JPH11311165A - 可変容量ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ効率の向上を図ることができる可変容
量ポンプの提供する。 【解決手段】 本発明にかかる可変容量ポンプ２は、プ
ランジャ２３がバレル２９内を往復動してポンプ室３１
で加圧した燃料をコモンレール１１に圧送するポンプ部
３３と、コモンレールの燃料圧力を検知する圧力センサ
１５とを備え、ポンプ部３３は、プランジャの周面に形
成され、ポンプ室に連通された螺旋溝６５と、プランジ
ャを回転させる回転手段５３と、回転手段５３を駆動す
るアクチュエータ６９と、バレル２９に設けられ、螺旋
溝６５に出会ったときに燃料の一部を逃すスピルポート
６１と、ポンプ室３１に設けられた燃料の吸入弁５５
と、吐出弁５７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コモンレール内の
燃料圧力に応答して吐出量を変える可変容量ポンプに関
し、特に、プランジャの往復動によりポンプ室で加圧し
た燃料をコモンレールに圧送する可変容量ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガソリン機関の燃焼室にガソリ
ン燃料を直接噴射する直接噴射式内燃機関が公知であ
る。この種の内燃機関に用いられる燃料供給装置では、
高圧ポンプからコモンレールに燃料を圧送し、コモンレ
ールで蓄圧した後、インジェクタから内燃機関に燃料を
噴射している。

【０００３】コモンレールの燃料圧力に応答して、高圧
ポンプからの吐出量を可変にしたものとして、例えば、
特開平３−１８２６６４号公報には、吐出行程の途中で
吸入バルブ（電磁バルブ）の開閉を制御して燃料を圧送
する技術が開示されている。この公報の技術ではカムリ
フトの高い位置で燃料を圧送するので、燃料の圧送時に
高い面圧がかかるカムノーズを大きく取る必要があり、
高圧ポンプには適合し難いという問題がある。また、吸
入絞り損失を小さくするためバルブリフトを大きくしな
ければならず、電磁バルブの応答性が低下するという不
都合がある。

【０００４】これに対して、特公平６−１０４６０号公
報には、プランジャをラックにより回転させて、プラン
ジャの周面に形成した螺旋状の通路（リード）と、燃料
の吸入ポートとの連通位置を変えることによって、吐出
時に燃料を吸入ポートから逃して吐出量を可変にした構
成が開示されている。

【０００５】この公報に開示の技術では、スピルポート
が燃料の吸入ポートを兼ねているので、プランジャがボ
トム位置からリフトしてプランジャヘッドが吸入ポート
を閉じてから圧送が始まり、更にリフトしてリードと吸
入ポートとが一致したときに燃料の圧送が終わり、更に
プランジャがリフトし、トップに至ってから下降を始め
吸入ポートが閉じて、ポンプ室に著しい負圧を発生させ
ながら下降を続け、プランジャトップが吸入ポートに達
したときに、燃料を吸入ポートから吸い込んでいる。

【０００６】この公報の技術では、カムリフトの高い位
置で燃料の圧送がないので、カムノーズ面圧が小さくで
き高圧ポンプにも対応できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、吸入ポートまでプランジャが下降し
たときに、燃料を吸入するから、燃料の吸入開始までに
ポンプ室に著しい負圧を発生させており、ポンプ効率が
低下するという問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は、ポンプ効率の向上を図
ることができる可変容量ポンプの提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、プランジャがバレル内を
往復動してポンプ室で加圧した燃料をコモンレールに圧
送するポンプ部と、コモンレールの燃料圧力を検知する
圧力センサとを備え、圧力センサからの出力に応答して
ポンプ部からの吐出量を変える可変容量ポンプであっ
て、前記ポンプ部は、プランジャの周面に形成され、ポ
ンプ室に連通された螺旋溝と、プランジャに係合してプ
ランジャを回転させる回転手段と、圧力センサの出力に
応答して回転手段を駆動するアクチュエータと、前記バ
レルに設けられ、前記螺旋溝に出会ったときに燃料の一
部を逃すスピルポートと、ポンプ室に設けられた燃料の
吸入弁と、吐出弁とを備えることを特徴とする。

【００１０】この請求項１に記載の発明によれば、圧力
センサの検知圧力に応じて、アクチュエータを駆動し
て、プランジャを回転させることによって、螺旋溝とス
ピルポートとの出会う位置を調整して、燃料の供給を可
変とする。

【００１１】一方、吐出行程では、プランジャがスピル
ポートを閉じた状態でボトム位置からリフトして吐出弁
を開いて燃料の圧送が始まり、更にリフトして螺旋溝と
吸入ポートとが出会ったときに燃料の一部をスピルする
のでこの位置で燃料の圧送が終了する。更に、燃料をス
ピルしながらプランジャが上昇して、プランジャがトッ
プ（死点）に至ったときにも螺旋溝と吸入ポートとは出
会った状態にある。

【００１２】次に、プランジャがトップの位置から下降
を始め、螺旋溝とスピルポートとが出会っている間は、
ポンプ室にはスピルポートから燃料が供給されるのでポ
ンプ室が負圧になることを防止する。更にプランジャが
下降してスピルポートと螺旋溝とが出会わない位置にな
ると、こんどは吸入弁が開き、ポンプ室内に燃料を供給
する。

【００１３】このように、プランジャの下降時には、吸
入弁が開くまではスピルポートから燃料を供給してポン
プ室の負圧を低減しているので、ポンプ効率の向上を図
ることができる。更に、プランジャの上昇時には、燃料
の吐出は、カムリフトの低い位置でおこなうことができ
るので、消費動力を低減し、ポンプ効率を向上できる。

【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記アクチュエータは、リニアソレノ
イドであり、前記回転手段はプランジャに係合するコン
トロールスリーブと、コントロールスリーブの突起に係
合するコントロールロッドとを備え、リニアソレノイド
がコントロールロッドを駆動することを特徴とする。

【００１５】この請求項２に記載の発明では、圧力セン
サからの応答によりリニアソレノイドに供給する電力を
制御することによって、プランジャを回転させるので、
構成が簡易であり、且つプランジャの回転をコントロー
ルスリーブの突起に係合するコントロールロッドの駆動
により行っているので摺動抵抗が少なく、コントロール
ロッドを駆動するリニアソレノイドの容量も比較的小さ
くできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に
かかる高圧ポンプ２を搭載した燃料噴射装置１の回路図
である。この燃料噴射装置１は、ガソリンエンジンの燃
焼室（気筒）にガソリンを直接噴射するもので、いわゆ
る直接噴射式ガソリンエンジンに用いられるものであ
る。この燃料噴射装置１は、概して、燃料タンク３と、
燃料タンク３の燃料を汲み上げる低圧ポンプ５、低圧ポ
ンプ５から燃料が供給される高圧ポンプ２、高圧ポンプ
２から圧送された燃料を蓄圧する蓄圧器としてのコモン
レール１１を接続して構成されている。

【００１７】低圧ポンプ５には、リリーフ弁７が設けら
れており、燃料の供給圧力が所定の圧力よりも高まる
と、弁を開いて圧送する燃料の一部を燃料タンク３に戻
して供給圧力を定めている。コモンレール１１には、複
数のインジェクタ１３が接続されており、コモンレール
１１で高圧に蓄圧された燃料を各インジェクタ１３から
それぞれエンジンの気筒内に噴射するようになってい
る。

【００１８】コモンレール１１には、圧力センサ１５が
設けられており、この圧力センサ１５からの検知信号
（出力信号）はコントロールユニット１７に送られてい
る。コントロールユニット１７には、更に、エンジンの
回転数の信号が送られており、コモンレール圧力とエン
ジン回転数とに基づいて高圧ポンプ２の吐出量を制御す
るようになっている。

【００１９】次に、高圧ポンプ２の構成を図２及び図３
を用いて説明するが、図２は概略的構成を示す縦断面図
であり、図３は図２と交差する方向における断面図で、
アクチュエータ部分を抜き出して示したものである。高
圧ポンプ２において、ポンプハウジング２５には、プラ
ンジャ２３が収納されており、このプランジャ２３はカ
ム２７の回転によりプランジャバレル２９内を往復動す
るようになっている。

【００２０】ポンプハウジング２５には、プランジャバ
レル２９とともにポンプ室３１を規定するデリバリホル
ダ３２が嵌合されており、このデリバリホルダ３２にポ
ンプ部３３が設けられている。このポンプ部３３には、
低圧の燃料が供給される吸入通路３５と、ポンプ室２９
で加圧された燃料を吐出する吐出通路３７とが設けられ
ており、これらの吸入通路３５と吐出通路３７とは、ポ
ンプ室３１に連通されている。

【００２１】一方、プランジャ２３の下部には、プッシ
ュロッド３９が設けられ、このプッシュロッド３９の下
端部には、スプリング４７の下端を支持する支持部材４
１が固装されており、この支持部材４１とこの指示部材
４１の外側に設けられた受け部材４３とでスプリング４
７の下端を保持している。スプリング４７は、プランジ
ャ２３を常時下方に付勢するものであり、スプリング４
７の上端は、固定部材４９の下面に支持されている。

【００２２】プッシュロッド３９の途中には、係合部４
５が設けられており、この係合部４５は相対回動不能な
状態でコントロールスリーブ５３に係合されている。コ
ントロールスリーブ５３は後述するコントロールロッド
５１により駆動されるようになっている。

【００２３】デリバリホルダ３２には、燃料の吸入弁５
５及び吐出弁５７とが配置されており、吸入弁５５はポ
ンプ室３１に連通する吸入通路３５の吸入口３４に着座
しており、スプリング５８より着座方向に付勢されてい
る。一方、吐出弁５７は、吐出通路３７に連通する吐出
口３８に着座しており、スプリング５９により着座方向
に付勢されている。

【００２４】プランジャバレル２９には、プランジャ２
３の摺動面に開口したスピルポート６１が設けられてお
り、このスピルポート６１は、連通路６３により吸入通
路３５に連通されている。本実施の形態では、スピルポ
ート６１と吸入弁５５とは、デリバリホルダ６０に設け
ているので、これらの配管が少なくでき且つ構成が簡易
である。

【００２５】一方、プランジャ２３には、その周面に螺
旋溝６５が形成されており、この螺旋溝６５は、プラン
ジャ２３内に形成された通路６７によりポンプ室３１に
連通されている。この螺旋溝６５は、プランジャ２３が
所定角度回転することによって、スピルポート６１に出
会う時期が変わるようになっている。

【００２６】プランジャ２３を回転させるコントロール
スリーブ５３は突起４６を備えており、この突起４６は
コントロールロッド５１に係合し、コントロールロッド
５３の駆動により、コントロールスリーブ５３が駆動す
るものである。図３に示すように、コントロールロッド
５１はリニアソレノイド６９により駆動されている。こ
のリニアソレノイド６９は、固定された永久磁石７１
と、コントロールロッド５１に設けられ、電力の供給に
より励磁される電磁石７３とを備えており、電磁石７３
の励磁によりコントロールスリーブ５３を所定量移動す
るものである。尚、コントロールロッド５１の他端は、
リターンスプリング７５により付勢されている。

【００２７】リニアソレノイド６９では、コントロール
ユニット１７からの駆動信号に応じて供給電力を制御し
て、コントロールロッド５１の移動量を制御している。
リニアソレノイド６９は、応答性が良いとともに、一定
負荷に対してはコントロールスリーブ５３が動かなくて
もよいので、電力消費が小さい。

【００２８】次に、燃料噴射装置１の作用を説明する。
燃料噴射装置１の運転時には、燃料タンク３の燃料は、
低圧ポンプ５から高圧ポンプ２に供給され、高圧ポンプ
２では、プランジャ２３の往復動によりポンプ室３１の
燃料を加圧してコモンレール１１に燃料を供給し、コモ
ンレール１１の各インジェクタ１３から燃料を噴出す
る。

【００２９】高圧ポンプ２では、コモンレール１１の圧
力を検知する圧力センサ１５の検出量に応答して圧送量
を変えるが、これについては後述することとし、先に、
図４及び図５を参照して燃料の圧送と吸入について説明
する。図４は、燃料の圧送と吸入及びスピルとの関係を
示したグラフであり、縦軸にカムリフト量、横軸にカム
の回転角度を取っている。図５は、図４に示す各位置に
おけるプランジャ２３の螺旋溝６５とスピルポート６１
との位置、及び吸入弁５５の状態とを示す図である。

【００３０】燃料の圧送時には、プランジャ２３が図５
の（ａ）に示す位置から上昇して、ポンプ室３１の燃料
を加圧する。この（ａ）に示す位置では、吸入弁５５は
閉じており、更に螺旋溝６５とスピルポート６１とは出
会位置にない。この（ａ）から（ｂ）までプランジャ２
３が上昇するときは、ポンプ室３１の燃料は加圧され、
吐出弁５７を開いて燃料を圧送する。即ち、（ａ）から
（ｂ）までは、燃料の圧送期間であり、燃料の圧送は、
図４に示すように、カムリフトの低い所で送油するた
め、消費動力が低減できる。

【００３１】更に、プランジャ２３が、図５の（ｂ）に
示す位置を越えて上昇すると、螺旋溝６５とスピルポー
ト６１とが出会う。これによりスピルポート６１とポン
プ室３１とが連通するので、ポンプ室３１の燃料はスピ
ルポート６１から逃され、プランジャ２３が上昇しても
燃料は圧送されない。更に、プランジャ２３が上昇して
上死点に達する（ｃ）の位置まで燃料は圧送されない。
（ｃ）の位置では、螺旋溝６５とスピルポート６１とが
一致する位置になり、引き続きスピルポート６１とポン
プ室３１とが連通するので、ポンプ室３１の燃料はスピ
ルポート６１から逃される。

【００３２】（ｂ）から（ｃ）の間ではカムリフトが高
い位置にあるが、かかるカムリフトの高い位置におい
て、燃料の圧送はないからカム２７にかかる面圧を低減
できるので、高圧、高送油量が容易に設定できる。即
ち、本実施の形態にかかる高圧ポンプ２で、高圧、高送
油量に対応する自由度が高い。

【００３３】図４の（ｃ）の上死点から（ｄ）に示す状
態までプランジャ２３が下がるときには、螺旋溝６５と
スピルポート６１とが出会っており、スピルポート６１
から燃料がポンプ室３１に供給される。従って、（ｃ）
から（ｄ）までのプランジャ２３の下降時に、ポンプ室
３１が負圧になるのを防止する。

【００３４】（ｄ）では、図５に示すように、螺旋溝６
５はスピルポート６１と出会わない位置にあり、この位
置からプランジャ２３が更に下降して（ａ）の位置まで
移動する間は、吸入弁５５が開き、ポンプ室３１に燃料
が供給される。

【００３５】以上のように、本実施の形態では上述の
（ａ）から（ｄ）の行程を繰り返すが、（ｃ）、
（ｄ）、（ａ）のプランジャ２３の下降行程に、ポンプ
室３１が負圧になるのを防止し、負荷の低減によりポン
プ効率の向上を図ることができる。

【００３６】次に、高圧ポンプ２において、圧送量を変
える制御について説明する。圧力センサ１５がコモンレ
ール１１の圧力を検知すると、その検知信号はコントロ
ールユニット１７に送られる。コントロールユニット１
７ではこの圧力信号とエンジンの回転数との関係から、
プランジャ２３を所定量回転させて螺旋溝６５とスピル
ポート６１との出会時期を制御する。

【００３７】この場合、コントロールユニット１７から
の制御信号を受けて、電磁石７３が所定量励磁される
と、コントロールロッド５１が直線上を所定量移動す
る。これに連動してコントロールスリーブ５３とともに
プランジャ２３が回転する。コントロールロッド５１と
突起４６との係合によりコントロールスリーブ５３を回
転させる構成であるから、摺動抵抗が小さく、応答性が
よい。例えば、本実施の形態では摺動抵抗が１００ｇ以
下であり、リニアソレノイド６９の容量を小さくでき
る。

【００３８】このように、プランジャ２３を回転させて
スピルポート６１と、螺旋溝６５との出会い時期をずら
すことによって、ポンプ室３１から燃料の圧送時間が変
わり、コモンレール１１への吐出量が可変になる。

【００３９】本発明は、上述した実施の形態に限らず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、プランジャ２３を回転させるコントロールスリ
ーブ５３の駆動は、リニアソレノイド６９に限らず、油
圧シリンダと電磁弁とを組み合わせたり、回転型モータ
アクチュエータを駆動源としたリンクにより駆動させる
ものであってもよい。

【００４０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、プラン
ジャの下降時には、吸入弁が開くまでスピルポートから
燃料を供給してポンプ室の負圧を低減しているので、ポ
ンプ効率の向上を図ることができる。

【００４１】更に、プランジャの上昇時には、燃料の吐
出は、カムリフトの低い位置でおこなうことができるの
で、消費動力を低減し、ポンプ効率を向上できる。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、プランジ
ャを回転させるアクチュエータとしてリニアソレノイド
を用いているので、構成が簡易であり、電力消費量も少
なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる燃料噴射装置の回
路図である。

【図２】高圧ポンプの概略的構成を示す縦断面図であ
る。

【図３】アクチュエータの概略的構成を抜き出して示す
図である。

【図４】図２に示す高圧ポンプの圧送及び吸入行程を示
すグラフ図である。

【図５】図４に示すカムの回転位置におけるプランジャ
と、吸入弁及びスピルポートの関係を示す図である。

【符号の説明】

２ 高圧ポンプ（可変容量ポンプ） １１ コモンレール １５ 圧力センサ ２３ プランジャ ２９ プランジャバレル（バレル） ３３ ポンプ部 ５３ コントロールスリーブ ５５ 吸入弁 ５７ 吐出弁 ６１ スピルポート ６５ 螺旋溝 ６９ リニアソレノイド（アクチュエータ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０４Ｂ 1/04 Ｆ０４Ｂ 1/04 1/047 1/053

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プランジャがバレル内を往復動してポン
   プ室で加圧した燃料をコモンレールに圧送するポンプ部
   と、コモンレールの燃料圧力を検知する圧力センサとを
   備え、圧力センサからの出力に応答してポンプ部からの
   吐出量を変える可変容量ポンプであって、 前記ポンプ部は、プランジャの周面に形成され、ポンプ
   室に連通された螺旋溝と、プランジャに係合してプラン
   ジャを回転させる回転手段と、圧力センサの出力に応答
   して回転手段を駆動するアクチュエータと、前記バレル
   に設けられ、前記螺旋溝に出会ったときに燃料の一部を
   逃すスピルポートと、ポンプ室に設けられた燃料の吸入
   弁と、吐出弁とを備えることを特徴とする可変容量ポン
   プ。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータは、リニアソレノイ
   ドであり、前記回転手段はプランジャに係合するコント
   ロールスリーブと、コントロールスリーブの突起に係合
   するコントロールロッドとを備え、リニアソレノイドが
   コントロールロッドを駆動することを特徴とする請求項
   １に記載の可変容量ポンプ。