JP4315109B2

JP4315109B2 - ポンプ装置

Info

Publication number: JP4315109B2
Application number: JP2005039352A
Authority: JP
Inventors: 克則古田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: DE102006000071A1; DE102006000071B4; JP2006226161A

Description

本発明は、液体ポンプの吐出側（出口側）の圧力を所定圧力に保つレギュレータを備えたポンプ装置に関し、例えばコモンレール式燃料噴射装置のサプライポンプ等に用いられて好適な技術に関する。

（ポンプ装置の構成）
ポンプ装置の一例をコモンレール式燃料噴射装置に用いられるサプライポンプを例に説明する。
サプライポンプの概略構成を図７に示す。サプライポンプ３は、フィードポンプ１４、レギュレータ１５、電磁調量弁（ＳＣＶ）１６、高圧ポンプ１７等によって構成されている。
フィードポンプ１４は、燃料タンク内の燃料を吸引し、吸引した燃料を高圧ポンプ１７へ圧送するものである。
レギュレータ１５は、フィードポンプ１４の吐出側の圧力（燃料圧力）に応じて開弁して、フィードポンプ１４の吐出側の燃料の一部を低圧側へ戻すことで、フィードポンプ１４の吐出側の圧力を所定圧力（フィード圧力）に保つものである（例えば、特許文献１参照）。

（不具合のメカニズム）
何らかの要因によってエアＡが混入された燃料をフィードポンプ１４が吸引して吐出した場合、図８、図９に示すように、燃料に混入したエアＡが、燃料とともにレギュレータ１５に流入する。すると、エアＡがレギュレータ１５を通過する際に、レギュレータ１５におけるピストン２４の上流側の充填室２７の燃料充填量が不規則になり、その結果ピストン２４の挙動が大きく変動して、調圧圧力が激しく変動してしまう。
また、エアＡの混入によってピストン２４の挙動が激しく変動する際は、レギュレータ１５のリターン側の出口孔２８をピストン２４が開けたり閉じたりするため、出口孔２８から低圧側へ導かれる燃料の流速が変動し、レギュレータ１５からジュルジュルといったような異音が発生してしまう。

（従来のポンプ装置の問題点）
即ち、液体ポンプとレギュレータを組み合わせてなる従来のポンプ装置は、気体（エア等）が混入された液体を液体ポンプが圧送すると、ポンプ吐出側の調圧圧力が激しく変動したり、異音が発生するなどの不具合がある。
特開平６−２４９１３３号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体が混入された液体を液体ポンプが圧送しても、ポンプ吐出側の調圧圧力が変動するのを防ぐとともに、異音が発生するのを防ぐことのできるポンプ装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用するポンプ装置は、液体ポンプの吐出側の液体をレギュレータへ導く導入通路が、ポンプ装置の使用状態（例えば、車両に設置された状態など）において、液体の流入側が天地方向の上方に向くように設けられ、導入通路の液体導入口には、吐出側通路における流体の上流側を被う開口カバーが設けられるものである。
このように設けられることにより、気体が混入された液体を液体ポンプが圧送しても、気体が導入通路を通ってレギュレータに到達し難くなる。
これによって、気体がレギュレータに混入することによって発生する調圧圧力の変動および異音の発生を防ぐことができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用するポンプ装置は、液体ポンプの吐出した液体をレギュレータへ導く導入通路の液体導入口に、この液体導入口の天地方向の下方側を被う開口カバーを設けたものである。
このように設けられることにより、気体が混入された液体を液体ポンプが圧送しても、気体は液体より軽いため、液体中の気体が開口カバーで被われた液体導入口に流入し難くなる。
これによって、気体がレギュレータに混入することによって発生する調圧圧力の変動および異音の発生を防ぐことができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用するポンプ装置は、上述した請求項１と請求項２を同時に実施したものである。
このように設けることにより、レギュレータに気体が流入するのを高い割合で防ぐことができる。
これにより、気体がレギュレータに混入することによって発生する調圧圧力の変動および異音の発生を、より確実に防ぐことができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用するポンプ装置における液体ポンプは、高圧燃料を蓄圧するコモンレールへ高圧燃料を供給する高圧ポンプに、燃料タンクの燃料を供給するフィードポンプである。
このように、コモンレール式燃料噴射装置のフィードポンプの吐出圧を調圧する構造を採用するサプライポンプに本発明が適用されることにより、エアが混入された燃料をフィードポンプが圧送しても、エアがレギュレータに混入するのが抑えられるため、フィードポンプから高圧ポンプに圧送される調圧圧力の変動および異音の発生を防ぐことができる。

最良の形態１のポンプ装置は、液体を圧送する液体ポンプの吐出側の圧力に応じて開弁して、液体ポンプの吐出側の流体を液体ポンプの低圧側へ戻すことで、液体ポンプの吐出側の圧力を所定圧力に調圧するレギュレータを備えるものである。
そして、液体ポンプの吐出側の液体をレギュレータへ導く導入通路が、ポンプ装置の使用状態において、液体の流入側が天地方向の上方に向くように設けられ、導入通路の液体導入口には、吐出側通路における流体の上流側を被う開口カバーが設けられるものである。

最良の形態２のポンプ装置は、液体を圧送する液体ポンプの吐出側の圧力に応じて開弁して、液体ポンプの吐出側の流体を液体ポンプの低圧側へ戻すことで、液体ポンプの吐出側の圧力を所定圧力に調圧するレギュレータを備えるものである。
そして、ポンプ装置は、液体ポンプの吐出した液体が流れる吐出側通路に接続され、吐出側通路の液体をレギュレータへ導く導入通路と、この導入通路の液体導入口に設けられ、この液体導入口の天地方向の下方側を被う開口カバーとを備えるものである。

参考例

先ず、参考例を図１〜図３を参照して説明する。なお、以下は、コモンレール式燃料噴射装置のサプライポンプを示すものである。

（蓄圧式燃料噴射装置の説明）
図３に示す蓄圧式燃料噴射装置は、エンジン（例えばディーゼルエンジン：図示しない）の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール１、インジェクタ２、サプライポンプ３、ＥＣＵ４（エンジン制御ユニット）、ＥＤＵ５（駆動ユニット）等から構成される。なお、ＥＤＵ５はＥＣＵ４のケース内に内蔵される場合もある。

コモンレール１は、インジェクタ２に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管６を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ３の吐出口と接続されるとともに、各インジェクタ２へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管７が接続されている。

コモンレール１から燃料タンク８へ燃料（軽油等：液体の一例）を戻すリリーフ配管９には、プレッシャリミッタ１０が取り付けられている。このプレッシャリミッタ１０は圧力安全弁であり、コモンレール１内の燃料噴射圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール１の燃料噴射圧を限界設定圧以下に抑える。
また、コモンレール１には、減圧弁１１が取り付けられている。この減圧弁１１は、ＥＣＵ４から与えられる開弁指示信号によって開弁してリリーフ配管９を介してコモンレール圧を急速に減圧するものである。このように、コモンレール１に減圧弁１１を搭載することによって、ＥＣＵ４はコモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力へ素早く低減制御できる。なお、この減圧弁１１が、設けられない機種もある。

インジェクタ２は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール１より分岐する複数のインジェクタ配管７の下流端に接続されて、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に噴射供給する燃料噴射ノズル、およびこの燃料噴射ノズル内に収容されたニードルのリフト制御を行う電磁弁等を搭載している。
なお、インジェクタ２からのリーク燃料も、リリーフ配管９を経て燃料タンク８に戻される。

サプライポンプ３は、燃料タンク８内の燃料を、燃料吸引管１２の途中に設けられた燃料フィルタ１３を介して吸引し、吸引した燃料を高圧に圧送してコモンレール１へ供給する高圧燃料ポンプであり、図２に示すように、フィードポンプ１４、レギュレータ１５、ＳＣＶ１６、２つの高圧ポンプ１７等から構成される。なお、サプライポンプ３の構成については後述する。

ＥＣＵ４は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）を搭載しており、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭ等に読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づいて各種の演算処理を行う。
具体的な演算の一例を示すと、ＥＣＵ４は、燃料の噴射毎に、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（車両の運転状態）とに基づいて、各気筒毎の目標噴射量、噴射形態、インジェクタ２の開弁閉弁時期、ＳＣＶ１６の開度（通電電流値）を決定するように設けられている。

ＥＤＵ５は、インジェクタ駆動回路を備える。このインジェクタ駆動回路は、ＥＣＵ４から与えられるインジェクタ開弁信号に基づいてインジェクタ２の電磁弁へ開弁駆動電流を与える駆動回路であり、開弁駆動電流を電磁弁に与えることにより高圧燃料が気筒内に噴射供給され、開弁駆動電流を停止することで燃料噴射が停止するものである。
なお、図３では、ＳＣＶ１６の電磁弁へ駆動電流を与えるＳＣＶ駆動回路をＥＣＵ４のケース内に配置する例を示すが、ＥＤＵ５のケース内に配置するものであっても良い。

なお、ＥＣＵ４には、車両の運転状態等を検出する手段として、コモンレール圧を検出する圧力センサ１８の他に、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ等のセンサ類が接続されている。

（サプライポンプ３の説明）
サプライポンプ３を図２を参照して説明する。
このサプライポンプ３は、上述したように、フィードポンプ１４、レギュレータ１５、ＳＣＶ１６、２つの高圧ポンプ１７等から構成される。
フィードポンプ１４は、燃料タンク８から吸引した燃料をＳＣＶ１６を介して２つの高圧ポンプ１７へ送る低圧供給ポンプであり、例えば、カムシャフト１９によって回転駆動されるトロコイドポンプによって構成される。
なお、カムシャフト１９はポンプ駆動軸であり、エンジンのクランク軸によって回転駆動されるものである。

レギュレータ１５は、フィードポンプ１４の吐出側と低圧側とを連通する燃料流路２０の途中に配置されて、フィードポンプ１４の吐出圧に応じて開弁し、フィードポンプ１４の吐出側の燃料の一部をフィードポンプ１４の低圧側へ戻すことで、フィードポンプの吐出側の圧力を所定圧力（フィード圧力）に調圧するものである。
燃料流路２０のうち、フィードポンプ１４の吐出燃料の一部をレギュレータ１５へ導く通路が導入通路２１であり、レギュレータ１５が排出した排出燃料をフィードポンプ１４の低圧側へ導く通路が排出通路２２である。

このレギュレータ１５は、円筒シリンダ（バルブハウジング）２３、円筒シリンダ２３内に配置されたピストン２４、このピストン２４を燃料流入側へ付勢するバネ２５、円筒シリンダ２３の燃料入口側に装着された入口絞り２６等により構成されている。
円筒シリンダ２３は、入口絞り２６が装着された側が燃料入口であり、円筒シリンダ２３内において入口絞り２６とピストン２４により囲まれるスペースで充填室２７が形成される。この円筒シリンダ２３は、入口絞り２６が装着された側が導入通路２１に連通するようにサプライポンプ３に組付けられるものであり、導入通路２１から導かれる燃料（フィードポンプ１４の吐出燃料）が燃料絞りを介して充填室２７に流入する。
円筒シリンダ２３の側面には、排出通路２２に連通する出口孔２８が１つあるいは複数形成されている。この出口孔２８は、充填室２７の圧力により円筒シリンダ２３内で摺動するピストン２４によって開閉されるものであり、充填室２７の圧力が低いとバネ２５の付勢力が打ち勝ってピストン２４によって出口孔２８が閉塞され、充填室２７の圧力が高まるほど、充填室２７内の圧力によってピストン２４がバネ２５側に付勢されて、出口孔２８の開口割合が高まるものである。

ピストン２４は、円筒シリンダ２３内に微少クリアランスを介して配置され、円筒シリンダ２３内で軸方向に摺動自在に支持されるものであり、上述したように、充填室２７内の圧力とバネ２５との釣り合いに応じて出口孔２８を開閉するものである。
バネ２５は、充填室２７の容積が小さくなる方向にピストン２４を付勢するものであり、例えば圧縮コイルスプリングよりなる。
入口絞り２６は、円筒シリンダ２３の燃料入口側に装着されたものであり、中心に形成されたオリフィス孔を介して導入通路２１と充填室２７とを連通し、充填室２７の圧力変動を緩和するものである。

ＳＣＶ１６は、フィードポンプ１４から高圧ポンプ１７へ燃料を導く燃料通路３１の途中に配置されて、高圧ポンプ１７の加圧室（プランジャ室）３２に吸入される燃料の吸入量を調整して、コモンレール圧を変更および調整するものである。
このＳＣＶ１６は、ＥＣＵ４からのポンプ駆動信号によって制御されることにより、加圧室３２内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を変更するバルブであり、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。

２つの高圧ポンプ１７は、それぞれ燃料の吸入と圧縮を繰り返すプランジャポンプであり、ＳＣＶ１６から供給された燃料を高圧に圧縮してコモンレール１へ供給する。２つの高圧ポンプ１７は、それぞれ１８０度位相の異なった周期で燃料の吸入と圧縮を繰り返す。なお、この高圧ポンプ１７の数は、３つ以上設けられる場合もある。
それぞれの高圧ポンプ１７は、共通のカムシャフト１９によって往復駆動されるプランジャ３３、このプランジャ３３の往復動によって容積が変化する加圧室３２に燃料を供給する吸入弁（逆止弁）３４、加圧室３２で圧縮された燃料をコモンレール１へ向けて吐出する吐出弁（逆止弁）３５を備える。

プランジャ３３は、カムシャフト１９のエキセンカム３６の周囲に装着されたカムリング３７にスプリング３８によって押し付けられており、カムシャフト１９が回転するとカムリング３７の偏心動作に伴ってプランジャ３３が往復動する。
プランジャ３３が下降して加圧室３２の圧力が低下すると、吐出弁３５が閉弁するとともに、吸入弁３４が開弁してＳＣＶ１６で調量された燃料が加圧室３２内に供給される。逆に、プランジャ３３が上昇して加圧室３２の圧力が上昇すると吸入弁３４が閉弁する。そして、加圧室３２で加圧された圧力が所定圧力に達すると吐出弁３５が開弁して加圧室３２で加圧された高圧燃料がコモンレール１へ向けて吐出される。

サプライポンプ３は、液体ポンプに相当するフィードポンプ１４、およびフィードポンプ１４の吐出圧を調圧するレギュレータ１５を備えるもので、ポンプ装置に相当するものである。
ここでフィードポンプ１４は、燃料タンク８内の燃料を吸引して、高圧ポンプ１７に供給するものであり、何らかの要因によってエア（気体の一例）Ａが混入された燃料をフィードポンプ１４が吸引して吐出する可能性がある。
エアＡの混入した燃料が導入通路２１を介してレギュレータ１５に供給されると、エアＡがレギュレータ１５を通過する際に、レギュレータ１５における充填室２７の燃料充填量が不規則になり、ピストン２４の挙動が大きく変動して、調圧圧力が激しく変動したり、レギュレータ１５からジュルジュルといったような異音が発生する。

そこで、上記の不具合を解決するために、サプライポンプ３の使用状態、即ち車両に搭載された状態において、フィードポンプ１４の吐出側の燃料通路（以下、吐出側通路４０と称す）を流れる燃料をレギュレータ１５へ導く導入通路２１は、燃料導入口４１（フィードポンプ１４の吐出側の開口）が天地方向の上方に位置し、燃料の流入側（導入通路２１における燃料の上流側）が天地方向の上方に向くように上下方向に延びて設けられている。具体的に参考例の導入通路２１は、燃料の流入側が天地方向の上を向く斜めに傾斜して設けられている。

このように、参考例のサプライポンプ３では、フィードポンプ１４の吐出側の燃料をレギュレータ１５へ導く導入通路２１が、車両に設置された状態で、燃料の流入側が天地方向の上方に向く斜めに設けられたことにより、フィードポンプ１４がエアＡが混入した燃料を吐出側通路４０に圧送しても、エアＡは燃料である軽油より軽いため、エアＡが導入通路２１を通ってレギュレータ１５に到達し難くなり、エアＡがレギュレータ１５に流入するのを防ぐことができる。
これにより、エアＡがレギュレータ１５に混入することによって発生する調圧圧力の変動を防ぐことができるとともに、レギュレータ１５からジュルジュルといった異音の発生を防ぐことができる。

実施例１を図４を参照して説明する。
上記の参考例では、サプライポンプ３が車両に設置された状態において、燃料の流入側が天地方向の上を向くように上下方向（傾斜を含む）に延びるように導入通路２１を設けることで、エアＡがレギュレータ１５に到達するのを防ぐ例を示した。
これに対し、この実施例１では、吐出側通路４０に接続されて、吐出側通路４０の燃料をレギュレータ１５に導く導入通路２１の燃料導入口４１（フィードポンプ１４の吐出側の開口）に、図４に示すように、液体導入口４１の天地方向の下方側を被う邪魔板（開口カバーに相当する）４２を設け、開口カバー４２の上側の開口部のみから燃料を液体導入口４１に導入するように設け、フィードポンプ１４の吐出側の燃料に混入するエアＡが導入通路２１内に流入するのを防ぐものである。
この邪魔板４２は、燃料導入口４１の天地方向の上方のみが開放されて、燃料導入口４１を被うものであり、燃料流路２０が形成される部材（サプライポンプ３のハウジング）と一体に設けられたものでも良いし、燃料流路２０が形成される部材とは別に設けて、図４に示すように燃料導入口４１を被うように固定するものであっても良い。

このように、燃料導入口４１の上方のみが開放されて、燃料導入口４１を被う邪魔板４２を設けることにより、エアＡが混入された燃料（軽油）をフィードポンプ１４が圧送しても、エアＡは燃料より軽いため、燃料中に混入するエアＡは邪魔板４２で被われた液体導入口４１に流入し難くなり、エアＡがレギュレータ１５に流入するのを防ぐことができる。
これにより、エアＡがレギュレータ１５に混入することによって発生する調圧圧力の変動を防ぐことができるとともに、レギュレータ１５からジュルジュルといった異音の発生を防ぐことができる。

実施例２を図５を参照して説明する。
この実施例２は、サプライポンプ３が車両に設置された状態において、導入通路２１の燃料の流入側が、天地方向の上方に向くように斜めに延びて設けられるとともに、燃料導入口４１に下流方向（上方向）のみが開放された邪魔板４２を被せたものである。
このように設けることにより、エアＡが混入した燃料をフィードポンプ１４が圧送しても、エアＡが導入通路２１を通ってレギュレータ１５に到達するのが、参考例よりも困難になり、エアＡがレギュレータ１５に流入するのをより確実に防ぐことができる。これにより、エアＡがレギュレータ１５に混入することによって発生する調圧圧力の変動および異音の発生を、より確実に防ぐことができる。

実施例３を図６を参照して説明する。
この実施例３は、サプライポンプ３が車両に設置された状態において、導入通路２１の燃料の流入側が、天地方向の上方に向くように垂直に延びて設けられるとともに、燃料導入口４１に下流方向のみが開放された邪魔板４２を被せたものである。
このように設けることにより、エアＡが混入した燃料をフィードポンプ１４が圧送しても、エアＡが導入通路２１を通ってレギュレータ１５に到達するのが、実施例１よりも困難になるため、エアＡがレギュレータ１５に流入するのをより確実に防ぐことができる。これにより、エアＡがレギュレータ１５に混入することによって発生する調圧圧力の変動および異音の発生を、より確実に防ぐことができる。

［変形例］
上記では、コモンレール式燃料噴射装置におけるサプライポンプ３に本発明を適用した例を示したが、液体を圧送する液体ポンプと、その液体ポンプの吐出圧を調圧するレギュレータ１５とを備えるポンプ装置であれば、本発明を適用することができるものである。

使用状態におけるサプライポンプの要部概略図である（参考例）。サプライポンプの概略構成図である（参考例）。コモンレール式燃料噴射装置の概略図である（参考例）。使用状態におけるサプライポンプの要部概略図である（実施例１）。使用状態におけるサプライポンプの要部概略図である（実施例２）。使用状態におけるサプライポンプの要部概略図である（実施例３）。サプライポンプの概略構成図である（従来例）。使用状態におけるサプライポンプの要部概略図である（従来例１）。使用状態におけるサプライポンプの要部概略図である（従来例２）。

１コモンレール
３サプライポンプ（ポンプ装置）
８燃料タンク
１４フィードポンプ（液体ポンプ）
１５レギュレータ
１７高圧ポンプ
２１導入通路
４０吐出側通路
４１燃料導入口（液体導入口）
４２邪魔板（開口カバー）

Claims

液体を圧送する液体ポンプの吐出側の圧力に応じて開弁して、前記液体ポンプの吐出側の流体を前記液体ポンプの低圧側へ戻すことで、前記液体ポンプの吐出側の圧力を所定圧力に調圧するレギュレータを備えたポンプ装置であって、
前記液体ポンプの吐出した液体が流れる吐出側通路に接続され、前記液体ポンプの吐出側の液体を前記レギュレータへ導く導入通路は、当該ポンプ装置の使用状態において、液体の流入側が天地方向の上方に向くように設けられ、
前記導入通路の液体導入口には、前記吐出側通路における流体の上流側を被う開口カバーが設けられることを特徴とするポンプ装置。
液体を圧送する液体ポンプの吐出側の圧力に応じて開弁して、前記液体ポンプの吐出側の流体を前記液体ポンプの低圧側へ戻すことで、前記液体ポンプの吐出側の圧力を所定圧力に調圧するレギュレータを備えたポンプ装置であって、
前記液体ポンプの吐出した液体が流れる吐出側通路に接続され、前記吐出側通路の液体を前記レギュレータへ導く導入通路と、
前記導入通路の液体導入口に設けられ、当該液体導入口の天地方向の下方側を被う開口カバーとを備えたことを特徴とするポンプ装置。
請求項２に記載のポンプ装置において、
前記導入通路は、当該ポンプ装置の使用状態において、液体の流入側が天地方向の上方に向くように設けられていることを特徴とするポンプ装置。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のポンプ装置において、
前記液体ポンプは、高圧燃料を蓄圧するコモンレールへ高圧燃料を供給する高圧ポンプに、燃料タンクの燃料を供給するフィードポンプであることを特徴とするポンプ装置。