JP3742996B2 - 燃料供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料供給系に圧力制御弁を配設し、燃料供給系の燃料圧力を調整する燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、実開平５−１８５４号公報および特開平７−１５８５３６号公報に開示されているように、高圧燃料供給ポンプからコモンレールを経てインジェク夕に高圧燃料を供給する燃料供給系において、コモンレールに圧力制御弁を接続する燃料供給装置が知られている。このような燃料供給装置では、コモンレール内の燃料圧力が所定圧を越えて上昇すると、圧力制御弁が開弁してコモンレールから燃料を排出してコモンレールの燃料圧力を所定圧以下に規制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高負荷運転または高回転運転後にエンジンを停止して放置しているとエンジンからの伝熱や輻射熱によりコモンレールの温度が上昇し、コモンレール内に形成された蓄圧室に残留している燃料の一部が高温のためにベーパ状となり、蓄圧室内の燃料が液体とベーパの混在状態となる。この状態でエンジンを始動しようとすると、蓄圧室に残留しているベーパ状燃料のために蓄圧室の燃料圧力が上昇しにくくなり速やかにインジェクタに高圧燃料を供給できないことによりエンジンの始動性が低下するという問題がある。エンジンの組付け等で蓄圧室に空気が存在する場合も蓄圧室の燃料圧力が速やかに上昇しないという問題が生じる。
【０００４】
しかしながら、従来の燃料供給装置の圧力制御弁は一般に機械式の開閉構造であるため、蓄圧室の燃料が所定圧を越えないと圧力制御弁が開弁しないので、エンジン始動時のような燃料供給圧力の低圧時にベーパ状燃料や空気をコモンレールから排出できない。さらに、従来の機械式の開閉構造を有する圧力制御弁は、圧力制御弁の開弁圧の調整が困難であるため、エンジン通常運転時において蓄圧室の燃料圧力を高精度に制御することが困難である。
【０００５】
また、低圧制御用と高圧制御用の２個の圧力制御弁を燃料供給系に設置することも考えられるが、システムの複雑化およびコスト上昇を伴うという間題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジンの始動性を向上させるとともに燃料供給系の燃料圧力を高精度に制御可能な燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１、４および８記載の燃料供給装置によると、圧力制御弁を開閉制御可能な電磁駆動部を圧力制御弁に設けたことにより、エンジン始動直後のような燃料供給系の燃料圧力が低い状態においても電磁駆動部により圧力制御弁を開弁可能である。したがって、燃料供給系に存在するベーパ状燃料または空気をエンジン始動直後においても容易に排出することができるので、燃料供給系の燃料圧力を速やかに上昇させインジェクタに素早く高圧燃料を供給しエンジンの始動性を向上させることができる。
更に本発明の請求項１項記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のような燃料供給系の低圧時に圧力制御弁が開弁しても燃料排出量をオリフィスにより規制するので、燃料供給系の燃料圧力の低下を抑えながらベーパ状燃料または空気を燃料供給系から排出可能である。
更に、本発明の請求項１項記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のような燃料供給系の低圧時に圧力制御弁が開弁する場合はオリフィス部材がシート部に当接してオリフィス部材に形成したオリフィスにより燃料排出量を規制し、燃料供給系の燃料圧力が上昇するとオリフィス部材がシート部から離間してシート部への当接時よりも多くの燃料を排出するので、燃料供給系の燃料圧力に応じて燃料供給系の燃料圧力を制御することができる。
【０００７】
本発明の請求項２、５および９記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のイグニション信号により圧力制御弁を開閉することにより、エンジン始動時において圧力制御弁を開弁することができる。
本発明の請求項３、６および１０項記載の燃料供給装置によると、蓄圧室の圧力信号で圧力制御弁を開閉制御することにより、エンジン始動時に加えエンジン通常運転時においても蓄圧室の燃料圧力に応じて圧力制御弁を開弁することにより燃料供給系の燃料圧力を高精度に制御可能である。
【０００９】
本発明の請求項４または７項記載の燃料供給装置によると、コイルヘの通電オン時にはオリフィスからだけ燃料を排出可能であり、コイルヘの通電オフ時にはオリフィスに加え燃料通路からも燃料を排出可能である。したがって、エンジン始動時にコイルヘの通電をオンし、燃料供給系の燃料圧力が上昇しエンジンが通常運転に移行するとコイルヘの通電をオフすることにより、燃料の排出通路の流路面積を二段階に調整できる。これにより、燃料供給系の燃料圧力に応じて燃料供給系の燃料圧力を制御することができるので、始動時の昇圧特性と通常運転時の定圧制御とを一つの圧力制御弁で両立可能である。
【００１０】
本発明の請求項８項記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のような燃料供給系の低圧時にはコイルヘの通電をオンすることにより第２の付勢手段の付勢力に抗して固定コアに可動コアが吸引されるので、第１の弁部材を弁座に付勢する付勢力が減少する。したがって、燃料圧力の低圧時においても第１の弁部材が弁座から離座し、燃料を排出可能になる。
【００１１】
また、燃料供給系の燃料圧力が上昇しエンジンが通常運転に移行すると、コイルヘの通電をオフすることにより可動コアに固定コア側への吸引力が働かないので、弁座から第１の弁部材を離座させるのに要する燃料圧力は前述したコイルヘの通電オン時よりも高くなる。
つまり、コイルヘの通電を制御することにより圧力制御弁の開弁圧が二段階に設定されるので、燃料供給系の燃料圧力に応じて燃料供給系の燃料圧力を制御することができる。したがって、第１の付勢手段および第２の付勢手段の付勢力を調整することにより、始動時の昇圧特性と通常運転時の定圧制御とを一つの圧力制御弁で両立可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図１〜図５に示す。
図２は、本発明の燃料供給装置をガソリンエンジン用燃料供給システムに適用したシステム構成図である。低圧燃料供給ポンプ１０１により燃料タンク１００から汲み上げられフィルタ１０２を介して高圧燃料供給ポンブ１０４に供給される燃料の圧力は、プレッシャレギレータ１０３により０．２〜０．３MPa に調圧されている。吸入弁１０４ａから高圧燃料供給ポンプ１０４に吸入された燃料は数MPa 〜数十MPa に昇圧されて吐出弁１０４ｂからコモンレール１０５に送出される。吸入弁１０４ａと吐出弁１０４ｂの開弁圧力は低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力よりも低く設定されている。
【００１３】
高圧燃料供給ポンプ１０４で加圧圧送されコモンレール１０５に供給された高圧燃料は、コモンレール１０５内に形成された図示しない蓄圧室で蓄圧されてエンジンの各気筒に配設されたインジェクタ１０６に供給される。コモンレール１０５に取付けられた圧力センサ１０７により蓄圧室の燃料圧力が検出され、ＥＣＵ１１０に圧力信号が送出される。コモンレール１０５にはさらに圧力制御弁としてのプレッシャリミッタ１０が取付けられている。プレッシャリミッタ１０が開弁すると、蓄圧室の燃料が燃料タンク１００に排出され、蓄圧室の燃料圧力が調整される。ＥＣＵ１１０は圧力センサ１０７からの圧力信号以外にも、各種センサからイグニション（Ｉｇ）信号、スタータ（ＳＴＡ）信号、エンジン回転数（ＮＥ) 信号を入力し、エンジン運転状態を把握している。
【００１４】
次に、プレッシャリミッタ１０について図１に基づいて詳細に説明する。
プレッシャリミッタ１０のハウジング１１の一方の端部はバルブボディ１２とかしめ固定されており、ハウジング１１の他方の端部は固定コア２１とかしめ固定されている。バルブボディ１２の燃料吸入側にフィルタケース１３が挿入されており、このフィルタケース１３内に燃料フィルタ１４が収容されている。ハウジング１１の中央部外周壁に設けられた雄ねじ部１１ａがコモンレール１０５の図示しない雌ねじ部とねじ結合することによりプレッシャリミッタ１０はコモンレール１０５に取付けられている。
【００１５】
ニードル弁１５はバルブボディ１２に往復移動可能に収容されており、ニードル弁１５の一方の端部である当接部１５ａはノズルボディ１２に設けられた弁座１２ａに着座可能である。ニードル弁１５の他方の端部である固定部１５ｂは可動コア２２とレーザー溶接等により固定されている。固定部１５ｂの外周壁には切欠が設けられており、この切欠と可動コア２２の内周壁との間に燃料の流通可能な間隙が形成されている。ノズルボディ１２とハウジング１１との間にはスペーサ１６が配設されており、このスペーサ１６の厚みを調節することによりニードル弁１５のリフト量を調整することができる。
【００１６】
固定コア２１はハウジング１１とかしめ固定されており、このかしめ部を含み同定コア２１の外周壁にコネクタ４０がモールド成形されている。アジャスティングパイプ３１は小径部３２および小径部３２よりも大径の大径部３３からなり、固定コア２１内に圧入することにより固定コア２１にかしめ固定されている。アジャスティングパイプ３１の押し込み量を調節することによりスプリング３４の付勢力を調節することができる。スプリング３４の付勢力は、低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力からニードル弁１５が開弁方向に受ける力よりも大きくなるように設定されている。
【００１７】
固定コア２１、可動コア２２、コイル３５は電磁駆動部を構成している。固定コア２１の外周にはスブール３６に巻回されたコイル３５が配設されており、コネクタ４０に設けられたピン４１からコイル３５に電力が供給される。可動コア２２はハウジング１１に往復移動可能に支持されており、スプリング３４によりニードル弁１５の弁座着座方向に付勢されている。連通孔２２ａは可動コア２２を軸方向に貫通して形成されており、燃料流入側と燃料排出側とを連通している。
【００１８】
図３、図４および図５に示すように、固定コア３１の大径部３３内にはオリフィス部材としてのオリフィス板５１が収容されており、このオリフィス板５１の排出口２１ａ側にオリフィス板５１の移動量を規制するスリーブ５２が固定されている。オリフィス板５１はスプリング５３の付勢力によりアジャスティングパイプ３１のシート部３１ａに押し付けられている。図３に示すように、オリフィス板５１には中央部に第１オリフィス５１ａ、第１オリフィス５１ａの周囲に４個の第２オリフィス５１ｂが形成されている。第１オリフィス５１ａはオリフィス板５１がシート部３１ａに当接した状態においても小径部３２の排出通路３２ａと排出口２１ａとを連通している。第２オリフィス５１ｂはオリフィス板５１がシート部３１ａに当接した状態においてはシート部側の開口部を閉塞されている。図５に示すように、排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧によりオリフィス板５１がスプリング５３の付勢力に抗してシート部３１ａから離間すると、第１オリフィス５１ａに加えて第２オリフィス５１ｂを介して排出通路３２ａから排出口２１ａに向けて燃料が排出される。
【００１９】
次に、プレッシャリミッタ１０の作動を図６および図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図６に示すフローチャートはエンジン始動時における制御ルーチンを示すものであり、図７に示すフローチャートはエンジン通常運転時における制御ルーチンを示すものである。
(1) エンジン始動時、エンジンキーを回転すると、イグニション信号がオンされ（ステップ２０１) 、スタータ信号がオンされる（ステップ２０２) 。スター夕信号がオンされるとエンジンのセルモータが回転しセルモータの回転とともに高圧燃料供給ポンプ１０４の駆動軸が回転する。吸入弁１０４ａおよび吐出弁１０４ｂの開弁圧力は低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力よりも低く設定されているので、高圧燃料供給ポンプ１０４に燃料を吸入可能であるとともに、高圧燃料供給ポンプ１０４で燃料が十分に加圧されていない状態でもコモンレール１０５に燃料が圧送される。また、スプリング３４の付勢力は、低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力からニードル弁１５が開弁方向に受ける力よりも大きくなるように設定されているので、エンジン始動時の蓄圧室の燃料圧力が低い状態では、コイル３５への駆動信号がオンされないとプレッシャリミッタ１０は開弁しない。
【００２０】
次に、コイル３５の駆動信号がオンされＥＣＵ１１０からコイル３５に送出される（ステップ２０３) 。エンジン温度により、冷間始動時は０〜２秒、高温始動時は１〜３秒にタイマ値を設定し（ステップ２０４) 、タイマ設定時間が経過するまでプレッシャリミッタ１０を開弁状態に保持する（ステップ２０５) 。ＥＣＵ１１０からコイル３５に送出する駆動信号をオンにすると、コイル３５に発生する磁束により可動コア２２がスプリング３４の付勢力に抗して固定コア２１に吸引される。ニードル弁１５も可動コア２２とともに固定コア２１側に吸引されるので当接部１５ａが弁座１２ａから離座し、蓄圧室から燃料がプレッシャリミッタ１０内に流入する。プレッシャリミッタ１０内に流入した燃料は、固定部１５ｂに設けた切欠部と可動コア２２の内壁とが形成する間隙から連通孔２２ａを経て燃料排出側に流出するとともに、可動コア２２の外周壁とハウジング１１の内壁とが形成する間隙を経て燃料排出側に流出し、アジャスティングパイプ３２内を経て排出口２１ａから排出される。
【００２１】
エンジン始動時のように、エンジン回転数が低く蓄圧室の燃料圧力が低い場合、ニードル弁１５が弁座１２ａから離座してもオリフィス板５１はスプリング５３の付勢力によりシート部３１ａに当接しているので、第１オリフィス５１ａだけを介して排出通路３２ａから排出口２１ａに燃料が排出される。このとき、蓄圧室の燃料低下を極力抑えるように第１オリフィス５１ａにより燃料排出量が規制される。
【００２２】
ここで、▲１▼エンジンの組付け等で蓄圧室に空気が残留していたり、▲２▼高負荷運転または高回転運転後にエンジンを停止していると蓄圧室の燃料がエンジンからの伝熱や輻射熱等により加熱されベーパ状となっていたりする。エンジン始動時、▲１▼または▲２▼に述べたような蓄圧室の状態でコイル３５に送出する駆動信号をオンにしニードル弁１５を弁座１２ａから離座させると、蓄圧室の空気またはベーパ状の燃料が吸入口１５ａからニードル弁１５の周囲、アジャスティングパイプ３１内、第１オリフィス５１ａを経て排出口２１ａから燃料タンク等に燃料が排出される。このようにエンジン始動時において、コイル３５に送出する駆動信号をオンにしプレッシャリミッタ１０を強制的に開弁することにより、蓄圧室に残留している空気またはベーパ状燃料を速やかに排出することができる。したがって、蓄圧室の燃料圧力がエンジン始動時において速やかに上昇するのでインジェクタにすばやく高圧燃料を供給できることによりエンジンの始動性が向上する。
【００２３】
タイマ設定時間が経過するとコイル３５に送出する駆動信号をオフにする（ステップ２０６）。コイル３５への駆動信号をオフするとニードル弁１５はスプリング３４の付勢力により弁座１２ａに着座しプレッシャリミッタ１０が閉弁する。
(2) エンジン始動後エンジンが通常運転に移行すると、図７に示す制御ルーチンにより、コイル３５に送出する駆動信号が制御される。図７に示す制御ルーチンはタイマ割り込みより起動される。コモンレール１０５に取付けられた圧力センサ１０７から圧力センサ信号をＥＣＵ１１０に読み込み（ステップ２１１）、ＥＣＵ１１０に記憶されている設定圧力データと実際の蓄圧室の燃料圧力との圧力差△Ｐを求める（２１２) 。次に、設定圧力と圧力センサ値との大小を判定し（ステップ２１３) 、設定圧力が圧力センサ値以上であれぱ本ルーチンを終了する。設定圧力が圧力センサ値より低い、つまり蓄圧室の燃料圧力が設定圧力よりも大きい場合、圧力差△Ｐに応じた駆動信号のオン時間を計算し（ステップ２１４) 、コイル３５に送出する駆動信号をオンにしてコイル３５に送出する（ステップ２１５) 。コイル３５にオン信号が送出されると、コイル３５に発生する磁束により固定コア２１に可動コア２２が吸引されニードル弁１５が弁座１２ａから離座することにより蓄圧室から燃料が排出され蓄圧室の燃料圧力が低下する。
【００２４】
ニードル弁１５が弁座１２ａから離座し排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧が上昇すると、この差圧からオリフィス板５１が受ける力によりスプリング５３の付勢力に抗してオリフィス板５１がシート部３１ａから離れる。排出通路３２ａから排出口２１ａに排出されようとする燃料は第１オリフィス５１ａに加えて第２オリフィス５１ｂからも排出されるので蓄圧室からの燃料排出量が増大する。したがって、蓄圧室の燃料圧力が所定圧を越えてさらに上昇してもそれに応じて燃料排出量が増大するので、蓄圧室の燃料圧力が過剰に上昇することを防止することができる。このように、コモンレール１０５に取付けた圧力センサ１０７からの圧力信号に基づいて通常運転時においてもプレッシャリミッタ１０を開閉制御することにより、蓄圧室の燃料圧力を高精度に制御できる。
【００２５】
オリフィス板５１の移動量が増大するとオリフィス板５１はスリーブ５２に係止される。したがって、排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧が上昇しオリフィス板５１が大きく移動しようとしてもオリフィス板５１がスリーブ５２により係止されるためオリフィス板５１のオーバーシュートを防止することができる。本発明の第１実施例では、エンジン始動時においてイグニション信号がオンされることを契機としてコイル３５への駆動信号を制御したが、イグニション信号以外にもエンジン運転状態を検出する各種センサからＥＣＵ１１０に送出される信号、例えばエンジン回転数（ＮＥ) 信号等に基づいてエンジン始動時、さらにエンジン通常運転時においてコイル３５に送出する駆動信号を制御することもできる。
【００２６】
また本発明の第１実施例では、エンジン始動時において強制的にプレッシャリミッタ１０を開弁させることにより蓄圧室の空気やベーパ状燃料を速やかに排出するので、エンジン始動性を向上させることができる。さらに、エンジン通常運転時においてもコイル３５に送出する駆動信号のオン、オフを制御することにより蓄圧室からの燃料排出量を高精度に制御することができるので、蓄圧室の燃料圧力を高精度に制御できる。
【００２７】
また本発明の第１実施例では、エンジン通常運転時において圧力センサ１０７から圧力信号をＥＣＵ１１０に読み込んで圧力制御弁の開閉を制御したが、エンジン通常運転時においてコイル３５への駆動信号を常にオフし、蓄圧室の燃料圧力から開弁方向に受ける力とスプリング３４から閉弁方向に受ける力との釣り合いによりニードル弁１５が機械的に開閉されるようにすることも可能である。
【００２８】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２実施例ではアジャスティングパイプ６２の外周壁に雄ねじ部６２ａを設け固定コア６１の内周壁に雌ねじ部６１ａを設けている。したがってアジャスティングパイプ６２のねじ込み量を調節することによりスプリング３４の付勢力を所望の値に高精度に調節することができる。
【００２９】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図９、図１０、および図１１に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第３実施例では、オリフィス板７０の中央部に第１オリフィス７０ａを設け、オリフィス板７０の径方向両側に切欠き７１を形成している。図１０に示すように、オリフィス板７０がシート部３１ａに当接した状態では排出通路３２ａから排出口２１ａに排出される燃料は第１オリフィス７０ａだけを介して排出される。排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧が上昇し図１１に示すようにオリフィス板７０がシート部３１ａから離れると第１オリフィス７０ａおよび切欠き７１と大径部３３の内周壁との間で形成されるクリアランスを通して排出通路３２ａから排出口２１ａに燃料が排出される。
【００３０】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図１２、図１３および図１４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。前述した第１実施例と異なり、第４実施例のプレッシャリミッタ８０は可動コア８１に燃料絞りとしてのオリフィス８２を設けた例である。
【００３１】
可動コア８１はニードル弁１５の固定部１５ｂとレーザ溶接等により固定されている。オリフィス８２は可動コア８１を軸方向に貫通して形成されており、オリフィス８２を通って燃料排出側に燃料は流出可能である。可動コア８１は固定コア２１と軸方向に対向するように配置されている。可動コア８１の固定コア側にスプリング座８１ａが凹状に形成されており、このスプリング座８１ａにスプリング３４の一方の端部が嵌合している。これにより、スプリング座８１ａに嵌合しているスプリング３４の端部のずれがなくなるので、可動コア８１を安定して付勢することができる。また、スプリング３４の端部がスプリング座８１ａに嵌合している分だけプレッシャリミッタ８０の軸長を短縮できる。可動コア８１の外周壁とハウジング１１との間に燃料通路としての間隙８３が形成されており、この間隙８３を通って燃料排出側に燃料は流出可能である。
【００３２】
アジャスティングパイプ３７は固定コア２１に圧入されており、この圧入位置を調整することによりスプリング３４の付勢力を変更することができる。
次に、プレッシャリミッタ８０の作動について図１３および図１４に基づいて説明する。
(1) エンジン始動時、所定時間コイル３５への通電をオンする。すると、図１３に示すように可動コア８１は固定コア２１に吸引されストッパとしての固定コア２１の端面に係止される。可動コア８１が固定コア２１に吸引されると、可動コア８１とともにニードル弁１５が固定コア側に移動し当接部１５ａが弁座１２ａから離座し蓄圧室から燃料が流入する。
【００３３】
間隙８３の燃料排出側との連通は可動コア８１と固定コア２１との当接部において遮断される。一方、オリフィス８２の燃料排出側は固定コア２１の燃料排出通路としての空間部に面しているので、可動コア８１が固定コア２１に係止されてもオリフィス８２を通って燃料排出側に燃料が流出する。これにより、余剰燃料とともに蓄圧室に残留している空気またはベーパ状燃料を速やかに排出することができる。
【００３４】
本実施例では、燃料供給圧の昇圧特性を損なうことなくエンジンを正常に始動させ、かつ余剰燃料とともに蓄圧室の空気またはベーパ状燃料を速やかに排出するために、例えば蓄圧室の燃料圧力を３３５kPa 以上、オリフィス８２を通って排出される燃料流量を高圧ポンプ１０４から蓄圧室に流入するのと同程度に３０L/hr程度にすることが望ましい。
【００３５】
(２) エンジン始動後エンジンが通常運転に移行すると、コイル３５への通電がオフされる。すると、図１４に示すようにニードル弁１５は、蓄圧室の燃料圧力から開弁方向に受ける力と、スプリング３４により閉弁方向に受ける付勢力とが釣り合う位置に保持される。エンジンの通常運転時においてコイル３５への通電をオフした状態において、蓄圧室の燃料圧力が異常に上昇しニードル弁１５が弁座１２ａから離座しても可動コア８１が固定コア２１に当接しないようにスプリング３４の付勢力は設定されているので、間隙８３は燃料排出側と連通している。したがって、ニードル弁１５が弁座１２ａから離座し蓄圧室から流入した燃料は、オリフィス８２に加え、間隙８３からエアギャップ８４を通って燃料排出側に流出する。
【００３６】
エンジン通常運転時において、オリフィス８２および間隙８３を通って排出される燃料流量に関係なく、蓄圧室の燃料圧力は５〜７MPa の範囲においてある程度一定に保たれる必要がある。
ここで、プレッシャリミッタ８０から排出される燃料流量と蓄圧室の燃料圧力との関係を、コイル３５への通電をオン、オフさせ、オリフィス８２の径を０．７mm、１．０mm、１．５mmと変化させて測定した結果を図１５に示す。▲１▼エンジン始動時、すなわちコイル３５への通電オン時において高圧燃料ポンプ１０４から蓄圧室に流入する燃料流量が３０L/hrなので、蓄圧室の燃料圧力を３３５kPa 以上に保つためにオリフィス径は小さい方がよい。しかも、▲２▼エンジン通常運転時、すなわちコイル３５への通電オフ時において、蓄圧室の燃料圧力を５〜７MPa の範囲において流入流量にかかわらずある程度一定に保つためには、オリフィス径０．７mmでは流量の変化により圧力の変化巾が大きくなり過ぎて好ましくなく、オリフィス径１．５mm程度の流路面積が好ましい。そこで、▲１▼エンジン始動時の昇圧特性、および▲２▼エンジン通常運転時の定圧制御という相反する特性を両立させるためには、オリフィス８２の径を約０．７mmとし、エンジン通常運転時、蓄圧室の燃料圧力の異常上昇時に排出流路面積をかせぐために間隙８３の流路面積とオリフィス８２の流路面積とを合わせてオリフィス径１．５mm相当の流路面積とすることが最適値であることが分かる。オリフィス８２の流路面積としては、約０．４mm2 が望ましい。
【００３７】
以上説明した第４実施例では、エンジン始動時はコイル３５への通電をオンしニードル弁１５を開弁させることによりオリフィス８２から燃料を排出可能であり、エンジン通常運転時、すなわちコイル３５への通電オフ時の燃料圧力異常時においてはニードル弁１５がスプリング３４の付勢力に抗して開弁することで、オリフィス８２に加え間隙８３からも燃料排出可能になるという二段階の流路面積の切換えが行われる。したがって、エンジン始動時時においては、余剰燃料とともに速やかに蓄圧室の空気やベーパ燃料を排出して蓄圧室の燃料圧力を上昇させ、エンジン通常運転時においては蓄圧室の燃料圧力を一定に保ち燃料供給圧を一定に保つことができる。このように第４実施例では、可動コア回りに燃料通路を形成するという簡単な構成でエンジン始動時の昇圧特性とエンジン通常運転時の定圧制御とを一台のプレッシャリミッタ８０により実現している。
【００３８】
また第４実施例では燃料通路として間隙８３を形成したが、可動コア８１の外周壁やハウジング１１の内壁に溝を形成することにより燃料通路を形成してもよい。また、オリフィス８２以外に可動コア８１を軸方向に貫通する燃料通路としてのオリフィスをオリフィス８２の周囲に形成してもよいし、可動コア８１を貫通する燃料通路に加え可動コア８１の外周側にも燃料通路を形成してもよい。この場合、オリフィス８２以外に形成する燃料通路は可動コア８１が固定コア２１に係止されると燃料排出側との連通を遮断される。
【００３９】
第４実施例では固定コア２１に直接可動コア８１を係止させたが、固定コア２１とは別部材で可動コア８１を係止するストッパを設けてもよい。
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１６および図１７に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００４０】
第１の弁部材としての第１ニードル弁９１は端部に設けた当接部９１ａが弁座１２ａに着座可能である。第２の弁部材としての第２ニードル弁９２の固定部９２ａは可動コア９３とレーザ溶接等により固定されている。第１ニードル弁９１と第２ニードル弁９２とは別部材で形成されており、第１の付勢手段としてのスプリング９４の両端部はそれぞれ第１ニードル弁９１と第２ニードル弁９２とに係止されている。第１ニードル弁９１はスプリング９４の付勢力により弁座１２ａに向けて付勢されている。
【００４１】
可動コア９３は可動コア９３を軸方向に貫通する連通孔９３ａを形成しており、貫通孔９３ａを通って燃料排出側に燃料は流出可能である。第４実施例のオリフィス８２と異なり連通孔９３ａの径は大きいので連通孔９３ａには燃料絞りとしての作用はない。可動コア９３の外周壁とハウジング１１の内壁との間には間隙８３が形成されており、この間隙８３を通って燃料排出側に燃料は流出可能である。第２の付勢手段としてのスプリング９５は可動コア９３の固定コア側に設けたスプリング座９３ｂに嵌合しており、可動コア９３を第１ニードル弁９１側に付勢している。したがって、スプリング９４に加えスプリング９５の付勢力も弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力として働いている。
【００４２】
次に、プレッシャリミッタ９０の作動について図１６および図１７に基づいて説明する。
(1) エンジン始動時、所定時間コイル３５への通電をオンすると、スプリング９５の付勢力に抗して可動コア９３は同定コア２１に吸引されるが固定コア２１とは当接しないので、間隙８３は燃料排出側と連通している。可動コア９３とともに第２ニードル弁９２が固定コア２１に吸引されると、弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力が減少するので、エンジン始動時のような蓄圧室の燃料圧力が低圧時においても第１ニードル弁９１が弁座１２ａから離座し蓄圧室から燃料が流入する。第１ニードル弁９１は、コイル３５の吸引力および蓄圧室の燃料圧力から開弁方向に受ける力と、スプリング９４および９５から閉弁方向に受ける付勢力とが釣り合う位置に保持される。蓄圧室から流入した燃料は、連通孔９３ａおよび間隙８３を通って燃料排出側に流出する。これにより、余剰燃料とともに蓄圧室に残留している空気またはベーパ状燃料を速やかに排出することができる。
【００４３】
(2) エンジン始動後エンジンが通常運転に移行すると、コイル３５への通電がオフされる。すると、スプリング９５の付勢力と反対方向に可動コア９３に働く吸引力がなくなるので、弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力はコイル３５への通電オン時よりも大きくなる。したがって、弁座１２ａから第１ニードル弁９１を離座させるのに必要な蓄圧室の燃料圧力も高くなる。当接部９１ａと弁座１２ａとの間に形成される開口部の開口面積は蓄圧室の燃料圧力に応じて増減し燃料排出量が調整されることにより、蓄圧室の燃料圧力をほぼ一定に調圧することができる。
【００４４】
このように、コイル３５への通電をオン、オフすることにより弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力の大きさが二段階に変化するので、スプリング９４および９５の付勢力を調整することにより、エンジン始動時の昇圧特性と、エンジン通常運転時の定圧制御とを両立するように当接部９１ａと弁座１２ａとの間の開口面積を設定することができる。
【００４５】
以上説明した本発明の第４実施例および第５実施例では、エンジン通常運転時にコイル３５への通電をオフしたが、蓄圧室に燃料圧力を検知する圧力センサを配置し、この圧力センサの検知信号に基づくＥＣＵからの駆動信号により、エンジン通常運転時にコイル３５への通電をオンまたはオフすることも可能である。以上説明した本発明の第１実施例〜第５実施例ではプレッシャリミッタをコモンレールに取付けたが、高圧用燃料供給ポンプからコモンレールを経てインジェクタに高圧燃料を供給する燃料供給系であれぱプレッシャリミッタをどこに取付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による燃料供給装置を用いたガソリンエンジン用燃料供給システムを示すシステム構成図である。
【図３】第１実施例のオリフィス板を示す平面図である。
【図４】第１実施例のオリフィス板がシート部に当接した状態を示す断面図である。
【図５】第１実施例のオリフィス板がシート部から離間した状態を示す断面図である。
【図６】第１実施例のエンジン始動時における制御フローチャートである。
【図７】第１実施例のエンジン通常運転時における制御フローチャートである。
【図８】本発明の第２実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施例によるオリフィス板を示す平面図である。
【図１０】第３実施例のオリフィス板がシート部に当接した状態を示す断面図である。
【図１１】第３実施例のオリフィス板がシート部から離間した状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図１３】第４実施例のコイルヘの通電オン時の状態を示す説明図である。
【図１４】第４実施例のコイルヘの通電オフ時の状態を示す説明図である。
【図１５】第４実施例においてプレッシャリミッタから排出される燃料流量と蓄圧室の燃料圧力との関係を示す特性図である。
【図１６】本発明の第５実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図１７】第５実施例のニードル弁の形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ プレッシャリミッタ（圧力制御弁）
１１ ハウジング
１２ バルブボディ
１５ ニードル弁
２１ 固定コア（電磁駆動部）
２２ 可動コア（電磁駆動部）
３４ スプリング
３５ コイル（電磁駆動部）
５１ オリフィス板（オリフィス部材）
５１ａ 第１オリフィス（オリフィス）
５１ｂ 第２オリフィス
５２ スリーブ
５３ スプリング
７０ オリフィス板
７０ａ 第１オリフィス（オリフィス）
７１ 切欠き
８０ プレッシャリミッタ（圧力制御弁）
８１ 可動コア
８２ オリフィス
８３ 間隙（燃料通路）
９０ プレッシャリミッタ（圧力制御弁）
９１ 第１ニードル弁（第１の弁部材）
９２ 第２ニードル弁（第２の弁部材）
９３ 可動コア
９４ スプリング（第１の付勢手段）
９５ スプリング（第２の付勢手段）
１０４ 高圧燃料供給ポンプ（燃料供給ポンプ）
１０５ コモンレール
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料供給系に圧力制御弁を配設し、燃料供給系の燃料圧力を調整する燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、実開平５−１８５４号公報および特開平７−１５８５３６号公報に開示されているように、高圧燃料供給ポンプからコモンレールを経てインジェク夕に高圧燃料を供給する燃料供給系において、コモンレールに圧力制御弁を接続する燃料供給装置が知られている。このような燃料供給装置では、コモンレール内の燃料圧力が所定圧を越えて上昇すると、圧力制御弁が開弁してコモンレールから燃料を排出してコモンレールの燃料圧力を所定圧以下に規制している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、高負荷運転または高回転運転後にエンジンを停止して放置しているとエンジンからの伝熱や輻射熱によりコモンレールの温度が上昇し、コモンレール内に形成された蓄圧室に残留している燃料の一部が高温のためにベーパ状となり、蓄圧室内の燃料が液体とベーパの混在状態となる。この状態でエンジンを始動しようとすると、蓄圧室に残留しているベーパ状燃料のために蓄圧室の燃料圧力が上昇しにくくなり速やかにインジェクタに高圧燃料を供給できないことによりエンジンの始動性が低下するという問題がある。エンジンの組付け等で蓄圧室に空気が存在する場合も蓄圧室の燃料圧力が速やかに上昇しないという問題が生じる。
【０００４】
しかしながら、従来の燃料供給装置の圧力制御弁は一般に機械式の開閉構造であるため、蓄圧室の燃料が所定圧を越えないと圧力制御弁が開弁しないので、エンジン始動時のような燃料供給圧力の低圧時にベーパ状燃料や空気をコモンレールから排出できない。さらに、従来の機械式の開閉構造を有する圧力制御弁は、圧力制御弁の開弁圧の調整が困難であるため、エンジン通常運転時において蓄圧室の燃料圧力を高精度に制御することが困難である。
【０００５】
また、低圧制御用と高圧制御用の２個の圧力制御弁を燃料供給系に設置することも考えられるが、システムの複雑化およびコスト上昇を伴うという間題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジンの始動性を向上させるとともに燃料供給系の燃料圧力を高精度に制御可能な燃料供給装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１、４および８記載の燃料供給装置によると、圧力制御弁を開閉制御可能な電磁駆動部を圧力制御弁に設けたことにより、エンジン始動直後のような燃料供給系の燃料圧力が低い状態においても電磁駆動部により圧力制御弁を開弁可能である。したがって、燃料供給系に存在するベーパ状燃料または空気をエンジン始動直後においても容易に排出することができるので、燃料供給系の燃料圧力を速やかに上昇させインジェクタに素早く高圧燃料を供給しエンジンの始動性を向上させることができる。
更に本発明の請求項１項記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のような燃料供給系の低圧時に圧力制御弁が開弁しても燃料排出量をオリフィスにより規制するので、燃料供給系の燃料圧力の低下を抑えながらベーパ状燃料または空気を燃料供給系から排出可能である。
更に、本発明の請求項１項記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のような燃料供給系の低圧時に圧力制御弁が開弁する場合はオリフィス部材がシート部に当接してオリフィス部材に形成したオリフィスにより燃料排出量を規制し、燃料供給系の燃料圧力が上昇するとオリフィス部材がシート部から離間してシート部への当接時よりも多くの燃料を排出するので、燃料供給系の燃料圧力に応じて燃料供給系の燃料圧力を制御することができる。
【０００７】
本発明の請求項２、５および９記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のイグニション信号により圧力制御弁を開閉することにより、エンジン始動時において圧力制御弁を開弁することができる。
本発明の請求項３、６および１０項記載の燃料供給装置によると、蓄圧室の圧力信号で圧力制御弁を開閉制御することにより、エンジン始動時に加えエンジン通常運転時においても蓄圧室の燃料圧力に応じて圧力制御弁を開弁することにより燃料供給系の燃料圧力を高精度に制御可能である。
【０００９】
本発明の請求項４または７項記載の燃料供給装置によると、コイルヘの通電オン時にはオリフィスからだけ燃料を排出可能であり、コイルヘの通電オフ時にはオリフィスに加え燃料通路からも燃料を排出可能である。したがって、エンジン始動時にコイルヘの通電をオンし、燃料供給系の燃料圧力が上昇しエンジンが通常運転に移行するとコイルヘの通電をオフすることにより、燃料の排出通路の流路面積を二段階に調整できる。これにより、燃料供給系の燃料圧力に応じて燃料供給系の燃料圧力を制御することができるので、始動時の昇圧特性と通常運転時の定圧制御とを一つの圧力制御弁で両立可能である。
【００１０】
本発明の請求項８項記載の燃料供給装置によると、エンジン始動時のような燃料供給系の低圧時にはコイルヘの通電をオンすることにより第２の付勢手段の付勢力に抗して固定コアに可動コアが吸引されるので、第１の弁部材を弁座に付勢する付勢力が減少する。したがって、燃料圧力の低圧時においても第１の弁部材が弁座から離座し、燃料を排出可能になる。
【００１１】
また、燃料供給系の燃料圧力が上昇しエンジンが通常運転に移行すると、コイルヘの通電をオフすることにより可動コアに固定コア側への吸引力が働かないので、弁座から第１の弁部材を離座させるのに要する燃料圧力は前述したコイルヘの通電オン時よりも高くなる。
つまり、コイルヘの通電を制御することにより圧力制御弁の開弁圧が二段階に設定されるので、燃料供給系の燃料圧力に応じて燃料供給系の燃料圧力を制御することができる。したがって、第１の付勢手段および第２の付勢手段の付勢力を調整することにより、始動時の昇圧特性と通常運転時の定圧制御とを一つの圧力制御弁で両立可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図１〜図５に示す。
図２は、本発明の燃料供給装置をガソリンエンジン用燃料供給システムに適用したシステム構成図である。低圧燃料供給ポンプ１０１により燃料タンク１００から汲み上げられフィルタ１０２を介して高圧燃料供給ポンブ１０４に供給される燃料の圧力は、プレッシャレギレータ１０３により０．２〜０．３MPa に調圧されている。吸入弁１０４ａから高圧燃料供給ポンプ１０４に吸入された燃料は数MPa 〜数十MPa に昇圧されて吐出弁１０４ｂからコモンレール１０５に送出される。吸入弁１０４ａと吐出弁１０４ｂの開弁圧力は低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力よりも低く設定されている。
【００１３】
高圧燃料供給ポンプ１０４で加圧圧送されコモンレール１０５に供給された高圧燃料は、コモンレール１０５内に形成された図示しない蓄圧室で蓄圧されてエンジンの各気筒に配設されたインジェクタ１０６に供給される。コモンレール１０５に取付けられた圧力センサ１０７により蓄圧室の燃料圧力が検出され、ＥＣＵ１１０に圧力信号が送出される。コモンレール１０５にはさらに圧力制御弁としてのプレッシャリミッタ１０が取付けられている。プレッシャリミッタ１０が開弁すると、蓄圧室の燃料が燃料タンク１００に排出され、蓄圧室の燃料圧力が調整される。ＥＣＵ１１０は圧力センサ１０７からの圧力信号以外にも、各種センサからイグニション（Ｉｇ）信号、スタータ（ＳＴＡ）信号、エンジン回転数（ＮＥ) 信号を入力し、エンジン運転状態を把握している。
【００１４】
次に、プレッシャリミッタ１０について図１に基づいて詳細に説明する。
プレッシャリミッタ１０のハウジング１１の一方の端部はバルブボディ１２とかしめ固定されており、ハウジング１１の他方の端部は固定コア２１とかしめ固定されている。バルブボディ１２の燃料吸入側にフィルタケース１３が挿入されており、このフィルタケース１３内に燃料フィルタ１４が収容されている。ハウジング１１の中央部外周壁に設けられた雄ねじ部１１ａがコモンレール１０５の図示しない雌ねじ部とねじ結合することによりプレッシャリミッタ１０はコモンレール１０５に取付けられている。
【００１５】
ニードル弁１５はバルブボディ１２に往復移動可能に収容されており、ニードル弁１５の一方の端部である当接部１５ａはノズルボディ１２に設けられた弁座１２ａに着座可能である。ニードル弁１５の他方の端部である固定部１５ｂは可動コア２２とレーザー溶接等により固定されている。固定部１５ｂの外周壁には切欠が設けられており、この切欠と可動コア２２の内周壁との間に燃料の流通可能な間隙が形成されている。ノズルボディ１２とハウジング１１との間にはスペーサ１６が配設されており、このスペーサ１６の厚みを調節することによりニードル弁１５のリフト量を調整することができる。
【００１６】
固定コア２１はハウジング１１とかしめ固定されており、このかしめ部を含み同定コア２１の外周壁にコネクタ４０がモールド成形されている。アジャスティングパイプ３１は小径部３２および小径部３２よりも大径の大径部３３からなり、固定コア２１内に圧入することにより固定コア２１にかしめ固定されている。アジャスティングパイプ３１の押し込み量を調節することによりスプリング３４の付勢力を調節することができる。スプリング３４の付勢力は、低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力からニードル弁１５が開弁方向に受ける力よりも大きくなるように設定されている。
【００１７】
固定コア２１、可動コア２２、コイル３５は電磁駆動部を構成している。固定コア２１の外周にはスブール３６に巻回されたコイル３５が配設されており、コネクタ４０に設けられたピン４１からコイル３５に電力が供給される。可動コア２２はハウジング１１に往復移動可能に支持されており、スプリング３４によりニードル弁１５の弁座着座方向に付勢されている。連通孔２２ａは可動コア２２を軸方向に貫通して形成されており、燃料流入側と燃料排出側とを連通している。
【００１８】
図３、図４および図５に示すように、固定コア３１の大径部３３内にはオリフィス部材としてのオリフィス板５１が収容されており、このオリフィス板５１の排出口２１ａ側にオリフィス板５１の移動量を規制するスリーブ５２が固定されている。オリフィス板５１はスプリング５３の付勢力によりアジャスティングパイプ３１のシート部３１ａに押し付けられている。図３に示すように、オリフィス板５１には中央部に第１オリフィス５１ａ、第１オリフィス５１ａの周囲に４個の第２オリフィス５１ｂが形成されている。第１オリフィス５１ａはオリフィス板５１がシート部３１ａに当接した状態においても小径部３２の排出通路３２ａと排出口２１ａとを連通している。第２オリフィス５１ｂはオリフィス板５１がシート部３１ａに当接した状態においてはシート部側の開口部を閉塞されている。図５に示すように、排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧によりオリフィス板５１がスプリング５３の付勢力に抗してシート部３１ａから離間すると、第１オリフィス５１ａに加えて第２オリフィス５１ｂを介して排出通路３２ａから排出口２１ａに向けて燃料が排出される。
【００１９】
次に、プレッシャリミッタ１０の作動を図６および図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図６に示すフローチャートはエンジン始動時における制御ルーチンを示すものであり、図７に示すフローチャートはエンジン通常運転時における制御ルーチンを示すものである。
(1) エンジン始動時、エンジンキーを回転すると、イグニション信号がオンされ（ステップ２０１) 、スタータ信号がオンされる（ステップ２０２) 。スター夕信号がオンされるとエンジンのセルモータが回転しセルモータの回転とともに高圧燃料供給ポンプ１０４の駆動軸が回転する。吸入弁１０４ａおよび吐出弁１０４ｂの開弁圧力は低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力よりも低く設定されているので、高圧燃料供給ポンプ１０４に燃料を吸入可能であるとともに、高圧燃料供給ポンプ１０４で燃料が十分に加圧されていない状態でもコモンレール１０５に燃料が圧送される。また、スプリング３４の付勢力は、低圧燃料供給ポンプ１０１の燃料供給圧力からニードル弁１５が開弁方向に受ける力よりも大きくなるように設定されているので、エンジン始動時の蓄圧室の燃料圧力が低い状態では、コイル３５への駆動信号がオンされないとプレッシャリミッタ１０は開弁しない。
【００２０】
次に、コイル３５の駆動信号がオンされＥＣＵ１１０からコイル３５に送出される（ステップ２０３) 。エンジン温度により、冷間始動時は０〜２秒、高温始動時は１〜３秒にタイマ値を設定し（ステップ２０４) 、タイマ設定時間が経過するまでプレッシャリミッタ１０を開弁状態に保持する（ステップ２０５) 。ＥＣＵ１１０からコイル３５に送出する駆動信号をオンにすると、コイル３５に発生する磁束により可動コア２２がスプリング３４の付勢力に抗して固定コア２１に吸引される。ニードル弁１５も可動コア２２とともに固定コア２１側に吸引されるので当接部１５ａが弁座１２ａから離座し、蓄圧室から燃料がプレッシャリミッタ１０内に流入する。プレッシャリミッタ１０内に流入した燃料は、固定部１５ｂに設けた切欠部と可動コア２２の内壁とが形成する間隙から連通孔２２ａを経て燃料排出側に流出するとともに、可動コア２２の外周壁とハウジング１１の内壁とが形成する間隙を経て燃料排出側に流出し、アジャスティングパイプ３２内を経て排出口２１ａから排出される。
【００２１】
エンジン始動時のように、エンジン回転数が低く蓄圧室の燃料圧力が低い場合、ニードル弁１５が弁座１２ａから離座してもオリフィス板５１はスプリング５３の付勢力によりシート部３１ａに当接しているので、第１オリフィス５１ａだけを介して排出通路３２ａから排出口２１ａに燃料が排出される。このとき、蓄圧室の燃料低下を極力抑えるように第１オリフィス５１ａにより燃料排出量が規制される。
【００２２】
ここで、▲１▼エンジンの組付け等で蓄圧室に空気が残留していたり、▲２▼高負荷運転または高回転運転後にエンジンを停止していると蓄圧室の燃料がエンジンからの伝熱や輻射熱等により加熱されベーパ状となっていたりする。エンジン始動時、▲１▼または▲２▼に述べたような蓄圧室の状態でコイル３５に送出する駆動信号をオンにしニードル弁１５を弁座１２ａから離座させると、蓄圧室の空気またはベーパ状の燃料が吸入口１５ａからニードル弁１５の周囲、アジャスティングパイプ３１内、第１オリフィス５１ａを経て排出口２１ａから燃料タンク等に燃料が排出される。このようにエンジン始動時において、コイル３５に送出する駆動信号をオンにしプレッシャリミッタ１０を強制的に開弁することにより、蓄圧室に残留している空気またはベーパ状燃料を速やかに排出することができる。したがって、蓄圧室の燃料圧力がエンジン始動時において速やかに上昇するのでインジェクタにすばやく高圧燃料を供給できることによりエンジンの始動性が向上する。
【００２３】
タイマ設定時間が経過するとコイル３５に送出する駆動信号をオフにする（ステップ２０６）。コイル３５への駆動信号をオフするとニードル弁１５はスプリング３４の付勢力により弁座１２ａに着座しプレッシャリミッタ１０が閉弁する。
(2) エンジン始動後エンジンが通常運転に移行すると、図７に示す制御ルーチンにより、コイル３５に送出する駆動信号が制御される。図７に示す制御ルーチンはタイマ割り込みより起動される。コモンレール１０５に取付けられた圧力センサ１０７から圧力センサ信号をＥＣＵ１１０に読み込み（ステップ２１１）、ＥＣＵ１１０に記憶されている設定圧力データと実際の蓄圧室の燃料圧力との圧力差△Ｐを求める（２１２) 。次に、設定圧力と圧力センサ値との大小を判定し（ステップ２１３) 、設定圧力が圧力センサ値以上であれぱ本ルーチンを終了する。設定圧力が圧力センサ値より低い、つまり蓄圧室の燃料圧力が設定圧力よりも大きい場合、圧力差△Ｐに応じた駆動信号のオン時間を計算し（ステップ２１４) 、コイル３５に送出する駆動信号をオンにしてコイル３５に送出する（ステップ２１５) 。コイル３５にオン信号が送出されると、コイル３５に発生する磁束により固定コア２１に可動コア２２が吸引されニードル弁１５が弁座１２ａから離座することにより蓄圧室から燃料が排出され蓄圧室の燃料圧力が低下する。
【００２４】
ニードル弁１５が弁座１２ａから離座し排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧が上昇すると、この差圧からオリフィス板５１が受ける力によりスプリング５３の付勢力に抗してオリフィス板５１がシート部３１ａから離れる。排出通路３２ａから排出口２１ａに排出されようとする燃料は第１オリフィス５１ａに加えて第２オリフィス５１ｂからも排出されるので蓄圧室からの燃料排出量が増大する。したがって、蓄圧室の燃料圧力が所定圧を越えてさらに上昇してもそれに応じて燃料排出量が増大するので、蓄圧室の燃料圧力が過剰に上昇することを防止することができる。このように、コモンレール１０５に取付けた圧力センサ１０７からの圧力信号に基づいて通常運転時においてもプレッシャリミッタ１０を開閉制御することにより、蓄圧室の燃料圧力を高精度に制御できる。
【００２５】
オリフィス板５１の移動量が増大するとオリフィス板５１はスリーブ５２に係止される。したがって、排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧が上昇しオリフィス板５１が大きく移動しようとしてもオリフィス板５１がスリーブ５２により係止されるためオリフィス板５１のオーバーシュートを防止することができる。本発明の第１実施例では、エンジン始動時においてイグニション信号がオンされることを契機としてコイル３５への駆動信号を制御したが、イグニション信号以外にもエンジン運転状態を検出する各種センサからＥＣＵ１１０に送出される信号、例えばエンジン回転数（ＮＥ) 信号等に基づいてエンジン始動時、さらにエンジン通常運転時においてコイル３５に送出する駆動信号を制御することもできる。
【００２６】
また本発明の第１実施例では、エンジン始動時において強制的にプレッシャリミッタ１０を開弁させることにより蓄圧室の空気やベーパ状燃料を速やかに排出するので、エンジン始動性を向上させることができる。さらに、エンジン通常運転時においてもコイル３５に送出する駆動信号のオン、オフを制御することにより蓄圧室からの燃料排出量を高精度に制御することができるので、蓄圧室の燃料圧力を高精度に制御できる。
【００２７】
また本発明の第１実施例では、エンジン通常運転時において圧力センサ１０７から圧力信号をＥＣＵ１１０に読み込んで圧力制御弁の開閉を制御したが、エンジン通常運転時においてコイル３５への駆動信号を常にオフし、蓄圧室の燃料圧力から開弁方向に受ける力とスプリング３４から閉弁方向に受ける力との釣り合いによりニードル弁１５が機械的に開閉されるようにすることも可能である。
【００２８】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２実施例ではアジャスティングパイプ６２の外周壁に雄ねじ部６２ａを設け固定コア６１の内周壁に雌ねじ部６１ａを設けている。したがってアジャスティングパイプ６２のねじ込み量を調節することによりスプリング３４の付勢力を所望の値に高精度に調節することができる。
【００２９】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図９、図１０、および図１１に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第３実施例では、オリフィス板７０の中央部に第１オリフィス７０ａを設け、オリフィス板７０の径方向両側に切欠き７１を形成している。図１０に示すように、オリフィス板７０がシート部３１ａに当接した状態では排出通路３２ａから排出口２１ａに排出される燃料は第１オリフィス７０ａだけを介して排出される。排出通路３２ａと排出口２１ａとの差圧が上昇し図１１に示すようにオリフィス板７０がシート部３１ａから離れると第１オリフィス７０ａおよび切欠き７１と大径部３３の内周壁との間で形成されるクリアランスを通して排出通路３２ａから排出口２１ａに燃料が排出される。
【００３０】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図１２、図１３および図１４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。前述した第１実施例と異なり、第４実施例のプレッシャリミッタ８０は可動コア８１に燃料絞りとしてのオリフィス８２を設けた例である。
【００３１】
可動コア８１はニードル弁１５の固定部１５ｂとレーザ溶接等により固定されている。オリフィス８２は可動コア８１を軸方向に貫通して形成されており、オリフィス８２を通って燃料排出側に燃料は流出可能である。可動コア８１は固定コア２１と軸方向に対向するように配置されている。可動コア８１の固定コア側にスプリング座８１ａが凹状に形成されており、このスプリング座８１ａにスプリング３４の一方の端部が嵌合している。これにより、スプリング座８１ａに嵌合しているスプリング３４の端部のずれがなくなるので、可動コア８１を安定して付勢することができる。また、スプリング３４の端部がスプリング座８１ａに嵌合している分だけプレッシャリミッタ８０の軸長を短縮できる。可動コア８１の外周壁とハウジング１１との間に燃料通路としての間隙８３が形成されており、この間隙８３を通って燃料排出側に燃料は流出可能である。
【００３２】
アジャスティングパイプ３７は固定コア２１に圧入されており、この圧入位置を調整することによりスプリング３４の付勢力を変更することができる。
次に、プレッシャリミッタ８０の作動について図１３および図１４に基づいて説明する。
(1) エンジン始動時、所定時間コイル３５への通電をオンする。すると、図１３に示すように可動コア８１は固定コア２１に吸引されストッパとしての固定コア２１の端面に係止される。可動コア８１が固定コア２１に吸引されると、可動コア８１とともにニードル弁１５が固定コア側に移動し当接部１５ａが弁座１２ａから離座し蓄圧室から燃料が流入する。
【００３３】
間隙８３の燃料排出側との連通は可動コア８１と固定コア２１との当接部において遮断される。一方、オリフィス８２の燃料排出側は固定コア２１の燃料排出通路としての空間部に面しているので、可動コア８１が固定コア２１に係止されてもオリフィス８２を通って燃料排出側に燃料が流出する。これにより、余剰燃料とともに蓄圧室に残留している空気またはベーパ状燃料を速やかに排出することができる。
【００３４】
本実施例では、燃料供給圧の昇圧特性を損なうことなくエンジンを正常に始動させ、かつ余剰燃料とともに蓄圧室の空気またはベーパ状燃料を速やかに排出するために、例えば蓄圧室の燃料圧力を３３５kPa 以上、オリフィス８２を通って排出される燃料流量を高圧ポンプ１０４から蓄圧室に流入するのと同程度に３０L/hr程度にすることが望ましい。
【００３５】
(２) エンジン始動後エンジンが通常運転に移行すると、コイル３５への通電がオフされる。すると、図１４に示すようにニードル弁１５は、蓄圧室の燃料圧力から開弁方向に受ける力と、スプリング３４により閉弁方向に受ける付勢力とが釣り合う位置に保持される。エンジンの通常運転時においてコイル３５への通電をオフした状態において、蓄圧室の燃料圧力が異常に上昇しニードル弁１５が弁座１２ａから離座しても可動コア８１が固定コア２１に当接しないようにスプリング３４の付勢力は設定されているので、間隙８３は燃料排出側と連通している。したがって、ニードル弁１５が弁座１２ａから離座し蓄圧室から流入した燃料は、オリフィス８２に加え、間隙８３からエアギャップ８４を通って燃料排出側に流出する。
【００３６】
エンジン通常運転時において、オリフィス８２および間隙８３を通って排出される燃料流量に関係なく、蓄圧室の燃料圧力は５〜７MPa の範囲においてある程度一定に保たれる必要がある。
ここで、プレッシャリミッタ８０から排出される燃料流量と蓄圧室の燃料圧力との関係を、コイル３５への通電をオン、オフさせ、オリフィス８２の径を０．７mm、１．０mm、１．５mmと変化させて測定した結果を図１５に示す。▲１▼エンジン始動時、すなわちコイル３５への通電オン時において高圧燃料ポンプ１０４から蓄圧室に流入する燃料流量が３０L/hrなので、蓄圧室の燃料圧力を３３５kPa 以上に保つためにオリフィス径は小さい方がよい。しかも、▲２▼エンジン通常運転時、すなわちコイル３５への通電オフ時において、蓄圧室の燃料圧力を５〜７MPa の範囲において流入流量にかかわらずある程度一定に保つためには、オリフィス径０．７mmでは流量の変化により圧力の変化巾が大きくなり過ぎて好ましくなく、オリフィス径１．５mm程度の流路面積が好ましい。そこで、▲１▼エンジン始動時の昇圧特性、および▲２▼エンジン通常運転時の定圧制御という相反する特性を両立させるためには、オリフィス８２の径を約０．７mmとし、エンジン通常運転時、蓄圧室の燃料圧力の異常上昇時に排出流路面積をかせぐために間隙８３の流路面積とオリフィス８２の流路面積とを合わせてオリフィス径１．５mm相当の流路面積とすることが最適値であることが分かる。オリフィス８２の流路面積としては、約０．４mm2 が望ましい。
【００３７】
以上説明した第４実施例では、エンジン始動時はコイル３５への通電をオンしニードル弁１５を開弁させることによりオリフィス８２から燃料を排出可能であり、エンジン通常運転時、すなわちコイル３５への通電オフ時の燃料圧力異常時においてはニードル弁１５がスプリング３４の付勢力に抗して開弁することで、オリフィス８２に加え間隙８３からも燃料排出可能になるという二段階の流路面積の切換えが行われる。したがって、エンジン始動時時においては、余剰燃料とともに速やかに蓄圧室の空気やベーパ燃料を排出して蓄圧室の燃料圧力を上昇させ、エンジン通常運転時においては蓄圧室の燃料圧力を一定に保ち燃料供給圧を一定に保つことができる。このように第４実施例では、可動コア回りに燃料通路を形成するという簡単な構成でエンジン始動時の昇圧特性とエンジン通常運転時の定圧制御とを一台のプレッシャリミッタ８０により実現している。
【００３８】
また第４実施例では燃料通路として間隙８３を形成したが、可動コア８１の外周壁やハウジング１１の内壁に溝を形成することにより燃料通路を形成してもよい。また、オリフィス８２以外に可動コア８１を軸方向に貫通する燃料通路としてのオリフィスをオリフィス８２の周囲に形成してもよいし、可動コア８１を貫通する燃料通路に加え可動コア８１の外周側にも燃料通路を形成してもよい。この場合、オリフィス８２以外に形成する燃料通路は可動コア８１が固定コア２１に係止されると燃料排出側との連通を遮断される。
【００３９】
第４実施例では固定コア２１に直接可動コア８１を係止させたが、固定コア２１とは別部材で可動コア８１を係止するストッパを設けてもよい。
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１６および図１７に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００４０】
第１の弁部材としての第１ニードル弁９１は端部に設けた当接部９１ａが弁座１２ａに着座可能である。第２の弁部材としての第２ニードル弁９２の固定部９２ａは可動コア９３とレーザ溶接等により固定されている。第１ニードル弁９１と第２ニードル弁９２とは別部材で形成されており、第１の付勢手段としてのスプリング９４の両端部はそれぞれ第１ニードル弁９１と第２ニードル弁９２とに係止されている。第１ニードル弁９１はスプリング９４の付勢力により弁座１２ａに向けて付勢されている。
【００４１】
可動コア９３は可動コア９３を軸方向に貫通する連通孔９３ａを形成しており、貫通孔９３ａを通って燃料排出側に燃料は流出可能である。第４実施例のオリフィス８２と異なり連通孔９３ａの径は大きいので連通孔９３ａには燃料絞りとしての作用はない。可動コア９３の外周壁とハウジング１１の内壁との間には間隙８３が形成されており、この間隙８３を通って燃料排出側に燃料は流出可能である。第２の付勢手段としてのスプリング９５は可動コア９３の固定コア側に設けたスプリング座９３ｂに嵌合しており、可動コア９３を第１ニードル弁９１側に付勢している。したがって、スプリング９４に加えスプリング９５の付勢力も弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力として働いている。
【００４２】
次に、プレッシャリミッタ９０の作動について図１６および図１７に基づいて説明する。
(1) エンジン始動時、所定時間コイル３５への通電をオンすると、スプリング９５の付勢力に抗して可動コア９３は同定コア２１に吸引されるが固定コア２１とは当接しないので、間隙８３は燃料排出側と連通している。可動コア９３とともに第２ニードル弁９２が固定コア２１に吸引されると、弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力が減少するので、エンジン始動時のような蓄圧室の燃料圧力が低圧時においても第１ニードル弁９１が弁座１２ａから離座し蓄圧室から燃料が流入する。第１ニードル弁９１は、コイル３５の吸引力および蓄圧室の燃料圧力から開弁方向に受ける力と、スプリング９４および９５から閉弁方向に受ける付勢力とが釣り合う位置に保持される。蓄圧室から流入した燃料は、連通孔９３ａおよび間隙８３を通って燃料排出側に流出する。これにより、余剰燃料とともに蓄圧室に残留している空気またはベーパ状燃料を速やかに排出することができる。
【００４３】
(2) エンジン始動後エンジンが通常運転に移行すると、コイル３５への通電がオフされる。すると、スプリング９５の付勢力と反対方向に可動コア９３に働く吸引力がなくなるので、弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力はコイル３５への通電オン時よりも大きくなる。したがって、弁座１２ａから第１ニードル弁９１を離座させるのに必要な蓄圧室の燃料圧力も高くなる。当接部９１ａと弁座１２ａとの間に形成される開口部の開口面積は蓄圧室の燃料圧力に応じて増減し燃料排出量が調整されることにより、蓄圧室の燃料圧力をほぼ一定に調圧することができる。
【００４４】
このように、コイル３５への通電をオン、オフすることにより弁座１２ａに向けて第１ニードル弁９１を付勢する力の大きさが二段階に変化するので、スプリング９４および９５の付勢力を調整することにより、エンジン始動時の昇圧特性と、エンジン通常運転時の定圧制御とを両立するように当接部９１ａと弁座１２ａとの間の開口面積を設定することができる。
【００４５】
以上説明した本発明の第４実施例および第５実施例では、エンジン通常運転時にコイル３５への通電をオフしたが、蓄圧室に燃料圧力を検知する圧力センサを配置し、この圧力センサの検知信号に基づくＥＣＵからの駆動信号により、エンジン通常運転時にコイル３５への通電をオンまたはオフすることも可能である。以上説明した本発明の第１実施例〜第５実施例ではプレッシャリミッタをコモンレールに取付けたが、高圧用燃料供給ポンプからコモンレールを経てインジェクタに高圧燃料を供給する燃料供給系であれぱプレッシャリミッタをどこに取付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による燃料供給装置を用いたガソリンエンジン用燃料供給システムを示すシステム構成図である。
【図３】第１実施例のオリフィス板を示す平面図である。
【図４】第１実施例のオリフィス板がシート部に当接した状態を示す断面図である。
【図５】第１実施例のオリフィス板がシート部から離間した状態を示す断面図である。
【図６】第１実施例のエンジン始動時における制御フローチャートである。
【図７】第１実施例のエンジン通常運転時における制御フローチャートである。
【図８】本発明の第２実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図９】本発明の第３実施例によるオリフィス板を示す平面図である。
【図１０】第３実施例のオリフィス板がシート部に当接した状態を示す断面図である。
【図１１】第３実施例のオリフィス板がシート部から離間した状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図１３】第４実施例のコイルヘの通電オン時の状態を示す説明図である。
【図１４】第４実施例のコイルヘの通電オフ時の状態を示す説明図である。
【図１５】第４実施例においてプレッシャリミッタから排出される燃料流量と蓄圧室の燃料圧力との関係を示す特性図である。
【図１６】本発明の第５実施例によるプレッシャリミッタを示す断面図である。
【図１７】第５実施例のニードル弁の形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ プレッシャリミッタ（圧力制御弁）
１１ ハウジング
１２ バルブボディ
１５ ニードル弁
２１ 固定コア（電磁駆動部）
２２ 可動コア（電磁駆動部）
３４ スプリング
３５ コイル（電磁駆動部）
５１ オリフィス板（オリフィス部材）
５１ａ 第１オリフィス（オリフィス）
５１ｂ 第２オリフィス
５２ スリーブ
５３ スプリング
７０ オリフィス板
７０ａ 第１オリフィス（オリフィス）
７１ 切欠き
８０ プレッシャリミッタ（圧力制御弁）
８１ 可動コア
８２ オリフィス
８３ 間隙（燃料通路）
９０ プレッシャリミッタ（圧力制御弁）
９１ 第１ニードル弁（第１の弁部材）
９２ 第２ニードル弁（第２の弁部材）
９３ 可動コア
９４ スプリング（第１の付勢手段）
９５ スプリング（第２の付勢手段）
１０４ 高圧燃料供給ポンプ（燃料供給ポンプ）
１０５ コモンレール
Claims (10)
- 高圧燃料供給ポンプから圧送された燃料をコモンレール内の蓄圧室で蓄圧し、前記蓄圧室で蓄圧された燃料をインジェクタに供給する燃料供給装置であって、
前記高圧燃料供給ポンプから前記コモンレールを経て前記インジェクタに燃料を供給する燃料供給系の燃料圧力が所定圧を越えると開弁し前記燃料供給系から燃料を排出する圧力制御弁を前記燃料供給系に配設し、前記圧力制御弁は所定信号に基づき前記圧力制御弁を開閉駆動可能な電磁駆動部を有し、
前記圧力制御弁は燃料排出側に設けたオリフィスを経て燃料を排出し、
前記オリフィスを形成するオリフィス部材は前記圧力制御弁の燃料排出側に設けられたシート部に当接可能であり、前記オリフィス部材の燃料流れ上流側と燃料流れ下流側との差圧が上昇すると前記オリフィス部材が前記シート部から離間することにより前記シート部への当接時よりも多くの燃料を排出することを特徴とする燃料供給装置。 - 前記所定信号はエンジン始動時のイグニション信号であることを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
- 前記所定信号は前記蓄圧室の圧力信号であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料供給装置。
- 高圧燃料供給ポンプから圧送された燃料をコモンレール内の蓄圧室で蓄圧し、前記蓄圧室で蓄圧された燃料をインジェクタに供給する燃料供給装置であって、
前記高圧燃料供給ポンプから前記コモンレールを経て前記インジェクタに燃料を供給する燃料供給系の燃料圧力が所定圧を越えると開弁し前記燃料供給系から燃料を排出する圧力制御弁を前記燃料供給系に配設し、前記圧力制御弁は所定信号に基づき前記圧力制御弁を開閉駆動可能な電磁駆動部を有し、
前記電磁駆動部は、固定コア、この固定コアと軸方向に対向して設けられた可動コア、および通電することにより前記固定コアに前記可動コアを吸引する磁力を発生するコイルを有し、
前記可動コアを貫通して形成された通路、または前記可動コアの外周側に形成された通路の少なくともいずれか一方を有する燃料通路と、前記可動コアに設けられたオリフィスとを備え、
前記オリフィスは前記コイルヘの通電のオンおよびオフに関わらず燃料排出側と連通しており、
前記燃料通路は、前記コイルヘの通電オン時、前記可動コアが前記固定コアに吸引されストッパに当接することにより燃料排出側との連通が遮断され、前記コイルヘの通電オフ時、前記ストッパから前記可動コアが離間することにより燃料排出側と連通することを特徴とする燃料供給装置。 - 前記所定信号はエンジン始動時のイグニション信号であることを特徴とする請求項４記載の燃料供給装置。
- 前記所定信号は前記蓄圧室の圧力信号であることを特徴とする請求項４または５記載の燃料供給装置。
- 前記オリフィスの流路面積はほぼ０．４mm2であることを特徴とする請求項４、５または６記載の燃料供給装置。
- 高圧燃料供給ポンプから圧送された燃料をコモンレール内の蓄圧室で蓄圧し、前記蓄圧室で蓄圧された燃料をインジェクタに供給する燃料供給装置であって、
前記高圧燃料供給ポンプから前記コモンレールを経て前記インジェクタに燃料を供給する燃料供給系の燃料圧力が所定圧を越えると開弁し前記燃料供給系から燃料を排出する圧力制御弁を前記燃料供給系に配設し、前記圧力制御弁は所定信号に基づき前記圧力制御弁を開閉駆動可能な電磁駆動部を有し、
前記電磁駆動部は、固定コア、この固定コアと軸方向に対向して設けられた可動コア、および通電することにより前記固定コアに前記可動コアを吸引する磁力を発生するコイルを有し、
燃料流入側に設けられた弁座に着座することにより燃料の流入を遮断する第１の弁部材と、
前記可動コアとともに往復移動する第２の弁部材と、
前記第１の弁部材と前記第２の弁部材とにそれぞれ端部を当接し、前記第１の弁部材を前記弁座に向けて付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁部材を前記弁座に向けて付勢する第２の付勢手段と、
を備えることを特徴とする燃料供給装置。 - 前記所定信号はエンジン始動時のイグニション信号であることを特徴とする請求項８記載の燃料供給装置。
- 前記所定信号は前記蓄圧室の圧力信号であることを特徴とする請求項８または９記載の燃料供給装置。
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