JP5070193B2 - 高圧可変容量ポンプ - Google Patents
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Description
しかし、この構成では、高圧可変容量ポンプの吐出量を少量に制御する程、加圧室から低圧ポンプ側へ戻す燃料量が多くなるので、低圧ポンプ側の燃料圧力および燃料流れの慣性力に抗してプランジャを駆動するエネルギーの損失が懸念される。また、上記の構成を吐出量の大きい高圧ポンプに適用すると、調量弁を駆動する電磁駆動部を大きくすることが必要となり、消費電力の増加が懸念される。この結果、高圧ポンプの適用されるエンジンの実燃費が低下するおそれがある。
一方、特許文献2では、プランジャと同期して動作する遊動ピストンにより加圧室の容量を変化することで吐出量を調節している。
しかし、遊動ピストンによって吐出量を制御すると高圧可変容量ポンプの構成が複雑になる。さらに、遊動ピストンの動作によるエネルギーの損失が懸念される。
また、位相可変手段は、第1カム軸および第2カム軸のいずれか一方を回転方向へ、他方を反回転方向へ移動する。これにより、第1駆動カムおよび第2駆動カムのいずれか一方の位相を進角側へ、他方の位相を遅角側へ変えることができる。
さらに、位相可変手段は、第1カム軸とともに回転し、回転方向に定角度範囲で形成される収容室を有するケースと、第2カム軸とともに回転し、収容室を遅角室および進角室に仕切り、進角室または遅角室に供給される作動流体の圧力によりケースに対して進角側または遅角側へ相対回転駆動されるロータベーンとを備える。これにより、第1駆動カムおよび第2駆動カムの位相を無段階に調整することができる。
また、第1カム軸にはヘリカルスプラインが設けられ、第2カム軸には第1カム軸のヘリカルスプラインとは反対に捩れるヘリカルスプラインが設けられている。第1カム軸と第2カム軸とを連結する連結手段は、第1カム軸および第2カム軸それぞれにヘリカルスプライン結合する。この連結手段を駆動手段が軸方向に移動すると、第1カム軸および第2カム軸の一方が回転方向へ移動し、他方が反回転方向へ移動する。第1カム軸のヘリカルスプラインと第2カム軸のヘリカルスプラインとは反対に捩れるように設けられているので、連結手段の小さい移動により、第1カム軸および第2カム軸のいずれか一方を回転方向へ他方を反回転方向へ大きく移動することができる。これにより、駆動手段の消費エネルギーを低減することができる。
請求項6に係る発明によると、第1プランジャと第2プランジャとは同軸に設けられる。これにより、加圧室の容積をさらに小さくすることができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の高圧可変容量ポンプを図1−図5示す。高圧可変容量ポンプ10は、例えば直噴型のガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのインジェクタに燃料を供給する容量可変式の燃料供給ポンプである。図1に示すように、高圧可変容量ポンプ10は、ポンプハウジング11、第1プランジャ41、第2プランジャ42、第1駆動カム51、第2駆動カム52、位相可変手段60等から構成されている。
燃料吸入口12は、図示しない燃料タンクから図示しない低圧ポンプによって汲み上げられた燃料が送られる低圧燃料通路と接続している。燃料吐出口15は、図示しないインジェクタの接続する燃料レールへ高圧燃料を圧送する高圧燃料通路と接続している。このため、燃料吸入口12に燃料が供給され、燃料吐出口15から高圧燃料が吐出される。
第3連通路18には、吐出弁35が設けられている。吐出弁35は、吸入弁31と同様、弁ボール36、弁座37およびスプリング38から構成される一方向弁である。吐出弁35は、第2ポンプ室14から燃料吐出口15への燃料の流れを許容し、燃料吐出口15から第2ポンプ室14への燃料の流れを許容している。
吸入弁31および吐出弁35の動作により、第1ポンプ室13、第2連通路17および第2ポンプ室14は一つの加圧室20として機能する。
第2プランジャ42は、第1プランジャ41と同様、ポンプハウジング11に形成された筒状の第2シリンダ22に軸方向へ往復摺動自在に収容されている。第2シリンダ22の一端側に前述の第2ポンプ室14が形成されている。第2プランジャ42は、第2シリンダ22内を往復摺動することで、第2ポンプ室14の容積を可変する。
第2プランジャ42の第2ポンプ室14とは反対側の端部には、第2プランジャ42の径を大きく形成された第2タペット44が設けられている。第2タペット44とポンプハウジング11との間には、第2プランジャスプリング46が設けられ、第2タペット44を第2駆動カム52側へ付勢している。
第2カム軸54は、位相可変手段60を経由して第1カム軸53から駆動力を伝達されて回転する。第2カム軸54に固定される第2駆動カム52は、第2カム軸54とともに回転する。第2タペット44は、第2プランジャスプリング46によって、第2駆動カム52と常時当接している。このため、第2プランジャ42は、第2駆動カム52と連動し、第2駆動カム52のカムリフトに応じて第2シリンダ22内を往復移動する。
これにより、第1プランジャ41と第2プランジャ42とは連動して往復移動し、それぞれ第1、第2ポンプ室13、14の容積を可変する。このため、燃料吸入口12から加圧室20へ燃料が吸引され、この加圧室20で加圧された高圧燃料は、燃料吐出口15から吐出される。
シューケース61は、第1カム軸53の端部に同軸に固定されている。このため、シューケース61は、図3の矢印2の方向へ回転する。
シューケース61は、周壁64、この周壁64から径方向内側に延びるシュー65、66、および、フロントプレート67を有し、一体で形成されている。リヤプレート62は、シューケース61の第1カム軸53とは反対側の端部に固定されている。
ロータベーン69は、円筒状のボス部70と外周側にベーン71、72を有している。ボス部70は、第2カム軸54とは反対側の端部を、フロントプレート67に形成される凹溝68に摺動可能に軸受されている。ベーン71、72は、シュー65とシュー66との間に形成される収容室73、74内に回転可能に収容されている。ベーン71は、収容室73を進角室75と遅角室76とに液密に仕切り、ベーン72は、収容室74を進角室77と遅角室78とに液密に仕切っている。ベーン71とシュー65、または、ベーン72とシュー66が当接する位置がシューケース61に対するロータベーン69の最遅角位置である。
一方、上述した進角制御の状態から、進角室75、77の作動流体が排出され、遅角室76、78へ作動流体が供給されると、ロータベーン69は、シューケース61に対して遅角側へ移動する。これにより、第2駆動カム52は、第1駆動カム51に対して遅角制御される。
進角室75、77および遅角室76、78へ接続する流体通路には図示しない電磁弁が設けられている。この電磁弁よって油圧ポンプから吐出される作動流体の供給、排出が切換えられる。この電磁弁の切換は、エンジンの運転状態に応じてECUから印加される駆動パルスによって制御される。
なお、ロータベーン69のシューケース61に対する回転角度範囲は、収容室73、74、およびベーン71、72の大きさ等によって任意に設定可能である。
第1駆動カム51は、実線3に示すように、時間の経過に伴なってカムリフトを変位する。第2駆動カム52が、第1駆動カム51の変位曲線と同じタイミングでカムリフトを変位するときの変位曲線を破線4に示す。このとき、第1プランジャ41と第2プランジャ42とは、同じタイミングで第1、第2ポンプ室13、14に燃料を吸引し加圧するので、高圧可変容量ポンプ10は全量吐出状態となる。
位相可変手段60が、第2駆動カム52を第1駆動カム51に対し、進角側へ180°位相制御したときの第2駆動カム52の変位曲線を破線6に示す。このとき、第1プランジャ41が第1ポンプ室13に燃料を吸引し加圧するタイミングと、第2プランジャ42が第2ポンプ室14に燃料を吸引し加圧するタイミングとが逆になることで、高圧可変容量ポンプ10は、無吐出状態となる。
全量吐出状態における第1駆動カム51および第2駆動カム52の変位線図を図5(A)に示す。時刻T1−時刻T2の間では、第1、第2プランジャ41、42の上昇により第1ポンプ室13および第2ポンプ室14で加圧行程が行われ、燃料吐出口15から高圧燃料が吐出する。
時刻T2−時刻T3の間では、第1、第2プランジャ41、42の下降により第1ポンプ室13および第2ポンプ室14で吸入行程が行われ、燃料吸入口から燃料が吸入される。
W1=S1×L1+S2×L2 である。
時刻T5−時刻T6の間では、第1プランジャ41の下降により第1ポンプ室13で吸入行程が行われ、第2プランジャ42の上昇により第2ポンプ室14で加圧行程が行われる。このため、第2連通路17を経由して第2ポンプ室14から第1ポンプ室13へ燃料が移動する。これにより、燃料吸入口12から加圧室20への燃料の流入、および、加圧室20から燃料吐出口15への燃料の吐出は抑制される。
時刻T6−時刻T7の間では、第1、第2プランジャ41、42の上昇により第1ポンプ室13および第2ポンプ室14で加圧行程が行われ、燃料吐出口15から燃料が吐出する。
時刻T7−時刻T8の間では、第1プランジャ41の上昇により第1ポンプ室13で加圧行程が行われ、第2プランジャ42の下降により第2ポンプ室14で吸入行程が行われる。このため、第2連通路17を経由して第1ポンプ室13から第2ポンプ室14へ燃料が移動する。これにより、燃料吸入口12から加圧室20への燃料の流入、および、加圧室20から燃料吐出口15への燃料の吐出は抑制される。
W2=S1×L3+S2×L4 である。
時刻T6−時刻T7の時間は、図5(A)の時刻T1−時刻T2の時間より、第1駆動カム51と第2駆動カム52との位相差分短い。このため、第1、第2プランジャ41、42が時刻T6−時刻T7の間に第1、第2シリンダ21、22内を移動する距離L3、L4は、全量吐出状態のときに第1、第2プランジャ41、42が第1、第2シリンダ21、22内を移動する距離L1、L2より小さい。これにより、中間吐出状態における燃料吐出量は、全量吐出状態の燃料吐出量より小さくなる。
時刻T10−時刻T11の間では、第1プランジャ41の上昇により第1ポンプ室13で加圧行程が行われ、第2プランジャ42の下降により第2ポンプ室14で吸入行程が行われる。このため、第2連通路17を経由して第1ポンプ室13から第2ポンプ室14へ燃料が移動する。これにより、燃料吸入口12から加圧室20への燃料の流入、および、加圧室20から燃料吐出口15への燃料の吐出は抑制される。
また、位相可変手段60は、第1駆動カム51および第2駆動カム52の相対回転位相を作動流体の圧力によって制御する。このため第1駆動カム51および第2駆動カム52の位相を無段階に調整することができる。
本発明の第2実施形態の高圧可変容量ポンプを図6−図7に示す。第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第2実施形態では、エンジンのクランクシャフトまたはカムシャフトから第2カム軸54に駆動力が伝達される。第2カム軸54は、図6の矢印7の方向へ回転する。
ロータベーン69のベーン71は、収容室73を進角室751と遅角室761とに仕切り、ベーン72は、収容室74を進角室771と遅角室781とに仕切っている。ベーン71とシュー65、または、ベーン72とシュー66が当接する位置がシューケース61に対するロータベーン69の最進角位置である。
スプリング79、80は、進角室751、771に圧縮収容されている。スプリング79、80は、第2カム軸54の回転駆動が停止したとき、ロータベーン69の初期位置を最進角位置へ戻す。
一方、上述した遅角制御の状態から、遅角室761、781の作動流体が排出され、進角室751、771へ作動流体が供給されると、シューケース61は、ロータベーン69に対して遅角側へ移動する。これにより、第1駆動カム51は、第2駆動カム52に対して遅角制御される。
本発明の第3実施形態の高圧可変容量ポンプを図8に示す。第1、第2実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第3実施形態では、ポンプハウジング111は、第2ポンプ室14と燃料吐出口15との間に第3ポンプ室24を有している。第2ポンプ室13と第3ポンプ室14との間を第3連通路19が接続している。第1ポンプ室13、第2連通路17、第2ポンプ室14、第3連通路19、および、第3ポンプ室14は一つの加圧室201として機能する。
第3プランジャ47は、ポンプハウジング111に形成された筒状の第3シリンダ23に軸方向へ往復移動自在に収容されている。第3プランジャ47、第3タペット49、および、第3プランジャスプリング49の構成は、第1、第2プランジャ41、42、第1、第2タペット43、44、および、第1、第2プランジャスプリング43、44と実質的に同一である。
第2位相可変手段601の構成は、位相可変手段60の構成と実質的に同一である。第2位相可変手段601は、第3カム軸56を、第2カム軸54に対して回転方向または反回転方向へ移動し、第3駆動カム55と第2駆動カム52との相対回転位相を変更する。
位相可変手段60が第1駆動カム51と第2駆動カム52との相対回転位相を変更するとき、第1プランジャ41がポンプ室13に燃料を吸引し加圧するタイミングと、第2、第3プランジャ42、47が第2、第3ポンプ室14、24に燃料を吸引し加圧するタイミングに時間差が生じる。また、第2位相可変手段601が第2駆動カム52と第3駆動カム55との相対回転位相を変更するとき、第1、第2プランジャ41、42が第1、第2ポンプ室13、14に燃料を吸引し加圧するタイミングと、第3プランジャ47が第3ポンプ室24に燃料を吸引し加圧するタイミングに時間差が生じる。このため、位相可変手段60および第2位相可変手段601の少なくともいずれか一方の位相制御により、高圧可変容量ポンプ101は、中間吐出状態となる。
さらに、位相可変手段60および第2位相可変手段601が第1、第2、第3駆動カム51、52、55の相対回転位相をそれぞれ調節することで、第1、第2、第3プランジャ41、42、47の吸入工程―加圧工程のタイミングが変更する。これにより、吐出燃料の脈動が低減され、図示しない燃料噴射装置(インジェクタ)の噴射特性の安定化と、第1−第3カム軸53、54、56の駆動エネルギーを省力化することができる。
本発明の第4実施形態の高圧可変容量ポンプを図9に示す。第1−第3実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。第4実施形態では、ポンプハウジング112は、燃料吸入口12と燃料吐出口15との間に単一の第1ポンプ室131を有している。第1、第2シリンダ21、221の中心軸は、第1ポンプ室131を通るように形成されている。このため、第1シリンダ21に収容される第1プランジャ41の中心軸と、第2シリンダ221に収容される第2プランジャ42の中心軸とは同軸、または、交差するように設けられる。
第1プランジャ41は、第1カム軸53とともに回転する第1駆動カム51のカムリフトに応じて第1シリンダ21内を往復移動する。第2プランジャ42は、第1カム軸53から駆動力を伝達される第2カム軸54とともに回転する第2駆動カム52のカムリフトに応じて第2シリンダ221内を往復移動する。これにより、第1プランジャ41と第2プランジャ42とは連動して各シリンダ21、221内を往復移動し、第1ポンプ室131の容積を可変する。
位相可変手段60が、第1駆動カム51と第2駆動カム52との相対回転位相を変更するとき、第1プランジャ41が燃料を吸引し加圧するタイミングと、第2プランジャ42が燃料を吸引し加圧するタイミングとに時間差が生じることで、高圧可変容量ポンプ102は、中間吐出状態となる。
位相可変手段60が、第1駆動カム51と第2駆動カム52との相対回転位相を180°変更したとき、第1プランジャ41が燃料を吸引し加圧するタイミングと、第2プランジャ42が燃料を吸引し加圧するタイミングが逆になることで、高圧可変容量ポンプ102は、無吐出状態となる。
本発明の第5実施形態の高圧可変容量ポンプの位相可変手段を図10に示す。本実施形態の位相可変手段602は、第1−第4実施形態の位相可変手段の変形例である。本実施形態では、第1、第2カム軸531、541のそれぞれの端部に軸径を大きくして形成される大径部532、542が設けられ、この大径部532、542の径外方向の外壁にヘリカルスプライン533、543が設けられている。第1カム軸531のヘリカルスプライン533の傾斜方向と、第2カム軸541のヘリカルスプライン543の傾斜方向とは反対向きに形成されている。
筒状の連結手段90は、径内方向の内壁に第1、第2カム軸531、541のヘリカルスプライン533、543とそれぞれ嵌合可能なヘリカルスプライン91、92を設け、第1、第2カム軸531、541とヘリカルスプライン結合している。なお、図10では、ヘリカルスプラインの凹凸の幅を変えているが、この凹凸の幅は同一であってもよい。
駆動手段95は、ガイド部材94と結合するピストン96を備えている。駆動手段95は、このピストン96の伸縮によって、ガイド部材94を介して連結部材90を移動する。駆動手段95がピストン96を駆動手段95内に格納する方向へ移動すると、連結手段90は図10の右方向へ移動する。このとき、第1カム軸531は、第2カム軸541に対し、進角方向へ位相制御される。
一方、駆動手段95がピストン96を駆動手段95内から伸長する方向へ移動すると、連結手段90は図10の左方向へ移動する。このとき、第1カム軸531は、第2カム軸541に対し、遅角方向へ位相制御される。これにより、駆動手段95は、第1カム軸531に固定される第1駆動カムと、第2カム軸541に固定される第2駆動カムとの相対回転位相を変更する。
上述した複数の実施形態では、第1カム軸と第2カム軸との間に油圧制御による位相可変手段を設けた。この位相切換手段は、例えば、ステッピングモーター等を利用したものとしてもよい。また、第1駆動カムおよび第2駆動カムの少なくともいずれか一方のカムプロフィールを軸方向に連続的に変更する形状のものとし、カム軸を軸方向に移動してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の形態により実施することができる。
Claims (6)
- 第1駆動カムと、
第2駆動カムと、
前記第1駆動カムと該第1駆動カムに連動する前記第2駆動カムとの相対回転位相を変更する位相可変手段と、
燃料吸入口、加圧室および燃料吐出口をこの順に連通する連通路を有するポンプハウジングと、
前記燃料吸入口と前記加圧室との間の前記連通路、前記加圧室と前記燃料吐出口との間の前記連通路にそれぞれ設けられる吸入弁、吐出弁と、
前記第1駆動カムと連動し、当該カムリフトに応じて往復移動することで前記加圧室に燃料を吸引し加圧する第1プランジャと、
前記第2駆動カムと連動し、当該カムリフトに応じて往復移動することで前記加圧室に燃料を吸引し加圧する第2プランジャと、を備え、
前記位相可変手段は、前記第1駆動カムとともに回転する第1カム軸、および、前記第2駆動カムとともに回転する第2カム軸のいずれか一方を回転方向へ他方を反回転方向へ移動し、
前記位相可変手段は、前記第1カム軸とともに回転し、回転方向に所定角度範囲で形成される収容室を有するケースと、
前記第2カム軸とともに回転し、前記収容室を遅角室および進角室に仕切り、前記進角室または前記遅角室に供給される作動流体の圧力によって前記ケースに対して進角側または遅角側に相対回転駆動されるロータベーンと、を備えることを特徴とする高圧可変容量ポンプ。 - 第1駆動カムと、
第2駆動カムと、
前記第1駆動カムと該第1駆動カムに連動する前記第2駆動カムとの相対回転位相を変更する位相可変手段と、
燃料吸入口、加圧室および燃料吐出口をこの順に連通する連通路を有するポンプハウジングと、
前記燃料吸入口と前記加圧室との間の前記連通路、前記加圧室と前記燃料吐出口との間の前記連通路にそれぞれ設けられる吸入弁、吐出弁と、
前記第1駆動カムと連動し、当該カムリフトに応じて往復移動することで前記加圧室に燃料を吸引し加圧する第1プランジャと、
前記第2駆動カムと連動し、当該カムリフトに応じて往復移動することで前記加圧室に燃料を吸引し加圧する第2プランジャと、を備え、
前記位相可変手段は、前記第1駆動カムとともに回転する第1カム軸、および、前記第2駆動カムとともに回転する第2カム軸のいずれか一方を回転方向へ他方を反回転方向へ移動し、
前記位相可変手段は、ヘリカルスプラインを設ける前記第1カム軸と、
前記第1カム軸のヘリカルスプラインとは反対に捩れるヘリカルスプラインを設ける前記第2カム軸と、
前記第1カム軸および前記第2カム軸それぞれにヘリカルスプライン結合し、前記第1カム軸と前記第2カム軸とを連結する連結手段と、
前記連結手段を軸方向に移動する駆動手段と、を備えることを特徴とする高圧可変容量ポンプ。 - 前記第1駆動カムおよび前記第2駆動カムに連動する第3駆動カムと、
該第3駆動カムのカムリフトに応じて往復運動することで前記加圧室に燃料を吸引し加圧する第3プランジャと、をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の高圧可変容量ポンプ。 - 前記第3駆動カムと前記第1駆動カムまたは第2駆動カムとの相対回転位相を変更する第2位相可変手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の高圧可変容量ポンプ。
- 前記第1プランジャの中心軸と前記第2プランジャの中心軸とを交差して設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の高圧可変容量ポンプ。
- 前記第1プランジャと前記第2プランジャとを同軸に設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の高圧可変容量ポンプ。
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JP2010144652A (ja) | 2010-07-01 |
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