JP2012149602A

JP2012149602A - 高圧ポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2012149602A
Application number: JP2011010138A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Omae; 和広大前
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】燃料の吐出量のバラつきが抑制された高圧ポンプの制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】高圧ポンプの制御装置は、燃料を貯留した貯留部と、燃料を蓄圧する蓄圧部と、プランジャの下降により容積が拡大する加圧室を有した高圧ポンプと、前記加圧室と連通した吸入口を有し、前記貯留部と前記加圧室とを連通する吸入通路と、前記加圧室と連通した吐出流入口を有し、前記加圧室と前記蓄圧部とを連通した吐出通路と、前記吸入口とは個別に設けられ前記加圧室と連通した排出流入口を有し、前記加圧室と前記貯留部とを連通した排出通路と、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記排出通路を開閉し、前記プランジャの下降中に前記排出通路を開状態に維持する排出弁と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧ポンプの制御装置に関する。

特許文献１には、高圧ポンプを用いて燃料をコモンレールに搬送する装置が開示されている。

特開２０００−０５４９２６号公報

このような高圧ポンプは、プランジャの昇降によって容積が変化する加圧室、加圧室と連通しプランジャの昇降によっても容積が変化しない制御室、加圧室と制御室との連通状態を切り替える弁体、を備えたものがある。また、このような高圧ポンプの制御装置として、制御室と燃料タンクと連通した吸入通路、加圧室とコモンレールとを連通した吐出通路、制御室から燃料タンクに燃料を再び戻すための排出通路、が設けられている。加圧室内に気泡を含んだ燃料が吸入されると、コモンレールへの燃料の吐出量にバラつきが発生し、コモンレールでの燃料圧力の制御性能に影響を与える恐れがある。

また、プランジャが高速で昇降を繰り返す場合、燃料が加圧室から制御室へ逆流する際の圧力により弁体が加圧室と制御室とを閉じる恐れがある。この結果、加圧室内の燃料圧力が増大して、所望の量よりも多い燃料がコモンレールへ搬送されて、コモンレール内の燃料圧力の制御性能に影響を与える恐れがある。

そこで、燃料の吐出量のバラつきが抑制された高圧ポンプの制御装置を提供することを課題とする。

上記課題は、燃料を貯留した貯留部と、燃料を蓄圧する蓄圧部と、プランジャの下降により容積が拡大する加圧室を有した高圧ポンプと、前記加圧室と連通した吸入口を有し、前記貯留部と前記加圧室とを連通する吸入通路と、前記加圧室と連通した吐出流入口を有し、前記加圧室と前記蓄圧部とを連通した吐出通路と、前記吸入口とは個別に設けられ前記加圧室と連通した排出流入口を有し、前記加圧室と前記貯留部とを連通した排出通路と、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記排出通路を開閉し、前記プランジャの下降中に前記排出通路を開状態に維持する排出弁と、を備えた高圧ポンプの制御装置によって達成できる。

プランジャの下降中に排出通路が開状態に維持されるので、気泡を含む燃料が加圧室に流入した場合であっても、気泡を排出通路に排出することができる。また、プランジャの下降中に排出通路が開状態に維持されるので、加圧室内の燃料の圧力が不用意に増大することを抑制できる。これらにより、燃料の吐出量のバラつきが抑制される。

燃料の吐出量のバラつきが抑制された高圧ポンプの制御装置を提供できる。

図１は、高圧ポンプの制御装置の実施例１の説明図である。図２は、高圧ポンプの動作の説明図である。図３は、高圧ポンプの動作の説明図である。図４は、高圧ポンプの動作の説明図である。図５Ａ〜５Ｄは、吸入行程と圧送行程との説明図である。図６は、従来の高圧ポンプの説明図である。図７は、実施例２の高圧ポンプの制御装置の説明図である。

以下、複数の実施例について説明する。

図１は、内燃機関に使用される高圧ポンプの制御装置の実施例１の説明図である。内燃機関は４つの気筒を有しているがこれに限定されない。各気筒毎に配置された四つの燃料噴射弁１が設けられている。各燃料噴射弁１へ高圧の燃料を供給するためのコモンレールの蓄圧室２である。燃料タンク３内には低圧ポンプ４が配置されている。低圧ポンプ４は、不図示のバッテリ５により駆動される電気式ポンプである。フィルタ６は低圧ポンプ４の吸入燃料から異物を除去する。

高圧ポンプ７は、蓄圧室２内を、例えば、所定高燃料圧力へ昇圧する。高圧ポンプ７は、シリンダ内を昇降可能なプランジャ７ａを有している。高圧ポンプ７は、プランジャ７ａの昇降により容積が変化する加圧室７ｄ、加圧室７ｄと連通しプランジャ７ａの昇降によらずに容積が一定である制御室７ｇを有している。プランジャ７ａの昇降動作は、内燃機関のクランクシャフトに連結されたカム７ｅと、プランジャ７ａの下端部に連結されカム７ｅに従動して回転するローラ７ｆとによりもたらされる。即ち、カム７ｅが回転することにより、プランジャ７ａが昇降し、これにより加圧室７ｄの容積が変更されて、高圧ポンプ７は燃料の吸引行程及び圧送行程を繰り返す。

制御室７ｇは、吸入通路８によって低圧ポンプ４の吐出側と接続されている。吸入通路８は、制御室７ｇと連通した吸入口８ａを有している。吸入口８ａは、制御室７ｇを介して加圧室７ｄと連通している。加圧室７ｄには、排出通路９、吐出通路１１が接続されている。詳細には、排出通路９は、排出通路入口９ａで加圧室７ｄに接続されており、吐出通路１１は、排出通路入口９ａとは異なる吐出通路入口１１ａで加圧室７ｄに接続されている。吸入口８ａは、制御室７ｇ側に設けられており、排出通路入口９ａは加圧室７ｄ側に設けられおり、吸入口８ａと排出通路入口９ａとは別々に設けられている。吐出通路１１は、蓄圧室２へ接続されている。排出通路９は、燃料タンク３と接続されている。排出通路９の排出通路出口９ｂは、燃料タンク３内の燃料に付着しない高さ位置に設けられている。吸入通路８には、低圧ポンプ４の吐出燃料から異物を除去するためのフィルタ１０が配置されている。

吐出通路１１には、蓄圧室２へ向かう燃料流れのみを許容するチェックバルブ１２が配置されている。このチェックバルブ１２は、所定の以上の圧力差により吐出通路１１を開くものである。

接続通路１４には、蓄圧室２からの燃料流れのみを許容するリリーフバルブ１５が配置されている。リリーフバルブ１５は、蓄圧室２内が所定高燃料圧力より高い所定圧力となる時に開くものであり、蓄圧室２内の燃料圧力が異常に高くなることを防止している。

電磁ソレノイド１６ａは、詳しくは後述するが、高圧ポンプ７の調量機構１８を駆動するアクチュエータである。電磁ソレノイド１６ａを励磁する励磁電流の供給及び停止によって電磁ソレノイド１６ａの状態（励磁・消磁）が制御される。電磁ソレノイド１６ａの制御は、ＥＣＵ２０によって行なわれる。

ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１を介しての燃料噴射量制御、電磁ソレノイド１６ａを介しての高圧ポンプ７の調量機構１８の制御、及び低圧ポンプ４の作動制御を担当する制御装置である。蓄圧室２内の燃料圧力を検出するための圧力センサ２１と、低圧ポンプ４を作動するためのバッテリ（不図示）と、機関運転状態を検出するためのエアフローメータ、回転センサ、冷却水温センサ等の各センサ（いずれも図示せず）とが接続されている。ＥＣＵ２０は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されるコンピュータである。ＲＯＭには、後述する高圧ポンプ７の調量機構１８を制御するためのプログラムが格納されている。

次に、本実施例の高圧ポンプ７の動作について詳細に説明する。
図２〜図４は、高圧ポンプ７の動作の説明図である。
図２は、吸入通路８、排出通路９、吐出通路１１が連通した状態を示しており、図３は、吸入通路８と、排出通路９、吐出通路１１との連通が遮断され、排出通路９と吐出通路１１とが連通した常態を示しており、図４は、吸入通路８、排出通路９、吐出通路１１の連通が互いに遮断された状態を示している。

図２は、電磁ソレノイド１６ａが通電されていない状態を示している。調量機構１８は、吸入弁１６、排出弁１７から構成される。吸入弁１６、排出弁１７は、制御室７ｇと加圧室７ｄとを繋ぐ通路上に配置されている。吸入弁１６は、所定方向に延びた棒状の下端部に拡径部１６１が形成されている。排出弁１７は、貫通孔１７４を有した略筒状である。吸入弁１６は貫通孔１７４を貫通している。貫通孔１７４の内径は、拡径部１６１以外の吸入弁１６の部分の外径よりも大きい。拡径部１６１の外径は、貫通孔１７４の内径よりも大きい。また、排出弁１７の下端部には、排出弁１７の上方部や中央部よりも径が大きい拡径部１７１が形成されている。拡径部１６１、１７１の形状は、円形状に限られない。

吸入弁１６の上端部には付勢部材１６ｂが配置されている。付勢部材１６ｂは、吸入弁１６を下方に付勢している。付勢部材１６ｂは、第１付勢部材に相当する。付勢部材１６ｂは、コイルスプリングである。また、吸入弁１６の上端部には鉄芯１６２が連結されている。電磁ソレノイド１６ａに通電されることにより、鉄芯１６２に磁力が作用して吸入弁１６が上方に移動する。鉄芯１６２と排出弁１７の上端部の間には付勢部材１７ｂが配置されている。付勢部材１７ｂは、第２付勢部材である。付勢部材１７ｂは、コイルスプリングである。

付勢部材１６ｂ、１７ｂは、図２の状態では圧縮された状態である。ここで、付勢部材１６ｂよりも付勢部材１７ｂの付勢力が大きい。このため、付勢部材１７ｂは鉄芯１６２と排出弁１７との間で圧縮されて排出弁１７を下方に付勢している。また、排出弁１７の上端部にはストッパ１７２が設けられている。制御室７ｇを画定する内壁にストッパ１７２が当接することにより、排出弁１７の最下降位置が規定されている。

電磁ソレノイド１６ａが通電されていない状態では、燃料は、制御室７ｇから貫通孔１７４と吸入弁１６との間を通過して加圧室７ｄへ流れる。また、この状態では、加圧室７ｄと、排出通路９及び吐出通路１１とは連通している。

図３は、電磁ソレノイド１６ａに通電を開始して吸入弁１６が僅かに上昇した状態を示している。電磁ソレノイド１６ａに通電されると、磁気的吸引力により吸入弁１６が付勢部材１６ｂの付勢力に抗して上昇する。吸入弁１６が上昇することにより拡径部１６１が拡径部１７１と当接して貫通孔１７４を閉じる。これにより、制御室７ｇと加圧室７ｄとの連通状態は遮断される。換言すれば、吸入通路８と、排出通路９及び吐出通路１１との連通状態が遮断される。これは、吸入通路８が閉じられることと同義である。尚、この状態においては、加圧室７ｄ内にある燃料は、排出通路９、吐出通路１１の双方に流れ得る。

図４は、吸入弁１６が更に上昇した状態を示している。吸入弁１６が付勢部材１６ｂの付勢力に抗して更に上昇すると、拡径部１６１と拡径部１７１とが当接した状態で排出弁１７も上昇する。排出弁１７が上昇することにより図４に示すように拡径部１７１が排出通路９と加圧室７ｄとの連通状態を遮断する。換言すれば、吸入通路８が閉じられ排出通路９も閉じられる。これにより、加圧室７ｄ内の燃料は排出通路９へ流れることができなくなる。吸入弁１６、排出弁１７を駆動する電磁ソレノイド１６ａは移動手段に相当する。

次に、高圧ポンプ７による燃料の吸入行程と圧送行程とについて説明する。図５Ａ〜５Ｄは、吸入行程と圧送行程との説明図である。尚、図５Ａ〜５Ｄは、理解を容易にするために簡略化している。図５Ａは、初期状態を示している。カム７ｅが回転すると、図５Ｂに示すように、プランジャ７ａは下降し始め加圧室７ｄの容積が拡大する。尚、この状態では電磁ソレノイド１６ａは無通電状態である。このため、図２に示した状態でプランジャ７ａが下降することにより、吸入通路８、制御室７ｇを介して燃料が加圧室７ｄに吸引される。このように、プランジャ７ａが下降している間に吸入工程が行なわれる。

更にカム７ｅが回転すると、図５Ｃに示すようにプランジャ７ａが上昇し始め、加圧室７ｄの容積が縮小し始める。これにより、加圧室７ｄ内の一部の燃料は、排出通路９に流れる。具体的には、加圧室７ｄ内の燃料の圧力がチェックバルブ１２を開くほどの圧力に達する前は、加圧室７ｄ内の燃料は排出通路９へと戻される。尚、この状態では電磁ソレノイド１６ａは無通電状態にある。

更にカム７ｅが回転すると、図５Ｄに示すように更にプランジャ７ａが上昇し、ＥＣＵ２０により電磁ソレノイド１６ａが通電される。これにより、図２の状態から図３の状態を介して図４の状態に移行し、制御室７ｇと加圧室７ｄとの連通状態が遮断され、更に加圧室７ｄと排出通路９との連通状態も遮断される。これにより、加圧室７ｄ内の燃料の圧力は、プランジャ７ａの上昇に伴って増大し、チェックバルブ１２を開いて燃料が吐出通路１１側に流れる。このようにプランジャ７ａが上昇している間に圧送工程が行なわれる。

以上のように、プランジャ７ａが下降している吸入行程中においては、図２に示したように、排出弁１７は、排出通路９を開いた状態に維持する。具体的には、付勢部材１６ｂ、１７ｂとの付勢力と、制御室７ｇ内にある排出弁１７の上端部分にかかる燃料の圧力とにより、排出弁１７は、最下端の位置に維持される。これにより、吸入行程中において排出弁１７が上昇して排出通路９を閉じることが防止される。これにより、例えば吸入工程中に気泡が混入した燃料が加圧室７ｄ内に流入した場合であっても、気泡を排出通路９側に導くことができる。

ここで、図１に示したように、排出通路９の排出通路出口９ｂは燃料タンク３内の燃料に付着しておらず、外気に晒されている。このため排出通路９内の圧力は大気圧に近い値となる。一方、吐出通路１１内は、加圧された燃料が通過するため、吐出通路１１内は大気圧よりも大きくなるものと思われる。このため、排出通路９内と吐出通路１１内との圧力差が増大し、これにより、燃料中の気泡は、圧力の低い排出通路９側に導かれる。これにより、容易に燃料中の気泡を排出することができる。従って、気泡を含んだ燃料が蓄圧室２に案内されることを防止できる。これにより、燃料の吐出量のバラつきが抑制される。

また、プランジャ７ａが上昇している圧送行程においては、図３に示したように吸入弁１６により吸入通路８が閉じられた後に、図４に示したように排出弁１７により排出通路９が閉じられる。これにより、図３に示した状態では、プランジャ７ａの上昇により加圧室７ｄ内の燃料の一部を排出通路９側に排出することができる。これにより、吐出通路１１を流れる燃料量を調整することができる。また、この状態においても燃料に気泡が混入している場合には、気泡を燃料と共に排出通路９に導くことができる。これにより、燃料の吐出量の調整精度と気泡の排出性との双方を確保することができる。

次に、本実施例とは構造の異なる従来の高圧ポンプ７ｘについて説明する。図６は、従来の高圧ポンプ７ｘの説明図である。高圧ポンプ７ｘは、単一の吸入弁１６により制御室７ｇｘと加圧室７ｄｘとの連通状態を切り替える。また、排出通路９ｘは、加圧室７ｄｘには接続されておらず、制御室７ｇｘに接続されている。このため加圧室７ｄｘ内に気泡が混入した燃料が一度流入すると、そのまま吐出通路１１を通過して蓄圧室２へ搬送される恐れがある。これにより、燃料の吐出量にバラつきが生じ、また、蓄圧室２内での燃料の圧力も一定に維持することが困難となる恐れがある。

また、圧送工程初期においては、吸入弁１６は、制御室７ｇｘ及び加圧室７ｄｘを連通状態にしているため、カムが高回転をした場合、加圧室７ｄｘ内から制御室７ｇｘ内に逆流する燃料の圧力により、吸入弁１６が自閉する恐れがある。また、吸入通路８から制御室７ｇｘに流入した燃料の一部が加圧室７ｄｘに流れることなく排出通路９に流れる恐れがある。これにより、制御室７ｇｘ内の圧力が低下し加圧室７ｄｘ内の圧力が増加し、制御室７ｇｘ内と加圧室７ｄｘ内との圧力差が増大する恐れがある。このような作用によっても吸入弁１６が自閉する恐れがある。このように吸入弁１６が不用意に移動して加圧室７ｄｘと制御室７ｇｘとを閉じると、加圧室７ｄｘ内の燃料の圧力が所望の圧力よりも大きくなり、蓄圧室２内の圧力が所望の圧力よりも増大する恐れがある。

本実施例の場合、排出通路９は、制御室７ｇには直接連通しておらず加圧室７ｄに直接連通しており、加圧室７ｄを介して吸入通路８に連通している。換言すれば、制御室７ｇには、直接排出通路９が接続されていない。このため、制御室７ｇに流入した燃料は、加圧室７ｄ以外には流れない。即ち、燃料は、吸入通路８、制御室７ｇを通過して加圧室７ｇへと一方向に流れる。このため、カム７ｅが高速回転したような場合であっても、燃料の逆流を防止して制御室７ｇ内の圧力が低下を防止できる。これにより、吸入弁１６や排出弁１７の自閉が防止される。

また、本実施例の場合、図２に示したように、加圧室７ｄに排出通路９、吐出通路１１が接続されているので、加圧室７ｄ内に流入した燃料中の気泡を容易に排出通路９側に導くことができる。また、本実施例の場合、たとえ燃料が加圧室７ｄから制御室７ｇに逆流して吸入弁１６が上昇して貫通孔１７４を閉鎖したとしても、図３に示すように、排出通路９と加圧室７ｄとの連通状態は確保される。これにより、このような不測の事態においても、燃料を排出通路９に排出することができ、燃料の圧力の過剰な増大を抑制できる。

また、本実施例では、加圧室７ｄに連通した吐出通路１１の吐出通路入口１１ａと、排出通路９の排出通路入口９ａとを個別の位置に設けることにより、排出通路入口９ａのみを排出弁１７により閉鎖することが可能となっている。これにより、排出通路入口９ａが排出弁１７に閉じられた後において、加圧室７ｄ内の燃料を所定の圧力で吐出通路１１に圧送することができる。

また、本実施例では、排出通路入口９ａは吐出通路入口１１ａよりも鉛直上方側に位置している。このため燃料中の気泡は浮力によって上昇し排出通路９側に案内することができる。

次に、実施例２の高圧ポンプの制御装置について説明する。尚、実施例１と類似の構造については類似の符号を付することにより、重複する説明を省略する。図７は、実施例２の高圧ポンプの制御装置の説明図である。尚、図７においては、実施例１と類似の部分を省略している。

図７に示すように、高圧ポンプ７Ａの加圧室７ｄａ内には弁や電磁ソレノイドは配置されていない。吸入通路８、排出通路９、吐出通路１１には、各通路を開閉可能な開閉弁２８、２９、２２が設けられている。開閉弁２８、２９、２２の動作はＥＣＵ２０´により制御される。また、高圧ポンプ７Ａには制御室７ｇは設けられていない。

ＥＣＵ２０´は、吸入行程中においては、開閉弁２９を開いた状態に維持する。これにより、加圧室７ｄａ内に導入された燃料中の気泡を開閉弁２９に排出することができる。また、圧送行程中では、ＥＣＵ２０´は、開閉弁２９を所定期間開いた後に閉じ、その後に開閉弁２２を開く。これにより、圧送行程で加圧室７ｄａの容積が縮小されている途中において、加圧室７ｄａ内の燃料の一部を排出通路９に流して排出することができる。これにより、吐出通路１１を介して蓄圧室２に圧送される燃料の吐出量を調整することができる。尚、開閉弁２２は、加圧室７ｄａから吐出通路１１に流入する燃料の流れのみを許容する逆止弁であってもよい。

また、図７に示すように、排出通路９の排出通路入口９ａは、加圧室７ｄａの上部に位置している。このため、気泡を排出通路９へと導くことができ、吐出通路１１に気泡が混入することを防止できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

７高圧ポンプ
７ａプランジャ
７ｄ加圧室
７ｇ制御室
８吸入通路
９排出通路
１１吐出通路
１２チェックバルブ
１６吸入弁
１６ａ電磁ソレノイド
１６ｂ、１７ｂ付勢部材
１７排出弁

Claims

燃料を貯留した貯留部と、
燃料を蓄圧する蓄圧部と、
プランジャの下降により容積が拡大する加圧室を有した高圧ポンプと、
前記加圧室と連通した吸入口を有し、前記貯留部と前記加圧室とを連通する吸入通路と、
前記加圧室と連通した吐出流入口を有し、前記加圧室と前記蓄圧部とを連通した吐出通路と、
前記吸入口とは個別に設けられ前記加圧室と連通した排出流入口を有し、前記加圧室と前記貯留部とを連通した排出通路と、
前記吸入通路を開閉する吸入弁と、
前記排出通路を開閉し、前記プランジャの下降中に前記排出通路を開状態に維持する排出弁と、を備えた高圧ポンプの制御装置。
前記貯留部に燃料を流出する前記排出通路の排出流出口は、外気に晒されている、請求項１の高圧ポンプの制御装置。
前記排出弁は、前記プランジャの下降終了後であり前記吸入弁が閉じた後に閉状態となる、請求項１又は２の高圧ポンプの制御装置。
前記吸入弁は、前記排出弁に形成された貫通孔を開閉可能に貫通し、前記貫通孔を開閉することにより前記吸入通路を開閉し、
前記吸入通路が開状態になるように前記吸入弁を付勢する第１付勢手段と、
前記排出通路が開状態になるように前記排出弁を付勢する第２付勢手段と、
前記吸入弁が前記吸入通路を閉状態にし前記排出弁が前記吸入弁に押されて前記排出通路を閉状態にするように前記吸入弁を移動させる移動手段と、を備えている、請求項１乃至３の何れかの高圧ポンプの制御装置。