JP2004360675A - 燃料噴射ポンプ用逆止弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】 サプライポンプ用第1吸入弁31のデッドスペースを縮小化し、且つサプライポンプ用第1吸入弁31の全長の増大化を抑えるようにする。
【解決手段】 第1プランジャ41の上端部に設けられて、逆止弁機能を有する第1吸入弁31のバルブボデー66、67に、バルブボデー66、67によって周囲を囲まれた弁室75内におけるボール弁70の移動距離を所定範囲内に制限する弁座部71および隔壁部76を設けている。それによって、第1吸入弁31の弁体として自動調芯作用のあるボール弁70を用いた場合でも、コイルスプリングを廃止できるので、弁室75内の容積を縮小化でき、また、第1吸入弁31の全長、特にサプライポンプの高さ方向の寸法の増大化を抑制できる。これにより、第1プランジャ41の上端部に第1吸入弁31を備えたサプライポンプのエンジンへの搭載性を向上できる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に使用される燃料噴射ポンプ用逆止弁に関するもので、特に吸入調量弁より吸入弁を経てプランジャ室内に吸入される燃料を加圧して高圧化すると共に、高圧化した高圧燃料をコモンレール内に圧送供給する吸入燃料調量方式の燃料噴射ポンプ用吸入弁に係わる。
[従来の技術]
従来より、例えば蓄圧式燃料噴射装置に使用される燃料噴射ポンプ用逆止弁としては、プランジャ室(加圧室)内に燃料を吸入する燃料吸入経路を開閉する低圧側の吸入弁と、プランジャの往動により昇圧された燃料を燃料噴射ノズル側に圧送するための燃料圧送経路を開閉する高圧側の吐出弁とが設置されている。特に、吸入調量弁より吸入弁を経て複数のプランジャ室内に吸入される燃料を加圧して高圧化すると共に、高圧化した高圧燃料を圧送供給する吸入燃料調量方式の燃料噴射ポンプにおいては、図6および図7に示したように、吸入弁の弁体101をプランジャ室102よりも図示上端側に取り付けている。
そのために、吸入弁の弁構造としては、図6および図7に示したように、半径方向(プランジャ103のストローク方向)のスペースの増大化を抑えるべく、シリンダヘッド104の図示上端部の凹状部105内に、プラグ106を締め付け固定することで、プランジャ室102の図示上端側に組み付けられたバルブボデー107の当接部108に着座または離座する円錐形状の弁体101、およびこの弁体101を閉弁方向に付勢するコイルスプリング109が用いられていることが多い(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
なお、シリンダヘッド104およびバルブボデー107には、吸入調量弁から吸入弁のバルブ室110内に燃料を吸入するための燃料孔111が設けられ、また、シリンダヘッド104には、プランジャ室102から吐出弁の吐出孔内に燃料を圧送するための吐出孔112が設けられている。また、コイルスプリング109は、弁体101と一体化されたシャフト113の周囲に配されて、一端がバルブボデー107の凹状の保持部114に保持され、他端がシャフト113の図示上端部にCリング115にて固定され、且つワッシャ116を介して保持されている。また、バルブボデー107には、弁体101と一体化されたシャフト113を挿通すると共に、弁体101の移動方向を規制する円環状のガイド部117が設けられている。
[従来の不具合]
ところが、従来の吸入燃料調量方式の燃料噴射ポンプにおいては、図6および図7に示したように、バルブボデー107のガイド部117のガタ付き等により、ガイド部117の中心軸線方向に対して弁体101およびシャフト113が傾いた状態で、当接部108に着座する場合がある。このような場合、弁体101とバルブボデー107の当接部108との間の接触面圧が過大になるため、弁体101とバルブボデー107の当接部108との間に異常磨耗(偏磨耗)が発生する可能性がある。
また、プランジャ室102内にプランジャ103の往動による燃料の加圧力が作用すると、バルブボデー107の異常磨耗部(偏磨耗部)に弁体101が食い込み、弁体101がバルブボデー107の異常磨耗部(偏磨耗部)に固着してしまう。この場合、固着部を除く、弁体101と当接部108との間に隙間が形成されてしまい、気密不良による燃料洩れが発生し、プランジャ103が下死点から上死点に向かう加圧・圧送行程中に、プランジャ室102内の燃料を加圧して高圧化できなくなる可能性がある。
上述した不具合を解決する方法として、自動調芯作用のあるボール弁を採用することが良く知られているが、ボール弁を閉弁方向に付勢するコイルスプリングを収容する圧力室(スプリング室)が必要となる。このため、上記のような吸入燃料調量方式の燃料噴射ポンプの吸入弁の弁体として自動調芯作用のあるボール弁を単純に採用した場合、プランジャ室よりも図示上端側に取り付けられる吸入弁の上下方向の長さが大きくなり、燃料噴射ポンプの高さ方向の体格が拡大することになる。これにより、燃料噴射ポンプのエンジンへの搭載性が劣るという問題が生じる。さらに、プランジャ室に連通する上記の圧力室(スプリング室)が必要となるので、吸入弁のデッドスペースが増大する。これにより、プランジャの往動によるプランジャ室内の燃料の昇圧力が低下するという問題が生じる。
特開2000−282929号公報(第1−13頁、図2−図4) 特開2001−082230号公報(第1−18頁、図2−図4) 特表2001−500593号公報(第1−15頁、図1−図4)
本発明の目的は、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペースを縮小化することができ、且つ燃料噴射ポンプ用逆止弁の全長の増大化を抑えることのできる燃料噴射ポンプ用逆止弁を提供することにある。また、燃料噴射ポンプのエンジンへの搭載性を向上することのできる燃料噴射ポンプ用逆止弁を提供することにある。また、プランジャの往動による加圧室内の燃料の昇圧力の低下を防止することのできる燃料噴射ポンプ用逆止弁を提供することにある。
請求項1に記載の発明によれば、プランジャの往復運動方向の一端側で、且つ加圧室よりも燃料の流れ方向の上流側に、燃料吸入経路に連通する弁孔、および加圧室に連通する連通路を有するバルブボデーを設置している。そして、弁室内に、弁孔を開閉する略球面形状の弁体を摺動自在に収容した燃料噴射ポンプ用逆止弁において、弁室内における弁体の全閉位置から全開位置までの、弁体の移動距離を制限する制限部を設けている。したがって、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体を用いても、弁室内における弁体の移動距離を制限部によって制限できるので、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペース(弁室の内容積)を縮小化することができ、且つ燃料噴射ポンプ用逆止弁の全長の増大化、特に燃料噴射ポンプのプランジャの往復運動方向の体格の増大化を抑えることができる。これにより、プランジャの往復運動方向の一端側に逆止弁機能を有する吸入弁を備えた燃料噴射ポンプのエンジンへの搭載性を向上することができる。
請求項2に記載の発明によれば、燃料噴射ポンプのプランジャの往復運動方向の一端側で、且つ加圧室よりも燃料の流れ方向の上流側に、燃料吸入経路に連通する弁孔を有する第1バルブボデーを設置し、更に、プランジャの往復運動方向の一端側で、且つ第1バルブボデーよりも加圧室側に、加圧室に連通する連通路を有する第2バルブボデーを設置している。そして、第1バルブボデーと第2バルブボデーとによって周囲を囲まれた弁室内に、弁孔を開閉する略球面形状の弁体を摺動自在に収容しても良い。この場合でも、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体、つまり自動調芯作用のあるボール弁を用いても、弁室内におけるボール弁の移動距離を制限部によって制限できるので、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペースを縮小化することができ、且つ燃料噴射ポンプ用逆止弁の全長の増大化を抑えることができる。
請求項3に記載の発明によれば、上記の制限部として、第1バルブボデーに一体的に、弁体が弁孔を閉じる際に着座する第1弁座部を設け、且つ第2バルブボデーに一体的に、弁体が弁孔を開く際に着座する第2弁座部を設けても良い。この場合でも、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体、つまり自動調芯作用のあるボール弁を用いても、弁室内におけるボール弁の移動距離を制限できるので、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペースを縮小化することができる。
請求項4に記載の発明によれば、上記の制限部として、第1バルブボデーに一体的に、弁体が弁孔を閉じる際に着座する弁座部を設け、且つ弁体を、弁座部に着座する位置で拘止する拘止部材を設けても良い。この場合でも、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体、つまり自動調芯作用のあるボール弁を用いても、弁室内におけるボール弁の移動距離を制限できるので、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペースを縮小化することができる。また、請求項5に記載の発明によれば、上記の拘止部材として、弁体を、弁座部に着座する方向に付勢する、弾性変形が可能な弾性体を使用しても良い。さらに、請求項6に記載の発明によれば、上記の弁座部の座面形状を、弁体の形状に対応した略球面形状としても良い。
請求項7に記載の発明によれば、第2バルブボデーの隔壁部によって弁室と加圧室とを区画することにより、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体を用いた場合でも、加圧室の容積の拡大を防止できるので、プランジャの往動による加圧室内の燃料の昇圧力の低下を防止することができる。また、第2バルブボデーの隔壁部に設けられて、弁室と加圧室とを連通する連通路を、弁体の移動方向の中心軸線に対してオフセット配置したことにより、弁体が全開位置まで移動して隔壁部に当接した場合でも、弁体によって連通路が閉塞されることはない。これにより、低圧側の吸入弁の弁体が弁孔を開放した際に、弁孔よりも燃料の流れ方向の上流側の燃料を、弁孔、弁室、連通路を経て加圧室内に吸入することができる。
請求項8に記載の発明によれば、上記の制限部として、バルブボデーに一体的に、弁体が弁孔を閉じる際に着座する弁座部を設け、且つ弁体を、弁座部に着座する位置で拘止する拘止部材を設けても良い。そして、バルブボデーと拘止部材とによって周囲を囲まれた弁室内に、弁孔を開閉する略球面形状の弁体を摺動自在に収容しても良い。この場合でも、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体、つまり自動調芯作用のあるボール弁を用いても、弁室内におけるボール弁の移動距離を制限部によって制限できるので、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペースを縮小化することができる。また、請求項9に記載の発明によれば、上記の拘止部材として、弁体を、弁座部に着座する方向に付勢する、弾性変形が可能な弾性体を使用しても良い。さらに、請求項10に記載の発明によれば、上記の弁座部の座面形状を、弁体の形状に対応した略球面形状としても良い。
本発明を実施するための最良の形態は、燃料噴射ポンプ用逆止弁のデッドスペースを縮小化し、且つ燃料噴射ポンプ用逆止弁の全長の増大化を抑えるという目的を、弁室内における弁体の全閉位置から全開位置までの、弁体の移動距離を制限する制限部を設けることで、吸入弁の弁体として略球面形状の弁体を用いても、弁室内における弁体の移動距離を制限することで実現した。
[実施例1の構成]
図1および図2は本発明の実施例1を示したもので、図1はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した図で、図2はコモンレール式燃料噴射システムの全体構造を示した図である。
本実施例の内燃機関用燃料噴射装置は、多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンと言う)用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システム(蓄圧式燃料噴射装置)であり、コモンレール1内に蓄圧された高圧燃料を、エンジンの各気筒毎に対応して搭載された複数のインジェクタ(電磁式燃料噴射弁)2を介してエンジンの各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射供給するように構成されている。
このコモンレール式燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール1と、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する複数のインジェクタ2と、吸入調量弁(SCV)5を経て複数のプランジャ室(加圧室)内に吸入される燃料を加圧して高圧化する吸入燃料調量方式のサプライポンプ(燃料噴射ポンプ)4と、複数のインジェクタ2の電磁弁3およびサプライポンプ4の吸入調量弁5を電子制御するエンジン制御ユニット(以下ECUと呼ぶ)とを備えている。なお、図1では、4気筒エンジンの1つの気筒に対応するインジェクタ2のみを示し、その他の気筒についてはインジェクタの図示を省略している。
コモンレール1には、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を常時蓄圧する必要があるために、サプライポンプ4から高圧燃料配管6を経て高圧燃料が圧送供給されている。そして、コモンレール1には、コモンレール1内の燃料圧力(コモンレール圧力)を検出する燃料圧力センサ(図示せず)、およびコモンレール圧力が限界設定圧力を超えた際に開弁してコモンレール圧力を限界設定圧力以下に抑えるためのプレッシャリミッタ7が設置されている。
インジェクタ2からエンジンの各気筒の燃焼室内への燃料の噴射は、ノズルニードルと連動するコマンドピストンの動作制御を行う背圧制御室内の燃料圧力を制御する電磁弁3への通電および通電停止によって電子制御される。つまり、インジェクタ2の電磁弁3が通電されてノズルニードルが開弁している間、コモンレール1内に蓄圧された高圧燃料がエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される。これにより、エンジンが運転される。ここで、インジェクタ2、サプライポンプ4およびプレッシャリミッタ7から燃料系の低圧側に溢流するリーク燃料は、燃料還流路8を経て燃料タンク9に戻される。
本実施例のサプライポンプ4には、エンジンによって回転駆動されるポンプ駆動軸(カムシャフト)11が設けられており、そのカムシャフト11の先端部(図示左端部)の外周に、エンジンのクランクシャフトのクランクプーリとベルトを介して駆動連結されるドライブプーリ(図示せず)が取り付けられている。そして、サプライポンプ4は、エンジンのクランクシャフトの回転に伴ってカムシャフト11が回転することで、燃料タンク9から燃料供給経路10を経て低圧燃料を汲み上げるインナカム式のフィードポンプ(低圧供給ポンプ)12を内蔵している。なお、図1で、フィードポンプ12は、90度だけ展開された形で開示されている。ここで、燃料供給経路10の途中には、燃料タンク9からフィードポンプ12に吸入される燃料中に含まれる不純物を濾過または捕捉するための燃料フィルタ13が設置されている。
そして、カムシャフト11が回転してフィードポンプ12が駆動されることにより、燃料タンク9から燃料フィルタ13、スリーブニップルとスクリューよりなるインレット(燃料入口部)14を経て燃料導入経路15内に導入されて、フィードポンプ12の吸入側に吸い込まれる。そして、フィードポンプ12は、吸入された燃料を所定の圧力に加圧して燃料導出経路16を経て吸入調量弁5の燃料溜まり室17内に送出する。
なお、本実施例のフィードポンプ12の近傍には、フィードポンプ12より吸入調量弁5の燃料溜まり室17内へ吐出される吐出圧力が所定の燃料圧力を超えないようにするための圧力調整弁(レギュレートバルブ)18が設けられている。また、吸入調量弁5より溢流した余剰燃料は、燃料還流経路20、燃料導入経路15を経てフィードポンプ12の吸入側に戻される。また、フィードポンプ12より吐出される燃料の一部は、後述するポンプエレメント等の各摺動部を潤滑した後に、スリーブニップルとスクリューよりなるアウトレット(燃料出口部)19、燃料還流路8を経て燃料タンク9に戻される。
燃料溜まり室17内の燃料は、吸入調量弁5および第1、第2吸入弁31、32を経て第1、第2プランジャ室51、52内に吸入される。すなわち、燃料溜まり室17から第1、第2吸入弁31、32までの燃料吸入経路21の途中には、吸入調量弁5が設置されている。この吸入調量弁5は、ノーマリオープンタイプ(常開型)の電磁式流量制御弁であって、スリーブ状ハウジング22内に摺動可能に保持されるバルブ(弁体)23と、この弁体23を閉弁方向に駆動する弁体駆動手段(ソレノイドコイル)24と、弁体23を開弁方向に付勢する弁体付勢手段(コイルスプリング)25とを有している。
なお、ソレノイドコイル24は、スリーブ状ハウジング22の図示右端側に固定された樹脂製ハウジング26に保持されて、弁体23と連動するプランジャ(可動体)27を電磁力によって吸引するものである。なお、弁体23は、ソレノイドコイル24へ通電しない状態では、コイルスプリング25の付勢力によって開弁し、ソレノイドコイル24を通電すると、コイルスプリング25の付勢力に抗して閉弁する。
そして、本実施例のサプライポンプ4は、ポンプハウジング35の図示上下端面に2つの第1、第2シリンダヘッド(シリンダ)33、34をそれぞれ固定している。2つの第1、第2シリンダヘッド33、34の摺動孔内には、2つの第1、第2プランジャ41、42が往復摺動自在にそれぞれ収容されている。第1プランジャ41の図示上端側には、第1吸入弁31の図示下端面と第1シリンダヘッド33の内壁面とで形成される燃料の第1プランジャ室51が設けられている。また、第2プランジャ42の図示下端側には、第2吸入弁32の図示上端面と第2シリンダヘッド34の内壁面とで形成される燃料の第2プランジャ室52が設けられている。
すなわち、第1、第2プランジャ室51、52は、吸入調量弁5の出口部から燃料吸入経路21、第1、第2吸入弁31、32を経て低圧燃料が流入するように構成されている。なお、本実施例では、2つの第1、第2プランジャ41、42と2つの第1、第2シリンダヘッド33、34とからサプライポンプ4のポンプエレメント(高圧供給ポンプ)を構成する。
第1プランジャ室51内にて加圧された燃料は、第1吐出孔62を経て第1吐出弁61より吐出される。また、第2プランジャ室52内にて加圧された燃料は、同様に、図示しない第2燃料圧送経路を経て図示しない第2吐出弁より吐出される。これらの第1吐出弁61および第2吐出弁は、第1吐出孔62および図示しない第2吐出孔から第1プランジャ室51および第2プランジャ室52方向への燃料の逆流を防止する逆止弁として機能するもので、第1吐出孔62を開閉するボール弁53、およびこのボール弁53を閉弁方向に付勢するコイルスプリング54を有している。
なお、第1吐出孔62および第2吐出孔から吐出される高圧燃料は、第1スリーブニップル(配管継ぎ手)63内の燃料圧送経路64および第2スリーブニップル(配管継ぎ手)内の燃料圧送経路(図示せず)を経て高圧燃料配管6内に流入した後に高圧燃料配管6の途中で合流し、高圧燃料配管6からコモンレール1内に供給される。
また、金属材料よりなるポンプハウジング35内には、エンジンのクランクシャフトと同期して回転駆動されるカムシャフト11が挿通配置されており、ジャーナル軸受を介して回転自在に支持されている。カムシャフト11の中間部外周には、エキセンカム44が一体的に形成されており、エキセンカム44を挟んで図示上下方向の対称位置に、上記の2つの第1、第2プランジャ41、42が配置されている。エキセンカム44は、カムシャフト11の軸心に対して偏心して設けられ、円形状の断面を有している。
そのエキセンカム44の外周には、外形形状が略四角形状のカムリング45が円環状のブッシュ43を介して摺動自在に保持されている。このカムリング45の内部には、円形状の断面を有する中空部が形成されており、ブッシュ43およびエキセンカム44が収容されている。また、カムリング45の図示上下端面には、2つの第1、第2プランジャ41、42と一体化された第1、第2プレート部材46、47が、第1、第2プランジャ41、42の外周側に配された第1、第2コイルスプリング36、37の付勢力によってカムリング45の図示上下端面に押し付けられている。
この構成により、カムシャフト11と一体化されたエキセンカム44が回転すると、カムリング45が所定の円形経路に沿って公転し、第1、第2プレート部材46、47がカムリング45の図示上下端面上を往復摺動する。これに伴い、2つの第1、第2プランジャ41、42が2つの第1、第2シリンダヘッド33、34内の摺動面を図示上下方向に往復摺動して第1、第2プランジャ室51、52内の燃料を加圧して高圧化することが可能となる。
ここで、本実施例の第1、第2吸入弁(低圧側逆止弁)31、32は、第1、第2プランジャ41、42の図示上下端面(頂面)に対向するように、つまり第1、第2プランジャ41、42の往復運動方向の図示上下側に位置するように、第1、第2シリンダヘッド33、34内に保持されている。
これらの第1、第2吸入弁31、32は、2つの第1、第2バルブボデー(以下バルブボデーと言う)66、67、およびバルブボデー66に形成された弁孔69を開閉する、自動調芯作用のある略球面体形状のボール弁(弁体)70を有し、第1、第2プランジャ室51、52から吸入調量弁5方向への燃料の逆流を防止する逆止弁として機能するもので、燃料吸入経路21と第1、第2プランジャ室51、52との間に配設されている。
バルブボデー66、67は、ポンプハウジング35の図示上下端部に形成された凹状部48内にプラグ49を締め付け固定することによって組み付けられている。なお、ポンプハウジング35の凹状部48の内周とプラグ49の外周との間には、燃料の外部への漏洩を防止するためのOリング50が装着されている。
バルブボデー66は、ボール弁70が弁孔69を閉じる際に着座すると共に、バルブボデー66とバルブボデー67とによって周囲を囲まれた弁室75内におけるボール弁70の移動距離を所定範囲(例えば0.5〜0.9mm)内に制限するための弁座部(第1弁座部)71を有している。この弁座部71には、ボール弁70の移動を、ボール弁70の全閉位置にて規制するための略逆円錐形状(テーパ形状)のシート面(第1規制面)が設けられている。
そして、バルブボデー66とプラグ49との間には、バルブ室72が形成されており、また、バルブボデー66の弁孔69の半径方向には、弁孔69と燃料吸入経路21とを連通する燃料孔74が形成されている。なお、本実施例では、ポンプハウジング35の凹状部48の内周とバルブボデー66の外周との間に、燃料吸入経路21と燃料孔74とを連通する環状流路73が形成されている。
また、バルブボデー67は、ボール弁70が弁孔69を開く際に着座すると共に、弁室75内におけるボール弁70の移動距離を所定範囲(例えば0.5〜0.9mm)内に制限するための隔壁部(第2弁座部)76を有している。この隔壁部76には、ボール弁70の移動を、ボール弁70の全開位置にて規制するための緩やかに湾曲した第2規制面が設けられている。また、隔壁部76は、弁室75と第1、第2プランジャ室51、52とを区画する部位で、この隔壁部76には、ボール弁70を摺動自在に収容する弁室75と第1、第2プランジャ室51、52とを連通する複数の連通路77が形成されている。複数の連通路77は、ボール弁70の移動方向の中心軸線に対してオフセット配置されている。
第1、第2吸入弁31、32の各弁体を構成するボール弁70は、通常状態では、バルブボデー66の弁座部71のシート面に着座することで、弁孔69を閉塞(閉弁)している。吸入調量弁5から燃料吸入経路21を経て低圧燃料が流入すると、燃料圧力でボール弁70が開弁し、第1、第2プランジャ室51、52に燃料が吸入される。加圧が開始されると、第1、第2吸入弁31、32の各弁体は、第1、第2プランジャ室51、52内の燃料圧力で閉弁し、燃料の圧送が終了するまでこの状態を保持する。
[実施例1の作用]
次に、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムに使用されるサプライポンプ4の作用を図1および図2に基づいて簡単に説明する。
サプライポンプ4のカムシャフト11がエンジンのクランクシャフトにベルト駆動されて回転すると、カムシャフト11と一体化されたエキセンカム44が回転する。これに伴い、外形形状が略四角形状のカムリング45が所定の円形経路に沿って公転し、第1、第2プレート部材46、47がカムリング45の図示上下端面上を往復摺動する。そして、2つの第1、第2プランジャ41、42が2つの第1、第2シリンダヘッド33、34内の摺動面を図示上下方向に往復摺動する。そして、カムリング45の公転に伴って2つの第1、第2プランジャ41、42が交互にリフトし、図1の状態では第1プランジャ41は上死点に、第2プランジャ42は下死点に位置している。
上死点に位置する第1プランジャ41が下降すると、第1プランジャ室51内の圧力が低下し、バルブ室72内の燃料圧力が第1吸入弁31の開弁圧以上に高くなると、第1吸入弁31のボール弁70がバルブボデー66の弁座部71のシート面より離座することで弁孔69を開放(開弁)して燃料吸入経路21から環状流路73→燃料孔74→弁孔69→弁室75→複数の連通路77を経て第1プランジャ室51内に燃料が吸入される。
第1プランジャ41が下死点に達した後に、再び上昇を開始すると、第1プランジャ室51内の圧力が昇圧され、燃料圧力の上昇によって第1吸入弁31のボール弁70がバルブボデー66の弁座部71のシート面に着座することで弁孔69を閉塞(閉弁)して、更に第1プランジャ室51内の燃料圧力が更に上昇する。このとき、第1プランジャ室51に連通する第1吐出孔62内の燃料圧力が、第1吐出弁61の開弁圧以上に上昇すると、第1吐出弁61のボール弁53が開弁して、第1プランジャ室51から第1吐出孔62、第1スリーブニップル63内の燃料圧送経路64、高圧燃料配管6内の高圧供給路を経てコモンレール1内に圧送供給される。
一方、第2プランジャ42も、第1プランジャ41と同様に上死点と下死点との間を往復摺動することにより、第2プランジャ室52内の燃料は、第2吐出孔から第2吐出弁、第2スリーブニップル、高圧燃料配管6を経てコモンレール1内に圧送供給される。このように、サプライポンプ4は、カムシャフト11の1回転につき吸入行程、圧送行程が2サイクル行われるように構成されている。そして、コモンレール1内に蓄圧された高圧燃料は、インジェクタ2の電磁弁3を任意の噴射時期に駆動することで、所定のタイミングで、エンジンの各気筒の燃焼室内へ噴射供給することができる。
なお、サプライポンプ4の第1、第2プランジャ室51、52内から第1、第2吐出弁61、第1スリーブニップル63、高圧燃料配管6を経てコモンレール1内に吐出される燃料の吐出量は、ECUによってソレノイドコイル24へのポンプ駆動電流値を制御することにより吸入調量弁5の弁体23のリフト量、つまり燃料吸入経路21の開口面積を調整することによって、フィードポンプ12から吸入調量弁5、燃料吸入経路21、第1、第2吸入弁31、32を経て第1、第2プランジャ室51、52内に吸入される燃料の吸入量を調整することで制御できる。
すなわち、ECUからのポンプ駆動信号によって吸入調量弁5を電子制御することによって、ポンプ駆動回路を介してソレノイドコイル24に印加されるポンプ駆動電流値の大きさに比例して、第1、第2プランジャ室51、52内に吸入される燃料の吸入量を調整される。これにより、第1、第2プランジャ室51、52内より吐出される燃料の吐出量を変更することによって、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されたインジェクタ2からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力に相当するコモンレール圧力(コモンレール1内の燃料圧力)を制御することが可能となる。
[実施例1の特徴]
以上のように、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムに使用されるサプライポンプ4において、逆止弁機能を有する第1、第2吸入弁(低圧側逆止弁)31、32のボール弁70は、バルブボデー66、67間に形成される弁室75内に摺動自在に挿入されている。燃料は、燃料吸入経路21から環状流路73→燃料孔74を経てバルブ室72内へ導入される。バルブ室72内の燃料圧力が第1、第2プランジャ室51、52内の圧力よりも高くなると、ボール弁70がバルブボデー67の底壁面に移動して開弁する。
このとき、ボール弁70で複数の連通路77を塞がないように、ボール弁70の移動方向の中心軸線に対してズレた位置に複数の連通路77を形成している。したがって、燃料は、バルブ室72→弁孔69→弁室75→複数の連通路77を経て第1、第2プランジャ室51、52内に吸入される。そして、第1、第2プランジャ室51、52内に送られた燃料が、第1、第2プランジャ41、42の往動により昇圧され始めると、ボール弁70はバルブボデー66の弁座部71の略逆円錐形状のシート面に当たり自動調芯しながら閉弁する。
以上のように、本実施例の第1、第2吸入弁31、32のバルブボデー66、67に、弁室75内におけるボール弁70の全閉位置から全開位置までの、ボール弁70の移動距離を所定の範囲(例えば0.5〜0.9mm)内に制限することが可能な弁座部71および隔壁部76を設けたことにより、第1、第2吸入弁31、32の弁体として自動調芯作用のあるボール弁70を用いた場合でも、弁室75内におけるボール弁70の移動距離を制限できるので、第1、第2吸入弁31、32の弁室75の内容積を縮小化できる。また、ボール弁70を閉弁方向に付勢するコイルスプリングも廃止できる。
したがって、第1、第2吸入弁31、32のデッドスペース(弁室75の内容積)を縮小化することができ、且つ第1、第2吸入弁31、32の全長の増大化、特にサプライポンプ4の第1、第2プランジャ41、42の往復運動方向(高さ方向)の体格の増大化を抑えることができ、また、部品点数および組付工数を減少することができる。これにより、第1、第2プランジャ41、42の図示上下端面に対向するように、逆止弁機能を有する第1、第2吸入弁31、32を配置したサプライポンプ4のエンジンへの搭載性を向上することができ、且つ部品点数および組付工数の減少によってコストダウンを図ることができる。
また、バルブボデー67の隔壁部76によって第1、第2吸入弁31、32の弁室75とポンプエレメントの第1、第2プランジャ室51、52とを区画することにより、第1、第2プランジャ室51、52の容積の拡大を防止できるので、第1、第2プランジャ41、42の往動による第1、第2プランジャ室51、52内の燃料の昇圧力の低下を防止することができる。
また、バルブボデー67の隔壁部76に設けられる複数の連通路77を、ボール弁70の移動方向の中心軸線に対してオフセット配置したことにより、ボール弁70が全開位置まで移動して隔壁部76に当接した場合でも、ボール弁70によって複数の連通路77が閉塞されることはない。これにより、第1、第2吸入弁31、32のボール弁70が弁孔69を開放して隔壁部76の規制面にシートした場合でも、弁孔69よりも燃料の流れ方向の上流側のバルブ室72内の燃料を、弁孔69→弁室75→複数の連通路77を経て第1、第2プランジャ室51、52内に吸入することが可能となる。
図3は本発明の実施例2を示したもので、図3(a)はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した図で、図3(b)は板ばねを示した図である。
本実施例の第1、第2吸入弁31、32では、バルブボデー66、67間に形成される弁室75の内部に、ボール弁70を閉弁方向に付勢する板ばね(拘止部材、皿ばね)90を設けたことにより、ボール弁70の開弁方向への移動およびボール弁70の閉弁方向への移動を確実に行うことができる。ここで、板ばね90は、バルブボデー66、67間に挟み込まれて保持される円環状のフランジ部91、およびフランジ部91の内周側に所定の間隔(例えば90°間隔)で設けられた複数の突起部92を有している。
なお、これらの突起部92は、弾性変形が可能な板状弾性体を構成すると共に、ボール弁70が開弁した際に、ボール弁70を、そのボール弁70の移動方向の中心軸線上で保持することが可能であり、弁室75内におけるボール弁70の全閉位置から全開位置までの、ボール弁70の移動距離を所定の範囲(実施例1よりも小さい範囲)内に制限することが可能である。また、93は板ばね90内に形成される異形穴(燃料通路)である。
ここで、本実施例の第1、第2吸入弁(低圧側逆止弁)31、32の作動を簡単に説明する。ボール弁70は、バルブボデー66と板ばね90との間に摺動自在に挿入されている。また、ボール弁70は、板ばね90のセット荷重によりバルブボデー66の弁座部71の略逆円錐形状のシート面に押え付けられている。燃料は、燃料吸入経路21から環状流路73→燃料孔74を経てバルブ室72内へ導入される。バルブ室72内の燃料圧力が第1、第2プランジャ室51、52と板ばね90のセット荷重による圧力よりも高くなると、ボール弁70がバルブボデー66の弁座部71の略逆円錐形状のシート面より移動して開弁する。これにより、燃料は、バルブ室72→弁孔69→弁室75→複数の連通路77を経て第1、第2プランジャ室51、52内に送られる。そして、第1、第2プランジャ室51、52内に送られた燃料が、第1、第2プランジャ41、42の往動により昇圧され始めると、ボール弁70はバルブボデー66の弁座部71の略逆円錐形状のシート面に当たり自動調芯しながら閉弁する。
図4は本発明の実施例3を示したもので、図4(a)はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した図で、図4(b)は板ばねを示した図である。
本実施例のサプライポンプ4の第1、第2吸入弁31、32は、実施例1および実施例2と同様にして、第1、第2プランジャ41、42の図示上下端面(頂面)に対向するように、つまり第1、第2プランジャ41、42の往復運動方向の図示上下側に位置するように、第1、第2シリンダヘッド33、34内に保持されている。これらの第1、第2吸入弁31、32は、1つのバルブボデー80、およびこのバルブボデー80に形成された弁孔69を開閉する、自動調芯作用のある略球面体形状のボール弁(弁体)70を有し、第1、第2プランジャ室51、52から吸入調量弁5方向への燃料の逆流を防止する逆止弁として機能するもので、燃料吸入経路21と第1、第2プランジャ室51、52との間に配設されている。
バルブボデー80は、ポンプハウジング35の図示上下端部に形成された凹状部48内にプラグ49を締め付け固定することによって組み付けられている。なお、ポンプハウジング35の凹状部48の内周とプラグ49の外周との間には、燃料の外部への漏洩を防止するためのOリング50が装着されている。そして、バルブボデー80は、ボール弁70が弁孔69を閉じる際に着座すると共に、バルブボデー80と板ばね82とによって周囲を囲まれた弁室75内におけるボール弁70の移動距離を所定範囲(例えば0.5〜0.9mm)内に制限するための弁座部71を有している。この弁座部71には、ボール弁70の移動を、ボール弁70の全閉位置にて規制するための略逆円錐形状(テーパ形状)のシート面が設けられている。
そして、バルブボデー80とプラグ49との間には、バルブ室72が形成されており、また、バルブボデー80の弁孔69の半径方向には、弁孔69と燃料吸入経路21とを連通する燃料孔74が形成されている。なお、本実施例では、ポンプハウジング35の凹状部48の内周とバルブボデー80の外周との間に、燃料吸入経路21と燃料孔74とを連通する環状流路73が形成されている。また、バルブボデー80は、弁室75と第1、第2プランジャ室51、52とを区画する略円環状の突起部78を有している。この突起部78には、ボール弁70を摺動自在に収容する弁室75と第1、第2プランジャ室51、52とを連通する連通口79が形成されている。
第1、第2吸入弁31、32の各弁体を構成するボール弁70は、通常状態では、バルブボデー80の弁座部71のシート面に着座することで、弁孔69を閉塞(閉弁)している。吸入調量弁5から燃料吸入経路21を経て低圧燃料が流入すると、燃料圧力でボール弁70が開弁し、第1、第2プランジャ室51、52に燃料が吸入される。加圧が開始されると、第1、第2吸入弁31、32の各弁体は、第1、第2プランジャ室51、52内の燃料圧力で閉弁し、燃料の圧送が終了するまでこの状態を保持する。
また、本実施例の第1、第2吸入弁31、32では、ボール弁70を閉弁方向に付勢する板ばね(拘止部材、皿ばね)82を設けている。これによって、ボール弁70の開弁方向への移動およびボール弁70の閉弁方向への移動を確実に行うことができる。ここで、板ばね82は、バルブボデー80の突起部78に保持される被保持部83、およびボール弁70を保持する円形状の保持穴84を有している。なお、板ばね82は、弾性変形が可能な板状弾性体を構成すると共に、保持穴84によって、ボール弁70が開弁した際に、ボール弁70を、そのボール弁70の移動方向の中心軸線上で保持することが可能であり、弁室75内におけるボール弁70の全閉位置から全開位置までの、ボール弁70の移動距離を所定の範囲内に制限することが可能なものである。また、板ばね82は、連通口79を部分的に閉塞するように設けられているので、弁室75と第1、第2プランジャ室51、52とは常に連通している。
ここで、本実施例の第1、第2吸入弁(低圧側逆止弁)31、32の作動を簡単に説明する。ボール弁70は、バルブボデー80と板ばね82との間に摺動自在に挿入されている。また、ボール弁70は、板ばね82のセット荷重によりバルブボデー80の弁座部71の略逆円錐形状のシート面に押え付けられている。燃料は、燃料吸入経路21から環状流路73→燃料孔74を経てバルブ室72内へ導入される。バルブ室72内の燃料圧力が第1、第2プランジャ室51、52と板ばね82のセット荷重による圧力よりも高くなると、ボール弁70がバルブボデー80の弁座部71の略逆円錐形状のシート面より移動して開弁する。これにより、燃料は、バルブ室72→弁孔69→弁室75→連通口79を経て第1、第2プランジャ室51、52内に送られる。そして、第1、第2プランジャ室51、52内に送られた燃料が、第1、第2プランジャ41、42の往動により昇圧され始めると、ボール弁70はバルブボデー80の弁座部71の略逆円錐形状のシート面に当たり自動調芯しながら閉弁する。
本実施例のサプライポンプ4の第1、第2吸入弁31、32においては、弁室75内におけるボール弁70の全閉位置から全開位置までの、ボール弁70の移動距離を制限する制限部を、バルブボデー80に一体的に設けられた弁座部71と、ボール弁70を、弁座部71に着座する位置で拘止する板ばね82によって構成し、且つボール弁70を内蔵する弁室75を、バルブボデー80と板ばね82とによって周囲を取り囲むようにしている。これによって、実施例2では2分割されていたバルブボデーを一体化して、1つのバルブボデー80にて構成しているので、部品点数や組付工数が減少し、実施例2と比べて低コスト化を図ることができる。また、板ばね82は、ボール弁70の座面を中空にして受ける構造を備える。すなわち、板ばね82に、ボール弁70を保持する保持穴84を設けたことにより、第1、第2吸入弁31、32のデッドボリュームが少なくなる。
図5は本発明の実施例4を示したもので、図5(a)はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した図で、図5(b)は板ばねを示した図である。
本実施例のサプライポンプ4の第1、第2吸入弁31、32のバルブボデー80の弁座部71には、ボール弁70の移動を、ボール弁70の全閉位置にて規制するための略半球面形状のシート面が設けられている。また、本実施例では、拘止部材としてスプリング94を使用している。このスプリング94は、略円形状の断面を有し、ボール弁70の移動方向の中心軸線方向に対して略直交する方向の中心軸線に対して対称形状とされている。そして、スプリング94の両端部は、バルブボデー80の内周形状に沿って外側に折り曲げられてフック部95とされている。
また、スプリング94は、ボール弁70の座面を中空にして受ける構造を備える。すなわち、スプリング94には、両側のフック部95と連結部96との間に、ボール弁70を、そのボール弁70の移動方向の中心軸線上で保持することが可能な一対の湾曲部97が形成されている。これにより、第1、第2吸入弁31、32のデッドボリュームが少なくなる。なお、バルブボデー80は、突起部78が廃止されており、バルブボデー80の連通口79を形成する内壁面に、スプリング94の両側のフック部95および連結部96を保持する保持溝81を有している。この場合、保持溝81に、ボール弁70の開弁によってスプリング94の両側のフック部95間が所定値以上拡開してスプリング94のセット荷重が変化するのを防止するために、スプリング94の両側のフック部95の各々を所定の間隔で係止する凸状の係止部等を設けても良い。また、スプリング94の断面形状を方形状としても良い。
ここで、本実施例の第1、第2吸入弁(低圧側逆止弁)31、32の作動を簡単に説明する。ボール弁70は、バルブボデー80とスプリング94との間に摺動自在に挿入されている。また、ボール弁70は、スプリング94のセット荷重によりバルブボデー80の弁座部71の略半球面形状のシート面に押え付けられている。燃料は、燃料吸入経路21から環状流路73→燃料孔74を経てバルブ室72内へ導入される。バルブ室72内の燃料圧力が第1、第2プランジャ室51、52とスプリング94のセット荷重による圧力よりも高くなると、ボール弁70がバルブボデー80の弁座部71の略半球面形状のシート面より移動して開弁する。これにより、燃料は、バルブ室72→弁孔69→弁室75→連通口79を経て第1、第2プランジャ室51、52内に送られる。そして、第1、第2プランジャ室51、52内に送られた燃料が、第1、第2プランジャ41、42の往動により昇圧され始めると、ボール弁70はバルブボデー80の弁座部71の略半球面形状のシート面に当たり自動調芯しながら閉弁する。
[変形例]
本実施例では、板ばね82およびスプリング94によって1つのバルブボデー80の連通口79からのボール弁70の脱落を防止しているが、1つのバルブボデー80の連通口79を形成する内壁面に、ボール弁70の抜け止めの凸状の突起部を設けても良い。この場合には、突起部を略円環状または部分円環状に形成する。また、1つのバルブボデー80の連通口79を形成する内壁面に設けた保持溝に係止したサークリップによって、1つのバルブボデー80の連通口79からのボール弁70の脱落を防止しても良い。また、拘止部材としてのスプリングを網目状または格子状に形成しても良い。
本実施例では、本発明を、コモンレール式燃料噴射システムに使用されるサプライポンプ4に適用した例を説明したが、本発明を、内燃機関用燃料噴射装置に使用される分配型燃料噴射ポンプまたは列型燃料噴射ポンプに適用しても良い。なお、ポンプエレメントの数、つまりプランジャの本数は、1つでも、3つ以上でも任意である。また、吸入弁の個数も、プランジャの本数に応じて、1つでも、3つ以上でも任意である。
本実施例では、略球面形状の弁体として、自動調芯作用のある略球面体形状のボール弁70を採用したが、略球面形状の弁体として、弁孔69側が略半球面形状で、且つ連通路77側が略円柱形状等の、自動調芯作用のある弁体を採用しても良い。また、バルブボデー66、67を一体化しても良い。また、バルブボデー66、67と第1、第2シリンダヘッド33、34とを一体化しても良い。また、バルブボデー80と第1、第2シリンダヘッド33、34とを一体化しても良い。また、バルブボデー66とプラグ49とを一体化しても良い。また、バルブボデー80とプラグ49とを一体化しても良い。また、ポンプハウジング35と2つの第1、第2シリンダヘッド33、34のうちのいずれかのシリンダヘッドとを一体化しても良い。
サプライポンプ用の吸入弁構造を示した断面図である(実施例1)。 コモンレール式燃料噴射システムの全体構造を示した概略図である(実施例1)。 (a)はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した断面図で、(b)は(a)のA視図である(実施例2)。 (a)はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した断面図で、(b)は(a)のB視図である(実施例3)。 (a)はサプライポンプ用の吸入弁構造を示した断面図で、(b)はスプリングを示した平面図である(実施例4)。 燃料噴射ポンプ用の吸入弁構造を示した断面図である(従来の技術)。 燃料噴射ポンプ用の吸入弁構造を示した断面図である(従来の技術)。
符号の説明
1 コモンレール
2 インジェクタ(電磁式燃料噴射弁)
3 電磁弁
4 サプライポンプ(燃料噴射ポンプ)
5 吸入調量弁(SCV)
11 カムシャフト
21 燃料吸入経路
31 第1吸入弁(燃料噴射ポンプ用逆止弁)
32 第2吸入弁(燃料噴射ポンプ用逆止弁)
35 ポンプハウジング
41 第1プランジャ
42 第2プランジャ
51 第1プランジャ室
52 第2プランジャ室
66 バルブボデー(第1バルブボデー)
67 バルブボデー(第2バルブボデー)
69 弁孔
70 ボール弁(吸入弁の弁体)
71 弁座部(制限部、第1弁座部)
75 弁室
76 隔壁部(制限部、第2弁座部)
77 連通路
78 突起部
79 連通口(連通路)
80 バルブボデー
82 板ばね(制限部、拘止部材)
90 板ばね(制限部、拘止部材)
94 スプリング(制限部、拘止部材)

Claims (10)

  1. 燃料噴射ポンプのシリンダ内に摺動自在に保持されたプランジャの往復運動によって燃料を加圧して高圧化する加圧室内に、燃料吸入経路を経て燃料を吸入させるための吸入弁であって、
    前記加圧室内から前記燃料吸入経路側への燃料の逆流を防止するための燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記プランジャの往復運動方向の一端側で、且つ前記加圧室よりも燃料の流れ方向の上流側に設置されて、前記燃料吸入経路に連通する弁孔、および前記加圧室に連通する連通路を有するバルブボデーと、
    前記弁孔を開閉する略球面形状の弁体と、
    内部に前記弁体を摺動自在に収容する弁室と、
    この弁室内における前記弁体の全閉位置から全開位置までの、前記弁体の移動距離を制限する制限部と
    を備えたことを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  2. 請求項1に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記バルブボデーは、前記弁孔を有する第1バルブボデー、およびこの第1バルブボデーよりも前記加圧室側に設置されて、前記連通路を有する第2バルブボデーによって構成されており、
    前記弁室は、前記第1バルブボデーと前記第2バルブボデーとによって周囲を囲まれていることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  3. 請求項2に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記制限部は、前記第1バルブボデーに一体的に設けられて、前記弁体が前記弁孔を閉じる際に着座する第1弁座部と、
    前記第2バルブボデーに一体的に設けられて、前記弁体が前記弁孔を開く際に着座する第2弁座部と
    を有していることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  4. 請求項2に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記制限部は、前記第1バルブボデーに一体的に設けられて、前記弁体が前記弁孔を閉じる際に着座する弁座部と、
    前記弁体を、前記弁座部に着座する位置で拘止する拘止部材と
    を有していることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  5. 請求項4に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記拘止部材は、前記弁体を、前記弁座部に着座する方向に付勢する、弾性変形が可能な弾性体であることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  6. 請求項4または請求項5に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記弁座部は、前記弁体の形状に対応した略球面形状に形成されていることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  7. 請求項2ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記第2バルブボデーは、前記弁室と前記加圧室とを区画する隔壁部を有し、
    前記連通路は、前記弁室と前記加圧室とを連通すると共に、前記隔壁部において前記弁体の移動方向の中心軸線に対してオフセット配置されていることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  8. 請求項1に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記制限部は、前記バルブボデーに一体的に設けられて、前記弁体が前記弁孔を閉じる際に着座する弁座部と、
    前記弁体を、前記弁座部に着座する位置で拘止する拘止部材と
    を有し、
    前記弁室は、前記バルブボデーと前記拘止部材とによって周囲を囲まれていることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  9. 請求項8に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記拘止部材は、前記弁体を、前記弁座部に着座する方向に付勢する、弾性変形が可能な弾性体であることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
  10. 請求項8または請求項9に記載の燃料噴射ポンプ用逆止弁において、
    前記弁座部は、前記弁体の形状に対応した略球面形状に形成されていることを特徴とする燃料噴射ポンプ用逆止弁。
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