内燃機関の燃料供給装置
【課題】フィード圧の低下を抑制する。
【解決手段】低圧燃料ポンプ１と、該低圧燃料ポンプ１により吐出された燃料を昇圧するための高圧燃料ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、低圧燃料ポンプ１は、両方向に突出する回転軸２０１を有する両軸の電動機２００と、電動機２００の回転軸２０１の両側に夫々設けられるインペラ１２０，１３０と、電動機２００の回転軸２０１の両側において電動機２００とインペラ１２０，１３０との間に夫々設けられ、一方のインペラ１２０，１３０が停止したときに電動機２００から該一方のインペラ１２０，１３０へ伝わるトルクを制限する制限装置１２１，１３１と、を備える。
【解決手段】低圧燃料ポンプ１と、該低圧燃料ポンプ１により吐出された燃料を昇圧するための高圧燃料ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、低圧燃料ポンプ１は、両方向に突出する回転軸２０１を有する両軸の電動機２００と、電動機２００の回転軸２０１の両側に夫々設けられるインペラ１２０，１３０と、電動機２００の回転軸２０１の両側において電動機２００とインペラ１２０，１３０との間に夫々設けられ、一方のインペラ１２０，１３０が停止したときに電動機２００から該一方のインペラ１２０，１３０へ伝わるトルクを制限する制限装置１２１，１３１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を気筒内へ直接噴射する内燃機関において、燃料タンクから燃料を吸い上げる低圧燃料ポンプと、低圧燃料ポンプにより吸い上げられた燃料を気筒内へ噴射可能な圧力まで昇圧させる高圧燃料ポンプと、を備えることが知られている。
【０００３】
そして、特許文献１には、低圧燃料ポンプの昇圧作用のみが燃圧の上昇に寄与している始動中の段階で、蓄圧室内の燃圧の上昇の有無を見ることによって、低圧燃料ポンプの異常を検出する技術が記載されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、低圧燃料ポンプの異常を検出することはできるものの、その後に、低圧燃料ポンプの吐出圧（フィード圧）を維持することができない虞がある。
【０００５】
例えば、低圧燃料ポンプの消費電力を可及的に低減するために、フィード圧を低下させることがある。このときには、燃料内に含まれる異物により低圧燃料ポンプが故障しやすくなる。すなわち、低圧燃料ポンプの吐出圧力が高い場合には、インペラが速く回転し、慣性力も大きなため、インペラが異物を噛み込んだとしても該異物が粉砕される。これに対し、インペラが遅く回転しているときには、異物の粉砕が困難となり、該インペラが停止してしまう（モータがロックしてしまう）虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７４３２２号公報
【特許文献２】特開２００８−０３８８９５号公報
【特許文献３】特開２００５−２５３２２６号公報
【特許文献４】特開２００８−１０１５６１号公報
【特許文献５】実開平２−５３２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィード圧の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の燃料供給装置は、
低圧燃料ポンプと、該低圧燃料ポンプにより吐出された燃料を昇圧するための高圧燃料ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
前記低圧燃料ポンプは、
両方向に突出する回転軸を有する両軸の電動機と、
前記電動機の回転軸の両側に夫々設けられるインペラと、
前記電動機の回転軸の両側において前記電動機と前記インペラとの間に夫々設けられ、一方のインペラが停止したときに電動機から該一方のインペラへ伝わるトルクを制限する制限装置と、
を備える。
【０００９】
すなわち、２つのインペラの間に電動機が備わる。また、制限装置は、各インペラに備わる。そして、一方のインペラが例えば異物の噛み込み等により回転することができなくなったときに、該一方のインペラへ伝達するトルクが制御装置により制限される。これにより、電動機内の回転軸が停止する（ロックする）ことを抑制できる。すなわち、電動機に過大な負荷がかかることを抑制できるため、電動機が停止することを抑制できる。これにより、他方のインペラが設けられている回転軸が停止することを抑制できる。そして、一方のインペラが停止しても、他方のインペラが回転するため、燃料を吐出することができる。
【００１０】
制限装置は、インペラに異常がないときには電動機からのトルクをそのまま伝え、インペラに異常が生じて回転が困難となると該インペラへは電動機から伝えるトルクを小さくしてもよい。
【００１１】
このように、一方のインペラが故障しても他方のインペラが回転を続けることができるので、フィード圧の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィード圧の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す図である。
【図２】低圧燃料ポンプの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
＜実施例１＞
図１は、内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す図である。図１に示す燃料供給装置は、直列４気筒の内燃機関に適用される燃料供給装置であり、低圧燃料ポンプ１と、高圧燃料ポンプ２とを備えている。なお、内燃機関の気筒数は、４つに限られず、５つ以上であってもよく、或いは３つ以下であってもよい。
【００１６】
低圧燃料ポンプ１は、燃料タンク３に貯留されている燃料を汲み上げるためのポンプであり、電力により駆動されるタービン式ポンプ（ウェスコ式ポンプ）である。低圧燃料ポンプ１から吐出された燃料は、低圧燃料通路４によって高圧燃料ポンプ２の吸入口へ導かれる。
【００１７】
高圧燃料ポンプ２は、低圧燃料ポンプ１から吐出された燃料を昇圧するためのポンプであり、内燃機関の動力（たとえば、カムシャフトの回転力）により駆動される往復式のポンプ（プランジャー式ポンプ）である。高圧燃料ポンプ２の吸入口には、該吸入口の導通と閉塞とを切り換える吸入弁２ａが設けられている。吸入弁２ａは、電磁駆動式の弁機構であり、プランジャの位置に対する開閉タイミングを変更することによって高圧燃料ポンプ２の吐出量（吐出圧力としてもよい）を変更する。また、高圧燃料ポンプ２の吐出口には、高圧燃料通路５の一端が接続されている。高圧燃料通路５の他端は、デリバリパイプ６に接続されている。
【００１８】
デリバリパイプ６には、４つの燃料噴射弁７が接続されており、高圧燃料ポンプ２から
デリバリパイプ６へ圧送された高圧の燃料が各燃料噴射弁７へ分配される。燃料噴射弁７は、内燃機関の気筒内へ直接燃料を噴射する。
【００１９】
なお、上記した燃料噴射弁７のような筒内噴射用の燃料噴射弁に加え、吸気通路（吸気ポート）内へ燃料を噴射するためのポート噴射用の燃料噴射弁が内燃機関に取り付けられている場合は、低圧燃料通路４の途中から分岐してポート噴射用のデリバリパイプへ低圧の燃料が供給されるように構成されてもよい。
【００２０】
上記した低圧燃料通路４の途中には、パルセーションダンパ１１が配置されている。パルセーションダンパ１１は、前記高圧燃料ポンプ２の動作（吸引動作と吐出動作）に起因する燃料の脈動を減衰するものである。また、上記した低圧燃料通路４の途中には、分岐通路８の一端が接続されている。分岐通路８の他端は、燃料タンク３に接続されている。分岐通路８の途中には、プレッシャーレギュレータ９が設けられている。プレッシャーレギュレータ９は、低圧燃料通路４内の圧力（燃料圧力）が所定値を超えたときに開弁することにより、低圧燃料通路４内の余剰の燃料が分岐通路８を介して燃料タンク３へ戻るように構成される。
【００２１】
上記した高圧燃料通路５の途中には、チェック弁１０が配置されている。チェック弁１０は、前記高圧燃料ポンプ２の吐出口から前記デリバリパイプ６へ向かう流れを許容し、前記デリバリパイプ６から前記高圧燃料ポンプ２の吐出口へ向かう流れを規制する。
【００２２】
上記したデリバリパイプ６には、該デリバリパイプ６内の余剰の燃料を前記燃料タンク３へ戻すためのリターン通路１２が接続されている。リターン通路１２の途中には、該リターン通路１２の導通と遮断とを切り換えるリリーフ弁１３弁が配置されている。リリーフ弁１３は、電動式または電磁駆動式の弁機構であり、デリバリパイプ６内の燃料圧力が目標値を超えたときに開弁される。
【００２３】
前記リターン通路１２の途中には、連通路１４の一端が接続されている。前記連通路１４の他端は、前記高圧燃料ポンプ２に接続されている。この連通路１４は、前記高圧燃料ポンプ２から排出される余剰燃料を前記リターン通路１２へ導くための通路である。
【００２４】
ここで、本実施例における燃料供給装置は、上記した各機器を電気的に制御するためのＥＣＵ１５を備えている。ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１５は、圧力センサ１６、吸気温度センサ１７、アクセルポジションセンサ１８、クランクポジションセンサ１９、冷却水温度センサ２０などの各種センサと電気的に接続されている。
【００２５】
圧力センサ１６は、デリバリパイプ６内の燃料圧力（高圧燃料ポンプの吐出圧力）Ｐｈに相関した電気信号を出力するセンサである。圧力センサ１６によれば、高圧燃料ポンプ２と燃料噴射弁７との間の燃料の圧力を検出できる。吸気温度センサ１７は、内燃機関に吸入される空気の温度に相関した電気信号を出力する。吸気温度センサ１７によれば、内燃機関の吸気温度を検出することができる。アクセルポジションセンサ１８は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１８の出力信号により、内燃機関の負荷が検出される。クランクポジションセンサ１９は、内燃機関の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ１９の出力信号により、内燃機関の回転数が検出される。冷却水温度センサ２０は、内燃機関の冷却水の温度に相関した電気信号を出力する。冷却水温度センサ２０によれば、内燃機関の冷却水温度、または、内燃機関の温度を検出することができる。
【００２６】
ＥＣＵ１５は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、低圧燃料ポンプ１や吸入弁２ａを制御する。たとえば、ＥＣＵ１５は、圧力センサ１６の検出値（実燃圧）が目標値に収束するように、吸入弁２ａの開閉タイミングを調整する。その際、ＥＣＵ１５は、吸入弁２ａの駆動デューティ（ソレノイドの通電時間と非通電時間との比）を変化させることで、実燃圧と目標値との差に基づく比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。
【００２７】
また、ＥＣＵ１５は、低圧燃料ポンプ１の消費電力を可及的に低減するために、低圧燃料ポンプ１の目標吐出圧力（目標フィード圧）を低下させるフィード圧制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１５は、先ず内燃機関の運転状態や燃料温度などに基づいて目標フィード圧の基準値を決定する。続いて、ＥＣＵ１５は、目標フィード圧を一定量ずつ低下させる。この一定量は、低圧燃料通路４内の燃料圧力が飽和蒸気圧を大幅に下回らない範囲で最大の値に設定されることが望ましく、予め実験などにより求めておく。なお、内燃機関がポート噴射用の燃料噴射弁を備えている場合は、ポート噴射用の燃料噴射弁から噴射される燃料の量などを考慮して目標フィード圧が決定されてもよい。
【００２８】
このように、フィード圧は、ＥＣＵ１５によるフィード圧制御により低圧に保たれることがある。このときには、燃料内に含まれる異物により低圧燃料ポンプ１が故障しやすくなる。すなわち、低圧燃料ポンプ１の目標吐出圧力が高い場合には、インペラが速く回転し、慣性力も大きなため、インペラが異物を噛み込んだとしても該異物が粉砕される。これに対し、インペラが遅く回転しているときには、異物の粉砕が困難となり、該インペラが停止してしまう（ロックしてしまう）。
【００２９】
そこで本実施例に係る低圧燃料ポンプ１は、２つのインペラを備え、一方のインペラが異物を噛み込んで停止しても、他方のインペラが回転を続けることにより、継続して燃料を吐出することが可能となっている。
【００３０】
図２は、低圧燃料ポンプ１の構成を模式的に示す図である。低圧燃料ポンプ１は、略円柱状のハウジング１００を備えている。ハウジング１００には、円柱状に形成された３つの空間１０１，１０２，１０３が同軸上に直列に配置されている。
【００３１】
ハウジング１００の中央に形成された空間１０１には、モータ２００が収容されている（以下、空間１０１を「モータ室１０１」と称する）。モータ２００は、両軸のブラシレスモータである。モータ２００は、モータ室１０１の周方向へ回転自在な状態でハウジング１００に取り付けられた回転軸（モータシャフト）２０１と、該モータシャフト２０１の外周面に取り付けられたロータ２０２と、モータ室１０１の内周面に固定されたステータ２０３と、を備えており、図示しないバッテリやオルタネータから供給される電力によりロータ２０２及びモータシャフト２０１を回転させる。なお、本実施例においてはモータ２００が、本発明における電動機に相当する。また、本実施例においてはモータシャフト２０１が、本発明における回転軸に相当する。
【００３２】
モータ室１０１に隣接する一方の空間１０２には、第一インペラ１２０が収容されている（以下、空間１０２を「第一収容室１０２」と称する）。前記第一収容室１０２に対して、モータ室１０１を挟んだ反対側に位置する空間１０３には、第二インペラ１３０が収容されている（以下、空間１０３を「第二収容室１０３」と称する）。なお、本実施例においては第一インペラ１２０及び第二インペラ１３０が、本発明におけるインペラに相当する。
【００３３】
ハウジング１００には、燃料タンク３から第一収容室１０２に通じる第一流入通路１０７、及び、燃料タンク３から第二収容室１０３に通じる第二流入通路１０８が形成されている。第一流入通路１０７は、燃料タンク３内の燃料を第一収容室１０２へ導くための通
路である。第二流入通路１０８は、燃料タンク３内の燃料を第二収容室１０３へ導くための通路である。
【００３４】
また、ハウジング１００には、モータ室１０１と第一収容室１０２とを連通する第一連通路１０９、及び、モータ室１０１と第二収容室１０３とを連通する第二連通路１１０が形成されている。第一連通路１０９は、第一収容室１０２からモータ室１０１へ燃料を導くための通路である。また、第二連通路１１０は、第二収容室１０３からモータ室１０１へ燃料を導くための通路である。第一連通路１０９には、第一収容室１０２からモータ室１０１へ向かう燃料の流れを許容し、且つ、モータ室１０１から第一収容室１０２へ向かう燃料の流れを遮断する第一チェック弁１１１が設けられている。第二連通路１１０には、第二収容室１０３からモータ室１０１へ向かう燃料の流れを許容し、且つ、モータ室１０１から第二収容室１０３へ向かう燃料の流れを遮断する第二チェック弁１１２が設けられている。
【００３５】
また、ハウジング１００には、モータ室１０１から低圧燃料通路４に通じる流出通路１１３が形成されている。流出通路１１３は、モータ室１０１内の燃料を低圧燃料通路４へ導くための通路である。流出通路１１３には、モータ室１０１から低圧燃料通路４へ向かう燃料の流れを許容し、且つ、低圧燃料通路４からモータ室１０１へ向かう燃料の流れを遮断する第三チェック弁１１４が設けられている。
【００３６】
モータシャフト２０１は、第一収容室１０２からモータ室１０１を通って第二収容室１０３までハウジング１００を貫通している。第一インペラ１２０は、第一収容室１０２内においてモータシャフト２０１に取り付けられており、該モータシャフト２０１の回転中心を中心として回転する。また、第二インペラ１３０は、第二収容室１０３内においてモータシャフト２０１に取り付けられており、該モータシャフト２０１の回転中心を中心として回転する。
【００３７】
ロータ２０２と第一インペラ１２０との間のモータシャフト２０１には、第一クラッチ１２１が設けられている。また、ロータ２０２と、第二インペラ１３０との間には、第二クラッチ１３１が設けられている。第一クラッチ１２１及び第二クラッチ１３１には、摩擦クラッチまたは流体クラッチを例示することができる。なお、本実施例においては第一クラッチ１２１及び第二クラッチ１３１が、本発明における制限装置に相当する。
【００３８】
そして、第一クラッチ１２１は、第一インペラ１２０、または、該第一クラッチ１２１よりも第一インペラ１２０側のモータシャフト２０１が異物を噛み込んだときに、第一インペラ１２０側へ伝達するトルクが小さくなるように構成される。たとえば、第一クラッチ１２１に摩擦クラッチを採用する場合には、第一インペラ１２０、または、該第一クラッチ１２１から第一インペラ１２０側のモータシャフト２０１が異物を噛み込んだときに滑り、これらが異物を噛み込んでいないときには結合されるように、摩擦材の摩擦係数が決定される。第二クラッチ１３１についても、同じように設定することができる。第一クラッチ１２１及び第二クラッチ１３１は、閾値以上のトルクが加わると、滑りが大きくなるクラッチとしてもよい。
【００３９】
以下、本実施例に係る低圧燃料ポンプ１の動作について説明する。モータ２００へ電力を供給してモータシャフト２０１が回転すると、モータシャフト２０１で発生するトルクが、第一クラッチ１２１を介して第一インペラ１２０へ伝達され、第二クラッチ１３１を介して第二インペラ１３０へ伝達される。
【００４０】
第一インペラ１２０が回転すると、第一流入通路１０７を介して燃料タンク３から第一収容室１０２へ燃料が吸い上げられる。燃料は第一インペラ１２０の回転による遠心力に
より加圧される。そして、この燃料は、第一連通路１０９を介してモータ室１０１へ供給される。一方、第二インペラ１３０が回転すると、第二流入通路１０８を介して燃料タンク３から第二収容室１０３へ燃料が吸い上げられる。燃料は第二インペラ１３０の回転による遠心力により加圧される。この燃料は、第二連通路１１０を介してモータ室１０１へ供給される。そして、モータ室１０１内の燃料は、流出通路１１３を流通して低圧燃料通路４へ供給される。
【００４１】
ここで、例えば、第一インペラ１２０が異物を噛み込むことで停止したり、回転するのに閾値以上のトルクが必要となったりすると、第一クラッチ１２１が滑る。これにより、ロータ２０２が停止することを抑制できる。そして、ロータ２０２が継続して回転することができる。これにより、第二インペラ１３０を継続して回転させることができるため、低圧燃料通路４へ継続して燃料を供給することができる。同様に、第二インペラ１３０が異物を噛み込んだとしても、第一インペラ１２０により燃料を供給することができる。
【００４２】
なお、第一チェック弁１１１及び第二チェック弁１１２を設けているため、第一インペラ１２０または第二インペラ１３０の一方のインペラが停止したときには、該一方のインペラが収容されている収容室内へモータ室１０１から燃料が流入することを抑制できる。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、第一インペラ１２０または第二インペラ１３０の何れか一方が停止しても、他方により燃料を供給することができるため、フィード圧が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 低圧燃料ポンプ
２ 高圧燃料ポンプ
３ 燃料タンク
１５ ＥＣＵ
１００ ハウジング
１０１ モータ室
１０２ 第一収容室
１０３ 第二収容室
１０７ 第一流入通路
１０８ 第二流入通路
１０９ 第一連通路
１１０ 第二連通路
１１１ 第一チェック弁
１１２ 第二チェック弁
１１３ 流出通路
１１４ 第三チェック弁
１２０ 第一インペラ
１２１ 第一クラッチ
１３０ 第二インペラ
１３１ 第二クラッチ
２００ モータ
２０１ モータシャフト
２０２ ロータ
２０３ ステータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を気筒内へ直接噴射する内燃機関において、燃料タンクから燃料を吸い上げる低圧燃料ポンプと、低圧燃料ポンプにより吸い上げられた燃料を気筒内へ噴射可能な圧力まで昇圧させる高圧燃料ポンプと、を備えることが知られている。
【０００３】
そして、特許文献１には、低圧燃料ポンプの昇圧作用のみが燃圧の上昇に寄与している始動中の段階で、蓄圧室内の燃圧の上昇の有無を見ることによって、低圧燃料ポンプの異常を検出する技術が記載されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、低圧燃料ポンプの異常を検出することはできるものの、その後に、低圧燃料ポンプの吐出圧（フィード圧）を維持することができない虞がある。
【０００５】
例えば、低圧燃料ポンプの消費電力を可及的に低減するために、フィード圧を低下させることがある。このときには、燃料内に含まれる異物により低圧燃料ポンプが故障しやすくなる。すなわち、低圧燃料ポンプの吐出圧力が高い場合には、インペラが速く回転し、慣性力も大きなため、インペラが異物を噛み込んだとしても該異物が粉砕される。これに対し、インペラが遅く回転しているときには、異物の粉砕が困難となり、該インペラが停止してしまう（モータがロックしてしまう）虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７４３２２号公報
【特許文献２】特開２００８−０３８８９５号公報
【特許文献３】特開２００５−２５３２２６号公報
【特許文献４】特開２００８−１０１５６１号公報
【特許文献５】実開平２−５３２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィード圧の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の燃料供給装置は、
低圧燃料ポンプと、該低圧燃料ポンプにより吐出された燃料を昇圧するための高圧燃料ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
前記低圧燃料ポンプは、
両方向に突出する回転軸を有する両軸の電動機と、
前記電動機の回転軸の両側に夫々設けられるインペラと、
前記電動機の回転軸の両側において前記電動機と前記インペラとの間に夫々設けられ、一方のインペラが停止したときに電動機から該一方のインペラへ伝わるトルクを制限する制限装置と、
を備える。
【０００９】
すなわち、２つのインペラの間に電動機が備わる。また、制限装置は、各インペラに備わる。そして、一方のインペラが例えば異物の噛み込み等により回転することができなくなったときに、該一方のインペラへ伝達するトルクが制御装置により制限される。これにより、電動機内の回転軸が停止する（ロックする）ことを抑制できる。すなわち、電動機に過大な負荷がかかることを抑制できるため、電動機が停止することを抑制できる。これにより、他方のインペラが設けられている回転軸が停止することを抑制できる。そして、一方のインペラが停止しても、他方のインペラが回転するため、燃料を吐出することができる。
【００１０】
制限装置は、インペラに異常がないときには電動機からのトルクをそのまま伝え、インペラに異常が生じて回転が困難となると該インペラへは電動機から伝えるトルクを小さくしてもよい。
【００１１】
このように、一方のインペラが故障しても他方のインペラが回転を続けることができるので、フィード圧の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィード圧の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す図である。
【図２】低圧燃料ポンプの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
＜実施例１＞
図１は、内燃機関の燃料供給装置の概略構成を示す図である。図１に示す燃料供給装置は、直列４気筒の内燃機関に適用される燃料供給装置であり、低圧燃料ポンプ１と、高圧燃料ポンプ２とを備えている。なお、内燃機関の気筒数は、４つに限られず、５つ以上であってもよく、或いは３つ以下であってもよい。
【００１６】
低圧燃料ポンプ１は、燃料タンク３に貯留されている燃料を汲み上げるためのポンプであり、電力により駆動されるタービン式ポンプ（ウェスコ式ポンプ）である。低圧燃料ポンプ１から吐出された燃料は、低圧燃料通路４によって高圧燃料ポンプ２の吸入口へ導かれる。
【００１７】
高圧燃料ポンプ２は、低圧燃料ポンプ１から吐出された燃料を昇圧するためのポンプであり、内燃機関の動力（たとえば、カムシャフトの回転力）により駆動される往復式のポンプ（プランジャー式ポンプ）である。高圧燃料ポンプ２の吸入口には、該吸入口の導通と閉塞とを切り換える吸入弁２ａが設けられている。吸入弁２ａは、電磁駆動式の弁機構であり、プランジャの位置に対する開閉タイミングを変更することによって高圧燃料ポンプ２の吐出量（吐出圧力としてもよい）を変更する。また、高圧燃料ポンプ２の吐出口には、高圧燃料通路５の一端が接続されている。高圧燃料通路５の他端は、デリバリパイプ６に接続されている。
【００１８】
デリバリパイプ６には、４つの燃料噴射弁７が接続されており、高圧燃料ポンプ２から
デリバリパイプ６へ圧送された高圧の燃料が各燃料噴射弁７へ分配される。燃料噴射弁７は、内燃機関の気筒内へ直接燃料を噴射する。
【００１９】
なお、上記した燃料噴射弁７のような筒内噴射用の燃料噴射弁に加え、吸気通路（吸気ポート）内へ燃料を噴射するためのポート噴射用の燃料噴射弁が内燃機関に取り付けられている場合は、低圧燃料通路４の途中から分岐してポート噴射用のデリバリパイプへ低圧の燃料が供給されるように構成されてもよい。
【００２０】
上記した低圧燃料通路４の途中には、パルセーションダンパ１１が配置されている。パルセーションダンパ１１は、前記高圧燃料ポンプ２の動作（吸引動作と吐出動作）に起因する燃料の脈動を減衰するものである。また、上記した低圧燃料通路４の途中には、分岐通路８の一端が接続されている。分岐通路８の他端は、燃料タンク３に接続されている。分岐通路８の途中には、プレッシャーレギュレータ９が設けられている。プレッシャーレギュレータ９は、低圧燃料通路４内の圧力（燃料圧力）が所定値を超えたときに開弁することにより、低圧燃料通路４内の余剰の燃料が分岐通路８を介して燃料タンク３へ戻るように構成される。
【００２１】
上記した高圧燃料通路５の途中には、チェック弁１０が配置されている。チェック弁１０は、前記高圧燃料ポンプ２の吐出口から前記デリバリパイプ６へ向かう流れを許容し、前記デリバリパイプ６から前記高圧燃料ポンプ２の吐出口へ向かう流れを規制する。
【００２２】
上記したデリバリパイプ６には、該デリバリパイプ６内の余剰の燃料を前記燃料タンク３へ戻すためのリターン通路１２が接続されている。リターン通路１２の途中には、該リターン通路１２の導通と遮断とを切り換えるリリーフ弁１３弁が配置されている。リリーフ弁１３は、電動式または電磁駆動式の弁機構であり、デリバリパイプ６内の燃料圧力が目標値を超えたときに開弁される。
【００２３】
前記リターン通路１２の途中には、連通路１４の一端が接続されている。前記連通路１４の他端は、前記高圧燃料ポンプ２に接続されている。この連通路１４は、前記高圧燃料ポンプ２から排出される余剰燃料を前記リターン通路１２へ導くための通路である。
【００２４】
ここで、本実施例における燃料供給装置は、上記した各機器を電気的に制御するためのＥＣＵ１５を備えている。ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１５は、圧力センサ１６、吸気温度センサ１７、アクセルポジションセンサ１８、クランクポジションセンサ１９、冷却水温度センサ２０などの各種センサと電気的に接続されている。
【００２５】
圧力センサ１６は、デリバリパイプ６内の燃料圧力（高圧燃料ポンプの吐出圧力）Ｐｈに相関した電気信号を出力するセンサである。圧力センサ１６によれば、高圧燃料ポンプ２と燃料噴射弁７との間の燃料の圧力を検出できる。吸気温度センサ１７は、内燃機関に吸入される空気の温度に相関した電気信号を出力する。吸気温度センサ１７によれば、内燃機関の吸気温度を検出することができる。アクセルポジションセンサ１８は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１８の出力信号により、内燃機関の負荷が検出される。クランクポジションセンサ１９は、内燃機関の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ１９の出力信号により、内燃機関の回転数が検出される。冷却水温度センサ２０は、内燃機関の冷却水の温度に相関した電気信号を出力する。冷却水温度センサ２０によれば、内燃機関の冷却水温度、または、内燃機関の温度を検出することができる。
【００２６】
ＥＣＵ１５は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、低圧燃料ポンプ１や吸入弁２ａを制御する。たとえば、ＥＣＵ１５は、圧力センサ１６の検出値（実燃圧）が目標値に収束するように、吸入弁２ａの開閉タイミングを調整する。その際、ＥＣＵ１５は、吸入弁２ａの駆動デューティ（ソレノイドの通電時間と非通電時間との比）を変化させることで、実燃圧と目標値との差に基づく比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。
【００２７】
また、ＥＣＵ１５は、低圧燃料ポンプ１の消費電力を可及的に低減するために、低圧燃料ポンプ１の目標吐出圧力（目標フィード圧）を低下させるフィード圧制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１５は、先ず内燃機関の運転状態や燃料温度などに基づいて目標フィード圧の基準値を決定する。続いて、ＥＣＵ１５は、目標フィード圧を一定量ずつ低下させる。この一定量は、低圧燃料通路４内の燃料圧力が飽和蒸気圧を大幅に下回らない範囲で最大の値に設定されることが望ましく、予め実験などにより求めておく。なお、内燃機関がポート噴射用の燃料噴射弁を備えている場合は、ポート噴射用の燃料噴射弁から噴射される燃料の量などを考慮して目標フィード圧が決定されてもよい。
【００２８】
このように、フィード圧は、ＥＣＵ１５によるフィード圧制御により低圧に保たれることがある。このときには、燃料内に含まれる異物により低圧燃料ポンプ１が故障しやすくなる。すなわち、低圧燃料ポンプ１の目標吐出圧力が高い場合には、インペラが速く回転し、慣性力も大きなため、インペラが異物を噛み込んだとしても該異物が粉砕される。これに対し、インペラが遅く回転しているときには、異物の粉砕が困難となり、該インペラが停止してしまう（ロックしてしまう）。
【００２９】
そこで本実施例に係る低圧燃料ポンプ１は、２つのインペラを備え、一方のインペラが異物を噛み込んで停止しても、他方のインペラが回転を続けることにより、継続して燃料を吐出することが可能となっている。
【００３０】
図２は、低圧燃料ポンプ１の構成を模式的に示す図である。低圧燃料ポンプ１は、略円柱状のハウジング１００を備えている。ハウジング１００には、円柱状に形成された３つの空間１０１，１０２，１０３が同軸上に直列に配置されている。
【００３１】
ハウジング１００の中央に形成された空間１０１には、モータ２００が収容されている（以下、空間１０１を「モータ室１０１」と称する）。モータ２００は、両軸のブラシレスモータである。モータ２００は、モータ室１０１の周方向へ回転自在な状態でハウジング１００に取り付けられた回転軸（モータシャフト）２０１と、該モータシャフト２０１の外周面に取り付けられたロータ２０２と、モータ室１０１の内周面に固定されたステータ２０３と、を備えており、図示しないバッテリやオルタネータから供給される電力によりロータ２０２及びモータシャフト２０１を回転させる。なお、本実施例においてはモータ２００が、本発明における電動機に相当する。また、本実施例においてはモータシャフト２０１が、本発明における回転軸に相当する。
【００３２】
モータ室１０１に隣接する一方の空間１０２には、第一インペラ１２０が収容されている（以下、空間１０２を「第一収容室１０２」と称する）。前記第一収容室１０２に対して、モータ室１０１を挟んだ反対側に位置する空間１０３には、第二インペラ１３０が収容されている（以下、空間１０３を「第二収容室１０３」と称する）。なお、本実施例においては第一インペラ１２０及び第二インペラ１３０が、本発明におけるインペラに相当する。
【００３３】
ハウジング１００には、燃料タンク３から第一収容室１０２に通じる第一流入通路１０７、及び、燃料タンク３から第二収容室１０３に通じる第二流入通路１０８が形成されている。第一流入通路１０７は、燃料タンク３内の燃料を第一収容室１０２へ導くための通
路である。第二流入通路１０８は、燃料タンク３内の燃料を第二収容室１０３へ導くための通路である。
【００３４】
また、ハウジング１００には、モータ室１０１と第一収容室１０２とを連通する第一連通路１０９、及び、モータ室１０１と第二収容室１０３とを連通する第二連通路１１０が形成されている。第一連通路１０９は、第一収容室１０２からモータ室１０１へ燃料を導くための通路である。また、第二連通路１１０は、第二収容室１０３からモータ室１０１へ燃料を導くための通路である。第一連通路１０９には、第一収容室１０２からモータ室１０１へ向かう燃料の流れを許容し、且つ、モータ室１０１から第一収容室１０２へ向かう燃料の流れを遮断する第一チェック弁１１１が設けられている。第二連通路１１０には、第二収容室１０３からモータ室１０１へ向かう燃料の流れを許容し、且つ、モータ室１０１から第二収容室１０３へ向かう燃料の流れを遮断する第二チェック弁１１２が設けられている。
【００３５】
また、ハウジング１００には、モータ室１０１から低圧燃料通路４に通じる流出通路１１３が形成されている。流出通路１１３は、モータ室１０１内の燃料を低圧燃料通路４へ導くための通路である。流出通路１１３には、モータ室１０１から低圧燃料通路４へ向かう燃料の流れを許容し、且つ、低圧燃料通路４からモータ室１０１へ向かう燃料の流れを遮断する第三チェック弁１１４が設けられている。
【００３６】
モータシャフト２０１は、第一収容室１０２からモータ室１０１を通って第二収容室１０３までハウジング１００を貫通している。第一インペラ１２０は、第一収容室１０２内においてモータシャフト２０１に取り付けられており、該モータシャフト２０１の回転中心を中心として回転する。また、第二インペラ１３０は、第二収容室１０３内においてモータシャフト２０１に取り付けられており、該モータシャフト２０１の回転中心を中心として回転する。
【００３７】
ロータ２０２と第一インペラ１２０との間のモータシャフト２０１には、第一クラッチ１２１が設けられている。また、ロータ２０２と、第二インペラ１３０との間には、第二クラッチ１３１が設けられている。第一クラッチ１２１及び第二クラッチ１３１には、摩擦クラッチまたは流体クラッチを例示することができる。なお、本実施例においては第一クラッチ１２１及び第二クラッチ１３１が、本発明における制限装置に相当する。
【００３８】
そして、第一クラッチ１２１は、第一インペラ１２０、または、該第一クラッチ１２１よりも第一インペラ１２０側のモータシャフト２０１が異物を噛み込んだときに、第一インペラ１２０側へ伝達するトルクが小さくなるように構成される。たとえば、第一クラッチ１２１に摩擦クラッチを採用する場合には、第一インペラ１２０、または、該第一クラッチ１２１から第一インペラ１２０側のモータシャフト２０１が異物を噛み込んだときに滑り、これらが異物を噛み込んでいないときには結合されるように、摩擦材の摩擦係数が決定される。第二クラッチ１３１についても、同じように設定することができる。第一クラッチ１２１及び第二クラッチ１３１は、閾値以上のトルクが加わると、滑りが大きくなるクラッチとしてもよい。
【００３９】
以下、本実施例に係る低圧燃料ポンプ１の動作について説明する。モータ２００へ電力を供給してモータシャフト２０１が回転すると、モータシャフト２０１で発生するトルクが、第一クラッチ１２１を介して第一インペラ１２０へ伝達され、第二クラッチ１３１を介して第二インペラ１３０へ伝達される。
【００４０】
第一インペラ１２０が回転すると、第一流入通路１０７を介して燃料タンク３から第一収容室１０２へ燃料が吸い上げられる。燃料は第一インペラ１２０の回転による遠心力に
より加圧される。そして、この燃料は、第一連通路１０９を介してモータ室１０１へ供給される。一方、第二インペラ１３０が回転すると、第二流入通路１０８を介して燃料タンク３から第二収容室１０３へ燃料が吸い上げられる。燃料は第二インペラ１３０の回転による遠心力により加圧される。この燃料は、第二連通路１１０を介してモータ室１０１へ供給される。そして、モータ室１０１内の燃料は、流出通路１１３を流通して低圧燃料通路４へ供給される。
【００４１】
ここで、例えば、第一インペラ１２０が異物を噛み込むことで停止したり、回転するのに閾値以上のトルクが必要となったりすると、第一クラッチ１２１が滑る。これにより、ロータ２０２が停止することを抑制できる。そして、ロータ２０２が継続して回転することができる。これにより、第二インペラ１３０を継続して回転させることができるため、低圧燃料通路４へ継続して燃料を供給することができる。同様に、第二インペラ１３０が異物を噛み込んだとしても、第一インペラ１２０により燃料を供給することができる。
【００４２】
なお、第一チェック弁１１１及び第二チェック弁１１２を設けているため、第一インペラ１２０または第二インペラ１３０の一方のインペラが停止したときには、該一方のインペラが収容されている収容室内へモータ室１０１から燃料が流入することを抑制できる。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、第一インペラ１２０または第二インペラ１３０の何れか一方が停止しても、他方により燃料を供給することができるため、フィード圧が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 低圧燃料ポンプ
２ 高圧燃料ポンプ
３ 燃料タンク
１５ ＥＣＵ
１００ ハウジング
１０１ モータ室
１０２ 第一収容室
１０３ 第二収容室
１０７ 第一流入通路
１０８ 第二流入通路
１０９ 第一連通路
１１０ 第二連通路
１１１ 第一チェック弁
１１２ 第二チェック弁
１１３ 流出通路
１１４ 第三チェック弁
１２０ 第一インペラ
１２１ 第一クラッチ
１３０ 第二インペラ
１３１ 第二クラッチ
２００ モータ
２０１ モータシャフト
２０２ ロータ
２０３ ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧燃料ポンプと、該低圧燃料ポンプにより吐出された燃料を昇圧するための高圧燃料ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
前記低圧燃料ポンプは、
両方向に突出する回転軸を有する両軸の電動機と、
前記電動機の回転軸の両側に夫々設けられるインペラと、
前記電動機の回転軸の両側において前記電動機と前記インペラとの間に夫々設けられ、一方のインペラが停止したときに電動機から該一方のインペラへ伝わるトルクを制限する制限装置と、
を備える内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１】
低圧燃料ポンプと、該低圧燃料ポンプにより吐出された燃料を昇圧するための高圧燃料ポンプと、を備えた内燃機関の燃料供給装置において、
前記低圧燃料ポンプは、
両方向に突出する回転軸を有する両軸の電動機と、
前記電動機の回転軸の両側に夫々設けられるインペラと、
前記電動機の回転軸の両側において前記電動機と前記インペラとの間に夫々設けられ、一方のインペラが停止したときに電動機から該一方のインペラへ伝わるトルクを制限する制限装置と、
を備える内燃機関の燃料供給装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９２１１９（Ｐ２０１３−９２１１９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５０８３（Ｐ２０１１−２３５０８３）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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