(57)【要約】【課題】本発明は、プランジャを一本としつつ、駆動トルクの過度の増大を抑制することができる燃料供給装置を提供することを目的とする。【解決手段】燃料供給装置１は、カムシャフト２、偏心カム３を備える。さらに、カムシャフト２の回転が伝達され、偏心カム３を駆動するドリブンシャフト４を備える。さらに、偏心カム３の回転運動によって往復動を行い、燃料を圧送する単一のプランジャ５を備えている。カムシャフト２には、楕円ピニオンギヤ６が設けられている。また、ドリブンシャフト４には、楕円ピニオンギヤ６と噛み合う楕円ドリブンギヤ７が設けられている。楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７との比率は楕円ピニオンギヤ６が一回転する間に楕円ドリブンギヤ７が二回転する比率であり、その形状は、ドリブンシャフト４の角回転速度をこのドリブンシャフト４の一回転の中で変動させる形状である。【選択図】図１
2010048183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力シャフトと、
偏心カムと、
前記動力シャフトの回転が伝達され、前記偏心カムを駆動するドリブンシャフトと、
前記偏心カムの回転運動によって往復動を行い、燃料を圧送する単一のプランジャと、
前記動力シャフトが一回転する間に前記ドリブンシャフトを二回転させるとともに、前記ドリブンシャフトの角回転速度を当該ドリブンシャフトの一回転の中で変動させる回転伝達手段と、
を備え、
当該回転伝達手段は、前記プランジャが燃料の圧送状態となるときに前記ドリブンシャフトの角回転速度を低角速度状態とすることを特徴とした燃料供給装置。
【請求項２】
前記回転伝達手段は、前記動力シャフトに設けらた楕円ピニオンギヤと、前記ドリブンシャフトに設けられ、前記楕円ピニオンギヤと噛み合う楕円ドリブンギヤとを有することを特徴とした燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料供給装置と、
当該燃料供給装置によって燃料が圧送されるコモンレールと、
当該コモンレールから燃料が供給され、燃料の噴射を行う燃料噴射弁と、
当該燃料噴射弁の噴射タイミングを制御する制御手段と、
を備え、
当該制御手段は、前記燃料供給装置が稼動することによって変動するコモンレール圧に応じて前記燃料噴射弁の進角制御を行うことを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御手段は、コモンレール圧が高くなる気筒の燃料噴射タイミングよりも、コモンレール圧が低くなる気筒の燃料噴射タイミングを進角させることを特徴とした請求項３記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給装置及び燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧で燃料を吐出する燃料供給装置、高圧燃料ポンプが知られており、その改良も種々行われている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２４７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の高圧燃料ポンプは、蓄圧式燃料噴射システムに用いられるもので、偏心カムを用い、この偏心カムに駆動される二本のプランジャによって高圧の燃料を供給する。
このような二本のプランジャを有する高圧燃料ポンプは、部品点数が多い。そこで、部品点数を削減し、コスト低減を図るべく、プランジャを一本とすることが考えられる。
ところが、プランジャの本数を半減させて一本とした場合に、プランジャが二本である高圧燃料ポンプと同等の圧送量を確保するためには、プランジャを駆動する偏心カムを二倍の速度で回転させ、プランジャを二倍の速度で稼動させなければならない。プランジャを二倍の速度で稼動させた場合、高圧ポンプの駆動トルクに関し、以下のような不都合が想定される。
コモンレールに燃料を圧送する高圧ポンプの駆動トルクは、
駆動トルク＝圧送率（ｍｍ３／ｓ）×コモンレール圧
で表現される。従って、プランジャを二倍の速度で稼動させるということは、圧送率（ｍｍ３／ｓ）が二倍となり、この結果、駆動トルクが二倍になる。
駆動トルクが二倍となると、高圧ポンプに関係する各部の強度対策が必要となる。
【０００５】
そこで、本発明は、プランジャを一本としつつ、駆動トルクの過度の増大を抑制することができる燃料供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書開示の燃料供給装置は、動力シャフトと、偏心カムと、前記動力シャフトの回転が伝達され、前記偏心カムを駆動するドリブンシャフトと、前記偏心カムの回転運動によって往復動を行い、燃料を圧送する単一のプランジャと、前記動力シャフトが一回転する間に前記ドリブンシャフトを二回転させるとともに、前記ドリブンシャフトの角回転速度を当該ドリブンシャフトの一回転の中で変動させる回転伝達手段と、を備え、当該回転伝達手段は、前記プランジャが燃料の圧送状態となるときに前記ドリブンシャフトの角回転速度を低角速度状態とすることを特徴としている。
【０００７】
本明細書開示の燃料供給装置は、単一のプランジャとしているため、従来の二本のプランジャを有する燃料供給装置と比較して、構成部品を削減することができる。ここで、前記動力シャフトが一回転する間に前記ドリブンシャフトを二回転させているので、単一のプランジャとしているにもかかわらず、二本のプランジャを備えた場合と同等の燃料圧送量を確保することができる。
【０００８】
本明細書開示の燃料供給装置は、前記ドリブンシャフトの角回転速度を当該ドリブンシャフトの一回転の中で変動させる回転伝達手段を備え、当該回転伝達手段は、前記プランジャが燃料の圧送状態となるときに前記ドリブンシャフトの角回転速度を低角速度状態としている。本明細書開示の燃料供給装置が備えるドリブンシャフトの角速度は、動力シャフトが一回転し、ドリブンシャフトが二回転する一サイクルの中で高角速度状態から低角速度状態との間で変化する。そして、前記プランジャが燃料の圧送状態となるときに前記ドリブンシャフトの角回転速度が低角速度状態となるように構成されている。
【０００９】
高圧ポンプを形成する燃料供給装置の駆動トルクは、上記のように燃料の圧送率の影響を受けるが、前記プランジャが燃料の圧送状態となるときに前記ドリブンシャフトの角回転速度を低角速度状態とすることにより、燃料供給装置の駆動トルクの上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書開示の燃料供給装置によれば、単一のプランジャを備えた燃料供給装置の駆動トルクを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、実施例の燃料供給装置１が組み込まれた燃料噴射装置１００の概略構成を示す説明図である。図１（Ｂ）は、燃料供給装置１の平面図を模式的に示した図であり、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ線で断面とした模式図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線で断面とした模式図である。
【００１３】
燃料噴射装置１００は、四気筒ディーゼルエンジンに搭載される。
燃料噴射装置１００は、燃料供給装置１と、この燃料供給装置１によって燃料が圧送されるコモンレール２０と、このコモンレール２０から燃料が供給され、燃料の噴射を行う燃料噴射弁３０を備えている。燃料噴射弁３０は、各気筒に装着されるため、４本備えられている。各燃料噴射弁３０は、ＥＣＵ（Electronic control unit）３１に電気的に接続されている。ＥＣＵ３１は、本発明における制御手段に相当するものであり、各燃料噴射弁３０の噴射タイミングを制御する。
【００１４】
次に、燃料供給装置１の構成について詳細に説明する。燃料供給装置１は、動力シャフトに相当するカムシャフト２、偏心カム３を備える。さらに、カムシャフト２の回転が伝達され、偏心カム３を駆動するドリブンシャフト４を備える。さらに、偏心カム３の回転運動によって往復動を行い、燃料を圧送する単一のプランジャ５を備えている。
【００１５】
カムシャフト２には、楕円ピニオンギヤ６が設けられている。また、ドリブンシャフト４には、楕円ピニオンギヤ６と噛み合う楕円ドリブンギヤ７が設けられている。このような楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７を組み合わせた双方楕円ギヤは、本発明における回転伝達手段に相当する。
【００１６】
楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７との比率は楕円ピニオンギヤ６が一回転する間に楕円ドリブンギヤ７が二回転する比率となっている。ただし、楕円ピニオンギヤ６とギヤ楕円ドリブンギヤ７の形状は、ドリブンシャフト４の角回転速度をこのドリブンシャフト４の一回転の中で高角速度状態から低角速度状態の範囲で変動させることができる形状となっている。具体的には、図２に示すように楕円ピニオンギヤ６は長軸と短軸を有し、二つの頂部６ａ、６ｂが形成された楕円形状をなしており、一方の楕円ドリブンギヤ７は、一つの頂部７ａが形成された楕円形状をなしている。そして、楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７は回転中のどの時点であってもそれぞれの回転中心、すなわち、カムシャフト２とドリブンシャフト４との間隔が一定となるような外周形状を有している。
【００１７】
楕円ピニオンギヤ６は、回転軸となるカムシャフト２の中心軸からの頂部６ａまでの距離、中心軸から頂部６ｂまでの距離がいずれも４５ｍｍとなっている。そして、それぞれの頂部６ａ、６ｂから９０°回転した部分にカムシャフト２の中心軸からの距離が最も短い部分が設けられており、その距離はそれぞれ３５ｍｍとなっている。
【００１８】
楕円ドリブンギヤ７は、回転軸となるドリブンシャフト４の中心軸から頂部６ａまでの距離が２５ｍｍとなっている。そして、この頂部７ａから１８０°回転し、頂部７ａと対向する部分にドライブシャフト４の中心軸からの距離が最も短い部分が設けられており、その距離は１５ｍｍとなっている。
【００１９】
図２は、楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンシャフト７との噛み合わせ状態の変化を示した図である。それぞれの状態は、エンジンのクランク角度に対応させて示されている。また、図３は、クランク角度に対する各状態の変化を示したグラフである。図３（Ａ）は、クランク角度に対するＲｐとＲｄの変化を示している。ここで、Ｒｐは、カムシャフト２の中心軸から楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７との噛み合わせ部までの距離であり、Ｒｄはドリブンシャフト４の中心軸から楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７との噛み合わせ部までの距離である。図３（Ｂ）は、楕円ピニオンギヤ６と楕円ドリブンギヤ７との角速度比（ωｄ／ωｐ）の変化を示している。図３（Ｃ）は、プランジャ５のリフト量の変化を示している。
【００２０】
カムシャフト２に設けられた楕円ピニオンギヤ６は、クランクシャフトが二回転すると、一回転する。すなわち、楕円ピニオンギヤ６はクランク角度７２０°で一回転するようになっている。一方、ドリブンシャフト４に設けられた楕円ドリブンギヤ７は、楕円ピニオンギヤ６の一回転に対し、二回転するため、クランク角度７２０°で二回転、すなわち、クランク角度３６０°で一回転するようになっている。このような設定とした結果、プランジャ５が燃料を圧送する期間は、クランク角度で３６０°中、１８０°を越えることはない。
【００２１】
まず、クランク角度０°（７２０°）のときの噛み合わせについて説明する。このとき、楕円ピニオンギヤ６の頂部６ｂと楕円ドリブンギヤ７の頂部７ａに対向する部分とが噛み合っている。従って、Ｒｐは４５ｍｍ、Ｒｄは１５ｍｍとなり、角速度比は３．０となる。
【００２２】
クランク角度１８０°のときは、楕円ピニオンギヤ６の頂部６ｂから９０°回転した部分と楕円ドリブンギヤ７の頂部７ａとが噛み合っている。従って、Ｒｐは３５ｍｍ、Ｒｄは２５ｍｍとなり、角速度比は１．４となる。
【００２３】
クランク角度３６０°のときは、楕円ピニオンギヤ６の頂部６ａと楕円ドリブンギヤ７の頂部７ａに対向する部分とが噛み合っている。従って、Ｒｐは４５ｍｍ、Ｒｄは１５ｍｍとなり、角速度比は３．０となる。
【００２４】
クランク角度５４０°のときは、楕円ピニオンギヤ６の頂部６ａから９０°回転した部分と楕円ドリブンギヤ７の頂部７ａとが噛み合っている。従って、Ｒｐは３５ｍｍ、Ｒｄは２５ｍｍとなり、角速度比は１．４となる。
【００２５】
以上のようにカムシャフト２の中心軸とドリブンシャフト４の中心軸との間隔を６０ｍｍに維持しつつＲｐとＲｄの比率を変更することによって角速度比は１．４〜３．０の間で変動する。この結果、ドリブンシャフト４の角回転速度をこのドリブンシャフトの一回転の中で高角速度状態から低角速度状態の範囲で変動させることができる。ここで、仮に、ピニオンギヤ、ドリブンギヤともに円形のギヤを用いた場合、角速度比は、２．０で一定となる。図３（Ｂ）において、Ｔで示した区間が、角速度比が２．０よりも小さくなる区間であり、ドリブンシャフト４が低速で回転する領域である。このＴの領域にプランジャ５が燃料の圧送状態となるタイミングとを合致させれば、燃料供給装置１の駆動トルクを低下させることができる。本実施例では、図３（Ｃ）に示すプランジャ５のリフト量が増大し、燃料を圧送するタイミング、特に、図中Ａで示したタイミングと角速度比が１．４となるタイミングとを一致させている。
【００２６】
コモンレール２０に燃料を圧送する燃料供給装置１の駆動トルクは、
駆動トルク＝圧送率（ｍｍ３／ｓ）×コモンレール圧
で、表されるところ、角速度が遅くなれば圧送率を低下させることができる。このため、ピニオンギヤ及びドリブンギヤの双方を円形ギヤとした場合（角速度比２．０）と比較して、駆動トルクの上昇を抑制することができる。
【００２７】
また、このように単一のプランジャ５を備えた燃料噴射装置１００は、二本のプランジャが駆動される場合と比較して二倍の回転速度で駆動されるので、摺動時の燃料の漏れが少なく、コモンレール圧の迅速な上昇を行うことができる。すなわち、二本のプランジャが駆動される場合と比較してプランジャが高圧のコモンレール圧を受けている時間が短くなることから燃料の漏れを抑制し、その結果、コモンレール圧を迅速に上昇させることができる。
【００２８】
次に、このような燃料噴射装置１００の噴射時期制御につき、図４を参照し、比較例と対比しつつ説明する。比較例は、♯１プランジャと♯２プランジャの二本のプランジャを偏心カムで駆動する形式の燃料噴射装置である。
図４は、上段側に比較例におけるコモンレール圧、♯１プランジャのリフト量及び圧力、♯２プランジャのリフト量及び圧力の変化を示している。そして、下段側に実施例のコモンレール圧、プランジャ５のリフト量の変化を示している。
【００２９】
まず、比較例について説明する。
まず♯１気筒が噴射されると、図中ａで示すように燃料が噴射されたことによりコモンレール圧は低下する。このとき、♯１プランジャのリフト量は増大期間にあり、♯１プランジャの圧力も増大を続ける。そして♯３気筒の噴射が行われる。♯３気筒が噴射するときのコモンレール圧は、♯１気筒が噴射されるときと同等の圧力に復帰している。これは、♯１プランジャがリフト量増大期間にあり、圧力の増大が継続されて、♯１気筒の噴射により低下したコモンレール圧を上昇させるからである。
【００３０】
♯３気筒が噴射されると、燃料が噴射されたことにより、図中ｂで示すようにコモンレール圧は低下する。しかしながら、♯３気筒の噴射後も♯１プランジャは依然としてリフト量が増大する期間にあるから♯１プランジャの圧力、コモンレール圧は上昇する。そして、図中ｃの時期になると♯１プランジャのリフト量が減少に転じるため、この時点から♯１プランジャの圧力は低下する。ただし、コモンレール圧は、♯１気筒や♯３気筒の噴射時期と同等の圧力に達しており、その時点での圧力が維持される。
【００３１】
そして、図中ｄで示した♯４気筒の噴射時期を迎える。♯４気筒の噴射が行われると、図中ｄで示すように燃料が噴射されたことによりコモンレール圧は低下する。ところが、図中ｃの時点から♯２プランジャがリフト量の増大期間に入っており、♯２プランジャの圧力も増大を続ける。そして、♯２気筒の噴射が行われる。♯２気筒が噴射するときのコモンレール圧は、他の気筒の噴射時期と同等の圧力に復帰している。これは、♯２プランジャがリフト量増大期間にあり、圧力の増大が継続されているからである。
【００３２】
♯２気筒が噴射されると、燃料が噴射されたことにより、図中ｅで示すようにコモンレール圧は低下する。しかしながら、♯２気筒の噴射後も♯２プランジャは依然としてリフト量が増大する期間にあるから♯２プランジャの圧力、コモンレール圧は上昇する。そして、図中ｆの時期になると♯２プランジャのリフト量が減少に転じるため、この時点から♯２プランジャの圧力は低下する。ただし、コモンレール圧は、他の噴射時期と同等の圧力に達しており、その時点での圧力が維持される。そして、再び図中ａで示した♯１気筒の噴射時期を迎える。
【００３３】
以上のように、二本のプランジャを備えた比較例では、各気筒間で噴射時期におけるコモンレール圧の差は小さい。
【００３４】
次に、実施例について説明する。
まず♯１気筒が噴射されると、図中ｇで示すように燃料が噴射されたことによりコモンレール圧は低下する。ただし、プランジャ５のリフト量は増大期間にあり、プランジャ５の圧力も増大を続けているため、即座にコモンレール圧、プランジャ５の圧力は、上昇に転じる。
【００３５】
しかし、図中ｈで示したタイミングでプランジャ５は、リフト量増大期間からリフト量減少期間に転じる。このため、プランジャ５の圧力は減少する。ただし、コモンレール圧は、♯１気筒の噴射時期よりも高い圧力に達しており、その圧力を維持する。そして、図中ｉで示すように♯３気筒の噴射時期を迎える。
【００３６】
図中ｉで示すように燃料が噴射されたことによりコモンレール圧は低下し、その後暫く噴射後の圧力が維持される。これは、プランジャ５がリフト量減少期間に入っており、コモンレール圧は上昇することができないためである。
【００３７】
その後、図中ｊで示すタイミングになるとプランジャ５がリフト量増大期間に転じるため、プランジャ５の圧力は上昇に転じる。そして、図中ｋで示すように♯４気筒の噴射時期を迎える。ところが、プランジャ５がリフト量増大期間に入ってから短時間で♯４気筒の噴射時期を迎えるため、コモンレール圧は♯３気筒の噴射時期よりも低い圧力となっている。
【００３８】
♯４気筒の噴射時、プランジャ５は、リフト量増大期間に入っているので、♯４気筒の噴射後の図中ｌで示すタイミングまで、コモンレール圧及びプランジャ５の圧力は、ともに上昇する。そして、図中ｌで示すタイミングでプランジャ５は、リフト量増大期間からリフト量減少期間に転じる。このため、プランジャ５の圧力は減少する。ただし、コモンレール圧は、♯１気筒の噴射時期よりも高い圧力に達しており、その圧力を維持する。そして、図中ｍで示すように♯２気筒の噴射時期を迎える。
【００３９】
図中ｍで示すように♯２気筒で燃料が噴射されたことによりコモンレール圧は低下し、その後暫く噴射後の圧力が維持される。これは、プランジャ５がリフト量減少期間に入っており、コモンレール圧は上昇することができないためである。
【００４０】
その後、図中ｎで示すタイミングになるとプランジャ５がリフト量増大期間に転じるため、プランジャ５の圧力は上昇に転じる。そして、再び♯１気筒の噴射時期を迎える。ところが、プランジャ５がリフト量増大期間に入ってから短時間で♯１気筒の噴射時期を迎えるため、コモンレール圧は♯２気筒の噴射時期よりも低い圧力となっている。
【００４１】
このように実施例の燃料噴射装置１００は、単一のプランジャ５を用いた燃料供給装置１が組み込まれているため、♯１気筒と♯４気筒の噴射時のコモンレール圧力と、♯２気筒と♯３気筒の噴射時のコモンレール圧力とで差が生じる。
【００４２】
そこで、実施例の燃料噴射装置１００では、ＥＣＵ３１がコモンレール圧に応じた進角制御を行う。その制御方針を以下に説明する。
【００４３】
一般に燃焼騒音は噴射圧力に敏感であり、噴射時のコモンレール圧の影響を受ける。このため、高いコモンレール圧で燃料を噴射する場合、噴射タイミングを遅角して騒音を下げることがある。しかし、噴射タイミングの遅角はその一方で、燃費の悪化を招く。
【００４４】
前記のように燃費の向上を目指せば進角制御を行うことが有効であり、燃焼騒音の低減を目指せば、遅角制御を行うことが有効である。このような状況下、燃焼騒音の低減を重視すれば、進角制御を行うことは得策ではない。従って、比較例のように全ての気筒の噴射時期にほぼ同等の高圧のコモンレール圧となっている場合に燃焼騒音の低減を重視すれば、全ての気筒について、進角制御の実施は妥当でないことになる。
【００４５】
一方、実施例の燃料噴射装置１は、♯２気筒と♯３気筒よりも噴射時のコモンレール圧が低い♯１気筒と♯４気筒の燃料噴射タイミングを♯２気筒と♯３気筒の噴射タイミングよりも進角させる。
【００４６】
すなわち、♯１気筒と♯４気筒は♯２気筒と♯３気筒よりも噴射時のコモンレール圧が低く、燃焼騒音対策として燃料噴射タイミングを遅めに設定する必要性は♯２気筒と♯３気筒よりも低い。そこで、♯１気筒と♯４気筒の燃焼噴射タイミングは、燃費向上を重視して、♯２気筒と♯３気筒よりも進角側に設定する。
これにより、燃焼騒音対策と燃費向上対策の両立を図ることができる。
【００４７】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、上記実施例で示した楕円ドリブンギヤ、楕円ピニオンギヤの形状寸法、各部の比率は一例であり、他の形状寸法、各部の比率とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、実施例の燃料供給装置が組み込まれた燃料噴射装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例の楕円ピニオンギヤと楕円ドリブンシャフトとの噛み合わせ状態の変化を示した図である。
【図３】図３は、クランク角度に対するＲｐとＲｄの変化、角速度比の変化、プランジャのリフト量の変化を示したグラフである。
【図４】図４は、実施例と比較例のコモンレール圧、プランジャの圧力の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１…燃料供給装置
２…カムシャフト
３…偏心カム
４…ドリブンシャフト
５…プランジャ
６…楕円ピニオンギヤ
７…楕円ドリブンギヤ
１０…燃料噴射装置
２０…コモンレール
３０…燃料噴射弁
３１…ＥＣＵ
【図１】
2010048183.tif 000003
【図２】
2010048183.tif 000004
【図３】
2010048183.tif 000005
【図４】
2010048183.tif 000006