JP3800932B2 - High pressure fuel pump - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車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ものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の高圧燃料ポンプは、例えば、特開平2−176158号公報に記載されている。この高圧燃料ポンプは、カムのカムプロフィールに沿って動作することによって加圧室内に燃料を吸入し、エンジンに吐出するプランジャと、ソレノイドで動作され、加圧室内に燃料を供給する吸入用電磁弁とを備えている。この電磁弁は、自動車のエンジンが高速で回転したときに対応可能なように、ソレノイドで動作させるようになっている。
【0003】
この従来の高圧燃料ポンプは、カムプロフィールが1回転する間の前半に吸入、吐出行程(吐出行程)の最大圧力点が来るようにしている。これは、短時間で加圧室内の燃料圧力を上昇させて電磁弁を閉弁維持できる圧力にまで加圧することによって、車両の高速走行に対応させ、電磁弁が閉弁するまでの時間を短くても大吐出量の高圧燃料を吐出できるようにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この種の燃料ポンプには、燃料を吸入、吐出する吸入弁を開閉する手段として、上記従来技術のように、ソレノイドで動作させるタイプと、ばねで弁を弁座に押圧し、加圧室内の圧力差で弁を開閉するタイプとがある。
【0005】
これらのタイプの内、特に、ばねを用いる弁の場合、燃料ポンプを搭載した自動車のエンジンが高速回転すると、カムの回転速度と吸入弁の開閉速度とが一致せず、吸入弁側から逆流する燃料の量が増えてしまうという問題がある。この場合、燃料の逆流量以上の吐出量を確保するためにポンプを大きくすることが考えられるが、ポンプが大きくなると、その分、ポンプを駆動するエンジンの負荷が大きくなり、燃費が低下するという問題がある。
【0006】
ところで、上記従来技術の高圧燃料ポンプのカムプロフィールは、ソレノイドで動作させる弁、いわゆる電磁弁とを組合せたことによって効果を発揮するものであるが、ばねを用いた弁との組合わせでは同じ効果を有する可能性は薄い。
【0007】
即ち、電磁弁を用いた上記従来技術の燃料ポンプは、電磁弁への信号入力により任意のタイミングで閉弁を行うことができるため、閉弁遅れをなくすことができるが、ばねによる弁を組合わせると、カム速度が最大のとき、弁の動作がカム速度に追従できず燃料の逆流量が増大してしまう。
【0008】
本発明の目的は、燃料の逆流量を低減でき、また高次の振動成分が現れず低振動・低騒音にすることができる高圧燃料ポンプを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、前記カムは、前記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程における前記下死点からのカム加速度を正の小さな値に抑えた第1カム部と、前記第1カム部に続いてカム加速度を大きく増加させた後に徐々に減少させて負の加速度へと下降する第2カム部とを有し、下死点および上死点でのカム加速度の1階カム角度微分がほぼ0となるカムプロフィールを備えていることにより達成される。
【0010】
また、燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、前記カムの付勢力に対向して前記プランジャを押圧する弾性部材を備え、前記カムは、前記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程における前記下死点からのカム加速度を正の小さな値に抑えた第1カム部と、前記第1カム部に続いてカム加速度を大きく増加させた後に徐々に減少させて負の加速度へと下降する第2カム部とを有するとともに、前記第2カム部に続く上死点までの負のカム加速度を前記プランジャの最高往復周波数でも前記カムと前記プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第3カム部を有し、下死点および上死点でのカム加速度の1階カム角度微分がほぼ0となり、かつ前記プランジャが上死点から下死点に至る吸入行程では、前記吐出行程のカム加速度と上死点に対して対称な加速度曲線を有するカムプロフィールを備えたことにより達成される。
【0012】
また、燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、前記カムの付勢力に対向して前記プランジャを押圧する弾性部材を備え、前記カムは、前記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程における下死点からのカム加速度を正の略一定値とした第1カム部と、前記第1カム部に続いてカム加速度を徐々に減少させて負の加速度へと単調減少する第2カム部とを有し、さらに前記第2カム部に続く上死点までの負のカム加速度を負の略一定値とするとともに、前記負の加速度を前記プランジャの最高往復周波数でも前記カムと前記プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第3カム部を有し、また前記プランジャが上死点から下死点に至る吸入行程では前記吐出行程のカム加速度と上死点に対して対称な加速度曲線を有するカムプロフィールを備えていることにより達成される。
【0013】
また、カム速度の最大ピーク位置を吐出行程区間のほぼ1/3〜1/2の間とするとよい
【0014】
吸入弁は、加圧室内の燃料圧力によって開閉する自動弁であり、吐出行程中に加圧室内の燃料圧力が上昇することにより閉塞するものであればよい
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明は、高圧燃料ポンプは、吸入弁がプランジャの往復運動に同期して開閉する弁、いわゆる逆止弁を用いたものである。この弁であると、任意のタイミングで閉弁することはできないので、プランジャの動作に対し若干の閉弁遅れを伴う。例えば、プランジャが吐出行程に入ってもすぐには吸入弁が閉じず、この間にプランジャが加圧した分の燃料は、吸入弁を通って加圧室外に逆流してしまう。この逆流分だけポンプの吐出量が低下し、特に高回転での容積効率が減少しやすくなる。
【0016】
したがって、本発明の高圧燃料ポンプに上記従来技術のカムを単に用いると、吸入弁が閉じるまでの無効区間内のカム速度が速まるので、吸入側への逆流量が増え、かえって吐出量の低下を招く恐れがある。
【0017】
まず、一般的な高圧燃料ポンプを図面を用いて説明する。
【0018】
図1(a)は、高圧燃料ポンプを示す縦断面図である。図1(b)は、高圧燃料ポンプがエンジンに取付けられた状態を示すエンジンの一部断面図である。図2は、高圧燃料ポンプを用いたエンジンの燃料供給装置を示す構成図である。
【0019】
図1(a)において、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がカム100によって摺動可能に保持されている。3は、リフタであり、ばね4とプランジャ2の先端を保持するものである。このリフタ3は、カム100のカムプロフィールに常に接触している。20は、プランジャ2とポンプ本体1の加圧室12内とをシールするためのシール部材である。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にて弁座に対し押圧され、燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。これらの構成部品からなるポンプ本体1を総称して高圧燃料ポンプ101と言う。
【0020】
図1(b)において、73は、エンジンカバーであり、内部にピストンやエンジンカム等を収納している。72は、エンジンカム軸であり、前記カム100が直結されている。エンジンカバー73の一部に高圧燃料ポンプ101が取付けられている。
【0021】
このように、エンジンカム軸72が回転することによってカム100が回転し、高圧燃料ポンプ101内のプランジャ2が上下動する。このような高圧燃料ポンプを単筒式プランジャポンプと呼ばれている。
【0022】
図2において、矢印で示す燃料は、低圧プレッシャレギュレータ52にて一定の圧力に調圧され、タンク50から低圧ポンプ51、低圧配管9を経由して高圧燃料ポンプ101の燃料導入口方向に案内される。高圧燃料ポンプ101内に吸入された燃料は、エンジン71内に設けられたカム100の回転によって加圧され、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内の燃料圧力は、高圧プレッシャレギュレータ55により略一定圧力に保持されている。インジェクタ54は、エンジンの気筒数にあわせてコモンレール53に装着されている。このインジェクタ54は、エンジンコントロールユニット(ECU)の信号によって燃料をエンジン71内に噴射する。56は、圧力センサーであり、コモンレール53の圧力を検出し、圧力に応じてECUが吸入弁の開閉制御を行う。
【0023】
以上の構成による高圧燃料ポンプの動作を説明する。
【0024】
図1(a)において、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に圧接されているため、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のカムプロフィール(外形形状)に追従して往復運動し、加圧室12内の容積を変化させる。
【0025】
吸入弁5および吐出弁6は、いずれもプランジャ2の往復運動に同期して開閉する自動弁であり、吸入行程中は、加圧室12内の燃料圧力の低下により吐出弁6は閉塞し、吸入弁5が開いて加圧室12内に燃料が吸入される。吐出行程中は、加圧室12内の燃料圧力の上昇により吸入弁5は閉塞し、吐出弁6が開いて図2に示したコモンレール53へ燃料が圧送される。
【0026】
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、吸入弁5、吐出弁6がばね4の押圧力だけで保持されているため、開弁、閉弁共に遅れを伴い、いずれも吐出量減少の原因となる。
【0027】
すなわち弁の開閉に伴う移動距離の分だけ遅れが生じる。例えば、プランジャ2が吸入行程から吐出行程に入ってもすぐには吸入弁5が閉じられず、加圧室12内から吸入通路10側へ燃料が逆流してしまう分、吐出流量が減少する。特に、車両の高速走行時には、カムが高回転するため、プランジャ一の上下動周期が短くなり、弁の閉じ遅れの影響がより顕著になり、容積効率が低下する特性がある。
【0028】
容積効率が低いと、最大吐出量を確保するのにポンプの押しのけ容積自体を大きくしなければならず、このため駆動トルクが増えて、エンジンの燃費が悪化する。したがって、高回転時の容積効率向上は、単筒式プランジャポンプにとって重要な課題の一つである。
【0029】
そこで、本発明では、吐出行程開始直後の吸入弁5がまだ開いている間はプランジャ2の上昇速度を抑えて吸入弁5から逆流する流量を減らし、吸入弁5が閉じた後にプランジャ2の上昇速度を上げるようにしたものである。
【0030】
このため、本発明は、カム100のカムプロフィールを図3に示すように、カム速度の最大ピークが吐出行程区間のほぼ1/3〜1/2の間となるようにしたものである。
【0031】
図3は、本発明を備えたカムの1回転でプランジャを3回往復させる3山カムの例を示した図である。
【0032】
図3において、プランジャ2の下死点をカム回転角0°とすると、この場合は約20°〜30°、2山カムの場合では約30°〜45°の位置にカム速度の最大ピークが入るようにする。これによりカム速度の立上りが適度に抑えられるので吸入弁が閉じ遅れて無効吐出となる区間での理論流量(=プランジャの断面積×速度)が減り、吐出弁開弁後の有効吐出となる区間での理論流量が増える。しかも、燃料の昇圧速度は十分に確保されているので、吐出弁は速やかに開き、無効吐出となる区間自体も十分に短くすることができる。したがって吐出流量が増加し、特に高回転時の容積効率を向上できる。
【0033】
以下、本発明を図4、図5、図6を用いて更に詳細に説明する。
【0034】
図4は、図3に示したカムプロフィールとその他のカムプロフィールを比較して示したものである。
【0035】
図4において、太いせんは、本発明のカムAを示し、細い線は、速度ピークを吐出行程区間の1/3より前にしたカムBを示し、点線は、正弦波のカムで速度ピークはちょうど吐出行程区間の1/2位置としたカムCを示す。
【0036】
カムCの正弦波は、上死点近傍における負のカム加速度の絶対値が大きいため、プランジャ2を含む往復運動部の慣性力も大きくなり、高回転時は、ばね4によるカム100とリフタ3間の接触力より慣性力が大きくなって両者が離反するジャンピングを生じてしまう。
【0037】
ジャンピングは、騒音発生や耐久性低下の原因となるため避けるべきものであり、事実上カムCは使用不可である。カムCを用いてジャンピングを避けるには、ばね力をより強くしなければならず、接触面のヘルツ応力増大による耐久性低下、駆動トルクの増大による燃費の悪化等の悪影響をもたらす。
【0038】
次に、カムA、Bを用いたときのポンプの吐出流量特性を図5に示す。
【0039】
図5において、横軸はポンプ回転数、縦軸は時間平均での吐出流量である。前述した通り、単筒式プランジャポンプは、高回転ほど容積効率が低下する傾向を示し、理論流量に対して実吐出流量が低下するが、本発明のカムAでは、カムBに比べて流量の落ち方が少なく、高回転まで高い容積効率を保つことができる。この理由を図6により説明する。
【0040】
図6において、高回転時におけるポンプ各部の時刻歴波形を示したもので、カムAの場合を太線で、カムBの場合を細線で示してある。図示のように吸入弁5は、カムが吸入行程から吐出行程に入ってもまだ開いているため、この間にプランジャ2が加圧した分の流量は、吸入弁5を通って吸入通路10側に逆流する。このため、吐出流量が減少する。
【0041】
さらに、吸入弁5が閉じてから吐出弁6が開くまでにも遅れがあり、両者の遅れの合計が吐出に寄与しない無効区間となる。高回転時は、一行程あたりの時間が短くなるため、この無効区間が相対的に増え、容積効率が低下する。なお、吸入弁5の閉じ遅れの理由は、プランジャ2が下降を始めてもすぐには加圧室12の圧力が下がらないためと、吸入弁自体が開→閉状態になるまでの移動時間がかかるためである。また、吐出弁6の開き遅れの理由は、加圧室圧力が吐出弁下流の吐出通路11の圧力まで上昇するのに時間がかかるためである。
【0042】
ここで、本発明のカムAは、カムBより速度ピークが後方にあるため、無効区間での速度が低く抑えられている。このため、この速度に比例した無効区間での理論流量、すなわち吸入側へ逆流する無効流量が少なくなり、逆に吐出弁開弁以後の有功吐出となる区間での理論流量が多くなる。この無効流量の差の分だけ、カムAの吐出流量が多くなるわけである。無効区間が短い低回転時は、両者の差は小さいが、無効区間が増える高回転時は、差が徐々に大きくなるため図5のような流量特性の差となる。
【0043】
以上より、容積効率の向上には、カム速度のピーク位置を極力後方に配置し、無効区間でのカム速度を低く抑えるのが有効であることがわかる。
【0044】
しかし、ピーク位置をあまり後方にし過ぎると、吸入弁閉弁後の加圧室圧力の上昇が遅くなるので、特に吐出弁の開き遅れが大きくなる。その結果、無効区間自体が長くなって逆に吐出流量の低下を招く。
【0045】
すなわち、カム速度のピーク位置は早すぎても遅すぎてもだめで、概ね吐出行程区間の1/3〜1/2の範囲がもっとも適当である。速度ピークが1/3位置より前になると、カム速度の立上りが前記カムBのように早くなりすぎるため、無効流量が増えて吐出流量が低下する。逆に1/2より後ろになると加圧室内の燃料圧力の上昇が遅れ、吸入弁の閉じ遅れ、吐出弁の開き遅れが増え、無効区間自体が長くなるので、これも吐出流量の低下につながる。1/3〜1/2が、無効流量の低減と無効区間の短縮を両立させるに適切な範囲である。
【0046】
ところで、カム速度は、カム加速度を積分して得られるものなので、カム速度を操作するにはカム加速度の設定を適切に行う必要がある。前記した通り、図4中の正弦波カムは、ジャンピングが生じる点で不適切であったが、正弦波カムのように上死点近傍における負のカム加速度の絶対値を大きくとることは以下の点からも困難である。
【0047】
まず、上死点近傍では、プランジャの戻しばね4の力が最も強くなるので、カム表面に作用するヘルツ応力も大きくなる。ヘルツ応力を下げるためには、ばね力を下げるか、上死点近傍のカムの曲率半径を大きくするかであるが、まず、ばね力を下げるためにはカム加速度の負の絶対値を小さくして、往復運動部の慣性力を小さくして弱いばね力でもカム100とリフタ3が離反しないようにする必要がある。また、曲率半径を大きくするためには、やはりカム加速度の負の絶対値を小さくするか、カムのベース円を大きくする必要がある。このうちベース円は、小型化の観点からあまり大きくできないので、結局、ヘルツ応力をある許容値以内に収めて耐久性を確保するには、上死点近傍におけるカム加速度の負の絶対値を小さくするしかない。
【0048】
このためカム速度を短い区間で減速させるのが困難になり、減速区間が長くなる(加速区間が短くなる)結果、カム速度の最大ピーク位置が吐出行程区間の1/3より前になりがちである。
【0049】
このため図3に示したカムは、カム速度の最大ピーク位置を吐出行程区間の1/3〜1/2にするために、下死点からのカム加速度を正の小さな値に抑えた第1カム部▲1▼に続いて、カム加速度を大きく増加させた後に徐々に減少させて負の加速度へと下降する第2カム部▲2▼を設け、さらに第2カム部に続く上死点までの負のカム加速度をプランジャの最高往復周波数でもカムとプランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第3カム部▲3▼を設け、またプランジャが上死点から下死点に至る吸入行程では、吐出行程のカム加速度と上死点に対して対象な加速度曲線▲3▼’、▲2▼’、▲1▼’を有するカムプロフィールとしたものである。
【0050】
負のカム加速度を上死点近傍の広い範囲に渡って限界付近まで下げることにより、短い区間でカム速度を減速できるようになるので、カム速度のピーク位置(=加速度0)を容易に吐出行程区間の1/3以降に配置できる。仮に上死点近傍の加速度を単純な等加速度にした場合は図4のカムBのようになり、十分な減速を得られないために減速区間が長くなって、速度ピークを1/3以降に配置するのが困難になる。
【0051】
ここで、点線で示す限界加速度とは、ばね力と慣性力とが釣り合って、ポンプの最高運転回転数でもジャンピングを起こさない限界の加速度のことを指す。また、図3中の最低加速度の値はカムのヘルツ応力の許容値やベース円の大きさの制限等から自ずと下限値が定まり、これに合わせてばね力の値が決定されて限界加速度の大きさが決まる。
【0052】
上記のように、負のカム加速度をできるだけ下げた上で、下死点からのカム加速度を低く抑え、途中から再加速させるカムプロフィールにすることにより、カム速度の立上りをより低く抑えることができるので、最大限カム速度のピークをより後方に持っていくことができる。しかし、ピーク位置が1/2より後方になると逆に吐出量の低下を招くので、加速度の値や再加速の区間等を適度に調節して吐出行程区間のほぼ1/3〜1/2にカム速度のピークが来るようにする。この際、上死点・下死点におけるカム速度は0であるため、カム加速度の正・負の面積は同じにする必要がある。
【0053】
また好ましくは、下死点におけるカム加速度を連続にする、すなわち下死点でのカム加速度の1階カム角度微分(ジャーク)を0とする。これにより慣性力の変化が連続になるので、高次の振動成分が現れず、低振動・低騒音にすることができる。また、騒音対策もやり易くなる。
【0054】
以上説明した図3のカムでは無効区間におけるカム速度を最大限低く抑えるために、出だしの加速度を低く抑えて途中から再加速するような加速度曲線としたが、十分な減速が得られる場合はこのような再加速を行わず、図7に示すように下死点から上死点にかけて単調減少するカム加速度としてもよい。
【0055】
図7は、本発明のその他の実施例を示すカムである。
【0056】
図7において、下死点からのカム加速度を正の略一定値とした第1カム部に続いて、カム加速度を徐々に減少させて負の加速度へと単調減少する第2カム部を設け、さらに第2カム部に続く上死点までの負のカム加速度を負の略一定値とするとともに、負の加速度をプランジャの最高往復周波数でもカムとプランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第3カム部を設け、またプランジャが上死点から下死点に至る吸入行程では、吐出行程のカム加速度と上死点に対して対象な加速度曲線を有するカムプロフィールとしたものである。好ましくは、図3のカムと同様に下死点でのジャークを0とする。
【0057】
図3のカムと比較するとカム速度の立ち上りはやや大きくなるものの、実用上十分な吐出性能を確保することができる。また、再加速を行わない分、カム加速度の変化が滑らかになるので、振動・騒音の点でより有利になる長所がある。なお、図示のように上死点近傍の負の加速度を限界加速度より若干上げ、ジャンピングに対して余裕をとるのがさらに実用的である。
【0058】
図8は本発明の一実施例である図3のカムと図7のカムについて説明する図である。
【0059】
図8において、カム加速度の周波数成分の強さを示したもので、横軸は、振動次数、縦軸は、パワースペクトルである。両カム共に加速度波形に不連続な部分がないため高次の振動成分は極めて少なく、いずれも低振動、低騒音のポンプとすることができる。図7のカムは、図3のカムよりはわずかに容積効率が劣るものの、加速度変化に比例した慣性力の変化が滑らかな分、高次の振動成分がさらに少ないので振動・騒音の点で優れるという長所がある。どちらのカムを使用するかは、容積効率と振動・騒音のどちらに重きを置くかで変わるものであり、優劣の差はないといえる。
【0060】
尚、本発明の一実施例であるカム100は図1に示したように、エンジンカム軸72と軸を共通にし、これに追加する形態で搭載すれば構成が簡単になりコスト低減を図れる効果がある。この例では高圧燃料ポンプ101をエンジンカバー73に固定してリフタ3にカム100が圧接するよう構成しているが、ポンプをエンジンブロック等に取付けてもよく、取付方向も上向き、下向き、横向き等いずれの向きにも搭載可能である。尚、もちろんポンプ本体1内にカム100を内装する構成としてもよく、エンジンカム軸からの動力の伝達はカップリング等を介して行うようにすればよい。
【0061】
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。容積効率が高いので、必要な吐出流量を確保しつつ、ポンプの押しのけ容積を小さくすることができ、駆動トルクが下がって燃費が向上する。
【0062】
さらに、本発明のカム100は、上死点近傍における負のカム加速度の絶対値を最大限小さく構成できるので、カムの曲率半径が大きくなり、ヘルツ応力が下がって耐久性が向上する。若しくは、ヘルツ応力を許容値以内に収めつつカムのベース円を小さくできるので、ポンプが小形になりエンジンルーム内への配置が容易になる。同時に駆動トルクも下がるのでこのポンプを搭載した車両の燃費が向上する。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、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、しかも小形で、トルク効率も高く、振動・騒音も少ない高圧燃料ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な高圧燃料ポンプの構造を説明する縦断面図。
【図2】一般的な高圧燃料ポンプを用いたエンジンの燃料供給装置の全体構成図。
【図3】本発明のカムの一実施例を示す図。
【図4】本発明の一実施例であるカムと他のカムとの形状の違いを示す図。
【図5】本発明の一実施例である高圧燃料ポンプの吐出流量特性を示す図。
【図6】カム形状による流量特性違いの理由を示す図。
【図7】本発明の他の実施例を備えたカムを示す図。
【図8】本発明の一実施例であるカムの加速度の周波数成分を示す図。
【符号の説明】
1…ポンプ本体、2…プランジャ、3…リフタ、4…ばね、5…吸入弁、5a…ばね、6…吐出弁、6a…ばね、10…吸入流路、11…吐出流路、12…加圧室、20…シール、50…燃料タンク、51…低圧ポンプ、52…低圧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…高圧プレッシャレギュレータ、57…低圧配管、71…エンジン、72…エンジンカム軸、73…エンジンカバー、100…カム、101…高圧燃料ポンプ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-pressure fuel pump that supplies fuel to a fuel injection valve of an automobile engine at a high pressure.
[0002]
[Prior art]
A conventional high-pressure fuel pump is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-176158. This high-pressure fuel pump operates along the cam profile of the cam, sucks fuel into the pressurized chamber, and is operated by a plunger that discharges it to the engine and a solenoid, and an intake solenoid valve that supplies fuel into the pressurized chamber And. This solenoid valve is operated by a solenoid so that it can be used when an automobile engine rotates at high speed.
[0003]
In this conventional high-pressure fuel pump, the maximum pressure point of the suction and discharge strokes (discharge strokes) comes to the first half during one rotation of the cam profile. This increases the fuel pressure in the pressurization chamber in a short time and pressurizes the pressure to a level that can keep the solenoid valve closed, thereby making it possible to cope with high-speed driving of the vehicle and shorten the time until the solenoid valve closes. However, a large discharge amount of high-pressure fuel can be discharged.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of fuel pump, as a means for opening and closing a suction valve that sucks and discharges fuel, a type operated by a solenoid as in the above-described prior art, and a valve pressed against a valve seat by a spring, There is a type that opens and closes the valve by pressure difference.
[0005]
Of these types, especially in the case of a valve using a spring, when the engine of a vehicle equipped with a fuel pump rotates at high speed, the rotational speed of the cam does not match the opening / closing speed of the suction valve, and the flow reverses from the suction valve side. There is a problem that the amount of fuel increases. In this case, it is conceivable to enlarge the pump in order to ensure a discharge amount that is equal to or greater than the reverse flow rate of the fuel. However, when the pump becomes larger, the load on the engine that drives the pump increases correspondingly, and fuel consumption decreases. There's a problem.
[0006]
By the way, the cam profile of the above-described conventional high-pressure fuel pump is effective when combined with a solenoid operated valve, a so-called electromagnetic valve, but the same effect is obtained when combined with a valve using a spring. The possibility of having
[0007]
That is, the above-described conventional fuel pump using a solenoid valve can be closed at an arbitrary timing by inputting a signal to the solenoid valve. In total, when the cam speed is maximum, the valve operation cannot follow the cam speed, and the reverse flow rate of the fuel increases.
[0008]
An object of the present invention is to provide a high-pressure fuel pump that can reduce the reverse flow rate of fuel, and that can produce low vibration and low noise without the appearance of higher-order vibration components .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide a pressurizing chamber that communicates with a fuel suction passage and a discharge passage, a plunger that reciprocates in the pressurization chamber by the shape of a rotating cam, a suction valve that opens and closes the suction passage, and the discharge passage. In the high-pressure fuel pump having a discharge valve that opens and closes the cam, the cam has a cam acceleration that suppresses the cam acceleration from the bottom dead center in the discharge stroke from the bottom dead center to the top dead center to a small positive value. A first cam portion, and a second cam portion that gradually increases after the first cam portion and then gradually decreases and then decreases to a negative acceleration. This is achieved by providing a cam profile in which the first-order cam angle derivative of the cam acceleration is substantially zero .
[0010]
A pressurizing chamber communicating with the fuel suction passage and the discharge passage; a plunger that reciprocates in the pressurization chamber by the shape of a rotating cam; a suction valve that opens and closes the suction passage; and the discharge passage. A high-pressure fuel pump including a discharge valve that includes an elastic member that presses the plunger against the urging force of the cam, and the cam is in a discharge stroke from the bottom dead center to the top dead center. The first cam portion in which the cam acceleration from the bottom dead center is suppressed to a small positive value, and the cam acceleration is greatly increased following the first cam portion, and then gradually decreased to lower the negative acceleration. And the negative cam acceleration up to the top dead center following the second cam portion is substantially the same as the limit acceleration at which the cam and the plunger are not separated even at the maximum reciprocating frequency of the plunger. The first cam angle derivative of the cam acceleration at the bottom dead center and the top dead center is substantially 0, and the plunger has an intake stroke from the top dead center to the bottom dead center. This is achieved by providing a cam profile having an acceleration curve symmetrical to the cam acceleration and top dead center of the discharge stroke .
[0012]
A pressurizing chamber communicating with the fuel suction passage and the discharge passage; a plunger that reciprocates in the pressurization chamber by the shape of a rotating cam; a suction valve that opens and closes the suction passage; and the discharge passage. A high-pressure fuel pump including a discharge valve that includes an elastic member that presses the plunger against the urging force of the cam, and the cam is in a discharge stroke from the bottom dead center to the top dead center. A first cam portion in which the cam acceleration from the bottom dead center is set to a substantially constant positive value; and a second cam portion that gradually decreases the cam acceleration and monotonously decreases to a negative acceleration following the first cam portion; Furthermore, the negative cam acceleration up to the top dead center following the second cam portion is set to a substantially constant negative value, and the cam and the plunger are moved at the negative acceleration even at the maximum reciprocating frequency of the plunger. As long as they are not separated A third cam portion having substantially the same value as the acceleration of the stroke, and in the intake stroke from the top dead center to the bottom dead center, the acceleration acceleration curve symmetrical to the cam acceleration and the top dead center of the discharge stroke is provided. This is achieved by having a cam profile having .
[0013]
Further, the maximum peak position of the cam speed may be set between approximately 1/3 and 1/2 of the discharge stroke section .
[0014]
The intake valve is an automatic valve that opens and closes depending on the fuel pressure in the pressurizing chamber, and may be any valve that closes when the fuel pressure in the pressurizing chamber increases during the discharge stroke .
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the high-pressure fuel pump uses a valve that opens and closes in synchronism with the reciprocating motion of the plunger, a so-called check valve. Since this valve cannot be closed at an arbitrary timing, there is a slight delay in closing the plunger. For example, the intake valve does not close immediately after the plunger enters the discharge stroke, and the fuel pressurized by the plunger during this time flows back to the outside of the pressurization chamber through the intake valve. The discharge amount of the pump is reduced by the amount of the reverse flow, and the volumetric efficiency particularly at high rotation tends to be reduced.
[0016]
Therefore, simply using the above-described conventional cam for the high-pressure fuel pump of the present invention increases the cam speed in the ineffective zone until the suction valve closes, so the reverse flow rate to the suction side increases and the discharge amount decreases. There is a risk of inviting.
[0017]
First, a general high-pressure fuel pump will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing a high-pressure fuel pump. FIG. 1B is a partial cross-sectional view of the engine showing a state in which the high-pressure fuel pump is attached to the engine. FIG. 2 is a configuration diagram showing an engine fuel supply apparatus using a high-pressure fuel pump.
[0019]
In FIG. 1 (a), a fuel suction passage 10, a discharge passage 11, and a pressurizing chamber 12 are formed in the pump body 1. In the pressurizing chamber 12, a plunger 2 that is a pressurizing member is slidably held by a cam 100. Reference numeral 3 denotes a lifter that holds the tip of the spring 4 and the plunger 2. The lifter 3 is always in contact with the cam profile of the cam 100. Reference numeral 20 denotes a seal member for sealing the plunger 2 and the inside of the pressurizing chamber 12 of the pump body 1. The suction passage 10 and the discharge passage 11 are provided with a suction valve 5 and a discharge valve 6, which are pressed against the valve seat by springs 5a and 6a, respectively, and serve as check valves that restrict the direction of fuel flow. The pump body 1 composed of these components is collectively referred to as a high-pressure fuel pump 101.
[0020]
In FIG.1 (b), 73 is an engine cover, and accommodates a piston, an engine cam, etc. inside. Reference numeral 72 denotes an engine cam shaft, to which the cam 100 is directly connected. A high pressure fuel pump 101 is attached to a part of the engine cover 73.
[0021]
Thus, the rotation of the engine cam shaft 72 causes the cam 100 to rotate, and the plunger 2 in the high-pressure fuel pump 101 moves up and down. Such a high-pressure fuel pump is called a single-cylinder plunger pump.
[0022]
In FIG. 2, the fuel indicated by the arrow is regulated to a constant pressure by the low-pressure pressure regulator 52 and guided from the tank 50 to the fuel inlet of the high-pressure fuel pump 101 via the low-pressure pump 51 and the low-pressure pipe 9. The The fuel sucked into the high-pressure fuel pump 101 is pressurized by the rotation of the cam 100 provided in the engine 71 and is pumped to the common rail 53 from the fuel discharge port. The fuel pressure in the common rail 53 is held at a substantially constant pressure by the high pressure regulator 55. The injectors 54 are attached to the common rail 53 according to the number of cylinders of the engine. The injector 54 injects fuel into the engine 71 by a signal from an engine control unit (ECU). A pressure sensor 56 detects the pressure of the common rail 53, and the ECU controls the opening and closing of the intake valve according to the pressure.
[0023]
The operation of the high-pressure fuel pump configured as above will be described.
[0024]
In FIG. 1A, since the lifter 3 provided at the lower end of the plunger 2 is pressed against the cam 100 by a spring 4, the plunger 2 has a cam profile of the cam 100 rotated by an engine camshaft ( The volume in the pressurizing chamber 12 is changed by reciprocating following the outer shape.
[0025]
The intake valve 5 and the discharge valve 6 are both automatic valves that open and close in synchronism with the reciprocating movement of the plunger 2. During the intake stroke, the discharge valve 6 is closed due to a decrease in fuel pressure in the pressurizing chamber 12. The suction valve 5 is opened and fuel is sucked into the pressurizing chamber 12. During the discharge stroke, the suction valve 5 is closed by the increase of the fuel pressure in the pressurizing chamber 12, the discharge valve 6 is opened, and the fuel is pumped to the common rail 53 shown in FIG.
[0026]
The single cylinder plunger pump described above has the advantages of simple structure and low cost. However, since the intake valve 5 and the discharge valve 6 are held only by the pressing force of the spring 4, both the valve opening and closing are delayed. Both cause a decrease in the discharge rate.
[0027]
That is, there is a delay corresponding to the movement distance associated with the opening and closing of the valve. For example, even if the plunger 2 enters the discharge stroke from the suction stroke, the suction valve 5 is not closed immediately, and the discharge flow rate is reduced by the amount of fuel flowing back from the pressurizing chamber 12 to the suction passage 10 side. In particular, when the vehicle is traveling at high speed, the cam rotates at a high speed, so that the vertical movement cycle of the plunger is shortened, the influence of the valve closing delay becomes more prominent, and the volumetric efficiency is lowered.
[0028]
If the volumetric efficiency is low, it is necessary to increase the displacement volume of the pump itself in order to secure the maximum discharge amount, which increases the driving torque and deteriorates the fuel consumption of the engine. Therefore, improvement in volumetric efficiency at high rotation is one of the important issues for a single cylinder plunger pump.
[0029]
Therefore, in the present invention, while the suction valve 5 is still open immediately after the start of the discharge stroke, the upward flow rate of the plunger 2 is suppressed to reduce the flow rate of backflow from the suction valve 5, and the plunger 2 is lifted after the suction valve 5 is closed. The speed is increased.
[0030]
Therefore, in the present invention, the cam profile of the cam 100 is such that the maximum peak of the cam speed is between approximately 1/3 and 1/2 of the discharge stroke section as shown in FIG.
[0031]
FIG. 3 is a view showing an example of a triple cam in which the plunger is reciprocated three times by one rotation of the cam provided with the present invention.
[0032]
In FIG. 3, assuming that the bottom dead center of the plunger 2 is a cam rotation angle of 0 °, the maximum peak of the cam speed is at a position of about 20 ° to 30 ° in this case and about 30 ° to 45 ° in the case of a double cam. To enter. As a result, the rise of the cam speed is moderately suppressed, so the theoretical flow rate (= plunger cross-sectional area x speed) in the section where the intake valve closes late and becomes invalid discharge decreases, and the section where effective discharge occurs after the discharge valve is opened The theoretical flow rate at will increase. In addition, since the fuel pressure increase speed is sufficiently secured, the discharge valve can be quickly opened, and the section where the invalid discharge is performed can be sufficiently shortened. Accordingly, the discharge flow rate is increased, and the volumetric efficiency can be improved particularly at high rotation.
[0033]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4, 5, and 6.
[0034]
FIG. 4 shows a comparison between the cam profile shown in FIG. 3 and other cam profiles.
[0035]
In FIG. 4, the thick line indicates the cam A of the present invention, the thin line indicates the cam B whose speed peak is 1/3 of the discharge stroke interval, the dotted line indicates a sine wave cam, and the speed peak is The cam C is shown as a half position of the discharge stroke section.
[0036]
Since the sine wave of the cam C has a large absolute value of the negative cam acceleration near the top dead center, the inertial force of the reciprocating motion part including the plunger 2 also increases, and the cam 100 is lifted between the cam 100 and the lifter 3 at high rotation. As a result, the inertial force is larger than the contact force, and jumping occurs to cause the two to separate.
[0037]
Jumping should be avoided because it causes noise generation and deterioration of durability, and the cam C is practically unusable. In order to avoid jumping using the cam C, it is necessary to increase the spring force, which causes adverse effects such as a decrease in durability due to an increase in Hertz stress on the contact surface and a deterioration in fuel consumption due to an increase in driving torque.
[0038]
Next, the discharge flow rate characteristics of the pump when the cams A and B are used are shown in FIG.
[0039]
In FIG. 5, the horizontal axis represents the pump rotation speed, and the vertical axis represents the time-averaged discharge flow rate. As described above, the single-cylinder plunger pump shows a tendency that the volumetric efficiency decreases as the rotation speed increases, and the actual discharge flow rate decreases with respect to the theoretical flow rate. There is little way to fall, and high volumetric efficiency can be maintained up to high rotation. The reason for this will be described with reference to FIG.
[0040]
In FIG. 6, the time history waveform of each part of the pump at the time of high rotation is shown. The case of cam A is indicated by a thick line, and the case of cam B is indicated by a thin line. As shown in the drawing, the suction valve 5 is still open even when the cam enters the discharge stroke from the suction stroke, and the flow rate of the pressure applied by the plunger 2 during this time passes through the suction valve 5 to the suction passage 10 side. Backflow. For this reason, the discharge flow rate decreases.
[0041]
Furthermore, there is a delay from when the intake valve 5 is closed to when the discharge valve 6 is opened, and the sum of both delays is an ineffective section that does not contribute to discharge. At the time of high rotation, since the time per stroke becomes short, this invalid section increases relatively, and the volumetric efficiency decreases. The reason for the delay in closing the suction valve 5 is that the pressure in the pressurizing chamber 12 does not drop immediately after the plunger 2 starts to move down, and it takes time to move the suction valve itself from open to closed. Because. The reason for the delay in opening the discharge valve 6 is that it takes time for the pressurizing chamber pressure to rise to the pressure in the discharge passage 11 downstream of the discharge valve.
[0042]
Here, since the cam A of the present invention has a speed peak behind the cam B, the speed in the invalid section is kept low. For this reason, the theoretical flow rate in the invalid interval proportional to the speed, that is, the invalid flow rate that flows backward to the suction side decreases, and conversely, the theoretical flow rate increases in the interval in which effective discharge occurs after the discharge valve is opened. The discharge flow rate of the cam A is increased by the difference in the invalid flow rate. When the ineffective section is short and the rotation is low, the difference between the two is small. However, when the ineffective section is high and the rotation is high, the difference gradually increases, resulting in a difference in flow characteristics as shown in FIG.
[0043]
From the above, it can be seen that, in order to improve the volumetric efficiency, it is effective to place the peak position of the cam speed as far back as possible and keep the cam speed in the invalid section low.
[0044]
However, if the peak position is set too far, the increase in the pressure in the pressurizing chamber after closing the intake valve is delayed, and in particular, the opening delay of the discharge valve is increased. As a result, the invalid section itself becomes long, and conversely, the discharge flow rate decreases.
[0045]
That is, the peak position of the cam speed cannot be too early or too late, and the range of about 1/3 to 1/2 of the discharge stroke section is most appropriate. When the speed peak comes before the 1/3 position, the rise of the cam speed becomes too fast like the cam B, so that the invalid flow rate increases and the discharge flow rate decreases. On the other hand, when it is behind 1/2, the increase in fuel pressure in the pressurized chamber is delayed, the delay in closing the intake valve, the delay in opening the discharge valve is increased, and the ineffective section itself is lengthened, which also leads to a decrease in the discharge flow rate. . 1/3 to 1/2 is an appropriate range for achieving both reduction of the ineffective flow rate and shortening of the ineffective section.
[0046]
Incidentally, since the cam speed is obtained by integrating the cam acceleration, it is necessary to appropriately set the cam acceleration in order to operate the cam speed. As described above, the sine wave cam in FIG. 4 was inappropriate in that jumping occurred, but taking a large absolute value of the negative cam acceleration near the top dead center like the sine wave cam is as follows. It is difficult from a point.
[0047]
First, in the vicinity of the top dead center, the force of the return spring 4 of the plunger is the strongest, so the Hertz stress acting on the cam surface is also increased. In order to reduce the Hertz stress, either the spring force is lowered or the cam radius near the top dead center is increased. First, in order to reduce the spring force, the negative absolute value of the cam acceleration is decreased. Thus, it is necessary to reduce the inertial force of the reciprocating portion so that the cam 100 and the lifter 3 do not separate even with a weak spring force. In order to increase the radius of curvature, it is also necessary to decrease the negative absolute value of the cam acceleration or increase the cam base circle. Of these, the base circle cannot be made very large from the viewpoint of miniaturization. Therefore, in order to ensure the durability by keeping the Hertz stress within a certain tolerance, the negative absolute value of the cam acceleration near top dead center must be reduced. There is no choice but to do.
[0048]
For this reason, it becomes difficult to decelerate the cam speed in a short section, and the deceleration section becomes longer (the acceleration section becomes shorter). As a result, the maximum peak position of the cam speed tends to be before 1/3 of the discharge stroke section. is there.
[0049]
For this reason, the cam shown in FIG. 3 is a first one in which the cam acceleration from the bottom dead center is suppressed to a small positive value in order to set the maximum peak position of the cam speed to 1/3 to 1/2 of the discharge stroke section. Following the cam portion {circle over (1)}, a second cam portion {circle around (2)} is provided that gradually increases the cam acceleration and then decreases to a negative acceleration, and further up to the top dead center following the second cam portion. A third cam portion {circle around (3)} is provided in which the negative cam acceleration is approximately the same as the limit acceleration at which the cam and plunger are not separated even at the maximum reciprocating frequency of the plunger, and the plunger extends from the top dead center to the bottom dead center. In the intake stroke, the cam profile has a target acceleration curve {circle over (3)}, {circle over (2)}, {circle over (1)} with respect to the cam acceleration and top dead center of the discharge stroke.
[0050]
By reducing the negative cam acceleration to near the limit over a wide range near the top dead center, it becomes possible to decelerate the cam speed in a short section, so the cam speed peak position (= acceleration 0) can be easily discharged. It can arrange | position after 1/3 of an area. If the acceleration near the top dead center is set to a simple constant acceleration, it becomes like the cam B in FIG. 4, and since the sufficient deceleration cannot be obtained, the deceleration section becomes long and the speed peak is reduced to 1/3 or later. It becomes difficult to place.
[0051]
Here, the limit acceleration indicated by a dotted line refers to a limit acceleration in which the spring force and the inertial force are balanced, and jumping does not occur even at the maximum operation speed of the pump. Further, the minimum acceleration value in FIG. 3 is naturally determined by a lower limit value due to the allowable value of the Hertz stress of the cam and the size limit of the base circle, and the value of the spring force is determined in accordance with this and the magnitude of the limit acceleration. Is decided.
[0052]
As described above, by reducing the negative cam acceleration as much as possible, suppressing the cam acceleration from the bottom dead center to a low level, and re-acceleration from the middle, the cam speed rise can be further suppressed. Therefore, the maximum cam speed peak can be taken backwards. However, when the peak position is behind ½, the discharge amount is reduced. Therefore, the acceleration value, the re-acceleration interval, etc. are appropriately adjusted to be approximately 1/3 to 1/2 of the discharge stroke interval. Try to reach the peak cam speed. At this time, since the cam speed at the top dead center and the bottom dead center is 0, the positive and negative areas of the cam acceleration need to be the same.
[0053]
Preferably, the cam acceleration at the bottom dead center is made continuous, that is, the first-order cam angle derivative (jerk) of the cam acceleration at the bottom dead center is set to zero. As a result, the change in inertial force is continuous, so that high-order vibration components do not appear, and low vibration and low noise can be achieved. In addition, it becomes easy to take measures against noise.
[0054]
In the cam of FIG. 3 described above, in order to keep the cam speed in the invalid section as low as possible, the acceleration curve is set to be low and the acceleration is resumed from the middle. Such re-acceleration is not performed, and the cam acceleration may be monotonously decreased from the bottom dead center to the top dead center as shown in FIG.
[0055]
FIG. 7 is a cam showing another embodiment of the present invention.
[0056]
In FIG. 7, following the first cam portion in which the cam acceleration from the bottom dead center is set to a substantially constant positive value, a second cam portion that gradually decreases the cam acceleration and monotonously decreases to a negative acceleration is provided. Furthermore, the negative cam acceleration up to the top dead center following the second cam portion is set to a substantially constant negative value, and the negative acceleration is substantially the same value as the limit acceleration at which the cam and the plunger are not separated even at the maximum reciprocating frequency of the plunger. In the intake stroke from the top dead center to the bottom dead center, the cam profile having a target acceleration curve with respect to the cam acceleration of the discharge stroke and the top dead center is provided. . Preferably, the jerk at the bottom dead center is set to 0 as in the cam of FIG.
[0057]
Compared with the cam of FIG. 3, although the rise of the cam speed is slightly increased, a practically sufficient discharge performance can be ensured. In addition, since the acceleration of the cam becomes smoother as the re-acceleration is not performed, there is an advantage that it is more advantageous in terms of vibration and noise. As shown in the figure, it is more practical to increase the negative acceleration in the vicinity of the top dead center slightly from the limit acceleration to allow for jumping.
[0058]
FIG. 8 is a diagram for explaining the cam of FIG. 3 and the cam of FIG. 7 according to an embodiment of the present invention.
[0059]
In FIG. 8, the strength of the frequency component of the cam acceleration is shown. The horizontal axis is the vibration order, and the vertical axis is the power spectrum. Since both cams have no discontinuous portions in the acceleration waveform, there are very few high-order vibration components, and both can be pumps with low vibration and low noise. The cam of FIG. 7 is slightly inferior in volume efficiency to the cam of FIG. 3, but is superior in terms of vibration and noise because the change in inertial force proportional to the change in acceleration is smooth, and the higher-order vibration components are further reduced. There is an advantage. Which cam is used depends on whether the emphasis is placed on volumetric efficiency or vibration / noise, and it can be said that there is no difference between superiority and inferiority.
[0060]
As shown in FIG. 1, the cam 100 according to an embodiment of the present invention has the same structure as that of the engine cam shaft 72 and can be added to the cam shaft 72, thereby simplifying the configuration and reducing the cost. There is. In this example, the high-pressure fuel pump 101 is fixed to the engine cover 73 and the cam 100 is pressed against the lifter 3. However, the pump may be attached to the engine block or the like, and the attachment direction is upward, downward, lateral, etc. It can be installed in either direction. Of course, the cam 100 may be built in the pump body 1, and power transmission from the engine cam shaft may be performed via a coupling or the like.
[0061]
As described above, according to the present invention, the high-pressure fuel pump 101 can obtain a high volumetric efficiency over a wide range from the low rotation range to the high rotation range, so that it is high even when the engine is fully open during high-speed running. Sufficient fuel can be supplied with pressure, and the motion performance of a vehicle equipped with this engine is improved. Since the volumetric efficiency is high, it is possible to reduce the displacement of the pump while ensuring the necessary discharge flow rate, and the driving torque is reduced to improve the fuel efficiency.
[0062]
Furthermore, since the cam 100 of the present invention can be configured to minimize the absolute value of the negative cam acceleration near the top dead center, the radius of curvature of the cam is increased, the Hertz stress is reduced, and the durability is improved. Or since the base circle of the cam can be made small while keeping the Hertz stress within an allowable value, the pump becomes small and can be easily arranged in the engine room. At the same time, the driving torque also decreases, so the fuel efficiency of a vehicle equipped with this pump is improved.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a high-pressure fuel pump that can obtain high volumetric efficiency in a wide range from a low rotation range to a high rotation range, is small, has high torque efficiency, and has little vibration and noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a structure of a general high-pressure fuel pump.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an engine fuel supply apparatus using a general high-pressure fuel pump.
FIG. 3 is a view showing an embodiment of a cam according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a difference in shape between a cam and another cam according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a discharge flow rate characteristic of a high-pressure fuel pump according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the reason for the difference in flow characteristics depending on the cam shape.
FIG. 7 is a view showing a cam provided with another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a frequency component of cam acceleration according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pump main body, 2 ... Plunger, 3 ... Lifter, 4 ... Spring, 5 ... Suction valve, 5a ... Spring, 6 ... Discharge valve, 6a ... Spring, 10 ... Suction flow path, 11 ... Discharge flow path, 12 ... Addition Pressure chamber, 20 ... seal, 50 ... fuel tank, 51 ... low pressure pump, 52 ... low pressure regulator, 53 ... common rail, 54 ... injector, 55 ... high pressure regulator, 57 ... low pressure piping, 71 ... engine, 72 ... engine cam Shaft, 73 ... engine cover, 100 ... cam, 101 ... high pressure fuel pump.

Claims (5)

燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、
前記カムは、前記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程における前記下死点からのカム加速度を正の小さな値に抑えた第1カム部と、前記第1カム部に続いてカム加速度を大きく増加させた後に徐々に減少させて負の加速度へと下降する第2カム部とを有し、下死点および上死点でのカム加速度の1階カム角度微分がほぼ0となるカムプロフィールを備えていることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
A pressure chamber communicating with the fuel suction passage and the discharge passage; a plunger that reciprocates in the pressure chamber according to the shape of a rotating cam; a suction valve that opens and closes the suction passage; and a discharge that opens and closes the discharge passage. In a high-pressure fuel pump with a valve,
The cam includes a first cam portion in which the cam acceleration from the bottom dead center in a discharge stroke from the bottom dead center to the top dead center is suppressed to a small positive value, and a cam following the first cam portion. A second cam portion that gradually decreases and then decreases to a negative acceleration after greatly increasing the acceleration, and the first-order cam angle derivative of the cam acceleration at the bottom dead center and the top dead center is substantially zero. A high-pressure fuel pump comprising a cam profile .
燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、
前記カムの付勢力に対して前記プランジャを押圧する弾性部材を備え、
前記カムは、前記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程における前記下死点からのカム加速度を正の小さな値に抑えた第1カム部と、前記第1カム部に続いてカム加速度を大きく増加させた後に徐々に減少させて負の加速度へと下降する第2カム部とを有するとともに、前記第2カム部に続く上死点までの負のカム加速度を前記プランジャの最高往復周波数でも前記カムと前記プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第3カム部を有し、下死点および上死点でのカム加速度の1階カム角度微分がほぼ0となり、かつ前記プランジャが上死点から下死点に至る吸入行程では、前記吐出行程のカム加速度と上死点に対して対な加速度曲線を有するカムプロフィールを備えたことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
A pressure chamber communicating with the fuel suction passage and the discharge passage; a plunger that reciprocates in the pressure chamber according to the shape of a rotating cam; a suction valve that opens and closes the suction passage; and a discharge that opens and closes the discharge passage. In a high-pressure fuel pump with a valve,
An elastic member for pressing the plunger against anti biasing force of the cam,
It said cam includes a first cam portion to which the plunger is suppressed cam acceleration from the bottom dead center in the discharge stroke leading to the top dead center to a positive small value from the bottom dead center, mosquitoes following the first cam portion gradually decreasing having a second cam portion which descends to the negative acceleration Rutotomoni, the second said plunger negative cam acceleration up to top dead center following the cam portion after greatly increased the beam acceleration The third cam portion has a value that is substantially the same as the limit acceleration at which the cam and the plunger do not separate even at the highest reciprocating frequency, and the first-order cam angle derivative of the cam acceleration at the bottom dead center and the top dead center is approximately 0, and in a suction stroke to reach the bottom dead center the plunger from the top dead center, characterized by comprising a cam profile having a symmetrical acceleration curve with respect to the cam acceleration and top dead center of the discharge stroke High pressure fuel pump.
燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、
前記カムの付勢力に対して前記プランジャを押圧する弾性部材を備え、
前記カムは前記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程における下死点からのカム加速度を正の略一定値とした第1カム部と、前記第1カム部に続いてカム加速度を徐々に減少させて負の加速度へと単調減少する第2カム部とを有し、さらに前記第2カム部に続く上死点までの負のカム加速度を負の略一定値とするとともに、前記負の加速度を前記プランジャの最高往復周波数でも前記カムと前記プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第3カム部を有し、また前記プランジャが上死点から下死点に至る吸入行程では前記吐出行程のカム加速度と上死点に対して対な加速度曲線を有するカムプロフィールを備えていることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
A pressure chamber communicating with the fuel suction passage and the discharge passage; a plunger that reciprocates in the pressure chamber according to the shape of a rotating cam; a suction valve that opens and closes the suction passage; and a discharge that opens and closes the discharge passage. In a high-pressure fuel pump with a valve,
An elastic member for pressing the plunger against anti biasing force of the cam,
The cam includes a first cam portion in which the cam acceleration from the bottom dead center in a discharge stroke from the bottom dead center to the top dead center is set to a substantially constant positive value, and a cam acceleration following the first cam portion. gradually and a second cam portion which is decreased monotonically decreases to a negative acceleration, with further negative substantially constant value negative cam acceleration up to top dead center following the second cam portion, A third cam portion having a negative acceleration substantially equal to a limit acceleration at which the cam and the plunger are not separated even at the maximum reciprocating frequency of the plunger; and the plunger is changed from a top dead center to a bottom dead center. high-pressure fuel pump, characterized in that it comprises a cam profile having a symmetrical acceleration curve with respect to the top dead center and the cam acceleration of the previous SL discharge stroke in the suction stroke throughout.
前記カムは、カム速度の最大ピーク位置を吐出行程区間のほぼ1/3〜1/2の間としたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高圧燃料ポンプ。The cam, the high-pressure fuel pump according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a between about 1 / 3-1 / 2 of the discharge stroke interval the maximum peak position of the cam speed. 前記吸入弁は、前記加圧室内の燃料圧力によって開閉する自動弁であり、吐出行程中に前記加圧室内の燃料圧力が上昇することにより閉塞することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高圧燃料ポンプ。 The suction valve, said an automatic valve opened and closed by the fuel pressure in the pressurizing chamber, one of the claims 1 to 4 fuel pressure in the pressure chamber during the ejection stroke, characterized in that the closing by raising high-pressure fuel pump according to any one of claims.
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