JP3581861B2

JP3581861B2 - 高圧供給ポンプ

Info

Publication number: JP3581861B2
Application number: JP10093997A
Authority: JP
Inventors: 牧野　　正晃; 榎本　　滋郁
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-03
Also published as: JPH1073064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばディーゼル機関のコモンレール噴射システムにおいて、高圧流体を圧送供給するために用いられる高圧供給ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関に燃料を噴射するシステムの１つとして、コモンレール噴射システムが知られている。コモンレール噴射システムでは、各気筒に連通する共通の蓄圧配管（コモンレール）が設けられ、ここに高圧供給ポンプによって必要な流量の高圧燃料を圧送供給することにより、蓄圧配管の燃料圧力を一定に保持している。蓄圧配管内の高圧燃料は所定のタイミングでインジェクタにより各気筒に噴射される（例えば、特開昭６４−７３１６６号公報等）。
【０００３】
図１７は、このような用途に用いられる高圧供給ポンプの一例を示すもので、シリンダ９１内には図示しないカムによって駆動されるプランジャ９２が往復動自在に嵌挿され、シリンダ９１の内壁面とプランジャ９２の上端面とで圧力室９３を形成している。該圧力室９３の上方には電磁弁９４が取り付けられており、電磁弁９４は、その内部に形成された低圧通路９５と圧力室９３の間を開閉する弁体９６を有している。
【０００４】
弁体９６は、コイル９７に通電しない図示の状態で開弁位置にあり、燃料は、プランジャ９２の下降時に、図略の低圧供給ポンプより低圧通路９５、弁体９６周りの間隙を経て圧力室９３内に導入される。コイル９７に通電すると弁体９６は上方へ吸引され、その略円錐状の先端部がシート部９８に着座して閉弁する。同時に、プランジャ９２の上昇によって、圧力室９３内の燃料が加圧され、圧力室９３の側壁に設けた通路９９より蓄圧配管へ圧送される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プランジャ９２の上昇中は、圧力室９３内の燃料圧により弁体９６に閉弁方向の力が作用するため、弁体９６は一度閉弁すると、コイル９７への通電を停止しても開弁しない。このため、上記構成の高圧供給ポンプでは、蓄圧配管へ送る流量の制御を、閉弁時期を制御する、いわゆるプレストローク制御にて行っている。すなわち、プランジャ９２が上昇行程に移った後、直ちに閉弁せず、圧力室９３内の燃料が所定量となるまで開弁状態を保持して、余剰の燃料を低圧通路９５側へ逃がし、しかる後、閉弁して加圧を開始することで、必要量の加圧流体を蓄圧配管へ圧送している。
【０００６】
ところが、エンジンの回転数の上昇に伴い、ポンプの送油率が高くなると、弁体９６が閉弁信号とは無関係に閉弁（自閉）するという問題が生ずる。これは、プランジャ９２の上昇時、弁体９６が、下端面に圧力室９３内の燃料の動圧を直接受けること、弁体９６とシート部９８の間の間隙より低圧通路９５へ向けて流れる燃料の絞り効果により閉弁方向の力を受けること等によるもので、流量制御が適切になされないおそれがある。
【０００７】
この対策としては、弁体９６の作動ストロークを大きくするか、弁体９６の復帰用スプリング力を大きくすることが考えられるが、いずれの場合も、閉弁応答性の低下につながる。閉弁応答性を維持するためにはコイルに通電する電力を多大にしたり、体格を大きくして電磁弁の吸引力を増加させる必要があり、電磁弁の電力コスト、製作コストの上昇を招くという問題があった。
【０００８】
また、上記構成の高圧供給ポンプでは、圧力室９３への流路の開閉を電磁弁９４で行っており、閉弁信号に対し弁体９６が着座して流路を閉鎖するまでに一定の時間を要することから、通常、この作動応答時間を予め計算して閉弁タイミングを制御している。ところが、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高くなると、開閉動作が間に合わなくなり、十分な制御ができなくなるおそれがあった。
【０００９】
しかして、本発明の目的は、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも、蓄圧配管へ圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも装置の大型化や電力の増大を伴わないことにある。また他の目的として、流路の開閉に電磁弁を用いることによる応答遅れ等の不具合を解消することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項１の構成において、高圧供給ポンプは、内燃機関に設けられる蓄圧配管内の高圧燃料をインジェクタにより所定のタイミングで各気筒に噴射するコモンレール噴射システムにおいて、上記蓄圧配管内の燃料圧力を所定圧力に保持すべく必要流量の高圧燃料を圧送供給するために設けられる。そして、シリンダ内にプランジャを往復運動可能に嵌挿配設して、上記シリンダの内壁面と上記プランジャの端面とで圧力室を形成し、該圧力室内に低圧通路より導入される低圧燃料を、上記プランジャの往復運動によって加圧して高圧通路へ圧送するようになした高圧供給ポンプにおいて、上記圧力室と上記低圧通路の間に設けられ、上記圧力室への低圧燃料の吸入時に上記圧力室と上記低圧通路の間を開放し、上記圧力室に吸入された低圧燃料の加圧開始時より加圧流体の高圧通路への圧送終了時まで上記圧力室と上記低圧通路の間を閉鎖する第１の弁と、この第１の弁より上流の上記低圧通路内に近接配置される弁体を有し上記第１の弁を経て上記圧力室内に供給される低圧燃料の流量を制御する第２の弁とを設けて、上記第１の弁を加圧開始時より圧送終了時まで閉弁することでその上流に位置する上記第２の弁に対する加圧燃料の流入を阻止するようになしている。
上記第２の弁は、非通電状態で閉弁するように構成され、かつ弁体の両端面に作用する圧力差を解消する手段を設けた電磁弁である。また、上記蓄圧配管に設けた圧力センサからの信号に基づき、高圧供給ポンプの吐出量を決定して上記第２の弁を制御する制御手段を設けている。該制御手段は、上記第２の弁へ通電を開始してから開弁を開始するまでの応答時間とポンプ回転数に基づいて、上記プランジャが最大リフト位置にある時に上記第２の弁が開弁を開始するように通電時期を制御する。
【００１１】
上記構成において、低圧燃料の吸入は、プランジャの下降時に、第１の弁を開弁し、第２の弁を作動させることによりなされ、第２の弁で制御される所定量の低圧燃料が、上記第１の弁を経て上記圧力室内に導入される。第１の弁を閉弁し、プランジャが上昇を開始すると、上記圧力室内の低圧燃料は加圧されて、高圧通路へ圧送される。
【００１２】
上記構成では、圧力室へ至る低圧通路に、低圧燃料の吸入量を制御する第２の弁と、通路の開閉を行う第１の弁の２つの弁を設け、第２の弁を経て圧力室へ導入される低圧燃料を全て加圧して高圧通路へ圧送する吸入量制御方式としている。従って、吸入量の制御と通路の開閉を１つの弁で行う従来のプレストローク制御のように、プランジャの上昇時に、一定時間、通路を開放しておく必要がない。すなわち、吸入終了後、直ちに閉弁してもよく、従来のような弁体の自閉の問題はもとより生じない。
さらに、圧力センサからの信号に基づき、高圧供給ポンプの吐出量を決定して上記第２の弁を制御する制御手段を設け、上記第２の弁の弁体の両端面に作用する圧力差を解消する手段を設けたので、上記第２の弁に流体圧が作用することを防止して圧力センサからの信号に基づく制御を作動性よく行い、上記蓄圧配管の圧力を精度よく制御できる。よって、自閉を防止するための装置の大型化や電力の増大の必要がなく、簡単な構成で、高圧通路へ圧送する流量制御が容易かつ確実にできる。
【００１３】
また、上記第２の弁を、非通電状態で閉弁するように構成したので、電磁コイル等の破損時に燃料の圧送が行われないようにすることができる。
【００１４】
上記第２の弁の通電を制御する上記制御手段は、上記プランジャが最大リフト位置にある時に上記第２の弁となる電磁弁が開弁を開始するように通電時期を制御する。電磁弁は通電後、開弁を開始するまでに応答遅れがあり、例えば通電時期が遅いとプランジャリフト量がサイクル間で異なり、圧送量が安定しないおそれがあるが、ポンプ（エンジン）回転数信号を用いて、上記プランジャが最大リフト位置にある時に上記電磁弁が開弁を開始するように、各回転数に応じた通電時期を算出し、電磁弁を制御することにより、上記不具合を解消できる。
【００１５】
請求項２の構成のように、上記低圧通路とポンプ内部とをしぼりを介して連通させると、該しぼりを介して流入する燃料をポンプ内部の潤滑に使用することができる。
【００１６】
請求項３の構成では、上記第２の弁より上流の上記低圧通路の途中にフィルタを配置する。これにより、上記第２の弁が異物の侵入により常時開弁状態となるのを防止できる。
【００１７】
請求項４の構成では、上記第１の弁を、上記低圧通路から上記圧力室へ向かう方向にのみ流体を流し、逆方向への流体の流れを阻止するように構成された逆止弁とする。このように、圧力室への通路の開閉に逆止弁を用いることで、所望の動作が容易に実現でき、構造が簡単で低コストにできる。また、従来の電磁弁を用いる場合のように閉弁信号に対する応答遅れ等の問題がなく、信頼性が高い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高圧供給ポンプをディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用した第１の実施の形態を図１〜図６によって説明する。図２において、エンジンＥには各気筒の燃焼室に対応する複数のインジェクタＩが配設され、これらインジェクタＩは各気筒共通の高圧蓄圧配管いわゆるコモンレールＲに接続されている。インジェクタＩからエンジンＥの各燃焼室への燃料の噴射は、噴射制御用電磁弁Ｂ１のＯＮ−ＯＦＦにより制御され、電磁弁Ｂ１が開弁している間、コモンレールＲ内の燃料がインジェクタＩによりエンジンＥに噴射される。従って、コモンレールＲには連続的に燃料噴射圧に相当する高い所定圧の燃料が蓄圧される必要があり、そのために供給配管Ｒ１、吐出弁Ｂ２を経て、本発明の高圧供給ポンプＰが接続される。
【００２０】
この高圧供給ポンプＰは、燃料タンクＴから公知の低圧供給ポンプＰ１を経て吸入された燃料を高圧に加圧し、コモンレールＲ内の燃料を高圧に制御するものである。コモンレールＲには、コモンレール圧力を検出する圧力センサＳ１が配設されており、システムを制御する制御手段となる電子制御ユニットＥＣＵは、この圧力センサＳ１からの信号が予め負荷や回転数に応じて設定した最適値となるように、高圧供給ポンプＰの吐出量を決定して吐出制御装置Ｐ２に制御信号を出力する。さらに、電子制御ユニットＥＣＵには、例えばエンジン回転数センサＳ２、負荷センサＳ３より、回転数、負荷の情報が入力され、電子制御ユニットＥＣＵは、これらの信号により判別されるエンジン状態に応じた最適の噴射時期、噴射量（噴射期間）を決定して噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２１】
次に図１により上記高圧供給ポンプＰについて説明する。図において、ポンプハウジング１の下端部内にはカム室１１が形成され、該カム室１１内にはエンジンの回転数の１／２の速度で回転するカム軸１２周りにカム１３が配設されている。カム１３は楕円状でカム軸１２の１回転につき２度の上昇行程をなすものである。
【００２２】
ポンプハウジング１の、カム室１１上方には、シリンダ２が取り付けてあり、このシリンダ２内には、プランジャ２１が往復動自在かつ摺動自在に嵌挿されている。プランジャ２１はカムローラ２２を有し、カムローラ２２は上記カム１３に摺接する。
【００２３】
なお、従来の高圧供給ポンプでは、プランジャ２１をカム１３に常時押し付けるスプリングを配設することが多いが、本発明の高圧供給ポンプは吸入量制御方式であり、吸入量が少量の時にプランジャ２１が最下降点まで下降すると、後述する圧力室２３の減圧によるキャビテーションの発生のおそれがある。このため、本発明ではスプリングを設けておらず、プランジャ２１の往復動は、圧送時はカム軸１２の回転によるカムリフトで、吸入時は低圧燃料の圧力（フィード圧）によって行う。よって吸入量が少ない場合には、低圧燃料の供給分だけしかプランジャ２１はカム１３方向に移動せず、カムローラ２２とカム１３が離れるようになしてある。
【００２４】
プランジャ２１の上端面とシリンダ２内周面とで形成される空間は、圧力室２３としてあり、その内部に供給される燃料をプランジャ２１の上昇により加圧するようになしてある。加圧燃料は、シリンダ２の側壁を貫通する吐出孔２４より、ポンプハウジング１の側壁に固定した吐出弁３を経て、蓄圧配管である上記コモンレールＲ（図２）に圧送される。吐出弁３は弁体３１とこれを閉弁方向に付勢するリターンスプリング３２を有し、加圧燃料が所定圧を越えるとリターンスプリング３２のスプリング力に抗してこれを開弁して高圧通路である吐出通路３３に吐出するようになしてある。
【００２５】
上記圧力室２３の上方には、その上部開口を閉鎖するように、ストッパ４１を介して第１の弁となる逆止弁４が配設してある。逆止弁４は、ハウジング４２を上下方向に貫通する流路４３と、該流路４３を開閉するボール状の弁体４４とからなる。上記流路４３は、途中が下方に拡径して円錐状のシート面４５をなし、上記ストッパ４１上に保持される上記弁体４４が上方に移動して、このシート面４５に着座すると、流路４３が閉鎖される。
【００２６】
上記ストッパ４１は、板面の複数箇所に連通孔４１ａ、４１ｂを有している。これら連通孔４１ａ、４１ｂを介して、上記流路４３と圧力室２３との間を燃料が流通可能であり、また、ストッパ４１中央部の連通孔４１ｂにより、弁体４４が圧力室２３より逆流する燃料の動圧を受けやすいようにしてある。これらストッパ４１、逆止弁４、および上記シリンダ２は、逆止弁４の上方より、外周にねじ部を形成したロックアダプタ５を螺着することにより、ポンプハウジング１とロックアダプタ５の間に挟持される。
【００２７】
上記ロックアダプタ５には、ポンプハウジング１との間に形成される燃料溜まり５１ａと逆止弁４のハウジング４２との間に形成される燃料溜まり５１ｂとを連通するフィード通路５２が形成されている。フィード通路５２には、ポンプハウジング１壁に設けた導入管１４より燃料溜まり５１ａを介して低圧燃料が導入され、燃料は、燃料溜まり５１ｂに対向する逆止弁４内の流路４６、後述する電磁弁６内の流路を経て、上記流路４３内に導入される。この流路４３より導入管１４に至る流路が低圧流路を構成する。
【００２８】
上記逆止弁４の上方には、第２の弁となる流量制御用の電磁弁６が配設されている。図３（ａ）、（ｂ）は電磁弁６の詳細を示すもので、電磁弁６は、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、その下端部に嵌合固定されるバルブボディ７１を有し、ハウジング６１の外周に設けたフランジ６３にて上記ロックアダプタ５の上面にボルト固定される（図１参照）。この時、バルブボディ７１は上記ロックアダプタ５の中央部を貫通して上記逆止弁４に対向する。
【００２９】
図３（ａ）において、バルブボディ７１は、軸方向中央部に形成したシリンダ７２内に、ニードル弁７３を上下方向に摺動可能に保持している。ニードル弁７３の下端部周りには環状の流路７４ａが形成され、該流路７４ａの側面には、上記逆止弁４の流路４６に連通する流路７４ｂが開口し、下面には、上記逆止弁４の流路４３に連通する流路７４ｃが開口している（図１参照）。流路７４ｃの開口端部には、略円錐状のシート面７５が形成してあり、ニードル弁７３の略円錐状の先端部がこのシート面７５に着座して上記流路７４ａ、７４ｃ間を閉鎖するようになしてある。
【００３０】
ここで、図３（ｂ）のように、ニードル弁７３は、摺動部７３ａ径（φｄ_１）と、シートエッジ部７３ｂ（閉弁時のシート面７５との当接端縁）の直径（φｄ_２）とが等しくなるようにする。この時、ニードル弁７３周りの流路７４ａ内に供給される燃料がニードル弁７３を上方に押す力と下方に押す力とが釣り合うため、フィード燃料による油圧作用力は発生しない。また、流路７４ｂ内には、通常、フィルタ７６を設けており、ニードル弁７３とシート面７５の間に異物が入って常時開弁状態になることを防止している。このフィルタ７６は、例えば金属メッシュよりなり、その目開きがニードル弁７３開弁時の最大リフト時の通路面積よりも小さくなっていればよい。なお、フィルタ７６は、流路７４ｂ内に限らず、燃料タンクＴから電磁弁６に至る低圧流路のどこに設置してもよい。
【００３１】
また、図３（ｂ）において、ニードル弁７３の先端部のなす角度θ１は、バルブボディ７１のシート面７５のなす角度θ２より１°程度大きくしてある。これにより、閉弁時のシートエッジ部の密着性が向上し、磨耗が防止できる。
【００３２】
上記ニードル弁７３の上端にはアーマチャ６４が圧入固定してあり、アーマチャ６４は、ステータ６５と一定の間隔（ｌ_２）で対向している（図３（ａ））。該ステータ６５の外周には上記コイル６２が配され、ステータ６５内部に設けたスプリング室６６内にはスプリング６７が配設されて、上記アーマチャ６４を図の下方に付勢している。
【００３３】
しかして、コイル６２に通電しない図３（ａ）の状態では、上記アーマチャ６４と一体のニードル弁７３が、スプリング６７力により下方に付勢され、その先端部がボルブボディ７１のシート面７５に着座（閉弁）し、圧力室２３（図１）への連通路となる流路７４ｃを閉鎖する。このように、電磁弁６を、非通電状態で閉弁する構成とすることで、コイルの破損時に燃料の圧送が行われないようにする効果がある。
【００３４】
コイル６２への通電によりアーマチャ６４が吸引され、スプリング６７のスプリング力に抗して上方に移動すると、これと一体のニードル弁７３先端部がシート面７５から離れて（開弁）、低圧流路と圧力室２３の間を開放する（図３（ｂ））。この時のリフト量（ｌ_１）は、ニードル弁の上端面７３ｂと、これに対向して設けたシム６８との間の距離によって決まる。なお、アーマチャ６４とステータ６５の距離（ｌ_２）は、閉弁時はｌ_１＋０．０５、開弁時は０．０５となる。
【００３５】
なお、開弁時にはアーマチャ６４が上方に移動し、その分だけスプリング室６６の容積が減少するので、スプリング室６６内の燃料が移動できるよう、スプリング室６６を他の部分と連通させる必要がある。本実施の形態では、バルブボディ７１およびシム６８にこれを上下方向に貫通する流路７７、６９を設け、バルブボディ７１下面と逆止弁４上面との間に形成される隙間を介して（図１）、スプリング室６６とニードル弁７３下方の流路７４ｃを連通している。なお、図３（ｃ）のように、ニードル弁７３の上端部を矩形断面として、アーマチャ６４との間に隙間が形成されるようにしてあり、スプリング室６６とシム６８の流路はこの隙間を介して連通している。
【００３６】
これにより、スプリング室６６内の燃料が移動できると同時に、開弁時に流路７４ｃの圧力が上昇してもスプリング室６６と流路７４ｃは同じ圧力となるため、ニードル弁７３には油圧力が作用せず、ニードル弁７３の作動不良が防止できる。
【００３７】
なお、スプリング室６６と流路７４ｃを連通する手段として、上記流路７７に代えて、図４（ａ）、（ｂ）のように、ニードル弁７３の内部に流路７８を設けることもできる。この時、ニードル弁７３の摺動部７３ａは、中間部を小径としてここに流路７８を開口させ、さらにその上部７３ｃを多角形とすることで、シム６８下方の空間７９と連通させている。
【００３８】
次に、図５、６により本実施の形態の高圧供給ポンプＰの作動について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は燃料の吸入行程を示すもので、燃料の圧送が終了した後、すなわち、プランジャ２１がカム軸１２の回転によりシリンダ２内を上方に移動して最上昇点に達した後、流量制御用電磁弁６に通電することで開始される。通電によりニードル弁７３が開弁すると、低圧供給ポンプＰ１（図２）から供給される低圧燃料は、導入管１４、燃料溜まり５１ａ、フィード通路５２、燃料溜まり５１ｂ、流路４６、７４ｂ、７４ａ、７４ｃを順次通過して、逆止弁４内の流路４３に流入する。逆止弁４は、通常状態では図のように開弁しており、燃料は、弁体４４とシート面４５の間隙よりストッパ４１の連通孔４１ａを経て圧力室２３内に導入される。この時、導入される燃料によってプランジャ２１は下方に押し下げられる。この行程を吸入行程といい、この行程ではカムローラ２２とカム１３は摺接している。
【００３９】
図２の電子制御ユニットＥＣＵからの制御信号により流量制御用電磁弁６の通電が停止されると、ニードル弁７３が閉弁して圧力室２３への流路を閉鎖し、吸入は終了する（図５（ｂ））。吸入が終了するとプランジャ２１はそれ以上、下方に押し下げられないのでカムローラ２２とカム１３は離れる。
【００４０】
図６（ａ）、（ｂ）は燃料の圧送行程を示す図で、吸入終了後、カム１３の回転に伴いプランジャ２１が再び上昇を開始すると同時に、逆止弁４の弁体４４が、ストッパ４１の連通孔４１ａ、４１ｂから逆流する燃料により閉弁方向の力を受けて上昇し、シート面４５に着座して閉弁する。そのため、圧力室２３内の燃料は、プランジャ２１の上昇とともに圧縮されて高圧となり、所定の圧力を越えると、吐出弁３の弁体３１を復帰用スプリング３２の付勢力に抗して押し開く。これにより、加圧燃料は全て吐出弁３より吐出通路３３を経てコモンレールＲ内に圧送される。
【００４１】
圧力室２３内の加圧燃料がすべて吐出弁より吐出されると圧送が終了し、吐出弁３は復帰用スプリング３２の復帰力により閉弁する（図６（ｂ））。この圧送行程中は、圧力室２３内の圧力は常に逆止弁４の弁体４４を閉弁する方向に作用するため、上記逆止弁４が開弁することはない。
【００４２】
上記構成では、圧力室２３への燃料の吸入量を流量制御用電磁弁６で制御し、圧力室２３への流路途中に逆止弁４を設けて、圧力室２３へ吸入された燃料は全て加圧してコモンレールＲへ圧送する吸入量制御方式としている。このように、燃料の吸入量の制御と、圧力室２３への流路の開閉を別々の弁で行っているので、従来のプレストローク制御のようにプランジャが上昇行程に移った後に、流路を開放しておく必要がなく、弁体の自閉の問題はもとより生じない。そして、構造の簡単な逆止弁４を用いることで、低コストにでき、また、逆止弁４は電磁弁のような応答遅れの問題がなく、加圧開始時に直ちに作動するので、信頼性に優れる。また、流量制御用電磁弁６には、高圧が加わることがないので、復帰用スプリング６７力は小さくてよく、吸引力を発生するコイル６２も小さくてよいため、小型なものにできる。しかして、上記のように構成すれば、簡単な構成で、高圧通路へ圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、装置の大型化や電力の増大の必要がない。
【００４３】
上記第１の実施の形態では、逆止弁４の弁体４４をボール弁としたが、弁体の形状はこれに限るものではなく、傘状や半球状等、流体圧を受けて、流路４３を閉鎖可能な形状であればよい。また、逆止弁４の弁体４４は自重で開弁する構成としたが、自重で閉弁するように構成することもできる。この場合、圧力室２３への燃料の導入時のみ燃料圧で開弁することになり、圧送開始より終了まで確実に閉弁するメリットがある。
【００４４】
図７〜図１０には本発明の第２の実施の形態を示す。図７はシステム図で、本実施の形態では、高圧供給ポンプＰは、上記図２に示したフィードポンプＰ１を内蔵する構成となっており、このフィードポンプＰ１によって燃料タンクＴから吸い上げた低圧燃料を高圧に加圧し、コモンレールＲ内の燃料を高圧に制御する。システムを制御する電子制御ユニットＥＣＵは、圧力センサＳ１からの信号が予め設定した値となるように吐出制御装置Ｐ２に制御信号を出力する。電子制御ユニットＥＣＵには、さらに、エンジン回転数センサＳ２（カム軸に接続されたカップリングＫから後述する図１１に示すような欠け歯信号（ＮＥパルス）を検出する）、ＴＤＣ（上死点）センサＳ４、スロットルセンサＳ５、温度センサＳ６により、回転数、ＴＤＣの位置、アクセル開度、温度の情報が入力され、電子制御ユニットＥＣＵは、これらの信号により判別されるエンジン状態に応じて噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００４５】
次に、図８、９により上記高圧供給ポンプＰの詳細について説明する。図において、ポンプハウジング１内にはベアリングＤ１、Ｄ２を介してドライブシャフトＤが回転可能に支持されており、このドライブシャフトＤには、燃料タンクＴ（図７）から燃料を吸い上げてフィード通路１５に圧送供給するベーン式のフィードポンプＰ１が連結されている。上記ドライブシャフトＤの右端部には、カム１３が一体に形成されており、該カム１３は上記ドライブシャフトＤとともにエンジンの回転数の１／２の速度で回転するようになしてある。このカム１３が回転すると、半月状の板Ｐ１１を介して上記フィードポンプＰ１のロータＰ１２が回転し、その回転により燃料タンクＴから燃料がインレットバルブＢ３より図示しない通路を通って上記フィードポンプＰ１内空間（ロータＰ１２とケーシングＰ１３とカバーＰ１４、１５とに囲まれた空間）に導入される。導入された燃料は、ロータＰ１２の回転に伴いロータＰ１２に配設されたベーンＰ１６によって図示しない通路を経てフィード通路１５に圧送される。
【００４６】
フィード通路１５の燃料は下記に示すようにコモンレールへの圧送用として使用されるだけでなく、しぼりＳよりポンプ内に流入し、ポンプ内部の潤滑にも使用される。潤滑された燃料はバルブＶより出て燃料タンクにもどされる。また、ポンプ内部の圧力はほとんど大気圧となるようにバルブＶにより調整されている。
【００４７】
ポンプハウジング１の右端開口にはヘッドＨが嵌着されており、該ヘッドＨは左端中央部が突出して上記カム１３内に挿通位置している。このヘッドＨの左端中央部には、複数の摺動孔２ａが設けてあり（図９）、これら複数の摺動孔２ａ内にはそれぞれプランジャ２１が往復動自在かつ摺動自在に支持されている。ここで、上記摺動孔２ａは上記第１の実施の形態におけるシリンダ２に相当する。各プランジャ２１の外側端部にはシュー２１ａが設けられ、各シュー２１ａにカムローラ２２が回転自在に保持されている。
【００４８】
上記カム１３は、このカムローラ２２の外周に摺接するように配置されており、上記カム１３の内周面には、等間隔で配置された複数のカム山を有するカム面１３ａが形成してある。各プランジャ２１の内方側端面と各摺動孔２ａの内壁面との間に形成される空間は、圧力室２３となしてある。しかして、ドライブシャフトＤと一体となったカム１３が回転すると、プランジャ２１が摺動孔２ａ内を往復動し、圧力室２３内の燃料を加圧する。なお、図９はプランジャ２１が最上昇点にある状態を示している。
【００４９】
図８において、ヘッドＨの右端部には、ストッパ４１、逆止弁４を介して、ロックアダプタ５が組み付けられている。このロックアダプタ５とポンプハウジング１との間には、燃料溜まり５３が形成されている。ロックアダプタ５の右端部には、圧力室２３への燃料の流入量を制御する電磁弁６が配設され、電磁弁６が開弁すると、フィード通路１５より燃料溜まり５３、ロックアダプタ５内の通路５４、電磁弁６のシート面７５、逆止弁４のシート面４５、ストッパ４１内の通路４１ｃ、ヘッドＨ内の通路２３ａを経て上記圧力室２３へ流入する。この電磁弁６と逆止弁４とで上記図７における吐出制御装置Ｐ２を構成している。
【００５０】
上記逆止弁４は、ハウジング４２を左右方向に貫通する流路４３と、該流路４３を開閉する弁体４４を有する。上記流路４３は、途中で上記圧力室２３方向（図の左方）に拡径して円錐状のシート面４５をなし、弁体４４は、ストッパ４１内に保持されるスプリング４７によって右方に付勢されてシート面４５に着座している。このように、逆止弁４は図示の通常状態で閉弁しており、上記電磁弁６が開弁して燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体４４が開弁するようになしてある。なお、弁体４４は、図１０（ｂ）に示すように外周に溝４４ａを有し、該溝４４ａを燃料が流れるようになしてある。
【００５１】
なお、上記電磁弁６、および加圧燃料を吐出する吐出弁３の構成および作動は、上記第１の実施の形態と同様であり、図には主要な構成部材を同一符号で示した。
【００５２】
上記構成において、高圧供給ポンプＰは、カム１３の１回転につき４回の吸入、圧送行程をなすように構成され、この圧送量は、圧力室２３への燃料の吸入量、すなわち、電磁弁６の開弁角度（または時間）を制御することで制御できる。そして、電磁弁６が開弁している間、燃料のフィード圧力によって逆止弁４が開弁し、プランジャ２１が下降（放射方向に移動）して、圧力室２３へ燃料が吸入される。吸入中は、カムローラ２２とカム１３は摺接し、吸入が終了するとプランジャ２１の放射方向への移動が止まり、カムローラ２２とカム１３とが離れる。圧力室２３内の燃料は、プランジャ２１の上昇（半径中心方向への移動）によって加圧され、加圧燃料は、ヘッドＨの側壁に固定された吐出弁３を経て、コモンレールＲに圧送される。このように、上記構成の高圧供給ポンプＰによっても、流量制御用の電磁弁６と逆止弁４とで、上記第１の実施の形態と同様、圧送量の制御が容易になされる。
【００５３】
次に、上記構成の高圧供給ポンプＰの制御方法について、図１１により説明する。図７におけるエンジン回転数センサＳ２は、ポンプＰのカム１３軸に接続されたカップリングＫから図１１に示すような欠け歯信号（ＮＥパルス）を検出できるようになっており、欠け歯の位置と、カム１３の頂点の位置は所定の角度にある。電子制御ユニットＥＣＵは、この欠け歯信号を基準とし、そこからいくつの角度（もしくは時間）で通電するかを算出して、電磁弁６の通電開始時期を制御する。
【００５４】
図１１は、最適な制御を行った場合の、ニードル弁７３、プランジャ２１のリフト、逆止弁４の弁体４４の開閉、コモンレールＲ圧力の様子を示している。通常、電磁弁６に通電してから電磁弁のニードル弁７３が開弁を開始するまで、また開弁が終了するまでには、一定の時間Ｔ１、Ｔ２を要する。この時間を予め把握しておき（または、リフトセンサ等により常時検出するようにしてもよい）、開弁開始時期がちょうどカム１３の頂点になるように、回転数に応じて通電時期を調整する。
【００５５】
このようにすれば、吸入行程に入ると同時に吸入が開始され、プランジャ２１は電磁弁６の通電期間から開弁開始時間を差し引いた角度（もしくは時間）θだけ下降（放射方向に移動）する。そして、圧力室２３に供給された燃料は、次サイクルの圧送行程で、プランジャ２１の上昇（半径中心方向への移動）とともに加圧され、コモンレールＲに圧送される。この圧送工程において、逆止弁４には加圧の圧力が加わるため、弁体４４が開くことはない。よって、吸入量がすなわち圧送量となり、コモンレール圧の制御が容易にできる。
【００５６】
吸入量は、電磁弁６の通電期間によって制御され、通電期間が長ければ吸入量は多くなり、短ければ吸入量は少なくなる。図の点線は吸入量が多い場合で、プランジャ２１は最下降点まで下降して最大量の燃料を吸入、圧送する。実線は吸入量が少ない場合で、プランジャ２１は吸入量に応じた位置までしか下降せず、圧送量は少量となる。また、吸入量が少ない場合、プランジャ２１の下降開始時は、カムローラ２２とカム１３は摺接しているが、電磁弁６が閉弁するとプランジャ２１が下降を停止するため、カムローラ２２とカム１３は離れる。
【００５７】
図１２にこのような制御を行った場合の圧送量特性を示す。ここでは、あるポンプ回転数の通電期間から開弁開始時間Ｔ１を差し引いた角度をθとしている。角度θの増加とともに、圧送量は単調に増加しており、これに基づいて圧送量（吸入量）の制御が可能であることがわかる。
【００５８】
図１３は電磁弁６への通電時期が遅い場合で、例えば通電開始時期をカム１３の頂点に合わせた場合、電磁弁６のニードル弁７３はカム１３の頂点を過ぎてから開弁することになる。すると、吸入開始時（プランジャ２１の下降時）にはカム１３とカムローラ２２が離れており、また、通常、燃焼のフィード圧は脈動し、一定でないため、プランジャ２１の下降量（吸入量）がサイクル間で異なり、圧送量が安定しないおそれがある（図にａで示す）。また、圧送量が安定しないと、コモンレールＲ圧力の変動（図にｂで示す）が大きくなるおそれがある。
【００５９】
図１４は電磁弁６への通電時期が早い場合である。上記構成のポンプＰは、吸入量が少ない時は、プランジャ２１の下降量も少ないため、次行程まで、カム１３とカムローラ２２が離れていることになる。通電時期が早すぎると、圧送行程前半にニードル弁７３が開弁してしまい、燃料が逆止弁４の弁体４４を押し開いて、燃料が不正に圧力室２３へ吸入されることになる。このため、圧送量が少量の場合の制御が困難になるおそれがある。
【００６０】
従って、図１１に示したように、カムリフトが下降に入った時点で、ニードル弁７３が開弁しており、吸入中はカム１３とカムローラ２２が摺接しながら下降するように、通電時期を制御することで、吸入量すなわち圧送量の制御性を向上させることができる。
【００６１】
図１５は電子制御ユニットＥＣＵによる制御の一例を示すフローチャートである。電子制御ユニットＥＣＵには、上記図７のシステム図に示したように各センサから種々の情報が、常時入力されるようになしてあり、エンジン回転数センサＳ２により検出されるＮＥ信号からエンジン（ポンプ）回転数を、スロットルセンサＳ５により検出されるアクセル開度から目標コモンレール圧（ＣＰＴＲＧ）および噴射量（圧送量）を、予め入力された制御マップに基づいて算出する（ステップ１、ステップ２）。続いて、ポンプ回転数、圧送量に応じた電磁弁６の通電開始時期および通電期間（角度か時間もしくは両方）を算出し（ステップ３）、電磁弁６に通電する。
【００６２】
また、電子制御ユニットＥＣＵは、圧力センサＳ１によりコモンレールＲ圧力（ＣＰＴＲＴ）を常時検出するようになしてあり、この検出されたコモンレールＲ圧力（ＣＰＴＲＴ）と目標コモンレール圧（ＣＰＴＲＧ）とを比較して（ステップ４）、異なる場合には補正をする。補正方法としては、（ＣＰＴＲＴ−ＣＰＴＲＧ）の計算を行って必要な圧送量増加分を算出し（ステップ５）、この増加分に相当する通電期間（開弁角度）に変更する（ステップ６）。次いで、再び、（ＣＰＴＲＴ＝ＣＰＴＲＧ）かどうかを判定し（ステップ７）、（ＣＰＴＲＴ＝ＣＰＴＲＧ）でない場合には、ステップ５に戻って（ＣＰＴＲＴ＝ＣＰＴＲＧ）になるまで繰り返しフィードバック制御する。
【００６３】
なお、ここでは上記制御方法を上記第２の実施の形態の構成において説明したが、この制御方法を上記第１の実施の形態の構成に適用してももちろんよい。
【００６４】
上記各実施の形態では、第２の弁として流量制御用電磁弁６を用いたが、これに代えて、第３の実施の形態とする図１６に示す可変絞り機構を有する絞り弁８を用いることもできる。図中、絞り弁８は、ハウジングを上下に貫通する弁体８１を有し、該弁体８１は円錐状の先端部が逆止弁４の流路４３内に延びてこれを閉鎖している。弁体８１は、可変絞り機構８２によりそのリフト量を変更することで弁開度を可変としてあり、流路４３の開口面積を変更して、低圧通路２５から圧力室２３へ吸入される低圧流体の量を調整することができる。
【００６５】
上記各実施の形態では、第１の弁として逆止弁４を用いたが、必ずしもこれに限るものではなく、少なくとも圧力室２３への低圧流体の吸入時に開弁し、圧力室２３に吸入された低圧流体の加圧開始時より圧送終了時まで閉弁するように構成されていればよい。
【００６６】
つまり、上記各実施の形態では、第１の弁として逆止弁４を用い、圧力室２３への流体流入によって開弁し、プランジャ２１が上昇することによって上昇する圧力室２３の圧力によって閉弁している。しかしながら、第１の弁は、圧力室２３に吸入された低圧流体の加圧開始時を予測する加圧予測手段（例えば、圧力室内に設けられた圧力検出手段としての圧力センサや、クランク角を検出するクランク角センサや、プランジャ２１の上昇を検出するプランジャ上昇検出手段としての位置センサ）を用い、この加圧予測手段（各センサ）からの出力を入力して、加圧が予測される間（加圧が予測され始めてから圧送終了時まで）、閉弁する電磁弁であっても良い。
【００６７】
なお、上記第１の実施の形態では列型燃料噴射システムを、第２の実施の形態ではインナーカム圧送式ベースとした高圧供給ポンプの例を示したが、これに限らず、フェイスカム圧送式の燃料噴射システムに適用してももちろんよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す高圧供給ポンプの全体断面図である。
【図２】第１の実施の形態の高圧供給ポンプを含む燃料噴射システムの全体構成図である。
【図３】（ａ）は第１の実施の形態で用いた流量制御用電磁弁の閉弁時の状態を示す全体断面図、（ｂ）は開弁時の状態を示す流量制御用電磁弁の全体断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）は流量制御用電磁弁の他の形態を示す全体断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図５】第１の実施の形態の高圧供給ポンプの作動を示す図で、（ａ）は吸入中、（ｂ）は吸入終了時の状態を示す高圧供給ポンプの全体断面図である。
【図６】第１の実施の形態の高圧供給ポンプの作動を示す図で、（ａ）は圧送中、（ｂ）は圧送終了時の状態を示す高圧供給ポンプの全体断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の高圧供給ポンプを含む燃料噴射システムの全体構成図である。
【図８】第２の実施の形態の高圧供給ポンプの全体断面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】図８の部分拡大断面図である。
【図１１】第２の実施の形態の高圧供給ポンプの圧送量の最適な制御方法を示す図である。
【図１２】最適な制御を行った場合の圧送量特性を示す図である。
【図１３】電磁弁への通電時期が遅い場合の圧送量特性を説明するための図である。
【図１４】電磁弁への通電時期が早い場合の圧送量特性を説明するための図である。
【図１５】第２の実施の形態の高圧供給ポンプの制御方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施の形態を示す高圧供給ポンプの部分断面図である。
【図１７】従来の高圧供給ポンプの部分断面図である。
【符号の説明】
Ｐ高圧供給ポンプ
１ポンプハウジング
１１カム室
１２カム軸
１３カム
２シリンダ
２１プランジャ
２２カムローラ
２３圧力室
２４吐出孔
３吐出弁
３１弁体
３２復帰用スプリング
３３吐出通路（高圧通路）
４逆止弁（第１の弁）
４１ストッパ
４１ａ、４１ｂ連通孔
４２ハウジング
４３流路（低圧通路）
４４弁体
４５シート面
４６流路（低圧通路）
５ロックアダプタ
５１ａ、５１ｂ燃料溜まり（低圧通路）
５２フィード通路（低圧通路）
６流量制御用電磁弁（第２の弁）

Claims

内燃機関に設けられる蓄圧配管内の高圧燃料をインジェクタにより所定のタイミングで各気筒に噴射するコモンレール噴射システムにおいて、上記蓄圧配管内の燃料圧力を所定圧力に保持すべく必要流量の高圧燃料を圧送供給するために、シリンダ内にプランジャを往復運動可能に嵌挿配設して、上記シリンダの内壁面と上記プランジャの端面とで圧力室を形成し、該圧力室内に低圧通路より導入される低圧燃料を、上記プランジャの往復運動によって加圧して高圧通路へ圧送するようになした高圧供給ポンプにおいて、上記圧力室と上記低圧通路の間に設けられ、上記圧力室への低圧燃料の吸入時に上記圧力室と上記低圧通路の間を開放し、上記圧力室に吸入された低圧燃料の加圧開始時より加圧燃料の高圧通路への圧送終了時まで上記圧力室と上記低圧通路の間を閉鎖する第１の弁と、この第１の弁より上流の上記低圧通路内に近接配置される弁体を有し上記第１の弁を経て上記圧力室内に供給される低圧燃料の流量を制御する第２の弁とを設けて、上記第１の弁を加圧開始時より圧送終了時まで閉弁することでその上流に位置する上記第２の弁に対する加圧燃料の流入を阻止するようになし、上記第２の弁を、非通電状態で閉弁するように構成され、かつ上記弁体の両端面に作用する圧力差を解消する手段を設けた電磁弁となすとともに、上記蓄圧配管に設けた圧力センサからの信号に基づき、高圧供給ポンプの吐出量を決定して上記第２の弁を制御する制御手段を設け、該制御手段は、上記第２の弁へ通電を開始してから開弁を開始するまでの応答時間とポンプ回転数に基づいて上記プランジャが最大リフト位置にある時に上記第２の弁が開弁を開始するように通電時期を制御することを特徴とする高圧供給ポンプ。
上記低圧通路とポンプ内部とをしぼりを介して連通させ、該しぼりを介して流入する燃料をポンプ内部の潤滑に使用する請求項１記載の高圧供給ポンプ。
上記第２の弁より上流の上記低圧通路の途中にフィルタを配置する請求項１記載の高圧供給ポンプ。
上記第１の弁が、上記低圧通路から上記圧力室へ向かう方向にのみ流体を流し、逆方向への流体の流れを阻止するように構成された逆止弁である請求項３記載の高圧供給ポンプ。