(57)【要約】【課題】燃料吐出量を確保しつつ、加圧室の燃料圧力を抑えることのできる燃料ポンプを提供する。【解決手段】この高圧燃料ポンプ１１は、プランジャ１９を往復駆動することによって加圧室２２の燃料を加圧し、その加圧した燃料をアウトチェック弁２７を介して燃料通路に供給する。高圧燃料ポンプ１１は、シリンダ１７に接続されるリフタガイド１２及び小径通路１８と、リフタガイド１２内に設けられカム１４によって往復駆動されるリフタ１３とを備える。リフタ１３の往復動によってリフタガイド１２からシリンダ１７内に導入される流体を介して、プランジャ１９が加圧室２２側に変位する。【選択図】      図１
2006170097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャを往復駆動することによりシリンダ内における加圧室の燃料を加圧し、該加圧した燃料をアウトチェック弁を介して内燃機関に供給する燃料ポンプにおいて、
前記シリンダに接続される流体通路と、該流体通路に設けられ前記内燃機関のカムシャフトに形成されたカムによって往復駆動されるリフタとを備え、
前記プランジャは前記リフタの往復動によって前記シリンダ内に導入される前記流体通路の流体を介して前記加圧室側に変位せしめられる
ことを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
前記流体通路から前記シリンダ内に導入される流体の量を可変設定する可変設定手段を備える
請求項１に記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記プランジャが前記流体通路の流体を介して前記加圧室側に変位せしめられるのに先立ち、前記流体通路内の流体を吸引して同流体通路の圧力を低下させる流体圧調節手段を更に備える
請求項１又は２に記載の燃料ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料ポンプにおいて、
前記流体についての受圧面積であって前記リフタにかかる受圧面積を前記プランジャにかかる受圧面積よりも大きく設定した
ことを特徴とする燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用内燃機関等の内燃機関に搭載されて、燃料噴射弁等に燃料を供給する高圧燃料ポンプ等の燃料ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、こうした燃料ポンプとして、例えば特許文献１に開示されるプランジャ式の燃料ポンプが知られている。
この種の燃料ポンプは、シリンダ内に往復摺動可能に嵌入されたプランジャと、それらシリンダ及びプランジャによって区画形成された加圧室と、加圧室からの燃料流出のみを許容するアウトチェック弁とを備えている。上記プランジャは、これに取り付けられたリフタがカムによって直接駆動されることによりシリンダ内を往復動する。そして、このプランジャの往復動によって加圧室の容積が変更されて燃料が加圧され、この加圧された燃料がアウトチェック弁を介して内燃機関に吐出・供給される。
【特許文献１】特開２００１−２９５７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記アウトチェック弁は、その構造上、加圧室の燃料圧力が開弁圧力になってから同アウトチェック弁が実際に開弁されるようになるまでに若干の動作遅れがある。そのため、従来の燃料ポンプにあっては、そうした動作遅れ時間の分だけ加圧室内の燃料圧力が上記開弁圧力からオーバーシュートするようになる。そして、そうしたオーバーシュート分は、開弁圧力になったときにおける燃料圧力の上昇速度が高いときほど、換言すれば、カムの回転速度が高いときほど大きくなる。したがって、従来の燃料ポンプにあっては、カムの回転速度上昇に伴って加圧室内の燃料圧力（詳しくは、そのピーク圧力）が上昇することとなる。
【０００４】
そのように加圧室の燃料圧力が高くなる燃料ポンプにあっては、カムとリフタ（それらの間に他の部材が介在している場合には同部材）との接触面の摩耗を招き易くなったり、その円滑な動きが妨げられるようになったりする等といった不都合が生じる。従来の燃料ポンプは、リフタ、ひいてはプランジャがカムによって直接駆動されるために、加圧室内の圧力を低下させる有効な手立てがなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、加圧室の燃料圧力を抑えることのできる燃料ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
先ず、請求項１に記載の発明は、プランジャを往復駆動することによりシリンダ内における加圧室の燃料を加圧し、該加圧した燃料をアウトチェック弁を介して内燃機関に供給する燃料ポンプにおいて、前記シリンダに接続される流体通路と、該流体通路に設けられ前記内燃機関のカムシャフトに形成されたカムによって往復駆動されるリフタとを備え、前記プランジャは前記リフタの往復動によって前記シリンダ内に導入される前記流体通路の流体を介して前記加圧室側に変位せしめられることをその要旨とする。
【０００７】
上記構成では、カムによってリフタが駆動されると、これに伴って流体通路内の流体が圧縮されつつシリンダ内に導入され、その導入された流体によってプランジャが変位するようになる。このとき流体がダンパのように機能するようになり、カムによってプランジャが直接駆動される場合と比較して、プランジャが変位し始めたときにおける同プランジャの変位速度が遅くなる。そのため、アウトチェック弁の開弁圧力に達するときにおける加圧室の燃料圧力の上昇速度を低く抑えることができ、同燃料圧力の上記開弁圧力からのオーバーシュート分を小さくして、燃料圧力を低く抑えることができるようになる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料ポンプにおいて、前記流体通路から前記シリンダ内に導入される流体の量を可変設定する可変設定手段を備えることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、プランジャの最大変位量を調節して燃料ポンプの吐出量を変更することができるようになり、高い自由度をもって燃料ポンプを制御することができるようになる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料ポンプにおいて、前記プランジャが前記流体通路の流体を介して前記加圧室側に変位せしめられるのに先立ち、前記流体通路内の流体を吸引して同流体通路の圧力を低下させる流体圧調節手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、プランジャが加圧室側に変位するのに先立って流体通路内の流体が吸引される、換言すれば、シリンダ内の流体を加圧するのに先立って流体通路外に流体が排出されるために、シリンダ内の流体を加圧した後に流体を流体通路外に排出する構成と比べて、燃料ポンプの負荷低減を図ることができるようになる。しかも、プランジャの変位開始前における流体圧力を低くすることもでき、同プランジャの変位速度をより遅くして加圧室の圧力をより低く抑えることができるようになる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料ポンプにおいて、前記流体についての受圧面積であって前記リフタにかかる受圧面積を前記プランジャにかかる受圧面積よりも大きく設定したことをその要旨とする。
【００１３】
ここで、２つのピストン間に流体を封入した状態で一方のピストンに荷重をかけた場合、両ピストンの移動量Ｐ１，Ｐ２と受圧面積Ｓ１，Ｓ２とは次のような相関関係「Ｐ１・Ｓ１＝Ｐ２・Ｓ２」を満たす。このため、上記構成によれば、プランジャの変位量に対してリフタの変位量を小さく設定することができる。したがって、カムのリフト量を小さくして同カムの形状を円形に近い形状にすることができ、同カムを滑らかに回転させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる燃料ポンプを自動車用内燃機関に搭載される高圧燃料ポンプとして具体化した一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる高圧燃料ポンプの概略構成を示している。
【００１５】
同図１に示すように、高圧燃料ポンプ１１のリフタガイド１２内にはリフタ１３が配設されている。リフタ１３はリフタガイド１２の内周面に案内されて軸線方向への往復摺動が可能とされている。リフタ１３の下方にはカム１４が配設されている。このカム１４はカム軸１５に設けられ、同カム軸１５の回転に伴い回転する。カム軸１５は機関出力軸（図示略）に駆動連結されている。
【００１６】
リフタガイド１２内においてその内壁と上記リフタ１３との間にはコイルスプリング１６が配設されている。このコイルスプリング１６の付勢力によって、リフタ１３はカムに向けて付勢されており、これにより、リフタ１３の底面１３ａと上記カム１４のカム面１４ａとは常時接触している。そして、リフタ１３は、カム軸１５の回転に伴って往復動する。
【００１７】
高圧燃料ポンプ１１はシリンダ１７を備えている。このシリンダ１７は小径通路１８を通じて上記リフタガイド１２に連通されている。本実施の形態では、この小径通路１８及び上記リフタガイド１２が、シリンダに接続される流体通路として機能する。シリンダ１７内にはプランジャ１９が配設されている。プランジャ１９はシリンダ１７の内周面に案内されて軸線方向への往復摺動が可能とされている。
【００１８】
リフタガイド１２、シリンダ１７及び小径通路１８の内部にあって、上記リフタ１３とプランジャ１９との間（流体室２０）には、流体（本実施の形態では、内燃機関の潤滑に供される潤滑油）が満たされている。
【００１９】
なお、シリンダ１７の軸線と直交する方向における同シリンダ１７の断面積は、リフタガイド１２の軸線と直交する方向における同リフタガイド１２の断面積より小さく設定されている。これにより、流体室２０内の潤滑油についての受圧面積であって上記リフタ１３にかかる受圧面積が上記プランジャ１９にかかる受圧面積よりも大きく設定されている。ここで、２つのピストン間に流体を封入した状態で一方のピストンに荷重をかけた場合、両ピストンの移動量Ｐ１，Ｐ２と受圧面積Ｓ１，Ｓ２とは次のような相関関係「Ｐ１・Ｓ１＝Ｐ２・Ｓ２」を満たす。本実施の形態では、プランジャ１９の変位量に対してリフタ１３の変位量を小さく設定することができる。
【００２０】
プランジャ１９における上記流体室２０の反対側にはハウジング２１が配設されている。このハウジング２１の内壁とプランジャ１９とによって加圧室２２が区画形成されている。そして、プランジャ１９がシリンダ１７内で往動／復動すると、これに伴い上記加圧室２２の容積が減少／増大するようになる。なお、プランジャ１９に形成されたフランジ部２３とハウジング２１の基部２１ａとの間にはコイルスプリング２４が配設されている。このコイルスプリング２４の付勢力によってプランジャ１９は加圧室２２の容積が大きくなる方向に常時付勢されている。
【００２１】
加圧室２２には燃料導入通路２５が接続されている。燃料導入通路２５には、加圧室２２内への燃料流入のみを許容するインチェック弁２６と、加圧室２２からの燃料流出のみを許容するアウトチェック弁２７とがそれぞれ配設されている。インチェック弁２６には、低圧燃料ポンプ２８を介して燃料タンク２９が接続されている。アウトチェック弁２７には燃料通路を介して燃料噴射弁が接続されている。
【００２２】
前記小径通路１８には、同小径通路１８からシリンダ１７内に導入される潤滑油の量を可変設定するための可変設定手段としての変更装置３０であって、同小径通路１８内の潤滑油を吸入して流体室２０内の圧力を低下させるための流体圧調節手段としての変更装置３０が設けられている。
【００２３】
変更装置３０は、潤滑油ポンプから送られた潤滑油が溜められる潤滑油溜まり３１、同潤滑油溜まり３１と流体室２０とを連通する二本の連通路３２，３３を備えている。
連通路３２の途中には、同連通路３２を開閉する開閉弁３４が設けられている。
【００２４】
連通路３３の途中には、切換弁３５を介してアキュムレータ３６が設けられている。アキュムレータ３６は内部を二つの部屋に仕切るダイヤフラムを備えており、一方の部屋には大気圧及び吸気圧のいずれかが選択的に導入され、他方の部屋には上記連通路３３を介して潤滑油が満たされている。上記切換弁３５は、その作動制御を通じて、アキュムレータ３６に流体室２０が連通された状態と同アキュムレータ３６に潤滑油溜まり３１が連通された状態とを切換えるものである。
【００２５】
また、変更装置３０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置３７を備えている。この電子制御装置３７は、各種センサの出力信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて上記開閉弁３４や、アキュムレータ３６、切換弁３５の作動を制御する。
【００２６】
以下、以上のように構成された高圧燃料ポンプ１１の作用を、上記変更装置３０の制御態様と併せて説明する。
ここでは先ず、リフタ１３が往動する場合について説明する。
【００２７】
カム１４の回転に伴ってリフタ１３が押圧され、同リフタ１３が流体室２０側に変位すると、これに伴ってリフタガイド１２内の潤滑油が圧縮されつつ小径通路１８を通じてシリンダ１７内に導入される。そして、その導入された潤滑油により、上記コイルスプリング２４の付勢力に抗してプランジャ１９が変位して加圧室２２の容積が小さくなる。その結果、加圧室２２内の燃料が加圧され、同燃料がアウトチェック弁２７を介して燃料通路に圧送されるようになる。
【００２８】
本実施の形態にあっては、このとき流体室２０内の潤滑油がダンパのように機能するようになる。そのため、図２にプランジャ１９の変位量の推移の一例を示すように、カムによってプランジャが直接駆動される従来構成と比較して（一点鎖線）、プランジャ１９が変位し始めたときにおける同プランジャ１９の変位速度が遅くなる。（実線）。これにより、図３に燃料圧力の推移の一例を示すように、上記従来構成と比べて（一点鎖線）、アウトチェック弁２７の開弁圧力に達するときにおける燃料圧力の上昇速度が低く抑えられるようになる（実線）。その結果、前述したアウトチェック弁２７の動作遅れ時間（時刻ｔ１〜ｔ２）に起因する燃料圧力の上記開弁圧力からのオーバーシュート分が小さく抑えられ、同燃料圧力（詳しくは、そのピーク値）が低く抑えられるようになる。
【００２９】
ちなみに、流体室２０内の潤滑油の量を減少させない限り、プランジャ１９の最大変位量はプランジャがカムによって直接駆動される構成とほぼ同じ量であるために、高圧燃料ポンプ１１の吐出量を維持することもできる。
【００３０】
なお、本実施の形態にあっては、リフタ１３の往動に先立って或いは同往動に際して、上記流体室２０の潤滑油を排出することによって、加圧室２２内の燃料圧力や、高圧燃料ポンプ１１の吐出量、吐出タイミングを調節するようにしている。
【００３１】
そうした調節制御の一態様としては、例えば加圧室２２内の燃料圧力の過上昇が懸念されるときに、流体室２０内から潤滑油が排出されて同流体室２０の圧力が低下される。これにより、プランジャ１９が変位し始めたときにおける同プランジャ１９の変位速度をより低下させることができ、加圧室２２内の燃料圧力をより低く抑えることができるようになる。
【００３２】
こうした構成は、変更装置３０を以下のように作動させることによって実現される。
すなわち先ず、上記開閉弁３４が閉弁駆動された状態で、流体室２０とアキュムレータ３６とが連通されるように切換弁３５が作動される。そして、この状態でアキュムレータ３６に吸気負圧が供給される。これにより、アキュムレータ３６が負圧ポンプとして機能し、流体室２０内の潤滑油が同アキュムレータ３６内に吸引されるようになる。その後、切換弁３５が、潤滑油溜まり３１とアキュムレータ３６とを連通するように作動される。これにより、流体室２０からの潤滑油の吸引が停止される。更に、この状態でアキュムレータ３６に大気圧が供給されて、アキュムレータ３６内に吸入された潤滑油が潤滑油溜まり３１に排出される。なお、本実施の形態では、そうした流体室２０からの潤滑油の吸引を、リフタ１３の往動が開始される直前に行うようにしている。そのため、流体室２０内の潤滑油が加圧されるより前に、同潤滑油が流体室２０外に排出されるようになり、加圧された後の潤滑油を流体室２０外に排出する構成と比べて、高圧燃料ポンプ１１にかかる負荷を小さくすることができる。
【００３３】
また、上記調節制御の他の態様としては、例えばリフタ１３の往動中において、上記開閉弁３４が開弁駆動されて潤滑油溜まり３１と流体室２０とが連通され、リフタガイド１２からシリンダ１７への潤滑油の導入が停止される。こうした制御によってプランジャ１９の最大変位量を調節して高圧燃料ポンプ１１の燃料吐出量を変更することができるようになる。また、任意のタイミングで高圧燃料ポンプ１１からの燃料吐出を強制停止させることができるようになるために、その吐出タイミングを調節することもできるようになる。
【００３４】
こうした変更装置３０の作動制御は、基本的には、機関出力軸の回転速度や、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量、燃料噴射弁からの燃料噴射量、燃料通路内の燃料圧力などから求められるリフタ１３の変位速度や高圧燃料ポンプ１１に要求される吐出量に応じたかたちで実行される。
【００３５】
次に、リフタ１３が復動する場合について説明する。
カム１４の押圧力が無くなると、リフタ１３は上記コイルスプリング１６によってカム１４側に変位されるようになる。これにより、上記流体室２０内の潤滑油圧力が低下し、これに伴ってプランジャ１９が上記コイルスプリング２４の付勢力によって変位して、加圧室２２の容積が大きくなる。その結果、加圧室２２内の燃料が減圧され、同加圧室２２内にインチェック弁２６を介して燃料が吸入されるようになる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、リフタ１３の復動に際して、上記開閉弁３４が開弁される。
これにより、リフタ１３及びプランジャ１９がそれぞれコイルスプリング１６，２４の付勢力によって元の位置に戻る際に、流体室２０内の潤滑油圧力の低下に応じて上記潤滑油溜まり３１から流体室２０内に潤滑油が適宜吸入されるようになる。そのため、リフタ１３が復動される度に、同流体室２０内にほぼ同じ量の潤滑油が満たされるようになる。
【００３７】
以上説明した本実施形態の高圧燃料ポンプ１１によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）リフタ１３の往復動によってシリンダ１７内に導入される潤滑油を介してプランジャ１９を加圧室２２側に変位させるようにしたため、加圧室２２の燃料圧力を低く抑えることができるようになる。
【００３８】
（２）リフタ１３の往動中において、開閉弁３４を開弁駆動して、リフタガイド１２からシリンダ１７内への潤滑油の導入を停止させるようにした。これにより、プランジャ１９の最大変位量を調節して高圧燃料ポンプ１１の燃料吐出量を変更することができるようになり、高い自由度をもって高圧燃料ポンプ１１を制御することができるようになる。
【００３９】
（３）リフタ１３の往動が開始される直前に、流体室２０内の潤滑油を吸引して同流体室２０内の圧力を低下させるようにした。これにより、流体室２０内の潤滑油が加圧されるのに先立って同流体室２０外に潤滑油が排出されるようになり、加圧された後の潤滑油を流体室２０外に排出する構成と比べて、高圧燃料ポンプ１１の負荷低減を図ることができるようになる。しかも、プランジャ１９の変位開始前における流体室２０の潤滑油圧力を低くすることができ、同プランジャ１９が変位し始めたときにおける同プランジャ１９の変位速度をより遅くして、加圧室２２の燃料圧力をより低く抑えることもできるようになる。
【００４０】
（４）流体室２０内の潤滑油についての受圧面積であって上記リフタ１３にかかる受圧面積を上記プランジャ１９にかかる受圧面積よりも大きく設定したために、プランジャ１９の変位量に対してリフタ１３の変位量を小さく設定することができる。したがって、カム１４のリフト量を小さくして同カム１４の形状を円形に近い形状にすることができ、同カム１４を滑らかに回転させることができるようになる。
【００４１】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・リフタ１３にかかる受圧面積がプランジャ１９にかかる受圧面積よりも小さくなるように、或いはそれら受圧面積が等しくなるように設定してもよい。
【００４２】
・変更装置３０によって流体室２０から潤滑油を排出することに代えて、或いは併せて、流体室２０内に潤滑油を送り込むようにしてもよい。同構成によれば、流体室２０内の潤滑油圧力を上昇させたり、シリンダ１７内に導入される潤滑油の量を増加させたりすることができるようになり、より高い自由度をもって高圧燃料ポンプ１１を制御することができるようになる。
【００４３】
こうした構成は、変更装置３０を以下のように作動させることにより実現可能である。すなわち先ず、潤滑油溜まり３１とアキュムレータ３６とが連通されるように切換弁３５を作動させた状態で、同アキュムレータ３６に吸気負圧を供給し、その内部に潤滑油を取り込む。その後、流体室２０とアキュムレータ３６とが連通されるように切換弁３５を作動させ、その状態でアキュムレータ３６に大気圧を供給する。これにより、アキュムレータ３６内に取り込まれた潤滑油が流体室２０内に送り込まれるようになる。
【００４４】
同構成にあっては、リフタ１３の往動が開始される直前、換言すれば、流体室２０内の潤滑油が加圧されるより前に流体室２０内に潤滑油を送り込むことにより、それに必要な仕事量を少なく抑えることができる。
【００４５】
・流体室２０内の潤滑油の量を増加或いは減少させることを、リフタ１３の往動が開始される直前に行うことに限らず、例えばプランジャ１９が加圧室２２側に変位するのに先立って行うようにしてもよい。要は、流体室２０内の潤滑油が加圧されるよりも前、或いは同潤滑油の圧力が低いときに同流体室２０内の潤滑油の量を増減させるようにすればよい。
【００４６】
・また、潤滑油の量を増加させるタイミングや減少させるタイミングは、任意に変更可能である。
・変更装置３０の構造は、流体室２０内から潤滑油を排出させることや同流体室２０内に潤滑油を送り込むことができるのであれば、任意に変更可能である。
【００４７】
・流体室２０を満たす流体として、潤滑油を用いることの他、例えばシリコン油など、所定の流動性及び弾性を有する任意の流体を用いることが可能である。また、上記流体として燃料を用いることなども可能である。ガソリンや軽油等といった燃料はごく低温の環境下にあってもその流動性や弾性が高く維持される。そのため、そうした環境下で用いられる内燃機関にあっては、上記流体として燃料を用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる燃料ポンプを具体化した一実施の形態の概略構成図。
【図２】プランジャの変位態様の一例を示すタイミングチャート。
【図３】加圧室の燃料圧力の推移の一例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００４９】
１１…高圧燃料ポンプ、１２…リフタガイド、１３…リフタ、１３ａ…底面、１４…カム、１４ａ…カム面、１５…カム軸、１６…コイルスプリング、１７…シリンダ、１８…小径通路、１９…プランジャ、２０…流体室、２１…ハウジング、２１ａ…基部、２２…加圧室、２３…フランジ部、２４…コイルスプリング、２５…燃料導入通路、２６…インチェック弁、２７…アウトチェック弁、２８…低圧燃料ポンプ、２９…燃料タンク、３０…可変設定手段としての変更装置、３１…潤滑油溜まり、３２…連通路、３３…連通路、３４…開閉弁、３５…切換弁、３６…アキュムレータ、３７…電子制御装置。
【図１】
2006170097.tif 000003
【図２】
2006170097.tif 000004
【図３】
2006170097.tif 000005