JP6432441B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
プランジャには、一端面に開口する第1プランジャ開口及び側面に開口する第2プランジャ開口を有する第1燃料通路が形成されている。
ポンプボディは、燃料が供給される供給通路、第1プランジャ開口に連通している加圧室、及び、プランジャの往復移動により前記加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出通路を有する。
摺動弁部材には、プランジャの側面に向かって開口する第1摺動弁開口及び供給通路に連通している第2摺動弁開口を有する第2燃料通路が形成されている。
本発明の第1の態様では、ポンプボディは、燃料が供給される駆動用燃料通路、及び、摺動弁部材を軸方向に移動可能に収容している燃料貯留室をさらに有する。燃料貯留室は、供給通路と第2摺動弁開口とを連通し摺動弁部材の一端面が面する第1圧力室と、駆動用燃料通路に連通し摺動弁部材の他端面が面する第2圧力室とに液密に区分されている。動力伝達部は、供給通路及び駆動用燃料通路の少なくとも一方に供給される燃料の流量を調整し、第1圧力室内の燃料と第2圧力室内の燃料との圧力差によって摺動弁部材を軸方向に駆動する燃料圧力調整部である。
本発明の第2の態様では、高圧ポンプは、摺動弁部材を加圧室側に向けて軸方向に付勢する付勢部材と、摺動弁部材を軸方向に移動可能に収容している燃料貯留室内において付勢部材との間に摺動弁部材を挟むように配置されており、ポンプボディに取り付けられているストッパと、をさらに備えている。第2プランジャ開口及び第1摺動弁開口は、軸方向の径が互いに異なる。第2プランジャ開口又は第1摺動弁開口のうち大きい方の軸方向の径は、プランジャの下死点から上死点までの距離よりも大きい。摺動弁部材がストッパに当接した状態において、プランジャが下死点と上死点との間を往復する間、第1摺動弁開口は第2プランジャ開口に継続して接続する。
したがって、本発明の高圧ポンプでは、摺動弁部材の開閉時に衝突音が発生せず、その静音性が向上する。
本発明の第1実施形態による高圧ポンプ1について、図1〜図6に基づいて説明する。
図2に示すように、高圧ポンプ1は、例えば車両の内燃機関に対する燃料供給システム100に用いられる。高圧ポンプ1は、ECU90の指令に応じて、燃料タンク80から低圧ポンプ81によって供給された燃料を加圧し、インジェクタ71が接続されている燃料レール70へ加圧した燃料を吐出する。
なお、本明細書では、便宜上、参照する図の上側を「上」、下側を「下」として説明する。また、プランジャ21の軸方向を単に「軸方向」と記載する。
ポンプボディ10には、プランジャ21が挿入されるシリンダ11が形成されている。シリンダ11は、上側小径部111、下側小径部112、及び、それらの間に配置された大径部113を有する。上側小径部111及び下側小径部112は、プランジャ側面211に摺動可能に接しており、往復移動するプランジャ21を支持している。大径部113は、プランジャ側面211との間に隙間を有している。
また、シリンダ11では、大径部113とプランジャ側面211とによって燃料貯留室13が区画されている。燃料貯留室13には、加圧室12に供給される前の燃料が貯留されると共に、後述するタイミングスリーブ31が収容されている。シリンダ11内において、加圧室12と燃料貯留室13とは、プランジャ21によって液密に区画されている。
さらに、ポンプボディ10には、燃料貯留室13に面するように配置されたギア室14が形成されている。ギア室14には、後述するギア32が収容されている。
プランジャ21は、軸方向の加圧室12側に、シリンダ11内を摺動可能なプランジャ側面211を有する大径部215を有し、加圧室12と反対側に、シリンダ11から突出している小径部216を有している。大径部215の端部である加圧端212は加圧室12を区画しており、小径部216の端部である駆動端213には、スプリング座23が取り付けられている。
タイミングスリーブ31は、プランジャ21に挿通された円筒形状であり、軸方向に移動可能であるように燃料貯留室13に収容されている。タイミングスリーブ31の径方向内側の壁面である内側面311は、プランジャ側面211と液密に接触している。
タイミングスリーブ31は、プランジャ21に対する相対的な位置を変えることにより、第1スリーブ開口34が第2プランジャ開口25に接続される「開状態」(図1、図4(a)(b)参照)と、タイミングスリーブ31の内側面311が第2プランジャ開口25を液密に覆っている「閉状態」(図4(c)参照)とを切り替える。
一方、加圧室12の燃料の圧力が低下し、加圧室12側の燃料から吐出弁41にかかる力が吐出スプリング42の付勢力よりも小さくなると、吐出弁41は弁座44に着座する。これにより、弁座44の下流側の燃料が加圧室12へ逆流することが防止される。
次に、高圧ポンプ1の作動について図3及び図4を参照しつつ説明する。
カムシャフト91が回転すると、プランジャ21は、その軸方向に上死点TDCと下死点BDCとの間を往復移動する。ここでは高圧ポンプ1の作動を、(1)吸入行程、(2)調量行程、及び(3)吐出行程に分けて説明する。
プランジャ21が上死点TDCから下死点BDC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。このとき、吐出弁41は閉弁状態である。また、ギア32の回転により、タイミングスリーブ31はプランジャ21と同速度で下降し、第2プランジャ開口25と第1スリーブ開口34とが接続された「開状態」を保つ。これにより、供給通路15から供給された燃料が、燃料貯留室13、第2燃料通路36、及び第1燃料通路26を介して加圧室12に吸入される。
プランジャ21が下死点BDCから上死点TDC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、ギア32の逆回転により、タイミングスリーブ31はプランジャ21と同速度で上昇し、第2プランジャ開口25と第1スリーブ開口34とが接続された「開状態」を保つ。これにより、加圧室12に一度吸入された低圧燃料は、第1燃料通路26及び第2燃料通路36を介して燃料貯留室13へ戻される。したがって、加圧室12の圧力は上昇せず、吐出弁41は閉弁状態のままである。
プランジャ21が下死点BDCから上死点TDCに向かって上昇する途中の所定の移行点Trで、ギア32の回転が停止し、タイミングスリーブ31の移動が停止する。すると、プランジャ21に対するタイミングスリーブ31の相対的な位置が変化し、その内側面311が第2プランジャ開口25を液密に覆い、タイミングスリーブ31が「閉状態」になる。これにより、第1燃料通路26と第2燃料通路36との連通は遮断される。
そして、プランジャ21が上死点TDCに達するタイミングに合わせて、ギア32が逆回転を高速で再開することにより、タイミングスリーブ31は急上昇し、「開状態」になる。なお、本明細書で記載する急上昇又は急下降の「急」とは、プランジャ21の移動速度よりも早い速度を意味する。
このように、上記(1)から(3)の行程を繰り返すことにより、高圧ポンプ1は吸入した燃料を加圧して吐出する。
タイミングスリーブ31は、プランジャ21に対する軸方向の相対的な位置を変えることで「開状態」と「閉状態」とを切り替えるものであるが、その挙動は図3に示す例に限られない。
(1)上述したとおり、「摺動弁部材」としてのタイミングスリーブ31は、加圧室12への燃料の吸入弁として機能するものであり、プランジャ21に対する軸方向の相対的な位置を変えることによって、他の部材に衝突することなく「開状態」と「閉状態」とを切り替えることができる。
したがって、本実施形態の高圧ポンプ1では、タイミングスリーブ31の開閉時に衝突音が発生しないため、その静音性が向上する。
よって、ギア32が所定角度回転することにより、タイミングスリーブ31は容易に所定距離だけ移動することができる。
本実施形態のタイミングスリーブ31等は、上述した態様に限られず、図7〜図12に示すように様々な態様を採りうる。
本発明の第2実施形態による高圧ポンプ2について、図13〜図15を参照しつつ説明する。第2実施形態による高圧ポンプ2は、フェールセーフ機構を有する点、及び、第1スリーブ開口34の軸方向の開口径に関する点が第1実施形態と異なる。
「付勢部材」としてのスプリング61は、燃料貯留室13内において、タイミングスリーブ55に対して加圧室12側とは反対側に配置されている。スプリング61の両端は、ポンプボディ10及びタイミングスリーブ55に取り付けられている。
ストッパ62は、燃料貯留室13内においてスプリング61との間にタイミングスリーブ55を挟むように配置されており、ポンプボディ10に取り付けられている。
タイミングスリーブ55は、ギア32の駆動を受けない状態において、スプリング61の付勢力によってストッパ62に当接する。
その後、プランジャ21が上死点TDCに達するタイミングに合わせて、ギア32の駆動が停止し、タイミングスリーブ55は、プリング61の付勢力によって急上昇し、再び「開状態」になる。
第2実施形態において、第2プランジャ開口25及び第1スリーブ開口34の軸方向の開口径の関係は逆でもよい。これにより、上述の第2実施形態と同様の効果が得られる。
また、第2実施形態におけるスプリング61とストッパ62とは、軸方向において互いに逆の位置に配置されてもよい。この場合、プランジャ21が移行点Trに達するタイミングに合わせて、タイミングスリーブ55は、ギア32によって駆動されて急上昇することで、「閉状態」になってもよい。
また、図13には図示していないが、第1実施形態にて説明した脈動減衰器39を燃料貯留室13に配置してもよい。
本発明の第3実施形態による高圧ポンプ3について、図16及び図17を参照しつつ説明する。第3実施形態は、高圧ポンプ3が「動力伝達部」としてギア32の代わりにレバー63を備える点が第1実施形態と異なる。
吸入行程及び調量行程において、タイミングスリーブ56は、レバー63が回転することにより、プランジャ21に対する相対位置を保つように移動し、「開状態」を保つ。吐出行程において、レバー63の回転が停止し、駆動タイミングスリーブ56は、移動を停止して「閉状態」に切り替わる。そして、再び吸入行程が開始するタイミングに合わせて、レバー63が回転を高速で再開することにより、タイミングスリーブ56は急上昇し、「開状態」に切り替わる。
本発明の第4実施形態による高圧ポンプ4について、図18を参照しつつ説明する。
第4実施形態は、高圧ポンプ4が「動力伝達部」としてギア32の代わりにレバー64を備える点、及び、モータ33の代わりに電磁駆動部65を備える点が第1実施形態と異なる。
具体的には、吸入行程及び調量行程において、プランジャ21が上死点TDCから下死点BDCに向かって下降する、及び、下死点BDCから移行点Trまで上昇する間、タイミングスリーブ57は、電磁駆動部65の駆動力を受けることによって押し上げられた状態で停止している。このとき、タイミングスリーブ57は「開状態」を保っている。
その後、プランジャ21が上死点TDCに達するタイミングに合わせて、コイル651への通電が開始することにより、タイミングスリーブ57は急上昇し、再び「開状態」になる。
本発明の第5実施形態による高圧ポンプ5について、図19〜図22を参照しつつ説明する。第5実施形態は、「動力伝達部」として「燃料圧力調整部」を備える点が第1実施形態の構成と大きく異なる。
また、図19に示すように、第5実施形態の高圧ポンプ5が適用される燃料供給システム101では、燃料タンク80から高圧ポンプ5に向かって延びる供給流路82が、その途中で、第1流路83及び第2流路84に分岐している。
一方、駆動用燃料通路19は加圧室12に連通しないため、駆動用燃料通路19に供給される燃料は、第2圧力室132に留まる。
第5実施形態の流量制御弁66は、供給通路15に供給される燃料の流量を制限するように設けられており、例えばECU90からの駆動制御信号によって、その流路面積が無段階に制御される。
なお、図19では、流量制御弁66が模式的に示されているが、高圧ポンプ5の本体と一体的に構成されてもよいし、高圧ポンプ5の本体とは別に設けられてもよい。
なお、図21に示すタイミングチャートでは、上から順に、タイミングスリーブ31の開閉状態、タイミングスリーブ58の挙動、第1流量、第2流量、プランジャ21の挙動を表している。また、図22(a)〜(c)について、(a)は吸入行程、(b)は調量行程、(c)は吐出行程を示している。
また、第5実施形態では、プランジャ21及びタイミングスリーブ58の挙動は第1実施形態と同様である。よって、以下では、タイミングスリーブ58の挙動を実現するための流量制御弁66の作動について主に説明する。
吸入行程の間、流量制御弁66は、流路面積が徐々に大きくなるように作動し、第1流量を最小設定値Fminから最大設定値Fmaxまで増加させる。このとき、第2流量は最大設定値Fmaxから最小設定値Fminまで減少する。このような作動により、吸入行程の間、第1押圧を第2押圧よりも大きくし、タイミングスリーブ58をプランジャ21と同速度で下降させることができる。これにより、タイミングスリーブ58は「開状態」を保つ。
調量行程の間、流量制御弁66は、流路面積が徐々に小さくなるように作動し、第1流量を最大設定値Fmaxから停止設定値Fsまで減少させる。このとき、第2流量は最小設定値Fminから増加する。このような作動により、調量行程の間、第2押圧が第1押圧よりも大きくなり、タイミングスリーブ58はプランジャ21と同速度で上昇することができる。これにより、タイミングスリーブ58は「開状態」を保つ。
プランジャ21が移行点Trに達したときから、流量制御弁66は、第1流量を停止設定値Fsに保つ。第1流量が停止設定値Fsのとき、第1押圧と第2押圧とが等しくなる。これにより、タイミングスリーブ58の移動が停止し、プランジャ21に対するタイミングスリーブ58の相対的な位置が変化することによって、タイミングスリーブ58が「閉状態」になる。
また、第5実施形態の高圧ポンプ5は、第1〜第4実施形態のように、モータ33や電磁駆動部65などの駆動源を一体に備えることを必要とせず、小型化可能である。
また、第5実施形態の流量制御弁66によれば、その流路面積を増減させる簡単な制御によって、タイミングスリーブ58を駆動することができる。
本発明の第6実施形態による高圧ポンプ6について説明する。なお、第6実施形態の高圧ポンプ6を説明する図面としては、第5実施形態と同様に、図19、図20、図22を参照可能である。第6実施形態の高圧ポンプ6は、「燃料圧力調整部」としてデューティ弁67を備える点が第5実施形態の構成と異なる。
なお、デューティ弁67は、流量制御弁66と同様、高圧ポンプ6の本体と一体的に構成されてもよいし、高圧ポンプ6の本体とは別に設けられてもよい。
また、第6実施形態の高圧ポンプ6は、第1〜第4実施形態のように、モータ33や電磁駆動部65などの駆動源を一体に備えることを必要とせず、小型化可能である。
また、第6実施形態のデューティ弁67によれば、第5実施形態よりもタイミングスリーブ58をより正確に駆動することができる。
上述した各実施形態の高圧ポンプ1〜6は、図24、図25に示すような燃料供給システム102、103に適用されてもよい。燃料供給システム102、103は、高圧ポンプ1〜6が故障した時のフェールセーフ機構を有する点で、第1実施形態に示す燃料供給システム100と異なる。
なお、以下では、燃料供給システム102、103が第1実施形態の高圧ポンプ1を備える場合を説明しているが、他の実施形態の高圧ポンプ2〜6を備える場合にも同様の説明が適用される。
なお、第1調整弁75の開弁圧力は、第2調整弁85の開弁圧力よりも大きい。
電動弁86は、ECU90によって開閉を制御される。ECU90は、圧力センサ99の測定値が吐出流路72内の燃料圧力の通常値を上回ったと判断した場合、電動弁86を開状態から閉状態に切り替える。これにより、高圧ポンプ1への燃料供給が停止され、燃料レール70内の燃料圧力が過剰に高くなることを防止でき、内燃機関を停止することができる。
(ア)第1実施形態にて説明したタイミングスリーブ31、51〜54の構成は、第1スリーブ開口34又は第2プランジャ開口25の軸方向の開口径をプランジャ21の移動距離Dよりも長くすることにより、第2実施形態のタイミングスリーブ55に適用可能である。
例えば、流量制御弁66及びデューティ弁67は、低圧ポンプ81側にインポートを有し、駆動用燃料通路19側にアウトポートを有するものであってもよい。この場合、タイミングスリーブ58を付勢するスプリングは、第2圧力室132に設けられ、第2圧力室132側から第1圧力室131側に向かって、タイミングスリーブ58を付勢する。
また、流量制御弁66及びデューティ弁67は、上述したような第2方向弁に限られず、低圧ポンプ81側にインポートを有し、供給通路15側及び駆動用燃料通路19側の各々にアウトポートを有する3方向弁であってもよい。
以上、本発明は上述の各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・・・ポンプボディ
12・・・加圧室
15・・・供給通路
16・・・吐出通路
21・・・プランジャ
24・・・第1プランジャ開口
25・・・第2プランジャ開口
26・・・第1燃料通路
31、51〜58・・・タイミングスリーブ(摺動弁部材)
32・・・ギア(動力伝達部)
34・・・第1スリーブ開口(第1摺動弁開口)
35・・・第2スリーブ開口(第2摺動弁開口)
36・・・第2燃料通路
63、64・・・レバー(動力伝達部)
66、67・・・燃料圧力調整部(動力伝達部)
Claims (10)
- 一端面(212)に開口する第1プランジャ開口(24)及び側面(211)に開口する第2プランジャ開口(25)を有する第1燃料通路(26)が形成されており、軸方向に往復移動するプランジャ(21)と、
燃料が供給される供給通路(15)、前記第1プランジャ開口に連通している加圧室(12)、及び、前記プランジャの往復移動により前記加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出通路(16)を有し、前記プランジャを移動可能に収容するポンプボディ(10)と、
前記プランジャの前記側面に向かって開口する第1摺動弁開口(34)及び前記供給通路に連通している第2摺動弁開口(35)を有する第2燃料通路(36)が形成されており、前記プランジャの前記側面に対して前記軸方向に摺動可能である摺動弁部材(31、51〜58)と、
前記摺動弁部材を前記軸方向に駆動し、前記摺動弁部材の前記プランジャに対する前記軸方向の相対的な位置を変えることにより、前記第1摺動弁開口が前記第2プランジャ開口に接続して前記第1燃料通路と前記第2燃料通路とが連通する前記摺動弁部材の開状態と、前記摺動弁部材の壁面(311)が前記第2プランジャ開口を液密に覆って前記第1燃料通路と前記第2燃料通路とが遮断される前記摺動弁部材の閉状態とを切り替えることが可能である動力伝達部(32、63、64、66、67)と、
を備え、
前記ポンプボディは、燃料が供給される駆動用燃料通路(19)、及び、前記摺動弁部材を前記軸方向に移動可能に収容している燃料貯留室(13)をさらに有し、
前記燃料貯留室は、前記供給通路と前記第2摺動弁開口とを連通し前記摺動弁部材の一端面(582)が面する第1圧力室(131)と、前記駆動用燃料通路に連通し前記摺動弁部材の他端面(583)が面する第2圧力室(132)とに液密に区分されており、
前記動力伝達部は、前記供給通路及び前記駆動用燃料通路の少なくとも一方に供給される燃料の流量を調整し、前記第1圧力室内の燃料と前記第2圧力室内の燃料との圧力差によって前記摺動弁部材を前記軸方向に駆動する燃料圧力調整部(66、67)であることを特徴とする高圧ポンプ。 - 前記燃料圧力調整部は、前記供給通路及び前記駆動用燃料通路の少なくとも一方に供給される燃料の流量を制限する流量制御弁(66)であることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記燃料圧力調整部は、前記供給通路及び前記駆動用燃料通路の少なくとも一方に供給される燃料の流量を制限し、前記第1圧力室内の燃料と前記第2圧力室内の燃料との圧力差を多段階に調整可能なデューティ弁(67)であることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記燃料貯留室に配置され、燃料の脈動を減衰可能な脈動減衰器(39)をさらに備え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。
- 前記摺動弁部材は、前記閉状態において、前記第2プランジャ開口と前記第1摺動弁開口との距離を一定範囲以内に保つように動作する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。
- 前記摺動弁部材は、前記プランジャが下死点から上死点に向かって移動する途中、前記第1摺動弁開口が前記第2プランジャ開口よりも前記上死点側に位置するように移動することにより、前記開状態から前記閉状態に切り替える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。
- 一端面(212)に開口する第1プランジャ開口(24)及び側面(211)に開口する第2プランジャ開口(25)を有する第1燃料通路(26)が形成されており、軸方向に往復移動するプランジャ(21)と、
燃料が供給される供給通路(15)、前記第1プランジャ開口に連通している加圧室(12)、及び、前記プランジャの往復移動により前記加圧室で加圧された燃料を吐出する吐出通路(16)を有し、前記プランジャを移動可能に収容するポンプボディ(10)と、
前記プランジャの前記側面に向かって開口する第1摺動弁開口(34)及び前記供給通路に連通している第2摺動弁開口(35)を有する第2燃料通路(36)が形成されており、前記プランジャの前記側面に対して前記軸方向に摺動可能である摺動弁部材(31、51〜58)と、
前記摺動弁部材を前記軸方向に駆動し、前記摺動弁部材の前記プランジャに対する前記軸方向の相対的な位置を変えることにより、前記第1摺動弁開口が前記第2プランジャ開口に接続して前記第1燃料通路と前記第2燃料通路とが連通する前記摺動弁部材の開状態と、前記摺動弁部材の壁面(311)が前記第2プランジャ開口を液密に覆って前記第1燃料通路と前記第2燃料通路とが遮断される前記摺動弁部材の閉状態とを切り替えることが可能である動力伝達部(32、63、64、66、67)と、
前記摺動弁部材を前記加圧室側に向けて前記軸方向に付勢する付勢部材(61)と、
前記摺動弁部材を前記軸方向に移動可能に収容している燃料貯留室(13)内において前記付勢部材との間に前記摺動弁部材を挟むように配置されており、前記ポンプボディに取り付けられているストッパ(62)と、
を備え、
前記第2プランジャ開口及び前記第1摺動弁開口は、前記軸方向の径が互いに異なり、
前記第2プランジャ開口又は前記第1摺動弁開口のうち大きい方の前記軸方向の径は、前記プランジャの下死点から上死点までの距離よりも大きく、
前記摺動弁部材が前記ストッパに当接した状態において、前記プランジャが下死点と上死点との間を往復する間、前記第1摺動弁開口は前記第2プランジャ開口に継続して接続することを特徴とする高圧ポンプ。 - 前記摺動弁部材は、前記軸方向に配置された複数の係合歯(37)を有し、
前記動力伝達部は、前記係合歯に係合するギア(32)であることを特徴とする請求項7に記載の高圧ポンプ。 - 前記動力伝達部は、回動可能なレバー(63、64)を有しており、
前記摺動弁部材は、前記レバーの回動先端部(632、642)が係合する凹部(569、579)を有することを特徴とする請求項7に記載の高圧ポンプ。 - 前記燃料貯留室に配置され、燃料の脈動を減衰可能な脈動減衰器(39)をさらに備えることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の高圧ポンプ。
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