JP2007332795A - 燃料ポンプ及び燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時においても圧送効率を低下させることなく、昇圧速度を向上させることができる燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料の吸入口１１及び吐出口１２を有するケーシング１３と、吸入口１１を開閉可能な調量弁１４と、調量弁１４を付勢する付勢手段１５と、調量弁１４に対して吸引力を付与するソレノイド１６と、ケーシング１３に対して往復運動するプランジャ１７と、プランジャ１７の往復運動に応じて容積が変化することで吸入口１１から燃料を吸入して昇圧すると共に吐出口１２から圧送可能な圧力室１８と、ソレノイド１６により調量弁１４に対して吸引力が付与されると共に圧力室１８の容積が増大したときに該圧力室１８に発生する吸入力に応じて該圧力室１８に燃料を吸入可能とする補助吸入手段１９を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置に関し、特に、すでに加圧された燃料をさらに加圧して圧送する燃料ポンプと、この燃料ポンプが適用された内燃機関の燃料供給装置に関するものである。

乗用車、トラックなどの車両に搭載される内燃機関では、内燃機関の各気筒の燃焼室内に直接燃料を供給する直噴方式の内燃機関がある。このような内燃機関では、燃料の微粒化を図るため燃料タンク内の燃料を低圧燃料ポンプで汲み上げて加圧し、その燃料を、高圧燃料ポンプによってさらに加圧し、デリバリーパイプを介して燃料噴射弁に圧送するようにしているものがある。そして、このような高圧燃料ポンプでは、例えば、クランクシャフトと連動するカムによってプランジャが往復移動するものがある。この場合、この往復移動は、プランジャが圧力室の容積を増大させる方向へ移動する吸入行程と、同容積を減少させる方向へ移動する圧送行程とからなる。また、このような高圧燃料ポンプでは、圧力室に連通する燃料流入経路にスピル弁が設けられており、このスピル弁が、吸入行程で開かれ、圧送行程で閉じられることにより燃料が吸入、昇圧され、デリバリーパイプへ圧送される。

ところで、上述のようにクランク軸と連動するカムによってプランジャを往復移動させる場合、プランジャの位置はクランク角に応じた位置となる。そして、吸入行程におけるスピル弁の開弁のタイミングや、圧送行程における閉弁のタイミングは、このクランク角に基づいて定められる。しかし、内燃機関の始動時においてクランク角が確定するまでは、プランジャの位置が分からないことから、前述した弁の開閉のタイミングも定めることができない。この間、吸入行程及び圧送行程において、スピル弁を閉弁し続けると低圧燃料ポンプからの燃料がデリバリーパイプに供給されなくなり、反対にスピル弁を開弁し続けると燃圧がフィード圧以上に上がらないという問題があった。

このような問題に対して、例えば、特許文献１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置は、クランク角が確定する前は、プランジャの往復移動に拘わらずスピル弁を微小間隔で開閉動作させて燃圧を上昇させることにより、速やかな昇圧を図っている。（例えば、特許文献１）。
特開２００３−４１９８２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置では、吸入行程及び圧送行程を通じてスピル弁を微小間隔で開閉動作させるので、高周波の騒音が発生することがあり、さらに、吸入行程においてもスピル弁が閉まっていることがあり、これにより、吸入行程における燃料の吸入が断続的になり吸入量が低下することから、圧送効率の低下やいわゆる圧送抜けが起こるおそれがあったため、さらなる圧送効率の向上及び昇圧速度の向上が望まれていた。

そこで本発明は、始動時においても圧送効率を低下させることなく、昇圧速度を向上させることができる燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料ポンプは、燃料の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、前記吸入口を開閉可能な調量弁と、前記吸入口を開放可能な方向に前記調量弁を付勢する付勢手段と、前記吸入口を閉止可能な方向に前記調量弁に対して吸引力を付与するソレノイドと、前記ケーシングに対して往復運動するプランジャと、前記プランジャの往復運動に応じて容積が変化することで前記吸入口から燃料を吸入して昇圧すると共に前記吐出口から圧送可能な圧力室と、前記ソレノイドにより前記調量弁に対して吸引力が付与されると共に前記圧力室の容積が増大したときに該圧力室に発生する吸入力に応じて該圧力室に燃料を吸入可能とする補助吸入手段を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による燃料ポンプでは、前記調量弁の内部に設けられ前記吸入口と前記圧力室とを連通する吸入通路と、前記吸入通路上に設けられる収容部と、前記収容部内に移動自在に支持される可動部と、前記吸入通路を閉止可能な方向に前記可動部を付勢すると共に前記圧力室の容積増大の際に前記吸入通路を開放可能とする補助付勢手段とを有することを特徴とする。

請求項３に係る発明による燃料ポンプでは、前記調量弁は、前記付勢手段により付勢される弁本体部と、前記弁本体部に支持され燃料の流動方向に移動自在な可動部を有し、前記補助吸入手段は、前記可動部と、前記吸入口を閉止可能な方向に前記可動部を付勢すると共に前記圧力室の容積増大の際に前記吸入口を開放可能とする補助付勢手段を含んで構成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明による燃料ポンプでは、前記補助付勢手段は、付勢力が前記圧力室の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定されることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項５に係る発明による内燃機関の燃料供給装置は、燃料の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、前記吸入口を開閉可能な調量弁と、前記吸入口を開放可能な方向に前記調量弁を付勢する付勢手段と、前記吸入口を閉止可能な方向に前記調量弁に対して吸引力を付与するソレノイドと、内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して前記ケーシングに対して往復運動するプランジャと、前記プランジャの往復運動に応じて容積が変化することで前記吸入口から燃料を吸入して昇圧すると共に前記吐出口から圧送可能な圧力室と、前記ソレノイドにより前記調量弁に対して吸引力が付与されると共に前記圧力室の容積が増大したときに該圧力室に発生する吸入力に応じて該圧力室に燃料を吸入可能とする補助吸入手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記ソレノイドへの通電を制御することで燃料の圧送量を調整すると共に前記内燃機関の始動時における所定期間だけ前記ソレノイドに通電して前記調量弁により前記吸入口を閉止可能とし、前記補助吸入手段により前記圧力室に燃料を吸入可能とする制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明による内燃機関の燃料供給装置では、前記所定期間は、前記制御手段が現時点でのクランク角を判別するまでの期間であることを特徴とする。

本発明に係る燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置によれば、ソレノイドにより調量弁に対して吸引力が付与されると共に圧力室の容積が増大したときに該圧力室に発生する吸入力に応じて該圧力室に燃料を吸入可能な補助吸入手段を備えるので、ソレノイドにより調量弁に対して吸入口を閉止可能な方向に吸引力が付与されている場合でも、圧力室の容積が増大し該圧力室に吸入力が発生することで、この吸入力に応じて補助吸入手段によって圧力室に燃料を吸入することができることから、圧送効率を低下させることなく、昇圧速度を向上させることができる。

以下に、本発明に係る燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る燃料ポンプとしての高圧燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置の始動吸入時を示す概略構成図、図２は、本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプの通常吸入時を示す概略構成図、図３は、本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプの圧送時を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施例に係る燃料供給装置１は、燃料タンク２０と、低圧燃料ポンプ３０と、燃料ポンプとしての高圧燃料ポンプ１０と、複数の燃料噴射弁４０と、制御手段としての電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０を備える。

燃料タンク２０は、燃料供給装置１が設けられる内燃機関に供給される燃料を貯留するものである。低圧燃料ポンプ３０は、モータにより燃料タンク２０内の燃料を低圧、例えば、数百ｋＰａ程度まで加圧し、低圧燃料とするものである。低圧燃料ポンプ３０は、低圧燃料供給通路６１を介して高圧燃料ポンプ１０の吸入口１１に接続される。低圧燃料ポンプ３０で加圧された低圧燃料は、低圧燃料供給通路６１を介して高圧燃料ポンプ１０に供給される。

高圧燃料ポンプ１０は、このすでに加圧された燃料である低圧燃料を高圧、例えば、数ＭＰａから数十ＭＰａ程度まで昇圧し、高圧燃料とするものである。さらに、高圧燃料ポンプ１０は、吐出口１２が高圧燃料供給通路６２を介してデリバリーパイプ６３の一端に接続される。そして、このデリバリーパイプ６３には複数の燃料噴射弁４０が接続される。また、高圧燃料供給通路６２上にはチェック弁６４が設けられる。チェック弁６４は、後述する高圧燃料ポンプ１０の圧力室１８内の低圧燃料の圧力が所定圧力、例えば、数十ＭＰａ程度以上となると開弁し、高圧燃料供給通路６２に高圧燃料を吐出する。高圧燃料ポンプ１０で昇圧された高圧燃料は、チェック弁６４、高圧燃料供給通路６２及びデリバリーパイプ６３を介して、複数の燃料噴射弁４０に供給され、この複数の燃料噴射弁４０は、デリバリーパイプ６３内の高圧燃料を微粒化して内燃機関の各気筒の燃焼室に直接噴射することができる。

また、デリバリーパイプ６３の他端には、このデリバリーパイプ６３と燃料タンク２０とを連通するリターン通路６５が接続され、このリターン通路６５上にはチェック弁６６が設けられる。このチェック弁６６は、デリバリーパイプ６３内の高圧燃料が所定圧力、例えば、十数ＭＰａ程度以上となると開弁し、デリバリーパイプ６３内の高圧燃料の過度の圧力上昇を抑制するものである。このチェック弁６６が開弁すると、デリバリーパイプ６３内の高圧燃料は、リターン通路６５を介して燃料タンク２０に戻される。

ここで、高圧燃料ポンプ１０は、ケーシング１３と、調量弁としてのスピル弁１４と、付勢手段としてのスプリング１５と、ソレノイド１６と、プランジャ１７と、圧力室１８を備える。

ケーシング１３は、円筒状に形成され、その一端部に低圧燃料を吸入する吸入口１１が形成され、側面部に高圧燃料を吐出する吐出口１２が形成される。スピル弁１４は、このケーシング１３の吸入口１１に設けられ、プランジャ１７は、ケーシング１３の他端部に設けられ、そしてこのプランジャ１７と吸入口１１との間に圧力室１８が設けられる。上述の吐出口１２は、この圧力室１８に連通するように形成されている。また、ケーシング１３の吸入口１１が形成される内壁面には、後述するスピル弁１４の弁体部１４ｃが当接可能な吸入口１１の弁座部１１ａが形成されている。

スピル弁１４は、スプリング１５により吸入口１１を開放可能な方向に付勢されると共に、ソレノイド１６により吸入口１１を閉止可能な方向に吸引力を付与されることで吸入口１１を開閉可能に構成される。このスピル弁１４は、いわゆる、ノーマリオープン型スピル弁であり、これにより、仮にソレノイド１６が断線してしまったとしても、吸入口１１は開放された状態で維持されるので、全量圧送が継続されてしまうことがなく、燃料供給系の破損を最小限に抑えることができる。

スピル弁１４は、さらに具体的には、円柱状に形成される胴体部１４ａ、胴体部１４ａの一端部に設けられる台座部１４ｂ、他端部に設けられる弁体部１４ｃを有する。台座部１４ｂは、外径が胴体部１４ａよりも大きい円柱状に形成され、弁体部１４ｃは、径が上述の吸入口１１の内径よりも大きい円盤状に形成される。スピル弁１４は、吸入口１１を挟んで圧力室１８側に弁体部１４ｃが位置し、低圧燃料供給通路６１側に台座部１４ｂが位置するように配置され、この台座部１４ｂと弁体部１４ｃとの間に胴体部１４ａが位置している。なお、スピル弁１４の軸方向は、吸入口１１の径方向に対して垂直な方向とほぼ一致している。

スプリング１５は、スピル弁１４の台座部１４ｂの底面に当接するように設けられ、ソレノイド１６は、台座部１４ｂの外周を囲うように設けられる。また、ソレノイド１６は、図１に一点鎖線で示すように、ＥＣＵ５０に電気的に接続され、ＥＣＵ５０が送信する制御信号によりその通電が制御されている。ここで、スプリング１５によるスピル弁１４の付勢方向は、弁体部１４ｃを吸入口１１から該吸入口１１の径方向に対して垂直に離間する方向（吸入口１１を開放する方向）であり、一方、ソレノイド１６によるスピル弁１４の吸引方向は、前記付勢方向の反対方向、すなわち、弁体部１４ｃを吸入口１１に近づける方向（吸入口１１を閉止する方向）である。したがって、ソレノイド１６が通電されていない場合、図２に示すように、スピル弁１４は、スプリング１５により弁体部１４ｃが吸入口１１の弁座部１１ａから離間する方向に付勢され、弁体部１４ｃと弁座部１１ａとの間に隙間が形成され、吸入口１１を開放した状態（開弁状態）となり、後述するように吸入口１１を燃料が流通可能となる。一方、ソレノイド１６が通電されている場合、図３に示すように、スピル弁１４は、ソレノイド１６により弁体部１４ｃが弁座部１１ａに近づく方向に吸引され、弁体部１４ｃと弁座部１１ａとが当接し、吸入口１１を閉止した状態（閉弁状態）となり、吸入口１１を介した燃料の吸入、流出が遮断される。

プランジャ１７は、図１に示すように、外径がケーシング１３の内径よりも若干小さい円柱状に形成され、このケーシング１３に対して往復運動可能に設けられる。また、プランジャ１７は、一端面側に圧力室１８を形成すると共に、他端面側に設けられるカム６７に押し付けられるように付勢される。カム６７は、カムシャフト６８に固定されており、このカムシャフト６８は、内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して回転する。そして、カム６７は、このカムシャフト６８と共に回転し、これにより、プランジャ１７は、このカム６７に押圧されてケーシング１３に対して往復運動することとなる。

圧力室１８は、プランジャ１７の往復運動に応じて容積が変化することで吸入口１１から燃料を吸入可能となり、さらに、吸入した燃料を昇圧すると共に吐出口１２から圧送可能となる。ここで、プランジャ１７の往復移動は、図２に示すように、プランジャ１７が圧力室１８の容積を増大させる方向へ移動する吸入行程と、図３に示すように、同容積を減少させる方向へ移動する圧送行程とからなる。そして、吸入行程では、プランジャ１７がカム６７側に移動することで圧力室１８の容積が増大し、内部の燃料の圧力（以下「燃圧」）が低下し、燃料を吸入する吸入力が該圧力室内に作用する。一方、圧送行程では、プランジャ１７がスピル弁１４側に移動することで圧力室１８の容積が減少して燃圧が上昇し、燃料を押し出す流体力としての押圧力が該圧力室内に作用する。

ＥＣＵ５０は、図１に示すようにマイクロコンピュータを中心として構成され、燃料供給装置１の各部を制御するものであり、上述のように、ソレノイド１６に接続されると共に、クランク角センサ６９にも電気的に接続される。クランク角センサ６９は、内燃機関のクランクシャフトの回転角度であるクランク角を検出するものであり、ＥＣＵ５０に対してクランク角信号を出力する。ＥＣＵ５０は、この内燃機関の運転状態に応じてソレノイド１６への通電を制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、内燃機関の通常運転時には、クランク角センサ６９から受信するクランク角信号に基づいて、ソレノイド１６に制御信号を送信してこのソレノイド１６への通電を制御することで燃料の圧送量を調整する。

ここで、上述したようにプランジャ１７の往復運動は、内燃機関のクランクシャフトの回転に連動することから、このプランジャ１７の位置は、このクランク角に応じた位置となる。そして、吸入行程、圧送行程の各期間もクランク角との関係から定まることから、通常運転時には、スピル弁１４の開閉もこのクランク角に応じて制御される。つまり、通常運転時には、ＥＣＵ５０は、このクランク角に応じて圧送行程での閉弁のタイミング（ソレノイド１６への通電のタイミング）、吸入行程での開弁のタイミング（ソレノイド１６への通電終了のタイミング）を演算し、このタイミングに応じてソレノイド１６に制御信号を送信することで、いわゆるデューティ制御を行う。なお、デューティ制御とは、通電（オン）及び非通電（オフ）からなる１サイクル（時間）における通電時間の割合を変化させることで通電時間を制御し、スピル弁１４を開けている期間と、閉めている期間とを変化させる制御である。

図２に示すように、カムシャフト６８が回転してカム６７によりプランジャ１７がカム６７側に移動するとき、ＥＣＵ５０は、ソレノイド１６を通電しない。このとき、スプリング１５の付勢力によりスピル弁１４が開弁され、圧力室１８の容積が増大することによる吸入力により、吸入口１１を介してこの圧力室１８内に燃料が吸入される。図３に示すように、プランジャ１７がスピル弁１４側に移動するとき、ＥＣＵ５０は、ソレノイド１６を通電する。このとき、ソレノイド１６の吸引力によりスピル弁１４が閉弁され、吸入口１１を介した燃料の吸入、流出が遮断される。そして、圧力室１８の容積が減少することによる押圧力により、この圧力室１８内の燃料が加圧され、燃圧が上昇し、チェック弁６４の開弁圧力に達すると、このチェック弁６４が開弁される。そして、高圧燃料は吐出口１２を介して圧送される。なお、このとき、スピル弁１４を最適なタイミングで閉じることにより高圧燃料の圧送量を適宜制御することができる。圧送行程中におけるスピル弁１４の閉弁時期を早くすることで圧送量は増加し、これとは逆に、閉弁時期を遅くすることで圧送量は減少する。

ところで、内燃機関の始動時において、クランク角センサ６９によってクランク角が確定するまでは、ＥＣＵ５０は、スピル弁１４の閉弁、開弁のタイミングを演算することができない。この間、吸入行程及び圧送行程において、スピル弁１４を閉弁し続けると低圧燃料ポンプ３０からの燃料がデリバリーパイプ６３に供給されなくなり、反対にスピル弁１４を開弁し続けると燃圧を上昇させることができない。

そこで、本実施例に係る高圧燃料ポンプ１０は、図１に示すように、ソレノイド１６によりスピル弁１４に対して吸引力が付与されると共に圧力室１８の容積が増大したときに該圧力室１８に発生する吸入力に応じて該圧力室１８に燃料を吸入可能とする補助吸入手段としての補助吸入部１９を備えることで、始動時においても圧送効率を低下させることなく、昇圧速度を向上させている。

補助吸入部１９は、スピル弁１４の内部に設けられる吸入通路としての補助吸入通路１９ａと、この補助吸入通路１９ａ内に設けられる可動部としてのフロート１９ｂと、このフロート１９ｂを付勢する補助付勢手段としての補助スプリング１９ｃを有する。

補助吸入通路１９ａは、スピル弁１４の胴体部１４ａの側面を貫通する貫通部１９ｄを有し、さらにこの貫通部１９ｄのほぼ中央から弁体部１４ｃの表面まで延設される導入部１９ｅを有する。補助吸入通路１９ａは、貫通部１９ｄの開口が吸入口１１に連通し、導入部１９ｅの開口が圧力室１８に連通することで、吸入口１１と圧力室１８とを連通可能とする。また、この補助吸入通路１９ａの導入部１９ｅ上に収容部１９ｆが設けられる。

収容部１９ｆは、補助吸入通路１９ａの導入部１９ｅの幅広な部分として形成される。フロート１９ｂは、球形状をなし、この収容部１９ｆ内に移動自在に支持される。補助スプリング１９ｃは、収容部１９ｆ内に設けられ、補助吸入通路１９ａを閉止可能な方向にフロート１９ｂを付勢する。具体的には、補助スプリング１９ｃは、このフロート１９ｂを燃料の吸入方向上流側、すなわち、収容部１９ｆの収容部入口１９ｇ側に付勢してこの収容部入口１９ｇに当接可能とし、補助吸入通路１９ａを閉止可能とする。つまり、補助スプリング１９ｃによるフロート１９ｂの付勢方向は、上述したスプリング１５によるスピル弁１４の付勢方向に対して反対の方向である。さらに、補助スプリング１９ｃは、圧力室１８の容積増大の際に、補助吸入通路１９ａを開放可能とする。すなわち、補助スプリング１９ｃは、圧力室１８の容積増大の際に、フロート１９ｂをこの収容部入口１９ｇから離間可能とする。

具体的には、この補助スプリング１９ｃは、スピル弁１４が閉位置にある状態で、その付勢力が圧力室１８の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定される。図１に示すように、ソレノイド１６によりスピル弁１４に対して吸引力が付与されている場合において、圧力室１８の容積が増大する際には、この補助スプリング１９ｃの付勢力が圧力室１８の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定されていることから、フロート１９ｂは、この吸入力により補助スプリング１９ｃの付勢力に対抗し、収容部入口１９ｇから離間する。一方、図３に示すように、ソレノイド１６によりスピル弁１４に対して吸引力が付与されている場合において、圧力室１８の容積が減少する際には、フロート１９ｂは、該圧力室１８に発生する押圧力と補助スプリング１９ｃの付勢力により収容部入口１９ｇに当接する。言い換えれば、フロート１９ｂが収容部入口１９ｇに当接した状態において、圧力室１８の容積が増大することで、フロート１９ｂを境界として上流側と下流側との間に圧力差が発生し、この差圧が吸入力として作用することでフロート１９ｂが収容部入口１９ｇから離間され、圧力室１８の容積が減少することで、圧力差が縮小してフロート１９ｂが収容部入口１９ｇに当接される。

上記のように構成される高圧燃料ポンプ１０及び燃料供給装置１では、上述したＥＣＵ５０は、図１に示すように、内燃機関の始動時においては、所定期間だけ、すなわち、クランク角センサ６９によってクランク角が検出され、現時点でのクランク角が判別されるまでの期間だけ、ソレノイド１６を通電してスピル弁１４により吸入口１１を閉止して、吸入口１１を介した燃料の吸入を遮断する。この状態で、圧力室１８の容積が増大すると、フロート１９ｂは、収容部入口１９ｇから離間することで補助吸入通路１９ａを開放して、この補助吸入通路１９ａを介した燃料の吸入が開始する。そして、図３に示すように、圧力室１８の容積が減少すると、フロート１９ｂは、収容部入口１９ｇに当接し、補助吸入通路１９ａを閉止してこの補助吸入通路１９ａを介した燃料の吸入を遮断する。つまり、吸入口１１を介した燃料の吸入及び補助吸入通路１９ａを介した燃料の吸入が共に遮断される。そして、圧力室１８内の燃料は、プランジャ１７の移動に伴って昇圧され、チェック弁６４を介して全量圧送される。

ＥＣＵ５０により現時点でのクランク角が確定されると、このＥＣＵ５０は、吸入行程における補助吸入部１９を介した燃料の吸入を終了し、上述した通常のデューティ制御に移行し、スピル弁１４の開閉をクランク角に応じて制御する。この状態で、図２に示すように、ソレノイド１６を非通電としてスピル弁１４を開弁し、吸入口１１を介した燃料の吸入を行う際には、フロート１９ｂは、補助スプリング１９ｃの付勢力により収容部入口１９ｇに当接した状態を維持するので、吸入口１１の径よりも通路径が小さい補助吸入通路１９ａを介した燃料の吸入は行われず、補助吸入部１９が吸入口１１を介した燃料の吸入の妨げになることはない。

以上で説明した本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプ１０及び燃料供給装置１によれば、燃料の吸入口１１及び吐出口１２を有するケーシング１３と、吸入口１１を開閉可能なスピル弁１４と、吸入口１１を開放可能な方向にスピル弁１４を付勢するスプリング１５と、吸入口１１を閉止可能な方向にスピル弁１４に対して吸引力を付与するソレノイド１６と、ケーシング１３に対して往復運動するプランジャ１７と、プランジャ１７の往復運動に応じて容積が変化することで吸入口１１から燃料を吸入して昇圧すると共に吐出口１２から圧送可能な圧力室１８と、ソレノイド１６によりスピル弁１４に対して吸引力が付与されると共に圧力室１８の容積が増大したときに該圧力室１８に発生する吸入力に応じて該圧力室１８に燃料を吸入可能とする補助吸入部１９を備える。

したがって、圧力室１８は、プランジャ１７がケーシング１３に対して往復運動することでその容積が変化し、これにより、吸入口１１から圧力室１８内に燃料を吸入して昇圧すると共に吐出口１２から圧送する。スピル弁１４は、スプリング１５により吸入口１１を開放可能な方向に付勢されると共に、ソレノイド１６によりこの吸入口１１を閉止可能な方向に吸引力が付与され、これにより、燃料を圧力室１８に吸入する吸入口１１を開閉する。そして、始動時において、補助吸入部１９は、ソレノイド１６によりスピル弁１４に対して吸引力が付与され吸入口１１が閉止されると共に圧力室１８の容積が増大したときに、該圧力室１８に発生する吸入力に応じて該圧力室１８に燃料を吸入するので、現時点でのクランク角が確定されていなくとも、このクランク角に拘わらず、プランジャ１７の往復運動に基づいて吸入行程において常に燃料を吸入することができ、燃料の吸入量が低下することがないことから、圧送効率を低下させることなく、昇圧速度を向上させることができる。また、いわゆる、圧送抜けも発生しない。さらに、始動時においてクランク角が確定する前に、スピル弁１４を一定の微小間隔で画一的に開閉を制御することもないので、騒音の発生も防止することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプ１０及び燃料供給装置１によれば、補助吸入部１９は、スピル弁１４の内部に設けられ吸入口１１と圧力室１８とを連通する補助吸入通路１９ａと、補助吸入通路１９ａ上に設けられる収容部１９ｆと、収容部１９ｆ内に移動自在に支持されフロート１９ｂと、補助吸入通路１９ａを閉止可能な方向にフロート１９ｂを付勢すると共に圧力室１８の容積増大の際に補助吸入通路１９ａを開放可能とする補助スプリング１９ｃを有する。

したがって、ソレノイド１６によりスピル弁１４に対して吸引力が付与されている場合において、圧力室１８の容積が増大する際には、フロート１９ｂは、該圧力室１８に発生する吸入力により収容部入口１９ｇから離間することで補助吸入通路１９ａを開放し、圧力室１８の容積が減少する際には、該圧力室１８に発生する押圧力と補助スプリング１９ｃの付勢力により収容部入口１９ｇに当接し、補助吸入通路１９ａを閉止するので、始動時の吸入行程において圧力室１８に燃料を確実に吸入し、圧送行程において確実に昇圧することができる。また、補助吸入通路１９ａを閉止する際には、該圧力室１８に発生する押圧力と補助スプリング１９ｃの付勢力によりゆっくりフロート１９ｂを収容部入口１９ｇに当接させるので、騒音の発生も防止することができる。また、補助吸入部１９を既存のスピル弁に入れ込むようにして構成することができるので、よりコンパクトな構成とすることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプ１０及び燃料供給装置１によれば、補助スプリング１９ｃは、付勢力が圧力室１８の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定される。したがって、補助スプリング１９ｃによりフロート１９ｂを収容部入口１９ｇに当接可能に付勢すると共に、圧力室１８の容積増大の際の吸入力が小さくとも、フロート１９ｂを確実に収容部入口１９ｇから離間可能とすることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係る燃料供給装置１によれば、内燃機関の運転状態に応じてソレノイド１６への通電を制御することで燃料の圧送量を調整すると共に内燃機関の始動時における所定期間だけソレノイド１６に通電してスピル弁１４により吸入口１１を閉止可能とし、補助吸入部１９により圧力室１８に燃料を吸入可能とするＥＣＵ５０を備える。したがって、所定期間、つまり、ＥＣＵ５０が現時点でのクランク角を判別するまでの期間だけ、ＥＣＵ５０によりソレノイド１６を通電し、スピル弁１４を閉弁位置に保持しつつ、補助吸入部１９により圧力室１８に燃料を吸入し、現時点でのクランク角が確定されると、スピル弁１４の開閉をクランク角に応じて制御し、補助吸入部１９による燃料の吸入を終了する。このとき、フロート１９ｂは、補助スプリング１９ｃの付勢力により収容部入口１９ｇに当接した状態を維持するので、通常運転時において、吸入口１１の径よりも通路径が小さい補助吸入通路１９ａを介した燃料の吸入は行われず、補助吸入部１９が吸入口１１を介した燃料の吸入の妨げになることはないことから、燃料の圧力損失が少なくなり、通常運転時における圧送効率の低下を防止することができる。

次に、図４は、本発明の実施例２に係る燃料ポンプとしての高圧燃料ポンプの始動吸入時を示す概略構成図、図５は、本発明の実施例２に係る高圧燃料ポンプの通常吸入時を示す概略構成図、図６は、本発明の実施例２に係る高圧燃料ポンプの圧送時を示す概略構成図である。

図４に示すように、実施例２に係る高圧燃料ポンプ２１０は、実施例１に係る高圧燃料ポンプ１０と略同様の構成であるが、前記調量弁としてスピル弁２１４及び補助吸入手段としての補助吸入部２１９の構成の点で実施例１に係る高圧燃料ポンプ１０とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。なお、この高圧燃料ポンプ２１０は、実施例１に係る高圧燃料ポンプ１０と同様な燃料供給装置１に適用される。

この実施例２に係る高圧燃料ポンプ２１０では、スピル弁２１４は、スプリング１５により付勢される弁本体部２１４ａと、この弁本体部２１４ａに支持され燃料の流動方向に移動自在な可動部としての可動弁体２１４ｂを有し、補助吸入部２１９は、この可動弁体２１４ｂと、吸入口１１を閉止可能な方向に可動弁体２１４ｂを付勢すると共に圧力室１８の容積増大の際に吸入口１１を開放可能とする補助付勢手段としての補助スプリング２１９ａを含んで構成される。

弁本体部２１４ａは、外径が異なる２つの円筒が軸方向に重なった形状をなし、内部には内径が一定の補助スプリング収容部２１４ｇが形成される。弁本体部２１４ａは、圧力室１８側の端面２１４ｈが閉鎖されており、さらに、この端面２１４ｈに孔２１４ｉが形成されている。

可動弁体２１４ｂは、柱状に形成される支持部２１４ｃと、この支持部２１４ｃの一端部に設けられる弁体部２１４ｄと、支持部２１４ｃの他端部に設けられる補助スプリング当接部２１４ｅを有する。弁体部２１４ｄは、吸入口１１の内径よりも大きい円盤状に形成され、補助スプリング当接部２１４ｅは、補助スプリング収容部２１４ｇの内径よりも小さい円盤状に形成される。可動弁体２１４ｂは、補助スプリング当接部２１４ｅが補助スプリング収容部２１４ｇ内に位置し、弁体部２１４ｄが吸入口１１を挟んで圧力室１８側に位置するように配置され、支持部２１４ｃが弁本体部２１４ａの端面２１４ｈに形成された孔２１４ｉを通って補助スプリング当接部２１４ｅと弁体部２１４ｄとを連結している。

補助スプリング２１９ａは、補助スプリング収容部２１４ｇ内において、補助スプリング当接部２１４ｅと端面２１４ｈとの間に支持部２１４ｃに巻き付けられるように設けられる。この補助スプリング２１９ａは、補助スプリング当接部２１４ｅと端面２１４ｈに当接することで、弁体部２１４ｄが吸入口１１の弁座部１１ａに当接可能なように可動弁体２１４ｂを付勢する。つまり、補助スプリング２１９ａによる可動弁体２１４ｂの付勢方向は、燃料の吸入方向上流側、すなわち、上述したスプリング１５によるスピル弁２１４の付勢方向に対して反対の方向である。また、この補助スプリング２１９ａは、スピル弁２１４が閉位置にある状態で、その付勢力が圧力室１８の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定される。そして、弁本体部２１４ａの開口端面に栓部２１４ｆが嵌装されることで、補助スプリング２１９ａは補助スプリング収容部２１４ｇ内に収容される。スプリング１５は、この栓部２１４ｆに当接する。

ここで、本実施例の高圧燃料ポンプ２１０では、可動弁体２１４ｂは、スピル弁２１４の一部を構成すると共に、補助吸入部２１９の一部も構成する。すなわち、補助吸入部２１９は、補助スプリング２１９ａと、可動弁体２１４ｂを有するものであり、この可動弁体２１４ｂは、スピル弁２１４と補助吸入部２１９との共通の構成となっている。

上記のように構成される高圧燃料ポンプ２１０及び燃料供給装置１では、図４に示すように、内燃機関の始動時においては、クランク角が確定されるまでの期間だけ、ソレノイド１６を通電してスピル弁２１４により吸入口１１を閉止する。この状態で、圧力室１８の容積が増大すると、可動弁体２１４ｂは、該圧力室１８に発生する吸入力により圧力室１８側に移動し、弁体部２１４ｄが弁座部１１ａから離間することで吸入口１１を開放する。そして、図６に示すように、圧力室１８の容積が減少すると、可動弁体２１４ｂは、該圧力室１８に発生する押圧力と補助スプリング２１９ａの付勢力により栓部２１４ｆ側に移動し、弁体部２１４ｄが弁座部１１ａに当接し、吸入口１１を閉止する。そして、クランク角が確定されると、補助吸入部２１９による燃料の吸入を終了し、上述した通常のデューティ制御に移行する。この状態で、図５に示すように、スピル弁２１４を開弁し、吸入口１１を介して圧力室１８に燃料を吸入する際には、可動弁体２１４ｂは、補助スプリング２１９ａの付勢力により補助スプリング当接部２１４ｅが栓部２１４ｆに当接した状態を維持するので、通常運転時において、可動弁体２１４ｂが吸入口１１を介した燃料の吸入の妨げになることはない。

なお、上述した実施例１の高圧燃料ポンプ１０及び燃料供給装置１では、内燃機関の始動時のクランク角が確定される前の期間おいては、補助吸入通路１９ａを介して圧力室１８に燃料を吸入している。一方、本実施例の高圧燃料ポンプ２１０及び燃料供給装置１では、内燃機関の始動時のクランク角確定前の期間及び通常運転時の両方において、吸入口１１を介して圧力室１８に燃料を吸入しており、この点で相違する。

以上で説明した本発明の実施例２に係る高圧燃料ポンプ２１０及び燃料供給装置１によれば、スピル弁２１４は、スプリング１５により付勢される弁本体部２１４ａと、この弁本体部２１４ａに支持され燃料の流動方向に移動自在な可動部としての可動弁体２１４ｂを有し、補助吸入部２１９は、この可動弁体２１４ｂと、吸入口１１を閉止可能な方向に可動弁体２１４ｂを付勢すると共に圧力室１８の容積増大の際に吸入口１１を開放可能とする補助付勢手段としての補助スプリング２１９ａを含んで構成される。

したがって、ソレノイド１６によりスピル弁２１４に対して吸引力が付与されている場合において、圧力室１８の容積が増大する際には、可動弁体２１４ｂは、該圧力室１８に発生する吸入力により圧力室１８側に移動し、弁体部２１４ｄが弁座部１１ａから離間することで吸入口１１を開放し、圧力室１８の容積が減少する際には、可動弁体２１４ｂは、該圧力室１８に発生する押圧力と補助スプリング２１９ａの付勢力により栓部２１４ｆ側に移動し、弁体部２１４ｄが弁座部１１ａに当接し、吸入口１１を閉止するので、始動時の吸入行程において圧力室１８に燃料を確実に吸入し、圧送行程において確実に昇圧することができる。また、吸入口１１を閉止する際には、該圧力室１８に発生する押圧力と補助スプリング２１９ａの付勢力によりゆっくり弁体部２１４ｄを弁座部１１ａに当接させるので、騒音の発生も防止することができる。

さらに、内燃機関の始動時のクランク角確定前の期間及び通常運転時の両方において、吸入口１１を介して圧力室１８に燃料を吸入しているので、圧送行程における燃料の遮断箇所が１箇所で済むことから、信頼性を向上することができる。また、内燃機関の始動時のクランク角確定前の期間において、燃料が吸入口１１とは別に設けられる狭い通路を通ることもないので、圧力損失を抑制することができる。さらに、スピル弁２１４の構造がシンプルであり製造も容易であるので、製造効率も向上させることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る高圧燃料ポンプ２１０及び燃料供給装置１によれば、補助スプリング２１９ａは、付勢力が圧力室１８の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定される。したがって、補助スプリング２１９ａにより弁体部２１４ｄを弁座部１１ａに当接可能なように可動弁体２１４ｂを付勢すると共に、圧力室１８の容積増大の際の吸入力が小さくとも、弁体部２１４ｄを確実に弁座部１１ａから離間可能とすることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る燃料供給装置１によれば、内燃機関の運転状態に応じてソレノイド１６への通電を制御することで燃料の圧送量を調整すると共に内燃機関の始動時における所定期間だけソレノイド１６に通電してスピル弁２１４により吸入口１１を閉止可能とし、補助吸入部２１９により圧力室１８に燃料を吸入可能とするＥＣＵ５０を備える。したがって、内燃機関の始動時のクランク角確定前の期間だけ、ソレノイド１６を通電してスピル弁２１４を閉弁位置に保持しつつ、補助吸入部２１９により圧力室１８に燃料を吸入し、クランク角が確定されると、スピル弁２１４の開閉をクランク角に応じて制御し、補助吸入部２１９による燃料の吸入を終了する。このとき、可動弁体２１４ｂは、補助スプリング２１９ａの付勢力により栓部２１４ｆに当接した状態を維持するので、通常運転時において、補助吸入部２１９が吸入口１１を介した燃料の吸入の妨げになることはないことから、燃料の圧力損失が少なくなり、通常運転時における圧送効率の低下を防止することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係る高圧燃料ポンプ及び燃料供給装置は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、補助吸入部１９、２１９は、それぞれスピル弁１４、２１４に設けるものとして説明したが、例えば、低圧燃料供給通路６１から圧力室１８に連通する通路を独立して設け、この通路にチェック弁を設けることで補助吸入手段を構成してもよい。また、以上の説明では、内燃機関のクランクシャフトの回転角度であるクランク角を検出し、通常運転時には、ＥＣＵ５０は、このクランク角に応じて圧送行程での閉弁のタイミング、吸入行程での開弁のタイミング等を演算するものとして説明したが、カム６７の回転角度を検出して、この回転角度に応じて演算するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置は、始動時においても圧送効率を低下させることなく、昇圧速度を向上させることができるものであり、種々の内燃機関に用いて好適である。

本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプ及び内燃機関の燃料供給装置の始動吸入時を示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプの通常吸入時を示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係る高圧燃料ポンプの圧送時を示す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る高圧燃料ポンプの始動吸入時を示す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る高圧燃料ポンプの通常吸入時を示す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る高圧燃料ポンプの圧送時を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 燃料供給装置（内燃機関の燃料供給装置）
１０、２１０ 高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）
１１ 吸入口
１１ａ 弁座部
１２ 吐出口
１３ ケーシング
１４、２１４ スピル弁（調量弁）
１４ｃ、２１４ｄ 弁体部
１５ スプリング（付勢手段）
１６ ソレノイド
１７ プランジャ
１８ 圧力室
１９ 補助吸入部（補助吸入手段）
１９ａ 補助吸入通路（吸入通路）
１９ｂ フロート（可動部）
１９ｃ 補助スプリング（補助付勢手段）
１９ｆ 収容部
１９ｇ 収容部入口
２０ 燃料タンク
３０ 低圧燃料ポンプ
４０ 燃料噴射弁
６７ カム
６８ カムシャフト
６９ クランク角センサ
２１４ａ 弁本体部
２１４ｂ 可動弁体（可動部）
２１９ 補助吸入部
２１９ａ 補助スプリング（補助吸入手段）

Claims (6)

1. 燃料の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、
   前記吸入口を開閉可能な調量弁と、
   前記吸入口を開放可能な方向に前記調量弁を付勢する付勢手段と、
   前記吸入口を閉止可能な方向に前記調量弁に対して吸引力を付与するソレノイドと、
   前記ケーシングに対して往復運動するプランジャと、
   前記プランジャの往復運動に応じて容積が変化することで前記吸入口から燃料を吸入して昇圧すると共に前記吐出口から圧送可能な圧力室と、
   前記ソレノイドにより前記調量弁に対して吸引力が付与されると共に前記圧力室の容積が増大したときに該圧力室に発生する吸入力に応じて該圧力室に燃料を吸入可能とする補助吸入手段を備えることを特徴とする、
   燃料ポンプ。
2. 前記補助吸入手段は、前記調量弁の内部に設けられ前記吸入口と前記圧力室とを連通する吸入通路と、前記吸入通路上に設けられる収容部と、前記収容部内に移動自在に支持される可動部と、前記吸入通路を閉止可能な方向に前記可動部を付勢すると共に前記圧力室の容積増大の際に前記吸入通路を開放可能とする補助付勢手段とを有することを特徴とする、
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記調量弁は、前記付勢手段により付勢される弁本体部と、前記弁本体部に支持され燃料の流動方向に移動自在な可動部を有し、
   前記補助吸入手段は、前記可動部と、前記吸入口を閉止可能な方向に前記可動部を付勢すると共に前記圧力室の容積増大の際に前記吸入口を開放可能とする補助付勢手段を含んで構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の燃料ポンプ。
4. 前記補助付勢手段は、付勢力が前記圧力室の容積増大のときに発生する吸入力よりも小さく設定されることを特徴とする、
   請求項２又は請求項３に記載の燃料ポンプ。
5. 燃料の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、
   前記吸入口を開閉可能な調量弁と、
   前記吸入口を開放可能な方向に前記調量弁を付勢する付勢手段と、
   前記吸入口を閉止可能な方向に前記調量弁に対して吸引力を付与するソレノイドと、
   内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して前記ケーシングに対して往復運動するプランジャと、
   前記プランジャの往復運動に応じて容積が変化することで前記吸入口から燃料を吸入して昇圧すると共に前記吐出口から圧送可能な圧力室と、
   前記ソレノイドにより前記調量弁に対して吸引力が付与されると共に前記圧力室の容積が増大したときに該圧力室に発生する吸入力に応じて該圧力室に燃料を吸入可能とする補助吸入手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記ソレノイドへの通電を制御することで燃料の圧送量を調整すると共に前記内燃機関の始動時における所定期間だけ前記ソレノイドに通電して前記調量弁により前記吸入口を閉止可能とし、前記補助吸入手段により前記圧力室に燃料を吸入可能とする制御手段とを備えることを特徴とする、
   内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記所定期間は、前記制御手段が現時点でのクランク角を判別するまでの期間であることを特徴とする、
   請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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