JP2853462B2 - ダイヤフラム式ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤフラム式ポンプに
関する。

【０００２】

【従来の技術】実開昭５５−８８０８８号公報には、ダ
イヤフラムによって画成されたポンプ室とオイル室とを
備え、このオイル室は、プランジャが挿入されかつオイ
ルで満たされたシリンダに連通されると共に油溜室にも
接続され、プランジャがシリンダ内を往復運動すること
によってオイル室内のオイル圧力を周期的に変化させて
ポンプ室内に供給される液体をポンプ室の吐出口から吐
出せしめるようにしたダイヤフラム式ポンプが開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなダイヤフラ
ム式ポンプにおいて、例えば、ポンプ室内に供給される
液体がほぼ一定圧に加圧された液体である場合におい
て、加圧された液体の圧力が液体供給系の異常により過
剰に低下した場合、ダイヤフラムをオイル室側に向かっ
て押圧する力が低下するために、プランジャの下死点位
置においてダイヤフラムが初期位置に戻らずポンプ室側
に向かって変位しているという状態を生ずる。この場合
にはオイル室内に過剰のオイルが残留する。この状態に
おいて、プランジャが上昇して上死点に達すると、ダイ
ヤフラムがポンプ室側に過剰に変位して破損するおそれ
があるという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明によれば、ダイヤフラムによって画成されたポ
ンプ室と加圧室とを備え、ポンプ室には液体供給通路と
液体吐出通路とが接続され、液体供給通路には開閉制御
弁が配置されると共に液体吐出通路には吐出方向の流れ
のみを許容する逆止弁が配置され、加圧室に連通された
シリンダ内をプランジャが往復動することによって加圧
室内の作動液の圧力を周期的に変化せしめてポンプ室内
に供給された液体を吐出せしめるようにし、プランジャ
の圧送行程中における開閉制御弁の閉弁期間を制御して
ポンプ室からの液体の吐出量を制御することによって逆
止弁下流の液体吐出通路内の圧力が目標圧力となるよう
に制御し、開閉制御弁の閉弁期間が予め定められた限界
閉弁期間より長くなったときにプランジャを停止せしめ
るようにしている。

【０００５】

【作用】開閉制御弁の閉弁期間が長い程、プランジャの
圧送行程においてポンプ室から液体供給通路に逆流する
液体量が減少するために、液体吐出量が増大する。プラ
ンジャの下死点位置においてダイヤフラムが初期位置に
戻らずポンプ室側に向かって変位している場合には、ポ
ンプ室の容積が減少するためにポンプ室からの液体吐出
量が減少し、プランジャの下死点位置におけるダイヤフ
ラムのポンプ室側への変位量が大きい程ポンプ室からの
液体吐出量が減少する。

【０００６】プランジャの圧送行程中における開閉制御
弁の閉弁期間を制御してポンプ室からの液体の吐出量を
制御することにより逆止弁下流の液体吐出通路内の圧力
が目標圧力となるように制御している場合においては、
プランジャの下死点位置におけるダイヤフラムのポンプ
室側への変位量が大きい程、ポンプ室からの液体吐出量
が減少するために、開閉制御弁の閉弁期間が長くなる。

【０００７】このため、開閉制御弁の閉弁期間が予め定
められた限界閉弁期間より長くなったときに、ダイヤフ
ラムが過剰変位すると判定してプランジャを停止せしめ
る。

【０００８】

【実施例】図１を参照すると、１は、エンジンの燃焼室
２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３に燃料を供給す
るためのダイヤフラム式燃料ポンプである。ダイヤフラ
ム式燃料ポンプ１はポンプハウジング４と、ポンプハウ
ジング４上部に固定されたハウジングカバー５とを具備
する。ポンプハウジング４内にはカム室６が形成され、
このカム室６内には、カム７が形成されたカムシャフト
８が配置される。このカムシャフト８はエンジンのクラ
ンクシャフトによって同期して回転駆動せしめられる。

【０００９】ポンプハウジング４頂部とハウジングカバ
ー５底部の間には密閉室９が形成される。この密閉室９
は、ダイヤフラム１０によって、ポンプ室１１とオイル
室１２とに画成されている。ポンプハウジング４にはカ
ム室６とオイル室１２とを連通するシリンダ１３が形成
される。このシリンダ１３内にはプランジャ１４が摺動
可能に挿入され、プランジャ１４の下端はカム７外周面
上に常に係合されている。

【００１０】シリンダ１３内周側面上には２つのポート
１５が形成され、各ポート１５は各オイル通路１６を介
してカム室６に連通される。各ポート１５は、プランジ
ャ１４が下死点にあるときにシリンダ１３内に開口し、
プランジャ１４が下死点から少し上昇すると閉鎖され
る。カム室６内、オイル室１２内、シリンダ１３内、お
よびオイル通路１６内はオイルで満たされており、カム
室６内の油圧はほぼ大気圧に維持されている。

【００１１】ポンプ室１１上部には燃料流入ポート１９
が形成される。この燃料流入ポート１９には、燃料流入
ポート１９を開閉制御する開閉制御弁２０が配置され
る。開閉制御弁２０は、ばね３５によって常に下方に付
勢されており、ソレノイド３６がオンされると開閉制御
弁２０はばね３５のばね力に抗して上方に変位して、燃
料流入ポート１９が閉弁される。

【００１２】燃料流入ポート１９は燃料供給パイプ２１
を介して燃料タンク２２に接続される。燃料供給パイプ
２１の途中には上流側から順番に、フィードポンプ２
３、フィルタ２４、プレッシャレギュレータ２５が配置
される。プレッシャレギュレータ２５はリターン通路２
７を介して燃料タンク２２に接続される。これによって
ダイヤフラム式燃料ポンプ１には、プレッシャレギュレ
ータ２５によって予め設定されたほぼ一定圧力に調整さ
れた加圧燃料が供給される。

【００１３】ポンプ室１１は燃料吐出通路２８を介して
燃料噴射弁３に接続される。燃料吐出通路２８には、吐
出方向の流れのみを許容する逆止弁２９が配置され、逆
止弁２９と燃料噴射弁３との間の燃料吐出通路２８に
は、吐出燃料圧センサ３０が配置される。ディジタルコ
ンピュータから成る電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０
は、吐出燃料圧センサ３０、機関回転数に比例した出力
パルスを発生するクランク角センサ３１、および機関負
荷を検出する負荷センサ３２に接続される。

【００１４】燃料噴射弁３および開閉制御弁２０はＥＣ
Ｕ４０に接続され、ＥＣＵ４０によって制御される。次
にダイヤフラム式燃料ポンプ１の動作について説明す
る。プランジャ１４が上死点に位置しているときにはソ
レノイド３６はすでにオフされているが、ポンプ室１１
内の燃料圧によって開閉制御弁２０は閉弁されている。

【００１５】プランジャ１４が上死点から下降を開始す
るとオイル室１２内の油圧が低下し、これによってダイ
ヤフラム１０が下方に変位してポンプ室１１内の燃料圧
も低下する。ポンプ室１１内の燃料圧が開閉制御弁２０
を上方に向かって付勢する閉弁力が、プレッシャレギュ
レータ２５によって調整された供給燃料圧とばね３５と
が開閉制御弁２０を下方に向かって付勢する開弁力より
小さくなると、開閉制御弁２０が開弁され、燃料流入ポ
ートからポンプ室１１内に燃料が流入する。ポンプ室１
１内の燃料圧とオイル室１２内の油圧とはバランスしな
がら、プランジャ１４の下降につれてダイヤフラム１０
は下方に向かって変位する。下死点直前でポート１５が
全開する。

【００１６】プランジャ１４が圧送行程において下死点
から上昇し始めてポート１５が全閉されると、ダイヤフ
ラム１０が上方に向かって変位し始める。開閉制御弁２
０は開弁されているため、ポンプ室１１内の燃料は燃料
流入ポート１９を介して燃料供給パイプ２１に逆流す
る。次いで、ソレノイド３６がオンされると開閉制御弁
２０は閉弁されるため、ポンプ室１１内の燃料が加圧開
始される。ソレノイド３６は機関運転状態に応じた短時
間だけオンされ、前述のようにプランジャ１４が上死点
に位置するときにはオフされている。なお、開閉制御弁
２０はポンプ室１１内の燃料圧によって閉弁状態に維持
される。

【００１７】プランジャ１４の上昇に伴ってポンプ室１
１内の燃料圧が上昇して逆止弁２９の開弁圧力より高く
なると、逆止弁２９が開弁して燃料噴射弁３に燃料が供
給される。燃料ポンプ１の燃料吐出量は、プランジャ圧
送行程中における開閉制御弁２０の閉弁期間によって制
御され、本実施例では開閉制御弁２０の閉弁時期によっ
て制御されている。すなわち、開閉制御弁２０の閉弁時
期が早められる程開閉制御弁２０の閉弁期間が長くなる
ために、プランジャ圧送行程においてポンプ室１１から
燃料供給パイプ２１に逆流する燃料量が減少して、燃料
吐出量が増大する。開閉制御弁２０の閉弁時期は、吐出
燃料圧センサ３０によって検出された燃料圧が目標燃料
圧となるように制御される。

【００１８】ところで、例えば、フィードポンプ２３ま
たはプレッシャレギュレータ２５の故障により、ポンプ
室１１内に供給される燃料圧が十分に昇圧されていない
場合には、プランジャ１４の下死点位置においてダイヤ
フラム１０が初期位置に戻らずポンプ室１１側に向かっ
て変位しているという状態を生ずる。このような状態は
燃料圧が十分に昇圧されていない場合だけに限らず、オ
イル室１２内のオイルが抜け難い等他の理由によっても
生じ得る。このような場合には、オイル室１２内に過剰
のオイルが残留する。このため、プランジャ１４が上昇
して上死点に達すると、ダイヤフラム１０は過剰に変位
して破損するおそれがある。

【００１９】そこで、本実施例では、プランジャ１４の
下死点位置においてダイヤフラム１０が初期位置に戻ら
ずポンプ室１１側に向かって変位（以下「下死点時変
位」という）している場合には、ポンプ室１１の容積が
減少するためにポンプ室１１からの燃料吐出量が減少
し、下死点時変位量の増大に応じて燃料吐出量が減少し
て開閉制御弁２０の閉弁時期が早められることに鑑み、
開閉制御弁２０の閉弁時期が予め定められた限界閉弁時
期より早くなったときには、すなわち、開閉制御弁２０
の閉弁期間が限界閉弁期間より長くなったときには、ダ
イヤフラム１０が過剰に変位して破損するおそれがある
と判定して、燃料噴射弁３の燃料噴射を禁止せしめるよ
うにしている。これによって機関が停止するためにカム
シャフト８も停止し、これによってプランジャ１４が停
止せしめられ、斯くしてダイヤフラム１０の破損を防止
することができる。

【００２０】図２には開閉制御弁２０の閉弁時期を制御
するためのルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎
の割込みによって実行される。図２を参照すると、まず
ステップ５０で、機関回転数Ｎe 、機関負荷Ｌ、および
吐出燃料圧Ｐ_F が読込まれる。次いでステップ５２で
は、機関回転数Ｎe および機関負荷Ｌに基づいて燃料噴
射量Ｑ_F が計算される。

【００２１】ステップ５４では、燃料噴射量Ｑ_F に基づ
くマップ（図３参照）から開閉制御弁２０の基本閉弁時
期Ｔ_CBが計算される。図３に示されるように、基本閉弁
時期Ｔ_CBは燃料噴射量Ｑ_F の増大に応じて早められる。
なお、基本閉弁時期Ｔ_CBは燃料噴射量Ｑ_F および機関回
転数Ｎe に基づいて求めるようにしてもよい。ステップ
５６では、燃料噴射量Ｑ_F に基づくマップ（図４参照）
から限界閉弁時期Ｔ_CGが計算される。限界閉弁時期Ｔ_CG
は、閉弁時期Ｔ_C がＴ_CGより早くなると、ダイヤフラム
１０が破損するおそれがあるという値に設定されてい
る。図４に示されるように、限界閉弁時期Ｔ_CGは燃料噴
射量Ｑ_F の増大に応じて早められる。Ｔ_CGはＴ_CBよりか
なり早く設定されており、正常時においては、開閉制御
弁２０の閉弁時期Ｔ_C は限界閉弁時期Ｔ_CGより早くなる
ことはない。なお、限界閉弁時期Ｔ_CGはＱ_F およびＮe
に基づいて求めるようにしてもよい。

【００２２】ステップ５８では次式により開閉制御弁２
０の閉弁時期Ｔ_C が計算される。 Ｔ_C ＝Ｔ_CB＋Ｔ_f ここでＴ_f はフィードバック補正係数であり、燃料噴射
弁３に供給される燃料圧が目標燃料圧となるように吐出
燃料圧Ｐ_F に基づいて求められる。ステップ６０ではＴ
_C がＴ_CGより早いか否か判定される。Ｔ_C がＴ_CGより早
くない場合には、ダイヤフラム１０が破損するおそれは
ないために本ルーチンを終了する。一方、Ｔ_C がＴ_CGよ
り早い場合には、ダイヤフラム１０が破損するおそれが
あるために、ステップ６２に進み燃料噴射弁３の燃料噴
射は禁止される。これによって、機関が停止するために
カムシャフト８も停止し、これによってプランジャ１４
が停止せしめられ、斯くしてダイヤフラム１０の破損を
防止することができる。

【００２３】なお、本実施例では開閉制御弁２０の閉弁
時期を制御することによって燃料ポンプ１の燃料吐出量
を制御するようにしているが、プランジャ圧送行程中に
おける開閉制御弁２０の開制時期を制御することによっ
て燃料ポンプ１の燃料吐出量を制御するようにしてもよ
い。

【００２４】

【発明の効果】ダイヤフラムが過剰変位して破損するこ
とを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイヤフラム式ポンプの全体図である。

【図２】開閉制御弁の閉弁時期Ｔ_C を計算するためのフ
ローチャートである。

【図３】開閉制御弁の基本閉弁時期Ｔ_CBを示す線図であ
る。

【図４】限界閉弁時期Ｔ_CGを示す線図である。

【符号の説明】

１…ダイヤフラム式燃料ポンプ １０…ダイヤフラム １１…ポンプ室 １２…オイル室 １３…シリンダ １４…プランジャ ２０…開閉制御弁 ２１…燃料供給パイプ ２８…燃料吐出通路 ２９…逆止弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 和浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 増渕 匡彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 実開 昭55−88088（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−17102（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 43/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤフラムによって画成されたポンプ
   室と加圧室とを備え、前記ポンプ室には液体供給通路と
   液体吐出通路とが接続され、前記液体供給通路には開閉
   制御弁が配置されると共に前記液体吐出通路には吐出方
   向の流れのみを許容する逆止弁が配置され、前記加圧室
   に連通されたシリンダ内をプランジャが往復動すること
   によって前記加圧室内の作動液の圧力を周期的に変化せ
   しめて前記ポンプ室内に供給された液体を吐出せしめる
   ようにし、前記プランジャの圧送行程中における前記開
   閉制御弁の閉弁期間を制御して前記ポンプ室からの液体
   の吐出量を制御することによって前記逆止弁下流の液体
   吐出通路内の圧力が目標圧力となるように制御し、前記
   開閉制御弁の閉弁期間が予め定められた限界閉弁期間よ
   り長くなったときに前記プランジャを停止せしめるよう
   にしたダイヤフラム式ポンプ。