JPH10318087A - 可変吐出量高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレストローク制御を行う可変吐出量高圧ポ
ンプにおいて、アイドル時のような小圧送量時に、カム
ローラとカムの衝突による騒音の発生を防止することに
ある。 【解決手段】シリンダ２内にプランジャ２１を往復運動
可能に嵌挿し、インナーカム８の回転によりプランジャ
２１を往復運動させて、シリンダ２の内壁面とプランジ
ャ２１の端面とで形成される圧力室２３内の燃料を加圧
する。加圧燃料はデリバリバルブ３より高圧流路へ圧送
される。インナーカム８は、リフト曲線の頂上部にフラ
ット部を有する形状とし、プランジャ２１が最大リフト
位置において一定時間その状態を保持し、しかる後に下
降を開始するようになしてある。よって、この間に電磁
弁６の弁体７３を開弁させることができるので、吸入行
程に入った時に弁体７３が閉弁していることがなく、カ
ムローラとカムが離れるのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コモンレール（蓄
圧配管）内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタにより
ディーゼルエンジンの各気筒へ噴射するコモンレール式
燃料噴射装置において、コモンレール内に高圧流体を圧
送するための可変吐出量高圧ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン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
こに可変吐出量高圧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８は、このような用途に用いられる可変
吐出量高圧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流路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流路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の側壁に設けた流路９９よ
り蓄圧配管へ圧送される。

【０００５】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
可変吐出量高圧ポンプでは、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
流路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】上記構成の可変吐出量高圧ポンプは、列型
の燃料噴射ポンプをベースとするものである。分配型の
インナーカム圧送式の燃料噴射ポンプについては、例え
ば特特開平７−２５３０６８号公報等に開示があり、イ
ンナーカムリング内に配した複数のプランジャを径方向
に往復動させることにより、これら複数のプランジャの
内端面側に形成される圧力室内の燃料を加圧するように
なしてある。このような構成においても、プレストロー
ク制御による圧送量の制御が行われており、その制御方
法を図９に示す。燃料は、吸入行程時に、プランジャの
下降に伴って低圧流路から圧力室内に供給され、圧送行
程時には、プランジャの上昇とともに圧力室から低圧流
路へ流出する。電磁弁のコイルに通電して低圧流路と圧
力室の間を閉鎖すると、圧力室内の燃料の加圧が開始さ
れ、その圧力が所定圧を越えると、デリバリバルブを開
いて蓄圧配管に燃料が供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、電磁弁の開閉
を制御する電子制御ユニットは、電磁弁のコイルへの通
電を開始してから、所定の時間（Ｔ）後に通電を終了す
る。この時間（Ｔ）は、通常、個々の電磁弁のバラツ
キ、バッテリ電圧の変動を考慮して、コイルへの通電開
始後、弁体が閉弁するまでの時間（ｔ₀ ）より長く設定
される（約０．５ｍｓ程度）。

【０００８】ところが、このようにすると、例えば、ア
イドル時のような小圧送量時において、図１０（ａ）に
示すように、弁体の開弁が吸入行程の開始後になってし
まうという問題があった。その場合、吸入行程になった
直後は、まだ、電磁弁の弁体は閉弁しているため、圧力
室に燃料が吸入されず、カムローラがカムから離れてジ
ャンピングする（図１０（ｂ））。電磁弁への通電が終
了すると弁体は開弁し、圧力室への吸入が再び開始され
るが、その際に、カムローラがカムに衝突して騒音を発
生するおそれがあった。特に、この騒音は、比較的騒音
の少ないアイドル時に多く発生するので、問題となりや
すい。

【０００９】しかして、本発明の目的は、プレストロー
ク制御を行う可変吐出量高圧ポンプにおいて、アイドル
時のような小圧送量時においても、カムローラがカムか
ら離れることがなく、カムローラとカムの衝突による騒
音の発生を防止することにある。

【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、可変吐出量高圧ポンプは、シリンダ内に往復運
動可能に嵌挿されたプランジャと、上記プランジャを上
記シリンダ内で往復運動させるカムと、上記シリンダの
内壁面と上記プランジャの端面とで形成され、低圧流路
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
よって加圧する圧力室と、加圧燃料を高圧流路へ圧送す
る手段と、上記カムの圧送行程において上記圧力室から
上記低圧流路にリリーフする燃料の量を調節するための
電磁弁と、該電磁弁のコイルへの通電を制御する手段と
を備えている。上記カムは、リフト曲線の頂上部にフラ
ット部を有する形状とし、上記プランジャが最大リフト
位置において一定時間その状態を保持し、しかる後に下
降を開始するようになしてある。

【００１１】上記構成において、上記カムの回転により
上記プランジャがシリンダ内を上昇すると、上記圧力室
へ吸入された低圧燃料が加圧され、圧送手段によって高
圧流路へ圧送される。上記プランジャがリフトの最高位
置に達すると、圧送が終了する。

【００１２】ここで、上記カムを、リフト曲線がその頂
上部においてフラットな部分を有するように形成したの
で、上記プランジャは最大リフト位置に達した後、直ち
に下降を開始せず、一定の時間その状態を保持する。従
って、この間に電磁弁の弁体を開弁させることができ
る。よって、吸入行程に入った時に弁体が閉弁している
ことがなく、カムローラとカムが離れることがないの
で、両者の衝突による騒音を防止することができる。

【００１３】請求項２の構成では、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間に上記電磁弁が
開弁を終了するように制御する。これにより、吸入行程
の開始時に電磁弁が確実に開弁しているようにすること
ができる。

【００１４】請求項３の構成では、上記カムのリフト頂
上部における上記フラット部を、カムの回転角度で２°
〜５°の範囲とする。これにより、上記電磁弁が開弁を
終了するに十分な時間、上記プランジャが最大リフト位
置を保持するようにできる。

【００１５】請求項４の構成では、リング状に形成した
上記カムの内周面を複数のカム山を有するカム面とな
し、上記カム山の頂上部を、カム中心を中心とする円弧
状に形成する。この円弧状の部分を設けることで、上記
カムリフトの頂上部に上記フラット部を設定することが
でき、プランジャが最大リフト位置を一定の間維持する
ようにできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の可変吐出量高圧ポ
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
に適用した例について説明する。図２のシステム図にお
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−ＯＦ
Ｆ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、そのために高圧流路である供給配管Ｒ１、吐出
弁Ｂ２を介して、本発明の可変吐出量高圧ポンプＰが接
続される。

【００１７】この可変吐出量高圧ポンプＰは、燃料タン
クＴからフィードポンプＰ１を経て吸入される低圧燃料
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た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、可変吐出量高圧ポン
プＰの吐出量を制御する。さらに、電子制御ユニットＥ
ＣＵ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。

【００１８】次に、図１により上記可変吐出量高圧ポン
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、エンジンＥ（図２参照）によってエン
ジンの１／２の回転と同期して回転駆動されるドライブ
シャフトＤが挿通保持されており、このドライブシャフ
トＤには低圧燃料供給用のベーン式フィードポンプＰ１
が連結されている。フィードポンプＰ１はドライブシャ
フトＤと一体に回転し、燃料タンクＴ（図２参照）から
燃料を吸入して低圧に加圧した燃料を流路１１、１２、
１３、５１を通して燃料室５２に送出している。フィー
ドポンプＰ１の燃料吐出側と燃料吸入側とは、吐出圧力
が調節できるように図示しない圧力調整弁を介して接続
されている。このように本実施の形態では、可変吐出量
高圧ポンプＰは図２に示したフィードポンプＰ１を内蔵
する構成となっている。

【００１９】上記ドライブシャフトＤは、ベアリングＤ
１、Ｄ２を介してポンプハウジング１に回転可能に支持
されており、その右端部には、詳細を後述するインナー
カム８が一体に形成されている。なお、本実施の形態に
おいては、ドライブシャフトＤとインナーカム８は一体
となっているが、これらを別体にして継手で連結しても
よい。

【００２０】ポンプハウジング１の右端開口にはヘッド
１４が嵌着されており、該ヘッド１４は左端中央部が突
出して上記インナーカム８内に挿通位置している。該ヘ
ッド１４の左端中央部に設けたシリンダたる摺動孔２内
には、複数個のプランジャ２１が往復動自在かつ摺動自
在に支持されており、各プランジャ２１の内側端面と各
摺動孔２の内壁との間に圧力室２３が形成されている。
圧力室２３は、流路１５、電磁弁６を介して上記燃料室
５２に連通しており、燃料室５２から低圧燃料が流入す
る燃料を加圧する加圧室として機能する。

【００２１】上記電磁弁６は、図３の如く、ステータ６
５を内蔵する筒状ハウジング６１と、その左端部内に嵌
装固定されるバルブボディ７１を有している。ハウジン
グ６１の右端開口には蓋体６３が覆着されてこれを閉鎖
している。上記バルブボディ７１に設けたシリンダ７２
内には、弁体７３が摺動可能に保持され、該弁体７３の
左半部周りには環状の上記燃料室５２が形成されてい
る。燃料室５２は、流路５１によって上記図１に示した
流路１１、１２、１３に連通している。

【００２２】上記弁体７３の右端にはアーマチャ６４が
圧入固定してあり、アーマチャ６４は、ステータ６５と
一定の間隔で対向している。該ステータ６５内にはコイ
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を図の左方に付勢している。

【００２３】上記燃料室５２の開口端にはスペーサ４１
が配設されており、上記コイル６２に通電しない図示の
状態で、上記弁体７３は、上記スプリング６７のばね力
によってこのスペーサ４１に押圧されている。この時、
上記燃料室５２は、スペーサ４１に設けた流路４２を介
して、上記圧力室２３への流路１５（図１）と連通して
いる。上記燃料室５２の途中には、略円錐状のシート面
７５が形成してあり、コイル６２へ通電するとアーマチ
ャ６４がステータ６５に吸引され、弁体７３の先端部７
４が、このシート面７５に着座する。これにより、上記
燃料室５２と上記流路１５の間が閉鎖される。

【００２４】図４（ａ）は上記インナーカム８を正面か
ら見た図で、上記複数個のプランジャ２１はリング状の
インナーカム８の内側に等間隔で配置されている。各プ
ランジャ２１の外側端部にはシュー２４が設けられ、各
シュー２４にカムローラ２２が回転自在に保持されてい
る。上記インナーカム８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、上記インナーカム８
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８１が形成してある。しかして、ドライブシャ
フトＤと一体となったインナーカム８が回転すると、プ
ランジャ２１がシリンダ２内を往復動し、プランジャ２
１の上昇により圧力室２３内の燃料を加圧する。図４
（ａ）はプランジャ２１が最上昇点にある状態、図４
（ｂ）はプランジャ２１が最下降点にある状態を示す。

【００２５】ここで、本発明では、プランジャ２１が最
大リフト位置にある図４（ａ）の状態を一定の間保持す
るように、インナーカム８のカム山の頂上部８２を、カ
ム中心Ｏを中心とする円弧状に形成する（図５）。この
時、インナーカム８のリフト曲線は、リフト頂上部がフ
ラット（直線）になり、インナーカム８によって駆動さ
れるプランジャ２１のリフトも同様となる。よって、プ
ランジャ２１は、最大リフト位置に達した後、直ちに下
降を開始せず、インナーカム８が角度θだけ回転する
間、この状態を保持する。なお、この角度θは、通常、
２°〜５°の範囲とするのがよい。

【００２６】図１において、上記燃料室５２内には、上
記フィードポンプＰ１によって約１５気圧に加圧された
低圧燃料が満たされ、吸入行程時には、この低圧燃料が
上記流路１５を通って上記圧力室２３へ流入する。逆
に、プランジャ２１が圧送する圧送行程時には、圧力室
２３内の燃料は上記流路１５を通って、上記燃料室５
２、流路５１方向へ逆流する。この圧送行程において、
上記電磁弁６のコイル６２に通電すると、弁体７３が閉
弁して燃料の流出が停止し、圧力室２３内の燃料が加圧
される。圧力室２３内の燃料の圧力が所定値を越える
と、加圧燃料は、流路１６、圧送手段であるデリバリバ
ルブ３（図２における吐出弁Ｂ２に相当）を経て、供給
配管Ｒ１よりコモンレールＲに高圧燃料が供給される
（図２参照）。その供給の圧力はエンジンＥの運転状態
によって異なり、２００〜１２００気圧である。デリバ
リバルブ３は逆止弁としての機能を持ち、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開弁するようになして
ある。

【００２７】次に、上記図１〜図５を参照しながら、図
６、７を用いて上記構成の燃料噴射システムの作動につ
いて説明する。図６において、ＮＥパルスとは、図２に
おけるエンジン回転数センサＳ２からの出力信号を電子
制御ユニットＥＣＵ内で波形整形した後の波形である。
このＮＥパルスおよび負荷センサＳ３、圧力センサＳ
１、さらに図示しない水温センサ、大気圧センサからの
信号に基づいて、電子制御ユニットＥＣＵは、電磁弁６
のコイル６２への通電を制御する。

【００２８】図６（ａ）点では、図１の電磁弁６のコイ
ル６２への通電は行われておらず、弁体７３は、スプリ
ング６７の付勢力によって開弁している。この時、燃料
室５２と流路１５とは連通している。圧送行程に入ると
インナーカム８のリフトが開始されるが、燃料室５２と
流路１５は連通しているため、圧力室２３内の燃料は、
流路１５、４２、燃料室５２を通って流出する。ここ
で、電子制御ユニットＥＣＵにより、電磁弁６のコイル
６２への通電を行うと、弁体７３はスプリング６７の付
勢力に抗して閉弁する（図６（ｂ）点）。なお、弁体７
３は、電磁弁６のコイル６２への通電開始から、遅れ時
間（ｔ₀ ）後に閉弁が終了する。

【００２９】その後、プランジャ２１の上昇とともに上
記圧力室２３内の容積が縮小し、圧力室２３内の圧力が
次第に高くなる。圧力室２３内の燃料の圧力が所定圧を
越えると、流路１６、デリバリバルブ３を経て、供給配
管Ｒ１よりコモンレールＲに高圧燃料が供給される（図
２）。プランジャ２１のリフトが最大となると（図６
（ｃ）点）、圧送が終了する。

【００３０】圧送が終了すると、次に、吸入工程に入る
が、本発明では上述したようにインナーカム８はカム山
の頂上部８２を円弧状に形成し（図５）、インナーカム
８のリフト曲線が、図６（ｃ）点から図６（ｄ）点の間
フラットとなるようにしてある。このため、インナーカ
ム８は直ちに吸入工程に入らず、最大リフトのままで維
持される。この最大リフト区間（フラット部）は、ここ
ではインナーカム８の回転角度で５°設けられており、
この間、プランジャ２１も最大リフト位置を維持する。

【００３１】電子制御ユニットＥＣＵは、通電開始から
時間（Ｔ）後に通電を終了する。この時間（Ｔ）は、個
々の電磁弁６のバラツキ、バッテリ電圧の変動を考慮し
て、コイルへ６２の通電を開始してから、弁体７３が閉
弁するまでの時間（ｔ₀ ）より長く設定している（通
常、約０．５ｍｓ程度）。このため、上述したように従
来の可変吐出量高圧ポンプでは、例えば、アイドル時の
ような小圧送量時に、電磁弁６の弁体７３の開弁が、図
１０に示すように吸入行程の開始後になってしまてい
た。また、電磁弁６のコイル６２への通電を停止してか
ら弁体７３の開弁が終了するまでに時間（ｔ₁ ）を要す
る。つまり、吸入行程に入った直後は、まだ電磁弁６の
弁体７３は閉弁しているため、圧力室２３に燃料が吸入
されず、カムローラ２２がインナーカム８から離れてジ
ャンピングし、騒音を発生するおそれがあった。

【００３２】これに対し、本発明の可変吐出量高圧ポン
プでは、圧送行程と吸入行程の間にカムリフトがフラッ
トとなる部分を設けたので、この間に弁体７３が開弁さ
せることができる。その後、吸入行程に入り、圧力室２
３には燃料が流入する。よって、カムローラ２２とイン
ナーカム８が離れることはなく、カムローラ２２とイン
ナーカム８の衝突による騒音を防止することができる。

【００３３】図７は、圧送工程開始から吸入行程終了ま
での１サイクルにおけるインナーカム８のカム速度を示
すもので、圧送工程終了から吸入行程を開始するまでの
５°の間、カム速度はゼロとなる。この間、図６のカム
リフトはフラットとなる。なお、インナーカム８は略円
形であるので、このようなリフト曲線を得るためには、
この５°の区間を点Ｏを中心とする円弧状とし、中心Ｏ
からの距離を一定とする必要がある（図５参照）。

【００３４】なお、上記各実施の形態では、インナーカ
ム式圧送の可変吐出量高圧ポンプＰに限らず、フェイス
カム式圧送の可変吐出量高圧ポンプ、さらには図１０に
示したような列式のプランジャによる圧送方式の可変吐
出量高圧ポンプに適用することもできる。

【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可変吐出量高
圧ポンプの全体断面図である。

【図２】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプを含
む燃料噴射装置の全体構成図である。

【図３】図１の部分拡大断面図である。

【図４】（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図で、プランジャ
が最上昇点にある状態を示す図、（ｂ）はプランジャが
最下降点にある状態を示す図である。

【図５】図４の部分拡大断面図である。

【図６】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの作
動を説明するための図である。

【図７】第１の実施の形態におけるカム速度とカムリフ
トの関係を示す図である。

【図８】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図であ
る。

【図９】従来の可変吐出量高圧ポンプの作動を説明する
ための図である。

【図１０】（ａ）は従来の可変吐出量高圧ポンプの作動
を説明するための図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図であ
る。

【符号の説明】

Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ Ｒ コモンレール Ｒ１ 共通配管（高圧流路） １ ポンプハウジング １１、１２、１３、流路（低圧流路） １５ 流路 ２ シリンダ ２１ プランジャ ２２ カムローラ ２３ 圧力室 ３ デリバリバルブ（圧送手段） ３１ 弁体 ３２ リターンスプリング ４１ スペーサ ４２ 流路 ５ ロックアダプタ ５１ 流路（低圧流路） ５２ 燃料室 ６ 電磁弁 ６２ コイル ７１ バルブボディ ７３ 弁体 ７５ シート面 ８ インナーカム（カム） ８１ カム面 ８２ 頂上部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に往復運動可能に嵌挿された
   プランジャと、上記プランジャを上記シリンダ内で往復
   運動させるカムと、上記シリンダの内壁面と上記プラン
   ジャの端面とで形成され、低圧流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する圧力
   室と、加圧燃料を高圧流路へ圧送する手段と、上記カム
   の圧送行程において上記圧力室から上記低圧流路にリリ
   ーフする燃料の量を調節するための電磁弁と、該電磁弁
   のコイルへの通電を制御する手段とを備え、上記カム
   を、リフト曲線の頂上部にフラット部を有する形状と
   し、上記プランジャが最大リフト位置において一定時間
   その状態を保持し、しかる後に下降を開始するようにし
   たことを特徴とする可変吐出量高圧ポンプ。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、上記プランジャが最大
   リフト位置にある間に上記電磁弁が開弁を終了するよう
   に制御する請求項１記載の可変吐出量高圧ポンプ。
3. 【請求項３】 上記カムのリフト頂上部における上記フ
   ラット部を、カムの回転角度で２°〜５°の範囲とした
   請求項１または２記載の可変吐出量高圧ポンプ。
4. 【請求項４】 リング状に形成した上記カムの内周面を
   複数のカム山を有するカム面となし、上記カム山の頂上
   部を、カム中心を中心とする円弧状に形成した請求項１
   ないし３記載の可変吐出量高圧ポンプ。