JP2009209838A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ内周面の円筒度を確保した、製造コストの安価な、全長の短い高圧燃料ポンプを提供する。
【解決手段】高圧燃料ポンプ１００、２００は、加圧室１ａおよびシリンダ１ｃを有するハウジング１、１Ｚと、前記シリンダ１ｃ内へ摺動自在に挿入され、前記加圧室１ａへ向かって吸入した燃料を加圧するプランジャ２と、該プランジャ２を前記加圧室１ａと反対方向へ引き戻すプランジャスプリング４と、前記ハウジング１、１Ｚに溶接され、エンジンへ前記高圧燃料ポンプ１００、２００を取付けるためのフランジ３と、を備え、前記ハウジング１、１Ｚには、前記シリンダ１ｃと前記フランジ３との間に、前記シリンダ１ｃを囲繞するように円環溝１ｇ、１ｈが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに装着されて、プランジャの往復動により加圧室に吸入した燃料を加圧しデリバリパイプへ供給する高圧燃料ポンプに関する。デリバリパイプへ供給された燃料（ガソリン）は、デリバリパイプに取り付けられた燃料噴射弁からエンジンの燃焼室へ噴射される。

この種の高圧燃料ポンプは、特許文献１にも示されており、図３に示すように、加圧室１ａおよびシリンダ１ｃを有するハウジング１と、エンジンへ高圧燃料ポンプを取付けるためのフランジ３と、シリンダ１ｃ内へ摺動自在に挿入され、加圧室１ａへ向かって吸入した燃料を加圧するプランジャ２と、プランジャ２を加圧室１ａと反対方向へ引き戻すプランジャスプリング４と、を備えている。フランジ３は、ハウジング１と一体物である。プランジャ２とシリンダ１ｃとの直径隙間は、燃料加圧時の燃料漏れを防ぐために数μｍの極わずかな値となっている。燃料漏れがあると、加圧室１ａにおいて燃料圧力が上昇しないからである。そして、プランジャ２とシリンダ１ｃは、各々その外周面とその内周面の円筒度を厳しく管理されて超精密加工を施されている。プランジャ２とシリンダ１ｃとの直径隙間がほとんど無いため、プランジャ２がシリンダ１ｃ内でスムースに摺動するためには各円筒度を理論上の円筒（円筒度ゼロ）に近づける必要があるためである。各円筒度が不良であると、プランジャ２がシリンダ１ｃ内を摺動するとき局部的な摩擦熱により焼き付きを起すことがある。

ハウジング１は、ステンレスの成形体等から作られている。そして、ポンプ本体であるハウジング１には、エンジンへ高圧燃料ポンプ自身を取付けるためのフランジ３が備えられている。しかし、ハウジング１はこのフランジ３がハウジング１に一体的に形成されているため、その外形形状が複雑となる。これにより、ハウジング１の成形型が複雑になり、機械加工時において特殊なチャック治具が必要となり機械加工時間も長くなるという問題があった。また、別な課題として、衝突時の歩行者保護の観点から要求されている製品全長の短縮化があった。

この問題を解決するために、特許文献２において、フランジ３をハウジング１とは別部品として予め製作しておき、ハウジング１の最終加工が完了した後にフランジ３を溶接する形式が提案されている（図４参照）。しかし、この形式の場合、フランジ３の溶接時に溶接熱歪みによりハウジング１のシリンダ１ｃの内径が変形する恐れがあるため、ハウジング１とシリンダ１ｃとを別部品としている。これにより、製造コストが増加したものとなっている。一方、この種の高圧燃料ポンプは、特許文献３にも示されている。

特開２００６−３０７８２９号公報 独国特許公開１０３２２５９７号公報 特開２００７−３０９１１８号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリンダ内周面の円筒度を確保した、製造コストの安価な、全長の短い高圧燃料ポンプを提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の高圧燃料ポンプを提供する。
請求項１に記載の発明によれば、高圧燃料ポンプ１００、２００は、ハウジング１、１Ｚにおいて、シリンダ１ｃとフランジ３との間に、前記シリンダ１ｃを囲繞するように円環溝１ｇ、１ｈが形成されていることを特徴とする。この円環溝１ｇ、１ｈにより、溶接熱歪みによるシリンダ内径の変形が緩和されるため、ハウジング１、１Ｚとシリンダ１ｃとを別部品とする必要がなくなる。こうしてハウジング１、１Ｚとシリンダ１ｃとを一体化することが可能となり製造コストを低減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、高圧燃料ポンプ１００、２００は、円環溝１ｇ内にプランジャスプリング４の一部が収容されていることを特徴とする。これにより、高圧燃料ポンプ１００、２００の全長を短縮することができる。

請求項３に記載の発明によれば、高圧燃料ポンプ２００は、円環溝１ｇ、１ｈが同心状に２つ形成されており、その１つの円環溝１ｇ内にプランジャスプリング４の一部が収容されていることを特徴とする。この構造により、溶接熱歪みによるシリンダ内径の変形がさらに緩和される。

本発明の実施形態による高圧燃料ポンプ１００、２００を用いた燃料供給システムを図５に示す。なお、本実施形態の燃料供給システムは、ガソリンエンジンの気筒内に直接燃料を噴射する直接噴射式燃料供給システムであり、高圧燃料ポンプ１００、２００はこの燃料供給システムを構成する装置であり、燃料噴射弁９２に燃料を供給する機能を有する。

高圧燃料ポンプ１００、２００は、低圧燃料ポンプ９５から燃料を供給される吸入室１ｂと加圧室１ａとの連通を電磁駆動式の調量弁８０で断続する。プランジャ２はカム９３の回転にともない往復動し、加圧室１ａへ吸入された燃料を加圧する。加圧室１ａで加圧された燃料は、吐出弁７０から高圧燃料ポンプ１００、２００の下流側の燃料配管９６を通りデリバリパイプ９１へ供給される。デリバリパイプ９１には燃料噴射弁９２が取り付けられており、デリバリパイプ９１に蓄圧された燃料をエンジンの燃焼室へ噴射する。リリーフ弁９７は、高圧燃料ポンプ１００の下流側の燃料圧力の異常昇圧を防止するものであり、高圧燃料ポンプ１００、２００の下流側の燃料配管９６に取り付けられている。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態の高圧燃料ポンプ１００の構成を図１に基づいて詳細に説明する。

第１実施形態の高圧燃料ポンプ１００は、加圧室１ａおよびシリンダ１ｃを有するハウジング１と、シリンダ１ｃ内へ摺動自在に挿入され、加圧室１ａへ向かって吸入した燃料を加圧するプランジャ２と、プランジャ２を加圧室１ａと反対方向へ引き戻すプランジャスプリング４と、ハウジング１に溶接され、エンジンへ高圧燃料ポンプ１００を取付けるためのフランジ３と、を備えている。そして、この高圧燃料ポンプ１００の燃料入口（図示せず）から燃料出口である吐出弁７０に到る燃料通路は、吸入室１ｂ、燃料通路１ｄ、燃料ギャラリ１ｅ、加圧室１ａおよび吐出通路７０ｃにより構成されている。吸入室１ｂ、燃料通路１ｄおよび燃料ギャラリ１ｅは、加圧室１ａが燃料を吸入する吸入通路を構成している。

ハウジング１は、例えばステンレスにより一体成形されている。このハウジング１にフランジ３が溶接され、このフランジ３をエンジン（図示せず）へ締結することにより、高圧燃料ポンプ１００がエンジンに取付けられる。ハウジング１には、シリンダ１ｃが形成されており、このシリンダ１ｃ内に、プランジャ２が摺動自在に挿入されている。そして、加圧室１ａが、プランジャ２の往復動方向の一端側に形成されている。プランジャ２は、加圧室１ａへ向かって吸入した燃料を加圧する。

プランジャ２の往復動方向の他端側に形成されたヘッド２ａは、スプリング座５と係合している。スプリング座５はプランジャスプリング４の荷重によりタペット９４（図５参照）の上面に押し付けられている。タペット９４の底面がポンプカム９３（図５参照）の回転によりポンプカム９３と当接することにより、プランジャ２はタペット９４とともに往復移動する。タペット９４が下降するとき、プランジャスプリング４は、スプリング座５を介してプランジャ２を加圧室１ａと反対方向へ引き戻す。

プランジャ２とシリンダ１ｃとの直径隙間は、燃料（ガソリン）を加圧するときに燃料漏れを防ぐために数μｍの極わずかな値となっている。そして、プランジャ２とシリンダ１ｃは、各々その外周面とその内周面の円筒度が厳しく管理されて、その外周面とその内周面が超精密加工を施されている。プランジャ２とシリンダ１ｃとの直径隙間がほとんど無いため、プランジャ２がシリンダ１ｃ内でスムースに摺動するためには各円筒度を理論上の円筒（円筒度ゼロ）に近づける必要があるためである。

ハウジング１には、シリンダ１ｃとフランジ３との間に、シリンダ１ｃを囲繞するように円環溝１ｇが形成されている。そして、円環溝１ｇ内にプランジャスプリング４の一部が収容されている。この円環溝１ｇにより、溶接熱歪みによるシリンダ内径の変形が緩和されるため、ハウジング１とシリンダ１ｃとを別部品とする必要がなくなる。こうしてハウジング１とシリンダ１ｃとを一体化することが可能となり製造コストを低減することができる。同時に円環溝１ｇ内にプランジャスプリング４の一部を収容することにより円環溝１ｇの高さ分だけ高圧燃料ポンプ１００の全長（全高）が短縮される。

シリンダ１ｃとプランジャ２の摺動部とヘッド２ａとの間は、オイルシール６によりシールされている。オイルシール６は、エンジン内から加圧室１ａへのオイルの侵入を防止し、かつ加圧室１ａからエンジン内への燃料漏れを防止する。

燃料入口（図示せず）から燃料が導入される吸入室１ｂは、ハウジング１に成形された上部室とパルセーションダンパ８とにより形成されている。吸入室１ｂは、加圧室１ａの真上に形成されており、プランジャ２の径方向外側へ広がっている。図１において、燃料は、燃料入口からパルセーションダンパ８の下方の吸入室１ｂに流入する。

パルセーションダンパ８は、カバー７とハウジング１との間に挟持されている。パルセーションダンパ８は、円板状のプレート８ａと、円形のダイヤフラム８ｂとから構成されている。ダイヤフラム８ｂは、例えばステンレス板をプレス加工して製作され、レーザ溶接等により全周をプレート８ａに溶接されている。

プレート８ａとダイヤフラム８ｂとの間には、ダンパ室８ｃが形成されている。ダンパ室８ｃには、窒素等の不活性ガスが封入気体として所定圧で封入されている。ダイヤフラム８ｂの板厚は、プレート８ａにより規定されるダイヤフラム８ｂの外径、脈動低減特性等に応じて設定される。ダイヤフラム８ｂは、吸入室１ｂの圧力変化に応じて弾性変形し、吸入室１ｂの燃料の圧力脈動を低減する。

電磁弁８０は、コイル８１への通電をオンオフすることにより、燃料ギャラリ１ｅと加圧室１ａとの間を開閉する。電磁弁８０は、コイル８１への通電タイミングを制御することにより燃料吐出量を調量する調量弁である。燃料ギャラリ１ｅは、燃料通路１ｄにより吸入室１ｂと連通している。

吐出弁部７０は、高圧配管とのジョイントとデリバリバルブとを兼ねている。吐出弁部７０には吐出通路７０ｃが形成されており、吐出通路７０ｃにボール７０ａ、スプリング７０ｂ、スプリング座７０ｄが収容されている。ハウジング１には、ボール７０ａが着座する弁座１ｆが形成されている。スプリング７０ｂは、一端でスプリング座７０ｄと当接し、他端でボール７０ａと当接している。これにより、スプリング７０ｂは、弁座１ｆに向けてボール７０ａに荷重を加えている。スプリング座７０ｄは、スプリング７０ｂの一端と当接するとともに、ボール７０ａ側に延びたロッド部分でボール７０ａのリフト量を規制している。

ボール７０ａが弁座１ｆに着座している状態では、加圧室１ａと吐出通路７０ｃとの連通は遮断されている。加圧室１ａの圧力が所定圧以上になると、スプリング７０ｂの荷重に抗してボール７０ａが弁座１ｆから離座し、加圧室１ａの高圧燃料が吐出通路７０ｃを通り吐出弁部７０から吐出される。

次に、高圧燃料ポンプ１００の作動について説明する。
（１）吸入行程
プランジャ２が上死点から下死点に向けて図１の下方へ移動するとき、コイル８１への通電はオフされている。そのため、弁部材８２は、スプリング８３とスプリング８４との荷重差により、シート部材８５から離座している。また、プランジャ２が図１の下方へ移動するとき、加圧室１ａの圧力は低下する。これにより、吸入室１ｂの燃料は、燃料通路１ｄ、燃料ギャラリ１ｅを経由して加圧室１ａに連通する。したがって、吸入室１ｂの燃料は、加圧室１ａに吸入される。

ここで、低圧ポンプ９５（図５参照）から吸入室１ｂに供給される燃料の圧力脈動、ならびにプランジャ２の往復移動に伴い、次行程の戻し行程において加圧室１ａから吸入室１ｂへ戻る燃料の圧力脈動により、吸入行程において吸入室１ｂから加圧室１ａに吸入される燃料に圧力脈動が生じる。そこで、吸入室１ｂにパルセーションダンパ８を設置することにより、吸入室１ｂの圧力変化に応じてダイヤフラム８ｂが変位し、吸入される燃料の圧力脈動を低減できる。

（２）戻し行程
プランジャ２が下死点から上死点に向かって上昇しても、コイル８１への通電はオフされた状態である。したがって、弁部材８２は、スプリング８３とスプリング８４との荷重差により可動コア８６から加圧室１ａ側に押し付けられている。その結果、プランジャ２の上昇にともない、加圧室１ａの燃料は燃料ギャラリ１ｅから燃料通路１ｄを通り、吸入室１ｂに戻される。

戻し行程中にコイル８１への通電をオンにすると、可動コア８６と固定コア８７との間に磁気吸引力が働く。この磁気吸引力により、スプリング８３とスプリング８４との荷重差に抗して可動コア８６は固定コア８７に向けて吸引される。固定コア８７側に可動コア８６が吸引されると、可動コア８６との当接が解除され弁部材８２は可動コア８６から離れるので、弁部材８２はスプリング８４の荷重によりシート部材８５に着座する。弁部材８２がシート部材８５に着座すると、燃料ギャラリ１ｅと加圧室１ａとの連通が遮断されるので、加圧室１ａから吸入室１ｂへの燃料の戻し行程は終了する。この戻し工程中におけるコイル８１への通電タイミングを調整することにより、加圧室１ａから吸入室１ｂに戻される燃料量が調整される。その結果、加圧室１ａで加圧される燃料量が調量され、吐出弁部７０から吐出される燃料吐出量が調量される。

（３）加圧行程
燃料ギャラリ１ｅと加圧室１ａとの連通が遮断されている状態でプランジャ２がさらに上死点に向けて上昇すると、加圧室１ａの燃料が加圧され燃料圧力が上昇する。そして、加圧室１ａの燃料圧力が所定圧以上になると、スプリング７０ｂの荷重に抗してボール７０ａが弁座１ｆからリフトする。これにより、加圧室１ａで加圧された燃料は吐出通路７０ｃを通り吐出弁部７０から吐出される。吐出弁部７０から吐出された燃料は、デリバリパイプ９１に供給されて蓄圧され、燃料噴射弁に供給される。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の高圧燃料ポンプ２００の構成を図２に基づいて説明する。図２は、本発明に係る高圧燃料ポンプの第２実施形態である。なお、第１実施形態の高圧燃料ポンプ１００と同一機能を有する部位は、同一参照符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態の高圧燃料ポンプ２００は、第１実施形態の高圧燃料ポンプ１００に対して、そのハウジングに第２の円環溝１ｈが新たに設置されたものであり、他の部分は同じである。高圧燃料ポンプ２００のハウジング１Ｚには、シリンダ１ｃとフランジ３との間に、シリンダ１ｃを囲繞するように第１円環溝１ｇおよび第２円環溝１ｈが形成されている。円環溝１ｇ、１ｈは、プランジャ２の軸線を中心として相互に同心状に形成されている。この２つの円環溝１ｇ、１ｈにより、フランジ３をハウジング１Ｚに溶接するときの熱歪みによるシリンダ内径の変形が、第１実施形態のハウジング１よりもさらに少なくなる。

こうして、シリンダ内周面の円筒度を確保した、製造コストの安価な、全長の短い高圧燃料ポンプを提供することが可能となる。

本発明に係る高圧燃料ポンプの第１実施形態である。 本発明に係る高圧燃料ポンプの第２実施形態である。 特許文献１に係る高圧燃料ポンプである。 特許文献２に係る高圧燃料ポンプである。 高圧燃料ポンプを用いた燃料供給システムである。

符号の説明

１ ハウジング
２ プランジャ
３ フランジ
４ プランジャスプリング
５ スプリング座
１００ 第１実施形態の高圧燃料ポンプ
２００ 第２実施形態の高圧燃料ポンプ

Claims (3)

1. 燃料を加圧してデリバリパイプ（９１）へ供給する高圧燃料ポンプ（１００、２００）において、
   加圧室（１ａ）およびシリンダ（１ｃ）を有するハウジング（１、１Ｚ）と、
   前記シリンダ（１ｃ）内へ摺動自在に挿入され、前記加圧室（１ａ）へ向かって吸入した燃料を加圧するプランジャ（２）と、
   該プランジャ（２）を前記加圧室（１ａ）と反対方向へ引き戻すプランジャスプリング（４）と、
   前記ハウジング（１、１Ｚ）に溶接され、エンジンへ前記高圧燃料ポンプ（１００、２００）を取付けるためのフランジ（３）と、を備え、
   前記ハウジング（１、１Ｚ）には、前記シリンダ（１ｃ）と前記フランジ（３）との間に、前記シリンダ（１ｃ）を囲繞するように円環溝（１ｇ、１ｈ）が形成されていることを特徴とする高圧燃料ポンプ（１００、２００）。
2. 前記円環溝（１ｇ）内に前記プランジャスプリング（４）の一部が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧燃料ポンプ（１００、２００）。
3. 前記円環溝（１ｇ、１ｈ）が同心状に２つ形成されており、その１つの前記円環溝（１ｇ）内に前記プランジャスプリング（４）の一部が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧燃料ポンプ（２００）。

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