JP3750754B2 - 内燃機関用燃料供給装置 - Google Patents
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- F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁へ送る燃料の余剰分を燃料タンクに戻すリターン配管を廃止したリターンレス配管構成とした内燃機関用燃料供給装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃料配管系を簡素化して燃料配管系の小型化・コストダウンを実現するために、リターン配管を廃止したリターンレス配管構成を採用したものがある。このものでは、燃料配管系の燃圧を目標燃圧に合わせるために、燃料ポンプの印加電圧又は電流値を制御して、燃料ポンプの回転数(吐出圧)を制御するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成では、例えば無負荷レーシング開始時や急加減速時等、燃料噴射弁の燃料噴射量が急激に変化するときには、燃料ポンプの慣性等に起因する応答遅れによって燃料ポンプの吐出量の調整が燃料噴射量の急変に追従できなくなり、燃料配管系の燃料充填量が変動して燃圧が変動する。このような燃圧変動は、内燃機関に供給する混合気の空燃比がずれる原因となり、エミッションの悪化やドライバビリティの低下を招く原因にもなる。
【0004】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃料噴射量急変時の燃圧変動を効果的に抑えることができて、燃料噴射量急変時の燃圧制御特性を改善でき、エミッションやドライバビリティを向上できる内燃機関用燃料供給装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の内燃機関用燃料供給装置は、燃料配管系の燃圧変動に応じて燃料配管系の内容積を変動させるダンパ手段を設け、前記ダンパ手段の動作特性を、下記(2)式で定義される燃圧変動率ΔP/ΔQが10〜50kPa/ccの範囲内に収まるように設定している。
燃圧変動率=ΔP/ΔQ ……(2)
ここで、ΔQは燃料配管系の燃料充填量の変動量、ΔPは燃料配管系の燃料充填量の変動量ΔQによって生じる燃圧変動量である。
【0006】
例えば、無負荷レーシング開始時や急加減速時等、燃料噴射弁の燃料噴射量が急変するときには、燃料ポンプの慣性等に起因する応答遅れによって燃料ポンプの吐出量の調整が燃料噴射量の急変に追従できなくなり、燃料配管系の燃料充填量が変動する。このとき、燃料配管系の燃料充填量が減少すると、燃圧が低下する方向に変動し始めるが、その燃圧低下に応じてダンパ手段が燃料配管系の内容積を減少させる方向に変位して、燃圧低下を抑える。また、燃料配管系の燃料充填量が増加すると、燃圧が上昇する方向に変動し始めるが、その燃圧上昇に応じてダンパ手段が燃料配管系の内容積を増加させる方向に変位して、燃圧上昇を抑える。
【0007】
本発明において、ダンパ手段の動作特性を、燃料配管系の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔP/ΔQが10〜50kPa/ccの範囲内に収まるように設定した理由は次の通りである。燃料配管系の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔP/ΔQは、燃料配管系の弾性を表わす物理量で、燃料配管系の燃料充填量を変動させて燃圧を測定したときの燃料充填量の単位変動量当たりの燃圧変動量である。図4及び図5に示すように、この燃圧変動率ΔP/ΔQが大きくなるほど燃圧変動幅ΔPが大きくなるが、燃圧変動時に燃圧が目標燃圧に収束するまでの燃圧収束時間ΔT(つまり空燃比がずれている時間)はΔP/ΔQが小さくなるほど長くなる特性がある。
【0008】
このような特性から、ΔP/ΔQが10kPa/ccよりも小さいと、燃圧収束時間ΔTが許容範囲(700ms以下)を越え、空燃比がずれている時間が長くなり過ぎるため、本発明では、ΔP/ΔQを10kPa/cc以上に設定して燃圧収束時間ΔTを許容値に収める。また、ΔP/ΔQが50kPa/ccよりも大きいと、燃圧変動幅ΔPが許容範囲(10kPa以下)を越え、空燃比のずれ量が大きくなり過ぎるため、本発明では、ΔP/ΔQを50kPa/cc以下に設定して、燃圧変動幅ΔPを許容範囲に収める。
【0009】
更に、請求項2のように、ダンパ手段をデリバリパイプに設けることが好ましい。つまり、ダンパ手段による燃圧変動抑制は、燃料噴射弁に作用させる燃圧を一定にするために行うものであるため、燃料噴射弁に最も近い場所に位置するデリバリパイプにダンパ手段を設けることで、燃料噴射弁に最も近い位置でダンパ手段による燃圧変動抑制効果を最も効果的に発揮させることができる。しかも、デリバリパイプは、他の燃料配管と比較してパイプ径が大きいため、ダンパ手段を組付けるスペースを確保しやすく、ダンパ手段の組付性も良い。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、燃料供給装置全体の構成を図1に基づいて説明する。燃料タンク11内には燃料ポンプ12が設置され、この燃料ポンプ12の吸込み口にフィルタ13が装着されている。この燃料ポンプ12の吐出口から燃料配管14aへ吐出される燃料は、燃料フィルタ15で濾過されながら燃料配管14bを通してデリバリパイプ16へ送られ、このデリバリパイプ16に取り付けられた各気筒の燃料噴射弁17から各気筒に噴射される。この場合、燃料配管系14は、燃料ポンプ12の吐出口から始まり、燃料配管14a→燃料フィルタ15→燃料配管14bを経てデリバリパイプ16で終端となるリターンレス配管構成となっており、従って、デリバリパイプ16から燃料の余剰分を燃料タンク11に戻すリターン配管は廃止されている。
【0011】
燃料ポンプ12は、駆動源として直流モータ(図示せず)を内蔵すると共に、この直流モータを電流制御する電流制御回路18(燃圧制御手段)を内蔵し、この電流制御回路18の出力電流値をエンジン制御用の主制御回路19からの制御信号によって制御することで、燃料ポンプ12の吐出圧(燃圧)を電流値で制御するようになっている。この電流制御方式では、制御電流値によって一定の目標燃圧に制御できるため、燃料配管系14の燃圧を検出する燃圧センサが不要になる利点がある。但し、本発明は、この構成に限定されず、燃料配管系14に燃圧センサを設け、その検出結果を基に燃圧を目標燃圧に一致させるように燃料ポンプ12の駆動電圧をフィードバック制御する電圧制御方式を採用しても良い。
【0012】
一方、デリバリパイプ16の先端部には、燃圧変動に応じて燃料配管系14の内容積を変動させるダンパ手段20が設けられており、以下、このダンパ手段20の構成を図2に基づいて説明する。ダンパ手段20のホルダ21は、デリバリパイプ16の先端部に圧入等により嵌着され、該デリバリパイプ16の先端部がホルダ21とその外周に嵌着されたOリング22とによって封鎖されている。ホルダ21は、例えばステンレス鋼等の金属により形成され、その内面には、例えばステンレス鋼薄板等により形成されたベローズ23の開口縁全周が溶接等により接合され、このベローズ23の先端側の閉鎖端面にはデリバリパイプ16内の燃圧が加わるようになっている。
【0013】
このベローズ23の内部の空間は、ホルダ21に形成された大気連通孔24を通して大気と連通され、ベローズ23の先端側の閉鎖端面に加わる燃圧の変動に応じてベローズ23がデリバリパイプ16の軸方向(矢印A,B方向)に伸縮できるようになっている。このベローズ23の最大縮み量(矢印B方向の最大変位量)は、ホルダ21に形成されたストッパ突起25によって規制され、ベローズ23の最大伸び量(矢印A方向の最大変位量)は、デリバリパイプ16の内周部に形成された環状ストッパ26によって規制される。また、ベローズ23の内部には、ベローズ23を伸び方向(矢印A方向)に付勢するスプリング27が収納されている。そして、このスプリング27の弾性力やベローズ23の材質を適宜選択することで、燃圧変動に対するベローズ23の伸縮変位の特性を、燃料配管系14の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔP/ΔQが10〜50kPa/ccの範囲内に収まるように設定している(この理由については後述する)。
【0014】
図3は無負荷レーシング時の制御特性を示すタイムチャートである。この例では、時刻t1 で、アイドル状態からアクセルを急激に全開して無負荷レーシングを開始する。これにより、燃料噴射弁17の燃料噴射量が急激に増加するが、このような燃料噴射量急増時には、燃料ポンプ12の慣性等に起因する応答遅れによって燃料ポンプ12の吐出量の調整が燃料噴射量の急増に追従できなくなり、燃料配管系14の燃料充填量が減少する。このため、従来は、無負荷レーシング開始時に図3(d)に点線で示すように燃圧が一時的に大きく低下する。
【0015】
その後、時刻t2 で、アクセルを全閉して無負荷レーシングを終わると、燃料噴射量が急激に最小量まで減少するが、燃料ポンプ12の慣性によって燃料ポンプ12の回転数(吐出圧)の低下が遅れるため、燃料配管系14の燃料充填量が増加する。このため、従来は、無負荷レーシング終了時に図3(d)に点線で示すように燃圧が一時的に大きく上昇する。このような大きな燃圧変動は、空燃比を大きくずらし、エミッションを悪化させたり、ドライバビリティを低下させたりする原因になる。
【0016】
これに対し、本実施形態では、デリバリパイプ16の先端部にダンパ手段20が設けられているため、燃料配管系14の燃料充填量が減少して、燃圧が低下する方向に変動し始めると、その燃圧低下に応じてダンパ手段20のベローズ23が図2の矢印A方向に膨脹して燃料配管系14の内容積を燃料充填量の減少量に応じて減少させ、図3(d)に実線で示すように燃圧低下を抑える。また、燃料配管系14の燃料充填量が増加して、燃圧が上昇する方向に変動し始めると、その燃圧上昇に応じてダンパ手段20のベローズ23が矢印B方向に縮小して、燃料配管系14の内容積を燃料充填量の増加量に応じて増加させ、図3(d)に実線で示すように燃圧上昇を抑える。要するに、ダンパ手段20は、燃料配管系14の燃料充填量の増減量に応じて燃料配管系14の内容積を増減させることで、燃圧変動を抑える。
【0017】
次に、本実施形態において、燃圧変動に対するダンパ手段20のベローズ23の伸縮変位の特性を、燃料配管系14の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔP/ΔQが10〜50kPa/ccの範囲内に収まるように設定する理由を説明する。燃圧を安定させるには、▲1▼燃料噴射量急変時の燃圧変動幅ΔP[図3(d)参照]を小さくし、且つ▲2▼燃圧変動時に燃圧が目標燃圧に収束するまでの燃圧収束時間ΔT(つまり空燃比がずれている時間)を小さくする必要がある。
【0018】
燃料配管系14の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔP/ΔQは、燃料配管系14の燃料充填量を変動させて燃圧を測定したときの燃料充填量の単位変動量当たりの燃圧変動量である。この燃圧変動率ΔP/ΔQは、燃料配管系14の弾性を表わす普遍的な物理量であり、燃料配管系14の配管長さ等の配管構成が相違しても、燃圧変動率ΔP/ΔQと燃料噴射量急変時の燃圧収束時間ΔTと燃圧変動幅ΔPとの関係は図5に示すようにほぼ一致する(図5は燃料配管系14の配管長さが5000mmの場合と1000mmの場合についてΔP/ΔQ、ΔT、ΔPの関係を実測したグラフである)。一般に、図4及び図5に示すように燃圧変動率ΔP/ΔQが大きくなるほど燃圧変動幅ΔPが大きくなるが、燃圧収束時間ΔTはΔP/ΔQが小さくなるほど長くなる特性がある。
【0019】
このような特性から、ΔP/ΔQが10kPa/ccよりも小さいと、燃圧収束時間ΔTが許容範囲(700ms以下)を越え、空燃比がずれている時間、つまりエミッションやドライバビリティが悪くなる時間が長くなり過ぎる。それ故に、本実施形態では、ΔP/ΔQを10kPa/cc以上に設定することで、燃圧収束時間ΔTを許容範囲内に収める。また、ΔP/ΔQが50kPa/ccよりも大きいと、燃圧変動幅ΔPが許容範囲(10kPa以下)を越え、空燃比のずれ量が大きくなり過ぎて、エミッションの悪化やドライバビリティの低下が顕著になる。それ故に、本実施形態では、ΔP/ΔQを50kPa/cc以下に設定することで、燃圧変動幅ΔPを許容範囲内に収める。要するに、本実施形態では、ΔP/ΔQを10〜50kPa/ccに設定することで、燃料噴射量急変時の燃圧変動抑制と速やかな燃圧収束とを両立させて、燃料噴射量急変時の燃圧制御特性を改善し、エミッションやドライバビリティを向上させるものである。
【0020】
また、ダンパ手段20による燃圧変動抑制は、燃料噴射弁17に作用させる燃圧を一定にするために行うものであるため、本実施形態のように、燃料噴射弁17に最も近い場所に位置するデリバリパイプ16にダンパ手段20を設ければ、燃料噴射弁17に最も近い位置でダンパ手段20による燃圧変動抑制効果を最も効果的に発揮させることができる。しかも、デリバリパイプ16は、他の燃料配管と比較してパイプ径が大きいため、ダンパ手段20を組付けるスペースを確保しやすく、ダンパ手段20の組付性も良い利点がある。
【0021】
しかしながら、本発明はダンパ手段20の組付位置はデリバリパイプ16に限定されず、他の燃料配管14a,14bや燃料フィルタ15等、燃料ポンプ12から燃料噴射弁17までの燃料配管系14であればどこでも良い。また、ダンパ手段20の構成は、ベローズ23等の弾性変形可能な圧力応動体を用いた構成のものに限定されず、燃料配管系14の一部の配管の径や材質を適宜選択して、その配管自体の弾性によってΔP/ΔQを10〜50kPa/ccに設定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す燃料供給装置全体の概略構成図
【図2】ダンパ手段の構造を示す縦断面図
【図3】無負荷レーシング時の制御特性を示すタイムチャート
【図4】燃料配管系14の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔP/ΔQと燃圧収束時間ΔTと燃圧変動幅ΔPとの関係を示す図
【図5】燃料配管系の配管長さが5000mmの場合と1000mmの場合についてΔP/ΔQ、ΔT、ΔPの関係を実測したグラフを示す図
【符号の説明】
11…燃料タンク、12…燃料ポンプ、14…燃料配管系、14a,14b…燃料配管系、15…燃料フィルタ、16…デリバリパイプ、17…燃料噴射弁、18…電流制御回路(燃圧制御手段)、19…主制御回路、20…ダンパ手段、23…ベローズ、24…大気連通孔、27…スプリング。
Claims (2)
- 燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、この燃料ポンプから吐出される燃料を燃料噴射弁へ送る燃料配管系と、前記燃料ポンプを制御して前記燃料配管系の燃圧を調整する燃圧制御手段とを備え、前記燃料配管系が前記燃料噴射弁に燃料を分配するデリバリパイプで終端となるリターンレス配管構成とした内燃機関用燃料供給装置において、
前記燃料配管系の燃圧変動に応じて燃料配管系の内容積を変動させるダンパ手段を設け、前記ダンパ手段の動作特性を、下記(1)式で定義される燃圧変動率が10〜50kPa/ccの範囲内に収まるように設定したことを特徴とする内燃機関用燃料供給装置。
燃圧変動率=ΔP/ΔQ ……(1)
ここで、ΔQは燃料配管系の燃料充填量の変動量、ΔPは燃料配管系の燃料充填量の変動量ΔQによって生じる燃圧変動量である。 - 前記ダンパ手段は、前記デリバリパイプに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用燃料供給装置。
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