JPH10252593A - 燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧送室の反対側に吸入室を設けた単気筒
ポンプ１を単気筒ポンプユニット１として２個以上用い
る場合に、各単気筒ポンプユニット１の取付け角度差
（プランジャリフトの位相差）を最適に設定することに
より、低圧側の脈動を効果的に低減することができる燃
料供給ポンプを提供すること。 【解決手段】 単気筒ポンプユニット１のそれぞれの取
付け角度差（プランジャリフトの位相差）を所定値にす
ることに着目し、プランジャの圧送室とは反対側に、燃
料供給通路２３に連通する吸入室を設けた単気筒ポンプ
ユニット１をｍ個使用するとともに、駆動軸一回転あた
りのカムのカム山数をｎとしたときに、各単気筒ポンプ
ユニット１のプランジャリフト位相差△θを、△θ≒
（３６０／ｎ）×（１／２）×（１／ｍ）、となるよう
に設定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料供給ポンプにか
かるもので、とくに筒内直接噴射式燃料噴射装置などに
装備される単気筒ポンプを複数個用いた場合にその吸入
脈動を低減することができる燃料供給ポンプに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】たとえばエンジンのシリンダー内にガソ
リンなどの燃料を直接噴射する筒内直接噴射式燃料噴射
装置については、そのエンジンへの搭載性の向上のた
め、およびコストが比較的高い多気筒ポンプに代わって
そのコスト低減を図るため、単気筒の高圧ポンプが考案
されている。しかしながら、この単気筒ポンプは、燃料
の吸入および吐出が間欠的であるため、その吸入側（低
圧側）および吐出側（高圧側）ともに大きな圧力脈動を
発生させるという問題がある。この圧力脈動は、ポンプ
の運転にあたって騒音を発生することはもとより、吸入
圧力の安定化に悪影響を及ぼすとともに、噴射装置への
供給圧力の不安定化からエンジンの安定運転に支障があ
るという問題がある。

【０００３】この単気筒ポンプの高圧側である吐出側に
は、アキュムレータ（蓄圧器）を装備することにより、
吐出側の高圧脈動を吸収することは可能である。しかし
ながら、単気筒ポンプの低圧側である吸入側にもアキュ
ムレータを装備することはコストアップにつながるとい
う問題がある。

【０００４】この種のポンプに関する公知資料として
は、特開昭５５−１２５３７３号、特開昭５９−１２１
８５号、特開昭６１−２６５３６４号、特開平３−４３
６８２号、特開平７−７７１６０号などがある。

【０００５】上述のように単気筒ポンプは、そのポンプ
作用にともなって吸入側も間欠状態になるために、吸入
弁の急な開閉によるいわゆる「水撃現象」により、低圧
吸入側に圧力脈動が発生し、エンジン回転数およびこれ
にともなう燃料噴射量の増加にともない、この圧力脈動
が増加することになる。こうした問題を解決するために
本出願人は、単気筒ポンプの吸入脈動低減装置を提供し
ている（特願平８−３１１２６１号）。

【０００６】図１ないし図４にもとづき、この単気筒ポ
ンプ１について概説する。図１は、単気筒ポンプ１の断
面図であって、単気筒ポンプ１は、ポンプハウジング２
と、ベローズハウジング３と、ベローズ４と、プランジ
ャバレル５と、と、プランジャ６と、プランジャスプリ
ング７と、カム当接シュー８と、吸入弁９および吐出弁
１０を形成したリーフバルブ１１と、吸入脈動低減装置
１２と、を有する。なおポンプハウジング２には、アキ
ュムレータ１３を一体的に構成してある。

【０００７】ベローズ４は、これをベローズハウジング
３とカム当接シュー８との間に固定し、その内部のベロ
ーズ室１４（リーク燃料）と外部のカム室１５（潤滑
油）とを互いに分離している。

【０００８】プランジャバレル５には、プランジャ摺動
孔１６を形成してある。カム当接シュー８に当接すると
ともにエンジンなどにより駆動軸１７を介して駆動する
カム１８の駆動力およびプランジャスプリング７の付勢
力によって、プランジャ摺動孔１６内部をプランジャ６
が往復動して、吸入弁９および吐出弁１０と共働し、ポ
ンプ作用を行う。

【０００９】プランジャ６によるポンプ作用は、吸入脈
動低減装置１２による吸入脈動低減作用を受ける。すな
わち、図２は、吸入脈動低減装置１２を説明するための
等価燃料回路を示す概略説明図であって、図２および図
１に示すように、吸入脈動低減装置１２においては、プ
ランジャ６の図中上方の圧送室１９（プランジャ室）
と、圧送室１９とは反対側の下方の吸入室２０と、をプ
ランジャバレル５内に形成する。

【００１０】プランジャ６は、これを二体構造（高圧油
密部６Ａおよび低圧油密部６Ｂ）とし、それぞれ必要な
精度で加工することができるようにしてある。すなわ
ち、プランジャ６の大径部を高圧油密部６Ａとし、さら
に小径部を低圧油密部６Ｂとした二体構造としてある。
したがって、これらの同軸度に関係なく、高圧油密部６
Ａおよび低圧油密部６Ｂのクリアランスをそれぞれ独立
に最適にすることができるようにした。

【００１１】ただし高圧油密部６Ａは、その下部に高圧
油密部６Ａより小径の小径連続部６Ｃを形成することに
より吸入室２０の容積を設計し易くしている。なお、小
径連続部６Ｃの下端面と低圧油密部６Ｂの上端面とは接
触し合っているだけで一体に固定構造とする必要はな
い。

【００１２】燃料タンク２１からフィードポンプ２２
（電動ポンプ）により燃料供給通路２３を介して単気筒
ポンプ１に供給される燃料は、分岐点２４において圧送
側燃料通路２５（吸入通路）および吸入側燃料通路２６
（流入通路）に分岐しており、圧送側燃料通路２５が圧
送室１９に、吸入側燃料通路２６が吸入室２０にそれぞ
れ連通する。なお、フィードポンプ２２には低圧レギュ
レータ２７を接続してある。

【００１３】つまり、圧送室１９は吸入弁９を介してフ
ィードポンプ２２にこれを接続し、吸入室２０は吸入側
燃料通路２６を介してフィードポンプ２２にこれを接続
してある。

【００１４】さらに吸入脈動低減装置１２においては、
圧送室１９の圧送容積１９Ｓ（単気筒ポンプ１の吐出容
量）を吸入室２０の容積２０Ｓの２倍としてある。すな
わち、プランジャ６はその高圧油密部６Ａのみがプラン
ジャ摺動孔１６に摺動可能に嵌合し、その低圧油密部６
Ｂは吸入室２０に臨んでプランジャバレル５に摺動可能
に嵌合している。換言すれば、高圧油密部６Ａの外直径
部分による燃料の押退け量が、高圧油密部６Ａの外直径
部分と低圧油密部６Ｂの外直径部分との差による環状部
分による押退け量の２倍となっている。もちろん、この
比は、これを任意に設定することができる。

【００１５】吐出弁１０が連通する燃料吐出通路２８に
は、分岐点２９からアキュムレータ１３、および逆止弁
３０を介してコモンレール３１を接続し、燃料圧力を蓄
圧したコモンレール３１から燃料噴射弁３２を介して、
所定のタイミングで燃料をたとえばエンジンのシリンダ
ー内に直接噴射する。

【００１６】前記アキュムレータ１３は、その内部にダ
イヤフラム３３（図１）を有し、単気筒ポンプ１の駆動
にともなう高圧側の圧力変動（脈動）を吸収可能として
いる。する。

【００１７】こうした構成の単気筒ポンプ１および吸入
脈動低減装置１２において、カム１８の駆動により、プ
ランジャ６をプランジャ摺動孔１６内で往復動させ、リ
ーフバルブ１１における吸入弁９および吐出弁１０の作
用により燃料の吸入作用および圧送作用を行う。ただ
し、このポンプ作用において、プランジャ６の下死点へ
の下降運動および上死点への上昇運動にともない、その
吸入側（低圧側）の脈動を低減させることができる。

【００１８】すなわち、図３は、プランジャ６の往復動
（下降運動および上昇運動）にともなう圧送室１９およ
び吸入室２０への吸入量および戻し量さらに単気筒ポン
プ１全体としての吸入量を示す図表であって、この図表
に示すように、プランジャ６がプランジャ摺動孔１６内
において下降することにより吸入弁９を開放して圧送室
１９内に燃料を吸入する際には、圧送室１９に吸入する
量を「２」とすると、吸入室２０から吸入側燃料通路２
６を通して燃料タンク２１側に戻す戻し量は「１」であ
る。したがって単気筒ポンプ１全体としての吸入量は、
「２」−「１」＝「１」となる。

【００１９】プランジャ６が下死点から上昇を開始し、
吸入弁９を閉鎖して圧送室１９における燃料圧縮を開始
すると、圧送室１９における吸入量は「０」であるが、
吸入室２０には燃料タンク２１から「１」の量の燃料が
吸入される（つまり戻し量としては「−１」となる）。
つまり、単気筒ポンプ１全体としての吸入量は、「０」
−「−１」＝「１」となって、プランジャ６の下降時と
同量の燃料が単気筒ポンプ１に吸い込まれることにな
る。

【００２０】図４は、プランジャ６の下降および上昇に
ともなう吸込み側の吸入流量変動を表したグラフであっ
て、上側のグラフが圧送室１９における吸入流量を示
し、中央のグラフが吸入室２０における戻しおよび吸入
の流量を示し、下側のグラフがこれらを重ね合わせた合
計の吸入流量を示している。図示のように、吸入脈動低
減装置１２を装備することにより、プランジャ６の下部
における吸入室２０へも燃料が吸入されるとともに、燃
料供給通路２３に戻されるので、吸入流量を平準化、連
続化することにより、単気筒ポンプ１全体としては吸入
流量が平準化されていることがわかる。

【００２１】また、当該単気筒ポンプ１は一般的には、
エンジン側の吸排気弁駆動用のカムシャフト（駆動軸１
７）により同時に駆動される。たとえばＶ型エンジンな
どの場合、コモンバックレール（コモンレール３１）が
２列に配置され、各コモンバックレール３１ごとに燃料
供給ポンプを配置する構成では、この単気筒ポンプ１を
２個使用することが考えられる。

【００２２】図５は、当該単気筒ポンプ１を単気筒ポン
プユニット１として２個使用した燃料供給ポンプ４０の
概略図であり、燃料供給ポンプ４０においては、一対の
コモンレール３１にそれぞれ単気筒ポンプユニット１お
よび高圧レギュレータ４１を連結し、それぞれの燃料噴
射弁３２に高圧燃料を供給する。

【００２３】なお、燃料供給通路２３にフィルター４２
を設けてあるとともに、圧力センサー４３を実験用に設
けて、単気筒ポンプユニット１の低圧側の圧力脈動を計
測可能としてある。

【００２４】こうした構成の燃料供給ポンプ４０におい
て、圧送室１９のみを設けてあって吸入室２０を設けて
いない通常の燃料供給ポンプ（単気筒ポンプ）の場合に
は、それぞれの単気筒ポンプ１の取付け角度差（プラン
ジャリフトの位相差）△θは、それぞれの単気筒ポンプ
１における圧送室１９内への吸入作用のみが連続となる
ように（つまり吸入脈動を低減するように）、駆動軸１
７一回転あたりのカム１８のカム山数をｎ、単気筒ポン
プの使用個数をｍとしたときに、△θ≒（３６０／ｎ）
×（１／ｍ）、としている。たとえば、ｎ＝３（トリプ
ルカムの場合）、ｍ＝２個の場合、△θ≒６０度とな
る。

【００２５】具体的に図示すると、図６は、図４と同様
の、プランジャ６の下降および上昇にともなう吸込み側
の吸入流量変動を表したグラフであって、上側の２本の
グラフが一方の単気筒ポンプユニット１の圧送室１９お
よび吸入室２０の吸入流量を示し、中央の２本のグラフ
が他方の単気筒ポンプユニット１の圧送室１９および吸
入室２０の吸入流量を示し、下側のグラフがこれらを重
ね合わせた合計の吸入流量を示している。図示のよう
に、それぞれの単気筒ポンプユニット１における吸入室
２０の吸入流量の位相が合って相殺されてしまうため、
単気筒ポンプ１を２個ないし複数個設けた場合には脈動
が低減されることにはならず、吸入室２０を設けたこと
による単気筒ポンプユニット１の低圧脈動低減機能を発
揮することができないという問題がある。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、筒内直接噴射式燃料
噴射装置などに装備される単気筒ポンプを複数個用いた
場合に低圧吸入脈動を効率的に低減することができる燃
料供給ポンプを提供することを課題とする。

【００２７】また本発明は、圧送室の反対側に吸入室を
設けた単気筒ポンプを単気筒ポンプユニットとして２個
以上用いる場合に、各単気筒ポンプユニットの取付け角
度差（プランジャリフトの位相差）を最適に設定するこ
とにより、低圧側の脈動を効果的に低減することができ
る燃料供給ポンプを提供することを課題とする。

【００２８】また本発明は、特別に複雑な構造を採用す
ることなく、低圧側の脈動を低減することができる燃料
供給ポンプを提供することを課題とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、単気
筒ポンプユニットのそれぞれの取付け角度差（プランジ
ャリフトの位相差）を所定値にすること、つまりそれぞ
れの単気筒ポンプユニットにおける圧送室および吸入室
の吸入流量を平準化可能とすることに着目したもので、
燃料タンクからの燃料供給通路に吸入弁を介して連通す
る圧送室を形成したプランジャバレルと、駆動軸に設け
たカムの作用でこのプランジャバレル内を往復動するこ
とにより上記圧送室内に上記燃料を吸入するとともに該
燃料を燃料吐出通路に圧送可能なプランジャと、を有
し、上記プランジャバレルにおいて、上記プランジャの
上記圧送室とは反対側に、上記燃料供給通路に連通する
吸入室を設けた単気筒ポンプユニットをｍ個使用すると
ともに、上記駆動軸一回転あたりの上記カムのカム山数
をｎとしたときに、上記各単気筒ポンプユニットのプラ
ンジャリフト位相差△θを、△θ≒（３６０／ｎ）×
（１／２）×（１／ｍ）、となるように設定したことを
特徴とする燃料供給ポンプである。

【００３０】この取付け角度差は、これを駆動軸に対す
るカムの取付け角度で調整することもできるし、駆動軸
自体の取付け角度をずらせてもよい。また、図５に示す
ように単気筒ポンプユニットを取り付けることもできる
し、２個の単気筒ポンプユニットを１個のコモンレール
に接続するようにしてもよい。

【００３１】なお、△θ≒（３６０／ｎ）×（１／２）
×（１／ｍ）における、（１／２）の項は、圧送室１９
と吸入室２０との容積比「２」を考慮したもので、個々
の数値自体は、設計における微調整の範囲も含むものと
する。

【００３２】本発明による燃料供給ポンプにおいては、
各単気筒ポンプユニットのプランジャリフト位相差△θ
を、△θ≒（３６０／ｎ）×（１／２）×（１／ｍ）、
となるように、そのプランジャに対するカムの取付け角
度を設定する。たとえば、２個の単気筒ポンプユニット
１の場合には、ｍ＝２、トリプルカムでは、ｎ＝３であ
るため、△θ≒３０度となる。

【００３３】したがって、たとえば２個の単気筒ポンプ
ユニットを使用した場合、一方の単気筒ポンプユニット
における圧送室および吸入室の吸入流量変動、ならびに
他方の単気筒ポンプユニットにおける圧送室および吸入
室の吸入流量変動が重ね合わせの結果平準化され、低圧
脈動を低減することができる。もちろん、２個以上の単
気筒ポンプユニットを使用した場合も同様である。

【００３４】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
燃料供給ポンプ５０を図５、および図７ないし図９にも
とづき説明する。燃料供給ポンプ５０において、単気筒
ポンプユニット１の構成自体は燃料供給ポンプ４０（図
５）と事実上同一であるが、それぞれの単気筒ポンプユ
ニット１におけるプランジャ６のリフトの位相差△θ
が、△θ≒（３６０／ｎ）×（１／２）×（１／ｍ）と
なるように、駆動軸１７に対してそれぞれのカム１８の
取付け角度を変えてある。ただし、ｎは、駆動軸１７一
回転あたりのカム１８のカム山数、ｍは単気筒ポンプユ
ニット１の使用個数である。

【００３５】図７は、図４および図６と同様の、プラン
ジャ６の下降および上昇にともなう吸込み側の吸入流量
変動を表したグラフであり、上側の２本のグラフが一方
の単気筒ポンプユニット１の圧送室１９および吸入室２
０の吸入流量を示し、中央の２本のグラフが他方の単気
筒ポンプユニット１の圧送室１９および吸入室２０の吸
入流量を示し、下側のグラフがこれらを重ね合わせた合
計の吸入流量を示している。ただし、ｎ＝３およびｍ＝
２、したがって、△θ≒３０度の場合、すなわち、プラ
ンジャ６による吸入のタイミングを１／４周期だけずら
せた場合を示している。

【００３６】図示のように、単気筒ポンプユニット１の
低圧側（吸入側）における吸入流量変動が、図６の場合
に比較して効率的に低減されていることがわかる。すな
わち、プランジャ６の上部（圧送室１９）および下部
（吸入室２０）の両方の吸入流量変動を考慮して、最適
な連続吸入化つまり圧力平準化を可能としている。

【００３７】図８は、フィードポンプ２２としてタービ
ン式フィードポンプを用いた場合の、カム１８としてト
リプルカム（ｎ＝３）を用いて、単気筒ポンプユニット
１を単体として用いた場合（ｍ＝１）、２個使用した場
合で、位相差△θが０度、３０度および６０度の場合に
ついて、それぞれの場合における低圧脈動を圧力センサ
ー４３（図５）により計測したグラフである。本発明に
よる燃料供給ポンプ５０の場合が、広い範囲のポンプ回
転数にわたって低圧脈動低減効果が最良であることがわ
かる。

【００３８】図９は、フィードポンプ２２としてローラ
ーベーン式フィードポンプを用いた場合の、カム１８と
してトリプルカムを用いて、図８と同様のそれぞれの場
合における低圧脈動を圧力センサー４３（図５）により
計測したグラフである。同じく、本発明による燃料供給
ポンプ５０の場合が、広い範囲のポンプ回転数にわたっ
て低圧脈動低減効果が最良であることがわかる。

【００３９】かくして、低圧吸入脈動を効率的に低減す
ることができるとともに、低圧配管系（燃料供給通路２
３）の振動音の低減を図り、信頼性を向上させることが
できる。しかも、とくにポンプ高回転域における低圧吸
入効率を改善することができるので、必要な吐出量を確
保することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、単気筒ポ
ンプユニットどうしの間のプランジャリフトの位相差を
所定角度（△θ≒（３６０／ｎ）×（１／２）×（１／
ｍ））にしたので、複数個の単気筒ポンプユニットを用
いた場合に、低圧側の脈動を効率的に低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願人による単気筒ポンプ１（特願平８−３
１１２６１号）であるとともに、本発明による燃料供給
ポンプ５０（図５）における単気筒ポンプユニット１の
断面図である。

【図２】同、単気筒ポンプ１の吸入脈動低減装置１２を
説明するための等価燃料回路である。

【図３】同、プランジャ６の往復動（下降運動および上
昇運動）にともなう、圧送室１９および吸入室２０への
吸入量および戻し量さらに単気筒ポンプ１全体としての
吸入量を示す図表である。

【図４】同、プランジャ６の下降および上昇にともなう
吸込み側の吸入流量変動を表したグラフである。

【図５】単気筒ポンプ１を単気筒ポンプユニット１とし
て２個使用した燃料供給ポンプ４０、および本発明の実
施の形態による燃料供給ポンプ５０の概略図である。

【図６】同、プランジャ６の下降および上昇にともなう
吸込み側の吸入流量変動を表したグラフである。

【図７】本発明の実施の形態による燃料供給ポンプ５０
におけるプランジャ６の下降および上昇にともなう吸込
み側の吸入流量変動を表したグラフである。

【図８】同、フィードポンプ２２としてタービン式フィ
ードポンプを用いた場合の、ポンプ回転数に対する低圧
脈動のグラフである。

【図９】同、フィードポンプ２２としてローラーベーン
式フィードポンプを用いた場合の、ポンプ回転数に対す
る低圧脈動のグラフである。

【符号の説明】

１ 単気筒ポンプ（図１）（単気筒ポンプユニット）
（図５） ２ ポンプハウジング ３ ベローズハウジング ４ ベローズ ５ プランジャバレル ６ プランジャ ６Ａ プランジャ６の高圧油密部（大径部） ６Ｂ プランジャ６の低圧油密部（小径部） ６Ｃ 高圧油密部６Ａの小径連続部 ７ プランジャスプリング ８ カム当接シュー ９ 吸入弁 １０ 吐出弁 １１ リリーフバルブ １２ 単気筒ポンプ１の吸入脈動低減装置 １３ アキュムレータ １４ ベローズ室 １５ カム室 １６ プランジャ摺動孔 １７ 駆動軸 １８ カム １９ 圧送室（プランジャ室） １９Ｓ 圧送室１９の圧送容積（単気筒ポンプ１の吐出
容量） ２０ 吸入室 ２０Ｓ 吸入室２０の容積 ２１ 燃料タンク ２２ フィードポンプ（電動ポンプ） ２３ 燃料供給通路 ２４ 分岐点 ２５ 圧送側燃料通路（吸入通路） ２６ 吸入側燃料通路（流入通路） ２７ 低圧レギュレータ ２８ 燃料吐出通路 ２９ 分岐点 ３０ 逆止弁 ３１ コモンレール（コモンバックレール） ３２ 燃料噴射弁 ３３ ダイヤフラム ４０ 燃料供給ポンプ（図５） ４１ 高圧レギュレータ ４２ フィルター ４３ 圧力センサー ５０ 燃料供給ポンプ（実施の形態、図５） ｍ 単気筒ポンプユニット１を使用する個数 ｎ 駆動軸１７一回転あたりのカム１８のカム山数 △θ 各単気筒ポンプユニット１のプランジャリフト位
相差

フロントページの続き (72)発明者 青木 富寿雄 埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料タンクからの燃料供給通路に吸入
   弁を介して連通する圧送室を形成したプランジャバレル
   と、 駆動軸に設けたカムの作用でこのプランジャバレル内を
   往復動することにより前記圧送室内に前記燃料を吸入す
   るとともに該燃料を燃料吐出通路に圧送可能なプランジ
   ャと、を有し、 前記プランジャバレルにおいて、前記プランジャの前記
   圧送室とは反対側に、前記燃料供給通路に連通する吸入
   室を設けた単気筒ポンプユニットをｍ個使用するととも
   に、 前記駆動軸一回転あたりの前記カムのカム山数をｎとし
   たときに、 前記各単気筒ポンプユニットのプランジャリフト位相差
   △θを、 △θ≒（３６０／ｎ）×（１／２）×（１／ｍ）、 となるように設定したことを特徴とする燃料供給ポン
   プ。