JP2848316B2

JP2848316B2 - 内燃機関用燃料供給装置

Info

Publication number: JP2848316B2
Application number: JP8043880A
Authority: JP
Inventors: 英幸織田; 信明村上; 弘光安東
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH09236060A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧で燃料噴射を
行え、筒内噴射式内燃機関に用いて好適の、内燃機関用
燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、内燃機関における燃料供給を燃料
噴射弁によって行なうものが増加しているが、このよう
な燃料噴射弁による燃料噴射には、所定の燃料圧力で燃
料噴射弁へ燃料供給を行なう必要があり、特に高圧で燃
料噴射することで、効率より燃焼へ結びつくことがあ
る。

【０００３】例えば、いわゆる筒内噴射式内燃機関或い
は直接噴射式内燃機関（直噴式内燃機関）などと呼ばれ
ている、内燃機関（以下、エンジンという）では、燃料
をシリンダ内で直接噴射するように、燃料噴射弁が設置
されている。このような筒内噴射式内燃機関では、燃料
噴射を自由なタイミングで行なえるので燃費の向上等を
図るべく、エンジンの運転状態に応じて、燃料噴射をエ
ンジンの圧縮行程において行なうこともできる。

【０００４】つまり、筒内噴射式エンジンでは、燃料噴
射は、吸気行程に限定されず、圧縮行程にも行なえる。
したがって、最適なタイミングで燃料噴射を行なうこと
ができる。また、例えばエンジンの圧縮行程において燃
料噴射し燃料を全体的に混合させるのではなく、点火プ
ラグ近傍が部分的に着火し易い空燃比となるようにし
て、全体として極めて空燃比の大きな燃焼運転（超希薄
燃焼運転又はパーシャルリーン燃焼運転）を行なうこと
ができ、燃費の大幅な向上を図りつつ、安定した燃焼を
行なうことができる。

【０００５】したがって、アイドル時や低負荷時等のエ
ンジン回転数が低い時にはエンジンの出力はそれほど必
要とされないため、パーシャルリーン燃焼運転を行なっ
て燃費を向上させ、エンジン負荷が大きくなると（この
場合は、通常エンジン回転数が高くなる）、吸気行程を
中心とした燃料噴射によるリーン燃焼運転やさらに吸気
行程燃料噴射によるストイキオ又はリッチ燃焼運転とし
て要求されるエンジン出力を得られるようにすることが
できる。

【０００６】このように筒内噴射を行なう場合、特に高
い燃料噴射圧力が要求される。また、筒内噴射式エンジ
ンに限らないが、過給機構をそなえた機関では、過給時
には、過給圧に応じた高い燃料噴射圧力が要求されるこ
とになる。そこで、例えば、図６，図７に示す特開平７
−８３１３４号公報（第１従来技術）等には、十分に高
い（例えば数十気圧程度）燃料噴射圧力が得られるよう
にした燃料供給装置が提案されている。

【０００７】図６，図７において、１は燃料噴射弁（イ
ンジェクタ）、２は燃料タンク、３は燃料通路であり、
４は燃料通路３の燃料タンク２側の上流部に設けられた
低圧燃料ポンプ、５は低圧燃料ポンプと燃料噴射弁１と
の間に設けられた高圧燃料ポンプである。また、６は燃
料通路の入口部分に設けられた燃料フィルタ、７，１２
は逆止弁、８は低圧制御手段としての低圧制御弁、９は
電磁切換弁（燃圧切換弁）、１０は燃料圧力保持機構、
１４は高圧制御手段としての高圧制御弁である。また、
２１はシリンダ、２２はピストン、２３は燃焼室、２４
はシリンダヘッド、２５は吸気通路、２６は点火プラ
グ、２７は排気通路である。

【０００８】また、燃料通路３は、燃料タンク２からイ
ンジェクタ１へ燃料を送給する送給路３Ａと、インジェ
クタ１で噴射されなかった燃料を燃料タンク２に戻す返
送路３Ｂとから構成されている。また、インジェクタ１
は、デリバリパイプ１Ａを通じて燃料を供給されるが、
ここでは、デリバリパイプ１Ａ自体も燃料通路３の一部
と考える。

【０００９】低圧燃料ポンプ４は、燃料通路３の送給路
３Ａの上流部の燃料タンク２内に設けられた電動式フィ
ードポンプであり、エンジンの始動とともに起動して、
エンジンの停止時には停止するが、エンジンの回転速度
に依存することなく所定の吐出圧を発生でき、燃料を大
気圧の状態から数気圧程度まで加圧する。高圧燃料ポン
プ５は、この低圧燃料ポンプ４から吐出された燃料を数
十気圧程度まで加圧するもので、低圧燃料ポンプ４から
高圧燃料ポンプ５までの送給路３Ａの途中に介装された
逆止弁７により低圧燃料ポンプ４から吐出圧が維持され
る。

【００１０】この高圧燃料ポンプ５には、機関駆動式ポ
ンプ（以下、エンジン駆動ポンプという）が用いられて
おり、当然ながら、エンジンの作動と直接連動して作動
し、エンジンの回転速度に応じて吐出圧を発生する。ま
た、燃料通路３の送給路３Ａと返送路３Ｂとの間に、低
圧燃料ポンプ４からの吐出圧を設定圧（例えば０．３３
ＭＰａ）に調整する低圧レギュレータ８が設けられてい
る。

【００１１】インジェクタ１の下流部分には電磁切換弁
９が設けられ、この電磁切換弁９はエンジンの始動時に
開放し、始動時以後は閉鎖する。燃料通路３の返送路３
Ｂの電磁切換弁９の直下流部分には、エンジンの始動直
後、返送路３Ｂが開放していても、低圧制御弁８で制御
される設定圧に近い程度の燃料圧力が得られるようにす
る固定絞り１０が設けられている。

【００１２】そして、燃料を高圧燃料ポンプ５を迂回さ
せてインジェクタ１へ送給できるように、バイパス通路
１１が設けられている。また、このバイパス通路１１に
は、送給路３Ａの上流側から下流側へのみ燃料を通過さ
せる逆止弁１２が設けられている。さらに、インジェク
タ１部分の燃料を、電磁切換弁９を迂回させて燃料タン
ク２側へ排出させることができるように、バイパス通路
１３が設けられ、このバイパス通路１３には、高圧燃料
ポンプ５からの吐出圧を設定圧（例えば、５ＭＰａ）に
調整する高圧レギュレータ１４が設けられている。

【００１３】なお、高圧燃料ポンプ５からの吐出流量は
エンジン回転数が高くなるほど増大するので、高圧レギ
ュレータ１４で圧力調整を行なっても、エンジンが高回
転になるほど燃料圧力がやや上昇する傾向になる。この
ような構成により、燃料タンク２内の燃料は、低圧燃料
ポンプ（フィードポンプ）４から吐出され、下流の低圧
レギュレータ８で所定の低圧値に調圧され、インジェク
タ１に供給され、余った燃料は、燃料タンク２にリター
ンされる。低圧燃料ポンプ４は、始動後速やかに所定圧
（数気圧）の吐出圧状態になるが、エンジン始動直後
は、エンジンの回転も上がらないので、高圧燃料ポンプ
５は、十分な吐出圧が発生しない。

【００１４】このため、エンジン始動直後には、高圧燃
料ポンプ５は、低圧燃料ポンプ４からの吐出圧による燃
料通路３内の燃料流の流通の抵抗になってしまうが、本
装置では、高圧燃料ポンプ５と並列に設けられたバイパ
ス通路１１を通じて、燃料噴射弁１側へ燃料が供給され
るので、燃料噴射弁１からは、低圧制御弁８で調整され
る圧力程度の燃料圧力で燃料噴射を行なえる。

【００１５】そして、エンジンの回転上昇とともに、高
圧燃料ポンプ５の吐出流量が増加していき、高圧燃料ポ
ンプ５の吐出圧も滑らかに上昇して、所定の時間が経過
すると、コントローラが、電磁切換弁９を閉鎖し、燃料
噴射弁１を高圧モード（即ち、通常運転時のモード）で
駆動制御する。即ち、高圧モードのインジェクタゲイン
等を選択する。

【００１６】この結果、低圧燃料ポンプ４から吐出され
高圧燃料ポンプ５で高圧に加圧されるとともに、高圧レ
ギュレータ１４で所定の高圧値に調圧された燃料が、イ
ンジェクタ１に供給され、余った燃料は、燃料タンク２
に戻される。これにより、高圧燃料ポンプ５の吐出圧は
ロスすることなく高圧燃料ポンプ５の下流側の燃料圧力
を高めていき、高圧制御弁１４の調整圧以上に燃料圧力
を高めるようになる。また、高圧モードのインジェクタ
ゲイン等が選択されるので、燃料噴射は適切に行なえ
る。

【００１７】こうして、高圧燃料ポンプ５の吐出圧が十
分なレベルに上昇して、高圧制御弁１４の調整圧程度の
高い燃料圧力で燃料噴射弁１から燃料噴射を行なえるよ
うになり、エンジン始動直後から滑らかにエンジン回転
速度を高めていきながら、例えば筒内噴射式の内燃機関
において、エンジンの圧縮行程における燃料噴射を行な
うために要求されたり、燃料噴射期間（即ち、燃料噴射
のパルス幅）を短縮化するために要求される高い燃料噴
射圧力を得られるようになる。

【００１８】また、燃料通路３の返送路３Ｂを開閉する
電磁切換弁９は、エンジン始動後所定期間（比較的短時
間）が経過して、ベーパの排出が十分に行なわれた後に
は、閉鎖するので、この後は、高圧制御弁９で制御され
る圧力まで燃料圧力を高めることができるようになり、
十分に高い燃料噴射圧力を得られるようになる。このよ
うな燃料ポンプで加圧された燃料を燃料噴射弁に供給す
るものとして、この他に、例えば実開昭５９−６５９４
５号公報（第２従来技術）に開示された技術がある。こ
の技術では、アイドリング時とアイドリング以外の運転
時とで機関の運転状態に応じて燃料噴射弁に対する燃料
供給圧を可変制御するための手段、即ち、可変式プレッ
シャーレギュレーターを設けて、アイドリング時に燃料
供給圧をアイドリング以外の運転時に比べて低下させる
ようにしている。

【００１９】また、例えば特開平３−７４５６９号公報
（第３従来技術）には、筒内噴射式内燃機関における燃
料噴射制御に関する技術が開示されている。この技術
は、エンジンによって駆動される燃料ポンプからインジ
ェクタに燃料を供給する高圧燃料通路に、切換弁を介し
て燃料噴射ポンプをバイパスする複数のリターン通路が
設けられ、エンジンの回転数センサ及びアクセル開度セ
ンサからの信号に基づいて制御ユニットにより切換弁を
切換えることによって、燃料ポンプから吐き出された燃
料の燃圧を、エンジンの負荷によって複数段階、即ち、
高圧側と低圧側に制御するものである。

【００２０】さらに、特開平４−８６３５１号公報（第
４従来技術）には、電磁式噴射弁からシリンダの吸入行
程に同期して燃料を噴射させるにあたり、エンジンの運
転条件の変化に応じて変化する新気流入時間に燃料噴射
時間を比例させるように噴射弁の開弁時間を定め、この
開弁時間で所定量の燃料が噴射されるように燃料圧力を
調整し、噴射弁の前方を通過する吸入新気の全体にわた
って燃料を噴射させる技術が開示されている。

【００２１】また、実開昭６３−７５５４４号公報（第
５従来技術）には、希薄空燃比領域で燃焼させるリーン
バーン制御中に、燃料圧力を吸気管圧力に応じて制御す
るプレッシャレギュレータの設定圧を低下させて燃料噴
射弁に供給される燃料圧力を所定圧だけ低下させ、燃料
噴射弁からの燃料噴射時間を燃圧低下量に応じて長くな
るように補正する技術が開示されている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
出力を向上させるために燃料圧力を高めることが有効で
あることが知られているが、これについて、図８に基づ
いて説明する。この図８は、燃料圧力ごとのエンジン特
性を示したものであり、縦軸は、（Ａ）はトルク、
（Ｂ）は体積効率、（Ｃ）はハイドロカーボンの含有
率、（Ｄ）は上死点からの角度で示す噴射完了時期を示
しており、横軸はいずれも上死点からの角度で示す噴射
開始時期を示している。また、ここではエンジンの吸気
行程において燃料噴射を行ない、その燃料圧力を６ＭＰ
ａ，５ＭＰａ，４ＭＰａとして行なった場合を比較する
こととする。

【００２３】これによると、噴射開始時期については当
然ながら燃料圧力が高い程遅らせることができることが
わかる。また、排気ガス中のハイドロカーボンの含有率
については燃料圧力が高い程低減することができること
がわかる。体積効率については燃料圧力が高い程高める
ことができることがわかる。トルクについては燃料圧力
が高い程大きくすることができることがわかり、また、
最大トルクが生じるのは、４ＭＰａの場合、噴射開始時
期が３５０°ＢＴＤＣ付近で、５ＭＰａの場合３６０°
ＢＴＤＣ付近で、６ＭＰａの場合３７０°ＢＴＤＣ付近
でそれぞれ最大になることがわかる。

【００２４】したがって、燃料圧力を高めると燃料噴射
の開始時期を遅角できて、噴霧改善（ミキシングがよく
なる）により体積効率の向上と燃焼改善の効果が得ら
れ、トルクが向上することがわかる。つまり、燃焼噴射
圧力を上げると、噴霧が微粒化するため吸入空気と混合
しやすくなり、燃料が空気と十分に混合して燃焼状態を
向上させることができるのである。また、燃料噴射圧力
を上げれば、噴射開始時期を遅くすることができるた
め、噴射された燃料が早いタイミングで気化してしまう
のを防ぐことができ、吸入空気が筒内に入りにくくなる
のを防ぐことができる。これによって体積効率を向上さ
せることができ、空燃比を適正にすることができるので
ある。

【００２５】このように、機関の性能向上（燃費やトル
クの向上など）や排出ガスの低減のために、一般に、燃
料噴射圧力を上げて燃料噴霧を微粒化し、燃料噴射期間
を短縮化することが考えられる。特に、第１従来技術の
ような筒内噴射式エンジンにおいては効果的である。し
かし、燃料噴射圧力は常に高い方がよいとは限らない。
つまり、パーシャルリーン燃焼方式のエンジンにおい
て、燃料圧力（制御弁の設定圧）をエンジンの回転数に
関係なく全ての領域において単純に上げたのでは、低中
速時や低負荷時等のエンジンの回転が少ない時には、ス
ピルロスが大きくなり、高圧燃料ポンプによるエンジン
への負担が却って燃費の悪化を招くこととなり、例え
ば、リーン燃焼運転により期待されるだけの燃費の向上
効果が得られなくなってしまうという課題がある。

【００２６】そこで、エンジンの低回転時には燃料圧力
を低めにして、エンジンの高回転時には燃料圧力を高め
るようにすればよい。しかしながら、従来の技術（第１
従来技術）では、エンジンの始動時のみは通常運転に比
べて極く低圧に燃料圧力を切り換えられるものの、通常
運転時の高圧燃料噴射の際に、エンジンの回転数に応じ
て燃料圧力を調整しうるものではない。

【００２７】したがって、エンジンの低回転時における
燃費を重視して通常運転時の燃料圧力を低めに設定する
と最高出力が制限されてしまうという課題がある。ま
た、上述の第２従来技術では、燃料供給圧の制御に可変
式プレッシャレギュレータを使用しており、この可変式
プレッシャレギュレータはダイアフラムを使用されてい
る。筒内直接噴射においては燃料圧力は高圧にする必要
があるため、ダイアフラムの耐久性の点で課題がある。

【００２８】第３従来技術では、２サイクルエンジンに
採用している燃料噴射制御装置について高圧側レギュレ
ータ及び低圧側レギュレータを用いて燃料圧力を制御す
る技術が開示されているが、エンジンのアイドル時及び
高回転時において燃料噴射量を調整するために燃料圧力
を制御することが開示されているにすぎず、燃料圧力を
制御することによって燃費の向上を図りつつ、トルクを
向上させることについては何ら開示されておらず、ま
た、エンジンの始動時における対策についても何ら考慮
されていないため、要求に応じた制御が難しいという課
題がある。

【００２９】第４従来技術では、開弁時間内に所定量の
燃料が噴射されるように燃料圧力を調整することとして
おり、その方法としてはエンジンの回転速度に基づいて
燃料ポンプの吐出量を可変とするかまたは燃圧調整器の
特性を可変とするとしているが、具体的にどのような手
段によって燃料圧力の調整が可能となるのかについては
何ら開示されていない。

【００３０】第５従来技術では、筒内燃料噴射でない通
常の燃料噴射において、燃料供給圧の制御に可変式プレ
ッシャレギュレータを使用しており、この可変式プレッ
シャレギュレータにはダイアフラムを使用されている
が、筒内直接噴射においては燃料圧力は高圧にする必要
があるため、ダイアフラムの耐久性の点で課題がある。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、十分な
耐久性を有し、燃料圧力をエンジン回転に応じて制御で
きるようにして、燃費の向上とエンジン出力の向上とを
両立できるようにした、内燃機関用燃料供給装置を提供
することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の内燃機関用燃料供給装置は、内燃機関にそな
えられた燃料噴射弁と燃料タンクとの間に設けられ、該
燃料タンクから該燃料噴射弁に至りさらに該燃料噴射弁
から再び該燃料タンクに戻る循環回路として構成された
燃料通路と、該燃料通路における該燃料噴射弁の上流側
に設けられ該内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプ
と、該高圧燃料ポンプの下流側の燃料通路部分に設けら
れ、該高圧燃料ポンプから吐出された燃料圧力を制御す
る高圧制御手段と、該高圧制御手段を迂回するバイパス
通路部分に設けられ、該バイパス通路をエンジン運転状
態に応じて開閉する燃圧切換弁とをそなえるとともに、
該高圧制御手段により調整される燃料圧力を該高圧燃料
ポンプの吐出流量に応じて可変とする制御圧力可変機構
をそなえていることを特徴としている。

【００３２】請求項２記載の本発明の内燃機関用燃料供
給装置は、請求項１記載の装置において、該制御圧力可
変機構が、該高圧制御手段の上流側又は下流側に設けら
れた絞りで構成されていることを特徴としている。請求
項３記載の本発明の内燃機関用燃料供給装置は、請求項
１記載の装置において、該高圧制御手段が、該高圧燃料
ポンプの下流側の燃料通路部分に介装されて、該燃料圧
力が所定圧力以上になると該燃料圧力の圧力の大きさに
応じた開度で該燃料通路部分を開口するリリーフ弁で構
成され、該制御圧力可変機構が、該リリーフ弁の開度を
規制する開度規制部材で構成されていることを特徴とし
ている。

【００３３】請求項４記載の本発明の内燃機関用燃料供
給装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置におい
て、該高圧燃料ポンプの上流側に設けられた低圧燃料ポ
ンプと、該低圧燃料ポンプの下流側の燃料通路部分に設
けられ、該低圧燃料ポンプから吐出された燃料圧力を制
御する低圧制御手段とをそなえていることを特徴として
いる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。まず、第１実施形態について
図１〜３を参照しながら説明する。図１〜３は本発明の
第１実施形態にかかる内燃機関用燃料供給装置を示すも
ので、図１は本装置の高圧制御弁の一部を示す図（図２
のＡ部の拡大図）、図２は本装置の高圧制御弁を示す
図、図３は本装置の模式的な構成図である。

【００３５】第１実施形態の装置は、高圧制御弁１４の
構成以外は、従来技術（図６参照）とほぼ同様に構成さ
れる。つまり、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴
射式ガソリンエンジンにそなえられ、図３に示すよう
に、燃料噴射弁（以下、インジェクタという）１と燃料
タンク２との間を連絡する燃料通路３には、低圧燃料ポ
ンプ４と、高圧燃料ポンプ５とがそなえられている。燃
料通路３は、燃料タンク２からインジェクタ１へ燃料を
送給する送給路３Ａと、インジェクタ１で噴射されなか
った燃料を燃料タンク２に戻す返送路３Ｂとから構成さ
れている。また、インジェクタ１は、デリバリパイプ１
Ａを通じて燃料を供給される。

【００３６】なお、内燃機関用燃料供給装置を有する内
燃機関の要部構造は図７に示すものとほぼ同様であるの
で、ここでは説明を省略する。インジェクタ１は、エン
ジン回転数や吸入空気量等に応じて、所要のタイミング
で且つ所要の燃料噴射量が得られるように、その作動を
コンピュータ制御される。燃料噴射量は、インジェクタ
駆動用のパルス電流のパルス幅で設定されるが、このパ
ルス幅は目標とする燃料噴射量に対応したインジェクタ
ゲインとして設定される。

【００３７】低圧燃料ポンプ４は、燃料通路３の送給路
３Ａの上流部の燃料タンク２内に設けられた電動式フィ
ードポンプであり、作動時には、燃料フィルタ６で濾過
しながら燃料タンク２内の燃料を送給路３Ａの下流側へ
駆動する。この時の低圧燃料ポンプ４による燃料の加圧
は、大気圧の状態から数気圧程度まで行なわれる。ま
た、この低圧燃料ポンプ４は、エンジンの始動とともに
起動して、エンジンの停止時には停止するが、エンジン
の回転速度に依存することなく所定の吐出圧を発生でき
る。

【００３８】高圧燃料ポンプ５は、この低圧燃料ポンプ
４から吐出された燃料を数十気圧程度まで加圧するもの
で、低圧燃料ポンプ４から高圧燃料ポンプ５までの送給
路３Ａの途中には、逆止弁７が介装されており、逆止弁
７により低圧燃料ポンプ４から吐出圧が維持される。こ
の高圧燃料ポンプ５には、ポンプ効率やコストの面で高
圧ポンプとして電動式ポンプよりも有利な例えば往復動
型圧縮ポンプなどの機関駆動式ポンプ（以下、エンジン
駆動ポンプという）が用いられており、当然ながら、エ
ンジンの作動と直接連動して作動し、エンジンの回転速
度に応じて吐出圧を発生する。

【００３９】また、燃料通路３の送給路３Ａと返送路３
Ｂとの間に、即ち、送給路３Ａの逆止弁７の下流部で高
圧燃料ポンプ５よりも上流側の部分と返送路３Ｂの最下
流部分との間には、低圧燃料ポンプ４からの吐出圧を設
定圧（例えば０．３３ＭＰａ）に調整する低圧制御弁
（低圧レギュレータ）８が設けられている。この低圧制
御弁８は、低圧燃料ポンプ４からの吐出圧が設定圧（例
えば０．３３ＭＰａ）を越えるまでは閉鎖していて、吐
出圧が設定圧を越えると、この越えた圧力分の燃料につ
いては燃料タンク２側へ直接返送することで、高圧燃料
ポンプ５へ送給する燃料圧力を設定圧付近に安定させる
ようになっている。勿論、上記の設定圧が得られるよう
に、低圧燃料ポンプ４としては、その吐出圧がこの設定
圧以上になるように設定されている。

【００４０】インジェクタ１の下流部分、即ち、燃料通
路３の返送路３Ｂには電磁切換弁９が設けられている。
この電磁切換弁９は電力を受けた作動時には返送路３Ｂ
を開放し、電力を絶たれた停止時には返送路３Ｂを閉鎖
するようになっており、コントローラ（図示せず）によ
り、電磁切換弁９の開閉が制御される。このコントロー
ラでは、エンジンの始動時に電磁切換弁９を開放し、通
常運転状態（始動時以後）は電磁切換弁９を閉鎖するよ
うに制御する。ここで、エンジンの始動時とは、イグニ
ッションキースイッチの入力で始動運転モードが開始さ
れた時点からこの始動運転モードが終了して所定時間
（例えば２秒）経過する時点までと規定される。一方、
通常運転状態とは、この所定時間経過した後である。な
お、ここでは、エンジンの停止時にも、電磁切換弁９が
閉鎖される。

【００４１】燃料通路３の返送路３Ｂの電磁切換弁９の
直下流部分には、燃料圧力保持機構１０が設けられてい
る。この燃料圧力保持機構１０は、エンジンの始動直
後、返送路３Ｂが開放していても、少なくとも低圧制御
弁８で制御される設定圧に近い程度の燃料圧力が得られ
るようにするためのもので、この提案技術では、燃料圧
力保持機構１０として、燃料通路３の内径を絞っただけ
の固定絞りが設けられている。

【００４２】そして、燃料通路３の送給路３Ａを通る燃
料を、高圧燃料ポンプ５を迂回させてインジェクタ１へ
送給できるように、高圧燃料ポンプ５の上流側部分と下
流側部分とを接続するバイパス通路１１が設けられてい
る。このバイパス通路１１には、送給路３Ａの上流側か
ら下流側へのみ燃料を通過させる逆止弁１２が設けられ
ている。この逆止弁１２は、高圧燃料ポンプ５が十分に
作動しないで、高圧燃料ポンプ５の上流側よりも下流側
の方が燃料圧力が低ければ、バイパス通路１１を開放
し、高圧燃料ポンプ５が十分に作動して高圧燃料ポンプ
５の上流側よりも下流側の方が燃料圧力が高くなれば、
バイパス通路１１を閉鎖する。

【００４３】さらに、インジェクタ１部分の燃料を、電
磁切換弁９を迂回させて燃料タンク２側へ排出させるこ
とができるように、電磁切換弁９及び燃料圧力保持機構
１０の上流側部分と下流側部分とを接続するバイパス通
路１３が設けられている。このバイパス通路１３には、
高圧燃料ポンプ５からの吐出圧を設定圧に調整する高圧
制御弁（高圧レギュレータ）１４が設けられている。

【００４４】ところで、図１は本装置の高圧制御弁の一
部を示す図（図２のＡ部の拡大図）であり、図２は本装
置の高圧制御弁を示す図であるが、高圧制御弁１４はこ
れらの図１，図２に示すように構成されている。なお、
この高圧制御弁１４は、全体としては通常用いられてい
るものとほぼ同様に構成されるが、その内部に制御圧力
可変機構としての絞り（オリフィス）４３が設けられて
いる点に特徴がある。

【００４５】図２において、３０は高圧制御弁本体であ
り、この本体３０内には、中空室３３が形成され、中空
室３３内には、弁体（リリーフ弁）３８を収容する中空
部材３３Ａが内装されている。また、３１は燃料が供給
される入口、３２は入口３１と中空部３３とを連通する
入口側連通路、３４は中空部３３と出口３５とを連結す
る出口側連通路である。

【００４６】入口側連通路３２には、燃料を濾過するフ
ィルタ３６が設けられている。また、中空室３３には、
中空部材３３Ａ，弁体３８の他に、バルブシート３７，
スプリング３９，スプリングリテーナ４０，ねじ４１，
キャップ４２が設けられている。つまり、中空部３３の
一端にバルブシート３７が取り付けられ、このバルブシ
ート３７に弁体３８がそのシート密着面３８Ａを密接さ
せうるように装備される。

【００４７】バルブの背面３８Ｂとスプリングリテーナ
４０との間にスプリング３９が圧縮状態で介装され、こ
のスプリング３９の付勢力によってバルブシート３７に
弁体３８のシート密着面３８Ａが押し付けられている。
また、スプリングリテーナ４０はねじ４１により弁体３
８の進退方向に位置調整できるようになっている。この
ネジ４１は、中空部材３３Ａを軸方向へ固定するキャッ
プ４２の中心部に螺合しており、キャップ４２を介して
高圧制御弁１４本体に取り付けられている。

【００４８】また、バルブシート３７には入口側通路部
３７Ａが形成されており、この入口側通路部３７Ａに
は、制御圧力可変機構として、流速に応じて流通抵抗の
大きくなる絞り（オリフィス）４３が設けられている。
なお、４５は、高圧制御弁本体３０に一体に設けられた
電磁切換弁（２方向弁）９のためのバルブシートであ
る。

【００４９】図１中の矢印は燃料の流れを示している
が、図１，図２に示すように、入口３１から入った燃料
は、フィルタ３６，絞り４３を経て、バルブシート３７
と弁体３８との密着部に流入し、弁体３８にこの燃料圧
力が作用することになり、燃料圧力が設定圧を超える
と、スプリング３９に抗して弁体３８を排動する。そし
て、バルブシート３７と弁体３８との間が開放して、入
口側の圧力が低減されるようになっている。この場合に
は、燃料は出口側連通路３４を介して、出口３５から送
り出されることになる。

【００５０】つまり、高圧制御弁１４は、高圧燃料ポン
プ５からの吐出圧が設定圧を越えるまでは閉鎖してい
て、吐出圧が設定圧を越えると、この越えた圧力分の燃
料については燃料タンク２側へ返送して、インジェクタ
１における燃料圧力を所定圧に安定させる。この設定圧
は、パーシャルリーン燃焼等のエンジンの低負荷時、低
回転時の燃焼安定性と燃費との両立を考慮して、ここで
は５ＭＰａ（５０気圧）にされている。なお、高圧燃料
ポンプ５からの吐出流量はエンジン回転数が高まるほど
増大するので、高圧レギュレータ１４で圧力調整を行な
っても、エンジンが高回転になるほど燃料圧力がやや上
昇する傾向になる。

【００５１】ところで、本装置では燃料の流量が少ない
場合（即ち、エンジン回転数が低く、高圧燃料ポンプ５
の回転数が低い場合）は、弁体３８とバルブシート３７
との隙間面積が絞り４３の通路面積より小さく、燃料圧
力は弁体３８により制御され一定の燃料圧力となる。こ
れに対し、燃料の流量が多い場合（即ち、エンジン回転
数が高く、高圧燃料ポンプ５の回転数が高い場合）は、
弁体３８とバルブシート３７との隙間面積と絞り４３の
通路面積とがほぼ等しくなると絞り４３が支配的とな
り、流量が増加するに伴い絞り１７が流通抵抗となり燃
料圧力が上昇することになる。

【００５２】図４は、本装置における高圧制御弁１４を
使用した場合のエンジン回転数と燃料圧力との関係を示
すものである。縦軸は燃料圧力を、横軸はエンジン回転
数（ポンプ回転数）をそれぞれ示している。図４に示す
ように、本装置における高圧制御弁１４によって調整さ
れる燃料圧力は、エンジン回転数が低い時には、燃費を
重視したパーシャル燃焼運転（即ち、超リーン燃焼運
転）等に対応して比較的低圧に抑えられ、一方、エンジ
ン回転数が高い時は、エンジン出力を重視した全開トル
ク運転（即ち、ストイキオまたはリッチ側の燃焼運転）
等に対応してエンジン回転数に応じて高圧となるように
されている。

【００５３】つまり、エンジン回転数の低い時は、従来
と同様の燃圧（例えば、５ＭＰａ）に調整されるととも
に、エンジン回転数の高い時は、徐々に燃料圧力が上昇
していくように調整される。なお、高圧燃料ポンプ５が
エンジン駆動式であるため、燃料圧力がエンジン回転数
とともに微少ではあるが少しづつ上昇する傾向にはある
のに対して、絞り４３による燃料圧力の上昇は、このよ
うに微少なものでなく、エンジン回転の増加とともに明
確に増大するものである。

【００５４】なお、前述のように、弁体３８をバルブシ
ート３７に押し付ける力、即ち、ねじ４１を調整するこ
とによりスプリング３９の力を調整して設定圧を変える
ことができるようにされている。本発明の第１実施形態
としての内燃機関用燃料供給装置は、上述のように構成
されているので、この装置は以下のように作動する。

【００５５】つまり、図３を参照すると、エンジンの始
動とともに、低圧燃料ポンプ４及び高圧燃料ポンプ５が
作動し、これと同時に、コントローラが、電磁切換弁９
を開放するとともに、燃料噴射弁１をエンジン始動モー
ドで駆動制御する。即ち、エンジン始動モードのインジ
ェクタゲインを選択する。この場合、低圧燃料ポンプ４
から吐出され、下流の低圧制御弁（低圧レギュレータ）
８で所定の低圧値に調圧された燃料が、燃料噴射弁（イ
ンジェクタ）１に供給され、余った燃料は、燃料タンク
に戻される。

【００５６】エンジン始動直後には、高圧燃料ポンプ５
は、低圧燃料ポンプ４からの吐出圧による燃料通路３内
の燃料流の流通の抵抗になってしまうが、本装置では、
高圧燃料ポンプ５と並列に設けられたバイパス通路１１
を通じて、燃料噴射弁１側へ燃料が供給されるので、燃
料噴射弁１からは、低圧制御弁８で調整される圧力
（０．３３ＭＰａ）程度の燃料圧力で燃料噴射を行なえ
る。

【００５７】一般に、エンジンの始動直後は、燃焼に必
要とする燃料量も少なく、従って、燃料噴射のパルス幅
も短く、また燃料噴射のパルスタイミングも、従来のマ
ルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）と同様に、吸
気行程中のみで十分であり、これに応じて、エンジン始
動時モードのインジェクタゲインが選択されて燃料噴射
が行なわれるので、この低圧制御弁８の調整圧レベル程
度の燃料圧力であってもこの燃料圧力が安定していれ
ば、エンジンの回転を滑らかに上昇させることができ
る。

【００５８】この後、エンジンの始動後所定の時間を経
過し、ベーパの排出が十分に行なわれた後には、コント
ローラは電磁切換弁９を閉鎖する。そして、この後はエ
ンジン負荷やエンジン回転数に応じて、吸気行程を中心
としたリーン燃焼用の噴射や吸気行程を中心としたスト
イキオ又はリッチ燃焼用の噴射の他、圧縮行程を中心と
した超リーン燃焼用の噴射などの種々の燃料噴射モード
が選択され、各モードに応じたインジェクタゲインが選
択される。この場合、高圧燃料ポンプ５の吐出圧が有効
に働くようになる。即ち、低圧燃料ポンプ４から吐出さ
れ高圧燃料ポンプ５で高圧に加圧されるとともに、高圧
レギュレータ１４で所定の高圧値（５ＭＰａ）に調圧さ
れた燃料が、燃料噴射弁１に供給され、余った燃料は、
燃料タンク２に戻される。

【００５９】ところで、本装置には、高圧レギュレータ
１４内に絞り４３が設けられており、エンジン回転数が
増加していくと、高圧燃料ポンプ５の吐出流量が増加し
ていき、この絞り４３が流通抵抗として作用するように
なる。つまり、エンジン回転速度が所定値を越えると、
図４に示すように、エンジン回転数の増加に応じて、燃
料圧力が高まるようになる。もちろん、絞り４３が作用
しなくても、エンジン回転数の増加に応じて燃圧は僅か
ずつ高まるが、絞り４３の作用は、このような燃圧増に
比べて大幅に大きなものになる。

【００６０】したがって、常に、エンジン回転状態に適
した燃料圧力状態に制御を行なうことができるようにな
る。つまり、エンジン回転数が低い時は、パーシャル燃
焼運転（即ち、超リーン燃焼運転）による燃費向上に適
した燃料圧力とすることができ、一方、エンジン回転数
が高い時は、全開トルク（即ち、ストイキオまたはリッ
チ側の燃焼運転）によるエンジン出力の向上に十分な燃
料圧力とすることができる。

【００６１】なお、この第１実施形態においては、燃料
流の脈動の影響を考慮して、絞り４３を入口側、即ち、
燃料の流れに対して弁体３８の上流側に設けているが、
図２中、仮想線で示すように、出口側、即ち、燃料の流
れに対して弁体３８の下流側に設けてもよい。絞り４３
を弁体３８の下流側に設けた場合にも利点が多い。つま
り、燃料の減圧沸騰を防止するためには燃料の大気開放
口（ドレン）と燃料配管内の圧力差が小さいことが好ま
しく、本装置のように高圧レギュレータ１４の設定圧よ
りも絞り４３の設定圧が小さく設定されているものでは
高圧レギュレータ１４の下流側に絞り４３を設けること
による利点も多い。

【００６２】ところで、本装置においては始動運転モー
ドを脱して通常運転モードになった際に、エンジン回転
に応じて燃料圧力が変化するので、インジェクタゲイン
駆動タイミングも燃料圧力に応じたものにするのが好ま
しい。このためには、予め求めたエンジン回転数と燃料
圧力との関係に基づいて、検出したエンジン回転数から
燃料圧力を推定して、この推定燃圧に基づいて、インジ
ェクタの駆動開始タイミングやインジェクタゲイン補正
係数を設定し、エンジン回転数によってインジェクタの
駆動タイミングやゲインを補正することで、適切な燃料
噴射タイミングで適切な燃料量を実現でき、空燃比を目
標値に合わせることができる。このほか、インジェクタ
ゲイン等そのものをエンジン回転数に対応させたマップ
を備えるようにして、補正を行なうことも考えられる。

【００６３】これにより、エンジン回転数に応じて燃料
圧力が調整され、かつ、燃料噴射が常に、適切に行なえ
るようになる。次に、第２実施形態について説明する。
図５は第２実施形態における高圧制御弁の要部を示すも
ので、図２のＡ部に相当する部分の拡大図である。本装
置は、第１実施形態の装置と制御圧力可変機構が異な
る。つまり、第１実施形態における制御圧力可変機構と
しての絞り４３に代えて、開度規制部材としてのストッ
パ部材４４が用いられている。なお、その他については
第１実施形態と同様に構成されている。

【００６４】ストッパ部材４４は高圧制御弁１４におけ
るスプリングリテーナ４０の下端部に突出するように設
けられており、バルブ３８のリフトを制限するため、バ
ルブリフト制限時には第１実施形態の絞りと同様に作用
するようになっている。これにより、燃料の流量が少な
い場合（高圧燃料ポンプ５の回転数が少ない場合）は、
バルブ３８のリフトは少ないため、燃料圧力はバルブ３
８により制御されバルブ３８の設定圧（５ＭＰａ）に制
御されることになる。これに対し、燃料の流量が多い場
合（高圧燃料ポンプ５の回転数が多い場合）は、流量が
増加するに伴って圧力が上昇するためバルブ３８の上昇
量が大きくなるが、ストッパ部材４４によりバルブ３８
のリフトが制限され、この結果、バルブ３８が流通抵抗
となりバルブ３８の設定圧（５ＭＰａ）以上の燃料圧力
に高められる。

【００６５】したがって、エンジンの始動時、エンジン
回転数が低い時、エンジン回転数が高い時のそれぞれの
場合において、それぞれの状況に応じて要求に応じた制
御を行なうことができるようになる。つまり、エンジン
始動時には、ベーパの排出に十分な燃料圧力とすること
ができ、エンジン回転数が低い時には、燃費を向上させ
るのに適した燃料圧力とすることができ、エンジン回転
数が高い時には、エンジンの出力を向上させるのに十分
な燃料圧力とすることができる利点がある。また、高圧
制御弁の耐久性が良く、高圧制御弁に絞りを設けるとい
う極めて簡素なもので構成しているので経済的であると
いう利点もある。

【００６６】さらに、第１，第２実施形態とも絞りの作
用によって燃料圧力を制御することとしていることか
ら、エンジンの回転数の変動に応じ、滑らかに燃料圧力
も上昇又は下降するように制御することができるため、
エンジン回転数の変動が著しい場合にも、いわゆるトル
クショック等の問題がなく、滑らかにトルクの増減を行
なうことができるという利点もある。

【００６７】なお、ここでは本装置を筒内噴射方式の内
燃機関に採用するようにしているが、本装置は他の一般
的な燃料噴射を行なう内燃機関においても採用できるも
のと考えられる。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の内燃機関用燃料供給装置によれば、エンジンの運
転状態に応じて燃料圧力が調整されることになるので、
例えば、エンジン回転数が低い時には、燃費を向上させ
るのに適するように比較的低圧の燃料圧力とすることが
でき、エンジン回転数が高い時には、エンジンの出力を
向上させるのに十分なように比較的高圧の燃料圧力とす
ることができる。

【００６９】請求項２記載の本発明の内燃機関用燃料供
給装置によれば、上述の請求項１と同様にエンジン回転
数が低い時には、燃費を向上させるのに適するように比
較的低圧の燃料圧力とすることができ、エンジン回転数
が高い時には、エンジンの出力を向上させるのに十分な
ように比較的高圧の燃料圧力とすることができるという
利点に加えて、高圧制御弁に絞りを設けるという極めて
簡素な構成であるため経済的であり、また、絞りによれ
ば高圧制御弁の耐久性が良いという利点もある。また、
絞りによって、エンジンの回転数の変動に応じて燃料圧
力も円滑に上昇又は下降するように制御することができ
るため、エンジン回転数の変動が著しい場合にも、いわ
ゆるトルクショック等の問題がなく、滑らかにトルクの
増減を行なうことができるという利点もある。

【００７０】請求項３記載の本発明の内燃機関用燃料供
給装置によれば、請求項２と同様に、エンジン低回転時
の燃料向上とエンジン高回転時の出力向上とを図ること
ができる上に、高圧制御弁に開度規制部材を設けるとい
う極めて簡素な構成であるため経済的であり、また、開
度規制部材によれば高圧制御弁の耐久性が良いという利
点もある。また、開度規制部材によって、エンジンの回
転数の変動に応じて燃料圧力も円滑に上昇又は下降する
ように制御することができるため、エンジン回転数の変
動が著しい場合にも、いわゆるトルクショック等の問題
がなく、滑らかにトルクの増減を行なうことができると
いう利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の装置における高圧制御
弁の要部を示す図であって、図２のＡ部拡大図である。

【図２】本発明の第１実施形態の装置における高圧制御
弁を示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態の装置を示す模式的な構
成図である。

【図４】本発明の第１実施形態の装置によって制御され
る燃料圧力を説明するための図である。

【図５】本発明の第２実施形態の装置における高圧制御
弁の要部を示す図であって、図２のＡ部に相当する部分
の拡大図である。

【図６】従来の内燃機関用燃料供給装置を示す模式的な
構成図である。

【図７】従来の内燃機関用燃料供給装置の要部と機関と
の関係を模式的に示す構成図である。

【図８】本発明の課題を説明するための図であって、燃
圧を向上させることによる効果を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１燃料噴射弁２燃料タンク３燃料通路３Ａ燃料通路の送給路３Ｂ燃料通路の返送路４低圧燃料ポンプ５高圧燃料ポンプ８低圧制御手段としての低圧制御弁９電磁切換弁１１バイパス通路１３バイパス通路１４高圧制御手段としての高圧制御弁３０高圧制御弁本体３２入口側連通路３３中空室３３Ａ中空部材３７バルブシート３８弁体（リリーフ弁）３８Ａ弁体のシート密着面３８Ｂ弁体の背面４３絞り（制御圧力可変機構）４４開度規制部材（制御圧力可変機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 37/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関にそなえられた燃料噴射弁と燃
料タンクとの間に設けられ、該燃料タンクから該燃料噴
射弁に至りさらに該燃料噴射弁から再び該燃料タンクに
戻る循環回路として構成された燃料通路と、該燃料通路における該燃料噴射弁の上流側に設けられ該
内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、該高圧燃料ポンプの下流側の燃料通路部分に設けられ、
該高圧燃料ポンプから吐出された燃料圧力を制御する高
圧制御手段と、該高圧制御手段を迂回するバイパス通路部分に設けら
れ、該バイパス通路をエンジン運転状態に応じて開閉す
る燃圧切換弁とをそなえるとともに、該高圧制御手段により調整される燃料圧力を該高圧燃料
ポンプの吐出流量に応じて可変とする制御圧力可変機構
をそなえていることを特徴とする、内燃機関用燃料供給
装置。
【請求項２】該制御圧力可変機構が、該高圧制御手段
の上流側又は下流側に設けられた絞りで構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関用燃料供給
装置。
【請求項３】該高圧制御手段が、該高圧燃料ポンプの
下流側の燃料通路部分に介装されて、該燃料圧力が所定
圧力以上になると該燃料圧力の圧力の大きさに応じた開
度で該燃料通路部分を開口するリリーフ弁で構成され、該制御圧力可変機構が、該リリーフ弁の開度を規制する
開度規制部材で構成されていることを特徴とする、請求
項１記載の内燃機関用燃料供給装置。
【請求項４】該高圧燃料ポンプの上流側に設けられた
低圧燃料ポンプと、該低圧燃料ポンプの下流側の燃料通路部分に設けられ、
該低圧燃料ポンプから吐出された燃料圧力を制御する低
圧制御手段とをそなえていることを特徴とする、請求項
１〜３のいずれかに記載の内燃機関用燃料供給装置。