JPH10159668A - 高圧サプライポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸入燃料の圧力を一定に保持して吐出量を高
精度に制御可能にし、かつ燃料供給システムを簡素化可
能な高圧サプライポンプを提供することにある。 【解決手段】 低圧ポンプから供給される燃料は吸入通
路１２ａから燃料加圧室１６に吸入され、プランジャ４
３の往復移動により燃料加圧室１６の燃料が加圧されて
デリバリバルブ３０から吐出される。調圧弁５０は、吸
入通路１２ａと連通している燃料通路５４の燃料圧力が
所定圧以上になると弁部材５１が弁座５３から離座し、
吸入燃料の圧力を一定圧に調圧する。エンジンの高温再
始動時において高圧サプライポンプ１０内に発生してい
るベーパは、調圧弁５０からポンプ外に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（以下、
「内燃機関」をエンジンという）に用いられる高圧サプ
ライポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリンエンジンにおいても低圧
ポンプにより燃料タンクから汲み上げた低圧燃料を高圧
サプライポンプによりさらに加圧してインジェクタに供
給する燃料供給システムが知られている。低圧ポンプは
モータ駆動であり、高圧サプライポンプはエンジンのク
ランクシャフトおよびバルブカムシャフト等により駆動
される。

【０００３】このような燃料供給システムとして、高圧
サプライポンプの燃料吸入側の燃料配管と燃料吐出側の
燃料配管とにそれぞれ低圧レギュレータ、高圧レギュレ
ータを配設するものが知られている。低圧レギュレータ
は、バッテリー電圧の変動により低圧ポンプの吐出量が
増減しても高圧サプライポンプに流入する燃料圧力を一
定圧に保持するものである。燃料吐出側に高圧レギュレ
ータを配設する必要のある高圧サプライポンプは、電磁
弁等により燃料吐出タイミングを規定して燃料吐出量を
制御する構成ではなく、加圧した燃料の圧力が一定圧以
上になれば燃料を吐出する構成であるので、高圧サプラ
イポンプからインジェクタに供給する燃料圧力を一定圧
に保持するために高圧レギュレータを配設している。高
圧サプライポンプの燃料吸入側および燃料吐出側の余剰
燃料はそれぞれ低圧レギュレータおよび高圧レギュータ
から燃料タンクに戻される。燃料吸入側および燃料吐出
側の燃料配管内に発生するベーパは、高圧サプライポン
プの燃料吸入側では低圧レギュレータから排出され、高
圧サプライポンプの燃料吐出側では高圧レギュレータか
ら排出される。

【０００４】このような燃料供給システムの構成では、
エンジン始動時のようにエンジンの回転数が低く高圧サ
プライポンプからの燃料吐出量が僅かである場合、高圧
サプライポンプをバイパスして高圧サプライポンプの燃
料吸入側と燃料吐出側とを直接導通させ、高圧サプライ
ポンプを介さずにエンジン始動時に必要な燃料噴射量を
低圧ポンプからインジェクタに供給することが考えられ
る。低圧ポンプから吐出される燃料の吐出圧は低いの
で、この吐出圧では高圧レギュレータからベーパが排出
されない。したがって、エンジン始動時にだけ導通させ
る始動用バイパスが高圧サプライポンプの燃料吐出側に
配設され、この始動用バイパスからベーパが排出され
る。

【０００５】しかしながら、高圧サプライポンプの燃料
吸入側および燃料吐出側に高圧サプライポンプと別体に
レギュレータを配設するものには、次に述べる問題があ
る。 システム全体の部品点数が多くなるので組付け工数が
増加する。システム全体の小型化が困難である。ま
た、エンジンが停止しエンジンが高温状態にあると、高
圧サプライポンプ内の燃料にもベーパが発生するが、前
述した構成の高圧サプライポンプは高圧サプライポンプ
内のベーパを排出する機構をもたないため、高圧サプラ
イポンプ内にベーパが発生した状態でエンジンを再始動
すると、燃料加圧室に燃料を導入困難になり、かつ燃
料加圧室における燃料の加圧不足を起こす恐れがあるの
でエンジンの再始動が困難になるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−１４１４０
号公報に開示される高圧サプライポンプでは、高圧サプ
ライポンプから吐出する燃料の吐出タイミングを電磁弁
で制御することにより、インジェクタの燃料噴射量に応
じた燃料量を吐出できるので燃料吐出側に高圧レギュレ
ータを設ける必要がないという長所がある。

【０００７】しかしながら、特開平８−１４１４０号公
報に開示した高圧サプライポンプでは、高圧サプライポ
ンプと別体に低圧レギュレータを設ける構成であるた
め、前述した、およびの問題を解決できない。デ
ィーゼルエンジン用の高圧サプライポンプにおいて、ポ
ンプハウジングにベーパの排出弁を取り付けたものは知
られているが、この排出弁に調圧作用はないので、高圧
サプライポンプと別体に調圧機構を設ける必要がある。
したがって、燃料供給システムを簡素化する効果が不十
分である。

【０００８】本発明の目的は、吸入燃料の圧力を一定に
保持し、吐出量を高精度に制御可能にし、かつ燃料供給
システムを簡素化可能な高圧サプライポンプを提供する
ことにある。本発明の他の目的は、高温再始動時におい
ても吐出量を高精度に制御可能な高圧サプライポンプを
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１または
３記載の高圧サプライポンプによると、燃料の吐出タイ
ミングを制御する電磁弁を備えることにより、高圧サプ
ライポンプの燃料吐出側に高圧レギュレータを配設する
必要がないので、燃料供給システムの部品点数が低減す
る。したがって、燃料供給システムの組付けが容易にな
り、組付け工数が低減する。さらに、エンジン運転状態
に応じて電磁弁の開閉タイミングを調整することによ
り、エンジン始動時のように高圧サプライポンプの燃料
吐出圧が低い場合にもエンジン始動に必要な燃料量を高
圧サプライポンプから吐出できるとともに、エンジン始
動時に高圧サプライポンプを迂回して低圧ポンプの吐出
燃料をインジェクタに供給するバイパスが不要になる。

【００１０】また吸入通路から燃料加圧室に吸入する燃
料を一定圧に保持する調圧機構をポンプハウジングに取
り付けることにより、高圧サプライポンプと別体に低圧
レギュレータを取付ける必要がない。したがって、燃料
供給システムの部品点数が低減し、燃料供給システムの
組付けが容易になるので組付け工数が低減する。本発明
の請求項２記載の高圧サプライポンプによると、高圧サ
プライポンプをシリンダヘッドカバーまたはシリンダヘ
ッド等のエンジンハウジングに設けた収容孔に収容し、
バルブカムシャフトに取付けられたポンプカムによりプ
ランジャを往復駆動することにより、エンジンハウジン
グの外部に露出する高圧サプライポンプの体格が小さく
なり搭載スペースの自由度が向上するとともに部品点数
が減少し、さらに高圧サプライポンプのハウジングの加
工が容易になる。したがって、製造工数が短縮しかつ製
造コストが低下する。

【００１１】本発明の請求項４記載の高圧サプライポン
プによると、調圧機構からベーパを排出することによ
り、エンジンの高温再始動時においても、高圧サプライ
ポンプに発生するベーパを調圧機構から排出することが
できる。したがって、吸入通路から所定量の燃料を吸入
し燃料加圧室で所定圧に加圧できるので、所望量の燃料
を吐出することができる。これにより、エンジンの高温
再始動時においてもエンジンの始動が可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を示す実施例
を図面に基づいて説明する。本発明の一実施例による高
圧サプライポンプを用いたガソリンエンジン用の燃料供
給システムを図２に示す。低圧ポンプ１はモータにより
駆動され、燃料タンク２内の燃料をフィルタ３を介して
高圧サプライポンプ１０に供給している。高圧サプライ
ポンプ１０は低圧ポンプ１から導入した低圧燃料を加圧
して分配管４に供給し、分配管４に供給された高圧燃料
はインジェクタ５から各気筒に噴射される。高圧サプラ
イポンプ１０の燃料吸入側、つまり低圧側には調圧機構
としての調圧弁５０が高圧サプライポンプ１０と一体に
配設されており、低圧ポンプ１から供給される燃料圧力
を一定圧に調圧している。

【００１３】図１に示すように、高圧サプライポンプ１
０は、吸入通路１２ａの形成された吸入口１２と電磁弁
２０とデリバリバルブ３０とを収容しているポンプハウ
ジングとしてのシリンダ１１の上部をエンジンハウジン
グの一部であるヘッドカバー１００外に露出し、図示し
ないボルトによりヘッドカバー１００に固定されてい
る。ヘッドカバー１００に収容されている高圧サプライ
ポンプ１０のその他の部分は、円筒状のタペットガイド
４０に囲われてヘッドカバー１００の収容孔１００ａに
収容されている。タペットガイド４０はスクリュウねじ
６０によりシリンダ１１に固定されているが、本発明で
は、スクリュウねじ６０に代えてピンを用いることは可
能である。ポンプカムｌｌ１は、図示しない吸排気バル
ブを開閉駆動する図示しないバルブカムシャフトに取付
けられ、高圧サプライポンプ１０を駆動する。

【００１４】電磁弁２０はシリンダ１１に鉛直下向きに
嵌挿されており、電磁弁２０の内部には燃料通路の形成
されたバルブボディ２２が嵌挿されている。弁部材２３
は、弁座２１に対して当接および離間可能にバルブボデ
ィ２２に配設されている。バルブボディ２２の−Ｚ軸方
向端面はプレート２４と、フレート２４の−Ｚ軸方向端
面はワッシャ２５と、そしてワッシャ２５の−Ｚ軸方向
端面はシリンダ１ｌと面接触している。電磁弁２０周囲
のシリンダ１１の内壁には環状の燃料ギャラリ１４が形
成され、この燃料ギャラリ１４は、燃料通路１３、連通
路２６および燃料通路５４と連通している。吸入通路１
２ａ、燃料通路１３、燃料ギャラリ１４、連通路２６
は、特許請求の範囲に記載された「吸入通路」を表して
いる。

【００１５】デリバリバルブ３０はシリンダ１１とねじ
結合で固定し、弁部材３１は、スプリング３２により弁
座３３に付勢されている。燃料加圧室１６内の圧力が所
定圧以上になると、スプリング３２の付勢力に抗して弁
部材３１がリフトし、吐出通路１５と吐出口３４とが連
通する。デリバリバルブ３０は図示しない燃料配管によ
り分配管４と接続されている。

【００１６】タペット４１は有底円筒状に形成され、ポ
ンプカム１１１に底面４１ａを当接している。タペット
４１はタペットガイド４０の内壁に摺動可能に支持され
ている。タペットガイド４０の内壁とタペット４１の外
壁との間には円筒状の油溜まり４２が形成されており、
ヘッドカバー１００に形成された油通路１０１、タペッ
トガイド４０に形成された油通孔４０ａを介して潤滑油
が供給され、タペット４１の往復移動によるタペットガ
イド４０との焼付きを防止している。タペット４１の上
昇時および下降時、ヘッドカバー１００に形成されたエ
ア通路１０２、環状通路１００ｂ、タペットガイド４０
に形成された通気孔４０ｂを介し、シリンダ１１、タペ
ットガイド４０およびタペット４１により区画形成され
た空間にエアが流通可能になっている。タペット４１
は、図ｌに示すプランジャ４３の下死点位置においても
ピン６１に係止しないが、ヘッドカバー１００ヘの組付
け時、ピン６１により落下を防止される。

【００１７】プランジャ４３は、摺動孔１１ａを形成す
るシリンダ１１の内壁に軸方向に摺動可能に支持されて
いる。スプリングシート４４はスプリング４５により図
１の−Ｚ軸方向に付勢され、タペット４１の内底面に当
接している。プランジャ４３のヘッド部４３ａは、タペ
ット４１の内底面とスプリングシート４４との間に挟持
され、スプリングシート４４により図１の−Ｚ軸方向に
付勢されている。プランジャ４３の図１の＋Ｚ軸方向の
端面と、シリンダ１１の内壁と、電磁弁２０の端面とに
より燃料加圧室１６が形成されている。

【００１８】調圧弁５０は、シリンダ１１とねじ結合し
てシリンダ１１に固定されている。弁部材５１は、スプ
リング５２の付勢力により弁座５３に向けて付勢されて
おり、弁座５３に着座可能である。スプリング５２の付
勢力は、スプリング３２の付勢力よりも小さいので、弁
部材５１が弁座５３から離座するのに必要な燃料の開分
圧は、弁部材３１が弁座３３から離座するのに必要な燃
料の開弁圧よりも小さい。

【００１９】燃料通路５４は低圧側の燃料通路１３と連
通しており、燃料通路５４の圧力から弁部材５１がリフ
ト方向に受ける力がスプリング５２の付勢力よりも大き
くなると弁部材５１が弁座５３から離座し、低圧側の燃
料通路５４の燃料をポンプ外に排出する。これにより、
吸入通路１２ａからポンプ内に吸入する燃料の圧力を一
定にしている。このとき、吸入通路１２ａ、燃料通路１
３、燃料ギャラリ１４、連通路２６、燃料通路５４にベ
ーパが発生していると、燃料とともにベーパが調圧弁５
０から排出される。

【００２０】高圧サプライポンプ１０の作動について、
(1) 燃料の吸入行程、(2) 燃料の加圧圧送行程に分けて
説明する。 (1) 燃料の吸入行程 バルブカムシャフトの回転に伴いポンプカムｌｌ１が回
転し、タペット４１およびスプリングシート４４ととも
にプランジャ４３が往復移動する。プランジャ４３が上
死点である＋Ｚ軸方向の最大位置に達すると、電磁弁２
０の図示しないコイルへの通電がオフされる。すると電
磁弁２０は開弁状態となる。このとき、プランジャ４３
が−Ｚ軸方向に移動することにより、低圧ポンプ１から
吐出された低圧燃料が、吸入通路１２ａ、燃料通路１
３、燃料ギャラリ１４、連通路２６を介して燃料加圧室
１６に吸入される。そしてプランジャ４３が下死点であ
る−Ｚ軸方向の最大位置に位置するとき、燃料加圧室１
６内には最大量の低圧燃料が吸入される。

【００２１】(2) 燃料の加圧圧送行程 プランジャ４３が＋Ｚ軸方向に移動する行程において、
所望の燃料吐出量に対応した位置にプランジャ４３が到
達したとき、電子制御ユニットにより電磁弁２０のコイ
ルへの通電がオンされる。これにより、弁部材２３は＋
Ｚ軸方向に移動し弁座２１に当接する。すなわち、電磁
弁２０は閉弁状態となる。その後、プランジャ４３がさ
らに＋Ｚ軸方向に移動すると、燃料加圧室１６内の燃料
は高圧となり、吐出通路１５、弁座３３と弁部材３１と
の隙間、吐出口３４を介して高圧燃料がデリバリバルブ
３０から分配管４に吐出される。

【００２２】そして、プランジャ４３が上死点に達する
と電磁弁２０のコイルへの通電をオフして電磁弁２０を
開弁するので、高圧サプライポンプ１０からの燃料吐出
が終了する。高圧サプライポンプ１０から吐出する燃料
量は、電磁弁２０のコイルへの通電オフおよびオンのタ
イミングにより制御される。次に、調圧弁５０の作動に
ついて説明する。

【００２３】低圧ポンプ１が単位時間当たりに吐出する
燃料の燃料流量率をＱ、低圧ポンプ１から高圧サプライ
ポンプ１０に供給される燃料圧力、つまり吸入通路１２
ａから燃料加圧室１６に吸入する燃料の圧力をＰ、弁部
材５１と弁座５３との間で形成される開口面積をＳ、流
量係数をμ、燃料密度をρとすると、Ｑは次式(1) で表
され、式(1) からＰは次式(2) で表される。

【００２４】Ｑ＝μＳ（２Ｐ／ρ）^1/2 ・・・(1) Ｐ＝（Ｑ／μＳ）² ρ／２ ・・・(2) エンジン運転状態によって低圧ポンプｌに印加される電
源電圧が変動し、低圧ポンプ１の燃料流量率Ｑが変化し
ても高圧サプライポンプ１０に供給される燃料圧力Ｐを
一定にするためには、図４を満たすようにＱ／Ｓを一定
にすればよい。

【００２５】図３に示すように、弁部材５１のリフト量
をＨ、弁部材５１に形成されたテーパ面５１ａが形成す
る角度をθ、弁部材５１のシート径をｄ_S とすると、Ｓ
は次式(3) で表される。 Ｓ＝π×ｃｏｓ（θ／２）×（Ｒ₁ ² 一Ｒ₂ ² ）・・・(3) ただし、 Ｒ₁ ＝ｄ_S ／（２ｃｏｓ（θ／２）） Ｒ₂ ＝（（ｄ_S ／２）一Ｈ×ｓｉｎ（θ／２）×ｃｏｓ（θ／２）） ／ｃｏｓ（θ／２） である。したがって、燃料圧力Ｐを一定にするために
は、Ｑ／Ｓを一定にするＳが得られるようにＨを調整す
ればよい。弁部材５１のリフト量Ｈは微小であるため、
θおよびｄ_S を固定にすると、式３よりＨとＳとの関係
は図５に示すようになる。

【００２６】本実施例では、Ｐを一定にするようにＳ、
Ｈを設定している。したがって、低圧ポンプ１から吐出
される燃料流量率Ｑが変動しても高圧サプライポンプ１
０に供給される燃料圧力が一定になるので、高圧サプラ
イポンプ１０からインジェクタ５に供給する燃料吐出量
を高精度に制御できる。また、エンジンを停止した後に
エンジンを高温状態のまま再始動すると、高圧サプライ
ポンプ１０内の燃料にべーパが発生したまま再始動する
ことになる。調圧弁５０の弁部材５１を弁座５３に付勢
するスブリング５２の付勢力は低圧ポンプ１から供給さ
れる燃料圧力によっても弁部材５１が弁座５３から離座
する程度の大きさに設定されている。したがって、吸入
通路１２ａ、燃料通路１３、燃料ギャラリ１４、連通路
２６にベーパが発生していても調圧弁５０からベーパを
ポンプ外に排出することができる。

【００２７】また、燃料加圧室１６に発生するベーパは
燃料加圧室１６の上部にたまっているので、燃料加圧圧
送行程において電磁弁２０が開弁している間に、燃料通
路２６、燃料ギャラリ１４、燃料通路１３、燃料通路５
４を介して燃料加圧室１６のベーパは調圧弁５０からポ
ンプ外に排出される。燃料加圧室１６よりも吐出側の高
圧サプライポンプ内に発生したベーパは吐出燃料ととも
にインジェクタ５から噴射されるが、エンジンの始動不
良を引き起こすことはない。

【００２８】したがって、エンジン高温状態のままエン
ジンを再始動しても調圧弁５０から高圧サプライポンプ
１０内に発生したベーパを排出できるので、エンジンの
始動が可能である。以上説明した本発明の実施の形態を
示す実施例では、高圧サプライポンプ１０のシリンダ１
１に調圧弁５０を取付けたことにより、高圧サプライポ
ンプ１０を用いた図２に示す燃料供給システムにおいて
低圧レギュレータを高圧サプライポンプと別体に取り付
ける必要がない。したがって、燃料供給システムの組付
け工数が減少する。さらに、電磁弁２０により燃料吐出
タイミングを制御し、インジェクタ５に供給する燃料吐
出量を制御しているので、エンジン始動時において高圧
サプライポンブ自体の燃料加圧能力が低い場合でも、低
圧ポンプ１から吐出される燃料を効率良くインジェクタ
に供給できる。さらに、高圧サプライポンプ１０の燃料
吐出側、つまり高圧側に、高圧レギュレータおよびエン
ジン始動時に高圧側のベーパを排出するバイパスを高圧
サプライポンプ内または高圧サプライポンプと別体に設
ける必要がない。したがって、燃料供給システムの部品
点数が減少するので、燃料供給システムの組付け工数が
減少するとともに燃料供給システムが小型化する。

【００２９】本実施例はガソリンエンジン用の高圧サプ
ライポンプについて説明したが、ディーゼルエンジン用
の高圧サプライポンプに本発明の構成を適用することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による高圧サプライポンプを
示す断面図である。

【図２】本実施例による高圧サプライポンプを用いた燃
料供給システムを示す模式的構成図である。

【図３】本実施例の調圧弁を示す模式的断面図である。

【図４】本実施例による調圧弁の開口面積Ｓと燃料流量
率Ｑとの関係を示す特性図である。

【図５】本実施例による調圧弁の弁部材のリフト量Ｈと
開口面積Ｓとの関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１０ 高圧サプライポンプ １１ シリンダ（ポンプハウジング） １２ａ 吸入通路 １３ 燃料通路（吸入通路） １４ 燃料ギャラリ（吸入通路） １６ 燃料加圧室 ２０ 電磁弁 ２６ 連通路（吸入通路） ３０ デリバリバルブ ４１ タペット ４３ プランジャ ５０ 調圧弁（調圧機構） ５１ 弁部材（調圧機構） ５３ 弁座（調圧機構） １００ ヘッドカバー（エンジンのハウジング） １１１ ポンプカム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧ポンプから供給される燃料を加圧し
   て内燃機関に圧送する高圧サプライポンプであって、 吸入通路、および前記吸入通路から燃料を吸入する燃料
   加圧室を有するポンプハウジングと、 前記吸入通路と前記燃料加圧室とを断続することにより
   燃料の吐出タイミングを制御する電磁弁と、 前記ポンプハウジングに取り付けられ、前記吸入通路か
   ら前記燃料加圧室に吸入する燃料を一定圧に保持する調
   圧機構と、 を備えることを特徴とする高圧サプライポンプ。
2. 【請求項２】 往復移動することにより前記燃料加圧室
   の燃料を加圧するプランジャを有し、前記ポンプハウジ
   ングは内燃機関のハウジングに設けた収容孔に収容さ
   れ、内燃機関のバルブカムシャフトに取付けられたポン
   プカムにより前記プランジャを往復駆動することを特徴
   とする請求項１記載の高圧サプライポンプ。
3. 【請求項３】 前記調圧機構は弁部材および前記弁部材
   が着座可能な弁座を有し、前記低圧ポンプが吐出する燃
   料の流量率をＱ、前記弁部材と前記弁座との開口面積を
   Ｓ、前記吸入通路から前記燃料加圧室に吸入される燃料
   圧力をＰ、流量係数をμ、燃料密度をρとすると、 Ｑ＝μＳ（２Ｐ／ρ）^1/2 で表されるＰを一定にするためにＱ／Ｓを一定にするこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の高圧サプライポ
   ンプ。
4. 【請求項４】 前記調圧機構からベーパを排出すること
   を特徴とする請求項ｌ、２または３記載の高圧サプライ
   ポンプ。