JPH0524951U - 内燃機関用燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バッテリが外された場合に、燃料ポンプに印加
される実効電圧が不足して、ポンプの吐出量及び吐出圧
が不足するのを防止する。 【構成】内燃機関に取付けられた磁石式交流発電機の発
電コイル１が発生する単相交流出力を、整流回路２とレ
ギュレータ３とを通してバッテリ４と燃料ポンプ５に供
給する。燃料ポンプ５を駆動する直流電動機の電源端子
間にコンデンサ７を並列に接続し、これにより、バッテ
リ４が外されたときにレギュレータ３から燃料ポンプの
電動機に印加される直流電圧の平均値を増大させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関用燃料噴射装置のインジェクタに燃料を供給する燃料ポン プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置は、電磁石等により操作されるバルブ を備えたインジェクタと、該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、イン ジェクタに供給される燃料の圧力（燃圧）を一定に制御する圧力調整器とを備え ていて、燃料噴射指令が与えられたときにインジェクタのバルブを開いて燃料を 噴射するようになっている。

【０００３】 この燃料噴射装置を動作させるためには、機関の運転中燃料ポンプを駆動して インジェクタに燃料を供給する必要があり、また機関の始動を支障なく行わせる ためには、機関の始動時においても燃料ポンプから十分な量の燃料を吐出させる 必要がある。燃料ポンプは通常直流電動機により駆動されるポンプから成ってい て、機関に備え付けられたバッテリにより駆動されるようになっている。

【０００４】 内燃機関に備え付けられたバッテリは、機関に取付けられた磁石式交流発電機 の整流出力により充電されるが、磁石式交流発電機は機関の回転数の上昇に伴っ てその出力電圧が増大していくため、バッテリに印加される電圧が過大になるの を防ぐレギュレータ（電圧調整器）を必要とする。

【０００５】 図７は磁石式交流発電機により負荷を駆動する回路の構成を示したもので、同 図において１は機関に取付けられた磁石式交流発電機の固定子側に設けられた発 電コイル、２は発電コイル１から得られる単相交流出力を整流する整流器、３は 整流器２の出力電圧を設定値以下に制限するレギュレータである。レギュレータ ３の出力電圧はバッテリ４と、燃料ポンプ（直流電動機）５と、その他の負荷６ とに印加されている。

【０００６】 整流回路２は例えばダイオードブリッジ単相全波整流回路からなっていて、発 電機の出力の半サイクル毎に零点から立ち上がる脈流電圧を出力する。レギュレ ータ３は、整流回路２の出力電圧の波高値が所定の設定電圧（バッテリが１２Ｖ の場合には例えば１４Ｖ）を超えたときに、発電機の出力をサイリスタ等のスイ ッチにより短絡して、バッテリやその他の負荷に過大な電圧が印加されるのを防 ぐようになっている。図１０はこのような短絡形のレギュレータ３の動作波形を 示したもので、整流回路２から得られる正弦波状の脈流電圧Ｖ1 が設定電圧Ｖr に達するとレギュレータ３内のスイッチが発電コイル１を短絡するため、レギュ レータ３の出力電圧は設定電圧Ｖr に達した後零に立ち下がる波形になる。

【０００７】 従ってレギュレータ３の出力電圧の波形は図８の曲線ａのようにパルス状の波 形になる。この電圧がバッテリ４に印加されると、該バッテリの両端の電圧波形 は図８の曲線ｂのように平滑された波形になる。図７の回路において燃料ポンプ ５に入力される電圧の波形はこの曲線ｂのような波形であり、レギュレータの設 定電圧Ｖr 付近でほぼ正弦波状に振動する波形になる。

【０００８】 一方燃料ポンプの駆動源である直流電動機の出力は、該電動機に入力される実 効電圧の大きさ（入力電圧の平均値）にほぼ比例し、燃料ポンプ５の吐出量は実 効電圧にほぼ比例して変化する。図９はその様子を示したもので、同図において ａないしｃはそれぞれ、ポンプの入力電圧の平均値を定格電圧の５０％，１００ ％及び２００％としたときのポンプ電流（電動機の電機子電流）Ｉとポンプにか かるトルクτとの関係を示し、イないしハはそれぞれ入力電圧の平均値を定格値 の５０％，１００％及び２００％としたときのポンプの回転数Ｎとトルクτとの 関係を示している。

【０００９】 図９において、同じトルクがポンプにかかる場合、入力電圧が低いときほどポ ンプの回転数が低くなることが分かる。これは、同じ燃圧を確保しようとする場 合、入力電圧が低いほど燃料の流量が減少することを意味する。またポンプの回 転数を同一とした場合、入力電圧が低いほどポンプ電流が小さくなることが分か る。これは燃料の流量を同じにしようとすると、入力電圧が低いほど燃圧が低く なることを意味する。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

図７に示したように、磁石式交流発電機の単相交流出力を整流回路とレギュレ ータとを介して燃料ポンプに供給する場合、バッテリが正常に使える状態にあれ ば何等問題がないが、何等かの理由でバッテリが使用不可能になった場合、例え ばバッテリが盗難などにより外された場合や、バッテリ上りが生じた場合等には 、図８の曲線ａのようなレギュレータ３の出力電圧が直接燃料ポンプ５に入力さ れることになって、燃料ポンプに入力される電圧の平均値がきわめて低くなるた め、ポンプを十分に駆動することができなくなり、インジェクタに与えられる燃 圧が不足して燃料の噴射量が不足するという問題があった。

【００１１】 特に機関の始動時には、発電機の回転数を高くすることができないため、バッ テリを使用できない状態にあると、燃料ポンプに与えられる電圧の平均値が非常 に低くなる。そのため機関の始動を行わせるために必要な燃料を供給することが できなくなり、機関の始動を行わせることができなくなる。

【００１２】 船外機の場合にこのような事態が生じると帰港することができなくなるため、 非常に危険であり、またその他の車両等においても、機関の運転を継続すること ができなくなるため、その修復のために多くの手間を要することになる。

【００１３】 尚レギュレータに平滑用のコンデンサが設けられていれば、上記のような問題 は生じないが、一般にバッテリを搭載する機関においては、バッテリによりレギ ュレータの出力電圧が平滑されるため、平滑用コンデンサを設けてもコストの上 昇を招くだけで実益がない。従って一般に内燃機関用の磁石発電機とともに用い るように設計されたレギュレータには平滑用のコンデンサが設けられておらず、 該レギュレータの出力で燃料ポンプを駆動した場合には上記のような問題が生じ るのを避けられなかった。

【００１４】 本考案の目的は、バッテリを使用できない状態にある場合でも満足に動作する ことができるようにした内燃機関用燃料ポンプを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、直流電動機を駆動源として燃料噴射装置のインジェクタに燃料を供 給する内燃機関用燃料ポンプに係わるもので、本考案においては、燃料ポンプの 直流電動機の電源端子（燃料ポンプの電源端子と同じ）間にコンデンサを並列接 続しておく。

【００１６】 本考案においてはまた、上記コンデンサの正極性側の一端にダイオードのカソ ードを接続して、該ダイオードのアノードとコンデンサの他端とを外部からの直 流電圧の入力端子とするのが好ましい。

【００１７】

【作用】

上記のように燃料ポンプの電源端子間にコンデンサを接続しておくと、バッテ リを使用できない状態にある場合においても、レギュレータから燃料ポンプの電 動機に十分な電圧を供給することができる ここでレギュレータの出力端子間にバッテリが接続されていないものとする。 この場合、燃料ポンプの電源端子間に対して並列にコンデンサが接続されている と、該コンデンサが接続されていない場合に比べて発電機の負荷が大きくなる（ 電圧の立上がり時に流れる負荷電流が大きくなる）ため、コンデンサが接続され ていない場合に比べて発電機の出力電圧の立上がりが遅くなる。そのため、バッ テリが外されている場合に整流回路２から得られる出力電圧の波形は図３の曲線 Ｖ1 ´のようになり、レギュレータの出力電圧は曲線ａ´のようになる。電圧Ｖ 1 ´が設定電圧Ｖr に達してレギュレータが動作すると、レギュレータの出力電 圧は、コンデンサの電荷がポンプの内部インピーダンスを通して放電していくに 従って徐々に低下していく。そのため、燃料ポンプの入力電圧の平均値はコンデ ンサを接続しない場合の入力電圧の平均値よりも相当に高くなり、回転数が比較 的低い場合でも燃料ポンプを満足に動作させるのに十分な値になる。

【００１８】 上記のように、燃料ポンプの直流電動機の電源端子間にコンデンサを並列接続 しておくと、バッテリを使用できない状態でも電動機に印加される電圧の平均値 を高くすることができるため、バッテリが上った場合や何等かの理由でバッテリ が外された場合でも機関を運転することができる。

【００１９】 また上記のように燃料ポンプ側にコンデンサを接続するようにすれば、バッテ リを使用できない状態が生じた場合に、レギュレータ側の構成の如何に拘らず燃 料ポンプを正常に動作させることができる。

【００２０】 更に、レギュレータの出力電圧波形には多くの高調波成分が含まれているため 、この電圧がそのまま直流電動機に入力されると、電動機のブラシや整流子が損 傷されやすくなり、電動機の寿命が短くなるが、上記のようにコンデンサを接続 すれば、該コンデンサにより高調波成分を吸収できるため、電動機の寿命を長く することができる。

【００２１】

【実施例】

図１は本考案の実施例を示したもので、この実施例では燃料ポンプ５の直流電 動機の電源端子間にコンデンサ７が並列接続されている。磁石式交流発電機の発 電コイル１の出力が整流回路２とレギュレータ３とを介してバッテリ４と噴射ポ ンプ５とその他の負荷６とに供給されている点は図７に示した従来例と同様であ る。

【００２２】 本実施例で用いる整流回路２はダイオードブリッジ単相全波整流回路であり、 レギュレータ３は出力電圧が設定値に達したときに発電コイル１を短絡する短絡 形のものである。整流回路２及びレギュレータ３の構成の一例を図５に示した。 図５に示したレギュレータ３は、発電コイル１の一端と接地間及び他端と接地間 にそれぞれ接続されたサイリスタＳ1 及びＳ2 と、整流回路２の正極性の直流出 力端子にカソードが接続されたツェナーダイオードＺ1 と、ツェナーダイオード Ｚ1 のアノードとサイリスタＳ1 及びＳ2 のゲートとの間に接続された抵抗Ｒ1 とからなっている。

【００２３】 図４の回路において、整流回路２の出力電圧が設定値に達するとツェナーダイ オードＺ1 が導通してサイリスタＳ1 及びＳ2 に点弧信号が与えられるため、こ れらのサイリスタが導通し、発電コイルの正負の半サイクルの出力を短絡する。 また磁石式交流発電機は図２のような特性を有する。図２の曲線ａ，ｂ及びｃ はそれぞれ回転数をＮ1 ，Ｎ2 及びＮ3 （Ｎ１＜Ｎ2 ＜Ｎ3 ）としたときの磁石 式交流発電機の出力電圧と負荷電流との関係を示したものであり、同図の直線Ｌ 1 はコンデンサ７が接続されていない場合の負荷直線を示している。また直線Ｌ c はコンデンサ７が接続されている場合の負荷直線を示している。図２から分か るように、コンデンサ７を接続することにより発電機から見た負荷が増大し、各 回転数において流れる負荷電流が増大する。負荷電流が増大すると出力電圧の立 上がりが遅れるため、出力電圧がレギュレータの設定電圧に達するまでに要する 時間が長くなる。

【００２４】 今燃料ポンプ５にコンデンサ７が接続されていない場合に発電機がある回転数 で図３のＶ1 のような出力電圧を発生するものとする。燃料ポンプにコンデンサ ７が接続されると、電機子反作用の増加により同じ回転数における発電機の出力 電圧が図３のＶ1 ´のようになり、その立上りが遅れる。発電機が図３の電圧Ｖ 1 を出力しているときには、レギュレータ３の出力電圧の波形は同図の曲線ａの ようになるが、発電機が出力電圧Ｖ1 ´を発生する（コンデンサ７が接続されて いる）ときには、レギュレータの出力電圧の波形が図３の曲線ａ´のようになり 、その平均値が増大する。またレギュレータが発電コイルを短絡した後は、コン デンサ７に蓄積された電荷がポンプを通して放電する（図３の斜線部）ため、ポ ンプに印加される電圧の平均値は更に高くなる。

【００２５】 上記のように、燃料ポンプの電源端子間にコンデンサを接続しておくと、発電 機から見た負荷が大きくなって、発電機の出力電圧の立上りが遅れるため、レギ ュレータの出力電圧の波形は図８の曲線ｃのようになり、その平均値が増大する 。バッテリが外された場合にはこの図８の曲線ｃのような波形の電圧が燃料ポン プに印加されるため、燃料ポンプの入力電圧の平均値を十分大きくすることがで き、燃料ポンプを支障なく動作させることができる。

【００２６】 図４は本考案の他の実施例を示したもので、この実施例では、コンデンサ７の 正極性側の一端にダイオード８のカソードが接続され、このダイオード８のアノ ードとコンデンサ７の他端とがそれぞれ外部からの直流電圧の入力端子となって いる。その他の点は図１の実施例と同様である。

【００２７】 図４のようにダイオード８を設けると、コンデンサ７の電荷が燃料ポンプ以外 の負荷（バッテリ４及び負荷６）を通して放電することがなく、コンデンサ７の 電荷はすべて燃料ポンプ５を通して放電するため、燃料ポンプに印加する電圧の 平均値を更に高くすることができる。

【００２８】 上記の実施例では、レギュレータとして短絡形のものを用いたが、整流回路と 負荷との間にトランジスタ等の制御素子を挿入して、負荷電圧を設定値以下に保 つように該制御素子の内部抵抗を制御する定電圧形のレギュレータ等を用いる場 合にも本考案を適用できる。図６は定電圧形のレギュレータを用いる場合の電圧 波形を示したもので、同図（Ａ）は整流回路２の出力電圧波形を示し、（Ｂ）は バッテリが外されている場合のレギュレータの出力電圧波形を示している。この 場合もバッテリが外されているときにレギュレータの出力電圧が零に立ち下がる ため、この電圧をそのまま燃料ポンプに印加すると、ポンプの吐出量及び吐出圧 が不足し、燃料噴射装置を満足に動作させることができない。これに対し、本考 案のように燃料ポンプの電源端子間にコンデンサが接続されていれば、バッテリ が外されている場合でも、図６（Ｃ）のように平滑された電圧をポンプの電動機 に入力することができるため、ポンプを十分に駆動することができる。

【００２９】 また上記実施例のように、燃料ポンプ（直流電動機）の電源端子間にコンデン サを接続しておくと、該コンデンサによりレギュレータの出力電圧に含まれる高 調波成分を吸収できるため、電動機のブラシや整流子の損傷を少なくすることが でき、ポンプの電動機の耐久性を向上させることができる。

【００３０】

【考案の効果】

以上のように、本考案によれば、燃料ポンプの直流電動機の電源端子間にコン デンサを並列接続したことにより、バッテリが上った場合やバッテリが外された 場合に燃料ポンプ（直流電動機）に印加される電圧の平均値を高くすることがで きる。従ってバッテリが上った場合や、何等かの理由でバッテリが外された場合 でも燃料ポンプの吐出量及び吐出圧を十分確保して、機関の起動及び運転を行わ せることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の燃料ポンプの駆動回路の構成
を示したブロック図である。

【図２】磁石式交流発電機の出力電圧対電流特性の一例
を示した線図である。

【図３】燃料ポンプにコンデンサを接続した場合のレギ
ュレータの出力電圧波形と燃料ポンプにコンデンサを接
続しない場合のレギュレータの出力電圧波形とを比較し
て示した波形図である。

【図４】本考案の他の実施例の燃料ポンプの駆動回路の
構成を示したブロック図である。

【図５】本考案の実施例で用いる整流回路及びレギュレ
ータの構成例を示した回路図である。

【図６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ定電圧形のレギュ
レータが用いられる場合の整流回路の出力電圧波形及び
レギュレータの出力電圧波形を示した波形図、（Ｃ）は
同レギュレータを通して駆動される燃料ポンプに本考案
を適用した場合にポンプに印加される電圧の波形を示し
た波形図である。

【図７】従来の燃料ポンプの駆動回路の構成を示したブ
ロック図である。

【図８】従来例でバッテリが接続されている場合、従来
例でバッテリが外されている場合及び本考案の実施例で
バッテリが外された場合にそれぞれ燃料ポンプに印加さ
れる電圧の波形を比較して示した波形図である。

【図９】燃料ポンプの回転数とトルクとの関係及び燃料
ポンプを流れる電流とトルクとの関係をポンプの印加電
圧をパラメータとして示した線図である。

【図１０】従来例において、レギュレータから得られる
電圧の波形を示した波形図である。

【符号の説明】

１…磁石発電機の発電コイル、２…整流回路、３…レギ
ュレータ、４…バッテリ、５…燃料ポンプ、６…その他
の負荷、７…コンデンサ、８…ダイオード。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電動機を駆動源として燃料噴射装置の
   インジェクタに燃料を供給する内燃機関用燃料ポンプに
   おいて、 前記直流電動機の電源端子間にコンデンサが並列接続さ
   れていることを特徴とする内燃機関用燃料ポンプ。
2. 【請求項２】前記コンデンサの正極性側の一端にダイオ
   ードのカソードを接続し、該ダイオードのアノードと前
   記コンデンサの他端とを外部からの直流電圧の入力端子
   としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃
   料ポンプ。