JP5182125B2

JP5182125B2 - 燃料供給ポンプ

Info

Publication number: JP5182125B2
Application number: JP2009018713A
Authority: JP
Inventors: 幸雄後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010174752A

Description

本発明は、燃料供給ポンプに関し、例えばディーゼルエンジンの燃料噴射装置において燃料噴射圧相当の高圧燃料を供給する燃料供給ポンプに適用して好適である。

従来、燃料供給ポンプとして、内部にプランジャが往復移動自在に摺動する摺動孔、および摺動孔の開口端側にプランジャの往復移動によって燃料が吸入されて加圧される加圧室を有するシリンダボデーと、加圧室に面して配され、加圧室と連通する弁孔を開閉する電磁弁とを備えたものが知られている（特許文献１を参照）。

このような燃料供給ポンプでは、電磁弁の開弁時にプランジャが下降することにより加圧室に燃料が吸入され、電磁弁の閉弁時にプランジャが上昇することにより加圧室内の燃料が加圧される。ここで、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間には、電磁弁の開弁位置を規制する平板構造のストッパが介装されている。このストッパは、バルブボデーとシリンダボデーとの間に挟まれた状態で、電磁弁をシリンダボデーに締め付け固定（ねじ締結）する際に発生する中心軸線方向の締付軸力によって保持固定されている。バルブボデーとストッパの接触面、およびシリンダボデーとストッパの接触面は、高圧燃料に対してシール性を有するように構成されている。

特開平３−２１９１７８号公報

上述した従来の燃料供給ポンプにおいては、電磁弁の閉弁時にプランジャが上昇して加圧室内の燃料が加圧されて加圧室内の内圧が高くなると、内圧を受ける受圧面積の大きいシリンダボデーは外側へ変形するが、平板構造のストッパは、ほとんど変形しない。さらに、この内圧により、電磁弁のシリンダボデーに対する締付軸力が相殺されて減少するため、シリンダボデーとストッパ間の摩擦力が低下する。このため、シリンダボデーとストッパ間に相対滑りが生じる。

一方、電磁弁の開弁時にプランジャが下降すると、加圧室内の内圧は低下し、加圧室内の内圧が高い時のシリンダボデーの変形が元に戻ろうとするため、シリンダボデーとストッパ間には、上述の場合と逆方向の相対滑りが生じる。これらの相対滑りを繰り返すことで、シリンダボデーとストッパの接触面では、いわゆるフレッティング磨耗が発生し、この接触面のシール性が低下することが懸念される。

バルブボデーとストッパの接触面でも、同様にして、シール性が低下することが懸念される。

このようの問題点は、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間にストッパを介装しているために生じているものであり、バルブボデーとシリンダボデーの間にストッパを介装しないようにすれば解消されるものである。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、電磁弁の開弁位置を規制するストッパを、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間に介装しないで構成した燃料供給ポンプを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関に高圧燃料を供給する燃料供給ポンプであって、内部にプランジャが往復移動自在に摺動する摺動孔、および摺動孔の開口端側にプランジャの往復移動によって燃料が吸入されて加圧される加圧室を有するシリンダボデーと、加圧室に面して配され、加圧室と連通する弁孔を開閉する電磁弁とを備え、電磁弁は、加圧室に面してシート面が形成され、貫通孔を有するバルブボデーと、貫通孔を往復移動自在に摺動すると共に、シート面と離着して弁孔を開閉するシート部を有する弁体と、を備え、弁体と当接することで弁体の開弁位置を規定するストッパ面を、シリンダボデーにおいて摺動孔の開口端側の端面のうち加圧室側の端面に設けていることを特徴とする。

この構成によれば、弁体と当接することで弁体の開弁位置を規定するストッパ面を、シリンダボデーにおいて摺動孔の開口端側の端面のうち加圧室側の端面に設けている。このため、電磁弁の弁体の開弁位置を規制するストッパを、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間に介装しないで構成できる。

請求項１に記載の発明によれば、弁体がストッパ面と当接している時に、加圧室と弁孔の連通を確保するための燃料通路を、弁体に設けていることを特徴とする。

この構成によれば、弁体が開弁位置にある時には、弁体がストッパ面と当接するが、加圧室と弁孔の連通が燃料通路によって確保されている。このため、弁体が開弁位置にある時に、プランジャの往復移動による負圧を燃料通路を通して弁孔に及ぼすことを確保できるため、開弁している弁孔を通して燃料を加圧室に吸入することが確保される。したがって、燃料を加圧室に吸入することを確保しつつ、ストッパを、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間に介装しないで構成できる。

請求項２に記載の発明によれば、強硬度材料からなる硬質膜を、弁体においてストッパ面と当接する当接面とストッパ面の一方に設けていることを特徴とする。

この構成によれば、強硬度材料からなる硬質膜を、弁体の当接面とストッパ面の一方に設けているため、開弁時の弁体の当接面とストッパ面との衝突による磨耗を防止できて、弁体の移動量（バルブリフト）の変化を抑えることができる。したがって、弁体の移動量の変化を抑えることができるストッパを、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間に介装しないで構成できる。

本発明の一実施形態による燃料供給ポンプを示す断面図である。図１中のＩＩ部の拡大図である。図２中のＩＩＩ部の拡大図である。図４（ａ）は、図３に示す弁体４の先端側の拡大図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ矢視図である。図４の第１変形例を示す拡大図である。図４の第２変形例を示す拡大図である。図３の変形例を示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態を、車両用のコモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料供給ポンプを例にして、図面に基づいて説明する。なお、図中の互いに同一若しくは均等である部分には、同一符号を付している。

（構成）
車両用のコモンレール式燃料噴射装置は、主に燃料タンク、図１に示す燃料供給ポンプ１０、図示しないコモンレール及び燃料噴射弁を備えている。燃料供給ポンプ１０から供給された高圧燃料は、コモンレールで蓄圧されると共に、当該コモンレール内の高圧燃料が、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射弁に分配され、燃料噴射弁から気筒の燃焼室に噴射供給される。

上記燃料タンクは常圧の燃料を蓄えており、燃料供給ポンプ１０は、常圧の燃料を燃料タンクから図示しないフィードポンプを経由して吸入すると共に、当該燃料を加圧し、圧送することによりコモンレールへ高圧燃料を供給する。燃料供給ポンプ１０は、電磁弁１と、内部にプランジャ１２を収納するシリンダボデー１１と、内部にカムシャフト１３を収納するポンプハウジング１４とを備える。

ポンプハウジング１４は、エンジンのクランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフト１３を回転自在に支持する。カムシャフト１３の外周には、３つのカム山を有するカム１３１が一体的に組み付けられている。ポンプハウジング１４内には、図示上下方向に摺動するタペット１２２が配設され、このタペット１２２の図示下部には、ピン１２３を支持して回転自在なローラ１２４が配設されている。タペット１２２は、コイル状のスプリング１２１の付勢力により常に図示下方に付勢されている。これにより、ローラ１２４は、常にカム１３１の外周面に当接している。

ポンプハウジング１４には、シリンダボデー１１が液密的に嵌め込まれ、シリンダボデー１１には、燃料流路１１２，１１４、摺動孔１１１、および加圧室１１３が設けられている。燃料流路１１２は、フィードポンプから低圧燃料が導入される燃料流路であり、摺動孔１１１は、プランジャ１２が図示上下方向に往復移動自在に摺動する摺動孔である。プランジャ１２の図示下端部は、円環板形状のばね受け１２５に固定され、タペット１２２の図示上端面に当接している。

加圧室１１３は、摺動孔１１１の図示上側の開口端側に設けられ、プランジャ１２の往復移動によって、燃料が、燃料流路１１２と電磁弁１を経由して加圧室１１３に吸入されて加圧される。燃料流路１１４は、加圧室１１３から高圧燃料が導入されてコモンレールへ当該高圧燃料を供給する燃料流路である。プランジャ１２の往復移動に伴って加圧室１１３の内容積が拡縮することで加圧された燃料は、加圧室１１３から燃料流路１１４を経由してコモンレールへ圧送供給されるように構成されている。図２に示すように、シリンダボデー１１の内周には、後述するバルブハウジング２の雄ねじ部２１がねじ締め付けされる雌ねじ部１１５が形成されている。

電磁弁１は、加圧室１１３に面して配され、加圧室１１３と連通する弁孔３５（図３）を開閉して燃料供給ポンプ１０からの燃料供給量を制御する常開型（ノーマリオープンタイプ）の電磁式制御弁である。電磁弁１は、内部にソレノイド部５とスプリング６を収納するバルブハウジング２と、内部に弁体４を収納するバルブボデー３を備える。

バルブハウジング２の外周には、電磁弁１をシリンダボデー１１の雌ねじ部１１５にねじ締め付けするための雄ねじ部２１が形成されている。このねじ締め付けは、バルブボデー３の平面３３とシリンダボデー１１の平面１１６と密着させるように、所定の締付軸力で行なわれる。このように、平面３３，１１６を直接密着させることによって、加圧室１１３から外部への燃料の漏洩を防止している。なお、バルブハウジング２の外周面とシリンダボデー１１の内周面との間には、燃料の外部への漏洩を防止するためのＯリングが装着されている。

コイル状のスプリング６は、弁体４を開弁方向である図示下方向に付勢するものであり、ソレノイド部５は、弁体４をスプリング６の付勢力に抗して閉弁方向である図示上方向に電磁的に駆動するものである。ソレノイド部５は、ソレノイドコイル５１とステータ５２を備え、ソレノイドコイル５１へ通電することによって、ステータ５２が、弁体４と共動する磁性体からなるアーマチャ４１を電磁力によって吸引する。

バルブボデー３は、金属材料によって所定の形状に形成されており、バルブハウジング２の先端側（図示下端側）にかしめ等により固定されている。バルブボデー３は、プランジャ１２の端面１２０と摺動孔１１１の内周面と共に加圧室１１３を形成する。バルブボデー３には、貫通孔３１、燃料流路３２、および図３に示すシート面３４が形成されている。貫通孔３１は、加圧室１１３と反対側（加圧室１１３に対して図示上側）と及び加圧室１１３と連通する貫通孔であって、弁体４が図示上下方向に往復移動自在に摺動する摺動孔である。燃料流路３２は、燃料流路１１２と連通する燃料流路であり、シート面３４は、加圧室１１３に面して配置されている。

弁体４には、シート部４２が形成され、アーマチャ４１が取り付けられている。シート部４２は、シート面３４と離着して、弁孔３５を開閉するものであり、弁孔３５は、シート部４２とシート面３４の隙間として形成されているものである。したがって、ソレノイドコイル５１へ通電しない状態では、スプリング６の付勢力によって、シート部４２がシート面３４から離れた状態となり、弁孔３５は開放される。つまり、電磁弁１は、ソレノイドコイル５１へ通電しない状態で弁孔３５が開放されるノーマリオープンタイプである。

ソレノイドコイル５１へ通電すると、スプリング６の付勢力に抗して、シート部４２がシート面３４に着座した状態となり、弁孔３５は閉塞される。

以上、燃料供給ポンプ１０の基本的構成について説明した。以下、燃料供給ポンプ１０の特徴的構成について説明する。

（特徴的構成）
弁体４の当接面４３と当接することで弁体４の開弁位置を規定するストッパ面１１７を、シリンダボデー１１において摺動孔１１１の開口端側の端面（図１に示すタペット１２２側の端面とストッパ面１１７）のうち加圧室１１３側の端面に設けている。当接面４３は、図４に示すように、リング状に設けられる。

また、図３において、弁体４の当接面４３がストッパ面１１７と当接している時に、加圧室１１３と弁孔３５の連通を確保するための燃料通路４４を、弁体４に設けている。燃料通路４４は、図４に示すように、凹状に凹んだ部分と横方向に延びる４本の横孔とからなる通路である。

（作用効果）
次に、本実施形態の燃料供給ポンプ１０の作用を図１〜３に基づいて説明する。

燃料供給ポンプ１０のカムシャフト１３がエンジンのクランクシャフトに駆動されて回転すると、タペット１２２およびローラ１２４がカム１３１の外周面に沿って一体的に図示上下方向に往復運動する。タペット１２２が図示上下方向に往復移動すると、タペット１２２と連動してプランジャ１２も図示上下方向に往復移動する。このとき、電磁弁１のソレノイドコイルへの通電が停止されており、ソレノイドコイル５１の起磁力が消磁されているため、スプリング６の付勢力によって弁体４が開弁位置（弁体４の当接面４３がストッパ面１１７と当接している位置）に押し付けられている。これにより、弁体４によって弁孔３５（シート部４２とシート面３４の隙間）が開放される。また、プランジャ１２がシリンダボデー１１の摺動孔１１１内を下降すると、加圧室１１３内の内容積が拡大する。これによって、燃料がプランジャ１２の下降に伴い、燃料流路１１２，３２、弁孔３５（シート部４２とシート面３４の隙間）、及び、燃料通路４４を経由して加圧室１１３内に導入される。

そして、プランジャ１２がシリンダボデー１１の摺動孔１１１内を下降から上昇に移行するタイミングで、電磁弁１のソレノイドコイル５１への通電が実施されると、ソレノイドコイル５１に起磁力が発生して、アーマチャ４１やステータ５２等の複数の磁性体が磁化される。これにより、アーマチャ４１がステータ５２に吸引され、これに伴い弁体４が閉弁方向に移動して、弁体４のシート部４２がバルブボデー３のシート面３４に着座する。これにより、弁体４によって電磁弁１の弁孔３５が閉塞される。プランジャ１２がシリンダボデー１１の摺動孔１１１内を更に上昇すると、加圧室１１３内の内容積が狭くなる。これによって、加圧室１１３内に導入された燃料がプランジャ１２の上昇に伴い加圧されて高圧化される。このとき、加圧室１１３内の燃料圧力が吐出弁の開弁圧よりも高くなると吐出弁が開弁して、加圧室１１３から燃料流路１１４を経由してコモンレールに高圧燃料が圧送供給される。高圧燃料の圧送後には、電磁弁１のソレノイドコイル５１への通電が停止されて弁体４が開弁位置に戻り、加圧室１１３内に再び燃料が吸入される。

本実施形態による燃料供給ポンプ１０の電磁弁１では、特徴的構成として、弁体４の当接面４３と当接することで弁体４の開弁位置を規定するストッパ面１１７を、シリンダボデー１１において摺動孔１１１の開口端側の端面（図１に示すタペット１２２側の端面とストッパ面１１７）のうち加圧室１１３側の端面に設けている。このため、電磁弁１の弁体４の開弁位置を規制するストッパを、電磁弁１のバルブボデー３とシリンダボデー１１の間に介装しないで構成できる。

したがって、電磁弁のバルブボデーとシリンダボデーの間にストッパを介装することによるシリンダボデーとストッパの接触面およびバルブボデーとストッパの接触面での各シール性の低下の問題を解消できる。

また、電磁弁１の弁体４の開弁位置を規制するストッパ機能を、弁体４の当接面４３とシリンダボデー１１のストッパ面１１７とによって実現しているため、新たに部品点数を増やさないで、ストッパ機能を実現できる。また、新たに部品点数を増やさないでストッパ機能を実現できるため、バルブボデーとシリンダボデーの間にストッパを介装する従来技術と比較して、バルブボデーとシリンダボデーの間に介装されるストッパの長さ分だけ、燃料供給ポンプ１０の長さ（図１において上下方向の長さ）を短縮できる。

なお、本実施形態では、バルブボデー３の平面３３とシリンダボデー１１の平面１１６を直接密着させている。このため、電磁弁１の閉弁時（シート部４２がシート面３４に着座している時）にプランジャ１２が上昇して加圧室１１３内の燃料が加圧されて加圧室１１３内の内圧が高くなっても、シリンダボデー１１の受圧面積もバルブボデー３の受圧面積も大きいため、シリンダボデー１１もバルブボデー３も共に外側へ変形する。これにより、平面３３，１１６の密着部分での相対滑りによるフレッティング磨耗が抑えられて、この密着部分でのシール性の低下を抑えることができる。

また、バルブボデー３とシリンダボデー１１が直接密着している平面３３，１１６には、弁体４の当接面４３とシリンダボデー１１のストッパ面１１７の隙間を通して、加圧室１１３からの燃料圧が加わるようになっている。このため、加圧室１１３内の燃料が加圧されて加圧室１１３内の内圧が高くなっても、平面３３，１１６の密着部分に加わる力を抑えることができるため、平面３３，１１６の密着部分での相対滑りによるフレッティング磨耗がより抑えられて、この密着部分でのシール性の低下をより抑えることができる。

また、弁体４の当接面４３がストッパ面１１７と当接している時に、加圧室１１３と弁孔３５の連通を確保するための燃料通路４４を、弁体４に設けている。したがって、弁体４が開弁位置にある時には、弁体４の当接面４３がストッパ面１１７と当接するが、加圧室１１３と弁孔３５の連通が、燃料通路４４によって確保されている。このため、弁体４が開弁位置にある時に、プランジャ１２の往復移動による負圧を燃料通路４４を通して弁孔３５に及ぼすことを確保できるため、開弁している弁孔３５を通して燃料を加圧室１１３に吸入できる。

（変形例）
上述の例では、弁体４において、当接面４３をリング状に設け、燃料通路４４を凹状に凹んだ部分と横方向に延びる横孔とからなる通路して形成したが、これに限らない。例えば、図５に示す第１変形例のように、弁体４０１において、当接面４３１を略円形状に設け、燃料通路４４１を斜め孔として形成することも可能である。これによっても、弁体４が開弁位置にある時に、プランジャ１２の往復移動による負圧を燃料通路４４１を通して弁孔３５に及ぼすことを確保できるため、開弁している弁孔３５を通して燃料を加圧室１１３に吸入できる。

また、図６に示す第２変形例ように、弁体４０２において、当接面４３２を略円形状に設け、燃料通路４４２を溝として形成することも可能である。これによっても、第１変形例と同様の効果を得ることができる。なお、燃料通路を、弁体４でなくて、シリンダボデー１１に形成することも可能である。

上述の例では、弁体４のむきだし面を当接面４３とし、シリンダボデー１１のむきだし面をストッパ面１１７としたが、これに限らない。図７に示す変形例ように、強硬度材料からなる硬質膜４５を、弁体４においてシリンダボデー１１のストッパ面１１７と当接する部分に形成し、硬質膜４５の表面を当接面４３３とすることが可能である。

硬質膜４５は、ＴｉＮ，ＴｉＣ等のチタン系や窒化ケイ素系等の硬質膜として、ＣＶＤ法（化学的成膜方法）やＰＶＤ法（物理的成膜方法）で弁体４に形成する。このため、開弁時の弁体４の当接面４３３とストッパ面１１７との衝突による磨耗を防止できて、シート部４２がシート面３４に着座した閉弁位置と、当接面４３３がストッパ面１１７と当接した開弁位置との間の距離である弁体４の移動量（バルブリフト）の変化を抑えることができる。

なお、強硬度材料からなる硬質膜を、シリンダボデー１１において弁体４の当接面４３が当接する部分に形成し、この硬質膜の表面をストッパ面とすることも可能である。これによっても、開弁時の弁体４の当接面４３とシリンダボデー１１のストッパ面との衝突による磨耗を防止できて、弁体４の移動量（バルブリフト）の変化を抑えることができる。

１０燃料供給ポンプ、１電磁弁、２バルブハウジング、２１雄ねじ部
３バルブボデー、３１貫通孔、３２燃料流路、３３平面、３４シート面
３５弁孔、４，４０１，４０２弁体、４１アーマチャ、４２シート部
４３，４３１，４３２当接面、４４，４４１，４４２燃料通路
４５硬質膜、５ソレノイド部、５１ソレノイドコイル、５２ステータ
６スプリング、１１シリンダボデー、１１１摺動孔、１１２燃料流路
１１３加圧室、１１４燃料流路、１１５雌ねじ部、１１６平面
１１７ストッパ面、１２プランジャ、１２０端面、１２１スプリング
１２２タペット、１２３ピン、１２４ローラ、１２５ばね受け
１３カムシャフト、１３１カム、１４ポンプハウジング

Claims

内燃機関に高圧燃料を供給する燃料供給ポンプであって、
内部にプランジャが往復移動自在に摺動する摺動孔、および前記摺動孔の開口端側に前記プランジャの往復移動によって燃料が吸入されて加圧される加圧室を有するシリンダボデーと、
前記加圧室に面して配され、前記加圧室と連通する弁孔を開閉する電磁弁とを備え、
前記電磁弁は、
前記加圧室に面してシート面が形成され、貫通孔を有するバルブボデーと、
前記貫通孔を往復移動自在に摺動すると共に、前記シート面と離着して前記弁孔を開閉するシート部を有する弁体と、を備え、
前記弁体と当接することで前記弁体の開弁位置を規定するストッパ面を、前記シリンダボデーにおいて前記摺動孔の開口端側の端面のうち前記加圧室側の端面に設けており、
前記弁体が前記ストッパ面と当接している時に、前記加圧室と前記弁孔の連通を確保するための燃料通路を、前記弁体に設けていることを特徴とする燃料供給ポンプ。
強硬度材料からなる硬質膜を、前記弁体において前記ストッパ面と当接する当接面と前記ストッパ面の一方に設けていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給ポンプ。