JP2009197674A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャ室から低圧通路に向かって流れる流体の動圧が弁体に対して閉弁向きに作用するポンプにおいて、動圧により電磁弁が自閉することを防止する。
【解決手段】プランジャ室から低圧通路３１０に向かって流れる流体をアーマチャ室４１に導く導入通路３１２を備え、この導入通路３１２をアーマチャ３３の外周面よりも外側に向ける。これにより、流体をアーマチャ３３における吸引側の面に導いて、アーマチャ３３における吸引側の面に動圧を作用させ、ひいてはアーマチャ３３に開弁向きの力を作用させて、弁体３５を閉弁向きに付勢する力を相殺させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体を吸入・吐出するポンプに関し、特に、内燃機関用燃料噴射装置のポンプに好適である。

圧縮着火式内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置に用いられるポンプとして、プランジャ室と低圧部とを連通する低圧通路が電磁弁に形成され、電磁弁の弁体が通電時に低圧通路を閉塞することにより、プランジャによる燃料の加圧が開始されるようにしたポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１００５９０号公報

しかしながら、従来のポンプは、プランジャ室から低圧通路に向かって流れる燃料が弁体に衝突し、その動圧により弁体には閉弁向きの力が作用する。また、このポンプは、プランジャ室から低圧通路に向かって流れて低圧通路を通過した燃料が、電磁弁のアーマチャにおける非吸引側の面に向かって流れるため、アーマチャにおける非吸引側の面に作用する動圧により、アーマチャには閉弁向きの力が作用する。

このように、動圧が弁体およびアーマチャに対して閉弁向きに作用するため、電磁弁に通電していない状態でも、高速回転になると動圧により弁体が低圧通路を閉じやすくなるという問題があった。より詳細には、電磁弁が自閉した場合、プランジャによる燃料の加圧開始時期が目標時期よりも早くなり、ポンプの吐出量を制御できなくなるという問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、動圧により電磁弁が自閉することを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、プランジャ室（１５）を形成するシリンダ（１３）と、シリンダ（１３）内で往復動して、プランジャ室（１５）に吸入された流体を吐出するプランジャ（１４）、プランジャ室（１５）と低圧部（５０）とを連通する低圧通路（３１０）を開閉する電磁弁（３０）とを備え、電磁弁（３０）は、低圧通路（３１０）が形成されたボディ（３１）と、通電時に吸引力を発生するソレノイド（３２）と、ソレノイド（３２）により吸引されるアーマチャ（３３）と、アーマチャ（３３）と一体に移動して低圧通路（３１０）を開閉する弁体（３５）とを備え、アーマチャ（３３）が吸引されたときに弁体（３５）が低圧通路（３１０）を閉じることにより、プランジャ（１４）による流体の加圧が開始され、さらに、プランジャ室（１５）から低圧通路（３１０）に向かって流れる流体の動圧が弁体（３５）に対して閉弁向きに作用するポンプにおいて、プランジャ室（１５）から低圧通路（３１０）を介して低圧部（５０）に流入した流体が、アーマチャ（３３）における吸引側の面に導かれて、アーマチャ（３３）に対して開弁向きの力が作用するように構成されていることを特徴とする。

これによると、アーマチャ（３３）における吸引側の面に作用する動圧によりアーマチャ（３３）には開弁向きの力が作用するため、弁体（３５）に作用する動圧により弁体（３５）を閉弁向きに付勢する力が相殺される。したがって、動圧により電磁弁（３０）が自閉することが防止される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のポンプにおいて、ボディ（３１）とソレノイド（３２）との間に区画形成されたアーマチャ室（４１）にアーマチャ（３３）が配置されており、ボディ（３１）は、記プランジャ室（１５）から低圧通路（３１０）を介して低圧部（５０）に流入した流体をアーマチャ室（４１）に導く導入通路（３１２）を備え、導入通路（３１２）は、アーマチャ（３３）の外周面よりも外側に向いていることを特徴とする。

これによると、流体を、アーマチャ（３３）における非吸引側の面に衝突させることなく、アーマチャ（３３）における吸引側の面に確実に導くことができるため、アーマチャ（３３）に作用する開弁向きの力を確実に得ることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のポンプにおいて、低圧通路（３１０）および導入通路（３１２）は、ボディ（３１）に形成された孔であり、低圧通路（３１０）のうち低圧部（５０）に開口する低圧部側低圧通路（３１０ａ）は、導入通路（３１２）における低圧部（５０）側の開口部に向いていることを特徴とする。

これによると、低圧部側低圧通路（３１０ａ）から導入通路（３１２）に流体が流入し易いため、アーマチャ（３３）に作用する開弁向きの力を確実に得ることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のポンプにおいて、低圧部側低圧通路（３１０ａ）と導入通路（３１２）の交差角は鈍角であることを特徴とする。

これによると、低圧部側低圧通路（３１０ａ）と導入通路（３１２）の交差角が鋭角である場合よりも、低圧部側低圧通路（３１０ａ）から導入通路（３１２）に流体が流入し易いため、アーマチャ（３３）に作用する開弁向きの力を確実に得ることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項２ないし４のいずれか１つに記載のポンプにおいて、ボディ（３１）は、アーマチャ室（４１）の流体を低圧部（５０）側に戻す戻し通路（３１３）を備えることを特徴とする。

これによると、戻し通路（３１３）を介してアーマチャ室（４１）から低圧部（５０）側へ戻す燃料の流れによる吸い出し効果により、アーマチャ（３３）における非吸引側の面の圧力が低下するため、アーマチャ（３３）に作用する開弁向きの力をさらに大きくすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載のポンプにおいて、戻し通路（３１３）は、アーマチャ（３３）の移動方向に見たときに、アーマチャ（３３）の投影面内に配置されていることを特徴とする。

これによると、吸い出し効果によりアーマチャ（３３）における非吸引側の面の圧力を確実に低下させることができる。

請求項７に記載の発明では、請求項５または６に記載のポンプにおいて、導入通路（３１２）と戻し通路（３１３）は、アーマチャ（３３）の周方向に沿ってずらして配置されていることを特徴とする。

これによると、アーマチャ（３３）における吸引側の面に流入した流体は、アーマチャ（３３）の外周側から中心部に向かって流れた後、向きを変えてアーマチャ（３３）の外周側に向かって流れ、その際に、アーマチャ（３３）の中心部に向かって流れるときの経路と、アーマチャ（３３）の外周側に向かって流れるときの経路が異なるため、アーマチャ（３３）の吸引側の面において動圧を受ける部位の面積が大きくなり、アーマチャ（３３）に作用する開弁向きの力をさらに大きくすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るポンプを示す正面断面図、図２は図１の電磁弁単体の要部を示す正面断面図、図３（ａ）は図１のボディおよびアーマチャの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

本実施形態に係るポンプは、圧縮着火式内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置において、高圧の燃料を蓄えるコモンレールに高圧の燃料を供給する燃料供給ポンプとして用いられる。

図１、図２において、ポンプハウジング１０には、その下端側に位置するカム室１０ａと、このカム室１０ａからポンプハウジング１０の上方に向かって延びる円柱状の摺動子挿入孔１０ｂと、この摺動子挿入孔１０ｂからポンプハウジング１０の上端面まで延びる円柱状のシリンダ挿入孔１０ｃとが形成されている。

カム室１０ａには、図示しない圧縮着火式内燃機関（以下、内燃機関という）にて駆動されるカム軸１１が配置され、このカム軸１１はポンプハウジング１０に回転自在に支持されている。また、カム軸１１にはカム１２が形成されている。

シリンダ挿入孔１０ｃには、シリンダ挿入孔１０ｃを塞ぐようにしてシリンダ１３が取り付けられている。このシリンダ１３には、円柱状のプランジャ挿入穴１３ａが形成されており、このプランジャ挿入穴１３ａに、円柱状のプランジャ１４が往復動自在に挿入されている。そして、このプランジャ１４の上端面とシリンダ１３の内周面とによりプランジャ室１５が形成されている。

プランジャ１４の下端にシート１４ａが連結されており、このシート１４ａはスプリング１６によって摺動子１７に押し付けられている。この摺動子１７は、円筒状に形成されており、摺動子挿入孔１０ｂに往復動自在に挿入されている。また、摺動子１７にはカムローラ１８が回転自在に取り付けられており、このカムローラ１８はカム１２に当接している。そして、カム軸１１の回転によりカム１２が回転すると、シート１４ａ、摺動子１７およびカムローラ１８とともに、プランジャ１４が往復駆動されるようになっている。

シリンダ１３とポンプハウジング１０との間には、燃料溜り１９が形成されている。この燃料溜り１９には、図示しない低圧供給ポンプから吐出される低圧の燃料が、図示しない低圧燃料配管を介して供給されるようになっている。また、燃料溜り１９は、シリンダ１３に形成された低圧連通路１３ｂ、シリンダ１３と後述する電磁弁３０のボディ３１との間に形成された低圧部としてのボディ室５０、および電磁弁３０内の低圧通路３１０を介して、プランジャ室１５に連通されている。

シリンダ１３には、プランジャ室１５に常時連通する高圧連通路１３ｃが形成されている。そして、プランジャ室１５は、この高圧連通路１３ｃ、吐出弁２０、および図示しない高圧燃料配管を介して図示しないコモンレールに接続されている。高圧連通路１３ｃおよび高圧燃料配管は、高圧燃料供給経路を構成する。

吐出弁２０は、高圧連通路１３ｃの下流側においてシリンダ１３に取り付けられている。この吐出弁２０は、高圧燃料供給経路を開閉する弁体２０ａと、この弁体２０ａを閉弁向きに付勢するスプリング２０ｂとを備えている。そして、プランジャ室１５で加圧された燃料は、スプリング２０ｂの付勢力に抗して弁体２０ａを開弁向きに移動させ、コモンレールに圧送されるようになっている。

電磁弁３０は、プランジャ１４の上端面に対向した位置において、プランジャ室１５を閉塞するようにしてシリンダ１３に螺合固定されている。

電磁弁３０は鍔付き円筒状のボディ３１を備えており、このボディ３１には、一端がプランジャ室１５に連通し他端がボディ室５０に連通する低圧通路３１０と、この低圧通路３１０中に配置されたシート部３１１とが形成されている。なお、必要に応じて、低圧通路３１０のうちシート部３１１からボディ室５０に開口するまでの部位を低圧部側低圧通路３１０ａといい、低圧通路３１０のうちシート部３１１から後述するストッパ３６の連通孔３６ａに至るまでの部位をプランジャ室側低圧通路３１０ｂという。

また、この電磁弁３０は、通電時に吸引力を発生するソレノイド３２、ソレノイド３２により吸引される円盤状のアーマチャ３３、このアーマチャ３３を反吸引側に向かって付勢するスプリング３４、アーマチャ３３と一体に移動してシート部３１１に接離することにより低圧通路３１０を開閉する略円柱状の弁体３５、この弁体３５の開弁時の位置を定める円盤状のストッパ３６とを有している。弁体３５はボディ３１に摺動自在に保持されている。ストッパ３６は、電磁弁３０とシリンダ１３に挟持されており、低圧通路３１０とプランジャ室１５とを連通させる連通孔３６ａが多数形成されている。

ボディ３１とソレノイド３２との間に円筒状のスペーサ４０が配置されて、ボディ３１とソレノイド３２との間にアーマチャ室４１が区画形成され、このアーマチャ室４１にアーマチャ３３が配置されている。

図２、図３に示すように、ボディ３１には、アーマチャ室４１とボディ室５０（図１参照）とを連通させる導入通路３１２が形成されている。そして、プランジャ室１５（図１参照）内の燃料が低圧通路３１０等を介して燃料溜り１９側に溢流される際に、その溢流燃料の一部が導入通路３１２を介してアーマチャ室４１に導かれる。

導入通路３１２は、ボディ３１の周方向に沿って等間隔（本例では９０°）に４個形成されている。導入通路３１２は、ボディ室５０側からアーマチャ室４１側に近づくのに伴って電磁弁３０の軸線Ｘ（以下、軸線Ｘという）から遠ざかるように、軸線Ｘに対して傾斜しているとともに、アーマチャ３３の外周面よりも外側に向いている。

低圧部側低圧通路３１０ａは、ボディ３１の周方向に沿って等間隔（本例では９０°）に４個形成されている。低圧部側低圧通路３１０ａと導入通路３１２は、軸線Ｘ方向（換言すると、アーマチャ３３および弁体３５の移動方向）に見たときに、ボディ３１の周方向の同一角度位置に配置されている。

軸線Ｘおよび低圧部側低圧通路３１０ａの軸線を通る断面（すなわち図２の断面）で見たときに、低圧部側低圧通路３１０ａは、軸線Ｘに対して傾斜している。より詳細には、低圧部側低圧通路３１０ａと導入通路３１２の交差角は鈍角になっているとともに、低圧部側低圧通路３１０ａは、導入通路３１２におけるボディ室５０側の開口部に向いている。

ボディ３１には、アーマチャ室４１とボディ室５０とを連通させてアーマチャ室４１の燃料をボディ室５０に戻す戻し通路３１３が形成されている。戻し通路３１３は、ボディ３１の周方向に沿って等間隔（本例では１８０°）に２個形成されている。戻し通路３１３と導入通路３１２は、軸線Ｘ方向に見たときに、ボディ３１の周方向の異なる角度位置に配置されており、換言すると、アーマチャ３３の周方向に沿ってずらして配置されている。戻し通路３１３は、軸線Ｘ方向に見たときに、アーマチャ３３の投影面内に配置されている。

上記構成になるポンプの作動を説明する。まず、電磁弁３０のソレノイド３２に通電されていないときには、弁体３５はスプリング３４の付勢力により開弁位置に移動されている。すなわち、弁体３５のシート面３５０がボディ３１のシート部３１１から離れており、低圧通路３１０が開かれている。

そして、低圧通路３１０が開かれている状態でプランジャ１４が下降するときには、低圧供給ポンプから吐出される低圧の燃料が、燃料溜り１９、低圧連通路１３ｂ、ボディ室５０、および低圧通路３１０を介して、プランジャ室１５に供給される。

次いで、プランジャ１４が上昇し始めると、プランジャ１４はプランジャ室１５内の燃料を加圧しようとする。しかし、プランジャ１４の上昇開始初期においては、電磁弁３０に通電されておらず、低圧通路３１０が開かれているため、プランジャ室１５内の燃料は、低圧通路３１０、ボディ室５０、および低圧連通路１３ｂを介して燃料溜り１９側に溢流し、加圧されない。

このプランジャ室１５内の燃料の溢流中に電磁弁３０に通電されると、アーマチャ３３および弁体３５がスプリング３４に抗して吸引され、弁体３５のシート面３５０がボディ３１のシート部３１１に着座して低圧通路３１０が閉塞される。これにより、燃料溜り１９側への燃料の溢流が停止されて、プランジャ１４によるプランジャ室１５内の燃料の加圧が開始される。そして、プランジャ室１５内の燃料圧力により吐出弁２０が開弁され、燃料がコモンレールに圧送される。

ここで、燃料の溢流中には、溢流燃料の動圧が弁体３５に作用して弁体３５には閉弁向きの力が作用する。そして、本実施形態では、以下述べるようにアーマチャ３３には開弁向きの力が作用するため、弁体３５を閉弁向きに付勢する力が相殺される。したがって、動圧による電磁弁３０の自閉が防止される。

まず、燃料の溢流中には、その溢流燃料の一部が導入通路３１２を介してアーマチャ室４１に導かれる。導入通路３１２はアーマチャ３３の外周面よりも外側に向いているため、アーマチャ室４１に導かれた燃料はアーマチャ３３の外周面よりも外側に向かって流れる。換言すると、図２中に矢印Ｂで示すように、アーマチャ室４１に導かれた燃料は、アーマチャ３３における非吸引側の面に衝突することなく、アーマチャ３３における吸引側の面に導かれる。これにより、アーマチャ３３における吸引側の面に動圧が作用し、アーマチャ３３には開弁向きの力が作用する。

また、低圧部側低圧通路３１０ａと導入通路３１２の交差角は鈍角になっているとともに、低圧部側低圧通路３１０ａは導入通路３１２におけるボディ室５０側の開口部に向いているため、溢流燃料が低圧部側低圧通路３１０ａから導入通路３１２に流入し易い。よって、アーマチャ３３に作用する開弁向きの力を確実に得ることができる。

さらに、図３（ａ）中に矢印Ｃで示すように、導入通路３１２からアーマチャ３３における吸引側の面に流入した燃料は、アーマチャ３３の外周側から中心部に向かって流れた後、向きを変えてアーマチャ３３の外周側に向かって流れ、さらにアーマチャ３３の外周面よりも外側を通って戻し通路３１３に向かって流れる。そして、導入通路３１２と戻し通路３１３は、アーマチャ３３の周方向に沿ってずらして配置されているため、アーマチャ３３の中心部に向かって流れるときの経路と、アーマチャ３３の外周側に向かって流れるときの経路が異なる。このため、アーマチャ３３の吸引側の面において動圧を受ける部位の面積が大きくなり、アーマチャ３３に作用する開弁向きの力を大きくすることができる。

一方、燃料の溢流中には、アーマチャ室４１に導かれた燃料は戻し通路３１３を介してボディ室５０に戻される。そして、戻し通路３１３を介してボディ室５０に戻される燃料の流れによる吸い出し効果により、アーマチャ３３における非吸引側の面の圧力が低下するため、アーマチャ３３には開弁向きの力が作用する。

また、戻し通路３１３は、軸線Ｘ方向に見たときに、アーマチャ３３の投影面内に配置されているため、吸い出し効果によりアーマチャ３３における非吸引側の面の圧力を確実に低下させることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、本発明を内燃機関用燃料噴射装置の燃料供給ポンプに適用したが、本発明は、流体を吸入・吐出するポンプに広く適用することができる。

本発明の一実施形態に係るポンプを示す正面断面図である。 図１の電磁弁単体の要部を示す正面断面図である。 （ａ）は図１のボディおよびアーマチャの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１３ シリンダ
１４ プランジャ
１５ プランジャ室
３０ 電磁弁
３１ ボディ
３２ ソレノイド
３３ アーマチャ
３５ 弁体
５０ ボディ室（低圧部）
３１０ 低圧通路

Claims (7)

1. プランジャ室（１５）を形成するシリンダ（１３）と、
   前記シリンダ（１３）内で往復動して、前記プランジャ室（１５）に吸入された流体を吐出するプランジャ（１４）と、
   前記プランジャ室（１５）と低圧部（５０）とを連通する低圧通路（３１０）を開閉する電磁弁（３０）とを備え、
   前記電磁弁（３０）は、前記低圧通路（３１０）が形成されたボディ（３１）と、通電時に吸引力を発生するソレノイド（３２）と、前記ソレノイド（３２）により吸引されるアーマチャ（３３）と、前記アーマチャ（３３）と一体に移動して前記低圧通路（３１０）を開閉する弁体（３５）とを備え、
   前記アーマチャ（３３）が吸引されたときに前記弁体（３５）が前記低圧通路（３１０）を閉じることにより、前記プランジャ（１４）による流体の加圧が開始され、
   さらに、前記プランジャ室（１５）から前記低圧通路（３１０）に向かって流れる流体の動圧が前記弁体（３５）に対して閉弁向きに作用するポンプにおいて、
   前記プランジャ室（１５）から前記低圧通路（３１０）を介して前記低圧部（５０）に流入した流体が、前記アーマチャ（３３）における吸引側の面に導かれて、前記アーマチャ（３３）に対して開弁向きの力が作用するように構成されていることを特徴とするポンプ。
2. 前記ボディ（３１）と前記ソレノイド（３２）との間に区画形成されたアーマチャ室（４１）に前記アーマチャ（３３）が配置されており、
   前記ボディ（３１）は、前記プランジャ室（１５）から前記低圧通路（３１０）を介して前記低圧部（５０）に流入した流体を前記アーマチャ室（４１）に導く導入通路（３１２）を備え、
   前記導入通路（３１２）は、前記アーマチャ（３３）の外周面よりも外側に向いていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記低圧通路（３１０）および前記導入通路（３１２）は、前記ボディ（３１）に形成された孔であり、
   前記低圧通路（３１０）のうち前記低圧部（５０）に開口する低圧部側低圧通路（３１０ａ）は、前記導入通路（３１２）における前記低圧部（５０）側の開口部に向いていることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
4. 前記低圧部側低圧通路（３１０ａ）と前記導入通路（３１２）の交差角は鈍角であることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
5. 前記ボディ（３１）は、前記アーマチャ室（４１）の流体を前記低圧部（５０）側に戻す戻し通路（３１３）を備えることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載のポンプ。
6. 前記戻し通路（３１３）は、前記アーマチャ（３３）の移動方向に見たときに、前記アーマチャ（３３）の投影面内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のポンプ。
7. 前記導入通路（３１２）と前記戻し通路（３１３）は、前記アーマチャ（３３）の周方向に沿ってずらして配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載のポンプ。

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