JP3295624B2 - 可変吐出量高圧ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ディーゼ
ル機関のコモンレール噴射システムにおいて、コモンレ
ール内に高圧流体を圧送するために用いられる可変吐出
量高圧ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関に燃料を噴射するシステ
ムの１つとして、コモンレール噴射システムが知られて
いる。コモンレール噴射システムでは、各気筒に連通す
る共通の蓄圧配管（コモンレール）が設けられ、ここに
可変吐出量高圧ポンプによって必要な流量の高圧燃料を
圧送供給することにより、蓄圧配管の燃料圧力を一定に
保持している。蓄圧配管内の高圧燃料は所定のタイミン
グでインジェクタにより各気筒に噴射される（例えば、
特開昭６４−７３１６６号公報等）。

【０００３】図１５は、このような用途に用いられる可
変吐出量高圧ポンプの一例を示すもので、シリンダ９１
内には図示しないカムによって駆動されるプランジャ９
２が往復動自在に嵌挿され、シリンダ９１の内壁面とプ
ランジャ９２の上端面とで圧力室９３を形成している。
該圧力室９３の上方には電磁弁９４が取り付けられてお
り、電磁弁９４は、その内部に形成された低圧流路９５
と圧力室９３の間を開閉する弁体９６を有している。

【０００４】弁体９６は、コイル９７に通電しない図示
の状態で開弁位置にあり、燃料は、プランジャ９２の下
降時に、図略の低圧供給ポンプより低圧流路９５、弁体
９６周りの間隙を経て圧力室９３内に導入される。コイ
ル９７に通電すると弁体９６は上方へ吸引され、その略
円錐状の先端部がシート部９８に着座して閉弁する。同
時に、プランジャ９２の上昇によって、圧力室９３内の
燃料が加圧され、圧力室９３の側壁に設けた流路９９よ
り蓄圧配管へ圧送される。

【０００５】ところで、プランジャ９２の上昇中は、圧
力室９３内の燃料圧により弁体９６に閉弁方向の力が作
用するため、弁体９６は一度閉弁すると、コイル９７へ
の通電を停止しても開弁しない。このため、上記構成の
可変吐出量高圧ポンプでは、蓄圧配管へ送る流量の制御
を、閉弁時期を制御する、いわゆるプレストローク制御
にて行っている。すなわち、プランジャ９２が上昇行程
に移った後、直ちに閉弁せず、圧力室９３内の燃料が所
定量となるまで開弁状態を保持して、余剰の燃料を低圧
流路９５側へ逃がし、しかる後、閉弁して加圧を開始す
ることで、必要量の加圧流体を蓄圧配管へ圧送してい
る。

【０００６】ところが、エンジンの回転数の上昇に伴
い、ポンプの送油率が高くなると、弁体９６が閉弁信号
とは無関係に閉弁（自閉）するという問題が生ずる。こ
れは、プランジャ９２の上昇時、弁体９６が、下端面に
圧力室９３内の燃料の動圧を直接受けること、弁体９６
とシート部９８の間の間隙より低圧流路９５へ向けて流
れる燃料の絞り効果により閉弁方向の力を受けること等
によるもので、流量制御が適切になされないおそれがあ
る。

【０００７】この対策としては、弁体９６の作動ストロ
ークを大きくするか、弁体９６の復帰用スプリング力を
大きくすることが考えられるが、いずれの場合も、閉弁
応答性の低下につながる。閉弁応答性を維持するために
はコイルに通電する電力を多大にしたり、体格を大きく
して電磁弁の吸引力を増加させる必要があり、電磁弁の
電力コスト、製作コストの上昇を招くという問題があっ
た。

【０００８】また、上記構成の可変吐出量高圧ポンプで
は、圧力室９３への流路の開閉を電磁弁９４で行ってお
り、閉弁信号に対し弁体９６が着座して流路を閉鎖する
までに一定の時間を要することから、通常、この作動応
答時間を予め計算して閉弁タイミングを制御している。
ところが、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率
が高くなると、開閉動作が間に合わなくなり、十分な制
御ができなくなるおそれがあった。

【０００９】そこで、本発明者等は、エンジンの回転数
が上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも、蓄圧配管へ
圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも装置の
大型化や電力の増大を伴わないこと、また、流路の開閉
に電磁弁を用いることによる応答遅れ等の不具合を解消
することを目的として、以下に示す吸入量調量式の可変
吐出量高圧ポンプを提案した（特願平８−１９５６５３
号）。

【００１０】この可変吐出量高圧ポンプは、図１６に示
すように、圧力室１１０の上流に、圧力室１１０への低
圧燃料の吸入時にのみ開放される逆止弁１１２を設ける
とともに、その上流に、圧力室１１０へ吸入される低圧
燃料の流量を制御する電磁弁１１１を設けたものであ
る。電磁弁１１１は、弁体１１１ａが開弁している間、
圧力室１１０方向へ低圧燃料を流し、この燃料の圧力に
よって逆止弁１１２のボール状の弁体１１２ａが下方へ
移動する。圧力室１１０はシリンダ１１０ａの内壁面と
プランジャ１１０ｂの上端面とで形成され、カム１１０
ｃの回転によってプランジャ１１０ｂが上下動する。こ
のように、低圧流路と圧力室の間を開閉する弁体と、低
圧流路から圧力室へ吸入される低圧燃料の流量を制御す
る弁体を別々に設けることで、プレストローク制御にお
ける自閉の問題が解消される。

【００１１】図１７はこれを応用したもので、圧力室１
１０を放射状に配置した４本のプランジャ１０９の端面
間に形成している。図中、ポンプハウジング１００内に
はドライブシャフト１０１が挿通保持されており、この
ドライブシャフト１０１と一体に回転するフィードポン
プ１０２によって、低圧燃料が低圧流路１０３、１０４
より、燃料溜まり１０５に流入するようになしてある。
上記ドライブシャフト１０１の右端部には、インナーカ
ム１０６が一体に形成されており、このインナーカム１
０６内には、ヘッド１０７の左端部が挿通位置してい
る。

【００１２】該ヘッド１０７の左端部内には、４個のシ
リンダたる摺動孔１０８が放射状に形成され（図ではこ
のうち２個のみを示す）、各摺動孔１０８内に上記プラ
ンジャ１０９が往復動自在に支持されている。これらプ
ランジャ１０９の内側端面と摺動孔１０８の内壁とで上
記圧力室１１０が形成され、導入される燃料をプランジ
ャ１０９の往復動によって加圧するようになしてある。
上記燃料溜まり１０５より圧力室１１０に至る流路に
は、上流側から、流量制御用の電磁弁１１１および逆止
弁１１２が配設されている。逆止弁１１２は電磁弁１１
１が開弁している間、流入する燃料の圧力で開弁し、電
磁弁１１１が閉弁し、加圧開始されると閉弁する。

【００１３】しかして、電磁弁１１１により予め必要な
流量を圧力室１１０内に供給すると、逆止弁１１２によ
り低圧燃料の加圧開始時より圧送終了時まで圧力室１１
０への流路が閉鎖される。この時、電磁弁１１１には最
大の圧力でもフィード圧（約１５気圧）しか作用しない
ので、電磁弁１１１の体格を大きくする必要がなく、小
型化、低コスト化が可能となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１
６、１７の構成の可変吐出量高圧ポンプにおいて、圧力
室１１０への燃料の吸入が終了し、圧送を開始する時
に、逆止弁１１２の閉弁動作が速やかに行われないこと
があるという問題が生じた。これは、逆止弁１１２が加
圧燃料の圧力によって閉弁する構成であるためで、電磁
弁１１１が閉弁して吸入が終了しても、逆止弁１１２は
閉弁しておらず、電磁弁１１１から圧力室１１０へ至る
流路は連通している。そして、プランジャ１０９が上昇
し、加圧が開始されても、電磁弁１１１が閉弁している
ため、圧力室１１０から逆止弁１１２方向への流れが発
生せず、逆止弁１１２に閉弁方向の油撃力が作用しにく
い。このため、逆止弁の閉弁動作が確実に行われずに加
圧圧送がなされないおそれがあるばかりか、本来、フィ
ード圧（約１５気圧）以上の圧力が作用しないはずの電
磁弁１１１に、高圧がかかるおそれがあり、その耐久性
を低下させるおそれがあった。

【００１５】しかして、本発明の目的は、逆止弁の閉弁
動作を確実に行うことができ、電磁弁に高圧がかかるこ
とを防止して、信頼性を向上させることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１の構成に
おいて、可変吐出量高圧ポンプは、内燃機関に設けられ
る蓄圧配管内の高圧燃料をインジェクタにより所定のタ
イミングで各気筒に噴射するコモンレール噴射システム
において、上記蓄圧配管内の燃料圧力を所定圧力に保持
すべく必要流量の高圧燃料を圧送供給するために設けら
れる。そして、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿される
プランジャと、上記シリンダの内壁面と上記プランジャ
の端面とで形成される圧力室を有し、該圧力室内に低圧
流路より導入される低圧燃料を、上記プランジャの往復
運動によって加圧して高圧流路へ圧送するようになして
ある。また、上記低圧流路から上記圧力室へ供給される
低圧燃料の流量を制御する電磁弁と、上記電磁弁と上記
圧力室の間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方
向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁とを備えている。
上記逆止弁のバルブシート部上流の流路は、絞り流路に
よって、上記プランジャの背圧と同圧であるポンプ内部
空間、あるいは低圧燃料の貯蔵タンクに至るリターン流
路に連通している。

【００１７】ポンプ内部空間はほぼ大気圧であるため、
圧送開始時、燃料が加圧され始めると、圧力差によって
燃料が一瞬この絞り流路から抜ける。これを利用して、
圧力室から逆止弁方向への流れを発生させることがで
き、逆止弁の弁体に閉弁方向への油撃力を作用させて、
閉弁動作を速やかにかつ確実に行うことができる。ま
た、仮に、逆止弁にシール不良等が生じても、上記絞り
流路から燃料が抜けるので、電磁弁に直接高圧がかかる
ことを防止でき、信頼性を向上させることができる。上
記絞り流路をポンプ内部空間に連通させる代わりに、低
圧燃料の貯蔵タンクに至るリターン流路に連通させても
よく、同様の効果が得られる。

【００１８】請求項２の構成では、上記逆止弁のバルブ
シート部上流の流路を、上記逆止弁と上記電磁弁との間
を連通する流路とし、加圧燃料の圧送開始時に、燃料が
上記逆止弁のバルブシート部上流の流路から上記絞り流
路を経て抜けるようにする。このようにすると、圧送開
始時の加圧燃料が抜けるため、電磁弁に高圧が作用する
ことががない。また、請求項３の構成では、上記逆止弁
のバルブシート部上流の流路が、上記逆止弁と上記電磁
弁との間を連通する流路であり、上記電磁弁が閉弁され
た時の上記プランジャの往復運動による加圧圧送によっ
て、加圧燃料が上記逆止弁、上記逆止弁のバルブシート
部上流の流路から上記絞り流路を経て抜けるようにす
る。上記プランジャの上昇により、上記圧力室から絞り
流路への燃料流れが一瞬発生し、上記逆止弁を閉弁する
ことができるため、電磁弁に高圧が作用することが確実
に防止できる。

【００１９】請求項４の構成では、これら請求項１ない
し３の逆止弁を、上記圧力室と上記電磁弁の間の流路を
開閉するための弁体、および該弁体を閉弁方向に付勢す
るリターンスプリングを有する構造とする。この時、吸
入が終了すると、スプリングのばね力により逆止弁は直
ちに閉弁動作に入るので、絞り流路による油撃力の作用
と相まって、速やかに閉弁させることができる。よっ
て、圧送開始時に確実に閉弁を終了させることができ、
また、逆止弁のシール不良等が生じた場合に電磁弁に高
圧がかかることを防止できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の可変吐出量高圧ポ
ンプをディーゼルエンジンのコモンレール噴射システム
に適用した第１の実施の形態を図面に基づいて説明す
る。図２はシステム図で、エンジンＥには各気筒の燃焼
室に対応する複数のインジェクタＩが配設され、これら
インジェクタＩは各気筒共通の高圧蓄圧配管いわゆるコ
モンレールＲに接続されている。インジェクタＩからエ
ンジンＥの各燃焼室への燃料の噴射は、噴射制御用電磁
弁Ｂ１のＯＮ−ＯＦＦにより制御され、電磁弁Ｂ１が開
弁している間、コモンレールＲ内の燃料がインジェクタ
ＩによりエンジンＥに噴射される。従って、コモンレー
ルＲには連続的に燃料噴射圧に相当する高い所定圧の燃
料が蓄圧される必要があり、そのために供給配管Ｒ１、
吐出弁Ｂ２を経て、本発明の可変吐出量高圧ポンプＰが
接続される。

【００２１】この可変吐出量高圧ポンプＰはフィードポ
ンプＰ１を内蔵する構成となっており、このフィードポ
ンプＰ１によって貯蔵用タンクである燃料タンクＴから
吸い上げた燃料を高圧に加圧し、コモンレールＲ内の燃
料を高圧に制御するものである。コモンレールＲには、
コモンレール圧力を検出する圧力センサＳ１が配設され
ており、システムを制御する制御手段となる電子制御ユ
ニットＥＣＵは、この圧力センサＳ１からの信号が予め
負荷や回転数に応じて設定した最適値となるように、可
変吐出量高圧ポンプＰの吐出量を決定して吐出制御装置
Ｐ２に制御信号を出力する。電子制御ユニットＥＣＵに
は、さらに、エンジン回転数センサＳ２（カム軸に接続
されたカップリングＫから後述する図１１に示すような
欠け歯信号（ＮＥパルス）を検出する）、ＴＤＣ（上死
点）センサＳ３、スロットルセンサＳ４、温度センサＳ
５により、回転数、ＴＤＣの位置、アクセル開度、温度
の情報が入力され、電子制御ユニットＥＣＵは、これら
の信号により判別されるエンジン状態に応じた最適の噴
射時期、噴射量（噴射期間）を決定して、噴射制御用電
磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。

【００２２】次に、図１〜５により上記可変吐出量高圧
ポンプＰの詳細について説明する。図１において、ポン
プハウジング１内にはベアリングＤ２、ブッシュＤ１を
介してドライブシャフトＤが回転可能に支持されてお
り、このドライブシャフトＤには、燃料タンクＴ（図２
参照）からインレットバルブＢ３を介して燃料を吸い上
げて低圧流路となるフィード流路１１に圧送供給するベ
ーン式のフィードポンプＰ１が連結されている。上記ド
ライブシャフトＤの右端部には、インナーカム１３が一
体に形成されており、該インナーカム１３は上記ドライ
ブシャフトＤとともにエンジンの回転数の１／２の速度
で回転するようになしてある。このインナーカム１３が
回転すると、半月状の板Ｐ１１を介して上記フィードポ
ンプＰ１のロータＰ１２が回転し、その回転により燃料
タンクＴ内の燃料が、上記インレットバルブＢ３より図
示しない流路を通って上記フィードポンプＰ１内空間
（ロータＰ１２とケーシングＰ１３とカバーＰ１４、１
５とに囲まれた空間）に導入される。導入された燃料
は、ロータＰ１２の回転に伴い、該ロータＰ１２に配設
されたベーンＰ１６によってフィード流路１１に圧送さ
れる。

【００２３】フィード流路１１の燃料は下記に示すよう
にコモンレールＲへの圧送用として使用されるだけでな
く、しぼりｓよりポンプ内に流入し、ポンプ内部の潤滑
にも使用される。潤滑された燃料はバルブＶより出て燃
料タンクＴにもどされる。また、ポンプ内部の圧力はほ
とんど大気圧となるようにバルブＶにより調整されてい
る。

【００２４】ポンプハウジング１の右端開口にはヘッド
Ｈが嵌着されており、該ヘッドＨは左端中央部が突出し
て上記インナーカム１３内に挿通位置している。図３に
示すように、このヘッドＨの左端中央部には、複数のシ
リンダたる摺動孔２が設けてあり、これら複数の摺動孔
２内にはそれぞれプランジャ２１が往復動自在かつ摺動
自在に支持されている。各プランジャ２１の外側端部に
はシュー２１ａが設けられ、各シュー２１ａにカムロー
ラ２２が回転自在に保持されている。

【００２５】上記インナーカム１３は、このカムローラ
２２の外周に摺接するように配置されており、上記イン
ナーカム１３の内周面には、等間隔で配置された複数の
カム山を有するカム面１３ａが形成してある。各プラン
ジャ２１の内方側端面と各摺動孔２の内壁面との間に形
成される空間は、圧力室２３となしてある。しかして、
ドライブシャフトＤと一体となったカム１３が回転する
と、プランジャ２１が摺動孔２内を往復動し、圧力室２
３内の燃料を加圧する。ここでは４本のプランジャ２１
に対し４つのカム山を形成しており、カム１回転につき
４回の圧送を行うようにしている。なお、図３はプラン
ジャ２１が最上昇位置（最内方）にある状態を示してい
る。

【００２６】なお、従来の可変吐出量高圧ポンプでは、
プランジャ２１をインナーカム１３に常時押し付けるス
プリングを配設することが多いが、本発明の可変吐出量
高圧ポンプは吸入量制御方式であり、吸入量が少量の時
にプランジャ２１が最下降点まで下降すると、圧力室２
３の減圧によるキャビテーションの発生のおそれがあ
る。このため、本発明ではスプリングを設けておらず、
プランジャ２１の往復動は、圧送時はドライブシャフト
Ｄの回転によるカムリフトで、吸入時は低圧燃料の圧力
（フィード圧）によって行う。よって吸入量が少ない場
合には、低圧燃料の供給分だけしかプランジャ２１はカ
ム１３方向に移動せず、カムローラ２２とインナーカム
１３が離れるようになしてある。

【００２７】図４（ａ）のように、ヘッドＨの右端部に
は、ストッパ４１、逆止弁４を介して、ロックアダプタ
５が組み付けられている。このロックアダプタ５とポン
プハウジング１との間には、燃料溜まり１２が形成さ
れ、ロックアダプタ５の右端部には、圧力室２３へのフ
ィード燃料の流入量を制御する電磁弁６が配設されてい
る。上記ロックアダプタ５には、上記燃料溜まり１２に
連通する流路５１が形成され、該流路５１は、電磁弁６
の左端部外周に形成される燃料溜まり５２に連通してい
る。この時、ポンプ内に設けられた上記フィードポンプ
Ｐ１からフィード流路１１、燃料溜まり１２、流路５
１、燃料溜まり５２に至る流路が低圧流路を構成する。
また、上記逆止弁４と電磁弁６とで上記図２における吐
出制御装置Ｐ２を構成している。

【００２８】上記逆止弁４は、上記圧力室２３と上記電
磁弁６の間に位置するボディ４２を左右方向に貫通する
流路４３と、該流路４３を開閉する弁体４４を有する。
上記流路４３は、途中で上記圧力室２３方向（図の左
方）に拡径してバルブシート部たる円錐状のシート面４
５を形成している。なお、弁体４４の右半部は、図４
（ｂ）に示すように外周に複数の溝を有しており、この
溝に沿って燃料が流れるようになしてある。しかして、
上記電磁弁６が開弁し、上記流路４３に燃料が流入する
と、燃料の圧力で弁体４４が開弁する。

【００２９】上記ストッパ４１は、板面の複数箇所に連
通孔４１ａ、４１ｂを有している。これら連通孔４１
ａ、４１ｂを介して、上記流路４３と圧力室２３との間
を燃料が流通可能であり、また、圧送開始時には、スト
ッパ４１中央部の連通孔４１ｂにより、弁体４４が圧力
室２３より逆流する燃料の動圧を受けやすいようにして
ある。これらストッパ４１、逆止弁４は、逆止弁４の右
方より、外周にねじ部を形成したロックアダプタ５を螺
着することにより、ヘッドＨとロックアダプタ５の間に
挟持される。

【００３０】図５（ａ）、（ｂ）は電磁弁６の詳細を示
すもので、電磁弁６は、コイル６２を内蔵するハウジン
グ６１と、その左端部に嵌合固定されるバルブボディ７
１を有し、ハウジング６１の外周に設けたフランジ６３
にて上記ロックアダプタ５の上面にボルト固定される
（図１、４参照）。この時、バルブボディ７１は上記ロ
ックアダプタ５の中央部を貫通して上記逆止弁４に対向
する。バルブボディ７１と逆止弁４の間には、逆止弁４
の流路４３に連通する流路４３ａが形成される。

【００３１】図５（ａ）において、バルブボディ７１
は、軸方向中央部に形成したシリンダ７２内に、ニード
ル弁７３を左右方向に摺動可能に保持している。ニード
ル弁７３の左端部周りには環状の流路７４ａが形成さ
れ、該流路７４ａの側方には、上記燃料溜まり５２（図
４）に連通する流路７４ｂが開口し、左方には、上記流
路４３ａに連通する流路７４ｃが開口している（図４参
照）。流路７４ｃの開口端部には、バルブシート部たる
略円錐状のシート面７５が形成してあり、ニードル弁７
３の略円錐状の先端部がこのシート面７５に着座して上
記流路７４ａ、７４ｃ間を閉鎖するようになしてある。

【００３２】ここで、ニードル弁７３は、摺動部７３ａ
径（φｄ₁ ）と、シートエッジ部７３ｂ（閉弁時のシー
ト面７５との当接端縁）の直径（φｄ₂ ）とが等しくな
るようにする。この時、ニードル弁７３には、ニードル
弁７３周りの流路７４ａ内に供給されるフィード燃料に
よる油圧作用力は発生しない。また、流路７４ｂ内に
は、通常、フィルタ７６を設けており、ニードル弁７３
とシート面７５の間に異物が入って常時開弁状態になる
ことを防止している。このフィルタ７６は、例えば金属
メッシュよりなり、その目開きがニードル弁７３開弁時
の最大リフト時の流路面積よりも小さくなっていればよ
い。なお、フィルタ７６は、流路７４ｂ内に限らず、燃
料タンクＴから電磁弁６に至る低圧流路のどこに設置し
てもよい。

【００３３】上記ニードル弁７３の右端にはアーマチャ
６４が圧入固定してあり、アーマチャ６４は、ステータ
６５と一定の間隔（ｌ₂ ）で対向している。該ステータ
６５の外周には上記コイル６２が配され、ステータ６５
内部に設けたスプリング室６６内にはスプリング６７が
配設されて、上記アーマチャ６４を図の左方に付勢して
いる。

【００３４】しかして、コイル６２に通電しない図５
（ａ）の状態では、上記アーマチャ６４と一体のニード
ル弁７３が、スプリング６７力により左方に付勢され、
その先端部がボルブボディ７１のシート面７５に着座
（閉弁）し、圧力室２３（図１）への連通路となる流路
７４ｃを閉鎖する。このように、電磁弁６を、非通電状
態で閉弁する構成とすることで、コイルの破損時に燃料
の圧送が行われないようにする効果がある。

【００３５】コイル６２への通電によりアーマチャ６４
が吸引され、スプリング６７のスプリング力に抗して右
方に移動すると、これと一体のニードル弁７３先端部が
シート面７５から離れて（開弁）、低圧流路と圧力室２
３の間を開放する（図５（ｂ））。この時のリフト量
（ｌ₁ ）は、ニードル弁７３の右端面７３ｃと、これに
対向して設けたシム６８との間の距離によって決まる
（図５（ａ））。なお、アーマチャ６４とステータ６５
の距離（ｌ₂ ）は、閉弁時はｌ₁ ＋０．０５、開弁時は
０．０５となる。

【００３６】また、図５（ｂ）において、ニードル弁７
３の先端部のなす角度θ1 は、バルブボディ７１のシー
ト面７５のなす角度θ2 より１°程度大きくしてある。
これにより、閉弁時のシートエッジ部の密着性が向上
し、磨耗が防止できる。

【００３７】なお、開弁時にはアーマチャ６４が右方に
移動し、その分だけスプリング室６６の容積が減少する
ので、スプリング室６６内の燃料が移動できるよう、ス
プリング室６６を他の部分と連通させる必要がある。本
実施の形態では、ニードル弁７３の内部にこれを左右方
向に貫通する流路７７、７８を設け、スプリング室６６
とニードル弁７３左方の流路７４ｃを連通している。こ
れにより、スプリング室６６内の燃料が移動できると同
時に、開弁時に流路７４ｃの圧力が上昇してもスプリン
グ室６６と流路７４ｃは同じ圧力となるため、ニードル
弁７３には油圧力が作用せず、ニードル弁７３の作動不
良が防止できる。

【００３８】本発明の特徴は、図４に示すように、上記
逆止弁４のバルブシート部たるシート面４５上流の流
路、ここでは、上記逆止弁４のボディ４２と上記電磁弁
６のバルブボディ７１の間に形成される流路４３ａを、
ロックアダプタ５内に設けた絞り流路５３により、ヘッ
ドＨに設けられた環状溝Ｍ１、流路Ｍ２を介してポンプ
内部の空間に連通したことにある。上記絞り流路５３
は、上記流路４３ａの上端面に接続される端部を、小径
の絞り部５３ａとなしており、加圧燃料の圧送開始時
に、少量の燃料がこの絞り部５３ａより上記絞り流路５
３、環状溝Ｍ１、流路Ｍ２を経てポンプ内部の空間に抜
けるようにすることで、逆止弁４の閉弁方向への流れを
形成する。

【００３９】ところで、圧力室２３へのフィード燃料の
吸入時、フィード燃料は、電磁弁６の流路７４ｃから流
路４３ａ、逆止弁の流路４３を経て圧力室２３へと流れ
るだけでなく、上記流路４３ａから上記絞り流路５３を
経て、ポンプ内部へも流出するが、絞り流路５３は、絞
り部５３ａの流路面積を十分小さくすることで、圧力室
２３への必要な流量を確保することができる。具体的に
は、上記絞り部５３ａの流路面積を、逆止弁４の弁体４
４が開弁した時のバルブシート部の開口面積の１０分の
１以下となるようにするのがよい。

【００４０】しかして、電磁弁６が開弁すると燃料溜ま
り５２より上記流路４３に燃料が流入し、燃料の圧力で
弁体４４が開弁すると、逆止弁４のシート面４５、スト
ッパ４１内の流路４１ｃ、ヘッドＨ内の流路２３ａを経
て上記圧力室２３へ流入する。加圧燃料は、摺動孔２か
らヘッドＨ内の流路２３ａ、吐出孔２４より、ヘッドＨ
壁に固定した吐出弁３を経て、蓄圧配管である上記コモ
ンレールＲ（図２）に圧送される。吐出弁３は弁体３１
とこれを閉弁方向に付勢するリターンスプリング３２を
有し、加圧燃料が所定圧を越えるとリターンスプリング
３２のスプリング力に抗してこれを開弁して高圧流路で
ある吐出流路３３に吐出するようになしてある。

【００４１】次に、図６により本実施の形態の可変吐出
量高圧ポンプＰの作動について説明する。図６には、イ
ンナーカム１３およびプランジャ２１のリフトを展開図
で示しており、プランジャ２１のシリンダたる摺動穴２
の半径中心方向への移動が展開図の上方への移動に相当
し、プランジャ２１の放射方向への移動が展開図の下方
への移動に相当する。図６（ｂ）〜（ｃ）は燃料の吸入
行程を示すもので、燃料の圧送が終了した後、すなわ
ち、プランジャ２１がインナーカム１３の回転により摺
動穴２内を半径中心方向に移動してカムリフトの最上昇
点（図６（ｂ））に達した後に流量制御用電磁弁６が開
弁するように、この電磁弁６に通電することで開始され
る。通電によりニードル弁７３が開弁すると、フィード
ポンプＰ１（図２）から供給される低圧燃料は、フィー
ド流路１１、燃料溜まり１２、流路５１、燃料溜まり５
２、流路７４ｂ、７４ａ、７４ｃ、４３ａを順次通過し
て、逆止弁４内の流路４３に流入する。逆止弁４は、吸
入時は図のように開弁しており、燃料は、弁体４４とシ
ート面４５の間隙よりストッパ４１の連通孔４１ａを経
て圧力室２３内に導入される。この時、導入される燃料
によってプランジャ２１は下方（放射方向）に押し下げ
られる。この行程を吸入行程といい、この行程ではカム
ローラ２２とインナーカム１３は摺接している。

【００４２】図２の電子制御ユニットＥＣＵからの制御
信号により流量制御用電磁弁６の通電が停止されると、
ニードル弁７３が閉弁して圧力室２３への流路を閉鎖
し、吸入は終了する（図６（ｃ））。吸入が終了すると
プランジャ２１はそれ以上、下方に押し下げられないの
でカムローラ２２とインナーカム１３は離れる（図６
（ｄ））。この時、逆止弁４の弁体４４は、図１に示す
ように開弁状態にある。

【００４３】図６（ｅ）〜（ｆ）は燃料の圧送行程を示
すものである。吸入終了後、インナーカム１３の回転に
伴いプランジャ２１が再び上昇（半径方向外方への移
動）を開始すると、同時に、一瞬、加圧燃料がストッパ
の流路４１ａ、逆止弁４内の流路４３を介して流路４３
ａ、絞り流路５３、環状溝Ｍ１、流路Ｍ２を介して抜け
る。このため、逆止弁４の弁体４４が、ストッパ４１の
連通孔４１ａ、４１ｂから逆流する燃料により閉弁方向
の力を受けて右方に移動し、シート面４５に着座して閉
弁する。そのため、圧力室２３内の燃料は、プランジャ
２１の上昇とともに圧縮されて高圧となり、所定の圧力
を越えると、吐出弁３の弁体３１を復帰用スプリング３
２の付勢力に抗して押し開く。これにより、加圧燃料は
全て吐出弁３より吐出流路３３を経てコモンレールＲ内
に圧送される。なお、流路４３ａから絞り流路５３を介
して連通しているポンプ内部の空間は、ほぼ大気圧であ
るため、この絞り流路５３から燃料が流入することはな
い。

【００４４】圧力室２３内の加圧燃料がすべて吐出弁よ
り吐出されると圧送が終了し、吐出弁３は復帰用スプリ
ング３２の復帰力により閉弁する（図６（ｆ））。この
圧送行程中は、圧力室２３内の圧力は常に逆止弁４の弁
体４４を閉弁する方向に作用するため、上記逆止弁４が
開弁することはない。

【００４５】以上、上記構成では、圧力室２３への燃料
の吸入量を流量制御用電磁弁６で制御し、圧力室２３へ
の流路途中に逆止弁４を設けて、圧力室２３へ吸入され
た燃料は全て加圧してコモンレールＲへ圧送する吸入量
制御方式としており、簡単な構成で、高圧流路へ圧送す
る流量制御が容易かつ確実にできる。特に、絞り流路５
３を設けて、上記逆止弁４と電磁弁６の間の流路４３ａ
とポンプ内部空間を連通させたので、逆止弁４の弁体４
４に閉弁方向の流れ（油撃力）が作用し、閉弁動作が速
やかにかつ確実に行われる。また、万一、逆止弁がシー
ル不良となった場合、この絞り流路５３から加圧燃料が
抜けるため、電磁弁６に高圧がかかるのを防止する効果
もある。よって、簡単な構成で、部品点数を増加させる
ことなく所望の効果が得られ、信頼性に優れる。

【００４６】ここで、図６を用いて上記構成の可変吐出
量高圧ポンプＰの最適な制御方法について説明する。図
２におけるエンジン回転数センサＳ２は、ポンプＰのカ
ム軸に接続されたカップリングＫから図６に示すような
欠け歯信号（ＮＥパルス）を検出できるようになってお
り、欠け歯の位置と、カムリフトの頂点の位置は所定の
角度にある。電子制御ユニットＥＣＵは、この欠け歯信
号を基準とし、そこからいくつの角度（もしくは時間）
で通電するかを算出して、電磁弁６の通電開始時期を制
御する。

【００４７】図６は、最適な制御を行った場合の、電磁
弁６および逆止弁４の作動と、プランジャ２１およびイ
ンナーカム１３のリフトの様子を示している。通常、電
磁弁６に通電してからニードル弁７３が開弁を開始する
まで、また開弁が終了するまでには、一定の時間ｔ１、
ｔ２を要する。この時間を予め把握しておき（または、
リフトセンサ等により常時検出するようにしてもよ
い）、開弁開始時期がちょうどカムリフトの頂点（図６
（ａ））になるように、回転数に応じて通電時期を調整
する。

【００４８】このようにすれば、吸入行程に入ると同時
に吸入が開始され、プランジャ２１は電磁弁６の通電期
間から、通電開始からカムリフト下降開始（図６（ｂ）
の位置）までの時間（ｔ３）を差し引いた角度（もしく
は時間）θだけ下降（放射方向に移動）する。そして、
圧力室２３に供給された燃料は、次サイクルの圧送行程
で、プランジャ２１の上昇（半径中心方向への移動）と
ともに加圧され、コモンレールＲに圧送される。この圧
送工程において、逆止弁４には加圧の圧力が加わるた
め、弁体４４が開くことはない。よって、吸入量がすな
わち圧送量となり、コモンレール圧の制御が容易にでき
る。

【００４９】吸入量は、電磁弁６の通電期間によって制
御され、通電期間が長ければ吸入量は多くなり、短けれ
ば吸入量は少なくなる。図には吸入量を小、中、大とし
てそれぞれの場合を示している。吸入量が最大の場合、
プランジャ２１は最下降点まで下降して最大量の燃料を
吸入、圧送する。吸入量が少ない場合は、プランジャ２
１は吸入量に応じた位置までしか下降せず、圧送量は少
量となる。また、吸入量が少ない場合、プランジャ２１
の下降開始時は、カムローラ２２とインナーカム１３は
摺接しているが、電磁弁６が閉弁するとプランジャ２１
が下降を停止するため、カムローラ２２とインナーカム
１３は離れる。

【００５０】図７にこのような制御を行った場合の圧送
量特性を示す。ここでは、あるポンプ回転数の通電期間
から、通電開始からカムリフト下降開始までの時間（ｔ
３）を差し引いた角度をθとしている。角度θの増加と
ともに、圧送量は単調に増加しており、これに基づいて
圧送量（吸入量）の制御が可能であることがわかる。

【００５１】従って、図６に示したように、カムリフト
が下降に入った時点で、ニードル弁７３が開弁してお
り、吸入中はインナーカム１３とカムローラ２２が摺接
しながら下降するように、通電時期を制御することで、
吸入量すなわち圧送量の制御性を向上させることができ
る。

【００５２】図８は電子制御ユニットＥＣＵによる制御
の一例を示すフローチャートである。電子制御ユニット
ＥＣＵには、上記図２のシステム図に示したように各セ
ンサから種々の情報が、常時入力されるようになしてあ
り、エンジン回転数センサＳ２により検出されるＮＥ信
号からエンジン（ポンプ）回転数を、スロットルセンサ
Ｓ５により検出されるアクセル開度から目標コモンレー
ル圧（ＣＰＴＲＧ）および噴射量（圧送量）を、予め入
力された制御マップに基づいて算出する（ステップ１、
ステップ２）。続いて、ポンプ回転数、圧送量に応じた
電磁弁６の通電開始時期および通電期間（角度か時間も
しくは両方）を算出し（ステップ３）、電磁弁６に通電
する。

【００５３】また、電子制御ユニットＥＣＵは、圧力セ
ンサＳ１によりコモンレールＲ圧力（ＣＰＴＲＴ）を常
時検出するようになしてあり、この検出されたコモンレ
ールＲ圧力（ＣＰＴＲＴ）と目標コモンレール圧（ＣＰ
ＴＲＧ）とを比較して（ステップ４）、異なる場合には
補正をする。補正方法としては、（ＣＰＴＲＴ−ＣＰＴ
ＲＧ）の計算を行って必要な圧送量増加分を算出し（ス
テップ５）、この増加分に相当する通電期間（開弁角
度）に変更する（ステップ６）。次いで、再び、（ＣＰ
ＴＲＴ＝ＣＰＴＲＧ）かどうかを判定し（ステップ
７）、（ＣＰＴＲＴ＝ＣＰＴＲＧ）でない場合には、ス
テップ５に戻って（ＣＰＴＲＴ＝ＣＰＴＲＧ）になるま
で繰り返しフィードバック制御する。

【００５４】図９に本発明の第２の実施の形態を示す。
上記第１の実施の形態では、絞り流路５３を設けること
で逆止弁４の閉弁動作が速やかになされるようにした
が、本実施の形態では、これに代えて、上記逆止弁４に
閉弁用のリターンスプリング４７を設けている。該リタ
ーンスプリング４７は、ストッパ４１の中央部に設けた
スプリング室内に保持されて、弁体４４を閉弁方向（図
の右方）に付勢するようになしてある。この構成では、
圧送開始時に、逆止弁の弁体４４に油撃を作用させる代
わりに、リターンスプリング４７のスプリング力により
強制的に閉弁動作させる。この場合の電磁弁６および逆
止弁４の作動とプランジャリフトとカムリフトの様子を
図１０に示す。図のように、吸入工程が終了すると（図
１０（ｃ））、スプリング力により速やかに閉弁動作に
入り、確実に閉弁して、これを圧送終了（図１０
（ｆ））まで保持することができる。

【００５５】図１１は本発明の第３の実施の形態であ
る。本実施の形態では、上記第１の実施の形態に示した
絞り流路５３を有する構成に加えて、さらに、上記第２
の実施の形態に示したリターンスプリング４７を設けた
ものである。この時、逆止弁４の閉弁動作は、上記第２
の実施の形態同様、リターンスプリング４７のスプリン
グ力によって行われる。しかも、万一、このリターンス
プリング４７が破損した場合には、上記絞り流路５３の
作用によって、逆止弁４の弁体４４を確実に閉弁動作さ
せることができる。また、逆止弁４がシール不良となっ
た場合に電磁弁６に高圧がかかることを防止できる。

【００５６】図１２は本発明の第４の実施の形態であ
り、上記第１の実施の形態に示した絞り流路５３を、基
本構成の異なる可変吐出量高圧ポンプに適用したもので
ある。。上記各実施の形態では、互いに連通する４個の
摺動孔２内に配設した４本のプランジャ２１により１つ
の圧力室２３の加圧、圧送を行うようにしたが、本実施
の形態では、４個のシリンダたる摺動孔２（図ではこの
うち２つのみを示す）内にそれぞれ圧力室２３を独立に
設け、各圧力室２３内に配設した４本のプランジャ２１
（図ではこのうち２つのみを示す）が、それぞれ独立に
燃料の加圧を行うようにしている。ここでは４つの圧力
室２３のうち、図示される一対の対向する圧力室２３
と、図示されないもう一対の対向する圧力室２３とが交
互に圧送する構成となしてある。上記一対の圧力室２３
はそれぞれ吐出孔２４により１つの吐出弁３に接続され
ている。また、第４の実施の形態では、図示していない
が、吐出弁３がもう１つ設けてあり、上記もう一対の圧
力室２３が同様に吐出孔２４により、このもう１つの吐
出弁３に接続されている。

【００５７】上記圧力室２３の左方には、その各々に対
応する４個の逆止弁４が設けてあり、これら逆止弁４内
の流路４３（図１３）と上記電磁弁６に至る流路２３ａ
との連通、遮断を、分配ロータ７０で切替えるようにな
してある。分配ロータ７０は内部にＴ字形の流路７０ａ
を有し、この流路７０ａを介して上記流路２３ａと逆止
弁４の流路４３とを連通させる。図示の状態では、分配
ロータ７０の上下の２個の逆止弁４と上記流路２３ａと
が連通しており、ドライブシャフトＤとともに分配ロー
タ７０が９０°回転すると、図示されない２個の逆止弁
４と上記流路２３ａとが連通することになる。インナー
カム１３は、ここでは対向位置に２個のカム山を有する
形状となしてあり、この時、インナーカム１３の回転に
伴い対向する２本のプランジャ２１が交互に圧送を行
う。このように構成することで、駆動トルクのピーク値
を低減することができる。

【００５８】上記逆止弁４は、図１３に示すように、ボ
ディ４２内に形成される流路４３と、該流路４３を開閉
するボール形の弁体４４を有している。弁体４４の右方
への移動は、ストッパ４１で規制されている。上記流路
４３へは、その左端外周に設けた環状流路４３ｂを介し
て、上記分配ロータ７０の流路７０ａより燃料が流入
し、燃料の圧力によって上記弁体４４が開弁するように
なしてある。ここで、上記流路４３の左端部は、その左
方に形成した絞り流路４８およびボディ４２内空間を介
して、ポンプ内部に連通している。

【００５９】上記絞り流路４８は、上記第１の実施の形
態における絞り流路５３同様の作用を有するものであ
る。圧送開始時には、分配ロータ７０により電磁弁６へ
の流路が遮断されているため、分配ロータ７０から逆止
弁４のバルブシート部までの間に、ポンプ内部に連通す
る絞り流路４８を設け、一瞬、この絞り流路４８から燃
料が抜けることを利用して、逆止弁４の閉弁動作を確実
に行うことができる。さらに、図１４のように、上記弁
体４４を閉弁方向（図の右方）に付勢するリタースプリ
ング４７を加えた構成とすれば、閉弁動作をより確実に
行うことができる。

【００６０】このように、本発明の構成は、上記第１の
実施の形態に示した基本構成の他、種々の構成の可変吐
出量高圧ポンプに適用することができ、さらに、上記実
施の形態に示したインナーカム式のポンプだけでなく、
列型ポンプ、アウターカム式のポンプ等、吸入調量方式
を利用したポンプであれば、いずれにも適用可能であ
る。

【００６１】また、上記各実施の形態においては、絞り
流路をポンプ内部に連通させた構成を示したが、ポンプ
内部でなく、例えば、燃料タンクに至るリターン流路
等、ポンプ外に連通させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す可変吐出量高
圧ポンプの全体断面図である。

【図２】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプを含
む燃料噴射システムの全体構成図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】（ａ）は図１の部分拡大断面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】第１の実施の形態で用いた流量制御用電磁弁の
全体断面図で、（ａ）は閉弁時、（ｂ）は開弁時の状態
を示す。

【図６】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの作
動を説明するための図である。

【図７】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの圧
送量特性を示す図である。

【図８】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの制
御方法を示すフローチャートである。

【図９】本発明の第２の実施の形態における可変吐出量
高圧ポンプの部分拡大断面図である。

【図１０】第２の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの
作動を説明するための図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態における可変吐出
量高圧ポンプの部分拡大断面図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態における可変吐出
量高圧ポンプの全体断面図である。

【図１３】第４の実施の形態で用いた逆止弁の全体断面
図である。

【図１４】逆止弁構成の他の例を示す全体断面図であ
る。

【図１５】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図で
ある。

【図１６】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図で
ある。

【図１７】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図で
ある。

【符号の説明】 Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ １ ポンプハウジング １１ フィード流路（低圧流路） １２ 燃料溜まり（低圧流路） １３ インナーカム（カム） ２ 摺動孔（シリンダ） ２１ プランジャ ２２ カムローラ ２３ 圧力室 ２４ 吐出孔 ３ 吐出弁 ３１ 弁体 ３２ 復帰用スプリング ３３ 吐出流路（高圧流路） ４ 逆止弁 ４１ ストッパ ４１ａ、４１ｂ 連通孔 ４２ ボディ ４３ 流路 ４３ａ 流路 ４４ 弁体 ４５ シート面 ４７ リターンスプリング ４８ 絞り流路 ５ ロックアダプタ ５１ 流路（低圧流路） ５２ 燃料溜まり（低圧流路） ５３ 絞り流路 ５３ａ 絞り部 ６ 流量制御用電磁弁 ７３ ニードル弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 康弘 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式 会社デンソー内 (56)参考文献 特開 昭56−98562（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−505680（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 59/46 F02M 59/36 F02M 59/44

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に設けられる蓄圧配管内の高圧
   燃料をインジェクタにより所定のタイミングで各気筒に
   噴射するコモンレール噴射システムにおいて、上記蓄圧
   配管内の燃料圧力を所定圧力に保持すべく必要流量の高
   圧燃料を圧送供給するために、シリンダ内に往復運動可
   能に嵌挿されるプランジャと、上記シリンダの内壁面と
   上記プランジャの端面とで形成される圧力室を有し、該
   圧力室内に低圧流路より導入される低圧燃料を、上記プ
   ランジャの往復運動によって加圧して高圧流路へ圧送す
   る可変吐出量高圧ポンプであって、上記低圧流路から上
   記圧力室へ供給される低圧燃料の流量を制御する電磁弁
   と、上記電磁弁と上記圧力室の間に設けられ、上記低圧
   流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆
   止弁とを備え、かつ上記逆止弁のバルブシート部上流の
   流路を、上記プランジャの背圧と同圧であるポンプ内部
   空間、または低圧燃料の貯蔵タンクに至るリターン流路
   に連通させる絞り流路を設けたことを特徴とする可変吐
   出量高圧ポンプ。
2. 【請求項２】 上記逆止弁のバルブシート部上流の流路
   が、上記逆止弁と上記電磁弁との間を連通する流路であ
   り、加圧燃料の圧送開始時に、燃料が上記逆止弁のバル
   ブシート部上流の流路から上記絞り流路を経て抜ける請
   求項１記載の可変吐出量高圧ポンプ。
3. 【請求項３】 上記逆止弁のバルブシート部上流の流路
   が、上記逆止弁と上記電磁弁との間を連通する流路であ
   り、上記電磁弁が閉弁された時の上記プランジャの往復
   運動による加圧圧送によって、加圧燃料が上記逆止弁、
   上記逆止弁のバルブシート部上流の流路から上記絞り流
   路を経て抜ける請求項１記載の可変吐出量高圧ポンプ。
4. 【請求項４】 上記逆止弁が、上記圧力室と上記電磁弁
   の間の流路を開閉するための弁体、および該弁体を閉弁
   方向に付勢するリターンスプリングを有している請求項
   １ないし３のいずれか記載の可変吐出量高圧ポンプ。