(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料ポンプからの温度の影響が殆どないために精度の高い燃料量制御が可能で、しかも燃費性能に優れた燃料供給装置を提供する。【解決手段】内燃機関Ｅの燃料供給装置Ｆは、燃料ポンプ３０と該燃料ポンプ３０を制御する制御装置Ｃとを備える。燃料ポンプ３０は、作動気体が導かれる圧力室３３と、燃料タンク２０および燃料噴射弁２１に連通するポンプ室３２と、圧力室３３内の作動圧に応動することによりポンプ室３２内の燃料を加圧して燃料噴射弁２１に供給するダイヤフラム３４とを備える。制御装置Ｃは、気体貯蔵容器４１に貯留された高圧気体と大気とを切り換える圧力切換弁４２と圧力調整弁４３とを備え、ダイヤフラム３４がポンプ室３２内の燃料を加圧するときの圧力室３３内の作動気体の作動圧を一定に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクからの燃料を加圧して燃料噴射弁に供給する燃料ポンプと、前記燃料ポンプを制御する制御装置とを備える内燃機関の燃料供給装置において、
前記燃料ポンプは、所定の作動圧の作動気体が導かれる圧力室と、前記燃料タンクおよび前記燃料噴射弁に連通するポンプ室と、前記圧力室内の前記作動圧に応動することにより前記燃料タンクから吸入された前記ポンプ室内の燃料を加圧して前記燃料噴射弁に供給する加圧部材とを備え、前記制御装置は、前記加圧部材が前記ポンプ室内の燃料を加圧するときの前記作動圧を一定に制御することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記作動気体として、気体貯蔵容器に貯留された高圧気体と大気とを切り換える圧力切換弁を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料タンクは、前記ポンプ室と前記燃料噴射弁とを連通する燃料供給通路に、前記燃料タンクから前記燃料供給通路への燃料の流れのみを許容する一方向弁を介して連通し、前記燃料供給通路および前記一方向弁は前記燃料タンクよりも下方に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
前記制御装置は、オン位置で前記内燃機関を燃焼可能状態にすると共にオフ位置で前記内燃機関を燃焼停止状態にする運転スイッチからの信号に基づいて、前記オン位置および前記オフ位置の切換により、前記燃料ポンプに燃料の吸入動作および燃料の加圧動作を行わせることを特徴とする請求項１記載の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、燃料噴射弁に供給する燃料ポンプを備える内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁に加圧された燃料を供給する燃料供給装置に備えられる燃料ポンプとして、電動ポンプや、カム軸により駆動される機械式ポンプ（例えば特許文献１参照）が知られている。
【特許文献１】特開２００５−２４８８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃料噴射弁から供給される１回当たりの燃料量が極めて少ない小型内燃機関または燃費競技会で使用される競技車に搭載される内燃機関などでは、燃料量の制御を高い精度で行う必要がある。しかしながら、電動モータにより駆動される電動式ポンプでは、ポンプから吐出される燃料はポンプを駆動する電動機の発熱による影響を受けて、燃料温度が変化し、それに伴って燃料の密度が変化するため、精度の高い計量を行うことが困難である。また、機械式ポンプにおいては、ポンプの駆動力を内燃機関の動力から得ることが多く、その分の動力損失により燃費性能の低下や、燃料圧力変動に伴う計量精度の変化が生じる。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜４記載の発明は、燃料ポンプからの温度の影響が殆どないために精度の高い燃料量制御が可能で、しかも燃費性能に優れた内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、燃料ポンプを制御する制御装置の構造の簡単化を図ることを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、燃料ポンプの燃料吸入効率の向上を図ると共に、燃料タンク内の燃料の劣化防止および燃料ポンプの小型軽量化を図ることを目的とし、請求項４記載の発明は、さらに、を燃費性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、燃料タンクからの燃料を加圧して燃料噴射弁に供給する燃料ポンプと、前記燃料ポンプを制御する制御装置とを備える内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料ポンプは、所定の作動圧の作動気体が導かれる圧力室と、前記燃料タンクおよび前記燃料噴射弁に連通するポンプ室と、前記圧力室内の前記作動圧に応動することにより前記燃料タンクから吸入された前記ポンプ室内の燃料を加圧して前記燃料噴射弁に供給する加圧部材とを備え、前記制御装置は、前記加圧部材が前記ポンプ室内の燃料を加圧するときの前記作動圧を一定に制御する燃料供給装置である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、内燃機関の燃料供給装置において、前記制御装置は、前記作動気体として、気体貯蔵容器に貯留された高圧気体と大気とを切り換える圧力切換弁を備えるものである。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記燃料タンクは、前記ポンプ室と前記燃料噴射弁とを連通する燃料供給通路に、前記燃料タンクから前記燃料供給通路への燃料の流れのみを許容する一方向弁を介して連通し、前記燃料供給通路および前記一方向弁は前記燃料タンクよりも下方に配置されるものである。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記制御装置は、オン位置で前記内燃機関を燃焼可能状態にすると共にオフ位置で前記内燃機関を燃焼停止状態にする運転スイッチからの信号に基づいて、前記オン位置および前記オフ位置の切換により、前記燃料ポンプに燃料の吸入動作および燃料の加圧動作を行わせるものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、燃料ポンプは作動気体の作動圧に応じてポンプ動作を行うことから、ポンプ室の燃料は温度の影響を受けることが殆どないので、燃料温度の変化に起因する計量誤差が殆どなく、しかも作動気体は一定の作動圧で燃料を加圧するので、精度の高い燃料量制御が可能になる。そのうえ、燃料ポンプのポンプ動作のために内燃機関の動力が使用されないので、内燃機関の動力損失が減少して、燃費性能に優れた燃料供給装置が得られる。
請求項２記載の事項によれば、作動気体として、気体貯蔵容器に貯留された高圧気体と外気である大気が使用され、しかも圧力切換弁の切換動作により、燃料ポンプを簡単にポンプ動作させることができるので、燃料ポンプを制御する制御装置の構造が簡単化される。
請求項３記載の事項によれば、燃料タンクに貯留する燃料のヘッド圧を利用して、燃料ポンプに燃料を供給できるので、燃料ポンプの燃料吸入が容易になり、燃料の吸入効率が向上する。さらに、一方向弁により、燃料タンクから供給された燃料が燃料タンクに帰還することがないので、帰還する燃料による燃料タンク内の燃料の劣化が防止され、さらに燃料噴射弁からの燃料噴射後に燃料通路内に残留している燃料を次回以後の噴射に使用できるので、燃料ポンプの容量を小さくできて、燃料ポンプを小型軽量化できる。
請求項４記載の事項によれば、運転スイッチの操作に応じて燃料ポンプに燃料吸入動作および燃料加圧動作を行わせて、運転スイッチにより適時に燃料ポンプにポンプ動作をさせることができるので、燃費性能の向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図１を参照して説明する。
図１（Ａ）を参照すると、本発明が適用された燃料供給装置Ｆを備える内燃機関Ｅは、燃費競技用の車両に搭載される火花点火式の単気筒４ストローク内燃機関である。内燃機関Ｅは、クランクケース３に回転可能に支持されたクランク軸４を回転駆動するピストン５が往復動可能に嵌合するシリンダ１と、シリンダ１に結合されたシリンダヘッド２とを備える。
【００１１】
シリンダヘッド２には、ピストン５に対向する燃焼室７と、燃焼室７に開口する吸気ポート８および排気ポート９とが形成され、さらに、吸気ポート８および排気ポート９をそれぞれ開閉する吸気弁10および排気弁11と、燃焼室７に臨む点火プラグ12とが設けられる。吸気弁10および排気弁11は、タイミングチェーンなどの伝動機構を介して伝達されるクランク軸４の動力により回転駆動されるカム軸を備える動弁装置により開弁駆動され、それぞれ吸気ポート８および排気ポート９をクランク軸４の回転に同期して開閉する。
【００１２】
内燃機関Ｅの吸気装置には、外気を吸気ポート８を介して燃焼室７に導く吸気通路13が設けられ、該吸気通路13には吸入空気の流量を制御するスロットル弁15が設けられる。燃料噴射弁21から噴射された燃料は、吸気通路13を流通する吸入空気と混合して混合気を形成し、該混合気は吸気弁10の開弁時に吸気ポート８を経て燃焼室７に吸入され、燃焼室７内で点火プラグ12により点火されて燃焼する。そして、発生する燃焼ガスの圧力により駆動されて往復運動するピストン５がコンロッド６を介してクランク軸４を回転駆動する。燃焼ガスは、排気ガスとして排気弁11の開弁時に排気ポート９に流出し、さらに排気管を備える排気装置に設けられる排気通路14を通じて内燃機関Ｅの外部に排出される。
【００１３】
混合気を形成する燃料を供給する燃料供給装置Ｆは、燃料を貯留する燃料タンク20と、燃料タンク20から吸入した燃料を加圧して吐出する圧力式の燃料ポンプ30と、燃料ポンプ30からの加圧された燃料が供給される電磁弁からなる燃料噴射弁21と、燃料タンク20と燃料ポンプ30と燃料噴射弁21とを接続して燃料通路24を形成する燃料管23と、燃料噴射弁21の作動により発生する燃料圧の変動を減衰させるパルセーションダンパ26と、燃料ポンプ30と燃料噴射弁21と点火プラグ12とを制御する制御装置Ｃと、を備える。
【００１４】
図１（Ｂ）を併せて参照すると、燃料ポンプ30は、ハウジング31と、ハウジング31内をいずれも可変容積空間であるポンプ室32と圧力室33とに区画する加圧部材としてのダイヤフラム34と、ポンプ室32内に配置されて圧力室33の容積が減少する方向にダイヤフラム34を付勢する付勢部材としてのスプリング35とを備える。
圧力室33は、後述する圧力制御装置40の導管により形成される圧力通路44と連通し、該圧力制御装置40により制御された所定の作動圧を有する作動気体としての空気が導かれる。ポンプ室32は、燃料通路24を介して燃料ポンプ30および燃料噴射弁21に連通する。ダイヤフラム34は、圧力室33内の作動気体（空気）の作動圧に応動することにより燃料タンク20から吸入されたポンプ室32内の燃料を加圧して燃料噴射弁21に供給する。
【００１５】
燃料通路24は、ポンプ室32と燃料噴射弁21とを連通する燃料供給通路24ｂと、該燃料供給通路24ｂと燃料タンク20とを連通する燃料取入通路24ａとから構成される。燃料取入通路24ａには燃料タンク20から燃料供給通路24ｂへの燃料の流れのみを許容する一方向弁25が設けられ、燃料タンク20は一方向弁25を介して燃料供給通路24ｂと連通する。この一方向弁25により、燃料ポンプ30から吐出された燃料が燃料タンク20に逆流することが阻止される。そして、一方向弁25、燃料通路24の全体および燃料ポンプ30は燃料タンク20よりも下方に配置されて、燃料タンク20内の燃料のヘッド圧を利用して燃料が燃料ポンプ30に吸入される。また、燃料管23は、燃料通路24内に空気が混入しているか否かの視認が容易な材料、例えば透明材料から形成される。
【００１６】
燃料供給通路24ｂにおいて燃料噴射弁21付近に配置されるパルセーションダンパ26は、スプリングで付勢されたダイヤフラムを備えており、燃料噴射弁21からの燃料の噴射に伴って発生する燃料圧の脈動を該ダイヤフラムの変形により減衰させることにより、該脈動に起因する燃料噴射時の騒音を低減する。
【００１７】
制御装置Ｃは、圧力室33の圧力を制御する圧力制御装置40と、該圧力制御装置40の圧力切換弁42、燃料噴射弁21および点火プラグ12を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）50と、ＥＣＵ50に入力される内燃機関Ｅの運転状態を検出する運転状態検出手段とを備える。
圧力制御装置40は、高圧気体としての高圧空気が貯留された高圧源としての気体貯蔵容器41と、ＥＣＵ50により制御されて気体貯蔵容器41からの高圧空気と大気とを択一的に切り換えていずれか一方を所定の作動圧を有する作動気体として圧力室33に導くための圧力制御弁としての圧力切換弁42と、気体貯蔵容器41からの高圧空気の圧力を予め設定された一定の圧力である設定圧（以下、「設定圧」という。）に調整する圧力調整手段としての圧力調整弁43とを備える。この圧力調整弁43により、気体貯蔵容器41の高圧空気は設定圧の作動気体として圧力切換弁42を介して圧力室33に供給される。それゆえ、圧力制御装置40は、ポンプ室32内の燃料を加圧するときの高圧空気の作動圧を一定の圧力である設定圧力に制御する。
圧力切換弁42は、圧力室33を大気に開放して、圧力室33に大気を導くと共に圧力室33の作動圧を低圧側の所定の作動圧としての大気圧にする燃料吸入位置である第１位置と、圧力室33に設定圧の高圧空気を導くと共に圧力室33の作動圧を高圧側の所定の作動圧としての設定圧にする燃料加圧位置である第２位置とを占める。
【００１８】
前記運転状態検出手段は、クランク軸４のクランク角度を検出するクランク角センサ51と、内燃機関Ｅの負荷を吸気量またはスロットル弁15の開度に基づいて検出する機関負荷センサ52と、内燃機関Ｅの機関回転速度を検出する回転速度センサ53と、点火プラグ12および点火コイル等を備える点火装置に給電するバッテリ56に接続されるメインスイッチからなる運転スイッチ54により構成される。運転スイッチ54は、オフ位置で内燃機関Ｅを燃焼停止状態（または点火プラグ12が不作動状態になる点火停止状態）にし、オン位置で内燃機関Ｅを燃焼可能状態（または点火プラグ12が作動可能状態になる点火可能状態）にする。
ＥＣＵ50は、機関負荷センサ52および回転速度センサ53からの信号に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期を設定し、クランク角センサ51からの信号に基づいて、設定された燃料噴射時期に燃料噴射弁21に燃料を噴射させ、設定された点火時期に点火プラグ12を作動させる。さらに、ＥＣＵ50は、運転スイッチ54からの信号に基づいて、圧力切換弁42を、運転スイッチ54のオフ位置で前記第１位置（燃料吸入位置）に、オン位置で前記第２位置（燃料加圧位置）に位置させる。
【００１９】
以下、燃料ポンプ30の動作について説明する。
ＥＣＵ50の指令により圧力切換弁42が第１位置を占めると、圧力室33は大気圧となるため、スプリング35の弾発力によりダイヤフラム34が圧力室33の容積を減少する方向に移動し、ポンプ室32の容積が増加するため、ポンプ室32内および燃料通路24内の燃料圧が低下して、燃料タンク20からの燃料が、燃料取入通路24ａ、一方向弁25および燃料供給通路24ｂを通じてポンプ室32に吸入される。そして、ダイヤフラム34が圧力室33の容積が減少する方向での移動停止位置に達して、ポンプ室32の容積が最大になると、ポンプ室32は、燃料ポンプ30のポンプ容量に等しい量の燃料で満たされる。
【００２０】
この状態から、ＥＣＵ50の指令により圧力切換弁42が第２位置を占めると、圧力室33に設定圧の高圧空気が導かれて、ポンプ室32内の燃料、さらには燃料通路24内の燃料が設定圧の高圧空気により一定圧で加圧された状態になる。そして、燃料噴射弁21が開弁すると該一定圧で加圧されている燃料が吸気通路13に噴射される。このとき、ダイヤフラム34は噴射された燃料量に相当する容積分だけポンプ室32の容積を減少させる方向に移動して停止する。次いで、運転スイッチ54がオフ位置に操作されると、圧力切換弁42が第１位置を占め、圧力室33に大気が導かれて、ダイヤフラム34が圧力室33の容積が減少する方向に前記移動停止位置まで移動し、前述のように燃料タンク20からの燃料がポンプ室32に吸入されて、ポンプ室32は、燃料ポンプ30のポンプ容量に等しい量の燃料で満たされる。
【００２１】
このように、燃料ポンプ30は、運転スイッチ54のオフ位置およびオン位置の切換によりポンプ動作を行う。すなわち、燃料ポンプ30は、運転スイッチ54からの信号に基づいてＥＣＵ50により制御される圧力切換弁42の圧力切換動作に応じて、オン位置からオフ位置への運転スイッチ54の切換時に、燃料を吸入する燃料吸入動作を行い、オフ位置からオン位置への運転スイッチ54の切換時および運転スイッチ54がオン位置にあるときに、燃料を吐出可能とすべく燃料を加圧する燃料加圧動作を行う。
【００２２】
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
内燃機関Ｅの燃料供給装置Ｆにおいて、燃料ポンプ30は、所定の作動圧の作動気体である空気が導かれる圧力室33と、燃料タンク20および燃料噴射弁21に連通するポンプ室32と、圧力室33内の作動圧に応動することにより燃料タンク20から吸入されたポンプ室32内の燃料を加圧して燃料噴射弁21に供給するダイヤフラム34とを備え、制御装置Ｃの圧力制御装置40は、ダイヤフラム34がポンプ室32内の燃料を加圧するときの作動圧を一定に制御することにより、燃料ポンプ30は圧力室33内の空気の作動圧に応じてポンプ動作を行うことから、ポンプ室32の燃料は温度の影響を受けることが殆どないので、燃料温度の変化に起因する計量誤差が殆どなく、しかも作動気体は一定の作動圧（すなわち前記設定圧）で燃料を加圧するので、精度の高い燃料量制御が可能になる。そのうえ、燃料ポンプ30のポンプ動作のために内燃機関Ｅの動力が使用されないので、内燃機関Ｅの動力損失が減少して、燃費性能に優れた燃料供給装置Ｆが得られる。
【００２３】
制御装置Ｃは、作動気体として、気体貯蔵容器41に貯留された高圧空気と大気とを切り換える圧力切換弁42を備えることにより、圧力室33に導かれる空気として、気体貯蔵容器41に貯留された高圧空気と外気である大気が使用され、しかも圧力切換弁42の切換動作により、燃料ポンプ30を簡単にポンプ動作させることができるので、燃料ポンプ30を制御する圧力制御装置40の構造が簡単化される。
【００２４】
燃料タンク20は、ポンプ室32と燃料噴射弁21とを連通する燃料供給通路24ｂに、燃料タンク20から燃料供給通路24ｂへの燃料の流れのみを許容する一方向弁25を介して連通し、燃料供給通路24ｂおよび一方向弁25は燃料タンク20よりも下方に配置されることにより、燃料タンク20に貯留する燃料のヘッド圧を利用して、燃料ポンプ30に燃料を供給できるので、燃料ポンプ30の燃料吸入が容易になり、燃料の吸入効率が向上する。さらに、一方向弁25により、燃料タンク20から供給された燃料が燃料タンク20に帰還することがないので、帰還する燃料による燃料タンク20内の燃料の劣化が防止され、さらに燃料噴射弁21からの燃料噴射後に燃料通路24内に残留している燃料を次回以後の噴射に使用できるので、燃料ポンプ30の容量を小さくできて、燃料ポンプ30を小型軽量化できる。
【００２５】
制御装置Ｃは、オン位置で内燃機関Ｅを燃焼可能状態にすると共にオフ位置で前記内燃機関Ｅを燃焼停止状態にする運転スイッチ54からの信号に基づいて、オン位置およびオフ位置の切換により、燃料ポンプ30に燃料の吸入動作および燃料の加圧動作を行わせることにより、運転スイッチ54の操作に応じて燃料ポンプ30に燃料吸入動作および燃料加圧動作を行わせて、運転スイッチ54により適時に燃料ポンプ30にポンプ動作をさせることができるので、燃費性能の向上に寄与する。
【００２６】
燃料管23が透明材料で形成されることにより、燃料通路24内の燃料における空気混入の有無の確認が容易になるので、エア噛みをより確実に回避することが可能になる。
【００２７】
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した形態について、変更した構成に関して説明する。
内燃機関は、燃費競技会用の車両以外の車両または機械に装備されてもよく、また多気筒内燃機関であってもよい。作動気体として、空気以外の気体が使用されてもよい。
燃料供給装置は内燃機関以外の燃焼装置に使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用された燃料供給装置の概念図であり、（Ａ）は燃料供給装置の全体を示し、（Ｂ）は（Ａ）の要部を断面で示す。
【符号の説明】
【００２９】
20…燃料タンク、21…燃料噴射弁、23…燃料管、24ｂ…燃料供給通路、25…一方向弁、30…燃料ポンプ、31…ハウジング、32…ポンプ室、33…圧力室、40…圧力制御装置、41…気体貯蔵容器、42…圧力切換弁、43…圧力調整弁、54…運転スイッチ、
Ｅ…内燃機関、Ｆ…燃料供給装置。
【図１】
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