JP7084753B2 - 弁ユニット固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、本体部に弁ユニットを固定するための弁ユニット固定構造に関する。

従来、弁ユニットと、弁ユニットが固定される本体部とを備えた弁ユニット固定構造が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。本体部は、その内部に設けられて流体が流れる本体流路と、底部が本体流路に通じた凹部とを備える。弁ユニットは、弁座を有する弁座部と、弁座に当接して本体流路を閉鎖する弁体と、弁体を弁座部に付勢するばね部材と、ばね部材を収容するホルダ部とを備える。

特許文献１の弁ユニット固定構造では、吐出弁ユニットについては、その弁座部、弁体、ばね部材及びホルダ部を本体部の外部で組み立てて、弁座部とホルダ部とをレーザー溶接し、ユニット化してから、本体部の凹部に圧入して固定する構造となっている。

特許文献２の弁ユニット固定構造においても、一部の弁ユニットについては、同様に、ユニット化してから弁座部やホルダを凹部に圧入等することにより組み込まれると考えられる。

特開２０１１－８０３９１号公報 特開２００４－１３８０６２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２の弁ユニット固定構造によれば、ユニットが、本体部の凹部へ固定するのに先立って溶接等によりユニット化されるので、溶接等の手間や、溶接後の変形量の管理などの工程を要する。これらの工程が、廉価な弁ユニット固定構造の供給を妨げている。

そして、一般的に、弁座部は熱処理されて硬度が高められており、ホルダ部は成形容易なように硬度の低い材料で形成される。このため、弁座部とホルダ部との溶接は異種材の溶接となるので、溶接の難易度も高い。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、予めユニット化する必要なく弁ユニットを容易に固定できる廉価な弁ユニット固定構造を提供することにある。

第１発明に係る弁ユニット固定構造は、
弁ユニットと、該弁ユニットが固定される本体部とを備え、
前記本体部は、該本体部の内部に設けられて流体が流れる本体流路と、前記本体流路に通じ、基準方向に延在する凹部とを備え、
前記弁ユニットは、弁座を有する弁座部と、前記弁座に当接して前記本体流路を閉鎖する弁体と、前記弁体を前記弁座部に付勢するばね部材と、前記ばね部材を収容するホルダ部とを備え、少なくとも一部が前記凹部に対して前記基準方向に挿入されて前記本体部に固定されており、
前記弁ユニットは略円筒形状の形状を備えており、前記円筒形状の中心軸線は前記基準方向に略平行に配置されており、
前記弁座部は、前記本体部に対して前記基準方向に当接する弁座当接部を備える弁ユニット固定構造において、
前記弁座部は、前記ホルダ部が当接して該ホルダ部が該弁座部に与える前記基準方向の荷重を受ける弁座荷重受け部を備え、
前記ホルダ部は、前記弁座荷重受け部に当接するホルダ当接部と、前記本体部が前記ホルダ部に与える前記基準方向の荷重を受けるホルダ荷重受け部とを備え、
前記本体部が前記ホルダ部に与える前記基準方向の荷重は、前記本体部が塑性変形されて設けられる変形固定部によって与えられており、
前記変形固定部は、前記凹部の内周面が前記中心軸線に向かって塑性変形されており、
前記変形固定部の少なくとも一部は、前記弁座部の前記中心軸線を中心とする最大外径よりも前記中心軸線側に張り出しており、
かつ、前記変形固定部の少なくとも一部は、前記ホルダ部の前記中心軸線を中心とする最大外径よりも前記中心軸線側に張り出していることを特徴とする。

第１発明によれば、変形固定部がホルダ部に与える基準方向の荷重は、ホルダ荷重受け部、ホルダ当接部、弁座荷重受け部及び弁座当接部を介して凹部の底部により支持される。すなわち、凹部に挿入された弁ユニットは、本体部の変形固定部と凹部によって、その形態が維持されて本体部に固定された状態となっている。

このため、弁座部、弁体、ばね部材及びホルダ部を、予め溶接などを用いてユニット化することなく、本体部の凹部に挿入し、変形固定部を設ける（カシメ工程を行う）だけで、弁ユニットのユニット化と本体部への固定とを同時に行うことができる。

また、弁座部、弁体、ばね部材及びホルダ部を、予めユニット化してから弁ユニットを本体部に固定する場合であっても、本体部に取り付けられた後の弁ユニットの形態は変形固定部によって維持されるため、予め弁座部、弁体、ばね部材及びホルダ部をユニット化する場合もその固定構造は簡易なものとすることができる。

したがって、弁ユニットの本体部への固定をより少ない工数で容易に行うことができる廉価な弁ユニット固定構造を提供することができる。また、弁ユニットを本体部の凹部に圧入する必要がないので、圧入に必要な締め代を管理するための高い寸法精度も必要としない。

第２発明に係る弁ユニット固定構造は、第１発明において、
前記ホルダ部は、略円筒形状の内周面を備え、
前記弁座部は、前記内周面と当接し、該内周面が該弁座部に対して前記基準方向と直交する方向に加える荷重を受ける径方向荷重受け部を備え、
前記径方向荷重受け部の前記中心軸線を中心とする径方向の厚さは、前記ホルダ部の前記径方向荷重受け部に当接する箇所の前記径方向の厚さよりも大きいことを特徴とする。

第２発明によれば、変形固定部による弁ユニットの固定（カシメ固定）によって発生し、変形固定部がホルダ荷重受け部に加える径方向の荷重を、弁座部の径方向荷重受け部によって受けることができる。これにより、ホルダ部を薄肉に形成することが可能となるので、弁ユニット固定構造の小型軽量化を達成することができる。

本発明の一実施形態に係る高圧燃料ポンプの要部を示す断面図である。 図１の高圧燃料ポンプにおける吐出弁ユニットの断面図である。 図１の高圧燃料ポンプにおける大径凹部をその開口部側から見た様子を示す図である。 図１の高圧燃料ポンプにおける吐出弁ユニットの変形例を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る直噴エンジンの燃料供給システムにおける高圧燃料ポンプの要部を示す。この高圧燃料ポンプは、燃料タンクから送られてくる燃料を、エンジンカムの回転動力を利用し、昇圧してインジェクタに供給する。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１は、加圧室２を有する本体部３を備える。加圧室２は、燃料タンクから送られてくる燃料を吸入し、圧力を上昇させて吐出するために用いられる。加圧室２への燃料の供給は、燃料タンクの低圧燃料ポンプに接続された吸入管４から、脈動ダンパ５が配置されたダンパ室６及び吸入口７を経て行われる。

本体部３には、加圧室２から吐出される燃料が通過する高圧通路８と、加圧室２に隣接し、加圧室２と高圧通路８との間に介在する本体流路９とが設けられる。本体流路９の下流側には、加圧室２で加圧された燃料を高圧通路８側に吐出する吐出弁ユニット１０が設けられる。

また、高圧通路８と、高圧通路８よりも低圧の空間であるダンパ室６との間には、圧力が高くなり過ぎた燃料を高圧通路８側からダンパ室６側に開放するリリーフ弁１１が設けられる。また、図示してはいないが、吸入口７の上流側には、加圧室２への燃料の吸入を制御する吸入弁（スピルバルブ）が設けられる。

本体部３には、本体部３の外面に開口して高圧通路８の一部を形成する大径凹部１２が設けられる。吐出弁ユニット１０及びリリーフ弁１１は、大径凹部１２の内壁面１２ａに囲まれた内部から挿入されて本体部３に固定されている。

大径凹部１２の開口側には、大径凹部１２とともに高圧通路８の一部を構成する高圧接続部１３が結合される。高圧接続部１３の大径凹部１２と反対側には、インジェクタに通じた高圧通路８の部分が接続される。

加圧室２の下面は、プランジャ１４の先端面によって画定される。プランジャ１４は、加圧室２への燃料の吸入、圧縮、及び吐出のサイクルを繰り返し行うために往復動される。この往復動は、ばね１５の付勢力と、エンジンのクランクシャフトなどの動力により該付勢力に抗して駆動されるカムとによって行われる。

また、本体部３には、高圧通路８からダンパ室６に通じたリリーフ通路１６が設けられる。リリーフ通路１６は、吐出弁ユニット１０の中心軸線１７（図２参照）に平行で、一端が大径凹部１２の底面１２ｂに開口した通路部分１８を有する。

リリーフ弁１１は、弁体１９と、通路部分１８に圧入されて弁体１９と協働する弁座部材２０と、通路部分１８内に挿入されて弁座部材２０の圧入により圧縮され、弁座部材２０に弁体１９を付勢するばね部材２１とを備える。

図２は、吐出弁ユニット１０の断面を示す。図２に示すように、本体部３の本体流路９は、上流側が加圧室２に開口している。本体流路９の大径凹部１２側には、基準方向Ｓに延在し、大径凹部１２の底面１２ｂに開口した小径凹部２３が設けられる。小径凹部２３の底部には、本体流路９の下流側が開口している。

吐出弁ユニット１０は、弁座２５ｅを有する弁座部２５と、弁座２５ｅに当接して本体流路９を閉鎖する弁体２６と、弁体２６を弁座２５ｅに当接するように付勢するばね部材２８と、ばね部材２８を収容するホルダ部２９とを備える。ホルダ部２９の内部空間は大径凹部１２の内部空間に通じている。吐出弁ユニット１０は、少なくとも一部が小径凹部２３に対して基準方向Ｓに挿入されて本体部３に固定される。

弁座部２５は、上流側の大外径部３０と、これよりも外径が小さい下流側の小外径部３１と、大外径部３０と小外径部３１とを段差状に接続する弁座荷重受け部３２と、本体部３に対して基準方向Ｓに当接する弁座当接部２５ａとを備える。なお、弁座当接部２５ａは、本体部３に対して直接に接している部分であり、該部分の周囲の部分は弁座当接部２５ａに含まれない。

また、弁座部２５は、本体流路９に接続されて流体が流れる内部流路２５ｂの少なくとも一部を形成する略円筒形状の弁座内壁面２５ｃを備える。

弁座荷重受け部３２は、ホルダ部２９が当接して弁座部２５に対して吐出弁ユニット１０の中心軸線１７に平行な基準方向Ｓに与える荷重を受ける。なお、弁座荷重受け部３２は、ホルダ部２９に対して直接に接している部分であり、該部分の周囲の部分は弁座荷重受け部３２に含まれない。

ホルダ部２９は、弁座荷重受け部３２に当接するホルダ当接部３３と、本体部３がホルダ部２９に基準方向Ｓに与える荷重を受けるホルダ荷重受け部３４とを備える。

本体部３がホルダ部２９に対して基準方向Ｓに与える荷重は、本体部３が塑性変形されて設けられた変形固定部３５によって与えられる。すなわち、本体部３の小径凹部２３に挿入された吐出弁ユニット１０は、変形固定部３５によって本体部３に固定されている。

小径凹部２３は、基準方向Ｓと平行に延在する凹部内壁面２３ａと、本体流路９が小径凹部２３の底部において開口している部分である流路開口部２２と、流路開口部２２から凹部内壁面２３ａの底部側の端縁に及ぶ本体当接面２３ｂとを備える。弁座当接部２５ａは、本体当接面２３ｂに当接し、流路開口部２２の全周を囲う円環状に形成されている。

本体当接面２３ｂは、弁座当接部２５ａに対して直接に接している部分の面と、この面と連続して１つの面を構成している周囲の部分の面とを含む。したがって、弁座当接部２５ａが基準方向Ｓに直交する投影面に投影される範囲は、本体当接面２３ｂが該投影面に投影される範囲に含まれる。

ホルダ部２９は、略円筒形状の内周面２９ａを備える。弁座部２５は、内周面２９ａと当接し、内周面２９ａが弁座部２５に対して、基準方向Ｓと直交する方向に加える荷重を受ける径方向荷重受け部２５ｄを備える。

弁座当接部２５ａが基準方向Ｓと直行する投影面に投影される範囲の少なくとも一部は、弁座荷重受け部３２が該投影面に投影される範囲に含まれる。弁座部２５のうちの弁体２６と当接する弁座面及び本体当接面２３ｂは、いずれも基準方向Ｓと略直交する平面上の面として形成されている。

図３は、大径凹部１２をその開口部側から基準方向Ｓに見た様子を示す。図３に示すように、変形固定部３５は、大径凹部１２の底面１２ｂにおいて、吐出弁ユニット１０の中心軸線１７を中心とする円周上の複数個所、例えば２個所に、均等な間隔を置いて形成される。

本体部３の前記円周上における変形固定部３５以外の部分（隣り合う変形固定部３５同士の間の部分）である非変形部３６は、吐出弁ユニット１０及びリリーフ弁１１の各中心Ｃ１、Ｃ２を通りかつ本体流路９の延在方向に平行な弁配置方向面３７と交差している。

すなわち、非変形部３６は、該延在方向に見た場合における吐出弁ユニット１０及びリリーフ弁１１双方の中心Ｃ１、Ｃ２の間、すなわち吐出弁ユニット１０のリリーフ弁１１側において、弁配置方向面３７と交差している。なお、中心Ｃ１は、吐出弁ユニット１０の弁体２６と弁座２５ｅとが接する部分の中心である。中心Ｃ２は、リリーフ弁１１の弁体１９と弁座部材２０とが接する部分の中心である。

複数の変形固定部３５は、弁配置方向面３７を対称面とする面対称を呈するように形成されている。したがって、非変形部３６は、吐出弁ユニット１０の中心Ｃ１からリリーフ弁１１に向かう方向と反対側、すなわち吐出弁ユニット１０のリリーフ弁１１と反対側においても弁配置方向面３７と交差している。

吐出弁ユニット１０及びリリーフ弁１１は、本体部３に対して、次のようにして組み込まれる。すなわち、吐出弁ユニット１０については、まず、図２のような相互の位置関係で配置された弁座部２５、弁体２６、ばね部材２８及びホルダ部２９が、小径凹部２３に対して、弁座部２５の弁座当接部２５ａが小径凹部２３の本体当接面２３ｂに当接するまで挿入される。

次に、ホルダ部２９の外径程度の内径を有し、かつ先端部が変形固定部３５に対応する形状を有する円筒状の治具Ｊにより、変形固定部３５が形成される。

すなわち、治具Ｊが、ホルダ部２９の外周において、図３の変形固定部３５に対応する周方向位置で配置される。そして、治具Ｊの先端面により、大径凹部１２の底面１２ｂにおける小径凹部２３の周囲の部分が中心軸線１７方向に押圧されて、塑性変形される。これにより、図２及び図３のような断面形状及び配置を有する変形固定部３５が形成され、吐出弁ユニット１０の組込みが完了する。

この変形固定部３５の形成に際して、弁配置方向面３７上及びその近傍においては、塑性変形がなされないので、本体部３に対する歪の発生は最小限に留められる。このため、変形固定部３５の形成により、リリーフ通路１６の通路部分１８に対して、有意な影響が生じることはない。

リリーフ弁１１については、まず、ばね部材２１が、リリーフ通路１６の通路部分１８に挿入される。次に、ばね部材２１と弁座部材２０との間に弁体１９を配置した状態で、通路部分１８に弁座部材２０が圧入される。このとき、圧入量が、所定の開弁圧となるように調整される。これにより、リリーフ弁１１の組込みが完了する。

なお、この開弁圧は、上述の加圧室２の上流側に設けられた吸入弁によっては制御できない高い圧力が何らかの原因で高圧通路８内に生じた場合にこの圧力を支障なく開放できるように設定される。

このようにして吐出弁ユニット１０及びリリーフ弁１１が組み込まれた高圧燃料ポンプ１において、エンジンの駆動に応じてプランジャ１４が往復動されると、プランジャ１４が下降するときに上述の吸入弁が開いて加圧室２に燃料が流入する。また、プランジャ１４が上昇するとき、吸入弁が閉じられて加圧室２内の燃料が圧縮される。

これにより、加圧室２内が高圧になるので、吐出弁ユニット１０が開き、高圧燃料が高圧通路８内に吐出される。吐出された燃料は、高圧通路８を経てインジェクタから噴射される。この間に、高圧通路８の圧力が何らかの原因で過大になると、リリーフ弁１１が開放し、高圧通路８の高圧燃料が、リリーフ通路１６を経てダンパ室６内に開放される。

リリーフ弁１１は、このように高圧通路８の圧力が過大になったときに、これを機械的に解放する安全装置として機能するものであるため、その開弁圧は正確に保持される必要がある。この点、上記のように吐出弁ユニット１０の組込みに際しては、本体部３を塑性変形させるのにも拘らず、その影響がリリーフ通路１６にほとんど及ばないので、リリーフ弁１１の開弁圧が正確に保持される。

以上のように、本実施形態によれば、弁座部２５、弁体２６、ばね部材２８及びホルダ部２９を予めユニット化することなく、本体部３の小径凹部２３に挿入し、変形固定部３５を設ける（カシメ工程を行う）だけで、吐出弁ユニット１０のユニット化と本体部３への固定とを同時に行うことができる。

したがって、吐出弁ユニット１０の本体部３への固定を、より少ない工数で行うことができるので、廉価な弁ユニット固定構造を提供することができる。また、吐出弁ユニット１０を本体部３の小径凹部２３に圧入する必要がないので、圧入に必要な締め代を管理するための高い寸法精度も必要としない。

また、吐出弁ユニット１０を固定するための荷重が、円環状に形成された弁座当接部２５ａに集中するので、弁座当接部２５ａの表面と、これに接触する本体当接面２３ｂの表面粗さが大きい場合であっても、該表面上の微小な凹凸が潰し込まれる。これにより、弁座部２５と本体部３とのシール性を良好に保つことができる。

また、変形固定部３５による固定（カシメ固定）によって発生する変形固定部３５がホルダ荷重受け部３４に加える径方向の荷重を弁座部２５によって受けることができるので、ホルダ部２９を薄肉に形成することが可能となる。これにより、弁ユニット固定構造の小型軽量化を達成することができる。

また、弁座当接部２５ａが基準方向Ｓと直行する投影面に投影される範囲の一部が、弁座荷重受け部３２が該投影面に投影される範囲に含まれるので、弁座荷重受け部３２に加わった荷重が直線的に弁座当接部２５ａに伝わる。そして、本体当接面２３ｂ及び弁座部２５の弁座面は、いずれも基準方向Ｓと略直交する平面上の面として形成されている。

このため、弁座部２５の内部には曲げ応力が発生し難くなり、弁座部２５の弁座面は、基準方向Ｓと略直交した状態を維持するので、弁座面に当接する弁体２６の平坦度を保つことができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、本発明は、吐出弁ユニット以外の弁ユニットに対しても適用することができる。

また、図４のように、本体当接面２３ｂ及び弁座当接部２５ａは、基準方向Ｓに垂直でなく、また相互に平行でなくてもよい。この場合も、弁座当接部２５ａが基準方向Ｓに直交する投影面に投影される範囲は、本体当接面２３ｂが該投影面に投影される範囲に含まれるので、弁座部２５と本体部３との間のシール性を良好に保つことができる。

さらに、この場合には、弁座当接部２５ａは、断面形状が曲率を有して本体当接面２３ｂと当接しているので、弁座当接部２５ａに対してより狭い領域で接する。したがって、この場合には、弁座部２５と本体部３との間のシール性をさらに良好に保つことができる。

１…高圧燃料ポンプ、２…加圧室、３…本体部、４…吸入管、５…脈動ダンパ、６…ダンパ室、７…吸入口、８…高圧通路、９…本体流路、１０…吐出弁ユニット、１１…リリーフ弁、１２…大径凹部、１２ａ…内壁面、１２ｂ…底面、１３…高圧接続部、１４…プランジャ、１５…ばね、１６…リリーフ通路、１７…中心軸線、１８…通路部分、１９…弁体、２０…弁座部材、２１…ばね部材、２２…流路開口部、２３…小径凹部、２３ａ…凹部内壁面、２３ｂ…本体当接面、２５…弁座部、２５ａ…弁座当接部、２５ｂ…内部流路、２５ｃ…弁座内壁面、２５ｄ…径方向荷重受け部、２５ｅ…弁座、２６…弁体、２８…ばね部材、２９…ホルダ部、２９ａ…内周面、３０…大外径部、３１…小外径部、３２…弁座荷重受け部、３３…ホルダ当接部、３４…ホルダ荷重受け部、３５…変形固定部、３６…非変形部、３７…弁配置方向面、Ｊ…治具、Ｓ…基準方向。

Claims (2)

1. 弁ユニットと、該弁ユニットが固定される本体部とを備え、
   前記本体部は、該本体部の内部に設けられて流体が流れる本体流路と、前記本体流路に通じ、基準方向に延在する凹部とを備え、
   前記弁ユニットは、弁座を有する弁座部と、前記弁座に当接して前記本体流路を閉鎖する弁体と、前記弁体を前記弁座部に付勢するばね部材と、前記ばね部材を収容するホルダ部とを備え、少なくとも一部が前記凹部に対して前記基準方向に挿入されて前記本体部に固定されており、
   前記弁ユニットは略円筒形状の形状を備えており、前記円筒形状の中心軸線は前記基準方向に略平行に配置されており、
   前記弁座部は、前記本体部に対して前記基準方向に当接する弁座当接部を備える弁ユニット固定構造において、
   前記弁座部は、前記ホルダ部が当接して該ホルダ部が該弁座部に与える前記基準方向の荷重を受ける弁座荷重受け部を備え、
   前記ホルダ部は、前記弁座荷重受け部に当接するホルダ当接部と、前記本体部が前記ホルダ部に与える前記基準方向の荷重を受けるホルダ荷重受け部とを備え、
   前記本体部が前記ホルダ部に与える前記基準方向の荷重は、前記本体部が塑性変形されて設けられる変形固定部によって与えられており、
   前記変形固定部は、前記凹部の内周面が前記中心軸線に向かって塑性変形して形成されており、
   前記変形固定部の少なくとも一部は、前記弁座部の前記中心軸線を中心とする最大外径よりも前記中心軸線側に張り出しており、
   かつ、前記変形固定部の少なくとも一部は、前記ホルダ部の前記中心軸線を中心とする最大外径よりも前記中心軸線側に張り出していることを特徴とする弁ユニット固定構造。
2. 前記ホルダ部は、略円筒形状の内周面を備え、
   前記弁座部は、前記内周面と当接し、該内周面が該弁座部に対して前記基準方向と直交する方向に加える荷重を受ける径方向荷重受け部を備え、
   前記径方向荷重受け部の前記中心軸線を中心とする径方向の厚さは、前記ホルダ部の前記径方向荷重受け部に当接する箇所の前記径方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の弁ユニット固定構造。

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