JPH10274131A

JPH10274131A - 単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関

Info

Publication number: JPH10274131A
Application number: JP9078382A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Azuma; 博文東; Akihito Miyamoto; 彰仁宮本; Shigeo Yamamoto; 茂雄山本; Taizo Kitada; 泰造北田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関に関し、
単筒型ポンプで生じる吐出脈動によって各気筒間で燃料
量が異ならないようにする。【解決手段】筒内噴射内燃機関であって、燃料噴射弁
へ高圧な燃料を供給するための高圧燃料ポンプをそな
え、高圧燃料ポンプが、燃料を供給される燃料室５５
と、燃料室５５の一部を形成するハウジング５２と、ハ
ウジング５２内をカム駆動に摺動自在に設けられたプラ
ンジャ５３と、プランジャ５３の一端に当接するカム部
５８を有し、機関のクランク軸の回転力によりカム部５
８を回転駆動させプランジャ５３を往復動させることで
燃料の吸入及び吐出を行なうカム駆動手段６０とを有す
る単筒型ポンプ５１により構成され、カム部のカム山数
Ｙが、ポンプ減速比Ｊ，該機関の気筒数Ｋ，正の整数ｎ
に関して、２×Ｙ×Ｊ＝Ｋ×ｎを満たすように設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射内燃機関
において高圧で燃料噴射を行なうために用いて好適の、
単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、燃料噴射弁によって燃料供給を行
なう内燃機関（以下、エンジンという）が増加している
が、さらには、各気筒の燃焼室内に燃料噴射弁を直接臨
ませて燃焼室内に燃料を高圧噴射する筒内噴射内燃機関
（以下、筒内噴射式エンジンという）も開発され実用化
されている。

【０００３】この筒内噴射式エンジンは、燃料噴射のタ
イミングが吸気行程に限定される吸気ポート噴射とは異
なり、燃料噴射を自由なタイミングで行なえる。そこ
で、例えばエンジンの圧縮行程において燃料噴射を行な
って、燃料をシリンダ内全体に混合させるのではなく、
燃料を点火プラグ近傍に偏在させ、部分的にはリッチに
しながらシリンダ内全体として極めて空燃比の大きな燃
焼運転（超リーンバーン運転又はパーシャルリーン燃焼
運転）を行なうことができ、燃費の大幅な向上を図りつ
つ、安定した燃焼を行なうことができる。

【０００４】一方、大きなエンジン出力を得るには、シ
リンダ内の容積全体を有効利用してシリンダ内全体が最
適な空燃比（ストイキオ又はエンリッチ状態）となるよ
うにした上で着火・燃焼を行なうことが必要になる。こ
のように、着火前に燃料と空気とを十分に混合させる
（いわゆる、予混合）には、着火までに予混合しうる時
間的余裕のある吸気行程を中心としたタイミングで燃料
噴射を行なうことが必要となる。

【０００５】このため、エンジンのアイドル運転時や低
負荷時等（一般には、エンジンの低速回転時）にはエン
ジンの出力はそれほど必要とされないため、パーシャル
リーン燃焼運転を行なって燃費を向上させ、エンジン負
荷が大きくなると（一般には、エンジンの高回転時）、
吸気行程を中心とした燃料噴射により燃料をシリンダ内
全体に混合させてから着火する予混合燃焼運転を行なっ
て、要求されるエンジン出力を得られるようにすること
ができる。

【０００６】なお、この吸気行程噴射による予混合燃焼
運転にも、空燃比をストイキオよりも大きな状態に調整
して燃費向上を図ったリーン燃焼運転や、空燃比をほぼ
ストイキオ状態に調整してエンジン出力確保を図ったス
トイキオ燃焼運転や、空燃比をストイキオ状態よりも小
さくして更なるエンジン出力確保を図ったリッチ燃焼運
転が考えられている。

【０００７】ところで、このように燃料噴射を自由なタ
イミングで行なうためには、燃料噴射弁から極めて高圧
で燃料噴射を行なうことが必要になる。そこで、筒内噴
射式エンジンでは、燃料噴射弁へ燃料を高圧供給しうる
高圧燃料ポンプを装備するようにしている。このような
燃料供給用の高圧燃料ポンプには、図９に示すように１
本のプランジャのみを備えたシングルプランジャ型ポン
プ（単筒型ポンプ）１５１や、図１１に示すように複数
のプランジャを備えたマルチプランジャ型ポンプ６１が
ある。

【０００８】シングルプランジャ型ポンプ１５１につい
て説明すると、図９に示すように、単筒のシリンダ１５
２内に一本のプランジャ１５３が往復動しうるように内
挿されており、シリンダ１５２内のシリンダ端壁部１５
４とプランジャ１５３の一端との間にポンプ室１５５が
形成されている。シリンダ端壁部１５４には、吸入口１
５６及び吐出口１５７が形成され、それぞれリーフ弁１
５６Ａ，１５７Ａが装備されている。

【０００９】また、プランジャ１５３の他端には、カム
１５８が装備されており、プランジャ１５３の一端とシ
リンダ端壁部１５４との間に介装されたスプリング１５
９により、プランジャ１５３が常時カム１５８に当接す
るように付勢されている。したがって、カム１５８が回
動すると、プランジャ１５３がカム１５８のカムプロフ
ィル（カム山形状）に応じてシリンダ１５２内を往復動
するようになっている。

【００１０】カム１５８は、エンジンに連動して回転す
るようになっており、プランジャ１５３の他端がカム１
５８のカム山１５８Ａを外れてプランジャ１５３が後退
（図９中、下方へ移動）すると、リーフ弁１５７Ａが吐
出口１５７を閉鎖するとともにリーフ弁１５６Ａが開放
して吸入口１５６からポンプ室１５５内に燃料が吸入さ
れ、プランジャ１５３の他端がカム１５８のカム山１５
８Ａに当接してプランジャ１５３が前進（図９中、上方
へ移動）すると、リーフ弁１５６Ａが吸入口１５６を閉
鎖してポンプ室１５５内が加圧され、さらに、リーフ弁
１５７Ａが開放してポンプ室１５５内の加圧された燃料
が吐出口１５７から吐出される。

【００１１】マルチルプランジャ型ポンプ６１について
説明すると、図１１に示すように、シリンダブロック６
２内に互いに平行な複数（ここでは７つ）のシリンダ６
２Ａが形成されており、各シリンダ６２Ａ内にそれぞれ
一本のプランジャ６３が往復動しうるように内挿されて
いる。各シリンダ６２Ａ内のプランジャ６３の一端（内
端）側には、ポンプ室６５が設けられており、このポン
プ室６５には、プランジャ６３の動きに応じて、図示し
ない吸入口及び吐出口を開閉する吸入弁及び吐出弁（図
示略）が装備されている。

【００１２】また、プランジャ６３の他端（外端）には
斜板６６が装備されている。この斜板６６は、シリンダ
ブロック６２の回転軸に対して傾斜してそなえられた板
部材であり、各プランジャ６３の外端は、斜板６６にピ
ボットジョイント６７により結合されており、シリンダ
ブロック６２がエンジンに連動して回転すると、斜板６
６の傾斜に応じて各プランジャ６３が各シリンダ６２Ａ
内を往復動するようになっている。

【００１３】つまり、斜板６６は、シリンダブロック６
２と共に回転する各プランジャ６３を、各シリンダ６２
Ａ内への進入を深くした上死点位置（図１１の右側部
分）と各シリンダ６２Ａ内への進入を浅くした下死点位
置（図１１の左側部分）との間で進退駆動する。したが
って、各プランジャ６３のシリンダ６２Ａ内への進入が
浅くなる際には、吐出弁が吐出口を閉鎖するとともに吸
入弁が開放して吸入口からポンプ室６５内に燃料が吸入
され、各プランジャ６３のシリンダ６２Ａ内への進入が
深くなる際には、吸入弁が吸入口を閉鎖してポンプ室６
５内が加圧され、さらに、吐出弁が開放してポンプ室６
５内の加圧された燃料が吐出口から吐出される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なシングルプランジャ型ポンプ１５１及びマルチプラン
ジャ型ポンプ６１には、それぞれ次のような利点や欠点
がある。つまり、シングルプランジャ型ポンプ１５１
は、構造が簡素なため、低コストであるとともに小型化
し易い利点があるが、マルチプランジャ型ポンプ６１
は、斜板６６やピボットジョイント６７を要するなど構
造が複雑なため、コスト高であるとともに小型化し難い
という不具合がある。特に、ピボットジョイント６７の
精度が高くないと、高圧燃料ポンプとしての性能を確保
できないが、このピボットジョイント６７を小型化する
のは加工が困難であり、マルチプランジャ型ポンプ６１
を小型化し難い要因になっている。

【００１５】したがって、例えば自動車用エンジンのよ
うに、スペースの限られた狭隘な空間に高圧燃料ポンプ
を設置しなくてはならない場合には、マルチプランジャ
型ポンプ６１よりもシングルプランジャ型ポンプ１５１
が適していることになる。ところが、このようなプラン
ジャ型ポンプ１５１，６１では、プランジャ１５３，６
３が往復動しながら燃料の吸入と吐出とを繰り返すの
で、吸入脈動や吐出脈動が生じる。

【００１６】例えばシングルプランジャ型ポンプ１５１
では、ただ一つのプランジャ１５３によって吸入と吐出
とを繰り返すので、図１０に示すように、吸入脈動や吐
出脈動が大きく生じることになる。なお、この図１０及
び後述の図１２では、エンジン回転時にクランク角に応
じて作動するプランジャ型ポンプ１５１，６１の吐出流
量及び吸入流量を示している。

【００１７】一方、マルチプランジャ型ポンプ６１で
は、多数のプランジャ６３が徐々に位相を変えるように
してそれぞれ吸入と吐出とを行なうので、各プランジャ
６３による脈動が互いに相殺されるようになって、全体
としては、図１２に示すように、吸入脈動や吐出脈動は
大きく緩和されることになる。シングルプランジャ型ポ
ンプ１５１のように吐出脈動が生じて、この吐出脈動が
大きくなると、各気筒に設置された燃料噴射弁の開弁時
における燃料圧力にばらつきが生じるようになり、噴射
される燃料量が各気筒間で異なるようになるため、空燃
比（Ａ／Ｆ）も各気筒間で異なるようになる。

【００１８】これでは、空燃比制御を適切に行なうこと
ができず、アイドル運転が不安定になるなどドライバビ
リティの悪化を招いたり、エンジン振動の増大を招いて
しまう。また、吐出脈動が大きく、燃料圧力が極めて高
い瞬間に燃料噴射を行なおうとすると、燃料圧力が高過
ぎて燃料噴射弁を開駆動することができないおそれもあ
り、これでは、燃料供給自体ができなくなってしまう。

【００１９】ところで、特開平７−４２６４６号公報に
は、筒内噴射内燃機関における単筒型の燃料ポンプ（単
筒型ポンプ）に関する技術が提案されているが、ポンプ
脈動に関しては言及されておらず、上述の課題を解決し
うるものではない。本発明は、上述の課題に鑑み創案さ
れたもので、単筒型ポンプにおいて生じる吐出脈動によ
って各気筒間で燃料量が異ならないようにして、燃料供
給用の高圧燃料ポンプとして単筒型ポンプを用いながら
ドライバビリティの悪化やエンジン振動の増大を防止し
うるようにした、単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関を
提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関は、各気
筒の燃焼室内に直接臨んだ燃料噴射弁から該燃焼室内に
燃料を高圧噴射する筒内噴射内燃機関であって、該燃料
噴射弁へ高圧な燃料を供給するための高圧燃料ポンプを
そなえ、該高圧燃料ポンプが、燃料を供給される燃料室
と、該燃料室の一部を形成するハウジングと、該ハウジ
ング内をカム駆動に摺動自在に設けられたプランジャ
と、該プランジャの一端に当接するカム部を有し該機関
のクランク軸の回転力により該カム部を回転駆動させ該
プランジャを往復動させることで燃料の吸入及び吐出を
行なうカム駆動手段とを有する、単筒型ポンプにより構
成され、該カム部のカム山数Ｙが、ポンプ減速比Ｊ，該
機関の気筒数Ｋ，正の整数ｎに関して、２×Ｙ×Ｊ＝Ｋ
×ｎを満たすように設定されていることを特徴としてい
る。

【００２１】請求項２記載の本発明の単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関は、請求項１記載の機関において、該
燃料噴射弁からの燃料噴射は、該機関の燃料圧力が安定
する期間に開始されるように設定されていることを特徴
としている。請求項３記載の本発明の単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関は、請求項１記載の機関において、圧
縮行程で燃料噴射を行なうモードが設けられ、該圧縮行
程での燃料噴射が、該ポンプに生じる脈動を利用して脈
動の高圧時に行なわれるように設定されていることを特
徴としている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明すると、図１〜図８は本発明の一実
施形態としての単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関を示
すものであり、これらの図に基づいて説明する。まず、
本筒内噴射内燃機関の全体構成を図２を参照して説明す
る。

【００２３】図２において、１はエンジン本体、１Ａは
シリンダ（気筒）、１Ｂはピストン、２は吸気通路、３
はスロットル弁設置部分、４はエアクリーナ、５はバイ
パス通路（第２バイパス通路）、６はバイパス通路５内
を流通する空気量を調整しうる第２エアバイパスバルブ
である。吸気通路２は、上流側から吸気管７，サージタ
ンク８，吸気マニホールド９の順で接続され、バイパス
通路５はサージタンク８の上流側に設けられている。ま
た、バイパスバルブ６は、ステッパモータで所要の開度
に調整されるか、又は、電磁弁のデューティ制御により
開度調整される。

【００２４】１２はアイドルスピードコントロール機能
部であり、バイパス通路（第１バイパス通路）１３とバ
イパスバルブとしての第１エアバイパスバルブ１４とか
らなり、第１エアバイパスバルブ１４は例えば図示しな
いステッパモータで駆動される。１５はスロットルバル
ブであり、第１バイパス通路１３及び第２バイパス通路
５は、吸気通路２のスロットルバルブ１５の装着部分を
バイパスするようにしてそれぞれの上流端及び下流端を
吸気通路２に接続されている。

【００２５】これらの第２エアバイパスバルブ６，第１
エアバイパスバルブ１４の各開閉制御は、電子制御装置
（ＥＣＵ）１６を通じて行なわれる。また、１７は排気
通路、１８は燃焼室であり、前記吸気通路２及び排気通
路１７の燃焼室１８への開口部、即ち吸気ポート２Ａ及
び排気ポート１７Ａには、吸気弁１９及び排気弁２０が
装備されている。

【００２６】そして、２１は燃料噴射弁（インジェク
タ）であり、本エンジンでは、このインジェクタ２１が
燃焼室１８へ直接燃料噴射するように配設されている。
さらに、２２は燃料タンク、２３Ａ〜２３Ｅは燃料供給
路、２４は低圧燃料ポンプ、２５は高圧燃料ポンプ、２
６は低圧レギュレータ、２７は高圧レギュレータ、２８
はデリバリパイプであり、燃料タンク２２内の燃料を低
圧燃料ポンプ２４で駆動して更に高圧燃料ポンプ２５で
加圧して所定の高圧状態で燃料供給路２３Ａ，２３Ｂ，
デリバリパイプ２８を通じてインジェクタ２１へ供給す
る。なお、この際、低圧燃料ポンプ２４から吐出された
燃料圧力は低圧レギュレータ２６で調圧され、高圧燃料
ポンプ２５で加圧されてデリバリパイプ２８に導かれる
燃料圧力は高圧レギュレータ２７で調圧される。

【００２７】また、２９はエンジン１の排気通路１７内
の排出ガス（排ガス）を吸気通路２内に還流させる排ガ
ス還流通路（ＥＧＲ通路）、３０はＥＧＲ通路２９を通
じて吸気通路２内に還流する排ガスの還流量を調整する
排ガス量調整手段としてのステッパモータ式のバルブ
（ＥＧＲバルブ）であり、３１はブローバイガスを還元
する流路であり、３２はクランク室積極換気用の通路、
３３はクランク室積極換気用のバルブであり、３４はキ
ャニスタであり、３５は排ガス浄化用触媒（ここでは、
リーンＮＯｘ触媒）である。

【００２８】ところで、ＥＣＵ１６では、図２に示すよ
うに、第１及び第２エアバイパスバルブ１４，６の制御
のほかに、インジェクタ２１や点火プラグ４５のための
点火コイルやＥＧＲバルブの制御や高圧レギュレータ２
７による燃圧制御も行なうため、エアフローセンサ４
４，吸気温度センサ３６，スロットル開度を検出するス
ロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３７，アイドルス
イッチ３８，エアコンスイッチ（図示略），変速ポジシ
ョンセンサ（図示略），車速センサ（図示略），パワー
ステアリングの作動状態を検出するパワステスイッチ
（図示略），スタータスイッチ（図示略），第１気筒検
出センサ４０，クランク角センサ４１，エンジンの冷却
水温を検出する水温センサ４２，排ガス中の酸素濃度を
検出するＯ₂センサ４３等が設けられ、ＥＣＵ１６に接
続されている。また、ＥＣＵ１６内には、クランク角セ
ンサ４１に基づいて機関回転数（エンジン回転数）を算
出する機能がそなえられ、クランク角センサ４１とこの
エンジン回転数演算機能とからエンジン回転数センサが
構成されるが、ここではクランク角センサ４１について
も便宜上エンジン回転数センサともよぶ。

【００２９】そして、本エンジンでは、燃焼室１８内に
均一に燃料を噴射することで成立しうる予混合燃焼と、
燃焼室１８内に臨んだ点火プラグ４５の周囲に噴射燃料
を偏在させることで成立しうる層状燃焼とを、運転状態
に応じて切り換えるように構成されている。つまり、本
エンジンでは、エンジンの運転モードとして、圧縮行程
で燃料を噴射することで上記の層状燃焼運転を行なう層
状燃焼モードと、主として吸気行程で燃料を噴射するこ
とで上記の予混合燃焼運転を行なう予混合燃焼モードと
が設けられている。また、燃料噴射の観点からは、層状
燃焼モード時には圧縮行程噴射モードが、予混合燃焼モ
ード時には吸気行程噴射モードが実施される。

【００３０】層状燃焼モードとしては、層状燃焼により
燃料の極めて希薄な状態（即ち、空燃比が理論空燃比よ
りも極めて大）での運転（超リーン燃焼運転）を行なう
超リーン運転モードが設けられており、この超リーン運
転モードでは、エンジンの圧縮行程で燃料噴射を行なう
ので、圧縮リーン運転モードともいう。また、予混合燃
焼モードとしては、超リーン運転モードほどではないが
燃料の希薄な状態（即ち、空燃比が理論空燃比よりも
大）で運転を行なうリーン運転モードと、空燃比が理論
空燃比となるようにＯ₂センサ情報等に基づいてフィー
ドバック制御を行なうストイキオ運転モード（ストイキ
オフィードバック運転モード）と、燃料の過濃な状態
（即ち、空燃比が理論空燃比よりも小）で運転を行なう
エンリッチ運転モード（オープンループモード）とが設
けられている。リーン運転モードでは、エンジンの吸気
行程で燃料噴射を行なうので、吸気リーン運転モードと
もいう。

【００３１】圧縮リーン運転モードでは、最も希薄な燃
焼（空燃比が３０〜４０程度又はそれ以上）を実現で
き、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように
極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火
プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的には
リーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約
運転を行なうことができる。

【００３２】そして、吸気リーン運転モードも希薄燃焼
（空燃比が２０〜２４程度）を実現できるが、このモー
ドでは、燃料噴射を圧縮リーン運転モードよりも前の吸
気行程に行ない、燃料を燃焼室内に拡散させて全体空燃
比をリーンにしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ
ある程度の出力を確保するようにして、節約運転を行な
うことができる。

【００３３】ストイキオ運転モードは、Ｏ₂ センサの出
力に基づいて、空燃比をストイキオ又はストイキオ近傍
の状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得
られるようにしている。また、オープンループ燃焼運転
モードでは、加速時や発進時等に十分な出力が得られる
ように、オープンループ制御によりストイキオ又はこれ
よりもリッチな空燃比（エンリッチ）での燃焼運転を行
なう。

【００３４】ここで、本筒内噴射内燃機関の燃料供給系
に着目すると、既に図２を参照して説明したように、燃
料タンク２２内の燃料は低圧燃料ポンプ２４で加圧駆動
されて燃料供給路２３Ａを通じて高圧燃料ポンプ２５に
送給されて、この高圧燃料ポンプ２５で高圧に加圧され
て、燃料供給路２３Ｂからデリバリパイプ２８を通じて
燃料噴射弁２１側へ送られ、燃料噴射弁２１から吐出さ
れなかった燃料は、燃料供給路２３Ｃを経て燃料タンク
２２側へ戻されるようになっている。そして、燃料噴射
弁２１から吐出される燃料の燃料圧力は、燃料供給路２
３Ｃに設けられた高圧レギュレータ２７で調圧される。

【００３５】ところで、高圧燃料ポンプ２５には、図１
に示すような単筒型ポンプ（シングルプランジャ型ポン
プ）５１が採用されており、このシングルプランジャ型
ポンプ５１は、脈動により吐出流量や吐出圧力が変動す
る特性があるので、本機関では、この吐出流量や吐出圧
力の変動を抑制するために、シングルプランジャ型ポン
プ５１のカム部のカム山数に工夫が成されており、さら
に、図３に示すように、燃料供給路２３Ｂの上流部（高
圧燃料ポンプ２５の直ぐ下流側）に、アキュムレータ４
６を設け、このアキュムレータ４６によってデリバリパ
イプ２８側に送られる燃料の吐出流量や吐出圧力の変動
を低減するようになっている。

【００３６】ここで、本機関にそなえられるシングルプ
ランジャ型ポンプ５１について説明すると、このポンプ
自体の概略構成は、従来技術として説明したものと同様
であり、図１に示すように構成される。つまり、図１に
示すように、単筒のシリンダ（ハウジング）５２内に一
本のプランジャ５３が往復動しうるように内挿され、シ
リンダ５２内のシリンダ端壁部５４とプランジャ５３の
一端との間にはポンプ室（燃料室）５５が形成されてい
る。シリンダ端壁部５４には、吸入口５６及び吐出口５
７が形成され、それぞれリーフ弁５６Ａ，５７Ａが装備
されている。

【００３７】また、プランジャ５３の他端にはカム（カ
ム部）５８が装備され、プランジャ５３の一端とシリン
ダ端壁部５４との間に介装されたスプリング５９によ
り、プランジャ５３が常時カム５８に当接するように付
勢されており、カム５８が回動すると、プランジャ５３
がカム５８のカムプロフィル（カム山形状）に応じてシ
リンダ５２内を往復動するようになっている。

【００３８】カム５８は、エンジンと、このカム５８を
そなえたカム軸との間に介設されたカム軸駆動系（カム
駆動手段）６０を通じてエンジンに連動して回転するよ
うになっている。例えばプランジャ５３の他端がカム５
８のカム山５８Ａを外れてプランジャ５３が後退（図１
中、下方へ移動）すると、リーフ弁５７Ａが吐出口５７
を閉鎖するとともにリーフ弁５６Ａがを開放して吸入口
５６からポンプ室５５内に燃料が吸入され、プランジャ
５３の他端がカム５８のカム山５８Ａに当接してプラン
ジャ５３が前進（図１中、上方へ移動）すると、リーフ
弁５６Ａが吸入口５６を閉鎖してポンプ室５５内が加圧
され、さらに、リーフ弁５７Ａが開放してポンプ室５５
内の加圧された燃料が吐出口５７から吐出されるように
なっている。

【００３９】そして、本高圧燃料ポンプ２５としての単
筒型ポンプ５１では、カム５８に形成されたカム山５８
Ａの数Ｙが、ポンプ減速比Ｊ，エンジンの気筒数Ｋに応
じて、次式（１）を満たすように設定されている。２×Ｙ×Ｊ＝Ｋ×ｎ（ただし、ｎ：正の整数）・・・（１）なお、ポンプ減速比Ｊは、エンジン回転速度（回転数）
Ｎｅに対するカム５８の回転速度（回転数）Ｎｐの比
（Ｊ＝Ｎｐ／Ｎｅ）である。

【００４０】したがって、単筒型ポンプ５１の脈動周期
（クランク角度基準の周期）が、各気筒で順に駆動され
る燃料噴射弁２１からの燃料噴射周期（クランク角度基
準の周期）の整数倍となるように設定されることにな
る。ここで、本エンジンは４気筒であり、ポンプ減速比
Ｊが０．５とすると、カム山数Ｙは、Ｙ＝４ｎ、即ち、
Ｙ＝４，８，１２，・・・となるが、本ポンプの場合、
一例として、ポンプ５１の脈動周期が、燃料噴射弁２１
からの燃料噴射周期と等しくなるように、Ｙ＝４と設定
されているものとする。

【００４１】本発明の一実施形態としての単筒型ポンプ
付き筒内噴射内燃機関は、上述のように構成されている
ので、高圧燃料ポンプ２５として使用されるシングルプ
ランジャ型ポンプ５１に、図１０に示すような脈動が生
じても、この脈動の燃料噴射量に対する影響は僅かなも
のになり、気筒間での燃料噴射量のバラツキが低減され
るようになる。

【００４２】つまり、シングルプランジャ型ポンプ５１
の吐出流量及び吐出圧力の脈動は、プランジャ５３の往
復動周期、即ち、プランジャ５３がカム山５８Ａにより
駆動される周期により、周期的に生じるが、本ポンプ５
１のカム山５８Ａの数Ｙは、式（１）に示すように設定
され、ポンプ５１の脈動周期が、順番に駆動される燃料
噴射弁２１からの燃料噴射周期と等しくなるように設定
されているので、クランク角に対する燃料噴射圧の変動
は例えば図４に曲線Ｌ１で示すようになる。

【００４３】なお、図４は、圧縮行程噴射モードにおけ
る燃料噴射を行なった場合の燃料噴射圧特性の一例につ
いて示しており、図４の上部に図示するように、各気筒
では圧縮行程中に燃料噴射を行ない、図３中に計測点と
付すように、デリバリパイプ２８の下流端近傍で燃料圧
力を検出している。また、ここでは、圧縮上死点前１８
０°（即ち、１８０°ＢＴＤＣ）付近で燃料噴射を開始
する例を示している。さらに、図４に示す曲線Ｌ２は、
ポンプの脈動周期と燃料噴射弁２１からの燃料噴射周期
とが同期しないようにカム山数Ｙを設定した場合（ここ
では、Ｙ＝３）の例を示している。

【００４４】このような燃料噴射圧変動に対して、各気
筒に燃料噴射を行なった時の燃料噴射量の気筒間バラツ
キ（最大偏差）を算出すると、本発明にかかるポンプ５
１による場合（曲線Ｌ１の場合）は０．２％程度、従来
技術にかかるポンプ１５１（カム山数Ｙ＝３）による場
合（曲線Ｌ２の場合）は１．４％程度となる。この図４
に示す例では、いずれも（曲線Ｌ１も曲線Ｌ２も）燃料
供給路２３Ｂの上流部にアキュムレータ４６を設けたも
のであり、このアキュムレータ４６の圧力変動抑制効果
によって、両者共に燃料噴射圧力の変動は大きく抑制さ
れるが、本実施形態にかかるポンプ５１では、気筒間バ
ラツキが０．２％程度と極めて均等な量で燃料噴射が行
なわれるのに対して、従来技術にかかるポンプ５１で
は、気筒間バラツキが１．４％程度と本実施形態のポン
プに比べて燃料噴射量のバラツキが大きいことがわか
る。

【００４５】これは、本実施形態にかかるポンプ５１
は、曲線Ｌ１で示すように、ポンプ５１の脈動周期と燃
料噴射弁２１からの燃料噴射周期とが同期しているの
で、燃料噴射時には燃料噴射圧力が各気筒で常に略同レ
ベルにあり、したがって、各気筒で同期間だけ燃料噴射
弁２１を開駆動すれば、各気筒で殆ど同量の燃料が噴射
されることになる。

【００４６】一方、従来のポンプ１５１は、曲線Ｌ２で
示すように、ポンプの脈動周期と燃料噴射弁２１からの
燃料噴射周期とが同期していないので、燃料噴射時には
燃料噴射圧力が各気筒で異なるようになり、したがっ
て、各気筒で同期間だけ燃料噴射弁２１を開駆動して
も、各気筒から噴射される燃料量は、異なるものになっ
てしまう。

【００４７】このように、本単筒型ポンプ５１では、単
筒型ポンプに避けられないポンプ脈動の燃料噴射量に対
する影響を極めて僅かなものに抑制することができ、気
筒間での燃料噴射量のバラツキが低減されるようになっ
て、空燃比（Ａ／Ｆ）の制御も各気筒間でのバラツキを
抑えながら行なうことができるようになる。したがっ
て、空燃比制御を適切に行なうことができるようにな
り、機関の運転状態に応じて適切に空燃比を制御しなが
ら、筒内噴射内燃機関としての特性、即ち、機関の運転
状態に応じて燃費向上を重視したり出力確保を重視した
り或いは燃費向上と出力確保を両立させたりしうる特性
を十分に発揮することができるようになり、筒内噴射内
燃機関の総合性能の向上に大きく寄与する。

【００４８】もちろん、アイドル運転が不安定になるな
どドライバビリティの悪化を招くことや、エンジン振動
の増大を招くこともない。なお、本ポンプ５１及び従来
のポンプ１５１であって燃料供給路２３Ｂにアキュムレ
ータ４６を備えない場合には、図５にＬ３，Ｌ４で示す
ように、ポンプ脈動の影響が燃料圧力に大きく影響し
て、燃料圧力が大きく変動する。なお、図５も、図５の
上部に図示すように、各気筒で圧縮行程中に燃料噴射を
行なう圧縮行程噴射モードにより燃料噴射を行なった場
合の検出結果を示しており、デリバリパイプ２８の下流
端近傍（図３中の計測点参照）で燃料圧力を検出してい
る。

【００４９】しかし、本ポンプ５１の場合には、曲線Ｌ
３で示すように、ポンプ５１の脈動周期と燃料噴射弁２
１からの燃料噴射周期とが同期しているので、例え燃料
圧力が大きく変動しても、燃料噴射時には燃料噴射圧力
が各気筒で常に略同レベルにあり、したがって、各気筒
で同期間だけ燃料噴射弁２１を開駆動すれば、各気筒で
殆ど同量の燃料が噴射されるようになり、燃料噴射量の
気筒間バラツキ（最大偏差）は、０．３％程度と僅かに
抑えられる。

【００５０】一方、従来のポンプ１５１は、曲線Ｌ４で
示すように、ポンプの脈動周期と燃料噴射弁２１からの
燃料噴射周期とが同期していないので、燃料圧力が大き
く変動するのに応じるように、燃料噴射時には燃料噴射
圧力が各気筒で異なるようになり、したがって、各気筒
で同期間だけ燃料噴射弁２１を開駆動しても、各気筒か
ら噴射される燃料量は、大幅に異なるものになり、燃料
噴射量の気筒間バラツキ（最大偏差）は、４．３％程度
と大きくなってしまう。

【００５１】ところで、本単筒型ポンプ５１では、ポン
プ５１の脈動周期と燃料噴射弁２１からの燃料噴射周期
とが同期するようにすればよいが、ポンプカム５３の位
相が、燃料噴射量の気筒間バラツキ（最大偏差）にも影
響するものと考えられる。図６は、ポンプカム５３の位
相に対する燃料噴射圧の変化を示すものであり、図６も
その上部に図示するように、各気筒では圧縮行程中に燃
料噴射を行なう場合（即ち、圧縮行程噴射モード）の検
出結果を示しており、デリバリパイプ２８の下流端近傍
（図３中の計測点参照）で燃料圧力を検出している。ま
た、ここでも、圧縮上死点前１８０°（即ち、１８０°
ＢＴＤＣ）付近で燃料噴射を開始する例を示している。

【００５２】図６中の曲線Ｌ５は、燃料噴射開始時（１
８０°ＢＴＤＣ付近）でポンプ５１が吸入脈動から吐出
脈動に移る付近のタイミングになるように設定した場合
を示し、曲線Ｌ６は、燃料噴射開始時（１８０°ＢＴＤ
Ｃ付近）では既にポンプ５１が吐出脈動から吸入脈動に
移ったあとのタイミングになるように設定した場合を示
し、曲線Ｌ７は、燃料噴射開始時（１８０°ＢＴＤＣ付
近）でポンプ５１が吐出脈動の終期に差しかかったタイ
ミングになるように設定した場合を示す。

【００５３】図示するように、燃料噴射タイミングとポ
ンプ脈動タイミングとの位相関係に応じて、燃料噴射圧
の変化特性も変わるが、前述と同様に、燃料噴射量の気
筒間バラツキ（最大偏差）を調べると、曲線Ｌ５の場合
には０．２７％程度、曲線Ｌ６の場合には０．４４％程
度、曲線Ｌ７の場合には０．５０％程度となり、燃料噴
射タイミングとポンプ脈動タイミングとの位相関係を適
切に設定すれば、燃料噴射量の気筒間バラツキもより効
果的に抑制されることがわかる。

【００５４】この例では、ポンプ５１が吸入脈動から吐
出脈動に移る付近のタイミングが、丁度、燃料噴射開始
のタイミングとなるように設定すること（即ち、曲線Ｌ
５）が燃料噴射量の気筒間バラツキの抑制に効果的であ
るといえるが、これについては、ポンプ５１のみならず
燃料噴射弁２１など他の燃料供給系の特性等も影響する
ことも考えられ、曲線Ｌ５に示すようにポンプの位相を
設定することが燃料噴射量の気筒間バラツキの抑制に対
して最適とは必ずしも限らない。

【００５５】なお、燃料圧力が極めて高い瞬間に燃料噴
射を行なおうとすると燃料噴射弁を開駆動することがで
きないおそれもあるため、このようなおそれがあれば、
吐出脈動のピーク周辺を避けるように、特に、燃料圧力
が安定した期間に燃料噴射を開始するように、燃料噴射
タイミングとポンプ脈動タイミングとの位相関係を設定
する必要がある。図６に示す例では、この点を考慮し
て、曲線Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７の何れの場合も、燃料噴射開
始が吐出脈動のピーク周辺を避けて行なわれるように設
定されている。もちろん、吐出脈動のピーク周辺の高い
燃料圧力のときに燃料噴射を行なっても燃料噴射弁を確
実に開駆動することができれば、このような配慮は不要
である。

【００５６】ところで、燃料噴射弁２１に、吐出脈動の
ピーク周辺の高い燃料圧力を加えても支障なく作動すれ
ば、ポンプの吐出脈動のピークを燃料噴射タイミングに
合致させれば、燃料噴射圧を極めて高圧に設定すること
ができるため、種々の利点がある。例えば図７は圧縮行
程噴射の場合の、燃料噴射タイミングとポンプ脈動タイ
ミングとの位相関係の好ましい例を示すものであり、あ
る１つの気筒について示している。図７中に噴射期間と
して示すように、圧縮行程噴射を行なう際に、ポンプの
吐出脈動（燃圧脈動）のピークがくるように、圧縮行程
噴射期間とポンプの吐出脈動とを合致させるように設定
する。

【００５７】これにより、燃料噴射圧を極めて高圧にす
ることができ、高い燃料圧力により燃料の霧化が促進さ
れ、燃費向上，排ガス中のＨＣ（炭化水素）の低減，燃
焼安定性の向上といった利点が得られる。また、圧縮行
程噴射は、一般にエンジンの低負荷及び低回転時に行な
うので、エンジンの低回転時には脈動自体が大きくな
く、したがって、脈動ピークも高くないため、吐出脈動
のピーク周辺で燃料噴射を行なっても燃料噴射弁を確実
に開駆動することができ、燃料噴射弁を確実に開駆動さ
せながら、燃料噴射圧を極めて高圧にすることができ
る。

【００５８】例えば図８は吸気行程噴射の場合の、燃料
噴射タイミングとポンプ脈動タイミングとの位相関係の
好ましい例を示すものであり、ある１つの気筒について
示している。図７中に噴射期間として示すように、吸気
行程噴射を行なう際に、ポンプの吐出脈動（燃圧脈動）
のピークがくるように、吸気行程噴射期間とポンプの吐
出脈動とを合致させるように設定する。

【００５９】これにより、燃料噴射圧を極めて高圧にす
ることができ、高い燃料圧力により燃料噴射弁２１の噴
射率を向上させて、全開運転時に大きな噴射量を確保す
ることができる利点がある。なお、本実施形態では、式
（１）において、ｎ＝１の場合を説明したが、ｎの値は
２，３，４等の他の正の整数としてカム山数Ｙを設定し
てもよいのは勿論である。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の単筒型ポンプ付き筒内噴射内燃機関によれば、カ
ム山数の設定という極めて簡素な構成により、ポンプ脈
動周期と燃料噴射弁による燃料噴射周期とが同期するよ
うになり、ポンプ脈動により例え燃料圧力が大きく変動
しても、燃料噴射時には燃料噴射圧力が各気筒で常に略
同レベルとなり、各気筒で略同量の燃料が噴射されるよ
うになり、空燃比の制御も各気筒間でのバラツキを抑え
ながら行なうことができるようになる。

【００６１】したがって、空燃比制御を適切に行なうこ
とができるようになり、機関の運転状態に応じて適切に
空燃比を制御しながら、筒内噴射内燃機関としての特
性、即ち、機関の運転状態に応じて燃費向上を重視した
り或いは出力確保を重視したり或いは燃費向上と出力確
保を両立させたりすることができ、筒内噴射内燃機関と
しての性能を十分に発揮することができるようになり、
内燃機関の総合性能の向上に大きく寄与する。もちろ
ん、アイドル運転が不安定になるなどドライバビリティ
の悪化の回避や、エンジン振動の増大の回避も行なえ、
この点でも、筒内噴射内燃機関の総合性能の向上に大き
く寄与する。

【００６２】請求項２記載の本発明の単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関によれば、吐出脈動のピーク周辺を避
けて燃料噴射を行なうことができ、燃料噴射弁を確実に
開駆動することができる。請求項３記載の本発明の単筒
型ポンプ付き筒内噴射内燃機関によれば、燃料噴射圧を
極めて高圧にすることができ、高い燃料圧力により燃料
の霧化が促進され、燃費向上，排ガス中のＨＣ（炭化水
素）の低減，燃焼安定性の向上といった利点が得られ
る。また、圧縮行程噴射は、一般にエンジンの低負荷及
び低回転時に行なうので、エンジンの低回転時には脈動
自体が大きくなく、したがって、脈動ピークも高くない
ため、吐出脈動のピーク周辺で燃料噴射を行なっても燃
料噴射弁を確実に開駆動することができ、燃料噴射弁を
確実に開駆動させながら、燃料噴射圧を極めて高圧にす
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にかかる単筒型ポンプを示
す模式的な縦断面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関を示す構成図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関の燃料供給系を示す模式図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプの効
果を説明する燃料噴射圧特性を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプの効
果を説明する燃料噴射圧特性を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプのカ
ム位相の燃料圧力への影響を説明する図である。

【図７】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関の燃料噴射タイミングの一例を示す図
である。

【図８】本発明の一実施形態にかかる単筒型ポンプ付き
筒内噴射内燃機関の燃料噴射タイミングの他の例を示す
図である。

【図９】従来の単筒型ポンプ（シングルプランジャ型ポ
ンプ）を示す模式的な縦断面図である。

【図１０】従来の単筒型ポンプ（シングルプランジャ型
ポンプ）の吐出流量特性を示す図である。

【図１１】従来の複筒型ポンプ（マルチプランジャ型ポ
ンプ）を示す模式的な縦断面図である。

【図１２】従来の複筒型ポンプ（マルチプランジャ型ポ
ンプ）の吐出流量特性を示す図である。

【符号の説明】

２１燃料噴射弁（インジェクタ）２３Ａ〜２３Ｅ燃料供給路２５高圧燃料ポンプ２７高圧レギュレータ２８デリバリパイプ４６アキュムレータ５１単筒型ポンプ（シングルプランジャ型ポンプ）５２シリンダ（ハウジング）５３プランジャ５４シリンダ端壁部５５ポンプ室（燃料室）５６吸入口５７吐出口５６Ａ，５７Ａリーフ弁５８カム（カム部）５８Ａカム山５９スプリング６０カム軸駆動系（カム駆動手段）

フロントページの続き (72)発明者北田泰造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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒の燃焼室内に直接臨んだ燃料噴射
弁から該燃焼室内に燃料を高圧噴射する筒内噴射内燃機
関であって、該燃料噴射弁へ高圧な燃料を供給するための高圧燃料ポ
ンプをそなえ、該高圧燃料ポンプが、燃料を供給される燃料室と、該燃料室の一部を形成する
ハウジングと、該ハウジング内をカム駆動に摺動自在に
設けられたプランジャと、該プランジャの一端に当接す
るカム部を有し該機関のクランク軸の回転力により該カ
ム部を回転駆動させ該プランジャを往復動させることで
燃料の吸入及び吐出を行なうカム駆動手段とを有する、
単筒型ポンプにより構成され、該カム部のカム山数Ｙが、ポンプ減速比Ｊ，該機関の気
筒数Ｋ，正の整数ｎに関して、２×Ｙ×Ｊ＝Ｋ×ｎを満たすように設定されていることを特徴とする、単筒
型ポンプ付き筒内噴射内燃機関。
【請求項２】該燃料噴射弁からの燃料噴射は、該機関
の燃料圧力が安定する期間に開始されるように設定され
ていることを特徴とする、請求項１記載の単筒型ポンプ
付き筒内噴射内燃機関。
【請求項３】圧縮行程で燃料噴射を行なうモードが設
けられ、該圧縮行程での燃料噴射が、該ポンプに生じる
脈動を利用して脈動の高圧時に行なわれるように設定さ
れていることを特徴とする、請求項１記載の単筒型ポン
プ付き筒内噴射内燃機関。