(57)【要約】本発明は、高圧調節を用いた低速時燃料レール圧力制御と、任意の形式の吸入調量を用いた高速時燃料レール圧力制御との組み合わせに関する。或る実施形態では、高速時の部分充填制御には、例えば、ポンピングチャンバの吸入口に於ける供給圧力を調節することにより、各ポンピングチャンバへ送出される供給燃料量を予め調量することが含まれてよい。別の実施形態は、供給燃料を、吸入通路から、エンジンを低速の範囲にて作動する間の装填相に於いてポンピングチャンバを充填するのに十分な供給燃料を通過させる大きさに形成された固定の校正されたオリフィスに通す一方、高速の範囲では、オリフィスの流れ抵抗によって、充填相に於けるポンピングチャンバの充填が阻止され、これにより、遷移速度より上に速度を増大しつつ、エンジン回転当たりの排気相に於いて排気通路へ送出される高圧燃料量を単調に低減する。
2005502816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼シリンダとそれらに対応する複数の燃料噴射器とを有する内燃エンジンへ燃料を送出するための高圧コモンレール燃料供給装置にして、前記複数の燃料噴射器が前記エンジンをクランキング速度から最大速度の範囲にわたる速度にて作動するためにコモンレールの圧力にて燃料を前記シリンダ内へ噴射するべく前記コモンレールへ流体的に接続され、ポンピングチャンバ内で往復動する放射方向ピストンを有しエンジン速度に比例したポンプ速度にて前記エンジンにより駆動される高圧燃料供給ポンプが設けられている燃料供給装置において、レール目標圧力にて前記コモンレールへ燃料を注入する方法であって、
前記ポンプの吸入ポートへ供給燃料を低圧にて連続的に送出する過程と、
遷移速度より低い低速度範囲でエンジンを作動する間において、（ａ）（１）前記吸入ポートに流体的に連通した吸入通路から装填相にあるポンピングチャンバの各々を充填し、（２）前記ポンピングチャンバ内に装填された燃料を吐出相において対応するピストンを変位することにより加圧し、（３）前記コモンレールに流体的に連通した吐出通路へ吐出される燃料を送出し、（ｂ）前記吐出通路または前記コモンレールのうちの少なくとも一方にある前記加圧された燃料の少なくとも幾分かを連続的に低圧のシンクへ分流することにより前記レール目標圧力を維持する過程と、
前記遷移速度より高い高速度範囲でエンジンを作動する間において、（ｃ）（１）前記吸入通路から前記装填相にあるポンピングチャンバの各々を部分的に充填し、（２）前記ポンピングチャンバ内に装填された燃料を吐出相において対応するピストンを変位することにより加圧し、（３）前記吐出通路へ吐出される燃料を送出し、（ｄ）前記吐出通路または前記コモンレールのうちの少なくとも一方にある前記加圧された燃料の少なくとも幾分かを連続的に低圧のシンクへ分流することにより前記レール目標圧力を維持する過程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記過程（ｃ）（１）が各々のポンピングチャンバへ送出される供給燃料量を予め調量することを含む方法。
【請求項３】
請求項２の方法であって、前記予め調量することが、電子的に作動される弁によって実行される方法。
【請求項４】
請求項３の方法であって、前記予め調量することが、比例ソレノイド弁によって実行される方法。
【請求項５】
請求項１の方法であって、前記過程（ｃ）（１）が比例ソレノイド弁を調節することにより各ポンピングチャンバへ送出される低圧の燃料量を制御することを含む方法。
【請求項６】
請求項２の方法であって、前記過程（ａ）（１）が前記低速度範囲に於ける前記エンジンの作動中に前記吸入通路を介して前記装填相にある前記ポンピングチャンバを充填するのに十分な供給燃料を通過させる大きさに形成された制限されていない開口部に前記吸入ポートからの供給燃料を通過させることを含み、前記過程（ｃ）（１）が、前記開口部の流れ抵抗によって前記ポンピングチャンバが前記装填相において充填されることを阻止するよう前記開口部の大きさを調節し、これにより、前記遷移速度より高く速度を増大しつつエンジン回転当たりの吐出相における吐出通路へ送出される高圧燃料量を低減することを含む方法。
【請求項７】
請求項２の方法であって、前記過程（ａ）（１）が前記低速度範囲に於ける前記エンジンの作動中に前記吸入通路を介して前記装填相にある前記ポンピングチャンバを充填するのに十分な供給燃料を通過させる大きさに形成された制限されていない開口部に前記吸入ポートからの供給燃料を通過させることを含み、前記過程（ｃ）（１）が、装填流量が変動することにより前記ポンピングチャンバが前記装填相において充填されることを阻止するよう前記開口部が開いている時間を調節し、これにより、前記遷移速度より高く速度を増大しつつエンジン回転当たりの吐出相における吐出通路へ送出される高圧燃料量を低減することを含む方法。
【請求項８】
請求項１の方法であって、前記過程（ａ）（１）が前記低速度範囲に於ける前記エンジンの作動中に前記吸入通路を介して前記装填相にある前記ポンピングチャンバを充填するのに十分な供給燃料を通過させる大きさに形成された固定の校正されたオリフィスに前記吸入ポートからの供給燃料を通過させることを含み、前記過程（ｃ）（１）が、前記オリフィスの流れ抵抗によって前記ポンピングチャンバが前記装填相において充填されることを阻止するよう前記オリフィスに前記供給燃料を通過させ、これにより、前記遷移速度より高く速度を増大しつつエンジン回転当たりの吐出相における吐出通路へ送出される高圧燃料量を単調に低減することを含む方法。
【請求項９】
請求項８の方法であって、
前記供給ポンプが前記ポンピングチャンバを完全に充填するのに対応するエンジン回転当たりの最大燃料量送出速度を有し、
前記エンジンがスロットルが広く開いた状態（ＷＯＴ）に対応する最大速度と、前記ポンプの前記エンジン回転当たりの最大燃料量送出速度より低いＷＯＴに対応するエンジン回転当たりの燃料量要求と有し、
前記オリフィスが、最大エンジン速度におけるエンジン回転当たりの吐出通路へ吐出される高圧燃料量がＷＯＴに対応する前記エンジン回転当たりの燃料量要求よりも大きく前記ポンプのエンジン回転当たりの最大燃料量送出速度の約７５％より大きくないものとなるよう校正されている方法。
【請求項１０】
請求項９の方法であって、
前記エンジンがＷＯＴに対応する速度よりも低いエンジン最大トルクに対応する速度と前記ポンプのエンジン回転当たりの最大燃料量送出速度より低い最大トルクに対応するエンジン回転当たりの燃料量要求とを有し、
前記エンジン速度が前記遷移速度より高くＷＯＴに対応する速度よりも低い時前記ポンプの吸入ポートへ送出される供給燃料の圧力を低減する過程が含まれている方法。
【請求項１１】
請求項１の方法であって、前記過程（ｂ）及び（ｄ）が前記吸入ポートに流体的に連通した後側と可変のアキュムレータ容積とを有する液圧式／機械式圧力制限弁に吐出線内の燃料を曝し、これにより、少量の過剰な注入される燃料量による圧力の変化は前記弁の前記後側を介して流体を移動することなく前記アキュムレータ容積内に吸収され、多量の過剰な注入される燃料量による圧力の変化は前記吸入ポートの低圧シンクの圧力へ曝すことにより緩和されることを含む方法。
【請求項１２】
請求項１の方法であって、前記ポンプ内の前記ポンピングチャンバのための前記吸入ポートと前記吸入通路との間にて吸入燃料溜め空洞が配置され、前記過程（ａ）（１）及び（ｃ）（１）が前記吸入燃料溜めとポンピングチャンバとの間にて実行される方法。
【請求項１３】
請求項１の方法であって、前記ポンピングチャンバへの前記吸入通路が装填相における供給燃料の送出のための前記ピストンのチャンバの壁を通る校正されたオリフィスを含んでいる方法。
【請求項１４】
請求項１の方法であって、前記ピストンが、キャビテーション防止シャトル
ピストンである方法。
【請求項１５】
請求項１の方法であって、前記過程（ｂ）及び（ｄ）が、前記レール目標圧力を電子的に制御することを含む方法。
【請求項１６】
請求項１１の方法であって、前記過程（ｂ）及び（ｄ）が、圧力制限弁が開く差圧を調節することによって前記レール目標圧力を制御することを含む方法。
【請求項１７】
複数の燃焼シリンダとそれらに対応する複数の燃料噴射器とを有する内燃エンジンにして、前記燃料噴射器がコモンレールへ流体的に接続され前記コモンレールの圧力にて燃料を前記シリンダ内へ噴射されるようになっているエンジンをクランキング速度から最大速度の範囲にわたる速度にて作動するために、前記エンジンへ燃料を送出するための低い供給圧力の燃料タンクから燃料を受け入れコモンレールへ高圧燃料を吐出する高圧燃料供給ポンプであって、
ハウジングと、該ハウジング内に置かれたポンプシャフトと、ポンピングチャンバ内にて往復動しエンジン速度に比例したポンプ速度にて前記エンジンにより駆動されるよう装着された複数のピストンと、
前記供給圧力にて供給燃料を受け入れる吸入ポートと、前記吸入ポートと前記ポンピングチャンバとの間にて並列に流体的に接続され装填相にあるポンピングチャンバへ供給燃料を送出する吸入通路と、
前記コモンレールへ高圧燃料を吐出する吐出ポートと、吐出相にあるポンピングチャンバから高圧燃料を送出するための前記ポンピングチャンバから前記吐出ポートまでの吐出通路と、
吐出圧が限界値を超えたとき前記吐出通路と前記吸入通路とを流体的に接続し少なくとも幾分かの高圧の吐出される燃料を低圧の供給燃料へ分流し、前記吐出圧が前記限界値より低いとき前記吐出通路から排出ポートまでの完全な吐出流を維持する圧力レギュレータと、
前記吸入ポートと前記平行な流体通路との間におかれ、前記ポンプ速度が所定の閾値を超えたとき前記ポンピングチャンバまでの前記吸入通路を通る供給燃料の流れを絞る手段と
を含む高圧燃料供給ポンプ。
【請求項１８】
請求項１７のポンプであって、前記供給燃料の流れを絞る手段がエンジン速度に応答した供給燃料制御信号を発生する電子的制御ユニットを含むポンプ。
【請求項１９】
請求項１８のポンプであって、前記手段が前記制御信号に応答する電子的に制御される弁を含んでいるポンプ。
【請求項２０】
請求項１８のポンプであって、前記供給燃料の流れを絞る手段が校正された流れオリフィスからなるポンプ。
【請求項２１】
請求項１８のポンプであって、前記ピストンが、各々のポンピングプランジャのピストンの内側にて同軸状の円筒状空洞とルーズピンから形成されたキャビテーション防止チャンバを含み、装填作動中に前記キャビテーション防止チャンバと前記ポンピングチャンバとの双方が燃料溜め圧力Ｐ２と調節された装填圧力Ｐ１との関係に依存した程度まで完全に充填され、これにより、高い注入圧力が発生可能となる前に前記キャビテーションチャンバ内の燃料が排出されるように構成されたポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンのためのコモンレール燃料噴射システムへ高圧燃料を送出するための液圧式ポンプに係る。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガソリン直接噴射式（ＧＤＩ）ポンプは、最大の燃料要求量によって大きさが定められ、最大の燃料要求量は、極端な冷温始動状態において生ずる。このことは、かかるポンプが、ポンプ作動中の９９％において非常に過大であることを意味する。ポンプの大きさが過大であると、過剰量の加圧燃料が生成され、要求されていない高度に加圧された燃料を取り扱うことに関する問題が生ずる。このことが、所謂「要求（デマンド）制御式（ｄｅｍａｎｄ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ）」ポンプの開発の一つのきっかけとなっている。
【０００３】
自動車の業界において、コモンレール圧力を２００ｂａｒ以上に増大することが期待されているところ、現在の、デマンドベース（ｄｅｍａｎｄ−ｂａｓｅｄ）燃料制御技術の弱点が、より明らかに成りつつある。現在のところ、三つの主な要求制御方式が知られている。
【０００４】
１．高圧バイパス式  加圧燃料が（ポンプにて又はレールから）低圧回路へ（タンク又はポンプの吸入口へ）逃がされる。この方式は、非常に均一な圧力と低脈動の駆動トルクを提供するが、非常に非効率であり、熱除去について深刻な問題を有する。
【０００５】
これらと同様のシステムは、０．６ｃｍ3／回転まで及び１２０ｂａｒまでの圧力にて送出するポンプにおいて成功裡に使用されているが、更に圧力が増大する場合或いは出力を増大する場合には、システムの構成要素の温度を許容可能なレベル内に維持するために、追加的な燃料クーラーが必要になる。
【０００６】
２．低圧バイパス式  ポンピングチャンバが各ポンピング作動時に先立って完全に充填され、不必要な燃料量が高圧生成の前に逃される。この方式は、前記の方式よりも効率的であり、熱除去に関する問題も少ない。しかしながら、より高い出力及びより高い圧力レベルの要求を増大すると、効率が悪くなりやすく、望まれる効果を達成するためには、更に高度な技術的な挑戦が必要となろう。高速で、高流量且強力の制御ソレノイドが必要であり、このことは、かかるソレノイドを制御する高出力ドライバを必要とすることを意味する。
【０００７】
この方式のアプローチのもう一つの潜在的な欠点は、期待される車両の寿命に亙る作動サイクル数が非常に高いにもかかわらず、適当な耐久性を実現しようとすることである。
【０００８】
３．吸入調量式  この方式は、要求される燃料量のみが加圧され、また、低圧燃料のみが制御され、低出力で低速で制御されるソレノイドで十分であるので、これまでで最も効率的な方法である。しかしながら、この方法は、それに固有の深刻な欠点を有している。
【０００９】
（ａ）作動の均一性：最大出力時においては、３プランジャポンプのポンピング特性は、比較的スムーズである。しかしながら、部分負荷時においては、ポンピング動作が重なり始めるまで、一回転当たり、三つの別々のポンピング動作が存在することとなる。６気筒以上のエンジンについては、レール圧力が最終的にまさに噴射される燃料量を決定するところ、噴射動作の間において、レールが再充填されないので、全ての噴射動作においてレール圧力は、前回の動作の圧力よりも低くなる。ポンピングの均一性に関する第二の問題は、予め調量された燃料量が装填（チャージング）回路内へ（例えば、典型的なＭＰＦＩガソリン噴射器を用いることによって）供給される場合に関するものである。全てのポンピングチャンバの装填状態は正確に同一ではなく（重力、オリフィス及びクリアランスの公差、吸入口の逆止ばねの力、ソレノイドからの距離など）、従って、三つのポンピング動作により供給される燃料量はいずれも同一ではない。燃料が幾分か少量である場合で最悪の場合には、一回転当たり、ポンピング動作が一度しか生じない。
【００１０】
（ｂ）液圧及び音響ノイズ：各ポンピングチャンバは、噴射に先立って部分的にのみ充填されるので、蒸気キャビティの圧壊により、可聴の液圧的なノイズが発生することとなる。ポンピングレートが比較的低く維持される或る条件下において、かかるキャビティは必ずしも壊食を惹き起こすわけではないが、ポンプにより発生する雑音をマスクする（隠す）他のノイズがない場合及び運転者がノイズに関する限り最も敏感である場合には、蒸気キャビティの圧壊によるノイズは、特に、低速に於いて、例えば、アイドル運転時に於いて深刻な問題となり得る。
【００１１】
（ｃ）遷移：所望の出力の変化は装填サイクルが完了した後に実行されるので、出力の上昇遷移又は下降遷移は、出力変化が意図されてから完了する時間まで、少なくとも回転角にして１８０度まで遅れることとなる。特に低速に於いて、１８０度がより長い時間に対応するので、かかる遅れは、エンジン作動の平滑さに悪影響を及ぼす。例えば、エンジン回転が３０００ｒｐｍの場合には、遅れ時間は、約２０ｍｓとなるが、２００ｒｐｍでは、遅れ時間は、おおよそ３００ｍｓに達する。上昇遷移においては、噴射量の増大の前に少なくとも三回の噴射作動が行われなければならない。下降遷移においては、ポンプは、必要とされる量よりも多量の燃料を送出することとなり、その結果、圧力リミッタの設定レベルまでレール圧力が増大する。このことにより、燃料要求が再開した際に、噴射量が所望されるよりも多くなってしまう。典型的な場合において、ギアシフト作動中においては、運転者は、足をスロットルからクラッチへ置き換え、そして、戻すので、瞬間的に燃料要求が零になる。
【００１２】
（ｄ）制御可能性：吸入調量オリフィスは、最大ポンプ速度に於ける最大の燃料量を保証する大きさに形成されていなければならない。低速時に燃料を装填するために利用可能な時間は、より長くなるので、スロットルが広く開放された状態（ＷＯＴ）に対応するパルス幅と負荷が殆ど零の状態に対応するパルス幅との間の差が非常に小さくなり、燃料の正確な量の制御が非常に困難となる。このことは、排出量１０００ｍｍ3／回転及びＷＯＴ４４２ｍｍ3／回転で、比例ソレノイド制御を介した慣用の吸入調量を行う定格圧力２００バールのポンプの計算された出力により例示される。７５０ｒｐｍでは、所望のＷＯＴ時の燃料量は、ソレノイドのデューティサイクルの１％で得られ、これより小さな燃料量、例えば、ＷＯＴ時の燃料量の１０％を制御することは、実質的に不可能である。１３００ｒｐｍでは、零からＷＯＴの間の燃料量の制御に要求されるデューティサイクルの範囲は、より操作しやすい０から３０％となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、慣用の圧力より高い圧力、例えば、１５０バールを超える圧力、特に２００バール以上にて作動するコモンレール噴射システムのためのデマンドベース多筒形ガソリン燃料供給ポンプ、システム及びそれによる燃料供給方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このことは、概して、複合型要求制御システムによって達成される。始動から中間の速度（例えば、始動時の１００ＥＲＰＭから閾値又は遷移ＥＲＰＭの２６００ＥＲＰＭ）に於いて、ポンプは、非制御（定出力）ポンプとして作動し、（高圧回路に配置された）ダンピング圧力レギュレータを介して１００％の不要な燃料を再循環する。速度が閾値よりも高い場合（かかる状態が生ずるのは、典型的な車両の運転において、車両の寿命の１０％未満となろう。）、制御方式は、流れが制限されるモード、例えば、吸入調量式に切り換えられる。中間の遷移速度は、多くの場合、約１０００から２０００ＥＰＲＭの範囲となろう。
【００１５】
従って、本発明の最も広い局面は、高圧調節を用いた低速時の燃料レール圧力制御と種々の吸入調量の形式を用いた高速時の燃料レール圧力制御との組み合わせに関するものである。しかしながら、本発明の組み合わせは、いずれか一方の側に於ける又は特殊な環境下に於ける更なる制御技術を排除するものではない。
【００１６】
本発明は、より詳細には、コモンレールへ燃料をレール目標圧力にて注入する方法であって、（１）ポンプの吸入ポートへ低圧にて供給燃料を連続的に送出する過程と、（２）遷移速度よりも低い速度範囲にてエンジンを作動している間、（ａ）（ｉ）吸入ポートに流体的に連通した吸入通路から、装填相にある各ポンピングチャンバに燃料を充填し、(ii)吐出相にある各ピストンを変位することにより、ポンピングチャンバ内に装填された燃料を加圧し、（iii）コモンレールに流体的に連通した吐出通路へ吐出された燃料を送出し、（ｂ）低圧シンクへ吐出通路又はコモンレールのうちの少なくとも一方にある加圧燃料の少なくとも幾分かを連続的に分流することによりレール目的圧力を維持する過程と、（３）遷移速度よりも高い速度範囲にてエンジンを作動している間、（ｃ）（ｉ）前記吸入通路から装填相にある各ポンピングチャンバに燃料を部分的に充填し、(ii)吐出相にある各ピストンを変位することによりポンピングチャンバ内にある装填された燃料を加圧し、（iii）吐出通路へ吐出された燃料を送出し、（ｄ）低圧シンクへ吐出通路又はコモンレールのうちの少なくとも一方にある加圧された燃料の少なくとも幾分かを連続的に分流することによりレール目的圧力を維持する過程とを含む方法として考えられる。
【００１７】
一つの実施形態において高速における部分的な充填制御は、例えば、ポンピングチャンバの吸入口における供給圧力を調節することによって各ポンピングチャンバへ送出される供給燃料量を予め調量することを含んでいてよい。
【００１８】
もう一つの実施形態は、エンジンが低速範囲にて運転されている間では、吸入通路から、装填相に於けるポンピングチャンバを充填するのに十分な供給燃料量を通過させる大きさに形成された固定され校正されたオリフィスを介して、供給燃料を通し、高速範囲では、オリフィスの流れ抵抗によって、装填相に於いてポンピングチャンバの充填が阻止され、これにより、速度が遷移速度以上に増大するとともに、単調にエンジン回転当たりの吐出相において吐出通路へ送出される高圧燃料量を低減することを含む。
【００１９】
もう一つの局面においては、本発明は、低い供給圧の燃料タンクから燃料を受け入れてコモンレールへ高圧燃料を吐出し、複数の燃焼シリンダとそれらに対応するコモンレールへ流体的に接続された複数の燃料噴射器とを有する内燃エンジンへ燃料を送出し、クランキング速度から最大速度の範囲にわたる速度にてエンジンを運転するためにコモンレールの圧力にて燃料をシリンダ内へ噴射するための高圧燃料供給ポンプに関するものである。ポンプは、ハウジングと、ハウジング内に置かれたポンプシャフトと、ポンピングチャンバ内にて往復動するよう装着されエンジン速度に比例したポンプ速度にてエンジンにより作動される複数の放射方向ピストンとを有する。吸入ポートは、供給圧力にて供給燃料を受け入れ、吸入ポートとポンピングチャンバとの間に流体的に接続された吸入通路は、装填相にあるポンピングチャンバへ供給燃料を送出する。吐出ポートは、高圧燃料をコモンレールへ吐出するよう設けられ、吐出通路がポンピングチャンバから吐出ポートまでに設けられ、圧送相にあるポンピングチャンバから高圧燃料を送出するようになっている。吐出通路を吸入通路に流体的に接続するための圧力調節器は、吐出圧が制限値を超えると、少なくとも幾分かの高圧の吐出された燃料を分流し、吐出圧が前記制限値より低くなると、吐出通路から排出ポートまでの吐出流を完全に維持する。吸入ポートとポンピングチャンバとの間に置かれた手段は、ポンプ速度が予め定められた閾値を超えるとポンピングチャンバへの供給燃料流を制限する。
【００２０】
ここに説明され主張される実施形態及びこれらの変更において、コモンレールへ送出される加圧された燃料量は、全速度範囲に於いて、要求に比例して制御可能であり、また、バイパス制御技術又は予調量制御技術のうちのいずれかにおいて容易に達成可能であったよりも、より容易に高度に制御可能である。結果として、ポンピングチャンバに於ける加圧によって過剰な燃料に与えられる熱エネルギーがポンプの容量が増大したとしても許容可能なレベルに維持される。
【００２１】
本発明の概ねの構成に加えて、多ピストンポンプについての好ましい実施形態は、以下の四つの革新的な特徴を含んでいる。即ち、（１）蒸気キャビティの形成を阻止する加圧された吸入燃料溜め、（２）全てのポンピングチャンバの装填量をより等しくするためのポンプピストン又はプランジャに於ける校正された調量オリフィス、（３）ポンププランジャのためのキャビティ形成防止シャトルの使用、（４）蓄圧、二段階圧力制限弁。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の例示的な説明は、添付の図面を参照してなされる。
【００２３】
図１、２及び３に描かれた本発明の燃料送出及び制御システムは、上記の慣用技術の全ての利点を提供しつつ、それらの慣用技術の欠点を低減又は除去する。
【００２４】
概して、一つの制御モードにおいては、ポンプ４の高速作動のために、低圧（４−５バール）供給ポンプ１が、フィルタ２を介して燃料を吸入調量弁３へ送出し、低速作動のためのもう一つのモードにおいては、バイパス線又は回路６におけるレール圧リミッタ５が、制限圧以上を完全にバイパスしつつ、絞りのない非制限的な装填を許す。電子制御回路７は、調量弁３のための比例ソレノイドを制御する。ポンプ４は、高圧燃料をコモンレール８へ供給し、コモンレールには、公知の態様にて、噴射器が接続され制御される。
【００２５】
図３に示されている定圧システムにおいて、フィルタから供給される燃料は、低圧吸入通路又は回路１３を通過し、高圧ポンプ４内に形成された燃料溜め９へ制限されずに供給される。ポンプは、三つの放射方向に形成されたポンピングプランジャ１０を含み、ポンピングプランジャ１０は、対応するシュー１１を介して、例えば、カムシャフトに同軸に接続されそれにより駆動される偏心部の如き中央に配置された回転駆動部材１２によって駆動される。各々のポンピングプランジャは、プランジャが往復動するポンピング孔によって一部が定められたポンピングチャンバ１６に対して放射方向外方に移動する。高圧の吐出燃料は、ポンピングチャンバカバー又はプラグを介して高圧線又は回路１４へ通り、レール８へ送出される。
【００２６】
燃料溜め９は、好ましくは、蒸気のポケットの蓄積を防ぐための、供給圧力４−５バールに維持された比較的大きな中央空洞である。蒸気ポケットが蓄積すると、摺動シュー１１だけでなく、リアブシュの摺動表面が部分的に乾燥した状態で作動することがあり、摩擦及び熱の生成を増大してしまうことになる。また、蒸気ポケットは、断熱材として作用し、上記構成要素の適切な冷却を阻害し、深刻な損傷を生じ得る。
【００２７】
燃料は、燃料溜め９から吸入回路１５へ流入され、吸入回路圧は、比例制御ソレノイド３によって燃料溜めの下流にて調節される。このソレノイドは、常時開であってもよく（制御デューティサイクルが短い点で有利であるが、追加的な安全用のダンプ弁が必要である）、常時閉であってもよい（安全用のダンプ弁は必要ないが、制御デューティサイクルが長くなる。）。ポンピングチャンバ１６は、ポンピングピストン１０に横方向に配置された校正されたオリフィス１７を介して調量弁３の下流にて制御回路に連通している。これらは、或る安全マージンをもって定格速度にて広く開いた状態での燃料送出を保証するとともに、各々のポンピングチャンバへ実質的に等しい装填流が与えられることを保証するよう校正されている。特に、ピストンにこれらの校正されたオリフィスを配置することにより、それらオリフィスの上流が燃料で充填された状態となることを確実にし(下流では、燃料と燃料蒸気とが混合した状態となる。)、これにより、オリフィスを通る流れがオリフィスの面積と圧力差の平方根との関数となり、ポンピングチャンバのそれぞれに対して均一な分配がなされることとなる。
【００２８】
始動速度から中間の速度まで(例えば、１００から２６００ＥＲＰＭ)においてポンプは、非制御（定出力）ポンプとして作動し、不要な燃料の１００％を（高圧回路１４に配置された）一体的な余剰圧力レギュレータ５を介して再循環する。同一の燃料を連続的に再加圧することにより除去されなければならない熱が発生することになるが、熱の大きさが現行の高圧ダンプ制御システムにおいて経験されるレベル以下に維持される限り、問題は生じない。このことは図４から理解される。同図においては、かかる現行の最大値が４００Ｗの直下の一定値として示されている。１００バールにて１．０ｃｍ3／回転の流れを生成するポンプにおいて、この限界は、約４０００ＥＲＰＭに達する。しかしながら、２００バールの望ましい圧力においては、かかる限界は２０００ＥＲＰＭをわずかに上回る程度である。
【００２９】
本発明において、高圧バイパス／再循環モードは、燃料の過熱を防ぐのに十分低いエンジン速度、例えば、約３０００ｒｐｍより低い速度において終了する。実際には、２００バールのポンプにおいて、この切換点は、約２６００ｒｐｍまでであってよい。本発明においては、燃料はポンプ内にて再循環され、典型的にはエンジンのシリンダーヘッド（最も熱いエンジンの構成要素）の上に配置される非常に熱いレールにおけるドウェルによっては、追加的には加熱されないので、許容可能な散逸されるパワーレベルは、図４に示されているよりもわずかに高くて良い。この作動モード中において、駆動トルクの揺らぎ及び液圧的又は音響的ノイズは最小となる。
【００３０】
上記の閾値よりも速度が早い場合（かかる状態が生ずるのは、典型的な車両の運転において、車両の全寿命の約１０％に満たない。）、制御方式は、吸入調量モードに切り換わる。しかしながら、ポンピング頻度が高く、周囲のノイズレベルが高いため、遷移遅延時間は、ポンピングの不均一性及び液圧的及び音響的ノイズとともに、効率的にマスクされることとなる。ソレノイド弁３は、相当に低い圧力レベル（４−５バールの供給圧対２００バールの吐出圧）で、実質的により遅いデューティサイクルにて作動するので、ソレノイドはより廉価で、より制御しやすいものであってよい。
【００３１】
ソレノイド制御弁３は、流れ開口部の流れ抵抗によって装填相においてポンピングチャンバが充填されることを阻止するように、流れ開口部の大きさを調節するようになっていってよいということは理解される。別の態様として、好ましくはないが、完全に開いた状態と完全に閉じた状態とを有する離散的な状態を有する弁が用いられ、装填相においてポンピングチャンバが充填されることを阻止するよう装填流量を変更するべく開口部が開いている時間を調節するようになっていってよい。
【００３２】
好ましくは、蓄圧形式の余剰圧力レギュレータ５が用いられ、全体のポンプ出力の低減が行われる。レギュレータは、吐出線又はレール圧力へ曝される前側と吸入ポート又は供給圧に曝される後側とを有する。一定の圧力レベル、例えば２００バールにて作動するシステムのポンプ出力の大きさは、実際的には、累積的なポンプ出力によってではなく、ポンピング速度によって決定される。噴射器の流れのパラメータと噴射期間は、最高速度における作動条件によって決定される（例えば、最大期間は、２−３ミリ秒である。）。レールの蓄積容量には限界があるので、ポンプは、供給ポンプとしてではなく噴射ポンプとして効率的に作動することとなる。また、低速時においては、作動時間は短いが、低速時におけるかかる短い時間は、非常に小さいポンピング角に対応するので、ポンピング速度は、噴射中において圧力が激減しないように対応して増大されなければならない。ポンピング速度と噴射速度との間の不一致は、エンジン速度が低ければ低いほど、特に、冷温始動時において、高い燃料要求に加えて、バッテリー電圧が必要とされるよりも低いことによりクランキング速度が非常に低くなり得る場合に、より鮮明になる。
【００３３】
図５は、好ましい二段階の液圧式／機械式圧力リミッタ及びアキュムレータ５’の模式図である。二段階アキュムレータは、図５Ａにおいて規準状態として示されている。図５Ｂにおいて示されている第一の動作位置は、クランキングに十分である４０−７０バールの間の圧力にて生じ、図５Ｃにおいて示されている第二の動作位置は、１５０−２００バールの間の圧力にて生ずる。余剰排出ポートの流面積が比較的大きいことにより、全速度範囲に亙って比較的平坦な圧力特性が得られる。少量の過剰燃料による圧力の過渡状態は、弁の後側を通して流体を移動することなくアキュムレータの容量内に吸収され、多量の過剰燃料による圧力の過渡状態は、吸入ポートの低圧シンクへの露呈により緩和される。
【００３４】
特に、本体１８は、高圧回路１４へ曝された本体の端部２６に強固に固定された細長いステムフィッティング１９を有する。ステムは、本体内の開いた前端を有する中央孔２０を有する。内側シリンダ２１がステム上に装着され、内側バネ２５のためのパイロットとして機能する。コイルバネ２５は、シリンダ２１上に形成されたフランジ２２に対して一端にて着座し、中間シリンダ２７の閉じた内側面に対して他方の端にて着座する。内側シリンダ２１の内側前方領域は、その中に凹部２４が形成されており、凹部は、回路１４の燃料圧に曝されている。又、内側シリンダは、フランジ２２と凹部２４との中間に放射方向ポート２３を有する。中間シリンダ２７は、フランジ２９を有し、フランジ２９は、それに一方の端にて着座し他方の端にて本体１８の後壁に着座する外側コイルばね２８の作用によって、本体１８に形成された肩部３０を押圧する。
【００３５】
図５Ｂに示されている構成において、孔２０の圧力は、内側ばね２５の作用に抗して、フランジ２２がフランジ２９に隣接するまで、内側シリンダ２１を左へ変位するが、ばね２８の作用に抗して更に移動することはできない。このことにより、空洞３１が開く。図５Ｃの構成においては、更なる圧力が内側シリンダ２１上に作用しており、フランジ２２は、中間シリンダ２７を肩部３０から離すよう変位し、ポート２３が空洞３１内の圧力に曝される。
【００３６】
図６は、図３に示されているシステムの変更例であり、そこにおいて、燃料の装填は、ピストンシリンダ壁の横方向のオリフィスを介してではなく、ポンピングチャンバカバー３４にある吸入弁３２を介して行われる。
【００３７】
図７及び８は、図６に基づくもう一つの実施形態を示しているが、壊食が生じ得る、全体的に、より高いポンピング速度にて作動する。各々のポンピングプランジャ又はピストンの内側にはキャビテーション防止チャンバ３３が設けられ、キャビテーションを防ぐ。同軸の円筒状空洞４１とルーズピン３５とが、かかるキャビテーション防止チャンバを形成する。装填動作中において、このキャビテーション防止チャンバは、主要なポンピングチャンバとともに、燃料溜め圧力Ｐ２と調節された装填圧力Ｐ１との関係に依存した程度まで完全に充填される。高いポンピング圧力が生成される前に、キャビテーション防止チャンバ３３内に捕捉された燃料は、吐出され、効率的に衝撃ノイズを低減しなければならない。
【００３８】
図８Ａは、ピストンまたはプランジャ１０が底部の死点位置に在ってピン３５が完全に引き込まれた際の、より詳細な構成を示している。吸入回路または吸入通路１５の圧力Ｐ１（高速圧力調節部材の下流）は、この状態において、燃料溜め９の圧力Ｐ２、即ち、供給吸入圧と等しい。ポンピングチャンバカバー３４は、吸入通路１５へ流体的に接続されポンピングチャンバ１６へ逆止弁３２を介して選択的に流体的に接続可能な補助通路３７を含む。又、ポンピングチャンバカバー３４は、吐出逆止弁３９を有し高圧吐出回路１４へ流体的に接続された吐出通路３８を有する（図３参照）。プランジャ組立体１０は、ポンピングチャンバ１６の低い圧力と回帰ばね４０により生成される引き込み力によって、底部の死点位置にあり、ピストンと関連するシュー１１を駆動部材の表面へ押しつけ、この時点でポンピングチャンバ１６から最大距離の位置にあることになる。図８Ｂは、これに続く状態を示しており、ここにおいて、プランジャ１０は、依然として、底部の死点位置にあるが、ピン３５は、最大伸長位置にある。この状態において、圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２よりも十分に低い。結果として、圧力Ｐ２にある空洞９からの流体がピストンシリンダの壁のオリフィス４１を介してキャビテーション防止チャンバ３３に入る。図８Ｃにおいて、プランジャ１０は、依然として、底部の死点位置にあるが、ピンは、完全に引き込まれた位置と完全に伸長した位置との間の概ね半分の位置にあり、圧力Ｐ１は、わずかに圧力Ｐ２よりも低い。図８Ｄは、プランジャが上部の死点位置にあり、ピンが完全に引き込まれている状態を示す。
【００３９】
当業者にとって容易に理解されるように、ポンピングチャンバ１６は、装填相中に膨張し、内部に比較的低い圧力を生成し、弁３２を開き、これにより、圧力Ｐ１にある供給通路１５からの流れがポンピングチャンバ１６へ入る。作動の吐出相中においては、プランジャ１０は、ポンピングチャンバ１６を収縮し、これにより燃料を加圧し、弁３２を閉じ、且つ、弁３９を開き、通路３８を介して高圧燃料を高圧回路１４へ送出する。
【００４０】
プランジャ１０は、該プランジャの放射方向外方又はポンピング端に開いた同軸の円筒状空洞４１を有する。プランジャ内には、ポンピング端と駆動端との間にてキャビテーション防止チャンバ３３が形成される。ピン３５は、円筒状空洞４１内に配置され、図８Ａに示された位置、即ち、該ピンが好ましくは完全にプランジャ内に保持されその内側端が空洞の横方向の壁の固い表面上を押圧し、これにより、空洞の容積の殆どを占有した状態から、図８Ｂに示されている完全に伸長した位置、即ち、ピンの放射方向の外側部分がポンピングプランジャの実質的な体積を占有し、キャビテーション防止チャンバ３３の容積には何もない状態までの間に於いて、円筒状空洞４１に対して相対的に移動可能である。
【００４１】
図９は、噴射圧調節が必要とされるシステムを示している。図５に示されている５’の如き、液圧式‐機械式圧力リミッタ／アキュムレータに加えて、圧力リミッタ５’により設定された圧力よりも低い圧力が必要な場合にレール圧力を制御するのに用いられるもう一つの比例弁３６が設けられる。従って、圧力制限弁５’が開く差圧が、車両の製造者が可変コモンレール圧燃料送出システムにおいて実行しようとする任意のアルゴリズムに従って電子的に制御可能である。比例ソレノイド弁３６は、レール圧力に曝される上流側と、吸入通路または吸入ポートへ直接に接続することによるか或いは圧力制限弁５’の後（低圧）側へ流体的に接続することによって供給圧力に曝される後ろ側とを有する。
【００４２】
図１０は、図３及び６の実施形態に対応するシステムの一つの合理化されたハードウエアの実施例を示す。この図において、吸入ポート４２は、典型的には、螺刻されたフィッティングにより形成され、同様に、排出ポート４４は、別の異なるフィッティングによって同様に形成され、それぞれ、吸入回路１３及び高圧回路１４に流体的に接続される。図１及び２に開示され図３、６及び７に模式的に示された本発明の全体的な構成は、ポンプの外部に高圧及び低圧制御弁とともに形成されてよいが、好ましい実施形態は、図１０に示されている如きものであり、そこにおいて、これらの弁は、直接的にポンプへ接続され、かくして、ポンプと一体的なものであるとみなされる。（図１０に示されている面において、慣用の、又は改良された圧力レギュレータ５、５’は、見えない。）
【００４３】
図１１は、図３、７及び９に関連して説明された比例若しくはその他の能動的に制御される弁ではなく、調節可能な流れ絞り４６によって吸入調量が実行される本発明のもう一つの実施形態を示している。この実施形態によれば、ポンピングチャンバの供給通路１５にある校正された流れ絞りが、オリフィス４６の最大流を最大出力点よりわずかに上になるように制限する。特に、供給燃料がオリフィスに通されると、オリフィスの流れ抵抗が装填相においてポンピングチャンバを充填することを阻止し、これにより、ある選択された遷移速度より高く速度を増大するとともにエンジン回転当たりの吐出相における吐出通路へ送出される高圧燃料量を単調に低減する。
【００４４】
オリフィスは、ねじ４８等によって、調節可能であり、ポンプの製造時又は設定時に校正できるが、運転中に制御できないことが好ましい。例えば、各々のポンプの品質確認試験中に、ポンプは定格速度にて運転される。オリフィスは、初期の高い出力が望ましいレベルに低減されるまで調節される。この望ましいレベルは、ＷＯＴ送出時のレベルに正確に対応していてよく、或いは、将来の摩耗のための又は個別の燃料及びエンジン出力の変動を補償するべく幾分かの安全用マージンを含んでいてよい。特に、供給ポンプは、ポンピングチャンバを完全に充填することに対応したエンジン回転当たりの最大の燃料量送出速度を有することとなる。エンジンは、スロットルを広く開いた状態（ＷＯＴ）に対応する最大速度と、ポンプのエンジン回転当たりの最大送出速度よりも小さいＷＯＴに対応するエンジン回転当たりの燃料量要求を有する。オリフィスは、最大エンジン速度にてエンジン回転あたりに吐出通路へ吐出される高圧燃料量がＷＯＴに対応するエンジン回転当たりの燃料量要求よりも大きく、ポンプの最大の燃料量送出速度よりも相当に小さくなるよう校正される。送出速度における実際上の低減は、25 ％から50 ％の範囲となり、例えば、低減された速度は、ポンプの、エンジン回転当たりの最大の燃料量送出速度の約75 ％程度となろう。別の態様として、かかる校正は、車両のエンジンが組み立てられ試験される工場にて実行されてよいであろう。更に、従来において校正器を調節する方法と同様の態様にて、オリフィスは、エンジン出力を均等化又は制限するよう調節されてよいであろう。いかなる場合にも、校正が実行された後、オリフィス調節ねじは、後で許可されていない再調節を防止するために、密封されてよく、又、改ざん防止措置がとられていてよい。
【００４５】
図３、６、７、９、１０及び１１に示されている如く、ポンピングチャンバは、全て、空洞９又は吸入ポートに直列の関係にある圧力調節手段３、４８の下流にて吸入通路１５に並列の関係にて供給燃料に曝されている。かくして、調節手段の作用は、各ポンピングチャンバへの吸入口にて同様に且均等に表れる。
【００４６】
上記の実施形態に関連して、図１１に示されている実施形態は、図９に示されている３６の如き比例ソレノイドを組み込むことによって、可変圧力ポンプにおいて実現されるよう修正されてよい。これは、好ましくは、液圧式‐機械式圧力リミッタ５に並列に配管されポンプ内に組み込まれてよい。かくして、ソレノイド３６は、液圧式‐機械式圧力リミッタ／レギュレータ５と合わせて用いられてよく、レール圧を任意の所望の低い圧力レベルに設定し、噴射における流体の特性を最適化し或いは緊急事態により良好に応答できるようになっていってよい。かかる形式にて組み込まれる比例ソレノイド弁は、構成が単純であり（別の帰還線を必要としない）、内部で再循環される燃料の温度が、エンジンヘッドの外部におけるホットスポット若しくはその近傍を通過せず、わずかに低くなるので、レールに装着される圧力制御弁よりも好ましい。
【００４７】
上記の如く、遷移速度、即ち、制御が比較的低い速度における高圧バイパス制御により完全に装填されるモードから高速時における制限された装填モードへ遷移する速度は、典型的には、約２０００から３０００ＥＲＰＭの間の速度範囲内にあることとなろう。電子的に制御される吸入オリフィスを有する図３、７及び９の実施形態については、遷移速度は任意に選択されてよい。図１１の実施形態については、しかしながら、一旦固定された大きさの、制限された供給オリフィスは、遷移速度を確定し、最大速度設定に基づいたものとなろう。電子的に制御された吸入オリフィスを有するシステムの全体的な効率は、ポンプにより送出される燃料量が所望の出力に対しより密に適合できるので、より良好となる。しかしながら、典型的には、エンジンは、その作動時間の１０％に満たない期間においてが高い速度で作動することになるので、電子的に制御される吸入オリフィスに関連したハードウエアと制御方式は、費用の面で常に効率的であるとは言えないであろう。
【００４８】
図１２は、或る試作ポンプの比較的高い速度における制御方式（圧力吸入調量式）に於けるポンプ出力を示す。ポンプは、１０００ｍｍ3／回転の容量を有しており、図は、同一の固定されたオリフィスについて、二つの一定の供給圧力、５バールと２．５バールに於ける出力を示す。典型的には、供給圧力は５バールであり、図１２の上方の曲線に対応する。スロットルが広く開いた状態（６０００ＥＲＰＭ）に対応する状態においては、理想的なポンプ出力は、４０％（４００ｍｍ3／回転）となるが、オリフィスは、わずかに高い出力（約４５０ｍｍ3／回転）を提供するよう校正されている。３０００ＥＲＰＭにおいては、典型的なオリフィスの流れ特性により、ポンプ出力は、９０％（９００ｍｍ3／回転）となるが、最大トルクを達成するには、約４２０ｍｍ3／回転だけ必要とされる。
【００４９】
上記の如く、図３、７及び９の実施形態の電子的な吸入制御においては、出力は、ピークトルクに必要とされる出力により密に適合され得る。しかしながら、図１２において更に示されている如く、制限された吸入調量を提供する固定の校正されたオリフィスにより、中間速度におけるポンプ出力の追加的な制御が、供給圧を調節することにより達成されてよい。かくして、非常に高いエンジン速度（例えば、４５００ＥＲＰＭ以上）において、供給圧は、５バール（図１２における上の曲線に対応する）に維持されてよく、例えば、２０００ＥＲＰＭと４５００ＥＲＰＭとの間の速度については、供給圧は、低減されてよく（例えば、２．５バールまで）、これにより、図１２の下側の曲線に対応するポンプ出力を提供するようになっていってよい。この態様において、中間速度範囲のポンプ出力は、最大トルク点において必要とされる出力に、より密に対応し得る。
【００５０】
図４を再度参照して、本発明により、例えば、１００、１５０若しくは２００バールから選択される所与の圧力にて作動するよう構成されるポンプは、約２０００−４０００ＥＲＰＭの範囲において約４０００ワットより低い蓄積される熱を発生しつつ制限されない装填モードにて作動するが、適当な高い速度において制限される装填技術を実行することにより、設計者は、熱発生曲線を「平坦化」し、適当なマージンを有する最大熱発生を維持することができる。一つの例が図１３に示されており、そこにおいては、２００バールの定格圧力のポンプについて、制限される装填制御スキーム５０が、約３８００ｒｐｍまでのエンジン速度において実行されている。同図においては、比較のために、単純な高圧バイパス調節が行われている１２０バールのポンプの例が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、過剰の燃料を内部で再循環させる始動時から中間速度までの作動を示す本発明の模式図である。
【図２】図２は、吸入調量を行う図１の速度よりも高い速度での作動を示す本発明の模式図である。
【図３】図３は、図１及び図２による本発明の制御方法を実行するための第一の実施形態のハードウェアの模式図である。
【図４】図４は、種々の作動条件に於ける加圧された燃料に蓄積された熱の量（パワー）を示すグラフである。現在の高圧バイパス燃料制御システムにおいて黙認されている最大値も重ねて示されている。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、二段階圧力リミッター及びアキュムレーターの作動を示す模式図である。
【図６】図６は、図１及び図２による本発明の制御方法を実行するための第二の実施形態のハードウェアの模式図である。
【図７】図７は、図１及び図２による本発明の制御方法を実行するための第三の実施形態のハードウェアの模式図である。
【図８】図８は、図７の実施形態を実行するための、より詳細な模式図である。
【図９】図９は、図１及び図２の本発明の構成を実施するための第四の実施形態のハードウェアの模式図である。
【図１０】図１０は、図３の実施形態を実行するための、より詳細な模式図である。
【図１１】図１１は、本発明のもう一つの実施形態を示しており、ここでは、吸入調量は、図３、７及び９に関連して記載される比例制御又はその他の能動的に制御される弁ではなく、調節可能な流れ絞りによって実行される。
【図１２】図１２は、比較的高いエンジン速度についての制御態様（吸入圧調節）におけるポンプ出力を示す。ここで、試作ポンプは、１０００ｍｍ3／回転の容量を有し、二つの一定の供給圧、５バールと２．５バールにて、同一の固定の校正された吸入オリフィスが用いられた。
【図１３】図１３は、本発明による、エンジン速度が３８００ｒｐｍまでにおいて実行されたチャージング制限制御スキームにおける２００バールでのポンプの熱の発生を示す。比較のため、簡単な高圧バイパス制御による１２０バールのポンプの熱の発生も示されている。
【図４】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005502816.tif 000045
2005502816.tif 000046
【国際調査報告】
2005502816.tif 000047