JP4221760B2 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、プランジャを用いて燃料を加圧する高圧燃料ポンプに関する。

従来、燃料通路からポンプ室への燃料流入を弁部材により制御しつつ、内燃機関（以下、エンジンという）によって駆動されるプランジャによりポンプ室の燃料を加圧して外部へと吐出する高圧燃料ポンプが公知である。
このような高圧燃料ポンプの一種として、プランジャの移動軸と弁部材の移動軸とが同軸上に位置するものが特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、プランジャの移動軸に対して弁部材の移動軸が直交する形態の高圧燃料ポンプが開示されている。

国際公開ＷＯ００／０６８９５号パンフレット 国際公開ＷＯ００／４７８８８号パンフレット

上述したようにプランジャを用いて燃料を加圧する高圧燃料ポンプは、当該プランジャを駆動するエンジンに搭載されるため、その搭載性を向上する上で小型であることが望ましい。
しかしながら、特許文献１の高圧燃料ポンプでは、プランジャと弁部材とが同軸上に配置されているため、プランジャの軸方向においてポンプ長が長くなっている。しかも特許文献１の高圧燃料ポンプでは、弁部材を駆動するコイル部や燃料通路の一部等が弁部材を挟んでプランジャとは反対側に配置されているため、プランジャの軸方向においてポンプ長がさらに長くなっている。

一方、特許文献２の高圧燃料ポンプでは、弁部材がプランジャに対して径方向へオフセット配置されているため、プランジャの軸方向においてポンプ長を短縮できるものの、弁部材がプランジャの径方向へ延びているため、プランジャの径方向においてはポンプ長が長くなっている。加えて特許文献２の高圧燃料ポンプでは、コイル部や燃料通路の一部が弁部材を挟んでプランジャとは反対側に配置されているため、プランジャの径方向においてポンプ長がさらに長くなっている。
本発明の目的は、プランジャの軸方向及び径方向の双方において小型となる高圧燃料ポンプを提供することにある。

請求項１〜７に記載の発明では、弁部材の移動軸がプランジャの移動軸に対して略平行にずれていることを特徴としている。これにより、弁部材をプランジャに対して径方向へオフセット配置することが可能となるので、プランジャの軸方向においてポンプ長を短縮することができる。さらに、弁部材がプランジャの軸方向に略沿って延びることになるので、プランジャの径方向においてもポンプ長を短縮することができる。

請求項１に記載の発明によると、弁部材を駆動するコイル部はハウジング部内において弁部材に対して軸方向へオフセット配置され、当該コイル部と外部制御装置とに電気接続されるターミナルはコイル部からハウジング部の外周側方へ取り出されている。これにより、ポンプ長がプランジャの軸方向へ長くなることを抑制しつつターミナルを取り出すことができる。

請求項２に記載の発明によると、弁部材を軸方向へ駆動するコイル部は当該弁部材の軸方向への投影像に重なって配置されているので、コイル部の配置によってポンプ長がプランジャの径方向へ長くなることを抑制できる。
請求項３に記載の発明によると、コイル部はプランジャの径方向外側に配置されている。したがって、例えば請求項２に記載のようにコイル部が弁部材の軸方向への投影像に重なっている場合には、コイル部の配置によってポンプ長が、プランジャの径方向のみならず、軸方向へ長くなることを抑制できる。

ここで、燃料通路において弁部材よりも下流側部分を下流側通路と定義する。
請求項４に記載の発明によると、エンジンの駆動力がタペットを通じて伝達されるプランジャはポンプ室よりもタペット側に配置されており、またコイル部は弁部材よりもタペット側に配置されている。したがって、例えば請求項３に記載のようにコイル部がプランジャの径方向外側に配置されている場合には、下流側通路とポンプ室とを連通させるために下流側通路をプランジャとコイル部との間に通す必要性がなくなる。その結果、プランジャの径方向におけるポンプ長の短縮効果が向上する。

請求項５に記載の発明によると、コイル部の中心軸は弁部材の移動軸と同軸上に位置しているので、弁部材を駆動するコイル部の電磁駆動力を弁部材の周方向において均等に発生させることができる。
請求項６に記載の発明によると、コイル部の中心軸は弁部材の移動軸に対して略平行にずれているので、例えばプランジャを外周側から支持するシリンダ等を、コイル部又は弁部材の軸方向への投影像に重ねて配置することができる。こうした配置形態によれば、プランジャの径方向におけるポンプ長の短縮効果が向上する。

ここで、燃料通路において弁部材よりも上流側部分を上流側通路と定義する。
特許文献１，２では、コイル部及び上流側通路が弁部材を挟んでプランジャとは反対側、即ち弁部材に対して同じ側に配置されている。そのため、燃料通路に対してコイル部をシールするための構造が複雑となっている。
これに対して請求項７に記載の発明によると、コイル部は弁部材を挟んで燃料通路とは反対側に配置されているので、燃料通路とコイル部とのシールを容易に実現することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による高圧燃料ポンプを図１に示す。エンジン２に搭載される高圧燃料ポンプ１０は、低圧ポンプによって燃料タンクから供給される燃料を加圧してエンジン２のインジェクタ側へ吐出する高圧サプライポンプである。尚、高圧燃料ポンプ１０が適用されるエンジン２は、例えばガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
高圧燃料ポンプ１０は、ハウジング部１２、加圧部３０、弁部５０、電磁駆動部７０を備えている。

ハウジング部１２は、ハウジング本体１４にハウジングカバー１６、燃料インレット１８及び燃料アウトレット（図示しない）を締結してなる。ハウジング本体１４はフェライト系ステンレス等の磁性材で形成されている。ハウジング本体１４には導入通路２０、弁通路２２、ポンプ室２４、中継通路２５及び吐出通路２６が形成されており、またハウジング本体１４とハウジングカバー１６との間にはギャラリ２８が形成されている。燃料インレット１８に連通する導入通路２０には、燃料タンクからの低圧燃料が燃料インレット１８を通じて導入される。導入通路２０と弁通路２２とに連通するギャラリ２８は、導入通路２０側から弁通路２２側へ燃料を搬送する。ギャラリ２８よりもエンジン２側に形成されて中継通路２５を通じてポンプ室２４に連通する弁通路２２は、当該弁通路２２に設置される弁部５０が開弁するときにギャラリ２８からの燃料を中継通路２５及びポンプ室２４へと流入させる。ポンプ室２４と燃料アウトレットとに連通する吐出通路２６は、ポンプ室２４において加圧された燃料を燃料アウトレットを通じて外部のインジェクタ側へ吐出する。尚、燃料アウトレットには、ポンプ室２４の燃料圧力が閾値以上になると開弁するチェック弁が設置されている。

加圧部３０は、シリンダ３２、プランジャ３４、スプリングシート３６、プランジャスプリング３８、オイルシール４０，４２、タペット４４等から構成されている。シリンダ３２はマルテンサイト系ステンレス等の高硬度材で筒状に形成され、焼き嵌め等によってハウジング本体１４に締結されている。プランジャ３４はシリンダ３２の内周壁によって同軸上に支持されており、シリンダ３２に対して摺動しつつ軸方向へ往復移動することが可能となっている。プランジャ３４の一端面３４ａはポンプ室２４に露出しており、ポンプ室２４への流入燃料を押圧可能となっている。プランジャ３４においてポンプ室２４とは反対側の端部にはスプリングシート３６が固定されており、このスプリングシート３６とハウジング本体１４との間にプランジャスプリング３８が介装されている。プランジャスプリング３８の復原力によってスプリングシート３６は、エンジン２内において駆動手段としてのカム４にタペット４４を介して押し当てられている。これにより、カム４の回転軸Ｒ周りの回転駆動力は往復駆動力に変換されてタペット４４からプランジャ３４へと伝達されるため、プランジャ３４は軸方向へ往復駆動されることとなる。オイルシール４０は、シリンダ３２とプランジャ３４との間においてエンジン２内からシリンダ３２内へのオイル漏れを防止し、またオイルシール４２は、シリンダ３２とプランジャ３４との間においてシリンダ３２内からエンジン２内への燃料漏れを防止する。

図１及び図２に示すように弁部５０は、弁シート５２、弁ガイド５４、弁部材５６、弁スプリング５８等から構成され、弁通路２２に設置されている。弁シート５２は筒状に形成され、弁通路２２の通路壁に螺合固定されている。弁シート５２においてギャラリ２８とは反対側、即ちエンジン２内のタペット４４側となる端面は弁座６０を形成している。弁ガイド５４は筒状に形成され、弁シート５２よりもタペット４４側において弁通路２２の通路壁に嵌合固定されている。弁ガイド５４の内周壁には、周方向の所定個所にスリット６２が形成されている。弁部材５６は磁性材で有底筒状に形成され、ハウジング本体１４の一部からなるストッパコア６４と弁シート５２との間に配置されている。弁部材５６は弁ガイド５４の内周壁によって同軸上に支持されており、弁ガイド５４に対して摺動しつつ軸方向へ往復移動することが可能となっている。本実施形態では、弁部材５６の移動軸Ｏがプランジャ３４の移動軸Ｐに対して略平行にずれており、プランジャ３４の径方向において弁部材５６とポンプ室２４とがラップしている。弁スプリング５８は弁部材５６の内孔とストッパコア６４との間に介装されており、復原力によって弁部材５６をストッパコア６４とは反対側へ、即ち弁座６０側へ付勢する。

弁部材５６の底部側端面５６ａが弁座６０から離座した状態では、弁シート５２内とスリット６２内とが当該端面５６ａと弁座６０との間を通じて連通する。そのため、ギャラリ２８から弁通路２２への搬送燃料は、弁通路２２における弁シート５２内、弁座６０周辺及びスリット６２内を抜けて中継通路２５及びポンプ室２４へと導かれる。尚、弁座６０からの離座方向へ向かう弁部材５６の移動は、弁部材５６の開口部側端面５６ｂをストッパコア６４が係止することにより規制される。

また一方、弁部材５６の底部側端面５６ａが弁座６０に着座した状態では、弁シート５２内とスリット６２内との連通が遮断される。そのため、ギャラリ２８から弁通路２２への搬送燃料はポンプ室２４には導かれなくなる。
燃料噴射ポンプ１０では、このような弁部材５６の機能によって、ポンプ室２４へ流入する燃料を調量することができる。

電磁駆動部７０は、ステータコア７２、ボビン７４、コイル７６、コネクタ７８、ターミナル８０等で構成されている。ステータコア７２、ボビン７４、コイル７６及びコネクタ７８の一部は、弁部５０及びストッパコア６４よりもタペット４４側且つプランジャ３４の径方向外側に形成されたハウジング本体１４の収容孔８２内に設置されている。ステータコア７２は鉄等の磁性材で柱状に形成され、その両端部が収容孔８２の内壁に嵌合固定されている。ボビン７４は樹脂等で筒状に形成され、ステータコア７２の外周壁に嵌合固定されている。コイル７６は、銅線等の線材をボビン７４の外周側に巻回してなる。本実施形態において、ステータコア７２、ボビン７４及びコイル７６からなるコイル部８４は、弁部材５６の軸方向の投影像に重なるように、より詳細には、当該コイル部８４の中心軸Ｑが弁部材５６の移動軸Ｏと同軸上に位置するように弁部材５６に対して軸方向へオフセット配置されている。これによりコイル部８４の中心軸Ｑは、プランジャ３４の移動軸Ｐに対しては略平行にずれている。コネクタ７８は、ステータコア７２、ボビン７４及びターミナル８０を樹脂モールドしてなる。ターミナル８０は、コイル部８４から、プランジャ３４の径方向外側となるハウジング本体１４の外周側方へ取り出されている。ターミナル８０はコイル７６に電気接続されていると共に、コネクタ７８に装着されるケーブルを介して外部制御装置に電気接続される。

外部制御装置の制御によってコイル７６が通電された状態では、コイル７６が励磁することによりステータコア７２及びストッパコア６４が磁化され、磁気吸引力がストッパコア６４と弁部材５６の端面５６ｂとの間に発生する。そして、この磁気吸引力は、弁部材５６を軸方向のストッパコア６４側へ駆動する電磁駆動力として弁部材５６に作用する。

次に、高圧燃料ポンプ１０の作動について説明する。
（１）カム４の回転によりプランジャ３４がタペット４４側へ移動することでポンプ室２４の内圧が低下すると、弁部材５６が各端面５６ａ，５６ｂに受ける圧力の差が変化する。その結果、弁部材５６が端面５６ａに受ける圧力による力に対し、弁部材５６が端面５６ｂに受ける圧力による力と弁スプリング５８の復原力との総和が小さくなると、図３に示すように弁部材５６が弁座６０から離座してストッパコア６４に係止される。そして、この係止状態では、ギャラリ２８から弁通路２２への搬送燃料がポンプ室２４へと導かれることとなる。

（２）弁部材５６がストッパコア６４に係止された後には、プランジャ３４がタペット４４側への移動限界点に達するよりも前に、コイル７６への通電を開始する。その結果、弁部材５６とストッパコア６４との間に磁気吸引力が発生し、弁部材５６のストッパコア６４による係止状態、即ちポンプ室２４への燃料流入状態が保持される。ここでコイル７６への通電は、プランジャ３４がタペット４４側への移動限界点に達した後、ポンプ室２４側へ移動を開始し、さらにポンプ室２４側への移動限界点に達する前の設定時期まで継続される。尚、プランジャ３４がポンプ室２４側へ移動を開始した後、コイル７６への通電がオフされるまでの間においては、燃料アウトレットのチェック弁の作用によってインジェクタ側への燃料吐出が禁止される。そのため、ポンプ室２４の燃料が中継通路２５、弁通路２２のスリット６２内、弁座６０周辺及び弁シート５２内を介してギャラリ２８へと排出される。

（３）コイル７６への通電を停止すると、弁部材５６とストッパコア６４との間の磁気吸引力が消失する。このとき、弁部材５６が端面５６ｂに受ける圧力はポンプ室２４の燃料圧力と一致しており、それ故、当該圧力による力と弁スプリング５８の復原力との総和は、弁部材５６が端面５６ａに受ける圧力による力よりも大きくなる。その結果、図１に示すように弁部材５６がストッパコア６４から離間して弁座６０に着座するため、ポンプ室２４の燃料がギャラリ２８へ排出されなくなる。

（４）弁部材５６が弁座６０に着座した後、ポンプ室２４側への移動限界点までプランジャ３４が移動するときには、ポンプ室２４の燃料がプランジャ３４によって加圧される。その結果、ポンプ室２４の燃料圧力が燃料アウトレットのチェック弁の閾値以上となると、当該チェック弁が開弁し、ポンプ室２４における加圧燃料がインジェクタ側へと吐出される。したがって、高圧燃料ポンプ１０では、上記（３）におけるコイル７６への通電停止時期を変更することによって燃料吐出量を調整することができる。

以上説明した第一実施形態によると、弁部材５６の移動軸Ｏがプランジャ３４の移動軸Ｐに対して略平行にずれていることにより、弁部材５６がプランジャ３４に対して径方向へオフセット配置されているので、プランジャ３４の軸方向ではポンプ長が短くなっている。さらに、弁部材５６の移動軸Ｏがプランジャ３４の移動軸Ｐに対して略平行にずれていることにより、弁部材５６がプランジャ３４の軸方向に沿って延びた形となっているので、プランジャの径方向においてもポンプ長が短くなっている。

また、第一実施形態によると、プランジャ３４の径方向外側においてコイル部８４が弁部材５６の軸方向への投影像に重なって配置されていることにより、プランジャ３４と弁部５０との配置によって生まれたデッドスペースがコイル部８４の配置に有効利用されている。したがって、プランジャ３４の軸方向及び径方向においてポンプ長が長くなることを抑制しつつコイル部８４の配置することができる。さらに、プランジャ３４がポンプ室２４よりもタペット４４側に配置され、当該プランジャ３４の径方向外側のコイル部８４が弁部５０よりもタペット４４側に配置されている。これにより、弁通路２２とポンプ室２４とを繋ぐ中継通路２５をプランジャ３４とコイル部８４との間に通す必要性がなくなるので、プランジャ３４の径方向においてポンプ長が長くなることを抑制できる。またさらに、ハウジング本体１４内においてコイル部８４が弁部材５６に対して軸方向へオフセット配置され、当該コイル部８４と外部制御装置とに電気接続されるターミナル８０がプランジャ３４の径方向外側となるハウジング本体１４の外周側方へ取り出されている。したがって、プランジャ３４の軸方向においてポンプ長が長くなることを抑制しつつターミナル８０を取り出すことが可能となっている。

さらにまた、第一実施形態によると、コイル部８４の中心軸Ｑは弁部材５６の移動軸Ｐと同軸上に位置しているので、コイル部８４の磁気吸引力を弁部材５６の周方向において均等に発生させることができる。それ故、弁ガイド５４内における弁部材５６の軸方向移動がスムーズとなる。

加えて第一実施形態によると、ギャラリ２８よりもタペット４４側の弁通路２２に弁部５０が設置され、それら弁通路２２及び弁部５０よりもタペット４４側にコイル部８４が配置されている。即ちコイル部８４は、弁通路２２及び弁部５０を挟んでギャラリ２８とは反対側に配置されているので、ギャラリ２８及び弁通路２２に対するコイル部８４のシールをハウジング本体１４のストッパコア６４によって容易に実現することができる。したがって、製造コストを低減することができる。
以上、ギャラリ２８、弁通路２２及び中継通路２５が特許請求の範囲に記載の「燃料通路」に相当し、ギャラリ２８が特許請求の範囲に記載の「上流側通路」に相当する。

（第二実施形態）
図４に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例であり、第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付すことで説明を省略する。
第二実施形態の高圧燃料ポンプ１００では、弁部材１１０の移動軸Ｏとコイル部１２０の中心軸Ｑとが互いに略平行にずれている。これにより、弁部材１１０の軸方向への投影像がコイル部１２０とシリンダ３２とに重なっている。それ故、プランジャ３４の径方向におけるポンプ長が第一実施形態よりも短縮されている。

ここまで、本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。
例えば、弁部材５６，１１０をコイル部８４，１２０よりもタペット４４側に配置するようにしてもよい。尚、この場合には、プランジャ３４とコイル部８４，１２０との間に中継通路２５を通すことによって弁通路２２とポンプ室２４とを連通させるようにする。

第一実施形態による高圧燃料ポンプを示す断面図である。 第一実施形態による高圧燃料ポンプの要部示す拡大断面図である。 第一実施形態による高圧燃料ポンプの作動を説明するための拡大断面図である。 第二実施形態による高圧燃料ポンプを示す断面図である。

符号の説明

２ エンジン（内燃機関）、４ カム、１０，１００ 高圧燃料ポンプ、１２ ハウジング部、１４ ハウジング本体、２０ 導入通路、２２ 弁通路（燃料通路）、２４ ポンプ室、２５ 中継通路（燃料通路）、２６ 吐出通路、２８ ギャラリ（燃料通路）、３０ 加圧部、３２ シリンダ、３４ プランジャ、４４ タペット、５０ 弁部、５２ 弁シート、５６，１１０ 弁部材、５６ａ，５６ｂ 端面、５８ 弁スプリング、６０ 弁座、６４ ストッパコア、７０ 電磁駆動部、７２ ステータコア、７４ ボビン、７６ コイル、８０ ターミナル、８４，１２０ コイル部、Ｏ 弁部材の移動軸、Ｐ プランジャの移動軸、Ｑ コイル部の中心軸

Claims (7)

1. 燃料通路と、
   前記燃料通路から燃料が流入するポンプ室と、
   軸方向へ往復移動することにより、前記燃料通路から前記ポンプ室へ流入する燃料を調量する弁部材と、
   軸方向へ往復移動することにより、前記ポンプ室の燃料を加圧して外部へ吐出するプランジャと、
   ハウジング部内において前記弁部材に対して軸方向へオフセット配置され、前記弁部材を駆動するコイル部と、
   前記コイル部に電気接続されると共に、前記コイル部を通電制御する外部制御装置に電気接続されるターミナルと、
   を備え、
   前記弁部材の移動軸は、前記プランジャの移動軸に対して略平行にずれており、
   前記ターミナルは、前記コイル部から前記ハウジング部の外周側方へ取り出されていることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
2. 前記弁部材の軸方向への投影像に重なって配置されて前記弁部材を軸方向へ駆動するコイル部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。
3. 前記コイル部は、前記プランジャの径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧燃料ポンプ。
4. 内燃機関の駆動力を前記プランジャへ伝達するタペットを備え、
   前記プランジャは、前記ポンプ室よりも前記タペット側に配置されており、
   前記コイル部は、前記弁部材よりも前記タペット側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧燃料ポンプ。
5. 前記コイル部の中心軸は、前記弁部材の移動軸と同軸上に位置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧燃料ポンプ。
6. 前記コイル部の中心軸は、前記弁部材の移動軸に対して略平行にずれていることを特徴とする請求項１〜４のいずか一項に記載の高圧燃料ポンプ。
7. 前記燃料通路において前記弁部材よりも上流側部分を上流側通路としたとき、
   前記コイル部は、前記弁部材を挟んで前記上流側通路とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の高圧燃料ポンプ。

Images