JPH10306761A - 高圧燃料ポンプに用いる電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧燃料ポンプのポンプ室内における過剰な圧
力上昇を抑制する。 【解決手段】高圧燃料ポンプ３は、エンジンクランク軸
の回転に同期してポンプ室３９内の燃料を圧縮する。電
磁弁５の弁体５６は、ポンプ室３９と低圧燃料室４１と
の連通を許可又は阻止すべく開閉制御される。電磁弁５
の弁体５６には、その軸方向に貫通する中空部５９が形
成され、中空部５９にはストッパ６０が固定されている
と共に、圧縮コイルばね６１により常に閉位置（図の下
方向）に付勢されるボール６２が収容されている。中空
部５９は連通路６３を介して低圧側の通路５３，４２に
連通している。中空部５９内に収容されたボール６２に
はプレート５０の通路５８ａを介してポンプ室３９内の
燃料の圧力が作用する。圧縮コイルばね６１及びボール
６２からなる弁部材は、ポンプ室３９の燃料圧力が所定
値を越えると開弁し、ポンプ室３９と低圧側を連通させ
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、例えばディーゼル
エンジンの燃料噴射装置に適用されるものであって、高
圧燃料ポンプに用いる電磁弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンの燃料噴
射弁に高圧燃料を供給する装置として、コモンレール式
燃料噴射装置が知られている。この燃料噴射装置では、
燃料タンク内に貯留された燃料が高圧燃料ポンプを介し
てコモンレール（蓄圧配管）に圧送される。この際、高
圧燃料ポンプのプランジャが往復動し、その往復動に同
期して電磁弁が開閉されると、プランジャにより加圧さ
れたポンプ室内の燃料が吐出ポートを介してコモンレー
ルに圧送される。電磁弁の開閉動作はマイクロコンピュ
ータ等により制御される。そして、コモンレール内では
高圧燃料ポンプより圧送された燃料が所定圧力にて蓄圧
され、その蓄圧された燃料が燃料噴射弁の駆動に伴いエ
ンジン各気筒の燃焼室に噴射される。かかる構成におい
て通常、コモンレールには、当該コモンレール内の圧力
が所定値以上になると開弁して燃料をリリースさせるリ
リース弁（安全弁）が設けられていた（例えば、特開平
４−７２４５４号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記既存の燃料噴射装
置では、コモンレール圧の過上昇に対処できる構成であ
ったが、高圧燃料ポンプでの燃料圧力の過上昇に際して
は対処できなかった。つまり、例えば高圧燃料ポンプの
吐出ポートが異物のかみ込みによりスティック（摩擦熱
による溶着）したり、錆により固着したりして閉弁状態
のまま動作不良になった場合、プランジャの往復動によ
りポンプ室内の圧力が過剰に高くなる。この場合、高圧
燃料ポンプにおいて、耐圧の比較的小さな部材（例えば
ポンプハウジングの薄肉部分）が損傷するおそれが生ず
る。特に、高圧燃料ポンプが複数の加圧気筒を有する場
合には、上記のような不具合が生じていても正常気筒に
よる燃料の圧送が継続されるため、既述のような不具合
が判明しにくく、エンジンが急停止される等の不慮の事
態を招くおそれもあった。

【０００４】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、高圧燃料ポンプ
のポンプ室内における過剰な圧力上昇を抑制することが
できる電磁弁を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいて、高圧燃料ポンプは、エンジンクランク軸の回転
に同期してポンプ室内の燃料を圧縮する。なお、この圧
縮燃料は吐出ポート等を介してコモンレール（蓄圧配
管）に圧送されることになる。この高圧燃料ポンプの動
作時には、ポンプ室と低圧燃料室との連通を許可又は阻
止すべく、電磁弁の弁体が開弁位置又は閉弁位置に電磁
駆動される。

【０００６】また、本発明ではその特徴として、ポンプ
室と低圧燃料室とを連通する中空部を弁体に設けると共
に、当該中空部の途中にポンプ室の燃料圧力が所定値以
下では閉弁状態を維持する弁部材を設けている。かかる
構成において、仮に吐出ポートが閉弁状態で動作不良に
なると、ポンプ室の燃料圧力が所定値以上となった時点
で弁部材が開位置に移動し、ポンプ室と低圧燃料室とが
連通される。従って、高圧燃料ポンプのポンプ室内にお
ける過剰な圧力上昇を抑制することができ、高圧燃料ポ
ンプに所望の安全機能を付与することができる。その結
果、高圧燃料ポンプを構成する各部材の保護を図ること
ができるようになる。

【０００７】また、請求項２に記載の発明において、前
記弁体に設けられた中空部には、当該中空部を閉鎖する
ボールと、このボールを中空部の閉位置に保持する付勢
部材とを配設している。この場合、比較的簡易な手段に
て既述の安全機能を有する電磁弁が構成できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明をディーゼルエン
ジンの燃料噴射装置に具体化した一実施の形態を図面に
従って説明する。

【０００９】図５は、本実施の形態における燃料噴射装
置の概要を示す構成図であり、同燃料噴射装置は６気筒
ディーゼルエンジンに適用される。この燃料噴射装置に
おいて、各気筒の燃焼室毎に配設されたインジェクタ１
には、各気筒共通の高圧蓄圧配管であるコモンレール２
が接続されている。コモンレール２は逆止弁４を介して
高圧燃料ポンプ３に接続されている。高圧燃料ポンプ３
は、コモンレール２内の燃料圧を所定の高圧レベルに維
持すべく電磁弁５により吐出量を制御しつつ燃料を圧送
する。また、コモンレール２には、その内部圧力が所定
圧力よりも上昇すると開弁してコモンレール２内の燃料
を燃料タンク等にリリースするためのリリース弁６が設
けられている。

【００１０】インジェクタ１は、噴出孔を開閉するニー
ドル弁１１と、ニードル弁１１を閉方向に押圧するプレ
ッシャピン１２と、プレッシャピン１２の背後室１３に
連通するオリフィス１４及びチェック弁１５と、オリフ
ィス１４及びチェック弁１５から延びる燃料通路１６を
コモンレール２又は低圧室１７に対して択一的に連通さ
せる三方電磁弁１８とを備えている。

【００１１】三方電磁弁１８の弁体が右方に移動してい
る場合（図示の状態）、コモンレール２内の高圧燃料が
チェック弁１５を経由して背後室１３に流入し、プレッ
シャピン１２を押圧してニードル弁１１を閉じる。ま
た、三方電磁弁１８の弁体が左方に移動すると、背後室
１３の高圧燃料がオリフィス１４を経由して低圧室１７
に流出し、プレッシャピン１２の油圧による押圧付勢力
が消失する。このため、コモンレール２からの燃料圧に
よりニードル弁１１が持ち上げられ、燃料噴射が開始さ
れる。このときの噴射率はオリフィス１４により制御さ
れる。噴射終了時には、三方電磁弁１８の弁体を右方に
移動させる。これにより、コモンレール２と背後室１３
とが連通され、急速に且つ鋭く燃料噴射が終了される。

【００１２】なお、三方電磁弁１８はマイクロコンピュ
ータを備えた電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０により制
御される。このシステムは、噴射量、噴射時期、燃料圧
ともに電子制御を行うものであり、エンジン回転数や負
荷に関係なく所望の条件にて燃料噴射が制御されるよう
になっている。また、コモンレール２には、コモンレー
ル２内の燃料圧を検出するための圧力センサ１９が設け
れており、ＥＣＵ２０は前記センサ１９の検出結果に基
づいて電磁弁５を制御し、コモンレール圧を所定圧力に
維持する。

【００１３】次に、高圧燃料ポンプ３の構成を図３及び
図４を用いて説明する。高圧燃料ポンプ３において、ポ
ンプハウジング２１はアルミ合金にてダイカスト成形さ
れており、同ハウジング２１は略円筒状をなしその内部
に潤滑油が充填されたカム室２２を有する。カム室２２
内には、ベアリング２３ａ，２３ｂにより回転自在に支
持されたカム軸２４が配設されている。カム軸２４に
は、各々に３つのカム山を有するカム２５ａ，２５ｂが
形成されており、これらカム２５ａ，２５ｂのカムリフ
トの位相は１２０°ずつ互いに相違している。カム２５
ａ，２５ｂの間には円板状のパルサ２６が一体成形さ
れ、パルサ２６の外周部には、１２０°間隔で突起部２
７が３箇所に設けられている。図示は省略するが、パル
サ２６に対向する位置にはカム軸２４の回転を検出する
ための回転位置センサが配設されている。ここで、カム
軸２４は図示しないエンジンのクランク軸に連結され、
クランク軸の１／２の回転速度で回転駆動される。

【００１４】また、ポンプハウジング２１に形成された
シリンダ２９内には、図の上下方向に摺動するタペット
３０が配設され、このタペット３０の下部に形成された
凹部３０ａにはピン３１と、ピン３１を支軸にして回転
自在なローラ３２とが配設されている。タペット３０は
圧縮コイルばね３３により常に図の下方に付勢されてお
り、これにより、ローラ３２は常にカム２５ａ，２５ｂ
の外周面に当接している。従って、カム軸２４が回転す
ると、タペット３０及びローラ３２がカム２５ａ，２５
ｂの外周面（カムプロフィール）に沿って一体的に図の
上下方向に往復動する。

【００１５】ポンプハウジング２１において、前記シリ
ンダ２９に連通する孔部３４にはヘッド部３５が嵌挿さ
れており、このヘッド部３５に形成された摺動孔３６内
にはプランジャ３７が往復動自在に挿入されている。こ
のプランジャ３７はその下端が板状のばね受け３８によ
り固定され、タペット３０の上面に当接している。この
場合、上記の如くカム軸２４が回転しそれに伴いタペッ
ト３０が図の上下方向に往復動すると、タペット３０に
同調してプランジャ３７も上下方向に往復動する。

【００１６】また、プランジャ３７の上方にはポンプ室
３９が設けられており、ポンプ室３９内に吸入された燃
料はプランジャ３７の往復動に伴い圧縮される。つま
り、燃料は、図４の吸入ポート４０、環状の低圧燃料室
４１、低圧燃料通路４２及び電磁弁５を介してポンプ室
３９内に吸入され、プランジャ３７による圧縮後、高圧
燃料通路４３及び吐出ポート４４を介してコモンレール
２に給送されるようになっている。

【００１７】ヘッド部３５の上方には左右一対の電磁弁
５が螺着されている。電磁弁５は、は、前記ポンプ室３
９と低圧燃料通路４２との連通を開閉するものであり、
通常時（非通電時）は開弁してポンプ室３９と低圧燃料
通路４２との連通させる常開式（ノーマリオープン式）
の電磁制御弁として構成されている。そして、電磁弁５
は前記ＥＣＵ２０からの制御信号に従い通電されて閉弁
し、ポンプ室３９と低圧燃料通路４２（低圧燃料室４
１）との連通を遮断する。

【００１８】次に、図１及び図２を用いて電磁弁５の詳
細な構成を説明する。図１，図２において、電磁弁５の
バルブハウジング５１はほぼ円筒状をなし、このバルブ
ハウジング５１にはボディ５２が組み付けられている。
ボディ５２には、前記ヘッド部３５の低圧燃料通路４２
に連通する低圧通路５３と、前記ポンプ室３９に連通す
る環状の高圧通路５４とが形成され、これら各通路５
３，５４は弁体５６を摺動可能に収容する摺動孔５５を
介して連通されている。弁体５６は、前記低圧通路５３
と高圧通路５４との間に形成されたシート部５７に離着
するものであり、きのこ状の外開弁構造を有する。ボデ
ィ５２の下面には、前記ポンプ室３９と高圧通路５４と
を連通すると共に、弁体５６の開弁位置を規制するため
のプレート５８が取り付けられている。

【００１９】弁体５６には、その軸方向に貫通する中空
部５９が形成され、中空部５９にはストッパ６０が固定
されていると共に、圧縮コイルばね６１により常に一方
向（図の下方向）に付勢されるボール６２が収容されて
いる。弁体５６の中空部５９は連通路６３を介して低圧
通路５３に連通している。また、弁体５６下面における
中空部５９の開口端は前記プレート５８に形成された通
路５８ａに連通しており、中空部５９内に収容されたボ
ール６２には図の下方よりポンプ室３９内の燃料の圧力
が作用するようになっている。

【００２０】なおここで、圧縮コイルばね６１の付勢力
は前記リリース弁６（図５参照）の動作圧と同等、又は
それよりも若干大きめに設定されており、圧縮コイルば
ね６１及びボール６２からなる弁部材はポンプ室３９の
燃料圧力が所定値以下となる状態下においてその閉弁状
態を維持するようになっている。また、弁体５６の上端
には、円板状のアーマチュア６４が連結されている。

【００２１】ボディ５２の上方には、スペーサ６５を介
してステータ６６が配設されている。ステータ６６に
は、図の下方に開口する環状のコイル挿入溝６７が形成
されており、同挿入溝６７にはコイル６８が巻回されて
いる。また、上記ステータ６６には、コイル挿入溝６７
に通じ、且つ１８０°対称となる位置に透孔６９ａ，６
９ｂが穿設されている。ステータ６６の中央には、図の
上下方向に貫通する貫通孔７０が形成されている。ここ
で、ステータ６６は、板厚が均一な多数の磁性体の板か
らなる積層構造を有する。ステータ６６の外周面にはリ
ング７１が組み付けられている。コイル挿入溝６７に配
設されたコイル６８には一対のコイル端子７２ａ，７２
ｂが接続され、このコイル端子７２ａ，７２ｂは、前記
透孔６９ａ，６９ｂを介してステータ６６上方に突出し
ている。

【００２２】前記ステータ６６の貫通孔７０に嵌挿され
た筒体７３には、その上方から支持体７４が嵌挿されて
おり、この支持体７４はバルブハウジング５１の上部端
縁にてかしめ着されている。筒体７３内において前記ア
ーマチュア６４（弁体５６）の上部にはばね受け７５が
配設され、このばね受け７５と支持体７４との間には圧
縮コイルばね７６が配設されている。従って、弁体５６
及びアーマチュア６４は常に図の下方に付勢され、弁体
５６はその下面がプレート５８に当接する位置で規制さ
れている（図示の状態）。

【００２３】前記コイル端子７２ａ，７２ｂには、外部
からの電気信号を入力するための信号入力端子７７が接
続されている。また、前記支持体７４の上面には、信号
入力端子７７を包囲するようにして樹脂製のカバー７８
が配設されている。

【００２４】そして、上記構成の高圧燃料ポンプ３は以
下のように動作する。つまり、高圧燃料ポンプ３のカム
軸２４が回転すると、それに伴いプランジャ３７が図
３，４の上下方向に往復動する。この際、電磁弁５のコ
イル６８が消磁されており、圧縮コイルばね７６の付勢
力により弁体５６が開弁位置（図１，２に示す位置）に
保持されていれば、吸気ポート４０から吸入される燃料
は、低圧燃料室４１、低圧燃料通路４２、電磁弁５の低
圧通路５３及び高圧通路５４を経由してポンプ室３９内
に導入される。

【００２５】そして、プランジャ３７が下動から上動に
移行するタイミングで電磁弁５のコイル６８が励磁され
ると、アーマチュア６４がステータ６６に吸引され、弁
体５６が閉弁位置に移動する。それにより、ポンプ室３
９内に導入された燃料がプランジャ３７の上動に伴い加
圧される。このとき、ポンプ室３９内の燃料圧が吐出ポ
ート４４の開弁圧（図示しない逆止弁の開弁圧）よりも
高くなると、吐出ポート４４を介してコモンレール２に
燃料が圧送される。燃料の圧送後には、電磁弁５のコイ
ル６８が消磁されて弁体６８が開弁位置に戻り、ポンプ
室３９内に再び燃料が吸入される。

【００２６】一方、仮に吐出ポート４４が異物のかみ込
みによりスティック（摩擦熱による溶着）したり、錆に
より固着したりして閉弁状態のまま動作不良になった場
合を想定すると、カム軸２４の回転に伴いプランジャ３
７が往復動することでポンプ室３９の燃料圧力が上昇す
る。この際、ポンプ室３９内の燃料圧力がプレート５８
の通路５８ａと弁体５６の中空部５９とを介して弁体５
６内のボール６２に作用し、その燃料圧力が所定値以上
になると、圧縮コイルばね６１の付勢力に抗してボール
６２が開位置に移動する。そのため、弁体５６の中空部
５９が開放され、ポンプ室３９と低圧側の通路５３，４
２及び低圧燃料室４１とが連通される。つまり、ポンプ
室３９内の高圧燃料が低圧側にリリースされ、燃料圧力
がポンプ耐圧を越えることはない。

【００２７】因みに、こうした吐出ポート４４の動作不
良が前記図３の高圧燃料ポンプ３の一方の燃料圧縮気筒
で発生した際には、正常な気筒にて燃料の圧送が継続さ
れるため、圧力センサ１９により検出されるコモンレー
ル圧は正常値となる。従って、ＥＣＵ２０は正常通りに
電磁弁５をＯＮ・ＯＦＦ制御し、ポンプ３の両気筒につ
いて燃料加圧を行わせる。この際、異常気筒については
燃料の圧送が不能であるため、ポンプ室３９内の燃料圧
力が過剰に上昇しようとする。しかし、既述の作用によ
り、所定の許容レベルを越えるような燃料圧力の過上昇
が抑制される。

【００２８】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。本実施の形態では、ポンプ室３
９と低圧燃料室４１とを連通する中空部５９及び連通路
６３を弁体５６に設けると共に、中空部５９の途中にポ
ンプ室３９の燃料圧力が所定値以下では閉弁状態を維持
する、弁部材としてのボール６２及び圧縮コイルばね６
１を設けた。従って、高圧燃料ポンプ３のポンプ室３９
内における過剰な圧力上昇を抑制することができ、高圧
燃料ポンプ３に所望の安全機能を付与することができ
る。その結果、高圧燃料ポンプ３を構成する各部材の保
護を図ることができるようになる。また、上記構成によ
れば、電磁弁５が閉弁状態のまま動作不良となった場合
にも、ポンプ室３９の圧力の過上昇が抑制できる。

【００２９】また、本実施の形態の構成によれば、弁体
５６の中空部５９を閉鎖するボール６２と、このボール
６２を閉鎖位置に保持する圧縮コイルばね６２とを中空
部５９に配設した。この場合、比較的簡易な手段にて既
述の安全機能を有する電磁弁５が構成できる。この安全
機能の付与に際し、ＥＣＵ２０の制御信号によるフェイ
ルセーフ処理が必要になるといった煩雑さを招くことも
ない。

【００３０】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。前記電磁弁５の構成を変更し
てもよい。例えば常開弁（ノーマリオープン弁）からな
る電磁弁に本発明を適用することも可能である。要は、
ポンプ室３９と低圧燃料室４１との連通を許可又は阻止
すべく開弁位置又は閉弁位置に電磁駆動される弁体を有
する電磁弁であれば、本発明が適用できる。また、上記
実施の形態では、外開弁構造の弁体５６を用いて電磁弁
５を構成したが、これを変更し、ニードル形状の弁体を
用いるようにしてもよい。

【００３１】前記図１に示す弁体５６内のストッパ６０
をねじ部材にて構成する。この場合、ストッパ６０のね
じ込み量を調整すれば、ボール６２による開弁圧が任意
に変更できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における電磁弁の構成を示す
断面図。

【図２】電磁弁を高圧燃料ポンプに組み込んだ状態を示
す断面図。

【図３】高圧燃料ポンプの構成を示す正断面図。

【図４】高圧燃料ポンプの構成を示す側断面図。

【図５】ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の概要を示
す構成図。

【符号の説明】

３…高圧燃料ポンプ、５…電磁弁、３９…ポンプ室、４
１…低圧燃料室、４２…低圧燃料通路、４４…吐出ポー
ト、５３…低圧通路、５６…弁体、５９…中空部、６１
…弁部材を構成する圧縮コイルばね（付勢手段）、６２
…弁部材を構成するボール、６３…連通路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンクランク軸の回転に同期してポン
   プ室内の燃料を圧縮する高圧燃料ポンプに用いられ、前
   記ポンプ室と低圧燃料室との連通を許可又は阻止すべく
   開弁位置又は閉弁位置に電磁駆動される弁体を有する電
   磁弁であって、 前記弁体にポンプ室と低圧燃料室とを連通する中空部を
   設けると共に、当該中空部の途中に前記ポンプ室の燃料
   圧力が所定値以下では閉弁状態を維持する弁部材を設け
   たことを特徴とする高圧燃料ポンプに用いる電磁弁。
2. 【請求項２】前記弁体に設けられた中空部には、当該中
   空部を閉鎖するボールと、このボールを中空部の閉位置
   に保持する付勢部材とを配設した請求項１に記載の高圧
   燃料ポンプに用いる電磁弁。