JP2004218547A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力リリーフ弁２２を高圧燃料ポンプの吐出弁２５部分に組み込んで、圧力リリーフ弁２２の開弁圧の調整を容易に行うことができるとともに、全体の小型化および軽量化を可能とした高圧燃料ポンプを提供すること。
【解決手段】圧力リリーフ弁２２をコモンレール８（蓄圧器）に取り付けるのではなく、高圧燃料ポンプの吐出弁２５に一体化することに着目し、燃料を吸入弁３１からポンプ室４６に吸い込むとともに燃料を高圧として吐出弁２５から蓄圧器８に吐出するプランジャ３３と、吸入弁３１を開閉制御する電磁弁１４と、を有する高圧燃料ポンプであって、吐出弁２５の吐出弁ハウジング４９内に、蓄圧器８の圧力を制御可能な圧力リリーフ弁２２を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧燃料ポンプにかかるもので、とくに内燃機関の燃焼室内にガソリンその他の燃料を直接噴射する筒内直接噴射式燃料噴射装置などに装備される高圧燃料ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧燃料ポンプについて、図１１にもとづき概説する。
図１１は、高圧燃料ポンプ５を備えた燃料噴射装置１の概略回路図であって、燃料噴射装置１は、燃料タンク２と、フィードポンプ３（低圧ポンプ）と、低圧レギュレーター４と、可変容量タイプの高圧燃料ポンプ５と、高圧配管６に設けたオリフィス７と、コモンレール８（蓄圧器）と、圧力リリーフ弁９と、複数本のインジェクター１０と、を有する。
【０００３】
フィードポンプ３は、電動モーター（図示せず）などによりこれを駆動し、ガソリンなどの燃料を高圧燃料ポンプ５に供給する。
低圧レギュレーター４は、フィードポンプ３による燃料の圧力を制御する。
【０００４】
高圧燃料ポンプ５は、フィルター１１と、低圧ダンパー１２と、高圧ポンプ部１３と、を有する。
高圧ポンプ部１３には、電磁弁１４を一体に設けている。
【０００５】
こうした構成の燃料噴射装置１および高圧燃料ポンプ５において、高圧燃料ポンプ５により高圧化された燃料を高圧配管６およびオリフィス７を介してコモンレール８に供給し、インジェクター１０からの燃料噴射に応じてコモンレール８内の圧力を所定範囲内に維持するように高圧燃料ポンプ５を運転するとともに、コモンレール８内の異常高圧については、安全弁としての圧力リリーフ弁９を開弁して、高圧燃料ポンプ５（高圧ポンプ部１３）の低圧側に圧力を開放して圧力制御する。
【０００６】
従来の、たとえば特許文献１などにおける高圧ポンプにおいては、このような圧力リリーフ弁（安全弁）をポンプハウジングに設けている。
しかしながら、圧力リリーフ弁９がポンプハウジングに設けられているため、その分ポンプハウジングが大型化するとともに、圧力リリーフ弁の開弁圧力調整が困難であるなどの問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２３００２５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、高圧燃料ポンプないしそのポンプハウジング部分を大型化することなく、圧力リリーフ弁を組み込んだ高圧燃料ポンプを提供することを課題とする。
【０００９】
また本発明は、圧力リリーフ弁の開弁圧の調整を容易に行うことができる高圧燃料ポンプを提供することを課題とする。
【００１０】
また本発明は、圧力リリーフ弁を高圧燃料ポンプの吐出弁部分に組み込んで、全体の小型化および軽量化を可能とした高圧燃料ポンプを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、圧力リリーフ弁をコモンレール（蓄圧器）に取り付けるのではなく、高圧燃料ポンプの吐出弁に一体化することに着目したもので、燃料タンクからの燃料を吸入弁からポンプ室に吸い込むとともにこの燃料を高圧として吐出弁から蓄圧器に吐出するプランジャと、上記吸入弁を開閉制御する電磁弁と、を有する高圧燃料ポンプであって、上記吐出弁の吐出弁ハウジング内に、上記蓄圧器の圧力を制御可能な圧力リリーフ弁を設けたことを特徴とする高圧燃料ポンプである。
【００１２】
上記吐出弁ハウジング内に隔壁を設けることにより、上記吐出弁を組み込み可能な吐出弁取付け空間と、上記圧力リリーフ弁を組み込み可能な圧力リリーフ弁取付け空間と、上記蓄圧器に連通可能なポート連通路と、を画成することができる。
【００１３】
上記圧力リリーフ弁は、上記吐出弁直後の圧力を制御可能とすることができる。
【００１４】
本発明による高圧燃料ポンプにおいては、圧力リリーフ弁を高圧燃料ポンプの吐出弁に一体化するようにしたので、コモンレールに圧力リリーフ弁を設けることなく、燃料噴射装置ないしその高圧燃料ポンプ全体の小型化および軽量化を実現することができるとともに、圧力リリーフ弁による制御圧力をできるだけ平坦にすることができる。
さらに、吐出弁の部分において圧力リリーフ弁の開弁圧の調整を容易に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態による高圧燃料ポンプを図１ないし図７にもとづき説明する。ただし、図１１と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、当該高圧燃料ポンプを備えた燃料噴射装置２０の概略回路図であって、燃料噴射装置２０においては、図１１の燃料噴射装置１と同様に、燃料タンク２と、フィードポンプ３と、低圧レギュレーター４と、可変容量タイプの高圧燃料ポンプ２１と、高圧配管６に設けたオリフィス７と、コモンレール８と、複数本のインジェクター１０と、を有するが、圧力リリーフ弁２２を高圧燃料ポンプ２１に組み込んでいる。
【００１６】
図２は、高圧燃料ポンプ２１の断面図であって、高圧燃料ポンプ２１は、そのポンプハウジング２３に吸入ポート２４と、吐出弁２５および吐出ポート２６と、を設けるとともに、低圧ダンパー２７と、高圧ポンプ部２８と、を有する。
低圧ダンパー２７は、燃料供給通路２９に対向させてこれを設け、燃料供給通路２９と燃料吐出通路３０との間に高圧ポンプ部２８を設けてある。
【００１７】
高圧ポンプ部２８は、前記電磁弁１４と、吸入弁３１と、プランジャバレル３２と、プランジャ３３と、を有する。
【００１８】
電磁弁１４は、その非励磁状態で吸入弁３１を「開」とするノーマルオープンタイプ、およびその非励磁状態で吸入弁３１を「閉」とするノーマルクローズタイプの二種があり、いずれを採用してもよく、図２に示す電磁弁１４は、ノーマルクローズタイプのものであって、バルブケース３４と、ソレノイド３５と、アーマチュア３６および一体のロッド部３７と、リターンスプリング３８と、ボール３９およびそのボール固定部４０と、バルブシート４１と、を有し、ソレノイド３５オンによってバルブケース３４にアーマチュア３６が吸引される。
アーマチュア３６の先端部（ロッド部３７の先端部３７Ａ）に臨んで上記吸入弁３１を設けている。
【００１９】
吸入弁３１は、バルブボディ４２と、バルブスプリング４３と、バルブストッパー４４と、を有する。
バルブシート４１には、吸入通路４５を形成してあり、吸入弁３１のバルブボディ４２がバルブシート４１の下面からリフト、および同下面にシートすることにより、吸入通路４５を開閉可能とする。
プランジャバレル３２は、プランジャ３３を軸方向に往復摺動可能に収容しているとともに、燃料吐出通路３０および吸入弁３１に連通するポンプ室４６をプランジャ３３の頂部との間に形成している。プランジャ３３の下方部にはプランジャスプリング４７を設けている。なお、バルブストッパー４４にはポンプ室４６に連通する連通口４８を形成してある。
プランジャ３３は、エンジンのカム（図示せず）により駆動されて、ポンプ室４６における燃料圧縮作用を行う。
【００２０】
図３は、圧力リリーフ弁２２、吐出弁２５および吐出ポート２６部分の拡大断面図であって、吐出弁２５における、燃料吐出通路３０から吐出ポート２６に至る吐出弁ハウジング４９内を隔壁５０により、吐出弁取付け空間５１と、圧力リリーフ弁取付け空間５２と、ポート連通路５３と、に画成している。
吐出弁取付け空間５１には、当該吐出弁２５として、バルブシート５４と、バルブボディ５５と、バルブスプリング５６と、スプリングシート５７と、を設ける。
圧力リリーフ弁取り付け空間５２には、圧力リリーフ弁２２として、ボールバルブシート５８と、ボールバルブ５９と、可動スプリングシート６０および固定スプリングシート６１と、バルブスプリング６２と、開弁圧調整用ボール６３と、を設け、ボールバルブ５９のボールバルブシート５８からのリフトにより、スプリングシート５７の連通窓６４および吐出弁ハウジング４９の低圧側連通窓６５を互いに連通可能とし、低圧側連通窓６５から、吐出弁ハウジング４９とポンプハウジング２３との間の低圧側連通路６６を通って燃料供給通路２９に連通可能として、低圧側に圧力を逃がすようになっている。
なお、吐出弁ハウジング４９とポンプハウジング２３との間にはシール部材としてＯリング６７を設けている。
【００２１】
こうした構成の燃料噴射装置２０、高圧燃料ポンプ２１およびそのノーマルクローズタイプの電磁弁１４による燃料の吸入および吐出の作用を説明する。
プランジャ３３によりポンプ室４６への燃料の吸入およびポンプ室４６からの吐出作用を行い、電磁弁１４のオンオフにより燃料の吐出のタイミングを制御して、燃料の吐出容量を可変とすることができる。
図４は、前記カムのリフト、電磁弁１４への信号、吸入弁３１（バルブボディ４２）の動き、および燃料の吐出を示すタイミングチャート図であって、電磁弁１４のソレノイド３５がオフの非励磁状態では、リターンスプリング３８の付勢力によりアーマチュア３６はバルブケース３４から離れていて、そのロッド部３７の頂部がボール３９に突き当たって、ロッド部３７がバルブシート４１の下面から内方に位置し、吸入弁３１のバルブボディ４２をバルブスプリング４３の付勢力（およびプランジャ３３による圧縮工程においてはポンプ室４６の高圧）によって吸入通路４５を「閉」状態としている。
したがって、ソレノイド３５のオフ状態で、プランジャ３３が上昇し、ポンプ室４６から燃料吐出通路３０を介して吐出弁２５への燃料の吐出動作を行うことができる。
【００２２】
ソレノイド３５がオン状態となって、アーマチュア３６がバルブケース３４の上面に当接するまでリフト（下降）すると、ロッド部３７の先端部３７Ａがわずかに吸入弁３１側に突出し、吸入弁３１のバルブボディ４２をバルブスプリング４３の付勢力に抗して吸入通路４５をわずかに「開」状態とし、低圧スピルを可能とするスピル通路を形成可能である。
この低圧スピル状態とは、プランジャ３３の燃料圧縮作用にともなってポンプ室４６から低圧側に燃料が漏れ出るように供給される状態をいう。したがって、電磁弁１４が正常な状態で作動しているときには、コモンレール８側が高圧となっているため、吐出弁２５を開くことなく、吸入弁３１（吸入通路４５）側から吸入ポート２４ないし燃料タンク２側に燃料をスピルする。一方、電磁弁１４がソレノイド３５オフのまま故障した場合には、インジェクター１０による燃料噴射にともなってコモンレール８内がより低圧となり、吐出弁２５を開いてスピル通路を形成し、コモンレール８側に低圧燃料を供給可能であるため、エンジン停止という事態を回避することができる。
さらにソレノイド３５をオンからオフに切り替えて、吸入弁３１を「閉」とし、プランジャ３３の下死点からの上昇にともなって、燃料の吐出を開始する。以後、同様の燃料吸入および吐出作用を行う。
なお、電磁弁１４をオフにするタイミングを変えることにより、吐出の開始時点を制御し、燃料吐出量を可変とすることができる。
【００２３】
かくして、吸入工程では、ソレノイド３５のオンオフにかかわらず、プランジャ３３が下降すると、バルブボディ４２はバルブストッパー４４に突き当たるまで最大限に開弁する。
吐出工程では、その前段として、ソレノイド３５がオンでは、アーマチュア３６がリターンスプリング３８の付勢力に抗してバルブケース３４の上方突出部３４Ａに吸引されているため、バルブボディ４２はアーマチュア３６のロッド部３７に突き当たっていて、バルブボディ４２が開弁しているので吐出が行われず、低圧側に燃料をスピルする。
さらにソレノイド３５がオフで、リターンスプリング３８によりアーマチュア３６が閉弁方向に保持されており、バルブボディ４２はバルブシート４１の下面に突き当たり、吸入弁３１が閉弁状態となって燃料の吐出が始まる。
【００２４】
図５および図６は、圧力リリーフ弁２２の作動時の様子を示すグラフであって、図５は、時間に対する圧力の関係を示し、図６は、同グラフの要部を拡大して示している。
図５に示すように、ポンプ室４６内の圧力（図中点線）は、プランジャ３３の往復動により変化し、吐出弁２５の直後であって圧力リリーフ弁２２直前の圧力（図中実線）は、圧力リリーフ弁２２の開弁圧を周期的にこえて変化し、圧力リリーフ弁２２の作用により、コモンレール８内の圧力（図５中太い点線）はほぼ一定となる。
すなわち、圧力リリーフ弁２２を従来のように（図１１参照）、コモンレール８に直接取り付ける場合に比較して、圧力リリーフ弁２２を吐出弁２５と一体的にその直後に設けることにより、吐出弁２５からの吐出流量の大小にかかわらず、ポンプ室４６における高圧変動を直ちに低圧側にリークしてこれを制御可能である。
とくに図６に拡大して示すように、吐出弁２５の直後に位置している圧力リリーフ弁２２が直ちに高圧部分を制御することができるので、コモンレール８内の圧力を、より平坦に制御可能である。
【００２５】
図７は、高圧燃料ポンプ２１による流量に対する制御圧力の関係を示すグラフである。
図７に示すように、高圧燃料ポンプ２１の低流量域では、ポンプ室４６におけるプランジャ３３のオーバーシュートが小さいため、吐出弁２５直後の吐出弁取付け空間５１ないしはポート連通路５３内の圧力と、コモンレール８内の圧力とは互いに大きな差はない。
しかして、高圧燃料ポンプ２１の大流量域になるほど、ポンプ室４６におけるプランジャ３３のオーバーシュートが大きくなって、従来のように（図１１参照）圧力リリーフ弁２２をコモンレール８に装着した場合には、図７中点線で示すように、吐出弁２５直後の圧力変動が大きくなり、制御圧力が上昇してしまう可能性がある。
一方、本発明のように、圧力リリーフ弁２２を吐出弁２５に一体化するとともにそのの直後に取り付けた場合には、圧力リリーフ弁２２を取り付ける圧力リリーフ弁取付け空間５２における圧力変動がコモンレール８部分より大きいので、高圧燃料ポンプ２１の流量が増加して吐出弁２５直後の圧力変動が大きくなっても、吐出弁取付け空間５１のとなりの圧力リリーフ弁取り付け空間５２に位置している圧力リリーフ弁２２が直ちに圧力を制御可能であり、制御圧力が減少し、図７中実線で示すように、コモンレール８の制御圧力を平坦にし、望ましい圧力制御特性を得ることができる。
かくして、流量に対して平坦な制御圧力を得て、コモンレール８内の圧力を下がり気味にし、インジェクター１０の異常噴射時などにも早めに減圧可能であるとともに、この異常時にあたって修理工場までの運搬時にも安全である。
【００２６】
なお、圧力リリーフ弁２２の開弁圧は、吐出ポート２６から操作可能な開弁圧調整用ボール６３の圧入量によりこれを調節可能であり、圧力調整が容易である。
【００２７】
また、吐出弁２５における吐出弁ハウジング４９内の余分な空間を活用して吐出弁取付け空間５１、圧力リリーフ弁取り付け空間５２、ポート連通路５３等を画成し、圧力リリーフ弁取り付け空間５２に圧力リリーフ弁を設けるようにしたので、全体を小型軽量化および低コスト化することができる。
【００２８】
さらに、吐出弁２５の部分に圧力リリーフ弁２２を設けない場合には、吐出弁ハウジング４９とポンプハウジング２３との間のシールを行うＯリング６７は、これを高圧シールとする必要があったが、本発明のように吐出弁２５と圧力リリーフ弁２２とを一体化することにより、Ｏリング６７は、これを低圧シールとすることができる。
すなわち、吐出弁ハウジング４９内が異常高圧になっても、圧力リリーフ弁２２が開弁して圧力調整を行うため、吐出弁ハウジング４９とポンプハウジング２３との間のシールを高圧タイプにすることなく低圧タイプですむもので、燃料の外部漏れにかかわる部分を、すべて低圧タイプとすることができる。
【００２９】
本発明においては、電磁弁１４の構成は任意であるとともに、吐出弁２５と圧力リリーフ弁２２との一体構造、ないしは吐出弁２５における圧力リリーフ弁２２の取付け構造は任意の形態を採用可能である。
たとえば、図８は、吐出弁２５への圧力リリーフ弁２２の取付け形態の第１の変形例を示す要部断面図であって、この形態では、隔壁５０に直交する第２の隔壁６８を設けて、ここに吐出弁２５のスプリングシート５７および圧力リリーフ弁２２のバルブスプリング６２をシートさせている。
吐出弁２５の開弁方向と圧力リリーフ弁２２の開弁方向とは互いに逆方向であり、吐出弁２５側からの高圧をポート連通路５３を介して圧力リリーフ弁２２のボールバルブ５９が受けることになる。
なお、圧力リリーフ弁２２の開弁圧は、ボールバルブシート５８の圧入量によりこれを調節することができる。
【００３０】
図９は、圧力リリーフ弁２２の取付け形態の第２の変形例を示した要部断面図であって、この形態では、圧力リリーフ弁２２を吐出弁ハウジング４９の中央から偏心した位置に設けるとともに、ポート連通路５３を複数本形成している。
【００３１】
図１０は、圧力リリーフ弁２２の取付け形態の第３の変形例を示した要部断面図であって、この形態では、圧力リリーフ弁２２を吐出弁ハウジング４９の中央位置に設けるとともに、そのまわりに複数本のポート連通路５３を放射状に形成している。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、吐出弁内に圧力リリーフ弁を一体化したので、全体を小型軽量化および低コスト化可能とするとともに、圧力リリーフ弁の交換も容易で、圧力制御ないしその調整も適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による高圧燃料ポンプ２１を備えた燃料噴射装置２０の概略回路図である。
【図２】同、高圧燃料ポンプ２１の断面図である。
【図３】同、圧力リリーフ弁２２、吐出弁２５および吐出ポート２６部分の拡大断面図である。
【図４】同、カムのリフト、電磁弁１４への信号、吸入弁３１（バルブボディ４２）の動き、および燃料の吐出を示すタイミングチャート図である。
【図５】同、圧力リリーフ弁２２の作動時の様子を示すグラフであって、時間に対する圧力の関係を示す。
【図６】同、圧力リリーフ弁２２の作動時の様子を示すグラフであって、図５のグラフの要部を拡大して示す。
【図７】同、高圧燃料ポンプ２１による流量に対する制御圧力の関係を示すグラフである。
【図８】同、吐出弁２５への圧力リリーフ弁２２の取付け形態の第１の変形例を示す要部断面図である。
【図９】同、圧力リリーフ弁２２の取付け形態の第２の変形例を示した要部断面図である。
【図１０】同、圧力リリーフ弁２２の取付け形態の第３の変形例を示した要部断面図である。
【図１１】従来の高圧燃料ポンプ５を備えた燃料噴射装置１の概略回路図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射装置（図１１）
２ 燃料タンク
３ フィードポンプ（低圧ポンプ）
４ 低圧レギュレーター
５ 高圧燃料ポンプ
６ 高圧配管
７ オリフィス
８ コモンレール（蓄圧器）
９ 圧力リリーフ弁
１０ インジェクター
１１ フィルター
１２ 低圧ダンパー
１３ 高圧ポンプ部
１４ 電磁弁
２０ 燃料噴射装置（図１）
２１ 高圧燃料ポンプ（実施の形態、図２）
２２ 圧力リリーフ弁
２３ ポンプハウジング
２４ 吸入ポート
２５ 吐出弁
２６ 吐出ポート
２７ 低圧ダンパー
２８ 高圧ポンプ部
２９ 燃料供給通路
３０ 燃料吐出通路
３１ 吸入弁
３２ プランジャバレル
３３ プランジャ
３４ バルブケース
３４Ａ バルブケース３４の上方突出部
３５ ソレノイド
３６ アーマチュア
３７ アーマチュア３６のロッド部
３７Ａ ロッド部３７の先端部
３８ リターンスプリング
３９ ボール
４０ ボール固定部
４１ バルブシート
４２ バルブボディ
４３ バルブスプリング
４４ バルブストッパー
４５ 吸入通路
４６ ポンプ室
４７ プランジャスプリング
４８ 連通口
４９ 吐出弁ハウジング
５０ 隔壁
５１ 吐出弁取付け空間
５２ 圧力リリーフ弁取り付け空間
５３ ポート連通路
５４ バルブシート
５５ バルブボディ
５６ バルブスプリング
５７ スプリングシート
５８ ボールバルブシート
５９ ボールバルブ
６０ 可動スプリングシート
６１ 固定スプリングシート
６２ バルブスプリング
６３ 開弁圧調整用ボール
６４ 連通窓
６５ 低圧側連通窓
６６ 低圧側連通路
６７ Ｏリング
６８ 第２の隔壁（図８）

Claims (3)

1. 燃料タンクからの燃料を吸入弁からポンプ室に吸い込むとともにこの燃料を高圧として吐出弁から蓄圧器に吐出するプランジャと、
   前記吸入弁を開閉制御する電磁弁と、を有する高圧燃料ポンプであって、
   前記吐出弁の吐出弁ハウジング内に、前記蓄圧器の圧力を制御可能な圧力リリーフ弁を設けたことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
2. 前記吐出弁ハウジング内に隔壁を設けることにより、
   前記吐出弁を組み込み可能な吐出弁取付け空間と、
   前記圧力リリーフ弁を組み込み可能な圧力リリーフ弁取付け空間と、
   前記蓄圧器に連通可能なポート連通路と、を画成することを特徴とする請求項１記載の高圧燃料ポンプ。
3. 前記圧力リリーフ弁は、前記吐出弁直後の圧力を制御可能であることを特徴とする請求項１記載の高圧燃料ポンプ。

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