JP2022512103A - 高圧燃料ポンプ用入口制御バルブ - Google Patents

Abstract

開示された入口チェックバルブは、高圧燃料ポンプで使用され、入口バルブアーマチュアに結合されたバルブステムに一体的に接続されたバルブ部材からなる。バルブ部材は、開位置と閉位置との間の軸に沿ったストロークを有する。入口バルブソレノイドは、入口バルブポールに磁場を生成して、入口バルブアーマチュアを引き付け、バルブ部材を開位置から閉位置に移動させる。開位置では、バルブ部材は入口バルブストップに接触し、バルブ部材のストロークよりも大きいギャップが、入口バルブアーマチュアと入口バルブポールとの間の軸に沿って画定される。閉位置では、入口バルブシートがバルブメンバーと嵌合し、入口バルブアーマチュアと入口バルブポールの間にアーマチュアギャップを残す。

Description

本発明は、ガソリンコモンレール噴射システム用の高圧燃料供給ポンプに関する。より具体的には、本開示は、高圧燃料供給ポンプで使用するための入口制御バルブに関する。

ガソリン直接噴射（ＧＤＩ）燃料システムは、全体的な圧力管理方策の一部として、コモンレールに供給される燃料量を調整しなければならない。現在、ポンピングチャンバに供給される燃料の量、つまりコモンレールが加圧される程度を制御するために２つの方策が採用されている。１つの戦略は、米国特許第７，７０７，９９６号に開示されているようなデジタルオン／オフソレノイドを使用であり、別のものは米国特許第６，７９２，９１６号に開示されているような比例バルブを使用している。入口メータリングに使用されるソレノイドバルブは、非常に速く開閉する必要があるため、バルブの作動は高圧ポンプのポンプサイクルと調整される。速効型ソレノイド駆動バルブは、バルブ部材とバルブシートとの間、またはバルブ部材とバルブストップとの間などの部品間の接触からノイズを発生させることが知られている。入口メータリングバルブは、高圧ポンプの低圧入口またはその近く（ポンプの外側近く）に配置するのが一般的であり、バルブ部品によって生成されたノイズが簡単に伝達される。入口メータリングバルブに関連するノイズを低減することが望ましい。

単一ピストン、カム駆動高圧燃料ポンプは、コモンレール直接噴射ガソリン（ＧＤＩ）エンジンで高圧燃料を生成するための一般的な解決策になっている。ポンプが吸気行程サイクルにある間にレールから圧力が逆流するのを防ぐために、ポンプには出口チェックバルブを組み込む必要があることが業界で知られている。システムの誤動作によって引き起こされる予期しない過剰圧力から高圧システム全体を保護するために、ポンプ内に圧力リリーフバルブを組み込むことが業界の要件になっている。コモンレールとインジェクターを保護するために、圧力リリーフバルブはコモンレールと油圧で連絡するつまり、ポンプの流れと平行である必要がある。並列油圧通信を行うために、通常の実行では、ポンプハウジング内の別個のデバイスとして出口チェックバルブと圧力リリーフバルブを配置した。米国特許第８，１３２，５５８号に開示されているように、高圧ポンプに取り付ける前に組み立てて試験することができる出口コネクタに、出口チェックバルブおよび圧力リリーフバルブを組み込むことが望ましい。

燃料ポンプによって移送することができる燃料の最大量は、ポンピングサイクルの終了時の圧力、（その圧力および温度の下での）燃料の体積弾性率、ポンプの閉じ込められた体積、およびポンプの漏れ損失の関数である。高圧燃料ポンプのトラップされた容量は、ポンププランジャがポンプストローク（ＴＤＣ）の終わりにあるときに測定された、ポンピングチャンバに流体的に接続された容量である。高圧ポンプの閉じ込められた容積は、一般に、ポンピングチャンバに露出された入口チェックバルブ、ポンプ出口チェックバルブ、および圧力リリーフバルブの部分を含む。ポンプのトラップされた容量は、特にポンププランジャによって押しのけられたボリュームがトラップされたボリュームと比較して小さい場合、ポンプの全体的なボリューム効率に重要な役割を果たす。閉じ込められた容積を可能な限り小さく保つことは、高圧燃料ポンプの容積効率を改善する。高圧燃料ポンプで使用される出口チェックバルブおよび圧力リリーフバルブには、バルブ部材（バルブボールなど）を閉位置に向けてバイアスするコイルスプリングが含まれているのが一般的である。この目的のために使用される１つまたは複数のコイルスプリングが、ポンピングチャンバに露出された容積内にあり、それがポンプの閉じ込められた容積を増加させることも一般的である。

圧力リリーフバルブの流れがポンピングチャンバに戻るので、圧力リリーフバルブに関連するスプリング、およびスプリングを含むチャンバは、ポンピングチャンバと直接連通する。スプリングによって占められていないスプリングチャンバ内の流体の量は、ポンプの閉じ込められた量に寄与する。圧力リリーフバルブを閉じた状態に保つために必要なスプリングのサイズは、直接噴射システムの操作圧力とともに増加する。現在および保留中の排出規制では、３５０ｂａｒ（３５ＭＰａ）以上の直接噴射操作圧力が必要であり、スプリング荷重を増加させるためにスプリングの寸法を大きくする必要があり、圧力リリーフバルブに関連するトラップ量が増加する可能性がある。

開示された入口チェックバルブは、高圧燃料ポンプを通る燃料の流れのタイミングおよび量を制御するように構成される。開示された実施形態では、高圧燃料ポンプは、ポンピングプランジャがポンピングフェーズと充填フェーズとの間を往復するポンピングチャンバと、ポンピングチャンバに供給される燃料を受け取るための入口供給通路とを含む。開示された入口チェックバルブの利点は、高圧燃料ポンプ内で発生する騒音の低減である。

入口制御バルブは、入口供給通路を通ってポンピングチャンバへの燃料の流れを制御する。燃料の流れは、入口供給通路とポンピングチャンバとを接続する流体流路で制御される。入口制御バルブは、入口バルブステムに一体的に接続された円盤状の入口バルブ部材からなる。バルブステムは入口に結合されている。

バルブアーマチュア。
作動中、バルブ部材は、入口制御バルブの開位置と閉位置との間の軸に沿ったストロークを有する。

バルブ部材は、入口バルブバイアス部材によって開位置に向かってバイアスされる。閉位置では、環状表面を有する入口バルブシートは、バルブ部材と嵌合するように構成される。入口バルブシートは、バルブステムを受け取り、開位置と閉位置との間でバルブ部材の動きをガイドするための円筒形のボアを画定する。バルブ部材は、入口供給通路と連絡している第１の側と、ポンピングチャンバと連絡している第２の側とを含む。閉位置では、バルブ部材の第１の側がポンピングチャンバ内のバルブシートと一致させ、流体の流れが流体流路を介して防止される。開位置では、バルブ部材の第２の側がポンピングチャンバ内の入口バルブストップと接触し、流体の流れが流体の流路を通って許可される。開示された実施形態では、入口バルブ停止は、ポンピングチャンバの一部を規定する入口バルブストップ支持体によって支持されたピンから構成される。入口バルブストップは、入口バルブシートに面しており、入口バルブシートからバルブ部材の反対側にあるポンピングチャンバの一部内に配置されている。

電磁コイルを含む入口バルブソレノイドは、入口バルブポールに磁場を生成して、入口バルブアーマチュアを引き付ける。入口バルブポールは、入口バルブアーマチュアと同軸に配置される。ギャップは、バルブ部材が開位置にあるときの入口バルブアーマチュアと入口バルブポールとの間の軸に沿って画定される。開示された実施形態では、ギャップは、軸に沿ったバルブ部材のストロークよりも大きい。

入口バルブソレノイドに通電すると、入口バルブアーマチュアが引き付けられ、それがバイアス部材を圧縮し、バルブ部材を開位置から閉位置に移動させる。閉位置では、アーマチュアギャップが入口バルブアーマチュアと入口バルブポールの間に残り、コンポーネント間の衝撃が減少する。

このようにして、入口制御バルブは、高圧燃料ポンプ内の騒音を低減する。

開示された実施形態の態様は、図面を参照して説明され、ここで、同様の数字は、同様の要素を反映する。
本開示の態様による、バルブを組み込んだ高圧燃料ポンプの断面図である。 図２は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図３は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図４は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図５は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図６は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図７は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図８は、燃料噴射システムの異なる動作状態におけるバルブの位置および燃料の流れを示す、開示された高圧燃料ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。 図９は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１０は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１１は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１２は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１３は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１４は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１５は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。 図１６は、図１の高圧燃料ポンプの一部の拡大断面図であり、高圧燃料ポンプの異なる動作状態におけるバルブの構造および動作を示している。

図１は、高圧燃料ポンプ（ＨＰＰ）１０の断面図であり、開示の態様により、入口制御バルブ（ＩＣＶ）１２、圧力リリーフバルブ（ＰＲＶ）１４、および排出チェックバルブ（ＤＣＶ）１６の例示的な例を組み込んでいる。以下でより詳細に議論されるように、ＰＲＶ１４およびＤＣＶ１６は、互いに統合され、本開示の態様によると、ポンプ出口継手１８内に配置される。図２は、開示されたＨＰＰ１０を組み込んだ燃料噴射システムの機能要素および関係を示す概略図である。図２を参照すると、低圧ポンプ（ＬＰＰ）２０は、入口継手２２を介してＨＰＰ１０に燃料を供給する。高圧燃料は、レール供給通路２４およびコモンレール２６と連絡する排出継手１８を通ってＨＰＰ１０を出る。図２の燃料噴射システムでは、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２８は、クランクシャフト位置センサ３０および他の入力からの情報を使用して、コモンレール２６に接続された燃料噴射装置３２を操作する。圧力センサ３４は、コモンレール２６内の圧力を検出し、この情報をＥＣＵ２８に提供する。ＥＣＵ２８は、燃料噴射装置３２を作動させて、燃料が、エンジンの動作状態、すなわち、負荷下での加速、アイドリング、長期のグレードの下降に応じて、その時点で、エンジンが要求する量（図示せず）で各燃焼室に噴射される。ＥＣＵ２８および燃料噴射装置３２は、ＥＵＣ２８の制御下でＨＰＰ１０によって維持されるコモンレール２６内の実質的に一定の圧力のために構成される。

ポンピングプランジャ３８は、ポンプボア４０内で往復運動して、ポンピングチャンバ４２を交互に広げて燃料をポンピングチャンバに引き込み、次いで、ポンピングチャンバ４２は、出口継手１８およびレール供給通路２４を介して燃料をコモンレール２６にポンプ輸送する。カムフォロワ４４は、カム３６のプロファイル４６に向かってバイアスされ、ポンピングプランジャ３８に接続されて、カムプロファイル４６は、ポンピングプランジャ３８の相互運動に入る。カム３６は、カム３６の３６０度回転ごとにポンピングプランジャ３８の４つの充電／ポンプサイクルを生成する４面プロファイル４６を有する。カムには任意の数のローブがあり、ほとんどは３つまたは４つのローブがある。充電およびポンピングサイクルの持続時間は、カムプロファイル４６およびカム３６の回転速度の関数である。図２のカム３６は、カムプロファイルの「上死点」（ＴＤＣ）に示され、これは、ポンピングサイクルの終了と充電サイクルを開始とを定義する。この用途を説明するために使用される対称カムプロファイルでは、カムプロファイル４６の各側の中点は「最低点」に対応し、カムプロファイル４６の下死点（ＢＤＣ）であり、これは、充電サイクルの終了とポンピングサイクルの開始とを定義する。非対称形状のカムプロファイルでは、ＢＤＣに対応するカムプロファイルの最低点がローブ間の中間点にない場合がある。ポンププランジャの総ストロークは、カムのＴＤＣおよびＢＤＣ位置からの半径方向の距離によって画定される。カムプロファイル４６の各ローブは、ＢＤＣからＴＤＣへの角変位がＴＤＣからＢＤＣとは異なる可能性があるように非対称であり得る。カム３６のすべてのローブの形状は通常同じであるが、これは必須ではない。

図１に示されるように、ポンプ本体４８は、開示されたＨＰＰ１０の主要な構造構成要素であり、ＨＰＰ１０の構成要素を受け入れて取り付けるための場所を提供する。従来の留め具に加えて、ＨＰＰ１０の構成要素は、ねじ接続、締まりばめ、または溶接接続によってポンプ本体４８に固定されている。組み立ておよび接続の他の方法は当業者に起こり、開示されたＨＰＰ１０は、本出願で論じられる例示的な方法によって制限されない。段付きボアは、ポンプ本体４８内の内部構成要素をトラップするために使用することができる。入口継手２２は、入口フィルタ５０を含み得、ポンプ本体４８に固定されたアキュムレータカバー５２によって画定される容積と連絡する。アキュムレータカバー５２は、容積を取り囲む。動作中にＨＰＰ１０によって生成される圧力変動を減衰させるように構成されたアキュムレータ５４を含む。アキュムレータ５４は、アキュムレータサポートおよびアキュムレータスペーサーによってアキュムレータカバー５２内に支持されたガス充填金属ベローズを含み、その結果、アキュムレータ５４は、ＨＰＰ１０によって生成された圧力パルスを吸収するように形状を変えることができる。本体４８は、アキュムレータ５４からＩＣＶ１２につながる。

本開示の態様によるＩＣＶ１２の実施形態は、図１および図９～図１６に示されている。以下でより詳細に説明するように、開示されたＩＣＶ１２は、ポンプ入口チェックバルブおよび入口計量バルブの両方として機能し、ＩＣＶ１２を通ってポンピングチャンバ４２に流れる燃料の流れのタイミングおよび量の両方を制御する。ポンプ入口チェックバルブは、開示されたＨＰＰ１０の部品数を減らし、専用のポンプ入口チェックバルブに関連する体積をなくすことによって、ポンプの閉じ込められた体積も減らす。図示のＩＣＶ１２は、２ポート、２つの位置、通常は開、直接ソレノイド作動の流量制御バルブである。制御バルブシート５８は、ポンプ本体４８によって規定される段付きボアに受け入れられ、制御バルブ供給通路５６を、ストップピン支持体６０によって規定されるポンピングチャンバ４２の一部と接続する流体流路を規定する。図９～図１６に最もよく見られるように、入口バルブ６２は、入口バルブシート５８を通過するバルブステム６６に一体的に接続された円盤状のバルブ部材６４を含む。ストップピン支持体６０は、ストップピン６８を支持し、バルブシート５８と連絡するポンピングチャンバ４２の一部と、ポンピングチャンバ４２から出口継手１８への高圧排出とを規定する。バルブステム６６は、アーマチュア保持リング７１によって入口バルブアーマチュア７０に結合されている。入口バルブアーマチュア７０および入口バルブ６２は、入口バルブスプリング７２によって開位置（図１および図９に示されている）に向かってバイアスされている。

制御バルブソレノイド７４は、入口バルブアーマチュア７０と整列し、隣接する制御バルブポール７６内に磁場を生成するコイルを含む。制御バルブソレノイド７４が、ＥＣＵ２８の制御下で通電されると、磁気ソレノイドコイルによって生成された磁場は、入口バルブアーマチュア７０を引き付け、入口バルブ６２は、入口バルブスプリング７２のバイアスに逆らって閉位置（図１０に示される）に移動される。閉位置では、バルブ部材６４は、入口バルブシート５８と接触し、制御バルブ供給通路５６をポンピングチャンバ４２から分離する。ポンピングサイクル中の入口バルブ６２の閉鎖は、ポンピングチャンバ４２内の燃料が、コモンレール２６へのＤＣＶ１６、出口フィッティング１８、および高圧通路２４を介して、加圧されポンピングされることを可能にする。ＩＣＶ１２の閉鎖のタイミングは、圧力センサ３４によって検出されたコモンレール２６の圧力およびカムシャフト位置センサ３０によって報告されたカムシャフト位置を含む入力に応答して、ＥＣＵ２８によって設定される。入口バルブ６２が閉じられると、入口バルブスプリング７２は、ポンピングチャンバの圧力が最小になるまで入口バルブ６２を開くことができない。これにより、ポンプサイクルが完了する前に制御バルブソレノイド７４の電源を切ることができ、電力消費を減らし、システムに加えられる熱を減らすことができる。

開示されたＩＣＶ構成は、構成要素間の衝撃の数を、作動サイクルごとに２つの衝撃、具体的には、入口バルブ６２およびバルブシート５８の衝撃、ならびに入口バルブ６２およびストップピン６８の衝撃に低減する。これらの衝撃は、ＨＰＰ１０の中心付近で発生し、ノイズがより放射されやすいＨＰＰ１０の端から遠く離れている。衝撃がより少ないエネルギーの振動を生成するように、ストップピン６８を構成する材料を選択することによって、さらなる騒音低減を達成することができる。ストップピンと接触するバルブ部材６４の表面は、ストップピンとの入口バルブ６２の衝撃によって生成されるノイズを低減するために、エンジニアリングプラスチック、例えば、ＰＥＥＫなどの材料を含み得る。ストップピン支持体６０は、ストップピンから周囲の構造への衝撃振動の伝達を低減するように構成され得る。開示されたＨＰＰ１０において、入口バルブ６２の反対側のストップピン６８の端部は、ＤＣＶ１６および出口継手１８につながる流体体積にさらされ、ストップピン６８から放射されるノイズを低減し得る。

ポンピングプランジャ３８は、プランジャスリーブ７８によって規定されたポンピングボア４０内で往復運動する。プランジャスリーブ７８は、ポンプ本体４８によって規定された浅いボアに受け入れられたパイロットチューブ８０によってポンプ本体４８に固定される。プランジャスリーブ７８は、パイロットチューブ８０の内部ショルダー８４とプランジャスリーブ７８の下端との間で圧縮されたロードリング８２によってポンプ本体４８に向かってバイアスされる。パイロットチューブ８０のネック部分８６は、プランジャシール８８を支持する。プランジャリターンスプリングシート９０は、ポンピングプランジャ３８の下端に固定され、プランジャリターンスプリング９２は、プランジャリターンスプリングシート９０とパイロットチューブ８０の外部ショルダー９４との間でバイアスされる。プランジャ保持リング９６は、ポンピングボア４０の下端に設けられた溝に受け入れられ、プランジャリターンスプリング９２によってポンピングプランジャ３８がポンピングボア４０から引き出されるのを防ぐ。図２に示されるように、カムフォロア４４は、ポンピングプランジャ３８とカム３６との間に配置され、カムプロファイル４６に追従するように配置され、ポンピングプランジャ３８に往復運動を及ぼす。

ポンプ動作中に、ポンピングプランジャ３８とポンピングボア４０との間にいくらかの漏れが生じる。開示されたＨＰＰ１０は、制御バルブシート５８内の通路を介してパイロットチューブ８０から制御バルブ供給５６へのポンプドレン９８を規定し、ＨＰＰ１０の低圧入口への漏れフローを可能にする。図１に示されるように、被駆動端よりも大きな直径を有する端部は、充電サイクル中に漏れフローを「ポンプ」する傾向があり、この「ポンプ」漏れフローもまた、ポンプドレン９８に向けられる。

図１、図９および図１０を参照すると、ＩＣＶ１２は、制御バルブポール７６、入口バルブ６２、制御バルブシート５８、入口バルブアーマチュア７０および入口バルブスプリング７２を備えた制御バルブソレノイド７４を含む。入口バルブ６２は、閉位置に移動されたときにバルブシート５８上の環状表面と嵌合するように構成されたバルブ部材６４に一体的に接続されたバルブステム６６を含む。バルブステム６６は、バルブシート５８によって規定されたボア内で往復運動し、開位置（図９）と閉位置（図１０）との間の入口バルブ６２の動きを案内する。入口バルブ６２は、入口バルブアーマチュア７０および入口バルブ６２に作用する入口バルブスプリング７２によって開位置に向かってバイアスされる。入口バルブ６２の開位置は、図９に示されるように、バルブ部材６４とストップピン６８との間の接触によって決定される。入口バルブ６２が開位置にあるとき、入口バルブアーマチュア７０と制御バルブポール７６との間にエアギャップがある。図１０に示すように、ソレノイド７４が通電されると、入口バルブアーマチュア７０および入口バルブは、制御バルブポール７６に引き付けられ、入口バルブスプリング７２を圧縮し、バルブ部材６４をバルブシート５８に対して閉じる。

図１０に示すように、ストップピン６８との接触とバルブシート５８との接触との間の入口バルブ６２の動きは、ＩＣＶストロークを規定する。入口バルブ６２が開位置にあるとき、制御バルブポール７６および入口バルブアーマチュア７０は、入口バルブが閉位置にあるとき、制御バルブポール７６と入口バルブアーマチュア７０との間にアーマチュアギャップを残す。バルブステム６６の長さおよび入口バルブアーマチュア７０の形状は、入口バルブ６２が閉位置にあるときに入口バルブアーマチュア７０が制御バルブポール７６に接触しないことを確実にするように選択される。図１０に示されるように、アーマチュアギャップは、入口バルブ６２が閉位置にあるとき、入口バルブアーマチュア７０と制御バルブポール７６との間に残る。アーマチュアギャップは、開示されたＩＣＶ１２の可動コンポーネント間の１つの接触点を排除する。

図１および図９～図１６は、本開示の態様による、ポンプ出口継手１８に統合された排出チェックバルブ（ＤＣＶ）１６および圧力リリーフバルブ（ＰＲＶ）１４を示す。図１および図９を特に参照して、ポンプ出口継手１８は、一端でポンピングチャンバ４２（またはポンピングチャンバに流体的に接続された通路）と連絡し、他端で高圧通路２４と連絡する段付きボア１００を規定する。ＰＲＶシート１０２は、出口継手１８の軸Ａ上に配置された排出チェックバルブスプリングシート（ＤＣＶスプリングシート）１０４の周りに配置されたボアを通る出口流路１０３を規定する。排出チェックバルブボール（ＤＣＶボール）１０６は、ＤＣＶスプリング１０８によって、圧力リリーフバルブシャトル（ＰＲＶシャトル）１１２上の排出チェックバルブシート（ＤＣＶシート）１１０に向かってバイアスされる。ＰＲＶシート１０２は、ＰＲＶシャトル１１２上の相補面１１６（ＤＣＶシート１１０を囲む）と嵌合する環状の円錐面１１４を含む。ＰＲＶシート１０２は、段付きボア１００によって画定される固定位置にあり、ＰＲＶシャトル１１２は、ＰＲＶスプリング１１８によってＰＲＶシート１０２に対してバイアスされている。

本開示の態様によれば、ＰＲＶスプリング１１８は、圧力リリーフバルブカップ（ＰＲＶカップ）１２０とＰＲＶシャトル１１２との間で圧縮されて、ＰＲＶシャトル１１２を図１および図９に示される閉位置に向けてバイアスする円錐ディスクスプリングのスタックである。積み重ねられた円錐ディスクスプリングは、非常にコンパクトな構成で、３５０バール（３５ＭＰａ）以上のコモンレール２６の動作圧力に対してＰＲＶ１４を閉位置に維持するために必要な高い力を生成する。積み重ねられた円錐皿スプリングの間にほとんどまたは全くスペースが残されず、ＰＲＶシャトル１１２のストロークは非常に短く、開示されたＰＲＶ１４に関連する閉じ込められた体積が非常に少ないことを意味する。ＰＲＶカップ１２０は、ポンプ出口継手１８の段付きボア１００内に締まりばめを有し、ＰＲＶシャトル１１２、ＰＲＶスプリング１１８、ＤＣＶボール１０６、ＤＣＶスプリング１０８、およびＰＲＶシート１０２をポンプ出口継手１８内にトラップする。段付きボア１００内のＰＲＶカップ１２０の位置は、ＰＲＶ１４の開放圧力を較正するために組み立て中に設定される。ＰＲＶ１４の開放圧力は、出口継手１８をポンプ本体４８に組み立てる前に較正することができる。ＰＲＶカップ１２０およびＰＲＶシャトル１１２は、ＤＣＶボール１０６とポンピングチャンバ４２との間の段付きボア１００内の空間の大部分を占めるように構成され、ＰＲＶ１４に起因するＨＰＰ１０の捕捉容積をさらに低減する。

統合されたＰＲＶ１４およびＤＣＶ１６を含む出口継手１８は、出口継手１８が取り付けられているＨＰＰ１０の閉じ込められた体積を最小化し、ＰＲＶ１４を通る高い流量容量、およびＰＲＶシャトル１１２の短いストロークを提供する。ＨＰＰ１０が作動している間、ＰＲＶ１４の高速作動と閉鎖をもたらす。図１０に示すように、コモンレール２６につながる高圧通路２４内の圧力が、ポンピングチャンバ４２またはポンピングチャンバからポンプ出口継手１８につながる通路内の圧力よりも低い場合にのみ、ＤＣＶボール１０６が開く。この状態は、ポンプ出口通路２４およびコモンレール２６の圧力が最大圧力を下回るポンプサイクル中に発生する。

図３および図１１は、ポンプの充電サイクル中、すなわち、ポンピングプランジャ３８の後退中の、開示されたＨＰＰ１０内の燃料の流れを示している。ＬＰＰ２０によってポンピングされた燃料は、入口継手２２に入り、入口フィルタ５０（存在する場合）を通過する。入口継手２２は、アキュムレータ５４と流体連絡しており、燃料は、図１１に示すように、アキュムレータ５４を通して送られることができる。ＩＣＶ１２は、通常開いた状態にあり、ポンピングプランジャ３８が引っ込められる。ＤＣＶ１６は、コモンレール２６の圧力にさらされるＤＣＶボール１０６の後ろの圧力によって閉じられたままである。開示されたＨＰＰ１０では、ポンピングチャンバ４２は、充電サイクルの終わりまでに燃料で完全に満たされる。カムフォロア４４がカムプロファイル４６の側面の中心に達すると、プランジャは後退を停止し、充電サイクルを終了する。カム３６がさらに回転すると、カムフォロア４４は、ポンピングプランジャ３８をポンピングボアに押し込み始め、ポンピングサイクルを開始する。

図４および図１２は、ＩＣＶ１２が開いた状態である間のポンピングサイクルの最初の部分を示している。ポンピングプランジャ３８がポンピングボア４０に駆動されているとき、ポンピングチャンバ４２の容積が減少し、燃料をポンピングチャンバ４２から押し出す。ＩＣＶ１２が開いた状態で、燃料はポンピングチャンバから低圧入口に向かって「こぼれる」。制御バルブソレノイド７４に通電するＥＣＵ２８によってＩＣＶ１２が閉じられると、ポンピングチャンバ４２内の燃料は、ポンププランジャ３８によって加圧され始める。ポンピングチャンバ４２内の圧力がコモンレール２６の圧力を超えると、ＤＣＶ１６が開き、燃料がコモンレール２６に圧送される。ＩＣＶ１２が閉じるまで燃料加圧を開始できないため、ＩＣＶ１２閉鎖のタイミングは、コモンレール２６に圧送される燃料の量を決定する。このようにして、ＩＣＶ１２は、ＥＣＵ２８の制御下でコモンレール２６に圧送される燃料の量を計量する。

図５および１３は、コモンレール２６への燃料供給中のＩＣＶ１２およびＤＣＶ１６の位置を示している。制御バルブソレノイド７４が通電され、ＩＣＶ１２が閉じられ、ポンピングチャンバ４２内の燃料がコモンレール２６の圧力よりも高い圧力で、ＤＣＶ１６を開く。ポンピングプランジャ３８とポンピングボア４０との間で漏れる燃料は、ポンプドレン９８によってＨＰＰ１０の低圧入口に戻される。ポンピングチャンバ４２は、バルブ部材６４に作用して、入口バルブ６２を閉位置に保持する。入口バルブスプリング７２は、ポンピングチャンバ４２の圧力が最小に低下するまで入口バルブ６２を開くことができない。これにより、ポンピングサイクルが完了する前に制御バルブソレノイド７４を意図的にオフにして、電力消費を減らし、システムに追加される熱を減らすことができる。

図６および図１４は、コモンレール２６の圧力が最大圧力よりも大きいヒートソーク状態に応答したＰＲＶ１４の作動を示している。ＰＲＶシャトル１１２および閉じたＤＣＶボール１０６は、ポンプ出口継手１８に接続された高圧通路２４を介してコモンレール２６の圧力にさらされる。ＰＲＶシャトル１１２は、ＰＲＶスプリング１１８のバイアスに逆らってＰＲＶシート１０２から離れて移動し、過剰な圧力が弁表面１１４、１１６の間を、ポンプ室４２、開いたＩＣＶ１２および制御弁供給通路５６を介して、低圧入口に通過することを可能にする。ヒートソーク状態では、逃す流体の量が少なく、流体の流量が少ないため、ＰＲＶシャトル１１２は少量移動する（開く）。

図７および図１５は、ポンプ動作中のＰＲＶ１４の作動を示しており、ヒートソークに応答したＰＲＶ１４の作動とまったく同じである。ただし、放出される流体の量が多く、ポンプの充填サイクル中に圧力を解放するために必要な流体の流れが速いため、ＰＲＶシャトル１１２がさらに開く。図１５に示されるように、入口バルブ６２は、ＰＲＶ１４を介してコモンレールから放出される高圧燃料によって閉じられたままである。コモンレール２６から解放される燃料は、ポンプの充電サイクル中、ポンプの充電サイクル中にポンピングプランジャ３８が引き込まれるときに、ポンピングチャンバ４２を満たす。

図８および図１６は、ＨＰＰ１０が作動していない「リンプホーム」シナリオ中のＩＣＶ１２、ポンピングチャンバ４２およびＤＣＶ１６を通る燃料の流れを示している。このシナリオでは、高圧通路２４およびコモンレール２６には、もはや高圧燃料が供給されていない。ＤＣＶバルブスプリング１０８は、開いたＩＣＶ１２およびポンピングチャンバ４２を通過したＬＰＰ２０によって生成された供給圧力にさらされたときに開く軽いバイアスで選択される。その背後に圧力がない場合、ＤＣＶボール１０６は、供給圧力にさらされ、低圧燃料がコモンレール２６を満たすことを可能にする。ＬＰＰ２０からの供給圧力に対応するコモンレール圧力は、燃料噴射器３２およびエンジンが低減された電力で作動することを可能にするのに十分である。エンジンの動作は最適ではないが、安全な環境またはメンテナンス施設に向けて最小限の運転能力を提供するには十分である。

開示された入口制御バルブ１２の実施形態は、例示の目的で説明されてきたが、前述の説明は、本発明の限定と見なされるべきではない。したがって、開示の精神および請求された適用範囲の範囲から逸脱することなく、様々な修正、適合、および代替が当業者に起こり得る。

Claims (13)

1. 高圧燃料ポンプ用の入口制御バルブであって、前記高圧燃料ポンプは、入口バルブ供給通路とポンピングチャンバを有し、ポンピングプランジャがポンピングフェーズと充填フェーズとの間で往復運動し、前記入口制御バルブは、
   前記入口バルブ供給通路から前記ポンピングチャンバへの流体の流入を制御するように配置され、入口バルブアーマチュアに結合された入口バルブステムと、該入口バルブステムに一体的に接続され且つ開位置から閉位置との間の軸に沿ったストロークを有した円盤状のバルブ部材とを含む、入口制御バルブと、
   前記バルブ部材を前記開位置に向けてバイアスする入口バルブバイアス部材と、
   前記バルブ部材と嵌合するように構成され、前記バルブステムを受け取り、前記開位置と前記閉位置との間のバルブ部材の動きを案内する円筒形ボアを規定する、環状表面を有する入口バルブシートと、
   前記入口バルブ供給通路と連絡している前記バルブ部材の第１の側及び前記ポンピングチャンバと連絡している前記バルブ部材の第２の側と、
   前記入口バルブシートに面し、前記入口バルブ部材の前記入口バルブシートとは反対側に配置された入口バルブストップと、
   前記入口バルブアーマチュアを引き付けるため、前記入口バルブアーマチュアと同軸に配置された入口バルブポールに磁場を生成する電磁コイルを含む入口バルブソレノイドと、
   前記バルブ部材が前記開位置にあるとき、前記入口バルブアーマチュアと前記入口バルブポールとの間に前記軸に沿って画定される、前記ストロークよりも大きいギャップと、
   前記入口バルブ供給通路と前記ポンピングチャンバとを接続する流体流路と、を備え、
   前記バルブ部材が前記開位置にあるとき、前記バルブ部材は、前記入口バルブストップと接触し、前記流体流路を通る流体の流入を可能にし、前記入口バルブソレノイドに通電すると、前記バルブ部材が前記開位置から前記閉位置に移動し、前記入口バルブバイアス部材を圧縮し、前記バルブ部材は、前記入口バルブシートと嵌合し、前記流体流路を通る流体の流入を防止し、前記バルブ部材が前記閉位置にあるとき、前記入口バルブアーマチュアと前記入口バルブポールとの間にアーマチュアギャップを残す、入口制御バルブ。
2. 前記入口バルブストップが前記ポンピングチャンバの一部内に配置されている、請求項１に記載の入口制御バルブ。
3. 前記バルブステムが、アーマチュア保持リングにより前記入口バルブアーマチュアに結合されている、請求項１又は請求項２に記載の入口制御バルブ。
4. 前記入口バルブストップが、前記バルブ部材に面するピンからなる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の入口制御バルブ。
5. 前記入口バルブストップは、前記ポンピングチャンバの一部を画定する前記入口バルブストップ支持体によって支持される、請求項１から４のいずれか一項に記載の入口制御バルブ。
6. 前記バルブ部材と前記入口バルブとの間の前記接触、及び前記バルブ部材と前記入口バルブシートとの間の接触が、前記ポンピングチャンバで生じる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の入口制御バルブ。
7. 前記アーマチュアギャップが前記ストロークよりも大きい、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の入口制御バルブ。
8. ポンププランジャがポンピングフェーズと充填フェーズとの間で往復運動するポンピングチャンバを有する高圧燃料ポンプの入口供給通路を通る燃料流入のタイミングおよび量を制御する方法であって、
   前記入口バルブ供給通路と前記ポンピングチャンバとを接続する流体流路を画定する工程と、
   前記入口バルブ供給通路から前記ポンピングチャンバへの流体の流れを制御するように配置された入口制御バルブを提供する工程と、
   前記入口バルブは、入口バルブアーマチュアに結合される入口バルブステムに一体的に接続された円盤状のバルブ部材を含み、前記バルブ部材は、前記流体流路を通る流体の流れを可能にする開位置と、前記流体流路を通る流体の流れを防止する閉位置との間に軸に沿ったストロークを有し、
   前記バルブ部材を前記開位置に向けてバイアスする工程と、
   前記バルブ部材と嵌合するように構成され、前記バルブステムを受け取り、前記開位置と前記閉位置との間のバルブ部材の動きを案内する円筒形ボアを規定する、環状表面を有するバルブシートを提供する工程と、
   前記入口バルブ供給通路と連絡している前記バルブ部材の第１の側と、前記ポンピングチャンバと連絡している前記バルブ部材の第２の側と、
   前記入口バルブシートから前記バルブ部材の反対側に入口バルブストップを配置する工程と、
   前記バルブ部材が前記開位置にあるとき、前記入口バルブアーマチュアと入口バルブポールとの間で前記軸に沿い、前記ストロークよりも大きいギャップを画定する工程と、
   電磁コイルを含む入口バルブソレノイドを使用して、前記入口バルブポールに磁場を生成し、前記入口弁アーマチュアを引き付け、前記弁部材を前記開位置から前記閉位置に移動させ、前記バイアス部材を圧縮し、前記入口バルブアーマチュアと前記入口バルブポールとの間にアーマチュアギャップを残す工程と、を備える方法。
9. 前記入口バルブストップを配置する工程が、前記入口バルブストップを前記ポンピングチャンバの一部内に配置することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記磁場を生成する工程が、前記ポンピングチャンバ内でそれぞれと接触するバルブ部材および前記入口バルブシートを含む、請求項８または請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記入口バルブストップを配置する工程が、前記ポンピングチャンバで互いに接触する前記バルブ部材および前記入口バルブストップを含む、請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記入口バルブストップを配置する工程が、ストップピン支持体によって支持されたストップピンを構成する前記入口バルブストップを含む、請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記入口制御バルブを提供する工程が、前記入口バルブステムを、前記アーマチュア保持リングを持つ前記入口バルブアーマチュアに結合させることを含む、請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
    

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