説明

蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関

【課題】 内燃機関の振動を抑制しながらもアイドル回転数を低く設定することを可能にする蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関を提供する。
【解決手段】 コモンレール式燃料噴射装置を備えたエンジンにおける燃料圧送用の高圧ポンプ8に2つのアクチュエータ88,89を備えさせる。2つのアクチュエータ88,89のうち一方を停止し、他方のアクチュエータ89のみから燃料圧送動作を行うことで、エンジンのクランク軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとを一致させることにより、両トルクが重ね合わされてなる総負荷トルクの変動を抑制して低回転数でのアイドル運転を実現可能とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蓄圧式(コモンレール式)燃料噴射装置を備えた内燃機関に係る。特に、本発明は、内燃機関の振動を抑制しながらもアイドル回転数を低く設定することを可能にするための対策に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、多気筒ディーゼルエンジン等の燃料供給系として、メカニカルな燃料噴射ポンプ−ノズル方式に比べて制御性に優れた蓄圧式燃料噴射装置が提案されている(例えば、下記の特許文献1及び特許文献2)。
【0003】
この種の燃料噴射装置は、高圧ポンプによって所定圧力に加圧された燃料をコモンレールに貯留しておき、このコモンレールに貯留した燃料を燃料噴射タイミングに合わせて所定のインジェクタから燃焼室内に噴射する構成となっている。また、エンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で燃料が噴射されるように、コントローラが演算処理を行ってコモンレール内燃料圧力(以下、コモンレール内圧という)の制御や各インジェクタの制御を行う。
【0004】
このように、蓄圧式燃料噴射装置は、燃料噴射量及びその噴射時期に加えて、コモンレール内圧によって決定される燃料噴射圧力をもエンジンの運転状態に応じて制御可能であるため、制御性に優れた噴射装置として注目されている。特に、この蓄圧式燃料噴射装置は、エンジンの低回転速度域での昇圧性が良好であるため、低速域から高圧燃料噴射が可能であり、従来の機械式燃料噴射装置では実現不可能であった低回転数でのアイドル運転を行うことが可能である。具体的に、従来の機械式燃料噴射装置では500r.p.m程度までしか低回転を実現できなかったが、この蓄圧式燃料噴射装置によれば250r.p.m程度でのアイドル運転を実現することが可能である。このように、低回転数でのアイドル運転が実現できるため、このアイドル運転時における騒音の低減及び燃費の節減を図ることが可能である。
【特許文献1】特開2000−18052号公報
【特許文献2】特開2003−328830号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、上述の如く蓄圧式燃料噴射装置によってアイドル回転数を低く設定することは可能になったものの、単にアイドル回転数を低くしただけでは、エンジンの圧縮行程や膨張行程での挙動が大きくなりエンジンの振動が大きくなるといった課題が生じてしまう。
【0006】
図6は、アイドル運転域におけるエンジン回転数とエンジンの振動振幅との関係の一例を示す図である。例えば、図中のエンジン回転数範囲Aは、従来の機械式燃料噴射装置であっても実現できる範囲であり、図中のエンジン回転数範囲Bは、機械式燃料噴射装置では実現できず、蓄圧式燃料噴射装置を採用したことで実現可能となった範囲である。このように、蓄圧式燃料噴射装置によってのみ実現できるエンジン回転数範囲Bでは、エンジン回転数を低く設定するほどエンジンの振動振幅が急激に大きくなってしまう。このように、蓄圧式燃料噴射装置を採用することで上記エンジン回転数範囲Bまでエンジン回転数を低下させることは可能になったものの、エンジンの振動といった観点からすれば、このエンジン回転数範囲Bでアイドル運転を実行することは現実的には不可能であった。言い換えると、このエンジンの振動が原因で、蓄圧式燃料噴射装置を採用したことのメリットを十分に生かすことができず、この低回転数でのアイドル運転を実現することによって騒音の低減や燃費の削減を図るには未だ改良の余地が残されていた。
【0007】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の振動を抑制しながらもアイドル回転数を低く設定することを可能にする蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、エンジンの駆動軸(クランク軸)に作用する負荷トルクと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクとが相殺するように各駆動軸同士を連繋させることで総負荷トルクの変動を抑制している。つまり、エンジンの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとを一致させることにより、両トルクが重ね合わされてなる総負荷トルクの変動を抑制して低回転数でのアイドル運転を実現可能にしている。
【0009】
−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関本体の駆動軸からの駆動力を動力伝達手段を介して受けて燃料圧送動作を行う燃料ポンプと、この燃料ポンプから圧送された燃料を貯留するコモンレールと、このコモンレールから供給された燃料を内燃機関本体の燃焼室に向けて噴射する燃料噴射弁とを有する蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関を前提とする。この蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関に対し、上記内燃機関本体の駆動軸と燃料ポンプの駆動軸とを、内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとが略一致するように各駆動軸の回転位相を合わせて動力伝達手段によって連繋している。
【0010】
より具体的には、内燃機関本体の駆動軸の負荷トルク変動周期と燃料ポンプの駆動軸の負荷トルク変動周期とを略一致させ、且つ内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとを略一致させ、更に内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングとを略一致させるように、内燃機関本体の駆動軸と燃料ポンプの駆動軸とを動力伝達手段によって連繋している。
【0011】
この特定事項により、内燃機関本体の駆動時には、燃料ポンプから圧送されてコモンレール内に貯留された燃料が所定タイミングで燃料噴射弁に供給され、この燃料噴射弁から燃焼室に向けて燃料噴射されることになる。そして、この内燃機関本体では、駆動軸に負荷トルクが作用しており、この負荷トルクは周期的に変動している。特に、圧縮行程終了時点では負荷トルクが極大になる。また、複数気筒の内燃機関の場合、一つの気筒の圧縮行程終了時点と、次に圧縮行程を行う気筒の圧縮行程終了時点との中間のタイミングで負荷トルクが極小になる。一方、燃料ポンプは、上記内燃機関本体の駆動力を動力伝達手段を介して受けてコモンレールへの燃料圧送動作を行っている。この燃料ポンプにおいても、駆動軸に負荷トルクが作用しており、この負荷トルクは周期的に変動している。特に、燃料ポンプの燃料圧送開始時点では負荷トルクが極大になる。また、複数の圧送室(ポンプ室)を備えた燃料ポンプの場合、一つの圧送室の燃料圧送開始時点と、次に圧送行程を行う圧送室の燃料圧送開始時点との中間のタイミングで負荷トルクが極小になる。
【0012】
このようにして、内燃機関本体の駆動軸及び燃料ポンプの駆動軸では負荷トルクは周期的に変動しているので、内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとを略一致させ、また、内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングとを略一致させるように各駆動軸同士を動力伝達手段によって連繋させれば総負荷トルクの変動を抑制することができる。特に、内燃機関の振動が大きくなることが懸念されるアイドル運転においてはその振動を抑制することができ、蓄圧式燃料噴射装置を採用したことによる低回転数でのアイドル運転を、内燃機関の振動を抑制しながら実現することが可能になる。その結果、アイドル運転中の騒音の低減及び燃費の削減を図ることが可能になる。
【0013】
燃料ポンプの燃料圧送動作を変化させることによって総負荷トルクの変動を抑制するための動作に切り換える構成としては以下のものが掲げられる。つまり、燃料ポンプに互いに異なるタイミングで燃料圧送動作を行う複数の圧送室を備えさせ、これら圧送室を複数のグループに分けて、各グループに圧送室からコモンレールへの燃料圧送量を調整する圧送量制御機構をそれぞれ備えさせる。また、これら複数の圧送量制御機構のうち選択的に一部の圧送量制御機構のみを駆動することで特定グループの圧送室のみからコモンレールへの燃料圧送動作を行い、これによって、燃料ポンプの負荷トルク変動周期を内燃機関の負荷トルク変動周期に略一致させ、燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングを内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングに略一致させ、燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングを内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングに略一致させる構成としている。
【0014】
より具体的には、内燃機関本体を多気筒4ストロークエンジンとし、燃料ポンプに内燃機関本体の気筒数に一致する数の圧送室を備えさせ、これら圧送室を半数ずつに第1グループと第2グループとにグループ分けさして各グループに圧送量制御機構をそれぞれ備えさせる。また、上記内燃機関本体の駆動軸と燃料ポンプの駆動軸とを、上記第2グループの圧送室のみから燃料圧送動作を行った際に、燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングと内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングとが略一致し、且つ燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとが略一致するように動力伝達手段によって連繋する。そして、上記2つの圧送量制御機構のうち第2グループの圧送量制御機構のみを駆動することによって、上記両負荷トルクが重ね合わされてなる総負荷トルクの変動を抑制する構成としている。
【0015】
例えば、内燃機関の高速回転が要求されている場合(高負荷時)、コモンレール内への単位時間当たりの燃料圧送量を多く確保する必要があるため、全ての圧送量制御機構を駆動して全圧送室からコモンレールへの燃料圧送動作を順次行う。一方、アイドル運転時などのように内燃機関の低速回転時には、コモンレールに対する燃料圧送量は少なくてよいため、一部の圧送量制御機構のみを駆動させ、特定グループの圧送室のみからコモンレールへの燃料圧送動作を行う。これにより、燃料ポンプの負荷トルク変動周期が内燃機関の負荷トルク変動周期に略一致することになり、総負荷トルクの変動を抑制することができる。つまり、内燃機関の振動が大きくなることが懸念されるアイドル運転における内燃機関の振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明では、エンジンの駆動軸に作用する負荷トルクと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクとが重ね合わされてなる総負荷トルクの変動を抑制するために、エンジンの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとを一致させている。このため、低回転数でアイドル運転を行っても内燃機関に大きな振動が生じてしまうことはなく、低回転数でのアイドル運転を実現することによって騒音の低減や燃費の削減を図ることが可能になる。つまり、蓄圧式燃料噴射装置を採用したことによる低回転数でのアイドル運転の実現といったメリットを十分に生かすことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、6気筒舶用ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明する。
【0018】
−燃料噴射装置の構成説明−
先ず、本実施形態に係るエンジンに適用される燃料噴射装置の全体構成について説明する。図1は6気筒舶用ディーゼルエンジンに備えられた蓄圧式燃料噴射装置を示している。
【0019】
この蓄圧式燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の各気筒に対応して取り付けられた複数の燃料噴射弁(以下、インジェクタという)1,1,…と、比較的高い圧力(コモンレール内圧:例えば100MPa)の高圧燃料を蓄圧するコモンレール2と、燃料タンク4から低圧ポンプ(フィードポンプ)6を経て吸入した燃料を高圧に加圧してコモンレール2内に吐出する燃料ポンプとしての高圧ポンプ8と、上記インジェクタ1,1,…及び高圧ポンプ8を電子制御するコントローラ(ECU)12とを備えている。
【0020】
上記高圧ポンプ8は、例えばエンジンによって駆動され、燃料を運転状態等に基づいて定められる高圧に昇圧して燃料供給配管9を通じてコモンレール2に供給する所謂プランジャ式のサプライ用燃料供給ポンプである。例えば、この高圧ポンプ8は、エンジンのクランク軸に対してギア(本発明でいう動力伝達手段)を介して動力伝達可能に連繋されている。また、この動力伝達手段の他の構成として、高圧ポンプ8の駆動軸及びエンジンのクランク軸のそれぞれにプーリを設け、このプーリにベルトを架け渡して動力伝達可能にしたり、各軸にスプロケットを設け、このスプロケットにチェーンを架け渡して動力伝達可能にしてもよい。
【0021】
各インジェクタ1,1,…は、コモンレール2にそれぞれ連通する燃料配管の下流端に取り付けられている。このインジェクタ1からの燃料の噴射は、例えばこのインジェクタに一体的に組み込まれた図示しない噴射制御用電磁弁への通電および通電停止(ON/OFF)により制御される。つまり、インジェクタ1は、この噴射制御用電磁弁が開弁している間、コモンレール2から供給された高圧燃料をエンジンの燃焼室に向けて噴射する。
【0022】
また、上記コントローラ12は、エンジン回転数やエンジン負荷等の各種エンジン情報が入力され、これらの信号より判断される最適の燃料噴射時期及び燃料噴射量が得られるように上記噴射制御用電磁弁に制御信号を出力する。同時に、コントローラ12はエンジン回転数やエンジン負荷に応じて燃料噴射圧力が最適値となるように高圧ポンプ8に対して制御信号を出力する。更に、コモンレール2にはコモンレール内圧を検出するための圧力センサ13が取り付けられており、この圧力センサ13の信号がエンジン回転数やエンジン負荷に応じて予め設定された最適値となるように高圧ポンプ8からコモンレール2に吐出される燃料吐出量が制御される。
【0023】
各インジェクタ1への燃料供給動作は、コモンレール2から燃料流路の一部を構成する分岐管3を通じて行われる。つまり、燃料タンク4からフィルタ5を経て低圧ポンプ6によって取り出されて所定の吸入圧力に加圧された燃料は、燃料管7を通じて高圧ポンプ8に送られる。そして、この高圧ポンプ8に供給された燃料は所定圧力に昇圧された状態でコモンレール2に貯留され、コモンレール2から各インジェクタ1,1,…に供給される。インジェクタ1は、エンジンの型式(気筒数、本形態では6気筒)に応じて複数個設けられており、コントローラ12の制御によって、コモンレール2から供給された燃料を最適な噴射時期に最適な燃料噴射量でもって、対応する燃焼室内に噴射する。インジェクタ1から噴射される燃料の噴射圧はコモンレール2に貯留されている燃料の圧力に略等しいので、燃料噴射圧を制御するにはコモンレール2内の圧力を制御することになる。
【0024】
また、分岐管3からインジェクタ1に供給された燃料のうち燃焼室への噴射に費やされなかった燃料やコモンレール内圧が過上昇した場合の余剰燃料は、戻し管11を通じて燃料タンク4に戻される。
【0025】
電子制御ユニットである上記コントローラ12には、気筒番号及びクランク角度の情報が入力されている。このコントローラ12は、エンジン出力が運転状態に即した最適出力になるようにエンジン運転状態に基づいて予め定められた目標燃料噴射条件(例えば,目標燃料噴射時期、目標燃料噴射量、目標コモンレール内圧)を関数として記憶しており、各種センサが検出した現在のエンジン運転状態を表す信号に対応して目標燃料噴射条件(即ち、インジェクタ1による燃料噴射タイミング及び噴射量)を演算により求めて、その条件で燃料噴射が行われるようにインジェクタ1の作動とコモンレール内燃料圧力とを制御している。
【0026】
図2は燃料噴射量を決定するためのコントローラ12の制御ブロックである。この図2に示すように、燃料噴射量の算出は、ユーザが操作するレギュレータの開度信号を指令回転数算出手段12Aが受け、この指令回転数算出手段12Aがレギュレータの開度に応じた「指令回転数」を算出する。そして、エンジン回転数がこの指令回転数となるように噴射量演算手段12Bが燃料噴射量を演算する。エンジン本体Eのインジェクタ1では、この演算により求められた燃料噴射量で燃料噴射動作が行われ、この状態で回転数算出手段12Cが実際のエンジン回転数を算出し、この実際のエンジン回転数と上記指令回転数とを比較して、この実際のエンジン回転数が指令回転数に近付くように燃料噴射量を補正(フィードバック制御)するようになっている。
【0027】
本形態の特徴とするところは、エンジンのクランク軸と高圧ポンプ8の駆動軸との連繋状態にある。この連繋状態について説明する前に上記高圧ポンプ8の概略構成について説明する。
【0028】
−高圧ポンプ8の説明−
図3は、高圧ポンプ8の概略構成及びこの高圧ポンプ8に対する低圧ポンプ6及びコモンレール2の接続状態を模式的に示す図である。この図3に示すように、本高圧ポンプ8は、第1〜第6の6個のポンプ機構81〜86を備えている。つまり、6個のシリンダとこのシリンダ内で往復移動するピストンとによってポンプ機構81〜86が構成され、それぞれのポンプ機構81〜86には第1〜第6のポンプ室(本発明でいう圧送室)81a〜86aがそれぞれ形成されている。
【0029】
また、これらポンプ機構81〜86は互いに異なるタイミングで燃料圧送動作を行うようになっている。具体的には、第1ポンプ機構81の燃料圧送動作が行われた後に第4ポンプ機構84の燃料圧送動作が行われ、以後、第2,第5,第3,第6のポンプ機構82,85,83,86の順で燃料圧送動作が行われていく。本高圧ポンプ8では駆動軸の回転数がエンジンのクランク軸の回転数に一致しており、クランク軸の一回転(高圧ポンプ8の駆動軸の一回転:360°)で6回の燃料圧送動作が行われる構成となっている。言い換えると、クランク軸の60°回転毎に何れかのポンプ機構81〜86が1回の燃料圧送動作を行っていく構成となっている。
【0030】
また、これら6個のポンプ機構81〜86は第1及び第2の2つのポンプ室グループ8A,8Bにグループ分けされている。具体的には、第1〜第3ポンプ機構81,82,83が第1ポンプ室グループ(本発明でいう第1グループ)8Aとなり、第4〜第6ポンプ機構84,85,86が第2ポンプ室グループ(本発明でいう第2グループ)8Bとなるようにグループ分けされている。このため、上記低圧ポンプ6の吐出側配管61は第1及び第2の2系統の低圧配管62,63に分岐され、第1低圧配管62が更に第1〜第3ポンプ機構81,82,83に対応した3本の分岐配管62a,62b,62cに分岐されてそれぞれが第1〜第3のポンプ室81a,82a,83aに個別に接続されている。同様に、第2低圧配管63が第4〜第6ポンプ機構84,85,86に対応した3本の分岐配管63a,63b,63cに分岐されてそれぞれが第4〜第6のポンプ室84a,85a,86aに個別に接続されている。尚、各分岐配管62a〜62c,63a〜63cにはポンプ室81a〜86aから低圧ポンプ6側への燃料の逆流を防止するための逆止弁が設けられている。各ポンプ室81a〜86aの吐出側は、各グループ8A,8B毎に備えられた合流空間87,87に接続されており、各合流空間87,87がコモンレール2に上記燃料供給配管9を介して接続されている。尚、各ポンプ室81a〜86aの吐出側にも合流空間87,87からポンプ室81a〜86aへの燃料の逆流を防止するための逆止弁が設けられている。
【0031】
また、上記第1低圧配管62及び第2低圧配管63のそれぞれには第1及び第2の吐出量制御アクチュエータ(本発明でいう圧送量制御機構であって、以下、第1アクチュエータ、第2アクチュエータと呼ぶ)88,89が備えられている。これらアクチュエータ88,89は、低圧配管62,63に出没自在なニードル弁88a,89aを備え、このニードル弁88a,89aの突出量によって低圧配管62,63の開口面積を可変にし、これによってポンプ室81〜86への燃料供給量を調整してコモンレール内圧を調整できるようになっている。つまり、コモンレール内圧が低くなるほど低圧配管62,63の開口面積を大きくしてポンプ室81a〜86aへの燃料供給量を増量し、これによってコモンレール内圧を目標圧力まで高めるようになっている。
【0032】
上記コントローラ12は、上記各アクチュエータ88,89のニードル弁突出量を制御するためのアクチュエータ制御手段12Dを備えている(図1参照)。例えば、このアクチュエータ制御手段12Dは、上記圧力センサ13からのコモンレール内圧信号を受け、このコモンレール内圧が目標値よりも大幅に低い場合には両アクチュエータ88,89を駆動してニードル弁突出量を小さくし、これによって低圧配管62,63の開口面積を拡大させる。また、アイドル運転時などのように、エンジン本体Eが要求する燃料噴射量が少なく且つコモンレール内圧が目標値に達している場合には第1アクチュエータ88の駆動を停止、つまり、ニードル弁突出量を最大にして第1低圧配管62を全閉にする。この状態では、第2アクチュエータ89のみの駆動を制御し、この第2アクチュエータ89のニードル弁突出量を調整することになる。つまり、第4〜第6ポンプ機構84〜86で成る第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作が行われる状態となる。
【0033】
−エンジン本体Eのクランク軸と高圧ポンプ8の駆動軸との連繋状態−
次に、エンジン本体Eのクランク軸と高圧ポンプ8の駆動軸との連繋状態について説明する。本形態では、エンジン本体Eのクランク軸と高圧ポンプ8の駆動軸との回転方向の位相が以下の状態が実現できるような連繋状態となっている。
【0034】
つまり、上記第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作を行った状態では、高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとエンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングとが略一致し、且つ高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングがエンジン本体のクランク軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングに略一致するように各軸同士の回転位相が合わされて連繋(上述した如くギアやベルトによる連繋)されている。
【0035】
具体的に図4及び図5を用いて説明する。これら図の横軸はエンジン本体Eのクランク軸の回転角度であり、縦軸は各軸に作用する負荷トルクを示している。そして、図4は、高圧ポンプ8の各ポンプ室グループ8A,8Bから燃料圧送動作を行った状態におけるポンプ駆動軸に作用する負荷トルクの変動(図中の波形I)と、第2ポンプ室グループ8Bのみから燃料圧送動作を行った状態におけるポンプ駆動軸に作用する負荷トルクの変動(図中の波形II)とを示している。
【0036】
上述した如く高圧ポンプ8の通常運転時(両ポンプ室グループ8A,8Bから燃料圧送動作が行われている状態)では、クランク軸の一回転(高圧ポンプ8の駆動軸の一回転:360°)で6回の燃料圧送動作が行われるため、図4における波形Iのように、回転角度60°毎の周期で高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが変動する。言い換えると、4ストロークエンジンで成るエンジン本体Eの吸気、圧縮、膨張、排気の1サイクルが行われる間(クランク軸の回転角度720°の間)に12回の燃料圧送動作が行われ、この1サイクルで12回の周期でこの負荷トルクが変動する。ここで、負荷トルクが極大となるタイミングは何れか一つの圧送室からの燃料圧送開始時点(例えば図4における点H1)である。また、一つの圧送室の燃料圧送開始時点と、次に圧送行程を行う圧送室の燃料圧送開始時点との中間のタイミングで負荷トルクが極小になる(例えば図4における点L1)。
【0037】
一方、上記アクチュエータ制御手段12Dの制御によって第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作を行った状態では、クランク軸の一回転(高圧ポンプ8の駆動軸の一回転:360°)で3回の燃料圧送動作が行われるため、図4における波形IIのように、回転角度120°毎の周期で高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが変動する。つまり、エンジン本体Eの1サイクル中に6回の周期でこの負荷トルクが変動することになる。ここで、負荷トルクが極大となるタイミングは何れか一つの圧送室(第4〜第6圧送室84a,85a,86aのうちの何れか一つ)からの燃料圧送開始時点(例えば図4における点H2)である。また、一つの圧送室の燃料圧送開始時点と、次に圧送行程を行う圧送室の燃料圧送開始時点との中間のタイミングで負荷トルクが極小になる(例えば図4における点L2)。
【0038】
そして、本形態では、この第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作を行った状態での負荷トルク変動波形IIが、図5に示すように、エンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルク変動波形(図5における波形III)に対して同周期で逆位相となるように、各軸同士の回転位相が合わされて連繋されている。言い換えると、この第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作を行っている状態では、高圧ポンプ8の負荷トルク変動周期がエンジン本体Eの負荷トルク変動周期に一致し、高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミング(L2)とエンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミング(H3)とが一致し、高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが極大(H2)となるタイミングとエンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミング(L3)とが略一致するように各軸同士の回転位相が合わされて連繋されている。
【0039】
具体的に、エンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルクは、何れかの気筒の圧縮行程終了時点では極大になる。また、一つの気筒の圧縮行程終了時点と、次に圧縮行程を行う気筒の圧縮行程終了時点との中間のタイミングでこの負荷トルクが極小になる。従って、エンジン本体Eの何れかの気筒の圧縮行程終了時点と、上記高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となる時点(一つの圧送室の燃料圧送開始時点と、次に圧送行程を行う圧送室の燃料圧送開始時点との中間のタイミング)とが一致するように、且つエンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルクが極小となる時点(一つの気筒の圧縮行程終了時点と、次に圧縮行程を行う気筒の圧縮行程終了時点との中間のタイミング)と、何れか一つの圧送室(第4〜第6圧送室84a,85a,86aのうちの何れか一つ)からの燃料圧送開始時点とが一致するように各軸同士の回転位相が合わされて連繋されている。
【0040】
このため、エンジンのクランク軸に作用する負荷トルクと高圧ポンプ8の駆動軸に作用する負荷トルクとの重ね合わせで成る総負荷トルクの変動(図5における波形IV)は、上記波形II,IIIが相殺されることによって抑制され、その結果、エンジンの振動を大幅に抑制することが可能になる。
【0041】
このように、本形態では、低回転数でアイドル運転を行ってもエンジンに大きな振動が生じてしまうことはなく、低回転数でのアイドル運転を実現することによって騒音の低減や燃費の削減を図ることが可能になる。つまり、蓄圧式燃料噴射装置を採用したことによる低回転数でのアイドル運転の実現といったメリットを十分に生かすことが可能になる。
【0042】
特に、本実施形態では、ポンプ機構81〜86のうちの半分を停止するようにしているので、全てのポンプ機構81〜86を駆動した場合に比べてポンプ駆動軸に作用する負荷トルクの変動幅を大きくすることができ(図4における波形Iよりも波形IIの振幅が大きくなっている)、これによって、この負荷トルクの変動幅を、エンジン本体Eのクランク軸に作用する負荷トルクの変動幅と同程度に大きくすることができ、効果的に総負荷トルクの変動を抑制することができる。
【0043】
−その他の実施形態−
以上説明した実施形態では、6気筒舶用ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、4気筒舶用ディーゼルエンジン等、種々の形式のエンジンに対して適用可能である。また、舶用エンジンに限らず、車両用など他の用途に使用されるエンジンへの適用も可能である。
【0044】
また、上記実施形態では、エンジン本体Eが要求する燃料噴射量が少なく且つコモンレール内圧が目標値に達している場合に第1アクチュエータ88の駆動を停止して第2アクチュエータ89のみを駆動して第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作を行わせるようにしたが、その他の条件(例えばエンジン回転数や冷却水温度など)に応じて、第2ポンプ室グループ8Bのみからの燃料圧送動作を行わせるようにしてもよい。
【0045】
更に、上記実施形態では、ポンプ機構81〜86を2つのグループに分け、2つのアクチュエータ88,89を備えさせるものについて説明したが、ポンプ機構を3つ以上のグループに分け、3つ以上のアクチュエータを備えさせて、これらのうち選択的に一部のアクチュエータのみを駆動させることによって総負荷トルクの変動を抑制する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】実施形態に係る蓄圧式燃料噴射装置を示す図である。
【図2】燃料噴射量を決定するための制御ブロック図である。
【図3】高圧ポンプ及びこの高圧ポンプが接続する低圧ポンプ及びコモンレールの概略構成を模式的に示す図である。
【図4】高圧ポンプの各ポンプ室グループから燃料圧送動作を行った状態でポンプ駆動軸に作用する負荷トルクの変動を波形Iで示し、第2ポンプ室グループのみから燃料圧送動作を行った状態でポンプ駆動軸に作用する負荷トルクの変動を波形IIで示す図である。
【図5】エンジン本体のクランク軸に作用する負荷トルク変動波形を波形IIIで示し、第2ポンプ室グループのみからの燃料圧送動作を行っている状態でポンプ駆動軸に作用する負荷トルクの変動を波形IIで示し、総負荷トルクの変動を波形IVで示す図である。
【図6】アイドル運転域におけるエンジン回転数とエンジンの振動振幅との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【0047】
1 インジェクタ(燃料噴射弁)
2 コモンレール
8 高圧ポンプ(燃料ポンプ)
8A 第1ポンプ室グループ(第1グループ)
8B 第2ポンプ室グループ(第2グループ)
81〜86 ポンプ室(圧送室)
88,89 アクチュエータ(圧送量制御機構)
E エンジン本体(内燃機関本体)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関本体の駆動軸からの駆動力を動力伝達手段を介して受けて燃料圧送動作を行う燃料ポンプと、この燃料ポンプから圧送された燃料を貯留するコモンレールと、このコモンレールから供給された燃料を内燃機関本体の燃焼室に向けて噴射する燃料噴射弁とを有する蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、
上記内燃機関本体の駆動軸と燃料ポンプの駆動軸とは、内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとが略一致するように各駆動軸の回転位相が合わされて動力伝達手段によって連繋されていることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関。
【請求項2】
上記請求項1記載の蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、
内燃機関本体の駆動軸の負荷トルク変動周期と燃料ポンプの駆動軸の負荷トルク変動周期とが略一致し、且つ内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとが略一致し、更に内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングと燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングとが略一致するように、内燃機関本体の駆動軸と燃料ポンプの駆動軸とが動力伝達手段によって連繋されていることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関。
【請求項3】
上記請求項1または2記載の蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、
燃料ポンプは互いに異なるタイミングで燃料圧送動作を行う複数の圧送室を備えており、これら圧送室は複数のグループに分けられていて、各グループには圧送室からコモンレールへの燃料圧送量を調整する圧送量制御機構がそれぞれ備えられており、
これら複数の圧送量制御機構のうち選択的に一部の圧送量制御機構のみを駆動することで特定グループの圧送室のみからコモンレールへの燃料圧送動作を行い、これによって、燃料ポンプの負荷トルク変動周期を内燃機関の負荷トルク変動周期に略一致させ、燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングを内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングに略一致させ、燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングを内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングに略一致させる構成となっていることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関。
【請求項4】
上記請求項3記載の蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、
内燃機関本体は多気筒4ストロークエンジンであって、燃料ポンプは内燃機関本体の気筒数に一致する数の圧送室を備えており、これら圧送室は半数ずつに第1グループと第2グループとにグループ分けされて各グループに圧送量制御機構がそれぞれ備えられており、
上記内燃機関本体の駆動軸と燃料ポンプの駆動軸とは、上記第2グループの圧送室のみから燃料圧送動作を行った際に、燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングと内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングとが略一致し、且つ燃料ポンプの駆動軸に作用する負荷トルクが極大となるタイミングと内燃機関本体の駆動軸に作用する負荷トルクが極小となるタイミングとが略一致するように動力伝達手段によって連繋されており、
上記2つの圧送量制御機構のうち第2グループの圧送量制御機構のみを駆動することによって、上記両負荷トルクが重ね合わされてなる総負荷トルクの変動を抑制する構成となっていることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2006−29093(P2006−29093A)
【公開日】平成18年2月2日(2006.2.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−204351(P2004−204351)
【出願日】平成16年7月12日(2004.7.12)
【出願人】(000006781)ヤンマー株式会社 (3,810)
【Fターム(参考)】