JPH1026060A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、カムに対するヘルツの接触応力
の影響を低く抑えることができるとともに、カムのジャ
ンピング現象の発生を抑え、またカムの工作性がよい燃
料噴射装置を得る。 【解決手段】 この発明の燃料噴射装置は、シリンダ７
１に往復運動自在に嵌挿し、往復運動の何れか一方の移
動行程時に燃料を加圧、圧送するプランジャ７２を有す
る高圧供給ポンプ７と、プランジャ７２を往復動せしめ
るカム８３を有する駆動機構８とを備え、カム８３は、
プランジャ７２の移動行程の中期にカム速度を最大とす
るカムプロフイルを有する非等速カムであるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カムの回転によ
りプランンジャを移動させて燃料を加圧、圧送する燃料
噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、低速などの運転条件が厳しい状況
においても安定したコモンレール圧を速やかに生成でき
る可変吐出量高圧ポンプを備えた燃料噴射装置が特開平
２−１７６１５８号公報に示されている。この可変吐出
量高圧ポンプは、ポンプシリンダと、前記ポンプシリン
ダに往復運動自在に嵌挿し、前記往復運動の何れか一方
の移動行程時に燃料を加圧・圧送するプランジャと、前
記燃料の加圧・圧送時期と吐出量とを制御する外開式電
磁弁と、前記プランジャを往復動せしめるカムとよりな
り、内燃エンジンに供給する高圧燃料を蓄圧するコモン
レールに燃料を加圧・圧送するものであって、前記カム
は、前記プランジャの前記加圧・圧送行程前半にカム速
度を最大とするカムプロフイルを有するものである。

【０００３】図４はカムの平面図であり、一点点線で示
されたものがこのときのカムの形状を示すものである。
カム１１０はプランジャの下死点となる底部１１０ａの
カム角度を０度とし、プランジャの上死点となる頂部１
１０ｂまでのカム角度αを４５度とする。底部１１０ａ
と頂部１１０ｂとを結ぶ中間部１１０ｃは、曲率半径Ｒ
₁の中心がカム１１０の外側となる円弧形状の凹曲面１
１０ｃ₁と曲率半径Ｒ₂の中心がカム１１０の内側となる
円弧形状の凸曲面１１０ｃ₂とを有している。図５はカ
ム角度とカム速度（プランンジャの上下方向の速度）と
の関係を示す図であり、図４に示された一点鎖線のカム
１１０の形状のものの場合は、図５の一点鎖線で示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料噴射装置で
は、プランジャの往動前期にカム速度が最大となるの
で、図４において曲率半径Ｒ₁が小で曲率半径Ｒ₂が大と
なり、カム１１０の工作性が著しく悪くなり、所定の形
状のカム１１０を製作できないといった問題点があっ
た。つまり、カム１１０の凹曲面１１０ｃ₁の研削の
際、砥石径が非常に小さくなり、これを支持する主軸径
も小さくならざるを得なくなり、主軸の剛性が低下し、
所定の形状のカム１１０を製作できないという問題点が
あった。

【０００５】この発明は、かかる問題点を解決すること
を課題とするものであって、カムに対するヘルツの接触
応力を低く抑えるとともに、移動部材のジャンピングの
発生を防止でき、また工作性が大幅に向上したカムを有
する燃料噴射装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の燃料噴射装置
は、カムのカムプロフイルを、プランジャの移動行程中
期でカム速度を最大とするようにしたものである。

【０００７】また、高圧供給ポンプに高圧供給ポンプか
らの高圧燃料を蓄圧するとともにディーゼルエンジンに
供給するコモンレールを接続するものである。

【０００８】また、プランジャとカムとの間にカムと摺
接するカムローラを設けたものである。

【０００９】また、カムのカムプロフイルは、プランジ
ャの加圧、圧送行程の開始時付近で曲率半径の中心をカ
ムの外側とする少なくとも一つの円弧面を有するもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態を図につい
て説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係るコモ
ンレール式の燃料噴射装置を示す概略構成図である。

【００１１】図において、燃料噴射装置は、４サイクル
の４気筒ディーゼルエンジン１に取り付けられたインジ
ェクタ２と、各インジェクタ２にそれぞれ設けられＯＮ
−ＯＦＦによりエンジン１への燃料の噴射を制御する噴
射制御用電磁弁３と、この噴射制御用電磁弁３に接続さ
れエンジン１の各気筒に共通の高圧蓄圧配管であるコモ
ンレール４と、このコモンレール４に供給配管５、チェ
ックバルブ６を介して接続されカム式の駆動機構によっ
て駆動され、高圧燃料をコモンレール４に圧送し得る高
圧供給ポンプ７と、高圧供給ポンプ７に付設されたスピ
ル制御電磁弁９と、この高圧供給ポンプ７に燃料を供給
し得る低圧供給ポンプ１０と、この低圧供給ポンプ１０
に連通される燃料タンク１１とを備えている。また、燃
料噴射装置は、噴射制御用電磁弁３およびスピル制御電
磁弁９を制御する電子制御ユニット１２を備えている。

【００１２】この燃料噴射装置では、エンジン回転数セ
ンサ１３、負荷センサ１４、およびコモンレール４の内
部の圧力を検出する圧力センサ１５から、電子制御ユニ
ット１２にエンジン回転数と負荷の情報、およびコモン
レール４内部の圧力が入力され、これらの信号により判
断されるエンジン状態に応じて決定される最適な噴射時
間、噴射量となるように、噴射制御用電磁弁３に制御信
号を出力する。また、スピル制御電磁弁９に制御信号を
出力し、コモンレール圧を最適な噴射圧となるように制
御する。例えば、圧力１００ＭＰａに蓄圧されたコモン
レール４内の燃料の内、噴射制御用電磁弁３への制御パ
ルスが発生する毎に、一定量の燃料が消費される。これ
を補って、常に一定の１００ＭＰａレベルのコモンレー
ル圧を維持すべく、高圧供給ポンプ７は消費量に対応し
た必要量だけを間欠的にコモンレール４内に吐出する。
この必要量は、噴射量や回転数により変化するため、電
子制御ユニット１２によりスピル制御電磁弁９の作動を
制御し、高圧供給ポンプ７の１回の吐出量を調整する。

【００１３】次に、高圧供給ポンプ７、この高圧供給ポ
ンプ７を駆動する駆動機構、スピル制御電磁弁９および
チェックバルブ６の構成について図２を用いて説明す
る。高圧供給ポンプ７は、下端部にカム室８０が形成さ
れたポンプハウジング７０と、このポンプハウジング７
０内に取り付けられたシリンダ７１と、このシリンダ７
１内に往復移動可能に、かつ摺動自在に装着されている
円柱形状のプランジャ７２と、このプランジャ７２の下
端部に取り付けられた弁座７８と、弁座７８を下方に押
し付けているプランジャスプリング７９とを備えてい
る。また、プランジャ７２の上端面とシリンダ７１の内
壁面とによりポンプ室７３が形成されている。このポン
プ室７３は連絡通路としての吐出孔７４を介してチェッ
クバルブ６に連通されている。また、ハウジング７０と
シリンダ７１との間には燃料溜まり７５が設けられてお
り、この燃料溜まり７５には低圧燃料ポンプ１０によっ
て燃料タンク１１から導入管７６を介して低圧燃料が供
給される。また、この燃料溜まり７５は通路７７を介し
てスピル制御電磁弁９と連通されている。

【００１４】駆動機構８は、プランジャスプリング７９
により押し付けられているカムフォロア８１と、このカ
ムフォロア８１に一体に設けられたカムローラ８２と、
駆動軸８４と、この駆動軸８４に固着されカム室８０内
に回転可能に設けられたカム８３とを備えている。

【００１５】このカム８３は、カムローラ８２に摺接
し、その外周は均等に形成された４山形状を呈してい
る。このカム８３の駆動軸８４はエンジン１の回転数の
１／２回転数で回転するようになっている。このカム８
３は図４において実線で示されている。カム８３はプラ
ンジャ７２の下死点となる底部８３ａのカム角度を０度
とし、プランジャの上死点となる頂部８３ｂまでのカム
角度αを４５度とする。底部８３ａと頂部８３ｂとを結
ぶ中間部８３ｃは、曲率半径Ｒ₁の中心がカム８３の外
側となる円弧形状の凹曲面８３ｃ₁と曲率半径Ｒ₂の中心
がカム８３の内側となる円弧形状の凸曲面８３ｃ₂とを
有している。

【００１６】ポンプハウジング７０の上端部に螺着され
たスピル制御電磁弁９は、シリンダ７１に形成された通
路７７と連通する通路９２を有するとともにポンプ室７
３側に弁座９３が設けられたボディ９１と、ボディ９１
の上部側に設けられリード線９５を介して通電される電
磁コイル９４と、この電磁コイル９４とボディ９１との
間に設けられているアマチュア９６と、アマチュア９６
を押圧するスプリング９７と、アマチュア９６に連結さ
れた外開弁９８と、外開弁９８の下方向の位置を決定す
るとともに燃料を流通可能にする貫通孔９９ａが複数個
形成されているストッパ９９とを備えている。

【００１７】この制御電磁弁９では、リード線９５を介
して電磁コイル９４が通電されると、スプリング９７の
弾発力に抗して磁力により図２中の上方へアマチュア９
６が吸引され、外開弁９８が弁座９３に着座して、通路
９２とポンプ室７３との通路を遮断する。電磁コイル９
４の消勢時にはスプリング９７の弾性力によりアマチュ
ア９６が図２の下方向に移動し、外開弁９８の下端部が
ストッパ９９に当接し、通路９２とポンプ室７３との通
路を連通する。

【００１８】このスピル制御電磁弁９は、所定のタイミ
ングで通電されることにより、外開弁９８が弁座９３に
着座してプランジャ７２の加圧開始時期を設定するプレ
ストローク制御式の電磁弁である。従って、カム８３の
回転軸８４の回転によりカム８３が回転すると、カムロ
ーラ８２、カムフォロア８１および弁座７８を通じてプ
ランジャ７２が往復駆動される。そして、このプランジ
ャ７２の往復ストロークはカム８３の山形状の高低差に
より決定される。そこで、プランジャ７２がシリンダ７
１内を往復移動することにより、低圧側の燃料がポンプ
室７３内に吸入される。この吸入された燃料は、以下に
詳述するスピル制御電磁弁９の閉弁時に吐出孔７４を通
じてコモンレール４に圧送され、開弁時に低圧側にリタ
ーンされる。

【００１９】シリンダ７１の上部に取り付けられたチェ
ックバルブ６は、吐出孔７４を開閉する弁体６２と、弁
体６２を押圧するスプリング６１とを備えている。

【００２０】次に、高圧供給ポンプ７とポンプ駆動機構
８との概略構成を図３を参照しつつ説明する。図３にお
いて、回転円盤８５はカム８３の駆動軸８４に同軸に取
り付けられ、エンジン気筒数に対応する４個の突起８５
ａ（４山形状）を有している。そして、電磁ピックアッ
プであるカム角度センサ１６がこの突起８５ａに対向し
て配置され、突起８５ａがカム角度センサ１６の近傍を
通過する毎に信号が電子制御ユニット１２に送られる。
気筒判別用回転円盤８６はカム８３の駆動軸８４に同軸
に取り付けられ、１個の突起８６ａを有している。そし
て、気筒判別センサ１７がこの突起８６ａに対向して配
置され、突起８６ａが気筒判別センサ１７の近傍を通過
する毎に、１個の信号が電子制御ユニット１２に送られ
る。そして、電子制御ユニット１２では、カム角度セン
サ１６と気筒判別センサ１７との信号から高圧供給ポン
プ７のシリンダの下死点信号を判別入力する。

【００２１】図３の構成のものでは、駆動軸８４の回転
に伴って往復移動されるプランジャ７２は、下降すると
きスピル制御電磁弁９が開いており、燃料は燃料タンク
１１から低圧供給ポンプ１０によって導入管７６、燃料
溜まり７５、通路７７、スピル制御電磁弁９を介してポ
ンプ室７３内に導入される。

【００２２】一方、上昇する際には、プランジャ７２は
ポンプ室７３内の燃料を加圧しようとする。この時、ス
ピル制御電磁弁９が通電されていない場合には外開弁９
８は開弁しており、ポンプ室７３内の燃料は燃料通路９
２，７７、燃料溜まり７５および導入管７６を順次介し
て溢流する。

【００２３】一方、スピル制御電磁弁９に制御パルスが
送られてスピル制御電磁弁９が通電されると、外開弁９
８は弁座９３に着座し、閉塞される。そこで、プランジ
ャ７２によるポンプ室７３内の燃料加圧が開始され、ポ
ンプ室７３内の燃料圧力がチェックバルブ６に背設され
ているスプリング６１の付勢力に打ち勝つと、吐出孔７
４を介して圧送された燃料は弁体６２を押し開き、コモ
ンレール４内へ吐出される。

【００２４】ところで、上記構成の燃料噴射装置の駆動
機構８に用いられるカム８３の形状は図４の実線で示さ
れており、カム８３についてのカム角度とカム速度との
関係は図５の実線で示されている。カム８３は、プラン
ジャ７２の往動前期と後期との間の中期にカム速度が最
大速度となるプロフイルを有している。このカム８３で
は、カム８３の工作性を良くするために従来例と比較し
て曲率半径Ｒ₁の値を大きくしている。工作性の点だけ
に着眼すると、プランジャ７の往動後期にカム速度が最
大となる場合、つまり図４において曲率半径Ｒ₁が大で
曲率半径Ｒ₂が小である点線で示した参考例のカム１０
０も考えられるが、図６に示すようにカム１００の頂部
１００ｂが受けるヘルツの接触応力が大きくなってしま
う。また、カム速度の最大位置がプランジャの往動後期
にあるほど、カム１００の負の加速度（プランンジャの
下方向の加速度）が大きくなり、このため図６に示すよ
うに、カム１００の回転数が少ない時からプランジ７
２、カムフォロア８１、カムローラ８２、弁座７８等の
移動部材の慣性力が大きくなり、カム１００の回転数が
少ないときからジャンピング（移動部材がカムから離れ
る現象）が発生し易くなってしまう。この実施の形態で
のカム８３は、曲率半径Ｒ₁の値が参考例のもの（点
線）と従来例のもの（一点鎖線）との間にあり、曲率半
径Ｒ₂の値も参考例のものと従来例のものとの間にあ
り、曲率半径Ｒ₁が大きくなり、工作性が向上するとと
もに、ヘルツの接触応力およびジャンピング現象の悪影
響を受けなくて済む。なお、この発明はコモンレール式
燃料噴射装置以外にも適用することができるのは勿論で
あり、またカムの突起も４個に限定されない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の燃料噴
射装置によれば、カムのカムプロフイルを、プランジャ
の移動行程の中期にカム速度が最大となるようにしたの
で、カムに対するヘルツの接触応力、ジャンピング現象
の悪影響を受けることなく、カムの工作性が大幅に向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の燃料噴射装置の概略構成図であ
る。

【図２】 図１の高圧供給ポンプ、駆動機構、スピル制
御電磁弁およびチェックバルブの断面図である。

【図３】 図１の高圧供給ポンプと駆動機構との関係を
説明するための説明図である。

【図４】 カムの平面図である。

【図５】 カム角度とカム速度との関係を示す関係図で
ある。

【図６】 カム速度最大位置とジャンピングが発生する
カム回転数との関係、カム速度最大位置とヘルツの接触
応力との関係を示す関係図である。

【符号の説明】

４ コモンレール、７ 高圧供給ポンプ、８ 駆動機
構、９ スピル制御電磁弁、７１ シリンダ、７２ プ
ランジャ、８３ カム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、このシリンダに往復運動自
   在に嵌挿し、往復運動の何れか一方の移動行程時に燃料
   を加圧、圧送するプランジャとを有する高圧供給ポンプ
   と、 前記プランジャを往復動せしめるカムを有する駆動機構
   と、 を備え、前記カムは、前記プランジャの前記移動行程の
   中期にカム速度を最大とするカムプロフイルを有する非
   等速カムである燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 高圧供給ポンプには高圧供給ポンプから
   の高圧燃料を蓄圧するとともにディーゼルエンジンに供
   給するコモンレールが接続されている請求項１記載の燃
   料噴射装置。
3. 【請求項３】 プランジャとカムとの間にはカムと摺接
   するカムローラが設けられている請求項１または請求項
   ２記載の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 カムのカムプロフイルは、プランジャの
   加圧、圧送行程の開始時付近で曲率半径の中心をカムの
   外側とする少なくとも一つの円弧面を有する請求項１な
   いし請求項３の何れかに記載の燃料噴射装置。