JP3794221B2 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用エンジン、なかでも筒内噴射エンジンの燃料噴射弁に燃料を高圧で供給する高圧燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧燃料ポンプでは、例えば、特開平7−332186 号公報に記載されているように、吐出弁の最大リフト量をストッパにより規制して、吐出弁体が案内部材から脱落するのを防止する構成が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の高圧燃料ポンプでは、弁体が脱落しない範囲で吐出弁の最大リフト量を規制しているものの、リフト量と吐出弁の開口面積の関係については何ら考慮されていない。このため吐出弁体が必要以上にリフトして、弁の閉じ遅れが大きくなる結果、吐出通路側から加圧室内への燃料の逆流が多くなって吐出流量が低下する可能性があった。すなわち、燃料の通路面積は最も狭い部分で規定されるので、吐出弁体のリフトにより開口するいわゆる開口面積が吐出弁の上流側の通路面積より大きくなっても無効であり、必要以上のリフトは閉じ遅れとなって吐出流量を低下させる。従来例ではこの点について何ら記載していない。上記問題は燃料流量が多くなり吐出弁のリフトが増える高回転域ほど顕著に現れ、特に単筒式プランジャポンプの場合、吸入・吐出が間欠的に行われるためポンプの平均流量に比べて非常に大きな流量が瞬間的に吐出弁を流れ、よりこの問題が顕在化する短所があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記のような従来技術における問題点を解消し、簡単な構造により高圧燃料ポンプを構成して吐出弁部での逆流を抑え、低回転域から高回転域まで広い範囲で高い容積効率が得られる高圧燃料ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の高圧燃料ポンプは、燃料の吸入通路と、燃料の吐出通路と、前記吸入通路と前記吐出通路とに連通する加圧室と、前記加圧室内を往復動するプランジャとを備え、前記吸入通路内に吸入弁が設けられると共に、前記プランジャの圧縮工程中に前記吸入弁が閉弁して前記加圧室内の圧力が上昇すると自動的に開弁することにより燃料の前記加圧室内への逆流を防止する吐出弁が前記吐出通路内に設けられ、プランジャの往復動により前記加圧室内に燃料を吸入し前記加圧室内から燃料を吐出する高圧燃料ポンプにおいて、前記吐出弁は弁のリフトと共に変化する開口面積が前記吐出弁の上流側である前記加圧室側の通路面積に対して同等以下になるように前記吐出弁の最大リフト量を規制したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による実施例について、以下図面を参照して説明する。
【０００９】
図１（ａ），（ｂ）及び図２により、本発明による一実施例の構成・動作を説明する。ポンプ本体１には、燃料吸入通路１０，吐出通路１１，加圧室１２が形成されている。加圧室１２には、加圧部材であるプランジャ２が摺動可能に保持されている。吸入通路１０及び吐出通路１１には、吸入弁５，吐出弁６が設けられており、それぞればね５ａ，６ａにて一方向に保持され、燃料の流通方向を制限する逆止弁となっている。また、ソレノイド２００がポンプ本体１に保持されており、ソレノイド２００には、係合部材２０１，ばね２０２が配されている。係合部材２０１は、ソレノイド２００がＯＦＦ時は、ばね２０２によって、吸入弁５を開弁する方向に付勢力がかけられている。ばね２０２の付勢力は、吸入弁ばね５ａの付勢力より大きくなっているため、ソレノイド200OFF時は、図１のように、吸入弁５は開弁状態となっている。
【００１０】
燃料は、タンク５０から低圧ポンプ５１にてポンプ本体１の燃料導入口に、プレッシャレギュレータ５２にて一定の圧力の調圧されて、導かれている。その後、ポンプ本体１にて加圧され、燃料吐出口からコモンレール５３に圧送される。コモンレール５３には、インジェクタ５４，リリーフ弁５５，圧力センサ５６が装着されている。インジェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の信号にて噴射する。また、リリーフ弁５５は、コモンレール５３内の圧力が所定値を超えた際開弁し、配管系の破損を防止する。
【００１１】
以上構成により、動作を以下説明する。
【００１２】
プランジャ２の下端に設けられたリフタ３は、ばね４にてカム１００に圧接されている。プランジャ２は、エンジンカムシャフト等により回転されるカム 100により、往復運動して加圧室１２内の容積を変化させる。
【００１３】
プランジャ２の圧縮工程中に吸入弁５が閉弁すると、加圧室１２内の圧力が上昇し、これにより吐出弁６が自動的に開弁し、燃料をコモンレール５３に圧送する。
【００１４】
吸入弁５は、加圧室１２の圧力が燃料導入口より低くなると自動的に開弁するが、閉弁に関しては、ソレノイド２００の動作により決定される。
【００１５】
ソレノイド２００がＯＮ（通電）状態を保持した際は、ばね２０２の付勢力以上の電磁力を発生させ、係合部材２０１をソレノイド２０２側に引き寄せるため、係合部材２０１と吸入弁５は分離される。この状態であれば、吸入弁５はプランジャ２の往復運動に同期して開閉する自動弁となる。従って、圧縮工程中は、吸入弁５は閉塞し、加圧室１２の容積減少分の燃料は、吐出弁６を押し開きコモンレール５３へ圧送される。よって、ソレノイド２００の応答性に関係せずに、ポンプの最大吐出を行うことができる。
【００１６】
これに対し、ソレノイド２００がＯＦＦ（無通電）を保持した際は、ばね 202の付勢力により、係合部材２０１は吸入弁５に係合し、吸入弁５を開弁状態に保持する。従って、圧縮工程時においても、加圧室１２の圧力は燃料導入口部とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁６を開弁することができず、加圧室１２の容積減少分の燃料は、吸入弁５を通り燃料導入口側へ戻される。よって、ポンプ吐出量を０とすることができる。
【００１７】
また、圧縮工程の途中で、ソレノイド２００をＯＮ状態とすれば、このときから、コモンレール５３へ燃料圧送される。また、一度圧送が始まれば、加圧室１２内の圧力は上昇するため、その後、ソレノイド２００をＯＦＦ状態にしても、吸入弁５は閉塞状態を維持し、吸入工程の始まりと同期して自動開弁する。よって、ソレノイド２００のＯＮタイミングにより、吐出量を調節することができる。また、ソレノイド２００は圧縮工程の始まり前までに、ＯＦＦ位置まで戻れば良いため、特別ＯＮ→ＯＦＦの応答性を良くする必要がない。これにより、ばね２０２の付勢力を小さくすることができ、結果的にソレノイド２００のＯＦＦ→ＯＮの応答性をよくすることができる。
【００１８】
以上により、圧縮工程におけるソレノイド２００のＯＮ時間又はＯＮタイミングをコントロールすることにより、コモンレール５３への吐出量を可変制御することができる。また、圧力センサ５６の信号に基づき、ＥＣＵにて適切な吐出タイミングを演算しソレノイド２００をコントロールすることにより、コモンレール５３圧力を略一定値に保つことができる。また、ソレノイド２００を大型化することなく、ＯＦＦ→ＯＮ応答性を向上することができる。
【００１９】
以上説明した単筒式プランジャポンプは構造が簡単で低コストという長所があるが、吸入・吐出が間欠的に行われるため脈動が大きくなる短所がある。またポンプの平均流量の３倍以上もの流量が吐出弁６には瞬間的に通過するため、高回転では通過流量の増加と共に吐出弁６のリフト量も大きくなり、プランジャ２が吐出行程から吸入行程に入って加圧室１２の圧力が下がり始めてもすぐには吐出弁６が閉じず、吐出通路１１側から加圧室内への燃料の逆流が顕著に現れる問題があった。結果、吐出流量が減少し、高回転ほど容積効率が低下する短所があった。
【００２０】
そこで、本発明の一実施例である吐出弁６は、図３に示すように、弁のリフトＸと共に変化する開口面積Ａ２が吐出弁の上流側（加圧室側）の通路面積Ａ１に対して同等以下になるように弁の最大リフト量Ｘmax を規定したものである。このように最大リフト量を規制することにより、必要以上に弁がリフトして閉じ遅れにより逆流が発生するのを最大限抑制することができる。
【００２１】
以下、図４〜図６を用い、この効果を詳細に説明する。
【００２２】
図４は本発明の吐出弁の流路面積を示す図であり、開口面積Ａ２は吐出弁リフト量Ｘに概ね比例して増えていくのに対し、吐出弁の上流側（加圧室側）の通路面積Ａ１および吐出弁体外周−壁面間通路面積Ａ３はリフト量に拘わらず一定である。燃料の通路面積は最も狭い部分で規定されるので、実効流路面積は太線のようになる。従ってＸmax 以上のリフトは必要以上のリフトとなって、後述する吐出流量低下の要因となるため、本発明の高圧燃料ポンプはこの位置で最大リフト量を規制している。なお、Ａ１およびＡ３は、通常、燃料の最大流量に対して十分な通路面積を確保するよう設定される。
【００２３】
図５は本発明の高圧燃料ポンプの動作を示す図であり、上から順にプランジャ２の変位、加圧室１２の圧力、吸入弁５・吐出弁６の変位、吐出流量の時刻歴波形を示す。実線は吐出弁の最大リフト量をＸmax の位置に小さく規制した場合（本発明）、点線は規制位置が大きい場合である。いずれも吐出行程から吸入行程に移ってもすぐには吐出弁が閉じず、このため吐出通路側から加圧室内への燃料の逆流が起こる。この逆流分だけポンプ外部への吐出流量が低下するが、吐出弁の最大リフト量を小さく規制して、必要以上に弁体がリフトするのを抑制することにより弁の移動距離が少なくなるので、弁の閉じ遅れを小さくして逆流を低減することができる。
【００２４】
図６は本発明の高圧燃料ポンプの平均吐出流量特性であり、この図に示すように吐出弁の最大リフト量を小さく規制することにより高回転時の効率低下を抑制し、低回転から高回転まで高い容積効率を確保することができる。
【００２５】
なお、上述した実施例中の吐出弁６は弁体をボール弁としていたが、図７に示す本発明の吐出弁の他の実施例の如く、ポペット弁としても全く同様に構成が可能である。
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、高圧燃料ポンプ１０１が低回転域から高回転域まで広い範囲に渡って高い容積効率を得ることができるので、高速走行中のエンジン全開状態においても高い圧力で十分な燃料を供給することが可能となり、このエンジンを搭載した車両の運動性能が向上する。また、回転数と吐出流量の関係が線形に近いものであるので、ポンプの可変吐出量制御が簡単になり、インジェクタ５４が必要とする分の燃料のみを正確に計量してポンプから供給することが可能になるので、過剰な燃料を吐出することがなくなりエネルギー損失が減って燃費が向上する。同様の理由でコモンレール５３内の燃料圧力を所望の値に正確に調圧することが可能なので、インジェクタとこれに繋がるエンジン７１が要求する噴射量・粒径の燃料噴霧を精密に制御することができ、最適な燃焼状態を得て車両の運動性能と燃費を向上できる効果がある。
【００２７】
また、これらの効果を吐出弁の最大リフト量規制という簡単な構成のみによって実現しているので、何らコストは上昇せず、単筒プランジャ式ポンプの低コスト・小形の特長そのままに、エンジンや車両のコストも低減できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構成により吐出弁の閉じ遅れを抑制し、逆流を低減することができる。その結果、高回転域まで高い容積効率を得ることができるようになる。また、効率が高いので小形軽量化も図れる高圧燃料ポンプを実現することができ、小形化によって車両への搭載性が向上する。その上、エンジンや車両の性能や燃費の向上も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧燃料ポンプの一実施例を示す縦断面図。
【図２】本発明の高圧燃料ポンプを用いたエンジンの燃料供給装置の一実施例を示す図。
【図３】本発明の吐出弁の形状を示す図。
【図４】本発明の吐出弁の流路面積を示す特性図。
【図５】本発明の高圧燃料ポンプの動作を示す特性図。
【図６】本発明の高圧燃料ポンプの吐出流量特性を示す特性図。
【図７】本発明の吐出弁の他の実施例を示す図。
【符号の説明】
１…ポンプ本体、２…プランジャ、３…リフタ、４，５ａ，６ａ，２０２…ばね、５…吸入弁、６…吐出弁、１０…吸入流路、１１…吐出流路、１２…加圧室、２０…シール、４４…軸受、４５…軸、４６…回転軸シール、４７…カバー、５０…燃料タンク、５１…低圧ポンプ、５２…プレッシャレギュレータ、５３…コモンレール、５４…インジェクタ、５５…リリーフ弁、５６…圧力センサ、５７…低圧配管、７０…自動車、７１…エンジン、７２…エンジンカム軸、７３…エンジンカバー、７４…カップリング、１００…カム、１０１…高圧燃料ポンプ、２００…ソレノイド、２０１…係合部材。

Claims (1)

1. 燃料の吸入通路と、燃料の吐出通路と、前記吸入通路と前記吐出通路とに連通する加圧室と、前記加圧室内を往復動するプランジャとを備え、前記吸入通路内に吸入弁が設けられると共に、前記プランジャの圧縮工程中に前記吸入弁が閉弁して前記加圧室内の圧力が上昇すると自動的に開弁することにより燃料の前記加圧室内への逆流を防止する吐出弁が前記吐出通路内に設けられ、プランジャの往復動により前記加圧室内に燃料を吸入し前記加圧室内から燃料を吐出する高圧燃料ポンプにおいて、
   前記吐出弁は弁のリフトと共に変化する開口面積が前記吐出弁の上流側である前記加圧室側の通路面積に対して同等以下になるように前記吐出弁の最大リフト量を規制したことを特徴とする高圧燃料ポンプ。

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