JP7117871B2 - 流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体ポンプに関する。

従来、流体を吸入してその圧力を上昇させて吐出するための加圧室と、この加圧室を構成するポンプ本体と、加圧室から吐出される流体が通過する高圧配管と、加圧室から高圧配管に至る吐出通路に設けられた吐出弁ユニットとを備える高圧燃料供給ポンプが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１の高圧燃料供給ポンプでは、吐出弁ユニットの弁座部材は、ポンプ本体の吐出通路に対して圧入により固定される。ただし、吐出通路内は高圧な環境にあり、吐出弁ユニットの固定を強固に行う必要があるので、吐出通路に対する吐出弁ユニットの圧入は、大きい締め代をもって行われる。特許文献２の高圧燃料供給ポンプにおいても同様であると考えられる。

また、特許文献２の高圧燃料供給ポンプにおいては、量制御弁の故障時に、インジェクタ（燃料噴射弁）の正常な機能を損なうおそれのある燃料集合管路における過剰な圧力を回避するために、リリーフ弁としての圧力制限弁が組み込まれている。

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の高圧燃料供給ポンプによれば、吐出弁ユニットの弁座部材が吐出通路に対して大きい締め代で圧入されるので、ポンプ本体における吐出通路の外周部分には比較的大きい歪が生じる。

このため、ポンプ本体内に高精度に開弁圧が調整されたリリーフ弁を設ける場合には、上記の歪が調圧弁に影響しないように、調圧弁を吐出通路から離れた位置に配置するなどの配慮が必要となる。このことは、吐出弁やリリーフ弁などを実装する際のレイアウトを制約するので、ポンプの小型化を図るうえで障害となる。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、吐出弁やリリーフ弁をコンパクトに実装できる流体ポンプを提供することにある。

第１発明に係る流体ポンプは、
流体を吸入し、圧力を上昇させて吐出するための加圧室を有するポンプ本体を備え、該ポンプ本体に、複数の流体弁と、前記加圧室から吐出される流体が通過する高圧通路と、前記加圧室から前記高圧通路に至る吐出連通路とが設けられた流体ポンプにおいて、
前記ポンプ本体には、略円筒形状の内壁面を有して前記高圧通路の少なくとも一部を形成する凹部が設けられており、
前記流体弁のうちの少なくとも１つは、前記吐出連通路に設けられた吐出弁であり、
前記流体弁のうちの少なくとも他の１つは、前記高圧通路と、該高圧通路よりも低圧の空間との間に設けられたリリーフ弁であり、
前記吐出弁は、前記ポンプ本体を塑性変形して形成された変形固定部によって該ポンプ本体に固定されており、
前記変形固定部は、前記吐出弁を中心にして円周方向に均等に複数個所に配置され、かつ前記凹部の底面に設けられて、前記凹部の深さ方向で、前記底面よりも深い部分に配置されており、
前記ポンプ本体における隣り合う前記変形固定部同士の間の部分である非変形部は、前記吐出弁の中心及び前記リリーフ弁の中心を通りかつ前記吐出連通路が延在する方向に平行な弁配置方向面と、前記吐出弁の前記リリーフ弁側において交差していることを特徴とする。

第１発明によれば、ポンプ本体を塑性変形して形成された変形固定部は、吐出弁のリリーフ弁側では、上記の弁体配置方向面と交差していない。このため、この交差が生じている場合に比べて、変形固定部とリリーフ弁との最短距離が大きい。これにより、変形固定部の形成によってポンプ本体に生じた歪がリリーフ弁に伝わるのを極力防止することができる。その分、吐出弁とリリーフ弁とを近接させて配置することが可能になるので、流体ポンプの小型化を図ることができる。

第２発明に係る流体ポンプは、第１発明において、
前記吐出弁及び前記リリーフ弁は、前記凹部の内壁面に囲まれた内部から挿入されて前記ポンプ本体に固定されていることを特徴とする。

第２発明によれば、上記凹部の内部から吐出弁及びリリーフ弁が挿入されるが、この場合も、上記第１発明の効果により、変形固定部の形成によるポンプ本体の歪みがリリーフ弁に伝わるのを防ぐことができる。このため、吐出弁とリリーフ弁との距離を小さくして凹部を小さく設定することができるので、ポンプ本体を小型化することができる。

第３発明に係る流体ポンプは、第２発明において、
前記複数の変形固定部は、前記弁配置方向面を対称面とする面対称を呈しており、
記非変形部は、前記吐出弁の前記リリーフ弁と反対側においても前記弁方向配置面と
交差していることを特徴とする。

この構成において、吐出弁を上述の凹部の内壁面に限界まで近接させるとすれば、凹部の内壁面と吐出弁とが近接した領域を塑性変形することは極めて困難である。この点、第３発明によれば、非変形部が吐出弁のリリーフ弁と反対側においても弁方向配置面と交差しているので、該反対側を凹部の内壁面に近接させて配置すれば、凹部の当該近接部分の塑性変形が不要となる。

したがって、吐出弁を当該近接部分の塑性変形を要することなくバランス良くポンプ本体に固定することができ、これにより小さな凹部の内部からリリーフ弁なども挿入して配置できるので、さらに流体ポンプの小型化を図ることができる。

第４発明に係る流体ポンプは、第１～第３のいずれかの発明において、
前記ポンプ本体には、前記高圧通路から前記低圧の空間に通じたリリーフ通路が設けられており、
前記リリーフ弁は、
弁体と、
前記リリーフ通路に圧入されて前記弁体と協働する弁座部材と、
前記リリーフ通路内に挿入されて前記弁座部材の圧入により圧縮され、前記弁座部材に前記弁体を付勢するばね部材とを備えることを特徴とする。

第４発明によれば、上述のように変形固定部の形成による歪がリリーフ通路すなわちリリーフ弁に極力伝わらないように構成されるので、リリーフ弁の弁座部材を直接ポンプ本体のリリーフ通路に圧入して固定しても、弁座部材の座面が歪むことが無い。

このため、弁体と座面とのシール性を、他の部品を要することなく保つことができるので、部品点数を少なくすることができる。また、弁座部材が変形固定部の歪によって変位することが無いので、ばね部材の圧縮量の変化を防止し、リリーフ弁の開弁圧力を精密に管理することが可能となる。

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の断面図である。 図１の高圧燃料ポンプにおける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を固定する変形固定部を形成する様子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を有するポンプ本体３を備える。加圧室２は、燃料タンクから送られてくる流体としての燃料を吸入し、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。

ポンプ本体３には、複数の流体弁と、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から高圧通路８に至る吐出連通路９とが設けられる。流体弁のうちの少なくとも１つは、吐出連通路９に設けられた吐出弁１０である。流体弁のうちの少なくとも他の１つは、高圧通路８から高圧通路８よりも低圧の空間であるダンパ室６へ燃料を開放するリリーフ弁１１である。

図示していないが、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。

ポンプ本体３には、ポンプ本体３の外面に開口して高圧通路８の少なくとも一部を形成する凹部１２が設けられる。凹部１２は、略円筒形状の内壁面１２ａを有する。吐出弁１０及びリリーフ弁１１は、凹部１２の内壁面１２ａに囲まれた内部から挿入されてポンプ本体３に固定される。

凹部１２の開口側には、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の先端面によって構成される。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。プランジャ１４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。

ポンプ本体３には、高圧通路８から低圧のダンパ室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１０の中心軸線１７（図２参照）に平行で、一端が凹部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１０の断面を示す。図２に示すように、吐出連通路９は、加圧室２の下流側に隣接した小内径部２２と、小内径部２２の下流側に位置してこれよりも内径が大きい大内径部２３と、小内径部２２と大内径部２３とを段差状に接続する本体当接面２４とを有する。大内径部２３の下流側は、凹部１２の底面１２ｂに開口している。

吐出弁１０は、中空円筒状で、吐出連通路９に嵌合された弁座部２５と、弁座部２５に当接して吐出連通路９を閉鎖する弁体２６と、弁体２６を付勢して弁座部２５の弁座２７ａに当接させるばね部材２８と、ばね部材２８を収容するホルダ部２９とを有する。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とを有する。

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。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、ポンプ本体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。

ポンプ本体３がホルダ部２９に対して基準方向Ｓに与える荷重は、ポンプ本体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、吐出弁１０は、変形固定部３５によってポンプ本体３に固定されている。

図３は、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、凹部１２の底面１２ｂにおいて、吐出弁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、円周方向に均等な間隔を置いて形成される。

ポンプ本体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１０及びリリーフ弁１１の各中心Ｃ１、Ｃ２を通りかつ吐出連通路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２７ａ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１０及びリリーフ弁１１は、ポンプ本体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、吐出連通路９の大内径部２３に対して、弁座部２５の上流側端面が吐出連通路９の本体当接面２４に当接するまで挿入される。

次に、図４に示すようにして、ホルダ部２９の外径程度の内径を有し、かつ先端部が図２の変形固定部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、凹部１２の底面１２ｂにおける大内径部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に示す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、ポンプ本体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、歪が伝達することはない。

一方、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、この圧力をリリーフ弁１１が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１０の組込みに際しては、ポンプ本体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、変形固定部３５は、吐出弁１０及びリリーフ弁１１の双方の中心Ｃ１及びＣ２の間では、弁配置方向面３７と交差しない。このため、この交差が生じる場合と比べて、変形固定部３５とリリーフ弁１１とが離れている。

したがって、変形固定部３５の形成によりポンプ本体３に生じた歪がリリーフ弁１１に伝わるのを極力防止することができる。換言すれば、吐出弁１０にリリーフ弁１１をより近接させて配置することが可能になり、高圧燃料ポンプ１の小型化を図ることができる。

また、ポンプ本体３に対し、凹部１２の内部から吐出弁１０及びリリーフ弁１１が挿入されて固定される際に、これらの距離が小さい場合でも、変形固定部３５の形成によるポンプ本体３の歪みがリリーフ弁１１に伝わるのを防ぐことができる。このため、吐出弁１０とリリーフ弁１１との距離を小さくして凹部１２を小さく設定し、ポンプ本体３をさらに小型化することができる。

また、吐出弁１０を凹部１２の内壁面１２ａに限界まで近づけるとすれば、内壁面１２ａと吐出弁１０との間の領域を塑性変形することは極めて困難である。しかし、吐出弁１０と内壁面１２ａとが最も近接している部分は、塑性変形されない非変形部３６である。

このため、吐出弁１０をポンプ本体３にバランスよく固定できるとともに、小さな凹部１２内にリリーフ弁１１も配置することができるので、さらに高圧燃料ポンプ１の小型化を図ることができる。

また、上述のように変形固定部３５の形成による歪がリリーフ通路１６に極力伝わることがないので、リリーフ弁１１の弁座部材２０を直接にポンプ本体３のリリーフ通路１６に圧入して固定しても、弁体２６と弁座部材２０の座面とのシール性を保つことができる。このため、リリーフ弁１１を構成するための部品点数を少なくすることができる。

また、弁座部材２０が変形固定部３５の歪によって変位することが無いので、ばね部材２１の圧縮量の変化を防止し、リリーフ弁１１の開弁圧を精密に管理することが可能となる。

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、高圧燃料ポンプ以外の流体ポンプに対しても適用することができる。

また、吐出弁及びリリーフ弁の中心軸線が平行である場合に限らず、これらが平行でない場合においても、本発明を適用することができる。すなわち、かかる場合においても、非変形部が、吐出弁及びリリーフ弁の双方の中心を通りかつ吐出連通路の延在方向に平行な弁配置方向面と交差している場合には、本発明の効果を奏することができる。

１…高圧燃料ポンプ、２…加圧室、３…ポンプ本体、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…吐出連通路、１０…吐出弁、１１…リリーフ弁、１２…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…小内径部、２３…大内径部、２４…本体当接面、２５…弁座部、２６…弁体、２７ａ…弁座、２８…ばね部材、２９…ホルダ部、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、Ｃ１、Ｃ２…中心、Ｓ…基準方向。

Claims (4)

1. 流体を吸入し、圧力を上昇させて吐出するための加圧室を有するポンプ本体を備え、該ポンプ本体に、複数の流体弁と、前記加圧室から吐出される流体が通過する高圧通路と、前記加圧室から前記高圧通路に至る吐出連通路とが設けられた流体ポンプにおいて、
   前記ポンプ本体には、略円筒形状の内壁面を有して前記高圧通路の少なくとも一部を形成する凹部が設けられており、
   前記流体弁のうちの少なくとも１つは、前記吐出連通路に設けられた吐出弁であり、
   前記流体弁のうちの少なくとも他の１つは、前記高圧通路と、該高圧通路よりも低圧の空間との間に設けられたリリーフ弁であり、
   前記吐出弁は、前記ポンプ本体を塑性変形して形成された変形固定部によって該ポンプ本体に固定されており、
   前記変形固定部は、前記吐出弁を中心にして円周方向に均等に複数個所に配置され、かつ前記凹部の底面に設けられて、前記凹部の深さ方向で、前記底面よりも深い部分に配置されており、
   前記ポンプ本体における隣り合う前記変形固定部同士の間の部分である非変形部は、前記吐出弁の中心及び前記リリーフ弁の中心を通りかつ前記吐出連通路が延在する方向に平行な弁配置方向面と、前記吐出弁の前記リリーフ弁側において交差していることを特徴とする流体ポンプ。
2. 前記吐出弁及び前記リリーフ弁は、前記凹部の内壁面に囲まれた内部から挿入されて前記ポンプ本体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
3. 前記複数の変形固定部は、前記弁配置方向面を対称面とする面対称を呈しており、
   前記非変形部は、前記吐出弁の前記リリーフ弁と反対側においても前記弁配置方向面と交差していることを特徴とする請求項２に記載の流体ポンプ。
4. 前記ポンプ本体には、前記高圧通路から前記低圧の空間に通じたリリーフ通路が設けられており、
   前記リリーフ弁は、
   弁体と、
   前記リリーフ通路に圧入されて前記弁体と協働する弁座部材と、
   前記リリーフ通路内に挿入されて前記弁座部材の圧入により圧縮され、前記弁座部材に前記弁体を付勢するばね部材とを備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の流体ポンプ。

Images