JP3947596B2 - 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９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、余剰の燃料を低圧流路９５側へ逃がし、しかる後、閉弁して加圧を開始することで、必要量の加圧流体を蓄圧配管へ圧送している。
【０００６】
ところが、エンジンの回転数の上昇に伴い、ポンプの送油率が高くなると、弁体９６が閉弁信号とは無関係に閉弁（自閉）するという問題が生ずる。これは、プランジャ９２の上昇時、弁体９６が、下端面に圧力室９３内の燃料の動圧を直接受けること、弁体９６とシート部９８の間の間隙より低圧流路９５へ向けて流れる燃料の絞り効果により閉弁方向の力を受けること等によるもので、流量制御が適切になされないおそれがある。
【０００７】
この対策としては、弁体９６の作動ストロークを大きくするか、弁体９６の復帰用スプリング力を大きくすることが考えられるが、いずれの場合も、閉弁応答性の低下につながる。閉弁応答性を維持するためにはコイルに通電する電力を多大にしたり、体格を大きくして電磁弁の吸引力を増加させる必要があり、電磁弁の電力コスト、製作コストの上昇を招くという問題があった。
【０００８】
また、上記構成の可変吐出量高圧ポンプでは、圧力室９３への流路の開閉を電磁弁９４で行っており、閉弁信号に対し弁体９６が着座して流路を閉鎖するまでに一定の時間を要することから、通常、この作動応答時間を予め計算して閉弁タイミングを制御している。ところが、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高くなると、開閉動作が間に合わなくなり、十分な制御ができなくなるおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明者等は、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも、蓄圧配管へ圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも装置の大型化や電力の増大を伴わないことを目的として、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１０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であり、この場合、インナーカム１０６と一体のドライブシャフト１０１を回転駆動するために駆動ベルトを用いると、駆動ベルトの耐久性が不十分となることが懸念される。
【００１４】
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、駆動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。
【００１５】
【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、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、該プランジャを上記シリンダ内で往復運動させるカムと、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、低圧流路より導入される低圧燃料を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、加圧燃料を高圧流路へ圧送する手段とを備えている。本発明では、上記圧力室を複数設けており、これら複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段を設け、
上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであって、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになしてあり、
かつ上記低圧流路から上記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、上記電磁弁下流の上記分配ロータと上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成によれば、上記複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通を、上記分配手段を用いて適宜、切り替えることで、上記複数の圧力室が交互に加圧、圧送を行うようにすることができる。従って、加圧燃料の圧送に必要な駆動トルクを小さくすることができるので、駆動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。
【００１７】
上記分配手段は、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータとする。そして、上記分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置することで、上記分配ロータの回転に伴って、上記分配溝と上記複数の圧力室への流路との間を、順次、連通もしくは遮断することができる。
【００１８】
上記低圧流路から上記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、上記電磁弁下流の上記分配ロータと上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設ける。このように構成することで、装置を大型化することなく、流量制御を容易かつ確実にできる。
【００１９】
特に上記逆止弁を、上記分配ロータの下流に設けることで、高圧部のデッドボリュームが少なくでき、また、上記分配ロータに高圧が作用するのを防止することができる。
【００２０】
請求項２は本発明の課題を解決するための他の構成であり、上記圧力室を複数設けるとともに、これら複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段を設けた可変吐出量高圧ポンプにおいて、
上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであって、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになしてあり、かつ上記分配ロータを、上記プランジャの軸線から離して設ける。この時、上記圧力室内の圧力上昇による影響が上記分配ロータに及ぶことを防止し、分配ロータの回転をスムーズに行うことができる。
この構成においても、請求項３のように、上記低圧流路から上記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、上記電磁弁と上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けることができ、装置を大型化することなく、流量制御を容易かつ確実にできる。また、請求項３のように、上記逆止弁を、上記分配ロータの下流に設けると、高圧部のデッドボリュームが少なくでき、上記分配ロータに高圧が作用するのを防止することができる。
【００２１】
請求項５の構成では、上記電磁弁の上流にフィルターを配設し、その目開きを上記電磁弁の弁体のリフト量より小さく設定する。これにより、上記電磁弁の弁体に異物が噛み込むことを防止することができる。
【００２２】
請求項６の構成では、上記カムをリング状としてその内周面を複数のカム山を有するカム面となし、上記カム内に、上記シリンダおよびプランジャを、カム中心に対して放射状に配置する。具体的には、請求項７の構成のように、上記カム面に２個のカム山を形成し、上記プランジャを４本設置する。この時、上記プランジャが２本づつ、交互に上昇を行うので、最大駆動トルクの低減に効果的である。
【００２３】
【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、そのために高圧流路である供給配管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。
【００２４】
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）を決定して噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２５】
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低圧流路１１、１２、フィルター５１、ヘッド１４内の低圧流路１３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。
【００２６】
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の左端中央部内には、詳細を後述する分配手段たる分配ロータ７０と逆止弁４が配設されている。ヘッド１４の右端部には、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４、および分配ロータ７０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。
【００２７】
上記電磁弁６は、図３の如く、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、上記分配ロータ７０に至る流路７２に連通している。
【００２８】
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の外側には上記コイル６２が配され、ステータ６５内部に設けたスプリング室６６内にはスプリング６７が配設されて、上記アーマチャ６４を図の左方に付勢している。
【００２９】
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。
【００３０】
電磁弁６の上流には、図１のようにフィルター５１が配設されており、万一、シート面７５と弁体７３の間に異物が噛み込むと、常に流路７４ａ、７４ｃ間は開放された状態となる。つまり、常時、圧送が行われてしまうため、本実施の形態においては、例えば、弁体７３のリフト量を０．２ｍｍとし、フィルター５１の目開きをこれより小さい０．１５ｍｍとして、異物の噛み込みを防止している。
【００３１】
図３において、ヘッド１４の上記左端中央部には、内部に圧力室を形成するシリンダたる摺動孔２が複数形成してある。図４に示すように、本実施の形態では、等間隔で配置した４個の摺動孔２内に、４本のプランジャ２１ａ〜２１ｄをそれぞれ摺動孔２内に往復動自在かつ摺動自在に支持せしめている。各摺動孔２の内壁とプランジャ２１ａ〜２１ｄの内側端面との間に形成される空間は、それぞれ圧力室２３ａ〜２３ｄとなしてある。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。
【００３２】
上記インナーカム８は、このカムローラ２２ａ〜２２ｄの外周に摺接するように配置されており、その内周面は、複数のカム山を有するカム面８１となしてある。ここではカム山を等間隔で２つ形成している（図のプランジャ２１ｂ、２１ｄに対向する位置）。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〜２１ｄがシリンダ２内を往復動し、プランジャ２１ａ、２１ｃとプランジャ２１ｂ、２１ｄとが交互に上昇して圧力室２３ａ〜２３ｄ内の燃料を加圧する。このように、本実施の形態においては、プランジャを等間隔で４本配置し、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、２本のプランジャ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。
【００３３】
図３において、上記圧力室２３ａ〜２３ｄの左方に形成したシリンダ４０内に、分配ロータ７０が回転自在に保持され、該分配ロータ７０の外周には、複数個の逆止弁４が配設してある。本実施の形態ではこの逆止弁を４個としてあり、上記圧力室２３ａ〜２３ｄに至る流路途中にそれぞれ設けてある。ヘッド１４の左方にはシューガイド３０が配設され、図示しないボルトによってヘッド１４に固定されている。上記分配ロータ７０は、ピン８０（図１参照）によって、ドライブシャフトＤに連結しており、該ドライブシャフトＤとともに回転運動するようになしてある。分配ロータ７０とシューガイド３０の間には、ワッシャ７６が挿入されており、分配ロータ７０とワッシャ７６間、ワッシャ７６とシューガイド３０間が回転すべりするようになっている。
【００３４】
上記分配ロータ７０は、図の上下方向に延びる流路７８と、該流路７８の中間部に一端が連通し、他端が上記流路７２に連通する流路７１とを有している。図５のように、上記流路７８の上下端には２個の分配溝７７が形成してあり、分配ロータ７０の回転によって、逆止弁４内の流路４１に至るフィードポート８２ａ〜８２ｄに燃料を供給するようになしてある。このフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７との連通、遮断の状態については後述する。
【００３５】
なお、圧力室２３ａ〜２３ｄ内の燃料が加圧されると、ヘッド１４の圧力室２３ａ〜２３ｄ近傍は圧力によって変形するが、図３のように、分配ロータ７０は、プランジャ２１ａ〜２１ｄの軸線から十分に離れたところに配置されているため、分配ロータ７０とヘッド１４との回転が妨げられるようなことはない。
【００３６】
各逆止弁４は内部に流路４１を形成したボデー４２を有し、ボデー４２はヘッド１４内に圧入固定してある。上記流路４１は、途中で上記圧力室２３ａ〜２３ｄ方向（図の右方）に拡径して円錐状のシート面４５をなし、弁体としてのボール４４が着座して流路４１を閉鎖するようになしてある。ボール４４の右方には、筒状のボールストッパ４３が配設され、該ボールストッパ４３は、右端外周縁に設けたフランジをヘッド１４とボデー４２間に挟持せしめている。圧力室２３ａ〜２３ｄへ燃料が吸入される吸入工程時において、逆止弁４のボール４４は、燃料の圧力でボールストッパ４３内の流路４７を塞いでしまうが、燃料はボールストッパ４３の側面に形成された流路４６から上記流路４７内に流入し、圧力室２３ａ〜２３ｄへ供給される。プランジャ２１ａ〜２１ｄの圧送工程時には、ボール４４は、燃料の圧力で図中、左方へ移動し、逆止弁４は閉弁する。
【００３７】
ここで、上記逆止弁４は、電磁弁６から各圧力室２３ａ〜２３ｄへ至る流路の途中に設けられていればよいが、本実施の形態のように、逆止弁４を、分配ロータ７０と圧力室２３ａ〜２３ｄの間に設けることが望ましい。この時、高圧部のデッドボリュームを少なくできる利点がある。また、分配ロータ７０には、高圧が作用しないため、分配ロータ７０とヘッド１４との摺動部からの漏れが低減できる。
【００３８】
ヘッド１４の内部に形成される上記燃料溜まり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ている。この低圧燃料は、上記燃料溜まり５２から、電磁弁６、ヘッド１４内の流路７２、分配ロータ７０内の流路７１、７８、逆止弁４内の流路４１を経て、流路１５より各圧力室２３ａ〜２３ｄに流入する。圧力室２３ａ〜２３ｄで加圧された燃料は（図１）、ヘッド１４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、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。
【００３９】
なお、図１には、デリバリバルブ３は１つしか示されていないが、図示しない位置に、もう１つのデリバリバルブが設置されている。すなわち、図６に示すように、本実施の形態では、４本のプランジャ２１ａ〜２１ｄが配置されており、ヘッド１４とプランジャ２１ａ〜２１ｄに囲まれた４つの圧力室２３ａ〜２３ｄのうち、対向する２つの圧力室２３ａ、２３ｃと、圧力室２３ｂ、２３ｄとが、交互に加圧を行う。そこで、圧力室２３ａ、２３ｃを吐出穴１６ａ、１６ｃによってデリバリバルブ３ａに、圧力室２３ｂ、２３ｄを吐出穴１６ｂ、１６ｄによってデリバリバルブ３ｂに、それぞれ連通させている。各圧力室２３ａ〜２３ｄで加圧された燃料は、これらデリバリバルブ３ａ、３ｂから、図２の供給配管Ｒ１を通ってコモンレールＲに供給される。なお、デリバリバルブ３を４個にして、圧力室２３ａ〜２３ｄのそれぞれと連通する構成としてもよい。
【００４０】
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４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。
【００４１】
図７（ａ）点において、インナーカム８（ａ，ｃ）は吸入工程に入り、フィードポート８２ａ、８２ｃと分配溝７７とが連通する（図５に図示の状態）。電磁弁６のコイル６２への通電は、これに先立って行われ、図７（ａ）の時点では、電磁弁６の弁体７３は開弁している。従って、燃料溜まり５２から、流路７４ｃ、７２、７１、７８、分配溝７７、フィードポート８２ａ、８２ｃ、逆止弁４内の流路４１、流路１５を通って、燃料が圧力室２３ａ、２３ｃにそれぞれ流入する。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。
【００４２】
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５２と流路７４ｃの間、すなわち、圧力室２３ａ、２３ｃ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。その後、フィードポート８２ａ、８２ｃと分配溝７７との連通は、分配ロータ７０の回転によって遮断される（図７（ｃ）点）。
【００４３】
電子制御ユニットＥＣＵから、再び電磁弁６のコイル６２への通電が行われると、電磁弁６の弁体７３が開弁するが（図７（ｄ）点）、この時、全てのフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７との間は遮断されており、全ての圧力室２３ａ〜２３ｄについて、燃料の吸入は行われない。本実施の形態では、この全てのフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７の間が遮断されている期間が、約３０°となるようにしており、この間に電磁弁６の弁体７３が開弁するように制御する。次いで、図７（ｅ）点で、フィードポート８２ｂ、８２ｄと分配溝７７とが連通し、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、圧力室２３ｂ、２３ｄへ燃料の吸入が行われる。
【００４４】
図７（ｃ）点から、インナーカム８のリフト（ａ，ｃ）が開始されるが、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（ｆ）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、それぞれの逆止弁４は閉弁しているため、分配ロータ７０に高圧が作用することはない。その後、プランジャ２１ａ、２１ｃの上昇とともに上記圧力室２３ａ、２３ｃ内の容積が縮小し、圧力室２３ａ、２３ｃ内の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２１ａ、２１ｃのリフトが最大となると（図７（ｇ）点）、圧送が終了する。インナーカム８のリフト（ｂ，ｄ）も同様にして行われる。
【００４５】
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、最大吐出量の時の駆動トルクは、図９に示す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のピーク値（最大値）を低減することができる。
【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】図１の部分拡大断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３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】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図１０】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
Ｒ１ 供給配管（高圧流路）
１ ポンプハウジング
１１、１２、１３ 低圧流路
１４ ヘッド
１５ 流路
１６ 吐出孔
２ 摺動孔（シリンダ）
２１ａ〜２１ｄ プランジャ
２２ａ〜２２ｄ カムローラ
２３ａ〜２３ｄ 圧力室
３ デリバリバルブ（圧送手段）
４ 逆止弁
４１ 流路
４２ ボデー
４３ ボールストッパ
４４ ボール
４６、４７ 流路
５１ フィルター
５２ 燃料溜まり
６ 電磁弁
６２ コイル
６８ バルブボディ
７０ 分配ロータ（分配手段）
７１、７２ 流路
７３ 弁体
７４ａ〜７４ｃ 流路
７５ シート面
７６ ワッシャ
７７ 分配溝
７８ 流路
８ インナーカム
８１ カム面
８２ａ〜８２ｄ フィードポート
【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９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、余剰の燃料を低圧流路９５側へ逃がし、しかる後、閉弁して加圧を開始することで、必要量の加圧流体を蓄圧配管へ圧送している。
【０００６】
ところが、エンジンの回転数の上昇に伴い、ポンプの送油率が高くなると、弁体９６が閉弁信号とは無関係に閉弁（自閉）するという問題が生ずる。これは、プランジャ９２の上昇時、弁体９６が、下端面に圧力室９３内の燃料の動圧を直接受けること、弁体９６とシート部９８の間の間隙より低圧流路９５へ向けて流れる燃料の絞り効果により閉弁方向の力を受けること等によるもので、流量制御が適切になされないおそれがある。
【０００７】
この対策としては、弁体９６の作動ストロークを大きくするか、弁体９６の復帰用スプリング力を大きくすることが考えられるが、いずれの場合も、閉弁応答性の低下につながる。閉弁応答性を維持するためにはコイルに通電する電力を多大にしたり、体格を大きくして電磁弁の吸引力を増加させる必要があり、電磁弁の電力コスト、製作コストの上昇を招くという問題があった。
【０００８】
また、上記構成の可変吐出量高圧ポンプでは、圧力室９３への流路の開閉を電磁弁９４で行っており、閉弁信号に対し弁体９６が着座して流路を閉鎖するまでに一定の時間を要することから、通常、この作動応答時間を予め計算して閉弁タイミングを制御している。ところが、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高くなると、開閉動作が間に合わなくなり、十分な制御ができなくなるおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明者等は、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも、蓄圧配管へ圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも装置の大型化や電力の増大を伴わないことを目的として、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１０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であり、この場合、インナーカム１０６と一体のドライブシャフト１０１を回転駆動するために駆動ベルトを用いると、駆動ベルトの耐久性が不十分となることが懸念される。
【００１４】
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、駆動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。
【００１５】
【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、シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、該プランジャを上記シリンダ内で往復運動させるカムと、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、低圧流路より導入される低圧燃料を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、加圧燃料を高圧流路へ圧送する手段とを備えている。本発明では、上記圧力室を複数設けており、これら複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段を設け、
上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであって、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになしてあり、
かつ上記低圧流路から上記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、上記電磁弁下流の上記分配ロータと上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成によれば、上記複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通を、上記分配手段を用いて適宜、切り替えることで、上記複数の圧力室が交互に加圧、圧送を行うようにすることができる。従って、加圧燃料の圧送に必要な駆動トルクを小さくすることができるので、駆動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。
【００１７】
上記分配手段は、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータとする。そして、上記分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置することで、上記分配ロータの回転に伴って、上記分配溝と上記複数の圧力室への流路との間を、順次、連通もしくは遮断することができる。
【００１８】
上記低圧流路から上記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、上記電磁弁下流の上記分配ロータと上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設ける。このように構成することで、装置を大型化することなく、流量制御を容易かつ確実にできる。
【００１９】
特に上記逆止弁を、上記分配ロータの下流に設けることで、高圧部のデッドボリュームが少なくでき、また、上記分配ロータに高圧が作用するのを防止することができる。
【００２０】
請求項２は本発明の課題を解決するための他の構成であり、上記圧力室を複数設けるとともに、これら複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段を設けた可変吐出量高圧ポンプにおいて、
上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであって、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになしてあり、かつ上記分配ロータを、上記プランジャの軸線から離して設ける。この時、上記圧力室内の圧力上昇による影響が上記分配ロータに及ぶことを防止し、分配ロータの回転をスムーズに行うことができる。
この構成においても、請求項３のように、上記低圧流路から上記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、上記電磁弁と上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けることができ、装置を大型化することなく、流量制御を容易かつ確実にできる。また、請求項３のように、上記逆止弁を、上記分配ロータの下流に設けると、高圧部のデッドボリュームが少なくでき、上記分配ロータに高圧が作用するのを防止することができる。
【００２１】
請求項５の構成では、上記電磁弁の上流にフィルターを配設し、その目開きを上記電磁弁の弁体のリフト量より小さく設定する。これにより、上記電磁弁の弁体に異物が噛み込むことを防止することができる。
【００２２】
請求項６の構成では、上記カムをリング状としてその内周面を複数のカム山を有するカム面となし、上記カム内に、上記シリンダおよびプランジャを、カム中心に対して放射状に配置する。具体的には、請求項７の構成のように、上記カム面に２個のカム山を形成し、上記プランジャを４本設置する。この時、上記プランジャが２本づつ、交互に上昇を行うので、最大駆動トルクの低減に効果的である。
【００２３】
【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、そのために高圧流路である供給配管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。
【００２４】
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）を決定して噴射量制御用電磁弁Ｂ１に制御信号を出力する。
【００２５】
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低圧流路１１、１２、フィルター５１、ヘッド１４内の低圧流路１３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。
【００２６】
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の左端中央部内には、詳細を後述する分配手段たる分配ロータ７０と逆止弁４が配設されている。ヘッド１４の右端部には、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４、および分配ロータ７０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。
【００２７】
上記電磁弁６は、図３の如く、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、上記分配ロータ７０に至る流路７２に連通している。
【００２８】
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の外側には上記コイル６２が配され、ステータ６５内部に設けたスプリング室６６内にはスプリング６７が配設されて、上記アーマチャ６４を図の左方に付勢している。
【００２９】
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。
【００３０】
電磁弁６の上流には、図１のようにフィルター５１が配設されており、万一、シート面７５と弁体７３の間に異物が噛み込むと、常に流路７４ａ、７４ｃ間は開放された状態となる。つまり、常時、圧送が行われてしまうため、本実施の形態においては、例えば、弁体７３のリフト量を０．２ｍｍとし、フィルター５１の目開きをこれより小さい０．１５ｍｍとして、異物の噛み込みを防止している。
【００３１】
図３において、ヘッド１４の上記左端中央部には、内部に圧力室を形成するシリンダたる摺動孔２が複数形成してある。図４に示すように、本実施の形態では、等間隔で配置した４個の摺動孔２内に、４本のプランジャ２１ａ〜２１ｄをそれぞれ摺動孔２内に往復動自在かつ摺動自在に支持せしめている。各摺動孔２の内壁とプランジャ２１ａ〜２１ｄの内側端面との間に形成される空間は、それぞれ圧力室２３ａ〜２３ｄとなしてある。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。
【００３２】
上記インナーカム８は、このカムローラ２２ａ〜２２ｄの外周に摺接するように配置されており、その内周面は、複数のカム山を有するカム面８１となしてある。ここではカム山を等間隔で２つ形成している（図のプランジャ２１ｂ、２１ｄに対向する位置）。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〜２１ｄがシリンダ２内を往復動し、プランジャ２１ａ、２１ｃとプランジャ２１ｂ、２１ｄとが交互に上昇して圧力室２３ａ〜２３ｄ内の燃料を加圧する。このように、本実施の形態においては、プランジャを等間隔で４本配置し、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、２本のプランジャ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。
【００３３】
図３において、上記圧力室２３ａ〜２３ｄの左方に形成したシリンダ４０内に、分配ロータ７０が回転自在に保持され、該分配ロータ７０の外周には、複数個の逆止弁４が配設してある。本実施の形態ではこの逆止弁を４個としてあり、上記圧力室２３ａ〜２３ｄに至る流路途中にそれぞれ設けてある。ヘッド１４の左方にはシューガイド３０が配設され、図示しないボルトによってヘッド１４に固定されている。上記分配ロータ７０は、ピン８０（図１参照）によって、ドライブシャフトＤに連結しており、該ドライブシャフトＤとともに回転運動するようになしてある。分配ロータ７０とシューガイド３０の間には、ワッシャ７６が挿入されており、分配ロータ７０とワッシャ７６間、ワッシャ７６とシューガイド３０間が回転すべりするようになっている。
【００３４】
上記分配ロータ７０は、図の上下方向に延びる流路７８と、該流路７８の中間部に一端が連通し、他端が上記流路７２に連通する流路７１とを有している。図５のように、上記流路７８の上下端には２個の分配溝７７が形成してあり、分配ロータ７０の回転によって、逆止弁４内の流路４１に至るフィードポート８２ａ〜８２ｄに燃料を供給するようになしてある。このフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７との連通、遮断の状態については後述する。
【００３５】
なお、圧力室２３ａ〜２３ｄ内の燃料が加圧されると、ヘッド１４の圧力室２３ａ〜２３ｄ近傍は圧力によって変形するが、図３のように、分配ロータ７０は、プランジャ２１ａ〜２１ｄの軸線から十分に離れたところに配置されているため、分配ロータ７０とヘッド１４との回転が妨げられるようなことはない。
【００３６】
各逆止弁４は内部に流路４１を形成したボデー４２を有し、ボデー４２はヘッド１４内に圧入固定してある。上記流路４１は、途中で上記圧力室２３ａ〜２３ｄ方向（図の右方）に拡径して円錐状のシート面４５をなし、弁体としてのボール４４が着座して流路４１を閉鎖するようになしてある。ボール４４の右方には、筒状のボールストッパ４３が配設され、該ボールストッパ４３は、右端外周縁に設けたフランジをヘッド１４とボデー４２間に挟持せしめている。圧力室２３ａ〜２３ｄへ燃料が吸入される吸入工程時において、逆止弁４のボール４４は、燃料の圧力でボールストッパ４３内の流路４７を塞いでしまうが、燃料はボールストッパ４３の側面に形成された流路４６から上記流路４７内に流入し、圧力室２３ａ〜２３ｄへ供給される。プランジャ２１ａ〜２１ｄの圧送工程時には、ボール４４は、燃料の圧力で図中、左方へ移動し、逆止弁４は閉弁する。
【００３７】
ここで、上記逆止弁４は、電磁弁６から各圧力室２３ａ〜２３ｄへ至る流路の途中に設けられていればよいが、本実施の形態のように、逆止弁４を、分配ロータ７０と圧力室２３ａ〜２３ｄの間に設けることが望ましい。この時、高圧部のデッドボリュームを少なくできる利点がある。また、分配ロータ７０には、高圧が作用しないため、分配ロータ７０とヘッド１４との摺動部からの漏れが低減できる。
【００３８】
ヘッド１４の内部に形成される上記燃料溜まり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ている。この低圧燃料は、上記燃料溜まり５２から、電磁弁６、ヘッド１４内の流路７２、分配ロータ７０内の流路７１、７８、逆止弁４内の流路４１を経て、流路１５より各圧力室２３ａ〜２３ｄに流入する。圧力室２３ａ〜２３ｄで加圧された燃料は（図１）、ヘッド１４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、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。
【００３９】
なお、図１には、デリバリバルブ３は１つしか示されていないが、図示しない位置に、もう１つのデリバリバルブが設置されている。すなわち、図６に示すように、本実施の形態では、４本のプランジャ２１ａ〜２１ｄが配置されており、ヘッド１４とプランジャ２１ａ〜２１ｄに囲まれた４つの圧力室２３ａ〜２３ｄのうち、対向する２つの圧力室２３ａ、２３ｃと、圧力室２３ｂ、２３ｄとが、交互に加圧を行う。そこで、圧力室２３ａ、２３ｃを吐出穴１６ａ、１６ｃによってデリバリバルブ３ａに、圧力室２３ｂ、２３ｄを吐出穴１６ｂ、１６ｄによってデリバリバルブ３ｂに、それぞれ連通させている。各圧力室２３ａ〜２３ｄで加圧された燃料は、これらデリバリバルブ３ａ、３ｂから、図２の供給配管Ｒ１を通ってコモンレールＲに供給される。なお、デリバリバルブ３を４個にして、圧力室２３ａ〜２３ｄのそれぞれと連通する構成としてもよい。
【００４０】
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４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。
【００４１】
図７（ａ）点において、インナーカム８（ａ，ｃ）は吸入工程に入り、フィードポート８２ａ、８２ｃと分配溝７７とが連通する（図５に図示の状態）。電磁弁６のコイル６２への通電は、これに先立って行われ、図７（ａ）の時点では、電磁弁６の弁体７３は開弁している。従って、燃料溜まり５２から、流路７４ｃ、７２、７１、７８、分配溝７７、フィードポート８２ａ、８２ｃ、逆止弁４内の流路４１、流路１５を通って、燃料が圧力室２３ａ、２３ｃにそれぞれ流入する。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。
【００４２】
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５２と流路７４ｃの間、すなわち、圧力室２３ａ、２３ｃ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。その後、フィードポート８２ａ、８２ｃと分配溝７７との連通は、分配ロータ７０の回転によって遮断される（図７（ｃ）点）。
【００４３】
電子制御ユニットＥＣＵから、再び電磁弁６のコイル６２への通電が行われると、電磁弁６の弁体７３が開弁するが（図７（ｄ）点）、この時、全てのフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７との間は遮断されており、全ての圧力室２３ａ〜２３ｄについて、燃料の吸入は行われない。本実施の形態では、この全てのフィードポート８２ａ〜８２ｄと分配溝７７の間が遮断されている期間が、約３０°となるようにしており、この間に電磁弁６の弁体７３が開弁するように制御する。次いで、図７（ｅ）点で、フィードポート８２ｂ、８２ｄと分配溝７７とが連通し、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、圧力室２３ｂ、２３ｄへ燃料の吸入が行われる。
【００４４】
図７（ｃ）点から、インナーカム８のリフト（ａ，ｃ）が開始されるが、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（ｆ）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、それぞれの逆止弁４は閉弁しているため、分配ロータ７０に高圧が作用することはない。その後、プランジャ２１ａ、２１ｃの上昇とともに上記圧力室２３ａ、２３ｃ内の容積が縮小し、圧力室２３ａ、２３ｃ内の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２１ａ、２１ｃのリフトが最大となると（図７（ｇ）点）、圧送が終了する。インナーカム８のリフト（ｂ，ｄ）も同様にして行われる。
【００４５】
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、最大吐出量の時の駆動トルクは、図９に示す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のピーク値（最大値）を低減することができる。
【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】図１の部分拡大断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３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】従来の可変吐出量高圧ポンプの全体断面図である。
【図１０】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
Ｒ１ 供給配管（高圧流路）
１ ポンプハウジング
１１、１２、１３ 低圧流路
１４ ヘッド
１５ 流路
１６ 吐出孔
２ 摺動孔（シリンダ）
２１ａ〜２１ｄ プランジャ
２２ａ〜２２ｄ カムローラ
２３ａ〜２３ｄ 圧力室
３ デリバリバルブ（圧送手段）
４ 逆止弁
４１ 流路
４２ ボデー
４３ ボールストッパ
４４ ボール
４６、４７ 流路
５１ フィルター
５２ 燃料溜まり
６ 電磁弁
６２ コイル
６８ バルブボディ
７０ 分配ロータ（分配手段）
７１、７２ 流路
７３ 弁体
７４ａ〜７４ｃ 流路
７５ シート面
７６ ワッシャ
７７ 分配溝
７８ 流路
８ インナーカム
８１ カム面
８２ａ〜８２ｄ フィードポート
Claims (7)
- シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、該プランジャを上記シリンダ内で往復運動させるカムと、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、低圧流路より導入される低圧燃料を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、加圧燃料を高圧流路へ圧送する手段とを備える可変吐出量高圧ポンプにおいて、上記圧力室を複数設けるとともに、これら複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段を設け、
上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであって、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになしてあり、
かつ上記低圧流路から上記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、上記電磁弁下流の上記分配ロータと上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けたことを特徴とする可変吐出量高圧ポンプ。 - シリンダ内に往復運動可能に嵌挿されたプランジャと、該プランジャを上記シリンダ内で往復運動させるカムと、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、低圧流路より導入される低圧燃料を上記プランジャの往復運動によって加圧する圧力室と、加圧燃料を高圧流路へ圧送する手段とを備える可変吐出量高圧ポンプにおいて、上記圧力室を複数設けるとともに、これら複数の圧力室と上記低圧流路との間の連通、遮断を切り替え、低圧燃料を上記複数の圧力室に分配する分配手段を設け、
上記分配手段が、上記低圧流路に連通する流路を有し、該流路に連通する少なくとも１つの分配溝を外周面に設けた分配ロータであって、該分配ロータの外周に上記複数の圧力室のそれぞれに至る流路を配置して、上記分配ロータの回転に伴って上記分配溝と上記複数の圧力室への流路の間を連通、遮断するようになしてあり、かつ上記分配ロータを、上記プランジャの軸線から離して設けたことを特徴とする可変吐出量高圧ポンプ。 - 上記低圧流路から上記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、上記電磁弁と上記圧力室との間に設けられ、上記低圧流路から上記圧力室方向へのみ低圧燃料を流入させる逆止弁を設けた請求項２記載の可変吐出量高圧ポンプ。
- 上記逆止弁を、上記分配ロータの下流に設けた請求項３記載のいずれか記載の可変吐出量高圧ポンプ。
- 上記電磁弁の上流にフィルターを配設し、その目開きを上記電磁弁の弁体のリフト量より小さく設定した請求項１または３記載の可変吐出量高圧ポンプ。
- 上記カムをリング状としてその内周面を複数のカム山を有するカム面となし、上記カム内に、上記シリンダおよびプランジャを、カム中心に対して放射状に配置した請求項１ないし５記載のいずれか記載の可変吐出量高圧ポンプ。
- 上記カム面に２個のカム山を形成し、上記プランジャを４本設置した請求項６記載の可変吐出量高圧ポンプ。
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