JP4082392B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、開弁に応じて燃料を排出するリリーフバルブの設けられたデリバリパイプを備える内燃機関の燃料供給装置に関する。

周知のように、多くの内燃機関では、デリバリパイプに蓄圧された燃料を各気筒のインジェクタに分配供給するようにしている（例えば特許文献１など）。例えば筒内噴射式ガソリン機関やコモンレール式ディーゼル機関など、デリバリパイプ内の燃料圧の高い内燃機関では、蓄圧された燃料を必要に応じて排出するリリーフバルブをデリバリパイプに設置することで、デリバリパイプの燃料圧の過上昇を防止するようにしている。
特開平７−１０３０４８号公報

ところでこうしたリリーフバルブの設けられたデリバリパイプでは、機関停止中に内部に空気が入ってしまい易いという問題がある。
機関停止中に、デリバリパイプの燃料の出入りが止まると、内燃機関の残留熱のため、デリバリパイプ内の燃料温度は一時的に上昇する。このとき、上記のようなリリーフバルブの設けられたデリバリパイプでは、燃料の熱膨張に伴う内圧の上昇により、リリーフバルブが開弁され、内部の燃料が排出される。こうしてデリバリパイプ内の残留燃料量が減少した状態で、その後の内燃機関の温度低下に伴い残留燃料の温度が低下すると、デリバリパイプの内圧が大きく低下して、リリーフバルブの隙間からデリバリパイプ内に空気が入ってしまう。この状態で、すなわちデリバリパイプ内に空気が存在した状態で機関再始動が行われると、始動準備のためのデリバリパイプの燃料圧上昇に時間が掛かるようになる。

なお筒内噴射式内燃機関では、噴射に必要な燃料圧が高く、またデリバリパイプがシリンダブロックに近い位置に配置されて、機関停止直後に残留燃料の温度が上昇し易いことから、こうした問題はより深刻なものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、機関停止中のデリバリパイプへの空気の侵入を抑制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。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、開弁に応じて燃料を排出するリリーフバルブの設けられたデリバリパイプを備える内燃機関の燃料供給装置において、機関停止中の前記リリーフバルブの燃料排出側を、燃料が充填された状態に保持する保持手段を設け、前記保持手段は、前記リリーフバルブの燃料排出側に接続された燃料蓄圧容器であり、前記燃料蓄圧容器は前記リリーフバルブよりも上方に配置され、前記燃料供給装置は筒内噴射用と吸気通路噴射用との２つのデリバリパイプを備え、前記筒内噴射用のデリバリパイプが前記リリーフバルブの設けられたデリバリパイプであり、前記吸気通路噴射用のデリバリパイプが前記燃料蓄圧容器であることをその要旨とする。

上記構成では、保持手段によって、機関停止中のリリーフバルブの燃料排出側が、燃料が充填された状態に保持される。そのため、上記のような機関停止後の内圧低下が生じても、デリバリパイプには、リリーフバルブの燃料排出側に充填された燃料が吸入されるようになる。したがって上記構成によれば、機関停止中の空気の侵入を抑制することができる。

更に、燃料蓄圧容器に蓄圧された燃料によってリリーフバルブの燃料排出側に燃料が充填された状態を、確実に保持することができる。

また、たとえ燃料蓄圧容器とリリーフバルブとの間の燃料通路に空気が入ったとしても、その空気は上方に向かうことから、リリーフバルブ付近に燃料が残され易くなる。

加えて、機関停止中に筒内噴射用のデリバリパイプの内圧が低下しても、吸気通路噴射用のデリバリパイプ内に蓄圧された状態で残留された燃料によって、リリーフバルブの燃料排出側に燃料が充填された状態が保持される。そのため、格別な構成を追加することなく、筒内噴射用のデリバリパイプへの空気の侵入を抑制することができる。

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、前記リリーフバルブは、機関停止中に開弁保持されてなることをその要旨とする。

上記のように、機関停止中においてリリーフバルブの燃料排出側が燃料の充填された状態に保持されていれば、リリーフバルブを開弁してもデリバリパイプに空気が入ることはない。一方、機関停止中にリリーフバルブが開弁されていれば、デリバリパイプの圧力上昇や温度上昇を抑制することができる。そのため、上記構成では、機関停止中のデリバリパイプにおける空気侵入を抑制することに加え、その内部の温度上昇や圧力上昇を抑制することができる。

以下、本発明にかかる内燃機関の燃料供給装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す。

同図１に示すように、燃料タンク１０内にはフィードポンプ１２が設けられており、同フィードポンプ１２の吐出口は低圧燃料通路１４に接続されている。このフィードポンプ１２によって、燃料タンク１０内の燃料が汲み上げられるとともに低圧燃料通路１４に圧送される。なお、上記フィードポンプ１２としてはチェックバルブ内蔵のものが採用されている。そのため、フィードポンプ１２の駆動停止時には低圧燃料通路１４から燃料タンク１０への燃料の逆流が防止される。

また、本実施の形態の内燃機関は高圧燃料ポンプ１６を備えている。高圧燃料ポンプ１６の吸入口は低圧燃料通路１４に接続され、吐出口は高圧燃料通路１８に接続されている。そして、この高圧燃料ポンプ１６により、低圧燃料通路１４内の燃料が高圧燃料通路１８に圧送される。なお、高圧燃料ポンプ１６はチェックバルブ２０を介して高圧燃料通路１８に接続されている。このチェックバルブ２０は、その高圧燃料ポンプ１６側の燃料圧が高圧燃料通路１８側の燃料圧よりも所定圧以上高くなると開弁し、高圧燃料ポンプ１６と高圧燃料通路１８とを連通する。また、このチェックバルブ２０は高圧燃料通路１８から高圧燃料ポンプ１６への燃料の逆流を防止する逆止弁としての機能を有する。

一方、内燃機関には、複数（本実施の形態では４つ）の吸気通路噴射用インジェクタ２２が設けられている。それら吸気通路噴射用インジェクタ２２は、内燃機関の吸気通路２４内に燃料を噴射するものであり、各気筒２６に対応して設けられている。

それら吸気通路噴射用インジェクタ２２は共通の吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に接続され、同吸気通路噴射用デリバリパイプ２８は上記低圧燃料通路１４に接続されている。そして、低圧燃料通路１４内の比較的低圧の燃料が、この吸気通路噴射用デリバリパイプ２８を介して各吸気通路噴射用インジェクタ２２に分配供給される。なお、低圧燃料通路１４の途中には、同低圧燃料通路１４内の圧力を所定圧以下にするためのプレッシャレギュレータ３０が設けられている。

他方、内燃機関には、その気筒２６内に直接燃料を噴射する複数（本実施の形態では４つ）の筒内噴射用インジェクタ３２が設けられている。それら筒内噴射用インジェクタ３２も内燃機関の各気筒２６に対応して設けられている。

各筒内噴射用インジェクタ３２は共通の筒内噴射用デリバリパイプ３４に接続され、同筒内噴射用デリバリパイプ３４は上記高圧燃料通路１８に接続されている。そして、高圧燃料通路１８内の高圧燃料が、筒内噴射用デリバリパイプ３４を介して各筒内噴射用インジェクタ３２に分配供給される。

筒内噴射用デリバリパイプ３４には、その内部の燃料をリリーフするためのリリーフバルブ３６が設けられている。このリリーフバルブ３６は、いわゆる電磁弁であり、電磁ソレノイドへの通電を通じて開弁及び閉弁が切り換えられる。そして、このリリーフバルブ３６の開弁動作を通じて、筒内噴射用デリバリパイプ３４内の高圧燃料がリリーフされる。リリーフバルブ３６の開弁駆動は、基本的に、筒内噴射用デリバリパイプ３４内の燃料圧が過度に高くなったときにこれを低下させるべく実行される。

このように、本実施の形態の燃料供給装置は、吸気通路噴射用インジェクタ２２と筒内噴射用インジェクタ３２といった２種類のインジェクタを備えている。そして、吸気通路噴射用インジェクタ２２からの燃料噴射と筒内噴射用インジェクタ３２からの燃料噴射とを切り換えて、或いは、それらを組み合わせて内燃機関への燃料供給を行う。

ここで、本実施の形態では、上記リリーフバルブ３６がリリーフ通路３８を介して吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に接続されている。
機関停止中において、低圧燃料通路１４及びこれに連通された吸気通路噴射用デリバリパイプ２８は、フィードポンプ１２や、プレッシャレギュレータ３０、高圧燃料ポンプ１６、並びにチェックバルブ２０によって閉塞される。そのため、低圧燃料通路１４及び吸気通路噴射用デリバリパイプ２８内の燃料はその外部に殆ど漏れず、その内部の残留燃料が蓄圧された状態で保持される。すなわち、機関停止中においては、それら低圧燃料通路１４及び吸気通路噴射用デリバリパイプ２８が燃料蓄圧容器として機能する。

また、図２に示すように、筒内噴射用デリバリパイプ３４がシリンダブロックＢＬ近傍の雰囲気温度のごく高い位置に設けられるのに対し、吸気通路噴射用デリバリパイプ２８はシリンダブロックＢＬから離れた比較的雰囲気温度の低い位置に設けられる。そのため、筒内噴射用デリバリパイプ３４と比べて、吸気通路噴射用デリバリパイプ２８は前述した内燃機関の残留熱による影響が小さく、その温度上昇も深刻なものにはならない。

本実施の形態では、そうした吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に上記リリーフ通路３８、ひいてはリリーフバルブ３６の燃料排出側が連通されている。そのため、吸気通路噴射用デリバリパイプ２８内の残留燃料によって、リリーフバルブ３６の燃料排出側が燃料の充填された状態に保持される。これにより、前述のように機関停止後に筒内噴射用デリバリパイプ３４の内圧低下が生じても、同筒内噴射用デリバリパイプ３４にはリリーフバルブ３６の燃料排出側に充填された燃料が吸入されるようになる。したがって、格別な構成を追加することなく、機関停止中における筒内噴射用デリバリパイプ３４への空気の侵入が抑制される。

また、本実施の形態では、吸気通路噴射用デリバリパイプ２８がリリーフバルブ３６よりも上方に設けられている。そのため、たとえリリーフ通路３８内に空気が入ったとしても、その空気は上方に向かうことから、リリーフバルブ３６付近に燃料が残され易くなる。また、筒内噴射用デリバリパイプ３４の燃料吸入に際して同燃料に重力が作用することから、その吸入が円滑になされるようにもなる。

更に、本実施の形態では、上記リリーフバルブ３６として、通電停止によって開弁保持されるものを採用している。そのため、このリリーフバルブ３６は機関停止による通電停止とともに開弁保持される。これにより、比較的低圧の燃料の満たされた吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に筒内噴射用デリバリパイプ３４が連通されるようになる。

図３に、筒内噴射用デリバリパイプ３４内の燃料の温度及び圧力の推移の一例を示す。
同図に示すように、機関停止（時刻ｔ１）とともに筒内噴射用デリバリパイプ３４内の燃料の圧力が低下されるようになり、その上昇が抑制されるようになる（同図（ｂ））。また、リリーフバルブ３６の開弁によって、筒内噴射用デリバリパイプ３４（高圧燃料通路１８）と吸気通路噴射用デリバリパイプ２８（低圧燃料通路１４）とが連通されるために、筒内噴射用デリバリパイプ３４内の燃料の熱容量が大きくなり、同燃料の温度上昇が抑制されるようになる（同図（ａ））。

なお、上述のようにリリーフバルブ３６の燃料排出側が燃料の充填された状態に保持されているために、機関停止中にリリーフバルブ３６が開弁されても筒内噴射用デリバリパイプ３４への空気の侵入は好適に抑制される。

ここで、図３（ｂ）中の一点鎖線に、リリーフ通路が燃料タンクに接続されるとともに機関停止に際してリリーフバルブが開弁保持される構成における筒内噴射用デリバリパイプ内の燃料圧の推移を示す。同構成にあっては、筒内噴射用デリバリパイプ内の燃料圧が過度に低下して飽和蒸気圧を下回り、燃料蒸気の発生を招くこととなる。この点、本実施の形態によれば、そうした燃料圧の過度の低下を回避して、詳しくは燃料蒸気の発生を招くこととのない程度の圧力を維持した上で、筒内噴射用デリバリパイプ３４内の燃料圧を低下させることができるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）筒内噴射用デリバリパイプ３４に設けられたリリーフバルブ３６の燃料排出側を、吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に接続したために、格別な構成を追加することなく、筒内噴射用デリバリパイプ３４への空気の侵入を抑制することができるようになる。

（２）吸気通路噴射用デリバリパイプ２８をリリーフバルブ３６よりも上方に配置するようにしたために、リリーフバルブ３６付近に燃料が残され易くなり、より確実に筒内噴射用デリバリパイプ３４への空気の侵入を抑制することができるようになる。

（３）機関停止中にリリーフバルブ３６を開弁保持するようにしたために、機関停止中の筒内噴射用デリバリパイプ３４における空気の侵入を抑制することに加えて、その内部の温度上昇や圧力上昇を抑制することができるようになる。

なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・筒内噴射用デリバリパイプ３４よりも下方に吸気通路噴射用デリバリパイプ２８が配置される燃料供給装置にあって、リリーフ通路３８を吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に接続するようにしてもよい。同構成によっても上記（１）及び（３）に記載の効果と同様の効果を得ることはできる。

・リリーフバルブ３６として、筒内噴射用デリバリパイプ３４の圧力と大気圧との差圧、或いは筒内噴射用デリバリパイプ３４の圧力とリリーフ通路３８の圧力との差圧によって作動するバルブを用いるようにしてもよい。

・また、リリーフ通路３８を吸気通路噴射用デリバリパイプ２８に接続することに限らず、図４に示すように、低圧燃料通路１４に接続するようにしてもよい。
ところで、高圧燃料ポンプとしてカムシャフト駆動式のポンプが用いられる燃料供給装置が知られているが、同装置では高圧燃料ポンプがシリンダヘッドの上部に取り付けられることが多い。こうした燃料供給装置に上記構成を適用する場合には、図５に示すように、リリーフ通路４０を高圧燃料ポンプ１６の吸入側に接続すればよい。これにより、上記（２）に記載の効果に準じた効果が得られるようになる。

・また、そうした構成は、例えば筒内噴射式ガソリン機関やコモンレール式ディーゼル機関などの筒内噴射式内燃機関に適用される燃料供給装置のように、吸気通路噴射用デリバリパイプ２８及び吸気通路噴射用インジェクタ２２を備えていない燃料供給装置にも適用可能である。

・図６に示すように、リリーフ通路５０を燃料タンク１０に繋ぐとともに、同リリーフ通路５０の途中にチェックバルブ５２を設けるようにしてもよい。同構成によれば、チェックバルブ５２によって、同チェックバルブ５２よりもリリーフバルブ３６側のリリーフ通路５０からの燃料の抜けが規制される。そのため、機関停止中のリリーフバルブ３６の燃料排出側を、燃料が充填された状態に保持することができる。なお、同構成にあっては、チェックバルブ５２が保持手段として機能する。

・また、こうした構成にあって、チェックバルブ５２をリリーフバルブ３６よりも上方に配設することにより、たとえそれらリリーフバルブ３６及びチェックバルブ５２間のリリーフ通路５０内に空気が入ったとしても、その空気は上方に向かうことから、リリーフバルブ３６付近に燃料が残され易くなる。

・図７に示すように、リリーフ通路６０を燃料タンク１０に直接連通するとともに、少なくとも一部がリリーフバルブ３６の上方に位置するように同リリーフ通路６０を延設するようにしてもよい。また、図８に示すように、リリーフ通路７０をリリーフバルブ３６からその上方に向けて延びるように設けるようにしてもよい。これら構成によれば、リリーフ通路の少なくとも一部が、リリーフバルブ３６の上方に位置するように形成される。そのため、リリーフ通路の出口側から燃料が抜けたとしても、同リリーフ通路の上記リリーフバルブ３６上方に位置する部分から同リリーフバルブ３６までの部位には、燃料が残留するようになる。したがって、機関停止中のリリーフバルブ３６の燃料排出側を、燃料が充填された状態に保持することができる。

なお、そうしたリリーフバルブ３６の燃料排出側の残留燃料についても、筒内噴射用デリバリパイプ３４内の燃料と同様に、内燃機関の残留熱によって温度が上昇する。そのため、その温度上昇が過度なものになると蒸発するおそれがある。この点、例えば図８中に破線で示すように、リリーフ通路７０の一部分の通路断面積が大きくなるように形成し、同部分に燃料が溜まるようにすることで、燃料の熱容量を増大させることが可能になり、その温度上昇の抑制、ひいては蒸発の抑制を図ることができるようになる。

・本発明は、リリーフバルブの設けられたデリバリパイプを有する燃料供給装置であれば、吸気通路噴射式ガソリン機関の燃料供給装置にも適用可能である。

本発明にかかる内燃機関の燃料供給装置の一実施の形態の概略構成図。 同実施の形態の内燃機関の部分断面図。 （ａ）及び（ｂ）筒内噴射用デリバリパイプ内の燃料の温度及び圧力の推移の一例を示すタイミングチャート。 本発明にかかる内燃機関の燃料供給装置の他の実施の形態の概略構成図。 他の実施の形態の内燃機関の部分断面図。 他の実施の形態のリリーフ構造を示す略図。 他の実施の形態のリリーフ通路の延設態様の一例を示す略図。 他の実施の形態のリリーフ通路の延設態様の一例を示す略図。

符号の説明

１０…燃料タンク、１２…フィードポンプ、１４…低圧燃料通路、１６…高圧燃料ポンプ、１８…高圧燃料通路、２０…チェックバルブ、２２…吸気通路噴射用インジェクタ、２４…吸気通路、２６…気筒、２８…吸気通路噴射用デリバリパイプ、３０…プレッシャレギュレータ、３２…筒内噴射用インジェクタ、３４…筒内噴射用デリバリパイプ、３６…リリーフバルブ、３８，４０，５０，６０，７０…リリーフ通路、５２…チェックバルブ。

Claims (2)

1. リリーフバルブの設けられたデリバリパイプを備える内燃機関の燃料供給装置において、
   機関停止中の前記リリーフバルブの燃料排出側を、燃料が充填された状態に保持する保持手段を設け、
   前記保持手段は、前記リリーフバルブの燃料排出側に接続された燃料蓄圧容器であり、
   前記燃料蓄圧容器は前記リリーフバルブよりも上方に配置され、
   前記燃料供給装置は筒内噴射用と吸気通路噴射用との２つのデリバリパイプを備え、前記筒内噴射用のデリバリパイプが前記リリーフバルブの設けられたデリバリパイプであり、前記吸気通路噴射用のデリバリパイプが前記燃料蓄圧容器である
   ことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記リリーフバルブは、機関停止中に開弁保持されてなる請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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