JP3511828B2 - 燃料系及び燃料ポンプ - Google Patents

燃料系及び燃料ポンプ

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JP3511828B2
JP3511828B2 JP01799897A JP1799897A JP3511828B2 JP 3511828 B2 JP3511828 B2 JP 3511828B2 JP 01799897 A JP01799897 A JP 01799897A JP 1799897 A JP1799897 A JP 1799897A JP 3511828 B2 JP3511828 B2 JP 3511828B2
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、筒内噴射式
内燃機関に用いて好適な燃料系及び燃料ポンプに関し、
燃料通路の圧力脈動を抑制して共振を除去するようにし
たものである。
【0002】
【従来の技術】燃料をシリンダ内で噴射する方式の内燃
機関としては、例えば、筒内噴射式内燃機関や直接噴射
式内燃機関(直噴式内燃機関)などと呼ばれるものがあ
り、ディーゼルエンジンが広く知られている。ところ
が、近年、火花点火式エンジン(一般には、ガソリンエ
ンジンが対応するので、以下、ガソリンエンジンと称す
る。)においても、筒内噴射式のものが提案されてい
る。
【0003】このような筒内噴射式内燃機関では、機関
の性能向上や排出ガスの低減のために、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
傾向にある。また、過給機構を有する機関では、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。
例えば、筒内噴射式内燃機関に適用される燃料供給装置
では、このように十分に高い(例えば数十気圧程度)燃
料噴射圧力が得られるように構成されている。
【0004】このようなものとして、例えば、特開平7
−77118号公報に開示されたものがある。図18に
従来の筒内噴射式内燃機関に適用される燃料供給装置の
概略を示す。
【0005】図18に示すように、101は燃料タンクで
あって、燃料フィルタ102及び低圧燃料ポンプ103を有し
ている。この低圧燃料ポンプ103から連結される燃料通
路104の送給路104aには逆止弁105及び燃料フィルタ106
を介して高圧燃料ポンプ107が連結されている。そし
て、この高圧燃料ポンプ107の下流には燃料噴射弁108が
装着された第1デリバリパイプ109と燃料噴射弁110が装
着された第2デリバリパイプ111とが連結されている。
また、送給路104aには高圧燃料ポンプ107を迂回させる
第1バイパス通路112が設けられており、この第1バイ
パス通路112には逆止弁113が装着されている。
【0006】第2デリバリパイプ111の下流側には高圧
制御弁114が連結され、燃料通路104の返送路104bによっ
て燃料タンク101に接続されている。この返送路104bに
は高圧制御弁114を迂回させる第2バイパス通路115が設
けられており、この第2バイパス通路115には電磁切換
弁116及び絞り弁117が装着されている。また、燃料通路
104の送給路104aにおける高圧燃料ポンプ107の上流側と
返送路104bの最下流側との間には連通路118が設けられ
ており、この連通路118には低圧制御弁119が装着されて
いる。
【0007】従って、このような燃料供給装置におい
て、燃料タンク101の低圧燃料ポンプ103はある程度加圧
された燃料を燃料通路104の送給路104aに送出し、この
低圧燃料は高圧燃料ポンプ107でさらに加圧されること
で、燃料の圧力を所定圧まで高められる。このとき、低
圧燃料ポンプ103からの吐出圧は低圧制御弁119によって
所定範囲に安定化され、更に、高圧燃料ポンプ107から
の吐出圧は高圧制御弁114によって所定範囲に安定化さ
れる。従って、各デリバリパイプ109,111の燃料噴射弁
108,110からは所定圧力の燃料が噴射される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、容積型燃料
ポンプによって間欠的に燃料系へ燃料を供給、または、
燃料系から排出(噴射弁による燃料噴射も含む)する場
合、燃料系内にはこの供給と排出の周波数に応じた圧力
波が生じる。そして、この起振源となる圧力波の周波数
と燃料系の固有振動数が近づくと共振現象が発生し、燃
料系内の圧力振幅が極端に大きくなってしまうことがあ
る。
【0009】前述した従来の燃料供給装置にあっては、
筒内噴射式内燃機関であるために、低圧燃料ポンプ103
によってある程度加圧された燃料を高圧燃料ポンプ107
でさらに加圧し、燃料の圧力を所定圧まで高めている。
燃料圧力を所定圧まで加圧する高圧燃料ポンプ107とし
ては、例えば、シングルプランジャ型ポンプがある。こ
のシングルプランジャ型ポンプは1噴射当たり1回吐出
するポンプであり、燃料系に間欠的な燃料供給を行うた
め、特に、あるエンジン回転速度にて共振し、圧力振幅
が極端に高くなるという問題がある。
【0010】ここで、シングルプランジャ型ポンプを用
いた場合の圧力振幅及び燃料圧力に関する実験結果につ
いて説明する。図3に第2デリバリパイプの下流端にお
けるエンジン回転数に対する燃料の圧力振幅を表すグラ
フを示す。この図3のグラフからわかるように、前述し
た従来の燃料供給装置にあっては、図3のグラフで点線
で示すように、エンジン回転数が5000rpm のときに
燃料の圧力振幅が大きくなっており、これが共振回転数
であることがわかる。更に、図19にエンジン回転数が
5000rpm のときのクランク角に対する燃料圧力を表
すグラフを示す。図19(a)は第1デリバリパイプの上
流端(計測点A)における燃料圧力を示し、図19(b)
は第2デリバリパイプの下流端(計測点B)における燃
料圧力を示している。この図19のグラフからもわかる
ように、計測点Aでの高い振幅は、高圧燃料ポンプ107
による燃料吐出時に発生する圧力波と、この圧力波が第
2デリバリパイプ111の下流端にぶつかって戻ってきた
圧力波とが重なったものである。一方、計測点Bでの高
い振幅は、高圧燃料ポンプ107から第2デリバリパイプ1
11の下流端に伝搬した圧力波と、この圧力波が高圧燃料
ポンプ107側に伝搬してぶつかり、再び第2デリバリパ
イプ111の下流端に戻ってきた圧力波とが重なったもの
である。更に、この繰り返しによって圧力波が重なって
大きな圧力振幅となっている。
【0011】このように、あるエンジン回転速度では、
高圧燃料ポンプ107から燃料通路104に吐出された燃料に
対して圧力波が発生し、第2デリバリパイプ111の下流
端や第1デリバリパイプの下流端から燃料通路104に至
るような燃料流路が狭くなるような部分で圧力波が衝突
反射し、多数の圧力波が重なって大きな圧力振幅とな
り、共振によって圧力振幅が極端に高くなる。この共振
が発生する回転速度域では、過大な圧力振幅のために燃
料のメータリング(流量調整)に支障をきたしたり、燃
料噴射弁の耐圧をオーバーする問題が生じていた。この
ような問題を解決するために、高圧燃料ポンプの下流に
公知のばね式ダンパを設けることが考えられるが、燃料
系の圧力が増大するのに従い、耐久性及び部品の大型化
等の問題が生じてしまい、適用は困難となる。また、部
品の小型化を図れる高圧ガス封入式ダンパを用いること
も考えられるが、この場合、高コストとなるばかりか、
信頼性が不十分となる。
【0012】また、従来、液体管路系の圧力脈動を低減
するものとして、例えば、特公平2−47640号公報
に開示されたものがある。この液体管路系の圧力脈動低
減装置は、液体管路の外側に剛性材料で密閉構成された
共振室を配置し、この共振室と管路内とを細管で接続
し、共振室内に管路内と同一の液体を充満させ、この共
振室の容積を管路の内径と低減すべき圧力脈動の周波数
から設定するようにしたものである。
【0013】ところが、この特公平2−47640号公
報に開示された液体管路系の圧力脈動低減装置は、羽根
車を有するポンプの吐出管に適用されるものであって、
また、この装置は、羽根車の羽根の枚数及び回転数が一
定で常に同じ波形となり、管路内を伝搬する圧力脈動を
吸収して取り除くものである。しかし、燃料供給装置で
は、エンジン回転速度によって周波数が変化する燃料ポ
ンプの圧力脈動波が燃料系の固有振動数に近づく際、共
振現象が生じる。このため、上述した圧力脈動低減装置
を内燃機関の燃料噴射装置に適用して圧力脈動を吸収し
ようとすると、エンジンの回転領域に応じて容量の大き
い多数の共振室が必要となるという問題が生じ、実際に
は、このような従来の圧力脈動低減装置を車両に搭載す
ることは困難である。また、従来の圧力脈動低減装置
は、上述した共振現象を除去するものではない。
【0014】本発明は、このような問題を解決するもの
であって、燃料通路の圧力脈動を抑制して共振を除去す
ることで燃料噴射の安定化を図った燃料系及び燃料ポン
プを提供することを第1の目的とし、また、比較的小型
のものを適正な箇所に設置して確実に共振を除去するこ
とを第2の目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の請求項1の燃料系は、内燃機関に設けられ
た燃料噴射弁と燃料タンクとを連通する燃料通路と、該
燃料通路に設けられて前記内燃機関の駆動に伴って作動
して前記燃料噴射弁に燃料を供給する高圧燃料ポンプ
と、前記燃料通路の共振を除去するように前記高圧燃料
ポンプの下流側に設けられたレゾネータとを具え、前記
高圧燃料ポンプの吐出燃料を前記燃料噴射弁に分配する
第1及び第2デリバリパイプが前記燃料通路に設けら
れ、該第1及び第2デリバリパイプに前記燃料噴射弁が
それぞれ設けられると共に、該第1デリバリパイプと第
2デリバリパイプとが各デリバリパイプよりも細径の連
通管にて直列に連結され、前記第2デリバリパイプの下
流側に閉塞部が設けられた燃料系であって、前記高圧燃
料ポンプから前記閉塞部までの燃料通路の固有振動数に
基づいて固有振動数が設定される第1レゾネータと、前
記高圧燃料ポンプから前記第1デリバリパイプ下流端ま
での燃料通路の固有振動数に基づいて固有振動数が設定
される第2レゾネータとが設けられたことを特徴とする
ものである。
【0016】従って、内燃機関の駆動に伴って高圧燃料
ポンプが駆動すると、燃料タンク内の燃料の圧力が所定
圧まで高められ、燃料通路を通して燃料噴射弁に供給さ
れ、この燃料噴射弁は所定圧力の燃料を噴射することと
なり、このとき、燃料通路には高圧燃料ポンプによる高
圧燃料の吐出に伴って圧力波が発生し、この圧力波が燃
料通路内で反射して共振しようとするが、この反射した
圧力波は高圧燃料ポンプの下流側に設けられたレゾネー
タによって打ち消され、燃料通路での共振が除去され
る。即ち、高圧燃料ポンプの駆動によって所定圧まで高
められた燃料は燃料通路を通して第1及び第2デリバリ
パイプに供給され、各燃料噴射弁に分配されて噴射され
ることとなり、このとき、燃料通路には圧力波が発生
し、閉塞部及び第1デリバリパイプ下流端で反射して共
振しようとするが、閉塞部で反射した圧力波は第1レゾ
ネータによって打ち消され、第1デリバリパイプ下流端
で反射した圧力波は第2レゾネータによって打ち消され
ることとなり、燃料通路での共振が除去される。
【0017】なお、このレゾネータは高圧燃料ポンプの
下流側であって、しかも、吐出口近傍に設ける方が望ま
しく、共振除去に対してより効果的である。そして、こ
のレゾネータは、ある所定の容積をもった容積室と、燃
料通路とこの容積室を連通する燃料通路径よりも細い細
径路とから構成されるのが好ましい。
【0018】また、請求項2の発明の燃料系は、前記燃
料噴射弁の下流側の前記燃料通路に閉塞部を設け、前記
レゾネータの固有振動数は、前記高圧燃料ポンプの下流
側から前記閉塞部までの燃料通路の固有振動数に基づい
て設定されたことを特徴とするものである。
【0019】従って、燃料通路に高圧燃料ポンプによる
高圧燃料の吐出に伴って発生した圧力波は燃料噴射弁の
下流側の燃料通路に設けられた閉塞部に衝突して反射す
ることとなり、レゾネータの固有振動数をこの高圧燃料
ポンプの下流側から閉塞部までの燃料通路の固有振動数
に基づいて設定することで、反射した圧力波の周波数と
レゾネータの固有振動数が互いに打ち消し合って燃料通
路での共振が効果的に除去される。
【0020】なお、燃料噴射弁の下流側の燃料通路に設
けられた閉塞部は、高圧燃料ポンプの下流側に圧力制御
弁などがないリターンレス燃料系では燃料噴射弁が取付
けられたデリバリパイプの下流側端部となり、高圧燃料
ポンプの下流側に圧力制御弁があって、余剰燃料がこの
圧力制御弁を通して燃料タンクに戻るリターン燃料系で
はこの圧力制御弁となる。
【0021】また、請求項3の発明の燃料系は、前記レ
ゾネータが前記高圧燃料ポンプの下流側近傍、または、
前記閉塞部の上流側近傍の少なくともいずれか一方に設
けられたことを特徴とするものである。
【0022】従って、圧力振幅の影響を与える、つま
り、圧力振幅の大きくなる高圧燃料ポンプの下流近傍
(起振源)、または、閉塞部の上流近傍(反射源)側近
傍の少なくともいずれか一方にレゾネータを設けたこと
で、効率良く燃料系の共振を除去できる。
【0023】特に、共振周波数を単一のレゾネータで除
去できない場合、複数のレゾネータを、起振源となる高
圧燃料ポンプの下流側近傍、または、反射源となる閉塞
部の上流側近傍のいずれか一方に設けてもよいが、高圧
燃料ポンプの下流側近傍及び閉塞部の上流側近傍のそれ
ぞれに設けてもよい。また、高圧燃料ポンプの吐出燃料
を燃料噴射弁に分配するデリバリパイプを燃料通路に設
け、燃料噴射弁をデリバリパイプに設けると共に、デリ
バリパイプの下流側に高圧燃料ポンプの下流側の燃料通
路内の燃料圧力を調整する圧力制御弁を設けた燃料系の
場合、閉塞部は圧力制御弁となり、レゾネータは高圧燃
料ポンプの下流近傍及び圧力制御弁の上流近傍にそれぞ
れ設けることが好ましい。また、各レゾネータは高圧燃
料ポンプ及び圧力制御弁にそれぞれ一体に形成すること
が更に好ましい。
【0024】
【0025】
【0026】また、請求項の発明の燃料系は、前記レ
ゾネータが前記高圧燃料ポンプと一体に形成されたこと
を特徴とするものである。
【0027】従って、圧力波を吸収するレゾネータが高
圧燃料ポンプと一体に形成されたことで、装置が小型化
され、組付作業性が良くなる。
【0028】また、請求項発明の燃料系は、前記燃料
通路よりも大きな流路断面積を有する緩衝装置が、前記
高圧燃料ポンプの吐出口に該高圧燃料ポンプと一体に形
成されたことを特徴とするものである。
【0029】従って、高圧燃料ポンプによる高圧燃料の
吐出に伴って燃料通路に圧力波が発生し、また、反射
し、多数の圧力波がずれて重合するが、緩衝装置によっ
てその波形を整形し、しかも、全ての回転数領域の圧力
振幅を低く抑え、圧力波はレゾネータによって確実に打
ち消され、燃料通路での共振が除去される。
【0030】なお、レゾネータは緩衝装置近傍の燃料通
路に設けられて高圧燃料ポンプの吐出口に一体に形成さ
れることが好ましい。
【0031】また、請求項発明の燃料系は、前記燃料
タンクと前記高圧燃料ポンプとの間に低圧燃料ポンプが
設けられ、該高圧燃料ポンプの上流側近傍に緩衝装置が
設けられたことを特徴とするものである。
【0032】従って、低圧燃料ポンプは燃料タンクから
燃料をある程度加圧して燃料通路に送出し、この低圧燃
料は高圧燃料ポンプでさらに加圧されることで、燃料の
圧力を所定圧まで高められ、燃料通路を通して燃料噴射
弁に供給されることとなり、このとき、高圧燃料ポンプ
の上流側の燃料通路には低圧燃料ポンプによる低圧燃料
の吐出に伴って圧力波が発生するが、この圧力波は低圧
燃料ポンプの下流側に設けられた緩衝装置によって吸収
される。その結果、高圧燃料ポンプへの燃料供給が安定
し、これに伴って高圧燃料ポンプによる燃料噴射弁への
燃料供給も安定する。
【0033】なお、この緩衝装置はスプリングダンパや
容積室、アキュムレータなどが好ましい。
【0034】また、請求項の発明の燃料系は、内燃機
関に設けられた燃料噴射弁と燃料タンクとを連通する燃
料通路と、該燃料通路に設けられて前記内燃機関の駆動
に伴って作動して前記燃料噴射弁に燃料を供給する高圧
燃料ポンプと、前記燃料通路の共振を除去するように前
記高圧燃料ポンプの下流側に設けられたレゾネータとを
具え、前記高圧燃料ポンプの吐出燃料を前記燃料噴射弁
に分配するデリバリパイプが前記燃料通路に設けられ、
前記レゾネータが前記デリバリパイプの上流側の前記燃
料通路に配設された燃料系であって、前記高圧燃料ポン
プと前記レゾネータとの間で規定される所定区間燃料系
の固有振動数を2kHz 以上とすることを特徴とするもの
である。
【0035】従って、高圧燃料ポンプによる高圧燃料の
吐出に伴って発生した圧力波は燃料通路内に伝搬される
が、高圧燃料ポンプとレゾネータとの間での所定区間燃
料系の固有振動数を2kHz 以上とすることで、人間の聴
覚に極めて敏感な周波数帯が除去され、一方で2kHz 以
上の固有振動数の振動除去は比較的容易であり、車室内
の静粛性が向上される。
【0036】なお、このレゾネータは高圧燃料ポンプの
下流側近傍であって、特に、この高圧燃料ポンプの燃料
吐出口近傍に配設されることが好ましい。
【0037】また、請求項の発明の燃料系は、前記所
定区間燃料系が、前記高圧燃料ポンプにおけるシリンダ
室のデッドボリューム、前記レゾネータの容積室、該シ
リンダ室と該容積室とを結ぶ燃料通路から構成されるこ
とを特徴とするものである。
【0038】従って、この高圧燃料ポンプ内のデッドボ
リュームとレゾネータの容積室と両者を結ぶ燃料通路と
での固有振動数を少なくとも2kHz 以上とすることで、
人間の聴覚に極めて敏感な周波数帯が除去される。
【0039】また、請求項の発明の燃料系は、前記高
圧燃料ポンプのデッドボリュームの容積をVa 、前記レ
ゾネータの容積室の容積をVb 、前記シリンダ室と前記
容積室とを結ぶ区間燃料通路の長さをLa 、該区間燃料
通路の断面積をFa 、燃料の音速をaとすると、前記固
有振動数fnは下記数式によって算出され、算出された
固有振動数fnが2kHz 以上となるように前記各パラメ
ータを設定することを特徴とするものである。
【数2】
【0040】従って、この数式に基づいて固有振動数f
nが2kHz 以上となるようにデッドボリューム容積
a 、レゾネータの容積Vb 、区間燃料通路の長さをL
a 及び断面積Fa を設定することで、人間の聴覚に極め
て敏感な2kHz より低い周波数帯の振動が確実に低減さ
れる。
【0041】なお、この場合、デッドボリューム容積V
a を1.8ccより小さく、1.2cc程度にすることが望
ましく、また、区間燃料通路の長さをLa を50mmより
短く、25mm以下にすることが望ましく、更に、区間燃
料通路の直径を量産可能な6mmより大きい8mm程度にす
るのが好ましい。
【0042】また、本発明の請求項10の燃料ポンプ
は、燃料通路に設けられて燃料を燃料噴射弁に供給する
燃料ポンプにおいて、該燃料ポンプの下流側に前記燃料
通路の共振を除去するレゾネータが一体に設けられると
共に、前記燃料ポンプと前記レゾネータとの間で規定さ
れる所定区間燃料系の固有振動数を2kHz 以上とする
とを特徴とするものである。
【0043】従って、燃料ポンプは燃料を燃料通路を通
して燃料噴射弁に供給し、この燃料噴射弁は所定圧力の
燃料を噴射することとなり、このとき、燃料通路には燃
料ポンプによる燃料の吐出に伴って圧力波が発生し、こ
の圧力波が燃料通路内で反射して共振しようとするが、
この反射した圧力波はレゾネータによって打ち消され、
燃料通路での共振が除去される。また、レゾネータは起
振源となる高圧燃料ポンプ近傍に取付けられることとな
るので、非常に効率的に共振を除去できる。更に、燃料
ポンプにレゾネータが一体に設けられたことで、装置が
小型化され、組付作業性が良くなる。そして、高圧燃料
ポンプによる高圧燃料の吐出に伴って発生した圧力波は
燃料通路内に伝搬されるが、高圧燃料ポンプとレゾネー
タとの間での所定区間燃料系の固有振動数を2kHz 以上
とすることで、人間の聴覚に極めて敏感な周波数帯が除
去され、一方で2kHz 以上の固有振動数の振動除去は比
較的容易であり、車室内の静粛性が向上される。
【0044】また、請求項11の発明の燃料ポンプは、
前記燃料通路よりも大きな流路断面積を有する緩衝装置
が、吐出口に一体に形成されたことを特徴とするもので
ある。
【0045】従って、燃料ポンプは燃料通路を通して燃
料噴射弁に供給し、この燃料噴射弁は所定圧力の燃料を
噴射することとなり、このとき、燃料ポンプによる燃料
の吐出に伴って燃料通路に圧力波が発生し、この圧力波
が燃料通路内で反射して多数の圧力波がずれて重合する
が、緩衝装置によってその波形が整形されることとな
り、圧力波はレゾネータによって確実に打ち消される。
【0046】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0047】図1に本発明の第1実施形態としての燃料
系を内燃機関用燃料供給装置に適用したものの概略、図
2に高圧燃料ポンプ装置の概略、図3に燃料通路の閉塞
端におけるエンジン回転数に対する燃料の圧力振幅を表
すグラフ、図4に第1レゾネータ適用時のクランク角に
対する燃料圧力を表すグラフ、図5に第1及び第2レゾ
ネータ適用時のクランク角に対する燃料圧力を表すグラ
フを示す。
【0048】本実施形態の内燃機関用燃料供給装置は、
内燃機関としての4サイクルガソリンエンジン、特に、
燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式のV型エン
ジン(排気量2000〜4000cc)に適用されてい
る。そして、燃料タンクから燃料噴射弁との間を連絡す
る燃料通路には低圧燃料ポンプ及び高圧燃料ポンプが装
着され、且つ、高圧燃料ポンプの下流側には燃料噴射弁
を有する2つのデリバリパイプが装着され、燃料通路
は、燃料タンクから燃料噴射弁へ燃料を送給する送給路
と、燃料噴射弁で噴射されなかった燃料を燃料タンクに
戻す返送路とから構成されたリターン燃料系となってい
る。
【0049】即ち、図1に示すように、11は燃料タン
クであって、燃料フィルタ12及び低圧燃料ポンプ13
を有している。この低圧燃料ポンプ13から連結される
燃料通路14の送給路14aには逆止弁15及び燃料フ
ィルタ16を介して高圧燃料ポンプ17が連結されてい
る。そして、この高圧燃料ポンプ17には燃料噴射弁1
8が装着された第1デリバリパイプ19と燃料噴射弁2
0が装着された第2デリバリパイプ21とが連結されて
いる。また、送給路14aには高圧燃料ポンプ17を迂
回させる第1バイパス通路22が設けられており、この
第1バイパス通路22には逆止弁23が装着されてい
る。
【0050】この低圧燃料ポンプ13は燃料通路14の
送給路14aの上流部の燃料タンク11内に設けられた
フィードポンプであって、電動式ポンプが用いられてお
り、作動時には燃料フィルタ12で濾過しながら燃料タ
ンク11内の燃料を送給路14aの下流側へ流動するよ
うになっている。このときの低圧燃料ポンプ13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われ
るようになっている。また、この低圧燃料ポンプ13
は、エンジンの始動と共に起動して、エンジンの停止時
には停止するようになっているが、もちろん、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
るようになっている。
【0051】一方、高圧燃料ポンプ17はこの低圧燃料
ポンプ13から吐出された燃料を数十気圧程度まで加圧
するものであって、送給路14aの途中に介装された逆
止弁15によって低圧燃料ポンプ13からの吐出圧が維
持され、また、燃料フィルタ16によって燃料が更に濾
過されるようになっている。この高圧燃料ポンプ17に
は、ポンプ効率やコストの面で高圧ポンプとして有利
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よう
になっている。
【0052】そして、前述したように、燃料通路14の
送給路14aを通る燃料を、高圧燃料ポンプ17を迂回
させて各デリバリパイプ19,21へ送給できるよう
に、高圧燃料ポンプ17の上流側部分と下流側部分とを
接続する第1バイパス通路22が設けられ、この第1バ
イパス通路22に送給路14aの上流側から下流側への
み燃料を通過させる逆止弁23が設けられている。この
逆止弁23は高圧燃料ポンプ17が十分に作動しない
で、高圧燃料ポンプ17の上流側よりも下流側の方が燃
料圧力が低ければ、第1バイパス通路22を開放し、高
圧燃料ポンプ17が十分に作動して高圧燃料ポンプ17
の上流側よりも下流側の方が燃料圧力が高くなれば、第
1バイパス通路22を閉鎖するようになっている。
【0053】ところで、本実施形態の筒内噴射式のエン
ジンにあっては、往復動型圧縮ポンプを適用した場合を
示しており、この往復動型圧縮ポンプは燃料系に間欠的
な燃料供給を行うため、高圧燃料ポンプ17から燃料通
路14に吐出された燃料に対して圧力波が発生し、燃料
通路14の閉塞端や燃料流路が狭くなるような部分では
圧力波が衝突反射し、あるエンジン回転速度では、多数
の圧力波が重なって大きな圧力振幅となり、共振が発生
する。そのため、本燃料系に用いられた高圧燃料ポンプ
17において、この高圧燃料ポンプ17の上流側には緩
衝装置としてのスプリングダンパ24が設けられる一
方、高圧燃料ポンプ17の下流側には燃料通路14より
も大きな流路断面積を有する緩衝装置としての緩衝容器
25及び燃料通路の共振を除去する第1、第2レゾネー
タ26,27が設けられている。そして、この高圧燃料
ポンプ17に対して、スプリングダンパ24と緩衝容器
25と各レゾネータ26,27は一体に形成されること
で、高圧燃料ポンプ装置28を構成している。
【0054】ここで、この高圧燃料ポンプ装置28につ
いて具体的に説明する。図2に示すように、ハウジング
41には、低圧燃料ポンプ13からの燃料通路14の送
給路14aの下流端が連通する送給ポート42が形成さ
れ、この送給ポート42に連通する流通路43はスプリ
ングダンパ24に連通されている。このスプリングダン
パ24は、燃料タンク11内に設置している低圧燃料ポ
ンプ13から連続的に送られてくる燃料を無駄なく利用
するために、間欠的に燃料を圧送している高圧燃料ポン
プ17の吸入弁が閉じたときに燃料を一時蓄え、この吸
入弁が開いたときに低圧燃料ポンプ13から送られてく
る燃料に加算して高圧燃料ポンプ17に燃料を供給する
機能を有している。なお、連続的に燃料を輸送する低圧
燃料ポンプ13に対して、高圧燃料ポンプ17は間欠的
に駆動することにより生じる低圧側の脈動を抑制する機
能を有している。一方、高圧燃料ポンプ17において、
ハウジング41にはスリーブ44が固定リング45によ
って固定されており、このスリーブ44にはピストン4
6が移動自在に支持されている。また、このピストン4
6の軸方向一方にはエンジンの作動と直接連動するカム
47が設けられており、ピストン46の軸方向他方とハ
ウジング41との間に介装された圧縮スプリング48に
より、このピストン46は一端部がカム47に圧接して
いる。また、スリーブ44とピストン46との間には燃
料の漏洩を防止する密閉部材49が設けられている。
【0055】このスリーブ44をピストン46が往復移
動することで形成されるシリンダ室50には吸引路51
と吐出路52の一端が連通しており、その間にリードバ
ルブ53a,53bが設けられている。そして、吸引路
51の他端はスプリングダンパ24に連通し、吐出路5
2の他端は緩衝容器25に連通している。第1レゾネー
タ26は、ある所定の容積(例えば、8cc)をもった容
積室26aと、吐出路52(燃料通路14)とこの容積
室26aとを連通する燃料通路径よりも細い細径路26
bとから構成されている。そして、この第1レゾネータ
26は細径路26bによって緩衝容器25の下流側の吐
出路52に連通しており、緩衝容器25は連通路54を
介して吐出ポート55に連通し、この吐出ポート55は
第1デリパリパイプ19へ連通する送給路14aに連通
している。
【0056】なお、この高圧燃料ポンプ装置28におい
て、緩衝容器25に第1レゾネータ26と共にこの第1
レゾネータ26の容積室26aより小さい容積室を有す
る図示しない第2レゾネータ27が連通して一体形成さ
れているが、ここでは説明を省略する。また、この高圧
燃料ポンプ装置28には、高圧燃料ポンプ17を迂回す
るように吸引路51と吐出路52とを接続する第1バイ
パス通路22及び逆止弁23(図1参照)が設けられて
いるが、ここでは説明を省略する。
【0057】従って、高圧燃料ポンプ装置28におい
て、エンジンの作動と直接連動してカム47が回転する
ことでピストン46が軸方向に往復駆動しており、低圧
燃料ポンプ13から燃料通路14の送給路14aを通し
て低圧燃料が送給ポート42に供給されている。このと
き、ピストン46が軸方向の一方(図2にて下方)に移
動するとシリンダ室50が負圧となり、流通路43及び
吸引路51内の低圧燃料がリードバルブ53aを介して
シリンダ室50に吸入される。そして、ピストン46が
軸方向の他方(図2にて上方)に移動するとシリンダ室
50が加圧されることで内部の燃料が所定の圧力まで加
圧され、高圧燃料がリードバルブ53bを介して吐出路
51に吐出され、緩衝容器25及び連通路54を介して
吐出ポート55に流動し、この吐出ポート55から第1
デリパリパイプ19へ連通する送給路14aに流動す
る。
【0058】このように高圧燃料ポンプ装置28が構成
されているが、図1に示すように、この高圧燃料ポンプ
装置28(高圧燃料ポンプ17)の吐出燃料を燃料噴射
弁18,20に分配する第1及び第2デリバリパイプ1
9,21は、この各デリバリパイプ19,21よりも細
径の連通管14cにて直列に連結されている。従って、
高圧燃料ポンプ17は燃料噴射弁18,20が1回に噴
射する燃料を各デリバリパイプ19,21に供給するも
のであるとすると、第2デリバリパイプ21の下流端近
傍に後述する高圧制御弁装置33が設けられているた
め、この第2デリバリパイプ21の下流端21a(高圧
制御弁装置33)が閉塞部として考えられ、高圧燃料ポ
ンプ17が高圧燃料を吐出するときに発生する圧力波は
この閉塞部21aで衝突反射する。また、第1デリバリ
パイプ19と第2デリバリパイプ21は細径の連通管1
4cにて直列に連結されていることから、高圧燃料ポン
プ17が高圧燃料を吐出するときに発生する圧力波はこ
の第1デリバリパイプ19の下流端19aで衝突反射す
る。
【0059】このようなことから、第1レゾネータ26
は、高圧燃料ポンプ17から第2デリバリパイプ21の
下流端21a(実際には、高圧制御弁装置33)までの
燃料通路14の固有振動数に基づいて固有振動数が設定
され、第2レゾネータ27は、高圧燃料ポンプ17から
第1デリバリパイプ19の下流端19aまでの燃料通路
14の固有振動数に基づいて固有振動数が設定されてい
る。なお、第2デリバリパイプ21の下流端を閉塞部2
1aとして説明したが、後述するように、第2デリバリ
パイプ21の下流側の燃料通路14には高圧制御弁29
などが設けられており、この高圧制御弁29により高圧
燃料ポンプ17の下流の燃料通路14内の圧力を調整し
ているため、高圧燃料ポンプ17から閉塞部21aまで
は完全な閉塞状態ではない。そのため、実際には、高圧
燃料ポンプ17から閉塞部21aまでの長さに対して高
圧制御弁29などの変調分を考慮して固有振動数を設定
している。
【0060】ここで、各レゾネータ26,27の固有振
動数の設定方法について具体的に説明する。
【0061】燃料通路の固有振動数:fn 高圧燃料ポンプ17から閉塞部21aまでの間で、各部
分でのインピーダンスを、図1に示すように、Z1 〜Z
5 とする。このとき、例えば、高圧燃料ポンプ17から
第1デリバリパイプ19の上流端までの燃料通路の前後
のインピーダンスZ1 ,Z2 を音響インピーダンス法を
用いて下記数式(1)より求めることができる。
【0062】
【数3】
【0063】この関係を、第1デリバリパイプ19の上
流端から下流端までの燃料通路の前後のインピーダンス
2 ,Z3 、第1デリバリパイプ19の下流端から第2
デリバリパイプ21の上流端までの燃料通路の前後のイ
ンピーダンスZ3 ,Z4 、第2デリバリパイプ21の上
流端から下流端までの燃料通路の前後のインピーダンス
4 ,Z5 について定式化し、高圧燃料ポンプ17から
閉塞部21aまでの燃料通路が両端閉塞、即ち、Z1
5 =∝の条件を満足する各角速度ωnがこの燃料通路
の固有角速度となり、固有振動数は下記数式(2)より
求めることができる。
【0064】
【数4】
【0065】レゾネータの固有振動数:frz 一方、レゾネータの固有振動数は、ヘルムホルツの共鳴
箱の式を用い、下記数式(3)より求めることができ
る。
【0066】
【数5】
【0067】このような方法で、レゾネータ26,27
の固有振動数frzを燃料通路の固有振動数fnに一致
させることにより、共振時の圧力振幅の増大を抑制する
ことができる。ここでは、第1レゾネータ26に対して
第2レゾネータ27は小さく、例えば、第1レゾネータ
26は5〜10cc、第2レゾネータ27は1〜5cc
である。そして、この場合、燃料通路14内を流動する
燃料に空気が混入すると燃料の音速aが変化するが、燃
料通路の固有振動数fn及びレゾネータ26,27の固
有振動数frzが音速aの関数で設定されており、互い
に打ち消し合って悪影響を及ぼすことはない。
【0068】一方、緩衝容器25は、高圧燃料ポンプ1
7が高圧燃料を吐出するときに発生した圧力波とこの圧
力波が第1デリバリパイプ19の下流端19aや第2デ
リバリパイプ21の閉塞端21aで衝突反射した圧力波
とが重なり合った波形を整形するためのものであり、例
えば、5〜30cc程度となっている。更に、スプリン
グダンパ24は、低圧燃料ポンプ13が燃料通路14の
送給路14aを通して高圧燃料ポンプ17に低圧燃料を
吐出するときに発生する圧力波を吸収し、高圧燃料ポン
プ17への供給燃料を安定させるものである。
【0069】前述した第2デリバリパイプ21の下流側
の燃料通路14の返送路14bには、高圧燃料ポンプ1
7からの吐出圧を設定圧に調整する高圧制御弁29が設
けられており、この返送路14bは燃料タンク11に接
続されている。この高圧制御弁29は、高圧燃料ポンプ
17からの吐出圧が設定圧(例えば、50気圧)を越え
るまでは閉鎖していて、吐出圧がこの設定圧を越える
と、この越えた圧力分の燃料については返送路14bを
通して燃料タンク11へ返送し、燃料噴射弁18,20
における燃料圧力を所定圧に安定させるようにしてい
る。
【0070】また、この返送路14bには、燃料噴射弁
18,20の燃料を高圧制御弁29を迂回させて燃料タ
ンク11へ排出させることができるように、高圧制御弁
29の上流側部分と下流側部分とを接続する第2バイパ
ス通路30が設けられている。この第2バイパス通路3
0は、燃料通路14内の燃料噴射弁17の近傍に含有し
たベーパ(気泡)をエンジン始動初期に排出するための
ものである。そこで、第2バイパス通路30には、この
第2バイパス通路30を開閉する電磁切換弁31が設け
られている。この電磁切換弁31は、電力を受けた作動
時に第2バイパス通路30を開放し、電力を絶たれた停
止時には第2バイパス通路30を閉鎖するようになって
いる。そして、図示しないイグニッションキースイッチ
がスタータ位置に操作されると、これに連動して起動し
て第2バイパス通路30を開放し、これにより、燃料噴
射弁18,20の近傍に含有したベーパの排出が完了す
る所定時間を経過したら停止して、第2バイパス通路3
0を閉鎖するようになっている。
【0071】更に、第2バイパス通路30が合流した燃
料通路14の返送路14bには低圧制御弁32が設けら
れており、高圧制御弁29と第2バイパス通路30及び
電磁切換弁31とこの低圧制御弁32とが一体に形成さ
れることで、高圧制御弁装置33を構成している。な
お、低圧制御弁32は高圧制御弁29の開動作に伴って
この高圧制御弁29の上流から燃料圧力が急激に低下
し、高圧制御弁29の下流の燃料通路14内に脈動が発
生するのを抑制している。
【0072】また、燃料通路14の送給路14aと返送
路14bとの間、即ち、送給路14aの燃料フィルタ1
6の下流側で高圧燃料ポンプ装置28よりも上流側の部
分と返送路14bの最下流部分との間には、連通路34
が設けられている。そして、この連通路34には、低圧
燃料ポンプ13からの吐出圧を設定圧に調整する低圧制
御弁35が設けられている。この低圧制御弁35は、低
圧燃料ポンプ13からの吐出圧が設定圧(例えば、3気
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
11側へ直接返送することで、高圧燃料ポンプ装置28
へ送給する燃料圧力を設定圧付近に安定させるようにし
ている。もちろん、この設定圧が得られるように、低圧
燃料ポンプ13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。
【0073】以下、このように構成された本実施形態と
しての内燃機関用燃料供給装置の作用について説明す
る。図1に示すように、図示しないイグニッションキー
スイッチをスタータオン位置に入れてエンジンを始動さ
せると、このエンジンの始動と共に低圧燃料ポンプ13
及び高圧燃料ポンプ17が作動する。低圧燃料ポンプ1
3は始動後は速やかに所定圧(数気圧)の出力圧状態に
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17は十分な吐出圧は発生しな
い。
【0074】このため、エンジン始動直後に高圧燃料ポ
ンプ17は、むしろ、低圧燃料ポンプ13からの吐出圧
による燃料通路14内の燃料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17と並列に設けら
れた第1バイパス通路22を通じて第1、第2デリバリ
パイプ19,21側へ燃料が供給されるので、各燃料噴
射弁18,20からは低圧制御弁35で調整される圧力
程度の燃料圧力で燃料噴射を行うことができる。
【0075】つまり、第1バイパス通路22には逆止弁
23が設けられているが、この逆止弁23は高圧燃料ポ
ンプ17の上流側よりも下流側の方が燃料圧力が低けれ
ば、第1バイパス通路22を開放するので、高圧燃料ポ
ンプ17が十分に吐出圧を発生しなければ、第1、第2
デリバリパイプ19,21側へ低圧制御弁35の調整レ
ベル程度の圧力で燃料が供給されるようになる。
【0076】一般に、エンジンの始動直後には、燃焼に
必要とする燃料量も少なく、且つ、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、
吸気行程中のみに行うようになる、従って、この低圧制
御弁35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。これにより、エンジンの回転
上昇とともに高圧燃料ポンプ17の吐出流量が増加して
いき、その吐出圧も滑らかに上昇する。
【0077】このように高圧燃料ポンプ17がある程度
作動し始めると、高圧燃料ポンプ17の上流側よりも下
流側の方が燃料圧力が高くなり、逆止弁23が第1バイ
パス通路22を閉鎖するようになり、高圧燃料ポンプ1
7の吐出圧はロスすることなくこの高圧燃料ポンプ17
の下流側の燃料圧力を高めていき、高圧制御弁29の調
整圧以上に燃料圧力を高めるようになる。
【0078】この結果、高圧燃料ポンプ17の吐出圧が
十分なレベルに上昇し、高圧制御弁29の調整圧程度の
高い燃料圧力で各燃料噴射弁18,20から燃料噴射を
行うことができる。このようにして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、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
たり、過給時に過給圧に応じて要求されている、高い燃
料噴射圧力を得られるようになる。
【0079】一方、例えば、自動車用内燃機関などで
は、エンジンの停止後に、エンジン冷却系の停止によっ
て生じるエンジンルーム内の温度上昇や、圧力制御弁2
9,35や燃料噴射弁18,20における燃料リークに
より、燃料通路14内にベーパ(気泡)が発生し、次回
のエンジンの起動時には、燃料通路14内にこのベーパ
が含有した状態で燃料供給が開始される。特に、燃料噴
射弁18,20の付近に存在するベーパは、噴射する燃
料圧力の立ち上がりの遅れやばらつき、あるいは、燃料
噴射弁18,20から空噴射を招く原因となり、燃料噴
射の制御を困難にする。
【0080】このような燃料噴射弁18,20の付近に
存在するベーパは、燃料供給装置の始動によって燃料通
路14内を燃料が流通するようになったときに、燃料通
路14の返送路14bを流通する燃料と共に排出されれ
ばよいが、この返送路14bに設けられた高圧制御弁2
9は燃料圧力が高くないと閉鎖して燃料の流れを遮断す
る。従って、ベーパの排出も阻害してしまうが、本装置
では、高圧制御弁29と並列に第2バイパス通路30が
設けられ、この第2バイパス通路30を開閉する電磁切
換弁31はエンジン始動後所定期間は開通するので、こ
の第2バイパス通路30を通じて燃料が高圧制御弁29
を迂回しながら、返送路14bの下流側へ流通する。
【0081】この燃料流と共に燃料通路14内の燃料噴
射弁18,20の近傍に含有したベーパは燃料通路14
の外部に排出されていく。また、このように第2バイパ
ス通路30が開放していても、この第2バイパス通路3
0の下流側の返送路14bには低圧制御弁32があり、
この低圧制御弁32が燃料噴射弁18,20の付近の燃
料圧力を少なくとも低圧制御弁35で制御される設定圧
に近い程度に保持するので、ベーパを排出しながらも燃
料噴射弁18,20からの燃料噴射圧力はエンジン始動
時に十分なだけは確保される。
【0082】従って、エンジンの始動直後にベーパによ
り生じる燃料圧力の立ち上がりの遅れやばらつき、空噴
射等の現象を招かないようにしながら、且つ、ある程度
の燃料噴射圧力を得ることができ、エンジン始動直後か
ら良好なエンジン燃焼を保持しつつ、滑らかにエンジン
回転速度を高めていくことができ、例えば、筒内噴射式
のエンジンの実用性を大幅に向上させることができるよ
うになる。また、第2バイパス通路30を開閉する電磁
切換弁31は、エンジン始動後所定時間(比較的短時
間)が経過してベーパの排出が十分に行われた後には閉
鎖するので、この後、高圧制御弁29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、例え
ば、高速運転時等に十分な燃料噴射圧力を得られるよう
になる。
【0083】ところで、本装置にて上記のような燃料の
流通があるとき、つまり、低圧燃料ポンプ13によって
低加圧された燃料が高圧燃料ポンプ17で高加圧されて
所定圧まで高められ、燃料通路14に吐出されるとき、
この高圧燃料ポンプ17はエンジン回転速度に基づいて
燃料通路14に間欠的な燃料供給を行うため、あるエン
ジン回転速度にて共振によって圧力振幅が極端に高くな
る。
【0084】即ち、図3に点線で示すように、エンジン
回転数が5000rpm のときに燃料の圧力振幅が大きく
なっており、これが共振回転数であることがわかる。上
述した高圧燃料ポンプ装置28には、高圧燃料ポンプ1
7の上流側にスプリングダンパ24が、下流側に緩衝容
器25及び第1、第2レゾネータ26,27がそれぞれ
設けられている。
【0085】高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を吐出する
と同時に圧力波が発生し、この圧力波は燃料通路14を
下流側に伝搬する。そして、例えば、この圧力波は第1
デリバリパイプ19から連通管14cに至って細径部、
即ち、第1デリバリパイプ19の下流端19aに衝突し
て反射する。また、第2デリバリパイプ21の下流端に
閉塞部21aに衝突して反射する。すると、図19(a)
に示すように、第1デリバリパイプ19の上流端(図1
の計測点A)では、高圧燃料ポンプ17の燃料吐出時に
発生する圧力波と、この圧力波が第1デリバリパイプ1
9の下流端19aや第2デリバリパイプ21の下流端に
閉塞部21aなどに衝突して反射した圧力波とが重なっ
た高い振幅となる。一方、図19(b)に示すように、第
2デリバリパイプ21の下流端(図1の計測点B)で
は、高圧燃料ポンプ17の燃料吐出時に発生する圧力波
が伝搬した圧力波と、この圧力波が高圧燃料ポンプ17
の吐出口で反射して再び戻ってきた圧力波とが重なった
高い振幅となる。
【0086】本装置の高圧燃料ポンプ装置28では、高
圧燃料ポンプ17の吐出口に2つのレゾネータ26,2
7が取付けられ、第1レゾネータ26の固有振動数が、
高圧燃料ポンプ17から第2デリバリパイプ21の閉塞
部21aまでの燃料通路14の固有振動数に基づいて設
定されている。従って、第2デリバリパイプ21の閉塞
部21aで反射した圧力波は燃料通路14を上流側に伝
搬して高圧燃料ポンプ17近傍に至るが、ここで第1レ
ゾネータ26の固有振動数によって打ち消される。その
ため、燃料通路14内でこの反射した圧力波と高圧燃料
ポンプ17が高圧燃料を吐出するときに発生する圧力波
との共振が抑制される。また、第2レゾネータ27の固
有振動数は高圧燃料ポンプ17から第1デリバリパイプ
19の下流端19aまでの燃料通路14の固有振動数に
基づいて設定されている。従って、第1デリバリパイプ
19の下流端19aで反射した圧力波は燃料通路14を
上流側に伝搬して高圧燃料ポンプ17近傍に至るが、こ
こで第2レゾネータ27の固有振動数によって打ち消さ
れる。そのため、燃料通路14内でこの反射した圧力波
と高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を吐出するときに発生
する圧力波との共振が抑制される。
【0087】このことは図3及び図4、図5のグラフか
らも明らかである。即ち、従来は、図3に点線で示すよ
うに、エンジン回転数が5000rpm のときに燃料の圧
力振幅が大きくなっていたが、2つのレゾネータ26,
27を装着した本実施形態の燃料系では、図3に実線で
示すように、エンジン回転数が5000rpm のときの燃
料の圧力振幅が低減されている。また、図4に示すもの
は第1レゾネータ26のみを装着したときの計測結果で
あり、図4(a)に示すように、第1デリバリパイプ19
の上流端(計測点A)では、第2デリバリパイプ21の
閉塞部21aに衝突して反射した圧力波が第1レゾネー
タ26によって打ち消されることで、高圧燃料ポンプ1
7の燃料吐出時に発生する圧力波のみの低い振幅とな
る。一方、図4(b)に示すように、第2デリバリパイプ
21の下流端(計測点B)では、第2デリバリパイプ2
1の閉塞部21aに衝突して反射した圧力波が高圧燃料
ポンプ17の吐出口で第1レゾネータ26によって打ち
消されることで、ここに再び戻ることはなく、高圧燃料
ポンプ17の燃料吐出時に発生する圧力波が伝搬した圧
力波のみの低い振幅となる。
【0088】更に、図5に示すものは第1、第2レゾネ
ータ26,27の両方を装着したときの計測結果であ
り、図5(a)に示すように、第1デリバリパイプ19の
上流端(計測点A)では、第2デリバリパイプ21の閉
塞部21aに衝突して反射した圧力波が第1レゾネータ
26によって打ち消され、且つ、第1デリバリパイプ1
9の下流端19aに衝突して反射した圧力波が第2レゾ
ネータ27によって打ち消されることで、高圧燃料ポン
プ17の燃料吐出時に発生する圧力波のみの低い振幅と
なる。一方、図5(b)に示すように、第2デリバリパイ
プ21の下流端(計測点B)では、第2デリバリパイプ
21の閉塞部21aに衝突して反射した圧力波が高圧燃
料ポンプ17の吐出口で第1レゾネータ26によって打
ち消され、且つ、第1デリバリパイプ19の下流端19
aに衝突して反射した圧力波が第2レゾネータ27によ
って打ち消されることで、ここに再び戻ることはなく、
高圧燃料ポンプ17の燃料吐出時に発生する圧力波が伝
搬した圧力波のみの低い振幅となる。
【0089】また、この高圧燃料ポンプ17の吐出口に
は2つのレゾネータ26,27との間に緩衝容器25が
取付けられている。高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を吐
出するときに発生する圧力波は、前述したように、第2
デリバリパイプ21の閉塞部21aや第1デリバリパイ
プ19の下流端19aに衝突して反射し、高圧燃料ポン
プ17の吐出口に戻ってくる。このとき、第2デリバリ
パイプ21より下流側の高圧制御弁29などの影響によ
り、高圧燃料ポンプ17の吐出口に戻ってくる圧力波の
波形は若干ずれている。緩衝容器25はこのずれた圧力
波の波形の周期をほぼ一致させると共に、全ての回転領
域での圧力振幅を低く抑えることができる。また、第
1、第2レゾネータ26,27により圧力波を打ち消す
ることができる。従って、燃料の適正なメータリング
(流量調整)が行われることで、高圧燃料ポンプ17は
適圧、適量の燃料を吐出することができる。
【0090】なお、低圧燃料ポンプ13が高圧燃料ポン
プ17に至る送給路14aに低圧燃料を吐出するとき、
低圧燃料の吐出と共に低圧の圧力波が発生する。そのた
め、この高圧燃料ポンプ17の上流側にはスプリングダ
ンパ24が取付けられている。従って、低圧燃料ポンプ
13が低圧燃料を吐出するときに発生する圧力波は、こ
の低圧燃料ポンプ13と高圧燃料ポンプ17との間の燃
料通路14の送給路14aに作用するが、この圧力波は
スプリングダンパ24によって吸収される。なお、この
緩衝装置として、スプリングダンパ24以外に、容積室
やアキュムレータなどを用いてもよい。
【0091】なお、上述の第1実施形態では、第1レゾ
ネータ26と第2レゾネータ27を、燃料通路14上の
緩衝容器25に設けたが、装着位置はここに限定される
ものではない。図6に本発明の第1実施形態の燃料系を
内燃機関用燃料供給装置に適用した場合における高圧燃
料ポンプ装置の変形例を表す概略を示す。なお、上述し
た実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材に
は同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0092】図6に示すように、高圧燃料ポンプ28A
において、燃料通路14の送給路14aは高圧燃料ポン
プ17に接続されており、この高圧燃料ポンプ17の下
流側には燃料通路14よりも大きな流路断面積を有する
緩衝容器25が接続され、この緩衝容器25の下流側に
は燃料通路14の共振を除去する第1、第2レゾネータ
26,27が接続されている。従って、高圧燃料ポンプ
17が高圧燃料を吐出するときに発生する圧力波は、燃
料通路14内で反射して高圧燃料ポンプ17の吐出口に
戻ってくる。このとき、緩衝容器25によって燃料通路
内での拡散が抑えられ、第1レゾネータ26及び第2レ
ゾネータ27の各固有振動数によって打ち消されて燃料
通路14内での共振を除去できる。
【0093】図7に本発明の第2実施形態としての燃料
系を内燃機関用燃料供給装置に適用したものの概略を示
す。なお、上述した第1実施形態で説明したものと同様
の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説
明は省略する。
【0094】図7に示すように、高圧燃料ポンプ28B
において、燃料通路14の送給路14aは高圧燃料ポン
プ17に接続されており、この高圧燃料ポンプ17の下
流側には燃料通路14よりも大きな流路断面積を有する
緩衝容器25が接続され、この緩衝容器25の下流側に
は第2レゾネータ27が接続されている。また、高圧制
御弁装置33Bにおいて、第2デリバリパイプ21の下
流側であって、高圧制御弁29の上流側には第1レゾネ
ータ26が接続されている。そして、この第1レゾネー
タ26は、高圧燃料ポンプ17から高圧制御弁29まで
の燃料通路14の固有振動数に基づいて固有振動数が設
定され、第2レゾネータ27は、高圧燃料ポンプ17か
ら第1デリバリパイプ19の下流端19aまでの燃料通
路14の固有振動数に基づいて固有振動数が設定されて
いる。
【0095】従って、高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を
吐出するときに発生する圧力波は、燃料通路14内の高
圧制御弁29で反射する。この反射波は第1レゾネータ
26の固有振動数によって打ち消され、燃料通路14内
での共振を抑制できる。このとき、この反射波は緩衝容
器25によって燃料通路内で拡散せず、効果的に共振を
抑制できる。また、高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を吐
出するときに発生する圧力波は、燃料通路14内の第1
デリバリパイプ19の下流端19aで反射する。この反
射波は第2レゾネータ27の各固有振動数によって打ち
消され、燃料通路14内での共振を抑制できる。
【0096】このように高圧制御弁29での反射波をこ
の高圧制御弁29の近傍に設けられた第1レゾネータ2
6によって効果的に除去できる。また、この第1レゾネ
ータ26は高圧制御弁29などと一体に形成されること
で高圧燃料ポンプ28Bを構成しており、小型化が図れ
て組付性も良い。なお、第1レゾネータ26を高圧制御
弁29の上流側にのみに設けたが、この高圧制御弁29
の上流側に設けると共に、第1実施形態と同様に、高圧
燃料ポンプ17の下流側に設けてもよい。
【0097】図8に本発明の第3実施形態としての燃料
系を内燃機関用燃料供給装置に適用したものの概略を示
す。なお、上述した第1、第2実施形態で説明したもの
と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複
する説明は省略する。
【0098】本実施形態では、直列型内燃機関の燃料噴
射装置に適用したものであり、図8に示すように、高圧
燃料ポンプ装置28Cの下流側の燃料通路14に燃料噴
射弁18を有するデリバリパイプ19に接続され、この
デリバリパイプ19は燃料噴射弁18に連通する往路1
9bと高圧制御弁29に連通する復路19cを有してい
る。そして、このデリバリパイプ19はの下流側は高圧
制御弁装置33Cに接続されている。この高圧燃料ポン
プ28Cにおいて、燃料通路14の送給路14aは高圧
燃料ポンプ17に接続されており、この高圧燃料ポンプ
17の下流側には燃料通路14よりも大きな流路断面積
を有する緩衝容器25が接続され、この緩衝容器25の
下流側には第2レゾネータ27が接続されている。ま
た、高圧制御弁装置33Cにおいて、デリバリパイプ1
9の下流側であって、高圧制御弁29の上流側には第1
レゾネータ26が接続されている。そして、この第1レ
ゾネータ26は、高圧燃料ポンプ17から高圧制御弁2
9までの燃料通路14の固有振動数に基づいて固有振動
数が設定されている。なお、直列型内燃機関の燃料噴射
装置では、反射源としては高圧制御弁29のみであり、
この反射波を除去する第1レゾネータ26だけで十分で
あるが、共振除去効果を高めるために第2レゾネータ2
7を設けている。
【0099】従って、高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を
吐出するときに発生する圧力波は、燃料通路14内の高
圧制御弁29で反射して高圧燃料ポンプ17の吐出口に
戻ってくる。このとき、緩衝容器25によって圧力脈動
の振幅を低く抑えることができ、且つ、第1レゾネータ
26の固有振動数によって打ち消されて燃料通路14内
での共振を抑制できる。なお、燃料通路14に2つのレ
ゾネータ26,27を設けたが、共振周波数に変化がな
い場合には第1レゾネータ26のみ設けてもよい。
【0100】図9に本発明の第4実施形態としての燃料
系を内燃機関用燃料供給装置に適用したものの概略を示
す。なお、上述した第1、第2、第3実施形態で説明し
たものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付し
て重複する説明は省略する。
【0101】本実施形態では、直列型内燃機関の燃料噴
射装置に適用したものであるが、供給した燃料の返戻を
行わないリターンレス燃料系となっている。図9に示す
ように、高圧燃料ポンプ装置28Dの下流側の燃料通路
14は燃料噴射弁18を有するデリバリパイプ19に接
続され、この燃料通路14はデリバリパイプ19の上流
側で分岐し、高圧制御弁装置33に接続されている。こ
の高圧燃料ポンプ28Dにおいて、燃料通路14の送給
路14aは高圧燃料ポンプ17に接続されており、この
高圧燃料ポンプ17の下流側には燃料通路14よりも大
きな流路断面積を有する緩衝容器25が接続され、この
緩衝容器25にはレゾネータ26が接続されている。そ
して、高圧制御弁装置33がデリバリパイプ19の上流
側の燃料通路14に接続されているため、このレゾネー
タ26は、高圧燃料ポンプ17からデリバリパイプ19
の下流端までの燃料通路14の固有振動数に基づいて固
有振動数が設定されている。なお、レゾネータ26を高
圧制御弁29の上流側のまでの燃料通路14に設けたも
よく、また、共振除去効果を高めるためにデリバリパイ
プ19の下流端に別のレゾネータを設けても良い。
【0102】従って、高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を
吐出するときに発生する圧力波は、燃料通路14内のデ
リバリパイプ19の下流端で反射して高圧燃料ポンプ1
7の吐出口に戻ってくる。このとき、緩衝容器25によ
って圧力脈動の振幅を低く抑えることができ、レゾネー
タ26の固有振動数によって反射波が打ち消されて燃料
通路14内での共振を抑制できる。
【0103】上述の実施形態では、高圧燃料ポンプ17
とデリバリパイプ19との間に高圧制御弁装置33を設
けた燃料系としたが、デリバリパイプ19の下流側に高
圧制御弁装置33を設け、高圧制御弁29から返戻され
る燃料を高圧燃料ポンプ17の下流側に供給し、完全に
燃料タンク11に燃料を返戻しないリターンレス燃料系
としてもよい。
【0104】図10に本発明の第5実施形態としての燃
料系を内燃機関用燃料供給装置に適用したものの概略、
図11に高圧燃料ポンプ装置の概略、図12に高圧燃料
ポンプと緩衝容器とレゾネータとデリバリパイプとで構
成する区間燃料通路の概略、図13に区間燃料通路で発
生する圧力波に対してデッドボリュームの変化に応じた
周波数帯の変化を表すグラフ、図14に区間燃料通路で
発生する圧力波に対して通路の長さの変化に応じた周波
数帯の変化を表すグラフ、図15に区間燃料通路で発生
する圧力波に対して通路の直径の変化に応じた周波数帯
の変化を表すグラフ、図16にエンジン回転数に対する
騒音レベルを表すグラフ、図17に騒音発生周波数に対
する騒音レベルを表すグラフを示す。なお、上述した第
1実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材に
は同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0105】本実施形態の内燃機関用燃料供給装置は、
内燃機関として直列型4気筒エンジンに適用したもので
あって、図10に示すように、高圧燃料ポンプ装置28
Eの下流側の燃料通路14は燃料噴射弁18を有するデ
リバリパイプ19に接続され、このデリバリパイプ19
の下流側は高圧制御弁装置33Eに接続されている。高
圧燃料ポンプ28Eにおいて、燃料通路14の送給路1
4aは高圧燃料ポンプ17に接続されており、この高圧
燃料ポンプ17の下流側には燃料通路14よりも大きな
流路断面積を有する緩衝容器25が接続され、この緩衝
容器25には第1レゾネータ26が接続されている。ま
た、高圧制御弁装置33Eにおいて、デリバリパイプ1
9の下流側であって、高圧制御弁29の上流側には第2
レゾネータ27が接続されている。そして、この第1レ
ゾネータ26は、高圧燃料ポンプ17からデリバリパイ
プ19の下流端19aまでの燃料通路14の固有振動数
に基づいて固有振動数が設定され、第2レゾネータ27
は、高圧燃料ポンプ17から高圧制御弁29までの燃料
通路14の固有振動数に基づいて固有振動数が設定され
ている。
【0106】この高圧燃料ポンプ装置28Eにおいて、
図11に示すように、ハウジング61には、低圧燃料ポ
ンプ13からの燃料通路14の送給路14aの下流端が
連通する送給ポート62が形成され、この送給ポート6
2に連通する流通路63はスプリングダンパ(パルセー
ションダンパ)24に連通されている。一方、高圧燃料
ポンプ17において、ハウジング61にはスリーブ64
が固定リング65及びインシュレータ66によって固定
されており、このスリーブ64にはプランジャ67が移
動自在に支持されている。このプランジャ67の軸方向
一端部にはタペット68が固定され、他端部には圧縮ス
プリング69が装着されており、この圧縮スプリング6
9によってプランジャ67のタペット68が、エンジン
の作動と直接連動するカム70に圧接している。また、
スリーブ64とプランジャ67との間には燃料の漏洩を
防止するベローズ71が設けられている。
【0107】このスリーブ64をプランジャ67が往復
移動することで形成されるシリンダ室72には吸引路7
3と吐出路74の一端が連通しており、その間にリード
バルブ75a,75bが設けられている。そして、吸引
路73の他端はスプリングダンパ24に連通し、吐出路
74の他端は緩衝容器25に連通している。第1レゾネ
ータ26は、ある所定の容積をもった容積室26aと、
吐出路74(燃料通路14)とこの容積室26aとを連
通するオリフィス26bとから構成されている。そし
て、この第1レゾネータ26はオリフィス26bによっ
て緩衝容器25の下流側の吐出路74に連通しており、
緩衝容器25は連通路76を介して吐出ポート77に連
通し、この吐出ポート77はデリパリパイプ19へ連通
する送給路14aに連通している。
【0108】従って、上述した高圧燃料ポンプ装置28
Eにおいて、エンジンの作動と直接連動してカム70が
回転することでプランジャ67が軸方向に往復駆動して
おり、低圧燃料ポンプ13から燃料通路14の送給路1
4aを通して低圧燃料が送給ポート62に供給されてい
る。このとき、プランジャ67が軸方向の一方(図11
にて左方)に移動するとシリンダ室72が負圧となり、
流通路63及び吸引路73内の低圧燃料がリードバルブ
75aを介してシリンダ室71に吸入される。そして、
プランジャ67が軸方向の他方(図11にて右方)に移
動するとシリンダ室71が加圧されることで内部の燃料
が所定の圧力まで加圧され、高圧燃料がリードバルブ7
5bを介して吐出路74に吐出され、緩衝容器25及び
連通路76を介して吐出ポート77に流動し、この吐出
ポート77からデリパリパイプ19へ連通する送給路1
4aに流動する。
【0109】このように高圧燃料ポンプ装置28Eが構
成されており、図10に示すように、高圧燃料ポンプ1
7が高圧燃料を吐出するときに発生する圧力波は、燃料
通路14内のデリバリパイプ19の下流端19aで反射
する。この反射波は第1レゾネータ26の各固有振動数
によって打ち消され、燃料通路14内での共振を抑制で
きる。また、燃料通路14内の高圧制御弁29で反射し
た反射波は第2レゾネータ27の固有振動数によって打
ち消され、燃料通路14内での共振を抑制できる。
【0110】ところで、この高圧燃料ポンプ装置28E
では、高圧燃料ポンプ17が高圧燃料を吐出してデリバ
リパイプ19や高圧制御弁29などの各閉塞部で反射し
て戻ってくる反射波を打ち消したり、圧力脈動の振幅を
抑制するために緩衝容器25やレゾネータ26,27を
設けたが、高圧燃料ポンプ17と緩衝容器25(第1レ
ゾネータ26)との間の燃料通路14で高圧燃料ポンプ
17による高圧燃料の吐出に応じた振動が発生してしま
う。これは緩衝容器25に高圧燃料ポンプ17からの圧
力波が反射することに起因している。このようなことか
ら本実施形態では、図12(a)に示すように、高圧燃料
ポンプ17と緩衝容器25(レゾネータ26)との間で
規定される区間燃料系の固有振動数を2kHz 以上となる
ようにしている。この場合、この区間燃料系は、高圧燃
料ポンプ17におけるシリンダ室71のデッドボリュー
ムDV 、緩衝容器25の容積室(第1レゾネータ26の
容積室26a)、シリンダ室71と緩衝容器25とを結
ぶ燃料通路14dから構成されるものである。
【0111】ここで、高圧燃料ポンプ17と緩衝容器2
5(レゾネータ26)との間で規定される区間燃料系の
固有振動数fnの設定方法について具体的に説明する。
【0112】上述した区間燃料系の振動モデルとして
は、図12(b)に示す密閉タイプと、図12(c)に示す
開放タイプがある。高圧燃料ポンプ17から緩衝容器2
5(レゾネータ26)までの間での各インピーダンス
を、図12(b),(c)に示すようにZa ,Zb とすると
き、このインピーダンスZa ,Zb を音響インピーダン
ス法を用いて下記数式(4)より求めることができる。
【0113】
【数6】
【0114】この数式(4)に基づいて、まず、図12
(b)に示す密閉タイプにおいて考えると、高圧燃料ポン
プ17のシリンダ室71における容積Va の出口でのイ
ンピーダンスZa と、緩衝容器25の容積Vb の入口で
のインピーダンスZb は、それぞれ下記のように求める
ことができる。
【0115】
【数7】
【0116】そして、この数式(5)(6)を前述した
数式(4)に代入して整理すると、下記数式(7)に示
す関係となる。
【0117】
【数8】
【0118】ここで、得られた数式(7)にtan(k
a)≒kLa という近似を加えると、下記数式(8)
に示す関係を得ることができ、密閉タイプにおける区間
燃料系の固有振動数fnを算出することができる。な
お、ωnは固有角速度である。
【0119】
【数9】
【0120】一方、図12(c)に示す開放タイプにおい
て考えると、高圧燃料ポンプ17のシリンダ室71にお
ける容積Va の出口でのインピーダンスZa と、緩衝容
器25の容積Vb の入口でのインピーダンスZb は、前
述と同様に、下記のように求めることができる。
【0121】
【数10】
【0122】そして、この数式(9)(10)を前述し
た数式(4)に代入して整理すると、下記数式(11)
に示す関係となる。
【0123】
【数11】
【0124】ここで、得られた数式(11)にtan(kL
a)≒kLa という近似を加えると、下記数式(12)
に示す関係を得ることができ、開放タイプにおける区間
燃料系の固有振動数fnを算出することができる。
【0125】
【数12】
【0126】ここで、このようにして求めた各数式にお
いて、各パラメータ、即ち、デッドボリュームDV の容
積Va 、緩衝容器25の容積Vb 、シリンダ室71と緩
衝容器25とを結ぶ燃料通路14dの長さLa 及び断面
積Fa の変化が区間燃料系の固有振動数fnに与える影
響を考えてみる。なお、前述した数式(8)における、
(Faa+Va+Vb)/Vbの項は、実際にはVb>Fa
a+Vaであるので、この項は極めて1に近く、この数
式(8)は数式(12)と同様であると考えることがで
き、両者ともほぼ同様の固有振動数fnの変化があると
考えられる。
【0127】従って、この数式(8)、(12)から、
以下のことがわかる。 デッドボリュームDV の容積Va の1/2乗に比例
して固有振動数fnが増大する。 シリンダ室71と緩衝容器25とを結ぶ燃料通路1
4dの長さLa の1/2乗に比例して固有振動数fnが
減少する。 シリンダ室71と緩衝容器25とを結ぶ燃料通路1
4dの断面積Fa の1/2乗に比例して固有振動数fn
が増大する。 緩衝容器25の容積Vb の変化が固有振動数fnに
及ぼす影響は極めて少ない。
【0128】なお、上述した数式(8)、(12)には
計算誤差があるため、実際の計算は、数式(7)、(1
1)から直接算出するのが望ましい。即ち、数式
(8)、(12)では、tan(kLa)≒kLa という近
似を用いているため、ここに計算誤差が発生する。
【0129】一方、デッドボリュームDV の容積Va
緩衝容器25の容積Vb 、シリンダ室71と緩衝容器2
5とを結ぶ燃料通路14dの長さLa 及び断面積F
a (直径d)の変化が区間燃料系で発生する振動周波数
に与える影響について、実験結果を示す。図13は、燃
料通路14dの長さLa を50mm、直径da を6mmと
し、エンジン回転数を6000rpm で回転したときに、
デッドボリュームDV の容積Va を変化させたときの周
波数に対する圧力振幅を表したグラフである。このグラ
フから、図13(a)に示すように、デッドボリュームの
容積Va 41.8ccのきは、2〜3kHz の周波数の圧力
振幅が大きくなっている。そして、図13(b)及び図1
3(c)に示すように、デッドボリュームの容積Va
0.68cc、0.11ccと減少すると、2kHz よりも大
きい周波数での圧力振幅が大きくなっている。一方、図
13(d)に示すように、デッドボリュームの容積Va
2.04ccと増大すると、2kHz の周波数での圧力振幅
が大きくなっている。即ち、この条件では、デッドボリ
ュームの容積Va を1.8ccより小さく、1.2cc程度
にすることが望ましい。
【0130】また、図14は、デッドボリュームDV
容積Va を1.8cc、燃料通路14dの直径da を6mm
とし、エンジン回転数を6000rpm で回転したとき
に、燃料通路14dの長さLa を変化させたときの周波
数に対する圧力振幅を表したグラフである。このグラフ
から、図14(a)に示すように、燃料通路14dの長さ
a が50mmのきは、2〜3kHz の周波数の圧力振幅が
大きくなっている。そして、図14(b)に示すように、
燃料通路14dの長さLa を25mmと短くすると、2kH
z よりも大きい周波数での圧力振幅が大きくなってい
る。一方、図14(c)に示すように、燃料通路14dの
長さLa を75mmと長くすると、2kHz の周波数での圧
力振幅が大きくなっている。即ち、この条件では、燃料
通路14dの長さLa を50mmより短く、25mm以下に
することが望ましい。
【0131】更に、図15は、デッドボリュームDV
容積Va を1.8cc、燃料通路14dの長さLa を50
mmとし、エンジン回転数を6000rpm で回転したとき
に、燃料通路14dの直径da を変化させたときの周波
数に対する圧力振幅を表したグラフである。このグラフ
から、図15(a)に示すように、燃料通路14dの直径
a が6mmのきは、2〜3kHz の周波数の圧力振幅が大
きくなっている。そして、図15(b)及び図15(c)に
示すように、燃料通路14dの直径da を8mm、12mm
と大きくすると、2kHz よりも大きい周波数での圧力振
幅が大きくなっている。即ち、この条件では、燃料通路
14dの直径da を量産可能な6mmより大きい8mm程度
にすることが望ましい。
【0132】ここで、具体的に前述した数式(7)、
(12)、あるいは数式(8)、(12)を用いて固有
振動数fnを計算してみる。例えば、従来のように、デ
ッドボリュームDV の容積Va =1.8cc、燃料通路1
4dの長さLa =64mm、燃料通路14dの直径da
6mm、燃料通路14dの断面積Fa =πd2/4mm2、燃
料の音速a=1000m/s とすると、数式(7)では、
固有振動数fn=2290Hz、数式(8)では、固有振
動数fn=2670Hzとなり、数式(11)では、固有
振動数fn=2150Hz、数式(12)では、固有振動
数fn=2490Hzとなる。
【0133】一方、本実施形態のように、デッドボリュ
ームDV の容積Va =1.2cc、燃料通路14dの長さ
a =64mm、燃料通路14dの直径da =8mm、燃料
通路14dの断面積Fa =πd2/4mm2、燃料の音速a
=1000m/s とすると、数式(7)では、固有振動数
fn=3100Hz、数式(8)では、固有振動数fn=
4430Hzとなり、数式(11)では、固有振動数fn
=2900Hz、数式(12)では、固有振動数fn=4
070Hzとなる。
【0134】このようにデッドボリュームDV の容積V
a や燃料通路14dの長さLa を減少させたり、燃料通
路14dの直径da を増大することで、高圧燃料ポンプ
17と緩衝容器25(レゾネータ26)との間で規定さ
れる区間燃料系にて発生する固有振動数fnを2000
Hzより大きくすることができる。即ち、人間の聴覚に極
めて敏感な周波数帯はこの2000Hz前後であり、この
2000Hz前後の周波数帯の圧力振幅を除去すること
で、乗員に不快感を与えることがなくなる。また、この
2000Hz前後の周波数帯は、例えば、シリンダヘッド
の振動によって圧力振幅が発生する周波数帯であり、高
圧燃料ポンプ装置28Eにおける2000Hz前後の周波
数帯の圧力振幅を除去することで、共振も抑制される。
【0135】図16は従来の高圧燃料ポンプ装置と本実
施形態の高圧燃料ポンプ装置28Eによる騒音との大き
さを比較したものである。図16(a)に示すオーバーオ
ールレベルであっても、また、図16(b)に示す1〜
2.5kHz の領域であっても、エンジン回転数の全領域
で騒音レベルが低下しているのがわかる。そして、図1
7は各周波数において、従来の高圧燃料ポンプ装置と本
実施形態の高圧燃料ポンプ装置28Eによる騒音との大
きさを比較したものである。図17(a)に示す従来の高
圧燃料ポンプ装置に対して、図17(b)に示す本実施形
態の高圧燃料ポンプ装置28Eでは、1〜2.5kHz の
領域の騒音レベルが著しく低下しているのがわかる。
【0136】なお、本発明の燃料系は上述の各実施形態
に限定されるものではなく、例えば、高圧燃料ポンプ1
7の下流側から閉塞部としての第2デリバリパイプ21
の下流端21aや高圧制御弁29までの容量が大きい場
合、内燃機関の全ての回転領域にて、燃料吐出時に発生
する圧力振幅が小さくなるので、緩衝容器25は特に設
けなくても良い。また、燃料通路14の各所に設けたレ
ゾネータ26,27の数も1つや2つではなく、燃料系
の構成や除去する圧力波の周波数などの違いによって3
つ、あるいは、それ以上設けてもよいものである。更
に、本発明の燃料系を、例えば、特開平5−33741
号公報に開示された「蓄圧式燃料噴射装置」に適用する
こともできる。
【0137】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように、本発明の請求項1の燃料系によれば、内燃機関
に設けられた燃料噴射弁と燃料タンクとを連通する燃料
通路に、内燃機関の駆動に伴って作動して燃料噴射弁に
燃料を供給する高圧燃料ポンプを設けると共に、燃料通
路の共振を除去するように高圧燃料ポンプの下流側にレ
ゾネータを設け、高圧燃料ポンプの吐出燃料が燃料噴射
弁に分配される第1及び第2デリバリパイプを燃料通路
に設け、この第1及び第2デリバリパイプに燃料噴射弁
をそれぞれ設けると共に各デリバリパイプをこれよりも
細径の連通管にて直列に連結し、第2デリバリパイプの
下流側に閉塞部を設けた燃料系とし、高圧燃料ポンプか
ら閉塞部までの燃料通路の固有振動数に基づいて固有振
動数が設定される第1レゾネータと、高圧燃料ポンプか
ら第1デリバリパイプ下流端までの燃料通路の固有振動
数に基づいて固有振動数が設定される第2レゾネータと
を設けたので、高圧燃料ポンプが高圧燃料を燃料通路に
吐出するとき、この燃料通路には高圧燃料の吐出に伴っ
て圧力波が作用し、燃料通路内の圧力波が閉塞部で反射
して共振しようとするが、この反射した圧力波は第1
ゾネータによって打ち消され、第1デリバリパイプ下流
端で反射した圧力波は第2レゾネータによって打ち消さ
れることとなり、燃料通路での共振を除去することがで
き、その結果、燃料噴射弁から適量・適圧の燃料を安定
して噴射することができ、機関を安定して燃焼させるこ
とができる。
【0138】また、請求項2の発明の燃料系によれば、
燃料噴射弁の下流側の燃料通路に閉塞部を設け、レゾネ
ータの固有振動数を高圧燃料ポンプの下流側から閉塞部
までの燃料通路の固有振動数に基づいて設定したので、
高圧燃料ポンプによる高圧燃料の吐出に伴って発生する
圧力波は、閉塞部に衝突して反射するが、この反射した
圧力波の周波数とレゾネータの固有振動数が互いに打ち
消し合うことで、燃料通路での共振を効果的に除去する
ことができる。
【0139】また、請求項3の発明の燃料系によれば、
レゾネータを高圧燃料ポンプの下流側近傍、または、閉
塞部の上流側近傍の少なくともいずれか一方に設けたの
で、圧力振幅の影響を与える圧力振幅の大きくなる箇所
で効率良く燃料系の共振を除去できる。
【0140】
【0141】また、請求項の発明の燃料系によれば、
レゾネータを高圧燃料ポンプと一体に形成したので、装
置を小型化して組付作業性を向上することができる。
【0142】また、請求項の発明の燃料系によれば、
燃料通路よりも大きな流路断面積を有する緩衝装置を高
圧燃料ポンプの吐出口にこの高圧燃料ポンプと一体に形
成したので、高圧燃料ポンプによる高圧燃料の吐出に伴
って燃料通路に圧力波が発生し、この圧力波が燃料通路
内で反射して多数の圧力波がずれて重合するが、緩衝装
置によって成形され、全ての回転領域での圧力振幅を低
く抑えることができ、更に、各圧力波をレゾネータによ
って確実に打ち消して燃料通路での共振を除去すること
ができる。
【0143】また、請求項の発明の燃料系によれば、
燃料タンクと高圧燃料ポンプとの間に低圧燃料ポンプを
設け、高圧燃料ポンプの上流側近傍に緩衝装置を設けた
ので、低圧燃料ポンプによる低圧燃料の吐出に伴って高
圧燃料ポンプより上流側の燃料通路に圧力波が発生して
も、この圧力波を緩衝装置によって吸収することができ
る。
【0144】更に、請求項の発明の燃料系によれば、
内燃機関に設けられた燃料噴射弁と燃料タンクとを連通
する燃料通路に、内燃機関の駆動に伴って作動して燃料
噴射弁に燃料を供給する高圧燃料ポンプを設けると共
に、燃料通路の共振を除去するように高圧燃料ポンプの
下流側にレゾネータを設け、高圧燃料ポンプの吐出燃料
を燃料噴射弁に分配するデリバリパイプを燃料通路に設
けると共にレゾネータをデリバリパイプの上流側の燃料
通路に配設し、高圧燃料ポンプとレゾネータとの間で規
定される所定区間燃料系の固有振動数を2kHz 以上とし
たので、人間の聴覚に極めて敏感な2kHz より低い周波
数帯が除去され、車室内の静粛性の向上を図ることがで
きる一方、2kHz 以上の固有振動数の振動除去は容易で
あり、確実な遮音対策を行うことができる。
【0145】更に、請求項の発明の燃料系によれば、
所定区間燃料系を、高圧燃料ポンプにおけるシリンダ室
のデッドボリューム、レゾネータの容積室、シリンダ室
と容積室とを結ぶ燃料通路から構成したので、確実に人
間の聴覚に極めて敏感な周波数帯を除去することができ
る。
【0146】更に、請求項の発明の燃料系によれば、
高圧燃料ポンプのデッドボリュームの容積をVa 、レゾ
ネータの容積室の容積をVb 、シリンダ室と容積室とを
結ぶ区間燃料通路の長さをLa 、区間燃料通路の断面積
をFa 、燃料の音速をaとしたとき、固有振動数fnを
所定の数式によって算出し、算出された固有振動数fn
が2kHz 以上となるように各パラメータを設定したの
で、この数式に基づいて固有振動数fnが2kHz 以上と
なるようにデッドボリューム容積Va 、レゾネータの容
積Vb 、区間燃料通路の長さをLa 及び断面積Fa を設
定することで、人間の聴覚に極めて敏感な2kHz より低
い周波数帯の振動を低減することができる。
【0147】更に、本発明の請求項10の燃料ポンプに
よれば、燃料通路に設けられて燃料を燃料噴射弁に供給
する燃料ポンプの下流側に、燃料通路の共振を除去する
レゾネータを一体に設けると共に、燃料ポンプとレゾネ
ータとの間で規定される所定区間燃料系の固有振動数を
2kHz 以上としたので、燃料ポンプが燃料を燃料通路に
吐出するとき、燃料通路には燃料ポンプによる燃料の吐
出に伴って圧力波が発生し、この圧力波が燃料通路内で
反射して共振しようとするが、この反射した圧力波はレ
ゾネータによって打ち消され、燃料通路での共振を除去
することができると共に、燃料ポンプにレゾネータが一
体に設けられたことで装置を小型化して組付作業性を向
上することができ、また、人間の聴覚に極めて敏感な2
kHz より低い周波数帯が除去され、車室内の静粛性の向
上を図ることができる一方、2kHz 以上の固有振動数の
振動除去は容易であり、確実な遮音対策を行うことがで
きる。
【0148】また、請求項11の発明の燃料ポンプによ
れば、燃料通路よりも大きな流路断面積を有する緩衝装
置を吐出口に一体に形成したので、燃料ポンプによる燃
料の吐出に伴って燃料通路に圧力波が発生し、圧力波が
燃料通路内で反射して多数の圧力波がずれて重合する
が、緩衝装置によってその波形が整形され、全ての回転
領域での圧力振幅を低く抑えることとなり、圧力波はレ
ゾネータによって確実に打ち消され、燃料通路での共振
を除去することができると共に、装置を小型化して組付
作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての燃料系を内燃機関
用燃料供給装置に適用したものの概略図である。
【図2】高圧燃料ポンプ装置の概略図である。
【図3】燃料通路の閉塞端におけるエンジン回転数に対
する燃料の圧力振幅を表すグラフである。
【図4】第1レゾネータ適用時のクランク角に対する燃
料圧力を表すグラフである。
【図5】第1及び第2レゾネータ適用時のクランク角に
対する燃料圧力を表すグラフである。
【図6】本発明の第1実施形態の燃料系を内燃機関用燃
料供給装置に適用した場合における高圧燃料ポンプ装置
の変形例を表す概略図である。
【図7】本発明の第2実施形態としての燃料系を内燃機
関用燃料供給装置に適用したものの概略図である。
【図8】本発明の第3実施形態としての燃料系を内燃機
関用燃料供給装置に適用したものの概略図である。
【図9】本発明の第4実施形態としての燃料系を内燃機
関用燃料供給装置に適用したものの概略図である。
【図10】本発明の第5実施形態としての燃料系を内燃
機関用燃料供給装置に適用したものの概略図である。
【図11】高圧燃料ポンプ装置の概略図である。
【図12】高圧燃料ポンプとレゾネータと緩衝容器とデ
リバリパイプとで構成する区間燃料通路の概略図であ
る。
【図13】区間燃料通路で発生する圧力波に対してデッ
ドボリュームの変化に応じた周波数帯の変化を表すグラ
フである。
【図14】区間燃料通路で発生する圧力波に対して長さ
の変化に応じた周波数帯の変化を表すグラフである。
【図15】区間燃料通路で発生する圧力波に対して直径
の変化に応じた周波数帯の変化を表すグラフである。
【図16】エンジン回転数に対する騒音レベルを表すグ
ラフである。
【図17】騒音発生周波数に対する騒音レベルを表すグ
ラフである。
【図18】従来の筒内噴射式内燃機関に適用される燃料
供給装置の概略図である。
【図19】従来の燃料供給装置におけるクランク角に対
する燃料圧力を表すグラフである。
【符号の説明】
11 燃料タンク 13 低圧燃料ポンプ 14 燃料通路 14a 送給路 14b 返送路 17 高圧燃料ポンプ 18,20 燃料噴射弁 19,21 デリバリパイプ 19a 下流端 21a 下流端(閉塞部) 22 第1バイパス通路 24 スプリングダンパ(緩衝装置) 25 緩衝容器(緩衝装置) 26 第1レゾネータ 27 第2レゾネータ 28,28A,28B,28C,28D,28E 高圧
燃料ポンプ装置 29 高圧制御弁(閉塞部) 30 第2バイパス通路 31 電磁切換弁 32,35 低圧制御弁 33,33B,33D 33E 高圧制御弁装置
フロントページの続き (72)発明者 丹羽 史泰 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 安東 弘光 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 棚田 浩 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 山本 茂雄 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 宮本 彰仁 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 門田 哲 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 中井 英雄 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平8−21333(JP,A) 実開 昭50−114519(JP,U) 実開 昭57−100693(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 59/44 F02M 55/02 310 F02M 55/02 350

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関に設けられた燃料噴射弁と燃料
    タンクとを連通する燃料通路と、該燃料通路に設けられ
    て前記内燃機関の駆動に伴って作動して前記燃料噴射弁
    に燃料を供給する高圧燃料ポンプと、前記燃料通路の共
    振を除去するように前記高圧燃料ポンプの下流側に設け
    られたレゾネータとを具え、前記高圧燃料ポンプの吐出
    燃料を前記燃料噴射弁に分配する第1及び第2デリバリ
    パイプが前記燃料通路に設けられ、該第1及び第2デリ
    バリパイプに前記燃料噴射弁がそれぞれ設けられると共
    に、該第1デリバリパイプと第2デリバリパイプとが各
    デリバリパイプよりも細径の連通管にて直列に連結さ
    れ、前記第2デリバリパイプの下流側に閉塞部が設けら
    れた燃料系であって、前記高圧燃料ポンプから前記閉塞
    部までの燃料通路の固有振動数に基づいて固有振動数が
    設定される第1レゾネータと、前記高圧燃料ポンプから
    前記第1デリバリパイプ下流端までの燃料通路の固有振
    動数に基づいて固有振動数が設定される第2レゾネータ
    とが設けられたことを特徴とする燃料系。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の燃料系において、前記燃
    料噴射弁の下流側の前記燃料通路に閉塞部を設け、前記
    レゾネータの固有振動数は、前記高圧燃料ポンプの下流
    側から前記閉塞部までの燃料通路の固有振動数に基づい
    て設定されたことを特徴とする燃料系。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の燃料系において、前記レ
    ゾネータが前記高圧燃料ポンプの下流側近傍、または、
    前記閉塞部の上流側近傍の少なくともいずれか一方に設
    けられたことを特徴とする燃料系。
  4. 【請求項4】 請求項1または2または3記載の燃料系
    において、前記レゾネータが前記高圧燃料ポンプと一体
    に形成されたことを特徴とする燃料系。
  5. 【請求項5】 請求項記載の燃料系において、前記燃
    料通路よりも大きな流路断面積を有する緩衝装置が、前
    記高圧燃料ポンプの吐出口に該高圧燃料ポンプと一体に
    形成されたことを特徴とする燃料系。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の燃料系において、前記燃
    料タンクと前記高圧燃料ポンプとの間に低圧燃料ポンプ
    が設けられ、該高圧燃料ポンプの上流側近傍に緩衝装置
    が設けられたことを特徴とする燃料系。
  7. 【請求項7】 内燃機関に設けられた燃料噴射弁と燃料
    タンクとを連通する燃料通路と、該燃料通路に設けられ
    て前記内燃機関の駆動に伴って作動して前記燃料噴射弁
    に燃料を供給する高圧燃料ポンプと、前記燃料通路の共
    振を除去するように前記高圧燃料ポンプの下流側に設け
    られたレゾネータとを具え、前記高圧燃料ポンプの吐出
    燃料を前記燃料噴射弁に分配するデリバリパイプが前記
    燃料通路に設けられ、前記レゾネータが前記デリバリパ
    イプの上流側の前記燃料通路に配設された燃料系であっ
    て、前記高圧燃料ポンプと前記レゾネータとの間で規定
    される所定区間燃料系の固有振動数を2kHz 以上とする
    ことを特徴とする燃料系。
  8. 【請求項8】 請求項記載の燃料系において、前記所
    定区間燃料系が、前記高圧燃料ポンプにおけるシリンダ
    室のデッドボリューム、前記レゾネータの容積室、該シ
    リンダ室と該容積室とを結ぶ燃料通路から構成されるこ
    とを特徴とする燃料系。
  9. 【請求項9】 請求項記載の燃料系において、前記高
    圧燃料ポンプのデッドボリュームの容積をVa 、前記レ
    ゾネータの容積室の容積をVb 、前記シリンダ室と前記
    容積室とを結ぶ区間燃料通路の長さをLa 、該区間燃料
    通路の断面積をFa 、燃料の音速をaとすると、前記固
    有振動数fnは下記数式によって算出され、算出された
    固有振動数fnが2kHz 以上となるように前記各パラメ
    ータを設定することを特徴とする燃料系。 【数1】
  10. 【請求項10】 燃料通路に設けられて燃料を燃料噴射
    弁に供給する燃料ポンプにおいて、該燃料ポンプの下流
    側に前記燃料通路の共振を除去するレゾネータが一体に
    設けられると共に、前記燃料ポンプと前記レゾネータと
    の間で規定される所定区間燃料系の固有振動数を2kHz
    以上とすることを特徴とする燃料ポンプ。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の燃料ポンプにおい
    て、前記燃料通路よりも大きな流路断面積を有する緩衝
    装置が、吐出口に一体に形成されたことを特徴とする燃
    料ポンプ。
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