JP2018031333A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】アンカー衝突による疲労破壊により破損を招く虞を低減することである。【解決手段】本発明は上記のような課題を解決するために、加圧室を備えたポンプハウジング、前記加圧室の上流側に設けられ、付勢ばねによって付勢されるアンカーと、を備えた高圧燃料ポンプであって、前記付勢ばねと前記アンカーの座面との摩擦抵抗を減少させる構造を備えた。【選択図】 図３

Description

本発明は、高圧燃料供給ポンプに係り、特に内燃機関の燃料噴射弁に高圧燃料を圧送する好適な高圧燃料ポンプに関する。

従来この種のタイプの弁は、例えば高圧燃料供給ポンプの電磁駆動式吸入弁の場合、特開２０１２−８２８１０号公報の図１および図３（Ａ）に記載されるように、僅かな隙間で構成される軸受部を備え、その軸受部によりアンカー及びバルブの傾きが規制された状態で往復運動を行い、往復運動のために付勢力を与えるばね力を備え、そのばね力を平面で受ける構造となっている。

特開２０１２−８２８１０号公報

高圧燃料供給ポンプの電磁駆動式吸入弁においては、電磁コイルに通電するとアンカーと固定コアの間に磁気吸引力が発生し、可動部であるアンカーが、吸入弁閉弁方向に運動し、固定コアと衝突する。アンカーは軸受部の隙間により傾いて移動し、固定コアと傾いた状態で衝突する。固定コアとアンカーの間には反吸引方向の力をもったばねがあるため、ばね座面の摩擦力により、アンカーの回転方向の動きは抑制されている。そのため、アンカーの衝突は円周方向に偏りをもった点で衝突する。本運動により、アンカーの一部が繰り返し衝突荷重を受けることで破損を招くおそれがある。
そこで本発明の目的は、アンカー衝突による疲労破壊により破損を招く虞を低減することである。

本発明は上記のような課題を解決するために、加圧室を備えたポンプハウジング、前記加圧室の上流側に設けられ、付勢ばねによって付勢されるアンカーと、を備えた高圧燃料ポンプであって、前記付勢ばねと前記アンカーの座面との摩擦抵抗を減少させる構造を備えた。

上記のように構成した本発明によれば、アンカー衝突による疲労破壊により破損を招く虞を低減することが可能となる。本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において説明する。

本発明が実施された実施例１になる電磁駆動型の吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプの全体縦断面図である。 本発明が実施された実施例１になる電磁駆動型の吸入弁の拡大断面図である。 本発明が実施された実施例２になる電磁駆動型の吸入弁の拡大断面図である。 本発明が実施された実施例３になる付勢ばねの説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１及び図２に基づき本発明が実施される高圧燃料供給ポンプの実施例１を説明する。 図１は細部に符号を付すことができないので、説明中の符号で図１にその符号がないものは図２の拡大図にその符号が記載されている。

詳細は以下で説明するが、高圧燃料供給ポンプの電磁駆動式吸入弁においては、電磁コイルに通電するとアンカーと固定コアの間に磁気吸引力が発生し、可動部であるアンカーが、吸入弁閉弁方向に運動し、固定コアと衝突する。アンカーは軸受部の隙間により傾いて移動し、固定コアと傾いた状態で衝突する。固定コアとアンカーの間には反吸引方向の力をもったばねがあるため、ばね座面の摩擦力により、アンカーの回転方向の動きは抑制されている。そのため、アンカーの衝突は円周方向に偏りをもった点で衝突する。本運動により、アンカーの一部が繰り返し衝突荷重を受けることによる破壊のおそれがある。

そこで本実施例では、上記のような課題を解決するために、ばね力が印加される平面の摩擦係数を下げるために、固体潤滑材を塗布するなどして摩擦係数の低い座面３００Ａ、３００Ｂを備えたワッシャを備えることで、アンカー２０７の回転を促進し、固定コア２０６とアンカー２０７の衝突時の位相を円周方向に分散させ、破損に対する延命を図る。

ポンプハウジング１には、一端が開放された有底の筒状空間を形成する窪み部１２Ａが設けられ、当該窪み部１２Ａには開放端側からシリンダ２０が挿入されている。シリンダ２０の外周とポンプハウジング１の間は圧接部２０Ａによってシールされている。またシリンダ２０にはプランジャ２が滑合しているので、シリンダ２０の内周面とプランジャ２の外周面との間は滑合面間に侵入する燃料でシールされる。その結果、プランジャ２の先端と窪み部１２Ａの内壁面およびシリンダ２０の外周面の間に加圧室１２が画成されている。

プランジャ２の下端に設けられたリフタ３は、ばね４にてカム７に圧接されている。プランジャ２はシリンダ２０に摺動可能に保持されており、エンジンカムシャフト等により回転されるカム７により、往復運動して加圧室１２内の容積を変化させる。シリンダ２０はその下端部外周がシリンダホルダ２１で保持され、シリンダホルダ２１をポンプハウジング１に固定することによってポンプハウジング１にメタルシール部２０Ａで圧接される。加圧室１２の図右側にはポンプハウジング１の周壁から加圧室１２に向けて筒状の孔６０Ｈが設けられている。この筒状の孔６０Ｈには吐出弁ユニット６０が装着されている。吐出弁ユニット６０は先端に吐出弁シート６１が形成され、中心に吐出通路となる通孔１１Ａを備えた吐出弁シート部材６１Ｂを備える。吐出弁シート部材６１Ｂの外周には吐出弁シート６１側周囲を包囲する吐出弁ホルダー６２が固定されている。吐出弁ホルダー６２内には吐出弁６３とこの吐出弁６３を吐出弁シート６１に押し付ける方向に付勢するばね６４が設けられている。

吐出弁６３は、上流側の空間５３と下流側加圧室１２の燃料シールを果たす。プランジャ２の上昇運動により加圧室１２の圧力が上流側空間５３の圧力よりも大きくなった場合は、図右側に吐出弁６３が移動し、加圧室１２内の燃料を上流側空間５３に吐出する。また、プランジャ１２の下降運動により加圧室１２の圧力が上流側空間５３の圧力よりも下回った場合には、図左側に吐出弁６３が移動し、燃料シールする。すなわち吐出弁６３はプランジャ２の上下運動によって、往復運動を繰り返す。

吐出弁６３の外壁と吐出弁ホルダー６２の内壁の間には、僅かな空間を有しており吐出弁ホルダー６２の内壁にそって吐出弁６３が摺動することで、往復運動時の吐出弁６３の傾きは規制されている。

ポンプハウジング１の周壁から加圧室１２に向けて筒状の孔２００Ｈが形成されており、この筒状の孔２００Ｈには電磁駆動型吸入弁機構２００の吸入弁部ＩＮＶおよび電磁駆動機構部ＥＭＤの一部が挿入されている。電磁駆動型吸入弁機構２００の外周面と筒状の孔２００Ｈとの接合面２００Ｒがレーザ溶接によって接合されことで、ポンプハウジング１の内部が大気から密閉されている。電磁駆動型吸入弁機構２００が取付けられることによって密封された筒状の孔２００Ｈは低圧燃料室１０Ａとして機能する。

電磁駆動型吸入弁機構２００は電磁的に駆動されるロッド２０１を備える。ロッド２０１の先端には吸入弁２０３が設けられ、電磁駆動型吸入弁機構２００の端部に設けられた吸入弁ハウジング２１４に形成された吸入弁シート２１４Ｓと対面している。

ロッド２０１の他端には、ロッド付勢ばね２０２が設けられており、吸入弁２０３が吸入弁シート２１４Ｓから離れる方向にロッドを付勢している。吸入弁ハウジング２１４の先端内周部には吸入弁ストッパＳ０が固定されている。吸入弁２０３は吸入弁シート２１４Ｓと吸入弁ストッパＳ０との間に往復動可能に保持されている。吸入弁２０３と吸入弁ストッパＳ０との間には吸入弁付勢ばねＳ４が配置されており、吸入弁２０３は吸入弁付勢ばねＳ４によって吸入弁ストッパＳ０から離れる方向に付勢されている。

吸入弁２０３とロッド２０１の先端とは互いに反対方向にそれぞれのばねで付勢されているが、ロッド付勢ばね２０２の方が強いばねで構成してあるので、ロッド２０１が吸入弁付勢ばねＳ４の力に抗して吸入弁２０３が吸入弁シートから離れる方向（図面右方向）に押し、結果的に吸入弁２０３を吸入弁ストッパＳ０に押し付けている。

このため、ロッド２０１は、電磁駆動型吸入弁機構２００がＯＦＦ時（電磁コイル２０４に通電されていないとき）には、ロッド付勢ばね２０２によってロッド２０１を介して、吸入弁２０３を開弁する方向に付勢している。従って電磁駆動型吸入弁機構２００がＯＦＦ時には、図１、図２、図３（Ａ）のように、ロッド２０１、吸入弁２０３は開弁位置に維持される。

電磁駆動型吸入弁機構２００は環状に形成されたコイル２０４の内周側に、電磁駆動機構部ＥＭＤのボディを兼ねた有底のカップ状のヨーク２０５を備える。ヨーク２０５は内周部に固定コア２０６、とアンカー２０７がロッド付勢ばね２０２を挟んで収納されている。図２に詳細に示されるように固定コア２０６はヨーク２０５の有底部に圧入によって強固に固定されている。アンカー２０７はロッド２０１の反吸入弁側端部に圧入により固定され、固定コア２０６との間に磁気空隙ＧＰを介して対面している。コイル２０４はカップ状のサイドヨーク２０４Ｙの中に収納されており、サイドヨーク２０４Ｙの開放端部の内周面をヨーク２０５の環状フランジ部２０５Ｆの外周部で圧入嵌合することで両者が固定されている。ヨーク２０５とサイドヨーク２０４Ｙ、固定コア２０６、アンカー２０７によって磁気空隙ＧＰを横切る閉磁路ＣＭＰがコイル２０４の周囲に形成されている。ヨーク２０５の磁気空隙ＧＰの周囲に対面する部分は肉厚が薄く形成されており、磁気絞り２０５Ｓを形成している。これにより、ヨーク２０５を通って漏洩する磁束が少なくなり、磁気空隙ＧＰを通る磁束を増加することができる。

図２に示すようにヨーク２０５の開放側端部筒状部２０５Ｇの内周部には軸受部２１４Ｂを有する吸入弁ハウジング２１４が圧入により固定されており、ロッド２０１はこの軸受２１４Ｂを貫通して吸入弁ハウジング２１４の反軸受側吸入弁２０３のところまで延びている。

ロッド２０１の先端部と吸入弁ストッパＳ０の間には吸入弁２０３が吸入弁付勢ばねＳ４を挟んで往復運動可能に装着されている。吸入弁２０３は一側の面が吸入弁ハウジング２１４に形成された吸入弁シート２１４Ｓに対面し、他側の面が吸入弁ストッパＳ０に対面する環状面部２０３Ｒを備える。環状面部２０３Ｒの中心部にはロッド２０１の先端まで延びる有底の筒状部を有し、有底の筒状部は底部平面部２０３Ｆと円筒部２０３Ｈとから構成されている。円筒部２０３Ｈは吸入弁シート２１４Ｓの内側において吸入弁ハウジング２１４に形成される開口部２１４Ｐを通って低圧燃料室１０Ａ内まで突出している。

ロッド２０１の先端は低圧燃料室１０Ａで吸入弁２０３のロッド側端部の平面部２０３Ｆの表面に当接している。吸入弁付勢ばねＳ４は吸入弁ストッパＳ０の突出部ＳＴの吸入弁側端面ＳＨと吸入弁２０３の有底筒状部の底面との間に保持されている。

かくして構成された電磁駆動型吸入弁機構２００は高圧燃料ポンプにおいて吐出量を制御する役割を担う。コイル２００に通電することアンカー２０７、固定コア２０６間に磁束が発生することで、アンカー２０７は付勢ばね２０２に逆らって固定コア２０６側に移動する。通電をＯＦＦした場合には、磁束がなくなるので付勢ばね２０２のばね力で反固定コア側に移動する。また、このアンカー２０７の運動に伴って吸入弁２０３も同様の運動をする。すなわち、コイル２００への通電タイミングを制御することで、吸入弁２０３の運動を制御することが可能になる。アンカー２０７及び吸入弁２０３は通電ＯＮ−ＯＦＦに応じて、往復運動を繰り返す。

アンカー２０７に固定されたロッド２０１の外壁とその軸受部となる吸入弁ハウジング２１４に備えられた軸受部内壁２１４Ｂの間には、僅かな空間を有しており軸受部内壁２１４Ｂにそってロッド２０１が摺動することで、往復運動時のロッド２０１及びアンカー２０７の傾きは規制されている。

電流ＯＦＦ時アンカー２０７を固定コア２０６側に移動させるための付勢ばね２０２のアンカー２０７側の座面２０７Ａには、テフロン（登録商標）加工が施されている。これにより、付勢ばね２０２とアンカー２０７間の摩擦抵抗が減少し、アンカー２０７が回転方向に運動しやすくなる効果を得ている。つまり、高圧燃料ポンプは加圧室１２の上流側に設けられ、付勢ばね２０２によって付勢されるアンカー２０７を備え、付勢ばね２０２とアンカー２０７の座面との摩擦抵抗を減少させる構造を備えたものである。具体的には、摩擦抵抗を減少させる前記構造は、付勢ばね２０２を受けるアンカー２０７の座面２０７Ａに塗布された固体潤滑材（テフロン）である。

前述の通り、アンカー２０７は軸受部２１４Ｂの隙間に応じた傾きを伴って固定コア２０６と衝突する。回転方向の動きが抑制されている場合、常にアンカー２０７の周方向の同じ部分が衝突することになり、衝突によって発生する高い応力を常に周方向の同じ部分が受けることになる。これにより疲労破壊が進展しアンカー２０７が破損する事態に至る。本実施例のようにアンカー回転を促進する機構を設け、アンカー衝突時の周方向の位置を変化させることで、局所範囲の高応力の発生回数を抑制することが可能になり、疲労破壊に対する延命が可能となる。

以上の通り本実施例では、ばね力が印加される平面の摩擦係数を下げるために、固体潤滑材を付加することで、アンカーの回転を促進し、固定コアとアンカーの衝突時の位相を円周方向に分散させる。これにより、アンカー衝突による疲労破壊至る時間の延命が可能となる。また、衝突時に発生する燃料流によるキャビテーションによる損傷に対しても周方向の偏りを抑制することが可能となる

図３は、本発明の実施例２に電磁駆動型吸入弁機構２００の断面図を示す。実施例１と同様の機能を有するものについては説明を省略する。実施例１では、アンカー２０７の付勢ばね２０２の当接座面２０７Ａにテフロン加工を施す構造としたが、図３に示すように、表面の摩擦係数が小さいワッシャ（別部材）３００を備える構造とした。つまり、本実施例では高圧燃料ポンプにおいて、摩擦抵抗を減少させる構造として、付勢ばね２０２とアンカー２０７の間に配置された摩擦力の小さな平面を有した別部材３００（たとえばワッシャ）を配置した構成である。これにより実施例１と同様の効果が期待できる。

本実施例によれば、ワッシャ３００のばね側面３００Ａ及びアンカー側面３００Ｂの両面の滑りが可能となり、よりアンカー２０７が回転方向に運動しやくすなる効果が得られる。

実施例１、２では、付勢ばね２０２の当接側の座面の摩擦係数を下げる構造としたが、図４に示す通り、付勢ばね２０２自体の座面２０２Ａに同様の固体潤滑材を塗布することでも同等の効果が得られる。つまり、摩擦抵抗を減少させる構造は、付勢ばね２０２自体の座面に塗布された固体潤滑材（テフロン）を採用したものである。これにより、実施例１、２と同様の効果が期待できる。

実施例１、２、３では、アンカー２０７と付勢ばね２０２間の摩擦係数を下げる構造としたが、固定コア２０６側の座面２０６Ａに同様の構造を備えるようにしてもよい。つまり、加圧室１２の上流側に設けられ、付勢ばね２０２によって付勢されるアンカー２０７と、付勢ばね２０２の荷重をうける固定コア２０６、を備え、付勢ばね２０２と固定コア２０６の座面との摩擦抵抗を減少させる構造を備えたものである。具体的には、この摩擦抵抗を減少させる構造は、固定コア２０６の座面に塗布された固体潤滑材（テフロン）であることが望ましい。あるいは、この摩擦抵抗を減少させる構造は、固定コア２０６の間に配置された摩擦力の小さな平面を有した別部材（ワッシャなど）であることが望ましい。これにより、実施例１、２、３と同様の効果が期待できる。

実施例１、２、３、４では、アンカー２０７の回転を促進する構造としたが、同様の往復運動を行い、軸受機構により傾きを規制している、吸入弁２０３に係るばねＳ４の座面、及び吐出弁６３に係るばね６４の座面に対して同様の構造を備えることで、吸入弁２０３、吐出弁６３の損傷に対して同様の延命効果が得られる。

１ ポンプハウジング
２ プランジャ
３ リフタ
４ ばね
７ カム
１０Ａ 低圧燃料室
１１Ａ 吐出通路となる通孔
１２ リフタ 加圧室
１２Ａ ポンプハウジング窪み部
２０ シリンダ
２０Ａ シリンダ圧接部
２１ シリンダホルダ
５３ ポンプ上流側空間
６０ 吐出弁ユニット
６０Ｈ 吐出弁ユニット筒状孔
６１ 吐出弁シート
６１Ｂ 吐出弁シート部材
６２ 吐出弁ホルダー
６３ 吐出弁
６４ 付勢ばね
２００ 電磁駆動型吸入弁機構
２００Ｈ 吸入弁用筒状孔
２００Ｒ 吸入弁接合面
２０１ ロッド
２０２ ロッド付勢ばね
２０２Ａ ロッド付勢ばね座面
２０３ 吸入弁
２０３Ｆ 吸入弁底部平面部
２０３Ｈ 吸入弁円筒部
２０３Ｒ 吸入弁環状面部
２０４ コイル
２０４Ｙ サイドヨーク
２０５ ヨーク
２０５Ｆ ヨーク環状フランジ部
２０５Ｇ ヨーク開放側端部筒状部
２０５Ｓ 磁気絞り
２０６ 固定コア
２０６Ａ 固定コアばね座面
２０７ アンカー
２０７Ａ アンカーばね座面
２１４ 吸入弁ハウジング
２１４Ｂ 吸入弁ハウジング軸受部
２１４Ｐ 吸入弁ハウジング開口部
２１４Ｓ 吸入弁シート
２１４Ｐ 開口部
３００ ワッシャ
３００Ａ ワッシャばね側座面
３００Ｂ ワッシャアンカー側座面
ＥＭＤ 電磁駆動機構部
ＩＮＶ 吸入弁部
ＧＰ 時期空隙
ＣＭＰ 閉磁路
Ｓ０ バルブストッパ
Ｓ４ バルブ付勢ばね

Claims (7)

1. 加圧室を備えたポンプハウジング、前記加圧室の上流側に設けられ、付勢ばねによって付勢されるアンカーと、を備えた高圧燃料ポンプであって、
   前記付勢ばねと前記アンカーの座面との摩擦抵抗を減少させる構造を備えたことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
2. 請求項１の高圧燃料ポンプにおいて、摩擦抵抗を減少させる前記構造は、前記付勢ばね自体の座面に塗布された固体潤滑材であることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
3. 請求項１の高圧燃料ポンプにおいて、摩擦抵抗を減少させる前記構造は、前記付勢ばねを受ける前記アンカーの座面に塗布された固体潤滑材であることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
4. 請求項１の高圧燃料ポンプにおいて、摩擦抵抗を減少させる前記構造は、前記付勢ばねと前記アンカーの間に配置された摩擦力の小さな平面を有した別部材であることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
5. 加圧室を備えたポンプハウジング、前記加圧室の上流側に設けられ、付勢ばねによって付勢されるアンカーと、前記付勢ばねの荷重をうける固定コア、を備えた高圧燃料ポンプであって、
   前記付勢ばねと前記固定コアの座面との摩擦抵抗を減少させる構造を備えたことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
6. 請求項５の高圧燃料ポンプにおいて、摩擦抵抗を減少させる前記構造は、前記固定コアの座面に塗布された固体潤滑材であることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
7. 請求項５の高圧燃料ポンプにおいて、摩擦抵抗を減少させる前記構造は、前記固定コアの間に配置された摩擦力の小さな平面を有した別部材であることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
   
   
   
   

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