JP3902388B2

JP3902388B2 - 高圧燃料供給ポンプ

Info

Publication number: JP3902388B2
Application number: JP2000233222A
Authority: JP
Inventors: 雅巳阿部; 裕之山田; 淳治斉藤; 浩小田倉
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002048033A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に高圧燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプに係り、特に、吐出される燃料の量が可変な高圧燃料供給ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧燃料供給ポンプは、加圧室に吸入弁と吐出弁が設けられており、加圧室に摺動可能に保持されたプランジャを往復動することにより、吸入弁及び吐出弁が自動的に開閉し、吐出弁から加圧された燃料を吐出することができる。さらに、従来の高圧燃料供給ポンプは、ソレノイドによって駆動される係合部材を備えている。ソレノイドに通電すると、係合部材と吸入弁との係合が外れ、ポンプは通常の自動弁として動作する。そして、ソレノイドを無通電にすると、係合部材が吸入弁と係合して、吸入弁の動きを停止するため、ポンプ吐出量が零となる。そして、ソレノイドの通電タイミングを制御することにより、ポンプの吐出量が調整可能なものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来の高圧燃料供給ポンプにおいては、吸入弁と係合部材の接触面積を小さくして、係合部材の傾きや吸入弁の傾きによって吐出量が変化することを低減するため、係合部材の先端を尖らせることにより、吸入弁と係合部材の接触を点接触とするようにしていた。そのため、ソレノイドを無通電として吸入弁に係合部材が当接したとき、接触面積が小さい分、単位面積当たりの衝突力が大きくなるため、係合部材及び吸入弁が摩耗するという問題があった。そこで、耐摩耗性を向上するため、係合部材及び吸入弁の材料として、耐摩耗性の材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等）を使用していたが、これでも耐久時間が十分でなかった。そこで、これらの耐摩耗性材料に対して、熱処理を行うことにより、さらに、耐摩耗性を向上するようにしていた。熱処理は、段階的に温度を上げながら、最終的に１０００℃まで加熱するため、熱処理に約３時間を要するものであり、生産性が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、熱処理を不要として、生産性の向上した高圧燃料供給ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、燃料の吸入通路と吐出通路に連通する加圧室と、この加圧室内の燃料を上記吐出通路に圧送する加圧部材と、上記吸入通路内に設けられた吸入弁と、上記吐出通路内に設けられた吐出弁と、上記吸入弁と係合する係合部材と、外部からの制御信号により動作して、上記係合部材を動作させ、上記吸入弁を開弁するアクチュエータとを有する高圧燃料供給ポンプにおいて、上記吸入弁と上記係合部材は、同一軸線上に配置され、上記吸入弁の摺動方向Ｂと、上記アクチュエータによる上記係合部材の摺動方向Ａが同じであり、上記アクチュエータをオフ（無通電）としたときに上記係合部材が上記吸入弁を開弁するように上記係合部材を付勢するばねを有し、上記アクチュエータをオフ（無通電）としたとき、上記係合部材が上記吸入弁を開弁し、上記アクチュエータは、上記吸入弁の閉弁時に通電され、上記アクチュエータのオンタイミングにより吐出量を調節し、上記係合部材が上記吸入弁と係合する係合部を平面形状とし、さらに、上記係合部材を保持する保持部材を備え、上記吸入弁のストローク量Ｌ２を、上記吸入弁が摺動方向Ｂの一方向に移動して上記保持部材と係合する位置から、上記吸入弁が摺動方向Ｂの他方向に移動して上記吸入弁を保持する保持部材と係合する位置までの距離とするとき、上記保持部材から上記係合部材が突出する突出量Ｌ１を、上記吸入弁のストローク量Ｌ２よりも小さくして、上記アクチュエータをオフ（無通電）としたときに、上記吸入弁を保持する保持部材と上記吸入弁が衝突しないようにしたものである。
かかる構成により、係合部材が吸入弁に係合するときの単位面積当たりの衝撃力を低減して、耐摩耗性を向上し、したがって、係合部材の熱処理を不要にして、生産性を向上し、さらに、衝突時の衝突荷重を軽減して、摩耗を防止し得るものとなる。
【０００６】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記係合部材の係合部は、耐摩耗性材料によって形成するようにしたものである。
かかる構成により、安価で、しかも、耐摩耗性を向上し得るものとなる。
【０００７】
（３）上記（１）において、好ましくは、上記係合部材及び上記吸入弁は、熱処理をしていないＳＵＳ４２０Ｊ２若しくはＳＵＳ４４０Ｃで形成されているものである。
かかる構成により、熱処理が不要であるため、生産性が向上するものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態による高圧燃料供給ポンプの構成について説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による高圧燃料供給ポンプの全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による高圧燃料供給ポンプの全体構成を示す断面図であり、図２は、図１の部分拡大図である。
【０００９】
図１に示すように、高圧燃料供給ポンプ１００は、ポンプ本体１１０を備えている。ポンプ本体１１０には、燃料吸入通路１１２，吐出通路１１４，加圧室１１６が形成されている。加圧室１１６には、加圧部材であるプランジャ１２０が摺動可能に保持されている。プランジャ１２０の下端に設けられたリフタ１２２は、ばね１２４によって、カム１０に圧接されている。カム１０は、エンジンカムシャフト等により回転される。カム１０が回転すると、プランジャ１２０は往復運動して、加圧室１１６内の容積を変化させる。
【００１０】
吸入通路１１２及び吐出通路１１４には、吸入弁１３０，吐出弁１４０が設けられている。吸入弁１３０は、ばね１３２によって一方向に保持され、燃料の流通方向を制限する逆止弁となっている。また、吐出弁１４０は、ばね１４２によって一方向に保持され、燃料の流通方向を制限する逆止弁となっている。
【００１１】
ポンプ本体１１０には、ソレノイド１５０が保持されている。ソレノイド１５０には、係合部材１５２，ばね１５４が配されている。
【００１２】
ここで、図２に示すように、係合部材１５２は、ソレノイド１５０がオフ時は、ばね１５４によって、吸入弁１３０を開弁する方向（矢印Ａ方向）に付勢力がかけられている。ばね１５４の付勢力は、吸入弁ばね１３２の付勢力より大きくなっているため、ソレノイド１５０がオフ（無通電）の時は、吸入弁１３０は開弁状態となっている。
【００１３】
さらに、ソレノイド１５０をオフとして、ソレノイド１５０の付勢力を無くした際、吸入弁１３０と係合部材１５２との間には隙間があるため、吸入弁１３０と係合部材１５２は衝突し、吸入弁１３０及び係合部材１５２が摩耗することになる。そこで、吸入弁１３０と係合部材１５２との衝突力を軽減するため、係合部材１５２の先端部，即ち、吸入弁１３０との係合部を平面形状とし、受け面積を大きくして衝撃力を緩和させることで摩耗を低減している。吸入弁１３０及び係合部材１５２の材料としては、耐摩耗性の材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等）よりも耐摩耗性には劣る材料（例えば、ＳＵＳ４２０Ｊ２）を用いている。そして、従来のような熱処理は行っていないものである。熱処理が不要となるので、生産性が向上するものである。なお、吸入弁１３０及び係合部材１５２の材料としては、耐摩耗性の材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等）を用いることもでき、この場合も熱処理は不要である。
【００１４】
なお、係合部材の係合部を平面形状とした場合、係合部材の傾きや吸入弁の傾きによって吐出量が変化するという問題が生じやすいものである。そこで、これの問題を低減するために、本実施形態では、各部の隙間をできるだけ小さくして、ガタツキを少なくしている。以下、図２を用いて、具体的に説明する。
【００１５】
図２に示すように、吸入弁１３０は、保持部材１３４の中に、摺動可能に保持されている。吸入弁１３０と保持部材１３４の間には、ばね１３２が挿入されている。従って、吸入弁１３０は、保持部材１３４の中で、矢印Ｂ方向に摺動可能である。ここで、吸入弁１３０の外径Ｒ１を、例えば、φ６．６（−０．０３／−０．０７）ｍｍとするとき、保持部材１３４の内径Ｒ２を、φ６．６（＋０．０３／０）ｍｍとしており、吸入弁１３０と保持部材１３４の間の隙間を、最大０．０６〜０．１０ｍｍとなるようにしている。
【００１６】
また、係合部材１５２は、保持部材１５６によって摺動可能に保持されている。ここで、係合部材１５２の外径Ｒ３を、例えば、φ２．１０±０．００５ｍｍとするとき、保持部材１５６の内径Ｒ４を、φ２．１２５±０．００５ｍｍとしており、係合部材１５２と保持部材１５６の間の隙間を、最大０．０１〜０．０３５ｍｍとなるようにしている。
【００１７】
さらに、係合部材１５２の右側端部には、円筒部１５８が圧入されている。円筒部１５８は、鉄心１５９に対して摺動可能である。そして、円筒部１５８の外径と鉄心１５９の内径との間の隙間も、最大０．０２ｍｍとなるようにしている。
【００１８】
以上のようにして、各摺動部の隙間をできるだけ小さくすることにより、ガタツキを少なくして、吸入弁１３０や係合部材１５２の傾きを小さくし、吐出量の変化を低減している。
【００１９】
次に、図３を用いて、本実施形態による高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムのシステム構成について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムのシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２０】
燃料は、タンク２０から低圧ポンプ２２によって、高圧燃料供給ポンプ１００の燃料導入口に供給される。ここで、供給される燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ２４によって一定の圧力に調圧されている。ポンプ１００によって加圧された燃料は、燃料吐出口からコモンレール３０に圧送される。コモンレール３０には、インジェクタ３２，リリーフ弁３４，圧力センサ３６が装着されている。インジェクタ３２は、エンジンの気筒数にあわせて装着されており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０の信号によって噴射する。また、リリーフ弁３４は、コモンレール３０内の圧力が所定値を超えた際開弁し、配管系の破損を防止する。圧力センサ３６によって検出された燃料圧力信号は、ＥＣＵ４０に取り込まれる。ＥＣＵ４０は、ソレノイド１５０のオン・オフ（通電・無通電）を制御する。
【００２１】
次に、図１〜図３を用いて、本実施形態による高圧燃料供給ポンプの動作について説明する。
図１に示したカム１０が、エンジンカムシャフト等により回転されると、プランジャ１２０は往復運動して、加圧室１１６内の容積を変化させる。プランジャ１２０の圧縮工程中に吸入弁１３０が閉弁すると、加圧室１１６内の圧力が上昇し、これにより吐出弁１４０が自動的に開弁し、コモンレール３０に燃料を圧送する。吸入弁１３０は、加圧室１１６の圧力が燃料導入口より低くなると自動的に開弁するが、閉弁に関しては、ソレノイド１５０の動作により決定される。
【００２２】
ソレノイド１５０がオン（通電）状態を保持した際は、ばね１５４の付勢力以上の電磁力を発生させ、係合部材１５２をソレノイド１５０側に引き寄せるため、係合部材１５２と吸入弁１３０は分離される。この状態であれば、吸入弁１３０はプランジャ１２０の往復運動に同期して開閉する自動弁となる。従って、圧縮工程中は、吸入弁１３０は閉塞し、加圧室１１６の容積減少分の燃料は、吐出弁１４０を押し開き圧送される。よって、ソレノイド１５０の応答性に関係せずに、ポンプの最大吐出を行うことができる。
【００２３】
これに対し、ソレノイド１５０がオフ（無通電）を保持した際は、ばね１５４の付勢力により、係合部材１５２は吸入弁１３０に係合し、吸入弁１３０を開弁状態に保持する。従って、圧縮工程時においても、加圧室１１６の圧力は燃料導入口部とほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁１４０を開弁することができず、加圧室１１６の容積減少分の燃料は、吸入弁１３０を通り燃料導入口側へ戻される。よって、ポンプ吐出量をゼロとすることができる。
【００２４】
また、圧縮工程の途中でソレノイド１５０をオン状態とすれば、このときから燃料がコモンレール３０に圧送される。また、一度圧送が始まれば加圧室１１６内の圧力は上昇するため、その後、ソレノイド１５０をオフ状態にしても吸入弁１３０は閉塞状態を維持し、吸入工程は始まりと同期して自動開弁する。したがって、ソレノイド１５０のオンタイミングにより吐出量を調節することができる。
【００２５】
また、ソレノイド１５０は圧縮工程の始まり前までに、オフ位置まで戻れば良いため、特別オン−オフ応答性（オン状態からオフ状態になるときの応答性）を良くする必要がないものである。これにより、ばね１５４の付勢力を小さくすることができ、結果的にソレノイド１５０のオフ−オン応答性（オフ状態からオン状態になるときの応答性）をよくすることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、高圧燃料供給ポンプにおける吸入弁と係合部材の熱処理を不要として、生産性を向上することができる。
【００２７】
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施形態による高圧燃料供給ポンプの構成について説明する。
なお、本実施形態による高圧燃料供給ポンプの全体構成は、図１に示したものと同様である。
【００２８】
図４は、本発明の第２の実施形態による高圧燃料供給ポンプの部分拡大図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００２９】
本実施形態では、図４に示すように、係合部材１５２Ａの先端部に、第２の係合部材１５２Ｂを取り付け、固定している。ここで、係合部材１５２Ａの材料を、耐摩耗性には劣る材料（例えば、ＳＵＳ４２０Ｊ２）とするとき、先端に取り付けられる第２の係合部材１５２Ｂは、耐摩耗性の材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等）を用いるようにしている。第２の係合部材１５２Ｂは、第１の係合部材１５２Ａに溶接等により固定される。
【００３０】
第２の係合部材１５２Ｂの先端部，即ち、吸入弁１３０との係合部を平面形状とし、受け面積を大きくして衝撃力を緩和させることで、吸入弁１３０と係合部材１５２Ａ，１５２Ｂとの衝突力を軽減して、摩耗を低減している。ここで、係合部材の先端部の部材である第２の係合部材１５２Ｂのみを耐摩耗性の材質の物を使用することで、安価にして、更に、耐摩耗性を向上することができる。
【００３１】
なお、先端部に用いる第２の係合部材１５２の形状は、球状部材としているが、形状はこれに限った物ではなく、他の形状のものとすることもできるものである。また、吸入弁との係合部となる先端部の平面加工を、切削加工でなく、研摩加工とすることにより、係合部材１５２Ａ，１５２Ｂの全長を要求寸法内に、容易に加工することができる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、高圧燃料供給ポンプにおける吸入弁と係合部材の熱処理を不要として、生産性を向上することができる。
また、安価で、しかも、耐摩耗性を向上することができる。
【００３３】
次に、図５を用いて、本発明の第３の実施形態による高圧燃料供給ポンプの構成について説明する。
なお、本実施形態による高圧燃料供給ポンプの全体構成は、図１に示したものと同様である。
図５は、本発明の第３の実施形態による高圧燃料供給ポンプの部分拡大図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００３４】
本実施形態においては、第２の係合部材１５２Ｂが、保持部材１５６の先端部から突出する量をＬ１とし、吸入弁１３０のストローク量を、Ｌ２とするとき、Ｌ２＞Ｌ１としている。即ち、このような関係とすることにより、ソレノイドがオフとなり、第２の係合部材１５２Ｂが矢印Ａ方向に移動して吸入弁１３０に衝突した際でも、吸入弁１３０の端部１３０Ａが保持部材１３４の底部１３４Ａに衝突することがないため、係合部材１５２Ｂと吸入弁１３０の衝突時の衝突荷重が、係合部材１５２Ｂ及び吸入弁１３０に作用しないため、これらの摩耗を防止することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、高圧燃料供給ポンプにおける吸入弁と係合部材の熱処理を不要として、生産性を向上することができる。
また、安価で、しかも、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、衝突時の衝突荷重を軽減して、摩耗を防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、高圧燃料供給ポンプにおける吸入弁と係合部材の熱処理を不要として、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による高圧燃料供給ポンプの全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムのシステム構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による高圧燃料供給ポンプの部分拡大図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による高圧燃料供給ポンプの部分拡大図である。
【符号の説明】
１００…高圧燃料供給ポンプ
１１０…ポンプ本体
１２０…プランジャ
１３０…吸入弁
１４０…吐出弁
１５０…ソレノイド
１５２…係合部材

Claims

燃料の吸入通路と吐出通路に連通する加圧室と、この加圧室内の燃料を上記吐出通路に圧送する加圧部材と、上記吸入通路内に設けられた吸入弁と、上記吐出通路内に設けられた吐出弁と、上記吸入弁と係合する係合部材と、外部からの制御信号により動作して、上記係合部材を動作させ、上記吸入弁を開弁するアクチュエータとを有する高圧燃料供給ポンプにおいて、
上記吸入弁と上記係合部材は、同一軸線上に配置され、上記吸入弁の摺動方向Ｂと、上記アクチュエータによる上記係合部材の摺動方向Ａが同じであり、
上記アクチュエータをオフ（無通電）としたときに上記係合部材が上記吸入弁を開弁するように上記係合部材を付勢するばねを有し、上記アクチュエータをオフ（無通電）としたとき、上記係合部材が上記吸入弁を開弁し、
上記アクチュエータは、上記吸入弁の閉弁時に通電され、上記アクチュエータのオンタイミングにより吐出量を調節し、
上記係合部材が上記吸入弁と係合する係合部を平面形状とし、
さらに、上記係合部材を保持する保持部材を備え、
上記吸入弁のストローク量Ｌ２を、上記吸入弁が摺動方向Ｂの一方向に移動して上記保持部材と係合する位置から、上記吸入弁が摺動方向Ｂの他方向に移動して上記吸入弁を保持する保持部材と係合する位置までの距離とするとき、
上記保持部材から上記係合部材が突出する突出量Ｌ１を、上記吸入弁のストローク量Ｌ２よりも小さくして、上記アクチュエータをオフ（無通電）としたときに、上記吸入弁を保持する保持部材と上記吸入弁が衝突しないようにしたことを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
請求項１記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
上記係合部材の係合部は、耐摩耗性材料によって形成されていることを特徴とすることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。
請求項１記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
上記係合部材及び上記吸入弁は、熱処理をしていないＳＵＳ４２０Ｊ２若しくはＳＵＳ４４０Ｃで形成されていることを特徴とする高圧燃料供給ポンプ。