(57)【要約】【課題】偏倚手段の搭載に対する許容量要求を低減する。【解決手段】燃料ポンプに使用されるバルブアセンブリは、バルブ開口２６，３６を有する本体部材４３と、本体部材内で移動可能であり、バルブ開口２６，３６を閉じるように構成されたバルブ部材２２，３２と、本体部材及びバルブ部材２２，３２の一方に対して固定された第一部分と本体部材及びバルブ部材２２，３２の他方に対して固定された第二部分とを有する偏倚手段とを備える。偏倚手段は、バルブ部材２２，３２を偏倚させてバルブ開口２６，３６を閉じるように構成されている。偏倚手段は、第一部分において第一直径を有すると共に第二部分において第二直径を有する螺旋ばね２８，３８を備える。螺旋ばねの第一直径は、そのばねの第二直径と異なる。螺旋ばねは、第一部分において、それが固定された部材に対する衝合により保持されている。【選択図】  図１
2010112381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ開口（２６，３６）を有する本体部材（４３）と、
前記本体部材内で移動可能であり、前記バルブ開口（２６，３６）を閉じるように構成されたバルブ部材（２２，３２）と、
前記本体部材及び前記バルブ部材（２２，３２）の一方に対して固定された第一部分と前記本体部材及び前記バルブ部材（２２，３２）の他方に対して固定された第二部分とを有し、前記バルブ部材（２２，３２）を偏倚させて前記バルブ開口（２６，３６）を閉じるように構成された偏倚手段と、
を備え、
前記偏倚手段は、前記第一部分において第一直径を有すると共に前記第二部分において第二直径を有する螺旋ばね（２８，３８）を備え、その第一直径と第二直径とは互いに異なり、前記螺旋ばねは、前記第一部分において、それが固定された前記部材に対する衝合により保持されていることを特徴とする、燃料ポンプに使用されるバルブアセンブリ（２０，３０）。
【請求項２】
前記螺旋ばね（２８，３８）の前記第一部分は、全体的に螺旋状のピッチを有することを特徴とする、請求項１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項３】
前記螺旋ばね（２８，３８）の前記第一部分は、少なくとも２巻きの密着した巻き回数を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のバルブアセンブリ。
【請求項４】
前記螺旋ばね（２８，３８）の前記第一部分は、前記螺旋ばね（２８，３８）の端部（２０２，３０２）において、閉じたループを含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のバルブアセンブリ。
【請求項５】
前記閉じたループは研磨され、前記螺旋ばね（２８，３８）の平坦端面（２１２，３１２）を形成していることを特徴とする、請求項４に記載のバルブアセンブリ。
【請求項６】
前記螺旋ばね（２８，３８）は、当該螺旋ばね（２８，３８）の前記第一部分を有すると共に前記螺旋ばね（２８，３８）の直径が変化する可変直径区間と、前記螺旋ばね（２８，３８）の前記第二部分を有すると共に前記螺旋ばね（２８，３８）の直径が実質的に一定である一定直径区間とを備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のバルブアセンブリ。
【請求項７】
実質的に前記可変直径区間の全体が、密着して巻かれていることを特徴とする、請求項６に記載のバルブアセンブリ。
【請求項８】
前記第一直径は、前記第二直径よりも大きく、前記螺旋ばね（３８）の前記第一部分は、前記本体部材（４３）の内側壁に対して衝合していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のバルブアセンブリ。
【請求項９】
前記螺旋ばね（３８）の前記第二部分は、前記バルブ部材に当接する自由端を有することを特徴とする、請求項８に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１０】
前記第一直径は、前記第二直径よりも小さく、前記螺旋ばね（２８）の前記第一部分は、前記バルブ部材の外側面に対して衝合していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のバルブアセンブリ。
【請求項１１】
前記螺旋ばね（２８）は、前記バルブ部材に被着され、前記螺旋ばね（２８）の前記第二部分は、前記本体部材（４３）に設けられた環状溝（２７）と衝合していることを特徴とする、請求項１０に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１２】
入口バルブアセンブリ（２０）及び出口バルブアセンブリ（３０）を備えた燃料ポンプであって、前記入口バルブアセンブリ及び前記出口バルブアセンブリの一方又は双方が、請求項１乃至１１のいずれかに記載のバルブアセンブリであることを特徴とする、燃料ポンプ。
【請求項１３】
前記入口バルブアセンブリ（２０）は、請求項１０又は１１に記載のバルブアセンブリであり、前記出口バルブアセンブリ（３０）は、請求項８又は９に記載のバルブアセンブリであることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ポンプでの使用に適したバルブアセンブリに関する。記述されたバルブアセンブリの実施形態は、特に、圧縮点火内燃機関に高圧力燃料を供給するための共同燃料噴射システムに使用される燃料ポンプでの使用に適している。
【背景技術】
【０００２】
燃料ポンプは各種の機関システムで採用さている。圧縮点火（ディーゼル）内燃機関のための共同燃料噴射システムは、機関動作のあらゆる相に対する優れた制御を提供し、ポンプに対して高圧燃料源として振る舞うように強いている。１つの知られた共同燃料ポンプは、ラジアルポンプ設計のものであり、機関駆動カムの周りに等角度間隔で配置された３つのポンププランジャーを有している。各プランジャーは、メインポンプハウジングに搭載されたポンプヘッド内に設けられたプランジャー内腔内に搭載されている。使用の際にカムが駆動されると、各プランジャーは、それらの内腔内で、各相を形成する周期的な仕方で往復運動するようになる。プランジャーが往復運動すると、各プランジャーは、ポンプヘッド内の関連プランジャー内腔の一端において画定されているポンプチャンバー内の燃料に圧力を加えることとなる。ポンプチャンバー内で圧力の掛けられた燃料は、共通高圧供給ラインに送られ、そこから、共同燃料システムの下流噴射器に配給するため、共同又は他の蓄積容器に供給される。
【０００３】
そのような燃料ポンプは、低圧の燃料を受け入れる入口バルブと、圧力燃料を排出する出口バルブを有している。入口と出口の両バルブは、逆止めバルブ（またチェックバルブとして知られている）であり、各々は、ばねにより偏倚されてバルブ開口を閉じるような移動素子であるバルブ部材を備えている。
【０００４】
入口バルブについていえば、バルブ部材は、プランジャーを形成する。プランジャーの一端は、偏倚されてバルブ開口を閉じている。偏倚ばねは、プランジャーの他端に固定されており、ばねは、ポンプ本体内でプランジャーシャフトの周りに拡がって１つの座まで形成されている。ばね座がプランジャーの第二端のところに形成されており、偏倚ばねを２つの座の間で圧縮状態で保持するようになっている。このばね座を固定するための各種のアプローチがなされてきている。すなわち、プランジャーシャフトの周りにそのばね座を挟み込む形態、プランジャーシャフトにばね座を圧着する形態、プランジャーシャフトにばね座を溶接又はねじ止めする形態等である。
【０００５】
出口バルブについていえば、バルブ部材は、偏倚ばねにより偏倚されてバルブ開口を閉じるようなボールである。ボールは、偏倚ばねの一端内に置かれている。バルブの本体に固定されているばね座は、偏倚ばねの他端を保持している。入口バルブについてと同様、このばね座を固定するための同様の各種のアプローチがなされてきている。すなわち、バルブ本体の内腔内でそのばね座を挟み込む形態、バルブ本体内でばね座を圧着する形態、バルブ本体にばね座を溶接又はねじ止めする形態等である。
【０００６】
そのような配置の例が、特許文献１（ＷＯ２００６／１２５６９０Ａ１）に示されている。この文献は、出口バルブを有した高圧ポンプを記述しており、ばね保持部が、ポンプ本体の出口内腔に挿入されており、圧着によりそれに固定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、燃料ポンプでの使用に適したバルブアセンブリであって、前述のタイプのバルブアセンブリの制限事項を回避し、又は克服するようなバルブアセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、バルブ開口を有する本体部材と、本体部材内で移動可能であり、バルブ開口を閉じるように構成されたバルブ部材と、本体部材及びバルブ部材の一方に対して固定された第一部分と本体部材及びバルブ部材の他方に対して固定された第二部分とを有し、バルブ部材を偏倚させてバルブ開口を閉じるように構成された偏倚手段と、を備え、偏倚手段は、第一部分において第一直径を有すると共に第二部分において第二直径を有する螺旋ばねを備え、その第一直径と第二直径とは互いに異なり、螺旋ばねは、第一部分と第二部分のいずれかにおいて、それが固定された部材に対する衝合により保持されていることを特徴とする燃料ポンプに使用されるバルブアセンブリ、が提供される。
【０００９】
かかる構成によれば、従来のバルブアセンブリよりも部品点数の少ないバルブアセンブリが提供される。また、かかる構成は、偏倚手段の搭載に対する許容量要求を低減するという点で利益がある。ばねの弾性により、衝合の他方部材を形成する部品の直径に対するばねの直径に大きな許容量を持たせることができる。そのような弾性特性ではなく、ばね座を使用していた従来の構成では、そのような大きな設計許容量を持たせることはできない。
【００１０】
好適には、螺旋ばねの第一部分は、全体的に螺旋状のピッチを有する。
有効的に、螺旋ばねの第一部分は、少なくとも２巻きの密着した巻き回数を有する。
また、螺旋ばねの第一部分は、螺旋ばねの端部において、閉じたループを含むことが好ましい。閉じたループは研磨され、螺旋ばねの平坦端面を形成していてもよい。
【００１１】
有効的に、螺旋ばねは、当該螺旋ばねの第一部分を有すると共に螺旋ばねの直径が変化する可変直径区間と、螺旋ばねの第二部分を有すると共に螺旋ばねの直径が実質的に一定である一定直径区間とを備える。実質的に前記可変直径区間の全体が、密着して巻かれていてもよい。
【００１２】
第一構成においては、第一直径は、第二直径よりも大きく、螺旋ばねの第一部分は、本体部材の内側壁に対して衝合している。更に、螺旋ばねの第二部分は、バルブ部材に当接する自由端を有し得る。
【００１３】
第二構成においては、第一直径は、第二直径よりも小さく、螺旋ばねの第一部分は、バルブ部材の外側面に対して衝合している。この構成においては、螺旋ばねは、バルブ部材に被着され、螺旋ばねの第二部分は、本体部材に設けられた環状溝と衝合している。
【００１４】
本発明の一様相においては、燃料ポンプが、入口バルブアセンブリ及び出口バルブアセンブリを備え、入口バルブアセンブリ及び出口バルブアセンブリの一方又は双方が、上述のバルブアセンブリである。
【００１５】
本発明のこの様相による燃料ポンプの一形態においては、入口バルブアセンブリは、バルブアセンブリの上記第二構成で記述されたバルブアセンブリであり、出口バルブアセンブリは、バルブアセンブリの上記第一構成で記述されたバルブアセンブリである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態が単なる例として以下記述される。
【図１】図１は、本発明の第一実施形態のバルブアセンブリの破断図である。
【図２】図２は、本発明の第二実施形態のバルブアセンブリの破断図である。
【図３】図３は、本発明の第一及び第二実施形態のバルブアセンブリを備えた燃料ポンプアセンブリの切欠図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図３を参照すると、燃料ポンプアセンブリ１０は、燃料ポンプアセンブリ１０内に低圧燃料を受け入れる入口バルブ２０と、燃料ポンプアセンブリ１０から高圧燃料を排出できる出口バルブ３０とを備えている。燃料は、ポンプ本体４３内に設けられた内腔４２内を往復運動するポンププランジャー４０により、燃料チャンバー内で圧力が掛けられる。このプランジャーは、例えば、カム（図示せず）により駆動することができ、燃料に圧力を掛けるために使用される。
【００１８】
入口バルブ２０は、プランジャーの形態のバルブ部材２２を備えている。このバルブ部材２２は、ポンプ本体４３の入口内腔２１内で往復運動する。入口内腔２１は、バルブ開口２６のところで燃料チャンバー５０に通じている。バルブ部材２２のバルブ閉被端２４は、第一偏倚ばね２８により偏倚され、バルブ開口２６を閉ざしている。偏倚ばね２８は、圧縮された状態で作用し、その一端は、ポンプ本体４３上の環状溝２７内に置かれ、他端は、バルブ開口２６から離れた、バルブ部材２２の一部に固定されている。偏倚ばね２８は、その長さ方向に沿って直径は様々とすることができる。具体的には、バルブ開口２６から離れた端部において、第一のより短い直径を有し、この端部において、バルブ部材２２の周りに衝合している。語句“衝合”は、ここでは、２つの係合部材のうちの１つの部材の直径が、それが挿入される部材の直径より僅かに大きく、その２つの部材の間の固定がそれらを組み付けた後の摩擦により為されるような２つの部材の間の許容差で、それらの２つの部材を合わせることを意味するように使用される。
【００１９】
出口バルブ３０は、ボールの形態のバルブ部材３２を備えている。このボール３２は、ポンプ本体４３の出口内腔３１内に置かれており、その出口内腔３１は、バルブ開口３６のところで燃料チャンバー５０に通じている。ボール３２は、第二偏倚ばね３８により偏倚され、バルブ開口３６を閉ざしている。偏倚ばね３８は、圧縮された状態で作用し、その一端は、ボール３２の周りに位置し、他端は、バルブ開口３６から離れた、出口内腔３１の一部に固定されている。偏倚ばね３８は、その長さ方向に沿って直径は様々とすることができる。具体的には、バルブ開口３６から離れた端部において、第一のより長い直径を有し、この端部において、出口内腔３１の内側面に衝合している。
【００２０】
入口バルブ２０及び出口バルブ３０は共に逆止めバルブであり、あるいは、当該技術分野においては、チェックバルブと称されることもある。各バルブは、偏倚され、明確な開放圧力においてのみ開くようになっている。入口バルブ２０の開放圧力は、出口バルブ３０の開放圧力よりも低い。燃料ポンプ１０は、以下のように働く。プランジャー４０が降下すると、燃料チャンバー５０の容積が拡がり、その内部の圧力が低くなる。その圧力が十分に低くなると、燃料入口圧力と燃料チャンバー圧力の間の差異が十分に大きくなり、入口バルブ２０が開放し、燃料が燃料チャンバー５０内に流れ込むようになる。燃料チャンバー５０が一杯になり、プランジャー４０が上昇し始めると、燃料チャンバー５０内の圧力が増加する。入口燃料圧力が、入口バルブ２０を開放状態に保つのに十分な燃料チャンバー圧力をもはや超えなくなると、入口バルブ２０が閉じる。これらの段階を通して、出口バルブ３０は、開放するのに十分な燃料チャンバー圧力にないので閉じたままである。プランジャー４０が内腔４２内を上昇し続けると、燃料チャンバー５０内の圧力が、出口バルブ３０を開放するのに十分な点にまで上昇する。出口バルブ３０が開放すると、圧力が加わった燃料は、燃料チャンバー圧力が、出口バルブ３０が再び閉じるような点に落ちるまで、その出口を通じて排出される。その後、上述のサイクルが再び開始し、それが繰り返される。
【００２１】
以下、図１を参照して、入口バルブ２０をより詳細に記述する。図１は、本発明のバルブアセンブリの第一実施形態を示している。偏倚ばね２８は、その長さ方向に沿って直径が変化している螺旋ばねである。ばね２８の主部２０６は、従来の円筒形螺旋ばねの形態をしている。この主部２０６の自由端は、バルブ部材２２を取り巻くポンプ本体４３内の溝２７内に位置している。主部２０６の他端においては、ばね２８の自由直径は、バルブ部材２２の直径よりも短くなるまで減ずる。ばね２８は、バルブ部材２２の細い端部を過ぎて押し付けられることにより所定位置に置かれ（バルブ部材２２は、テーパ形状部２０８で終わっており、それによりこの効果的な動作が容易に行える）、バルブ部材２４に対して必要な偏倚の力を与えるのに十分な位置まで力が加えられる。ばね２８の端部は閉じていると共に研摩されて、平坦端面２１２を形成している。それによりばね２８を位置付けする力が均等に加えられ、ばねを正確に位置付けすることができる。
【００２２】
ばね２８の短い直径の端部２０２のところでは、ばね２８の内側面２０４は、バルブ部材２２の外側面と衝合している。突端部においては、ばね２８は、閉じたループを形成している。効果的な衝合を提供するために、ばね２８の少なくとも２巻分がバルブ部材２２の外側面と接触している。これにより、ばね２８の短い直径の端部２０２のところが強固となり、例えばかなり重圧のかかるバルブの場合のように、強固性がより必要とされるときには、その巻き数を増加させることもできる。
【００２３】
図１に示されたように、ばねの短い直径の端部２０２とばねの遷移領域２１０は、双方とも密着状態で巻かれ、ばねの一巻きが隣りの一巻きと接触している。遷移領域２１０においては、その領域の応力を最小にするために、この密着巻きは望ましい（これはより重圧のかかるバルブに特に重要である）。短い直径の端部２０２については、密着巻きは、ばねの強固性を更に増し、それによりバルブ部材２２との衝合が改善される。短い直径の端部２０２と遷移領域２１０の双方が密着状態で巻かれている場合には、ばね２８の圧縮される作用する巻き部分は、ばねの主部２０６のそれらのみである。これにより、圧縮されるばね２８の特性は、主部２０６の全体に渡る従来の円筒形ばねの特性と同様のものとなる、という利益が得られ、特に、密着して巻かれていない、直径の変化するばねに見受けられるような重要な非線形性はないことになるので、ばねの性能を予想してモデル化するのは容易であろう。
【００２４】
以下、図２を参照して、出口バルブ３０をより詳細に記述する。図２は、本発明のバルブアセンブリの第二実施形態を示している。偏倚ばね３８は、その長さ方向に沿って直径が変化している螺旋ばねである。ばね３８の主部３０６は、従来の円筒形螺旋ばねの形態をしている。この主部３０６の自由端は、ボール３２の当接位置にあり、ばねがそれを偏倚させて開口３６を閉じるようになっている。主部３０６の他端においては、ばね３８の自由直径は、出口内腔３１の直径よりも長くなるまで増加する。ばね３８は、内腔３１内で押し付けられ、ボール３２に対して必要な偏倚の力を与えるのに十分な位置まで力を加えることにより、所定位置に置かれる。ばね３８の端部は閉じていると共に研磨されて、平坦端面３１２を形成している。それによりばね３８を位置付けする力が均等に加えられ、ばねを正確に位置付けすることができる。
【００２５】
ばね３８の長い直径の端部３０２のところでは、ばね３８の外側面３０４は、出口内腔３１の内側面と衝合している。効果的な衝合を提供するために、ばね３８の少なくとも２巻分が出口内腔３１の内側面と接触している。これにより、ばね３８の長い直径の端部３０２のところが強固となり、例えばかなり重圧のかかるバルブの場合のように、強固性がより必要とされるときには、その巻き数を増加させることもできる。
【００２６】
図２に示されたように、ばね３８の長い直径の端部３０２とばねの遷移領域３１０（長い直径の端部３０２と主部３０６の間）は、双方とも密着状態で巻かれ、ばねの一巻きが隣りの一巻きと接触している。遷移領域３１０においては、その領域の応力を最小にするために、この密着巻きは望ましい（これはより重圧のかかるバルブに特に重要である）。長い直径の端部３０２については、密着巻きは、ばねの強固性を更に増し、それにより出口内腔３１との衝合が改善される。この事項は、図３の燃料ポンプにおける入口バルブ２０についてよりも、出口バルブ３０について重要なことである。入口バルブ２０よりも出口バルブ３０の方について、２つの要因が、衝合と遷移領域に対する要求を増しているからである。すなわち、１つは、出口バルブ３０のばね３８の直径は、衝合のところで、より大きいものの、入口バルブ２０のばね２８の直径は、衝合のところで、より小さい、ということである。ばねが同じ負荷を支持しているのであれば、出口バルブ３０においては、ばね（又はコイル）の衝合部の巻き部分は、ばね力の結果的な変化を伴って、より強い応力を受けるからである。もう１つは、出口バルブ３０の各素子は、より高い圧力に晒されているが（高い圧力でバルブが開く）、入口バルブ２０の各素子は、そうではない（燃料チャンバー５０内が高い圧力の場合に、入口バルブが閉じる）。示されている特定の実施形態においては、直径の変化は、入口バルブばね２８と比較して、出口バルブばね３８の方が比較的大きいので、より密着した巻き方の変化が並び精度を改善する。
【００２７】
本発明の実施形態によるこれらの及び他のバルブアセンブリが、他の燃料ポンプアセンブリや、他の形態のポンプのアセンブリに使用できる。
【符号の説明】
【００２８】
２０，３０    バルブアセンブリ
２２，３２    バルブ部材
２６，３６    バルブ開口
２７          環状溝
２８，３８    螺旋ばね
４３          本体部材
２０２，３０２      螺旋ばね（２８，３８）の端部
２１２，３１２      螺旋ばね（２８，３８）の平坦端面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】国際公開第２００６／１２５６９０号パンフレット
【図１】
2010112381.tif 000003
【図２】
2010112381.tif 000004
【図３】
2010112381.tif 000005