JP2001248515A - 可変吐出量燃料供給装置 - Google Patents

可変吐出量燃料供給装置

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JP2001248515A JP2000055335A JP2000055335A JP2001248515A JP 2001248515 A JP2001248515 A JP 2001248515A JP 2000055335 A JP2000055335 A JP 2000055335A JP 2000055335 A JP2000055335 A JP 2000055335A JP 2001248515 A JP2001248515 A JP 2001248515A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁弁の制御のバラツキに影響されず、安定
した燃料圧制御が可能であり、コイル温度が上昇するこ
とのない可変吐出量燃料供給装置を得る。 【解決手段】 内燃機関の各気筒に燃料を噴射する噴射
弁１ａないし１ｄと、シリンダ１４内をプランジャ１５
が往復動することにより、燃料吸入通路２５から吸入弁
２６を介して加圧室１７内に燃料を吸入して加圧し、吐
出弁２７から加圧燃料を吐出する燃料ポンプ３と、燃料
ポンプ３の加圧室１７と燃料吸入通路２５とを連通する
リリーフ通路３１に設けられ、開弁時に加圧室１７内の
加圧燃料をリリーフして燃料の吐出量を制御する電磁弁
２８と、電磁弁２８に開弁信号を与える制御ユニット１
３とを備え、制御ユニット１３から電磁弁２８に与えら
れる開弁信号が、プランジャ１５の上死点から下死点に
向かう吸入行程中における上死点過ぎの所定の位置にお
いて終了するように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両用の内燃機
関、特に高圧の加圧燃料を要する筒内噴射用ガソリンエ
ンジンに使用され、燃料噴射弁に供給する燃料の供給量
を制御する可変吐出量燃料供給装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車用の内燃機関に使用される可変吐
出量燃料供給装置は、内燃機関の各気筒に燃料を噴射す
る複数の燃料噴射弁と、これらの燃料噴射弁に燃料を供
給するデリバリパイプと、このデリバリパイプに加圧燃
料を供給する燃料ポンプと、この燃料ポンプに燃料タン
クからの燃料を供給する低圧燃料ポンプと、燃料の噴射
時期や噴射量および燃料ポンプの吐出量などを制御する
制御手段などから構成され、また、燃料ポンプは、シリ
ンダと、内燃機関のカムシャフトに設けられた駆動用カ
ムに駆動され、シリンダ内を往復動して吸入行程では加
圧室内に燃料を吸入し、吐出行程では加圧室内の燃料を
デリバリパイプに圧送するプランジャと、加圧室内の加
圧された燃料を所定のタイミングで低圧側にリリーフす
ることにより、加圧室からの吐出量を制御し、デリバリ
パイプの燃料圧を所定の圧力に制御する電磁弁などから
構成されている。
【０００３】この電磁弁は例えば特開平１１−２００９
９０号公報などに開示されているように、一般的には電
磁弁への制御信号がない場合は弁が閉じている常閉の電
磁弁が使用され、制御手段からの開弁信号に応じて開弁
し、加圧室内の加圧された燃料を低圧側にリリーフする
ように構成されている。また、制御手段はデリバリパイ
プ内の燃料圧を検知し、燃料圧の変動に応じて開弁信号
を電磁弁に与えて開弁するが、デリバリパイプ内の燃料
圧が上昇するのは燃料ポンプの吐出行程であるから、吐
出行程の途中で開弁信号が与えられ、吐出行程の終了と
共に閉弁するように信号幅が形成されている。
【０００４】図４は、このような従来の可変吐出量燃料
供給装置に使用される燃料ポンプの行程と電磁弁の動作
タイミングとを説明する説明図であり、例えば特開平１
１−２００９９０号公報などに開示されているものであ
る。図のピストンリフト量は内燃機関の駆動用カムに駆
動されて往復動するプランジャの移動量を示し、下死点
から上死点までの行程が加圧行程であり、この行程のス
トロークに応じた量の燃料が加圧されて加圧室からデリ
バリパイプに圧送され、また、上死点から下死点までの
行程が吸入行程であって、この吸入行程においては燃料
タンクから加圧室内に燃料が導入される。
【０００５】図の各行程ＡないしＤは、それぞれ燃料ポ
ンプのプランジャの一周期の行程を示し、それぞれ特徴
のある行程を抽出して示したものである。図に基づき従
来の燃料ポンプの行程と電磁弁の動作とを説明すると、
まず、行程Ａは燃料ポンプの吐出量を全ストロークの５
０％のみ吐出した場合を示し、プランジャの吐出行程に
おいてストロークの５０％位置で開弁信号が与えられて
電磁弁が開弁し、プランジャの上死点、すなわち、吐出
行程の終了と共に開弁信号が終了して電磁弁が閉弁する
状態を示している。また、行程Ｂは吐出量が７５％のと
きに開弁信号が与えられた場合を示すもので、開弁信号
は行程Ａと同様に吐出行程の終了と共に終了する。
【０００６】行程Ｃは、内燃機関の高速低負荷時、例え
ば、エンジンブレーキ使用時の状態など、燃料ポンプの
吐出量が多く燃料消費量が少ない場合を示し、このよう
な場合にはデリバリパイプ内の燃料圧は所定値に維持さ
れており、燃料ポンプからの吐出量が０％で、電磁弁に
よるリリーフ量が１００％となり、プランジャの全行程
期間にわたり開弁信号が与えられる。行程Ｄは燃料ポン
プの吐出量が少なく燃料消費量が多い、例えば、内燃機
関の低速高負荷時の場合などであり、この場合には吐出
量を１００％にするために開弁信号は与えられない。
【０００７】これらの各行程の内、吐出量が０％または
１００％の状態は高頻度で発生するものではなく、通常
の使用状態では上記のように、開弁信号はプランジャの
加圧行程の途上で印可され、上死点にて終了することに
なる。開弁信号の信号幅はデリバリパイプ内の燃料圧に
より決まるものであるから、内燃機関の回転数や負荷の
状態により常に変動し、回転数や負荷が一定の場合にお
いてもプランジャの各行程毎に変化し、制御手段は各行
程毎に開弁時期と開弁信号幅とを演算して電磁弁に与え
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の可変吐出量燃料
供給装置では以上のような開弁信号が電磁弁に与えられ
ていたが、内燃機関の始動直後などデリバリパイプの燃
料圧が所定圧まで立上げ時期や、燃料ポンプの吐出量に
対して燃料消費量が比較的大きい場合には、燃料圧が所
定値に達するのがプランジャが上死点を通過する直前の
極めて短い時間となることがあり、このような場合には
開弁信号は短時間のパルス信号となる。一方、開弁信号
に対する電磁弁の応答性には限界があるため、短時間の
パルス信号に対しては電磁弁が追従できず、制御が不能
になってデリバリパイプ内の燃料圧が不安定な状態にな
ることがあった。特に、内燃機関の高速回転時にはプラ
ンジャの行程時間が短くなり、開弁信号の信号幅も短く
なるので電磁弁の応答性は燃料ポンプの最高回転速度を
制限するものであった。
【０００９】また、制御ユニットにも制御のバラツキが
あるため、上記の従来の制御内容ではプランジャの上死
点前の吐出行程中に弁が閉じてしまうことがあり、燃料
ポンプが再度吐出することによりデリバリパイプ内の燃
料圧が所定値より高くなるという問題を有していた。さ
らに、内燃機関のエンジンブレーキ使用時などの高速低
負荷時では、燃料ポンプの吐出量に対して燃料消費が小
さく、吐出量の０％が継続する場合があり、このような
場合には電磁弁のコイルに対する通電が１００％とな
る。電磁弁は応答性を向上させるためコイル抵抗を小さ
く設定するため、コイル温度が異常に上昇する問題が発
生する。この温度上昇を抑制するには電磁弁のコイル抵
抗をを大きくする必要があり、これは電磁弁の応答性を
さらに悪化させるという問題を有するものであった。
【００１０】この発明はこのような課題を解決するため
になされたもので、電磁弁の応答性や制御のバラツキに
影響されることなく、常に安定した燃料圧の制御が可能
であり、コイル温度が異常に上昇することのない可変吐
出量燃料供給装置を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる可変吐
出量燃料供給装置は、内燃機関の各気筒に燃料を噴射す
る燃料噴射弁と、これらの燃料噴射弁に加圧燃料を供給
するデリバリパイプと、シリンダ内をプランジャが往復
動することにより、燃料吸入通路から吸入弁を介して加
圧室内に燃料を吸入して加圧し、吐出弁を介して加圧燃
料をデリバリパイプに吐出する燃料ポンプと、この燃料
ポンプの加圧室と燃料吸入通路とを連通するリリーフ通
路に設けられ、開弁時に加圧室内の加圧燃料を燃料吸入
通路にリリーフして加圧燃料の吐出量を制御する電磁弁
と、この電磁弁に開弁信号を与える制御手段とを備え、
この制御手段から電磁弁に与えられる開弁信号が、プラ
ンジャの上死点から下死点に向かう吸入行程中における
上死点過ぎの所定の位置において終了するように構成し
たものである。
【００１２】また、プランジャが上死点を通過してから
少なくとも電磁弁の応答時間が経過した後に開弁信号が
終了するように構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１の可変吐出量燃料供給装置の燃料ポンプと
電磁弁との動作タイミングを説明する動作説明図、図２
は可変吐出量燃料供給装置の構成を示す系統図、図３は
燃料ポンプの断面図である。図２において、１ａないし
１ｄは内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁、２は
加圧された燃料を保持して燃料噴射弁１ａないし１ｄに
燃料を供給するデリバリパイプ、３はデリバリパイプ２
に燃料経路１０を介して加圧された燃料を供給する燃料
ポンプ、４は燃料タンク５から燃料経路７を経由して燃
料ポンプ３に燃料を供給する低圧燃料ポンプ、６は燃料
経路７に設けられたエンジン停止時に燃圧経路７内の燃
圧を一定時間保持するチェックバルブ、８は燃料経路７
の圧力制御用の低圧レギュレータ、９はデリバリパイプ
２の燃料圧が所定値を越えたときに燃料経路１０から燃
料経路１１を介して燃料タンク５に燃料をリリーフする
チェックバルブ、１２は燃料ポンプ３から燃料タンク５
に燃料を戻すリターン経路、１３は燃料圧を制御する制
御手段である。
【００１４】図３の燃料ポンプ３において、１４はシリ
ンダ、１５は図示しないカムシャフトの駆動カムにロー
ラ１６を介して駆動され、シリンダ１４内を往復動して
加圧室１７内に燃料を吸入し、加圧するプランジャ、１
８はプランジャ１５を常時加圧室１７が拡大する方向に
付勢するバネ、１９はローラ１６を図示しないカムシャ
フト側に付勢するバネ、２０はシリンダ１４とプランジ
ャ１５との間から漏出する燃料をシールする金属製のベ
ローズで、金属製のベローズ２０内に漏出した燃料はリ
ターン通路２１と図２のリターン経路１２とを介して燃
料タンク５に戻される。２２は低圧ダンパ２３を有する
燃料吸入口、２４は図２の燃料経路１０を介してデリバ
リパイプ２に接続される燃料吐出口であり、燃料吸入口
２２は燃料吸入通路２５と例えばリードバルブなどの逆
止弁にて構成される吸入弁２６とを介して加圧室１７に
連通し、燃料吐出口２４は吐出弁２７を介して加圧室１
７に連通する。
【００１５】２８は制御手段１３からの開弁信号により
開弁する常閉の電磁弁であり、弁体２９と弁座３０とか
らなる弁部は加圧室１７から燃料吸入通路２５に連通す
るリリーフ通路３１を開閉するように設けられ、電磁弁
２８が開弁することにより加圧室１７内の加圧された燃
料がリリーフ通路３１を経由して燃料吸入通路２５にリ
リーフされるように構成されている。燃料ポンプ３は内
燃機関に装着され、内燃機関のカムシャフトに設けられ
たポンプ駆動用のカムにより駆動され、内燃機関の回転
に伴って燃料を加圧してデリバリパイプ２に圧送する。
また、制御手段１３には図示しないセンサ類から内燃機
関の回転速度や、カムシャフトの回転角およびデリバリ
パイプ２の燃料圧などが入力され、電磁弁２８に開弁信
号を与えるように構成されている。
【００１６】このように構成されたこの発明の実施の形
態１の可変吐出量燃料供給装置において、まず、内燃機
関のキースイッチがオンされると電動の低圧燃料ポンプ
４が作動して燃料タンク５より燃料ポンプ３に燃料が供
給される。続いて内燃機関の始動操作と共に燃料ポンプ
３が駆動され、プランジャ１５の吸入行程では吐出弁２
７が閉じて吸入弁２６が開き、燃料が燃料吸入口２２と
燃料吸入通路２５とを介して加圧室１７内に吸入され、
プランジャ１５の吐出行程では吸入弁２６が閉じて吐出
弁２７が開き、加圧された燃料が燃料吐出口２４から燃
料経路１０を通ってデリバリパイプ２に圧送される。ま
た、エンジン停止時に燃料ポンプ３内の燃料圧は低下す
るが、デリバリパイプ２内の燃料圧は燃圧保持バルブ３
２が閉じることにより一定時間保持される。
【００１７】プランジャ１５の往復動は内燃機関の回転
速度と共に高くなり、デリバリパイプ２内の燃料圧が所
定値に達すると制御手段１３がこれを検知して電磁弁２
８に開弁信号を与え、弁を開いて高燃料圧の加圧室１７
を低燃料圧の燃料吸入通路２５に連通させ、燃料をリリ
ーフすることにより加圧室１７からデリバリパイプ２に
対する燃料の圧送を停止し、デリバリパイプ２内の燃料
圧を一定値に保つ。このときの制御手段１３の制御動作
は次のように行われる。
【００１８】図１はこの制御動作の内容を示すもので、
制御手段１３からの開弁信号は図１に示すように、開弁
信号の印可はデリバリパイプ２の燃料圧の検出値により
決定されるが、終了位置はプランジャ１５が上死点位置
を経過した後の所定の位置とされる。図１の各行程Ａな
いしＤはそれぞれ特徴のある行程を抽出して示したもの
であり、まず、行程Ａはデリバリパイプ２内の燃料圧が
プランジャ１５の全ストロークの５０％を吐出すること
によりデリバリパイプ２内の燃料圧が所定圧に達した場
合を示し、この場合には、プランジャ１５が下死点から
上死点までのストロークの５０％位置にて開弁信号が印
加されて電磁弁２８が開き、この開弁信号はプランジャ
１５の上死点過ぎの所定の位置まで継続される。プラン
ジャの吐出期間は下死点から上死点までの間であるか
ら、この場合の燃料リリーフ量は全ストロークの５０％
となる。
【００１９】また、行程Ｂはデリバリパイプ２内の燃料
圧がプランジャ１５の全ストロークの７５％を吐出する
ことにより、デリバリパイプ２内の燃料圧が所定圧に達
した場合を示し、プランジャ１５が下死点から上死点ま
でのストロークの７５％位置にて開弁信号が印可され、
この開弁信号は行程Ａの場合と同様にプランジャ１５の
上死点過ぎの所定の位置まで継続される。行程Ｃはデリ
バリパイプ２の燃料圧が所定値を満足しており、吐出量
が０％でよいと判定された場合を示し、プランジャ１５
が下死点位置にて開弁信号が印可され、この開弁信号は
行程Ａおよび行程Ｂの場合と同様にプランジャ１５の上
死点過ぎの所定の位置まで継続される。
【００２０】行程Ｄはデリバリパイプ２内の燃料圧が低
く、また燃料消費量が多い場合のように、吐出量が１０
０％必要な状態を示し、この場合には圧力制御のための
リリーフは必要でないのでプランジャ１５の上死点、ま
たは、上死点を誤差吸収分過ぎた位置にて開弁信号が印
可され、行程Ａないし行程Ｃの場合と同様にプランジャ
１５の上死点過ぎの所定の位置まで継続される。そし
て、この開弁信号の終了時点、すなわち、上死点過ぎの
所定の位置は、例えば上死点から下死点までのストロー
クに対して所定の率で決定されるか、または、図１の行
程Ｄに示すように電磁弁２８の応答性のバラツキと制御
ユニット１３の制御のバラツキを補償し得る最小時間以
上に設定される。
【００２１】制御動作を以上のように設定することによ
り、開弁信号幅を常に電磁弁２８の応答性に必要なパル
ス幅以上に設定できることになり、また、制御のバラツ
キがあってもプランジャ１５が上死点を過ぎた後に閉弁
動作することになるので内燃機関の全回転域において安
定した吐出量制御が可能になり、また、応答性の悪い電
磁弁でも使用することが可能になる。さらに、電磁弁の
応答性により限界があった内燃機関の回転速度のより高
い領域までの制御ができることになると共に、電磁弁２
８のコイルには従来のような１００％通電がなく、温度
上昇を抑制して応答性の向上を可能とすることができ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したようにこの発明の可変吐
出量燃料供給装置によれば、電磁弁の開弁時間を燃料ポ
ンプのプランジャが上死点を過ぎた後、所定の位置まで
継続されるようにし、この位置を電磁弁の応答性や制御
のバラツキを加味して決定するようにしたので、燃料圧
が安定して制御できると共に、電磁弁のコイルの温度上
昇が抑制できて余裕のある設計が可能になり、また、よ
り高速域までの制御に対応できて内燃機関の高速回転化
を可能にする他、制御ユニットの制御精度や電磁弁の応
答性を必要以上に向上させる必要がなくなるなど、優れ
た可変吐出量燃料供給装置を得ることができるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供
給装置の動作説明図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供
給装置の構成を示す系統図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の可変吐出量燃料供
給装置に使用する燃料ポンプの構成を示す断面図であ
る。
【図４】 従来の可変吐出量燃料供給装置の動作説明図
である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 燃料噴射弁、２ デリバリパ
イプ、３ 燃料ポンプ、４ 低圧燃料ポンプ、５ 燃料
タンク、６、９ チェックバルブ、８ 低圧レギュレー
タ１０，１１ 燃料経路、１３ 制御手段、１４ シリ
ンダ、１５ プランジャ、１７ 加圧室、１８，１９
バネ、２０ ベローズ、２２ 燃料吸入口、２４ 燃料
吐出口、２５ 燃料吸入通路、２６ 吸入弁、２７ 吐
出弁、２８ 電磁弁、２９ 弁体、３０ 弁座、３１
リリーフ通路、３２ 燃圧保持バルブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AD02 BA12 BA19 BA33 CA04T CA08 CA09 CA20U CA22T CB07U CB09 CB12 CB16 CC01 CD26 CE02 CE13 CE22 DA06 DC03 DC18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料
    噴射弁、これらの燃料噴射弁に加圧燃料を供給するデリ
    バリパイプ、シリンダ内をプランジャが往復動すること
    により、燃料吸入通路から吸入弁を介して加圧室内に燃
    料を吸入して加圧し、吐出弁を介して加圧燃料を前記デ
    リバリパイプに吐出する燃料ポンプ、この燃料ポンプの
    前記加圧室と前記燃料吸入通路とを連通するリリーフ通
    路に設けられ、開弁時に前記加圧室内の加圧燃料を前記
    燃料吸入通路にリリーフして加圧燃料の吐出量を制御す
    る電磁弁、この電磁弁に開弁信号を与える制御手段を備
    え、この制御手段から前記電磁弁に与えられる開弁信号
    が、前記プランジャの上死点から下死点に向かう吸入行
    程中における上死点過ぎの所定の位置において終了する
    ように構成されたことを特徴とする可変吐出量燃料供給
    装置。
  2. 【請求項２】 プランジャが上死点を通過してから少な
    くとも電磁弁の応答時間が経過した後に開弁信号が終了
    するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の
    可変吐出量燃料供給装置。
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