JP2019027355A - 高圧燃料供給ポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】
本発明の目的は、電磁吸入弁の磁気回路に生じるエアギャップを低減した、高圧燃料供給ポンプを提供するものである。
【解決手段】
本発明に係る高圧燃料供給ポンプは、通電によって磁束を発生する電磁コイルと、前記電磁コイルにより閉弁や開弁が制御される吸入弁と、前記磁束の磁路となる複数の磁性部品と、前記磁性部品の少なくとも一つを別の何れかの前記磁性部品に対して弾性力により押し付ける弾性部品と、を備える。
【選択図】図4
本発明の目的は、電磁吸入弁の磁気回路に生じるエアギャップを低減した、高圧燃料供給ポンプを提供するものである。
【解決手段】
本発明に係る高圧燃料供給ポンプは、通電によって磁束を発生する電磁コイルと、前記電磁コイルにより閉弁や開弁が制御される吸入弁と、前記磁束の磁路となる複数の磁性部品と、前記磁性部品の少なくとも一つを別の何れかの前記磁性部品に対して弾性力により押し付ける弾性部品と、を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧燃料供給ポンプに関し、特に吐出する燃料の量を調節する電磁吸入弁を備えた燃料供給ポンプに関する。
自動車等の内燃機関の内、燃焼室内部へ直接的に燃料を噴射する直接噴射タイプの内燃機関において、燃料を高圧化し所望の燃料流量を吐出する電磁吸入弁を備えた高圧燃料ポンプが広く用いられている。
たとえば特許5537498号公報においては、電磁吸入弁を備えた高圧燃料ポンプの一例として、電磁力によって運動するロッドの動きに伴って前記ロッドと別部材のバルブを動かすことにより、バルブの開閉弁を制御する構造であり、電磁コイルへ通電することによりバルブが閉弁し、電磁コイルへの電流が遮断されるとバルブ開弁する、いわゆるノーマルオープン型の電磁吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載のポンプのように、電磁吸入弁を構成すると、構成部品の寸法バラつきや同軸ずれを吸入するために、磁路となるコアとヨークの間にエアギャップが生じる。磁路中にエアギャップが存在すると、磁気効率が低下して電磁吸入弁の閉弁遅れの原因となる。
そこで、本発明の目的は、電磁吸入弁の磁気回路に生じるエアギャップを低減した、高圧燃料供給ポンプを提供するものである。
上記した課題を解決するために本発明に係る高圧燃料供給ポンプは、通電によって磁束を発生する電磁コイルと、前記電磁コイルにより閉弁や開弁が制御される吸入弁と、前記磁束の磁路となる複数の磁性部品と、前記磁性部品の少なくとも一つを別の何れかの前記磁性部品に対して弾性力により押し付ける弾性部品と、を備える。
このように構成した本発明によれば、電磁吸入弁の磁路に発生するエアギャップを低減し、電磁吸入弁の効率を改善した高圧燃料ポンプを提供することができる。
以下、本発明の高圧燃料供給ポンプの実施例について図面を用いて詳細に説明する。
まず、図5に示すエンジンシステムの全体構成図を用いてシステムの構成と動作を説明する。
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)の本体を示し、この破線の中に示されている機構・部品はポンプボディ1に一体に組み込まれていることを示す。
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、吸入配管28を通して高圧ポンプの低圧燃料吸入口10aに送られる。
低圧燃料吸入口10aから吸入ジョイント51(図1参照)を通過した燃料は、弁102を有する圧力脈動伝播防止機構100、圧力脈動低減機構9、吸入通路を介して容量可変機構を構成する電磁吸入弁300の吸入ポート31Bに至る。
電磁吸入弁300に流入した燃料は、燃料導入通路30P及び弁体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の下降行程には弁体30から燃料を吸入し、上昇行程においては、燃料が加圧される。燃料が加圧されると、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が燃焼室へ燃料を噴射する。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、燃料を吹きつける、いわゆる直噴エンジンシステムに適用される高圧ポンプについて記載するが、その他のシステムにも適用可能である。ECU27から電磁吸入弁300への信号を受け、高圧ポンプは、所望の燃料流量をコモンレール23側へ向けて吐出する。
以下、高圧ポンプの詳細な構造について図1ないし図4を用いて説明する。
図1は本実施例の高圧ポンプの縦断面図を示す。図2は高圧ポンプを上方から見た水平方向断面図を示す。図3は高圧ポンプを図1と別方向から見た縦断面図である。また図4は、本実施形態に係る高圧燃料ポンプの電磁吸入弁300周辺の拡大縦断面図である。
図1を用いて本実施例について説明する。本実施例の高圧ポンプは、ポンプボディ1に設けられた取付けフランジ1Eを用いて内燃機関のシリンダヘッド90の平面に密着し、図示しない複数のボルトで固定される。
シリンダヘッド90とポンプボディ1との間をシールするため、ポンプボディ1にOリング61が嵌め込まれている。これにより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1にはプランジャ2の往復運動をガイドするためのシリンダ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300と加圧室11から吐出通路に燃料を吐出し逆流を防止するための吐出弁機構8(図2参照)が設けられている。吐出弁機構8を通過した燃料は、吐出ジョイによりエンジン側部品へ移動する。
シリンダ6は、その外周側で、圧入によりポンプボディ1と固定され、ポンプボディ1との隙間から加圧した燃料が低圧側に漏れないよう、円筒状の圧入部の表面で燃料をシールする。シリンダ6を軸方向に平面接触させることにより、ポンプボディ1とシリンダ6との円筒状の圧入部のシールに加え、二重にシールすることが可能となる。
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機構93が配置される。また、カム機構93の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ2に動きを伝達するタペット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に圧着される。この構成により、カム機構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、シリンダ6の図中下方部においてプランジャ2の外周に摺動可能に接触するよう設置されている。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。それと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1の内部への流入を防止する。
ポンプボディ1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、燃料は低圧配管を通り、高圧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る高圧燃料ポンプ内への吸入を防ぐ役目を果たす。
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を介して電磁吸入弁300の吸入ポート31B(図4参照)に至る。
加圧室11の出口に設けられた吐出弁機構8(図2及び図3参照)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)を決める吐出弁ストッパ8Dと、から構成される。吐出弁ストッパ8Dとポンプボディ1は当接部8E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(図2参照)に燃料差圧が無い状態においては、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カバー12Dに覆われている吐出弁室12A、燃料吐出通路12B、燃料吐出口12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。この構成によりストロークが大きすぎることによる、吐出弁8Bの閉じ遅れを防ぐことができる。
よって、吐出弁室12Aへ高圧吐出された燃料が再び加圧室11内に逆流してしまうのを防止でき、高圧ポンプの効率低下を抑制することができる。また、吐出弁8Bが開弁および閉弁運動を繰り返す際に、吐出弁8Bがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ストッパ8D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1、電磁吸入弁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。
カム機構93の回転により、プランジャ2がカム機構93の方向に移動して吸入行程状態にある時は、加圧室11の容積は増加するため加圧室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通路10Dの圧力よりも低くなると、弁体30(図4参照)は開口状態となる。そのため燃料は弁体30が開弁して形成される開口部を通り、ポンプボディ1に設けられた連通穴1A(図1参照)と、シリンダ6の溝6A、連通孔6B(図4参照)を通過し、加圧室11に流入する。
吸入行程が終了すると、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吸引力は作用しない。ロッド付勢ばね40は、無通電状態において弁体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おり、このような高圧ポンプはノーマルオープン式と呼ばれる。
加圧室11の容積は、プランジャ2の上昇運動(圧縮)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、再び開弁状態のバルブ30の開口部を通して吸入通路10Dへと戻されるので、加圧室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。
図2に示されるリリーフバルブ200は、リリーフバルブカバー201と、ボール弁202と、リリーフバルブ押え203と、ばね204と、ばねホルダ205と、により構成される。リリーフバルブ200は、コモンレール23やその先の部材に何らかの問題が生じ、異常に高圧になった場合にのみ作動するよう構成された弁であり、コモンレール23やその先の部材内の圧力が高くなった場合にのみ開弁し、燃料を加圧室に戻すという役割を持つ。そのため、非常に強力なばね204を有している。
図1に示される低圧燃料室10には高圧ポンプ内で発生した圧力脈動が燃料配管28へ波及することを低減させるための圧力脈動低減機構9が設置されている。また、圧力脈動低減機構9の上下にはそれぞれ、間隔を持ってダンパ上部10Bとダンパ下部10Cが設けられている。
一度加圧室11に流入した燃料が、容量制御のため再び開弁状態の吸入弁の弁体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。金属ダンパをポンプボディ1の内周部に固定するための取り付け金具9Bであり、燃料通路上に設置されるため、ダンパとの支持部を全周では無く、一部とし前記取り付け金具9Bの表裏に流体が自由に行き来できるようにしている。
プランジャ2は、大径部2Aと小径部2Bを有し、プランジャ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(図3参照)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。
近年、燃焼効率向上のため、高圧ポンプの吐出燃料圧力のさらなる高圧化が求められている。そのため加圧室11ではこれまで以上に燃料を加圧する必要がある。本実施例の図4に示すようなロッド35と弁体30が別体で構成される高圧ポンプにおいては、圧縮工程で加圧室11が高圧となることで、自動的に弁体30が弁座部材31に衝突する。
今後、さらに高圧化が進むと、弁体30が弁座部材31に衝突する際、あるいは弁体30がストッパ32に衝突する際の衝撃が非常に大きくなることが予想され、衝撃に耐えられるような強度を持つ弁座部材31が求められる。
そこで本実施例では、弁座部材31とロッドガイド部材37も一体に成形されている。弁体30は平板形状で構成され、平板部30Aと、加圧室側に突出するガイド部30Bとを備えて構成されている。
電磁吸入弁300は、通電により電磁コイル43が発生した磁束が、第二磁性コア39、第二ヨーク42、第一ヨーク41、第一磁性コア38、アンカー36を磁路として通過し、磁気吸引面Sで、第二磁性コア39とアンカー36の間に磁気吸引力を生じさせ、アンカー36、ロッド35とこれらに続き配置される弁体30を可動させることにより、燃料を吸入し、加圧室11に送る機構のことを指す。
ここで、前述の磁路を構成する部品同士の間においては、磁気吸引面部である第二磁性コア39とアンカー36の間と、摺動面となるアンカー36と第一磁性コア38の間を除いて、エアギャップがないことが望ましい。
本実施例では、第一ヨーク41と第一磁性コア38の間は圧入接触とし、第二電磁コア39と第二ヨーク42の間は突き当て接触で、第二ヨーク42とトメワ45との間に保持された皿ばねのばね力によって、第二ヨーク42は第二磁性コア39に押し付けられ、強固に密着される。
一方、第二ヨーク42を第二磁性コア39と密着できるように第二ヨーク42と第一ヨーク41の間は挿入となっており、必要最少限度のエアギャップを設けている。
以上の構造により、電磁吸入弁300の磁路中のエアギャップを最小限とし、磁気吸入弁の磁気効率を改善できる。なお、皿ばねの代わりに、ウェーブワッシャ、板ばね、コイルばね、ゴムなどを圧縮して使用してもよい。
前記したとおり、図4に示すいわゆるノーマルオープン式の電磁吸入弁300は、無通電状態において、強力なロッド付勢ばね40によって、弁体30が開弁する方向へロッド35を稼働させる。
ECU27からの制御信号が電磁吸入弁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。電流が流れることにより、第二磁性コア39は磁気吸引力を生じる。
アンカー36の間には、アンカー36を係止するフランジ部35Aを備えたロッド35が配置される。ロッド35はフランジ部35Aを有することにより、アンカー36を係止することができるため、アンカー36とともに移動することが可能となる。またロッド35はアンカー36の下部に閉弁付勢ばね49及び、燃料通路37Aを備えたロッドガイド部37の間に配置される。
図4に記載の磁気吸引面Sにおいて、電磁コイル43に電流が流れることにより、第二磁性コア39の磁気吸引力が発生する。アンカー36は磁気吸引力により第二磁性コア39側に引き寄せられる。それに伴い、アンカー36とアンカー36を係止しているロッド35が閉弁方向に引き寄せられる。
第二磁性コア39とアンカー36が磁気吸引力によって接触している状態においては、ロッド35とバルブ30の間にはロッド―バルブ間隙間が存在する。ロッド―バルブ間隙間が存在しない場合、アンカー36とロッド35が第二磁性コア39に磁気吸引されてもバルブ30が弁座部材31と接触できず、加圧室11への流路を閉じることができなくなる。このロッド―バルブ間隙間については、後程詳述する。
なお、ロッド35はフランジ部35Aの内周部で、アンカー36と接触する位置において、内周側に凹んでいる凹み部35Bが形成される。これによりアンカー36が接触した際の逃げ部を形成できるため、ロッド35あるいはアンカー36の衝突による破損を防止できる。さらにロッド35は弁体30の側の先端部において、先端に向かう程、径が小さくなる傾斜部35Cが形成される。
このような構成により、ロッド35にアンカー36を挿入する際に多少芯がずれていたとしても容易に組み込み可能であり、生産効率を上げることが可能である。なお、ロッド35は旋盤加工により形成されるため、弁体30の側の先端部において、弁体30と反対側に凹む、凹み部が形成される。
ロッド35の下部(吸入弁側)には、弁体30と、吸入弁付勢ばね33と、ストッパ32と、を備える。弁体30には加圧室11側に突き出し、吸入弁付勢ばね33によりガイドされるガイド部30Bが形成される。
弁体30は、ロッド35の移動に伴って弁体ストローク30Eの隙間の分だけ移動し、開弁閉弁を制御する。また開弁状態で低圧燃料吸入通路10Dから供給された燃料は、加圧室11に供給される。
ガイド部30Bは、吸入弁機構のハウジング内部に圧入され、固定されたストッパ32に衝突することにより動きを停止する。なお、ロッド35と弁体30は別体で独立した構造をとっている。弁体30は吸入側に配置された弁座部材31の弁座に接触することで加圧室11への流路を閉じ、また弁座から離れることで加圧室11への流路を開くように構成される。
磁気付勢力がロッド付勢ばね40の付勢力に打ち勝ち、ロッド35は弁体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低圧燃料吸入通路10Dに流れ込むことによる流体力により弁体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12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。
以上に述べたとおり、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300の電磁コイル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、高圧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、低圧燃料吸入通路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からの信号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、内燃機関が必要とする量を適切に吐出できるよう制御することが出来る。
1…ポンプボディ、1A…連通穴、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、6A…溝、6B…連通孔、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…当接部、9…圧力脈動低減機構、9B…取り付け金具、10a…低圧燃料吸入口、10B…ダンパ上部、10C…ダンパ下部、10D…低圧燃料吸入通路、10E…燃料通路、11…加圧室、12…燃料吐出口、12A…吐出弁室、12B…燃料吐出通路、12C…吐出ジョイント、12D…吐出弁カバー、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…ECU、30…弁体、30A…平板部、30B…ガイド部、30E…弁体ストローク、30P…燃料導入通路、31…弁座部材、31B…吸入ポート、32…ストッパ、33…吸入弁付勢ばね、35…ロッド、35A…フランジ部、35c…傾斜部、36…アンカー、37…ロッドガイド部、37A…燃料通路、38…第一磁性コア、39…第二磁性コア、40…ロッド付勢ばね、41…第一ヨーク、42…第二ヨーク、43…電磁コイル、45…トメワ、46…端子、49…閉弁付勢ばね、51…吐出ジョイント、52…吸入フィルタ、61…Oリング、90…シリンダヘッド、92…タペット、93…カム機構、100…圧力脈動伝播防止機構、102…弁、200…リリーフバルブ、202…ボール弁、203…リリーフバルブ押え、204…ばね、205…ばねホルダ、300…電磁吸入弁
Claims (9)
- 通電によって磁束を発生する電磁コイルと、
前記電磁コイルにより閉弁や開弁が制御される吸入弁と、
前記磁束の磁路となる複数の磁性部品と、
前記磁性部品の少なくとも一つを別の何れかの前記磁性部品に対して弾性力により押し付ける弾性部品と、を備える高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記弾性部品は、皿ばねである高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記弾性部品は、板ばねである高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記弾性部品は、ウェーブワッシャである高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記弾性部品は、コイルばねである高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記弾性部品は、樹脂部品である高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料供給ポンプにおいて、
前記弾性部品は、Oリングである高圧燃料供給ポンプ。 - 請求項1に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
前記弾性部材は、前記磁性部品と固定部材との間に設置される高圧燃料ポンプ。 - 請求項8に記載の高圧燃料ポンプにおいて、
前記固定部材は、トメワであることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
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Date | Code | Title | Description |
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A521 | Written amendment |
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