JP5668438B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
高圧ポンプのポンプボディには、加圧室から燃料入口側に排出された燃料の圧力脈動を低減するダンパ室が形成される。特許文献1の高圧ポンプでは、ポンプボディのシリンダと反対側に凹部が設けられ、この凹部の開口を有底筒状のカバーが塞ぐことでダンパ室が形成されている。
特許文献2及び3に記載の高圧ポンプは、ダンパ室を形成するカバーにプレス加工などによって凹凸が設けられている。これにより、カバーの剛性を高めている。
特許文献2及び3の高圧ポンプのようにプレス加工等によってカバーの底部を湾曲させて剛性を高めると、振動に対するカバーの変位量つまり、振動振幅は小さくなるが、固有振動数が大きくなる。
一般に、物体の振動加速度は、固有振動数の2乗と振動振幅に比例することが知られている。このため、特許文献2及び3に記載の高圧ポンプのカバーは、カバーの振動振幅は小さくなるものの、カバーの固有振動数が大きくなるので、振動加速度を小さくすることが困難である。したがって、カバーから発せられる放射音に起因して高圧ポンプの作動音を低減することが難しい。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、作動音を低減することの可能な高圧ポンプを提供することを目的とする。
ここで、物体の固有振動数ω(Hz)、ばね定数K(N/m)、質量M(Kg)の関係は、下記の数式1に示される。
ω∝(K/M)1/2 ・・・数式1
また、物体の振動加速度G(m/s2)と、固有振動数ω(Hz)と、振動振幅A(m)との関係は、下記の数式2に示される。
G∝ω2×A ・・・数式2
数式1と数式2を組み合わせると、下記の数式3となる。
G∝A×K/M ・・・数式3
数式3により、カバーの振動振幅Aとばね定数Kとを小さくし、質量Mを大きくすれば、それに比例して振動加速度Gが小さくなる。カバーの周辺部の肉厚よりも中央部の肉厚を厚くすることで、振動振幅Aとばね定数Kとの増加を抑制し、質量Mを積極的に大きくすることが可能になる。これにより、カバーの振動加速度Gが小さくなるので、高圧ポンプの備える吸入弁の開閉駆動、プランジャの往復運動又は燃圧脈動などを起振源として、カバーから発せられる放射音を小さくすることができる。したがって、放射音に起因する高圧ポンプの作動音を低減することができる。
これにより、カバーの振動振幅Aとばね定数Kとが大きくなることを抑制し、質量Mを積極的に大きくすることが可能になる。このため、振動加速度Gが小さくなるので、カバーから発せられる放射音を小さくすることができる。したがって、カバーの放射音に起因する高圧ポンプの作動音を低減することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による高圧ポンプを図1〜図3に示す。本実施形態の高圧ポンプ10は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給系統に設けられる。燃料タンクから汲み上げられた燃料は、高圧ポンプ10により加圧され、デリバリパイプに蓄圧される。そしてデリバリパイプに接続するインジェクタから内燃機関の各気筒に噴射供給される。
ポンプボディ11とプランジャ13について説明する。
ポンプボディ11には、円筒状のシリンダ14が形成されている。シリンダ14には、プランジャ13が軸方向に往復移動可能に収容されている。プランジャ13は、シリンダ14の深部に形成された加圧室121に臨むように設けられている。プランジャ13の加圧室121と反対側に設けられたヘッド17は、スプリング座18と結合している。スプリング座18とオイルシールホルダ25との間には、スプリング19が設けられている。このスプリング19の弾性力により、スプリング座18は図示しないエンジンのカムシャフトの方向へ付勢される。これにより、プランジャ13は、図示しないタペットを介してカムシャフトのカムと接することで軸方向に往復移動する。プランジャ13の往復移動により、加圧室121の容積が変化することで燃料が吸入、加圧される。
ポンプボディ11には、シリンダ14の反対側に、シリンダ側14に凹む凹部203が設けられている。凹部203の周縁には、軸方向に突出する筒状の筒部205が設けられている。筒部205に有底筒状のカバー50が被さることで、ダンパ室201が形成される。カバー50は、ダンパ室201を外気から遮断している。
図2では、中央部52、周辺部53及び接続部51を概念的に破線で区分しているが、本実施形態においてカバー50は一体で形成されている。
周辺部53の肉厚t1は、接続部51の軸方向周辺部側の肉厚t2より厚く形成されている。これにより、カバー50全体の剛性が高まると共に、質量が大きくなる。
中央部52の内壁は、周辺部53の内壁よりもダンパ室201側に略円柱状に突出している。したがって、周辺部53の肉厚t1よりも中央部52の肉厚t3が厚い。中央部52の直径D1及び肉厚t3の設定により、中央部52の質量が調節される。中央部52の直径D1及び肉厚t3、及び周辺部53の肉厚t1は、実験などにより、カバー50から発せられる放射音が小さくなるように設定される。
パルセーションダンパ210は、2枚の金属ダイアフラムから構成され、内部に所定圧の気体が密封されている。パルセーションダンパ210は、2枚の金属ダイアフラムがダンパ室201の圧力変化に応じて弾性変形することで、ダンパ室201の燃圧脈動を低減する。
第1支持部材211と第2支持部材212は、筒状に形成され、パルセーションダンパ210を上下から挟持している。第1支持部材211は、凹部203に設けられた穴110に嵌入している。これにより、第1支持部材211は、径方向の移動が制限される。
波ばね213は、第2支持部材212とカバー50との間に設けられている。波ばね213は、第2支持部材212を凹部203の穴110側に押圧している。これにより、第2支持部材212、パルセーションダンパ210及び第1支持部材211がダンパ室201内に固定される。
第1支持部材211は、径方向に燃料を通す孔を有している。これにより、第1支持部材211の内側と外側とを燃料が流れる。
ポンプボディ11には、シリンダ14の中心軸と略垂直に筒部15が設けられている。筒部15の内側に弁ボディ31は収容され、係止部材20によって固定されている。弁ボディ31の内側には、凹テーパ状の円周面を有する第1弁座34が形成されている。
吸入弁35は弁ボディ31の内側に配置されている。吸入弁35は、弁ボディ31の底部に設けられた孔の内壁に案内されて往復移動する。吸入弁35は、第1弁座34から離座することで供給通路100を開放し、第1弁座34に着座することで供給通路100を閉塞する。
ストッパ40には、ストッパ40の軸に対して傾斜する傾斜通路102が周方向に複数形成されている。この傾斜通路102を通り、加圧室121と弁ボディ31の内側の通路とを燃料が流れる。
電磁駆動部70は、コイル71、固定コア72、可動コア73、フランジ75などから構成される。コイル71は、コネクタ77の端子74を通じて通電されることにより磁界を発生する。固定コア72は磁性材料で作られ、コイル71の内側に収容されている。可動コア73は磁性材料で作られ、固定コア72と対向して配置されている。可動コア73は、フランジ75の内側に軸方向に往復移動可能に収容されている。
ニードル38は略円筒状に形成され、ガイド筒76の内壁に案内されて往復移動する。ニードル38は、一方の端部が可動コア73に固定され、他方の端部が吸入弁35の電磁駆動部70側の端面に当接可能である。
コイル71に通電していないとき、可動コア73と固定コア72とは、第2スプリング22の弾性力により互いに離れている。これにより、可動コア73と一体のニードル38が吸入弁35側へ移動し、ニードル38の端面が吸入弁35を押圧することで吸入弁35が開弁する。
プランジャ13は、小径部131及び大径部133を有している。小径部131と大径部133との接続部分に段差面132が形成される。段差面132に向き合うように、略円環状のプランジャストッパ23が設けられている。
プランジャストッパ23は、加圧室121側の端面がポンプボディ11に当接している。プランジャ13は、プランジャストッパ23の中央部に設けられた孔233に挿通している。プランジャストッパ23は、径方向に放射状に延びる複数の溝路232を有している。
プランジャ13の段差面132、小径部131の外壁、シリンダ14の内壁、プランジャストッパ23およびシール部材24に囲まれる略円環状の空間により可変容積室122が形成される。
吐出弁部90は、吐出弁92、規制部材93、スプリング94などから構成されている。
ポンプボディ11には、シリンダ14の中心軸と略垂直に吐出通路114が形成されている。吐出通路114は加圧室121と燃料出口91とを連通している。
吐出弁92は、有底筒状に形成され、吐出通路114に往復移動可能に収容されている。吐出弁92は、第2弁座95に着座することで吐出通路114を閉塞し、第2弁座95から離座することで吐出通路114を開放する。
吐出弁92の燃料出口91側に設けられた筒状の規制部材93は、吐出通路114の内壁に固定されている。規制部材93は、吐出弁92の燃料出口91側への移動を規制する。
スプリング94は、一端が規制部材93に当接し、他端が吐出弁92に当接している。スプリング94は、吐出通路114の内壁に形成される第2弁座95側へ吐出弁92を付勢している。
一方、加圧室121の燃料の圧力が低下し、加圧室121側の燃料から吐出弁92が受ける力がスプリング94の弾性力と第2弁座95の下流側の燃料から受ける力との和よりも小さくなると、吐出弁92は第2弁座95に着座する。これにより、第2弁座95の下流側の燃料が加圧室121へ逆流することが防止される。
(1)吸入行程
カムシャフトの回転により、プランジャ13が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室121の容積が増加し、燃料が減圧される。吐出弁92は弁座95に着座し、吐出通路114を閉塞する。吸入弁35は、加圧室121と供給通路100との差圧により、第1スプリング21の付勢力に抗して図1の右方向に移動し、開弁状態となる。このとき、コイル71への通電は停止されているので、可動コア73及びこの可動コア73と一体のニードル38は第2スプリング22の付勢力により図1の右方向に移動する。したがって、ニードル38と吸入弁35とが当接し、吸入弁35は開弁状態を維持する。これにより、供給通路100から加圧室121に燃料が吸入される。
ここで、大径部133と可変容積室122の断面積比は概ね1:0.6である。したがって、加圧室121の容積の増加分と可変容積室122の容積の減少分の比も1:0.6となる。よって、加圧室121が吸入する燃料の約60%が可変容積室122から供給され、残りの約40%が燃料入口から吸入される。これにより、加圧室121への燃料の吸入効率が向上する。
カムシャフトの回転により、プランジャ13が下死点から上死点に向かって上昇すると、加圧室121の容積が減少する。このとき、所定の時期まではコイル71への通電が停止されているので、第2スプリング22の付勢力によりニードル38と吸入弁35は図1の右方向に位置する。これにより、供給通路100は開放した状態が維持される。このため、一度加圧室121に吸入された低圧燃料が、供給通路100へ戻される。したがって、加圧室121の圧力は上昇しない。
このとき、加圧室121がダンパ室201側へ排出する低圧燃料の容積の約60%が、ダンパ室201から可変容積室122に吸入される。これにより、燃圧脈動の約60%が低減される。
プランジャ13が下死点から上死点に向かって上昇する途中の所定の時刻に、コイル71へ通電される。するとコイル71に発生する磁界により、固定コア72と可動コア73との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力が第2スプリング22の弾性力と第1スプリング21の弾性力との差よりも大きくなると、可動コア73とニードル38は固定コア72側(図1の左方向)へ移動する。これにより、吸入弁35に対するニードル38の押圧力が解除される。吸入弁35は、第1スプリング21の弾性力、及び加圧室121からダンパ室201側へ排出される低圧燃料の流れによって生ずる力により、弁座34側へ移動する。したがって、吸入弁35は弁座34に着座し、供給通路100が閉塞される。
なお、加圧行程の途中でコイル71への通電が停止される。加圧室121の燃料圧力が吸入弁35に作用する力は、第2スプリング22の付勢力より大きいので、吸入弁35は閉弁状態を維持する。
コイル71へ通電するタイミングを早くすれば、調量行程の時間が短くなると共に、加圧行程の時間が長くなる。これにより、加圧室121から供給通路100へ戻される燃料が少なくなり、吐出通路114から吐出される燃料が多くなる。
一方、コイル71へ通電するタイミングを遅くすれば、調量行程の時間が長くなると共に、吐出行程の時間が短くなる。これにより、加圧室121から供給通路100へ戻される燃料が多くなり、吐出通路114から吐出される燃料が少なくなる。
このように、コイル71へ通電するタイミングを制御することで、高圧ポンプ10から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できる。
(1)物体の固有振動数ω(Hz)、ばね定数K(N/m)、質量M(Kg)の関係は、下記の数式1に示される。
ω∝(K/M)1/2 ・・・数式1
また、物体の振動加速度G(m/s2)と、固有振動数ω(Hz)と、振動振幅A(m)との関係は、下記の数式2に示される。
G∝ω2×A ・・・数式2
数式1と数式2を組み合わせると、下記の数式3となる。
G∝A×K/M ・・・数式3
数式3により、カバーの振動振幅Aとばね定数Kとを小さくし、質量Mを大きくすれば、それに比例して振動加速度Gが小さくなる。
本実施形態では、カバー50は、中央部52の肉厚t3を周辺部53の肉厚t1よりも厚く形成している。カバー50の中央部52の直径D1及び肉厚t3を調節することで、カバー50のばね定数Kを増加することなく、質量Mを積極的に大きくすることが可能である。
さらに、本実施形態では、周辺部53の肉厚t1を接続部51の肉厚t2よりも厚く形成している。これにより、周辺部53と中央部52の剛性が高まり、カバー50の振動振幅Aが小さくなると共に、質量Mを大きくすることが可能である。
これにより、カバー50の振動加速度Gを小さくすることができる。このため、吸入弁部30の開閉駆動、プランジャ13の往復運動又は燃圧脈動などを起振源として、カバー50から発せられる放射音を小さくすることができる。したがって、放射音に起因する高圧ポンプ10の作動音を低減することができる。
本発明の第2実施形態の高圧ポンプのカバーを図4及び図5に示す。以下複数の実施形態において、上述した第1実施形態と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。本実施形態では、カバー501の中央部521の外壁が周辺部53の外壁よりも外気側に略円柱状に突出している。このため、周辺部53の肉厚t1よりも中央部521の肉厚t4が厚く形成される。中央部521の直径D1及び肉厚t4は、カバー501の振動振幅Aとばね定数Kの増加を抑制すると共に、質量Mを積極的に大きくするように設定されている。これにより、振動加速度Gが小さくなり、カバー50から発せられる放射音を小さくすることができる。
本実施形態では、カバー501の中央部521の内壁がダンパ室201に突出していない。このため、ダンパ室201に設けられるパルセーションダンパ210の体格、又はそのパルセーションダンパ210を固定する第1支持部材211、第2支持部材212及び波ばね213の体格を大きくすることが可能になる。したがって、ダンパ室201内の構成部品の設計の自由度が向上するので、ダンパ室201による燃圧脈動減衰効果を高めることができる。
本発明の第3実施形態の高圧ポンプのカバーを図6に示す。本実施形態では、カバー502の中央部522の内壁が周辺部53の内壁よりもダンパ室201側に突出し、かつ、中央部522の外壁が周辺部53の外壁よりも外気側に突出している。中央部521の直径D1及び肉厚t5は、カバー502の振動振幅Aとばね定数Kの増加を抑制すると共に、質量Mを最大限に大きくするように設定されている。これにより、カバー502の固有振動数ωが小さくなるので、振動加速度Gを大幅に小さくすることができる。したがって、カバー502から発せられる放射音を小さくすることができる。
本発明の第4実施形態の高圧ポンプのカバーを図7に示す。本実施形態では、カバー503の中央部523の外壁は、カバー503の中心に向かうに従い外気側に突出している。このため、カバー503の中央部523は、カバー503の中心に向かうに従い肉厚が厚い。
本実施形態では、カバー503の振動の腹の部分の質量増加に重点が置かれている。これにより、カバー503のばね定数Kの増加を抑制すると共に、質量Mを大きくすることが可能になる。したがって、カバー503の固有振動数ωが小さくなるので、振動加速度Gを小さくすることができる。したがって、カバー503から発せられる放射音を小さくすることができる。
なお、カバー503の中央部523の内壁を、カバー503の中心に向かうに従いダンパ室201側に突出するようにしてもよい。
本発明の第5実施形態の高圧ポンプのカバーを図8に示す。本実施形態では、カバー504の周辺部533に例えばプレス加工により凹凸が形成されている。周辺部533の肉厚t7は、接続部51の肉厚t1と略同じである。
中央部524の内壁は、周辺部534の内壁よりダンパ室201側に突出している。中央部524の肉厚t8は、周辺部534の肉厚t7より厚い。中央部524の直径D2及び肉厚t8を調節することで、カバー504の質量Mを大きくすることが可能である。
本実施形態では、周辺部534に凹凸が形成されることで、剛性が高まり、振動振幅Aを小さくすることが可能である。また、中央部524の肉厚t8を厚くすることで、質量Mを大きくすることが可能である。これにより、振動加速度Gを小さくし、カバー504から発せられる放射音を小さくすることができる。
第6〜8実施形態は、第5実施形態の変形例である。
本発明の第6実施形態の高圧ポンプのカバーを図9に示す。第6実施形態では、中央部525の外壁が周辺部534の外壁よりも外気側に突出している。
本発明の第7実施形態の高圧ポンプのカバーを図10に示す。第7実施形態では、中央部526の外壁が周辺部534の外壁よりも外気側に突出し、かつ、中央部526の内壁が周辺部534の内壁よりも外気側に突出している。
本発明の第8実施形態の高圧ポンプのカバーを図11に示す。第8実施形態では、中央部527の外壁は、カバーの中心に向うに従い肉厚が厚く形成されている。
この構成においても、中央部525,526,527の直径D2及び肉厚t8を調節することで、カバーの質量Mを大きくすることが可能である。したがって、振動加速度Gを小さくし、カバーから発せられる放射音を小さくすることができる。
上述した複数の実施形態では、中央部、周辺部及び接続部を一体で形成した。これに対し、本発明は、中央部、周辺部及び接続部を別体で形成し、各構成を接続してもよい。
上述した複数の実施形態では、中央部、周辺部及び接続部によりカバーを構成し、カバーの接続部とポンプボディの筒部とを接続した。これに対し、本発明は、接続部を設けることなく、カバーの周辺部とポンプボディの筒部とを直接接続してもよい。また、ポンプボディに筒部を設けることなく、ポンプボディの凹部の周縁にカバーを直接接続してもよい。
上述した複数の実施形態では、中央部を円柱状に形成した。これに対し、本発明は、中央部の形状は、例えば角柱状又は楕円状など、どのような形状でもよい。
本発明は、上記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。
11 ・・・ポンプボディ
13 ・・・プランジャ
30 ・・・吸入弁部
50、501〜504・・・カバー
52、521〜527・・・中央部
51 ・・・接続部
53、533、534・・・周辺部
90 ・・・吐出弁部
100 ・・・供給通路
114 ・・・吐出通路
121 ・・・加圧室
201 ・・・ダンパ室
Claims (4)
- プランジャと、
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を有するポンプボディと、
前記加圧室に供給される燃料が流れる供給通路を開放又は遮断する吸入弁部と、
前記加圧室から吐出する燃料が流れる吐出通路を開放又は遮断する吐出弁部と、
前記ポンプボディに被さり、前記ポンプボディに溶接されることで、前記加圧室から前記供給通路に排出される燃料の圧力脈動を低減するダンパ室内の燃料を外気から遮断するカバーと、を備え、
前記カバーは、当該カバーの中央部の肉厚が、当該中央部の外側の周辺部の肉厚よりも厚く、前記中央部の内壁が前記周辺部の内壁よりも前記ダンパ室側に突出し、かつ、前記中央部の外壁が前記周辺部の外壁よりも外気側に突出していることを特徴とする高圧ポンプ。 - 前記カバーの前記中央部は、前記カバーの中心に向かうに従い肉厚が厚く形成されることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記カバーは、前記周辺部の外縁から筒状に延びて前記ポンプボディに接続される接続部を有し、
前記周辺部は、前記接続部よりも肉厚が厚い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。 - プランジャの往復移動可能により加圧室に吸入した燃料を加圧する高圧ポンプのポンプボディに被さり、前記ポンプボディに溶接されることで、前記加圧室から排出される燃料の圧力脈動を低減するダンパ室内の燃料を外気から遮断するカバーであって、
前記カバーの中央部が当該中央部の外側の周辺部よりも肉厚が厚く、
前記中央部の内壁が前記周辺部の内壁よりも前記ダンパ室側に突出し、かつ、前記中央部の外壁が前記周辺部の外壁よりも外気側に突出していることを特徴とするカバー。
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