JP2017031838A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、ポンプボディからダンパカバーに伝搬する振動を抑制し、放射音を効果的に低減できる高圧燃料供給ポンプを提供することにある。
【解決手段】
往復運動するプランジャ２と、前記プランジャ２の往復運動により体積が変化する燃料の加圧室１１と、前記加圧室１１の吸入側に設けられるダンパ９と、前記加圧室１１に燃料を供給する吸入弁３０と、前記加圧室１１から加圧された燃料を吐出する吐出弁８と、前記加圧室１１を有し前記プランジャ２と前記吸入弁３０と前記吐出弁８とが組み付けられたポンプボディ１と、前記ダンパ９を覆うダンパカバー１４とを備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、前記ポンプボディ１と前記ダンパカバー１４の天井面との間に弾性部を設けることで実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に用いられる高圧燃料供給ポンプに関する。

近年、快適性向上の観点から高圧燃料供給ポンプに対する静粛性のニーズが高まっている。高圧燃料供給ポンプの静粛性、特に、ダンパカバーからの放射音の低減に関する技術として以下のような発明が開示されている。
特開２０１２−１３２４００号広報（特許文献１）では、ダンパカバーとダンパ側支持部材の間に、波ワッシャと燃圧によって弾性変形可能な円環状の弾性部材で振動を抑制している（段落０００９、図２）。また、特開２０１２−１１７４７１号広報（特許文献２）では、ダンパカバーの中央部の肉厚を厚くしてダンパカバーでの振動を抑制し、ダンパカバーからの放射音を低減している。（段落０００５、図２）。さらに、特開２０１３−２１３４８８号公報（特許文献３）では、ダンパ内部の上面と下面の間に弾性体を挟むことでダンパの振動を抑えている （段落０００８、図２）。

特開２０１２−１３２４００号公報 特開２０１２−１１７４７１号公報 特開２０１３−２１３４８８号公報

特許文献１の高圧燃料ポンプでは、波ワッシャと円環状の弾性部材の併用により、ダンパからダンパカバーへの振動を減衰している。また、特許文献２の高圧燃料供給ポンプでは、ダンパカバーの中央部の肉厚を厚くすることによってダンパカバーでの振動を減衰している。さらに、特許文献３の高圧燃料供給ポンプでは、ダンパの内部に弾性体を挿入してダンパ自身の振動を低減している。

一般的に高圧燃料ポンプのダンパカバーへの振動の伝搬経路は、ポンプボディ→ダンパ→ダンパカバーの経路とポンプボディ→ダンパカバーの２つに大別できる。しかしながら、特許文献１から３の高圧燃料ポンプでは、前者の経路の振動は低減できるが、後者の伝達経路の振動を抑制するのは困難であると考えられる。

本発明は、このような点を鑑みて改良したものであり、本発明の主な目的はダンパカバーの振動および放射音を低減することである。

上記目的を達成するための本発明の高圧燃料供給ポンプは、その一例として、ポンプボディとダンパカバー部の天井面との間に弾性部を設けることで実現できる。

本発明によれば、ポンプボディからダンパカバーへの振動を抑制できるので、ダンパカバーの振動および放射音を低減できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る実施例１の高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図である。 本発明に係る実施例１の高圧燃料供給ポンプの底面図である。 図１の高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの一例を示すシステム構成図である。 図１の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図である。 本発明に係る実施例２の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図である。 本発明に係る実施例３の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図である。 本発明に係る実施例４の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図である。 本発明に係る実施例５の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図である。

以下、本発明係る実施例を説明する。

以下に添付の図を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る実施例１の高圧燃料供給ポンプの全体構造を示す縦断面図である。図２は、本発明に係る実施例１の高圧燃料供給ポンプの底面図であり、図１は、本図のＡＡ断面図である。図３は、本発明に係る実施例１の高圧供給燃料ポンプを用いた燃料供給システムの一例を示すシステム構成図である。

図３を用いて、まず、高圧燃料供給ポンプのシステム構成について説明する。

同図の破線で囲まれた部分は高圧燃料供給ポンプの本体を示し、本枠線内に含まれている機構や部品は高圧燃料供給ポンプ本体１に一体に組み込まれている。燃料タンク２０内の燃料はフィードポンプ２１によって汲み上げられ、吸入配管２８を通してポンプ本体１の吸入ジョイント１０ａに送られる。

吸入ジョイント１０ａを通過した燃料は圧力低減機構であるダンパ９、吸入通路１０ｂを介して容量可変機構を構成する吸入弁３０の吸入ポート３０ａに送られる。

吸入弁３０は、電磁コイル３０８を備え、電磁コイル３０８が通電されない時は、アンカーばね３０３の付勢力と弁ばね３０４の付勢力の差により、吸入弁体３０１は開弁方向に付勢され吸入口３０ｄは開の状態になっている。なお、アンカーばね３０３の付勢力は、弁ばねの付勢力３０４より大きくなるように設定されている。

電磁コイル３０８が通電されている状態では、アンカー３０５は同図の左方に移動した状態で、アンカーばね３０３が圧縮された状態が維持される。電磁プランジャ３０５の先端が同軸で接触するように取り付けられた吸入弁体３０１は弁ばね３０４の付勢力により高圧燃料供給ポンプの加圧室１１につながる吸入口３０ｄを閉じている。

次に、高圧燃料供給ポンプの動作について説明する。

プランジャ２の下端に設置されているカム（図示していない）の回転により、プランジャ２が下方へ変位している吸入工程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室内の燃料圧力が低下する。この工程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）の圧力よりも低くなると、燃料は、開口状態にある吸入口３０ｄを通り加圧室１１に流入する。

吸入工程を終了し圧縮工程へと移行した場合、プランジャ２は、上方へ移動する状態へ移る。ここで、電磁コイル３０８は無通電状態を維持したままであり、磁気付勢力は作用しない。従って、吸入弁体３０１はアンカーばね３０３の付勢力により開弁したままである。加圧室１１の容積は、プランジャ２の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度、加圧室１１に吸入された燃料が、再び、開弁状態の吸入弁体３０１と通して吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）へと戻されるので、加圧室１１の圧力が上昇することはない。この工程を戻し工程と称する。

この状態で、エンジンコントロールユニット２７からの制御電流が吸入弁３０に印加されると吸入弁３０の電磁コイル３０８には電流が流れ、磁気付勢力により電磁プランジャ３０５が左方向へ移動し、アンカーばね３０３が圧縮された状態が維持される。その結果、吸入弁体３０１にはアンカーばね３０３の付勢力が作用しなくなり、弁ばね３０４による付勢力と、燃料が吸入通路１０ｂ（吸入ポート３０ａ）に流れ込むことによる流体力が働くため、吸入弁３０１は閉弁し吸入口３０ｄを閉じる。吸入口３０ｄが閉じると、そのときから加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇する。そして、燃料吐出口１２の圧力以上になると、吐出弁８を介して加圧室１１に残っている燃料の高圧吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この工程を吐出工程と称する。

以上のことから、プランジャが下死点から上死点まで移動する上昇工程は、戻し工程と吐出工程からなることがわかる。また、吸入弁３０の電磁コイル３０８への通電タイミングを制御することにより、吐出される高圧燃料の量を制御することができることがわかる。

一方、加圧室１１の出口には吐出弁８が設けられている。吐出弁８は、吐出弁シート８ａ、吐出弁８ｂ、吐出弁ばね８ｃを備え、加圧室１１と燃料吐出口１２に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、燃料吐出口１２の燃料圧力より大きくなった時に始めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁し、加圧室１１内の燃料は燃料吐出口１２を経てコモンレール２３へと高圧吐出される。

以上のように、吸入ジョイント１０ａに導かれた燃料は、ポンプ本体１の加圧室１１において、プランジャ２の往復運動によって必要な量が加圧され、燃料吐出口１２からコモンレール２３に圧送される。なお、コモンレール２３には、直接噴射用インジェクタ２４、圧力センサ２６が装着されている。直接噴射インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、エンジンコントロールユニット２７の制御信号によって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

以下に、本実施例に係る高圧燃料供給ポンプの構成や動作を図１を用いて説明する。

一般的に、高圧燃料供給ポンプは、内燃機関のシリンダヘッドに密着してフランジ１０１を介して固定される。

ポンプ本体１には、プランジャ２の往復運動をガイドし、かつ、内部に加圧室１１を形成するように端部が有底筒型状に形成されたシリンダ６が取り付けられている。さらに、燃料を供給するための吸入弁３０と、加圧室１１からの燃料を吐出するための吐出弁８と、燃料の圧力が一定値を超えた場合に開弁するリリーフ弁機構１００（図２参照）を備えている。

ポンプ本体１とダンパカバー１４との結合によってダンパ室１０が形成され、ダンパ室１０には、高圧燃料供給ポンプ内で発生した圧力脈動を低減させるための機構であるダンパ９が設置されている。ダンパ９の周囲のダンパ室１０は燃料が通過できる体積であり、ここが圧力脈動抑制室となっている。ダンパ９は、波板状の円盤型金属板２枚を外周で貼り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダンパで形成されており、圧力脈動はダンパ９の膨張・収縮により吸収低減される。

ここで、ダンパカバー１４には、弾性部１４１を備えている。ダンパカバー１４に備えられる弾性部１４１はポンプ本体１とダンパカバー１４との間で双方に接触している。このように弾性部１４１がポンプ本体１とダンパカバー１４の双方に接触することによって、ホンプ本体１から伝搬してくる振動が弾性部１４１で減衰するので、ダンパカバー１４への振動が低減できる。その結果、ダンパカバー１４からの放射音を低減できる。ここで、弾性部１４１がポンプ本体１とダンパカバー１４の双方に接触する場合の例として、弾性体１４１をダンパカバー１４の曲がり部に設けた例について図４を用いて詳細に説明する。

同図に示すように、弾性部１４１は、ダンパカバーの曲がり部に設けてあり、曲がり部の板厚を曲がり部の前後の板厚よりも薄くなっている。これによって曲がり部、つまり、弾性部の前後で断面積変化が生じるため、断面積の拡大と縮小による内部振動の反射等によってポンプボディ１から伝達してくる振動を抑制できるためダンパカバー１４の振動及び放射音を低減できる。また、曲がり部、つまり、弾性部での曲がりにより振動波の方向変化によってもダンパカバー１４の天井部での振動は減衰すると考えられる。ここで、曲がり部、つまり、弾性部１４１の板厚は、薄ければ薄いほどダンパカバー１４の振動低減効果は高いので、信頼性が確保できる範囲でできるだけ薄くすることが望ましい。例えば、弾性部１４１の薄肉部の板厚を薄肉部の前後肉厚部の板厚の２分の１以上４分の３以下にすることで信頼性と振動低減効果を両立できる可能性がある。また、具体的な板厚の数値として、ダンパカバー１４の天井面１４４の中心部の板厚を２ｍｍ以下として、それに応じて、弾性部１４１の板厚を１ｍｍ以下とすることで信頼性と振動低減効果を両立できる可能性がある。

また、本実施例では、弾性部１４１を曲がり部に設けているが、その位置は、曲がり部に限定するものではなく、ダンパカバー１４の天井面１４４もしくは天井面１４４の手前、つまり、ダンパカバー１４のポンプボディ１と接触するところから天井面１４４との間であれば位置を問わない。

以上のように、本実施例によると、弾性部１４１を設けることにより、ポンプボディ１からの振動が断面積変化や曲がりによって振動波の反射や方向変化等によって振動が抑制されるため、ダンパカバー１４の振動及び放射音が低減できる。弾性部の位置は、曲がり部の方が曲がりとの相乗効果によって振動低減効果は高いが、曲がり部以外の天井面１４４に設けても振動低減効果は得られる。

図５に、本発明に係る実施例２の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図を示す。同図に示すように、ダンパカバー１４の曲がり部に弾性部１４１を備えている実施例１に加えて、ダンパカバー１４の天井面の下部（ダンパ室１０側）に薄肉部を有する弾性部１４２を設けている。これによってダンパカバー１４の薄肉部つまり弾性部が増えるため、ポンプボディ１からの振動に対して、ダンパカバー１４で更なる振動低減が期待できる。

なお、本実施例では、薄肉部、つまり、弾性部を、曲がり部とその曲がり部に隣接したダンパカバー１４の天井面の下部（ダンパ室１０側）に設けているが、隣接せずとも、少し距離を置いて設置してもかまわない。さらに、弾性部を１４１と１４２の２箇所に設けているが、少なくとも１つ以上設置していればよく、振動の大きさによっては、３箇所以上に設けることも可能である。

図６に、本発明に係る実施例３の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図を示す。同図に示すように、ダンパカバー１４の曲がり部に弾性部１４１を備えている実施例１に加えて、ダンパカバー１４の天井面に外側（ダンパ室１０の反対側）に突出する凸部１４５を設けている。ここで凸部１４５はダンパカバー１４の中心部にあるのではなく、径方向に対して非対称であることが特徴である。これによって、ダンパカバー１４の剛性が向上できるだけでなく、非対称構造にすることにより、ダンパカバー１４の振動の節と節で発生する振動モードを分散させることができる。つまり、対象の場合だと、節点間の距離一定なので同波長の振動モードが発生し、増幅されるが、非対称の場合は、節点間の距離が一定でないので、同波長の振動モードは発生せず、振動モードを分散させることができると考えられる。これによって、ダンパカバーの振動低減ができるので、放射音を低減できる。

なお、本実施例では、ダンパカバー１４上での凸部１４５は、上に凸の一山形状であるが、複数の凸部を設けることも可能である。また、ダンパカバー１４の外側に突出する凸部だけではなく、内側、つまり、ダンパ室１０側に突出する凸部を設けることも可能である。

図７に、本発明に係る実施例４の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図を示す。同図に示すように、ポンプボディ１とダンパカバー１４の下面がリング状の弾性部１４３を介して接続されている。具体的には、ポンプボディ１のダンパカバー１４と接する下面に凹部が形成されており、そこにリング状の弾性部１４３を挿入し、ダンパカバー１４と接続する。このように、ポンプボディ１とダンパカバー１４間に弾性部を挿入することにより、ポンプボディ１から伝搬する振動を減衰することができるので、ダンパカバー１４の振動及び放射音を低減できる。さらに、本実施例では、ポンプボディ１とダンパカバー１４とを取付部１５１を３箇所設けてねじ止め等にて固定している。これによってポンプボディ１とダンパカバー１４間の直接的な接触面積を減らすことができるので、ダンパカバー１４の振動及び放射音の低減が可能となる。なお、弾性部１４３は、ポンプボディ１とダンパカバー１４との間で双方に接触すればよい。

図８に、本発明に係る実施例５の高圧燃料供給ポンプのダンパカバーの拡大図を示す。本実施例は、実施例４の変形バージョンである。同図に示すように、ポンプボディ１とダンパカバー１４の内側がリング状の弾性部１４３を介して接続されている。具体的には、ポンプボディ１のダンパカバー１４と接する内側に凹部が形成されており、そこにリング状の弾性部１４３を挿入し、ダンパカバー１４と接続する。実施例４がポンプボディ１の上側であったのに対して、本実施例は、ポンプボディ１の内側に弾性部１４３を設けている。また、本実施例もポンプボディ１とダンパカバー１４間の直接的な接触面積を減らすために、お互いの取付部１５１を３箇所としている。本実施例の図面には、図示していないが、取付部の近傍以外では、ポンプボディ１とダンパカバー１４は直接的な接触はしていない。

本実施例での作用効果は、実施例４と同等であるので、割愛する。

１…ポンプ本体（ポンプボディ）、２…プランジャ、４…ばね、６…シリンダ、８…吐出弁、９…ダンパ、１０…ダンパ室、１４…ダンパカバー、１４１、１４２、１４３…弾性部、１４４…ダンパカバー天井面、１４５…凸部、１５１…取付部、３０…吸入弁、１００…リリーフ弁機構、１０１…フランジ

Claims (12)

1. 燃料を加圧するための加圧室が形成されるポンプボディと、
   前記加圧室の吸入側に設けられる圧力脈動機構と、
   前記圧力脈動機構を覆うカバー部と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記ポンプボディと前記カバー部との間で双方に接触する弾性部が設けられることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記弾性部は、前記ポンプボディの上部と前記カバー部の下面との間に設けられることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
3. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記弾性部は、前記ポンプボディの外側と前記カバー部の内側との間に設けられることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
4. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記弾性部は、前記カバー部の天井面もしくは天井面の手前に設けられることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
5. 請求項１に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記ポンプボディ又は前記カバー部の一方には、他方に対向する対向部において凹み部が形成され、前記弾性部は前記凹み部に設けられることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
6. 請求項２に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記カバー部と前記ポンプボディとが前記弾性部と接触する箇所以外において、少なくとも３箇所以上の取付部により取り付けられることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
7. 加圧室と、加圧室の吸入側に設けられる圧力脈動機構と、前記圧力脈動機構を覆うカバー部と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記カバー部は、端部側において形成される端部側厚肉部と、前記厚肉部よりも中心部の側に形成される薄肉部と、前記薄肉部よりも中心部の側に形成される中心部側厚肉部を有し、前記端部側厚肉部の厚さに対して前記薄肉部の厚さは２分の１以上４分の３以下となるように形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
8. 請求項７に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記カバー部の前記中心部側厚肉部は２ｍｍ以下で形成されるとともに、前記薄肉部は１ｍｍ以下で形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
9. 請求項７に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
   前記カバー部は略水平に形成される水平部と前記水平部から前記圧力脈動機構の側に曲げられる曲げ部とにより形成され、前記薄肉部は前記曲げ部において形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
10. 請求項７に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記カバー部は平らに形成される平面部と前記平面部から前記圧力脈動機構の側に曲げられる曲げ部と前記曲げ部から前記圧力脈動機構の側に形成される外周部により形成され、前記中心部側厚肉部は前記平面部に形成され、前記薄肉部は前記曲げ部において形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
11. 請求項７に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記カバー部は、前記圧力脈動機構に対応して設けられる平面部と、前記平面部から前記圧力脈動機構に向かって形成される壁面部とから構成され、前記平面部と前記壁面部との間において前記薄肉部が形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
12. 加圧室と、加圧室の吸入側に設けられる圧力脈動機構と、前記圧力脈動機構を覆うカバー部と、を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、
    前記カバー部の水平方向における一方の端部から他方の端部に向かって、厚さ方向において外側に凸となる曲面形状の凸部が複数、形成されることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。

Images