JP3471229B2 - 筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents
筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置Info
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- JP3471229B2 JP3471229B2 JP21417098A JP21417098A JP3471229B2 JP 3471229 B2 JP3471229 B2 JP 3471229B2 JP 21417098 A JP21417098 A JP 21417098A JP 21417098 A JP21417098 A JP 21417098A JP 3471229 B2 JP3471229 B2 JP 3471229B2
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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- F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
- F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
- F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各気筒の燃焼室内
へ直接にガソリンのような燃料を噴射する内燃機関の始
動時に作動させるための燃料圧力の昇圧システムに関す
る。
へ直接にガソリンのような燃料を噴射する内燃機関の始
動時に作動させるための燃料圧力の昇圧システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のポート噴射エンジンの場合は、始
動時にはフィードポンプによって即座に燃料圧力が所定
の値まで上昇するので、始動性が悪化することはない。
しかしながら、筒内直接噴射式内燃機関（筒内直噴機
関）においては、クランク軸の回転又はカム軸の回転と
同期して高圧燃料ポンプが回転駆動されるため、燃料圧
力が所定の高い圧力に達するまでに、かなり長い時間を
要する。このため、燃圧が上昇するまでは良好な噴霧特
性が得られず、燃焼の改善を図ることができないため、
ＨＣの排出量を低減させることができないという問題が
ある。
動時にはフィードポンプによって即座に燃料圧力が所定
の値まで上昇するので、始動性が悪化することはない。
しかしながら、筒内直接噴射式内燃機関（筒内直噴機
関）においては、クランク軸の回転又はカム軸の回転と
同期して高圧燃料ポンプが回転駆動されるため、燃料圧
力が所定の高い圧力に達するまでに、かなり長い時間を
要する。このため、燃圧が上昇するまでは良好な噴霧特
性が得られず、燃焼の改善を図ることができないため、
ＨＣの排出量を低減させることができないという問題が
ある。
【０００３】また、低温時においてはバッテリーの性能
が低下するのと、エンジンオイルの粘度が高くなるため
に、始動のためのクランキング回転数が低くなって、必
要な噴射量に対する燃料の圧送の割合も低下するので、
燃料圧力の急速な上昇を見込むことができず、始動性も
悪化する。更に、高圧ポンプが正常な作動状態になって
燃料圧力が所定の圧力まで上昇した後は、噴射圧力が高
いために噴射によってデリバリ配管内に圧力脈動が発生
し、噴射量の調量が困難となる。
が低下するのと、エンジンオイルの粘度が高くなるため
に、始動のためのクランキング回転数が低くなって、必
要な噴射量に対する燃料の圧送の割合も低下するので、
燃料圧力の急速な上昇を見込むことができず、始動性も
悪化する。更に、高圧ポンプが正常な作動状態になって
燃料圧力が所定の圧力まで上昇した後は、噴射圧力が高
いために噴射によってデリバリ配管内に圧力脈動が発生
し、噴射量の調量が困難となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述のような諸問題を解消することができるよう
な、改良された筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置
を提供することを目的としている。
おける前述のような諸問題を解消することができるよう
な、改良された筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置
を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置を
提供する。
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置を
提供する。
【０００６】請求項１に記載された筒内直接噴射式内燃
機関の燃料供給装置によれば、高圧燃料ポンプによって
加圧された燃料の圧力が未だ低い始動直後において、増
圧ピストン機構の大径ピストンが、低圧燃料ポンプから
直接に供給されるフィード圧を受けて小径ピストンを小
径シリンダ内で移動させ、デリバリ配管内の燃料の圧力
を急速に上昇させる。それによって始動時から高圧の燃
料噴射が実現し、燃料噴霧を微粒化すると共に、ウエッ
ト量を低減させることができる。その結果、筒内に形成
される混合気の状態が改善され、始動性が良くなると共
に、排気エミッションも改善される。
機関の燃料供給装置によれば、高圧燃料ポンプによって
加圧された燃料の圧力が未だ低い始動直後において、増
圧ピストン機構の大径ピストンが、低圧燃料ポンプから
直接に供給されるフィード圧を受けて小径ピストンを小
径シリンダ内で移動させ、デリバリ配管内の燃料の圧力
を急速に上昇させる。それによって始動時から高圧の燃
料噴射が実現し、燃料噴霧を微粒化すると共に、ウエッ
ト量を低減させることができる。その結果、筒内に形成
される混合気の状態が改善され、始動性が良くなると共
に、排気エミッションも改善される。
【０００７】また、高圧燃料ポンプによる燃料圧力が十
分に上昇したとき、その圧力によって移動する大径ピス
トンによって、大径シリンダに設けられたメインアウト
レットポートが開き、高圧燃料ポンプによって加圧され
た高圧の燃料が直接に燃料デリバリ配管へ送られて、機
関は通常の運転状態になる。
分に上昇したとき、その圧力によって移動する大径ピス
トンによって、大径シリンダに設けられたメインアウト
レットポートが開き、高圧燃料ポンプによって加圧され
た高圧の燃料が直接に燃料デリバリ配管へ送られて、機
関は通常の運転状態になる。
【０００８】請求項２に記載された燃料供給装置によれ
ば、大径ピストン及び小径ピストンを付勢するスプリン
グが設けられるが、特に請求項３に記載された燃料供給
装置においては、そのスプリングのバネ定数が大径シリ
ンダがメインアウトレットポートによって燃料デリバリ
配管に連通した後に増大するように構成されるので、通
常の運転状態に移行した後に、大径シリンダ内の燃料圧
力によって増圧ピストン機構が燃料デリバリ配管内に過
大な燃料圧力を発生させることを防止することができ
る。この作用を、請求項４に記載された燃料供給装置に
おいては具体的に、常時大径ピストンに係合している第
１スプリングの他に、大径シリンダがメインアウトレッ
トポートによって燃料デリバリ配管に連通した時から係
合する第２スプリングを並列に設けて実現している。
ば、大径ピストン及び小径ピストンを付勢するスプリン
グが設けられるが、特に請求項３に記載された燃料供給
装置においては、そのスプリングのバネ定数が大径シリ
ンダがメインアウトレットポートによって燃料デリバリ
配管に連通した後に増大するように構成されるので、通
常の運転状態に移行した後に、大径シリンダ内の燃料圧
力によって増圧ピストン機構が燃料デリバリ配管内に過
大な燃料圧力を発生させることを防止することができ
る。この作用を、請求項４に記載された燃料供給装置に
おいては具体的に、常時大径ピストンに係合している第
１スプリングの他に、大径シリンダがメインアウトレッ
トポートによって燃料デリバリ配管に連通した時から係
合する第２スプリングを並列に設けて実現している。
【０００９】また、請求項５に記載された燃料供給装置
においては、バネ定数の小さい第１スプリングと、バネ
定数の大きい第２スプリングとを直列に接続して、大径
シリンダがメインアウトレットポートによって燃料デリ
バリ配管に連通した時に第１スプリングが圧縮限界に達
し、それ以後はバネ定数の大きい第２スプリングが圧縮
されるようにして、同じ作用を生じさせている。更に、
請求項６に記載された燃料供給装置においては、単一の
スプリングにピッチの異なる部分を設けて、同じ作用を
生じさせる。
においては、バネ定数の小さい第１スプリングと、バネ
定数の大きい第２スプリングとを直列に接続して、大径
シリンダがメインアウトレットポートによって燃料デリ
バリ配管に連通した時に第１スプリングが圧縮限界に達
し、それ以後はバネ定数の大きい第２スプリングが圧縮
されるようにして、同じ作用を生じさせている。更に、
請求項６に記載された燃料供給装置においては、単一の
スプリングにピッチの異なる部分を設けて、同じ作用を
生じさせる。
【００１０】請求項７に記載された燃料供給装置によれ
ば、大径シリンダと小径シリンダの段差部に形成される
空間へ洩れ出る燃料を、その空間よりも低圧の部分へ導
いて処理するようになっているが、具体的に請求項８に
記載された燃料供給装置においては、その低圧の部分は
燃料タンクであり、請求項９に記載された燃料供給装置
においては、その低圧の部分が機関の吸気通路となって
いる。従って、洩れ出た燃料は機関の燃料として無駄な
く利用され、何ら障害を生じない。請求項１０に記載さ
れた燃料供給装置においては、低圧の部分が小径シリン
ダ内の空間となっているので、洩れ出た燃料がそれより
も低圧となる燃料デリバリ配管へ排出され、その圧力を
高めるために利用される。
ば、大径シリンダと小径シリンダの段差部に形成される
空間へ洩れ出る燃料を、その空間よりも低圧の部分へ導
いて処理するようになっているが、具体的に請求項８に
記載された燃料供給装置においては、その低圧の部分は
燃料タンクであり、請求項９に記載された燃料供給装置
においては、その低圧の部分が機関の吸気通路となって
いる。従って、洩れ出た燃料は機関の燃料として無駄な
く利用され、何ら障害を生じない。請求項１０に記載さ
れた燃料供給装置においては、低圧の部分が小径シリン
ダ内の空間となっているので、洩れ出た燃料がそれより
も低圧となる燃料デリバリ配管へ排出され、その圧力を
高めるために利用される。
【００１１】請求項１１に記載された燃料供給装置にお
いては、高圧燃料ポンプからの燃料の圧力が何らかの理
由で、比較的大きな値として設定される所定値を越えた
ときに、増圧ピストン機構とは別に設けられた定圧開放
弁が開いて、高圧に加圧された燃料が直接に燃料デリバ
リ配管へ供給される。従って、増圧ピストン機構が故障
したときでも、機関は正常に作動することができ、増圧
ピストン機構の安全性が維持される。
いては、高圧燃料ポンプからの燃料の圧力が何らかの理
由で、比較的大きな値として設定される所定値を越えた
ときに、増圧ピストン機構とは別に設けられた定圧開放
弁が開いて、高圧に加圧された燃料が直接に燃料デリバ
リ配管へ供給される。従って、増圧ピストン機構が故障
したときでも、機関は正常に作動することができ、増圧
ピストン機構の安全性が維持される。
【００１２】いずれの場合にも、増圧ピストン機構は、
燃料噴射弁からの噴射によって発生する燃料デリバリ配
管内の圧力脈動を大径シリンダ内、或いは小径シリンダ
内へ伝えてピストンを移動させることにより、圧力脈動
を吸収して平滑にすることができるので特別のダンパー
等を設ける必要がない。この作用は主として、機関の始
動が終わって正常な運転状態に移った後に効果を発揮す
る。
燃料噴射弁からの噴射によって発生する燃料デリバリ配
管内の圧力脈動を大径シリンダ内、或いは小径シリンダ
内へ伝えてピストンを移動させることにより、圧力脈動
を吸収して平滑にすることができるので特別のダンパー
等を設ける必要がない。この作用は主として、機関の始
動が終わって正常な運転状態に移った後に効果を発揮す
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に本発明の第１実施形態とし
ての筒内直接噴射式内燃機関の概略構成を、図２にその
一部の具体的構成を示す。図１において、１０はシリン
ダブロック、１１はピストン、１２はクランク軸、１３
はシリンダヘッド、１４は各気筒の燃焼室、１５は点火
プラグ、２０は燃料噴射弁、３０はスロットル弁、３１
はアクセルペダル、４１はエアフロメータを示してい
る。
ての筒内直接噴射式内燃機関の概略構成を、図２にその
一部の具体的構成を示す。図１において、１０はシリン
ダブロック、１１はピストン、１２はクランク軸、１３
はシリンダヘッド、１４は各気筒の燃焼室、１５は点火
プラグ、２０は燃料噴射弁、３０はスロットル弁、３１
はアクセルペダル、４１はエアフロメータを示してい
る。
【００１４】燃料噴射弁２０は各気筒の燃焼室１４内に
直接に開口するように設けられ、上流側に向って、燃料
デリバリ配管２９、燃料配管２１ａ，２１ｂ、増圧ピス
トン機構２２、燃料配管２３、高圧燃料ポンプ２４、燃
料配管２５ａ，２５ｂ、低圧燃料ポンプ（フィードポン
プ）２６、及び燃料配管２７を介して燃料タンク２８に
接続される。フィードポンプ２６は電気モータによって
駆動されて、常に燃料を所定の比較的に低い燃料圧力ま
で加圧して供給する。
直接に開口するように設けられ、上流側に向って、燃料
デリバリ配管２９、燃料配管２１ａ，２１ｂ、増圧ピス
トン機構２２、燃料配管２３、高圧燃料ポンプ２４、燃
料配管２５ａ，２５ｂ、低圧燃料ポンプ（フィードポン
プ）２６、及び燃料配管２７を介して燃料タンク２８に
接続される。フィードポンプ２６は電気モータによって
駆動されて、常に燃料を所定の比較的に低い燃料圧力ま
で加圧して供給する。
【００１５】高圧燃料ポンプ２４は機関本体のクランク
軸１２によって図示しないベルト機構を介して駆動され
る。クランク軸１２の回転が高圧燃料ポンプ２４に伝達
されると、低圧燃料ポンプ２６によって低燃圧まで加圧
された燃料タンク２８からの燃料はチェック弁（吸入
弁）５２を経て高圧燃料ポンプ２４内へ吸入され、プラ
ンジャ２４ａによって所定の高圧まで加圧されて、チェ
ック弁（吐出弁）５３と、電磁弁２４ｂを経て後述の始
動時用の増圧ピストン機構２２へ送られる。高圧の燃料
は更に燃料デリバリ配管２９を経て燃料噴射弁２０へ供
給され、電子式制御装置４０の指令によって燃料噴射弁
２０が開弁した時に燃焼室１４内へ直接に噴射される。
軸１２によって図示しないベルト機構を介して駆動され
る。クランク軸１２の回転が高圧燃料ポンプ２４に伝達
されると、低圧燃料ポンプ２６によって低燃圧まで加圧
された燃料タンク２８からの燃料はチェック弁（吸入
弁）５２を経て高圧燃料ポンプ２４内へ吸入され、プラ
ンジャ２４ａによって所定の高圧まで加圧されて、チェ
ック弁（吐出弁）５３と、電磁弁２４ｂを経て後述の始
動時用の増圧ピストン機構２２へ送られる。高圧の燃料
は更に燃料デリバリ配管２９を経て燃料噴射弁２０へ供
給され、電子式制御装置４０の指令によって燃料噴射弁
２０が開弁した時に燃焼室１４内へ直接に噴射される。
【００１６】電子式制御装置４０にはエアフロメータ４
１、アクセルペダル３１に付設されたアクセル開度セン
サ、スロットル弁３０に付設されたスロットル開度セン
サ、排気通路に設けられた酸素センサ４４、クランク軸
１２に付設された回転数及びクランク角センサ４３等の
検出する信号が入力されており、電子式制御装置４０か
ら出力される制御信号によって、前述の燃料噴射弁２０
の開閉弁時期の他に、点火プラグ１５の放電時期等が制
御される。
１、アクセルペダル３１に付設されたアクセル開度セン
サ、スロットル弁３０に付設されたスロットル開度セン
サ、排気通路に設けられた酸素センサ４４、クランク軸
１２に付設された回転数及びクランク角センサ４３等の
検出する信号が入力されており、電子式制御装置４０か
ら出力される制御信号によって、前述の燃料噴射弁２０
の開閉弁時期の他に、点火プラグ１５の放電時期等が制
御される。
【００１７】主として図２に第１実施形態の要部を、図
１よりも具体的に拡大して示す。第１実施形態の始動時
燃料圧力昇圧システムにおいて、その主要部を構成する
増圧ピストン機構２２は、大径ピストン２２ａと、それ
と同軸で一体の小径ピストン２２ｂと、大径シリンダ２
２ｃと、それと同軸で一体の小径シリンダ２２ｄとから
なり、ピストン２２ａ及び２２ｂは、それぞれシリンダ
２２ｃ及び２２ｄに摺動可能に嵌合している。
１よりも具体的に拡大して示す。第１実施形態の始動時
燃料圧力昇圧システムにおいて、その主要部を構成する
増圧ピストン機構２２は、大径ピストン２２ａと、それ
と同軸で一体の小径ピストン２２ｂと、大径シリンダ２
２ｃと、それと同軸で一体の小径シリンダ２２ｄとから
なり、ピストン２２ａ及び２２ｂは、それぞれシリンダ
２２ｃ及び２２ｄに摺動可能に嵌合している。
【００１８】大径シリンダ２２ｃの内部空間は大径ピス
トン２２ａによって２つの室に分割され、小径ピストン
２２ｂと反対側の室にはインレットポート２２ｅが、ま
た、大径シリンダ２２ｃの途中には、直接燃料デリバリ
配管２９に通じる燃料配管２１ａへのメインアウトレッ
トポート２２ｆが設けられている。このメインアウトレ
ットポート２２ｆは大径シリンダ２２ｃ内の、小径ピス
トン２２ｂとは反対側の室の圧力と、小径シリンダ２２
ｄ内の圧力との差圧が設定値以上になると開口するよう
に設定されている。小径シリンダ２２ｄには、増圧ピス
トン機構２２によって増圧された燃料をデリバリ配管２
９に供給する燃料配管２１ｂへのサブアウトレットポー
ト２２ｇが設けられている。大径シリンダ２２ｃの小径
ピストン２２ｂ側の室にはスプリング２２ｈが装着され
ており、大小一体のピストン２２ａ，２２ｂを常に左方
へ押している。
トン２２ａによって２つの室に分割され、小径ピストン
２２ｂと反対側の室にはインレットポート２２ｅが、ま
た、大径シリンダ２２ｃの途中には、直接燃料デリバリ
配管２９に通じる燃料配管２１ａへのメインアウトレッ
トポート２２ｆが設けられている。このメインアウトレ
ットポート２２ｆは大径シリンダ２２ｃ内の、小径ピス
トン２２ｂとは反対側の室の圧力と、小径シリンダ２２
ｄ内の圧力との差圧が設定値以上になると開口するよう
に設定されている。小径シリンダ２２ｄには、増圧ピス
トン機構２２によって増圧された燃料をデリバリ配管２
９に供給する燃料配管２１ｂへのサブアウトレットポー
ト２２ｇが設けられている。大径シリンダ２２ｃの小径
ピストン２２ｂ側の室にはスプリング２２ｈが装着され
ており、大小一体のピストン２２ａ，２２ｂを常に左方
へ押している。
【００１９】機関の始動時に燃圧が低い場合には、増圧
ピストン機構２２の大径ピストン２２ａは、インレット
ポート２２ｅから大径シリンダ２２ｃ内に供給されたフ
ィードポンプ２６の低圧燃料によりスプリング２２ｈの
力に打ち勝って、所定の差圧が形成される位置まで右方
へ移動する。従って、大径ピストン２２ａと一体の小径
ピストン２２ｂは、小径シリンダ２２ｄ内の燃料を高圧
に加圧してデリバリ配管２９へ圧送する。
ピストン機構２２の大径ピストン２２ａは、インレット
ポート２２ｅから大径シリンダ２２ｃ内に供給されたフ
ィードポンプ２６の低圧燃料によりスプリング２２ｈの
力に打ち勝って、所定の差圧が形成される位置まで右方
へ移動する。従って、大径ピストン２２ａと一体の小径
ピストン２２ｂは、小径シリンダ２２ｄ内の燃料を高圧
に加圧してデリバリ配管２９へ圧送する。
【００２０】これにより機関の始動時にデリバリ配管２
９内の燃料圧力を急速に上昇させることができる。その
結果、内燃機関の各気筒に取り付けられた燃料噴射弁２
０から高圧燃料の噴射が行われて機関の回転数が急速に
立ち上がり、機関のクランク軸１２によって直接に駆動
されている高圧燃料ポンプ２４からの燃圧上昇が早くな
る。高圧燃料ポンプ２４からの高燃圧により、大小一体
のピストン２２ａ，２２ｂは更にスプリング２２ｈの力
に打ち勝って所定の差圧になるまで右方へ移動し、直接
に燃料デリバリ配管２９に通じているメインアウトレッ
トポート２２ｆが開くことによって、高圧の燃料を直接
にデリバリ配管２９へ供給することができるようにな
る。
９内の燃料圧力を急速に上昇させることができる。その
結果、内燃機関の各気筒に取り付けられた燃料噴射弁２
０から高圧燃料の噴射が行われて機関の回転数が急速に
立ち上がり、機関のクランク軸１２によって直接に駆動
されている高圧燃料ポンプ２４からの燃圧上昇が早くな
る。高圧燃料ポンプ２４からの高燃圧により、大小一体
のピストン２２ａ，２２ｂは更にスプリング２２ｈの力
に打ち勝って所定の差圧になるまで右方へ移動し、直接
に燃料デリバリ配管２９に通じているメインアウトレッ
トポート２２ｆが開くことによって、高圧の燃料を直接
にデリバリ配管２９へ供給することができるようにな
る。
【００２１】ここで、高圧燃料ポンプ２４からの供給燃
料圧力がフィードポンプ２６からの供給燃料圧力を上回
ると、チェック弁５１によりフィードポンプ２６から増
圧ピストン機構２２への燃料の直接供給は断たれ、高圧
燃料ポンプ２４から供給される燃料の圧力によってピス
トン２２ａ及び２２ｂが右方へ移動して、メインアウト
レットポート２２ｆからデリバリ配管２９へ直接に、高
圧燃料ポンプ２４からの燃料を供給することによって、
デリバリ配管２９内の圧力が確保される。なお、この時
にデリバリ配管２９内の圧力が設定圧以上に上昇しない
ように、デリバリ配管２９には所定の高い燃料圧力によ
って開弁するチェック弁（定圧開放弁、或いは安全弁）
５４が設けられている。
料圧力がフィードポンプ２６からの供給燃料圧力を上回
ると、チェック弁５１によりフィードポンプ２６から増
圧ピストン機構２２への燃料の直接供給は断たれ、高圧
燃料ポンプ２４から供給される燃料の圧力によってピス
トン２２ａ及び２２ｂが右方へ移動して、メインアウト
レットポート２２ｆからデリバリ配管２９へ直接に、高
圧燃料ポンプ２４からの燃料を供給することによって、
デリバリ配管２９内の圧力が確保される。なお、この時
にデリバリ配管２９内の圧力が設定圧以上に上昇しない
ように、デリバリ配管２９には所定の高い燃料圧力によ
って開弁するチェック弁（定圧開放弁、或いは安全弁）
５４が設けられている。
【００２２】本発明による第２の実施形態の具体的構成
を図３に示す。増圧ピストン機構２２内には、図４
（ａ）に示すように、常にピストン２２ａ及び２２ｂを
左方へ押す長さがＬ1 で低バネ定数の第１スプリング２
２ｈと、メインアウトレットポート２２ｆが開口する直
前に作用する長さがＬ2 （Ｌ2 ＜Ｌ1 ）で高バネ定数の
第２スプリング２２ｉが設けられており、図５に示すよ
うに、第１スプリング２２ｈは比較的容易に圧縮される
が、Ｌ1 ＝Ｌ2 となった後はバネ定数が加算されて圧縮
され難くなる。その時期をメインアウトレットポート２
２ｆの開口時期と合わせることにより、高圧燃料ポンプ
２４からの高圧燃料の供給を受けた増圧ピストン機構２
２によって、デリバリ配管２９内の燃圧が過度に上昇す
るのを防止するようになっている。
を図３に示す。増圧ピストン機構２２内には、図４
（ａ）に示すように、常にピストン２２ａ及び２２ｂを
左方へ押す長さがＬ1 で低バネ定数の第１スプリング２
２ｈと、メインアウトレットポート２２ｆが開口する直
前に作用する長さがＬ2 （Ｌ2 ＜Ｌ1 ）で高バネ定数の
第２スプリング２２ｉが設けられており、図５に示すよ
うに、第１スプリング２２ｈは比較的容易に圧縮される
が、Ｌ1 ＝Ｌ2 となった後はバネ定数が加算されて圧縮
され難くなる。その時期をメインアウトレットポート２
２ｆの開口時期と合わせることにより、高圧燃料ポンプ
２４からの高圧燃料の供給を受けた増圧ピストン機構２
２によって、デリバリ配管２９内の燃圧が過度に上昇す
るのを防止するようになっている。
【００２３】この場合、第１スプリング２２ｈと第２ス
プリング２２ｉは図４（ａ）に示すように並列に設けら
れていてもよいし、図４（ｂ）に示すように直列に設け
られていてもよい。図４（ｂ）の場合は、第１スプリン
グ２２ｈが圧縮されて密着した後は第２スプリング２２
ｉのみが圧縮されるので、図５のような特性を示す。ま
た、図４（ｃ）に示すように第１スプリング２２ｈを不
等ピッチとして、第２スプリング２２ｉは設けずに第１
スプリング２２ｈのみとして、第１スプリング２２ｈの
一部に早期に密着するピッチの小さい部分を形成しても
よい。
プリング２２ｉは図４（ａ）に示すように並列に設けら
れていてもよいし、図４（ｂ）に示すように直列に設け
られていてもよい。図４（ｂ）の場合は、第１スプリン
グ２２ｈが圧縮されて密着した後は第２スプリング２２
ｉのみが圧縮されるので、図５のような特性を示す。ま
た、図４（ｃ）に示すように第１スプリング２２ｈを不
等ピッチとして、第２スプリング２２ｉは設けずに第１
スプリング２２ｈのみとして、第１スプリング２２ｈの
一部に早期に密着するピッチの小さい部分を形成しても
よい。
【００２４】図３に示す第２の実施形態においては、高
圧燃料ポンプ２４から高圧の燃料を安定に供給すること
ができるようになってメインアウトレットポート２２ｆ
が開口した後は、ピストン２２ａ及び２２ｂは、スプリ
ング２２ｈ及び２２ｉの合力と、大径シリンダ２２ｃ内
の圧力と、小径シリンダ２２ｄ内圧力とのバランスがと
れた位置に停止する。そして、デリバリ配管２９内に噴
射弁２０からの噴射による圧力脈動が生じた場合は、ピ
ストン２２ａ及び２２ｂが左右に移動してデリバリ配管
２９内の圧力脈動を吸収する。
圧燃料ポンプ２４から高圧の燃料を安定に供給すること
ができるようになってメインアウトレットポート２２ｆ
が開口した後は、ピストン２２ａ及び２２ｂは、スプリ
ング２２ｈ及び２２ｉの合力と、大径シリンダ２２ｃ内
の圧力と、小径シリンダ２２ｄ内圧力とのバランスがと
れた位置に停止する。そして、デリバリ配管２９内に噴
射弁２０からの噴射による圧力脈動が生じた場合は、ピ
ストン２２ａ及び２２ｂが左右に移動してデリバリ配管
２９内の圧力脈動を吸収する。
【００２５】図６に示すように、燃料噴霧の平均粒径
（ＳＭＤ）は燃料の供給圧力が高くなるほど小さくなる
から、第２の実施形態において、メインアウトレットポ
ート２２ｆが噴霧の微粒化が良くなる燃圧、例えば５MP
a 以上で開口するように第１スプリング２２ｈ及び第２
スプリング２２ｉを設定することができる。第２スプリ
ング２２ｉは第１スプリング２２ｈが荷重によって密着
する前から荷重を受けるようになっている。第１スプリ
ング２２ｈはフィードポンプ２６の吐出圧力の範囲内で
作動し、第２スプリング２２ｉはフィードポンプ２６の
圧力範囲以上から高圧燃料ポンプ２４の圧力範囲内で作
動するようにすることができる。先に参照した図５は、
大径シリンダ２２ｃへ供給される燃料圧力の変化に対す
るスプリングの長さの変化、従ってピストンの位置の変
化を示している。
（ＳＭＤ）は燃料の供給圧力が高くなるほど小さくなる
から、第２の実施形態において、メインアウトレットポ
ート２２ｆが噴霧の微粒化が良くなる燃圧、例えば５MP
a 以上で開口するように第１スプリング２２ｈ及び第２
スプリング２２ｉを設定することができる。第２スプリ
ング２２ｉは第１スプリング２２ｈが荷重によって密着
する前から荷重を受けるようになっている。第１スプリ
ング２２ｈはフィードポンプ２６の吐出圧力の範囲内で
作動し、第２スプリング２２ｉはフィードポンプ２６の
圧力範囲以上から高圧燃料ポンプ２４の圧力範囲内で作
動するようにすることができる。先に参照した図５は、
大径シリンダ２２ｃへ供給される燃料圧力の変化に対す
るスプリングの長さの変化、従ってピストンの位置の変
化を示している。
【００２６】第１スプリング２２ｈ及び第２スプリング
２２ｉを直列に配置するか、又は第１スプリング２２ｈ
のみを用いて、それを不等ピッチスプリングとした場合
は、図５に示すように、第１スプリング２２ｈ或いは不
等ピッチスプリングの低バネ定数部分が主としてフィー
ドポンプ２６の圧力範囲内で作動する。
２２ｉを直列に配置するか、又は第１スプリング２２ｈ
のみを用いて、それを不等ピッチスプリングとした場合
は、図５に示すように、第１スプリング２２ｈ或いは不
等ピッチスプリングの低バネ定数部分が主としてフィー
ドポンプ２６の圧力範囲内で作動する。
【００２７】本発明による第３の実施形態を図７に示
す。この実施形態においては、増圧ピストン機構２２内
のスプリング室２２ｊ内へ大径シリンダ２２ｃや小径シ
リンダ２２ｄ側から洩れてきた燃料によって、ピストン
２２ａ及び２２ｂがフィードポンプ２６の圧力又は高圧
燃料ポンプ２４の圧力を受けても作動することができな
くなるロック状態を防止するために、スプリング室２２
ｊ内へ流入した燃料は、スプリング室リリーフポート２
２ｋを通って燃料タンク２８へ放出される。
す。この実施形態においては、増圧ピストン機構２２内
のスプリング室２２ｊ内へ大径シリンダ２２ｃや小径シ
リンダ２２ｄ側から洩れてきた燃料によって、ピストン
２２ａ及び２２ｂがフィードポンプ２６の圧力又は高圧
燃料ポンプ２４の圧力を受けても作動することができな
くなるロック状態を防止するために、スプリング室２２
ｊ内へ流入した燃料は、スプリング室リリーフポート２
２ｋを通って燃料タンク２８へ放出される。
【００２８】洩れ出た燃料の放出先は、燃料タンク２８
の代わりにインテークマニホールド３２のような吸気通
路としてもよい。インテークマニホールド３２内へ戻す
場合は、一旦図示しないキャニスタを通過させてもよ
い。また、図８に示すように、小径ピストン２２ｂ内に
小径シリンダ２２ｄへ通じる通路とチェック弁５５を設
けて、それを介して小径シリンダ２２ｄ側へ放出しても
よい。
の代わりにインテークマニホールド３２のような吸気通
路としてもよい。インテークマニホールド３２内へ戻す
場合は、一旦図示しないキャニスタを通過させてもよ
い。また、図８に示すように、小径ピストン２２ｂ内に
小径シリンダ２２ｄへ通じる通路とチェック弁５５を設
けて、それを介して小径シリンダ２２ｄ側へ放出しても
よい。
【００２９】本発明による第４の実施形態を図９に示
す。第３実施形態において、インレットポート２２ｅに
入る燃料配管を分岐させ、チェック弁（定圧開放弁）５
６を介して燃料配管２１ａに接続する。それによってフ
ェールセーフ機構が構成され、万一にもピストン２２
ａ，２２ｂが摺動不良又は固着状態となって、メインア
ウトレットポート２２ｆが開口しなくなった場合に、シ
リンダ２２ｃの圧力が設定圧力以上（例えば１０MPa ）
になると、チェック弁５６が開弁してデリバリ配管２９
へ燃料を供給することができる。
す。第３実施形態において、インレットポート２２ｅに
入る燃料配管を分岐させ、チェック弁（定圧開放弁）５
６を介して燃料配管２１ａに接続する。それによってフ
ェールセーフ機構が構成され、万一にもピストン２２
ａ，２２ｂが摺動不良又は固着状態となって、メインア
ウトレットポート２２ｆが開口しなくなった場合に、シ
リンダ２２ｃの圧力が設定圧力以上（例えば１０MPa ）
になると、チェック弁５６が開弁してデリバリ配管２９
へ燃料を供給することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態を含む機関の全体構成
を略示する断面図である。
を略示する断面図である。
【図２】第１実施形態の要部の具体的構成を示す断面図
である。
である。
【図３】第２実施形態の要部の具体的構成を示す断面図
である。
である。
【図４】第２実施形態の一部を拡大して示す断面図であ
って、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ対応する部分の異なる
例を示している。
って、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ対応する部分の異なる
例を示している。
【図５】第２実施形態における２つのスプリングの作動
を示す線図である。
を示す線図である。
【図６】燃料供給圧力の変化に対する燃料噴霧の粒径の
変化を示す線図である。
変化を示す線図である。
【図７】第３実施形態の要部の具体的構成を示す断面図
である。
である。
【図８】第３実施形態の変形例を示す部分的断面図であ
る。
る。
【図９】第４実施形態を示す部分的断面図である。
１４…燃焼室
２０…燃料噴射弁
２１ａ，２１ｂ…燃料配管
２２…増圧ピストン機構
２２ａ…大径ピストン
２２ｂ…小径ピストン
２２ｃ…大径シリンダ
２２ｄ…小径シリンダ
２２ｅ…インレットポート
２２ｆ…メインアウトレットポート
２２ｇ…サブアウトレットポート
２２ｈ…スプリング（第１スプリング）
２２ｉ…第２スプリング
２２ｊ…スプリング室
２２ｋ…リリーフポート
２４…高圧燃料ポンプ
２６…低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）
２８…燃料タンク
２９…燃料デリバリ配管
４０…電子式制御装置
５１〜５３，５５…チェック弁
５４，５６…チェック弁（定圧開放弁）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 馬▲崎▼ 政俊
愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式
会社日本自動車部品総合研究所内
(72)発明者 大谷 元希
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−167009（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−119962（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−159458（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−237259（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−321787（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−9075（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−26759（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02M 47/00
F02M 55/02 350
F02M 57/02 330
F02M 69/00 340
F02D 41/02 325
F02D 41/06 325
Claims (12)
- 【請求項１】 燃料を高圧燃料ポンプにより高圧まで加
圧して燃料デリバリ配管内へ圧送し、その燃料を燃料噴
射弁から直接に燃焼室内へ噴射する筒内直接噴射式内燃
機関において、大径ピストンと、それに対して同軸で一
体の小径ピストンと、前記大径ピストンを摺動可能に収
容する大径シリンダと、前記小径ピストンを摺動可能に
収容する小径シリンダとを有し、始動直後の前記燃料デ
リバリ配管内の燃料圧力が未だ低いときに、前記大径シ
リンダ内に低圧燃料ポンプからのフィード圧を直接に作
用させることにより、前記小径シリンダ内において高圧
まで加圧された燃料を前記燃料デリバリ配管内へ圧送す
る増圧ピストン機構を備えており、更に、前記高圧燃料
ポンプからの燃料を一旦前記大径シリンダ内へ導入する
と共に、前記大径シリンダに前記大径ピストンによって
開閉されるメインアウトレットポートを設けることによ
り、前記高圧燃料ポンプからの燃料圧力が十分に上昇し
た後は、前記高圧燃料ポンプによって加圧された燃料を
主として前記メインアウトレットポートを通じて直接に
前記燃料デリバリ配管内へ供給するように構成したこと
を特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記増圧ピストン機
構の前記大径シリンダ内の空間を縮小させる方向に前記
大径ピストン及び小径ピストンを付勢するスプリングを
設けたことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料
供給装置。 - 【請求項３】 請求項２において、前記大径シリンダが
メインアウトレットポートによって燃料デリバリ配管に
連通した後は、前記スプリングのバネ定数が増大するよ
うに構成したことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関
の燃料供給装置。 - 【請求項４】 請求項３において、前記スプリングが、
常時前記大径ピストンに係合している第１スプリング
と、前記第１スプリングと並列に配置されると共に、前
記大径シリンダがメインアウトレットポートによって燃
料デリバリ配管に連通した時から係合する第２スプリン
グとから構成されていることを特徴とする筒内直接噴射
式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項５】 請求項３において、前記スプリングが、
前記大径シリンダがメインアウトレットポートによって
燃料デリバリ配管に連通した時からバネ定数が増大する
ように、バネ定数の小さい第１スプリングと、前記第１
スプリングと直列に接続されるバネ定数の大きい第２ス
プリングとから構成されることを特徴とする筒内直接噴
射式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項６】 請求項３において、前記スプリングが、
前記大径シリンダがメインアウトレットポートによって
燃料デリバリ配管に連通した時からバネ定数が増大する
ように、ピッチの異なる部分を有することを特徴とする
筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記大径シリンダと前記小径シリンダが一体に構成され
ているとき、前記大径シリンダと前記小径シリンダの段
差部と、前記大径ピストンと前記小径ピストンの段差部
との間に形成される空間へ洩れ出た燃料を、前記空間よ
りも低圧の部分へ導くようにしたことを特徴とする筒内
直接噴射式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項８】 請求項７において、前記低圧の部分が燃
料タンクであることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機
関の燃料供給装置。 - 【請求項９】 請求項７において、前記低圧の部分が前
記機関の吸気通路であることを特徴とする筒内直接噴射
式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項１０】 請求項７において、前記低圧の部分が
前記小径シリンダ内の空間であることを特徴とする筒内
直接噴射式内燃機関の燃料供給装置。 - 【請求項１１】 請求項１ないし１０のいずれかにおい
て、前記高圧燃料ポンプからの燃料の圧力が所定値を越
えたときに、その燃料が前記増圧ピストン機構をバイパ
スして直接に前記燃料デリバリ配管へ供給されるよう
に、前記増圧ピストン機構とは別の定圧開放弁を設けた
ことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装
置。 - 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれかにおい
て、前記燃料噴射弁からの燃料噴射によって生じる前記
燃料デリバリ配管内の圧力脈動を、前記増圧ピストン機
構によって吸収させることを特徴とする筒内直接噴射式
内燃機関の燃料供給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21417098A JP3471229B2 (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21417098A JP3471229B2 (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000045905A JP2000045905A (ja) | 2000-02-15 |
| JP3471229B2 true JP3471229B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=16651404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21417098A Expired - Fee Related JP3471229B2 (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料供給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3471229B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4480285B2 (ja) | 2001-02-23 | 2010-06-16 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 内燃機関用燃料ポンプ |
| CN114718737B (zh) * | 2022-04-11 | 2023-09-05 | 中国航发控制系统研究所 | 一种电动燃油泵的流量开环控制方法 |
-
1998
- 1998-07-29 JP JP21417098A patent/JP3471229B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000045905A (ja) | 2000-02-15 |
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