JP2009243416A - 高圧燃料ポンプ - Google Patents

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Takashi Asami
敬 浅見
Takahiro Katano
貴博 片野
Shohei Okazaki
尚平 岡崎
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Abstract

【課題】環状の燃料通路のシール性を確保できる高圧燃料ポンプを提供すること。
【解決手段】高圧燃料ポンプ1は、ハウジング3と、ポンプシャフト2と、ハウジング3内部に形成されポンプシャフト2を回転可能に支持する第1軸受部33と、ポンプシャフト2の回転軸の半径方向に延出するシリンダと、シリンダ内部に往復動可能に収容されたプランジャと、プランジャのポンプシャフト2側の端部を、ポンプシャフト2に向かって付勢するスプリングと、ハウジング2内部に形成されてシリンダ内部の加圧室43に燃料を供給する下流燃料フィード通路52と、を備える。下流燃料フィード通路52は、ハウジング3内部の第1軸受部33の外側でかつ環状に形成され、下流燃料フィード通路52の内壁面は、断面視で、全周に亘って連続している。
【選択図】図3

Description

本発明は、高圧燃料ポンプに関する。詳しくは、エンジンのインジェクタに燃料を供給する高圧燃料ポンプに関する。
多気筒ディーゼルエンジンにおける燃料供給系は、燃料タンクに貯留された燃料を圧送する低圧燃料ポンプと、この低圧燃料ポンプによって圧送された燃料を加圧する高圧燃料ポンプと、この高圧燃料ポンプにより加圧された燃料を、エンジンの気筒毎に設けられたインジェクタに供給するコモンレールとを含んで構成される。
このうち、高圧燃料ポンプは、シリンダ内に形成された加圧室内に燃料を供給するとともに、このシリンダ内でプランジャを往復することにより、加圧室において燃料を加圧する。また近年では、このような高圧燃料ポンプとして、複数の加圧室を備えるものが主流となっている。
具体的には、例えば特許文献1に示されるように、複数のシリンダ及びプランジャを、ポンプシャフトの外周に沿って所定の角度間隔で配置するとともに、このポンプシャフトを回転することで各プランジャを往復させ、各シリンダの加圧室内の燃料を順に加圧する。このような複数の加圧室を備える高圧燃料ポンプでは、各加圧室に燃料を均等に供給するために、各加圧室に連通する環状の燃料通路がポンプシャフトの外周に沿って設けられる。
特開2000−35149号公報
しかしながら、特許文献1に示された高圧燃料ポンプでは、環状の燃料通路は2つの部材を組み合わせることで形成されるため、燃料通路のシール性に課題がある。
つまり、この高圧燃料ポンプでは、ポンプシャフトを回転可能に収容するハウジングを2つの部材で構成するとともに、一方のハウジングの外周面に環状の溝を形成し、この溝を他方のハウジングで塞ぐことにより環状の燃料通路が形成される。このため、この溝を密閉するためのシール長が長くなってしまい、燃料通路のシール性を維持することが困難になっている。
本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、環状の燃料通路のシール性を確保できる高圧燃料ポンプを提供することを目的とする。
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に燃料を高圧で供給する高圧燃料ポンプ(例えば、後述の高圧燃料ポンプ1)であって、ハウジング(例えば、後述のハウジング3)と、前記内燃機関の駆動源により回転駆動されるポンプシャフト(例えば、後述のポンプシャフト2)と、前記ハウジング内部に形成され前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受部(例えば、後述の第1軸受部33及び第2軸受部34)と、前記ポンプシャフトの回転軸の半径方向に延出するシリンダ(例えば、後述のシリンダ42)と、当該シリンダ内部に往復動可能に収容されたプランジャ(例えば、後述のプランジャ41)と、前記プランジャの前記ポンプシャフト側の端部(例えば、後述の基端部41a)を、前記ポンプシャフトに向かって付勢する付勢機構(例えば、後述のスプリング44)と、前記ハウジング内部に形成されて前記シリンダ内部の加圧室(例えば、後述の加圧室43)に燃料を供給する燃料フィード通路(例えば、後述の下流燃料フィード通路52)と、を備え、前記燃料フィード通路は、前記ハウジング内部の前記軸受部の外側でかつ環状に形成され、前記燃料フィード通路の内壁面は、断面視で、全周に亘って連続していることを特徴とする。
この発明によれば、ポンプシャフトを回転駆動することでプランジャを往復動し、シリンダ内部の加圧室で燃料を加圧する高圧燃料ポンプにおいて、ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受部が設けられたハウジングに、加圧室に燃料を供給する環状の燃料フィード通路を形成した。
このような高圧燃料ポンプにおいて、高圧燃料を供給するためには、ポンプシャフト及びプランジャを高速で駆動する必要がある。このため、高圧燃料ポンプの剛性を高めるために、ハウジングを肉厚に形成する必要がある。このような肉厚に形成されるハウジングに環状の燃料フィード通路を形成することにより、ハウジングの余剰なスペースを効率的に利用できる。また、これにより、高圧燃料ポンプを小型なものにできる。
また特に、環状の燃料フィード通路を、その内壁面が断面視で全周に亘って連続するように、すなわち、ハウジング内部に中空環状に形成することにより、この燃料フィード通路を密閉するためのシール部材が不要となる。これにより、燃料フィード通路のシール性を確保できる。
この場合、前記ポンプシャフトは、前記駆動源により回転駆動される長尺状のポンプシャフト本体(例えば、後述のポンプシャフト本体21)と、当該ポンプシャフト本体の回転に従動し、当該ポンプシャフト本体の駆動力を前記プランジャに伝達することで当該プランジャを往復動する駆動力伝達部材(例えば、後述のカム部22)と、を備え、前記軸受部は、前記ポンプシャフト本体の前記駆動力伝達部材よりも前記駆動源側を支持する第1軸受部(例えば、後述の第1軸受部33)と、前記ポンプシャフト本体の前記駆動力伝達部材よりも前記駆動源側と反対側を支持する第2軸受部(例えば、後述の第2軸受部34)と、を備え、前記燃料フィード通路は、前記ハウジング内部の前記第1軸受部の外側に形成されることが好ましい。
この発明によれば、ポンプシャフト本体のうち駆動力伝達部材よりも駆動源側を第1軸受部により支持し、駆動力伝達部材よりも駆動源側と反対側を第2軸受部により支持する。これら第1軸受部及び第2軸受部が設けられたハウジングのうち、第1軸受部の外側に燃料フィード通路を形成した。
すなわち、長尺状のポンプシャフト本体のうち駆動源により近い部分を支持する第1軸受部の外側は、特に肉厚に形成する必要がある。このような特に肉厚にする必要がある部分に燃料フィード通路を形成することにより、高圧燃料ポンプの剛性の向上と小型化とを両立することができる。また、高圧燃料ポンプの剛性を向上することにより、駆動源との位置ずれを低減し、取付精度を向上することができる。
この場合、前記ハウジング内部には、前記燃料フィード通路に燃料を供給する上流燃料フィード通路(例えば、後述の上流燃料フィード通路51)が形成され、当該上流燃料フィード通路は、前記燃料フィード通路の一部に沿って形成されて弧状に延出することが好ましい。
この発明によれば、燃料フィード通路に燃料を供給する弧状の上流燃料フィード通路を、ハウジング内部のうち燃料フィード通路の一部に沿って形成した。これにより、ハウジング内部の余剰なスペースをさらに効率的に利用できる。したがって、高圧燃料ポンプをさらに小型にできる。
本発明の高圧燃料ポンプによれば、肉厚に形成されるハウジングに環状の燃料フィード通路を形成することにより、ハウジング内部の余剰なスペースを効率的に利用できる。また、これにより、高圧燃料ポンプを小型なものにできる。また特に、環状の燃料フィード通路を、その内壁面が断面視で全周に亘って連続するように、すなわち、ハウジング内部に中空環状に形成することにより、この燃料フィード通路を密閉するためのシール部材が不要となる。これにより、燃料フィード通路のシール性を確保できる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る高圧燃料ポンプ1の構成を示す部分破断斜視図である。
図2は、図1の線II−IIに沿った断面を示す図である。
高圧燃料ポンプ1は、駆動源からの駆動力により、導入された低圧燃料を加圧して、この加圧した燃料を高圧燃料として排出するものである。
具体的には、この高圧燃料ポンプ1は、例えば、ディーゼルエンジンの燃料供給系に設けられる。すなわち、この高圧燃料ポンプ1は、エンジンのカムシャフトを駆動源として回転駆動され、低圧燃料ポンプにより燃料タンクに貯留された燃料が導入されると、この燃料を加圧して、コモンレールを介して、エンジンの各気筒に設けられたインジェクタに高圧燃料を供給する。
図2に示すように、高圧燃料ポンプ1は、棒状のポンプシャフト2と、このポンプシャフト2を回転可能に収容するハウジング3と、シリンダ42及びプランジャ41が設けられたシリンダホルダ4とを含んで構成される。
高圧燃料ポンプ1は、シリンダ42内でプランジャ41を往復動させることで、シリンダ42内部に形成された加圧室43において燃料を加圧するプランジャポンプである。また、この高圧燃料ポンプ1は、3組のシリンダ42及びプランジャ41を備えるものであり、図2は、このような3組のシリンダ42及びプランジャ41のうちの1つに沿った断面を示す。
ポンプシャフト2は、長尺状のポンプシャフト本体21と、このポンプシャフト本体21の外周面から半径方向に突出した駆動力伝達部材としてのカム部22とを備える。
このカム部22は、非対称な外形を有しており、ポンプシャフト本体21の回転に従動し、このポンプシャフト本体21の駆動力を、プランジャ41に伝達する。また、このポンプシャフト本体21のうち先端側は、エンジンのカムシャフト等の駆動源に連結され、基端側はハウジング3内に収容される。
ハウジング3は、ポンプシャフト本体21のカム部22から先端側を収容するメインハウジング31と、ポンプシャフト本体21を基端側から覆うハウジングカバー32との2つの部材を組み合わせて構成される。
メインハウジング31の内部には、ポンプシャフト2の回転軸に沿って延出し、ポンプシャフト本体21のうちカム部22よりも先端側を回転可能に支持する筒状の第1軸受部33と、ポンプシャフト2の回転軸の半径方向に沿って延出し、カム部22及びシリンダホルダ4を収容する筒状のシリンダ収容部36とが形成される。
ハウジングカバー32は、フランジ状に形成されており、ポンプシャフト本体21を基端側から覆った状態で、メインハウジング31に図示しない締結部材により固定される。このハウジングカバー32の内部には、ポンプシャフト本体21のうちカム部22よりも基端側を回転可能に支持する第2軸受部34が形成される。
シリンダホルダ4は、ポンプシャフト2の回転軸の半径方向に沿って延出する筒状のシリンダ42と、このシリンダ42の内部に往復動可能に収容された棒状のプランジャ41と、を備える。このシリンダホルダ4は、プランジャ41及びシリンダ42をメインハウジング31のシリンダ収容部36に挿入した状態で、複数の締結部材49によりメインハウジング31に締結される。また、メインハウジング31には、3つのシリンダホルダ4がポンプシャフト2の回転軸を中心として120度間隔で設けられる(後述の図3参照)。
このシリンダホルダ4において、燃料を加圧する加圧室43は、シリンダ42の内壁面とプランジャ41の先端面とにより区画形成される。プランジャ41の基端部41aは、皿状に形成されており、この基端部41aとシリンダ42との間には、プランジャ41の基端部41aをポンプシャフト2のカム部22の外周に向かって付勢する付勢機構としてのスプリング44が介装される。
シリンダホルダ4には、さらに、加圧室43に燃料を流入させる低圧通路45a,45b,45cと、加圧室43から燃料を排出する高圧通路46と、が形成されている。このうち、低圧通路45aは、メインハウジング31に形成された後述の第2低圧通路54に連通し、高圧通路46は、コモンレールに接続される燃料排出部12の排出通路12aに連通する。
また、低圧通路45cには、加圧室43側からこの低圧通路45c側へ燃料が逆流するのを防止する低圧側逆止弁47が設けられ、高圧通路46には、高圧通路46側から加圧室43側へ燃料が逆流するのを防止する高圧側逆止弁48が設けられる。
以上のように構成されたシリンダホルダ4では、駆動源によりポンプシャフト本体21を回転駆動すると、このポンプシャフト本体21の回転に従動してカム部22が回転し、駆動力がプランジャ41に伝達し、このプランジャ41がシリンダ42内部で往復動する。ここで、低圧通路45a,45b,45cから加圧室43内に燃料を供給すると、加圧室43内の燃料はプランジャ41により高圧に加圧されるとともに、高圧側逆止弁48が開いた状態となり、加圧室43内の高圧燃料が燃料排出部12から排出される。
ところで、メインハウジング31は、以上のようなポンプシャフト2やプランジャ41等の高速で駆動される部材を収容するため、高圧燃料ポンプ1のうち最も剛性を高める必要がある部材である。このため、このメインハウジング31は、高圧燃料ポンプ1を構成する部材の中でも特に肉厚に形成される。そこで、メインハウジング31の内部には、このように肉厚に形成された部分を利用して、上述の燃料導入部11から供給された燃料が流通する上流燃料フィード通路51及び下流燃料フィード通路52が形成されている。
図3は、図2の線III−IIIに沿った断面を示す図であり、これら上流燃料フィード通路51及び下流燃料フィード通路52が延びる面内に沿った断面を示す。
下流燃料フィード通路52は、メインハウジング31内部のうち上述の第1軸受部33の外側において環状に形成され、上流燃料フィード通路51は、この下流燃料フィード通路52の外側において、下流燃料フィード通路52の一部に沿って弧状に形成される。
上流燃料フィード通路51の上流側は、低圧燃料ポンプからの低圧燃料が導入される燃料導入部11(図1参照)の導入通路11aに連通しており、下流側は、後述の流量調整弁7と、ポンプシャフト2の半径方向に沿って延出する第1低圧通路53とを介して、下流燃料フィード通路52に連通する。また、この上流燃料フィード通路51は、通路13aを介してリリーフ弁13(図1参照)に接続されている。このリリーフ弁13は、上流燃料フィード通路51内の圧力が所定の圧力以上となった場合に開かれ、燃料を排出する。これにより、上流燃料フィード通路51内の圧力を所定の圧力以下に保つことができる。
下流燃料フィード通路52は、ポンプシャフト2の回転軸と同心円状に延びる。この下流燃料フィード通路52には、第1低圧通路53を介して上流燃料フィード通路51から供給された燃料が満たされるようになっている。また、下流燃料フィード通路52には、3つのシリンダホルダ4の加圧室43に燃料を供給する3つの第2低圧通路54が形成される。これら第2低圧通路54は、それぞれ、ポンプシャフト2の回転軸の半径方向に沿って各シリンダホルダ4の加圧室43側へ延出する。
また、図3に示すように、下流燃料フィード通路52の内壁面は、断面視で全周に亘って連続する。すなわち、この下流燃料フィード通路52は、メインハウジング31の内部に中空環状に形成されたものである。
ここで、第1低圧通路53と第2低圧通路54との内径を比較する。
第1低圧通路53を介して下流燃料フィード通路52に供給された燃料は、3つの第2低圧通路54に分流して各シリンダホルダ4の加圧室43に供給されるため、各第2低圧通路54を流通する燃料の流量は、第1低圧通路53を流通する燃料の流量よりも少ない。そこで、流通する燃料の流量に合わせて、第2低圧通路54の内径は、第1低圧通路53の内径よりも小さくなるように形成される。より具体的には、例えば、各第2低圧通路54の流路断面積が、第1低圧通路53の流路断面積の3分の1となるように、第1低圧通路53及び第2低圧通路54の内径を調整してもよい。
このようにして、第1低圧通路53及び第2低圧通路54の内径を、流通する燃料の流量に合わせて調整することにより、下流燃料フィード通路52内の燃料を、各加圧室43に均等に供給することができる。
図2に戻って、流量調整弁7は、上流燃料フィード通路51から下流燃料フィード通路52へ流通する燃料の流量を制御する。この流量調整弁7は、コイル71を内蔵するケーシング72と、円筒状の可動弁体74を摺動可能に収容するシリンダ73とを備える比例電磁弁である。
この流量調整弁7は、シリンダ73をメインハウジング31に凹状に形成された流量調整弁収容部37に挿入した状態で、図示しない締結部材により固定される。また、流量調整弁7をメインハウジング31に固定した状態では、シリンダ73の先端面と流量調整弁収容部37の内壁面とにより、上流燃料フィード通路51から供給された燃料が溜まる燃料溜まり室38が形成される。
シリンダ73には、その内外を貫通する流路73aが形成されている。図2に示すように、流量調整弁7をメインハウジング31に固定した状態では、メインハウジング31の下流燃料フィード通路52及び第1低圧通路53とシリンダ73の内部とが、流路73aを介して連通する。
可動弁体74には、その軸方向に沿って延びる流路74aが形成されるとともに、この可動弁体74の内外を連通する流路74bが形成されている。
可動弁体74は、ケーシング72内に設けられたスプリング75により図2中右方へ向けて付勢されている。
このため、コイル71を通電していない状態では、可動弁体74の流路74bと、シリンダ73の流路73aとは遮断される。したがって、上流燃料フィード通路51と下流燃料フィード通路52とは遮断される。
また、コイル71を通電すると、可動弁体74が図2中左方へ変位し、可動弁体74の流路74bと、シリンダ73の流路73aとが連通する。したがって、上流燃料フィード通路51は、燃料溜まり室38、可動弁体74の流路74a,74b、シリンダ73の流路73a、及び第1低圧通路53を介して下流燃料フィード通路52と連通する。
ここで、コイル71の通電量を変化させると、可動弁体74の変位量が変化し、可動弁体74の流路74bとシリンダ73の流路73aとにより形成される流路断面積が変化する。これにより、上流燃料フィード通路51から下流燃料フィード通路52へ流入する燃料の流量を制御することができる。
ところで、以上のような高圧燃料ポンプ1において、上述の中空環状の下流燃料フィード通路52は、例えば、メインハウジング31を所定の鋳型で鋳造する際に、この下流燃料フィード通路52をかたどった円環状の中子を鋳型の中に配置することにより形成される。ここで、円環状の中子としては、例えば、塩中子や砂中子が用いられる。塩中子や砂中子を用いた場合、これら中子は、メインハウジング31の鋳造後に洗い流すことで除去できる。
塩中子を鋳型に配置する際には、鋳型内における塩中子の姿勢を保持するために姿勢安定用の足が取り付けられる。図2に示すように、この姿勢安定用の足は、鋳造後のメインハウジング31において、ポンプシャフト2と平行に延出する加工孔55として成形される。この加工孔55は、メインハウジング31の鋳造後、閉塞栓56により封止し、これにより円環状の下流燃料フィード通路52が形成される。
また、この姿勢安定用の足は、円環状の塩中子に対して3つ設けられる。したがって、図1に示すように、メインハウジング31には、3つの加工孔55が形成される。特にここで、姿勢安定用の足の数を3つとすることにより、円環状の塩中子の姿勢を安定に保持しつつ、メインハウジング31に形成される加工孔55の数を最小にすることができる。
本実施形態によれば、以下のような作用効果がある。
(1)肉厚に形成されるメインハウジング31に環状の下流燃料フィード通路52を形成することにより、メインハウジング31の余剰なスペースを効率的に利用できる。また、これにより、高圧燃料ポンプ1を小型なものにできる。
また特に、環状の下流燃料フィード通路52を、その内壁面が断面視で全周に亘って連続するように、すなわち、メインハウジング31内部に中空環状に形成することにより、この下流燃料フィード通路52を密閉するためのシール部材が不要となる。これにより、下流燃料フィード通路52のシール性を確保できる。
(2)ポンプシャフト本体21のうちカム部22よりも駆動源側を、メインハウジング31の第1軸受部33により支持し、カム部22よりも駆動源側と反対側を、ハウジングカバー32の第2軸受部34により支持する。これら第1軸受部33及び第2軸受部34が設けられたハウジング3のうち、第1軸受部33の外側に下流燃料フィード通路52を形成した。
すなわち、長尺状のポンプシャフト本体21のうち駆動源により近い部分を支持する第1軸受部33の外側は、特に肉厚に形成する必要がある。このような特に肉厚にする必要がある部分に下流燃料フィード通路52を形成することにより、高圧燃料ポンプ1の剛性の向上と小型化とを両立することができる。また、高圧燃料ポンプ1の剛性を向上することにより、駆動源との位置ずれを低減し、取付精度を向上することができる。
(3)下流燃料フィード通路52に燃料を供給する弧状の上流燃料フィード通路51を、メインハウジング31内部のうち下流燃料フィード通路52の一部に沿って形成した。これにより、メインハウジング31内部の余剰なスペースをさらに効率的に利用できる。したがって、高圧燃料ポンプ1をさらに小型にできる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、ポンプシャフト本体21の回転に従動し、プランジャ41を往復動させるポンプシャフト2の駆動力伝達機構として、カム部22を設けたが、これに限らない。例えば、非対称な外形を有するカム部をポンプシャフト本体21と一体に形成することで、駆動力伝達機構を構成してもよい。
本発明の一実施形態に係る高圧燃料ポンプの構成を示す部分破断斜視図である。 図1の線II−IIに沿った断面を示す図である。 図2の線III−IIIに沿った断面を示す図である。
符号の説明
1…高圧燃料ポンプ
2…ポンプシャフト
21…ポンプシャフト本体
22…カム部(駆動力伝達機構)
3…ハウジング
31…メインハウジング
32…ハウジングカバー
33…第1軸受部(軸受部、第1軸受部)
34…第2軸受部(軸受部、第2軸受部)
4…シリンダホルダ
41…プランジャ
42…シリンダ
43…加圧室
44…スプリング(付勢機構)
51…上流燃料フィード通路
52…下流燃料フィード通路(燃料フィード通路)

Claims (3)

  1. 内燃機関の燃料噴射弁に燃料を高圧で供給する高圧燃料ポンプであって、
    ハウジングと、
    前記内燃機関の駆動源により回転駆動されるポンプシャフトと、
    前記ハウジング内部に形成され前記ポンプシャフトを回転可能に支持する軸受部と、
    前記ポンプシャフトの回転軸の半径方向に延出するシリンダと、
    当該シリンダ内部に往復動可能に収容されたプランジャと、
    前記プランジャの前記ポンプシャフト側の端部を、前記ポンプシャフトに向かって付勢する付勢機構と、
    前記ハウジング内部に形成されて前記シリンダ内部の加圧室に燃料を供給する燃料フィード通路と、を備え、
    前記燃料フィード通路は、前記ハウジング内部の前記軸受部の外側でかつ環状に形成され、
    前記燃料フィード通路の内壁面は、断面視で、全周に亘って連続していることを特徴とする高圧燃料ポンプ。
  2. 前記ポンプシャフトは、前記駆動源により回転駆動される長尺状のポンプシャフト本体と、当該ポンプシャフト本体の回転に従動し、当該ポンプシャフト本体の駆動力を前記プランジャに伝達することで当該プランジャを往復動する駆動力伝達部材と、を備え、
    前記軸受部は、前記ポンプシャフト本体の前記駆動力伝達部材よりも前記駆動源側を支持する第1軸受部と、前記ポンプシャフト本体の前記駆動力伝達部材よりも前記駆動源側と反対側を支持する第2軸受部と、を備え、
    前記燃料フィード通路は、前記ハウジング内部の前記第1軸受部の外側に形成されることを特徴とする請求項1に記載の高圧燃料ポンプ。
  3. 前記ハウジング内部には、前記燃料フィード通路に燃料を供給する上流燃料フィード通路が形成され、
    当該上流燃料フィード通路は、前記燃料フィード通路の一部に沿って形成されて弧状に延出することを特徴とする請求項1又は2に記載の高圧燃料ポンプ。
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JP2016017498A (ja) * 2014-07-10 2016-02-01 株式会社デンソー 高圧ポンプ
US9316168B2 (en) 2013-08-07 2016-04-19 Honda Motor Co., Ltd. Internal combustion engine and control device for fuel pump
US11028809B2 (en) 2017-06-22 2021-06-08 Denso Corporation High pressure fuel pump and fuel supply system

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