JP2010270727A - 燃料ポンプ用パルセーションダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムに働く内外差圧に対する燃料室内の容積変化量を減少させることなく、ダイヤフラムの直径を小型化したり、ダイヤフラムの枚数を削減することを可能とする。
【解決手段】一方の面５５Ａが燃料ポンプの加圧室に至る低圧側通路１１内の燃料に接し、他方の面５５Ｂが封入気体に接するように設けられたダイヤフラム５５を備える。ダイヤフラム５５は、内外の差圧を受けて変形する変形部において、中心から所定半径内に略平坦に形成された平坦部５５ａと、平坦部５５ａから遠心側に連続して形成された湾曲部５５ｂとを有する。平坦部５５ａが無負荷状態において撓んでいる方向が、湾曲部５５ｂが平坦部５５ａとの境界から遠心側に向かって最初に湾曲する方向と同じ方向となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料ポンプの燃料吸入通路内での圧力脈動を低減する燃料ポンプ用パルセーションダンパに関する。

従来より、燃料ポンプには、加圧室への燃料吸入通路の途中に、燃料の圧力脈動を低減させるためのパルセーションダンパが設けられている（例えば、特許文献１〜３を参照。）。

図１１は、特許文献１に開示されているパルセーションダンパと同様のダイヤフラム１８１，１８１を備えた高圧燃料ポンプ１８２を示す概略断面図である。この高圧燃料ポンプ１８２では、ハウジング１０の反リフタ２４側に低圧燃料タンク内のフィードポンプから低圧燃料が供給される燃料室１８４が形成されている。この燃料室１８４内に２枚１組のダイヤフラム１８１，１８１からなるパルセーションダンパ１８３が設けられている。なお、パルセーションダンパ１８３の上側の燃料室１８４とパルセーションダンパ１８３の下側の燃料室１８４とは連通している。

ダイヤフラム１８１は、内外の差圧により変位する変位部に、図示するような同心円状の複数波形が形成されたものとなっている。パルセーションダンパ１８３は、ダイヤフラム１８１，１８１同士の凹面を対向させて組み上げられ、その外周縁部がハウジング１０とカバー１８５との間に挟持固定されている。

高圧燃料ポンプ１８２は、主に、シリンダ２１、加圧室２２、プランジャ２３、電磁駆動部３０等を備えている。この高圧燃料ポンプ１８２では、カム１１１の回転に連動してプランジャ２３がシリンダ２１内で往復移動し、同時に電磁駆動部３０により加圧室２２と燃料室１８４とを連通遮断する弁部材４１を開閉する。そして、この弁部材４１の開閉動作および加圧室２２の容積の拡縮動作に起因して、弁部材４１の上流側（燃料室１８４等）に燃料の圧力脈動が発生する。パルセーションダンパ１８３は、このような圧力脈動を低減するためのものである。

なお、パルセーションダンパに関するものではないがダイヤフラムに関する先行技術文献として以下の特許文献４〜７がある。

特許文献４には、圧力検出装置のダイヤフラムが開示されている。このダイヤフラムは、周方向の剛性の均一化を図るために、渦巻き波紋を呈する波形断面となっており、中心部が外周部よりも突出している（同文献第４図参照）。

特許文献５には、圧力スイッチのダイヤフラムが開示されている。このダイヤフラムは、圧力による上下変動を安定させるために、変形部分が円形皿状の凹面となっており、その凹面の外側にはリング状の溝が設けられている（同文献第２図参照）。

特許文献６には、弁装置のダイヤフラムが開示されている。このダイヤフラムは、複数の環状溝を備えている。

特許文献７に開示されているダイヤフラムは、可撓部の撓み量（変位量）を大きくするために、その可倒部を微細中空構造体形状としている。

特開２００７−２１８２６４号公報 特開２００７−１３８８０５号公報 特開２００８−１９７２８号公報 特開平３−２２５２３９号公報 実開平３−６０７３１号公報 特公平６−１３９４４号公報 特開２００７−１１３６５４号公報

図１２（ａ）は、図１１に基づいて説明したパルセーションダンパ１８３の各ダイヤフラム１８１に関し、ダイヤフラム１８１の内外面に働く差圧と、燃料室１８４（２枚のダイヤフラム１８１内に封入された空間容積を除く）の容積変化量との関係を示すグラフである。また、図１２（ｂ）は、上記差圧とダイヤフラム１８１に発生する最大応力との関係を示すグラフである。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）のグラフの横軸は燃料室１８１内の燃料圧力からダイヤフラム１８１，１８１内に封入された気体の圧力を引いて得られる差圧を示している。図１２（ａ）のグラフの縦軸は上記差圧がゼロの場合における燃料室１８４内の容積から差圧が生じた場合における燃料室１８４内の容積を引いて得られる容積変化量を示している。図１２（ｂ）のグラフの縦軸はダイヤフラム１８１に発生する最大応力を示している。

図１２（ａ）のグラフが示す差圧−容積変化量特性、図１２（ｂ）のグラフが示す差圧−最大応力特性は、何れも概ね線型性を示す。このような線型特性を有するダイヤフラムは、使用圧力領域が広い汎用ポンプや圧力センサのように線型性を必要とする製品には適している。しかし、自動車のエンジン用高圧燃料ポンプは使用圧力領域が比較的狭いため、ダイヤフラムの上記線型特性は必要とされない。

また、特許文献１に開示されているパルセーションダンパでは、圧力脈動を十分に押さえるために必要な容積変化量を確保するため、２枚のダイヤフラムを使用している。そこで、ダイヤフラムの直径を小さくしたり、ダイヤフラムの枚数を減らすことができれば、部品点数の減少、重量減、コストダウンを図ることができるが、そうすると、圧力脈動を十分に押さえるために必要な容積変化量を確保することが困難となる。

本発明は既述の問題点に鑑みて創案されたものであり、ダイヤフラムに働く内外差圧に対する燃料室内の容積変化量を減少させることなく、ダイヤフラムの直径を小型化したり、ダイヤフラムの枚数を削減することを可能とする燃料ポンプ用パルセーションダンパを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明の燃料ポンプ用パルセーションダンパは、以下のように構成されている。

すなわち、本発明の燃料ポンプ用パルセーションダンパは、一方の面が燃料ポンプの加圧室に至る低圧側通路内の燃料に接し、他方の面が気体に接するように設けられたダイヤフラムを備えるものを前提としており、前記ダイヤフラムは、内外の差圧を受けて変形する変形部において、中心から所定半径内に略平坦に形成された平坦部を有し、該平坦部は、無負荷状態において前記燃料側又は前記気体側の何れか一方へ撓んでいるものであることを特徴としている。なお、前記ダイヤフラムの前記他方の面が接する気体は例えば封入気体である。

かかる構成を備える燃料ポンプ用パルセーションダンパによれば、変形部に同心円状複数波形を有する従来のダイヤフラムを採用したパルセーションダンパと比較して、差圧に対する燃料室内の容積変化量の変動幅を大きくすることができる。特に差圧ゼロ近傍での容積変化量の変動幅を大きくすることができる。これにより、容積変化量を減少させることなく、ダイヤフラムの直径を小型化したり、ダイヤフラムの枚数を削減することが可能となる。

また、本発明の燃料ポンプ用パルセーションダンパは、上記構成において、前記平坦部から遠心側に連続して形成された湾曲部を更に有し、前記平坦部が無負荷状態において撓んでいる方向が、前記湾曲部が前記平坦部との境界から遠心側に向かって最初に湾曲する方向と同じ方向である、ものであることが望ましい。

かかる構成を備える燃料ポンプ用パルセーションダンパによれば、平坦部が無負荷状態において撓んでいる方向が、前記湾曲部が前記平坦部との境界から遠心側に向かって最初に湾曲する方向と同じ方向であるので、平坦部は、本来変形し難い方向への変形量を補うことができるようになる。つまり、平坦部は、本来変形し難い方向へ比較的容易に変形することができるようになり、最低変位量（燃料室の容積変化量の絶対値の最低値）の底上げが図られる。この結果、圧力脈動の低減能力が向上するようになる。

また、本発明の燃料ポンプ用パルセーションダンパは、一方の面が燃料ポンプの加圧室に至る低圧側通路内の燃料に接し、他方の面が気体に接するように設けられたダイヤフラムを備える燃料ポンプ用パルセーションダンパにおいて、前記ダイヤフラムは、内外の差圧を受けて変形する変形部に同心円状の複数波形が形成されており、前記変形部は、無負荷状態において前記燃料側又は前記気体側の何れか一方へ撓んでいることを特徴とするものである。なお、前記ダイヤフラムの前記他方の面が接する気体は例えば封入気体である。

かかる構成を備える燃料ポンプ用パルセーションダンパによれば、差圧により変形する変形部が無負荷状態において燃料側又は気体側に撓んでいるので、この撓み方向と反対側へ撓み易くなる。この結果、無負荷状態において変形部が燃料側に撓んでいる場合は、燃料室の容積変化量は、差圧ゼロ状態を基準として容積が増加する際に大きく変動し、容積が減少する際に変動幅が小さくなる。また、無負荷状態において変形部が気体側に撓んでいる場合は、燃料室の容積変化量は、差圧ゼロ状態を基準として容積が減少する際に大きく変動し、容積が増加する際に変動幅が小さくなる。

本発明の燃料ポンプ用パルセーションダンパによれば、容積変化量を減少させることなく、ダイヤフラムの直径を小型化したり、ダイヤフラムの枚数を削減することが可能となる。

本発明の実施の形態における燃料供給装置の一例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における高圧燃料ポンプの一例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態における燃料ポンプ用パルセーションダンパの一例を示す断面図である。 本発明に係るダイヤフラムおよび従来のダイヤフラムに関し、ダイヤフラムの両面に働く差圧と、燃料室の容積変化量との関係をＣＡＥ解析により求めた結果を示すグラフである。 従来のダイヤフラムを使用した燃料ポンプ用パルセーションダンパの一例を示す断面図である。 本発明に係るダイヤフラムおよび従来のダイヤフラムに関し、ダイヤフラムの両面に働く差圧と、この差圧によって各ダイヤフラムに発生する最大応力を容積変化量で除した値との関係をＣＡＥ解析により求めた結果を示すグラフである。 平坦部が無負荷状態において何れの方向にも撓んでいないダイヤフラムの断面図である。 本発明に係る２種類のダイヤフラムに関し、ダイヤフラムの両面に働く差圧と、燃料室の容積変化量との関係をＣＡＥ解析により求めた結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態における燃料ポンプ用パルセーションダンパの一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態における燃料ポンプ用パルセーションダンパの一例を示す断面図である。 従来例に係るパルセーションダンパを備える高圧燃料ポンプを示す縦断面図である。 （ａ）はダイヤフラムの内外面に働く差圧と、燃料室の容積変化量との関係を示すグラフである。（ｂ）はダイヤフラムの内外面に働く差圧と、ダイヤフラムに発生する最大応力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載される筒内直噴型多気筒（例えば６気筒）ガソリンエンジンに用いられる高圧燃料ポンプ内のパルセーションダンパ（燃料ポンプ用パルセーションダンパ）を例に挙げて説明する。

−燃料供給装置−
パルセーションダンパの説明に先立って、このパルセーションダンパを備えた高圧燃料ポンプが設置される燃料供給装置１００の概略構成について図１を参照して説明する。

燃料供給装置１００は、燃料タンク１０１から燃料を送り出すフィードポンプ１０２と、そのフィードポンプ１０２によって送り出された燃料を加圧して各気筒のインジェクタ４，４，・・・に向けて吐出する高圧燃料ポンプ１とを備えている。

高圧燃料ポンプ１は、主に、シリンダ２１、加圧室２２、プランジャ２３、電磁駆動部３０等を備えている。

プランジャ２３は、エンジンの吸気カムシャフト１１０に取り付けられたカム１１１の回転によって駆動され、シリンダ２１内を往復移動する。このプランジャ２３の往復移動により加圧室２２の容積が拡大縮小する。この例では、吸気カムシャフト１１０の回転軸回りに１２０°の角度間隔をもって３つのカムノーズ（カム山）１１２，・・・が形成されている。そして、これら３つのカムノーズ１１２，・・・によってプランジャ２３が押し上げられて、このプランジャ２３がシリンダ２１内で往復移動するようになっている。なお、図１に示すように、６気筒型エンジンの場合、エンジンの１サイクル中つまりクランクシャフトが２回転する間に、気筒毎に設けられたインジェクタ４から各１回ずつ、合計６回の燃料噴射が行われる。また、エンジンの１サイクル毎に、吸気カムシャフト１１０が１回転し、高圧燃料ポンプ１からの吐出動作が３回ずつ行われる。

高圧燃料ポンプ１の加圧室２２は、プランジャ２３およびシリンダ２１によって区画されている。この加圧室２２は、低圧燃料配管１０４を介してフィードポンプ１０２に連通している。また、加圧室２２は、高圧燃料配管１０５を介してデリバリパイプ（蓄圧容器）１０６内に連通している。

デリバリパイプ１０６には、インジェクタ４，・・・が接続されている。また、デリバリパイプ１０６には、リリーフバルブ１７１を介してリターン配管１７２が接続されている。リリーフバルブ１７１は、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力が所定圧を超えたときに開弁する。このリリーフバルブ１７１の開弁により、デリバリパイプ１０６に蓄えられた燃料の一部をリターン配管１７２を介して燃料タンク１０１に戻すようになっている。これにより、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力の過上昇が防止される。

なお、低圧燃料配管１０４には、フィルタ１４１およびプレッシャレギュレータ１４２が設けられている。プレッシャレギュレータ１４２は、低圧燃料配管１０４内の燃料圧力が所定圧を超えたときに低圧燃料配管１０４内の燃料を燃料タンク１０１に戻すことによって、この低圧燃料配管１０４内の燃料圧力を所定圧以下に維持する。

高圧燃料ポンプ１の電磁駆動部３０は、低圧燃料配管１０４と加圧室２２との間を連通または遮断する弁部材４１を開閉駆動する。電磁駆動部３０は、コイル３１を備えており、そのコイル３１への通電を制御することにより弁部材４１を開閉する。

−高圧燃料ポンプの具体的構成−
上記高圧燃料ポンプ１の具体的な構成例について、図２に基づき説明する。図２に示す高圧燃料ポンプ１は、プランジャタイプのポンプであって、主に、ポンプ部２０、電磁駆動部３０、逆止弁６０等を備えている。

ポンプ部２０は、シリンダ２１、加圧室２２、プランジャ２３、リフタ２４等からなる。シリンダ２１はハウジング１０の中央部に形成され、その一端側に加圧室２２が形成されている。プランジャ２３は略円柱形状の部材であって、シリンダ２１内に往復摺動可能に挿入されている。

リフタ２４は有底円筒形状の部材であって、内部にプランジャ２３の基端部、リテーナ２６および圧縮コイルばね２７等が収容されている。プランジャ２３の基端部にはリテーナ２６が一体に係合されており、このリテーナ２６とハウジング１０との間に圧縮コイルばね２７が挟み込まれている。この圧縮コイルばね２７の弾性力によって、プランジャ２３は下方へ付勢され、リフタ２４はカム１１１に向けて押圧されている。

電磁駆動部３０は、コイル３１、固定コア３２、可動コア３３、磁性部材３４、フランジ３５、スプリング３６、ニードル３７等を備えている。

コイル３１は、樹脂部材３８に巻装されており、通電されることで磁界を発生する。固定コア３２および可動コア３３は、磁性材料から形成されている。固定コア３２は、コイル３１および磁性部材３４の内周側に収容されている。可動コア３３は、固定コア３２と対向して配置されている。可動コア３３は、非磁性材料からなる筒部材３９およびフランジ３５の内周側に軸線方向へ往復移動可能に収容されている。筒部材３９は、可動コア３３を収容するとともに、固定コア３２とフランジ３５との間の磁気的な短絡を防止する。固定コア３２と可動コア３３との間には、スプリング（圧縮コイルばね）３６が設置されている。つまり、スプリング３６は、可動コア３３を反固定コア３２側へ押圧している。これにより、コイル３１に通電していないとき、固定コア３２と可動コア３３とは離反する。

フランジ３５は、ハウジング１０の側部に嵌合固定されており、電磁駆動部３０をハウジング１０に対して保持している。また、フランジ３５には、その内外部を同圧に維持するための連通孔３５１が形成されている。なお、フランジ３５は、磁性材料から形成されている。

磁性部材３４は、コイル３１の外周側を覆うように配設されている。磁性部材３４は、磁性材料からなり、固定コア３２とフランジ３５とを磁気的に接続している。

可動コア３３とニードル３７は互いに一体に接続されている。ニードル３７は、可動コア３３と反対側の端部が、上記ニードル３７と同方向に摺動可能に設けられた弁部材４１を押圧可能な位置に配置されている。なお、この弁部材４１は、ハウジング１０およびシート部材４３内に形成された円柱状の中空部に摺動自在に嵌め込まれており、当該中空部には、弁部材４１がシート面４３ａから離座したときに、加圧室２２と導入通路５２とを連通する溝部４３ｃが形成されている。

スプリング３６の押し付け力は、スプリング４２の押し付け力よりも大きい。したがって、コイル３１に通電していないとき、可動コア３３と一体であるニードル３７は、スプリング３６の押し付け力により弁部材４１側へ移動し、弁部材４１はシート部材４３から離座する。なお、シート部材４３は、ハウジング１０内に固定されている。

ハウジング１０の反リフタ２４側には円状の凹部１０ａが形成されており、この凹部１０ａをカバー５４が隙間無く覆っている。このカバー５４は、例えば金属から形成されており、ハウジング１０に固定されている。

凹部１０ａとカバー５４との間には、例えば金属から形成されているダイヤフラム５５が設置されている。このダイヤフラム５５と凹部１０ａとの間には、燃料室５１が形成されている。パルセーションダンパ５３は、カバー５４とダイヤフラム５５とで構成されている。このパルセーションダンパ５３は、高圧燃料ポンプ１の作動時における低圧側通路１１（低圧燃料配管１０４、後述する通路５２，４３ｂ等）内の燃料の圧力脈動を低減するためのものである。

ダイヤフラム５５とカバー５７との間には、密閉空間部５６が形成されている。この密閉空間部５６には、例えばアルゴンや窒素などの不活性のガスが封入されている。

燃料室５１は、加圧室２２に至る低圧側通路１１上に形成されている。この燃料室５１には、２つの低圧側通路１１（低圧燃料配管１０４と導入通路５２）が連通している。したがって、ダイヤフラム５５の一方の面５５Ａ（以下「燃料側面５５Ａ」ともいう。）は、低圧側通路１１内の燃料に接し、ダイヤフラム５５の他方の面（以下「気体側面５５Ｂ」ともいう。）は、封入気体に接している。なお、ダイヤフラム５５の形状等については後に詳述する。

逆止弁６０は、加圧室２２において加圧された燃料の排出を断続する。逆止弁６０は、弁軸部材６１、ボール部材６２およびスプリング（圧縮コイルバネ）６３を有している。弁軸部材６１は、ハウジング本体１０に固定されている。スプリング６３は、一方の端部が弁軸部材６１に接し、他方の端部がボール部材６２に接している。ボール部材６２は、スプリング６３の付勢力により、ハウジング１０が形成する弁座側へ押し付けられている。ボール部材６２は、上記弁座に着座することにより高圧燃料通路（加圧室２２に至る高圧側通路）１２を遮断し、上記弁座から離座することにより高圧燃料通路１２を開放する。ボール部材６２は、上記弁座と反対側へ移動可能となっているが、弁軸部材６１の端部によってその移動量が制限されている。

逆止弁６０の下流側は高圧燃料配管１０５に接続されている。このため、加圧室２２内から高圧燃料通路１２を介して圧送される燃料の圧力が所定値を超えたとき、逆止弁６０が開弁状態となって、高圧燃料通路１２から圧送される高圧燃料が高圧燃料配管１０５を経てデリバリパイプ１０６に供給されるようになっている。

以上の構成を備える高圧燃料ポンプ１において、コイル３１の非通電時には、スプリング３６の弾性力により、可動コア３３は反固定コア３２側へ移動し、可動コア３３と一体であるニードル３７が弁部材４１を押圧する。これにより、弁部材４１は、シート部材４３のシート面４３ａから離座して、低圧燃料配管１０４、燃料室５１、導入通路５２および供給通路４３ｂは加圧室２２に連通する。この状態において、加圧室２２の容積が増加する方向にプランジャ２３が移動すると（吸入行程）、フィードポンプ１０２から送り出された燃料が低圧燃料配管１０４、燃料室５１等を経て加圧室２２内に吸入される。

一方、コイル３１の通電時には、固定コア３２、磁性部材３４、フランジ３５および可動コア３３に磁気回路が形成される。これにより、互いに離れている固定コア３２と可動コア３３との間には磁気吸引力が発生し、この磁気吸引力がスプリング３６の押し付け力よりも大きくなると、可動コア３３は固定コア３２側へ移動する。そうすると、可動コア３３と一体のニードル３７は、弁部材４１と離反する。その結果、弁部材４１は、スプリング４２の押し付け力および加圧室２２側の燃料から受ける圧力により、シート部材４３のシート面４３ａ側へ移動し、加圧室２２と燃料室５１等とが非連通状態になる。

この状態において、加圧室２２の容積が減少する方向にプランジャ２３が移動するとき（加圧行程）、加圧室２２内の燃料圧力上昇し、所定値に達した時点で逆止弁６０が開放し、高圧の燃料が高圧燃料配管１０５を経てデリバリパイプ１０６に向けて吐出される。

なお、高圧燃料ポンプ１における燃料吐出量は、上記加圧行程での弁部材４１の閉弁期間を制御することによって調整される。すなわち、弁部材４１の閉弁開始時期を早めて閉弁期間を長くすると燃料吐出量が増加し、弁部材４１の閉弁開始時期を遅らせて閉弁期間を短くすると燃料吐出量が減少するようになる。このように、高圧燃料ポンプ１の燃料吐出量を調整することにより、デリバリパイプ１０６内の燃料圧力が制御される。

―パルセーションダンパの説明―
つぎに、パルセーションダンパ５３のダイヤフラム５５について図２および図３に基づいて詳細に説明する。このパルセーションダンパ５３のダイヤフラム５５は、内外の差圧（密閉空間部５６の封入気体の圧力と燃料室５１内の燃料の圧力との差圧）により変形する変形部において、中心から所定半径内に略平坦に形成された平坦部５５ａと、平坦部５５ａの遠心側に形成された湾曲部５５ｂとを有し、更に、湾曲部５５ｂから連続して形成された筒状部５５ｃを有している。

平坦部５５ａは、無負荷状態（密閉空間部５６の封入気体の圧力と燃料室５１内の燃料の圧力との差圧がゼロの状態；以下同じ。）において中心側が燃料側面５５Ａ側（燃料側）へ撓んでいる。

湾曲部５５ｂは、平坦部５５ａから連続して形成されており、中心側から遠心側に向かって、先ず燃料側面５５Ａ側に湾曲し、更に遠心側で、湾曲方向を反転して気体側面５５Ｂ側へ湾曲している。ダイヤフラム５５は、密閉空間部５６の封入気体と燃料室５１内の燃料との差圧により主に平坦部５５ａと湾曲部５５ｂが変形する。その結果、燃料室５１および密閉空間部５６内の容積が増減するようになっている。

筒状部５５ｃは、湾曲部５５ｂの遠心側端部から平坦部５５ａに対して略直交する方向に延在し、密閉空間部５６を内径側に包囲するように形成されている。なお、筒状部５５ｃの縁部は、カバー５４の内面に隙間無く溶接にて固定され、これにより、密閉空間部５６の気密性が確保されている。

つぎに、上記ダイヤフラム５５を採用したパルセーションダンパ５３の容積変化量の特性を、図５に示す従来の同心円状の複数波形を有するダイヤフラム７１を採用したパルセーションダンパ７２と比較しつつ説明する。なお、従来のダイヤフラム７１においては、差圧を受けて変形する変形部７１ｄが無負荷状態において燃料室５１側にも密閉空間部５６側にも撓んでいない。つまり、複数波形の山頂の高さは互いに一致しており、複数波形の谷底の高さも互いに一致している。ダイヤフラム７１以外の構成は図２に示したものと同様である。

図４は、上記ダイヤフラム５５および従来のダイヤフラム７１に関し、各ダイヤフラム５５，７１の両面に働く圧力の差圧と、燃料室５１の容積変化量との関係をＣＡＥ解析により求めた結果を示すグラフである。グラフの横軸は燃料室５１内の燃料圧力から密閉空間部５６内の気体圧力を引いて得られる差圧を示している。また、グラフの縦軸は上記差圧がゼロの場合における燃料室５１内の容積から、差圧が生じた場合における燃料室５１内の容積を引いて得られる容積変化量を示している。図４において、ダイヤフラム５５に関する解析結果は、折れ線５５Ｌで示しており、従来のダイヤフラム７１に関する解析結果は、折れ線７１Ｌで示している。また、両ダイヤフラム５５，７１は、当然ながら、外径Ｄおよび板厚を同一とし、断面形状のみが相違したものとなっている。

図４のグラフが示すＣＡＥ解析結果によれば、ダイヤフラム５５の方がダイヤフラム７１よりも差圧ゼロ近傍での容積変化量の変動幅が大きくなっている。また、いずれの差圧を見ても容積変化量の変動幅はダイヤフラム５５の方がダイヤフラム７１より大きくなっている。

このことから、ダイヤフラム５５を使用した本発明のパルセーションダンパ５３の方が、複数の同心波形を有するダイヤフラムを使用した従来のパルセーションダンパよりも大きな容積変化量を確保できることが分かる。また、本発明のパルセーションダンパ５３の方が、複数の同心波形を有するダイヤフラムを使用した従来のパルセーションダンパと比較して差圧ゼロ近傍における容積変化量の差が著しく大きくなることも分かる。

したがって、従来のパルセーションダンパの代わりに本発明のパルセーションダンパ５３を採用することで、燃料の圧力脈動を十分に低減しつつ、ダイヤフラムの枚数削減、ダイヤフラムの小型化等を図ることが可能となる。

図６は、各ダイヤフラム５５，７１の両面に働く差圧（横軸方向）と、この差圧によって各ダイヤフラム５，７１に発生する最大応力を容積変化量で除した値（縦軸方向）との関係をＣＡＥ解析により求めた結果を示すグラフである。図６においても、ダイヤフラム５５に関する解析結果は、折れ線５５Ｌで示しており、従来のダイヤフラム７１に関する解析結果は、折れ線７１Ｌで示している。また、両ダイヤフラム５５，７１は、当然ながら、外径Ｄおよび板厚を同一とし、断面形状のみが相違している。

図６のグラフが示すＣＡＥ解析結果によれば、概ね、ダイヤフラム５５の方がダイヤフラム７１よりも差圧にかかわらず、最大応力／容積変化量の値が小さくなっている。このことから、本発明のパルセーションダンパ５３の方が従来のパルセーションダンパよりもダイヤフラム５５に発生する最大応力を低減できることが分かる。なお、ダイヤフラム５５にあっては湾曲部５５ｂにおいて最大応力が発生し易く、ダイヤフラム７１にあっては、複数波形の何れかの山頂部又は谷底部において最大応力が発生し易い。

つぎに、本発明のパルセーションダンパ５３のダイヤフラム５５の平坦部５５ａが無負荷状態において一方に湾曲していることによる作用効果について説明する。

本願発明者は、湾曲部５５ｂが平坦部５５ａとの境界より遠心側に向かって最初に湾曲する方向にダイヤフラム５５の平坦部５５ａが変形し易く、その逆方向にダイヤフラム５５の平坦部５５ａが変形し難いことを別途行ったＣＡＥ解析により確認した。このことを、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すような断面形状を持つダイヤフラム６５，６７を例に挙げて説明する。なお、カバー５４、ハウジング１０の凹部１０ａ等の図示は省略している。

図７（ａ）に示すダイヤフラム６５は、その平坦部６５ａが無負荷状態において実線に示すように何れの方向にも撓んでおらず、平坦部６５ａの遠心側から連続して図中上方に湾曲した湾曲部６５ｂを有している。更に、ダイヤフラム６５は、その湾曲部６５ｂから連続して平坦部６５ａに対して直交する方向に延在した筒状部６５ｃを有している。

このダイヤフラム６５では、湾曲部６５ｂが平坦部６５ａとの境界より遠心側に向かって最初に湾曲する方向が図中上方となっている。このため、ダイヤフラム６５の平坦部６５ａは２点鎖線６６に示すように図中上方に変形し易く、２点鎖線６８に示すように図中下方には変形し難い。

図７（ｂ）に示すダイヤフラム６７は、その平坦部６７ａが無負荷状態において実線に示すように何れの方向にも撓んでいないものとなっている。湾曲部６７ｂは、この平坦部６７ａの遠心側から連続して図中下方に湾曲し、更にその遠心側において湾曲方向を反転させて図中上方に湾曲したものとなっている。ダイヤフラム６７は、更に、その湾曲部６７ｂから連続して平坦部６７ａに対して直交する方向に延在した筒状部６７ｃを有している。このダイヤフラム６７では、湾曲部６７ｂが平坦部６７ａとの境界より遠心側に向かって最初に湾曲する方向が図中下方となっている。このため、ダイヤフラム６７の平坦部６７ａは２点鎖線６９に示すように図中下方に変形し易く、２点鎖線７０に示すように図中上方には変形し難い。

図３に示す、本発明のパルセーションダンパ５３が有するダイヤフラム５５では、平坦部５５ａとの境界より遠心側に向かって湾曲部５５ｂが最初に湾曲する方向（燃料側面５５Ａ側）に、無負荷状態の平坦部５５ａが予め撓んでいる。このため、平坦部５５ａは、本来変形し難い方向（気体側面５５Ｂ側）への変形量を補うことができるようになる。つまり、平坦部５５ａは、本来変形し難い方向へ比較的容易に変形することができるようになり、最低変位量（燃料室５１の容積変化量の絶対値の最低値）の底上げが図られる。この結果、パルセーションダンパ５３による圧力脈動の低減能力を向上させることができるようになる。

上記したように、平坦部５５ａが本来変形し難い方向へ比較的容易に変形することができるようになり、最低変位量の底上げが図られることは、図８に示すＣＡＥ解析結果においても実証されている。ここで、図８のグラフの縦軸、横軸は、図４のグラフと同様にそれぞれ、差圧、容積変化量を示している。また、折れ線５５Ｌも図４のグラフと同様に、ダイヤフラム５５の両面に働く差圧と、燃料室５１の容積変化量との関係をＣＡＥ解析により求めた結果を示している。折れ線７４Ｌは、図９に示すパルセーションダンパ７５のダイヤフラム７４のように無負荷状態で平坦部７４ａが気体側面７４Ｂ側に撓んだダイヤフラム７４に関するＣＡＥ解析結果を示している。なお、ダイヤフラム７４の平坦部７４ａを除く部分（湾曲部７４ｂ、筒状部７４ｃ）の形状等は、図３に基づき説明したダイヤフラム５５の湾曲部５５ｂおよび筒状部５５ｃと同様である。

図８の解析結果が示すように、無負荷状態で平坦部５５ａが燃料側面５５Ａ側に撓んでいるダイヤフラム５５に関しては、差圧の絶対値が等しければ容積変化量の絶対値も概ね等しくなるといえる。

ところが、無負荷状態で平坦部７４ａが気体側面７４Ｂ側に撓んでいるダイヤフラム７４に関しては、差圧がマイナス側に移行すると大きく容積変化量が変化するものの、差圧がプラス側に移行しても容積変化量は比較的緩やかにしか変化しない。このことから、ダイヤフラム７４のように、平坦部７４ａとの境界から遠心側に向かって湾曲部７４ｂが最初に湾曲する方向と逆方向に、無負荷状態の平坦部７４ａが予め撓んでいるものを採用したパルセーションダンパ７５では、平坦部７４ａが変形し易い方向（燃料側面７４Ｂ側）へ益々変形し易くなり、変形し難い方向（気体側面７４Ｂ側）へ益々変形し難くなるといえる。この結果、最低変位量（燃料室５１の容積変化量の絶対値の最低値）が低下し、このダイヤフラム７４を採用したパルセーションダンパ７５による圧力脈動の低減能力は低下することが予想される。

なお、パルセーションダンパ５５，７５の密閉空間部５６内の気体圧力を減少させると、図８のグラフの差圧ゼロを示す縦軸は折れ線５５Ｌ、７４Ｌに対して右方向に移動し、密閉空間部５６内の気体圧力を増加させると、図８のグラフの縦軸は折れ線５５Ｌ，７４Ｌに対して左方向に移動する。つまり、密閉空間部５６内の気体圧力を設定することにより、差圧−容積変化量特性の特定の部分を利用することができる。例えば、パルセーションダンパ５５では、差圧ゼロ近傍で容積変化量が大きく変化するので、搭載される高圧燃料ポンプ１の燃料室５１内の平均燃料圧力に合わせて密閉空間部５６内の気体圧力を設定することにより、圧力脈動の低減効果が最大限に得られることが予想される。

−他の実施形態−
以下、本発明の他の実施形態に係るパルセーションダンパついて図１０に基づいて説明する。なお、既述の構成と同様の構成について同符号を付して説明を省略する。

図１０に示すパルセーションダンパ９１のダイヤフラム９２は、同心円状の複数波形を有し、差圧を受けて変形する変形部９２ｄが無負荷状態において燃料室５１側に撓んでいる。つまり、中心に向かって複数波形の山頂は漸次燃料室５１側に変位しており、複数波形の谷底も漸次燃料室５１側に変位している。

このダイヤフラム９２を備えるパルセーションダンパ９１によれば、差圧を受けて変形する変形部９２ｄが無負荷状態において燃料室５１側に撓んでいるので、差圧がプラス値となる場合での容積変化量を大きくすることができる。

一方、差圧がマイナス値となる場合での容積変化量を大きくするためには、ダイヤフラム９２の変形部９２ｄが無負荷状態において密閉空間部５６側に撓んだものとすればよい。

本発明は、自動車のエンジンに搭載される高圧燃料ポンプの燃料吸入通路内に設置されて、燃料の圧力脈動を低減するパルセーションダンパに適用することができる。

１ 高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）
１１ 低圧側通路
２２ 加圧室
５３，７５，９１ パルセーションダンパ（燃料ポンプ用パルセーションダンパ）
５５，７４，９２ ダイヤフラム
５５ａ，７４ａ 平坦部
５５ｂ，７４ｂ 湾曲部
５５Ａ 燃料側面
５５Ｂ 気体側面
９２ｄ 変形部

Claims (5)

1. 一方の面が燃料ポンプの加圧室に至る低圧側通路内の燃料に接し、他方の面が気体に接するように設けられたダイヤフラムを備える燃料ポンプ用パルセーションダンパにおいて、
   前記ダイヤフラムは、内外の差圧を受けて変形する変形部において、中心から所定半径内に略平坦に形成された平坦部を有し、該平坦部は、無負荷状態において前記燃料側又は前記気体側の何れか一方へ撓んでいる、
   ことを特徴とする燃料ポンプ用パルセーションダンパ。
2. 請求項１に記載の燃料ポンプ用パルセーションダンパにおいて、
   前記ダイヤフラムの前記他方の面が接する気体は封入気体である、
   ことを特徴とする燃料ポンプ用パルセーションダンパ。
3. 請求項１又は２に記載の燃料ポンプ用パルセーションダンパにおいて、
   前記平坦部から遠心側に連続して形成された湾曲部を更に有し、
   前記平坦部が無負荷状態において撓んでいる方向が、前記湾曲部が前記平坦部との境界から遠心側に向かって最初に湾曲する方向と同じ方向である、
   ことを特徴とする燃料ポンプ用パルセーションダンパ。
4. 一方の面が燃料ポンプの加圧室に至る低圧側通路内の燃料に接し、他方の面が気体に接するように設けられたダイヤフラムを備える燃料ポンプ用パルセーションダンパにおいて、
   前記ダイヤフラムは、内外の差圧を受けて変形する変形部に同心円状の複数波形が形成されており、
   前記変形部は、無負荷状態において前記燃料側又は前記気体側の何れか一方へ撓んでいる、
   ことを特徴とする燃料ポンプ用パルセーションダンパ。
5. 請求項４に記載の燃料ポンプ用パルセーションダンパにおいて、
   前記ダイヤフラムの前記他方の面が接する気体は封入気体である、
   ことを特徴とする燃料ポンプ用パルセーションダンパ。

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