JP2015129459A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気管噴射と筒内噴射を備えた内燃機関の燃料供給装置において、高圧燃料デリバリパイプに必要とされるリリーフ弁を備えた長いリターン配管を不要とする。
【解決手段】 この内燃機関の燃料供給装置は、吸気管内に燃料を噴射する低圧燃料供給系２０と、この低圧燃料供給系から分岐されて気筒内に燃料を噴射する高圧燃料供給系３０とを備えている。低圧燃料供給管路２１の低圧ポンプ２２と高圧燃料供給管路３１への分岐部２１ｃとの間に圧力ダンパ２４を設けることにより、低圧燃料供給系により構成される圧力振動系Ｓ内に生じる各共振モードのうち２次共振モードの定在波の、分岐部付近にあった腹の位置を圧力ダンパの位置付近に移動させる。高圧燃料供給管路への分岐部は、２次共振モードの定在波の圧力ダンパと低圧燃料デリバリパイプの間に生じる節付近に位置させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置、特に吸気通路内に燃料を噴射する低圧燃料供給系と気筒内に燃料を噴射する高圧燃料供給系とを備えた内燃機関の燃料供給装置に関する。

自動車用の燃料噴射式内燃機関には、吸気通路内噴射式のものと気筒内噴射式のものとがある。気筒内噴射式のものは運転(走行)状態に応じて最適な量の燃料を最適なタイミングで内燃機関に供給できるので、出力及び燃料消費率を向上させることができる。一方、吸気通路内噴射式のものはアイドリングを含む低速回転運転領域において混合気を均質化させて安定した作動状態を得ることができる。そこで通常よく使用する運転状態では、アイドリングを含む低速回転運転領域以外では内燃機関の運転を主として気筒内噴射により行い、低速回転運転領域では主として吸気通路内噴射により行うようにした形式の内燃機関の燃料供給装置、例えば特許４１３５０２４号がある。

この特許４１３５０２４号の技術では、電動式の低圧ポンプ(例えばウエスコポンプ)７により燃料タンク６内から吸入されて加圧された燃料はレギュレータ７ａにより所定の低圧となるように制御され、低圧通路８ａを介して吸気通路内噴射用の燃料分配配管３ｅに供給されて、吸気通路内用インジェクタ３ａ〜３ｄの制御された開閉により吸気通路内に噴射される。一方、低圧通路８ａから分岐されて気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅに連通される分岐通路１０ａの途中には内燃機関により駆動されるプランジャ式の高圧ポンプ９を設け、低圧通路８ａ内の燃料を所定の高圧まで加圧して気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅに供給され、気筒内用インジェクタ４ａ〜４ｄの制御された開閉により気筒内に噴射するようにしている。

内燃機関１回転当たりに必要とする燃料の最適量は運転状態に応じて変動するのに対し、気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅに燃料を供給するプランジャ式の高圧ポンプ９は内燃機関１回転当たりの吐出量が一定であるので、気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅ内の燃料圧力は変動する。従って内燃機関の運転状態に応じてインジェクタ４ａ〜４ｄの開閉のタイミングを制御するだけでは、運転状態に応じた最適量の燃料を内燃機関に供給することはできない。そこで特許４１３５０２４号では、内燃機関１回転当たりの高圧ポンプ９の吐出量を内燃機関が必要とする最適量の最大値を多少越える値とするとともに、気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅをリリーフ弁１０ｆを設けたリリース通路１０ｃを介して燃料タンク６に連通している。噴射されない余剰の燃料により燃料分配配管４ｅ内の圧力が上記の所定の高圧を越えようとすれば余剰の燃料はこのリリース通路１０ｃから燃料タンク６内に戻されて燃料分配配管４ｅ内の燃料は常に所定の高圧に維持され、気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅ内の燃料圧力が変動しないようにしている。

しかしながら、通常の自動車では燃料タンクは車体後部に設けられ、内燃機関は車体前部に設けられており、気筒内噴射用の燃料分配配管４ｅを含む内燃機関部と燃料タンクの間の距離が大きいので、上述した技術では長いリリース通路(リターン配管)１０ｃが必要となり、コスト増大の一因となっていた。

特許４１３５０２４号公報（段落〔００１５〕〜〔００１９〕、図１、図２）。

このような問題を解決する方法としては、模式的に図４に示すような比較例が考えられる。この比較例では、内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する低圧燃料供給系１は、低圧燃料供給管路２と、圧力レギュレータ３ａを備えた電動式の低圧ポンプ３と、４個の低圧燃料噴射弁６を備えた低圧燃料デリバリパイプ５により構成されている。一方、気筒内に燃料を噴射する高圧燃料供給系１０は、低圧燃料供給管路２の分岐部２ａから分岐された高圧燃料供給管路１１と、この高圧燃料供給管路１１の先端に連結されて４個の高圧燃料噴射弁１７を備えた高圧燃料デリバリパイプ１６と、高圧燃料供給管路１１の途中に設けられ低圧燃料供給管路２内の燃料を吸入しそれよりも高い所定の高圧として高圧燃料デリバリパイプ１６に供給するプランジャ式の高圧ポンプ１３とから構成されている。低圧及び高圧燃料デリバリパイプ５及び１６には、それぞれ低燃料圧センサ７及び高燃料圧センサ１８が設けられている。

高圧ポンプ１３のハウジング１３Ａ内にはシリンダ１３ｂとその先端に連結された圧力室１３ａが形成され、シリンダ１３ｂに軸線方向摺動自在に嵌合されてスプリング（図示省略）により圧力室１３ａと反対向きに付勢されたプランジャ１３ｃは、リフタ１９ａを介して内燃機関のカム軸に形成されたカム１９により押圧され、これによりプランジャ１３ｃは内燃機関の作動に応じて往復動されて高圧ポンプ１３は作動される。圧力室１３ａに設けられた吸入口１３ｄを開閉する吸入弁は、スプリング１３ｆにより開方向に付勢され、電磁ソレノイド１３ｇにより開閉が制御されるノーマルオープン式の電磁スピル弁１３ｅであるが、スプリングにより閉向に付勢され、電磁ソレノイドにより開閉が制御されるノーマルクローズ式のものでもよい。

低圧燃料供給管路２の分岐部２ａと高圧ポンプ１３の吸入口１３ｄとを連結する高圧燃料供給管路１１の第１部分１１ａの高圧ポンプ１３内に位置する部分には、後述するように高圧ポンプ１３から逆流する燃料による周期的圧力変動を緩和するための内蔵圧力ダンパ１２が設けられ、その内部には圧力変動に対する容積変化率を増大させるために薄い板金からなる最中状の中空部材１２ａが設けられている。この内蔵圧力ダンパ１２は、この例では高圧ポンプ１３のハウジング１３Ａ内に設けているが、ハウジング１３Ａの外部となる高圧燃料供給管路１１に設けてもよい。高圧ポンプ１３の圧力室１３ａを高圧燃料デリバリパイプ１６に連結する高圧燃料供給管路１１の第２部分１１ｂの途中には高圧ポンプ１３の吐出チェック弁１４が設けられている。高圧燃料デリバリパイプ１６の近くに設けたオリフィス１１ｄは、第２部分１１ｂと高圧燃料デリバリパイプ１６とからなる圧力振動系内に共振が生じた際に、その振動を抑制するためのものである。

例えば吸気通路内噴射量の比率が大きく気筒内噴射量の比率が０または小となるアイドリングを含む低速回転運転領域では、通常はプランジャ１３ｃの１ストローク当たりの最適燃料供給量は減少するので、電磁スピル弁１３ｅを設けた高圧ポンプ１３の吸入口１３ｄから低圧燃料供給系１の第１部分１１ａ側に戻される燃料の周期的逆流が増大して低圧燃料供給系１により構成される圧力振動系Ｓ１内の圧力変動の振幅は増大される。このためこの運転領域における主な燃料供給源である低圧燃料デリバリパイプ５内の圧力の変動が大きくなる。このため低圧燃料噴射弁６ａ，６ｂから吸気通路内に噴射される燃料供給量が最適値からずれ、また配管振動による異音が生じるという問題が生じる。

図４に示す比較例では、内燃機関１回転当たり高圧ポンプ１３の吐出チェック弁１４から高圧燃料デリバリパイプ１６側に吐出される燃料の量が必要な最適量となるように、プランジャ１３ｃが圧縮行程のときの電磁スピル弁１３ｅの開閉タイミングを電磁ソレノイド１３ｇを介して制御装置により制御し、これにより余剰の燃料が高圧デリバリパイプ内に供給されないようにして、高圧燃料デリバリパイプ１６内の燃料が所定の高圧に維持されるようにしている。このようにすれば、特許４１３５０２４号におけるリリーフ弁を設けたリターン配管を省略しても、気筒への噴射量が最適値となるように制御することができる。それでも高圧燃料デリバリパイプ１６内の燃料圧力が所定の値を越えた場合には、プランジャ１３ｃの吸入行程のときに、高圧燃料デリバリパイプ１６内の燃料を、吐出チェック弁１４と並列に第２部分１１ｂに形成したバイパス管路１１ｃに設けたリリーフ弁１５を介して圧力室１３ａ側に逃がして、高圧燃料デリバリパイプ１６内の燃料圧力が所定の値に維持されるように制御している。

この比較例において、低圧及び高圧燃料供給系１，１０のうち、分岐部２ａから先となる低圧燃料供給管路２及び、分岐部２ａと高圧ポンプ１３の間となる高圧燃料供給管路１１の第１部分１１ａ（図４において符号Ｌ３で示す範囲）と、これに連結される各要素（低圧燃料デリバリパイプ５及び内蔵圧力ダンパ１２）により構成される圧力振動系Ｓ１は、符号Ｌ３で示す範囲の長さ、その範囲にある低圧・高圧燃料供給管路２，１１及び前述した各要素５，１２の体積弾性係数及び容積、燃料の比重及び体積弾性係数等により定まる一連の共振周波数の共振モード（周波数が低い方から順に１次、２次、３次・・・の共振モードという）を有している。

この圧力振動系Ｓ１の高圧ポンプ１３側となる一端には、高圧ポンプ１３のプランジャ１３ｃの圧縮行程で電磁スピル弁１３ｅが開いている間に吸入口１３ｄから戻される燃料の周期的逆流により、周期的圧力変動が与えられる。内燃機関の回転速度に比例するこの圧力変動の周期が圧力振動系Ｓ１の各共振周波数のいずれかと一致すれば、圧力振動系Ｓ１内にその共振モードの燃料圧力の定在波(圧力振動系Ｓ１の両端が振動の腹になる)が生じる。この圧力振動系Ｓ１内の各部の圧力振動の最大振幅は、一般的に共振モードとなって定在波が生じた状態で極大となり、その値は与えられる周期的圧力変動の振幅が大きければ大となり、また共振モードの次数が低いほど大となる傾向がある。なお上記例のように圧力振動系の一端に限らず、圧力振動系の中間部に周期的圧力変動を与えた場合も定在波は生じるが、それにより生じる定在波の圧力振動の振幅は、定在波の腹となる位置に圧力変動が与えられた場合に大となり、定在波の節となる位置に圧力変動が与えられた場合に小となる。低圧燃料供給管路２の分岐部２ａ付近に設けたオリフィス４は１次共振モードの定在波の圧力変動の振幅を抑制するためのものであり、その位置は圧力振動系Ｓ１内に１次共振モードの定在波が生じた場合に節となる位置（燃料の流速の変動の振幅が最大となる位置）付近である。

図４に示す比較例では、上述のように、アイドリングを含む低速回転運転領域において共振が発生し、低圧燃料噴射弁６ａ，６ｂから吸気通路に噴射される燃料供給量が最適値からずれて安定した作動状態が得られなくなり、また配管振動が生じるなどのおそれがある。これを避けるには、この運転領域において、内燃機関が前述した圧力振動系Ｓ１の各共振モード、特に圧力変動の振幅が大きい１次共振モードで作動することを避ける必要がある。それにはＬ３の長さを大にして、圧力振動系Ｓ１の１次モードの共振周波数が内燃機関のアイドリング回転速度に対応する周波数より低くなるようにすればよいが、そのためには図４に示すように高圧燃料供給管路の長さを大にする必要がある。しかしそのようにすると、低圧燃料供給管路２と高圧燃料供給管路１１の間の分岐部２ａの位置が燃料タンク８に近づいて高圧燃料供給管路１１の第１部分１１ａが長くなるので、前述した長いリターン配管を省略した意味がなくなるという問題がある。本発明はこのような各問題を解決することを目的とする。

このために、本発明による内燃機関の燃料供給装置は、
内燃機関に設けられて同内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する低圧燃料噴射弁を備えた低圧燃料デリバリパイプと、この低圧燃料デリバリパイプに先端が連結された低圧燃料供給管路と、この低圧燃料供給管路の基端に連結され燃料タンク内の燃料を吸入し所定の低圧として低圧燃料デリバリパイプ内に供給する圧力レギュレータを備えた低圧ポンプとからなる低圧燃料供給系と、
内燃機関に設けられて同内燃機関の気筒内に燃料を噴射する高圧燃料噴射弁を備えた高圧燃料デリバリパイプと、低圧燃料供給管路の途中に設けた分岐部から分岐されて先端が高圧燃料デリバリパイプに連結された高圧燃料供給管路と、この高圧燃料供給管路に設けられ低圧燃料供給管路内から吸入した低圧の燃料を所定の高圧に加圧して高圧燃料デリバリパイプ内に供給する高圧ポンプとからなり、この高圧ポンプは内燃機関により駆動されるプランジャ式のものとし、その吸入弁は開閉タイミングを制御できる電磁スピル弁として高圧燃料デリバリパイプ内の圧力が所定の高圧となるように制御した高圧燃料供給系と
を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
低圧燃料供給管路の低圧ポンプと高圧燃料供給管路への分岐部との間に圧力変動に対する容積変化率が大きい圧力ダンパを設けることにより、低圧燃料供給系により構成される圧力振動系内に生じる各共振モードのうち２次共振モードの定在波の分岐部付近にあった腹の位置を圧力ダンパの位置付近に移動させ、
低圧燃料供給管路から高圧燃料供給系への分岐部は、この２次共振モードの定在波の圧力ダンパと低圧燃料デリバリパイプの間に生じる節付近に位置させたことを特徴とするものである。

前項に記載の内燃機関の燃料供給装置は自動車の車体に搭載するものとし、内燃機関及びこれに設けられる各燃料デリバリパイプ及び高圧ポンプは自動車の車体の前部に搭載し、低圧ポンプ及び燃料タンクは自動車の車体の後部に搭載することが好ましい。

前２項に記載の内燃機関の燃料供給装置において、高圧燃料供給管路への分岐部と低圧燃料デリバリパイプの間となる低圧燃料供給管路には、低圧燃料供給系内に生じる各共振モードのうち３次共振モードの定在波の節となる位置付近にオリフィスを設けることが好ましい。

前項に記載の内燃機関の燃料供給装置において、低圧燃料デリバリパイプと圧力ダンパの間の距離に対する低圧燃料デリバリパイプと分岐部の間の距離の比は０．５以下とすることが好ましい。

前述のように、ある圧力振動系の一部に共振周波数の圧力変動を与えた場合、それにより生じる定在波の圧力振動の振幅は、定在波の腹となる位置に圧力変動を与えたときに大きくなり、定在波の節となる位置に圧力変動を与えたときに小さくなる。また定在波の腹は、圧力変動に対する容積変化率の大きい構成品の位置付近となる傾向がある。請求項１に記載の発明によれば、低圧燃料供給管路の途中に設けた分岐部から分岐された高圧燃料供給管路に高圧ポンプを設けたので、高圧ポンプから逆流する周期的な圧力変動は低圧燃料供給管路の１次共振モードの腹となる低圧燃料デリバリパイプの先端部から離れた位置に加えられることになり、１次共振モードによる圧力変動は小さくなる。また低圧燃料供給管路の低圧ポンプと高圧燃料供給管路への分岐部との間に圧力変動に対する容積変化率が大きい圧力ダンパを設けることにより、低圧燃料供給系により構成される圧力振動系内に生じる各共振モードのうち２次共振モードの定在波の分岐部付近にあった腹の位置を圧力ダンパの位置付近に移動させ、低圧燃料供給管路から高圧燃料供給系への分岐部は、この２次共振モードの定在波の圧力ダンパと低圧燃料デリバリパイプの間に生じる節付近に位置させたので、高圧ポンプの吸入口から逆流される燃料による圧力変動に起因して、低圧燃料デリバリパイプを含む低圧燃料供給系内に生じる２次振動モードの圧力変動も減少される。これにより低圧燃料噴射弁から吸気通路に噴射される燃料供給量が最適値からずれ、また配管振動による異音が生じるなどの問題は減少する。

前項に記載の内燃機関の燃料供給装置は自動車の車体に搭載するものとし、内燃機関及びこれに設けられる各燃料デリバリパイプ及び高圧ポンプは自動車の車体の前部に搭載し、低圧ポンプ及び燃料タンクは自動車の車体の後部に搭載するようにした請求項２の発明によれば、圧力変動を低減をしつつリターン配管を廃止した簡潔な燃料配管構成を実現できる。

前２項に記載の内燃機関の燃料供給装置において、高圧燃料供給管路への分岐部と低圧燃料デリバリパイプの間となる低圧燃料供給管路には、低圧燃料供給系内に生じる各共振モードのうち３次共振モードの定在波の節となる位置付近にオリフィスを設けた請求項３の発明によれば、高圧ポンプの吸入口から逆流される燃料に起因して低圧燃料デリバリパイプを含む低圧燃料供給系内に生じる３次共振モードの定在波の振幅は、３次共振モードの定在波の節となる位置に設けられたオリフィスにより与えられる流体摩擦により減少される。これにより、低圧燃料デリバリパイプ内の圧力に及ぼす影響も減少するので、このようなオリフィスを備えていないものに比して、低圧燃料噴射弁から吸気通路に噴射される燃料供給量が最適値からずれ、また配管振動による異音が生じるなどの問題は一層減少する。

前項に記載の内燃機関の燃料供給装置において、低圧燃料デリバリパイプと圧力ダンパの間の距離に対する低圧燃料デリバリパイプと分岐部の間の距離の比は０．５以下とした請求項４の発明によれば、３次共振モードの定在波の節となる位置に設けられたオリフィスにより与えられる流体摩擦が増大するので、３次共振モードの定在波の振幅を減少させる効果を高めることができる。

本発明による内燃機関の燃料供給装置の一実施形態の全体構成を示す図である。 図１に示す実施形態の全体的作動を説明する図である。 図１に示す実施形態の３次共振モードにおける圧力ダンパと低圧燃料デリバリパイプの間となる低圧燃料供給管路に設けたオリフィスの作用を説明する図である。 本発明に対する比較例の図１に対応する全体構成を示す図である。

以下に、添付図面により、本発明による内燃機関の燃料供給装置の一実施形態の説明をする。

この実施形態の内燃機関の燃料供給装置は自動車に適用されるもので、図１に示すように、低圧燃料供給系２０と、それよりも最大燃料供給流量が多い高圧燃料供給系３０により構成されている。

低圧燃料供給系２０は、低圧燃料デリバリパイプ２５と、圧力レギュレータ２２ａを備えた低圧ポンプ２２と、この両部材２２，２５を連結する鋼管などよりなる金属パイプ製の低圧燃料供給管路２１と、この低圧燃料供給管路２１の第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂの間に設けられた圧力ダンパ２４と、圧力ダンパ２４と低圧燃料デリバリパイプ２５を連結する第２部分２１ｂの中間部に設けられた内蔵圧力ダンパ３２よりなり、１つの圧力振動系Ｓを構成している。

低圧ポンプ２２はバッテリにより駆動されるウエスコポンプで、燃料タンク２８内の燃料Ｆを吸入し圧力レギュレータ２２ａから余分の燃料を燃料タンク２８内に戻して吐出量にかかわらず所定の低圧（例えば３気圧）として低圧燃料デリバリパイプ２５に供給するものである。圧力ダンパ２４は低圧燃料供給系２０の共振特性を変えるためのもので、その内部には圧力変動に対する容積変化率を増大させるために薄い板金からなる最中状の中空部材２４ａが設けられている。内蔵圧力ダンパ３２内にも同様な中空部材３２ａが設けられている。

この実施形態の内燃機関は直列４気筒内燃機関であり、その頭部に取り付けられた低圧燃料デリバリパイプ２５は低圧燃料供給管路２１の第２部分２１ｂの先端に連結され、低圧燃料デリバリパイプ２５には内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する４個の低圧燃料噴射弁２６が設けられている。低圧燃料デリバリパイプ２５にはその内部の圧力を検出する低燃料圧センサ２７が設けられている。低圧燃料供給管路２１の第２部分２１ｂの内蔵圧力ダンパ３２より後側となる一部に設けたオリフィス２３は、後述のように圧力振動系Ｓ内に生じる第３次の定在波の振幅を減衰させるためのものである。

また高圧燃料供給系３０は、低圧燃料デリバリパイプ２５と同様な内燃機関の頭部に取り付けられた高圧燃料デリバリパイプ３６と、この高圧燃料デリバリパイプ３６を低圧燃料供給管路２１の第２部分２１ｂの途中（この実施形態では内蔵圧力ダンパ３２の後端部付近）に位置する分岐部２１ｃに接続する鋼管などよりなる高圧燃料供給管路３１と、この高圧燃料供給管路３１の中間部（第１部分３１ａと第２部分３１ｂの間）に設けられ、低圧燃料供給管路２１内から吸入した低圧の燃料を所定の高圧（例えば１５０気圧）まで加圧して高圧燃料デリバリパイプ３６内に供給する高圧ポンプ３３とにより構成されている。高圧燃料デリバリパイプ３６には内燃機関の気筒内に燃料を噴射する４個の高圧燃料噴射弁３７が設けられている。高圧燃料供給管路３１の第２部分３１ｂには吐出チェック弁３４が設けられ、この吐出チェック弁３４と並列に設けられたバイパス管路３１ｄにはリリーフ弁３５が設けられている。

高圧ポンプ３３は先に述べた比較例と同様、圧力室３３ａ、シリンダ３３ｂ、プランジャ３３ｃ、吸入口３３ｄ、電磁スピル弁３３ｅ、スプリング３３ｆ及び電磁ソレノイド３３ｇよりなるもので、リフタ３９ａを介してカム３９により作動されるものである。高圧ポンプ３３、吐出チェック弁３４、リリーフ弁３５及び第２部分３１ｂに設けたオリフィス３１ｄの構造及び作用は、先に比較例で説明した高圧ポンプ１３等と実質的に同じであるので、詳細な説明は省略する。高圧燃料デリバリパイプ３６にはその内部の圧力を検出する高燃料圧センサ３８が設けられている。この実施形態では、内蔵圧力ダンパ３２及びそれが設けられた低圧燃料供給管路２１の第２部分２１ｂの一部は、高圧ポンプ３３のハウジング３３Ａ内に形成されている。分岐部２１ｃから高圧ポンプ３３の吸入口３３ｄまでとなる高圧燃料供給管路３１の第１部分３１ａの長さはなるべく短いことが好ましいが、上述のようにすればこの第１部分３１ａの長さを短くすることができる。

この実施形態では、低圧燃料デリバリパイプ２５、高圧燃料デリバリパイプ３６及び高圧ポンプ３３が設けられる内燃機関、及び圧力ダンパ２４は自動車の前部に配置され、圧力レギュレータ２２ａを備えた低圧ポンプ２２及び燃料タンク２８は自動車の後部に配置され、圧力ダンパ２４と低圧ポンプ２２を連結する低圧燃料供給管路２１の第１部分２１ａは車体の床下に配置された細長いものである。

次に図２及び図３により本実施形態の作動の説明をする。図２は、上部に本発明の主要な構成を横一直線に配置し、その下側に１次〜３次共振モードの定在波の形状を示したものである。破線は圧力ダンパ２４がない場合の定在波の形状を示し、実線は圧力ダンパ２４がある場合の形状を示している。

図２に示すように、低圧燃料供給系２０により構成される圧力振動系Ｓは、１次〜３次を含むどの共振モードでも、圧力ダンパ２４の有無にかかわらず、図において右側となる圧力レギュレータ２２ａを備えた低圧ポンプ２２側の先端部は、圧力レギュレータ２２ａにより所定の低圧に維持され圧力が変動しないので定在波の節となり、低圧燃料デリバリパイプ２５側の先端部は閉じられて変動する圧力を反射するので定在波の腹となる。

具体的には、低圧燃料供給系２０により構成される圧力振動系Ｓ内に形成される定在波は、１次共振モードでは圧力ダンパ２４の有無にかかわらず低圧燃料デリバリパイプ２５の位置に腹を、低圧ポンプ２２の位置に節をもつ振幅の小さいものとなる。また、２次共振モードでは定在波の腹と節は低圧燃料デリバリパイプ２５と低圧ポンプ２２の各位置に加えて、その間にも腹と節を一つずつ持つものとなり、圧力ダンパ２４が無い場合は振幅が大きいものとなり、圧力ダンパ２４がある場合は振幅が小さいものとなる。分岐部２１ｃは圧力ダンパ２４がある場合の定在波の圧力ダンパ２４と低圧燃料デリバリパイプ２５の間に生じる節付近に設ける。腹の位置は、圧力ダンパ２４が無い場合は分岐部２１ｃの位置付近となり、圧力ダンパ２４がある場合は圧力ダンパ２４の位置付近になる。次に３次共振モードでは、低圧燃料デリバリパイプ２５と低圧ポンプ２２の間の腹と節が２次共振モードよりも更に１つずつ増え、圧力ダンパ２４の有無にかかわらず分岐部２１ｃの位置付近に腹を持ち、圧力ダンパ２４が無い場合は低圧ポンプ２２と分岐部２１ｃの間にもう一つの腹を持つ振幅の大きいものとなり、圧力ダンパ２４がある場合は圧力ダンパ２４の位置付近にもう一つの腹を持ち、分岐部２１ｃと低圧燃料デリバリパイプ２５の間に節を持つ振幅の小さいものとなる。この節の位置付近にオリフィス２３は設けられる。

この実施形態では低圧燃料供給管路２１の第１部分２１aの途中に設けた分岐部２１ｃから分岐された高圧燃料供給管路３１に高圧ポンプ３３を設けたので、高圧ポンプ３３から逆流する周期的な圧力変動は、圧力振動系Ｓの分岐部２１ｃに加えられることになる。

先に比較例の説明で述べたように圧力振動系の一部に共振周波数の圧力変動を加えた場合、発生する定在波の振幅は共振モードの腹となる位置に圧力変動を加えたときに大きくなり、定在波の節となる位置に圧力変動を加えたときに小さくなるが、この実施形態では内燃機関が１次共振モードの周波数に相当する回転数となった場合には、圧力変動が加えられる分岐部２１ｃと共振モードの腹となる低圧燃料デリバリパイプ２５が離れているため、発生する定在波の振幅は小さくなる。

内燃機関が２次共振モードの周波数に相当する回転数となった場合には、圧力ダンパ２４が無い場合は圧力変動が加えられる分岐部２１ｃが共振モードの腹となるため、発生する定在波の振幅は大きくなるが、圧力ダンパ２４がある場合は圧力ダンパ２４が共振モードの腹となり、圧力変動が加えられる分岐部２１ｃは共振モードの節付近に設けられているので発生する定在波の振幅を小さくすることができる。

内燃機関が３次共振モードの周波数に相当する回転数となった場合には、圧力ダンパ２４の有無にかかわらず圧力変動が加えられる分岐部２１ｃが共振モードの腹となるため、そのままでは発生する定在波の振幅が大きくなってしまうが、圧力ダンパ２４に加え、低圧燃料デリバリパイプ２５と分岐部２１ｃの間の共振モードの節となる位置にオリフィス２３が設けられているので、定在波の振幅を小さくすることができる。これは共振モードの節となる位置では流速の変動が最大となるので、オリフィス２３の流体摩擦抵抗による圧力変動の減衰効果が最も大きくなるためである。また、圧力ダンパ２４が共振モードの腹となることで低圧燃料供給管路２１の第１部分２１ａの圧力変動の振幅が小さくなる。なお低圧燃料供給管路２１の第２部分２１ｂを通る吸気管へ噴射される燃料の量は高圧燃料供給管路３１を通る気筒へ噴射される燃料の量より少ないため、オリフィス２３の圧力損失は小さく低圧ポンプ２２に大きな負担がかかることはない。

図３は３次共振モードの場合の、分岐部２１ｃの位置（低圧燃料デリバリパイプ２５と圧力ダンパ２４の間の距離Ｌ１に対する低圧燃料デリバリパイプ２５と分岐部２１ｃの間の距離Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ１で示す）に対する、（ａ）低圧燃料供給系２０の低圧燃料デリバリパイプ２５内、（ｂ）高圧ポンプ３３への吸入口（＝分岐部２１ｃ）の位置および（ｃ）圧力ダンパ２４内における、オリフィス２３が無い場合（破線で示す）と、ある場合（実線で示す）の圧力変動のピークトゥピークの実測値を示すものである。

図３より、オリフィス２３が無い場合は、Ｌ２／Ｌ１が小さいと低圧燃料デリバリパイプ２５の圧力変動が大きく、圧力ダンパ２４では小さい。逆にＬ２／Ｌ１が大きいと低圧燃料デリバリパイプ２５の圧力変動が小さく、圧力ダンパ２４では大きい。また、オリフィス２３がある場合には圧力ダンパ２４の圧力変動には影響が見られないが、低圧燃料デリバリパイプ２５ではＬ２／Ｌ１が小さい場合でも圧力変動が小さく抑えられる。

低圧燃料供給系配管において、低圧燃料デリバリパイプ２５の圧力変動の振幅が大きいと低圧燃料噴射弁２６ａ、２６ｂから吸気通路に噴射される燃料供給量の最適値からのずれが大きくなるという問題があり、また車体の床下に配置された細長い低圧燃料供給管路２１の第１部分２１ａの圧力変動の振幅が大きいと配管振動により異音が発生するという問題がある。これらを解決するには低圧ポンプ２２から低圧燃料デリバリパイプ２５までの低圧燃料供給系２０全体の圧力変動の振幅を小さくすることが必要である。本発明の方法によれば、３次共振モードの定在波の腹の位置は低圧燃料デリバリパイプ２５，分岐部２１ｃ、および圧力ダンパ２４であり、かつオリフィス２３を設置し、Ｌ２／Ｌ１を０．５以下の範囲とすることでこれら共振モードの腹における圧力変動の振幅を小さくすることができ、前記問題を内燃機関の常用回転数の全範囲で解決できる。また、本発明の効果を最大限に発揮するためにはＬ２／Ｌ１は０．２とするのが好ましい。

この実施形態では圧力振動系Ｓの各燃料デリバリパイプ２５，３６及び高圧ポンプ３３が設けられる内燃機関は自動車の車体の前部に搭載し、低圧ポンプ２２が設けられる燃料タンク２８は自動車の車体の後部に搭載している。このようにすることで圧力変動を低減しつつリターン配管を廃止した簡潔な燃料配管構成を実現できる。

以上は直列４気筒内燃機関の場合につき説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、Ｖ型６気筒内燃機関などその他気筒配列の内燃機関にも適用することができる。

２０…低圧燃料供給系、２１…低圧燃料供給管路、２１ｃ…分岐部、２２…低圧ポンプ、２２ａ…圧力レギュレータ、２３…オリフィス、２４…圧力ダンパ、２５…低圧燃料デリバリパイプ、２６…低圧燃料噴射弁、２８…燃料タンク、３０…高圧燃料供給系、３１…高圧燃料供給管路、３３…高圧ポンプ、３３ｅ…電磁スピル弁、３６…高圧燃料デリバリパイプ、３７…高圧燃料噴射弁、Ｓ…圧力振動系。

Claims (4)

1. 内燃機関に設けられて同内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する低圧燃料噴射弁を備えた低圧燃料デリバリパイプと、この低圧燃料デリバリパイプに先端が連結された低圧燃料供給管路と、この低圧燃料供給管路の基端に連結され燃料タンク内の燃料を吸入し所定の低圧として前記低圧燃料デリバリパイプ内に供給する圧力レギュレータを備えた低圧ポンプとからなる低圧燃料供給系と、
   前記内燃機関に設けられて同内燃機関の気筒内に燃料を噴射する高圧燃料噴射弁を備えた高圧燃料デリバリパイプと、前記低圧燃料供給管路の途中に設けた分岐部から分岐されて先端が前記高圧燃料デリバリパイプに連結された高圧燃料供給管路と、この高圧燃料供給管路に設けられ前記低圧燃料供給管路内から吸入した低圧の燃料を所定の高圧に加圧して前記高圧燃料デリバリパイプ内に供給する高圧ポンプとからなり、この高圧ポンプは内燃機関により駆動されるプランジャ式のものとし、その吸入弁は開閉タイミングを制御できる電磁スピル弁として前記高圧燃料デリバリパイプ内の圧力が所定の高圧となるように制御した高圧燃料供給系と
   を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
   前記低圧燃料供給管路の前記低圧ポンプと前記高圧燃料供給管路への分岐部との間に圧力変動に対する容積変化率が大きい圧力ダンパを設けることにより、前記低圧燃料供給系により構成される圧力振動系内に生じる各共振モードのうち２次共振モードの定在波の前記分岐部付近にあった腹の位置を前記圧力ダンパの位置付近に移動させ、
   前記低圧燃料供給管路から前記高圧燃料供給系への前記分岐部は、前記２次共振モードの定在波の前記圧力ダンパと前記低圧燃料デリバリパイプの間に生じる節付近に位置させた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は自動車の車体に搭載するものとし、前記内燃機関及びこれに設けられる前記各燃料デリバリパイプ及び高圧ポンプは前記自動車の車体の前部に搭載し、前記低圧ポンプ及び燃料タンクは前記自動車の車体の後部に搭載したことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
3. 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において、前記高圧燃料供給管路への分岐部と前記低圧燃料デリバリパイプの間となる前記低圧燃料供給管路には、前記低圧燃料供給系内に生じる各共振モードのうち３次共振モードの定在波の節となる位置付近にオリフィスを設けたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記低圧燃料デリバリパイプと前記圧力ダンパの間の距離に対する前記低圧燃料デリバリパイプと前記分岐部の間の距離の比は０．５以下としたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。

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