JP4487265B2 - 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する高圧燃料ポンプに関する。

従来、特許文献１に開示されるように、高圧燃料ポンプ内の燃料の圧力脈動を高圧燃料ポンプに設置したダンパにより低減するものが知られている。特許文献１では、ダンパは、高圧燃料ポンプの外側を覆うケースと、このケースに固着されたケースとの間に背圧室を形成するダイヤフラムと、ケースとの間にダイヤフラムを挟持し、ダイヤフラムに面するダンパ室を形成するプレートとから構成されている。
このように、従来の高圧燃料ポンプでは、高圧燃料ポンプの圧力脈動を低減するために、多くの部材を必要とするという問題がある。

特開２０００−１９３１８６号公報

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、少ない部品点数で圧力脈動を低減可能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４に記載の発明では、ハウジングの燃料導入通路を構成する凹部の開口側外側を覆い、ハウジングと燃料導入通路に燃料室を形成するカバー部材が、燃料室の圧力変化によって変位し、燃料室の容積を変化させることにより燃料導入通路の圧力脈動を低減している。このように、ハウジングと燃料導入通路に燃料室を形成するカバー部材が燃料導入通路の圧力脈動を低減するダンパを兼ねているので、少ない部品点数で燃料導入通路の圧力脈動を低減できる。

請求項１に記載の発明では、カバー部材に厚肉部と薄肉部とを設け、燃料室の圧力変化によって薄肉部を変位させるので、簡単な構成で燃料導入通路の圧力脈動を低減できる。
請求項２に記載の発明では、ハウジングに取り付けられているカバー部材の外周縁側に厚肉部を形成し、厚肉部よりもカバー部材の中心側を薄肉部にしている。これにより、ハウジングに取り付けられる箇所のカバー部材には剛性を確保しつつ、燃料室に面し燃料室の圧力変化によって変位する薄肉部の面積を極力広くすることができる。その結果、燃料室の圧力変化によって変位するカバー部材の変位量が大きくなるので、脈動低減効果が向上する。

請求項３に記載の発明では、カバー部材と、燃料室に設置したダンパとの両方で燃料導入通路の圧力脈動を低減するので、カバー部材またはダンパだけで脈動を低減する構成に比べ、燃料導入通路の圧力脈動をさらに低減できる。
請求項４に記載の発明では、ダンパを支持する支持部が、ダンパに対して燃料室のカバー部材側とカバー部材の反対側とを連通する連通路を有するので、燃料室の圧力変化がカバー部材またはダンパの一方に偏って伝達されることを防止する。これにより、燃料導入通路の圧力脈動をカバー部材およびダンパの両方で良好に低減できる。

以下、本発明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インジェクタに燃料を供給する燃料供給ポンプである。燃料室２００、燃料通路２０２、燃料ギャラリ２０４、加圧室２０６および吐出通路２０８は、図示しない燃料入口から燃料出口である吐出部１００に到る燃料通路を構成している。燃料室２００、燃料通路２０２および燃料ギャラリ２０４は、加圧室２０６に燃料を導入する燃料導入通路を構成している。

ハウジング１２は、例えばマルテンサイト系のステンレス等の鉄材により一体成形されている。プランジャ２０は、ハウジング１２に一体成形されたシリンダ１４に往復移動自在に支持されている。加圧室２０６は、プランジャ２０の往復移動方向の一端側に形成されている。シリンダ１４と摺動するプランジャ２０の摺動部とヘッド２２との間の外周面は、オイルシール３２によりシールされている。オイルシール３２は、金属製の支持部材、ゴム製のＯリングおよび樹脂製のシール部材等から構成されている。オイルシール３２は、エンジン内から加圧室２０６へのオイルの侵入を防止し、かつ加圧室２０６からエンジン内への燃料漏れを防止する。プランジャ２０の他端側に形成されたヘッド２２は、スプリング座２４と結合している。スプリング座２４はスプリング３０の荷重によりタペット２６の底部内壁に押し付けられている。タペット２６の底部外壁が図示しないポンプカムの回転によりポンプカムと摺動することにより、プランジャ２０はタペット２６とともに往復移動する。タペットガイド２８は、円筒状に形成され、ハウジング１２の外周にねじ結合している。タペットガイド２８は、内周側にタペット２６を収容し、タペット２６を往復移動自在に支持する。

図示しない燃料入口から燃料が導入される燃料室２００は、ハウジング１２に成形された凹部１６と、ハウジング１２の外側を覆うカバー部材４０とにより形成されている。燃料室２００は、加圧室２０６に対してプランジャ２０の軸方向の反対側にプランジャ２０とほぼ同軸上に形成されており、加圧室２０６の径方向外側に広がっている。図２において、燃料は、燃料入口からパルセーションダンパ５０の下方の燃料室２００に流入する。加圧室２０６に燃料を導入する燃料導入通路に通路面積および容積の大きい燃料室２００を形成することにより、燃料導入通路に生じる圧力脈動を低減する。パルセーションダンパ５０は、カバー部材４０と凹部１６の開口側端部１７に設置された環状部材３４との間に挟持され、燃料室２００に設置されている。

次に、図１に基づいて、カバー部材４０およびパルセーションダンパ５０の構成を詳細に説明する。図１では、図２においてカバー部材４０との間でパルセーションダンパ５０を挟持している支持部としての環状部材３４が省略されており、パルセーションダンパ５０は、ハウジング１２の支持部としての開口側端部１７とカバー部材４０との間に挟持されている。

カバー部材４０の外周縁部は、ハウジング１２が形成する凹部１６の開口側端部１７に溶接等で取り付けられており、厚肉部４２を形成している。厚肉部４２よりも中心側のカバー部材４０には、厚肉部４２よりも薄肉の薄肉部４４が円板状に形成されている。カバー部材４０の開口側端部１７と向き合う対向側には開口側端部１７に向けて突出する凸部４６が周方向にほぼ等間隔に複数設けられている。

パルセーションダンパ５０は、円板状のプレート５２の外周縁部がハウジング１２の開口側端部１７とカバー部材４０の凸部４６との間に挟持されることにより、燃料室２００に設置されている。プレート５２の板厚方向のカバー部材４０と反対側に円形のダイヤフラム５４が取り付けられている。プレート５２とダイヤフラム５４とにより空間２１０が形成されている。空間２１０には、例えばアルゴンや窒素等の不活性ガスが大気圧よりも高圧の状態で封入されている。ダイヤフラム５４は、例えばＳＵＳ等の金属板をプレス加工して形成されており、レーザ溶接等により全周をプレート５２に溶接され、プレート５２に取り付けられている。

パルセーションダンパ５０に対し、カバー部材４０と反対側であるダイヤフラム５４側の燃料室２００に燃料入口から燃料が導入され、ダイヤフラム５４側の燃料室２００から燃料通路２０２、燃料ギャラリ２０４を通り加圧室２０６に燃料が導入される。開口側端部１７には、パルセーションダンパ５０に対し、燃料室２００のカバー部材４０側とカバー部材４０の反対側であるダイヤフラム５４側とを連通する連通路２１２が形成されている。したがって、燃料室２００の圧力変化は、連通路２１２を介してパルセーションダンパ５０のダイヤフラム５４およびカバー部材４０の薄肉部４４にほぼ均等に伝わる。

図２に示す電磁弁６０は、コイル９２への通電をオン、オフすることにより、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との間を開閉する。電磁弁６０は、コイル９２への通電タイミングを制御することにより燃料吐出量を調量する調量弁である。燃料ギャラリ２０４は、燃料通路２０２により燃料室２００と連通している。

電磁弁６０のシート部材６２はハウジング１２の凹部１８にねじ結合し、ガイド部材６４を凹部１８の底に押し付けている。ガイド部材６４は、往復移動自在に弁部材６６を支持している。スプリング６８は、シート部材６２に向けて弁部材６６に荷重を加えている。弁部材６６がシート部材６２の弁座６３に着座すると、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通は遮断される。

フランジ７０は、磁性材で形成されており、凹部１８の開口側を覆ってハウジング１２に取り付けられている。フランジ７０は、ロッド７２および可動コア７４の一部を往復移動自在に支持している。フランジ７０に形成された連通孔２１４により、フランジ７０の外側である燃料ギャラリ２０４とフランジ７０の内側の可動コア７４側とは同一の圧力に維持される。

ロッド７２および可動コア７４は一体となって往復移動する。ロッド７２および可動コア７４は、溶接等により別部材が一体に組み付けられていてもよいし、磁性材により一体成形されていてもよい。ロッド７２の可動コア７４と反対側の端部は、弁部材６６に向けて延びている。円筒状の非磁性部材７８は、フランジ７０と固定コア７６との間に設置されており、フランジ７０と固定コア７６との間で磁束が短絡することを防止する。スプリング８０は、弁部材６６に向けて可動コア７４に荷重を加えている。スプリング８０の荷重は、スプリング６８の荷重よりも大きくなるように設定されている。ヨーク８２は、コイル９２の外周を覆い、固定コア７６とフランジ７０とを磁気的に接続している。フランジ７０、可動コア７４、固定コア７６およびヨーク８２は磁気回路を構成している。

コイル９２はボビン９０に巻回されており、可動コア７４と固定コア７６とのギャップを挟んで可動コア７４および固定コア７６の外周を覆っている。ターミナル９４はコイル９２と電気的に接続しており、ターミナル９４からコイル９２に電力が供給される。
スプリング８０の荷重はスプリング６８の荷重よりも大きいので、コイル９２への通電がオフの状態（図２参照）では、ロッド７２の弁部材６６側の端部はシート部材６２から弁部材６６側に突出し、ロッド７２は弁部材６６と当接している。この状態では、弁部材６６はシート部材６２から離座しているので、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６とは連通する。コイル９２への通電をオンにすると、可動コア７４と固定コア７６との間に働く磁気吸引力により、スプリング８０とスプリング６８との荷重差に抗して可動コア７４は固定コア７６に吸引され、可動コア７４およびロッド７２は図２の右方向に移動する。すると、弁部材６６とロッド７２との当接状態が解除され、弁部材６６はスプリング６８の荷重によりシート部材６２に着座するので、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通は遮断される。

吐出部１００は、高圧配管とのジョイントとデリバリバルブとを兼ねている。吐出部１００には吐出通路２０８が形成されており、吐出通路２０８にボール１０２、スプリング１０４、スプリング座１０６、およびＣリング１０８が収容されている。ハウジング１２には、ボール１０２が着座する弁座１１０が形成されている。スプリング１０４は、一端でスプリング座１０６と当接し、他端でボール１０２と当接している。これにより、スプリング１０４は、弁座１１０に向けてボール１０２に荷重を加えている。スプリング座１０６は、スプリング１０４の一端と当接するとともに、ボール１０２側に延びたロッド部分でボール１０２のリフト量を規制している。Ｃリング１０８はハウジング１２の内周壁に形成された環状溝に嵌合し、スプリング座１０６が吐出通路２０８から抜け出ることを防止する。

ボール１０２が弁座１１０に着座している状態では、加圧室２０６と吐出通路２０８との連通は遮断されている。加圧室２０６の圧力が所定圧以上になると、スプリング１０４の荷重に抗してボール１０２が弁座１１０から離座し、加圧室２０６の高圧燃料が吐出通路２０８を通り吐出部１００から吐出される。
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２０が上死点から下死点に向けて図２の下方へ移動するとき、コイル９２への通電はオフされている。そのため、弁部材６６は、スプリング８０とスプリング６８との荷重差により、シート部材６２の弁座６３から離座する方向に荷重を受ける。

また、プランジャ２０が図２の下方へ移動するとき、加圧室２０６の圧力は低下する。そのため、燃料ギャラリ２０４側の燃料から弁部材６６が受ける力は、加圧室２０６側の燃料から弁部材６６が受ける力よりも大きくなる。このようなスプリング６８とスプリング８０との荷重差、ならびに燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との圧力差により、弁部材６６はシート部材６２の弁座６３から離座する方向に力を受けるので、弁部材６６はシート部材６２から離座する。これにより、燃料室２００の燃料は、燃料通路２０２、燃料ギャラリ２０４を経由して加圧室２０６に吸入される。

ここで、図示しない低圧ポンプから燃料室２００を含む燃料導入通路に供給される燃料の圧力脈動、ならびにプランジャ２０の往復移動に伴い、次行程の戻し行程において加圧室２０６から燃料室２００に戻る燃料の圧力脈動により、吸入行程において燃料室２００から加圧室２０６に吸入される燃料に圧力脈動が生じる。このように、加圧室２０６に燃料を導入する燃料導入通路に生じる圧力脈動に対し、本実施形態では、カバー部材４０の薄肉部４４と燃料室２００に設置されたパルセーションダンパ５０のダイヤフラム５４とが、図１の（Ｂ）の２点鎖線３００、３０２に示すように燃料室２００の圧力変化に応じて変位することにより、燃料導入通路の圧力脈動を低減する。これにより、加圧室２０６に吸入される燃料の圧力脈動を低減できる。

（２）戻し行程
プランジャ２０が下死点から上死点に向かって上昇しても、コイル９２への通電はオフされた状態である。したがって、弁部材６６は、スプリング８０とスプリング６８との荷重差により、シート部材６２の弁座６３から離座している。その結果、プランジャ２０の上昇にともない、加圧室２０６の燃料は燃料ギャラリ２０４から燃料通路２０２を通り、燃料室２００に戻される。

このとき、燃料導入通路に戻る燃料に脈動が生じるが、前述したように、カバー部材４０の薄肉部４４およびパルセーションダンパ５０のダイヤフラム５４が燃料室２００の圧力変化に応じて変位するので、燃料導入通路の圧力脈動を低減できる。
戻し行程中にコイル９２への通電をオンにすると、可動コア７４と固定コア７６との間に磁気吸引力が働く。この磁気吸引力により、スプリング８０とスプリング６８との荷重差に抗して可動コア７４は固定コア７６に向けて吸引される。固定コア７６側に可動コア７４が吸引されると、ロッド７２との当接が解除され弁部材６６はロッド７２から離れるので、弁部材６６はスプリング６８の荷重によりシート部材６２の弁座６３に着座する。弁部材６６がシート部材６２に着座すると、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通が遮断されるので、加圧室２０６から燃料室２００への燃料の戻し行程は終了する。この戻し工程中におけるコイル９２への通電タイミングを調整することにより、加圧室２０６から燃料室２００に戻される燃料量が調整される。その結果、加圧室２０６で加圧される燃料量が調量され、吐出部１００から吐出される燃料吐出量が調量される。

（３）加圧行程
燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通が遮断されている状態でプランジャ２０がさらに上死点に向けて上昇すると、加圧室２０６の燃料が加圧され燃料圧力が上昇する。そして、加圧室２０６の燃料圧力が所定圧以上になると、スプリング１０４の荷重に抗してボール１０２が弁座１１０からリフトする。これにより、加圧室２０６で加圧された燃料は吐出通路２０８を通り吐出部１００から吐出される。吐出部１００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。
第１実施形態では、カバー部材４０およびパルセーションダンパ５０の両方がダンパとして作動するので、燃料導入通路の脈動低減効果が向上する。

（第２、第３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に示す。尚、既述の実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図３に示す第２実施形態の高圧燃料ポンプ１２０では、第１実施形態のカバー部材４０に代えて、カバー部材１２２がハウジング１２の開口側端部１７に取り付けられている。パルセーションダンパ５０のプレート５２は、カバー部材１２２の凸部４６と開口側端部１７との間で挟持されている。

カバー部材１２２の外周縁部は、開口側端部１７に溶接等で取り付けられており、厚肉部４２を形成している。外周縁部の厚肉部４２よりも中心側のカバー部材１２２には、厚肉部４２よりも薄肉の薄肉部１２４が円板状に形成されている。さらに薄肉部１２４には、カバー部材１２２の中心に対して同心円上に環状の凹凸が蛇腹状に形成されている。このように、薄肉部1１２４を蛇腹状に形成することにより、燃料室２００の圧力変化に応じて変位する薄肉部１２４の変位量が増加する。その結果、燃料室２００の圧力変化に応じて変位する燃料室２００の容積変化量が増加するので、燃料導入通路の脈動低減効果が向上する。

図４に示す第３実施形態の高圧燃料ポンプ１３０では、燃料室２００にパルセーションダンパ５０を設置せず、カバー部材１３２の薄肉部４４だけで燃料導入通路の圧力脈動を低減する。カバー部材１３２の構成は、凸部４６を設けていないことを除いて、第１実施形態のカバー部材４０と実質的に同一である。
第３実施形態では、燃料室２００にパルセーションダンパ５０を設置せず、燃料室２００を形成するためのカバー部材１３２がダンパを兼ねて圧力脈動を低減するので、少ない部品点数で燃料導入通路の圧力脈動を低減できる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ハウジング１２の開口側端部１７部に取り付けられるカバー部材の外周縁部を厚肉部４２にし、厚肉部４２よりも中心側を薄肉部にした。これに対し、燃料室２００の圧力変化に応じてカバー部材が変位し、燃料導入通路の圧力脈動を低減できるのであれば、薄肉部はカバー部材のどのような位置に形成されてもよい。例えば、薄肉部と厚肉部とは、カバー部材に同心円上に交互に形成されてもよい。
このように本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

第１実施形態によるカバー部材およびパルセーションダンパを示す模式的断面図であり、（Ａ）は静止状態、（Ｂ）は圧力脈動による変位状態を示している。 第１実施形態による高圧燃料ポンプを示す断面図。 第２実施形態によるカバー部材およびパルセーションダンパを示す模式的断面図。 第３実施形態による高圧燃料ポンプを示す断面図。

符号の説明

１０、１２０、１３０：高圧燃料ポンプ、１２：ハウジング、１７：開口側端部（支持部）、３４：環状部材（支持部）、４０、１２２、１３２：カバー部材、４２：厚肉部、４４、１２４：薄肉部、５０：パルセーションダンパ、５４：ダイヤフラム、２００：燃料室（燃料導入通路）、２０２：燃料通路（燃料導入通路）、２０４：燃料ギャラリ（燃料導入通路）、２０６：加圧室、２１０：空間、２１２：連通路

Claims (4)

1. 燃料が加圧される加圧室、および前記加圧室に燃料を導く燃料導入通路を有するハウジングと、
   前記ハウジングの前記燃料導入通路を構成する凹部の開口側外側を覆うことにより、前記ハウジングと前記燃料導入通路に燃料室を形成しているカバー部材と、
   往復移動することにより前記加圧室の燃料を加圧するプランジャと、
   を備える高圧燃料ポンプにおいて、
   前記カバー部材は、厚肉部と薄肉部とを有し、前記燃料導入通路の圧力変化によって前記薄肉部が変位することにより前記燃料室の容積を変化させ、前記燃料導入通路の圧力脈動を低減する高圧燃料ポンプ。
2. 前記厚肉部は前記ハウジングに取り付けられている前記カバー部材の外周縁側に形成され、前記薄肉部は前記厚肉部よりも前記カバー部材の中心側に形成されている請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。
3. 前記燃料室に設置され、内部に密閉された空間を形成し、前記燃料室の圧力変化によって前記空間の容積が変化することにより前記燃料導入通路の圧力脈動を低減するダンパをさらに備える請求項１または２に記載の高圧燃料ポンプ。
4. 前記ダンパを支持して前記燃料室に前記ダンパを設置し、前記ダンパに対して前記燃料室の前記カバー部材側と前記カバー部材の反対側とを連通する連通路を有する支持部をさらに備える請求項３に記載の高圧燃料ポンプ。

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