JP3699596B2 - 可変吐出量高圧ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレール（蓄圧室）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室（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、蓄圧室の燃料圧力を一定に保持している。蓄圧室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１４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より蓄圧室へ圧送される。
【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、蓄圧室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室へ圧送している。
【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、蓄圧室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、低圧流路と圧力室と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１５に示すと、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。
【００１１】
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１０６内には、ヘッド１０７の左端部が挿通位置している。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内にはプランジャ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。
【００１２】
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１１１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が閉弁すると閉弁する。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１１０への流路が閉鎖されるので、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。よって、電磁弁１１１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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記可変吐出量高圧ポンプは、上記４本のプランジャ１０９が同時に往復動して圧力室１１０内の燃料を加圧する構成となっており、加圧燃料の圧送に必要な駆動トルクが大きい。図８（ａ）は、上記構成の可変吐出量高圧ポンプにおいて、プランジャ１０９を４本とし、インナーカム１０６の内周面に４個のカム山を形成した場合の最大駆動トルク（最大吐出量における駆動トルク）を示したものである。インナーカム１０９、すなわちドライブシャフトの１回転につき、４回の圧送が行われ、圧送期間が約４５°、吸入期間は約４５°で間欠的に圧送が行われる。この時、最大駆動トルクは５０Ｎｍである。
【００１４】
一方、インナーカム１０６およびこれと一体のドライブシャフト１０１を回転駆動するためには、通常、タイミングベルトが用いられる。図１５に示すように、ドライブシャフト１０１の左端部にはポンプタイミングプーリー１１３が固定され、その外周に懸架される図示しないタイミングベルトによってエンジンの回転力がインナーカム１０６に伝達され、これを回転駆動する。ところが、上述したように、最大駆動トルクが５０Ｎｍと大きい場合、タイミングベルトに加わる負担が大きく、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、可変吐出量高圧ポンプの駆動トルクを低くし、タイミングベルトを用いた場合にも、十分な耐久性を得ることのできる可変吐出量高圧ポンプを実現することにある。
【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、内燃機関のコモンレール噴射システムの蓄圧室に所定量の高圧燃料を圧送供給して、該蓄圧室を所定圧に保持するために用いられ、
第１のシリンダと、第１のシリンダ内に往復運動可能に嵌挿された第１のプランジャと、上記第１のシリンダの内壁面と上記第１のプランジャの端面とで形成され、低圧流路より導入される所定量の低圧燃料を上記第１のプランジャの往復運動によって加圧する第１の圧力室とからなる第１の圧送手段と、
第２のシリンダと、第２のシリンダ内に往復運動可能に嵌挿された第２のプランジャと、上記第２のシリンダの内壁面と上記第２のプランジャの端面とで形成され、低圧流路より導入される所定量の低圧燃料を上記第２のプランジャの往復運動によって加圧する第２の圧力室とからなる第２の圧送手段と、
上記低圧流路から上記第１および第２の圧力室へ吸入される低圧燃料の吸入量を調節するための手段と、
上記第１および第２のプランジャを順に往復運動させる、内周面をカム面とする筒状のインナーカムとを有している。
上記第１および第２のシリンダは、上記インナーカムが連結されるドライブシャフトの軸線方向に間隔をおいて、かつ各シリンダの軸線が互いに直交する方向となるように配置してあり、
上記第１および第２のプランジャをそれぞれ一対のプランジャで構成して、上記インナーカムの上記カム面が楕円形となるように、上記一対のプランジャに対応する２個のカム山を上記カム面に設けてある。
そして、上記インナーカムにより上記第１の圧送手段と第２の圧送手段とを順に駆動させて、上記第１の圧力室および上記第２の圧力室内の加圧燃料を、上記蓄圧室へ順に圧送することを特徴とする。
【００１７】
上記構成の可変吐出量高圧ポンプによれば、上記インナーカムを駆動することにより、上記第１および第２のプランジャを順に往復運動させ、上記第１の圧力室および上記第２の圧力室内の加圧燃料を、上記蓄圧室へ順に圧送することができる。しかも、上記第１および第２のシリンダを、上記インナーカムが連結されるドライブシャフトの軸線方向に間隔をおいて、かつ各シリンダの軸線が互いに直交する方向となるように配置したので、共通の上記インナーカムを用いて上記第１および第２のプランジャを交互に上昇させることができる。この時、駆動トルクはこれらの合計となるので、最大駆動トルクを効果的に低減できる。よって、上記インナーカムの駆動にタイミングベルトを用いた場合にも、その耐久性を十分高くすることができる。
【００２０】
請求項２の構成では、上記低圧流路から上記第１および第２の圧力室へ吸入される低圧燃料の吸入量を調節するための電磁弁と、上記電磁弁と上記第１および第２の圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記第１および第２の圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁とを設ける。上記構成によれば、上記電磁弁を開いている間、上記逆止弁方向へ低圧燃料が供給され、吸入工程にある圧力室へ燃料が吸入される。よって、上記電磁弁の開閉を制御することで流量制御を容易に行い、かつ上記第１および第２の圧力室に順に低圧燃料を供給することができる。
【００２１】
請求項３の構成では、上記電磁弁および上記逆止弁を、上記第１および第２の圧送手段のそれぞれに対応して複数設置する。このように構成することで、特に、圧送量が比較的少ない場合の調量精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項４の構成では、上記インナーカムのカム面の、上記第１のプランジャを駆動する範囲と、上記第２のプランジャを駆動する範囲とが、部分的に重なりを有するようにする。この時、重なりの分だけ上記インナーカムの軸方向の長さが短くなるので、可変吐出量高圧ポンプの軸方向長が長くなるのを抑制できる。
【００２３】
請求項５の構成では、上記第１および第２のプランジャの一対のプランジャにそれぞれ対応するシューと、これらシューを摺動自在に保持する円筒状のシューガイドを設け、該シューガイドの一方の端面側に上記第１のプランジャに対応するシューを保持する一対の切欠き部を、他方の端面側に上記第２のプランジャに対応するシューを保持する一対の切欠き部を、それぞれ設ける。
【００２４】
請求項６の構成では、上記インナーカムをタイミングベルトを用いて駆動する。
【００２６】
【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室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を介して、本発明の可変吐出量高圧ポンプＰが接続される。
【００２７】
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制御手段た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）を決定して噴射制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２８】
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が挿通保持されている。このドライブシャフトＤの左端部には、ポンプタイミングプーリー５１が固定され、図３に示すように、その外周に懸架されるタイミングベルト５２によって回転駆動されるようになしてある。図中、エンジンのカムシャフトにはカムシャフトタイミングプーリー５３が、エンジンのクランクシャフトにはクランクシャフトタイミングプーリー５４が固定されており、エンジンのクランクシャフトの回転により、タイミングベルト５２を介して、ポンプタイミングプーリー５１およびカムシャフトタイミングプーリー５３を回転駆動している。図の５５、５６はアイドラーであり、このうち、アイドラー５６は、スプリング５７のバネ力によってタイミングベルト５２に張力を持たせ、たわみを防止する機能を有している。
【００２９】
図１において、上記ドライブシャフト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低圧流路１１、１２、ヘッド１４内の低圧流路１３を通して燃料溜まり５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。
【００３０】
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、その右端部にインナーカム８が一体に形成されている。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。このヘッド１４の右端中央部内には、詳細を後述する逆止弁４ａが配設されている。なお、本発明では逆止弁を複数設けており、図示しない位置にもう１つの逆止弁４ｂ（詳細は後述）が配設されている。ヘッド１４の下端部には、圧力室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に図示しない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４ａ、４ｂとで上記図２における吐出制御装置Ｐ２を構成している。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。
【００３１】
上記電磁弁６は、図４の如く、コイル６２を内蔵するハウジング６１と、その上端部内に嵌装固定されるバルブボディ６８を有し、バルブボディ６８に設けたシリンダ６９内に、弁体７３を摺動可能に保持している。弁体７３の上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５に連通するとともに、流路７４ｃにて、上記逆止弁４ａに至る流路７２に連通している。この流路７４ｃは、流路７２と平行に設けた流路７１を介して、図略の逆止弁４ｂにも連通している。
【００３２】
上記弁体７３の下端にはアーマチャ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を図の上方に付勢している。
【００３３】
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。
【００３４】
図４において、ヘッド１４の左端中央部には、内部に圧力室を形成する第１、第２のシリンダとしての摺動孔２ａ、２ｂが形成してある。図５（ａ）は、図４（および図１）のＡ−Ａ断面であり、第１のシリンダたる摺動孔２ａ内に、第１のプランジャを構成する一対のプランジャ２１ａ、２１ｃを対向して配し、摺動孔２ａに対しそれぞれ往復動自在かつ摺動自在に支持せしめている。摺動孔２ａの内壁面とプランジャ２１ａ、２１ｃの端面とで形成される空間は、第１の圧力室２３ａとなしてあり、これら摺動孔２ａ、プランジャ２１ａ、２１ｃ、圧力室２３ａにより第１の圧送手段を構成している。図５（ｂ）は、図４（および図１）のＢ−Ｂ断面であり、同様に、第２のシリンダたる摺動孔２ｂ内に、第２のプランジャを構成する一対のプランジャ２１ｂ、２１ｄを対向して配し、摺動孔２ｂに対しそれぞれ往復動自在かつ摺動自在に支持せしめている。摺動孔２ｂの内壁面とプランジャ２１ｂ、２１ｄの端面とで形成される空間は、第２の圧力室２３ｂとなしてあり、これら摺動孔２ｂ、プランジャ２１ｂ、２１ｄ、圧力室２３ｂにより第２の圧送手段が構成される。
【００３５】
一対のプランジャ２１ａ、２１ｃは、その一方のプランジャ２１ａが、他方のプランジャ２１ｃより短くなるように形成され、従って、圧力室２３ａは、摺動孔２ａの中央よりややずれた位置にある。一対のプランジャ２１ｂ、２１ｄも同様で、プランジャ２１ｂが他方のプランジャ２１ｄより短く、圧力室２３ｂは摺動孔２ｂの中央よりややずれた位置に形成される。こうすることで、流路４０ａ、４０ｂ、流路３０ａ、３０ｂを形成しやすくなるという利点がある。また、各プランジャ２１ａ〜２１ｄの外側端部にはシュー２４ａ〜２４ｄが設けられ、各シュー２４ａ〜２４ｄにカムローラ２２ａ〜２２ｄが回転自在に保持されている。シュー２４ａ〜２４ｄはシューガイド１５と摺動自在となっている。
【００３６】
このように、本実施の形態では、互いに独立な複数の摺動孔２ａ、２ｂを設けて、これらをドライブシャフトＤの軸方向に間隔をおいて配置しており、これら摺動孔２ａ、２ｂは、軸線が互いに直交する方向となるように形成されている。また、摺動孔２ａ、２ｂは、それぞれドライブシャフトＤの軸線と直交する方向に形成されている。
【００３７】
上記インナーカム８は、複数の摺動孔２ａ、２ｂに対し共通に設けられ、その回転により、プランジャ２１ａ〜２１ｄを摺動孔２ａ、２ｂ内で往復動させるようになしてある。上記インナーカム８の内周面は、複数のカム山を有するカム面８１となしてあり、このカム面８１に、上記カムローラ２２ａ〜２２ｄの外周が摺接するように配置している。ここではインナーカム８の内周面を楕円形に形成し、カム山を等間隔で２つ形成している（図５（ａ）において、プランジャ２１ａ、２１ｃと対向する位置）。
【００３８】
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２１ａ、２１ｃが摺動孔２ａ内を、プランジャ２１ｂ、２１ｄが摺動孔２ｂ内を往復動し、プランジャ２１ａ、２１ｃとプランジャ２１ｂ、２２ｄとが交互に上昇して、圧力室２３ａ、２３ｂ内の燃料をそれぞれ加圧する。このように、本実施の形態においては、インナーカム８の内周面に等間隔で２個のカム山を形成して、一対のプランジャ２１ａ、２１ｃと一対のプランジャ２１ｂ、２２ｄとが交互に圧送する機構としたことで、最大トルクの低減がより効果的にできる。
【００３９】
図４において、ヘッド１４の左方にはプレート７が配設され、図示しないボルトによってシューガイド１５とともにヘッド１４に固定されている。このプレート７とドライブシャフトＤの間には、ワッシャ７６が挿入されており、ドライブシャフトＤとワッシャ７６間、ワッシャ７６とプレート７間が回転すべりするようになっている。
【００４０】
上記逆止弁４ａは、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２３ａ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に着座してている。このように、逆止弁４ａ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５から低圧燃料が流入すると、燃料の圧力で開弁するようになしてある。この開弁時において、低圧燃料は、流路７２、ハウジング４２外周に設けた環状流路４８、ハウジング４２内部の流路４９、流路４３、スプリングストッパ４１内の流路５０、ヘッド１４に設けた流路３０ａ、４０ａを通って、圧力室２３ａに流入する。
【００４１】
図４に示されない逆止弁４ｂの構造も、上記逆止弁４ａと同様である。なお、これら逆止弁４ａ、４ｂは、スクリュ４７によって、ヘッド１４内に固定される。
【００４２】
図１において、ヘッド１４の内部に形成される上記燃料溜まり５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ている。この低圧燃料は、上記燃料溜まり５から、電磁弁６、逆止弁４ａを経て、流路３０ａ、４０ａより圧力室２３ａに流入する。圧力室２３ａで加圧された燃料は、ヘッド１４壁に設けた吐出孔１６ａ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、２００〜１２００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、弁体としてのボール３１ａ、３１ｂを有している。このうちボール３１ａは、圧力室２３ａに連通する吐出孔１６ａに続く流路を、ボール３１ｂは、圧力室２３ｂ（図５（ｂ）参照）に連通する吐出孔１６ｂに続く流路を開閉するように構成されている。
【００４３】
すなわち、図６に示すように、本発明では、互いに独立な２つの摺動孔２ａ、２ｂにそれぞれ２本のプランジャを配置して、摺動孔２ａと一対のプランジャ２１ａ、２１ｃ、およびこれらで囲まれた圧力室２３ａとからなる第１の圧送手段と、摺動孔２ｂと一対のプランジャ２１ｂ、２１ｄ、およびこれらで囲まれた圧力室２３ｂとからなる第２の圧送手段とを設けて、これら第１、第２の圧送手段が、交互に圧送を行うようにする。圧力室２３ａは、流路４０ａ、吐出穴１６ａを通じて、デリバリバルブ３のボール３１ａ側に、圧力室２３ｂは、流路４０ｂ、吐出穴１６ｂを通じて、デリバリバルブ３のボール３１ｂ側にそれぞれ連通している。各圧力室２３ａ、２３ｂで加圧された燃料の圧力がコモンレールＲの圧力より高くなるとこれらボール３１ａまたはボール３１ｂが開弁し、コモンレールＲに供給される。ここで、圧力室２３ａ、２３ｂにおける燃料の加圧は交互になされるため、ボール３１ａ、３１ｂを介しての燃料の吐出も交互になされることになる。
【００４４】
次に、図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７において、カム８のリフト（ａ，ｃ）は、図５におけるプランジャ２１ａ、２１ｃに対向する、カム面８１上の点８１ａ、８１ｃにおけるリフト量を示す。つまり、インナーカム８が回転することで、点８１ａ、８１ｃにおけるリフト量が変化する。カム８のリフト（ｂ，ｄ）は、同様に、プランジャ２１ｂ、２１ｄに対向する、カム面８１上の点８１ｂ、８１ｄにおけるリフト量を示す。
【００４５】
図７（ａ）点において、インナーカム８（ａ，ｃ）は吸入工程に入る。電磁弁６のコイル６２への通電は、この時点で電磁弁６の弁体７３が開弁するように、これより先立って行われる。すると、燃料溜まり５から、流路７４ｃ、７２、逆止弁４ａ内の流路４３、流路３０ａ、４０ａを通って、燃料が圧力室２３ａに流入する。この時、流入する燃料によって、プランジャ２１ａ、２１ｃはカム面８１側に押しつけられ、電磁弁６の弁体７３が閉弁するまで燃料の吸入が行われる。
【００４６】
電子制御ユニットＥＣＵから電磁弁６のコイル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７（ｂ）点）、燃料溜まり５と流路７４ｃの間、すなわち、圧力室２３ａとの間が遮断される。その後も、インナーカム８のリフト（ａ，ｃ）は下降し続けるが、吸入が終了すると、プランジャ２１ａ、２１ｃのリフトは停止して、カムローラ２２ａ、２２ｃとインナーカム８は離れる。
【００４７】
図７（ｃ）点で、インナーカム８（ａ，ｃ）は上昇に転じ、圧送工程に入る。インナーカム８のリフトが開始しても、プランジャ２１ａ、２１ｃはすぐにはリフトを開始せず、インナーカム８のカム面８１上の点８１ａ、８１ｃのリフト量がプランジャ２１ａ、２１ｃのリフト量となると（図７（ｄ）点）、カムローラ２２ａ、２２ｃがインナーカム８に当接し、カムローラ２２ａ、２２ｃがシュー２４ａ、２４ｃを介してプランジャ２１ａ、２１ｃをリフトさせる。この圧送工程時においては、逆止弁４ａは閉弁している。その後、プランジャ２１ａ、２１ｃの上昇とともに上記圧力室２３ａ内の容積が縮小し、圧力が次第に高くなる。圧力室２３ａ、２３ｃ内の燃料の圧力が所定圧を越えると、吐出孔１６ａ、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２１ａ、２１ｃのリフトが最大となると（図７（ｆ）点）、圧送が終了する。
【００４８】
この間、図７（ｅ）点において、再び電磁弁６の弁体７３が開弁し、インナーカム８（ｂ，ｄ）が吸入行程に入る。以下、プランジャ２１ａ、２１ｃの場合と同様にして、プランジャ２１ｂ、２１ｄのリフトが行われ、圧力室２３ｂへ燃料の吸入が行われる。
【００４９】
図７に示したように、プランジャ２１ａ、２１ｃによる圧送と、プランジャ２１ｂ、２１ｄによる圧送は、インナーカム８の回転角度で９０°づつずれて行われる。図８（ｂ）は、上記構成における駆動トルクを示したもので、このような構成では、圧送期間が従来の４５°から１２０°と長くなっているので、その分、カムの上り勾配（圧送中の勾配）が緩やかになり、駆動トルクのピーク値（最大値）は小さくなる。すなわち、最大吐出量の時の駆動トルクは、図の実線と破線を合計したものとなり、図８（ａ）の従来構成に比べて大幅に駆動トルクを低減することができる。
【００５０】
次に、図９、１０を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、第１の圧送手段を構成する第１の圧力室２３ａへの低圧燃料の吸入量を調節するための電磁弁６ａと、第２の圧送手段を構成する第２の圧力室２３ｂへの低圧燃料の吸入量を調節するための電磁弁６ｂと別々に設けている。また、これに対応して、電磁弁６ａの先端部周りには燃料溜まり５ａが、電磁弁６ｂの先端部周りには燃料溜まり５ｂがそれぞれ設けてある。電磁弁６ａ、６ｂの構成は上記第１の実施の形態における電磁弁６と同じである。その他の構成についても同様である。
【００５１】
上記構成の可変吐出量高圧ポンプの作動について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）点において、インナーカム８（ａ，ｃ）は吸入工程に入る。電磁弁６ａのコイル６２への通電は、図１０（ａ）の時点で電磁弁６ａの弁体７３が開弁するように、これより先立って行われ、燃料溜まり５ａから燃料が圧力室２３ａに流入する。この時、流入する燃料によって、プランジャ２１ａ、２１ｃはカム面８１側に押しつけられ、電磁弁６ａの弁体７３が閉弁するまで燃料の吸入が行われる。
【００５２】
電子制御ユニットＥＣＵから電磁弁６ａのコイル６２への通電が遮断されると、電磁弁６ａの弁体７３が閉弁し（図１０（ｂ）点）、燃料溜まり５ａと流路７４ｃの間、すなわち、圧力室２３ａとの間が遮断される。その後も、インナーカム８のリフト（ａ，ｃ）は下降し続けるが、吸入が終了すると、プランジャ２１ａ、２１ｃのリフトは停止して、カムローラ２２ａ、２２ｃとインナーカム８は離れる。
【００５３】
図１０（ｃ）点で、インナーカム８（ａ，ｃ）は上昇に転じ、圧送工程に入る。インナーカム８のリフトが開始しても、プランジャ２１ａ、２１ｃはすぐにはリフトを開始せず、インナーカム８のカム面８１上の点８１ａ、８１ｃのリフト量がプランジャ２１ａ、２１ｃのリフト量となると（図１０（ｅ）点）、カムローラ２２ａ、２２ｃがインナーカム８に当接し、カムローラ２２ａ、２２ｃがシュー２４ａ、２４ｃを介してプランジャ２１ａ、２１ｃをリフトさせる。この圧送工程時においては、逆止弁４ａは閉弁している。その後、プランジャ２１ａ、２１ｃの上昇とともに上記圧力室２３ａ内の容積が縮小し、圧力が次第に高くなる。圧力室２３ａ、２３ｃ内の燃料の圧力が所定圧を越えると、吐出孔１６ａ、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２１ａ、２１ｃのリフトが最大となると（図１０（ｆ）点）、圧送が終了する。
【００５４】
この間、図１０（ｄ）点において、電磁弁６ｂの弁体７３が開弁し、インナーカム８（ｂ，ｄ）が吸入行程に入る。以下、プランジャ２１ａ、２１ｃの場合と同様にして、プランジャ２１ｂ、２１ｄのリフトが行われ、圧力室２３ｂへ燃料の吸入が行われる。
【００５５】
本実施の形態においても、従来構成に比べて大幅に駆動トルクのピーク値（最大値）を低減することができる。さらに、本実施の形態では、上記第１の実施の形態に比べて、以下に説明する利点がある。
【００５６】
図７は第１の実施の形態において比較的吐出量が多い時のタイムチャートを示したものであるが、比較的吐出量が少ない時のタイムチャートは図１１に示すようになる。図１１（ａ）〜（ｃ）点間は、電磁弁６の弁体７３が開弁しており、圧力室２３ｂへの燃料の吸入が行われる（プランジャ２１ｂ、２１ｄが下降する）。ところが、燃料溜まり５と圧力室２３ａも連通しているため、図１１（ａ）点から（ｂ）点まで（プランジャ２１ａ、２１ｃの圧送開始まで）、圧力室２３ａへの燃料の吸入が行われてしまう（プランジャ２１ａ、２１ｃが下降してしまう）。その時、プランジャ２１ａ、２１ｃの下降は、インナーカム８のカム面８１のリフト曲線に沿って行われるわけではないため、可変吐出量高圧ポンプの吐出量の調量精度の悪化を招くおそれがある。これに対し、本実施の形態の構成では、圧力室２３ａ、２３ｂのそれぞれに、吸入量を調節する電磁弁６ａ、６ｂを設置しているので、比較的に吐出量が少ない時でも、優れた調量精度を得ることができる。
【００５７】
なお、本発明では、第１の圧送手段と第２の圧送手段を設けており、これらの構成部材を独立に設けてドライブシャフトの軸方向に並設すると、可変吐出量高圧ポンプの軸方向長が長くなることが懸念される。このため、上記第１および第２の実施の形態では、インナーカム８を共通に設け、さらに共通部材であるシューガイド１５形状を工夫することにより装置の大型化を防止している。以下、これについて説明する。
【００５８】
図１２は、図４のＣ−Ｃ断面図で第２の圧送手段を構成する摺動孔２ｂの近傍を拡大して示したもの、図１３はシューガイド１５の全体斜視図である。図１３のように、シューガイド１５は円筒状で、その筒壁には、図の右端より左端側へ延びる一対の切欠き部１５１ｂ、１５１ｄが対向して設けられ、この一対の切欠き部１５１ｂ、１５１ｄ内にそれぞれシュー２４ｂ、２４ｄを摺動自在に保持している（図１２）。同様に、シューガイド１５には、図の左端より右端側へ延びる一対の切欠き部１５１ａ、１５１ｃが設けられ（図では切欠き部１５１ａのみを示し、切欠き部１５１ｃはこれと対向する位置にある）、この一対の切欠き部１５１ａ、１５１ｃ内に、シュー２４ａ、２４ｃを摺動自在に保持している（図４）。一対の切欠き部１５１ｂ、１５１ｄと、一対の切欠き部１５１ａ、１５１ｃの形成位置は９０°ずれている。シューガイド１５は、筒壁に設けた複数のボルト穴１５２に図示しないボルトを挿通することによって、ヘッド１４に固定され、シュー２４ａ〜２４ｄは、シューガイド１５とヘッド１４またはプレート７との間に挟持される。かくして、シュー２４ａ〜２４ｄは、摺動孔２ａ、２ｂの軸線方向には自由に摺動し、かつインナーカム８の回転方向への移動が規制される。
【００５９】
ここで、シューガイド１５の軸方向長は、切欠き部１５１ａ〜１５１ｄよりやや長い程度とし、一対の切欠き部１５１ｂ、１５１ｄと、一対の切欠き部１５１ａ、１５１ｃの形成位置が、軸方向の中央部で重なりを有するように構成される。つまり、図１２に示すように、シュー２４ｂ、２４ｄに保持されるカムローラ２２ｂ、２２ｄがインナーカム８と摺接する範囲▲１▼と、シュー２４ａ、２４ｃに保持されるカムローラ２２ａ、２２ｃがインナーカム８と摺接する範囲▲２▼とが、軸方向に重なりを有するように構成し、圧送機構に影響がない範囲でインナーカム８の軸方向長を短くしている。このように、インナーカム８およびシューガイド１５を共通に設け、これら共通部材の軸方向長ができるだけ短くなるように構成することで、可変吐出量高圧ポンプの軸方向長が長くなるのを最小限に抑制することができる。
【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】可変吐出量高圧ポンプの駆動系を示す図である。
【図４】図１の部分拡大断面図である。
【図５】（ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】第１の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの主要部の概略構成図である。
【図７】第１の実施の形態における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８】（ａ）は従来の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性を示す図、（ｂ）は本発明の可変吐出量高圧ポンプの圧送特性を示す図である。
【図９】第２の実施の形態の可変吐出量高圧ポンプの主要部の概略構成図である。
【図１０】第２の実施の形態における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】第１の実施の形態の構成において、吐出量が比較的少量である時の作動を説明するための図である。
【図１２】図４の左半部のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１３】シューガイドの全体斜視図である。
【図１４】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図１５】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【符号の説明】
Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ
Ｒ コモンレール（蓄圧室）
Ｒ１ 供給配管
Ｄ ドライブシャフト
１ ポンプハウジング
１１、１２、１３ 低圧流路
１４ ヘッド
１５ シューガイド
１６ａ、１６ｂ 吐出孔
２ａ 摺動孔（第１のシリンダ）
２ｂ 摺動孔（第２のシリンダ）
２１ａ、２１ｃ 一対のプランジャ（第１のプランジャ）
２１ｂ、２１ｄ 一対のプランジャ（第２のプランジャ）
２２ａ〜２２ｄ カムローラ
２３ａ 第１の圧力室
２３ｂ 第２の圧力室
３ デリバリバルブ
４ 逆止弁
４１ スプリングストッパ
４２ ハウジング
４３ 流路
４４ 弁体
４５ シート面
５ 燃料溜まり
５１ ポンプタイミングプーリー
５２ タイミングベルト
６ 電磁弁
６２ コイル
７３ 弁体
７５ シート面
８ インナーカム（カム）
８１ カム面

Claims (6)

1. 内燃機関のコモンレール噴射システムの蓄圧室を所定圧に保持するために所定量の高圧燃料を圧送供給する可変吐出量高圧ポンプであって、
   第１のシリンダと、第１のシリンダ内に往復運動可能に嵌挿された第１のプランジャと、上記第１のシリンダの内壁面と上記第１のプランジャの端面とで形成され、低圧流路より導入される所定量の低圧燃料を上記第１のプランジャの往復運動によって加圧する第１の圧力室とからなる第１の圧送手段と、
   第２のシリンダと、第２のシリンダ内に往復運動可能に嵌挿された第２のプランジャと、上記第２のシリンダの内壁面と上記第２のプランジャの端面とで形成され、低圧流路より導入される所定量の低圧燃料を上記第２のプランジャの往復運動によって加圧する第２の圧力室とからなる第２の圧送手段と、
   上記低圧流路から上記第１および第２の圧力室へ吸入される低圧燃料の吸入量を調節するための手段と、
   上記第１および第２のプランジャを順に往復運動させる、内周面をカム面とする筒状のインナーカムとを有し、
   上記第１および第２のシリンダを、上記インナーカムが連結されるドライブシャフトの軸線方向に間隔をおいて、かつ各シリンダの軸線が互いに直交する方向となるように配置するとともに、
   上記第１および第２のプランジャをそれぞれ一対のプランジャで構成して、上記インナーカムの上記カム面が楕円形となるように、上記一対のプランジャに対応する２個のカム山を上記カム面に設け、
   上記インナーカムにより上記第１の圧送手段と第２の圧送手段とを順に駆動させて、上記第１の圧力室および上記第２の圧力室内の加圧燃料を、上記蓄圧室へ順に圧送することを特徴とする可変吐出量高圧ポンプ。
2. 上記低圧流路から上記第１および第２の圧力室へ吸入される低圧燃料の吸入量を調節するための電磁弁と、上記電磁弁と上記第１および第２の圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記第１および第２の圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けた請求項１記載の可変吐出量高圧ポンプ。
3. 上記電磁弁および上記逆止弁を、上記第１および第２の圧送手段のそれぞれに対応させて複数設置した請求項２記載の可変吐出量高圧ポンプ。
4. 上記インナーカムのカム面の、上記第１のプランジャを駆動する範囲と上記第２のプランジャを駆動する範囲とが部分的に重なりを有する請求項１ないし３のいずれかに記載の可変吐出量高圧ポンプ。
5. 上記第１および第２のプランジャの一対のプランジャにそれぞれ対応するシューと、これらシューを摺動自在に保持する円筒状のシューガイドを有し、該シューガイドの一方の端面側に上記第１のプランジャに対応するシューを保持する一対の切欠き部を、他方の端面側に上記第２のプランジャに対応するシューを保持する一対の切欠き部を、それぞれ設けた請求項１ないし４のいずれかに記載の可変吐出量高圧ポンプ。
6. 上記インナーカムをタイミングベルトを用いて駆動する請求項１ないし５のいずれかに記載の可変吐出量高圧ポンプ。

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