JP2007138805A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】体格の大型化を招くことなく、加圧室に供給される燃料の圧力脈動を低減する高圧燃料ポンプを提供する。
【解決手段】加圧室１５へ燃料を供給する低圧燃料通路を構成している燃料室１８には、ダンパ９０が設置されている。ダンパ９０は、燃料室１８側に内周側ほど燃料室１８側へ突出する段差部９４を有している。ダンパ９０に複数の段差部９４を形成することにより、ダンパ９０の変形の起点となる節の数が増大する。これにより、ダンパ９０は、燃料室１８における燃料の圧力変化にともなう変形量が増大し、ダンパ９０が内部に形成する空間部９３の容積変化の範囲は増大する。そのため、ダンパ９０の体格が同一であれば圧力脈動の低減効果が大きくなり、圧力脈動の低減効果が同一であればダンパ９０の体格が小型化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プランジャの往復移動により加圧室に吸入した燃料を加圧する高圧燃料ポンプに関する。

従来、高圧燃料ポンプは、加圧室に供給される燃料の圧力脈動を低減するため、加圧室へ燃料を供給する低圧燃料通路にダンパを備えている（特許文献１、２参照）。特許文献１、２に開示されているダンパの場合、内部に気体が充填される密閉した空間を形成している。低圧燃料通路の燃料の圧力が変化すると、ダンパが形成する空間の容積は変化する。これにより、低圧燃料通路における燃料の圧力脈動は、ダンパの容積の変化によって吸収される。

特開２００１−１９３１８６公報 特開２００５−０４２５５４公報

しかしながら、特許文献１に開示されているダンパの場合、低圧燃料通路に面する側、すなわち受圧側の可動範囲が小さい。そのため、ダンパが形成する空間の容積は、変化可能な領域が小さくなる。その結果、所望の圧力脈動の低減を達成するためには、ダンパの大型化あるいはダンパの数の増大を必要とし、高圧燃料ポンプの体格の大型化を招くという問題がある。特許文献２に開示されているダンパでは、受圧側を波形状に形成しているものの、受圧側の可動範囲を増大する効果は小さい。

そこで、本発明の目的は、体格の大型化を招くことなく、加圧室に供給される燃料の圧力脈動を低減する高圧燃料ポンプを提供することにある。

請求項１記載の発明では、内部に密閉された空間を形成するダンパは燃料からの圧力を受ける側に段差部を有している。ダンパに複数の段差部を形成することにより、ダンパの変形の起点となる節が増加する。そのため、ダンパは、各節を起点として変形し、全体の変形量が増加する。その結果、ダンパが形成する空間の容積の変化量は増大し、体格が同一であれば圧力脈動の低減効果が大きくなり、圧力脈動の低減効果が同一であれば体格が小型化される。したがって、体格の大型化を招くことなく、加圧室に供給される燃料の圧力脈動を低減することができる。

また、請求項１記載の発明では、ダンパに段差部を形成することにより、ダンパの弾性力に分布が生じる。すなわち、複数の段差部を形成する場合、外周側ほど変形しやすくなり、内周側ほど変形しにくくなる。そのため、通常の圧力脈動は、外周側の段差部の変形により吸収し、サージパルス的な異常な圧力脈動は内周側の変形によって吸収することができる。したがって、広い範囲の圧力脈動を吸収することができる。

請求項２記載の発明では、ダンパは金属で形成されている。これにより、複数の段差部を容易に形成することができる。また、ダンパを金属で形成することにより、燃料による腐食を防止することができる。
請求項３記載の発明では、段差部は、内周側ほど低圧燃料通路側に突出している。これにより、ダンパに複数の段差部を形成する場合でも、ダンパの内側に形成される空間の容積は増大する。したがって、体格の大型化を招くことなく、加圧室に供給される燃料の圧力脈動を低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による高圧燃料ポンプを図１に示す。高圧燃料ポンプ１０は、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンのインジェクタに燃料を供給する燃料供給ポンプである。
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１０は、ハウジング本体１１、カバー１２、プランジャ１３、調量弁部５０および吐出弁部７０などを備えている。ハウジング本体１１およびカバー１２は、特許請求の範囲のハウジングを構成している。ハウジング本体１１は、例えばマルテンサイト系のステンレスなどで形成されている。ハウジング本体１１は、円筒状のシリンダ１４を形成している。ハウジング本体１１のシリンダ１４には、プランジャ１３が軸方向へ往復移動可能に支持されている。

ハウジング本体１１は、導入通路２１、吸入通路２２、加圧室１５および吐出通路２３などを形成している。ハウジング本体１１は筒部１６を有している。筒部１６は、略円筒状に形成され、内部に導入通路２１と吸入通路２２とを連通する通孔部２０を形成している。筒部１６は、シリンダ１４と概ね垂直に形成されており、途中で内径が変化している。筒部１６には、シート部材３０およびガイド部材４０が収容されている。

燃料室１８は、ハウジング本体１１とカバー１２との間に形成されている。燃料室１８には、図示しない燃料ポンプによって図示しない燃料タンクから燃料が供給される。導入通路２１は、燃料室１８と筒部１６の内周側に形成されている通孔部２０とを連通している。また、吸入通路２２は、一方の端部が加圧室１５に連通している。吸入通路２２の他方の端部は通孔部２０に連通している。導入通路２１と吸入通路２２とは、通孔部２０、シート部材３０の内周側に形成されている通孔３１およびガイド部材４０に形成されている溝４１を経由して連通している。これにより、燃料室１８と加圧室１５とは、導入通路２１、ハウジング本体１１の通孔部２０、シート部材３０の通孔３１、ガイド部材４０の溝４１および吸入通路２２を経由して連通可能である。燃料室１８、ならびに燃料室１８と加圧室１５とを連通する導入通路２１、通孔部２０、シート部材３０の通孔３１、ガイド部材４０の溝４１および吸入通路２２は、特許請求の範囲の低圧燃料通路を構成している。加圧室１５は、吸入通路２２と反対側において吐出通路２３と連通している。

プランジャ１３は、ハウジング本体１１のシリンダ１４に軸方向へ往復移動可能に支持されている。加圧室１５は、プランジャ１３の往復移動方向の一端側に形成されている。プランジャ１３の他端側に形成されたヘッド１３１は、スプリング座８１と結合している。スプリング座８１とハウジング本体１１との間には、弾性部材であるスプリング８２が設置されている。スプリング座８１は、スプリング８２の押し付け力によりタペット８３の底部８４の内壁に押し付けられている。タペット８３の底部８４外壁が図示しないカムと接することにより、プランジャ１３は軸方向へ往復駆動される。タペット８３は、タペットガイド８５により移動が案内される。タペットガイド８５は、ハウジング本体１１のシリンダ１４の外周側に設置されている。

プランジャ１３のヘッド１３１側の外周面と、プランジャ１３を収容するシリンダ１４を形成しているハウジング本体１１の内周面との間は、オイルシール８６によりシールされている。オイルシール８６は、エンジン内から加圧室１５へのオイルの浸入を防止するとともに、加圧室１５からエンジンへの燃料の漏れを防止する。

燃料出口を形成する吐出弁部７０は、ハウジング本体１１の吐出通路２３に設置されている。吐出弁部７０は、加圧室１５において加圧された燃料の排出を断続する。吐出弁部７０は、弁軸部材７１、ボール部材７２およびスプリング７３を有している。弁軸部材７１は、吐出通路２３を形成するハウジング本体１１に固定されている。スプリング７３は、一方の端部が弁軸部材７１に接し、他方の端部がボール部材７２に接している。ボール部材７２は、スプリング７３の押し付け力により、ハウジング本体１１が形成する弁座７４側へ押し付けられている。ボール部材７２は、弁座７４に着座することにより吐出通路２３を遮断し、弁座７４から離座することにより吐出通路２３を開放する。ボール部材７２は、弁座７４とは反対側へ移動したとき、弁軸部材７１の端部と接することにより移動が制限される。

加圧室１５の燃料の圧力が上昇すると、加圧室１５側の燃料からボール部材７２が受ける力は増大する。そして、加圧室１５側の燃料からボール部材７２が受ける力がスプリング７３の押し付け力と弁座７４の下流側の燃料、すなわち図示しないデリバリパイプ内の燃料からボール部材７２が受ける力との和よりも大きくなると、ボール部材７２は弁座７４から離座する。一方、加圧室１５の燃料の圧力が低下すると、加圧室１５側の燃料からボール部材７２が受ける力は低減する。そして、加圧室１５側の燃料からボール部材７２が受ける力がスプリング７３の押し付け力と弁座７４の下流側の燃料、すなわち図示しないデリバリパイプ内の燃料からボール部材７２が受ける力との和よりも小さくなると、ボール部材７２は弁座７４に着座する。これにより、吐出弁部７０は、加圧室１５からの燃料の吐出を断続する逆止弁として機能する。

ガイド部材４０は、ハウジング本体１１とシート部材３０との間に挟み込まれている。ガイド部材４０は、シート部材３０とは反対側の端部がハウジング本体１１と密着している。シート部材３０は、ガイド部材４０側の端部にシート面３２を有している。シート部材３０は、外周側に雄ねじ部３３を有している。シート部材３０の雄ねじ部３３は、筒部１６の内周側に形成されている雌ねじ部にねじ結合している。これにより、シート部材３０は、ハウジング本体１１にねじ結合によって固定されるとともに、ハウジング本体１１との間にガイド部材４０を挟み込む。その結果、ガイド部材４０は、シート部材３０とは反対側の端部がハウジング本体１１に密着した状態でハウジング本体１１に固定される。

調量弁部５０は、弁部材５１、スプリング５２および電磁駆動部６０を有している。弁部材５１は、ガイド部材４０の内周側に軸方向へ往復移動可能に設置されている。弁部材５１は、略円環状に形成されている。スプリング５２は、弁部材５１のシート部材３０とは反対側に設置されている。スプリング５２は、一方の端部がハウジング本体１１に接しており、他方の端部が弁部材５１に接している。弁部材５１は、スプリング５２によってシート部材３０側に押し付けられている。弁部材５１は、シート部材３０側の端部がシート面３２に着座可能である。弁部材５１がシート面３２に着座することにより、加圧室１５と燃料室１８との間、すなわち低圧燃料通路が遮断される。弁部材５１は、外周面がガイド部材４０の内周面と摺動する。これにより、弁部材５１は、軸方向への移動がガイド部材４０の内周面によって案内される。また、ガイド部材４０は、内周側に溝４１を形成している。これにより、弁部材５１がシート部材３０から離間したとき、シート部材３０の内周側の燃料は溝４１を経由して吸入通路２２へ流出する。

電磁駆動部６０は、コイル６１、固定コア６２、可動コア６３、磁性部材６４、フランジ６５、スプリング６６およびニードル６７を有している。コイル６１は、樹脂部材６８の周囲に巻かれており、通電することにより磁界を発生する。固定コア６２および可動コア６３は、磁性材料から形成されている。固定コア６２は、コイル６１および磁性部材６４の内周側に収容されている。可動コア６３は、固定コア６２と対向して配置されている。可動コア６３は、非磁性材料から形成されている筒部材６９の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。筒部材６９は、可動コア６３を収容するとともに、固定コア６２とフランジ６５との間の磁気的な短絡を防止する。固定コア６２と可動コア６３との間には、スプリング６６が設置されている。スプリング６６は、可動コア６３を固定コア６２とは反対側へ押し付けている。これにより、コイル６１に通電していないとき、固定コア６２と可動コア６３とは互いに離れている。

フランジ６５は、磁性材料から形成されている。フランジ６５は、ハウジング本体１１の筒部１６に取り付けられている。これにより、フランジ６５は、電磁駆動部６０をハウジング本体１１に保持するとともに、筒部１６の端部を塞いでいる。磁性部材６４は、コイル６１の外周側を覆っている。磁性部材６４は、磁性材料から形成され、固定コア６２とフランジ６５とを磁気的に接続している。フランジ６５は、連通孔６５１を有している。これにより、フランジ６５の導入通路２１側と可動コア６３側とは同一の圧力に維持される。

可動コア６３は、ニードル６７と一体に接続されている。ニードル６７は、可動コア６３とは反対側の端部が弁部材５１と接触可能である。スプリングの６６押し付け力は、スプリング５２の押し付け力よりも大きい。そのため、コイル６１に通電していないとき、可動コア６３と一体のニードル６７はスプリング６６の押し付け力により弁部材５１側へ移動するとともに、弁部材５１はシート部材３０から離座している。

ハウジング本体１１とカバー１２との間に形成される燃料室１８には、ダンパ９０が設置されている。ダンパ９０は、図２に示すように椀状の椀部材９１と、椀部材９１の端部を覆う板部材９２とから構成されている。椀部材９１および板部材９２は、金属から形成されている。椀部材９１と板部材９２とは、例えば溶接などにより一体に組み付けられている。椀部材９１と板部材９２とから構成されるダンパ９０は、内部に密閉された空間部９３を形成している。空間部９３には、例えばアルゴンや窒素などの不活性のガスが充填されている。

椀部材９１は、板部材９２とは反対側へ突出している。これにより、図１に示すようにハウジング本体１１とカバー１２との間にダンパ９０を設置したとき、燃料室１８の燃料に面するダンパ９０の受圧側は燃料室１８側へ突出している。ダンパ９０は、受圧側に段丘状の段差部９４を有している。段差部９４は、ダンパ９０の径方向内側ほど燃料室１８側へ突出している。本実施形態の場合、図２に示すように三段の段差部９４が形成されている。椀部材９１を金属で形成することにより、例えばプレス加工などによって多段の複雑な形状の段差部９４を容易に形成することができる。また、ダンパ９０を構成する椀部材９１および板部材９２を金属で形成することにより、例えば溶接などによりダンパ９０を密閉構造として椀部材９１と板部材９２とを確実に接続とすることができる。さらに、ダンパ９０を金属で形成することにより、燃料による腐食を防止することができる。

ダンパ９０は、受圧側すなわち燃料室１８側の燃料の圧力が上昇すると、図３に示すように変形する。これにより、ダンパ９０が形成する空間部９３の容積は変化する。ダンパ９０は、複数の段差部９４の節９５を起点として変形する。本実施形態の場合、ダンパ９０は複数の段差部９４を有することによって変形の起点となる節９５の数が増加する。これにより、例えば図２に示す状態から燃料室１８の燃料の圧力が上昇すると、図３に示すようにダンパ９０は空間部９３の容積を低減させる方向へ変形する。このとき、変形の起点となる節９５の数が増加するため、ダンパ９０の受圧側すなわち椀部材９１の変形量は大きくなる。その結果、空間部９３の容積が変化する範囲が増大し、燃料室１８の燃料の圧力脈動低減効果が増大する。

ダンパ９０に複数の段差部９４を設置することにより、ダンパ９０の受圧側は弾性力すなわち変形のしやすさに分布が生じる。本実施形態の場合、ダンパ９０は、外周側ほど変形しやすくなる。そのため、燃料室１８の燃料に生じる圧力脈動のうち比較的圧力変化の小さな通常の脈動は、ダンパ９０の外周側の変形によって吸収される。一方、サージパルス的に圧力変化の大きな脈動が生じたとき、ダンパ９０の外周側の変形によって吸収できない脈動はダンパ９０の内周側の変形によって吸収される。したがって、ダンパ９０に複数の段差部９４を設置することにより、広い圧力範囲において燃料室１８における燃料の圧力脈動を低減することができる。

次に、上記構成の高圧燃料ポンプ１０の作動について説明する。
（１）吸入行程
プランジャ１３が図１の下方へ移動するとき、コイル６１への通電は停止されている。そのため、弁部材５１は、スプリング６６によって押し付けられている可動コア６３と一体のニードル６７により加圧室１５側へ押し付けられている。その結果、弁部材５１は、シート部材３０のシート面３２から離座している。また、プランジャ１３が図１の下方へ移動するとき、加圧室１５の圧力は低下する。そのため、弁部材５１がシート部材３０側の燃料から受ける力は、弁部材５１が加圧室１５側の燃料から受ける力よりも大きくなる。その結果、弁部材５１にはシート面３２から離座する方向へ力が加わり、弁部材５１はシート面３２から離座する。これにより、燃料室１８は、導入通路２１、通孔部２０、シート部材３０の通孔３１、溝４１および吸入通路２２を経由して加圧室１５に連通する。したがって、燃料室１８の燃料は、加圧室１５へ吸入される。
燃料室１８には、図示しない燃料供給ポンプによって図示しない燃料タンクから燃料が供給される。燃料供給ポンプによって供給される燃料の圧力脈動は、容積の大きな燃料室１８へ燃料が流入することによって低減されるとともに、燃料室１８に面するダンパ９０によって低減される。

（２）戻し行程
プランジャ１３が下死点から上死点に向かって上昇するとき、加圧室１５の燃料の圧力は上昇し、弁部材５１には加圧室１５側の燃料からシート面３２に着座する方向へ力が加わる。しかし、コイル６１に通電していないとき、ニードル６７はスプリング６６の押し付け力により、シート面３２よりも加圧室１５すなわち弁部材５１側へ突出している。そのため、弁部材５１は、ニードル６７と接することによりシート面３２側への移動が規制される。その結果、コイル６１に通電しない間、弁部材５１はシート面３２から離座した状態を維持する。これにより、加圧室１５の燃料は、燃料室１８から加圧室１５へ吸入される場合と逆に、プランジャ１３の上昇によって吸入通路２２、溝４１、通孔３１、通孔部２０および導入通路２１を経由して燃料室１８へ戻される。
加圧室１５から燃料室１８へ燃料が戻されることにより、燃料室１８の燃料の圧力は増大する。このとき、燃料室１８に面するダンパ９０によって燃料室１８の燃料の圧力変化は吸収される。

（３）加圧行程
戻し行程の途中でコイル６１に通電すると、コイル６１に発生した磁界により、固定コア６２、磁性部材６４、フランジ６５および可動コア６３に磁気回路が形成される。これにより、互いに離れている固定コア６２と可動コア６３との間には磁気吸引力が発生する。固定コア６２と可動コア６３との間に発生する磁気吸引力がスプリング６６の押し付け力よりも大きくなると、可動コア６３は固定コア６２側へ移動する。そのため、可動コア６３と一体のニードル６７も、固定コア６２側へ移動する。ニードル６７が固定コア６２側へ移動すると、弁部材５１とニードル６７とは離れ、弁部材５１はニードル６７から力を受けない。その結果、弁部材５１は、スプリング５２の押し付け力および加圧室１５側の燃料から受ける力により、シート面３２側へ移動する。

弁部材５１がシート面３２側へ移動し、弁部材５１がシート面３２に着座することにより、吸入通路２２と通孔３１との間は遮断される。これにより、加圧室１５から燃料室１８への燃料の戻し行程は終了する。プランジャ１３が上昇するとき、加圧室１５と燃料室１８との間を遮断することにより、加圧室１５から燃料室１８へ戻される燃料の量が調整される。その結果、加圧室１５で加圧される燃料の量が決定される。

加圧室１５と燃料室１８の間が遮断された状態でプランジャ１３がさらに上死点に向けて上昇すると、加圧室１５の燃料の圧力は上昇する。加圧室１５の燃料の圧力が所定の圧力以上になると、吐出弁部７０のスプリング７３の押し付け力と弁座７４の下流側の燃料、すなわち図示しないデリバリパイプ内の燃料から受ける力とに抗して、ボール部材７２は弁座７４から離座する。これにより、吐出弁部７０は開弁し、加圧室１５で加圧された燃料は吐出通路２３を通り高圧燃料ポンプ１０から吐出される。高圧燃料ポンプ１０から吐出された燃料は、図示しないデリバリパイプを経由してインジェクタに供給される。このとき、ニードル６７は、弁部材５１から離れている。そのため、弁部材５１が加圧室１５側の燃料から力を受けても、その力は電磁駆動部６０のニードル６７には伝わらない。

プランジャ１３が上死点まで移動すると、プランジャ１３は再び図１の下方へ移動する。これにより、加圧室１５の燃料の圧力は低下するとともに、コイル６１へ通電が停止される。そのため、弁部材５１は再びシート面３２から離れ、加圧室１５には燃料室１８から燃料が吸入される。
なお、加圧室１５の燃料の圧力が所定値まで上昇したとき、コイル６１への通電は停止してもよい。加圧室１５の燃料の圧力が上昇すると、通孔部２０側の燃料によって弁部材５１がシート面３２から離座する方向へ受ける力よりも、加圧室１５側の燃料によって弁部材５１がシート面３２に着座する方向へ受ける力は大きくなる。そのため、コイル６１への通電を停止しても、弁部材５１は加圧室１５側の燃料から受ける力によってシート部材３０のシート面３２への着座状態を維持する。このように、所定の時期にコイル６１への通電を停止することにより、電磁駆動部６０の消費電力を低減することができる。

上記の（１）から（３）の行程を繰り返すことにより、高圧燃料ポンプ１０は吸入した燃料を加圧して吐出する。燃料の吐出量は、調量弁部５０のコイル６１への通電タイミングを調整することにより調量される。

以上説明した一実施形態では、ダンパ９０の燃料室１８側に段差部９４を設置することにより、ダンパ９０が内部に形成する空間部９３は容積変化の範囲が増大する。そのため、ダンパ９０の体格が同一であれば圧力脈動の低減効果が大きくなり、圧力脈動の低減効果が同一であればダンパ９０の体格が小型化される。したがって、体格の大型化を招くことなく、加圧室１５に供給される燃料の圧力脈動を低減することができる。

（その他の実施形態）
上述の本発明の一実施形態では、ダンパ９０の段差部９４は内周側ほど燃料室１８側へ突出する構成について説明した。しかし、ダンパ９０の段差部９４は、内周側ほど燃料室１８とは反対側へ突出する、すなわち内周側ほど窪んだ構成としてもよい。また、本発明の一実施形態では、ダンパ９０を金属で形成する例について説明した。しかし、ダンパ９０は、例えば樹脂やゴムなどで形成してもよい。
このように本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態による高圧燃料ポンプの概略を示す断面図。 本発明の一実施形態による高圧燃料ポンプのダンパの概略を示す断面図。 図２に示すダンパにおいて、燃料室側から力が加わったときの段差部の変形を示す断面図。

符号の説明

１０ 高圧燃料ポンプ、１１ ハウジング本体（ハウジング）、１２ カバー（ハウジング）、１５ 加圧室、１８ 燃料室（低圧燃料通路）、２０ 通孔部（低圧燃料通路）、２１ 導入通路（低圧燃料通路）、２２ 吸入通路（低圧燃料通路）、３１ 通孔（低圧燃料通路）、４１ 溝（低圧燃料通路）、９０ ダンパ、９３ 空間部、９４ 段差部

Claims (3)

1. 燃料が加圧される加圧室、および前記加圧室へ燃料を導く低圧燃料通路を有するハウジングと、
   前記低圧燃料通路に設置され、内部に密閉された空間を形成するとともに燃料から圧力を受ける側に複数の段差部を有し、前記低圧燃料通路の燃料の圧力変化によって前記空間の容積が変化し前記低圧燃料通路の燃料の圧力脈動を低減するダンパと、
   を備える高圧燃料ポンプ。
2. 前記ダンパは、金属で形成されている請求項１記載の高圧燃料ポンプ。
3. 前記段差部は、内周側ほど前記低圧燃料通路側に突出する請求項１または２記載の高圧燃料ポンプ。
   
   
   
   

Images