JP3630407B2 - 高圧燃料供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高圧燃料供給装置に関するものであり、特に内燃機関に高圧燃料を供給するための高圧燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射型の自動車用内燃機関に於ける燃料供給システムは、一般的には図８に示すようなものであり、燃料タンク１内の燃料２は低圧ポンプ３によって燃料タンク１から送り出され、フィルタ４を通り、低圧レギュレータ５によって調圧された後、高圧ポンプである高圧燃料供給装置６に供給される。燃料は燃料供給装置６によって燃料噴射に必要な流量のみ高圧にされて内燃機関（図示してない）のコモンレール９内に供給される。余分な燃料は電磁弁１７から低圧ダンパ１２と吸入弁１３との間にリリーフされる。また、この必要流量は制御ユニット（図示してない）が決定し、電磁弁１７を制御している。このようにして供給された高圧の燃料はコモンレール９に接続された燃料噴射弁１０から高圧の霧状となって内燃機関のシリンダ（図示してない）内に噴射される。フィルタ７および高圧リリーフバルブ８はコモンレール９内が異常圧力（高圧リリーフバルブ開弁圧力）となった場合に開弁し、コモンレール９および燃料噴射弁１０の破損を防止する。
【０００３】
高圧ポンプである高圧燃料供給装置６は、供給された燃料を濾過するフィルタ１１と、低圧燃料の脈動を吸収する低圧ダンパ１２と、吸入弁１３を通して供給された燃料を加圧して、吐出弁１４および燃圧保持バルブ１５を通して高圧燃料を吐出するポンプ１６とを備えている。図８および図９に示すように、ポンプ１６のプランジャ２６、スリーブ２５、プレート３１、吸入弁１３、吐出弁１４で構成される燃料加圧室２４は電磁弁１７を介して、低圧ダンパ１２と吸入弁１３との間に繋がっている。
【０００４】
図８および図９にはこのような一般的な高圧燃料供給装置６の構造の詳細を示す。これらの図に於いて、高圧燃料供給装置６は、燃料の吸入通路２２および吐出通路２３を持つケーシング２１内に組み込まれて加圧室２４を内部に形成する円筒形のスリーブ即ちシリンダ２５を備えている。そのシリンダ２５内には、シリンダ２５内の加圧室２４の容積を可変とするように軸方向に摺動可能に支持されたプランジャであるピストン２６が設けられており、ピストン２６の内端（図９上端）には圧縮バネ２７が設けられ、外端（図９で下端）には図示してないエンジンのカムシャフトにより外部からの駆動力を受けてピストン２６に駆動力を伝えるタペット２８である作用部材がブラケット３０に軸方向に摺動可能に支持されている。
【０００５】
図９に於いて、高圧燃料供給装置６は、プランジャポンプであるポンプ１６と加圧室２４に接続された電磁弁１７と、低圧ダンパ１２とを一体に備えている。高圧燃料供給装置６はまた、シリンダ２５およびピストン２６を実質的に囲んでシリンダ２５とピストン２６との間から漏れて出る燃料が外部に漏れないようにする金属製のベローズ２９を備えている。
【０００６】
このような高圧燃料供給装置６は図示してないエンジンカムシャフトの同軸上に設けられた駆動カムによってピストン２６が図９で上下に駆動され、燃料を吸入し吐出する。このとき、コモンレール９内にある所定量燃料が吐出された時点で電磁弁１７を開くことにより加圧室２４内の高圧燃料が低圧の吸入側にリリーフ（逃がす）し、コモンレール９内への燃料が圧送されなくなる。この電磁弁１７の開弁タイミングを制御することにより燃料供給装置６からの吐出量を可変に調整制御するのである。
【０００７】
図１０乃至図１６にその詳細を示すように、燃料タンク１から供給された低圧燃料はリード弁３２を間に挟んで保持したプレート３１および３３により構成される吸入弁１３を通って加圧室２４に供給される。低圧側に設けられたプレート３３は図１１に示すような円板状部材であり、電磁弁１７を通って吸入通路２２に至るリリーフ流路３４と、吸入口である弁孔３５と、吐出弁３８の動きを妨げないような大きさで吐出通路２３に連通した空洞３６とを持っている。プレート３３の下面に設けられたリード弁３２は、図１２に示すような薄い円板状部材であり、平坦な吸入弁リード３７と、平坦な吐出弁リード３８とを持っている。リード弁３２の下面に設けられたプレート３１は、図１３に示すような円板状部材であり、吸入弁３７の動きを妨げないような大きさで加圧室２４に連通した空洞３９と、吐出口である弁孔４０とが形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１４および図１５には、図１２に示す吐出弁リード３８を拡大してそれぞれ平面図と断面側面図とで示す。吐出弁リード３８はほぼ円板状の部分で弁孔４０を閉じるようにしてある。図１６には、このような吐出弁リード３８の吐出通路２３側が高圧となり加圧室２４側が低圧となった場合に（例えばポンプ１６の吸入行程中）、吐出弁リード３８が吐出口である弁孔４０に押し付けられて閉じているときの状態を模式的に示す。吐出弁リード３８は高圧によって強く押されて、弁孔４０の縁４１をシール部として接触しており、平坦な吐出弁リード３８は中央部が凹んで皿型に撓んでいる（実線）。また、吐出弁リード３８の中央部の無荷重の場合（２点鎖線）に対する変位量はＨである。このような接触によるシールは、弁孔４０の縁４１をシール部に線接触するエッジシールである。このようなエッジシールに於いては、吐出弁３８リードのシール部に局部的な大きな応力が発生する。また、吐出弁リード３８を可動に支持する首部４２（図１４および図１５）では、吐出弁リード３８の剛性が高いため、変形形状が他の部分と異なって、そこに隙間が発生してシール性能が低下する（特に境界４１で発生する）。この問題は吸入弁３７リードについても同様である。
【０００９】
また、通常のリード弁３２即ちリードの板厚の設定は、開弁時の発生応力および圧力損失の低減の目的で、例えば０．３ｍｍと薄くするため、従来装置に於いては吐出圧力を例えば１２ＭＰａという高圧にした場合に、閉弁時に発生する高応力および変形によるシール不良の問題が発生し、バルブの破損、吐出流量の低下という問題が発生する。従来、このような問題に対処するために、リードの板厚を厚くし、あるいはプレートの弁孔の直径を小さくしなければならなかった。但し、前記による開弁時の圧力損失の増加分の低減のためにバルブの首部を長くし、あるいは吸入弁数を大きくする必要があり、高圧燃料供給装置が大型化してしまうという問題があった。この問題は吸入弁３７リードについても同様である。
【００１０】
従って、この発明の目的は、板厚および弁孔を変更することなくリードの剛性を高め、シール部の面シール化を提供し、シール性および耐圧性を向上させたバルブを持つ高圧燃料供給装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、上述の課題を解決するための手段は次の通りである。
（１）燃料流路を持つ加圧室を有するシリンダと、上記シリンダ内で上記加圧室の容積を可変とするように摺動可能に支持されたピストンと、上記燃料流路に設けられ、上記燃料流路内の弁孔周囲に形成された平面の弁座および上記弁座に接触して上記弁孔を閉じる薄板のリードを有し、燃料の吸入および吐出を制御するリード弁とを備えた高圧燃料供給装置に於いて、上記リードは、上記弁孔を覆って上記弁座に接触する寸法を有し、かつ上記弁孔に重なり、更に弁孔より径大なるる部分に膨出部分を備えたことを特徴とする高圧燃料供給装置。
【００１２】
（２）上記リードの上記膨出部分は、上記弁孔に流入する方向の流れに対して凸の皿状にされていても良い。
【００１３】
（３）上記リードの上記膨出部分は、その高さが上記リードの厚さの０．９倍以上としても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の高圧燃料供給装置の全体の構成は図９に示す一般的構造のものと同様で良く、従来の装置として説明した図１０乃至図１６に示すリード弁のリードが、図１乃至図７に示すリードに置き換えられている点だけが相違している。従って、高圧燃料供給装置全体の構造の詳細な説明はここには繰り返さない。
【００１５】
本発明の高圧燃料供給装置は、図９に示すように、加圧室２４を有するシリンダ２５と、シリンダ２５内で加圧室２４の容積を可変とするように摺動可能に支持されたピストン２６と、図１乃至図４に示すように、吸入流路２２に設けられ、吸入流路２２内の弁孔３５、加圧室２４に設けられ、加圧室２４内の弁孔４０周囲に形成された平面の弁座および弁座に接触して弁孔３５、４０を閉じ、燃料の吸入および吐出を制御するバルブ５０とを備えている。
【００１６】
図１乃至図７は図１０乃至図１６に対応する図であるので、その詳細を全ては説明せずに相違する部分だけを説明する。即ち、図１に於いて、バルブ５０の上面側に設けられたプレート３３は図２に示すような円板状部材であり、電磁弁１７を通って吸入通路２２に至るリリーフ流路３４と、吸入口である弁孔３５と、吐出弁３８の動きを妨げないような大きさで吐出通路２３に連通した空洞３６とを持っている。プレート３３の下面に設けられたリード弁５２は、図３に示すような薄い円板状部材であり、平坦な首部５３によって支持された円形のシート部５４を持つ吸入弁リード５５と、平坦な首部５６に接続された円形のシート部５７を持つ吐出弁リード５８とを持っている。リード弁５２の下面に設けられたプレート３１は、図４に示すような円板状部材であり、吸入弁リード５５の動きを妨げないような大きさで加圧室２４に連通した空洞３９と、吐出口である弁孔４０とが形成されている。
【００１７】
図５および図６には、図３に示す吐出弁リード５８を拡大してそれぞれ平面図と断面側面図とで示す。リード弁５２の吐出弁リード５８は可撓性の首部５６により支持された円形のシート部５７で弁孔４０を閉じるようにしてある。シート部５７の直径ｄ１は、円形断面の弁孔４０の直径ｄ２よりも大きく、周縁部５９で弁孔４０の周縁より径大なる弁座に重なって互いに面接触している。また、シート部５７の中央にはプレス加工等により図６で上方に凸となるように皿形に膨出加工された膨出部分６０が設けられている。この膨出量Ｂは、リード５８の厚さｔの０．９倍以上であると良い結果が得られる。即ち、リード弁５２の吐出弁リード５８のシート部５７は、弁孔４０を覆ってプレートの平面からなる弁座に接触する寸法を有し、かつ弁孔４０に重なる部分に膨出部分６０を備えている。この膨出部分６０は、弁孔４０に流入する方向の流れに対して凸の皿状にされている。このような吐出弁リード５８のそれ自体の構成および弁孔４０に対する関係は、吸入弁リード５５とプレート３３の弁孔３５との関係についても同様である。
【００１８】
図７には、このような吐出弁リード５８のシート部５７の凸側に高圧Ｐが発生して（例えばポンプ１６の吸入行程中）、シート部５７が吐出孔である弁孔４０に押し付けられて閉じているときの状態を実線で模式的に示す。２点鎖線は無荷重状態を表す。シート部５７は高圧によって強く押され、その周縁部５９は弁孔４０の周縁より径大なる弁座にシール部として面で接触する。また、圧力Ｐの方向に抗する方向に凸に皿形に膨出しているので、圧力による変形量Ｈ１が図１６に示す変形量Ｈと比較して著しく小さい。
【００１９】
このように構成された本発明の高圧燃料供給装置によれば、円形のシート部に凸状の膨出部分を設けたので、閉弁方向に高圧が印加された場合のシート弁の剛性を高く、シート部の変形を僅かに限定することができ、リードの首部に発生する局部的な変形を低減でき、シール性能を向上させることができる。また、膨出部分の外径を弁孔直径よりも大きく設定することにより、閉弁方向に圧力が印加された場合でも、変形の支点がプレート平面上に残り、エッジシールとなってしまうことがなくなり、バルブの局部的な応力発生防止することができる。また、シート径が従来のものよりも大きくなるのでバルブの圧力損失を低減させることができる。更に、高圧燃料供給装置の大きさを大きくせずに、従来装置の吐出圧力（例えば５ＭＰａ）よりも相当に高い吐出圧力（例えば１２ＭＰａ）に対応できる。吐出圧力を高めない場合には、高圧燃料供給装置を小型にすることができ、またシール性能を高めることができる。更に、シート部の直径を弁孔の直径よりも大きくして面接触させたことにより、従来装置で必要であった弁孔（プレート孔）の直径の寸法精度を低くして弁孔の穴径公差の拡大が可能となって製造コストを低減することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の如く本発明の高圧燃料供給装置による効果は次の通りである。
（１）高圧燃料供給装置は、燃料流路を持つ加圧室を有するシリンダと、上記シリンダ内で上記加圧室の容積を可変とするように摺動可能に支持されたピストンと、上記燃料流路に設けられ、上記燃料流路内の弁孔周囲に形成された平面の弁座および上記弁座に接触して上記弁孔を閉じる薄板のリードを有し、燃料の吸入および吐出を制御するリード弁とを備えており、上記リードは、上記弁孔を覆って上記弁座に接触する寸法を有し、かつ上記弁孔に重なり、更に弁孔より径大なる部分に膨出部分を備えたものである。従って、板厚および弁孔を変更することなくリードの剛性を高め、シール部の面シール化を提供し、シール性および耐圧性を向上させたバルブを持つ高圧燃料供給装置を提供することができる。
【００２１】
（２）上記リードの上記膨出部分は、上記弁孔に流入する方向の流れに対して凸の皿状にされているので、シート部の剛性が高く、バルブの変形が少なく、面によるシールを維持することができる。
【００２２】
（３）上記リードの上記膨出部分は、その高さが上記リードの厚さの０．９倍以上としてあるので、シートバルブの剛性を高め、プレート面シールを提供し、シール性および耐圧性を向上させ、バルブの変形が少なく、面によるシールを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧燃料供給装置のリード弁を示す部分断面図である。
【図２】図１のバルブのプレートを示す平面図である。
【図３】図１のバルブのリード弁を示す平面図である。
【図４】図１のバルブのプレートを示す平面図である。
【図５】本発明のリードと弁孔との関係を示す平面図である。
【図６】本発明のリードと弁孔との関係を示す側面断面図である。
【図７】本発明のリードに圧力が加えられたときのシート部と弁孔との関係を示す側面断面図である。
【図８】は本発明による高圧燃料供給装置を適用できる一般的な燃料供給システムを示す概略図である。
【図９】図８の高圧燃料供給装置詳細を示す縦断面図である。
【図１０】従来の高圧燃料供給装置のリード弁を示す部分断面図である。
【図１１】図１０のバルブのプレートを示す平面図である。
【図１２】図１０のバルブのリード弁を示す平面図である。
【図１３】図１０のバルブのプレートを示す平面図である。
【図１４】図１０のリードと弁孔との関係を示す平面図である。
【図１５】図１０のリードと弁孔との関係を示す側面断面図である。
【図１６】図１０のリードに圧力が加えられたときのシート部と弁孔との関係を示す側面断面図である。
【符号の説明】
３５、３９ 燃料流路、２４ 加圧室、２５ シリンダ、２６ ピストン、３５、４０ 弁孔、５５、５８ リード、５０ バルブ、６０ 膨出部分。

Claims (2)

1. 燃料流路を持つ加圧室を有するシリンダと、上記シリンダ内で上記加圧室の容積を可変とするように摺動可能に支持されたピストンと、上記燃料流路に設けられ、上記燃料流路内の弁孔周囲に形成された平面の弁座および上記弁座に接触して上記弁孔を閉じる薄板のリードを有し、燃料の吸入および吐出を制御するリード弁とを備え、上記リードが、上記弁孔を覆って上記弁座に接触する寸法を有し、かつ上記弁孔に重なり、更に弁孔より径大なるシート部を備え、上記シート部が、上記弁孔周囲で上記弁座に重なって面接触する周縁部と、上記シート部の中央部に設けられた皿形の膨出部分とを備えた高圧燃料供給装置に於いて、
   上記膨出部分の外径が上記弁孔の外径よりも大きいことを特徴とする高圧燃料供給装置。
2. 上記リードの上記膨出部分は、その高さが上記リードの厚さの０．９倍以上である請求項１記載の高圧燃料供給装置。

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