JP2001003836A

JP2001003836A - 吸入量制御式高圧ポンプ

Info

Publication number: JP2001003836A
Application number: JP11171308A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hidaka; 尚志日高
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、吸入行程中に吸入側に配設した
流量制御弁を閉じることで低下した吸入側の流体圧力を
次の流量制御弁の開弁時までに回復させることにより振
動や騒音を低減し流量制御性の良い吸入量制御式高圧ポ
ンプを提供する。【解決手段】吸入量制御式高圧ポンプ５０からの吐出
量を制御するため、ポンプ吸入行程中に流量制御弁１５
を閉じて高圧ポンプ５０への吸入量が制御される。この
時に負圧となる吸入チェック弁６９の上流側圧力は、流
量制御弁１５を迂回するバイパス通路８０に配設されて
いる負圧チェック弁８１が開弁し、フィードポンプ６か
らの流体が補給されることによりフィード圧力まで回復
する。次の流量制御弁１５の開弁時に、流入流体が吸入
チェック弁６９の上流側に衝撃を伴って流入せず、振動
や騒音が低減されると共に吐出量の制御性が向上する。

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、吸入量を制御す
ることで吐出量を制御する吸入量制御式高圧ポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、エンジンの燃料噴射制御
に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タ
イミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態
に応じて最適に制御する方法として、コモンレール式燃
料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴
射システムは、ポンプによって所定圧力に加圧された燃
料噴射制御用の作動流体をコモンレール内に蓄圧状態に
貯留し、作動流体圧力を利用して各気筒にそれぞれ配置
されたインジェクタを作動させて、インジェクタから対
応する燃焼室内に燃料を噴射するシステムである。燃料
が各インジェクタからエンジンの運転状態に対して最適
な噴射条件で噴射されるように、コントローラは、各イ
ンジェクタに設けられた制御弁としての開閉弁を制御し
ている。

【０００３】作動流体を燃料とする燃料圧力作動型のコ
モンレール式燃料噴射システムの場合、コモンレールか
ら燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に形成され
た噴孔に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃
料圧力が作用しており、各インジェクタは、燃料供給管
を通じて供給される燃料を通過又は遮断する制御を行う
ための開閉弁と当該開閉弁を開閉駆動するためのアクチ
ュエータとを備えている。コントローラは、加圧燃料が
各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最
適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力
と各インジェクタのアクチュエータの作動とを制御して
いる。また、作動流体としてエンジンオイルをコモンレ
ールに貯留し、コモンレールからインジェクタの圧力室
に供給したオイル圧力でインジェクタ内の増圧室内に供
給されている燃料を所定の圧力まで増圧する型式のコモ
ンレール式燃料噴射システムも提案されている。

【０００４】図６に基づいて、従来の燃料圧力作動型の
コモンレール燃料噴射システムを説明する。燃料タンク
７からフィードポンプ６によって吸い上げられた燃料
は、フィルタ４を通じて燃料サプライポンプ１に送られ
る。燃料サプライポンプ１は、エンジンＥによって駆動
されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃
料をコモンレール２に圧送する。流入側の燃料圧力が所
定の圧力を超えると、リリーフ弁１８は開弁して燃料を
燃料タンク７に戻す。コモンレール式燃料噴射システム
において、燃料をコモンレール２に蓄圧状態に貯留する
ために燃料を高圧で吐出する燃料サプライポンプ１とし
て、吸入量制御式高圧ポンプを適用することができる。
フィードポンプ６から燃料サプライポンプ１へ送り込ま
れる燃料吸入量は、吸入通路１３に配設されている電磁
弁である流量制御弁１５によって制御される。流量制御
弁１５を通じて送られる流量は、例えば、アクチュエー
タ１６を駆動して、流量制御弁１５の開弁期間、或いは
パルスのデューティ比で弁開度を調節することにより制
御される。

【０００５】燃料サプライポンプ１は、エンジンＥの出
力によって駆動されるポンプ駆動カム１０と、ポンプ駆
動カム１０に当接して往復動をするプランジャ１１とを
備えており、プランジャ１１の頂面がポンプ室１２の壁
面の一部を形成している。燃料サプライポンプ１の吐出
側においてコモンレール２に接続される吐出通路１４に
は、燃料サプライポンプ１の所定の吐出圧で開弁する吐
出弁１７が設けられている。燃料サプライポンプ１は、
図示以外にも、エンジンＥの型式に応じて複数のプラン
ジャを有するロータリ型又は列型のポンプとすることが
できる。

【０００６】コモンレール２に蓄圧状態に貯留された燃
料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３を通じ
て、エンジンＥの型式に応じて気筒毎に設けられたイン
ジェクタ３に供給され、各インジェクタ３からそれぞれ
対応した燃焼室内に噴射される。コモンレール２には、
コモンレール圧力がシステム異常等に起因して異常上昇
するのを防ぐため、所定の設定圧力よりも高くなると開
弁してコモンレール２内の燃料を排出路２１を通じて燃
料タンク７へ放出してコモンレール圧力を低下させる常
閉型のリリーフ弁２０が備えられている。また、コモン
レール２に設けられた圧力センサ２２が検出したコモン
レール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（Ｅ
ＣＭ）であるコントローラ８に入力される。

【０００７】コントローラ８には、コモンレール圧力Ｐ
ｒの他に、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転
数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するた
めのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種
センサ９からの検出信号が入力される。その他、冷却水
温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出セン
サ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力セン
サ等のエンジンＥの運転状態を検出するための各種セン
サからの信号がコントローラ８へ入力される。

【０００８】インジェクタ３は、シリンダヘッド等のベ
ース（図示せず）に設けられた穴部にシール部材によっ
て密封状態に取付けられる。インジェクタ３は、インジ
ェクタ本体内を往復動可能な針弁３１と、ノズルの先端
に形成され且つ針弁３１がリフトしたときに開口して燃
料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２とを備えて
いる。インジェクタ３の中空穴の内壁面と針弁３１の頂
面３３とでバランスチャンバ３０が形成されており、コ
モンレール２内の高圧燃料が燃料供給管２３から分岐し
且つ第１オリフィス３９が設けられた供給路３８を通じ
てバランスチャンバ３０に供給される。燃料供給管２３
に接続する燃料通路３４は、燃料溜まり３５及び針弁３
１の周囲の隙間を満たしている。バランスチャンバ３０
に接続された排出路４０に第２オリフィス４１が設けら
れており、第２オリフィス４１は第１オリフィス３９の
有効通路断面積よりも大となるように設定されている。

【０００９】針弁３１のリフトは、燃料溜まり３５に臨
む針弁３１の第１テーパ面３６に作用する燃料圧力に基
づくリフト力、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基
づく押し下げ力、及びリターンスプリング４７の戻し力
のバランスによって制御される。コントローラ８からの
制御電流によってアクチュエータとしての電磁ソレノイ
ド４５を作動させて排出路４０に設けられている開閉弁
４４を開弁させると、燃料は排出路４０を通じて排出さ
れるが、第１オリフィス３９は第２オリフィス４１より
も燃料の流れをより強く制限するので、バランスチャン
バ３０内の燃料圧力が低下する。針弁３１に作用するリ
フト力が、バランスチャンバ３０内の燃料圧力に基づく
押下げ力及びリターンスプリング４７の戻し力との合力
を上回り、針弁３１がリフトし、燃料は開口した噴孔３
２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。噴射に費
やされずバランスチャンバ３０から排出路４０を通じて
流出た燃料は、燃料戻し管４６を経て燃料タンク７に回
収される。電磁ソレノイド４５を非作動にすると、バラ
ンスチャンバ３０内の燃料圧力が回復し、リターンスプ
リング４７の戻し力との合力が針弁３１に作用するリフ
ト力を上回って、針弁３１の先端に形成された第２テー
パ面３７がインジェクタ本体のテーパ状弁シートに着座
し、燃料溜まり３５から針弁３１の周囲に形成される通
路と噴孔３２との連通が閉じられて針弁３１が閉弁す
る。

【００１０】コントローラ８は、エンジン出力が上記各
種センサ９からの検出信号によって検出されたエンジン
Ｅの運転状態に即した最適出力になるように設定された
燃料噴射の時期及び量等から成る目標噴射特性に従っ
て、開閉弁４４を開閉して針弁３１のリフトを制御す
る。インジェクタ３からの燃料噴射の時期及び量は、噴
射圧力と針弁３１のリフト（リフト量、リフト期間）と
によって定められる。開閉弁４４を開閉制御するために
電磁ソレノイド４５に送られる駆動電流は、コントロー
ラ８が出力したコマンドパルスに基づいて決定される。

【００１１】インジェクタ３から噴射される燃料の噴射
圧力はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力に略
等しいので、エンジンＥの運転状態から求められる必要
な噴射圧力は、コモンレール圧力Ｐｒを制御することに
よって得られる。インジェクタ３が燃料を噴射してコモ
ンレール２内の燃料が消費されるとコモンレール圧力Ｐ
ｒが低下するので、各噴射毎にコモンレール圧力Ｐｒを
所定の圧力まで回復させる必要がある。また、エンジン
Ｅの運転状態が一定であればその状態に応じた一定圧力
を保持するように、エンジンＥの運転状態が変更されれ
ばその変更に応じてエンジンＥの運転状態に最適となる
ように、コモンレール圧力Ｐｒを増圧又は減圧方向に制
御する必要がある。コントローラ８は、燃料サプライポ
ンプ１の吐出流量（圧送量）を制御することにより、コ
モンレール圧力Ｐｒを調節している。したがって、コモ
ンレール燃料噴射システム全体の性能を向上させるため
には、燃料サプライポンプ１の圧送量の制御性を向上さ
せることが必要である。

【００１２】コモンレール２の圧力制御は、エンジンＥ
の運転状態に応じて目標燃料噴射量を決定し、この目標
燃料噴射量とエンジン回転数とに応じて目標コモンレー
ル圧力を決定し、この目標コモンレール圧力と圧力セン
サ２２によって検出された実際のコモンレール圧力との
偏差をなくすように、即ち、実コモンレール圧力が目標
コモンレール圧力に一致するように、燃料サプライポン
プ１の圧送量をフィードバック制御することによって行
われる。

【００１３】図７である縦断面図には、吸入量制御式の
燃料サプライポンプ１の全体の概略が示されている。高
圧燃料ポンプ１のポンプ本体であるハウジング５２に
は、エンジンＥのクランク軸によりベルト等の適宜の伝
動手段を介して駆動されるカムシャフト５３が、回転自
在に軸支されている。カムシャフト５３には、プランジ
ャ１１を往復駆動するためのポンプ駆動カム１０が配設
されている。ポンプ駆動カム１０は、カムシャフト５３
に一体に形成されたカム５４、カム５４の外周に軸受５
５を介して回転自在に取り付けられた回転輪５６から成
り、ハウジング５２のカム室５７内に収容されている。
カム室５７に連通するハウジング５２のボア５８内に
は、プランジャばね５９によって回転輪５６に押圧され
るプランジャ１１が昇降可能に配設されている。プラン
ジャ１１の先端には、一側でプランジャばね５９の一端
と係合してばね力を受けると共に、他側で回転輪５６に
当接するタペット６１が形成されている。プランジャ１
１はシリンダブロック７０に形成されているシリンダ６
０に摺動可能であり、プランジャ１１の頂部６２の端面
６３とシリンダ６０の内壁面６４とでポンプ室１２が形
成されている。

【００１４】フィードポンプ６によってある一定の圧力
（フィード圧）で送られ吸入通路１３を流れる燃料の流
量は、高圧燃料サプライポンプ１のハウジング５２に取
り付けられた流量制御弁１５で制御される。フィードポ
ンプ６によって送られた燃料は、ハウジング５２に流量
制御弁１５の入口側において形成されている吸入路６５
に入り、流量制御弁１５で流量を制御された後、ハウジ
ング５２に流量制御弁１５の出口側において形成されて
いる吸入路６６、ハウジング５２とシリンダブロック７
０との接合部に形成されている環状の吸入路６６ａ、及
びシリンダブロック７０に形成されている吸入路６７を
通じて、吸入チェック弁６９の上流側に形成されている
圧力制御室６８に到達する。吸入路６５，６６，６６ａ
及び吸入路６７は、吸入通路１３の一部を構成してい
る。圧力制御室６８は、ポンプ本体の一部を構成してい
るシリンダブロック７０の頂部に取り付けられるキャッ
プ７２の内側に形成されている。吸入チェック弁６９
は、ポンプ室１２内に配置された弁ヘッドと、シリンダ
ブロック７０に形成されている吸入路７１を隙間を介し
て挿通する弁ステムとを有している。吸入チェック弁６
９は、ばね７５によって常に閉弁方向に付勢されてい
る。ばね７５は、吸入チェック弁６９がプランジャ１１
が吸入行程にあるときのポンプ室１２の負圧とフィード
ポンプ６からの低圧燃料の供給圧力であるフィード圧力
とに基づいて作用する押下げ力で開弁するために、この
押下げ力より小さい値に設定されている。

【００１５】ポンプ駆動カム１０が回転してプランジャ
１１が上死点から下降する吸入行程に入ると、ポンプ室
１２内の圧力が低下し、吸入チェック弁６９の前後に圧
力差が生じて、吸入チェック弁６９がばね７５の付勢力
に抗して開弁し、低圧燃料がポンプ室１２内に流入す
る。プランジャ１１が下死点からリフトに転じて圧送行
程に入ると、ポンプ室１２内の燃料圧力が上昇する。吸
入チェック弁６９は、ポンプ室１２内の燃料圧力に基づ
く力とばね７５の付勢力とで吸入路７１を閉じて燃料が
圧力制御室６８及びその上流の吸入路６６，６７側に逆
流するのを阻止し、ポンプ室１２内の高まる燃料圧力に
基づいて吐出弁１７を開弁して、吐出通路１４を通じて
高圧燃料をコモンレール２に圧送する。吐出通路１４の
一端部が、吐出穴７３に形成された雌ねじ部に螺入され
て接続されている。

【００１６】プランジャ１１が下降する行程で流量制御
弁１５を作動させてポンプ室１２内に吸入される燃料吸
入量を制限することにより、燃料サプライポンプ１の吐
出流量が制御される。即ち、燃料サプライポンプ１の圧
送量は吸入チェック弁６９からポンプ室１２内に入る流
量によって決定され、その流量は吸入チェック弁６９の
上流にある電磁弁である流量制御弁１５によって制御さ
れる。流量制御弁１５の閉弁時にプランジャ１１がなお
も下降していると、吸入チェック弁６９は開き続け、吸
入チェック弁６９の上流側（圧力制御室６８）も負圧又
は減圧された状態となるが、直ぐに、吸入チェック弁６
９の上流側とポンプ室１２とが同じ圧力となるので、吸
入チェック弁６９はばね７５の作用により閉じる。な
お、プランジャ１１の周囲において漏洩した燃料は、ド
レンポート７４を経て、潤滑油とは区別して回収され
る。

【００１７】図５には、流量制御弁１５をデューティ比
制御ではなく全開の期間のみを制御した場合の流量制御
弁１５への制御信号Ｓｃ、吸入チェック弁６９の変位
（リフト量）Ｌｖ、及び吸入チェック弁６９の上流側の
圧力制御室６８における流体圧力Ｐｃの時間波形が示さ
れている。最上欄に示す制御信号Ｓｃは、流量制御弁１
５を作動させる時期を順次長くしていった４つの場合と
作動させない場合の計５つの場合を、それぞれ二点鎖
線、一点鎖線、破線、細実線及び太実線で示すパルス信
号である。制御信号Ｓｃは、パルスオン状態及びパルス
オフ状態がそれぞれ流量制御弁１５の閉弁状態又は開弁
状態に対応している。プランジャ１１が下降行程にある
ときに、制御信号Ｓｃをオフにして流量制御弁１５を開
弁させると、ポンプ室１２内の負圧とフィードポンプ６
によって供給される低圧燃料の圧力との圧力差に基づい
て、ばね７５に抗して吸入チェック弁６９が時間遅れを
伴って変位（即ち、開弁）を開始する。制御信号Ｓｃを
オフ期間が経過するに応じて吸入チェック弁６９の変位
Ｌｖが増加し、ポンプ室１２への燃料の吸入が増加す
る。制御信号Ｓｃをオフにして流量制御弁１５を閉弁さ
せると、吸入チェック弁６９が時間遅れを伴った後に急
激に閉弁し、上流側で流量制御弁１５が閉じられている
ために圧力制御室６８内の圧力Ｐｃが低下する。制御信
号Ｓｃのオン・オフは、時間遅れを伴って吸入チェック
弁６９の閉弁と開弁とに対応していることから、流量制
御弁１５の全開時間を決めるだけでも燃料サプライポン
プ１の吐出流量の制御は一応可能である。

【００１８】流量制御弁１５が開弁するに伴って、圧力
制御室６８内に瞬間的に急激な圧力変動が生じている。
即ち、プランジャ１１の速度が高い範囲（プランジャの
上死点と下死点との中間付近）で流量制御弁１５が閉じ
られると、燃料の流入速度が速いために流入燃料の慣性
によって圧力制御室６８内の圧力Ｐｃが最も負圧になり
易く、且つその後、プランジャ１１が吐出行程に移行し
ても圧力制御室６８内にはその負圧が保持される（図５
のＡで示す圧力Ｐｃを参照）。圧力制御室６８内の負圧
とフィードポンプ６で送り出された燃料の燃料圧力（フ
ィード圧力）Ｐ ₀との差圧が大きくなるので、その負圧
が維持されている状態で次のポンプサイクルで流量制御
弁１５が開弁されたときに差圧に基づく勢いで圧力制御
室６８内に急激に流入してくる燃料により、圧力制御室
６８内に大きな圧力変化が急激に生じるものと考えられ
る（図５のＢで示す圧力Ｐｃを参照）。この圧力変化
は、圧力制御室６８内の負圧の程度が大きい程、大きく
なる。この時、吸入チェック弁６９の変位Ｌｖにも、瞬
間的なピークが現れる（図５中のＣで示す変位Ｌｖを参
照）。燃料の供給系に急激な圧力変動の繰返しは、燃料
サプライポンプ１に振動と騒音とを生じさせ、燃料サプ
ライポンプ１の耐久性の観点で好ましくない。また、吸
入チェック弁６９の変位によりポンプ室１２への流体の
吸入量が変動し、燃料サプライポンプ１の吐出流量の制
御性が低下することになる。更に、圧力制御室６８が負
圧になると吸入流路内にキャビテーションが生じ易くな
り、燃料サプライポンプ１の耐久性を損なう要因になる
とも考えられる。

【００１９】吸入量制御方式の可変吐出量高圧ポンプと
して、低圧通路から圧力室内に供給される低圧燃料の流
量を制御する電磁弁と、電磁弁から圧力室内へ至る流路
途中に配置されて低圧通路と圧力室との間を開閉する逆
止弁とを別々に備え、プランジャが下降可能行程にある
ときに、電磁弁の閉弁時期を早くすることにより、通常
であれば吸入行程にあるにもかかわらずプランジャの下
降を途中で停止して、圧力室内に流入する燃料を減少さ
せて、吐出量を制御する可変吐出量高圧ポンプが提案さ
れている（特開平１０−１４１１７６号公報参照）。電
磁弁で予め必要な流量を圧力室内に供給すると、逆止弁
により低圧燃料の加圧開始時より圧送終了まで圧送室へ
の流路が閉鎖される、電磁弁に大きな圧送圧力が作用し
ない。

【００２０】また、吸入量制御方式の可変吐出量高圧ポ
ンプとして、圧力室への吸入量が少ないときにプランジ
ャが下死点まで下降すると、圧力室内に急激な減圧が生
じてキャビテーションが発生するおそれがあるので、プ
ランジャを下死点方向に付勢するスプリングを配設せ
ず、プランジャの往復動については、圧送時にはカム軸
の回転によるカムリフトで、吸入時には低圧燃料のフィ
ード圧によって行い、吸入量が少ない場合には低圧燃料
の供給分のみプランジャは吸入方向に移動せず、プラン
ジャの下端に設けたカムローラとカム軸に設けたカムと
が離れるようにした高圧ポンプが提案されている（特開
平１０−７３０６４号公報参照）。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、流体のポンプ
室への吸入時において、ポンプ室の吸入側に配設される
吸入チェック弁の上流側、例えば圧力制御室のような吸
入通路部分における圧力が大きく低下して負圧になって
も、その負圧を所定のレベルまで回復させれば、次に流
量制御弁を開いたときに低圧でポンプに送り出された流
体の圧力と吸入チェック弁の上流側の圧力との差圧が小
さくなり、流体が流入してくる吸入チェック弁の上流側
に急激な圧力変動が生じず、高圧ポンプに衝撃が生じた
りポンプ室に流入する流入量に変動を生じることがな
い。また、吸入チェック弁の上流側が負圧にならなけれ
ば、流路内にキャビテーションが生じにくくなり、ポン
プの耐久性が損なわれることもない。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、プラ
ンジャの下降時に負圧となってその負圧状態が維持され
ている吸入チェック弁の上流側の吸入通路部分に、流量
制御弁の開弁時に流体が流入することに起因して、吸入
チェック弁の上流側やポンプ室内において急激な圧力変
化を繰り返す現象の発生を防止して、高圧ポンプの耐久
性を向上すると共に、吸入チェック弁の動作を安定させ
て吐出流量の制御性の悪化を防止し、更に、吸入チェッ
ク弁の上流側が負圧になることに起因して生じていた流
路内におけるキャビテーションの発生を防止して、高圧
ポンプの耐久性の低下を防止することを可能にする吸入
量制御方式の高圧ポンプを提供することである。

【００２３】この発明は、吸入通路を通じて流体を吸入
すると共に加圧された流体を吐出通路を通じて吐出する
ポンプ室、前記ポンプ室への流体の吸入量を制御するた
め前記吸入通路に配設された流量制御弁、及び前記流量
制御弁の下流の前記吸入通路に配設され前記ポンプ室へ
の流体の流入を許容するが前記ポンプ室からの流体の流
出を規制する吸入チェック弁を具備し、前記吸入通路に
は前記流量制御弁を迂回するバイパス通路が設けられ、
前記バイパス通路には、前記流量制御弁の閉弁に起因し
て低下した前記吸入チェック弁の上流側圧力を回復させ
るため、前記吸入チェック弁の上流側に流体を供給する
流れ規制手段が設けられていることから成る吸入量制御
式高圧ポンプに関する。

【００２４】この発明による吸入量制御式高圧ポンプに
よれば、吸入行程時にポンプ室が負圧になり、吸入チェ
ック弁の上流側と下流側との圧力差が大きくなる。この
圧力差が所定の値以上になると、吸入チェック弁が開弁
し、流体が吸入通路を通じてポンプ室内に流入する。こ
のとき、流量制御弁の開弁を制御することにより、ポン
プ室内へ流入する流体の流量が制御される。吸入チェッ
ク弁の上流側の流体圧力が負圧になるような大きな減圧
が生じ、且つその後に吸入チェック弁が閉じることによ
りその負圧又は減圧が維持されると、バイパス通路に設
けられている流れ規制手段により、流体がバイパス通路
から吸入通路を通じて吸入チェック弁の上流側に供給さ
れ、吸入チェック弁の上流側の負圧を解消する。このと
き吸入チェック弁は閉じているので、ポンプ室への吸入
量が変わることはない。次に流量制御弁が開弁されたと
き、吸入チェック弁の上流側の流体圧力とフィードポン
プ等からの低圧流体の圧力との差圧が殆どなくなり、流
体が吸入チェック弁の上流側に流れ込む際に急激且つ大
きな圧力変動が生じない。

【００２５】この吸入量制御式高圧ポンプにおいて、前
記流れ規制手段は、前記吸入チェック弁へ向かう流体の
流れを許容するがその逆方向の流れを阻止するバイパス
チェック弁であり、前記バイパスチェック弁の開弁差圧
は前記吸入チェック弁の開弁差圧より小さく設定されて
いる。吸入チェック弁の前後の差圧が吸入チェック弁の
開弁差圧より小さく、そのために吸入チェック弁が閉じ
ているときでも、バイパスチェック弁の前後の差圧がバ
イパスチェック弁の開弁差圧よりも大きければ、バイパ
スチェック弁は開弁して吸入チェック弁の上流側の負圧
を解消する。また、前記流れ規制手段は、オリフィスと
することもできる。この場合、僅かの流量がオリフィス
を通過することになるけれども、流量を大幅に変えない
範囲で吸入チェック弁の上流側の負圧が解消される。更
に、前記バイパスチェック弁と前記オリフィスとを直列
に配設して構成することもできる。バイパスチェック弁
が開弁するまでオリフィスを通じる流れは遮断され、バ
イパスチェック弁が開弁した後はオリフィスによって通
過する流量が制限され、吸入チェック弁の上流側の圧力
制御室の流体圧力は回復しても、流量制御弁が制御しよ
うとする流量に影響を与えることがない。

【００２６】前記流量制御弁は、弁本体内に形成され且
つ低圧流体が供給される中空部内をアクチュエータによ
って往復駆動される弁ステム、前記弁ステムの先端に設
けられ且つ前記弁本体に形成されている弁シートから離
間又は着座する弁フェースを備えた弁ヘッド、及び前記
弁ステムを閉弁方向に付勢する戻しばねを備えると共
に、前記弁ヘッドが前記中空部から突出したポペット弁
であり、前記流れ規制手段の前記バイパスチェック弁
は、前記弁ヘッドの駆動方向延長上に配置され且つ前記
バイパス通路に形成されている前記オリフィスを通じて
低圧流体が供給される圧力室、及び前記弁ヘッドに対向
して配置され前記圧力室内に配設された引張りばねのば
ね力を受けて前記圧力室の開口を閉鎖することにより前
記バイパス通路と前記吸入通路との連通を遮断可能なス
ペーサを備えており、前記戻しばねは前記弁ヘッドと前
記スペーサとの間に配置された圧縮ばねであり、前記バ
イパスチェック弁は、前記吸入チェック弁の上流側が負
圧になることに応答して、前記スペーサが前記圧力室内
の流体圧力に基づくリフト力でリフトすることにより開
弁すると共に、前記戻しばねを介して前記弁ステムをリ
フトさせて前記流量制御弁を閉じる構成とすることがで
きる。前記バイパス通路を通じて供給される低圧流体に
よって前記吸入チェック弁の上流側の流体圧力が回復さ
れる。弁ステムをアクチュエータで作動させて、弁シー
トから弁フェースを離間させることで、流量制御弁が開
弁される。このとき、中空部内に供給されている低圧流
体は、弁シートと弁フェースとの隙間を通じて吸入チェ
ック弁側に供給される。吸入チェック弁の上流側の圧力
が負圧にまで減圧されると、バイパスチェック弁が圧力
室内の流体圧力に基づいて開弁する。吸入チェック弁の
上流側の圧力が回復すると、バイパスチェック弁が閉じ
る。

【００２７】吸入量制御式高圧ポンプは、また、エンジ
ンの各気筒の燃焼室に応じて設けられ前記燃焼室に燃料
を噴射するインジェクタ、前記各インジェクタに共通し
て設けられて且つ燃料を前記各インジェクタに供給する
コモンレール、前記コモンレールに高圧燃料を供給する
高圧燃料サプライポンプ、及び前記高圧燃料サプライポ
ンプに低圧燃料を供給するフィードポンプを備えたコモ
ンレール式燃料噴射装置の前記高圧燃料サプライポンプ
に適用することができる。

【００２８】コモンレール式燃料噴射装置において、高
圧燃料サプライポンプとしてこの発明による吸入量制御
式高圧ポンプが用いられており、プランジャのポンプ作
用によって吸入チェック弁の上流側の燃料圧力が負圧に
なるような大きな減圧が生じると、流れ規制手段により
規制された流量の燃料がバイパス通路を通じて吸入チェ
ック弁の上流側に供給され負圧を解消する。したがっ
て、フィードポンプからの低圧燃料が吸入チェック弁の
上流側に流入するときに、騒音や振動が発生せず、吸入
チェック弁が不安定な作動をすることがなく、更に、ポ
ンプ室内に吸入される吸入燃料量がバラツクこともない
ので、高圧ポンプの吐出燃料量の制御性が良好となり、
噴射圧力としてのコモンレール圧力の制御性も良好にな
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による吸入量制御式高圧ポンプの実施例を説明する。図
１はこの発明による吸入量制御式高圧ポンプを燃料サプ
ライポンプとして具体化した一実施例を示す図であり、
図２は図１に示す吸入量制御式高圧ポンプの流体回路図
である。図１に示す吸入量制御式高圧ポンプは、本発明
の特徴である吸入通路に流量制御弁を迂回するバイパス
通路を配設し、且つバイパス通路に流れ規制手段を設け
たこと以外の構造については、図７に示す従来の吸入量
制御式高圧ポンプと比較して同じ構造を有しているの
で、同等の機能を奏する構成要素及び部位には同じ符号
を用いて重複する説明を省略する。この吸入量制御式高
圧ポンプをコモンレール式燃料付勢システムにおける燃
料サプライポンプとして用いる場合、コモンレール式燃
料噴射システムそれ自体は、図６に示すシステムを採用
することができる。したがって、本発明による吸入量制
御式高圧ポンプが適用されるコモンレール式燃料噴射シ
ステムについても、バイパス通路と流れ規制手段とを設
けたことに関する以外、上記の再度の説明を省略する。

【００３０】図１及び図２に示す吸入量制御式高圧ポン
プ（以下、単に「高圧ポンプ」と略す）５０において
は、吸入通路１３に流量制御弁１５を迂回するバイパス
通路８０を配設し、且つそのバイパス通路８０には、バ
イパスチェック弁８１とフィード側に形成されている流
路を絞ったオリフィス８２とを備えた流れ規制手段が設
けられている。バイパスチェック弁８１は、吸入チェッ
ク弁６９の上流側、即ち、圧力制御室６８の燃料圧力Ｐ
₁が低下するとフィード圧力Ｐ₀との大きな圧力差で開
弁して圧力制御室６８に流体である燃料を供給するが、
吸入チェック弁６９側から吸入通路１３に戻る流れを阻
止する逆止弁である。バイパスチェック弁８１の一例
が、模式図として図３に示されている。バイパスチェッ
ク弁８１は、オリフィス８２の吸入チェック弁６９側の
開口８３を閉鎖可能なボール８４と、ボール８４を閉じ
る方向に向かって付勢するばね８５とから成る。

【００３１】ポンプ室内の圧力をＰ₂とし、バイパスチ
ェック弁８１のばね８５のばね設定力をＦとし、バイパ
スチェック弁８１のシート径をｄとすると、バイパスチ
ェック弁８１の開弁するときの差圧Ｐ_Aは４Ｆ／（πｄ
²）であり、Ｐ₀−Ｐ₁＞Ｐ _Aのときにバイパスチェッ
ク弁８１が開弁する。また、吸入チェック弁６９の開弁
差圧をＰ_Bとすると、Ｐ₁−Ｐ₂＞Ｐ_Bのときに吸入チ
ェック弁６９は開弁する。バイパスチェック弁８１のば
ね設定力Ｆ及びシート径ｄとしては、Ｐ_B＞Ｐ _Aとなる
ように設計される。即ち、圧力制御室６８の圧力が回復
して吸入チェック弁６９の前後の差圧が開弁差圧Ｐ_B以
下に低下することにより、吸入チェック弁６９が閉弁し
ても、或いは更にその後、プランジャ１１が圧送行程に
移行しても（このとき、ポンプ室１２内の高い圧力によ
り、吸入チェック弁６９は閉弁している）、バイパスチ
ェック弁８１の前後の差圧が開弁差圧Ｐ_Aより大きけれ
ば、バイパスチェック弁８１は開弁した状態となる。

【００３２】プランジャ１１が下降する吸入行程では、
吸入チェック弁６９の上流側の流体圧力が負圧になるよ
うな大きな減圧が生じ、流量制御弁１５が開弁している
ときには、ポンプ室１２内に燃料が吸入される。このと
き、バイパスチェック弁８１が開弁することがあったと
しても、オリフィス８２は、バイパスチェック弁８１を
通じてポンプ室１２への燃料流量を制限しているので、
流量制御弁１５の流量制御作用に大きな影響を与えるこ
とがない。その後、流量制御弁１５が閉弁されると吸入
チェック弁６９の上流側とポンプ室１２内の燃料圧力が
同じになり、ばね７５の作用によって吸入チェック弁６
９が閉じ、その負圧又は減圧が維持される。吸入チェッ
ク弁６９の上流側の燃料圧力がポンプ室１２内と同程度
の低い圧力であるので、バイパス通路８０に設けられて
いるバイパスチェック弁８１が開き、燃料が流れ規制手
段及びバイパス通路８０を通じて吸入チェック弁６９の
上流側に供給され、プランジャ１１が吐出行程に移行し
てもバイパスチェック弁８１は開弁した状態を維持し、
吸入チェック弁６９の上流側の負圧は解消される。この
とき吸入チェック弁６９は閉じているので、ポンプ室１
２への吸入量が変わることはない。

【００３３】バイパスチェック弁８１によって吸入チェ
ック弁６９の上流側の負圧が解消されるので、流量制御
弁１５が開弁して、フィード圧力Ｐ₀の燃料が吸入チェ
ック弁６９の上流側の圧力制御室６８内に流入しようと
しても、回復された圧力制御室６８内の燃料圧力との圧
力差が小さいために、燃料は圧力制御室６８内に急激に
流入しない。そのため、圧力制御室６８内及びポンプ室
１２内の圧力変動は抑制され、高圧ポンプ５０の振動や
騒音を防止することができる。ポンプ室１２内への燃料
の流入にもバラツキがなくなり、高圧ポンプ５０の吐出
流量を目標吐出流量に合わせるという流量制御性が向上
する。また、吸入チェック弁６９の上流側の負圧が解消
されるので、流体供給路におけるキャビテーションの発
生も防止することができ、高圧ポンプ５０の耐久性が確
保される。

【００３４】高圧ポンプ５０によれば、図５に示すグラ
フにおいて、最下欄の圧力制御室６８内の流体圧力Ｐｃ
に示すように、流量制御弁１５が閉じられて後、その次
に開弁する前において、プランジャ１１が圧送行程中で
あってもバイパスチェック弁８１が開弁してフィード圧
力Ｐ₀の燃料が圧力制御室６８に補給され、圧力制御室
６８内の圧力は実質的にフィード圧力Ｐ₀まで回復する
（図５中、Ｄで示す圧力回復を参照）。したがって、流
量制御弁１５が次に開弁したときに、従来、フィード圧
力Ｐ₀の燃料が圧力制御室６８に急激に勢い良く流れ込
むことによって圧力制御室６８内の圧力に鋭いピークを
伴って生じていた圧力変動（図５中、Ｂで示す）が発生
することがなく、高圧ポンプ５０の作動時の振動と騒音
を抑制することができる。また、流量制御弁１５の開弁
時に吸入チェック弁６９の変位Ｌｖに生じていた不安定
且つ急激なピーク（図５中、Ｃで示す）も生じることが
なく、ポンプ室１２への吸入量が安定し、その結果、ポ
ンプ吐出量も安定する。

【００３５】バイパスチェック弁を流量制御弁と組み合
わせた別の例が図４に示されている。図４に示す流量制
御弁９０は、電磁ソレノイド（図示せず）を励磁したと
きに押し下げられるプッシュロッドに連係された弁ステ
ム９１と、弁ステム９１の下側先端部９２に設けられ且
つテーパ状の弁フェース９４を有する弁ヘッド９３を有
している。弁ヘッド９３は中空部９６から突出したポペ
ット弁の弁傘である。弁ステム９１は、弁本体９５内に
形成され且つポート９８を通じて低圧流体が供給される
中空部９６内をアクチュエータによって往復駆動され
る。弁ヘッド９３の端面に形成されているばね収納穴９
９ａには、弁ステム９１を閉弁方向に付勢する圧縮ばね
として作用する戻しばね９９が収容されている。電磁ソ
レノイドを励磁したときに、弁ヘッド９３の弁フェース
９４は戻しばね９９のばね力に抗して弁本体９５側に形
成されている弁シート９７から離間し、吸入通路１３の
ポート９８からフィード圧力Ｐ₀で加圧された燃料が弁
ステム９１の周囲に形成されている通路、弁フェース９
４と弁シート９７との隙間、及び吸入路６６を通じて吸
入チェック弁６９の上流側に供給される。電磁ソレノイ
ドの励磁程度によって、弁フェース９４と弁シート９７
との隙間が調整され、流量制御弁９０を流れる流量が制
御される。電磁ソレノイドを消磁したときに、弁ヘッド
９３の弁フェース９４が弁シート９７に着座することに
よって流量制御弁９０が閉じる。

【００３６】バイパスチェック弁１００は、弁ヘッド９
３の駆動方向延長上に配置され且つバイパス通路８０
（図２，図３参照）に形成されているオリフィス８２
（図３参照）を通じて低圧流体が供給される圧力室１０
２、及び弁ヘッド９３に対向して配置され圧力室１０２
内に配設された引張りばね１０３のばね力を受けて圧力
室１０２の開口を閉鎖することによりバイパス通路８０
と吸入路６６との連通を遮断可能なスペーサ１０１を備
えている。スペーサ１０１の弁フェースとしてのテーパ
フェース１０４が弁本体９５に形成されている弁シート
としてのテーパシート１０５に着座可能である。圧力室
１０２には、フィード圧力Ｐ₀が作用しており且つオリ
フィス１０６を備えているバイパス通路８０が、ポート
１０７で開口している。スペーサ１０１は、弁ヘッド９
３の下端面との隙間（プッシュロッドが電磁力で押され
る強制変位に相当）Ｌ内で作動可能である。戻しばね９
９は、弁ヘッド９３とスペーサ１０１との間に圧縮ばね
として配置されている。引張りばね１０３のばね荷重Ｆ
₁は、スペーサ１０１を押し上げる力、即ち、フィード
圧力Ｐ₀×圧力室１０２の面積Ｓから戻しばね９９の設
定荷重Ｆ₂を差し引いた値より大きく設定されている
（Ｆ₁＞Ｐ₀×Ｓ−Ｆ₂）。

【００３７】プランジャ１１が下降行程にあるとき、弁
ステム９１をアクチュエータで作動させて、弁シート９
７から弁フェース９４を離間させることで、流量制御弁
９０が開弁される。このとき、中空部９６内に供給され
ている低圧燃料は、流量制御弁９０が閉弁されるまで、
離間した弁シート９７と弁フェース９４との隙間を通じ
て吸入チェック弁６９側に供給され、ポンプ室１２内に
流入する。吸入チェック弁６９の上流側の圧力制御室６
８内の圧力が負圧になると、プランジャ１１がリフトす
る圧送行程に移行しても、スペーサ１０１は、その受圧
面積が大きいために、圧力制御室６８に繋がる吸入路６
６内の負圧と圧力室１０２内の流体圧力との差圧に基づ
くリフト力で、引張りばね１０３のばね荷重Ｆ₁と圧縮
ばね９９のばね荷重Ｆ₂とに抗してリフトすることによ
り、バイパスチェック弁１００が開弁する。従って、バ
イパス通路８０を通じて供給される低圧流体によって吸
入チェック弁６９の上流側の圧力制御室６８内の燃料圧
力が回復される。吸入チェック弁６９の上流側の圧力が
回復すると、バイパスチェック弁１００は閉じる。その
他の作用については、バイパスチェック弁８１の作用と
同様であるので、再度の説明を省略する。

【００３８】上記の各実施例では、流れ規制手段をバイ
パスチェック弁８１，１００と共に、オリフィス８２，
１０６を備えたものとして説明したが、バイパスチェッ
ク弁８１，１００のみ、あるいは、オリフィス８２，１
０６のみから流れ規制手段を構成してもよい。吸入量制
御式のポンプとして、プランジャ１１を備えた往復作動
式の容積型ポンプを示したが、回転作動型の容積型ポン
プであってもよい。この発明による吸入量制御式高圧ポ
ンプで圧送する流体を燃料としたが、これに限ることは
なく、燃料以外の液体、気体等の流体の圧送に用いるこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】この発明による吸入量制御式高圧ポンプ
によれば、流れ規制手段の作用によって吸入チェック弁
の上流側の流体圧力を流量制御弁の開弁時までに所定の
圧力まで回復させるので、ポンプの吸入側の流体圧力が
負圧になりフィード圧力との差圧が拡大することに起因
して流量制御弁の次の開弁時に吸入チェック弁の上流側
に流体が急激に送り込まれる現象が生じず、吸入チェッ
ク弁の上流側での流体の急激な圧力変動が発生すること
を防止して、吸入量制御式高圧ポンプの振動や騒音の発
生を抑制し、耐久性を向上することができる。また、吸
入チェック弁の上流側での圧力変動によって吸入チェッ
ク弁に不安定な作動が生じることもなくなるので、吸入
チェック弁を通じてポンプ室へ吸入される流体吸入量も
安定し、ポンプからの流体吐出量の制御性が良好とな
る。更に、吸入チェック弁の上流側が負圧にならなけれ
ば、流体流路内にキャビテーションも生じることがな
く、高圧ポンプの耐久性も損なわれない。また、耐久性
が良く、且つ吐出量の制御性の良い高圧ポンプを低コス
トで提供することができる。

【００４０】この発明による吸入量制御式高圧ポンプを
コモンレール式燃料噴射システムの燃料サプライポンプ
に適用すると、燃料サプライポンプの騒音や振動を軽減
することができると共に、燃料サプライポンプから目標
燃料吐出量の燃料をコモンレールに吐出することがで
き、燃料が供給されるコモンレールの圧力の変動は少な
く、コモンレール圧力の制御性が向上する。コモンレー
ル圧力が目標の圧力に制御されることによって、コモン
レールから燃料の供給を受けて各インジェクタから噴射
される燃料噴射量のバラツキがなくなり、エンジンの運
転状態に基づいて決定される所定の目標燃料噴射量が確
保される。その結果、各燃焼室での燃料状態のバラツキ
が発生してエンジンの不快な振動や騒音が生じず、燃焼
バラツキによるエンジンの不快な振動や騒音の発生を防
止し排気ガス量を軽減することもできる。特に、アイド
リング等のエンジンが低回転する運転状態において気筒
毎の燃料バラツキを無くし、不快な振動や騒音の発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による吸入量制御式高圧ポンプの一実
施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す吸入量制御式高圧ポンプの流体回路
図である。

【図３】図１に示す吸入量制御式高圧ポンプに用いられ
る流れ規制手段の一例を概略で示す断面図である。

【図４】この発明による吸入量制御式高圧ポンプに用い
られる流れ規制手段の別の例を示す断面図である。

【図５】この発明による吸入量制御式高圧ポンプの流量
制御弁への制御信号、吸入チェック弁の変位、及び吸入
チェック弁の上流側の圧力の、時間経過に伴う変化を示
すグラフである。

【図６】従来のコモンレール式燃料噴射システムを説明
する概要図である。

【図７】図６に示されるコモンレール式燃料噴射システ
ムに用いられる燃料サプライポンプの一例を説明する断
面図である。

【符号の説明】

１燃料サプライポンプ２コモンレール３インジェクタ８コントローラ９センサ１０ポンプ駆動カム１１プランジャ１２ポンプ室１３吸入通路１４吐出通路１５，９０流量制御弁２２圧力センサ５０吸入量制御式高圧ポンプ５２ハウジング６０シリンダ６５，６６，６６ａ，６７吸入路６８圧力制御室６９吸入チェック弁８０バイパス通路８１，１００バイパスチェック弁８２，１０６オリフィス９１弁ステム９２下端先端部９３弁ヘッド９４弁フェース９５弁本体９６中空部９７弁シート９９戻しばね１０１スペーサ１０２圧力室１０３引張りばねＥエンジンＰ_A バイパスチェック弁８１の開弁差圧Ｐ_B 吸入チェック弁６９の開弁差圧

フロントページの続きＦターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA12 BA21 BA22 BA38 BA46 BA61 CA01S CA03 CA04T CA04U CA08 CA09 CC05T CC08T CC14 CC26 CC64T CC66 CC67 CC68U CC70 CD26 CE02 CE13 CE22 CE34 DA01 DC04 DC09 DC18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸入通路を通じて流体を吸入すると共に
加圧された流体を吐出通路を通じて吐出するポンプ室、
前記ポンプ室への流体の吸入量を制御するため前記吸入
通路に配設された流量制御弁、及び前記流量制御弁の下
流の前記吸入通路に配設され前記ポンプ室への流体の流
入を許容するが前記ポンプ室からの流体の流出を規制す
る吸入チェック弁を具備し、前記吸入通路には前記流量
制御弁を迂回するバイパス通路が設けられ、前記バイパ
ス通路には、前記流量制御弁の閉弁に起因して低下した
前記吸入チェック弁の上流側圧力を回復させるため、前
記吸入チェック弁の上流側に流体を供給する流れ規制手
段が設けられていることから成る吸入量制御式高圧ポン
プ。
【請求項２】前記流れ規制手段は、前記吸入チェック
弁へ向かう流体の流れを許容するがその逆方向の流れを
阻止するバイパスチェック弁であり、前記バイパスチェ
ック弁の開弁差圧は前記吸入チェック弁の開弁差圧より
小さく設定されていることから成る請求項１に記載の吸
入量制御式高圧ポンプ。
【請求項３】前記流れ規制手段は、オリフィスである
ことから成る請求項１に記載の吸入量制御式高圧ポン
プ。
【請求項４】前記流れ規制手段は、請求項２に記載の
前記バイパスチェック弁と請求項３に記載の前記オリフ
ィスとを直列に配設して構成されていることから成る吸
入量制御式高圧ポンプ。
【請求項５】前記流量制御弁は、弁本体内に形成され
且つ低圧流体が供給される中空部内をアクチュエータに
よって往復駆動される弁ステム、前記弁ステムの先端に
設けられ且つ前記弁本体に形成されている弁シートから
離間又は着座する弁フェースを備えた弁ヘッド、及び前
記弁ステムを閉弁方向に付勢する戻しばねを備えると共
に、前記弁ヘッドが前記中空部から突出したポペット弁
であり、前記流れ規制手段の前記バイパスチェック弁
は、前記弁ヘッドの駆動方向延長上に配置され且つ前記
バイパス通路に形成されている前記オリフィスを通じて
低圧流体が供給される圧力室、及び前記弁ヘッドに対向
して配置され前記圧力室内に配設された引張りばねのば
ね力を受けて前記圧力室の開口を閉鎖することにより前
記バイパス通路と前記吸入通路との連通を遮断可能なス
ペーサを備えており、前記戻しばねは前記弁ヘッドと前
記スペーサとの間に配置された圧縮ばねであり、前記バ
イパスチェック弁は、前記吸入チェック弁の上流側が負
圧になることに応答して、前記スペーサが前記圧力室内
の流体圧力に基づくリフト力でリフトすることにより開
弁すると共に、前記戻しばねを介して前記弁ステムをリ
フトさせて前記流量制御弁を閉じることから成る請求項
４に記載の吸入量制御式高圧ポンプ。
【請求項６】エンジンの各気筒の燃焼室に応じて設け
られ前記燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ、前記各
インジェクタに共通して設けられて且つ燃料を前記各イ
ンジェクタに供給するコモンレール、前記コモンレール
に高圧燃料を供給する高圧燃料サプライポンプ、及び前
記高圧燃料サプライポンプに低圧燃料を供給するフィー
ドポンプを備えたコモンレール式燃料噴射装置の前記高
圧燃料サプライポンプに適用されていることから成る請
求項１〜５のいずれか１項に記載の吸入量制御式高圧ポ
ンプ。