JP2019027335A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】
低コストで低圧脈動を低減することである。
【解決手段】
本発明に係る燃料ポンプは、燃料ポートからの燃料が流入する燃料室と、加圧室と、当該加圧室と当該燃料室とを連通する燃料通路とを形成するポンプ本体部と、前記燃料通路に設けられた吸入弁と、を備え、前記燃料室の壁面には前記燃料通路と連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔を形成する内壁には、突起が設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ポンプに関し、特に車両の燃料噴射用の燃料ポンプに関する。

特許文献１には、ポンプハウジング内に設けられた加圧室と、回転するカムに従って往復運動するプランジャと、前記加圧室と吸入側管路の間を開閉する吸入弁と、前記加圧室と吐出側管路の間を開閉する吐出弁と、前記吸入弁の開閉を制御するアクチュエータと、前記プランジャの前記加圧室とは反対側に設けられ、前記プランジャが往復運動することにより容積が変化する吸入副室と、前記吸入弁と前記吸入側管路との間の燃料吸入通路に設けられた脈動吸収室と、当該脈動吸収室に設けられたアキュムレータと、を備え、前記吸入副室と前記加圧室が前記脈動吸収室を介して前記吸入側管路に接続されているプランジャ式高圧燃料ポンプと記載されている。

特許文献１に記載の技術で脈動低減が可能であるが、近年、更なる脈動低減が要求されている。燃料通路が１つの穴であることから、加圧室内の脈動が燃料室（減圧室）に直接伝わり、燃料ポンプに接続される配管の振動が大きくなり、騒音や疲労による配管等の各種部材が寿命低下する恐れがある。

特開２０１２−１２７３５９号公報

本発明の課題は、低コストで低圧脈動を低減することである。

本発明に係る燃料ポンプは、燃料ポートからの燃料が流入する燃料室と、加圧室と、当該加圧室と当該燃料室とを連通する燃料通路とを形成するポンプ本体部と、前記燃料通路に設けられた吸入弁と、を備え、前記燃料室の壁面には前記燃料通路と連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔を形成する内壁には、突起が設けられる。

本発明により、低コストで低圧脈動が低減を図ることが出来る。

実施例１に係る高圧燃料供給ポンプの全体横断面図である。 図１とは異なる角度における、実施例１に係る高圧燃料供給ポンプの全体横断面図である。 実施例１に係る高圧燃料供給ポンプの上から見た全体断面図である。 低圧燃料室１０側から上面図である。 実施例１に係る高圧燃料供給ポンプを全体システム図である。 図１に示された吸入流路１０ｄの形成方法を示す概念図である。 図１に示された吸入流路１０ｄの他の実施例に係る形成方法を示す概念図である。 図１に示された吸入流路１０ｄの他の実施例に係る形成方法を示す概念図である。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

図１ないし図３及び図５を用いてシステムの構成と動作を説明する。

図５に示された破線で囲まれた部分が、高圧燃料供給ポンプ（以下高圧ポンプと呼ぶ）本体を示す。この破線の中に示されている機構、部品は、高圧ポンプ本体１に一体に組み込まれていることを示す。

図５に示すように、燃料タンク２０の燃料は、エンジンコントロールユニット２７（以下ＥＣＵと称す）からの信号に基づきフィードポンプ２１によって汲み上げられる。この燃料は、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管２８を通して高圧燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口１０ａ（図５及び図２参照）に送られる。

低圧燃料吸入口１０ａから吸入ジョイント５１（図２参照）を通過した燃料は、圧力脈動低減機構９、吸入通路１０ｄを介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂに至る。

電磁吸入弁機構３００に流入した燃料は、吸入弁３０を通過し加圧室１１に流入する。エンジンのカム機構９３（図１参照）によりプランジャ２に往復運動する動力が与えられる。プランジャ２の往復運動により、プランジャ２の下降行程には吸入弁３０から燃料を吸入し、上昇行程には、燃料が加圧される。吐出弁機構８を介し、圧力センサ２６が装着されているコモンレール２３へ燃料が圧送される。そしてＥＣＵ２７からの信号に基づきインジェクタ２４がエンジンへ燃料を噴射する。高圧燃料供給ポンプは、ＥＣＵ２７から電磁吸入弁機構３００への信号により、所望の供給燃料の燃料流量を吐出する。

かくして、図２に示される吸入ジョイント５１に導かれた燃料は、ポンプ本体１の加圧室１１にてプランジャ２の往復動によって必要な量が高圧に加圧され、燃料吐出口１２ｃ（図１参照）からコモンレール２３に圧送される。

コモンレール２３には、直接噴射用インジェクタ２４（所謂直噴インジェクタ）、圧力センサ２６が装着されている。直噴インジェクタ２４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ２７の制御信号にてしたがって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

直噴インジェクタ２４の故障等によりコモンレール２３等に異常高圧が発生した場合、燃料吐出口１２ｃと加圧室１１の差圧がリリーフ弁機構１００の開弁圧力以上になると、リリーフ弁１０１が開弁し、異常高圧となった燃料はリリーフ弁機構内を通りリリーフ通路１００ａから加圧室１１へと戻され、コモンレール２３等の高圧部配管が保護される。

本実施例はインジェクタ２４がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される高圧燃料供給ポンプである。

図１ないし図４をもとにポンプの構造、機能について説明する。

（構造・機能）
本実施例の高圧燃料供給ポンプはポンプボディ１ａに設けられた取付けフランジ１ｅ（図３参照）を用い内燃機関の高圧燃料供給ポンプ取付け部９０に密着し、複数のボルトで固定される。

高圧燃料供給ポンプ取付け部９０とポンプボディ１ａとの間のシールのためにＯリング６１（図２参照）参照がポンプボディ１ａに嵌め込まれ、エンジンオイルが外部に漏れるのを防止する。

ポンプボディ１ａにはプランジャ２の往復運動をガイドし、ポンプボディ１ａと共に加圧室１１を形成するシリンダ６が取り付けられている。また燃料を加圧室１１に供給するための電磁吸入弁機構３００と加圧室１１から吐出通路に燃料を吐出するための吐出弁機構８（図３参照）が設けられている。

図１に示されるように、プランジャ２の下端には、内燃機関のカムシャフトに取り付けられたカム９３の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するタペット９２が設けられている。プランジャ２は、リテーナ１５を介してばね４にてタペット９２に圧着されている。これによりカム９３の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に往復運動させることができる。

また、シールホルダ７の内周下端部に保持されたプランジャシール１３がプランジャ２の外周に摺動可能に接触する状態で設置されている。これにより、プランジャ２が摺動したとき、副室７ａの燃料をシールし、内燃機関内部へ流入するのを防ぐ。同時に内燃機関内の摺動部を潤滑する潤滑油（エンジンオイルも含む）がポンプボディ１ａの内部に流入するのを防止する。

図２に示されるように、ポンプボディ１ａの側面部には吸入ジョイント５１が取り付けられている。吸入ジョイント５１は、車両の燃料タンク２０からの燃料を供給する低圧配管に接続されており、燃料はここから高圧燃料供給ポンプ内部に供給される。吸入ジョイント５１内の吸入フィルタ５２は、燃料タンク２０から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に侵入することを防ぐ役目がある。

低圧燃料吸入口１０ａを通過した燃料は、圧力脈動低減機構９、低圧燃料流路１０ｄ（図１参照）を介して電磁吸入弁機構３００の吸入ポート３１ｂ（図１参照）に至る。

図３に示されるように、加圧室１１の出口に設けられた吐出弁機構８は、吐出弁シート８ａと、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂと、吐出弁８ｂを吐出弁シート８ａに向かって付勢する吐出弁ばね８ｃと、吐出弁８ｂのストローク（移動距離）を決めるストッパ８ｄと、ストッパ８ｄに設けられた穴の内周面と固定されている吐出弁ピン８ｅと、から構成される。吐出弁ストッパ８ｄとポンプボディ１ａは当接部８ｆで溶接により接合され燃料と外部を遮断している。

加圧室１１と吐出弁室１２ａに燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに圧着され閉弁状態となっている。加圧室１１の燃料圧力が、吐出弁室１２ａの燃料圧力よりも大きくなった時に初めて、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃに逆らって開弁する。

そして、加圧室１１内の高圧の燃料は吐出弁室１２ａ、燃料吐出通路１２ｂ、燃料吐出口１２ｃを経てコモンレール２３へと吐出される。吐出弁８ｂは開弁した際、吐出弁ストッパ８ｄと接触し、ストロークが制限される。したがって、吐出弁８ｂのストロークは吐出弁ストッパ８ｄによって適切に決定される。

また、吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ピン８ｅの外周面にてガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁機構８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

以上に説明したように、加圧室１１は、ポンプボディ１ａ、電磁吸入弁機構３００、プランジャ２、シリンダ６、吐出弁機構８にて構成される。

（吸入工程）
カム９３の回転により、プランジャ２がカム９３の方向に移動して吸入行程状態にある時は、加圧室１１の容積は増加し加圧室１１内の燃料圧力が低下する。この行程で加圧室１１内の燃料圧力が吸入ポート３１ｂの圧力よりも低くなると、吸入弁３０は開口状態になる。燃料は吸入弁３０の開口部３０ｅ（図１参照）を通り、加圧室１１に流入する。

（戻し工程）
プランジャ２が吸入行程を終了した後、プランジャ２が上昇運動に転じ圧縮行程に移る。ここで電磁コイル４３は無通電状態を維持したままであり磁気付勢力は作用しない。

ロッド付勢ばね４０は、無通電状態において吸入弁３０を開弁維持するのに必要十分な付勢力を有するよう設定されている。加圧室１１の容積は、プランジャ２の圧縮運動に伴い減少するが、この状態では、一度、加圧室１１に吸入された燃料が、再び開弁状態の吸入弁３０の開口部３０ｅを通して吸入通路１０ｄへと戻されるので、加圧室１１の圧力が上昇することは無い。この行程を戻し行程と称する。

（吐出工程）
この状態で、ＥＣＵ２７からの制御信号が電磁吸入弁機構３００に印加されると、電磁コイル４３には端子４６を介して電流が流れる。すると、磁気付勢力がロッド付勢ばね４０の付勢力に打ち勝ってロッド３５が吸入弁３０から離れる方向に移動する。よって、吸入弁付勢ばね３３による付勢力と燃料が吸入通路１０ｄに流れ込むことによる流体力で吸入弁３０が閉弁する。

閉弁後、加圧室１１の燃料圧力はプランジャ２の上昇運動と共に上昇し、燃料吐出口１２ｃ（図３参照）の圧力以上になると、吐出弁機構８を介して高圧燃料の吐出が行われ、コモンレール２３へと供給される。この行程を吐出行程と称する。

（容量制御）
すなわち、プランジャ２の圧縮行程（下始点から上始点までの間の上昇行程）は、戻し行程と吐出行程からなる。そして、電磁吸入弁機構３００のコイル４３への通電タイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。

電磁コイル４３へ通電するタイミングを早くすれば、圧縮行程中の戻し行程の割合が小さく、吐出行程の割合が大きい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が少なく、吐出される燃料は多くなる。

一方、通電するタイミングを遅くすれば、圧縮行程中の戻し行程の割合が大きく、吐出行程の割合が小さい。すなわち、吸入通路１０ｄに戻される燃料が多く、高圧吐出される燃料は少なくなる。電磁コイル４３への通電タイミングは、ＥＣＵ２７からの指令によって制御される。

以上のように電磁コイル４３への通電タイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量を内燃機関が必要とする量に制御することが出来る。

（圧力脈動低減）
低圧燃料室１０（図２参照）には、高圧燃料供給ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管２８へ波及するのを低減させる圧力脈動低減機構９が設置されている。

加圧室１１に一度流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁体３０を通して吸入通路１０ｄへと戻される場合、吸入通路１０ｄへ戻された燃料により低圧燃料室１０には圧力脈動が発生する。

しかし、低圧燃料室１０に設けた圧力脈動低減機構９は、波板状の円盤型金属板２枚をその外周で張り合わせ、内部にアルゴンのような不活性ガスを注入した金属ダイアフラムダンパで形成されており、圧力脈動はこの金属ダンパが膨張・収縮することで吸収、低減される。

プランジャ２は、大径部２ａと小径部２ｂ（図１参照）を有し、プランジャ２の往復運動によって副室７ａの体積は増減する。副室７ａは燃料通路１０ｅにより低圧燃料室１０と連通している。プランジャ２の下降時は、副室７ａから低圧燃料室１０へ、上昇時は低圧燃料室１０から副室７ａへと燃料の流れが発生する。

このことにより、ポンプの吸入行程もしくは、戻し行程におけるポンプ内外への燃料流量を低減することができ、高圧燃料供給ポンプ内部で発生する圧力脈動を低減する機能を有している。

リリーフ弁機構の動作を詳細に説明する。

ポンプ本体１には、リリーフ通路１００ａに燃料の流れを燃料吐出口１２ｃから加圧室１１への一方向のみに制限するリリーフ弁機構１００（図１参照）が設けられている。

リリーフ弁機構１００は図示するように、リリーフ弁１０１と、リリーフ弁ホルダ１０２と、リリーフ弁シート１０３と、リリーフばねストッパ１０４と、リリーフばね１０５と、から構成される。

リリーフ弁１０１はリリーフ弁シート１０３に挿入した後、リリーフ弁ホルダ１０２により保持され、リリーフばね１０５を所望の荷重になる様にリリーフばねストッパ１０４の位置を規定し、リリーフ弁シート１０３に圧入等により固定する。

リリーフ弁１０１の開弁圧力は、このリリーフばね１０５による押付力で規定されており、加圧室１１内とリリーフ通路１００ａ内との間の圧力差が規定の圧力以上になるとリリーフ弁１０１がリリーフ弁シート１０３から離れ、開弁するように設定している。

こうしてユニット化されたリリーフ弁機構１００を、ポンプ本体１に設けた筒状貫通口１ｃの内周壁にリリーフ弁シート１０３を圧入することによって固定する。ついで燃料吐出口１２ｃをポンプ本体１の筒状貫通口１ｃを塞ぐように固定し、燃料が高圧ポンプから外部へ漏れるのを防止すると同時に、コモンレール２３との接続を可能とする。

プランジャ２の動きにより、加圧室１１の容積が減少を始めると、加圧室内の圧力は容積減少に伴って増大していく。そして、ついに吐出流路１２ｂ（図３参照）内の圧力よりも加圧室１１内の圧力が高くなると、吐出弁機構８が開弁し燃料は加圧室１１から吐出流路１２ｂへと吐出されていく。

この吐出弁機構８が開弁する瞬間から直後にかけて、加圧室１１内の圧力はオーバーシュートして非常な高圧となる。この高圧が吐出流路１２ｂ内にも伝播して、吐出流路１２ｂ内の圧力も同じタイミングでオーバーシュートする。もしここで、リリーフ弁機構１００の出口が吸入流路１０ｂに接続されていたならば、吐出流路１２ｂ内の圧力オーバーシュートにより、リリーフ弁１０１の入口・出口の圧力差がリリーフ弁機構１００の開弁圧力よりも大きくなってしまい、リリーフ弁１０１が誤動作してしまう。

これに対し実施例では、リリーフ弁機構１００の出口が加圧室１１に接続されているので、リリーフ弁機構１００の出口には加圧室１１内の圧力が作用し、リリーフ弁機構１００の入口には吐出流路１２ｂ内の圧力が作用する。ここで、加圧室１１内と吐出流路１２ｂ内では同じタイミングで圧力オーバーシュートが発生しているので、リリーフ弁１０１の入口・出口の圧力差はリリーフ弁１０１の開弁圧力以上になることがない。すなわち、リリーフ弁１０１が誤動作することはない。

図６は、図１に示された吸入流路１０ｄの形成方法を示す概念図である。図６は、図１の点線を通る断面の矢印方向から見た断面図に対応する。

図６の１穴目に示されるように、第１円径孔２００は、図２に示された低圧燃料室１０の底に形成される。図６の２穴目に示されるように、次に第２円径孔２０１が、低圧燃料室１０の底に形成される。図６の４穴目に示されるように、第１円径孔２００の半径をＲ１とし、第２円径孔の半径をＲ２、第１円径孔２００と第２円径孔２０１の中心間距離Ｌ１とするとき、Ｌ１＜Ｒ１＋Ｒ２となるようにする。

第１円径孔２００と第２円径孔２０１の中心間距離の関係と同様に、第３円径孔２０２及び第４円径孔２０３を形成する。

吸入通路１０ｄの加工方法について説明する。燃料ポンプの低圧燃料室１０の上面方向から、ドリルを切削方向に回転させながら低圧燃料室１０の底に孔明け加工を行う。貫通後に低圧燃料室１０からドリルを引き抜き、ドリルの位置を変えて、再度ドリルを挿入するという方法を繰り返す。連通する孔を形成することにより、孔と孔の間に突起５００が形成される。

以上のようにすることで、これら突起５００により低圧脈動を抑制出来る。同様の吸入通路面積を確保するため、長孔形状や、Ｌ１≧Ｒ１＋Ｒ２となるように孔加工すると、穴変形やバリが発生してしまう。上記のように加工することで孔変形やバリ発生を抑制し、且つ加工時間を短く出来る為、安価なポンプを提供できる。

図７は、図１に示された吸入流路１０ｄの他の実施例に係る形成方法を示す概念図である。図７は、吸入通路１０ｄが２つの孔から形成されている例であり、吸入通路１０ｄが２つの貫通孔、第１円径孔２００と第２円径孔２０１で形成されていれば突起５００が形成される。上記のように孔を形成し、２つ孔の吸入通路１０ｄとしてもよい。

図８は、図１に示された吸入流路１０ｄの他の実施例に係る形成方法を示す概念図である。

図８は、吸入通路１０ｄは同じ孔径に限定することは無く、径の異なる第１円径孔２００と第２円径孔２０１のように孔を形成し、穴径が異なる孔でも吸入通路１０ｄとしてもよい。

また、脈動低減の効果に応じてドリル径を変更することにより、吸入通路形状を容易に変更できる。

１…高圧ポンプ本体、１ａ…ポンプボディ、１ｃ…筒状貫通口、１ｅ…フランジ、２…プランジャ、２ａ…大径部、２ｂ…小径部、４…ばね、６…シリンダ、７…シールホルダ、７ａ…副室、８…吐出弁機構、８ａ…吐出弁シート、８ｂ…吐出弁、８ｃ…吐出弁ばね、８ｄ…吐出弁ストッパ、８ｅ…吐出弁ピン、８ｆ…当接部、９…圧力脈動低減機構、１０…低圧燃料室、１０ａ…低圧燃料吸入口、１０ｂ…吸入流路、１０ｄ…吸入通路、１０ｅ…燃料通路、１１…加圧室、１２…吐出ジョイント、１２ａ…吐出弁室、１２ｂ…燃料吐出通路燃料、１２ｃ…燃料吐出口、１３…プランジャシール、１５…リテーナ、２０…燃料タンク、２１…フィードポンプ、２３…コモンレール、２４…インジェクタ、２６…圧力センサ、２７…エンジンコントロールユニット、２８…吸入配管、３０…吸入弁、３０ｅ…開口部、３１ｂ…吸入ポート、３３…吸入弁付勢ばね、３５…ロッド、４０…ロッド付勢ばね、４３…電磁コイル、４６…端子、５１…吸入ジョイント、５２…吸入フィルタ、６１…Ｏリング、９０…高圧燃料供給ポンプ取付け部、９２…タペット、９３…カム機構、１００…リリーフ弁機構、１００ａ…リリーフ通路、１０１…リリーフ弁、１０２…リリーフ弁ホルダ、１０３…リリーフ弁シート、１０４…リリーフばねストッパ、１０５…リリーフばね、２００…第１円径孔、２０１…第２円径孔、２０２…第３円径孔、２０３…第４円径孔、３００…電磁吸入弁機構、５００…突起

Claims (5)

1. 燃料ポートからの燃料が流入する燃料室と、加圧室と、当該加圧室と当該燃料室とを連通する燃料通路とを形成するポンプ本体部と、
   前記燃料通路に設けられた吸入弁と、を備え、
   前記燃料室の壁面には前記燃料通路と連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔を形成する内壁には、突起が設けられる燃料ポンプ。
2. 請求項１に記載の燃料ポンプであって、
   前記貫通孔は、
   第１円径孔と、
   前記第１円径孔の中心から当該第１円径孔の直径より短い位置に中心を有しかつ前記第１円径孔と繋がるように形成される第２円径孔と、
   当該第２円径孔の中心から当該第３円径孔の直径より短い位置に中心を有しかつ当該第２円径孔と繋がるように形成される第３円径孔と、
   当該第３円径孔の中心から当該第３円径孔の直径より短い位置に中心を有しかつ当該第３円径孔と繋がるように形成される第４円径孔と、により構成される燃料ポンプ。
3. 請求項１に記載の燃料ポンプであって、
   前記突起は、前記貫通孔の内壁に少なくとも２つ設けられる燃料ポンプ。
4. 請求項１に記載の燃料ポンプであって、
   前記貫通孔は、第１円径孔と、前記第１円径孔の中心から当該第１円径孔の直径より短い位置に中心を有しかつ前記第１円径孔と繋がるように形成される第２円径孔と、により構成され、
   前記第１円径孔と前記第２円径孔は、当該円径の径方向に重なる位置に設けられる燃料ポンプ。
5. 請求項４に記載の燃料ポンプであって、
   前記第１円径孔の半径は、前記第２円径孔の半径よりも大きい燃料ポンプ。

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