JP4332898B2 - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、プランジャの往復移動により加圧室に吸入した燃料を加圧し吐出する高圧燃料ポンプに関するものである。

プランジャの往復移動により燃料入口から加圧室に吸入した燃料を加圧し吐出する高圧燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。そして、特許文献１、２では、燃料入口と加圧室との連通を電磁駆動式の調量弁で断続し、燃料吐出量を調量している。このように電磁駆動式の調量弁を用いた高圧燃料ポンプでは、調量弁の磁気回路を構成する部品と、プランジャを往復移動自在に支持するシリンダとを別部品で構成している。これは、磁気回路部品は磁束を通すために磁性材で形成され、プランジャと摺動するシリンダは耐摩耗性を高めるために高硬度の材質で形成されるからである。このように、調量弁の磁気回路部品とシリンダには異なる機能が要求される。

特開２００３−１１３７５９号公報 特開２００３−２２２０６２号公報

しかしながら、特許文献１、２のように調量弁の磁気回路部品とシリンダとを別部品で構成すると、高圧燃料ポンプの部品点数が増加する。その結果、部品同士の結合箇所が増加するので、部品同士を結合するためのボルト等の結合部品、またはねじ山等の結合構造が必要になる。また、部品同士の結合箇所をシールするためのシール部品が必要になる。その結果、高圧燃料ポンプの部品点数および組付工数が増加し、高圧燃料ポンプの製造コストが増加する。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、部品点数および組付工数が減少し安価な高圧燃料ポンプを提供することを目的とする。

請求項１から５記載の発明によると、プランジャを往復移動自在に支持するシリンダが調量弁の磁気回路を構成しているので、高圧燃料ポンプの部品点数が減少する。また、請求項４記載の発明では、シリンダがハウジング本体をなしており、調量弁はシリンダに直接組み付けられている。したがって、高圧燃料ポンプの部品点数がさらに減少する。

そして、高圧燃料ポンプの部品点数が減少することにより、高圧燃料ポンプにおいて、部品同士を結合するための結合部品、あるいは部品同士を結合する結合構造を形成する箇所が減少する。さらに、部品同士の間をシールするシール部品が減少する。したがって、高圧燃料ポンプの部品点数および組付工数が減少し、高圧燃料ポンプの製造コストを低減できる。

請求項５記載の発明によると、プランジャと摺動するシリンダの摺動部は焼き入れされているので、シリンダの摺動部の硬度が増加し、シリンダの摺動部の摩耗が低減する。
請求項２および３記載の発明によると、可動部材と向き合い可動部材との間に磁気吸引力を発生するシリンダの吸引部の一部を薄肉化するか焼き入れしている。これにより、可動部材を吸引する吸引部の一部が磁気絞りとして機能するので、吸引部からシリンダの吸引部以外の部分に磁束が漏れることを低減できる。その結果、可動部材とシリンダの吸引部との間に働く磁気吸引力が増加する。

本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による高圧燃料ポンプを図１および図２に示す。高圧燃料ポンプ１０は、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプである。
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１０は、シリンダ１２、ハウジングカバー３０、プランジャ４０、配管継手５０、調量弁６０、および吐出弁９０（図２参照）等を備えている。
シリンダ１２およびハウジングカバー３０はポンプハウジングを構成している。シリンダ１２は磁性材であるマルテンサイト系ステンレス等で形成されている。シリンダ１２は、プランジャ４０を往復移動自在に支持しており、プランジャ４０と摺動するシリンダ１２の摺動部１４は高周波焼き入れにより硬化して形成されている。図１において、シリンダ１２を高周波焼き入れして硬化した摺動部１４の範囲は二点鎖線で示されている。そして、シリンダ１２には、燃料入口である配管継手５０、調量弁６０および吐出弁９０等が直接取り付けられている。つまりシリンダ１２は、高圧燃料ポンプ１０のハウジング本体をなしている。

また、シリンダ１２には、導入通路２０２、吸入通路２１２、加圧室２２０、逃がし通路２２２、吐出通路２３０（図２参照）等が形成されている。吸入室２１０は、シリンダ１２とハウジングカバー３０との間に形成されている。吸入通路２１２は、シリンダ１２の側壁を穿孔して形成されており、ボール８０により穿孔入口が封止されている。導入通路２０２、吸入室２１０、吸入通路２１２、加圧室２２０、吐出通路２３０は、特許請求の範囲に記載した燃料通路を構成している。

プランジャ４０は、シリンダ１２の摺動部１４に往復移動自在に支持されている。加圧室２２０は、プランジャ４０の往復移動方向の一端側に形成されている。プランジャ４０の他端側に形成されたヘッド４２は、スプリング座４４と結合している。スプリング座４４とシリンダ１２との間にスプリング４６が介装されている。スプリング座４４はスプリング４６の付勢力により図示しないタペットの底部内壁に押し付けられている。このタペットの底部外壁が図示しないカムの回転によりカムと摺動することにより、プランジャ４０は往復移動する。プランジャ４０のヘッド４２側の外周面と、プランジャ４０を収容するシリンダ１２の内周面との間は、オイルシール４８によりシールされている。オイルシール４８は、エンジン内から加圧室２２０へのオイルの侵入を防止し、かつ加圧室２２０からエンジン内への燃料漏れを防止する。プランジャ４０とシリンダ１２との摺動箇所からオイルシール４８側に漏れた燃料は、逃がし通路２２２から低圧側の導入通路２０２に戻される。これにより、オイルシール４８に高圧の燃料圧力が加わることを防止する。

配管継手５０は、配管継手５０のボディ５２とシリンダ１２とがねじ結合することにより、導入通路２０２内に組み付けられている。配管継手５０のボディ５２内に導入通路２０２と連通する燃料通路２００が形成されており、この燃料通路２００に燃料フィルタ５４が設置されている。
調量弁６０は、弁部材６２、ガイド６４、スプリング６６、弁座部材６８、電磁駆動部７０等を有している。可動部材である弁部材６２は、例えば、磁性材、または磁性材の表面を非磁性材でコーティングすることによりカップ状に形成されており、ガイド６４により往復移動自在に案内される。スプリング６６は、弁部材６２の吸入室２１０側に設置された弁座部材６８に向けて弁部材６２を付勢している。弁部材６２が弁座部材６８に着座すると、吸入室２１０と吸入通路２１２との連通が遮断される。弁座部材６８はシリンダ１２とねじ結合している。

調量弁６０の電磁駆動部７０は、樹脂部７２に中心コア７４およびコイル部７６をインサート成形して形成されている。中心コア７４およびコイル部７６は、弁部材６２に対して吸入室２１０と反対側の加圧室２２０の外周側に設けたシリンダ１２の凹部１８に弁部材６２と同軸上に嵌め込まれている。コイル部７６への通電をオンすると、弁部材６２に対して弁座部材６８と反対側に設けたシリンダ１２の吸引部２０と弁部材６２との間に磁気吸引力が働く。つまり、シリンダ１２は、電磁駆動式の調量弁６０の磁気回路を構成している。

図２に示すように、燃料出口である吐出弁９０は、ボディ９２、弁部材９４、スプリング９６、弁座部材９７、スプリング座９８を有している。吐出弁９０は、ボディ９２とシリンダ１２とがねじ結合することにより、加圧室２２０と連通している吐出通路２３０内に組み付けられている。スプリング９６は、弁座部材９７に着座する方向に向けて弁部材９４を付勢している。弁部材９４が弁座部材９７に着座すると、吐出通路２３０は閉塞される。スプリング座９８はスプリング９６の一端を係止するとともに、弁部材９４の周囲を覆い、弁部材９４の往復移動を案内している。

次に、高圧燃料ポンプ１０の作動について説明する。
（１）吸入行程
プランジャ４０が下降し、加圧室２２０の圧力が低下すると、弁部材６２の上流側である吸入室２１０と下流側である加圧室２２０とから弁部材６２が受ける差圧が変化する。そして、加圧室２２０の燃料圧力により弁部材６２が弁座部材６８に着座する方向に受ける力とスプリング６６の付勢力との和が、吸入室２１０側の燃料圧力により弁部材６２が弁座部材６８から離座する方向に受ける力よりも小さくなると、弁部材６２は弁座部材６８から離座し、弁部材６２に対し弁座部材６８と反対側のシリンダ１２の吸引部２０に係止される。これにより、吸入室２１０から吸入通路２１２を通り加圧室２２０に燃料が吸入される。

そして、プランジャ４０が下死点に達する前の弁部材６２とシリンダ１２の吸引部２０とが当接している状態でコイル部７６への通電をオンする。弁部材６２とシリンダ１２とが当接しているので、吸引部２０に弁部材６２が係止された調量弁６０の開弁状態を保持するために必要な磁気吸引力は小さくてよい。

（２）戻し行程
プランジャ４０が下死点から上死点に向かって上昇しても、コイル部７６への通電はオンされた状態であり、吸引部２０と弁部材６２との間に磁気吸引力が働いているので、弁部材６２は吸引部２０に係止された開弁位置に保持される。これにより、プランジャ４０の上昇により加圧された加圧室２２０の燃料は、吸入通路２１２を通り、調量弁６０から吸入室２１０に戻される。

（３）加圧行程
戻し行程中にコイル部７６への通電をオフすると、弁部材６２と吸引部２０との間に磁気吸引力が働かなくなる。その結果、弁部材６２が加圧室２２０の燃料圧力により弁座部材６８に着座する方向に受ける力とスプリング６６の付勢力との和が、吸入室２１０側の燃料圧力により弁部材６２が弁座部材６８から離座する方向に受ける力よりも大きくなる。その結果、弁部材６２は差圧により弁座部材６８に着座し、吸入室２１０と吸入通路２１２との連通は遮断される。この状態でプランジャ４０がさらに上死点に向けて上昇すると、加圧室２２０の燃料が加圧され燃料圧力が上昇する。そして、加圧室２２０の燃料圧力が所定圧以上になると、スプリング９６の付勢力に抗して弁部材９４が弁座部材９７から離座し吐出弁９０が開弁する。これにより、加圧室２２０で加圧された燃料は吐出通路２３０を通り吐出弁９０から吐出される。吐出弁９０から吐出された燃料は、図示しない燃料レールに供給されて蓄圧され、燃料噴射弁に供給される。
上記（１）〜（３）の行程を繰り返すことにより、高圧燃料ポンプ１０は吸入した燃料を加圧して吐出する。燃料の吐出量は、調量弁６０のコイル部７６への通電タイミングを制御することにより調量される。

（第２、第３、第４、第５、第６実施形態）
本発明の第２実施形態を図３に、第３実施形態を図４に、第４実施形態を図５に、第５実施形態を図６に、第６実施形態を図７に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付し説明を省略する。
図３に示す第２実施形態の高圧燃料ポンプ１００では、調量弁６０の弁部材６２に対し中心コア７４およびコイル部７６が偏心して設置されている。その結果、調量弁６０の構成部品の中で占有スペースの大きいコイル部７６の一部がシリンダ１２の側面から外側に突出している。これにより、コイル部７６を収容するために必要なシリンダ１２のスペースが小さくなるので、高圧燃料ポンプ１００を小型化できる。

図４に示す第３実施形態では、吸引部２０の弁部材６２側において吸引部２０が弁部材６２と当接する部分の内周側に凹部２２を設け、吸引部２０の一部に薄肉部２４を形成している。凹部２２の底面はスプリング６６を係止している。また、図５に示す第４実施形態では、吸引部２０のコイル部７６側において吸引部２０が弁部材６２と当接する部分の内周側に相当する部分に凹部２２を設け、吸引部２０の一部に薄肉部２４を形成している。

第３実施形態および第４実施形態において吸引部２０の一部に形成した薄肉部２４は磁気絞りとして機能するので、コイル部７６に通電することにより発生する磁束が吸引部２０からシリンダ１２の吸引部２０以外の部分に漏れることを低減する。これにより、弁部材６２とシリンダ１２の吸引部２０との間に流れる磁束を増加し、弁部材６２と吸引部２０との間に働く磁気吸引力を増加できる。

図６に示す第５実施形態では、吸引部２０が弁部材６２と当接する部分の内周部２６の肉厚全体を焼き入れして磁気特性を低下させている。焼き入れしている範囲は、内周部２６が示す二点鎖線で囲まれた箇所である。その結果、内周部２６は磁気絞りとして機能するので、コイル部７６に通電することにより発生する磁束が吸引部２０からシリンダ１２の吸引部２０以外の部分に漏れることを低減する。これにより、弁部材６２とシリンダ１２の吸引部２０との間に流れる磁束を増加し、弁部材６２と吸引部２０との間に働く磁気吸引力を増加できる。

図７に示す第６実施形態の高圧燃料ポンプ１１０では、シリンダ１１２に設けた挿入部１１４からシリンダ１１２に電磁駆動部７０を挿入している。そして、挿入部１１４に設けた円柱部１１６は、第１実施形態〜第５実施形態における中心コア７４に相当している。このように第６実施形態では、調量弁６０の電磁駆動部７０の中心コアをシリンダ１１２と一体に形成した円柱部１１６で構成しているので、高圧燃料ポンプ１１０の部品点数が減少する。

上記複数の実施形態では、プランジャ４０を往復移動自在に支持するシリンダを磁性材で形成し、プランジャ４０と摺動する摺動部１４を焼き入れすることにより、摺動部１４の硬度を増加している。また、シリンダは電磁駆動式の調量弁の磁気回路を構成している。つまりシリンダは、プランジャ４０を支持する摺動部１４と、磁気回路部品という異なる機能を兼ねている。さらに、シリンダは高圧燃料ポンプのハウジング本体をなしており、高圧燃料ポンプの構成部品がシリンダに直接組み付けられている。このように、シリンダが摺動部１４と調量弁６０の磁気回路部品とを兼ね、さらにハウジング本体をなしているので、高圧燃料ポンプの部品点数が減少する。その結果、部品同士の結合箇所が減少するので、高圧燃料ポンプにおいて、部品同士を結合するための結合部品、あるいは部品同士を結合する結合構造を形成する箇所が減少する。さらに、部品同士の間をシールするシール部品が減少する。したがって、高圧燃料ポンプの部品点数および組付工数が減少し、高圧燃料ポンプの製造コストを低減できる。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、プランジャと摺動するシリンダの摺動部１４の硬度を焼き入れにより増加したが、シリンダの材質によっては焼き入れ処理を施さないことも可能である。
また上記複数の実施形態では、配管継手５０、調量弁６０、吐出弁９０等をシリンダに直接組み付けたが、シリンダが調量弁６０の磁気回路を構成するのであれば、配管継手５０、調量弁６０、吐出弁９０等をシリンダ以外のハウジング部材に組み付けてもよい。

上記第３、第４実施形態では、スプリング６６を係止するため、および燃料をシールするために、吸引部２０の肉厚の一部を残して薄肉部２４を形成して磁気絞りとし、吸引部２０からの磁束の漏れを低減した。これに対し、構成上可能であるなら、弁部材６２が吸引部２０と当接する部分の内周側において吸引部２０を肉厚方向に貫通し、吸引部２０からの磁束の漏れを低減してもよい。

また上記第５実施形態では、吸引部２０が弁部材６２と当接する部分の内周部２６の肉厚全体を焼き入れして磁気特性を低下させたが、内周部２６の肉厚の一部だけを焼き入れして磁気絞りとし、磁気特性を低下させてもよい。
また上記複数の実施形態では、加圧室２２０の吸入側の燃料通路を調量弁６０が開閉して燃料を調量したが、調量弁の設置位置はこれに限るものではなく、高圧燃料ポンプの燃料入口と燃料出口との間の燃料通路であればどの位置に調量弁を設置してもよい。例えば、加圧室の吐出側の燃料通路に調量弁を設置して燃料を調量してもよい。

本発明の第１実施形態による高圧燃料ポンプを示す断面図である。 図１のII−II線断面における吐出弁を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態による高圧燃料ポンプを示す断面図である。 本発明の第３実施形態による調量弁の周囲を示す断面図である。 本発明の第４実施形態による調量弁の周囲を示す断面図である。 本発明の第５実施形態による調量弁の周囲を示す断面図である。 本発明の第６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

１０、１００、１１０ 高圧燃料ポンプ、１２、１１２ シリンダ、１４ 摺動部、２０ 吸引部、２２ 凹部、２４ 薄肉部、４０ プランジャ、５０ 配管継手（燃料入口）、６０ 調量弁、６２ 弁部材（可動部材）、７０ 電磁駆動部、７６ コイル部、９０ 吐出弁（燃料出口）、２０２ 導入通路（燃料通路）、２１０ 吸入室（燃料通路）、２１２ 吸入通路（燃料通路）、２２０ 加圧室（燃料通路）、２３０ 吐出通路（燃料通路）

Claims (5)

1. シリンダ内に収容されたプランジャが往復移動することにより燃料入口から加圧室に吸入した燃料を加圧し、燃料出口から加圧燃料を吐出する高圧燃料ポンプにおいて、
   前記燃料入口と前記燃料出口との間の燃料通路を開閉することにより燃料を調量する可動部材、および前記可動部材を駆動するコイル部を有する調量弁であって、前記プランジャが前記加圧室から遠ざかる方向へ移動することで前記燃料入口から前記加圧室に燃料を吸入する際には開弁し、前記プランジャが前記加圧室へ近づく方向へ移動することで前記加圧室から前記燃料入口に燃料を戻す際には前記コイル部への通電により開弁状態を保持し、前記プランジャが前記加圧室へ近づく方向へ移動することで前記加圧室から前記燃料出口に燃料を吐出する際には前記コイル部への通電の停止により閉弁する調量弁を備え、
   前記シリンダは前記調量弁の磁気回路を構成し、前記可動部材と向き合い前記可動部材との間に磁気吸引力を発生する前記シリンダの吸引部の一部は、前記可動部材と前記コイル部との間に配置されていることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
2. シリンダ内に収容されたプランジャが往復移動することにより燃料入口から加圧室に吸入した燃料を加圧し、燃料出口から加圧燃料を吐出する高圧燃料ポンプにおいて、
   前記燃料入口と前記燃料出口との間の燃料通路を開閉することにより燃料を調量する可動部材、および前記可動部材を駆動するコイル部を有する調量弁と、
   を備え、
   前記シリンダは前記調量弁の磁気回路を構成し、
   前記可動部材と向き合い前記可動部材との間に磁気吸引力を発生する前記シリンダの吸引部の一部は、薄肉化されていることを特徴とする請求項１記載の高圧燃料ポンプ。
3. シリンダ内に収容されたプランジャが往復移動することにより燃料入口から加圧室に吸入した燃料を加圧し、燃料出口から加圧燃料を吐出する高圧燃料ポンプにおいて、
   前記燃料入口と前記燃料出口との間の燃料通路を開閉することにより燃料を調量する可動部材、および前記可動部材を駆動するコイル部を有する調量弁と、
   を備え、
   前記シリンダは前記調量弁の磁気回路を構成し、
   前記可動部材と向き合い前記可動部材との間に磁気吸引力を発生する前記シリンダの吸引部の一部は、焼き入れ処理が施されていることを特徴とする請求項１または２記載の高圧燃料ポンプ。
4. 前記シリンダはハウジング本体をなしており、前記調量弁は前記シリンダに組み付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の高圧燃料ポンプ。
5. 前記プランジャと摺動する前記シリンダの摺動部は、焼き入れ処理が施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の高圧燃料ポンプ。

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