JPH02176158A - 可変吐出量高圧ポンプ - 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、内燃機関用燃料噴射装置に関し、特に、高圧
燃料を蓄圧するコモンレールを有し、電子式噴射弁によ
って内燃機関に燃料を噴射する所謂コモンレール式燃料
噴射装置に用いる高圧燃料を蓄圧するための高圧燃料供
給ポンプに関する。

［従来の技術］ 近年の省燃費性能の向上、排ガスの浄化、運転性の向上
等の要求によりディーゼルエンジンにおいても電子制御
化が進んでおり、特に、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃
料噴射圧力、燃料噴射率等の噴射特性を制御可能なコモ
ンレール式電子制御噴射装置が有望視されてきた。コモ
ンレール式電子制御噴射装置は高圧燃料供給ポンプで加
圧した燃料をコモンレールへ圧送し、高圧燃料を蓄圧す
るコモンレールから燃料噴射弁を介して内燃（ディーゼ
ル）機関に燃料を噴射するものである。

この燃料噴射弁（インジェクタ）を電子制御するシステ
ムは特開昭５９−１６５８５８号公報に提案されている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の装置ではコモンレールに高圧
燃料を蓄圧する高圧燃料供給ポンプの性能が大きくシス
テムに影響していた。すなわち、エンジンから要求され
る全ての運転条件の下で、最適のコモンレール圧を生成
するためには、圧送毎回ごとに最適量の高圧燃料を安定
して吐出する必要がある。しかし、蓄圧される燃料圧力
がエンジンの運転状態に応じた変化に追従できず各種の
運転条件下で所望の燃料圧力を維持できないという問題
点があった。

そこで、本出願人は、蓄圧される燃料の燃料圧力を、デ
ィーゼル機関の運転状態に応じて所定燃料圧力に良好な
精度で変化する調節可能な可変吐出量高圧ポンプを特願
昭６２−２５６８２７号として提案しているが、本発明
はさらに精度の良い安定した最適コモンレール圧を低駆
動エネルギです早く送出することができると共に、特に
低速などの運転条件が厳しい状況においても安定したコ
モンレール圧を速やかに生成できる可変吐出量高圧ポン
プを提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、内燃機関に供給する高圧燃料を蓄圧するコモ
ンレールに燃料をプランジャにより加圧・圧送する可変
吐出量高圧ポンプであって、前記プランジャの加圧・圧
送行程前半のカム加速度を最大とするカムプロフィルを
有する非等速カムにより往復動するプランジャをポンプ
シリンダに嵌挿し、プランジャの一方の移動時に燃料を
加圧・圧送し、燃料の加圧・圧送開始時期と吐出量とを
外開式電磁弁により制御する構成を具備する。

［作用］ ポンプシリンダに挿嵌し、カムプロフィルに沿ってポン
プシリンダ内を上昇・下降の往復ＭｅＪするプランジャ
は、下降時に低圧燃料を吸入、その−上昇時の初期は低
圧燃料を押圧してゆき１回転速度、アクセル操作量、コ
モンレール圧力、カム軸のカム角度等により演算制御さ
れる外開式電磁弁の閉弁時以後は燃料を加圧する。コモ
ンレールへの大量吐出要求により、プランジャ上昇行程
初期に電磁弁が閉弁制御されると、加圧・圧送行程前半
はカム加速度によりプランジャの移動速度は加速され、
それに伴い燃料は急速に昇圧し、短時間で外開式電磁弁
を閉弁状態に維持するに充分な内圧に達し、短い閉弁制
御時間であっても大量の高圧燃料の圧送ができる。

［実施例］ 次に１本発明の実施例を図面により説明する。

実施例１ 第１図は可変吐出量高圧ポンプを備えるコモンレール式
燃料噴射制御装置の構成説明図である。

コモンレール式燃料噴射制御装置１は、６気筒のディー
ゼルエンジン２．ディーゼルエンジン２の各気筒に燃料
を噴射するインジェクタ３．このインジェクタ３に供給
する高圧燃料を蓄圧するコモンレール４．コモンレール
４に高圧燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプである可変
吐出量高圧ポンプ５およびこれらを制御する電子制御装
置（ＥＣＵ）６とから構成する。

インジェクタ３からディーゼルエンジン２の各気筒への
燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射率等の燃料噴射特
性はＥＣＵ６から燃料噴射用電磁弁７への信号により制
御する。

可変吐出量高圧ポンプ５は、燃料タンク８から低圧供給
ポンプ９を経て吸入する燃料を高圧に加圧した後、供給
配管１０を介してコモンレール４に高圧燃料を圧送する
。

ＥＣＵ６は送付される回転速度センサ、アクセル操作量
センサ、コモンレール圧力センサ、可変吐出量高圧ポン
プ５のカムシャフトのカム角度センサ等の検出信号より
演算し、燃料噴射用電磁弁７および可変吐出量高圧ポン
プ５に制御信号を出力する。

次に、可変吐出量高圧ポンプ５の構成を説明する（第２
図参照）。

可変吐出量高圧ポンプ５は、ハウジング２０とその下端
部に設けるカム室３０．ハウジング２０内に配設するポ
ンプシリンダ２１．ボンブシリンダ２１に連通し、前記
低圧供給ポンプ９から低圧燃料の供給を受ける導入管２
２およびポンプシリンダ２１上端部に螺着する電磁弁６
０とより構成する。

ポンプシリンダ２１内部にはプランジャ２３を液密を保
って摺動自在に嵌挿する。プランジャ２３は円柱形状を
なし、プランジャ２３の上端面はポンプシリンダ２１の
内周面とによりポンプ室２４を形成する。ポンプシリン
ダ２１にはポンプ室２４に連通ずるフィードホール２５
および吐出孔４１を穿設する。フィードホール２５の一
端はポンプシリンダ２１とハウジング２ｏとの間に形成
する燃料溜２６に連通し、！Ｉ８料溜２６は低圧燃料導
入管２２に連通ずる。そして、燃料溜２６には導入管２
２を介して低圧供給ポンプ９からの低圧燃料が供給され
る。吐出孔４１は逆止弁４２を介して吐出口４５に連通
し、ポンプ室２４で加圧された燃料は逆止弁４２の弁体
４３をリターンスプリング４４の付勢力に抗して押し開
き、吐出口４５から供給配管１０を通り、コモンレール
４に圧送される構成となっている。プランジャ２３の下
端部は弁座３５に連結し、弁座３５はプランジャスプリ
ング２７によりカムローラ３３を備えるタペット３４に
押圧される。

カム室３０内にはエンジン２の回転速度の１／２の速度
で回転するカム軸３１が挿通し、カム軸３２にはカムロ
ーラ３３に転接するカム３２を固定する。そして、カム
軸３１の回転によりプランジャ２３は、カムローラ３３
．タペット３４を介してカム３２のカムプロフィルに沿
って上下（往復）動する。

力１１３２は、カムプロフィルのプランジャ２３の下死
点をカム角度Ｏ度とすると、カム角度Ｏ度から約３０度
程度までのカム曲面を曲率Ｒ工の中心がカム３２の外側
となるような円弧状の凹曲面３２ａとし、他のカム曲面
の曲率の中心がカム３２の内側となる曲面３２ｂに形成
し、カム角度９０度でプランジャ２３の上死点となるカ
ムプロフィルを有するほぼ楕円形状をなすカムである。

上昇行程初期のカム形状が円弧状凹曲面３２ａとなって
いるので、プランジャ２３の上昇はカム面によって与え
られる加速度が生ずる。第３図はカム３２のカム角度に
対応するカム速度およびリフト量を表わすグラフである
。カム角度が小さく、リフト量が少ない段階で力１１速
度がピークとなり、それ以降上死点に達するまでカム速
度は低下する。

また、リフト量は、カム角度が小さい段階、すなわちリ
フト量が少ない上昇行程前半における上昇率は大きく、
リフト量が大となりカム速度が下降し始める上昇行程後
半における上昇率は小さくなっている。カム３２はカム
軸３１の１回転に対して２度の上昇・下降行程を実行し
、上昇前半の上昇速度は徐々に高速化し、上昇行程後半
の上昇速度は低速となる非等速度のカム曲線を有する。

ポンプシリンダ２１上端に螺合する電磁弁６０は、ポン
プ室２４に下端を開口する低圧通路６１を開口・遮断す
る外聞弁である弁体６２を備えている。電磁弁６０の弁
体６２は通常スプリング６５により低圧通路６１を開口
するが、通電されるとスプリング６５の勢力に抗して移
動し、低圧通路６１とポンプ室２４とを遮断する。そし
て弁体６２はポンプ室２４内部の燃料圧力を閉弁方向の
圧力として受けるので、燃料圧が高くなる程にそのシー
ル性が良くなる。

低圧通路６１はギヤラリ−６３および通路６４を介して
燃料溜２６に連通ずる。

このように構成する可変吐出量高圧ポンプ５の作用は、
カム軸３１の回転に伴って、カム３２の有するカムプロ
フィルにならって上下動するカムローラ３３および弁座
３５を介してプランジャ２３がポンプシリンダ２１内を
上下（往復）動する。なお、プランジャ２３の下降は、
プランジャスプリング２７の復帰力によりなされる。プ
ランジャ２３が下降時フィードホール２５を開口すると
導入管２２を介して低圧燃料がポンプ室２４内に吸入さ
れる。そして、プラジャ２３の上昇時、フィードホール
２５を閉塞しながら燃料を押圧してゆく。この時、電磁
弁６ｏが電通されていないと弁体６２は開弁じた状態で
低圧通路６１を開口しているので、ポンプ室２４内の燃
料は低圧通路６１、ギヤラリ−６３９通路６４を通って
燃料溜２６に溢流し、加圧されない。プランジャ２３の
上昇時電磁弁６０に通電し、弁体６２が低圧通路６１を
遮断すると、ポンプ室２４内の燃料は加圧され始める。

そして、ポンプ室２４内の燃料圧力が逆止弁４２のリタ
ーンスプリング４４の付勢力とコモンレール４の圧力と
弁体４３の受圧面積で決まる力の合力を越えると、逆止
弁４２を押し開き吐出孔４１．吐出口４５を通って高圧
燃料がコモンレール４へ圧送される。

従って、電磁弁６ｏへの通電時期を制御することにより
コモンレール４への吐出量が調節できる。

次に、コモンレール式燃料噴射制御装置１における電磁
弁６０の制御を第４図により説明する。

カム軸３１には、タイミングギヤ３６とエンジン２の気
筒数の１／２の個数の可変吐出量高圧ポンプ５（この実
施例においては３個）を配設するものであるが、第４図
においては便宜上２気筒の場合を説明する。タイミング
ギヤ３６に近接対向して電磁ピックアップからなるカム
角度センサ３８を設ける。タイミングギヤ３６には可変
吐出量高圧ポンプ５に対応する個数の２倍（カム軸１回
転で２−に昇行程を実行）の突起３７を有し、カム角度
センサ３８は通過する突起３７を検知して基準パルスを
ＥＣＵ６に出力する。タイミングギヤ３６のカム軸；３
１に対する取付位相は、各可変吐出量高圧ポンプ５のカ
ム３２の下死点近傍の回転位相でカム角度センサ３８に
接近するように設定する。

一方の可変吐出量高圧ポンプ５ａのプランジャ２３ａは
カム３２ａの下死点部分でカムローラを介して転接して
おり、プランジャ２３ａはこれからカム３２ａのカムプ
ロフィルに沿って上昇し。

燃料の加圧を開始するところであり、もう一方の可変吐
出量高圧ポンプ５ｂのプランジャ２３ｂは、この段階で
カム３２ｂのカムプロフィルに沿っである程度上昇しポ
ンプ室２４ｂ内の燃料を加圧している状態を示めしてい
る。

プランジャ２３ａ、２３ｂは吸入した低圧燃料を押圧し
てゆき、ＥＣＵ６で基準パルスが出力されてから前述各
センサの検知信号から演算した制御時間の後に電磁弁６
０ａ、６０ｂに通電し弁体６２を閉じる。この間、プラ
ンジャ２３ａ。

２３ｂは吸入した低圧燃料を押圧し、溢れた燃料を低圧
通路６１に流出させる。弁体６２が閉じた段階でのポン
プ室２４ａ、２４ｂ内の燃料は加圧され始め、燃料圧力
が高圧となると電磁弁６０ａ。

６０ｂは開弁許可状態であっても閉弁状態を継続しある
圧力まで高圧になると、逆止弁４２ａ。

４２ｂを押し開き吐出口４５ａ、４５ｂから高圧燃料を
吐出する。

次に第５図により可変吐出量高圧ポンプ５の作動を時間
経過に沿ってみると、カム角度センサ３８から発生する
基準パルスから制御時間Ｔよ遅れて電磁弁制御信号が開
弁時間Ｔ。の閉弁を指示する。プランジャ２３はこの時
点Ａでリフト量Ｐ工まで上昇している。電磁弁６０が閉
弁することにより、この時点Ａから燃料の圧送が開始し
、プランジャ２３が最高点Ｐ、に達する時点Ｃまでのス
トロークＳ工分の燃料がコモンレールへ吐出する。また
は、基準パルスから制御時間１゛、遅れて電磁弁制御信
号が閉弁を指示（破線で表す）すると、この時点Ｂでの
プランジャ２３はリフト量Ｐ２まで上昇しており、燃料
の圧送はプランジャ２３が高さＰ、から高さＰ、までの
ストロークＳ７だけとなる。つまり、基準パルスからの
制御時間Ｔｎを長くとれば燃料のコモンレールへの圧送
量が減少し、短くすれば増加する。このことより、吐出
量は制御時間Ｔｎにより制御できることがわかる。

では次に、カム速度と制御時間、プランジャリフト量と
の関係をみる。

本発明によるカムのカム速度はプランジャの上昇行程の
前半で高く設定しであるので、カム速度の時間経過に対
する変化は第５図の実線で表わすグラフの如くである。

すなわち、制御時間Ｔ□を短くし、吐出量を大歇とする
時１時点Ａでの圧送開始（閉弁時）におけるカム速度は
ｖｌとなる。

そして、圧送が進むにつれて、カム速度は大きくなり、
プランジャ上昇行程の前半でピークをむかえ、その後、
カム速度は次第に小さくなる。

では、カム速度をプランジャ上昇行程の後半に高くなる
ように設定した場合の圧送状態はどのようになるかをみ
て、本発明の可変吐出量高圧ポンプの圧送と比較する。

カム速度のピークを後半に設定するとカム速度の時間経
過に対する変化は。

第５図の２点鎖線で表わすグラフとなり、制御開始時点
Ａでのカム速度はＶｘとなる。グラフからもわかるよう
に制御開始時点Ａでのカム速度Ｖは、本発明の加速度■
□の方が大きい。

制御信号は、基準パルスから制御時間Ｔ、遅れで電磁弁
に閉弁指示をし、一定時間Ｔ０で開弁許可状態となる。

しかし、信号は開弁許可状態となって、電磁弁が非通電
状態であっても、本発明可変吐出量高圧ポンプは外開式
の電磁弁を使用するものであるからポンプ室の圧力が高
圧であればその圧力によって電磁弁は閉弁状態を維持し
、圧送がプランジャ上死点まで継続される。ところが、
低速運転時、特にコモンレール圧をす早く生成維持する
ため大吐出量が必要である始動時などの超低速域におい
ては、同一カムプロフィルであっても実際のプランジャ
上昇速度は低くなる。そのため、圧力上昇は遅くなる。

一方、閉弁時間Ｔ０は、可変吐出量高圧ポンプの使用を
より高速運転時まで可能とするため短時間で開弁許可状
態とした方が望ましいため、閉弁指示時間１゛。は可能
な限り短くしである。このように、カム速度が低く、閉
弁時間Ｔ０が短いと、時間Ｔ０の間にポンプ室内の燃料
圧が、電磁弁の閉弁を維持するだけの圧力まで圧力上昇
せず、圧送が上死点まで継続する前に開弁じてしまい、
低圧通路側に燃料が流れ、信号は大吐出量を指示してい
るにもかかわらず、吐出量は零となる。

しかし、本発明の可変吐出量高圧ポンプは、プランジャ
上昇行程の前半にカム速度がピークとなり、特に、制御
開始時点ですでにある程度のカム加速度に達しプランジ
ャの上昇も加速度を増し高速となっているので、プラン
ジャ上昇初期の短時間にポンプ室の圧力を外開式電磁弁
を閉弁状態に維持するに充分な高圧とすることができる
。よって、高速運転時にも十分可変吐出量高圧ポンプが
作動できるよう閉弁指示時間Ｔ、を短く設定しても、短
い閉弁指示時間Ｔ。の時間内に閉弁状態が継続できるだ
けのポンプ圧を確保できるので、短時間で開弁許可状態
となっても圧送がプランジャ上死点まで継続でき、超低
速運転時の大量吐出量が確保できる。

大量吐出量を要求されない場合、すなわち、制御時間Ｔ
２遅れで電磁弁に閉弁指令をする場合、時点Ｃにおける
カム速度は、後半にカム加速度のピークを設定するカム
の場合（第５図２点鎖線のグラフ）よりも実線で示す前
半にカム加速度のピークを設定するカムの方が低くなっ
てしまうが。

電磁弁が閉弁する（時間Ｔ２）までの助走期間およびデ
ッドボリュームの低下があいまって、ポンプ室の圧力は
より昇圧しやすい状態となっており、外開式の電磁弁を
閉弁状態に維持するだけの内圧は確保でき、再開弁を防
止できる。

このように、本実施例の可変吐出量高圧ポンプは、高速
運転時の要求を満足しつつ、始動時等の超低速運転時の
要求である大吐出量が確保でき、運転条件の如何にかか
わらず安定して最適のコモンレール圧を生成することが
できる。

実施例２ この実施例においては、実施例１に使用した可変吐出量
高圧ポンプ５におけるカム軸１回転に２行程を実行する
非等速カムに替えて、カム軸１回転に３行程を実行する
非等速カムを使用する。

本実施例のカムを第６図、第７図に示す図面により説明
する。

第６図はカム１３２の正面図である。可変吐出量高圧ポ
ンプのカム軸３１に配設するカム１３２のカムプロフィ
ルのプランジャ２３の下死点となるカム角度を０度とし
、このカム曲面を凹曲面１３３とすると共に、カムプロ
フィルでプランジャ２３の上死点となる頂部１３４まで
のカム角度αを６０度とする。カム凹曲面１３３は２曲
率Ｒ２の中心がカム１３２の外側となる円弧形状をなし
、カム角度２０度まで、およびカム角度約１００度から
１２０度までの角部βに対応するカム曲面をそれぞれ凹
曲面１３３とし、他のカム曲面１３５は曲率中心をカム
１３２の内側に有する曲面とする。すなわち、上昇行程
前半と下降行程後半が円弧状凹面１３３となり、この間
のカム速度は高速となる。そして、カム１３２はカム軸
３１が１回転する間に同一プロフィルを３回形成すべく
頂部１３４と凹曲面１３３とを３ケ所形成した形状をな
す。

第７図は、カム１３２のカム角度に対するカム速度およ
びリフト量の変化を表わすグラフである。

カム速度はカム角度が２０度近傍である上昇行程前半に
ピークに達する。上昇行程前半でのリフト量は小さいが
、その上昇率は大きい、そして、カム速度がピークをす
ぎて降下する上昇行程後半のリフト量は大きいが、その
上昇率は小さい。

すなわち、上昇行程前半に高圧まで燃料加圧ができるカ
ムであり、このカム１３２を用いた可変吐出量高圧ポン
プも実施例１が有する作用・効果を達成し、さらに、カ
ム軸３１の回転をより低速とすることができる。

［発明の効果］ 本発明は、燃料の加圧・圧送時期と吐出量の制御に外開
式電磁弁を用いているので、シール性が良く、もれ損失
も少ない。また、電磁弁はいったん閉弁し、内圧が高く
なると高い程シール性が良くなる外開式なので、上昇行
程前半に閉弁を維持できる圧力に昇圧することにより、
閉弁制御時間を短時間とすることができるのであるが、
本発明の非等速カムは、上昇行程前半のカム速度を大と
してプランジャの上昇速度を高速としているので、上昇
行程初期の短時間に外開式の電磁弁を閉弁維持できる圧
力に加圧することができる。そして高速運転時用に電磁
弁の閉弁制御時間を短かくしても、短時間のうちに燃料
圧を高圧とすることができるので、コモンレールをす早
く生成維持するために大吐出量を必要とする低速域、特
に始動時等の超低速域における大吐出量の高圧燃料の圧
送ができる。

このように、プランジャ上昇行程前半に力１１速度を最
大とするカムプフィルを有する非等速カムにより燃料の
・加圧・圧送をなす可変吐出量高圧ポンプは、超低速か
ら高速までのすべての運転条件で安定して精度のよい最
適コモンレール圧をす早く生成送出する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コモンレール式燃料噴射制御装置の構成説明
図。 第２図は、可変吐出量高圧ポンプの断面図。 第３図は、カム角度に対するカム速度およびリフト量の
グラフ、 第４図は、可変吐出量高圧ポンプの制御説明図、第５図
は、可変吐出量高圧ポンプの作動説明図。 第６図は、カムの他の実施例を示す正面図、第７図は、
第６図のカムにおけるカム角度に対するカム速度および
リフト量のグラフで ある。 ２・・・エンジン、　　　　　３・・・インジェクタ。 ４・・・コモンレール、　５川可変吐出量高圧ポンプ。 ６・・・ＥＣＵ、　　　　　　　２１・・・ポンプシリ
ンダ。 ２３・・・プランジャ。 ３１・・・カム軸。 ３２ａ・・・凹曲面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポンプシリンダと、前記ポンプシリンダに往復運
   動自在に嵌挿し、前記往復運動の何れか一方の移動行程
   時に燃料を加圧・圧送するプランジヤと、前記燃料の加
   圧・圧送時期と吐出量とを制御する外開式電磁弁と、前
   記プランジヤを往復動せしめるカムとよりなり、内燃機
   関に供給する高圧燃料を蓄圧するコモンレールに燃料を
   加圧・圧送する可変吐出量高圧ポンプにおいて、 前記カムは、前記プランジヤの前記加圧・圧送行程前半
   にカム速度を最大とするカムプロフイルを有する非等速
   カムであることを特徴とする可変吐出量高圧ポンプ。
2. （２）前記カムのカムプロフイルは、前記プランジヤの
   前記加圧・圧送行程の開始時付近で曲率中心をカムの外
   側とする少なくとも１つの円弧面をなすことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の可変吐出量高圧ポン
   プ。