(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の燃料を汲み上げる燃料ポンプと、この燃料ポンプから吐出される燃料を燃料噴射弁へ送る燃料配管系と、前記燃料ポンプを制御して前記燃料配管系の燃圧を調整する燃圧制御手段とを備え、前記燃料配管系が前記燃料噴射弁に燃料を分配するデリバリパイプで終端となるリターンレス配管構成とした内燃機関用燃料供給装置において、
前記燃料配管系の燃圧変動に応じて燃料配管系の内容積を変動させるダンパ手段を設け、前記ダンパ手段の動作特性を、下記（１）式で定義される燃圧変動率が１０〜５０ｋＰａ／ｃｃの範囲内に収まるように設定したことを特徴とする内燃機関用燃料供給装置。
燃圧変動率＝ΔＰ／ΔＱ    ……（１）
ここで、ΔＱは燃料配管系の燃料充填量の変動量、ΔＰは燃料配管系の燃料充填量の変動量ΔＱによって生じる燃圧変動量である。
【請求項２】
前記ダンパ手段は、前記デリバリパイプに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁へ送る燃料の余剰分を燃料タンクに戻すリターン配管を廃止したリターンレス配管構成とした内燃機関用燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料配管系を簡素化して燃料配管系の小型化・コストダウンを実現するために、リターン配管を廃止したリターンレス配管構成を採用したものがある。このものでは、燃料配管系の燃圧を目標燃圧に合わせるために、燃料ポンプの印加電圧又は電流値を制御して、燃料ポンプの回転数（吐出圧）を制御するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成では、例えば無負荷レーシング開始時や急加減速時等、燃料噴射弁の燃料噴射量が急激に変化するときには、燃料ポンプの慣性等に起因する応答遅れによって燃料ポンプの吐出量の調整が燃料噴射量の急変に追従できなくなり、燃料配管系の燃料充填量が変動して燃圧が変動する。このような燃圧変動は、内燃機関に供給する混合気の空燃比がずれる原因となり、エミッションの悪化やドライバビリティの低下を招く原因にもなる。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃料噴射量急変時の燃圧変動を効果的に抑えることができて、燃料噴射量急変時の燃圧制御特性を改善でき、エミッションやドライバビリティを向上できる内燃機関用燃料供給装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関用燃料供給装置は、燃料配管系の燃圧変動に応じて燃料配管系の内容積を変動させるダンパ手段を設け、前記ダンパ手段の動作特性を、下記（２）式で定義される燃圧変動率ΔＰ／ΔＱが１０〜５０ｋＰａ／ｃｃの範囲内に収まるように設定している。
燃圧変動率＝ΔＰ／ΔＱ    ……（２）
ここで、ΔＱは燃料配管系の燃料充填量の変動量、ΔＰは燃料配管系の燃料充填量の変動量ΔＱによって生じる燃圧変動量である。
【０００６】
例えば、無負荷レーシング開始時や急加減速時等、燃料噴射弁の燃料噴射量が急変するときには、燃料ポンプの慣性等に起因する応答遅れによって燃料ポンプの吐出量の調整が燃料噴射量の急変に追従できなくなり、燃料配管系の燃料充填量が変動する。このとき、燃料配管系の燃料充填量が減少すると、燃圧が低下する方向に変動し始めるが、その燃圧低下に応じてダンパ手段が燃料配管系の内容積を減少させる方向に変位して、燃圧低下を抑える。また、燃料配管系の燃料充填量が増加すると、燃圧が上昇する方向に変動し始めるが、その燃圧上昇に応じてダンパ手段が燃料配管系の内容積を増加させる方向に変位して、燃圧上昇を抑える。
【０００７】
本発明において、ダンパ手段の動作特性を、燃料配管系の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔＰ／ΔＱが１０〜５０ｋＰａ／ｃｃの範囲内に収まるように設定した理由は次の通りである。燃料配管系の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔＰ／ΔＱは、燃料配管系の弾性を表わす物理量で、燃料配管系の燃料充填量を変動させて燃圧を測定したときの燃料充填量の単位変動量当たりの燃圧変動量である。図４及び図５に示すように、この燃圧変動率ΔＰ／ΔＱが大きくなるほど燃圧変動幅ΔＰが大きくなるが、燃圧変動時に燃圧が目標燃圧に収束するまでの燃圧収束時間ΔＴ（つまり空燃比がずれている時間）はΔＰ／ΔＱが小さくなるほど長くなる特性がある。
【０００８】
このような特性から、ΔＰ／ΔＱが１０ｋＰａ／ｃｃよりも小さいと、燃圧収束時間ΔＴが許容範囲（７００ｍｓ以下）を越え、空燃比がずれている時間が長くなり過ぎるため、本発明では、ΔＰ／ΔＱを１０ｋＰａ／ｃｃ以上に設定して燃圧収束時間ΔＴを許容値に収める。また、ΔＰ／ΔＱが５０ｋＰａ／ｃｃよりも大きいと、燃圧変動幅ΔＰが許容範囲（１０ｋＰａ以下）を越え、空燃比のずれ量が大きくなり過ぎるため、本発明では、ΔＰ／ΔＱを５０ｋＰａ／ｃｃ以下に設定して、燃圧変動幅ΔＰを許容範囲に収める。
【０００９】
更に、請求項２のように、ダンパ手段をデリバリパイプに設けることが好ましい。つまり、ダンパ手段による燃圧変動抑制は、燃料噴射弁に作用させる燃圧を一定にするために行うものであるため、燃料噴射弁に最も近い場所に位置するデリバリパイプにダンパ手段を設けることで、燃料噴射弁に最も近い位置でダンパ手段による燃圧変動抑制効果を最も効果的に発揮させることができる。しかも、デリバリパイプは、他の燃料配管と比較してパイプ径が大きいため、ダンパ手段を組付けるスペースを確保しやすく、ダンパ手段の組付性も良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、燃料供給装置全体の構成を図１に基づいて説明する。燃料タンク１１内には燃料ポンプ１２が設置され、この燃料ポンプ１２の吸込み口にフィルタ１３が装着されている。この燃料ポンプ１２の吐出口から燃料配管１４ａへ吐出される燃料は、燃料フィルタ１５で濾過されながら燃料配管１４ｂを通してデリバリパイプ１６へ送られ、このデリバリパイプ１６に取り付けられた各気筒の燃料噴射弁１７から各気筒に噴射される。この場合、燃料配管系１４は、燃料ポンプ１２の吐出口から始まり、燃料配管１４ａ→燃料フィルタ１５→燃料配管１４ｂを経てデリバリパイプ１６で終端となるリターンレス配管構成となっており、従って、デリバリパイプ１６から燃料の余剰分を燃料タンク１１に戻すリターン配管は廃止されている。
【００１１】
燃料ポンプ１２は、駆動源として直流モータ（図示せず）を内蔵すると共に、この直流モータを電流制御する電流制御回路１８（燃圧制御手段）を内蔵し、この電流制御回路１８の出力電流値をエンジン制御用の主制御回路１９からの制御信号によって制御することで、燃料ポンプ１２の吐出圧（燃圧）を電流値で制御するようになっている。この電流制御方式では、制御電流値によって一定の目標燃圧に制御できるため、燃料配管系１４の燃圧を検出する燃圧センサが不要になる利点がある。但し、本発明は、この構成に限定されず、燃料配管系１４に燃圧センサを設け、その検出結果を基に燃圧を目標燃圧に一致させるように燃料ポンプ１２の駆動電圧をフィードバック制御する電圧制御方式を採用しても良い。
【００１２】
一方、デリバリパイプ１６の先端部には、燃圧変動に応じて燃料配管系１４の内容積を変動させるダンパ手段２０が設けられており、以下、このダンパ手段２０の構成を図２に基づいて説明する。ダンパ手段２０のホルダ２１は、デリバリパイプ１６の先端部に圧入等により嵌着され、該デリバリパイプ１６の先端部がホルダ２１とその外周に嵌着されたＯリング２２とによって封鎖されている。ホルダ２１は、例えばステンレス鋼等の金属により形成され、その内面には、例えばステンレス鋼薄板等により形成されたベローズ２３の開口縁全周が溶接等により接合され、このベローズ２３の先端側の閉鎖端面にはデリバリパイプ１６内の燃圧が加わるようになっている。
【００１３】
このベローズ２３の内部の空間は、ホルダ２１に形成された大気連通孔２４を通して大気と連通され、ベローズ２３の先端側の閉鎖端面に加わる燃圧の変動に応じてベローズ２３がデリバリパイプ１６の軸方向（矢印Ａ，Ｂ方向）に伸縮できるようになっている。このベローズ２３の最大縮み量（矢印Ｂ方向の最大変位量）は、ホルダ２１に形成されたストッパ突起２５によって規制され、ベローズ２３の最大伸び量（矢印Ａ方向の最大変位量）は、デリバリパイプ１６の内周部に形成された環状ストッパ２６によって規制される。また、ベローズ２３の内部には、ベローズ２３を伸び方向（矢印Ａ方向）に付勢するスプリング２７が収納されている。そして、このスプリング２７の弾性力やベローズ２３の材質を適宜選択することで、燃圧変動に対するベローズ２３の伸縮変位の特性を、燃料配管系１４の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔＰ／ΔＱが１０〜５０ｋＰａ／ｃｃの範囲内に収まるように設定している（この理由については後述する）。
【００１４】
図３は無負荷レーシング時の制御特性を示すタイムチャートである。この例では、時刻ｔ1 で、アイドル状態からアクセルを急激に全開して無負荷レーシングを開始する。これにより、燃料噴射弁１７の燃料噴射量が急激に増加するが、このような燃料噴射量急増時には、燃料ポンプ１２の慣性等に起因する応答遅れによって燃料ポンプ１２の吐出量の調整が燃料噴射量の急増に追従できなくなり、燃料配管系１４の燃料充填量が減少する。このため、従来は、無負荷レーシング開始時に図３（ｄ）に点線で示すように燃圧が一時的に大きく低下する。
【００１５】
その後、時刻ｔ2 で、アクセルを全閉して無負荷レーシングを終わると、燃料噴射量が急激に最小量まで減少するが、燃料ポンプ１２の慣性によって燃料ポンプ１２の回転数（吐出圧）の低下が遅れるため、燃料配管系１４の燃料充填量が増加する。このため、従来は、無負荷レーシング終了時に図３（ｄ）に点線で示すように燃圧が一時的に大きく上昇する。このような大きな燃圧変動は、空燃比を大きくずらし、エミッションを悪化させたり、ドライバビリティを低下させたりする原因になる。
【００１６】
これに対し、本実施形態では、デリバリパイプ１６の先端部にダンパ手段２０が設けられているため、燃料配管系１４の燃料充填量が減少して、燃圧が低下する方向に変動し始めると、その燃圧低下に応じてダンパ手段２０のベローズ２３が図２の矢印Ａ方向に膨脹して燃料配管系１４の内容積を燃料充填量の減少量に応じて減少させ、図３（ｄ）に実線で示すように燃圧低下を抑える。また、燃料配管系１４の燃料充填量が増加して、燃圧が上昇する方向に変動し始めると、その燃圧上昇に応じてダンパ手段２０のベローズ２３が矢印Ｂ方向に縮小して、燃料配管系１４の内容積を燃料充填量の増加量に応じて増加させ、図３（ｄ）に実線で示すように燃圧上昇を抑える。要するに、ダンパ手段２０は、燃料配管系１４の燃料充填量の増減量に応じて燃料配管系１４の内容積を増減させることで、燃圧変動を抑える。
【００１７】
次に、本実施形態において、燃圧変動に対するダンパ手段２０のベローズ２３の伸縮変位の特性を、燃料配管系１４の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔＰ／ΔＱが１０〜５０ｋＰａ／ｃｃの範囲内に収まるように設定する理由を説明する。燃圧を安定させるには、▲１▼燃料噴射量急変時の燃圧変動幅ΔＰ［図３（ｄ）参照］を小さくし、且つ▲２▼燃圧変動時に燃圧が目標燃圧に収束するまでの燃圧収束時間ΔＴ（つまり空燃比がずれている時間）を小さくする必要がある。
【００１８】
燃料配管系１４の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔＰ／ΔＱは、燃料配管系１４の燃料充填量を変動させて燃圧を測定したときの燃料充填量の単位変動量当たりの燃圧変動量である。この燃圧変動率ΔＰ／ΔＱは、燃料配管系１４の弾性を表わす普遍的な物理量であり、燃料配管系１４の配管長さ等の配管構成が相違しても、燃圧変動率ΔＰ／ΔＱと燃料噴射量急変時の燃圧収束時間ΔＴと燃圧変動幅ΔＰとの関係は図５に示すようにほぼ一致する（図５は燃料配管系１４の配管長さが５０００ｍｍの場合と１０００ｍｍの場合についてΔＰ／ΔＱ、ΔＴ、ΔＰの関係を実測したグラフである）。一般に、図４及び図５に示すように燃圧変動率ΔＰ／ΔＱが大きくなるほど燃圧変動幅ΔＰが大きくなるが、燃圧収束時間ΔＴはΔＰ／ΔＱが小さくなるほど長くなる特性がある。
【００１９】
このような特性から、ΔＰ／ΔＱが１０ｋＰａ／ｃｃよりも小さいと、燃圧収束時間ΔＴが許容範囲（７００ｍｓ以下）を越え、空燃比がずれている時間、つまりエミッションやドライバビリティが悪くなる時間が長くなり過ぎる。それ故に、本実施形態では、ΔＰ／ΔＱを１０ｋＰａ／ｃｃ以上に設定することで、燃圧収束時間ΔＴを許容範囲内に収める。また、ΔＰ／ΔＱが５０ｋＰａ／ｃｃよりも大きいと、燃圧変動幅ΔＰが許容範囲（１０ｋＰａ以下）を越え、空燃比のずれ量が大きくなり過ぎて、エミッションの悪化やドライバビリティの低下が顕著になる。それ故に、本実施形態では、ΔＰ／ΔＱを５０ｋＰａ／ｃｃ以下に設定することで、燃圧変動幅ΔＰを許容範囲内に収める。要するに、本実施形態では、ΔＰ／ΔＱを１０〜５０ｋＰａ／ｃｃに設定することで、燃料噴射量急変時の燃圧変動抑制と速やかな燃圧収束とを両立させて、燃料噴射量急変時の燃圧制御特性を改善し、エミッションやドライバビリティを向上させるものである。
【００２０】
また、ダンパ手段２０による燃圧変動抑制は、燃料噴射弁１７に作用させる燃圧を一定にするために行うものであるため、本実施形態のように、燃料噴射弁１７に最も近い場所に位置するデリバリパイプ１６にダンパ手段２０を設ければ、燃料噴射弁１７に最も近い位置でダンパ手段２０による燃圧変動抑制効果を最も効果的に発揮させることができる。しかも、デリバリパイプ１６は、他の燃料配管と比較してパイプ径が大きいため、ダンパ手段２０を組付けるスペースを確保しやすく、ダンパ手段２０の組付性も良い利点がある。
【００２１】
しかしながら、本発明はダンパ手段２０の組付位置はデリバリパイプ１６に限定されず、他の燃料配管１４ａ，１４ｂや燃料フィルタ１５等、燃料ポンプ１２から燃料噴射弁１７までの燃料配管系１４であればどこでも良い。また、ダンパ手段２０の構成は、ベローズ２３等の弾性変形可能な圧力応動体を用いた構成のものに限定されず、燃料配管系１４の一部の配管の径や材質を適宜選択して、その配管自体の弾性によってΔＰ／ΔＱを１０〜５０ｋＰａ／ｃｃに設定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料供給装置全体の概略構成図
【図２】ダンパ手段の構造を示す縦断面図
【図３】無負荷レーシング時の制御特性を示すタイムチャート
【図４】燃料配管系１４の燃料充填量の変動に対する燃圧変動率ΔＰ／ΔＱと燃圧収束時間ΔＴと燃圧変動幅ΔＰとの関係を示す図
【図５】燃料配管系の配管長さが５０００ｍｍの場合と１０００ｍｍの場合についてΔＰ／ΔＱ、ΔＴ、ΔＰの関係を実測したグラフを示す図
【符号の説明】
１１…燃料タンク、１２…燃料ポンプ、１４…燃料配管系、１４ａ，１４ｂ…燃料配管系、１５…燃料フィルタ、１６…デリバリパイプ、１７…燃料噴射弁、１８…電流制御回路（燃圧制御手段）、１９…主制御回路、２０…ダンパ手段、２３…ベローズ、２４…大気連通孔、２７…スプリング。
【図１】
0003750754.tif 000002
【図２】
0003750754.tif 000003
【図３】
0003750754.tif 000004
【図４】
0003750754.tif 000005
【図５】
0003750754.tif 000006