KR100373616B1 - 고압 연료 펌프 및 고압 연료 펌프용 캠 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고압 연료 펌프를 구동하는 캠(25)의 캠 프로파일을, 흡입 행정과 토출 행정에서 비대칭으로 한다. 상세하게는, 토출 행정에서의 캠각(θ1)을 흡입 행정에서의 캠각(θ2)보다도 크게 하고, 그 구동축이 등속 회전하고 있는 경우에도, 토출 행정에 필요한 시간이 길어지도록, 따라서, 토출 행정에서의 가압실의 용적 변화 속도가 작아지도록 한다.

Description

고압 연료 펌프 및 고압 연료 펌프용 캠{High-pressure fuel pump and cam for high-pressure fuel pump}
본 발명은 연료 탱크에 저장된 연료를 내연기관의 고압 연료 분사계에 압송 공급하는 동시에, 그 압송량(토출량)을 스필 밸브에 의해서 조절하는 고압 연료 펌프 및 고압 연료 펌프용 캠에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 고압 연료 펌프로서는, 예를 들면 일본 특개평10-176618호 공보, 또는 일본 특개평10-176619호 공보 등에 기재된 펌프가 알려져 있다.
이들 공보의 기재로부터도 명백한 바와 같이, 이러한 종류의 고압 연료 펌프에 있어서는 통상, 내연기관에 의해 회전 구동되는 캠에 의해서 실린더 내의 플런저가 왕복 동작된다. 그리고, 그 실린더와 플런저에 의해 구획되는 가압실의 용적이 확대되는 흡입 행정에 있어서 연료 탱크로부터 가압실로의 연료 흡입이 행해지고, 상기 가압실의 용적이 축소되는 토출 행정에 있어서 상기 흡입된 연료의 토출 통로로의 토출이 행해진다. 단, 상기 토출 행정에서는 스필 밸브(전자 스필 밸브)의 밸브 폐쇄 기간이 제어되고, 상기 행정에서의 실질적인 연료 토출량은, 제어되는 스필 밸브의 밸브 폐쇄 기간에 따라서 결정된다. 즉, 토출 행정이라고 하더라도, 스필 밸브가 개방 상태에 있을 때에는, 가압실에서 가압되는 연료가 저압 통로로 흘러 넘치도록 되어 있고, 상기 연료의 가압 중에 적절한 타이밍에서 스필 밸브가 폐쇄됨으로써, 비로서 상기 토출 통로로의 연료 토출이 개시된다. 그리고 그 후, 상기 스필 밸브가 다시 개방되는 타이밍에서, 토출 중의 연료가 상기 저압 통로에 스필되며, 상기 연료의 토출이 차단된다. 고압 연료 펌프에 있어서는 이와 같이, 스필 밸브를 사용함으로써, 정밀도가 높은 연료 토출량의 조절이 가능해져 있다.
그런데, 이러한 고압 연료 펌프의 작동 시에, 특히 그 토출 행정에 있어서 플런저의 상승 운동과 동시에 가압실 내의 연료에 가해지는 압력은, 상기 스필 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 작용한다. 이 때문에, 연료의 토출 행정의 어떤 시기에 상기 스필 밸브가 폐쇄될 때, 이러한 연료 압력에 의해서 상기 스필 밸브의 폐쇄 속도가 더 가속되게 되고, 그 밸브 폐쇄에 따른 충격음이 커진다. 특히, 해당 기관이 아이들 운전 상태 등의 저부하 운전 상태에 있을 때에는, 해당 기관 그 자체의 작동음이 다른 운전 상태 시와 비교하여 작아지기 때문에, 고압 연료 펌프가 발생하는 이러한 작동음(충격음)이 상대적으로 무시할 수 없을 정도로 커진다.
본 발명의 목적은, 내연기관이 아이들 운전 상태 등의 저부하 운전 상태에 있을 때라도, 스필 밸브의 밸브 폐쇄에 관련되는 작동음을 적절하게 저감할 수 있는 고압 연료 펌프를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고압 연료 펌프의 일 실시예에 대하여 그 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1의 실시예에 채용되는 펌프 구동용 캠의 형상을 도시하는 개략도.
도 3은 상기 캠의 캠 각도에 대한 리프트량 변화를 도시하는 그래프.
도 4는 다른 예의 고압 연료 펌프 구성을 도시하는 블록도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 고압 연료 펌프 13 연료 탱크
14 저압 피드 펌프 20 실린더
21 플런저 22 가압실
23 태핏 24 구동축
25 캠 30 흡입 통로
32 연료 필터 41 스필 밸브
본 발명의 제 1 예는, 내연기관에 의해 회전 구동되는 캠에 의해서 실린더 내의 플런저가 왕복 동작됨과 동시에, 그 실린더와 플런저에 의해 구획되는 가압실의 용적이 확대되는 흡입 행정에 있어서 연료 탱크로부터 상기 가압실로의 연료 흡입이 행해지고, 상기 가압실의 용적이 축소되는 토출 행정에 있어서 스필 밸브의 밸브 폐쇄 기간 제어에 기초하여 조절되는 양만 상기 가압실로부터 토출 통로로의 연료 토출이 행해지는 고압 연료 펌프로서, 상기 토출 행정에서의 상기 가압실의 용적 변화 속도를 상기 흡입 행정에서의 상기 가압실의 용적 변화 속도보다도 작게 하는 속도 가변 수단을 구비한다.
상술한 바와 같이, 플런저의 상승 운동과 동시에 가압실 내의 연료에 가해지는 압력은 스필 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 작용한다. 그리고, 상기 스필 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 작용하는 압력의 크기는, 플런저의 상승 속도, 즉 토출 행정에서의 가압실의 용적 변화(축소) 속도에 의존한다. 그래서, 토출 행정에서의 가압실의 용적 변화 속도를, 흡입 행정에서의 가압실의 용적 변화 속도보다도 작게 함으로써 스필 밸브의 밸브 폐쇄 방향으로 작용하는 압력을 저감할 수 있고, 나아가서는 스필 밸브 폐쇄 시의 충격음도 저감할 수 있게 된다. 그리고, 이렇게 하여 스필 밸브 폐쇄 시의 충격음이 완화되는 것으로, 내연기관이 아이들 운전 상태 등, 저부하 운전 상태에 있을 때의 고압 연료 펌프의 작동음도 양호하게 저감되게 된다.
상기의 예에 있어서, 상기 속도 가변 수단은 상기 캠이고, 상기 캠은, 그 캠 프로파일이 상기 토출 행정과 상기 흡입 행정에서 비대칭으로 되며, 토출 행정에서의 캠 각도가 흡입 행정에서의 캠 각도보다도 크게 설정되도록 할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 토출 행정 기간에 캠이 회전하는 각도를 흡입 행정 기간에 캠이 회전하는 각도보다도 크게 하는 것과 같은 캠 프로파일의 설정을 통하여, 상기 캠 프로파일이 흡입 행정과 토출 행정에서 대칭으로 되는 캠을 사용한 경우와 비교하여 토출 행정 기간에 있어서의 가압실의 용적 변화 속도를 작게 할 수 있게 된다. 이 때문에, 간단하고 또한 확실하게 상술한 작동음 저감 효과를 얻을 수 있게 된다.
더욱이, 상기 캠은, 토출 행정의 일부 또는 전부에 있어서 캠 각도에 대한 상기 가압실의 용적 변화 속도가 일정해지는 캠 프로파일로 설정되도록 할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 토출 행정 시에 가압실의 용적 변화 속도가 일정해지는 부분을 설치함으로써 토출량이 선형 변화를 나타내게 된다. 이 때문에, 가압실로부터의 토출량을 상기 스필 밸브의 밸브 폐쇄 기간 제어에 기초하여 조절하는 경우 등에서는, 보다 간단한 계산에 기초하는 보다 간소한 밸브 폐쇄 기간 제어가 가능해진다.
본 발명의 제 2 예는, 내연기관에 의해 회전 구동되는 캠에 의해서 실린더 내의 플런저가 왕복 동작됨과 동시에, 그 실린더와 플런저에 의해 구획되는 가압실의 용적이 확대되는 흡입 행정에 있어서 연료 탱크로부터 상기 가압실로의 연료 흡입이 행해지고, 상기 가압실의 용적이 축소되는 토출 행정에 있어서 스필 밸브의 밸브 폐쇄 기간 제어에 기초하여 조절되는 양만 상기 가압실로부터 토출 통로로의 연료 토출이 행해지는 고압 연료 펌프의 상기 구동용의 캠으로서, 그 캠 프로파일이 상기 토출 행정과 상기 흡입 행정에서 비대칭으로 되고, 토출 행정에서의 캠 각도가 흡입 행정에서의 캠 각도보다도 크게 설정되어 이루어진다.
상기의 캠을 사용함으로써, 토출 행정에서의 플런저 속도(가압실의 용적 변화(축소) 속도)를 저하시킬 수 있고, 나아가서는 스필 밸브 폐쇄시의 충격음에 기인하는 고압 연료 펌프의 작동음을 저감할 수 있다.
상기의 예에 있어서, 상기 캠은, 토출 행정의 일부 또는 전부에 있어서 캠 각도에 대한 상기 가압실의 용적 변화 속도가 일정해지는 캠 프로파일로 설정되어 이루어지도록 할 수 있다.
이로써, 스필 밸브의 제어에 있어서, 보다 간단한 계산에 기초하는 보다 간소한 밸브 폐쇄 기간 제어가 가능해진다.
본 발명의 제 3 예는, 상술한 구조를 사용한 고압 연료의 펌핑 방법을 포함한다.
이하, 본 발명의 고압 연료 펌프를 구체화한 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 고압 연료 펌프를 구비하는 고압 연료 분사 장치의 개략 구성을 도시하고 있다. 이 고압 연료 분사 장치는, 엔진(내연기관; 15)의 각 기통에 고압 연료를 직접 분사 공급하기 위한 장치이며, 고압 연료 펌프(11), 연료 탱크(13), 저압 피드 펌프(14), 축압 배관(딜리버리 파이프, 커먼 레일 등; 55), 및 인젝터(injector; 56) 등을 구비하고 있다.
여기서, 고압 연료 펌프(11)는 연료를 고압으로 가압하여 이것을 축압 배관(55)에 토출 압송하기 위한 것이고, 실린더(20)와, 상기 실린더(20)내에서 왕복 동작하는 플런저(21)와, 실린더(20)의 내주벽면 및 플런저(21)의 상단면에 의해 구획 형성된 가압실(22)과, 저압실(42)과, 이들 가압실(22) 및 저압실(42) 사이에설치된 스필 밸브(전자 스필 밸브; 41)를 구비하여 구성되어 있다.
이렇게 구성되는 고압 연료 펌프(11)에 있어서, 플런저(21)의 하단(상기 도면의 하단)에 장착된 태핏(tappet; 23)은, 스프링(도시 생략)의 가압력에 의해 엔진(15)의 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트에 연결된 구동축(24)에 설치되어 있는 캠(25)에 압접되어 있다. 구동축(24)의 회전에 따라서 캠(25)이 회전함으로써, 플런저(21)가 실린더(20)내를 왕복 동작하여 가압실(22)내의 용적이 변화한다. 또 본 실시예에 있어서, 상기 캠(25)으로서는, 그 캠 프로파일이 흡입 행정과 토출 행정에서 비대칭으로 형성된 것을 채용하고 있지만, 그 상세한 것에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.
또한, 상기 가압실(22)은, 스필 밸브(41) 및 흡입 통로(30)를 통하여 연료 탱크(13)에 접속되어 있다. 이 흡입 통로(30)에는 저압 피드 펌프(14) 및 연료 필터(32)가 설치되어 있다. 이 저압 피드 펌프(14)는, 엔진(15)의 운전을 총괄 제어하는 전자 제어 장치(이하, 「ECU」라고 한다; 60)에 의한 제어하에 전기적으로 구동되는 것으로, 이 피드 펌프(14)에 의해서 연료 탱크(13)내의 연료가 퍼 올려지고, 상기 고압 연료 펌프(11)로 이송된다. 그리고 그 때, 연료 필터(32)에 의해서 연료 내에 혼입되어 있는 불순물이 제거된다.
이 흡입 통로(30)를 통하여 고압 연료 펌프(11)로 이송된 연료는 상기 스필 밸브(41)를 통하여 가압실(22)내에 도입된다. 이 스필 밸브(41)는 전자 밸브이고, ECU(60)의 제어에 의한 솔레노이드 코일(45)로의 통전의 유무에 기초하여 밸브 폐쇄 상태 또는 밸브 개방 상태로 제어되는 것이다. 즉, 상기 스필 밸브(41)는 항상 개방형의 전자밸브이며, 상기 솔레노이드 코일(45)로의 통전이 없고, 도시하지 않은 스테이터가 여자되어 있지 않을 때에는, 스프링(49)의 가압력에 의해서 밸브 본체(47)가 가압실(22)의 개구부(22a)로부터 이탈하는 밸브 개방 상태로 유지된다. 한편, 상기 솔레노이드 코일(45)에 의해서 스테이터가 여자될 때에는, 아마추어(armature; 48)가 상기 스프링(49)의 가압력에 맞서서 스테이터측으로 이동하고, 이러한 이동에 의해 밸브 본체(47)가 개구부(22a)를 폐쇄하여 밸브 폐쇄 상태로 된다.
또한, 상기 흡입 통로(30)에 있어서 저압 피드 펌프(14)와 연료 필터(32) 사이의 부분은 릴리프 통로(33)에 의해 연료 탱크(13)에 접속되어 있다. 그리고 이 릴리프 통로(33)의 도중에는 릴리프 밸브(34)가 설치되어 있다. 상기 밸브(34)는 저압 피드 펌프(14)와 연료 필터(32) 사이의 흡입 통로(30)내의 연료 압력이 소정치 이상으로 된 경우에 개방한다. 이러한 릴리프 밸브(34)의 밸브 개방에 의해, 흡입 통로(30)내의 연료는 릴리프 통로(33)를 통과하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다. 그 결과, 저압 피드 펌프(14)로부터 연료 필터(32)로 이송되는 연료의 압력이 거의 일정하게 유지되게 된다.
또한, 스필 밸브(41; 저압실(42))와 연료 탱크(13) 사이의 스필 통로(39)에는 프레셔 레귤레이터(50)가 설치되어 있고, 스필 밸브(41)의 밸브 개방 시에는, 이 프레셔 레귤레이터(50)의 밸브 개방압을 넘는 압력의 연료가 스필 통로(39)를 통하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다.
또한, 상기 가압실(22)에는, 토출 통로(35) 및 체크 밸브(36)를 통하여 상기 축압 배관(55)이 접속되어 있다. 이 축압 배관(55)은, 연료를 고압의 상태로 유지함과 동시에, 그 연료를 엔진(15)의 각 기통에 설치된 인젝터(56)에 분배하기 위한 것이다. 각 인젝터(56)는, ECU(60)로부터의 구동신호에 기초하여 개폐함으로써, 엔진(15)의 각 기통에 대하여 소정량의 연료를 분사 공급한다. 또한, 토출 통로(35)에 설치된 체크 밸브(36)는, 가압실(22)로부터 축압 배관(55)을 향하는 연료의 유통만을 허용하는 밸브이고, 상기 밸브(36)에 의해서 축압 배관(55)으로부터 가압실(22)로의 연료의 역류가 규제되고 있다.
더욱이, 축압 배관(55)은, 도중에 릴리프 밸브(37)가 설치된 릴리프 통로(38)에 의해 연료 탱크(13)에 접속되어 있다. 축압 배관(55)의 연료 압력이 소정치 이상으로까지 상승하였을 때에 릴리프 밸브(37)가 개방함으로써, 축압 배관(55)내의 연료가 릴리프 통로(38)를 통과하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다. 이로써, 축압 배관(55)내의 연료 압력이 과대해지는 것이 방지된다. 또한, 축압 배관(55)에는 연료압 센서(61)가 장착되어 있고, 이 연료압 센서(61)에 의해서 축압 배관(55)내의 연료 압력이 검출되며, ECU(60)에 의해서 모니터된다. ECU(60)는, 도시하지 않은 CPU, RAM, ROM 및 IO 포트 등을 구비하는 마이크로컴퓨터를 가지고 구성되어 있다.
그런데, 본 실시예에 따른 고압 연료 펌프(11)에서는, 상술한 바와 같이, 플런저(21)를 왕복 구동하는 캠(25)으로서, 그 캠 프로파일이 흡입 행정과 토출 행정에서 비대칭으로 되는 캠을 사용하고 있다. 상기 캠(25)의 캠 프로파일을 도 2에 확대하여 도시한다.
상기 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 캠(25)에는, 흡입 행정 및 토출 행정에 각각 대응하는 부분이 각 2개씩 설치되어 있다. 그리고 상기 캠(25)에 있어서는, 이들 각부분중, 토출 행정에 대응하는 부분, 즉 토출 행정에 대응하는 캠 각도(θ1)가, 흡입 행정에 대응하는 부분, 즉 흡입 행정에 대응하는 캠 각도(θ2)보다도 큰 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 구동축(24)이 동일한 회전속도로 회전하는 경우일지라도, 가압실(22)의 흡입 행정에서의 용적 변화(확대) 속도는 커지고, 상기 가압실(22)의 토출 행정에서의 용적 변화(축소) 속도는 작아진다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성되는 본 실시예의 고압 연료 펌프의 동작에 대하여 도 3a, 도 3b 를 참조하여 설명한다.
도 3a에서, 실선(200)과 파선(100)은, 캠 각도에 대한 플런저(21)의 리프트량을 도시하고 있다. 파선(100)은, 종래 기술에서의 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 개시 시기를 나타내는 파선(120)과 밸브 개방 시기를 나타내는 파선(130)을 가지고 있다. 파선(200)은, 본 발명에서의 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 시기를 나타내는 파선(220)과 스필 밸브(41)의 밸브 개방 시기를 나타내는 파선(230)을 가지고 있다.
엔진(15)의 운전이 개시되면, 상기 구동축(24)의 회전에 따라서 캠(25)이 회전함으로써, 플런저(21)는 실린더(20)내에서 상하 방향으로 왕복 동작한다. 그리고, 저압 피드 펌프(14)로부터 흡입 통로(30)를 통하여 공급되는 연료 탱크(13)내의 연료는, 고압 연료 펌프(11)의 흡입 행정에 있어서 플런저(21)가 상사점(230)으로부터 하강 동작을 개시함과 동시에, 밸브 개방 상태에 있는 스필 밸브(41)를 통하여 가압실(22)에 도입된다.
한편, 상기 고압 연료 펌프(11)의 토출 행정에 있어서 플런저(21)가 하사점으로부터 상승하기 시작하면, 스필 밸브(41)가 개방하고 있는 기간은, 가압실(22)의 연료의 일부가 상기 스필 밸브(41)를 통하여 스필 통로(39)에 흘러 넘치고, 프레셔 레귤레이터(50)를 통하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다. 즉, 토출 행정이라고는 해도, 이 스필 밸브(41)가 개방 상태에 있는 기간은, 가압실(22)의 연료가 축압 배관(55)에 압송되는 일은 없다.
이것에 대하여, 솔레노이드 코일(45)로의 통전에 따라 스필 밸브(41)가 폐쇄 되면, 가압실(22)내의 연료가 가압되고, 이 가압된 연료는 토출 통로(35) 및 체크 밸브(36)를 통하여 축압 배관(55)에 압송된다.
이 때, ECU(60)는, 연료압 센서(61)에 의해 검출되는 축압 배관(55)내의 연료 압력이 소정 압력으로 되도록, 상기 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 기간, 즉, 솔레노이드 코일(45)로의 통전을 개시하는 시기 및 통전을 정지하는 시기를 조정하여 축압 배관(55)내로의 연료 압송량을 제어한다.
그런데 상술한 바와 같이, 파선(120)으로 나타내는 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄시에는 통상, 솔레노이드 코일(45)로 통전에 수반하는 전자적인 동력에 더하여, 가압실(22)에서 가압된 연료가 상기 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 방향으로 큰 압력을 주기 위해서, 큰 충격음을 수반한다. 그리고 특히, 아이들 운전 시 등의 저부하 운전 시에 있어서는, 엔진(15) 자체의 작동음이 작기 때문에, 이러한 충격음이 상대적으로 커지는 것도 상술하였다.
그러나 이 점, 본 실시예에 있어서는 상술한 바와 같이, 캠(25)의 캠 각도를 해당 펌프(11)의 흡입 행정과 토출 행정에서 다르게 하고 있기 때문에, 캠(25)의 캠 각 변화에 따라서 플런저(21)에 생기는 리프트량의 변화도 도 3a의 실선(200)에 나타나는 것으로 된다. 즉, 캠 프로파일이 흡입 행정과 토출 행정에서 대칭인 종래의 캠의 리프트량의 변화를 나타내는 상기 도 3a의 파선(100)의 특성에 비해, 토출 행정의 기간이 길어진다. 따라서, 단위 캠 각당의 리프트량 변화 속도, 즉 플런저 속도(또는 가압실(22)의 용적 변화 속도)를 작게 할 수 있다. 이 플런저 속도를 그래프로 나타낸 것이 도 3b이다.
도 3b에 있어서, 캠 각도에 대한 플런저 속도는 실선(210)과 파선(110)에 의해서 도시된다. 파선(110)은, 종래의 고압 펌프에서의 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 시기를 나타내는 파선(120)과, 스필 밸브(41)의 밸브 개방 시기를 나타내는 파선(130)을 가지고 있다. 파선(120)과 파선(130) 사이의 사선을 그은 영역(300)은, 상기 스필 밸브(41)의 밸브 개방 기간에 따라서 조절되는 아이들 운전 시의 축압 배관에 필요한 연료량을 나타내고 있다. 실선(210)은, 본 발명의 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 시기를 나타내는 파선(220)과, 스필 밸브(41)의 밸브 개방 시기를 나타내는 파선(230)을 가지고 있다. 파선(220)과 파선(230) 사이의 사선을 그은 영역(310)은, 상기 스필 밸브(41)의 밸브 개방 기간에 따라서 조절되는 아이들 운전 시의 축압 배관에 필요한 연료량을 나타내고 있다. 그리고, 이들 영역의 면적은, 본 실시예의 것(310)이든 파선에 대응한 종래의 것(300)이든, 서로 같다. 그리고 적어도 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄 시기에 있어서의 플런저 속도는, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 캠(25)을 사용한 속도(실선(220)) 쪽이, 흡입 행정 및 토출 행정에서 캠 프로파일이 대칭인 캠을 사용한 것의 속도(파선(110))보다 간격(320)만 작게 되어 있고, 상술한 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄시의 충격음을 완화할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 이하의 효과가 얻어지게 된다.
흡입 행정에 대응하는 캠 각도보다도 토출 행정에 대응하는 캠 각도가 커지도록 설정한 캠(25)을 사용함으로써, 토출 행정에서의 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄시의 플런저 속도를 작게 할 수 있고, 스필 밸브(41)의 밸브 폐쇄시의 충격음을 작게 할 수 있다.
특히, 아이들 운전 시 등의 저부하 운전 시와 같이, 엔진(15)의 작동음이 작고, 스필 밸브(41)의 밸브 개방시의 충격음이 상대적으로 큰 것으로 될 때에는, 상술한 충격음의 완화에 의해, 승무원 등이 받게 되는 불쾌감도 대폭 완화할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 고압 연료 펌프는, 상기 실시예에 한정되지 않으며, 이하와 같은 예로서 실시할 수도 있다.
상술한 실시예에 있어서는, 사인 커브 또는 사인 커브와 유사한 리프트량 변화를 나타내는 캠의 프로파일 예를 나타내었다. 그 대신에, 적어도 토출 행정의 대부분의 부분이 일차함수로 나타나는 리프트량 변화를 나타내는 것, 즉, 토출 행정의 일부 또는 전부에 있어서 캠 각도에 대한 상기 가압실의 용적 변화 속도가 일정해지도록 설정된 캠 프로파일을 갖는 캠을 상기 캠(25)으로서 채용하여도 좋다. 이로써, 스필 밸브(41)의 제어에 있어서, 보다 간단한 계산에 기초하는 보다 간소한 밸브 폐쇄 기간 제어가 가능해진다.
상술한 실시예에 있어서는, 캠산이 2개 설치된 형상의 캠을 예시하였지만, 캠산은 1개라도 좋고, 또한 3개 이상의 캠산을 갖는 캠을 사용하여도 좋다.
도 4 에, 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 이 장치는, 고압 연료 펌프(11), 연료 탱크(13), 저압 피드 펌프(14), 축압 배관(딜리버리 파이프, 커먼 레일 등; 55), 및 인젝터(56) 등을 구비하고 있다.
여기서, 고압 연료 펌프(11)는 연료를 고압으로 하여 이것을 축압 배관(55)으로 토출 압송하기 위한 것이고, 실린더(20)와, 상기 실린더(20)내에서 왕복 동작하는 플런저(21)와, 실린더(20)의 내주벽면 및 플런저(21)의 상단면에 의해 구획 형성된 가압실(22)과, 고압실(60)과, 저압실(42)과, 이들 가압실(22) 및 저압실(42)사이에 설치된 스필 밸브(전자 스필 밸브; 41)를 구비하여 구성되어 있다. 고압실(60)은, 압력통로(35)에 의해서 가압실(22)에 접속되어 있다.
이렇게 구성되는 고압 연료 펌프(11)에 있어서, 플런저(21)의 하단(도 4의 하단)에 설치된 태핏(23)은, 스프링(도시 생략)의 가압력에 의해 엔진(15)의 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트에 연결된 구동축(24)에 설치되어 있는 캠(25)에 압접되어 있다. 구동축(24)의 회전에 수반하여 캠(25)이 회전함으로써, 플런저(21)가 실린더(20)내를 왕복 동작하여 가압실(22)내의 용적이 변화한다. 또 본 실시예에 있어서, 이 캠(25)으로서는, 그 캠 프로파일이 흡입 행정과 토출 행정에서 비대칭으로 형성된 것을 채용하고 있지만, 그 상세한 것에 대해서는 도 2를 참조하여 상술한 바와 같다.
상기 가압실(22)은, 릴리프 밸브(13)와 흡입 통로(30)를 통하여 연료 탱크(13)에 접속되어 있다. 이 흡입 통로(30)에는 저압 피드 펌프(14) 및 연료 필터(32)가 설치되어 있다. 이 저압 피드 펌프(14)는 엔진(15)의 운전을 총괄 제어하는 전자 제어 장치(이하, 「ECU」라고 한다; 60)에 의한 제어하에 전기적으로 제어되는 것으로, 이 피드 펌프(14)에 의해서 연료 탱크(13)내의 연료가 퍼 올려지고, 상기 고압 연료 펌프(11)로 이송된다. 그리고, 그 때, 연료 필터(32)에 의해서 연료 내에 혼입되어 있는 불순물이 제거된다.
이 흡입 통로(30)를 통하여 고압 연료 펌프(11)에 이송된 연료는 체크 밸브(31)를 통하여 가압실(22)내에 도입된다. 이 체크 밸브(31)는, 흡입 통로(30)에 설치되고, 연료 탱크(13)로부터 가압실(22)로 향하는 연료의 흐름을 허용하며, 가압실(22)로부터 연료 탱크(13)로 향하는 연료의 흐름을 금지한다.
저압 피드 펌프(14)와 연료 필터(32)의 사이로 연장되는 흡입 통로의 일부는 릴리프 통로(33)를 통하여 연료 탱크(13)에 접속되어 있다. 릴리프 밸브(34)가 릴리프 통로(33)에 설치되어 있다. 릴리프 밸브(34)는, 저압 피드 펌프(14)와 연료 필터(32)의 사이로 연장되는 흡입 통로(30)의 일부 중의 연료 압력이, 소정의 값 이상으로 되었을 때에 개방된다. 릴리프 밸브(34)가 개방되면, 연료가, 흡입 통로(30)로부터 릴리프 밸브(34)를 통하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다. 그 결과, 저압 피드 펌프(14)로부터 연료 필터(32)로 배송되는 연료의 압력은, 실질적으로 일정하게 유지된다.
프레셔 레귤레이터(50)와 연료 탱크(13)의 사이에 연장되는 스필 통로(39)가 설치되어 있다. 프레셔 레귤레이터(50)의 개방 압력보다 고압인 연료는, 스필 통로(39)를 통하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다.
스필 밸브(41)로부터 릴리프 밸브(40)를 통하여 연료 탱크(13)로 연장되는 제 2 스필 통로(39)가 설치되어 있다. 릴리프 밸브(40)가 개방되면, 연료는 스필 밸브(41)로부터 스필 통로(39)를 통하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다.
축압 배관(55)은, 토출 통로(35)와 체크 밸브(36)를 통하여 가압실(22)에 접속되어 있다. 축압 배관(55)은 고압의 연료를 축적하고, 엔진(15)의 각각의 실린더에 설치된 인젝터(56)에 고압 연료를 분배한다. 각각의 인젝터(56)는, ECU(60)로부터의 구동신호에 기초하여 개폐되고, 엔진(15)의 하나의 실린더 내에 소정량의 연료를 직접 분사한다. 체크 밸브(36)는 토출 통로(35)에 설치되고, 가압실(22)로부터 축압 배관(55)으로 향하는 연료의 흐름을 허용하여, 축압 배관(55)으로부터 가압실(22)로의 연료의 역류를 금지한다.
축압 배관(55)은, 릴리프 밸브(37)를 갖는 릴리프 통로(38)를 통하여 연료 탱크(13)에 접속되어 있다. 축압 배관(55)내의 연료 압력이, 소정치 이상으로 증대하였을 때, 릴리프 밸브(37)가 개방되고, 연료가 축압 배관(55)으로부터 릴리프 통로(38)를 통하여 연료 탱크(13)로 되돌려진다. 따라서, 축압 배관(55)내의 연료 압력이 과도하게 상승하는 것이 방지된다. 축압 배관(55)내에는 연료압 센서(61)가 설치되어 있다. 축압 배관(55)내의 연료 압력은 연료압 센서(61)에 의해서 검출되고, ECU(60)에 의해서 감시된다. ECU(60)는, CPU, RAM, I/O 포트 등을 갖는 마이크로컴퓨터(도시 생략)를 구비한다.
본 실시예의 고압 연료 펌프(11)에 있어서, 플런저(21)의 왕복 동작을 위한 캠(25)은, 상술한 바와 같이, 그 프로파일이 흡입 행정과 토출 행정에서 비대칭으로 되는 캠이다. 캠(25)의 프로파일은 도 2에 확대하여 도시하고 있다.
상술한 실시예에 있어서는, 토출 행정에서의 캠 각도를 흡입 행정에서의 캠 각도보다 크게 설정함으로써, 토출 행정에서의 플런저의 상승 속도를 작게 하도록 하였지만, 요는, 토출 행정에서의 가압실의 용적 변화 속도(플런저 속도)를 흡입 행정에서의 가압실의 용적 변화 속도(플런저 속도)보다도 작게 하는 적절한 가변수단을 구비하는 것이면 좋고, 이러한 속도 가변 수단이 상기 캠의 형상을 갖는 것으로 하는 것에 한정되지 않는다.

Claims (10)

  1. 연료 탱크(13)로부터 내연기관(15)으로 연료 토출을 행하는 고압 연료 펌프(11)로서, 플런저(21)의 흡입 행정에서 증대하고, 플런저(21)의 토출 행정에 서 축소하는 용적을 구비한 가압실(22)에 의해서 구획되는 실린더(20)내에 배치되는 단일의 플런저(21)와, 상기 토출 행정에서 상기 가압실(22)로부터 연료를 스필하고, 상기 토출 행정에서 밸브 폐쇄함으로써 상기 가압실(22) 연료를 토출하고, 상기 밸브 폐쇄 기간이 전자 제어됨으로써 상기 가압실(22)로부터 토출되는 연료의 양을 조정하는 스필 밸브(41)를 구비하는 고압 연료 펌프(11)에 있어서,
    흡입 행정보다도 토출 행정에서 상기 단일의 플런저(21)의 가속도를 작게 하도록 흡입 행정으로부터 토출 행정에 걸쳐서 상기 단일의 플런저를 구동하는 캠(25)을 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캠(25)은, 그 캠 프로파일이 상기 토출 행정과 상기 흡입 행정에서 비대칭으로 되고, 토출 행정에서의 캠 각도가 흡입 행정에서의 캠 각도보다도 크게 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 캠(25)은, 토출 행정의 캠 프로파일이, 토출 행정의 일부에서, 상기 플런저(21)의 가속도가 일정해지도록 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 토출 행정에서의 상기 가압실(22)의 용적 변화 속도를 상기 흡입 행정에서의 상기 가압실(22)의 용적 변화 속도보다도 작게 하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 캠(25)은, 토출 행정의 일부 또는 전부에서 캠 각도에 대한 상기 가압실(22)의 용적 변화 속도가 일정해지는 캠 프로파일로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프.
  6. 연료 탱크(13)로부터 내연기관(15)에 연료 토출을 행하는 고압 연료 펌프(11)를 구동하기 위한 캠(25)으로서, 상기 연료 펌프(11)는, 가압실(22)이 단일의 플런저(21)와 플런저(21)가 배치되는 실린더(20)에 의해서 구획되고, 플런저(21)의 토출 행정에서 스필 밸브(41)를 개방함으로써 상기 가압실(22)로부터 연료를 스필하고, 상기 토출 행정에서 상기 스필 밸브(41)를 폐쇄함으로써 상기 가압실(22)로부터 상기 내연기관(15)에 연료를 토출하고, 상기 밸브 폐쇄 기간이 전자 제어됨으로써 상기 내연기관(15)에 공급하는 연료량을 조절하는 고압 연료 펌프용 캠(25)에 있어서,
    상기 캠(25)은 단일의 플런저(21)를 구동하는 것으로서,
    상기 캠(25)의 캠 프로파일이 상기 토출 행정과 상기 흡입 행정에서 비대칭으로 되고,
    토출 행정에서의 캠 각도가 흡입 행정에서의 캠 각도보다도 크게 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프용 캠.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 토출 행정의 캠 프로파일은, 토출 행정의 일부에서 상기 플런저(21)의 가속도가 일정해지도록 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프용 캠.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 캠 프로파일은, 토출 행정의 일부 또는 전부에서 캠 각도에 대한 상기 가압실(22)의 용적 변화 속도가 일정해지도록 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프용 캠.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 캠(25)은, 흡입 행정으로부터 토출 행정에 걸쳐서 상기 플런저(21)를 구동하는 플런저 구동용의 캠인 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프용 캠.
  10. 연료 탱크(13)로부터 내연기관(15)에 연료 토출을 행하는 고압 연료 펌프(11)의 제어 방법으로서, 상기 연료 펌프(11)는, 실린더(20)와 실린더(20)내에서 왕복 동작하는 단일의 플런저(21)에 의해서 구획되는 가압실(22)을 가지고, 상기 가압실(22)은, 플런저(21)의 흡입 행정에서 증대하며, 플런저(21)의 토출 행정에서 축소하는 용적을 구비하고, 상기 연료 펌프(11)는, 토출 행정에서 스필 밸브(41)를 개방함으로써 상기 가압실(22)로부터 연료를 스필하고, 상기 토출 행정에서 상기 스필 밸브(41)를 폐쇄함으로써 상기 가압실(22)로부터 상기 내연기관(15)에 연료를 토출하고, 상기 밸브 폐쇄 기간이 전자 제어됨으로써 가압실(22)로부터 토출되는 연료량을 조절하는 스필 밸브(41)를 구비한 고압 연료 펌프(11)의 제어 방법에 있어서,
    토출 행정에서의 플런저(21)의 가속도가 흡입 행정에서의 플런저(21)의 가속도보다 작아지도록 상기 캠이 단일의 상기 플런저(21)를 구동하는 것을 특징으로 하는 고압 연료 펌프의 제어 방법.
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