JP2010043647A - 燃料噴射装置の高圧流量可変ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、コストが低い流量調整器を備えた高圧燃料ポンプを提供する。
【解決手段】高圧の燃料を噴射できるように設定されたインジェクタ５を備えた当該燃料噴射装置を備え、該インジェクタにコモンレール機構が連通され、給入行程と吐出行程の往復運動にて駆動されるポンプ機構からなり、その流量が、給入管１０上に設置され、前記ポンプ機構の給入行程動作中に駆動される、該ポンプ機構１８に給入される燃料量を調整するための調整器２７により調整される、内燃エンジンの燃料噴射装置のための高圧流量可変ポンプであって、燃料タンクに排出管が繋がり、前記コモンレール機構に、前記排出管と連通した排出用ソレノイドバルブ１５が備えられ、前記インジェクタからの燃料の排出分とコモンレール機構からの燃料の過剰分の両方が、前記ソレノイドバルブ１５により前記排出管１２から燃料タンクまで戻すことができることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジンの燃料噴射装置のための高圧流量可変ポンプに関する。

よく知られているように、現在の内燃エンジンにおける高圧ポンプは、エンジンのシリンダーに装備された複数のインジェクタに向けて、加圧燃料の所定ストレージ部を備えたコモンレール機構（コモンレール式燃料噴射装置と呼ばれる機構）に燃料を供給できるよう設計されたポンプである。燃料の最適な噴射量を作成するためには、エンジンの最大動力条件において、１６００バー程度の高い圧力が必要となる。コモンレール機構で必要な燃料の加圧は、エンジンの運転条件である動作状態の機能として電子制御部により制御される。

従来の噴射装置では、制御部により、ポンプの供給管に装備されたバイパス式ソレノイドバルブが制御されて、燃料をコモンレール機構に供給する前に、インジェクタへの給入量の過剰分を燃料タンクへ戻すことができるようになっている。

前記高圧ポンプの流量は、一般的にエンジンのクランク軸の回転速度に依存するので、エンジンの動作状態に異なっても、流量や圧力の最適値が得られるようポンプを設定する必要がある。しかし、動作状態によっては、例えば、エンジンの駆動力が低くて最大速度の状態の場合、ポンプの流量が過剰となると、燃料の過剰分がそのままタンクに戻される。結果として、高圧ポンプの圧縮動作の一部が熱に変わるという欠点が、従来の噴射装置には存在することになる。

そこで、エンジン駆動力が低い場合にポンプの吐出量も低下できるよう、流量可変高圧ポンプが紹介されている。そのようなポンプの１つに、コモンレール機構に必要な圧力機能、および／または、エンジンの動作状態の機能として電子制御部にて制御できる、その断面域を連続的に変化させる抑制機構からなる流量調整器を給入側配管に装備したポンプがある。

前記給入管の抑制機構には、約５バーの一定の圧力差ΔＰの燃料が、補助ポンプから供給される。その通路の有効断面域を連続的に変化させることにより、流体連通ポンプ要素による給入量を調整することができる。給入側に設けられた調整用ソレノイドバルブの下流側の燃料は低圧かつ低流量であり、給入バルブの開放動作にはわずかの影響力しかもたない。その結果、給入バルブの戻りバネだけで、低圧の抑制機能の下流側の開口をゼロに閉止することができる。そのために、一方で、戻りバネの付勢力を正確に設定する必要があり、ポンプの価格が上昇してしまい、他方で、対応する圧縮室内のポンプ要素に起因する負圧のせいで給入バルブの開放が不能になる恐れがあり、ポンプ動作が不正確になり、動作信頼性の低下につながる。さらに、ポンプには複数のポンプ要素が備わるため、吐出量が非対称的になってしまう恐れもある。

そこで本発明の目的は、信頼性が高く、コストが低く、従来技術における燃料供給ポンプの欠点を克服できる流量調整器を備えた高圧燃料ポンプを提供することである。

叙上の目的は、本発明による、給入管（１０）に連通した給入バルブ（２５）と、供給管（８）に連通した供給バルブ（３０）と、内燃エンジン（２）のシリンダ（３）に高圧の燃料を噴射できるように設定されたインジェクタ（５）を備えた当該燃料噴射装置（１）とを備え、該インジェクタ（５）にコモンレール機構（６）が連通され、給入行程と吐出行程の往復運動にて駆動される少なくとも１つのポンプ機構（１８）からなり、その流量が、前記給入管（１０）上に設置され、前記ポンプ機構（１８）の給入行程動作中に駆動される、該ポンプ機構（１８）に給入される燃料量を調整するための調整器（２７）により調整される、内燃エンジン（２）の燃料噴射装置のための高圧流量可変ポンプであって、燃料タンク（１１）に排出管（１２）が繋がり、前記コモンレール機構（６）に、前記排出管（１２）と連通した排出用ソレノイドバルブ（１５）が備えられ、前記インジェクタ（５）からの燃料の排出分とコモンレール機構（６）からの燃料の過剰分の両方が、前記ソレノイドバルブ（１５）により前記排出管（１２）から燃料タンク（１１）まで戻すことができることを特徴とする高圧流量可変ポンプにより達成できる。

特に、前記給入バルブは、共通の給入管に連通しており、前記調整器は、前記ポンプ機構の共通給入管上に設置され、各ポンプ動作サイクルの給入行程に同期して駆動される。

本発明によれば、信頼性が高く、コストが低く、従来技術における燃料供給ポンプの欠点を克服できる流量調整器を備えた高圧燃料ポンプを提供することができる。

本発明による流量調整器を備えた高圧ポンプからなる内燃エンジンの燃料噴射装置の概略図である。 図１の流量調整器の動作特性図である。

本発明をよりいっそう理解できるよう、以下、添付図面を参照して、好適実施例の説明を行う。

図１に示すのは、一例としての、４ストロークディーゼル式の内燃エンジン２の燃料噴射装置であり、番号１で表している。エンジン２は、エンジンシャフト４を回転させるため駆動する対応ピストン（図示しない）と共同動作する、本実施例では４本である、複数のシリンダー３で構成されている。

前記噴射装置１は、シリンダー３に対応して、その内部に高圧の燃料を噴射できるよう設定された複数の電気制御式インジェクタ５からなる。インジェクタ５は、単数または複数のインジェクタ５に対応して予め決められた容量をもつアキュムレータに接続されている。本実施例のアキュムレータは、全部のインジェクタ５に連通されたコモンレール機構６により形成されている。

前記コモンレール機構６には、番号７で示す高圧ポンプから供給管８経由で高圧の燃料が供給される。高圧ポンプ７には、ポンプ７の給入側配管１０の電気ポンプ９などの低圧ポンプにより燃料が給入されている。電気ポンプ９は、普通は燃料タンク１１内に設置されており、タンク１１には、噴射装置１における燃料の過剰分を回収するための排出管１２が繋がっている。

また前記コモンレール機構に６は、排出管１２に連通された排出用ソレノイドバルブ１５が備わっている。各インジェクタ５は、一般的にエンジン２の制御マイクロプロセッサーで構成される電子制御部１６の制御動作により最大値と最小値とのあいだで変化する量の燃料を対応するシリンダー３内に噴射できるよう設定されている。

前記制御部１６には、圧力センサー１７などで検出されるコモンレール機構６内の燃料の圧力値と同様に、エンジンシャフト４の回転数やアクセルペダルの位置などの、対応するセンサー（図示しない）で作成されるエンジン２の動作状態を示す信号が入力される。そして、所定プログラムより入力された信号を処理するため、前記制御部１６により個別のインジェクタ５の動作の時間や期間が制御される。さらに、制御部１６は、排出用ソレノイドバルブ１５の開閉動作も制御する。結果として、インジェクタ５からの燃料の排出分とコモンレール機構６からの燃料の過剰分の両方とも、ソレノイドバルブ１５により前記排出管１２をタンク１１まで戻すことができる。

前記高圧ポンプ７は、１対のポンプ機構１８からなり、それぞれのポンプ機構１８は、給入行程と吐出行程からなる往復運動のため、内部をピストン２１がスライド移動する圧縮室２０をもつシリンダー１９を備える。各圧縮室２０には、対応する給入バルブ２５と吐出バルブ３０とが装備されている。両方のバルブ２５と３０とも、ボール式バルブであって、それぞれ戻りバネを備える。１対の給入バルブ２５とも、共通の給入管１０に連通しており、同様に、１対の吐出バルブ３０は、共通の供給管８に連通している。

前記ポンプ機構のピストン２１は、高圧ポンプ７動作のためのシャフト２３に取り付けられたカム２２により駆動される。本実施例における１対のポンプ機構１８は、同軸上で対向位置にあり、単独のカム２２で駆動できる。シャフト２３は、動力伝達部２６を経由してエンジン駆動軸４に接続されているので、各インジェクタ５からエンジン２の対応するシリンダー３へ噴射のため、カム２２によりピストン２１の圧縮行程が制御される。

前記タンク１１では、燃料は大気圧と同じである。利用のさいには、燃料は、電気ポンプ９により所定の低い圧力値、例えば、２〜３バー程度、まで圧縮される。続いて、高圧ポンプ７は、給入管１０から給入された燃料を圧縮して、例えば、１６００バー程度の高圧の燃料を、供給管８を経由してコモンレール機構６まで送り出す。

本発明によれば、前記高圧ポンプ７の流量は、給入管１０に取り付けられた調整器により排他的に制御される。調整器は、２つのポンプ機構１８の給入行程に同期して各ポンプ動作サイクルが行われるよう設計されている。そのため、調整器は、オン／オフ式のシャットオフソレノイドバルブ２７で構成され、ソレノイドバルブ２７は、対応する給入行程の所要期間中に、圧力低下を起こすことなく、ポンプ機構１８からの十分な燃料供給が行われるよう、比較的大きな有効通路の断面域を有している。

図２の特性図における正弦波曲線３１は、シャフト２３の回転角度の関数としての、対応するピストン２１の速度を示している。各曲線３１の実線の半波部分は対応するピストン２１の給入行程を表し、点線の半波部分は対応するピストン２１の圧縮行程つまり吐出行程を表している。

前記ソレノイドバルブ２７の動作は、マニホールド６内の燃料の圧力の関数、および／または、エンジン２の動作状態の関数としてのチョップ方式で、制御部１６により制御できるよう設定されている。つまり、制御部１６により、給入行程３１の初期間中にはソレノイドバルブ２７を開口し、同じ給入行程３１の給入相３２と３２'の期間ｔとｔ'中にソレノイドバルブ２７を閉止できるよう連続的に調整制御するのである。

そして前記ソレノイドバルブ２７のオン／オフ動作により、圧縮室２０の上流側での圧力が、低圧の電気ポンプ９の波頭と同じになるよう制御されるため、給入バルブ２５の開口動作の状態が従来技術に比べて簡単になる。前記１対のポンプ機構１８が逆位相で駆動されるため、給入管１０から高圧ポンプ７への燃料への供給が、片方のポンプ機構１８の給入動作により行われ、同時に、他方のポンプ機構１８は圧縮動作中で、その給入バルブ２５は閉止されている。

上記の説明から、本発明による、高圧ポンプ７からの燃料の吐出量を調整するための燃料噴射装置の長所が、明白である。特に、各噴射動作において、アキュムレータ６内の圧力が迅速に回復できる。さらに、各給入バルブ２５の戻りバネによる高精度の動作のためのコストのかかる較正作業が、必要でなくなる。そして最後に、高圧ポンプ７による過剰燃料分を排除するバイパスバルブ設置の必要性もなくせる。

また、前述の高圧ポンプや対応する調整装置は、付随の特許請求項に記載の保護範囲から逸脱することなく、多様な変更や改良が可能なのも理解できよう。例えば、動力伝達部２６をなくして、エンジン駆動軸４の速度に依存させずに、別の速度で高圧ポンプ７のシャフト２３を駆動することも可能である。あるいは、アキュムレータ６からの燃料の排出用のソレノイドバルブ１５を設置しなくても構わない。

さらに、前記２つのポンプ機構１８を平行に設置して、対応する２個の異なるカムで逆位相動作させることも可能である。最後に、高圧ポンプ７のポンプ機能１８の数を変更することもでき、例えば、３つのポンプ機構を使って、１個の共通カムにより１２０度の位相差で駆動しても構わない。

Claims (1)

1. 給入管（１０）に連通した給入バルブ（２５）と、供給管（８）に連通した供給バルブ（３０）と、内燃エンジン（２）のシリンダ（３）に高圧の燃料を噴射できるように設定されたインジェクタ（５）を備えた当該燃料噴射装置（１）とを備え、
   該インジェクタ（５）にコモンレール機構（６）が連通され、
   給入行程と吐出行程の往復運動にて駆動される少なくとも１つのポンプ機構（１８）からなり、その流量が、前記給入管（１０）上に設置され、前記ポンプ機構（１８）の給入行程動作中に駆動される、該ポンプ機構（１８）に給入される燃料量を調整するための調整器（２７）により調整される、内燃エンジン（２）の燃料噴射装置のための高圧流量可変ポンプであって、
   燃料タンク（１１）に排出管（１２）が繋がり、
   前記コモンレール機構（６）に、前記排出管（１２）と連通した排出用ソレノイドバルブ（１５）が備えられ、
   前記インジェクタ（５）からの燃料の排出分とコモンレール機構（６）からの燃料の過剰分の両方が、前記ソレノイドバルブ（１５）により前記排出管（１２）から燃料タンク（１１）まで戻すことができる
   ことを特徴とする高圧流量可変ポンプ。

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