JP5445441B2 - 高圧ポンプ - Google Patents
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Description
また、高圧ポンプの駆動時には、吸入弁、プランジャ、吐出弁等の作動により高圧ポンプの部品が振動する。この振動が燃料に伝達し、燃圧脈動として高圧ポンプに接続される配管に伝達、共振して異音を発生するという問題がある。
シリンダは、プランジャを軸方向に往復可能に収容する。ポンプボディは、プランジャの往復移動により燃料が加圧される加圧室、及び、燃料入口から燃料が供給され加圧室に連通する燃料チャンバを有する。カバーは、ポンプボディに固定され燃料チャンバを覆う。
ボディ側支持部材は、ポンプボディに当接するように燃料チャンバに収容され、ダイアフラム部材の周縁部にポンプボディ側から当接してダイアフラム部材を支持する。
カバー側支持部材は、燃料チャンバのボディ側支持部材のカバー側に収容され、筒状本体、筒状本体の下端から径方向外側に延びる外鍔部、及び、筒状本体の上端から径方向内側に延びる内鍔部を有する。そして、筒状本体の下端がダイアフラム部材の周縁部にカバー側から当接してボディ側支持部材との間にダイアフラム部材を挟持する。
弾性部材は、環状であり、燃圧によって弾性変形可能であり、押圧部材の下面、カバー側支持部材の筒状本体の外壁、及び、外鍔部の上面により形成される凹部に設けられ押圧部材に当接する。
さらに、弾性部材はカバー側支持部材の径方向外側に形成される「凹部」に設けられるので、燃料チャンバ内のスペースを占めることがなく、燃料流路を十分に確保することができる。
凹部は、押圧部材の下面、カバー側支持部材の筒状本体の外壁、及び、外鍔部の上面により形成される断面「コの字」状の空間である。弾性部材が例えばゴムであるとすると、燃料に浸漬されることによって膨潤する。このとき、弾性部材、押圧部材および外鍔部が円形であるとすれば、弾性部材の径方向最外端である外径が押圧部材の外径ならびに外鍔部の外径よりも内側となるように設けられることで、弾性部材の高さ方向が押圧部材および外鍔部に規制され、凹部からの脱落が防止される。また、膨潤しても押圧部材の外径及び外鍔部の外径切り欠き部に接触しないため、弾性部材の傷付きを防止することができる。
請求項5に記載の発明によると、弾性部材は、フッ素ゴムで形成される。
フッ素ゴムは、NBR(ニトリルブタジエンラバー)等のゴムに比べて燃料浸漬時の膨潤が小さいため、弾性部材の凹部からの脱落をさらに防止することができる。また、フッ素ゴムは耐熱性に優れるため、エンジン周囲の高温環境にさらされる高圧ポンプでの使用に適している。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の高圧ポンプについて、図1〜図3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1〜3の上側を「上」、図1〜3の下側を「下」として説明する。
本体部10は、外郭を構成するポンプボディ11を備える。ポンプボディ11の上部には燃料供給部30が設けられており、ポンプボディ11の下部にはプランジャ部70が設けられている。燃料供給部30とプランジャ部70との間には、加圧室12が形成されている。
以下、燃料供給部30、吸入弁部50、プランジャ部70および吐出弁部90の構成について詳細に説明する。
ポンプボディ11は、シリンダ16の反対側にボディ凹部13を形成している。ボディ凹部13は、ポンプボディ11の外側に開口している。カバー14は、ボディ凹部13の開口を塞いでいる。ボディ凹部13とカバー14とによって、燃料チャンバ31が形成される。
燃料チャンバ31には、燃料入口から燃料タンクの燃料が供給される。
「ダイアフラム部材」としてのパルセーションダンパ35は、2枚のダイアフラム33、34の周縁部331、341(図3参照)が接合されることにより構成され、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35は、2枚のダイアフラム33、34が燃料チャンバ31内の燃圧の変化に応じて弾性変形することで、燃圧脈動を低減する。
座部366は、ボディ凹部13の底部15に設けられた窪み151に嵌入している。これにより、ボディ側支持部材36は径方向の移動が制限される。
外鍔部373は、パルセーションダンパ35の端部と共に、ボディ側支持部材36の縁部363に受容される。また、外鍔部373は、径方向外側に向かってカバー側に傾斜している。
波ワッシャ38は、カバー側支持部材37の内鍔部376の上面377に当接してダンパユニット32をポンプボディ11の底部15側に押圧する。これにより、ダンパユニット32が燃料チャンバ31内に固定される。
弾性部材41の自由時内径は、カバー側支持部材37の筒状本体370の外径よりもやや小さい。そのため、弾性部材41は、内径を広げて筒状本体370に取り付けられることで、偏平な内径が比較的広い面積で筒状本体370の外壁371に当接する。
また、弾性部材41の上部は波ワッシャ38の下面381に当接し、弾性部材41の下部は外鍔部373の上面374に当接する。
さらに、弾性部材41の形状がDリングであるため、膨潤により、高さ方向の中心部分の外径が外径dwまたは外径dfを超える場合でも、高さ方向の両端付近は外径dwおよび外径dfの内径側に残る。加えて、外鍔部373は、径方向外側に向かってカバー14側に傾斜している。これにより、弾性部材41が膨潤したとき、外鍔部373の上面374に規制される。よって、凹部40からの脱落防止効果が一層向上する。また、膨潤しても高さ方向の両端付近は外径dw及び外径dfの内径側に残るため、切り欠き部に接触することが無く、弾性部材の傷付きを防止することができる。
プランジャ部70は、プランジャ71、オイルシールホルダ72、スプリングシート73およびプランジャスプリング74などを備えている。
プランジャ71は、ポンプボディ11の内部に形成されたシリンダ16に支持される大径部711と、大径部711よりも外径の小さな小径部712とを有している。小径部712は、オイルシールホルダ72に、周囲を囲まれている。大径部711および小径部712は、一体となっており、軸方向に往復移動する。
基部721は、内部にリング状のシール723を有している。シール723は、内周のテフロン(登録商標)リングと、外周のOリングとからなる。シール723により、プランジャ71の小径部712周囲の燃料油膜の厚さが調整され、エンジンへの燃料のリークが抑制される。
圧入部722は、基部721の周囲に円筒状に張り出す部分であり、円筒部分は縦断面が「コの字」状となっている。一方、ポンプボディ11には、圧入部722に対応する凹部17が形成されている。オイルシールホルダ72は、圧入部722が凹部17の径外方向の内壁に圧接するように圧入される。
かかる構成により、カムシャフトの回転に応じてプランジャ71が往復移動する。このとき、プランジャ71の大径部711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、及び、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、内部が燃料通路55となっている。燃料通路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、燃料通路55は、加圧側通路58を経由して燃料チャンバ31と連通している。
吐出弁部90は、ポンプボディ11にて形成される円筒状の収容部91を有している。収容部91に形成される収容室911には、吐出弁92、スプリング93および係止部94が収容されている。また、収容室911の開口部分が吐出口95となっている。吐出口95とは反対側の収容室911の深部には弁座が形成されている。
(1)吸入行程
カムシャフトの回転によりプランジャ71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92は、弁座95に着座し、吐出口95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1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、燃料通路55から加圧室12に燃料が吸入される。
ここで、プランジャ71の大径部711と可変容積室75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75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75から容積室通路18を経由して供給され、残りの約40%が燃料入口から吸入される。
カムシャフトの回転によりプランジャ71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を経由して燃料通路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71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95の下流側からの燃圧が吐出弁92に作用する力およびスプリング94の付勢力よりも大きくなると、吐出弁92が開弁する。これにより、加圧室12で加圧された高圧燃料は吐出口95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。
このポンプ駆動時、吸入弁57、プランジャ71等の作動により燃料チャンバ31には燃圧脈動が発生する。また、同時に発生する振動は、ポンプボディ11のボディ凹部13の底部15からダンパユニット52を経由して、あるいは、ポンプボディ11からカバー14を経由して波ワッシャ38に伝達される。
さらに、弾性部材41は、カバー側支持部材37の径方向外側に形成される凹部40に設置されるので燃料チャンバ31内のスペースを占めることがなく、燃料流路を十分に確保することができる。
さらに、弾性部材41はフッ素ゴムで形成されるため、膨潤を小さくすることができる。また、フッ素ゴムは耐熱性に優れるため、エンジン周囲の高温環境にさらされる高圧ポンプでの使用に適している。
以下の実施形態の高圧ポンプは、第1実施形態に対し、弾性部材の形状または設置位置が異なる。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。
第2実施形態の高圧ポンプ2では、図2(b)に示すように、弾性部材42は、断面形状が略円形のOリングである。弾性部材42は、第1実施形態と同様、凹部40に設置される。なお、図2(b)に示す例では、弾性部材42の外径は、波ワッシャ38の外径dwおよび外鍔部373の外径dfより大きい。
第3実施形態の高圧ポンプ3では、図2(c)に示すように、弾性部材43は、断面形状が略矩形の角リングである。弾性部材43は、第1、第2実施形態と同様、凹部40に設置される。図2(c)に示す例では、弾性部材43の外径は、波ワッシャ38の外径dwより大きい。ただし、弾性部材43の外径は、外鍔部373の外径dfより小さい。
さらに、弾性部材43の外径は外鍔部373の外径dfより小さいので、第2実施形態の弾性部材42に比べ膨潤時に脱落しにくい。加えて、弾性部材43は、内径が偏平であり比較的広い面積で外壁371に当接するため、第2実施形態の弾性部材42に比べ振動伝達の抑制に有利である。
次に、第4実施形態の高圧ポンプ4について図4、図5を参照して説明する。
第4実施形態の高圧ポンプ4では、図4に示すように、弾性部材46は、カバー側支持部材37の筒状本体370の径方向内側に形成される隅部45に設置される。隅部45は、図5に示すように、内鍔部376の下面378と筒状本体370の内壁372との隅部45に形成される空間である。本実施形態では、隅部45は、また、カバー14側のダイアフラム33とカバー側支持部材37とに挟まれる空間でもある。弾性部材46は、隅部45の大きさ、形状に合わせて製作され、ダンパユニット32の組立時に設置される。
(ア)弾性部材の材質は、フッ素ゴムに限らず、NBR等であってもよい。
(イ)押圧部材は、波ワッシャに限らず、皿ばね、板ばね等、カバー側支持部材37の内鍔部376の上面377に当接してダンパユニット32を押圧するものであればよい。
(エ)上記実施形態では、ポンプボディ11にシリンダ16を一体に形成しているが、別体のシリンダをポンプボディ11に組み付ける構成としてもよい。
11 ・・・ポンプボディ、
12 ・・・加圧室、
13 ・・・ボディ凹部、
14 ・・・カバー、
15 ・・・底部、
16 ・・・シリンダ、
31 ・・・燃料チャンバ、
32 ・・・ダンパユニット、
33、34 ・・・ダイアフラム
35 ・・・パルセーションダンパ(ダイアフラム部材)、
36 ・・・ボディ側支持部材、
37 ・・・カバー側支持部材、
370 ・・・筒状本体、
371 ・・・外壁、
372 ・・・内壁、
373 ・・・外鍔部、
376 ・・・内鍔部、
38 ・・・波ワッシャ(押圧部材)、
40 ・・・凹部、
41、42、43、46・・・弾性部材、
45 ・・・隅部、
71 ・・・プランジャ、
dr ・・・(弾性部材の)外径(径方向最外端)、
dw ・・・(押圧部材の)外径(径方向最外端)、
df ・・・(外鍔部の)外径(径方向最外端)。
Claims (6)
- プランジャと、
前記プランジャを軸方向に往復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、及び、燃料入口から燃料が供給され前記加圧室に連通する燃料チャンバを有するポンプボディと、
前記ポンプボディに固定され前記燃料チャンバを覆うカバーと、
一方の面が前記ポンプボディに対向し他方の面が前記カバーに対向するように前記燃料チャンバに収容されるダイアフラム部材と、
前記ポンプボディに当接するように前記燃料チャンバに収容され、前記ダイアフラム部材の周縁部に前記ポンプボディ側から当接して前記ダイアフラム部材を支持する筒状のボディ側支持部材と、
前記燃料チャンバの前記ボディ側支持部材の前記カバー側に収容され、筒状本体、前記筒状本体の下端から径方向外側に延びる外鍔部、及び、前記筒状本体の上端から径方向内側に延びる内鍔部を有し、前記筒状本体の下端が前記ダイアフラム部材の周縁部に前記カバー側から当接して前記ボディ側支持部材との間に前記ダイアフラム部材を挟持するカバー側支持部材と、
前記カバーと前記カバー側支持部材との間に設けられ、前記カバー側支持部材の前記内鍔部の上面に当接して前記カバー側支持部材および前記ボディ側支持部材を前記ポンプボディ側へ押圧する押圧部材と、
燃圧によって弾性変形可能であり、前記押圧部材の下面、前記カバー側支持部材の前記筒状本体の外壁、及び、前記外鍔部の上面により形成される凹部に設けられ前記押圧部材に当接する環状の弾性部材と、
を備えることを特徴とする高圧ポンプ。 - 前記弾性部材は、径方向最外端が前記押圧部材の径方向最外端よりも内側となるように設けられることを特徴とする請求項1に記載の高圧ポンプ。
- 前記弾性部材は、径方向最外端が前記外鍔部の径方向最外端よりも内側となるように設けら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。
- 前記カバー側支持部材の前記外鍔部は、径方向外側に向かって前記カバー側に傾斜してい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。
- 前記弾性部材は、フッ素ゴムで形成され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。
- プランジャと、
前記プランジャを軸方向に往復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、及び、燃料入口から燃料が供給され前記加圧室に連通する燃料チャンバを有するポンプボディと、
前記ポンプボディに固定され前記燃料チャンバを覆うカバーと、
一方の面が前記ポンプボディに対向し他方の面が前記カバーに対向するように前記燃料チャンバに収容されるダイアフラム部材と、
前記ポンプボディに当接するように前記燃料チャンバに収容され、前記ダイアフラム部材の周縁部に前記ポンプボディ側から当接して前記ダイアフラム部材を支持する筒状のボディ側支持部材と、
前記燃料チャンバの前記ボディ側支持部材の前記カバー側に収容され、筒状本体、前記筒状本体の下端から径方向外側に延びる外鍔部、及び、前記筒状本体の上端から径方向内側に延びる内鍔部を有し、前記筒状本体の下端が前記ダイアフラム部材の周縁部に前記カバー側から当接して前記ボディ側支持部材との間に前記ダイアフラム部材を挟持するカバー側支持部材と、
前記カバーと前記カバー側支持部材との間に設けられ、前記カバー側支持部材の前記内鍔部の上面に当接して前記カバー側支持部材および前記ボディ側支持部材を前記ポンプボディ側へ押圧する押圧部材と、
燃圧によって弾性変形可能であり、前記カバー側支持部材の前記内鍔部の下面と前記カバー側支持部材の前記筒状本体の内壁との隅部に設けられる環状の弾性部材と、
を備えることを特徴とする高圧ポンプ。
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