレッシャレギュレータ、２２…シリンダ、２３…プランジャ、２４…リフタ、２５…スプリング、２６…吸気カムシャフト、２７…駆動カム、２８…ノーズ部、２９…加圧室、３０…吐出通路、３１…吐出弁、３２…バイパス通路、３３…バイパス弁、３４…制御装置、３５…回転速度センサ、３６…エアフロメータ、３７…アクセルポジションセンサ、３８…空燃比センサ、３９…燃圧センサ。

Claims (3)

1. 低圧燃料通路から燃料を噴射する第１の噴射弁と、
   前記低圧燃料通路に設けられて同低圧燃料通路内の燃圧が第１の所定圧以上のときに開弁するプレッシャレギュレータと、
   前記低圧燃料通路から分岐した分岐通路と、
   前記分岐通路に電磁弁を介して接続され、プランジャの上下動に伴い前記電磁弁を開閉することにより、前記低圧燃料通路から供給される燃料を加圧する高圧ポンプと、
   前記高圧ポンプにより加圧された燃料を噴射する第２の噴射弁と、
   前記高圧ポンプに接続され、前記高圧ポンプによって加圧された燃料を前記第２の噴射弁に供給する高圧燃料通路と、
   前記分岐通路に設けられて同分岐通路から前記低圧燃料通路への燃料の流入を規制する逆止弁と、
   前記分岐通路の前記逆止弁よりも下流側の部分に設けられ、同部分の燃圧が前記第１の所定圧よりも高い第２の所定圧以上のときに開弁するリリーフ弁と、を有する内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記高圧燃料通路は、同高圧燃料通路から前記高圧ポンプへの燃料の逆流を規制する吐出弁と、同吐出弁の上流側の部分と下流側の部分とに接続するバイパス通路とを有し、
   前記バイパス通路には、前記高圧ポンプから前記高圧燃料通路への燃料の流出を規制するバイパス弁が設けられてなる
   請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記第１の噴射弁は、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁であり、
   前記第２の噴射弁は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射弁である
   請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。