JP3693463B2 - 可変吐出量高圧ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール（蓄圧配管）内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタによりディーゼルエンジンの各気筒へ噴射するコモンレール式燃料噴射装置において、コモンレール内に高圧流体を圧送するための可変吐出量高圧ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン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１２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９２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通路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通路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の側壁に設けた通路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、余剰の燃料を低圧通路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通路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を目的として、低圧通路と圧力室との間を開閉する弁体と、低圧通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た可変吐出量高圧ポンプを提案した（特願平８−１９５６５３号）。
【００１０】
この構成を図１３に示すと、可変吐出量高圧ポンプは、圧力室と低圧通路の間に設けられる逆止弁４と、この逆止弁４より上流の上記低圧通路内に配置され、圧力室に供給される低圧燃料の流量を制御する電磁弁６を備えている。逆止弁４は、ハウジング４２を図の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を有し、上記流路４３の途中には円錐状のシート面４５が形成してある。上記弁体４４は、スプリングストッパ４１内に配したスプリング４６によって右方に付勢され、上記電磁弁６が閉弁している図示の状態では、上記シート面４５に着座して閉弁している。
【００１１】
上記電磁弁６は、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、弁体７３を摺動可能に保持するバルブボディ７１を有している。上記弁体７３の左端部周りには環状の流路７４ａが形成され、該流路７４ａは流路７４ｂにて燃料溜まり５２に連通するとともに、流路７４ｃにて上記逆止弁４の流路４３に連通している。
【００１２】
上記弁体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と一定の間隔で対向している。該ステータ６５の外周には樹脂製のコイルボビン６２ａに巻回されてコイル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。また、コイルボビン６２ａとステータ６５の間およびハウジング６１の間はそれぞれＯリング６２ｂ、６２ｃでシールされている。
【００１３】
流路７４ｃの端部には略円錐状のシート面７５が形成してあり、上記コイル６２に通電しない図示の状態で、弁体７３の先端部がこのシート面７５に着座して上記流路７４ａ、７４ｃ間を閉鎖している。コイル６２へ通電するとアーマチャ６４が吸引され、弁体７３がシート面７５から離れて、流路７４ａ、７４ｃ間を開放する。電磁弁６の開弁に伴い、低圧通路５１から、燃料溜まり５２、流路７４ｂ、７４ａ、７４ｃを経て、逆止弁４内の流路４３に低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体４４が開弁し、図略の圧力室へ燃料が供給される。電磁弁６が閉弁すると、流路４３への低圧燃料の流入が停止し、弁体４４は閉弁する。
【００１４】
このように、電磁弁４で予め必要な流量を圧力室内に供給すると、逆止弁４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への流路が閉鎖されるので、電磁弁６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。よって、電磁弁６の体格を大きくする等の必要がなく、コスト低減が可能となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記電磁弁６は、開弁時、アーマチャ６４が右方に移動した時に、スプリング室６６内の燃料が移動できるように、弁体７３内に設けた連通路７６、７６´を介してスプリング室６６と弁体７３下流の流路７４ｃとを連通させている。従って、上記構成においては、上記弁体７３を閉弁した状態においても、上記連通路７６、７６´を介して、上記弁体７３下流の流路７４ｃと電磁弁６内部の空間、すなわち、アーマチャ６４内の通路６４ａ、アーマチャ６４周囲のアーマチャ室６４ｂ、スプリング室６６とが連通している。
【００１６】
しかしながら、この時、燃料が流入する上記電磁弁６内部の空間に、樹脂製のコイルボビン６２ａや、Ｏリング６２ｂ、６２ｃ等の弾性材料からなる部材が配設されていることから、フィード圧によるこれらの変形によって、上記弁体７３と上記逆止弁４の弁体４４で囲まれる空間（以下、バルブ下流室という）に容積以上の燃料が蓄えられるという問題が生じた。つまり、コイルボビン６２ａおよびＯリング６２ｂ、６２ｃがダイヤフラムとして作用し、上記バルブ下流室がアキュムレータ室のようになって、上記電磁弁６が開弁している間、上記連通路７６、７６´を通じて上記電磁弁６内部の空間に燃料が一時的に蓄えられる。この燃料が上記電磁弁６の閉弁後に不正に吸入されて、圧送特性を悪化させるおそれがあった。
【００１７】
しかして、本発明の目的は、バルブ下流室がアキュムレータ室として作用して燃料が不正に吸入されることを防止し、良好な圧送特性を示す可変吐出量高圧ポンプを提供することにある。
【００１８】
【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、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、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、低圧通路より導入される低圧流体を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、加圧流体を高圧通路へ圧送する手段と、上記圧力室と上記低圧通路の間に設けられ、上記圧力室への低圧流体の吸入時に上記圧力室と上記低圧通路の間を開放し、上記圧力室に吸入された低圧流体の加圧開始時より加圧流体の圧送終了時まで上記圧力室と上記低圧通路の間を閉鎖する弁部材と、この弁部材より上流の上記低圧通路内に配置され、上記弁部材を経て上記圧力室に吸入される低圧流体の流量を制御する電磁弁とを備える可変吐出量高圧ポンプにおいて、上記電磁弁は、上記低圧通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動するコイルと、このコイルが巻回される樹脂製のコイルボビンと、このコイルおよびコイルボビンを収容する電磁弁内部空間とを備え、上記電磁弁内部空間と上記電磁弁上流の上記低圧通路とが常に連通されるとともに、上記弁体の閉弁時には、上記電磁弁上流の上記低圧通路と上記電磁弁の下流の上記低圧通路とが上記弁体によって遮断されることにより、上記電磁弁の下流の上記低圧通路と上記電磁弁内部空間とが遮断されるようになしてある。
【００１９】
上記構成において、上記弁体の開弁時、流体は、上記電磁弁上流の上記低圧通路より上記電磁弁下流の上記低圧通路に流入する。上記弁体を閉弁すると、上記電磁弁内部の空間と上記電磁弁下流の上記低圧通路の間は、上記電磁弁上流の上記低圧通路と上記電磁弁下流の上記低圧通路とが前記弁体によって遮断されるため、遮断される。よって、上記弁体より下流側に、上記電磁弁内部空間から燃料が供給されることはない。従って、上記弁体と上記弁部材の間の空間が、樹脂製のコイルボビンによる変形に起因して電磁弁の内部空間を拡大させることによるアキュムレータ室として作用することはなく、圧送特性を低下させることはない。また、上記電磁弁内部の空間は、上記電磁弁上流の上記低圧通路とを常に連通させているので、上記電磁弁内部の燃料の移動が規制されることはない。
【００２０】
請求項２の構成では、上記弁体は、上記電磁弁内部空間と上記電磁弁下流の上記低圧通路とを連通させる連通路を内部に設け、この連通路は、上記電磁弁の上流の上記低圧通路と接続されており、上記弁体の開弁時には、低圧流体は、上記電磁弁上流の上記低圧通路から、上記連通路を介して、上記電磁弁下流の上記低圧通路へ流れるように構成されている。
【００２１】
上記構成によれば、上記連通路を上記弁体の内部に設けている。このようにすれば、スペースに余裕のない場合に有利である。
【００２５】
【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例について説明する。図２のシステム図において、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、そのために高圧通路である供給配管Ｒ１、吐出弁Ｂ２を介して、本発明の可変吐出量高圧ポンプＰが接続される。
【００２６】
この可変吐出量高圧ポンプＰは、燃料タンクＴからフィードポンプＰ１を経て吸入される低圧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の吐出量を制御する。さらに、電子制御ユニットＥＣＵには、例えばエンジン回転数センサＳ２、負荷センサＳ３より、回転数、負荷の情報が入力され、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）を決定して噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２７】
次に、図１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。図において、ポンプハウジング１内には、エンジンＥ（図２参照）によってエンジンの１／２の回転と同期して回転駆動されるドライブシャフトＤが挿通保持されており、このドライブシャフトＤには低圧燃料供給用のベーン式フィードポンプＰ１が連結されている。フィードポンプＰ１はドライブシャフトＤと一体に回転し、燃料タンクＴ（図２参照）から燃料を吸入して低圧に加圧した燃料を通路１１、１２、１３、５１を通して燃料溜まり５２に送出している。フィードポンプＰ１の燃料吐出側と燃料吸入側とは、吐出圧力が調節できるように図示しない圧力調整弁を介して接続されている。このように本実施の形態では、可変吐出量高圧ポンプＰは図２に示したフィードポンプＰ１を内蔵する構成となっている。
【００２８】
このフィードポンプＰ１からのフィード燃料は、絞りＳを介してポンプの内部全域に供給され、潤滑剤としても使用される。潤滑剤として使用された燃料は、ポンプ内部の圧力（通常、ほぼ大気圧）を制御する調整弁Ｖより導出され、燃料タンクＴに戻される。
【００２９】
上記ドライブシャフトＤは、ベアリングＤ１、Ｄ２を介してポンプハウジング１に回転可能に支持されており、その右端部には、詳細を後述するインナーカム８が一体に形成されている。なお、本実施の形態においては、ドライブシャフトＤとインナーカム８は一体となっているが、これらを別体にして継手で連結してもよい。
【００３０】
ポンプハウジング１の右端開口にはヘッド１４が嵌着されており、該ヘッド１４は左端中央部が突出して上記インナーカム８内に挿通位置している。該ヘッド１４の左端中央部に設けた摺動孔２内には、複数個のプランジャ２１が往復動自在かつ摺動自在に支持されており、各プランジャ２１の内側端面と各摺動孔２の内壁との間に圧力室２３が形成されている。圧力室２３は、通路１５、逆止弁４、電磁弁６を介して上記燃料溜まり５２に連通しており、燃料溜まり５２から低圧燃料が流入する燃料を加圧する加圧室として機能する。
【００３１】
図３は上記インナーカム８を正面から見た図で、上記複数個のプランジャ２１はリング状のインナーカム８の内側に等間隔で配置されている。各プランジャ２１の外側端部にはシュー２４が設けられ、各シュー２４にカムローラ２２が回転自在に保持されている。上記インナーカム８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８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８１が形成してある。しかして、ドライブシャフトＤと一体となったインナーカム８が回転すると、プランジャ２１がシリンダ２内を往復動し、プランジャ２１の上昇により圧力室２３内の燃料を加圧する。図３はプランジャ２１が最上昇点にある状態を示す。
【００３２】
インナーカム８の内周面は、図５の如く、プランジャ２１が最大リフト位置にある図４の状態を一定の間保持するように、インナーカム８のカム山の頂上部８２を、カム中心Ｏを中心とする円弧状に形成する。この時、インナーカム８のリフト曲線は、リフト頂上部がフラット（直線）になり、インナーカム８によって駆動されるプランジャ２１のリフトも同様となる。よって、プランジャ２１は、最大リフト位置に達した後、直ちに下降を開始せず、インナーカム８が角度ψだけ回転する間、この状態を保持する。プランジャ２１が最大リフト位置にある間は、燃料の吸入は行われないので、この間に上記電磁弁６の開弁が終了するように制御すれば、電磁弁６の弁体６３をフルリフトさせることができ、流量の制御が容易にできる。なお、この角度ψは、エンジンＥの最高回転数によって異なり、通常、５°〜２０°の範囲で適宜選択される。
【００３３】
なお、従来の可変吐出量高圧ポンプでは、プランジャ２１をカム８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２３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が移動せず、カムロ−ラ２２とインナーカム８が離れるようになしてある。
【００３４】
圧力室２３で加圧された燃料は（図１）、ポンプハウジング１壁に設けた吐出孔１６より圧送手段であるデリバリバルブ３（図２における吐出弁Ｂ２に相当）、供給配管Ｒ１を通ってコモンレールＲに供給される（図２参照）。その供給の圧力はエンジンＥの運転状態によって異なり、約２００〜１５００気圧である。デリバリバルブ３は逆止弁としての機能を持ち、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開弁するようになしてある。
【００３５】
図１において、上記ヘッド１４の右端面には、内部に上記燃料溜まり５２が形成されるロックアダプタ５が固定されている。燃料溜まり５２内には上記フィードポンプＰ１によって約１５気圧に加圧された低圧燃料が満たされ、この低圧燃料は、ロックアダプタ５およびヘッド１４内に設けた通路を経て上記圧力室２３へ流入する。燃料溜まり５２から圧力室２３へ至る流路途中には、ロックアダプタ５とヘッド１４の間に挟持せしめて弁部材たる逆止弁４が配設され、燃料溜まり５２から圧力室２３方向へのみ燃料が流れるようになしてある。ロックアダプタ５の右端部には、圧力室２３への低圧燃料の流入量を制御するための電磁弁６が配設され、該電磁弁６は、ハウジング６１外周に設けたフランジ６３にボルトを挿通することによって固定されている。この電磁弁６と逆止弁４とで上記図２における吐出制御装置Ｐ２を構成している。
【００３６】
上記逆止弁４は、図４の如く、ハウジング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）に拡径して円錐状のシート面４５をなし、弁体４４は、スプリングストッパ４１内に保持されるスプリング４６によって右方に付勢され、シート面４５に着座している。このように、逆止弁４は図示の通常状態で閉弁しており、上記電磁弁６が開弁して燃料溜まり５２から低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体４４が開弁するようになしてある。
【００３７】
上記電磁弁６は、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、その左端部内に嵌装固定されるバルブボディ７１を有し、バルブボディ７１に設けたシリンダ７２内に、弁体７３を摺動可能に保持している。弁体７３の左端部周りには環状の流路７４ａが形成され、該流路７４ａは流路７４ｂにて上記燃料溜まり５２に連通するとともに、流路７４ｃにて上記逆止弁４の流路４３に連通している。
【００３８】
流路７４ｃの開口端には略円錐状のシート面７５が形成してあり、上記コイル６２に通電しない図示の状態で、弁体７３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。コイル６２へ通電するとアーマチャ６４が吸引され、これと一体の弁体７３先端部がシート面７５から離れて、流路７４ａ、７４ｃ間を開放する。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。
【００３９】
上記弁体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と一定の間隔で対向している。該ステータ６５の外側にはコイルボビン６２ａに巻回されてコイル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。上記弁体７３内には連通路７６、７６´が形成され、該連通路７６、７６´を介して上記弁体７３下流の上記流路７４ｃと、上記ハウジング６１内の空間が連通している。
【００４０】
ここで、上記ステータ６５の外周には、非磁性材料で、かつフィード圧で変形しない材料、例えばアルミニウム等の金属材料よりなる隔壁たる円筒部材６８が圧入されており、その両端部はハウジング６１の左右内側壁に密接している。この円筒部材６８は、上記ハウジング６１内を、上記コイルボビン６２ａおよびコイル６２が収容される外周側の空間と、上記連通路７６、７６´に連通する内周側の空間とに区画する隔壁として機能し、樹脂製のコイルボビン６２ａにフィード圧が加わらないようにしている。また、円筒部材６８は、ハウジング６１とステータ６５の間を面シールするシール材を兼ねている。
【００４１】
次に、上記図１〜図５を参照しながら、図６、７を用いて上記構成の可変吐出量高圧ポンプの作動について説明する。図６において、ＮＥパルスとは、図２におけるエンジン回転数センサＳ２からの出力信号を電子制御ユニットＥＣＵ内で波形整形した後の波形である。このＮＥパルスおよび負荷センサＳ３、圧力センサＳ１、さらに図示しない水温センサ、大気圧センサからの信号に基づいて、電子制御ユニットＥＣＵは、電磁弁６のコイル６２への通電を制御する。
【００４２】
図６（ａ）点では、図１の電磁弁６のコイル６２への通電は行われておらず、弁体７３は、スプリング６７の付勢力によって閉弁しており、燃料溜まり５２と弁体７３下流の通路７４ｃは遮断されている。また、逆止弁４の弁体４４はスプリング４６の付勢力によって閉弁している。この図６（ａ）の状態では、カムローラ２２とインナーカム８は離れている。
【００４３】
圧送工程に入ると、インナーカム８のリフトが開始される。インナーカム８がリフトを開始しても、プランジャ２１はすぐには上昇を開始せず、インナーカム８のリフト量がプランジャ２１のリフト量となると（図６（ｂ））、カムローラ２２がインナーカム８に当接し、カムローラ２２がシュー２４を介してプランジャ２１を押し上げる。この圧送工程において、逆止弁４には加圧燃料の圧力が加わるため、弁体４４が開くことはない。その後、プランジャ２１の上昇とともに上記圧力室２３内の容積が縮小し、圧力室２３内の圧力が次第に高くなる。圧力室２３内の燃料の圧力が所定圧を越えると、通路１６、デリバリバルブ３を経て、供給配管Ｒ１よりコモンレールＲに高圧燃料が供給される（図２）。プランジャ２１のリフトが最大となると（図６（ｃ））、圧送が終了する。
【００４４】
圧送が終了すると、次に、吸入工程に入るが、インナーカム８はカム山の頂上部８２を円弧状に形成し（図５）、インナーカム８のリフト曲線が、図６（ｃ）から図６（ｄ）の間フラットとなるようにしてある。このため、インナーカム８は直ちに吸入工程に入らず、最大リフトのままで維持される。この最大リフト区間（フラット部）は、ここではインナーカム８の回転角度で１０°設けられており、この間、プランジャ２１も最大リフト位置を維持する。
【００４５】
電子制御ユニットＥＣＵは、この１０°の間に、電磁弁６が開弁を開始して全開となるように、コイル６２への通電を制御する。電磁弁６は、通電から開弁開始、または通電から開弁完了までに一定の時間を要するため、圧送工程終了後、直ちに吸入工程に入る従来構成では、燃料供給量の制御が難しい。これに対し、圧送行程終了から吸入工程開始までに一定の間隔を設け、この間に電磁弁６の開弁動作を行うようにすれば、圧送行程終了前に電磁弁６が開弁を開始したり、フルリフトしないうちに閉弁動作に入るといったことがなく、弁体７３の作動が安定する。
【００４６】
図６（ｄ）点を過ぎると吸入行程に入り、電磁弁６の弁体７３が開弁しているため、燃料溜まり５２から通路４７ｃに流入する低圧燃料が、スプリング４６力に抗して逆止弁４の弁体４４を開弁し、圧力室２３内に流入する。この時、流入する燃料によってプランジャ２１が下方に押し下げられ、電磁弁６が閉弁するまで燃料の吸入が行われる。
【００４７】
電子制御ユニットＥＣＵからコイル６２への通電が遮断されると、電磁弁６の弁体７３が閉弁し（図６（ｅ））、燃料溜まり５２と通路４７ｃの間、すなわち圧力室２３との間が遮断される。燃料の流入が停止すると逆止弁４の弁体４４もスプリング４６の付勢力で閉弁する。その後もインナーカム８は下降し続けるが、吸入が終了するとプランジャ２１のリフトは停止して、カムローラ２２とインナーカム８は離れる。
【００４８】
ここで、燃料溜まり５２から圧力室２３へ供給される燃料の量は、電磁弁６のコイル６２への通電時間によって制御される。図６の点線は供給量が多い場合で、プランジャ２１は最下降点まで下降し、最大量の燃料が圧力室２３内に吸入される。電磁弁６の弁体７３の閉弁時期を早くすると、図６に実線で示すように、プランジャ２１の下降は途中で停止し、圧力室２３に流入する燃料は減少する。
【００４９】
図７は、圧送工程開始から吸入行程終了までの１サイクルにおけるインナーカム８のカム速度を示すもので、圧送工程終了から吸入行程を開始するまでの１０°の間、カム速度はゼロとなる。この間、図６のカムリフトはフラットとなる。なお、インナーカム８は略円形であるので、このようなリフト曲線を得るためには、この１０°の区間を点Ｏを中心とする円弧状とし、中心Ｏからの距離を一定とする必要がある（図５参照）。
【００５０】
図８の（Ａ）に、本発明の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性を示す。図中、開弁角度θは、上記図６に示したインナーカム８のリフト曲線が（ｃ）から（ｅ）の間、すなわち圧送終了から電磁弁６の閉弁が終了するまでの期間を、インナーカム８の回転角度で表したものである。本発明では、弁体７３下流の流路７４ｃに連通する電磁弁６内部の空間と、コイルボビン６２ａが収容される空間との間を、円筒部材６８からなる隔壁で遮断し、樹脂製のコイルボビン６２ａがフィード圧を受けないようにしている。また、円筒部材６８がシール材を兼ねているので、電磁弁６内部の空間にダイヤフラムとして作用する部材はなく、上記弁体７３と弁体４４の間に形成されるバルブ下流室は、アキュムレータ室として作用しない。
【００５１】
従って、図８において、開弁角度θが１０°以下の開弁では、弁体７３は、インナーカム８のリフトがフラットな状態（図６（ｃ）から（ｄ）の期間）でのみ開弁しているが、この時、バルブ下流室はアキュムレータ室として作用しないため、燃料がそこに一時的に蓄えられることはなく、吸入量（圧送量）はゼロとなる。開弁角度θが１０°以上の開弁では、圧送量は、角度θの増加とともにリニアに増加するので、角度θを調整することによって、圧送量を容易に制御できる。
【００５２】
これに対し、上記図１３に示した従来の構成では、圧送特性は図８の（Ｂ）のようになり、開弁角度θが１０°以下の小角度領域で圧送特性が悪化する。この領域、例えば図のＰ点では、弁体７３はインナーカム８のリフトがフラットな状態でのみ開弁しているため、理論的には燃料は吸入されず、圧送量はゼロとなるはずであるが、実際にはゼロとはならなかった。この原因は、電磁弁６の開弁により、弁体７３内部の連通路７６、７６´を通じて、電磁弁６内部の空間に燃料が導入され、コイルボビン６２ａ、Ｏリング６２ｂ、６２ｃの変形によって、バルブ下流室に一時的に蓄えられることにあり、これが弁体７３の閉弁後、カムリフトの吸入行程において、フィード圧以下となった圧力室２３内に吸入されて圧送特性を悪化させている。
【００５３】
このように、上記構成によれば、燃料が流入する電磁弁６内部の空間に、樹脂等、フィード圧で変形する部材が配置されないので、電磁弁６内部の空間に燃料が蓄圧されることがない。また、隔壁となる円筒部材６８がシール材を兼ねており、従来構成においてハウジング６１との間に設けられていたＯリングが省略できるので、部品点数が増加することがない。よって、簡易な構成で良好な圧送特性を実現できる。
【００５４】
図９、１０に本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の構成と、燃料のフィード経路が異なっており、電磁弁６のハウジング６１の外周壁に燃料溜まり５２に連通する連通路６１ａを設けるとともに（図９（ａ））、弁体７３の側壁に連通孔７３ａを設けて（図９（ｂ））、流路５１、燃料溜まり５２から連通路６１ａ、連通孔７３ａを経て、弁体７３内の連通路７６に燃料が導入されるようになしてある。上記弁体７３のシート面７５を形成するバルブボディ７１は、左端面を閉鎖するとともに、その外径を上記弁体７３下流の流路７４ｃより小径としてあり、上記弁体７３の開弁時には、図１０に矢印で示すように、弁体７３の連通路７６より、シート面７５、流路７４ａ、７４ｂを経て、弁体７３下流の流路７４ｃに燃料が導入される。この燃料の圧力で逆止弁４の弁体４４が開弁すると、燃料が圧力室（図略）に流入する。
【００５５】
上記構成によれば、図９（ａ）のように、電磁弁６の閉弁時、弁体７３下流の流路７４ｃと、弁体７３内に形成される連通路７６との間が遮断される。すなわちバルブ下流室と、連通路７６に連通している電磁弁６内部の空間とが遮断されるので、閉弁後に、上記流路７４ｃに燃料が流入することはない。従って、バルブ下流室がアキュムレータ室として作用することはなく、圧送特性が悪化することはない。よって、上記第１の実施の形態における円筒部材６８を設ける必要はなく、上記フィード経路に関わる部分以外は通常の電磁弁構成、例えば、電磁弁６内部の空間にフィード圧を受けて変形する可能性のある部材を収容する構成とすることができる。また、電磁弁６内部の空間が、連通路６１ａによって、常に電磁弁６上流の低圧通路である流路５１と連通しているので、弁体７３のリフトに伴うスプリング室６６内の燃料の移動も支障なく行われる。
【００５６】
図１１に本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記弁体７３の右端部周りに環状の流路７１ａを、上記弁体７３の小径の中間部周りに環状の流路７１ｂを設け、これら流路７１ａ、７１ｂの間の上記バルブボディ７１内周壁にシート面７５を設けて、該シート面７５に、上記弁体７３外周に設けたテーパ面７３ｂが着座して閉弁するようになしてある（図１１（ａ））。上記流路７１ｂは、バルブボディ７１の左半部内に形成される筒状の流路７１ｃに連通し、流路７１ｃは、電磁弁６下流の流路７４ｃに連通している。上記流路７１ａは、バルブボディ７１とハウジング６１との間に介在するシム６９内の通路を経て、上記ハウジング６１外周壁の連通路６１ａ、燃料溜まり５２に連通している。上記バルブボディ７１は左端面が閉鎖され、上記弁体７３の閉弁時には、電磁弁６内部の空間と、流路７４ｃとの間が遮断されるようになしてある。
【００５７】
上記構成において、上記弁体７３が右方に移動し（図１１（ｂ））、上記流路７１ａと流路７１ｂの間が開放されると、流路５１、燃料溜まり５２、連通路６１ａ、流路７１ａ、７１ｂ、７１ｃを経て、電磁弁６下流の流路７４ｃに燃料が導入される。この時、上記シム６９は図１１（ｃ）のように、逆Ｃ字状に形成され、弁体７３がフルリフトしていても切欠き６９ａを通って燃料が供給されるようにしてある。本実施の形態の構成においても、上記弁体７３の閉弁時には、電磁弁６内部の空間と流路７４ｃとの間が遮断されるので、バルブ下流室がアキュムレータ室として作用することはなく、良好な圧送特性が得られる。
【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装置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】図１の部分拡大断面図である。
【図５】図３の部分拡大断面図である。
【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の実施の形態におけるカム速度とカムリフトの関係を示す図である。
【図８】可変吐出量高圧ポンプの圧送特性を示す図である。
【図９】本発明の第２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、（ａ）は閉弁時の状態を示す図、（ｂ）は（ａ）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全体断面図で、開弁時の状態を示すものである。
【図１１】本発明の第３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、（ａ）は閉弁時の状態を示す図、（ｂ）は開弁時の状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図１３】従来の可変吐出量高圧ポンプの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ
Ｒ コモンレール
Ｒ１ 共通配管（高圧通路）
１ ポンプハウジング
１１、１２、１３ 通路（低圧通路）
２ シリンダ
２１ プランジャ
２２ カムローラ
２３ 圧力室
３ デリバリバルブ（圧送手段）
３１ 弁体
３２ リターンスプリング
４ 逆止弁（弁部材）
４２ ハウジング
４３ 流路
４４ 弁体
４６ スプリング
５ ロックアダプタ
５１ 通路（低圧通路）
５２ 燃料溜まり
６ 電磁弁
６２ コイル
６６ スプリング室
６７ スプリング
６８ 円筒部材（隔壁）
７１ バルブボディ
７３ 弁体
７４ａ、７４ｂ 流路
７４ｃ 流路
７６ 連通路
８ インナーカム
８１ カム面
８２ 頂上部
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール（蓄圧配管）内に蓄圧された高圧燃料をインジェクタによりディーゼルエンジンの各気筒へ噴射するコモンレール式燃料噴射装置において、コモンレール内に高圧流体を圧送するための可変吐出量高圧ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン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１２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９２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通路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通路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の側壁に設けた通路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、余剰の燃料を低圧通路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通路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を目的として、低圧通路と圧力室との間を開閉する弁体と、低圧通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た可変吐出量高圧ポンプを提案した（特願平８−１９５６５３号）。
【００１０】
この構成を図１３に示すと、可変吐出量高圧ポンプは、圧力室と低圧通路の間に設けられる逆止弁４と、この逆止弁４より上流の上記低圧通路内に配置され、圧力室に供給される低圧燃料の流量を制御する電磁弁６を備えている。逆止弁４は、ハウジング４２を図の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を有し、上記流路４３の途中には円錐状のシート面４５が形成してある。上記弁体４４は、スプリングストッパ４１内に配したスプリング４６によって右方に付勢され、上記電磁弁６が閉弁している図示の状態では、上記シート面４５に着座して閉弁している。
【００１１】
上記電磁弁６は、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、弁体７３を摺動可能に保持するバルブボディ７１を有している。上記弁体７３の左端部周りには環状の流路７４ａが形成され、該流路７４ａは流路７４ｂにて燃料溜まり５２に連通するとともに、流路７４ｃにて上記逆止弁４の流路４３に連通している。
【００１２】
上記弁体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と一定の間隔で対向している。該ステータ６５の外周には樹脂製のコイルボビン６２ａに巻回されてコイル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。また、コイルボビン６２ａとステータ６５の間およびハウジング６１の間はそれぞれＯリング６２ｂ、６２ｃでシールされている。
【００１３】
流路７４ｃの端部には略円錐状のシート面７５が形成してあり、上記コイル６２に通電しない図示の状態で、弁体７３の先端部がこのシート面７５に着座して上記流路７４ａ、７４ｃ間を閉鎖している。コイル６２へ通電するとアーマチャ６４が吸引され、弁体７３がシート面７５から離れて、流路７４ａ、７４ｃ間を開放する。電磁弁６の開弁に伴い、低圧通路５１から、燃料溜まり５２、流路７４ｂ、７４ａ、７４ｃを経て、逆止弁４内の流路４３に低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体４４が開弁し、図略の圧力室へ燃料が供給される。電磁弁６が閉弁すると、流路４３への低圧燃料の流入が停止し、弁体４４は閉弁する。
【００１４】
このように、電磁弁４で予め必要な流量を圧力室内に供給すると、逆止弁４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への流路が閉鎖されるので、電磁弁６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。よって、電磁弁６の体格を大きくする等の必要がなく、コスト低減が可能となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記電磁弁６は、開弁時、アーマチャ６４が右方に移動した時に、スプリング室６６内の燃料が移動できるように、弁体７３内に設けた連通路７６、７６´を介してスプリング室６６と弁体７３下流の流路７４ｃとを連通させている。従って、上記構成においては、上記弁体７３を閉弁した状態においても、上記連通路７６、７６´を介して、上記弁体７３下流の流路７４ｃと電磁弁６内部の空間、すなわち、アーマチャ６４内の通路６４ａ、アーマチャ６４周囲のアーマチャ室６４ｂ、スプリング室６６とが連通している。
【００１６】
しかしながら、この時、燃料が流入する上記電磁弁６内部の空間に、樹脂製のコイルボビン６２ａや、Ｏリング６２ｂ、６２ｃ等の弾性材料からなる部材が配設されていることから、フィード圧によるこれらの変形によって、上記弁体７３と上記逆止弁４の弁体４４で囲まれる空間（以下、バルブ下流室という）に容積以上の燃料が蓄えられるという問題が生じた。つまり、コイルボビン６２ａおよびＯリング６２ｂ、６２ｃがダイヤフラムとして作用し、上記バルブ下流室がアキュムレータ室のようになって、上記電磁弁６が開弁している間、上記連通路７６、７６´を通じて上記電磁弁６内部の空間に燃料が一時的に蓄えられる。この燃料が上記電磁弁６の閉弁後に不正に吸入されて、圧送特性を悪化させるおそれがあった。
【００１７】
しかして、本発明の目的は、バルブ下流室がアキュムレータ室として作用して燃料が不正に吸入されることを防止し、良好な圧送特性を示す可変吐出量高圧ポンプを提供することにある。
【００１８】
【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、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、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、低圧通路より導入される低圧流体を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、加圧流体を高圧通路へ圧送する手段と、上記圧力室と上記低圧通路の間に設けられ、上記圧力室への低圧流体の吸入時に上記圧力室と上記低圧通路の間を開放し、上記圧力室に吸入された低圧流体の加圧開始時より加圧流体の圧送終了時まで上記圧力室と上記低圧通路の間を閉鎖する弁部材と、この弁部材より上流の上記低圧通路内に配置され、上記弁部材を経て上記圧力室に吸入される低圧流体の流量を制御する電磁弁とを備える可変吐出量高圧ポンプにおいて、上記電磁弁は、上記低圧通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動するコイルと、このコイルが巻回される樹脂製のコイルボビンと、このコイルおよびコイルボビンを収容する電磁弁内部空間とを備え、上記電磁弁内部空間と上記電磁弁上流の上記低圧通路とが常に連通されるとともに、上記弁体の閉弁時には、上記電磁弁上流の上記低圧通路と上記電磁弁の下流の上記低圧通路とが上記弁体によって遮断されることにより、上記電磁弁の下流の上記低圧通路と上記電磁弁内部空間とが遮断されるようになしてある。
【００１９】
上記構成において、上記弁体の開弁時、流体は、上記電磁弁上流の上記低圧通路より上記電磁弁下流の上記低圧通路に流入する。上記弁体を閉弁すると、上記電磁弁内部の空間と上記電磁弁下流の上記低圧通路の間は、上記電磁弁上流の上記低圧通路と上記電磁弁下流の上記低圧通路とが前記弁体によって遮断されるため、遮断される。よって、上記弁体より下流側に、上記電磁弁内部空間から燃料が供給されることはない。従って、上記弁体と上記弁部材の間の空間が、樹脂製のコイルボビンによる変形に起因して電磁弁の内部空間を拡大させることによるアキュムレータ室として作用することはなく、圧送特性を低下させることはない。また、上記電磁弁内部の空間は、上記電磁弁上流の上記低圧通路とを常に連通させているので、上記電磁弁内部の燃料の移動が規制されることはない。
【００２０】
請求項２の構成では、上記弁体は、上記電磁弁内部空間と上記電磁弁下流の上記低圧通路とを連通させる連通路を内部に設け、この連通路は、上記電磁弁の上流の上記低圧通路と接続されており、上記弁体の開弁時には、低圧流体は、上記電磁弁上流の上記低圧通路から、上記連通路を介して、上記電磁弁下流の上記低圧通路へ流れるように構成されている。
【００２１】
上記構成によれば、上記連通路を上記弁体の内部に設けている。このようにすれば、スペースに余裕のない場合に有利である。
【００２５】
【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例について説明する。図２のシステム図において、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、そのために高圧通路である供給配管Ｒ１、吐出弁Ｂ２を介して、本発明の可変吐出量高圧ポンプＰが接続される。
【００２６】
この可変吐出量高圧ポンプＰは、燃料タンクＴからフィードポンプＰ１を経て吸入される低圧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の吐出量を制御する。さらに、電子制御ユニットＥＣＵには、例えばエンジン回転数センサＳ２、負荷センサＳ３より、回転数、負荷の情報が入力され、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）を決定して噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２７】
次に、図１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。図において、ポンプハウジング１内には、エンジンＥ（図２参照）によってエンジンの１／２の回転と同期して回転駆動されるドライブシャフトＤが挿通保持されており、このドライブシャフトＤには低圧燃料供給用のベーン式フィードポンプＰ１が連結されている。フィードポンプＰ１はドライブシャフトＤと一体に回転し、燃料タンクＴ（図２参照）から燃料を吸入して低圧に加圧した燃料を通路１１、１２、１３、５１を通して燃料溜まり５２に送出している。フィードポンプＰ１の燃料吐出側と燃料吸入側とは、吐出圧力が調節できるように図示しない圧力調整弁を介して接続されている。このように本実施の形態では、可変吐出量高圧ポンプＰは図２に示したフィードポンプＰ１を内蔵する構成となっている。
【００２８】
このフィードポンプＰ１からのフィード燃料は、絞りＳを介してポンプの内部全域に供給され、潤滑剤としても使用される。潤滑剤として使用された燃料は、ポンプ内部の圧力（通常、ほぼ大気圧）を制御する調整弁Ｖより導出され、燃料タンクＴに戻される。
【００２９】
上記ドライブシャフトＤは、ベアリングＤ１、Ｄ２を介してポンプハウジング１に回転可能に支持されており、その右端部には、詳細を後述するインナーカム８が一体に形成されている。なお、本実施の形態においては、ドライブシャフトＤとインナーカム８は一体となっているが、これらを別体にして継手で連結してもよい。
【００３０】
ポンプハウジング１の右端開口にはヘッド１４が嵌着されており、該ヘッド１４は左端中央部が突出して上記インナーカム８内に挿通位置している。該ヘッド１４の左端中央部に設けた摺動孔２内には、複数個のプランジャ２１が往復動自在かつ摺動自在に支持されており、各プランジャ２１の内側端面と各摺動孔２の内壁との間に圧力室２３が形成されている。圧力室２３は、通路１５、逆止弁４、電磁弁６を介して上記燃料溜まり５２に連通しており、燃料溜まり５２から低圧燃料が流入する燃料を加圧する加圧室として機能する。
【００３１】
図３は上記インナーカム８を正面から見た図で、上記複数個のプランジャ２１はリング状のインナーカム８の内側に等間隔で配置されている。各プランジャ２１の外側端部にはシュー２４が設けられ、各シュー２４にカムローラ２２が回転自在に保持されている。上記インナーカム８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８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８１が形成してある。しかして、ドライブシャフトＤと一体となったインナーカム８が回転すると、プランジャ２１がシリンダ２内を往復動し、プランジャ２１の上昇により圧力室２３内の燃料を加圧する。図３はプランジャ２１が最上昇点にある状態を示す。
【００３２】
インナーカム８の内周面は、図５の如く、プランジャ２１が最大リフト位置にある図４の状態を一定の間保持するように、インナーカム８のカム山の頂上部８２を、カム中心Ｏを中心とする円弧状に形成する。この時、インナーカム８のリフト曲線は、リフト頂上部がフラット（直線）になり、インナーカム８によって駆動されるプランジャ２１のリフトも同様となる。よって、プランジャ２１は、最大リフト位置に達した後、直ちに下降を開始せず、インナーカム８が角度ψだけ回転する間、この状態を保持する。プランジャ２１が最大リフト位置にある間は、燃料の吸入は行われないので、この間に上記電磁弁６の開弁が終了するように制御すれば、電磁弁６の弁体６３をフルリフトさせることができ、流量の制御が容易にできる。なお、この角度ψは、エンジンＥの最高回転数によって異なり、通常、５°〜２０°の範囲で適宜選択される。
【００３３】
なお、従来の可変吐出量高圧ポンプでは、プランジャ２１をカム８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２３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が移動せず、カムロ−ラ２２とインナーカム８が離れるようになしてある。
【００３４】
圧力室２３で加圧された燃料は（図１）、ポンプハウジング１壁に設けた吐出孔１６より圧送手段であるデリバリバルブ３（図２における吐出弁Ｂ２に相当）、供給配管Ｒ１を通ってコモンレールＲに供給される（図２参照）。その供給の圧力はエンジンＥの運転状態によって異なり、約２００〜１５００気圧である。デリバリバルブ３は逆止弁としての機能を持ち、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開弁するようになしてある。
【００３５】
図１において、上記ヘッド１４の右端面には、内部に上記燃料溜まり５２が形成されるロックアダプタ５が固定されている。燃料溜まり５２内には上記フィードポンプＰ１によって約１５気圧に加圧された低圧燃料が満たされ、この低圧燃料は、ロックアダプタ５およびヘッド１４内に設けた通路を経て上記圧力室２３へ流入する。燃料溜まり５２から圧力室２３へ至る流路途中には、ロックアダプタ５とヘッド１４の間に挟持せしめて弁部材たる逆止弁４が配設され、燃料溜まり５２から圧力室２３方向へのみ燃料が流れるようになしてある。ロックアダプタ５の右端部には、圧力室２３への低圧燃料の流入量を制御するための電磁弁６が配設され、該電磁弁６は、ハウジング６１外周に設けたフランジ６３にボルトを挿通することによって固定されている。この電磁弁６と逆止弁４とで上記図２における吐出制御装置Ｐ２を構成している。
【００３６】
上記逆止弁４は、図４の如く、ハウジング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）に拡径して円錐状のシート面４５をなし、弁体４４は、スプリングストッパ４１内に保持されるスプリング４６によって右方に付勢され、シート面４５に着座している。このように、逆止弁４は図示の通常状態で閉弁しており、上記電磁弁６が開弁して燃料溜まり５２から低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で弁体４４が開弁するようになしてある。
【００３７】
上記電磁弁６は、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、その左端部内に嵌装固定されるバルブボディ７１を有し、バルブボディ７１に設けたシリンダ７２内に、弁体７３を摺動可能に保持している。弁体７３の左端部周りには環状の流路７４ａが形成され、該流路７４ａは流路７４ｂにて上記燃料溜まり５２に連通するとともに、流路７４ｃにて上記逆止弁４の流路４３に連通している。
【００３８】
流路７４ｃの開口端には略円錐状のシート面７５が形成してあり、上記コイル６２に通電しない図示の状態で、弁体７３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。コイル６２へ通電するとアーマチャ６４が吸引され、これと一体の弁体７３先端部がシート面７５から離れて、流路７４ａ、７４ｃ間を開放する。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。
【００３９】
上記弁体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と一定の間隔で対向している。該ステータ６５の外側にはコイルボビン６２ａに巻回されてコイル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。上記弁体７３内には連通路７６、７６´が形成され、該連通路７６、７６´を介して上記弁体７３下流の上記流路７４ｃと、上記ハウジング６１内の空間が連通している。
【００４０】
ここで、上記ステータ６５の外周には、非磁性材料で、かつフィード圧で変形しない材料、例えばアルミニウム等の金属材料よりなる隔壁たる円筒部材６８が圧入されており、その両端部はハウジング６１の左右内側壁に密接している。この円筒部材６８は、上記ハウジング６１内を、上記コイルボビン６２ａおよびコイル６２が収容される外周側の空間と、上記連通路７６、７６´に連通する内周側の空間とに区画する隔壁として機能し、樹脂製のコイルボビン６２ａにフィード圧が加わらないようにしている。また、円筒部材６８は、ハウジング６１とステータ６５の間を面シールするシール材を兼ねている。
【００４１】
次に、上記図１〜図５を参照しながら、図６、７を用いて上記構成の可変吐出量高圧ポンプの作動について説明する。図６において、ＮＥパルスとは、図２におけるエンジン回転数センサＳ２からの出力信号を電子制御ユニットＥＣＵ内で波形整形した後の波形である。このＮＥパルスおよび負荷センサＳ３、圧力センサＳ１、さらに図示しない水温センサ、大気圧センサからの信号に基づいて、電子制御ユニットＥＣＵは、電磁弁６のコイル６２への通電を制御する。
【００４２】
図６（ａ）点では、図１の電磁弁６のコイル６２への通電は行われておらず、弁体７３は、スプリング６７の付勢力によって閉弁しており、燃料溜まり５２と弁体７３下流の通路７４ｃは遮断されている。また、逆止弁４の弁体４４はスプリング４６の付勢力によって閉弁している。この図６（ａ）の状態では、カムローラ２２とインナーカム８は離れている。
【００４３】
圧送工程に入ると、インナーカム８のリフトが開始される。インナーカム８がリフトを開始しても、プランジャ２１はすぐには上昇を開始せず、インナーカム８のリフト量がプランジャ２１のリフト量となると（図６（ｂ））、カムローラ２２がインナーカム８に当接し、カムローラ２２がシュー２４を介してプランジャ２１を押し上げる。この圧送工程において、逆止弁４には加圧燃料の圧力が加わるため、弁体４４が開くことはない。その後、プランジャ２１の上昇とともに上記圧力室２３内の容積が縮小し、圧力室２３内の圧力が次第に高くなる。圧力室２３内の燃料の圧力が所定圧を越えると、通路１６、デリバリバルブ３を経て、供給配管Ｒ１よりコモンレールＲに高圧燃料が供給される（図２）。プランジャ２１のリフトが最大となると（図６（ｃ））、圧送が終了する。
【００４４】
圧送が終了すると、次に、吸入工程に入るが、インナーカム８はカム山の頂上部８２を円弧状に形成し（図５）、インナーカム８のリフト曲線が、図６（ｃ）から図６（ｄ）の間フラットとなるようにしてある。このため、インナーカム８は直ちに吸入工程に入らず、最大リフトのままで維持される。この最大リフト区間（フラット部）は、ここではインナーカム８の回転角度で１０°設けられており、この間、プランジャ２１も最大リフト位置を維持する。
【００４５】
電子制御ユニットＥＣＵは、この１０°の間に、電磁弁６が開弁を開始して全開となるように、コイル６２への通電を制御する。電磁弁６は、通電から開弁開始、または通電から開弁完了までに一定の時間を要するため、圧送工程終了後、直ちに吸入工程に入る従来構成では、燃料供給量の制御が難しい。これに対し、圧送行程終了から吸入工程開始までに一定の間隔を設け、この間に電磁弁６の開弁動作を行うようにすれば、圧送行程終了前に電磁弁６が開弁を開始したり、フルリフトしないうちに閉弁動作に入るといったことがなく、弁体７３の作動が安定する。
【００４６】
図６（ｄ）点を過ぎると吸入行程に入り、電磁弁６の弁体７３が開弁しているため、燃料溜まり５２から通路４７ｃに流入する低圧燃料が、スプリング４６力に抗して逆止弁４の弁体４４を開弁し、圧力室２３内に流入する。この時、流入する燃料によってプランジャ２１が下方に押し下げられ、電磁弁６が閉弁するまで燃料の吸入が行われる。
【００４７】
電子制御ユニットＥＣＵからコイル６２への通電が遮断されると、電磁弁６の弁体７３が閉弁し（図６（ｅ））、燃料溜まり５２と通路４７ｃの間、すなわち圧力室２３との間が遮断される。燃料の流入が停止すると逆止弁４の弁体４４もスプリング４６の付勢力で閉弁する。その後もインナーカム８は下降し続けるが、吸入が終了するとプランジャ２１のリフトは停止して、カムローラ２２とインナーカム８は離れる。
【００４８】
ここで、燃料溜まり５２から圧力室２３へ供給される燃料の量は、電磁弁６のコイル６２への通電時間によって制御される。図６の点線は供給量が多い場合で、プランジャ２１は最下降点まで下降し、最大量の燃料が圧力室２３内に吸入される。電磁弁６の弁体７３の閉弁時期を早くすると、図６に実線で示すように、プランジャ２１の下降は途中で停止し、圧力室２３に流入する燃料は減少する。
【００４９】
図７は、圧送工程開始から吸入行程終了までの１サイクルにおけるインナーカム８のカム速度を示すもので、圧送工程終了から吸入行程を開始するまでの１０°の間、カム速度はゼロとなる。この間、図６のカムリフトはフラットとなる。なお、インナーカム８は略円形であるので、このようなリフト曲線を得るためには、この１０°の区間を点Ｏを中心とする円弧状とし、中心Ｏからの距離を一定とする必要がある（図５参照）。
【００５０】
図８の（Ａ）に、本発明の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性を示す。図中、開弁角度θは、上記図６に示したインナーカム８のリフト曲線が（ｃ）から（ｅ）の間、すなわち圧送終了から電磁弁６の閉弁が終了するまでの期間を、インナーカム８の回転角度で表したものである。本発明では、弁体７３下流の流路７４ｃに連通する電磁弁６内部の空間と、コイルボビン６２ａが収容される空間との間を、円筒部材６８からなる隔壁で遮断し、樹脂製のコイルボビン６２ａがフィード圧を受けないようにしている。また、円筒部材６８がシール材を兼ねているので、電磁弁６内部の空間にダイヤフラムとして作用する部材はなく、上記弁体７３と弁体４４の間に形成されるバルブ下流室は、アキュムレータ室として作用しない。
【００５１】
従って、図８において、開弁角度θが１０°以下の開弁では、弁体７３は、インナーカム８のリフトがフラットな状態（図６（ｃ）から（ｄ）の期間）でのみ開弁しているが、この時、バルブ下流室はアキュムレータ室として作用しないため、燃料がそこに一時的に蓄えられることはなく、吸入量（圧送量）はゼロとなる。開弁角度θが１０°以上の開弁では、圧送量は、角度θの増加とともにリニアに増加するので、角度θを調整することによって、圧送量を容易に制御できる。
【００５２】
これに対し、上記図１３に示した従来の構成では、圧送特性は図８の（Ｂ）のようになり、開弁角度θが１０°以下の小角度領域で圧送特性が悪化する。この領域、例えば図のＰ点では、弁体７３はインナーカム８のリフトがフラットな状態でのみ開弁しているため、理論的には燃料は吸入されず、圧送量はゼロとなるはずであるが、実際にはゼロとはならなかった。この原因は、電磁弁６の開弁により、弁体７３内部の連通路７６、７６´を通じて、電磁弁６内部の空間に燃料が導入され、コイルボビン６２ａ、Ｏリング６２ｂ、６２ｃの変形によって、バルブ下流室に一時的に蓄えられることにあり、これが弁体７３の閉弁後、カムリフトの吸入行程において、フィード圧以下となった圧力室２３内に吸入されて圧送特性を悪化させている。
【００５３】
このように、上記構成によれば、燃料が流入する電磁弁６内部の空間に、樹脂等、フィード圧で変形する部材が配置されないので、電磁弁６内部の空間に燃料が蓄圧されることがない。また、隔壁となる円筒部材６８がシール材を兼ねており、従来構成においてハウジング６１との間に設けられていたＯリングが省略できるので、部品点数が増加することがない。よって、簡易な構成で良好な圧送特性を実現できる。
【００５４】
図９、１０に本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記第１の実施の形態の構成と、燃料のフィード経路が異なっており、電磁弁６のハウジング６１の外周壁に燃料溜まり５２に連通する連通路６１ａを設けるとともに（図９（ａ））、弁体７３の側壁に連通孔７３ａを設けて（図９（ｂ））、流路５１、燃料溜まり５２から連通路６１ａ、連通孔７３ａを経て、弁体７３内の連通路７６に燃料が導入されるようになしてある。上記弁体７３のシート面７５を形成するバルブボディ７１は、左端面を閉鎖するとともに、その外径を上記弁体７３下流の流路７４ｃより小径としてあり、上記弁体７３の開弁時には、図１０に矢印で示すように、弁体７３の連通路７６より、シート面７５、流路７４ａ、７４ｂを経て、弁体７３下流の流路７４ｃに燃料が導入される。この燃料の圧力で逆止弁４の弁体４４が開弁すると、燃料が圧力室（図略）に流入する。
【００５５】
上記構成によれば、図９（ａ）のように、電磁弁６の閉弁時、弁体７３下流の流路７４ｃと、弁体７３内に形成される連通路７６との間が遮断される。すなわちバルブ下流室と、連通路７６に連通している電磁弁６内部の空間とが遮断されるので、閉弁後に、上記流路７４ｃに燃料が流入することはない。従って、バルブ下流室がアキュムレータ室として作用することはなく、圧送特性が悪化することはない。よって、上記第１の実施の形態における円筒部材６８を設ける必要はなく、上記フィード経路に関わる部分以外は通常の電磁弁構成、例えば、電磁弁６内部の空間にフィード圧を受けて変形する可能性のある部材を収容する構成とすることができる。また、電磁弁６内部の空間が、連通路６１ａによって、常に電磁弁６上流の低圧通路である流路５１と連通しているので、弁体７３のリフトに伴うスプリング室６６内の燃料の移動も支障なく行われる。
【００５６】
図１１に本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態では、上記弁体７３の右端部周りに環状の流路７１ａを、上記弁体７３の小径の中間部周りに環状の流路７１ｂを設け、これら流路７１ａ、７１ｂの間の上記バルブボディ７１内周壁にシート面７５を設けて、該シート面７５に、上記弁体７３外周に設けたテーパ面７３ｂが着座して閉弁するようになしてある（図１１（ａ））。上記流路７１ｂは、バルブボディ７１の左半部内に形成される筒状の流路７１ｃに連通し、流路７１ｃは、電磁弁６下流の流路７４ｃに連通している。上記流路７１ａは、バルブボディ７１とハウジング６１との間に介在するシム６９内の通路を経て、上記ハウジング６１外周壁の連通路６１ａ、燃料溜まり５２に連通している。上記バルブボディ７１は左端面が閉鎖され、上記弁体７３の閉弁時には、電磁弁６内部の空間と、流路７４ｃとの間が遮断されるようになしてある。
【００５７】
上記構成において、上記弁体７３が右方に移動し（図１１（ｂ））、上記流路７１ａと流路７１ｂの間が開放されると、流路５１、燃料溜まり５２、連通路６１ａ、流路７１ａ、７１ｂ、７１ｃを経て、電磁弁６下流の流路７４ｃに燃料が導入される。この時、上記シム６９は図１１（ｃ）のように、逆Ｃ字状に形成され、弁体７３がフルリフトしていても切欠き６９ａを通って燃料が供給されるようにしてある。本実施の形態の構成においても、上記弁体７３の閉弁時には、電磁弁６内部の空間と流路７４ｃとの間が遮断されるので、バルブ下流室がアキュムレータ室として作用することはなく、良好な圧送特性が得られる。
【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装置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】図１の部分拡大断面図である。
【図５】図３の部分拡大断面図である。
【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の実施の形態におけるカム速度とカムリフトの関係を示す図である。
【図８】可変吐出量高圧ポンプの圧送特性を示す図である。
【図９】本発明の第２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、（ａ）は閉弁時の状態を示す図、（ｂ）は（ａ）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全体断面図で、開弁時の状態を示すものである。
【図１１】本発明の第３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、（ａ）は閉弁時の状態を示す図、（ｂ）は開弁時の状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１２】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図１３】従来の可変吐出量高圧ポンプの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ
Ｒ コモンレール
Ｒ１ 共通配管（高圧通路）
１ ポンプハウジング
１１、１２、１３ 通路（低圧通路）
２ シリンダ
２１ プランジャ
２２ カムローラ
２３ 圧力室
３ デリバリバルブ（圧送手段）
３１ 弁体
３２ リターンスプリング
４ 逆止弁（弁部材）
４２ ハウジング
４３ 流路
４４ 弁体
４６ スプリング
５ ロックアダプタ
５１ 通路（低圧通路）
５２ 燃料溜まり
６ 電磁弁
６２ コイル
６６ スプリング室
６７ スプリング
６８ 円筒部材（隔壁）
７１ バルブボディ
７３ 弁体
７４ａ、７４ｂ 流路
７４ｃ 流路
７６ 連通路
８ インナーカム
８１ カム面
８２ 頂上部
Claims (2)
- シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、
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、低圧通路より導入される低圧流体を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、
加圧流体を高圧通路へ圧送する手段と、
上記圧力室と上記低圧通路の間に設けられ、上記圧力室への低圧流体の吸入時に上記圧力室と上記低圧通路の間を開放し、上記圧力室に吸入された低圧流体の加圧開始時より加圧流体の圧送終了時まで上記圧力室と上記低圧通路の間を閉鎖する弁部材と、
この弁部材より上流の上記低圧通路内に配置され、上記弁部材を経て上記圧力室に吸入される低圧流体の流量を制御する電磁弁とを備える可変吐出量高圧ポンプにおいて、
上記電磁弁は、上記低圧通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動するコイルと、このコイルが巻回される樹脂製のコイルボビンと、このコイルおよびコイルボビンを収容する電磁弁内部空間とを備え、
上記電磁弁内部空間と上記電磁弁上流の上記低圧通路とが常に連通されるとともに、上記弁体の閉弁時には、上記電磁弁上流の上記低圧通路と上記電磁弁の下流の上記低圧通路とが上記弁体によって遮断されることにより、上記電磁弁の下流の上記低圧通路と上記電磁弁内部空間とが遮断されることを特徴とする可変吐出量高圧ポンプ。 - 上記弁体は、上記電磁弁内部空間と上記電磁弁下流の上記低圧通路とを連通させる連通路を内部に設け、この連通路は、上記電磁弁の上流の上記低圧通路と接続されており、上記弁体の開弁時には、低圧流体は、上記電磁弁上流の上記低圧通路から、上記連通路を介して、上記電磁弁下流の上記低圧通路へ流れることを特徴とする請求項１に記載の可変吐出量高圧ポンプ。
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