JPH0192567A - 燃料噴射ポンプの噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃料噴射ポンプから圧送される燃料を溢流さ
せる弁を備えた噴射量制御装置に関し、詳しくは弁の開
閉をピエゾ素子などの電気機械変換素子で行う噴射量制
御装置に関する。

［従来の技術］ 従来、ディーゼルエンジン用の燃料噴射ポンプとして、
エンジンの駆動力を受けたプランジャによりプランジャ
室の燃料を圧縮して高圧燃料を発生し、この高圧燃料を
溢流させることにより、燃料噴射量を制御する分配型燃
料噴射ポンプが知られており、該ポンプの燃料噴射量の
高精度化および高速応答性を実現するために、特開昭６
１−１１８５２８号公報に記載されているようにピエゾ
アクチュエータを利用したものが提案されている。

すなわち、第４図の断面図に示すように、本制御装置２
００は、ハウジング２０２に形成した収容室２０３内に
ピエゾアクチュエータ２０４を設け、このピエゾアクチ
ュエータ２０４の伸張でピストン２０６を介して圧縮さ
れる燃料を充満した圧力室２０日を設け、この圧力室２
０８とプランジャ室（図示省略）に連通ずる高圧通路２
１０とを常時連通する紋り２１２を内設しかつ高圧通路
２１０と低圧通路２１４間を連通・遮断する弁体２１６
を設けたものである。この装置では、弁体２１６に作用
する力、つまり高圧通路２１０の燃料圧とピエゾアクチ
ュエータ２０４を伸縮したときの圧力室２０日の液圧と
の差から生じる力により、弁体２１６を開閉して高圧通
路２１０から低圧通路２１４への燃料の溢流を制御して
いる。

との構成においては、燃料を満たした圧力室２０日を設
けるとともに、ピストン２０６の受圧面積を弁体２１６
の受圧面積より大きくすることにより、ピエゾアクチュ
エータ２０４の伸縮量が小さいにもかかわらず、弁体２
１６の移動量を大きくしている。また、圧力室２０日を
密閉すると、弁体２１６等が摺動部材から構成されてい
ることから、燃料漏れで液圧が変動しやすいが、これを
防止するために、常時圧力室２０８を、紋り２１２を介
して高圧流路２１０に連通ずることにより圧力室２０日
に燃料を充満している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来の装置では、圧力室２０Ｂに液体を充
満するために、高圧通路２１０に紋り２１２を介して常
時連通させている。このため、プランジャ室（図示省略
）の相対的な容積が圧力室２０８の容量分だけ増加する
ことになり噴射圧の低下を招くことになる。

また、圧力室２０８側からみれは、圧力室２０日がプラ
ンジャ室に紋り２１２を介して連通していることになる
ため、減圧した液圧が増加してしまい、小型のアクチュ
エータ２０４では弁体２１６のスロットローフ量を上げ
ることができず、ピエゾアクチュエータ２０４が大型化
するという問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになさ
れたもので、電気機械変換素子（ピエゾ素子等）により
加圧される圧力室とロータ内のプランジャ室とを弁体で
分離するとともに、圧力室に噴射圧より低圧の燃料を導
くことにより、プランジャ室の実質的容積を小さくでき
、しかも、電気機械変換素子の小型化を実現する噴射量
制御装置を提供することを目的とする。　　′［問題点
を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、エンジ
ンの駆動力を受けたプランジャによりプランジャ室の燃
料を加圧して高圧通路から圧送し、この高圧通路を噴射
量制御装置の弁体で開閉して該高圧通路に連通した低圧
通路に燃料を溢流させることにより燃料の圧送を停止す
る燃料噴射ポンプの噴射量制御装置において、 上記噴射量制御装置は、 上記弁体の一端面に面する燃料を充満している圧力室と
、この圧力室の燃料に面するピストンと、電子制御装置
からの制御信号を受けて伸縮することにより上記ピスト
ンを介して圧力室の燃料を加圧する電気機械変換素子と
、を有し、 上記圧力室には、高圧通路の燃料圧より低い液圧の燃料
を供給する通路が連通し、かつ該通路は圧力室の加圧時
に液圧が低下しないように形成されていることを特徴と
する。

ここで、本燃料噴射ポンプは、エンジンの駆動力を受け
たプランジャが燃料を圧送するものであればよく、例え
ば、後述の実施例で説明するようなインナーカム方式の
ポンプの外に、フェースカム方式のポンプや判型の燃料
噴射ポンプに適用される。

また、上記電気機械変換素子とは、ピエゾ素子のような
圧電素子、電歪素子、磁歪素子等電気信号により形状が
伸縮するものをいう。

さらに、圧力室に低圧の燃料を供給する通路は、加圧時
に液圧が低下しないように、例えば、通路の遮断・連通
を行う機構、または紋りを設ける機構等を備えている。

［作用コ 本発明の一例を示す燃料噴射ポンプは、エンジンの駆動
力を受けたプランジャによりプランジャ室の燃料が加圧
され、高圧通路から燃料が圧送ざれる。そして、高圧通
路から高圧の燃料が圧送されているときに、噴射量制ｆ
ｆＥＩＩ装置の弁体で高圧通路を開くと、燃料が低圧通
路に溢流されて、燃料の圧送が停止する。

上記高圧通路を開閉する弁体は、電気機械変換素子の伸
縮により圧力室の液圧の付勢で可動する。

そして、該圧力室は、プランジャ室と弁体で分離されて
いるので、プランジャ室の容量が圧力室の分だけ大きく
ならない。また、圧力室は、プランジャ室とは別の通路
により、低圧の燃料が供給されているので、該圧力室に
燃料を常に充満させることができ、弁体の安定した作動
が得られる。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はディーゼルエンジン用の燃料噴射ポンプおよび
その周辺装置を示し、該装置は、フィートポンプ１、燃
料噴射ポンプ本体３および噴射量制御装置９を主要な構
成としている。

フィードポンプ１は、通路１１を通じてタンク１３から
燃料を汲み上げ、通路１５を通じて燃料噴射ポンプ本体
３および噴射量制御装置９に燃料を供給するものである
。そして、この燃料噴射ポンプ本体３から燃料は、通路
１７によりリターンされる。この通路１７と上記通路１
３との間には、燃料供給圧を調整する圧力調整弁２３が
設けられている。

燃料噴射ポンプ本体３は、ハウジング３１の嵌合孔３２
に嵌合されたスリーブ３３を有し、上記スリーブ３３の
貫通孔３７内に、軸受３９とともに支持され、かつエン
ジン（図示省略）により回転駆動されるロータ４１を備
えている。また、この燃料噴射ポンプ本体３は、燃料を
加圧して高圧燃料を発生させる加圧機構７１３を備え、
ざらに加圧機構４３からの高圧燃料を導く通路を、ロー
タ４１内やハウジング３１等に有している。

次に、加圧機構４３およびその周辺部を説明すると、ロ
ータ４１には、プランジャ室４５を中心にして半径方向
に複数の円筒穴４６が形成され、この円筒穴４６のそれ
ぞれにプランジャ４７が摺動自在に移動できるように嵌
合されており、プランジャ４７の半径方向の外側端部に
は、ローラシュー５１がローラ５３を回転自在に保持し
て配設されている。また、ローラ５３の外側には、その
内面にカム山が形成されたインナーカム５５が配置され
ており、したがって、ロータ４１の回転によりローラ５
３がインナーカム５５の内周面に形成されたカム面を摺
動すると、ローラ５３はカム面に基づき半径方向に往復
運動をし、このローラ５３の運動はローラシュー５１を
通じてプランジャ４７に伝達される。ここで、プランジ
ャ４７がロータ４１の半径方向外側に向かう行程が吸入
行程であり、内側に向かう行程が吐出行程となる。

燃料噴射ポンプ本体３のハウジング３１やロータ４１内
の通路として、上記フィードポンプ１からの通路１５に
接続される通路６０、さらにこの通路６０に接続された
環状のギヤラリ−６１が設けられ、このギヤラリ−６１
内の燃料をプランジャ室４５に供給するためにスリーブ
３３の通路６３、ロータ４１内の吸入用の通路６５、軸
方向の通路６６が形成されている。また、この通路６６
に連通した吐出用の通路６７および溢流用の通路６９が
該ロータ４１の半径方向に向かい、かつスリーブ３１に
設けた通路７１．７３とそれぞれ連通可能に形成されて
おり、このうち通路７１は通路７５を介してデリバリバ
ルブ７７に、他方の通路７３はギヤラリ−６１に連通ず
る通路７４に接続されている。なお、スリーブ３３およ
びロータ４１の各通路の位置関係は、吸入行程時に通路
６３と通路６５とが連通し、通路６７と通路７１および
通路７３と通路６９とが遮断され、吐出行程時には逆と
なる。

上記噴射量制御装置９は、第２図の拡大図で明示するよ
うに、ケーシング９１の収納室９３に収納したピエゾア
クチュエータ９５と、ピエゾアクチュエータ９５から力
を受けて圧力室９７の燃料を加圧するピストン９９と、
弁本体１０１の嵌合孔１０３に嵌合され、圧力室９７の
液圧により通路７４と通路６０を連通◆遮断する弁体１
０５と、弁体１０５とストッパ１０７間に設けられ閉弁
方向へばね力を付勢しているはね１０９と、を主要な構
成としている。

上記ピエゾアクチュエータ９５は、厚さ約０゜５ｍｍの
円盤状の素子を約８０枚積層して円筒状としたものであ
り、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としたセラ
ミックから形成され、素子に約５００■の電圧を印加す
ると、約４０μ伸張するものである。このピエゾアクチ
ュエータ９５の伸張でピストン９９を介して加圧された
圧力室９７の液圧は、ピストン９９より受圧面積の小さ
い弁体１０５の端面に加わり、ピストン９９より大きな
移動量となる弁体１０５の運動として伝達される。また
、圧力室９７は、弁本体１０１内の通路１１１→スリー
ブ３３（第１図）内の通路１１３→ロ一タ４１外周部の
通路１１５→スリーブ３３の通路６３を介してギヤラリ
−６１に接続可能になっており、ロータ４１の吸入行程
位置でロータ４１の通路１１５が通路１１３と通路間１
１７を連通させてギヤラリ−６１から圧力室９７に燃料
を供給する。

この噴射量制御装置９は、エンジンの運転状態を示す信
号、例えは、アクセル開度センサ１２１や、ディストリ
ビュータに内蔵された回転角センサ１２３などの検出信
号に基づいて電子制御装置１２５によりピエゾアクチュ
エータ９５に制御信号が出力されることにより駆動され
る。

次に、本実施例の動作について第３図のタイムチャート
とともに説明する。

エンジン駆動されるフィードポンプ１によりタンク１３
から汲み上げられた燃料は、圧力調整弁２３により調圧
され、通路１５を通じてハウジング３１内のギヤラリ−
６１に常時供給される。

いま、エンジンによって駆動されるロータ４１が、時点
ｔ１から吸入行程に入ると、スリーブ３３に対して通路
６３と通路６５が連通する位置になり（第１図の破線で
示す通路の位置）、ギヤラリ−６１は、ロータ４１の通
路６５．６５を通じてプランジャ室４５に連通ずる。そ
して、第３図（ａ）に示すようにプランジャ４７がシュ
ー５１を介してインナーカム５５の内周面に沿って外周
側へ移動することによって、ギヤラリ−６１から上記各
通路を介してプランジャ室４５に燃料が供給される。こ
のとき、ロニタ４１の外周部の通路１１５によりスリー
ブ３３の通路６３．１１３とが第３図（ｂ）に示すよう
な開度で連通ずるから、ギヤラリ−６１から圧力室９７
への燃料が補充され、圧力室９７の初期圧力の安定化が
行われて、次の吐出行程、噴射行程に備える。なお、ピ
エゾアクチュエータ９５には、電圧が印加されていない
ので伸張していない状態であるから（第３図（Ｃ））、
圧力室９７の圧力が高くなっていない（第３図（ｄ））
。

ざらに、ロータ４１が回転し、時点ｔ２から時点ｔ３に
かけて通路６５と通路６３間が徐々に閉じられて、プラ
ンジャ室４５が密閉されるとともに、同時に通路６３と
通路１１３も閉じられて、圧力室９７も密閉される。そ
して、時点ｔ３にて、ピエゾアクチュエータ９５に電圧
を印加することにより吐出行程が始まる。第２図のピエ
ゾアクチュエータ９５の制御電圧の印加により、これが
伸張し圧力室９７の燃料を圧縮することで液圧を高める
。

これにより、弁体１０５が矢印方向ａに付勢され、通路
７４を閉じる。

この状態にて、ロータ４１がさらに回転すると、ローラ
５３がインナーカム５５のカム山のカム面に沿って摺動
し、時点ｔ４からローラ５３がカム面に基づき半径方向
の内方へ移動する。これにより、ローラ５３の運動がロ
ーラシュー５１を通じてプランジャ４７に伝達される。

プランジャ４７によりプランジャ室４５内の燃料が加圧
され、通路６６．６７．７５を介してデリバリバルブ７
７から燃料が圧送される。

次に、時点ｔ５にてピエゾアクチュエータ９５の制御電
圧を消勢すると、ピエゾアクチュエータ９５が縮み、圧
力室９７の容積が減少するから圧力が低下する。その結
果、弁体１０５はリフトして通路７４と通路６０とが連
通状態になって、プランジャ室４５の燃料が溢流され、
燃料噴射が終了する。その後、時点ｔ６から再度吸入行
程を繰り返す。

したがって、上記実施例によれば、噴射量制御装置の圧
力室９７は、プランジャ室４５と連通する通路７４等に
対して弁体１０５で分離されているので、プランジャ室
４５の容量が圧力室９７の分だけ大きくならない。その
結果、燃料を圧縮するための実質的容積が小さくなり、
吐出する燃料の高圧化を実現できる。逆に、圧力室９７
自体の実質的容量も小さくなるので、ピエゾアクチュエ
ータ９５も小型のものでよい。

また、圧力室９７は、プランジャ室４５に対して連通し
ておらず、フィードポンプ１に接続された通路を介して
低圧燃料が供給されているので、たとえ、弁体等の摺動
部によって燃料の漏れても、該圧力室９７に燃料を常に
充満させることができ、弁体１０５の安定した作動が得
られる。

なお、上記実施例では、ロータ４１に設けた通路１１５
の切換により、吸入行程時には噴射量制御装置９の圧力
室９７へ燃料を供給し、一方、吐出行程時には圧力室９
７を密閉して加圧された液圧を低下させないように構成
しているが、これに限らず、他の実施例として、ギヤラ
リ−等のフィード燃料を圧力室に紋りを介して直接供給
し、ピエゾアクチュエータによる圧力室の燃料の加圧時
であっても紋りにより液圧の低下を防止するようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、プランジャ室の
燃料を溢流させる噴射量制御装置の圧力室は、プランジ
ャ室に対して弁体で分離されているので、プランジャ室
の容量が圧力室の分だけ大きくならない。その結果、燃
料を圧縮するためのプランジャ室の実質的容積が小さく
なり、吐出する燃料の高圧化を実現できる。逆に、噴射
量制御装置の圧力室の容積も小さくなるので、電気機械
変換素子を小型化できる。

また、圧力室は、プランジャ室に対して連通しておらず
、フィードポンプに接続された通路を介して低圧燃料が
供給されているので、該圧力室に燃料を常に充満させて
液圧を所定圧に初期化できるから、弁体の安定した作動
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による燃料噴射ポンプおよび
その周辺部を示す構成図、第２図は同実施例の要部の噴
射電制ｆｌ装置を示す断面図、第３図は同実施例の行程
を示すタイムチャート、第４図は従来の燃料噴射量制御
装置を示す断面図である。 １・・・フィードポンプ ３・・・燃料噴射ポンプ本体 ９・・・噴射量制御装置 ４５・・・プランジャ室　　４７・・・プランジャ６０
・・・通路（低圧通路） ７４・・・通路（高圧通路） ９５・・・ピエゾアクチュエータ （電気機械変換素子）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの駆動力を受けたプランジャによりプランジャ
   室の燃料を加圧して高圧通路から圧送し、この高圧通路
   を噴射量制御装置の弁体で開閉して該高圧通路に連通し
   た低圧通路に燃料を溢流させることにより燃料の圧送を
   停止する燃料噴射ポンプの噴射量制御装置において、 上記噴射量制御装置は、 上記弁体の一端面に面する燃料を充満している圧力室と
   、この圧力室の燃料に面するピストンと、電子制御装置
   からの制御信号を受けて伸縮することにより上記ピスト
   ンを介して圧力室の燃料を加圧する電気機械変換素子と
   、を有し、 上記圧力室には、高圧通路の燃料圧より低い液圧の燃料
   を供給する通路が連通し、かつ該通路は圧力室の加圧時
   に液圧が低下しないように形成されていることを特徴と
   する燃料噴射ポンプの噴射量制御装置。