JP2013060879A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとき、デリバリパイプ内等にベーパが発生することを抑制する。
【解決手段】内燃機関においては、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５との両方に対しデリバリパイプ６から燃料が供給される。このため、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とのうち、一方のみからの燃料噴射が続いて他方からの燃料噴射が停止された状態が続いたとしても、そのときにデリバリパイプ６内等で燃料が停滞することなく流れ、その燃料によりデリバリパイプ６が冷却される。従って、デリバリパイプ６内等で停滞する燃料が内燃機関等からの受熱により温度上昇するという状況の発生が抑制され、ひいては上記燃料の温度上昇に伴ってベーパが発生することが抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関として、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射インジェクタと、燃焼室内に燃料を噴射する直噴インジェクタとを備えたものが知られている。こうした内燃機関には上記ポート噴射インジェクタ及び上記直噴インジェクタに燃料を供給する燃料供給装置が設けられている。同装置では、例えば特許文献１に示されるように、フィードポンプから吐出された燃料を高圧燃料ポンプによって高圧化し、その高圧化した燃料の供給を受ける高圧側デリバリパイプから直噴インジェクタに燃料を供給している。また、上記燃料供給装置において、フィードポンプから吐出された燃料の供給を受ける低圧側デリバリパイプを設け、その低圧側デリバリパイプからポート噴射インジェクタに燃料を供給することも考えられる。

なお、内燃機関において、ポート噴射インジェクタから噴射される燃料の量、及び、直噴インジェクタから噴射される燃料の量はそれぞれ、そのときの機関運転状態に応じて定められるポート噴射指令値及び直噴指令値に調整される。ポート噴射インジェクタや直噴インジェクタといったインジェクタでの燃料噴射量は、同インジェクタに供給される燃料の圧力と同インジェクタの開弁時間（燃料噴射時間）とに基づいて決まる。従って、ポート噴射インジェクタでの燃料噴射量を上記ポート噴射指令値に調整する際には、同ポート噴射インジェクタに供給される燃料の圧力のもとで上記ポート噴射指令値に対応した量の燃料が噴射されるよう、ポート噴射インジェクタでの燃料噴射時間が制御される。一方、直噴インジェクタでの燃料噴射量を上記直噴指令値に調整する際には、同直噴インジェクタに供給される燃料の圧力のもとで上記直噴指令値に対応した量の燃料が噴射されるよう、直噴インジェクタでの燃料噴射時間が制御される。

特開２００９−１３８８５公報（段落［００３６］、［００３７］、［００７９］、図１）

ところで、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとを備えた内燃機関において、それらインジェクタのうちの一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて、他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続くと、その他方のインジェクタに繋がるデリバリパイプ等では燃料が停滞する。このようにデリバリパイプ等で燃料が停滞すると、同燃料が内燃機関等からの受熱により温度上昇して蒸発することから、上記デリバリパイプ内等に燃料蒸気（ベーパ）が発生する。

このため、上記他方のインジェクタからの燃料噴射が開始されるとき、同インジェクタでの燃料噴射量の指令値に対応した量の燃料を同インジェクタから噴射させるべく同インジェクタでの燃料噴射時間を制御したとしても、同インジェクタから実際に噴射される燃料の量が上記指令値に対し過少になる。これは、上記インジェクタに燃料を供給するための上記デリバリパイプ内等に、液体の燃料と比較して単位重量当たりの体積が大きいベーパが発生しているためである。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとき、デリバリパイプ内等にベーパが発生することを抑制できる内燃機関の燃料供給装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとの両方に対しデリバリパイプからの燃料供給が行われるため、それらインジェクタのうちの少なくとも一方から燃料が噴射されればデリバリパイプ内を燃料が通過する。このことから、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとしても、そのときにデリバリパイプ内等で燃料が停滞することは抑制される。言い換えれば、デリバリパイプ内を燃料が流れることになる。このようにデリバリパイプ内では常に燃料が流れた状態となることから、その燃料によってデリバリパイプを冷やすことができる。従って、デリバリパイプ内等で停滞する燃料が内燃機関等からの受熱により温度上昇するという状況の発生を抑制でき、ひいては上記燃料の温度上昇に伴って燃料蒸気（ベーバ）が発生することを抑制できるようになる。

請求項２記載の発明によれば、ポート噴射インジェクタ及び直噴インジェクタには、デリバリパイプに形成された高圧燃料通路から燃料が供給される。この高圧燃料通路には、高圧燃料ポンプによって高圧化された燃料が供給される。その結果、ポート噴射インジェクタから高圧の燃料が噴射されるようになり、その高圧で噴射される燃料によって吸気ポートに付着したデポジットを洗い流すことが可能になる。また、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとの少なくとも一方から燃料が噴射されれば、高圧燃料ポンプを燃料が通過するようになるため、その燃料によって同ポンプを冷却することができる。

請求項３記載の発明によれば、ポート噴射インジェクタは、その構造に起因する最小燃料噴射量が直噴インジェクタの最小燃料噴射量よりも小さくなるように設定される。ここで、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタとを備える内燃機関では、同機関での要求燃料量が少なくなる機関低負荷領域にてポート噴射インジェクタでの燃料噴射が行われる一方、同機関での要求燃料量が多くなる機関高負荷領域にて直噴インジェクタでの燃料噴射が行われる。また、ポート噴射インジェクタや直噴インジェクタといったインジェクタの最小燃料噴射量は、同インジェクタに供給される燃料の圧力が高くなるほど大きくなる傾向がある。このため、ポート噴射インジェクタに対しデリバリパイプの高圧燃料通路から高圧の燃料が供給されると、内燃機関での要求燃料量が少なくなる機関低負荷領域にてポート噴射インジェクタでの燃料噴射が行われるとき、ポート噴射インジェクタの燃料噴射量が同インジェクタの最小燃料噴射量未満になるおそれがある。しかし、請求項３記載の発明では、ポート噴射インジェクタの最小燃料噴射量が直噴インジェクタの最小燃料噴射量よりも小さくされるため、内燃機関での要求燃料量が少なくなる機関低負荷領域にてポート噴射インジェクタから燃料が噴射されるとき、ポート噴射インジェクタでの燃料噴射量が同インジェクタの最小燃料噴射量未満になることを抑制できる。

本実施形態の燃料供給装置が適用される内燃機関の燃焼室周りを示す概略図。 同燃料供給装置の全体構成を示す概略図。

以下、本発明を自動車に搭載される内燃機関の燃料供給装置に具体化した一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示す内燃機関１は、吸気通路２における燃焼室３に対する接続部分である吸気ポート２ａに向けて燃料を噴射するポート噴射インジェクタ４と、燃焼室３内に燃料を噴射する直噴インジェクタ５とを備えている。この内燃機関１には、上記ポート噴射インジェクタ４と上記直噴インジェクタ５との両方に燃料を供給するデリバリパイプ６を備えた燃料供給装置が設けられている。同装置は、図２に示すように、燃料タンク７内の燃料を汲み上げるフィードポンプ８と、そのフィードポンプ８によって汲み上げられた燃料を高圧化して上記デリバリパイプ６に向けて吐出する高圧燃料ポンプ９とを備えている。デリバリパイプ６には、上記高圧燃料ポンプ９によって高圧化された燃料の供給を受ける高圧燃料通路１０が形成されている。そして、この高圧燃料通路１０内の燃料がポート噴射インジェクタ４及び直噴インジェクタ５に供給される。

ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とを備える図１の内燃機関１では、同機関１での要求燃料量が少なくなる機関低負荷領域にてポート噴射インジェクタ４での燃料噴射が行われる一方、同機関１での要求燃料量が多くなる機関高負荷領域にて直噴インジェクタ５での燃料噴射が行われる。上述したように機関低負荷領域でポート噴射インジェクタ４から燃料を噴射するのは、その燃料を吸気ポート２ａ内で予め空気と混合した後に燃焼室３に吸入することが、機関低負荷運転時における同燃焼室３内での燃料の良好な燃焼を実現するうえで好ましいためである。また、機関高負荷領域で直噴インジェクタ５から燃料を噴射するのは、機関高負荷運転時には直噴インジェクタ５から噴射される燃料の気化潜熱でピストンを冷却し、それによって内燃機関１の吸気充填効率を高めて同機関１の出力を向上することが好ましいためである。なお、機関高負荷領域と機関低負荷領域との間の領域では、それら機関高負荷領域と機関低負荷領域との両方の特性を有していることから、そうした特性に対応すべくポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５との両方から燃料を噴射する噴き分け噴射が行われる。

ポート噴射インジェクタ４や直噴インジェクタ５といった燃料噴射弁（インジェクタ）は、ばねによって噴孔を閉じる位置（閉弁位置）に付勢された弁体を電磁力で開弁方向に変位させることで同噴孔から燃料を噴射する構造となっている。こうしたインジェクタでの燃料噴射量は、同インジェクタに供給される燃料の圧力と同インジェクタにおける弁体の開弁時間（燃料噴射時間）とに基づいて決まる。従って、上記インジェクタでの燃料噴射量を目標値に調整する際には、同インジェクタに供給される燃料の圧力のもとで上記燃料噴射量を目標値とし得る燃料噴射時間を求め、その燃料噴射時間に対応する時間だけ弁体が閉弁位置から開弁方向に変位させられる。これにより、インジェクタの噴孔から上記目標値に対応した量の燃料が噴射される。なお、上記インジェクタには構造に起因する最小燃料噴射量が存在する。この最小燃料噴射量はインジェクタに供給される燃料の圧力が高くなるほど大きくなる傾向がある。ちなみに、ポート噴射インジェクタ４は、その構造に起因する最小燃料噴射量が直噴インジェクタ５の最小燃料噴射量よりも小さくなるように設定されている。詳しくは、ポート噴射インジェクタ４における弁体を閉弁位置に付勢するばねのばね力が、直噴インジェクタ５における弁体を閉弁位置に付勢するばねのばね力よりも大きい値に設定されている。

次に、上記燃料供給装置の作用について説明する。
内燃機関１においては、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて、他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続く可能性がある。上記燃料供給装置では、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５との両方に対しデリバリパイプ６からの燃料供給が行われるため、それらインジェクタ４，５のうちの少なくとも一方から燃料が噴射されればデリバリパイプ６内を燃料が通過する。このことから、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとしても、そのときにデリバリパイプ６内等で燃料が停滞することはない。

ここで、仮にデリバリパイプ６内等で燃料が停滞したとすると、同燃料が内燃機関１等からの受熱により温度上昇して蒸発することから、上記デリバリパイプ６内等に燃料蒸気（ベーパ）が発生するおそれがある。このようにデリバリパイプ６内等にベーパが発生すると、インジェクタでの燃料噴射量を目標値とすべく同インジェクタでの燃料噴射時間を制御したとしても、同インジェクタから実際に噴射される燃料の量が上記目標値に対し過少になる。これは、上記インジェクタに燃料を供給するための上記デリバリパイプ６内等に、液体の燃料と比較して単位重量当たりの体積が大きいベーパが発生しているためである。

しかし、上述したように、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとしても、そのときにデリバリパイプ６内等で燃料が停滞することはない。言い換えれば、デリバリパイプ６内を燃料が流れるようになる。このようにデリバリパイプ６内では常に燃料が流れた状態となることから、その燃料によってデリバリパイプ６が冷やされる。従って、デリバリパイプ６内等で停滞する燃料が内燃機関１等からの受熱により温度上昇するという状況の発生が抑制され、ひいては上記燃料の温度上昇に伴ってベーパが発生することが抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとしても、そのときにデリバリパイプ６内等では燃料が停滞することなく流れ続け、同燃料によってデリバリパイプ６が冷やされるようになる。従って、デリバリパイプ６内等で停滞する燃料が内燃機関１等からの受熱により温度上昇するという状況が発生することは抑制され、ひいては上記燃料の温度上昇に伴ってベーパが発生することが抑制される。そして、デリバリパイプ６内等でのベーパの発生に起因して、インジェクタでの燃料噴射量を目標値とすべく同インジェクタでの燃料噴射時間を制御したときに同インジェクタから実際に噴射される燃料の量が上記目標値に対して過少になることを抑制できる。

（２）ポート噴射インジェクタ４及び直噴インジェクタ５には、デリバリパイプ６に形成された高圧燃料通路１０から燃料が供給される。この高圧燃料通路１０には、高圧燃料ポンプ９によって高圧化された燃料が供給される。その結果、ポート噴射インジェクタ４から高圧の燃料が噴射されるようになり、その高圧で噴射される燃料によって吸気ポート２ａに付着したデポジットを洗い流すことが可能になる。また、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５との少なくとも一方から燃料が噴射されれば、高圧燃料ポンプ９を燃料が通過するようになるため、その燃料によって同ポンプ９を冷却することができる。

（３）ポート噴射インジェクタ４は、その構造に起因する最小燃料噴射量が直噴インジェクタ５の最小燃料噴射量よりも小さくなるように設定される。このため、内燃機関１での要求燃料量が少なくなる機関低負荷領域にてポート噴射インジェクタ４から燃料が噴射されるとき、ポート噴射インジェクタ４での燃料噴射量が同インジェクタ４の最小燃料噴射量未満になることを抑制できる。

（４）ポート噴射インジェクタ４への燃料の供給と直噴インジェクタ５への燃料の供給とが一つのデリバリパイプ６を通じて行われるため、ポート噴射インジェクタ４用のデリバリパイプと直噴インジェクタ５用のデリバリパイプとを設けなくてもよくなる。従って、燃料供給装置の部品点数が増加したり、同装置の構造が複雑化したりすることを抑制できる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・デリバリパイプ６の高圧燃料通路１０に対しポート噴射インジェクタ４や直噴インジェクタ５を直接的に接続するのではなく、燃料用の配管等を介して接続するようにしてもよい。この場合、デリバリパイプ６の取り付け箇所がポート噴射インジェクタ４や直噴インジェクタ５の位置による制限を受けにくくなるため、デリバリパイプ６を取り付ける際の自由度が高くなる。

・デリバリパイプ６内の高圧燃料通路１０に対し直噴インジェクタ５のみを接続する一方、同パイプ６内にフューエルポンプによって汲み上げられた燃料を直接的に受け入れる低圧燃料通路を形成して同通路にポート噴射インジェクタ４を接続するようにしてもよい。この場合、ポート噴射インジェクタ４と直噴インジェクタ５とのうち、一方のインジェクタのみからの燃料噴射が続いて他方のインジェクタからの燃料噴射が停止された状態が続いたとしても、そのときにデリバリパイプ６内等で燃料すべてが停滞することはない。すなわち、燃料噴射が行われているインジェクタに燃料を供給するための燃料通路（高圧燃料通路１０と低圧燃料通路とのいずれか）では燃料が流れることになる。このようにデリバリパイプ６内では常に燃料が流れた状態となることから、その燃料によってデリバリパイプ６を冷やすことができる。従って、デリバリパイプ６が内燃機関１等からの熱を受けるとしても、燃料噴射が停止しているインジェクタに燃料を供給するための燃料通路内で燃料が温度上昇することを抑制でき、ひいては同燃料の温度上昇に伴いベーパが発生することを抑制できる。

ちなみに、上記実施形態のようにデリバリパイプ６内に高圧燃料通路１０のみを形成した場合には、デリバリパイプ６内に高圧燃料通路１０と低圧燃料通路とを形成する場合と比較して、デリバリパイプ６内の構造を簡単なものとし、同パイプ６の形成を容易に行うことができるようになる。

また、上述したように高圧燃料通路１０と低圧燃料通路とが形成されたデリバリパイプ６を採用する際には、ポート噴射インジェクタ４のみから燃料噴射を行うときに高圧燃料通路１０内を減圧する減圧オリフィスが設けられる場合がある。ただし、この場合には高圧燃料通路１０内を減圧オリフィスにより減圧したときに同通路１０内の燃料の内燃機関１等からの受熱によりべーパが発生しやすくなる。このときのベーパの発生についても本発明の適用によって抑制することができる。

１…内燃機関、２…吸気通路、２ａ…吸気ポート、３…燃焼室、４…ポート噴射インジェクタ、５…直噴インジェクタ、６…デリバリパイプ、７…燃料タンク、８…フィードポンプ、９…高圧燃料ポンプ、１０…高圧燃料通路。

Claims (3)

1. 吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射インジェクタと燃焼室内に燃料を噴射する直噴インジェクタとを備える内燃機関の燃料供給装置において、
   前記ポート噴射インジェクタと前記直噴インジェクタとの両方に燃料を供給するデリバリパイプを備える
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記デリバリパイプには高圧燃料ポンプによって高圧化された燃料の供給を受ける高圧燃料通路が形成されており、その高圧燃料通路から前記ポート噴射インジェクタ及び前記直噴インジェクタに燃料が供給される
   請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記ポート噴射インジェクタは、その構造に起因する最小燃料噴射量が前記直噴インジェクタの最小燃料噴射量よりも小さくなるように設定されている
   請求項２記載の内燃機関の燃料供給装置。

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