JP2006183647A - 燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの固着を生ずることがなく、信頼性が高く,加工作業が容易なバルブを有する燃料供給ポンプを提供する。
【解決手段】バルブボディ３は、インレットバルブボディ５とアウトレットバルブボディ６とが接合され一体化されてなり、その接合部分に燃料溜まり室７が画成されており、この燃料溜まり室７を挟むようにしてインレットバルブ１とアウトレットバルト２とが配設されており、吸入路５ｂ、インレットバルブ１、燃料溜まり室７及び吸入吐出兼用通路５ｄを介してプランジャ室５６Ａへの燃料の吸入がなされるようになっている一方、吸入吐出兼用通路５ｄ、燃料溜まり室７及びアウトレットバルブ２を介してプランジャ室５６Ａからの圧縮燃料の吐出がなされるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用燃料供給ポンプに係り、特に、構造の改良等を図ったものに関する。

従来、この種の装置としては、例えば、高圧ポンプとフィードポンプを主たる構成要素してなる燃料供給ポンプであって、特にコモンレール式燃料噴射装置のサプライポンプとして用いられるものが良く知られている（特許文献１参照）。
かかる燃料供給ポンプを構成する高圧ポンプにおいては、インレット・アウトレットバルブ（以下、「ＩＯバルブ」と称する）として、アウトレットバルブに挿入穴を形成し、この挿入穴にインレットバルブとばねとを、ばねによってインレットバルブが燃料の流入通路側に付勢されるようにして、しかも、アウトレットバルブとインレットバルブとが同軸状に配設されるように構成されたものが用いられている。

特開２００３−１８４７０３号公報（第２−５頁、図１−図６）

しかしながら、上述したような構成にあっては、アウトレットバルブとインレットバルブとが同軸状に配設されることから、軸方向での摺動の円滑さを確保する等の観点から、アウトレットバルブとバルブボディとの間のクリアランスやアウトレットバルブとインレットバルブとの間のクリアランスが、このような同軸状の配置を採らない構成に比して比較的大きくなり、そのため、バルブがその本来の軸方向に対して傾斜してしまい、摺動性が低下する虞れがあるという問題があった。

また、アウトレットバルブ及びインレットバルブが収納されるバルブボディは、１つの部材を用いて、しかも、内部に比較的大きなスペースの室を形成する構成となっているが、一体型の部材内部にこのような空間を設ける加工作業は手間を要し、結局、ＩＯバルブとしての単体の高価格化のみならず、燃料供給ポンプの高価格化を招く等の問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、バルブの摺動性を改善し、信頼性が高い燃料供給ポンプを提供するものである。
本発明の他の目的は、加工作業が容易で、低価格のバルブを有する燃料供給ポンプを提供することにある。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料供給ポンプは、
燃料圧縮室への燃料の吸入及び当該燃料圧縮室からの燃料の吐出を制御するＩＯバルブを有する燃料供給ポンプであって、
前記ＩＯバルブは、インレットバルブボディとアウトレットバルブボディとが一体化されてなるバルブボディにインレットバルトとアウトレットバルブとが設けられ、
前記インレットバルブボディとアウトレットバルブとの接合部には、燃料溜まり室が形成され、当該燃料溜まり室を挟むように前記インレットバルブとアウトレットバルトとが配設されると共に、当該インレットバルブとアウトレットバルブの間には、前記インレットバルブを座面に着座せしめる付勢手段が設けられ、
前記インレットバルブは、前記インレットバルブボディに形成された吸入通路を介して前記燃料圧縮室へ燃料を吸入せしめる一方、前記アウトレットバルブは、前記燃料圧縮室で圧縮された燃料を吐出せしめるよう構成されてなるものである。

本発明によれば、インレットバルブとアウトレットバルブが従来と異なり、同一の軸線上に配置されているため、バルブボディとの間のくリアランスが、インレットバルブとアウトレットバルブとが同軸状に配設された従来構成に比して小さく設定でき、そのため、クリアランスが大きいことに起因する動作中のバルブの摺動性の低下を防止し、信頼性の向上と共に、バルブ全体が従来に比して小型化された燃料供給ポンプを提供することができる。
また、バルブボディを２つの部材を用いて一体化したため、１つの部材からなる従来のバルブボディに比して、その内部への通路などの加工作業が極めて容易で、ひいては装置の低価格化を実現することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本発明の実施の形態における燃料供給ポンプは、特に、コモンレール式燃料噴射装置のサプライポンプとして用いられるものに適用されるもので、まず、最初に、図３を参照しつつ、コモンレール式燃料噴射装置の一構成例について説明する。
コモンレール式燃料噴射装置は、高圧ポンプ１０１と、フィードポンプ１０２と、コモンレール１０３と、複数のインジェクタ１０４とを主たる構成要素として構成されてなるもので、その基本的な構成は従来から良く知られているものである。そして、本発明に実施の形態における燃料供給ポンプＰは、高圧ポンプ１０１とフィードポンプ１０２とを主たる構成要素としてなるものである。

高圧ポンプ１０１には、フィードポンプ１０２によって燃料タンク１０５から吸い上げられた燃料がフィルタ１０６を介して供給されて、この供給された燃料を後述するようにしてコモンレール１０３へ圧送するようになっている一方、過剰に供給された燃料は、第１又は第２のリターン通路９２，９３を介して燃料タンク１０５へ戻されるようになっている。

かかる高圧ポンプ１０１には、エンジン（図示せず）の駆動力によって上下動される２つのプランジャ５６が設けられており、このプランジャ５６の上下動によって容積が可変するそれぞれの燃料圧縮室としてのプランジャ室５６Ａには、それぞれに対応して設けられたＩＯバルブ７１を介して燃料が流入して後述するようにプランジャ室５６ＡからＩＯバルブ７１を介してコモンレール１０３へ圧送されるようになっている。
高圧ポンプ１０１には、フィードポンプ１０２からの燃料の流量を制御するための比例制御弁１０７が途中に設けられた供給通路９１が形成されており、上述のＩＯバルブ７１に連通して、プランジャ室５６Ａへの燃料の供給が行われるようになっている。

さらに、高圧ポンプ１０１には、一端が共に連通して燃料タンク１０５へ接続される２つの第１及び第２のリターン通路９２，９３が設けられており、第１のリターン通路９２の他端は、比例制御弁１０７の入力側の供給通路１０７の適宜な位置に接続される一方、第２のリターン通路９３の他端は、比例制御弁１０７とＩＯバルブ７１との間の供給通路１０７の適宜な位置に接続されたものとなっている。
そして、第１のリターン通路９２の途中には、オーバーフローバルブ１０８が、また、第２のリターン通路９３の途中には、オリフィス１０９が、それぞれ設けられている。

図２には、本発明の実施の形態における燃料供給ポンプＰをプランジャ５６の軸線に沿って切断した際の一断面図が示されており、同図を参照しつつその機構的な構成について説明する。なお、図示の都合上、一部の説明においては、図１を参照することとする。
燃料供給ポンプＰのポンプハウジング５１内には、エンジン（図示せず）の駆動力により駆動されるカムシャフト５３に設けられたカム５３ａが配されるカム収納室５２が、ポンプハウジング５１の比較的下部（図２において紙面下部）に形成されると共に、このカム収納室５２から上方へ伸びるようにしてバレル孔５４が形成されている。そして、バレル孔５４には、大凡円筒状のプランジャバレル５５が嵌挿されている。

プランジャバレル５５には、その軸方向（図２において紙面上下方向）にプランジャ収納孔５５ａと、このプランジャ収納孔５５ａに連通するようにしてバルブ収納孔５５ｂとが穿設されている。なお、バルブ収納孔５５ｂは、図２においてプランジャ収納孔５５ａの上部に位置するものとなっている。

そして、プランジャ収納孔５５ａには、プランジャ５６が上下方向で摺動可能に収納されている。
このプランジャ５６の一端、すなわち、カムシャフト５３側の端部には、ばね受け５７と共にタペット５８が固着されている。
また、ばね受け５７の上方の位置で、バレル孔５４の適宜な位置には、環状突起５９が形成されており、この環状突起５９とばね受け５７との間にブランジャばね６０が配設されて、プランジャ５６がタペット５８を介してカム５３ａへ常に付勢されるようになっている。

一方、バルブ収納孔５５ｂには、ＩＯバルブ７１がバルブホルダ７２とプランジャバレル５５と間に組み付けられるように収納されている。すなわち、ＩＯバルブ７１は、バルブ収納孔５５ｂの底部へ押し付けられるように嵌挿される共に、その上部側（図２において紙面上部側）にバルブホルダ７２の一方の端部が接合するように設けられたものとなっている。このバルブホルダ７２の外周の一部には、バルブ収納孔５５ｂの内周に形成された内ねじ（図示省略）と螺合する外ねじ（図示省略）が形成されており、バルブ収納孔５５ｂに締着されるようになっている。

このバルブホルダ７２の内部には、ＩＯバルブ７１側に開口を有する収納穴７２ａが、バルブホルダ７２の軸方向のほぼ中央付近まで形成されると共に、この収納穴７２ａに連通し、かつ、ＩＯバルブ７１と反対側の端部で開口する吐出通路７２ｂが穿設されている（図１参照）。
収納穴７２ａは、その内部に後述するＩＯバルブ７１を構成するアウトレットバルブ２の端部及び弁部２ａが適宜な余裕を以て位置できる程度の大きさに形成されている（図１参照）。

この収納穴７２ａの底部、すなわち、吐出通路７２ｂが連通する部位には、アウトレットばね受け７３が嵌挿されている。このアウトレットばね受け７３は、その中央部分に先の吐出通路７２ｂとほぼ同一径を有して吐出通路７２ｂと連通する連通孔７３ａが穿設されたものとなっている。そして、アウトレットばね受け７３とアウトレットバルブ２の弁部２ａとの間にアウトレットばね７４が弾装されており、アウトレットバルブ２が後述するアウトレットバルブボディ６の座面６ｃへ常時付勢されるようになっている（図１参照）。
なお、吐出通路７２ｂは、図示されない配管を介してコモンレール１０３へ連通するものとなっている。

図１には、ＩＯバルブ７１の拡大断面が示されており、以下、同図を参照しつつＩＯバルブ７１について詳述する。
本発明の実施の形態におけるＩＯバルブ７１は、インレットバルブ１と、アウトレットバルブ２と、バルブホディ３と、インレットバルブばね４とを有して構成されたものとなっている。
まず、バルブボディ３は、インレットバルブボディ５とアウトレットバルブボディ６の２つからなり、相互に接合、固着されて一体化されたものとなっている。なお、固着手段は、特定の方法に限定される必要は無いが、例えば、溶接、ねじ止め等が適宜用いられる。

インレットバルブボディ５には、そのほぼ中央付近において、インレットバルブ１が摺動可能に挿入されるインレット挿入穴５ａが縦方向（図１において紙面上下方向）に形成されている。そして、このインレット挿入穴５ａの底部近傍において、インレット挿入穴５ａに直交するようにしてインレット挿入穴５ａと連通する吸入路５ｂがインレットバルブボディ５の側面まで形成されて、側面に開口したものとなっている。この吸入路５ｂは、プランジャバレル５５に形成された供給通路９１に連通するようになっている（図２参照）。

インレットバルブ１は、柱状部材の一端部近傍に大径の弁部１ａが形成されると共に、この弁部１ａの下側（図１において紙面下側）、すなわち、柱状部材の一端部と反対側の部位の外周に羽根状案内部１ｂ複数形成されたものとなっている。
羽根状案内部１ｂ側の弁部１ａの周縁近傍には、シート面１ｃが形成されており、このシート面１ｃが、先のインレットバルブボディ５のインレット挿入穴５ａの開口部分に形成された座面５ｃと接合することでインレットバルブ１が座面５ｃに着座できるようになっている。なお、本発明の実施の形態においては、上述した羽根状案内部１ｂは、その下端部が図１に示されたようにインレットバルブ１が座面５ｃに着座した状態において吸入路５ｂの開口部分の縁付近に位置する程度の長さに形成されたものとなっている。

また、インレットバルブボディ５には、インレット挿入穴５ａの近傍にインレット挿入穴５ａと並行して吸入吐出兼用通路５ｄが穿設されており、その２つの端部は、インレットバルブボディ５の上下の面にそれぞれ開口したものとなっている。この吸入吐出兼用通路５ｄの一端は、後述するようにインレットバルブボディ５とアウトレットバルブボディ６との間に画成される燃料溜まり室７に開口する一方、他端側は、プランジャ室５６Ａに連通するようになっている。

一方、アウトレットバルブボディ６には、インレットバルブボディ５との接合面のほぼ中央部分に、インレットバルブ１及びアウトレットバルブ２の軸方向における断面形状がほぼ台形状の凹部６ａが形成されている。そして、この凹部６ａとインレットバルブボディ５との接合面とによって燃料溜まり室７が画成されている。
この燃料溜まり室７には、先に述べたインレットバルブ１の一端部及び弁部１ａがほぼ中央に位置すると共に、吸入吐出兼用通路１ｄの一端が開口したものとなっている。

さらに、この凹部６ａに連通するようにしてインレットバルブボディ５と反対側へアウトレット挿入孔６ｂが穿設されており、このアウトレット挿入孔６ｂにはアウトレットバルブ２が摺動自在に挿入されるようになっている。すなわち、本発明の実施の形態において、インレットバルブ１とアウトレットバルブ２は、燃料溜まり室７を挟んで同一軸上に配設された構造となっている。
アウトレットバルブ２は、その軸方向の長さが先のインレットバルブ１よりやや長目である点を除けば、基本的な形状は、インレットバルブ１と同様に形成されてなるものである。すなわち、インレットバルブ１側に位置するアウトレットバルブ２の端部と反対側の端部近傍に弁部２ａが設けられると共に、この弁部２ａの下部側、すなわち、インレットバルブ１側に位置する部位には複数の羽根状案内部２ｂが周方向で適宜な間隔を隔てて形成されている。

そして、弁部２ａの羽根状案内部２ｂ側の周縁近傍には、シート面２ｃが形成されており、このシート面２ｃが、アウトレットバルブボディ６の上面、すなわち、インレットバルブボディ５との接合面と反対側の面に開口するアウトレット挿入孔５ａの開口部分に形成された座面６ｃと接合することでアウトレットバルブ２が座面６ｃに着座できるようになっている。

さらに、インレットバルブ１の弁部１ａとアウトレットバルブ２の羽根状案内部２ｂの端面との間に、付勢手段としてのコイル状に形成されたインレットばね４が弾装されており、これによって、インレットバルブ１はインレットバルブボディ５の座面５ｃへ常時付勢されるようになっている。

次に、上記構成における燃料供給ポンプＰの動作について、特に、ＩＯバルブ７１の動作を中心に説明する。
エンジン（図示せず）が回転を開始すると、その駆動力が図示されない機構によって伝達されてカムシャフト５３が回転し、それと共にカム５３ａが回転する。カム５３ａの回転に伴いタペット５８が上下動すると共にプランジャ５６が上下動することとなる。
フィードポンプ１０２は、図示は省略されているがカムシャフト５３と共にエンジンにより駆動されるようになっているため、カムシャフト５３が回転されると共にフィードポンプ１０２も駆動されて、燃料タンク１０５から燃料を吸い上げて高圧ポンプ１０１へ燃料が供給されることとなる。

例えば、プランジャ５６が上死点から下死点へ移動すると、燃料溜まり室７の圧力が下がり、インレットバルブ１に加わる背圧が低くなり、相対的に吸入路５ｂの圧力が高くなる。そして、吸入路５ｂ内の圧力がインレットばね４の付勢力を越えると、インレットバルブ１が押し上げられて、フィードポンプ１０２から供給通路９１を介して吸入路５ｂへ流入し吸入路５ｂを満たしていた燃料がインレットバルブ１の弁部１ａに形成されたシート面１ｃとインレットバルブボディ５の座面５ｃとに生じた間隙を介して燃料溜まり室７へ流入することとなる。さらに、燃料溜まり室７へ流入した燃料は、吸入吐出兼用通路５ｄを介してプランジャ室５６Ａへ流入し、プランジャ室５６Ａへ対する燃料供給がなされることとなる。かかる状態は、プランジャ５６が下死点に達するまで継続することとなる。

次いで、プランジャ５６が下死点から上方へ移動すると、燃料溜まり室７の圧力が上昇し、インレットバルブ１に加わる背圧が高くなり、相対的に吸入路５ｂ内の圧力が低くなる。このため、吸入路５ｂ内の燃料がインレットバルブ１を押し上げる力に比して、インレットバルブ１に加わる背圧とインレットばね４の付勢力との合力が大きくなるので、インレットバルブ１の弁部１ａに形成されたシート面１ｃが、インレットバルブボディ５の座面５ｃに押し付けられ、吸入路５ｂが閉じられる。すなわち、換言すれば、吸入路５ｂと燃料溜まり室７との連通が遮断されることとなる。

吸入路５ｂが閉じられ、プランジャ５６がさらに上方へ移動すると、燃料溜まり室７の圧力がさらに上昇し、アウトレットバルブ２に加わる背圧がバルブホルダ７２内に配されたアウトレットばね７４の付勢力及びアウトレットバルブ２の下流側の圧力に比して大きくなる。なお、ここで、アウトレットバルブ２の下流側とは、バルブホルダ７２の収納穴７２ａに位置するアウトレットバルブ２の弁部２ａよりもコモンレール１０３側を意味する。

その結果、アウトレットバルブ２の弁部２ａに形成されたシート面２ｃがアウトレットバルブボディ６の座面６ｃから離間し、吸入吐出兼用通路５ｄが開くこととなる。すなわち、プランジャ室５６Ａで加圧された燃料が吸入吐出兼用通路５ｄ、燃料溜まり室７、弁部２ａのシート面２ｃとアウトレットバルブボディ６の座面６ｃとの間、バルブホルダ７２の収納穴７２及びアウトレットばね受け７３の連通孔７３ａ、バルブホルダ７２の吐出通路７２ｂを介してコモンレール１０３へ供給されることとなる。かかる状態は、プランジャ５６が上死点に達するまで継続することとなる。
コモンレール１０３に供給された燃料は、各インジェクタ１０４へ分配され、インジェクタ１０４は、図示されない制御部の制御に基づいてエンジン（図示せず）へ燃料噴射を行うようになっている。

なお、フィードポンプ１０２からプランジャ室５６Ａに供給される燃料の量は、比例制御弁１０７による単位時間当たりの燃料流量の制御によって調整されるようになっている。
比例制御弁１０７による流量の制御により比例制御弁１０７の手前側で余分となる燃料は、第１のリターン通路９２を介して燃料タンク１０５へ戻される。ここで、第１のリターン通路９２にはオーバーフローバルブ１０８が設けられており、このオーバーフローバルブ１０８は、常時開成状態とされているために、比例制御弁１０７から上流側における供給通路９１の圧力は所定の範囲内の圧力に保持されるようになっている。

また、比例制御弁１０７は、全閉状態の場合において燃料の流れを完全に遮断することができないため、比例制御弁１０７より下流側の供給通路９１へ燃料のリークが生ずるが、そのリーク燃料は、第２のリターン通路９３及び第１のリターン通路９２を介して燃料タンク１０５へ戻されることとなる。なお、第２のリターン通路９３を流れる燃料タンク１０５への戻し燃料は、この第２のリターン通路９３に設けられたオリフィス１０９によってその単位時間当たりの流量が所定値内に維持されることとなる。

本発明の実施の形態における燃料供給ポンプに用いられるＩＯバルブの構成例を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態における燃料供給ポンプの構成例を示す一部断面図である。 本発明の実施の形態における燃料供給ポンプが用いられるコモンレール式燃料噴射装置の構成例を示す構成図である。

符号の説明

１…インレットバルブ
１ａ…弁部
１ｃ…シート面
２…アウトレットバルブ
２ａ…弁部
２ｃ…シート面
３…バルブボディ
５…インレットバルブボディ
５ｂ…吸入路
５ｄ…吸入吐出兼用通路
６…アウトレットバルブボディ
７…燃料溜まり室

Claims (6)

1. 燃料圧縮室への燃料の吸入及び当該燃料圧縮室からの燃料の吐出を制御するＩＯバルブを有する燃料供給ポンプであって、
   前記ＩＯバルブは、インレットバルブボディとアウトレットバルブボディとが一体化されてなるバルブボディにインレットバルトとアウトレットバルブとが設けられ、
   前記インレットバルブボディとアウトレットバルブとの接合部には、燃料溜まり室が形成され、当該燃料溜まり室を挟むように前記インレットバルブとアウトレットバルトとが配設されると共に、当該インレットバルブとアウトレットバルブの間には、前記インレットバルブを座面に着座せしめる付勢手段が設けられ、
   前記インレットバルブは、前記インレットバルブボディに形成された吸入通路を介して前記燃料圧縮室へ燃料を吸入せしめる一方、前記アウトレットバルブは、前記燃料圧縮室で圧縮された燃料を吐出せしめるよう構成されてなることを特徴とする燃料供給ポンプ。
2. インレットバルブボディには、一端が燃料溜まり室に、他端が燃料圧縮室にそれぞれ開口する吸入吐出兼用通路が形成されると共に、前記燃料溜まり室へ開口し、前記インレットバルブが摺動自在に収納されるインレット挿入穴が形成され、当該インレット挿入穴に吸入通路が連通せしめられてなることを特徴とする請求項１記載の燃料供給ポンプ。
3. アウトレットバルブボディには、一端が燃料溜まり室に、他端がバルブボディの外部へそれぞれ開口し、アウトレットバルブが摺動自在に収納されるアウトレット挿入孔が形成されてなることを特徴とする請求項２記載の燃料供給ポンプ。
4. インレットバルブには、大径の弁部が形成され、当該弁部が燃料溜まり室に位置すると共に、インレット挿入穴の開口周縁に形成されたシート面に着座可能に設けられてなることを特徴とする請求項３記載の燃料供給ポンプ。
5. アウトレットバルブには、大径の弁部が形成され、当該弁部がバルブボディの外部に位置すると共に、アウトレット挿入孔の開口周縁に形成されたシート面に着座可能に設けられてなることを特徴とする請求項４記載の燃料供給ポンプ。
6. アウトレットバルブの弁部より下側のアウトレット挿入孔に位置する部位には、その外周方向で羽根状の部位が複数形成され、当該羽根状の部位の端部とインレットバルブの弁部との間に、コイル状ばねを用いてなる付勢手段が弾装されてなることを特徴とする請求項５記載の燃料供給ポンプ。

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