(57)【要約】【課題】機関駆動式の高圧ポンプの動作に応じた圧力脈動を好適に低減すること。【解決手段】脈動低減装置７０は、高圧ポンプに接続される分岐通路３９と低圧ポンプに接続される分岐通路３８との間に、燃料の流通経路を区画する通路区画部７２を備えている。通路区画部７２によって区画された流通経路には、弁体７４が配置され、弁体７４に対し下流側にはコイルバネ７６が配置され、上流側にはコイルバネ７８が配置されている。高圧ポンプによる燃料の吸入時に共振現象が生じていると、燃料の吸入圧力が大きくなり、弁体７４は下流側に位置するシート部８０に接触するため、圧力変動が低減される。また、高圧ポンプからの低圧ポンプ側への燃料の戻し時に共振現象が生じていると、燃料の吐出圧力が大きくなり、弁体７４は上流側に位置するシート部８０に接触するため、圧力変動が低減される。【選択図】図２
2015108295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を貯蔵部から吸入して吐出する低圧ポンプと、該低圧ポンプの吐出した燃料を加圧する機関駆動式の高圧ポンプとを備える内燃機関の燃料供給装置に適用され、前記高圧ポンプと前記低圧ポンプとの間に設けられる脈動低減装置において、
前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプ間の燃料の流通経路の一部を区画形成する通路区画部と、
前記通路区画部によって区画された前記流通経路に配置され、上流側である前記低圧ポンプ側と下流側である前記高圧ポンプ側とに変位可能な弁体と、
前記弁体が中立位置からずれたときに中立位置側に変位させる力を及ぼす弾性部材とを備え、
前記通路区画部は、前記弁体の前記上流側および前記下流側のそれぞれの変位量の限界を定めるシート部を備え、
前記弁体が前記シート部側に変位することで、前記通路区画部および前記弁体によって区画された燃料の流通経路の断面積を低減するものであることを特徴とする脈動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を貯蔵部から吸入して吐出する低圧ポンプと、該低圧ポンプの吐出した燃料を加圧する機関駆動式の高圧ポンプとを備える内燃機関の燃料供給装置に適用され、前記高圧ポンプと前記低圧ポンプとの間に設けられる脈動低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の脈動低減装置としては、特許文献１に見られるように、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁と、燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関において、高圧ポンプとポート噴射弁との間に配置された逆止弁が提案されている（図１２等）。この逆止弁は、高圧ポンプ側の圧力がポート噴射弁側の圧力よりも所定以上高くなる場合に開弁するものである。このため、筒内噴射弁による燃料噴射が停止されているときにおいて、高圧ポンプに燃料が吸入されることで、逆止弁に対して高圧ポンプ側の圧力がポート噴射弁側の圧力よりも低下する場合に、逆止弁は閉弁状態となる。したがって、筒内噴射弁による燃料噴射が停止されているときにおいて、高圧ポンプに燃料が吸入されることに起因した圧力変動の影響がポート噴射弁側に及ぶことを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記逆止弁は、高圧ポンプが吸入した燃料を低圧ポンプ側に戻す際には、開弁状態となる。このため、このときに生じる圧力の変動についてはこれを抑制することができない。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関駆動式の高圧ポンプの動作に応じた圧力脈動を好適に低減することのできる脈動低減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およびその作用効果について記載する。
技術的思想１：燃料を貯蔵部から吸入して吐出する低圧ポンプと、該低圧ポンプの吐出した燃料を加圧する機関駆動式の高圧ポンプとを備える内燃機関の燃料供給装置に適用され、前記高圧ポンプと前記低圧ポンプとの間に設けられる脈動低減装置において、前記高圧ポンプおよび前記低圧ポンプ間の燃料の流通経路の一部を区画形成する通路区画部と、前記通路区画部によって区画された前記流通経路に配置され、上流側である前記低圧ポンプ側と下流側である前記高圧ポンプ側とに変位可能な弁体と、前記弁体が中立位置からずれたときに中立位置側に変位させる力を及ぼす弾性部材とを備え、前記通路区画部は、前記弁体の前記上流側および前記下流側のそれぞれの変位量の限界を定めるシート部を備え、前記弁体が前記シート部側に変位することで、前記通路区画部および前記弁体によって区画された燃料の流通経路の断面積を低減するものであることを特徴とする脈動低減装置。
【０００７】
上記装置では、高圧ポンプが燃料を吸入する際には、弁体が下流側に位置するシート部側に変位することで、通路区画部によって区画される流通経路の断面積が低減される。このため、高圧ポンプが燃料を吸入する際に高圧ポンプの上流側に生じる圧力変動を好適に抑制することができる。一方、高圧ポンプが吸入した燃料をその上流側に戻す際には、弁体が上流側に位置するシート部側に変位することで、通路区画部によって区画される流通経路の断面積が低減される。このため、高圧ポンプが吸入した燃料を上流側に戻す際に高圧ポンプの上流側に生じる圧力変動を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、同実施形態にかかる脈動低減装置の構成を示す断面図。
【図３】同脈動低減装置の特性を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、脈動低減装置の一実施形態について説明する。
図１に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、本実施形態にかかるシステムは、内燃機関の吸気通路１０に燃料を噴射するポート噴射弁１２と、内燃機関の各燃焼室１４に燃料を噴射する筒内噴射弁１６とを備えている。
【００１０】
ポート噴射弁１２は、低圧デリバリパイプ２２内の燃料を、吸気通路１０に噴射する。低圧デリバリパイプ２２には、図１の下方に示す燃料タンク３０に貯留された燃料が、低圧ポンプ３２によって吸入され吐出され、低圧燃料通路３６を介して供給される。
【００１１】
低圧ポンプ３２の吐出口付近には、プレッシャレギュレータ３４が設けられている。プレッシャレギュレータ３４は、低圧燃料通路３６内の燃圧が所定圧以上のときに開弁して低圧燃料通路３６から燃料タンク３０に燃料を排出する。このため、低圧燃料通路３６内の燃圧は、所定圧以上になることがなく、機関運転中には同圧力に一定に維持される。
【００１２】
一方、筒内噴射弁１６は、高圧デリバリパイプ４０内の燃料を、燃焼室１４に噴射する。高圧デリバリパイプ４０には、低圧ポンプ３２から吐出された燃料が高圧ポンプ５０によって加圧されて供給される。すなわち、高圧ポンプ５０は、低圧燃料通路３６から分岐した分岐通路３８，３９に接続されている。高圧ポンプ５０は電磁弁５２を内蔵しており、高圧ポンプ５０のシリンダ５４の内部は、電磁弁５２が開弁することで、分岐通路３８，３９と連通される。シリンダ５４内には、プランジャ５６が収容されている。プランジャ５６は、シリンダ５４の軸方向に沿って変位可能となっており、クランク軸１８の回転に伴って回転するカム軸２０に備えられた揺動カム５８の回転に伴って電磁弁５２側およびその逆側のそれぞれの方向に周期的に変位する。プランジャ５６の周期的な変位に伴い、シリンダ５４およびプランジャ５６によって区画される空間である加圧室５５の容積は、拡大および縮小を繰り返す。
【００１３】
シリンダ５４には、さらに高圧燃料通路６０が接続されており、高圧燃料通路６０は、高圧デリバリパイプ４０に接続されている。
こうした構成において、電磁弁５２が開弁した状態で、加圧室５５の容積が拡大する期間にわたって、分岐通路３８，３９内の燃料が加圧室５５に吸入される。その後、加圧室５５の容積が縮小する期間において、電磁弁５２が開弁しているときには、加圧室５５に吸入された燃料が分岐通路３８，３９側に戻される。一方、電磁弁５２が閉弁すると、加圧室５５内の燃料は加圧され、高圧燃料通路６０へと圧送される。
【００１４】
制御装置６２は、内燃機関を制御対象とし、図示しない各種センサの出力値に基づき、内燃機関の各種アクチュエータを操作する。具体的には、電磁弁５２に操作信号ＭＳを出力することで、高圧ポンプ５０の吐出圧を制御する。また、ポート噴射弁１２に操作信号ＭＳを出力することで、ポート噴射弁１２を用いた燃料噴射制御を行う。さらに、筒内噴射弁１６に操作信号ＭＳを送信することで、筒内噴射弁１６を用いた燃料噴射制御を行う。
【００１５】
制御装置６２は、燃焼室１４に供給する噴射量に応じて、ポート噴射弁１２を用いた燃料噴射制御のみを実行するモードと、ポート噴射弁１２および筒内噴射弁１６の双方を用いた燃料噴射制御を実行するモードと、筒内噴射弁１６を用いた燃料噴射制御を実行するモードとのいずれかを選択する。
【００１６】
ここで、ポート噴射弁１２を用いた燃料噴射制御のみを実行するモードである場合には、高圧デリバリパイプ４０内の燃料が燃焼室１４に供給されることはない。しかし、この場合であっても、カム軸２０の回転に伴い、プランジャ５６は周期的な変位を繰り返すため、加圧室５５は、周期的に拡大縮小を繰り返す。このため、高圧ポンプ５０は、加圧室５５の拡大に同期して分岐通路３８，３９側の燃料を吸入し、加圧室５５の縮小に同期して分岐通路３８，３９側に燃料を吐出する。これは、分岐通路３８，３９や低圧燃料通路３６、低圧デリバリパイプ２２内の燃料の脈動の要因となる。特に、クランク軸１８の回転速度がポート噴射弁１２を用いた燃料噴射制御のみを実行するモードにおいて生じる所定の回転速度領域にある場合には、共振現象が生じ、圧力脈動が特に大きくなる。そしてこの場合には、第１に、低圧デリバリパイプ２２内の燃圧変動に起因して、ポート噴射弁１２から噴射される燃料量の制御精度が低下する。第２に、分岐通路３８，３９や低圧燃料通路３６に対する強度の要求が大きくなる。
【００１７】
そこで本実施形態では、脈動低減装置７０を備えることで、上記問題に対処する。以下、これについて、図２に基づき説明する。
図２（ａ）は、脈動低減装置７０の断面図である。図示されるように、脈動低減装置７０は、分岐通路３８と分岐通路３９とに接続される通路区画部７２を備えている。通路区画部７２は、その内周面が円筒状の円筒部７２ａと、燃料の流路断面積を漸減させるテーパ部７２ｂとを備える。通路区画部７２によって区画された空間内には、弁体７４が収容されている。そして、通路区画部７２によって区画された空間のうち弁体７４よりも分岐通路３９側にはコイルバネ７６が設けられており、弁体７４よりも分岐通路３８側にはコイルバネ７８が設けられている。
【００１８】
コイルバネ７６，７８によって、弁体７４は、分岐通路３８側の圧力と分岐通路３９側の圧力とが等しい場合には、通路区画部７２によって区画された空間のうち中央部（中立位置）に配置される。弁体７４は、分岐通路３８側の圧力と分岐通路３９側の圧力とに不均衡が生じることで、分岐通路３９側または分岐通路３８側に変位可能となっている。ただし、弁体７４がテーパ部７２ｂの内周面であるシート部８０に接触することで、弁体７４のそれ以上の変位は規制される。なお、シート部８０には、微少なリーク溝８２が設けられている。
【００１９】
図２（ｂ）に、弁体７４の断面を示す。図示されるように、弁体７４は、中央部において円柱状を有して且つ、その表面に３つの凹部７４ａを備えている。ここで、凹部７４ａは、通路区画部７２とともに、分岐通路３８，３９のいずれか一方から他方へと燃料を流通させる通路を区画するためのものである。ここでは、弁体７４の中央部が円柱形状であって且つ凹部７４ａが形成されない場合と比較して、凹部７４ａが形成されることで、その断面積の削減量が、分岐通路３８，３９の断面積以上となるようにしている。
【００２０】
これにより、図に示す位置に弁体７４が位置する場合、分岐通路３８と分岐通路３９との間を燃料は円滑に流動する。これに対し、弁体７４がシート部８０側へと変位する場合、通路区画部７２の内壁と弁体７４の外周とによって区画される流路断面積が分岐通路３８，３９の流路断面積よりも小さくなり、絞り効果が生じる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、コイルバネ７６，７８の弾性力は、図３に示すように設定される。すなわち、本実施形態では、共振現象が生じない場合において高圧ポンプ５０のプランジャ５６の往復動作に起因して生じる最大の圧力脈動Ｐｍによって生じる弁体７４の変位量が、絞り効果が生じる変位量よりも小さくなるように設定される。すなわち、通路区画部７２の内壁と弁体７４の外周とによって区画される流路断面積が分岐通路３８，３９の流路断面積よりも小さくなるときの変位量よりも、弁体７４の実際の変位量が小さくなるように設定される。また、コイルバネ７６，７８の弾性力を、共振現象が生じる場合の圧力脈動Ｐｒによって、弁体７４がシート部８０に接触するまで変位するように設定される。なお、図３において、低圧ポンプ３２による圧力脈動Ｐｆを参考までに記載している。
【００２２】
上記設定によれば、筒内噴射弁１６を用いた燃料噴射制御がなされる場合には、低圧ポンプ３２から吐出された燃料が低圧燃料通路３６、分岐通路３８，３９を介して高圧ポンプ５０に吸入されることが、脈動低減装置７０により妨げられる事態の発生を好適に抑制することができる。一方、筒内噴射弁１６を用いた燃料噴射制御がなされない期間のうち、特に共振現象が生じるときには、圧力脈動が、共振現象が生じないときの圧力脈動のレベル程度に低減される。
【００２３】
すなわち、加圧室５５の容積が拡大する場合、高圧ポンプ５０が燃料を吸入しようとするため、分岐通路３８側から分岐通路３９側に進む方向の圧力が生じる。そしてこれにより弁体７４が分岐通路３９側に変位し、そちら側のシート部８０に接触することで弁体７４の変位が規制される。この際、弁体７４とこれが接触しているシート部８０との間における燃料の流路断面積は、シート部８０に形成されたリーク溝８２程度であるため、分岐通路３８や低圧燃料通路３６に、高圧ポンプ５０側からの大きな吸引力が及ぶことが妨げられる。
【００２４】
一方、加圧室５５の容積が縮小する場合、高圧ポンプ５０が吸入した燃料を戻そうとするため、分岐通路３９側から分岐通路３８側に進む方向の圧力が生じる。そしてこれにより、弁体７４が分岐通路３８側に変位し、そちら側のシート部８０に接触することで弁体７４の変位が規制される。この際、弁体７４とこれが接触しているシート部８０との間における燃料の流路断面積は、シート部８０に形成されたリーク溝８２程度であるため、分岐通路３８や低圧燃料通路３６に、高圧ポンプ５０から大きな圧力が及ぼされることが妨げられる。しかも、高圧ポンプ５０側の燃料の温度が短期間に上昇した場合等において、加圧室５５内等の圧力が過度に上昇することは、リーク溝８２によって回避される。
【００２５】
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）脈動低減装置７０の通路区画部７２によって区画される燃料の流通経路に、高圧ポンプ５０側および低圧燃料通路３６側のいずれにも変位可能な弁体７４を設け、弁体７４がシート部８０に接触することで、燃料の流通経路を略遮断するようにした。これにより、高圧ポンプ５０が燃料を吸入する際に高圧ポンプ５０の上流側に生じる圧力変動や、高圧ポンプ５０が吸入した燃料を上流側に戻す際に高圧ポンプ５０の上流側に生じる圧力変動を好適に抑制することができる。
【００２６】
（２）シート部８０にリーク溝８２を備えた。これにより、高圧ポンプ５０側の燃料の圧力が過度に大きくなる事態を好適に抑制することができる。
＜技術的思想と実施形態との対応＞
以下、上記「課題を解決するための手段」に記載された技術的思想と、実施形態との代表的な対応関係を記載する。
【００２７】
技術的思想１：貯蔵部…３０，低圧ポンプ…３２、高圧ポンプ５０、脈動低減装置…７０、流通経路…３８，３９，６０、通路区画部…７２、弁体…７４、弾性部材…７６，７８、シート部…８０、断面積をゼロよりも大きい値で低減する…リーク溝８２の断面積に低減されること
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００２８】
・「弾性部材について」
弾性部材としては、コイルバネに限らず、たとえば板バネ等であってもよい。また、バネにも限らず、たとえばゴム等であってもよい。
【００２９】
上記実施形態では、コイルバネ７６，７８の弾性力を、共振現象が生じないときに生じる圧力脈動によっては、通路区画部７２および弁体７４によって区画される流通経路の断面積が小さくなることで絞りが効いてくる領域にまで弁体７４が変位しないように設定したが、これに限らない。たとえば、変位量が所定以下の場合、弾性力が変位量に比例するものに代えて、非線形性を有するものを採用するなら、コイルバネ７６，７８の弾性力を、共振現象が生じないときに生じる圧力脈動によっては弁体７４が変位しないようにする設定も可能と考えられる。
【００３０】
弾性部材としては、弁体７４に対して下流側（高圧ポンプ５０側）と上流側（低圧ポンプ３２側）とのそれぞれに設けられた一対の弾性部材からなるものにも限らない。たとえば、弾性部材を上記いずれか一方にのみ設けてもよい。
【００３１】
・「弁体７４について」
弁体７４としては、外周に凹部７４ａを備えるものに限らない。たとえば、弁体７４の軸方向（図２（ａ）の左右方向）に沿って貫通孔を形成し、これを筒内噴射弁１６に燃料を供給するために、高圧ポンプ５０と低圧燃料通路３６とを連通させるために用いてもよい。ただし、この場合であっても、弁体７４がシート部８０に接触することで、貫通孔がシート部８０によって略塞がれるようにする。なお、この際、上記実施形態のリーク溝８２と同様の機能を付与する上では、シート部８０に貫通孔と高圧ポンプ５０や低圧燃料通路３６とを連通させるリーク溝８２を形成するか、弁体７４がシート部８０に接触する際、貫通孔の略全域がシート部８０によって覆われつつも、完全には覆われないようにするか、のいずれかとすればよい。
【００３２】
・「シート部について」
たとえば、上記実施形態において、高圧ポンプ５０側のリーク溝８２（図２（ａ）の左側のリーク溝８２）についてはこれを削除してもよい。
【００３３】
またたとえば、上記実施形態において、弁体７４がシート部８０に接触している時間が短いことなどに起因して、弁体７４がシート部８０に接触しているときの燃圧の過上昇を回避できるなら、リーク溝８２を設けなくてもよい。なお、燃圧の過上昇を回避できる要因としては、他にも、弁体７４が変位しシート部８０に接触するまでの期間における脈動低減装置７０の上流および下流の一方から他方に燃料がリークする要因が考えられる。
【００３４】
・「脈動低減装置について」
共振現象が生じる際の脈動のみを低減対象とするものに限らない。たとえば、低圧ポンプ３２として吐出圧を一定とするものに代えて、吐出量を可変制御可能なものを採用し、筒内噴射弁１６による燃料噴射がなされる際に、高圧ポンプ５０に吸入される燃料量に応じて吐出量を制御する場合、筒内噴射弁１６による燃料噴射がなされる場合に停止時と比較して圧力脈動が小さくなると考えられる。なぜなら、高圧ポンプ５０の吸入に起因した脈動については、上記低圧ポンプ３２の吐出量を高圧ポンプ５０の吸入量に併せるなどすることで低減することができるからである。ちなみに、高圧ポンプ５０から低圧燃料通路３６へと燃料が戻される際の脈動については、筒内噴射弁１６による燃料噴射がなされる場合、戻される燃料量が少ないために、その脈動も、筒内噴射弁１６による燃料噴射の停止時と比較して元々小さい。したがって、こうしたものにあっては、絞り効果が生じない圧力の上限値を、筒内噴射弁１６による噴射時に生じる脈動の最大値程度とすることで、筒内噴射弁１６による燃料噴射の停止時であって且つ共振現象が生じていないときにおいても、その脈動を低減することができる。
【００３５】
なお、この際、弁体７４がシート部８０に接触することで脈動が低減されるものに限らない。すなわち、通路区画部７２によって区画される流通経路の断面積が、弁体７４の中立位置から離れるほど小さくなるものにあっては、弁体７４が変位しつつも未だシート部８０に接触しない状態であっても、絞り効果によって脈動を低減することができるため、共振現象が生じていない場合には絞り効果を利用して脈動を低減してもよい。
【００３６】
・「脈動低減装置の搭載対象システムについて」
ポート噴射弁１２および筒内噴射弁１６を備えるものに限らない。たとえば、筒内噴射弁のみを備えるものであっても、筒内噴射弁による燃料噴射を停止している期間において高圧ポンプが駆動される場合には、圧力脈動が生じる。そしてこのときに共振現象が生じる場合等にあっては、脈動低減装置を適用することで、低圧燃料通路３６等に要求される強度を低下させることができるというメリットがある。なお、ここで筒内噴射弁としては、ガソリンを噴射するものに限らず、たとえば軽油を噴射するものであってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…吸気通路、１２…ポート噴射弁、１４…燃焼室、１６…筒内噴射弁、１８…クランク軸、２０…カム軸、２２…低圧デリバリパイプ、３０…燃料タンク、３２…低圧ポンプ、３４…プレッシャレギュレータ、３６…低圧燃料通路、３８，３９…分岐通路、４０…高圧デリバリパイプ、５０…高圧ポンプ、５２…電磁弁、５４…シリンダ、５５…加圧室、５６…プランジャ、５８…揺動カム、６０…高圧燃料通路、６２…制御装置、７０…脈動低減装置、７２…通路区画部、７２ａ…円筒部、７２ｂ…テーパ部、７４…弁体、７４ａ…凹部、７６…コイルバネ、７８…コイルバネ、８０…シート部、８２…リーク溝。
【図１】
2015108295.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015108295.tif 000005