(57)【要約】      （修正有）【課題】制御装置のコストを削減し、ポンプ選択と流路設計の自由度の高い、噴射システムを提供する。【解決手段】複数の燃料噴射器２６へ加圧された燃料の流れを順次供給する共有の蓄圧容積室２２へ、供給するために配置されている複数のポンプ１２、１４を備えている。エンジン制御ユニットは、蓄圧容積室へ送られる加圧された燃料の流量をエンジン負荷に応じて制御する。複数のポンプの内の少なくとも１つのポンプからの加圧された燃料の流量は、エンジン速度に依存しており、複数のポンプの内の少なくとも１つの他のポンプは、そのポンプから送られる加圧された燃料の流量をエンジン速度とは無関係に変動させることができるようにするエンジン制御ユニットに応答する燃料出力制御装置５０を備えている。エンジン制御ユニットは、ポンプから蓄圧容積室への加圧された燃料の総流量を制御しており、その際、複数のポンプの内の１つだけを制御している。【選択図】図１
2009133306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の燃料噴射システム（８、８０、８６）において、
それぞれの加圧された燃料の流れを、複数の燃料噴射器（２６）へ前記加圧された燃料を順次供給する共有の蓄圧容積室（２２）へ、供給するために配置されている複数のポンプ（１２、１４）と、
前記蓄圧容積室（２２）への前記加圧された燃料の流量をエンジン負荷に応じて制御するためのエンジン制御ユニット（７４）と、
エンジン負荷データを前記エンジン制御ユニット（７４）に入力するためのエンジン負荷データ入力装置（７６）と、を備えており、
前記複数のポンプの内の少なくとも１つの第１ポンプ（１２）からの前記加圧された燃料の流量は、エンジン速度に依存しており、
前記複数のポンプの内の少なくとも１つの第２ポンプ（１４）は、前記ポンプ（１４）からの前記加圧された燃料の流量を所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動させることができるようにする前記エンジン制御ユニットに応答する燃料出力制御装置（５０、７８、８２）を備えており、これによって、前記エンジン制御ユニットは、前記ポンプ（１２、１４）から前記蓄圧容積室（２２）への前記加圧された燃料の総流量を制御することができる、システム。
【請求項２】
前記燃料出力制御装置は、前記第２ポンプ（１４）への燃料の流量を制御するために配置されている吸入口計量弁（５０）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記燃料出力制御装置は、前記第２ポンプ（１４）に作用する電磁制御逃し弁（７８）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記燃料出力制御装置は、前記第２ポンプ（１４）のプランジャの有効行程を変更するために機械的制御機構（８２、８４）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記機械的制御機構は、前記第２ポンプ（１４）の前記プランジャに作用するラック（８４）を備えている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ラック（８４）は、ステッピングモーター（８２）によって作動される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ポンプ（１２、１４）は、ユニットポンプである、上記請求項の何れかに記載のシステム。
【請求項８】
前記ユニットポンプは、カム駆動式タペット駆動機構を有している、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ユニットポンプは、シュー／ローラー式駆動機構を有している、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ポンプは、回転式駆動ポンプのポンピングユニットである、請求項１から６の何れかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記回転式駆動ポンプの前記ポンピングユニットは、共通ハウジングの中に配置されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記蓄圧容積室（２２）は、コモンレールである、請求項１から１１の何れかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記燃料噴射器（２６）の数は、前記ユニットポンプ（１８）の数より多い、請求項１から１２の何れかに記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１ポンプ（１２）は、所与のエンジン速度で実質的に一定の送出量を有しており、前記第２ポンプ（１４）は、そのエンジン速度で可変送出量を有している、請求項１から１３の何れかに記載のシステム。
【請求項１５】
内燃機関用の燃料噴射システム（８、８０、８６）において、
それぞれの加圧された燃料の流れを、複数の燃料噴射器（２６）へ前記加圧された燃料を順次供給する共有の蓄圧容積室（２２）へ、供給するために配置されている複数のポンプ（１２、１４）と、
前記蓄圧容積室への前記加圧された燃料の流量をエンジン負荷に応じて制御するためのエンジン制御ユニット（７４）と、
エンジン負荷データを前記エンジン制御ユニット（７４）に入力するためのエンジン負荷データ入力装置（７６）と、を備えており、
前記複数のポンプの内の少なくとも１つのポンプ（１２）は、制御されていない燃料出力を有しており、
前記複数のポンプの内の少なくとも１つの別のポンプ（１４）は、前記ポンプ（１２、１４）から前記蓄圧容積室（２２）への前記加圧された燃料の総流量を制御するために、前記エンジン制御ユニットに応答する燃料出力制御装置（５０、７８、８２）を備えており、前記少なくとも１つの別のポンプからの前記加圧された燃料の流量は、所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動させることができる、システム。
【請求項１６】
内燃機関の燃料噴射システム（８、８０、８６）の作動方法において、
それぞれの加圧された燃料の流れを共有の蓄圧容積室（２２）へ供給するために複数のポンプ（１２、１４）を駆動する段階と、
前記ポンプ（１２、１４）から前記蓄圧容積室（２２）への前記加圧された燃料の総流量を制御するために、エンジン負荷に応じて、前記複数のポンプ（１２、１４）の内の少なくとも１つ（１４）の、但し全部よりは少ない数のポンプからの前記加圧された燃料の流量を制御する段階と、から成り、
前記複数のポンプ（１２、１４）の内の少なくとも１つのポンプ（１２）からの前記加圧された燃料の流量は、所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動される、方法。
【請求項１７】
前記複数のポンプ（１２、１４）の内の少なくとも１つのポンプ（１２）からの前記加圧された燃料の流量は、エンジン速度に依存している、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１５までの何れかで定義された、又は請求項１６又は１７の何れかの方法によって作動させることができる燃料噴射システムが装備されているエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火内燃機関用の燃料噴射システムに関する。厳密には、本発明は、複数のポンプ、望ましくは、複数のユニットポンプ、を含んでいる燃料噴射システムに関する。本発明は、更に、そのような燃料噴射システムを組み込んだエンジン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のユニットポンプが装備されていて、各ユニットポンプがそれぞれ別々の高圧燃料ラインへ高圧で燃料を送出するようになっている、燃料噴射システムは、よく知られている。各ユニットポンプは、通常、タペットを含んでおり、タペットは、カムによって駆動されてプランジャに駆動力を伝え、それによって、プランジャが往復運動を行い、その結果、ユニットのポンプ室内の燃料が加圧される。各ユニットポンプは、エンジンの関係付けられたシリンダへ燃料を送出するために、それぞれの専用の噴射器の噴射ノズルへ燃料を供給するように配置されている。このような燃料噴射システムでは、従って、各エンジンシリンダに、カム、タペット、ユニットポンプ、高圧ライン、及び噴射器で構成された一組の個別のポンプ部品を装備し、各組のポンプ部品用のカムが普通は共用のカムシャフト上に載るようにする必要がある。
【０００３】
各ユニットポンプのカムは、エンジンのバルブタイミングを制御するカムも載っているカムシャフト上に適切に搭載され、このカムシャフトによって駆動される。この様な事例では、ユニットポンプは、カムシャフトの軸に沿って一列に間隔を空けて配置されており、各ユニットポンプの駆動端は、関係付けられているカムの単一又は複数の突出部と協働し、また、各ユニットポンプの噴射ノズル端は、関係付けられているエンジンシリンダへ燃料を送出するように配置されている。通常、カムシャフトは、各エンジンシリンダに関係付けられている少なくとも３つの突出部を有しており、１つは、関係付けられているポンププランジャを駆動するためのものであり、他の２つは、エンジンのバルブタイミングを制御するためのものである。カムシャフトは、ユニットポンプを収納するためのポケット又は穴が設けられているエンジンのクランクケースを貫通して伸長している。ユニットポンプは、従って、共用のエンジンハウジングの中に、全てが効率的に収納されている。
【０００４】
本明細書において、カムを「載せている」カムシャフトという表現は、個別のカムをカムシャフトの上に載せている、又は搭載している、又はカムシャフトと一体的にカムを形成していることを包含するよう意図している。
【０００５】
複数のポンプ要素又はプランジャが一個のハウジングの中に組み込まれている燃料噴射ポンプは、よく知られている。この配置は、ポンプ要素が、プランジャを駆動しているカムシャフトの軸と平行に一列に取り付けられているので、通常、「直列式」ポンプ配置と呼ばれている。この様なシステムは、一組のタペットと一組のポンププランジャを、即ち、エンジンシリンダ毎に１つのタペットと１つのプランジャを、各タペットと、その関係付けられたプランジャが、関係付けられた一個のハウジングの中に配置された状態で備えている必要がある。ユニットポンプ配置でのように、各ポンプ要素は、関係付けられたポンプ室を有しており、ポンプ室は、その関係付けられた噴射器と個別の高圧燃料ラインを通して接続されている。個別のポンプ要素がエンジンシリンダ毎に設けられているので、この様なシステムのコストも、比較的高い。
【０００６】
コモンレール式燃料噴射システムも、よく知られており、通常、共通の偏心カム面によって駆動される複数のポンププランジャを有するコモンレール式燃料ポンプを含んでいる。カム面は、駆動軸で回転させることができ、この様なポンプは、駆動軸の周りに半径方向に間隔を空けて配置されている３つ又はそれ以上のプランジャを含んでいる。ポンプのカム面は、全てのプランジャと協働して、プランジャの位相周期運動を起こし、それによって関係付けられたポンプ室の中で燃料を加圧する。この加圧された燃料は、コモンレール蓄圧容積室へ送給され、そこから、システムの全ての噴射器に燃料が供給される。この様なコモンレール式システムは、エンジンシリンダ毎に１つのポンプ要素を必要とはしないが、このような半径方向のポンプ配置は、先に説明した様な既存の直列式カム駆動配置とは適合性がないので、このシステムを組み込むには、全く異なるエンジンレイアウトが必要になる。
【０００７】
ユニットポンプ燃料噴射を備えたエンジン装置を製造するための機械加工及び組み立てラインの設備は、確立されており、ユニットポンプ燃料噴射システムに適応することができるエンジン装置は、広く使用されている。従って、その様な既存の生産設備とエンジン装置を引き続き使用できることが、望ましい。しかしながら、複数のユニットポンプを有する燃料噴射システムに付帯する幾つかの欠点を回避するか、又は少なくとも軽減することも、更に望まれている。
【０００８】
ＥＰ第１３３６７５２号では、例えば、燃料噴射器ごとに１つのユニットポンプを備えているシステムは、部品点数が多く、従ってコストが高いことに悩まされていることを、出願人は承知している。基本的なユニットポンプエンジン構造を維持しながらこの問題を解決するため、ＥＰ第１３３６７５２号は、２つ又はそれ以上のユニットポンプと、それより多数の燃料噴射器を備えている燃料噴射システムを提案している。代表的には、例えば、４から６気筒のエンジンでは、２つ又は３つのユニットポンプを使用し、６又は８気筒のエンジンは、３つ又は４つのユニットポンプを使用する。各ユニットポンプのポンプ室からの加圧された燃料は、それぞれの高圧燃料ラインを通り、コモンレールの様な蓄圧容積室へ直接送給され、そこから、システムの全ての噴射器へ加圧された燃料が供給される。
【０００９】
以前は、ユニットポンプは、ユニットポンプが燃料を専用の燃料噴射器へ直接供給する燃料噴射器システムにおいてのみ知られていた。対照的に、ＥＰ第３３６７５２号のユニットポンプは、燃料を噴射器へ間接的に送出しており、各ユニットポンプは、燃料を、その関係付けられた高圧燃料ラインを通して別の中間にある（コモンレールの形態をした）燃料容積室まで送出し、燃料はそこから噴射器へ送出されるようになっている。
【００１０】
ＥＰ第１３３６７５２号の燃料噴射システムは、元々は燃料を専用の燃料噴射器に送出する別々のユニット燃料噴射ポンプを使用するように意図されていた既存のエンジン装置に、既存のエンジンレイアウトを維持しながら、容易に組み込むことができる。具体的には、既存のポンプの取り付け、カムシャフトの配置、又はカム駆動系を変更する必要はない。エンジン生産ラインの変更に付帯する生産コストは、従って、低減、又は回避することができる。
【００１１】
更に、ＥＰ第１３３６７５２号のユニットポンプは、ポンプ室に入る燃料の流量を制御して、ポンピングサイクルの間にポンプ室の中で加圧される燃料の量を制御するために、吸入口計量器が配置されている。これによって、噴射事象に必要な量の燃料だけが、各ユニットポンプのポンピングサイクルの間に汲み上げられるので、効率が改善される。この型式のエンジン装置に関係付けられていた以前の燃料噴射システムでは、過剰な量の燃料がポンピング行程毎に汲み上げられ、過剰な燃料は、噴射器へ送出する前に低圧側へ溢れ出るようになっている。ＥＰ第１３３６７５２号の燃料噴射システムでは、各ポンピングサイクルの間に汲み上げられる燃料の量が吸入口計量弁によって制御されるので、効率が改善される。
【００１２】
ＥＰ第１３３６７５２号の図６は、共有の吸入口計量システムを通して供給される２つのユニットポンプの配置を開示しており、一方のユニットポンプは、吸入口計量弁を有しており、他方のユニットポンプは、最初のユニットポンプの吸入口計量弁から燃料の供給を受けている。この配置は、制御されていないユニットポンプを使用している単純なシステムより高価であり、特に制御手段が１つしか使用されていないので、最適な出力特性を達成するために、２つのポンプの性能と流路設計を入念に整合させる必要がある。
【特許文献１】ＥＰ第１３３６７５２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、制御装置のコストを削減し、ポンプ選択と流路設計の自由度高めることによって、従来の噴射システムの上記問題を解決する方策を求めている。
本発明は、内燃機関用の燃料噴射システムに関しており、本システムは、
それぞれの加圧された燃料の流れを、複数の燃料噴射器へ加圧された燃料を順次供給する共有の蓄圧容積室へ、供給するために配置されている複数のポンプと、
蓄圧容積室への加圧された燃料の流量をエンジン負荷に応じて制御するためのエンジン制御ユニットと、
エンジン負荷データをエンジン制御ユニットに入力するためのエンジン負荷データ入力装置と、を備えており、
複数のポンプの内の少なくとも１つの第１ポンプからの加圧された燃料の流量は、エンジン速度に依存しており、
複数のポンプの少なくとも１つの第２ポンプは、このポンプからの加圧された燃料の流量を所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動させることができるようにするエンジン制御ユニットに応答する燃料出力制御装置を備えており、これによって、エンジン制御ユニットは、ポンプから蓄圧容積室への加圧された燃料の総流量を制御する。
【００１４】
本発明のシステムでは、第１ポンプは、所与のエンジン速度で実質的に一定の送出量を有しているのが望ましく、第２ポンプは、エンジン速度とは無関係に変動させることができ、そのエンジン速度での設定の範囲に亘る可変送出量を有するようになっている。而して、第２ポンプを制御するだけで、蓄圧容積室への加圧された燃料の総流量を制御することができ、第１ポンプは、制御システムを必要としない。
【００１５】
燃料出力制御装置は、第２ポンプへの燃料の流量を制御するために配置されている吸入口計量弁を備えている。代替配置では、第２ポンプに作用する電磁制御逃し弁、又は第２ポンプのプランジャの有効行程を変更する機械的な制御装置を備えていてもよい。この様な機械的な制御装置は、第２ポンプのプランジャに作用するラックを備えていて、このラックがステッピングモーターによって作動するようになっていてもよい。
【００１６】
ポンプは、ユニットポンプでもよく、例えば、カム駆動式のタペット駆動配列、又はシュー／ローラー駆動配列を有していてもよい。ポンプは、回転駆動ポンプのポンピングユニットでもよく、その場合、回転駆動ポンプのポンピングユニットは、共通ハウジングの中に配置されていてもよい。
【００１７】
蓄圧容積室は、コモンレールが適しており、燃料噴射器の数は、ユニットポンプの数より多いのが望ましい。
本発明は、更に、内燃機関用の燃料噴射システムとしても提示されており、このシステムは、
それぞれの加圧された燃料の流れを、複数の燃料噴射器へ加圧された燃料を順次供給する共有の蓄圧容積室へ、供給するために配置されている複数のポンプと、
蓄圧容積室への加圧された燃料の流量をエンジン負荷に応じて制御するためのエンジン制御ユニットと、
エンジン負荷データをエンジン制御ユニットに入力するためのエンジン負荷データ入力装置と、を備えており、
複数のポンプの内の少なくとも１つのポンプは、制御されていない燃料出力を有しており、
複数のポンプの内の少なくとも１つの別のポンプは、ポンプから蓄圧容積室への加圧された燃料の総流量を制御するために、エンジン制御ユニットに応答する燃料出力制御装置を備えており、この少なくとも１つの別のポンプからの加圧された燃料の流量は、所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動させることができる。
【００１８】
本発明の概念は、内燃機関の燃料噴射システムの作動方法に及んでおり、本方法は、
それぞれの加圧された燃料の流れを共有の蓄圧容積室へ供給するために複数のポンプを駆動する段階と、
ポンプから蓄圧容積室への加圧された燃料の総流量を制御するために、エンジン負荷に応じて、複数のポンプの内の少なくとも１つの、但し全部よりは少ない数のポンプからの加圧された燃料の流量を制御する段階と、から成り、この複数のポンプの内の少なくとも１つのポンプからの加圧された燃料の流量は、所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動する。
【００１９】
複数のポンプの内の少なくとも１つのポンプからの加圧された燃料の流量は、エンジン速度に依存していてもよく、複数のポンプの内の少なくとも１つの別のポンプからの加圧された燃料の流量は、エンジン速度とは無関係に変動し、加圧された燃料の流量は、所与のエンジン速度における設定の範囲に亘って変動するようになっている。
【００２０】
本発明の概念は、更に、本発明の燃料噴射システムが装着されている、又は本発明の方法に従って運転することのできるエンジンを包含している。
従って、本発明は、高圧供給源として２つの異なるユニットポンプを備えているコモンレール式燃料システムとして具現化することができる。第１ポンプは、実質的に一定の送出量を有しており、制御システムを必要とせず、第２ポンプは、吸入口計量又は他の手段で達成される可変送出量を有している。第１ポンプは、アイドリング及び低負荷運転にとって十分な燃料送出率を与えるようになっており、第２ポンプは、中及び高負荷運転又はエンジン始動時の様なより高い流量が必要な時にしか作動させる必要がない。このシステムは、２つのポンプを制御する必要性が回避されるので、低コストを実現する可能性を有している。
【００２１】
可変送出機能を備えている第２ポンプは、吸入口計量として知られている、ポンプ室への吸入流量を制限することによって、又は、電磁弁を使用して、必要ない時には過剰な燃料を低圧でポンプ室から逆流させることができるようにして、ＥＵＩ（電子ユニット噴射器）又はＥＵＰ（電子ユニットポンプ）で行われるように有効行程を制御することによって、制御することができる。理論的に言えば、機械式ユニットポンプで使用される様な機械的制御を、例えばステッピングモーターを用いてラックを作動させることによって使用することもできる。
【００２２】
このシステムは、特に、発生する高水準の圧力変動及び駆動トルクを受容できる、コスト重視の市場のためのエンジンで使用することに適している。このシステムは、全く制御されていないポンプが使用されており、余剰の高圧燃料が、例えば、レールの高圧放出弁でシステムから放出されているものに比べ、優れた効率を提供する。
【００２３】
本発明の原理は、共有ハウジング内に２つ又はそれ以上のポンピングユニットが入っている回転駆動ポンプで使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】２つのユニットポンプを備えている、本発明の１つの実施形態による燃料噴射システムの概略図である。
【図２】図１の燃料噴射システムの一方のユニットポンプの部分断面図である。
【図３】図２に示しているユニットポンプと関係付けられた吸入口計量弁の断面図である。
【図４】図１の燃料噴射システムのブロック図であり、システムが、エンジン負荷センサーからエンジン負荷データ入力を取得するＥＣＵによって、どの様に制御されているのかを示している。
【図５】異なるユニットポンプ制御手段を有する本発明の代替実施形態を示している燃料噴射システムの概略図である。
【図６】異なるユニットポンプ制御手段を有する本発明の代替実施形態を示している燃料噴射システムの概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明を容易に理解頂くために、添付の図面を、ほんの一例として参照していく。
先ず、図１に示すように、内燃機関用コモンレール式燃料噴射システム８は、低圧ポンプによってフィルターを通して低圧リザーバから吸引された燃料を受け取る。これらの部品は、技術的に周知のものであり、全く普通に使用されているので、明瞭にするため図面では省略している。燃料は、それぞれの第１供給ライン１０を通して、第１及び第２高圧ユニットポンプ１２、１４の吸入口に供給される。第１ユニットポンプ１２は、制御装置を有していない。第２ユニットポンプ１４は、制御装置を有しており、この実施形態では、簡略化して５０で示している吸入口計量制御弁を備えている。吸入口計量弁は、ポンプ室への吸入流量を制限して、これから説明するように、第２ユニットポンプ１４の出力をエンジンの変動する負荷に適するように制御する。
【００２６】
各ユニットポンプ１２、１４は、或る量の燃料を低圧ポンプの出力より相当に高い圧力まで加圧し、高圧燃料をそれぞれの第２供給ライン２０を通してコモンレール２２の形態をしている蓄圧容積室へ送出する。而して、各ユニットポンプ１２、１４は、それぞれの吸入口から蓄圧容積室又はコモンレールまで伸びるポンプ吐出口を有している。
【００２７】
従来方式では、コモンレール２２は、圧力センサー１６、圧力逃がし弁１８、及びレール２２から伸長しており、レール２２に沿って間隔を空けて配置されている複数の高圧燃料ライン２４を含んでいる。各高圧燃料ライン２４は、燃料を燃料システムのそれぞれの噴射器２６に供給するように配置されており、燃料は、噴射器から、関係付けられたエンジンシリンダ又は他の燃焼空間へ送出される。図示の実施形態の６つの高圧燃料ライン２４と噴射器２６は、図１のシステムが、６気筒圧縮着火機関に適していることを意味している。
【００２８】
従って、燃料システムの噴射器は、ユニットポンプから離して配置されている。図１に示しているコモンレール２２は、軸方向に伸長している管状の構造を有しているが、代わりに、レールは、概ね球状構造を有していて、中心ハブから半径方向に伸長している送出流路が噴射器まで伸びているような中心ハブを有する構造になっていてもよい。
【００２９】
噴射器２６は、どの様な従来式ものでもよく、その設計及び作動は、当業者には周知であろう。例えば、噴射器は、電磁又は圧電作動式であってもよく、直接作動式、又は噴射器弁針の動作を制御するための油圧増幅装置を含んでいる型式のものでもよい。
【００３０】
図１には示していないが、燃料噴射システム８は、エンジンハウジング、代表的にはエンジンクランクケースを含むエンジン装置の中に組み込まれていてもよい。エンジンハウジングは、複数のポケットを有していて、各ポケットに、ユニットポンプ１２、１４のそれぞれ１つを収納するようになっていてもよい。例えば、エンジンハウジングは、使用時にはカムシャフトが中を貫通して伸長する軸方向に伸長している開口部を画定していて、ポケットが開口部から半径方向に伸長するように配置されていてもよい。開口部は、一体の又は一個のエンジンハウジングの中に画定されていてもよく、或いは、隣接して取付けられたエンジンハウジング部品によって画定されていてもよい。
【００３１】
２つ又はそれ以上の高圧ユニットポンプ１２、１４が、システム８の中に設けられているが、明瞭且つ単純にするために、図２を参照しながら第２ユニットポンプだけについて詳細に説明してゆく。その後、図３を参照しながら、第２ユニットポンプ１４の吸入口計量制御弁５０を詳細に説明する。図２を参照して行う第２ユニットポンプ１４の説明は、第２ユニットポンプ１４と殆ど同じ様に作動するが吸入口計量制御弁５０を備えていない第１ユニットポンプ１２の作動を説明するのに十分事が足りる。
【００３２】
図２を見ると分かるように、ユニットポンプ１４は、ポンプ室３６の中で燃料を加圧するためにポンプハウジング３４の中に設けられているプランジャ穴３２の中を滑動することができる単一のポンププランジャ３０を含んでいる。ポンププランジャ３０は、使用時には、概括的には円筒形タペット部材４０、ローラー部材４２、及び駆動軸に載っているカムを含む、全体を３８として示している駆動装置によって、駆動される。
【００３３】
駆動軸は、図２には示していないが、図１に概略的に示しており、実際には、単一のカムシャフトによって、ポンプ１２と１４の両方を、カムシャフトに沿って間隔を空けてポンプ１２及び１４と整列するように配置されているそれぞれのカムの突出部を介して駆動することができる。カムシャフトは、先に説明したようなエンジン装置、即ち、元々、別々のユニット燃料噴射ポンプを備えていて、それぞれが燃料を専用の噴射器へ送出するように意図されている装置で使用される型式のものでもよい。この様な既存のエンジン装置では、カムシャフトには複数の突出部又はカム形状が設けられており、それぞれが、ユニット燃料噴射ポンプのそれぞれ１つのプランジャを駆動するように意図されている。
【００３４】
図１のシステム８では、既存のカム駆動装置を異なる様式で使用しているが、エンジン装置を再設計する必要性は、実質的に回避されている。具体的には、ユニットポンプ１２と１４は、カムシャフトの軸と実質的に平行に、一列に配置されていて、複数のポケット又は穴を備えている共有のエンジンハウジングの中に収納されており、各ユニットポンプ１２、１４は、それぞれ、ポケット又は穴の中の１つに取り付けられている。通常、エンジンハウジングは、中を通ってエンジンのクランクシャフトが伸長する軸方向に伸長している開口部が設けられたエンジンのクランクケースの形態をとっている。ユニットポンプを受け入れるためのポケットは、この開口部から半径方向に伸長しており、而して装置の中でユニットポンプの位置を画定している。燃料噴射システム８のユニットポンプ１２、１４は、燃料を直接唯１つの噴射器へ供給するわけではないので、システムの作動原理は、ＥＰ第１３３６７５２号より以前のシステムの原理とは対照的である。しかしながら、燃料噴射システム８を以前のエンジン装置に適合させることによって、既存のエンジン装置及び工作設備を再設計する必要性は、好都合に回避されている。
【００３５】
図２を見ると分かるように、ローラー４２は、カムの表面４６と協働するように配置されており、駆動軸が回転すると、カムが駆動され、ローラー４２がカム表面４６の上に乗るようになっている。ローラー４２とタペット４０は、ポンプハウジング３４に固定されているエンジンハウジング３９に設けられたガイド穴４４の中で往復運動をすることができる。タペット４０の内面には、環状の溝が設けられており、その中には、戻しバネ４８用の当接板４７が取り付けられている。戻しバネ４８は、タペット４０とローラー４２をガイド穴４４から外向きに（図２に示す方向では下向きに）押してカム表面と係合させるように配置されており、後で更に詳細に説明する様に、ポンププランジャ３０をプランジャ穴３２から外向きに押して、ポンピングサイクルの戻り行程を実行させる働きをする。タペット４０とポンププランジャ３０は、互いに対して軸方向に動くことができるように配置されている。而して、タペット４０は、カム表面が回転してガイド穴４４の中で内向きに押されると、その行程の範囲内の、ポンププランジャ３０と係合してプランジャ穴３２の中でポンププランジャを内向きに押す点に達する。
【００３６】
効率性の利点は、第２ユニットポンプ１４に設けられている、全体を５０で示す吸入口計量弁装置によって実現される。吸入口計量弁装置５０は、タペット４０から遠い側のポンププランジャ３０の端部に配置されており、ポンプハウジング３４の表面に固定されている別のバルブハウジング５２の中に配置されている。吸入口計量弁５０は、図１の第１供給ライン１０に繋がっているポンプ吸入口５４と連通しており、低圧燃料が、低圧ポンプから吸入口計量弁５０へ送給されるようになっている。吸入口計量弁５０は、図４のシステムブロック図に示しているエンジン制御ユニット又はＥＣＵ７４の制御の下で、全体を５６で示している吸入口逆止弁を通して、第２ユニットポンプ１４のポンプ室３６へ送出される燃料の流量を制御するように配置されている。
【００３７】
ここに示している吸入口計量弁５０は、ユニットポンプハウジングに取り付けられるようになっているバルブハウジングを含んでいるが、吸入口計量弁装置は、代わりに、ポンププランジャ及びユニットポンプの他の部品と共有のハウジングに収納されていてもよい。吸入口計量弁装置は、電気的な、望ましくは電子的手段で制御される型式のものでもよい。
【００３８】
吸入口計量弁５０は、代表的には、図３に更に詳細に示している型式のものでもよく、ここでは、計量弁部材７５は、全体を７７で示している電磁アクチュエータの影響の下で可動になっていて、ポンプ吸入口５４と吸入口逆止弁５６の間の流路内のオリフィス又は絞り７９の開口の程度を制御して、オリフィス７９を通ってポンプ室３６に到る燃料の流量を変動させる。計量弁部材７５は、ポンプ吸入口５４と吸入口逆止弁５６の間のオリフィス７９を通る連絡が閉じている閉位置と、穴７９を通る燃料の流量が最大になる全開位置の間を動くことができる。計量弁部材７５の運動は、ＥＣＵ７４の制御の下で、アクチュエータ７７の巻線８１に電流を印加する及び遮断することによって引き起こされる。図３に示している型式の計量弁の作動の更なる詳細は、エンジン燃料システム設計の当業者にはよく知られているであろう。
【００３９】
図２に戻るが、第２ユニットポンプ１４の吸入口逆止弁５６は、逆止弁部材５８が、吸入口計量弁５０からポンプ室３６への燃料の計量流量を制御するために係合可能な弁座６２を画定している弁当接部材６０を含んでいる。弁当接部材６０には、互いに連通している、軸方向及び半径方向に伸長する通路が設けられており、逆止弁部材５８が、弁座６２から持ち上げられると、ポンプ吸入口５４から送出され、吸入口計量弁５０を通過する燃料は、弁当接部材６０の半径方向に伸長する通路の中へ、及び軸方向に伸長する通路の中へ、更に弁座６２を通過しポンプ室３６へ流れ込むことができるようになっている。図２には示していないが、実際には、吸入口逆止弁５６には、逆止弁部材５８を弁座６２と係合する位置に押し付けるため、比較的低いバネ予荷重が掛けられていることが望ましい。
【００４０】
ポンプ室３６への流れは、吸入口計量弁５０と吸入口逆止弁５６で制御されるが、ポンプ室３６を出る燃料の流れは、全体を６４で示す吐出口送出弁装置で制御される。吐出口弁装置６４は、ポンプ室３６と、供給ライン２０の一部を形成するか又は供給ライン２０と連通している高圧供給ライン７０との間の燃料の流れを制御するために、別の弁座６８と係合可能なボール６６を有しているボール弁の形態をとっている。吐出口弁装置６４には、ボール６６を押して別の弁座６８と係合させる働きをする比較的低い予荷重が掛けられている吐出口弁バネ（図示せず）が設けられていていてもよい。
【００４１】
高圧流れライン７０は、部分的にはポンプハウジング３４の中に設けられ、部分的にはポンプハウジング３４から伸長している別の穴７３の中に配置されている挿入部材７２の中に設けられている通路によって画定されている。高圧流れライン７０は、ポンププランジャ３０と実質的に同軸に整列し、ポンプハウジング３４から遠い側の端部で、コモンレール２２へ続く第２供給ライン２０の端部と連通するように配置されている。而して、使用時には、ポンプ室３６から高圧流れライン７０へと送出される高圧燃料は、噴射器２６へ送出するために、第２供給ライン２０の中へ、更にコモンレール２２の中へ流れることができる。
【００４２】
使用時には、駆動軸は回転され、ローラー４２がカム面の上に乗るので、タペット４０はガイド穴４４の中で往復運動することになり、その結果、タペット４０が、動かされてポンププランジャ３０と係合し、ポンププランジャ３０と共に動く際に、軸方向の運動がポンププランジャ３０へ伝えられる。ポンピングサイクルは、２つの位相、充填位相とポンピング位相で構成されている。充填位相の間は、吸入口逆止弁５６は開いていて、吸入口計量弁５０からポンプ室３６へ燃料を送出できるようになっており、吐出口弁装置６４は、コモンレールへ続く高圧流れライン７０内の高圧燃料によって閉じられた状態に保持されている。充填位相の間、ポンププランジャ３０は、プランジャ穴３２から外向きに押され、吸入口計量弁５０から吸入口逆止弁５６を通ってポンプ室３６へ至る燃料の流れによりプランジャ３０に掛けられる圧力によって、戻り行程を実行する。
【００４３】
ポンピングサイクルの、後に続くポンピング位相の間に、吸入口逆止弁５６は、プランジャ３０がタペット４０に駆動されて内向きに動き始めるにつれてポンプ室３６内の燃料の圧力が上がることによって、閉じられ、燃料が吸入口計量弁５０からポンプ室３６へ更に流れ込むのが阻止される。加えて、ポンプ室３６内の燃料の圧力が更に上がるにつれ、吐出口弁装置６４が開き、ポンプ室３６内の加圧された燃料が、高圧流れライン７０の中へ流入できるようになる。ポンピング位相の間、ポンププランジャ３０は、ローラー４２及び駆動カム表面と協働するタペット４０の影響を受けて、プランジャ穴３２の中を内向きに押され、ポンプ室３６の中で燃料を加圧する。
【００４４】
ポンピングサイクルの間の一連の事象について、更に詳細に説明する。ポンピングサイクルの開始時、ポンププランジャ３０は、プランジャ穴３２の中で最も内側の位置（即ち、図２の向きで最も上の位置）に在り、ポンプ室３６内の燃料の圧力は、その前のポンピング行程によって生じた加圧によって高い状態にある。吐出口弁装置６４は、ポンプ室３６と高圧流れライン７０内の燃料の圧力が等しいため閉じられている。タペット４０も、ガイド穴４４内の最も内側の位置に在り、ポンプ室３６内の高い燃料圧力は、ポンププランジャ３０を押してタペット４０と接触させる働きをする。
【００４５】
戻り行程が開始すると、プランジャ部材３０は、先ず、ポンプ室３６内の減圧と、ローラー４２がカム面の上に乗っている時に戻しバネ４８の力を受けることによりタペット４０が引っ込むことによって、プランジャ穴３２から引っ込むことになる。ポンプ室３６が減圧されるにつれ、ポンプ室３６内の圧力は、吸入口計量弁５０からの燃料の流れによって、逆止弁部材５８を弁座６２から持ち上げるのに必要な圧力以下となる点に達し、次の充填位相が開始される。
【００４６】
ポンププランジャ３０は、吸入口計量弁５０から弁当接部材６０内の半径方向及び軸方向に伸長している通路を通り更に吸入口逆止弁５６を通ってポンプ室３５の中へと送られる燃料の流れによって生じるポンプ室３６内の圧力による力によって、プランジャ穴３２から外向きへ更に動かされる。タペット４０は、戻しバネ４８の力を受けて、ガイド穴４４から更に引っ込み（即ち、タペット４０は、穴４４から外向きに移動し）、ローラー４２をカム表面の上に乗せる。
【００４７】
充填位相の間、吐出口弁装置６４のボール６６は、高圧流れライン７０内の高圧燃料によって、そして吐出口弁のバネの力によって、別の弁座６８に押し付けられ着座した状態を保っている。
【００４８】
タペット４０がガイド穴４４の中で最も外側の位置に達した後、ローラー４２は、カム表面に追従して（図２に示す図において）上向き方向に押され、タペット４０がプランジャ部材３０と係合して、ポンププランジャ３０がプランジャ穴３２の中を内向きに駆動されるようになる点に達する。ポンププランジャ３０がプランジャ穴３２の中を内向きに駆動されるにつれ、ポンプ室３６の中の燃料が加圧される。
【００４９】
ポンプ室３６内の燃料の圧力が上昇し始めると、ポンピング行程の途中で、ポンプ室３６内の燃料の圧力が上昇することによって、吸入口逆止弁５６の逆止弁部材５８が、その座に押し付けられ、燃料の流れがそれ以上ポンプ室３６の中に流れ込むこと、及びポンプ室３６から吸入口計量弁５０に向けて還流することを防ぐ。
【００５０】
プランジャのポンピング行程が続くと、ポンプ室３６内の燃料は、ボール６６を別の弁座６８から持ち上げるのに十分な高い水準まで加圧され、加圧された燃料を、ポンプ室３６から、高圧流れライン７０の中へ、更にコモンレール２２へ続く供給ライン２０に向けて流すことができるようになる。ポンピング行程の最後に、ポンププランジャ３０がその行程の範囲の端部に達すると、ボール６６は、高圧流れライン７０内の高圧燃料と吐出口弁のバネの力によって、別の弁座６８に押し付けられ、高圧流れライン７０、第２供給ライン２０内の、従ってコモンレール２２内の、高い燃料圧力を保持する。
【００５１】
ポンピング行程の間のプランジャの運動の範囲は、充填位相の間にポンプ室３６へ送り込まれる燃料の量によって決まることになるが、それは、これが、ポンププランジャ３０が戻り行程の間にプランジャ穴３２から引っ込められる範囲を決めるからである。充填位相の間にポンプ室３６へ送り込まれる燃料の量は、従って、タペット４０の行程の範囲の中で、タペット４０がポンププランジャ３０と係合してプランジャのポンピング行程を開始する点を決める。
【００５２】
１ポンピングサイクルの間にポンプ室３６に送り込まれる燃料の量は、従って、吸入口計量弁５０を通る燃料の流量と、吸入口逆止弁５６が開いた状態に保持され、燃料がポンプ室３６の中へ流入することのできる時間とによって決まる。吸入口逆止弁５６が開いた状態に保持されている時間は、（設けられている場合には）吸入口弁のバネのバネ定数と、燃料がポンプ室３６の中で加圧される際に逆止弁部材５８に働く油圧と、タペット４０の運動の速度を決める、関係付けられたエンジンの速度とによって決まる。ポンプ室３６へ送り込まれる燃料の量は、従って、吸入口計量弁の設定を調節して吸入口逆止弁５６を通る燃料の流量を変えることによって、変動させることができる。
【００５３】
図４のシステムブロック図に示すように、第２ユニットポンプ１４の吸入口計量弁５０は、ＥＣＵ７４によって、最大充填と最大ポンピングプランジャ行程に対応する全開状態と、ゼロ充填とゼロポンピングプランジャ行程に対応する全閉状態との間で操作することができ、また、ポンプ室３６の充填の程度、即ち、第２ユニットポンプ１４によって所与のポンピングサイクルの間にコモンレール２２へ送り込まれる燃料の量を変えるために、全開状態と全閉状態の間の設定の範囲を有している。
【００５４】
従って、本発明のこの実施形態では、吸入口逆止弁５６へ送り込まれる低圧の燃料は、ポンピングサイクルの間に第２ユニットポンプ１４のポンプ室３６の中でポンプにより加圧される燃料の量を制御するため、吸入口計量弁５０によって調節される。吸入口計量弁５０を設けると、ポンピングサイクルの間に、噴射事象に必要な燃料の量しかポンプで加圧されない、という利点が提供される。これは、過剰な量の燃料がポンピング行程の度にポンプで加圧され、過剰分は噴射器へ送られる前に排液口へ溢れ出るというポンプ設計に勝る、機械的効率を提供している。
【００５５】
噴射事象に必要になる燃料の流量は、１つのユニットポンプによって提供することができる流量より大きい場合もあるが、２つ又はそれ以上のユニットポンプ１２、１４が使用されており、必要な時には並行して作動させることができるので、燃料噴射の要求は、エンジン負荷範囲を通して満足される。具体的には、ＥＣＵ７４を使用して、例えば図４に示しているような負荷センサー７６によってＥＣＵ７４に提供されるエンジン負荷データに応じて吸入口計量弁５０を制御することによって、中及び高負荷運転時、又はエンジン始動時の様な高い燃料流量が必要な時には、第２ユニットポンプ１４を作動させることができる。逆に、エンジンが、アイドリング時、又は他の低負荷運転時には、第２ユニットポンプ１４を実質的に停止させることができ、第１ユニットポンプ１２は、その燃料送出流量だけで、要求の低い運転条件には十分対応できるように作られている。ＥＣＵ７４は、更に、コモンレール２２の圧力センサー１６に応答して第２ユニットポンプ１４を制御し、必要に応じてが、コモンレール２２内の燃料圧力を調整する。
【００５６】
第１ユニットポンプ１２は、エンジンが作動している間は、エンジン速度によって変動する速度においても、定常的に作動しており、その送出量は、ＥＣＵ７４などによって制御されてはいない。本発明の燃料噴射システムは、従って、２つのポンプを制御する必要が回避されるので、低コストになる可能性を有している。このシステムは、高い水準の燃料圧力変動、従ってエンジントルク出力が受容される、コストに敏感な市場用のエンジンに使用するのに特に適している。このシステムは、全く制御されていないポンプが使用されているシステム、及び余剰な高圧燃料が、単純に、例えばコモンレールの高圧排液弁によってシステムから排出されるシステムよりも良好な効率を提供する。
【００５７】
本発明は、適切な能力が１つのポンプでは得られない場合に、単一の吸入口計量弁で２つのポンプとその付帯する配管の平衡を保って適切に作動させるようにする必要無しに、２つのポンプを使用できるようにするという利点を有している。これは、エンジンの構造が、単一の吸入口計量弁を２つのポンプに均等に供給できるように都合よく取り付けることができない場合には、有用である。
【００５８】
低負荷時に、第１ユニットポンプ１２だけが作動している時は、この単一の作動ポンプの作動行程は、２つのポンプが一緒になって同じ流量の燃料を汲み上げている場合よりも大きくなる。これは、２つのポンプが短い行程で作動している場合よりプランジャ漏れを少なくし、結果的にポンプ効率が改善される。
【００５９】
第２ユニットポンプ１４の可変送出量は、上で説明したように、吸入口計量によって実現することができるが、これは、他の方法でも実現することができる。例えば、第２ユニットポンプ１４の可変送出量は、図５のシステム８０で示すように、電磁弁７８を使用して制御することもできる。これによって、必要でない時に、過剰な燃料を低圧でポンプ室から還流させ、結果的に、Ｄｅｌｐｈｉ製の現在市販されているＥＵＩ（電子ユニット噴射器）とＥＵＰ（電子ユニットポンプ）装置で使用されている電磁制御逃がし弁によって行われているように、有効行程を制御することができる。
【００６０】
理論的には、機械式ユニットポンプで使用されているように、機械的制御をラック作動機構と共に使用して、例えば、図６のシステム８６で示しているように、ステッピングモーター８２とラック８４によって、第２ユニットポンプ１４のプランジャの有効行程を変更することもできる。
【００６１】
図示の好適な実施形態では、本発明の燃料噴射システムは、ユニットポンプの数より多い燃料噴射器を含んでいる。例えば、４つのエンジンシリンダ、即ち、４つの燃料噴射器がある場合、２つ又は３つのユニットポンプしかない。その場合、４つのユニットポンプ（従って４つの燃料噴射システムカム）と共に使用するように設計されているエンジンの既存のカムシャフトは、少なくとも１つの余分なカムを有していることになる。一般に、従って、カムシャフトは、複数のカムが形成され、又は設けられており、その内の少なくとも１つは、ユニットポンプが関係付けられず、従って余分なものになる。
【００６２】
理解頂けるように、本発明の燃料噴射システムは、関係付けられたカムと協働するタペット駆動装置を有するユニットポンプを含んでいるように示されているが、例えば、シュー／ローラー式装置など他の駆動装置も使用することができる。更に、本発明の原理は、共有ハウジングの中に２つ又はそれ以上のポンピングユニットを含んでいる回転駆動式ポンプで使用することもできる。
【符号の説明】
【００６３】
８、８０、８６  燃料噴射システム
１０  第１供給ライン
１２、１４  ポンプ
１６  圧力センサー
１８  圧力逃がし弁
２０  供給ライン
２２  蓄圧容積室（コモンレール）
２４  高圧燃料ライン
２６  燃料噴射器
３０  ポンププランジャ
３２  プランジャ穴
３４  ポンプハウジング
３６  ポンプ室
３８  駆動装置
３９  エンジンハウジング
４０  タペット
４２  ローラー
４４  ガイド穴
４６  カム表面
４８  戻しバネ
５０、７８、８２  出力制御装置
５２  バルブハウジング
５４  ポンプ吸入口
５６  吸入口逆止弁
５８  逆止弁部材
６４  吐出口弁装置
６６  ボール
７０  高圧供給ライン
７２  吸入口
７３、７９  穴
７４  エンジン制御ユニット
７５  計量弁
７６  荷重センサー
７７  アクチュエータ  
７８  電磁弁
８２  ステッピングモーター
８４  ラック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009133306.tif 000007
【図６】
2009133306.tif 000008
【外国語明細書】
2009133306000001.pdf