JPWO2012147173A1 - 高圧ポンプの調量装置 - Google Patents

Abstract

高圧ポンプの調量装置は、フィードポンプから供給された燃料を昇圧して圧送する高圧ポンプの調量装置であって、高圧ポンプが備えるシリンダと前記フィードポンプによって供給される燃料が流通するフィードポンプ連通路との連通状態を変化させ、前記高圧ポンプの吐出量を調節する吸入弁と、前記吸入弁を閉弁側に付勢するバネ部材と、通電により、前記バネ部材による前記吸入弁の閉弁方向への移動を許容する閉弁手段と、前記フィードポンプのフィード圧に応じて前記バネ部材の圧縮量を変更する圧縮量調整部材と、を備えている。

Description

本発明は高圧ポンプの調量装置に関する。

従来、燃料ポンプが複数のプランジャを備えることで複数の圧送系統を有する燃料噴射装置が知られている。例えば特許文献１である。特許文献１に開示された燃料噴射装置によれば、一部の圧送系統に異常が発生したときであっても、燃圧の制御性を高く維持することができる。具体的には、２つのプランジャのそれぞれによる燃料の圧送系統の一方に異常があると判断されると、異常と対応しない圧送系統の圧送量が多くなるように燃料ポンプの圧送開始角度を強制的に変更している。

特開２００７−２５５４００号公報

ところで、昨今、単一のプランジャを備えた高圧ポンプが知られている。このように、単一のプランジャを備えた高圧ポンプにおいて調量弁の故障が発生した場合、上記特許文献１で開示されているように、他のプランジャから燃料を圧送することはできず、燃料の吐出を維持し、継続することは困難である。

そこで本明細書に開示された高圧ポンプの調量装置は、調量弁に故障が発生した場合に、燃料の吐出を維持し、継続することを課題とする。

上記課題を解決するために本明細書開示の高圧ポンプの調量装置は、フィードポンプから供給された燃料を昇圧して圧送する高圧ポンプの調量装置であって、高圧ポンプが備えるシリンダと前記フィードポンプによって供給される燃料が流通するフィードポンプ連通路との連通状態を変化させ、前記高圧ポンプの吐出量を調節する吸入弁と、前記吸入弁を閉弁側に付勢するバネ部材と、通電により、前記バネ部材による前記吸入弁の閉弁方向への移動を許容する閉弁手段と、前記フィードポンプのフィード圧に応じて前記バネ部材の圧縮量を変更する圧縮量調整部材と、を、備えている。

閉弁手段が作動し、バネ部材の付勢力によって吸入弁が閉弁状態となると、高圧ポンプは、シリンダ内の燃料を圧送可能な状態となる。従って、この閉弁手段に異常が発生し、吸入弁が閉弁できなくなると、燃料の圧送が継続できなくなるおそれがある。吸入弁は、圧縮状態で装着されたバネ部材に付勢されて閉弁方向に移動する。このため、バネ部材の圧縮量を大きくすれば、吸入弁は閉弁し易くなる。圧縮量調整部材は、フィード圧に応じてバネ部材の圧縮量を変更することにより、吸入弁の開閉のし易さを調整する。

このような圧縮量調整部材は第１の面と当該第１の面の裏面となる第２の面を備えたプレート部材とすることができる。プレート部材は、第１の面と前記吸入弁に設けられた掛合鍔部との間に前記バネ部材を保持し、前記第１の面における前記フィード圧の受圧面積が前記第２の面における前記フィード圧の受圧面積よりも大きい構成とする。

第１の面と第２の面とでフィード圧の受圧面積に差を設けることにより、フィード圧に応じてバネ部材の圧縮量を変更することができる。具体的には、フィード圧が小さくなると、受圧面積が大きい第１の面側に働く力の減少量が、受圧面積の小さい第２の面側に働く力の減少量よりも大きくなる。結果的に第２の面側から押される力が大きくなり、プレート部材は、第１の面側に移動する。すると、第１の面側で支持されたバネ部材の圧縮量が増大する。これにより、バネ部材の予荷重が増大し、吸入弁を閉弁方向に移動させ易い状態となる。この状態でプランジャが作動すると、シリンダ内で圧縮された燃料が吸入弁を押し上げて閉弁状態とする、いわゆる自閉現象を発現させることができる。自閉現象により吸入弁が閉弁状態となれば、高圧ポンプは、燃料の圧送を維持継続することができる。

高圧燃料ポンプの調量装置は、前記フィードポンプが電動式であるときに、前記閉弁手段の故障判定手段を備え、前記故障判定手段によって前記閉弁手段が故障していると判断したときに、前記フィードポンプのフィード圧を低下させる制御部を備えることができる。

圧縮量調整部材は、フィード圧に応じてバネ部材の圧縮量を変更する。具体的には、フィード圧が低下すると、バネ部材の圧縮量を増大させる。このため、閉弁手段の故障が検出されたときは、強制的にフィード圧を低下させる。これにより、バネ部材の圧縮量を増大させて、吸入弁の自閉現象を促進させ、燃料の吐出を維持継続させる。

前記故障判定手段は、前記高圧ポンプから高圧の燃料が供給されるコモンレールのレール圧に応じて前記閉弁手段の故障を判断することができる。追加の装備をすることなく、従来備えるレール圧センサを利用することができる。

本明細書に開示された高圧ポンプの調量装置によれば、調量弁に故障が発生した場合に、燃料の吐出を維持継続することができる。

図１は、実施例の高圧ポンプに組み込まれた調量装置の概略構成を示す説明図である。 図２（Ａ）は調量装置に組み込まれるプレート部材の平面図であり、図２（Ｂ）は底面図であり、図２（Ｃ）はＡ−Ａ線断面図である。 図３（Ａ）は通常状態の調量装置において吸入弁が開弁した状態を示す説明図であり、図３（Ｂ）は通常状態の調量装置において吸入弁が閉弁した状態を示す説明図である。 図４（Ａ）〜（Ｄ）は通常状態における高圧ポンプによる燃料吐出の様子を示す説明図である。 図５（Ａ）はソレノイド故障状態の調量装置において吸入弁が開弁した状態を示す説明図であり、図５（Ｂ）はソレノイド故障状態の調量装置において吸入弁が閉弁した状態を示す説明図である。 図６（Ａ）〜（Ｄ）はソレノイド故障状態における高圧ポンプによる燃料吐出の様子を示す説明図である。 図７はフィードポンプのフィード圧とエンジン回転数との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。

実施例の高圧ポンプの調量装置（以下、単に「調量装置」という）２０は、高圧ポンプ１００に組み付けられている。調量装置２０は、吐出量調整弁（ＰＣＶ：
Control Valve）である。高圧ポンプ１００は、電動式のフィードポンプ１から供給された燃料を昇圧して圧送する。高圧ポンプ１００は、シリンダ１０１内に摺動自在に配置されたプランジャ１０２を備えている。高圧ポンプ１００は、一のシリンダ１０１と一のプランジャ１０２を備えた単筒ポンプである。調量装置２０は、フィードポンプ１と高圧ポンプ１００との間に設けられている。調量装置２０は、高圧ポンプ１００が備えるシリンダ１０１とフィードポンプ１によって供給される燃料が流通するフィードポンプ連通路２との連通状態を変化させ、高圧ポンプ１００の吐出量を調節する吸入弁３を備えている。吸入弁３は、テーパ状のシート面３ａを備えた先端側がシリンダ１０１内に位置するように配置されている。すなわち、シリンダ１０１の上部に形成された燃料の導入孔１０１ａを貫通した状態で配置されている。導入孔１０１ａに形成されたテーパ状のシート部１０１ａ１に吸入弁３のシート面３ａが着座することにより、シリンダ１０１は閉じた状態となる。高圧ポンプ１００は、カム１０３によって駆動されるプランジャ１０２が上下動することにより燃料をコモンレール１４へ圧送する。吸入弁３は、シリンダ１０１内にフィードポンプ１から供給された燃料を吸い込むときに開弁状態となる。また、プランジャ１０２によって燃料が吐出されるときに、その閉じ加減を調節することにより、吐出量を制御する。なお、高圧ポンプ１００とコモンレール１４との間には、一方弁１５が設けられている。

吸入弁３は、本体部４に摺動自在に支持されている。本体部４は、大気開放通路４ａを備えている。本体部４には、筒状部５が設けられている。本体部４と筒状部５との間には、ガスケット６が装着されており、筒状部５の内側と、大気開放通路４ａとが仕切られている。筒状部５の内側は、フィードポンプ連通路２と連通しており、内部にフィード圧がかかるようになっている。

調量装置２０は、吸入弁３を閉弁側、すなわち、本実施例において、図１中、上方に付勢するバネ部材１２を備えている。また、調量装置２０は、通電により、バネ部材１２による吸入弁３の閉弁方向への移動を許容する閉弁手段を備えている。閉弁手段は、ソレノイド９とアーマチャ１０を含んでいる。ソレノイド９とアーマチャ１０は、筒状部５の内部に配置されている。ソレノイド９に通電されていないとき、アーマチャ１０は、吸入弁３に当接し、吸入弁３を開弁側に付勢するバネ部材１１によって吸入弁３を開弁させる。アーマチャ１０は、ソレノイド９に通電されることにより、バネ部材１１を圧縮しつつソレノイド９側に引き寄せられる。これにより、バネ部材１２により閉弁側に付勢されている吸入弁３が移動する。

吸入弁３の基端側、すなわち、アーマチャ１０が当接する側には、掛合鍔部３ｂが設けられている。バネ部材１２は、この掛合鍔部３ｂと、プレート部材７の第１の面７ａとの間に保持されている。プレート部材７は、フィードポンプのフィード圧に応じてバネ部材１２の圧縮量を変更する圧縮量調整部材の一例である。

プレート部材７は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示されるように、第１の面７ａと、この第１の面７ａの裏面となる第２の面とを備えたリング状の部材である。図１に示すように、プレート部材７は、第１の面７ａが筒状部５内に位置するように配置される。筒状部５内は、上述のようにフィード圧を受けるため、第１の面７ａの全面がフィード圧の受圧面となる。一方、第２の面７ｂ側には、縁部に壁部が設けられ、第２の面７ｂは、フィード圧受圧面７ｂ１と大気圧受圧面７ｂ２とに区分けされる。プレート部材７は、大気圧受圧面７ｂ２が、大気開放通路４ａに露出するように本体部４に装着されている。大気圧受圧面７ｂ２と大気開放通路４ａとの間には、皿バネ８が介装されており、プレート部材７は、皿バネ８を介して本体部４に支持されている。

第１の面７ａにおけるフィード圧の受圧面積、すなわち、第１の面７ａの面積は、第２の面７ｂにおけるフィード圧の受圧面積、すなわち、フィード圧受圧面７ｂ１の面積よりも大きい。このように、フィード圧の受圧面積を異ならせておくことにより、フィード圧の変化に伴ってプレート部材の位置を変更することができる。具体的には、フィード圧が大きくなると、プレート部材７は、筒状部５内において下降し、フィード圧が小さくなると、プレート部材７は、筒状部５内において上昇する。プレート部材７は、第１の面７ａと掛合鍔部３ｂとの間でバネ部材１２を保持している。このため、プレート部材７が上昇すると、バネ部材１２を圧縮する。プレート部材７は、フィード圧によってその位置を変更するため、フィード圧に応じてバネ部材１２の圧縮量を変更することができる。具体的には、フィード圧が低下してプレート部材７が上昇すると、バネ部材１２を圧縮し、予荷重が増大して吸入弁３を閉弁し易くする。

調量装置２０は、制御部としてのＥＣＵ（Electronic control unit）１３を備えている。ＥＣＵ１３は、コモンレール１４に装着されたレール圧センサ１４ａ、ソレノイド９、フィードポンプ１と電気的に接続されている。

以上説明した調量装置２０の動作につき、図３乃至図６を参照しつつ説明する。図３（Ａ）は通常状態の調量装置２０において吸入弁３が開弁した状態を示す説明図であり、図３（Ｂ）は通常状態の調量装置２０において吸入弁３が閉弁した状態を示す説明図である。図４（Ａ）〜（Ｄ）は通常状態における高圧ポンプ１００による燃料吐出の様子を示す説明図である。図５（Ａ）はソレノイド故障状態の調量装置２０において吸入弁３が開弁した状態を示す説明図であり、図５（Ｂ）はソレノイド故障状態の調量装置２０において吸入弁３が閉弁した状態を示す説明図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）はソレノイド故障状態における高圧ポンプ１００による燃料吐出の様子を示す説明図である。

まず、図３（Ａ）、図３（Ｂ）を参照すると、プレート部材７の第１の面７ａには、通常時の高いフィード圧がかかっている。このため、プレート部材７は、皿バネ８を押し下げ、筒状部５の最下部に位置している。図３（Ａ）に示すように、ソレノイド９が正常であり、ソレノイド９に通電されていないときは、吸気弁３は、アーマチャ１０を介してバネ部材１１によって付勢され、開弁状態となる。そして、図３（Ｂ）に示すように、ソレノイド９に通電されると、アーマチャ１０がソレノイド９に引き寄せられる。そして、バネ部材１２に付勢された吸入弁３は閉弁状となることができる。なお、ソレノイド９への通電制御を行うことにより、吸入弁３の開度調整が行われ、ひいては、高圧ポンプ１００の吐出量調整が行われる。燃料吐出の様子につき、さらに詳細に説明する。図４（Ａ）に示すように吸入弁３が開いた状態でカム１０３が回転を開始し、図４（Ｂ）に示すようにプランジャ１０２が下降を開始すると、シリンダ１０１内にフィードポンプ１から供給された燃料が流入する。そして、図４（Ｃ）に示すように、プランジャ１０２が上昇し始め、燃料を圧縮し始める。このとき、吸入弁３が開いた状態が継続されると、シリンダ１０１内の燃料は再び導入孔１０１ａを通じて排出される。この排出量を調整することにより、吐出量が調整される。所望の吐出量となるように所定量燃料を導入孔１０１ａ完了させた後、図４（Ｄ）に示すようにソレノイド９に通電し、吸入弁３を閉弁状態とする。吸入弁３を閉弁状態とすることにより、プランジャ１０２に圧縮されたシリンダ１０１内の燃料は、コモンレール１４側へ送られる。

つぎに、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照すると、プレート部材７の第１の面７ａには、通常時と比較して低いフィード圧がかかっている。すなわち、フィードポンプ１がＥＣＵ１３の指令に基づいて制御され、抑制されたフィード圧がかかっている。故障判定手段として機能するＥＣＵ１３は、レール圧センサ１４ａの値が低下を検知すると、これが、ソレノイド９の故障によるものであると判断する。そして、フィードポンプ１を制御してフィード圧を低下させる。このため、プレート部材７の第１の面７ａが受ける力が相対的に小さくなる。そして、プレート部材７は、皿バネ８の反発力と第１の面７ａ及び第２の面７ｂとが受ける力のバランスに起因して筒状部５内で上昇する。プレート部材７が上昇すると、バネ部材１２は、圧縮量が増大する。この結果、バネ部材１２の予荷重が増すため、吸入弁３は閉弁方向に移動し易くなる。ソレノイド９が故障しているときであっても、図５（Ａ）に示すように、吸気弁３は、アーマチャ１０を介してバネ部材１１によって付勢され、開弁状態となる。そして、ソレノイド９が故障しているときであっても、図５（Ｂ）に示すように、プランジャ１０２が上昇すると、シリンダ１０１内で圧縮された燃料によって吸入弁３が押し上げられ、吸入弁３を閉弁状態とすることができる。いわゆる自閉現象が起こる。吸入弁３が閉弁状態となることにより、コモンレール１４への燃料の圧送が可能となる。燃料吐出の様子につき、さらに詳細に説明する。図６（Ａ）に示すように吸入弁３が開いた状態でカム１０３が回転を開始し、図６（Ｂ）に示すようにプランジャ１０２が下降を開始すると、シリンダ１０１内にフィードポンプ１から供給された燃料が流入する。そして、図６（Ｃ）に示すように、プランジャ１０２が上昇し始め、燃料を圧縮し始める。すると、導入孔１０１ａから排出される燃料の流れによって、吸入弁３が押され、閉弁方向に移動する。吸入弁３を閉弁方向に付勢するバネ部材１２は、プレート部材７が移動することによりその予荷重を増している。この結果、バネ部材１２が発揮する付勢力は、プランジャ１０２によって圧縮された燃料の流れの力と合わさってバネ部材１２の付勢力に打ち勝つことができ、吸入弁３を押し上げて閉弁状態とすることができる。図６（Ｄ）に示すようにプランジャ１０２による燃料の圧縮が継続される限り、吸入弁３は、閉弁状態を維持することができるため、プランジャ１０２に圧縮されたシリンダ１０１内の燃料は、コモンレール１４側へ送られる。

このように、本実施例の調量装置２０によれば、調量弁である吸入弁を駆動するソレノイド９に故障が発生した場合に、燃料の吐出を継続することができる。燃料の吐出を継続することができることにより、車両を安全な場所まで移動する退避走行が可能となる。

上記実施例では、レール圧センサ１４ａによりレール圧の低下を検知したＥＣＵ１３がフィードポンプ１を制御してフィード圧を低下させている。すなわち、フィードポンプ１が電気式であることを想定した例となっている。しかしながら、いわゆるメカ式のフィードポンプが用いられている場合であっても、本実施例と同様の調量装置２０を適用することができる。例えば、上記例と同様にソレノイド９が故障した場合は、コモンレールへ１４の燃料の圧送に不具合が生じ、機関の出力が低下する。図７は、エンジン回転数とフィード圧との関係を示したグラフであるが、機関の出力（エンジン回転数）が低下すれば、クランクシャフトやカムシャフトの回転を駆動源とするフィードポンプの出力も低下する。この結果、フィード圧が低下することになるため、上記例と同様にプレート部材７を移動させることができる。そして、自閉現象を生じさせ、燃料の圧送を維持継続することができる。メカ式のフィードポンプを用いた場合は、コモンレール１４に装着された減圧弁を用いて燃料の圧力を制御し、機関の出力を低下させることによって積極的に自閉現象を誘発することも可能である。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、上記実施例は、ディーゼル機関に用いられる高圧ポンプを想定しているが、ガソリン機関における燃料ポンプに同様に調量装置を組み合わせて用いることもできる。

１ フィードポンプ
２ フィードポンプ連通路
３ 吸入弁
３ｂ 掛合鍔部
４ 本体部
４ａ 大気開放通路
５ 筒状部
７ プレート部材（圧縮量調整部材）
７ａ 第１の面（フィード圧受圧面）
７ｂ 第２の面
７ｂ１ フィード圧受圧面
７ｂ２ 大気圧受圧面
９ ソレノイド
１０ アーマチャ
１１ バネ部材（吸入弁を開弁側に付勢）
１２ バネ部材（吸入弁を閉弁側に付勢）
１３ ＥＣＵ（Electronic control unit；制御部）
１４ コモンレール
１４ａ レール圧センサ
２０ 調量装置
１００ 高圧ポンプ
１０１ シリンダ
１０１ａ 導入孔
１０２ プランジャ

Claims (4)

1. フィードポンプから供給された燃料を昇圧して圧送する高圧ポンプの調量装置であって、
   高圧ポンプが備えるシリンダと前記フィードポンプによって供給される燃料が流通するフィードポンプ連通路との連通状態を変化させ、
   前記高圧ポンプの吐出量を調節する吸入弁と、
   前記吸入弁を閉弁側に付勢するバネ部材と、
   通電により、前記バネ部材による前記吸入弁の閉弁方向への移動を許容する閉弁手段と、
   前記フィードポンプのフィード圧に応じて前記バネ部材の圧縮量を変更する圧縮量調整部材と、
   を、備えた高圧ポンプの調量装置。
2. 前記圧縮量調整部材は第１の面と当該第１の面の裏面となる第２の面を備えたプレート部材であって、
   前記第１の面と前記吸入弁に設けられた掛合鍔部との間に前記バネ部材を保持し、
   前記第１の面における前記フィード圧の受圧面積が前記第２の面における前記フィード圧の受圧面積よりも大きい請求項１記載の高圧ポンプの調量装置。
3. 前記フィードポンプが電動式であるときに、
   前記閉弁手段の故障判定手段を備え、
   前記故障判定手段によって前記閉弁手段が故障していると判断したときに、前記フィードポンプのフィード圧を低下させる制御部を備えた請求項１又は２記載の高圧ポンプの調量装置。
4. 前記故障判定手段は、前記高圧ポンプから高圧の燃料が供給されるコモンレールのレール圧に応じて前記閉弁手段の故障を判断する請求項３記載の高圧ポンプの調量装置。

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