JPH1150933A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

蓄圧式燃料噴射装置

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JPH1150933A
JPH1150933A JP9220773A JP22077397A JPH1150933A JP H1150933 A JPH1150933 A JP H1150933A JP 9220773 A JP9220773 A JP 9220773A JP 22077397 A JP22077397 A JP 22077397A JP H1150933 A JPH1150933 A JP H1150933A
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fuel
pressure
accumulator
supply pump
motor
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JP9220773A
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Junji Miyashita
純司 宮下
Yuji Furuya
雄二 古谷
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Bosch Corp
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Zexel Corp
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力消費量を低減でき、且つ信頼性の高い蓄
圧式燃料噴射装置を提供する。 【構成】 本発明による蓄圧式燃料噴射装置３は、燃料
供給ポンプ９から供給される高圧燃料は、高圧通路１７
を通って蓄圧器１１に圧送されて蓄圧される。高圧通路
１７では、制御装置３９の制御信号に応答して電磁制御
弁２５を開閉して、蓄圧器１１に圧送する燃料供給量を
制御する。このように、電磁制御弁２５の開閉により蓄
圧器１１に圧送する量を制御しているので、燃料供給ポ
ンプでは、運転条件の自由度が高く、最も効率の良い条
件で運転が可能となり、電力消費量の低減と、信頼性を
高めるととができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ駆動式の燃
料供給ポンプから蓄圧器に燃料を圧送し、蓄圧器の燃料
噴射弁により内燃機関に燃料を噴射する、蓄圧式燃料噴
射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガソリン機関の燃焼室にガソリ
ン燃料を直接噴射する直接噴射式内燃機関が公知であ
る。この種の内燃機関に用いられる燃料噴射装置では、
燃料供給ポンプから蓄圧器に燃料を圧送し、蓄圧器で蓄
圧した後に燃料噴射弁により内燃機関に燃料を噴射して
いる。
【０００３】燃料供給ポンプには、内燃機関の駆動軸に
連結されてポンプが駆動されるものと、モータにより駆
動されるいわゆるモータ駆動式燃料供給ポンプとがあ
る。
【０００４】前者の内燃機関の駆動軸により駆動される
ポンプを備える蓄圧式の燃料噴射装置としては、特開平
７ー７２５１２号公報にあるように、燃料ポンプから高
圧の燃料が蓄圧器に圧送されており、燃料ポンプと蓄圧
器との間に燃料タンクに戻す燃料溢流パイプを設け、こ
の燃料溢流パイプによって余剰の燃料を戻す構成のもの
がある。即ち、駆動軸式のポンプでは、駆動軸に一定の
回転が得られないため、燃料ポンプから吐出する燃料の
圧力制御ができないので、かかる電磁弁の開閉により圧
力制御をおこなうものである。
【０００５】これに対して、後者のモータ駆動式燃料供
給ポンプにあっては、モータにより駆動するものである
から、モータの回転数を制御することで、吐出量（又は
吐出圧）の制御が容易にでき、動力の無駄も少ない。
【０００６】このようなモータ駆動式燃料供給ポンプを
搭載した従来の蓄圧式燃料噴射装置は、図４に示すよう
に、フィードポンプ（低圧ポンプ）１０７により燃料タ
ンク１０５からモータ駆動式の高圧ポンプ１０９に供給
され、高圧ポンプ１０９で加圧した燃料をコモンレール
（蓄圧器）１１１に圧送して蓄圧した後、コモンレール
１１１内の燃料はコモンレールに接続されたインジェク
タ（噴射弁）１３５からエンジンの各シリンダに噴出さ
れる。各インジェクタ１３５は、エンジンの回転数・負
荷に応じてＩＤＵ（インジェクタ駆動ユニット）１３７
を介して制御されている。コモンレール１１１の後端側
は、オリフィス１１３を介して燃料タンク１０５に向か
う還流回路１２１が形成されており、コモンレール１１
１における高圧燃料の一部は、この還流回路１２１から
燃料タンク１０５に戻すようになっている。そして、燃
料圧力の制御は、コモンレール１１１に取り付けられた
圧力センサー１４１の信号を受けて制御装置としてのＥ
ＣＵ（電子制御ユニット）１３９が目標燃料圧力となる
ように、ＰＤＵ（圧力制御ユニット）１５０を介して高
圧ポンプ１０９のモータ１３１の回転数を制御してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のモータ
駆動式の高圧ポンプを搭載した燃料噴射装置（燃料噴射
システム）にあっては、還流回路から還流される燃料が
多すぎると、無駄な動力消費になるという不都合があ
る。一方、還流量が少ない場合には、コモンレール内の
高圧燃料の温度上昇や温度分布の不均一、エアー混入等
の問題が生じ、インジェクタから噴射される燃料噴射量
が不安定になるという不都合がある。
【０００８】更に、低負荷運転やアイドリング時等の、
エンジンにおける燃料消費が少ない場合には、高圧ポン
プで境界潤滑となる低回転数で駆動するため、高圧ポン
プにおける駆動トルクが大きくなり、電力消費量が大き
くなるという不都合がある。
【０００９】また、エンジン負荷が急変するような過渡
的な状態、例えば、エンジンブレーキを使用するような
場合、駆動モータは回転数を急変できないため、大きな
圧力変化が発生してしまい、燃料配管系の耐久・信頼性
が低下するという不都合がある。
【００１０】即ち、モータ駆動式燃料供給ポンプを搭載
した従来の燃料噴射装置では、電力消費が高く、且つ信
頼性が十分でなかった。
【００１１】そこで、本発明の目的は、電力消費量を低
減でき、且つ信頼性の高い蓄圧式燃料噴射装置を提供す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、モータ駆動式の燃料供給
ポンプから高圧通路を介して蓄圧器に燃料を圧送し、蓄
圧器に設けられた燃料噴射弁により内燃機関に燃料を噴
射する、蓄圧式燃料噴射装置において、一端が前記高圧
通路に連通し、他端が装置の低圧側に連通する連通路
と、連通路に設けられて連通路を開閉する電磁制御弁
と、電磁制御弁の開閉を制御する制御装置と、を備える
ことを特徴とするものである。
【００１３】この請求項１に記載の発明によれば、燃料
供給ポンプから供給される高圧燃料は、高圧通路を通っ
て蓄圧器に圧送されて蓄圧される。高圧通路では、制御
装置の制御信号に応答して電磁制御弁を開閉して、蓄圧
器に圧送する燃料供給量を制御する。このように、電磁
制御弁の開閉により蓄圧器に圧送する量を制御している
ので、燃料供給ポンプでは、運転条件の自由度が高く、
最も効率の良い条件で運転が可能となり、電力消費量の
低減と、信頼性を高めることができる。特に、燃料供給
ポンプでは、電磁制御弁を開閉して圧送量の制御をおこ
なうことにより境界潤滑の低回転数運転をしないように
運転すれば、耐久性及び信頼性が向上する。また、電磁
制御弁の開閉制御によれば、急激な負荷変動にも容易に
応答できるので、燃料回路の耐久性及び信頼性が向上す
る。更に、モーターの回転数と電磁制御弁との２つの制
御を組み合わせれば、細やかで広い範囲の制御ができ、
燃料タンクに還流する量を適当な量に調整することがで
きる。
【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記高圧通路は、前記燃料供給ポンプ
から蓄圧器へ向かう燃料の流れのみを許可する一方向弁
を備え、前記連通路の一端は、この一方向弁と燃料供給
ポンプとの間で連通されていることを特徴とするもので
ある。
【００１５】この請求項２に記載の発明によれば、蓄圧
器から高圧通路側に向かう燃料の流れを一方向弁が禁止
しているから、電磁制御弁を開いた際に、蓄圧器の燃料
が逆流して圧力が低下するのを防止する。従って、電磁
制御弁を開いた場合にも蓄圧器内の圧力を維持でき、エ
ネルギーの無駄を防止し、効率の良い運転ができる。
【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の発明において、前記制御装置は、燃料供給ポン
プの圧送タイミングに同期して前記電磁制御弁を開閉す
ることを特徴とするものである。
【００１７】この請求項３に記載の発明によれば、電磁
制御弁は、燃料供給ポンプの圧送タイミングに同期し
て、開閉制御することで、蓄圧器に圧送する燃料を制御
する。
【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料供給ポ
ンプは、内燃機関の運転が常用範囲にあるときは、前記
燃料供給ポンプを駆動するモータが一定回転数に制御さ
れていることを特徴とするものである。
【００１９】この請求項４に記載の発明によれば、モー
タ駆動を一定回転数に制御しているので、モータの消費
電力が少なくでき、耐久性及び信頼性が高まる。
【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料供給ポ
ンプは、内燃機関の運転が常用範囲にあるときは、前記
燃料供給ポンプを駆動するモーターが一定電圧で駆動さ
れていることを特徴とするものである。
【００２１】この請求項５に記載の発明によれば、モー
タ駆動を一定電圧に制御しているので、モータの消費電
力が少なくでき、耐久性及び信頼性が高まる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面の図１及び図２
を参照して本発明の第１実施の形態を詳細に説明する。
本発明の実施の形態にかかる蓄圧式燃料噴射装置３は、
ガソリンエンジンの燃焼室（気筒）にガソリンを直接噴
射するもので、いわゆる直接噴射式ガソリンエンジンで
ある。
【００２３】この蓄圧式燃料噴射装置３は、概して、燃
料タンク５と、燃料タンク５の燃料を供給する低圧ポン
プ（フィードポンプ）７、モータ駆動の高圧ポンプ９、
高圧ポンプ９から圧送された燃料を蓄圧する蓄圧器とし
てのコモンレール１１、オリフィス１３、低圧レギュレ
ータ１５を接続して回路が構成されている。そして、高
圧ポンプ９とコモンレール１１との間にある高圧通路１
７と、オリフィス１３の下流側にある低圧通路（還流回
路）２１とは連通路２３により連通されており、この連
通路２３は電磁制御弁２５の開閉により連通が制御され
るようになっている。電磁制御弁２５は後述するＥＣＵ
３９に接続されており、ＥＣＵ３９からの制御信号によ
り開閉が制御されている。
【００２４】低圧ポンプ７は、燃料タンク５内の燃料
（ガソリン）を高圧ポンプ９に圧送するものであり、高
圧ポンプ９との間にはフィルタ２７が介在されている。
この低圧ポンプは、モータ２９により駆動されている。
【００２５】高圧ポンプ９は、低圧ポンプ７から供給さ
れた燃料を高圧に加圧するものであり、燃料を高圧に加
圧して高圧通路１７を介してコモンレール１１に圧送す
る。この高圧ポンプ９は、モータ３１により駆動される
モータ駆動式であり、このモータ駆動により燃料を圧送
する。高圧ポンプ９は可変燃圧のものであっても、燃圧
一定のものであってもよいが、本実施の形態では、一定
燃圧としている。尚、高圧ポンプ９には低圧通路２１に
連通された戻し通路３３が設けられており、高圧ポンプ
９から漏れた燃料や、冷却用の燃料を低圧通路２１に戻
すようになっている。
【００２６】コモンレール１１には、複数のインジェク
タ（噴射弁）３５が接続されており、コモンレール１１
で高圧に蓄圧された燃料を各インジェクタ３５からそれ
ぞれ図示しない内燃機関内に噴射する。これらの各イン
ジェクタ３５は、ＩＤＵ３７を介してその吐出が制御さ
れている。尚、ＩＤＵ３７は、後述する制御装置として
のＥＣＵ３９に接続されており、この電子制御ユニット
３９の駆動信号により駆動されている。
【００２７】また、コモンレール１１には、圧力検知器
４１が接続されており、圧力検知信号をＥＣＵ３７に送
るようになっている。ＥＣＵ３９は、圧力検知器４１か
らの圧力検知信号を受けると、コモンレール９内の圧力
が目標圧力になるように、電磁制御弁２５を制御すると
ともに、検知した圧力に応じてＩＤＵ３７の駆動を制御
する。
【００２８】高圧ポンプ９とコモンレール１１との間に
設けられた高圧通路１７には、一方向弁４３を設けてお
り、高圧ポンプ９からコモンレール１１への燃料の流れ
のみを許可し、高圧ポンプ９からコモンレール１１ヘの
流れは禁止している。このように、一方向弁４３を設け
ることによって、電磁制御弁２５を開いた際に逆流を禁
止して、コモンレール１１内の圧力が低下するのを防止
している。
【００２９】低圧通路２１は、オリフィス１３の下流側
から燃料タンク５に戻る通路である。この低圧通路２１
には、上述した連通路２３と、戻し通路３３との連通箇
所より下流側に、低圧レギュレータ４５が設けられてい
る。
【００３０】次に、本実施の形態の作用を説明する。燃
料噴射ポンプの運転時には、燃料タンク５の燃料は、低
圧ポンプ７から高圧ポンプ９供給されて、高圧ポンプ９
から高圧の燃料が高圧通路１７に圧送され、電磁制御弁
２５の開閉により圧送量が制御された後、一方向弁４３
を通って、コモンレール１１で蓄圧され、コモンレール
１１の各インジェクタ３５から燃料を噴出する。
【００３１】ＥＣＵ３７では、圧力検知器４１から受け
た検知信号に応じて、コモンレール１１内の燃料圧力が
目標圧力になるように、コモンレール１１に圧送する燃
料圧力を制御するが、本実施の形態では、電磁制御弁２
５の開閉を制御しておこなう。
【００３２】高圧ポンプ９は、モータ３１により駆動さ
れており、モータ３１の回転により高圧ポンプ９から吐
出する燃料圧力を制御するが、モータ３１の回転数は電
圧を可変することにより容易に制御できる。また、電圧
を一定にしてモータ３１の回転数を一定にするものであ
ってもよい。
【００３３】高圧通路１７に連通する連通路２３では、
ＥＣＵ３９の制御信号に応答して電磁制御弁２５を開閉
して、コモンレール１１に圧送する燃料を制御する。換
言すれば、高圧通路１７を介してコモンレール１１に圧
送される燃料吐出量を制御する。この場合、電磁制御弁
２５を開いて、連通路２３から低圧側に燃料を逃した場
合に、一方向弁４３によりコモンレール１１の燃料圧が
逃げることを禁止しているので、電磁制御弁２５の開成
時にコモンレール１１内の燃料圧力の低下を阻止して、
エネルギーの無駄がないようにしており、運転効率を高
めている。尚、連通路２３から還流される燃料は低圧通
路２１、低圧レギュレータ４５を介して燃料タンク５に
戻される。
【００３４】このように、本実施の形態では、電磁制御
弁２５の開閉によりコモンレール１１に圧送する圧送量
を制御しているので、高圧ポンプ９における運転条件の
自由度が高く、モータ３１は、図２に示すような、最も
効率の良い条件で運転が可能となり、電力消費量の低減
と、信頼性を高めることができる。即ち、図２は、高圧
ポンプ３１におけるモータ３１の回転数と、運転効率と
の関係を示したグラフであり、最も運転効率の優れた回
転数域Ａでモータ３１を駆動することとし、コモンレー
ル１１に圧送する燃料の量は電磁制御弁２５の開閉によ
り調整する。
【００３５】例えば、ノーマルオープンの電磁制御弁２
５ではその通電時間を短くすれば、モータ回転数を大き
く設定することができ、高圧ポンプ９におけるトルクを
減少させ、信頼性を高めることができる。一方、電磁制
御弁２５の通電時間を長くすれば、モータ回転数を小さ
く設定でき、消費電力を少なくできる。従って、モータ
の消費電力と電磁制御弁の通電による消費電力との関係
から、最も消費電力が小さくなるような条件での運転が
可能になる。
【００３６】特に、内燃機関の運転が常用範囲にあると
きは、モータ３１の回転数を一定にすれば、モータ３１
の消費電力を低減できるとともに、燃料回路における圧
力変動が少ないから、燃料回路の耐久性及び信頼性が高
まる。また、内燃機関の運転が常用範囲にあるときは、
モータ３１を一定電圧で駆動してもよい。この場合に
も、モータ駆動を一定電圧に制御しているので、モータ
３１の消費電力が少なくでき、燃料回路における圧力変
動が少ないから、燃料回路における耐久性及び信頼性が
高まる。
【００３７】一方、高圧ポンプ９において、境界潤滑と
なる低回転数運転をしたのでは、運転効率も悪く、ま
た、部品の磨耗や騒音の生じるようになり、かかる低回
転数運転をしない範囲Ａでモータ３を駆動すれば、高圧
ポンプにおける耐久性及び信頼性が向上するものであ
る。更に、モータ３１の回転数と電磁制御弁２５との２
つの制御を組み合わせて燃料の圧送量を制御することに
よって、細かで広い範囲の制御ができ、耐久性及び信頼
性が向上する。
【００３８】また、エンジンブレーキ等により、エンジ
ン負荷が急変した場合には、モータ３１の回転数を急変
することは困難であるが、この場合にも電磁制御弁２５
を制御することによって、急激な負荷に対応させて燃料
の圧送量を容易に可変するものである。この場合、電磁
制御弁は瞬時に対応が可能であるため、応答性がよい。
応答性に関しては、ノーマルオープンの電磁制御弁２５
ではその通電時間を短くすれば圧送する燃料量が減り、
通電時間を長くすれば圧送する燃料量が増加するので、
電磁制御弁２５によりコモンレール１１に圧送する燃料
の量を制御することによって、応答が早く、負荷変動に
瞬時に対応することができる。
【００３９】このように負荷の急変動に対応することに
より、各燃料配管の信頼性を高めることができる。
【００４０】次に、本発明の他の実施の形態を説明する
が、上述した第１実施の形態と同一部分には、同一の符
号を付することによって、その部分の詳細な説明を省略
する。
【００４１】図３に示す第２実施の形態では、高圧ポン
プ９のモータ３１またはポンプ自体に回転位置検知器４
７を内蔵しまたは接続し、検知された回転位置信号と同
期させて電磁制御弁２５を制御するものである。この第
２実施の形態においても上述した第１実施の形態と同様
な効果を得ることができるほか、電磁制御弁２５は、燃
料供給ポンプ９の圧送タイミングに同期させて、開閉制
御しているので、圧力変動に対する応答性が良い。
【００４２】本発明は上述した実施の形態に限らず、発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例え
ば、コモンレールの下流側にオリフィスを設けることに
限らず、コモンレールの下流側を閉じ回路にしてもよ
く、また、高圧通路１７にアキュムレータ等を設けても
よい。
【００４３】更に、本発明は、直接噴射式ガソリンエン
ジンに限らず、ディーゼル機関の燃料噴射装置に用いて
も同様な効果を得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、電磁制
御弁を開閉して、燃料供給ポンプから蓄圧器に圧送する
燃料を制御する構成であるから、燃料供給ポンプでは、
運転条件の自由度が高く、最も効率の良い条件で運転が
可能となり、電力消費量の低減と、信頼性を高めること
ができる。
【００４５】請求項２に記載の発明によれば、高圧通路
に一方向弁を備える構成であるから、電磁制御弁を開い
た際に、蓄圧器の燃料圧力が低下するのを防止できる。
これによりエネルギーの無駄を防止し、効率の良い運転
ができる。
【００４６】請求項３に記載の発明によれば、電磁制御
弁は、燃料供給ポンプの圧送タイミングに同期して、開
閉制御するので、圧送する燃料の制御が容易にできる。
【００４７】請求項４に記載の発明によれば、モータ駆
動を一定回転数に制御しているので、モータの消費電力
が少なくでき、耐久性及び信頼性が高まる。
【００４８】請求項５に記載の発明によれば、モータ駆
動を一定電圧に制御しているので、モータの消費電力が
少なくでき、耐久性及び信頼性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかる蓄圧式燃料噴
射装置の回路図である。
【図２】モータの回転数と効率との関係を示すグラフ図
である。
【図３】本発明の第２実施の形態にかかる蓄圧式燃料噴
射装置の回路図である。
【図４】従来の蓄圧式燃料噴射装置の回路図である。
【符号の説明】
３ 蓄圧式燃料噴射装置 ９ 高圧ポンプ １１ コモンレール（蓄圧器） １７ 高圧通路 ２３ 連通路 ２５ 電磁制御弁 ３９ ＥＣＵ（制御装置）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータ駆動式の燃料供給ポンプから高圧
    通路を介して蓄圧器に燃料を圧送し、蓄圧器に設けられ
    た燃料噴射弁により内燃機関に燃料を噴射する、蓄圧式
    燃料噴射装置において、 一端が前記高圧通路に連通し、他端が装置の低圧側に連
    通する連通路と、連通路に設けられて連通路を開閉する
    電磁制御弁と、電磁制御弁の開閉を制御する制御装置
    と、を備えることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記高圧通路は、前記燃料供給ポンプか
    ら蓄圧器へ向かう燃料の流れのみを許可する一方向弁を
    備え、前記連通路の一端は、この一方向弁と燃料供給ポ
    ンプとの間で連通されていることを特徴とする請求項１
    に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記制御装置は、燃料供給ポンプの圧送
    タイミングに同期して前記電磁制御弁を開閉することを
    特徴とする請求項１又は２に記載の蓄圧式燃料噴射装
    置。
  4. 【請求項４】 前記燃料供給ポンプは、内燃機関の運転
    が常用範囲にあるときは、前記燃料供給ポンプを駆動す
    るモータが一定回転数に制御されていることを特徴とす
    る請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄圧式燃料噴
    射装置。
  5. 【請求項５】 前記燃料供給ポンプは、内燃機関の運転
    が常用範囲にあるときは、前記燃料供給ポンプを駆動す
    るモータが一定電圧で駆動されていることを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄圧式燃料噴射
    装置。
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