JPH109075A - 燃料供給装置及びこれを用いた内燃機関及び自動車 - Google Patents

燃料供給装置及びこれを用いた内燃機関及び自動車

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JPH109075A
JPH109075A JP8159664A JP15966496A JPH109075A JP H109075 A JPH109075 A JP H109075A JP 8159664 A JP8159664 A JP 8159664A JP 15966496 A JP15966496 A JP 15966496A JP H109075 A JPH109075 A JP H109075A
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fuel
pump
pipe
engine
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Kenji Heiko
賢二 平工
Tadahiko Nogami
忠彦 野上
Kenji Okuna
健二 奥名
Kiyoshi Amo
天羽　　清
Junji Saito
淳治 斉藤
Atsuo Kishi
敦夫 岸
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】機関始動時の燃料圧力の昇圧時間を短縮して始
動性を向上させる。 【解決手段】始動時にフィードポンプ２から吐出される
燃料の圧力を増圧器８の大径ピストン８ａを押圧して小
径ピストン８ｂを押し出して高圧燃料配管４２内の燃料
を昇圧する。ピストン８ａ，８ｂは、機関が始動すると
高圧燃料に押し戻されて初期位置に復帰し、高圧燃料配
管４２内の圧力を維持して次の始動に備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に対する燃
料供給装置及びこの内燃機関を使用した自動車に係り、
特に、内燃機関の始動性の向上と安定した燃料噴射を行
うための燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する
いわゆる直噴式の燃料供給装置は、気筒内に正確な量の
燃料供給を可能にすることから、内燃機関の性能を向上
させるための有効な手段である。ディーゼル機関では既
に直噴式が主流であり、ガソリン機関においても、従来
の吸気管内噴射式から気筒内噴射式（直接噴射式）への
移行が進みつつある。このような気筒内噴射化が進む中
で、燃料の噴射圧力はより一層の高圧化が進む方向にあ
る。気筒内噴射式ガソリン機関における燃料噴射圧力
は、例えば、従来の吸気管内噴射式内燃機関に比べて１
５倍程度も高い５〜１０ＭＰａとなっている。このため
に、機関始動時に供給燃料を所定の圧力まで昇圧させる
ための所要時間が長くなり、機関の始動性が悪化すると
いう問題がある。
【０００３】この問題点を解決するために、特開平５−
３２１７８７号公報に記載された燃料供給装置は、内燃
機関の運転中に常に作動している本来の高圧燃料ポンプ
の他に始動用補助ポンプを設け、機関始動時にはフィー
ドポンプからの低圧燃料を動力源として高圧燃料配管内
の燃料の昇圧速度を早めると共に、機関停止後にこの始
動用補助ポンプを初期状態に復帰させることにより高圧
燃料系を減圧させて安全性を確保するようにしている。
【０００４】一方、気筒内噴射式ガソリン機関の燃料供
給装置としては、例えば、特開平７−１５８５３６号公
報あるいは特開平８−２８３３５号公報に記載された発
明が知られている。これらの従来の燃料供給装置の主た
る構成要素は、低圧用フィードポンプ，高圧ポンプ，ポ
ンプの吐出圧力を調節する低圧及び高圧用のプレッシャ
レギュレータ，燃料噴射弁及びこれらを連通する燃料配
管である。これらの各構成要素の働きは次のようであ
る。
【０００５】フィードポンプは、車体後部の燃料タンク
内あるいはその近傍に設置され、タンク内のガソリンを
車体前部のエンジンルームまで供給する。供給圧力は低
圧プレッシャレギュレータにより０．３ＭＰａ程度に制
御される。高圧ポンプはフィードポンプから供給された
ガソリンを更に加圧して高圧燃料として燃料噴射弁へ供
給する。高圧プレッシャレギュレータは、高圧燃料の圧
力を５〜１０ＭＰａ程度の高圧に保持するように調節す
る。燃料噴射弁は、高圧燃料を微粒化させながら気筒内
に直接噴射する。
【０００６】フィードポンプは内燃機関から離れた位置
に設置されることから、電気モータなどの電気的手段に
よって駆動される。これに対して、高圧ポンプは内燃機
関に近いエンジンルーム内に設置されることから、内燃
機関の動力により駆動するように構成されるのが一般的
である。
【０００７】また、燃料配管系については、燃料（ガソ
リン）中に発生するベーパ（気泡）を対策するように構
成されている。すなわち、高圧ポンプを配管の始端に接
続し、高圧プレッシャレギュレータを配管の終端に接続
し、燃料噴射弁を配管の途中に接続する構成とすること
で燃料を常に循環させ、燃料中にベーパが発生しても高
圧プレッシャレギュレータに循環させることにより該高
圧プレッシャレギュレータから排出させて除去するよう
に対策している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】気筒内噴射式内燃機関
のための燃料供給装置は、機関始動時に高圧燃料系の燃
料圧力を所定の値まで昇圧するための所要時間を短縮す
ることが望ましい。
【０００９】特開平５−３２１７８７号公報に記載され
た従来の燃料供給装置は、始動用補助ポンプにより昇圧
時間を短縮するようにしているが、機関停止時に始動用
補助ポンプを初期状態に戻して燃料圧力を低下させるよ
うにしているので、始動のたびに低圧燃料状態からの昇
圧を繰り返すことになり、昇圧時間を大幅に短縮するこ
とは困難である。
【００１０】本発明の１つの目的は、機関始動時の燃料
圧力の昇圧時間を短縮して始動性を向上させることにあ
る。
【００１１】一方、燃料供給装置の各構成機器のうち
で、特に高圧が作用する高圧ポンプと高圧プレッシャレ
ギュレータは、安全性を高めるために、できる限り近く
に設置して高圧燃料配管の引き回し量を少なくすること
が望ましい。従来の燃料供給装置は、ベーパ対策に燃料
の循環流を利用しているために、高圧燃料配管の始端に
高圧ポンプを接続し、終端に高圧プレッシャレギュレー
タを接続する構成としているので、高圧ポンプと高圧プ
レッシャレギュレータを近接して配置する場合には、高
圧燃料配管は高圧ポンプから各燃料噴射弁に順々に接続
した後に再び折り返して元の位置まで戻るような構成と
なり、配管長がかなり長くなる。
【００１２】高圧燃料配管が長くなると、この高圧燃料
配管内の燃料液柱の軸方向の固有周波数が低下し、これ
が新たな問題を引き起こす。高圧燃料配管内の燃料圧力
は、燃料噴射弁から燃料噴射が行われる毎に一旦低下
し、その都度、高圧プレッシャレギュレータにより調整
されて所定の圧力まで戻るという動作を繰り返す。すな
わち、燃料噴射弁から燃料噴射が行われる毎に高圧燃料
配管内の燃料液柱が加振されて振動する。燃料噴射弁の
燃料噴射間隔は、機関回転数の変化に伴って変わるの
で、この加振周波数も変化する。このとき、高圧燃料配
管内の燃料液柱の固有周波数が低いと、実用上の機関回
転数において加振周波数と燃料液柱の固有周波数が一致
して共振現象を起こし、大きな圧力脈動を発生させる。
この結果、精密な噴射量の制御が困難になり、内燃機関
が不調になるという問題が起こる。
【００１３】本発明の他の目的は、燃料の昇圧速度を早
めて機関始動性の向上を図り、更に、燃料噴射に伴う高
圧燃料配管内での圧力脈動の共振を防止することによ
り、安定かつ精密に燃料噴射量を制御することができる
燃料供給装置を提供することにある。
【００１４】本発明の更に他の目的は、このような燃料
供給装置を使用して構成するのに好適な内燃機関及び自
動車を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料供給装置及
び内燃機関は、前述した課題を解決するために、高圧ポ
ンプとは別に機関始動時に前記高圧燃料配管内の燃料圧
力を昇圧させるように動作する昇圧手段により高圧燃料
配管内の高圧燃料を昇圧し、機関始動後には昇圧手段を
初期位置に復帰させて機関停止後も高圧燃料配管内の高
圧燃料の圧力を高圧状態に維持する昇圧手段を設けるこ
とにより、再始動時の高圧燃料昇圧時間を短縮して機関
始動性を向上させるものである。
【００１６】具体的には、燃料タンクから燃料を移送す
るフィードポンプと、前記フィードポンプから供給され
た燃料を加圧して高圧燃料配管に供給する高圧ポンプ
と、前記高圧ポンプとは別に機関始動時に前記高圧燃料
配管内の燃料圧力を昇圧させるように動作する昇圧手段
と、前記高圧燃料配管内の高圧燃料を内燃機関の気筒内
に噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料供給装置におい
て、前記昇圧手段は内燃機関始動後は高圧燃料配管内の
燃料圧力を高い値に維持した状態で初期状態に復帰する
ようにすることにより、機関停止後も高圧燃料配管内の
燃料圧力を高い値に維持して再始動時の昇圧時間を短縮
することにより始動性を向上させるものである。
【００１７】また、燃料タンクの燃料を低圧状態に加圧
して移送するフィードポンプと、前記フィードポンプか
ら供給された低圧燃料を加圧して高圧燃料配管に供給す
る高圧ポンプと、前記フィードポンプから供給される低
圧燃料を受圧して移動する大径ピストンと該大径ピスト
ンに連動して移動して前記高圧燃料配管内の燃料を加圧
する小径ピストンを備えた昇圧手段と、前記高圧燃料配
管内の高圧燃料圧力を調節する高圧調整手段と、前記高
圧燃料配管内の高圧燃料を内燃機関の気筒内の噴射する
燃料噴射弁とを備えた燃料供給装置において、前記昇圧
手段の昇圧可能な最大圧力を前記高圧調整手段の設定圧
力よりも低くすることにより、機関始動後には高圧燃料
によってピストンを初期状態に自動的に復帰させて機関
停止後にも高圧燃料配管内の燃料圧力を高い値に維持し
て再始動時の昇圧時間を短縮することにより始動性を向
上させるものである。
【００１８】更にまた、燃料タンクの燃料を低圧燃料状
態に加圧して移送するフィードポンプと、前記フィード
ポンプから供給された燃料を加圧して高圧燃料配管に供
給する高圧ポンプと、前記フィードポンプから供給され
る低圧燃料を受圧して移動する大径ピストンと該大径ピ
ストンに連動して移動して前記高圧燃料配管内の燃料を
加圧する小径ピストンを備えた昇圧手段と、前記高圧燃
料配管内の高圧燃料圧力を調節する高圧調整手段と、前
記高圧燃料配管内の高圧燃料を内燃機関内の気筒内に噴
射する燃料噴射弁とを備えた燃料供給装置において、前
記高圧燃料配管に接続されるアキュムレータを設け、前
記昇圧手段の昇圧可能な最大圧力は前記アキュムレータ
の蓄圧開始圧力よりも高くし、かつ、前記高圧調整手段
の設定圧力よりも低くすることにより、機関始動後には
高圧燃料によってピストンを初期状態に自動的に復帰さ
せて機関停止後にも高圧燃料配管内の燃料圧力を高い値
に維持して再始動時の昇圧時間を短縮し且つ燃料噴射に
よる高圧燃料配管内の燃料圧力の低下を軽減して始動性
を向上させるものである。
【００１９】更にまた、燃料タンクから燃料を移送する
フィードポンプと、前記フィードポンプから供給された
燃料を加圧して高圧燃料配管に供給する高圧ポンプと、
前記高圧ポンプとは別に機関始動時に前記高圧燃料配管
内の燃料圧力を昇圧させるように動作する昇圧手段と、
前記高圧燃料配管内の高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴
射する燃料噴射弁とを備えた燃料供給装置において、前
記昇圧手段は内燃機関始動後は高圧燃料配管内の燃料圧
力を高い値に維持した状態で初期状態に復帰するように
し、前記高圧燃料配管は終端部を締め切り構造として高
圧ポンプと燃料噴射弁の間に該高圧燃料配管内の燃料圧
力を調整する高圧調整手段を接続することにより、機関
停止後も高圧燃料配管内の燃料圧力を高い値に維持して
再始動時の昇圧時間を短縮すると共に機関停止時に燃料
内のベーパ発生を抑制し、且つ高圧燃料配管を短くして
該高圧燃料配管内で燃料液柱が共振するのを防止して機
関始動性の向上と燃料供給量制御を安定させるものであ
る。
【００２０】そして、本発明になる自動車は、車体の後
部に設置された燃料タンクと、この燃料タンクの近くに
設置されたフィードポンプと、車体の前部に設置され、
その気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機
関と、この内燃機関の近くに設置され、前記フィードポ
ンプによって前記燃料タンクから低圧燃料配管を通して
供給される低圧燃料を更に加圧する高圧ポンプと、この
高圧ポンプによって加圧された高圧燃料を前記前記燃料
噴射弁に供給する高圧燃料配管とを備えた自動車におい
て、前記高圧ポンプの近くに設置されて前記高圧燃料配
管に接続された昇圧手段を備え、この昇圧手段に、内燃
機関始動時に前記フィードポンプから供給される低圧燃
料の圧力により駆動されて移動することによって前記高
圧燃料配管中の燃料を加圧し、高圧ポンプにより加圧さ
れて上昇した前記高圧燃料配管中の高圧燃料の圧力に逆
駆動されて前記移動前の位置に復帰するように移動する
加圧子を設けることにより、本発明になる前記燃料供給
装置を搭載して一般的な自動車の形態で実施できるよう
にしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。
【００２２】先ず、図１と図２を用いて本発明になる燃
料供給装置の基本構成とその動作を始動用補助ポンプ
（増圧器）を用いない従来の燃料供給装置の例と対比し
て説明する。
【００２３】図１は、本発明の一実施形態である内燃機
関（ガソリンエンジン）に対する燃料供給装置の燃料系
統図であり、特に高圧ポンプと増圧器については縦断側
面を示している。この燃料供給装置は、燃料タンク６内
の燃料を低圧状態に加圧して低圧燃料配管４１で移送す
るフィードポンプ２と、前記フィードポンプ２から吐出
された低圧燃料を更に加圧することにより高圧燃料とし
て高圧燃料配管４２に供給する高圧ポンプ３と、前記フ
ィードポンプ２から吐出された低圧燃料配管４１内の燃
料の圧力を所定の低圧状態に調節する低圧プレッシャレ
ギュレータ４と、前記高圧ポンプ３から吐出された高圧
燃料配管４２内の燃料の圧力を所定の高圧状態に調節す
る高圧プレッシャレギュレータ５と、前記高圧燃料配管
４２内の高圧燃料をエンジンブロック（内燃機関）１の
気筒内に噴射する燃料噴射弁７と、前記高圧ポンプ３に
内蔵されて前記低圧燃料配管４１と高圧燃料配管４２と
を連通する通路に介装された増圧器８と、前記高圧ポン
プ３の吐出側の高圧燃料配管４２に接続されたアキュム
レータ１８と、前記燃料噴射弁７に供給する駆動電流を
制御する燃料噴射弁駆動回路１１と、前記燃料噴射弁７
に与える高圧燃料の圧力を計測する圧力センサ１２と、
各種センサからの情報に基づいて燃料噴射弁駆動回路１
１に制御信号を与えるコントロールユニット１０とを備
えている。
【００２４】前記高圧ポンプ３は、アキシャル斜板式の
ピストンポンプであって、駆動源（図示省略）により回
転駆動されるシャフト３２と、内部の流体の漏れを防止
するオイルシール３８と、前記シャフト３２と一体にな
って回転して回転運動を揺動運動に変換するための斜板
４０と、この斜板４０によって揺動運動させられる揺動
板３３と、これらを支持する軸受け３７ａ〜３７ｄと、
シリンダボディ４５に環状に配列して形成された複数の
シリンダ４５ａに装着され、前記揺動板３３に押されて
往復動する複数個のピストン３４と、各ピストン３４を
揺動板３３に押圧するばね３９と、各ピストン３４の往
復動に伴って燃料を吸入，吐出するための吸入用チェッ
ク弁３５及び吐出用チェック弁３６と、これらを内装す
るケーシング３０とリアボディ３１とを含んで構成され
ている。尚、この実施形態ではピストン式のポンプを用
いているが、特にポンプ方式は問われず、ギヤ式やベー
ン式のポンプを使用することも可能である。
【００２５】前記増圧器８は、連動する大径ピストン８
ａと小径ピストン８ｂとこれらを軸方向に移動可能に内
包する大径シリンダ８ｃ及び小径シリンダ８ｄとを備
え、パスカルの原理により低圧を高圧に変えるものであ
る。ここで、大径ピストン８ａの受圧面積をＡ１，小径
ピストン８ｂの受圧面積をＡ２，大径ピストン８ａの受
圧面に作用する圧力をＰ１，小径ピストン８ｂの受圧面
に作用する圧力をＰ２とすると、パスカルの原理によ
り、力の釣り合いはＰ１×Ａ１＝Ｐ２×Ａ２である。こ
れにより、大径ピストン８ａに圧力Ｐ１を与えると、小
径ピストン８ｂ側では圧力Ｐ２＝Ｐ１×（Ａ１／Ａ２）
にまで昇圧できることがわかる。ここで、Ａ１／Ａ２を
増圧比という。
【００２６】前記高圧ポンプ３と増圧器８は、一体的構
造物として纏めた形態である。シリンダボディ４５は結
合ねじ４６によって前記リアボディ３１に結合されて該
リアボディ３１内の流路（吸入用チェック弁３５，吐出
用チェック弁３６の流路）と連通する。リアボディ３１
は、前記増圧器８を内蔵し、前記吸入用チェック弁３５
と大径シリンダ８ｃに連なる共通の流路の入り口端に設
置され、且つ前記低圧燃料配管４１が接続される１つの
低圧燃料配管接続継ぎ手４３と、前記吐出用チェック弁
３６と小径シリンダ８ｄに連なる共通の流路の出口端に
設置され、且つ前記高圧低圧燃料配管４２が接続される
１つの高圧燃料配管接続継ぎ手４４とを備える。そし
て、このケーシング３０とリアボディ３１は結合ねじ４
７によって結合されて一体的構造物になり、ケーシング
３０に形成された取り付けねじ穴３０ａによってエンジ
ンブロックに取り付けられる。
【００２７】尚、この実施形態では高圧ポンプ３内に増
圧器８を内蔵した一体的構造物として構成したが、これ
らを分離して別体構造物とし、配管等で流路を接続して
も同様な昇圧機能が得られることは当然である。
【００２８】前記フィードポンプ２は、一般には電気エ
ネルギーを使用する電気モータを駆動源とし、車体後部
の燃料タンク内あるいはその近傍に設置される。フィー
ドポンプ２から低圧燃料配管４１に吐出された低圧燃料
（圧力Ｐｆ）は、低圧プレッシャレギュレータ４によっ
て０．３ＭＰａ程度に調節されて高圧ポンプ３へ供給さ
れる。高圧ポンプ３は、この低圧燃料を更に加圧して得
た高圧燃料を燃料噴射弁７に繋がる高圧燃料配管４２内
に供給する。このときの高圧燃料配管４２内の高圧燃料
圧力Ｐｉは、高圧プレッシャレギュレータ５によって５
〜１０ＭＰａ程度の高圧設定圧力に調節する。高圧ポン
プ３は、電気モータまたは内燃機関の回転動力により駆
動する。ガソリン機関駆動の場合には、機関のカム軸に
直結したり、プーリーを介して駆動する等の方法がとら
れる。電気モータ駆動の場合にはオルタネータの機械−
電気変換によりエネルギー効率が著しく下がるので、省
燃費の点からは機関駆動式が有利である。
【００２９】燃料供給装置がフィードポンプ２と高圧ポ
ンプ３という２つのポンプを使用す構成としているのは
次のような理由による。すなわち、フィードポンプ２を
省略して高圧ポンプ３だけで燃料を昇圧する構成も考え
られるが、高圧ポンプ３だけでは十分な吸入負圧を発生
させることができず、車体姿勢の変化や加減速による燃
料タンク６内のガソリンのばたつきに対して安定した吸
い込みを行うことが困難となる。高圧ポンプ３を燃料タ
ンク６の近に設置すれば吸入動作は安定するが、高圧燃
料を移送する高圧燃料配管を車体後部から車体前部のエ
ンジンルームまで這わせなければならず、安全上の問題
がある。これに対して、電気モータ駆動式のフィードポ
ンプ２を燃料タンク６内またはその近くに設置して燃料
タンク６内のガソリンを安定に吸い込み、低圧燃料状態
でエンジンルームまで移送するようにすれば、この間の
燃料配管の安全性確保が容易になる。
【００３０】次に、図２を用いて機関始動時の燃料圧力
の変化を説明する。ここでは、フィードポンプ２をモー
タ駆動、高圧ポンプ３を機関駆動として説明する。図２
は、本発明になる燃料供給装置の動作特性を従来装置と
対比して示している。
【００３１】先ず、本発明になる燃料供給装置における
増圧器８のような始動用の補助ポンプを用いない従来の
燃料供給装置の動作特性について説明する。説明を簡明
にするために、図１に示すアキュムレータ１８の機能が
停止しているものとして説明する。
【００３２】初期状態において、フィード圧力（低圧燃
料配管４１内の低圧燃料圧力）Ｐｆと燃料噴射圧力（高
圧燃料配管４２内の高圧燃料圧力）Ｐｉが共に０である
とすると、機関始動時には、先ず、時間Ｔ１においてエ
ンジンキーをオンにすることでフィードポンプ２が駆動
されてフィード圧力Ｐｆは直ちに低圧燃料圧力設定値Ｐ
１まで上昇する。このとき、従来の燃料供給装置では、
高圧ポンプが起動されるまで高圧燃料配管内の燃料は加
圧されないので、燃料噴射圧力Ｐｉは０のままである。
そして、時間Ｔ２においてエンジンキーをスタートの位
置にしてスタータを回し始めることにより、機関に連結
された高圧ポンプが起動して噴射燃料圧力Ｐｉが一点鎖
線で示すように上昇を開始し、所定の高圧燃料圧力設定
値Ｐｓｅｔに達すると高圧プレッシャレギュレータが働
いて一定圧力に保たれる。この時間Ｔ２の時点から、燃
料噴射圧力Ｐｉを如何に速く上昇させることができるか
が機関始動性を向上させる上で重要となる。
【００３３】機関始動時の燃料噴射圧力Ｐｉが低いと、
先ず、燃料噴射弁から噴出する燃料の噴霧力が弱いので
微粒化されにくく、着火しにくくなる問題がある。これ
に加えて、燃料噴射弁を開いたときの噴射燃料流量も少
なくなるので、必要な燃料噴射量を確保するために該燃
料噴射弁の開放時間を長くすることが必要となる。そし
て、着火されなかった燃料は気筒内面に付着して気筒内
に留まり、着火後にこの燃料が蒸発するために混合ガス
中のガソリン濃度が非常に高いリッチの状態になる。こ
の結果、排気ガス中に多量のＨＣが含まれることになっ
て、対環境性の点で非常に問題となる。また、始動完了
までに長い時間がかかるために、スタータやバッテリに
かかる負担も大きくなる。従って、機関始動開始時から
十分な高圧燃料状態での燃料噴射を行うことができれ
ば、燃料の微粒化の促進により機関の始動性が向上し、
排気ガス中のＨＣの低減と、スタータやバッテリにかか
る負担の低減を図ることができる。
【００３４】燃料昇圧時間を短縮するための一つの方法
は、高圧ポンプの流量を増やし、短時間に多くの燃料を
高圧燃料配管内に押し込むことである。しかし、機関駆
動式の高圧ポンプでは、始動時には高圧ポンプの回転数
が低いために、自ずと流量が少なくなる。高圧ポンプの
１回転当たりの押しのけ容積（以下、容量という）を大
きくすれば低回転でも流量を多くすることができるが、
機関の運転中の負荷が増えるために燃費の悪化につなが
る。始動時の流量を多くし、運転中の負荷を低減するよ
うにするためには、高圧ポンプの容量を可変にして、機
関始動時だけ容量を増やすといった複雑な構成が必要と
なる。また、電気モータ駆動式の高圧ポンプにすれば、
機関回転とは無関係に、始動時から高圧ポンプを高速回
転させることにより流量を増やすことができるが、高圧
ポンプには高圧が作用するために電気モータの負荷が大
きくなり、小型の電気モータでは回転数が上がるまでに
少なからぬ時間遅れが発生する。
【００３５】従って、始動用補助ポンプを用いない従来
の燃料供給装置では、高圧ポンプの駆動方式に関わら
ず、十分に高い高圧燃料を短時間に得ることが困難であ
る。
【００３６】これに対して、本発明になる前述した燃料
供給装置では、フィードポンプ２が始動すると、このフ
ィードポンプ２から低圧燃料配管４１内に吐出された圧
力Ｐ１の低圧燃料が低圧燃料配管接続継ぎ手４３を通し
て増圧器８の大径シリンダ８ｃに流入して大径ピストン
８ａに作用してこれを押し出す。この大径ピストン８ａ
は小径シリンダ８ｄ内の小径ピストン８ｂを押し出し、
この小径シリンダ８ｄ内の燃料を昇圧して高圧燃料配管
接続継ぎ手４４から高圧燃料配管４２に供給する。この
小径ピストン８ｄは、小径シリンダ８ｄ内の燃料を加圧
することにより、高圧ポンプ３とは別に、高圧燃料配管
４２内の燃料噴射圧力Ｐｉを所定の高圧に昇圧すること
を可能にする。このとき、増圧器８の小径シリンダ８ｄ
から吐出される燃料が高圧ポンプ３の内部を通ってフィ
ードポンプ２側へ逆流して逃げてしまうのを防ぐ必要が
あるが、この実施形態では、高圧ポンプ３には吐出用チ
ェック弁３６を設けているので、逆流による圧力漏れを
防止することができる。このようなチェック弁を持たな
い高圧ポンプの場合には、別途チェック弁を設けること
が望ましい。
【００３７】図２を用いて、本発明になる燃料供給装置
における機関始動時の燃料圧力と増圧器８のピストン変
位Ｘｐとの関係を説明する。機関始動時に、先ずエンジ
ンキーをオンの位置にすると、フィードポンプ２が始動
してフィード圧力Ｐｆを低圧燃料圧力設定値Ｐ１まで上
昇する。そして、このフィード圧力Ｐｆ（低圧燃料圧力
Ｐ１）が増圧器８内の大径シリンダ８ｃに伝わって大径
ピストン８ａに作用すると、この大径ピストン８ａが押
し出されて移動（図１中の下方向に変位）を始め、これ
により小径ピストン８ｂも同時に移動することにより、
小径シリンダ８ｄ内の燃料が加圧されて高圧燃料配管４
２内の燃料噴射圧力Ｐｉが上昇を開始する。ピストン８
ｃ，８ｄがストロークエンドＸｐｍａｘまで達すると燃
料噴射圧力Ｐｉの上昇もその時点で止まり、この上昇後
の圧力は中間圧力Ｐ３となる。この中間圧力Ｐ３は、増
圧器８からの吐出量Ｖ１と高圧燃料配管４２系内のガソ
リン容積Ｖ２、ガソリンの体積弾性係数Ｋによって定ま
り、Ｐ３＝Ｖ１×（Ｋ／Ｖ２）で表される。中間圧力Ｐ
３は、最大で、増圧器８による昇圧可能な増圧最大圧力
Ｐ２（＝Ｐ１×（Ａ１／Ａ２））まで設定することが可
能である。その後、エンジンキーをスタート位置にして
スタータを回転させると、高圧ポンプ３が起動して燃料
噴射圧力Ｐｉは更に上昇し、所定の高圧設定圧力Ｐｓｅ
ｔまで上昇すると高圧プレッシャレギュレータ５が働い
て一定圧力に保たれる。
【００３８】増圧器８の増圧最大圧力Ｐ２を所定の高圧
設定圧力Ｐｓｅｔよりも低い値に設定しておくことによ
り、高圧ポンプ３による昇圧効果が現れて高圧燃料配管
４２内の燃料圧力（燃料噴射圧力Ｐｉ）が増圧最大圧力
Ｐ２を越えると、小径ピストン８ｂに作用する反力が大
径ピストン８ａに作用する押し出し力を上回るようにな
る。その結果、増圧器８のピストン８ａ，８ｂは、燃料
噴射圧力Ｐｉで押し戻されて移動（図１中の上方向に変
位）するようになるので、自動的に初期位置まで戻って
リセットされた状態（初期状態）に戻る。
【００３９】ここで着目できるのは、高圧燃料配管４２
内の高圧燃料は、時間Ｔ２の時点で既に中間圧力Ｐ３ま
で昇圧されているということである。従来の燃料供給装
置では時間Ｔ２時点の高圧燃料配管４２内の燃料圧力は
０であることを考えると、その後の高圧ポンプの吐出流
量が同じであっても、昇圧時間は大幅に短くなる。
【００４０】しかしながら、仮に、増圧器８の昇圧可能
な増圧最大圧力Ｐ２を高圧設定圧力Ｐｓｅｔよりも高く
設定すると、機関運転中に高圧燃料配管４２内の燃料圧
力が上昇してもピストン８ａ，８ｂを押し戻すように作
用する力は発生しないので、ピストン８ａ，８ｂはスト
ロークエンドで静止したままで初期位置には戻らない。
そして、機関停止後にフィードポンプ２が停止してフィ
ード圧力Ｐｆが低下することにより、初めて初期状態へ
の復帰移動が行われるようになる。しかし、このような
時期にピストン８ａ，８ｂが初期状態に戻るように移動
すると、小径ピストン８ｂは高圧燃料配管４２内の燃料
圧力を減圧するように作用するために、高圧燃料配管４
２内の高い燃料圧力を次の機関始動まで保持することが
できない。 これに対して、本発明になる燃料供給装置
は、機関運転中にピストン８ａ，８ｂを初期位置に戻し
ておくことにより、機関停止後も高圧燃料配管４２内の
燃料圧力を減圧させることなく高圧状態に保持すること
ができ、機関再始動時の燃料昇圧時間を短縮して機関始
動性を向上するために活用することができる。
【００４１】尚、機関停止直後の高圧燃料配管４２内の
高圧燃料圧力（燃料噴射圧力）Ｐｉは高圧設定圧力Ｐｓ
ｅｔに保持されているが、防ぎようのない微少な漏れの
ために、この圧力は徐々に低下する。しかし、増圧器８
のピストン８ａ，８ｂが初期状態にリセットされている
ので、各始動毎に、フィードポンプ２が始動してフィー
ド圧力Ｐｆが上昇するとピストン８ａ，８ｂが昇圧方向
に移動して昇圧動作を繰り返すことが可能である。ま
た、機関停止直後の再始動であって、高圧燃料配管４２
内の燃料噴射圧力Ｐｉが中間圧力Ｐ２よりも高い状態に
保持されている場合は、増圧器８のピストン８ａ，８ｂ
は初期状態のままで移動しないが、この場合は高圧燃料
配管４２内の燃料圧力が高い状態にあるので特に問題は
ない。
【００４２】一方、エンジンキーをオン位置にしてから
スタート位置にするＴ１からＴ２までの操作時間幅は、
運転者により個人差がある。オンからスタートまでの操
作に長い時間を置く運転者の場合は、機関始動時の燃料
昇圧動作は図２に示すような特性であるが、オンからス
タートまでの操作時間幅が短い運転者の場合には図３の
ような昇圧動作特性になる。
【００４３】図３に示す昇圧動作特性では、時間Ｔ１の
時点でフィードポンプ２が起動して増圧器８のピストン
８ａ，８ｂが移動を始める。これにより高圧燃料配管４
２内の燃料噴射圧力Ｐｉは上昇を始めるが、その直後の
時間Ｔ２においてエンジンキーをスタート位置にして高
圧ポンプ３が起動されると増圧器８と高圧ポンプ３の両
方から燃料が吐出されるので、燃料噴射圧力Ｐｉは一気
に上昇しようとする。しかし、この状態は、フィードポ
ンプ２と高圧ポンプ３が何れも車載バッテリを電源とす
る電気モータで駆動されている状態にある。特に高圧ポ
ンプ３は機関と共にスタータによって駆動される状態に
あることから、エンジンキーがスタート位置になる車載
バッテリの負荷が急増して出力電圧が大幅に低下する。
この車載バッテリ電圧の低下がフィードポンプ２を駆動
する電気モータの回転数を低下させてフィード圧力Ｐｆ
を低下させるように作用すると、燃料タンク６からの燃
料供給量及び圧力が低下し、結果的に、燃料昇圧時間が
長引くことがある。
【００４４】また、高圧ポンプ３を電気モータ駆動と
し、フィードポンプ２と高圧ポンプ３を同時に起動する
ようにすると、図３において時間Ｔ１，Ｔ２が一致した
状態で始動するようになり、フィードポンプ２の出力を
活用する増圧器８の能力を生かし切ることができなくな
る。
【００４５】このような事態を回避するために、フィー
ドポンプ２が起動する時間Ｔ１から高圧ポンプ３が起動
する時間Ｔ２までの間に、増圧器８のピストン８ａ，８
ｂがストロークエンドまで移動するに十分な時間幅があ
ることが望ましい。
【００４６】そこで、本発明の一実施形態である燃料供
給装置は、図４に示すように、エンジンキースイッチ１
４とスタータ１７との間に遅延回路１５を設けている。
スタータ１７には内燃機関１を介して高圧ポンプ３が連
結されている。遅延回路１５は、エンジンキースイッチ
１４がスタート位置になり、車載バッテリ１３からの電
流が入力されると、ある遅延時間の後にスタータ１７に
駆動電流を送るものである。実際には、スタータ１７に
流す駆動電流は、エンジンキースイッチ１４及び遅延回
路１５を流れることはなく、エンジンキースイッチ１４
と遅延回路１５によって制御される電磁開閉器（図示省
略）を介して車載バッテリ１３から供給される。
【００４７】このように構成することで、エンジンキー
スイッチ１４をオン位置からスタート位置に瞬時に操作
しても、フィードポンプ２と高圧ポンプ３の起動に十分
な時間差を得ることができるので、増圧器８の能力を有
効に生かして始動性を高めることが可能になる。
【００４８】また、高圧ポンプ３を電気モータ駆動とし
た場合でも、図４に示すように、エンジンキースイッチ
と高圧ポンプを駆動する電気モータとの間に遅延回路を
設けることにより、同様の効果が得られる。
【００４９】以上のようにして機関始動時の燃料昇圧時
間の短縮を実現することができるが、始動後の高圧ポン
プ３の燃料吐出量が少ないと、燃料噴射弁７からの燃料
噴射によって高圧燃料配管４２内の圧力が大きく変動す
ることが懸念される。
【００５０】そこで、本発明になる燃料供給装置は、図
１に示すように、高圧ポンプ３の吐出側の高圧燃料配管
４２にアキュムレータ１８を接続し、燃料噴射弁７が燃
料噴射を開始する前にこのアキュムレータ１８内に高圧
燃料を蓄圧させるよう構成している。
【００５１】図５は、アキュムレータ１８を有効に機能
させた場合における機関始動時の燃料圧力と増圧器８の
ピストン変位Ｘｐとの関係を示している。ここでも初期
状態においては、フィード圧力Ｐｆと燃料噴射圧力Ｐｉ
が共に０であるとする。
【００５２】時間Ｔ１においてフィードポンプ２が起動
してフィード圧力Ｐｆが増圧器８に作用すると、この増
圧器８内のピストン８ａ，８ｂが小径シリンダ８ｄ内の
燃料を加圧する方向に移動を開始して燃料噴射圧力Ｐｉ
が上昇を始める。このとき、増圧器８の昇圧可能な増圧
最大圧力Ｐ２をアキュムレータ１８の蓄圧開始圧力Ｐａ
ｃｃよりも高く設定しておくことで、アキュムレータ１
８内まで高圧燃料がチャージされる。燃料噴射圧力Ｐｉ
が蓄圧開始圧力Ｐａｃｃを越えた時点からアキュムレー
タ１８内に高圧燃料のチャージが始まるために、燃料噴
射圧力Ｐｉの上昇の度合いはその分なだらかになる。ピ
ストン８ａ，８ｂがストロークエンドＸｐｍａｘまで移
動すると燃料噴射圧力Ｐｉの上昇もその時点で止まる。
そして、時間Ｔ２において高圧ポンプ３が回転を始める
と、アキュムレータ１８へのチャージが更に進み、燃料
噴射圧力Ｐｉ自体も上昇を続ける。ここで即座に燃料噴
射弁７がオンになっても、アキュムレータ１８内に高圧
燃料がチャージされているため、噴射分の燃料量をアキ
ュムレータ１８から放出して補うことができる。従っ
て、圧力の落ち込みを小さく抑えることができ、高圧を
保った状態での燃料噴射を行うことができる。
【００５３】これとは逆に、増圧器８の昇圧可能な増圧
最大圧力Ｐ２をアキュムレータ１８の蓄圧開始圧力Ｐａ
ｃｃよりも低くした場合の動作は図６に示すようにな
る。時間Ｔ１においてフィードポンプ２が起動され、増
圧器８のピストン８ａ，８ｂが移動することで高圧燃料
配管４２内の燃料噴射圧力Ｐｉが上昇するが、この燃料
噴射圧力Ｐｉは増圧最大圧力Ｐ２まで上昇した時点でピ
ストン８ａ，８ｂは静止する。そして、時間Ｔ２におい
て高圧ポンプ３が起動すると燃料噴射圧力Ｐｉは更に上
昇し、蓄圧開始圧力Ｐａｃｃを越えた時点からアキュム
レータ１８へのチャージが始まる。ここですぐに燃料噴
射を始めると、アキュムレータ１８内に十分に高圧燃料
がチャージされていないため、アキュムレータ１８内の
高圧燃料は直ぐに放出しきってしまう。従って、燃料噴
射圧力Ｐｉの落ち込み量が大きくなり、高圧力を保った
状態での燃料噴射が困難になる。また、ピストン８ａ，
８ｂは最初に静止した位置以上に移動することはなく、
一度もストロークエンドＸｐｍａｘまで移動しないまま
初期位置にリセットされるため、増圧器８の能力を１０
０％利用すことができなくなる。
【００５４】以上のような理由から、増圧器８の昇圧可
能な増圧最大圧力Ｐ２はアキュムレータ１８の蓄圧開始
圧力Ｐａｃｃよりも高く設定することが望ましい。
【００５５】次に、図７を用いて高圧ポンプ３の基本特
性と要求特性との関係を説明する。
【００５６】図７は、従来及び本発明になる燃料供給装
置における高圧ポンプの基本特性と要求性能との関係を
示す図である。高圧ポンプ３は隙間からの漏れなどによ
り、図面上から定められる１回転当たりの理論押しのけ
容積Ｖｔｈに対して、実際の押しのけ容積Ｖｐが減少す
る。一定圧力のもとで一定時間に漏れる量は同じである
ので、ポンプ回転数Ｎｐが高くなれば１回転当たりの時
間の短縮に伴って１回転当たりの漏れ量も減るために、
押しのけ容積Ｖｐは図示のような右上がりの曲線にな
る。一方、機関１回転中に噴射される燃料の最大量は機
関回転数に関わらず一定であるので、高圧ポンプ３を機
関駆動した場合は、噴射量分の燃料を補うのに必要な押
しのけ容積Ｖｍａｘもポンプ回転数に関わらず一定であ
る。従来の燃料供給装置における高圧ポンプでは、押し
のけ容積が最も少なくなる機関始動時のクランキング回
転数Ｎｃにおいても押しのけ容積ＶｐがＶｍａｘを越え
てなくてはいけないので、これに合わせて理論押しのけ
容積Ｖｔｈが決められていた。このために高回転時はハ
ッチングで示すような余剰分の仕事をすることになり、
燃費の悪化をもたらす。
【００５７】尚、高圧ポンプを電気モータ駆動とした場
合は、ポンプ回転数を制御して必要な流量に調節するこ
とができるので、この問題は回避される。しかし、電気
モータ駆動自体がエネルギー効率が悪いので、機関駆動
式に対して大きな長所とは成り得ない。
【００５８】これに対して、本発明になる燃料供給装置
によれば、高圧ポンプ３の理論押しのけ容積を従来のＶ
ｔｈからＶｔｈ’に減らすことが可能になる。すなわ
ち、機関始動時の噴射燃料量を増圧器８からアキュムレ
ータ１８にチャージされた分で賄うことができるので、
高圧ポンプ３は機関始動後の最低回転数であるアイドリ
ング回転数Ｎｉｄｏｌにおいて必要な押しのけ容積Ｖｍ
ａｘを満足すればよいことになる。これにより、ハッチ
ングで示す余剰分の仕事量を、従来の燃料供給装置に比
べ少なくすることができる。従って、本発明になる燃料
供給装置によれば、燃費の向上をも図ることができる。
【００５９】図８は、本発明になる燃料供給装置におけ
る増圧器８の改良構造例を示している。この増圧器８
は、内部軸線上に断面が円形をなす径の異なる２つの空
洞部（大径シリンダ８ｃと小径シリンダ８ｄ）が形成さ
れたケーシング（リアボディ）３１と、この大径シリン
ダ８ｃと小径シリンダ８ｄ内に軸線方向に移動可能に内
装された大径ピストン８ａ及び小径ピストン８ｂと、大
径ピストン８ａと小径ピストン８ｂとを係合するロッド
８ｅと、大径ピストン８ａと小径ピストン８ｂとの間に
前記ロッドが貫通可能に設けられた弁座８ｆと、大径ピ
ストン８ａ及び小径ピストン８ｂの外周部に設けられた
溝に配置されたシール８ｇ，８ｈとを備える。
【００６０】図中、大径シリンダ８ｃにおける大径ピス
トン８ａの左側の部屋にはフィード圧力Ｐｆの低圧燃料
が導かれてこの大径ピストン８ａを押し出し、この大径
ピストン８ａにロッド８ｅを介して一体に結合された小
径ピストン８ｂを右方向に移動させる。小径シリンダ８
ｄにおける小径ピストン８ｂの右側の部屋は燃料噴射圧
力Ｐｉが導かれる高圧燃料配管（４２）と連通してお
り、小径ピストン８ｂが右方向に移動することによって
右側部屋内の燃料を圧縮して吐出することにより、高圧
燃料配管（４２）内の燃料噴射圧力Ｐｉを昇圧させる。
また、大径シリンダ８ｃ内における大径ピストン８ａの
右側の部屋は燃料タンク（６）へ戻る配管（４８）に接
続され、シール８ｇ，８ｈを抜けて微少に漏れてくる燃
料を燃料タンク（６）内に排出させる。
【００６１】機関運転中の燃料圧力を機関停止後も保っ
ておければ、機関の再始動が容易になる。そのために、
燃料噴射弁（７）や高圧ポンプ（３）や高圧プレッシャ
レギュレータ（５）は機関停止中の燃料圧力漏れを最大
限減らすことが要求されている。、増圧器８もこの例外
ではない。この場合の漏れとは、増圧器８においては、
小径シリンダ８ｄ内における小径ピストン８ｂの右側部
屋からシール８ｈを通って左側部屋に漏れていく漏れの
ことである。シール８ｈだけでは微少に漏れ続ける燃料
れを防止することは困難である。小径シリンダ８ｄと高
圧燃料配管（４２）の間の流路（配管）の途中にチェッ
ク弁を設置することが考えられる。しかしこれでは、増
圧器８のピストン８ａ，８ｂの状態を、次回の再始動に
備えて、高圧燃料の圧力を利用してリセット状態にする
ことができなくなってしまう。
【００６２】そこで本発明になるこの増圧器８は、燃料
圧力漏れの低減とリセット機能を両立させるために、大
径シリンダ８ｃと小径シリンダ８ｄの間に設けた弁座８
ｆに、小径ピストン８ｂの左側（背面）部分に形成した
テーパ面をポペット弁として着座させ、燃料漏れ防止の
チェック弁として機能させる構成とした。機関が始動し
て小径ピストン８ｂが高い燃料噴射圧力Ｐｉによって押
し戻されて初期位置にリセットされた位置に戻ると小径
ピストン８ｂのテーパ部が弁座８ｆに着座するので、リ
セット状態で増圧器８からの燃料漏れをほとんどなくす
ことができる。従って、燃料圧力漏れの低減とリセット
機能の両立を図ることができる。
【００６３】尚、大径ピストン８ａと小径ピストン８ｂ
は一体である必要はなく、両者の同軸度の加工誤差の許
容量を大きくするために別体構造とすることができる。
【００６４】図９に示す本発明になる燃料供給装置にお
ける増圧器８は、大径ピストン８ａと小径ピストン８ｂ
とを別体構造にした改良例である。この増圧器８は、チ
ェック弁の弁体をボール８ｊとした。この実施形態で
は、ボール８ｊと小径ピストン８ｂを別体構造としてい
る。弁座８ｆとの同心度に注意を払わなくて済む別体式
の方が生産性が高いが、一体構造で実施することも可能
である。
【００６５】次に、このような燃料供給装置をＶ型６気
筒内燃機関に実装する構成を説明する。
【００６６】図１０は、従来の燃料供給装置を実装した
Ｖ型６気筒内燃機関の燃料系統図である。６気筒分の６
個の燃料噴射弁７ａ〜７ｆは、Ｖ型エンジンブロック１
の片方のバンクの気筒に３個の燃料噴射弁７ａ，７ｃ，
７ｅが配置され、他方のバンクの気筒に残りの３個の燃
料噴射弁７ｂ，７ｄ，７ｆが配置されている。高圧ポン
プ３は片方のバンクのカム軸に直結され、機関回転の１
／２の回転数で駆動される。高圧ポンプ３から吐出され
た高圧燃料は、高圧燃料配管４２によって各燃料噴射弁
７ｅ〜７ｂに順々に供給された後、この高圧燃料配管４
２の最終端に設置された高圧プレッシャレギュレータ５
により一定圧に保たれる。高圧燃料配管４２の最終端に
高圧プレッシャレギュレータ５を接続することで、高圧
燃料を常に循環させ、配管中の燃料にベーパが発生して
も高圧プレッシャレギュレータ５から排出できるように
対策している。また、安全性確保のために、特に高圧燃
料が作用する高圧ポンプ３と高圧プレッシャレギュレー
タ５は近接して配置し、場合よっては配管を省略して、
両者を強固なマニホールドブロックに接続し、内部に形
成した流路によって連通する方法を採用している。更
に、Ｖ型内燃機関ではエンジンブロック１の両バンク間
の距離が変化するような振動モードがあるので、距離の
変化によって配管が引張圧縮を受けて破断しないよう
に、高圧燃料配管４２における燃料噴射弁７ａの接続位
置の後にその近くに位置する燃料噴射弁７ｂを接続せず
に、遠い位置にある燃料噴射弁７ｆまで折り返して該燃
料噴射弁７ｆを接続し、この間の部分の弾性変形でバン
ク間距離の変化を吸収させるよう構成している。このた
めに、従来の燃料供給装置では、高圧燃料配管長がかな
り長くなり、このことが新しい問題を発生させていた。
【００６７】高圧燃料配管４２内の燃料の圧力は、燃料
噴射弁７ａ〜７ｆから燃料噴射が行われる毎に一旦低下
し、その都度、高圧レギュレータ５により圧力調整さ
れ、所定の圧力まで戻るという動作を繰り返す。すなわ
ち、燃料噴射弁７ａ〜７ｆが燃料噴射する毎に高圧燃料
配管４２内の燃料液柱が加振される。機関回転数の変化
に伴って燃料噴射弁の燃料噴射間隔も変わるので、この
加振周波数も変化する。一方、燃料自体が弾性体である
ため、高圧燃料配管４２内の燃料液柱は該高圧燃料配管
４２の長さと燃料の密度、体積弾性係数から定まる固有
振動周波数を持っている。この燃料液柱の固有振動周波
数が低いと、実用上のある機関回転数では燃料噴射によ
る加振周波数と燃料液中の固有振動周波数が一致して共
振を起こし、大きな圧力脈動を発生させる。この結果、
精密な噴射量の制御が困難になり、機関が不調になると
いう問題が起こる。
【００６８】図１１は、この一例を示している。図１１
は、図１０に示したＶ型６気筒内燃機関の配管構成にお
ける燃料噴射時の挙動を示したものである。図１０に示
した燃料噴射弁７ａ〜７ｆは、７ａ→７ｂ→７ｃ→７ｄ
→７ｅ→７ｆ→７ａの順で機関２回転間に各１回割で燃
料噴射を行う。
【００６９】高圧燃料配管４２内の圧力波の伝播速度ｃ
は、燃料の密度をρ，燃料の体積弾性係数をＫとする
と、ｃ＝√（Ｋ／ρ）で表される。高圧燃料配管４２の
両端の境界条件を固定−固定とすると、圧力波が高圧燃
料配管４２を一往復する時間の逆数が該高圧燃料配管４
２の１次固有振動周波数となり、高圧燃料配管４２の長
さをＬとすると、固有振動周波数ｆ＝ｃ／２Ｌで表され
る。図１０の例では、高圧ポンプ３から高圧プレッシャ
レギュレータ５までの高圧燃料配管長Ｌ＝２．２５ｍ，
燃料（ガソリン）密度ρ＝７６０ｋｇ／ｍ3，ガソリン
の体積弾性係数はＫ＝０．３ＧＰａであるので、固有振
動周波数ｆ＝１４０Ｈｚとなる。
【００７０】また、６気筒内燃機関では機関２回転の間
に６個の燃料噴射弁がそれぞれ１回噴射する。カム軸に
直結された高圧ポンプ３は機関回転の１／２で回転する
ので、高圧ポンプ１回転中に６回の燃料噴射が行われ
る。その結果、燃料噴射による加振周波数はポンプ回転
数が１０００ｒｐｍでは１００Ｈｚ、１４００ｒｐｍで
は１４０Ｈｚとなる。従って、ポンプ回転数が１４００
ｒｐｍ、機関回転数でいうと２８００ｒｐｍのときに液
柱の固有振動周波数と一致して共振現象が起こる。
【００７１】共振現象が発生すると、図１１に示すよう
に、燃料噴射圧力Ｐｉの脈動が非常に大きくなり、燃料
噴射弁７ａ〜７ｆからの燃料噴射量が低下したり、各気
筒間毎の噴射量にばらつきが発生したりする。従って、
精密な量の燃料噴射が不可能になり、機関が不調になる
問題がある。
【００７２】そこで、従来のＶ型６気筒内燃機関におけ
る燃料供給装置は、図１２に示すように、前述したよう
な共振現象の発生を避けるために、高圧ポンプ３と高圧
プレッシャレギュレータ５間の高圧燃料配管４２の長さ
短縮し、液柱の固有振動周波数を高くするよう構成して
いる。すなわち、高圧ポンプ３から高圧燃料が供給され
る高圧燃料配管４２は、先ず、２本に分岐した後に各バ
ンクに引き回して各燃料噴射弁７ａ〜７ｆに燃料供給を
行い、更に高圧プレッシャレギュレータを高圧ポンプ３
から離して各バンクの配管の終端に各々独立した高圧プ
レッシャレギュレータ５ａ，５ｂとして設けている。
【００７３】このような構成とすることで、高圧ポンプ
３と高圧プレッシャレギュレータ５ａ，５ｂの間の高圧
燃料配管長の短縮を図ることができる。これにより高圧
燃料配管長を図１０に示した例に比べて約１／３に短縮
することができるので、固有振動周波数は３倍の約４２
００Ｈｚとなり、機関回転数換算では８４００ｒｐｍと
なるため通常の運転領域から外すことができる。
【００７４】しかし、高圧ポンプ３と高圧プレッシャレ
ギュレータ５ａ，５ｂが離れてしまうことから安全上好
ましくないことや、場合によっては２個の高圧プレッシ
ャレギュレータ５ａ，５ｂが必要になる問題がある。
【００７５】ところで、燃料中のベーパは、この燃料が
が内燃機関の熱などにより高温になることにより発生し
て燃料の流れを詰まらせるために一時的に内燃機関を不
調にさせるものであるが、燃料の圧力が高くなるとベー
パが再び燃料中に溶け込んで消滅するという特性を示
す。
【００７６】本発明になる燃料供給装置は、高圧燃料配
管４２内の燃料圧力を機関停止中も高い値に保ち、ある
いは高圧ポンプ３が始動する前に高めることができるの
で、高圧燃料配管４２内にベーパが発生するのを抑制
し、またベーパが発生しても、機関始動時の燃料昇圧に
よって早期に燃料中に溶け込ませて消失させることがで
きる利点がある。
【００７７】本発明になる燃料供給装置によれば、この
ような利点を活かして、高圧燃料配管４２を短縮した構
成とすることができる。
【００７８】図１３に示す本発明になる燃料供給装置
は、高圧ポンプ３から吐出される高圧燃料を、先ず、高
圧プレッシャレギュレータ５により所定の圧力に調整し
た後に高圧燃料配管４２によって各燃料噴射弁７ａ〜７
ｆに供給するように構成した。高圧燃料配管４２の長さ
を短縮して共振現象の発生を回避する構成は、図１２に
示した例と同様であるが、本発明になる燃料供給装置で
は、高圧燃料を循環させて高圧プレッシャレギュレータ
５ａ，５ｂによりベーパを排出させる必要がなくなるの
で、高圧燃料配管４２の終端部に高圧プレッシャレギュ
レータを設置する必要がなくなり、従って、高圧燃料配
管４２の終端部は締め切り構造とし、高圧ポンプ３に近
接して１つの高圧プレッシャレギュレータ５を設置する
構成とすることができる。従って、安全性を向上させる
ことができ、また、簡単な構成となる。
【００７９】尚、本発明はＶ型６気筒内燃機関への適用
に限定されるものではなく、あらゆる形式の内燃機関に
適用することが可能である。
【００８０】図１４は、本発明になる燃料供給装置を搭
載した自動車の模式図である。この実施形態は、フィー
ドポンプ２を電気モータ１６で駆動し、高圧ポンプ３を
内燃機関（エンジンブロック）１の動力により駆動する
構成である。フロントエンジン式の自動車５０は、燃料
タンク６は、内燃機関１の熱を避けるために車体の後部
に置かれるのが一般的である。フィードポンプ２は、こ
の燃料タンク６の近傍あるいはタンク内の燃料中に浸る
状態に設置し、燃料タンク６内の燃料を汲み上げて低圧
燃料配管４１を介して車体前部のエンジンルームまで移
送する。
【００８１】燃料配管の内、特に高圧が作用する高圧燃
料配管４２を太線で示してあるが、前述したように高圧
燃料が作用する部分は極力一カ所に集中しておく方が望
ましく、安全対策がし易くなる。また、昇圧速度を高め
るためには、太線で示す高圧燃料配管４２内の容積は小
さい方がよい。また、この高圧燃料配管４２内での燃料
液柱の固有振動周波数を高めるために該高圧燃料配管長
は可及的に短いことが望ましい。
【００８２】そこで、高圧ポンプ３と増圧器８を近接し
て配置し、好ましくは高圧ポンプ３と増圧器８を図１に
示すように一体化した構造物としてエンジンルーム内の
エンジンブロック１に組み付けた構成とした。そして、
高圧燃料配管４２は、２本に分岐させてエンジンブロッ
ク１のバンクに沿って引き回して各燃料噴射弁７ａ〜７
ｆに高圧燃料を分配し、終端部を締め切り構造とした。
【００８３】尚、プレッシャレギュレータ（４，５）及
びアキュームレータ（１８）の図示は、省略した。
【００８４】このように燃料供給装置を搭載した自動車
５０は、内燃機関１の始動性に優れ、燃料配管の構成も
簡易化且つ合理化されて安全性の低下もなく、特に高圧
燃料配管４２内で高圧燃料の共振現象が発生するのを防
止して正確な燃料噴射制御により静粛な運転が可能にな
る。
【００８５】高圧ポンプ３を機関駆動式にすると、エン
ジンブロック１から高圧ポンプ３に伝達される熱を遮断
するための断熱手段が必要になる。断熱効果が低下する
と、機関１で発生した高熱が高圧ポンプ３に伝わって内
部の燃料に多量のベーパを発生させてしまうことが懸念
される。内燃機関１の発熱によるベーパ発生防止を効果
的に実現するためには、高圧ポンプ３を電気モータ駆動
式にして該高圧ポンプ３をエンジンブロック１から分離
し、あるいは温度上昇の少ない位置に取り付けるように
することが望ましい。
【００８６】図１５は、高圧ポンプ３を電気モータ２１
により駆動する構成にした本発明になる燃料供給装置を
搭載した自動車５０を示している。高圧ポンプ３と増圧
器８は、一体的構造物として、エンジンブロック１の高
熱の影響を避けることができる位置に取り付けられる。
その他の構成は、図１４に示した実施形態と同様であ
る。
【００８７】このような自動車５０によれば、本発明に
なる燃料供給装置を搭載する上で、内燃機関１からの発
熱による影響を防ぐための対策が容易になる。
【００８８】以上に説明した各実施形態における増圧器
８は、高圧燃料配管系における燃料を昇圧するための小
径ピストン８ｂの駆動力をフィードポンプ２から供給さ
れる低圧燃料によって押し出される大径ピストン８ａに
頼っている。しかしながら、大径ピストン８ａに代えて
電気モータを使用することができる。この場合には、こ
の電気モータをエンジンキーをオンにしたときに起動し
てピストン８ｂを押し出すことにより高圧燃料配管内の
燃料を昇圧し、期間始動完了後は電気モータを逆回転さ
せて小径ピストン８ｂを初期位置まで戻して次の始動に
備えるようにする。
【００８９】また、前述した各電気モータは、回転式モ
ータに限らず往復動式モータを使用することができる。
【００９０】この本発明になる燃料供給装置は、ディー
ゼル機関に対する燃料供給にも同様に適用できる。
【００９１】
【発明の効果】本発明は、高圧燃料配管内に高圧燃料を
供給する高圧ポンプが起動する前に、この高圧燃料配管
内の燃料を加圧して燃料噴射圧力を昇圧する手段を設け
ているので、機関始動時に燃料噴射圧力が素早く立ち上
がり、機関始動性の向上を図ることができる。しかも、
機関停止後も燃料噴射圧力を高圧に保持するので、燃料
内にベーパが発生するのを抑制することができ、機関の
再始動時に燃料噴射圧力の昇圧効果を高めると共にベー
パを燃料中に早急に溶け込ませて吸収することにより再
始動性を一層向上する。
【００９２】そして、始動前に燃料の圧力を昇圧するこ
とで、燃料中に例えベーパが発生していもこれを燃料中
に溶け込ますことができるので、ベーパ除去対策として
高圧燃料配管内の燃料循環が不要となることからリター
ン配管を省略することができるので、配管長を短縮する
ことができ、高圧燃料配管内の燃料液柱の固有振動周波
数を上昇させることができ、燃料噴射に伴う圧力脈動の
共振を避けて、安定且つ精密な燃料噴射量制御を実現す
ることができる。
【００９３】更に、増圧器を高圧ポンプと一体的的構造
物として纏めた形態で車体前部のエンジンルーム内に設
置し、車体後部の燃料タンクからフィードポンプで移送
される低圧燃料または電気モータを動力源として高圧燃
料配管内の燃料を昇圧するような配置で本発明になる燃
料供給装置を搭載する自動車は、自動車の一般的な構成
を変更することなく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる燃料供給装置の一実施形態を示す
燃料系統図である。
【図２】本発明になる燃料供給装置の機関始動時の動作
を従来装置と比較して示す動作特性図である。
【図３】本発明になる燃料供給装置の機関始動時におけ
る他の動作例を示す動作特性図である。
【図４】本発明になる燃料供給装置におけるフィードポ
ンプ駆動用電気モータ及びスタータの駆動回路図であ
る。
【図５】本発明になる燃料供給装置における機関始動時
の他の動作例を示す動作特性図である。
【図６】本発明になる燃料供給装置における機関始動時
の他の動作例を示す動作特性図である。
【図７】本発明になる燃料供給装置における高圧ポンプ
の基本特性と要求性能との関係を従来装置と比較して示
す特性図である。
【図８】本発明になる燃料供給装置における増圧器の変
形例を示す縦断側面図である。
【図９】本発明になる燃料供給装置における増圧器の他
の変形例を示す縦断側面図である。
【図１０】Ｖ型６気筒内燃機関に搭載した従来の燃料供
給装置の燃料系統図である。
【図１１】燃料供給装置における燃料噴射時の高圧燃料
配管内の噴射燃料圧力と燃料噴射弁の噴射流量の特性図
である。
【図１２】Ｖ型６気筒内燃機関に搭載した従来の改良さ
れた燃料供給装置の燃料系統図である。
【図１３】本発明になる燃料供給装置をＶ型６気筒内燃
機関へ搭載した実施形態の燃料系統図である。
【図１４】本発明になる燃料供給装置を搭載した自動車
の模式図である。
【図１５】本発明になる燃料供給装置を搭載した自動車
の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…フィードポンプ、３…高圧ポンプ、
４…低圧プレッシャレギュレータ、５…高圧プレッシャ
レギュレータ、６…燃料タンク、７…燃料噴射弁、８…
増圧器、８ａ…大径ピストン、８ｂ…小径ピストン、８
ｃ…大径シリンダ、８ｄ…小径シリンダ、１０…コント
ロールユニット、１１…燃料噴射弁駆動回路、１２…圧
力センサ、１８…アキュムレータ、２０…ケーシング、
３０…ポンプケーシング、３１…リアボディ、３２…シ
ャフト、３３…揺動板、３４…ピストン、３５…吸入用
チェック弁、３６…吐出用チェック弁、３７…軸受、３
８…オイルシール、３９…ばね、４０…斜板、４１…低
圧燃料配管、４２…高圧燃料配管、４３…低圧燃料配管
接続継ぎ手、４４…高圧燃料配管接続継ぎ手。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天羽 清 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 斉藤 淳治 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 岸 敦夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃料タンクから燃料を移送するフィードポ
    ンプと、前記フィードポンプから供給された燃料を加圧
    して高圧燃料配管に供給する高圧ポンプと、前記高圧ポ
    ンプとは別に機関始動時に前記高圧燃料配管内の燃料圧
    力を昇圧させるように動作する昇圧手段と、前記高圧燃
    料配管内の高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃料
    噴射弁とを備えた燃料供給装置において、 前記昇圧手段は内燃機関始動後は高圧燃料配管内の燃料
    圧力を高い値に維持した状態で初期状態に復帰するよう
    にしたことを特徴とする燃料供給装置。
  2. 【請求項２】燃料タンクの燃料を低圧状態に加圧して移
    送するフィードポンプと、前記フィードポンプから供給
    された低圧燃料を加圧して高圧燃料配管に供給する高圧
    ポンプと、前記フィードポンプから供給される低圧燃料
    を受圧して移動する大径ピストンと該大径ピストンに連
    動して移動して前記高圧燃料配管内の燃料を加圧する小
    径ピストンを備えた昇圧手段と、前記高圧燃料配管内の
    高圧燃料圧力を調節する高圧調整手段と、前記高圧燃料
    配管内の高圧燃料を内燃機関の気筒内の噴射する燃料噴
    射弁とを備えた燃料供給装置において、 前記昇圧手段の昇圧可能な最大圧力を前記高圧調整手段
    の設定圧力よりも低くしたことを特徴とする燃料供給装
    置。
  3. 【請求項３】燃料タンクの燃料を低圧燃料状態に加圧し
    て移送するフィードポンプと、前記フィードポンプから
    供給された燃料を加圧して高圧燃料配管に供給する高圧
    ポンプと、前記フィードポンプから供給される低圧燃料
    を受圧して移動する大径ピストンと該大径ピストンに連
    動して移動して前記高圧燃料配管内の燃料を加圧する小
    径ピストンを備えた昇圧手段と、前記高圧燃料配管内の
    高圧燃料圧力を調節する高圧調整手段と、前記高圧燃料
    配管内の高圧燃料を内燃機関内の気筒内に噴射する燃料
    噴射弁とを備えた燃料供給装置において、 前記高圧燃料配管に接続されるアキュムレータを設け、
    前記昇圧手段の昇圧可能な最大圧力は前記アキュムレー
    タの蓄圧開始圧力よりも高くし、かつ、前記高圧調整手
    段の設定圧力よりも低くしたことを特徴とする燃料供給
    装置。
  4. 【請求項４】請求項１〜３の１項において、前記フィー
    ドポンプを電気エネルギーにより駆動する手段と、前記
    高圧ポンプを機関回転と同期して回転する軸ににより駆
    動する手段を設けたことを特徴とする燃料供給装置。
  5. 【請求項５】請求項１において、前記フィードポンプ及
    び前記高圧ポンプを電気エネルギーにより駆動する手段
    を設けたことを特徴とする燃料供給装置。
  6. 【請求項６】請求項１〜３の１項において、機関始動時
    には前記高圧ポンプ起動以前に前記フィードポンプを起
    動することを特徴とする燃料供給装置。
  7. 【請求項７】請求項４または５において、機関始動時に
    前記高圧ポンプを駆動する手段と該駆動手段に電気エネ
    ルギーを供給するエネルギー供給手段との間に、機関始
    動開始時に電気エネルギーの供給を遅延させる遅延手段
    を設けたことを特徴とする燃料供給装置。
  8. 【請求項８】請求項２または３において、前記昇圧手段
    は、前記大径ピストンの変位を前記小径ピストンに伝え
    るロッドと、前記大径ピストンと前記小径ピストン及び
    前記ロッドとを内包するシリンダとを備え、前記大径ピ
    ストンと前記小径ピストン間には前記ロッドが貫通可能
    な弁座を設け、前記ロッドと前記小径ピストン間には前
    記弁座に着座する弁体を設け、前記弁座と前記弁体によ
    り初期状態の位置で閉じるチェック弁を構成したことを
    特徴とする燃料供給装置。
  9. 【請求項９】請求項１〜８の１項において、前記高圧ポ
    ンプと前記昇圧手段を一体的構造物としたことを特徴と
    する燃料供給装置。
  10. 【請求項１０】請求項９において、前記高圧ポンプと昇
    圧手段は、フィードポンプからの燃料を移送する低圧燃
    料配管を接続する１つの低圧燃料配管接続継ぎ手に連な
    る流路と高圧燃料配管を接続する１つの高圧燃料配管接
    続継ぎ手に連なる流路を備えたことを特徴とする燃料供
    給装置。
  11. 【請求項１１】燃料タンクから燃料を移送するフィード
    ポンプと、前記フィードポンプから供給された燃料を加
    圧して高圧燃料配管に供給する高圧ポンプと、前記高圧
    ポンプとは別に機関始動時に前記高圧燃料配管内の燃料
    圧力を昇圧させるように動作する昇圧手段と、前記高圧
    燃料配管内の高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃
    料噴射弁とを備えた燃料供給装置において、 前記昇圧手段は内燃機関始動後は高圧燃料配管内の燃料
    圧力を高い値に維持した状態で初期状態に復帰するよう
    にし、前記高圧燃料配管は終端部を締め切り構造として
    高圧ポンプと燃料噴射弁の間に該高圧燃料配管内の燃料
    圧力を調整する高圧調整手段を接続したことを特徴とす
    る燃料供給装置。
  12. 【請求項１２】請求項１１において、前記昇圧手段は、
    前記フィードポンプから供給される低圧燃料を受圧して
    移動する大径ピストンと該大径ピストンに連動して移動
    して前記高圧燃料配管内の燃料を加圧する小径ピストン
    を備え、内燃機関始動後は高圧燃料配管内の高圧燃料圧
    力に押し戻されて初期状態に復帰するようにしたことを
    特徴とする燃料供給装置。
  13. 【請求項１３】請求項１１または１２において、前記高
    圧燃料配管にはアキュムレータを接続したことを特徴と
    する燃料供給装置。
  14. 【請求項１４】請求項１〜１３の１項に記載した燃料供
    給装置を用いた内燃機関。
  15. 【請求項１５】車体の後部に設置された燃料タンクと、
    この燃料タンクの近くに設置されたフィードポンプと、
    車体の前部に設置され、その気筒内に燃料を噴射する燃
    料噴射弁を備えた内燃機関と、この内燃機関の近くに設
    置され、前記フィードポンプによって前記燃料タンクか
    ら低圧燃料配管を通して供給される低圧燃料を更に加圧
    する高圧ポンプと、この高圧ポンプによって加圧された
    高圧燃料を前記前記燃料噴射弁に供給する高圧燃料配管
    とを備えた自動車において、 前記高圧ポンプの近くに設置されて前記高圧燃料配管に
    接続された昇圧手段を備え、この昇圧手段は、内燃機関
    始動時に前記フィードポンプから供給される低圧燃料の
    圧力により駆動されて移動することによって前記高圧燃
    料配管中の燃料を加圧し、高圧ポンプにより加圧されて
    上昇した前記高圧燃料配管中の高圧燃料の圧力に逆駆動
    されて前記移動前の位置に復帰するように移動する加圧
    子を備えたことを特徴とする自動車。
  16. 【請求項１６】請求項１５において、前記高圧ポンプ
    は、内燃機関における回転軸によって回転駆動するよう
    にしたことを特徴とする自動車。
  17. 【請求項１７】請求項１５または１６において、前記昇
    圧手段は前記高圧ポンプと一体的構造物として結合した
    状態でエンジンルーム内に設置したことを特徴とする自
    動車。
  18. 【請求項１８】請求項１５〜１７の１項において、前記
    高圧燃料配管は終端部を締め切り構造としたことを特徴
    とする燃料供給装置。
  19. 【請求項１９】請求項１５において、前記高圧ポンプは
    電気エネルギーによって動作する手段によって駆動する
    ようにしたことを特徴とする燃料供給装置。
  20. 【請求項２０】請求項１５〜１９の１項において、前記
    高圧ポンプと昇圧手段は、フィードポンプからの燃料を
    移送する低圧燃料配管を接続する１つの低圧燃料配管接
    続継ぎ手に連なる流路と高圧燃料配管を接続する１つの
    高圧燃料配管接続継ぎ手に連なる流路を備えたことを特
    徴とする自動車。
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