(57)【要約】【課題】  高圧ポンプを間欠作動させないようにして、作動音が定常的に発生するようにして違和感を感じさせないようにする。【解決手段】  高圧燃料供給システムは、筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタ１１０を有する内燃機関に適する。この高圧燃料供給システムは、エンジンにより駆動される高圧燃料ポンプ２００，３００と、高圧燃料ポンプ２００，３００から筒内噴射用インジェクタ１１０に燃料を供給する高圧デリバリパイプ１１２と、高圧燃料ポンプ２００，３００と高圧デリバリパイプ１１２との間に設けられたリーク機能付き作動弁とを含む。リーク機能付き作動弁におけるリーク量は、高圧燃料ポンプ２００，３００の吐出量以上に設定される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を有する内燃機関の高圧燃料供給装置であって、
内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、
前記高圧燃料ポンプから前記燃料噴射手段に燃料を供給する高圧配管と、
前記高圧燃料ポンプと前記高圧配管との間に設けられたリーク機能付き作動弁とを含み、
前記リーク機能付き作動弁における単位時間あたりのリーク量が、前記高圧燃料ポンプにおける最低吐出量を用いて算出される単位時間あたりの吐出量以上に設定された、内燃機関の高圧燃料供給装置。
【請求項２】
前記作動弁は、チェック弁である、請求項１に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置。
【請求項３】
筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を有する内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法であって、
内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプにおける単位時間あたりの最低吐出量を算出する算出ステップと、
前記高圧燃料ポンプと、前記高圧燃料ポンプから前記燃料噴射手段に燃料を供給する高圧配管との間に設けられたリーク機能付き作動弁における単位時間あたりのリーク量を、前記単位時間あたりの最低吐出量以上に設定する設定ステップとを含む、内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法。
【請求項４】
前記算出ステップは、内燃機関の回転数を用いて、前記単位時間あたりの最低吐出量を算出するステップを含む、請求項３に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法。
【請求項５】
前記算出ステップは、内燃機関のアイドル回転数を用いて、前記単位時間あたりの最低吐出量を算出するステップを含む、請求項３に記載の内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内に向けて高圧で燃料を噴射する燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）を備えた内燃機関またはこの燃料噴射手段に加えて吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関の高圧燃料系統の制御装置に関し、特に、間欠する作動音による違和感を回避する高圧燃料ポンプを備えた高圧燃料供給装置およびその装置における設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備え、エンジンの回転数や内燃機関の負荷に応じて、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料を噴き分けるエンジンが公知である。また、ガソリンエンジンの燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）のみを備える直墳エンジンも公知である。筒内噴射用インジェクタを含む高圧燃料系統においては、高圧燃料ポンプで燃圧が高められた燃料がデリバリーパイプを介して筒内噴射用インジェクタに供給され、筒内噴射用インジェクタは、内燃機関の各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射する。
【０００３】
また、コモンレール式燃料噴射系統を有するディーゼルエンジンも公知である。このコモンレール式燃料噴射系統においては、高圧燃料ポンプで燃圧が高められた燃料をコモンレールに蓄えておき、電磁弁の開閉によりコモンレールからディーゼルエンジンの各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射する。
【０００４】
このような内燃機関における燃料を高圧状態にするために、内燃機関のクランクシャフトに連結されたドライブシャフトに設けられたカムによりシリンダを駆動する高圧燃料ポンプが用いられている。
【０００５】
特開２００１−４１０８８号公報（特許文献１）は、電磁スピル弁の閉弁毎に生じる連続的な作動音を低減することのできる燃料ポンプの制御装置を開示する。この燃料ポンプの制御装置は、カムの回転によるシリンダとプランジャとの相対移動に基づき加圧室の容積を変化させて加圧室に燃料を吸入するとともに同燃料を内燃機関の燃料噴射弁に向けて圧送する燃料ポンプと、加圧室から燃料を流出させるスピル通路と同加圧室との間を開閉する電磁スピル弁とを備え、電磁スピル弁を閉弁期間を制御することにより燃料ポンプから燃料噴射弁への燃料圧送量を調整する燃料ポンプの制御装置において、内燃機関の運転状態に基づき電磁スピル弁を制御することにより、所定期間中における燃料ポンプの燃料圧送回数を調節して同燃料圧送一回当たりの燃料噴射弁の燃料噴射回数を変更するものであって、機関低負荷時には燃料圧送一回当たりの燃料噴射回数を低減する制御手段を備える。
【０００６】
この燃料ポンプの制御装置によると、連続的な作動音が相対的に大きくなる機関低負荷時に、燃料圧送一回当たりの燃料噴射回数を低減するため、一回の燃料圧送量が少なくてすむようになる。そのため、電磁スピル弁の閉弁開始時期を一層上死点寄りの時期とすることができ、電磁スピル弁の閉弁時におけるカム速度を小さくして電磁スピル弁の閉じる音を一層小さくすることができる。このように電磁スピル弁の閉弁する音を小さくすることで、電磁スピル弁の閉弁毎に生じる連続的な作動音が低減されるようになる。
【特許文献１】特開２００１−４１０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献においては、たとえばアイドリング時等の低負荷時における連続的な作動音の低減を目的としたものでしかない。
【０００８】
このような高圧燃料系には、電磁スピル弁の高圧配管側にはリーク機能付きチェックバルブが設けられる。このリーク機能付きチェックバルブは、通常のチェックバルブに細孔を設けたものであって、常時その細孔は開いている。このため、高圧デリバリパイプ内の燃料の圧力よりも高圧燃料ポンプ側の燃料の圧力が低くなると（たとえば電磁スピル弁が開いたまま、エンジンが停止してカムが停止）、この細孔を通って高圧デリバリパイプ内の高圧燃料が高圧燃料ポンプ側に戻ってきて高圧デリバリパイプ内の燃料の圧力が低下する。これにより、たとえば、エンジン停止時には高圧デリバリパイプ内の燃料が高圧でなくなり、筒内噴射用インジェクタからの燃料漏れを回避できるようにしている。
【０００９】
このリーク機能付きチェックバルブのリーク量によっては、高圧ポンプが間欠駆動することになる。すなわち、燃圧が上がり過ぎると、高圧デリバリパイプに設けられた燃圧センサにより燃圧がフィードバック制御される電磁スピル弁の駆動デューティが０％になり電磁スピル弁は閉じることなく開いたままの状態になり、カムが回転している限り（エンジンが回転している限り）ポンププランジャーは上下方向に摺動するが、電磁スピル弁が閉じないので、燃料は加圧されない。その後、燃圧が下がり過ぎると電磁スピル弁の駆動デューティが０％ではなくなり電磁スピル弁は閉じて燃料が加圧される。
【００１０】
このような構成を有するリーク機能付きチェックバルブのリーク量が適正でないと、高圧ポンプが間欠作動して（電磁スピル弁の閉弁動作に伴う作動音が停止することと発生することとが、ある時間をあけて繰り返される）、不規則な作動音が発生して、運転者等に違和感を与える。すなわち、高圧ポンプが間欠作動することにより、エンジンからの音が変化して違和感が発生する。特に、アイドリング時の車外において顕著に感じる。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高圧ポンプを間欠作動させないようにして、作動音が定常的に発生するようにして違和感を感じさせることがない、内燃機関の高圧燃料供給装置およびその設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明に係る内燃機関の高圧燃料供給装置は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を有する内燃機関に適する。この高圧燃料供給装置は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプと、高圧燃料ポンプから燃料噴射手段に燃料を供給する高圧配管と、高圧燃料ポンプと高圧配管との間に設けられたリーク機能付き作動弁とを含む。リーク機能付き作動弁における単位時間あたりのリーク量が、高圧燃料ポンプにおける最低吐出量を用いて算出される単位時間あたりの吐出量以上に設定されたものである。
【００１３】
第１の発明によると、リーク機能付き作動弁からの単位時間あたり（１秒あたり）のリーク量を、高圧燃料ポンプにおける最低吐出量を用いて算出される単位時間あたり（１秒あたり）の吐出量以上になるように設計した。このため、高圧燃料ポンプの吐出量がリーク量を上回ることがなく燃圧が上昇し過ぎないので、高圧燃料ポンプの作動が停止して、燃圧が低下すると高圧燃料ポンプの作動が再開することを繰り返すことがなくなる。その結果、不規則な作動音が発生して、運転者等に違和感を与えることを回避できる内燃機関の高圧燃料供給装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明に係る内燃機関の高圧燃料供給装置においては、第１の発明の構成に加えて、作動弁は、チェック弁である。
【００１５】
第２の発明によると、リーク機能付きチェック弁からの単位時間あたり（１秒あたり）リーク量を、高圧燃料ポンプにおける単位時間あたり（１秒あたり）の吐出量以上になるように設計して、高圧燃料ポンプの作動が再開することを繰り返すことがなくすことができる。
【００１６】
第３の発明に係る内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を有する内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法である。この設計方法は、内燃機関により駆動される高圧燃料ポンプにおける単位時間あたりの最低吐出量を算出する算出ステップと、高圧燃料ポンプと、高圧燃料ポンプから燃料噴射手段に燃料を供給する高圧配管との間に設けられたリーク機能付き作動弁における単位時間あたりのリーク量を、単位時間あたりの最低吐出量以上に設定する設定ステップとを含む。
【００１７】
第３の発明によると、設定ステップにおいて、リーク機能付き作動弁からの単位時間あたり（１秒あたり）のリーク量を、高圧燃料ポンプにおける最低吐出量を用いて算出される単位時間あたり（１秒あたり）の吐出量以上になるように設定した。このため、高圧燃料ポンプの吐出量がリーク量を上回ることがなく燃圧が上昇し過ぎないので、高圧燃料ポンプの作動が停止して、燃圧が低下すると高圧燃料ポンプの作動が再開することを繰り返すことがなくなる。その結果、不規則な作動音が発生して、運転者等に違和感を与えることを回避できる内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法を提供することができる。
【００１８】
第４の発明に係る内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法においては、第３の発明の構成に加えて、算出ステップは、内燃機関の回転数を用いて、単位時間あたりの最低吐出量を算出するステップを含む。
【００１９】
第４の発明によると、高圧燃料ポンプにおける単位時間あたり（１秒あたり）の最低吐出量は、内燃機関の回転数に依存するので、違和感を感じる回転数を用いて、その回転数において、不規則な作動音が発生することを回避するようにできる。
【００２０】
第５の発明に係る内燃機関の高圧燃料供給装置の設計方法においては、第３の発明の構成に加えて、算出ステップは、内燃機関のアイドル回転数を用いて、単位時間あたりの最低吐出量を算出するステップを含む。
【００２１】
第５の発明によると、高圧燃料ポンプにおける単位時間あたり（１秒あたり）の最低吐出量は、内燃機関の回転数に依存するので、違和感を特に感じるアイドル回転数を用いて、その回転数において、不規則な作動音が発生することを回避するようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２３】
図１に、本発明の実施の形態に係るエンジンの燃料供給システム１０を示す。このエンジンは、Ｖ型８気筒のガソリンエンジンであって、各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタ１１０と、各気筒の吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタ１２０とを有する。なお、本発明はこのようなエンジンに限定されて適用されるものではなく、他の形式のガソリンエンジンや、コモンレール式ディーゼルエンジンであってもよい。さらに、高圧燃料ポンプは２台に限定されない。さらに、エンジンの形式はＶ型８気筒に限定されない。
【００２４】
図１に示すように、この燃料供給システム１０は、燃料タンクに設けられ、低圧（プレッシャーレギュレータ圧力である４００ｋＰａ程度）の吐出圧で燃料を供給するフィードポンプ１００と、第１のカム２１０により駆動される第１の高圧燃料ポンプ２００と、第１のカム２１０とは吐出の位相が異なる第２のカム３１０により駆動される第２の高圧燃料ポンプ３００と、筒内噴射用インジェクタ１１０に高圧燃料を供給するための左右のバンク毎に設けられた高圧デリバリパイプ１１２と、高圧デリバリパイプ１１２に設けられた左右のバンク各４個ずつの筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気通路噴射用インジェクタ１２０に燃料を供給するための左右のバンク毎に設けられた低圧デリバリパイプ１２２と、低圧デリバリパイプ１２２に設けられた左右のバンク各４個ずつの吸気通路噴射用インジェクタ１２０とを含む。
【００２５】
燃料タンクのフィードポンプ１００の吐出口は、低圧供給パイプ４００に接続され、低圧供給パイプ４００は、第１の低圧デリバリ連通パイプ４１０とポンプ供給パイプ４２０とに分岐する。第１の低圧デリバリ連通パイプ４１０は、Ｖ型バンクの片方のバンクの低圧デリバリパイプ１２２との分岐点より下流側で、第２の低圧デリバリ連通パイプ４３０となり、もう片方のバンクの低圧デリバリパイプ１２２に接続されている。
【００２６】
ポンプ供給パイプ４２０は、第１の高圧燃料ポンプ２００および第２の高圧燃料ポンプ３００の入り口にそれぞれ接続される。第１の高圧燃料ポンプ２００の入り口の手前には、第１のパルセーションダンパー２２０が、第２の高圧燃料ポンプ３００の入り口の手前には、第２のパルセーションダンパー３２０が、それぞれ設けられ、燃料脈動の低減を図っている。
【００２７】
第１の高圧燃料ポンプ２００の吐出口は、第１の高圧デリバリ連通パイプ５００に接続され、第１の高圧デリバリ連通パイプ５００は、Ｖ型バンクの片方のバンクの高圧デリバリパイプ１１２に接続される。第２の高圧燃料ポンプ３００の吐出口は、第２の高圧デリバリ連通パイプ５１０に接続され、第２の高圧デリバリ連通パイプ５１０は、Ｖ型バンクのもう片方のバンクの高圧デリバリパイプ１１２に接続される。Ｖ型バンクの片方のバンクの高圧デリバリパイプ１１２ともう片方のバンクの高圧デリバリパイプ１１２とは、高圧連通パイプ５２０により接続される。
【００２８】
高圧デリバリパイプ１１２に設けられたリリーフバルブ１１４は、高圧デリバリリターンパイプ６１０を介して高圧燃料ポンプリターンパイプ６００に接続される。高圧燃料ポンプ２００および高圧燃料ポンプ３００のリターン口は、高圧燃料ポンプリターンパイプ６００に接続される。高圧燃料ポンプリターンパイプ６００は、リターンパイプ６２０およびリターンパイプ６３０に接続され、燃料タンクに接続される。
【００２９】
図２に、図１の第１の高圧燃料ポンプ２００付近の拡大図を示す。第２の高圧燃料ポンプ３００も同様であるがカムの位相が異なり吐出タイミングの位相をずらして脈動の発生を抑制している。また、第１の高圧燃料ポンプ２００と第２の高圧燃料ポンプ３００の特性は、同じでも異なってもよい。以下の説明では、第１の高圧燃料ポンプ２００の吐出能力が第２の高圧燃料ポンプ３００の吐出能力よりも小さいと想定する。このようなデータは、エンジンＥＣＵのメモリに記憶されている。
【００３０】
高圧燃料ポンプ２００は、カム２１０で駆動され上下に摺動するポンププランジャ-２
０６と、電磁スピル弁２０２とリーク機能付きチェックバルブ２０４とを主な構成部品としている。
【００３１】
カム２１０によりポンププランジャー２０６が下方向に移動しているときであって電磁スピル弁２０２が開いているときに燃料が導入され（吸い込まれ）、カム２１０によりポンププランジャー２０６が上方向に移動しているときに電磁スピル弁２０２を閉じるタイミングを変更して、高圧燃料ポンプ２００から吐出される燃料量を制御する。ポンププランジャー２０６が上方向に移動している加圧行程中における電磁スピル弁２０２を閉じる時期が早いほど多くの燃料が吐出され、遅いほど少ない燃料が吐出される。この最も多く吐出される場合の電磁スピル弁２０２の駆動デューティを１００％とし、この最も少なく吐出される場合の電磁スピル弁２０２の駆動デューティを０％としている。電磁スピル弁２０２の駆動デューティが０％の場合には、電磁スピル弁２０２は閉じることなく開いたままの状態になり、第１のカム２１０が回転している限り（エンジンが回転している限り）ポンププランジャー２０６は上下方向に摺動するが、電磁スピル弁２０２が閉じないので、燃料は加圧されない。
【００３２】
加圧された燃料は、リーク機能付きチェックバルブ２０４（設定圧６０ｋＰａ程度）を押し開けて第１の高圧デリバリ連通パイプ５００を介して高圧デリバリパイプ１１２へ圧送される。このとき、高圧デリバリパイプ１１２に設けられた燃圧センサにより燃圧がフィードバック制御される。また、前述の通り、Ｖ型の一方のバンクの高圧デリバリパイプ１１２と他方のバンクの高圧デリバリパイプ１１２とは、高圧連通パイプ５２０により連通している。
【００３３】
リーク機能付きチェックバルブ２０４は、通常のチェックバルブ２０４に細孔を設けたものであって、常時その細孔は開いている。このため、第１の高圧デリバリ連通パイプ５００内の燃料の圧力よりも第１の高圧燃料ポンプ２００（ポンププランジャー２０６）側の燃料の圧力が低くなると（たとえば電磁スピル弁２０２が開いたまま、エンジンが停止してカム２１０が停止）、この細孔を通って第１の高圧デリバリ連通パイプ５００内の高圧燃料が高圧燃料ポンプ２００側に戻ってきて高圧デリバリ連通パイプ５００および高圧デリバリパイプ１１２内の燃料の圧力が低下する。これにより、たとえば、エンジン停止時には高圧デリバリパイプ１１２内の燃料が高圧でなくなり、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料漏れを回避できる。
【００３４】
上述した細孔は、レーザ加工により設けられる。この細孔を設ける際には、以下に示すような手順で、チェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］が算出され、そのチェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］を実現できるように、細孔が加工される。チェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］は、高圧燃料ポンプの最低吐出量をＢ［ｍｍ3／ｓｔ］、エンジンの回転数をＮ［ｒｐｍ］、ポンプカムの山数をＣとして、
（（Ｂ×Ｃ／２）×（Ｎ／６０）≦Ａ  …  （１）
を満たすように設計される。ここで、エンジン回転数Ｎ［ｒｐｍ］は、たとえばアイドル回転数（１０００［ｒｐｍ］）が代入される。（Ｂ×Ｃ／２）は、１回転あたりの最低吐出量を表わす。これに（Ｎ／６０）を乗算することにより、単位時間あたり（１秒あたり）の吐出量が算出される。この単位時間あたり（１秒あたり）の最低吐出量が、チェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］以下であると、常に高圧燃料ポンプが作動しなければならないことになる。このため、上記の式（１）を用いて算出されたチェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］を満足するようにリーク量を設計すると、高圧燃料ポンプが間欠作動することがなくなる。
【００３５】
逆に、単位時間あたり（１秒あたり）の吐出量が、チェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］よりも多いと、吐出量が漏れ量よりも多いので、高圧デリバリパイプ１１２内の燃圧が上昇して、高圧燃料ポンプの作動が停止するようになる。この停止後に、高圧デリバリパイプ１１２内の燃圧が下降して、高圧燃料ポンプの作動が再開するようになる。
【００３６】
以上のようにして、本実施の形態に係る燃料供給システムにおいては、リーク機能付きチェック弁からのリーク量を、高圧燃料ポンプにおける単位時間あたり（１秒あたり）の吐出量以上になるように設計した。このため、高圧燃料ポンプの吐出量がリーク量を上回ることがなく燃圧が上昇し過ぎないので、高圧燃料ポンプの作動が停止して、燃圧が低下すると高圧燃料ポンプの作動が再開することを繰り返すことがなくなる。その結果、不規則な作動音が発生して、運転者等に違和感を与えることを回避できる。
【００３７】
なお、式（１）におけるエンジン回転数Ｎについては、高回転であれば、間欠的な作動音よりもエンジンの作動音の方が、聴覚をより刺激するので、式（１）のエンジン回転数Ｎには、大きな回転数Ｎを代入する必要はない。特に、大きなエンジン回転数Ｎを代入すると、チェック弁リーク量Ａ［ｍｍ3／ｓｅｃ］が大きな値になり、高圧燃料ポンプの吐出量を大きくしなければならないので、燃費やポンプ性能の向上に伴うポンプコストの上昇等の点で不利になる。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置により制御されるガソリンエンジンの燃料供給システムの全体概要図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  燃料供給システム、１００  フィードポンプ、１１０  筒内噴射用インジェクタ、１１２  高圧デリバリパイプ、１１４  リリーフバルブ、１２０  吸気通路噴射用インジェクタ、１２２  低圧デリバリパイプ、２００  第１の高圧燃料ポンプ、２０２  電磁スピル弁、２０４  リーク機能付きチェックバルブ、２０６  ポンププランジャー、２１０  第１のカム、２２０  第１のパルセーションダンパー、３００  第２の高圧燃料ポンプ、３１０  第２のカム、３２０  第２のパルセーションダンパー、４００  低圧供給パイプ、４１０  第１の低圧デリバリ連通パイプ、４２０  ポンプ供給パイプ、４３０  第２の低圧デリバリ連通パイプ、５００  第１の高圧デリバリ連通パイプ、５１０  第２の高圧デリバリ連通パイプ、５２０  高圧連通パイプ、６００  高圧燃料ポンプリターンパイプ、６１０  高圧デリバリリターンパイプ、６２０，６３０  リターンパイプ。
【図１】
2006090222.tif 000003
【図２】
2006090222.tif 000004