JP5939122B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、筒状のシリンダ孔形成部に取り付けられたプランジャストッパがプランジャの大径部と小径部との段差面に当接することでプランジャの移動を規制する高圧ポンプが開示されている。
この場合、プランジャストッパの側壁と嵌合孔の内壁との嵌合は、圧入としてもよく、或いは、側壁が径外方向へ付勢する弾性力によって嵌合孔に着脱可能に嵌合するようにしてもよい。
本発明の一実施形態の高圧ポンプについて、図1〜図4を参照して説明する。
まず、本実施形態による高圧ポンプ1の全体構成について、図1を参照して説明する。高圧ポンプ1は、車両に搭載されて用いられ、燃料タンクから低圧ポンプによって供給される燃料を加圧し、インジェクタが接続される燃料レールへ吐出する。高圧ポンプ1の燃料入口(図示しない)の上流側には低圧ポンプからの配管が接続される。
なお、以下の説明において図1の上側を「上」、図1の下側を「下」として説明する。
ポンプボディ10は、高圧ポンプ1の外郭を構成する。ポンプボディ10の上部にはダンパ室40が設けられており、ポンプボディ10の下部であってエンジンブロック側にはプランジャ部20が設けられている。
ポンプボディ10の中心部には加圧室12が形成されている。また、本実施形態では、加圧室に連通するシリンダ孔11がポンプボディ10に直接形成されている。すなわち、本実施形態では、ポンプボディ10が「シリンダ孔形成部14」を一体に含んでいる。シリンダ孔形成部14は、ポンプボディ10の下方に筒状に突出しており、加圧室12と反対側の端部がシリンダ端部141となっている。シリンダ孔形成部14の周囲には、シールエレメント25を収容する凹部13が略円環状に形成されている。
プランジャ21は、軸方向の加圧室12側の端部に大径部211を有し、大径部211との段差面214から軸方向の他端に延びる小径部213を有している。大径部211及び小径部213は同軸に形成されている。
プランジャ21は、大径部211側の端部が加圧室12に臨むように、大径部12がシリンダ孔11に摺動可能に収容されている。これにより、プランジャ21は、シリンダ孔11の軸方向に往復移動可能である。プランジャ21の小径部213側の下端部にはスプリング座27が結合されている。
シールエレメント25とポンプボディ10との間には、互いに連通する筒状通路17及び環状通路18が形成される。また、ポンプボディ10には、環状通路18に連通する容積室通路19が形成される。可変容積室16は、これらの筒状通路17、環状通路18、及び容積室通路19を経由して、ダンパ室40に連通する。
本実施形態のプランジャストッパ31は、プレス成形によって板金を曲げることにより製造され、側壁313及び底壁311を含むカップ状を呈している。
底壁311の中央には、プランジャ21の小径部213が挿通する挿通孔319が形成されている。また、底壁311の外縁部は、側壁313よりも外側で折り返されてから、内側に少し戻りつつ垂直方向に曲げられて側壁313に接続している。
プランジャストッパ31の側壁313には、底壁311とシリンダ端部141との間隔hに対応する位置に、燃料通路316が形成されている。燃料通路316は、可変容積室16と筒状通路17とを連通する。この例では、放射状に3箇所の燃料通路316が形成されているが、通路数は3箇所に限らず、いくつでもよい。
ダンパ室40は、凹部41、カバー42、ダンパユニット43等から構成されている。
ポンプボディ10には、シリンダ孔11の反対側に、シリンダ孔11側に凹む凹部41が設けられている。この凹部41には、カバー42が被せられている。
パルセーションダンパ44は、2枚の金属ダイアフラム441、442の内部に所定圧の気体が密封されている。そして、2枚の金属ダイアフラム441、442がダンパ室40の圧力変化に応じて弾性変形することで、ダンパ室40の燃圧脈動を低減する。
蓋側支持部46の上方には、波ばね48が配置されている。これにより、カバー42をポンプボディ10に取り付けた状態で、波ばね48が蓋側支持部46を底側支持部45側へ押圧する。その結果、パルセーションダンパ44は、周縁部を蓋側支持部46と底側支持部45とによって周方向に均等な力で挟持され固定される。
吸入弁部50は、吸入室52、弁ボディ53、シート部54、吸入弁55等から構成されている。
ポンプボディ10には、シリンダ孔11の中心軸と略垂直に筒部51が設けられている。筒部51の内部は吸入室52には弁ボディ53が収容され、係止部材によって固定されている。弁ボディ53の内側には、凹テーパ状の円周面を有するシート部54が形成されており、シート部54と相対して吸入弁55が配置されている。吸入弁55は、弁ボディ53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55は、シート部54から離座することで吸入室52を開放し、シート部54に着座することで吸入室52を閉塞する。
また、ストッパ56には、ストッパ56の軸に対して傾斜する傾斜通路58が周方向に複数形成されている。ダンパ室40から吸入室連通路59及び吸入室52を通って供給された燃料は、傾斜通路58を通って加圧室12に吸入される。
電磁駆動部60は、コネクタ61、固定コア62、可動コア63、フランジ64等から構成されている。
コネクタ61は、コイル611及び端子612を有し、端子612を通じてコイル611に通電されることにより磁界を発生するようになっている。固定コア62は磁性材料で作られ、コイル611の内側に収容されている。可動コア63は磁性材料で作られ、固定コア62と対向して配置されている。可動コア63は、フランジ64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67は略円筒状に形成され、ガイド筒65の内壁に案内されて往復移動する。ニードル67は、一方の端部が可動コア63に固定され、他方の端部が吸入弁55の電磁駆動部60側の端面に当接可能である。
コイル611に通電していないとき、可動コア63と固定コア62とは、第2スプリング68の弾性力により互いに離れている。これにより、可動コア63と一体のニードル67が吸入弁55側へ移動し、ニードル67の端面が吸入弁55を押圧することで吸入弁55が開弁する。
吐出弁部70は、吐出通路71、吐出弁装置80等から構成されている。
ポンプボディ10には、シリンダ孔11の中心軸と略垂直に吐出通路71が形成されている。吐出通路71は、一方で加圧室12に連通し、他方で燃料出口72に連通している。吐出通路71には吐出弁装置80が組み付けられている。
吐出弁部材82は、ポンプボディ10の弁座85に相対して収容されている。吐出弁部材82の燃料出口72側には、付勢部材としてのスプリング83が収容されている。このスプリング83は、一方の端部が吐出弁部材82の第2端面に当接している。また、スプリング83の燃料出口72側に円筒状のアジャスティングパイプ84が収容されている。アジャスティングパイプ84は、スプリング83の他方の端部を係止している。
プランジャ21がシリンダ孔11内を上昇するにつれ、加圧室12の燃料の圧力が上昇する。そして、加圧室12側(上流側)の燃料から吐出弁部材82が受ける力が、スプリング83の弾性力と吐出弁部材82より燃料出口72側(下流側)の燃料から受ける力との和よりも大きくなると、吐出弁部材82はポンプボディ10の弁座85から離座し、吐出弁装置80は開弁状態となる。これにより、加圧室12で加圧された高圧燃料は、吐出通路71を通って燃料出口72に吐出される。
このようにして、吐出弁装置80は、加圧室12から燃料出口72に向かって吐出される高圧燃料に対する逆止弁として機能する。
(1)吸入行程
カムシャフトの回転により、プランジャ21がシリンダ孔11内を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、加圧室12内の燃料が減圧される。すると、吐出弁部70では、吐出弁装置80の吐出弁部材82が弁座85に着座し、吐出通路71を閉塞する。また、吸入弁部50では、加圧室12と吸入室52との差圧により、吸入弁55が第1スプリング57の付勢力に抗して図1の右方向に移動して開弁状態となる。このとき、電磁駆動部60のコイル611への通電は停止されているので、可動コア63、及び可動コア63と一体のニードル67は第2スプリング68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67と吸入弁55とが当接し、吸入弁55は開弁状態を維持する。これにより、吸入室52から加圧室12に燃料が吸入される。
カムシャフトの回転によりプランジャ21がシリンダ孔11内を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611への通電が停止されているので、第2スプリング68の付勢力によりニードル67と吸入弁55は図1の右方向に位置する。これにより、吸入室52は開放した状態が維持される。このため、加圧室12に一度吸入された低圧燃料が吸入室52へ戻される。したがって、加圧室12の圧力は上昇しない。
プランジャ21がシリンダ孔11内を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611へ通電される。するとコイル611に発生する磁界により、固定コア62と可動コア63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68の弾性力と第1スプリング57の弾性力との差より大きくなると、可動コア63とニードル67は固定コア62側(図1の左方向)へ移動する。これにより、吸入弁55に対するニードル67の押圧力が解除される。吸入弁55は、第1スプリング57の弾性力、及び加圧室12からダンパ室40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、シート部54側へ移動する。したがって、吸入弁55はシート部54に着座し、吸入室52が閉塞される。
なお、加圧行程の途中でコイル611への通電が停止される。加圧室12の燃料圧力が吸入弁55に作用する力は、第2スプリング68の付勢力より大きいので、吸入弁55は閉弁状態を維持する。
コイル611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12から吸入室52へ戻される燃料が少なくなり、吐出通路71から吐出される燃料が多くなる。
一方、コイル611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12から吸入室52へ戻される燃料が多くなり、吐出通路71から吐出される燃料が少なくなる。
このように、コイル611へ通電するタイミングを制御することで、高圧ポンプ1から吐出される燃料の量をエンジンが必要とする量に制御する。
本実施形態のプランジャストッパ31は、側壁313がシリンダ孔形成部14の嵌合孔151の内壁に嵌合することで、シリンダ孔形成部14の内壁側に取り付けられるため、筒状通路17と干渉しない。したがって、プランジャストッパが筒状通路17と干渉する形態に比べ、吸入行程において可変容積室16から容積室通路19に向かう燃料の流れや、調量行程において容積室通路19から可変容積室16に向かう燃料の流れに対し抵抗となることを防止することができる。
加えて、本実施形態のプランジャストッパ31は、プレス成形によって製造されることで、製造コストを低減することができる。
以下の比較例の説明において、上記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。
図5に示す第1比較例のプランジャストッパ23は、特許文献1の図1、図2に第1実施形態として記載された形態に相当し、シリンダ孔形成部14の外壁面142の外周に形成された外リセス150に取り付けられることを特徴とする。
この例では、プランジャストッパ23の外壁部233の周方向の複数箇所(特許文献1では4箇所)に切り欠き部235が形成されている。そして、切り欠き部235によって分離された外壁部233に設けられた折れ曲がり部234が、それぞれ外リセス150に係合している。すなわち、切り欠き部235によって分離された外壁部233が「複数の係合部」として機能することで、プランジャストッパ23がシリンダ孔形成部14に取り付けられている。また、複数箇所に切り欠き部235が形成されることにより、シリンダ孔形成部14への取り付け時に、外壁部233が外側に広がるように変形させやすくなっている。
また、第1比較例では、シールエレメント250に設けられた内鍔部251が、Oリング242の膨潤等による脱落を防止する押さえ部として機能する。
第1比較例では、プランジャストッパ23の外壁部233が筒状通路17と干渉するため、燃料流に対して抵抗となり得る。
図6〜図8に示す第2比較例のプランジャストッパ32は、シリンダ孔形成部14の外壁面142に設けられた突起部152に取り付けられることを特徴とする。
この例では、シリンダ孔形成部14の外壁面142の周方向に6箇所の突起部152が設けられている。また、プランジャストッパ32の側壁323には、突起部152に対応する6箇所の窓部324が形成されている。なお、突起部及び窓部の数は、6箇所に限らず、いくつでもよい。
プランジャストッパ32の側壁323には、窓部324よりも底壁321側であって、底壁321とシリンダ端部141との間隔hに対応する位置に、燃料通路326が形成されている。
第2比較例では、プランジャストッパ32の側壁323及びシリンダ孔形成部14の突起部152が筒状通路17と干渉するため、燃料流に対して抵抗となり得る。
図9、図10に示す第3比較例のプランジャストッパ33は、シリンダ孔形成部14の外壁面142に設けられた外リセス153に取り付けられ、また、側壁333が「一つの係合部」として外リセス153に係合することを特徴とする。
この例では、シリンダ孔形成部14の外壁面142の外周に外リセス153が形成されている。また、プランジャストッパ33の側壁333は、周方向に1箇所の切り欠き部335が形成されており、平面視でC形を呈している。C形の側壁333の上縁部には、径内方向に曲がる爪部334が設けられている。外リセス153の高さ寸法は、爪部334の高さ寸法に対し、わずかに大きく形成されている。
プランジャストッパ33の側壁333には、底壁331とシリンダ端部141との間隔hに対応する位置に、燃料通路336が形成されている。
第3比較例では、プランジャストッパ33の側壁333が筒状通路17と干渉するため、燃料流に対して抵抗となり得る。
図11、図12に示す第3比較例の変形例のプランジャストッパ33Aは、第3比較例のプランジャストッパ33に対し、爪部334、334Aが二段に設けられている。
この例では、シリンダ孔形成部14の外壁面142の外周に形成された二段の外リセス153、153Aに対し、プランジャストッパ33の側壁333に設けられた爪部334、334Aがそれぞれ嵌り込んでいる。それ以外の点は、第3比較例と同様である。
なお、爪部及び外リセスが三段以上の構成としてもよい。
図13〜図15に示す第4比較例のプランジャストッパ39は、シリンダ孔形成部14の外壁面142に設けられた外リセス159に複数の側壁393が係合することでシリンダ孔形成部14に取り付けられること、また、底壁の台上面391とストッパ部392とが異なる高さに形成されることを特徴とする。
この例では、シリンダ孔形成部14の外壁面142の外周に外リセス159が形成されている。また、周方向に6箇所設けられた側壁393の上縁部には、径内方向に曲がる爪部394が設けられている。第3比較例とは異なり、外リセス159の高さ寸法は、爪部394の高さ寸法に対し、十分大きく形成されている。なお、側壁の数は、6箇所に限らず、いくつでもよい。
プランジャストッパ39には、側壁393の外壁と底壁の台内壁398とを貫通する燃料通路396が形成されている。
第4比較例では、プランジャストッパ39の側壁393が筒状通路17と干渉するため、燃料流に対して抵抗となり得る。
図16に示す第5比較例のプランジャストッパ29は、特許文献1の図4に第2実施形態として記載された形態に相当し、シリンダ孔形成部14の内壁面143の内周に形成された内リセス155に取り付けられることを特徴とする。
プランジャストッパ29は、断面が略円形状の可撓性を有する紐状の部材であり、内側に変形させつつ、内リセス155に嵌り込むように組み付けられる。プランジャストッパ29は、内リセス16からシリンダ孔11の中心軸側にはみ出した部分がストッパ部292としてプランジャ21の段差面214に当接し、プランジャ21の下降を規制する。
また、第5比較例では、シールエレメント250に設けられた内鍔部251が、Oリング242の膨潤等による脱落を防止する押さえ部として機能する。
それに対し、本発明の上記実施形態では、これら2つの要求に対する性能を両立させることができる。
(ア)上記実施形態のプランジャストッパ31は、底壁311の外縁部の外径が側壁313よりも広がるように形成され、Oリング242の膨潤等による脱落を防止する「押さえ部」としての機能を兼ね備えている。しかし、シールエレメント等の他の部品が押さえ部として機能する場合、プランジャストッパに押さえ部が形成されなくてもよい。
(イ)プランジャストッパは、プレス成形に限らず、切削加工等の工法によって製造されてもよい。
11 ・・・シリンダ孔、 12 ・・・加圧室、
14 ・・・シリンダ孔形成部、 141 ・・・シリンダ端部、
151 ・・・嵌合孔、
21 ・・・プランジャ、
211 ・・・大径部、 213 ・・・小径部、 214 ・・・段差面、
24 ・・・燃料シール部材、
31 ・・・プランジャストッパ、
311 ・・・底壁、 312 ・・・ストッパ部、 313 ・・・側壁、
317 ・・・押さえ部。
Claims (3)
- 軸方向の一端に大径部(211)を有し、当該大径部との段差面(214)から軸方向の他端に延びる小径部(213)を有するプランジャ(21)と、
燃料が加圧される加圧室(12)に連通し前記プランジャの前記大径部側の端部が前記加圧室に臨むように前記大径部を摺動可能に収容するシリンダ孔(11)が形成され、且つ、前記加圧室と反対側の端部であるシリンダ端部(141)に開口し前記シリンダ孔より大径の嵌合孔(151)が前記シリンダ孔の口元に段状に形成されたシリンダ孔形成部(14)と、
側壁(313)及び底壁(311)を含み、前記側壁が前記シリンダ孔形成部の前記嵌合孔の内壁に嵌合することで前記シリンダ孔形成部に取り付けられ、且つ、前記底壁のストッパ部(312)が前記プランジャの前記段差面に当接することで前記プランジャの移動を規制するプランジャストッパ(31)と、
を備えることを特徴とする高圧ポンプ(1)。 - 前記プランジャストッパの前記側壁は、径外方向へ付勢する弾性力により前記嵌合孔の内壁に着脱可能に嵌合していることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記プランジャの前記小径部の外径をシールする燃料シール部材(24)を備え、
前記プランジャストッパの前記底壁は、前記燃料シール部材が前記プランジャの前記大径部側へ脱落することを防止する押さえ部(317)を有してい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。
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