JP7198363B2 - 電磁吸入弁及び高圧燃料供給ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、電磁吸入弁及び高圧燃料供給ポンプに関する。
高圧燃料供給ポンプとしては、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された高圧燃料供給ポンプは、電磁吸入弁を備えている。この電磁吸入弁は、電磁コイルに通電しない無通電状態である場合に、弁体がばねの付勢力により付勢され、開弁状態になる。一方、電磁コイルに通電すると、磁気吸引力が発生することにより、弁体がばねの付勢力に抗して移動して、電磁吸入弁が閉弁状態になる。このように、電磁吸入弁は、電磁コイルの通電有無によって開閉運動を行い、高圧燃料の供給量を制御する。
特開2013-148025号公報
しかしながら、特許文献1に記載されている高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁では、弁体を付勢するばねが加圧室内に配置されている。そのため、加圧室内のデッドボリュームが大きくなってしまい、高圧燃料供給ポンプの容積効率が悪くなってしまう。
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、加圧室内のデッドボリュームを低減することができる電磁吸入弁及び高圧燃料供給ポンプを提供することにある。
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の高圧燃料供給ポンプは、弁部材と、シート部材と、付勢部材と、ストッパとを備える。弁部材は、ロッド部と、ロッド部の一端部に設けられた弁部とを有する。シート部材は、ロッド部の外周をガイドするガイド部と、弁部が着座するシート部とを有する。付勢部材は、弁部がシート部に着座する方向にロッド部を付勢する。ストッパは、弁部材が閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に移動した場合に、弁部が接触することで弁部材の開弁方向への移動を規制する。そして、ガイド部におけるロッドが延びる方向の中心であるガイド部中心からロッド部の他端部までの長さは、ガイド部中心から弁部の先端までの長さよりも短い。さらに、ストッパは、弁部の先端が係合する係合孔を有する。
上記構成の高圧燃料供給ポンプによれば、加圧室内のデッドボリュームを低減することができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図(その1)である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの縦断面図(その2)である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプの上方から見た水平方向断面図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプにおける電磁吸入弁を分解した状態の断面図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプにおける電磁吸入弁を拡大したものであり、電磁吸入弁が開弁している状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプにおける電磁吸入弁を拡大したものであり、電磁吸入弁が閉弁している状態を示す断面図である。
1.実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る高圧燃料供給ポンプについて説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
[燃料供給システム]
次に、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムについて、図1を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係る高圧燃料供給ポンプを用いた燃料供給システムの全体構成図である。
図1に示すように、燃料供給システムは、高圧燃料供給ポンプ100と、ECU(Engine Control Unit)101と、燃料タンク103と、コモンレール106と、複数のインジェクタ107とを備えている。高圧燃料供給ポンプ100の部品は、ボディ1に一体に組み込まれている。
燃料タンク103の燃料は、ECU101からの信号に基づいて駆動するフィードポンプ102によって汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、不図示のプレッシャレギュレータにより適切な圧力に加圧され、低圧配管104を通して高圧燃料供給ポンプ100の低圧燃料吸入口51に送られる。
高圧燃料供給ポンプ100は、燃料タンク103から供給された燃料を加圧して、コモンレール106に圧送する。コモンレール106には、複数のインジェクタ107と、燃料圧力センサ105が装着されている。複数のインジェクタ107は、気筒(燃焼室)数にあわせて装着されており、ECU101から出力される駆動電流に従って燃料を噴射する。本実施形態の燃料供給システムは、インジェクタ107がエンジンのシリンダ筒内に直接、燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンシステムである。
燃料圧力センサ105は、検出した圧力データをECU101に出力する。ECU101は、各種センサから得られるエンジン状態量(例えばクランク回転角、スロットル開度、エンジン回転数、燃料圧力等)に基づいて適切な噴射燃料量(目標噴射燃料長)や適切な燃料圧力(目標燃料圧力)等を演算する。
また、ECU101は、燃料圧力(目標燃料圧力)等の演算結果に基づいて、高圧燃料供給ポンプ100や複数のインジェクタ107の駆動を制御する。すなわち、ECU101は、高圧燃料供給ポンプ100を制御するポンプ制御部と、インジェクタ107を制御するインジェクタ制御部を有する。
高圧燃料供給ポンプ100は、圧力脈動低減機構9と、容量可変機構である電磁吸入弁3と、リリーフ弁機構4(図2参照)と、吐出弁8とを有している。低圧燃料吸入口51から流入した燃料は、圧力脈動低減機構9、吸入通路10bを介して電磁吸入弁3の吸入ポート335aに到達する。
電磁吸入弁3に流入した燃料は、弁部339を通過し、ボディ1に形成された吸入通路1aを流れた後に加圧室11に流入する。加圧室11には、プランジャ2が摺動可能に保持されている。プランジャ2は、エンジンのカム91(図2参照)により動力が伝えられて往復運動する。
加圧室11では、プランジャ2の下降行程において電磁吸入弁3から燃料が吸入され、上昇行程において燃料が加圧される。加圧室11の燃料圧力が設定値を超えると、吐出弁8が開弁し、吐出通路12aを経てコモンレール106へ高圧燃料が圧送される。高圧燃料供給ポンプ100による燃料の吐出は、電磁吸入弁3の開閉によって操作される。そして、電磁吸入弁3の開閉は、ECU101によって制御される。
[高圧燃料供給ポンプ]
次に、高圧燃料供給ポンプ100の構成について、図2~図4を用いて説明する。
図2は、高圧燃料供給ポンプ100の水平方向に直交する断面で見た縦断面図(その1)を示し、図3は、高圧燃料供給ポンプ100の水平方向に直交する断面で見た縦断面図(その2)である。また、図4は、高圧燃料供給ポンプ100の垂直方向に直交する断面で見た水平方向断面図である。
図2~図4に示すように、高圧燃料供給ポンプ100のボディ1には、上述した吸入通路1aと、取付けフランジ1bが設けられている。この取付けフランジ1bは、エンジン(内燃機関)の燃料ポンプ取付け部90に密着し、図示しない複数のボルト(ねじ)で固定されている。すなわち、高圧燃料供給ポンプ100は、取付けフランジ1bによって燃料ポンプ取付け部90に固定されている。
図2に示すように、燃料ポンプ取付け部90とボディ1との間には、シート部材の一具体例を示すOリング93が介在されている。このOリング93は、エンジンオイルが燃料ポンプ取付け部90とボディ1との間を通ってエンジン(内燃機関)の外部に漏れることを防止している。
また、高圧燃料供給ポンプ100のボディ1には、プランジャ2の往復運動をガイドするシリンダ6が取り付けられている。シリンダ6は、筒状に形成されており、その外周側においてボディ1に圧入されている。ボディ1及びシリンダ6は、電磁吸入弁3、プランジャ2、吐出弁8(図4参照)と共に加圧室11を形成している。
ボディ1には、シリンダ6の軸方向の中央部に係合する固定部1cが設けられている。
ボディ1の固定部1cは、シリンダ6を上方(図2中の上方)へ押圧し、加圧室11にて加圧された燃料が、シリンダ6の上端面とボディ1との間から漏れないようにしている。
プランジャ2の下端には、エンジンのカムシャフトに取り付けられたカム91の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ2に伝達するタペット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16によりカム91側に付勢されており、タペット92に圧着されている。タペット92は、カム91の回転に伴って往復動する。プランジャ2は、タペット92と一緒に往復動し、加圧室11の容積を変化させる。
また、シリンダ6とリテーナ15との間には、シールホルダ17が配置されている。シールホルダ17は、プランジャ2が挿入される筒状に形成されており、シリンダ6側である上端部に副室17aを有している。また、シールホルダ17は、リテーナ15側である下端部にプランジャシール18を保持している。
プランジャシール18は、プランジャ2の外周に摺動可能に接触しており、プランジャ2が往復動したとき、副室17aの燃料をシールし、副室17aの燃料がエンジン内部へ流入しないようにしている。また、プランジャシール18は、エンジン内の摺動部を潤滑する潤滑油(エンジンオイルも含む)がボディ1の内部に流入することを防止している。
図2において、プランジャ2は、上下方向に往復動する。プランジャ2が下降すると、加圧室11の容積が拡大し、プランジャ2が上昇すると、加圧室11の容積が減少する。
すなわち、プランジャ2は、加圧室11の容積を拡大及び縮小させる方向に往復動するように配置されている。
プランジャ2は、大径部2aと小径部2bを有している。プランジャ2が往復動すると、大径部2a及び小径部2bは、副室17aに位置する。したがって、副室17aの体積は、プランジャ2の往復動によって増減する。
副室17aは、燃料通路10c(図4参照)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17aから低圧燃料室10へ燃料の流れが発生し、プランジャ2の上昇時は、低圧燃料室10から副室17aへ燃料の流れが発生する。これにより、高圧燃料供給ポンプ100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、高圧燃料供給ポンプ100内部で発生する圧力脈動を低減することができる。
また、ボディ1には、加圧室11に連通するリリーフ弁機構4が設けられている。リリーフ弁機構4は、コモンレール106やその先の部材に何らかの問題が生じ、コモンレール106が予め定めた所定の圧力を超えて高圧になった場合に作動し、吐出通路12a内の燃料を加圧室11に戻すよう構成された弁である。
リリーフ弁機構4は、リリーフばね41と、リリーフ弁ホルダ42と、リリーフ弁43及びシート部材44を有している。リリーフばね41は、一端部がボディ1に当接し、他端部がリリーフ弁ホルダ42に当接している。リリーフ弁ホルダ42は、リリーフ弁43に係合しており、リリーフ弁43には、リリーフばね41の付勢力がリリーフ弁ホルダ42を介して作用する。
リリーフ弁43は、リリーフばね41の付勢力により押圧され、シート部材44の燃料通路を塞いでいる。シート部材44の燃料通路は、吐出通路12aに連通している。加圧室11(上流側)とシート部材44(下流側)との間における燃料の移動は、リリーフ弁43がシート部材44に接触(密着)することにより遮断されている。
コモンレール106やその先の部材内の圧力が高くなると、シート部材44側の燃料がリリーフ弁43を押圧して、リリーフばね41の付勢力に抗してリリーフ弁43を移動させる。その結果、リリーフ弁43が開弁し、吐出通路12a内の燃料が、シート部材44の燃料通路を通って加圧室11に戻る。したがって、リリーフ弁43を開弁させる圧力は、リリーフばね41の付勢力によって決定される。
なお、本実施形態のリリーフ弁機構4は、加圧室11に連通しているが、これに限定されるものではなく、例えば、低圧通路(低圧燃料吸入口51や吸入通路10b等)に連通するようにしてもよい。
図3に示すように、高圧燃料供給ポンプ100のボディ1には、低圧燃料室10が設けられている。そして、低圧燃料室10の側面部には、吸入ジョイント5が取り付けられている。吸入ジョイント5は、燃料タンク103から供給された燃料を通す低圧配管104に接続されている。燃料タンク103の燃料は、吸入ジョイント5から高圧燃料供給ポンプ100の内部に供給される。
吸入ジョイント5は、低圧配管104に接続された低圧燃料吸入口51と、低圧燃料吸入口51に連通する吸入流路52とを有している。吸入流路52を通過した燃料は、低圧燃料室10に設けた圧力脈動低減機構9及び吸入通路10b(図2参照)を介して電磁吸入弁3の吸入ポート335a(図2参照)に到達する。吸入流路52内には、吸入フィルタ53が配置されている。吸入フィルタ53は、燃料に存在する異物を除去し、高圧燃料供給ポンプ100内に異物が進入することを防ぐ。
低圧燃料室10には、低圧燃料流路10aと、吸入通路10bが設けられている。吸入通路10bは、電磁吸入弁3の吸入ポート335a(図2参照)に連通しており、低圧燃料流路10aを通った燃料は、吸入通路10bを介して電磁吸入弁3の吸入ポート335aに到達する。
低圧燃料流路10aには、圧力脈動低減機構9が設けられている。加圧室11に流入した燃料が再び開弁状態の電磁吸入弁3を通って吸入通路10b(図2参照)へと戻されると、低圧燃料室10に圧力脈動が発生する。圧力脈動低減機構9は、高圧燃料供給ポンプ100内で発生した圧力脈動が低圧配管104へ波及することを低減する。
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いる。圧力脈動低減機構9の金属ダイアフラムダンパは、膨張・収縮することで圧力脈動を吸収或いは低減する。
吐出弁8は、加圧室11の出口側に接続されている。図4に示すように、吐出弁8は、加圧室11に連通する吐出弁シート81と、吐出弁シート81と接離する弁体82と、弁体82を吐出弁シート81側へ付勢する吐出弁ばね83と、弁体82のストローク(移動距離)を決める吐出弁ストッパ84を有している。
また、吐出弁8は、燃料の外部への漏洩を遮断するプラグ85を有している。吐出弁ストッパ84は、プラグ85に圧入されている。プラグ85は、溶接部86で溶接によりボディ1に接合されている。そして、吐出弁8は、弁体82によって開閉される吐出弁室87に連通している。吐出弁室87は、ボディ1に形成されており、ボディ1に形成された水平方向に延びる横穴を介して燃料吐出口12bに連通している。
ボディ1に形成された横穴には、吐出ジョイント12が挿入されている。吐出ジョイント12は、横穴に連通する上述の吐出通路12aと、吐出通路12aの一端である燃料吐出口12bを有している。吐出ジョイント12の燃料吐出口12bは、コモンレール106に連通している。なお、吐出ジョイント12は、溶接部12cにより溶接でボディ1に固定されている。
加圧室11と吐出弁室87の間に燃料圧力の差(燃料差圧)が無い状態では、弁体82が、吐出弁ばね83の付勢力により吐出弁シート81に圧着され、吐出弁8が閉弁状態となっている。加圧室11の燃料圧力が吐出弁室87の燃料圧力よりも大きくなった場合に、弁体82は、吐出弁ばね83の付勢力に抗して移動し、吐出弁8が開弁状態になる。
吐出弁8が閉弁状態になると、加圧室11内の(高圧の)燃料は、吐出弁8を通過し、吐出弁室87に到達する。そして、吐出弁室87に到達した燃料は、吐出ジョイント12の燃料吐出口12bを経てコモンレール106(図1参照)へ吐出される。以上のような構成により、吐出弁8は、燃料の流通方向を制限する逆止弁として機能する。
[電磁吸入弁]
次に、電磁吸入弁3の構成について、図2及び図5を用いて説明する。
図5は、高圧燃料供給ポンプ100における電磁吸入弁を分解した状態の断面図である。
図2に示すように、電磁吸入弁3は、コイルユニット31と、アンカーユニット32と、弁体ユニット33と、ストッパ34から構成されている。
(コイルユニット)
コイルユニット31は、アンカーユニット32に嵌合するベース部材311と、ベース部材311に固定された電磁コイル312と、電磁コイル312に接続された端子部材313とを有している。
ベース部材311は、樹脂材料等により成形されており、ボビン315が接合されている。このボビン315とベース部材311は、アンカーユニット32の後述するハウジング321が嵌合される嵌合穴316を形成している。電磁コイル312は、ボビン315に巻かれており、嵌合穴316に嵌合されたアンカーユニット32の周りを一周するように配置されている。
端子部材313の一部は、ベース部材311に埋め込まれており、電磁コイル312と電気的に接続されている。一方、端子部材313の他部は、外部に露出されており、端子部材313と外部(電源)との接続を可能にしている。すなわち、電磁コイル312には、端子部材313を介して電流が流れる。
(アンカーユニット)
図5に示すように、アンカーユニット32は、ハウジング321と、アンカーガイド322と、磁気コア323と、アンカー324と、アンカースリーブ325と、アンカースリーブ付勢ばね326とを有している。アンカースリーブ付勢ばね326は、本発明に係る可動部付勢部材の一具体例を示す。
ハウジング321は、有底の筒状に形成されてハウジング本体321aと、ハウジング本体321aの開口側の外周部に設けられた接合凸部321bを有している。接合凸部321bは、ハウジング本体321aの周方向に連続しており、ボディ1(図2参照)に設けられた嵌合穴に嵌合する。また、接合凸部321bにおけるハウジング本体321aの底部側を向く端面には、コイルユニット31が当接する。
アンカーガイド322は、ハウジング本体321a内に配置されている。このアンカーガイド322は、円柱状に形成されており、ハウジング本体321aの底部に固定される大径部322aと、大径部322aに連続し、大径部322aよりも小さい径の小径部322bとを有している。
磁気コア323は、ハウジング本体321a内に配置されている。円筒状に形成されており、外周部がハウジング本体321aの内周部に接触している。また、磁気コア323の軸方向の一端部(ハウジング本体321aの底部側の端部)には、アンカーガイド322の大径部322aが嵌合している。そして、磁気コア323の一端部を除く内周部は、アンカーガイド322における小径部322bの外周部と所定の距離をあけて対向している。また、磁気コア323の軸方向の他端は、アンカー324に対向する。
アンカー324とアンカースリーブ325は、一体的に組み立てられた可動部320であり、ハウジング本体321a内に移動可能に配置されている。アンカー324は、円筒上に形成されており、外周部がハウジング本体321aの内周部に摺動可能に係合している。アンカー324の軸方向の一端は、磁気コア323の他端と対向している。
アンカースリーブ325は、アンカー324の内周部に圧入固定される固定筒部328と、固定筒部に連続する当接部329とを有している。固定筒部328の内周部は、アンカーガイド322における小径部322bの外周部に摺動可能に係合している。また、固定筒部328の軸方向の一端は、アンカー324の内部に配置されている。当接部329は、固定筒部328の軸方向の他端に連続し、固定筒部328の外径よりも大きい外径の円板状に形成されている。当接部329には、固定筒部328の筒孔に連通する貫通孔329aが形成されている。
アンカースリーブ付勢ばね326は、アンカーガイド322における小径部322bの外周部と、磁気コア323の内周部との間に嵌め込まれている。アンカースリーブ付勢ばね326の一端は、アンカーガイド322における大径部322aに当接し、アンカースリーブ付勢ばね326の他端は、アンカースリーブ325の固定筒部328に当接している。
アンカースリーブ付勢ばね326は、磁気コア323から遠ざかる方向に可動部320を付勢する。したがって、アンカー324と磁気コア323との間に磁気吸引力が作用していない場合は、アンカー324と磁気コア323との間にクリアランスが生じる。一方、アンカー324と磁気コア323との間に磁気吸引力が作用すると、アンカースリーブ付勢ばね326の付勢力に抗して可動部320が移動し、アンカー324が磁気コア323に接触する。
可動部320が磁気コア323から遠ざかる方向に移動すると、弁体ユニット33の後述する弁部材332を押圧し、弁部材332の弁部339が後述する吸入弁シート331から離れて、電磁吸入弁3が開弁状態になる。以下、可動部320が磁気コア323から遠ざかる方向を開弁方向とする。すなわち、アンカースリーブ付勢ばね326は、可動部320を開弁方向に付勢する。
(弁体ユニット)
弁体ユニット33は、吸入弁シート331と、弁部材332と、スプリングホルダ333と、吸入弁付勢ばね334とを有している。吸入弁シート331は、本発明に係るシート部材の一具体例を示す。また、スプリングホルダ333は、本発明に係る付勢部材ホルダの一具体例を示し、吸入弁付勢ばね334は、本発明に係る弁付勢部材の一具体例を示す。
吸入弁シート331は、円筒状に形成されており、大径シート部335と、大径シート部335に連続する小径シート部336とを有している。大径シート部335は、ボディ1に圧入固定され、小径シート部336は、アンカーユニット32のハウジング321(ハウジング本体321a)の内周側に圧入固定される。
大径シート部335には、外周部から内周部に到達する吸入ポート335aが形成されている。この吸入ポート335aは、上述した低圧燃料室10における吸入通路10b(図2参照)に連通する。また、大径シート部335における小径シート部336側と反対側の端面は、弁部材332の後述する弁部339が着座する着座面335bになっている。この着座面335bは、大径シート部335の軸方向に直交する平面に形成されている。
さらに、大径シート部335の内周部には、内周ガイド部337が設けられている。内周ガイド部337は、大径シート部335の軸方向に直交する平面を有する板状に形成されており、弁部材332の後述するロッド338部が貫通する貫通孔を有している。この内周ガイド部337は、弁部材332のロッド部338を摺動可能に保持する。
弁部材332は、円柱状に形成されたロッド部338と、ロッド部338の軸方向の一端部に連設された弁部339とを有している。ロッド部338は、吸入弁シート331内に配置されており、弁部339は、吸入弁シート331の着座面335bに対向している。ロッド部338の中間部は、吸入弁シート331の内周ガイド部337に摺動可能に保持されている。また、ロッド部338の軸方向の他端部には、吸入弁シート331内においてアンカースリーブ325の当接部329が係合する。
弁部339は、大径シート部335の内周部の径よりも大きい径の円板状に形成されており、吸入弁シート331の着座面335bに対向する弁部シート面339aと、弁部シート面339aと反対側の面である当接面339bとを有している。
弁部シート面339aは、開弁方向(閉弁方向)に直交する平面に形成されており、電磁吸入弁3の閉弁状態において、吸入弁シート331の着座面335bに当接する。すなわち、弁部シート面339aが吸入弁シート331の着座面335bに当接することにより、弁部339が吸入弁シート331の着座面335bに着座する。
弁部339の当接面339bは、中央部に向かうにつれて凸なるテーパー上に形成されている。この当接面339bは、電磁吸入弁3の開弁状態において、ストッパ34の後述する底部341に当接する。また、当接面339bには、ストッパ34の後述する係合孔341aに係合する係合突起339cが設けられている。
スプリングホルダ333は、円筒状に形成されており、吸入弁付勢ばね334の一端が当接するフランジを有している。このスプリングホルダ333は、ロッド部338における弁部339側と反対側の端部に圧入固定されている。すなわち、スプリングホルダ333は、弁部材332と一体的に組み立てられており、可動部330を構成している。
内周ガイド部337におけるロッド部338が延びる方向(閉弁方向及び開弁方向に平行な方向)の中心であるガイド部中心からロッド部338の他端部までの長さは、ガイド部中心から弁部339のロッド部338側と反対の端部(後述する係合突起339cの先端)までの長さよりも短い。これにより、吸入弁シート331の大きさに左右されずに長さを設定できるガイド部中心からロッド部338の他端部までの長さを短くすることで可動部330の小型(縮小)化を図ることができる。その結果、可動部330の応答性を向上させることが可能になる。
吸入弁付勢ばね334は、吸入弁付勢ばね334は、内周ガイド部337よりも上流側(加圧室11とは反対側)に配置され、吸入弁シート331における小径シート部336の内周部と、スプリングホルダ333の外周部との間に嵌め込まれている。吸入弁付勢ばね334の一端は、スプリングホルダ333のフランジに当接し、吸入弁付勢ばね334の他端は、吸入弁シート331の内周ガイド部337に当接している。
吸入弁付勢ばね334は、弁部339が吸入弁シート331の着座面335bに近づく方向に弁部材332を付勢する。以下、弁部339が吸入弁シート331の着座面335bに近づく方向を閉弁方向とする。すなわち、吸入弁付勢ばね334は、弁部材332(可動部330)を閉弁方向に付勢する。
吸入弁付勢ばね334による付勢力は、アンカースリーブ付勢ばね326による付勢力よりも小さくなるように設定している。このため、アンカーユニット32におけるアンカー324と磁気コア323との間に磁気吸引力が作用していない場合は、アンカースリーブ付勢ばね326によって可動部320及び可動部330が開弁方向に付勢されている。
その結果、弁部339の弁部シート面339aが吸入弁シート331の着座面335bから離れて、電磁吸入弁3が開弁状態になっている。
(ストッパ)
ストッパ34は、ボディ1(図2参照)に固定されている。このストッパ34は、弁部材332側が開口された有底の筒状に形成されており、底部341を有している。ストッパ34の内径は、弁部339の外径よりも大きく設定されている。ストッパ34の底部341は、弁部339が接触することにより、可動部330(弁部材332)の開弁方向への移動を規制する。
ストッパ34の底部341には、係合孔341aと、複数の燃料通過孔341bが形成されている。係合孔341aは、底部341の中央部に設けられており、複数の燃料通過孔341bは、係合孔341aの周囲に適用な間隔をあけて並んでいる。電磁吸入弁3の開弁状態において、ストッパ34の係合孔341aには、弁部339の係合突起339cが係合し、ストッパ34の底部341には、弁部339の当接面339bが当接する。したがって、弁部材332は、ストッパ34によって開弁ストローク(閉弁状態から開弁状態なでのストローク)が規定されている。
[高圧燃料ポンプの動作]
次に、本実施形態に係る高圧燃料ポンプの動作について、図2、図6及び図7を用いて説明する。
図6は、高圧燃料供給ポンプ100における電磁吸入弁3が閉弁している状態を示す断面図である。図7は、高圧燃料供給ポンプ100における電磁吸入弁3が閉弁している状態を示す断面図である。
図2において、プランジャ2が下降した場合に、電磁吸入弁3が開弁していると、吸入通路1aから加圧室11に燃料が流入する。以下、プランジャ2が下降する行程を吸入行程と称する。一方、プランジャ2が上昇した場合に、電磁吸入弁3が閉弁していると、加圧室11内の燃料は昇圧され、吐出弁8を通過してコモンレール106(図1参照)へ圧送される。以下、プランジャ2が上昇する工程を上昇行程と称する。
上述したように、上昇行程中に電磁吸入弁3が閉弁していれば、吸入行程中に加圧室11に吸入された燃料が加圧され、コモンレール106側へ吐出される。一方、上昇行程中に電磁吸入弁3が開弁していれば、加圧室11内の燃料は吸入通路1a側へ押し戻され、コモンレール106側へ吐出されない。このように、高圧燃料供給ポンプ100による燃料の吐出は、電磁吸入弁3の開閉によって操作される。そして、電磁吸入弁3の開閉は、ECU101によって制御される。
吸入行程では、加圧室11の容積が増加し、加圧室11内の燃料圧力が低下する。これにより、吸入ポート335aと加圧室11との間の流体差圧(以下、「弁部339の前後の流体差圧」とする)が小さくなる。そして、弁部339の前後の流体差圧よりもアンカースリーブ付勢ばね326の付勢力が大きくなると、可動部320,330が開弁方向に移動し、図6に示すように、弁部339が吸入弁シート331の着座面335bから離れ、電磁吸入弁3が開弁状態になる。
電磁吸入弁3が開弁状態になると、吸入ポート335aの燃料は、弁部339と吸入弁シート331との間を通り、ストッパ34の複数の燃料通過孔341bを通って加圧室11に流入する。電磁吸入弁3の開弁状態では、弁部339は、ストッパ34と接触するため、弁部339の開弁方向の位置が規制される。そして、電磁吸入弁3の開弁状態における弁部339と吸入弁シート331の間に存在する隙間は、弁部339の可動範囲であり、これが開弁ストロークとなる。
吸入行程を終了した後は、上昇行程に移る。このとき、電磁コイル312は、無通電状態を維持したままであり、アンカー324と磁気コア323との間に磁気吸引力は作用していない。そして、弁部材332(可動部330)には、アンカースリーブ付勢ばね326と吸入弁付勢ばね334の付勢力の差に応じた開弁方向への付勢力と、燃料が加圧室11から低圧燃料流路10aへ逆流する時に発生する流体力による閉弁方向へ押圧する力が働く。
この状態において、電磁吸入弁3が開弁状態を維持するために、アンカースリーブ付勢ばね326と吸入弁付勢ばね334の付勢力の差は、流体力よりも大きく設定されている。加圧室11の容積は、プランジャ2の上昇に伴い減少する。そのため、加圧室11に吸入されていた燃料は、再び弁部339と吸入弁シート331との間を通り、吸入ポート335aへと戻されることになり、加圧室11内部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。
戻し工程において、ECU101(図1参照)からの制御信号が電磁吸入弁3に印加されると、電磁コイル312には、端子部材313を介して電流が流れる。電磁コイル312に電流が流れると、磁気コア323とアンカー324との間に磁気吸引力が作用し、アンカー324(可動部320)が磁気コア323に引き寄せられる。その結果、アンカー324(可動部320)は、アンカースリーブ付勢ばね326による付勢力に抗して閉弁方向(弁部材332から離れる方向)へ移動する。
アンカー324と磁気コア323のクリアランスは、弁部339と吸入弁シート331の間の開弁ストロークよりも大きくなるように設定している。例えば、アンカー324と磁気コア323のクリアランスが開弁ストロークよりも小さくすると、弁部339が吸入弁シート331に接触する前に、アンカー324が磁気コア323に当接してしまう。その結果、弁部339と吸入弁シート331が接触せず、電磁吸入弁3を閉弁状態にすることができなくなる。
一方、アンカー324と磁気コア323のクリアランスが大き過ぎると、電磁コイル312に通電しても、十分な磁気吸引力が得られないため、電磁吸入弁3を閉弁状態にすることができない。また、電磁吸入弁3を閉弁状態にすることができたとしても、電磁吸入弁3の応答性が悪くなるため、内燃機関の高速運転時(カムの高速回転時)に、高圧吐出される燃料の量を制御することができない。したがって、アンカー324と磁気コア323のクリアランスは、電磁コイル312の巻回数や、電磁コイル312に流す電流の大きさ等に応じて適宜設定する。
アンカー324(可動部320)が閉弁方向へ移動すると、弁部材332(可動部330)は、開弁方向への付勢力から解放され、吸入弁付勢ばね334による付勢力と、燃料が吸入通路10bに流れ込むことによる流体力により閉弁方向に移動する。そして、図7に示すように、弁部339の弁部シート面339aが、吸入弁シート331の着座面335bに接触する(弁部339が着座面335bに着座する)と、電磁吸入弁3が閉弁状態になる。
電磁吸入弁3が閉弁状態になった後、加圧室11の燃料は、プランジャ2の上昇と共に昇圧され、所定の圧力以上になると、吐出弁8を通過してコモンレール106(図1参照)へ吐出される。この行程を吐出行程と称する。すなわち、プランジャ2の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3の電磁コイル312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312へ通電するタイミングを早くすれば、上昇行程中における戻し行程の割合が小さくなり、吐出行程の割合が大きくなる。その結果、吸入通路10bに戻される燃料が少なくなり、高圧吐出される燃料は多くなる。一方、電磁コイル312へ通電するタイミングを遅くすれば、上昇行程中における戻し行程の割合が大きくなり、吐出行程の割合が小さくなる。その結果、吸入通路10bに戻される燃料が多くなり、高圧吐出される燃料は少なくなる。このように、電磁コイル312への通電タイミングを制御することで、高圧吐出される燃料の量をエンジン(内燃機関)が必要とする量に制御することができる。
2.まとめ
以上説明したように、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)は、弁部材332(弁部材)と、吸入弁シート331(シート部材)と、吸入弁付勢ばね334(弁付勢部材)とを備える。弁部材332は、ロッド部338(ロッド部)と、ロッド部338の一端部に連設された弁部339(弁部)とを有する。吸入弁シート331は、ロッド部338の外周をガイドする内周ガイド部337(ガイド部)と、弁部339が着座する着座面335b(着座面)とを有する。吸入弁付勢ばね334は、弁部339が着座面335bに近づく方向である閉弁方向にロッド部338を付勢する。また、吸入弁付勢ばね334は、内周ガイド部337よりも閉弁方向側に配置されている。内周ガイド部337における閉弁方向に平行な方向の中心であるガイド部中心からロッド部338の他端部までの長さは、ガイド部中心から弁部339の先端(係合突起339cの先端)までの長さよりも短い。
これにより、弁部339が吸入弁シート331の着座面335bに着座した状態において、弁部339が加圧室11に配置され、吸入弁付勢ばね334が弁部339よりも上流側(吸入ポート335a側)に配置される。したがって、加圧室11内に吸入弁付勢ばね334を配置するスペースを設ける必要が無く、加圧室11内のデッドボリュームを低減することができる。その結果、加圧室11の容積を低減することができ、高圧燃料供給ポンプ100の容積効率を改善することができる。さらに、吸入弁付勢ばね334が弁部339よりも上流側(吸入ポート335a側)に配置されることにより、吸入弁付勢ばね334が高燃圧の燃料に覆われることが無く、吸入弁付勢ばね334の耐久性を向上させることが可能になる。
内周ガイド部337のガイド部中心からロッド部338の他端部までの長さは、吸入弁シート331の大きさに左右されずに設定できる。したがって、ガイド部中心からロッド部338の他端部までの長さを短くすることで可動部330の小型(縮小)化を図ることができる。その結果、弁部材332(可動部330)の応答性を向上させることができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)は、ロッド部338(ロッド部)の他端部に取り付けられ、吸入弁付勢ばね334(弁付勢部材)を保持するスプリングホルダ333(付勢部材ホルダ)を備える。これにより、吸入弁付勢ばね334をロッド部338に容易に係合させることができる。また、上述した一実施形態では、ロッド部338の他端部が、スプリングホルダ333の圧入部までになるようにロッド部338の長さを設定している。これにより、ロッド部338を可能な限り短くすることができ、弁部材332(可動部330)の応答性を向上させることができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)は、弁部材332(弁部材)、吸入弁シート331(シート部材)、吸入弁付勢ばね334(弁付勢部材)、及びスプリングホルダ333(付勢部材ホルダ)が、1つの弁体ユニット(弁体ユニット33)として組み立てられる。これにより、吸入弁付勢ばね334に付勢された状態の弁部材332を、高圧燃料供給ポンプ100のボディ1に容易に組み付けることができ、電磁吸入弁3及び高圧燃料供給ポンプ100の組立作業の作業性を向上することができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)は、弁体ユニット33(弁体ユニット)とは別体に構成され、弁部材332(弁部材)が閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に移動した場合に、弁部339(弁部)が接触することで弁部材332の開弁方向への移動を規制するストッパ34(ストッパ)を有する。これにより、開弁ストロークを規定することができる。また、上述の戻し行程において弁部339に加わる流体力を小さくすることができ、電磁吸入弁3の開弁維持に必要な力を軽減することが可能になる。また、ストッパ34が弁体ユニット33とは別体に構成されているため、ストッパ34を単独でボディ1に組み立てることができる。
例えば、ストッパ34が弁体ユニット33と一体で構成される場合は、ストッパ34を吸入弁シート331の外周に圧入固定する必要がある。しかし、吸入弁シート331の外周をボディ1に圧入しているため、ストッパ34を吸入弁シート331に圧入する箇所と、吸入弁シート331をボディ1に圧入する箇所が同一箇所になり、二重圧入となる。
まず、ストッパ34を吸入弁シート331に圧入すると、ストッパ34の外周部に変形が生じる。このストッパ34の変形量には、ばらつきがあるため、吸入弁シート331をボディ1に圧入する際の圧入荷重のばらつきが大きくなってしまう。その結果、吸入弁シート331をボディ1に圧入する際の圧入荷重が過大になり易くなり、吸入弁シート331をボディ1に組み立てられなくなる場合がある。
これに対し、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3では、二重圧入を回避することができる。その結果、吸入弁シート331をボディ1に圧入する際の圧入荷重のばらつきを低減するこができ、圧入荷重が過大にならないようにすることができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)では、ロッド部338の他端部が、ロッド部338と別体で構成され、且つ、ロッド部338を駆動する可動部320(可動部)と接触する。このように、ロッド部338と可動部320が別体に構成されているため、ロッド部338の小型化を図ることができ、弁部材332(可動部330)の応答性を向上させることができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)では、可動部320(可動部)が、可動部320を閉弁方向へ移動させる力が加えられていない状態において、ロッド部338の他端部を閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に押圧する。これにより、可動部320を閉弁方向へ移動させる力が加えられていない状態において、ロッド部338(弁部材332)に吸入弁付勢ばね334の付勢力に抗する力を加えることができ、電磁吸入弁3の開弁状態を容易に維持することができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)は、可動部320(可動部)よりも閉弁方向側に配置され、可動部320を閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に付勢するアンカースリーブ付勢ばね326(可動部付勢部材)と、電磁コイル312(コイル)を通電することで発生する電磁吸引力により可動部320を閉弁方向に吸引する磁気コア323(磁気コア)とを備える。そして、電磁コイル312が通電オフの状態において、可動部320は、アンカースリーブ付勢ばね326により可動部320が開弁方向に付勢され、吸入弁付勢ばね334(弁付勢部材)の付勢力に抗して弁部材332を開弁方向に移動させる。これにより、磁気吸引力によって磁気コア323に衝突する部材が可動部320のみであり、その衝突に弁部材332の質量が加わらない。したがって、磁気コア323に衝突する質量を小さくすることができ、衝突によって発生する音を小さくすることができる。また、電磁コイル312が通電オフの状態において、電磁吸入弁3を開弁状態にすることができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)では、弁体ユニット33(弁体ユニット)に対して可動部320(可動部)が取り付けられた状態において、可動部320がロッド部338(ロッド部)の他端部を開弁方向に付勢すると共に、弁部材332の弁部339がストッパ34に接触することで、弁部339の開弁ストロークが設定される。これにより、弁体ユニット33、ストッパ34、可動部320などの各部品によって電磁吸入弁3を組み立てるだけで開弁ストロークを容易に設定することができる。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)では、弁部339(弁部)が、閉弁方向に直交する平面に形成され、着座面335b(着座面)に当接する弁部シート面339a(弁部シート面)を有し、吸入弁シート331(シート部材)の着座面335b(着座面)は、閉弁方向に直交する平面に形成されている。これにより、弁部シート面339aが着座面335bに当接した際のシール性能を確保し、且つ、弁部シート面339a及び着座面335bの加工性をよくすることができる。例えば、弁部シート面339a及び着座面335bがテーパー面であった場合は、シール性能を確保するために両者のテーパー角度の精度を高める必要があり、弁部シート面339a及び着座面335bの加工性が悪化してしまう。
また、上述した一実施形態に係る電磁吸入弁3(電磁吸入弁)では、可動部320(可動部)が、吸入弁シート331(シート部材)内における内周ガイド部337(ガイド部)よりも閉弁方向側でロッド部338の他端部と接触する。これにより、ロッド部338の他端部が吸入弁シート331の外部に突出しないため、ロッド部338の小型化を図ることができ、弁部材332(可動部330)の応答性を向上させることができる。
以上、本発明の電磁吸入弁及び高圧燃料供給ポンプの実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の電磁吸入弁及び高圧燃料供給ポンプは、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態では、弁部材332の弁部339がストッパ34に接触することで、弁部339の開弁ストロークを設定するようにした。しかし、本発明に係る電磁吸入弁としては、スプリングホルダ333を内周ガイド部337に接触させ、このときに所定の開弁ストロークが設定されるようにしてもよい。
しかし、スプリングホルダ333を内周ガイド部337に接触させる構成の場合は、電磁吸入弁が開弁と閉弁を繰り返す中で、開弁及び閉弁で生じる衝撃がスプリングホルダ333の圧入荷重を上回ると、スプリングホルダ333の圧入位置がずれてしまう。その結果、開弁ストロークが変化する可能性がある。
開弁ストロークが所定の量より大きい場合は、電磁コイル312に通電後に弁部材332が閉弁方向に移動を開始し、吸入弁シート331と接触して完全に閉弁するまでの時間が、開弁ストロークが所定の量である場合よりも長くなる。そのため、内燃機関の高速運転時(カム高速回転時)に応答性が不足し、目標とするタイミングで電磁吸入弁3を閉弁することができず、高圧吐出される燃料の量を制御できなくなる。よって、開弁ストロークは、カム高速回転時であっても高圧燃料の量を制御可能な値に設定する。
また、開弁ストロークが所定の量より小さい場合は、高圧燃料供給ポンプ100の戻し工程において弁部339に発生する流体力(加圧室11から低圧燃料流路10aへ逆流する燃料によって発生する閉弁方向の力)が大きくなる。この場合は、戻し工程中の予期しないタイミングで電磁吸入弁3が閉弁してしまい、高圧吐出される燃料の量を制御できなくなる。そのため、開弁ストロークは、カム高速回転時でも電磁吸入弁3が閉弁しない値に設定する。
1…ボディ、 2…プランジャ、 3…電磁吸入弁、 4…リリーフ弁機構、 5…吸入ジョイント、 6…シリンダ、 8…吐出弁、 9…圧力脈動低減機構、 10…低圧燃料室、 10a…低圧燃料流路、 10b…吸入通路、 11…加圧室、 12…吐出ジョイント、 31…コイルユニット、 32…アンカーユニット、 33…弁体ユニット、 34…ストッパ、 100…高圧燃料供給ポンプ、 101…ECU、 102…フィードポンプ、 103…燃料タンク、 104…低圧配管、 105…燃料圧力センサ、 106…コモンレール、 107…インジェクタ、 311…ベース部材、 312…電磁コイル、 313…端子部材、 315…ボビン、 316…嵌合穴、 320…可動部、 321…ハウジング、 322…アンカーガイド、 323…磁気コア、 324…アンカー、 325…アンカースリーブ、 330…可動部、 331…吸入弁シート、 332…弁部材、 333…スプリングホルダ、 335a…吸入ポート、 335b…着座面、 337…内周ガイド部、 338…ロッド部、 339…弁部、 339a…弁部シート面、 339b…当接面、 339c…係合突起、 341…底部、 341a…係合孔、 341b…燃料通過孔

Claims (10)

  1. ロッド部と、前記ロッド部の一端部に連設された弁部と、を有する弁部材と、
    前記ロッド部の外周をガイドするガイド部と、前記弁部が着座する着座面と、を有するシート部材と、
    前記弁部が前記着座面に近づく方向である閉弁方向に前記ロッド部を付勢する弁付勢部材と、
    前記弁部材が前記閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に移動した場合に、前記弁部が接触することで前記弁部材の前記開弁方向への移動を規制するストッパと、を備え、
    前記弁付勢部材は、前記ガイド部よりも前記閉弁方向側に配置され、
    前記ガイド部における前記閉弁方向に平行な方向の中心であるガイド部中心から前記ロッド部の他端部までの長さは、前記ガイド部中心から前記弁部の先端までの長さよりも短く、
    前記ストッパは、前記弁部の先端が係合する係合孔を有する
    電磁吸入弁。
  2. 前記ロッド部の他端部に取り付けられ、前記弁付勢部材を保持する付勢部材ホルダを備える
    請求項1に記載の電磁吸入弁。
  3. 前記弁部材、前記シート部材、前記弁付勢部材、及び前記付勢部材ホルダは、1つの弁体ユニットとして組み立てられる
    請求項2に記載の電磁吸入弁。
  4. 前記ロッド部の他端部は、前記ロッド部と別体で構成され、且つ、前記ロッド部を駆動する可動部と接触する
    請求項1に記載の電磁吸入弁。
  5. 前記可動部は、前記可動部を前記閉弁方向へ移動させる力が加えられていない状態において、前記ロッド部の他端部を前記閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に押圧する
    請求項に記載の電磁吸入弁。
  6. 前記可動部よりも前記閉弁方向側に配置され、前記可動部を前記閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に付勢する可動部付勢部材と、
    コイルを通電することで発生する電磁吸引力により前記可動部を前記閉弁方向に吸引する磁気コアと、を備え、
    前記コイルが通電オフの状態において、前記可動部は、前記可動部付勢部材により前記開弁方向に付勢され、前記弁付勢部材の付勢力に抗して前記弁部材を前記開弁方向に移動させる
    請求項に記載の電磁吸入弁。
  7. 記ロッド部の他端部に取り付けられ、前記弁付勢部材を保持する付勢部材ホルダと、を備え、
    前記弁部材、前記シート部材、前記弁付勢部材、及び前記付勢部材ホルダは、1つの弁体ユニットとして組み立てられ,
    前記弁体ユニットに対して前記可動部が取り付けられた状態において、前記可動部が前記ロッド部の他端部を前記開弁方向に付勢すると共に、前記弁部材の前記弁部が前記ストッパに接触することで、前記弁部の開弁ストロークが設定される
    請求項に記載の電磁吸入弁。
  8. 前記弁部は、前記閉弁方向に直交する平面に形成され、前記着座面に当接する弁部シート面を有し、
    前記シート部材の前記着座面は、前記閉弁方向に直交する平面に形成されている
    請求項1に記載の電磁吸入弁。
  9. 前記可動部は、前記シート部材内における前記ガイド部よりも前記閉弁方向側で前記ロッド部の他端部と接触する
    請求項に記載の電磁吸入弁。
  10. 加圧室を備えたボディと、
    前記ボディに往復運動可能に支持され、往復運動により前記加圧室の容量を増減させるプランジャと、
    前記加圧室へ燃料を吐出する電磁吸入弁と、を備え、
    前記電磁吸入弁は、
    ロッド部と、前記ロッド部の一端部に連設された弁部と、を有する弁部材と、
    前記ロッド部の外周をガイドするガイド部と、前記弁部が着座する着座面と、を有するシート部材と、
    前記弁部が前記着座面に近づく方向である閉弁方向に前記ロッド部を付勢する弁付勢部材と、
    前記弁部材が前記閉弁方向とは反対の方向である開弁方向に移動した場合に、前記弁部が接触することで前記弁部材の前記開弁方向への移動を規制するストッパと、を有し、
    前記弁付勢部材は、前記ガイド部よりも前記閉弁方向側に配置され、
    前記ガイド部における前記閉弁方向に平行な方向の中心であるガイド部中心から前記ロッド部の他端部までの長さは、前記ガイド部中心から前記弁部の先端までの長さよりも短く、
    前記ストッパは、前記弁部の先端が係合する係合孔を有する
    高圧燃料供給ポンプ。
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