(57)【要約】【課題】フィードポンプと高圧ポンプとの間に設けられた開閉弁の下流での燃料の脈動の発生に起因して同開閉弁が閉じてしまうことを抑制する。【解決手段】開閉弁６は、フィードポンプに入口部１４を介して繋がるとともに高圧ポンプに出口部１５を介して繋がるハウジング１３、及び、ハウジング１３内に設けられて入口部１４と出口部１５とを連通遮断すべく開閉動作する弁体１６を備える。弁体１６は、スプリング１７による入口部１４と出口部１５とを遮断する閉弁方向への付勢力を受ける一方、入口部１４と出口部１５とを連通する開弁状態のもとでハウジング１３内の燃料の圧力に基づく力を上記閉弁方向と逆方向である開弁方向に受ける。弁体１６の開弁状態を維持できるハウジング１３内の燃料の圧力の最小値は、高圧ポンプの駆動に起因して燃料の脈動が発生するときのハウジング１３内の燃料の圧力の極小値よりも低い値に設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードポンプから吐出された燃料を高圧ポンプで昇圧した後に内燃機関に供給する内燃機関の燃料供給装置において、
前記フィードポンプに入口部を介して繋がるとともに前記高圧ポンプに出口部を介して繋がるハウジング、及び、ハウジング内に設けられて前記入口部と前記出口部とを連通遮断すべく開閉動作する弁体を備えた開閉弁が設けられており、
前記弁体は、弾性部材による前記入口部と前記出口部とを遮断する閉弁方向への付勢力を受ける一方、前記入口部と前記出口部とを連通する開弁状態のもとで前記ハウジング内の燃料の圧力に基づく力を前記閉弁方向と逆方向である開弁方向に受けるものであり、
前記弁体の開弁状態を維持できる前記ハウジング内の燃料の圧力の最小値は、前記高圧ポンプの駆動に起因して燃料の脈動が発生するときの前記ハウジング内の燃料の圧力の極小値よりも低い値に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料供給装置として、燃料タンク内の燃料を汲み上げるフィードポンプと、そのフィードポンプから吐出された燃料を昇圧する高圧ポンプとを備え、同高圧ポンプによる昇圧後の燃料を内燃機関に供給するものが知られている。また、特許文献１には、内燃機関の燃料供給装置におけるフィードポンプと高圧ポンプとの間に、同フィードポンプから高圧ポンプに向かう燃料の流れをのみを許容するチェック弁（開閉弁）を設けることが記載されている。このようにチェック弁を設けることにより、内燃機関の停止後におけるフィードポンプ下流の燃料の圧力を保持することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５８６８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記燃料供給装置では、高圧ポンプの駆動に伴って燃料の脈動が発生すると、それによってチェック弁の下流（高圧ポンプの上流）で燃料の圧力が上記脈動に合わせて変動する。その結果、チェック弁の下流での燃料の圧力が同チェック弁の上流での燃料の圧力に対し相対的に低下し、その低下に伴ってチェック弁が閉じてしまうおそれがある。更に、このようにチェック弁（開閉弁）が閉じることにより、フィードポンプの回転速度と同ポンプから高圧ポンプへの燃料の吐出量との関係が適正状態からずれるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、フィードポンプと高圧ポンプとの間に設けられた開閉弁の下流での燃料の脈動の発生に起因して同開閉弁が閉じてしまうことを抑制できる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の燃料供給装置は、フィードポンプから吐出された燃料を高圧ポンプで昇圧した後に内燃機関に供給するものであって、フィードポンプと高圧ポンプとを連通遮断するための開閉弁を備えている。この開閉弁は、フィードポンプに入口部を介して繋がるとともに高圧ポンプに出口部を介して繋がるハウジング、及び、ハウジング内に設けられて上記入口部と上記出口部とを連通遮断すべく開閉動作する弁体を備えている。弁体は、弾性部材による上記入口部と上記出口部とを遮断する閉弁方向への付勢力を受ける一方、上記入口部と上記出口部とを連通する開弁状態のもとでハウジング内の燃料の圧力に基づく力を上記閉弁方向と逆方向である開弁方向に受ける。そして、弁体の開弁状態を維持できるハウジング内の燃料の圧力の最小値は、高圧ポンプの駆動に起因して燃料が脈動するときのハウジング内の燃料の圧力の極小値よりも低い値に設定される。このため、高圧ポンプの駆動に伴って燃料の脈動が発生したとき、ハウジング内の燃料の圧力が上記脈動に合わせて変動する際に極小値まで低下しても、同燃料の圧力が上記最小値未満に低下することはなく、その低下によって開閉弁が閉じてしまうことは抑制されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】内燃機関の燃料供給装置全体を示す略図。
【図２】同装置に設けられる開閉弁の開弁状態を示す略図。
【図３】同開閉弁の閉弁状態を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の燃料供給装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１の燃料供給装置は、燃料タンク２内の燃料を汲み上げるフィードポンプ３を備えている。フィードポンプ３には低圧燃料配管４が接続されており、その低圧燃料配管４にはフィードポンプ３からの燃料が吐出される。また、低圧燃料配管４にはチェック弁５が設けられており、同配管４におけるチェック弁５の下流には開閉弁６が設けられている。上記チェック弁５は、フィードポンプ３から開閉弁６側への燃料の流れを許容する一方、開閉弁６側からフィードポンプ３への燃料の流れを禁止する。また、上記開閉弁６は、低圧燃料配管４内の燃料の圧力に基づき動作するプレッシャレギュレータであって、低圧燃料配管４における開閉弁６の上流側と下流側との間を連通遮断すべく開閉動作する。
【０００９】
低圧燃料配管４における開閉弁６の上流側且つチェック弁５の下流側の部分には、残圧保持バルブ７が接続されている。この残圧保持バルブ７は、低圧燃料配管４における開閉弁６の上流側且つチェック弁５の下流側の部分における燃料の圧力が保持圧Ｐｈ未満にならないように開閉動作する。すなわち、低圧燃料配管４における開閉弁６の上流側且つチェック弁５の下流側の部分における燃料の圧力が保持圧Ｐｈよりも高いときには、残圧保持バルブ７が開いて上記部分の燃料が燃料タンク２に戻される。一方、低圧燃料配管４における開閉弁６の上流側且つチェック弁５の下流側の部分における燃料の圧力が保持圧Ｐｈまで低下したときには、残圧保持バルブ７が閉じて上記部分の燃料が同残圧保持バルブ７を介して燃料タンク２に流れることは禁止される。これにより、低圧燃料配管４における開閉弁６の上流側且つチェック弁５の下流側の部分における燃料の圧力が保持圧Ｐｈに保持される。
【００１０】
低圧燃料配管４における開閉弁６の下流側の部分には、リリーフバルブ８が接続されている。このリリーフバルブ８は、低圧燃料配管４における開閉弁６の下流側の部分における燃料の圧力がリリーフ圧Ｐｒ以上にならないよう開閉動作する。なお、ここでのリリーフ圧Ｐｒは、上記保持圧Ｐｈよりも高い値に設定されている。低圧燃料配管４における開閉弁６の下流側の部分がリリーフ圧Ｐｒ未満であるときには、リリーフバルブ８が閉じて上記部分の燃料が同リリーフバルブ８を介して燃料タンク２に流れることは禁止される。一方、低圧燃料配管４における開閉弁６の下流側の部分がリリーフ圧以上に上昇すると、リリーフバルブ８が開いて上記部分の燃料が燃料タンク２に戻される。これにより、低圧燃料配管４における開閉弁６の下流側の部分がリリーフ圧Ｐｒ以上にならないようにされる。
【００１１】
低圧燃料配管４における開閉弁６の下流側の部分は、二つに分岐して高圧ポンプ９及び内燃機関１のポート噴射インジェクタ１０に接続される。ポート噴射インジェクタ１０は、低圧燃料配管４からの燃料の供給を受け、その燃料を内燃機関１の吸気ポートに噴射する。高圧ポンプ９には高圧燃料配管１１が接続されており、同の高圧燃料配管１１は内燃機関１の直噴インジェクタ１２に繋がっている。そして、高圧ポンプ９は、低圧燃料配管４からの燃料の供給を受け、その燃料を昇圧した後に高圧燃料配管１１を介して直噴インジェクタ１２に供給する。直噴インジェクタ１２は、高圧ポンプ９からの燃料の供給を受け、その燃料を内燃機関１の燃焼室に噴射する。
【００１２】
次に、開閉弁６の構造について説明する。
図２及び図３はそれぞれ、開閉弁６が開いた状態及び閉じた状態を示している。この開閉弁６のハウジング１３には、その内側面で開口する入口部１４が形成されており、且つ、同ハウジング１３の底部から上方に突出する円筒状の出口部１５が形成されている。入口部１４には低圧燃料配管４における開閉弁６よりも上流側の部分が接続されている。従って、ハウジング１３は、入口部１４及び低圧燃料配管４における開閉弁６よりも上流側の部分を介して、チェック弁５及びフィードポンプ３に繋がっている。また、出口部１５には低圧燃料配管４における開閉弁６よりも下流側の部分が接続されている。従って、ハウジング１３は、出口部１５及び低圧燃料配管４における開閉弁６よりも下流側の部分を介して、高圧ポンプ９と繋がっている。
【００１３】
開閉弁６のハウジング１３内には、入口部１４と出口部１５とを連通遮断すべく開閉動作する弁体１６、及び、その弁体１６に入口部１４と出口部１５とを遮断する閉弁方向（図２、３の下方向）への付勢力Ｆを作用させる弾性部材として機能するスプリング１７が設けられている。このスプリング１７の付勢力Ｆにより弁体１６が閉弁方向に変位して出口部１５に押し付けられることにより（図３参照）、その弁体１６により入口部１４と出口部１５とが遮断される。一方、弁体１６は、ハウジング１３内における燃料の圧力に基づく力を上記閉弁方向と逆方向である開弁方向（図２、３の上方向に）に受ける。
【００１４】
詳しくは、図２に示すように弁体１６が入口部１４と出口部１５とを連通する開弁状態にあるときには、ハウジング１３内における燃料の圧力が均一になり、その圧力に基づく力が上記弁体１６に対し開弁方向に作用する。また、図３に示すように弁体１６が入口部１４と出口部１５とを遮断する閉弁状態にあるときには、ハウジング１３内における入口部１４と繋がる部分の燃料の圧力に基づく力が弁体１６に対し開弁方向に作用するとともに、ハウジング１３内における出口部１５の燃料の圧力に基づく力も弁体１６に対し開弁方向に作用する。
【００１５】
図２に示すように弁体１６が開弁状態にあるとき、ハウジング１３内の燃料の圧力を「Ｐ」とし、その圧力Ｐに関する弁体１６の受圧面積を「Ｓ」とすると、圧力Ｐ、受圧面積Ｓ、及びスプリング１７の付勢力Ｆに基づく次の式「Ｓ・Ｐ＞Ｆ    …（１）」が成立する。そして、弁体１６の開弁状態を維持できるハウジング１３内の燃料の圧力Ｐの最小値Ｐmin 、すなわち式（１）を成立させることができる圧力Ｐの最小値Ｐmin は、受圧面積Ｓ及び付勢力Ｆによって変わる。詳しくは、上記最小値Ｐmin は、受圧面積Ｓの増大に伴い小さくなる一方、付勢力Ｆの増大に伴い大きくなる。なお、付勢力Ｆはスプリング１７のばね定数を大きくすることによって増大する。そして、圧力Ｐが最小値Ｐmin 未満になると、式（１）が不成立となって弁体１６が閉弁状態となり、それに伴い入口部１４と出口部１５とが遮断される。
【００１６】
図３に示すように弁体１６が閉弁状態にあるときには、ハウジング１３内における入口部１４と繋がる部分の燃料の圧力Ｐ１に基づく力が弁体１６に作用するとともに、ハウジング１３内における出口部１５の燃料の圧力Ｐ２に基づく力も弁体１６に作用する。ここで、上記圧力Ｐ１に関する弁体１６の受圧面積を「Ｓ１」とし、上記圧力Ｐ２に関する弁体１６の受圧面積を「Ｓ２」とすると、弁体１６の閉弁状態のもとでは圧力Ｐ１，Ｐ２、受圧面積Ｓ１，Ｓ２、及びスプリング１７の付勢力Ｆに基づく次の式「Ｓ１・Ｐ１＋Ｓ２・Ｐ２＜Ｆ      …（２）」が成立する。この例では、圧力Ｐ１を保持圧Ｐｈとし、且つ、圧力Ｐ２をリリーフ圧Ｐｒとしたとき、式（２）が成立するように受圧面積Ｓ１，Ｓ２及び付勢力Ｆが設定されている。なお、受圧面積Ｓ１と受圧面積Ｓ２との和は、上述した受圧面積Ｓ（図２）と等しくなる。
【００１７】
次に、弁体１６の開弁状態（図２）を維持できるハウジング１３内の燃料の圧力Ｐの最小値Ｐmin について詳しく説明する。
図１に示す燃料供給装置では、開閉弁６が開弁状態にあるときに高圧ポンプ９及びポート噴射インジェクタ１０の駆動に伴って燃料の脈動が発生すると、それによって高圧ポンプ９及びポート噴射インジェクタ１０の上流である低圧燃料配管４で燃料の圧力が上記脈動に合わせて変動する。更に、その変動に合わせて低圧燃料配管４に繋がる開閉弁６のハウジング１３内の燃料の圧力Ｐも変動するため、その変動時の圧力Ｐの極小値が上記最小値Ｐmin を越えて低下すると、上記式（１）が不成立となって開閉弁６（弁体１６）が閉じてしまう。そして、こうした現象の発生により、フィードポンプ３の回転速度と同ポンプ３から高圧ポンプ９への燃料の吐出量との関係が適正状態からずれるおそれがある。
【００１８】
上述したように開閉弁６（弁体１６）が閉じてしまうことがないよう、弁体１６の開弁状態を維持できるハウジング１３内の燃料の圧力Ｐの最小値Ｐmin は、高圧ポンプ９及びポート噴射インジェクタ１０の駆動に起因して燃料の脈動が発生するときのハウジング１３内の燃料の圧力Ｐの上記極小値よりも低い値に設定されている。また、最小値Ｐmin は、内燃機関１の運転時であって開閉弁６（弁体１６）を開弁させた状態での低圧燃料配管４の燃料の圧力（圧力Ｐに対応）の制御目標値よりも低い値となるようにも設定されている。すなわち、これらの最小値Ｐmin の設定が実現されるよう、弁体１６の受圧面積Ｓ及びスプリング１７の付勢力Ｆが設定されている。
【００１９】
なお、受圧面積Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）及び付勢力Ｆは、上記式（２）の圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２にそれぞれ保持圧Ｐｈ及びリリーフ圧Ｐｒを代入して得られる次の式「Ｓ１・Ｐｈ＋Ｓ２・Ｐ２＜Ｆ      …（３）」が成立するようにも設定されている。ちなみに、上記リリーフ圧Ｐｒは、内燃機関１の運転時における低圧燃料配管４内の圧力Ｐの上記制御目標値よりも高い値に設定されている。
【００２０】
次に、内燃機関１の燃料供給装置の作用について説明する。
開閉弁６の開弁状態のもと、高圧ポンプ９及びポート噴射インジェクタ１０の駆動に伴い燃料の脈動が発生すると、開閉弁６のハウジング１３内の燃料の圧力Ｐも上記脈動に合わせて変動する。その際、圧力Ｐが極小値まで低下したとしても、同圧力Ｐが上記最小値Ｐmin 未満に低下することはない。従って、上記燃料の脈動による圧力Ｐの極小値への低下によって開閉弁６が閉じてしまうことは抑制される。更に、上記燃料の脈動に起因して開閉弁６が閉じるという現象の発生により、フィードポンプ３の回転速度と同ポンプ３から高圧ポンプ９への燃料の吐出量との関係が適正状態からずれることもない。
【００２１】
開閉弁６における弁体１６の受圧面積Ｓ１，Ｓ２の大きさ及び比率、並びに、スプリング１７の付勢力Ｆは、上記式（３）が成立するように設定されている。このため、内燃機関１の運転停止に伴い開閉弁６が閉弁状態になったとき、ハウジング１３内における入口部１４と繋がる部分の燃料の圧力Ｐ１、すなわち低圧燃料配管４における開閉弁６よりも上流の圧力が保持圧Ｐｈ以上に保持される。また、このときにはハウジング１３内における出口部１５と繋がる部分の圧力Ｐ２、すなわち低圧燃料配管４における開閉弁６よりも下流の圧力がリリーフ圧Ｐｒ未満の値になる。
【００２２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）開閉弁６の開弁状態のもとで高圧ポンプ９及びポート噴射インジェクタ１０の駆動に伴い燃料の脈動が発生するとき、開閉弁６のハウジング１３内での燃料の圧力Ｐの上記脈動に伴う変動により同圧力Ｐが極小値まで低下することに伴って開閉弁６が閉じてしまうことを抑制できる。更に、このように開閉弁６が閉じてしまうことに起因して、フィードポンプ３の回転速度と同ポンプ３から高圧ポンプ９への燃料の吐出量との関係が適正状態からずれることも抑制できる。
【００２３】
（２）開閉弁６における弁体１６の受圧面積Ｓ１，Ｓ２の大きさ及び比率、並びに、スプリング１７の付勢力Ｆは、上記式（３）が成立するように設定されているため、内燃機関１の停止に伴い開閉弁６が閉弁状態になったとき、低圧燃料配管４における開閉弁６よりも上流の圧力を保持圧Ｐｈ以上に保持することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・最小値Ｐmin の設定については、受圧面積Ｓ１，Ｓ２の大きさ及び比率の調整とスプリング１７の付勢力Ｆの調整との両方を通じて行ってもよいし、いずれか一方のみの調整を通じて行ってもよい。
【００２５】
・ポート噴射インジェクタ１０を備えずに直噴インジェクタ１２のみを備える内燃機関に適用してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１…内燃機関、２…燃料タンク、３…フィードポンプ、４…低圧燃料配管、５…チェック弁、６…開閉弁、７…残圧保持バルブ、８…リリーフバルブ、９…高圧ポンプ、１０…ポート噴射インジェクタ、１１…高圧燃料配管、１２…直噴インジェクタ、１３…ハウジング、１４…入口部、１５…出口部、１６…弁体、１７…スプリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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