(57)【要約】【課題】吸入流路の加圧室への開口部がプランジャの中心軸に対して角度を有している場合でも、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間にキャビテーションが発生し難い流体ポンプを提供する。【解決手段】高圧燃料ポンプ１は、加圧室４に開口部１３から吸入される燃料が通る吸入流路５と、加圧室４から吐出される燃料が通る吐出流路６とを備える。吸入流路５の中心軸線Ｃ１は、プランジャの中心軸線Ｃ２と角度を有している。吸入流路５には、その開口部１３に至る分流壁１６が設けられている。分流壁１６は、直交方向Ｄの一方側の壁面１７と他方側の壁面１８とを備える。壁面１７、１８は開口部１３まで延在している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
略円筒形状の外周面を有し、前記本体部により進退自在に保持されたプランジャと、
前記本体部により内壁が形成された加圧室と、
前記加圧室に連通し、該加圧室内に流入する流体が通る吸入流路と、
前記加圧室に連通し、該加圧室から流出する流体が通る吐出流路とを備え、
前記加圧室内に前記プランジャが前進することによって前記加圧室が減容されて前記流体の圧力が高められる流体ポンプにおいて、
前記吸入流路は、略円筒形状の内壁面を有し、前記加圧室の内壁に開口する開口部から該加圧室に連通しており、
前記吸入流路の中心軸線は、前記プランジャの中心軸線と角度を有して直線的に延在しており、
前記吸入流路には、該吸入流路内から前記開口部に至る分流壁が設けられており、
前記分流壁の壁面は、前記プランジャの中心軸線を含みかつ前記吸入流路の中心軸線に平行な面に直交する直交方向の一方側の壁面と他方側の壁面とを備え、
前記一方側の壁面と前記他方側の壁面はともに前記吸入流路内に露出し、
前記一方側の壁面の少なくともと一部と前記他方側の壁面の少なくとも一部はともに前記開口部まで延在していることを特徴とする流体ポンプ。
【請求項２】
前記吸入流路内に、
弁体と、
前記弁体の前記加圧室と反対側に設けられ、該弁体が当接する弁座面と、
前記弁体を、前記弁座面に向けて付勢する付勢部材とを備え、
前記付勢部材は、内側が中空部となっている略円筒形状の弾性体であり、
前記分流壁には、前記吸入流路の中心軸線方向に延在し、前記中空部内に挿入されて前記弾性体の該中心軸線と直交する方向への移動を規制する直交規制部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項３】
前記弾性体には、該弾性体の外周側と前記中空部とを連通する間隙が該弾性体の中心軸線方向に繰り返し配置されており、
前記直交規制部の前記加圧室から遠ざかる側の端部には、前記流体が前記吸入流路内から前記加圧室へ流入する際に前記弁体が当接する弁体規制部が設けられており、
前記吸入流路の中心軸線と直交する投影面に投影される前記開口部の形状の図心は、該吸入流路の中心軸線からずれていることを特徴とする請求項２に記載の流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本体部と、本体部により保持されたプランジャと、本体部により内壁が形成された加圧室と、加圧室に吸入される燃料が通る吸入流路と、加圧室から吐出される燃料が通る吐出流路とを備えた高圧燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この高圧燃料ポンプでは、加圧室内にプランジャが前進することによって加圧室が減容されて燃料の圧力が高められる。
【０００３】
特許文献１の高圧燃料ポンプでは、加圧室に開口する吸入流路の開口部としての吸入口は、プランジャの中心軸を中心に円環状に設けられている。これにより、加圧室に吸入される燃料は、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間に対して、プランジャの中心軸線方向に流入し易くなっている。
【０００４】
したがって、この高圧燃料ポンプにおける加圧室に対する吸入口の配置は、結果的に加圧室内に露出するプランジャの表面における燃料のキャビテーションを抑え、該表面のエロージョンを防止する効果を有する。
【０００５】
一方、特許文献２に開示されているような今日の高圧燃料ポンプにおいては、加圧室のプランジャの中心軸線方向に、燃料を一時的に貯留する燃料室などが設けられる。そして、燃料ポンプの高さを抑える要求などに応えるために、加圧室への吸入口を有する吸入流路の中心軸線は、プランジャの中心軸線に対して角度を有して配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８０３９１号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の高圧燃料ポンプによれば、吸入流路の中心軸線がプランジャの中心軸線に対して角度を有しているので、加圧室に吸入される燃料が、キャビテーションが起こり易いプランジャの外周面と加圧室の内壁との間に流入し難い。
【０００８】
すなわち、プランジャが加圧室内を往復動することにより、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間の隙間に充満した燃料の内部にはプランジャの軸線方向に剪断応力が発生する。このとき、上記間隙の小さい高圧燃料ポンプにおいては、加圧室の内壁からプランジャの外周面に至るまでの燃料の速度は急激に変化するため剪断応力も大きなものとなり、燃料の圧力が急激に低下する。これにより、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間では、圧力が局所的に飽和蒸気圧以下となり、キャビテーションが発生する可能性がある。
【０００９】
このため、かかるキャビテーションを抑制するには、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間隔を拡げるなどの対策が有効である。しかし、かかる対策は、ポンプ効率を低下させる要因となる。
【００１０】
すなわち、このような高圧燃料ポンプにおいて、燃料は２０MPa以上の高圧に加圧されるため、液体である燃料であっても微量ながら圧縮される。そして、燃料の加圧はプランジャが加圧室を減容させることによってなされるので、燃料が圧縮されることを考慮すると加圧室の最大容積がプランジャによって加圧室が減容される容積と等しいとき、つまりデッドボリュームが無いときに加圧室からの吐出量は最大となりポンプ効率を最大とすることができる。よって、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間隔を拡げることはデッドボリュームの増加を招き、ポンプ効率を低下させる要因となる。
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、吸入流路の中心軸線がプランジャの中心軸線に対して角度を有する場合でも、プランジャの外周面と加圧室の内壁との間にキャビテーションが発生し難い流体ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明に係る流体ポンプは、
本体部と、
略円筒形状の外周面を有し、前記本体部により進退自在に保持されたプランジャと、
前記本体部により内壁が形成された加圧室と、
前記加圧室に連通し、該加圧室内に流入する流体が通る吸入流路と、
前記加圧室に連通し、該加圧室から流出する流体が通る吐出流路とを備え、
前記加圧室内に前記プランジャが前進することによって前記加圧室が減容されて前記流体の圧力が高められる流体ポンプにおいて、
前記吸入流路は、略円筒形状の内壁面を有し、前記加圧室の内壁に開口する開口部から該加圧室に連通しており、
前記吸入流路の中心軸線は、前記プランジャの中心軸線と角度を有して直線的に延在しており、
前記吸入流路には、該吸入流路内から前記開口部に至る分流壁が設けられており、
前記分流壁の壁面は、前記プランジャの中心軸線を含みかつ前記吸入流路の中心軸線に平行な面に直交する直交方向の一方側の壁面と他方側の壁面とを備え、
前記一方側の壁面と前記他方側の壁面はともに前記吸入流路内に露出し、
前記一方側の壁面の少なくともと一部と前記他方側の壁面の少なくとも一部はともに前記開口部まで延在していることを特徴とする。
【００１３】
第１発明によれば、吸入流路及びプランジャの各中心軸線が角度を有するにも拘らず、分流壁が、加圧室内に流入する流体をプランジャの外周面と加圧室の内壁との隙間に誘導するので、該隙間におけるキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。したがって、プランジャの外周面及び加圧室の内壁におけるエロージョンの発生を抑えつつ、加圧室のデッドボリュームを小さくして、流体ポンプのエネルギー効率を高めることができる。
【００１４】
第２発明に係る流体ポンプは、第１発明において、
前記吸入流路内に、
弁体と、
前記弁体の前記加圧室と反対側に設けられ、該弁体が当接する弁座面と、
前記弁体を、前記弁座面に向けて付勢する付勢部材とを備え、
前記付勢部材は、内側が中空部となっている略円筒形状の弾性体であり、
前記分流壁には、前記吸入流路の中心軸線方向に延在し、前記中空部内に挿入されて前記弾性体の該中心軸線と直交する方向への移動を規制する直交規制部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
第２発明によれば、直交規制部は、分流壁に設けられており、独立した部材で形成して吸入流路内部に配置する必要が無いため、流体ポンプの構成部品及びその組付け作業が削減されるので、廉価な流体ポンプを達成することができる。また、弾性体の中空部に直交規制部が挿入されるので、弾性体の外周部は全域にわたって吸入流路内に曝露されて流体の流れに曝される。このため、弾性体の形状が複雑であっても、弾性体にダストなどが溜まるのを防止することができる。
【００１６】
第３発明に係る流体ポンプは、第２発明において、
前記弾性体には、該弾性体の外周側と前記中空部とを連通する間隙が該弾性体の中心軸線方向に繰り返し配置されており、
前記直交規制部の前記加圧室から遠ざかる側の端部には、前記流体が前記吸入流路内から前記加圧室へ流入する際に前記弁体が当接する弁体規制部が設けられており、
前記吸入流路の中心軸線と直交する投影面に投影される前記開口部の形状の図心は、該吸入流路の中心軸線からずれていることを特徴とする。
【００１７】
この構成において、弁体と弁体規制部とが当接しているときには、弾性体の周囲に流体の強い流れが発生していても弁体と弁体規制部との間に流体が流れることは無いので、流体による弾性体の洗浄効果は期待できない。よって、吸入流路内に流れが発生している状態でかつ弁体と弁体規制部との間に隙間が存在している開弁途中又は閉弁途中にしか洗浄効果は期待できない。しかしながら、開弁途中又は閉弁途中には吸入流路内の流れは強くないため十分な洗浄効果を期待することはできない。
【００１８】
この点、第３発明によれば、開口部の投影形状の図心は、吸入流路の中心軸線とずれているので、開弁途中又は閉弁途中に、弁体と弁体規制部との間に生じた隙間を介して、吸入流路内に斜めの流れが発生する。このため、弾性体の外周側から中空部内に流体が流れ込む作用が強くなるので、吸入流路内の流れが弱い場合でも、当該隙間の洗浄効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る高圧燃料ポンプの要部を示す断面図である。
【図２】図１の高圧燃料ポンプにおける弁体及び加圧室の近傍部分の断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】図２の部分における開弁途中又は閉弁途中の燃料の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る直噴エンジンの燃料供給システムにおける高圧燃料ポンプの要部を示す。この高圧燃料ポンプは、燃料タンクから送られてくる燃料を、エンジンカムの回転動力を利用し、昇圧してインジェクタに供給する。
【００２１】
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１は、本体部２と、本体部２により進退自在に保持されたプランジャ３と、本体部２により内壁が形成された加圧室４と、加圧室４に連通した吸入流路５と、加圧室４に連通した吐出流路６とを備える。プランジャ３は、略円筒形状の外周面７を有する。吸入流路５には、加圧室４内に流入する燃料が通る。吐出流路６には、加圧室４から流出する燃料が通る。
【００２２】
加圧室４は、燃料タンクから送られてくる流体としての燃料を吸入し、圧力を上昇させ、吐出流路６を経て吐出弁８から高圧通路９内に吐出するために用いられる。吐出弁８は、加圧室４内の燃料の圧力が閾値（開弁圧）以上に高まると開状態となり、該燃料の放出を許容するものである。
【００２３】
燃料の吸入及び吐出は、加圧室４に対してプランジャ３を進退させることにより行われる。加圧室４内にプランジャ３が前進することによって加圧室４が減容されて流体の圧力が高められる。加圧室４への燃料の供給は、燃料タンクの低圧燃料ポンプに接続された図示していない吸入管から、脈動ダンパ１０が配置されたダンパ室１１、吸入管路１２及び吸入流路５を経て、開口部１３から行われる。
【００２４】
図２は、高圧燃料ポンプ１における加圧室４の近傍部分の断面を示す。図２に示すように、吸入流路５は、略円筒形状の内壁面１４を有し、加圧室４の内壁１５に開口する開口部１３から加圧室４に連通している。吸入流路５の中心軸線Ｃ１は、プランジャ３の中心軸線Ｃ２と角度を有して直線的に延在している。吸入流路５には、吸入流路５内から開口部１３に至る分流壁１６が設けられている。
【００２５】
図３は、図１のIII-III線断面図である。図３に示すように、分流壁１６の壁面は、プランジャ３の中心軸線Ｃ２を含みかつ吸入流路５の中心軸線Ｃ１に平行な面に直交する直交方向Ｄの一方側の壁面１７と他方側の壁面１８とを備える。一方側の壁面１７と他方側の壁面１８はともに吸入流路５内に露出している。一方側の壁面１７の少なくともと一部と他方側の壁面１８の少なくとも一部は、ともに開口部１３まで延在している。
【００２６】
図２に示すように、吸入流路５内には、弁体１９と、弁体１９の加圧室４と反対側に設けられ、弁体１９が当接する弁座面２０と、弁体１９を、弁座面２０に向けて付勢する付勢部材とが設けられる。この付勢部材は、内側が中空部２１となっている略円筒形状の弾性体２２、例えばコイルばねである。
【００２７】
分流壁１６には、吸入流路５の中心軸線Ｃ１方向に延在し、中空部２１内に挿入されて弾性体２２の中心軸線と直交する方向への移動を規制する直交規制部２３が設けられている。
【００２８】
弾性体２２には、弾性体２２の外周側と中空部２１とを連通する間隙２４が弾性体２２の中心軸線方向に繰り返し配置されている。
【００２９】
直交規制部２３の加圧室４から遠ざかる側の端部には、燃料が吸入流路５内から加圧室４へ流入する際に弁体１９が当接する弁体規制部２５が設けられている。
【００３０】
吸入流路５の中心軸線Ｃ１と直交する投影面に投影される開口部１３の形状の図心は、該中心軸線Ｃ１とずれている。
【００３１】
弁体１９の弾性体２２と反対側の中央部は、吸入プランジャ２６の先端部に当接可能に配置されている。図１に示すように、吸入プランジャ２６は、プランジャガイド２７により弁体１９の開閉方向に移動可能に支持され、スプリング２８により弁体１９の開方向に付勢されている。吸入プランジャ２６には、コイル２９の通電時に、その電磁力によって弁体１９の閉方向の力が付与される。図１では、コイル２９に通電された状態が示されている。
【００３２】
弁体１９、弁座面２０、弾性体２２、吸入プランジャ２６、プランジャガイド２７、スプリング２８、コイル２９等によって、加圧室４への燃料の吸入を制御する吸入弁３０が構成される。弾性体２２の付勢力は、スプリング２８の付勢力よりも小さい。このため、コイル２９に通電されていないときには、吸入プランジャ２６の先端は弁体１９の弾性体２２と反対側の中央部と当接し、弁体１９を弁座面２０から離す作用をもたらす。
【００３３】
この構成において、燃料タンクからの燃料をインジェクタへ供給する際には、高圧燃料ポンプ１は、次のような燃料の吸入、吸入量の調整、及び燃料の吐出を繰り返し行う。
【００３４】
すなわち、燃料を吸入する際には、コイル２９には通電されず、プランジャ３が上死点から下死点に向けて移動される。このとき、吐出弁８は閉状態、吸入弁３０は開状態にあるので、加圧室４への燃料の吸入が支障なく行われる。この間、プランジャ３の移動に伴い、吸入流路５の開口部１３は、両端側から中央部にかけて開放の度合いが大きくなってゆく。
【００３５】
このため、燃料吸入時の最初は、開口部１３の両端側からより多くの燃料が加圧室４に流入し、プランジャ３の先端部における周囲の部分に回り込む。その後、徐々に開口部１３の中央部からの流入量が増加してゆく。
【００３６】
したがって、プランジャ３が下死点に到達するまでの間に、加圧室４内に流入する流体がプランジャ３の外周面７と加圧室４の内壁との隙間に効率よく誘導されることになる。このため、該隙間におけるキャビテーションの発生が抑制される。なお、図１では、プランジャ３が下死点に位置している状態が示されている。
【００３７】
加圧室４に流入した燃料は、その後、プランジャ３の移動方向が上死点の方向に転じると、加圧室４が減容されるので、その分、吸入弁３０を経て逆方向に戻される。その後、上死点に向かう途中で、コイル２９への通電が開始される。この電磁力及び弾性体２２によって弁体１９を閉方向へ向かわせる付勢力が、スプリング２８による開方向への付勢力を上回ると、弁体１９は弁座面２０に着座し、吸入弁３０は閉状態となる。
【００３８】
なお、プランジャ３の移動方向が上死点の方向に転じる以前にコイル２９への通電が開始されると、加圧室４が減容されると同時に弁体１９は閉方向に移動し、吸入弁３０は閉状態とされる。
【００３９】
したがって、上記のコイル２９への通電開始タイミングを調整することにより、加圧室４への燃料の吸入量が調整されることになる。
【００４０】
その後、プランジャ３が上死点に近づくに従って加圧室４内の燃料の圧力が上昇し、吐出弁８の開弁圧を超えると、吐出弁８が開き、該燃料が高圧通路９内に吐出する。その後、コイル２９への通電が停止され、プランジャ３が上死点に至る。通電が停止された後、加圧室４内の燃料の圧力及び弾性体２２による弁体１９の閉方向への力が、スプリング２８による開方向への力を上回っている間は、吸入弁３０の閉状態は維持される。
【００４１】
高圧燃料ポンプ１は、このような燃料の吸入、吸入量の調整、及び燃料の吐出を繰り返し行うことにより、燃料タンクから送られてくる燃料をインジェクタに供給する。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、吸入流路５及びプランジャ３の各中心軸線Ｃ１、Ｃ２が角度を有するにも拘らず、分流壁１６が、加圧室４内に流入する燃料を、プランジャ３の外周面７と加圧室４の内壁１５との間の隙間に誘導する。これにより、該隙間を拡げるなどの対策をする必要なく、該隙間におけるキャビテーションの発生を抑制することができる。
【００４３】
したがって、プランジャ３の外周面７及び加圧室４の内壁１５におけるエロージョンの発生を抑えつつ、加圧室４のデッドボリュームを小さくして、高圧燃料ポンプ１のポンプ効率を高めることができる。
【００４４】
また、直交規制部２３は、分流壁１６に設けられているので、独立した部材で形成して吸入流路５の内部に配置する必要が無い。このため、高圧燃料ポンプ１の構成部品及びその組付け作業が削減されるので、廉価な高圧燃料ポンプ１を提供することができる。
【００４５】
また、弾性体２２の中空部２１に直交規制部２３が挿入されるので、弾性体２２の外周部は全域にわたって吸入流路５内に曝露されて燃料の流れに曝される。このため、弾性体２２の形状が複雑であっても、弾性体２２にダストなどが溜まるのを防止することができる。
【００４６】
一方、弁体１９と弁体規制部２５とが当接しているときには、弾性体２２の周囲に強い燃料の流れが発生していても弁体１９と弁体規制部２５との間に燃料が流れることは無いので、燃料による弾性体２２の洗浄効果は期待できない。よって、吸入流路５内に燃料の流れが発生している状態でかつ弁体１９と弁体規制部２５との間に隙間が存在している開弁途中又は閉弁途中にしか洗浄効果が期待できない。
【００４７】
しかしながら、吸入流路５の中心軸線Ｃ１と直交する面に投影される開口部１３の投影形状の図心が中心軸線Ｃ１と一致している場合には、開弁途中又は閉弁途中における吸入流路５内の流れは強くないため、十分な洗浄効果を期待することはできない。
【００４８】
この点、本実施形態では、当該開口部１３の投影形状の図心が中心軸線Ｃ１とずれているので、開弁途中又は閉弁途中には、弁体１９と弁体規制部２５との間の隙間に、図４に示すように、流れＦで代表されるような斜めの燃料の流れが発生する。このため、弾性体２２の外周側から中空部２１内に向かう燃料の流れが強くなるので、吸入流路５内の流れが弱い場合でも、弁体１９と弁体規制部２５との間の隙間の洗浄効果を発揮することができる。
【００４９】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、本発明は、高圧燃料ポンプ以外の流体ポンプに対しても適用して、本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…高圧燃料ポンプ、２…本体部、３…プランジャ、４…加圧室、５…吸入流路、６…吐出流路、７…外周面、８…吐出弁、９…高圧通路、１０…脈動ダンパ、１１…ダンパ室、１２…吸入管路、１３…開口部、１４…内壁面、１５…内壁、１６…分流壁、１７…一方側の壁面、１８…他方側の壁面、１９…弁体、２０…弁座面、２１…中空部、２２…弾性体、２３…直交規制部、２４…間隙、２５…弁体規制部、２６…吸入プランジャ、２７…プランジャガイド、２８…スプリング、２９…コイル、３０…吸入弁、Ｃ１、Ｃ２…中心軸線、Ｆ…流れ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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