特許 7446298 機械的圧力調整を備えた高圧燃料ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】機械的圧力調整を備えた高圧燃料ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F02M 59/36 20060101AFI20240301BHJP

   F02M 59/46 20060101ALI20240301BHJP

【ＦＩ】

F02M59/36 F

F02M59/46 Y

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021528987

(86)(22)【出願日】2019-11-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-18

(86)【国際出願番号】 US2019063504

(87)【国際公開番号】W WO2020112933

(87)【国際公開日】2020-06-04

【審査請求日】2022-11-14

(31)【優先権主張番号】62/771,829

(32)【優先日】2018-11-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516312497

【氏名又は名称】スタナダイン エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110003018

【氏名又は名称】弁理士法人プロテクトスタンス

(72)【発明者】

【氏名】ペリーニ リチャード ピー

(72)【発明者】

【氏名】モレル ケネス アール

(72)【発明者】

【氏名】パレルモ デイヴィッド ジー

(72)【発明者】

【氏名】マイレン ドミニク エム

(72)【発明者】

【氏名】ノーキン エフゲニー

(72)【発明者】

【氏名】ウェグジニアク マイケル

【審査官】楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第９７５９１７４（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開２００６－０８３８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１１００７１８２（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ５９／００～５９／４８

Ｆ０２Ｄ ４１／３０～４１／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンピングプランジャが回転カムのプロファイルと接触するカムフォロワによって駆動し、ポンピングプランジャは、燃料がポンピングチャンバに供給される際の後退運動と、プランジャがポンピングチャンバ内の燃料を加圧する際のポンプ運動との間で、ポンピングチャンバ内で軸方向に往復運動し、前記加圧燃料は、ポンプ出口通路を通って加圧コモンレールに流れる高圧燃料ポンプであって、前記燃料ポンプは、
前記ポンピングプランジャの後退運動中に前記ポンピングチャンバに供給される燃料の量を制御するように配置された入口計量バルブであって、前記入口計量バルブは、
前記ポンピングチャンバへの燃料の流入を防止する閉位置と、燃料が前記ポンピングチャンバを満たすことを可能にする開位置との間で移動可能であり、前記閉位置から前記開位置に移動することにより、計量バルブ部材が閉位置から開位置に向かって移動するにつれて可変流量領域の増加を規定する計量バルブ部材と、
前記コモンレール内の圧力にさらされており、前記コモンレール内の低圧に対応する第１の位置に向かってバイアスされ、前記コモンレール内の最大圧力に対応する第２の位置に向かって移動可能であり、前記計量バルブ部材の計量位置を決定するバルブストップを含む、アクチュエータボア内のアクチュエータピストンと、を有し、
前記計量バルブ部材と前記アクチュエータピストンとの間で圧縮された入口計量逆止バルブスプリングによって、前記計量バルブ部材が前記閉位置に向かってバイアスされ、前記計量バルブ部材は、前記ポンピングプランジャが後退運動する間に、前記バルブストップと接触するように計量位置まで開き、前記計量位置は、アクチュエータボアに伝達されるコモンレール内の圧力の関数である可変流量領域を規定する、高圧燃料ポンプ。

【請求項2】

前記アクチュエータピストンが、前記アクチュエータボアの内部肩と前記アクチュエータピストンとの間で圧縮されたアクチュエータスプリングによって前記第１の位置に向かってバイアスされ、前記コモンレールが前記最大圧力以上であるときに前記アクチュエータピストンが前記第２の位置に移動し、前記コモンレール内の圧力と前記アクチュエータスプリングとの間の力のバランスが、第１の位置および第２の位置の間で、前記間のアクチュエータピストンの位置を決定するように、前記アクチュエータスプリングが選択される、請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。

【請求項3】

前記アクチュエータピストンがアクチュエータバルブを含み、前記アクチュエータボアがアクチュエータバルブシートを含み、前記アクチュエータピストンが前記第１の位置にあるときに前記アクチュエータバルブが前記アクチュエータバルブシートに対して着座し、前記コモンレールから前記アクチュエータピストンを通過する燃料の流れを防止する、請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。

【請求項4】

前記ポンプは、前記ポンピングチャンバを規定するポンプ本体と、前記ポンプ出口通路、前記ポンプ出口通路を前記アクチュエータボアに接続するアクチュエータ通路とを含む、請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。

【請求項5】

前記計量バルブ部材は、ポンプ入口と前記ポンピングチャンバに通じる計量通路との間の燃料の流れを制御し、前記ポンプ入口内の燃料圧力が前記計量バルブ部材よりも前記ポンピングチャンバ側の前記計量通路内の燃料圧力よりも高い場合にのみ、前記計量バルブ部材が前記閉位置から離れ、それにより、ポンプ入口逆止バルブとして機能する、請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。

【請求項6】

前記アクチュエータピストンは、前記アクチュエータボアの内部肩と前記アクチュエータピストンとの間で圧縮されたアクチュエータスプリングによって、前記第１の位置に向かってバイアスされる、請求項１に記載の高圧燃料ポンプ。

【請求項7】

ポンピングプランジャが回転カムのプロファイルと接触するカムフォロワによって駆動される高圧燃料ポンプのポンピングチャンバに供給される燃料の量を制御する方法であって、
燃料が前記ポンピングチャンバに供給される際の後退運動と前記ポンピングチャンバ内の燃料を加圧する際のポンプ運動との間で、前記ポンピングチャンバ内で前記ポンピングプランジャが軸方向に往復運動し、前記加圧燃料がポンプ出口通路を通って加圧コモンレールに流れ、
ポンピングプランジャの後退運動中にポンピングチャンバに供給される燃料の量を制御するために入口計量バルブを配置することを、備え、
前記入口計量バルブは、
前記ポンピングチャンバへの燃料の流れを防止する閉位置と燃料がポンピングチャンバを満たすことを可能にする開位置との間で計量バルブ部材を移動させることにより、ポンプ入口と前記ポンピングチャンバに接続された計量通路との間の可変流量領域を定義し、
前記計量バルブ部材の前記閉位置から前記開位置への移動は、前記可変流量領域を定義し、前記可変流量領域は、前記計量バルブ部材が前記閉位置から前記開位置に向かって移動するにつれて増加し、
前記コモンレール内の圧力にさらされたアクチュエータボア内にアクチュエータピストンを配置することにより、前記計量バルブ部材の計量位置を制御し、
前記アクチュエータピストンは、前記コモンレール内の低圧に対応する第１の位置に向かってバイアスされ、前記コモンレール内の最大圧力に対応する第２の位置に向かって移動可能であり、
前記アクチュエータピストンは、前記計量バルブ部材の計量位置を決定するバルブストップを含み、
前記計量バルブ部材と前記アクチュエータピストンとの間で圧縮された入口計量逆止バルブスプリングを用いて、前記計量バルブ部材を前記閉位置に向けてバイアスし、
前記ポンピングプランジャの後退運動中に、前記計量バルブ部材を前記バルブストップと接触するように計量位置まで開くことによって、前記ポンプ入口と前記計量通路との間の可変流量領域を定義し、前記可変流量領域は、アクチュエータボアに伝達されるコモンレール内の圧力の関数である、高圧燃料ポンプのポンピングチャンバに供給される燃料の量を制御する方法。

【請求項8】

前記ポンピングチャンバと、前記ポンピングチャンバから延びる前記ポンプ出口通路とを規定するポンプ本体を提供することと、
前記ポンプ本体内にアクチュエータボアを定義し、前記ポンプ出口通路と前記アクチュエータボアとの間に延びるアクチュエータ通路を定義することと、を備え、
前記アクチュエータ通路は、前記ポンプ出口通路内の燃料圧力を前記アクチュエータピストンの第１の端部に適用し、
前記アクチュエータピストンに加えられるバイアスに対抗する前記ポンプ出口の燃料圧力は、前記アクチュエータピストンを前記第１の位置から、ポンピングプランジャの後退運動中の前記ポンプ出口通路内の燃料圧力の関数である位置に移動させる、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記アクチュエータボアの内面と前記アクチュエータピストンとの間で圧縮されたアクチュエータスプリングを用いて、前記アクチュエータピストンを前記第１の位置にバイアスすることと、
前記アクチュエータスプリングを選択して、アクチュエータピストンバイアス力を生成し、入口計量逆止バルブバイアス力を生成するため前記入口計量逆止バルブスプリングを選択することと、を備え、
前記アクチュエータスプリングバイアス力は、前記入口計量逆止バルブバイアス力よりも大きく、
前記ポンプ入口内の燃料圧力が前記計量通路内の燃料圧力よりも高い場合、前記計量バルブ部材が開き、前記アクチュエータピストンの動きは、入口計量逆止バルブスプリングのバイアス力によって実質的に影響を受けない、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記アクチュエータ通路と前記アクチュエータピストンとの間の前記アクチュエータボアにアクチュエータバルブシートを定義することと、
前記アクチュエータピストンにアクチュエータバルブを提供することと、を備え、
ここで、前記アクチュエータバルブは、前記アクチュエータバルブシートに対して着座し、前記アクチュエータピストンが前記第１の位置にあるときに、前記アクチュエータピストンを通過する燃料の流れを防止する、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記アクチュエータ通路内の燃料圧力が最小燃料圧力に低下したときに、前記アクチュエータバルブを前記アクチュエータバルブシートと接触させるように動かすバイアスを有するように、前記アクチュエータスプリングを選択すること、を備える請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記ポンプ入口内の燃料圧力が前記計量バルブ部材よりも前記ポンピングチャンバ側の前記計量通路内の燃料圧力よりも大きいとき、前記計量バルブ部材が開くように、入口計量チェックバルブスプリングを選択することと、
前記計量バルブ部材がポンプ入口逆止バルブとして機能することを許可することとを備える、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記ポンピングチャンバと、前記ポンピングチャンバから延びる前記ポンプ出口通路とを規定するポンプ本体を提供することと、
前記ポンプ本体内に、前記計量通路に流体連絡するアクチュエータボアを定義することと、
前記ポンプ出口通路と前記アクチュエータボアとの間に延び、前記ポンプ出口通路内の燃料圧力を前記アクチュエータピストンの第１の端部に適用するアクチュエータ通路を定義することと、を備え、
前記アクチュエータピストンを通過する燃料の漏れは、前記計量通路に流れ込む、請求項７に記載の方法。

【請求項14】

前記アクチュエータピストンがアクチュエータ通路内の燃料圧力に応答して移動するアクチュエータボアを定義することと、
前記計量通路と前記ポンピングチャンバとの間にポンプ入口逆止バルブを提供することと、を備え、
前記ポンピングチャンバの燃料圧力が前記計量通路の燃料圧力よりも高い場合、前記ポンプ入口逆止バルブは閉じ、
前記ポンピングチャンバへの燃料の流れを停止する前記入口逆止バルブの閉鎖する、請求項７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本開示は、自動車用の直接噴射高圧ポンプ、より具体的には、ポンプ入口用の圧力作動式の機械的流量制御バルブに関する。

【0002】

今日の自動車用エンジンシステムでは、低コストの直接噴射に対する需要が高まっている。コモンレール噴射システムでは、燃料は高圧ポンプによって燃料の加圧貯蔵タンクとして機能する燃料レールに送られる。燃料は燃料レール内で高圧下にあり、レールに接続された噴射器を介してシリンダーに直接噴射することができる。理想的には、燃料噴射システムは、コモンレール内の圧力を一定またはほぼ一定に維持するように設計されている。

【0003】

典型的な高圧燃料ポンプは、ポンプを通る流量を制御するための流量制御バルブとして入口に電磁バルブを有する。電磁バルブは複雑で、電源への電気接続と複雑な制御システムが必要であり、高圧ポンプにコストがかかる。電磁バルブは、高圧ポンピングプランジャのポンピングストロークの最初の部分の間に、ポンプの低圧入口に燃料を「スピル（ｓｐｉｌｌ）」のように構成および操作することができる。このいわゆる「フィルアンドスピル（ｆｉｌｌ－ａｎｄ－ｓｐｉｌｌ）」方式は、燃料ポンプのポンピングチャンバを完全に満たしてから、燃料の一部を低圧入口に戻し、コモンレールに供給される燃料の量を制御する。

【0004】

代替の入口バルブ構成は、燃料ポンプのポンピングチャンバへの燃料の流れの速度を制御する。比例ソレノイドを使用して、可変フロー開口部の面積を制御し、燃料がポンピングチャンバに流入する速度を変化させることができる。燃料ポンプは、ポンピングチャンバに入ることが許可されている燃料のみを加圧してポンプで送る。

【0005】

フィルアンドスピルおよび流出または入口計量構成のいずれかにおいて、コモンレールの圧力は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）によって監視され、ソレノイド作動式入口バルブは、コモンレール内の圧力を一定に保つための燃料ポンプによってポンプされる燃料の量を増加または減少させるように操作される。

【0006】

構造が単純であり、電子制御を排除し、一定の圧力下で燃料を燃料レールに送達する、圧力作動式の機械的流量制御バルブが必要である。

【発明の概要】

【0007】

機械的圧力調整を備えた高圧燃料ポンプは、ポンピングプランジャが、回転カムのプロファイルと接触するカムフォロワによって駆動され、ポンピングプランジャが、燃料が供給される後退運動の間、ポンプチャンバ内で軸方向に往復運動することを含む。ポンピングチャンバと、プランジャがポンピングチャンバの燃料を加圧するポンプ動作に接続する。ポンプによって加圧された燃料は、ポンプ出口通路を通って加圧されたコモンレールに流れる。燃料ポンプは、ポンピングプランジャの後退運動中にポンピングチャンバに供給される燃料の量を制御するように配置された入口計量バルブを含む。入口計量バルブは、ポンピングチャンバへの燃料の流入を防止する閉位置と、燃料がポンピングチャンバを満たすことを可能にする開位置との間で移動可能な計量バルブ部材を含み、計量バルブ部材が閉位置から開位置に移動することにより、可変流量領域が定義され、計量バルブ部材が閉位置から開位置に向かって移動するにつれて可変流量領域が増加する。ポンプはまた、前記コモンレール内の圧力にさらされるアクチュエータボア内のアクチュエータピストンを含み、アクチュエータピストンは、コモンレール内の低圧に対応する第１の位置に向かってバイアスされ、コモンレール内の最大圧力に対応する第２の位置に向かって移動可能である。アクチュエータピストンは、計量バルブ部材の計量位置を決定するバルブストップを含む。ポンピングプランジャがバルブストップと接触している計量位置に後退する際に、計量バルブ部材が開く（閉位置から離れる）。可変流量領域を定義する計量バルブ部材の計量位置は、アクチュエータボアに伝達されるコモンレール内の圧力の関数である。

【0008】

計量バルブ部材は、計量バルブ部材とアクチュエータピストンとの間で圧縮された入口計量チェックバルブスプリングによって閉位置に向かってバイアスされ得る。代替の実施形態では、入口計量逆止バルブスプリングは、計量バルブ部材とアクチュエータピストン以外の構造との間で圧縮される。入口計量逆止バルブスプリングは、ポンプ入口の燃料圧力が計量通路の燃料圧力よりも高いときに入口計量バルブ部材が開き、計量バルブ部材がポンプ入口逆止バルブとして機能することを可能にするように、軽いバイアスを有するように選択することができる。アクチュエータピストンは、アクチュエータボアの内部とアクチュエータピストンとの間で圧縮されたアクチュエータスプリングによって、アクチュエータ通路内の低圧に対応する第１の位置に向かってバイアスされ得る。いくつかの実施形態では、アクチュエータスプリングは、入口計量逆止バルブスプリングを取り囲み、同心である。アクチュエータスプリングは、コモンレール内の燃圧が最大圧力以上のときにアクチュエータピストンが第２の位置に移動するように選択されている。
コモンレール内の燃料圧力とアクチュエータスプリングのバイアスとの間の力のバランスが、第１の位置と第２の位置との間の前記アクチュエータピストンの位置を決定する。アクチュエータボア内のアクチュエータピストンの位置は、計量バルブ部材の計量位置を定義し、計量位置は、アクチュエータボアに伝達され、反対側のアクチュエータピストンの端部に適用されるコモンレール内の燃料圧力の関数である。アクチュエータスプリングによってアクチュエータピストンに加えられるバイアス力に。計量バルブ部材は、ポンプ入口とポンピングチャンバに通じる計量通路との間の燃料の流れを制御する。

【0009】

本開示の態様によれば、アクチュエータスプリングは、アクチュエータピストンバイアス力を生成するように選択され得、入口計量逆止バルブスプリングは、アクチュエータスプリングバイアス力と共に、入口計量逆止バルブバイアス力を生成するように選択され得る。入口計量バルブのバイアス力よりも大きい。アクチュエータのスプリングバイアス力は、入口計量逆止バルブバイアス力の少なくとも２倍、より好ましくは入口計量逆止バルブバイアス力の少なくとも５倍、または最も好ましくは入口計量逆止バルブバイアス力の少なくとも１０倍であり得る。アクチュエータピストンと計量バルブ部材の間で圧縮された入口計量バルブスプリングによって計量バルブ部材がバイアスされる高圧燃料ポンプでは、入口計量バルブスプリングとアクチュエータスプリングのバイアス力の間に大きな力差がある。２つの目的を果たす。第一に、軽い入口計量逆止バルブスプリングは、計量バルブ部材がポンプ入口逆止バルブとして機能することを可能にし、ポンピングプランジャの後退中に低圧燃料供給ポンプによって生成される比較的低い燃料圧力にさらされると開く。第２に、これら２つのスプリング間の大きな力の差により、アクチュエータピストンの動きは、ポンプ出口通路とコモンレール内の圧力の関数であり、入口計量チェックバルブスプリングのバイアス力の影響をほとんど受けない。

【0010】

高圧燃料ポンプは、ポンピングチャンバ、ポンプ出口通路、およびポンプ出口通路をアクチュエータボアに接続するアクチュエータ通路を規定するポンプ本体を含む。開示された高圧燃料ポンプのいくつかの実施形態では、アクチュエータピストンはアクチュエータバルブを含み、アクチュエータボアはアクチュエータバルブシートを含む。アクチュエータピストンが最初の位置にあるとき、アクチュエータバルブはアクチュエータバルブシートに対して着座し、アクチュエータピストンを通過するコモンレールからの燃料の流れを防ぐ。

【0011】

本開示はまた、高圧燃料ポンプのポンピングチャンバに送達される燃料の量を制御する方法を含み、ポンピングプランジャは、回転カムのプロファイルと接触するカムフォロワによって駆動され、ポンピングプランジャは、燃料がポンピングチャンバに送られる後退運動と、プランジャがポンピングチャンバ内の燃料を加圧するポンプ運動との間で、ポンピングチャンバ内で軸方向に往復運動する。ポンピングチャンバで加圧された燃料は、ポンプ出口通路を通って加圧コモンレールに流れる。この方法は、ポンピングプランジャの後退運動中にポンピングチャンバに供給される燃料の量を制御するために入口計量バルブを配置することを含む。入口計量バルブは、ポンプ入口とポンピングチャンバに接続された計量通路との間に可変流量領域を定義し、ポンピングチャンバへの燃料の流れを防ぐ閉位置と、燃料がポンピングチャンバを満たすことを可能にする開位置との間を移動する。可変流量領域を定義する閉位置から開位置へ計量バルブ部材が移動し、これは、計量バルブ部材が閉位置から開位置に向かって移動するにつれて増加する。

【0012】

開示された方法は、コモンレール内の圧力にさらされたアクチュエータボアに配置されたアクチュエータピストンによって運ばれるバルブストップと接触することによって、計量バルブの計量位置を制御することを含む。アクチュエータピストンは、コモンレール内の低圧に対応する第１の位置に向かってバイアスされ、コモンレール内の最大圧力に対応する第２の位置に向かって移動可能である。計量バルブ部材は、ポンピングプランジャの後退運動中にバルブストップと接触する計量位置に開き、可変流量領域は、アクチュエータボアに伝達されるコモンレール内の圧力の関数である。

【0013】

ポンプ出口通路内の燃料圧力は、コモンレール内の燃料圧力に対応し、ポンピングチャンバ内の燃料圧力がポンプ出口内の燃料圧力よりも低いときに閉じるポンプ出口逆止バルブによってポンピングチャンバから隔離される。アクチュエータピストンの一端に加えられたポンプ出口通路内の燃料圧力は、アクチュエータピストンに加えられたバイアスに対抗して、アクチュエータピストンを第１の位置から引き込み動作中の前記ポンプ出口通路内の圧力の関数である位置に移動させる。アクチュエータボアは、アクチュエータバルブシートを含み得、アクチュエータピストンは、アクチュエータバルブシートに相補的なアクチュエータバルブを含み得る。アクチュエータ通路内の燃料圧力が所定の最小燃料圧力を下回ったためにアクチュエータピストンが前記第１の位置にあるときにアクチュエータピストンを通過する燃料の流れを防ぐために、アクチュエータバルブはアクチュエータバルブシートに対して着座する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図2】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図3】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図4】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図5】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図6】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図7】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図8】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図9】本開示の態様による高圧ポンプを組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。

【図10】本開示の態様による圧力作動式入口計量バルブを示している。

【図11】本開示の態様による圧力作動式入口計量バルブを示している。

【図12】本開示の態様による圧力作動式入口計量バルブを示している。

【図13】本開示の態様による圧力作動式入口計量バルブを示している。

【図14】本開示の態様による圧力作動式入口計量バルブを示している。

【図15】本開示の態様による、統合されたポンプ入口逆止バルブ、ポンプ出口逆止バルブ、および圧力リリーフバルブを示している。

【図16】本開示の態様による、統合されたポンプ入口逆止バルブ、ポンプ出口逆止バルブ、および圧力リリーフバルブを示している。

【図17】本開示の態様による、統合されたポンプ入口逆止バルブ、ポンプ出口逆止バルブ、および圧力リリーフバルブを示している。

【図18】本開示の態様による、統合されたポンプ入口逆止バルブ、ポンプ出口逆止バルブ、および圧力リリーフバルブを示している。

【図19】本開示の態様による、統合されたポンプ入口逆止バルブ、ポンプ出口逆止バルブ、および圧力リリーフバルブを示している。

【図20】本開示の態様による、統合されたポンプ出口逆止バルブおよび圧力リリーフバルブを備えたポンプ出口継手を示す。

【図21】本開示の態様による、統合されたポンプ出口逆止バルブおよび圧力リリーフバルブを備えたポンプ出口継手を示す。

【図22】本開示の態様による、統合されたポンプ出口逆止バルブおよび圧力リリーフバルブを備えたポンプ出口継手を示す。

【図23】本開示の態様による、統合されたポンプ出口逆止バルブおよび圧力リリーフバルブを備えたポンプ出口継手を示す。

【図24】本開示の態様による、統合されたポンプ出口逆止バルブおよび圧力リリーフバルブを備えたポンプ出口継手を示す。

【発明の詳細な説明】

【0015】

図１は、ポンプ入口通路１５に接続されたポンプ入口継手１４で低圧ポンプ（ＬＰＰ）１２から燃料を受け取る高圧ポンプ（ＨＰＰ）１０を組み込んだ燃料噴射システムの概略図である。ＨＰＰ１０は、カム１６によって駆動される単一プランジャポンプの形態で示されている。ＨＰＰポンピングプランジャ１８は、ポンプボア２０内で往復運動して、ポンピングチャンバ２２を交互に拡張されて、燃料をポンピングチャンバに引き込み、次にポンピングチャンバ２０を加圧する。カムフォロワ２８は、カム１６のプロファイルに向かってバイアスされ、ポンピングプランジャ１８に接続されて、カムプロファイルの形状をポンピングプランジャの相互運動に変換する。カム１６は、カム１６の３６０度回転ごとにポンピングプランジャ１８の４つのチャージ／ポンプサイクルを生成する４面プロファイルを有する。カムは、任意の数のローブを有し得、大半が３つまたは４つのローブを有する。充電およびポンピングサイクルの持続時間は、カムプロファイルおよびカム１６の回転速度の関数である。図１のカム１６は、カムプロファイルの「上死点」（ＴＤＣ）に示されており、これはポンピングサイクルの終了と充電サイクルの開始とを定義する。図３は、カムプロファイルの「下死点」（ＢＤＣ）にあるカム１６を示しており、これは、充電サイクルの終了およびポンピングサイクルの開始を定義する。ポンピングプランジャ１８の総ストロークは、カムのＴＤＣおよびＢＤＣ位置からの半径方向の距離によって定義される。カムプロファイルの各ローブは、ＢＤＣからＴＤＣへの角変位がＴＤＣからＢＤＣへと異なる可能性があるように非対称である可能性がある。カム１６のすべてのローブのプロファイルは通常同じであるが、これは必須ではない。

【0016】

図１の燃料噴射システムにおいて、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、クランクシャフト位置センサ３２および他の入力からの情報を使用して、コモンレール３６に接続された燃料噴射装置３４を操作する。ＥＣＵ３０は、燃料噴射装置３４を操作し、エンジンの運転状態、すなわち、負荷下での加速、アイドリング、ロンググレードの下降などに応じて、燃料がその時点でエンジンが要求する量（図示せず）で各燃焼室に噴射されるようにする。噴射器３４は、ＨＰＰ１０によって維持されるコモンレール３６内で実質的に一定の圧力になるように構成される。

【0017】

図２は、カムフォロア２８がカム１６のプロファイルに沿って移動するときに、ポンピングプランジャ１８がポンピングチャンバ２２から後退するＨＰＰ１０の充電サイクルを示している。ＬＰＰ１２からの供給圧力は、入口計量逆止バルブ３８を開く。入口計量逆止バルブスプリング４０のバイアスに逆らって、燃料は入口計量バルブ４２を通って流れる。計量通路４３は、入口計量バルブ４２をポンプ入口逆止バルブ４４に接続する。ポンプ入口逆止バルブ４４は、供給圧力によって開かれる。ＬＰＰ１２から入口計量バルブ４２を通過し、ポンピングチャンバ２２内の圧力が入口供給圧力より低いままである限り、燃料がポンピングチャンバ２２に入るのを可能にする。ポンプ出口逆止バルブ４６の上流の圧力は、ポンピングプランジャ１８が後退しているとき、ポンピングチャンバ２２内の圧力より常に高いので、ポンプ出口逆止バルブ４６は、充填サイクル中に閉じられる。

【0018】

図３は、ポンピングプランジャ１８がそのストローク（ＢＤＣ）の底部に到達し、ポンピングチャンバ２２が完全に拡張された、充電サイクルの終わりを示している。ポンピングチャンバ２２への燃料の流れが停止し、入口計量バルブスプリング４０の力で入口計量バルブ３８が閉じる。ポンプ入口逆止バルブ４４は、ポンプ入口逆止バルブスプリング４５の力の下で閉じ、ポンピングチャンバ２２への燃料の流れを終了させる。

【0019】

図４は、カムフォロア２８およびポンピングプランジャ１８に作用するカム１６によってポンピングプランジャ１８がポンピングチャンバ２２内に前進するポンピングサイクルを示す。ポンピングチャンバ２２内の燃料は、前進するプランジャ１８によって次のように圧縮される。ポンピングチャンバ２２内の圧力は、ポンプ出口継手５０およびコモンレール３６と連絡しているポンプ出口通路４８内の圧力を超える。ポンピングチャンバ２２内の圧力がポンプ出口通路４８内の圧力を超えるとき、ポンプ出口逆止バルブ４６が開き、加圧燃料がポンプ出口通路４８およびポンプ出口継手５０を通ってコモンレール３６に流れることを可能にする。通常の動作中、ポンプ出口逆止バルブ４６は、高圧通路４８内の燃料圧力によって閉じられたままである。出口逆止バルブ４６の開放圧力は、ポンプ出口逆止バルブスプリング４７のバイアスではなく、出口逆止バルブ４６の上流（背後）の燃料の圧力によって決定される。図示のＨＰＰ１０は、ポンピングプランジャ１８とポンプボア２０との間で漏れる燃料のために、ポンプ入口通路１５に戻るポンプドレン５２を規定している。

【0020】

ポンピングサイクルは、図１に示されるように、カム１６がカム１６のプロファイル上の４つの「上死点」（ＴＤＣ）点の１つに到達したときに終了する。ＨＰＰ１０で移送できる燃料の最大量は、ポンピングサイクル終了時の圧力、燃料の体積弾性率（その圧力と温度で）、ポンプの閉じ込められた体積、およびポンプの損失漏れの関数である。ＨＰＰ１０のトラップされたボリュームは、ＴＤＣのポンピングプランジャ１８、閉じたポンプ入口逆止バルブ４４、閉じたポンプ出口逆止バルブ４６、および圧力リリーフバルブ５４によって制限されるボリュームである。ポンプのトラップされた容量は、特にポンピングプランジャによって押しのけられたボリュームがトラップされたボリュームと比較して小さい場合、ポンプの全体的なボリューム効率に重要な役割を果たす。トラップされた体積を可能な限り小さく保つことは、開示されたＨＰＰ１０の体積効率を改善する。

【0021】

開示されたＨＰＰ１０において、入口計量バルブ４２は、各充電サイクル中にポンピングチャンバ２２に供給される燃料の量を計量するように配置されている。本開示の態様によれば、入口計量バルブ４２は、コモンレール３６内の圧力に応答し、電子制御またはＥＣＵ３０への接続を必要としない。アクチュエータ通路５６は、ＨＰＰ１０の高圧出口通路４８に接続されており、ＨＰＰ１０は、ポンプ出口継手５０およびコモンレール３６と流体的に連絡している。アクチュエータ通路５６は、コモンレール３６の圧力を、入口計量バルブ４２のアクチュエータボア５８に伝達する。アクチュエータピストン６０は、アクチュエータスプリング６２の力に対して平衡化されたコモンレール３６の圧力に応答して、アクチュエータボア５８内で往復運動する。アクチュエータピストン６０は、入口計量バルブ部材６６の動きを制限するバルブストップ６４に接続されている。以下でより詳細に論じられるように、入口計量バルブ４２を通る燃料の流れは、バルブストップ６４の位置によって定義される入口計量バルブ部材６６の位置に従って変化する。ＨＰＰ１０は、アクチュエータピストン６０とアクチュエータボア５８との間で漏れる燃料のために、計量通路４３と流体連絡するアクチュエータ漏れ経路５９を定義する。

【0022】

図５は、ＨＰＰ１０からの加圧燃料の需要に対応する、コモンレール３６の圧力が低いときの開示されたＨＰＰ１０の動作を示している。コモンレール圧力は、アクチュエータ通路５６によってアクチュエータボア５８に伝達される。アクチュエータピストン６０は、アクチュエータスプリング６２によって計量バルブ部材６６から離れるようにバイアスされ、アクチュエータスプリング６２のバイアスは、コモンレール３６からの圧力によって対抗される。コモンレール３６内の低圧は、アクチュエータスプリング６２の力に反して、アクチュエータピストン６０の計量バルブ部材６６への比較的小さな動きまたは「ストローク」６８をもたらす。アクチュエータピストン６０の短いストローク６８は、計量バルブ部材６６が、バルブストップ６４からの干渉なしにそのシートから離れることができることを意味する。
計量バルブ部材６６を通過する燃料流量は、計量バルブ部材６６がそのシートから離れるにつれて増加し、アクチュエータピストン６０およびバルブストップ６４の動きに反比例する。別の言い方をすれば、コモンレール３６内の低圧は、アクチュエータピストン６０およびバルブストップ６４の動きをほとんどもたらさず、これにより、計量バルブ部材６６がそのシートから離れて移動し、充電サイクル中燃料がポンピングチャンバ２２に入るより大きな流れ容量を提供する。

【0023】

ポンピングサイクル中、アクチュエータ通路５６の瞬間圧力は、アクチュエータ通路がポンプ出口通路４８と連絡しているので、コモンレール３６での圧力よりも大きくなり得る。そのような圧力の増加は、アクチュエータピストン６０を変化させる。しかし、アクチュエータ通路５６におけるこの種の圧力上昇は、燃料がポンプ出口逆止バルブ４６を開いてコモンレール３６に供給する後のポンプサイクル中にのみ発生する可能性がある。図４は、ポンピングサイクルの間、ポンプ入口逆止バルブ４４は、ポンピングチャンバ２２内の高圧によって閉じられたままであり、燃料は入口計量バルブ４２を通過しないので、入口計量は影響を受けない。さらに、入口計量逆止バルブ３８およびポンプ入口逆止バルブ４４が閉じた状態で、アクチュエータピストン６０は、両側の油圧ロックによって移動するのを防止される。

【0024】

図６は、コモンレール３６の圧力が高く、ＨＰＰ１０からの燃料の需要がほとんどまたは全くない場合の、開示されたＨＰＰ１０の動作を示している。高いコモンレール圧力は、アクチュエータ通路５６によってアクチュエータボア５８に伝達され、そこで圧力は、アクチュエータスプリング６２のバイアスに逆らってアクチュエータピストン６０を動かす。アクチュエータボア５８内のより高い圧力は、アクチュエータピストン６０およびバルブストップ６４の計量バルブ部材６６へのより大きな移動または「ストローク」６８をもたらす。計量バルブ部材６６は、バルブストップ６４によって許可される範囲内でのみ、そのバルブシートから離れることができる。高圧は、アクチュエータピストン６０およびバルブストップ６４の大きなストローク６８を生成し、これは、計量バルブ部材６６の開放運動を制限する。その結果、入口計量バルブ４２を通る流れが制限される。ＨＰＰ１０は、前の充填サイクル中にポンピングチャンバ２２に入る量の燃料のみを加圧することができるので、入口計量バルブ４２を通る制限された流れは、コモンレール３６への加圧燃料の供給を減少させる。コモンレール３６が所望の最大圧力またはその近くにある状態では、開示された入口計量バルブ４２は、追加の燃料供給を制限する。入口計量バルブ４２は、所望のコモンレール圧力以上のコモンレール圧力がアクチュエータピストン６０およびバルブストップ６４を入口計量バルブ部材６６と接触するように動かし、入口計量バルブ４２を通る燃料の流れを防ぐように構成され得る。

【0025】

図７は、コモンレール３６内の過剰圧力を解放するように配置された圧力リリーフバルブ５４の動作を示している。コモンレール３６の過圧は、エンジンおよびその温度が「ヒートソーク」状態のために発生し得る。クーラント循環の喪失および／または周囲空気への熱伝達の喪失により、エンジンが停止した後もコンポーネントは上昇し続ける。コモンレール３６内の燃料の温度が上昇するにつれて、コモンレール３６内の圧力は上昇する。過剰な圧力は、圧力リリーフバルブ５４の作動によって解放される。図７の圧力リリーフバルブ５４は、圧力リリーフバルブスプリング５５によってバイアスされたボールを備えた単純な一方向逆止バルブである。圧力リリーフバルブスプリング５５のバイアスは、ボールへの圧力が圧力リリーフバルブスプリング５５のバイアスに逆らってボールを動かすのに十分になるまで圧力リリーフバルブ５４を閉じたままにするように選択される。圧力リリーフバルブ５４は、ポンプ出口通路４８およびコモンレール３６が所望の最大圧力を超えている。圧力リリーフバルブ５４が開くと、過剰な圧力がポンピングチャンバ２２に逃がされる。ヒートソークシナリオで逃げる燃料の量が少なく、流量が少ないため、長期間にわたって圧力を逃がすことができる。ポンピングチャンバ２２に戻り、ポンピングプランジャ１８を通過してポンプドレン５２に戻るリリーフ経路は、ヒートソーク状況で過剰圧力をリリーフするのに十分である。

【0026】

ＨＰＰ１０が動作している間、コモンレール３６の圧力を所望の最大圧力未満に維持できないために、圧力変動が発生する。これは、エンジンの動作状態が突然変化した場合に発生する可能性がある。たとえば、車両が丘の頂上に到達したときに、負荷がかかった状態で加速したり、負荷がほとんどまたはまったくない状態で惰性走行したりする。この場合、ポンプは燃料をコモンレール３６に押し込み、そこから燃料が除去されないか、またはほとんど除去されないため、コモンレール３６内に過剰な圧力が生じる。圧力リリーフバルブ５４は、すべての燃料を受け入れるのに十分な流れ面積を有さなければならない。ポンピングサイクル中にコモンレール３６に入り、次の充電サイクル中にコモンレール３６から流出する。圧力リリーフバルブ５４は、圧力リリーフバルブ５４の背後に加えられる圧力のために、ポンプサイクル中に作動することができない。圧力リリーフバルブ５４は、次の充填サイクル中に開き、加圧燃料をポンピングチャンバ２２に戻す。ポンピングプランジャ１８は、ポンピングチャンバ２２から後退しており、コモンレール３６から燃料が解放される余地を作る。ポンピングチャンバ２２内の圧力は、ポンプ入口逆止バルブ４４を閉じたままにし、圧力が加えられている間、追加の燃料量は追加されない。ポンプ運転中にコモンレール３６から解放される。

【0027】

図８は、開示されたＨＰＰ１０が、エンジンが作動していないときであっても、どのように最小レール圧力を維持するかを示している。最小レール圧力を維持すると、始動時に燃料噴射装置に最小動作圧力が提供されるため、エンジンの始動が容易になり、コモンレール３６の燃料圧力を上げるために必要なクランキング時間が短縮される。開示されたＨＰＰ１０では、ポンプ出口チェックを通過する漏れバルブ４６およびアクチュエータピストン６０を通過すると、コモンレール３６内の圧力が望ましいよりも速く減衰する。開示されたＨＰＰ１０において、アクチュエータピストン６０を通過する漏れは、図１～図９の破線５９によって表される一次漏れ経路であり得る。図８は、アクチュエータスプリング６２によってアクチュエータボア５８の端部に押し付けられたアクチュエータピストン６０を示している。以下でより詳細に説明するように、アクチュエータボア５８の端部に面するアクチュエータピストン６０の端部のバルブ面６１は、アクチュエータ通路５６の入口をアクチュエータボア５８に取り囲むバルブシート６３と嵌合するように構成されている。コモンレール３６およびアクチュエータ通路５６内の圧力が減衰すると、アクチュエータピストン６０はアクチュエータボア５８の端に向かって移動する。コモンレール３６内の圧力が十分に減衰すると、アクチュエータピストン６０のバルブ面６１がアクチュエータバルブシート６３に接触し、アクチュエータピストン６０とアクチュエータボア５８との間のクリアランスをアクチュエータ通路５６、ポンプ出口通路４８、出口継手５０およびコモンレール３６から隔離する。アクチュエータピストン６０上のバルブ面６１およびアクチュエータ通路５６を取り囲むアクチュエータボア５８内のバルブシート６３は、一例である。アクチュエータの漏れ経路をコモンレール３６から隔離することができる構造であるが、他のシール構造もこの機能を果たし得る。保持されるレール圧力は、アクチュエータピストン６０が入口計量バルブシート６３と接触しているときのアクチュエータスプリング６２の力によって決定される。

【0028】

開示されたＨＰＰ１０は、ＨＰＰ１０が動作していない状況において、ＬＰＰ１２からコモンレール３６に最小燃料圧力を渡すように構成される。これにより、開示されたＨＰＰ１０を搭載したエンジンを最小限の出力で動作させることができるため、ＨＰＰに障害が発生した場合に、運転者は車両を安全な場所に移動できる。図９に示すように、ＬＰＰ１２から約５バールの燃料圧力ですべてのバルブ３８、４４、４６が開くように、および燃料噴射器３４によって使用するためにコモンレール３６に最小圧力を供給するために、入口計量バルブスプリング４０、ポンプ入口逆止バルブスプリング４５、およびポンプ出口逆止バルブスプリング４７が選択されている。アクチュエータ通路５６およびアクチュエータボア５８内の圧力が非常に低いので、入口計量バルブ４２は完全に開いている。コモンレール３６およびポンプ出口通路４８内の圧力が最小であるため、ポンプ出口逆止バルブ４６を開くことに反対はない。

【0029】

図１０～図１４は、本開示の態様による入口計量バルブ７０の例示的な実施形態を示している。開示された入口計量バルブ７０は、図１～図９を参照して上記の入口逆止バルブ３８および入口計量バルブ４２の機能を統合している。図１０を参照すると、入口計量バルブ７０は、一端が燃料入口通路１５と連絡し、反対端がアクチュエータ通路５６と連絡するチャンバ７２内に配置されている。計量通路４３は、チャンバ７２からポンプ入口逆止バルブ４４（図１－図９を参照）に通じている。アクチュエータボア７４は、チャンバ７２の一端から延在し、アクチュエータ通路５６に流体接続され、アクチュエータボア７４をポンプ出口通路４８およびコモンレール３６の燃料圧力にさらす。チャンバ７２とアクチュエータボア７４との間の移行面は、円錐形であり得るアクチュエータバルブシート７６を規定する。計量バルブシート７８（これも円錐形であり得る）は、燃料入口通路１５とチャンバ７２との間に定義される。計量バルブシート７８（これも円錐形であり得る）は、燃料入口通路１５とチャンバ７２との間に定義される。当業者は、図示されたバルブシートおよびバルブ部材の構成が例示的であり、他のバルブシート／バルブ部材構成を使用して、入口計量バルブおよびアクチュエータピストン上に形成されたバルブについて説明した機能を達成することができる。

【0030】

アクチュエータピストン８０は、アクチュエータボア７４内に案内される円筒形部分８２、アクチュエータバルブシート７６と嵌合するように配置されたアクチュエータバルブ８１、半径方向に突出する環状スプリングシート８４、および入口計量バルブ部材９０に向かって突出するバルブストップ８６を含む。入口計量バルブ部材９０は、アクチュエータピストン８０上に形成されたスプリングシート８４に着座した入口計量バルブスプリング９２によって計量バルブシート７８に向かってバイアスされる。入口計量バルブのバイアススプリング９２は軽量であり、入口計量バルブ部材９０が、ＬＰＰによって生成された入口燃料圧力、または約５バールで完全に開くことを可能にする。アクチュエータスプリング９４は、入口計量チェックバルブスプリング９２を取り囲み、図に示すように、アクチュエータピストン８０のスプリングシート８４とチャンバ７２の端部との間で圧縮されて、アクチュエータピストン８０およびアクチュエータバルブ８１を閉位置に向けてバイアスする。アクチュエータスプリング９４のバイアスは、アクチュエータ通路５６内の共通のレール圧力によってアクチュエータピストン８０に対して生成される力のバランスをとるように選択される。アクチュエータスプリング９４のバイアスは、通常、入口計量逆止バルブのバイアスよりはるかに大きい。アクチュエータスプリングのバイアスは、入口計量チェックバルブスプリングのバイアスの少なくとも２倍、より好ましくは入口計量チェックバルブスプリングのバイアスの少なくとも５倍、または最も好ましくはバイアスの少なくとも１０倍であり得る。軽い入口計量逆止バルブスプリング９２とより重いアクチュエータスプリング９４との間の力差は、入口計量逆止バルブスプリング９２がアクチュエータピストン８０の動作に無視できる影響を与えることを意味する。さらに、アクチュエータピストン８０およびスプリングシート８４の前進による入口計量逆止バルブスプリング９２の圧縮は、入口計量バルブ部材９０を開くのに必要な力にわずかな影響を与える。

【0031】

開示された構成では、入口計量バルブ部材９０は、図１０に示されるように、入口計量バルブ部材９０が入口計量バルブシート７８に対して着座する閉位置に向かって、入口計量逆止バルブスプリング９２によってバイアスされる。入口計量バルブ部材９０は、入口逆止バルブ（図１～９の参照番号３８）として機能し、入口通路１５の流体圧力がチャンバ７２の流体圧力よりも高い場合にのみ開き、通常、ポンプの充填サイクルと一致する。計量通路４３内の圧力が入口圧力よりも大きい場合、入口計量バルブ部材９０は閉じる。開示された入口計量バルブ７０は、図１～図９を参照しつつ上記の３８などの入口計量逆止バルブの機能と一致する、ポンプ入口逆止バルブ４４に向かう一方向の流れを提供する。図１０は、閉位置にある入口計量バルブ部材９０およびアクチュエータバルブ８１を示している。入口計量バルブ部材９０および入口計量バルブシート７８は、入口計量バルブ部材９０に対する入口計量バルブ部材９０の変位に応じて変化する流体の流れ領域を規定するように構成される。入口計量バルブ部材９０のより大きな変位は、より大きな流れ面積を定義し、入口計量バルブ７０を通る流量の増加を可能にし、一方、入口計量バルブ部材９０のより小さな変位は、減少した流れ面積を定義し、入口計量バルブ７０を通る流量の減少を可能にする。

【0032】

図１１は、図５を参照して、上記の低いコモンレール圧力での燃料の計量に対応する位置での入口計量バルブ部材９０およびアクチュエータピストン８０の位置を示す。アクチュエータ通路５６によってアクチュエータボア７４に伝達される低いコモンレール圧力は、アクチュエータピストン８０を入口計量バルブ部材９０に向かってわずかな距離６８移動させ、バルブストップ８６に接触するまで開く。アクチュエータピストン８０は、力のバランスに達するまで、入口計量バルブ部材９０に向かって移動する。アクチュエータピストン８０およびバルブストップ８６の位置は、アクチュエータ通路５６によって計量バルブ７０に伝達されるコモンレールの圧力に比例する。コモンレール内の低圧は、アクチュエータピストン８０およびバルブストップ８６の小さな変位６８をもたらし、これにより、入口計量バルブ部材９０がさらに開き、入口計量バルブ７０を通る流量が増加する。高圧燃料の需要に対応する低いコモンレール圧力は、ポンプの充電サイクル中に入口計量バルブ７０を通る燃料流量の増加をもたらす。入口計量バルブ７０を通過した燃料の量は、高圧燃料の需要を満たすためにコモンレール３６にポンプで送られる。

【0033】

図１２は、図６を参照して、上記の高いコモンレール圧力での燃料の計量に対応する入口計量バルブ部材９０およびアクチュエータピストン８０の位置を示す。アクチュエータボア７４内のより大きな圧力は、アクチュエータスプリング９４のバイアスに対抗して、アクチュエータピストン８０およびバルブストップ８６を入口計量バルブ部材９０に向かって距離６８だけ前進させる。入口計量バルブ部材９０の動きは、バルブストップ８６によって制限される。その結果、入口計量バルブ７０を通る流量が減少する。コモンレールの圧力が増加すると、計量制限も増加し、その逆も同様である。したがって、開示された入口計量バルブ７０の計量機能は、コモンレールの圧力に反比例する。

【0034】

図１３は、コモンレールが最大圧力以上にあるときの入口計量バルブ部材９０およびアクチュエータピストン８０の位置を示しており、これは、アクチュエータ通路５６を介してアクチュエータボア７４に伝達される。アクチュエータピストン変位６８（アクチュエータピストンストロークとも呼ばれる）が最大であり、バルブストップ８６を入口計量バルブ部材９０と接触させ、入口計量バルブ部材９０を入口計量バルブシート７８と接触させたままにする。計量バルブ部材９０を開くことは許可されておらず、その結果、入口計量バルブ７０を通る燃料の流れがなく、コモンレールにポンプで送られる燃料がない。

【0035】

図１４は、図９を参照して上記のようにＨＰＰが故障した状況における入口計量バルブ部材９０およびアクチュエータピストン８０の位置を示している。このいわゆる「リンプホーム」シナリオでは、入口計量バルブ７０の下流に圧力が発生しないため、アクチュエータ通路５６に圧力がなく、アクチュエータピストン８０およびバルブストップ８６が格納位置にある。入口計量逆止バルブスプリング９２の力は、入口計量バルブ部材９０がＬＰＰによって提供される入口燃料圧力で開くことを可能にするように選択される。入口計量バルブ７０を通過した後、燃料は計量通路４３、ポンプ入口逆止バルブ４４、ポンピングチャンバ２２、ポンプ出口逆止バルブ４６を通過し、エンジンが低減された出力で作動することを可能にするのに十分な圧力をコモンレール３６に提供する。エンジンの動作は最適ではないが、安全な環境またはメンテナンス施設に向けて最小限の運転能力を提供するには十分である。

【0036】

開示された入口計量バルブ７０は、図８を参照して上で説明したように、エンジンが動作していないときにコモンレール３６内の最小圧力を維持するように構成される。エンジン停止後、ポンプ出口逆止バルブ４６を通る漏れおよびアクチュエータピストン８０とアクチュエータボア７４との間のクリアランスにより、コモンレール３６内の圧力は減衰し、アクチュエータピストン８０とアクチュエータボア７４との間の漏れが一次漏れ経路である。チャンバ７２は、ポンプ入口逆止バルブ４４に向かって計量通路４３と連絡する漏れた燃料のための漏れ経路（図１～図９の破線５９）を提供することに留意されたい。コモンレール３６およびアクチュエータ通路５６内の圧力が低下すると、アクチュエータピストン８０は、アクチュエータスプリング９４の力の下でその格納位置に向かって移動する。アクチュエータボア７４内の圧力がアクチュエータスプリング９４との力のバランスを下回ると、アクチュエータピストン８０は完全に引き込まれ、アクチュエータバルブ８１は、アクチュエータバルブシート７６に対して閉じられ、さらなる漏れを防ぐ。アクチュエータバルブ８１／アクチュエータバルブシート７６のシール領域およびアクチュエータピストン８０が完全に格納されたときのアクチュエータスプリング９４の力（アクチュエータバルブ８１がアクチュエータバルブシート７６と接触している）は、コモンレール３６で保持される圧力を決定する。

【0037】

図１５～図１９は、開示の態様によると、統合されたポンプ入口逆止バルブ（図１～図９の参照番号４４）、ポンプ出口逆止バルブ（図１～図９の参照番号４６）、および圧力リリーフバルブ（参照番号５４、図１～図９）を示している。これらの３つの構成要素の構造を統合することにより、それらが占めるスペースが減少し、開示されたＨＰＰ１０の閉じ込められた体積も減少する。一体型バルブは、計量通路４３、ポンピングチャンバ２２、およびポンプ出口継手５０およびコモンレール３６につながる高圧ポンプ出口通路４８と連絡する段付きボア１００内に配置されている。ポンプ逆止バルブは、ポンプ逆止バルブスプリング１０４によってポンプ逆止バルブ座１０３に対して閉位置に向かってバイアスされた入口逆止バルブボール１０２によって形成される。ポンプ入口逆止バルブスプリング１０４は、圧力リリーフバルブシャトル１０６（以下、「ＰＲＶシャトル」）に形成されたボアに着座している。ＰＲＶシャトル１０６は、ポンプ出口逆止バルブスプリング１１２によって閉位置に向かってバイアスされたポンプ出口逆止バルブボール１１０の形態で、ポンプ出口逆止バルブ１１２のためのポンプ出口逆止バルブシート１０８を規定する。ポンプ出口逆止バルブスプリング１１２は、圧力リリーフバルブシート１１４（以下、「ＰＲＶシート」）によって規定されるボアに着座している。ＰＲＶシート１１４は、段付きボア１００によって定義される固定位置にあり、ＰＲＶシャトル１０６は、圧力リリーフバルブスプリング１１６によってＰＲＶシート１１４に対してバイアスされる。本開示の態様によれば、ＰＲＶシャトル１０６（ポンプ出口逆止バルブシート１０８を取り囲む）の環状領域１０７は、ＰＲＶシート１１４（ポンプ出口逆止バルブボール１１０を取り囲む）の相補的な環状表面１１１と嵌合する。ＰＲＶシャトル１０６の嵌合された環状表面１０７／１１１およびＰＲＶシート１１４は、以下でより詳細に説明されるように、圧力リリーフバルブ（以下、「ＰＲＶ」）を形成する。

【0038】

本開示の態様によれば、圧力リリーフバルブスプリング１１６（以下、「ＰＲＶスプリング」）は、円錐形皿スプリングのスタックの形態である。ＰＲＶは、コモンレール内の最大３５０バールの非常に高い圧力に対して閉じたままでなければならず、したがって、ＰＲＶスプリング１１６は、高いスプリング力を生成しなければならない。皿（円錐形ディスク）スプリングは、小さな体積を占めながら必要な高い閉鎖力を達成することができ、そのほとんどは皿スプリング自体によって占められる。開示された統合バルブの皿スプリングは、コンパクトな空間で大きな力を生成し、機能するために必要な空間のほとんどを満たすことによって、開示されたＨＰＰの閉じ込められた体積を低減する。

【0039】

図１６は、図２、図５、図６、図１１および図１２を参照して上記で論じたように、ポンプの充電サイクル中の統合されたポンプ入口逆止バルブ、ポンプ出口逆止バルブおよび圧力リリーフバルブの構成要素の位置を示す。ポンプ入口逆止バルブボール１０２は、そのシート１０３から移動され、燃料が計量通路４３からポンピングチャンバ２２に流れることを可能にする。ポンプ出口逆止バルブボール１１０およびＰＲＶ１０７／１１１は閉じたままである。図１７は、図４を参照して上記で論じたようなポンピングサイクル中の統合バルブの動作を示している。充填サイクルの終わりに、ポンプ入口逆止バルブを通る燃料の流れが停止し、ポンプ入口逆止バルブボール１０２がバイアスの下で閉じる。ポンピングプランジャは、ポンピングチャンバ２２内に前進し、ポンプ入口逆止バルブボール１０２を閉じた状態に保持し、ポンプ出口逆止バルブボール１１０を開き、燃料をポンプ出口通路４８およびコモンレール３６に圧送する圧力を生成する。

【0040】

図１８は、図７を参照して上で論じたようにＨＰＰが動作しているときにコモンレール内の圧力を解放するためのＰＲＶ１０７／１１１の動作を示す。ＰＲＶ構成要素は、出口逆止バルブボール１１０およびＰＲＶシャトル１０６がポンプ出口通路４８内の最大圧力以上の圧力にさらされたときにＰＲＶスプリング１１６が圧縮して、圧力逃がし経路をポンピングチャンバ２２へ開くように選択される。ＰＲＶシート１１４は、コモンレール３６につながるポンプ出口４８と連絡する出口開口部を規定する。出口逆止バルブボール１１０およびＰＲＶシャトル１０６は、ポンプ出口通路４８を介してコモンレール３６の圧力にさらされる。ポンピングサイクル中、ＰＲＶシャトル１０６の両側に高い流体圧力が存在し、その結果、ＰＲＶシャトル１０６／ＰＲＶシート１１４全体の圧力バランスが生じ、ＰＲＶは非アクティブになる。ポンピングサイクルの終わりに、ポンピングチャンバ２２内の圧力が低下し、ポンプ出口逆止バルブボール１１０は、ポンプ出口逆止バルブスプリング１１２のバイアスの下で閉じ、ポンプ出口通路４８およびコモンレール３６内の圧力によって閉じられたままになる。ポンピングプランジャ１８がポンピングボアから後退し、ポンピングチャンバ２２内の圧力を低下させる。この状態では、閉じた出口逆止バルブボール１１０は開くことができず、閉じたポンプ出口逆止バルブボール１１０およびＰＲＶシャトル１０６は、コモンレールの圧力にさらされる。コモンレールの圧力が所望の最大レール圧力よりも大きい場合、ＰＲＶシャトル１０６および閉じられたポンプ出口逆止バルブボール１１０は、ＰＲＶスプリング１１６を圧縮し、ＰＲＶシャトル１０６をＰＲＶシート１１４から分離してポンピングチャンバ２２に戻る圧力逃がし経路を開くのに十分な力を生成する。ポンピングチャンバ２２の圧力が低く、ポンピングプランジャ１８が後退しているので、先のポンピングサイクル中、ＰＲＶ１０７／１１１を通る圧力逃げ経路は、コモンレール３６に入るすべての燃料を迅速に逃がすことができる。

【0041】

開示されたＰＲＶ１０７／１１１は、同様の方法で、ヒートソークシナリオにおいて過剰なコモンレール圧力を緩和するように機能し、ＨＰＰ運用時の圧力解放と比較して、解放される流体の量が少なく、流量が遅い。開示されたＰＲＶは、図７を参照して上記のように、ポンピングチャンバへの圧力逃がしを可能にし、ポンピングプランジャ１８とポンプボア２０との間のクリアランスを通過してポンプドレン５２に至るのに必要な程度まで開く。

【0042】

図１９は、図９および図１４を参照して上記のようにＨＰＰが作動していない「リンプホーム」シナリオにおけるバルブ要素の位置を示している。ＨＰＰの故障は、コモンレール内の圧力を急速に低下させる。その結果、ポンプ入口逆止バルブボール１０２およびポンプ出口逆止バルブボール１１０の背後に圧力がない。ポンプ入口逆止バルブスプリング１０４およびポンプ出口逆止バルブスプリング１１２は、ポンプ入口逆止バルブボール１０２およびポンプ出口逆止バルブボール１０２およびポンプ出口逆止バルブボール１１０は、それらを閉じたままにするための背圧がないときに、ＬＰＰ１２からの供給圧力で開く。燃料は、ポンプ入口逆止バルブボール１０２を通過して、ポンピングチャンバ２２を通過して、ポンプ出口逆止バルブボール１１０を通過して流れることができ、コモンレールに最小圧力を提供する。

【0043】

図２０～図２４は、ポンプ出口逆止バルブおよびポンプ出口継手１２０に統合されたＰＲＶを示す。ポンプ出口継手１２０は、一端でポンピングチャンバ２２（または流体的に接続された通路）と連絡する段付きボア１２２を規定する。ポンピングチャンバ）およびもう一方の端には、コモンレールへの高圧通路４８がある。図２０～図２４のポンプ出口逆止バルブおよびＰＲＶは、構造および機能が、図１５～図１９を参照して前述した出口逆止バルブおよびＰＲＶと類似している。ＰＲＶシート１２４は、ポンプ出口継手１２０の軸上に配置された出口逆止バルブスプリングシート１２６を取り囲む出口流路を規定する。ポンプ出口逆止バルブボール１２８は、ポンプ出口逆止バルブスプリング１３０によって、ＰＲＶシャトル１３４上のポンプ出口逆止バルブシート１３２に向かってバイアスされる。ＰＲＶシート１２４は、ＰＲＶシャトル１３４上の相補的な表面１３８（ポンプ出口逆止バルブ１２８／１３２を取り囲む）と嵌合して圧力リリーフバルブ（以下「ＰＲＶ」）を形成する環状の円錐面１３６を含む。ＰＲＶシート１２４は、段付きボア１２２によって定義される固定位置に保持され、ＰＲＶシャトル１３４は、ＰＲＶスプリング１２６によってＰＲＶシート１２４に対してバイアスされる。本開示の態様によれば、ＰＲＶスプリング１２６は、圧力リリーフバルブカップ１４０（以下「ＰＲＶカップ」）とＰＲＶシャトル１３４との間で圧縮された円錐ディスクスプリングは、ＰＲＶシャトル１３４を図２０に示される閉位置に向けてバイアスする。ＰＲＶカップ１４０は、ポンプ出口継手１２０の段付きボア１２２内に締まりばめを有し、ポンプ出口継手１２０内の、ＰＲＶシャトル１３４、ＰＲＶスプリング１２６、ポンプ出口逆止バルブボール１２８、ポンプ出口逆止バルブスプリング１３０およびＰＲＶシート１２４をトラップする。段付きボアは、ＰＲＶの開放圧力を校正するために組み立て中に設定される。ＰＲＶの開放圧力は、ポンプに組み立てる前に校正できる。

【0044】

統合されたＰＲＶおよびポンプ出口逆止バルブを含む出口継手１２０は、出口継手１２０が取り付けられているＨＰＰの閉じ込められた体積を最小化し、ＰＲＶを通る高い流量容量を提供し、そして、ＰＲＶシャトル１３４の短いストロークは、ＨＰＰが作動している間、ＰＲＶの迅速な作動および閉鎖をもたらす。前述のように、ポンプ出口逆止バルブボール１２８は、図２１に示されるように、コモンレールにつながる高圧通路４８内の圧力が、ポンピングチャンバ２２またはポンピングチャンバ２２からポンプ出口継手１２０につながる通路内の圧力よりも低い場合にのみ開く。この状態は、高圧出口通路４８およびコモンレール３６の圧力が最大圧力を下回るポンピングサイクル中に発生する。図２２は、コモンレールの圧力が最大圧力よりも高いヒートソーク状態に応じたＰＲＶの作動を示す。ＰＲＶシャトル１３４および閉じたポンプ出口逆止バルブボール１２８は、ポンプ出口継手１２０に接続された高圧通路４８を介してコモンレールの圧力にさらされる。ＰＲＶシャトル１３４は、ＰＲＶスプリング１２６のバイアスに逆らってＰＲＶシート１２４から離れて移動し、過剰な圧力がＰＲＶを通ってポンピングチャンバ２２に通過することを可能にする。そして、図１～図９を使って上述したように、圧力はポンププランジャ１８とポンプボア２０との間のクリアランスを通ってポンプドレン５２にゆっくりと流出することができる。ヒートソーク状態では、逃がされる流体の量が少なく、流体の流量が少ないため、ＰＲＶシャトル１３４は少量移動する（開く）。図２３は、ポンプ動作中のＰＲＶの作動を示しており、これは、ヒートソーク状態に応答したＰＲＶ作動とまったく同じであるが、ただし、ＰＲＶシャトル１３４は、解放される流体の量が多く、ポンプの充填サイクル中に圧力を解放するために必要な流体の流れが速いため、さらに開く。

【0045】

図２４は、ＨＰＰが動作していない「リンプホーム」シナリオ中のポンプ出口逆止バルブボール１２８の動作を示している。このシナリオでは、高圧通路４８とコモンレールに高圧燃料が供給されなくなる。ポンプ出口逆止バルブスプリング１３０は、入口計量バルブ７０およびポンプ入口逆止バルブを通過し、ポンピングチャンバ２２を通過するＬＰＰによって生成される供給圧力にさらされると開く軽いバイアスで選択される。その背後に圧力がない場合、ポンプ出口逆止バルブボール１２８は、供給圧力にさらされると開き、低圧燃料がコモンレールを満たすことを可能にする。ＬＰＰからの供給圧力に対応するコモンレール圧力は、燃料噴射装置とエンジンを低出力で動作させるのに十分である。エンジンの動作は最適ではないが、安全な環境またはメンテナンス施設に向けて最小限の運転能力を提供するには十分である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】