JP2002031018A

JP2002031018A - 高圧燃料ポンプ

Info

Publication number: JP2002031018A
Application number: JP2000217205A
Authority: JP
Inventors: Kenji Heiko; 賢二平工; Kenichiro Tokuo; 健一郎徳尾; Tadahiko Nogami; 忠彦野上; Kunihiko Takao; 邦彦高尾; Hiroyuki Yamada; 裕之山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP3800932B2

Abstract

(57)【要約】【課題】単筒プランジャ式高圧燃料ポンプは吸入・吐出
弁の閉じ遅れのために特に高回転での容積効率が低下す
る。【解決手段】カム１００を、プランジャ２が下死点から
上死点における吐出行程において、カム速度の最大ピー
ク位置が吐出行程区間のほぼ１／３〜１／２の間となる
カムプロフィールとする。これにより吸入弁が閉じ遅れ
て無効吐出となる区間での理論流量が減る。また、加圧
室１２内の燃料の昇圧速度は十分に確保しているので、
吐出弁は速やかに開き、無効吐出となる区間自体も十分
に短くすることができる。したがって吐出弁開弁後の有
効吐出となる区間での理論流量が増える結果、吐出流量
が増加し、特に高回転時の容積効率を向上できる。吐出
行程開始時のカム速度の立上りを適度に低く抑えること
により、吸入弁の閉じ遅れにより無効吐出となる区間で
の理論流量が減り、その後の有効吐出となる区間での理
論流量が増える。このため吐出流量が増加し、特に高回
転時の容積効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジンの
燃料噴射弁に燃料を高圧で供給する高圧燃料ポンプに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高圧燃料ポンプは、例えば、特開
平２−１７６１５８号公報に記載されている。この高圧
燃料ポンプは、カムのカムプロフィールに沿って動作す
ることによって加圧室内に燃料を吸入し、エンジンに吐
出するプランジャと、ソレノイドで動作され、加圧室内
に燃料を供給する吸入用電磁弁とを備えている。この電
磁弁は、自動車のエンジンが高速で回転したときに対応
可能なように、ソレノイドで動作させるようになってい
る。

【０００３】この従来の高圧燃料ポンプは、カムプロフ
ィールが１回転する間の前半に吸入、吐出行程（吐出行
程）の最大圧力点が来るようにしている。これは、短時
間で加圧室内の燃料圧力を上昇させて電磁弁を閉弁維持
できる圧力にまで加圧することによって、車両の高速走
行に対応させ、電磁弁が閉弁するまでの時間を短くても
大吐出量の高圧燃料を吐出できるようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の燃料ポンプに
は、燃料を吸入、吐出する吸入弁を開閉する手段とし
て、上記従来技術のように、ソレノイドで動作させるタ
イプと、ばねで弁を弁座に押圧し、加圧室内の圧力差で
弁を開閉するタイプとがある。

【０００５】これらのタイプの内、特に、ばねを用いる
弁の場合、燃料ポンプを搭載した自動車のエンジンが高
速回転すると、カムの回転速度と吸入弁の開閉速度とが
一致せず、吸入弁側から逆流する燃料の量が増えてしま
うという問題がある。この場合、燃料の逆流量以上の吐
出量を確保するためにポンプを大きくすることが考えら
れるが、ポンプが大きくなると、その分、ポンプを駆動
するエンジンの負荷が大きくなり、燃費が低下するとい
う問題がある。

【０００６】ところで、上記従来技術の高圧燃料ポンプ
のカムプロフィールは、ソレノイドで動作させる弁、い
わゆる電磁弁とを組合せたことによって効果を発揮する
ものであるが、ばねを用いた弁との組合わせでは同じ効
果を有する可能性は薄い。

【０００７】即ち、電磁弁を用いた上記従来技術の燃料
ポンプは、電磁弁への信号入力により任意のタイミング
で閉弁を行うことができるため、閉弁遅れをなくすこと
ができるが、ばねによる弁を組合わせると、カム速度が
最大のとき、弁の動作がカム速度に追従できず燃料の逆
流量が増大してしまう。

【０００８】本発明の目的は、燃料の逆流量を低減した
高圧燃料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】上記目的は、燃料の吸入
通路と吐出通路とに連通する加圧室と、回転するカムの
形状によって前記加圧室内を往復動するプランジャと、
前記吸入通路を開閉する吸入弁と、前記吐出通路を開閉
する吐出弁とを備えた高圧燃料ポンプにおいて、前記プ
ランジャが下死点から上死点に至る吐出行程の開始直後
における前記吸入弁が開いている間は、前記プランジャ
の上昇速度を抑え、前記吸入弁が閉じた後に速度を上げ
る前記カムの形状としたことにより達成される。

【００１０】また、燃料の吸入通路と吐出通路とに連通
する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室
内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する
吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高
圧燃料ポンプにおいて、前記カムの付勢力に対向して前
記プランジャを押圧する弾性部材を備え、前記プランジ
ャが下死点から上死点に至る吐出行程における前記下死
点からのカム加速度を正の小さな値に抑えた第１カム部
に続いて、カム加速度を大きく増加させた後に徐々に減
少させて負の加速度へと下降する第２カム部を設けると
ともに、前記第２カム部に続く上死点までの負のカム加
速度を前記プランジャの最高往復周波数でも前記カムと
前記プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ
値とした第３カム部を設け、かつ前記プランジャが上死
点から下死点に至る吸入行程では、前記吐出行程のカム
加速度と上死点に対して対象な加速度曲線を有するカム
プロフィールを備えたことにより達成される。

【００１１】また、カム加速度は下死点および上死点で
のカム加速度をほぼ０とするカムプロフィールを備えて
いることにより達成される。

【００１２】また、燃料の吸入通路と吐出通路とに連通
する加圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室
内を往復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する
吸入弁と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高
圧燃料ポンプにおいて、前記カムの付勢力に対向して前
記プランジャを押圧する弾性部材を備え、前記カムは前
記プランジャが下死点から上死点に至る吐出行程におけ
る下死点からのカム加速度を正の略一定値とした第１カ
ム部に続いて、カム加速度を徐々に減少させて負の加速
度へと単調減少する第２カム部を設け、さらに前記第２
カム部に続く上死点までの負のカム加速度を負の略一定
値とするとともに、前記負の加速度を前記プランジャの
最高往復周波数でも前記カムと前記プランジャとが離反
しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第３カム部を設
け、また前記プランジャが上死点から下死点に至る吸入
行程では、前記吐出行程のカム加速度と上死点に対して
対象な加速度曲線を有するカムプロフィールを備えてい
ることにより達成される。

【００１３】また、カムは、カム速度の最大ピーク位置
を吐出行程区間のほぼ１／３〜１／２の間とすることに
より達成される。

【００１４】また、ポンプは、前記吸入弁を任意のタイ
ミングで開弁または閉弁できる電磁アクチュエータ等の
付勢手段を設けないことにより達成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、高圧燃料ポンプは、吸
入弁がプランジャの往復運動に同期して開閉する弁、い
わゆる逆止弁を用いたものである。この弁であると、任
意のタイミングで閉弁することはできないので、プラン
ジャの動作に対し若干の閉弁遅れを伴う。例えば、プラ
ンジャが吐出行程に入ってもすぐには吸入弁が閉じず、
この間にプランジャが加圧した分の燃料は、吸入弁を通
って加圧室外に逆流してしまう。この逆流分だけポンプ
の吐出量が低下し、特に高回転での容積効率が減少しや
すくなる。

【００１６】したがって、本発明の高圧燃料ポンプに上
記従来技術のカムを単に用いると、吸入弁が閉じるまで
の無効区間内のカム速度が速まるので、吸入側への逆流
量が増え、かえって吐出量の低下を招く恐れがある。

【００１７】まず、一般的な高圧燃料ポンプを図面を用
いて説明する。

【００１８】図１（ａ）は、高圧燃料ポンプを示す縦断
面図である。図１（ｂ）は、高圧燃料ポンプがエンジン
に取付けられた状態を示すエンジンの一部断面図であ
る。図２は、高圧燃料ポンプを用いたエンジンの燃料供
給装置を示す構成図である。

【００１９】図１（ａ）において、ポンプ本体１には、
燃料吸入通路１０、吐出通路１１、加圧室１２が形成さ
れている。加圧室１２には、加圧部材であるプランジャ
２がカム１００によって摺動可能に保持されている。３
は、リフタであり、ばね４とプランジャ２の先端を保持
するものである。このリフタ３は、カム１００のカムプ
ロフィールに常に接触している。２０は、プランジャ２
とポンプ本体１の加圧室１２内とをシールするためのシ
ール部材である。吸入通路１０及び吐出通路１１には、
吸入弁５、吐出弁６が設けられており、それぞればね５
ａ、６ａにて弁座に対し押圧され、燃料の流通方向を制
限する逆止弁となる。これらの構成部品からなるポンプ
本体１を総称して高圧燃料ポンプ１０１と言う。

【００２０】図１（ｂ）において、７３は、エンジンカ
バーであり、内部にピストンやエンジンカム等を収納し
ている。７２は、エンジンカム軸であり、前記カム１０
０が直結されている。エンジンカバー７３の一部に高圧
燃料ポンプ１０１が取付けられている。

【００２１】このように、エンジンカム軸７２が回転す
ることによってカム１００が回転し、高圧燃料ポンプ１
０１内のプランジャ２が上下動する。このような高圧燃
料ポンプを単筒式プランジャポンプと呼ばれている。

【００２２】図２において、矢印で示す燃料は、低圧プ
レッシャレギュレータ５２にて一定の圧力に調圧され、
タンク５０から低圧ポンプ５１、低圧配管９を経由して
高圧燃料ポンプ１０１の燃料導入口方向に案内される。
高圧燃料ポンプ１０１内に吸入された燃料は、エンジン
７１内に設けられたカム１００の回転によって加圧さ
れ、燃料吐出口からコモンレール５３に圧送される。コ
モンレール５３内の燃料圧力は、高圧プレッシャレギュ
レータ５５により略一定圧力に保持されている。インジ
ェクタ５４は、エンジンの気筒数にあわせてコモンレー
ル５３に装着されている。このインジェクタ５４は、エ
ンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の信号によって
燃料をエンジン７１内に噴射する。５６は、圧力センサ
ーであり、コモンレール５３の圧力を検出し、圧力に応
じてＥＣＵが吸入弁の開閉制御を行う。

【００２３】以上の構成による高圧燃料ポンプの動作を
説明する。

【００２４】図１（ａ）において、プランジャ２の下端
に設けられたリフタ３は、ばね４にてカム１００に圧接
されているため、プランジャ２は、エンジンカムシャフ
ト等により回転されるカム１００のカムプロフィール
（外形形状）に追従して往復運動し、加圧室１２内の容
積を変化させる。

【００２５】吸入弁５および吐出弁６は、いずれもプラ
ンジャ２の往復運動に同期して開閉する自動弁であり、
吸入行程中は、加圧室１２内の燃料圧力の低下により吐
出弁６は閉塞し、吸入弁５が開いて加圧室１２内に燃料
が吸入される。吐出行程中は、加圧室１２内の燃料圧力
の上昇により吸入弁５は閉塞し、吐出弁６が開いて図２
に示したコモンレール５３へ燃料が圧送される。

【００２６】以上説明した単筒式プランジャポンプは、
構造が簡単で低コストという長所があるが、吸入弁５、
吐出弁６がばね４の押圧力だけで保持されているため、
開弁、閉弁共に遅れを伴い、いずれも吐出量減少の原因
となる。

【００２７】すなわち弁の開閉に伴う移動距離の分だけ
遅れが生じる。例えば、プランジャ２が吸入行程から吐
出行程に入ってもすぐには吸入弁５が閉じられず、加圧
室１２内から吸入通路１０側へ燃料が逆流してしまう
分、吐出流量が減少する。特に、車両の高速走行時に
は、カムが高回転するため、プランジャ一の上下動周期
が短くなり、弁の閉じ遅れの影響がより顕著になり、容
積効率が低下する特性がある。

【００２８】容積効率が低いと、最大吐出量を確保する
のにポンプの押しのけ容積自体を大きくしなければなら
ず、このため駆動トルクが増えて、エンジンの燃費が悪
化する。したがって、高回転時の容積効率向上は、単筒
式プランジャポンプにとって重要な課題の一つである。

【００２９】そこで、本発明では、吐出行程開始直後の
吸入弁５がまだ開いている間はプランジャ２の上昇速度
を抑えて吸入弁５から逆流する流量を減らし、吸入弁５
が閉じた後にプランジャ２の上昇速度を上げるようにし
たものである。

【００３０】このため、本発明は、カム１００のカムプ
ロフィールを図３に示すように、カム速度の最大ピーク
が吐出行程区間のほぼ１／３〜１／２の間となるように
したものである。

【００３１】図３は、本発明を備えたカムの１回転でプ
ランジャを３回往復させる３山カムの例を示した図であ
る。

【００３２】図３において、プランジャ２の下死点をカ
ム回転角０°とすると、この場合は約２０°〜３０°、
２山カムの場合では約３０°〜４５°の位置にカム速度
の最大ピークが入るようにする。これによりカム速度の
立上りが適度に抑えられるので吸入弁が閉じ遅れて無効
吐出となる区間での理論流量（＝プランジャの断面積×
速度）が減り、吐出弁開弁後の有効吐出となる区間での
理論流量が増える。しかも、燃料の昇圧速度は十分に確
保されているので、吐出弁は速やかに開き、無効吐出と
なる区間自体も十分に短くすることができる。したがっ
て吐出流量が増加し、特に高回転時の容積効率を向上で
きる。

【００３３】以下、本発明を図４、図５、図６を用いて
更に詳細に説明する。

【００３４】図４は、図３に示したカムプロフィールと
その他のカムプロフィールを比較して示したものであ
る。

【００３５】図４において、太いせんは、本発明のカム
Ａを示し、細い線は、速度ピークを吐出行程区間の１／
３より前にしたカムＢを示し、点線は、正弦波のカムで
速度ピークはちょうど吐出行程区間の１／２位置とした
カムＣを示す。

【００３６】カムＣの正弦波は、上死点近傍における負
のカム加速度の絶対値が大きいため、プランジャ２を含
む往復運動部の慣性力も大きくなり、高回転時は、ばね
４によるカム１００とリフタ３間の接触力より慣性力が
大きくなって両者が離反するジャンピングを生じてしま
う。

【００３７】ジャンピングは、騒音発生や耐久性低下の
原因となるため避けるべきものであり、事実上カムＣは
使用不可である。カムＣを用いてジャンピングを避ける
には、ばね力をより強くしなければならず、接触面のヘ
ルツ応力増大による耐久性低下、駆動トルクの増大によ
る燃費の悪化等の悪影響をもたらす。

【００３８】次に、カムＡ、Ｂを用いたときのポンプの
吐出流量特性を図５に示す。

【００３９】図５において、横軸はポンプ回転数、縦軸
は時間平均での吐出流量である。前述した通り、単筒式
プランジャポンプは、高回転ほど容積効率が低下する傾
向を示し、理論流量に対して実吐出流量が低下するが、
本発明のカムＡでは、カムＢに比べて流量の落ち方が少
なく、高回転まで高い容積効率を保つことができる。こ
の理由を図６により説明する。

【００４０】図６において、高回転時におけるポンプ各
部の時刻歴波形を示したもので、カムＡの場合を太線
で、カムＢの場合を細線で示してある。図示のように吸
入弁５は、カムが吸入行程から吐出行程に入ってもまだ
開いているため、この間にプランジャ２が加圧した分の
流量は、吸入弁５を通って吸入通路１０側に逆流する。
このため、吐出流量が減少する。

【００４１】さらに、吸入弁５が閉じてから吐出弁６が
開くまでにも遅れがあり、両者の遅れの合計が吐出に寄
与しない無効区間となる。高回転時は、一行程あたりの
時間が短くなるため、この無効区間が相対的に増え、容
積効率が低下する。なお、吸入弁５の閉じ遅れの理由
は、プランジャ２が下降を始めてもすぐには加圧室１２
の圧力が下がらないためと、吸入弁自体が開→閉状態に
なるまでの移動時間がかかるためである。また、吐出弁
６の開き遅れの理由は、加圧室圧力が吐出弁下流の吐出
通路１１の圧力まで上昇するのに時間がかかるためであ
る。

【００４２】ここで、本発明のカムＡは、カムＢより速
度ピークが後方にあるため、無効区間での速度が低く抑
えられている。このため、この速度に比例した無効区間
での理論流量、すなわち吸入側へ逆流する無効流量が少
なくなり、逆に吐出弁開弁以後の有功吐出となる区間で
の理論流量が多くなる。この無効流量の差の分だけ、カ
ムＡの吐出流量が多くなるわけである。無効区間が短い
低回転時は、両者の差は小さいが、無効区間が増える高
回転時は、差が徐々に大きくなるため図５のような流量
特性の差となる。

【００４３】以上より、容積効率の向上には、カム速度
のピーク位置を極力後方に配置し、無効区間でのカム速
度を低く抑えるのが有効であることがわかる。

【００４４】しかし、ピーク位置をあまり後方にし過ぎ
ると、吸入弁閉弁後の加圧室圧力の上昇が遅くなるの
で、特に吐出弁の開き遅れが大きくなる。その結果、無
効区間自体が長くなって逆に吐出流量の低下を招く。

【００４５】すなわち、カム速度のピーク位置は早すぎ
ても遅すぎてもだめで、概ね吐出行程区間の１／３〜１
／２の範囲がもっとも適当である。速度ピークが１／３
位置より前になると、カム速度の立上りが前記カムＢの
ように早くなりすぎるため、無効流量が増えて吐出流量
が低下する。逆に１／２より後ろになると加圧室内の燃
料圧力の上昇が遅れ、吸入弁の閉じ遅れ、吐出弁の開き
遅れが増え、無効区間自体が長くなるので、これも吐出
流量の低下につながる。１／３〜１／２が、無効流量の
低減と無効区間の短縮を両立させるに適切な範囲であ
る。

【００４６】ところで、カム速度は、カム加速度を積分
して得られるものなので、カム速度を操作するにはカム
加速度の設定を適切に行う必要がある。前記した通り、
図４中の正弦波カムは、ジャンピングが生じる点で不適
切であったが、正弦波カムのように上死点近傍における
負のカム加速度の絶対値を大きくとることは以下の点か
らも困難である。

【００４７】まず、上死点近傍では、プランジャの戻し
ばね４の力が最も強くなるので、カム表面に作用するヘ
ルツ応力も大きくなる。ヘルツ応力を下げるためには、
ばね力を下げるか、上死点近傍のカムの曲率半径を大き
くするかであるが、まず、ばね力を下げるためにはカム
加速度の負の絶対値を小さくして、往復運動部の慣性力
を小さくして弱いばね力でもカム１００とリフタ３が離
反しないようにする必要がある。また、曲率半径を大き
くするためには、やはりカム加速度の負の絶対値を小さ
くするか、カムのベース円を大きくする必要がある。こ
のうちベース円は、小型化の観点からあまり大きくでき
ないので、結局、ヘルツ応力をある許容値以内に収めて
耐久性を確保するには、上死点近傍におけるカム加速度
の負の絶対値を小さくするしかない。

【００４８】このためカム速度を短い区間で減速させる
のが困難になり、減速区間が長くなる（加速区間が短く
なる）結果、カム速度の最大ピーク位置が吐出行程区間
の１／３より前になりがちである。

【００４９】このため図３に示したカムは、カム速度の
最大ピーク位置を吐出行程区間の１／３〜１／２にする
ために、下死点からのカム加速度を正の小さな値に抑え
た第１カム部に続いて、カム加速度を大きく増加させ
た後に徐々に減少させて負の加速度へと下降する第２カ
ム部を設け、さらに第２カム部に続く上死点までの負
のカム加速度をプランジャの最高往復周波数でもカムと
プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値と
した第３カム部を設け、またプランジャが上死点から
下死点に至る吸入行程では、吐出行程のカム加速度と上
死点に対して対象な加速度曲線’、’、’を有す
るカムプロフィールとしたものである。

【００５０】負のカム加速度を上死点近傍の広い範囲に
渡って限界付近まで下げることにより、短い区間でカム
速度を減速できるようになるので、カム速度のピーク位
置（＝加速度０）を容易に吐出行程区間の１／３以降に
配置できる。仮に上死点近傍の加速度を単純な等加速度
にした場合は図４のカムＢのようになり、十分な減速を
得られないために減速区間が長くなって、速度ピークを
１／３以降に配置するのが困難になる。

【００５１】ここで、点線で示す限界加速度とは、ばね
力と慣性力とが釣り合って、ポンプの最高運転回転数で
もジャンピングを起こさない限界の加速度のことを指
す。また、図３中の最低加速度の値はカムのヘルツ応力
の許容値やベース円の大きさの制限等から自ずと下限値
が定まり、これに合わせてばね力の値が決定されて限界
加速度の大きさが決まる。

【００５２】上記のように、負のカム加速度をできるだ
け下げた上で、下死点からのカム加速度を低く抑え、途
中から再加速させるカムプロフィールにすることによ
り、カム速度の立上りをより低く抑えることができるの
で、最大限カム速度のピークをより後方に持っていくこ
とができる。しかし、ピーク位置が１／２より後方にな
ると逆に吐出量の低下を招くので、加速度の値や再加速
の区間等を適度に調節して吐出行程区間のほぼ１／３〜
１／２にカム速度のピークが来るようにする。この際、
上死点・下死点におけるカム速度は０であるため、カム
加速度の正・負の面積は同じにする必要がある。

【００５３】また好ましくは、下死点におけるカム加速
度を連続にする、すなわち下死点でのカム加速度（ジャ
ーク）を０とする。これにより慣性力の変化が連続にな
るので、高次の振動成分が現れず、低振動・低騒音にす
ることができる。また、騒音対策もやり易くなる。

【００５４】以上説明した図３のカムでは無効区間にお
けるカム速度を最大限低く抑えるために、出だしの加速
度を低く抑えて途中から再加速するような加速度曲線と
したが、十分な減速が得られる場合はこのような再加速
を行わず、図７に示すように下死点から上死点にかけて
単調減少するカム加速度としてもよい。

【００５５】図７は、本発明のその他の実施例を示すカ
ムである。

【００５６】図７において、下死点からのカム加速度を
正の略一定値とした第１カム部に続いて、カム加速度を
徐々に減少させて負の加速度へと単調減少する第２カム
部を設け、さらに第２カム部に続く上死点までの負のカ
ム加速度を負の略一定値とするとともに、負の加速度を
プランジャの最高往復周波数でもカムとプランジャとが
離反しない限界の加速度とほぼ同じ値とした第３カム部
を設け、またプランジャが上死点から下死点に至る吸入
行程では、吐出行程のカム加速度と上死点に対して対象
な加速度曲線を有するカムプロフィールとしたものであ
る。好ましくは、図３のカムと同様に下死点でのジャー
クを０とする。

【００５７】図３のカムと比較するとカム速度の立ち上
りはやや大きくなるものの、実用上十分な吐出性能を確
保することができる。また、再加速を行わない分、カム
加速度の変化が滑らかになるので、振動・騒音の点でよ
り有利になる長所がある。なお、図示のように上死点近
傍の負の加速度を限界加速度より若干上げ、ジャンピン
グに対して余裕をとるのがさらに実用的である。

【００５８】図８は本発明の一実施例である図３のカム
と図７のカムについて説明する図である。

【００５９】図８において、カム加速度の周波数成分の
強さを示したもので、横軸は、振動次数、縦軸は、パワ
ースペクトルである。両カム共に加速度波形に不連続な
部分がないため高次の振動成分は極めて少なく、いずれ
も低振動、低騒音のポンプとすることができる。図７の
カムは、図３のカムよりはわずかに容積効率が劣るもの
の、加速度変化に比例した慣性力の変化が滑らかな分、
高次の振動成分がさらに少ないので振動・騒音の点で優
れるという長所がある。どちらのカムを使用するかは、
容積効率と振動・騒音のどちらに重きを置くかで変わる
ものであり、優劣の差はないといえる。

【００６０】尚、本発明の一実施例であるカム１００は
図１に示したように、エンジンカム軸７２と軸を共通に
し、これに追加する形態で搭載すれば構成が簡単になり
コスト低減を図れる効果がある。この例では高圧燃料ポ
ンプ１０１をエンジンカバー７３に固定してリフタ３に
カム１００が圧接するよう構成しているが、ポンプをエ
ンジンブロック等に取付けてもよく、取付方向も上向
き、下向き、横向き等いずれの向きにも搭載可能であ
る。尚、もちろんポンプ本体１内にカム１００を内装す
る構成としてもよく、エンジンカム軸からの動力の伝達
はカップリング等を介して行うようにすればよい。

【００６１】以上説明したように、本発明によれば、高
圧燃料ポンプ１０１が低回転域から高回転域まで広い範
囲に渡って高い容積効率を得ることができるので、高速
走行中のエンジン全開状態においても高い圧力で十分な
燃料を供給することが可能となり、このエンジンを搭載
した車両の運動性能が向上する。容積効率が高いので、
必要な吐出流量を確保しつつ、ポンプの押しのけ容積を
小さくすることができ、駆動トルクが下がって燃費が向
上する。

【００６２】さらに、本発明のカム１００は、上死点近
傍における負のカム加速度の絶対値を最大限小さく構成
できるので、カムの曲率半径が大きくなり、ヘルツ応力
が下がって耐久性が向上する。若しくは、ヘルツ応力を
許容値以内に収めつつカムのベース円を小さくできるの
で、ポンプが小形になりエンジンルーム内への配置が容
易になる。同時に駆動トルクも下がるのでこのポンプを
搭載した車両の燃費が向上する。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、低回転域から高回転域
まで広い範囲で高い容積効率が得られ、しかも小形で、
トルク効率も高く、振動・騒音も少ない高圧燃料ポンプ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な高圧燃料ポンプの構造を説明する縦断
面図。

【図２】一般的な高圧燃料ポンプを用いたエンジンの燃
料供給装置の全体構成図。

【図３】本発明のカムの一実施例を示す図。

【図４】本発明の一実施例であるカムと他のカムとの形
状の違いを示す図。

【図５】本発明の一実施例である高圧燃料ポンプの吐出
流量特性を示す図。

【図６】カム形状による流量特性違いの理由を示す図。

【図７】本発明の他の実施例を備えたカムを示す図。

【図８】本発明の一実施例であるカムの加速度の周波数
成分を示す図。

【符号の説明】１…ポンプ本体、２…プランジャ、３…リフタ、４…ば
ね、５…吸入弁、５ａ…ばね、６…吐出弁、６ａ…ば
ね、１０…吸入流路、１１…吐出流路、１２…加圧室、
２０…シール、５０…燃料タンク、５１…低圧ポンプ、
５２…低圧プレッシャレギュレータ、５３…コモンレー
ル、５４…インジェクタ、５５…高圧プレッシャレギュ
レータ、５７…低圧配管、７１…エンジン、７２…エン
ジンカム軸、７３…エンジンカバー、１００…カム、１
０１…高圧燃料ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｂ 53/10 Ｆ０４Ｂ 21/02 Ｅ 53/14 21/04 Ｚ (72)発明者野上忠彦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者高尾邦彦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者山田裕之茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA00 BA17 BA22 BA29 BA67 CA01S CA04T CA04U CA09 CA22T CE03 CE04 CE13 CE22 CE34 DB11 DB12 DB13 DC18 3H071 AA07 BB01 CC11 CC21 CC33 CC34 CC47 DD01 DD12 DD89 3H075 AA03 BB03 BB21 CC05 CC17 CC25 CC34 CC35 CC36 DA04 DA09 DB24 DB26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加
圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往
復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁
と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料
ポンプにおいて、前記プランジャが下死点から上死点に
至る吐出行程の開始直後における前記吸入弁が開いてい
る間は、前記プランジャの上昇速度を抑え、前記吸入弁
が閉じた後に速度を上げる前記カムの形状としたことを
特徴とする高圧燃料ポンプ。
【請求項２】燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加
圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往
復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁
と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料
ポンプにおいて、前記カムの付勢力に対向して前記プラ
ンジャを押圧する弾性部材を備え、前記プランジャが下
死点から上死点に至る吐出行程における前記下死点から
のカム加速度を正の小さな値に抑えた第１カム部に続い
て、カム加速度を大きく増加させた後に徐々に減少させ
て負の加速度へと下降する第２カム部を設けるととも
に、前記第２カム部に続く上死点までの負のカム加速度
を前記プランジャの最高往復周波数でも前記カムと前記
プランジャとが離反しない限界の加速度とほぼ同じ値と
した第３カム部を設け、かつ前記プランジャが上死点か
ら下死点に至る吸入行程では、前記吐出行程のカム加速
度と上死点に対して対象な加速度曲線を有するカムプロ
フィールを備えたことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
【請求項３】前記カム加速度は下死点および上死点での
カム加速度をほぼ０とするカムプロフィールを備えてい
ることを特徴とする請求項２記載の高圧燃料ポンプ。
【請求項４】燃料の吸入通路と吐出通路とに連通する加
圧室と、回転するカムの形状によって前記加圧室内を往
復動するプランジャと、前記吸入通路を開閉する吸入弁
と、前記吐出通路を開閉する吐出弁とを備えた高圧燃料
ポンプにおいて、前記カムの付勢力に対向して前記プラ
ンジャを押圧する弾性部材を備え、前記カムは前記プラ
ンジャが下死点から上死点に至る吐出行程における下死
点からのカム加速度を正の略一定値とした第１カム部に
続いて、カム加速度を徐々に減少させて負の加速度へと
単調減少する第２カム部を設け、さらに前記第２カム部
に続く上死点までの負のカム加速度を負の略一定値とす
るとともに、前記負の加速度を前記プランジャの最高往
復周波数でも前記カムと前記プランジャとが離反しない
限界の加速度とほぼ同じ値とした第３カム部を設け、ま
た前記プランジャが上死点から下死点に至る吸入行程で
は、前記吐出行程のカム加速度と上死点に対して対象な
加速度曲線を有するカムプロフィールを備えていること
を特徴とする高圧燃料ポンプ。
【請求項５】前記カムは、カム速度の最大ピーク位置を
吐出行程区間のほぼ１／３〜１／２の間とすることを特
徴とする請求項３ないし５に記載の高圧燃料ポンプ。
【請求項６】前記ポンプは、前記吸入弁を任意のタイミ
ングで開弁または閉弁できる電磁アクチュエータ等の付
勢手段を設けないことを特徴とする請求項１ないし６に
記載の高圧燃料ポンプ。