(57)【要約】高圧直接噴射型燃料供給装置のポンプ（１０）は、電動機能を有する磁気クラッチを介してエンジンに接続されている。磁気クラッチは、エンジンに取り付けられてこのエンジンにより駆動される回転電磁コイル（２０）と、ポンプに取り付けられてこのポンプを駆動する回転永久磁石（３４）とを包含する。クラッチの滑りは、電磁コイルのすべてに同時に供給される電力のオン−オフサイクルにより制御され、燃料噴射レール内の圧力に応答することができる。クラッチは、エンジンの回転又はクランキング前でも燃料圧力を与える目的のために磁気コイルを連続して駆動することにより電動機として作動することができる。絶縁バリヤは、噴射ポンプをエンジンから気密に密封する。
2004506838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なポンプシャフト及びコモン燃料噴射レールへの燃料出口を有する燃料噴射ポンプと、前記回転可能なポンプシャフトを駆動する回転可能なエンジン部材を有するエンジンと、前記回転可能なエンジン部材と前記回転可能なポンプシャフトとの間に設けられて前記回転可能なエンジン部材からのトルクを前記回転可能なポンプシャフトに伝達する磁気クラッチとの組合せであって、前記磁気クラッチがこの磁気クラッチの滑りを制御する手段を包含している組合せ。
【請求項２】
請求項１記載の組合せにおいて、前記磁気クラッチが、前記回転可能なエンジン部材に取り付けられてこのエンジン部材と一緒に回転する複数の電磁コイルと、これらの電磁コイルと並べられて前記回転可能なポンプシャフトに取り付けられてこのポンプシャフトを回転せしめる永久磁石とを包含している組合せ。
【請求項３】
請求項２記載の組合せにおいて、前記永久磁石と前記電磁コイルとの間に設けられた絶縁バリヤを包含し、これにより前記燃料噴射ポンプを前記エンジンから密封している組合せ。
【請求項４】
請求項２記載の組合せにおいて、前記滑りを制御する手段が、前記コモンレール内の所望した燃料圧力を維持するために前記電磁コイルへ同時に印加される電力のオン−オフサイクルを調節する手段を包含している組合せ。
【請求項５】
請求項１記載の組合せにおいて、更に、前記回転可能なエンジン部材の回転前に前記永久磁石及び前記回転可能なポンプシャフトを回転せしめる手段を包含し、前記電磁コイルがこの電磁コイルから回転磁界を生じせしめる手段を包含している組合せ。
【請求項６】
請求項５記載の組合せにおいて、前記回転磁界を生じせしめる手段が前記電磁コイルに電力を連続して印加する手段を包含している組合せ。
【請求項７】
請求項２記載の組合せにおいて、前記磁気クラッチが、前記コモンレール内に所望した燃料圧力を維持するために前記電磁コイルに印加される電力のパルス幅を変えることにより制御される組合せ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
ガソリンエンジン用のコモンレール（マニホルド）式高圧直接噴射を用いることに関心が増加することで、多数の可能性のある利点が自動車産業を捜し求めるために導かれている。多数の設計制限又は困難は、これらの利点を完全に成し遂げるうえにおいて生ずるものと思われる。
【０００２】
燃料の高レベル（例えば、１００バール以上）への加圧は、かなりのポンピングパワーを必要とし、これはかなりの熱を発生せしめる。更に、自動車産業においては、一層高いレール圧力、すなわち２００バール以上を求めている。この熱は、もし高く加圧した燃料をエンジンシリンダ内にすぐに噴射することができる場合には、大部分消失させることができる。しかしながら、これは不可能である。なぜなら、燃料ポンプ流量率は典型的にエンジンクランキングのための大きさとされ、クランキング状態では高い放出流量率で２０−３０バールの圧力であり、これに対し、典型的な安定した状態のクリージング状態は１００バールで非常に低い流量率を必要とする。したがって、従来のポンピング設計においては、典型的な１時間の自動車使用時間の経過の間に噴射圧力を生じさせる燃料の量は、同じ使用時間の間に実際に噴射される燃料の量よりも非常に多い。予測定及び種々のスピル制御技術がこの点について幾つかの利点のために用いることができるけれども、これらの技術がいずれも高圧ポンプそれ自体のパワー出力を十分満足に調節するものではない。
【０００３】
他の困難は、高圧ポンプがエンジンにより直接に（例えば、クランクシャフト、カムシャフト、付属ベルトにより）駆動されることにより生ずる。すなわち、一時的に、燃料指令が低いときに（例えば、下り坂又はギヤをシフトする間）、エンジンは回転することを続け、ポンプはすでに最大圧力であるコモンレールに高圧燃料を供給することを続ける。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、レール圧力を１００バール以上に上昇せしめて維持するための高圧放出がエンジン指令に応答する高圧ガソリンコモンレール式直接噴射型燃料供給装置を提供することにある。放出した燃料に付与されるエネルギ（例えば、圧力の増大）は、従来の燃料供給装置と比べて、時間をかけて十分に減少させられる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明によれば、高圧回転ポンプは磁気クラッチを介してエンジンに連結され、磁気クラッチはまた電動駆動装置として働くことができる。ポンプの速度は、レール圧力に応答するクラッチの滑りの量により制御することができる。クラッチは、滑りを減少することによりポンプ駆動シャフト速度をすばやく増大せしめ、したがってクランキング中に高ポンピング容量を与え、これに対し、自動車のクルージング中は、クラッチの滑りにより速度を低レベルに減少せしめ、低ポンピング容量とする。同様に、クラッチは、加速中に負荷指令に適応することが必要とされたときに間欠的に速度を増大させることができ、又は、本質的には、自動車が惰行しているときにポンプ駆動を停止させることができる。特に注目すべき態様によれば、クラッチは、“電動”機能を有することができるように構成されて制御可能であり、この“電動”機能は、ポンプ速度が所望する速度よりも遅くなるときのクランキング中にポンプ速度を増大せしめるために用いることができる。本発明は、また、絶縁バリヤによりポンプを確実に密封することを提供する。
【０００６】
【好適な実施例の詳細な説明】
本発明によれば、図１に第１実施例が示されているように、エンジンに取り付けられて符号１０により総括的に示されている燃料噴射ポンプは、エンジンの任意の回転シャフト、例えばカムシャフト、クランクシャフト又はエンジン付属シャフトにより駆動される。しかしながら、動力は、直接に伝達されないで、磁気クラッチによりエンジンからポンプに伝達される。磁気クラッチは、おおよそ一定のトルクで入力及び出力シャフト間の滑りを制御するためにいろいろな産業において使用されている。磁気クラッチは、２つの回転部材と、トルク入力シャフトに取り付けられている磁気コイルを備えているドラムと、トルク出力シャフトに取り付けられている永久磁石を備えているロータとから成る。図１に示されているように、トルク入力シャフト１２はエンジンカムシャフトであり、一方トルク出力シャフト１４は公知の構成の典型的な半径方向往復動形の多プランジャ式ガソリン直接噴射ポンプのポンプシャフト（通常は偏心シャフト）である。
【０００７】
再び図１を参照するに、エンジンの一部分１６はカムシャフト１２を収容する。カムシャフト１２の一端にはドラム１８が取り付けられ、このドラムは一連の電磁コイル２０を備え、これらの各電磁コイルはスリップリング２２，２３及び２４に接続されている。これらのスリップリングは、後述するように、コントローラ２８に接続されている。クランキングの間、コイル２０はポンプ１０の出力シャフト１４を駆動するために用いられる回転磁界を生じせしめる。出力シャフト１４にはハブ３０と支持ディスク３２とを包含するロータがしっかりと取り付けられ、支持ディスク３２には永久磁石３４が取り付けられている。トルクは、電磁コイル２０によりカムシャフト１２から永久磁石３４へ、それから出力シャフト１４へ伝達される。図２は、コイル２０と永久磁石３４との関係を示す図である。エネルギ伝達部品（電磁コイル及び永久磁石）は実質的に環状であると共に空隙を置いて離れて軸方向において互いに直面しているので、多少の軸方向力が発生し、これらの軸方向力は駆動シャフト軸受３６及びポンプ軸受３８により支えられる。しかしながら、この構成は、カムシャフト１２、ドラム１８及び電磁コイル２０を包含する入力側と、ポンプ１０及びハブ３０を包含する出力側との間に比較的簡単な絶縁バリヤ４０を用いることを可能にする。この構成では、絶縁バリヤ４０は通常ステンレス鋼の簡単な平板又は仕切板であり、すべての半径方向力は均衡され、機械的軸方向力はない。しかしながら、ポンプハウジング内の液圧から生じて正圧バリヤ４０に作用する軸方向力成分は存在する。この軸方向力は、バリヤ４０の寸法及び設計、特にその最小厚さにおいて考慮することを必要とする。バリヤ４０の厚さは、コイルと磁石との間の空隙の大きさ及びそれ故クラッチの効率に影響する。ポンプハウジング内の液圧を減少するためには、液圧ヘッドの設けられている別々の入口及び出口逆止弁を用意し、ポンプハウジング内の液圧を低いレベルにまで減少させることができる。これは、図示されていないリークオフラインを必要とする。
【０００８】
図面の図３及び図４は、本発明の他の実施例を示す。この実施例においては、エネルギ伝達部品が、図１及び図２に示されているように軸方向に配置されているのではなくて、半径方向に互いに接近して間隔を置いて離れている。より詳細には、複数のコイル４２がロータ４４の外周部のまわりに取り付けられ、ロータ４４はブラシ５１により接触されているスリップリング４６，４８及び４８を有している。最少として、３つのコイル、４つの永久磁石、３つのブラシ及び３つのスリップリングが示されているけれども、コイル及び／又は永久磁石の数は特定の適用のために所望するクラッチ及び電動機能を作るために変えることができる。ハウジングセグメント５２により部分的に囲繞されているロータ４４は、ロータ４４の中央開口に挿入される駆動（カム）シャフト１２の延長部５４により支持されて、駆動される。本発明のこの実施例においては、ハブ３０に取り付けられて、図１の支持ディスク３２と非常に似ている支持部材５８に複数の永久磁石５６が取り付けられている。支持部材５８は、コイル４２を囲繞するような形状とされた周囲縁又はフランジ６０を有する。永久磁石５６は、この周囲縁６０に取り付けられて、コイル４２からすぐ半径方向外向きに向いている。駆動シャフト１２、ロータ４４及びコイル４２を包含しているクラッチの入力側と、ポンプ１０、ハブ３０、支持部材５８及び永久磁石５６を包含している出力側との間には、絶縁バリヤ６２が設けられている。この絶縁バリヤ６２は、カップ状とされて、コイル４２と半径方向外向き永久磁石５６との間に延びている。磁力は軸方向ではなくて半径方向であるので、ポンプシャフト１４を支持している軸受６４は、軸方向力に適応する必要がない。クラッチの滑りは、図１に示されていると同じコントローラ２８により調節される。
【０００９】
入力及び出力シャフト１２及び１４間の物理的な接触がないので、ポンプ部品の駆動部分の全体は絶縁バリヤ４０又は６２により気密に密封され、シャフトの密封は必要としない。そして、シャフトの密封がないことは、摩擦損失を減少せしめ、また熱廃棄及び駆動力の要求を減少せしめ、更に密封部品のすり減りを除去することによってより高い信頼性を保証する。また、多分、このような装置の総コストは非常に競争しうるであろう。
【００１０】
上述したように、燃料噴射ポンプ１０は図１に示されるように燃料噴射装置のコモンレール又はマニホルド６８に符号６６で示す所で接続されている。燃料インジェクタ自身は、レール６８に接続されている。レール６８には圧力変換器７０が取り付けられ、この圧力変換器はライン７２により前述したコントローラ２８に接続されている。典型的な産業の適用においては、磁気クラッチのための基準フィードバックが出力シャフトに取り付けられている回転計により与えられる。本発明においては、レール６８内の実圧力がフィードバックとして用いられる。コントローラ２８は、レール圧力に応答してクラッチのコイルへの電力の印加を調節する。すなわち、コイルへの電流は、ターンオン及びオフされてパルス幅を変え、滑りの量を制御する。図５は、滑りを制御するためのコイル２０（又は４２）のコントローラ２８への接続を示す図である。この機能のために、コントローラ内の複数のスイッチ７４が同時に作動する。図５において、これらのスイッチ７４はすべて開かれている状態に示されている。クラッチの滑りの量は、スイッチが閉じられている（電力がコイルに印加されている）時間の長さとスイッチが開かれている時間の長さとの比により制御される。これは、図６及び図７に例示されている。図６は、コイルへの電力の短い印加（短いパスル幅）を示し、これにより大きい滑り及び低い出力が生ずる。また、図７はコイルへの電力の長い印加（長いパスル幅）を示し、これにより少ない滑り及び大きい出力が生ずる。作動のこのクローズドループモードは、０．５％ないし１％内の正確な調節を可能にする。磁気クラッチは一般に３４：１の速度範囲を有し、短時間の間に定格トルクの２５０％まで伝達することができる。トルク伝達はまさにエネルギ効率であり、コイルへの電力は総駆動電力要求の約１０％だけである。
【００１１】
商業上、定格２４Ｖであり、９１％の総効率で５０ＲＰＭと３３００ＲＰＭとの間の速度で１０８Ｎｃｍトルクを伝達することができる磁気クラッチユニット（電動機及びクラッチ）を購入することができる。これは、期待損失、例えばソレノイド弁デマンド制御式ガソリンポンプを用いての５０％にまでの損失に全くひけをとらないものである。他の利点は、クラッチが短時間の間（例えば、過渡作動の間）１００％にまで故意に過負荷することができることから、クラッチをかなり小形にすることができることである。その結果として、通常作動中における熱廃棄を最小にすることができる。
【００１２】
内部磁気クラッチ部品は階動電動機又はブラシ無し電動機の部品と非常に似ているので、クラッチ出力シャフトのための“電動機能”を備えるようにクラッチを設計して駆動機能を広げることができる。これは、エンジンスタータが回転するのを始める前であっても誘導回転磁界によりクラッチ出力シャフトを強制的に回転させることができることを意味する。これはクランキング中に非常に急速な圧力の確立を生じさせ、これは非常に所望される機能である。大きくない電動能力、例えば１０００ＲＰＭの最大達成可能速度でさえも、一般的な小形ポンプの過渡作動を強めるために用いることができる。図８を参照するに、入力シャフト１２がまだ回転されていないときであっても、スイッチ７４は連続に開閉されて、回転磁界を生じさせ、永久磁石を回転させることを生じさせる。コイルへの電力の印加と時間との関係は、図９に例示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの回転シャフトに取り付けられている磁気クラッチにより駆動される燃料ポンプの一部断面の側面図であって、燃料ポンプはコモン燃料噴射レールに燃料を吐出し、クラッチはレール圧力を制御する。
【図２】図１に示される本発明の実施例のためのコイルと永久磁石との配置を示す正面図である。
【図３】クラッチ構成の他の実施例を示す、図１と同様な図である。
【図４】図３に示される本発明の実施例のためのコイルと永久磁石との配置を示す正面図である。
【図５】クラッチの滑りを制御するためのコントローラとクラッチへの電気接続とを示す図である。
【図６】滑りを制御するためのコイルのオン−オフサイクルを時間の経過と共に示す図で、大きな滑り及び低い出力を生じさせる例を示す。
【図７】図６と同様な図であるが、小さい滑り及び高い出力を生じさせる例を示す。
【図８】電動機能のためのコントローラとコイルへの電気接続とを示す図である。
【図９】クラッチの電動機能におけるコイルのオン−オフサイクルを示す図である。
【図６】
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【図７】
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【図９】
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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）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年5月30日(2002.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なポンプシャフト及びコモン燃料噴射レールへの燃料出口を有する燃料噴射ポンプと、前記回転可能なポンプシャフトを駆動する回転可能なエンジン部材を有するエンジンと、前記回転可能なエンジン部材と前記回転可能なポンプシャフトとの間に設けられて前記回転可能なエンジン部材からのトルクを前記回転可能なポンプシャフトに伝達する磁気クラッチとの組合せであって、前記磁気クラッチが、前記回転可能なエンジン部材に取り付けられてこのエンジン部材と一緒に回転する複数の電磁コイルと、これらの電磁コイルと並べられて前記回転可能なポンプシャフトに取り付けられてこのポンプシャフトを回転せしめる永久磁石と、前記永久磁石と前記電磁コイルとの間に設けられて前記燃料噴射ポンプを前記エンジンから密封する絶縁バリヤと、前記磁気クラッチの滑りを制御する手段とを包含し、前記滑りを制御する手段が、前記コモンレール内の所望した燃料圧力を維持するために前記電磁コイルへ同時に印加される電力のオン−オフサイクルを調節する手段を包含している組合せ。
【請求項２】
請求項１記載の組合せにおいて、更に、前記回転可能なエンジン部材の回転前に前記永久磁石及び前記回転可能なポンプシャフトを回転せしめる手段を包含し、前記電磁コイルがこの電磁コイルから回転磁界を生じせしめる手段を包含している組合せ。
【請求項３】
請求項２記載の組合せにおいて、前記回転磁界を生じせしめる手段が前記電磁コイルに電力を連続して印加する手段を包含している組合せ。
【請求項４】
請求項１記載の組合せにおいて、前記磁気クラッチが、前記コモンレール内に所望した燃料圧力を維持するために前記電磁コイルに印加される電力のパルス幅を変えることにより制御される組合せ。
【国際調査報告】
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