(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた低圧燃料を高圧ポンプによって加圧してデリバリパイプ内に高圧燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、
前記デリバリパイプ内に移動可能に配設されるとともに、そのデリバリパイプの内部を前記高圧燃料の供給される燃料室と前記低圧燃料の供給される背圧室との２室に区画し、その移動位置に応じて前記２室の容積を可変とするピストンを設ける
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記ピストンの移動位置に応じて前記燃料室内の高圧燃料をリリーフ可能とした
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記背圧室に前記低圧燃料を供給する通路を通じて、前記燃料室内の高圧燃料をリリーフ可能とした
ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記ピストンの移動位置に応じて前記燃料室と連通して、その燃料室に供給された高圧燃料をリリーフするリリーフ通路を更に備える内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記ピストンの移動位置に応じて前記燃料室及び前記背圧室のいずれかに連通し、かつ前記低圧燃料を供給する供給通路を更に備える内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置、特にフィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた低圧燃料を高圧ポンプによって加圧してデリバリパイプ内に高圧燃料を供給する燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば筒内噴射式内燃機関のように、燃料噴射弁への供給燃料を高圧とする必要のある内燃機関では、フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた低圧燃料を高圧ポンプによって加圧してデリバリパイプ内に高圧燃料を供給するようにしている。そして供給された高圧燃料をデリバリパイプ内に備蓄し、各燃料噴射弁に分配供給して、必要な圧力の燃料を内燃機関に噴射供給している。
【０００３】
こうした内燃機関の燃料供給装置では、断続的に行われる高圧燃料ポンプからの燃料供給、及び同じく断続的に行われる燃料噴射弁からの燃料噴射の結果、デリバリパイプ内の燃料圧力に脈動が生じる。そうした燃圧脈動が生じると、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が不安定となり、噴射時間に応じて調整される１噴射当たりの燃料噴射量が変動し、エミッションやドライバビリティの悪化を招く。
【０００４】
そこで従来、例えば特開平９−３１０６６１号公報にみられるように、デリバリパイプにアキュムレータを設け、そうした燃圧脈動を抑制することが行われている。そうしたアキュムレータには、内部に気体の密封された金属ベローズが使用されており、その金属ベローズの伸縮によりデリバリパイプ内の燃料容積を柔軟に変化させて、燃圧脈動を減衰させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記構成のアキュムレータでは、高圧燃料の流入を防止してその内部の気体の密封性を確保するため、高い加工精度が必要とされるなど、金属ベローズは高価なものとなっており、上記のような燃料供給装置のコストアップを招く一因となっていた。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、デリバリパイプ内の燃圧脈動の減衰性能を安価に享受することのできる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（請求項１）
請求項１に記載の発明は、フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた低圧燃料を高圧ポンプによって加圧してデリバリパイプ内に高圧燃料を供給する内燃機関の燃料供給装置において、前記デリバリパイプ内に移動可能に配設されるとともに、そのデリバリパイプの内部を前記高圧燃料の供給される燃料室と前記低圧燃料の供給される背圧室との２室に区画し、その移動位置に応じて前記２室の容積を可変とするピストンを設けたものである。
【０００８】
上記構成では、デリバリパイプ内に移動可能に配設されたピストンによって、高圧燃料ポンプによって加圧された高圧燃料の供給される燃料室と、フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた低圧燃料の供給される背圧室とが区画形成されている。そして、燃料噴射や高圧ポンプからの燃料吐出によって燃料室内の燃圧に変動が生じると、その変動に応じてピストンが変位し、燃料室の容積が変化する。このとき、背圧室に供給された低圧燃料のダンピング効果により、その燃圧脈動が抑えられる。
【０００９】
ちなみに上記構成では、燃料室と同様に背圧室にも燃料が充填されているため、ピストンによって区画される２室間の燃料のシール性を確保する必要もなく、そうした燃圧脈動の減衰にかかる構成を安価に製造できる。したがって上記構成によれば、デリバリパイプ内の燃圧脈動の減衰性能を安価に享受できる。
【００１０】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記ピストンの移動位置に応じて前記燃料室内の高圧燃料をリリーフ可能としたものである。
【００１１】
上記構成では、燃料室内の燃圧の変動に伴い移動するピストンの位置に応じて、その燃料室内の高圧燃料がリリーフされるようになる。ここで例えば、燃料室内の燃圧が必要とされる以上に高圧となったときのピストンの移動位置で、その内部の高圧燃料のリリーフが行われるように構成すれば、それらピストン等からなる燃圧脈動の減衰機構にリリーフ弁としての機能も併せ持たせることができる。したがって上記構成によれば、デリバリパイプに通常設けられるリリーフ弁を廃止でき、更なるコスト低減を図ることができる。
【００１２】
また請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記背圧室に前記低圧燃料を供給する通路を通じて、前記燃料室内の高圧燃料をリリーフ可能としたものである。
【００１３】
上記構成では、燃料室内の燃圧の変動に伴い移動するピストンの位置に応じて、背圧室内に低圧燃料を供給する通路を通じて燃料室内の高圧燃料がリリーフされるようになる。したがって、高圧燃料をリリーフするための通路と背圧室に低圧燃料を供給するための通路とを共有化でき、更なる構成の簡易化が可能となる。なお、ピストンの移動位置に応じて燃料室と低圧燃料の供給通路とを連通させるだけで、それらの燃料の圧力差によって燃料室から低圧燃料の供給通路へと高圧燃料をリリーフさせることができる。
【００１４】
また請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記ピストンの移動位置に応じて前記燃料室と連通して、その燃料室に供給された高圧燃料をリリーフするリリーフ通路を更に備えたものである。
【００１５】
上記構成によれば、燃料室の燃圧変動によるピストンの移動に応じて、その燃料室内の高圧燃料がリリーフされる。ここで例えば燃料室内に供給される高圧燃料が必要とされる以上に高圧となったときのピストンの移動位置で、燃料室とリリーフ通路とが連通するように構成すれば、それらピストン等からなる燃圧脈動の減衰機構にリリーフ弁としての機能も併せ持たせることができる。したがって上記構成によれば、デリバリパイプに通常設けられるリリーフ弁を廃止でき、更なるコスト低減を図ることができる。
【００１６】
また請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置において、前記ピストンの移動位置に応じて前記燃料室及び前記背圧室のいずれかに連通し、かつ前記低圧燃料を供給する通路を更に備えたものである。
【００１７】
上記構成では、燃料室内の燃圧変動に応じて移動するピストンの位置によって、低圧燃料の供給通路が燃料室及び背圧室のいずれかに連通するようになる。その供給通路が背圧室に連通すれば、同背圧室に低圧燃料が供給され、またその供給通路が燃料室に連通すれば、燃料の圧力差によって燃料室内の高圧燃料が供給通路を通じてリリーフされるようになる。よって上記構成によれば、ピストン等からなる燃圧変動の減衰機構にリリーフ弁としての機能も併せ持たせることができ、更に高圧燃料をリリーフするための通路と背圧室に低圧燃料を供給するための通路との共有化も可能なため、更なる構成の簡易化が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように本実施形態の内燃機関の燃料供給装置は、フィードポンプ１１及び高圧燃料ポンプ１３の２つの燃料ポンプを備えて構成されている。
フィードポンプ１１は、燃料タンク１０内に備蓄された燃料を汲み上げ、低圧燃料通路１２を通じて高圧燃料ポンプ１３に低圧（フィード圧；例えば１５０〜２００ｋＰａ）の燃料を供給する。低圧燃料通路１２には、プレッシャレギュレータ１２ａが設けられ、同通路１２内の低圧燃料が所定の圧力を超えると、その内部の低圧燃料が燃料タンク１０内にリリーフされるようになっている。これにより、低圧燃料通路１２内の燃圧が必要な圧力に保持される。
【００２０】
一方、高圧燃料ポンプ１３は、その低圧燃料を高圧（例えば８〜１３ＭＰａ）に加圧して、高圧燃料通路１４を通じてデリバリパイプ２０内に供給する。デリバリパイプ２０に供給された高圧燃料は、その内部の燃料室２２に必要な圧力の燃料が蓄えられ、内燃機関の各燃料噴射弁１５に分配供給される。そしてエンジン制御用のコンピュータユニットからの指令信号に応じた各燃料噴射弁１５の開弁により、必要な圧力に保持された燃料が内燃機関に噴射供給される。
【００２１】
さて本実施形態では、デリバリパイプ２０内には、図２に示すように、ピストン２１が移動可能に配設されている。デリバリパイプ２０の内部はそのピストン２１により、燃料室２２と背圧室２３との２室に区画されている。そしてそのピストン２１の移動位置によって、燃料室２２及び背圧室２３の容積が変化されるようになっている。すなわちピストン２１の移動によって燃料室２２の容積が拡大されれば、その分、背圧室２３の容積は縮小する。また、その移動によって燃料室２２の容積が縮小すれば、その分、背圧室の容積は拡大する。そうしたピストン２１は、ばね２３によって燃料室２２の容積を縮小する方向に付勢されている。
【００２２】
燃料室２２は、高圧燃料通路１４に接続されて、高圧燃料ポンプ１３によって加圧された高圧燃料が供給される。また背圧室２３には後述するように、低圧燃料通路１２から低圧燃料が供給されるようになっている。よってピストン２１は、同燃料室２２内の高圧燃料の圧力に基づいた燃料室２２の容積を拡大する方向に作用する力と、背圧室２３内の低圧燃料の圧力、及びばね２４の付勢力に基づいた燃料室２２の容積を縮小する方向に作用する力との釣合いに応じて、その移動位置を変えることとなる。
【００２３】
一方、同図２に示すように、デリバリパイプ２０には、更に通路２５が接続され、その通路２５を通じて低圧燃料通路１２に接続されている。この通路２５は、上記ピストン２１の移動位置に応じて、燃料室２２及び背圧室２３のいずれかに接続されるようになっている。
【００２４】
図３は、ピストン２１の移動に応じて伸縮されるばね２４の長さ（ばね長）Ｌと燃料室２２内の燃圧Ｐとの関係を示している。
ばね長Ｌはピストン２１の移動位置に応じて、ばね２４が縮みきるか、ピストン２１がデリバリパイプ２０の端部に当接するかして、それ以上の圧縮が不能となる密着長さから、ばね２４の伸びきった自由長までの範囲内で変化する。そして、ばね２４が縮めば（ばね長Ｌが減少すれば）、ピストン２１に対して燃料室２２の容積を縮小する方向に作用する力Ｆｄは増大する。また、ばね２４が伸びれば（ばね長Ｌが増大すれば）、その力Ｆｄは減少する。したがってピストン２１は、自身に作用する力の釣合いを保持するように、燃料室２２内の燃圧Ｐの変動に応じて、その移動位置を変えることとなる。すなわち、燃料室２２内の燃圧Ｐが増大すれば、ばね長Ｌが減少する方向（燃料室２２の容積を増大する方向）に移動する。また、その燃圧Ｐが減少すれば、ばね長Ｌが増大する方向（燃料室２２の容積を縮小する方向）に移動する。
【００２５】
なお上記通路２５は、ばね長Ｌが十分に長いとき、すなわち燃料室２２内の燃圧Ｐが低いときには背圧室２３と連通し、ばね長Ｌが所定長αよりも短いとき、すなわち燃圧Ｐが所定圧（リリーフ圧）よりも大きなときには燃料室２２と連通するような位置に接続されている。したがって、例えば高圧燃料ポンプ１３の吐出圧が十分に高まる前の機関始動直後などのように、燃料室２２内の燃圧Ｐが十分に低いときには、同通路２５を通じて背圧室２３内に低圧燃料が供給される。
【００２６】
このように本実施形態では、燃料室２２内の燃圧Ｐに応じたピストン２１の移動に応じて、低圧燃料の充填された背圧室２３の容積が拡大縮小する。そしてそれにより、デリバリパイプ２０内の燃料容積（燃料室２２の容積）を柔軟に変化させ、背圧室２３内の低圧燃料によってダンピング効果を生じさせて、燃圧Ｐの脈動を効果的に減衰させている。
【００２７】
一方、燃料室２２内の燃圧Ｐが所定圧を超えて上昇したときには、図４に示すように、燃料室２２と通路２５とが連通する位置にピストン２１が移動する。そして、高圧燃料の充填された燃料室２２は、通路２５を通じて低圧燃料通路１２に接続される。このとき、低圧燃料通路１２内の燃圧（フィード圧）に比して十分に高圧な燃料室２２内の高圧燃料は、接続された通路２５を通じて低圧燃料通路１２に、そして更にはその低圧燃料通路１２からプレッシャレギュレータ１２ａを通じて燃料タンク１０内にリリーフされる。したがって、それらピストン２１等を、燃料室２２内の燃圧Ｐが過剰な高圧となることを防止するリリーフ弁としても機能させられる。なお、そうしたリリーフ弁としての機能は、燃料室２２内の燃圧Ｐが要求される圧力以上となるときのピストン２１の移動位置において、その燃料室２２が通路２５と連通するように、デリバリパイプ２０への通路２５の接続位置やばね２４のばね力を適宜に調整することで享受できる。
【００２８】
ところで、内燃機関の運転中には、デリバリパイプ内に蓄えられる高圧燃料は、比較的高温（例えば８０℃程度）となっている。内燃機関が停止すると、デリバリパイプ内に蓄えられた高圧燃料の温度は徐々に低下する。これによりデリバリパイプ内の燃料体積が収縮して、デリバリパイプ内の燃圧が低下する。そして燃圧がある程度よりも低下すると、デリバリパイプの燃料内にベーパの気泡が発生する。特にその燃圧が大気圧よりも低くなると、ベーパ気泡が多量に発生する。そしてそうしたベーパ気泡の存在は、高温再始動性を悪化させる一因となっている。
【００２９】
図５には、デリバリパイプ内にベーパ気泡が存在するとき（実線）、存在しないとき（二点鎖線）のそれぞれについて、機関再始動時における燃圧Ｐの推移が示されている。デリバリパイプ内にベーパ気泡が存在していれば、デリバリパイプに高圧燃料を供給しても、そのベーパ気泡が排除されるまでは燃圧Ｐ自体は上昇し難くなる。このため、ベーパ気泡が存在するときには、同図５に示すように、再始動時の燃料供給開始（時刻ｔ０）からベーパ気泡が排除されるまで（時刻ｔ１）は、ベーパ気泡の存在しないときに比して、燃圧Ｐの上昇率は低くなり、必要な圧力（目標燃圧）まで燃圧Ｐを高めるのに要する期間は長くなる。
【００３０】
その点、本実施形態の内燃機関の燃料供給装置では、以下に説明するように、機関停止中の燃料温度の低下に伴う燃料室２１内の燃圧Ｐの低下を抑え、ベーパ気泡の発生を抑制して、内燃機関の高温再始動性を向上できるようにもなっている。
【００３１】
すなわち本実施形態では、デリバリパイプ２０の燃料室２２は、ピストン２１とパイプ２０内壁とのクリアランス等を通じて、背圧室２３や通路２５、更には低圧燃料通路１２との間に、ある程度の燃料の流通が許容されている。このため、機関停止中における燃料の温度低下の進行するような比較的長いタイムスケールでは、燃料室２２内の燃料は、燃料供給装置の低圧燃料系（背圧室２３や通路２５、低圧燃料通路１２など）と一体であると見なすことができる。このため、それら燃料室２２内の燃料に低圧燃料系の燃料を加えた燃料全体の熱容量は大きく、機関停止中の温度低下は抑制される。
【００３２】
また温度低下による燃料体積の収縮が生じても、ピストン２１の移動による燃料室２２の容積縮小に加え、ピストン２１とデリバリパイプ２０とのクリアランスを通じた背圧室２３等からの燃料の補填によって、燃料室２２内の燃圧Ｐの低下を抑制できる。
【００３３】
図６には、機関停止中にデリバリパイプ内の燃料が低圧燃料系とは遮断された状態となる従来の燃料供給装置（一点鎖線）、及び本実施形態の燃料供給装置（実線）のそれぞれについて、機関停止中におけるデリバリパイプ内の燃圧Ｐの推移が併せ示されている。同図６に示されるように、燃料室２２が低圧燃料系と連通した状態となる本実施形態では、従来の燃料供給装置に比して、燃圧Ｐの低下が抑制され、機関停止からベーパ気泡の発生するまでの期間が延ばされている。
【００３４】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、デリバリパイプ２０内に、その内部を高圧燃料の供給される燃料室２２と低圧燃料の供給される背圧室２３との２室に区画し、その移動位置に応じてそれら２室２２，２３の容積を可変とするピストン２１が移動可能に配設されている。このため、燃料室２２内の燃圧脈動を、背圧室２３に供給される低圧燃料のダンピング効果によって効果的に減衰できる。しかも、燃料室２２と同様に背圧室２３にも燃料が充填されているため、ピストン２１によって区画される両室２２，２３間の燃料のシール性を確保する必要もなく、そうした燃圧脈動の減衰にかかる構成を安価に製造できる。したがって本実施形態によれば、デリバリパイプ２０内の燃圧脈動の減衰性能を安価に享受できる。
【００３５】
（２）また燃料室２２は、ピストン２１とデリバリパイプ２０内壁とのクリアランス等を通じて燃料供給装置の低圧燃料系との間での燃料流通が許容されている。このため、期間停止中の燃料温度の低下に伴う燃圧Ｐの低下を抑制して、デリバリパイプ２０内でのベーパ気泡の発生を抑えられる。したがって、内燃機関の高温再始動性を向上できる。
【００３６】
（３）本実施形態では、燃料室２２は、ピストン２１の移動位置に応じて通路２５と連通し、その内部の高圧燃料をリリーフ可能となっている。したがって、それらピストン２１等をリリーフ弁としても機能させることができ、デリバリパイプ２０に通常設けられるリリーフ弁を廃止して、更なるコスト低減を図ることができる。
【００３７】
（４）本実施形態では、通路２５は、ピストン２１の移動位置に応じて燃料室２２及び背圧室２３のいずれかに連通し、かつ燃料供給装置の低圧燃料系に接続されている。このため、高圧燃料をリリーフするための通路と背圧室２３に低圧燃料を供給するための通路とを共有化でき、更なる構成の簡易化が可能となる。
【００３８】
以上説明した実施形態は、次のように変更しても良い。
・上記実施形態では、ピストン２１の移動位置に応じて燃料室２２及び背圧室２３のいずれかに連通する位置に通路２５を接続することで、背圧室２３に低圧燃料を供給する通路と燃料室２２から高圧燃料をリリーフする通路とを共有化しているが、そうした通路をそれぞれ別々に設けるようにしても良い。例えば、
（イ）低圧燃料通路１２に接続されて、ピストン２１の移動位置に拘わらず背圧室２３のみに連通する通路、
（ロ）燃圧Ｐが所定圧以上となったときのピストン２１の移動位置において燃料室２２に連通する通路、
の２つの通路を設ければ、ピストン２１等の燃圧脈動の減衰機構にリリーフ弁としての機能も併せ持たせることはできる。
【００３９】
・また、ピストン２１の移動位置に応じて燃料室２２に連通して、高圧燃料をリリーフする通路を設けずとも、デリバリパイプ２０内の燃圧脈動を減衰させることはできる。例えば図７に示すように、ピストン２１の移動位置に拘わらず背圧室２３のみに連通し、低圧燃料通路１２に接続されるように、通路２５を設ける構成としても良い。
【００４０】
・更にピストン２１の形状やばね２４の配設態様などは、適宜変更しても良い。ばね２４については、各図に例示されるコイルばねに限らず、燃料室２２内の燃圧変動に応じてそれを減衰可能な移動を許容するようにピストン２１を付勢するものであれば、適宜任意の付勢部材等に変更しても良い。
【００４１】
・また移動に伴う摺動抵抗等によって、燃料室２２内の燃圧変動に応じ、それを減衰可能なピストン２１の移動が許容されていれば、ばね２４のような付勢部材は設けなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態についてその燃料供給装置の全体構成を示す模式図。
【図２】同実施形態についてそのデリバリパイプの部分断面構造を示す断面図。
【図３】デリバリパイプ内の燃圧とばね長さとの関係を示すグラフ。
【図４】同実施形態についてそのデリバリパイプの部分断面構造を示す断面図。
【図５】機関高温始動時の燃圧の推移を示すグラフ。
【図６】機関停止中の燃圧の推移を示すグラフ。
【図７】本発明の別の実施形態についてそのデリバリパイプの部分断面構造を示す断面図。
【符号の説明】
１０…燃料タンク、１１…フィードポンプ、１２…低圧燃料通路、１３…高圧燃料ポンプ、１４…高圧燃料通路、１５…燃料噴射弁、２０…デリバリパイプ、２１…ピストン、２２…燃料室、２３…背圧室、２４…ばね、２５…通路（リリーフ通路、低圧燃料の供給通路）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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