JP2008025425A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダに滑合するプランジャを備え、当該プランジャの先端が加圧室内で往復動することで、吸入弁機構から加圧室に導入された燃料を圧縮加圧して吐出弁機構から吐出させる高圧燃料ポンプにおいて、潤滑性の高い堅牢なこの種高圧燃料ポンプを提供する。
【解決手段】本発明は上記目的を達成するために、シリンダとプランジャの滑合面部に加圧室内から燃料を供給する連通路を前記シリンダに形成したものである。このように構成した本発明によれば、プランジャを高速で駆動してもシリンダとプランジャの滑合面部に燃料が安定して供給でき、堅牢な高圧燃料ポンプが得られた。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用内燃機関の燃料供給ポンプに関し、殊に、筒内噴射型内燃機関の燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプに関する。

本発明が対象とする高圧燃料ポンプはシリンダに滑合するプランジャを備え、当該プランジャの先端が加圧室内で往復動することで、吸入弁機構から加圧室に導入された燃料を圧縮加圧して吐出弁機構から吐出させる。

この種高圧ポンプはポンプボディに加圧室が形成され、当該加圧室にシリンダの先端部が突出するタイプ（例えば国際公開ＷＯ０２／０５５８８１号パンフレットに記載されるもの）や、シリンダ内に加圧室が形成されるタイプ（例えば特開２００１−２９５７７０号公報，特開２００３−４９７４３号公報等に記載されるもの）が知られている。

燃料の高圧，大容量化が進んで、この種高圧燃料ポンプを、例えば常時１００ヘルツ
（Ｈｚ）程度の高速（現在ではエンジンが１分間に６０００回転する高速回転領域でのみ遭遇する条件）で往復運動させる場合、シリンダとプランジャの滑合面部の摺動による発熱によって両者の滑合面部に潤滑剤として供給される加圧燃料が欠乏し、その結果半径方向に作用するわずかな応力の発生によって両者の滑合面が焼きついたり、噛付いたりする問題が発生する可能性がある。

類似分野において、類似の問題を解決するため、プランジャに該当するピストンの中心において先端から軸方向に穴を開け、さらにその軸方向の穴とピストンの外周とを連通する半径方向の穴を複数個設け、これら連通穴を介してピストンとシリンダの滑合面にピストン側から加圧燃料を供給するものが知られている（特開平１１−２２４９３号公報）。

国際公開ＷＯ０２／０５５８８１号パンフレット 特開２００１−２９５７７０号公報 特開２００３−４９７４３号公報 特開平１１−２２４９３号公報

しかしながら、このような従来の構成の場合、ピストンが加圧室内に突出する過程の圧縮状態では、加圧室の燃料がこれら連通路を通して両者の滑合部へ加圧供給されるが、連通路の滑合部側開口位置がピストンの動きに応じて軸方向に常に移動するため、滑合面において半径方向に不安定な力が作用し、かえって噛付きが激しくなる可能性がある。

また、ピストンが加圧室の容積を増加する吸入状態では、加圧室内が低い圧力になるので連通路を通して両者の滑合部の燃料が加圧室側へ吸出される。このとき連通路の滑合部側開口位置がピストンの動きに応じて軸方向に移動しながら吸出し状態が継続するので滑合面の燃料が吸出され易く、その分複雑な穴を開けたことに見合うほど潤滑性能が向上しない。

また、本願が対象とする高圧燃料ポンプのプランジャはその直径が１０ミリメートル
（mm）と非常に細く、そのためプランジャに公知技術のような穴を開けるとプランジャ自体の強度が低下して、半径方向の応力によって座屈しやすくなり、本来のプランジャの機能が果たせなくなる可能性がある。

以上の点に鑑み、本発明の目的は、潤滑性の高い堅牢なこの種高圧燃料ポンプを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、シリンダとプランジャの滑合面部に加圧室内から燃料を供給する連通路を前記シリンダに形成したものである。

このように構成した本発明によれば、プランジャを高速で駆動してもシリンダとプランジャの滑合面部に燃料が安定して供給できる、堅牢な高圧燃料ポンプが得られた。

以下図面に基づき本発明のいくつかの実施例を詳細に説明する。

図１乃至図６に基づき本発明の第１実施例を説明する。

図１は本発明が実施される高圧燃料ポンプの縦断面図である。図６は図１の高圧燃料ポンプを用いた燃料供給システムを示す図面である。

燃料タンク２０から低圧フィードポンプ２１によって吸上げられた燃料は、吸入配管
２８を通して高圧燃料ポンプ１００の燃料吸入口１０ａに導かれる。プレッシャレギュレータ２２は吸入配管２８の圧力を一定の圧力に調圧して、高圧ポンプ１００へ供給される燃料量を調整する。なお、プレッシャレギュレータ２２を設ける代わりに、低圧ポンプ
２１の吐出流量を直接コントロールし、圧力を調整することもできる。

燃料吸入口１０ａに導かれた燃料は金属ダンパ９の設置されたダンパ室１４(後述する)，吸入通路１０ｃを通って低圧室１０ｄへ導かれる。

ポンプ本体１には加圧室１１が設けられ、加圧室１１と低圧室１０ｄとの間には、吸入弁３１および協働して燃料の吸入遮断を制御するシート３２が設けられている。

ばね３３でシート３２から離れる方向に付勢されている吸入弁３１は電磁駆動機構30Ａによってこのばねに抗してシート３２に向かって吸引されるとき、最終段階においてシート３２に着座する。この吸入弁３１，シート３２，ばね３３，電磁駆動機構３０Ａによって電磁駆動型吸入弁３０が構成される。

電磁駆動型吸入弁３０が吸入弁３１を開いている間にプランジャ２が図１に示すカム５の回転によって下降すると加圧室１１に燃料が吸入され、さらにカム５が回転して、プランジャ２が上昇に転じた後の特定のタイミングで電磁駆動型吸入弁３０が吸入弁３１を閉じると、吸入された燃料は加圧室１１内で上昇するプランジャ２によって高圧に加圧され、燃料吐出口１２から高圧配管２９を通り、絞り２５を経てコモンレール２３に圧送される。

コモンレール２３には圧力センサ２６が装着されており、エンジンコントロールユニット２７（以後ＥＣＵと略称する）はこの圧力センサ２６の出力を監視することで、コモンレール内の圧力変化を検出する。コモンレール２３には内燃機関の各気筒（シリンとも呼ぶ）に取付けられたインジェクタ２４が接続されており、ＥＣＵ２７からの駆動信号によってインジェクタ２４は各シリンダが要求する量の燃料をシリンダ内に直接噴射する。

２７Ａは電磁駆動機構３０Ａに駆動電流を送る電力線、２７Ｂは圧力センサ２６の検出信号をＥＣＵに伝える信号線、２７Ｃは燃料噴射弁に駆動電流を送る電力線である。

図１に示す本実施例になる高圧燃料ポンプ１００は、図６の破線１００で囲まれた構成部品をすべて備えている。

ポンプボディ１には加圧室１１を形成する筒状凹所が形成されており、この筒状凹所に先端が突出するようにしてポンプボディ１に固定されるシリンダ６と共に加圧室１１を形成している。シリンダ６にはプランジャ２が摺動可能に収容され加圧機構を構成している。シリンダ６の外周部とポンプボディ１との金属接触部が内部の燃料に対して金属シール部として機能する結果、加圧室１１内で往復動するプランジャ２と上述した電磁駆動型吸入弁３０、およびシート８ａ，吐出弁８ｂ，付勢ばね８ｃからなる吐出弁機構８が協働して、加圧室内部の燃料を２０メガパスカル（Ｍｐａ）程度あるいは必要ならばそれ以上まで加圧することができる。

金属ダンパ９は低圧側の燃料通路内に装着され、低圧側の燃料通路内に発生する燃料の脈動を低減する機能を有する。

低圧側の燃料通路内に発生する燃料の脈動は後で詳しくするが、燃料の吐出量を制御するために、吸入弁３１を開いたままでプランジャ２を上昇させることで、加圧室内に一端導入された燃料が低圧室１０ｄに逆流（溢流とも言う）する際に発生する。

電磁駆動型吸入弁３０は吐出燃料量の制御機能も備えている。具体的には、カム５が回転してプランジャ２がばね４の力で下降状態、つまりシリンダ６内に引き込まれる状態になると、ばね３３によってシート３２に引き付けられて閉弁状態の吸入弁３１の低圧室
１０ｄ側の圧力（フィードポンプ２１のフィード圧で、１.５ないし２気圧：０.１５乃至０.２Ｍｐａ ）と加圧室１１側の圧力との差圧が変化してやがて吸入弁３１を開く方向に作用する力の方が大きくなり、ばね３３の力に抗して、吸入弁３１はシート３２から離れ、開弁する。つまり、吸入弁３１は流体差圧による開弁力により、ばね３３の付勢力に打ち勝って、開弁できるように設定されている。吸入弁３２が開弁すると低圧燃料が加圧室１１内に導入される。この状態を吸入行程と呼ぶ。

カム５がさらに回転してプランジャ２が上昇に転じるまでに、電磁駆動機構３０Ａに電流を供給するると電磁プランジャ３０Ｂが吸入弁３１の開弁を維持する方向に電磁力を受けてばね３３を一層圧縮する。

かくして、カム５がさらに回転してプランジャ２が上昇しても吸入弁３１は開いたままの状態となり、燃料は低圧室へ逆流、つまり戻される（溢流とも呼ぶ）。この行程を戻し行程（あるいは溢流行程）と称す。

この時、吸入通路１０ｃへ戻された燃料により吸入通路１０には圧力脈動が発生する。この圧力脈動は圧力脈動吸収用の金属ダンパ９が膨張・収縮することで吸収低減される。

電磁駆動機構３０Ａに供給されている電流が遮断されるとその時点で電磁プランジャ
３０Ｂがばね３３の付勢力と吸入弁３１に作用する流体の力によって吸入弁３１がすばやく閉弁する。そして、この時点から、プランジャ２による燃料の圧縮作用が始まり、吐出弁８ｂを閉弁方向に付勢するばね８ｃの力より燃料の圧力のほうが高くなった時点で燃料は吐出弁８ｂを開弁してポンプ１００の吐出口１２へ吐出される。この行程を吐出行程と称す。結果的に、プランジャの圧縮行程は、戻し行程と吐出行程とからなる。

そして、電磁駆動型吸入弁３０への通電を解除するタイミングを制御することで、吐出される高圧燃料の量を制御することができる。通電を解除するタイミングを早くすれば、圧縮行程（上昇行程）中の、戻し行程の割合が小さくなり、吐出行程の割合が大きくなる。すなわち、低圧室１０ｄに戻される燃料の量が少なく、加圧されて吐出される燃料の量が多くなる。一方通電を解除するタイミングを遅くすれば、圧縮行程（上昇行程）中の、戻し行程の割合が大きくなり、吐出行程の割合が小さくなる。すなわち、低圧室１０ｄに戻される燃料の量が多く、加圧されて吐出される燃料の量が少なくなる。通電を解除するタイミング、すなわち燃料の吐出量は、機関の運転状態に応じてＥＣＵ２７によって決定され、制御される。

ポンプボディ１には、加圧室１１を形成する筒状凹所の外側に吸入通路１０の一部である円筒状の通路１０ｂが形成されており、この通路１０ｂは円形の開口を備えている。円形の開口は、内部ダンパカバー１４によって封止され、その内部には２つの金属ダンパ９は設けられている。

かくして、ポンプボディ１に形成された燃料導入開口１０ａ，金属ダンパ９が設けられた円筒状の通路１０ｂ，低圧室１０ｄと連通する通路１０ｃを介して燃料は導入される。

ポンプボディ１には加圧室１１を形成する筒状凹所に連通する電磁駆動型吸入弁３０取付け用の横型筒状凹所が形成されており、この凹所に電磁駆動型吸入弁３０がシール部材を挟んで挿入され、固定されている。かくして、吸入弁３１が、加圧室１１の入り口部に設置される。

ポンプボディ１にはさらに、加圧室１１を形成する筒状凹所に連通する吐出弁機構８取付け用の横型筒状凹所が形成されている。この凹所は、電磁駆動型吸入弁３０取付け用の横型筒状凹所側から吐出弁機構８が挿入できるように、吐出弁機構８取付け用の横型筒状凹所の直径より直径が小さく設計されている。

吐出弁機構８をこの直径の小さい横型筒状凹所に圧入固定した後、加圧室１１を形成する筒状凹所の内部上端に筒状の金属リングを圧入固定し、その外周の一部が先に固定した吐出弁機構８の加圧室側端部に対向するようにして、吐出弁機構８の抜け止めの機能と、加圧室の容積を少なくして、圧縮効率を高める機能とを持たせている。

次にシリンダ６をその先端が加圧室１１を形成する筒状凹所に突出するように、ポンプボディ１の筒状凹所に挿入し、シリンダ６の外周に形成した環状のシール面が筒状凹所の開口部周囲に形成されたシール面に当接するようにして取付ける。

具体的にはシリンダホルダ７の外周にシールリング７Ａを取付け、次にプランジャ２の表面に摺動接触する環状のガソリンシールとオイルシールが軸方向に所定の距離を隔てて装着されたシール機構１３をシリンダホルダ７の内部に装着し、シリンダ６の下端部を、シリンダホルダ７内周の段付き部に当接させる。

このとき、シリンダホルダ７内周の段付き部がシリンダの下端部に当接するようその直径が設定されている。その後、プランジャ２の先端をシリンダ６とシール機構１３に挿通し、プランジャ２，シリンダ６，シール機構１３と一体になったシリンダホルダ７をポンプボディ１の筒状スリーブ１６の内周との間に装着する。

さらに、筒状スリーブ１Ｓの外周に刻設されたねじに螺合するねじを内周に備えた締付けホルダ４０の内周段付き部をシリンダホルダ７の外周段付き部に当接させて、締付けホルダ４０を筒状スリーブ１Ｓにねじ込むことでシリンダホルダ７をシリンダ６の下端に押付け、さらにはシリンダ６外周段付き部のシール面をポンプボディ１の下端シール面に押付けることで加圧室をシールする。

このとき、エンジンへポンプを固定するための取付け金具４１を締付けホルダ４０とポンプボディ１の間に共締めする。こうすることによってシリンダ６とポンプボディ１との間の金属シールのための押付け作業と、シリンダホルダ７の固定作業と、と締付けホルダ４０の取付けが同時に行える。

高圧燃料ポンプ１００のエンジンへの装着は、シリンダホルダ７の下端に一端が当接するばね４の他端をプランジャの下端に取付けたばね受け１５によって保持し、このばね受けにリフタ３を被せる。次にリフタ３の外周をガイドにして、エンジンヘッドの取付け穴にプランジャ２の下端部分をリフタ３がカム５に接する位置まで挿入し、締付けホルダ
４０の外周に設けたシールリングで締付けホルダ４０の外周と取付け穴の内周面との間をシールする。最後に取付け金具４１をねじ４２でエンジンにねじ止めして、締付けホルダ４０をエンジンの表面に押付けて固定する。

プランジャ２は、加圧室１１の内部で往復運動して、燃料を加圧室１１に吸入し、加圧室１１から低圧室１０ｄに溢流させ、燃料を加圧室内で加圧し、加圧した燃料を吐出する所謂ポンプ機能を果たす。

加圧室１１から、プランジャ２とシリンダ６との隙間を通って漏れる燃料（ブローバイ燃料と呼ぶ）は、シール機構１３とシリンダ６の下端との間に形成された燃料溜り２０ａへ至る。燃料溜り２０ａは、シリンダ６の外周に刻設された縦溝６ｅ、ポンプボディ１の内周面とシリンダ６の外周面とシリンダホルダ７およびシールリング７Ａとで囲まれたシリンダ６の外周を一周する環状の空間２０ｂ、ポンプボディ１に貫通形成された戻し通路２０ｃを通して低圧室１０ｄと連通している。これによって燃料溜り２０ａの圧力が、ブローバイ燃料によって異常に上昇し、シール機構に悪影響を及ぼすのを防止することができる。

また、プランジャ２の下端部外周に設けたシール機構１３は、燃料が外部に漏れるのを防止すると同時にカム５とリフタ３、リフタ３とプランジャ２の接触部を潤滑する潤滑油が加圧室１１や低圧室１０ｄなどの燃料通路に流入するのを防止している。

また、図１には図示していないがコモンレール２３が異常な高圧になることを防ぐリリーフ機構２００がポンプボディ１に設けられている。リリーフ機構２００はリリーフ弁シート２０１，リリーフ弁２０２，リリーフ押さえ２０３，リリーフばね２０４から構成され、吐出弁機構８の下流と吐出口１２との間の高圧通路から分岐して低圧燃料通路１０ｃに至るリリーフ通路内２１０，２１１の中に配置されている。コモンレール２３を含む高圧燃料通路の圧力が異常高圧になろうとするとリリーフ弁２０１にその圧力が伝わり、リリーフ弁２０１がリリーフばね２０４の力に抗してリリーフ弁シート２０１から離れ、異常高圧を吸入通路に逃がすことで、高圧配管２９やコモンレール２３の損傷を防ぐ。なお、絞り２１４を介して異常高圧が伝わるように構成しているので、吐出時に発生する極短期間の高圧状態ではリリーフ弁２０２は開かない。これによって誤動作が防止される。

以下、図２乃至図４を加えて加圧機構の動作とその課題をさらに詳細に説明する。図２は加圧機構部の拡大図、図３はプランジャ２とシリンダ６との隙間を解り易くするために、意図的に大きく示した図であり、力の作用も示したものである。また図４はシリンダ６の構造を解り易くするために、シリンダ６の中心軸を含む平面で、シリンダ６を半分に切断した斜視図である。

プランジャ２の上昇行程において電磁駆動機構３０Ａの通電を断って、吸入弁３１を閉弁すると、加圧室１１内は、燃料の加圧行程に入る。加圧行程となると、加圧室１１内の燃料は急速に圧縮，加圧される。加圧室１１内が加圧され高圧になると、プランジャ２には、圧縮反力として、加圧室１１とリフタ３にはさまれる形で、プランジャ２の軸方向に力Ｆｐが作用する。外径φｄのプランジャ２は内径φＤのシリンダ６に対して、例えば
１０μｍ程度の直径隙間(φＤ−φｄ)を有しているため、直径隙間分、プランジャ２はシリンダ６に対して傾かざるを得ない。プランジャ２の傾きは、前記圧縮反力の横力成分
Ｆｐｓ１，Ｆｐｓ２を生じる。プランジャ２の横力成分Ｆｐｓ１，Ｆｐｓ２はシリンダ６の内面およびプランジャ２の外面に負荷され、プランジャ２とシリンダ６との間の摺動面圧が上昇する。

燃料圧力がより高圧に設定されると、前記圧縮反力Ｆｐはより大きくなり、すなわち前記横力成分Ｆｐｓ１，Ｆｐｓ２も増加し、前記摺動面圧は増加する。前記摺動面圧の増加の問題点として、摺動部の油膜が確保できなくなり、摺動性が悪化するという問題がある。また、摺動面圧の増加により、プランジャ２とシリンダ６との相対運動による発生する摩擦熱が増加し、摺動部において、沸点が低く揮発性の高い燃料が気化し易くなり、燃料の気化は、油膜喪失の要因になり得るため、摺動性の悪化を加速させる。

上記の摺動性悪化の問題を解決するために、本実施例では、シリンダ６を加圧室１１に突出させ、シリンダ６の外周面の一部を燃料と接触させる構造とした。前記摩擦熱により温度が上昇するシリンダ６の外周を燃料によって冷却し易い構造としている。燃料は燃料タンク２０から本高圧燃料ポンプ１００に送られた後、インジェクタ２４に向けて吐出するため、たとえ燃料が本高圧燃料ポンプ１００によって温められたとしても、温められた燃料は本高圧燃料ポンプ１００が吐出し、次には、外気温と同じ程度の、燃料タンク２０にある、温度の低い燃料が低圧室１０ｄから本高圧燃料ポンプに流入してくるため、シリンダ６が冷却される。また、プランジャ２の往復動によってシリンダ６外周部の燃料も攪拌されるため、熱伝達率が向上し冷却されることとなる。

シリンダ６を加圧室１１に突出させる構造は、上記に示した冷却しやすい構造となるだけでなく、突出させた分、本高圧燃料ポンプ１００の図１縦方向の小型化にもつながる。シリンダ６下部の一部外径を大きくした縁部端面６ｃ（前述の段付き部のシール面）にて加圧室と低圧室とをシールする構成とすることにより、すなわちシリンダ６の一部を、加圧室１１に突出させ、シリンダ６上部が、電磁駆動型吸入弁３０，吐出弁機構８と同じ高さ位置で軸方向に整列するように構成したことで、高圧燃料ポンプのプランジャ２軸方向の小型化に寄与している。

さらに摺動性悪化の問題を解決する構造として、シリンダ６に、加圧室１１とつながるシリンダ６の外周側と、シリンダ６の内周側とを連通する横穴６ａを設け、さらに横穴
６ａとつながる環状溝６ｂをシリンダ６の内周面に設けることにより、高圧の燃料をプランジャ２とシリンダ６との摺動面に導く構成とした。

高圧の燃料をプランジャ２とシリンダ６との摺動面に導くことで、油膜の確保がより確実になるばかりでなく、吸入行程において燃料タンク２０からの外気温に近い燃料を摩擦熱の発生する摺動面に積極的に触れさせることにより、冷却効果を向上させることができる。

さらに、環状溝６ｂの片壁の形状は、加圧室１１側に近づくにつれ、溝深さが浅くなるように構成した傾斜面としてのテーパ６ｂ１を設けている。テーパ６ｂ１は、プランジャ２の加圧行程において、動圧軸受の役割をし、くさび効果により、プランジャ２とシリンダ６間の隙間内の圧力上昇、すなわち油膜の形成に有利に働く形状としている。また、本テーパ６ｂ１を設けることにより、本テーパ面６ｂ１と摺動面とが鈍角に構成されることにより、テーパ面６ｂ１と摺動面との交線部（エッジ部）において、バリやカエリ、等が発生しにくい構成とすることができ、製造上においても有利である。製造面の同様の理由で、環状溝の低圧室２０ａ側にもテーパ６ｂ２を設けているが、こちらのテーパ面はなくても良い。

図５は、プランジャ２とシリンダ６との間に発生する圧力分布を示す図である。燃料の加圧行程において、加圧室１１の圧力が増大すると、圧力の増大した燃料は、プランジャ２とシリンダ６との摺動面６ｄに入り込む。同時に、加圧室１１の圧力はシリンダ６の外周側にも伝播し、前記横穴６ａを通って、シリンダ内周側環状溝６ｂに導かれる。シリンダ内周側環状溝６ｂに導かれた高圧の燃料もまた、プランジャ２とシリンダ６との摺動面６ｄに入り込む。摺動面に高圧燃料が入り込む際、プランジャ２は図中、上昇行程であるため、テーパ部６ｂ１において、くさび効果により、さらなる圧力の上昇が生じる。特に、摺動性の悪化しやすい高速時にはよりくさび効果を発揮すると考えられる。

上記の如くシリンダ内周側溝６ｂから加圧室１１の間の、プランジャ２とシリンダ６との摺動面６ｄ（図示Ｌ間）には、高圧Ｐが作用することになる。言い換えれば、シリンダ６内面において、シリンダ内周側溝６ｂより加圧室１１側のプランジャ２とシリンダ６との摺動面６ｄが、高圧の油膜を備えた軸長Ｌのすべり軸受のように作用し、良好な摺動性を保つ結果となる。

加圧流体をプランジャ２とシリンダ６との摺動面に導く横穴６ａの構成は、加圧室１１にシリンダ６の一部を突出させ、シリンダ６の外周部の一部が加圧時に高圧になる構造としていることにより、単純にシリンダ６に横穴を１本しかも周方向の任意の位置に穿孔するだけで、プランジャ２とシリンダ６との摺動面に高圧流体を導く構造が実現でき、製造上非常に有利である。もっとも横穴は複数本設けても良い。

環状溝６ｂを設けない場合は、横穴６ａのシリンダ内径側の円周状の端面に面取りを行う形で、テーパを設けくさび効果を得るようにするとよい。

シリンダ６の一部を加圧室１１に突出させ、加圧流体をプランジャ２とシリンダ６との摺動面に導く構成は、シリンダ６外周側と内周側とで、圧力が同じになるため、圧力によるシリンダ６の変形が抑制され、シリンダ６の肉厚を薄くすることが可能であり、ポンプの小型化にも貢献できる利点もある。

プランジャ２とシリンダ６との摺動面６ｃが高圧となることにより、摺動面６ｃにおいて油膜を形成している燃料が気化し難くなる利点がある。例えば、１ＭＰａの圧力にて、１３０℃で気化する燃料は、１０ＭＰａの圧力となると、約２３０℃レベルまで気化しない。すなわちプランジャ２とシリンダ６との摺動面が、摩擦熱により発熱するが、加圧流体を摺動面に十分導くことで、燃料が気化し難くなり、言い換えると気化による油膜の喪失を防御しやすくなり、焼付きを起こし難くすることができる。

さらに、シリンダ６とプランジャ２との摺動面６ｄに高圧流体を作用させることにより、高圧流体を作用させない場合と比較し、前記摺動面６ｄに存在する流体重量が増加する。流体重量が増加することは、前記摺動面６ｄに存在する流体の熱容量が増すこととなり、摩擦熱による発熱を防ぐ役目をし、焼付きに対して有利に働く利点となる。

さらに本実施例では、燃料溜り２０ａを低圧室１０ｄに戻し通路２０によって接続しているので、横穴６ａを設けることによって燃料溜り２０ａにも高圧あるいは低圧の冷たい燃料が循環する。このため横穴６ａ燃料溜り２０ａとの間の摺動面にも十分な油膜が形成され、摺動性が向上する。また燃料溜り２０ａは戻し通路２０によって低圧室１０ｄに接続しているので、燃料溜り２０ａに溜る燃料が多くなったり、燃料溜り２０ａの圧力が高くなったりすることはない。その結果、シール機構に高圧がかかってシール機構が損傷したりする虞がない。

なお、単純にプランジャ２とシリンダ６との間の直径隙間（φＤ−φｄ）を増加させ、加圧室１１からプランジャ２とシリンダ６内面６ｄとの間にシリンダ６の上端部から高圧燃料を導いて高圧の油膜の量を増加させる構成も考えられる。この構成はプランジャ２の傾きが増加する懸念、加圧室１１から燃料溜り２０ａへの漏れ量が増加する懸念があるのでこれらの懸念がない装置には適用が可能である。

また、加圧流体を摺動面部に導く連通路をプランジャ２の外周とシリンダ６の内周の対面する部分のいずれかの面にプランジャガイド用の隙間より大きな隙間を部分的に形成するか、ストレートの縦溝、あるいは螺旋溝を設けることも有効である。この構成は、先に説明したシリンダ６に横穴６ａを設ける構成、あるいはさらにシリンダ６に環状溝６ｂを設ける構成と組み合わせると循環通路が形成されることになるのでより効果的である。

本実施例では、プランジャガイド用の直径隙間は最小限の１０μｍ程度のままであるため、プランジャ２の倒れは拡大することはない。また、連横穴６ａを設けた場合と比較し、プランジャ２とシリンダ６とによる高低圧間のシール長は実質的に同じにできるので、加圧室１１から燃料溜り２０ａへの燃料の漏れ量は、実施例１とほぼ同じである。

さらに、本発明はシリンダ内に加圧室が形成されるタイプの高圧燃料ポンプ (例えば特開２００１−２９５７７０号公報,特開２００３−４９７４３号公報等に記載されるもの)、にも適用が可能である。このタイプの高圧ポンプの場合には吐出弁と高圧室との間の高圧燃料通路部に一端が開口し他端がプランジャとシリンダの摺動面（滑合面）に開口する斜めの燃料通路をシリンダに穿孔することによって、さほど複雑な通路を設けることなく高圧室の燃料をプランジャとシリンダの摺動面に供給できる。この燃料通路が開口するシリンダの内周面に環状溝を形成すれば、上記実施例と同様の効果が得られる。このタイプの場合、シリンダ内に燃料が吸入されるので、吸入された冷たい燃料が、シリンダ内部から摺動面を冷却する効果も期待できる。また、工具鋼のような高度の高い金属で形成するシリンダ自体で、加圧室を形成するため、シリンダ自体の厚みを厚くすることができ、したがって高温になっても、あるいは横方向の応力が作用してもシリンダ自体が変形する虞が少ないという利点もある。

さらに別の実施例では、加圧室側に位置するプランジャとシリンダの摺動面（滑合面）にポーラス状の表面層部を形成し、そのポーラス状の窪みの内部に燃料が溜まるように構成することもできる。この構成は上記実施例１から４の構成と組み合わせて実施することができ、より効果的な潤滑性能を得ることができる。

以上の実施例１乃至５に拠れば、シリンダに滑合する細いプランジャを高速で駆動しても滑合部が焼きついたり、噛付いたりしない高圧燃料ポンプを提供することができる。

また、プランジャに穴を開けないので、プランジャが半径方向の応力によって曲がる可能性は従来と変わらず、燃料による滑合部の潤滑が向上したことでプランジャとシリンダとの間の噛付きや焼付きが発生する虞がなくなった分だけ信頼性を向上させることができた。

流体を圧送するプランジャ式ポンプであれば、筒内噴射型内燃機関の高圧燃料ポンプばかりでなく、水ポンプ，油圧ポンプ，ディーゼル車用のポンプ等にも適用が可能である。

高圧燃料ポンプの実施方法を示した説明図である。 高圧燃料ポンプの加圧機構部を拡大した説明図である。 加圧機構部の力の作用を図示した説明図である。 シリンダの断面図である。 プランジャとシリンダとの間に発生する圧力の大きさを示す図である。 本ポンプの使用される燃料システムを示した説明図である。

符号の説明

１…ポンプボディ、２…プランジャ、３…リフタ、４…ばね、５…カム、６…シリンダ、６ａ…横穴、７…シリンダホルダ、８…吐出弁機構、９…金属ダンパ、１０…吸入通路、１１…加圧室、３０…電磁駆動型吸入弁。

Claims (12)

1. シリンダに滑合して加圧室内を往復動するプランジャ、
   前記加圧室内に燃料を導入する吸入弁機構、
   前記加圧室から加圧された燃料を吐出する吐出弁機構、
   前記シリンダに設けた穴若しくは溝によって形成される連通路であって、前記シリンダと前記プランジャの滑合面部の内、前記シリンダの先端側に位置する前記滑合面部に、燃料を導く連通路
   を備えた高圧燃料ポンプ。
2. シリンダに滑合して加圧室内を往復動するプランジャを備え、吸入弁を介して前記加圧室内に導入した燃料を前記プランジャで圧縮して、吐出弁を介して吐出するものであって、前記シリンダと前記プランジャの滑合面部の内、前記シリンダの先端側に位置する前記滑合面部に燃料を導く連通路を備えたものにおいて、
   前記連通路を前記シリンダに設けた穴若しくは溝によって形成したことを特徴とする
   高圧燃料ポンプ。
3. 前記加圧室内に前記シリンダの先端が突出し、前記シリンダと前記プランジャの滑合部が位置する前記シリンダの外周の一部が前記加圧室内で燃料に接触するように構成し、
   前記連通路は、前記加圧室内に位置する前記シリンダの外周に一端が開口し、その他端が前記シリンダと前記プランジャとの滑合面部であって、前記シリンダの先端部側に位置する前記滑合面部に開口する
   請求項１若しくは２のいずれかに記載した高圧燃料ポンプ。
4. 前記シリンダの上端が前記吸入弁機構で封止され、
   前記加圧室が前記シリンダ内に形成され、
   前記シリンダの外周に機密を保って前記吐出弁機構が取付けられ、
   前記連通路は、前記吐出弁機構と前記加圧室との間に形成される燃料通路部に一端が開口し、他端が前記シリンダと前記プランジャとの滑合面部であって、前記シリンダの先端部側に位置する前記滑合面部に開口する
   請求項１若しくは２のいずれかに記載した高圧燃料ポンプ
5. 前記シリンダと前記プランジャの滑合部における前記シリンダの内周に環状溝を設け、当該環状溝に前記連通路の前記一端を開口した
   請求項３若しくは４のいずれかに記載した高圧燃料ポンプ。
6. 前記連通路の前記他端開口が断面末広がりの傾斜面を備えている請求項３若しくは４に記載した高圧燃料ポンプ。
7. 前記環状溝の断面形状がプランジャに向かって末広がりの傾斜面で構成されている
   請求項５に記載した高圧燃料ポンプ。
8. 前記シリンダと前記プランジャの滑合面部の前記反加圧室側端部に前記プランジャの周囲をシールするシール装置を備えた機密空間を設け、この機密空間を前記吸入弁機構の上流の低圧室に連通した
   請求項３若しくは４に記載した高圧燃料ポンプ。
9. 前記連通路が、前記シリンダと前記プランジャの滑合面部において加圧室側端部から軸方向に特定の位置まで延びる隙間若しくは溝で形成され、
   当該隙間若しくは溝は、前記シリンダの内周面とこれに滑合する前記プランジャの外周面との間に形成された、前記プランジャの滑合をガイドするための隙間より大きな隙間部として構成されている
   請求項１若しくは２に記載した高圧燃料ポンプ。
10. 前記プランジャの滑合をガイドするための隙間より大きな隙間部が、前記シリンダの先端内周とこれに滑合する前記プランジャの外周との間に形成された少なくとも一本の縦溝か若しくは傾斜溝によって構成される
    請求項９に記載した高圧燃料ポンプ。
11. 前記プランジャの滑合をガイドするための隙間より大きな隙間部が、前記シリンダの先端内周とこれに滑合する前記プランジャの外周との間に形成された螺旋溝によって構成される
    請求項９に記載した高圧燃料ポンプ。
12. 前記プランジャの滑合をガイドするための隙間より大きな隙間部分が前記シリンダの先端内周面とこれに滑合する前記プランジャの外周面との少なくともいずれかに形成されたポーラス状の表面層である
    請求項９に記載した高圧燃料ポンプ。

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