JPH11173237A - 可変吐出量高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率
が高い状態でも蓄圧配管へ圧送する流量制御が容易かつ
確実にでき、しかも装置の大型化、電力の増大を伴わ
ず、流量制御弁の応答遅れ等の問題も無く、かつ、カム
ローラとカムの衝突も無いポンプを提供する。 【解決手段】 圧力室２３と低圧流路１１との間に、低
圧流路１１から圧力室２３へ向かう方向のみに流体を流
す第１の逆止弁４のみを設け、プランジャ２１を往復運
動させるカム１３に可変カムプロフィールを形成すると
共に、カム１３の移動手段６を備えているので、これま
でに提案してきた吸入調量式ポンプのように圧力室と低
圧流路との間には流量制御用の電磁弁等は設けておら
ず、常に全量吸入、全量圧送がなされ、その量は可変カ
ム１３のカムリフト量によって制御するというものであ
るので、流量制御電磁弁の自閉、応答遅れ、また、カム
１３とカムローラ２２の衝突による騒音や信頼性の問題
が無い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディーゼル
機関のコモンレール噴射システムにおいて、高圧流体を
圧送供給するために用いられる可変吐出量高圧ポンプに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関に燃料を噴射するシステ
ムの１つとして、コモンレール噴射システムが知られて
いる。コモンレール噴射システムでは各気筒に連通する
共通の蓄圧配管（コモンレール）が設けられ、ここに可
変吐出量高圧ポンプによって必要な流量の高圧燃料を圧
送供給することにより、蓄圧配管の燃料圧力を一定に保
持している。蓄圧配管内の高圧燃料は所定のタイミング
でインジェクタにより各気筒に噴射される（例えば、特
開昭６４−７３１６６号公報等）。

【０００３】図１４は、このような用途に用いられる従
来の可変吐出量高圧ポンプの一例を示す中心軸に沿った
要部の横断面図である。図１４において、シリンダ９１
内には図示しないカムによって駆動されるプランジャ９
２が往復動自在に嵌挿され、シリンダ９１の内装面とプ
ランジャ９２の上端面とで圧力室９３を形成している。
該圧力室９３の上方には電磁弁９４が取り付けられてお
り、電磁弁９４はその内部に形成された低圧流路９５と
圧力室９３の間を開閉する弁体９６を有している。

【０００４】弁体９６は、コイル９７に通電しない図示
の状態で開弁位置にあり、燃料は、プランジャ９２の下
降時に、図略の低圧供給ポンプより低圧流路９５、弁体
９６周りの間隙を経て圧力室９３内に導入される。コイ
ル９７に通電すると弁体９６は上方へ吸引され、その略
円錐状の先端部がシート部９８に着座して閉弁する。同
時にプランジャ９２の上昇によって、圧力室９３内の燃
料が加圧され、圧力室９３の側壁に設けた流路９９より
蓄圧配管へ圧送される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プランジャ
９２の上昇中は、圧力室９３内の燃料圧により弁体９６
に閉弁方向の力が作用するため、弁体９６は一度閉弁す
ると、コイル９７への通電を停止しても開弁しない。こ
のため、前記構成の可変吐出量高圧ポンプでは、蓄圧配
管へ送る流量の制御を、閉弁時期を制御する、いわゆる
プレストローク制御にて行っている。すなわち、プラン
ジャ９２が上昇行程に移った後、直ちに閉弁せず、圧力
室９３内の燃料が所定量となるまで開弁状態を保持し
て、余剰の燃料を低圧通路９５側へ逃がし、しかる後、
閉弁して加圧を開始することで、必要量の加圧流体を蓄
圧配管へ圧送している。

【０００６】ところが、エンジンの回転数の上昇に伴
い、ポンプの送油率が高くなると、弁体９６が閉弁信号
とは無関係に閉弁（自閉）するという問題が生ずる。こ
れは、プランジャ９２の上昇時、弁体９６が下端面に圧
力室９３内の燃料の動圧を直接受けること、弁体９６と
シート部９８の間の間隙より低圧流路９５へ向けて流れ
る燃料の絞り効果により閉弁方向の力を受けること等に
よるもので、流量制御が適切になされないおそれがあ
る。

【０００７】この対策としては、弁体９６の作動ストロ
ークを大きくするか、弁体９６の復帰用スプリング力を
大きくすることが考えられるが、いずれの場合も、閉弁
応答性の低下につながる。閉弁応答性を維持するために
はコイルに通電する電力を多大にしたり、体格を大きく
して電磁弁の吸引力を増加させる必要があり、電磁弁の
電力コスト、製作コストの上昇を招くという問題があっ
た。

【０００８】また、前記構成の可変吐出量高圧ポンプで
は、圧力室９３への流路の開閉を電磁弁９４で行ってお
り、閉弁信号に対し弁体９６が着座して流路を閉鎖する
までに一定の時間を要することから、通常この作動応答
時間を予め計算して閉弁タイミングを制御している。と
ころが、エンジンの回転数が上昇し、ポンプの送油率が
高くなると、開閉動作が間に合わなくなり、十分な制御
ができなくなるおそれがあった。

【０００９】図１３は従来の可変吐出量高圧ポンプにか
わり、本発明者らが提案してきた可変吐出量高圧ポンプ
に関するものであり、（Ａ）は中心軸に沿った横断面
図、（Ｂ）はカムリフトの様子、制御方法、プランジャ
やカムローラの作動、圧送量や駆動トルクの変化を示す
作動説明図である。そこで、本発明者らは、エンジンの
回転数が上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも、蓄圧
配管へ圧送する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも
装置の大型化や電力の増大を伴わず、また、流路の開閉
に電磁弁を用いることによる応答遅れ等の不具合を解消
するため、図１３に示す吸入調量式のポンプを提案して
きた。

【００１０】ところが、図１３（Ａ）に示すような構成
の吸入調量式ポンプの場合、（Ｂ）に示すように全量圧
送時以外の通常の運転状態すなわち調量時においては、
カムローラとカムとが衝突するため騒音問題や信頼性の
問題があった。また、圧送量が少ない調量時においても
送油率は変わらないため、ポンプのピーク駆動トルクは
全量圧送時と同じである。

【００１１】しかして、本発明は、エンジンの回転数が
上昇し、ポンプの送油率が高い状態でも蓄圧配管へ圧送
する流量制御が容易かつ確実にでき、しかも装置の大型
化、電力の増大を伴わず、流量制御弁の応答遅れ等の問
題も無く、かつ、前記のカムローラとカムの衝突も無い
ポンプを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は請求項１ないし請求項８に記載の技術的手
段を採用する。請求項１に記載の発明によれば、圧力室
と低圧流路との間に、低圧流路から圧力室へ向かう方向
のみに流体を流す第１の逆止弁のみを設け、プランジャ
を往復運動させるカムに可変カムプロフィールを形成す
ると共に、カムの移動手段を備えているので、これまで
に提案してきた吸入調量式ポンプのように圧力室と低圧
流路との間には流量制御用の電磁弁等は設けておらず、
常に全量吸入、全量圧送がなされ、その量は可変カムの
カムリフト量によって制御するというものであるので、
流量制御電磁弁の自閉、応答遅れ、また、カムとカムロ
ーラの衝突による騒音や信頼性の問題が無い。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、低圧流路
とカム背圧室との間に第１の絞りを設け、カム背圧室か
らカムの移動手段をなす流量制御弁を介してポンプ室
（ポンプ内部）またはリターン流路に接続した。これは
カムの移動手段として、カム背圧室に流入する低圧流体
の圧力により、カムを移動する（カムリフト量を変え
る）というもので、カム背圧室の圧力は、流量制御弁か
ら流出する流量によって、カム背圧室の圧力を調整（低
圧流路から第１の絞りを介して流入する量と、流量制御
弁から流出する量とのバランスでカム背圧室の圧力を調
整）し、カムを移動させて吸入量（圧送量）を制御する
ものである。

【００１４】よって、流量制御弁には高圧が作用しない
ため、小型で、低コストなものでよい。また、装置の大
型化や電力の増大の必要が無い。請求項３に記載の発明
によれば、低圧流路とカム背圧室との間にカムの移動手
段をなす流量制御弁を設け、カム背圧室から第２の絞り
を介してポンプ室（ポンプ内部）またはリターン流路に
接続した。

【００１５】これも、カム背圧室に流入する低圧流体の
圧力により、カムを移動する（カムリフト量を変える）
というもので、カム背圧室の圧力は、流量制御弁から流
入する流量によってカム背圧室の圧力を調整（低圧流路
から流量制御弁を介して流入する量と第２の絞りを介し
て流出する量とのバランスでカム背圧室の圧力を調整）
し、カムを移動させて吸入量（圧送量）を制御するもの
である。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、カム背圧
室の直前に低圧流路からカム背圧室へ向かう方向のみに
流体を流す第２の逆止弁と、カム背圧室にポンプ室（ポ
ンプ内部）に連通する第３の絞りを設けた。これによ
り、圧送時のカムローラの反力によるカムの移動（すな
わち、圧送量の変動）を抑制できる。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、流量制御
弁を電磁弁とした。流量制御弁には低圧のみで高圧が作
用しないため、電磁弁は小型で低コストなもので良く、
制御性が良い。また、装置の大型化や電力の増大の必要
が無い。請求項６に記載の発明によれば、電磁弁の弁体
の両端面を連通する連通孔を設けることにより弁体の両
端面に作用する圧力差を解消した。

【００１８】これにより、電磁弁に流体圧が作用するこ
とを防止し、作動不良を防止することができる。請求項
７に記載の発明によれば、流量制御弁を面積絞り弁とし
た。この流量制御弁にも低圧のみで高圧が作用しないた
め、小型で、低コストなものでよい。また、装置の大型
化や電力の増大の必要が無い。

【００１９】請求項８に記載の発明によれば、流量制御
弁への通電を制御する制御手段をなす電子制御ユニット
を有し、カム背圧室の圧力を制御する。これにより、流
量制御弁が電磁弁の場合は駆動周波数やデューティ比を
制御することにより、流量制御弁が面積絞り弁（リニア
ソレノイドやステッピングモータにより作動）の場合は
電流値や励磁パターン（通電パターン）を制御すること
により、カム背圧室を所望の圧力に調整することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の可変吐出量高圧ポ
ンプをディーゼルエンジンのコモンレール噴射システム
に適用した第１実施形態を図面を参照して説明する。図
１ないし図８は本発明の第１実施形態に関するもので、
図１は可変吐出量高圧ポンプの中心軸に沿った横断面
図、図２は図１中のＣ−Ｃ断面図、図３は図１中のＡ−
Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図におけるカム１
３のカム面１３ａを重ね合わせて比較したカム１３の横
断面図である。

【００２１】図４は本発明の可変吐出量高圧ポンプＰを
ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムに適用
したシステム系統図である。図５は電磁弁６の作動によ
り圧送量を変える場合の可変吐出量高圧ポンプＰの制御
状況、カムリフトによるプランジャの作動、圧送量や駆
動トルクの変化を示すタイムチャートである。

【００２２】図６は電磁弁６の作動によりカム１３を図
中左右方向に移動させることによって、カムローラ２２
とカム１３のカム面との当接位置を変える場合の各部の
作動を示す中心軸に沿った要部横断面図であり、（Ａ）
は燃料圧送量が全量の時であり、（Ｂ）は燃料圧送量が
半分の時であり、（Ｃ）は燃料圧送量が少量の時であ
り、（Ｄ）は燃料圧送量がゼロの時を各々示す。

【００２３】図７は電子制御ユニットＥＣＵによる可変
吐出量高圧ポンプの制御の一例を示すフローチャートで
ある。図８は電磁弁６の作動状態を示す中心軸に沿った
横断面図であり、（Ａ）は閉弁時の状態、（Ｂ）は開弁
時の状態を各々示す。図４のシステム系統図において、
エンジンＥには各気筒の燃焼室に対応する複数のインジ
ェクタＩが配設され、これらインジェクタＩは各気筒共
通の高圧蓄圧配管、いわゆるコモンレールＲに接続され
ている。インジェクタＩからエンジンＥの各燃焼室への
燃料の噴射は、噴射制御用電磁弁Ｂ１のＯＮ−ＯＦＦに
より制御され、電磁弁Ｂ１が開弁している間、コモンレ
ールＲ内の燃料がインジェクタＩによりエンジンＥに噴
射される。従って、コモンレールＲには連続的に燃料噴
射圧に相当する高い所定圧の燃料が蓄圧される必要があ
り、そのために供給配管Ｒ１、吐出弁Ｂ２を経て、本発
明の可変吐出量高圧ポンプＰが接続される。

【００２４】この可変吐出量高圧ポンプＰは、燃料タン
クＴから吸入される燃料を高圧に加圧し、コモンレール
Ｒ内の燃料を高圧に制御するものである。コモンレール
Ｒには、コモンレール圧力を検出する圧力センサＳ１が
配設されており、システムを制御する制御手段となる電
子制御ユニットＥＣＵは、この圧力センサＳ１からの信
号が予め設定した最適値となるように、可変吐出量高圧
ポンプＰの吐出量を決定して吐出制御装置Ｐ２に制御信
号を出力する。電子制御ユニットＥＣＵには、さらに、
エンジン回転数センサＳ２、ＴＤＣ（上死点）センサＳ
３、スロットルセンサＳ４、温度センサＳ５により、回
転数、ＴＤＣの位置、アクセル開度、温度の情報が入力
され、電子制御ユニットＥＣＵは、これらの信号により
判別されるエンジン状態に応じて噴射量制御用電磁弁Ｂ
１に制御信号を出力する。

【００２５】次に、図１及び図２により前記可変吐出量
高圧ポンプＰの詳細について説明する。図において、ポ
ンプハウジング１内にはベアリングＤ２、ブッシュＤ１
を介してドライブシャフトＤが回転可能に支持されてお
り、このドライブシャフトＤには、燃料タンクＴ（図
４）から燃料を吸い上げて低圧流路たるフィード流路１
１に圧送供給するベーン式のフィードポンプＰ１が連結
されている。前記ドライブシャフトＤの右端部には、軸
方向に摺動自在なカム１３が設けてあり、該カム１３は
キーＷを介して前記ドライブシャフトＤと共にエンジン
の回転数の１／２の速度で回転するようになしてある。
このカム１３が回転すると、半月状の板Ｐ１１を介して
前記フィードポンプＰ１のロータＰ１２が回転し、その
回転により燃料タンクＴから燃料が図示しないインレッ
トバルブより図示しない流路を通って前記フィードポン
プＰ１内空間（ロータＰ１２とケーシングＰ１３とカバ
ーＰ１４、Ｐ１５とに囲まれた空間）に導入される。導
入された燃料は、ロータＰ１２の回転に伴いロータＰ１
２に配設されたベーンＰ１６によって図示しない流路を
経てフィード流路１１に圧送される。

【００２６】フィード流路１１内の低圧燃料（低圧流
体）は、以下に示すようにコモンレールへの圧送用に使
用されるだけでなく、絞り流路Ｓよりポンプ内に流入
し、ポンプ内部の潤滑にも使用される。潤滑された燃料
はバルブＶから出て燃料タンクＴに戻される。また、ポ
ンプ内部の圧力はほとんど大気圧となるようにバルブＶ
により調整されている。

【００２７】ポンプハウジング１の右端開口にはヘッド
Ｈが嵌着されており、該ヘッドＨは左端中央部が突出し
て前記カム１３内に挿通位置している。このヘッドＨの
左端中央部には、複数のシリンダたる摺動孔２ａが設け
てあり（図２）、これら複数の摺動孔２ａ内にはそれぞ
れプランジャ２１が往復動自在かつ摺動自在に支持され
ている。各プランジャ２１の外側端部にはシュー２１ａ
が設けられ、各シュー２１ａにカムローラ２２が回転自
在に保持されている。シュー２１ａはガイド２００によ
り、半径方向のみに移動可能になっておりガイド２００
は図示しないボルトによりヘッドＨに固定されている。

【００２８】前記カム１３は、このカムローラ２２の外
周に摺接可能に配置されており、前記カム１３の内周面
には、等間隔で配置された複数のカム山を有するカム面
１３ａが形成してある。カム面１３ａは図３に示すよう
に位置によりカムリフトが変わるようになっている。各
プランジャ２１の内方側端面と各摺動孔２ａの内壁面と
の間に形成される空間は、圧力室２３となしてある。し
かして、ドライブシャフトＤと共にカム１３が回転する
と、プランジャ２１が摺動孔２ａ内を往復動し、圧力室
２３内の燃料を加圧する。なお、図２はプランジャ２１
が最下降点にある状態を示している。

【００２９】加圧された燃料は、圧力室２３に連通する
吐出孔２４（図１）より、ヘッドＨ壁に固定した図４中
のＢ２に相当する吐出弁３を経て、高圧流路すなわち蓄
圧配管であるコモンレールＲ（図４）に圧送される。吐
出弁３は、弁体３１とこれを閉弁方向に付勢するリター
ンスプリング３２を有し、加圧燃料が所定圧を越えると
リターンスプリング３２のスプリング力に抗して開弁
し、高圧流路である吐出流路３３に加圧燃料を吐出す
る。

【００３０】図１において、ドライブシャフトＤとカム
１３の左端面により形成された空間はカム背圧室Ｃとし
てあり、カム背圧室Ｃと低圧流路（フィード流路）１１
は、ハウジング１内の第１の絞りＫ１、空間１ａ、ブッ
シュＤ１の連通路Ｄ１ａ、ドライブシャフトＤの溝Ｄ
ａ、流路Ｄｂ、Ｄｃを介して連通している。また、カム
背圧室Ｃと電磁弁６は前記の流路Ｄｂ、Ｄｃ、溝Ｄａ、
連通路Ｄ１ａ、空間１ａ、ハウジング内の流路１ｂ、燃
料溜まり１ｃを介して連通している。電磁弁のバルブ下
面の流路１ｄは図示しない流路を通って、ポンプ室２０
１をなすポンプ内部（大気圧）か、リターン流路２０２
につながっている。

【００３１】カム１３には、図１左方向に付勢するスプ
リングＳＰが設けてあり、カム１３の移動は前記カム背
圧室Ｃの圧力による図１右方向の力とスプリングＳＰの
バネ力とのバランスで位置が決定される。つまり、カム
ローラ２２とカム１３の内周面の摺接する位置によりカ
ムリフト量が変わるようになっている。カム１３の位置
は、最大圧送時はドライブシャフトＤの右端とカム１３
の左端が接した状態（図１の状態）であり、圧送量がゼ
ロ（圧送しない）の時は、カム１３の右端がガイド２０
０の左端と接する時である（図６（Ｄ）参照）。 な
お、図１の可変吐出量高圧ポンプは１回あたりの幾何学
的最大圧送量は２２６ｍｍ ³ ／ｓｔで、プランジャ径は
直径６ｍｍ、カムリフトは２ｍｍである。

【００３２】図１において、ヘッドＨの右端部には、ス
トッパ４１、弁部材である第１の逆止弁４を介して、ロ
ックアダプタ５のみが組み付けられ、低圧流路（フィー
ド流路）１１から圧力室２３までは逆止弁４のみが存在
する。電磁弁６は、前記燃料溜まり１ｃを介してポンプ
室２０１またはリターン流路２０２に連通する流路１ｄ
とカム背圧室Ｃとの間を開閉するように配設され、電磁
弁６を通してカム背圧室Ｃから流出する量を制御してい
る。そして、この流出量を前記低圧流路１１から第１の
絞りＫ１を通して流入する量のバランスで前記カム背圧
室Ｃの圧力を調整することにより、カムの位置、すなわ
ちカムリフト量を制御している。

【００３３】前記第１の逆止弁４は、図１に示すよう
に、ハウジング４２を左右方向に貫通する流路４３と該
流路４３を開閉する弁体４４を有する。前記流路４３
は、途中で圧力室２３方向（図の左方）に拡径して円錐
状のシート面４５をなし、弁体４４は、ストッパ４１内
に保持されるスプリング４６によって右方に付勢されて
シート面４５に着座している。このように、第１の逆止
弁４は図示の状態で閉弁しており、フィード流路１１を
経て圧力室２３に流入する燃料の圧力で開弁するように
なしてある。この時、逆止弁４のシート面４５、ストッ
パ４１内の流路を経て前記圧力室２３へ燃料が流入す
る。前記弁体４４は、前記圧力室２３の加圧が開始され
ると閉弁し、燃料の圧送終了までこれを保持する。な
お、弁体４４は、外周面に軸方向に延びる溝を有し、こ
の溝を介して燃料が流れるようになしてある。

【００３４】前記電磁弁６は、図８に示すようにコイル
６２を内蔵するハウジング６１と、その左端部に嵌合固
定されるバルブボディ７１を有し、ハウジング６１の外
周に設けたフランジ６３にてポンプハウジング１に固定
されている。前記バルブボディ７１内には、弁体たるニ
ードル弁７３が摺動可能に保持され、該ニードル弁７３
の左端部周りに設けた環状の流路７２と前記ニードル弁
７３左方の流路７４との間を開閉するようになしてあ
る。前記環状の流路７２は、図１に示すように前記バル
ブボディ７１とポンプハウジング１の間に形成される燃
料溜まり１ｃ、ポンプハウジング１内の流路１ｂ、１
ａ、Ｄ１ａ、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを介して前記カム背圧室
Ｃに連通しており、前記流路７４は流路１ｄを介してポ
ンプ内部またはリターン流路に連通している。前記流路
７４の右端部には略円錐状のシート面７５が形成され、
前記ニードル弁７３の略円錐状の先端部が該シート面７
５に着座して、前記流路７２、７４間を閉鎖するように
なしてある。

【００３５】ここで、ニードル弁７３は、摺動部の径
と、シートエッジ部（閉弁時のシート面７５との当接端
縁）の径とが等しくなるようにする。この時、ニードル
弁７３周りの流路７２内に供給される燃料がニードル弁
７３を左方に押す力と右方に押す力とが釣り合うため、
フィード燃料による油圧作用力は発生しない。また、流
路７２に至る燃料流路途中には、通常、フィルタを設け
て、ニードル弁７３とシート面７５の間に異物が入って
常時開弁状態になることを防止している。フィルタは、
例えば金属メッシュよりなり、その目開きがニードル弁
７３の最大リフト時の流路面積よりも小さくなっていれ
ばよい。

【００３６】しかして、コイル６２に通電しない図８
（Ａ）の状態では、前記ニードル弁７３の先端部がバル
ブボディ７１のシート面７５に着座して、前記ポンプ内
部またはリターン流路への連通路となる流路１ｄを閉鎖
している。このように、電磁弁６を、非通電状態で閉弁
する構成とすることで、コイルの破損時にカム１３を最
右部まで移動させてカムリフトをゼロとし（図６（Ｄ）
参照）、燃料の圧送が行われないようにする効果があ
る。コイル６２への通電により前記ニードル弁７３の先
端部がシート面７５から離れると、電磁弁６のシート面
７５から燃料が流出し、カム背圧室Ｃの圧力が低下し、
カム１３が左方向へ移動してカムリフトが増加し、吸
入、圧送が可能になる。

【００３７】この電磁弁６とカム１３とで前記図４にお
ける吐出制御装置Ｐ２を構成している。次に、前記構成
の可変吐出量高圧ポンプＰの作動について説明する。前
記可変吐出量高圧ポンプＰはかカム１３の１回転につ
き、４回の吸入、圧送をなすように構成され、圧送量は
圧力室２３への燃料の吸入量によって制御される。

【００３８】但し、吸入量の制御は可変カムプロフィー
ルが形成されたカム１３の移動により、カムリフト量を
変化させて行うもので、吸入行程の角度は変わらない。
そして、カム１３の移動はカム背圧室Ｃの圧力（大気圧
からフィード圧まで）により行い、電磁弁６の駆動周波
数やデューティ比を変えることによって調整でき、カム
背圧室Ｃの圧力が高ければカムリフト量は小、すなわち
吸入量及び圧送量は小となり、圧力が低ければカムリフ
ト量は大、すなわち吸入量及び圧送量は大となる。

【００３９】図５のタイムチャートにおいて、圧送量が
大の場合は、電磁弁６への通電期間を長くし、電磁弁６
からの流出量を増加してカム背圧室Ｃの圧力を低くし、
カム１３を図中左方に移動させてカムリフト量を大きく
する。反対に圧送量が小の場合は、電磁弁６への通電期
間を短くし、電磁弁６からの流出量を少なくして、カム
背圧室Ｃの圧力を高く（フィード圧に近く）して、カム
１３を右方に移動させ、カムリフト量を小さくする。

【００４０】吸入行程ではフィード圧によりプランジャ
２１は下降して燃料を吸入し、吸入が終了すると第１の
逆止弁４は閉弁する。そして、圧送行程でプランジャ２
１が上昇し、圧力室２３内の燃料が加圧され、高圧流路
たる蓄圧配管（コモンレールＲ）に圧送される。また、
本構成の可変吐出量高圧ポンプＰは図５にも示すよう
に、常にカムローラがカムに摺接しているため、これま
でに提案してきたような吸入調量式ポンプ（図１３参
照）におけるカムとカムローラとの衝突による騒音や信
頼性の問題はない。

【００４１】また、圧送量の制御はカムリフト量の制御
によって行うため、少量圧送時はカムリフトの傾斜、つ
まり送油率が下がり、可変吐出量高圧ポンプＰのピーク
トルク及び平均トルクを低減できる効果もある。このよ
うに、前記構成では圧送量の制御を、カムリフトを変化
させることで行うものとした。つまり、低圧流路１１
（フィード流路）と圧力室２３の間には燃料の吸入量を
制御する流量制御弁はなく、第１の逆止弁４のみを設け
て圧力室２３に吸入された流体は全て圧送される。よっ
て、従来のプレストローク制御弁のような自閉の問題や
電磁弁応答性の問題は生じない。

【００４２】カムリフトを変える、すなわち、カム１３
を移動させる手段として、カム背圧室Ｃの圧力を制御す
るための電磁弁６には高圧は作用しないため、復帰用ス
プリング６５は小さくてよく、吸引力を発生させるコイ
ル６２も小さくてよいため小型なものにできる。従っ
て、簡単な構成で高圧流路へ圧送する流量制御が容易か
つ確実にでき、装置の大型化や電力の増大の必要はな
い。

【００４３】図７は電子制御ユニットＥＣＵによる制御
の一例を示すフローチャートである。電子制御ユニット
ＥＣＵには、図４のシステム図に示したように各センサ
から種々の情報が、常時入力されるようになしてあり、
エンジン回転数センサＳ２により検出されるＮＥ信号か
らエンジン（ポンプ）回転数を、スロットルセンサＳ４
により検出されるアクセル開度から目標コモンレール圧
（ＣＰＴＲＧ）及び噴射量（圧送量）を、予め入力され
た制御マップに基づいて算出する（ステップ（１）、ス
テップ（２））。続いて、ポンプ回転数、圧送量に応じ
た電磁弁６の駆動周波数およびデューティ比（通電期
間）を算出し（ステップ（３））、電磁弁６に通電す
る。

【００４４】また、電子制御ユニットＥＣＵは、圧力セ
ンサＳ１によりコモンレールＲ圧力（ＣＰＡＣＴ）を常
時検出するようになしてあり、この検出されたコモンレ
ールＲ圧力（ＣＰＡＣＴ）と目標コモンレール圧（ＣＰ
ＴＲＧ）とを比較して（ステップ（４））、異なる場合
には補正をする。補正方法としては、（ＣＰＡＣＴ−Ｃ
ＰＴＲＧ）の計算を行って必要な圧送量増加分を算出し
（ステップ（５））、この増加分に相当する駆動周波数
およびデューティ比（通電期間）に変更する（ステップ
（６））。次いで、再び、（ＣＰＡＣＴ＝ＣＰＴＲＧ）
かどうかを判定し（ステップ（７））、（ＣＰＡＣＴ＝
ＣＰＴＲＧ）でない場合には、ステップ（５）に戻って
（ＣＰＡＣＴ＝ＣＰＴＲＧ）になるまで繰り返しフィー
ドバック制御する。

【００４５】図９及び図１０は本発明の第２実施形態に
関するものであり、図９は可変吐出量高圧ポンプの中心
軸に沿った横断面図であり、図１０は図９で用いる電磁
弁６に関するものであり、（Ａ）は電磁弁６の中心軸に
沿った横断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）の電磁弁６の弁
体７３の中心軸に沿った横断面図を示す。図９において
低圧流路１１（フィード流路）は図示しない流路によっ
て電磁弁６の設置されている燃料溜まり１ｃにつながっ
ている。

【００４６】低圧流路１１とカム背圧室Ｃとの間に電磁
弁６を配置し、カム背圧室Ｃとポンプ室２０１またはリ
ターン流路２０２の間に第２の絞りＫ２を設けた。この
場合第２の絞りＫ２はカムの中央に設けたが、必ずしも
ここにある必要は無い。この構成では流量制御弁をなす
電磁弁６からの流入量と、第２の絞りＫ２からの流出量
のバランスで、カム背圧室Ｃの圧力を制御し、その圧力
によりカム１３を図９中で右方への力とスプリングＳＰ
の左方への力がつりあう位置に移動させる。

【００４７】そして、カムローラ２２つまりプランジャ
２１のリフト量を変化させて吸入量すなわち圧送量を変
える。図１０には（Ａ）にこの構成の可変吐出量高圧ポ
ンプＰの電磁弁６の構成を示す。電磁弁６は、ノーマル
オープンの構成となっており、従ってコイル６２の断線
時には常時開弁となって電磁弁６からの流入量を増し、
カム背圧室Ｃの圧力を高くし、カム１３を図９中の右方
へいっぱいに移動させて、カムリフト量がゼロ、すなわ
ち吸入も圧送もしない状態にすることができる。

【００４８】また、（Ｂ）に示すように弁体７３内部に
は左右端面間を連通する連通孔７６を有し、左右端面に
加わる圧力差による作動不良を防止している。図１１は
第３実施形態の可変吐出量高圧ポンプの中心軸に沿った
横断面図である。図１１の第３実施形態においては、第
１実施形態のポンプにおいて、カム背圧室Ｃの直前に第
２の逆止弁Ｇ１を設け、またカム背圧室Ｃとポンプ室２
０１またはリターン流路２０２の間に第３の絞りＫ３を
設けた。

【００４９】圧送時、カム１３によりカムローラ２２や
プランジャ２１は上昇（ポンプ中心軸方向へ移動）する
が、その時カムローラ２２によりカム１３は図１１中の
左方への反力を受け、カム１３が左方に移動し、圧送量
が変わるおそれがある。よって、この第２の逆止弁Ｇ１
により、カム背圧室Ｃの燃料が電磁弁６の開弁時にそこ
から流出してカム１３が図左方に移動することを防ぎ、
圧送量が変わることを抑制するようにしてある。

【００５０】しかし、第２の逆止弁Ｇ1 の設置だけで
は、圧送量を増加させたい時カム背圧室Ｃの燃料が第２
の逆止弁Ｇ１により、電磁弁６を介して流出できないの
で、カム背圧室Ｃとポンプ内部の間に第３の絞りＫ３を
設けて、圧送量増加時（カムを左方に移動させる時）に
は、第３の絞りＫ３を介してカム背圧室Ｃの燃料を流出
させる。

【００５１】圧送時の反力によるカム１３の移動を抑制
する別の手段として、第２の逆止弁Ｇ１を設ける代わり
に、図５のフローチャートに示すように、電磁弁６の通
電をポンプの回転に同期させて、電磁弁６の開弁を吸入
行程時のみで行い、圧送行程では閉弁しているように制
御すれば、カム背圧室Ｃの燃料は流出しないので、圧送
反力によるカムの移動を防止できる。

【００５２】なお、この制御方法に第２の逆止弁Ｇ１、
絞りＫ３を設ければ、圧送時の反力によるカム１３の移
動を抑制することは更に確実となる。図１２は第４実施
形態の可変吐出量高圧ポンプの中心軸に沿った横断面図
である。図１２に示すようにカム背圧室Ｃの圧力を制御
する流量制御弁として、アクチュエータとしてリニアソ
レノイド、ステッピングモータ等を用いた面積絞り弁Ｙ
を用いることもできる。

【００５３】なお、この場合も第３実施形態で用いた第
２の逆止弁Ｇ１を設けてもよい。また、前記の各実施形
態ではインナーカム圧送式のポンプを例として示した
が、これに限らず本発明をれつ型やアウタカム圧送式の
ポンプに適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に関するもので、可変吐
出量高圧ポンプの中心軸に沿った横断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態に関するもので、図１中
のＣ−Ｃ断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態に関するもので、図１中
のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図における
カム１３のカム面１３ａを重ね合わせて比較したカム１
３の横断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態に関するもので、本発明
の可変吐出量高圧ポンプＰをディーゼルエンジンのコモ
ンレール噴射システムに適用したシステム系統図であ
る。

【図５】本発明の第１実施形態に関するもので、電磁弁
６の作動により圧送量を変える場合の可変吐出量高圧ポ
ンプＰの制御状況、カムリフトによるプランジャの作
動、圧送量や駆動トルクの変化を示すタイムチャートで
ある。

【図６】本発明の第１実施形態に関するもので、電磁弁
６の作動によりカム１３を図中左右方向に移動させるこ
とによって、カムローラ２２とカム１３のカム面との当
接位置を変える場合の各部の作動を示す中心軸に沿った
要部横断面図であり、（Ａ）は燃料圧送量が全量の時で
あり、（Ｂ）は燃料圧送量が半分の時であり、（Ｃ）は
燃料圧送量が少量の時であり、（Ｄ）は燃料圧送量がゼ
ロの時を各々示す。

【図７】本発明の第１実施形態に関するもので、電子制
御ユニットＥＣＵによる可変吐出量高圧ポンプの制御の
一例を示すフローチャートである。

【図８】本発明の第１実施形態に関するもので、電磁弁
６の作動状態を示す中心軸に沿った横断面図であり、
（Ａ）は閉弁時の状態、（Ｂ）は開弁時の状態を各々示
す。

【図９】本発明の第２実施形態に関するものであり、可
変吐出量高圧ポンプの中心軸に沿った横断面図である。

【図１０】本発明の第２実施形態に関するものであり、
図９で用いる電磁弁６に関し、（Ａ）は電磁弁６の中心
軸に沿った横断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）の電磁弁６
の弁体７３の中心軸に沿った横断面図を示す。

【図１１】第３実施形態の可変吐出量高圧ポンプの中心
軸に沿った横断面図である。

【図１２】第４実施形態の可変吐出量高圧ポンプの中心
軸に沿った横断面図である。

【図１３】従来の可変吐出量高圧ポンプにかわり、本発
明者らが提案してきた可変吐出量高圧ポンプに関するも
のであり、（Ａ）は中心軸に沿った横断面図、（Ｂ）は
カムリフトの様子、制御方法、プランジャやカムローラ
の作動、圧送量や駆動トルクの変化を示す作動説明図で
ある。

【図１４】従来の可変吐出量高圧ポンプの一例を示す中
心軸に沿った要部の横断面図である。

【符号の説明】

２ａ シリンダ（摺動孔） ４ 第１の逆止弁 ６ 流量制御弁 １１ 低圧流路 １３ カム ２１ プランジャ ２３ 圧力室 ７３ 弁体 ７６ 連通孔 ２０１ ポンプ室 ２０２ リターン流路 Ｃ カム背圧室 ＥＣＵ 電子制御ユニット Ｇ１ 第２の逆止弁 Ｋ１ 第１の絞り Ｋ２ 第２の絞り Ｋ３ 第３の絞り Ｐ 可変吐出量高圧ポンプ Ｒ 高圧流路（コモンレール） Ｙ 面積絞り弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 59/30 Ｆ０２Ｍ 59/30

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内にプランジャを往復運動可能
   に嵌挿配設して、前記シリンダの内壁面と前記プランジ
   ャの端面とで圧力室を形成し、該圧力室に低圧流路から
   導入される低圧流体を、前記プランジャの往復運動によ
   って加圧して高圧流路へ圧送するようになした可変吐出
   量高圧ポンプにおいて、前記圧力室と前記低圧流路との
   間に、該低圧流路から圧力室へ向かう方向のみに流体を
   流す第１の逆止弁のみを設け、前記プランジャを往復運
   動させるカムに可変カムプロフィールを形成すると共に
   該カムの移動手段を備えたことを特徴とする可変吐出量
   高圧ポンプ。
2. 【請求項２】 前記低圧流路とカム背圧室との間に第１
   の絞りを設け、前記カム背圧室から前記カムの移動手段
   をなす流量制御弁を介してポンプ室（ポンプ内部）また
   はリターン流路に接続したことを特徴とする請求項１に
   記載の可変吐出量高圧ポンプ。
3. 【請求項３】 前記低圧流路とカム背圧室との間に前記
   カムの移動手段をなす流量制御弁を設け、前記カム背圧
   室から第２の絞りを介してポンプ室（ポンプ内部）また
   はリターン流路に接続したことを特徴とする請求項１に
   記載の可変吐出量高圧ポンプ。
4. 【請求項４】 前記カム背圧室の直前に前記低圧流路か
   ら前記カム背圧室へ向かう方向のみに流体を流す第２の
   逆止弁と、カム背圧室にポンプ室（ポンプ内部）に連通
   する第３の絞りを設けたことを特徴とする請求項２また
   は請求項３のいずれかに記載の可変吐出量高圧ポンプ。
5. 【請求項５】 前記流量制御弁が電磁弁であることを特
   徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の可
   変吐出量高圧ポンプ。
6. 【請求項６】 前記電磁弁の弁体の両端面を連通する連
   通孔を設けることにより前記弁体の両端面に作用する圧
   力差を解消したことを特徴とする請求項５に記載の可変
   吐出量高圧ポンプ。
7. 【請求項７】 前記流量制御弁が面積絞り弁である請求
   項２または請求項３のいずれかに記載の可変吐出量高圧
   ポンプ。
8. 【請求項８】 前記流量制御弁への通電を制御する制御
   手段をなす電子制御ユニットを有し、前記カム背圧室の
   圧力を制御する請求項５または請求項７のいずれかに記
   載の可変吐出量高圧ポンプ。