JP2006152976A

JP2006152976A - 高圧燃料ポンプ

Info

Publication number: JP2006152976A
Application number: JP2004348065A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nunokawa; 剛史布川; Satoshi Tsusaka; 智津坂; Shinya Yamaguchi; 真也山口; Masayoshi Tanuma; 正義田沼
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】液化ガス燃料を送出するプランジャ式の高圧燃料ポンプについて、シリンダ孔外側開口部からの燃料漏出を防止する膜部材に過剰な負荷がかからないようにして装置の耐久性を確保しながら燃料の大気への漏洩を確実に防止する。
【解決手段】燃料室２１Ａにシリンダ孔２２を貫通したプランジャ２３の先端部を挿入しカム２４の回転により基端部を押圧されたプランジャ２３がシリンダ孔２２内を往復摺動して液化ガスを圧送する高圧燃料ポンプ２Ａにおいて、シリンダ孔２２外側開口部側にベローズ２６を配設してプランジャ２３基端部を含む燃料室２１Ａ側とカム２４を有する駆動機構側とを気・液密状態に区画したものにおいて、シリンダ孔２２に設けた燃料溜室２７を真空ポンプ３０Ａを配設した燃料回収路２８で燃料タンクに接続し、電子制御ユニット５０で燃料溜室２７内と大気圧とが等圧となるように真空ポンプ３０Ａを駆動制御するものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧燃料ポンプに関し、殊にＬＰＧやＤＭＥなどガソリンに比べて気化しやすい液化ガス燃料を液体のままインジェクタに送りエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置に用いる高圧燃料ポンプに関する。

燃料タンク内のＤＭＥやＬＰＧ、或いはＣＮＧなどの液化ガス燃料をポンプで高圧化して液体のままインジェクタからエンジンの吸気管路に噴射する液化ガス燃料供給装置は、例えば特開２００３−１２０４４３号公報に記載されているように広く知られている。

上記公報記載の液化ガス燃料供給装置は、図７の配置図に示すように燃料タンク１０に配置された低圧燃料ポンプ１０ａで加圧した燃料を、燃料供給管路９Ａを通ってエンジン１側に配設された高圧燃料ポンプ２Ｅで更に高圧にしてインジェクタ８に送るものとしている。

図５（Ａ）は、ガソリン直噴エンジンに一般的に用いられる高圧燃料ポンプの断面図を示しているが、プランジャを往復摺動させて燃料を圧送する容積型の高圧燃料ポンプは、図５（Ｂ）に示すようにプランジャ２３と本体２０を貫通したシリンダ孔２２との隙間を燃料が通過する構造となっている。しかし、この隙間を通過するガソリンは大気圧力まで減圧されているため、一般的に用いられる往復動用の油圧シールによりある程度密閉することが可能であり、図５（Ｃ）に示すようにシリンダ孔下部を拡大して設けた燃料溜室２７に接続した燃料回収路２８で漏洩するガソリンの殆どを燃料タンクに回収することが可能である。

これに対し、ガソリンと比べて常温で高い蒸気圧力を有するとともに粘度の低いＤＭＥやＬＰＧ、或いはＣＮＧなどの液化ガス燃料を圧送しようとする場合、シリンダ孔２２とプランジャ２３との隙間を通過する燃料の量が多量となってしまうため、この高圧燃料ポンプをそのまま適用することはできない。

そこで、例えば特開平１０―３１８１２３号公報に記載され図６に示されるように、シリンダ孔２２およびプランジャ２３基端部を含めた燃料室２１Ａ側とプランジャ２３を往復駆動させるカム２４を有する駆動機構側（大気側）とを、上下に伸縮性を備えた膜部材としてのベローズ２６などで気・液密状態で区画してなる高圧燃料ポンプを用いることで、シリンダ孔２２とプランジャ２３との隙間を通過した燃料が大気側に漏れることを回避しようとする試みがなされている。

ところが、ベローズ２６の内側にはシリンダ孔２２とプランジャ２３との隙間を通過した燃料の蒸気圧力が常にかかるため、膜内外において比較的大きな圧力差が常に生じることになり、殊に、ＤＭＥ,ＬＰＧ,ＣＮＧなどのガソリン代替燃料の蒸気圧力は常温でも１ＭＰａを超え、しかも高温になるほど更に上昇することから、エンジン近傍に配設され耐圧性が通常１００ｋＰａ程度の膜部材を通常用いる高圧燃料ポンプにあっては、ベローズ２６部分の耐久性が問題となりやすい。また、ベローズ２６に破損が生じた場合には燃料が一気にエンジン側に流出して火災・爆発の危険性を伴うことになる。
特開２００３−１２０４４３号公報特開平１０―３１８１２３号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、液化ガス燃料を高圧にしてエンジンに供給する液化ガス燃料供給装置に用いる高圧燃料ポンプについて、シリンダ孔外側開口部およびプランジャ基端部を含む燃料室側とカムが配設された駆動機構側とを区画する膜部材に、過剰な負荷がかからないものとして装置の耐久性を確保しながら燃料が燃料ポンプ外に漏洩することを確実に回避できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、燃料通路の吸込側および吐出側にそれぞれ逆止弁を備え、この二つの逆止弁間に形成される燃料室にシリンダ孔を貫通したプランジャの先端部を挿入して、カムの回転により基端部を押圧されたプランジャがシリンダ孔内を往復摺動することで燃料室内に導入した液化ガス燃料を圧送するものとした高圧燃料ポンプにおいて、
シリンダ孔外側開口部側に、プランジャの摺動方向に伸縮可能な膜部材が配設されてプランジャ基端部を含む燃料室側とカムを有する駆動機構側とが気・液密状態に区画され、シリンダ孔の一部を拡大して設けられた燃料溜室と燃料タンクとが燃料回収路で接続されており、
この燃料回収路に燃料溜室内の燃料を吸引して燃料タンク側に送出する真空ポンプが配設されており、所定の制御手段が真空ポンプ上流側の燃料圧力を検知することで燃料溜室内と大気圧とが略等しい圧力となるように真空ポンプを駆動制御するものとする。

このような構成とすることにより、エンジン近傍に配設され高温に曝されることで膜部材内側の燃料圧力が上昇して膜部材の耐久性低下を招きやすい高圧燃料ポンプにおいて、制御装置が真空ポンプで燃料溜室の圧力を大気圧と同等に調整することで、これに連通する膜部材内側の燃料圧力も大気圧とほぼ同等に調節されることから、膜部材への負荷が軽減されてその耐久性が良好なものとなり、燃料の大気への漏洩を長期間に亘って防止することができる。

また、燃料溜室内の燃料を吸引する真空ポンプを配設する代わりに、シリンダ孔の外側開口部側にプランジャ基端部を内装した膜部材およびカムを有する駆動機構を内装してなるカム室を形成するケーシングを、内外を気・液密状態に区画して設け、制御手段で駆動制御されるポンプ手段でカム室に所定の流体を導入して内部を昇圧するものとしても、同様に膜部材への負荷を軽減することができる。そしてこの場合、カム室内部に他の空間に連通させる配管を接続し、これにカム室内の圧力を燃料タンク内圧力と略同等に調圧する調圧手段を設ければ、さらに膜部材への負荷が軽いものとなる。

さらに、このポンプ手段をオイルポンプとするとともに、カム室に導入する流体をエンジンオイルとして配管でエンジン側からカム室内に導入するものとすれば、導入されたエンジンオイルがカムの潤滑油としても作用することになって、潤滑油追加の必要なく長期間に亘って高圧燃料ポンプの円滑な作動を維持することができる。

一方、これと異なり、このポンプ手段をコンプレッサとするとともに、カム室に導入する流体を圧縮空気として配管でカム室内に導入するものとしても、膜部材への負荷を軽減することができるが、この場合、作動流体にエンジンオイルを用いる場合と異なり、エンジンの熱をカム室内に導入することによる燃料圧力の上昇を招く心配がないものとなる。そして、この場合、流体を導入する配管がカム室とエンジン内部の空間とを接続するものとして、エンジン内部の空気を圧縮空気にして導入し、調圧手段を備えた配管がエンジン内部の空間に接続されて、余剰分の圧縮空気がエンジン内部に戻されるものとすれば、コンプレッサ部品内に異物が侵入することによるトラブルを回避でき、且つ圧縮空気を排出しないことで作動音の低減およびカム室内に存在するオイルミスト等の成分が大気中に排出しないものとすることができる。

さらにまた、上述したポンプ手段を、エンジンを駆動源として作動するものとすれば充分な駆動力を発揮させることができるが、カム室内に圧縮空気を導入する高圧ポンプにあっては、ポンプ手段をカム室に収装または付設される小型の空気ポンプとして、カムの回転により駆動されて圧縮空気をカム室内に導入するものとすれば、燃料供給装置全体のコンパクト化が容易となる。

加えて、上述した高圧燃料ポンプにおいて、カム室と他の空間とを連通する配管に遮断弁を設け、膜部材が破損した場合にこれを検知した制御手段が遮断弁を閉鎖するものとすれば、多量の燃料が一気にエンジン側に流出して炎上・爆発が生じる危険を回避することができる。

シリンダ孔外側開口部およびプランジャ基端部を含む燃料室側とカムを有する駆動機構側とを区画する膜部材の内外圧力差を最小とする本発明により、膜部材に過剰な負荷がかからないものとして装置の耐久性を確保することができ、燃料が燃料ポンプ外に漏洩することを長期間に亘って確実に回避できるものである。

図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、第一の実施の形態に係る高圧燃料ポンプ２Ａの縦断面図を示す図１を参照して、高圧燃料ポンプ２Ａは図示しない燃料タンクからエンジンに向かう燃料通路の吐出側および吸込側にそれぞれ逆止弁２５ａ，２５ｂを備え、この二つの逆止弁２５ａ，２５ｂ間に形成される燃料室２１Ａに、本体２０Ａ外側から燃料室２１Ａを貫通して穿設したシリンダ孔２２に摺動自在に配設されたプランジャ２３が、その先端部を挿入している。

プランジャ２３の基端部側には、回転することで間欠的にこれを押圧するエンジンのクランクシャフトに接続された図示しないシャフトの先端に固定したカム２４が当接して高圧燃料ポンプ２Ａを駆動させる駆動機構が配設されており、プランジャ２３がカム２４の回転によりシリンダ孔２２内を往復摺動することで燃料室２１Ａ内に導入した液化ガス燃料をインジェクタに向かって圧送するようになっている。

そして、本体２０Ａのシリンダ孔２２外側開口部側には、プランジャ２３の摺動方向に伸縮可能な膜部材としてのベローズ２６が、この開口部およびプランジャ２３基端部側を覆って配設されており、燃料室２１Ａ側を駆動機構側（大気側）に対し気・液密状態にして区画している。即ち、燃料室２１Ａ内の液体燃料がシリンダ孔２２内周壁とプランジャ２３の外周壁との隙間を通って、シリンダ２２外側開口部から漏出してもこれが大気に放出されないようになっている。

また、シリンダ孔２２は、その外側開口部寄りの中途部分が内径を拡大されて燃料溜室２７を形成しており、これが図示しない燃料タンクと燃料回収路２８で接続されている。さらに、この燃料回収路２８には燃料溜室２７内の燃料を吸引して燃料タンク側に送出する真空ポンプ３０Ａが配設されており、真空ポンプ３０Ａ上流側には燃料圧力を検知する圧力センサ５１が配置され、その出力信号を検知した制御手段としての電子制御ユニット５０が、燃料溜室２７内と大気圧とが略等しい圧力となるように真空ポンプ３０Ａを駆動制御するようになっている。

高圧燃料ポンプ２Ａは以上のような構成であり、シリンダ孔２２外側開口部から漏出した液体燃料が温度上昇などにより高圧化してベローズ２６の内外圧力差が大きくなり始めた場合、ベローズ２６内側に連通している燃料溜室２７の燃料圧力を圧力センサ５１で検出した電子制御ユニット５０が、真空ポンプ３０Ａを駆動制御して燃料圧力の過剰な上昇を防止し、ベローズ２６内の圧力上昇を防止することにより、ベローズ２６に過剰な負荷が加わることを回避できるものである。

図２は本発明の第二の実施の形態に係る高圧燃料ポンプの縦断面図を示しており、シリンダ孔２２の中途の燃料溜室２７および燃料回収路２８の真空ポンプ３０Ａを配設する代わりに、シリンダ孔２２外側開口部側に、プランジャ２３基端部側を内装したベローズ２６およびカム２４を有する駆動機構を収装して内部を気・液密状態に区画してなるカム室２１Ｂを、ケーシング２０Ｃを配設することにより設けたものである。そして、カム室２１Ｂと図示しないエンジンのオイルパンを接続する配管２９が設けられ、これに電子制御ユニット５０で駆動制御されるポンプ手段としてのオイルポンプ３０Ｂが配設されて、エンジンの潤滑油をカム室２１Ｂに導入して内部を昇圧するようになっている。

また、カム室２１Ｂと図示しないエンジン内の空間（ヘッドまたはクランク室などの空気部分）とを連通させる配管３１が設けられ、これに所定のバネ圧に設定された逆止弁２５ｃが設けられており、カム室２１Ｂ内の圧力を燃料タンク内圧力と略同等に調圧する調圧手段として作用するようになっている。このような構成とすることで、図１の高圧燃料ポンプ２Ａと同様にベローズ２６の内外に過大な圧力差が生じることを防止して、ベローズ２６に過剰な負荷が加わることを回避することができる。

尚、配管３１の逆止弁２５ｃ上流側には、電子制御ユニット５０により開閉制御される遮断弁５２が配設されており、例えば燃料回収路２８に設置した圧力センサ５１が検出した燃料圧力の急な低下などによりベローズ２６が破損したことを電子制御ユニット５０が検知することで、遮断弁５２を閉鎖するようになっている。これにより、多量の燃料が一気にエンジン側に流出することによる炎上・爆発の心配がないものとなる。

図３は、本発明の第三の実施の形態に係る高圧燃料ポンプ２Ｃの縦断面図を示すものであり、図２の高圧燃料ポンプ２Ｂにおいてエンジンのオイルパンに接続された配管２９の代わりに、図示しないエンジン内空間（ヘッドまたはクランク室などの空気部分）に接続された配管３２を設け、この配管３２に電子制御ユニット５０で駆動するコンプレッサ３０Ｃを配設するとともに、その下流に逆止弁２５ｄを設けたものである。

また、カム室２１Ｂ底部側には潤滑油がカム２４の高さまで満たされており、配管３２がカム室２１Ｂ底部から上方に延設されてカム室２１Ｂ上部の空気部分で開口し、コンプレッサ３０Ｃの駆動によりカム室２１Ｂの上部側に圧縮空気を導入してカム室２１Ｂを昇圧するようになっている。さらに、配管３１はエンジン内空間に接続されて余剰分の圧縮空気をエンジン内に戻すようになっており、上記同様に所定のバネ圧に設定された逆止弁２５ｃでカム室２１Ｂ内の圧力を燃料タンク内圧力と略同等に調圧している。

このように、コンプレッサ３０Ｃでカム室２１Ｂに圧縮空気を導入することにより、上記同様にベローズ２６の内外に過大な圧力差が生じることを防止して、ベローズ２６に過剰な負荷が加わることを回避することができるものであるが、本実施の形態においては、エンジンの熱を受けたエンジンオイルをカム室２１Ｂに導入するものではないため、エンジンオイルの熱でベローズ２６内の燃料温度を過剰に上昇させる心配がない。また、圧縮空気に用いる空気をエンジン内部空間であるヘッドまたはクランク室から導入するようにしたため、圧縮空気中に異物が含まれることが殆どなく、コンプレッサ３０Ｃ内に異物が侵入することによる作動不良を発生させる心配がないものとなる。さらに、余剰空気を再度エンジン内部に戻すことは作動音の抑制に有効であり、且つ、カム室２１Ｂ内のオイルミスト等の成分を大気中に放出してしまうこともない。

図４は本発明の第四の実施の形態に係る高圧燃料ポンプ２Ｄの縦断面図を示すものであり、図３の高圧燃料ポンプ２Ｃにおけるコンプレッサ３０Ｃの代わりに、ケーシング２０Ｃを下方に延長したケーシング２０Ｄとすることにより拡大されたカム室２１Ｃの底部側において、プランジャ２３基端部の対向位置にプランジャ４０ｃの先端部をカム２４に当接させカム室２１Ｃ底部に延出した配管３２の逆止弁２５ｅ下流側に逆止弁２５ｆを配設することで形成された空気室４０ａ内にシリンダ孔４０ｂを貫通して基端部を挿入し、バネ４０ｄで上方に付勢されたプランジャ４０ｃをカム２４の回転で上下に往復摺動させることで空気室４０ａ内に導入した空気をカム室２１Ｃ内に圧送する小型の空気ポンプ４０を備えたものである。

このような構成としても、上記同様にベローズ２６の内外に大きな圧力差が生じることを防止して、ベローズ２６に過剰な負荷が加わることを回避することができるが、本実施の形態においては、カム室２１Ｃ内を昇圧させるためのポンプが小型化されてカム室２１Ｃ内に収装されたことで装置全体をコンパクトなものとすることができ、エンジンルーム内の設計の自由度を高めることができる。また、この空気ポンプ４０は電子制御ユニット５０に駆動制御される必要がなく高圧燃料ポンプ２Ｄの作動に同調して作動するものであり、構成が極めて簡易なものとなる。

本発明の第一の実施の形態を示す縦断面図。本発明の第二の実施の形態を示す縦断面図。本発明の第三の実施の形態を示す縦断面図。本発明の第四の実施の形態を示す縦断面図。（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、従来の高圧燃料ポンプの構成および動作を示す縦断面図。他の従来の高圧燃料ポンプの構成を示す縦断面図。高圧燃料ポンプが配置された液化ガス燃料供給装置の配置図。

符号の説明

２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ高圧燃料ポンプ、２０Ａ，２０Ｂ本体、２０Ｃ，２０Ｄケーシング、２１Ａ燃料室、２１Ｂ，２１Ｃカム室、２２シリンダ孔、２３プランジャ、２４カム、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ逆止弁、２６ベローズ、２７燃料溜室、２８燃料回収路、２９，３１，３２配管、３０Ａ真空ポンプ、３０Ｂオイルポンプ、３０Ｃコンプレッサ、４０空気ポンプ、５０電子制御ユニット、５１圧力センサ、５２遮断弁

Claims

燃料通路の吸込側および吐出側にそれぞれ逆止弁を備え、該二つの逆止弁間に形成される燃料室にシリンダ孔を貫通したプランジャの先端部を挿入して、カムの回転により基端部を押圧された前記プランジャが前記シリンダ孔内を往復摺動することで前記燃料室内に導入した液化ガス燃料を圧送するものとした高圧燃料ポンプにおいて、
前記シリンダ孔外側開口部側に、前記プランジャの摺動方向に伸縮可能な膜部材が配設されて前記プランジャ基端部を含む燃料室側と前記カムを有する駆動機構側とが気・液密状態に区画され、前記シリンダ孔の一部を拡大して設けられた燃料溜室と燃料タンクとが燃料回収路で接続されており、
該燃料回収路に前記燃料溜室内の燃料を吸引して燃料タンク側に送出する真空ポンプが配設されて、所定の制御手段が該真空ポンプ上流側の燃料圧力を検知することで前記燃料溜室内と大気圧とが略等しい圧力となるように前記真空ポンプを駆動制御するものとされている、
ことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
燃料通路の吸込側および吐出側にそれぞれ逆止弁を備え、該二つの逆止弁間に形成される燃料室にシリンダ孔を貫通したプランジャの先端部を挿入して、カムの回転により基端部を押圧された前記プランジャが前記シリンダ孔内を往復摺動することで前記燃料室内に導入した液化ガス燃料を圧送するものとした高圧燃料ポンプにおいて、
前記シリンダ孔外側開口部側に、前記プランジャの摺動方向に伸縮可能な膜部材が配設されて前記プランジャ基端部を含む燃料室側と前記カムを有する駆動機構側とが気・液密状態に区画され、前記シリンダ孔内と燃料タンクとが燃料回収路で接続されており、
前記シリンダ孔の外側開口部側に前記プランジャ基端部を内装した膜部材および前記カムを有する駆動機構を内装してなるカム室を形成するケーシングが、内外を気・液密状態に区画して設けられており、所定の制御手段で駆動制御されるポンプ手段で前記カム室に所定の流体を導入して内部を昇圧するものとされている、ことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
請求項２に記載した高圧燃料ポンプにおいて、前記カム室は他の空間に連通させる配管が接続されており、該配管に前記カム室内の圧力を燃料タンク内圧力と略同等に調圧する調圧手段を備えている、ことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
前記ポンプ手段はオイルポンプであり、前記カム室に導入する流体がエンジンオイルであって配管でエンジン側から前記カム室内に導入するものとされている、請求項２または３に記載した高圧燃料ポンプ。
前記ポンプ手段はコンプレッサであり、前記カム室に導入する流体が圧縮空気であって配管で前記カム室内に導入するものとされている、請求項２または３に記載した高圧燃料ポンプ。
請求項５に記載した高圧燃料ポンプにおいて、前記流体を導入する配管がカム室とエンジン内部の空間とを接続するものであってエンジン内部の空気を前記圧縮空気にして導入し、前記調圧手段を備えた配管が前記エンジン内部の空間に接続されており、余剰分の圧縮空気をエンジン内に戻すことを特徴とする高圧燃料ポンプ。
前記ポンプ手段は前記エンジンを駆動源として利用するものである、請求項４，５または６に記載した高圧燃料ポンプ。
前記ポンプ手段は前記カム室に収装または付設される小型の空気ポンプであって前記カムの回転により駆動されて圧縮空気をカム室内に導入するものとされている、請求項５または６に記載した高圧燃料ポンプ。
前記カム室と他の空間と連通する配管に遮断弁が設けられており、前記膜部材が破損した場合に該破損の発生を検知した前記制御手段が、前記遮断弁を閉鎖するものとされている、請求項３，４，５，６または７に記載した高圧燃料ポンプ。