JP6264030B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
調量弁装置は、調量室とアキュムレータ室と電磁界印加手段とを備える。
調量室は、流体を容積変動可能に収容する第1収容部と、電磁界の印加により粘度が可逆的に変化する機能性流体(smart fluid)を容積変動可能に収容する第2収容部と、を有する。第1収容部には、第1通路が連結し、第2収容部には、第2通路が連結する。第1収容部と第2収容部とを隔離する隔離部材は、第1収容部内の流体の内圧に応じて弾性変形を生じる容積変動部材からなる。
アキュムレータ室は、調量室の第2通路を介して第2収容部に連結し、調量室内の機能性流体と連通する機能性流体を容積変動可能に収容する。
電磁界印加手段は、調量室内の機能性流体に電磁界を印加する。
容積変動部材は、ベローズ(bellows)、ダイアフラム(diaphragm)、又は風船(balloon)である。容積変動部材の内部が流体を容積変動可能に収容する第1収容部となり、容積変動部材の外部が機能性流体を容積変動可能に収容する第2収容部となる。
調量弁装置の調量室内に収容される流体は、加圧室の燃料と連通する燃料である。
本発明の高圧ポンプによると、以下のような第1〜第3行程が繰り返される。第1、第2、第3行程は、調量行程、吐出行程、吸入行程に相当する。
即ち、第1行程においては、電磁界印加手段による電磁界の印加が停止された状態において、第1通路を通って第1収容部内に流体を流入させる圧力が生じると、第1収容部内の流体の内圧が増大し、隔離部材に所定の変位又は弾性変形が生じることにより、第1収容部の容積が増大すると共に第2収容部内の容積が縮小し、第2収容部内の機能性流体が第2通路を通ってアキュムレータ室内に流出する。
具体的には、上記の機能性流体として、磁気粘性流体(Magneto Rheological Fluid;以下、「MR流体」という。)を用い、電磁界印加手段として、磁界を発生させるコイルを用いることができる。コイルは、例えば、調量室の第2収容部の周囲に設けられる。
或いは、上記の機能性流体として、電気粘性流体(Electro Rheological Fluid;以下、「ER流体」という。)を用い、電磁界印加手段として、電界を発生させる一対の電極を用いることができる。一対の電極は、例えば、調量室の第2通路を挟んで設けられる。
さらに、上記のアキュムレータ室として、ベローズ、ダイアフラム、又は風船が用いられてもよい。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による調量弁装置を用いた高圧ポンプを含む燃料供給装置を、図1〜図4を参照しつつ説明する。
高圧ポンプ10は、外郭を構成するポンプボディ11、並びにポンプボディ11にそれぞれ形成される燃料吸入部20、プランジャ部30、調量弁装置40、及び燃料吐出部50等を備えている。
また、ポンプボディ11には、燃料供給部60から燃料吸入部20を介して供給される燃料を圧縮し、燃料吐出部50を介してコモンレール部70に吐出する加圧室12が設けられている。
吸入通路21は、燃料供給部60に接続され、燃料供給部60からの燃料を加圧室12に供給するための燃料通路である。この吸入通路21の加圧室12近傍に、吸入逆止弁22が設置されている。
他方、加圧室12内の燃料の圧力が低くなり、燃料供給部60側からの外圧が加圧室12側からの圧力とスプリングの付勢力とに打ち勝つと、弁が弁座から解離し、吸入逆止弁22は開状態となる。その結果、燃料供給部60から加圧室12へ燃料が供給される。
プランジャ31は、ポンプボディ11に形成されたシリンダ内に往復移動可能に収納されている。プランジャ31の加圧室12側と反対側の下端部には、カム32が設けられ、このカム32にプランジャ31の下端部を当接させるように付勢するスプリング33が設けられている。
このため、プランジャ部30は、カム32の回転により、プランジャ31がシリンダ内を往復移動し、加圧室12に吸入された燃料を圧縮する働きをする。
調量室41は、燃料を収容する第1収容部411と、MR流体を収容する第2収容部412とに区分される。また、調量室41は、第1収容部411を加圧室12に連結する第1通路413を有する。このため、第1収容部411の燃料は加圧室12内の燃料と連通している。また、調量室41は、第2収容部412をアキュムレータ室42に連結する第2通路414を有する。
容器421は、調量室41の第2通路414を介して第2収容部412に連結されている。このため、容器421内のMR流体は、第2収容部412のMR流体と連通している。
吐出通路51は、コモンレール部70に接続され、加圧室12において圧縮された高圧燃料をコモンレール部70に吐出するための燃料通路である。この吐出通路51の加圧室12近傍に、吐出逆止弁52が設置されている。
他方、加圧室12内の燃料の圧力が高くなり、スプリングの付勢力とコモンレール部70側からの外圧とに打ち勝つと、弁が弁座から解離し、吐出逆止弁52は開状態となる。その結果、加圧室12からコモンレール部70へ高圧の燃料が吐出される。
燃料供給部60は、燃料を貯留する燃料タンク61と、この燃料タンク61と燃料吸入部20の吸入通路21とを連結する低圧燃料通路62と、燃料タンク61内の燃料を汲み上げて低圧燃料通路62に送り出すフィードポンプ63を備えている。
このため、燃料タンク61内の燃料は、フィードポンプ63によって汲み出され、低圧燃料通路62、燃料吸入部20の吸入通路21及び吸入逆止弁22を通って加圧室12に供給される。
このため、加圧室12において圧縮された高圧燃料は、燃料吐出部50の吐出通路51及び吐出逆止弁52、並びに高圧燃料通路72を通ってコモンレール71に圧送され貯留される。そして、コモンレール71内に貯留された高圧燃料は、直接噴射手段73によって内燃機関のシリンダ内に直接噴射される。
(I)調量行程
図2のプランジャ31に付した矢印及び図5のタイムチャートに示すように、プランジャ31がカム32の回転により下死点aから上死点bに向かって上昇すると、加圧室12の容積が減少し、加圧室12内の燃料が圧縮されて内圧が高くなる。
このとき、第2収容部412からのMR流体が加わった容器421内のMR流体はその内圧が高くなるため、容器421内に設置されている風船422は、図2に示すように収縮する。そして、この風船422の収縮により、容器421内に収容されるMR流体の容積が大きくなる。
上記の調量行程が進行する所定の時点において、図5のタイムチャートに示すように、ECU44からの制御信号によりコイル43に電流が流れ始める。このコイル43への通電の開始により磁界が発生し、調量室41の第2収容部412のMR流体に印加される。このため、第2収容部412のMR流体は粘度が急速に高まり、流動性が失われる。このような第2収容部412のMR流体の硬化により、ピストン415は移動を停止する。また、風船422も、図3に示すように収縮したままの状態となる。
なお、第2収容部412のMR流体が硬化した状態を図3では多数のドットを付して表すことにする。
図4のプランジャ31に付した矢印及び図5のタイムチャートに示すように、上死点bに達したプランジャ31がカム32の回転により上死点bから下死点aに向かって下降すると、加圧室12の容積が増加して、加圧室12内の燃料の内圧が低下する。そして、加圧室12内の燃料の内圧が、燃料吐出部50の吐出逆止弁52のスプリングの付勢力とコモンレール部70側からの外圧との合計よりも低くなると、吐出逆止弁52が閉状態となり、加圧室12内の高圧燃料のコモンレール部70側への吐出が停止する。
従来技術の高圧ポンプについて、図13〜図16を参照して説明する。
図13及び図14に示すように、従来技術の高圧ポンプにおける調量弁装置80は、ニードル81、固定コア82、可動コア83、コイル84、第1スプリング85、弁部材86、第2スプリング87、及びストッパ88等を備えている。
固定コア82及び可動コア83は、磁性材料から形成され、コイル84の径方向内側に設けられている。可動コア83は、ニードル81に一体に固定されている。第1スプリング85は、固定コア82と可動コア83との間に設けられ、固定コア82と可動コア83とを互いに離す方向に付勢する。
ストッパ88は、大径部と小径部とを有し、大径部の外壁は弁ボディ91に固定され、小径部の弁部材86側に規制面881を有している。弁部材86の第2端面862は、このストッパ88の規制面881に当接可能となっている。
(I)調量行程
カムの回転によりプランジャが下死点aから上死点bに向かって上昇すると、加圧室の容積が減少する。このとき、所定の時期まではコイル84への通電が停止されているため、第1スプリング85に付勢されたニードル81の付勢力によって弁部材86がストッパ88側に移動し、弁部材86のシート面863が弁ボディ91の弁座911から解離する。このため、弁部材86は開弁状態となる。そして、一度加圧室に吸入された低圧燃料は、燃料通路92を経由して燃料室側へ戻される。
図15のタイムチャートに示すように、プランジャが上昇する途中の所定の時期に、コイル84に駆動電流が流れ始める。このコイル84への通電の開始により、固定コア82と可動コア83との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力が所定のタイムラグをもって第1スプリング85の付勢力より大きくなると、可動コア83及びニードル81が固定コア82側に移動する。その結果、図13のA1部に示すように、可動コア83の固定コア82側端面が固定コア82の可動コア83側端面に当接する。
弁部材86が閉弁した後、加圧室の燃圧は、プランジャの上昇と共に高くなる。加圧室の燃圧が吐出部の吐出弁に作用する力が、所定の力よりも大きくなると、吐出弁が開弁する。これにより、加圧室で圧縮された加圧燃料は吐出口から吐出される。
図15のタイムチャートに示すように、カムの回転によりプランジャが上死点bから下死点aに向かって下降するとき、コイル84への通電が停止される。このため、可動コア83を固定コア82側に移動させようとする磁気吸引力が消失し、可動コア83及びニードル81は第1スプリング85の付勢力により弁部材86側に移動する。その結果、図14のB1部に示すように、ニードル81の端面が弁部材86の第1端面861に当接する。
このとき、加圧室の容積が増加し、燃料が減圧され、吐出部の吐出弁が吐出口を閉塞する。また、弁部材86のシート部が弁ボディ91の弁座から離れて開弁状態となる。これにより、燃料通路92を経由して加圧室に燃料が吸入される。
このとき、調量弁装置40の動作において、部材同士が当接することはなく、従って部材同士の当接に起因する衝撃音も発生しない。
本発明の第2実施形態による調量弁装置を用いた高圧ポンプを、図6及び図7を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態による高圧ポンプの構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
従って、第2実施形態による高圧ポンプ10の作動、特に調量弁装置40の作動は、以下のような態様で行われる。
図6のプランジャ31に付した矢印に示すように、プランジャ31が上死点bから下死点aに向かって下降すると、加圧室12内の燃料の内圧が低下する。このとき、燃料吐出部50の吐出逆止弁52が閉状態となる。
また、プランジャ31の上死点bからの下降と同時に、コイル43への通電が停止される。このコイル43への通電の停止により、磁界が消失するため、調量室41の第2収容部412のMR流体は粘度が急速に低下し流動性が回復した状態となる。
このとき、ベローズ423内のMR流体の内圧が低くなるため、ベローズ423の蛇腹構造は、図6に示すように縮短する。そして、このベローズ423の蛇腹構造の縮短により、ベローズ423内に収容されるMR流体の容積は小さくなる。
プランジャ31が下死点aから上死点bに向かって上昇すると、加圧室12内の燃料が圧縮されて内圧が高くなる。このとき、燃料吸入部20の吸入逆止弁22は閉状態となる。また、吐出逆止弁52も閉状態を維持している。また、コイル43への通電は停止されたままであるため、第2収容部412のMR流体は流動性が高い状態となっている。
このとき、ベローズ423内のMR流体の内圧が高くなるため、ベローズ423は、その蛇腹構造が伸長する。そして、このベローズ423の蛇腹構造の伸長により、ベローズ423内に収容されるMR流体の容積が大きくなる。
上記の調量行程が進行する所定の時点において、コイル43への通電が開始され、発生した磁界が調量室41の第2収容部412のMR流体に印加されるため、第2収容部412のMR流体は粘度が急速に高まり、流動性が失われる。このような第2収容部412のMR流体の硬化により、ピストン415は移動を停止する。また、ベローズ423の蛇腹構造も、図7に示すように伸長したままの状態で伸縮も停止する。
なお、第2収容部412のMR流体が硬化した状態を図7では多数のドットを付して表すことにする。
このとき、調量弁装置40の動作において、部材同士が当接することはなく、従って部材同士の当接に起因する衝撃音も発生しない。
本発明の第3実施形態による調量弁装置を用いた高圧ポンプを、図8を参照しつつ説明する。なお、第1及び第2実施形態による高圧ポンプの構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
従って、第3実施形態による高圧ポンプ10の作動、特に調量弁装置40の作動は、以下のような態様で行われる。
このとき、調量弁装置40の動作において、部材同士が当接することはなく、従って部材同士の当接に起因する衝撃音も発生しない。
本発明の第4実施形態による調量弁装置を用いた高圧ポンプを、図9を参照しつつ説明する。なお、第1〜第3実施形態による高圧ポンプの構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
従って、第4実施形態による高圧ポンプ10の作動、特に調量弁装置40の作動は、以下のような態様で行われる。
このとき、調量弁装置40の動作において、部材同士が当接することはなく、従って部材同士の当接に起因する衝撃音も発生しない。
本発明の第5実施形態による調量弁装置を用いた高圧ポンプを、図10を参照しつつ説明する。なお、第1〜第4実施形態による高圧ポンプの構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
従って、第5実施形態による高圧ポンプ10の作動、特に調量弁装置40の作動は、以下のような態様で行われる。
このとき、調量弁装置40の動作において、部材同士が当接することはなく、従って部材同士の当接に起因する衝撃音も発生しない。
本発明の第6実施形態による調量弁装置を用いた高圧ポンプを、図11及び図12を参照しつつ説明する。なお、第1〜第5実施形態による高圧ポンプの構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図11のプランジャ31に付した矢印に示すように、プランジャ31が上死点bから下死点aに向かって下降すると、加圧室12内の燃料の内圧が低下する。このとき、燃料吐出部50の吐出逆止弁52は閉状態となる。また、ECU44からの制御信号によりスイッチ46が開状態となり、一対の電極45への電圧印加が停止されているため、電界は発生しておらず、調量室41の第2通路414内のER流体は高い流動性を保持した状態となっている。
プランジャ31が下死点aから上死点bに向かって上昇すると、加圧室12内の燃料が圧縮されて内圧が高くなる。このとき、燃料吸入部20の吸入逆止弁22は閉状態となる。また、燃料吐出部50の吐出逆止弁52も閉状態を維持している。また、スイッチ46は開状態で、一対の電極45への電圧印加は停止されたままであるため、調量室41の第2通路414内のER流体は高い流動性を保持した状態となっている。
上記の調量行程が進行する所定の時点において、ECU44からの制御信号によりスイッチ46が閉状態となり、一対の電極45への電圧印加が開始され、電界が発生して調量室41の第2通路414内のER流体に印加される。このため、第2通路414内のER流体は粘度が急速に高まり、流動性が失われる。このような第2通路414内のER流体の硬化により、ベローズ417の蛇腹構造の伸縮は停止する。また、アキュムレータ室42としてのベローズ423の蛇腹構造も、図12に示すように伸長したままの状態で伸縮を停止する。
なお、第2通路414内のER流体が硬化した状態を図12では多数のドットを付して表すことにする。
このとき、調量弁装置40の動作において、部材同士が当接することはなく、従って部材同士の当接に起因する衝撃音も発生しない。
(ア)第1〜第5実施形態では、磁界を発生させる「電磁界印加手段」としてのコイル43が調量室41の第2収容部412の周囲に設けられているが、このコイル43の設置位置は、第6実施形態における一対の電極45の場合に類似して、調量室41の第2通路414の周囲であってもよい。但し、MR流体は、比較的弱い磁界でも硬化するため、MR流体を収容する容積の大きい第2収容部412の周囲に設けることが好ましい。
更に言えば、スプリング416は必ずしも設けなくてもよい。但し、この場合、ピストン415は第1収容部411の燃料の内圧と第2収容部412のMR流体の内圧とのバランスのみにより調量室41内を移動することになる。
更に言えば、本願発明の「調量弁装置」は、液体や気体等の流体を対象とする調量弁装置自体として、高圧ポンプ以外にも広く利用することが可能である。
以上のように、本発明は上記のような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形態で実施可能である。
40 ・・・調量弁装置、 41 ・・・調量室、
411 ・・・第1収容部、 412 ・・・第2収容部、
413 ・・・第1通路、 414 ・・・第2通路、
415 ・・・ピストン(隔離部材)、 416 ・・・スプリング、
417 ・・・ベローズ(隔離部材、容積変動部材)、
42 ・・・アキュムレータ室、
421 ・・・容器、 422 ・・・風船(体積変動部材)、
423 ・・・ベローズ、 424 ・・・ダイアフラム、
425 ・・・ピストン、 426 ・・・スプリング、
43 ・・・コイル(電磁界印加手段)、
45 ・・・電極(電磁界印加手段)。
Claims (5)
- 流体を容積変動可能に収容する第1収容部(411)と、電磁界の印加により粘度が可逆的に変化する機能性流体を容積変動可能に収容する第2収容部(412)と、前記第1収容部に連結する第1通路(413)と、前記第2収容部に連結する第2通路(414)と、前記第1収容部と前記第2収容部とを隔離し、前記第1収容部の前記流体の内圧に応じて弾性変形を生じる容積変動部材(417)からなる隔離部材と、を有する調量室(41)と、
前記調量室の前記第2通路を介して前記第2収容部に連結し、前記調量室内の前記機能性流体と連通する機能性流体を容積変動可能に収容するアキュムレータ室(42)と、
前記調量室内の前記機能性流体に電磁界を印加する電磁界印加手段(43、45)と、
を備え、前記容積変動部材は、ベローズ(417)、ダイアフラム、又は風船であり、前記容積変動部材の内部が前記第1収容部となり、前記容積変動部材の外部が前記第2収容部となる調量弁装置(40)を用いた高圧ポンプ(10)であって、
前記調量弁装置と、
前記調量弁装置の前記調量室の前記第1収容部に前記第1通路を介して連結する加圧室(12)を有するポンプボディ(11)と、
前記加圧室に燃料供給部から燃料を供給する吸入通路(21)と、前記吸入通路に設置される吸入逆止弁(22)と、を有する燃料吸入部(20)と、
前記ポンプボディに形成されたシリンダ内に収容され、往復移動により前記加圧室内の燃料を圧縮するプランジャ(31)と、
前記加圧室内の圧縮された燃料を吐出する吐出通路(51)と、前記吐出通路に設置される吐出逆止弁(52)と、を有する燃料吐出部(50)と、
を備え、
前記調量弁装置の前記調量室内に収容される前記流体は、前記加圧室の燃料と連通する燃料であることを特徴とする高圧ポンプ。 - 前記機能性流体は、磁気粘性流体であり、前記電磁界印加手段は、磁界を発生させるコイル(43)であることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記コイルは、前記調量室の前記第2収容部の周囲に設けられることを特徴とする請求項2に記載の高圧ポンプ。
- 前記機能性流体は、電気粘性流体であり、前記電磁界印加手段は、電界を発生させる一対の電極(45)であることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記一対の電極は、前記調量室の前記第2通路を挟んで設けられることを特徴とする請求項4に記載の高圧ポンプ。
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