JP5616246B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
特許文献1の図9に示される実施形態では、ボールと弁座との距離が近いとき、すなわちボールのリフト量が小さいとき、ボールが軸方向においてガイド穴に案内される。また、特許文献1の図10に示される実施形態では、ボールのリフト量が小さいとき、ボールを保持するばね受が軸方向においてガイド穴に案内される。
シリンダは、プランジャを軸方向に往復移動可能に収容する。吐出弁は、プランジャの往復移動により燃料が加圧される加圧室の出口側に設けられる。
ポンプボディは、吐出弁の出口側と連通する第1リターン流路、吐出弁の入口側と連通する第2リターン流路、及び、第1リターン流路と第2リターン流路との間に設けられ底部に第1リターン流路が開口するリターン穴を有する。
弁部材は、ガイド部材の内壁に案内されて摺動可能であり、吐出弁の出口側の燃料圧力が所定の圧力以下のとき弁座に着座し、吐出弁の出口側の燃料圧力が所定の圧力を超えたとき弁座から離座する。スプリングは、弁部材を閉弁方向に付勢する。
その結果、抜き方向の作用力に耐えるための、小径部と入口穴との締り嵌めの嵌合代および嵌合長を少なくすることができ、ポンプボディへの締り嵌めの応力を低減することができる。したがって、特に、ポンプボディの材料硬度が低い場合に有利となる。
なお、ここで「締り嵌め」とは、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌め等をいう。
大径部と収容穴との嵌合を隙間嵌めとすることにより、シート部材とポンプボディとの締り嵌め箇所は、小径部と入口穴との嵌合部のみとなる。そのため、ポンプボディへの締り嵌めの応力を低減することができる。したがって、特に、ポンプボディの材料硬度が低い場合にさらに有利となる。
シート部材とガイド部材とは、形状的に一体化が可能であり、例えば、旋盤加工によりシート兼ガイド部材を製作することができる。
これにより、部品点数を低減することができる。
弁座へ着座する部分が精度良く形成される弁体と、摺動部が精度良く形成する弁部材とを組み合わせることで、シール性および摺動性に優れた弁部材を形成することができる。
これにより、弁部材を開弁させる方向に燃料圧力がかかりやすくなる。そのため、リリーフ圧以上の過剰圧が弁部材に作用したとき、弁部材はスプリングの付勢力に抗して迅速に作動し、燃料が通過するのに充分なリフト量が得られる。したがって、燃料レール内の異常な圧力上昇による燃料噴射弁等の破損防止に対して、より大きな効果を発揮することができる。
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態による高圧ポンプが適用される燃料供給装置を示す。燃料供給装置1は、高圧ポンプ10および燃料レール20を含む。
高圧ポンプ10は、燃料タンク30から低圧ポンプ31によって供給される燃料を加圧し、高圧燃料として吐出する。燃料レール20は、吐出される燃料を蓄積する。燃料レール20には複数の燃料噴射弁21が接続される。本実施形態では4つの燃料噴射弁21が燃料レール20に接続されている。
図1に示すように、高圧ポンプ10は、プランジャ部40、吸入弁部50、吐出弁部60およびリリーフ弁部70を備えている。
図2に示すように、高圧ポンプ10の外郭はポンプボディ11にて構成される。ポンプボディ11には、図2の上方向にカバー14が取り付けられており、カバー14とポンプボディ11にて燃料室13が形成されている。燃料室13には、燃料の脈動を減衰するためのパルセーションダンパ19が配置されている。
燃料室13には、燃料タンク30から低圧ポンプ31によって燃料が供給される(図1参照)。燃料室13に供給された燃料は、吸入室55および加圧室12を経由して、吐出弁部60から燃料レール20(図1参照)へ吐出される。
プランジャ部40は、プランジャ41、プランジャシール部42、スプリングシート43およびプランジャスプリング44等を備えている。
プランジャ41は、外径が相対的に大きい大径部411と外径が相対的に小さい小径部412とが一体に形成されており、軸方向に往復移動する。加圧室12側に形成される大径部411は、シリンダ16の内壁を摺動する。
スプリングシート43は、プランジャ41の端部に配設されている。プランジャ41の端部は、図示しないタペットに当接している。タペットは、エンジンブロック内のカムシャフト100に取り付けられたカム101に外面を当接させ、カムシャフト100の回転により、カムプロファイルに応じて軸方向に往復移動する(図1参照)。
この構成により、カムシャフト100の回転に応じてプランジャ41が往復移動する。このとき、プランジャ41の大径部411の移動によって加圧室12の容積が変化する。
吸入弁部50は、ポンプボディ11によって形成される筒部51、筒部51の開口を覆う弁部カバー52、コネクタ53等を備えている。
筒部51は、略円筒状に形成され、内部が吸入室55となっている。吸入室55には、略円筒状のシートボディ56が配置されている。シートボディ56の内部には、吸入弁57が配置されている。また、吸入室55は、連通路58を経由して、燃料室13と連通している。
吐出弁部60は、ポンプボディ11にて形成される円筒状の収容部61を有している。収容部61に形成される収容室611には、吐出弁62、スプリング63および係止部64が収容されている。また、収容室611の開口部分が吐出口65となっている。吐出口65とは反対側の収容室611の深部には、吐出弁座612が形成されている。
なお、吐出弁62は、内部に燃料の通路を有している。したがって、吐出弁62が吐出弁座612から離座することで吐出弁62の径方向外側へ流入した燃料は、吐出弁62の内部通路を経由して吐出口65から吐出される。
図3に示すように、リリーフ弁部70は、吐出弁62が着座する吐出弁座612よりも下流側の収容室611から加圧室12への第1リターン流路71および第2リターン流路72の途中に設けられる。
リリーフ弁部70は、ポンプボディ11、シート兼ガイド部材84、弁部材80、スプリング79、スプリングホルダ78等から構成される(図4参照)。
収容穴76および入口穴77は、特許請求の範囲に記載の「リターン穴」を構成する。
また、シート面81sに対して入口流路71aと反対側であって大径部外壁84bの径方向内側には、摺動内壁94aが形成される。摺動内壁94aは、小径部外壁84aとの同軸度および真円度が精度良く形成される。
ボール81は、例えば市販の鋼球であり、シート兼ガイド部材84のシート面81sに着座または離座可能である。
図5(a)に示すように、摺動部材82は、保持部82dにボール81を受容し、ボール81をシート面81sの反対側から保持する。摺動部材82は、例えば、保持部82dの周囲でボール81をかしめることで、ボール81と接合されてもよい。あるいは、ボール81が保持部82dから脱落しない範囲で自由に動くことができる構成としてもよい。
また、摺動部材82の保持部82dと反対側の中央部には突起部82eが形成され、突起部82eの周囲にはスプリング座部82fが形成される。
この変形例では、3カ所の通過流路83cの断面積の合計を通過流路面積A3とすると、入口流路面積A1は通過流路面積A3よりも大きくなるように設定される。
スプリングホルダ78の内底面78bの略中央には、収容穴76と逃がし穴74とを連通する連通穴78cが形成される。これにより、収容穴76は、連通穴78c、逃がし穴74および第2リターン流路72を経由して加圧室12と連通する。
(I)吸入行程
カムシャフト100の回転によりプランジャ41が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室12の容積が増加し、燃料が減圧される。吐出弁62は、吐出弁座612に着座し、吐出口65を閉塞する。このとき、コイル531への通電は停止されているので、可動コア534およびニードル59はスプリング535の付勢力により図2の右方向に移動する。したがって、ニードル59と吸入弁57とが当接し、吸入弁57は開弁状態を維持する。これにより、吸入室55から加圧室12に燃料が吸入される。
ここで、プランジャ41の大径部711と可変容積室15の断面積比は概ね1:0.6である。したがって、加圧室12の容積の増加分と可変容積室15の容積の減少分の比も1:0.6となる。よって、加圧室12が吸入する燃料の約60%が可変容積室15から容積室通路18を経由して燃料室13へ供給され、残りの約40%が燃料入口から燃料室13へ吸入される。
カムシャフト100の回転によりプランジャ41が下死点から上死点に向かって上昇すると、加圧室12の容積が減少する。このとき、所定の時期まではコイル531への通電が停止され、吸入弁57は開弁状態となっている。このため、一度加圧室12に吸入された低圧燃料が、吸入弁部50を経由して吸入室55へ戻される。
吸入弁57が閉弁した後、加圧室12の燃圧は、プランジャ41の上昇と共に高くなる。加圧室12の燃圧が吐出弁92に作用する力が、吐出口65の下流側からの燃圧が吐出弁62に作用する力およびスプリング63の付勢力よりも大きくなると、吐出弁62が開弁する。これにより、加圧室12で加圧された加圧燃料は吐出口65から吐出される。
なお、加圧行程の途中でコイル531への通電が停止される。加圧室12の燃圧が吸入弁57に作用する力は、スプリング535の付勢力より大きいので、吸入弁57は閉弁状態を維持する。
燃料レール20内の圧力が所定のリリーフ圧を超えると、図4(b)に示すように、弁部材80は、スプリング79の付勢力に抗してボール81がシート面81sから離座(開弁)する。このとき、通過流路面積A2が入口流路面積A1よりも小さいため、シート面81sを通過した燃料の圧力は、弁部材80をさらに開弁させる方向に作用する。そのため、弁部材80はスプリング79の付勢力に抗して迅速に作動し、燃料が通過するのに充分なリフト量Lが得られる。
これにより、高圧燃料が第1リターン流路71から第2リターン流路72へリリーフされる。よって、燃料レール20内の圧力が許容範囲を超えて異常高圧となった場合に過剰圧を逃がし、燃料噴射弁21等の破損を防止することができる。
このとき、弁部材80は、摺動部材82がシート兼ガイド部材84の摺動内壁94aに案内されて摺動する。
言い換えれば、受圧面積(A0−A1)をできるだけ小さく設定することにより、抜き方向の作用力に耐えるための、小径部外壁84aと入口穴内壁77aとの圧入代および圧入長を少なくすることができる。
(1)弁部材80の摺動部材82がシート兼ガイド部材84の摺動内壁94aに案内されて摺動することで、弁部材80の移動経路が規制される。そのため、燃料レール20内の圧力に応じてリフト量を安定させることができる。また、スプリング79の軸に対して傾いた応力がかからないため、スプリング79の耐久性を向上させることができる。
したがって、特に、ポンプボディ11の材料硬度が比較的低い場合に有利である。
次に、第2実施形態による高圧ポンプのリリーフ弁部70の構成について、図6を参照して説明する。以下の実施形態の説明では、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、第2実施形態では、シート部材兼ガイド部材85とスプリングホルダ78とが、弁部材80およびスプリング79を内蔵して一体に組み立てられることによりリリーフ弁サブアセンブリ850を構成している。
また、シート兼ガイド部材85の最大径部内壁95bには、スプリングホルダ78の圧入部外壁78dが圧入される(Q部)。
特に、収容穴76と第2リターン流路72とが重なる部位(H部)の近辺が圧入部とならない点が第1実施形態と異なる。
また、収容穴76と第2リターン流路72とが重なる部位(H部)の近辺にスプリングホルダ78が圧入されない。これにより、応力が集中しやすい穴同士の重なり部での圧入を避けることができるため、ポンプボディ11の材料硬度が比較的低い場合に、一層有利である。
さらに、サブアセンブリの状態で開弁圧の検査および調整が可能となる。したがって、例えば、リリーフ弁の開弁圧を所定範囲内に収めるために、個体毎にスプリング79の荷重のばらつきに応じて圧入深さを調整する場合、調整作業が容易となる。
次に、第3実施形態による高圧ポンプのリリーフ弁部70の構成について、図7を参照して説明する。図7に示すように、第3実施形態では、シート部材86およびガイド部材96が別体で形成されている。
第3実施形態では、収容穴76の内壁は、プラグ穴75側の第1内壁76aと入口穴77側の第2内壁76bとからなり、第2内壁76bの内径は第1内壁76aの内径よりも小さく形成されている。シート部材86は、小径部外壁86aが入口穴内壁77aに圧入される(P部)。すなわち、小径部外壁86aは入口穴内壁77aに締り嵌めで嵌合する。また、大径部外壁86bは収容穴76の第2内壁76bに隙間嵌めで嵌合する。
ガイド部材96は、外壁96cが収容穴76の第2内壁76bに圧入される(R部)。
また、シート部材86およびガイド部材96は、第1実施形態のシート兼ガイド部材84に比べて形状が単純で加工が容易である。例えば、シート部材86を旋盤加工する場合、シート面81sがワーク(シート部材86)の端面に形成されるため、刃物台をワークに接近させて加工することができる。また、ガイド部材96は、摺動内壁96aを内径研磨で仕上げる場合、砥石をワーク(ガイド部材96)の軸穴に貫通させることができる。したがって、専用工具の製作が不要となり、また、加工工数を低減することができる。
次に、第4実施形態による高圧ポンプのリリーフ弁部70の構成について、図8を参照して説明する。図8に示すように、第4実施形態では、シート部材87およびガイド部材97が別体で形成されている。
シート部材87は、小径部外壁87aが入口穴内壁77aに圧入される(P部)。すなわち、小径部外壁87aは入口穴内壁77aに締り嵌めで嵌合する。また、大径部外壁87bはガイド部材97の接合内壁97dに圧入される(S部)。
ガイド部材97は、外壁97cが収容穴76の内壁76aに隙間嵌めで嵌合する。
あるいは、先にシート部材87をガイド部材97に圧入して接合したものを収容穴76に挿入して組み立ててもよい。
また、ガイド部材97の外壁97cをポンプボディ11の収容穴76に圧入しないため、ポンプボディ11への圧縮応力を低減することができ、特に、ポンプボディ11の材料硬度が比較的低い場合に有利である。
また、シート部材87およびガイド部材97が第1実施形態のシート兼ガイド部材84に比べて形状が単純で加工が容易である点については、第3実施形態と同様である。
上記第1〜第4実施形態では、弁部材80はボール81と摺動部材82とから構成される。その他、図9に示す第5実施形態のように、弁部材90は、弁体としての弁部91が摺動部材と一体に形成されてもよい。また、弁部91は、円錐面状に形成されたテーパ部91aがシート面91sに着座する。このように、弁体の形状は球面に限らず円錐形等であってもよい。
上記第1〜第5実施形態では、特許請求の範囲に記載の「底部に第1リターン流路が開口するリターン穴」は、収容穴76、及び、収容穴76より内径が小さい入口穴77から構成され、入口穴77にシート兼ガイド部材またはシート部材の小径部が圧入される。その他、図10に示す参考形態のように、「リターン穴」は、一定の内径を有する収容穴76のみから構成されてもよい。本参考形態では、シート兼ガイド部材88は、外壁88aが収容穴内壁76aに圧入される(P部)。すなわち、外壁88aは収容穴内壁76aに締り嵌めで嵌合する。また、外壁88bは、収容穴76aに隙間嵌めで嵌合する。
弁部材80は、摺動内壁98aに案内されて摺動する。
(ア)上記第1実施形態のシート兼ガイド部材84は、小径部外壁84aが入口穴内壁77aに圧入され(P部)、大径部外壁84bは、軸方向の全長にわたって収容穴76に接触しない。これに対し、図11に示すように、大径部は、軸方向の小径部と反対側の一部の外壁84bのみが収容穴76の内壁76aに圧入される(R部)ようにしてもよい。
また、図11の例に対して、大径部の圧入部は軸方向のどの箇所に設定されてもよく、複数の箇所に設定されてもよい。
なお、シート兼ガイド部材89における大径部の外壁89bは、図11の例における外壁84bと実質的に同一であり、摺動内壁99aは、上記実施形態の摺動内壁94a等と実質的に同一である。
(エ)上記実施形態では、プランジャ41は、大径部411と小径部412とから構成されているが、プランジャの構成はこれに限定されない。また、可変容積室が形成されなくてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
10 ・・・高圧ポンプ、
11 ・・・ポンプボディ、
12 ・・・加圧室、
16 ・・・シリンダ、
20 ・・・燃料レール、
21 ・・・燃料噴射弁、
41 ・・・プランジャ、
62 ・・・吐出弁、
71 ・・・第1リターン流路、
72 ・・・第2リターン流路、
76 ・・・収容穴(リターン穴)、
77 ・・・入口穴(リターン穴)、
77a ・・・内壁、入口穴内壁、
81c ・・・シート面(弁座)、
78 ・・・スプリングホルダ、
79 ・・・スプリング
80、90 ・・・弁部材、
81 ・・・弁体、
82 ・・・摺動部材、
84、85、88、89・・・シート兼ガイド部材、
84a、85a、86a、87a・・・小径部外壁、
850 ・・・リリーフ弁サブアセンブリ、
86、87 ・・・シート部材、
94a、95a、96a、97a、98a、99a・・・摺動内壁、
96、97 ・・・ガイド部材、
A1 ・・・入口流路面積、
A2、A3 ・・・通過流路面積。
Claims (5)
- プランジャと、
前記プランジャを軸方向に往復移動可能に収容するシリンダと、
前記プランジャの往復移動により燃料が加圧される加圧室の出口側に設けられる吐出弁と、
前記吐出弁の出口側と連通する第1リターン流路、前記吐出弁の入口側と連通する第2リターン流路、及び、前記第1リターン流路と前記第2リターン流路との間に設けられ底部に前記第1リターン流路が開口するリターン穴を有するポンプボディと、
前記リターン穴の底部に挿入され、前記第1リターン流路と連通する入口流路、及び、前記入口流路の前記第1リターン流路と反対側の開口に形成される弁座を有するシート部材と、
前記リターン穴の前記弁座に対して前記入口流路と反対側に収容される筒状のガイド部材と、
前記ガイド部材の内壁に案内されて摺動可能であり、前記吐出弁の出口側の燃料圧力が所定の圧力以下のとき前記弁座に着座し、前記吐出弁の出口側の燃料圧力が所定の圧力を超えたとき前記弁座から離座する弁部材と、
前記弁部材を閉弁方向に付勢するスプリングと、
を備え、
前記ポンプボディの前記リターン穴は、前記ガイド部材が収容される収容穴と、前記収容穴の底部に前記収容穴よりも内径が小さく形成され前記第1リターン流路が開口する入口穴と、からなり、
前記シート部材は、前記入口穴に対して締り嵌めで嵌合する小径部と、前記収容穴に嵌合する大径部とを有していることを特徴とする高圧ポンプ。 - 前記シート部材は、前記大径部が前記収容穴に対して隙間嵌めで嵌合することを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記シート部材と前記ガイド部材とは、一体に形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の高圧ポンプ。
- 前記弁部材は、
前記弁座に着座または離座可能な弁体と、
前記弁体を前記弁座の反対側から支持し前記ガイド部材の内壁に沿って摺動可能な摺動部材と、から構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。 - 前記シート部材の前記入口流路の入口流路面積は、前記ガイド部材の内壁と前記弁部材の外壁との間に形成され燃料が通過可能な通過流路面積より大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。
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