(57)【要約】【課題】内燃機関において、始動時間を短縮して始動性の向上を図る。【解決手段】燃料タンク６２に低圧フィードポンプ６３を装着し、低圧燃料供給管６４を介して高圧燃料ポンプ４４を連結し、高圧燃料ポンプ４４を高圧燃料供給管４３を介してデリバリパイプ４２に連結し、燃焼室１８に高圧燃料を噴射可能なインジェクタ４１をデリバリパイプ４２に連結して構成し、高圧燃料ポンプ４４を吸気カムシャフト２３の駆動カム１１２により駆動可能とすると共に、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定する。【選択図】        図１
2007321632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、クランクシャフトの回転に連動して往復運動することで燃料を吸入して昇圧すると共に圧送する燃料ポンプと、該燃料ポンプから圧送された高圧燃料を前記燃焼室または前記吸気ポートに噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグとを具えた内燃機関において、前記燃料噴射弁により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と前記燃料ポンプにより燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、前記燃料ポンプによる燃料圧送の直後に前記燃料噴射弁による高圧燃料噴射が開始されることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関において、前記燃料ポンプによる１回の燃料圧送時に、前記燃料噴射弁による１回の高圧燃料噴射が実行されることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１または２に記載の内燃機関において、前記燃料ポンプによる１回の燃料圧送時に、前記燃料噴射弁による２回の高圧燃料噴射が実行されることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプにより燃料圧力が予め設定された所定の噴射開始燃料圧力以上になったときに、高圧燃料噴射を開始することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記燃料噴射弁による高圧燃料噴射の開始時期は、前記点火プラグによる点火時期に対して噴射燃料の気化に必要な期間を加味して設定されたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を所定の圧力まで昇圧してから燃焼室や吸気ポートにこの高圧燃料を噴射可能とした内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンにより圧縮され、この高圧空気に対してインジェクタから燃料が直接噴射され、燃焼室内の高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートから排出される。
【０００３】
このような筒内噴射式内燃機関では、燃焼室の高圧空気に対して燃料を直接噴射することから、インジェクタは高圧燃料を噴射する必要がある。そこで、燃焼を低圧燃料ポンプにより昇圧した後、この昇圧された低圧燃料を高圧燃料ポンプにより昇圧することで、所定圧以上の高圧燃料を確保することができ、インジェクタは、この高圧燃料を燃焼室に噴射している。
【０００４】
この高圧燃料ポンプは、一般的に、クランクシャフトの回転に連動して往復運動するプランジャを有しており、このプランジャが下降することで、低圧燃料ポンプにより昇圧された低圧燃料が吸入され、プランジャが上昇することで、吸入した低圧燃料を昇圧してからインジェクタに圧送される。
【０００５】
このようなクランクシャフトの回転に連動する高圧燃料ポンプでは、内燃機関の始動時に、インジェクタが高圧燃料を燃焼室に噴射可能な所定圧力に昇圧するまで、所定の時間を要する。これは、内燃機関の始動時にスタータモータによるクランキング回転数、即ち、クランクシャフトの回転数は、２００ｒｐｍ程度と低いためである。そこで、一般的には、低圧燃料ポンプにより昇圧された低圧燃料をインジェクタにより燃焼室に噴射することで内燃機関を始動させる。そして、内燃機関が始動して機関回転数が上昇した後、高圧燃料ポンプにより低圧燃料を昇圧し、所定圧力の燃料をインジェクタにより燃焼室に噴射している。しかし、内燃機関の始動時には、インジェクタが低圧燃料を噴射することから、燃焼室での燃料の噴霧粒径が大きくなり、エミッションが悪化してしまう。
【０００６】
そこで、例えば、下記特許文献１では、内燃機関の始動時に低圧燃料ポンプによる燃料の昇圧を実施し、その昇圧開始後に、デリバリパイプ内の燃料圧力が第１の所定値に達すると高圧燃料ポンプによる昇圧を実施し、この高圧燃料ポンプによる昇圧開始後に、燃料圧力が第２の所定値に達すると、インジェクタからの燃料噴射を許可するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０４１９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１では、内燃機関の始動時に、低圧燃料ポンプ及び高圧燃料ポンプにより燃料を昇圧し、燃料圧力が第２の所定値に達したらインジェクタからの燃料噴射を許可している。ところが、上述したように、内燃機関の始動時には、クランクシャフトが低回転であるため、燃料圧力を所定値まで昇圧するのに所定時間を要してしまう。また、燃料の噴射時期は、混合気の形成や燃焼に大きく影響するため、一定のクランク角度に設定される。従って、内燃機関の始動時には、燃料圧力が所定値まで昇圧するのに要する昇圧時間と、燃料圧力が所定値になってから所定の燃料噴射時期に至る待ち時間があり、結果として、内燃機関の始動時間が増加して燃料噴射の実施が遅れることで、始動性が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、始動時間を短縮して始動性の向上を図った内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、クランクシャフトの回転に連動して往復運動することで燃料を吸入して昇圧すると共に圧送する燃料ポンプと、該燃料ポンプから圧送された高圧燃料を前記燃焼室または前記吸気ポートに噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグとを具えた内燃機関において、前記燃料噴射弁により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と前記燃料ポンプにより燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定されたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記燃料ポンプによる燃料圧送の直後に前記燃料噴射弁による高圧燃料噴射が開始されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記燃料ポンプによる１回の燃料圧送時に、前記燃料噴射弁による１回の高圧燃料噴射が実行されることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記燃料ポンプによる１回の燃料圧送時に、前記燃料噴射弁による２回の高圧燃料噴射が実行されることを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプにより燃料圧力が予め設定された所定の噴射開始燃料圧力以上になったときに、高圧燃料噴射を開始することを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射弁による高圧燃料噴射の開始時期は、前記点火プラグによる点火時期に対して噴射燃料の気化に必要な期間を加味して設定されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関によれば、燃料噴射弁により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、燃料ポンプにより燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定したので、燃料ポンプによる燃料圧送の直後に燃料噴射弁による高圧燃料噴射が開始されることとなり、燃料圧力が噴射開始燃料圧力以上になってから高圧燃料噴射が開始されるまでの待ち時間が短縮することで、始動時間が短縮されて始動性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関における燃料系を表す概略構成図、図３−１及び図３−２は、実施例１の内燃機関に高圧燃料ポンプを表す概略図、図４は、実施例１の内燃機関の始動時におけるクランク角度に対する燃料圧力及び燃料噴射時期を表すグラフ、図５は、実施例１の内燃機関の始動時におけるクランク角度に対する待ち時間を表すグラフである。
【００１９】
実施例１の内燃機関において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は４気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００２０】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００２１】
なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。
【００２２】
従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。
【００２３】
また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。
【００２４】
吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されており、このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４１はデリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。
【００２５】
一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。
【００２６】
ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。即ち、吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力しており、アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、クランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。更に、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ５９が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の上流側及び下流側に位置して排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ６０，６１が設けられており、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。
【００２７】
従って、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。
【００２８】
また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。
【００２９】
ここで、上述したエンジン１０の燃料系について詳細に説明する。
【００３０】
実施例１のエンジン１０の燃料系において、図２に示すように、４つの気筒に対応して設けられた燃焼室１８に対して、インジェクタ４１及び点火プラグ４５が設けられている。この各インジェクタ４１は、基端部がデリバリパイプ４２に連結されており、デリバリパイプ４２内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。そして、このデリバリパイプ４２には、燃料圧力を検出する燃圧センサ５９が装着されている。
【００３１】
燃料タンク６２は、第１室６２ａと第２室６２ｂとに分かれた鞍型をなし、各室６２ａ，６２ｂに所定量のガソリン燃料（以下、燃料）を貯留可能となっている。第１室６２ａには低圧フィードポンプ６３が装着されており、この低圧フィードポンプ６３は、低圧燃料供給管６４を介して高圧燃料ポンプ４４が連結され、この高圧燃料ポンプ４４は高圧燃料供給管４３を介してデリバリパイプ４２の一端部に連結されている。この高圧燃料ポンプ４４はカムシャフト２３により駆動可能であり、低圧燃料供給管６４にはパルセーションダンパ６５が装着され、高圧燃料供給管４３にはチェック弁６６が装着されている。
【００３２】
また、第２室６２ｂにはジェットポンプ６７が設けられており、このジェットポンプ６７には、低圧燃料供給管６４から分岐してプレッシャレギュレータ６８を有する燃料返送管６９が連結されると共に、第１室６２ａに延出される燃料移送管７０が連結されている。更に、デリバリパイプ４２の他端部には、燃料排出管７１の基端部が連結され、この燃料排出管７１におけるデリバリパイプ４２の排出部にはリリーフ弁７２が装着されており、燃料排出管７１の先端部は燃料タンク６２における第２室６２ｂに連結されている。
【００３３】
従って、エンジン１０が始動すると、低圧フィードポンプ６３が駆動して燃料タンク６２における第１室６２ａの燃料を昇圧し、低圧燃料を低圧燃料供給管６４を通して高圧燃料ポンプ４４に供給し、この高圧燃料ポンプ４４は低圧燃料を昇圧し、高圧燃料を高圧燃料供給管４３を通してデリバリパイプ４２に供給することができ、インジェクタ４１は、デリバリパイプ４２内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。このとき、ＥＣＵ５１は、燃圧センサ５９が検出した燃料圧力に基づいて高圧燃料ポンプ４４を駆動制御し、デリバリパイプ４２内の燃料圧力を所定圧力に維持している。なお、デリバリパイプ４２内の燃料圧力が所定圧力より大きくなると、リリーフ弁７２が開放して高圧燃料を燃料排出管７１を通して燃料タンク６２における第２室６２ｂに排出する。また、低圧フィードポンプ６３により昇圧された低圧燃料は、一部が低圧燃料供給管６４から燃料返送管６９、ジェットポンプ６７、燃料移送管７０を通して第２室６２ｂに戻されるが、このとき、ジェットポンプ６７は、返送される燃料がベンチュリを通過する際に発生する負圧を利用し、第１室６２ａに残留する燃料を燃料移送管７０を通して第２室６２ｂに移送する。
【００３４】
上述した高圧燃料ポンプ４４について詳細に説明する。高圧燃料ポンプ４４において、図３−１に示すように、ケーシング１０１にはプランジャ１０２が上下移動自在に支持されており、燃料を昇圧するための圧力室１０３が形成されている。ケーシング１０１の上部には、低圧燃料供給管６４に連通して低圧燃料を吸入する吸入口１０４が形成されると共に、昇圧した高圧燃料を高圧燃料供給管４３に吐出する吐出口１０５が形成されている。また、ケーシング１０１の上部には、吸入口１０４を開閉する調量弁１０６が設けられており、この調量弁１０６は電磁スピル弁であり、スプリング１０７により吸入口１０４を開放する方向に付勢支持され、電磁ソレノイド１０８に通電することで、吸入口１０４を閉止することができる。
【００３５】
また、プランジャ１０２は、下端部にリフタ１０９が連結され、このリフタ１０９とシリンダヘッドカバー１１０との間にスプリング１１１が介装されており、リフタ１０９を介してプランジャ１０２を下方に付勢支持している。一方、吸気カムシャフト２３の外周部には、４つのカム山１１２ａ〜１１２ｄを有する駆動カム１１２が固定されており、この駆動カム１１２がリフタ１０９の下面に当接している。
【００３６】
従って、図３−１に示すように、吸気カムシャフト２３の駆動カム１１２におけるカム山１１２ａが、リフタ１０９に当接してプランジャ１０２を上方に移動した吸入開始位置から、吸気カムシャフト２３が矢印方向に回転すると、カム山１１２ａがリフタ１０９から離間するように移動することで、スプリング１１１の付勢力によりリフタ１０９を介してプランジャ１０２が下降する。このとき、調量弁１０６がスプリング１０７の付勢力により吸入口１０４を開放しており、低圧燃料供給管６４の低圧燃料をこの吸入口１０７を通して圧力室１０３に吸入することができる。
【００３７】
そして、上述した吸入開始位置から、吸気カム２３の駆動カム１１２が４５度（９０ＣＡ）回転すると、図３−２に示すように、カム山１１２ａ，１１２ｂの間の平坦部がリフタ１０９に接触してプランジャ１０２が最も下降した吸入終了位置、つまり、圧送開始位置となる。この圧送開始位置から、吸気カムシャフト２３が矢印方向に回転すると、カム山１１２ｂがリフタ１０９に接近するように移動することで、このカム山１１２ｂがスプリング１１１の付勢力に抗してリフタ１０９を介してプランジャ１０２を上昇させる。このとき、電磁ソレノイド１０８に通電することで、調量弁１０６がスプリング１０７の付勢力に抗して吸入口１０４を閉止しており、圧力室１０３の低圧燃料を昇圧すると共に、所定の圧力まで昇圧された高圧燃料を吐出口１０５からチェック弁６６を通して高圧燃料供給管４３に圧送することができる。
【００３８】
そして、上述した圧送開始位置から、吸気カム２３の駆動カムシャフト１１２が４５度（９０ＣＡ）回転すると、カム山１１２ｂがリフタ１０９を介してプランジャ１０２を最も上昇させた圧送終了位置、つまり、吸入開始位置となる。
【００３９】
このように構成された本実施例のエンジン１０の燃料系では、エンジン１０の始動時に、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定されている。
【００４０】
即ち、吸気カムシャフト２３は、クランクシャフト１６が２回転する間に１回転するように設定され、駆動カム１１２のカム山１１２ａ〜１１２ｄは、吸気カムシャフト２３の周方向に沿って９０度ごとに形成されていることから、各カム山１１２ａ〜１１２ｄの数は、各気筒の数に対応したものとなっており、高圧燃料ポンプ４４による１回の燃料圧送−吸入時に、インジェクタ４１による１回の高圧燃料噴射が実行されるように設定されている。従って、インジェクタ４１は、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧力が予め設定された所定の噴射開始燃料圧力以上になると、この高圧燃料ポンプ４４による燃料圧送終了の直後に高圧燃料噴射を開始することとなる。
【００４１】
この場合、インジェクタ４１による高圧燃料噴射の開始時期は、点火プラグ４５による点火時期に対して噴射燃料の気化に必要な期間を加味して設定され、このインジェクタ４１による高圧燃料噴射の開始時期のクランク位置に対応して、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置が設定されている。
【００４２】
ここで、エンジン１０の始動時にて、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置との関係を詳細に説明する。
【００４３】
図４に、エンジン１０の始動時におけるクランク角度に対する高圧燃料圧力及び燃料噴射開始時期を表すグラフを示す。この図４のグラフに示すように、クランクシャフト１６が２回転（７２０ＣＡ）する間に吸気カムシャフト２３が１回転し、吸気カムシャフト２３に固定された駆動カム１１２のカム山１１２ａ〜１１２ｄが９０度ごとに形成されているため、高圧燃料ポンプ４４は、９０ＣＡ（吸気カムシャフト２３の４５度回転）ごとに高圧燃料の圧送動作と低圧燃料の吸入動作が実行されることとなる。また、高圧燃料ポンプ４４による１回の燃料圧送−吸入時にインジェクタ４１による１回の高圧燃料噴射が実行され、且つ、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期（クランク位置−☆または★で表示）は、高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送終了直後（クランク位置）となっている。
【００４４】
従って、エンジン１０が始動して高圧燃料ポンプ４４が駆動すると、クランク角度９０ＣＡ（吸気カムシャフト２３の４５度回転）ごとに低圧燃料の吸入動作と高圧燃料の圧送動作が実行され、デリバリパイプ４２内の高圧燃料の圧力が上昇する。そして、高圧燃料の圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上になると、インジェクタ４１は、所定の燃料噴射（★−６５０ＣＡ）で高圧燃料噴射を実行する。
【００４５】
この場合、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期（★）が、高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送終了直後となっているため、高圧燃料圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上となってから噴射開始時期に至るまでの噴射待ち時間ｔを短くすることができる。一方、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期（黒△）が、高圧燃料ポンプ４４による燃料の吸入中にあると、高圧燃料圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上となってから噴射開始時期に至るまでの噴射待ち時間ｔ1は、残りの圧送時間と吸入時間との加算時間となり、本実施例の噴射待ち時間ｔよりも長くなってしまう。また、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期（■）が、高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送中にあると、噴射開始時期（□）を過ぎてから高圧燃料圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上となった場合、高圧燃料圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上となってから噴射開始時期（■）に至るまでの噴射待ち時間ｔ2は、更に長くなってしまう。
【００４６】
図５に、エンジン１０の始動時における高圧燃料噴射時期に対する噴射待ち時間ｔを表すグラフを示す。この図５のグラフに示すように、燃料噴射時期が燃料圧送行程及び燃料吸入行程におけるどのクランク位置にあっても、最大噴射待ち時間と最小噴射待ち時間が存在する。本実施例では、燃料噴射時期と燃料圧送終了時期とがクランク位置９０ＣＡで一致しているため、この最大噴射待ち時間と最小噴射待ち時間を最短時間とすることができる。
【００４７】
このように実施例１の内燃機関にあっては、燃料タンク６２に低圧フィードポンプ６３を装着し、低圧燃料供給管６４を介して高圧燃料ポンプ４４を連結し、高圧燃料ポンプ４４を高圧燃料供給管４３を介してデリバリパイプ４２に連結し、燃焼室１８に高圧燃料を噴射可能なインジェクタ４１をデリバリパイプ４２に連結して構成し、高圧燃料ポンプ４４を吸気カムシャフト２３の駆動カム１１２により駆動可能とすると共に、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定している。
【００４８】
従って、インジェクタ４１による高圧燃料噴射の開始時期と高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送終了時期とがほぼ一致することとなり、高圧燃料ポンプ４４による燃料圧送の直後にインジェクタ４１による高圧燃料噴射が開始されることとなり、燃料圧力が噴射開始燃料圧力以上になってから高圧燃料噴射が開始されるまでの噴射待ち時間を短縮することができ、その結果、始動時間を短縮して始動性を向上することができる。
【実施例２】
【００４９】
図６は、本発明の実施例２に係る内燃機関における燃料系を表す概略構成図、図７−１及び図７−２は、実施例２の内燃機関に高圧燃料ポンプを表す概略図、図８は、実施例２の内燃機関の始動時におけるクランク角度に対する燃料圧力及び燃料噴射時期を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５０】
実施例１の内燃機関の燃料系において、図６に示すように、各燃焼室１８に対してインジェクタ４１及び点火プラグ４５が設けられており、インジェクタ４１は、基端部がデリバリパイプ４２に連結され、デリバリパイプ４２内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。燃料タンク６２は、第１室６２ａと第２室６２ｂとを有し、第１室６２ａには低圧フィードポンプ６３が装着されており、この低圧フィードポンプ６３は、低圧燃料供給管６４を介して高圧燃料ポンプ４４が連結され、この高圧燃料ポンプ４４は高圧燃料供給管４３を介してデリバリパイプ４２の一端部に連結されている。この高圧燃料ポンプ４４はカムシャフト２３により駆動可能であり、低圧燃料供給管６４にはパルセーションダンパ６５が装着され、高圧燃料供給管４３にはチェック弁６６が装着されている。
【００５１】
従って、低圧フィードポンプ６３が駆動すると、燃料タンク６２における第１室６２ａの燃料を昇圧し、低圧燃料を低圧燃料供給管６４を通して高圧燃料ポンプ４４に供給し、この高圧燃料ポンプ４４は低圧燃料を昇圧し、高圧燃料を高圧燃料供給管４３を通してデリバリパイプ４２に供給することができ、インジェクタ４１は、デリバリパイプ４２内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。このとき、ＥＣＵ５１は、燃圧センサ５９が検出した燃料圧力に基づいて高圧燃料ポンプ４４を駆動制御し、デリバリパイプ４２内の燃料圧力を所定圧力に維持している。
【００５２】
上述した高圧燃料ポンプ４４において、図７−１に示すように、ケーシング１０１にはプランジャ１０２が上下移動自在に支持されており、燃料を昇圧するための圧力室１０３が形成されている。ケーシング１０１の上部には、低圧燃料供給管６４に連通して低圧燃料を吸入する吸入口１０４が形成されると共に、昇圧した高圧燃料を高圧燃料供給管４３に吐出する吐出口１０５が形成されている。また、ケーシング１０１の上部には、吸入口１０４を開閉する調量弁１０６が設けられており、この調量弁１０６は電磁スピル弁であり、スプリング１０７により吸入口１０４を開放する方向に付勢支持され、電磁ソレノイド１０８に通電することで、吸入口１０４を閉止することができる。
【００５３】
また、プランジャ１０２は、下端部にリフタ１０９が連結され、このリフタ１０９とシリンダヘッドカバー１１０との間にスプリング１１１が介装されており、リフタ１０９を介してプランジャ１０２を下方に付勢支持している。一方、吸気カムシャフト２３の外周部には、２つのカム山１２１ａ，１２１ｂを有する駆動カム１２１が固定されており、この駆動カム１２１がリフタ１０９の下面に当接している。
【００５４】
従って、図７−１に示すように、吸気カムシャフト２３の駆動カム１２１におけるカム山１２１ａが、リフタ１０９に当接してプランジャ１０２を上方に移動した吸入開始位置から、吸気カムシャフト２３が矢印方向に回転すると、カム山１２１ａがリフタ１０９から離間するように移動することで、スプリング１１１の付勢力によりリフタ１０９を介してプランジャ１０２が下降する。このとき、調量弁１０６がスプリング１０７の付勢力により吸入口１０４を開放しており、低圧燃料供給管６４の低圧燃料をこの吸入口１０７を通して圧力室１０３に吸入することができる。
【００５５】
そして、上述した吸入開始位置から、吸気カム２３の駆動カム１２１が９０度（１８０ＣＡ）回転すると、図７−２に示すように、カム山１２１ａ，１２１ｂの間の平坦部がリフタ１０９に接触してプランジャ１０２が最も下降した吸入終了位置、つまり、圧送開始位置となる。この圧送開始位置から、吸気カムシャフト２３が矢印方向に回転すると、カム山１２１ｂがリフタ１０９に接近するように移動することで、このカム山１２１ｂがスプリング１１１の付勢力に抗してリフタ１０９を介してプランジャ１０２を上昇させる。このとき、電磁ソレノイド１０８に通電することで、調量弁１０６がスプリング１０７の付勢力に抗して吸入口１０４を閉止しており、圧力室１０３の低圧燃料を昇圧すると共に、所定の圧力まで昇圧された高圧燃料を吐出口１０５からチェック弁６６を通して高圧燃料供給管４３に圧送することができる。
【００５６】
そして、上述した圧送開始位置から、吸気カムシャフト２３の駆動カム１２１が９０度（１８０ＣＡ）回転すると、カム山１２１ｂがリフタ１０９を介してプランジャ１０２を最も上昇させた圧送終了位置、つまり、吸入開始位置となる。
【００５７】
このように構成された本実施例のエンジン１０の燃料系では、エンジン１０の始動時に、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定されている。
【００５８】
即ち、吸気カムシャフト２３は、クランクシャフト１６が２回転する間に１回転するように設定され、駆動カム１２１のカム山１２１ａ，１２１ｂは、吸気カムシャフト２３の周方向に沿って１８０度ごとに形成されていることから、各カム山１２１ａ，１２１ｂの数は、各気筒の半数に対応したものとなっており、高圧燃料ポンプ４４による１回の燃料圧送−吸入時に、インジェクタ４１による２回の高圧燃料噴射が実行されるように設定されている。従って、インジェクタ４１は、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧力が予め設定された所定の噴射開始燃料圧力以上になると、この高圧燃料ポンプ４４による燃料圧送終了の直後に高圧燃料噴射を開始することとなる。
【００５９】
この場合、インジェクタ４１による高圧燃料噴射の開始時期は、点火プラグ４５による点火時期に対して噴射燃料の気化に必要な期間を加味して設定され、このインジェクタ４１による高圧燃料噴射の開始時期のクランク位置に対応して、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置が設定されている。
【００６０】
ここで、エンジン１０の始動時にて、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置との関係、並びに高圧燃料噴射時における燃料圧力について詳細に説明する。
【００６１】
図８に、エンジン１０の始動時におけるクランク角度に対する高圧燃料圧力及び燃料噴射開始時期を表すグラフを示す。この図８のグラフに示すように、クランクシャフト１６が２回転（７２０ＣＡ）する間に吸気カムシャフト２３が１回転し、吸気カムシャフト２３に固定された駆動カム１２１のカム山１２１ａ，１２１ｂが１８０度ごとに形成されているため、高圧燃料ポンプ４４は、１８０ＣＡ（吸気カムシャフト２３の９０度回転）ごとに高圧燃料の圧送動作と低圧燃料の吸入動作が実行されることとなる。また、高圧燃料ポンプ４４による１回の燃料圧送−吸入時にインジェクタ４１による２回の高圧燃料噴射が実行され、且つ、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期（クランク位置）は、高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送終了直後（クランク位置）となっている。
【００６２】
従って、エンジン１０が始動して高圧燃料ポンプ４４が駆動すると、クランク角度１８０ＣＡごとに低圧燃料の吸入動作と高圧燃料の圧送動作が実行され、デリバリパイプ４２内の高圧燃料の圧力が上昇する。そして、高圧燃料の圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上になると、インジェクタ４１は、所定の燃料噴射（★−５４０ＣＡ、７２０ＣＡ）で高圧燃料噴射を実行する。
【００６３】
この場合、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期（★）が、高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送終了直後となっているため、高圧燃料圧力が噴射開始燃料圧力Ｐ以上となった直後の初期噴射圧力（★−５４０ＣＡ）は、その後の第２期噴射圧力（★−７２０ＣＡ）よりも高いものとなっている。本実施例の筒内噴射式エンジン１０にて、始動時における初期噴射気筒では、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で燃料を噴射した後に着火するが、このときは燃焼室１８での圧縮端温度が低く、空気流動が少ないために燃焼が不安定となる。そのため、初期噴射時における燃料圧力を高くすることで、燃料噴霧の微粒化を促進することができると共に、燃料噴射流により混合気に流動性を付与することで、燃焼性を向上することができる。また、第２期噴射時には、初期噴射時よりも燃料圧力を低くなるものの、初期噴射による初爆でエンジン回転が上昇しているため、低い燃料圧力で十分に安定した燃焼を確保することができる。
【００６４】
一方、インジェクタ４１による高圧燃料の噴射開始時期が、高圧燃料ポンプ４４による燃料の吸入中や圧送中にあると、初期噴射圧力と第２期噴射圧力がほぼ同圧力であって、初期噴射圧力が本実施例の初期噴射圧力よりも低くなってしまう。
【００６５】
このように実施例２の内燃機関にあっては、高圧燃料ポンプ４４を吸気カムシャフト２３の駆動カム１２１により駆動可能とすると共に、インジェクタ４１により高圧燃料噴射を開始するときのクランク位置と、高圧燃料ポンプ４４により燃料圧送を終了するときのクランク位置とがほぼ一致するように設定すると共に、高圧燃料ポンプ４４による１回の燃料圧送−吸入時にインジェクタ４１による２回の高圧燃料噴射が実行されるように設定している。
【００６６】
従って、インジェクタ４１による高圧燃料噴射の開始時期と高圧燃料ポンプ４４による燃料の圧送終了時期とがほぼ一致することとなり、高圧燃料ポンプ４４による燃料圧送の直後にインジェクタ４１による初期燃料噴射が実行され、続いて、第２期燃料噴射が実行されることとなり、初期燃料噴射時の燃料圧力を第２期燃料噴射時の燃料圧力よりも高くして要求特性に近づけることができ、初期燃料噴射時における燃料噴霧の微粒化を促進することができると共に、燃料噴射流により混合気に流動性を付与することで燃焼性を向上することができ、その結果、始動性を向上することができる。
【００６７】
なお、上述した各実施例では、本発明の内燃機関を筒内噴射式の４気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、６気筒エンジンや直列型またはＶ型エンジンに適用することもでき、ポート噴射式の内燃機関に適用しても同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃料噴射時期と燃料ポンプによる燃料圧送終了時期をほぼ一致させることで、始動性の向上を図ったものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関を表す概略構成図である。
【図２】実施例１の内燃機関における燃料系を表す概略構成図である。
【図３−１】実施例１の内燃機関に高圧燃料ポンプを表す概略図である。
【図３−２】実施例１の内燃機関に高圧燃料ポンプを表す概略図である。
【図４】実施例１の内燃機関の始動時におけるクランク角度に対する燃料圧力及び燃料噴射時期を表すグラフである。
【図５】実施例１の内燃機関の始動時における高圧燃料噴射時期に対する噴射待ち時間を表すグラフである。
【図６】本発明の実施例２に係る内燃機関における燃料系を表す概略構成図である。
【図７−１】実施例２の内燃機関に高圧燃料ポンプを表す概略図である。
【図７−２】実施例２の内燃機関に高圧燃料ポンプを表す概略図である。
【図８】実施例２の内燃機関の始動時におけるクランク角度に対する燃料圧力及び燃料噴射時期を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
１０  エンジン（内燃機関）
１４  ピストン
１６  クランクシャフト
１８  燃焼室
１９  吸気ポート
２０  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
２３  吸気カムシャフト
２４  排気カムシャフト
２７  吸気可変動弁機構
２８  排気可変動弁機構
３７  吸気管
３９  スロットル弁
４０  電子スロットル装置
４１  インジェクタ（燃料噴射弁）
４２  デリバリパイプ
４３  高圧燃料供給管
４４  高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）
４５  点火プラグ
５１  電子制御ユニット、ＥＣＵ
５９  燃圧センサ
６２  燃料タンク
６３  低圧フィードポンプ
６４  低圧燃料供給管
１０２  プランジャ
１０６  調量弁
１１２，１２１  駆動カム
【図１】
2007321632.tif 000003
【図２】
2007321632.tif 000004
【図３−１】
2007321632.tif 000005
【図３−２】
2007321632.tif 000006
【図４】
2007321632.tif 000007
【図５】
2007321632.tif 000008
【図６】
2007321632.tif 000009
【図７−１】
2007321632.tif 000010
【図７−２】
2007321632.tif 000011
【図８】
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