JP3842002B2 - 可変吐出量燃料供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用の内燃機関、特に高圧の加圧燃料を要する筒内噴射用ガソリンエンジンに使用され、燃料噴射弁に供給する燃料の供給量を制御する可変吐出量燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の内燃機関に使用される可変吐出量燃料供給装置は、内燃機関の各気筒に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、これらの燃料噴射弁に燃料を供給するデリバリパイプと、このデリバリパイプに加圧燃料を供給する燃料ポンプと、この燃料ポンプに燃料タンクからの燃料を供給する低圧燃料ポンプと、燃料の噴射時期や噴射量および燃料ポンプの吐出量などを制御する制御手段などから構成され、また、燃料ポンプは、シリンダと、内燃機関のカムシャフトに設けられた駆動用カムに駆動され、シリンダ内を往復動して吸入行程では加圧室内に燃料を吸入し、吐出行程では加圧室内の燃料をデリバリパイプに圧送するプランジャと、加圧室内の加圧された燃料を所定のタイミングで低圧側にリリーフすることにより、加圧室からの吐出量を制御し、デリバリパイプの燃料圧を所定の圧力に制御する電磁弁などから構成されている。
【０００３】
この電磁弁は例えば特開平１１−２００９９０号公報などに開示されているように、一般的には電磁弁への制御信号がない場合は弁が閉じている常閉の電磁弁が使用され、制御手段からの開弁信号に応じて開弁し、加圧室内の加圧された燃料を低圧側にリリーフするように構成されている。また、制御手段はデリバリパイプ内の燃料圧を検知し、燃料圧の変動に応じて開弁信号を電磁弁に与えて開弁するが、デリバリパイプ内の燃料圧が上昇するのは燃料ポンプの吐出行程であるから、吐出行程の途中で開弁信号が与えられ、吐出行程の終了と共に閉弁するように信号幅が形成されている。
【０００４】
図４は、このような従来の可変吐出量燃料供給装置に使用される燃料ポンプの行程と電磁弁の動作タイミングとを説明する説明図であり、例えば特開平１１−２００９９０号公報などに開示されているものである。図のピストンリフト量は内燃機関の駆動用カムに駆動されて往復動するプランジャの移動量を示し、下死点から上死点までの行程が加圧行程であり、この行程のストロークに応じた量の燃料が加圧されて加圧室からデリバリパイプに圧送され、また、上死点から下死点までの行程が吸入行程であって、この吸入行程においては燃料タンクから加圧室内に燃料が導入される。
【０００５】
図の各行程ＡないしＤは、それぞれ燃料ポンプのプランジャの一周期の行程を示し、それぞれ特徴のある行程を抽出して示したものである。図に基づき従来の燃料ポンプの行程と電磁弁の動作とを説明すると、まず、行程Ａは燃料ポンプの吐出量を全ストロークの５０％のみ吐出した場合を示し、プランジャの吐出行程においてストロークの５０％位置で開弁信号が与えられて電磁弁が開弁し、プランジャの上死点、すなわち、吐出行程の終了と共に開弁信号が終了して電磁弁が閉弁する状態を示している。また、行程Ｂは吐出量が７５％のときに開弁信号が与えられた場合を示すもので、開弁信号は行程Ａと同様に吐出行程の終了と共に終了する。
【０００６】
行程Ｃは、内燃機関の高速低負荷時、例えば、エンジンブレーキ使用時の状態など、燃料ポンプの吐出量が多く燃料消費量が少ない場合を示し、このような場合にはデリバリパイプ内の燃料圧は所定値に維持されており、燃料ポンプからの吐出量が０％で、電磁弁によるリリーフ量が１００％となり、プランジャの全行程期間にわたり開弁信号が与えられる。行程Ｄは燃料ポンプの吐出量が少なく燃料消費量が多い、例えば、内燃機関の低速高負荷時の場合などであり、この場合には吐出量を１００％にするために開弁信号は与えられない。
【０００７】
これらの各行程の内、吐出量が０％または１００％の状態は高頻度で発生するものではなく、通常の使用状態では上記のように、開弁信号はプランジャの加圧行程の途上で印可され、上死点にて終了することになる。開弁信号の信号幅はデリバリパイプ内の燃料圧により決まるものであるから、内燃機関の回転数や負荷の状態により常に変動し、回転数や負荷が一定の場合においてもプランジャの各行程毎に変化し、制御手段は各行程毎に開弁時期と開弁信号幅とを演算して電磁弁に与える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の可変吐出量燃料供給装置では以上のような開弁信号が電磁弁に与えられていたが、内燃機関の始動直後などデリバリパイプの燃料圧が所定圧まで立上げ時期や、燃料ポンプの吐出量に対して燃料消費量が比較的大きい場合には、燃料圧が所定値に達するのがプランジャが上死点を通過する直前の極めて短い時間となることがあり、このような場合には開弁信号は短時間のパルス信号となる。一方、開弁信号に対する電磁弁の応答性には限界があるため、短時間のパルス信号に対しては電磁弁が追従できず、制御が不能になってデリバリパイプ内の燃料圧が不安定な状態になることがあった。特に、内燃機関の高速回転時にはプランジャの行程時間が短くなり、開弁信号の信号幅も短くなるので電磁弁の応答性は燃料ポンプの最高回転速度を制限するものであった。
【０００９】
また、制御ユニットにも制御のバラツキがあるため、上記の従来の制御内容ではプランジャの上死点前の吐出行程中に弁が閉じてしまうことがあり、燃料ポンプが再度吐出することによりデリバリパイプ内の燃料圧が所定値より高くなるという問題を有していた。さらに、内燃機関のエンジンブレーキ使用時などの高速低負荷時では、燃料ポンプの吐出量に対して燃料消費が小さく、吐出量の０％が継続する場合があり、このような場合には電磁弁のコイルに対する通電が１００％となる。電磁弁は応答性を向上させるためコイル抵抗を小さく設定するため、コイル温度が異常に上昇する問題が発生する。この温度上昇を抑制するには電磁弁のコイル抵抗をを大きくする必要があり、これは電磁弁の応答性をさらに悪化させるという問題を有するものであった。
【００１０】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、電磁弁の応答性や制御のバラツキに影響されることなく、常に安定した燃料圧の制御が可能であり、コイル温度が異常に上昇することのない可変吐出量燃料供給装置を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる可変吐出量燃料供給装置は、内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、これらの燃料噴射弁に加圧燃料を供給するデリバリパイプと、シリンダ内をプランジャが往復動することにより、燃料吸入通路から吸入弁を介して加圧室内に燃料を吸入して加圧し、吐出弁を介して加圧燃料をデリバリパイプに吐出する燃料ポンプと、この燃料ポンプの加圧室と燃料吸入通路とを連通するリリーフ通路に設けられ、開弁時に加圧室内の加圧燃料を燃料吸入通路にリリーフして加圧燃料のデリバリパイプへの吐出量を制御する電磁弁と、この電磁弁に開弁信号を与える制御手段とを備え、この制御手段から電磁弁に与えられる開弁信号が、電磁弁による加圧燃料のリリーフ量に関わらず、プランジャの上死点から下死点に向かう吸入行程中における上死点を経過した後の所定の一定位置において終了するように構成したものである。
【００１２】
また、プランジャが上死点を通過してから少なくとも電磁弁の応答時間が経過した後に開弁信号が終了するように構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の燃料ポンプと電磁弁との動作タイミングを説明する動作説明図、図２は可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図、図３は燃料ポンプの断面図である。図２において、１ａないし１ｄは内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁、２は加圧された燃料を保持して燃料噴射弁１ａないし１ｄに燃料を供給するデリバリパイプ、３はデリバリパイプ２に燃料経路１０を介して加圧された燃料を供給する燃料ポンプ、４は燃料タンク５から燃料経路７を経由して燃料ポンプ３に燃料を供給する低圧燃料ポンプ、６は燃料経路７に設けられたエンジン停止時に燃圧経路７内の燃圧を一定時間保持するチェックバルブ、８は燃料経路７の圧力制御用の低圧レギュレータ、９はデリバリパイプ２の燃料圧が所定値を越えたときに燃料経路１０から燃料経路１１を介して燃料タンク５に燃料をリリーフするチェックバルブ、１２は燃料ポンプ３から燃料タンク５に燃料を戻すリターン経路、１３は燃料圧を制御する制御手段である。
【００１４】
図３の燃料ポンプ３において、１４はシリンダ、１５は図示しないカムシャフトの駆動カムにローラ１６を介して駆動され、シリンダ１４内を往復動して加圧室１７内に燃料を吸入し、加圧するプランジャ、１８はプランジャ１５を常時加圧室１７が拡大する方向に付勢するバネ、１９はローラ１６を図示しないカムシャフト側に付勢するバネ、２０はシリンダ１４とプランジャ１５との間から漏出する燃料をシールする金属製のベローズで、金属製のベローズ２０内に漏出した燃料はリターン通路２１と図２のリターン経路１２とを介して燃料タンク５に戻される。２２は低圧ダンパ２３を有する燃料吸入口、２４は図２の燃料経路１０を介してデリバリパイプ２に接続される燃料吐出口であり、燃料吸入口２２は燃料吸入通路２５と例えばリードバルブなどの逆止弁にて構成される吸入弁２６とを介して加圧室１７に連通し、燃料吐出口２４は吐出弁２７を介して加圧室１７に連通する。
【００１５】
２８は制御手段１３からの開弁信号により開弁する常閉の電磁弁であり、弁体２９と弁座３０とからなる弁部は加圧室１７から燃料吸入通路２５に連通するリリーフ通路３１を開閉するように設けられ、電磁弁２８が開弁することにより加圧室１７内の加圧された燃料がリリーフ通路３１を経由して燃料吸入通路２５にリリーフされるように構成されている。燃料ポンプ３は内燃機関に装着され、内燃機関のカムシャフトに設けられたポンプ駆動用のカムにより駆動され、内燃機関の回転に伴って燃料を加圧してデリバリパイプ２に圧送する。また、制御手段１３には図示しないセンサ類から内燃機関の回転速度や、カムシャフトの回転角およびデリバリパイプ２の燃料圧などが入力され、電磁弁２８に開弁信号を与えるように構成されている。
【００１６】
このように構成されたこの発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置において、まず、内燃機関のキースイッチがオンされると電動の低圧燃料ポンプ４が作動して燃料タンク５より燃料ポンプ３に燃料が供給される。続いて内燃機関の始動操作と共に燃料ポンプ３が駆動され、プランジャ１５の吸入行程では吐出弁２７が閉じて吸入弁２６が開き、燃料が燃料吸入口２２と燃料吸入通路２５とを介して加圧室１７内に吸入され、プランジャ１５の吐出行程では吸入弁２６が閉じて吐出弁２７が開き、加圧された燃料が燃料吐出口２４から燃料経路１０を通ってデリバリパイプ２に圧送される。また、エンジン停止時に燃料ポンプ３内の燃料圧は低下するが、デリバリパイプ２内の燃料圧は燃圧保持バルブ３２が閉じることにより一定時間保持される。
【００１７】
プランジャ１５の往復動は内燃機関の回転速度と共に高くなり、デリバリパイプ２内の燃料圧が所定値に達すると制御手段１３がこれを検知して電磁弁２８に開弁信号を与え、弁を開いて高燃料圧の加圧室１７を低燃料圧の燃料吸入通路２５に連通させ、燃料をリリーフすることにより加圧室１７からデリバリパイプ２に対する燃料の圧送を停止し、デリバリパイプ２内の燃料圧を一定値に保つ。このときの制御手段１３の制御動作は次のように行われる。
【００１８】
図１はこの制御動作の内容を示すもので、制御手段１３からの開弁信号は図１に示すように、開弁信号の印可はデリバリパイプ２の燃料圧の検出値により決定されるが、終了位置はプランジャ１５が上死点位置を経過した後の所定の位置とされる。図１の各行程ＡないしＤはそれぞれ特徴のある行程を抽出して示したものであり、まず、行程Ａはデリバリパイプ２内の燃料圧がプランジャ１５の全ストロークの５０％を吐出することによりデリバリパイプ２内の燃料圧が所定圧に達した場合を示し、この場合には、プランジャ１５が下死点から上死点までのストロークの５０％位置にて開弁信号が印加されて電磁弁２８が開き、この開弁信号はプランジャ１５の上死点過ぎの所定の位置まで継続される。プランジャの吐出期間は下死点から上死点までの間であるから、この場合の燃料リリーフ量は全ストロークの５０％となる。
【００１９】
また、行程Ｂはデリバリパイプ２内の燃料圧がプランジャ１５の全ストロークの７５％を吐出することにより、デリバリパイプ２内の燃料圧が所定圧に達した場合を示し、プランジャ１５が下死点から上死点までのストロークの７５％位置にて開弁信号が印可され、この開弁信号は行程Ａの場合と同様にプランジャ１５の上死点過ぎの所定の位置まで継続される。行程Ｃはデリバリパイプ２の燃料圧が所定値を満足しており、吐出量が０％でよいと判定された場合を示し、プランジャ１５が下死点位置にて開弁信号が印可され、この開弁信号は行程Ａおよび行程Ｂの場合と同様にプランジャ１５の上死点過ぎの所定の位置まで継続される。
【００２０】
行程Ｄはデリバリパイプ２内の燃料圧が低く、また燃料消費量が多い場合のように、吐出量が１００％必要な状態を示し、この場合には圧力制御のためのリリーフは必要でないのでプランジャ１５の上死点、または、上死点を誤差吸収分過ぎた位置にて開弁信号が印可され、行程Ａないし行程Ｃの場合と同様にプランジャ１５の上死点過ぎの所定の位置まで継続される。そして、この開弁信号の終了時点、すなわち、上死点過ぎの所定の位置は、例えば上死点から下死点までのストロークに対して所定の率で決定されるか、または、図１の行程Ｄに示すように電磁弁２８の応答性のバラツキと制御ユニット１３の制御のバラツキを補償し得る最小時間以上に設定される。
【００２１】
制御動作を以上のように設定することにより、開弁信号幅を常に電磁弁２８の応答性に必要なパルス幅以上に設定できることになり、また、制御のバラツキがあってもプランジャ１５が上死点を過ぎた後に閉弁動作することになるので内燃機関の全回転域において安定した吐出量制御が可能になり、また、応答性の悪い電磁弁でも使用することが可能になる。さらに、電磁弁の応答性により限界があった内燃機関の回転速度のより高い領域までの制御ができることになると共に、電磁弁２８のコイルには従来のような１００％通電がなく、温度上昇を抑制して応答性の向上を可能とすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の可変吐出量燃料供給装置によれば、電磁弁による加圧燃料のリリーフ量に関わらず、電磁弁の開弁時間を燃料ポンプのプランジャが上死点を過ぎた後、所定の一定位置まで継続されるようにし、この位置を電磁弁の応答性や制御のバラツキを加味して決定するようにしたので、燃料圧が安定して制御できると共に、電磁弁のコイルの温度上昇が抑制できて余裕のある設計が可能になり、また、より高速域までの制御に対応できて内燃機関の高速回転化を可能にする他、制御ユニットの制御精度や電磁弁の応答性を必要以上に向上させる必要がなくなるなど、優れた可変吐出量燃料供給装置を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の動作説明図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置に使用する燃料ポンプの構成を示す断面図である。
【図４】 従来の可変吐出量燃料供給装置の動作説明図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 燃料噴射弁、２ デリバリパイプ、
３ 燃料ポンプ、４ 低圧燃料ポンプ、５ 燃料タンク、
６、９ チェックバルブ、８ 低圧レギュレータ
１０，１１ 燃料経路、１３ 制御手段、１４ シリンダ、
１５ プランジャ、１７ 加圧室、１８，１９ バネ、
２０ ベローズ、２２ 燃料吸入口、２４ 燃料吐出口、
２５ 燃料吸入通路、２６ 吸入弁、２７ 吐出弁、２８ 電磁弁、
２９ 弁体、３０ 弁座、３１ リリーフ通路、３２ 燃圧保持バルブ。

Claims (2)

1. 内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁、これらの燃料噴射弁に加圧燃料を供給するデリバリパイプ、シリンダ内をプランジャが往復動することにより、燃料吸入通路から吸入弁を介して加圧室内に燃料を吸入して加圧し、吐出弁を介して加圧燃料を前記デリバリパイプに吐出する燃料ポンプ、この燃料ポンプの前記加圧室と前記燃料吸入通路とを連通するリリーフ通路に設けられ、開弁時に前記加圧室内の加圧燃料を前記燃料吸入通路にリリーフして加圧燃料のデリバリパイプへの吐出量を制御する電磁弁、この電磁弁に開弁信号を与える制御手段を備え、この制御手段から前記電磁弁に与えられる開弁信号が、電磁弁による加圧燃料のリリーフ量に関わらず、前記プランジャの上死点から下死点に向かう吸入行程中におけるプランジャが上死点を経過した後の所定の一定位置において終了するように構成されたことを特徴とする可変吐出量燃料供給装置。
2. プランジャが上死点を通過してから少なくとも電磁弁の応答時間が経過した後に開弁信号が終了するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の可変吐出量燃料供給装置。

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